KR20070104253A - Method for forming ti film and computer readable storage medium - Google Patents

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사토시 와카바야시
겐사쿠 나루시마
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Abstract

A method of depositing a Ti film and a computer readable storage medium are provided to reduce charge-up damage caused by an electron shading effect due to controlling a power of high-frequency power and a flow rate of TiCl4 gas. A wafer provided with a hole having a diameter of 0.13 micrometers or less and/or an aspect ratio of 10 or more is placed in a chamber(1) having a pair of parallel plate electrodes(8). While a processing gas containing TiCl4 gas and H2 gas is introduced into the chamber, a high-frequency power is supplied to any one of the parallel plate electrodes, and a plasma is formed between the parallel plate electrodes. A Ti film is deposited on the wafer by accelerating reaction of the processing gas using the plasma. The high-frequency power and/or a flow rate the TiCl4 gas is controlled such that a potential of the plasma is 900V or less, and the Ti film is deposited under such conditions.

Description

Ｔｉ 막의 성막 방법 및 컴퓨터 판독 가능 기억 매체{METHOD FOR FORMING TI FILM AND COMPUTER READABLE STORAGE MEDIUM}METHOD FOR FORMING TI FILM AND COMPUTER READABLE STORAGE MEDIUM

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 Ti 막의 성막 방법의 실시에 이용하는 Ti 막 성막 장치의 일례를 나타내는 개략 단면도,BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a Ti film deposition apparatus used for implementing a Ti film deposition method according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명에 적용되는 반도체 웨이퍼의 구조의 일례를 나타내는 단면도, 2 is a cross-sectional view showing an example of the structure of a semiconductor wafer to which the present invention is applied;

도 3은 전자 셰이딩 효과에 의한 차지 업 데미지가 발생하는 메커니즘을 설명하기 위한 도면, 3 is a view for explaining a mechanism in which charge up damage caused by the electronic shading effect occurs;

도 4는 고주파 파워 및 TiCl4 유량과 플라즈마 전위(Vpp)와의 관계를 도시한 도면, 4 is a diagram showing a relationship between high frequency power and TiCl 4 flow rate and plasma potential (Vpp);

도 5는 고주파 파워 및 TiCl4 유량과 성막 속도와의 관계를 도시한 도면. 5 shows the relationship between high frequency power, TiCl 4 flow rate and deposition rate.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings

1 : 챔버 2 : 서셉터1: chamber 2: susceptor

5 : 히터 10 : 샤워 헤드5: heater 10: shower head

20 : 가스 공급 기구 22 : TiCl4 가스 공급원20 gas supply mechanism 22 TiCl 4 gas supply source

23 : Ar 가스 공급원 24 : H2 가스 공급원23: Ar gas source 24: H 2 gas source

34 : 고주파 전원 101 : 실리콘 기판34: high frequency power supply 101: silicon substrate

102 : 게이트 절연막 103 : 게이트 전극102 gate insulating film 103 gate electrode

104, 108 : 층간 절연막 107 : 비어홀(홀)104, 108: interlayer insulating film 107: via hole (hole)

109 : 트렌치 P : 플라즈마 109: trench P: plasma

S : 이온 쉬스 W : 반도체 웨이퍼 S: ion sheath W: semiconductor wafer

e : 전자 i : 이온e: electron i: ion

특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 2004-197219호 공보Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 2004-197219

본 발명은 챔버 내에서 샤워 헤드로부터 TiCl4 가스를 포함하는 처리 가스를 토출시켜 챔버 내에 배치된 피처리 기판의 표면에 Ti 막을 성막하는 Ti 막의 성막 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for forming a Ti film in which a Ti film is formed on a surface of a substrate to be disposed in the chamber by discharging a processing gas containing TiCl 4 gas from a shower head in the chamber.

반도체 장치의 제조에 있어서는 최근의 고밀도화 및 고집적화의 요청에 대응하여, 회로 구성을 다층 배선 구조로 하는 경향에 있고, 이 때문에 하층의 반도체 기판과 상층의 배선층과의 접속부인 콘택트 홀이나, 상하의 배선층끼리의 접속부인 비어홀 등의 층간의 전기적 접속을 위한 매립 기술이 중요해지고 있다. In the manufacture of semiconductor devices, in response to recent demands for higher density and higher integration, the circuit structure has a tendency to have a multi-layer wiring structure. Therefore, contact holes and upper and lower wiring layers, which are connection portions between the lower semiconductor substrate and the upper wiring layer, have a tendency. The embedding technology for the electrical connection between layers, such as a via hole which is a connection part of a, becomes important.

이러한 콘택트 홀이나 비어홀의 매립에 이용되는 금속이나 합금과 하층의 Si 기판이나 poly-Si 층과의 콘택트를 형성하기 위해서, 이들의 매립에 앞서서 콘택트 홀이나 비어홀의 내측에 Ti 막을 성막하는 것이 행해지고 있다. In order to form a contact between a metal or an alloy used for embedding such contact holes or via holes, and an underlying Si substrate or a poly-Si layer, a Ti film is formed inside the contact holes or via holes prior to their embedding. .

이러한 Ti 막은 종래부터 물리적 증착(PVD)을 이용하여 성막되고 있지만, 장치가 미세화 및 고집적화의 요구에 따라서 스텝 커버리지(단차 피복성)이 보다 양호한 화학적 증착(CVD)이 많이 사용되게 되었다.Such Ti films have been conventionally formed using physical vapor deposition (PVD), but the chemical vapor deposition (CVD) with better step coverage (step coverage) has been used in accordance with the demand for miniaturization and high integration of devices.

Ti 막의 CVD 성막에 대해서는 성막 가스로서 TiCl4 가스, H2 가스, Ar 가스를 이용하여 이들을 챔버에 도입하고, 반도체 웨이퍼를 스테이지 히터에 의해 가열하면서 평행 평판 전극에 고주파 전력을 인가하여 상기 가스를 플라즈마화하여 TiCl4 가스와 H2 가스를 반응시키는 플라즈마 CVD에 의해 Ti 막을 성막하는 기술이 제안되어 있다(예컨대, 특허 문헌 1). For CVD film formation of the Ti film, these gases are introduced into the chamber using TiCl 4 gas, H 2 gas, and Ar gas as the film forming gases, and high frequency power is applied to the parallel plate electrodes while the semiconductor wafer is heated by a stage heater. A technique for forming a Ti film by plasma CVD in which a TiCl 4 gas is reacted with a H 2 gas is proposed (for example, Patent Document 1).

그러나, 최근, 선폭이나 홀의 개구 직경이 한층 더 작아지고, 더구나 고 아스펙트비화됨에 따라서, 특허 문헌 1과 같은 플라즈마 CVD에 의해 Ti 막을 성막하는 경우에는 차지 업 데미지에 의해 소자가 파괴되는 일이 있는 새로운 문제가 발생하게 되었다.However, in recent years, as the line width and the opening diameter of the holes become smaller, and the aspect ratio becomes higher, moreover, when the Ti film is formed by plasma CVD as in Patent Document 1, the element may be destroyed by charge up damage. A new problem has arisen.

본 발명은 이러한 사정을 감안해서 이루어진 것으로서 플라즈마를 이용한 CVD에 의해 개구 직경이 작고 및/또는 높은 아스펙트비의 홀을 갖는 피처리 기판에 Ti를 성막할 때에, 차지 업 데미지에 의한 소자의 파괴가 발생하기 어려운 Ti 막의 성막 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 이와 같은 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 판독 가능 기억 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and when the Ti is deposited on a substrate having a small opening diameter and / or having a high aspect ratio hole by CVD using plasma, destruction of the device due to charge-up damage is prevented. An object of the present invention is to provide a film forming method of a Ti film which is hard to occur. It is also an object of the present invention to provide a computer readable storage medium for performing such a method.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제 1 관점에서는 한 쌍의 평행 평판 전극을 갖는 챔버 내에, 개구 직경이 0.13㎛ 이하 및/또는 아스펙트비가 10 이상인 홀을 갖는 피처리 기판을 배치하고, TiCl4 가스 및 H2 가스를 포함하는 처리 가스를 도입하면서 상기 평행 평판 전극 중 적어도 한쪽에 고주파 전력을 공급하여 이들 사이에 플라즈마를 형성하며, 이 플라즈마에 의해 상기 처리 가스의 반응을 촉진하여 피처리체에 Ti 막을 성막하는 Ti 막의 성막 방법으로서, 플라즈마의 전위가 900V 이하가 되도록, 상기 고주파 전력의 파워 및/또는 상기 TiCl4 가스의 유량을 제어하고, 이 조건에서 Ti 막을 성막하는 것을 특징으로 하는 Ti 막의 성막 방법을 제공한다. In order to solve the said subject, in the 1st viewpoint of this invention, the to-be-processed board | substrate which has a hole with an opening diameter of 0.13 micrometer or less and / or an aspect ratio of 10 or more is arrange | positioned in the chamber which has a pair of parallel flat electrode, TiCl High frequency power is supplied to at least one of the parallel plate electrodes while introducing a processing gas containing 4 gas and H 2 gas to form a plasma therebetween, and the plasma promotes the reaction of the processing gas to the target object. A Ti film deposition method for forming a Ti film, wherein the power of the high frequency power and / or the flow rate of the TiCl 4 gas is controlled so that the potential of the plasma is 900 V or less, and the Ti film is formed under these conditions. Provide a film forming method.

상기 제 1 관점에서, 고주파 전력의 파워가 200~800W이고, TiCl4 가스 유량이 2~12mL/min(sccm)인 것이 바람직하고, 고주파 전력의 파워 : 400W 초과~800W 미만, TiCl4 가스 유량 : 2~12mL/min(sccm)을 동시에 만족시키는 것이 보다 바람직하 다. 또한, Ti 막 성막 후, 처리 가스로서 NH3 가스 및 H2 가스 및 Ar 가스를 도입하고 플라즈마를 존재시키지 않고서 Ti 막 표면의 질화 처리를 행하는 것이 바람직하다. In the first aspect, it is preferable that the power of the high frequency power is 200 to 800 W, and the TiCl 4 gas flow rate is 2 to 12 mL / min (sccm), and the power of the high frequency power: more than 400 W to less than 800 W, and the TiCl 4 gas flow rate: It is more preferable to simultaneously satisfy 2 to 12 mL / min (sccm). In addition, after the Ti film film formation, it is preferable to introduce the NH 3 gas, the H 2 gas, and the Ar gas as the processing gas, and to carry out the nitriding treatment of the Ti film surface without the presence of plasma.

본 발명의 제 2 관점에서는 한 쌍의 평행 평판 전극을 갖는 챔버 내에, 개구 직경이 0.13㎛ 이하 및/또는 아스펙트비가 10 이상인 홀을 갖는 피처리 기판을 배치하고, TiCl4 가스 및 H2 가스를 포함하는 처리 가스를 도입하면서 상기 평행 평판 전극 중 적어도 한쪽에 고주파 전력을 공급하여 이들 사이에 플라즈마를 형성하며, 이 플라즈마에 의해 상기 처리 가스의 반응을 촉진하여 피처리체에 Ti 막을 성막하는 Ti 막의 성막 방법으로서, 플라즈마의 전위가 900V 이하가 되도록, 상기 고주파 전력의 파워 및/또는 상기 TiCl4 가스의 유량을 제어하여 제 1 단계의 성막을 행하고, 제 1 단계의 성막에 의해 피처리체의 전면(全面)에 Ti 막이 성막된 시점에서, 상기 고주파 전력의 파워 및/또는 TiCl4 가스의 유량을 증가시켜서 성막 속도를 상승시키는 제 2 단계의 성막을 행하여 Ti 막을 성막하는 것을 특징으로 하는 Ti 막의 성막 방법을 제공한다. In a second aspect of the present invention, a substrate to be processed having a hole having an opening diameter of 0.13 μm or less and / or an aspect ratio of 10 or more is disposed in a chamber having a pair of parallel plate electrodes, and a TiCl 4 gas and a H 2 gas are disposed. A high-frequency power is supplied to at least one of the parallel plate electrodes while introducing a processing gas to form a plasma therebetween, whereby the reaction of the processing gas is promoted by the plasma to form a Ti film to form a Ti film on a target object. As a method, the film formation in the first step is performed by controlling the power of the high frequency power and / or the flow rate of the TiCl 4 gas so that the potential of the plasma is 900 V or less, and the entire surface of the target object is formed by the film formation in the first step. ) at the time when the Ti film is the film formation, the film formation of the second stage was elevated to increase the deposition rate a flow of power and / or TiCl 4 gas of the high-frequency power Performed provides a Ti film formation method, characterized in that for forming a Ti film.

상기 제 2 관점에서, 상기 제 1 단계의 성막은 고주파 전력의 파워가 200~800W이며, TiCl4 가스 유량이 2~12mL/min(sccm)인 것이 바람직하고, 고주파 전력의 파워 : 400W 초과~800W 미만, TiCl4 가스 유량 : 2~12mL/min(sccm)을 동시에 만족시키는 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 제 2 단계의 성막은 고주파 전력의 파워가 800W 이상이며, TiCl4 가스 유량이 12~20mL/min(sccm)인 것이 바람직하다. In the second aspect, the film formation in the first step is preferably a high frequency power of 200 ~ 800W, TiCl 4 gas flow rate of 2 ~ 12mL / min (sccm), high frequency power: 400W ~ 800W It is more preferable to simultaneously satisfy the TiCl 4 gas flow rate: 2 to 12 mL / min (sccm). In addition, it is preferable that the film formation of the second step has a power of high frequency power of 800 W or more, and a TiCl 4 gas flow rate of 12-20 mL / min (sccm).

본 발명의 제 3 관점에서는 컴퓨터 상에서 동작하는 제어 프로그램이 기억된 컴퓨터 판독 가능 기억 매체로서, 상기 제어 프로그램은 실행시에, 상기 제 1또는 제 2 관점의 방법이 행해지도록 성막 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능 기억 매체를 제공한다. In a third aspect of the present invention, a computer-readable storage medium storing a control program operating on a computer, wherein the control program controls the film formation apparatus such that the method of the first or second aspect is executed when executed. A computer readable storage medium is provided.

또한, 본 발명에서 가스의 유량의 단위는 mL/min을 이용하고 있지만, 가스는 온도 및 기압에 의해 부피가 크게 변화되기 때문에, 본 발명에서는 표준 상태로 환산한 값을 이용하고 있다. 또한, 표준 상태에 환산한 유량은 통상 sccm(Standard Cubic Centimeter per Minutes)로 표기되기 때문에 sccm을 병기하고 있다. 여기에 있어서의 표준 상태는 온도 0℃(273.15K), 기압 1atm(101325Pa)인 상태(STP)이다. In addition, although the unit of the flow volume of gas in this invention uses mL / min, since gas changes a volume largely by temperature and atmospheric pressure, the value converted to the standard state is used in this invention. Moreover, since the flow volume converted into the standard state is normally expressed in sccm (Standard Cubic Centimeter per Minutes), sccm is written together. The standard state here is a state (STP) with a temperature of 0 ° C. (273.15 K) and an atmospheric pressure of 1 atm (101325 Pa).

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 Ti 막의 성막 방법의 실시에 이용하는 Ti 막 성막 장치의 일례를 나타내는 개략 단면도이다. 이 Ti 막 성막 장치(100)는 평행 평판 전극에 고주파 전계를 형성함으로써 플라즈마를 형성하면서 CVD 성막을 행하는 플라즈마 CVD 성막 장치로서 구성된다. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a Ti film deposition apparatus used for implementing a Ti film deposition method according to an embodiment of the present invention. This Ti film deposition apparatus 100 is configured as a plasma CVD deposition apparatus that performs CVD deposition while forming a plasma by forming a high frequency electric field on a parallel plate electrode.

이 Ti 막 성막 장치(100)는 대략 원통형인 챔버(1)를 갖고 있다. 챔버(1)의 내부에는 피처리 기판인 웨이퍼(W)를 수평으로 지지하기 위한 서셉터(2)가 그 중앙 하부에 마련된 원통 형상의 지지 부재(3)에 의해 지지되는 상태로 배치되어 있다. 서셉터(2)의 바깥 가장자리부에는 웨이퍼(W)를 가이드하기 위한 가이드링(4)이 마련되어 있다. 또한, 서셉터(2)에는 히터(5)가 매립되어 있고, 이 히터(5)는 히터 전원(6)으로부터 급전받아서 피처리 기판인 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 가열한다. 서셉터(2)의 표면 근방에는 평행 평판 전극의 하부 전극으로서 기능하는 전극(8)이 매설되어 있고, 이 전극(8)은 접지되어 있다. 또한, 서셉터(2)는 세라믹 예컨대, AlN로 구성할 수 있으며, 이 경우에는 세라믹 히터가 구성된다. This Ti film forming apparatus 100 has a substantially cylindrical chamber 1. Inside the chamber 1, a susceptor 2 for horizontally supporting the wafer W, which is a substrate to be processed, is disposed in a state of being supported by a cylindrical support member 3 provided below the center thereof. At an outer edge of the susceptor 2, a guide ring 4 for guiding the wafer W is provided. In addition, a heater 5 is embedded in the susceptor 2, and the heater 5 receives power from the heater power supply 6 to heat the wafer W, which is the substrate to be processed, to a predetermined temperature. In the vicinity of the surface of the susceptor 2, an electrode 8 that functions as a lower electrode of the parallel plate electrode is embedded, and the electrode 8 is grounded. In addition, the susceptor 2 can be comprised with ceramics, for example, AlN, and in this case, a ceramic heater is comprised.

챔버(1)의 천정 벽(1a)에는 절연 부재(9)를 사이에 두고 평행 평판 전극의 상부 전극으로서도 기능하는 샤워 헤드(10)가 마련되어 있다. 이 샤워 헤드(10)는 상단 블럭체(10a), 중단 블럭체(10b), 하단 블럭체(10c)로 구성되어 있고, 대략 원반 형상을 하고 있다. 상단 블럭체(10a)는 중단 블럭체(10b) 및 하단 블럭체(10c)와 함께 샤워 헤드 본체부를 구성하는 수평부(10d)와 이 수평부(10d)의 바깥 둘레 윗쪽에 연속하는 환상의 지지부(10e)를 갖고, 오목형으로 형성되어 있다. 그리고, 이 환상 지지부(10e)에 의해 샤워 헤드(10) 전체가 지지되어 있다. 그리고, 하단 블럭체(10c)에는 가스를 토출하는 토출 구멍(17, 18)이 교대로 형성되어 있다. 상단 블럭체(10a)의 상면에는 제 1 가스 도입구(11)와, 제 2 가스 도입구(12)가 형성되어 있다. 상단 블럭체(10a) 내에서는 제 1 가스 도입구(11)로부터 다수의 가스 통로(13)가 분기하고 있다. 중단 블럭체(10b)에는 가스 통로(15)가 형성되어 있고, 상기 가스 통로(13)가 수평으로 연장하는 연통로(13a)를 통해서 이들 가스 통 로(15)에 연통하고 있다. 또한 이 가스 통로(15)는 하단 블럭체(10c)의 토출 구멍(17)에 연통하고 있다. 또한, 상단 블럭체(10a) 내에서는 제 2 가스 도입구(12)로부터 다수의 가스 통로(14)가 분기하고 있다. 중단 블럭체(10b)에는 가스 통로(16)가 형성되어 있고, 상기 가스 통로(14)가 이들 가스 통로(16)에 연통하고 있다. 또한 이 가스 통로(16)가 중단 블럭체(10b) 내로 수평으로 연장하는 연통로(16a)에 접속되어 있고, 이 연통로(16a)가 하단 블럭체(10c)의 다수의 토출 구멍(18)에 연통하고 있다. 그리고, 상기 제 1 및 제 2 가스 도입구(11, 12)는 가스 공급 기구(20)의 가스 라인에 접속되어 있다. The ceiling wall 1a of the chamber 1 is provided with a shower head 10 which also functions as an upper electrode of a parallel plate electrode with an insulating member 9 interposed therebetween. This shower head 10 is comprised from the upper block body 10a, the interruption block body 10b, and the lower block body 10c, and has a substantially disk shape. The upper block body 10a, together with the interrupting block body 10b and the lower block body 10c, has a horizontal portion 10d constituting the shower head body portion and an annular support portion continuous over the outer circumference of the horizontal portion 10d. It has 10e and is formed in concave shape. And the whole shower head 10 is supported by this annular support part 10e. Discharge holes 17 and 18 for discharging gas are alternately formed in the lower block body 10c. The first gas inlet 11 and the second gas inlet 12 are formed on the upper surface of the upper block body 10a. In the upper block body 10a, a plurality of gas passages 13 branch from the first gas inlet 11. A gas passage 15 is formed in the stop block 10b, and the gas passage 13 communicates with these gas passages 15 through a communication passage 13a extending horizontally. Moreover, this gas passage 15 communicates with the discharge hole 17 of the lower block body 10c. In addition, many gas passages 14 branch from the second gas inlet 12 in the upper block body 10a. The gas passage 16 is formed in the interruption block 10b, and the gas passage 14 communicates with these gas passages 16. As shown in FIG. In addition, the gas passage 16 is connected to a communication path 16a extending horizontally into the interruption block body 10b, and this communication path 16a is a plurality of discharge holes 18 of the lower block body 10c. Communicating with The first and second gas inlets 11 and 12 are connected to the gas line of the gas supply mechanism 20.

가스 공급 기구(20)는 클리닝 가스인 ClF3 가스를 공급하는 ClF3 가스 공급원(21), Ti 화합물 가스인 TiCl4 가스를 공급하는 TiCl4 가스 공급원(22), 플라즈마 생성 가스인 Ar 가스를 공급하는 Ar 가스 공급원(23), 환원 가스인 H2 가스를 공급하는 H2 가스 공급원(24), 질화 가스인 NH3 가스를 공급하는 NH3 가스 공급원(25)을 갖고 있다. 그리고, ClF3 가스 공급원(21)에는 ClF3 가스 공급 라인(27, 30b)이, TiCl4 가스 공급원(22)에는 TiCl4 가스 공급 라인(28)이, Ar 가스 공급원(23)에는 Ar 가스 공급 라인(29)이, H2 가스 공급원(24)에는 H2 가스 공급 라인(30)이, NH3 가스 공급원(25)에는 NH3 가스 공급 라인(30a)이 각각 접속되어 있다. 또한, 도시하지 않지만, N2 가스 공급원도 갖고 있다. 그리고, 각 가스 라인에는 매스 플로우 컨트롤러(32) 및 매스 플로우 컨트롤러(32)를 사이에 두고 2개의 밸브(31)가 마련되어 있다. A gas supply mechanism 20 includes a cleaning gas is ClF ClF for supplying a third gas 3 gas supply source (21), Ti compound gas of TiCl TiCl for supplying a fourth gas 4 gas supply source 22, a plasma generation gas of the Ar gas is supplied Ar has the gas supply source 23, a reducing gas is H 2 NH 3 gas source 25 that supplies NH 3 gas of H 2 gas source 24, a nitriding gas for supplying a gas. And, ClF 3 gas supply source 21, the ClF 3 gas supply line (27, 30b) is, TiCl 4 gas supply source 22, TiCl 4 gas supply line 28, a, Ar, the Ar gas supply source of gas (23) line 29 is, the H 2 gas source 24 is provided with H 2 gas supply line 30 is, in the NH 3 gas supply line (30a), NH 3 gas source 25 are connected, respectively. Although not shown, N 2 also has a gas supply source. In addition, two valves 31 are provided in each gas line with the mass flow controller 32 and the mass flow controller 32 interposed therebetween.

상기 제 1 가스 도입구(11)에는 TiCl4 가스 공급원(22)으로부터 연장하는 TiCl4 가스 공급 라인(28)이 접속되어 있고, 이 TiCl4 가스 공급 라인(28)에는 ClF3 가스 공급원(21)으로부터 연장하는 ClF3 가스 공급 라인(27) 및 Ar 가스 공급원(23)으로부터 연장하는 Ar 가스 공급 라인(29)이 접속되어 있다. 또한, 상기 제 2 가스 도입구(12)에는 H2 가스 공급원(24)으로부터 연장하는 H2 가스 공급 라인(30)이 접속되어 있고, 이 H2 가스 공급 라인(30)에는 NH3 가스 공급원(25)으로부터 연장하는 NH3 가스 공급 라인(30a) 및 ClF3 가스 공급원(21)으로부터 연장하는 ClF3 가스 공급 라인(30b)이 접속되어 있다. 따라서, 프로세스시에는 TiCl4 가스 공급원(22)으로부터의 TiCl4 가스가 Ar 가스 공급원(23)으로부터의 Ar 가스와 함께 TiCl4 가스 공급 라인(28)을 거쳐서 샤워 헤드(10)의 제 1 가스 도입구(11)로부터 샤워 헤드(10) 내에 이르고, 가스 통로(13, 15)를 거쳐서 토출 구멍(17)으로부터 챔버(1) 내로 토출되는 한편, H2 가스 공급원(24)으로부터의 H2 가스가 H2 가스 공급 가스 라인(30)을 통해서 샤워 헤드(10)의 제 2 가스 도입구(12)로부터 샤워 헤드(10) 내에 이르고, 가스 통로(14, 16)를 거쳐서 토출 구멍(18)으로부터 챔버(1) 내로 토출된다. 즉, 샤워 헤드(10)는 TiCl4 가스와 H2 가스가 완전히 독립해서 챔버(1) 내에 공급되는 포스트믹스 타입으로 되어 있어서, 이들은 토출 후에 혼합되어 반응이 발생한다. 또한, 이에 한하지 않고 TiCl4와 H2가 혼합된 상태로 이들을 챔버(1) 내에 공급되는 프리믹스 타입이여도 된다. Wherein 1 TiCl 4 gas supply line and the 28 is connected, the TiCl 4 gas supply line 28, the ClF 3 gas source 21 that extends from the gas inlet 11, TiCl 4 gas supply source 22 ClF 3 gas supply line 27 extending from the side and Ar gas supply line 29 extending from the Ar gas supply source 23 are connected. The second gas feed port 12 is provided is the H 2 gas supply line 30 extending from the H 2 gas supply source 24 is connected, and the H 2 gas supply line 30, the NH 3 gas supply source ( 25) is ClF 3 gas supply line (30b) extending from the NH 3 gas supply line (30a) and the ClF 3 gas supply source 21 is connected to extend from. Thus, the process when there TiCl 4 the first gas supply of a gas supply source (22) TiCl 4 gas is Ar gas supply source 23, the showerhead 10 through the TiCl 4 gas supply line 28 with the Ar gas from the from the It reaches from the sphere 11 into the shower head 10 and is discharged from the discharge hole 17 into the chamber 1 via the gas passages 13 and 15, while H 2 gas from the H 2 gas supply source 24 From the second gas inlet 12 of the shower head 10 through the H 2 gas supply gas line 30 into the shower head 10, and through the gas passages 14, 16 from the discharge hole 18 to the chamber. It is discharged into (1). That is, the shower head 10 is of a postmix type in which the TiCl 4 gas and the H 2 gas are completely independent and supplied into the chamber 1, and these are mixed after discharge to generate a reaction. In addition, this may be a premix type in which TiCl 4 and H 2 are supplied into the chamber 1 in a state where TiCl 4 and H 2 are mixed.

샤워 헤드(10)에는 정합기(33)를 통해서 고주파 전원(34)이 접속되어 있어서, 이 고주파 전원(34)으로부터 샤워 헤드(10)에 고주파 전력이 공급되게 되어 있다. 고주파 전원(34)으로부터 고주파 전력을 공급함으로써, 샤워 헤드(10)를 거쳐서 챔버(1) 내에 공급된 가스를 플라즈마화하여 성막 처리를 행한다. The high frequency power supply 34 is connected to the shower head 10 via the matching device 33, and high frequency electric power is supplied from the high frequency power supply 34 to the shower head 10. FIG. By supplying high frequency power from the high frequency power supply 34, the gas supplied into the chamber 1 via the shower head 10 is converted into plasma to perform a film forming process.

또한, 샤워 헤드(10)의 상단 플레이트(10a)의 수평부(10d)에는 샤워 헤드(10)를 가열하기 위한 히터(45)가 마련되어 있다. 이 히터(45)에는 히터 전원(46)이 접속되어 있어서, 히터 전원(46)으로부터 히터(45)로 급전함으로써 샤워 헤드(10)가 소망하는 온도로 가열된다. 상단 플레이트(40a)의 오목부에는 히터(45)에 의한 가열 효율을 높히기 위해서 단열 부재(47)가 마련되어 있다. In addition, a heater 45 for heating the shower head 10 is provided in the horizontal portion 10d of the upper plate 10a of the shower head 10. The heater power source 46 is connected to this heater 45, and the shower head 10 is heated to a desired temperature by feeding power from the heater power source 46 to the heater 45. The heat insulating member 47 is provided in the recessed part of the top plate 40a in order to raise the heating efficiency by the heater 45. As shown in FIG.

챔버(1)의 바닥벽(1b)의 중앙부에는 원형의 구멍(35)이 형성되어 있고, 바닥벽(1b)에는 이 구멍(35)을 덮도록 아래쪽을 향해서 돌출한 배기실(36)이 마련되어 있다. 배기실(36)의 측면에는 배기관(37)이 접속되어 있고, 이 배기관(37)에는 배기 장치(38)가 접속되어 있다. 그리고 이 배기 장치(38)를 작동시킴으로써 챔버(1) 내를 소정의 진공도까지 감압하는 것이 가능하게 되어 있다. A circular hole 35 is formed in the center of the bottom wall 1b of the chamber 1, and an exhaust chamber 36 protruding downward to cover the hole 35 is provided in the bottom wall 1b. have. An exhaust pipe 37 is connected to the side of the exhaust chamber 36, and an exhaust device 38 is connected to the exhaust pipe 37. By operating this exhaust device 38, the chamber 1 can be reduced in pressure to a predetermined degree of vacuum.

서셉터(2)에는 웨이퍼(W)를 지지하여 승강시키기 위한 3개(2개만 도시)의 웨이퍼 지지핀(39)이 서셉터(2)의 표면에 대하여 올라오고 들어가기(突沒) 가능하게 마련되고, 이들 웨이퍼 지지핀(39)은 지지판(40)에 고정되어 있다. 그리고, 웨이퍼 지지핀(39)은 에어 실린더 등의 구동 장치(41)에 의해 지지판(40)을 통해서 승강된다. The susceptor 2 is provided with three (only two) wafer support pins 39 for lifting and entering the surface of the susceptor 2 for supporting and lifting the wafer W. These wafer support pins 39 are fixed to the support plate 40. And the wafer support pin 39 is lifted up and down through the support plate 40 by the drive device 41, such as an air cylinder.

챔버(1)의 측벽에는 챔버(1)와 인접하여 마련된 도시하지 않는 웨이퍼 반송실과의 사이에 웨이퍼(W)의 반입 반출을 행하기 위한 반입 반출구(42)와, 이 반입 반출구(42)를 개폐하는 게이트 밸브(43)가 마련되어 있다. A carry-in / out port 42 for carrying in / out of the wafer W between the chamber 1 and a wafer transfer chamber (not shown) provided adjacent to the chamber 1, and the carry-in / out port 42. The gate valve 43 which opens and closes is provided.

Ti 막 성막 장치(100)의 구성부는 컴퓨터로 이루어지는 제어부(50)에 접속되어 제어되는 구성으로 되어 있다. 또한, 제어부(50)에는 공정 관리자가 Ti 막 성막 장치(100)를 관리하기 위해서 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나, Ti 막 성막 장치(100)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 유저 인터페이스(51)가 접속되어 있다. 또한, 제어부(50)에는 Ti 막 성막 장치(100)에서 실행되는 각종 처리를 제어부(50)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라 Ti 막 성막 장치(100)의 각 구성부에 처리를 실행시키기 위한 프로그램, 즉 레시피가 저장된 기억부(52)가 접속되어 있다. 레시피는 하드 디스크나 반도체 메모리에 기억되어 있어도 되고, CDROM, DVD 등의 운반 가능한 기억 매체에 수용된 상태로 기억부(52)의 소정 위치에 세트하도록 되어 있어도 된다. 또한, 다른 장치로부터, 예컨대 전용 회선을 통해서 레시피를 적절하게 전송하도록 해도 된다. 그리고, 필요에 따라서, 유저 인터페이스(51)로부터의 지시 등으로 임의의 레시피를 기억부(52)로부터 호출하여 제어부(50)에 실행시킴으로써 제어부(50)의 제어 하에서, Ti 막 성막 장치(100)에서의 소망하는 처리가 행해진다. The component part of the Ti film-forming apparatus 100 is connected to the control part 50 which consists of computers, and is controlled by it. In addition, the control part 50 is comprised by the keyboard which a process manager performs a command input operation etc. in order to manage the Ti film-forming apparatus 100, the display which visualizes and displays the operation state of the Ti film-forming apparatus 100, etc. The user interface 51 is connected. In addition, the control part 50 has a control program for realizing the various processes performed by the Ti film-forming apparatus 100 by control of the control part 50, and each component part of the Ti film-forming apparatus 100 according to process conditions. A program for executing a process, that is, a storage unit 52 in which a recipe is stored, is connected. The recipe may be stored in a hard disk or a semiconductor memory, or may be set in a predetermined position of the storage unit 52 in a state accommodated in a portable storage medium such as a CDROM or a DVD. In addition, the recipe may be appropriately transmitted from another apparatus, for example, via a dedicated line. Then, if necessary, the Ti film deposition apparatus 100 is controlled under the control of the control unit 50 by calling an arbitrary recipe from the storage unit 52 and executing the control unit 50 by an instruction from the user interface 51 or the like. The desired processing in is performed.

다음으로, 이상과 같은 Ti 막 성막 장치(100)에 있어서의 본 실시예에 관한 Ti 막 성막 방법에 대하여 설명한다.Next, the Ti film film-forming method concerning this Example in the above-mentioned Ti film film-forming apparatus 100 is demonstrated.

본 실시예에 있어서는 Ti 막을 성막하는 대상인 반도체 웨이퍼(W)로서 예컨대, 도 2에 도시하는 구조의 것을 이용한다. 즉, 실리콘 기판(101) 위에 게이트 절연막(102)을 통해서 게이트 전극(103)이 형성되며, 그 주위 및 위에 층간 절연막(104) 및 금속 배선층(105)이 형성되고, 금속 배선층(105)과 게이트 전극(103)이 매립 배선(106)에 의해 접속되어 있다. 또한, 금속 배선층(105) 위에는 비어홀(107)이 형성된 층간 절연막(108)이 형성되어 있다. 또한, 층간 절연막(104)에는 트렌치(109)가 형성되어 있다. In this embodiment, for example, the semiconductor wafer W as a target for forming a Ti film is used as the structure shown in FIG. That is, the gate electrode 103 is formed on the silicon substrate 101 through the gate insulating film 102, the interlayer insulating film 104 and the metal wiring layer 105 are formed around and on the silicon substrate 101, and the metal wiring layer 105 and the gate are formed. The electrode 103 is connected by the buried wiring 106. In addition, an interlayer insulating film 108 having a via hole 107 is formed on the metal wiring layer 105. In addition, a trench 109 is formed in the interlayer insulating film 104.

이러한 구조의 웨이퍼(W)에 Ti 막을 형성하기 위해서는 우선, 챔버(1) 내를 게이트 밸브(43)를 통해서 접속되어 있는 외부 분위기와 같게 조정한 후, 게이트 밸브(43)를 열어서, 진공 상태인 도시하지 않는 웨이퍼 반송실로부터 반입 반출구(42)를 거쳐서 상기 구조를 가진 웨이퍼(W)를 챔버(1) 내로 반입한다. 그리고, 챔버(1) 내에 Ar 가스를 공급하면서 웨이퍼(W)를 예비 가열한다. 웨이퍼(W)의 온도가 거의 안정된 시점에, Ar 가스, H2 가스 및 TiCl4 가스를 도시하지 않는 프리플로우 라인에 소정 유량 흘려서 프리 플로우를 행한다. 그리고, 가스 유량 및 압력을 동일하게 유지하는 채로 성막용 라인으로 전환하여, 이들 가스를 샤워 헤드(10)를 통해서 챔버(1) 내에 도입한다. 이 때, 샤워 헤드(10)에는 고주파 전원(34)으로부터 고주파 전력이 인가되고, 이에 따라 챔버(1) 내에 도입된 Ar 가스, H2 가스, TiCl4 가스가 플라즈마화된다. 그리고, 히터(5)에 의해 소정 온도로 가열된 웨이퍼(W) 상에서 플라즈마화된 가스가 반응하여 웨이퍼(W) 상에 Ti가 퇴적된다. In order to form a Ti film on the wafer W having such a structure, first, the inside of the chamber 1 is adjusted to be the same as the external atmosphere connected through the gate valve 43, and then the gate valve 43 is opened to obtain a vacuum state. The wafer W having the above structure is carried into the chamber 1 from the wafer transfer chamber (not shown) via the carry-out port 42. Then, the wafer W is preheated while the Ar gas is supplied into the chamber 1. When the temperature of the wafer W is almost stable, preflow is performed by flowing a predetermined flow rate into a preflow line (not shown) of Ar gas, H 2 gas, and TiCl 4 gas. Then, the gas flow and pressure are maintained in the same manner as the film forming line, and these gases are introduced into the chamber 1 through the shower head 10. At this time, the high frequency power is applied from the high frequency power source 34 to the shower head 10, whereby the Ar gas, the H 2 gas, and the TiCl 4 gas introduced into the chamber 1 are converted into plasma. Then, the plasmaized gas reacts on the wafer W heated by the heater 5 to a predetermined temperature, and Ti is deposited on the wafer W.

이렇게 하여 플라즈마의 존재 하에서 CVD에 의해 Ti 막을 성막하는 경우에는 종래, Ti 막의 막질(전기 특성), 성막 속도 및 막질의 균일성 등을 고려하여 처리 조건을 결정했지만, 최근 장치의 미세화에 의해 홀의 개구 직경이 0.13㎛ 이하 및/또는 아스펙트비가 10 이상인 스펙이 많아지고 있어서, 종래의 조건으로서는 차지 업 데미지가 발생하기 쉽다는 것이 밝혀졌다. In this way, when a Ti film is formed by CVD in the presence of plasma, processing conditions are conventionally determined in consideration of the film quality (electrical characteristics), film formation speed, and film uniformity of the Ti film. It became clear that the specification of 0.13 micrometer or less in diameter, and / or an aspect ratio of 10 or more became large, and charge up damage was easy to generate | occur | produce as a conventional condition.

차지 업 데미지가 발생하는 메커니즘에 대하여 도 3을 참조하면서 설명한다. 우선, 플라즈마가 생성되면, 웨이퍼(W) 표면은 음으로 대전되고, 플라즈마(P)와 실리콘 기판(101) 사이에는 전위차 Vpp가 발생하며, 플라즈마와 웨이퍼(W) 사이에는 이온 쉬스(ion sheath)(S)가 형성된다. 본질적으로, 전자 e는 가볍기 때문에 움직임이 활발해서 등방적인 운동을 하기 쉽고, 이온 i는 무겁기 때문에 움직임이 둔하여 이방적인 운동을 하기 쉽다. 따라서, 전위차 Vpp(플라즈마 전위)의 전장이 발생하고 있는 이온 쉬스(S)에서는 전자 e는 가로 방향의 운동량이 많은 등방적인 움직임을 하고, 이온 i는 이온 쉬스(S)의 전장 방향을 따라서 웨이퍼(W)를 향하는 이방성이 높은 움직임을 한다. 따라서, 개구 직경이 작고 아스펙트비가 큰 비어홀(107)로서는 전자 e는 그 바닥부에 도달하여 어렵게 되지만, 이온 i는 이온 쉬스(S)에 의해서 가속되어 홀의 바닥에 도달하기 때문에, 비어홀(107)의 바닥부가 플러스로 대전된다(전자 셰이딩 효과). 한편, 트렌치(109)는 폭이 넓기 때문에, 등방적으로 운동하는 전자 e도 용이하게 그 바닥부에 도달한다. 이 때문에, 비어홀(107)의 바닥부와 트렌치(109)의 바닥부와의 사이에 전위차를 발생하여, 게이트 절연막(102)에 전계가 발생한다. 비어홀(107)의 개구 직경이 작고, 아스펙트비가 클 수록 이러한 현상은 현저하게 되어서, 비어홀(107)의 바닥부와 트렌치(109)의 바닥부와의 사이의 전위차가 커져서, 게이트 절연막(102)에는 강한 전계가 인가되고, 게이트 절연막(102)에 절연 파괴가 발생하여 소자가 파괴되는 경우가 발생한다(차지 업 데미지). 이러한 차지 업 데미지는 종래는 거의 발생하지 않았지만, 홀의 개구 직경이 0.13㎛ 이하 및/또는 아스펙트비가 10 이상이 됨으로써, 무시할 수 없을 정도로 발생하게 되었다. A mechanism in which charge up damage occurs will be described with reference to FIG. 3. First, when plasma is generated, the surface of the wafer W is negatively charged, a potential difference Vpp is generated between the plasma P and the silicon substrate 101, and an ion sheath is formed between the plasma and the wafer W. (S) is formed. In essence, since electron e is light, the movement is vigorous and easy to perform isotropic movement, while ion i is heavy and dull and easy to perform anisotropic movement. Therefore, in the ion sheath S in which the electric field of the potential difference Vpp (plasma potential) is generated, the electron e performs isotropic movement with a large amount of momentum in the lateral direction, and the ion i moves along the electric field of the ion sheath S in the wafer ( Anisotropic high movement towards W). Therefore, the via hole 107 having a small opening diameter and a large aspect ratio makes it difficult for the electron e to reach its bottom portion, but since the ion i is accelerated by the ion sheath S and reaches the bottom of the hole, the via hole 107 The bottom of is positively charged (electron shading effect). On the other hand, since the trench 109 has a wide width, the isoelectric e e moving isotropically easily reaches its bottom. For this reason, a potential difference is generated between the bottom portion of the via hole 107 and the bottom portion of the trench 109, and an electric field is generated in the gate insulating film 102. As the opening diameter of the via hole 107 is smaller and the aspect ratio is larger, this phenomenon becomes more remarkable, and the potential difference between the bottom portion of the via hole 107 and the bottom portion of the trench 109 increases, so that the gate insulating film 102 is formed. A strong electric field is applied to the gate insulating film 102 to cause dielectric breakdown (charge up damage). Such charge-up damage has hardly occurred in the past, but the hole diameter of the hole is 0.13 µm or less and / or the aspect ratio is 10 or more, so that it cannot be ignored.

이러한 차지 업 데미지를 효과적으로 해소하는 수법에 대하여 검토를 거듭한 결과, 플라즈마의 에너지를 저하시켜 Vpp 자체를 저하시키는 것이 유효하다는 것을 알았다. 즉, Vpp를 저하시킴으로써, 이온의 홀 바닥부로의 인입력이 약해져서, 비어홀(107)의 바닥부와 트렌치(109)의 바닥부와의 사이의 전위차가 작아져서, 게이트 절연막(102)의 절연 파괴를 억제할 수 있다. As a result of extensive studies on the method of effectively eliminating the charge-up damage, it was found that it is effective to lower the energy of plasma and to lower Vpp itself. That is, by lowering Vpp, the input of ions to the bottom of the hole is weakened, the potential difference between the bottom of the via hole 107 and the bottom of the trench 109 becomes small, and the dielectric breakdown of the gate insulating film 102 is reduced. Can be suppressed.

종래의 플라즈마 CVD에 의한 Ti의 성막에 있어서는 성막 속도를 중시하는 관점에서, 플라즈마 에너지가 비교적 높고, Vpp로서는 900V를 넘는 비교적 높은 값을 이용하고 있었기 때문에, 개구 직경이 0.13㎛ 이하 및/또는 아스펙트비가 10 이상인 홀을 갖는 웨이퍼(W)에 Ti 막을 성막할 때에 차지 업 데미지가 무시할 없을 정도로 발생했지만, 본 발명에서는 Vpp을 900V 이하로 해서 차지 업 데미지를 허용범위 내로 저감한다. In the conventional film formation of Ti by plasma CVD, since the plasma energy is relatively high and a relatively high value of more than 900 V is used as Vpp, the opening diameter is 0.13 µm or less and / or an aspect. Although charge-up damage occurred in a negligible manner when the Ti film was formed on the wafer W having a hole having a ratio of 10 or more, the charge-up damage was reduced within the allowable range by setting Vpp to 900V or less.

Vpp를 저하시키는 가장 효과적인 방법은 고주파 전원(34)의 파워를 저하시키는 것이다. 또한, TiCl4 가스가 많이 존재하는 경우에는 이것이 분해되어 생성되는 Cl-이온이 존재하고, 플라즈마 중의 전자가 적어져서 플라즈마의 저항이 높아져서, 결과적으로 Vpp가 높아지기 때문에, TiCl4 가스의 유량을 저하시킴으로써도 Vpp를 저하시킬 수 있다. The most effective way to lower Vpp is to lower the power of the high frequency power supply 34. In the case where a large amount of TiCl 4 gas is present, Cl- ions generated by decomposition thereof are present, and electrons in the plasma are reduced to increase the resistance of the plasma, resulting in higher Vpp, thereby lowering the flow rate of the TiCl 4 gas. Vpp can also be reduced.

이들 중 어느 하나를 조정함으로써, Vpp를 900 V 이하의 소망하는 값으로 해서 차지 업 데미지를 저감할 수는 있지만, 한쪽만을 제어해서는 막질 균일성 등의 다른 특성을 소망하는 특성으로 조정하는 마진이 좁아진다. 이 때문에, 고주파 전원(34)의 파워와 TiCl4 가스 유량 양쪽을 제어하는 것이 바람직하다. By adjusting any one of these, charge up damage can be reduced by setting Vpp to a desired value of 900 V or less. However, controlling only one side results in a narrow margin for adjusting other characteristics such as film quality uniformity to a desired characteristic. Lose. For this reason, it is desirable to control the power and TiCl 4 gas flow rate of both the high-frequency power source 34. The

구체적으로는 고주파 전원(34)의 파워는 200~800W가 바람직하고, TiCl4 가스 유량은 2~12mL/min(sccm)이 바람직하다. 보다 바람직하게는 이들을 동시에 만족시키는 것이다. 막질의 균일성 등을 가미한 한층 더 바람직한 범위로서는 고주파 전원(34)의 파워 : 400W 초과~800W 미만, TiCl4 가스 유량 : 2~l2mL/min(sccm)을 동시에 만족하는 범위이다. Specifically, the power of the high frequency power supply 34 is preferably 200 to 800 W, and the TiCl 4 gas flow rate is preferably 2 to 12 mL / min (sccm). More preferably, these are satisfied at the same time. As a more preferable range including the uniformity of the film quality, it is a range that satisfies the power of the high frequency power supply 34: more than 400W and less than 800W, and the TiCl 4 gas flow rate: 2 to l2 mL / min (sccm) at the same time.

그 밖의 프로세스 조건은 통상의 플라즈마 CVD에 의한 Ti 막의 성막과 동일하면 되고, 이하에 나타내는 조건이 예시된다. Other process conditions should just be the same as that of the film formation of a Ti film by normal plasma CVD, and the conditions shown below are illustrated.

고주파 전력의 주파수 : 300kHz~27MHz Frequency of high frequency power: 300kHz to 27MHz

서셉터 온도 : 300~650℃Susceptor Temperature: 300 ~ 650 ℃

Ar 가스 유량 : 500~2000mL/min(sccm) Ar gas flow rate: 500 ~ 2000mL / min (sccm)

H2 가스 유량 : 1000~5000mL/min(sccm)H 2 gas flow rate: 1000 ~ 5000mL / min (sccm)

챔버내 압력: 133~1333 Pa(1~10 Torr)Pressure in chamber: 133 ~ 1333 Pa (1 ~ 10 Torr)

또한, Ti 막의 성막 시간은 얻고자 하는 막두께에 따라 적절하게 설정된다. The deposition time of the Ti film is appropriately set according to the film thickness to be obtained.

이상과 같이 하여 Ti 막의 성막을 행한 후, 필요에 따라서 Ti 막의 질화 처리를 실시해도 된다. 이 질화 처리에서는 상기 Ti 퇴적 공정의 종료 후, TiCl4 가스를 정지하고, H2 가스 및 Ar 가스를 흘리는 상태로 그대로, 챔버(1) 내를 적절한 온도에 가열하면서, 질화 가스로서 NH3 가스를 흘림과 아울러, 고주파 전원(34)으로부터 샤워 헤드(40)에 고주파 전력을 인가하여 처리 가스를 플라즈마화하여, 플라즈마화한 처리 가스에 의해 웨이퍼(W)에 성막한 Ti 박막의 표면을 질화한다. 또한, Ti 성막 공정에서, 콘택트 홀이나 비아홀의 측벽에 Ti 막이 퇴적되지 않고, 이 경우에는 홀 상부와 홀 바닥부에 도통이 이루어지지 않기 때문에, 질화 처리시에 플라즈마를 생성하면 차지 업 데미지가 발생하는 일이 있다. 이를 회피하는 관점에서는 플라즈마를 형성하지 않고 질화 처리를 행하는 것이 바람직하다. After the Ti film is formed as described above, the Ti film may be nitrided as necessary. In this nitriding treatment, after completion of the Ti deposition process, the TiCl 4 gas is stopped and NH 3 gas is used as the nitriding gas while the inside of the chamber 1 is heated to an appropriate temperature while flowing H 2 gas and Ar gas. In addition to the flow, the high frequency power is applied from the high frequency power source 34 to the shower head 40 to make the processing gas into plasma, and the surface of the Ti thin film formed on the wafer W by the plasma processing gas is nitrided. In the Ti film forming process, the Ti film is not deposited on the sidewalls of the contact hole or the via hole, and in this case, no conduction occurs at the top of the hole and the bottom of the hole. Therefore, charge-up damage occurs when plasma is generated during nitriding. There is work to do. In view of avoiding this, it is preferable to perform nitriding without forming plasma.

질화 처리의 바람직한 조건은 이하와 같다. Preferable conditions of the nitriding treatment are as follows.

고주파 전력의 주파수 : 300kHz~27MHz Frequency of high frequency power: 300kHz to 27MHz

고주파 파워 : 200~1500W High Frequency Power: 200 ~ 1500W

서셉터 온도: 300~650℃ Susceptor Temperature: 300 ~ 650 ℃

Ar 가스 유량 : 2000mL/min 이하, 바람직하게는 800~2000mL/min(sccm) Ar gas flow rate: 2000 mL / min or less, preferably 800 to 2000 mL / min (sccm)

H2 가스 유량 : 1500~4500mL/min(sccm) H 2 gas flow rate: 1500 ~ 4500mL / min (sccm)

NH3 가스 유량 : 500~2000mL/min(sccm)NH 3 gas flow rate: 500 ~ 2000mL / min (sccm)

챔버내 압력: 133~1333 Pa(1~10 Torr)Pressure in chamber: 133 ~ 1333 Pa (1 ~ 10 Torr)

또한, 이 공정은 필수적인 것은 아니지만, Ti 막의 산화 방지 등의 관점에서 실시하는 것이 바람직하다. In addition, although this process is not essential, it is preferable to carry out from a viewpoint of oxidation prevention of a Ti film | membrane, etc.

Ti 막 성막 후 또는 질화 처리 후, 챔버(1) 내를 게이트 밸브(43)를 통해서 접속되어 있는 외부 분위기와 같게 조정한 후, 게이트 밸브(43)를 열어서, 반입 반출구(42)를 통해서 도시하지 않는 웨이퍼 반송실로 웨이퍼(W)를 반출한다.After the Ti film formation or after the nitriding treatment, the chamber 1 is adjusted in the same manner as in the external atmosphere connected through the gate valve 43, and then the gate valve 43 is opened to show through the carry-in / out port 42. The wafer W is carried out to the wafer transfer chamber not to be used.

이렇게 하여, Ti 막의 성막 및 필요에 따라서 질화 처리를 소정 매수의 웨이퍼에 대하여 행한 후 챔버(1)의 클리닝을 행한다. 이 처리는 챔버(1) 내에 웨이퍼가 존재하지 않는 상태로, 챔버(1) 내에 ClF3 가스 공급원(21)으로부터 ClF3 가스 공급 라인(27, 30b)을 거쳐서 ClF3 가스를 도입하고, 샤워 헤드(10)를 적당한 온도로 가열하면서 드라이 클리닝을 행함으로써 실행한다. In this way, the deposition of the Ti film and, if necessary, the nitriding treatment are performed on a predetermined number of wafers, and then the chamber 1 is cleaned. This process introduces the ClF 3 gas through the a state in which no wafer present in the chamber (1), the ClF 3 gas supply line (27, 30b) from the ClF 3 gas supply source 21 into the chamber 1, the showerhead This is performed by performing dry cleaning while heating (10) to an appropriate temperature.

다음으로, 실제로 고주파 전원(34)의 파워와 TiCl4 가스 유량을 변화시켜 Ti 막을 성막하여 Vpp를 측정한 결과에 대하여 설명한다. 도 4는 표준 조건으로서 고주파 파워 : 800W, TiCl4 유량 : 12mL/min(sccm), Ar 가스 유량 : 1600mL/min(sccm), H2 가스 유량 : 4000mL/min(sccm), 챔버내 압력 : 667 Pa, 서셉터온도 : 640℃를 이용하여, 고주파 전원(34)의 파워와 TiCl4 가스 유량을 변화시킨 경우의 Vpp의 값을 도시하는 도면이다. 이 도면으로부터, 고주파 전원(34)의 파워가 200~800W이고, TiCl4 가스 유량이 2~12mL/min(sccm)일 때에, Vpp를 650~900V인 범위로 제어할 수 있다는 것이 확인되었다. 또한, Vpp이 900V 이하인 범위에서, 막질의 편차(시트 저항의 면내 균일성)을 조사한 바, 고주파 전원(34)의 파워가 600W이고 TiCl4 가스 유량이 12mL/min(sccm)(막질 편차 4.81%), 고주파 전원(34)의 파워가 600W이고 TiCl4 가스 유량이 8mL/min(sccm)(막질 편차 2.96%), 고주파 전원(34)의 파워가 600W이고 TiCl4 가스 유량이 6mL/min(sccm)(막질 편차 3.55%), 고주파 전원(34)의 파워가 600W이고 TiCl4 가스 유량이 2mL/min(sccm)(막질 편차 2.38%), 고주파 전원(34)의 파워가 400W이고 TiCl4 가스 유량이 2mL/min(sccm)(막질 편차 4.46%)인 조건에서 5% 이하의 스펙을 만족한다는 것이 확인되었다. Next, the results of measuring the Vpp by forming the Ti film by actually changing the power of the high frequency power supply 34 and the TiCl 4 gas flow rate will be described. 4 is a standard condition, high frequency power: 800 W, TiCl 4 flow rate: 12 mL / min (sccm), Ar gas flow rate: 1600 mL / min (sccm), H 2 gas flow rate: 4000 mL / min (sccm), pressure in the chamber: 667 Pa, the susceptor temperature: a view using a 640 ℃, showing the value of Vpp in the case where changes in the flow rate of power and TiCl 4 gas of the high-frequency power source 34. From this figure, it was confirmed that when the power of the high frequency power supply 34 is 200 to 800 W and the TiCl 4 gas flow rate is 2 to 12 mL / min (sccm), the Vpp can be controlled in the range of 650 to 900 V. In addition, when the variation in film quality (in-plane uniformity of sheet resistance) was examined in the range where Vpp was 900 V or less, the power of the high frequency power supply 34 was 600 W and the TiCl 4 gas flow rate was 12 mL / min (sccm) (film quality deviation 4.81%). ), The high frequency power supply 34 has a power of 600 W, the TiCl 4 gas flow rate is 8 mL / min (sccm) (membrane deviation 2.96%), the high frequency power supply 34 has a power of 600 W, and the TiCl 4 gas flow rate is 6 mL / min (sccm). ) (Membrane deviation 3.55%), power of high frequency power supply 34 is 600W, TiCl 4 gas flow rate is 2mL / min (sccm) (membrane quality deviation 2.38%), power of high frequency power supply 34 is 400W, TiCl 4 gas flow rate It was confirmed that the specification of 5% or less was satisfied under the condition of 2 mL / min (sccm) (membrane variation 4.46%).

다음으로, 이들 조건에 대하여 성막 속도를 조사했다. 그 결과를 도 5에 나타낸다. 이 도면에 도시하는 바와 같이, 고주파 파워, TiCl4 가스 유량을 저하시켜 Vpp를 900V 이하로 함으로써, 성막 속도가 저하한다는 것이 확인되었다. Next, the film-forming speed | rate was investigated about these conditions. The result is shown in FIG. As shown in this figure, it was confirmed that the film formation rate was lowered by lowering the high frequency power and the TiCl 4 gas flow rate to set Vpp to 900 V or less.

이러한 성막 속도 저하의 영향을 최대한 억제하는 관점에서는 Ti 막의 성막에 있어서, 제 1 단계로서, 상기 차지 업 데미지가 발생하기 어려운 저 Vpp 처리 조건에서 Ti 막을 성막하고, 차지 업 데미지가 발생할 염려가 없어졌을 때, 고주파 파워 및/또는 TiCl4 가스 유량을 증가시켜 성막 속도를 상승시킨 조건으로 전환하여 제 2 단계의 성막을 행하는 것이 바람직하다. 차지 업 데미지는 Ti 막이 웨이퍼 전면에 형성된 후에는 발생하지 않기 때문에, Ti 막이 웨이퍼 전면에 형성되는 시점에 제 2 단계의 성막 조건으로 전환하면 된다. 이에 따라, 차지 업이 발생하기 어려운, 성막 속도가 느린 조건에서의 성막을 최소한으로 하여 최대한 성막 속도가 높은 성막 처리를 행할 수 있다. 이 제 2 단계의 조건으로서는 고주파 파워 : 800W 이상, TiCl4 가스 유량 : 12~20mL/min(sccm)인 것이 바람직하다. From the viewpoint of suppressing the effects of such a decrease in film formation rate as much as possible, the Ti film is formed as a first step in forming the Ti film under low Vpp treatment conditions in which the charge up damage is hardly generated, and there is no fear of charge up damage occurring. In this case, it is preferable to perform the second step of film formation by switching to a condition in which the high frequency power and / or TiCl 4 gas flow rate is increased to increase the film formation speed. Since charge up damage does not occur after the Ti film is formed on the entire surface of the wafer, it is sufficient to switch to the film forming conditions of the second step at the time when the Ti film is formed on the entire surface of the wafer. Thereby, the film-forming process with the highest film-forming speed can be performed with the minimum film-forming in the conditions with a slow film-forming speed which hardly arises charge-up. The conditions of the second-stage high-frequency power: it is preferable that 12 ~ 20mL / min (sccm) : 800W or more, TiCl 4 gas flow rate.

또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 여러 가지로 변형 가능하다. 예컨대, 상기 실시예에서는 TiCl4 가스와 H2 가스와 Ar 가스를 동시에 공급하여 플라즈마 CVD를 행한 경우에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이에 한하지 않고, TiCl4 가스+H2 가스+Ar 가스를 공급하는 제 1 단계와, H2 가스+Ar 가스를 공급하는 제 2 단계를 교대로 실행하는 SFD 프로세스를 이용해도 되고, TiCl4 가스+Ar 가스를 공급하는 제 1 단계와, H2 가스+Ar 가스를 공급하는 제 2 단계를 교대로 실행하는 ALD 프로세스를 이용해도 된다. ALD 프로세스에서는 제 2 단계만 플라즈마를 생성하도록 해도 된다. 또한, 피처리 기판으로서는 반도체 웨이퍼에 한하지 않고 예컨대 액정 표시 장치(LCD)용 기판 등의 다른 것이여도 된다.In addition, this invention is not limited to the said Example, It can variously change. For example, in the above embodiment, the case where plasma CVD was performed by simultaneously supplying TiCl 4 gas, H 2 gas, and Ar gas was described. However, the present invention is not limited thereto, and TiCl 4 gas + H 2 gas + Ar gas are supplied. the Fig. is, TiCl a first step of supplying a 4 gas + Ar gas, H 2 gas + Ar gas using the SFD process executing the second step of alternately supplying the step 1, H 2 gas + Ar gas You can also use an ALD process that alternates the second step of supplying. In the ALD process, only the second step may generate the plasma. The substrate to be processed is not limited to a semiconductor wafer, but may be another one such as a substrate for a liquid crystal display device (LCD).

본 발명자 등은 차지 업 데미지가 전자 셰이딩 효과에 의한 것이라고 생각하여, 이 전자 셰이딩 효과를 저감시키기 위해서, 이온이 홀 바닥으로 인입되는 구동 력인 플라즈마의 전위(Vpp)를 저하시키는 것이 유효하다는 생각에 이르렀다. 본 발명에서는 이러한 지견을 기초로, 개구 직경이 0.13㎛ 이하 및/또는 아스펙트비가 10 이상인 홀을 갖는 피처리 기판에 Ti 막을 성막할 때에, 플라즈마의 전위가 900V 이하로 낮은 값이 되도록, 고주파 전력의 파워 및/또는 TiCl4 가스의 유량을 제어하기 때문에, 전자 셰이딩 효과에 의한 차지 업 데미지를 저감할 수 있다. The inventors have thought that the charge up damage is due to the electron shading effect, and in order to reduce the electron shading effect, it has come to the idea that it is effective to lower the electric potential (Vpp) of the plasma, which is the driving force for the ions to enter the hole bottom. . Based on this knowledge, in the present invention, when the Ti film is formed on a substrate to be processed having a hole having an aperture diameter of 0.13 µm or less and / or an aspect ratio of 10 or more, the high frequency electric power is set so that the potential of the plasma is as low as 900 V or less. Since the power and / or the flow rate of the TiCl 4 gas are controlled, charge up damage due to the electron shading effect can be reduced.

이러한 차지 업 데미지를 저감할 수 있는 조건에서는 성막 속도가 불가피하게 작아지지만, 차지 업 데미지를 저감 가능한 상기 조건에서 제 1 단계의 성막을 행하고, 전면에 Ti 막이 형성되어 차지 업 데미지의 염려가 없어지는 시점에 성막 속도를 상승시킨 제 2 단계의 성막을 행하도록 함으로써, 차지 업이 발생하기 어려운, 성막 속도가 느린 조건에서의 성막을 최소한으로 하여 상당히 성막 속도가 높은 성막 처리를 행할 수 있다.Although the film formation speed is inevitably small under such a condition that the charge up damage can be reduced, the film formation in the first step is performed under the above conditions where the charge up damage can be reduced, and a Ti film is formed on the entire surface so that there is no fear of charge up damage. By performing the film formation in the second step in which the film formation speed is increased at the time point, it is possible to perform the film formation process with a considerably high film formation speed by minimizing the film formation under a slow film formation speed condition in which charge up hardly occurs.

Claims (9)

한 쌍의 평행 평판 전극을 갖는 챔버 내에, 개구 직경이 0.13㎛ 이하 및/또는 아스펙트비가 10 이상인 홀을 갖는 피처리 기판을 배치하고, TiCl4 가스 및 H2 가스를 포함하는 처리 가스를 도입하면서 상기 평행 평판 전극 중 적어도 한쪽에 고주파 전력을 공급하여 이들 사이에 플라즈마를 형성하며, 이 플라즈마에 의해 상기 처리 가스의 반응을 촉진하여 피처리체에 Ti 막을 성막하는 Ti 막의 성막 방법으로서, In a chamber having a pair of parallel plate electrodes, a substrate to be processed having a hole having an opening diameter of 0.13 μm or less and / or an aspect ratio of 10 or more is disposed, and a processing gas containing TiCl 4 gas and H 2 gas is introduced. A method of forming a Ti film in which a high frequency power is supplied to at least one of the parallel plate electrodes to form a plasma therebetween, whereby the reaction of the processing gas is promoted by the plasma to form a Ti film on a workpiece. 상기 플라즈마의 전위가 900V 이하가 되도록, 상기 고주파 전력의 파워 및/또는 상기 TiCl4 가스의 유량을 제어하고, 이 조건에서 Ti 막을 성막하는 것Controlling the power of the high frequency power and / or the flow rate of the TiCl 4 gas so that the potential of the plasma is 900 V or less, and forming a Ti film under these conditions 을 특징으로 하는 Ti 막의 성막 방법. The film formation method of the Ti film characterized by the above-mentioned. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 고주파 전력의 파워가 200~800W이고, 상기 TiCl4 가스 유량이 2~12mL/min(sccm)인 것을 특징으로 하는 Ti 막의 성막 방법. The high frequency power is 200-800 W, and the TiCl 4 gas flow rate is 2-12 mL / min (sccm). 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 고주파 전력의 파워 : 400W 초과~800W 미만, 상기 TiCl4 가스 유량 : 2~12mL/min(sccm)을 동시에 만족하는 것을 특징으로 하는 Ti 막의 성막 방법. And a power of the high frequency power: more than 400 W and less than 800 W, and simultaneously satisfying the TiCl 4 gas flow rate: 2 to 12 mL / min (sccm). 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 Ti 막 성막 후, 상기 처리 가스로서 NH3 가스, H2 가스 및 Ar 가스를 도입하여 플라즈마를 존재시키지 않고 상기 Ti 막 표면의 질화 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 Ti 막의 성막 방법. After the Ti film is formed, an NH 3 gas, an H 2 gas, and an Ar gas are introduced as the processing gas to perform nitriding treatment on the Ti film surface without the presence of plasma. 한 쌍의 평행 평판 전극을 갖는 챔버 내에, 개구 직경이 0.13㎛ 이하 및/또는 아스펙트비가 10 이상인 홀을 갖는 피처리 기판을 배치하고, TiCl4 가스 및 H2 가스를 포함하는 처리 가스를 도입하면서 상기 평행 평판 전극 중 적어도 한쪽에 고주파 전력을 공급하여 이들 사이에 플라즈마를 형성하며, 이 플라즈마에 의해 상기 처리 가스의 반응을 촉진하여 피처리체에 Ti 막을 성막하는 Ti 막의 성막 방법으로서, In a chamber having a pair of parallel plate electrodes, a substrate to be processed having a hole having an opening diameter of 0.13 μm or less and / or an aspect ratio of 10 or more is disposed, and a processing gas containing TiCl 4 gas and H 2 gas is introduced. A method of forming a Ti film in which a high frequency power is supplied to at least one of the parallel plate electrodes to form a plasma therebetween, whereby the reaction of the processing gas is promoted by the plasma to form a Ti film on a workpiece. 상기 플라즈마의 전위가 900V 이하가 되도록, 상기 고주파 전력의 파워 및/또는 상기 TiCl4 가스의 유량을 제어하여 제 1 단계의 성막을 행하고, 상기 제 1 단계의 성막에 의해 상기 피처리체의 전면(全面)에 Ti 막이 성막된 시점에, 상기 고 주파 전력의 파워 및/또는 상기 TiCl4 가스의 유량을 증가시켜 성막 속도를 상승시킨 제 2 단계의 성막을 행하여 Ti 막을 성막하는 것The film formation in the first step is performed by controlling the power of the high frequency power and / or the flow rate of the TiCl 4 gas so that the potential of the plasma is 900 V or less, and the entire surface of the target object is formed by the film formation of the first step. At the time when the Ti film is formed, the Ti film is formed by performing the second step of forming the film by increasing the power of the high frequency power and / or the flow rate of the TiCl 4 gas to increase the film formation rate. 을 특징으로 하는 Ti 막의 성막 방법. The film formation method of the Ti film characterized by the above-mentioned. 제 5 항에 있어서, The method of claim 5, 상기 제 1 단계의 성막에 있어서, 상기 고주파 전력의 파워가 200~800W이며, 상기 TiCl4 가스 유량이 2~12mL/min(sccm)인 것을 특징으로 하는 Ti 막의 성막 방법. In the film formation of the first step, the power of the high frequency power is 200 ~ 800W, the TiCl 4 gas flow rate is 2 ~ 12mL / min (sccm), the Ti film deposition method. 제 5 항에 있어서, The method of claim 5, 상기 제 1 단계의 성막에 있어서, 상기 고주파 전력의 파워: 400W 초과~800W 미만, 상기 TiCl4 가스 유량 : 2~12mL/min(sccm)을 동시에 만족하는 것을 특징으로 하는 Ti 막의 성막 방법. In the film formation of the first step, the power of the high frequency power: more than 400W ~ less than 800W, the TiCl 4 gas flow rate: 2 to 12mL / min (sccm) at the same time satisfying the film formation method of the Ti film. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 5 to 7, 상기 제 2 단계의 성막에 있어서, 상기 고주파 전력의 파워가 800W 이상이 며, 상기 TiCl4 가스 유량이 12~20mL/min(sccm)인 것을 특징으로 하는 Ti 막의 성막 방법. In the film formation of the second step, the power of the high frequency power is 800W or more, and the TiCl 4 gas flow rate is 12-20mL / min (sccm) film deposition method of the Ti film. 컴퓨터 상에서 동작하는 제어 프로그램이 기억된 컴퓨터 판독 가능 기억 매체로서,A computer readable storage medium storing a control program running on a computer, 상기 제어 프로그램은 실행시에, 청구항 1 내지 3 또는 청구항 5 내지 7 중 어느 한 항에 개시된 방법이 행해지도록 성막 장치를 제어하는 것The control program controls the film forming apparatus so that, when executed, the method disclosed in any one of claims 1 to 3 or 5 to 7 is performed. 을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능 기억 매체.And a computer readable storage medium.
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