KR20220152934A - 질화티타늄막의 성막 방법, 및 질화티타늄막을 성막하는 장치 - Google Patents

질화티타늄막의 성막 방법, 및 질화티타늄막을 성막하는 장치 Download PDF

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titanium
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츠요시 다카하시
홍석형
겐스케 히구치
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

비저항이 낮은 질화티타늄막을 성막한다.
처리 용기 내에 수용된 기판에 대하여, 염소와 티타늄을 포함하는 티타늄 화합물을 함유한 원료 가스를 공급하는 것과, 상기 기판에 대하여, 질소를 포함하고, 상기 티타늄 화합물과 반응하여 질화티타늄을 형성하는 질소 화합물을 함유한 반응 가스를 공급하는 것을 교대로 반복하여 실시하여 상기 질화티타늄막을 형성한다. 상기 질화티타늄막을 형성하는 공정은 2.7 내지 12.6kPa의 범위 내이며, 상기 질화티타늄막의 비저항이 57μΩ·cm 이하가 되도록 상기 처리 용기 내의 압력이 설정된 조건 하에서 실시된다.

Description

질화티타늄막의 성막 방법, 및 질화티타늄막을 성막하는 장치{TITANIUM NITRIDE FILM FORMING METHOD AND TITANIUM NITRIDE FILM FORMING APPARATUS}
본 개시는, 질화티타늄막의 성막 방법, 및 질화티타늄막을 성막하는 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조에 있어서, 질화티타늄(TiN)막은, 다양한 용도로 사용되고 있다. 이 TiN막은, 예를 들어 성막 가스로서, 티타늄(Ti)을 포함하는 가스, 예를 들어 사염화티타늄(TiCl4) 가스와, 질소(N)를 포함하는 가스, 예를 들어 암모니아(NH3) 가스를 사용하여 성막된다.
TiN막에 대해서는, 특허문헌 1에, TiCl4 가스와, NH3 가스를 사용하여, 1.3kPa(10Torr) 이내로 설정된 압력 하에서, ALD(Atomic Layer Deposition)법에 의해 성막하는 기술이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 상기 가스를 사용하여, 10-3Torr 내지 수십 Torr의 범위 내로 설정된 압력 하에서, CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의해 성막하는 기술이 기재되어 있다.
일본 특허 공개 제2018-66050호 공보 일본 특허 공개 평6-188205호 공보
본 개시는, 비저항이 낮은 질화티타늄막을 성막할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시는,
질화티타늄막의 성막 방법이며,
처리 용기 내에 수용된 기판에 대하여, 염소와 티타늄을 포함하는 티타늄 화합물을 함유한 원료 가스를 공급하는 것과, 상기 기판에 대하여, 질소를 포함하고, 상기 티타늄 화합물과 반응하여 질화티타늄을 형성하는 질소 화합물을 함유한 반응 가스를 공급하는 것을 교대로 반복하여 실시하여, 상기 질화티타늄막을 형성하는 공정을 포함하고,
상기 질화티타늄막을 형성하는 공정은, 2.7 내지 12.6kPa의 범위 내이며, 상기 질화티타늄막의 비저항이 57μΩ·cm 이하가 되도록 상기 처리 용기 내의 압력이 설정된 조건 하에서 실시되는 것을 특징으로 한다.
본 개시에 의하면, 비저항이 낮은 질화티타늄막을 성막할 수 있다.
도 1은 본 개시의 질화티타늄막을 성막하는 장치의 일례를 나타내는 종단 측면도이다.
도 2는 본 개시의 질화티타늄막을 성막하는 방법의 가스 공급 시퀀스의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 기판의 일면측에 형성된 질화티타늄막을 나타내는 종단 측면도이다.
도 4는 성막 방법의 압력 조건을 설명하기 위한 특성도이다.
도 5는 질화티타늄막의 평가 결과를 나타내는 제1 특성도이다.
도 6은 질화티타늄막의 평가 결과를 나타내는 제2 특성도이다.
도 7은 질화티타늄막의 평가 결과를 나타내는 제3 특성도이다.
도 8은 질화티타늄막의 평가 결과를 나타내는 제4 특성도이다.
도 9는 질화티타늄막의 평가 결과를 나타내는 제5 특성도이다.
도 10은 질화티타늄막의 평가 결과를 나타내는 제6 특성도이다.
<성막 장치>
기판에 대하여 질화티타늄막(TiN막)을 성막하는 장치(이하 「성막 장치」라 함)의 일 실시 형태에 대해서, 도 1을 참조하여 설명한다.
성막 장치(1)는, 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라 함)(W)를 수용하는 처리 용기(10)를 구비하고, 이 처리 용기(10)의 측벽의 상부에는, 예를 들어 원환상의 배기 덕트(13)가 배치되어 있다. 또한 이 배기 덕트(13)의 상면에는, 처리 용기(10)의 상부 개구를 막도록 천장벽(14)이 마련되어 있다. 처리 용기(10)는, 배기 덕트(13)의 배기구(131)를 통해, 진공 배기로(16)에 의해, 예를 들어 진공 펌프로 이루어지는 진공 배기부(17)에 접속된다.
진공 배기로(16)에는, 압력 조절부를 이루는 APC(Auto pressure Controller) 밸브(18)가 개재 설치되어 있다. APC 밸브(18)는, 예를 들어 나비 밸브로 이루어지고, 진공 배기로(16)를 개폐 가능하게 마련되며, 그 개방도의 조절에 의해 진공 배기로(16)의 컨덕턴스를 증감시킴으로써, 처리 용기(10) 내의 압력을 조절하는 역할을 하도록 구성된다.
처리 용기(10)의 내부에는, 웨이퍼(W)를 수평으로 지지함과 함께, 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 히터(21)가 매설된 적재대(2)가 마련되어 있다. 이 적재대(2)는 승강 기구(24)에 의해 승강 가능하게 구성되어 있다. 또한 도 1 중, 전달 위치에 있는 적재대(2)에 대해서 일점쇄선으로 나타낸다. 도면 중, 부호 25는, 웨이퍼(W)의 전달용 지지 핀을 가리키며, 승강 기구(26)에 의해 승강 가능하게 구성된다. 부호 22는, 지지 핀(25)용 관통 구멍, 부호 27 및 28은, 적재대(2), 지지 핀(25)의 승강 동작에 수반하여 신축하는 벨로우즈를 각각 가리킨다.
처리 용기(10)에는, 적재대(2)와 대향하도록, 처리 용기(10) 내에 처리 가스를 샤워상으로 공급하기 위한 샤워 헤드(3)가 마련되어 있다. 샤워 헤드(3)는, 그 내부에 가스 확산 공간(31)을 구비함과 함께, 그 하면은, 다수의 가스 토출 구멍(33)이 형성된 샤워 플레이트(32)로서 구성된다. 가스 확산 공간(31)에는 가스 도입 구멍(34)을 통해, 가스 공급계(4)가 접속되어 있다.
가스 공급계(4)는, 처리 용기(10)에, 원료 가스를 공급하기 위한 원료 가스 공급부(4A)와, 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부(4B)와, 원료 가스에 첨가되는 첨가 가스를 공급하기 위한 첨가 가스 공급부(4C)와, 원료 가스 및 반응 가스를 퍼지하기 위한 퍼지 가스로서 수소 가스의 공급을 행하기 위한 수소 가스 공급부(4D)를 구비하고 있다. 원료 가스는 염소(Cl)와 티타늄(Ti)을 포함하는 티타늄 화합물을 함유한 가스이며, 티타늄 화합물로서는 예를 들어 사염화티타늄(TiCl4)이 사용된다. 또한, 반응 가스는, 질소(N)를 포함하고, 티타늄 화합물과 반응하여 질화티타늄(TiN)을 형성하는 질소 화합물을 함유한 가스이고, 질소 화합물로서는 예를 들어 암모니아(NH3)가 사용된다. 또한, 첨가 가스는, 상기 티타늄 화합물인 TiCl4에 포함되는 염소와 반응하는 규소 화합물을 함유한 가스이며, 규소 화합물로서는 실란(SiH4)이 사용된다.
원료 가스 공급부(4A)는, TiCl4 가스의 공급원(41) 및 공급로(411)를 포함하는 것이며, 예를 들어 가스 공급로(411)에는, 상류측으로부터 유량 조정부(412), 저류 탱크(413) 및 밸브 V1이 개재 설치된다. 또한, 반응 가스 공급부(4B)는, NH3 가스의 공급원(42) 및 공급로(421)를 포함하는 것이며, 예를 들어 가스 공급로(421)에는, 상류측으로부터 유량 조정부(422), 저류 탱크(423) 및 밸브 V2가 개재 설치된다. 또한 첨가 가스 공급부(4C)는, SiH4 가스의 공급원(43) 및 공급로(431)를 포함하는 것이며, 예를 들어 가스 공급로(431)에는, 상류측으로부터 유량 조정부(432), 저류 탱크(433) 및 밸브 V3이 개재 설치된다. 그리고, 수소 가스 공급부(4D)는, H2 가스의 공급원(44) 및 공급로(441)를 포함하는 것이며, 예를 들어 가스 공급로(441)에는, 상류측으로부터 유량 조정부(442) 및 밸브 V4가 개재 설치된다.
이들 TiCl4 가스, NH3 가스, SiH4 가스는 각각 저류 탱크(413, 423, 433)에 일단 저류되어, 이들 저류 탱크(413, 423, 433) 내에서 소정의 압력으로 승압된 후, 처리 용기(10) 내에 공급된다. 저류 탱크(413, 423, 433)로부터 처리 용기(10)로의 각각의 가스의 공급 및 정지는, 밸브 V1 내지 V3의 개폐에 의해 행해진다.
또한, 가스 공급계(4)는, 처리 용기(10)에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급부를 구비하고, 불활성 가스로서는 예를 들어 질소(N2) 가스가 사용된다. 이 예에 있어서의 불활성 가스 공급부는, N2 가스의 공급원(45, 46, 47) 및 공급로(451, 461, 471)를 포함하는 것이다. 본 예에서는, 공급원(45)으로부터 공급되는 N2 가스는 TiCl4 가스용 퍼지 가스이고, 공급원(45)은 가스 공급로(451)를 통해, 가스 공급로(411)에 있어서의 밸브 V1의 하류측에 접속된다. 또한, 공급원(46)으로부터 공급되는 N2 가스는 NH3 가스용 퍼지 가스이며, 공급원(46)은, 가스 공급로(461)를 통해, 가스 공급로(421)에 있어서의 밸브 V2의 하류측에 접속된다. 또한 공급원(47)으로부터 공급되는 N2 가스는 SiH4 가스용 퍼지 가스이며, 공급원(47)은 가스 공급로(471)를 통해, 가스 공급로(431)에 있어서의 밸브 V3의 하류측에 접속된다. 또한, 공급원(48)으로부터 공급되는 N2 가스는 H2 가스와 함께 처리 용기(10)에 공급되는 퍼지 가스이며, 공급원(48)은, 가스 공급로(481)를 통해, 가스 공급로(421)에 있어서의 밸브 V4의 하류측에 접속된다. 또한, 도 1 중, 부호 452, 462, 472, 482는 각각 유량 조정부를 가리키고, 부호 V5 내지 V8은 각각 밸브를 가리키고 있다.
후술하는 바와 같이, 가스 공급로(451, 461, 471)로부터 공급되는 N2 가스는, TiN막의 성막 처리 기간 중, 계속해서 공급되는 퍼지 가스이다. 한편, 가스 공급로(441)로부터 공급되는 H2 가스, 및 가스 공급로(481)로부터 공급되는 N2 가스는, 소정의 스텝에서 공급되는 퍼지 가스이다. 그래서 이들 퍼지 가스를 구별하기 위해, 후자인 H2 가스 및 N2 가스를 공급하는 동작을 플래시 퍼지라 칭하고, 이들 퍼지 가스를 플래시 퍼지 가스라고도 칭한다.
성막 장치(1)는 제어부(100)를 구비하고 있고, 이 제어부(100)는, 예를 들어 컴퓨터로 이루어지며, 프로그램, 메모리, CPU를 포함하는 데이터 처리부를 갖고 있다. 프로그램은, 제어부(100)로부터 성막 장치(1)의 각 부에 제어 신호를 보내, 후술하는 TiN막을 형성하는 공정을 진행시키도록 명령(각 스텝)이 내장된다. 프로그램은, 컴퓨터 기억 매체, 예를 들어 플렉시블 디스크, 콤팩트 디스크, 하드 디스크, MO(광 자기 디스크) 등의 기억부에 저장되어 제어부(100)에 인스톨된다. 구체적으로 이 프로그램은, 성막 장치(1)에 있어서의 원료 가스나 반응 가스, 불활성 가스의 공급, 처리 용기(10) 내의 압력 조절 등의 동작을 제어한다.
<성막 방법>
다음으로, 본 개시의 TiN막의 성막 방법의 일례에 대해서, 도 2의 가스 공급 시퀀스를 참조하면서 설명한다. 이 예는, 앞서 설명한 성막 장치(1)를 사용하여, 웨이퍼(W)의 일면측에, ALD법에 의해 TiN막을 성막하는 것이다. 도 2의 가스 공급 시퀀스는, 성막에 사용되는 TiCl4 가스, SiH4 가스, NH3 가스, H2 가스 및 각 N2 가스의 처리 용기(10)로의 공급 타이밍을 나타내는 것이다. 도 2 중, TiCl4의 하단의 N2는, 공급원(45)으로부터 공급되는 N2 가스, SiH4의 하단의 N2는, 공급원(47)으로부터 공급되는 N2 가스, NH3의 하단의 N2는, 공급원(46)으로부터 공급되는 N2 가스, H2의 하단의 N2는, 공급원(48)으로부터 공급되는 N2 가스이다.
우선, APC 밸브(18)의 개방도를 조절하는 APC 세트 공정을 실시한다. 이 공정에서는, 예를 들어 처리 용기(10) 내에 웨이퍼(W)를 반입하여 적재대(2)에 적재하고, 히터(21)에 의한 웨이퍼(W)의 가열을 개시함과 함께, 처리 용기(10) 내에 공급원(45, 46, 47)으로부터 각각 미리 설정된 유량으로 N2 가스를 공급한다. 그리고, 진공 배기부(17)에 의해 처리 용기(10) 내의 진공 배기를 실시하고, 처리 용기(10) 내의 압력이 예를 들어 4.0kPa(30Torr)가 되도록 APC 밸브(18)의 개방도를 조절한다. APC 세트 공정에 이어서 TiN막을 형성하는 공정인 성막 공정이 실시되지만, 이 성막 공정에 있어서도, APC 밸브(18)의 개방도는, APC 세트 공정에서 조절된 개방도로 유지된다. APC 세트 공정의 사이에, 적재대(2)에 적재된 웨이퍼(W)는, 예를 들어 400℃ 내지 750℃의 범위 내의 온도인 600℃로 가열된다.
계속해서, 도 2의 가스 공급 시퀀스에 기초하여, TiN막을 형성하는 공정인 성막 공정을 실시한다. 성막 공정은 후술하는 스텝 S1 내지 S6에 의해 구성된다. 우선, 밸브 V1을 개방하여 원료 가스인 TiCl4 가스를 처리 용기(10) 내에 공급함과 함께, 공급원(45, 46, 47)으로부터 각각 미리 설정된 유량으로 N2 가스를 처리 용기(10) 내에 공급한다. 성막 공정에서는, 하기와 같이 처리 용기(10) 내의 압력을 상승시키는 조절을 행한다. 이 압력 조절에 있어서는, APC 세트 공정보다도 N2 가스의 유량이 많아지도록 설정하는 방법을 예시할 수 있다. 또한, N2 가스와 함께, 소량의 수소(H2) 가스를 공급하도록 해도 된다. 특히 N2 가스의 공급에 의해, 처리 용기(10) 내의 압력은, 예를 들어 8.6kPa(64.8Torr) 내지 9.0kPa(67.4Torr)로 상승하고, 성막 공정에서는 당해 압력으로 유지된다. 이렇게 해서, 처리 용기(10) 내의 압력이 설정된 상태에서, TiCl4 가스가 웨이퍼(W)의 전체면에 흡착된다(스텝 S1).
다음으로, 밸브 V1을 개방한 상태 그대로, 밸브 V3을 개방하여, TiCl4 가스가 처리 용기(10) 내에 공급되고 있는 기간 중이며, 당해 TiCl4 가스의 공급이 개시된 후의 타이밍에서, 첨가 가스인 SiH4 가스를 공급한다(스텝 S2). 후술하는 실험 결과에 나타내는 바와 같이, SiH4 가스는, TiN막의 비저항 상승을 억제하면서, TiN막의 성막 속도의 향상에 기여한다. SiH4 가스의 첨가에 의해, 이들 효과가 얻어지는 추정의 메커니즘에 대해서는, 실험 결과와 함께 후술한다.
다음으로, 개방된 상태로 되어 있는 2개의 밸브 중, 밸브 V3을 폐쇄하여 SiH4 가스의 공급을 정지한다(스텝 S3). 이어서 소정의 시간이 경과된 후, 다른 한쪽의 밸브 V1을 폐쇄하여 TiCl4 가스의 공급을 정지한다. 한편, 공급원(45, 46, 47)으로부터의 N2 가스의 공급을 계속함과 함께, 밸브 V4, V8을 개방하여 플래시 퍼지용의 N2 가스, H2 가스의 공급을 행한다. 이와 같이 하여, N2 가스의 공급 유량을 증가시키는 플래시 퍼지를 행하고, 처리 용기(10) 내에 잔존하는 TiCl4 가스를 제거한다. 또한, 플래시 퍼지 시에, N2 가스와 함께 H2 가스를 공급함으로써, 잔존하는 염소(Cl)와 수소를 반응시켜 염화수소(HCl)로서 제거한다(스텝 S4). 후술하는 바와 같이 H2 가스를 첨가하는 것에 의한 Cl의 제거에 대해서도, TiN막의 비저항의 저감에 기여한다.
이어서, 공급원(45, 46, 47)으로부터의 N2 가스의 공급을 계속한 상태에서, 밸브 V4를 폐쇄하여 H2 가스의 공급을 정지하는 한편, 밸브 V2를 개방하여, 처리 용기(10) 내에 반응 가스인 NH3 가스를 공급한다. 앞서 설명한 바와 같이, 처리 용기(10) 내의 압력은 성막 공정의 압력으로 설정되어 있으므로, 이 압력 하에서, 웨이퍼(W)에 흡착된 TiCl4와 NH3이 반응하여, TiN막이 형성된다(스텝 S5).
계속해서, 밸브 V2를 폐쇄하여 NH3 가스의 공급을 정지하는 한편, 공급원(45, 46, 47)으로부터의 N2 가스의 공급을 계속함과 함께, 밸브 V8을 개방하여 N2 가스의 공급 유량을 증대시켜 플래시 퍼지를 행하고, 처리 용기(10) 내에 잔존하는 NH3 가스를 제거한다. 또한, 플래시 퍼지 시에는, 밸브 V4를 개방하여 H2 가스의 공급도 행한다(스텝 S6). 이렇게 해서, 성막 공정에서는, 처리 용기(10) 내에 불활성 가스인 N2 가스의 공급을 행하면서, 원료 가스와 반응 가스를 교대로 공급함과 함께, 원료 가스와 반응 가스가 전환되는 플래시 퍼지의 타이밍에서 H2 가스를 공급한다. 이들 스텝 S1 내지 S6을 설정된 횟수 반복하여 실시하고, 원하는 두께의 TiN막을 형성한다.
여기서 본 개시의 방법에 의해 형성되는 TiN막(5)은, 예를 들어 DRAM의 워드선인 배선층을 이루는 것이고, 예를 들어 도 3에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 일면측의 절연막(51)에 형성된 홈 형상의 오목부(52)에 매립된다. TiN막(5)은, 오목부(52)의 저부의 내면 및 측벽의 내면에 각각 퇴적되어 가, 앞서 설명한 스텝 S1 내지 S6의 반복에 의해, 오목부(52)로의 매립이 진행된다. 절연막(51)은, 예를 들어 실리콘 산화막(SiO2)막으로 이루어지며, 오목부(52)는, 그 깊이 D가 80 내지 200nm, 개구 폭 W이 10 내지 20nm 정도이고, 상기 깊이 D와 개구 폭 W의 비 D/W가 5 내지 20 정도의 크기로 형성되어 있다. 일반적으로, 워드선의 오목부(52)는, 비아 홀을 형성하는 오목부와 비교하여 애스펙트비가 작기 때문에, 오목부(52)에 텅스텐보다도 TiN을 매립함으로써 저항값이 낮아진다. 이와 같이, 당해 오목부(52)에 배선층을 TiN으로 매립함으로써, 형성되는 TiN이 두꺼워지는 경향이 있다.
DRAM의 제조 공정에서는, 오목부(52)에 매립되는 TiN막(5)을 성막한 후, 불순물의 확산 등의 목적으로, 어닐 처리가 실시되고 있다. 한편, 성막된 TiN막(5)에는 작은 공극인 마이크로 보이드가 형성되는 경우가 있다. 나아가, 성막 후에 실시되는 어닐 처리 등 가열에 의해서도, TiN막 내에 더 많은 마이크로 보이드(53)가 추가 형성되어 버리는 경우가 있다. 이와 같이 배선층으로서 사용되는 TiN막 중에 다수의 마이크로 보이드(53)가 발생하면, 전류의 흐름이 나빠져, TiN 배선층의 비저항이 상승하는 요인이 되어, 디바이스 동작에 악영향을 미칠 우려가 있다.
여기서 웨이퍼(W)의 가열에 의해 형성되는 마이크로 보이드(53)는, TiN막(5) 중 그레인(crystal grain: 결정립)이 어닐 처리에 의해 성장하는 것에 수반하여, 인접하는 그레인끼리의 사이에 미소한 간극이 생성됨으로써 발생한다고 추찰된다. 또한 후술하는 바와 같이, TiCl4 등의 Cl을 함유하는 원료 가스를 사용하여 TiN막을 성막하는 경우에는, 어닐 처리에 의해 마이크로 보이드(53)가 많이 발생하는 경향이 있는 것이 파악되고 있다. 이 때문에, TiN막 중의 Cl 불순물 농도를 저하시키는 것이 마이크로 보이드(53)의 발생의 억제에 유효하다고 추정된다.
이러한 배경으로부터, 본 개시의 발명자들은, 앞서 설명한 스텝 S4, S6의 N2 가스 및 H2 가스에 의한 퍼지 시간(플래시 퍼지의 시간)을 길게 함으로써, 불필요한 TiCl4 가스나, 성막 반응의 반응 부생성물 등의 Cl을 포함하는 성분을 처리 용기(10)로부터 배출하는 것을 시도하였다. 이 결과, 퍼지 시간을 5배 정도 길게 함으로써, Cl 함유량이 낮은 TiN막을 성막할 수 있음과 함께, 어닐 처리 시의 마이크로 보이드(53) 발생의 억제에 유효하기도 한 것이 확인되었다. 그러나, 앞서 설명한 오목부(52)에 TiN막(5)을 매립하는 처리에서는, TiN막(5)의 막 두께가 15nm 내지 20nm로 크고, 사이클의 반복 횟수가 많다. 이 때문에, 퍼지 시간을 길게 하면, 성막 처리의 총 처리 시간이 장시간화되어, 생산성의 대폭의 저하는 면할 수 없게 되어 버린다.
그래서 발명자들은, 퍼지 시간의 장시간화 이외의 방법으로 비저항이 낮은 TiN막(5)을 성막하기 위해, TiN막의 성막 처리에 있어서의 처리 조건의 재검토를 행하였다.
종래부터 TiN막을 ALD법으로 성막하는 경우에는, 앞서 설명한 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 처리 용기(10) 내의 압력이 1.33kPa(10Torr) 이하인 조건 하에서 성막되는 것이 일반적이다. ALD법은, 웨이퍼(W)의 일면측에 흡착된 TiCl4와 NH3을 반응시켜 TiN막을 성막하기 위해, 기상 중에서 TiCl4와 NH3을 반응시키는 CVD법에 의한 성막 반응이 진행되지 않도록, 가능한 한 단시간에 원료 가스를 퍼지할 것이 요구된다. 처리 용기(10) 내의 압력을 높이면 퍼지에 시간이 걸리기 때문에, ALD법을 저압 조건에서 실시하는 것이 상식이라고 생각되고 있었기 때문이다.
이에 대해 발명자들은, 처리 용기(10) 내의 압력에 대해서, 넓은 범위에서 변화시켜 TiN막의 성막 처리를 실시한바, TiN막의 비저항이 낮아지는 최적의 압력 범위가, 종래의 압력 조건보다도 고압측에 존재하는 것을 알아냈다. 이하에, 압력 조건의 최적화의 경위에 대해서 기재한다.
우선, 도 4에 기초하여, TiN막의 성막 처리에 있어서의 처리 용기(10) 내의 압력에 관해서 설명한다. 도 4 중, 종축은 처리 용기(10) 내의 압력, 횡축은 경과 시간을 각각 나타낸다. 또한, 동 도면에 있어서, 본 개시의 성막 처리의 압력을 실선으로 나타내고, 종래 실시하고 있었던 1.33kPa(10Torr) 이하의 압력 조건에 대해서는 점선으로 나타낸다.
도 4에 도시하는 예에 있어서의 본 개시의 성막 처리에 대해서 설명한다. 이 성막 처리는, 이미 설명한 바와 같이, APC 세트 공정과 성막 공정으로 이루어지며, 시각 t1에서, 공급원(45, 46, 47)으로부터 N2 가스를 7.5slm(리터/분, 표준 상태(1기압, 0℃))으로 공급하여, APC 세트 공정을 개시한다. 그리고, 처리 용기(10) 내의 압력이 안정된 상태(4.0kPa(30Torr))에서 APC 밸브(18)의 개방도를 고정하고, 시각 t2에서 APC 세트 공정을 종료한다.
이어서, 시각 t2에서, 앞서 설명한 성막 공정을 개시한다. 이 성막 공정에서는, 앞서 설명한 바와 같이, 예를 들어 APC 세트 공정보다도 N2 가스의 유량을 많게 함으로써, 처리 용기(10) 내의 압력이 8.6kPa(64.8Torr) 내지 9.0kPa(67.4Torr)까지 상승한다. 앞서 설명한 스텝 S1 내지 S6이 반복하여 실시되는 성막 공정 중, 스텝 S1의 TiCl4 가스의 공급 시에는 압력이 0.3 내지 0.4kPa 정도 저하되고, 스텝 S2 내지 S6에서 다시 압력이 0.3 내지 0.4kPa 정도 상승한다. 이와 같이, TiCl4 가스의 공급 시에 간헐적으로 압력이 근소하게 저하되는 이유는, TiCl4 가스의 공급 시에만 N2 가스의 유량을 저하시키기 때문이다.
한편, 종래의 압력 조건의 성막 처리에 있어서도, 설정되는 압력이 다른 것 이외에 대해서는, 앞서 설명한 바와 같이 성막 처리가 실시된다. 따라서, 시각 t1에서, N2 가스를 2.5slm으로 공급하여, APC 세트 공정을 개시한다. 그리고, 처리 용기(10) 내의 압력이 안정된 상태(0.67kPa(5Torr))에서, APC 밸브(18)의 개방도를 고정하고, 시각 t2에서 앞서 설명한 성막 공정을 개시한다. 이 성막 공정은, 처리 용기(10) 내의 압력이 0.96kPa(7.2Torr) 내지 1.09kPa(8.2Torr)까지 상승하는 상태에서, TiN막의 형성이 실시된다.
계속해서, 도 5에 대해서 설명한다. 해당 도면은, 처리 용기(10) 내의 압력과, TiN막의 비저항의 관계를 도시하는 특성도(제1 특성도)이며, APC 세트 공정의 압력을 바꾸어 앞서 설명한 성막 처리를 실시하고, 형성된 TiN막의 비저항을 측정한 결과를 나타내고 있다. 도 5 중, 종축은 TiN막의 비저항, 횡축은 처리 용기(10) 내의 「APC 세트 공정」에 있어서의 압력을 각각 나타낸다. 또한, 도 5에서는, 퍼지 가스의 유량이 2.5slm인 데이터를 ○, 5.0slm인 데이터를 △, 7.5slm인 데이터를 ◇, 10.0slm인 데이터를 □로, 각각 플롯하고 있다.
또한, 각 가스의 공급 유량의 설정예를 기재해 두면, TiCl4 가스는 34sccm, NH3 가스는 600sccm, SiH4 가스는 250sccm이고, 공급로(451, 461, 471)로부터 연속적으로 공급되는 N2 가스는 예를 들어, 상술한 퍼지 가스의 각 유량을 3등분한 값이다. 또한, 스텝 S4, S6에 있어서의 플래시 퍼지용 N2 가스는 18000sccm, 마찬가지로 플래시 퍼지용 H2 가스는 7000sccm이다. 스텝 S1 내지 S3, S5의 실시 시간은 0.05초, 스텝 S4, S6의 퍼지의 실시 시간은 약 1초이고, 스텝 S1 내지 S6의 1사이클은 2.5초로 설정되어 있다.
TiN막의 성막 공정에서는, 앞서 설명한 바와 같이 스텝 S1 내지 S6을 반복하여 막 두께 15nm의 TiN막을 성막하였다. 일련의 스텝 S1 내지 S6을 실시하는 데에 요하는 시간은 2.5초로 하였다. 또한, 성막된 TiN막의 비저항에 대해서는, 엘립소미터에 의한 TiN막의 막 두께 측정 결과 및 44 탐침법에 의한 시트 저항값에 기초하여 특정하였다.
도 5에는 성막 공정에서의 처리 용기(10) 내의 압력에 대해서는 기재를 생략하고 있지만, 그 대응 관계의 예를 들면,
퍼지 가스 유량이 2.5slm, APC 세트 공정의 압력이 5.3kPa인 조건에서는, 성막 공정의 압력은 8.8kPa,
퍼지 가스 유량이 5.0slm, APC 세트 공정의 압력이 5.3kPa인 조건에서는, 성막 공정의 압력은 10.4kPa,
퍼지 가스 유량이 7.5slm, APC 세트 공정의 압력이 5.3kPa인 조건에서는, 성막 공정의 압력은 11.8kPa이다.
이와 같이, 성막 공정의 압력은, TiCl4 가스나 NH3 가스, 퍼지 가스(N2 가스)의 유량에 따라 다르기는 하지만, 어느 경우도 APC 세트 공정의 압력의 대략 2배 정도의 압력이 된다. 따라서, 도 4의 횡축에 나타내는 APC 세트 공정의 압력 조건의 지시값을 2배 하면, 비저항과 성막 공정의 압력과의 대응 관계를 파악하는 것이 가능하다. 즉, 성막 공정에서의 압력의 변화에 대한 TiN막의 비저항의 변화의 경향은, 도 4에 도시하는 APC 세트 공정의 압력 변화에 대한 비저항의 변화의 경향과 거의 상사형을 이룬다고 할 수 있다. 이것은, 후술하는 도 6 내지 도 8의 경우에 있어서도 마찬가지이다.
이 도 5의 결과로부터, TiN막의 비저항은, APC 세트 공정의 압력, 즉 성막 공정의 압력에 따라 변화되는 것이 확인된다. 퍼지 가스 유량이 2.5slm인 성막 조건에 착안하면, APC 세트 공정의 압력이 0.67kPa(5Torr)로부터 상승함에 따라 비저항이 저하된다. 그리고, 상기 압력이 2.7kPa(20Torr)에서 가장 낮아지기는 하지만, 그 이상의 압력에서는, 압력의 상승과 함께 비저항도 상승하는 것을 알 수 있다.
또한, 퍼지 가스 유량이 5slm, 7.5slm, 10slm인 성막 조건에 있어서도, TiN막의 비저항은, APC 세트 공정의 압력에 따라 변화되고, 이들 조건에서는, 상기 압력이 4.0kPa(30Torr)인 조건 하에서 가장 비저항이 저하되어, 51.6μΩcm인 것이 확인되었다. 또한, 상기 압력이 동일한 경우에는, 퍼지 가스 유량이 많을수록 비저항이 작아지는 경향이 있다. 단, 퍼지 가스 유량의 증가량에 대한 비저항의 저하 폭은 점차 작아져, 포화되어 가는 경향도 있음을 알 수 있다.
이상에 기재한 바와 같이, TiN막의 비저항 저감을 도모하기 위해서는, 성막 공정의 압력에 최적의 조건이 있음이 확인된다. 도 4에 도시하는 종래의 압력 조건에서는, APC 세트 공정의 압력이 6.65kPa(5Torr)이므로, 형성되는 TiN막의 비저항은 약 59μΩcm이지만, 본 개시에서는 이 값보다도 낮은, 예를 들어 57μΩcm 이하의 비저항을 갖는 TiN막을 성막하는 것을 목표로 하고 있다.
그리고 발명자들은, 앞서 설명한 바와 같이, 처리 용기(10) 내의 압력 조건을 다양하게 바꾸어 TiN막을 형성하였다. 그 결과, 도 5에 도시하는 데이터를 근거로 하면, 성막 공정의 압력이 2.7kPa(20Torr) 내지 12.6kPa(95Torr)의 범위 내이면, 성막되는 TiN막의 비저항이 57μΩcm 이하가 되는 경우가 많음을 파악하였다. 단, 도 5에 도시하는 바와 같이, 퍼지 가스의 유량에 따라서도 TiN막의 비저항이 변화된다. 이 때문에, 본 개시에서는, 상기 압력이, 2.7kPa(20Torr) 내지 12.6kPa(95Torr)의 범위 내이며, 성막되는 TiN막의 비저항이 57μΩcm 이하가 되는 조건에서 TiN막의 형성을 실시하는 것을 요건으로 하고 있다. 이러한 조건은, 도 5를 사용하여 설명한 예비 실험을 행하거나 함으로써 미리 파악할 수 있다.
이상에 설명한 바와 같이 상술한 실시 형태에 따르면, 퍼지 시간의 장시간화를 억제하면서, ALD법에 의해 형성되는 TiN막의 비저항을 저하시킬 수 있다. 또한 이하에 설명하는 바와 같이, 성막 공정 시의 압력을 높게 함으로써, TiN막의 성막 속도가 상승한다는 부차적 효과를 얻을 수 있다.
도 6은, 처리 용기(10) 내의 압력과, TiN막의 성막 속도의 관계를 도시하는 특성도(제2 특성도)이며, APC 세트 공정에서의 압력을 바꾸어, 도 5의 TiN막과 마찬가지의 성막 처리를 실시하고, 형성된 TiN막의 성막 속도를 측정한 결과를 나타내고 있다. 도 6 중, 종축은 TiN막의 성막 속도, 횡축은 APC 세트 공정의 처리 용기(10) 내의 압력을 각각 나타낸다. 또한, 도 6에서는, 퍼지 가스의 유량이 2.5slm인 데이터를 ○, 5.0slm인 데이터를 △, 7.5slm인 데이터를 ◇, 10.0slm인 데이터를 □로 각각 플롯하고 있다.
이 도 6의 결과로부터, TiN막의 성막 속도는, APC 세트 공정의 압력, 즉 성막 공정의 압력이 상승할수록 커지는 것이 확인된다. 단, 퍼지 가스 유량의 증가량에 대한 성막 속도의 감소폭은, 점차 작아져 포화되어 가는 것도 확인된다. 또한, 퍼지 가스 유량이 5slm, 7.5slm, 10slm인 성막 조건에서는, 상기 압력에 대한 성막 속도가 거의 동일한 것을 알 수 있다.
이상에 설명한 도 5(제1 특성도) 및 도 6(제2 특성도)에 있어서의, 퍼지 가스의 유량이 2.5slm의 조건의 데이터에 기초하면, 이하와 같이 말할 수 있다. APC 세트 공정의 압력이 1.3kPa 내지 3.6kPa, 즉 성막 공정의 압력이 대략 2.7kPa 내지 7.2kPa의 범위에서는 TiN막의 비저항이 57μΩcm 이하가 된다. 한편, 이 범위 밖의 압력에서는, 비저항이 급격하게 증대되는 경향이 보인다. 또한, 성막 속도에 대해서는, 압력 범위에 관계없이 압력의 상승과 함께 증대된다.
이러한 점에서, 성막 공정의 압력이 2.7kPa 내지 7.2kPa의 범위 내인 압력에서는 ALD에 의한 TiN막의 형성이 보다 진행되기 쉬워, 1회의 사이클로 형성되는 TiN막의 성막량이 많아진다. 그리고, 불순물인 Cl의 함유율이 적은 보다 치밀한 TiN막이 형성된다고 추찰된다.
한편, APC 세트 공정의 압력이 3.6kPa보다 높아지면, 압력의 상승과 함께, 비저항이 증대된다. 이것은, 압력이 3.6kPa를 초과하면, ALD에 의한 TiN막의 형성과, 기상에 있어서 TiCl4와 NH3이 반응하는 CVD에 의해 형성되는 TiN막의 비율이 증대되기 때문이라고 추찰된다.
이와 같이, 성막 공정 시의 압력에 의해 TiN막의 비저항이 개선되는 메커니즘에 대해서는 명확하지는 않지만, 이하에 설명하는 도 7에 도시하는 바와 같이, TiN막의 Cl 함유율이 저하되는 것이 실험적으로 확인되고 있다. 이 때문에, 압력이 높고, 또한 H2 가스가 존재하는 분위기 하에서는, TiN막의 표면으로부터 Cl이 이탈하기 쉬워지는 것이라고 추찰된다.
도 7은, 처리 용기(10) 내의 압력과, TiN막의 Cl 함유율의 관계를 도시하는 특성도(제3 특성도)이며, APC 세트 공정에서의 압력을 바꾸어, 도 5와 마찬가지의 성막 처리를 실시하고, 형성된 TiN막의 Cl 함유율을 측정한 결과를 나타내고 있다.
TiN막의 Cl 함유율(at%)은, SIMS(이차 이온 질량 분석: Secondary Ion Mass Spectrometry)에 의해, TiN막 중 Cl 원자의 비율을 측정한 결과를 나타내고 있다. 동 도면 중, 종축은 Cl 함유율, 횡축은 처리 용기(10) 내의 APC 세트 공정의 처리 용기(10) 내의 압력을 각각 나타낸다. 또한, 퍼지 가스의 유량이 2.5slm인 데이터를 ○, 7.5slm인 데이터를 ◇로 각각 플롯하고 있다.
퍼지 가스 2.5slm의 데이터에서는, APC 세트 공정에서의 압력이 0.67kPa(5Torr) 내지 4.0kPa(30Torr)의 범위에서는, 압력이 상승함에 따라, 형성되는 TiN막의 Cl 함유율은 서서히 저하되는 것을 알 수 있다. 따라서, APC 세트 공정, 즉 성막 공정의 압력을 상승시킴으로써, TiN막의 형성 시에 TiN막에 도입되는 Cl이 감소하고 있다. 이 결과, 마이크로 보이드의 발생을 억제하여, 비저항의 저하로 이어지는 것이라고 추찰된다.
실제로, 처리 용기(10) 내의 압력과, TiN막의 보이드율의 관계를 조사한바, 도 8(제4 특성도)에 도시하는 결과가 얻어졌다. 해당 도면은, APC 세트 공정에서의 압력을 바꾸어, 도 5와 마찬가지의 성막 처리를 실시하고, 형성된 TiN막의 어닐 처리 후의 보이드율을 측정한 결과를 나타내는 것이다. 어닐 처리 조건은 750℃, 2시간, N2 분위기이다. 보이드율에 대해서는, 트렌치 형상으로 평행하게 가공한 샘플의 TEM(Transmission Electron Microscope) 관찰을 행하고, 보이드 부분이 하얗게 보이는 면적의 비율을 전체의 면적으로부터 산출하는 화상 처리를 행함으로써 구하였다. 동 도면 중, 종축은 보이드율, 횡축은 처리 용기(10) 내의 APC 세트 공정의 처리 용기(10) 내의 압력을 각각 나타낸다. 또한, 퍼지 가스의 유량이 2.5slm인 데이터를 ○, 7.5slm인 데이터를 ◇로 각각 플롯하고 있다.
퍼지 가스 2.5slm의 데이터에 있어서, APC 세트 공정의 압력이 1.3kPa(10Torr) 내지 4.0kPa(30Torr)의 범위에서는, 압력이 상승함에 따라, 형성되는 TiN막의 보이드율은 저하되는 것을 알 수 있다. 이와 같이, TiN막의 Cl 함유율과 보이드율 사이에는 상관성이 보이고, APC 세트 공정, 즉 성막 공정의 압력을 상승시킴으로써, TiN막의 형성 시에 TiN막에 도입되는 Cl이 감소하고, 이 결과, 보이드의 발생이 억제되는 것이 이해된다.
또한, SiH4 가스의 첨가의 영향을 확인하기 위해, 스텝 S2에 있어서의 SiH4 가스의 공급 유량을 변화시켜, TiN막의 비저항 및 성막 속도에의 영향을 확인한 예를 도 9 및 도 10에 도시한다. 공급로(451, 461, 471)로부터 연속적으로 공급되는 퍼지 가스(N2 가스)의 유량은 합계로 7.5slm이고, 처리 용기(10) 내의 압력은 5.3kPa(40Torr)로 설정되어 있다.
도 9, 도 10에 있어서, SiH4 가스의 공급 유량이 450sccm인 플롯은, 도 5, 도 6의 압력은 5.3kPa(40Torr)에 있어서의 마름모꼴(◇)의 플롯과 마찬가지의 처리 조건에서 성막되어 있다. 그리고, SiH4 가스의 공급 유량을 250sccm, 0sccm으로 저감시켜 간 경우에는, 비저항에 대해서는 약간 상승하는 경향이 보인다(도 9). 또한, 성막 속도에 대해서는, SiH4 가스의 공급 유량의 저하에 수반하여 저하되는 경향이 보인다(도 10).
이와 같이, 첨가 가스로서 SiH4 가스를 공급함으로써, TiN막의 비저항을 저감시킴과 함께, 성막 속도를 향상시키는 것이 가능해지는 메커니즘에 대해서는 명확하지 않다. 이 점을 추정하면, 스텝 S1 내지 S3에서 TiCl4 가스를 공급하면, 앞의 사이클에서 형성된 Ti-NH2의 층에 TiCl4가 흡착되어, 막의 표면에는 Ti-N-Ti-ClX가 형성된다. 이 Ti-N-Ti-ClX는, 다음 사이클에 공급되는 TiCl4의 흡착 사이트의 형성을 제한하고 있는 것이라고 생각된다. 이때, TiCl4 가스에 대하여, Ti-N-Ti-ClX에 포함되는 Cl과 반응하는 규소 화합물인 SiH4 가스가 첨가되어 있으면, 막 표면에 Ti-N-Ti-HX가 형성되고, Cl은, SiHYCl(4-Y)의 화합물이 되어 막으로부터 인발된다. Ti-N-Ti-HX는, Ti-N-Ti-ClX와 비교하여 흡착 사이트의 형성을 저해하는 작용이 작다고 생각된다는 점에서, 새로운 TiCl4의 흡착의 저해를 억제할 수 있다. 예를 들어 상술한 반응 메커니즘에 의해, TiN막 중으로의 Cl의 잔존을 억제하면서, 막의 표면에 많은 흡착 사이트가 형성되어, TiN막의 성막 속도가 향상되는 것이라고 추정하고 있다.
단, TiN막 중에 SiH4의 Si가 도입되어 버리면, 절연 재료인 SiN이 형성되어, TiN막의 비저항을 증대시키는 요인이 된다. 그래서, 도 2에 도시한 바와 같이, SiH4 가스의 공급을 개시하는 타이밍에 대해서, TiCl4 가스의 공급을 개시한 후에 설정한다(스텝 S1, S2). 이에 의해, 막의 표면에 TiCl4를 충분히 흡착시키고 나서, SiH4와의 반응을 진행시키는 것이 가능해져, TiN막 중으로의 Si의 도입을 억제할 수 있다.
또한, SiH4 가스를 정지하는 타이밍에 대해서도, TiCl4 가스의 공급 정지하기 전으로 함으로써, 처리 용기(10) 내로의 SiH4의 잔존량을 저감시켜, TiN막 중으로의 Si의 도입을 억제하는 효과도 얻어진다.
단, TiCl4 가스의 공급을 개시한 후에 SiH4 가스의 공급을 개시하고, 또한 TiCl4 가스의 공급을 정지하기 전에 SiH4 가스의 공급을 정지하는 것은, 필수적인 요건은 아니다. 예를 들어 TiN막의 비저항이 앞서 설명한 57μΩcm 이하가 되는 한에 있어서는, TiCl4 가스 및 SiH4 가스를 동시에 정지해도 되고, 공급 개시의 타이밍에 대해서도 동시에 설정해도 된다.
또한, 도 9에 도시하는 예에서는, TiN막의 비저항은 60μΩcm 전후이며, 목표값인 57μΩcm보다도 큰 값으로 되어 있다. 단, 앞서 설명한 바와 같이, TiN막의 비저항은, 퍼지 가스의 유량 등, 다른 처리 조건에 의해서도 변화된다. 그리고, 도 9에 기재된 결과는, 비저항에 대해서는 첨가하는 SiH4 가스의 유량을 변화시켜도, 도 10에 도시하는 성막 속도만큼의 큰 변화는 보이지 않는다. 따라서, 비저항이 57μΩcm 이하인 TiN막을 성막할 수 있는 조건이라면, 필요한 성막 속도가 얻어지는 범위에서, SiH4 가스의 공급 유량을 450sccm보다도 낮은 유량으로 설정해도 된다(SiH4 가스의 공급 유량이 0sccm인 경우를 포함함). 또한, 이와는 반대로, 보다 높은 성막 속도를 실현하기 위해, TiN막으로의 Si의 도입의 영향이 증대되지 않는 범위에서, SiH4 가스의 공급 유량을 450sccm보다도 증가시켜도 된다.
이상에 설명한 바와 같이 본 개시에 의하면, 성막 공정에서의 압력 조건의 최적화를 도모함으로써, 비저항이 낮은 TiN막을 형성할 수 있다. 또한, TiN막의 성막 속도를 증대시킬 수도 있다. 따라서, 원료 가스나 반응 가스를 퍼지하는 스텝 S4, S6의 장시간화를 억제할 수 있다. 또한, 성막 속도가 커짐으로써, 종래와 비교하여 목표로 하는 막 두께에 도달할 때까지의 성막 공정의 사이클(스텝 S1 내지 S6)의 반복 횟수를 저감시킬 수도 있다. 이 때문에, 성막 처리의 총 처리 시간의 단축에 공헌할 수 있어, 생산성의 향상을 도모할 수 있다. 이와 같이, 성막 공정에서의 압력 조건의 최적화에 의해, TiN막의 비저항의 저감이나 성막 속도의 향상을 도모할 수 있으므로, 기존의 설비를 사용하여 생산성의 대폭의 개선이 가능해진다.
이상에 있어서, 원료 가스의 티타늄 화합물로서는, 사염화티타늄(TiCl4) 외에, 삼염화티타늄(TiCl3) 가스, 이염화티타늄(TiCl2) 가스, 사브롬화티타늄(TiBr4) 가스, 사요오드화티타늄(TiI4) 가스를 사용할 수 있다.
또한, 반응 가스의 질소 화합물로서는, 암모니아 외에 히드라진(N2H4), 모노메틸히드라진(CH3NH-NH2) 혹은 질소 라디칼을 사용할 수 있다.
또한, 첨가 가스에 있어서, 티타늄 화합물에 포함되는 염소와 반응하는 규소 화합물로서는, 실란(SiH4) 외에 디실란(Si2H6)을 사용할 수도 있다. 단, 비저항의 증대가 문제가 되는 경우에는, 예를 들어 SiH2Cl2 등과 같이 Cl을 포함하는 규소 화합물은 피하는 것이 바람직하다. 또한 불활성 가스로서는, 질소 가스 외에 아르곤(Ar) 가스나 헬륨(He) 가스를 사용해도 된다.
상술한 실시 형태에서는, APC 세트 공정의 설정 압력을 성막 공정보다도 낮게 하여, APC 밸브(18)의 개방도를 설정하고 있다. 단, 이 예에 한정되지 않고, APC 세트 공정에 있어서, 불활성 가스의 공급량을 성막 공정 시와 동일한 정도로 하여, 처리 용기(10) 내의 압력을 성막 공정 시에 있어서의 압력인, 2.7 내지 12.6kPa의 범위 내의 압력으로 조절하도록, APC 밸브(18)의 개방도를 설정해도 된다.
또한, 성막 공정 시의 압력 조절은 원료 가스, 반응 가스, 불활성 가스의 유량 제어만으로 실시하는 것은 아니며, APC 밸브(18)의 개방도의 조절과 조합하여 실시해도 된다. 예를 들어, 상술한 예에서는, TiN막을 형성하는 공정에서는 불활성 가스의 공급을 행하고 있었지만, 원료 가스나 반응 가스의 공급 시에는, 불활성 가스의 공급을 정지하는 한편, APC 밸브(18)의 개방도를 변경하여, 처리 용기(10) 내의 압력을 앞서 설명한 바와 같이 조절하도록 해도 된다. 이 밖에, N2 가스와 H2 가스를 동시에 공급하는 플래시 퍼지의 실시는 필수적인 요건은 아니다. 비저항이 57μΩcm 이하인 TiN막이 얻어지는 범위에서, 예를 들어 N2 가스에만 의한 플래시 퍼지를 행해도 된다. 또한, 플래시 퍼지는 행하지 않고, 상시 공급되고 있는 N2 가스에만 의한 퍼지만을 행해도 된다.
또한, TiN막을 성막하는 장치는, 도 1에 도시하는 구성에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 복수매의 웨이퍼(W)에 대하여 동시에 성막을 행하는 배치식의 성막 장치를 사용할 수도 있다. 이 경우에도 ALD법에 의해 TiN막의 성막을 행함에 있어서, 2.7 내지 12.6kPa의 범위 내이며, TiN막의 비저항이 57μΩ·cm 이하가 되는 압력 조건 하에서 성막 공정을 실시할 수 있다.
<다른 적용>
또한, 금회 개시된 실시 형태는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기한 실시 형태는, 첨부된 특허 청구의 범위 및 그 취지를 일탈하지 않고, 다양한 형태로 생략, 치환, 변경 또는 조합이 행해져도 된다.

Claims (17)

  1. 질화티타늄막의 성막 방법이며,
    처리 용기 내에 수용된 기판에 대하여, 염소와 티타늄을 포함하는 티타늄 화합물을 함유한 원료 가스를 공급하는 것과, 상기 기판에 대하여, 질소를 포함하고, 상기 티타늄 화합물과 반응하여 질화티타늄을 형성하는 질소 화합물을 함유한 반응 가스를 공급하는 것을 교대로 반복하여 실시하여, 상기 질화티타늄막을 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 질화티타늄막을 형성하는 공정은, 2.7 내지 12.6kPa의 범위 내이며, 상기 질화티타늄막의 비저항이 57μΩ·cm 이하가 되도록 상기 처리 용기 내의 압력이 설정된 조건 하에서 실시되는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 티타늄 화합물은 사염화티타늄인, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 질소 화합물은 암모니아인, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 질화티타늄막을 형성하는 공정에서, 상기 원료 가스를 상기 기판에 공급하는 기간 중에, 상기 티타늄 화합물에 포함되는 염소와 반응하는 규소 화합물을 함유한 첨가 가스를 공급하는, 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 첨가 가스의 공급을 개시하는 타이밍은, 상기 원료 가스의 공급을 개시한 후인, 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 규소 화합물은 실란인, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 질화티타늄막을 형성하는 공정은, 상기 기판을 400 내지 750℃의 범위 내의 온도로 가열한 조건 하에서 실시되는, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 질화티타늄막을 형성하는 공정은, 상기 처리 용기 내에 불활성 가스의 공급을 행하면서 실시되는, 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 원료 가스의 공급과, 상기 반응 가스의 공급이 전환되는 타이밍에서, 상기 불활성 가스와 함께 수소 가스를 공급하는, 방법.
  10. 기판에 질화티타늄막을 성막하는 장치이며,
    상기 기판을 수용하도록 구성되는 처리 용기와,
    상기 처리 용기에, 염소와 티타늄을 포함하는 티타늄 화합물을 함유한 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급부와,
    상기 처리 용기에, 질소를 포함하고, 상기 티타늄 화합물과 반응하여 질화티타늄을 형성하는 질소 화합물을 함유한 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부와,
    제어부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 처리 용기 내에, 상기 원료 가스 공급부로부터 원료 가스를 공급하는 조작과, 상기 반응 가스 공급부로부터 반응 가스를 공급하는 조작을 교대로 반복하여 실시하여 상기 질화티타늄막을 형성하는 스텝을 실시하고, 2.7 내지 12.6kPa의 범위 내이며, 상기 질화티타늄막의 비저항이 57μΩ·cm 이하가 되도록, 상기 처리 용기 내의 압력이 설정된 조건 하에서 상기 질화티타늄막을 형성하는 스텝을 실시하는 제어를 행하도록 구성되는, 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 티타늄 화합물은 사염화티타늄인, 장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 질소 화합물은 암모니아인, 장치.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 용기에, 상기 티타늄 화합물에 포함되는 염소와 반응하는 규소 화합물을 함유한 첨가 가스를 공급하는 첨가 가스 공급부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 질화티타늄막을 형성하는 스텝에서, 상기 원료 가스 공급부로부터 상기 원료 가스를 공급하는 기간 중에, 상기 첨가 가스 공급부로부터 상기 첨가 가스를 공급하는 제어를 행하도록 구성되는, 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 첨가 가스의 공급을 개시하는 타이밍이, 상기 원료 가스의 공급을 개시한 후가 되도록, 상기 원료 가스 공급부 및 상기 첨가 가스 공급부의 제어를 행하는, 장치.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 규소 화합물은 실란인, 장치.
  16. 제10항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 용기에, 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 불활성 가스 공급부로부터 상기 처리 용기 내에 불활성 가스의 공급을 행하면서, 상기 질화티타늄막을 형성하는 스텝을 실시하는 제어를 행하도록 구성되는, 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 처리 용기에, 수소 가스를 공급하는 수소 가스 공급부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 원료 가스의 공급과, 상기 반응 가스의 공급이 전환되는 타이밍에서, 상기 불활성 가스의 공급과 함께, 상기 수소 가스 공급부로부터 수소 가스의 공급을 실시하는 제어를 행하는, 장치.
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