KR20230033722A - 성막 장치 및 성막 방법 - Google Patents

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다카미치 기쿠치
준 야마와쿠
다츠오 마츠도
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

기판에 금속 티타늄막을 성막하는 방법이며, 상기 기판이 수용된 처리 용기 내에 원료 가스를 공급하여, 상기 기판의 표면에 상기 원료 가스를 흡착시키는 흡착 단계와, 상기 처리 용기 내에 반응 가스를 공급함과 함께, 상기 반응 가스를 플라스마화시켜, 상기 기판의 표면에 흡착된 상기 원료 가스에 플라스마화한 상기 반응 가스를 반응시키는 반응 단계를 교대로 실시하는 원자층 퇴적(플라스마 ALD)법에 의해, 금속 티타늄막을 형성하는 공정을 포함하고, 상기 반응 단계에서는, 38MHz 이상 60MHz 이하의 주파수의 고주파 전력을 사용해서 상기 반응 가스를 플라스마화시킨다.

Description

성막 장치 및 성막 방법
본 개시는 성막 장치 및 성막 방법에 관한 것이다.
특허문헌 1은, 기판의 표면에 성막을 행하는 방법을 기재하고 있다.
특허문헌 2는, 기판 표면에 성막 처리를 행하는 기판 처리 장치를 기재하고 있다.
일본 특허 공개 제2018-59173호 공보 일본 특허 공개 제2017-155292호 공보
본 개시에 관한 기술은, 플라스마 ALD법에 의한 금속 티타늄막의 형성 시에, 금속 티타늄막의 하지에 생기는 대미지를 저감한다.
본 개시의 일 양태는, 기판에 금속 티타늄막을 성막하는 방법이며, 상기 기판이 수용된 처리 용기 내에 원료 가스를 공급하여, 상기 기판의 표면에 상기 원료 가스를 흡착시키는 흡착 단계와, 상기 처리 용기 내에 반응 가스를 공급함과 함께, 상기 반응 가스를 플라스마화시켜, 상기 기판의 표면에 흡착된 상기 원료 가스에, 플라스마화한 상기 반응 가스를 반응시키는 반응 단계를 교대로 실시하는 원자층 퇴적(플라스마 ALD)법에 의해, 금속 티타늄막을 형성하는 공정을 포함하고, 상기 반응 단계에서는, 38MHz 이상 60MHz 이하의 주파수의 고주파 전력을 사용해서 상기 반응 가스를 플라스마화시킨다.
본 개시에 의하면, 플라스마 ALD법에 의한 금속 티타늄막의 형성 시에, 금속 티타늄막의 하지에 생기는 대미지를 저감할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 성막 장치의 종단 측면도이다.
도 2는 도 1의 성막 장치에서의 성막 처리의 타이밍 차트이다.
도 3은 PEALD법으로 형성된 Ti막의 이면 SIMS 분석의 결과를 도시하는 도면이다.
도 4는 PEALD법으로 형성된 Ti막의 이면 SIMS 분석의 결과를 도시하는 도면이다.
예를 들어 반도체 디바이스 등의 제조 프로세스에서는, 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 함)에 대하여, 금속 티타늄막(이하, 「Ti막」이라고 하는 경우가 있음)의 성막 처리를 행하는 경우가 있다. Ti막의 성막 처리에서는 CVD(Chemical Vapor Deposition)법이나 원자층 퇴적(ALD: Atomic Layer Deposition)법에 의해 성막을 행한다. 또한, ALD법으로서는, 웨이퍼의 표면에 원료 가스를 흡착시키는 공정과, 그 후, 웨이퍼(W)의 표면에 흡착된 원료 가스에 플라스마화한 반응 가스를 반응시키는 공정을 교대로 반복해서 행하는 플라스마 ALD(PEALD: Plasma Enhanced ALD)법이 알려져 있다(특허문헌 1, 2 참조).
그런데, CVD법에서는, 성막 시에, 비교적 고온으로 하지 않으면, 막 중의 불순물 농도가 높아져버리는 것에 반해, PEALD법에서는, 비교적 저온이어도 저불순물 농도로 성막 가능한 것 등의 점에서, Ti막의 성막에 PEALD법을 채용하는 것이 고려되어 있다.
그러나, PEALD법에서는, PEALD법에 의한 Ti막의 형성 시에, Ti막의 하지에 생기는 대미지를 저감할 수 있다.
그래서, 본 개시에 관한 기술은, 플라스마 ALD법에 의한 금속 티타늄막의 형성 시에, 금속 티타늄막의 하지에 생기는 대미지를 저감한다.
이하, 본 실시 형태에 관한 성막 방법 및 성막 장치를, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.
<성막 장치>
도 1은, 본 실시 형태에 관한 성막 장치를 개략적으로 도시한 종단면도이다.
도면의 성막 장치(1)는, 매엽식 장치이다. 또한, 성막 장치(1)는, 기판으로서의 웨이퍼(W)에 Ti막을 형성한다. 구체적으로는, 성막 장치(1)는, PEALD법에 의해 Ti막을 형성한다. PEALD법에서는, 이하의 흡착 단계와 반응 단계를 교대로 실시한다. 흡착 단계에서는, 웨이퍼(W)가 수용된 후술하는 처리 용기(10) 내에 원료 가스를 공급하여, 웨이퍼(W)의 표면에 원료 가스를 흡착시킨다. 반응 단계에서는, 상기 처리 용기(10) 내에 반응 가스를 공급함과 함께, 반응 가스를 플라스마화시켜, 웨이퍼(W)의 표면에 흡착된 원료 가스에 플라스마화한 반응 가스를 반응시킨다.
성막 장치(1)는, 감압 가능하게 구성되고, 웨이퍼(W)를 수용하는 처리 용기(10)를 구비한다.
처리 용기(10)는, 바닥이 있는 원통 형상으로 형성된 용기 본체(11)를 갖는다.
용기 본체(11)의 측벽에는, 웨이퍼(W)의 반입출구인 개구(11a)와, 해당 개구(11a)를 개폐하는 게이트 밸브(12)가 마련되어 있다. 또한, 용기 본체(11) 상에는, 처리 용기(10)의 측벽 일부를 이루는, 후술하는 배기 덕트(17)가 마련되어 있다.
또한, 처리 용기(10) 내에는, 웨이퍼(W)를 적재하는 적재대(20)가 마련되어 있다. 이 적재대(20)는 하부 전극을 구성한다. 적재대(20)에는, 웨이퍼(W)를 가열하는 가열 기구로서의 히터(도시하지 않음)가 내장되어 있어, 이에 의해, 적재대(20)에 적재된 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 가열할 수 있다.
적재대(20)에 대해서는, 처리 용기(10)의 외부에 마련되어 있는 고주파 전원(30)으로부터, 정합기(30a)를 통해서 바이어스용 고주파 전력이 공급된다.
또한, 고주파 전원(30)을 생략하고, 적재대(20)에 대하여 바이어스용 고주파 전력을 공급하지 않도록 해도 된다.
또한, 적재대(20)에는, 당해 적재대(20)를 둘러싸도록 통 형상의 커버 부재(21)가 마련되어 있고, 그 하면 중앙부에는, 상하 방향으로 연장되는 지주(22)의 상단이 접속되어 있다. 지주(22)의 하단은, 처리 용기(10)의 저부에 마련된 개구부(11b)를 관통해서 처리 용기(10)의 외부로 신장되어, 승강 기구(23)에 접속되어 있다. 승강 기구(23)의 구동에 의해, 적재대(20)는, 일점쇄선으로 나타내는 반송 위치와 그 상방의 처리 위치를, 상하로 이동할 수 있다. 반송 위치란, 처리 용기(10)의 개구(11a)로부터 처리 용기(10) 내에 진입하는 웨이퍼(W)의 반송 기구(도시하지 않음)와 후술하는 지지 핀(26a)의 사이에서 웨이퍼(W)를 전달하고 있을 때, 적재대(20)가 대기하는 위치이다. 또한, 처리 위치란, 웨이퍼(W)에 처리가 행하여지는 위치이다.
지주(22)에서의 처리 용기(10)의 외측에는, 플랜지(24)가 마련되어 있다. 플랜지(24)와 처리 용기(10)의 저벽에서의 지주(22)의 관통부와의 사이에는, 지주(22)의 외주부를 둘러싸도록 벨로우즈(25)가 마련되어 있다. 이에 의해, 처리 용기(10)의 기밀이 유지된다.
처리 용기(10) 내에서의 적재대(20)의 하방에는, 복수, 예를 들어 3개의 지지 핀(26a)을 갖는 웨이퍼 승강 부재(26)가 마련되어 있다. 웨이퍼 승강 부재(26)는, 승강 기구(28)에 의해 상하 이동 가능하다. 또한, 상하 이동함으로써, 지지 핀(26a)이, 웨이퍼(W)의 전달을 위해서, 적재대(20)에 형성된 관통 구멍(20a)을 통하여, 당해 적재대(20)의 상면으로부터 돌출 함몰한다.
처리 용기(10)에서의 배기 덕트(17)의 상측에는, 원환상의 절연 지지 부재(13)가 마련되어 있다. 절연 지지 부재(13)의 하면측에는, 석영으로 이루어지는 샤워 헤드 지지 부재(14)가 마련되어 있다. 샤워 헤드 지지 부재(14)에는, 처리 용기(10) 내에 처리 가스를 도입하는 가스 도입부이며 상부 전극을 구성하는 샤워 헤드(15)가 지지되어 있다.
샤워 헤드(15)는, 원판상의 헤드 본체부(15a)와, 헤드 본체부(15a)에 접속된 샤워 플레이트(15b)를 갖고 있고, 헤드 본체부(15a)와 샤워 플레이트(15b)의 사이에는, 가스 확산 공간(S1)이 형성되어 있다. 헤드 본체부(15a)와 샤워 플레이트(15b)는 금속제이다. 헤드 본체부(15a)에는, 가스 확산 공간(S1)에 통하는 2개의 가스 공급로(15c, 15d)가 형성되고, 샤워 플레이트(15b)에는, 가스 확산 공간(S1)으로부터 통하는 다수의 가스 토출 구멍(15e)이 형성되어 있다.
또한, 샤워 헤드(15)에 대해서는, 처리 용기(10)의 외부에 마련되어 있는 고주파 전원(31)으로부터, 정합기(31a)를 통해서 플라스마 생성용 고주파 전력이 공급된다.
또한, 처리 용기(10)의 내부에는, 개구(11a)의 상방에서 처리 용기(10)의 내벽이 돌출되도록 형성된 환상 부재(16)가 마련되어 있다. 환상 부재(16)는, 상기 처리 위치에서의 적재대(20)의 커버 부재(21)의 외측에 근접해서 당해 커버 부재(21)를 둘러싸도록 배치되어 있다. 또한, 처리 용기(10)의 측벽에서의 상부에는, 원환상으로 만곡시켜서 구성된 배기 덕트(17)가 마련되어 있다. 이 배기 덕트(17)의 내주면측은, 환상 부재(16) 상에서 둘레 방향에 걸쳐서 개구되어 있고, 커버 부재(21)와 샤워 플레이트(15b)의 하측 주연부의 사이에 형성된 간극(18)을 통해서, 처리 공간(S2)을 배기할 수 있다.
배기 덕트(17)에는, 처리 용기(10) 내를 배기하는 배기 기구(40)가 접속되어 있다. 배기 기구(40)는, 배기관(41)과, 진공 배기 펌프(42)를 갖는다. 배기관(41)의 일단은 배기 덕트(17)에 접속되어 있고, 배기관(41)의 타단은 진공 배기 펌프(42)에 접속되어 있다. 배기관(41)에서의 배기 덕트(17)와 진공 배기 펌프(42)의 사이에는, APC 밸브(43)와, 개폐 밸브(44)가, 상류측부터 순서대로 마련되어 있다.
또한, 상술한 가스 공급로(15c, 15d)에는, 원료 가스나 반응 가스를 처리 용기(10)에 공급하는 가스 공급 기구(50)가 접속되고, 구체적으로는, 가스 공급 기구(50)의 가스 유로(51, 61)의 하류단이 각각 접속되어 있다.
원료 가스 유로인 가스 유로(51)의 상류단은, 밸브(V1), 유량 조정부(52)를 하류측부터 이 순으로 개재하여, 원료 가스인 TiCl4 가스의 공급원(53)에 접속되어 있다.
유량 조정부(52)는, 매스 플로 컨트롤러에 의해 구성되어, 공급원(53)으로부터의 TiCl4 가스의 하류측에의 공급 유량을 조정한다. 또한, 후술하는 다른 각 유량 조정부(55, 62, 65)에 대해서도, 이 유량 조정부(52)와 마찬가지로 구성되어 있어, 유로의 하류측에의 가스의 공급 유량을 조정한다.
밸브(V1)는, 당해 밸브(V1)의 개폐에 의해, 공급원(53)으로부터 처리 용기(10)에의 TiCl4 가스의 급단을 행한다. 후술하는 V1 내지 V4도 각각, 당해 밸브의 개폐에 의해, 각 공급원(56, 63, 66)으로부터 처리 용기(10)에의 가스의 급단을 행한다.
또한, 가스 유로(51)에서의 밸브(V1)의 하류측에는, 가스 유로(54)의 하류단이 접속되어 있다. 가스 유로(54)의 상류단은, 밸브(V2), 유량 조정부(55)를 하류측부터 이 순으로 개재하여, Ar 가스의 공급원(56)에 접속되어 있다. 공급원(56)으로부터의 Ar 가스는, 원료 가스인 TiCl4 가스의 희석용으로 처리 용기(10) 내에 공급된다.
계속해서, 처리 용기(10)의 가스 공급로(15d)에 접속되는 가스 유로(61)에 대해서 설명한다.
반응 가스 유로인 가스 유로(61)의 상류단은, 밸브(V3), 유량 조정부(62)를 하류측부터 이 순으로 개재하여, 반응 가스인 H2 가스의 공급원(63)에 접속되어 있다.
가스 유로(61)에서의 밸브(V3)의 하류측에는 가스 유로(64)의 하류단이 접속되어 있다. 가스 유로(64)의 상류단은 밸브(V4), 유량 조정부(65)를 하류측부터 이 순으로 개재하여, Ar 가스의 공급원(66)에 접속되어 있다. 공급원(66)으로부터의 Ar 가스는, 플라스마 형성용으로 처리 용기(10) 내에 공급된다.
이상과 같이 구성되는 성막 장치(1)에는, 제어부(100)가 마련되어 있다. 제어부(100)는, 예를 들어 CPU나 메모리 등을 구비한 컴퓨터에 의해 구성되고, 프로그램 저장부(도시하지 않음)를 갖고 있다. 프로그램 저장부에는, 적재대(20) 내의 히터(도시하지 않음)나 게이트 밸브(12), 밸브(V1 내지 V4), APC 밸브(43), 유량 조정부(52, 55, 62, 65) 등의 각 기기를 제어하여, 성막 장치(1)에서의 후술하는 웨이퍼 처리를 실현하기 위한 프로그램 등이 저장되어 있다. 또한, 상기 프로그램은, 컴퓨터에 판독 가능한 기억 매체에 기록되어 있던 것으로서, 당해 기억 매체로부터 제어부(100)에 인스톨된 것이어도 된다. 상기 기억 매체는, 일시적인 것이어도 비일시적인 것이어도 된다. 또한, 프로그램의 일부 또는 모두는 전용 하드웨어(회로 기판)에 의해 실현해도 된다.
<성막 방법>
계속해서, 성막 장치(1)에서의 웨이퍼 처리에 대해서, 도 2를 사용해서 설명한다. 도 2는, 성막 장치(1)에서의 웨이퍼 처리의 타이밍 차트이다.
(스텝 S1: 웨이퍼 반입)
먼저, 밸브(V1 내지 V4)가 폐쇄된 상태에서, 게이트 밸브(12)가 개방된다. 이어서, 배기 기구(40)에 의해 미리 진공 배기된 처리 용기(10) 내에, 당해 처리 용기(10)에 인접하는 진공 분위기의 반송실(도시하지 않음)로부터, 개구(11a)를 통해서, 웨이퍼(W)를 보유 지지한 반송 기구(도시하지 않음)가 삽입된다. 이어서, 웨이퍼(W)가 상술한 반송 위치에 위치하는 적재대(20)의 상방에 반송된다. 그리고, 상승한 지지 핀(26a) 상에 웨이퍼(W)가 전달되고, 그 후, 상기 반송 기구는 처리 용기(10)로부터 발출되고, 게이트 밸브(12)가 폐쇄된다. 그와 함께, 지지 핀(26a)의 하강이 행하여져, 적재대(20) 상에 웨이퍼(W)가 적재된다. 또한, 적재대(20)는 그 내부의 히터(도시하지 않음)에 의해 미리 소정의 성막 온도, 예를 들어 300℃ 내지 450℃로 조정되어 있다. 적재대(20)에의 웨이퍼(W)의 적재 후, 적재대(20)가 상술한 처리 위치까지 이동되고, 처리 공간(S2)이 형성됨과 함께, 처리 용기(10) 내의 압력이, APC 밸브(43)에 의해 원하는 진공 압력으로 되도록 조정된다.
(스텝 S2: 베이스 가스 공급 개시)
이어서, 밸브(V3, V4)가 개방되고, 반응 가스로서의 H2 가스가 공급원(63)으로부터 가스 유로(61)를 통해서, 플라스마 생성용 가스로서의 Ar 가스가 공급원(66)으로부터 가스 유로(64)를 통해서, 각각 처리 용기(10)에 공급된다. 반응 가스로서의 H2 가스와 플라스마 생성용 가스로서의 Ar 가스는, 성막 중, 상시 흘려진다. 반응 가스로서의 H2 가스의 유량은, 예를 들어 3500sccm 내지 7000sccm이며, 플라스마 생성용 가스로서의 Ar 가스의 유량은, 예를 들어 300sccm 내지 3500sccm이다. 또한, 이하의 스텝 S3 내지 S6의 공정을 포함하는 성막 처리 중, 처리 용기(10) 내의 압력이, APC 밸브(43)에 의해 원하는 진공 압력, 예를 들어 500mTorr 이상 5Torr 이하로 조정된다.
(스텝 S3: 흡착)
반응 가스 및 플라스마 생성용 가스의 공급 개시로부터 미리 설정된 시간 경과 후, 밸브(V1, V2)가 개방된다. 이에 의해, 원료 가스로서의 TiCl4 가스가 공급원(53)으로부터 가스 유로(51)를 통해서, 희석용 가스로서의 Ar 가스가 공급원(56)으로부터 가스 유로(54)를 통해서, 각각 처리 용기(10)에 공급된다. 또한, 원료 가스로서의 TiCl4 가스의 유량은, 예를 들어 5sccm 내지 15sccm이며, 희석용 가스로서의 Ar 가스의 유량은, 예를 들어 300sccm 내지 3500sccm이다. 이 흡착 단계는, 예를 들어 0.05초 내지 0.1초에 걸쳐서 행하여진다.
(스텝 S4: 원료 가스 등의 배출)
흡착 단계 종료 후, 밸브(V1, V2)가 폐쇄되고, TiCl4 가스 및 희석용 가스로서의 Ar 가스의 공급이 정지됨과 함께, 반응 가스로서의 H2 가스 및 플라스마 생성용 Ar 가스의 공급이 계속되고, 이들 H2 가스 및 플라스마 생성용 Ar 가스에 의해, TiCl4 가스 등이 처리 용기(10) 내로부터가 배출(퍼지)된다. 이와 같이, 반응 가스로서의 H2 가스 및 플라스마 생성용 Ar 가스는 퍼지 가스로서도 사용된다. 또한, 이 원료 가스 등의 배출 공정은, 예를 들어 0.4초 내지 1초에 걸쳐서 행하여진다.
(스텝 S5: 반응)
밸브(V1, V2)가 폐쇄되고 나서, 미리 설정된 시간 경과 후, 고주파 전원(30)으로부터의 바이어스용 고주파 전력의 공급 및 고주파 전원(31)으로부터의 플라스마 생성용 고주파 전력의 공급을 행한다. 이에 의해, 처리 용기(10) 내의 반응 가스로서의 H2 가스 및 플라스마 생성용 Ar 가스를 플라스마화시켜, 플라스마화시킨 반응 가스와 TiCl4 가스를 반응시킨다. 구체적으로는, 상기 플라스마화에 의해 생성되는, H3 + 이온 등의 활성종에 의해, 웨이퍼(W)에 흡착된 TiCl4를 환원시켜, 금속 티타늄으로 한다. 이 반응 단계에서, 고주파 전원(31)으로부터 공급되는 플라스마 생성용 고주파 전력의 주파수는, 38MHz 이상 60MHz 이하이다. 또한, 이 반응 단계는, 예를 들어 1초 내지 4초에 걸쳐서 행하여진다.
(스텝 S6: 활성종의 배출)
반응 단계 종료 후, 고주파 전원(30)으로부터의 바이어스용 고주파 전력의 공급 및 고주파 전원(31)으로부터의 플라스마 생성용 고주파 전력의 공급이 정지됨과 함께, 반응 가스로서의 H2 가스 및 플라스마 생성용 Ar 가스의 공급이 계속된다. 이들 H2 가스 및 플라스마 생성용 Ar 가스에 의해, 처리 용기(10) 내에 잔존한 활성종 등이 배출된다. 이 활성종의 배출 공정은, 예를 들어 0.3초 내지 1초에 걸쳐서 행하여진다.
상술한 스텝 S3 내지 S6을 하나의 사이클로 하면, 이 사이클이 반복해서 행하여져, Ti의 원자층이 웨이퍼(W)의 표면에 퇴적되어, Ti막이 형성된다.
(스텝 S7: 반출)
그리고, 미리 정해진 횟수의 상기 사이클이 실행되어, 원하는 막 두께의 Ti막이 형성되면, 처리 용기(10) 내에의 반입 시와는 역의 수순으로 웨이퍼(W)가 처리 용기(10)로부터 반출된다. 이것으로, 일련의 웨이퍼 처리는 종료된다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 관한 성막 방법은, 상술한 흡착 단계와 반응 단계를 교대로 실시하는 PEALD법에 의해, Ti막을 형성하는 공정을 포함한다. 그리고, 반응 단계에서는, 38MHz 이상 60MHz 이하의 주파수의 고주파 전력을 사용해서 반응 가스를 플라스마화시킨다.
본 실시 형태에서는, 반응 가스를 플라스마화시키기 위한 고주파 전력, 즉 플라스마 생성용 고주파 전력의 주파수가 38MHz 이상이기 때문에, 후에 나타내는 바와 같이, PEALD법에 의한 Ti막의 형성 시에 Ti막의 하지에 생기는 대미지를 매우 작게 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 플라스마 생성용 고주파 전력의 주파수가 60MHz 이하이기 때문에, 이하의 효과가 있다. 즉, 하부 전극으로서의 적재대(20)를 포함하는 바이어스용 고주파 전력 공급 회로의 임피던스를 충분히 낮출 수 없는 관계로, 플라스마 생성용 고주파 전력의 주파수가 높아짐에 따라서, 생성되는 플라스마가 용기 본체(11)의 측벽 방향을 향하는 비율이 많아져서, 적재대(20) 근방의 플라스마 밀도가 저하된다. 그에 대해, 본 실시 형태에서는, 플라스마 생성용 고주파 전력의 주파수가 60MHz 이하이기 때문에, 생성되는 플라스마가 용기 본체(11)의 측벽 방향을 향하는 비율이 적어, 적재대(20) 근방의 플라스마 밀도가 충분히 높기 때문에, Ti막의 성막 효율이 저하되지 않는다.
즉, 본 실시 형태에서는, 플라스마 생성용 고주파 전력의 주파수가 38MHz 이상 60MHz 이하이기 때문에, PEALD법에 의한 Ti막의 형성 시에 Ti막의 하지에 생기는 대미지를, 생산성을 손상시키지 않고 억제할 수 있다.
또한, 본 발명자들이 예의 조사한 바에 의하면, 플라스마 생성용 고주파 전력의 주파수가 38MHz 이상이기 때문에, 38MHz 미만일 때에 비해서, Ti막의 표면 조도를 작게 할 수 있다. 또한, 플라스마 생성용 고주파 전력의 주파수를 38MHz 이상으로 하면서, 플라스마 생성용 고주파 전력의 출력을 내림으로써, Ti막의 표면 조도를 보다 작게 할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 플라스마 생성용 고주파 전력의 주파수를 38MHz 이상으로 함으로써, Ti막의 하지에 생기는 대미지를 매우 작게 할 수 있는 이유로서는, 이하의 이유를 생각할 수 있다. 즉, 플라스마 생성용 고주파 전력의 주파수를 높게 함으로써, (A) 플라스마 중의 H 라디칼의 밀도가 높아져 상대적으로 H3 + 이온의 밀도가 낮아지고, 또한, (B) H3 + 이온의 에너지가 작아진다. 그 결과, H3 + 이온이 Ti막의 하지에 타입되는 양과 깊이가 저감되어, 질소나 산소 등이 도입되기 어려워지기 때문이라고 생각된다.
<실험예>
플라스마 생성용 고주파 전력의 주파수를 변화시키면서, 상술과 마찬가지로 하여 Si 웨이퍼(W) 상에 PEALD법으로 Ti막을 형성하고, 이면 SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry) 분석을 행했다. 그 결과를 도 3 및 도 4에 나타낸다. 도 3 및 도 4에서, 횡축은 주파수를 나타내고 있다. 또한, 도 3의 종축은, Ti막이 형성된 Si 웨이퍼(W)에서의, 질소 농도가 1020atms/cm3 이상인 부분의 두께(이하, 질소의 확산 깊이)를 나타낸다. 도 4의 종축은, 동 웨이퍼(W)에서의, 산소 농도가 1020atms/cm3 이상인 부분의 두께(이하, 산소의 확산 깊이)를 나타내고 있다. 또한, 각 주파수에서 Ti막을 성막했을 때의, 플라스마 생성용 고주파 전력의 출력은 공통으로 했다.
도 3에 도시한 바와 같이, Si 웨이퍼(W) 상에 PEALD법으로 Ti막을 형성한 경우, 플라스마 생성용 고주파 전력의 주파수의 증가와 함께, 질소의 확산 깊이는 감소하였다. 그리고, 질소의 확산 깊이는, 플라스마 생성용 고주파 전력의 주파수가 38MHz 이상인 경우, 450kHz인 경우에 비해서 1/2 이하로 되어 있었다.
또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, Si 웨이퍼(W) 상에 PEALD법으로 Ti막을 형성한 경우, 플라스마 생성용 고주파 전력의 주파수의 증가와 함께, 질소의 확산 깊이도 감소하였다. 그리고, 질소의 확산 깊이도, 플라스마 생성용 고주파 전력의 주파수가 38MHz 이상인 경우, 450kHz인 경우에 비해서 1/2 이하로 되어 있었다.
도 3 및 도 4에 도시한 결과로부터, Si 웨이퍼(W) 상에 PEALD법으로 Ti막을 형성한 경우, 플라스마 생성용 고주파 전력의 주파수를 증가시킴으로써, 질소나 산소의 깊이(두께) 방향으로의 확산 정도를 감소시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 특히, 플라스마 생성용 고주파 전력의 주파수를 38MHz 이상으로 하면, 상기 확산 정도를 매우 작게 할 수 있는 것을 알 수 있다. 즉, 플라스마 생성용 고주파 전력의 주파수를 38MHz 이상으로 하면, PEALD법으로 Ti막을 형성했을 때, 하지의 Si 웨이퍼(W)에 대한 대미지를 매우 작게 할 수 있다.
<다른 적용>
금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기 실시 형태는, 첨부의 청구범위 및 그 주지를 일탈하지 않고, 다양한 형태로 생략, 치환, 변경되어도 된다.
1: 성막 장치
11: 용기 본체
31: 고주파 전원
100: 제어부
W: 웨이퍼

Claims (6)

  1. 기판에 금속 티타늄막을 성막하는 방법이며,
    상기 기판이 수용된 처리 용기 내에 원료 가스를 공급하여, 상기 기판의 표면에 상기 원료 가스를 흡착시키는 흡착 단계와, 상기 처리 용기 내에 반응 가스를 공급함과 함께, 상기 반응 가스를 플라스마화시켜, 상기 기판의 표면에 흡착된 상기 원료 가스에 플라스마화한 상기 반응 가스를 반응시키는 반응 단계를 교대로 실시하는 원자층 퇴적(플라스마 ALD)법에 의해, 금속 티타늄막을 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 반응 단계에서는, 38MHz 이상 60MHz 이하의 주파수의 고주파 전력을 사용해서 상기 반응 가스를 플라스마화시키는, 성막 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 원료 가스는 TiCl4를 포함하고, 상기 반응 가스는 H2를 포함하는, 성막 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속 티타늄막을 형성하는 공정에서의, 상기 처리 용기 내의 압력은, 500mTorr 이상 5Torr 이하인, 성막 방법.
  4. 기판에 금속 티타늄막을 성막하는 장치이며,
    상기 기판을 수용하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 원료 가스 및 반응 가스를 공급하는 가스 공급 기구와,
    상기 처리 용기 내에 플라스마를 발생시키기 위한 고주파 전력을 출력하는 고주파 전원과,
    제어부를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 기판이 수용된 처리 용기 내에 원료 가스를 공급하여, 상기 기판의 표면에 상기 원료 가스를 흡착시키는 흡착 단계와, 상기 처리 용기 내에 반응 가스를 공급함과 함께, 상기 반응 가스를 플라스마화시켜, 상기 기판의 표면에 흡착된 상기 원료 가스에 플라스마화한 상기 반응 가스를 반응시키는 반응 단계를 교대로 실시하는 원자층 퇴적(플라스마 ALD)법에 의해, 금속 티타늄막을 형성하는 공정이 실행되고, 또한, 상기 반응 단계에서는, 38MHz 이상 60MHz 이하의 주파수의 고주파 전력을 사용해서 상기 반응 가스가 플라스마화되도록, 상기 가스 공급 기구 및 상기 고주파 전원을 제어하는, 성막 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 가스 공급 기구는, 상기 원료 가스로서 TiCl4를 공급하고, 상기 반응 가스로서 H2를 공급하는, 성막 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 처리 용기 내를 배기하는 배기 기구를 더 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 금속 티타늄막을 형성하는 공정에서 상기 처리 용기 내의 압력이 500mTorr 이상 5Torr 이하가 되도록, 상기 가스 공급 기구 및 상기 배기 기구를 제어하는, 성막 장치.
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