TWI425113B - Method of film formation of titanium film - Google Patents

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Description

鈦膜之成膜方法
本發明是關於在腔室內供給含有TiCl4 氣體及還原氣體之處理氣體，在被載置於腔室內之載置台上，含有Si之部份的被處理基板之Si部份，形成Ti膜。
在半導體裝置之製造中，對應於最近之高密度化及高積體化之要求，傾向將電路構成多層線構造，因此下層之半導體裝置和上層之配線層之連接部的接觸孔，或上下配線層彼此之連接部的通孔等之層間電性連接用之埋入技術則為重要。
如此接觸孔或通孔之埋入，一般使用Al(鋁)或W(鎢)或是以該些為主體之合金，但是為了形成如此之金屬或合金和下層之Si基板或poly－Si層之接觸，於該些埋入之前，藉由形成Ti膜，與基底之Si反應而在接觸孔之底之Si擴散層上選擇生長TiSi2 ，取得良好之歐姆電阻(例如日本特開平5－67585號公報)。
於形成CVD－Ti膜之時，一般使用TiCl4 氣體作為原料氣體，使用H2 氣體作為還原氣體，但是因該TiCl4 氣體之結合能量相當高，於單獨熱能量時若無1200℃左右之高溫則無法分解，故藉由併用電漿能量之電漿CVD，通常以製程溫度650℃左右執行成膜。再者，由促進反應之觀點來看，採用比較高之壓力及高頻電力功率而形成電漿。
但是，近年來使用Ti膜以當作與閘極電極之聚矽上之金屬接觸之接觸層，由於以往成膜溫度在650℃附近，溫度過高，故研究Ti膜之成膜在550℃附近之低溫。
但是，於在550℃附近執行成膜之時，即使使屬於被處理基板之半導體晶圓之溫度均勻，在晶圓面內的矽化物化產生偏差程度，造成面內之膜質均勻性惡化。再者，由於電漿，對晶圓產生充電損傷或對腔室造成異常放電等之電漿損傷。
另外，在現行之Ti膜成膜中，由電漿化之容易性之觀點來看，先將Ar氣體及還原氣體之H2 氣體導入至腔室內而予以電漿化後再導入TiCl4 氣體，但是由於之後導入TiCl4 氣體，使得放電狀態暫時性變化，在腔室內產生異常放電，或產生對晶圓之電漿損傷。
本發明之目的是提供可以在被處理基板之面內均勻進行矽化物化之Ti膜之成膜方法。
再者，本發明之其他目的是提供難以對被處理基板或對腔室產生電漿損傷之Ti膜之成膜方法。
若藉由本發明之第1觀點，則提供一種鈦膜之成膜方法，藉由成膜裝置，在具有Si部份之被處理基板之含有Si部份形成Ti膜，該成膜裝置具有：收容被處理基板之腔室；在腔室內載置被處理基板之載置台；加熱載置台上 之基板的加熱手段；供給含有TiCl4 氣體及還原氣體之處理氣體至腔室內之處理氣體供給手段；於上述載置台上之被處理基板上方之空間形成高頻電場之高頻電場形成手段；和將上述腔室內予以排氣之排氣手段，包含：在上述載置台配置具有Si部份之被處理基板之步驟；加熱被處理基板之步驟；將腔室內設為特定壓力之步驟；將含有TiCl4 氣體及還原氣體之處理氣體導入至腔室內之步驟；藉由上述高頻電場形成手段形成高頻電場，依此使上述處理氣體電漿化之步驟；和在被處理基板之表面產生藉由上述TiCl4 氣體及還原氣體所引起之反應之步驟，藉由上述反應，於被處理基板之Si部份形成Ti膜之時，以抑制在被處理基板之Si部份的TiSi之生成反應之方式，控制腔室內壓力及所施加之高頻電力之功率。
此時，被處理基板之溫度在550℃附近，以產生當作前驅物之TiCl3 成為主體之成膜反應的方式，控制腔室內壓力及所施加之高頻電力之功率為佳。
若藉由本發明之第2觀點，則提供一種鈦膜之成膜方法，藉由成膜裝置，在具有Si部份之被處理基板之Si部份形成Ti膜，該成膜裝置具有：收容被處理基板之腔室；在腔室內載置被處理基板之載置台；加熱載置台上之基板的加熱手段；供給含有TiCl4 氣體及還原氣體之處理氣體至腔室內之處理氣體供給手段；於上述載置台上之被處理基板上方之空間形成高頻電場之高頻電場形成手段；和將上述腔室內予以排氣之排氣手段，包含：在上述載置台 配置具有Si部份之被處理基板之步驟；加熱被處理基板之步驟；將腔室內壓力予以抽真空之步驟；將含有TiCl4 氣體及還原氣體之處理氣體導入至腔室內之步驟；藉由上述高頻電場形成手段形成高頻電場，依此使上述處理氣體電漿化之步驟；和在被處理基板之表面產生藉由上述TiCl4 氣體及還原氣體所引起之反應之步驟，在腔室內壓力為266~1333Pa之範圍，高頻電力功率為200~1000W之範圍內，將腔室內壓力設為x(Pa)，將高頻電力功率設為y(W)之時，則滿足(y－333)<160400/(x－266)。
若藉由本發明之第3觀點時，則提供一種鈦膜之成膜方法，藉由成膜裝置，在具有Si部份之被處理基板之Si部份形成Ti膜，該成膜裝置具有：收容被處理基板之腔室；在腔室內載置被處理基板之載置台；加熱載置台上之基板的加熱手段；供給含有TiCl4 氣體及還原氣體之處理氣體至腔室內之處理氣體供給手段；於上述載置台上之被處理基板上方之空間形成高頻電場之高頻電場形成手段；和將上述腔室內予以排氣之排氣手段，包含：在上述載置台配置具有Si部份之被處理基板之步驟；加熱被處理基板之步驟；將腔室內壓力設成300~800Pa之範圍之步驟；將含有TiCl4 氣體及還原氣體之處理氣體導入至腔室內之步驟；將上述高頻電場形成手段之高頻電力功率設為300~600W而形成高頻電場，依此使上述處理氣體電漿化之步驟；和在被處理基板之表面產生藉由上述TiCl4 氣體及還原氣體所引起之反應之步驟。
在上述第1至第3觀點中，可以將基板溫度設為300~670℃之範圍。尤其以基板溫度為500℃±20℃之時為佳。
若藉由本發明之第4觀點時，則提供一種鈦膜之成膜方法，藉由成膜裝置，在具有Si部份之被處理基板之Si部份形成Ti膜，該成膜裝置具有：收容被處理基板之腔室；在腔室內載置被處理基板之載置台；加熱載置台上之基板的加熱手段；供給含有TiCl4 氣體及還原氣體之處理氣體至腔室內之處理氣體供給手段；於上述載置台上之被處理基板上方之空間形成高頻電場之高頻電場形成手段；和將上述腔室內予以排氣之排氣手段，其特徵為：包含：在上述載置台配置具有含有Si部份之被處理基板之步驟；加熱被處理基板之步驟；將腔室內設為特定壓力之步驟；將含有TiCl4 氣體及還原氣體及惰性氣體之處理氣體導入至腔室內之步驟；藉由上述高頻電場形成手段形成高頻電場，依此使上述處理氣體電漿化之步驟；和在被處理基板之表面產生藉由上述TiCl4 氣體及還原氣體所引起之反應之步驟，將TiCl4 氣體及還原氣體及惰性氣體導入至上述腔室內之後，形成高頻電場而生成電漿之步驟。
在上述本發明之第4觀點中，藉由在被處理基板之Si部份形成Ti膜，使其界面矽化物化為佳。
若藉由本發明之第5觀點時，則提供一種記憶媒體，記憶有在電腦上動作，並控制成膜裝置之程式，上述控制程式於實行時，以執行Ti膜之成膜方法的方式，使電腦 控制上述成膜裝置，該Ti膜之成膜方法是藉由成膜裝置，在具有Si部份之被處理基板之含有Si部份形成Ti膜，該成膜裝置具有：收容被處理基板之腔室；在腔室內載置被處理基板之載置台；加熱載置台上之基板的加熱手段；供給含有TiCl4 氣體及還原氣體之處理氣體至腔室內之處理氣體供給手段；於上述載置台上之被處理基板上方之空間形成高頻電場之高頻電場形成手段；和將上述腔室內予以排氣之排氣手段，包含下述步驟：在上述載置台配置具有Si部份之被處理基板；加熱被處理基板；將腔室內設為特定壓力；將含有TiCl4 氣體及還原氣體之處理氣體導入至腔室內；藉由上述高頻電場形成手段形成高頻電場，依此使上述處理氣體電漿化；和在被處理基板之表面產生藉由上述TiCl4 氣體及還原氣體所引起之反應，藉由上述反應，於被處理基板之Si部份形成Ti膜之時，以抑制在被處理基板之Si部份的TiSi之生成反應之方式，控制腔室內壓力及所施加之高頻電力之功率。
在現行之Ti膜成膜中，自促進反應之觀點來看，雖然將腔室內壓力設定成667Pa左右，將高頻電力設定成比較高之800W左右而執行成膜處理，但是於以如此之條件執行成膜之時，被處理基板之溫度在550℃附近，矽化物產生偏差。本發明者調查其原因之結果，發現在該溫度附近，於Si上藉由反應所生成之相從Ti轉移至TiSi，並矽化物化容易產生偏差。然後，TiSi之電阻高於在高溫下所生成之TiSi2或低溫下之Si，成膜特性也不同，故從Ti 轉移至TiSi之轉移點附近，膜厚或膜質產生偏差。
在此，本發明者研究即使在550℃附近也難以產生如此之偏差之條件的結果，發現藉由控制腔室內壓力及所施加之高頻電場之功率，可以難以生成TiSi，實質刪減Ti和TiSi之轉移點，因此可以迴避上述般在550℃附近產生偏差。典型上，藉由降低腔室壓力及所施加之高頻電力之功率，可以迴避在550℃附近之膜厚或膜質之偏差，並且可以隨著功率降低降低電漿損傷。
再者，藉由先將TiCl4 氣體導入至腔室內後再形成高頻電場，可以抑制異常放電之發生，並可以降低電漿損傷。因此，除降低壓力及高頻電力功率之外，又於生成電漿之前，導入TiCl4 氣體，依此從低溫至高溫，不會產生電漿損傷，可以實施安定性及均勻性高之Ti膜成膜。
以下，參照附件圖面，針對本發明之實施形態具體予以說明。
第1圖表示本發明之一實施形態所涉及之Ti膜之成膜方法之實施所使用之Ti膜成膜裝置之一例的概略剖面圖。該Ti膜成膜裝置100是作為藉由在平行平板電極形成高電場，邊形成電漿，邊執行CVD成膜之電漿CVD成膜裝置而構成。
該Ti膜成膜裝置100具有略圓筒狀之腔室1。在腔室1內部，用以水平支撐屬於被處理基板之晶圓W的由AlN 所構成之承載器2，是在藉由被設置在其中央下部之圓筒狀之支撐構件3支撐之狀態下被配置。在承載器2之外緣部設置有用以導引晶圓W之引導環4。再者，於承載器埋入有以鉬等之高熔點金屬所構成之加熱器5，該加熱器5藉由自加熱器電源6供電，將屬於被處理基板之晶圓W加熱至特定溫度。在承載器2表面附近，埋設有當作平行平板電極之下部電極而發揮功能之電極8，該電極8被接地。
在腔室1之天壁1a隔著絕緣構件9設置有也當作平行平板電極之上部電極發揮功能之噴淋頭10。該噴淋頭10是由上段塊體10a、中段塊體10b、下段塊體10c所構成，構成略圓盤狀。上段塊體10a具有與中段塊體10b及下段塊體10c同時構成噴淋頭本體部之水平部10d和連續於該水平部10d之外周上方之環狀支撐部10e，形成凹狀。然後，藉由該環狀支撐部10e支撐噴淋頭10全體。然後，在下段塊體10c交互形成吐出氣體之吐出孔17和18。在上段塊體10a之上面形成有第1氣體導入口11和第2氣體導入口12。在上段塊體10a之中，多數氣體通路13自第1氣體導入口11分歧。於中段塊體10b形成有氣體通路15，上述氣體通路13經水平延伸之連通路13a而與該些氣體通路15連通。並且，該氣體通路15與下段區塊10c之吐出孔17連通。再者，在上段塊體10a中，多數氣體通路14自第2氣體導入口12分歧。於中段塊體10b形成有氣體通路16，上述氣體通路14與氣體通路連通。並 且，該氣體通路16在中段塊體10b連接於水平延伸之連通路16a，該連通路16a連通於下段塊體10c之多數吐出孔18。然後，上述第1及第2氣體導入口11、12連接於氣體供給機構20之氣體管。
氣體供給機構20具有供給屬於潔淨氣體之ClF3 氣體之ClF3 氣體供給源21、供給屬於Ti化合物之TiCl4 氣體之TiCl4 氣體供給源22、供給Ar氣體之Ar氣體供給源23、供給屬於還原氣體之H2 氣體之H2 氣體供給源24、供給屬於氮化氣體之NH3 氣體之NH3 氣體供給源25、供給N2 氣體之N2 氣體供給源26。然後，於ClF3 氣體供給源21連接有ClF3 氣體供給管27及30b，於TiCl4 氣體供給源22連接有TiCl4 氣體供給管28，於Ar氣體供給源23連接有Ar氣體供給管29，於H2 氣體供給源24連接有H2 氣體供給管30，於NH3 氣體供給源25連接有NH3 氣體供給管30a，於N2 氣體供給源26連接有N2 氣體供給管30c。然後，於各氣體管設置有質量流量控制器32及夾著質量流量控制器之兩個閥31。
於上述第1氣體導入口11連接有自TiCl4 氣體供給源22延伸之TiCl4 氣體供給線28，於該TiCl4 氣體供給管28連接有自ClF3 氣體供給源21延伸之ClF3 氣體供給線27及自Ar氣體供給源23延伸之Ar氣體供給管29。再者，於上述第2氣體導入口12連接有自H2 氣體供給源24延伸之H2 氣體供給管30，於該H2 氣體供給管30連接有自NH3 氣體供給源25延伸之NH3 氣體供給管30a、自N2 氣 體供給源26延伸之N2 氣體供給管30c及自ClF3 氣體供給源21延伸之ClF3 氣體供給管30b。因此，於製程時，來自TiCl4 氣體供給源22之TiCl4 氣體與來自Ar氣體供給源23之Ar氣體同時經TiCl4 氣體供給管28，自噴淋頭10之第1氣體導入口11到達至噴淋頭10內，經氣體通路13、14而自吐出孔17吐出至腔室1內，另外來自H2 氣體供給源24之H2 氣體經H2 氣體供給管30而自噴淋頭10之第2氣體導入口12到達至噴淋頭10內，經氣體通路14、16而自吐出孔18吐出至腔室1內。即是，噴淋頭10為TiCl4 氣體和H2 氣體完全獨立而被供給至腔室1內之事後混合型，該些於吐出後混合產生反應。並且，在並不限於此，即使在TiCl4 和H2 混合之狀態下，將該些供給至腔室1內之事先混合型亦可。
於噴淋頭10經整合器33連接有高頻電源34，成為自該高頻電源34供給高頻電力至噴淋頭10。藉由自高頻電源34供給高頻電力，使經噴淋頭10被供給至腔室1內之氣體予以電漿化而執行成膜處理。
再者，於噴淋頭10之上段塊體10a之水平部10d，設置有用以加熱噴淋頭10之加熱器45。於該加熱器45連接有加熱器電源46，藉由自加熱器電源供電至加熱器45，使噴淋頭10加熱至所欲之溫度。於上述塊體10a之凹部設置有用以提升利用加熱器45所產生之加熱效率之隔熱構件47。
在腔室1之底壁1b之中央部形成有圓形之孔35，在 底壁1b以覆蓋該孔35之方式設置有朝下方突出之排氣室36。在排氣室36之側面連接有排氣管37，該排氣管37連接有排氣裝置38。然後，藉由使排氣裝置38動作，可將腔室1內減壓至特定真空度。
於承載器2，以可對承載器2之表面突出沉沒之方式，設置用以支撐晶圓W並使予以升降之3根(僅圖式兩根)之晶圓支撐銷39，該些晶圓支撐銷39被固定於支撐板40。然後，晶圓支撐銷39藉由汽缸等之驅動機構41經支撐版40而升降。
在腔室1之側壁設置有在與腔室1鄰接設置之無圖式之晶圓搬運室之間執行晶圓W之搬入搬出之搬入搬出口42，和開關該搬入搬出口42之閘閥43。
屬於Ti膜成膜裝置100之構成部的加熱器電源6及46、閥31、質量流量控制器32、整合器33、高頻電源34等為連接於由電腦所構成之控制部50而被控制之構成。再者，控制部50連接有由工程管理者為了管理Ti膜成膜裝置100而執行指令輸入操作等之鍵盤，或將Ti膜成膜裝置100之運轉狀況予以可視化而顯示之顯示器等所構成之使用者介面51。並且，於控制部50連接有記憶部52，該記憶部52儲存有用以利用控制部50之控制實現在Ti膜成膜裝置100所實行之各種處理之控制程式，或用以因應處理條件使Ti膜成膜裝置100之各構成部實行處理之程式即是處理程式。處理程式被記憶於記憶部52中之記憶媒體。記憶媒體即使為硬碟或半導體記憶體亦可，即使 為CDROM、DVD等之可搬運性亦可。再者，即使由其他裝置經例如專用迴路適當傳送處理程式亦可。然後，因應所需藉由利用來自使用者介面51之指示等自記憶部52叫出任意處理程式而使控制部50實行，依此在控制部50之控制下，執行Ti膜成膜裝置100之所欲處理。
接著，針對上述搬之Ti膜成膜裝置100中之本實施形態所涉及之Ti膜成膜處理方法予以說明。
在本實施形態中當作對象之晶圓W為露出Si部份者，Si部份即使為Si基板亦可，即使為形成在其上方之聚矽膜亦可，在其上方形成Ti膜。通常包含SiO2 膜(或是Low－k膜)等之SiO2 以當作層間絕緣膜，在Si部份和SiO2 部份之雙方形成Ti膜。
並且，在以下之說明中，氣體之流量之單位雖然使用mL/mi，但是氣體由於溫度及氣壓使得體積極大變化，故在本發明中，使用換算成標準狀態之值。並且，換算成標準狀態之流量因通常以sccm(Standerd Cubic Centimeter per Minutes)被標記，故同時記載sccm。在此之標準狀態為溫度0℃(273.15K)，氣壓為1atm(101325Pa)之狀態。
首先，在晶圓被搬入至腔室1內之狀態下，執行預塗佈。在預塗佈中，藉由排氣裝置38使腔室1內成為抽風狀態，邊將Ar氣體和N2 氣體導入至腔室1內，邊藉由加熱器5使承載器2升溫，在承載器2之溫度安定於特定溫度之時點，以特定流量導入TiCl4 氣體，並且自高頻電源34施加高頻電力，使被導入至腔室1內之Ar氣體、H2 氣 體、TiCl4 氣體予以電漿化，依此於腔室1內壁、排氣室36內壁、噴淋頭10及承載器2形成Ti膜，接著僅停止TiCl4 ，流動當作氮化氣體之NH3 氣體，並且對噴淋頭10施加高頻電力，使該些氣體予以電漿化而使Ti膜氮化。藉由多數次重複該些，形成預塗佈膜。
如此完成預塗佈之後，對晶圓W執行Ti膜之堆積。在該Ti膜之堆積中，藉由加熱器5使承載器2上昇至特定溫度之後，將腔室1內調整成與經閘閥43而連接之外部氛圍相同，之後，打開閘閥43，自真空狀態之無圖式之晶圓搬運室經搬入搬出口42，將晶圓W搬入至腔室1內。接著，在預塗佈工程中，與在噴淋頭10等形成Ti膜之程序相同，使導入至腔室1內之Ar氣體、H2 氣體、TiCl4 氣體予以電漿化，而使該些反應，在晶圓W上堆積特定厚度之Ti膜。
於堆積Ti膜之後，施予Ti膜之氮化處理。該氮化處理是於上述Ti膜之成膜後，停止TiCl4 氣體，設為流動著H2 氣體及Ar氣體之狀態，將腔室1內(腔室壁或噴淋頭表面等)加熱至適當溫度，並且流通當作氮化氣體之NH3 氣體，自高頻電源34對噴淋頭10施加高頻電力，而使處理氣體電漿化，藉由電漿化之處理氣體將成膜於晶圓W之Ti薄膜表面予以氮化，完成Ti膜成膜處理。
在此，在上述Ti膜之堆積中，以往雖然使用650℃左右比較高之成膜溫度，但是於當作與閘極電極之聚矽上之金屬接觸之接觸層使用之時，要求更低溫的用途則是在 550℃左右取得成膜。
另外，以往由更促進矽化物化之觀點來看，採用將腔室1內之壓力設為667Pa左右，將高頻電力設為800W左右，比較高之壓力、高功率的條件。於在該條件下，在晶圓W之含Si部份例如聚矽膜上形成Ti膜之時，可知矽化物化在550℃附近產生偏差，膜質及膜厚也產生偏差。
針對其點詳細予以說明。
第2圖是將橫軸設為晶圓溫度，將縱軸設為電阻值Rs之平均值(Ω/□)及其偏差程度(1 σ、%)，表示在Si上和SiO2 上堆積Ti膜之時之各膜上之電阻值及其偏差之溫度變化的圖式。再者，以各溫度表示在矽上生成之相。
再者，第3圖是將橫軸設為晶圓溫度，將縱軸設為膜厚(nm)及該其偏差程度(1 σ、%)，表示在Si上和SiO2 上堆積Ti膜之時之各膜上之膜厚及其偏差之溫度變化的圖式。
並且，第2圖、第3圖之成膜條件是將腔室內之壓力設為667Pa，Ti膜堆積是將氣體流量設為TiCl4 /Ar/H2 ：12/1600/4000(m L/min(sccm))，將高頻電力功率設為800W，將時間設為300sec，氮化處理是將氣體流量設為NH3 /Ar/H2 ：1500/1600/2000(mL/min(sccm))，將高頻電力功率設為800W，將時間設為30sec。
如第2圖所示般，矽氧化膜上之膜隨著晶圓溫度上昇，雖然膜之電阻值有單調減少之傾向，但是聚矽上之膜在550℃附近可見電阻值急遽上昇。再者，在590℃附近可見 電阻值之曲折點。該是由於在矽上形成Ti膜之時藉由溫度所生成之相不同，在低溫生成Ti，在中溫生成矽化鈦(TiSi)，在高溫生成二矽化鈦(TiSi2 )，於550℃具有Ti/TiSi轉移點，在590℃附近具有TiSi/TiSi2 轉移點之故。可知電阻值之標靶對應於該些轉移點也變大。尤其，在成為Ti成膜溫度之標靶的550℃，如圖示般，可見較大之電阻值偏差。
再者，如第3圖所示般，矽氧化膜上之成膜速度隨著溫度上昇，單調增加，對此聚矽膜上之成膜速度在移轉至TiSi之550℃附近下降，並在屬於TiSi生成溫度之550~590℃附近，成膜速度低於矽氧化膜上之膜厚的成膜速度。即是，在該溫度範圍，在聚矽上之成膜速度對於在矽氧化膜上之成膜速度所表示之選擇比小於1。在Ti生成區域中由於選擇比大約為1，故在轉移點之550℃附近選擇比偏差。
即是，在以往之條件中，當晶圓溫度為550℃在Si及SiO2 上執行Ti成膜時，矽化物化產生偏差，膜質及膜厚也產生偏差。
如此產生偏差應是在550℃中之矽化物化之結構成為下述般之故。
首先，屬於成膜原料之TiCl4 在電漿中隨著(1)式之反應而活性化。接著，被活性化之TiCl4 ＊ 隨著(2)式之反應而被還原，形成TiCl3 ，成為有助於反應之類型。再者，Ti Cl3 ＊ 彼此隨著(3)式反應而形成TiCl2 ，該也成為有注於 反應之前驅物。
TiCl4 +Ar → TiCl4 ＊ +Ar (1)
TiCl4 ＊ +H+ → TiCl3 +HCl (2)
TiCl3 ＊ +TiCl3 ＊ → TiCl2 +TiCl4 (3)
即是，有助於反應之前驅物存在TiCl3 和TiCl2 兩種類。該些TiCl3 和TiCl2 是矽化物化之機構不同。
將前驅物為TiCl3 之時之推定機構表示於第4圖A至第4圖C。於成膜初期如第4圖A所示般，在Si基板上吸附TiCl3 ，並且藉由H2 被還原，在Si基板上形成Ti膜，藉由熱被矽化物化。再者，於成膜後期，如第4圖B所示般，在矽化物上吸附TiCl3 ，藉由H2 還原而在矽化物上形成Ti膜，藉由熱被矽化物化。即是，無論於成膜初期或成膜後期，機構基本上不變化，如第4圖C所示般，膜厚對於時間直線性變化。即是，成膜速度為一定。並且，如此之機構相當於上述Ti生成區域。
接著，於第5圖A至第5圖C表示前驅物為TiCl2 之時之推定機構。首先，於成膜初期如第5圖A所示般，在Si基板上吸附TiCl2 ，在Si基板上直接與Si反應而成為矽化物(Si還原)，Si被蝕刻(成為SiCl2 而揮發)。然後，矽化物中之Ti擴散至Si基板中。再者，於成膜後期，如第5圖B所示般，在矽化物上吸附SiCl2 ，矽化物中之Ti擴散至矽化物之Si基板中，並且SiCl2 直接與基版中之Si 反應而成為矽化物(Si還原)，Si被蝕刻(成為SiCl2 而揮發)。TiCl2 不被H2 還原是Ti－Si－Cl結合大於HCl結合之故。如此一來於Ti擴散有助於矽化物之時，成膜後期因Ti之擴散速度下降，故如第5圖C所示般，於成膜後期有成膜速度下降之傾向。並且，如此之機構相當於上述TiSi生成區域。
於在550℃成膜之時，如此一來雖然藉由兩種類之前驅物之反應成膜，但是Ti Cl4 因通過電漿中之分解一面前進一面排氣，故Ti Cl4 在晶圓之邊緣部持續分解，生成更多之Ti Cl2 。因此，在晶圓邊緣部，以Ti Cl2 為前驅物之上述第5圖A~第5圖C之機構之成膜過程成為支配性。另外，在晶圓中心部，Ti Cl4 之分解無法充分進行，前驅物成為Ti Cl3 停止，上述第4圖A至第4圖C之機構之成膜過程成為支配性。
如此一來，於將溫度以外之條件如以往般在550℃執行成膜之時，在晶圓面內產生矽化物偏差，膜質或膜厚偏差。為了解除如此之偏差，至少執行降低高頻電力功率，及降低腔室1內之壓力則為有效。
即是，藉由降低高頻電力之功率，减弱TiCl4 之分解，在晶圓中心部和邊緣部任一者皆執行第4圖A至第4圖C之機構所產生之成膜，可以抑制矽化物之偏差，抑制膜質及膜厚之偏差。再者，藉由降低壓力，腔室內之排氣流速變快，為了於分解進行之前，使TiCl4 從電漿逃脫，抑制分解，成為邊緣部之前驅物以TiCl3 為主體者，同樣在 晶圓中心部和邊緣部任一者皆執行第4圖至第4圖C之機構所產生之成膜，可以抑制矽化物化之偏差，抑制膜質及膜厚之偏差。
當圖式該偏差改善之機構之圖像時，則如第6圖所示般。第6圖是在以橫軸為腔室內壓力，以縱軸為高頻電力功率之座標中，表示將500℃中以TiCl3 當作前驅物之反應為主體之區域，和以TiCl2 當作前驅物之反應為主體之區域的境界。在晶圓之邊緣部，如上述般，因容易產生TiCl2 ，故境界線移動。以往之條件是被畫在中心部之境界線和邊緣部之境界線之間。由該圖可知，藉由降低高頻電力功率及壓力之至少一方，中心部及邊緣部中之任一者皆可以TiCl3 當作前驅物之反應為主體。
即使為300mm晶圓般之大型晶圓，為了實現邊緣也安定而以TiCl3 當作前驅物之反應為主體之成膜處理，將腔室內壓力設為x(Pa)，將高頻電力設為y(W)之時，則以滿足以下之(4)式為佳。
(y-333)<160400/(x-266)…(4)
但是，將其他條件設為TiCl4 ：3~20mL/min(sccm)，Ar流量：100~2000mL/min(sccm)，H2 流量：1000~5000mL/min(sccm)，晶圓溫度：500~600℃之範圍內。
接著，以根據如此之點降低高頻電力功率及腔室內壓力之條件，針對形成Ti膜之結果予以說明。
第7圖為表示較以往降低高頻電力功率及腔室內壓力之時，在Si上和SiO2 上堆積Ti膜之際的各膜上之電阻值及其偏差之溫度變化之圖式。並且，在第7圖一併表示各溫度中在矽上昇成之相。
再者，第8圖為表示較以往降低高頻電力功率及腔室內壓力之時，在Si上和SiO2 上堆積Ti膜之際的各膜上之膜厚及其偏差之溫度變化之圖式。
並且，第7圖、第8圖時之成膜條件是將腔室內之壓力設為500Pa，Ti膜堆積是將氣體流量設為TiCl4 /Ar/H2 ：12/1600/4000(m L/min(sccm))，將高頻電力功率設為500W，將時間設為29sec，氮化處理是將氣體流量設為NH3 /Ar/H2 ：1500/1600/2000(m L/min(sccm))，高頻電力功率：800W，時間：29sec。
如第7圖所示般，於降以往降低高頻電力功率及腔室內壓力之時，生成TiSi之區域消失，在550℃附近不見電阻值急遽上昇。再者，如第8圖所示般，於較以往降低高頻電力功率及腔室內壓力之時，在500~590℃附近不見選擇比之逆轉，表示安定之膜厚。由以上之結果，確認出降低高頻電力功率，及降低腔室內之壓力則為有效。
接著，針對將晶圓溫度設為550℃，使腔室內壓力及高頻電力功率變化而予以成膜之時之特性變化進行調查之結果予以說明。並且，在此作為其他條件，Ti膜堆積是將氣體流量設為TiCl4 /Ar/H2 ：12/1600/4000(m L/min(sccm))，將時間設為30sec，氮化處理是將氣體流量設為 NH3 /Ar/H2 ：1500/1600/2000(m L/min(sccm))，高頻電力功率：800W，時間30sec。
第9圖至第12圖是表示將橫軸設為腔室內壓力，將縱軸設為高頻電力功率之晶圓溫度550℃的座標，第9圖為表示膜厚之選擇比(Si上之膜厚/SiO2 上之膜厚)之等高線之圖式，第10圖為表示平均膜厚之等高線之圖式，第11圖為表示偏差之等高線之圖式，第12圖為表示電阻值之平均值之等高線之圖式。
從該些圖式，確認出藉由使腔式內壓力及/或高頻電力功率較以往(667Pa、800W)降低，則可以確保膜厚之選擇比為1以上，膜厚本身也變厚，並且電阻值Rs較以往滴且電阻值之偏差也較小。
由該些圖可知滿足上述(4)式，並且以腔室內壓力在266~1333W之範圍，高頻電力功率在200~1000W之範圍為佳。尤其，若再以難產生電將對晶圓W或腔室1造成損傷之觀點，來看可知腔室內壓力以300~800Pa之範圍，高頻電力功率為300~600W之範圍為佳。
針對晶圓溫度，上述條件在550℃，更具體而言為550±20℃之時尤其有效，相對於300~670℃可適用，藉由採用上述條件，可以在晶圓溫度為300~670℃之寬廣範圍執行安定之矽化物化。
接著，針對堆積Ti膜之時之電漿形成時序予以說明。
以往，由電漿化之容易性之觀點來看，先將Ar氣體 及屬於還原氣體之H2 氣體導入至腔室內而予以電漿化之後，導入TiCl4 氣體(預電漿)，由於之後導入TiCl4 氣體，放電狀態暫時性變化，溫度高達640℃，並且高頻電力功率也成為較高之800W，故與該事態相輔而產生如在腔室內產生異常放電，或電漿對晶圓造成損傷之不當情形。
為了防止該事態，如第13圖A所示般，以於電漿之生成前先導入TiCl4 (預TiCl4 )為佳。具體而言，如第13圖B所示般，於導入Ar氣體＋H2 氣體之後，導入TiCl4 ，之後使電漿點燃為佳。
該是因於形成電漿之後供給TiCl4 氣體而所產生之電漿散亂大於導入TiCl4 氣體之後點燃電漿之時的散亂之故。再者，如此藉由於電漿點燃之前先供給TiCl4 氣體，可以使膜之電阻更縮小。TiCl4 氣體是於電漿點燃前2秒以上供給為佳。
採用如此比電漿先導入TiCl4 氣體之順序，並且以上述般之高頻電力功率及/或腔室內壓力為低之條件執行Ti成膜，依此可以使電漿所產生之放電更佳安定化，並可以更有效果抑制異常放電或對晶圓所造成之損傷。即使針對比電漿先導入該TiCl4 氣體之順序，亦可在晶圓溫度為300~670℃之寬廣範圍適用。
再者，於採用比電漿先導入TiCl4 氣體之順序之時，則在成膜溫度為620~650℃附近，因溫度而產生之膜厚選擇比的變化，比採用使電漿點燃之順序之時較大之傾向，但是於採用比電漿先導入TiCl4 氣體之順序，並且在高頻 電力功率及/或腔室內壓力低之條件下，執行Ti成膜，依此可以縮小選擇比之變化。將此表示於第14圖。該圖為表示將橫軸設為晶圓溫度，將縱軸設為膜厚之選擇比，以以往之800W、667Pa之條件執行預電漿之時，以相同條件執行預TiCl4 之時，藉由在500W、500Pa之條件下執行預TiCl4 時之溫度，選擇比產生變化之圖式。如該圖所示般，確認出於以以往之800W、667Pa之條件執行預TiCl4 之時，雖然在成膜溫度為620~650℃附近選擇比之變化大，但是於在500W、500Pa之條件執行TiCl4 之時，則與預電漿相同，選擇比幾乎不變化。
並且，堆積Ti膜之時之其他條件之最佳範圍則如同下述。
i)來自高頻電源34之高頻電力之頻率：300kHz~27MHz
ii)TiCl4 氣體流量：3~20mL/min(sccm) iii)Ar氣體流量：1000~2000mL/min(sccm) iv)H2 氣體流量：1000~5000mL/min(sccm)
再者，氮化處理之時之最佳條件則如同下述。
i)來自高頻電源34之高頻電力頻率：300kHz~27MHz功率：500~1500W ii)藉由加熱器5所產生之承載器2之溫度：300~670℃ iii)Ar氣體流量：800~2000mL/min(sccm) iv)H2 氣體流量：1500~4500mL/min(sccm) v)NH3 氣體流量：500~2000mL/min(sccm) iv)腔室內壓力：133~1333Pa(1~10Torr)
並且，氮化處理並非必要，但以防止Ti膜之氧化等之觀點來看以實施為佳。
對特定片之晶圓執行如此Ti膜之堆積處理及氮化處理之後，實施腔室1內之洗淨。洗淨處理在腔室1內不存在晶圓之狀態下，將ClF3 氣體導入至腔室1內，執行乾洗。乾洗是藉由加熱器5一面加熱承載器2，一面執行，但是此時之溫度以設為170~250℃為佳。
並且，本發明並不限定於上述實施形態，可作各種變形。例如，在上述實施形態中，藉由對噴淋頭施加高頻電力，形成高頻電場，但是並不限定於此，若藉由高頻電場可形成本發明即可。再者，作為被處理基板，並不限定於半導體晶圓，例如即使為液晶顯示裝置(LCD)用基板等之其他基板亦可。
100‧‧‧Ti膜成膜裝置
1‧‧‧腔室
2‧‧‧承載器
3‧‧‧支撐構件
4‧‧‧引導環
5‧‧‧加熱器
6‧‧‧加熱器電源
8‧‧‧電極
1a‧‧‧天壁
9‧‧‧絕緣構件
10‧‧‧噴淋頭
10a‧‧‧上段塊體
10b‧‧‧中段區塊體
10c‧‧‧下段區塊體
10d‧‧‧水平部
10e‧‧‧環狀支撐部
11‧‧‧第1氣體導入口
12‧‧‧第2氣體導入口
13‧‧‧氣體通路
14‧‧‧氣體通路
15‧‧‧氣體通路
16‧‧‧氣體通路
17‧‧‧吐出孔
18‧‧‧吐出孔
20‧‧‧氣體供給機構
21‧‧‧ClF3 氣體供給源
22‧‧‧TiCl4 氣體供給源
23‧‧‧Ar氣體供給源
24‧‧‧H2 氣體供給源
25‧‧‧NH3 氣體供給源
26‧‧‧N2 氣體供給源
27‧‧‧ClF3 氣體供給管
28‧‧‧TiCl4 氣體供給管
29‧‧‧Ar氣體供給管
30‧‧‧H2 氣體供給管
30a‧‧‧NH3 氣體供給管
30c‧‧‧N2 氣體供給管
31‧‧‧閥
32‧‧‧質量流量控制器
33‧‧‧整合器
34‧‧‧高頻電源
35‧‧‧孔
36‧‧‧排氣室
37‧‧‧排氣管
38‧‧‧排氣裝置
39‧‧‧晶圓支撐銷
40‧‧‧支撐板
41‧‧‧驅動機構
42‧‧‧搬入搬出口
43‧‧‧閘閥
45‧‧‧加熱器
46‧‧‧加熱器電源
47‧‧‧隔熱構件
50‧‧‧控制部
51‧‧‧使用者介面
52‧‧‧記憶部
第1圖為表示使用於本發明之一實施形態所涉及之Ti膜之成膜方法之實施的Ti膜成膜裝置之一例的概略剖面圖。
第2圖為表示在高頻電力功率800W，腔室內壓力667Pa，在Si上和SiO2 上堆積Ti膜之時，在各膜上之電 阻值及其偏差之溫度變化及以各溫度在矽上生成之相的圖式。
第3圖為表示再高頻電力功率800W，腔室內壓力667Pa，在Si上和SiO2 上堆積Ti膜之時，在各膜上之膜厚及其偏差之溫度變化的圖式。
第4圖A為模式性表示前驅物為TiCl3 之時之成膜初期之矽化物化之推定機構之圖式。
第4圖B為模式性表示前驅物為TiCl3 之時之成膜後期之矽化物化之推定機構之圖式。
第4圖C為模式性表示前驅物為TiCl3 之時之成膜時間和膜厚之關係圖。
第5圖A為模式性表示前驅物為TiCl2 之時之成膜初期之矽化物化之推定機構之圖式。
第5圖B為模式性表示前驅物為TiCl2 之時之成膜後期之矽化物化之推定機構之圖式。
第5圖C為模式性表示前驅物為TiCl2 之時之成膜時間和膜厚之關係圖。
第6圖為表示以橫軸設為腔室內壓力，以縱軸設為高頻電力功率之座標中，在550℃中將以TiCl3 設為前軀體之反應作為主體之區域和將以TiCl2 設為前軀體之反應作為主體之區域之境界的圖式。
第7圖為表示在高頻電力功率500W，腔室內壓力500Pa，在Si上和SiO2 上堆積Ti膜之時，在各膜上之電阻值及其偏差之溫度變化及以各溫度在矽上生成之相的圖 式。
第8圖為表示在高頻電力功率500W，腔室內壓力500Pa，在Si上和SiO2 上堆積Ti膜之時，在各膜上之膜厚及其偏差之溫度變化的圖式。
第9圖為表示以橫軸設為腔室內壓力，以縱軸設為高頻電力功率之晶圓溫度550℃之座標中，膜厚之選擇比(Si上之膜厚/SiO2 上之膜厚)之等高線之圖式。
第10圖為表示以橫軸設為腔室內壓力，以縱軸設為高頻電力功率之晶圓溫度550℃之座標中，平均膜厚之等高線之圖式。
第11圖為表示以橫軸設為腔室內壓力，以縱軸設為高頻電力功率之晶圓溫度550℃之座標中，電阻值偏差程度之等高線之圖式。
第12圖為表示以橫軸設為腔室內壓力，以縱軸設為高頻電力功率之晶圓溫度550℃之座標中，電阻值之平均值之等高線之圖式。
第13圖A為表示堆積Ti膜之時之電漿形成時序之最佳例之圖式。
第13圖B為表示堆積Ti膜之時之電漿形成時序之最佳例之圖式。
第14圖為表示以往之800W、667Pa之條件下執行電漿之時，以相同條件執行預TiCl4 之時，以500W、500Pa之條件執行預TiCl4 之時，藉由溫度選擇比產生變化之圖式。

Claims (20)

  1. 一種鈦膜之成膜方法，藉由成膜裝置，在具有Si部份之被處理基板之含有Si部份形成Ti膜，該成膜裝置具有：收容被處理基板之腔室；在腔室內載置被處理基板之載置台；加熱載置台上之基板的加熱手段；供給含有TiCl4 氣體及還原氣體之處理氣體至腔室內之處理氣體供給手段；於上述載置台上之被處理基板上方之空間形成高頻電場之高頻電場形成手段；和將上述腔室內予以排氣之排氣手段，其特徵為：包含在上述載置台配置具有Si部份之被處理基板之步驟；加熱被處理基板之步驟；將腔室內設為特定壓力之步驟；將含有TiCl4 氣體及還原氣體之處理氣體導入至腔室內之步驟；藉由上述高頻電場形成手段形成高頻電場，依此使上述處理氣體電漿化之步驟；和在被處理基板之表面產生藉由上述TiCl4 氣體及還原氣體所引起之反應之步驟，藉由上述反應，於被處理基板之Si部份形成Ti膜之時，以抑制在被處理基板之Si部份的TiSi之生成反應之方式，控制腔室內壓力及所施加之高頻電力之功率，被處理基板除Si部份之外還具有SiO2 部份，在Si部份和SiO2 部份之雙方形成Ti膜，Si上之膜厚和SiO2 上之膜厚的膜厚選擇比為1以上。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之鈦膜之成膜方法，其中，被處理基板之溫度在550℃附近，以產生當作前驅物之TiCl3 成為主體之成膜反應的方式，控制腔室內壓力及所施加之高頻電力之功率。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載之鈦膜之成膜方法，其中，基板溫度為300~670℃。
  4. 如申請專利範圍第3項所記載之鈦膜之成膜方法，其中，基板溫度為500℃±20℃。
  5. 如申請專利範圍第1項所記載之鈦膜之成膜方法，其中，藉由在被處理基板之Si部份形成Ti膜，使其界面矽化物化。
  6. 一種鈦膜之成膜方法，藉由成膜裝置，在具有Si部份之被處理基板之Si部份形成Ti膜，該成膜裝置具有：收容被處理基板之腔室；在腔室內載置被處理基板之載置台；加熱載置台上之基板的加熱手段；供給含有TiCl4 氣體及還原氣體之處理氣體至腔室內之處理氣體供給手段；於上述載置台上之被處理基板上方之空間形成高頻電場之高頻電場形成手段；和將上述腔室內予以排氣之排氣手段，其特徵為：包含在上述載置台配置具有Si部份之被處理基板之步驟；加熱被處理基板之步驟；將腔室內壓力予以抽真空之步驟；將含有TiCl4 氣體及還原氣體之處理氣體導入至腔室內之步驟； 藉由上述高頻電場形成手段形成高頻電場，使上述處理氣體電漿化之步驟；和在被處理基板之表面產生藉由上述TiCl4 氣體及還原氣體所引起之反應之步驟，在腔室內壓力為266~1333Pa之範圍，高頻電力功率為200~1000W之範圍內，將腔室內壓力設為x(Pa)，將高頻電力功率設為y(W)之時，則滿足(y-333)<160400/(x-266)，被處理基板除Si部份之外還具有SiO2 部份，在Si部份和SiO2 部份之雙方形成Ti膜，Si上之膜厚和SiO2 上之膜厚的膜厚選擇比為1以上。
  7. 如申請專利範圍第6項所記載之鈦膜之成膜方法，其中，基板溫度為300~670℃。
  8. 如申請專利範圍第7項所記載之鈦膜之成膜方法，其中，基板溫度為500℃±20℃。
  9. 如申請專利範圍第6項所記載之鈦膜之成膜方法，其中，藉由在被處理基板之Si部份形成Ti膜，使其界面矽化物化。
  10. 一種鈦膜之成膜方法，藉由成膜裝置，在具有Si部份之被處理基板之Si部份形成Ti膜，該成膜裝置具有：收容被處理基板之腔室；在腔室內載置被處理基板之載置台；加熱載置台上之基板的加熱手段；供給含有TiCl4 氣體及還原氣體之處理氣體至腔室內之處理氣體供給手段；於上述載置台上之被處理基板上方之空間形成高頻電場 之高頻電場形成手段；和將上述腔室內予以排氣之排氣手段，其特徵為：包含在上述載置台配置具有含有Si部份之被處理基板之步驟；加熱被處理基板之步驟；將腔室內壓力設成300~800Pa之範圍之步驟；將含有TiCl4 氣體及還原氣體之處理氣體導入至腔室內之步驟；將上述高頻電場形成手段之高頻電力功率設為300~600W而形成高頻電場，依此使上述處理氣體電漿化之步驟；和在被處理基板之表面產生藉由上述TiCl4 氣體及還原氣體所引起之反應之步驟，被處理基板除Si部份之外還具有SiO2 部份，在Si部份和SiO2 部份之雙方形成Ti膜，Si上之膜厚和SiO2 上之膜厚的膜厚選擇比為1以上。
  11. 如申請專利範圍第10項所記載之鈦膜之成膜方法，其中，基板溫度為300~670℃。
  12. 如申請專利範圍第11項所記載之鈦膜之成膜方法，其中，基板溫度為500℃±20℃。
  13. 如申請專利範圍第10項所記載之鈦膜之成膜方法，其中，藉由在被處理基板之Si部份形成Ti膜，使其界面矽化物化。
  14. 一種鈦膜之成膜方法，藉由成膜裝置，在具有Si 部份之被處理基板之Si部份形成Ti膜，該成膜裝置具有：收容被處理基板之腔室；在腔室內載置被處理基板之載置台；加熱載置台上之基板的加熱手段；供給含有TiCl4 氣體及還原氣體之處理氣體至腔室內之處理氣體供給手段；於上述載置台上之被處理基板上方之空間形成高頻電場之高頻電場形成手段；和將上述腔室內予以排氣之排氣手段，其特徵為：包含在上述載置台配置具有Si部份之被處理基板之步驟；加熱被處理基板之步驟；將腔室內設為特定壓力之步驟；將含有TiCl4 氣體及還原氣體及惰性氣體之處理氣體導入至腔室內之步驟；藉由上述高頻電場形成手段形成高頻電場，依此使上述處理氣體電漿化之步驟；和在被處理基板之表面產生藉由上述TiCl4 氣體及還原氣體所引起之反應之步驟，將TiCl4 氣體及還原氣體及惰性氣體導入至上述腔室內之後，形成高頻電場而生成電漿，被處理基板除Si部份之外還具有SiO2 部份，在Si部份和SiO2 部份之雙方形成Ti膜，Si上之膜厚和SiO2 上之膜厚的膜厚選擇比為1以上。
  15. 如申請專利範圍第14項所記載之鈦膜之成膜方法，其中，在腔室內壓力為266~1333Pa之範圍，高頻電力功率為200~1000W之範圍內，將腔室內壓力設為x(Pa) ，將高頻電力功率設為y(W)之時，則滿足(y-333)<160400/(x-266)。
  16. 如申請專利範圍第14項所記載之鈦膜之成膜方法，其中，腔室內壓力為300~800Pa之範圍，高頻電力功率為300~600W之範圍。
  17. 如申請專利範圍第14項所記載之鈦膜之成膜方法，其中，基板溫度為300~670℃。
  18. 如申請專利範圍第17項所記載之鈦膜之成膜方法，其中，基板溫度為620~650℃。
  19. 如申請專利範圍第14項所記載之鈦膜之成膜方法，其中，藉由在被處理基板之Si部份形成Ti膜，使其界面矽化物化。
  20. 一種記憶媒體，記憶有在電腦上動作，並控制成膜裝置之程式，其特徵為：上述控制程式於實行時，以執行Ti膜之成膜方法的方式，使電腦控制上述成膜裝置，該Ti膜之成膜方法是藉由成膜裝置在具有Si部份之被處理基板之含有Si部份形成Ti膜，該成膜裝置具有：收容被處理基板之腔室；在腔室內載置被處理基板之載置台；加熱載置台上之基板的加熱手段；供給含有TiCl4 氣體及還原氣體之處理氣體至腔室內之處理氣體供給手段；於上述載置台上之被處理基板上方之空間形成高頻電場之高頻電場形成手段；和將上述腔室內予以排氣之排氣手段，包含在上述載置台配置具有Si部份之被處理基板之步驟； 加熱被處理基板之步驟；將腔室設為特定壓力之步驟；將含有TiCl4 氣體及還原氣體之處理氣體導入至腔室內之步驟；藉由上述高頻電場形成手段形成高頻電場，依此使上述處理氣體電漿化之步驟；和在被處理基板之表面產生藉由上述TiCl4 氣體及還原氣體所引起之反應之步驟，藉由上述反應，於被處理基板之Si部份形成Ti膜之時，以抑制在被處理基板之Si部份的TiSi之生成反應之方式，控制腔室內壓力及所施加之高頻電力之功率，被處理基板除Si部份之外還具有SiO2 部份，在Si部份和SiO2 部份之雙方形成Ti膜，Si上之膜厚和SiO2 上之膜厚的膜厚選擇比為1以上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010067856A1 (ja) * 2008-12-12 2010-06-17 東京エレクトロン株式会社 成膜方法および成膜装置、ならびに記憶媒体
JP2010180434A (ja) * 2009-02-03 2010-08-19 Tokyo Electron Ltd 成膜方法及びプラズマ成膜装置
JP6796431B2 (ja) * 2016-08-12 2020-12-09 東京エレクトロン株式会社 成膜装置、およびそれに用いるガス吐出部材

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000058484A (ja) * 1998-07-31 2000-02-25 Anelva Corp プラズマｃｖｄによる薄膜形成方法とプラズマｃｖｄ装置
TW469300B (en) * 1998-01-09 2001-12-21 Tokyo Electron Ltd Method of forming a titanium film by a CVD process

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1167692A (ja) * 1997-08-12 1999-03-09 Nippon Steel Corp 半導体装置の製造方法
JP4483795B2 (ja) * 2001-12-25 2010-06-16 東京エレクトロン株式会社 受け渡し機構及び処理装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW469300B (en) * 1998-01-09 2001-12-21 Tokyo Electron Ltd Method of forming a titanium film by a CVD process
JP2000058484A (ja) * 1998-07-31 2000-02-25 Anelva Corp プラズマｃｖｄによる薄膜形成方法とプラズマｃｖｄ装置

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