TWI618810B - 碳氮化鈦膜形成方法及成膜裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係一種碳氮化鈦膜形成方法，包含用以形成該碳氮化鈦膜而執行多次的循環；執行多次的該循環，分別包含：將鈦之原料氣體供給至收納被處理體之處理容器內的步驟；及將含碳及氫之第1氣體與含氮之第2氣體同時供給至該處理容器內的步驟。

Description

碳氮化鈦膜形成方法及成膜裝置
本發明的實施態樣，係關於碳氮化鈦膜之形成方法及成膜裝置。
氮化鈦作為構成電子裝置等的薄膜材料，已為人所知。以氮化鈦構成的膜、即氮化鈦膜，可使用為例如，構成DRAM(Dynamic Random Access Memory)元件之電容器的電極材料。
另外，隨著電子裝置邁向更加微細化，亦對於構成電子裝置的膜層要求優良的膜質。為了因應這樣的要求，而使用例如，碳氮化鈦膜作為取代氮化鈦膜的膜層。
這種碳氮化鈦膜之形成方法，係藉由執行多次「對於收納晶圓之處理容器內供給四氯化鈦(TiCl4 )氣體，再對該處理容器內供給含碳之氣體，之後對該處理容器內供給含氮之氣體」的循環，以形成碳氮化鈦膜。
[發明所欲解決之課題]
然而，上述碳氮化鈦膜的形成方法中，因為依序供給含碳之氣體及含氮之氣體，亦即對處理容器內供給含碳之氣體，接著對處理容器內供給含氮之氣體，在有限的循環次數內，並無法有效率地增加碳氮化鈦膜中的碳濃度。另外，該方法，在有限的循環次數內，對於摻入碳氮化鈦膜之碳濃度的控制性不佳。
因此，本發明可提供具有高功函數之碳氮化鈦膜，並且提供碳濃度之控制性優良的碳氮化鈦膜之形成方法及成膜裝置。 [解決課題之手段]
一態樣中，提供形成碳氮化鈦膜的方法。此方法中，包含用以形成該碳氮化鈦膜而執行多次的循環(以下亦稱為「第1循環」)。執行多次之循環，分別包含：(a)對收納被處理體的處理容器內供給鈦之原料氣體的步驟(以下稱「步驟(a)」)；(b)對處理容器內同時供給含碳及氫的第1氣體與含氮的第2氣體的步驟(以下稱「步驟(b)」)。
另一態樣中，提供可用以執行上述方法的成膜裝置。此成膜裝置，具備處理容器、氣體供給系統及控制部。氣體供給系統，可將鈦之原料氣體、含碳及氫的第1氣體以及含氮的第2氣體供給至處理容器內。控制部，控制氣體供給系統。控制部，執行多次控制循環(以下亦稱「第1控制循環」)。每一次的第1控制循環中，控制部控制氣體供給系統，以對處理容器內供給該原料氣體；並控制氣體供給系統，以對處理容器內同時供給第1氣體與第2氣體。
以下參照圖式，詳細說明各種實施態樣。此外，對於各圖式中相同或相當的部分，附上相同符號。下述詳細說明中，為了充分理解本發明，而有許多具體詳細描述。然而，即使沒有這樣的詳細說明，本領域從業人員亦可完成本發明，此為應理解之事項。其他的例中，為了避免各種實施態樣難以理解，故不詳細顯示熟知的方法、順序、系統及構成要素。
圖1係顯示一實施態樣之碳氮化鈦膜形成方法的流程圖。另外，圖2係顯示被處理體之一例，以及將圖1所示之方法的各步驟應用於被處理體後，被處理體之狀態的圖。圖1所示之方法MT，可用於例如，對圖2所示之被處理體形成碳氮化鈦膜。
如圖2(a)所示，一例中的被處理體、即晶圓W，具有基板SB及介電膜DL。介電膜DL，設於基板SB上，其係由例如，氧化鋯所構成。此種晶圓W的膜構成，例如，構成DRAM元件的一部分。
一實施態樣的方法MT中，藉由執行循環CA，而如圖2(b)所示地，在晶圓W上形成氮化鈦膜TN。接著，藉由執行循環C1，而如圖2(c)所示地，在氮化鈦膜TN上形成碳氮化鈦膜TCN。此外，方法MT中，循環CA係選擇性的循環，在僅需要碳氮化鈦膜TCN的用途中，不需要循環CA。另外，根據用途，亦可在執行循環C1之後，執行循環CA。
以下，參照圖1，詳細說明方法MT。方法MT的循環CA，包含步驟STa及步驟STb。步驟STa中，將鈦之原料氣體供給至收納晶圓W的處理容器內。藉由執行該步驟STa，使構成原料氣體的分子吸附於晶圓W上。原料氣體為例如，TiCl4 氣體。
後續的步驟STb中，對處理容器內供給含氮的氣體(第3氣體)。該第3氣體為例如，NH3 氣體或是三乙基胺。該步驟STb中，使第3氣體分解而產生氮，且使氯從在步驟STa中吸附於晶圓W的分子脫離，而使氮與鈦鍵結。因此，步驟STb中，將供給至處理容器內的氣體以及晶圓W加熱。步驟STb中，氣體及晶圓W，被加熱至例如，350℃~450℃的範圍內的溫度。或是，在步驟STb中，產生第3氣體的電漿。
循環CA中，可藉由此步驟STa及步驟STb形成氮化鈦膜TN，並可增加以後述循環C1所形成之積層膜的厚度，該積層膜包含碳氮化鈦膜TCN與該氮化鈦膜TN。可因應預期之積層膜的膜厚，設定該循環CA的執行次數，其可為一次以上。循環CA的執行次數為1次的情況下，在執行1次循環CA之後，方法MT的處理進行至循環C1。另一方面，循環CA的執行次數為多次的情況下，則判斷在步驟STc中，是否滿足停止條件。停止條件，可在執行既定次數的循環CA時滿足。停止條件尚未滿足的情況中，再次從步驟STa開始重複循環CA。另一方面，停止條件滿足的情況下，方法MT的處理進行至循環C1。
循環C1，包含步驟ST1及步驟ST2。循環C1的步驟ST1，係與步驟STa相同的步驟。藉由該步驟ST1，使構成鈦之原料氣體的分子吸附於晶圓W上。
接著，步驟ST2中，對處理容器內同時供給含碳及氫的第1氣體，以及含氮的第2氣體。第1氣體，為例如，烴氣體或是三乙基胺。更具體而言，第1氣體可為乙炔(C2 H2 )氣體、乙烯(C2 H4 )氣體、丙烯(C3 H6 )氣體、丁二烯(C4 H6 )氣體或是三乙基胺，或是該等氣體之中兩者以上的混合氣體。第2氣體，可為與第3氣體相同的氣體，例如NH3 氣體或是三乙基胺。該步驟ST2中，使第1氣體及第2氣體分解而產生碳及氮，且使氯從在步驟ST1中吸附於晶圓W之分子使脫離，以使碳及氮與鈦鍵結。因此，步驟ST2中，加熱供給至處理容器內的氣體及晶圓W。步驟ST2中，將氣體及晶圓W加熱至例如，350℃~450℃之範圍內的溫度。或是，步驟ST2中，產生第1氣體及第2氣體的電漿。
執行多次該包含步驟ST1及步驟ST2之循環C1。因此，在步驟ST3中，判斷是否滿足停止條件。停止條件，在執行循環C1既定次數時滿足。停止條件尚未滿足的情況下，再次從步驟ST1開始重複循環C1。另一方面，停止條件滿足的情況下，結束方法MT的處理。如此，藉由重複多次循環C1，形成碳氮化鈦膜TCN。
此處，參照圖3。圖3係說明依序供給第1氣體及第2氣體之情況中所產生的現象(參照圖3中(a)~(c))與同時供給第1氣體及第2氣體之情況所產生的現象(參照圖3中(d)~(e))的圖。如圖3(a)所示，若供給鈦之原料氣體，則構成鈦之原料氣體的分子吸附於晶圓W。接著，若單獨供給第1氣體，則如圖3(b)所示，構成第1氣體之分子(同圖中，Hy C=Cx H)與鈦(Ti)鍵結。之後，若單獨供給第2氣體，則構成第1氣體的分子與鈦的鍵結被構成第2氣體之分子切斷，如圖3(c)所示，鈦與構成第2氣體之分子(同圖中，NH2 )鍵結。亦即，若依序供給第1氣體及第2氣體，則碳氮化鈦膜中所含之碳的濃度變低。
另一方面，方法MT中，若在循環C1的步驟ST1中，供給鈦原料氣體，如圖3(d)所示，構成鈦之原料氣體的分子吸附於晶圓W。接著，方法MT的循環C1中，因為在步驟ST2中對處理容器內同時供給第1氣體及第2氣體，故如圖3(e)所示，步驟ST1中所形成之膜中的鈦與氮(同圖中，NH2 )鍵結，此外，該膜中的鈦，可在抑制以氮所進行之取代的情況下，與碳(同圖中，Hy C-CH)鍵結。因此，在有限的循環次數內，可在膜中摻入較多的碳。因此，藉由循環C1，可提供具有高功函數的碳氮化鈦膜TCN，而能夠提供碳濃度之控制性優良的碳氮化鈦膜。
另外，一實施態樣中，如上所述，在執行循環C1之前，執行循環CA。藉由此循環CA，可形成插設於介電膜DL與碳氮化鈦膜TCN之間的氮化鈦膜TN。藉此，可抑制碳從碳氮化鈦膜TCN擴散至介電膜DL。
以下說明其他實施態樣之碳氮化鈦膜形成方法。圖4係顯示其他實施態樣之碳氮化鈦膜形成方法的流程圖。圖4所示之方法MT2中，循環C1係在步驟ST1與步驟ST2之間更包含步驟ST4，此點與方法MT不同。方法MT2的步驟ST4中，將含碳及氫的氣體供給至處理容器內。該氣體可為與上述第1氣體相同的氣體。該步驟ST4中，可將含碳及氫的氣體及晶圓W加熱至例如，350℃~450℃的範圍內的溫度。或是，步驟ST4中，亦可產生含碳及氫之氣體的電漿。藉由此方法MT2，使步驟ST1中所形成之膜中的鈦，在步驟ST4中與碳鍵結，之後執行步驟ST3。因此，可更增加碳氮化鈦膜中的碳濃度。
以下，說明幾個可用於實施方法MT及方法MT2的成膜裝置的實施態樣。圖5係概略顯示一實施態樣之成膜裝置的圖，其顯示該成膜裝置的縱剖面構造。圖6係顯示圖5所示之成膜裝置的剖面構造的圖。
圖5及圖6所示之成膜裝置1，具備處理容器4。處理容器4，包含本體部5、劃分壁56以及蓋體構件66。本體部5，具有略圓筒形狀，其下端開口且上端封閉。本體部5，係由例如石英所形成。該本體部5內的上端部，設有石英製的頂板6。另外，該本體部5的下端開口部，透過O型環等的密封構件10與分歧管8連結。分歧管8，係由例如不銹鋼所構成，具有略圓筒形狀。
處理容器4內，設有晶圓載具12。晶圓載具12，構成支持多片晶圓W的態樣。一例中，晶圓載具12具有支柱12A。支柱12A，構成以既定間距多段支持多片晶圓W的態樣。
晶圓載具12，隔著石英製的保溫筒14載置於平台16上。平台16，被旋轉軸20所支持。旋轉軸20，在鉛直方向上貫通蓋部18，該蓋部18將分歧管8的下端開口部封閉。該旋轉軸20與蓋部18之間，設有例如磁性流體密封構件22。另外，蓋部18的邊緣部分與分歧管8的下端部之間，設有例如，O型環這樣的密封構件24。
旋轉軸20，與安裝於手臂26前端的驅動裝置21結合。該驅動裝置21，構成使旋轉軸20旋轉的態樣。另外，手臂26，被例如載具升降機等的升降機構所支持。藉此，使晶圓載具12及蓋部18等一起升降，而能夠使晶圓載具12插入處理容器4內，或從處理容器4內將其取出。
另外，成膜裝置1，更具備氣體供給系統GS。氣體供給系統GS，包含氣體供給部28、氣體供給部30以及氣體供給部32。氣體供給部28，對處理容器4內供給鈦之原料氣體。氣體供給部28，具有氣體源28a、流量控制器28b以及開閉閥28c。氣體源28a，係鈦之原料氣體，例如TiCl4 氣體的來源。流量控制器28b，係稱為質量流量控制器的流量控制器，具有調整原料氣體之流量的功能。開閉閥28c，具有切換原料氣體之供給及其停止的功能。該等流量控制器28b及開閉閥28c，係由控制部48所控制。氣體源28a，透過流量控制器28b及開閉閥28c與氣體分散噴嘴36連接。一實施態樣中，設有兩個氣體分散噴嘴36。氣體分散噴嘴36，貫通分歧管8，在本體部5內的空間中於鉛直方向上延伸。在本體部5內延伸的氣體分散噴嘴36上，形成複數的氣體噴射口36A。藉由此氣體供給部28，可將流量經調整的原料氣體供給至處理容器4內。另外，可控制原料氣體對於處理容器4內的供給或其停止。
氣體供給部30，將第1氣體、即含碳及氫的氣體供給至處理容器4內。氣體供給部30，具有氣體源30a、流量控制器30b以及開閉閥30c。氣體源30a為第1氣體的來源。流量控制器30b，係稱為質量流量控制器的流量控制器，具有調整第1氣體之流量的功能。開閉閥30c，具有切換第1氣體之供給及其停止的功能。該等流量控制器30b及開閉閥30c，係由控制部48所控制。氣體源30a，隔著流量控制器30b及開閉閥30c，與氣體分散噴嘴34連接。氣體分散噴嘴34，貫通分歧管8，在本體部5內於鉛直方向上延伸之後，在以劃分壁56所提供之空間54內於鉛直方向上延伸。該氣體分散噴嘴34上，形成複數的氣體噴射口34A。藉由此氣體供給部30，可供給流量經調整的第1氣體。另外，可控制第1氣體對於處理容器4內的供給及其停止。
氣體供給部32，對處理容器4內供給共通使用的含氮氣體，例如NH3 氣體或是三乙基胺，以作為第2氣體及第3氣體。氣體供給部32，具有氣體源32a，流量控制器32b，及開閉閥32c。氣體源32a係含氮氣體的來源。流量控制器32b，係稱為質量流量控制器的流量控制器，具有調整含氮氣體之流量的功能。開閉閥32c，具有切換含氮氣體的供給及其停止的功能。該等流量控制器32b及開閉閥32c，係由控制部48所控制。氣體源32a，隔著流量控制器32b及開閉閥32c，與氣體分散噴嘴34連接。藉由此氣體供給部32，可供給流量經調整的含氮氣體。另外，可控制含氮氣體對處理容器4內的供給及其停止。
上述處理容器4的劃分壁56，係劃分出在鉛直方向上延伸之剖面略為矩形的空間54的壁面，該空間54與本體部5連通，而成為與本體部5內的空間連通的態樣。上述氣體分散噴嘴34，在以該劃分壁56所畫分的空間54內，於鉛直方向上延伸。
另外，成膜裝置1中，更具備電漿產生部50，其用以激發從氣體分散噴嘴34所供給的氣體。該電漿產生部50，包含一對電極58及高頻電源60。一對電極58設於劃分壁56的一對側壁且在鉛直方向上延伸，而形成夾住空間54的態樣。高頻電源60，透過供電線62與該一對電極58連接。該高頻電源60，對一對電極58供給例如具有13.56MHz這種頻率的高頻電力。藉由從高頻電源60供給的高頻電力，在空間54中形成高頻電場，而在該空間54內，激發從氣體分散噴嘴34所供給的氣體。如此，經激發的氣體、即電漿，擴散至本體部5內的空間。
另外，成膜裝置1中設有絕緣保護蓋體64，其形成覆蓋劃分壁56的態樣。絕緣保護蓋體64，係由例如石英所構成。該絕緣保護蓋體64內，亦可設有冷媒流路，藉由將冷媒供給至該冷媒流路，可將電極58冷卻。
上述處理容器4的蓋體構件66，與本體部5連結。蓋體構件66，提供隔著本體部5內的空間而與空間54對向的排氣口52。另外，蓋體構件66，沿著本體部5往上延伸，而在本體部5的上方，提供氣體出口68。該氣體出口68，與稱為真空泵的排氣裝置69連接。
另外，成膜裝置1，更具備加熱裝置70。加熱裝置70略為筒狀，其係設置成圍住處理容器4之外周的態樣。藉由該加熱裝置70，將供給至處理容器4內的氣體及晶圓W加熱。
另外，上述控制部48，除了氣體供給系統GS的各部以外，亦可控制高頻電源60及加熱裝置70。該控制部48，可為具有「儲存處方之記憶體這樣的記憶裝置、接收操作者之輸入的輸入裝置、CPU這樣的處理器以及送出控制信號之介面」的電腦裝置。在成膜裝置1中實施方法MT的情況下，控制部48進行以下說明的控制。
控制部48，為了執行方法MT及MT2的一次以上的循環CA，而執行一次以上的控制循環，即第2控制循環。在每一次的第2控制循環之中，控制部48，控制氣體供給部28的流量控制器28b及開閉閥28c，以從氣體源28a將鈦之原料氣體供給至處理容器4內。藉此執行循環CA的步驟STa。接著，每一次的第2控制循環之中，控制部48控制氣體供給部32的流量控制器32b及開閉閥32c，以從氣體源32a對處理容器4內供給含氮氣體。藉此執行循環CA的步驟STb。此外，在執行步驟STb的過程中，控制部48亦可控制電漿產生部50，而產生含氮氣體的電漿。此情況下，控制部48控制高頻電源60，而將高頻供給至一對電極58。或是在執行步驟ST2的過程中，控制部48亦可控制加熱裝置70，而使該加熱裝置70供給熱能。
另外，控制部48，為了執行方法MT及方法MT2的多次循環C1，而執行多次控制循環、即第1控制循環。每一次的第1控制循環之中，控制部48控制氣體供給部28的流量控制器28b及開閉閥28c，以從氣體源28a對處理容器4內供給鈦之原料氣體。藉此執行循環C1的步驟ST1。在實施方法MT2的情況下，接著，控制部48控制氣體供給部30的流量控制器30b及開閉閥30c，以從氣體源30a對處理容器4內供給第1氣體。藉此執行循環C1的步驟ST4。接著，實施方法MT的情況下，為了接續步驟ST1以執行步驟ST2，另外，在實施方法MT2的情況下，為了接續步驟ST4以執行步驟ST2，控制部48控制氣體供給部30的流量控制器30b及開閉閥30c，以從氣體源30a對處理容器4內供給第1氣體。同時，控制部48控制氣體供給部32的流量控制器32b及開閉閥32c，以從氣體源32a對處理容器4內供給含氮氣體。藉此執行循環C1的步驟ST2。此外，在執行步驟ST2的過程中，控制部48亦可控制電漿產生部50，以產生第1氣體及含氮氣體的電漿。此該情況下，控制部48控制高頻電源60，而將高頻電力供給至一對電極58。或是在執行步驟ST2的過程中，控制部48亦可控制加熱裝置70，而使加熱裝置70供給熱能。
以下，說明可用於實施方法MT之成膜裝置的其他實施態樣。圖7係概略顯示其他實施態樣之成膜裝置的縱剖面圖。圖8係如圖7所示之成膜裝置的立體圖，其係顯示取下頂板之狀態的立體圖。圖9係圖7所示之成膜裝置的俯視圖，其係顯示將該成膜裝置橫切的水平面中，將該成膜裝置截斷之狀態的俯視圖。此外，圖7係顯示沿著圖9之VII-VII線所截取的成膜裝置的剖面。
圖7~9所示之成膜裝置100，具備處理容器101。處理容器101，提供略圓盤狀的空間以作為其內部空間。該處理容器101的內部空間，提供相對後述中心軸線在圓周方向上並排的區域P1、隔離區域D1、區域P2以及隔離區域D2。處理容器101，具有頂板111及本體部112。本體部112為略筒狀，其構成處理容器101的側壁及底部。由本體部112所提供的側壁，形成運送口115。由搬送手臂110所保持的晶圓W，透過運送口115進行送入及送出。另外，該運送口115，可藉由閘閥開閉。
頂板111，構成處理容器101的頂部。頂板111，設於本體部112的上端面上，頂板111與本體部112之間，插設有O型環113。O型環113，確保頂板111與本體部112之間的氣密。
處理容器101內，設有旋轉平台102。旋轉平台102為略圓盤狀。該旋轉平台102，其中心部固定於圓筒狀的核部121。該核部121，固定於旋轉軸122的上端。旋轉軸122在鉛直方向上延伸，貫通處理容器101之本體部112的底部114。該旋轉軸122的下端，與驅動部123連結。驅動部123，使旋轉軸122繞著該中心軸線旋轉。旋轉軸122及驅動部123，收納於筒狀的殼體120內。該殼體120，相對底部114氣密結合。
如圖8及圖9所示，旋轉平台102的頂面部，形成用以載置晶圓W的五個凹部124。該等凹部124，相對旋轉平台102之旋轉軸線、即中心軸線，在圓周方向上配置排列。該凹部124的直徑，稍微大於晶圓W的直徑，另外凹部124的深度，係設定為與晶圓W之厚度略為相同的深度。
如圖8及圖9所示，旋轉平台102的上方，設有氣體噴嘴131，兩個隔離氣體噴嘴141及142，以及活化氣體噴注器220。氣體噴嘴131，兩個隔離氣體噴嘴141及142，以及活化氣體噴注器220，係設置成面對旋轉平台102之頂面的態樣，其排列配置於圓周方向上，並且在放射方向上延伸。
氣體噴嘴131設於區域P1，活化氣體噴注器220設於區域P2。隔離氣體噴嘴141，設於從區域P2至區域P1之間的隔離區域D1上方。另外，隔離氣體噴嘴142，設於從區域P1至區域P2之間的隔離區域D2上方。
氣體噴嘴131上，形成向下的多個氣體吐出口。該等氣體吐出口，為了均勻地對晶圓W照射氣體，而在放射方向上配置排列。氣體噴嘴131的基端部，設有氣體導入埠131a。氣體導入埠131a，設於處理容器101的外部。氣體導入埠131a上連接有氣體供給部28。該氣體供給部28，係與上述成膜裝置1的氣體供給部28相同的氣體供給部。該成膜裝置100中，氣體供給部28及氣體噴嘴131，構成一實施態樣之氣體供給系統的一部分。藉由此氣體供給系統，使晶圓W在區域P1中曝露於鈦之原料氣體。
另外，隔離氣體噴嘴141及隔離氣體噴嘴142上，形成多個向下的氣體吐出口。隔離氣體噴嘴141及隔離氣體噴嘴142的各基端部上，設有氣體導入埠141a及氣體導入埠142a。氣體導入埠141a及氣體導入埠142a，設於處理容器101的外部。氣體導入埠141a及氣體導入埠142a，分別隔著流量控制器及開閉閥與隔離氣體的來源連接。隔離氣體，係為了避免「對區域P1供給之原料氣體」與「從活化氣體噴注器220對區域P2供給之氣體(或是活化氣體)」混合，而用以將區域P1與區域P2隔離的氣體，其可為非活性氣體。非活性氣體，可為例如，N2 氣體或稀有氣體。
隔離區域D1及隔離區域D2，係藉由頂板111的凸狀部104，從上方畫分而成。凸狀部104，在圓周方向上，相較於在該凸狀部104之周圍延伸的頂板111在處理容器101內之空間側的面，更往下方突出。另外，凸狀部104具有略為扇型的平面形狀。更進一步，凸狀部104上，沿著放射方向形成溝槽，使隔離氣體噴嘴141及隔離氣體噴嘴142收納於該溝槽內。
另外，頂板111，提供與核部121之外周面相對的突出部105。更進一步，在凸狀部104之徑向外側的部位，提供以與旋轉平台102之外周面相對的方式彎折的彎折部146。藉由該等突出部105及彎曲部146，更提高供給至區域P1之氣體與供給至區域P2之氣體(或是活化氣體)的隔離性能。
另外，處理容器101內的空間，在區域P1的放射方向的外側，及區域P2的放射方向的外側，分別提供排氣區域E1及排氣區域E2。排氣區域E1之下方的底部114形成排氣口161。另外，排氣區域E2的下方的底部114形成排氣口162。排氣口161及排氣口162，透過排氣管163及壓力調整器165，與稱為真空泵的排氣裝置164連接。
另外，旋轉平台102與底部114之間的空間，設有加熱器單元107。該加熱器單元107，設於被蓋體部107a、171及112a所圍住的空間內。蓋體部107a，從上方覆蓋加熱器單元107，蓋體部171，從徑向外側覆蓋加熱器單元107，蓋體部112a，從徑向內側覆蓋加熱器單元107。該等蓋體部107a、171及112a所圍住的空間中，透過配管173供給驅淨氣體(例如，N2 氣體)。另外，蓋體部112a與核部121之間，亦透過配管172供給驅淨氣體。更進一步，頂板111的中心部與配管151連接，而亦對於核部121與頂板111之間供給隔離氣體。
以下說明活化氣體噴注器220。圖10係活化氣體噴注器的擴大立體圖。圖11係圖10所示之活化氣體噴注器的縱剖面圖。活化氣體噴注器220，如上所述，設於區域P2。活化氣體噴注器220，具有氣體噴嘴134。氣體噴嘴134，從處理容器101的側壁往處理容器101內的空間的中央延伸。該氣體噴嘴134上，形成多個氣體吐出口341。氣體噴嘴134與氣體供給部30及氣體供給部32連接。該等氣體供給部30及氣體供給部32，係分別與上述成膜裝置1的氣體供給部30及氣體供給部32相同的氣體供給部。該成膜裝置100中，氣體噴嘴134、氣體供給部30以及氣體供給部32，構成一實施態樣之氣體供給系統的一部分。
另外，活化氣體噴注器220，具有活化部180。該活化部180，包含套管135a及套管135b。套管135a及套管135b被保護管137所包覆。套管135a及套管135b互相平行，從處理容器101的側壁往處理容器101內的空間中央延伸。該等套管135a及套管135b，係由例如，石英、氧化鋁以及氧化釔(yttria)這樣的介電體材料所構成。電極136a及電極136b分別插入套管135a及套管135b內。電極136a及電極136b構成平行電極。該等電極136a及電極136b，透過整合器225與高頻電源224連接。高頻電源224，對電極136a及電極136b供給例如具有13.56MHz這種頻率的高頻電力。若對電極136a及電極136b供給高頻電力，則活化部180的周圍形成高頻電場。藉由該高頻電場，激發第1氣體及/或含氮氣體。因此，成膜裝置100中，活化部180、整合器225以及高頻電源224，構成一實施態樣之電漿產生部。
另外，活化氣體噴注器220更具有蓋體221。蓋體221係由例如，石英這種絕緣體所構成。該蓋體221，從上方及側方覆蓋氣體噴嘴134、套管135a及套管135b。另外，限制面222在該蓋體221的圓周方向的兩側下端連續。限制面222，從該蓋體221的圓周方向的兩側下端在圓周方向上延伸。
藉由此活化氣體噴注器220，從氣體噴嘴134所供給之含氮氣體或是含氮氣體與第1氣體的混合氣體，被以高頻電力所產生之高頻電場激發。因此，晶圓W，在區域P2中，曝露於含氮氣體的電漿及/或第1氣體的電漿。
另外，成膜裝置100，更具備控制部148。控制部148，可為具有「存處方之記憶體這樣的記憶裝置、接收操作者輸入的輸入裝置、CPU這樣的處理器及送出控制信號的使用者介面」的電腦裝置。在成膜裝置100中實施方法MT的情況中，控制部148進行以下說明的控制。
控制部148，為了執行方法MT之一次以上的循環CA，而執行第2控制循環一次以上。在執行一次以上之第2控制循環中，控制部148，使驅動部123運作，而使旋轉平台102旋轉。使用成膜裝置100的情況下，晶圓W在處理容器101內的空間繞著中心軸線旋轉1次，即相當於執行1次第2控制循環。執行一次以上的第2控制循環之中，控制部148，控制氣體供給部28的流量控制器28b及開閉閥28c，以從氣體源28a對區域P1供給鈦之原料氣體。藉此，晶圓W通過區域P1時，執行循環CA的步驟STa。另外，執行一次以上的第2控制循環之中，控制部148控制氣體供給部32的流量控制器32b及開閉閥32c，以從氣體源32a供給含氮氣體，另外，控制電漿產生部的高頻電源224，以產生含氮氣體的電漿。藉此，在晶圓W通過區域P2時，執行循環CA的步驟STb。此外，在執行步驟STb的過程中，控制部148亦可控制加熱器單元107，以取代與電漿的產生相關的控制，以使該加熱器單元107供給熱能。
另外，控制部148，為了執行方法MT之多次的循環C1，而執行多次第1控制循環。執行多次的第1控制循環之中，控制部148使驅動部123運作，而使旋轉平台102旋轉。使用成膜裝置100的情況中，晶圓W在處理容器101內的空間繞著中心軸線旋轉1次，即相當於執行1次第1控制循環。在執行多次的第1控制循環之中，控制部148控制氣體供給部28的流量控制器28b及開閉閥28c，以從氣體源28a對區域P1供給鈦之原料氣體。藉此，晶圓W通過區域P1時，執行循環C1的步驟ST1。另外，執行多次的第1控制循環之中，控制部148控制氣體供給部30的流量控制器30b及開閉閥30c，以從第1氣體供給氣體源30a。另外，控制部148控制氣體供給部32的流量控制器32b及開閉閥32c，以從氣體源32a供給含氮氣體。更進一步，控制部148，控制電漿產生部的高頻電源224，以產生第1氣體及含氮氣體的電漿。藉此，在晶圓W通過區域P2時，執行循環C1的步驟ST2。此外，執行步驟ST2的過程中，控制部148，亦可控制加熱器單元107，以取代與電漿產生相關的控制，而使該加熱器單元107供給熱能。
以下，說明進行方法MT之評價的實驗例1及實驗例2以及比較實驗例。此外，以下說明之實驗例僅為例示，並未限定本發明。
實驗例1及實驗例2中，藉由使用成膜裝置100執行方法MT的循環C1，而在矽基板上製作碳氮化鈦膜。此外，實驗例1中形成碳氮化鈦膜的條件，係以用來形成氮化鈦膜的最佳條件為基礎，該條件係以30sccm供給C2 H4 氣體作為第1氣體。另外，實驗例2中形成碳氮化鈦膜的條件中，作為第1氣體之C2 H4 氣體的流量為40sccm，此點與實驗例1的條件不同。另外，比較實驗例中，係使用以實驗例1及實驗例2的上述條件作為基礎的氮化鈦膜之形成條件，形成氮化鈦膜。
接著，藉由紫外光電子分光法，求得分別在實驗例1及實驗例2中形成的碳氮化鈦膜，及比較實驗例中形成的氮化鈦膜的功函數(W.F.)。另外，藉由X射線光電子分光法，求得分別在實驗例1及實驗例2中形成的碳氮化鈦膜，及比較實驗例中形成的氮化鈦膜的組成(各元素的濃度)。其結果顯示於表1。
【表1】
如表1所示，確認實驗例1及實驗例2中所形成之碳氮化鈦膜，其功函數大於比較實驗例中形成之氮化鈦膜的功函數。另外，實驗例1及實驗例2中，確認可將較大量的碳摻入碳氮化鈦膜中。
以上，雖說明各種實施態樣，但並未限定於上述實施態樣，而可能構成各種的變形態樣。例如，可用於實施方法MT的成膜裝置，為了激發含氮氣體及第1氣體，可具有任意的電漿源。另外，亦可使用單片式的成膜裝置來實施方法MT。
如以上所說明，可提供具有高功函數的碳氮化鈦膜，且可形成碳濃度之控制性優良的碳氮化鈦膜。
本次揭示之實施態樣，所有的點皆為例示，不應被認為有所限制。實際上，上述實施態樣可以多種形態具體化。另外，上述的實施態樣，只要不脫離附加的申請專利範圍及其主旨，可以各種形態省略、取代、變更。本發明之範圍，包含附加之申請專利範圍及與其均等的意義，以及在範圍內的所有變更。
MT、MT2‧‧‧方法
CA‧‧‧循環
C1‧‧‧循環
STa~STc、ST1~ST4‧‧‧步驟
W‧‧‧晶圓
DL‧‧‧介電膜
SB‧‧‧基板
TN‧‧‧氮化鈦膜
TCN‧‧‧碳氮化鈦膜
1‧‧‧成膜裝置
4‧‧‧處理容器
5‧‧‧本體部
6‧‧‧頂板
8‧‧‧分歧管
10‧‧‧密封構件
12‧‧‧晶圓載具
12A‧‧‧支柱
14‧‧‧保溫筒
16‧‧‧平台
18‧‧‧蓋部
20‧‧‧旋轉軸
21‧‧‧驅動裝置
22‧‧‧磁性流體密封構件
24‧‧‧密封構件
26‧‧‧手臂
28、30、32‧‧‧氣體供給部
28a、30a、30a‧‧‧氣體源
28b、30b、30b‧‧‧流量控制器
28c、30c、32c‧‧‧開閉閥
GS‧‧‧氣體供給系統
34‧‧‧氣體分散噴嘴
34A‧‧‧氣體噴射口
36、36A‧‧‧氣體噴射口
48‧‧‧控制部
50‧‧‧電漿產生部
52‧‧‧排氣口
54‧‧‧空間
56‧‧‧劃分壁
58‧‧‧電極
60‧‧‧高頻電源
62‧‧‧供電線
64‧‧‧絕緣保護蓋體
66‧‧‧蓋體構件
68‧‧‧氣體出口
69‧‧‧排氣裝置
70‧‧‧加熱裝置
100‧‧‧成膜裝置
101‧‧‧處理容器
102‧‧‧旋轉平台
104‧‧‧凸狀部
105‧‧‧突出部
107‧‧‧加熱器單元
107a‧‧‧蓋體部
110‧‧‧搬送手臂
111‧‧‧頂板
112‧‧‧本體部
112a‧‧‧蓋體部
113‧‧‧O型環
114‧‧‧底部
115‧‧‧運送口
120‧‧‧殼體
121‧‧‧核部
122‧‧‧旋轉軸
123‧‧‧驅動部
124‧‧‧凹部
131‧‧‧氣體噴嘴
131a‧‧‧氣體導入埠
134‧‧‧氣體噴嘴
135a、135b‧‧‧套管
136a、136b‧‧‧電極
137‧‧‧保護管
141、142‧‧‧隔離氣體噴嘴
141a、142a‧‧‧氣體導入埠
146‧‧‧彎折部
148‧‧‧控制部
151‧‧‧配管
161‧‧‧排氣口
162‧‧‧排氣口
163‧‧‧排氣管
164‧‧‧排氣裝置
165‧‧‧壓力調整器
171‧‧‧蓋體部
180‧‧‧活化部
220‧‧‧活化氣體噴注器
221‧‧‧蓋體
222‧‧‧限制面
224‧‧‧高頻電源
225‧‧‧整合器
P1、P2‧‧‧區域
172、173‧‧‧配管
D1、D2‧‧‧隔離區域
E1、E2‧‧‧排氣區域
附圖係組合作為本說明書的一部分，而顯示本發明開示的實施態樣，故與上述一般說明及後述詳細實施態樣，一同說明本發明之概念。
【圖1】係顯示一實施態樣之碳氮化鈦膜形成方法的流程圖。
【圖2】(a)~(c)係顯示被處理體的一例以及使用圖1所示之方法的各步驟的被處理體之狀態的圖。
【圖3】(a)~(e)係說明依序供給第1氣體及第2氣體的情況下所產生之現象，與同時供給第1氣體及第2氣體的情況下所產生之現象的圖。
【圖4】係顯示其他實施態樣之碳氮化鈦膜形成方法的流程圖。
【圖5】係概略顯示一實施態樣之成膜裝置的圖。
【圖6】係顯示圖5所示之成膜裝置的剖面構造圖。
【圖7】係概略顯示其他實施態樣之成膜裝置的縱剖面圖。
【圖8】係如圖7所示之成膜裝置的立體圖，其係顯示在去除頂板之狀態的立體圖。
【圖9】係如圖7所示之成膜裝置的俯視圖，其係顯示將該成膜裝置截斷之水平面中，該成膜裝置被剖開之狀態的俯視圖。
【圖10】係活化氣體噴注器的放大立體圖。
【圖11】係圖10所示之活化氣體噴注器的縱剖面圖。
MT‧‧‧方法
CA‧‧‧循環
C1‧‧‧循環
STa~STc、ST1~ST3‧‧‧步驟

Claims (15)

  1. 一種碳氮化鈦膜形成方法，用來形成碳氮化鈦膜，包含為了形成該碳氮化鈦膜而執行多次之循環；執行多次的該循環，分別包含：將TiCl4氣體供給至收納被處理體之處理容器內的步驟；及將含碳及氫之第1氣體與含氮之第2氣體同時供給至該處理容器內的步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項之碳氮化鈦膜形成方法，其中，在執行多次該循環之前或是執行之後，更包含為了形成氮化鈦膜而執行的另一循環；執行多次的該另一循環，分別包含：將TiCl4氣體供給至收納該被處理體之處理容器內的步驟；及將含氮之第3氣體供給至該處理容器內的步驟。
  3. 如申請專利範圍第2項之碳氮化鈦膜形成方法，其中，執行該另一循環，以在介電膜上形成該氮化鈦膜；將為了形成該碳氮化鈦膜而執行的該循環執行多次，以在該氮化鈦膜上形成該碳氮化鈦膜。
  4. 如申請專利範圍第2項之碳氮化鈦膜形成方法，其中，該第3氣體為NH3氣體或是三乙基胺。
  5. 如申請專利範圍第1項之碳氮化鈦膜形成方法，其中，執行多次的該循環，分別在供給該TiCl4氣體的該步驟與將該第1氣體及該第2氣體同時供給至該處理容器內的該步驟之間，更包含將含碳及氫之氣體供給至該處理容器內的步驟。
  6. 如申請專利範圍第1項之碳氮化鈦膜形成方法，其中，該第1氣體係烴氣體或是三乙基胺。
  7. 如申請專利範圍第1項之碳氮化鈦膜形成方法，其中，該第2氣體係NH3氣體或是三乙基胺。
  8. 如申請專利範圍第1項之碳氮化鈦膜形成方法，其中，將該第1氣體及該第2氣體同時供給至該處理容器內的該步驟之中，於該處理容器內產生第1氣體及該第2氣體的電漿。
  9. 一種成膜裝置，其特徵為包含：處理容器；氣體供給系統，將TiCl4氣體、含碳及氫的第1氣體以及含氮的第2氣體供給至該處理容器內；及控制部，控制該氣體供給系統； 該控制部，控制該氣體供給系統，以將該TiCl4氣體供給至該處理容器內；並執行多次控制該氣體供給系統的控制循環，以將該第1氣體與該第2氣體同時供給至該處理容器內。
  10. 如申請專利範圍第9項之成膜裝置，其中，該氣體供給系統，可進一步將含氮的第3氣體供給至該處理容器內；該控制部，在執行多次該控制循環之前或是執行之後，控制該氣體供給系統，以將該TiCl4氣體供給至處理容器內；並執行控制該氣體供給系統以供給該第3氣體的另一控制循環。
  11. 如申請專利範圍第10項之成膜裝置，其中，該第3氣體為NH3氣體或是三乙基胺。
  12. 如申請專利範圍第9項之成膜裝置，其中，執行多次的各次該控制循環之中，該控制部，在控制該氣體供給系統以將該TiCl4氣體供給至該處理容器內之後，且在控制該氣體供給系統以將該第1氣體與該第2氣體同時供給至該處理容器內之前，控制該氣體供給系統，以將含碳及氫的氣體供給至該處理容器內。
  13. 如申請專利範圍第9項之成膜裝置，其中，該第1氣體係烴氣體或是三乙基胺。
  14. 如申請專利範圍第9項之成膜裝置，其中，該第2氣體係NH3氣體或是三乙基胺。
  15. 如申請專利範圍第9項之成膜裝置，其中更包含：電漿產生部，其激發供給至該處理容器內的氣體；該控制部，控制該電漿產生部，以將在該控制循環中對該處理容器內同時供給的該第1氣體及該第2氣體加以激發。
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