WO2004007795A1 - Film formation method for semiconductor processing - Google Patents

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WO2004007795A1
WO2004007795A1 PCT/JP2003/008861 JP0308861W WO2004007795A1 WO 2004007795 A1 WO2004007795 A1 WO 2004007795A1 JP 0308861 W JP0308861 W JP 0308861W WO 2004007795 A1 WO2004007795 A1 WO 2004007795A1
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gas
processing
processing chamber
film
mounting table
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PCT/JP2003/008861
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French (fr)
Japanese (ja)
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Hiroaki Yokoi
Tetsu Zenko
Hiroaki Ashizawa
Tsuyoshi Hashimoto
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Tokyo Electron Limited
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34Nitrides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C23C16/4404Coatings or surface treatment on the inside of the reaction chamber or on parts thereof

Definitions

  • the present invention relates to a film forming method for semiconductor processing, and in particular, to a method for forming a CVD (chemi cal vapor
  • the present invention relates to a method for forming a film containing a metal element by deposi- tion.
  • the semiconductor processing means that a semiconductor layer, an insulating layer, a conductive layer, and the like are formed in a predetermined pattern on a substrate to be processed such as a semiconductor wafer or an LCD substrate.
  • Background of the Invention Means various processes performed to manufacture a semiconductor device and a structure including wiring, electrodes, etc. connected to the semiconductor device.
  • a semiconductor device having a multilayer wiring structure is manufactured, for example, by repeatedly forming a film and performing pattern etching on the surface of a semiconductor wafer such as a silicon substrate.
  • a barrier layer is formed to prevent exfoliation of an underlayer or to suppress mutual diffusion of material between upper and lower layers. Is formed.
  • the barrier layer for example, a TiN film formed by thermal CVD is used.
  • a base film of the TiN film a thin Ti film may be formed by plasma CVD or not.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a conventional CVD apparatus for forming a barrier layer.
  • This apparatus has a vacuum processing chamber 1 made of, for example, aluminum. An exhaust port 1 1 is provided on the bottom of processing chamber 1. It is formed.
  • a mounting table 13 for mounting the semiconductor wafer W horizontally is provided inside the processing chamber 1.
  • the mounting table 13 is made of, for example, aluminum nitride and has a built-in heater 12.
  • a shower head 15 for supplying a processing gas is provided so as to face the mounting table 13. On the lower surface of the shower head 15, a large number of gas ejection holes 14 are formed at positions facing the wafer W mounted on the mounting table 13.
  • the T i C 1 4 ⁇ Pi NH 3 supplied wafer W mounted on the mounting table 1 3 is the process gas from Shah Wae' de 1 5 while being heated by the heater 1 2 At this time, the reaction of the following equation (1) occurs, and a thin film of TiN is formed on the entire surface of the wafer W.
  • the TiN adheres to a wall or the like in the vacuum processing chamber 1.
  • the deposit 16 is gradually laminated.
  • the thermal emissivity of the surface of the mounting table 13 changes, and even if the set temperature is the same, a difference occurs in the surface temperature of the mounting table 13 and uniformity of the film thickness between the wafer surfaces is reduced.
  • a TiN film is formed in advance on the entire surface (upper surface, lower surface, and side surface) of the mounting table 13 before performing the film forming process on the wafer W. A process called pre-coating is performed.
  • the above problem can be avoided if the thickness is, for example, 0.5 ⁇ m or more. This is known.
  • this pre- When a film is formed on the wafer w, the wafer W is formed by an aluminum material constituting the processing chamber 1 and a ceramic material constituting the mounting table 13 such as metal impurities such as A1 in A1N. Pollution is also suppressed.
  • the conventional pre-coating process is performed as follows. First, the inside of the vacuum processing chamber 1 is evacuated and the temperature of the mounting table is set to 600 to
  • the 1 C 1 4 gas for example, supplying the NH 3 gas at 3 0 ⁇ 5 0 sccm flow rate of about, for example, a 4 0 0 sccm flow rate of about at each simultaneously vacuum processing chamber 1.
  • the feeding of both the process gas For example, after about 1 5 minutes to 2 0 minutes for a post Tokyo tri de treatment, by stopping the supply of T i C l 4 gas, NH 3 gas only, For example, while supplying at a flow rate of about 100 sccm, the inside of the vacuum processing chamber 1 is evacuated for a predetermined time, for example, several tens of seconds, whereby the surface of the mounting table 13 is For example, a TiN film (pre-coat) of about 0.5 to 2.0 / m is formed. Thereafter, the wafer W is placed on the pre-coated mounting table 13, and, for example, a T i film 18 and a T i N film 19 are formed on the surface of the wafer W by each film forming method. (See
  • T i N film T i C 1 4 to Gasuka ⁇ et dissociation in the pre-co over preparative process, or by-formed salt compound reacts with the metal in the vacuum processing chamber 1
  • Metal chloride is produced. This metal chloride evaporates during the film forming process, It is taken into the film on W. Unexpected metal contamination in the film will adversely affect the electrical properties of the device and reduce yield. For this reason, the amount of metal contamination must be minimized. The permissible limit of metal contamination will become more severe as devices become thinner.
  • An object of the present invention is to reduce the total amount of impurities such as metals in a main film formed on a substrate to be processed after a pre-coating process on a mounting table in a processing container in a film forming method for semiconductor processing. It is here.
  • a first aspect of the present invention is a film forming method for semiconductor processing for forming a film containing a metal element on a substrate to be processed mounted on a mounting table in an airtight processing chamber,
  • a first processing gas containing the source gas containing the metal element is supplied into the processing chamber while heating the mounting table and exhausting the processing chamber, and the segment film containing the metal element is placed on the mounting table.
  • a second processing gas that does not contain a raw material gas containing a metal element is supplied into the processing chamber while heating the mounting table and exhausting the processing chamber, and the segment film generated in the first step is provided.
  • the first and second processing gases are supplied into the processing chamber while heating the mounting table and exhausting the processing chamber to form the main film containing the metal element on the substrate to be processed. Having a process and
  • a first treatment including the metal element is performed in the treatment chamber in order to form a film containing the metal element on a substrate to be processed placed on a mounting table in an airtight treatment chamber.
  • the first and second processing gases are supplied into the processing chamber while heating the mounting table and exhausting the processing chamber.
  • the first and second processing gases are supplied into the processing chamber while heating the mounting table and exhausting the processing chamber to form the main film containing the metal element on the substrate to be processed. Having steps and.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2A to 2C are diagrams showing a film forming method according to the first embodiment in the order of steps.
  • FIG. 3 is a diagram showing, in chronological order, control of gas supply / discharge and pressure control in a pre-coating process used in the film forming method according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing, in a time series, gas supply and pressure control in a pre-coating process used in a film forming method according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a view showing experimental results regarding the film forming method according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a CVD device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing processing conditions of each step in a pre-coating process used in the film forming method according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the number of repetitions of the precoat sequence and the Fe concentration in the film forming method according to the second embodiment.
  • Fig. 9 shows the processing conditions of each step in the purge process after idling (long stop).
  • FIG. 10 is a diagram showing experimental results regarding the purge process shown in FIG. 9;
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a conventional CVD apparatus.
  • Figure 12 is a diagram for explaining the problems of the conventional technology.
  • Figure 13 is a diagram for explaining the problems of the conventional technology.
  • the inner surface of the processing chamber 1 and the surface of the chassis head 15 are lower in temperature than the mounting table 13 so that the TiN film is not attached or Almost no.
  • a film may be formed on the shower head 15.
  • Ri by the thermal decomposition of T i C 1 4 gas, or.
  • HC 1 reacts with the surface of the metal part such as the processing chamber 1 to generate a large amount of metal chloride.
  • This metal chloride diffuses during film formation on the wafer W and is taken into the thin film on the wafer W, which is one of the factors that increase the amount of metal contamination.
  • Metal compounds are formed during pre-coating, which results in
  • the problem of the incorporation of the impurity metal into the thin film formed on W also exists in addition to the process of forming the TiN film.
  • a Ta 2 O 5 film is formed by reacting PET (inter-ethoxy tantalum) with ⁇ 2 gas
  • ⁇ 2 gas a pre-coat is formed on the surface of the mounting table in advance.
  • the stable metal chloride in the processing chamber reacts with the processing gas in the pre-coating process, becomes an unstable substance, and diffuses into the processing chamber.
  • this metal chloride is used as a table of the C 1 F 3 gas used in the cleaning process and the metal parts such as the processing chamber 1. It is thought that it was generated by the reaction with the surface.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a CVD device according to a first embodiment of the present invention.
  • This apparatus has, for example, a cylindrical vacuum processing chamber 1 made of aluminum. At the center of the bottom surface of the vacuum processing chamber 21, a concave portion forming the exhaust chamber 23 is formed. The side surface of the exhaust chamber 23 is connected via an exhaust pipe 24 to a vacuum exhaust unit 25 for maintaining the inside of the processing chamber 21 at a predetermined vacuum pressure. A gate valve 26 for carrying in / out the wafer W is provided on a side wall of the processing chamber 21.
  • the mounting table 32 is made of a ceramic material, for example, aluminum nitride (A1N).
  • A1N aluminum nitride
  • the upper surface of the mounting table 32 is formed to be slightly larger than the wafer W to be processed and to be able to mount the wafer W substantially horizontally.
  • the outer edge of the table 3 2 covers the mounting table 3 second surface toward the side surface from the upper surface, cormorants rows guide the wafer W, for example, Ryo Lumi Na (A 1 2 O 3) good Ri becomes Guy Dori 3 is installed.
  • a resistance heating element is used inside the mounting table 32.
  • Heaters 34 are buried.
  • the temperature of the heater 34 is controlled by, for example, a power supply unit 35 provided outside the processing chamber 21 in accordance with each application. This makes it possible to uniformly raise the temperature of the entire surface of the wafer W in a film forming process described later, or to raise the surface of the mounting table to a predetermined temperature in a pre-coating process.
  • a lift pin 36 (actually, a transfer pin) for transferring a wafer W to and from a transfer arm (not shown) that has entered through the gate valve 26 is provided on the mounting table 32. There are, for example, three).
  • the lift bin 36 is supposedly protruding from the stand 32.
  • the lifting and lowering of the lift bins 36 is performed by the function of the lifting and lowering mechanism 38 via a support member 37 that supports the lower ends thereof.
  • a shower head 4 is provided on the ceiling of the processing chamber 21 via an insulating member 41.
  • the shower head 4 is installed independently of each other while preventing the two gases from mixing with each other inside the shower head.
  • the shower head 4 has a configuration in which, for example, three plate-like parts (upper section 4a, middle section 4b, lower section 4c) made of aluminum or nickel are vertically stacked. .
  • the first flow path 42 connected to the first gas supply pipe 5a, and the second flow path 43 connected to the second gas supply pipe 5b are each composed of a part 4a, 4b. , 4c.
  • a space for gas diffusion is provided between the parts, and communicates with the gas ejection holes 44 and 45 formed on the lower surface of the lower portion 4c through the space.
  • the supply of gas to the first and second gas supply pipes 5a and 5b is performed from a gas supply mechanism 50 arranged on each upstream side.
  • the gas supply mechanism 50 includes a cleaning gas supply source 51, a film formation gas supply source 52, a first carrier gas supply source 53, an ammonia gas supply source 54, and a second carrier gas supply source.
  • a rear gas supply source 55 is provided.
  • the cleaning gas supply source 51 supplies a cleaning gas, for example, a C 1 F 3 gas.
  • the film forming gas supply source 52 supplies a titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas, which is a processing gas containing Ti as a film forming component.
  • the first carrier gas supply source 53 supplies a gas used as a carrier when the TiC 14 gas is supplied, for example, an inert gas such as a nitrogen (N 2) gas.
  • the ammonia gas source 54 supplies ammonia (NH 3) gas.
  • the second carrier gas supply source 55 supplies a carrier gas used when supplying NH 3 gas, for example, N 2 gas.
  • Valves V1 to V10, mass flow controllers Ml to M5, and the like are provided in the piping of the gas supply mechanism 50.
  • a bypass 5c for exhausting gas directly to the exhaust pipe 24 without passing through the processing chamber 21 is branched. By switching the valves Va and Vc, gas flows to the processing chamber 21 or the bypass path 5c.
  • NH 3 gas is used as a “processing gas for forming a segment film” in the pre-coating process and is used as a “processing gas for removing metal chlorides”. Also used as “gas.”
  • the T i C 1 4 gas treatment comprising "metal compound Chemical gas "and” process gas which is a compound containing a metal and a halogen element ".
  • the shower head 4 is connected to an RF (high frequency) power supply section 47 via a matching box 46.
  • the RF power supply unit 47 converts the film forming gas supplied to the wafer W into a plasma during the film forming process, and promotes the film forming reaction.
  • the drive control in the elevating mechanism 38, the output control of the power supply section 35, the adjustment of the exhaust flow rate in the vacuum exhaust section 25, and the gas supply and cutoff and flow rate adjustment in the gas supply mechanism 50 are performed.
  • the adjustment of each member constituting the membrane device is controlled by a control unit (not shown) including a computer and the like. These controls are performed according to a recipe prepared in advance in the control unit.
  • TiN titanium nitride
  • T i C 1 4 gas ⁇ Pi NH 3 pre co over preparative process gas in table 3 second surface with a thin film of T i N is performed. Since this pre-coating process is to form, for example, a TiN film on the entire surface of the mounting table 32, the pre-coating process is performed without loading the wafer W into the processing chamber 21.
  • the pressure control valve is fully opened by the evacuation unit 25 to evacuate the processing chamber 21.
  • the first and second carrier gas supply sources 53 and 55 are supplied with an inert gas, for example, N 2 gas at a flow rate of, for example, 5 OO sccm.
  • the mounting table 32 is heated to a predetermined temperature, for example, about 600 ° C. to about 700 ° C.
  • N 2 gas is supplied as a sheath gas into the support 31 of the mounting table 32 from a gas supply mechanism (not shown) at a flow rate of, for example, about 300 sccm.
  • the inside of the column 31 is made to have a positive pressure by using the sheath gas, and the processing gas is prevented from entering the column 31 where the wiring for taking out the heater 34 embedded in the mounting table 32 is arranged. In addition, make sure that the wires and terminals in the column 31 are not corroded. The supply of this sheathed gas will be continued thereafter.
  • FIG. 3 is a diagram showing, in chronological order, control of gas supply and supply pressure in a pre-coating process used in the film forming method according to the first embodiment.
  • the supply of both processing gases is turned on at time t1, and the first gas supply pipe 5a and the other gases are used as TiC14 gas. And the supply of N 2 gas, and the supply of NH 3 gas from the second gas supply pipe 5b, respectively.
  • the processing chamber 21 continues to be evacuated.
  • Order to T i C 1 4 Stabilization of the gas flow rate for the supply of gas first, the time t 1 force ⁇ al, for example, 1-6 0 seconds, without using the this Kodewa 1 0 seconds processing chamber 2 1 Baino ,.
  • a pre-flow is made to flow to the exhaust side through the water path 5c.
  • T i C 1 4 gas the valve V a, to scan the V b reaches the time t 2 between this switch the flow channel Direction of gas, for example, 5-9 0 seconds, this Here, it is supplied into the processing chamber 21 for 30 seconds.
  • NH 3 gas from time t 1 to t 2, for example, It is supplied into the processing chamber 21 continuously for 10 to 120 seconds, here 40 seconds. Therefore, the T i C 1 4 gas and NH 3 gas into the process chamber 2 within 1 simultaneously, for example, 5 to 1 2 0 seconds, preferred properly supplied 1 0-6 0 seconds. .
  • the pre-coat film of the first T i N the entire surface of the table 3 2 is formed (first step: segment film formation step).
  • the pressure in the processing chamber 21 is maintained at, for example, 13.3 to 133.3 Pa (0.1 to 1.OTorr) from time t1 to time t2. Is done.
  • Range of gas flow rate for example, T i C 1 4 gas force S 5 ⁇ ; L 0 0 sccm , the preferred properly Ri 3 0 ⁇ 8 0 sccm about der, NH 3 gas force 5 0 ⁇ : L 0 0 0 sccm, preferably about 200 to 800 scc ai.
  • the processing temperature is, for example, about 300 to 700 ° C., and preferably 400 to 600 ° C.
  • the TiC 14 gas and the NH 3 gas react as shown in the above-described equation (1), and a TiN film is formed on the surface of the mounting table 32.
  • the inner wall of the processing chamber 21 and the surface of the shower head 4 are lower than the processing temperature. For this reason, the reaction of equation (1) does not substantially occur on these members, and both processing gases are exhausted in a gasified state, and the TiN film is not deposited.
  • the vacuum evacuation processing chamber 2 1.
  • N 2 gas may be supplied.
  • the NH 3 gas is supplied at a flow rate of, for example, 500 to 200 sccm, for example, for 1 to 60 seconds, preferably 5 to 20 seconds, and here for 30 seconds.
  • the NH 3 gas is supplied at a flow rate of, for example, 500 to 200 sccm, for example, for 1 to 60 seconds, preferably 5 to 20 seconds, and here for 30 seconds.
  • N 2 gas as a carrier gas is also supplied.
  • the vacuum exhaust of the processing chamber 21 is continued. This ensures that the pressure in the treatment chamber 2 in 1, For example, 1 3 3. 3 ⁇ 6 6 6.
  • a P a (l ⁇ 5 T orr ), stops the supply of the NH 3
  • the inside of the processing chamber 21 is evacuated to remove residual NH 3 gas in the processing chamber 21. At this time, for example, N 2 gas may be supplied.
  • One cycle ends at time t3.
  • the cycle of the process from time t1 to t3 is repeated a plurality of times, for example, at least 10 cycles / hour, preferably at least 30 cycles.
  • the segment films are stacked to form a pre-coat.
  • the number of cycles is appropriately adjusted depending on the thickness of the thin film formed in one cycle.
  • the chloride component generated in the segment film forming process is removed from the processing chamber 21.
  • the mechanism by which the chlorine component in the processing chamber 21 is removed is considered to be as follows.
  • unreacted compound of formula T i C 1 X (X is an arbitrary natural number) dissociated T i C 1 4 month ⁇ et Te reaction smell (1) or, chlorides processing chamber as a by-product Reacts with metal members to generate metal chlorides.
  • This metal chloride is reduced by NH 3 gas, and is produced in this reduction reaction.
  • the reacted HC 1 reacts with NH 3 to produce ammonium chloride (NH 4 C 1).
  • By-products such as HC 1 and NH 4 Cl ⁇
  • Unreacted substances such as Ti C 1 X sublime at the above-mentioned processing temperature, and therefore do not adhere to the inner wall surface of the processing chamber 2. It is exhausted as it is.
  • a TiN film having a film thickness of about 0.7 is obtained.
  • Film is formed on 32.
  • the temperature of the mounting table 32 is maintained at about 400 to 700 ° C. by the heater 34 to evacuate the processing chamber 21, and the gate valve 26 is opened. Open and transfer wafer W into processing chamber 21 by the transfer arm (not shown).
  • the wafer W is mounted on the upper surface of the mounting table 32 (on the pre-coat) by the cooperation of the transfer arm and the lift bin 36, and the gate valve 26 is closed. Then, the process shifts to a film forming process (film forming process) on the wafer W.
  • a TiCl 4 gas and an NH 3 gas are supplied to the wafer W mounted on the mounting table 32. Supply.
  • a processing temperature of about 400 to 700 ° C. and a processing pressure of about 100 to 100 Pa are used. This process is continued until a TiN film having a desired thickness is obtained.
  • the processing temperature is set at 680 ° C.
  • the pressure is set at 667 Pa
  • the film formation time is determined according to the target film thickness because the film thickness is proportional to the film formation time. Is set as appropriate.
  • an RF power source of 47 kHz, 450 kHz to 60 MHz, preferably 450 kHz is used.
  • An RF power of 200 to 100 W, preferably 200 to 500 OW, is supplied at a frequency of 1 to 3.56 MHz to plasma-process the processing gas to form a film. You may go.
  • the processing temperature is about 300 to 700 ° C., preferably 400 to 600 ° C.
  • T i N film After completion the formation of T i N film to the wafer W surface, to stop the supply of both the processing gas T i C 1 4 ⁇ Pi NH 3, for example, performs a 1 0 second Ho purge throat treatment chamber 2 1 .
  • NH 3 gas is supplied to the processing chamber 21 along with N 2 gas as a carrier gas to perform post-nitride processing on the surface of the TiN film on the wafer W. In this way, a film formation process is repeatedly performed on a predetermined number of wafers W in the same process.
  • the temperature of the mounting table 32 is set to, for example, 200 ° C. in order to remove unnecessary film formation adhered to the processing chamber 21. Cleaning is performed by supplying C 1 F 3 gas into the processing chamber 21. Thereby, the pre-coat formed on the surface of the mounting table 32 is also removed. Thereafter, when the film formation process is performed again on a predetermined number of wafers W, the above-described processes are performed again from the pre-coating process.
  • metal used for components such as the processing chamber 21 and the shower head 4 is taken into the TiN film formed on the wafer W. Intrusion can be greatly reduced.
  • T i C 1 4 gas and NH 3 gas is a process gas continuously.
  • unreacted substances and by-product of T i C 1 X generated Ri by the decomposition of the T i C 1 4 Chlorides such as HC 1 and NH 4 CI as products exist in the processing chamber 21 and in the precoat. It is presumed that these chlorides react with metal parts in the processing chamber 21 to generate metal chlorides and enter the film on the wafer W during the film forming process.
  • the TiC 14 gas and the NH 3 gas are supplied into the processing chamber 21 to form a thin precoat (segment film) on the mounting table 32. and, except for the following NH 3 gas flowed metal chloride Ri Installing by the and this change in the gas HC 1 and NH 4 C 1. These two steps are regarded as one cycle, and this process is performed for several tens of cycles to form a pre-coat having a desired film thickness. For this reason, the amount of metal chloride generated in the processing chamber 21 is suppressed, and the amount of metal mixed in the film of the wafer W is reduced.
  • the chlorine concentration as chloride in the processing chamber 21 at the end of pre-coating was compared between the conventional method and the present invention.
  • the chlorine concentration was about 2 to 3 atoms in the conventional method. / 0 was high.
  • the chlorine concentration was reduced to approximately ⁇ .1 atomic%. That is, it was confirmed that the production amount of the metal chloride can be suppressed according to the present embodiment.
  • FIG. 4 shows an example of this case, following FIG. Note that the conditions such as the flow rate and the pressure are the same as those in the above-described embodiment, and the description is omitted here.
  • time t 1 when the temperature in the processing chamber 21 stabilizes.
  • time t 1 is turned ON to supply the T i C 1 4 gas ⁇ beauty NH 3 gas, and OFF the supply of N 2 gas.
  • Time tl after the NH 3 gas ON intends rows intermittently supplied only T i C 1 4 gas while the OFF N 2 gas. This cycle is repeated up to a predetermined number, for example, 30 cycles. Even in such a method, the chloride in the processing chamber or in the film is removed by NH 3 gas between the time t 2 and the time t 3. Further, since the film formation of the precoat is repeated, the same effect as in the above-described case can be obtained.
  • a TiN film is formed in both the pre-coating and film-forming steps.
  • the type of film to be formed on the pre-coat and the wafer W can be a Ti film. ⁇ ⁇
  • TiC 14 gas and hydrogen (H 2 ) gas are used as processing gases, and in addition to these, anoregon gas is used as a plasma gas. (Ar) gas is used.
  • Ar anoregon gas is used as a plasma gas.
  • the above three types of gases are supplied into the processing chamber 21 at a film forming temperature of 700 ° C. and a pressure of 133 Pa (liter).
  • the gas flow rate at this time is, for example, TiC 14 gas power S 1 to 200 sccm, H 2 gas power 1 to 2 liters / min, and Ar gas 1 liter Z min It is about.
  • the Ti film can be used for the pre-coating of the mounting table 32 and the film formation of the wafer W. For this reason, the present embodiment is applied to the following processes.
  • the present invention can be applied to four patterns of coating + Ti film formation and precoating of Ti film + Ti film formation.
  • the Ti film may be formed as a base film prior to forming the TiN film (including during pre-coating). Good.
  • the reaction gas used to remove chlorides was NH 3 gas, and the same process as described with reference to FIG. 3 or 4 was repeated several times. A similar effect can be obtained.
  • the gas for removing metal chlorides is not limited to NH 3 gas, but may be any gas that can produce ammonium halide.
  • a gas containing nitrogen and hydrogen for example, a hydrazine-based gas such as N 2 H 2 can be used.
  • N 2 , H 2 gas, and NH 3 gas may be supplied in appropriate combination, and may be turned into plasma.
  • the same effect as the method described with reference to FIG. 3 or FIG. 4 can be obtained.
  • a comparative experiment was performed between the conventional method described in [Background Art] and the method of the example according to the present embodiment.
  • the processing temperature was 680 ° C.
  • the processing pressure was 40 Pa
  • the flow rate of TiCl 4 gas was about 30 to 50 sccm
  • the flow rate of NH 3 gas was about 400 sccm.
  • a film formation process (as an alternative to the pre-coating process) was performed on a wafer while continuously flowing a processing gas for 10 to 15 minutes.
  • a plurality of cycles are repeated to perform a film formation process on a wafer (as an alternative to a pre-coat process).
  • the target film thickness was 0.7 / • im.
  • FIG. 5 is a diagram showing the results of measuring and comparing the amount of metallic impurities (the number of atoms per unit area) in the TiN film formed by both of the above methods.
  • white bars indicate the conventional method
  • hatched bars indicate the method of the embodiment.
  • the amount of metallic impurities in all the items of A1, Cr, Fe, Ni, Cu, and the total amount was lower than in the conventional method. Few. From this result, it was found that the metal contamination was reduced by the film forming method according to the present embodiment.
  • the amount of chloride in the treatment chamber 21 also decreases, so it is presumed that there is a correlation between the two. .
  • the present embodiment is not limited to the T i and T i N films, but may be applied to other thin films formed by a gas phase reaction using a gas of a metal compound containing a metal constituting a film forming component and a halogen.
  • a gas of a metal compound containing a metal constituting a film forming component and a halogen Applicable.
  • WF6 Tungsten hexafluoride
  • H2 gas sometimes using SiH4 gas
  • W ( N) It is applicable when a film is formed.
  • WF 6 gas and S i H 2 C 1 2 (Axis B Noreshi run-) Ru applicable der even in the case of forming the WS i 2 (data Ngusute Nshi Li Sai de) film have use a gas.
  • T a B r 3 or T a C l 3 and the case of forming a T a film using a gas and H 2 gas T a B r 3 or T a C 1 3 gas, NH 3 or NH 3 and it is also applicable to a case of forming a T a N film using the H 2 gas.
  • the present embodiment is not limited to using a metal compound gas containing a metal and a halogen, but is also applicable to a case where a pre-coat is formed using an organometallic gas.
  • a metal compound gas containing a metal and a halogen for example, P E T
  • FIG. 6 is a schematic view showing a CVD apparatus according to the second embodiment of the present invention. It is a schematic diagram.
  • the device is composed of Ni Let 's you forming a T a 2 0 5 film on the wafer.
  • a method for reducing metal contamination on a wafer will be described.
  • the method of this is Ri per To form the pre-co-chromatography preparative, and simultaneously supplied to the processing chamber PET and ⁇ 2 gas, followed by an inert gas, for example, the process chamber Ri by the N 2 (nitrogen gas)
  • an inert gas for example, the process chamber Ri by the N 2 (nitrogen gas)
  • a series of steps of purging and finally evacuating the processing chamber are repeated several times.
  • T a 2 O 5 film matching unit 4 6 and the RF power supply unit 4 7 for generating plasma has been used in Figure 1 because they are generated Ri by the thermal decomposition of PET is not provided.
  • those having the same reference numerals in FIG. 1 indicate the same parts, and the description of each part is the same as the structural description in FIG.
  • a heating structure using a known lamp should be adopted instead of the resistance heating heater provided on the mounting table.
  • the mounting table is heated by a heating source consisting of a lamp disposed below the mounting table.
  • the lamp heating method is adopted, as a material of the mounting table, for example, SiC (silicon carbide) having a thickness of about 7 mm is preferable.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing a gas flow rate and the like during a pre-coating process in the film forming method according to the second embodiment.
  • “5a:” means that gas flows through the first gas supply pipe 5a.
  • “5b:” means that the gas flows through the second gas supply pipe 5b.
  • “5c:” is vino. Means that gas flows through the road 5c.
  • the evacuation of the processing chamber 21 is continued. First, in step S1, the temperature of the mounting table is heated to 445 ° C., N 2 gas is supplied into the processing chamber 21 from the first gas supply pipe 5a, and the pre-coating step is performed. .
  • step S 2 flow rate of odor Te the N 2 gas: 0 2 gas with reduced to looo sccm force et 6 0 0 sccm is supplied at a flow rate of 4 0 0 sccm into the processing chamber 2 1.
  • step S 1 and 2 the second supply pipe 5 b force We PET gas ⁇ Pi N 2 gas is pre flow, is evacuated and through the bypass passage 5 c without passing through the processing chamber 2 1 It is.
  • the preflow of the PET in step S1 is performed with a flow meter tolerance of 90 mg ⁇ 15 (10 to 15) mg of flow rate control.
  • the preflow of PET in step S2 is performed with a flow meter tolerance of 90 mg ⁇ 5 (3 to; LO) mg of flow rate control. Therefore, PET can be more stably supplied into the processing chamber.
  • the preflow of PET in step S2 is performed once, and can be performed for a predetermined time, for example, 20 seconds or more, and preferably 30 seconds or more.
  • step S3 a step of forming a segment film
  • the supply of the N 2 gas from the first gas supply pipe 5a is stopped, and the second gas supply pipe 5b is connected.
  • the pre-flowed PET gas and N 2 gas that have flowed are supplied into the processing chamber 21.
  • a processing gas can be supplied at a stable flow rate from the start of the process S3.
  • the gas flow rate in the processing chamber 21 constant (for example, the total flow rate is 100 sccm) until the steps S1 to S3, the internal pressure of the processing chamber 21 changes. Therefore, fluctuations in the temperature of the mounting table 32 and the wafer temperature caused by the fluctuation can be suppressed.
  • the film thickness Ru can and child to adjust the deposited segmenting door film (T a 2 0 5 film).
  • the time of step S3 is set to 58 seconds, 71 seconds, 141 seconds, and 281 seconds, the thickness of the segment film becomes approximately 5.2 nm and 6 nm, respectively. 5 nm, 13 nm and 26 ⁇ m.
  • the pressure in the processing chamber 21 is changed and set within a range of approximately 13.3 to 1333 Pa, preferably approximately 39.9 to 667 Pa. can do.
  • the processing temperature can be changed and set within a range of about 300 to 800 ° C, preferably about 350 to 500 ° C.
  • step S4 the supply of the PET gas and the O 2 gas is stopped, and only the N 2 gas is supplied to perform purging.
  • step S5 the supply of N 2 gas is stopped to stop all gases, and the processing chamber ⁇ is evacuated.
  • the 4 first and second supply pipes 5 a, 5 b of least for the one by the supply pipe Ri N 2 gas also is introduced purged exhaust into the processing chamber 2 1.
  • steps S1 to S5 By performing the above steps S1 to S5, one pre-coating sequence to the mounting table 32 is completed. Thereafter, the cycle of steps S1 to S5 or steps S2 to S5 is repeated as many times as necessary. As a result, the segment films are stacked to form a precoat. The number of cycles is appropriately adjusted depending on the thickness of the thin film formed in one cycle.
  • PET and O 2 gas are supplied to the wafer W mounted on the mounting table 32 while evacuating the processing chamber 21. This ensures that, to form the T a 2 0 5 film of desired thickness on the wafer W.
  • the processing conditions were the pre-coating described above. The same conditions as in step 3 of the treatment can be used.
  • performing a film forming process on a wafer after performing a pre-coating process can reduce the concentration of metal contamination in a thin film formed on the wafer.
  • Figure 8 is a graph showing the experimental results. 8, the horizontal axis indicates the number of repetitions of the pre-co. Over Tosai cycle (sequence), the vertical axis represents the number of atoms per unit area per Ri iron T a 2 0 5 film. “X” indicates the results when the target film thickness of the precoat is 90 nm and the number of repetitions of the precoat sequence is 4 and 7 times. “ ⁇ ” shows the results when the target film thickness of the precoat is approximately 21 O nm and the number of repetitions of the precoat sequence is 8, 16, and 32. “ ⁇ ” shows the results when the target film thickness of the precoat is approximately 170 nm and the number of repetitions of the precoat sequence is 26 and 32.
  • the thickness of the precoat film formed by one sequence is approximately 26 nm (210 nm). nm / 8).
  • the thickness of the precoat film formed by one sequence is approximately 13 nm (21 O nm / 16).
  • the thickness of the precoat film formed by one sequence is approximately 6.5 nm (210 nm / 32).
  • the concentration of iron (contamination) incorporated into the thin film was reduced by increasing the number of precoating sequences, and the -There is a strong correlation with the number of data sequences.
  • Fig. 8 shows the iron concentration, similar results can be obtained for aluminum and copper.
  • the design rules of semiconductor devices are becoming stricter year by year, and the amount of metal contamination (metal contamination) that must be allowed must be reduced accordingly.
  • the standard for metal contamination is 1. OE + 11 (atoms / cm 2 ).
  • the number of repetitions of the precoat sequence is preferably 13 or more. More preferably, more than 15 times.
  • this standard for metal contamination is subject to change at the request of the user, and as shown in Fig. 8, when the number of repetitions of the pre-coating sequence is four or more, The effect is clearly confirmed.
  • the pre-coat requires a certain thickness in order to avoid a change in the thermal emissivity and to maintain a uniform film thickness between wafers (between planes).
  • the thickness of the Ta 2 O 5 film is about 90 nm. Therefore, in order to complete the pre-coating process in the shortest time, the thickness of the segment film formed in each pre-coating sequence is set to a value obtained by dividing 90 nm by the number of repetitions. For example, if the number of repetitions is four, the thickness of the segment film is about 22.5 nm. If the number of repetitions is 15 times, the thickness of the segment film is about 6 nm.
  • the thickness of the segment film formed in each pre-recording sequence is arbitrary. Can be set to
  • T a 2 ⁇ 5 film is deposited Ri by the thermal decomposition of PET.
  • T a 2 O 5 film quality although concerned such as the reaction rate does not come appear in the chemical equation of generating the T a 2 O 5 film.
  • This chemical reaction equation is expressed as follows. PET first decomposes as shown in equation (11).
  • ethyl alcohol represented as an intermediate product in the above formula and formula (13) are obtained. Reacts to form ethoxylates.
  • step S3 in a single precoating sequence, following the above-described reaction in step S3, the by-product containing unreacted ethoxylate is purged with N 2 in step S4. To be discharged. Further, desirably, even in the step S5, even the staying portion of the N 2 purge is cut off, so that the amount of metal contamination can be further reduced. In steps S1 to S4, since the evacuation of the processing chamber 21 is continued, the step S5 may not be performed.
  • the gas flow in step S 3 is N 2.
  • Other inert gas is not limited to gas, may be filed in example A r.
  • idling when the processing is restarted after idling, the amount of methanol contamination in the film of the wafer may be large. This may be because alcohol and the like are diffused back into the processing chamber 21 from the exhaust system. That is, in the exhaust system of the processing chamber 21, a throttle valve for adjusting the pressure, a trap for capturing unreacted substances and by-products, and a vacuum pump are sequentially provided from the upstream side of the exhaust pipe 24. Will be installed. During idling, the inside of the processing chamber 21 is purged with an inert gas, for example, N 2 gas. However, alcohol and the like in the by-products trapped in the trap may diffuse back into the processing chamber 21 and produce ethoxylated products represented by the above formula (13). There is.
  • an inert gas for example, N 2 gas
  • Step S 1 1 is a process for forming the T a 2 O 5 film we row against the wafer just prior to entering the eye de-ring.
  • Step S12 indicates a time zone during idling (it is fluid depending on the situation, for example, 360 seconds).
  • Step S 13 preparations for starting the next lot process are started.
  • O 2 gas and N 2 gas are supplied into the processing chamber 21 to perform a first purge.
  • step S 1 4 even less N 2 gas Ri good step S 1 3 in the processing chamber 2 in 1 second purge is carried out.
  • evacuation is performed in step S15.
  • This step S 1 3 ⁇ Step S 1 5 is repeated as necessary, i.e. a predetermined number of cycles purge is performed, deposition process line for subsequent next opening Tsu preparative wafer T a 2 O 5 film Be done.
  • Step S 1 2 and Step S 1 in 4 the first and second supply pipes 5 a, 5 b of least for the one by Ri N 2 gas supply pipe processing chamber even It is introduced into 21 and purged.
  • step S 13 the environment in the processing chamber 21 is prepared under the same conditions as in the film forming process on the wafer in step S 11 except for the PET gas. This also serves as conditioning (environmental adjustment) for approaching the environment in the processing chamber 21 during the subsequent film formation processing of the next lot wafer.
  • the number of cycle purges shown in FIG. 9 is not so effective once, and at least three times.
  • FIG. 10 shows data showing the results of this experiment. According to this result, the amount of metal contamination in the embodiment substantially returns to the data before idling in any of A1, Fe, and Cu. It is presumed that, in addition to the ethoxylate formation described above, the following points may be acting as another factor. That is, the pressure in the processing chamber 21 in the process S13 in FIG. 9 is different from the pressure in the process S12 and the process S13 before and after the process. 8861
  • the above description illustrates a method of forming a tantalum oxide film using PET (the second processing gas is oxygen) as the first processing gas. But the second
  • the second embodiment is a film forming method using a metal alkoxide which is another organometallic source gas, for example, Ta (OC 2 H 5) 5 ,
  • the S i (OC 2 H 5) 4 was used as the first process gas, respectively T a 2 0 5 film, TEOS - Ru can and this also applied to a method of forming a S i ⁇ 2 film .
  • the second processing gas 0 2, 0 3, H 2 0 of which the oxygen-containing gas becomes available.
  • a metal or the like contained in a film formed on a substrate to be processed after performing a pre-coating process in a processing chamber for example, a metal or the like contained in a film formed on a substrate to be processed after performing a pre-coating process in a processing chamber.
  • the total amount of impurities can be reduced.
  • the second embodiment is applied to a case where a tantalum oxide film is formed using PET and O 2 gas as a processing gas: In this case, according to the embodiment, an oxygen gas as a reaction gas is used.
  • the processing is performed by supplying an inert gas in the second step of the pre-coating processing. Metal compounds in the room can be removed.
  • halides dissociated from the processing gas or halides as by-products that have entered the film. Is generated.
  • these halides are reduced by, for example, NH 3 gas, and the halides separated in this reduction reaction are discharged from the processing chamber in a gaseous state. For this reason, the risk of metal contamination of the film formed on the substrate to be processed in the subsequent film formation process is reduced.
  • NH 3 and TiC 14 can be used as processing gases.
  • TiC1X, HC1 and the like generated in the first step can be removed from the processing chamber in the second step. As a result, the amount of metal chloride mixed into the TiN film obtained in the film forming process is reduced.

Abstract

A film formation method for semiconductor processing includes a pre-coat step for coating a placing table (32) by a pre-coat before conveying a substrate (W) to be processed into a processing chamber and a step for conveying the substrate (W) to be processed into the processing chamber (21) after the pre-coat step and forming a main film on the substrate (W) to be processed. The pre-coat step repeats a first and a second step a plurality of times so that a plurality of segment films are superimposed to form a pre-coat. In the first step, a first and a second processing gas are supplied into a processing chamber (21) and a segment film containing a metal element is formed on the placing table (32). In the second step, a second processing gas not containing a metal element is supplied into the processing chamber (21) and a byproduct other than the component to form the segment film generated in the first step is removed from the processing chamber (21) by exhaust of air.

Description

明 細 書  Specification
半導体処理用の成膜方法 Film forming method for semiconductor processing
技術分野 Technical field
本発明は、 半導体処理用の成膜方法に関 し、 特に、 半導体 ウェハ等の被処理基板上に C V D ( chemi cal vapo r  The present invention relates to a film forming method for semiconductor processing, and in particular, to a method for forming a CVD (chemi cal vapor
dep o siti on) によ り 金属元素を含む膜を形成する方法に関す る。 なお、 こ こで、 半導体処理と は、 半導体ウェハや L C D 基板等の被処理基板上に半導体層、 絶縁層、 導電層等を所定 のパターンで形成する こ と によ り 、 該被処理基板上に半導体 デバイスや、 半導体デバイ スに接続される配線、 電極等を含 む構造物を製造するために実施される種々 の処理を意味する , 背景技術 The present invention relates to a method for forming a film containing a metal element by deposi- tion. Here, the semiconductor processing means that a semiconductor layer, an insulating layer, a conductive layer, and the like are formed in a predetermined pattern on a substrate to be processed such as a semiconductor wafer or an LCD substrate. Background of the Invention Means various processes performed to manufacture a semiconductor device and a structure including wiring, electrodes, etc. connected to the semiconductor device.
多層配線構造をなす半導体デバイスは、 例えば、 シ リ コ ン 基板な どの半導体ウェハの表面に成膜とパターンエッチング を繰り 返して行 う こ と で製造される。 例えば、 シ リ コ ン基板 とその上の配線層 との接続部位や上下配線層同士の接続部位 においては、 下地層の剥離防止、 或いは上下間における材料 の相互拡散を抑制するため、 バリ ア層が形成される。 このパ リ ア層 と しては、 例えば、 熱 C V Dによって形成された T i N膜が用いられる。 T i N膜の下地膜と して、 プラズマ C V Dによ り 薄い T i 膜が形成される場合と、 されない場合があ る。  A semiconductor device having a multilayer wiring structure is manufactured, for example, by repeatedly forming a film and performing pattern etching on the surface of a semiconductor wafer such as a silicon substrate. For example, at a connection portion between a silicon substrate and a wiring layer thereabove or a connection portion between upper and lower wiring layers, a barrier layer is formed to prevent exfoliation of an underlayer or to suppress mutual diffusion of material between upper and lower layers. Is formed. As the barrier layer, for example, a TiN film formed by thermal CVD is used. As a base film of the TiN film, a thin Ti film may be formed by plasma CVD or not.
図 1 1 はバリ ア層を形成するための従来の C V D装置を示 す概略図である。 こ の装置は、 例え 、 アルミ ニ ウム よ り な る真空処理室 1 を有する。 処理室 1 の底面には排気口 1 1 が 形成される。 処理室 1 の内部には、 半導体ウェハ Wを水平に 載置するための載置台 1 3 が配設される。 載置台 1 3 は、 例 えば、 窒化アルミ ニ ウム よ り な り 、 ヒータ 1 2 を内蔵する。 載置台 1 3 に対向する よ う に、 処理ガス供給用のシャ ワーへ ッ ド 1 5 が配設される。 シャ ワーヘッ ド 1 5 の下面には、 載 置台 1 3 に載置される ウェハ Wと対向する位置に多数のガス 噴出孔 1 4 が形成される。 成膜時には、 載置台 1 3 に載置し たウェハ Wがヒータ 1 2 で加熱される と共にシャ ワーへッ ド 1 5 から処理ガス と して T i C 1 4 及ぴ N H3 が供給される, この際、 以下式 ( 1 ) の反応が起こ り 、 ウェハ Wの表面全体 に T i Nの薄膜が形成される。 FIG. 11 is a schematic diagram showing a conventional CVD apparatus for forming a barrier layer. This apparatus has a vacuum processing chamber 1 made of, for example, aluminum. An exhaust port 1 1 is provided on the bottom of processing chamber 1. It is formed. A mounting table 13 for mounting the semiconductor wafer W horizontally is provided inside the processing chamber 1. The mounting table 13 is made of, for example, aluminum nitride and has a built-in heater 12. A shower head 15 for supplying a processing gas is provided so as to face the mounting table 13. On the lower surface of the shower head 15, a large number of gas ejection holes 14 are formed at positions facing the wafer W mounted on the mounting table 13. During film formation, the T i C 1 4及Pi NH 3 supplied wafer W mounted on the mounting table 1 3 is the process gas from Shah Wae' de 1 5 while being heated by the heater 1 2 At this time, the reaction of the following equation (1) occurs, and a thin film of TiN is formed on the entire surface of the wafer W.
6T1CI4 + 8NH3 → 6TiN+24HCl+N2 · ' ·(1) 6T1CI4 + 8NH3 → 6TiN + 24HCl + N 2 '(1)
こ う した成膜処理を複数枚の ウェハ Wに対して繰り 返し行 う と、 T i Nは真空処理室 1 内の壁等にも付着する。 特に、 温度の高い載置台 1 3 の周囲には、 例えば、 図 1 2 に示すよ う に付着物 1 6 が徐々 に積層される。 このため载置台 1 3 の 表面の熱放射率が変化し、 設定温度が同 じでも载置台 1 3 の 表面温度に差が生じ、 ウェハ面間での膜厚の均一性が低下す る。 この問題を回避するため、 ウェハ Wに対して成膜処理を 行う のに先立って、 例えば、 載置台 1 3 の表面全体 (上面、 下面、 及び側面) に予め T i N膜の形成を行 う プリ コー ト処 理と 呼ばれる工程が行われる。 このプリ コ ー ト処理によ り形 成される T i N膜 (プリ コー ト : pre-coating) については、 例えば、 0 . 5 μ m以上の厚さがあれば上記の問題を回避で きる こ と が判明 している。 また、 このプリ コー ト によ り 、 ゥ ェハ wに成膜を行う 際、 処理室 1 を構成するアルミ材ゃ、 載 置台 1 3 を構成するセラ ミ ック材、 例えば A 1 N中の A 1 な どの金属不純物によって当該ウェハ Wが汚染される こ と も抑 制される。 When such a film forming process is repeatedly performed on a plurality of wafers W, the TiN adheres to a wall or the like in the vacuum processing chamber 1. In particular, around the mounting table 13 having a high temperature, for example, as shown in FIG. 12, the deposit 16 is gradually laminated. For this reason, the thermal emissivity of the surface of the mounting table 13 changes, and even if the set temperature is the same, a difference occurs in the surface temperature of the mounting table 13 and uniformity of the film thickness between the wafer surfaces is reduced. To avoid this problem, for example, a TiN film is formed in advance on the entire surface (upper surface, lower surface, and side surface) of the mounting table 13 before performing the film forming process on the wafer W. A process called pre-coating is performed. For the TiN film (pre-coating) formed by this pre-coating process, the above problem can be avoided if the thickness is, for example, 0.5 μm or more. This is known. In addition, this pre- When a film is formed on the wafer w, the wafer W is formed by an aluminum material constituting the processing chamber 1 and a ceramic material constituting the mounting table 13 such as metal impurities such as A1 in A1N. Pollution is also suppressed.
従来のプリ コー ト工程は以下のよ う に行われる。 先ず、 真 空処理室 1 内を真空排気する と共に载置台温度を 6 0 0 〜 7 The conventional pre-coating process is performed as follows. First, the inside of the vacuum processing chamber 1 is evacuated and the temperature of the mounting table is set to 600 to
0 0 °Cまで加熱する。 載置台 1 3 の温度が安定する と真空処 理室 1 内の圧力を 4 0 P a ( 0 . 3 T o r r ) とする。 プリ フローによってガス流量を安定させた後、 処理ガス と して THeat to 0 ° C. When the temperature of the mounting table 13 is stabilized, the pressure in the vacuum processing chamber 1 is set to 40 Pa (0.3 T rr). After the gas flow is stabilized by pre-flow, T
1 C 1 4 ガス を、 例えば、 3 0 〜 5 0 s c c m程度の流量で N H 3 ガスを、 例えば、 4 0 0 s c c m程度の流量で夫々 同 時に真空処理室 1 内に供給する。 両処理ガス の供給を、 例え ば、 1 5分〜 2 0分程度行った後、 ポス トナイ ト ライ ド処理 のため、 T i C l 4 ガス の供給を停止 して、 N H 3 ガス のみ を、 例えば、 1 0 0 0 s c c m程度の流量で供給 しなが ら所 定時間、 例えば、 数十秒程真空処理室 1 内の真空排気を行う これによ り 、 載置台 1 3 の表面には、 例えば、 0 . 5 〜 2 . 0 / m程度の T i N膜 (プリ コー ト) が形成される。 その後 プリ コー ト された载置台 1 3 の上にウェハ Wが載置され、 各 成膜法によって当該ウェハ Wの表面に、 例えば、 T i 膜 1 8 及び T i N膜 1 9 が形成される (図 1 3参照) 。 The 1 C 1 4 gas, for example, supplying the NH 3 gas at 3 0 ~ 5 0 sccm flow rate of about, for example, a 4 0 0 sccm flow rate of about at each simultaneously vacuum processing chamber 1. The feeding of both the process gas, For example, after about 1 5 minutes to 2 0 minutes for a post Tokyo tri de treatment, by stopping the supply of T i C l 4 gas, NH 3 gas only, For example, while supplying at a flow rate of about 100 sccm, the inside of the vacuum processing chamber 1 is evacuated for a predetermined time, for example, several tens of seconds, whereby the surface of the mounting table 13 is For example, a TiN film (pre-coat) of about 0.5 to 2.0 / m is formed. Thereafter, the wafer W is placed on the pre-coated mounting table 13, and, for example, a T i film 18 and a T i N film 19 are formed on the surface of the wafer W by each film forming method. (See Figure 13).
しかしなが ら上記 T i N膜の成膜法では、 プリ コ ー ト工程 において T i C 1 4 ガスカゝら解離し、 或いは副生成された塩 化物が真空処理室 1 内の金属と反応して金属塩化物が生成さ れる。 こ の金属塩化物は、 成膜工程において蒸発 し、 ウェハ W上の膜中に取 り 込まれる。 当該膜中に予定していない金属 が混入する と、 デバイスの電気特性に悪影響を与え、 歩留ま り が低く なる。 このため、 金属の混入量はでき るだけ抑えな ければな らない。 金属の混入量の許容限界は、 デバイ スの薄 膜化が進んでく る と一層厳しく なる。 However, in the long et film formation method of the T i N film, T i C 1 4 to Gasukaゝet dissociation in the pre-co over preparative process, or by-formed salt compound reacts with the metal in the vacuum processing chamber 1 Metal chloride is produced. This metal chloride evaporates during the film forming process, It is taken into the film on W. Unexpected metal contamination in the film will adversely affect the electrical properties of the device and reduce yield. For this reason, the amount of metal contamination must be minimized. The permissible limit of metal contamination will become more severe as devices become thinner.
発明の開示 Disclosure of the invention
本発明の目的は、 半導体処理用の成膜方法において、 処理 容器内の載置台に対するプリ コ ー ト処理後に被処理基板上に 形成される主膜中における金属な どの不純物の総量を低減す るこ と にある。  An object of the present invention is to reduce the total amount of impurities such as metals in a main film formed on a substrate to be processed after a pre-coating process on a mounting table in a processing container in a film forming method for semiconductor processing. It is here.
本発明の第 1 の視点は、 気密な処理室内の載置台上に載置 された被処理基板上に金属元素を含む膜を形成するため の半 導体処理用の成膜方法であって、  A first aspect of the present invention is a film forming method for semiconductor processing for forming a film containing a metal element on a substrate to be processed mounted on a mounting table in an airtight processing chamber,
( a ) 前記被処理基板を前記処理室内に搬入する前に前記 載置台をプリ コー トで被覆するプリ コー ト工程と 、 前記プリ コー ト工程は、  (a) a pre-coating step of coating the mounting table with a pre-coat before loading the substrate to be processed into the processing chamber;
前記載置台を加熱する と共に前記処理室内を排気しながら 前記金属元素を含む原料ガスを含む第 1 処理ガスを前記処理 室内に供給し、 前記載置台上に前記金属元素を含むセグメ ン ト膜を形成する第 1 の工程と、  A first processing gas containing the source gas containing the metal element is supplied into the processing chamber while heating the mounting table and exhausting the processing chamber, and the segment film containing the metal element is placed on the mounting table. A first step of forming;
前記載置台を加熱する と共に前記処理室内を排気しながら 金属元素を含む原料ガスを含まない第 2処理ガス を前記処理 室内に供給し、 前記第 1 の工程において生成された前記セグ メ ン ト膜を形成する成分以外の副生成物を排気によ り 前記処 理室から除去する第 2 の工程と 、 前記第 1 及び第 2 の工程を複数回繰り 返すこ と によ り 、 複 数のセグメ ン ト膜を積層 して前記プリ コー ト を形成する工程 と、 A second processing gas that does not contain a raw material gas containing a metal element is supplied into the processing chamber while heating the mounting table and exhausting the processing chamber, and the segment film generated in the first step is provided. A second step of removing, by exhaust, by-products other than components that form a gas from the processing chamber; Repeating the first and second steps a plurality of times to form a pre-coat by laminating a plurality of segment films;
を具備する こ と と、 Having
( b ) 前記プリ コー ト工程後、 前記被処理基板を前記処理 室内に搬入 して前記被処理基板上に主膜を形成する成膜工程 と、 前記成膜工程は、  (b) after the pre-coating step, a film forming step of loading the substrate to be processed into the processing chamber and forming a main film on the substrate to be processed;
前記被処理基板を前記処理室内に搬入して前記載置台上に 载置する工程と 、  Loading the substrate to be processed into the processing chamber and placing the substrate on the mounting table;
前記載置台を加熱する と共に前記処理室内を排気しなが ら、 前記第 1 及び第 2処理ガスを前記処理室内に供給し、 前記被 処理基板上に前記金属元素を含む前記主膜を形成する工程と 、 を具備する こ と と、  The first and second processing gases are supplied into the processing chamber while heating the mounting table and exhausting the processing chamber to form the main film containing the metal element on the substrate to be processed. Having a process and
を具備する。 Is provided.
本発明の第 2 の視点は、 気密な処理室内の載置台上に載置 された被処理基板上に金属元素を含む膜を形成するため、 前 記処理室に前記金属元素を含む第 1 処理ガス と前記第 1 処理 ガス の分解をアシス トする第 2処理ガス と を供給しながら前 記被処理基板上に前記金属元素を含む膜を形成するための C V D方法であって、  According to a second aspect of the present invention, a first treatment including the metal element is performed in the treatment chamber in order to form a film containing the metal element on a substrate to be processed placed on a mounting table in an airtight treatment chamber. A CVD method for forming a film containing the metal element on the substrate to be processed while supplying a gas and a second processing gas for assisting the decomposition of the first processing gas,
( a ) 前記被処理基板を前記処理室内に搬入する前に前記 載置台をプリ コー トで被覆するプリ コー ト工程と 、 前記プリ コー ト工程は、  (a) a pre-coating step of coating the mounting table with a pre-coat before loading the substrate to be processed into the processing chamber;
前記載置台を加熱する と共に前記処理室内を排気しなが ら 前記第 1 及び第 2処理ガスを前記処理室内に供給 し、 前記載 置台上に前記金属元素を含むセグメ ン ト膜を形成する第 1 の 工程と、 The first and second processing gases are supplied into the processing chamber while heating the mounting table and exhausting the processing chamber. A first step of forming a segment film containing the metal element on a table,
前記第 1 処理ガスを停止する一方、 前記載置台を加熱する と共に前記処理室内を排気しなが ら、 前記第 2処理ガスを前 記処理室内に供給し、 前記第 1 処理ガスの分解或いは反応に よ り 生成された中間体と前記第 2処理ガス と を反応させて副 生成物を生成し、 前記副生成物を排気によ り前記処理室から 除去する第 2 の工程と、  While stopping the first processing gas, heating the mounting table and exhausting the processing chamber while supplying the second processing gas into the processing chamber to decompose or react the first processing gas. Reacting the intermediate produced by the above with the second processing gas to generate a by-product, and removing the by-product from the processing chamber by exhaustion; and
前記第 1 及び第 2 の工程を複数回繰り 返すこ と によ り 、 複 数のセグメ ン ト膜を積層 して前記プリ コ ー トを形成する工程 と、  Repeating the first and second steps a plurality of times, thereby stacking a plurality of segment films to form the pre-coat;
を具備し、 こ こ で、 前記第 1 及び第 2 の工程において実質的 に共通する処理温度及び処理圧力を使用 し、 前記副生成物は 処理温度及び処理圧力において昇華する こ と と、 Wherein substantially the same processing temperature and processing pressure are used in the first and second steps, and the by-product sublimates at the processing temperature and processing pressure.
( b ) 前記プリ コー ト工程後、 前記被処理基板を前記処理 室内に搬入して前記被処理基板上に主膜を形成する成膜工程 と、 前記成膜工程は、  (b) after the pre-coating step, a film forming step of carrying the substrate to be processed into the processing chamber and forming a main film on the substrate to be processed; and
前記被処理基板を前記処理室内に搬入して前記载置台上に 載置する工程と 、  Loading the substrate to be processed into the processing chamber and mounting the substrate on the mounting table;
前記載置台を加熱する と共に前記処理室内を排気しなが ら - 前記第 1 及び第 2処理ガスを前記処理室内に供給 し、 前記被 処理基板上に前記金属元素を含む前記主膜を形成する工程と . を具備する こ と と、  The first and second processing gases are supplied into the processing chamber while heating the mounting table and exhausting the processing chamber to form the main film containing the metal element on the substrate to be processed. Having steps and.
を具備する。  Is provided.
図面の簡単な説明 7 図 1 は本発明の第 1 の実施形態に係る C V D装置を示す縦 断面図。 BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention.
図 2 A〜 Cは第 1 の実施形態に係る成膜方法を工程順に示 す図。  2A to 2C are diagrams showing a film forming method according to the first embodiment in the order of steps.
図 3 は第 1 の実施形態に係る成膜方法で使用 されるプリ コ ー ト処理におけるガス の給断及ぴ圧力の制御を時系列に沿つ て示す図。  FIG. 3 is a diagram showing, in chronological order, control of gas supply / discharge and pressure control in a pre-coating process used in the film forming method according to the first embodiment.
図 4 は第 1 の実施形態の変更例に係る成膜方法で使用 され るプリ コー ト処理におけるガスの給断及び圧力の制御を時系 列に沿って示す図。  FIG. 4 is a diagram showing, in a time series, gas supply and pressure control in a pre-coating process used in a film forming method according to a modification of the first embodiment.
図 5 は第 1 の実施形態に係る成膜方法に関する実験結果を 示す図。  FIG. 5 is a view showing experimental results regarding the film forming method according to the first embodiment.
図 6 は本発明の第 2 の実施形態に係る C V D装置を示す縦 断面図。  FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a CVD device according to a second embodiment of the present invention.
図 7 は第 2 の実施形態に係る成膜方法で使用 されるプリ コ 一 ト処理における各工程の処理条件を示す図。  FIG. 7 is a view showing processing conditions of each step in a pre-coating process used in the film forming method according to the second embodiment.
図 8 は第 2 の実施形態に係る成膜方法におけるプリ コー ト シーケ ンス の繰り 返し回数と F e 濃度との関係を示す図。  FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the number of repetitions of the precoat sequence and the Fe concentration in the film forming method according to the second embodiment.
図 9 はアイ ド リ ング (長時間停止) 後のパージ処理におけ る各工程の処理条件を示す図。  Fig. 9 shows the processing conditions of each step in the purge process after idling (long stop).
図 1 0 は図 9 に示すパージ処理に関する実験結果を示す図。 図 1 1 は従来の C V D装置を示す概略図。  FIG. 10 is a diagram showing experimental results regarding the purge process shown in FIG. 9; FIG. 11 is a schematic diagram showing a conventional CVD apparatus.
図 1 2 は従来技術の問題点を説明するための図。  Figure 12 is a diagram for explaining the problems of the conventional technology.
図 1 3 は従来技術の問題点を説明するための図。  Figure 13 is a diagram for explaining the problems of the conventional technology.
発明を実施するため の最良の形態 3 008861 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION 3 008861
8 本発明者等は、 本発明の開発の過程において、 図 1 1 図示 の C V D装置で行われる従来の成膜方法の問題点について研 究を行った。 その結果、 以下に述べる よ う な知見を得た。 8 In the course of developing the present invention, the present inventors conducted research on the problems of the conventional film forming method performed by the CVD apparatus shown in FIG. As a result, the following findings were obtained.
T i N膜の成膜処理において、 処理室 1 の内面及ぴシャヮ 一ヘッ ド 1 5 の表面な どは、 載置台 1 3 に比べて温度が低い ので、 T i N膜は付かないかまたはほとんど付かない。 但し、 シャ ワーへッ ド 1 5 には、 載置台 1 3 との距離が短いと きに は、 膜が付く 場合もある。 T i N膜の成膜処理において、 T i C 1 4 ガス或いは T i C 1 4 ガス及び N H 3 ガス の混合ガ ス を、 例えば、 1 5 〜 2 0分間も の長い時間流す。 こ の場合、 T i C 1 4 ガスの熱分解によ り 、 または . T i C 1 4 ガス と N H 3 ガス と の反応によ り 塩化水素 ( H C 1 ) が生成される。 H C 1 は、 処理室 1 等の金属部分の表面部と反応 して多く の 金属塩化物を生成する。 この金属塩化物は、 ウェハ Wめ成膜 時に拡散してウェハ W上の薄膜内に取り 込まれ、 金属汚染量 が増大する要因の一つ と なる。 In the deposition process of the TiN film, the inner surface of the processing chamber 1 and the surface of the chassis head 15 are lower in temperature than the mounting table 13 so that the TiN film is not attached or Almost no. However, when the distance between the shower head 15 and the mounting table 13 is short, a film may be formed on the shower head 15. In the film forming process of T i N film, a mixed gas of T i C 1 4 gas or T i C 1 4 gas and NH 3 gas, for example, flow is long time 1 5-2 0 minutes. In this case, Ri by the thermal decomposition of T i C 1 4 gas, or. T i C 1 4 gas and NH 3 by Ri hydrogen chloride in the reaction between the gas (HC 1) is generated. HC 1 reacts with the surface of the metal part such as the processing chamber 1 to generate a large amount of metal chloride. This metal chloride diffuses during film formation on the wafer W and is taken into the thin film on the wafer W, which is one of the factors that increase the amount of metal contamination.
プリ コ ー ト時に金属化合物が生成され、 そのために ウェハ Metal compounds are formed during pre-coating, which results in
W上に成膜される薄膜内に不純物金属が取り 込まれる問題は、 T i N膜の成膜プロセス以外にもある。 例えば、 P E T (ぺ ンタエ トキシタ ンタル) と θ 2 ガス と を反応させて T a 2 O 5 膜を形成する場合も、 予めプリ コー ト を載置台の表面に形成 する。 この場合、 処理室内の安定な金属塩化物が、 プリ コー ト工程において処理ガス と反応し、 不安定な物質と なって処 理室内に拡散する。 なお、 この金属塩化物は、 ク リ ーニング 工程で使用 された C 1 F 3 ガス と処理室 1等の金属部分の表 面部と の反応によ り 生成されたもの と考え られる。 The problem of the incorporation of the impurity metal into the thin film formed on W also exists in addition to the process of forming the TiN film. For example, when a Ta 2 O 5 film is formed by reacting PET (inter-ethoxy tantalum) with θ 2 gas, a pre-coat is formed on the surface of the mounting table in advance. In this case, the stable metal chloride in the processing chamber reacts with the processing gas in the pre-coating process, becomes an unstable substance, and diffuses into the processing chamber. In addition, this metal chloride is used as a table of the C 1 F 3 gas used in the cleaning process and the metal parts such as the processing chamber 1. It is thought that it was generated by the reaction with the surface.
以下に、 このよ う な知見に基づいて構成された本発明の実 施形態について図面を参照 して説明する。 なお、 以下の説明 において、 略同一の機能及び構成を有する構成要素について は、 同一符号を付し、 重複説明は必要な場合にのみ行う。  Hereinafter, embodiments of the present invention configured based on such knowledge will be described with reference to the drawings. In the following description, components having substantially the same functions and configurations are denoted by the same reference numerals, and repeated description will be made only when necessary.
(第 1 の実施形態)  (First Embodiment)
図 1 は本発明の第 1 の実施形態に係る C V D装置を示す概 略図である。 この装置は、 例えば、 アルミ ニウムよ り なる円 筒状の真空処理室 1 を有する。 真空処理室 2 1 の底面中央は 排気室 2 3 をなす凹部が形成される。 排気室 2 3 の側面は、 排気管 2 4 を介 して、 処理室 2 1 内を所定の真空圧に維持す るための真空排気部 2 5 に接続される。 処理室 2 1 の側壁に はウェハ Wの搬出入を行う ためのゲー トバルブ 2 6 が配設さ れる。  FIG. 1 is a schematic diagram showing a CVD device according to a first embodiment of the present invention. This apparatus has, for example, a cylindrical vacuum processing chamber 1 made of aluminum. At the center of the bottom surface of the vacuum processing chamber 21, a concave portion forming the exhaust chamber 23 is formed. The side surface of the exhaust chamber 23 is connected via an exhaust pipe 24 to a vacuum exhaust unit 25 for maintaining the inside of the processing chamber 21 at a predetermined vacuum pressure. A gate valve 26 for carrying in / out the wafer W is provided on a side wall of the processing chamber 21.
処理室 2 1 の内部には、 排気室 2 3 の底面から上方に延ぴ る支柱 3 1 によ って下方側を支持される円板状の載置台 (サ セプタ) 3 2 が配設される。 載置台 3 2 はセラ ミ ックス材、 例えば、 窒化アルミ ニ ウム ( A 1 N ) によ り構成さ る。 載置 台 3 2 の上面は、 被処理基板である ウェハ Wよ り 僅かに大き く 且つウェハ Wを概ね水平に載置でき る よ う に形成される。 載置台 3 2 の外縁部には、 上面から側面にかけて載置台 3 2 の表面を覆う と共に、 ウェハ Wのガイ ドを行 う 、 例えば、 了 ルミ ナ ( A 1 2 O 3 ) よ り なる ガイ ドリ ング 3 3 が配設され る。 Inside the processing chamber 21, there is provided a disk-shaped mounting table (susceptor) 32 supported on the lower side by a column 31 extending upward from the bottom of the exhaust chamber 23. You. The mounting table 32 is made of a ceramic material, for example, aluminum nitride (A1N). The upper surface of the mounting table 32 is formed to be slightly larger than the wafer W to be processed and to be able to mount the wafer W substantially horizontally. The outer edge of the table 3 2 covers the mounting table 3 second surface toward the side surface from the upper surface, cormorants rows guide the wafer W, for example, Ryo Lumi Na (A 1 2 O 3) good Ri becomes Guy Dori 3 is installed.
載置台 3 2 の内部には、 例えば、 抵抗加熱体を用いてなる ヒータ 3 4 が埋設される。 ヒータ 3 4 は、 例えば、 処理室 2 1外に配設された電力供給部 3 5 によ り 、 各用途に応 じて温 度制御される。 これによ り 、 後述する成膜工程においてゥェ ハ Wの全面を均等に昇温させ、 或いはプリ コー ト工程におい て載置台表面を所定の温度まで昇温させる こ とができ る。 For example, a resistance heating element is used inside the mounting table 32. Heaters 34 are buried. The temperature of the heater 34 is controlled by, for example, a power supply unit 35 provided outside the processing chamber 21 in accordance with each application. This makes it possible to uniformly raise the temperature of the entire surface of the wafer W in a film forming process described later, or to raise the surface of the mounting table to a predetermined temperature in a pre-coating process.
载置台 3 2 には、 ゲー トバルブ 2 6 を介して進入してきた 搬送アーム (図示しせず) と の間でウェハ Wの受け渡 しを行 う ための リ フ ト ピ ン 3 6 (実際には、 例えば、 3本ある) が 配設される。 リ フ ト ビ ン 3 6 は、 载置台 3 2 に対して突没自 在と される。 リ フ ト ビ ン 3 6 の昇降は、 それらの下端部を支 持する支持部材 3 7 を介して昇降機構 3 8 の働き によ り 行わ れる。  A lift pin 36 (actually, a transfer pin) for transferring a wafer W to and from a transfer arm (not shown) that has entered through the gate valve 26 is provided on the mounting table 32. There are, for example, three). The lift bin 36 is supposedly protruding from the stand 32. The lifting and lowering of the lift bins 36 is performed by the function of the lifting and lowering mechanism 38 via a support member 37 that supports the lower ends thereof.
処理室 2 1 の天井部には絶縁部材 4 1 を介 してシャ ワ ーへ ッ ド 4 が配設される。 シャ ワ ーヘッ ド 4 は、 2系統のガスが その内部で互いに混じ り 合 う こ と を防ぎつつ、 夫々が独立し て載.置台 3 2 に向けて均一に供給されるボス ト ミ ッ ク スタイ プの構造をなす。 シャ ワーヘッ ド 4 は、 例えば、 アル ミ -ゥ ムまたはニ ッケルよ り なる 3 つの板状のパーツ (上段部 4 a 中段部 4 b 、 下段部 4 c ) を上下に重ね合わせた構成と され る。 第 1 のガス供給管 5 a に接続される第 1 の流路 4 2 、 及 び第 2 のガス供給管 5 b に接続される第 2 の流路 4 3 が、 各 パーツ 4 a 、 4 b 、 4 c に分割 して形成される。 各パーツの 間には、 ガス の拡散する空間が設け られ、 その空間を介 して 下段部 4 c の下面に形成されたガス噴出孔 4 4 、 4 5 に夫々 連通する。 第 1 及び第 2 のガス供給管 5 a 、 5 b へのガス の供給は、 各々 の上流側に配設されたガス供給機構 5 0 から行われる。 ガス供給機構 5 0 には、 ク リ ーニングガス供給源 5 1 と 、 成 膜ガス供給源 5 2 と、 第 1 のキャ リ アガス供給源 5 3 と 、 ァ ンモニァガス供給源 5 4 と 、 第 2 のキャ リ アガス供給源 5 5 とが配設される。 ク リ ーニングガス供給源 5 1 は、 タ リ ー二 ングガス、 例えば、 C 1 F 3 ガスを供給する。 成膜ガス供給 源 5 2 は、 成膜成分をなす T i を含有する処理ガスである四 塩化チタ ン ( T i C l 4 ) ガスを供給する。 第 1 のキャ リ ア ガス供給源 5 3 は、 T i C 1 4 ガスの供給時にキャ リ ア と し て用い られるガス、 例えば、 窒素 ( N 2 ) ガスな どの不活性 ガス を供給する。 ア ンモニアガス供給源 5 4 は、 ア ンモニア ( N H 3 ) ガス を供給する。 第 2 のキャ リ アガス供給源 5 5 は、 N H 3 ガスの供給時に用い られるキャ リ アガス、 例えば、 N 2 ガスを供給する。 A shower head 4 is provided on the ceiling of the processing chamber 21 via an insulating member 41. The shower head 4 is installed independently of each other while preventing the two gases from mixing with each other inside the shower head. The structure of the loop. The shower head 4 has a configuration in which, for example, three plate-like parts (upper section 4a, middle section 4b, lower section 4c) made of aluminum or nickel are vertically stacked. . The first flow path 42 connected to the first gas supply pipe 5a, and the second flow path 43 connected to the second gas supply pipe 5b are each composed of a part 4a, 4b. , 4c. A space for gas diffusion is provided between the parts, and communicates with the gas ejection holes 44 and 45 formed on the lower surface of the lower portion 4c through the space. The supply of gas to the first and second gas supply pipes 5a and 5b is performed from a gas supply mechanism 50 arranged on each upstream side. The gas supply mechanism 50 includes a cleaning gas supply source 51, a film formation gas supply source 52, a first carrier gas supply source 53, an ammonia gas supply source 54, and a second carrier gas supply source. A rear gas supply source 55 is provided. The cleaning gas supply source 51 supplies a cleaning gas, for example, a C 1 F 3 gas. The film forming gas supply source 52 supplies a titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas, which is a processing gas containing Ti as a film forming component. The first carrier gas supply source 53 supplies a gas used as a carrier when the TiC 14 gas is supplied, for example, an inert gas such as a nitrogen (N 2) gas. The ammonia gas source 54 supplies ammonia (NH 3) gas. The second carrier gas supply source 55 supplies a carrier gas used when supplying NH 3 gas, for example, N 2 gas.
ガス供給機構 5 0 の配管には、 バルブ V 1 〜 V 1 0 、 マス フローコ ン ト ローラ M l 〜M 5 な どが配設される。 第 1 のガ ス供給源 5 a からは、 処理室 2 1 を介さずに直接排気管 2 4 にガスを排気するためのバイパス路 5 c が分岐される。 バル ブ V a 、 V c を切 り 替える こ と によ り 、 ガスが処理室 2 1 ま たはバイ パス路 5 c に流れる。  Valves V1 to V10, mass flow controllers Ml to M5, and the like are provided in the piping of the gas supply mechanism 50. From the first gas supply source 5a, a bypass 5c for exhausting gas directly to the exhaust pipe 24 without passing through the processing chamber 21 is branched. By switching the valves Va and Vc, gas flows to the processing chamber 21 or the bypass path 5c.
なお、 後述する よ う に、 N H 3 ガスは、 プリ コー ト処理に おいて、 「セグメ ン ト膜形成用の処理ガス」 と して使用 され る と共に、 「金属塩化物を除去するための処理ガス」 と して も使用 される。 また T i C 1 4 ガスは 「金属化合物を含む処 理ガス」 及ぴ 「金属とハロゲン元素と を含む化合物である処 理ガス 」 の いずれにも相当する。 As will be described later, NH 3 gas is used as a “processing gas for forming a segment film” in the pre-coating process and is used as a “processing gas for removing metal chlorides”. Also used as "gas." The T i C 1 4 gas treatment comprising "metal compound Chemical gas "and" process gas which is a compound containing a metal and a halogen element ".
シャ ワ ー へッ ド 4 には整合器 4 6 を介して R F (高周波) 電源部 4 7 が接続される。 R F電源部 4 7 は、 成膜処理時に おいてウェハ Wに供給される成膜ガス をプラズマ化し、 成膜 反応を促進させる。 昇降機構 3 8 における駆動制御、 電力供 給部 3 5 の出力制御、 真空排気部 2 5 における排気流量の調 節、 並びにガス供給機構 5 0 におけるガス の給断及ぴ流量調 節などの、 成膜装置を構成する各部材の調整は、 コ ンビユ ー タ等からなる制御部 (図示せず) によって制御される。 これ らの制御は、 制御部に予め用意された レシピに従って行われ る。  The shower head 4 is connected to an RF (high frequency) power supply section 47 via a matching box 46. The RF power supply unit 47 converts the film forming gas supplied to the wafer W into a plasma during the film forming process, and promotes the film forming reaction. The drive control in the elevating mechanism 38, the output control of the power supply section 35, the adjustment of the exhaust flow rate in the vacuum exhaust section 25, and the gas supply and cutoff and flow rate adjustment in the gas supply mechanism 50 are performed. The adjustment of each member constituting the membrane device is controlled by a control unit (not shown) including a computer and the like. These controls are performed according to a recipe prepared in advance in the control unit.
次に、 ウェハ W表面にチタ ンナイ ト ライ ド ( T i N ) 膜の 成膜を行 う 場合を例に、 上述装置を用いて行 う成膜方法につ いて、 図 2 A ~ C及び図 3 を参照 して説明する。 なお図 2 A 〜 Cでは便宜上ガイ ドリ ング 3 3 の図示を省略する。  Next, taking a case where a titanium nitride (TiN) film is formed on the surface of the wafer W as an example, a film forming method using the above-described apparatus will be described with reference to FIGS. 2A to 2C and FIG. This is explained with reference to 3. 2A to 2C, illustration of the guiding 33 is omitted for convenience.
ウェハ Wへの成膜工程に先立ち、 T i C 1 4 ガス及ぴ N H 3 ガスを用いて載置台 3 2 の表面に T i N の薄膜を形成する プリ コ ー ト工程が行われる。 こ のプリ コ ー ト工程は載置台 3 2 の表面全体に、 例えば、 T i N膜を形成する ものであるた め、 処理室 2 1 内に ウェハ Wを搬入しない状態で行われる。 Prior to the deposition process on the wafer W, T i C 1 4 gas及Pi NH 3 pre co over preparative process gas in table 3 second surface with a thin film of T i N is performed. Since this pre-coating process is to form, for example, a TiN film on the entire surface of the mounting table 32, the pre-coating process is performed without loading the wafer W into the processing chamber 21.
先ず、 真空排気部 2 5 によ り 圧力制御バルブを全開に して 処理室 2 1 内を真空排気する。 第 1 及び第 2 のキャ リ アガス 供給源 5 3 、 5 5 カゝら不活性ガス、 例えば、 N 2 ガスを、 例 えば、 5 O O s c c mの流量で供給する。 ヒ ータ 3 4 によ り 載置台 3 2 を所定の温度、 例えば、 6 0 0 °C〜 7 0 0 °C程度 まで加熱する。 更に、 載置台 3 2 の支柱 3 1 内に、 ガス供給 機構 (図示せず) からシースガス と して N 2 ガス を、 例えば、 3 0 0 s c c m程度の流量で供給する。 シースガスによ り 支 柱 3 1 内を陽圧に し、 載置台 3 2 中に埋設されたヒータ 3 4 の取り 出 し配線が配置される支柱 3 1 内に処理ガスが入り 込 まないよ う に、 且つ支柱 3 1 内の配線や端子などが腐食され なレヽょ う にする。 このシース ドガスの供給は以後継続して行 われる。 First, the pressure control valve is fully opened by the evacuation unit 25 to evacuate the processing chamber 21. The first and second carrier gas supply sources 53 and 55 are supplied with an inert gas, for example, N 2 gas at a flow rate of, for example, 5 OO sccm. According to heater 3 4 The mounting table 32 is heated to a predetermined temperature, for example, about 600 ° C. to about 700 ° C. Further, N 2 gas is supplied as a sheath gas into the support 31 of the mounting table 32 from a gas supply mechanism (not shown) at a flow rate of, for example, about 300 sccm. The inside of the column 31 is made to have a positive pressure by using the sheath gas, and the processing gas is prevented from entering the column 31 where the wiring for taking out the heater 34 embedded in the mounting table 32 is arranged. In addition, make sure that the wires and terminals in the column 31 are not corroded. The supply of this sheathed gas will be continued thereafter.
図 3 は第 1 の実施形態に係る成膜方法で使用 されるプリ コ ー ト処理におけるガスの給断及ぴ圧力の制御を時系列に沿つ て示す図である。  FIG. 3 is a diagram showing, in chronological order, control of gas supply and supply pressure in a pre-coating process used in the film forming method according to the first embodiment.
上記の工程によって処理室 2 ί 内の温度が安定化する と、 時刻 t 1 において両処理ガスの供給が O Nにな り 、 第 1 のガ ス供給管 5 a 力 らは T i C 1 4 ガス及び N 2 ガス の供給が、 第 2 のガス供給管 5 b からは N H 3 ガスの供給が夫々 開始さ れる。 これらの処理ガスの供給の際、 処理室 2 1 の真空排気 は継続される。 T i C 1 4 ガスの供給についてはガス流量の 安定化を図るため、 先ず、 時刻 t 1 力ゝ ら、 例えば、 1 〜 6 0 秒、 こ こでは 1 0秒間処理室 2 1 を介さずバイノ、。ス路 5 c を 通って排気側へと流すプリ フ ローが行われる。 しかる後、 T i C 1 4 ガス は、 バルブ V a 、 V b を走査 してガスの流路方 向を切 り替える こ とで時刻 t 2 に至る まで、 例えば、 5 〜 9 0秒、 こ こでは 3 0秒間処理室 2 1 内に供給される。 一方、 N H 3 ガスの供給については時刻 t 1 力 ら t 2 まで、 例えば、 1 0 〜 1 2 0秒、 こ こでは 4 0秒間連続して処理室 2 1 内に 供給される。 従って、 当該処理室 2 1 内に T i C 1 4 ガス と N H 3 ガス と が同時に、 例えば、 5 〜 1 2 0秒、 好ま しく は 1 0 〜 6 0秒供給される。 。 When the temperature in the processing chamber 2ί is stabilized by the above-described process, the supply of both processing gases is turned on at time t1, and the first gas supply pipe 5a and the other gases are used as TiC14 gas. And the supply of N 2 gas, and the supply of NH 3 gas from the second gas supply pipe 5b, respectively. During the supply of these processing gases, the processing chamber 21 continues to be evacuated. Order to T i C 1 4 Stabilization of the gas flow rate for the supply of gas, first, the time t 1 forceゝal, for example, 1-6 0 seconds, without using the this Kodewa 1 0 seconds processing chamber 2 1 Baino ,. A pre-flow is made to flow to the exhaust side through the water path 5c. Thereafter, T i C 1 4 gas, the valve V a, to scan the V b reaches the time t 2 between this switch the flow channel Direction of gas, for example, 5-9 0 seconds, this Here, it is supplied into the processing chamber 21 for 30 seconds. On the other hand, for the supply of NH 3 gas, from time t 1 to t 2, for example, It is supplied into the processing chamber 21 continuously for 10 to 120 seconds, here 40 seconds. Therefore, the T i C 1 4 gas and NH 3 gas into the process chamber 2 within 1 simultaneously, for example, 5 to 1 2 0 seconds, preferred properly supplied 1 0-6 0 seconds. .
上述の よ う な T i C 1 4 ガス と N H3 ガス と の供給によ り 、 図 2 Aに示すよ う に、 載置台 3 2 の表面全体に第 1 の T i N のプリ コー ト薄膜 (セグメ ン ト膜) が形成される (第 1 のェ 程 : セグメ ン ト膜形成工程) 。 こ こで時刻 t 1 カゝら時刻 t 2 に至るまで処理室 2 1 内の圧力は、 例えば、 1 3 . 3 〜 1 3 3 . 3 P a ( 0 . 1 〜 1 . O T o r r ) に維持される。 ガス 流量の範囲は、 例えば、 T i C 1 4 ガス力 S 5 〜 ; L 0 0 s c c m、 好ま しく は 3 0 〜 8 0 s c c m程度であ り 、 N H3 ガス 力 5 0 〜 : L 0 0 0 s c c m、 好ま しく は 2 0 0 〜 8 0 0 s c c ai程度である。 処理温度は、 例えば 3 0 0 ~ 7 0 0 °C程度、 好ま しく は 4 0 0 〜 6 0 0 °Cである。 Ri by the supply of the Yo I Do T i C 1 4 gas and NH 3 gas described above, Remind as in FIG. 2 A, the pre-coat film of the first T i N the entire surface of the table 3 2 (Segment film) is formed (first step: segment film formation step). Here, the pressure in the processing chamber 21 is maintained at, for example, 13.3 to 133.3 Pa (0.1 to 1.OTorr) from time t1 to time t2. Is done. Range of gas flow rate, for example, T i C 1 4 gas force S 5 ~; L 0 0 sccm , the preferred properly Ri 3 0 ~ 8 0 sccm about der, NH 3 gas force 5 0 ~: L 0 0 0 sccm, preferably about 200 to 800 scc ai. The processing temperature is, for example, about 300 to 700 ° C., and preferably 400 to 600 ° C.
こ の工程においては、 T i C 1 4 ガス と N H 3 ガス と が既 述の式 ( 1 ) のよ う に反応して載置台 3 2 の表面に T i N膜 が成膜される。 一方、 処理室 2 1 の内壁及びシャ ワーヘッ ド 4等の表面は処理温度よ り も低温である。 このため、 これら の部材上では式 ( 1 ) の反応が実質起こ らず、 両処理ガス共 にガス化状態で排気され、 T i N膜は推積されない。 続いて 時刻 t 2 において T i C 1 4 ガス及ぴ N H 3 ガス の供給を停 止 し、 処理室 2 1 内を真空排気する。 この際には、 例えば、 N 2 ガスを供給しても よい。 In this step, the TiC 14 gas and the NH 3 gas react as shown in the above-described equation (1), and a TiN film is formed on the surface of the mounting table 32. On the other hand, the inner wall of the processing chamber 21 and the surface of the shower head 4 are lower than the processing temperature. For this reason, the reaction of equation (1) does not substantially occur on these members, and both processing gases are exhausted in a gasified state, and the TiN film is not deposited. Subsequently to stop the supply of T i C 1 4 gas及Pi NH 3 gas at time t 2, the vacuum evacuation processing chamber 2 1. In this case, for example, N 2 gas may be supplied.
その後、 図 2 B に示すよ う に、 T i C 1 4 ガス の供給を停 止 したまま、 N H 3 ガスの供給を、 例えば、 5 0 0 〜 2 0 0 0 s c c mの流量で、 例えば、 1 〜 6 0秒、 好ま しく は 5 〜 2 0 秒、 こ こでは 3 0秒間行 う (第 2 の工程 : 金属塩化物除 去工程) 。 なお、 詳 しく は N H 3 に加えてキャ リ アガス と し ての N 2 ガス も供給される。 この際も、 処理室 2 1 の真空排 気は継続される。 これによ り 、 処理室 2 1 内の圧力を、 例え ば、 1 3 3 . 3 〜 6 6 6 . 5 P a ( l 〜 5 T o r r ) とする c 次に、 N H3 の供給を停止 し、 処理室 2 1 内を真空排気して . 当該処理室 2 1 内の残留 N H3 ガスを除去する。 このと き、 例えば、 N 2 ガスを供給 して も よい。 以上で時刻 t 3 に至つ た時点で 1 サイ クルが終了する。 Thereafter, Remind as in FIG. 2 B, stop the supply of T i C 1 4 Gas While stopped, the NH 3 gas is supplied at a flow rate of, for example, 500 to 200 sccm, for example, for 1 to 60 seconds, preferably 5 to 20 seconds, and here for 30 seconds. (Second step: metal chloride removal step). In addition, in addition to NH 3 , N 2 gas as a carrier gas is also supplied. At this time, the vacuum exhaust of the processing chamber 21 is continued. This ensures that the pressure in the treatment chamber 2 in 1, For example, 1 3 3. 3 ~ 6 6 6. 5 c then a P a (l ~ 5 T orr ), stops the supply of the NH 3 The inside of the processing chamber 21 is evacuated to remove residual NH 3 gas in the processing chamber 21. At this time, for example, N 2 gas may be supplied. One cycle ends at time t3.
この後、 時刻 t 1 ~ t 3 までの工程のサイ クルが複数回例 えば、 1 0 サイ ク /レ以上、 好ま し く は 3 0 サイ クル以上繰 り 返される。 これによ り 、 セグメ ン ト膜が積層 されて、 プリ コ ー トが形成される。 なお、 このサイ クル数については 1 サイ クルで形成される薄膜の膜厚によ って適宜調整される。  Thereafter, the cycle of the process from time t1 to t3 is repeated a plurality of times, for example, at least 10 cycles / hour, preferably at least 30 cycles. As a result, the segment films are stacked to form a pre-coat. The number of cycles is appropriately adjusted depending on the thickness of the thin film formed in one cycle.
このよ う にプリ コ ー ト処理におけるセグメ ン ト膜形成工程 間に N H 3 ガスのみを供給する こ とで、 セグメ ン ト膜形成ェ 程で生成される塩化物成分が処理室 2 1 から除去される。 こ こで、 処理室 2 1 内の塩素成分が除去される メ カニズムは、 次のよ う なもの と考え られる。 即ち、 式 ( 1 ) の反応におい て T i C 1 4 カゝら解離した T i C 1 X ( X は任意の自然数) の未反応物や、 副生成物と しての塩化物が処理室内金属部材 と反応する こ と で金属塩化物な どが生じる。 この金属塩化物 は、 N H3 ガスによ り 還元され、 この還元反応において生 じ た H C 1 が N H 3 と 反応 して塩化ア ンモ ニ ゥム ( N H 4 C 1 ) を生成する。 H C 1 、 N H4 C l 等の副生成物ゃ T i C 1 X等の未反応物な どは上述の処理温度において昇華するた め、 処理室 2 の内壁面等には付着する こ と な く そのまま排気 される。 By supplying only the NH 3 gas during the segment film forming process in the pre-coating process, the chloride component generated in the segment film forming process is removed from the processing chamber 21. Is done. Here, the mechanism by which the chlorine component in the processing chamber 21 is removed is considered to be as follows. In other words, unreacted compound of formula T i C 1 X (X is an arbitrary natural number) dissociated T i C 1 4 monthゝet Te reaction smell (1) or, chlorides processing chamber as a by-product Reacts with metal members to generate metal chlorides. This metal chloride is reduced by NH 3 gas, and is produced in this reduction reaction. The reacted HC 1 reacts with NH 3 to produce ammonium chloride (NH 4 C 1). By-products such as HC 1 and NH 4 Cl 未 Unreacted substances such as Ti C 1 X sublime at the above-mentioned processing temperature, and therefore do not adhere to the inner wall surface of the processing chamber 2. It is exhausted as it is.
以上の工程で载置台 3 2 の表面全体にプリ コ ー ト (いわゆ るサイ クルプリ コー ト) を行う こ と によ り 、 例えば、 0 · 7 程度の膜厚の T i N膜が載置台 3 2 に成膜される。 しか る 後、 ヒ ータ 3 4 によ り 載置台 3 2 の温度を 4 0 0 〜 7 0 0 °C程度に維持して、 処理室 2 1 内を真空排気する と共に、 ゲー トバルブ 2 6 を開き、 搬送アーム (図示せず) によ り ゥ ェハ Wを処理室 2 1 内に搬入する。 次に、 当該搬送アーム と リ フ ト ビン 3 6 との協働作業によ り ウェハ Wを載置台 3 2 の 上面 (プリ コ ー トの上) に載置 し、 ゲー トバルブ 2 6 を閉に してウェハ W上への成膜処理 (成膜工程) へと移行する。  By performing pre-coating (so-called cycle pre-coating) on the entire surface of the mounting table 32 in the above steps, for example, a TiN film having a film thickness of about 0.7 is obtained. Film is formed on 32. Thereafter, the temperature of the mounting table 32 is maintained at about 400 to 700 ° C. by the heater 34 to evacuate the processing chamber 21, and the gate valve 26 is opened. Open and transfer wafer W into processing chamber 21 by the transfer arm (not shown). Next, the wafer W is mounted on the upper surface of the mounting table 32 (on the pre-coat) by the cooperation of the transfer arm and the lift bin 36, and the gate valve 26 is closed. Then, the process shifts to a film forming process (film forming process) on the wafer W.
成膜工程では、 処理室 2 1 を真空排気しながら、 図 2 Cに 示すよ う に、 載置台 3 2 に載置されたウェハ Wに対して T i C l 4 ガス と N H3 ガス と を供給する。 こ の際、 4 0 0 〜 7 0 0 °C程度の処理温度、 1 0 0 〜 1 0 0 0 P a程度の処理圧 力を使用する。 この処理は、 所望の厚さの T i N膜を得られ る まで継続する。 具体的には、 例えば、 処理温度を 6 8 0 °C . 圧力を 6 6 7 P a と し、 成膜時間については、 膜厚が成膜時 間に比例する こ とから 目標膜厚に応じて適宜設定される。 ま た、 この と き必要に応 じて反応性を高めるため、 R F電源 4 7 力、ら 4 5 0 k H z ~ 6 0 MH z 、 好ま しく は 4 5 0 k H z 〜 1 3 . 5 6 M H z の周波数で、 2 0 0 〜 1 0 0 0 W、 好ま しく は 2 0 0 〜 5 0 O Wの R F電力を供給して処理ガスをプ ラズマ化 し、 成膜を行っても よい。 この場合の処理温度は 3 0 0 〜 7 0 0 °C程度、 好ま しく は 4 0 0 〜 6 0 0 °Cである。 In the film forming step, as shown in FIG. 2C, while the processing chamber 21 is evacuated, a TiCl 4 gas and an NH 3 gas are supplied to the wafer W mounted on the mounting table 32. Supply. At this time, a processing temperature of about 400 to 700 ° C. and a processing pressure of about 100 to 100 Pa are used. This process is continued until a TiN film having a desired thickness is obtained. Specifically, for example, the processing temperature is set at 680 ° C., the pressure is set at 667 Pa, and the film formation time is determined according to the target film thickness because the film thickness is proportional to the film formation time. Is set as appropriate. Also, at this time, in order to increase the responsiveness as needed, an RF power source of 47 kHz, 450 kHz to 60 MHz, preferably 450 kHz is used. An RF power of 200 to 100 W, preferably 200 to 500 OW, is supplied at a frequency of 1 to 3.56 MHz to plasma-process the processing gas to form a film. You may go. In this case, the processing temperature is about 300 to 700 ° C., preferably 400 to 600 ° C.
ウェハ W表面への T i N膜の形成完了後、 T i C 1 4 及ぴ N H 3 の両処理ガスの供給を停止 し、 例えば、 1 0秒ほ ど処 理室 2 1 内のパージを行う。 次に、 N H 3 ガスをキャ リ アガ スである N 2 ガス と共に処理室 2 1 內に供給 して、 ウェハ W 上の T i N膜表面のポス トナイ ト ライ ド処理を行う。 こ う し て所定枚数のウェハ Wに対して同様の工程で繰り 返し成膜処 理が行われる。 After completion the formation of T i N film to the wafer W surface, to stop the supply of both the processing gas T i C 1 4及Pi NH 3, for example, performs a 1 0 second Ho purge throat treatment chamber 2 1 . Next, NH 3 gas is supplied to the processing chamber 21 along with N 2 gas as a carrier gas to perform post-nitride processing on the surface of the TiN film on the wafer W. In this way, a film formation process is repeatedly performed on a predetermined number of wafers W in the same process.
所定数の口 ッ トのウェハ Wを処理した後、 処理室 2 1 内に 付着 した不要な成膜物を除去するため、 載置台 3 2 の温度を 例えば 2 0 0 °Cに設定 し、 当該処理室 2 1 内に C 1 F 3 ガス を供給してク リ ーニングを行う。 これによ り 、 載置台 3 2 の 表面に形成 したプリ コー ト も除去される。 しかる後、 所定枚 数分のウェハ Wに対して再度成膜工程を行う場合には、 再度 プリ コー ト工程から既述の各工程を行 う。  After processing a predetermined number of wafers W, the temperature of the mounting table 32 is set to, for example, 200 ° C. in order to remove unnecessary film formation adhered to the processing chamber 21. Cleaning is performed by supplying C 1 F 3 gas into the processing chamber 21. Thereby, the pre-coat formed on the surface of the mounting table 32 is also removed. Thereafter, when the film formation process is performed again on a predetermined number of wafers W, the above-described processes are performed again from the pre-coating process.
本実施形態によれば、 後述する結果から も明 らかなよ う に 処理室 2 1 やシャ ワー へッ ド 4 な どの部品に用い られる金属 が ウェハ Wに形成される T i N膜中に取り 込まれる こ と を大 幅に抑える こ とができ る。  According to the present embodiment, as will be apparent from the results described later, metal used for components such as the processing chamber 21 and the shower head 4 is taken into the TiN film formed on the wafer W. Intrusion can be greatly reduced.
従来のプリ コー トでは、 処理ガスである T i C 1 4 ガス と N H 3 ガス と を連続して長時間流 し続ける。 このため、 T i C 1 4 の分解によ り 生成される T i C 1 X の未反応物や副生 成物と しての H C 1 、 N H 4 C I 等の塩化物が、 処理室 2 1 内やプリ コ ー ト内に存在する。 これらの塩化物は処理室 2 1 内の金属部分と反応して金属塩化物が生成され、 成膜工程の 際に ウェハ W上の膜中に入り 込むものと推測される。 In conventional pre-coat and continue to long flow and T i C 1 4 gas and NH 3 gas is a process gas continuously. Thus, unreacted substances and by-product of T i C 1 X generated Ri by the decomposition of the T i C 1 4 Chlorides such as HC 1 and NH 4 CI as products exist in the processing chamber 21 and in the precoat. It is presumed that these chlorides react with metal parts in the processing chamber 21 to generate metal chlorides and enter the film on the wafer W during the film forming process.
これに対 して、 本実施形態では、 T i C 1 4 ガス と N H 3 ガス と を処理室 2 1 内に供給して载置台 3 2 に薄いプリ コ ー ト (セグメ ン ト膜) を形成し、 次に N H 3 ガスを流して金属 塩化物を H C 1 や N H 4 C 1 のガスに変える こ と によ り 取 り 除く 。 このよ う な 2つの工程を 1 サイ クノレと し、 これを数十 サイ クル行って所望の膜厚を有するプリ コ ー ト を形成する。 このため、 処理室 2 1 内の金属塩化物の生成量が抑え られ、 ウェハ Wの膜中に混入する金属の量が低減される。 On the other hand, in the present embodiment, the TiC 14 gas and the NH 3 gas are supplied into the processing chamber 21 to form a thin precoat (segment film) on the mounting table 32. and, except for the following NH 3 gas flowed metal chloride Ri Installing by the and this change in the gas HC 1 and NH 4 C 1. These two steps are regarded as one cycle, and this process is performed for several tens of cycles to form a pre-coat having a desired film thickness. For this reason, the amount of metal chloride generated in the processing chamber 21 is suppressed, and the amount of metal mixed in the film of the wafer W is reduced.
換言する と、 本実施形態では、 長時間連続して成膜を行う のではな く 、 短時間の工程からなるセグメ ン ト膜の成膜と塩 化物の除去 (パージ、 排気) と を繰り 返し行ってプリ コー ト を形成する。 従って、 1 工程あた り の塩化物の発生量が抑え られ、 処理室 2 1 内に残留する塩化物も少ない。  In other words, in the present embodiment, instead of performing film formation continuously for a long time, film formation of a segment film and removal of chloride (purge, exhaust) which are performed in a short time are repeated. To form a pre-coat. Therefore, the amount of chloride generated per process is suppressed, and the amount of chloride remaining in the processing chamber 21 is small.
実験によ り 、 従来方法と本発明 とでプリ コー ト終了時にお ける処理室 2 1 内の塩化物と しての塩素濃度を比較した。 こ の実験の結果、 従来方法では塩素濃度が概ね 2 〜 3原子。 /0 と 高かった。 本実施形態では塩素濃度が概ね◦ . 1 原子%程度 に減少 した。 即ち、 本実施形態によ り 、 金属塩化物の生成量 を抑え られる こ と が確認された。 Through experiments, the chlorine concentration as chloride in the processing chamber 21 at the end of pre-coating was compared between the conventional method and the present invention. As a result of this experiment, the chlorine concentration was about 2 to 3 atoms in the conventional method. / 0 was high. In the present embodiment, the chlorine concentration was reduced to approximately ◦ .1 atomic%. That is, it was confirmed that the production amount of the metal chloride can be suppressed according to the present embodiment.
プリ コー ト処理において、 N H 3 ガス の供給は必ずしも間 欠的に行 う 必要はない。 プリ コー ト処理において、 N 2 ガス の供給は上述実施形態における時刻 t 1 以降において継続し なく ても よい。 図 4 はこの場合の一例を、 図 3 を倣って示す 図である。 なお、 流量や圧力などの条件については上述実施 形態と同様であるためこ こでは説明を省略する。 It is not necessary to supply NH 3 gas intermittently in the pre-coating process. In pre-coating, N 2 gas Supply may not be continued after time t1 in the above embodiment. FIG. 4 shows an example of this case, following FIG. Note that the conditions such as the flow rate and the pressure are the same as those in the above-described embodiment, and the description is omitted here.
先ず、 処理室 2 1 内の温度が安定する時刻 t 1 まで N 2 ガ スによるパージを行 う。 時刻 t 1 になる と T i C 1 4 ガス及 び N H3 ガス の供給を O N と し、 N 2 ガスの供給を O F F と する。 時刻 t l 以降は N H3 ガス を O N、 N 2 ガス を O F F と したまま T i C 1 4 ガスのみ間欠的に供給を行 う。 このサ ィ クルが所定数、 例えば、 3 0 サイ クル目 まで繰り 返される。 このよ う な方法であっても、 時刻 t 2 力、ら t 3 の間に N H 3 ガスによ り 処理室内或いは膜中の塩化物が除去される。 また、 プリ コ ー ト の成膜を繰り 返して行 う ため、 上述した場合と同 様の効果を得る こ と ができ る。 First, purging with N 2 gas is performed until time t 1 when the temperature in the processing chamber 21 stabilizes. To become the time t 1 is turned ON to supply the T i C 1 4 gas及beauty NH 3 gas, and OFF the supply of N 2 gas. Time tl after the NH 3 gas ON, intends rows intermittently supplied only T i C 1 4 gas while the OFF N 2 gas. This cycle is repeated up to a predetermined number, for example, 30 cycles. Even in such a method, the chloride in the processing chamber or in the film is removed by NH 3 gas between the time t 2 and the time t 3. Further, since the film formation of the precoat is repeated, the same effect as in the above-described case can be obtained.
上記の図 3 或いは図 4 を参照して説明した方法ではプリ コ 一 ト及び成膜の両工程で共に T i N膜を成膜する例を挙げて いる。 プリ コ ー ト及びウェハ Wに成膜する膜の種類は T i 膜 とするこ と ができ る。 Τ ί 膜の成膜を行う 際には、 処理ガス と して、 例えば、 T i C 1 4 ガス及ぴ水素 ( H 2 ) ガスが用 い られ、 これらに加えてプラズマ用ガス と してァノレゴン (A r ) ガスが用い られる。 具体的には、 成膜温度を 7 0 0 °C、 圧力を 1 3 3 P a ( l T o r r ) と した状態で処理室 2 1 内 に上記 3 種類のガスを供給する。 シャ ワー へッ ド 4 に R F電 圧を印力 Π して、 A r ガスをプラズマ化する こ と で T i C 1 4 ガス と H2 ガス と の還元反応が促進される。 これによ り 、 載 置台 3 2 またはウェハ Wの表面に T i 膜が成膜される。 この と きのガス流量は、 例えば、 T i C 1 4 ガス力 S 1 〜 2 0 0 s c c m、 H2 ガス力 1 〜 2 リ ッ ト ノレ/: m i n 、 A r ガス が 1 リ ッ トル Z m i n程度である。 In the method described with reference to FIG. 3 or FIG. 4, an example is given in which a TiN film is formed in both the pre-coating and film-forming steps. The type of film to be formed on the pre-coat and the wafer W can be a Ti film.成膜 成膜 When a film is formed, for example, TiC 14 gas and hydrogen (H 2 ) gas are used as processing gases, and in addition to these, anoregon gas is used as a plasma gas. (Ar) gas is used. Specifically, the above three types of gases are supplied into the processing chamber 21 at a film forming temperature of 700 ° C. and a pressure of 133 Pa (liter). To shower the head 4 indicia force Π the RF voltage, the reduction reaction of the T i C 1 4 gas and H 2 gas and this into plasma the A r gas is promoted. As a result, A T i film is formed on the table 32 or the surface of the wafer W. The gas flow rate at this time is, for example, TiC 14 gas power S 1 to 200 sccm, H 2 gas power 1 to 2 liters / min, and Ar gas 1 liter Z min It is about.
上記の よ う に T i 膜は载置台 3 2のプリ コー ト にも ウェハ Wの成膜にも用いる こ と ができ る。 このため、 本実施形態は . 例えば、 T i N膜のプリ コー ト + T i N膜の成膜、 T i 膜の プリ コ ー ト + T i N膜の成膜、 T i N膜のプリ コー ト + T i 膜の成膜、 T i 膜のプリ コー ト + T i 膜の成膜の 4パターン に適用が可能である。 T i N膜の成膜に際 しては、 T i N膜 (プリ コー ト時を含む) を成膜するのに先立って下地膜と し て T i 膜を形成する よ う に しても よい。  As described above, the Ti film can be used for the pre-coating of the mounting table 32 and the film formation of the wafer W. For this reason, the present embodiment is applied to the following processes. The present invention can be applied to four patterns of coating + Ti film formation and precoating of Ti film + Ti film formation. When forming the TiN film, the Ti film may be formed as a base film prior to forming the TiN film (including during pre-coating). Good.
これら のいずれの場合も、 塩化物を除去するために用いら れる反応ガスは N H 3 ガスで、 図 3或いは図 4 を参照して説 明した方法と同様の工程を複数サイクル繰り 返すこ とで同様 の効果を得る こ とができ る。 金属塩化物を除去するためのガ スは N H 3 ガス に限られず、 ハロ ゲン化ア ンモユ ウムを生成 でき るガスであればよい。 例えば、 窒素と水素と を含むガス 例えば、 N 2 H 2 等のヒ ドラジン系のガス を用いる こ と がで き る。 N 2 と H 2 ガス と N H3 ガス と を適宜組み合わせて供 給し、 これをプラズマ化しても よい。 いずれの場合にも図 3 或いは図 4 を参照 して説明 した方法と 同様の効果を得る こ と ができ る。 In each of these cases, the reaction gas used to remove chlorides was NH 3 gas, and the same process as described with reference to FIG. 3 or 4 was repeated several times. A similar effect can be obtained. The gas for removing metal chlorides is not limited to NH 3 gas, but may be any gas that can produce ammonium halide. For example, a gas containing nitrogen and hydrogen, for example, a hydrazine-based gas such as N 2 H 2 can be used. N 2 , H 2 gas, and NH 3 gas may be supplied in appropriate combination, and may be turned into plasma. In any case, the same effect as the method described with reference to FIG. 3 or FIG. 4 can be obtained.
本実施形態の効果を確認するため、 [背景技術] で説明の 従来の方法と、 本実施形態に係る実施例の方法と の比較実験 を行った。 この実験において、 処理温度 6 8 0 °C、 処理圧力 4 0 P a 、 T i C l 4 ガス を 3 0 〜 5 0 s c c m程度の流量、 N H 3 ガスを 4 0 0 s c c m程度の流量と した。 従来の方法 では、 処理ガス を 1 0分〜 1 5 分に亘つて継続して流しなが ら ウェハ上への成膜処理 (プリ コー ト処理の代替と して) を 行った。 本実施例の方法では、 上述のよ う に、 複数のサイ ク ルを繰り 返 して ウェハ上への成膜処理 (プリ コー ト処理の代 替と して) を行った。 両方法と も、 ターゲッ ト膜厚を 0 . 7 /•i m と した。 In order to confirm the effect of the present embodiment, a comparative experiment was performed between the conventional method described in [Background Art] and the method of the example according to the present embodiment. Was done. In this experiment, the processing temperature was 680 ° C., the processing pressure was 40 Pa, the flow rate of TiCl 4 gas was about 30 to 50 sccm, and the flow rate of NH 3 gas was about 400 sccm. In the conventional method, a film formation process (as an alternative to the pre-coating process) was performed on a wafer while continuously flowing a processing gas for 10 to 15 minutes. In the method of this embodiment, as described above, a plurality of cycles are repeated to perform a film formation process on a wafer (as an alternative to a pre-coat process). In both methods, the target film thickness was 0.7 / • im.
図 5 は上記の両方法によ り 形成された T i N膜中の金属不 純物の量 (単位面積当た り の原子数) を測定して比較した結 果を示す図である。 図 5 において、 白抜きのバーが従来の方 法を示す、 ハッチングバーが実施例の方法を示す。 図 5 に示 すよ う に、 実施例の方法の方が A 1 、 C r 、 F e 、 N i 、 C u、 総量の全ての項目 において、 従来の方法よ り も金属不純 物の量が少ない。 この結果から本実施形態に係る成膜方法に よれば金属汚染が軽減される こ と が分かった。 既述のよ う に 本実施形態に係るプリ コ ー ト処理によれば処理室 2 1 内の塩 化物の量も低下する こ とから、 両者の間には相関関係がある もの と推測される。  FIG. 5 is a diagram showing the results of measuring and comparing the amount of metallic impurities (the number of atoms per unit area) in the TiN film formed by both of the above methods. In FIG. 5, white bars indicate the conventional method, and hatched bars indicate the method of the embodiment. As shown in FIG. 5, in the method of the embodiment, the amount of metallic impurities in all the items of A1, Cr, Fe, Ni, Cu, and the total amount was lower than in the conventional method. Few. From this result, it was found that the metal contamination was reduced by the film forming method according to the present embodiment. As described above, according to the pre-coating treatment according to the present embodiment, the amount of chloride in the treatment chamber 21 also decreases, so it is presumed that there is a correlation between the two. .
本実施形態は、 T i 、 T i N膜に限られず、 成膜成分を構 成する金属 とハロゲンと を含む金属化合物のガスを用い、 気 相反応によ り形成される他の薄膜にも適用でき る。 例えば、 W F 6 (六 フ ッ化タ ングス テ ン) ガス と H 2 ガス ( S i H 4 ガス を用いてする場合も ある) と を用いて W (タ ンダステ ン) 膜を成膜する場合に適用可能である。 W F 6 ガス と S i H2 C 1 2 (ジク ロ ノレシ ラ ン) ガス と を用 い て W S i 2 (タ ングステ ンシ リ サイ ド) 膜を形成する場合にも適用可能であ る。 また、 T a B r 3 或いは T a C l 3 ガス と H 2 ガス と を 用いて T a 膜を形成する場合や、 T a B r 3 或いは T a C 1 3 ガス と 、 N H3 或いは N H3 及び H2 ガス と を用いて T a N膜を形成する場合にも適用可能である。 The present embodiment is not limited to the T i and T i N films, but may be applied to other thin films formed by a gas phase reaction using a gas of a metal compound containing a metal constituting a film forming component and a halogen. Applicable. For example, using WF6 (Tungsten hexafluoride) gas and H2 gas (sometimes using SiH4 gas) to produce W ( N) It is applicable when a film is formed. WF 6 gas and S i H 2 C 1 2 (Axis B Noreshi run-) Ru applicable der even in the case of forming the WS i 2 (data Ngusute Nshi Li Sai de) film have use a gas. Further, T a B r 3 or T a C l 3 and the case of forming a T a film using a gas and H 2 gas, T a B r 3 or T a C 1 3 gas, NH 3 or NH 3 and it is also applicable to a case of forming a T a N film using the H 2 gas.
更に、 本実施形態は、 金属とハロゲンと を含む金属化合物 のガスを用いる こ と に限らず、 有機金属ガス を用いてプリ コ ー ト を形成する場合についても適用でき る。 例えば、 P E T Furthermore, the present embodiment is not limited to using a metal compound gas containing a metal and a halogen, but is also applicable to a case where a pre-coat is formed using an organometallic gas. For example, P E T
(ペ ンタ エ ト キシタ ンタノレ : T a ( O C 2 H 5 ) 5 ) 及び 02 ガス を用いて T a 25 (酸化タ ン タ ル) 膜を ウェハ上に成 膜する場合、 P E T と 〇 2 ガス と を用いてプリ コー ト を形成 する。 この場合 P E Tから解離した未反応の炭素化合物や C(Bae printer d preparative Kishita Ntanore: T a (OC 2 H 5) 5) and 0 T a 25 (oxide motor te le) with 2 gas film when the film on the wafer, PET and 〇 A pre-coat is formed using two gases. In this case, unreacted carbon compounds dissociated from PET or C
(炭素) を含む副生成物が、 処理室内あるいは薄膜 (ブリ コ ン ト膜) 中に入り 込み、 こ の Cがプロ セ ス時にウェハ Wの表 面に微量なが ら取り 込まれる。 そこでプリ コー ト処理におい て、 既に図 3 に示したシーケンスのよ う に、 P E T と 02 ガ ス と を同時に流す工程と 、 次に、 O 2 ガス のみを流す工程と から なるサイ クノレを繰り 返す。 これによ り 、 O 2 ガス のみを 流す期間中に、 O 2 ガスが、 処理室あるいは前記炭素化合物 や副生成物等に含まれる C と反応して二酸化炭素になって C を排出させる こ とができ る。 By-products containing (carbon) enter the processing chamber or into a thin film (brick film), and a small amount of this C is incorporated into the surface of the wafer W during the process. Therefore Te pre Coat treatment odor already Ni would Yo of the sequence shown in FIG. 3, the step of flowing the PET and 0 2 gas simultaneously, then repeat the cyclic Kunore comprising the step of flowing the O 2 gas only return. Thus, during the period in which only the O 2 gas flows, the O 2 gas reacts with C contained in the processing chamber or the carbon compound or by-products to form carbon dioxide and discharge C. Can be done.
(第 2 の実施形態)  (Second embodiment)
図 6 は本発明の第 2 の実施形態に係る C V D装置を示す概 略図である。 この装置は、 ウェハ上に T a 2 05 膜を成膜す る よ う に構成される。 以下では、 金属元素を含む原料ガスで ある P E T及び〇 2 ガスを用いて載置台上にプリ コ ー ト を形 成 し、 その後 ウェハ上に T a 2 05 膜を成膜する場合に、 ゥ ェハに対する金属汚染を低減する方法について説明する。 こ の方法はプリ コ ー ト を形成するにあた り 、 P E T及び〇 2 ガ スを同時に処理室内に供給し、 続いて不活性ガス、 例えば、 N 2 (窒素ガス) によ り 処理室内をパージし、 最後に処理室 内を真空排気する一連の工程を複数回繰り 返す方法である。 FIG. 6 is a schematic view showing a CVD apparatus according to the second embodiment of the present invention. It is a schematic diagram. The device is composed of Ni Let 's you forming a T a 2 0 5 film on the wafer. In the following, the case where the shape forming the pre-co over preparative onto table using PET and 〇 2 gas as a source gas containing a metal element, then forming a T a 2 0 5 film on a wafer, © A method for reducing metal contamination on a wafer will be described. The method of this is Ri per To form the pre-co-chromatography preparative, and simultaneously supplied to the processing chamber PET and 〇 2 gas, followed by an inert gas, for example, the process chamber Ri by the N 2 (nitrogen gas) In this method, a series of steps of purging and finally evacuating the processing chamber are repeated several times.
図 6 に示す成膜装置において、 P E Tは、 常温で液体であ るため、 P E Tの供給源 6 1 から液体で流出 し気化器 6 2 に よ り 気化されて処理室 2 1 内に供給される。 02 ガスは供給 源 6 3 から供給される。 真空処理室 2 1 をバイパスするため 下流側が排気管 2 4 に接続されたバイパス路 5 c が配設され る。 バルブ V b と V c と を切 り 替える こ と によ り 、 第 2 のガ ス供給管 5 b を流れる P E Tガス及ぴ N 2 ガスが処理室 2 1 内に供給される状態と処理室 2 1 を迂回 して排気される状態 との間で切 り 替え られる。 In the film forming apparatus shown in FIG. 6, since PET is liquid at room temperature, it flows out of the PET supply source 61 as a liquid, is vaporized by the vaporizer 62, and is supplied into the processing chamber 21. . O 2 gas is supplied from source 63. In order to bypass the vacuum processing chamber 21, a bypass path 5 c is provided, the downstream side of which is connected to the exhaust pipe 24. By switching between the valves Vb and Vc, the state in which the PET gas and N2 gas flowing through the second gas supply pipe 5b are supplied into the processing chamber 21 and the processing chamber 2 Switched to a state where exhaust bypasses 1 and is exhausted.
T a 2 O 5 膜は P E T の熱分解反応に よ り 生成される ので 図 1 で用いていたプラズマ発生用の整合器 4 6及び R F電源 部 4 7 は設け られていない。 その他の部分に関 しては、 図 1 同符号のものは同 じ部分を示しており 、 各部分の説明をする と図 1 の構造説明 と重複するため、 説明を省略する。 T a 2 O 5 film matching unit 4 6 and the RF power supply unit 4 7 for generating plasma has been used in Figure 1 because they are generated Ri by the thermal decomposition of PET is not provided. As for the other parts, those having the same reference numerals in FIG. 1 indicate the same parts, and the description of each part is the same as the structural description in FIG.
被処理基板を加熱するため、 载置台に設け られた抵抗発熱 ヒータに代え、 公知のラ ンプによる加熱構造を採用する こ と ができる。 この場合、 載置台の下方に配設されたラ ンプから なる加熱源によ り 載置台が加熱される。 またラ ンプ加熱方式 を採用する場合には、 載置台の材質と しては、 例えば、 厚さ 7 m m程度の S i C (炭化珪素) が好適である。 In order to heat the substrate to be processed, a heating structure using a known lamp should be adopted instead of the resistance heating heater provided on the mounting table. Can be. In this case, the mounting table is heated by a heating source consisting of a lamp disposed below the mounting table. When the lamp heating method is adopted, as a material of the mounting table, for example, SiC (silicon carbide) having a thickness of about 7 mm is preferable.
次に、 第 2 の実施形態に係る成膜方法について説明する。 図 7 は第 2 の実施形態に係る成膜方法におけるプリ コー トェ 程時のガス の流量等を示す説明図であ る。 図 7 において、 「 5 a : 」 は第 1 のガス供給管 5 a を通じてガスが流れる こ と を意味する。 「 5 b : 」 は第 2 のガス供給管 5 b を通 じて ガスが流れる こ と を意味する。 「 5 c : 」 はバイ ノ、。ス路 5 c を通 じてガスが流れる こ と を意味する。 なお、 以下の工程 S 1 〜 S 5 において、 処理室 2 1 の真空排気は継続される。 先ず、 工程 S 1 において、 載置台の温度が 4 4 5 °Cに加熱 され、 第 1 のガス供給管 5 a から N 2 ガスが処理室 2 1 内に 供給され、 プリ コー ト工程が行われる。 続く 工程 S 2 におい て前記 N 2 ガスの流量が : L O O O s c c m力 ら 6 0 0 s c c mに減じ られる と共に 02 ガスが処理室 2 1 内に 4 0 0 s c c mの流量で供給される。 一方工程 S 1及び 2 において、 第 2 の供給管 5 b 力 らは P E Tガス及ぴ N2 ガスがプリ フ ロー され、 処理室 2 1 を介さずにバイ パス路 5 c を介 して排気さ れる。 Next, a film forming method according to the second embodiment will be described. FIG. 7 is an explanatory diagram showing a gas flow rate and the like during a pre-coating process in the film forming method according to the second embodiment. In FIG. 7, "5a:" means that gas flows through the first gas supply pipe 5a. “5b:” means that the gas flows through the second gas supply pipe 5b. “5c:” is vino. Means that gas flows through the road 5c. In the following steps S1 to S5, the evacuation of the processing chamber 21 is continued. First, in step S1, the temperature of the mounting table is heated to 445 ° C., N 2 gas is supplied into the processing chamber 21 from the first gas supply pipe 5a, and the pre-coating step is performed. . Following step S 2 flow rate of odor Te the N 2 gas: 0 2 gas with reduced to looo sccm force et 6 0 0 sccm is supplied at a flow rate of 4 0 0 sccm into the processing chamber 2 1. On the other hand, in step S 1 and 2, the second supply pipe 5 b force We PET gas及Pi N 2 gas is pre flow, is evacuated and through the bypass passage 5 c without passing through the processing chamber 2 1 It is.
この場合、 工程 S 1 の P E Tのプリ フローは、 流量管理 9 0 m g ± 1 5 ( 1 0 〜 1 5 ) m g の流量計 ト レ ラ ンス で行わ れる。 一方、 工程 S 2 の P E Tのプリ フ ロ ーは、 流量管理 9 0 m g ± 5 ( 3 〜 ; L O ) m g の流量計 ト レラ ンス で行われ、 従って、 よ り 安定して処理室内に P E Tを供給する こ と がで きる。 工程 S 2 の P E Tのプリ フ ローは 1 回で、 所定時間、 例えば 2 0秒以上、 好ま しく は 3 0秒以上とする こ と ができ る。 In this case, the preflow of the PET in step S1 is performed with a flow meter tolerance of 90 mg ± 15 (10 to 15) mg of flow rate control. On the other hand, the preflow of PET in step S2 is performed with a flow meter tolerance of 90 mg ± 5 (3 to; LO) mg of flow rate control. Therefore, PET can be more stably supplied into the processing chamber. The preflow of PET in step S2 is performed once, and can be performed for a predetermined time, for example, 20 seconds or more, and preferably 30 seconds or more.
しかる後、 工程 S 3 (セグメ ン ト膜を形成する工程) にお いて第 1 のガス供給管 5 a か らの N 2 ガスの供給が停止され る と共に、 第 2 のガス供給管 5 b を流れてプリ フ ローされて いた P E Tガス及び N 2 ガスが処理室 2 1 内に供給される。 この よ う に成膜前にプリ フ ロ ーを行う こ と に よ り 、 工程 S 3 のス ター ト時点から安定した流量で処理ガス を供給する こ と ができ る。 また工程 S 1 〜 3 に至るまで処理室 2 1 内のガス 流量を一定 (例えば、 全流量が 1 0 0 0 s c c m ) と してお く こ と によ り 、 処理室 2 1 の内圧の変化に起因する載置台 3 2 の温度、 ウェハ温度の変動を抑える こ と ができ る。 Thereafter, in step S3 (a step of forming a segment film), the supply of the N 2 gas from the first gas supply pipe 5a is stopped, and the second gas supply pipe 5b is connected. The pre-flowed PET gas and N 2 gas that have flowed are supplied into the processing chamber 21. By performing the pre-flow before the film formation in this way, a processing gas can be supplied at a stable flow rate from the start of the process S3. In addition, by keeping the gas flow rate in the processing chamber 21 constant (for example, the total flow rate is 100 sccm) until the steps S1 to S3, the internal pressure of the processing chamber 21 changes. Therefore, fluctuations in the temperature of the mounting table 32 and the wafer temperature caused by the fluctuation can be suppressed.
こ こで、 工程 S 3 の時間を次の よ う に変える こ とに よ り 、 堆積されたセグメ ン ト膜 ( T a 2 05 膜) の膜厚を調整する こ と ができ る。 本実施形態では、 工程 S 3 の時間を 5 8秒、 7 1 秒、 1 4 1 秒、 2 8 1秒に設定する と、 夫々 、 セグメ ン ト膜の膜厚は略 5 . 2 n m、 6 . 5 n m、 1 3 n m、 2 6 η mと なる。 In here, Ri by the time the process S 3 to and this turned into cormorants good the next, the film thickness Ru can and child to adjust the deposited segmenting door film (T a 2 0 5 film). In the present embodiment, when the time of step S3 is set to 58 seconds, 71 seconds, 141 seconds, and 281 seconds, the thickness of the segment film becomes approximately 5.2 nm and 6 nm, respectively. 5 nm, 13 nm and 26 ηm.
なお、 工程 S I 〜 S 3 において、 処理室 2 1 内の圧力は略 1 3 . 3 〜 1 3 3 3 P a 、 好ま しく は略 3 9 . 9 〜 6 6 7 P a の範囲内で変更設定する こ とができ る。 また、 処理温度は 略 3 0 0 〜 8 0 0 °C、 好ま しく は略 3 5 0 〜 5 0 0 °Cの範囲 内で変更設定する こ と ができ る。 その後工程 S 4 において P E Tガス及び O 2 ガスの供給を 停止 し、 N 2 ガスのみを供給してパージを行 う。 更に、 工程 S 5 において N2 ガスの供給を止めて全てのガス を停止 し、 処理室內を真空排気する。 なお工程 S 4では第 1 及び第 2 の 供給管 5 a 、 5 b の少な く と も 1 つの供給管よ り N 2 ガスが 処理室 2 1 内に導入されてパージ排気される。 以上の工程 S 1 〜 S 5 を行 う こ と で载置台 3 2 への 1 回のプリ コー ト シー ケンスが終了する。 以後必要回数だけ、 工程 S 1 ~ S 5 また は工程 S 2 〜 S 5 のサイ クルを繰り 返す。 これによ り 、 セグ メ ン ト膜が積層されて、 プ リ コー トが形成される。 なお、 こ のサイ クル数については 1 サイ クルで形成される薄膜の膜厚 によって適宜調整される。 In the processes SI to S3, the pressure in the processing chamber 21 is changed and set within a range of approximately 13.3 to 1333 Pa, preferably approximately 39.9 to 667 Pa. can do. Further, the processing temperature can be changed and set within a range of about 300 to 800 ° C, preferably about 350 to 500 ° C. Thereafter, in step S4, the supply of the PET gas and the O 2 gas is stopped, and only the N 2 gas is supplied to perform purging. Further, in step S5, the supply of N 2 gas is stopped to stop all gases, and the processing chamber 內 is evacuated. Note Step S the 4 first and second supply pipes 5 a, 5 b of least for the one by the supply pipe Ri N 2 gas also is introduced purged exhaust into the processing chamber 2 1. By performing the above steps S1 to S5, one pre-coating sequence to the mounting table 32 is completed. Thereafter, the cycle of steps S1 to S5 or steps S2 to S5 is repeated as many times as necessary. As a result, the segment films are stacked to form a precoat. The number of cycles is appropriately adjusted depending on the thickness of the thin film formed in one cycle.
以上の処理によ り 、 载置台 3 2 が T a 25 膜か らなる プリ コー ト によ り被覆される。 しかる後、 ヒ ータ 3 4 によ り 载置台 3 2 の温度を維持しなが ら、 処理室 2 1 内を真空排気 する と共に、 ゲー トバルブ 2 6 を開き、 搬送アーム (図示せ ず) によ り ウェハ Wを処理室 2 1 内に搬入する。 次に、 当該 搬送アーム と リ フ ト ビン 3 6 と の協働作業によ り ウェハ Wを 載置台 3 2 の上面 (プリ コー ト の上) に載置し、 ゲー トバル ブ 2 6 を閉に してウェハ W上への成膜処理 (成膜工程) へと 移行する。 Ri by the above process,载置base 3 2 is coated Ri by the T a 25 film or Ranaru pre coat. Thereafter, while maintaining the temperature of the mounting table 32 by the heater 34, the inside of the processing chamber 21 is evacuated, the gate valve 26 is opened, and the transfer arm (not shown) is opened. Then, the wafer W is carried into the processing chamber 21. Next, the wafer W is mounted on the upper surface of the mounting table 32 (on the pre-coat) by the cooperation of the transfer arm and the lift bin 36, and the gate valve 26 is closed. Then, the process shifts to the film forming process (film forming process) on the wafer W.
成膜工程では、 処理室 2 1 を真空排気しながら、 載置台 3 2 に載置されたウェハ Wに対して P E T と 02 ガス と を供給 する。 これに よ り 、 ウェハ W上に所望の厚さ の T a 2 05 膜 を形成する。 この際、 処理条件と しては、 上述のプリ コー ト 処理の工程 3 と 同 じ条件を使用する こ とができ る。 In the film forming step, PET and O 2 gas are supplied to the wafer W mounted on the mounting table 32 while evacuating the processing chamber 21. This ensures that, to form the T a 2 0 5 film of desired thickness on the wafer W. At this time, the processing conditions were the pre-coating described above. The same conditions as in step 3 of the treatment can be used.
こ の よ う な実施形態によれば、 プリ コ ー ト工程を行った後 にウェハに対して成膜処理を行う と、 ウェハに成膜された薄 膜中の金属汚染濃度を低減でき る とい う効果がある。 実験に よ り 、 図 7 のプリ コー トサイ クル (シーケ ンス) を所定回数 行ってプリ コー ト された載置台を用いて、 ウェハに T a 2According to such an embodiment, performing a film forming process on a wafer after performing a pre-coating process can reduce the concentration of metal contamination in a thin film formed on the wafer. Has the effect. Ri by the experiments, by using a table that has been pre-coat by performing a predetermined number of times pre-code Tosai cycle (sequence) of Fig. 7, T a 2 〇 the wafer
5 膜を成膜し、 当該薄膜中の金属汚染濃度を測定した。 Five films were formed, and the concentration of metal contamination in the thin film was measured.
図 8 はその実験結果を示すグラ フである。 図 8 において、 横軸はプリ コ.ー トサイ クル (シーケ ンス) の繰返し回数を示 し、 縦軸は T a 2 05 膜中の単位面積当た り の鉄の原子数を 示す。 「 X」 は、 プリ コー ト の 目標膜厚が 9 0 n mで、 プリ コ ー トシーケ ンス の繰返し回数を 4回及び 7 回 と した時の結 果を示す。 「△」 は、 プリ コー ト の 目標膜厚が略 2 1 O n m で、 プリ コー トシーケ ンス の繰返 し回数を 8 回、 1 6 回及び 3 2 回と した時の結果を示す。 「〇」 は、 プリ コー ト の 目標 膜厚が略 1 7 0 n mで、 プリ コ ー トシーケ ンス の繰返し回数 を 2 6 回及び 3 2 回と した時の結果を示す。 Figure 8 is a graph showing the experimental results. 8, the horizontal axis indicates the number of repetitions of the pre-co. Over Tosai cycle (sequence), the vertical axis represents the number of atoms per unit area per Ri iron T a 2 0 5 film. “X” indicates the results when the target film thickness of the precoat is 90 nm and the number of repetitions of the precoat sequence is 4 and 7 times. “△” shows the results when the target film thickness of the precoat is approximately 21 O nm and the number of repetitions of the precoat sequence is 8, 16, and 32. “〇” shows the results when the target film thickness of the precoat is approximately 170 nm and the number of repetitions of the precoat sequence is 26 and 32.
例えば、 「△」 において示すデータ については、 前記シー ケンスを 8 回繰り 返す場合には、 1 回のシーケンスによ り 成 膜されるプリ コ ー ト の膜厚は略 2 6 n m ( 2 1 0 n m / 8 ) である。 前記シーケ ンスを 1 6 回繰り 返す場合には、 1 回の シーケンスによ り 成膜されるプリ コー トの膜厚は略 1 3 n m ( 2 1 O n m/ 1 6 ) である。 前記シーケ ンス を 3 2 回繰り 返す場合には、 1 回のシーケ ンス によ り成膜されるプリ コー トの膜厚は略 6 . 5 n m ( 2 1 0 n m/ 3 2 ) である。 図 8 の結果から明 らかなよ う に、 薄膜中に取り 込まれる鉄 の濃度 ( コ ンタ ミ量) は、 プリ コー ト シーケ ンス の回数を多 く する こ と によ り低減され、 プリ コ ー トシーケ ンス の回数と 強い相関関係がある。 なお図 8 では鉄の濃度を示すが、 アル ミ ニゥム及び銅についても同様の結果が得られる。 For example, for the data indicated by “△”, when the above sequence is repeated eight times, the thickness of the precoat film formed by one sequence is approximately 26 nm (210 nm). nm / 8). When the above sequence is repeated 16 times, the thickness of the precoat film formed by one sequence is approximately 13 nm (21 O nm / 16). When the above sequence is repeated 32 times, the thickness of the precoat film formed by one sequence is approximately 6.5 nm (210 nm / 32). As is evident from the results in Fig. 8, the concentration of iron (contamination) incorporated into the thin film was reduced by increasing the number of precoating sequences, and the -There is a strong correlation with the number of data sequences. Although Fig. 8 shows the iron concentration, similar results can be obtained for aluminum and copper.
半導体デバイ ス のデザィ ンルール (ノヽ。 タ ー ン の線幅) は 年々厳 し く なつ てお り 、 これに伴っ て許容される金属汚染 (メ タルコ ンタ ミ) 量も低減されなければな らない。 現状の 金属汚染量の基準は 1 . O E + 1 1 ( a t o m s / c m2 ) レベルであ り 、 こ のこ とから判断する と プリ コ ー トシーケ ン ス の繰り 返し回数は 1 3 回以上が好ま しく 、 よ り 好ま しく は 1 5 回以上と なる。 しかし、 こ の金属汚染量の基準はユーザ 側の要望によ り 変更される ものであ り 、 図 8 に示すよ う に、 プリ コ ー ト シー ケンス の操り 返 し回数が 4回以上において、 明 らかに効果が確認されている。 The design rules of semiconductor devices (the line width of the turn) are becoming stricter year by year, and the amount of metal contamination (metal contamination) that must be allowed must be reduced accordingly. . At present, the standard for metal contamination is 1. OE + 11 (atoms / cm 2 ). Judging from this, the number of repetitions of the precoat sequence is preferably 13 or more. More preferably, more than 15 times. However, this standard for metal contamination is subject to change at the request of the user, and as shown in Fig. 8, when the number of repetitions of the pre-coating sequence is four or more, The effect is clearly confirmed.
プリ コー トは、 既述 したよ う に熱放射率の変化を避けてゥ ェハ間 (面間) での膜厚の均一性を保つ上で、 ある程度の厚 みが必要である。 T a 2 O 5 膜においては、 こ の厚みが 9 0 n m程度である。 従って、 プリ コー ト処理を最短で終了 させ るためには、 各プリ コー ト シーケンスで形成されるセグメ ン ト膜の厚さ を、 9 0 n mを繰り 返し回数で割った値とする。 例えば、 操 り 返 し回数が 4 回であれば、 セグメ ン ト膜の厚さ を略 2 2 . 5 n mと なる。 また、 繰り 返し回数が 1 5 回であ れば、 セグメ ン ト膜の厚さ を略 6 n mと なる。 ただし、 各プ リ コ ー トシーケ ンス で形成されるセグメ ン ト膜の厚さは任意 に設定可能である。 As described above, the pre-coat requires a certain thickness in order to avoid a change in the thermal emissivity and to maintain a uniform film thickness between wafers (between planes). The thickness of the Ta 2 O 5 film is about 90 nm. Therefore, in order to complete the pre-coating process in the shortest time, the thickness of the segment film formed in each pre-coating sequence is set to a value obtained by dividing 90 nm by the number of repetitions. For example, if the number of repetitions is four, the thickness of the segment film is about 22.5 nm. If the number of repetitions is 15 times, the thickness of the segment film is about 6 nm. However, the thickness of the segment film formed in each pre-recording sequence is arbitrary. Can be set to
前記プリ コ ー ト シーケンスを複数回繰り 返すこ と によ り ゥ ェハの膜中のメ タルコ ンタ ミ量が低減する理由については次 のよ う なメ カニズムが考え られる。 即ち、 T a 25 膜は P E Tの熱分解に よ り 成膜される。 同時に導入される 02 ガス はアシス トガス であ り 、 T a 2 O 5 膜の膜質、 反応速度など には関係するが T a 2 O 5 膜の生成の化学反応式には現れて こない。 この化学反応式は次のよ う に表される。 P E Tは先 ず、 式 ( 1 1 ) のよ う に熱分解する。 The following mechanism is considered as the reason why the amount of metal contamination in the film of the wafer is reduced by repeating the pre-coating sequence a plurality of times. That, T a 25 film is deposited Ri by the thermal decomposition of PET. 0 2 gas introduced simultaneously Assistant Togasu der Ri, T a 2 O 5 film quality, although concerned such as the reaction rate does not come appear in the chemical equation of generating the T a 2 O 5 film. This chemical reaction equation is expressed as follows. PET first decomposes as shown in equation (11).
2Ta(OC2H5)5 → Ta205 + 5C2H4 + 5C2H5OH · · · (11) 更に熱分解が進行する と 上記の C 2 H 5 O Hは式 ( 1 2 ) のよ う に分解する。 2Ta (OC 2 H 5) 5 → Ta 2 0 5 + 5C2H4 + 5C 2 H 5 OH · · · (11) further above C 2 H 5 OH when pyrolysis to proceed cormorants good of formula (1 2) Decompose into
5C2H5OH → 5C2H4 + 5H20 · .. (12) 5C 2 H 5 OH → 5C 2 H 4 + 5H 2 0 .. (12)
次に、 処理室 2 1 内に金属塩化物、 例えば、 F e C 1 3 が 存在 した とする と、 上記式中で中間生成物と して示されるェ チルアルコールと式 ( 1 3 ) のよ う に反応 し、 ェ トキシ化物 を生成する。  Next, assuming that a metal chloride, for example, FeC 13, is present in the processing chamber 21, ethyl alcohol represented as an intermediate product in the above formula and formula (13) are obtained. Reacts to form ethoxylates.
FeCl3 + 3C2H5OH → Fe(OC2H5)3 + 3HCl - - · (13) こ のェ トキシ化物は処理室 2 1 内の処理温度によ り 容易に 気化 し排気される。 このため、 プリ コー トが行われる間に、 後続する ウェハの成膜時にメ タルコンタ ミ の原因 と なる金属 塩化物を減少させる こ と ができ る。 T a 2 O 5 膜のプリ コ ー ト時では、 T i N膜のプリ コー ト時と は異な り 、 プリ コー ト 処理中には金属塩化物は生成されない。 一方、 処理室 2 1 内 は定期的にハロ ゲンを含むク リ ーニングガス、 例えば、 C 1 F 3 ガスによ り ク リ ーニングされる。 このこ と 力、ら、 前記金 属塩化物はこのク リ一エング時に生成されたもの と推測され る。 FeCl 3 + 3C 2 H 5 OH → Fe (OC 2 H 5 ) 3 + 3HCl − − (13) This ethoxylate is easily vaporized and exhausted depending on the processing temperature in the processing chamber 21. For this reason, during the pre-coating, the metal chloride that causes metal contamination during the subsequent film formation of the wafer can be reduced. Unlike the pre-coating of the TiN film, the metal chloride is not generated during the pre-coating of the Ta 2 O 5 film, unlike the pre-coating of the TiN film. On the other hand, the inside of the processing chamber 21 is periodically cleaned with a cleaning gas containing halogen, for example, C 1 Ri by the F 3 gas is cleanings. It is presumed that the metal chloride was generated during this cleaning.
金属ェ ト キシ化物は気化して排気される と はいっても、 プ リ コー ト の間に生成され、 処理室 2 1 内を漂った り 、 処理室 の内壁に付着するのは避け られない。 そこで図 7 に示すよ う に 1 回のプリ コー トシーケンスの中で工程 S 3 における上記 の反応に続いて、 未反応物ゃェ ト キシ化物を含む副生成物を 工程 S 4 の N 2 パージに よ り 排出する。 更に、 望ま し く は、 工程 S 5 で N 2 パージの滞留部分までも引き切る こ と によ つ て、 よ り 一層メ タルコ ンタ ミ 量を低減でき る。 なお、 工程 S 1〜 S 4 において、 処理室 2 1 の真空排気は継続されている ため、 工程 S 5 を行わな く ても よい。 また、 工程 S 3 で流す ガスは N 2. ガス に限らず他の不活性ガス、 例えば A r であつ ても よい。 Even though the metal ethoxylate is vaporized and exhausted, it is unavoidable that it is generated during the precoating and drifts in the processing chamber 21 or adheres to the inner wall of the processing chamber. Therefore, as shown in FIG. 7, in a single precoating sequence, following the above-described reaction in step S3, the by-product containing unreacted ethoxylate is purged with N 2 in step S4. To be discharged. Further, desirably, even in the step S5, even the staying portion of the N 2 purge is cut off, so that the amount of metal contamination can be further reduced. In steps S1 to S4, since the evacuation of the processing chamber 21 is continued, the step S5 may not be performed. The gas flow in step S 3 is N 2. Other inert gas is not limited to gas, may be filed in example A r.
ウェハを連続処理した後、 次のロ ッ トの処理が開始される まで、 時間が空く 場合がある。 この時間が空いている状態を アイ ドリ ングと呼ぶこ と にする と、 アイ ド リ ング後に処理が 再開される と ウェハの膜中におけるメ タノレコ ンタ ミ量が多い こ とがある。 この原因 と しては、 排気系からアルコールなど が処理室 2 1 内に逆拡散してく る こ とが考え られる。 即ち、 処理室 2 1 の排気系において排気管 2 4 の上流側よ り 順次圧 力調整用のスロ ッ トルバルブ、 未反応物、 副生成物を捕捉す るための ト ラ ップ、 真空ポンプが設置される。 アイ ド リ ング 中、 処理室 2 1 内は不活性ガス、 例えば、 N 2 ガスに よ り パ ージされるが、 ト ラ ップに捕捉された副生成物中のアルコー ルな どが処理室 2 1 内に逆拡散し、 前記式 ( 1 3 ) に示すェ トキシ化物が生成される可能性がある。 After continuous processing of wafers, it may take some time before processing of the next lot starts. If this idle time is referred to as idling, when the processing is restarted after idling, the amount of methanol contamination in the film of the wafer may be large. This may be because alcohol and the like are diffused back into the processing chamber 21 from the exhaust system. That is, in the exhaust system of the processing chamber 21, a throttle valve for adjusting the pressure, a trap for capturing unreacted substances and by-products, and a vacuum pump are sequentially provided from the upstream side of the exhaust pipe 24. Will be installed. During idling, the inside of the processing chamber 21 is purged with an inert gas, for example, N 2 gas. However, alcohol and the like in the by-products trapped in the trap may diffuse back into the processing chamber 21 and produce ethoxylated products represented by the above formula (13). There is.
そこでアイ ドリ ング後にプロセスを再開する と きには、 既 述したサイ クルプリ コー ト を行えば、 当該プロセス時に成膜 されたウェハの膜中のメ タルコ ンタ ミ 量は低減でき る。 更に この場合、 図 9 に示すタイ ムテーブルに従って、 パージと真 空排気と を繰り 返し行っても効果的である。 図 9 において、 Therefore, when the process is restarted after idling, if the above-described cycle pre-coating is performed, the amount of metal contamination in the wafer formed during the process can be reduced. Further, in this case, it is effective to repeatedly perform the purge and the vacuum exhaust according to the time table shown in FIG. In Figure 9,
「 5 a : 」 、 「 5 b : 」 、 「 5 c : 」 は図 7 で説明 したもの 同 じ意味を有する。 なお、 以下の工程 S 1 1 〜 S 1 5 におい て、 処理室 2 1 の真空排気は継続される。 “5a:”, “5b:”, and “5c:” have the same meaning as described in FIG. In the following steps S11 to S15, the evacuation of the processing chamber 21 is continued.
工程 S 1 1 はアイ ド リ ングに入る直前にウェハに対 して行 われた T a 2 O 5 膜の成膜工程である。 工程 S 1 2 はアイ ド リ ング中 (状況に応じて流動的ではあるが、 例えば、 3 6 0 0秒) の時間帯を示す。 次に、 工程 S 1 3 において次ロ ッ ト 処理開始のための準備に入 り 、 こ こで O 2 ガス及び N 2 ガス を処理室 2 1 内に供給して第 1 のパージが行われる。 続いて 工程 S 1 4 において工程 S 1 3 よ り も少ない N 2 ガス を処理 室 2 1 内に供給して第 2 のパージが行われる。 その後に工程 S 1 5 において真空排気が行われる。 この工程 S 1 3 〜工程 S 1 5 は必要に応 じて繰り 返され、 即ち所定回数のサイ クル パージが行われ、 その後次口 ッ ト ウェハの T a 2 O 5 膜の成 膜処理が行われる。 Step S 1 1 is a process for forming the T a 2 O 5 film we row against the wafer just prior to entering the eye de-ring. Step S12 indicates a time zone during idling (it is fluid depending on the situation, for example, 360 seconds). Next, in a step S 13, preparations for starting the next lot process are started. Here, O 2 gas and N 2 gas are supplied into the processing chamber 21 to perform a first purge. Followed by feeding in the step S 1 4 even less N 2 gas Ri good step S 1 3 in the processing chamber 2 in 1 second purge is carried out. Thereafter, evacuation is performed in step S15. This step S 1 3 ~ Step S 1 5 is repeated as necessary, i.e. a predetermined number of cycles purge is performed, deposition process line for subsequent next opening Tsu preparative wafer T a 2 O 5 film Be done.
なお工程 S 1 2及び工程 S 1 4 では第 1 及び第 2 の供給管 5 a 、 5 b の少な く と も 1 つの供給管よ り N 2 ガスが処理室 2 1 内に導入されてパージ排気される。 また工程 S 1 3 にお いては、 P E Tガスを除いては工程 S 1 1 のウェハへの成膜 処理時と全て同 じ条件で処理室 2 1 内の環境が整えられる。 これは、 引き続き行われる次ロ ッ ト ウェハに対する成膜処理 時の処理室 2 1 内の環境に近づける コ ンディ ショ ニング (環 境調整) も兼ねている。 図 9 に示すサイ クルパージの回数は 1 回ではそれほどの効果がなく 、 少な く と も 3 回は必要であ る。 Note Step S 1 2 and Step S 1 in 4 the first and second supply pipes 5 a, 5 b of least for the one by Ri N 2 gas supply pipe processing chamber even It is introduced into 21 and purged. In step S 13, the environment in the processing chamber 21 is prepared under the same conditions as in the film forming process on the wafer in step S 11 except for the PET gas. This also serves as conditioning (environmental adjustment) for approaching the environment in the processing chamber 21 during the subsequent film formation processing of the next lot wafer. The number of cycle purges shown in FIG. 9 is not so effective once, and at least three times.
図 9 に示すサイ クルパージの効果を確認するための実験を 行った。 基準例と して、 アイ ドリ ング前において ウェハに対 して T a 2 O 5 膜の成膜処理を行い、 即ち工程 S 1 1 の終了 後の ウェハの薄膜中の A 1 、 F e 及び C u の濃度を調べた。 比較例と して、 長期アイ ド リ ング状態後に、 つま り 工程 S 1 2 の終了時点で同様の処理を行って同様に ウェハの薄膜中の 前記金属の濃度を調べた。 実施例と して、 アイ ド リ ング後に 図 9 に示す工程 S 1 3 〜工程 S 1 5 の工程 (サイ クルパー ジ) を 5 回繰り 返し (この間 5 分) 、 その後に同様の処理を 行って同様にウェハの薄膜中の前記金属の濃度を調べた。 An experiment was performed to confirm the effect of the cycle purge shown in Fig. 9. As a reference example, a Ta 2 O 5 film is formed on the wafer before idling, that is, A 1, Fe and C in the thin film of the wafer after step S 11 are completed. The concentration of u was determined. As a comparative example, after the long-term idling state, that is, at the end of step S12, the same treatment was performed, and the concentration of the metal in the thin film of the wafer was similarly examined. As an example, after idling, the steps (cycle purging) of steps S13 to S15 shown in FIG. 9 were repeated five times (5 minutes during this time), and then the same processing was performed. Similarly, the concentration of the metal in the thin film of the wafer was examined.
図 1 0 はこの実験の結果を示すデータである。 この結果に よれば、 実施例におけるメ タルコ ンタ ミ 量は、 A 1 、 F e 及 び C u のいずれにおいてもアイ ド リ ング前のデータにほぼ復 帰する。 この理由 と して、 前述のエ ト キシ化物の生成に加え て、 次の点が別の要因 と して働いているのではないかと推察 される。 即ち、 図 9 の工程 S 1 3 における処理室 2 1 内の圧 力が、 その前後の工程 S 1 2及び工程 S 1 3 における圧力と 8861 FIG. 10 shows data showing the results of this experiment. According to this result, the amount of metal contamination in the embodiment substantially returns to the data before idling in any of A1, Fe, and Cu. It is presumed that, in addition to the ethoxylate formation described above, the following points may be acting as another factor. That is, the pressure in the processing chamber 21 in the process S13 in FIG. 9 is different from the pressure in the process S12 and the process S13 before and after the process. 8861
33 大き く 異なっている。 この圧力の急激な変動と 同時に行われ る排気によ り 、 金属汚染の元である金属塩化物な どが処理室33 Largely different. Due to the sudden change in pressure and the exhaust that occurs at the same time, metal chloride, which is a source of metal contamination, is removed from the processing chamber.
2 1 内の部品から引き剥がされて排気される。 このため、 そ の後に行われる成膜処理において、 膜中に取込まれる不純物 金属の量が低下する。 2 The components in 1 are peeled off and exhausted. For this reason, in the subsequent film forming process, the amount of the impurity metal taken into the film decreases.
なお、 第 2の実施形態において、 上述の説明では、 第 1 の 処理ガス と して P E T (第 2 の処理ガスは酸素) を使用 して 酸化タ ンタル膜を形成する方法を例示している。 しかし、 第 In the second embodiment, the above description illustrates a method of forming a tantalum oxide film using PET (the second processing gas is oxygen) as the first processing gas. But the second
2 の実施形態は、 他の有機金属ソースガスである金属アルコ キシ ドを使用する成膜方法、 例えば、 T a ( O C 2 H 5 ) 5The second embodiment is a film forming method using a metal alkoxide which is another organometallic source gas, for example, Ta (OC 2 H 5) 5 ,
S i ( O C 2 H 5 ) 4 を第 1 の処理ガス と して使用 して、 夫々 T a 2 05 膜、 T E O S — S i 〇 2 膜を形成する方法に も適用する こ と ができ る。 これらの方法において、 第 2 の処 理ガス と して 02 、 03 、 H 2 0 な どの酸素含有ガスが使用 可能と なる。 The S i (OC 2 H 5) 4 was used as the first process gas, respectively T a 2 0 5 film, TEOS - Ru can and this also applied to a method of forming a S i 〇 2 film . In these methods, as the second processing gas 0 2, 0 3, H 2 0 of which the oxygen-containing gas becomes available.
以上説明 したよ う に、 第 1 及び第 2 の実施形態によれば、 処理室内にプリ コ ー ト処理を行った後に被処理基板上に形成 される膜中に含まれる、 例えば、 金属等の不純物の総量を減 らすこ とができ る。  As described above, according to the first and second embodiments, for example, a metal or the like contained in a film formed on a substrate to be processed after performing a pre-coating process in a processing chamber. The total amount of impurities can be reduced.
即ち、 第 1及び第 2 の実施形態によれば、 プリ コー ト処理 の第 1 の工程において、 処理ガスから解離した物質の う ち未 反応のものや、 処理室内に存在 し、 または薄膜中に入り 込ん だ副生成物等を第 2 の工程において処理室から排出させる。 このため、 後の成膜工程において被処理基板に形成される膜 組成の純度が向上する。 例えば、 第 2 の実施形態は、 処理ガス と して P E T及び O 2 ガスを用いて酸化タ ンタル膜を形成する場合に適用される: この場合、 実施形態に従い、 反応ガスである酸素ガスを用い てプリ コー ト処理の第 2の工程を行う こ と によ り 、 プリ コー トゃ処理室内の炭素を除去する こ とができ る。 また、 長期ァ ィ ドル状態にあった処理室で酸化タ ンタル膜を形成する場合. 実施形態に従い、 プリ コ ー ト処理の第 2 の工程で不活性ガス を供給する こ と によ り 、 処理室内の金属化合物を除去するこ とができ る。 That is, according to the first and second embodiments, in the first step of the pre-coating process, unreacted substances dissociated from the processing gas, existing in the processing chamber, or contained in the thin film. The entered by-products etc. are discharged from the processing chamber in the second step. For this reason, the purity of a film composition formed on the substrate to be processed in a later film formation step is improved. For example, the second embodiment is applied to a case where a tantalum oxide film is formed using PET and O 2 gas as a processing gas: In this case, according to the embodiment, an oxygen gas as a reaction gas is used. By performing the second step of the pre-coating process, the carbon in the pre-coating / processing chamber can be removed. In the case where a tantalum oxide film is formed in a processing chamber that has been in a long-term idle state. According to the embodiment, the processing is performed by supplying an inert gas in the second step of the pre-coating processing. Metal compounds in the room can be removed.
一方、 第 1 の実施形態に よれば、 プリ コー ト処理の第 1 の 工程において、 処理ガスから解離した未反応のハロゲン化物 や、 膜中に入り 込んだ副生成物 と してのハロ ゲン化物が生成 される。 これらのハロ ゲン化物は、 第 2 の工程において、 例 えば、 N H 3 ガスによ り 還元し、 この還元反応において分離 したハロ ゲン化物をガス状態において処理室から排出する。 このため、 後の成膜工程において被処理基板に形成する膜が 金属汚染されるおそれが軽減する。 On the other hand, according to the first embodiment, in the first step of the pre-coating treatment, unreacted halides dissociated from the processing gas or halides as by-products that have entered the film. Is generated. In a second step, these halides are reduced by, for example, NH 3 gas, and the halides separated in this reduction reaction are discharged from the processing chamber in a gaseous state. For this reason, the risk of metal contamination of the film formed on the substrate to be processed in the subsequent film formation process is reduced.
例えば、 T i N膜の成膜を行 う場合には処理ガス と して N H 3 及び T i C 1 4 を用いる こ とができ る。 この場合、 第 1 の工程において生じた T i C 1 Xや H C 1 等を第 2 の工程に おいて処理室から除去する こ と ができ る。 結果と して成膜ェ 程において得られる T i N膜への金属塩化物の混入量が低減 する。  For example, when forming a TiN film, NH 3 and TiC 14 can be used as processing gases. In this case, TiC1X, HC1 and the like generated in the first step can be removed from the processing chamber in the second step. As a result, the amount of metal chloride mixed into the TiN film obtained in the film forming process is reduced.

Claims

1 . 気密な処理室内の載置台上に載置された被処理基板上 に金属元素を含む膜を形成するための半導体処理用の成膜方 法であって、 1. A film forming method for semiconductor processing for forming a film containing a metal element on a substrate to be processed mounted on a mounting table in an airtight processing chamber,
( a ) 前記被処理基青板を前記処理室内に搬入する前に前記 载置台をプリ コー トで被覆するプリ コー ト工程と、 前記プリ コー ト工程は、 の  (a) a pre-coating step of covering the mounting table with a pre-coat before the substrate blue plate is loaded into the processing chamber; and
前記載置台を加熱する と共に前記処理室内を排気しなが ら . 前記金属元素を含む原料ガスを含む第 1 処理ガスを前記処理 囲  The first processing gas containing the raw material gas containing the metal element is supplied to the processing chamber while heating the mounting table and exhausting the processing chamber.
室内に供給し、 前記載置台上に前記金属元素を含むセグメ ン ト膜を形成する第 1 の工程と、 A first step of supplying a room and forming a segment film containing the metal element on the mounting table;
前記载置台を加熱する と共に前記処理室内を排気しなが ら 金属元素を含む原料ガスを含まない第 2 処理ガスを前記処理 室内に供給し、 前記第 1 の工程において生成された前記セグ メ ン ト膜を形成する成分以外の副生成物を排気によ り 前記処 理室から除去する第 2 の工程と 、  While heating the mounting table and exhausting the processing chamber, a second processing gas not containing a source gas containing a metal element is supplied into the processing chamber, and the segment generated in the first step is supplied to the processing chamber. A second step of removing by-products other than components that form a film from the processing chamber by exhaustion;
前記第 1 及び第 2 の工程を複数回繰り 返すこ と によ り 、 複 数のセグメ ン ト膜を積層 して前記プリ コ ー ト を形成する工程 と、  Repeating the first and second steps a plurality of times, thereby stacking a plurality of segment films to form the pre-coat;
を具備する こ と と、 Having
( b ) 前記プリ コー ト工程後、 前記被処理基板を前記処理 室内に搬入して前記被処理基板上に主膜を形成する成膜工程 と、 前記成膜工程は、  (b) after the pre-coating step, a film forming step of carrying the substrate to be processed into the processing chamber and forming a main film on the substrate to be processed; and
前記被処理基板を前記処理室内に搬入して前記载置台上に 載置する工程と 、 前記载置台を加熱する と共に前記処理室内を排気しなが ら . 前記第 1 及び第 2処理ガスを前記処理室内に供給し、 前記被 処理基板上に前記金属元素を含む前記主膜を形成する工程と . を具備する こ と と、 Loading the substrate to be processed into the processing chamber and mounting the substrate on the mounting table; The first and second processing gases are supplied into the processing chamber while heating the mounting table and exhausting the processing chamber to form the main film containing the metal element on the substrate to be processed. Having steps and.
を具備する。 Is provided.
2 . 前記第 1 及び第 2 の工程において実質的に共通する処 理温度及び処理圧力を使用し、 前記副生成物は処理温度及ぴ 処理圧力において昇華する請求の範囲 1 に記載の方法。  2. The method according to claim 1, wherein substantially the same processing temperature and processing pressure are used in the first and second steps, and the by-product sublimates at the processing temperature and processing pressure.
3 . 前記第 1 処理ガスは前記金属元素とハロ ゲン元素と の 化合物を含み、 前記第 2処理ガスは窒素原子及ぴ水素原子の 少なく と も一方を含む請求の範囲 1 に記載の方法。  3. The method according to claim 1, wherein the first processing gas includes a compound of the metal element and the halogen element, and the second processing gas includes at least one of a nitrogen atom and a hydrogen atom.
4 . 前記第 2処理ガス はア ンモニア、 N 2、 H 2からなる群 から選択された少な く と も 1 つを含む請求の範囲 3 に記載の 方法。 4. The second process gas ammonia, N 2, The method according to claim 3, wherein also include one from the group consisting of H 2 rather small is selected.
5 . 前記第 1 処理ガスは四塩化チタンを含み、 前記第 2処 理ガスはア ンモニアを含み、 前記主膜はチタ ンナイ ト ライ ド 膜から実質的になる請求の範囲 3 に記載の方法。  5. The method of claim 3, wherein said first processing gas comprises titanium tetrachloride, said second processing gas comprises ammonia, and said main film consists essentially of a titanium nitride film.
6 - 前記第 1 処理ガスは四塩化チタ ン及び水素を含み、 前 記第 2処理ガスは水素を含み、 前記主膜はチタ ン膜から実質 的になる請求の範囲 3 に記載の方法。  6. The method according to claim 3, wherein the first processing gas includes titanium tetrachloride and hydrogen, the second processing gas includes hydrogen, and the main film substantially consists of a titanium film.
7 . 前記第 2 の工程において、 前記第 1 処理ガスを停止す る一方、 前記第 2処理ガスを前記処理室内に供給し、 前記第 1 処理ガス の分解或いは反応によ り 生成された中間体と前記 第 2処理ガス と の反応によ り 生成される副生成物を排気によ り 除去する請求の範囲 1 に記載の方法。 7. In the second step, while stopping the first processing gas, supplying the second processing gas into the processing chamber, and forming an intermediate formed by decomposition or reaction of the first processing gas. 2. The method according to claim 1, wherein a by-product generated by a reaction between the gas and the second processing gas is removed by exhaust gas.
8 . 前記第 1 処理ガスは前記金属元素のアルコキシ ドを含 み、 前記第 2処理ガスは酸化ガスを含む請求の範囲 1 に記載 の方法。 8. The method according to claim 1, wherein the first processing gas includes an alkoxide of the metal element, and the second processing gas includes an oxidizing gas.
9 . 前記第 1 処理ガスはペンタエ トキシタ ンタ ルを含み、 前記主膜はタ ンタルォキサイ ド膜から実質的になる請求の範 囲 8 に記載の方法。  9. The method of claim 8, wherein said first processing gas comprises pentaethoxy tantalum, and wherein said main film consists essentially of a tantalum oxide film.
1 0 . 前記第 2 の工程は、 前記第 1 及ぴ第 2 処理ガスを停止 する一方、 前記処理室内を排気するパージ期間を更に具備す る請求の範囲 7 に記載の方法。  10. The method according to claim 7, wherein said second step further comprises a purge period in which said first and second processing gases are stopped and said processing chamber is evacuated.
1 1 . 前記第 2 の工程は、 前記パージ期間において、 前記処 理室内に不活性ガスを供給する請求の範囲 1 0 に記載の方法 11. The method according to claim 10, wherein said second step comprises supplying an inert gas into said processing chamber during said purge period.
1 2 . 前記第 1 処理ガスは熱分解によ り アルコ ールを生成す るガスであ り 、 前記副生成物は、 前記第 1 処理ガスの分解に よ り 生成されたアルコール と前記処理室内の金属ハロゲン化 物と の反応によ り 生成される こ と と 、 を具備する請求の範囲 8 に記載の方法。 12. The first processing gas is a gas that generates alcohol by thermal decomposition, and the by-products are alcohol generated by the decomposition of the first processing gas and alcohol. 9. The method according to claim 8, which is produced by reacting a metal halide with a metal halide.
1 3 . 前記プ リ コー ト工程と前記成膜工程と の間に、  13 3. Between the pre-coating step and the film forming step,
前記処理室内を排気しなが ら、 前記処理室内に不活性ガス を供給するアイ ドリ ング工程と、  An idling step of supplying an inert gas into the processing chamber while exhausting the processing chamber;
前記処理室内を排気しなが ら、 前記処理室内に第 2処理ガ ス を供給する第 1 パージ工程と、  A first purge step of supplying a second processing gas into the processing chamber while exhausting the processing chamber;
前記処理室内を排気しなが ら、 前記処理室内に不活性ガス を供給する第 2パージ工程と、  A second purge step of supplying an inert gas into the processing chamber while exhausting the processing chamber;
前記第 1 及び第 2パージ工程を 3 回以上繰り 返す工程と、 を更に具備する請求の範囲 1 に記載の方法。 2. The method according to claim 1, further comprising: repeating the first and second purge steps three or more times.
1 4 . 前記プ リ コー ト工程の前に、 前記処理室内にハロゲン 元素を含むク リ ーニングガスを供給して、 前記処理室内をク リ ーニングするク リ ーニング工程を更に具備し、 前記金属ハ ロゲン化物は前記ハロゲン元素に由来する請求の範囲 1 2 に 記載の方法。 14. A cleaning step of supplying a cleaning gas containing a halogen element into the processing chamber to clean the processing chamber before the pre-coating step, further comprising: 13. The method according to claim 12, wherein the compound is derived from the halogen element.
1 5 . 気密な処理室内の載置台上に载置された被処理基板上 に金属元素を含む膜を形成するため、 前記処理室に前記金属 元素を含む第 1処理ガス と前記第 1 処理ガスの分解をアシス トする第 2処理ガス と を供給しなが ら前記被処理基板上に前 記金属元素を含む膜を形成するための C V D方法であって、 15. A first processing gas containing the metal element and a first processing gas containing the metal element in the processing chamber to form a film containing the metal element on a substrate to be processed placed on a mounting table in an airtight processing chamber. A CVD method for forming a film containing the metal element on the substrate to be processed while supplying a second processing gas for assisting the decomposition of
( a ) 前記被処理基板を前記処理室内に搬入する前に前記 載置台をプリ コー トで被覆するプリ コー ト工程と、 前記プリ コー ト工程は、 (a) a pre-coating step of coating the mounting table with a pre-coat before loading the substrate to be processed into the processing chamber;
前記载置台を加熱する と共に前記処理室内を排気しながら . 前記第 1 及ぴ第 2処理ガスを前記処理室内に供給し、 前記載 置台上に前記金属元素を含むセグメ ン ト膜を形成する第 1 の 工程と、  The first and second processing gases are supplied into the processing chamber while heating the mounting table and exhausting the processing chamber. The second step of forming a segment film containing the metal element on the mounting table. Step 1 and
前記第 1 処理ガスを停止する一方、 前記載置台を加熱する と共に前記処理室内を排気しなが ら、 前記第 2処理ガスを前 記処理室内に供給し、 前記第 1 処理ガス の分解或いは反応に よ り 生成された中間体と前記第 2処理ガス と を反応させて副 生成物を生成 し、 前記副生成物を排気によ り 前記処理室から 除去する第 2 の工程と、  While stopping the first processing gas, heating the mounting table and exhausting the processing chamber, supplying the second processing gas into the processing chamber, and decomposing or reacting the first processing gas. A second step of reacting the intermediate produced by the above with the second processing gas to generate a by-product, and removing the by-product from the processing chamber by exhaustion;
前記第 1及び第 2 の工程を複数回繰り返すこ と によ り 、 複 数のセグメ ン ト膜を積層 して前記プリ コー ト を形成する工程 と、 Forming the precoat by stacking a plurality of segment films by repeating the first and second steps a plurality of times. When,
を具備し、 こ こで、 前記第 1 及び第 2 の工程において実質的 に共通する処理温度及び処理圧力を使用 し、 前記副生成物は 処理温度及ぴ処理圧力において昇華する こ と と、 Wherein substantially the same processing temperature and processing pressure are used in the first and second steps, and the by-product sublimates at the processing temperature and processing pressure;
( b ) 前記プリ コー ト工程後、 前記被処理基板を前記処理 室内に搬入して前記被処理基板上に主膜を形成する成膜工程 と 、 前記成膜工程は、  (b) after the pre-coating step, a film forming step of carrying the substrate to be processed into the processing chamber and forming a main film on the substrate to be processed; and
前記被処理基板を前記処理室内に搬入して前記载置台上に 載置する工程と、  Loading the substrate to be processed into the processing chamber and mounting the substrate on the mounting table;
前記載置台を加熱する と共に前記処理室内を排気しなが ら 前記第 1及び第 2処理ガスを前記処理室内に供給し、 前記被 処理基板上に前記金属元素を含む前記主膜を形成する工程と を具備する こ と と、  Supplying the first and second processing gases into the processing chamber while heating the mounting table and exhausting the processing chamber, and forming the main film containing the metal element on the substrate to be processed. Having and
を具備する。 Is provided.
1 6 . 前記プリ コー ト工程は、 前記第 1 及ぴ第 2 の工程を 1 16. The pre-coating step includes the first and second steps.
0 サイ クル以上繰り 返す請求の範囲 1 5 に記載の方法。 The method according to claim 15, wherein the method is repeated for at least 0 cycles.
1 7 . 前記第 1 処理ガスは前記金属元素とハロゲン元素と の 化合物を含み、 前記第 2処理ガスは窒素原子及び水素原子の 少なく と も一方を含む請求の範囲 1 5 に記載の方法。  17. The method according to claim 15, wherein the first processing gas includes a compound of the metal element and the halogen element, and the second processing gas includes at least one of a nitrogen atom and a hydrogen atom.
1 8 . 前記第 1 処理ガスは前記金属元素のアルコキシ ドを含 み、 前記第 2 処理ガスは酸化ガスを含む請求の範囲 1 5 に記 載の方法。  18. The method according to claim 15, wherein the first processing gas includes an alkoxide of the metal element, and the second processing gas includes an oxidizing gas.
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