JP2005086185A - Deposition method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は成膜方法に係り、より詳細には、半導体製造工程等において基板上でバリア膜等として機能する薄膜を生成するための成膜方法に関する。 The present invention relates to a film forming method, and more particularly to a film forming method for generating a thin film that functions as a barrier film or the like on a substrate in a semiconductor manufacturing process or the like.
トランジスタ等の半導体製造工程において、基板上の絶縁酸化膜上に導電層として銅層を形成する際に、絶縁酸化膜と銅層との間にバリア膜を設ける場合がある。バリア膜は銅層の銅が絶縁酸化膜中に拡散しないように銅層と絶縁酸化膜とを分離するために設けられる。バリア膜として、例えばタンタルナイトライド（ＴａＮ）、チタンナイトライド（ＴｉＮ）等の薄膜を用いることが多い。 In a semiconductor manufacturing process such as a transistor, when a copper layer is formed as a conductive layer on an insulating oxide film on a substrate, a barrier film may be provided between the insulating oxide film and the copper layer. The barrier film is provided to separate the copper layer and the insulating oxide film so that copper of the copper layer does not diffuse into the insulating oxide film. As the barrier film, a thin film such as tantalum nitride (TaN) or titanium nitride (TiN) is often used.
従来、上述のバリア膜を生成する方法として物理的気相成長法（ＰＶＤ）が一般的に用いられているが、より効率的にバリア膜を生成するために、化学的気相成長法（ＣＶＤ）を用いることも提案されている。 Conventionally, physical vapor deposition (PVD) is generally used as a method for generating the above-described barrier film. However, in order to generate a barrier film more efficiently, chemical vapor deposition (CVD) is used. ) Is also proposed.
例えば、ＴａＦ５とＳｉＨ４とを気相合成することによりタンタルシリサイド（ＴａＳｉ）膜を生成する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。ところが、ＣＶＤで薄膜を生成する場合、膜厚を精度よく制御することが難しく、極薄の膜を生成することができない。また、ＣＶＤで薄膜を生成すると、薄膜中に微量ではあるが不純物が混入する場合がある。例えば、上述のようにＴａＦ５とＳｉＨ４とを用いてＣＶＤによりＴａＳｉ膜を生成した場合、ＴａＳｉ膜中に不純物としてフッ素（Ｆ）が混入する。バリア膜は比抵抗を極力小さくすることが求められているが、このように不純物が混入すると比抵抗が大きくなり、バリア膜として良好な特性が損なわれてしまう。 For example, a method for producing a tantalum silicide (TaSi) film by vapor phase synthesis of TaF 5 and SiH 4 has been proposed (see, for example, Patent Document 1). However, when a thin film is generated by CVD, it is difficult to control the film thickness with high accuracy, and an extremely thin film cannot be generated. In addition, when a thin film is formed by CVD, impurities may be mixed in the thin film even though the amount is small. For example, when a TaSi film is generated by CVD using TaF 5 and SiH 4 as described above, fluorine (F) is mixed as an impurity in the TaSi film. The barrier film is required to have a specific resistance as small as possible. However, when impurities are mixed in this way, the specific resistance increases, and good characteristics as a barrier film are impaired.
さらに、ＴａＳｉ膜が基板上で成長するには最初に核が基板上に生成されなければならないが、この核が生成されてＴａＳｉ膜が成長し始めるまでにある程度の時間が必要となる。この時間を一般にインキュベーションタイムと称している。インキュベーションタイムが長いと成膜処理に時間がかかり、スループットが低下してしまう。 Furthermore, in order for the TaSi film to grow on the substrate, nuclei must first be formed on the substrate, but a certain amount of time is required until the nuclei are generated and the TaSi film starts to grow. This time is generally called incubation time. If the incubation time is long, the film forming process takes time, and the throughput decreases.
そこで、ＣＶＤによる薄膜生成処理を行なう前に、基板に前処理を施して核の生成を促進する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この方法では、ＷＦ６とＳｉＨ４とを用いてＣＶＤにより薄膜を形成する際に、基板をアンモニア（ＮＨ３）で前処理する。ＮＨ３による前処理により、気相中で反応したＷＦ６とＳｉＨ４とを基板に吸着されやすくすることで、インキュベーションタイムを短縮している。
以上のように、バリア膜をＣＶＤにより生成する方法が提案されているが、半導体構造における配線がより一層微細化されている現状において、より高品質のバリア膜を生成する方法が要望されている。 As described above, a method of generating a barrier film by CVD has been proposed. However, in the present situation where wirings in a semiconductor structure are further miniaturized, a method of generating a higher quality barrier film is desired. .
このような要望を満たすために、異なる種類の原料ガスを交互に供給しながら基板上で反応させて薄膜を生成するＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）によりバリア膜を生成することが提案されている。ところが、例えば、ＴａＦ５とＳｉＨ４とを原料ガスとして用いて従来ＣＶＤにより生成していたＴａＳｉ膜を、ＡＬＤにより生成しようとすると、これら原料ガスは基板表面に吸着されにくい特性を有しているため、成膜初期の核成長反応が起こりにくく、ＡＬＤでは膜を生成することができないという問題があった。 In order to satisfy such a demand, it has been proposed to produce a barrier film by ALD (Atomic Layer Deposition) in which a thin film is produced by reacting on a substrate while alternately supplying different kinds of source gases. However, for example, when a TaSi film, which has been conventionally generated by CVD using TaF 5 and SiH 4 as source gases, is generated by ALD, these source gases have a characteristic that they are not easily adsorbed on the substrate surface. For this reason, there is a problem in that a nucleus growth reaction at the initial stage of film formation hardly occurs and a film cannot be generated by ALD.
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、基板表面に吸着しにくいガス種を原料ガスとして用いた場合でも、異なる種類の原料ガスを交互に供給しながら基板上で反応させる方法により成膜を行なうことができる成膜方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and even when a gas species that is difficult to adsorb on the substrate surface is used as a source gas, a method of reacting on the substrate while alternately supplying different types of source gases is used. An object is to provide a film forming method capable of forming a film.
上記の課題を解決するために、本発明によれば、異なる種類の原料ガスを交互に供給しながら基板上で反応させて薄膜を生成する成膜方法であって、前記原料ガスを供給する前に、該基板の成膜を行なう表面に原料ガスの吸着を促進する前処理を施すことを特徴とする成膜方法が提供される。 In order to solve the above problems, according to the present invention, a film forming method for generating a thin film by reacting on a substrate while alternately supplying different types of source gases, wherein the source gases are supplied before being supplied. In addition, there is provided a film forming method characterized in that a pretreatment for promoting the adsorption of the source gas is performed on the surface of the substrate on which the film is formed.
上述の発明によれば、基板表面に前処理を施すことにより原料ガスの吸着が促進され、原料ガスの交互供給による方法で成膜ができなかった場合でも、バリア膜として良好な特性を有する膜の生成が可能となる。 According to the above-described invention, the pretreatment of the substrate surface promotes the adsorption of the raw material gas, and even when the film formation cannot be performed by the method of alternately supplying the raw material gas, the film having good characteristics as a barrier film Can be generated.
前記前処理として、ＮＨ３等の双極子モーメントを有するガスを前記基板の表面に供給することとしてもよい。代わりに、前記前処理として、ＴａＮ膜を前記基板の表面に生成することとしてもよい。前記ＴａＮ膜を、ＴａＦ５とプラズマ化したＮＨ３とを交互に供給することにより生成することが好ましい。また、前記原料ガスの供給時に、前記原料ガスの圧力を所定のしきい値以上とすることが好ましい。 As the pretreatment, a gas having a dipole moment such as NH 3 may be supplied to the surface of the substrate. Instead, as the pretreatment, a TaN film may be formed on the surface of the substrate. It is preferable that the TaN film is formed by alternately supplying TaF 5 and plasmatized NH 3 . Moreover, it is preferable that the pressure of the source gas is set to a predetermined threshold value or more when the source gas is supplied.
上述の発明において、前記原料ガスはＴａＦ５及びＳｉＨ４であり、前記前処理はＮＨ３を基板表面に供給する処理であり、前記ＴａＦ５及びＳｉＨ４を交互供給する際に、ＴａＦ５及びＳｉＨ４の分圧を所定のしきい値以上とすることにより前記基板上にＴａＳｉｘ膜を生成することとしてもよい。また、前記原料ガスはＴａＦ５及びＳｉＨ４であり、前記前処理はＴａＮ膜を基板表面に生成する処理であり、前記ＴａＦ５及びＳｉＨ４を交互供給する際に、ＳｉＨ４の分圧を所定のしきい値以上とすることにより前記基板上にＴａＳｉｘ膜を生成することとしてもよい。前記ＴａＦ５及びＳｉＨ４を交互供給する際に、ＴａＦ５の分圧を所定のしきい値以上とすることが好ましい。 In the above invention, the raw material gas is TaF 5 and SiH 4, the pretreatment is a process for supplying NH 3 to the substrate surface, when the alternating supply the TaF 5 and SiH 4, TaF 5 and SiH The TaSix film may be formed on the substrate by setting the partial pressure of 4 to a predetermined threshold value or more. The source gas is TaF 5 and SiH 4 , and the pretreatment is a process for generating a TaN film on the substrate surface, and when supplying the TaF 5 and SiH 4 alternately, the partial pressure of SiH 4 is predetermined. A TaSix film may be formed on the substrate by setting the threshold value to be equal to or greater than the threshold value. When TaF 5 and SiH 4 are alternately supplied, it is preferable to set the partial pressure of TaF 5 to a predetermined threshold value or more.
上述の如く本発明によれば、基板表面に吸着しにくいガス種を原料ガスとして用いた場合でも、異なる種類の原料ガスを交互に供給しながら基板上で反応させる成膜方法を用いて成膜を行なうことができる。 As described above, according to the present invention, even when a gas species that is difficult to be adsorbed on the substrate surface is used as a source gas, film formation is performed using a film formation method in which different types of source gases are reacted while being alternately supplied on the substrate. Can be performed.
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は本発明による成膜方法が実施される成膜装置の概略構成図である。図１に示す成膜装置は、複数の原料ガスを交互に供給して薄膜を生成する成膜装置の一例として、フッ化タンタル（ＴａＦ５）とシラン（ＳｉＨ４）とを交互に供給してタンタルシリサイド（ＴａＳｉｘ）の薄膜を生成する成膜装置である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a film forming apparatus in which a film forming method according to the present invention is implemented. The film formation apparatus shown in FIG. 1 supplies tantalum fluoride (TaF 5 ) and silane (SiH 4 ) alternately as an example of a film formation apparatus that generates a thin film by alternately supplying a plurality of source gases. This is a film forming apparatus for producing a tantalum silicide (TaSi x ) thin film.
処理チャンバ２内には、薄膜を生成する基体としてシリコン基板Ｗが載置される載置台４が設けられている。載置台４の上方に配置されたシャワーヘッド６から原料ガスであるＴａＦ５とＳｉＨ４とが交互にキャリアガスＡｒと共に処理チャンバ２内に供給される。シャワーヘッド６にはガス供給管８が接続されており、ＳｉＨ４とＡｒはガス供給管８の一端から供給され、ガス供給管８を流れてシャワーヘッドに供給される。一方、ＴａＦ５はガス供給管８の側面に接続されたガス通路１０を介してガス供給管８に供給され、Ａｒと共にシャワーヘッド６に供給される。
In the
ここで、アンモニアガス（ＮＨ３）もガス供給管８及びシャワーヘッド６を介して処理チャンバ２に供給されるが、ＮＨ３の供給は後述するように前処理を施すために行なわれる。したがって、ＮＨ３は、ＴａＦ５とＳｉＨ４とを交互供給してタンタルシリサイド（ＴａＳｉｘ）を成長させる工程では供給されない。
Here, ammonia gas (NH 3 ) is also supplied to the
処理チャンバ２に供給されたＴａＦ５とＳｉＨ４のうち、反応に寄与しなかった部分は、処理チャンバ２の底部に設けられたバタフライバルブ１２を介して高真空ポンプ（ターボ分子ポンプ：ＴＭＰ）１４により処理チャンバ２内から排気され、さらに低真空ポンプ（ドライポンプ：ＤＰ）１６により外部に排気される。
Of TaF 5 and SiH 4 supplied to the
図１に示す成膜装置で生成されるタンタルシリサイド（ＴａＳｉｘ）の薄膜は、例えば多層薄膜構造中に銅ビア等を形成する際に層間絶縁膜と銅ビアとの間に設けられるバリア膜として用いられる。図２はバリア膜として用いるタンタルシリサイドの薄膜を生成する工程を示す図である。 The tantalum silicide (TaSi x ) thin film generated by the film forming apparatus shown in FIG. 1 is used as a barrier film provided between an interlayer insulating film and a copper via, for example, when a copper via is formed in a multilayer thin film structure. Used. FIG. 2 is a diagram showing a process of generating a tantalum silicide thin film used as a barrier film.
図２に示す例では、半導体装置等の薄膜多層構造において、上下の配線層を接続する銅ビアを形成している。まず、図２（ａ）に示すように、配線層としての銅膜２０の上に層間絶縁膜２１とエッチストッパ膜２２とが形成される。次に、図２（ｂ）に示すように、層間絶縁膜２１とエッチストッパ膜２２とを貫通してビア孔２３が形成される。続いて、図２（ｃ）に示すように、ビア孔２３の上部にトレンチ２４が形成される。
In the example shown in FIG. 2, copper vias for connecting upper and lower wiring layers are formed in a thin film multilayer structure such as a semiconductor device. First, as shown in FIG. 2A, an
通常、ビア孔２３の内面及びトレンチ２４の内面にバリア膜２５を形成し、ビア２３及びトレンチに埋め込まれた銅が層間絶縁膜２１中に拡散することを防止する。本発明の実施例では、後述するようにバリア膜としてタンタルシリサイド（ＴａＳｉｘ）の薄膜を形成するが、その前に図２（ｄ）に示すようにビア孔２３の内面及びトレンチ２４の内面に前処理を施す。その後、図２６（ｅ）に示すように、ＴａＦ５とＳｉＨ４とを交互に供給しながらＴａＳｉｘのバリア膜２５を生成する。バリア膜２５を形成した後、図２（ｆ）に示すように、トレンチ２４及びビア孔２３の中に銅を埋め込んで銅ビア２６を形成する
以上のように、本発明の一つの特徴は、従来はバリア膜を生成することができなかったような条件においても、前処理を行うことによりバリア膜を生成することができるようにしたことである。ただし、前処理は必須のものではなく、例えば供給する原料ガスの圧力を増大させる等の他の成膜条件を調整制御することで、原料ガスの交互供給によるバリア膜を生成可能とすることもできる。
Usually, a
ここで、本発明の第１実施例によるバリア膜の成膜方法について説明する。 Here, a method of forming a barrier film according to the first embodiment of the present invention will be described.
原料ガスであるＴａＦ５とＳｉＨ４とは、両方ともシリコン基板に吸着されにくい性質を有しており、通常の条件下での交互供給では基板上にＴａＳｉｘの薄膜を生成することはできない。そこで、本発明の第１実施例では、ＴａＦ５とＳｉＨ４とを処理チャンバ２内に交互供給する前に基板Ｗの表面に前処理を施し、且つＴａＦ５とＳｉＨ４とを処理チャンバ２内に交互供給する際に処理チャンバ２内の圧力を上げることにより、ＴａＦ５とＳｉＨ４が基板に吸着されやすいようにし、ＴａＳｉｘの薄膜の生成を可能としている。
Both the source gases TaF 5 and SiH 4 are difficult to be adsorbed to the silicon substrate, and a TaSi x thin film cannot be formed on the substrate by alternating supply under normal conditions. Therefore, in the first embodiment of the present invention, subjected to a pretreatment to the surface of the substrate W prior to alternately supply and TaF 5 and SiH 4 into the
上述のように、本実施例では、成膜処理を行なう前に、基板Ｗの表面にＮＨ３を供給する前処理工程を行なう。すなわち、通常の基板Ｗの表面にはＴａＦ５はほとんど吸着されないため、基板Ｗの表面にＴａＦ５を吸着させるために前処理を行なう。 As described above, in this embodiment, a pretreatment process for supplying NH 3 to the surface of the substrate W is performed before the film formation process is performed. That is, since TaF 5 is hardly adsorbed on the surface of the normal substrate W, pretreatment is performed to adsorb TaF 5 on the surface of the substrate W.
基板Ｗの表面にＮＨ３を供給すると、図３（ａ)に示すように、基板Ｗの表面に多数のＮＨ３が付着する。この状態でＴａＦ５を供給すると、基板上のＮＨ３とＴａＦ５とが結合して、図３（ｂ）に示すように、基板上に多数のＮＨｘ−ＴａＦｘが付着した状態となる。この状態は、基板の表面にＴａＦｘＮｙが付着した状態と考えることができる。ＴａＦｘＮｙはＳｉＨ４を化学吸着しやすい性質を有している。したがって、図３（ｂ）に示す状態の基板にＳｉＨ４を供給すると、図３（ｃ）に示すように、ＳｉＨｘがＴａＦｘと反応してＨＦとＴａＳｉとが生成される。ＨＦは基板から離れて周囲のガス中に拡散するが、ＴａＳｉは基板上に付着して残る。これにより、基板上にＴａＳｉの核が生成される。 When NH 3 is supplied to the surface of the substrate W, a large number of NH 3 adheres to the surface of the substrate W as shown in FIG. When TaF 5 is supplied in this state, NH 3 and TaF 5 on the substrate are combined, and as shown in FIG. 3B, a large number of NH x -TaF x is attached on the substrate. This state can be considered as a state in which TaF x N y adheres to the surface of the substrate. TaF x N y has a property of easily adsorbing SiH 4 . Therefore, when SiH 4 is supplied to the substrate in the state shown in FIG. 3B, SiH x reacts with TaF x to generate HF and TaSi as shown in FIG. 3C. HF diffuses away from the substrate and into the surrounding gas, while TaSi remains deposited on the substrate. Thereby, TaSi nuclei are generated on the substrate.
これ以降、ＴａＦ５とＳｉＨ４とを交互に供給することにより、ＴａＳｉの核が成長し、ＴａＳｉｘ膜を生成することができる。ただし、図３（ｃ）に示すＳｉＨ４がＴａＦ５と反応する段階では、反応速度が遅いため成膜に時間がかかってしまう。 Thereafter, by alternately supplying TaF 5 and SiH 4 , TaSi nuclei grow and a TaSi x film can be generated. However, at the stage where SiH 4 reacts with TaF 5 as shown in FIG.
そこで、本実施例では、原料ガスのＳｉＨ４を供給する際の圧力を上げること、すなわちＳｉＨ４の分圧を上げることにより、ＳｉＨ４とＴａＦ５との反応速度を高めて、ＴａＳｉｘ膜の生成時間を短縮している。ＳｉＨ４の分圧を上げるためには、ＳｉＨ４の供給量を増大する方法や、ＳｉＨ４の供給時に処理チャンバ２からの排気を絞る方法が考えられる。本実施例では、処理チャンバ２の排気口に設けられたバタフライバルブ１２の開度を小さくするか、閉じることにより、処理チャンバ２内の圧力が上昇するように制御している。
Therefore, in this embodiment, increasing the pressure when supplying the SiH 4 source gas, i.e., by increasing the partial pressure of SiH 4, to increase the rate of reaction between SiH 4 and TaF 5, the TaSi x film The generation time has been shortened. In order to increase the partial pressure of SiH 4, a method of increasing the supply amount of SiH 4, a method to narrow the exhaust from the
図４は前処理後の原料ガス供給のシーケンスを示すタイムチャートである。図４のタイムチャートには、原料ガスとしてＴａＦ５，ＳｉＨ４及びキャリアガスとしてＡｒを処理チャンバに供給するシーケンスが示されており、それに加えて、処理チャンバの排気口に設けられたバタフライバルブ１２の開度が示されている。バタフライバルブ１２の開度を調整することにより、排気速度を調整することができ、したがって処理チャンバ２内の圧力を調節することができる。
FIG. 4 is a time chart showing the source gas supply sequence after the pretreatment. The time chart of FIG. 4 shows a sequence for supplying TaF 5 , SiH 4 as source gases and Ar as a carrier gas to the processing chamber, and in addition, a
本実施例では、ＮＨ３を供給して前処理を行なった後に、図４に示すシーケンスでＴａＦ５，ＳｉＨ４及びＡｒを処理チャンバ２に供給する。前処理は、例えばＮＨ３とＡｒを４００／１００ｓｃｃｍの流量で２秒間処理チャンバ２に供給し、次の２秒間で真空排気を行なうことで行なわれる。このような前処理の後に、図４に示すシーケンスでＴａＦ５とＳｉＨ４とを交互供給する。
In this embodiment, after NH 3 is supplied and pretreatment is performed, TaF 5 , SiH 4 and Ar are supplied to the
まずＴａＦ５とＡｒとを０．５／１００ｓｃｃｍの流量で１秒間処理チャンバ２に供給する（図４（ａ），（ｃ））。この時、バタフライバルブ１２は全閉（０度）となっている（図４（ｄ））。次に、バタフライバルブ１２を全開（９０度）として処理チャンバ２内のＴａＦ５とＡｒとを５秒間排気する（図４（ｄ））。排気が終わると、ＳｉＨ４及びＡｒを１６５／１００ｓｃｃｍの流量で６秒間処理チャンバ２に供給する（図４（ｂ）、（ｃ））。この時、バタフライバルブ１２は全閉（０度）とされている（図４（ｄ））。ＳｉＨ４及びＡｒを６秒間供給した後、バタフライバルブ１２を全開（９０度）として処理チャンバ２内のＳｉＨ４とＡｒ及び反応生成物とを５秒間排気する（図４（ｄ））。以上のシーケンスを、ＴａＳｉ膜が所定の厚さになるまで例えば１００回繰り返す。
First, TaF 5 and Ar are supplied to the
以上のように、ＮＨ３により前処理を行った後に図４に示すシーケンスでＴａＦ５とＳｉＨ４とを交互供給した結果、図４に示すシーケンスを５０回繰り返した時点でＴａＳｉｘ膜が生成され始め、１００回の時点で約２００Åの膜厚のＴａＳｉｘ膜が得られた。その後、２００回目で約３００Å、３００回目で約４００Åの膜厚のＴａＳｉｘ膜が得られた（後述の図６参照）。 As described above, a result of the alternating supply and TaF5 and SiH4 in the sequence shown in Figure 4 after the pre-treatment by NH3, TaSi x film begins to be generated at the time of repeated 50 times a sequence shown in FIG. 4, 100 At that time, a TaSi x film having a thickness of about 200 mm was obtained. Thereafter, a TaSi x film having a thickness of about 300 mm at the 200th time and about 400 mm at the 300th time was obtained (see FIG. 6 described later).
なお、本実施例では前処理として基板表面にＮＨ３を供給したが、後述するように基板表面に極薄のＴａＮ膜を生成することとしてもよい。この場合でも、上述のシーケンスによりＴａＮ膜上にＴａＳｉ膜を生成することができる。 In this embodiment, NH 3 is supplied to the substrate surface as a pretreatment. However, as will be described later, an extremely thin TaN film may be formed on the substrate surface. Even in this case, a TaSi film can be formed on the TaN film by the above-described sequence.
以上のように、原料ガスのＴａＦ５及びＳｉＨ４はどちらも極性をもたないガスであり、基板表面に吸着しにくいため、本実施例では、双極子モーメントを有しているＮＨ３による前処理を行なって、ＴａＦ５の吸着を促進することにより、ＴａＳｉｘ膜の生成を可能としている。前処理用のガスとしてＮＨ３を用いることが好ましいが、これに限定されることなく、双極子モーメントを有する他のガスを用いることとしてもよい。 As described above, since the source gases TaF 5 and SiH 4 are both gases having no polarity and are difficult to be adsorbed on the surface of the substrate, in this embodiment, before the NH 3 having a dipole moment, By performing the treatment to promote the adsorption of TaF 5 , a TaSi x film can be generated. Although NH 3 is preferably used as the pretreatment gas, the present invention is not limited to this, and another gas having a dipole moment may be used.
また、本実施例では、成膜中のＳｉＨ４の分圧を例えば１３０Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以上というように、あるしきい値以上とすることで、ＴａＳｉｘ膜の生成を可能としている。ＳｉＨ４の分圧を上げるためにバタフライバルブ１２を閉じているが、必ずしも完全に閉じる必要はなく、分圧がしきい値以上となるように開度を調整すればよい。
In this embodiment, the TaSi x film can be generated by setting the partial pressure of SiH 4 during film formation to a certain threshold value or higher, for example, 130 Pa (1 Torr) or higher. The
次に、本発明の第２実施例による成膜方法について説明する。 Next, a film forming method according to the second embodiment of the present invention will be described.
本発明の第２実施例では、前処理として基板Ｗの表面に極薄のＴａＮ膜を生成する。ＴａＮ膜は原料ガスのＴａＦ５を吸着するため、基板表面にＴａＮ膜があると、ＴａＳｉｘ膜を効率的に生成することができる。このような前処理により生成する膜としてＴａＮ膜が好ましいが、これに限ることなく、原料ガスを吸着する性質を有する膜であれば他の種類の膜を用いてもよい。 In the second embodiment of the present invention, an ultrathin TaN film is formed on the surface of the substrate W as a pretreatment. Since the TaN film adsorbs the source gas TaF 5 , if there is a TaN film on the substrate surface, a TaSi x film can be efficiently generated. A TaN film is preferable as a film generated by such pretreatment. However, the present invention is not limited to this, and any other type of film may be used as long as it has a property of adsorbing a source gas.
本実施例では、前処理としてＴａＮ膜を生成するが、ＴａＮ膜の生成は、基板を加熱しながら原料ガスを交互供給する方法（以下、熱ＡＬＤと称する）や、原料ガスを処理チャンバ外でプラズマ化して交互供給する方法（以下、リモートプラズマエンハンストＡＬＤ：ＲＥＡＬＤと称する）がある。 In this embodiment, a TaN film is generated as a pretreatment. The TaN film can be formed by alternately supplying a source gas while heating the substrate (hereinafter referred to as thermal ALD), or by supplying the source gas outside the processing chamber. There is a method (hereinafter referred to as remote plasma enhanced ALD: REALD) in which plasma is supplied alternately.
以下、本実施例ではＲＥＡＬＤによりＴａＮ膜を生成して前処理を行い、その後に上述の図４に示すシーケンスに基づいてＴａＦ５とＳｉＨ４とを交互供給してＴａＳｉｘ膜を生成する。 Hereinafter, in this embodiment, a TaN film is generated by REALD and pre-processed, and then TaF 5 and SiH 4 are alternately supplied based on the sequence shown in FIG. 4 to generate a TaSi x film.
前処理としてＲＥＡＬＤによるＴａＮ膜の生成は、以下のようにして行なう。まず、基板を４００℃に加熱し、ＴａＦ５とＡｒとを０．５／１００ｓｃｃｍの流量で１秒間供給する。その後、真空排気を３秒間行い処理チャンバ２内のＴａＦ５を排気する。次に、プラズマ化したＮＨ３，Ｈ２，Ａｒを２２０／２２０／１００ｓｃｃｍの流量で６秒間供給する。その後真空排気を１秒間行なう。以上のシーケンスを１０回〜２０回繰り返すことにより、基板上に極薄のＴａＮ膜が生成される。
As a pretreatment, the TaN film is formed by REALD as follows. First, the substrate is heated to 400 ° C., and TaF 5 and Ar are supplied at a flow rate of 0.5 / 100 sccm for 1 second. Thereafter, vacuum exhaust is performed for 3 seconds to exhaust TaF 5 in the
なお、本実施例では、プラズマ化したＮＨ３，Ｈ２，Ａｒを供給するために、図１におけるガス供給管８に例えば高周波プラズマ発生装置が接続される。
In this embodiment, for example, a high-frequency plasma generator is connected to the
以上の前処理を行なってから、基板温度を４００℃として図４に示すシーケンスを１００回繰り返してＴａＳｉ膜を生成した。 After performing the above pretreatment, the sequence shown in FIG. 4 was repeated 100 times at a substrate temperature of 400 ° C. to produce a TaSi film.
図５は、上述のシーケンスにより成膜する際の処理チャンバ２内の圧力プロファイルを示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a pressure profile in the
上述のシーケンスでは、ＴａＦ５を供給する時にはバタフライバルブ１２を閉じているが、必ずしも閉じる必要はなく、前処理条件によっては開いておいてもよい。図５に示す圧力プロファイルでは、ＴａＦ５を供給する時間は１秒間と短いため、バタフライバルブ１２を閉じていても、処理チャンバ２内の圧力はほとんど上昇しない。続いてバタフライバルブ１２を開いて、ＴａＦ５及びＡｒの供給を停止し、５秒間排気する。これにより基板に吸着されなかった処理チャンバ内のＴａＦ５をほぼ完全に排気する。
In the above-described sequence, the
次に、バタフライバルブ１２を閉じて、ＳｉＨ４及びＡｒの供給を開始する。バタフライバルブ１２を閉じた状態、すなわち排気を行なわない状態で原料ガスが供給されるため、処理チャンバ２内の圧力は上昇し、図５に示す圧力プロファイルでは１２秒目近辺で１５６Ｐａ（１．２Ｔｏｒｒ）に達する。
Next, the
ここで、図５中には、バタフライバルブ１２を閉じないで、開いたまま原料ガスを供給した場合の圧力が点線で示されている。この場合、処理チャンバ２内の圧力はほとんど上昇せず、したがってＳｉＨ４の分圧も低いため、ＴａＳｉ膜は生成されなかった。本発明者等の実験によると、ＴａＳｉ膜を生成するためには、ＳｉＨ４の供給時の圧力が１３０Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以上必要であった。この圧力のしきい値は、成膜条件により変化するものと考えられるが、ＴａＦ５とＳｉＨ４とを交互供給してＴａＳｉｘ膜を生成する場合、少なくともＳｉＨ４の分圧をあるしきい値以上とすることが必要であることがわかった。
Here, in FIG. 5, the pressure when the raw material gas is supplied while the
以上のような処理において、ＴａＦ５の供給時にバタフライバルブを開いて圧力を約１．５６Ｐａ（０．０１２Ｔｏｒｒ）とした場合、膜厚が３７３Åで比抵抗が２２５μΩｃｍのＴａＳｉ膜が得られた。また、ＴａＦ５の供給時にバタフライバルブを閉じて圧力を約２．７３Ｐａ（０．０２１Ｔｏｒｒ）とした場合、膜厚が６３９Åで比抵抗が２２４μΩｃｍのＴａＳｉ膜が得られた。したがって、ＴａＦ５の供給時は、バタフライバルブを開いても閉じてもよいが、閉じて圧力を上げたほうが成膜速度が大きくなることがわかった。 In the above processing, when the pressure was set to about 1.56 Pa (0.012 Torr) when the TaF 5 was supplied, a TaSi film having a film thickness of 373 mm and a specific resistance of 225 μΩcm was obtained. Further, when the butterfly valve was closed when TaF 5 was supplied and the pressure was about 2.73 Pa (0.021 Torr), a TaSi film having a film thickness of 639 mm and a specific resistance of 224 μΩcm was obtained. Therefore, when supplying TaF 5 , the butterfly valve may be opened or closed, but it has been found that the film forming rate increases when the pressure is increased by closing the butterfly valve.
図６は、前処理としてＮＨ３を供給する方法と、ＴａＮ膜を生成する方法とを用いて生成したＴａＳｉｘ膜の膜厚を示すグラフである。 FIG. 6 is a graph showing the film thickness of a TaSi x film generated using a method of supplying NH 3 as a pretreatment and a method of generating a TaN film.
前処理としてＴａＮ膜を生成した場合、ＴａＳｉｘ膜の生成処理を始めると直ちに成膜が始まり、シーケンスを１００回繰り返した時点で約７００Åの膜厚となる。このように、前処理としてＴａＮ膜を生成した場合には、インキュベーションタイムはほぼ無いものと考えられる。 When a TaN film is generated as a pretreatment, the film formation starts immediately after the TaSi x film generation process is started, and the film thickness is about 700 mm when the sequence is repeated 100 times. Thus, when a TaN film is generated as a pretreatment, it is considered that there is almost no incubation time.
一方、前処理としてＮＨ３を供給した場合、ＴａＳｉｘ膜の生成処理を始めてからシーケンスを５０回程度繰り返した時点でＴａＳｉｘ膜の生成が始まる。その後、１００回の時点で約２００Åの膜厚となる。このように、前処理としてＮＨ３を供給する場合は、ある程度のインキュベーションタイムが生じる。 On the other hand, when NH 3 is supplied as a pretreatment, the generation of the TaSi x film starts when the sequence is repeated about 50 times after the TaSi x film generation process is started. Thereafter, the film thickness is about 200 mm at 100 times. Thus, when NH3 is supplied as a pretreatment, a certain amount of incubation time occurs.
以上のように、前処理により、ＴａＳｉｘ膜の成膜条件は異なる。図７は前処理と圧力条件とを変えた場合の成膜の有無と成膜速度とを示す図である。 As described above, the deposition conditions for the TaSi x film differ depending on the pretreatment. FIG. 7 is a diagram showing the presence / absence of film formation and the film formation speed when the pretreatment and pressure conditions are changed.
図７において、Ｃｌｏｓｅはバタフライバルブ１２を閉めて圧力を上げることを意味し、Ｏｐｅｎはバタフライバルブ１２を開けて排気を行なうことを意味する。また、×は成膜しないことを意味し、○は成膜することを意味する。また、ＧＲは１サイクル当たりの膜の成長速度であり、単位はÅ／サイクル（ｃｙ．）である。
In FIG. 7, “Close” means closing the
図７からわかるように、何の前処理も行わない場合は成膜しなかった。また、前処理としてＮＨ３を供給した場合は、ＴａＦ５の供給時、及びＳｉＨ４の供給時共にバタフライバルブ１２を閉じた場合だけ成膜が可能となり、その成膜速度は２．８Å／サイクルであった。
As can be seen from FIG. 7, no film was formed when no pretreatment was performed. Further, when NH 3 is supplied as a pretreatment, film formation is possible only when the
前処理としてＲＥＡＬＤによりＴａＮ膜を生成した場合は、ＴａＦ５の供給時、及びＳｉＨ４の供給時共にバタフライバルブ１２を閉じた場合に成膜が可能となり、その成膜速度は６．８Å／サイクルであった。また、ＴａＦ５の供給時はバタフライバルブ１２を開き、ＳｉＨ４を供給時にバタフライバルブ１２を閉じた場合でも成膜が可能であり、その成膜速度は３．７Å／サイクルであった。
When a TaN film is formed by REALD as a pretreatment, film formation is possible when the
２ 処理チャンバ
４ 載置台
６ シャワーヘッド
８ ガス供給管
１０ ガス通路
１２ バタフライバルブ
１４ ターボ分子ポンプ
１６ ドライポンプ
２０ 銅膜
２１ 層間絶縁膜
２２ エッチストップ膜
２３ ビア孔
２４ トレンチ
２５ バリア膜
２６ 銅ビア
2
Claims (9)
前記原料ガスを供給する前に、該基板の成膜を行なう表面に原料ガスの吸着を促進する前処理を施すことを特徴とする成膜方法。 A film forming method for generating a thin film by reacting on a substrate while alternately supplying different kinds of source gases,
Before supplying the source gas, a film forming method is characterized in that a pretreatment for promoting the adsorption of the source gas is performed on the surface of the substrate on which the film is formed.
前記前処理として、双極子モーメントを有するガスを前記基板の表面に供給することを特徴とする成膜方法。 The film forming method according to claim 1,
A film forming method comprising supplying a gas having a dipole moment to the surface of the substrate as the pretreatment.
前記双極子モーメントを有するガスはＮＨ３であることを特徴とする成膜方法。 The film forming method according to claim 2,
The film forming method, wherein the gas having a dipole moment is NH 3 .
前記前処理として、ＴａＮ膜を前記基板の表面に生成することを特徴とする成膜方法。 The film forming method according to claim 1,
As the pretreatment, a TaN film is formed on the surface of the substrate.
前記ＴａＮ膜を、ＴａＦ５とプラズマ化したＮＨ３とを交互に供給することにより生成することを特徴とする成膜方法。 The film forming method according to claim 4,
The TaN film is formed by alternately supplying TaF 5 and plasmatized NH 3 .
前記原料ガスの供給時に、前記原料ガスの圧力を所定のしきい値以上とすることを特徴とする成膜方法。 The film forming method according to claim 1,
A film forming method, wherein a pressure of the source gas is set to a predetermined threshold value or more when the source gas is supplied.
前記原料ガスはＴａＦ５及びＳｉＨ４であり、
前記前処理はＮＨ３を基板表面に供給する処理であり、
前記ＴａＦ５及びＳｉＨ４を交互供給する際に、ＴａＦ５及びＳｉＨ４の分圧を所定のしきい値以上とすることにより前記基板上にＴａＳｉｘ膜を生成することを特徴とする成膜方法。 The film forming method according to claim 1,
The source gas is TaF 5 and SiH 4 ,
The pretreatment is a treatment for supplying NH 3 to the substrate surface,
A film forming method, wherein, when TaF 5 and SiH 4 are alternately supplied, a TaSix film is formed on the substrate by setting a partial pressure of TaF 5 and SiH 4 to a predetermined threshold value or more.
前記原料ガスはＴａＦ５及びＳｉＨ４であり、
前記前処理はＴａＮ膜を基板表面に生成する処理であり、
前記ＴａＦ５及びＳｉＨ４を交互供給する際に、ＳｉＨ４の分圧を所定のしきい値以上とすることにより前記基板上にＴａＳｉｘ膜を生成することを特徴とする成膜方法。 The film forming method according to claim 1,
The source gas is TaF 5 and SiH 4 ,
The pretreatment is a treatment for generating a TaN film on the substrate surface,
A film forming method, wherein, when TaF 5 and SiH 4 are alternately supplied, a TaSix film is formed on the substrate by setting a partial pressure of SiH 4 to a predetermined threshold value or more.
前記ＴａＦ５及びＳｉＨ４を交互供給する際に、ＴａＦ５の分圧を所定のしきい値以上とすることを特徴とする成膜方法。 The film forming method according to claim 8,
A film forming method, wherein when TaF 5 and SiH 4 are alternately supplied, a partial pressure of TaF 5 is set to a predetermined threshold value or more.
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