JP2009141227A - Method of forming titanium film and device for forming titanium film - Google Patents

Method of forming titanium film and device for forming titanium film Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of forming a titanium film and a device for forming the titanium film capable of improving homology etc., by arranging a silicide structure of titanium uniformly. <P>SOLUTION: In the method of forming the titanium film, the titanium film 8 is formed on a surface of a workpiece W having a silicon portion 6 and an insulating film 2 exposed on the surface by supplying a material gas containing titanium, a reducing gas, and an inert gas into a processing container 14 that is evacuated, and generating plasma in the processing container, wherein the ratio of a supply amount of the reducing gas to the total flow rate of the reducing gas and inert gas is set ≤67%. Consequently, the silicide structure of titanium is made uniform to improve the homology etc. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、表面にシリコン部と絶縁膜が露出している半導体ウエハ等の表面にチタン膜を形成するようにした成膜方法及び成膜装置に関する。   The present invention relates to a film forming method and a film forming apparatus in which a titanium film is formed on the surface of a semiconductor wafer or the like in which a silicon portion and an insulating film are exposed on the surface.

一般に、半導体集積回路を製造するためには、半導体ウエハに対して、成膜、エッチング、酸化拡散、アニール等の各種の熱処理が繰り返し施され、この種の処理を行う装置の一例として例えば特許文献１等に開示されているプラズマ処理装置が用いられる。そして、半導体集積回路の更なる高集積化及び高微細化の要求に対応して、半導体素子を埋め込む絶縁膜や多層化された回路構成間の絶縁を図る層間絶縁膜などに形成されたホール、例えばコンタクトホールやビアホールの径もますます微細化されており、これに伴ってこのホールに埋め込まれた配線の良好な導通を図るための埋め込み技術が重要となっている。   In general, in order to manufacture a semiconductor integrated circuit, various heat treatments such as film formation, etching, oxidative diffusion, and annealing are repeatedly performed on a semiconductor wafer. 1 or the like is used. In response to the demand for further higher integration and miniaturization of the semiconductor integrated circuit, holes formed in an insulating film for embedding a semiconductor element or an interlayer insulating film for insulating between multilayered circuit structures, For example, the diameters of contact holes and via holes are further miniaturized, and accordingly, an embedding technique for achieving good conduction of wiring embedded in the holes is important.

上記埋め込み処理を行う場合には、アルミニウム、タングステン、或いはこれらの合金が一般的に用いられるが、この埋め込みに先立って、ホール下端部に露出している例えばシリコン基板とのコンタクト抵抗の低減等を図る目的でチタン（Ｔｉ）膜を形成しており、このＴｉ膜とシリコン基板との界面部分でシリサイド化を生ぜしめて珪化チタンとしてＴｉＳｉ２ を形成し、コンタクト抵抗を減少させている（特許文献２、３等）。 When performing the above filling process, aluminum, tungsten, or an alloy thereof is generally used. Prior to this filling, for example, contact resistance with a silicon substrate exposed at the lower end of the hole is reduced. For this purpose, a titanium (Ti) film is formed, and silicidation occurs at the interface between the Ti film and the silicon substrate to form TiSi 2 as titanium silicide, thereby reducing contact resistance (Patent Document 2). 3 etc.).

ここで上記シリサイド化を伴うＴｉ膜の成膜方法について説明する。図１０はＴｉ膜の成膜対象となる半導体ウエハの一部を示す拡大断面図である。被処理体である半導体ウエハＷは例えばシリコン基板よりなり、その上面に例えばＳｉＯ２ よりなる絶縁膜２が形成され、この絶縁膜２に微細なホール４が形成されている。そして、このホール４の底部に下層の導電層であるシリコン部６が露出されている。 Here, a method for forming a Ti film with silicidation will be described. FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view showing a part of a semiconductor wafer on which a Ti film is formed. Semiconductor wafer W as an object to be processed is made of a silicon substrate, for example, the insulating film 2, for example made of SiO 2 on the upper surface is formed, the insulating film 2 on the fine hole 4 is formed. A silicon portion 6 that is a lower conductive layer is exposed at the bottom of the hole 4.

このシリコン部６は例えばｎ型又はｐ型の不純物をシリコン基板にドープすることにより形成された拡散層よりなり、これによりウエハＷの表面（ホールの底部を含む）には、シリコン部６と絶縁膜２とが露出した状態となっている。   The silicon portion 6 is formed of a diffusion layer formed by doping an n-type or p-type impurity into a silicon substrate, for example, so that the surface of the wafer W (including the bottom of the hole) is insulated from the silicon portion 6. The film 2 is exposed.

このような半導体ウエハＷに対して、このウエハＷを所定の温度に維持しつつ原料ガスとして例えばＴｉＣｌ４ ガスを用い、還元ガスとして例えばＨ２ ガスを用い、プラズマ化用のガスとして例えばＡｒガスを用いてプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理を行うことにより表面全体にＴｉ膜８が形成される。プラズマ中ではＴｉＣｌ４ は以下の反応で分解されて低次塩化物のプリカーサ（前駆体）が生成される。まず原料のＴｉＣｌ４ が式１に従って活性化する。次に活性化されたＴｉＣｌ４ ＊が式２に従ってＴｉＣｌ３ が形成されて成膜に寄与するプリカーサとなる。また、式３にしたがってＴｉＣｌ３ は更に分解してＴｉＣｌ２ が形成され、これも成膜に寄与するプリカーサとなる。尚、”＊”は活性化していることを示す。以下同様である。 For such a semiconductor wafer W, for example, TiCl 4 gas is used as a source gas while maintaining the wafer W at a predetermined temperature, for example, H 2 gas is used as a reducing gas, and Ar gas is used as a plasma-forming gas, for example. A Ti film 8 is formed on the entire surface by performing a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) process using the above. In the plasma, TiCl 4 is decomposed by the following reaction to produce a low-order chloride precursor (precursor). First, the raw material TiCl 4 is activated according to Equation 1. Next, the activated TiCl 4 * is formed into TiCl 3 according to Equation 2 to become a precursor contributing to film formation. Further, TiCl 3 is further decomposed according to Equation 3 to form TiCl 2 , which also serves as a precursor contributing to film formation. Note that “*” indicates activation. The same applies hereinafter.

ＴｉＣｌ４ ＋Ａｒ→ＴｉＣｌ４ ＊＋Ａｒ （１）
ＴｉＣｌ４ ＊＋Ｈ／Ｈ＊→ＴｉＣｌ３ ＋ＨＣｌ （２）
ＴｉＣｌ３ ＋Ｈ／Ｈ＊→ＴｉＣｌ２ ＋ＨＣｌ （３）
ＴｉＣｌ２ は非常に活性なプリカーサであり、絶縁膜、例えばＳｉＯ２ 膜上では式４にしたがって（Ｈ２ 還元反応）Ｔｉ膜を成膜する。
ＴｉＣｌ２ ＋Ｈ２ →Ｔｉ＋２ＨＣｌ （４） TiCl 4 + Ar → TiCl 4 * + Ar (1)
TiCl 4 * + H / H * → TiCl 3 + HCl (2)
TiCl 3 + H / H * → TiCl 2 + HCl (3)
TiCl 2 is a very active precursor, and a Ti film is formed on an insulating film, for example, a SiO 2 film, according to Equation 4 (H 2 reduction reaction).
TiCl 2 + H 2 → Ti + 2HCl (4)

以上のようにＨ２ ガスを多量に供給し、高濃度のＨ２ ガス雰囲気にすることでＴｉ成膜を促進する。また、ＨＣｌの形態でＣｌをプリカーサから脱離、排気することで、Ｔｉ膜中へのＣｌの混入を抑制する。このためＨ２ ガスはＡｒガスに比べてかなり大きな流量で供給している。
そして、ホール４の底部に成膜したＴｉ膜８は、シリコン部６と接触してその境界がシリサイド化されて、ここに例えばＴｉＳｉ２ よりなる珪化チタン１０が形成される。 Ti film formation is promoted by supplying a large amount of H 2 gas as described above to create a high concentration H 2 gas atmosphere. Further, Cl is desorbed and exhausted from the precursor in the form of HCl, thereby suppressing the mixing of Cl into the Ti film. For this reason, H 2 gas is supplied at a considerably larger flow rate than Ar gas.
Then, the Ti film 8 formed on the bottom of the hole 4 comes into contact with the silicon portion 6 and its boundary is silicided, and a titanium silicide 10 made of, for example, TiSi 2 is formed here.

特開平８−３３９８９５号公報JP-A-8-339895 特開平１１−０４０５１８号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-040518 特開２００３−０５５７６７号公報JP 2003-0555767 A

ところが、Ｔｉ膜の成膜処理を６５０℃程度の温度領域で行うと、Ｔｉとシリコン基板とが反応してシリサイド化することにより形成される珪化チタン膜ＴｉＳｉ２ の結晶相がウエハ面内でバラツキを生ずる。このため、ＴｉＳｉ２ 中のＴｉ膜厚（Ｔｉの含有量）がウエハ面内でパラツキを生じ、結果的に絶縁膜上とシリコン上でのＴｉ成膜の選択比もまたウエハ面内で大きなバラツキが発生する。また、この結晶相のバラツキに起因するＴｉＳｉ２ 膜のモホロジー（表面形態）の悪化も発生する。 However, when the Ti film is formed in a temperature range of about 650 ° C., the crystal phase of the titanium silicide film TiSi 2 formed by the reaction between Ti and the silicon substrate and silicidation varies within the wafer surface. Is produced. For this reason, the Ti film thickness (Ti content) in TiSi 2 varies within the wafer surface, and as a result, the selectivity of Ti film formation on the insulating film and silicon also varies greatly within the wafer surface. Will occur. In addition, deterioration of the morphology (surface morphology) of the TiSi 2 film due to the variation of the crystal phase also occurs.

また、５５０℃付近のより低い温度領域ではＴｉのシリサイド化により組成の違うＴｉＳｉやＴｉ５ Ｓｉ３ などのシリサイド相が形成され、珪化チタン膜のシート抵抗の面内均一性が極端に悪化する、という問題もあった。 Further, in a lower temperature region near 550 ° C., silicide phases such as TiSi and Ti 5 Si 3 having different compositions are formed by silicidation of Ti, and the in-plane uniformity of the sheet resistance of the titanium silicide film is extremely deteriorated. There was also a problem.

本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、チタンのシリサイド化の過程で珪化チタン膜の結晶及び組成のバツラキを抑制してシリサイド相を揃えることによりウエハ面内均一性を改善し、同時に珪化チタン膜のモホロジーやシート抵抗を改善することが可能なチタン膜の成膜方法及びチタン膜の成膜装置を提供することにある。   The present invention has been devised to pay attention to the above problems and to effectively solve them. The object of the present invention is to improve the uniformity in the wafer surface by suppressing the variation of the crystal and composition of the titanium silicide film during the silicidation process of titanium and aligning the silicide phase. At the same time, the morphology and sheet resistance of the titanium silicide film are improved. It is an object of the present invention to provide a titanium film forming method and a titanium film forming apparatus capable of improving the above.

本発明者等は、Ｔｉのシリサイド化について鋭意研究した結果、Ａｒガスに対してＨ２ ガスの供給量を抑制することにより、シリサイド化を制御することができる、という知見を得ることによって、本発明に至ったものである。 As a result of earnest research on the silicidation of Ti, the present inventors have obtained knowledge that silicidation can be controlled by suppressing the supply amount of H 2 gas to Ar gas. Invented.

請求項１に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内に、チタンを含む原料ガスと還元ガスと不活性ガスとを供給すると共に、前記処理容器内にプラズマを立てて表面にシリコン部と絶縁膜とが露出している被処理体の表面にチタン膜を形成するチタン膜の成膜方法において、前記還元ガスと不活性ガスとの合計流量に対する前記還元ガスの供給量の比率が６７％以下となるように設定したことを特徴とするチタン膜の成膜方法である。   According to the first aspect of the present invention, a raw material gas containing titanium, a reducing gas, and an inert gas are supplied into a processing vessel that can be evacuated, and plasma is generated in the processing vessel to form a silicon portion on the surface. In the titanium film forming method of forming a titanium film on the surface of the object to be processed where the insulating film is exposed, the ratio of the reducing gas supply amount to the total flow rate of the reducing gas and the inert gas is 67. % Is a titanium film forming method characterized by being set to be equal to or less than%.

このように、チタン膜の成膜時に還元ガスと不活性ガスとの合計流量に対する還元ガスの供給量の比率が６７％以下となるように設定したので、チタンのシリサイド化の過程で珪化チタン膜の結晶及び組成のバラツキを抑制してシリサイド相を揃えることによりウエハ面内均一性を改善し、同時に珪化チタン膜のモホロジーやシート抵抗を改善することができる。   As described above, since the ratio of the supply amount of the reducing gas to the total flow rate of the reducing gas and the inert gas is set to 67% or less at the time of forming the titanium film, the titanium silicide film is formed during the silicidation of titanium The uniformity of the in-plane of the wafer can be improved by suppressing the variation of the crystal and the composition and aligning the silicide phase, and at the same time, the morphology and sheet resistance of the titanium silicide film can be improved.

この場合、例えば請求項２に記載したように、前記シリコン部上に前記チタン膜が形成されることにより、前記シリコン部がシリサイド化して珪化チタンが形成される。
また例えば請求項３に記載したように、前記還元ガスの供給量の比率の下限は３．５％である。 In this case, for example, as described in claim 2, by forming the titanium film on the silicon portion, the silicon portion is silicided to form titanium silicide.
For example, as described in claim 3, the lower limit of the ratio of the supply amount of the reducing gas is 3.5%.

また例えば請求項４に記載したように、前記チタン膜の成膜時の温度は５２５〜６００℃の範囲内である。
このように、チタン膜の成膜時の温度が５２５〜６００℃の範囲内では、特にシリサイド化により形成される珪化チタン膜のシート抵抗や膜厚の面内均一性を向上でき、更にはシート抵抗の低減化を図ることができる。 For example, as described in claim 4, the temperature at the time of forming the titanium film is in a range of 525 to 600 ° C.
Thus, when the temperature at the time of forming the titanium film is within the range of 525 to 600 ° C., the sheet resistance and the in-plane uniformity of the film thickness of the titanium silicide film formed by silicidation can be improved. The resistance can be reduced.

また例えば請求項５に記載したように、前記還元ガスと不活性ガスとが先に供給されてプラズマ化され、その後、プラズマ中に前記原料ガスを供給する。
また例えば請求項６に記載したように、前記還元ガスと不活性ガスと原料ガスとが共に供給されて、その後プラズマ化する。
また例えば請求項７に記載したように、前記原料ガスはＴｉＣｌ４ であり、前記不活性ガスは希ガスであり、前記還元ガスはＨ２ である。 For example, as described in claim 5, the reducing gas and the inert gas are supplied first to be turned into plasma, and then the source gas is supplied into the plasma.
Further, for example, as described in claim 6, the reducing gas, the inert gas, and the raw material gas are supplied together, and then converted into plasma.
For example, as described in claim 7, the source gas is TiCl 4 , the inert gas is a rare gas, and the reducing gas is H 2 .

請求項８に係る発明は、表面にシリコン部と絶縁膜とが露出している被処理体の表面にチタン膜を形成する成膜装置において、真空排気が可能になされた処理容器と、前記処理容器内に設けられて前記被処理体を保持する載置台と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記処理容器内にチタンを含む原料ガスと還元ガスと不活性ガスとを供給するガス導入手段と、前記処理容器内にプラズマを形成するプラズマ形成手段と、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の成膜方法を行うように制御する制御部と、を備えたことを特徴とするチタン膜の成膜装置である。   According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a film forming apparatus for forming a titanium film on a surface of an object to be processed in which a silicon portion and an insulating film are exposed on the surface, a processing container capable of being evacuated, and the processing A mounting table provided in a container for holding the object to be processed, a heating means for heating the object to be processed, and a gas for supplying a raw material gas containing titanium, a reducing gas, and an inert gas in the processing container An introduction unit, a plasma formation unit that forms plasma in the processing container, and a control unit that controls to perform the film forming method according to claim 1. A titanium film forming apparatus.

請求項９に係る発明は、真空排気が可能になされた処理容器と、前記処理容器内に設けられて表面にシリコン部と絶縁膜とが露出している被処理体を保持する載置台と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記処理容器内にチタンを含む原料ガスと還元ガスと不活性ガスとを供給するガス導入手段と、前記処理容器内にプラズマを形成するプラズマ形成手段と、装置全体を制御する制御部と、を有するチタン膜の成膜装置を用いて前記被処理体の表面にチタン膜を形成するに際して、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の成膜方法を行うように制御するコンピュータに読み取り可能なプログラムを記憶する記憶媒体である。   The invention according to claim 9 is a processing vessel that can be evacuated, a mounting table that is provided in the processing vessel and holds an object to be processed in which a silicon portion and an insulating film are exposed on the surface, Heating means for heating the object to be processed, gas introducing means for supplying a source gas containing titanium, a reducing gas, and an inert gas into the processing container; and plasma forming means for forming plasma in the processing container; When forming a titanium film on the surface of the object to be processed using a titanium film forming apparatus having a control unit that controls the entire apparatus, the film formation according to any one of claims 1 to 7 A storage medium storing a computer readable program for controlling to perform the method.

本発明に係るチタン膜の成膜方法及びチタン膜の成膜装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
チタン膜の成膜時に還元ガスと不活性ガスとの合計流量に対する還元ガスの供給量の比率が６７％以下となるように設定したので、チタン膜の成膜時に還元ガスと不活性ガスとの合計流量に対する還元ガスの供給量の比率が６７％以下となるように設定したので、チタンのシリサイド化の過程で珪化チタン膜の結晶及び組成のバラツキを抑制してシリサイド相を揃えることによりウエハ面内均一性を改善し、同時に珪化チタン膜のモホロジーやシート抵抗を改善することができる。 According to the titanium film forming method and the titanium film forming apparatus of the present invention, the following excellent effects can be exhibited.
Since the ratio of the supply amount of the reducing gas to the total flow rate of the reducing gas and the inert gas during the formation of the titanium film was set to 67% or less, the reduction gas and the inert gas were formed during the formation of the titanium film. Since the ratio of the supply amount of the reducing gas to the total flow rate is set to 67% or less, the wafer surface is obtained by suppressing the variation in the crystal and composition of the titanium silicide film during the silicidation of titanium and aligning the silicide phase. The internal uniformity can be improved, and at the same time, the morphology and sheet resistance of the titanium silicide film can be improved.

特に、請求項４に係る発明によれば、チタン膜の成膜時の温度が５２５〜６００℃の範囲内では、特にシリサイド化により形成される珪化チタン膜のシート抵抗や膜厚の面内均一性を向上でき、更にはシート抵抗の低減化を図ることができる。   In particular, according to the fourth aspect of the present invention, the sheet resistance and the film thickness of the titanium silicide film formed by silicidation are uniform in the plane when the temperature at the time of forming the titanium film is in the range of 525 to 600 ° C. The sheet resistance can be improved and the sheet resistance can be reduced.

以下に、本発明に係るチタン膜の成膜方法及びチタン膜の成膜装置の好適な一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係るチタン膜の成膜方法を実施するチタン膜の成膜装置の一例を示す断面構成図である。尚、ここではチタン膜（Ｔｉ膜）をプラズマＣＶＤにより成膜してシリサイド化する場合を例にとって説明する。 Hereinafter, a preferred embodiment of a titanium film forming method and a titanium film forming apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram showing an example of a titanium film forming apparatus for performing a titanium film forming method according to the present invention. Here, a case where a titanium film (Ti film) is formed by plasma CVD and silicided will be described as an example.

図示するように、このＴｉ膜の成膜装置１２は、例えばアルミニウムにより円筒体状に成形された処理容器１４を有しており、この処理容器１４は接地されている。この処理容器４の天井部には、ガス導入手段として下面に多数のガス噴出口１６を有するシャワーヘッド部１８が設けられており、これにより各種の必要なガスを処理容器１４内の処理空間Ｓへ導入できるようになっている。尚、このシャワーヘッド部１８内は、この中で原料ガスであるＴｉＣｌ４ と還元ガスであるＨ２ とが混ざらないように区画されており、両ガスが処理空間Ｓへ噴出された時に初めて混ざるように、いわゆるポストミックス構造になっている。また、これに限らず、両ガスをシャワーヘッド部１８内で混合させる、いわゆるプレミックス構造のシャワーヘッド部を用いてもよい。 As shown in the figure, the Ti film forming apparatus 12 has a processing container 14 formed into a cylindrical shape with, for example, aluminum, and the processing container 14 is grounded. A shower head portion 18 having a large number of gas jets 16 on the lower surface is provided as a gas introduction means on the ceiling portion of the processing vessel 4, thereby allowing various necessary gases to flow into the processing space S in the processing vessel 14. Can be introduced to. The inside of the shower head 18 is divided so that the raw material gas TiCl 4 and the reducing gas H 2 are not mixed, and the two gases are mixed for the first time when they are ejected into the processing space S. Thus, it has a so-called postmix structure. Further, the present invention is not limited to this, and a shower head portion having a so-called premix structure in which both gases are mixed in the shower head portion 18 may be used.

このシャワーヘッド部１８の全体は、例えばニッケルやハステロイ（商品名）、アルミニウム、カーボン、グラファイト、或いはこれらの材料の組み合わせよりなり、全体として導電体により構成されており、平行平板電極の上部電極を兼ねている。この上部電極であるシャワーヘッド部１８の外周側や上方側は、例えば石英やアルミナ（Ａｌ２ Ｏ３ ）等よりなる絶縁体２０により全体が覆われており、上記シャワーヘッド部１８はこの絶縁体２０を介して処理容器１４側に絶縁状態で取り付け固定されている。この場合、上記シャワーヘッド部１８と絶縁体２０と処理容器１４の各接合部には、例えばＯリング等よりなるシール部材２２がそれぞれ介在されており、処理容器１４内の気密性を維持するようになっている。 The entire shower head portion 18 is made of, for example, nickel, hastelloy (trade name), aluminum, carbon, graphite, or a combination of these materials, and is composed of a conductor as a whole. Also serves as. The outer peripheral side and upper side of the shower head portion 18 which is the upper electrode are entirely covered with an insulator 20 made of, for example, quartz or alumina (Al 2 O 3 ), and the shower head portion 18 is covered with this insulator. An insulating state is attached and fixed to the processing container 14 side via 20. In this case, a sealing member 22 made of, for example, an O-ring or the like is interposed at each joint portion of the shower head 18, the insulator 20, and the processing container 14, so that the airtightness in the processing container 14 is maintained. It has become.

そして、このシャワーヘッド部１８には、プラズマ形成手段２８が接続されている。具体的には、このプラズマ形成手段２８は例えば４５０ｋＨｚの高周波電圧を発生する高周波電源２４を有しており、この高周波電源２４がマッチング回路２６を介して上記シャワーヘッド部１８に接続されて、上記上部電極であるシャワーヘッド部１８に必要に応じて高周波電圧を印加するようになっている。尚、この高周波電圧の周波数は４５０ｋＨｚに限定されず、他の周波数、例えば１３．５６ＭＨｚ等を用いてもよく、具体的には３００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚの範囲内の周波数を用いることができる。   The shower head unit 18 is connected with plasma forming means 28. Specifically, the plasma forming means 28 has a high-frequency power source 24 that generates a high-frequency voltage of 450 kHz, for example, and the high-frequency power source 24 is connected to the shower head unit 18 via a matching circuit 26 to A high frequency voltage is applied to the shower head portion 18 as an upper electrode as necessary. The frequency of the high-frequency voltage is not limited to 450 kHz, and other frequencies such as 13.56 MHz may be used. Specifically, a frequency within the range of 300 kHz to 27 MHz can be used.

そして、この処理容器１４の側壁には、ウエハを搬出入するための搬出入口３０が形成されており、これにはゲートバルブ３２が設けられて開閉可能になされている。このゲートバルブ３２には、半導体ウエハを大気に晒すことなく搬送するために図示しないロードロック室やトランスファチャンバ等が接続される。   A loading / unloading port 30 for loading / unloading a wafer is formed on the side wall of the processing container 14. A gate valve 32 is provided on the loading / unloading port 30 so as to be opened and closed. The gate valve 32 is connected to a load lock chamber, a transfer chamber, and the like (not shown) for transporting the semiconductor wafer without exposing it to the atmosphere.

また、この処理容器１４の底部の中央は、下方へ凹部状に成形されており、この側面には、図示しない真空ポンプ等に接続された排気口３４が設けられて、処理容器１４内を必要に応じて真空引き可能としている。そして、この処理容器１４内には、被処理体としての半導体ウエハＷを載置するためにその底部より支柱３６を介して支持された載置台３８が設けられている。この載置台３８は下部電極を兼ねており、この載置台３８の上部周縁部には、ウエハＷの周囲を囲むようにしてリング状のフォーカスリング４０が設けられている。そして、この下部電極である載置台３８と上記上部電極であるシャワーヘッド部１８との間の処理空間Ｓに上部電極へ高周波電圧を印加することによりプラズマを立て得るようになっている。   Further, the center of the bottom portion of the processing container 14 is formed in a concave shape downward, and an exhaust port 34 connected to a vacuum pump (not shown) is provided on this side surface so that the inside of the processing container 14 is necessary. Depending on the situation, vacuuming is possible. And in this processing container 14, in order to mount the semiconductor wafer W as a to-be-processed object, the mounting base 38 supported via the support | pillar 36 from the bottom part is provided. The mounting table 38 also serves as a lower electrode. A ring-shaped focus ring 40 is provided around the upper periphery of the mounting table 38 so as to surround the periphery of the wafer W. A plasma can be generated by applying a high-frequency voltage to the upper electrode in the processing space S between the mounting table 38 serving as the lower electrode and the shower head unit 18 serving as the upper electrode.

具体的には、この載置台３８は、例えば全体がＡｌＮ等のセラミックスよりなり、この内部に加熱手段として例えばモリブデンやタングステン線等の抵抗体よりなる加熱ヒータ４２が所定のパターン形状に配列して埋め込まれている。この加熱ヒータ４２には、ヒータ電源４４が配線４６を介して接続されており、必要に応じて上記加熱ヒータ４２に電力を供給してウエハＷを所定の温度に温度制御できるようになっている。更に、この載置台３８の内部には、下部電極の機能を発揮させるために例えばモリブデン線等をメッシュ状（網状）に網み込んでなる電極本体４８が面内方向に略全域に亘って埋め込まれている。そして、この電極本体４８は配線５０を介して接地されている。尚、この電極本体４８にバイアス電圧として高周波電圧を印加するようにしてもよい。   Specifically, the mounting table 38 is entirely made of ceramic such as AlN, for example, and a heater 42 made of a resistor such as molybdenum or tungsten wire is arranged in a predetermined pattern shape as a heating means. Embedded. A heater power supply 44 is connected to the heater 42 via a wiring 46 so that power can be supplied to the heater 42 as needed to control the temperature of the wafer W to a predetermined temperature. . Further, in the mounting table 38, an electrode body 48 formed by meshing, for example, a molybdenum wire or the like in a mesh shape (mesh shape) is embedded almost in the in-plane direction in order to exhibit the function of the lower electrode. It is. The electrode body 48 is grounded via the wiring 50. A high frequency voltage may be applied to the electrode body 48 as a bias voltage.

そして、上記載置台３８には、これを上下方向に貫通して３本のピン孔５２が形成されており（図１中では２個のみ記す）、各ピン孔５２には、その下端が円弧状の連結リング５４に共通に支持された例えば石英製の押し上げピン５６が遊嵌状態で挿通できるようになっている。そして、上記連結リング５４は、容器底部を貫通して上下移動可能に設けた出没ロッド５８の上端に支持されており、この出没ロッド５８の下端はアクチュエータ６０に接続されている。これにより、上記各押し上げピン５６をウエハＷの受け渡し時に各ピン孔５２の上端から上方へ出没させるようになっている。また、上記出没ロッド５８の容器底部に対する貫通部には、伸縮可能になされたベローズ６２が介設されており、上記出没ロッド６２が処理容器１４内の気密性を維持しつつ昇降できるようになっている。   The mounting table 38 is formed with three pin holes 52 penetrating in the vertical direction (only two are shown in FIG. 1), and each pin hole 52 has a circular lower end. A push-up pin 56 made of, for example, quartz that is commonly supported by the arc-shaped connecting ring 54 can be inserted in a loosely fitted state. The connecting ring 54 is supported by an upper end of an in / out rod 58 provided so as to be vertically movable through the bottom of the container. The lower end of the in / out rod 58 is connected to an actuator 60. As a result, the push-up pins 56 are projected and raised upward from the upper ends of the pin holes 52 when the wafer W is transferred. In addition, a bellows 62 that can be expanded and contracted is interposed in a through-hole portion of the in / out rod 58 with respect to the bottom of the container so that the in / out rod 62 can be moved up and down while maintaining the airtightness in the processing container 14. ing.

そして、上記シャワーヘッド部１８のガス導入口６４には、処理に必要な各種のガスを供給するガス供給系６６が接続されている。具体的には、ここではガス供給系６６として、原料ガスとして例えばＴｉＣｌ４ ガスを流す原料ガス管６８、プラズマ用ガスとして不活性ガス、例えばＡｒガスを流すプラズマ用ガス管７０及び還元ガスとして例えばＨ２ ガスを流す還元ガス管７２がそれぞれ接続されている。そして、各ガス管６８、７０、７２には各ガスの供給量を制御するマスフローコントローラのような流量制御器６８Ａ、７０Ａ、７２Ａと、開閉弁６８Ｂ、７０Ｂ、７２Ｂとがそれぞれ介設されている。 A gas supply system 66 that supplies various gases necessary for processing is connected to the gas inlet 64 of the shower head unit 18. Specifically, here, as the gas supply system 66, for example, a source gas pipe 68 that flows TiCl 4 gas as a source gas, an inert gas such as Ar gas, for example, a plasma gas pipe 70 that flows Ar gas, and a reducing gas as a source gas, for example, A reducing gas pipe 72 for flowing H 2 gas is connected to each other. Each gas pipe 68, 70, 72 is provided with a flow rate controller 68A, 70A, 72A such as a mass flow controller for controlling the supply amount of each gas, and an on-off valve 68B, 70B, 72B. .

そして、この装置全体は、例えばコンピュータよりなる制御部７４により制御され、例えば各ガスの供給の開始、停止、各ガスの流量制御、ウエハＷの温度制御、処理容器１４内の圧力制御、プラズマ発生用の高周波電力の供給及び供給の停止等を制御するようになっている。また、この制御に必要なコンピュータに読み取り可能なプログラムは、記憶媒体７６に記憶されている。この記憶媒体７６は、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等よりなる。   The entire apparatus is controlled by a control unit 74 made of, for example, a computer. For example, the start and stop of the supply of each gas, the flow control of each gas, the temperature control of the wafer W, the pressure control in the processing container 14, and the plasma generation The control of the supply and stop of the supply of high-frequency power for use is controlled. A computer-readable program necessary for this control is stored in the storage medium 76. The storage medium 76 includes, for example, a flexible disk, a CD (Compact Disc), a CD-ROM, a hard disk, a flash memory, or a DVD.

次に、以上のように構成された成膜装置を用いて行われる本発明のチタン膜の成膜方法について図２乃至図５も参照して説明する。図２は各ガスの供給態様とプラズマ着火のタイミングを示すタイミングチャート、図３はシリコン基板上に形成したＴｉ膜のシリサイド化の状況を調べるためのＸ線回折分析の結果を示すグラフ、図４は水素ガスの供給量の比率を変えて成膜されたＴｉ（珪化チタン）の表面の電子顕微鏡写真、図５は水素ガスの供給量の比率と半導体ウエハ上に堆積するＴｉ膜の選択比との関係を示すグラフである。   Next, the titanium film forming method of the present invention performed using the film forming apparatus configured as described above will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a timing chart showing the supply mode of each gas and the timing of plasma ignition. FIG. 3 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis for examining the silicidation status of the Ti film formed on the silicon substrate. Is an electron micrograph of the surface of Ti (titanium silicide) formed by changing the ratio of the hydrogen gas supply rate, and FIG. 5 shows the ratio of the hydrogen gas supply rate and the selectivity of the Ti film deposited on the semiconductor wafer. It is a graph which shows the relationship.

ここで用いられる半導体ウエハＷは図１０にも示したように、表面にシリコン部と絶縁膜とが露出しているようなウエハであり、上記シリコン部はシリコン基板の場合もあるし、基板上に形成されたシリコン膜の場合もある。底部にシリコン部が露出することになるホールはコンタクトホールやビアホールが対応する。そして、絶縁膜としてはシリコン酸化膜（ＳｉＯ２ 膜）が対応し、このＳｉＯ２ 膜上とシリコン部であるＳｉ上とにそれぞれＴｉ膜が形成されることになる。 As shown in FIG. 10, the semiconductor wafer W used here is a wafer in which the silicon portion and the insulating film are exposed on the surface, and the silicon portion may be a silicon substrate or on the substrate. In some cases, the silicon film is formed on the substrate. The contact hole and via hole correspond to the hole where the silicon part is exposed at the bottom. A silicon oxide film (SiO 2 film) corresponds to the insulating film, and a Ti film is formed on the SiO 2 film and on the silicon part Si.

まず、処理容器１４の側壁に設けたゲートバルブ３２を開状態とし、図示しないロードロック室等から搬出入口３０を介して未処理の上述したような半導体ウエハＷをこの処理容器１４内へ搬入し、これを押し上げピン５６に受け渡してこれを降下させることによって、ウエハＷを下部電極である載置台３８上に載置させる。   First, the gate valve 32 provided on the side wall of the processing vessel 14 is opened, and an unprocessed semiconductor wafer W as described above is carried into the processing vessel 14 through a loading / unloading port 30 from a load lock chamber or the like (not shown). The wafer W is transferred to the push-up pins 56 and lowered to place the wafer W on the mounting table 38 as the lower electrode.

次に、処理容器１４内を密閉状態とし、加熱ヒータ４２への投入電力を増して予熱状態になされている載置台３８の温度をプロセス温度まで昇温して維持する。そして、これと共に各開閉弁６８Ｂ、７０Ｂ、７２Ｂを開状態にして上部電極であるシャワーヘッド部１８からプラズマガスのＡｒガスや還元ガスのＨ２ ガスや原料ガスのＴｉＣｌ４ ガスをそれぞれ流量制御しつつ処理容器１４内へ供給すると同時に、排気口３４から処理容器１４内を真空引きして処理容器１４内を所定のプロセス圧力に維持する。 Next, the inside of the processing container 14 is hermetically sealed, and the power supplied to the heater 42 is increased to raise the temperature of the mounting table 38 in a preheated state to the process temperature and maintain it. At the same time, each of the on-off valves 68B, 70B, 72B is opened to control the flow rate of the Ar gas of the plasma gas, the H 2 gas of the reducing gas, and the TiCl 4 gas of the source gas from the shower head portion 18 which is the upper electrode. At the same time, the inside of the processing container 14 is evacuated from the exhaust port 34 to maintain the inside of the processing container 14 at a predetermined process pressure.

そして更に、上記高周波電源２４を駆動することにより、上部電極であるシャワーヘッド部１８と下部電極である載置台３８との間に例えば４５０ｋＨｚの高周波電圧を印加し、これにより、処理空間Ｓにプラズマを立ててプラズマによってＴｉＣｌ４ ガスを分解し、ウエハＷの表面にＴｉ膜を堆積させる。これと同時に例えばホールの底部に露出しているシリコン部上に堆積したＴｉ膜は下地のＳｉと反応してシリサイド化することになり、境界部分に珪化チタン（ＴｉｘＳｉｙ：ｘ、ｙは正の整数）が形成されることになる。 Further, by driving the high-frequency power source 24, a high-frequency voltage of 450 kHz, for example, is applied between the shower head portion 18 as the upper electrode and the mounting table 38 as the lower electrode, and thereby plasma is generated in the processing space S. The TiCl 4 gas is decomposed by plasma and a Ti film is deposited on the surface of the wafer W. At the same time, for example, the Ti film deposited on the silicon portion exposed at the bottom of the hole reacts with the underlying Si to be silicided, and titanium silicide (TixSiy: x, y is a positive integer) at the boundary. ) Will be formed.

ここで各ガスの供給態様の一例は、図２に示すように、ＡｒガスとＨ２ ガスとを先に供給してそれぞれの供給量が安定した後に、プラズマ着火を行ってプラズマを立てる。そして、上記ＡｒガスやＨ２ ガスがプラズマ化したならば、その後にＴｉＣｌ４ ガスを供給し、このＴｉＣｌ４ ガスを還元、或いは分解してプラズマＣＶＤによりＴｉ膜をウエハ上に堆積される。尚、上記各ガスの供給態様やプラズマ着火のタイミングは上記した順序に限定されず、例えば図２中の破線で示すようにＡｒ、Ｈ２ 、ＴｉＣｌ４ の各ガスの供給後にプラズマを着火するようにしてもよい。 Here, as an example of a supply mode of each gas, as shown in FIG. 2, after Ar gas and H 2 gas are supplied first and the respective supply amounts are stabilized, plasma ignition is performed to generate plasma. Then, when the Ar gas or H 2 gas is turned into plasma, TiCl 4 gas is supplied thereafter, and this TiCl 4 gas is reduced or decomposed to deposit a Ti film on the wafer by plasma CVD. The supply mode of each gas and the timing of plasma ignition are not limited to the above-described order. For example, as shown by the broken lines in FIG. 2, the plasma is ignited after the supply of each gas of Ar, H 2 and TiCl 4. It may be.

さて、上述したようなプラズマＣＶＤによるＴｉ膜の成膜処理において、従来の成膜方法ではＡｒガスと比較してＨ２ ガスを多量に供給していたが、ここでは本発明方法の特徴として還元ガスであるＨ２ ガスと不活性ガスであるＡｒガスとの合計流量に対するＨ２ ガスの供給量の比率、すなわち”Ｈ２ ／Ｈ２ ＋Ａｒ”が６７％以下となるように設定する。上述のように、Ｈ２ ガスの供給量の比率（＝Ｈ２ ／Ｈ２ ＋Ａｒ）を６７％以下に設定することにより、シリサイド化により形成される珪化チタンのシリサイド相が揃えられてウエハ面内で単一となり、この結果、ウエハ面内の膜厚及びシート抵抗の均一性を改善することができる。 In the Ti film formation process by plasma CVD as described above, the conventional film formation method supplies a large amount of H 2 gas compared to Ar gas. gas at a H 2 gas and the supply amount of the ratio of the H 2 gas to the total flow rate of Ar gas is an inert gas, i.e. "H 2 / H 2 + Ar " is set to be equal to or less than 67%. As described above, by setting the ratio of the supply amount of H 2 gas (= H 2 / H 2 + Ar) to 67% or less, the silicide phase of titanium silicide formed by silicidation is aligned and in the wafer surface. As a result, the uniformity of the film thickness and the sheet resistance in the wafer surface can be improved.

この点について詳しく説明すると、前述したようになる。すなわち、Ｈ２ 濃度が高いとプラズマ雰囲気中に多量の水素原子（Ｈ）または水素ラジカル（Ｈ＊）が生成され、ＴｉＣｌ４ の還元反応が促進されてＴｉＣｌ２ が多量に生成される。この結果、Ｔｉ膜の成膜過程は活性なプリカーサＴｉＣｌ２ による成膜反応が支配的になる。ＴｉＣｌ２ がシリコン表面に吸着するとＳｉＯ２ 表面とは違いＴｉＣｌ２ は直接Ｓｉと反応して珪化チタンとなり（Ｓｉ還元反応）、同時にＳｉはＳｉＣｌ２ となり揮発してシリコン基板がエッチングされる。 This point will be described in detail as described above. That is, when the H 2 concentration is high, a large amount of hydrogen atoms (H) or hydrogen radicals (H *) are generated in the plasma atmosphere, the reduction reaction of TiCl 4 is promoted, and a large amount of TiCl 2 is generated. As a result, in the Ti film forming process, the film forming reaction by the active precursor TiCl 2 is dominant. When TiCl 2 is adsorbed on the silicon surface SiO TiCl 2 Unlike 2 surface becomes a reaction to titanium silicide directly Si (Si reduction reaction), at the same time Si is the silicon substrate is etched with SiCl 2 becomes volatile.

上記Ｓｉ還元反応はＨ２ 還元反応に比べて活性であるため基板温度が６５０℃付近の高温領域ではＴｉＳｉ２ のＣ４９結晶相に加えてＣ５４結晶相が形成される。また、５５０℃付近の温度領域ではシリサイド化により珪化チタン膜としてＴｉＳｉと共に異質な組成を有するＴｉ５ Ｓｉ３ のシリサイド相が形成される。
このように珪化チタン膜のシリサイド相にバラツキが発生すると珪化チタン膜の膜厚（成膜レート）やシート抵抗などの電気的特性の面内均一性が悪化するのみならず、５５０℃付近の温度領域ではシート抵抗の増大、６５０℃付近の温度領域ではモホロジーが悪化する。 Since the Si reduction reaction is more active than the H 2 reduction reaction, a C54 crystal phase is formed in addition to the C49 crystal phase of TiSi 2 in the high temperature region where the substrate temperature is around 650 ° C. In the temperature region near 550 ° C., a silicide phase of Ti 5 Si 3 having a different composition from TiSi is formed as a titanium silicide film by silicidation.
Thus, when variation occurs in the silicide phase of the titanium silicide film, not only the in-plane uniformity of the electrical characteristics such as the film thickness (deposition rate) and sheet resistance of the titanium silicide film deteriorates, but also a temperature around 550 ° C. The sheet resistance increases in the region, and the morphology deteriorates in the temperature region near 650 ° C.

ところがＨ２ 濃度を減少させるとプラズマ雰囲気中でのＴｉＣｌ４ の還元反応が抑制され、Ｔｉ膜の成膜過程はＴｉＣｌ３ のプリカーサによる成膜反応が支配的となる。比較的安定なプリカーサであるＴｉＣｌ３ はＳｉ表面に吸着するとＳｉＯ２ 表面と同様にＨまたはＨ＊により還元されてＴｉ膜が形成され、このＴｉ膜は熱によりＳｉと反応してシリサイド化されて珪化チタンとなる。
この結果、珪化チタン膜はウエハ面内では複数のシリサイド相が混在した状態からＴｉ成膜の温度領域によって決まる単一のシリサイド相に移行する。 However, when the H 2 concentration is reduced, the reduction reaction of TiCl 4 in the plasma atmosphere is suppressed, and the film formation reaction by the TiCl 3 precursor is dominant in the Ti film formation process. When TiCl 3, which is a relatively stable precursor, is adsorbed on the Si surface, it is reduced by H or H * to form a Ti film in the same manner as the SiO 2 surface. This Ti film reacts with Si by heat and is silicided. It becomes titanium silicide.
As a result, the titanium silicide film shifts from a state in which a plurality of silicide phases are mixed in the wafer surface to a single silicide phase determined by the temperature region of Ti film formation.

ここで、実際にＨ２ の供給量の比率を種々変化させて、Ｓｉ基板上に形成されたＴｉ膜がどのようなシリサイド相へシリサイド化されるかについて検討を行ったので、その評価結果について説明する。 Here, by actually changing the ratio of the supply amount of H 2 in various ways, the silicide phase of the Ti film formed on the Si substrate was examined. explain.

図３は成膜されたＴｉ膜のシリサイド化の状況を調べるために行ったＸ線回折の結果を示す回折スペクトルである。Ｔｉ膜の成膜時のプロセス条件は、プロセス温度（ウエハ温度）が６４０℃、プロセス圧力が５００Ｐａ、高周波電力が５００ワット、ＴｉＣｌ４ の流量が１２ｓｃｃｍ、Ａｒの流量が１６００〜４８００ｓｃｃｍ、Ｈ２ の流量が８００〜４０００ｓｃｃｍであり、裸のシリコン基板上に成膜した。この際、Ｈ２ の供給量の比率を、図３中に示すように１７〜８３％の範囲内で種々変化させた。図３中において、ＴｉＳｉ２ ・Ｃ５４とＴｉＳｉ２ ・Ｃ４９の各ピークの位置が示されている。尚、Ｘ線の強度（縦軸）に関しては、各Ｈ２ 比率毎に上下方向へずらしてピークの有無が判別し易いようにしている。 FIG. 3 is a diffraction spectrum showing the result of X-ray diffraction performed for examining the state of silicidation of the formed Ti film. The process conditions for forming the Ti film are as follows: the process temperature (wafer temperature) is 640 ° C., the process pressure is 500 Pa, the high-frequency power is 500 watts, the flow rate of TiCl 4 is 12 sccm, the flow rate of Ar is 1600 to 4800 sccm, and H 2 . The flow rate was 800 to 4000 sccm, and a film was formed on a bare silicon substrate. At this time, the ratio of the supply amount of H 2 was variously changed within a range of 17 to 83% as shown in FIG. In FIG. 3, the position of each peak of TiSi 2 · C54 and TiSi 2 · C49 is shown. The X-ray intensity (vertical axis) is shifted in the vertical direction for each H 2 ratio so that the presence or absence of a peak can be easily determined.

この図３から明らかなように、Ｈ２ の供給量の比率（＝Ｈ２ ／Ｈ２ ＋Ａｒ）が８３％の場合には、ＴｉＳｉ２ ・Ｃ４９のピークが見られるのみならず、結晶相の異なるＴｉＳｉ２ ・Ｃ５４のピークが見られ、両結晶相Ｃ４９、Ｃ５４が混在してモホロジーを悪化させていることが判る。 As apparent from FIG. 3, when the ratio of the supply amount of H 2 (= H 2 / H 2 + Ar) is 83% not only the peak of TiSi 2 · C49 is observed, different crystalline phases A peak of TiSi 2 · C54 is seen, and it can be seen that both crystal phases C49 and C54 are mixed to deteriorate the morphology.

これに対して、Ｈ２ の供給量の比率が６７％、５０％、３３％、１７％のように低い場合には、ＴｉＳｉ２ ・Ｃ４９のピークは見られるが、ＴｉＳｉ２ ・Ｃ５４のピークが見られない。従って、Ｈ２ の供給量の比率が６７％以下の場合には、珪化チタンの結晶相をＴｉＳｉ２ ・Ｃ４９に揃えることができることを確認することができた。 On the other hand, when the ratio of the supply amount of H 2 is as low as 67%, 50%, 33%, and 17%, the peak of TiSi 2 · C49 is seen, but the peak of TiSi 2 · C54 is seen can not see. Therefore, it was confirmed that when the ratio of the supply amount of H 2 was 67% or less, the crystal phase of titanium silicide could be aligned with TiSi 2 · C49.

このように、本発明によれば、チタン膜の成膜時に還元ガスと不活性ガスとの合計流量に対する還元ガスの供給量の比率が６７％以下となるように設定したので、チタンのシリサイド構造の結晶相を揃えることによりモホロジーを改善することができる。また、この場合、Ｈ２ ガスの供給量を少なくし過ぎると、還元作用が小さくなってＴｉ膜自体の成膜が十分にできなくなるので、このＨ２ の供給量の比率の下限は３．５％程度である。 As described above, according to the present invention, the ratio of the supply amount of the reducing gas to the total flow rate of the reducing gas and the inert gas during the formation of the titanium film is set to be 67% or less. The morphology can be improved by aligning the crystal phases. In this case, if the supply amount of H 2 gas is too small, the reduction action is reduced and the Ti film itself cannot be sufficiently formed. Therefore, the lower limit of the ratio of the supply amount of H 2 is 3.5. %.

更に、上述した場合よりも僅かにＨ２ ガスの供給量の比率を変えて裸のシリコン基板上にＴｉ膜（珪化チタン）を形成した時の表面の電子顕微鏡写真をとったので、その評価結果について図４を参照して説明する。ここではＨ２ ガスの供給量の比率を１４〜７１％まで変化させており、その時のウエハの中央（ｃｅｎｔｅｒ）と周縁部（ｅｄｇｅ）の電子顕微鏡写真を示している。尚、評価結果に関して、”×”は不良、”○”は良好、”◎”は最良をそれぞれ表す。 Furthermore, since the electron micrograph of the surface when the Ti film (titanium silicide) was formed on the bare silicon substrate by slightly changing the ratio of the H 2 gas supply rate as compared with the above case, the evaluation result was taken. Will be described with reference to FIG. Here, the ratio of the supply amount of H 2 gas is changed from 14 to 71%, and electron micrographs of the center and edge of the wafer at that time are shown. In addition, regarding the evaluation results, “×” indicates failure, “◯” indicates good, and “◎” indicates best.

このＴｉ膜の成膜条件は、プロセス温度（ウエハ温度）が６４０℃、プロセス圧力が５００Ｐａ、ＴｉＣｌ４ の流量が１２ｓｃｃｍ、高周波電力が５００ワットである。この電子顕微鏡写真によれば、Ｈ２ ガスの供給量の比率が７１％の場合（６７％より大きい）には、表面にかなり大きな凹凸が見られてモホロジーがかなり悪い状態となっている。 The Ti film is formed under the following conditions: the process temperature (wafer temperature) is 640 ° C., the process pressure is 500 Pa, the flow rate of TiCl 4 is 12 sccm, and the high-frequency power is 500 watts. According to the electron micrograph, when the ratio of the supply amount of H 2 gas is 71% (greater than 67%), considerably large irregularities are seen on the surface, and the morphology is considerably poor.

これに対して、Ｈ２ ガスの供給量の比率が、５７％、４３％、２９％、１４％の場合には、上記７１％の場合よりは凹凸の寸法がかなり少なくなっており、モホロジーが改善されている。そして、特に、Ｈ２ ガスの供給量の比率が２９％及び１４％の場合には表面の凹凸が格段に小さくなって表面がスムーズになっており、モホロジーを大幅に改善することができることを確認することができた。 On the other hand, when the ratio of the supply amount of H 2 gas is 57%, 43%, 29%, and 14%, the size of the unevenness is considerably smaller than the case of 71%, and the morphology is It has been improved. In particular, when the ratio of the H 2 gas supply amount is 29% and 14%, it is confirmed that the unevenness of the surface is remarkably reduced and the surface is smooth, and the morphology can be greatly improved. We were able to.

ここで、参考のために、図３において説明した評価を行った時の成膜条件で、Ｈ２ ガスの供給量の比率を変えながら、シリコン上に形成されるＴｉの膜厚とＳｉＯ２ 膜上に形成されたＴｉの膜厚との比（選択比）について検討したので、その評価結果を図５に示す。ここでＳｉＯ２ 膜上にＴｉ膜を成膜する場合には、シリコン基板の表面を酸化してＳｉＯ２ 膜を形成し、その上のＴｉ膜を形成した。また、シリコン上に形成されるＴｉ膜厚は、シリサイド化により形成される珪化チタンに含有されるＴｉの量を測定し、膜厚換算した。Ｔｉ成膜時のプロセス条件は、図３において説明した場合と全く同じである。尚、ここではＨ２ ガスの供給量の比率が１２％の場合も行っている。図５において、横軸はＨ２ ガスの供給量の比率をとり、縦軸はＴｉ膜の選択比、すなわち”Ｓｉ上のＴｉ膜の膜厚／ＳｉＯ２ 上の膜厚”をとっており、それぞれウエハセンタの値と平均値を示している。 Here, for reference, the film thickness of Ti and the SiO 2 film formed on silicon while changing the ratio of the H 2 gas supply amount under the film formation conditions when the evaluation described in FIG. 3 was performed. Since the ratio (selection ratio) with the film thickness of Ti formed above was examined, the evaluation result is shown in FIG. Here, when forming a Ti film on the SiO 2 film, the surface of the silicon substrate was oxidized to form a SiO 2 film, and a Ti film was formed thereon. The Ti film thickness formed on the silicon was converted to the film thickness by measuring the amount of Ti contained in the titanium silicide formed by silicidation. The process conditions during Ti film formation are exactly the same as those described with reference to FIG. In this case, the ratio of the supply amount of H 2 gas is 12%. In FIG. 5, the horizontal axis represents the ratio of the supply amount of H 2 gas, and the vertical axis represents the Ti film selection ratio, that is, “the thickness of the Ti film on Si / the thickness on the SiO 2 ”. The values of the wafer center and the average value are shown, respectively.

図５から明らかなように、Ｈ２ ガスの供給量の比率が高い８３％の場合には、選択比は平均値で１．５５であるのに対してウエハセンタの値は１．９５となり、ウエハ面内で大きなバラツキが生じている。これに対して、Ｈ２ ガス供給量の比率が低くなって６７〜１２％の場合には、選択比は平均値、ウエハセンタの値はともに１．４程度に安定しており、選択比はウエハ面内で均一化していることが解る。これは前述のようにＨ２ ガス濃度によって、原料のＴｉＣｌ４ ガスから生成されるプリカーサの量が変わり、Ｈ２ ガス供給量を減らすと成膜過程で支配的なプリカーサがＴｉＣｌ２ からＴｉＣｌ３ に移行することに起因すると予想される。 As is apparent from FIG. 5, when the ratio of the supply amount of H 2 gas is 83%, the selection ratio is 1.55 on the average, while the wafer center value is 1.95. There is a large variation in the plane. On the other hand, when the ratio of the H 2 gas supply amount is reduced to 67 to 12%, the selection ratio is stable at an average value and the wafer center value is about 1.4. It can be seen that it is uniform in the plane. As described above, the amount of precursor generated from the raw TiCl 4 gas varies depending on the H 2 gas concentration, and when the H 2 gas supply amount is reduced, the precursor dominant in the film formation process is changed from TiCl 2 to TiCl 3 . Expected to result from the transition.

また、ＳｉＯ２ 絶縁膜に直径が６０ｎｍのホールを形成してホール底部にＳｉ部を露出させたウエハに対して上述のようにＨ２ ガスの供給量の比率を低くしてＴｉ膜を成膜したところ、従来の成膜方法と比較して本発明の成膜方法の場合には、ステップカバレジを略２倍程度改善することができた。これは、前述のようにＨ２ ガス濃度を減少させることによってＴｉ膜成膜過程で支配的なプリカーサがＴｉＣｌ２ からＴｉＣｌ３ に移行することに起因すると予想される。 Further, the Ti film is formed by reducing the ratio of the H 2 gas supply amount as described above with respect to the wafer in which a hole having a diameter of 60 nm is formed in the SiO 2 insulating film and the Si portion is exposed at the bottom of the hole. As a result, in the case of the film forming method of the present invention, the step coverage could be improved by about twice as compared with the conventional film forming method. This is presumably due to the fact that the precursor that is dominant in the Ti film formation process shifts from TiCl 2 to TiCl 3 by reducing the H 2 gas concentration as described above.

次に、Ｈ２ ガスの供給量の比率を一定（２０％）にして成膜実験を行って形成されたＴｉ膜或いは珪化チタンの膜厚の特性について検討を行ったので、その評価結果について説明する。ここでは比較のために、Ｈ２ ガスの供給量の比率の大きな従来の成膜方法で形成したＴｉ膜或いは珪化チタンの膜厚の特性についても併記した。 Next, the characteristics of the thickness of the Ti film or titanium silicide formed by performing the film forming experiment with the ratio of the H 2 gas supply amount constant (20%) were examined, and the evaluation results were explained. To do. Here, for comparison, the film thickness characteristics of a Ti film or titanium silicide formed by a conventional film forming method with a large ratio of the supply amount of H 2 gas are also shown.

図６はウエハ温度と膜厚及び膜厚のバラツキとの関係を示すグラフ、図７はウエハ温度とシート抵抗の平均値及びシート抵抗のバラツキとの関係を示すグラフ、図８はウエハ温度と選択比との関係を示すグラフ、図９はウエハ温度と抵抗率との関係を示すグラフであり、いずれも図７（Ａ）〜図９（Ａ）が本発明方法の場合を示し、図７（Ｂ）〜図９（Ｂ）が従来の成膜方法の場合を示す。   FIG. 6 is a graph showing the relationship between wafer temperature, film thickness, and variation in film thickness, FIG. 7 is a graph showing the relationship between wafer temperature, average value of sheet resistance, and variation in sheet resistance, and FIG. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the wafer temperature and the resistivity. FIGS. 7A to 9A show the case of the method of the present invention, and FIG. B) to FIG. 9B show the case of a conventional film forming method.

成膜実験では、裸のシリコン基板とＳｉＯ２ 膜に覆われたシリコン基板とにそれぞれ成膜処理を施した。成膜条件に関しては、Ｈ２ ガスの供給量の比率は全てにおいて２０％であり、プロセス圧力は５００Ｐａ、ＴｉＣｌ４ は１２ｓｃｃｍ、ＡｒとＨ２ との合計流量は５６００ｓｃｃｍであり、Ｈ２ の供給量は１１２０ｓｃｃｍ、Ａｒの供給量は４４８０ｓｃｃｍである。またウエハ温度は５００〜６５０℃まで（従来方法の場合は６７０℃まで）変化させている。 In the film formation experiment, a film formation process was performed on each of the bare silicon substrate and the silicon substrate covered with the SiO 2 film. Regarding the film forming conditions, the ratio of the supply amount of H 2 gas is 20% in all cases, the process pressure is 500 Pa, TiCl 4 is 12 sccm, the total flow rate of Ar and H 2 is 5600 sccm, and the supply amount of H 2 Is 1120 sccm, and the supply amount of Ar is 4480 sccm. The wafer temperature is changed from 500 to 650 ° C. (in the conventional method, up to 670 ° C.).

尚、図６に示す膜厚は蛍光Ｘ線分析器（ＸＲＦ）を用いて測定しており、膜中のＴｉ原子の量が求められて膜厚換算されている。従って、Ｔｉ単体の薄膜であれば、実際の物理的膜厚が求められるが、珪化チタンの薄膜であれば、シリサイド化により体積が大きくなるので上記換算値を略２．４倍することにより物理的膜厚が求められる。   In addition, the film thickness shown in FIG. 6 is measured using a fluorescent X-ray analyzer (XRF), and the amount of Ti atoms in the film is obtained and converted into a film thickness. Therefore, an actual physical film thickness is required for a thin film of Ti alone. However, if a thin film of titanium silicide is used, the volume increases due to silicidation. The target film thickness is required.

まず、膜厚に関しては、図６（Ｂ）に示す従来方法の場合には、Ｓｉ上及びＳｉＯ２ 上において、共にウエハ温度の上昇に従って膜厚は次第に大きくなり、ＳｉＯ２ 上の膜厚は略直線的に大きくなるのに対して、Ｓｉ上の膜厚は略２次曲線的に大きくなっている。この理由は、前述したように、Ｓｉ上ではＨ２ 還元反応によるＴｉ成膜に加えてＳｉ還元反応によるＴｉ成膜が生ずるからである。 First, with regard to the film thickness, in the case of the conventional method shown in FIG. 6 (B), on the Si and SiO on 2, film thickness increases gradually with increasing wafer temperature together, the thickness of the SiO 2 substantially In contrast to increasing linearly, the film thickness on Si increases substantially in a quadratic curve. This is because, as described above, Ti film formation by Si reduction reaction occurs on Si in addition to Ti film formation by H 2 reduction reaction.

しかしながら、温度５５０〜６００℃の間の低温域において、ポイントＴ１に示すように、Ｓｉ上の膜厚は一時的に大きく落ち込んでおり、これに伴って、Ｓｉ上の膜厚のバラツキはポイントＴ２に示すように大きくなって悪化している。尚、膜厚のバラツキの”Ｍ−ｍ”は膜厚の最大値と最小値との差を示す。   However, in the low temperature range between 550 and 600 ° C., as shown at point T1, the film thickness on Si temporarily drops significantly, and with this, the variation in film thickness on Si is point T2. As shown in the figure, it gets bigger and worse. Note that “M−m” of the variation in film thickness indicates the difference between the maximum value and the minimum value of the film thickness.

これに対して、図６（Ａ）に示す本発明方法の場合には、ウエハ温度の上昇に伴って、ＳｉＯ２ 上の膜厚は略直線的に大きくなっており、また、Ｓｉ上の膜厚はポイントＴ１に示したような途中の落ち込みもなく、略２次曲線的に大きくなっている。これに伴って、Ｓｉ上の膜厚のバラツキはポイントＴ２に示したような大きなピーク値もなく略許容範囲内に収まっており、良好な結果を示していることを確認することができた。 On the other hand, in the case of the method of the present invention shown in FIG. 6 (A), the film thickness on SiO 2 increases substantially linearly as the wafer temperature rises. The thickness increases substantially like a quadratic curve without a drop in the middle as shown at point T1. Along with this, the variation in the film thickness on Si was within a substantially allowable range without a large peak value as shown at point T2, and it was confirmed that good results were shown.

換言すれば、Ａｒガスに対するＨ２ ガスの供給量の比率を前述したように例えば６７％以下に低くし、且つウエハ温度を５５０〜６００℃程度の範囲内に設定することにより、モホロジーを改善することができるのみならず、ウエハ面内におけるＳｉ（シリコン部）上の膜厚の面内均一性も向上させることができる。 In other words, the morphology is improved by reducing the ratio of the supply amount of H 2 gas to Ar gas to, for example, 67% or less as described above and setting the wafer temperature within a range of about 550 to 600 ° C. In addition, it is possible to improve the in-plane uniformity of the film thickness on Si (silicon part) in the wafer plane.

ここで上述したように、図６（Ｂ）においてポイントＴ１に示すような膜厚の大きな落ち込みが表れる現象は次のように考えられる。すなわち、シリコン上にＴｉ膜を成膜した際に温度によって形成されるシリサイド相が異なり、５２５℃よりも小さい低温領域ではＴｉはＳｉと反応せずにＴｉ膜のままであり、５２５〜６００℃の中温領域ではＴｉＳｉ（チタンモノシリサイド）が形成され、６００℃よりも大きい高温領域ではＴｉＳｉ２ （チタンジシリサイド）が形成される。そして、５２５〜５５０℃付近にＴｉ／ＴｉＳｉ転移点があり、６００℃付近にＴｉＳｉ／ＴｉＳｉ２ 転移点がある。 Here, as described above, the phenomenon in which a large drop in film thickness as shown at point T1 in FIG. 6B appears is as follows. That is, when a Ti film is formed on silicon, the silicide phase formed differs depending on the temperature, and Ti remains as a Ti film without reacting with Si in a low temperature region lower than 525 ° C .; in the intermediate temperature region is formed TiSi (titanium monosilicide) is a large high-temperature region than 600 ° C. TiSi 2 (titanium disilicide) is formed. Then, there are Ti / TiSi transition point of about five hundred twenty-five to five hundred fifty ° C., there is a TiSi / TiSi 2 transition point of about 600 ° C..

そして、上述したように、ＳｉＯ２ 上ではＴｉ膜の成膜速度はウエハ温度の上昇に伴って単調に増加しているのに対して、Ｓｉ上ではＴｉ膜の成膜速度はＴｉＳｉに転移する５５０℃で低下し、ＴｉＳｉの生成温度である５５０〜６００℃付近でＳｉＯ２ 上での成膜速度よりも低下してしまう。 As described above, the film formation rate of the Ti film on SiO 2 monotonously increases as the wafer temperature increases, whereas the film formation rate of the Ti film on Si is transferred to TiSi. It decreases at 550 ° C., and is lower than the film formation rate on SiO 2 at around 550 to 600 ° C., which is the TiSi generation temperature.

これと同時に、上記転移点付近の中温領域では、前述のように珪化チタン膜としてＴｉＳｉとともに異質な組成を有するＴｉ５ Ｓｉ３ のシリサイド相が形成されるため、ウエハ面内でシリサイド相が混在している。これはＴｉ成膜過程におけるプリカーサのＴｉＣｌ２ とＴｉＣｌ３ の混在に起因すると考えられ、この結果としてＴｉ膜の成膜速度が不均一になるので、図６（Ｂ）に示すポイントＴ１に示すような膜厚の大きなバラツキが生ずるものと、考えられる。 At the same time, in the middle temperature region near the transition point, a silicide phase of Ti 5 Si 3 having a different composition from TiSi is formed as a titanium silicide film as described above, so that a silicide phase is mixed in the wafer surface. ing. This is considered to be caused by the mixture of the precursors TiCl 2 and TiCl 3 in the Ti film forming process. As a result, the film forming speed of the Ti film becomes non-uniform, and as shown at a point T1 shown in FIG. 6B. It is considered that a large variation in film thickness occurs.

次に、図６で説明した成膜実験で形成したＴｉ膜、或いは珪化チタンのシート抵抗を測定し、このバラツキを求めたので、その評価結果について図７を参照して説明する。図７中のグラフにおいて左縦軸はシート抵抗の平均値をとっており、右縦軸はシート抵抗のバラツキをとっている。また横軸はウエハ温度を示している。   Next, the sheet resistance of the Ti film or titanium silicide formed in the film formation experiment described with reference to FIG. 6 was measured, and this variation was determined. The evaluation results will be described with reference to FIG. In the graph in FIG. 7, the left vertical axis represents the average value of the sheet resistance, and the right vertical axis represents the variation in sheet resistance. The horizontal axis indicates the wafer temperature.

図７（Ｂ）に示す従来方法の場合には、Ｓｉ上及びＳｉＯ２ 上の薄膜は共にウエハ温度の上昇に従ってシート抵抗は次第に低下する傾向にあるが、温度５２５〜６００℃の間の中温領域においてＳｉ上の珪化チタン膜に関しては、ポイントＴ３で示すように急激に跳ね上がって大きくなってピークが生じている。そして、これに伴って、上記温度領域にてシート抵抗のバラツキに関してもポイントＴ４に示すようにピークが生じており、シート抵抗の面内均一性が非常に劣化している。 In the case of the conventional method shown in FIG. 7B, the sheet resistance of both the thin film on Si and SiO 2 tends to decrease gradually as the wafer temperature increases, but the intermediate temperature region between 525 and 600 ° C. As for the titanium silicide film on Si, as shown by point T3, it jumps up suddenly and becomes larger and has a peak. Along with this, a peak occurs as shown at point T4 in the sheet resistance variation in the above temperature range, and the in-plane uniformity of the sheet resistance is extremely deteriorated.

これに対して、図７（Ａ）に示す本発明方法の場合には、ウエハ温度の上昇に伴って、ＳｉＯ２ 上のＴｉ膜のシート抵抗は略直線的に低下しており、また、Ｓｉ上の珪化チタン膜のシート抵抗は、ポイントＴ３に示したような大きなピークを生ずることなく上記Ｓｉ上の場合よりも大きな傾斜角度で略直線的に低下している。 In contrast, in the case of the method of the present invention shown in FIG. 7A, the sheet resistance of the Ti film on SiO 2 decreases substantially linearly as the wafer temperature rises, and Si The sheet resistance of the upper titanium silicide film decreases substantially linearly at a larger inclination angle than that on the Si without causing a large peak as shown at point T3.

そして、これに伴って、上記ＳｉＯ２ 上のＴｉ膜のシート抵抗のバラツキ及び上記Ｓｉ上の珪化チタン膜のシート抵抗のバラツキは、ポイントＴ４に示したような大きなピーク値もなく略許容範囲内に収まっており、良好な結果を示していることを確認することができた。従って、ウエハ温度が５２５〜６００℃程度の範囲内では、本発明方法を適用することにより、Ｓｉ（シリコン部）上の珪化チタン膜のシート抵抗の面内均一性を向上させることができることを、理解することができる。 Accordingly, the sheet resistance variation of the Ti film on the SiO 2 and the sheet resistance variation of the titanium silicide film on the Si are substantially within the allowable range without a large peak value as indicated by the point T4. It was confirmed that the results were good and showed good results. Therefore, within the range of the wafer temperature of about 525 to 600 ° C., the in-plane uniformity of the sheet resistance of the titanium silicide film on Si (silicon part) can be improved by applying the method of the present invention. I can understand.

次に、図６における成膜実験で求めたＴｉ膜の各膜厚に基づいて、Ｓｉ上の膜厚とＳｉＯ２ 上の膜厚との比（＝Ｓｉ上の膜厚／ＳｉＯ２ 上の膜厚）、すなわち選択比を算出したので、その選択比の評価結果について説明する。 Next, based on each thickness of the Ti film obtained in the film forming experiment in FIG. 6, the ratio of the film thickness on Si to the film thickness on SiO 2 (= film thickness on Si / film on SiO 2 Thickness), that is, the selection ratio is calculated, and the evaluation result of the selection ratio will be described.

図８（Ｂ）に示すように、従来の成膜方法の場合には、図６（Ｂ）に示すように、特に温度５５０〜６００℃の範囲内で生じた膜厚の落ち込みに起因して、温度５５０〜６００℃において選択比が大幅に落ち込んでおり、この点からも好ましくないことが判る。   As shown in FIG. 8 (B), in the case of the conventional film forming method, as shown in FIG. 6 (B), it is caused by the drop in the film thickness particularly occurring within the temperature range of 550 to 600 ° C. In addition, it can be seen that the selectivity is greatly lowered at a temperature of 550 to 600 ° C., which is not preferable from this point.

これに対して、図８（Ａ）に示すように本発明の成膜方法の場合には、上記した温度５５０〜６００℃の範囲内における選択比の落ち込みが解消されて、好ましい結果が得られていることが判る。   On the other hand, as shown in FIG. 8 (A), in the case of the film forming method of the present invention, the drop in the selection ratio in the temperature range of 550 to 600 ° C. is eliminated, and a preferable result is obtained. You can see that

次に、図７における成膜実験で求めた各シート抵抗の平均値に基づいて、Ｓｉ上の珪化チタンの抵抗率とＳｉＯ２ 上のＴｉ膜の抵抗率を算出したので、その抵抗率の評価結果について説明する。図９（Ｂ）に示すように、従来の成膜方法の場合には、図７（Ｂ）に示したような特に温度５２５〜６００℃の範囲内で生じたＳｉ上のシート抵抗値の跳ね上がりに起因して、温度５２５〜６００℃において抵抗率が跳ね上がってポイントＴ５にてピークを示しており、この点からも好ましくないことが判る。 Next, the resistivity of titanium silicide on Si and the resistivity of Ti film on SiO 2 were calculated based on the average value of each sheet resistance obtained in the film formation experiment in FIG. The results will be described. As shown in FIG. 9B, in the case of the conventional film forming method, the sheet resistance value jumps on the Si generated particularly in the temperature range of 525 to 600 ° C. as shown in FIG. 7B. As a result, the resistivity jumps at a temperature of 525 to 600 ° C. and shows a peak at point T5, which is also unfavorable from this point.

これに対して、図９（Ａ）に示すように本発明の成膜方法の場合には、上記した温度５２５〜６００℃の範囲内における抵抗率の変化は比較的なだらかになってピークが解消されて、好ましい結果が得られていることが判る。尚、上記図１で説明した成膜装置は単に一例を示したに過ぎず、これに限定されないのは勿論である。   On the other hand, as shown in FIG. 9A, in the case of the film forming method of the present invention, the change in resistivity within the above-described temperature range of 525 to 600 ° C. becomes comparatively gentle and the peak is eliminated. It can be seen that favorable results are obtained. The film forming apparatus described with reference to FIG. 1 is merely an example, and it is needless to say that the present invention is not limited to this.

また、ここでは原料ガスとしてＴｉＣｌ４ ガスを用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、Ｔｉ含有ガスならばどのようなものでもよく、例えば有機チタンとしてＴＤＭＡＴ（ジメチルアミノチタニウム）、ＴＤＥＡＴ（ジエチルアミノチタン）等を用いることもできる。
更には、ここでは不活性ガスとしてＡｒガスを用いたが、これに限定されず、Ｈｅ、Ｎｅ等の他の希ガスを用いてもよい。
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。 Further, here, the case where TiCl 4 gas is used as the source gas has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and any Ti-containing gas may be used. For example, TDMAT (dimethylaminotitanium) as organic titanium, TDEAT (diethylamino titanium) or the like can also be used.
Furthermore, although Ar gas is used as the inert gas here, the present invention is not limited to this, and other rare gases such as He and Ne may be used.
Although the semiconductor wafer is described as an example of the object to be processed here, the present invention is not limited thereto, and the present invention can be applied to a glass substrate, an LCD substrate, a ceramic substrate, and the like.

本発明に係るチタン膜の成膜方法を実施するチタン膜の成膜装置の一例を示す断面構成図である。It is a cross-sectional block diagram which shows an example of the film-forming apparatus of the titanium film which enforces the film-forming method of the titanium film which concerns on this invention. 各ガスの供給態様とプラズマ着火のタイミングを示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the supply mode of each gas, and the timing of plasma ignition. シリコン基板上に形成したＴｉ膜のシリサイド化の状況を調べるためのＸ線回折分析の結果を示す回折スペクトルである。It is a diffraction spectrum which shows the result of the X-ray diffraction analysis for investigating the condition of silicidation of Ti film formed on the silicon substrate. 水素ガスの供給量の比率を変えて成膜されたＴｉ（珪化チタン）の表面の電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph of the surface of Ti (titanium silicide) formed by changing the ratio of the supply amount of hydrogen gas. 水素ガスの供給量の比率と半導体ウエハ上に堆積するＴｉ膜の選択比との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the ratio of the supply amount of hydrogen gas, and the selection ratio of Ti film | membrane deposited on a semiconductor wafer. ウエハ温度と膜厚及び膜厚のバラツキとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between wafer temperature, a film thickness, and the dispersion | variation in a film thickness. ウエハ温度とシート抵抗の平均値及びシート抵抗のバラツキとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between wafer temperature, the average value of sheet resistance, and the variation in sheet resistance. ウエハ温度と選択比との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between wafer temperature and a selection ratio. ウエハ温度と抵抗率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between wafer temperature and resistivity. Ｔｉ膜の成膜対象となる半導体ウエハの一部を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows a part of semiconductor wafer used as the film-forming object of Ti film | membrane.

符号の説明Explanation of symbols

２ 絶縁膜
６ シリコン部
８ チタン膜
１４ 処理容器
１２ Ｔｉ膜の成膜装置
１８ シャワーヘッド部（ガス導入手段）
２４ 高周波電源
２８ プラズマ形成手段
３８ 載置台
４２ 加熱ヒータ（加熱手段）
６６ ガス供給系
７４ 制御部
７６ 記憶媒体
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体） 2 Insulating film 6 Silicon part 8 Titanium film 14 Processing vessel 12 Ti film forming apparatus 18 Shower head part (gas introduction means)
24 high frequency power supply 28 plasma forming means 38 mounting table 42 heater (heating means)
66 Gas supply system 74 Control unit 76 Storage medium W Semiconductor wafer (object to be processed)

Claims (9)

真空引き可能になされた処理容器内に、チタンを含む原料ガスと還元ガスと不活性ガスとを供給すると共に、前記処理容器内にプラズマを立てて表面にシリコン部と絶縁膜とが露出している被処理体の表面にチタン膜を形成するチタン膜の成膜方法において、
前記還元ガスと不活性ガスとの合計流量に対する前記還元ガスの供給量の比率が６７％以下となるように設定したことを特徴とするチタン膜の成膜方法。 A source gas containing titanium, a reducing gas, and an inert gas are supplied into a processing container that can be evacuated, and plasma is generated in the processing container to expose the silicon portion and the insulating film on the surface. In the titanium film forming method of forming a titanium film on the surface of the object to be processed,
A method for forming a titanium film, wherein a ratio of a supply amount of the reducing gas to a total flow rate of the reducing gas and the inert gas is set to 67% or less. 前記シリコン部上に前記チタン膜が形成されることにより、前記シリコン部がシリサイド化して珪化チタンが形成されることを特徴とする請求項１記載のチタン膜の成膜方法。 2. The method for forming a titanium film according to claim 1, wherein the titanium film is formed on the silicon portion, whereby the silicon portion is silicided to form titanium silicide. 前記還元ガスの供給量の比率の下限は３．５％であることを特徴とする請求項１又は２記載のチタン膜の成膜方法。 3. The method of forming a titanium film according to claim 1, wherein the lower limit of the ratio of the supply amount of the reducing gas is 3.5%. 前記チタン膜の成膜時の温度は５２５〜６００℃の範囲内であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のチタン膜の成膜方法。 4. The method for forming a titanium film according to claim 1, wherein a temperature at the time of forming the titanium film is in a range of 525 to 600 ° C. 5. 前記還元ガスと不活性ガスとが先に供給されてプラズマ化され、その後、プラズマ中に前記原料ガスを供給するようにしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のチタン膜の成膜方法。 5. The reducing gas and the inert gas are first supplied to be turned into plasma, and then the raw material gas is supplied into the plasma. A method for forming a titanium film. 前記還元ガスと不活性ガスと原料ガスとが共に供給されて、その後プラズマ化するようにしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のチタン膜の成膜方法。 5. The method for forming a titanium film according to claim 1, wherein the reducing gas, the inert gas, and the raw material gas are supplied together, and then converted into plasma. 6. 前記原料ガスはＴｉＣｌ４ であり、前記不活性ガスは希ガスであり、前記還元ガスはＨ２ であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のチタン膜の成膜方法。 7. The film formation of a titanium film according to claim 1, wherein the source gas is TiCl 4 , the inert gas is a rare gas, and the reducing gas is H 2. Method. 表面にシリコン部と絶縁膜とが露出している被処理体の表面にチタン膜を形成する成膜装置において、
真空排気が可能になされた処理容器と、
前記処理容器内に設けられて前記被処理体を保持する載置台と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記処理容器内にチタンを含む原料ガスと還元ガスと不活性ガスとを供給するガス導入手段と、
前記処理容器内にプラズマを形成するプラズマ形成手段と、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の成膜方法を行うように制御する制御部と、
を備えたことを特徴とするチタン膜の成膜装置。 In a film forming apparatus for forming a titanium film on the surface of an object to be processed in which the silicon portion and the insulating film are exposed on the surface,
A processing vessel that can be evacuated;
A mounting table provided in the processing container and holding the object to be processed;
Heating means for heating the object to be processed;
A gas introduction means for supplying a source gas containing titanium, a reducing gas, and an inert gas into the processing vessel;
Plasma forming means for forming plasma in the processing vessel;
A control unit that controls to perform the film forming method according to claim 1;
An apparatus for forming a titanium film, comprising: 真空排気が可能になされた処理容器と、
前記処理容器内に設けられて表面にシリコン部と絶縁膜とが露出している被処理体を保持する載置台と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記処理容器内にチタンを含む原料ガスと還元ガスと不活性ガスとを供給するガス導入手段と、
前記処理容器内にプラズマを形成するプラズマ形成手段と、
装置全体を制御する制御部と、を有するチタン膜の成膜装置を用いて前記被処理体の表面にチタン膜を形成するに際して、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の成膜方法を行うように制御するコンピュータに読み取り可能なプログラムを記憶する記憶媒体。 A processing vessel that can be evacuated;
A mounting table that is provided in the processing container and holds an object to be processed in which the silicon portion and the insulating film are exposed on the surface;
Heating means for heating the object to be processed;
A gas introduction means for supplying a source gas containing titanium, a reducing gas, and an inert gas into the processing vessel;
Plasma forming means for forming plasma in the processing vessel;
When forming a titanium film on the surface of the object to be processed using a titanium film forming apparatus having a control unit that controls the entire apparatus,
A storage medium storing a computer-readable program for controlling to perform the film forming method according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9390909B2 (en) * 2013-11-07 2016-07-12 Novellus Systems, Inc. Soft landing nanolaminates for advanced patterning

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0697111A (en) * 1992-09-11 1994-04-08 Sony Corp Formation of barrier metal
JPH08176823A (en) * 1994-12-26 1996-07-09 Sony Corp Formation of thin film of high melting point metal
JPH09181016A (en) * 1995-12-25 1997-07-11 Sony Corp Plasma cvd method and semiconductor device having metal film formed by the method
JPH10209077A (en) * 1997-01-23 1998-08-07 Nec Corp Manufacturing method for semiconductor device
JPH1140518A (en) * 1997-07-16 1999-02-12 Tokyo Electron Ltd Film formation of cvd-titanium film
JP2000049142A (en) * 1998-07-27 2000-02-18 Nec Corp METHOD FOR REMOVING Ti
JP2001102327A (en) * 1999-08-23 2001-04-13 Samsung Electronics Co Ltd Method for forming ohmic layer by plasma chemical vapor deposition

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4811870B2 (en) * 2004-04-09 2011-11-09 東京エレクトロン株式会社 Ti film and TiN film forming method and contact structure, and computer-readable storage medium and computer program

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0697111A (en) * 1992-09-11 1994-04-08 Sony Corp Formation of barrier metal
JPH08176823A (en) * 1994-12-26 1996-07-09 Sony Corp Formation of thin film of high melting point metal
JPH09181016A (en) * 1995-12-25 1997-07-11 Sony Corp Plasma cvd method and semiconductor device having metal film formed by the method
JPH10209077A (en) * 1997-01-23 1998-08-07 Nec Corp Manufacturing method for semiconductor device
JPH1140518A (en) * 1997-07-16 1999-02-12 Tokyo Electron Ltd Film formation of cvd-titanium film
JP2000049142A (en) * 1998-07-27 2000-02-18 Nec Corp METHOD FOR REMOVING Ti
JP2001102327A (en) * 1999-08-23 2001-04-13 Samsung Electronics Co Ltd Method for forming ohmic layer by plasma chemical vapor deposition

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