JP2009299101A - Method of manufacturing semiconductor device and substrate processing apparatus - Google Patents
Method of manufacturing semiconductor device and substrate processing apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009299101A JP2009299101A JP2008151991A JP2008151991A JP2009299101A JP 2009299101 A JP2009299101 A JP 2009299101A JP 2008151991 A JP2008151991 A JP 2008151991A JP 2008151991 A JP2008151991 A JP 2008151991A JP 2009299101 A JP2009299101 A JP 2009299101A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- substrate
- processing chamber
- film
- reaction gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法および基板処理装置に関するものであり、例えば、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）の製造方法およびＰＥＡＬＤ（ Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition）装置に利用して有効なものに関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device and a substrate processing apparatus, for example, a method effective for use in a method for manufacturing a DRAM (Dynamic Random Access Memory) and a PEALD (Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition) device.
ＤＲＡＭのキャパシタは微細化に伴う蓄積電荷容量を確保するために、容量絶縁膜の高誘電率化、下部電極または上部電極の金属化の研究が活発化している。
これらの材料としては高い誘電率を持つＡｌ2 Ｏ3 ，ＺｒＯ2 ，ＨｆＯ2 ，Ｙ2 Ｏ3 ，Ｌａ2 Ｏ3 ，ＳＴＯ( ＳｒＴｉＯ3 ），Ｔａ2 Ｏ5 、ＢＳＴ（（Ｂａ、Ｓｒ）ＴｉＯ3 ）、ＰＺＴ（（Ｐｂ、Ｚｒ）ＴｉＯ3 ）等々が容量絶縁膜として候補となっており、Ｔｉ, Ｈｆ, Ｚｒ, Ａｌ，Ｒｕ, Ｐｔ, Ｉｒの金属、ＳＲＯ( ＳｒＲｕＯ3 ），ＲｕＯ2 等の酸化物、あるいはＴｉＮ, ＨｆＮ, ＺｒＮ等の窒化物が電極としての候補となっている。
電極形状は高アスペクト比のシリンダ型が主流となっており、場合によってはバリアメタル膜であるＴｉＮ、ＴａＮ等を含めた上記の全ての膜が段差被覆性（ステップカバレッジ。step coverage ）に優れている必要がある。
膜の形成方法としては従来のスパッタリング法から段差被覆性に優れているＣＶＤ法へと移行しており、有機金属液体原料と酸素の反応が多く利用されている。
このような容量絶縁膜の高誘電率化を図るＤＲＡＭ構造として、Ｒｕ下部電極の下にバリアメタルとしてＴｉＮ膜を形成するものが提案されており、このＲｕ下部電極を酸素を使用したＲｕ−ＡＬＤ法によって形成する方法が提案されている。
In order to secure the accumulated charge capacity associated with the miniaturization of DRAM capacitors, research on increasing the dielectric constant of the capacitor insulating film and metallization of the lower electrode or the upper electrode has been active.
For Al 2 O 3 These materials having a high dielectric constant, ZrO 2, HfO 2, Y 2
High-aspect ratio cylinder type is the mainstream electrode shape. In some cases, all of the above films including TiN, TaN, etc., which are barrier metal films, have excellent step coverage. Need to be.
As a film forming method, the conventional sputtering method is shifted to a CVD method having excellent step coverage, and a reaction between an organic metal liquid raw material and oxygen is often used.
As a DRAM structure for increasing the dielectric constant of such a capacitive insulating film, a structure in which a TiN film is formed as a barrier metal under a Ru lower electrode has been proposed. Ru-ALD using oxygen as the Ru lower electrode. A method of forming by a method has been proposed.
しかしながら、ＤＲＡＭキャパシタ構造のＲｕ下部電極においては、その下にＴｉＮ膜が存在するため、酸素を使用したＲｕ−ＡＬＤ法では、成膜プロセス中の酸素と熱の影響でＴｉＮ膜の表面を酸化してしまい、抵抗の高いＴｉＯ2 に変化してしまう。このため、Ｒｕ電極とＴｉＮ（バリアメタル）のコンタクト抵抗値が悪化し、キャパシタ性能が劣化してしまうという問題が生じてしまう。
また、反応剤として還元剤（例えばアンモニア、水素）を使用してもＲｕ膜は成膜しづらいことと、プラズマを使用したＰＥＡＬＤ法においても、成膜レートが低いことから、Ｒｕ膜の低温・高成膜レートでの形成法は確立していないのが現状である。
However, since the TiN film exists under the Ru lower electrode of the DRAM capacitor structure, the Ru-ALD method using oxygen oxidizes the surface of the TiN film due to the influence of oxygen and heat during the film formation process. Therefore, it changes to TiO 2 having high resistance. For this reason, the contact resistance value between the Ru electrode and TiN (barrier metal) deteriorates, resulting in a problem that the capacitor performance deteriorates.
Further, even if a reducing agent (for example, ammonia or hydrogen) is used as a reactant, it is difficult to form a Ru film, and the PEALD method using plasma also has a low film formation rate. At present, the formation method at a high film formation rate has not been established.
本発明の目的は、高誘電率膜を高い成膜レートをもって形成することができる半導体装置の製造方法および基板処理装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method and a substrate processing apparatus capable of forming a high dielectric constant film at a high film formation rate.
前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
（１）処理室内に基板を搬入するステップと、
前記処理室内に液体原料を気化した原料ガスを供給するステップと、前記処理室内に反応ガスを供給するステップと、を１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返し、基板上に所望膜厚の薄膜を形成するステップと、
所望膜厚の薄膜形成後の基板を前記処理室内から搬出するステップと、を有し、
前記原料ガスを供給するステップでは、前記原料ガスをプラズマで活性化して基板に供給し、前記反応ガスを供給するステップでは、前記反応ガスをプラズマで活性化して基板に供給することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（２）基板を処理する処理室と、
前記処理室内に液体原料を気化した原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内に反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理室内でプラズマを発生させるプラズマ源と、
前記処理室内を排気する排気ラインと、
前記処理室内への前記原料ガスの供給と、前記処理室内への前記反応ガスの供給と、を複数回繰り返すように前記原料ガス供給系と前記反応ガス供給系とを制御すると共に、前記原料ガスの供給時には前記処理室内でプラズマを発生させ、前記反応ガスの供給時には前記処理室内でプラズマを発生させるように前記プラズマ源を制御するコントローラと、
を有することを特徴とする基板処理装置。
（３）前記（１）において、前記薄膜を形成するステップでは、基板上に導電性の金属膜を形成する半導体装置の製造方法。
（４）前記（１）において、前記薄膜を形成するステップでは、基板上に電極膜またはバリアメタル膜を形成する半導体装置の製造方法。
（５）前記（１）において、前記薄膜を形成するステップでは、基板上にＲｕ膜、ＲｕＯ2 膜、Ｐｔ膜、Ｉｒ膜、ＩｒＯ2 膜、ＴｉＮ膜またはＴａＮ膜を形成する半導体装置の製造方法。
Typical means for solving the above-described problems are as follows.
(1) carrying a substrate into the processing chamber;
Forming a thin film with a desired film thickness on the substrate is repeated a plurality of times, with the step of supplying the source gas vaporizing the liquid source into the processing chamber and the step of supplying the reaction gas into the processing chamber. And steps to
Unloading the substrate after forming a thin film having a desired film thickness from the processing chamber,
In the step of supplying the source gas, the source gas is activated by plasma and supplied to the substrate, and in the step of supplying the reaction gas, the reaction gas is activated by plasma and supplied to the substrate. A method for manufacturing a semiconductor device.
(2) a processing chamber for processing a substrate;
A source gas supply system for supplying a source gas obtained by vaporizing a liquid source into the processing chamber;
A reaction gas supply system for supplying a reaction gas into the processing chamber;
A plasma source for generating plasma in the processing chamber;
An exhaust line for exhausting the processing chamber;
The source gas supply system and the reaction gas supply system are controlled to repeat the supply of the source gas into the process chamber and the supply of the reaction gas into the process chamber a plurality of times, and the source gas A controller for controlling the plasma source so as to generate plasma in the processing chamber at the time of supply and to generate plasma in the processing chamber at the time of supplying the reaction gas;
A substrate processing apparatus comprising:
(3) In the method (1), in the step of forming the thin film, a method of manufacturing a semiconductor device, wherein a conductive metal film is formed on a substrate.
(4) The method for manufacturing a semiconductor device according to (1), wherein in the step of forming the thin film, an electrode film or a barrier metal film is formed on the substrate.
(5) In the step (1), in the step of forming the thin film, a Ru device, a RuO 2 film, a Pt film, an Ir film, an IrO 2 film, a TiN film, or a TaN film is formed on the substrate. .
前記した（１）（２）によれば、高誘電率膜を高いレートをもって形成することができる。 According to the above (1) and (2), the high dielectric constant film can be formed at a high rate.
以下、図面を参照しつつ本発明を実施するための最良の形態を説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１を用いて、本発明が実施される基板処理装置の一例を説明する。
図１は本発明に係る基板処理装置の一実施の形態である枚葉式処理装置を示す概略図である。
An example of a substrate processing apparatus in which the present invention is implemented will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a schematic view showing a single wafer processing apparatus as an embodiment of a substrate processing apparatus according to the present invention.
図１に示すように、処理室１には支持台２０が設けられる。支持台２０は被成膜対象であるシリコンウエハやガラス基板等の基板２を支持する。
支持台２０の上部には支持板としてのサセプタ２１が設けられる。サセプタ２１は支持台２０の一部を構成しており、サセプタ２１の上に基板が載置される。
支持台２０の内部には、加熱手段としてのヒータ２２が設けられ、ヒータ２２はサセプタ２１上に載置された基板２を加熱するようになっている。
ヒータ２２は基板２の温度が所定の温度となるように温度コントローラ２３により制御される。
As shown in FIG. 1, a support table 20 is provided in the processing chamber 1. The support table 20 supports a
A susceptor 21 as a support plate is provided on the upper side of the
A
The
処理室１の外部には昇降機構２４が設けられ、昇降機構２４により、支持台２０が処理室１内で昇降可能となっている。
An
処理室１の支持台２０の上部には、シャワーヘッド１２が基板２と対向するように配置される。シャワーヘッド１２は原料ガスおよび反応ガスを基板２へ供給する際の直接の供給口となる複数のシャワー孔８を有する。
シャワーヘッド１２内には供給口４および供給口３から原料ガスおよび反応ガスがそれぞれ供給される。シャワーヘッド１２のシャワー孔８は原料ガスおよび反応ガスをそれぞれ別々あるいは同時に基板２に対してシャワー状に噴出させる。
A
The raw material gas and the reactive gas are supplied into the
処理室１の外部には、液体原料２８を供給する原料供給ユニット２５が設けられており、原料供給ユニット２５は液体原料供給管２６、液体原料供給量を制御する流量コントローラとしての液体原料流量制御装置２９を介して、液体原料を気化する気化器３０に接続されている。
原料供給ユニット２５には液体原料２８が蓄えられており、圧送ライン２７から供給されるＨｅあるいはＡｒ等の不活性ガスの圧力により、液体原料２８が気化器３０へ供給される。
気化器３０には原料ガス供給管３１が接続されており、原料ガス供給管３１はバルブ３２を介して原料ガス供給口４に接続されている。
液体原料としては、例えば、常温で液体の有機金属材料、すなわち、有機金属液体原料を用いる。
あるいは、常温では固体であっても数十度程度に加熱すれば液体になるような原料であれば、原料供給ユニット２５、液体原料供給管２６および液体原料流量制御装置２９を数十度程度に加熱するヒータを各々に設けて使用することが可能である。
A raw
The
A raw material
As the liquid source, for example, an organometallic material that is liquid at room temperature, that is, an organometallic liquid source is used.
Alternatively, if the raw material is a solid that becomes solid when heated to several tens of degrees even at a normal temperature, the raw
処理室１の外部には不活性ガス供給ユニット３３が設けられており、不活性ガス供給ユニット３３には、非反応性ガスとしての不活性ガスを気化器３０へキャリアガスとして供給するためのキャリアガス供給管３４が接続されている。
キャリアガス供給管３４は気化器３０に、キャリアガスの供給流量を制御する流量コントローラとしてのガス流量制御装置３５を介して接続されている。
気化器３０は内部において液体原料２８をキャリアガスとともに噴出することにより、気化効率を上げている。
不活性ガスとしては、例えば、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ2 等が用いられる。
An inert
The carrier
The
As the inert gas, for example, Ar, He, N 2 or the like is used.
不活性ガス供給ユニット３３には、非反応性ガスとしての不活性ガスを原料ガス供給管３１へパージガスとして供給するためのパージガス供給管３６が接続されている。パージガス供給管３６は、パージガスの供給流量を制御する流量コントローラとしてのガス流量制御装置３７およびバルブ３８を介して、原料ガス供給管３１に接続されている。
A purge
気化器３０で気化した原料ガスを原料ガス供給管３１から原料ガス供給口４に供給しない場合には、バルブ３２を閉じ、バルブ３９を開き、ベントラインとしての原料ガスバイパス管４０に原料ガスを流す。
このとき、バルブ３８を開いて、パージガス供給管３６から不活性ガスを供給することにより、原料ガス供給管３１のバルブ３２から原料ガス供給口４の配管および処理室１の表面に吸着している原料ガスを取り除くことが可能になる。
When the source gas vaporized by the
At this time, by opening the
処理室１の外部には、第１反応ガスを供給する第１反応ガス供給ユニット４１が設けられており、第１反応ガス供給ユニット４１は第１反応ガスを第１反応ガス供給管４２へ供給する。
第１反応ガス供給管４２は、ガス供給量を制御する流量コントローラとしてのガス流量制御装置４３、バルブ４４、反応ガス供給管６８を介して反応ガス供給口３に接続されている。第１反応ガスとしては、酸素原子を含まないガスを用いる。本実施形態では第１反応ガスとしてＨ2 やＮＨ3 等の水素含有ガスを用いる。
A first reaction
The first reaction
不活性ガス供給ユニット３３には、非反応性ガスとしての不活性ガスを反応ガス供給管６８へパージガスとして供給するためのパージガス供給管４５が接続されている。
パージガス供給管４５は、パージガスの供給流量を制御する流量コントローラとしてのガス流量制御装置４６およびバルブ４７を介して、反応ガス供給管６８に接続されている。
The inert
The purge
第１反応ガスを第１反応ガス供給管４２から反応ガス供給口３に供給しない場合には、バルブ４４を閉じ、バルブ４８を開き、ベントラインとしての第１反応ガスバイパス管４９に第１反応ガスを流す。
このとき、バルブ４７を開いて、パージガス供給管４５から不活性ガスを供給することにより、第１反応ガス供給管４２のバルブ４４から反応ガス供給口３の配管および処理室１の表面に吸着している第１反応ガスを取り除くことが可能になる。
When the first reaction gas is not supplied from the first reaction
At this time, by opening the valve 47 and supplying the inert gas from the purge
処理室１の外部には、第２反応ガスを供給する第２反応ガス供給ユニット６２が設けられており、第２反応ガス供給ユニット６２は第２反応ガスを第２反応ガス供給管６３へ供給する。第２反応ガス供給管６３は、ガス供給量を制御する流量コントローラとしてのガス流量制御装置６４、バルブ６５、反応ガス供給管６８を介して、反応ガス供給口３に接続されている。第２反応ガスとしてはＯ2 やＯ3 やＮ2 Ｏ等の酸素原子を含むガスを用いる。
A second reaction gas supply unit 62 that supplies a second reaction gas is provided outside the processing chamber 1, and the second reaction gas supply unit 62 supplies the second reaction gas to the second reaction
第２反応ガスを第２反応ガス供給管６３から反応ガス供給口３に供給しない場合には、バルブ６５を閉じ、バルブ６６を開き、ベントラインとしての第２反応ガスバイパス管６７に第２反応ガスを流す。
このとき、バルブ４７を開いて、パージガス供給管４５から不活性ガスを供給することにより、第２反応ガス供給管６３のバルブ６５から反応ガス供給口３の配管および処理室１の表面に吸着している第２反応ガスを取り除くことが可能になる。
When the second reaction gas is not supplied from the second reaction
At this time, the valve 47 is opened and an inert gas is supplied from the purge
処理室１の外部には、クリーニングガスを供給するクリーニングガス供給ユニット５０が設けられており、クリーニングガス供給ユニット５０はクリーニングガスをクリーニングガス供給管５１へ供給する。
クリーニングガス供給管５１は、ガス供給量を制御する流量コントローラとしてのガス流量制御装置５２、バルブ５３を介して反応ガス供給口３に接続されている。
A cleaning
The cleaning
処理室１の側壁下部には排気口１０が設けられており、排気口１０には真空ポンプ５４、原料回収トラップ５７および除害装置（図示せず）が排気管５６によってつながれている。また、排気管５６には、処理室１の圧力を調整する圧力コントローラ５５が設けられている。
An
処理室１の排気口１０と反対側の側面には、基板搬入搬出口５９が設けられている。基板搬入搬出口５９は、真空基板移載室５８との仕切り弁としてのゲートバルブ６０によって開閉され、基板搬入搬出口５９から基板２を処理室１に搬入搬出し得るように構成されている。
A substrate loading / unloading
本実施形態においては、プラズマ発生機構の一例であるＲＦ電極７０が支持台２０に設けられている。すなわち、支持台２０にヒータ２２と同様、ＲＦ電極７０が埋め込まれており、ＲＦ電極７０にはＲＦマッチングボックス７１、マッチングコントローラ７２、ＲＦ電源（ＲＦジェネレータ）７３が接続されている。原料ガスや反応ガスを流した状態で、ＲＦ電極７０にＲＦ電力を印加することにより、ウエハ上にプラズマが生成される。
In the present embodiment, an
基板処理装置を構成する各部の動作はメインコントローラ６１により制御される。
The operation of each part constituting the substrate processing apparatus is controlled by the
以下、本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施の形態を、以上の構成に係る枚葉式処理装置を用いて半導体装置の製造工程の一工程として基板に薄膜を堆積する場合について説明する。 Hereinafter, an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described in the case where a thin film is deposited on a substrate as one step of a semiconductor device manufacturing process using the single wafer processing apparatus having the above-described configuration. .
ここでは、液体原料としてＲｕ（Ｃ7 Ｈ11Ｃ7 Ｈ9 ）（２，４ジメチルペンタジエニル エチルシクロペンタジエニル ルテニウム。以下、ＤＥＲと略す。）、反応ガスとしてアンモニア（ＮＨ3 ）ガス（以下、ＮＨ3 と略す。）を用いて、ＰＥＡＬＤ法により基板上にＲｕ膜を形成する場合について、説明する。 Here, Ru (C 7 H 11 C 7 H 9 ) (2,4 dimethylpentadienyl ethylcyclopentadienyl ruthenium; hereinafter abbreviated as DER) as a liquid raw material, and ammonia (NH 3 ) gas ( Hereinafter, the case where a Ru film is formed on a substrate by PEALD method will be described using NH 3 .
まず、本発明に係る成膜ステップの原理を示す図２について説明する。
（１）ＤＥＲフローステップ
液体原料であるＤＥＲは気化器で気化させ、キャリアガスと共に、処理室内の基板上に供給する。また、このステップで気化器にて気化された有機液体原料を基板上に供給すると同時に、その状態で、ＲＦ電極にＲＦを印加して処理室内にプラズマを発生させることで、ＤＥＲを励起させる。このとき、ＤＥＲは少し分解した状態となり、段差被覆性良く基板表面に化学吸着する。このとき、基板上にはＤＥＲが化学吸着するだけでなく、Ｒｕも少しデポジション（堆積）される。
（２）パージステップ
続いて、処理室内に残留しているＤＥＲをＮ2 のような不活性ガスによりパージするか、または、真空引きによりガス置換する。これにより、気相の原料ガスが排気され、基板表面の反応が主体となる。
（３）ＮＨ3 フローステップ
処理室内に反応ガスであるＮＨ3 を供給する。このとき、ＲＦ電極にＲＦを印加して、処理室内にプラズマを発生させることで、ＮＨ3 を励起させる。
ここで、基板表面に吸着しているＤＥＲと、プラズマで励起されたＮＨ3 とが反応してＲｕ膜が形成される。また、このとき、この反応で生成された副生成物と励起したＮＨ3 が反応し、基板の表面が清浄化される。
（４）パージステップ
さらに、処理室内に残留しているアンモニアをＮ2 のような不活性ガスによりパージするか、または、真空引きによりガス置換する。
以上のステップ（１）〜（４）を１サイクルとして、このサイクルをＮ回繰り返すことにより、成膜ステップが進行して膜が形成される。所定のサイクル回数Ｎに達したら、成膜は完了する。
First, FIG. 2 showing the principle of the film forming step according to the present invention will be described.
(1) DER flow step DER, which is a liquid raw material, is vaporized by a vaporizer and is supplied onto a substrate in a processing chamber together with a carrier gas. In addition, the organic liquid material vaporized in the vaporizer in this step is supplied onto the substrate, and at the same time, RF is applied to the RF electrode to generate plasma in the processing chamber, thereby exciting DER. At this time, DER is in a slightly decomposed state and is chemically adsorbed on the substrate surface with good step coverage. At this time, not only DER is chemically adsorbed on the substrate, but also Ru is slightly deposited (deposited).
(2) Purge step Subsequently, the DER remaining in the processing chamber is purged with an inert gas such as N 2 or is replaced by evacuation. As a result, the gas phase source gas is exhausted, and the reaction on the surface of the substrate is mainly performed.
(3) NH 3 flow step NH 3 as a reaction gas is supplied into the processing chamber. At this time, NH 3 is excited by applying RF to the RF electrode and generating plasma in the processing chamber.
Here, DER adsorbed on the substrate surface and NH 3 excited by plasma react to form a Ru film. At this time, the by-product generated in this reaction reacts with the excited NH 3 to clean the surface of the substrate.
(4) Purge step Further, the ammonia remaining in the processing chamber is purged with an inert gas such as N 2 or is replaced by evacuation.
The above steps (1) to (4) are defined as one cycle, and this cycle is repeated N times, whereby the film formation step proceeds and a film is formed. When the predetermined number of cycles N is reached, film formation is completed.
ここで、成膜条件としては、基板温度は２００〜３５０℃、圧力は１３．３３〜１３３３×（１〜９）Ｐａ、Ｒｕ原料（ＤＥＲ）流量は０．０１〜０．２ｇ／ｍｉｎ、ＮＨ3 流量は１０〜５０００ｓｃｃｍ、供給時間は全てのガスにおいて１分以内、膜厚は１〜２０ｎｍ、とするのが望ましい。 Here, as film forming conditions, the substrate temperature is 200 to 350 ° C., the pressure is 13.33 to 1333 × (1 to 9) Pa, the Ru raw material (DER) flow rate is 0.01 to 0.2 g / min, NH 3. It is desirable that the flow rate is 10 to 5000 sccm, the supply time is within 1 minute for all gases, and the film thickness is 1 to 20 nm.
本発明で使用される有機液体原料、反応ガスとしての水素含有ガスは用途に応じて様々な種類から適宜に選択可能である。
例えば、プラズマ励起させる水素含有ガスにＡｒを添加することにより、ラジカル寿命が短い水素ラジカルのライフタイムを延長させることが有効である場合がある。
また、水素含有ガスの代わりに窒素含有ガスを使用する場合においても、用途に応じて様々な種類から適宜に選択可能である。
また、プラズマ励起だけで有機液体原料が分解する場合、水素含有ガス、窒素含有ガスの代わりに、Ａｒガスを用いることができる。
The organic liquid raw material used in the present invention and the hydrogen-containing gas as the reaction gas can be appropriately selected from various types depending on the application.
For example, it may be effective to extend the lifetime of a hydrogen radical having a short radical lifetime by adding Ar to a hydrogen-containing gas to be plasma-excited.
Also, when a nitrogen-containing gas is used instead of the hydrogen-containing gas, it can be appropriately selected from various types depending on the application.
Further, when the organic liquid source is decomposed only by plasma excitation, Ar gas can be used instead of the hydrogen-containing gas and the nitrogen-containing gas.
［実施例］
次に、図１に示された枚葉式処理装置を用いてシリコン基板にＲｕを堆積する実施例を説明する。
なお、以下の説明において、枚葉式処理装置を構成する各部の動作はメインコントローラ６１により制御される。
[Example]
Next, an embodiment in which Ru is deposited on a silicon substrate using the single wafer processing apparatus shown in FIG. 1 will be described.
In the following description, the operation of each part constituting the single wafer processing apparatus is controlled by the
支持台２０が昇降機構２４によって搬送位置まで下降させられる。この状態でゲートバルブ６０が開かれるとシリコン基板２は搬送ロボット( 図示せず) により、基板搬入搬出口５９を通って処理室１内に搬入されて、支持台２０上部すなわちサセプタ２１から突出している突き上げピン６９上に載置される。支持台２０を昇降機構２４により定められた位置まで上昇させてシリコン基板２を突き上げピン６２上からサセプタ２１上に移し変える。これにより、シリコン基板２はサセプタ２１上に設置される。
温度コントローラ２３によってヒータ２２を制御してサセプタ２１を介してシリコン基板２を一定時間加熱し、圧力コントローラ５５を制御して処理室１内の圧力を所望の値に安定させる。この間に、バルブ３９を開としてＤＥＲを原料ガスバイパス管４０より排気しておく。その後、まず、シリコン基板２上にＤＥＲを吸着させるために、バルブ３９を閉じるとともに原料ガス供給管３１のバルブ３２を開として、シャワーヘッド１２を通してＤＥＲを処理室１内へ供給し、排気管５６から排気する。
このとき、支持台２０に設置されたＲＦ電極７０にＲＦマッチングボックス７１、マッチングコントローラ７２を介して、ＲＦ電源７３からＲＦ（高周波電力）を印加することにより、処理室１内にプラズマを発生させて、ＤＥＲをプラズマにより励起させる。このときバルブ４７を開として反応ガス供給管６８内にＮ2 を供給することでＤＥＲが反応ガス供給管６８内に侵入するのを防止する。
The support table 20 is lowered to the transfer position by the elevating
The
At this time, plasma is generated in the processing chamber 1 by applying RF (high frequency power) from the
次に、バルブ３２を閉として処理室１内の真空引き、または、パージガス供給管４５のバルブ４７を開いた状態を維持して、Ｎ2 パージにより処理室１内のガス置換を所定の時間行う。
この間に、ＮＨ3 （Ａｒを含む場合もある。）をバルブ４８を開として第１反応ガスバイパス管４９より排気しておく。また、バルブ３８を開として原料ガス供給管３１内にＮ2 を供給することにより、原料ガス供給管３１内をパージするとともに、原料ガス供給管３１内へＤＥＲが逆流するのを防ぐ。
Next, the
During this time, NH 3 (which may contain Ar) is exhausted from the first reaction
続いて、膜形成のために、バルブ４８を閉じるとともに、バルブ４４を開いて、ＮＨ3 をシャワーヘッド１２を通じて処理室１内へ供給し、排気管５６から排気する。同時に、支持台２０に設置されたＲＦ電極７０にＲＦマッチングボックス７１、マッチングコントローラ７２を介してＲＦ電源７３からＲＦを印加することにより、シリコン基板２上にプラズマを生成し、供給されたＮＨ3 を励起してシリコン基板２上に供給する。
このとき、バルブ３８を開として原料ガス供給管３１内にＮ2 を供給することでＮＨ3 が原料ガス供給管３１内に侵入するのを防ぐ。
Subsequently, in order to form a film, the
At this time, the
次に、バルブ４４を閉として処理室１内の真空引き、または、バルブ３８を開いた状態を維持して、Ｎ2 パージにより、処理室１内のガス置換を所定の時間行う。この間にバルブ３９を開としてＤＥＲを原料ガスバイパス管４０より排気しておく。また、バルブ４７を開として反応ガス供給管６８内にＮ2 を供給することにより、反応ガス供給管６８内をパージするとともに、反応ガス供給管６８内へＮＨ3 が逆流するのを防ぐ。
Next, the
以上のステップを所望の膜厚になるまでＮ回繰り返すことにより、成膜ステップ工程を完了させる。 The above steps are repeated N times until a desired film thickness is obtained, thereby completing the film forming step.
なお、各ステップにおける温度、圧力、ＤＥＲ流量およびＮＨ3 流量はそれぞれ温度コントローラ２３、圧力コントローラ５５、ＤＥＲ（液体原料）流量制御装置２９およびガス流量制御装置４３により所望の成膜条件となるよう制御する。
Note that the temperature, pressure, DER flow rate, and NH 3 flow rate in each step are controlled by the
シリコン基板２への成膜ステップ終了後に、基板搬出ステップにおいて、処理済みのシリコン基板２は処理室１外へ搬送ロボットにより搬出される。
After the film formation step on the
次に、半導体装置の一例であるＤＲＡＭの製造方法においてキャパシタを形成する工程に、すなわち、ＤＲＡＭのキャパシタの下部電極膜および上部電極膜を形成する工程に本発明を適用する実施の形態を、図３を用いて説明する。 Next, an embodiment in which the present invention is applied to a step of forming a capacitor in a method of manufacturing a DRAM which is an example of a semiconductor device, that is, a step of forming a lower electrode film and an upper electrode film of a DRAM capacitor is shown in FIG. 3 will be described.
図３は下部電極膜および上部電極膜を含むＤＲＡＭキャパシタの一部を示す断面図である。
初めに、シリコン基板２上に、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）等の絶縁体からなる層間絶縁膜８０を形成する。
その後、層間絶縁膜８０を貫通するように、コンタクトホール８７を開口する。
続いて、開口したコンタクトホール８７の内部に、シリコン基板２と接続するためのコンタクトプラグ８１を形成する。コンタクトプラグ８１の材料としては、タングステン（Ｗ）等が例示される。
続いて、コンタクトプラグ８１の上部空間を埋めるようにバリアメタル膜８２を形成する。バリアメタル膜８２の材料としては、ＴｉＮやＴａＮが例示される。
なお、バリアメタル膜８２は電極を構成する材料や酸化剤が、コンタクトプラグ８１に拡散することを防止する。
続いて、層間絶縁膜８０上とバリアメタル膜８２上の全面に、層間絶縁膜８３を形成する。
その後、層間絶縁膜８３を貫通するようにコンタクトホール８８を開口する。
続いて、前述した成膜法を適用することにより、コンタクトホール８８内と層間絶縁膜８３上の全面にＲｕ膜等からなる下部電極膜８４を形成する。
続いて、コンタクトホール８８内の下部電極膜８４を残留させつつ、層間絶縁膜８３上の下部電極膜８４を除去する。
その後、残留させたコンタクトホール８８内の下部電極膜８４の内部をエッチングし、下部電極膜８４の形状をシリンダ状とする。
続いて、下部電極膜８４上と層間絶縁膜８３上の全面に、容量絶縁膜８５を形成する。容量絶縁膜８５の材料としては、Ｔａ2 Ｏ5 やＡｌ2 Ｏ3 やＺｒＯ2 等が例示される。
最後に、前述した成膜法を適用することにより、容量絶縁膜８５上の全面にＲｕ膜等からなる上部電極膜８６を形成する。
以上により、図３に示されたＤＲＡＭキャパシタの製造が完了する。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a part of a DRAM capacitor including a lower electrode film and an upper electrode film.
First, an
Thereafter, a
Subsequently, a
Subsequently, a
The
Subsequently, an
Thereafter, a contact hole 88 is opened so as to penetrate the
Subsequently, a
Subsequently, the
Thereafter, the inside of the
Subsequently, a capacitive insulating
Finally, an
Thus, the manufacture of the DRAM capacitor shown in FIG. 3 is completed.
なお、前述した成膜法は、ＤＲＡＭキャパシタの下部電極膜８４を形成する場合のみに適用し、上部電極膜８６を形成する際には、他の成膜方法を用いるようにしてもよい。
The above-described film forming method is applied only when forming the
例えば、上部電極膜８６については、原料ガスと酸素原子を含む反応ガスとを同時に供給する熱ＣＶＤ法を用いてもよいし、原料ガスと酸素原子を含む反応ガスとを交互に供給するＡＬＤ法を用いてもよい。
というのは、ＤＲＡＭキャパシタの上部電極膜８６を形成する際の下地は絶縁膜であり、酸素原子を含む反応ガスを用いても問題とはならないからである。
これに対して、下部電極膜８４を形成する際の下地はバリアメタル膜８２であり、酸素原子を含む反応ガスを用いた場合、下地であるバリアメタル膜８２が酸化してしまい、コンタクト抵抗が増大してデバイス特性が悪化するという問題が生じることとなる。
よって、下部電極膜８４を形成する際については、前述した成膜法が最適の実施形態となる。
For example, for the
This is because the base for forming the
On the other hand, the base when forming the
Therefore, when the
本発明で形成される膜は用途に応じて様々な種類から適宜に選択可能であるが、一般的に下記が例示される。
下部電極膜または上部電極としては、Ｒｕ、ＲｕＯ2 、Ｐｔ、Ｉｒ、ＩｒＯ2 。
バリアメタル膜としてはＴｉＮ、ＴａＮ。
Although the film | membrane formed by this invention can be suitably selected from various types according to a use, generally the following are illustrated.
As the lower electrode film or the upper electrode, Ru, RuO 2 , Pt, Ir, IrO 2 .
The barrier metal film is TiN or TaN.
ところで、上述のように成膜ステップにおいて反応ガスとしてＯ2 等の酸素原子（Ｏ）を含むガスを用いると、薄膜を形成する際の下地が酸化されてしまうことがある。
例えば、成膜の下地がバリアメタル等の場合には、成膜ステップにおいて反応ガスとしてＯ2 等の酸素原子（Ｏ）を含むガスを用いると、下地のバリアメタル膜（例えば、ＴｉＮ）が酸化され、絶縁膜（ＴｉＯ2 ）が形成されてコンタクト抵抗が高くなり、デバイス特性が悪化するという問題が生じる。
By the way, when a gas containing oxygen atoms (O) such as O 2 is used as a reaction gas in the film forming step as described above, the base in forming the thin film may be oxidized.
For example, when the base of film formation is a barrier metal or the like, the base barrier metal film (for example, TiN) is oxidized by using a gas containing oxygen atoms (O) such as O 2 as a reaction gas in the film formation step. As a result, an insulating film (TiO 2 ) is formed, resulting in a problem that the contact resistance increases and the device characteristics deteriorate.
これに対して、前記実施形態においては、反応ガスとして酸素原子を含まないＮＨ3 を用いるので、下地のバリアメタル膜は酸化されることはない。
しかも、有機金属液体原料であるＤＥＲを気化したガスを基板上に供給する際に、プラズマ励起させるので、良質のＲｕ膜を一般的なＡＬＤ法に比べて高い成膜レートをもって基板上に形成することができる。
以上にように、本実施の形態によれば、下地を酸化させることなく高い成膜レートをもって、Ｒｕ膜を基板上に成膜することができる。
On the other hand, in the above embodiment, NH 3 not containing oxygen atoms is used as the reaction gas, so that the underlying barrier metal film is not oxidized.
In addition, since a gas obtained by vaporizing DER, which is an organometallic liquid raw material, is plasma-excited, a high-quality Ru film is formed on the substrate at a higher film formation rate than a general ALD method. be able to.
As described above, according to the present embodiment, the Ru film can be formed on the substrate at a high film formation rate without oxidizing the base.
１ 処理室
２ 基板
３１ 原料ガス供給管
４２ 反応ガス供給管
５６ 排気管
６１ メインコントローラ
７０ ＲＦ電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
前記処理室内に液体原料を気化した原料ガスを供給するステップと、前記処理室内に反応ガスを供給するステップと、を１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返し、基板上に所望膜厚の薄膜を形成するステップと、
所望膜厚の薄膜形成後の基板を前記処理室内から搬出するステップと、を有し、
前記原料ガスを供給するステップでは、前記原料ガスをプラズマで活性化して基板に供給し、前記反応ガスを供給するステップでは、前記反応ガスをプラズマで活性化して基板に供給することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Carrying a substrate into the processing chamber;
Forming a thin film with a desired film thickness on the substrate is repeated a plurality of times, with the step of supplying the source gas vaporizing the liquid source into the processing chamber and the step of supplying the reaction gas into the processing chamber. And steps to
Unloading the substrate after forming a thin film having a desired film thickness from the processing chamber,
In the step of supplying the source gas, the source gas is activated by plasma and supplied to the substrate, and in the step of supplying the reaction gas, the reaction gas is activated by plasma and supplied to the substrate. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記処理室内に液体原料を気化した原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内に反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理室内でプラズマを発生させるプラズマ源と、
前記処理室内を排気する排気ラインと、
前記処理室内への前記原料ガスの供給と、前記処理室内への前記反応ガスの供給と、を複数回繰り返すように前記原料ガス供給系と前記反応ガス供給系とを制御すると共に、前記原料ガスの供給時には前記処理室内でプラズマを発生させ、前記反応ガスの供給時には前記処理室内でプラズマを発生させるように前記プラズマ源を制御するコントローラと、
を有することを特徴とする基板処理装置。 A processing chamber for processing the substrate;
A source gas supply system for supplying a source gas obtained by vaporizing a liquid source into the processing chamber;
A reaction gas supply system for supplying a reaction gas into the processing chamber;
A plasma source for generating plasma in the processing chamber;
An exhaust line for exhausting the processing chamber;
The source gas supply system and the reaction gas supply system are controlled to repeat the supply of the source gas into the process chamber and the supply of the reaction gas into the process chamber a plurality of times, and the source gas A controller for controlling the plasma source so as to generate plasma in the processing chamber at the time of supply and to generate plasma in the processing chamber at the time of supplying the reaction gas;
A substrate processing apparatus comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008151991A JP2009299101A (en) | 2008-06-10 | 2008-06-10 | Method of manufacturing semiconductor device and substrate processing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008151991A JP2009299101A (en) | 2008-06-10 | 2008-06-10 | Method of manufacturing semiconductor device and substrate processing apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009299101A true JP2009299101A (en) | 2009-12-24 |
Family
ID=41546295
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008151991A Pending JP2009299101A (en) | 2008-06-10 | 2008-06-10 | Method of manufacturing semiconductor device and substrate processing apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2009299101A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012184449A (en) * | 2011-03-03 | 2012-09-27 | Taiyo Nippon Sanso Corp | Method for forming metal thin film, metal thin film, and device for forming metal thin film |
| CN112786425A (en) * | 2019-11-07 | 2021-05-11 | 东京毅力科创株式会社 | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
-
2008
- 2008-06-10 JP JP2008151991A patent/JP2009299101A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012184449A (en) * | 2011-03-03 | 2012-09-27 | Taiyo Nippon Sanso Corp | Method for forming metal thin film, metal thin film, and device for forming metal thin film |
| CN112786425A (en) * | 2019-11-07 | 2021-05-11 | 东京毅力科创株式会社 | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5097554B2 (en) | Semiconductor device manufacturing method, substrate processing method, and substrate processing apparatus | |
| US8435905B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device, and substrate processing apparatus | |
| JP3670628B2 (en) | Film forming method, film forming apparatus, and semiconductor device manufacturing method | |
| KR100622609B1 (en) | Thin film deposition method | |
| US9558937B2 (en) | Method of manufacturing semiconductor device, substrate processing apparatus, and non-transitory computer-readable recording medium | |
| JP4803578B2 (en) | Deposition method | |
| US7442604B2 (en) | Methods and batch type atomic layer deposition apparatus for forming dielectric films and methods of manufacturing metal-insulator-metal capacitors including the dielectric films | |
| JP5882075B2 (en) | Capacitor manufacturing method, capacitor, and dielectric film forming method used therefor | |
| JP4559223B2 (en) | Semiconductor device manufacturing method and substrate processing apparatus | |
| US9331139B2 (en) | Ruthenium film formation method and storage medium | |
| JP2009299101A (en) | Method of manufacturing semiconductor device and substrate processing apparatus | |
| JP2008205325A (en) | Manufacturing method of semiconductor device and substrate treatment apparatus | |
| KR100414870B1 (en) | Method for fabricating capacitor using atomic layer deposition | |
| JP6030746B2 (en) | Semiconductor device manufacturing method, substrate processing apparatus, program, and recording medium | |
| KR100511914B1 (en) | Method for fabricating of semiconductor device using PECYCLE-CVD | |
| JP2007059735A (en) | Method for manufacturing semiconductor device, and substrate processing apparatus | |
| JP2010225989A (en) | Manufacturing method of semiconductor device and substrate processing apparatus | |
| JP2008075167A (en) | Method for manufacturing semiconductor device, and substrate-treating apparatus | |
| JP2008075166A (en) | Method for manufacturing semiconductor device, and substrate-treating apparatus | |
| KR100656282B1 (en) | Method for forming capacitor | |
| KR100390811B1 (en) | Method for atomic layer deposition of ruthenium layer and method for fabricating capacitor | |
| KR20060074991A (en) | Method for fabricating capacitor |