JP2015193878A - TiSiN膜の成膜方法および成膜装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】Si濃度の制御をより細かく行うことが可能なTiSiN膜の成膜方法を提供すること。
【解決手段】被処理体が収容された処理室内にTi原料を含むTi原料ガスを供給する工程(ステップ1)と、Ti原料ガスを処理室内に供給した後、処理室内に窒化剤を含む窒化ガスを供給する工程(ステップ3)とを設定された回数行う工程と、上記ステップ1およびステップ3の後、処理室内にSi原料を含むSi原料ガスを供給する工程(ステップ6)と、Si原料ガスを処理室内に供給した後、処理室内に窒化剤を含む窒化ガスを供給する工程(ステップ8)とを設定された回数行う工程と、を備え、上記Si原料ガスを、アミン系Si原料ガスとする。
【選択図】図1
【解決手段】被処理体が収容された処理室内にTi原料を含むTi原料ガスを供給する工程(ステップ1)と、Ti原料ガスを処理室内に供給した後、処理室内に窒化剤を含む窒化ガスを供給する工程(ステップ3)とを設定された回数行う工程と、上記ステップ1およびステップ3の後、処理室内にSi原料を含むSi原料ガスを供給する工程(ステップ6)と、Si原料ガスを処理室内に供給した後、処理室内に窒化剤を含む窒化ガスを供給する工程(ステップ8)とを設定された回数行う工程と、を備え、上記Si原料ガスを、アミン系Si原料ガスとする。
【選択図】図1
Description
この発明は、TiSiN膜の成膜方法および成膜装置に関する。
TiN(窒化チタン)膜は導電膜であり、例えば、キャパシタ電極等に用いられる。典型的には、DRAMのメモリセルのキャパシタ下部電極(ストレージ電極)に、TiN膜が用いられている。キャパシタ下部電極に用いられるTiN膜の成膜手法としては、メモリセルの三次元構造化の進展により、段差被覆性がよいTiCl4(テトラクロロチタン)をチタン原料とし、NH3(アンモニア)を窒化剤としたサーマルCVD、又はサーマルALDが使用される。
近時、メモリセルの微細化が益々進んでいる。このため、TiN膜には、耐薬品性、耐酸化性の向上が求められている。TiN膜の耐薬品性、耐酸化性の向上のために、TiN膜にSi(シリコン)をドープさせたTiSiN膜が検討されている。
TiN膜へのSiのドープには、一般にTiNの成膜に使用されるTiCl4と同様な構造を持つDCS(ジクロロシラン:SiH2Cl2)やTCS(トリクロロシラン:SiHCl3)などのCl系シリコン原料が用いられる(特許文献1)。
TiN膜へSiをドープすると、SiをドープしないTiN膜に比較して、耐薬品性、耐酸化性は向上するものの、膜の比抵抗は、反対に上昇してしまう。より導電性に優れ、かつ、耐薬品性、耐酸化性のあるTiSiN膜を得るために、Si濃度の制御は重要である。
しかしながら、Cl系シリコン原料は反応性がよく、成膜レートが早い。このため、Si膜がTiN膜上に厚く成膜される。このため、Si濃度の制御を細かく行うことが難しい、という事情がある。
この発明は、Si濃度の制御をより細かく行うことが可能なTiSiN膜の成膜方法、およびその成膜方法を実行することが可能な成膜装置を提供する。
この発明の第1の態様に係るTiSiN膜の成膜方法は、被処理体の被処理面上にTiSiN膜を成膜するTiSiN膜の成膜方法であって、(1)前記被処理体が収容された処理室内にTi原料を含むTi原料ガスを供給する工程と、前記Ti原料ガスを前記処理室内に供給した後、前記処理室内に窒化剤を含む窒化ガスを供給する工程とを設定された回数行う工程と、(2)前記(1)工程の後、前記処理室内にSi原料を含むSi原料ガスを供給する工程と、前記Si原料ガスを前記処理室内に供給した後、前記処理室内に窒化剤を含む窒化ガスを供給する工程とを設定された回数行う工程と、を備え、前記Si原料ガスを、アミン系Si原料ガスとする。
この発明の第2の態様に係る成膜装置は、被処理体の被処理面上にTiSiN膜を成膜する成膜装置であって、前記被処理体を収容する処理室と、前記処理室内に、Ti原料ガス、窒化ガス、アミン系Si原料ガスを供給するガス供給機構と、前記処理室内を加熱する加熱装置と、前記処理室内を排気する排気装置と、前記ガス供給機構、前記加熱装置、前記排気装置を制御するコントローラと、を備え、前記コントローラが、前記処理室内において、上記第1の態様に係るTiSiN膜の成膜方法が前記被処理体に対して実行されるように、前記ガス供給機構、前記加熱装置、前記排気装置を制御する。
この発明によれば、Si濃度の制御をより細かく行うことが可能なTiSiN膜の成膜方法、およびその成膜方法を実行することが可能な成膜装置を提供できる。
以下、この発明の実施形態のいくつかを、図面を参照して説明する。なお、全図にわたり、共通の部分には共通の参照符号を付す。
(第1の実施形態)
<成膜方法>
図1はこの発明の第1の実施形態に係るTiSiN膜の成膜方法の一例を示す流れ図、図2A〜図2Eは図1に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図である。
<成膜方法>
図1はこの発明の第1の実施形態に係るTiSiN膜の成膜方法の一例を示す流れ図、図2A〜図2Eは図1に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図である。
まず、成膜装置の処理室内に、被処理体を収容する。被処理体の一例は、図2Aに示すように、シリコンウエハ(以下ウエハという)1である。
次に、図1中のステップ1に示すように、ウエハ1が収容された処理室内にチタン(Ti)原料を含むTi原料ガスを供給する。Ti原料ガスの一例は、TiCl4を含むガスである。これにより、ウエハ1の被処理面上にはTiが堆積され、Ti層が形成される。
ステップ1における処理条件の一例は、
TiCl4流量: 100sccm
処 理 時 間: 5sec
処 理 温 度: 400℃
処 理 圧 力: 39.99Pa(0.3Torr)
である。なお、本明細書においては、1Torrを133.3Paと定義する。
TiCl4流量: 100sccm
処 理 時 間: 5sec
処 理 温 度: 400℃
処 理 圧 力: 39.99Pa(0.3Torr)
である。なお、本明細書においては、1Torrを133.3Paと定義する。
次に、図1中のステップ2に示すように、処理室内からTi原料ガスを排気した後、処理室内を不活性ガスによってパージする。不活性ガスの一例は窒素(N2)ガスである。
次に、図1中のステップ3に示すように、処理室内に窒化剤を含む窒化ガスを供給する。窒化剤の一例はアンモニア(NH3)を含むガスである。これにより、図2Bに示すように、ウエハ1の被処理面上に形成されたTi層は窒化され、窒化チタン(TiN)層2となる。
ステップ3における処理条件の一例は、
NH3 流 量: 10slm
処 理 時 間: 15sec
処 理 温 度: 400℃
処 理 圧 力: 133.3Pa(1.0Torr)
である。
NH3 流 量: 10slm
処 理 時 間: 15sec
処 理 温 度: 400℃
処 理 圧 力: 133.3Pa(1.0Torr)
である。
次に、図1中のステップ4に示すように、処理室内から窒化ガスを排気した後、処理室内を不活性ガスによってパージする。
次に、図1中のステップ5に示すように、ステップ1〜ステップ4の繰り返し回数が、設定された回数Xであるか否かを判断する。設定回数Xに達していない、と判断された場合(No)には、ステップ1に戻り、ステップ1〜ステップ4を繰り返す。このようにステップ1〜ステップ4を設定回数Xに達するまで繰り返すことで、図2Cに示すように、設計された膜厚を持つTiN層2aがウエハ1の被処理面上に形成される。ステップ5において、設定回数Xに達した、と判断された場合(Yes)には、ステップ6へと進む。
図1中のステップ6に示すように、処理室内にシリコン(Si)原料を含むアミン系Si原料ガスを供給する。アミン系Si原料ガスの一例は、3DMAS(トリス(ジメチルアミノ)シラン:SiH[N(CH3)2]3)を含むガスである。これにより、TiN層2a上にはSiが堆積され、Si層が形成される。
ステップ6における処理条件の一例は、
3DMAS流量: 0.4sccm
処 理 時 間: 20sec
処 理 温 度: 400℃
処 理 圧 力: 39.99Pa(0.3Torr)
である。
3DMAS流量: 0.4sccm
処 理 時 間: 20sec
処 理 温 度: 400℃
処 理 圧 力: 39.99Pa(0.3Torr)
である。
次に、図1中のステップ7に示すように、処理室内からSi原料ガスを排気した後、処理室内を不活性ガスによってパージする。
次に、図1中のステップ8に示すように、処理室内に窒化ガスを供給する。ステップ8における窒化ガスは、ステップ3において使用した窒化ガスと同様のものでよい。これにより、図2Dに示すように、TiN層2a上に形成されたSi層は窒化され、窒化シリコン(SiN)層3となる。
ステップ8における処理条件の一例は、
NH3 流 量: 10slm
処 理 時 間: 40sec
処 理 温 度: 400℃
処 理 圧 力: 133.3Pa(1.0Torr)
である。
NH3 流 量: 10slm
処 理 時 間: 40sec
処 理 温 度: 400℃
処 理 圧 力: 133.3Pa(1.0Torr)
である。
次に、図1中のステップ9に示すように、処理室内から窒化ガスを排気した後、処理室内を不活性ガスによってパージする。
次に、図1中のステップ10に示すように、ステップ6〜ステップ9の繰り返し回数が、設定された回数Yであるか否かを判断する。設定回数Yに達していない、と判断された場合(No)には、ステップ6に戻り、ステップ6〜ステップ9を繰り返す。このようにステップ6〜ステップ9を設定回数Yに達するまで繰り返すことで、設計された膜厚を持つSiN層3がTiN層2a上に形成される。ステップ10において、設定回数Yに達した、と判断された場合(Yes)には、ステップ11へと進む。
なお、本例においては、設定回数Yは“1回”とした。このようにステップ6〜ステップ9については、必ずしも繰り返す必要はない。
図1中のステップ11に示すように、ステップ1〜ステップ4、およびステップ6〜ステップ9の繰り返し回数が、設定された回数Zであるか否かを判断する。設定回数Zに達していない、と判断された場合(No)には、ステップ1に戻り、ステップ1〜ステップ4、およびステップ6〜ステップ9を繰り返す。このようにステップ1〜ステップ4、およびステップ6〜ステップ9を設定回数Zに達するまで繰り返すことで、図2Eに示すように、設計された膜厚を持つSiがドープされたTiSiN膜4がウエハ1の被処理面上に形成される。ステップ11において、設定回数Zに達した、と判断された場合(Yes)には、第1の実施形態に係るTiSiNの成膜を終了する。
<利点>
このような第1の実施形態に係るTiSiN膜の成膜方法によれば、ステップ6におけるSi層の成膜に、Si原料ガスとしてアミン系Si原料ガスを用いる。アミン系Si原料ガスを用いたSi層の成膜は、例えば、Cl系Si原料ガスを用いる場合に比較して、成膜レートが低い。このため、より薄い膜厚を持つSi層を成膜することが可能である。アミン系Si原料ガスを用いた場合、Si層の成膜レートが低くなる理由の一つは、Si−Cl結合の結合エネルギーは77kcal/molであるのに対して、Si−N結合の結合エネルギーは105kcal/molと高いことである。
このような第1の実施形態に係るTiSiN膜の成膜方法によれば、ステップ6におけるSi層の成膜に、Si原料ガスとしてアミン系Si原料ガスを用いる。アミン系Si原料ガスを用いたSi層の成膜は、例えば、Cl系Si原料ガスを用いる場合に比較して、成膜レートが低い。このため、より薄い膜厚を持つSi層を成膜することが可能である。アミン系Si原料ガスを用いた場合、Si層の成膜レートが低くなる理由の一つは、Si−Cl結合の結合エネルギーは77kcal/molであるのに対して、Si−N結合の結合エネルギーは105kcal/molと高いことである。
図3は、Si原料ガスの種類とSi濃度との関係を示す図である。
図3に示すように、Si原料ガスとしてCl系Si原料ガスを用いた場合には、成膜レートがアミン系Si原料ガスを用いた場合に比較して高いために、最も薄く成膜可能な膜厚は、アミン系Si原料ガスを用いた場合よりも厚くなる。Si層の膜厚は、そのままTiN膜へのSiのドープ量を左右する。Si層の膜厚が厚ければ厚いほど、より多くのSiがTiN膜中にドープされる。即ち、最も薄く成膜可能な膜厚が厚いほど、Si層の1層あたりのSiのドープ量が多くなり、図3に示すように、Si濃度の制御は粗いものとなる。
図3に示すように、Si原料ガスとしてCl系Si原料ガスを用いた場合には、成膜レートがアミン系Si原料ガスを用いた場合に比較して高いために、最も薄く成膜可能な膜厚は、アミン系Si原料ガスを用いた場合よりも厚くなる。Si層の膜厚は、そのままTiN膜へのSiのドープ量を左右する。Si層の膜厚が厚ければ厚いほど、より多くのSiがTiN膜中にドープされる。即ち、最も薄く成膜可能な膜厚が厚いほど、Si層の1層あたりのSiのドープ量が多くなり、図3に示すように、Si濃度の制御は粗いものとなる。
このようなCl系Si原料ガスに対して、アミン系Si原料ガスを用いた場合には、最も薄く成膜可能な膜厚が薄くなるので、図3に示すように、Si濃度の制御をより細かく行うことが可能となる。また、ドープ可能な最低のドープ量についても、Cl系Si原料ガスを用いた場合に比較して、もちろん少なくすることができる。
また、Si濃度の制御をより細かく行うことが可能となったことで、TiSiN膜の耐薬品性および耐酸化性と、比抵抗とのチューニングもより細かく、かつ、精度よく行うことも可能となる。
このように、この発明の第1の実施形態によれば、Si濃度の制御をより細かく行うことが可能なTiSiN膜の成膜方法を得ることができる。
<Ti触媒効果>
ところで、アミン系Si原料ガスを用いたSi層の成膜においては、Si基板等、Siを含んだ下地の上では、Si層が成長し難い、という事情がある。
ところで、アミン系Si原料ガスを用いたSi層の成膜においては、Si基板等、Siを含んだ下地の上では、Si層が成長し難い、という事情がある。
図4は、サイクル回数とSiN膜厚との関係を示す図である。図4中に示すサイクル回数は、図1を参照して説明したステップ6〜ステップ9の繰り返し回数である。そして、処理条件は上記ステップ6〜ステップ9と同じとして、Si基板上にSiN膜を成膜した場合の膜厚と、TiN膜上にSiN膜を成膜した場合の膜厚とを比較してみたものである。
図4に示すように、Si原料ガスとしてアミン系Si原料ガスを用いた場合、Si基板上には、ほとんどSiN膜は成膜されなかった。これに対して、TiN膜上には、サイクル回数を15回とした場合で約0.9nmのSiN膜の成膜が確認され、サイクル回数を30回とした場合には約1.1nmのSiN膜の成膜が確認された。
処理条件を全く同じとしたにも関わらず、Si基板上にはSiN膜はほとんど成膜されず、TiN膜上にはSiN膜が成膜されたことは、TiN膜に含まれるTiが触媒として作用し、アミン系Si原料ガスの分解を促進させている、と考えることができる。また、図4中の矢印に示すように、サイクル回数を増やすと増膜する傾向が認められることから、SiN膜は、TiN膜上に確実に成膜されている、といえる。
この結果から、第1の実施形態に係るTiSiN膜の成膜方法を実施する際には、被処理体の被処理面上に、最初にTiN膜を形成した後、アミン系Si原料ガスの供給および窒化ガスの供給を行うことが望ましい。
<TiSiN膜の特性について>
次に、上記第1の実施形態に係るTiSiN膜の成膜方法にしたがって成膜されたTiSiN膜の特性について、TiN膜と比較しながら説明する。
次に、上記第1の実施形態に係るTiSiN膜の成膜方法にしたがって成膜されたTiSiN膜の特性について、TiN膜と比較しながら説明する。
図5は、TiN膜およびTiSiN膜の特性を示す図である。
図5に示すように、比抵抗は、TiN膜が205.1(μΩ・cm)であるのに対し、TiSiN膜は336.9(μΩ・cm)であった。比抵抗については、TiSiN膜はSiを含んでいるために、TiN膜よりも高くなる。比抵抗は、Si濃度が高くなるにつれて増加する傾向を示す。この点、第1の実施形態に係るTiSiN膜の成膜方法にしたがって成膜されたTiSiN膜は、例えば、Cl系Si原料ガスを用いて成膜したTiSiN膜よりもSi濃度を低くすることができるので、比抵抗の増加については、最小限度に抑制することが可能である。
図5に示すように、比抵抗は、TiN膜が205.1(μΩ・cm)であるのに対し、TiSiN膜は336.9(μΩ・cm)であった。比抵抗については、TiSiN膜はSiを含んでいるために、TiN膜よりも高くなる。比抵抗は、Si濃度が高くなるにつれて増加する傾向を示す。この点、第1の実施形態に係るTiSiN膜の成膜方法にしたがって成膜されたTiSiN膜は、例えば、Cl系Si原料ガスを用いて成膜したTiSiN膜よりもSi濃度を低くすることができるので、比抵抗の増加については、最小限度に抑制することが可能である。
膜厚の面内均一性は、TiN膜が3.06(±%)であるのに対し、TiSiN膜は1.18(±%)であった。第1の実施形態に係るTiSiN膜の成膜方法にしたがって成膜されたTiSiN膜は、TiN膜に比較して膜厚の面内均一性をより良好とすることができる。
Si含有量は、3.0(atm%)である。この値は、Cl系Si原料ガスを用いて成膜したTiSiN膜よりも低い値とすることが可能である。TiN膜は、当然ながらSiは含まない。
Cl含有量は、TiN膜は0.8(atm%)、TiSiN膜は0.9(atm%)でありほぼ同じである。第1の実施形態に係るTiSiN膜の成膜方法にしたがって成膜されたTiSiN膜は、膜質に影響を及ぼす可能性がある塩素(Cl)の含有量の増加についても抑制することが可能である。なお、Cl系Si原料ガスを用いて成膜したTiSiN膜は、Cl含有量がTiN膜に比較して増加する。
膜の平坦度は、TiN膜が0.33(nm)であるのに対し、TiSiN膜は0.18(nm)であった。第1の実施形態に係るTiSiN膜の成膜方法にしたがって成膜されたTiSiN膜は、TiN膜に比較して膜の平坦度が向上する、という利点があることが確認された。
ウエット薬液耐性は、TiN膜はやや良いが、TiSiN膜はさらに良好であった。第1の実施形態に係るTiSiN膜の成膜方法にしたがって成膜されたTiSiN膜は、TiN膜に比較して耐薬品性に優れている。
耐酸化性は、比抵抗の増加によって判断した。TiN膜は18(ΔμΩ・cm)増加したが、TiSiN膜は13(ΔμΩ・cm)の増加に留めることができた。第1の実施形態に係るTiSiN膜の成膜方法にしたがって成膜されたTiSiN膜は、TiN膜に比較して耐酸化性にも優れている。
(第2の実施形態)
<成膜装置>
次に、この発明の第1の実施形態に係るTiSiN膜の成膜方法を実施することが可能な成膜装置を、この発明の第2の実施形態として説明する。
<成膜装置>
次に、この発明の第1の実施形態に係るTiSiN膜の成膜方法を実施することが可能な成膜装置を、この発明の第2の実施形態として説明する。
<第1例>
図6はこの発明の第2の実施形態に係る成膜装置の第1例を概略的に示す縦断面図である。
図6はこの発明の第2の実施形態に係る成膜装置の第1例を概略的に示す縦断面図である。
図6に示すように、成膜装置100は、下端が開口され、有天井で円筒体状の内管101と、内管101の外側に同心円状に配置された外管102とからなる2重筒構造の処理室103を有している。内管101および外管102は、例えば、石英により形成されている。処理室103を構成する外管102の下端は、例えば、ステンレススチール製の円筒体状のマニホールド104に、Oリング等のシール部材105を介して連結されている。同じく処理室103を構成する内管101は、マニホールド104の内壁に取り付けられている支持リング106上に支持されている。
マニホールド104の下端は開口されており、下端開口部を介して縦型ウエハボート107が内管101内に挿入される。縦型ウエハボート107は、複数本の図示せぬ支持溝が形成されたロッド108を複数本有しており、上記支持溝に被処理体として複数枚、例えば、50〜100枚の被処理体、本例では、ウエハ1の周縁部の一部を支持させる。これにより、縦型ウエハボート107には、ウエハ1が高さ方向に多段に載置される。
縦型ウエハボート107は、石英製の保温筒109を介してテーブル110上に載置される。テーブル110は、マニホールド104の下端開口部を開閉する、例えば、ステンレススチール製の蓋部111を貫通する回転軸112上に支持される。回転軸112の貫通部には、例えば、磁性流体シール113が設けられ、回転軸112を気密にシールしつつ回転可能に支持している。蓋部111の周辺部とマニホールド104の下端部との間には、例えば、Oリングよりなるシール部材114が介設されている。これにより処理室103内のシール性が保持されている。回転軸112は、例えば、ボートエレベータ等の昇降機構(図示せず)に支持されたアーム115の先端に取り付けられている。これにより、縦型ウエハボート107および蓋部111等は、一体的に昇降されて処理室103の内管101内に対して挿脱される。
成膜装置100は、内管101内に、処理に使用するガスを供給する処理ガス供給機構120、および内管101内に、不活性ガスを供給する不活性ガス供給機構121を有している。
処理ガス供給機構120は、Ti原料ガス供給源としてTi原料ガス供給源122a、アミン系Si原料ガス供給源としてアミン系Si原料ガス供給源122b、および窒化ガス供給源として窒化ガス供給源122cを含んでいる。
Ti原料ガス供給源122aは流量制御器(MFC)126aおよび開閉弁127aを介して分散ノズル128aに接続されている。アミン系Si原料ガス供給源122bは流量制御器(MFC)126bおよび開閉弁127bを介して分散ノズル128bに接続されている。窒化ガス供給源122cは流量制御器(MFC)126cおよび開閉弁127cを介して分散ノズル128cに接続されている。
不活性ガス供給機構121は、不活性ガス供給源122eを含んでいる。不活性ガスの一例は窒素(N2)ガスである。不活性ガスは、内管101内のパージなどに使用される。不活性ガス供給源122eは流量制御器(MFC)126eおよび開閉弁127eを介してノズル128eに接続されている。
分散ノズル128a〜128cはそれぞれ、例えば、石英管よりなり、マニホールド104の側壁を内側へ貫通し、マニホールド104の内部において内管101に向かって高さ方向へ屈曲されて垂直に延びる。分散ノズル128a〜128cの垂直部分には、複数のガス吐出孔129が所定の間隔を隔てて形成されている。これにより、各ガスは、ガス吐出孔129から水平方向に内管101の内部に向けて略均一に吐出される。また、ノズル128eは、マニホールド104の側壁を貫通し、その先端から不活性ガスを、水平方向に吐出させる。
内管101の、分散ノズル128a〜128cに対して反対側に位置する側壁部分には、内管101内を排気するための排気口130が設けられている。内管101は、排気口130を介して外管102の内部に通じている。外管102の内部は、マニホールド104の側壁に設けられたガス出口131に通じており、ガス出口131には、真空ポンプ等を含む排気装置132が接続されている。排気装置132は、外管102の内部および排気口130を介して内管101内を排気する。これにより、内管101内から処理に使用した処理ガスを排気したり、内管101内の圧力を処理に応じた処理圧力としたりする。
外管102の外周には筒体状の加熱装置133が設けられている。加熱装置133は、内管101内に供給されたガスを活性化するとともに、内管101内に収容されたウエハ1を加熱する。
成膜装置100の各部の制御は、例えばマイクロプロセッサ(コンピュータ)からなるプロセスコントローラ150により行われる。プロセスコントローラ150には、オペレータが成膜装置100を管理するためにコマンドの入力操作等を行うタッチパネルや、成膜装置100の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース151が接続されている。
プロセスコントローラ150には記憶部152が接続されている。記憶部152は、成膜装置100で実行される各種処理をプロセスコントローラ150の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて成膜装置100の各構成部に処理を実行させるためのプログラム、すなわちレシピが格納される。レシピは、例えば、記憶部152の中の記憶媒体に記憶される。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、CD-ROM、DVD、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。レシピは、必要に応じて、ユーザーインターフェース151からの指示等にて記憶部152から読み出され、読み出されたレシピに従った処理をプロセスコントローラ150が実行することで、成膜装置100は、プロセスコントローラ150の制御のもと、所望の成膜処理、例えば、図1を参照して説明したステップ1〜ステップ11を実施する。
この発明の第1の実施形態に係るTiSiN膜の成膜方法は、例えば、図6に示したような成膜装置100によって実施することができる。
<第2例>
<成膜装置:第2の例>
図7はこの発明の第2の実施形態に係る成膜装置の第2例を概略的に示す水平断面図である。
<成膜装置:第2の例>
図7はこの発明の第2の実施形態に係る成膜装置の第2例を概略的に示す水平断面図である。
成膜装置としては図6に示したような縦型バッチ式に限られるものではない。例えば、図7に示すような水平型バッチ式であってもよい。図7には水平型バッチ式の成膜装置200の処理室の水平断面が概略的に示されている。なお、図7においては、排気装置、加熱装置、およびコントローラ等の図示は省略している。
図7に示すように、成膜装置200は、ターンテーブル201上に、例えば、5枚のウエハ1を載置し、5枚のウエハ1に対して成膜処理を行う。ターンテーブル201は、ウエハ1を載置した状態で、例えば、時計回りに回転される。成膜装置200の処理室202は4つの処理ステージに別れており、ターンテーブル201が回転することによって、ウエハ1は、4つの処理ステージを順番に廻る。
最初の処理ステージPS1は、図1に示したステップ1、又はステップ6を行うステージである。即ち、処理ステージPS1においては、ウエハ1の被処理面上へのTi原料ガスの供給、又はアミン系Si原料ガスの供給が行われる。処理ステージPS1の上方には、Ti原料ガス、またはアミン系Si原料ガスを供給するガス供給管203が配置されている。ガス供給管203は、ターンテーブル201に載置されて廻ってきたウエハ1の被処理面上に向かって、Ti原料ガス、またはアミン系Si原料ガスを供給する。処理ステージPS1の下流側には排気口204が設けられている。
また、処理ステージPS1は、ウエハ1を処理室202内に搬入、搬出する搬入搬出ステージでもある。ウエハ1は、処理室202内にウエハ搬入搬出口205を介して搬入搬出される。搬入搬出口205はゲートバルブ206によって開閉される。処理ステージPS1の次のステージは、処理ステージPS2である。
処理ステージPS2は、図1に示したステップ2、又はステップ7を行うステージである。処理ステージPS2は狭隘な空間となっており、ウエハ1は、狭隘な空間の中をターンテーブル201に載置された状態でくぐり抜ける。狭隘な空間の内部には、ガス供給管207から不活性ガスが供給される。処理ステージPS2の次は、処理ステージPS3である。
処理ステージPS3は、図1に示したステップ3、又はステップ8を行うステージである。処理ステージPS3の上方には、ガス供給管208が配置されている。ガス供給管208は、ターンテーブル201に載置されて廻ってきたウエハ1の被処理面上に向かって、窒化ガスを供給する。本処理ステージPS3の下流側には排気口209が設けられている。処理ステージPS3の次は、処理ステージPS4である。
処理ステージPS4は、図1に示したステップ4、又はステップ9を行うステージである。処理ステージPS4は、処理ステージPS2と同様に、狭隘な空間となっており、ウエハ1は、狭隘な空間の中をターンテーブル201に載置された状態でくぐり抜ける。狭隘な空間の内部には、ガス供給管210から、不活性ガスが供給される。処理ステージPS4の次は、最初のステージである処理ステージPS1に戻る。
このように成膜装置200においては、ウエハ1が一周廻ると、図1に示したステップ1〜ステップ4、又はステップ6〜ステップ9が完了する。つまり、ウエハ1をターンテーブル201に載せて1回転させると、1サイクルが完了となる。
この発明の第1の実施形態に係るTiSiN膜の成膜方法は、図7に示すような成膜装置200を用いることによっても、実施することができる。また、バッチ式に限らず、枚葉式の成膜装置であっても、この発明の実施形態は実施することが可能である。
以上、この発明をいくつかの実施形態によって説明したが、この発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々に変形して実施することが可能である。
例えば、上記実施形態においては、アミン系Si原料ガスとして、3DMASを例示したが、アミン系Si原料ガスは、3DMASに限られるものではない。例えば、アミン系Si原料としては、以下のようなアミン系Si原料ガスを選択することが可能である。
BAS(ブチルアミノシラン)
BTBAS(ビスターシャリブチルアミノシラン)
DMAS(ジメチルアミノシラン)
BDMAS(ビスジメチルアミノシラン)
DEAS(ジエチルアミノシラン)
BDEAS(ビスジエチルアミノシラン)
DPAS(ジプロピルアミノシラン)
DIPAS(ジイソプロピルアミノシラン)
((R1R2)N)nSiXH2X+2-n-m(R3)m …(A)
((R1R2)N)nSiXH2X-n-m(R3)m …(B)
ただし、(A)および(B)式において、
nはアミノ基の数で1〜6の自然数
mはアルキル基の数で0〜5の自然数
R1、R2、R3=CH3、C2H5、C3H7
R1、R2、R3は互いに同じであっても異なっていてもよい
Xは2以上の自然数
BTBAS(ビスターシャリブチルアミノシラン)
DMAS(ジメチルアミノシラン)
BDMAS(ビスジメチルアミノシラン)
DEAS(ジエチルアミノシラン)
BDEAS(ビスジエチルアミノシラン)
DPAS(ジプロピルアミノシラン)
DIPAS(ジイソプロピルアミノシラン)
((R1R2)N)nSiXH2X+2-n-m(R3)m …(A)
((R1R2)N)nSiXH2X-n-m(R3)m …(B)
ただし、(A)および(B)式において、
nはアミノ基の数で1〜6の自然数
mはアルキル基の数で0〜5の自然数
R1、R2、R3=CH3、C2H5、C3H7
R1、R2、R3は互いに同じであっても異なっていてもよい
Xは2以上の自然数
例えば、上記(A)式で表わされるアミノシラン系ガスの具体例としては、
ヘキサキスエチルアミノジシラン(Si2H6N6(Et)6)
ジイソプロピルアミノジシラン(Si2H5N(iPr)2)
ジイソプロピルアミノトリシラン(Si3H7N(iPr)2)
ジイソプロピルアミノジクロロシラン(Si2H4ClN(iPr)2)
ジイソプロピルアミノトリクロロシラン(Si3H6ClN(iPr)2)
を挙げることができる。
ヘキサキスエチルアミノジシラン(Si2H6N6(Et)6)
ジイソプロピルアミノジシラン(Si2H5N(iPr)2)
ジイソプロピルアミノトリシラン(Si3H7N(iPr)2)
ジイソプロピルアミノジクロロシラン(Si2H4ClN(iPr)2)
ジイソプロピルアミノトリクロロシラン(Si3H6ClN(iPr)2)
を挙げることができる。
また、例えば、上記(B)式で表わされるアミノシラン系ガスの具体例としては、
ジイソプロピルアミノジシレン(Si2H3N(iPr)2)
ジイソプロピルアミノシクロトリシラン(Si3H5N(iPr)2)
を挙げることができる。
ジイソプロピルアミノジシレン(Si2H3N(iPr)2)
ジイソプロピルアミノシクロトリシラン(Si3H5N(iPr)2)
を挙げることができる。
また、上記第1の実施形態においては、具体的な処理条件を示したが、処理条件についても、被処理体の大きさや処理室の容積等に応じて適切に変更することができる。
その他、この発明はその趣旨を逸脱しない範囲で適切に変更することが可能である。
その他、この発明はその趣旨を逸脱しない範囲で適切に変更することが可能である。
1…ウエハ、2…TiN層、3…SiN層、4…TiSiN膜。
Claims (6)
- 被処理体の被処理面上にTiSiN膜を成膜するTiSiN膜の成膜方法であって、
(1) 前記被処理体が収容された処理室内にTi原料を含むTi原料ガスを供給する工程と、前記Ti原料ガスを前記処理室内に供給した後、前記処理室内に窒化剤を含む窒化ガスを供給する工程とを設定された回数行う工程と、
(2) 前記(1)工程の後、前記処理室内にSi原料を含むSi原料ガスを供給する工程と、前記Si原料ガスを前記処理室内に供給した後、前記処理室内に窒化剤を含む窒化ガスを供給する工程とを設定された回数行う工程と、
を備え、
前記Si原料ガスを、アミン系Si原料ガスとすることを特徴とするTiSiN膜の成膜方法。 - 前記(1)工程と前記(2)工程とを、前記TiSiN膜の膜厚が設計された膜厚となるように設定された回数繰り返すことを特徴とする請求項1に記載のTiSiN膜の成膜方法。
- 前記(1)工程はTiN膜を成膜する工程であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のTiSiN膜の成膜方法。
- 前記被処理体の被処理面上に、前記TiN膜を成膜した後、前記(2)工程を行うことを特徴とする請求項3に記載のTiSiN膜の成膜方法。
- 前記アミン系Si原料ガスは、
BAS(ブチルアミノシラン)
BTBAS(ビスターシャリブチルアミノシラン)
DMAS(ジメチルアミノシラン)
BDMAS(ビスジメチルアミノシラン)
3DMAS(トリスジメチルアミノシラン)
DEAS(ジエチルアミノシラン)
BDEAS(ビスジエチルアミノシラン)
DPAS(ジプロピルアミノシラン)
DIPAS(ジイソプロピルアミノシラン)
((R1R2)N)nSiXH2X+2-n-m(R3)m …(A)
((R1R2)N)nSiXH2X-n-m(R3)m …(B)
ただし、前記(A)および前記(B)式において、
nはアミノ基の数で1〜6の自然数
mはアルキル基の数で0および1〜5の自然数
R1、R2、R3=CH3、C2H5、C3H7
R1、R2、R3は互いに同じであっても異なっていてもよい
Xは2以上の自然数
から選ばれることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のTiSiN膜の成膜方法。 - 被処理体の被処理面上にTiSiN膜を成膜する成膜装置であって、
前記被処理体を収容する処理室と、
前記処理室内に、Ti原料ガス、窒化ガス、アミン系Si原料ガスを供給するガス供給機構と、
前記処理室内を加熱する加熱装置と、
前記処理室内を排気する排気装置と、
前記ガス供給機構、前記加熱装置、前記排気装置を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラが、前記処理室内において、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載されたTiSiN膜の成膜方法が前記被処理体に対して実行されるように、前記ガス供給機構、前記加熱装置、前記排気装置を制御することを特徴とする成膜装置。
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