JP3951976B2

JP3951976B2 - Plasma processing method

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Publication number: JP3951976B2
Application number: JP2003207210A
Authority: JP
Inventors: 哲若林
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2003-08-11
Filing date: 2003-08-11
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2023-08-11
Also published as: JP2005064017A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン基板などの表面に金属膜などを形成するプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路を製造するためには、半導体ウエハ等のシリコン基板に対して、成膜とパターンエッチング等を繰り返し行なって、多数の所望の素子を形成するようになっている。この場合、半導体ウエハに対しては各種の熱処理が行われるが、最近の半導体集積回路の製造工程においては、各素子の熱的ダメージをできるだけ抑制する必要からより各種の処理を低温で処理することが要請されており、このような状況下において比較的低温で処理を行うことができることから、プラズマを用いた処理が多く採用されるようになってきている。
【０００３】
例えば集積回路中の各素子間を接続する配線、各素子に対する電気的コンタクトを図る配線層の下層には、基板のＳｉと配線材料との相互拡散を抑制する目的で、或いは下地層との剥離を防止する目的でバリヤメタルが用いられるが、このバリヤメタルとしては、電気抵抗が低いことは勿論のこと、耐腐食性に優れた材料を用いなければならず、このような要請に対応できるバリヤメタルの材料として、特に、Ｔｉ膜・ＴｉＮ膜の積層構造が多用される傾向にあり、このＴｉ膜を形成する際にプラズマＣＶＤ処理が行われる。すなわち、非常に薄いＴｉ膜をプラズマＣＶＤにより成膜し、これを窒化処理して、更にＴｉＮ膜を熱ＣＶＤで成膜するようになっている。上記Ｔｉ膜は、原料ガスとしてＴｉＣｌ₄ （四塩化チタン）ガスと水素ガスを用いてプラズマＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により成膜される（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２１０７１３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、プラズマを用いて半導体ウエハに対して成膜処理や改質処理やエッチング処理等のプラズマ処理を行う場合、プラズマ自体は電気的には中性であるが、このプラズマの作用によって半導体ウエハ自体に、或いは半導体ウエハとプラズマとの間に電位差、すなわちチャージアップ電圧が発生することは避けられない。そして、このようなチャージアップ電圧は、特にプラズマ処理を開始した直後に発生し、この結果、半導体ウエハにすでに形成されていた絶縁膜等が上記チャージアップ電圧により絶縁破壊されてチャージアップダメージを受けてしまい、製品の歩留りを低下させてしまう、といった問題があった。
【０００６】
特に、ウエハサイズが直径２００ｍｍから直径３００ｍｍへ大型化し、更には膜厚の薄膜化及び線幅の微細化が更に要請されている今日において、上記問題点の早期解決が強く望まれている。
また上記問題点と関連して、例えばバリヤメタルとしてＴｉ膜・ＴｉＮ膜の積層構造を用いる場合、Ｔｉ膜が下地層から剥がれる、という問題もあった。すなわち、最近、半導体集積回路として、ＤＲＡＭに代えて、主としてロジック回路素子を作製する場合には、高速動作が可能なことからコンタクト膜としてＮｉＳｉ（ニッケルシリサイド）膜を用いる場合がある。このＮｉＳｉ膜はＴｉ膜、或いはＴｉＮ膜を併用しないと密着度が低下して剥がれが生じてしまうので、Ｔｉ膜、或いはＴｉＮ膜がＮｉＳｉ膜に対して併用されるが、上記ＮｉＳｉ膜は高温、例えば６００℃以上に晒されると結晶形態が変化してその抵抗が急激に増加するので、ＮｉＳｉ膜を成膜した以後の後工程の各プロセス温度は常に５００℃以下に設定する必要がある。すると、後工程において、上記５００℃以下の低温で例えばＴｉ膜、或いはＴｉＮ膜を形成すると、今度は、成膜温度が低すぎるのでこのＴｉ膜、或いはＴｉＮ膜の密着性が低くなってしまい、この結果、上述したようにこのＴｉ膜やＴｉＮ膜が下地層から剥がれてしまう、という問題が生じてしまう。
【０００７】
この点に関して、図７を参照して説明する。図７においては、例えばシリコン基板よりなる半導体ウエハ上に形成した素子にバリヤメタルとしてＴｉＮ膜を用いる場合を例にとって説明する。
まず、図７（Ａ）において、被処理体としての半導体ウエハＷは例えばシリコン基板よりなり、このシリコン基板よりなる半導体ウエハＷの表面全体には、これを覆うようにして例えばＳｉＯ₂ よりなる絶縁層２が形成されている。そして、この絶縁層２は、パターン化されて例えばコンタクトホールのようなホール４が形成されており、このホール４の底部には、シリコン基板の表面であるシリコン部分６が露出している。上記ホール４がビアホール等の場合もある。
【０００８】
そして、図７（Ｂ）に示すように上記ウエハＷの表面に、例えばスパッタを用いてＮｉ膜８を形成する（Ｎｉ膜形成工程）。この場合、ホール４の底部に堆積したＮｉ膜は、この下地層のシリコン部分６の表面との境界部分にて自然に反応してＮｉＳｉよりなるＮｉＳｉ混合層１０が自然発生的に形成される。
【０００９】
次に、図７（Ｃ）に示すように、例えばＡＰＭ（アンモニア過水）とＳＰＭ（硫酸過水）を用いてエッチングすることにより、上記ＮｉＳｉ混合層１０を残して上記Ｎｉ膜８を除去する（Ｎｉ膜除去工程）。
次に、図７（Ｄ）に示すように、プラズマ処理として例えばプラズマＣＶＤを行うことによって、上記半導体ウエハＷの表面全体にＴｉ膜１２を形成する（Ｔｉ膜形成工程）。この時、例えば原料ガスとしてはＴｉＣｌ₄ を用い、その他にＨ₂ ガス、Ａｒガス等を用いる。この場合、ホール４の底部にもＴｉ膜が形成されることになり、このＴｉ膜とホール４の底部のＮｉＳｉ混合層１０との境界部分にて自然に反応してＮｉＴｉＳｉ（チタン含有ニッケルシリサイド）よりなるＮｉＴｉＳｉ混合層１４が自然発生的に形成される。
【００１０】
次に、図７（Ｅ）に示すように、例えばＡｒガスとＨ₂ ガスとＮＨ₃ ガス等を用いてプラズマにより上記Ｔｉ膜１２を窒化処理してＴｉＮ膜に変換することにより、ＴｉＮ膜１２Ａを形成する（窒化工程）。
次に、図７（Ｆ）に示すように、例えば原料ガスとしてＴｉＣｌ₄ を用い、これと共に還元ガスとしてＮＨ₃ 等を用いて熱ＣＶＤ処理を施すことによって表面全体にＴｉＮ膜１６を形成する（ＴｉＮ膜形成工程）。これによりホール４の底部にはＴｉＮ膜１２Ａ、１６よりなるバリヤメタルが形成されることになる。
次に、図７（Ｇ）に示すように、例えばＷＦ₆ とＨ₂ 等とを用いて熱ＣＶＤ処理を施すことにより、上記ホール４内を埋め込みつつウエハＷの表面全体にタングステン膜よりなる配線層１８を形成する。その後は、この配線層１８をパターンエッチングすることにより所定の配線パターンを形成することになる。
【００１１】
上記したような成膜プロセスにおいて、前述したようにコンタクトとなるＮｉＳｉ混合膜１０は例えば６００℃以上の高温に晒されるとその電気抵抗値が急激に上昇することから、これを回避するために、図７（Ｂ）に示す工程から図７（Ｇ）に示す工程までの全ての工程におけるプロセス温度を例えば５００℃以下の低温に設定しなければならなかった。
このため、５００℃以下の低温で形成されたＴｉＮ膜１２Ａの密着性が低下し、このＴｉＮ膜１２Ａがその下地層であるＮｉＴｉＳｉ混合層１４やＳｉＯ₂ 膜よりなる絶縁層２から剥がれてしまう、とった問題があった。この場合、ＴｉＮ膜１２Ａの密着性が低下する理由は、このＴｉＮ膜１２Ａ中に、Ｔｉ膜を堆積する際に用いた原料ガスであるＴｉＣｌ中のＣｌ成分が含まれるからであると考えられる。
【００１２】
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。本発明の第１の目的は、チャージアップダメージの発生を大幅に抑制することが可能なプラズマ処理方法を提供することにある。本発明の関連技術の目的は、比較的低温で成膜処理を行ってもバリヤメタルであるＴｉＮ膜の剥がれの発生を抑制することが可能な成膜方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
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設けたプラズマ用電極に、プラズマ発生用電源から所定の電力を供給してプラズマを生成し、前記処理容器内に収容されている被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理方法において、前記被処理体に発生するチャージアップ電圧を抑制するために前記プラズマ処理を開始する際に、前記プラズマ用電極へ供給する電力を徐々に増加するようにしたことを特徴とするプラズマ処理方法である。
【００１４】
このようにプラズマ処理を開始する際に、プラズマ用電極へ供給する電力を、一気に大電力を供給しないで徐々に増加するようにしたので、突入電圧が小さくなることによってチャージアップ電圧が抑制されることになり、この結果、被処理体にチャージアップダメージが発生することを抑制することが可能となる。
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記プラズマ用電極へ供給される電力の増加傾向は、前記被処理体に対してチャージアップダメージが生じないように直線状、階段状、上向きに凸となる円弧形状、下向きに凸となる円弧形状の内のいずれか１つの状態の増加傾向になるように設定されている。
【００１５】
また例えば請求項３に規定するように、前記所定の電力の最大値は３５０ワットであり、前記プラズマ処理の開始時に前記プラズマ用電極に供給する電力をゼロワットから３５０ワットまで５秒間以上かけて略直線的に増加させる。
請求項４に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内に設けたプラズマ用電極に、プラズマ発生用電源から所定の電力を供給してプラズマを生成すると共に、前記処理容器内に原料ガスを供給し、前記処理容器内に収容されている被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理方法において、前記被処理体に発生するチャージアップ電圧を抑制するために前記プラズマ処理を開始する際に定常プロセス時の電力よりも少ない電力を前記プラズマ用電極に供給すると共に前記処理容器内へは定常プロセス時の流量よりも少ない流量の前記原料ガスを供給して所定の時間だけプラズマ処理を行うようにした第１工程と、前記第１工程の終了後に前記プラズマ用電極への供給電力を定常プロセス時の電力へ増加させると共に前記原料ガスの流量を定常プロセス時の流量へ増加させてプラズマ処理を行うようにした第２工程と、を有することを特徴とするプラズマ処理方法である。
【００１６】
このように、プラズマ処理を開始する際に、第１工程ではプラズマ用電極へは定常プロセス時の電力よりも少ない電力を供給すると共に、原料ガスも定常プロセス時の流量よりも少ない流量に設定して所定の時間だけプラズマ処理を行い、次に第２工程で電力及びガス流量共に定常プロセス時の電力及び流量までそれぞれ増加させてプラズマ処理を行うようにしたので、突入電圧が小さくなることによってチャージアップ電圧が抑制されることになり、この結果、被処理体にチャージアップダメージが発生することを抑制することが可能となる。
この場合、例えば請求項５に規定するように、前記定常プロセス時の電力よりも少ない電力は、定常プロセス時の電力の２／７以下であり、且つ前記定常プロセス時の流量よりも少ない流量は、定常プロセス時の流量は１５／４６以下である。
【００１７】
また例えば請求項６に規定するように、前記プラズマ処理は、前記被処理体の表面に薄膜を形成するプラズマ成膜処理である。
また例えば請求項７に規定するように、前記薄膜は金属膜である。
また例えば請求項８に規定するように、前記金属膜はＴｉ膜である。
本発明の関連技術は、少なくとも表面が部分的に、或いは全体的にシリコン部分になされた被処理体の表面に、薄膜を形成する成膜方法において、前記被処理体の表面全体に金属膜を形成してシリコン部分の表面と前記金属膜との境界部分に自然発生的に金属シリサイド層を形成する金属膜形成工程と、前記金属シリサイド層を残して前記金属膜をエッチングして除去する金属膜除去工程と、表面全体にＴｉ膜を形成して前記金属シリサイド層と前記Ｔｉ膜との境界部分に自然発生的にチタン含有金属シリサイド混合層を形成するＴｉ膜形成工程と、前記チタン含有金属シリサイド混合層を残すように前記Ｔｉ膜をエッチングして除去するＴｉ膜除去工程と、表面全体にＴｉＮ膜を形成するＴｉＮ膜形成工程と、表面全体に配線層を形成する配線層形成工程と、を有することを特徴とする成膜方法である。
【００１８】
このように、例えばバリヤメタルを形成する際に、Ｃｌ元素を含むＴｉ膜をエッチングにより除去するようにしたので、バリヤメタル中にＣｌ元素を含むＴｉ膜が介在しなくなり、この結果、膜の剥がれが発生することを大幅に抑制することが可能となる。
【００１９】
この場合、例えば前記Ｔｉ膜除去工程と前記ＴｉＮ膜形成工程との間に、金属膜を窒化処理するプラズマ窒化工程を行う。
また例えば前記金属膜形成工程を行う直前の前記被処理体の表面は、その底部にシリコン部分の表面が露出するようなホールのパターンが形成された絶縁層により覆われている。
また例えば前記金属膜形成工程以降の各工程のプロセス温度は５００℃以下に設定されている。
また例えば前記金属膜は、Ｎｉ（ニッケル）膜であり、前記金属シリサイド層は、ＮｉＳｉ（ニッケルシリサイド）混合層である。
また例えば前記Ｔｉ膜形成工程を行う際に、上記いずれかに記載のプラズマ処理方法を用いる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るプラズマ処理方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
＜第１実施例＞
まず、第１の発明について説明する。
図１は本発明方法を実施するプラズマ処理装置の一例を示す構成図、図２はプラズマ用電極へ供給する電力とチャージアップ電圧との関係を説明するためのグラフ、図３は半導体ウエハ上の比抵抗の分布を示す図である。図示するように、プラズマ処理装置２０は、例えばステンレススチール等により円筒体状に成形された処理容器２２を有しており、この処理容器２２は接地されている。
この処理容器２２の底部２４には、容器内の雰囲気を排出するための排気口２６が設けられており、この排気口２６には真空引きポンプ２８を介設した排気系３０が接続されて、処理容器２２内を底部周辺部から均一に真空引きできるようになっている。
【００２１】
この処理容器２２内には、導電性材料よりなる支柱３２を介して円板状の載置台３４が設けられており、この上に被処理体として例えばシリコン基板Ｗを載置し得るようになっている。具体的には、この載置台３４は、ＡｌＮ等のセラミックからなり、その表面が導電性材料によりコーティングされており、プラズマ用電極の一方である下部電極を兼用するものであり、支柱３２に直接支持される下台３４Ａと、この上面に接合される上台３４Ｂとよりなり、これらの接合面に抵抗加熱ヒータ３６が挟み込まれている。この下台３４Ａと上台３４Ｂは、その接合面にて例えば溶着により接合される。
【００２２】
処理容器２２の天井部には、プラズマ用電極の他方である上部電極と兼用されるシャワーヘッド３８が一体的に設けられた天井板４０が容器側壁に対して絶縁材４２を介して気密に取り付けられている。このシャワーヘッド３８は、上記載置台３４の上面の略全面を覆うように対向させて設けられており、載置台３４との間に処理空間Ｓを形成している。このシャワーヘッド３８は、処理空間Ｓに各種のガスをシャワー状に導入するものであり、シャワーヘッド３８の下面の噴射面４４にはガスを噴射するための多数の噴射孔４６が形成される。
【００２３】
そして、このシャワーヘッド３８の上部には、ヘッド内にガスを導入するガス導入ポート４８が設けられており、このガス導入ポート４８にはガスを流す供給通路５０が接続されている。
この供給通路５０には、複数の分岐管５２が接続され、各分岐管５２には、成膜用の原料ガスとエッチングガスとを兼用するガスとして、例えばＴｉＣｌ₄ ガスを貯留するＴｉＣｌ₄ ガス源５４、Ｈ₂ ガスを貯留するＨ₂ ガス源５６、プラズマガスとして例えばＡｒガスを貯留するＡｒガス源５８、アンモニアを貯留するＮＨ₃ ガス源６０及びＮ₂ ガス源６２がそれぞれ接続されている。そして、各ガスの流量は、それぞれの分岐管に介設した流量制御器、例えばマスフローコントローラ６３により制御される。また、各分岐管５２には、必要に応じて上記各ガスの供給及び供給停止を行なう開閉弁６４が介設されている。尚、ここでは、各ガスを１つの供給通路５０内を混合状態で供給する場合を示しているが、これに限定されず、一部のガス或いは全てのガスを個別に異なる通路内に供給し、シャワーヘッド３８内、或いは処理空間Ｓにて混合させる（いわゆるポストミックス）ガス搬送形態を用いるようにしてもよい。
【００２４】
また、天井板４０には、Ｔｉ膜成膜時のプラズマを形成するために、リード線６６を介してマッチング回路６８及び例えば４５０ｋＨｚのプラズマ発生用電源である高周波電源７０が接続されている。ここで、この高周波電源７０にあっては、任意の大きさの電力を出力できるように出力電力が可変になされている。そして、このリード線６６には、必要に応じて高周波電源の供給を断つ開閉スイッチ７２が介設されている。また、処理容器２２の側壁には、基板Ｗの搬入・搬出時に気密に開閉可能になされたゲートバルブ７４が設けられる。
【００２５】
次に、以上のように構成された装置を用いて行なわれる本発明のプラズマ処理方法について説明する。
ここではプラズマ処理方法の一例としてＴｉ膜を成膜する場合を例にとって説明する。この第１の発明の特徴は、チャージアップ電圧を抑制するために、電極へ供給する電力を徐々に増加させてある程度の時間をかけて定常プロセス時の電力まで増加する点にある。
まず、Ｔｉ膜の成膜時には、処理容器２２内へ、開放されたゲートバルブ７４を介してシリコン基板Ｗを導入し、これを載置台３４上に載置して処理容器２２内を密閉する。シリコン基板Ｗの表面には、例えば前工程において、基板上のトランジスタとのコンタクトをとるためのコンタクトホール等がすでに形成されている。
【００２６】
処理容器２２内を密閉したならば、原料ガスのＴｉＣｌ₄ ガスと、還元ガスのＨ₂ ガスを、プラズマ用ガスのＡｒガスを、それぞれ上部電極であるシャワーヘッド３８から所定の流量で処理容器２２内に導入し、且つ真空引きポンプ２８により処理容器２２内を真空引きし、所定の圧力に維持する。
これと同時に、高周波電源７０より、４５０ｋＨｚの高周波を上部電極であるシャワーヘッド３８に印加して、シャワーヘッド３８と下部電極としての載置台３４との間に高周波電界を加えて電力を投入する。これにより、Ａｒガスがプラズマ化されて、ＴｉＣｌ₄ ガスとＨ₂ ガスとの還元反応を推進し、基板表面にＴｉ膜が成膜されることになる。基板Ｗの温度は、載置台３４に埋め込んだ抵抗加熱ヒータ３６により所定の温度により加熱維持される。
【００２７】
ここで重要な点は、上記上下の電極３８、３４間に投入する電力はゼロワットから一気にプロセス電力（定常プロセス時の電力）まで増加するのではなく、ウエハＷの発生するチャージアップ電力を抑制するためにある程度の時間をかけて徐々に供給電力を増加して定常プロセス時の電力まで増加させる点である。
ここでの定常プロセスの条件は、例えば８インチ基板を処理する場合には、基板Ｗの温度が、例えば３５０〜５００℃程度、プロセス圧力は６６５Ｐａ（≒５Ｔｏｒｒ）程度である。また、ガス流量に関しては、ＴｉＣｌ₄ ガスは４．６ｓｃｃｍ程度、Ｈ₂ ガスは１５００ｓｃｃｍ程度、Ａｒガスは３００ｓｃｃｍ程度である。また、全体の成膜時間は、６０秒程度で、Ｔｉ膜の膜厚は２００Å程度である。
【００２８】
またプラズマ発生用電源７０より供給する電力は、定常プロセス時は例えば３５０ワットであり、ここではゼロワットから例えば５〜１０秒程度でかけて、定常プロセス時の電力の最大値である３５０ワットまで、徐々に、例えば直線的に増加させてい行く。
このように、プラズマ処理の開始直後の僅かな時間、例えば５〜１０秒間程度だけ時間をかけて供給電力を定常プロセス時の電力まで徐々に増加させることにより、突入電圧を低く抑えてこの僅かな期間でウエハＷに生ずるチャージアップ電圧を極力抑制することができ、従って、チャージアップダメージの発生を抑制することができる。
【００２９】
このように、５〜１０秒程度経過した後に、定常プロセス時の電力を供給しても、すなわちフルパワーを印加しても、すでに上記した５〜１０秒の僅かな期間にウエハＷ上には導電膜であるＴｉ膜が非常に僅かな厚さで堆積しているので、この極めて薄い導電性のＴｉ膜によって電荷の流れが生ずるので、チャージアップ電圧がほとんど発生することはない。また膜厚等のプラズマ処理の面内均一性も高く維持することができる。
【００３０】
ここで図２を参照して、本発明方法においてチャージアップ電圧が低下する点について説明する。図２（Ａ）はプラズマ用電極へ供給する電力の変化を示すグラフであり、図２（Ｂ）はその時の半導体ウエハ上におけるチャージアップ電圧Ｖｄｃの変化を示すグラフである。図２中において、点Ｐ１において上部電極であるシャワーヘッド３８へ電力の供給が始まってプラズマ処理が開始されている。特性Ｘ１はプラズマ処理の開始と同時にフルパワーの電力、例えば３５０ワットを一気に供給しており、これは従来方法の場合を示す。尚、図２（Ａ）では縦軸の高周波電力の大きさを目盛りで表しており、例えば目盛り１．７が３５０ワットに対応する。
【００３１】
これに対して、特性Ｙ１及びＹ２は本発明方法の場合を示しており、特性Ｙ１はゼロワットからフルパワー（定常プロセス時の電力）の電力まで５秒間かけて徐々に直線的に増加させている場合を示し、特性Ｙ２はゼロワットからフルパワーの電力まで１０秒間かけて徐々に直線的に増加させている場合を示している。この時のチャージアップ電圧Ｖｄｃは図２（Ｂ）に示されており、従来方法の特性Ｘ１では最大のチャージアップ電圧は−８１ボルトにも達している。これに対して、本発明方法の場合には、フルパワーまで５秒間かけた特性Ｙ１では最大のチャージアップ電圧Ｖｄｃは−６４ボルト程度、フルパワーまで１０秒間かけた特性Ｙ２では最大のチャージアップ電圧は−６２ボルト程度であり、共に最大のチャージアップ電圧をかなり抑制することができる。この場合、ゼロワットからフルパワーまで増加する時間を長くすればする程、発生するチャージアップ電圧の最大値を小さくできる。この結果、本発明方法の場合には、チャージアップダメージの発生量を大幅に抑制できることが確認できた。
【００３２】
ここでシャワーヘッド３８への供給電力がゼロワットからフルパワーまで増加する期間を５秒よりも小さく設定すると、チャージアップ電圧の抑制効果はそれ程発揮することができない。またこのゼロワットからフルパワーまで増加する期間を過度に長くすると、プロセス期間が長くなるのみならず、膜厚の面内均一性も低下させる原因となるので、その最大値は例えば３０秒程度である。
またここでは、特性Ｙ１、Ｙ２は直線状に変化させているが、これらが上向きに凸となる、或いは下向きに凸となる円弧形状となるように供給電力を増加させてもよいし、または、直線状ではなく階段状に供給電力を増加させるようにしてもよく、いずれにしても半導体ウエハＷに発生するチャージアップ電圧が過度に大きくならないような供給電力の増加態様ならば、どのような増加態様でもよい。
【００３３】
またここでは、定常プロセス時の供給電力が３５０ワットの場合について説明しているが、これが例えば２００ワット程度の場合には、電圧が低過ぎるので本発明方法を採用しないでもチャージアップダメージは発生しない。また実際には、チャージアップ電圧の大きさは、プロセス圧力やガス種等のプロセス条件によっても異なるので、プロセス毎に、ゼロワットから定常プロセスの電力までの電力増加期間を設定するのが望ましい。
ここでシャワーヘッド３８への供給電力をプロセス途中で変化させた結果、Ｔｉ膜の面内均一性を低下させる恐れが生ずるので、この膜厚についての検討を行った。
【００３４】
この結果を図３に示す。図３においては比抵抗を示しているが、比抵抗は膜厚の状態を１：１で反映しているので、比抵抗を検討することによって膜厚を知ることができる。図示するように、従来方法の場合には、膜厚の偏差は１．４％であったのに対して、本発明方法の場合には、膜厚の偏差は共に１．６％であり、従来方法の場合と同様に、十分に高い膜厚の面内均一性を得られることが確認できた。
【００３５】
＜変形例＞
次に第１の発明の変形例について説明する。
先の実施例においては、プラズマ用電極に供給する電力をゼロワットから定常プロセス時の電力まで徐々に増加させたが、これに限定されず、少なくとも２段階以上の複数段階に分けて供給電力を増加させるようにしてもよい。
ここではゼロワットから定常プロセス時の電力まで２段階に分けて電力を増加させる場合を例にとって説明する。
すなわち、この変形例では、前記被処理体に発生するチャージアップ電圧を抑制するために前記プラズマ処理を開始する際に定常プロセス時の電力よりも少ない電力を前記プラズマ用電極に供給すると共に前記処理容器内へは定常プロセス時の流量よりも少ない流量の前記原料ガスを供給して所定の時間だけプラズマ処理を行うようにした第１工程と、前記第１工程の終了後に前記プラズマ用電極への供給電力を定常プロセス時の電力へ増加させると共に前記原料ガスの流量を定常プロセス時の流量へ増加させてプラズマ処理を行うようにした第２工程とよりなる。
【００３６】
すなわち、ここでは定常プロセス時の電力は３５０ワットなので、第１工程ではこれより少ない電力、例えば１００ワットを一気にプラズマ用電極（シャワーヘッド）に供給し、これと同時に原料ガス、すなわちＴｉＣｌ₄ ガスを定常プロセス時の流量、例えば４．６ｓｃｃｍよりも少ない流量、例えば１．５ｓｃｃｍに設定して短い所定の時間、例えば１０秒程度だけプラズマ成膜処理を行う。尚、この間は、他のガス種に関しては定常プロセス時と同じ流量のガスを流す。
【００３７】
次に、第２工程では、プラズマ用電極への供給電力を定常プロセス時の電力へ増加させると共に、原料ガスの流量も定常プロセス時の流量へ増加させる。この場合、第２工程においてプラズマ用電極への供給電力を増加する際、定常プロセス時の電力へ一気に増加させるようにしてもよいし、これに代えて、ある程度の短い時間で直線的に、或いは段階的に増加させてもよい。
ここで、この変形例の流れを、図４に示すフローチャートも参照して説明する。
【００３８】
まず、処理容器２２内へＨ₂ ガス、Ａｒガスと共に原料ガスであるＴｉＣｌ₄ ガスを供給する（Ｓ１）。この際、上述したように、この原料ガスを定常プロセス時の流量、例えば４．６ｓｃｃｍより少ない流量、例えば１．５ｓｃｃｍで供給する。そして、これと同時に、プラズマ用電極であるシャワーヘッド３８と載置台３４との間にプラズマ用の電力を供給し、プラズマを立ててプラズマ処理、すなわちプラズマ成膜処理（プラズマＣＶＤ）を行ってＴｉ膜を堆積する（Ｓ２）。この際、上述したように、供給する電力は、定常プロセス時の電力、例えば３５０ワットよりも少ない電力、例えば１００ワットに設定する。すなわち、この１００ワットの電力を、一気にプラズマ用電極に供給する。そして、この第１工程を所定の時間、例えば１０秒程度の間、継続して行う（Ｓ３）。
【００３９】
このようにして、第１工程が終了したならば、第２工程へ移行する。すなわち、ここでは先の原料ガスの流量を増加させて定常プロセス時の流量、例えば４．６ｓｃｃｍまで増加する。これと同時に、プラズマ用電力の供給量も増加させて定常プロセス時の電力、例えば３５０ワットに設定する（Ｓ４）。
ここで、プラズマ用の供給電力を定常プロセス時の電力まで増加する場合、一気に増加させてもよいし、ある程度の短い時間、例えば数秒間をかけて直線的に、或いは段階的に増加させるようにしてもよい。そして、このような状態で、所定の時間だけ成膜処理を行ったならば、第２工程を終えて（Ｓ５）、全体の処理を終了する。この変形例の場合にも、先の実施例と同様な作用効果を発揮でき、すなわち、膜厚等のプラズマ処理の面内均一性を高く維持しつつチャージアップダメージの発生を抑制することができる。
【００４０】
ここでシャワーヘッド３８への供給電力や原料ガスの流量をプロセス途中で変化させた結果、Ｔｉ膜の面内均一性を低下させる恐れが生ずるので、この膜厚についての検討を行った。この結果を図５に示す。図５においては比抵抗を示しているが、比抵抗は膜厚の状態を１：１で反映しているので、比抵抗を検討することによって膜厚を知ることができる。尚、この図中には、比較例として、プラズマ用の供給電力は２段階で変化させているが、原料ガスの供給量は減少させないで当初より定常プロセス時の流量だけ流した場合のデータも示している。
【００４１】
図示するように、従来方法の場合には、膜厚の偏差は１．４％であったのに対して、本発明方法の変形例の場合には、膜厚の偏差は共に４．１％であり、従来方法の場合よりもある程度増加したが許容範囲内であり、高い膜厚の面内均一性を得られることが確認できた。これに対して、比較例の場合には、膜厚の偏差は１５．７％にも達してしまい、良好な特性が得られなかった。これにより、良好な膜厚の面内均一性を得るためには、第１工程で、プラズマ用供給電力のみならず、原料ガスの供給量も共に減少させる必要があることを、確認することができた。
【００４２】
上記プラズマ処理装置２０では、上部電極であるシャワーヘッド３８にプラズマ用の高周波電圧を印加する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、下部電極である載置台３４側にプラズマ用の高周波電圧を印加する装置、或いは上下の両電極に高周波電圧を印加する装置にも本発明方法を適用することができる。また、磁界や電界を併用したプラズマ処理装置等にも本発明方法を適用することができる。
更には、ここではＴｉ膜をプラズマＣＶＤにより成膜する場合を例にとって説明したが、他の金属膜、或いは絶縁膜を成膜する場合のみならず、プラズマ改質処理（例えば窒化処理）、プラズマエッチング処理等の他のプラズマ処理にも本発明方法を適用することができる。
【００４３】
＜第２の発明＞
次に、第２の発明について説明する。
この第２の発明では、例えばシリコン基板よりなる半導体ウエハＷの表面に各種の膜を堆積する際に、その一部の膜の成膜時に先に説明した第１の発明の方法を用いて、剥がれの発生のみならず、チャージアップダメージの発生を抑制するようにしている。図６はバリヤメタルとしてＴｉＮ膜を用いた時の成膜方法の一例を示すフローチャートである。
ここではシリコン基板よりなる半導体ウエハ上に形成した素子に、コンタクトとしてＮｉＳｉ膜を用い、またバリヤメタルとしてＴｉＮ膜を用いる場合を例にとって説明する。ここでの成膜プロセスの一部は、先に説明した図７（Ａ）〜図７（Ｄ）に示す工程と全く同じである。すなわちまず、図６（Ａ）において、被処理体としての半導体ウエハＷは例えばシリコン基板よりなり、このシリコン基板よりなる半導体ウエハＷの表面全体には、これを覆うようにして例えばＳｉＯ₂ よりなる絶縁層２が形成されている。そして、この絶縁層２は、パターン化されて例えばコンタクトホールのようなホール４が形成されており、このホール４の底部には、シリコン基板の表面であるシリコン部分６が露出している。上記ホール４がビアホール等の場合もある。
【００４４】
そして、図６（Ｂ）に示すように上記ウエハＷの表面に、例えばスパッタを用いて金属膜として例えばＮｉ膜８を形成する（Ｎｉ膜形成工程：金属膜形成工程）。この場合、ホール４の底部に堆積したＮｉ膜は、この下地層のシリコン部分６の表面との境界部分にて自然に反応して金属シリサイドとして例えばＮｉＳｉよりなるＮｉＳｉ混合層（金属シリサイド層）１０が自然発生的に形成される。ここでこのＮｉＳｉ混合層１０は、温度が例えば６００℃より高くなると結晶構造が変化してその電気抵抗が急激に増加してコンタクト抵抗が高くなってしまう。従って、この図６（Ｂ）に示す工程より以後の全ての工程（図６（Ｃ）〜図６（Ｇ））では、上記ＮｉＳｉ混合層１０が６００℃よりも高い高温に晒されることを防止するために、各プロセス温度を６００℃以下に設定して各処理を行う。
【００４５】
次に、図６（Ｃ）に示すように、例えばＡＰＭとＳＰＭを用いてエッチングすることにより、上記ＮｉＳｉ混合層１０を残して上記Ｎｉ膜８を除去する（Ｎｉ膜除去工程）。
次に、図６（Ｄ）に示すように、プラズマ処理として例えばプラズマＣＶＤを行うことによって、上記半導体ウエハＷの表面全体にＴｉ膜１２を形成する（Ｔｉ膜形成工程）。この時、例えば原料ガスとしてはＴｉＣｌ₄ を用い、その他にＨ₂ ガス、Ａｒガス等を用いる。この場合、ホール４の底部にもＴｉ膜が形成されることになり、このＴｉ膜とホール４の底部のＮｉＳｉ混合層１０との境界部分にて自然に反応してＮｉＴｉＳｉよりなるＮｉＴｉＳｉ混合層（チタン含有金属シリサイド混合層）１４が自然発生的に形成される。そして、このＴｉ成膜処理を行う際は、先に説明した図１に示すようなプラズマ処理装置２を用い、先に説明した第１の発明の方法を用いて行う。これにより、このプラズマ成膜時にチャージアップダメージが発生することを大幅に抑制することができる。
【００４６】
次に、図６（Ｅ）に示すように、同じプラズマ処理装置２内にてプラズマを用いないでＴｉ膜をエッチングにて除去する（Ｔｉ膜除去工程）。この場合、上記ＮｉＴｉＳｉ混合層１４はエッチングの選択性があることから除去されることなく残留する。
このエッチング処理では、プラズマ処理装置２の開閉スイッチ７２を開いて高周波電源７０の供給を断つことによりプラズマを用いず、エッチングガスとしてはＴｉＣｌ₄ ガスのみを処理容器２２内へ供給する。この時のプロセス条件は、例えばウエハＷの温度が３５０〜５００℃の範囲内、プロセス圧力が６６５Ｐａ（≒５Ｔｏｒｒ）程度、ＴｉＣｌ₄ ガスの流量は最大３０ｓｃｃｍ程度である。これにより、上述したように下地と反応したＮｉＴｉＳｉ混合層１４を除くＴｉ膜１２をエッチングして除去することが可能となる。
【００４７】
次に、図６（Ｆ）に示すように、例えば原料ガスとしてＴｉＣｌ₄ を用い、これと共に還元ガスとしてＮＨ₃ 等を用いて熱ＣＶＤ処理を施すことによって表面全体にＴｉＮ膜１６を形成する（ＴｉＮ膜形成工程）。この場合にも、プラズマを用いないで、引き続き上記プラズマ処理装置２０内で成膜処理を行う。これによりホール４の底部にはＴｉＮ膜１６よりなるバリヤメタルが形成されることになる。
次に、図６（Ｇ）に示すように、例えばＷＦ₆ とＨ₂ 等とを用いて熱ＣＶＤ処理を施すことにより、上記ホール４内を埋め込みつつウエハＷの表面全体にタングステン膜よりなる配線層１８を形成する。この配線層１８をＡｌ等の他の金属で形成してもよい。その後は、この配線層１８をパターンエッチングすることにより所定の配線パターンを形成することになる。
このように、従来方法の場合に形成されたＣｌ含有のＴｉＮ膜１２Ａ（図７（Ｅ）参照）を、本発明方法では形成する必要がないので、この結果、例えば５００℃以下の低温で処理を行っても膜剥がれや腐食が発生することがなく、電気的特性の良好なコンタクトを得ることが可能となる。
【００４８】
また上記実施例では、図６（Ｅ）に示すＴｉ膜除去工程の後に、直ちに図６（Ｆ）に示すＴｉＮ膜形成工程へ移行したが、これに限定されず、上記図６（Ｅ）に示すＴｉ膜除去工程においてＴｉ膜が完全にエッチングできなくて、これが僅かに残留することも予測されるので、このＴｉ膜除去工程の後に、残留する恐れのある金属膜、すなわち残留Ｔｉ膜を窒化処理して密着性を増すためのプラズマ窒化処理を行うようにしてもよい。このプラズマ窒化処理は、前述したように、プラズマ処理装置２内にてプラズマを用い、且つ先に説明した本発明の第１の発明方法を用いて行えばよい。
また上記各実施例においては、コンタクトとしてＮｉＳｉ膜を用いたが、これに限定されず、例えばＣｏＳｉ膜、ＰｔＳｉ膜等の金属シリサイド膜を用いることも可能である。
尚、以上の各実施例で説明した各プロセス条件は、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。
ここでは被処理体として、シリコン基板を用いて説明したが、これに限定されず、表面にシリコン層などを形成したＬＣＤ基板、ガラス基板にも本発明方法を適用できるのは勿論である。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のプラズマ処理方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１から３に規定する発明によれば、プラズマ処理を開始する際に、プラズマ用電極へ供給する電力を、一気に大電力を供給しないで徐々に増加するようにしたので、突入電圧が小さくなることによってチャージアップ電圧が抑制されることになり、この結果、被処理体にチャージアップダメージが発生することを抑制することができる。
請求項４から８に規定する発明によれば、プラズマ処理を開始する際に、第１工程ではプラズマ用電極へは定常プロセス時の電力よりも少ない電力を供給すると共に、原料ガスも定常プロセス時の流量よりも少ない流量に設定して所定の時間だけプラズマ処理を行い、次に第２工程で電力及びガス流量共に定常プロセス時の電力及び流量までそれぞれ増加させてプラズマ処理を行うようにしたので、突入電圧が小さくなることによってチャージアップ電圧が抑制されることになり、この結果、被処理体にチャージアップダメージが発生することを抑制することができる。
本発明の関連技術によれば、例えばバリヤメタルを形成する際に、Ｃｌ元素を含むＴｉ膜をエッチングにより除去するようにしたので、バリヤメタル中にＣｌ元素を含むＴｉ膜が介在しなくなり、この結果、膜の剥がれが発生することを大幅に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施するプラズマ処理装置の一例を示す構成図である。
【図２】プラズマ用電極へ供給する電力とチャージアップ電圧との関係を説明するためのグラフである。
【図３】半導体ウエハ上の比抵抗の分布を示す図である。
【図４】本発明方法のフローチャートを示す図である。
【図５】半導体ウエハ上の比抵抗の分布を示す図である。
【図６】バリヤメタルとしてＴｉＮ膜を用いた時の成膜方法の一例を示すフローチャートである。
【図７】シリコン基板よりなる半導体ウエハ上に形成した素子にバリヤメタルとしてＴｉＮ膜を用いる場合のフローチャートである。
【符号の説明】
２絶縁層
４ホール
６シリコン部分
８Ｎｉ膜
１０ＮｉＳｉ混合層
１２Ｔｉ膜
１２ＡＴｉＮ膜
１４ＮｉＴｉＳｉ混合層
１６ＴｉＮ膜
１８配線層
２０プラズマ処理装置
２２処理容器
３４載置台（プラズマ用電極）
３８シャワーヘッド（プラズマ用電極）
７０高周波電源（プラズマ発生用電源）
Ｗ半導体ウエハ（被処理体）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is related to a plasma processing method for forming a metal film or the like on the surface of the silicon substrate.
[0002]
[Prior art]
In general, in order to manufacture a semiconductor integrated circuit, a large number of desired elements are formed by repeatedly performing film formation and pattern etching on a silicon substrate such as a semiconductor wafer. In this case, various heat treatments are performed on the semiconductor wafer. However, in recent manufacturing processes of semiconductor integrated circuits, it is necessary to perform various processes at a low temperature because it is necessary to suppress thermal damage of each element as much as possible. In such a situation, since processing can be performed at a relatively low temperature, processing using plasma has been increasingly adopted.
[0003]
For example, the wiring connecting each element in the integrated circuit, the lower layer of the wiring layer for making electrical contact with each element, for the purpose of suppressing interdiffusion between the substrate Si and the wiring material, or peeling from the base layer Barrier metal is used for the purpose of preventing corrosion, but as this barrier metal, it is necessary to use a material with excellent corrosion resistance as well as low electrical resistance. In particular, a laminated structure of Ti film / TiN film tends to be frequently used, and plasma CVD processing is performed when the Ti film is formed. That is, a very thin Ti film is formed by plasma CVD, is nitrided, and a TiN film is further formed by thermal CVD. The Ti film is formed by plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) using TiCl ₄ (titanium tetrachloride) gas and hydrogen gas as source gases (Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-210713
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when plasma processing such as film formation processing, modification processing, etching processing, etc. is performed on a semiconductor wafer using plasma, the plasma itself is electrically neutral, but due to the action of this plasma, the semiconductor wafer itself In addition, a potential difference, that is, a charge-up voltage is inevitably generated between the semiconductor wafer and the plasma. Such a charge-up voltage is generated immediately after the plasma processing is started, and as a result, the insulating film or the like already formed on the semiconductor wafer is broken down by the charge-up voltage and is subjected to charge-up damage. As a result, there is a problem that the yield of the product is lowered.
[0006]
In particular, as the wafer size is increased from a diameter of 200 mm to a diameter of 300 mm, and further a thin film thickness and a fine line width are further demanded, an early solution of the above problems is strongly desired.
Further, in connection with the above problem, for example, when a Ti film / TiN film laminated structure is used as the barrier metal, there is a problem that the Ti film is peeled off from the underlayer. That is, recently, when a logic circuit element is mainly manufactured as a semiconductor integrated circuit instead of a DRAM, a NiSi (nickel silicide) film may be used as a contact film because it can operate at high speed. If this NiSi film is not used together with a Ti film or a TiN film, the degree of adhesion is lowered and peeling occurs. Therefore, the Ti film or the TiN film is used together with the NiSi film. For example, when exposed to 600 ° C. or more, the crystal form changes and its resistance increases rapidly. Therefore, it is necessary to always set each process temperature in the subsequent process after forming the NiSi film to 500 ° C. or less. Then, when, for example, a Ti film or a TiN film is formed at a low temperature of 500 ° C. or lower in the subsequent process, the film forming temperature is too low, so that the adhesion of the Ti film or TiN film becomes low. As a result, there arises a problem that the Ti film or TiN film is peeled off from the underlayer as described above.
[0007]
This point will be described with reference to FIG. In FIG. 7, for example, a case where a TiN film is used as a barrier metal for an element formed on a semiconductor wafer made of a silicon substrate will be described.
First, in FIG. 7A, a semiconductor wafer W as an object to be processed is made of, for example, a silicon substrate, and the entire surface of the semiconductor wafer W made of this silicon substrate is covered with an insulating material made of, for example, SiO _2. Layer 2 is formed. The insulating layer 2 is patterned to form, for example, a hole 4 such as a contact hole, and a silicon portion 6 that is the surface of the silicon substrate is exposed at the bottom of the hole 4. The hole 4 may be a via hole.
[0008]
Then, as shown in FIG. 7B, a Ni film 8 is formed on the surface of the wafer W by using, for example, sputtering (Ni film forming step). In this case, the Ni film deposited on the bottom of the hole 4 naturally reacts at the boundary portion with the surface of the silicon portion 6 of the underlying layer, and the NiSi mixed layer 10 made of NiSi is spontaneously formed.
[0009]
Next, as shown in FIG. 7C, the Ni film 8 is removed while leaving the NiSi mixed layer 10 by etching using, for example, APM (ammonia peroxide) and SPM (sulfuric acid peroxide). (Ni film removing step).
Next, as shown in FIG. 7D, the Ti film 12 is formed on the entire surface of the semiconductor wafer W by performing, for example, plasma CVD as the plasma processing (Ti film forming step). At this time, for example, TiCl ₄ is used as the source gas, and H ₂ gas, Ar gas, or the like is used in addition. In this case, a Ti film is also formed at the bottom of the hole 4, and NiTiSi (titanium-containing nickel silicide) reacts spontaneously at the boundary between the Ti film and the NiSi mixed layer 10 at the bottom of the hole 4. The NiTiSi mixed layer 14 is spontaneously formed.
[0010]
Next, as shown in FIG. 7E, the TiN film 12A is converted into a TiN film by nitriding the Ti film 12 with plasma using, for example, Ar gas, H ₂ gas, NH ₃ gas, or the like. Is formed (nitriding step).
Next, as shown in FIG. 7F, a TiN film 16 is formed on the entire surface by performing a thermal CVD process using, for example, TiCl ₄ as a source gas and NH ₃ or the like as a reducing gas (see FIG. 7F). TiN film forming step). As a result, a barrier metal made of the TiN films 12A and 16 is formed at the bottom of the hole 4.
Next, as shown in FIG. 7G, for example, by performing a thermal CVD process using WF ₆ and H ₂ or the like, a wiring made of a tungsten film is formed on the entire surface of the wafer W while filling the hole 4. Layer 18 is formed. Thereafter, a predetermined wiring pattern is formed by pattern etching of the wiring layer 18.
[0011]
In the film formation process as described above, as described above, the NiSi mixed film 10 to be a contact suddenly increases its electrical resistance value when exposed to a high temperature of, for example, 600 ° C. or more, in order to avoid this, The process temperature in all steps from the step shown in FIG. 7B to the step shown in FIG. 7G had to be set to a low temperature of, for example, 500 ° C. or less.
For this reason, the adhesiveness of the TiN film 12A formed at a low temperature of 500 ° C. or lower is lowered, and the TiN film 12A is peeled off from the NiTiSi mixed layer 14 or the insulating layer 2 made of the SiO ₂ film as the underlying layer. There was a problem I took. In this case, it is considered that the reason why the adhesion of the TiN film 12A is lowered is that the TiN film 12A contains a Cl component in TiCl, which is a raw material gas used when depositing the Ti film.
[0012]
The present invention has been devised to pay attention to the above problems and to effectively solve them. A first object of the present invention is to provide a plasma processing method capable of greatly suppressing the occurrence of charge-up damage. An object of the related art of the present invention is to provide a film forming method capable of suppressing the occurrence of peeling of a TiN film, which is a barrier metal, even if a film forming process is performed at a relatively low temperature.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, plasma is generated by supplying a predetermined power from a plasma generation power source to a plasma electrode provided in a processing container that can be evacuated, and is stored in the processing container. In a plasma processing method in which a predetermined plasma process is performed on an object to be processed, when the plasma process is started in order to suppress a charge-up voltage generated in the object to be processed, The plasma processing method is characterized in that the power to be supplied is gradually increased.
[0014]
As described above, when the plasma processing is started, the power supplied to the plasma electrode is gradually increased without supplying large power at a stroke, so that the charge-up voltage is suppressed by reducing the inrush voltage. As a result, it is possible to suppress the occurrence of charge-up damage to the object to be processed.
In this case, for example, as defined in claim 2, the increasing tendency of the power supplied to the plasma electrode is linear, stepped, or upward so as not to cause charge-up damage to the object to be processed. It is set so that any one of a convex arc shape and a downwardly projecting arc shape tends to increase.
[0015]
Further, for example, as defined in claim 3, the maximum value of the predetermined power is 350 watts, and the power supplied to the plasma electrode at the start of the plasma processing is approximately zero seconds to 350 watts over 5 seconds or more. Increase linearly.
According to a fourth aspect of the present invention, plasma is generated by supplying a predetermined power from a plasma generating power source to a plasma electrode provided in a processing vessel that can be evacuated, and a source gas is provided in the processing vessel. In the plasma processing method in which a predetermined plasma treatment is performed on the object to be processed accommodated in the processing container, the plasma is used to suppress a charge-up voltage generated in the object to be processed. When starting the process, less power than that in the steady process is supplied to the plasma electrode, and the raw material gas having a flow rate lower than that in the steady process is supplied into the processing vessel for a predetermined time. A first process in which only the plasma treatment is performed, and when the power supplied to the plasma electrode is increased to the power in the steady process after the first process is completed. Is a plasma processing method characterized in that it comprises a second step in which to perform the plasma treatment is increased to flow rate at the flow rate constant process of the raw material gas.
[0016]
Thus, when starting the plasma treatment, in the first step, the plasma electrode is supplied with less power than the power during the steady process, and the source gas is also set to a flow rate less than the flow during the steady process. The plasma treatment is performed for a predetermined time, and then the plasma treatment is performed in the second step by increasing both the power and gas flow rate to the power and flow rate during the steady process. As a result, it is possible to suppress the occurrence of charge-up damage to the object to be processed.
In this case, for example, as defined in claim 5, the power less than the power in the steady process is 2/7 or less of the power in the steady process, and the flow rate less than the flow in the steady process is The flow rate during the steady process is 15/46 or less.
[0017]
Further, for example, as defined in claim 6, the plasma treatment is a plasma film formation treatment for forming a thin film on the surface of the object to be processed.
For example, as defined in claim 7, the thin film is a metal film.
For example, as defined in claim 8, the metal film is a Ti film.
The related art of the present invention relates to a film forming method for forming a thin film on a surface of an object to be processed which is at least partially or entirely made of a silicon portion, wherein a metal film is formed on the entire surface of the object to be processed. Forming a metal silicide layer spontaneously at a boundary portion between the surface of the silicon portion and the metal film; and a metal film etching and removing the metal film leaving the metal silicide layer A removal step, a Ti film formation step of forming a Ti film over the entire surface and spontaneously forming a titanium-containing metal silicide mixed layer at a boundary portion between the metal silicide layer and the Ti film, and the titanium-containing metal silicide. A Ti film removing step for etching and removing the Ti film so as to leave a mixed layer, a TiN film forming step for forming a TiN film over the entire surface, and a wiring layer over the entire surface A film forming method characterized by having a line layer forming step.
[0018]
Thus, for example, when the barrier metal is formed, the Ti film containing Cl element is removed by etching, so that the Ti film containing Cl element does not intervene in the barrier metal, and as a result, peeling of the film occurs. It is possible to greatly suppress this.
[0019]
In this case, between the TiN film formation step and before Symbol Ti film removing step In example embodiment, the plasma nitriding step of nitriding the metal film.
Also, the surface of the object just before pre-Symbol metal film forming step In example embodiment, the surface of the silicon portion is covered by an insulating layer on which a pattern is formed of holes, such as to be exposed at the bottom thereof.
The process temperature of each step of the previous SL metal film forming step subsequent Invite example embodiment is set to 500 ° C. or less.
Further example if prior Symbol metal film is a Ni (nickel) film, the metal silicide layer is a NiSi (nickel silicide) mixed layer.
Further, when performing pre-Symbol Ti film formation step In example embodiment, a plasma processing method according to any displacement have the.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a plasma processing method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<First embodiment>
First, the first invention will be described.
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a plasma processing apparatus for carrying out the method of the present invention, FIG. 2 is a graph for explaining the relationship between electric power supplied to a plasma electrode and a charge-up voltage, and FIG. 3 is a graph on a semiconductor wafer. It is a figure which shows distribution of specific resistance. As shown in the figure, the plasma processing apparatus 20 includes a processing container 22 formed in a cylindrical shape by, for example, stainless steel, and the processing container 22 is grounded.
An exhaust port 26 for exhausting the atmosphere in the container is provided at the bottom 24 of the processing container 22, and an exhaust system 30 having a vacuum pump 28 is connected to the exhaust port 26. The inside of the processing container 22 can be evacuated uniformly from the bottom periphery.
[0021]
In this processing container 22, a disk-shaped mounting table 34 is provided via a support column 32 made of a conductive material, and a silicon substrate W, for example, can be mounted thereon as a processing object. ing. Specifically, the mounting table 34 is made of ceramic such as AlN, and the surface thereof is coated with a conductive material. The mounting table 34 also serves as a lower electrode that is one of plasma electrodes, and is directly attached to the support column 32. It consists of a lower base 34A to be supported and an upper base 34B joined to this upper surface, and a resistance heater 36 is sandwiched between these joint surfaces. The lower base 34A and the upper base 34B are joined by, for example, welding at the joint surface.
[0022]
A ceiling plate 40 integrally provided with a shower head 38 which is also used as an upper electrode which is the other of the plasma electrodes is attached to the ceiling portion of the processing vessel 22 in an airtight manner with respect to the side wall of the vessel via an insulating material 42. It has been. The shower head 38 is provided so as to face almost the entire upper surface of the mounting table 34, and a processing space S is formed between the shower head 38 and the mounting table 34. The shower head 38 introduces various gases into the processing space S in a shower shape, and a plurality of injection holes 46 for injecting gas are formed on the injection surface 44 on the lower surface of the shower head 38.
[0023]
A gas introduction port 48 for introducing gas into the head is provided above the shower head 38, and a supply passage 50 through which gas flows is connected to the gas introduction port 48.
A plurality of branch pipes 52 are connected to the supply passage 50, and each branch pipe 52 has a TiCl ₄ gas source that stores, for example, TiCl ₄ gas as a gas that also serves as a film forming source gas and an etching gas. 54, H _₂ H ₂ gas source 56 that stores the gas, Ar gas source 58 that stores, for example, Ar gas as the plasma gas, NH ₃ gas source 60 and the N ₂ gas source 62 storing the ammonia are connected. The flow rate of each gas is controlled by a flow rate controller provided in each branch pipe, for example, the mass flow controller 63. Each branch pipe 52 is provided with an on-off valve 64 for supplying and stopping the supply of each gas as necessary. Here, the case where each gas is supplied in a mixed state in one supply passage 50 is shown, but the present invention is not limited to this, and a part or all of the gas is supplied individually into different passages. In addition, a gas transport mode in which the gas is mixed in the shower head 38 or in the processing space S (so-called postmix) may be used.
[0024]
The ceiling plate 40 is connected to a matching circuit 68 and a high-frequency power source 70 which is a power source for generating plasma of 450 kHz, for example, via lead wires 66 in order to form plasma when forming the Ti film. Here, in this high frequency power supply 70, the output power is made variable so that power of an arbitrary magnitude can be output. The lead wire 66 is provided with an open / close switch 72 that cuts off the supply of high-frequency power as necessary. A gate valve 74 that can be opened and closed in an airtight manner when the substrate W is loaded and unloaded is provided on the side wall of the processing container 22.
[0025]
Next, the plasma processing method of the present invention performed using the apparatus configured as described above will be described.
Here, a case where a Ti film is formed as an example of the plasma processing method will be described as an example. The feature of the first invention resides in that, in order to suppress the charge-up voltage, the power supplied to the electrode is gradually increased to increase to the power during the steady process over a certain period of time.
First, at the time of forming the Ti film, the silicon substrate W is introduced into the processing container 22 through the opened gate valve 74, and this is placed on the mounting table 34 to seal the inside of the processing container 22. On the surface of the silicon substrate W, for example, a contact hole for making contact with a transistor on the substrate has already been formed in the previous step.
[0026]
If the inside of the processing vessel 22 is sealed, the raw material gas TiCl ₄ gas, the reducing gas H ₂ gas, and the plasma gas Ar gas are respectively supplied from the shower head 38 as the upper electrode at a predetermined flow rate. The inside of the processing vessel 22 is evacuated by a vacuum pump 28 and maintained at a predetermined pressure.
At the same time, a high frequency of 450 kHz is applied from the high frequency power source 70 to the shower head 38 as the upper electrode, and a high frequency electric field is applied between the shower head 38 and the mounting table 34 as the lower electrode to supply power. As a result, the Ar gas is turned into plasma, and the reduction reaction between TiCl ₄ gas and H ₂ gas is promoted, and a Ti film is formed on the substrate surface. The temperature of the substrate W is maintained at a predetermined temperature by a resistance heater 36 embedded in the mounting table 34.
[0027]
The important point here is that the electric power supplied between the upper and lower electrodes 38 and 34 does not increase from zero watts to the process electric power (electric power in a steady process) at once, but suppresses the charge-up electric power generated by the wafer W. Therefore, the supply power is gradually increased over a certain period of time to increase the power to the steady process.
The conditions of the steady process here are, for example, when processing an 8-inch substrate, the temperature of the substrate W is, for example, about 350 to 500 ° C., and the process pressure is about 665 Pa (≈5 Torr). Regarding the gas flow rate, TiCl ₄ gas is about 4.6 sccm, H ₂ gas is about 1500 sccm, and Ar gas is about 300 sccm. The entire film formation time is about 60 seconds, and the thickness of the Ti film is about 200 mm.
[0028]
The power supplied from the plasma generating power supply 70 is, for example, 350 watts during the steady process, and gradually increases from zero watts to, for example, about 5 to 10 seconds, up to 350 watts, which is the maximum power during the steady process. For example, it is increased linearly.
In this way, by gradually increasing the supply power to the power during the steady process over a short time immediately after the start of the plasma treatment, for example, about 5 to 10 seconds, the inrush voltage is suppressed to a low level. The charge-up voltage generated on the wafer W during the period can be suppressed as much as possible, and therefore the occurrence of charge-up damage can be suppressed.
[0029]
As described above, even if about 5 to 10 seconds have elapsed, even if the power in the steady process is supplied, that is, the full power is applied, the wafer W is already on the wafer W for a short period of 5 to 10 seconds. Since the Ti film, which is a conductive film, is deposited with a very small thickness, the flow of charge is generated by this extremely thin conductive Ti film, so that almost no charge-up voltage is generated. In addition, the in-plane uniformity of the plasma treatment such as the film thickness can be maintained high.
[0030]
Here, the point that the charge-up voltage is lowered in the method of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2A is a graph showing changes in power supplied to the plasma electrode, and FIG. 2B is a graph showing changes in charge-up voltage Vdc on the semiconductor wafer at that time. In FIG. 2, the supply of electric power to the shower head 38, which is the upper electrode, starts at the point P1, and the plasma processing is started. The characteristic X1 is supplying full power, for example, 350 watts at the same time as the start of the plasma processing, which shows the case of the conventional method. In FIG. 2A, the magnitude of the high-frequency power on the vertical axis is indicated by a scale. For example, the scale 1.7 corresponds to 350 watts.
[0031]
On the other hand, the characteristics Y1 and Y2 show the case of the method of the present invention, and the characteristic Y1 is gradually increased linearly over 5 seconds from zero watt to full power (power during steady process). The characteristic Y2 shows a case where the power is gradually increased linearly over 10 seconds from zero watts to full power. The charge-up voltage Vdc at this time is shown in FIG. 2B, and the maximum charge-up voltage reaches -81 volts in the characteristic X1 of the conventional method. On the other hand, in the case of the method of the present invention, the maximum charge-up voltage Vdc is about -64 volts in the characteristic Y1 applied to the full power for 5 seconds, and the maximum charge-up voltage in the characteristic Y2 applied to the full power for 10 seconds. Is about -62 volts, both of which can significantly suppress the maximum charge-up voltage. In this case, the longer the time to increase from zero watts to full power, the smaller the maximum value of the generated charge-up voltage can be made. As a result, in the case of the method of the present invention, it was confirmed that the generation amount of charge-up damage can be greatly suppressed.
[0032]
Here, if the period during which the power supplied to the showerhead 38 increases from zero watts to full power is set to be smaller than 5 seconds, the effect of suppressing the charge-up voltage cannot be exhibited so much. If the period of increase from zero watts to full power is excessively long, not only will the process period become longer, but also the in-plane uniformity of the film thickness will be reduced, so the maximum value is, for example, about 30 seconds. .
Here, the characteristics Y1 and Y2 are linearly changed. However, the supplied power may be increased so that they have an arc shape that protrudes upward or protrudes downward, or The supply power may be increased stepwise instead of in a straight line. Anyway, any increase in supply power is possible as long as the charge-up voltage generated in the semiconductor wafer W is not excessively increased. An aspect may be sufficient.
[0033]
Further, here, the case where the supply power in the steady process is 350 watts is described, but when this is, for example, about 200 watts, the voltage is too low, so no charge-up damage occurs even if the method of the present invention is not adopted. . In practice, the magnitude of the charge-up voltage also varies depending on process conditions such as process pressure and gas type, and therefore it is desirable to set a power increase period from zero watts to steady process power for each process.
Here, since the electric power supplied to the shower head 38 is changed during the process, the in-plane uniformity of the Ti film may be lowered. Therefore, the film thickness was examined.
[0034]
The result is shown in FIG. Although specific resistance is shown in FIG. 3, the specific resistance reflects the state of the film thickness by 1: 1, so that the film thickness can be known by examining the specific resistance. As shown in the figure, in the case of the conventional method, the deviation of the film thickness was 1.4%, whereas in the case of the method of the present invention, the deviation of the film thickness was 1.6%. As in the case of the conventional method, it was confirmed that a sufficiently high in-plane uniformity can be obtained.
[0035]
<Modification>
Next, a modification of the first invention will be described.
In the previous embodiment, the power supplied to the plasma electrode was gradually increased from zero watts to the power in the steady process, but this is not a limitation, and the power supply is increased in at least two stages. You may make it make it.
Here, a case where power is increased in two stages from zero watts to power in a steady process will be described as an example.
That is, in this modified example, when starting the plasma processing in order to suppress a charge-up voltage generated in the object to be processed, less power than that in a steady process is supplied to the plasma electrode and the processing is performed. A first process in which the raw material gas having a flow rate smaller than that in a steady process is supplied into the container to perform plasma treatment for a predetermined time, and after the completion of the first process, the plasma electrode is supplied to the plasma electrode. This is a second step in which the plasma processing is performed by increasing the supply power to the power during the steady process and increasing the flow rate of the source gas to the flow during the steady process.
[0036]
That is, here, the power in the steady process is 350 watts, so in the first step, less power, for example, 100 watts is supplied to the plasma electrode (shower head) at the same time, and at the same time, the raw material gas, that is, TiCl ₄ gas, The flow rate during the steady process, for example, a flow rate smaller than 4.6 sccm, for example, 1.5 sccm is set, and the plasma film forming process is performed for a short predetermined time, for example, about 10 seconds. During this period, the other gas types are supplied with the same flow rate as in the steady process.
[0037]
Next, in the second step, the supply power to the plasma electrode is increased to the power during the steady process, and the flow rate of the source gas is also increased to the flow rate during the steady process. In this case, when the power supplied to the plasma electrode is increased in the second step, it may be increased to the power at the time of the steady process, or instead, linearly in a certain short time, or You may increase in steps.
Here, the flow of this modification will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
[0038]
First, TiCl ₄ gas, which is a raw material gas, is supplied into the processing container 22 together with H ₂ gas and Ar gas (S1). At this time, as described above, this source gas is supplied at a flow rate lower than 4.6 sccm, for example, 1.5 sccm, for example, during a steady process. At the same time, plasma power is supplied between the shower head 38, which is a plasma electrode, and the mounting table 34, and plasma is generated to perform plasma processing, that is, plasma film formation processing (plasma CVD). A film is deposited (S2). At this time, as described above, the power to be supplied is set to a power lower than 350 watts, for example, 100 watts, for example, during a steady process. That is, this 100-watt power is supplied to the plasma electrode at once. Then, the first step is continuously performed for a predetermined time, for example, about 10 seconds (S3).
[0039]
In this way, when the first step is completed, the process proceeds to the second step. That is, here, the flow rate of the source gas is increased to increase the flow rate during the steady process, for example, 4.6 sccm. At the same time, the supply amount of plasma power is also increased and set to a power during a steady process, for example, 350 watts (S4).
Here, when the plasma supply power is increased to the power during the steady process, it may be increased at once, or may be increased linearly or stepwise over a short period of time, for example, several seconds. May be. If the film forming process is performed for a predetermined time in such a state, the second process is ended (S5), and the entire process is ended. Also in this modification, the same effect as the previous embodiment can be exhibited, that is, the occurrence of charge-up damage can be suppressed while maintaining high in-plane uniformity of plasma processing such as film thickness. .
[0040]
Here, since the power supplied to the shower head 38 and the flow rate of the raw material gas are changed during the process, the in-plane uniformity of the Ti film may be lowered. Therefore, the film thickness was examined. The result is shown in FIG. Although specific resistance is shown in FIG. 5, the specific resistance reflects the state of the film thickness by 1: 1, so that the film thickness can be known by examining the specific resistance. In this figure, as a comparative example, the supply power for plasma is changed in two stages, but the data when the flow rate of the steady process is flowed from the beginning without decreasing the supply amount of the source gas is also shown. Show.
[0041]
As shown in the figure, the deviation in film thickness was 1.4% in the case of the conventional method, whereas the deviation in film thickness was 4.1% in the case of the modification of the method of the present invention. However, although it increased to some extent compared with the conventional method, it was within the allowable range, and it was confirmed that in-plane uniformity with a high film thickness could be obtained. On the other hand, in the case of the comparative example, the deviation of the film thickness reached 15.7%, and good characteristics could not be obtained. Thus, in order to obtain in-plane uniformity with a good film thickness, it is possible to confirm that it is necessary to reduce not only the plasma supply power but also the supply amount of the source gas in the first step. did it.
[0042]
In the plasma processing apparatus 20, the case where a high frequency voltage for plasma is applied to the shower head 38 which is the upper electrode has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the high frequency for plasma is provided on the mounting table 34 side which is the lower electrode. The method of the present invention can also be applied to a device for applying a voltage or a device for applying a high-frequency voltage to both upper and lower electrodes. The method of the present invention can also be applied to a plasma processing apparatus using a magnetic field or an electric field in combination.
Furthermore, although the case where the Ti film is formed by plasma CVD has been described as an example here, not only the case where another metal film or insulating film is formed, but also plasma modification treatment (for example, nitriding treatment), plasma The method of the present invention can also be applied to other plasma processing such as etching processing.
[0043]
<Second invention>
Next, the second invention will be described.
In the second invention, for example, when various films are deposited on the surface of the semiconductor wafer W made of a silicon substrate, the method of the first invention described above when forming a part of the film is used. In addition to the occurrence of peeling, the occurrence of charge-up damage is suppressed. FIG. 6 is a flowchart showing an example of a film forming method when a TiN film is used as the barrier metal.
Here, a case where a NiSi film is used as a contact and a TiN film is used as a barrier metal in an element formed on a semiconductor wafer made of a silicon substrate will be described as an example. Part of the film formation process here is exactly the same as the steps shown in FIGS. 7A to 7D described above. That is, first, in FIG. 6A, a semiconductor wafer W as an object to be processed is made of, for example, a silicon substrate, and the entire surface of the semiconductor wafer W made of this silicon substrate is made of, for example, SiO ₂ so as to cover it. An insulating layer 2 is formed. The insulating layer 2 is patterned to form, for example, a hole 4 such as a contact hole, and a silicon portion 6 that is the surface of the silicon substrate is exposed at the bottom of the hole 4. The hole 4 may be a via hole.
[0044]
Then, as shown in FIG. 6B, for example, a Ni film 8 is formed as a metal film on the surface of the wafer W by using, for example, sputtering (Ni film forming process: metal film forming process). In this case, the Ni film deposited on the bottom of the hole 4 reacts spontaneously at the boundary portion with the surface of the silicon portion 6 of the underlayer, and a NiSi mixed layer (metal silicide layer) 10 made of, for example, NiSi as a metal silicide. Is formed spontaneously. Here, when the temperature of the NiSi mixed layer 10 is higher than, for example, 600 ° C., the crystal structure is changed, and the electric resistance is rapidly increased to increase the contact resistance. Therefore, in all the steps (FIGS. 6C to 6G) after the step shown in FIG. 6B, the NiSi mixed layer 10 is prevented from being exposed to a temperature higher than 600 ° C. In order to achieve this, each process temperature is set to 600 ° C. or lower and each process is performed.
[0045]
Next, as shown in FIG. 6C, the Ni film 8 is removed leaving the NiSi mixed layer 10 by etching using, for example, APM and SPM (Ni film removal step).
Next, as shown in FIG. 6D, the Ti film 12 is formed on the entire surface of the semiconductor wafer W by performing, for example, plasma CVD as the plasma processing (Ti film forming step). At this time, for example, TiCl ₄ is used as the source gas, and H ₂ gas, Ar gas, or the like is used in addition. In this case, a Ti film is also formed at the bottom of the hole 4, and a NiTiSi mixed layer made of NiTiSi reacts spontaneously at the boundary between the Ti film and the NiSi mixed layer 10 at the bottom of the hole 4 ( Titanium-containing metal silicide mixed layer) 14 is spontaneously formed. And when performing this Ti film-forming process, it uses the method of 1st invention demonstrated previously using the plasma processing apparatus 2 as shown in FIG. 1 demonstrated previously. Thereby, it is possible to greatly suppress the occurrence of charge-up damage during the plasma film formation.
[0046]
Next, as shown in FIG. 6E, the Ti film is removed by etching without using plasma in the same plasma processing apparatus 2 (Ti film removing step). In this case, the NiTiSi mixed layer 14 remains without being removed because of the etching selectivity.
In this etching process, plasma is not used by opening the open / close switch 72 of the plasma processing apparatus 2 and cutting off the supply of the high-frequency power source 70, and only TiCl ₄ gas is supplied into the processing chamber 22 as an etching gas. The process conditions at this time are, for example, that the temperature of the wafer W is in the range of 350 to 500 ° C., the process pressure is about 665 Pa (≈5 Torr), and the flow rate of the TiCl ₄ gas is about 30 sccm at the maximum. As a result, as described above, the Ti film 12 excluding the NiTiSi mixed layer 14 that has reacted with the underlying layer can be removed by etching.
[0047]
Next, as shown in FIG. 6F, a TiN film 16 is formed on the entire surface by performing a thermal CVD process using, for example, TiCl ₄ as a source gas and NH ₃ or the like as a reducing gas (see FIG. 6F). TiN film forming step). Also in this case, the film forming process is continuously performed in the plasma processing apparatus 20 without using plasma. As a result, a barrier metal made of the TiN film 16 is formed at the bottom of the hole 4.
Next, as shown in FIG. 6G, for example, by performing a thermal CVD process using WF ₆ and H ₂ or the like, a wiring made of a tungsten film is formed on the entire surface of the wafer W while filling the hole 4. Layer 18 is formed. The wiring layer 18 may be formed of other metal such as Al. Thereafter, a predetermined wiring pattern is formed by pattern etching of the wiring layer 18.
Thus, the Cl-containing TiN film 12A (see FIG. 7E) formed in the case of the conventional method does not need to be formed in the method of the present invention. As a result, the treatment is performed at a low temperature of, for example, 500 ° C. or lower. Even if the process is performed, the film does not peel off or corrode, and a contact with good electrical characteristics can be obtained.
[0048]
Moreover, in the said Example, although it shifted to the TiN film | membrane formation process shown in FIG.6 (F) immediately after the Ti film | membrane removal process shown in FIG.6 (E), it is not limited to this, In said FIG.6 (E), Since the Ti film cannot be completely etched in the Ti film removal step shown, and it is predicted that the Ti film remains slightly, after this Ti film removal step, the metal film that may remain, that is, the residual Ti film is nitrided A plasma nitriding treatment may be performed to increase the adhesion by processing. As described above, this plasma nitriding treatment may be performed using plasma in the plasma processing apparatus 2 and using the first invention method of the present invention described above.
In each of the above embodiments, the NiSi film is used as the contact. However, the present invention is not limited to this. For example, a metal silicide film such as a CoSi film or a PtSi film can be used.
It should be noted that the process conditions described in the above embodiments are merely examples, and of course are not limited thereto.
Here, the silicon substrate is used as the object to be processed. However, the present invention is not limited to this, and it is needless to say that the method of the present invention can be applied to an LCD substrate or a glass substrate on which a silicon layer or the like is formed.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, by the plasma processing method of the present invention lever can exhibit an excellent action and effect as follows.
According to the invention defined in claims 1 to 3, when starting the plasma processing, the power supplied to the plasma electrode is gradually increased without supplying a large power at a stretch. As a result, the charge-up voltage is suppressed, and as a result, the occurrence of charge-up damage to the object to be processed can be suppressed.
According to the invention defined in claims 4 to 8, when starting the plasma processing, in the first step, the plasma electrode is supplied with less power than the power in the steady process, and the source gas is also in the steady process. Since the plasma processing is performed for a predetermined time by setting the flow rate to be lower than the flow rate, and then the plasma processing is performed in the second step by increasing both the power and gas flow rates to the power and flow rate during the steady process. As the inrush voltage decreases, the charge-up voltage is suppressed. As a result, the occurrence of charge-up damage on the object to be processed can be suppressed.
According to the related art of the present invention , for example, when the barrier metal is formed, the Ti film containing the Cl element is removed by etching, so that the Ti film containing the Cl element does not intervene in the barrier metal. The occurrence of film peeling can be greatly suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a plasma processing apparatus for carrying out a method of the present invention.
FIG. 2 is a graph for explaining a relationship between electric power supplied to a plasma electrode and a charge-up voltage.
FIG. 3 is a diagram showing a distribution of specific resistance on a semiconductor wafer.
FIG. 4 is a flowchart of the method of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a distribution of specific resistance on a semiconductor wafer.
FIG. 6 is a flowchart showing an example of a film forming method when a TiN film is used as a barrier metal.
FIG. 7 is a flowchart in the case where a TiN film is used as a barrier metal for an element formed on a semiconductor wafer made of a silicon substrate.
[Explanation of symbols]
2 Insulating layer 4 Hole 6 Silicon part 8 Ni film 10 NiSi mixed layer 12 Ti film 12A TiN film 14 NiTiSi mixed layer 16 TiN film 18 Wiring layer 20 Plasma processing apparatus 22 Processing vessel 34 Mounting table (electrode for plasma)
38 Shower head (Plasma electrode)
70 High-frequency power supply (power supply for plasma generation)
W Semiconductor wafer (object to be processed)

Claims

真空引き可能になされた処理容器内に設けたプラズマ用電極に、プラズマ発生用電源から所定の電力を供給してプラズマを生成し、前記処理容器内に収容されている被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理方法において、
前記被処理体に発生するチャージアップ電圧を抑制するために前記プラズマ処理を開始する際に前記プラズマ用電極へ供給する電力を徐々に増加するようにしたことを特徴とするプラズマ処理方法。A plasma is generated by supplying a predetermined power from a plasma generation power source to a plasma electrode provided in a processing chamber that can be evacuated, and a predetermined amount is applied to a target object accommodated in the processing chamber. In the plasma processing method in which plasma processing is performed,
A plasma processing method, wherein power supplied to the plasma electrode is gradually increased when the plasma processing is started in order to suppress a charge-up voltage generated in the object to be processed.

前記プラズマ用電極へ供給される電力の増加傾向は、前記被処理体に対してチャージアップダメージが生じないように直線状、階段状、上向きに凸となる円弧形状、下向きに凸となる円弧形状の内のいずれか１つの状態の増加傾向になるように設定されていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理方法。The increasing tendency of the power supplied to the plasma electrode is linear, stepped, upwardly convex arc shape, downwardly convex arc shape so as not to cause charge-up damage to the object to be processed. The plasma processing method according to claim 1, wherein the plasma processing method is set so as to increase in any one of the states .

前記所定の電力の最大値は３５０ワットであり、前記プラズマ処理の開始時に前記プラズマ用電極に供給する電力をゼロワットから３５０ワットまで５秒間以上かけて略直線的に増加させることを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理方法。 The maximum value of the predetermined power is 350 watts, and the power supplied to the plasma electrode at the start of the plasma processing is increased substantially linearly from zero watts to 350 watts over 5 seconds. Item 3. The plasma processing method according to Item 1 or 2.

真空引き可能になされた処理容器内に設けたプラズマ用電極に、プラズマ発生用電源から所定の電力を供給してプラズマを生成すると共に、前記処理容器内に原料ガスを供給し、前記処理容器内に収容されている被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理方法において、
前記被処理体に発生するチャージアップ電圧を抑制するために前記プラズマ処理を開始する際に定常プロセス時の電力よりも少ない電力を前記プラズマ用電極に供給すると共に前記処理容器内へは定常プロセス時の流量よりも少ない流量の前記原料ガスを供給して所定の時間だけプラズマ処理を行うようにした第１工程と、
前記第１工程の終了後に前記プラズマ用電極への供給電力を定常プロセス時の電力へ増加させると共に前記原料ガスの流量を定常プロセス時の流量へ増加させてプラズマ処理を行うようにした第２工程と、
を有することを特徴とするプラズマ処理方法。A plasma is generated by supplying a predetermined power from a plasma generating power source to a plasma electrode provided in a processing vessel that can be evacuated, and a raw material gas is supplied into the processing vessel. In a plasma processing method in which a predetermined plasma processing is performed on an object to be processed contained in
In order to suppress a charge-up voltage generated in the object to be processed, when starting the plasma processing, less power than that in a steady process is supplied to the plasma electrode, and the processing container is supplied with power during the steady process. A first step of performing plasma treatment for a predetermined time by supplying the raw material gas at a flow rate lower than the flow rate of
After the first step, the plasma process is performed by increasing the power supplied to the plasma electrode to the power for the steady process and increasing the flow rate of the source gas to the flow rate for the steady process. When,
A plasma processing method comprising:

前記定常プロセス時の電力よりも少ない電力は、定常プロセス時の電力の２／７以下であり、且つ前記定常プロセス時の流量よりも少ない流量は、定常プロセス時の流量は１５／４６以下であることを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理方法。 The power less than the power in the steady process is 2/7 or less of the power in the steady process, and the flow rate less than the flow in the steady process has a flow rate of 15/46 or less in the steady process. The plasma processing method according to claim 4.

前記プラズマ処理は、前記被処理体の表面に薄膜を形成するプラズマ成膜処理であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 1, wherein the plasma processing is a plasma film forming processing for forming a thin film on a surface of the object to be processed.

前記薄膜は金属膜であることを特徴とする請求項６記載のプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 6, wherein the thin film is a metal film.

前記金属膜はＴｉ膜であることを特徴とする請求項７記載のプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 7, wherein the metal film is a Ti film.