JP5560589B2 - 成膜方法及びプラズマ成膜装置 - Google Patents
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Description
請求項3の発明は、前記処理容器内の雰囲気の塩素の原子数と水素の原子数の比であるCl/H比は0.7〜1.3の範囲内になるように前記原料ガスと前記還元ガスの各流量を設定するようにしたことを特徴とする。
請求項5の発明は、前記窒化ガスは窒素であることを特徴とする。
請求項6の発明は、前記凹部の内径又は幅は、60nm以下であることを特徴とする。
請求項7の発明は、前記原料ガスはTiCl4 ガスであり、前記還元ガスはH2 ガスであることを特徴とする。
真空排気が可能になされた処理容器内へ凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体を収容すると共に処理容器内へチタンと塩素とを含む原料ガスと還元ガスとを供給してプラズマCVD法によりガスを反応させて被処理体に対してチタン膜よりなる薄膜を形成する成膜方法において、反応が原料ガスの反応律速の反応状態となるように原料ガスと還元ガスの各流量を設定するようにしたので、被処理体の表面に形成されている凹部の内径や幅が小さくなったり、凹部のアスペクト比が大きくなっても、薄膜の成膜時のステップカバレジを向上させることができる。
次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置を用いて行なわれる本発明の成膜方法について図1乃至図3も参照して説明する。図2は半導体ウエハ上に成膜処理を施す時の被処理体の上面の状態の一例を示す図、図3は本発明方法における原料ガスと還元ガスの各流量の最適な範囲を説明するためのグラフである。ここではプラズマ処理方法で形成されるチタンを含む膜としてTi(チタン)膜を成膜する場合を例にとって説明するが、ここで説明するプロセス条件は後述するように、プラズマ処理方法で形成されるTiN膜(窒化チタン膜)を成膜する場合にも略同様に適用することができる。
次に、図3に示すグラフのようなプロセス条件の最適な範囲を求めるに至る過程について説明する。図4はH2 流量が非常に多い従来の成膜方法によるH2 流量と成膜レートとの関係を示すグラフ、図5はH2 流量を非常に少なくした時のH2 流量と成膜レートとの関係を示すグラフ、図6は図5中の一部を拡大して示すグラフであり、成膜レートがピークになった付近を拡大して示すグラフである。図7はH2 流量を種々変更した時のTiCl4 流量と成膜レートとの関係を示すグラフ、図8はH2 流量を種々変更した時の塩素と水素との原子数比(Cl/H比)と成膜レートとの関係を示すグラフである。これ以降に説明するTi膜の成膜処理については、図1にて説明したようなプラズマ処理装置を用いている。
次に、シリコン基板よりなる半導体ウエハWに対して従来の成膜方法と本発明の成膜方法とを用いて実際にTi膜の成膜処理を行ったので、その評価結果について説明する。
成膜時のプロセス条件は、従来の成膜方法の場合は、プロセス温度は550℃、プロセス圧力は667Pa、各ガス流量についてはTiCl4 /Ar/H2 =12/1600/4000sccmである。投入した高周波電力は800Wで、成膜時間は30secである。
従って、ステップカバレッジ[(各位置の膜厚/トップの膜厚)×100]は、従来の成膜方法ではボトム、サイド(トップ)、サイド(ミドル)、サイド(ボトム)の順で、それぞれ68.7%、31.8%、14.4%、6.6%となっている。
4 絶縁層
6 凹部
8 Ti膜
10 TiN膜
12 バリヤ層
20 プラズマ処理装置
22 処理容器
28 真空排気系
32 真空ポンプ
36 載置台
38 加熱手段
40 シャワーヘッド(ガス導入手段)
56 TiCl4 ガス源
58 H2 ガス源
70 高周波電源
74 プラズマ形成手段
82 制御部
84 記憶媒体
W 半導体ウエハ(被処理体)
Claims (9)
- 真空排気が可能になされた処理容器内へ凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体を収容すると共に前記処理容器内へチタンと塩素とを含む原料ガスと還元ガスとを供給してプラズマCVD法により前記ガスを反応させて前記被処理体に対してチタン膜よりなる薄膜を形成する成膜方法において、
前記反応が前記原料ガスの反応律速の反応状態となるようにするために前記原料ガスの流量をXsccmとして前記還元ガスの流量をYsccmとした場合に、式”Y≦6.25・X−25”を満たし、且つ前記処理容器内の雰囲気の塩素の原子数と水素の原子数の比であるCl/H比は0.5〜1.5の範囲内になるように前記原料ガスと前記還元ガスの各流量を設定するようにしたことを特徴とする成膜方法。 - 前記還元ガスは水素を含むガスであることを特徴とする請求項1記載の成膜方法。
- 前記処理容器内の雰囲気の塩素の原子数と水素の原子数の比であるCl/H比は0.7〜1.3の範囲内になるように前記原料ガスと前記還元ガスの各流量を設定するようにしたことを特徴とする請求項2記載の成膜方法。
- 前記処理容器内に窒化ガスが供給されることを特徴とする請求項1又は2記載の成膜方法。
- 前記窒化ガスは窒素であることを特徴とする請求項4記載の成膜方法。
- 前記凹部の内径又は幅は、60nm以下であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の成膜方法。
- 前記原料ガスはTiCl4 ガスであり、前記還元ガスはH2 ガスであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の成膜方法。
- 凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対してチタン膜よりなる薄膜を形成するプラズマ処理装置において、
真空排気が可能になされた処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理体を載置すると共に下部電極として機能する載置台と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記処理容器内へ原料ガスを含む必要な各種ガスを導入すると共に上部電極として機能するガス導入手段と、
前記ガス導入手段へ前記各種ガスを供給するガス供給手段と、
前記載置台と前記ガス導入手段との間にプラズマを形成するプラズマ形成手段と、
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の成膜方法を実施するように制御する制御部と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 真空排気が可能になされた処理容器と、
凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体を前記処理容器内で載置すると共に下部電極として機能する載置台と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記処理容器内へ原料ガスを含む必要な各種ガスを導入すると共に上部電極として機能するガス導入手段と、
前記ガス導入手段へ前記各種ガスを供給するガス供給手段と、
前記載置台と前記ガス導入手段との間にプラズマを形成するプラズマ形成手段と、
装置全体を制御する制御部と、
を備えたプラズマ処理装置を用いて前記被処理体の表面にチタン膜よりなる薄膜を形成するに際して、
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の成膜方法を実施するように前記プラズマ処理装置を制御するコンピュータに読み取り可能なプログラムを記憶する記憶媒体。
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