專利名稱：鈦膜的成膜方法和鈦膜的成膜裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及從表面露出有硅部分和絕緣膜的半導體晶片等的表面 上形成鈦膜的成膜方法和成膜裝置。
背景技術：
一般地，為了制造半導體集成電路，對半導體晶片反復實施成膜、 蝕刻、氧擴散、退火等各種熱處理，作為進行這種處理的裝置的一個 例子，例如使用在專利文獻1等中公開的等離子體處理裝置。而且， 與半導體集成電路的進一步高集成化和高微細化的要求相對應，在埋 入半導體元件的絕緣膜、為了實現(xiàn)多層化的電路結構之間的絕緣的層 間絕緣膜等上形成的孔，例如接觸孔、通路孔的直徑也越來越微細化， 隨之，為了達到埋入該孔中的配線的良好的導通的埋入技術變得重要。
在進行上述埋入處理的情況下， 一般使用鋁、鎢或者它們的合金， 在該埋入之前，以減少與從孔下端部露出的例如硅基板的接觸電阻等
為目的，形成鈦(Ti)膜，使得在該Ti膜與硅基板的界面部分產(chǎn)生硅 化物化，作為硅化鈦形成TiSi2，使得接觸電阻減少(專利文獻2、 3 等)。
這里，說明伴隨上述硅化物化的Ti膜的成膜方法。圖IO是表示作 為Ti膜的成膜對象的半導體晶片的一部分的放大截面圖。作為被處理 體的半導體晶片W例如由硅基板構成，在其上表面形成例如由Si02 構成的絕緣膜2，在該絕緣膜2中形成微細的孔4。而且，作為下層的 導電層的硅部分6從該孔4的底部露出。
該硅部分6例如由通過在硅基板中摻雜n型或者p型雜質(zhì)而形成 的擴散層構成，由此，成為在晶片W的表面(包括孔的底部)上露出 有硅部分6和絕緣膜2的狀態(tài)。
對于這樣的半導體晶片W，在將該晶片W維持為規(guī)定的溫度的同 時，作為原料氣體例如使用TiCU氣體，作為還原氣體例如使用H2氣體，作為等離子體化用的氣體例如使用Ar氣體，通過進行等離子體
CVD (Chemical Vapor Deposition:化學氣相沉積)處理，在整個表面 上形成Ti膜8。在等離子體中，TiCU按照以下的反應被分解，生成低 次氯化物的前驅(qū)體(precursor)。首先，原料的TiCU根據(jù)式1被活性化。 接著，被活性化的TiCl^根據(jù)式2形成TiCl3，成為對成膜有貢獻的前 驅(qū)體。而且，根據(jù)式3， TiCl3進一步分解形成TiCl2，這也成為對成膜 有貢獻的前驅(qū)體。其中，"*"表示已活性化。以下相同。
TiCl4+Ar—TiCl4*+Ar (1 )
TiCl4*+H/H*—TiCl3+HCl (2) TiCl3+H/H*—TiCl2+HCl (3)
TiCl2是非?；钴S的前驅(qū)體，在絕緣膜例如SK)2膜上按照式4 (H2 還原反應)使Ti膜成膜。
TiCl2+H2—Ti+2HC1 (4)
如上所述，大量供給H2氣體，通過成為高濃度的H2氣體環(huán)境，
促進Ti成膜。另外，以HC1的狀態(tài)使C1從前驅(qū)體脫離、進行排氣， 從而抑制Cl向Ti膜中的混入。為此，與Ar氣體相比較，以相當大的
流量供給H2氣體。
而且，在孔4的底部成膜的Ti膜8與硅部分6接觸，其邊界被硅 化物化，這里例如形成由TiSi2構成的硅化鈦10。
然而，如果在65(TC左右的溫度區(qū)域內(nèi)進行Ti膜的成膜處理，則 Ti與硅基板反應進行硅化物化從而形成的硅化鈦膜TiSi2的結晶相在晶 片內(nèi)產(chǎn)生偏差(參差)。從而，TiSi2中的Ti膜厚(Ti的含有量)在晶 片內(nèi)產(chǎn)生偏差，其結果，絕緣膜上和硅上的Ti成膜的選擇比也在晶片 面內(nèi)產(chǎn)生很大偏差。另外，還產(chǎn)生由該結晶相的偏差引起的TiSi2膜的 表面形態(tài)(morphology)的惡化。
另外，還存在下述問題通過在比55(TC附近更低的溫度區(qū)域中進 行Ti的硅化物化，形成成分不同的TiSi、 TisSi3等硅化物相，硅化鈦膜 的薄層電阻(sheetresistance)的面內(nèi)均勻性極度惡化。 [專利文獻l]日本特開平8 — 339895號公報 [專利文獻2]日本特開平11一040518號公報 [專利文獻3]日本特開2003 — 055767號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明著眼于以上的問題點，為了有效地解決上述問題而提出。 本發(fā)明的目的在于提供鈦膜的成膜方法和鈦膜的成膜裝置，能夠在鈦 的硅化物化的過程中抑制硅化鈦膜的結晶和成分的偏差，通過使硅化 物相一致而改善晶片面內(nèi)均勻性，同時能夠改善硅化鈦膜的表面形態(tài)、 薄層電阻。
本發(fā)明者們對于Ti的硅化物化進行了精心研究，結果得到通過相 對于Ar氣體抑制H2氣體的供給量能夠控制硅化物化的見解，由此實 現(xiàn)了本發(fā)明。
方案1的發(fā)明是一種鈦膜的成膜方法，其向能夠抽真空的處理容 器內(nèi)供給包含鈦的原料氣體、還原氣體和非活性氣體，并且在上述處 理容器內(nèi)產(chǎn)生等離子體，在從表面露出有硅部分和絕緣膜的被處理體 的表面上形成鈦膜，該鈦膜的成膜方法的特征在于上述還原氣體的 供給量相對于上述還原氣體和非活性氣體的合計流量的比率設定為67 Q/^以下。
這樣，在鈦膜的成膜時將還原氣體的供給量相對于還原氣體和非 活性氣體的合計流量的比率設定為67%以下，因此，在鈦的硅化物化 的過程中，通過抑制硅化鈦膜的結晶和成分的偏差、使硅化物相一致， 從而能夠改善晶片面內(nèi)均勻性，同時改善硅化鈦膜的表面形態(tài)、薄層 電阻。
在這種情況下，例如，如方案2中所記載的，通過在上述硅部分 上形成上述鈦膜，上述硅部分被硅化物化，形成硅化鈦。
另外，例如，如方案3中所記載的，上述還原氣體的供給量的比 率的下限是3.5。％。
另外，例如，如方案4中所記載的，上述鈦膜的成膜時的溫度在 525 60(TC的范圍內(nèi)。
這樣，鈦膜的成膜時的溫度在525 60(TC的范圍內(nèi)，特別能夠提 高通過硅化物化形成的硅化鈦膜的薄層電阻、膜厚的面內(nèi)均勻性，更 能夠達到薄層電阻的降低。
另外，例如，如方案5中所記載的，首先供給上述還原氣體和非 活性氣體進行等離子體化，然后，在等離子體中供給上述原料氣體。另外，例如，如方案6中所記載的，同時供給上述還原氣體、非 活性氣體和原料氣體，然后進行等離子體化。
另外，例如，如方案7中所記載的，上述原料氣體是TiCU，上述 非活性氣體是稀有氣體，上述還原氣體是H2。
方案8的發(fā)明是一種鈦膜的成膜裝置，在從表面露出有硅部分和 絕緣膜的被處理體的表面上形成鈦膜，該鈦膜的成膜裝置的特征在于， 包括能夠真空排氣的處理容器；保持設置在上述處理容器內(nèi)的上述 被處理體的載置臺；加熱上述被處理體的加熱單元；向上述處理容器 內(nèi)供給包含鈦的原料氣體、還原氣體和非活性氣體的氣體導入單元； 在上述處理容器內(nèi)形成等離子體的等離子形成單元；和以進行方案l 7中任一項所述的成膜方法的方式進行控制的控制部。
方案9的發(fā)明是一種存儲介質(zhì)，其特征在于存儲有在使用鈦膜 的成膜裝置在上述被處理體的表面上形成鈦膜時，以進行方案1 7中 任一項所述的成膜方法的方式進行控制的計算機能夠讀取的程序，該 鈦膜的成膜裝置包括能夠真空排氣的處理容器；設置在上述處理容 器內(nèi)、保持從表面露出有硅部分和絕緣膜的被處理體的載置臺；加熱 上述被處理體的加熱單元；向上述處理容器內(nèi)供給包含鈦的原料氣體、 還原氣體和非活性氣體的氣體導入單元；在上述處理容器內(nèi)形成等離 子體的等離子體形成單元；和控制裝置整體的控制部。
根據(jù)本發(fā)明的鈦膜的成膜方法和鈦膜的成膜裝置，能夠發(fā)揮下述 優(yōu)異的作用效果。
在鈦膜的成膜時，將還原氣體的供給量相對于還原氣體和非活性 氣體的合計流量的比率設定為67%以下，因此，通過在鈦膜的硅化物 化的過程中抑制硅化鈦膜的結晶和成分的偏差、使硅化物相一致，從 而能夠改善晶片面內(nèi)均勻性，同時改善硅化鈦膜的表面形態(tài)、薄層電 阻。
特別是，根據(jù)方案4的發(fā)明，鈦膜的成膜時的溫度在525 600°C 的范圍內(nèi)，特別能夠提高通過硅化物化形成的硅化鈦膜的薄層電阻、 膜厚的面內(nèi)均勻性，能夠進一步達到薄層電阻的降低。


圖1是表示實施本發(fā)明的鈦膜的成膜方法的鈦膜的成膜裝置的一 個例子的截面結構圖。
圖2是表示各氣體的供給狀態(tài)和等離子體點火的定時的時序圖。 圖3是表示用于調(diào)查在硅基板上形成的Ti膜的硅化物化的狀況的
X射線衍射分析的結果的衍射光譜。
圖4是改變氫氣的供給量的比率而成膜的Ti (硅化鈦)的表面的
電子顯微鏡照片。
圖5是表示氫氣的供給量的比率與在半導體晶片上沉積的Ti膜的
選擇比的關系的曲線。
圖6是表示晶片溫度與膜厚和膜厚的偏差的關系的曲線。
圖7是表示晶片溫度與薄層電阻的平均值和薄層電阻的偏差的關
系的曲線。
圖8是表示晶片溫度與選擇比的關系的曲線。 圖9是表示晶片溫度與電阻率的關系的曲線。 圖10是表示作為Ti膜的成膜對象的半導體晶片的一部分的放大截 面圖。
符號說明
r絕緣嫫
6硅部分
8鈦膜
14處理容器
12 Ti膜的成膜裝置
18噴淋頭部(氣體導入單元)
24高頻電源
28等離子體形成單元
38載置臺
42加熱器(加熱單元) 66氣體供給系統(tǒng) 74控制部 76存儲介質(zhì)
W半導體晶片(被處理體)
具體實施例方式
以下，參照附圖，詳細敘述本發(fā)明的鈦膜的成膜方法和鈦膜的成 膜裝置的一個優(yōu)選的實施例。
圖1是表示實施本發(fā)明的鈦膜的成膜方法的鈦膜的成膜裝置的一
個例子的截面結構圖。另外，這里以通過等離子體CVD進行鈦膜(Ti 膜)的成膜、進行硅化物化的情況為例進行說明。
如圖所示，該Ti膜的成膜裝置12，例如具有由鋁成形為圓筒狀的 處理容器14，該處理容器14接地。在該處理容器14的頂部，作為氣 體導入單元，設置有在下表面具有多個氣體噴出口 16的噴淋頭部18， 由此，能夠?qū)⒏鞣N需要的氣體導入到處理容器14內(nèi)的處理空間S中。 另外，該噴淋頭部18內(nèi)被劃分為，在其中作為原料氣體的TiCU與作 為還原氣體的H2不混合，直至兩種氣體向處理空間S噴出時才開始混 合，即所謂的后混合結構。另外，不限于這種結構，也可以使用在噴 淋頭部18內(nèi)使兩種氣體混合的所謂預混合結構的噴淋頭部。
該噴淋頭部18的整體由例如鎳、哈氏合金(hastelloy,商品名)、 鋁、碳、石墨或者這些材料的組合構成，作為整體由導電體構成，兼 用作平行平板電極的上部電極。在作為該上部電極的噴淋頭部18的外 周側(cè)、上方側(cè)，例如利用由石英、氧化鋁(A1203)等構成的絕緣體20 覆蓋整體，上述噴淋頭部18通過該絕緣體20以絕緣狀態(tài)安裝固定在 處理容器14側(cè)。在這種情況下，在上述噴淋頭部18、絕緣體20和處 理容器14的各接合部中，分別插入有例如由O形圈等構成的密封部件 22，使得能夠維持處理容器14內(nèi)的氣密性。
而且，在該噴淋頭部18上，連接有等離子體形成單元28。具體地 講，該等離子體形成單元28具有例如產(chǎn)生450kHz的高頻電壓的高頻 電源24，該高頻電源24通過匹配電路26與上述噴淋頭部18連接，根 據(jù)需要在作為上述上部電極的噴淋頭部18上施加高頻電壓。另外，該 高頻電壓的頻率不限于450kHz，也可以使用其它的頻率，例如 13.56MHz等，具體地講，能夠使用300kHz 27MHz的范圍內(nèi)的頻率。
而且，在該處理容器14的側(cè)壁上形成有用于搬入搬出晶片的搬入 搬出口 30，在該搬入搬出口 30上設置有閘閥32，使其能夠開關。在
9該閘閥32上，為了將半導體晶片以不暴露在大氣中的方式進行搬送， 連接有未圖示的負載鎖定室、傳輸腔室等。
另外，該處理容器14的底部的中央向下方凹部狀地被成形，在其 側(cè)面設置有與未圖示的真空泵等連接的排氣口 34，根據(jù)需要能夠?qū)μ?理容器14內(nèi)進行抽真空。而且，在該處理容器14內(nèi)，為了截置作為 被處理體的半導體晶片W，設置有從其底部通過支柱36被支承的載置 臺38。該載置臺38兼用作下部電極，在該載置臺38的上部周緣部， 以包圍晶片W的周圍的方式設置有環(huán)狀的聚焦環(huán)40。在作為該下部電 極的載置臺38與作為上述上部電極的噴淋頭部18之間的處理空間S 中，通過向上部電極施加高頻電壓，能夠產(chǎn)生等離子體。
具體地講，該載置臺38例如整體由A1N等陶瓷構成，在其內(nèi)部， 作為加熱單元以一定的圖案形狀排列并埋入有例如由鉬、鎢線等電阻 體構成的加熱器42。加熱器電源44通過配線46連接在該加熱器42 上，根據(jù)需要，向上述加熱器42供給電力，使得能夠?qū)⒕琖控制 為規(guī)定的溫度。進而，在該載置臺38的內(nèi)部，為了發(fā)揮下部電極的功 能，在面內(nèi)方向遍及大致整個區(qū)域地埋入有例如將鉬線等網(wǎng)格狀地(網(wǎng) 狀)編織構成的電極本體48。而且，該電極本體48通過配線50接地。 另外，在該電極本體48上也可以施加高頻電壓作為偏置電壓。
而且，在上述載置臺38上，形成有在上下方向貫通該載置臺38 的3個銷孔52 (圖1中僅記述有2個)，在各銷孔52中，能夠以松配 合的狀態(tài)插通其下端被圓弧狀的連接環(huán)54共同支承的例如石英制的按 壓提升銷56。而且，上述連接環(huán)54支承在貫通容器底部并設置為能夠 上下移動的出沒桿58的上端，該出沒桿58的下端與致動器60連接。 由此，在晶片W的交接時，使上述各按壓提升銷56從各銷孔52的上 端向上方出沒。另外，在上述出沒桿58的相對于容器底部的貫通部上， 插入設置有能夠伸縮的波紋管62，使得上述出沒桿62能夠在維持處理 容器14內(nèi)的氣密性的同時升降。
而且，在上述噴淋頭部18的氣體導入口 64上，連接有供給在處 理中所需要的各種氣體的氣體供給系統(tǒng)66。具體地講，在這里作為氣 體供給系統(tǒng)66，分別連接有流過作為原料氣體的例如TiCU氣體的原料 氣體管68、流過作為等離子體用氣體的非活性氣體例如Ar氣體的等離子體用氣體管70、和流過作為還原氣體的例如H2氣體的還原氣體管 72。而且，在各氣體管68、 70、 72中分別插入設置有控制各氣體的供 給量的質(zhì)量流量控制器那樣的流量控制器68A、 70A、 72A和開關閥 68B、 70B、 72B。
而且，該裝置整體例如通過由計算機構成的控制部74被控制，例 如控制各氣體的供給的開始、停止、各氣體的流量控制、晶片W的溫 度控制、處理容器14內(nèi)的壓力控制、等離子體產(chǎn)生用的高頻電力的供 給以及供給的停止等。另外，在該控制中所需要的能夠由計算機讀取 的程序存儲在存儲介質(zhì)76中。該存儲介質(zhì)76例如由軟盤、CD(Compact Disc)、 CD—ROM、硬盤、閃存或者DVD等構成。
接著，參照圖2 圖5說明使用以上結構的成膜裝置進行的本發(fā)明 的鈦膜的成膜方法。圖2是表示各氣體的供給狀態(tài)和等離子體點火的 定時的時序圖，圖3是表示為了調(diào)查在硅基板上形成的Ti膜的硅化物 化的狀況的X射線衍射分析的結果的曲線，圖4是改變氫氣的供給量 的比率而成膜的Ti (硅化鈦)的表面的電子顯微鏡照片，圖5是表示 氫氣的供給量的比率與在半導體晶片上沉積的Ti膜的選擇比的關系的 曲線。
在這里使用的半導體晶片W也如圖10所示，是在表面上露出有 硅部分和絕緣膜的晶片，上述硅部分可以是硅基板，也可以是形成在 基板上的硅膜。在底部露出有硅部分的孔與接觸孔、通路孔相對應。 而且，作為絕緣膜，氧化硅膜(Si02膜)與其相對應，在該Si02膜上 和作為硅部分的Si上分別形成有Ti膜。
首先，使設置在處理容器14的側(cè)壁上的閘閥32為打開狀態(tài)，從 未圖示的負載鎖定室等中通過搬入搬出口30將未處理的上述那樣的半 導體晶片W搬入到該處理容器14內(nèi)，通過將其交接到按壓提升銷56 上并使其下降，將晶片W放置到作為下部電極的載置臺38上。
接著，使處理容器14內(nèi)為密閉狀態(tài)，增加向加熱器42投入的電 力，將成為預熱狀態(tài)的載置臺38的溫度升溫并維持到處理溫度。而且， 與此同時，使各開關閥68B、 70B、 72B為打開狀態(tài)，從作為上部電極 的噴淋頭部18，將作為等離子體氣體的Ar氣體、作為還原氣體的H2 氣體、作為原料氣體的TiCU氣體，在分別進行流量控制的同時向處理容器14內(nèi)進行供給，同時從排氣口 34對處理容器14內(nèi)進行抽真空， 將處理容器14內(nèi)維持為規(guī)定的處理壓力。
而且，進而通過驅(qū)動上述高頻電源24，在作為上部電極的噴淋頭 部18與作為下部電極的載置臺38之間施加例如450kHz的高頻電壓， 由此，在處理空間S中產(chǎn)生等離子體，利用等離子體分解TiCU氣體， 使Ti膜沉積到晶片W的表面。與此同時，例如沉積在從孔的底部露出 的硅部分上的Ti膜與基底的Si反應而硅化物化，在邊界部分中形成硅 化鈦(TixSiy: x、 y是正的整數(shù))。
此處，各氣體的供給狀態(tài)的一個例子如圖2所示，首先供給Ar氣 體和H2氣體，在各自的供給量穩(wěn)定以后，進行等離子體點火，產(chǎn)生等 離子體。然后，如果上述Ar氣體、H2氣體已等離子體化，則隨后供給 TiCU氣體，還原或者分解該TiCU氣體，通過等離子體CVD在晶片上 沉積Ti膜。另外，上述各種氣體的供給狀態(tài)、等離子體點火的定時不 限于上述的順序，例如也可以如圖2中的虛線表示的那樣，在供給Ar、 H2、 TiCU各氣體之后使等離子體點火。
在上述那樣的由等離子體CVD進行的Ti膜的成膜處理中，在現(xiàn) 有的成膜方法中，相比于Ar氣體更多地供給H2氣體，而在這里，作 為本發(fā)明方法的特征，將作為還原氣體的H2氣體的供給量相對于H2 氣體和作為非活性氣體的Ar氣體的合計流量的比率，g卩"H2 / H2+Ar" 設定為67%以下。如上所述，通過將H2氣體的供給量的比率(=H2 /H2+Ar)設定為67%以下，通過硅化物化形成的硅化鈦的硅化物相 一致，在晶片面內(nèi)單一，其結果，能夠改善晶片面內(nèi)的膜厚以及薄層 電阻的均勻性。
如果詳細地說明這一點，則如上所述。g卩，如果H2濃度較高，則 在等離子體氣氛中生成大量的氫原子(H)或者氫自由基(H*)，促進 TiCU的還原反應，大量生成TiCl2。其結果，Ti膜的成膜過程中活性的 前軀體TiCl2的成膜反應為支配性的。如果TiCb吸附到硅表面上，則 與SK)2表面不同，TiCl2直接與Si發(fā)生反應，成為硅化鈦(Si還原反 應)，同時Si成為SiCl2并揮發(fā)，蝕刻硅基板。
上述Si還原反應相比于H2還原反應較為活躍，因此在基板溫度為 65(TC附近的高溫區(qū)域中，在TiSb的C49結晶相以外還形成C54結晶相。另外，在55(TC附近的溫度區(qū)域中，通過硅化物化，作為硅化鈦膜， 與TiSi —同形成具有異質(zhì)的組成的Ti5Si3的硅化物相。
如果這樣在硅化鈦膜的硅化物相中發(fā)生偏差，則不僅硅化鈦膜的 膜厚(成膜速率)、薄層電阻等電特性的面內(nèi)均勻性惡化，而且在550 。C附近的溫度區(qū)域中薄層電阻增大，在65(TC附近的溫度區(qū)域中表面形 態(tài)惡化。
而如果使H2濃度減少，則能夠抑制在等離子體氣氛中的TiCU的 還原反應，在Ti膜的成膜過程中，TiCl3的前軀體的成膜反應為支配性 的。作為比較穩(wěn)定的前軀體的TiCl3如果吸附到Si表面上，則與&02 表面同樣，被H或者!^還原形成Ti膜，該Ti膜由于熱與Si發(fā)生反應， 進行硅化物化而形為硅化鈦。
其結果，硅化鈦膜在晶片面內(nèi)從多個硅化物相混合存在的狀態(tài)轉(zhuǎn) 變?yōu)橛蒚i成膜的溫度區(qū)域決定的單一的硅化物相。
這里，實際地使H2的供給量的比率進行各種變化，對在Si基板上 形成的Ti膜向哪種硅化物相硅化物化進行了研究，說明其評價結果。
圖3是表示為了調(diào)査己成膜的Ti膜的硅化物化的狀況而進行的X 射線衍射的結果的衍射光譜。Ti膜的成膜時的處理條件是處理溫度(晶 片溫度)為640。C、處理壓力為500Pa、高頻電力為500W、 TiCl4的流 量為12sccm、 Ar的流量為1600 4800sccm、 H2的流量為800 4000 sccm，在裸的硅基板上進行成膜。這時，如圖3中表示的那樣，在17 83%的范圍內(nèi)使H2的供給量的比率進行各種變化。圖3中表示了 TiSi2.C54和TiSi"C49的各峰值的位置。另外，關于X射線的強度 (縱軸)，在每個H2比率下向上下方向偏移，使得易于判別是否有峰 值。
根據(jù)該圖3能夠明確，在H2的供給量的比率(=H2/H2+Ar)為 83%的情況下，不僅看到了 TiSi"C49的峰值，而且還看到了結晶相 不同的TiSi2 C54的峰值，判斷為兩個結晶相C49、 C54混合存在， 使得表面形態(tài)惡化。
與此相對，在H2的供給量的比率是67X、 50%、 33%、 17%這樣 比較低的情況下，看到了 TiSi2 *C49的峰值，但是沒有看到TiSi2 C54 的峰值。從而，在H2的供給量的比率為67X以下的情況下，能夠確認能夠使硅化鈦的結晶相一致為TiSi2 C49。
這樣，根據(jù)本發(fā)明，在鈦膜的成膜時，將還原氣體的供給量相對 于還原氣體和非活性氣體的合計流量的比率設定為67%以下，因此， 通過使鈦的硅化物結構的結晶相一致，能夠改善表面形態(tài)。另外，在 這種情況下，如果使H2氣體的供給量過少，則還原作用變小，不能夠 充分地進行Ti膜自身的成膜，因此該H2的供給量的比率的下限是3.5 %左右。
進而，相比于上述情況僅稍改變H2氣體的供給量的比率地拍攝了
在裸的硅基板上形成有Ti膜(硅化鈦)時的表面的電子顯微鏡照片， 參照圖4說明其評價結果。這里，使H2氣體的供給量的比率在14 71 %變化，表示出這時的晶片的中央(center)和周緣部(edge)的電子 顯微鏡照片。其中，關于評價結果，"X"表示不良，"O"表示良好， "◎"表示最佳。
該Ti膜的成膜條件是處理溫度(晶片溫度)為640。C、處理壓力 為500Pa、 TiCU的流量為12sccm、高頻電力為500W。根據(jù)該電子顯 微鏡照片，在H2氣體的供給量的比率為71。Z時(比67%大)，在表面 上看到了相當大的凹凸，表面形態(tài)成為相當差的狀態(tài)。
與此相對，在H2氣體的供給量的比率為57。％、 43%、 29%、 14 %的情況下，與上述71%的情況相比較，凹凸的尺寸相當小，改善了 表面形態(tài)。而且，特別是在H2氣體的供給量的比率為29%和14%的 情況下，表面的凹凸格外小，表面光滑，能夠確認能夠大幅改善表面 形態(tài)。
這里，為了進行參照，在進行在圖3中說明的評價時的成膜條件 下改變H2氣體的供給量的比率，并且對在硅上形成的Ti的膜厚與在 SK)2膜上形成的Ti的膜厚的比(選擇比)進行研究，圖5表示其評價 結果。這里，在Si02上進行Ti膜的成膜的情況下，氧化硅基板的表面 而形成SiOj莫，并形成其上的Ti膜。另外，形成在硅上的Ti膜厚， 是測定在通過硅化物化形成的硅化鈦中含有的Ti的量并換算成膜厚而 得的。Ti成膜時的處理條件與在圖3中說明的情況完全相同。另外， 也在H2氣體的供給量的比率為12%的情況下進行。圖5中，橫軸為 H2氣體的供給量的比率，縱軸為Ti膜的選擇比，即"Si上的Ti膜的膜厚/ Si02上的膜厚"，分別表示出晶片中心的值和平均值。
根據(jù)圖5能夠明確，在H2氣體的供給量的比率為較高的83%的情 況下，選擇比的平均值是1.55，相對的晶片中心的值是1.95,在晶片 面內(nèi)產(chǎn)生很大的偏差。與此相對，在H2氣體供給量的比率為較低的 67 12%的情況下，選擇比的平均值、晶片中心的值均穩(wěn)定為1.4左右， 可知選擇比在晶片面內(nèi)均勻。該情況的產(chǎn)生能夠推斷為是因為如上 所述，根據(jù)H2氣體濃度的不同，從原料的TiCU氣體生成的前軀體的 量改變，如果減少H2氣體供給量，則在成膜過程中起支配性作用的前 軀體從TiCl2轉(zhuǎn)變?yōu)門iCl3。
另外，對在Si02絕緣膜上形成直徑為60nm的孔、從孔底部露出 有Si部分的晶片，如上述所示，降低H2氣體的供給量的比率地進行 Ti膜的成膜，與現(xiàn)有的成膜方法相比較，在本發(fā)明的成膜方法的情況 下，能夠大約2倍左右地改善階梯覆蓋(step coverage)。該情況的產(chǎn) 生能夠推斷為是因為如上所述，通過減少H2氣體濃度，在Ti成膜過 程中起支配性作用的前軀體從TiCl2轉(zhuǎn)變?yōu)門iCl3。
接著，對使H2氣體的供給量的比率為一定(20%)而進行成膜實 驗所形成的Ti膜或者硅化鈦的膜厚的特性進行了研究，說明其評價結
果。這里為了進行比較，同時記述了以H2氣體的供給量的比率較大的
現(xiàn)有的成膜方法形成的Ti膜或者硅化鈦的膜厚的特性。
圖6是表示晶片溫度與膜厚和膜厚的偏差的關系的曲線，圖7是 表示晶片溫度與薄層電阻的平均值和薄層電阻的偏差的關系的曲線， 圖8是表示晶片溫度與選擇比的關系的曲線，圖9是表示晶片溫度與 電阻率的關系的曲線，圖7 (A) 圖9 (A)中的任一個均表示本發(fā) 明方法的情況，圖7 (B) 圖9 (B)中的任一個均表示現(xiàn)有的成膜方 法的情況。
在成膜試驗中，在裸的硅基板和被Si02膜覆蓋的硅基板上分別實 施成膜處理。關于成膜條件，H2氣體的供給量的比率全部是20X、處 理壓力是500Pa、 TiCl4是12sccm、 Ar和H2的合計流量是5600 sccm、 H2的供給量是1120sccm、 Ar的供給量是4480 sccm。另外，晶片溫度 在500 65(TC (現(xiàn)有方法的情況下是到670。C)中變化。
另夕卜，圖6表示的膜厚使用熒光X射線分析器(XRF)進行測定，求得膜中的Ti原子的量并換算為膜厚。從而，如果是Ti單體的薄膜， 則求取實際的物理膜厚，但如果是硅化鈦的薄膜，則因為通過硅化物 化其體積增大，所以通過使上述換算值為約2.4倍而求得物理的薄厚。
首先，關于膜厚，在圖6 (B)表示的現(xiàn)有方法的情況下，在Si 上和Si02上，隨著晶片溫度的上升膜厚都逐漸增大，Si02上的膜厚大 致直線地增大，相對的，Si上的膜厚大致呈二次曲線地增大。其理由 是，如上所述，在Si上，在H2還原反應的Ti成膜以外，還產(chǎn)生Si還 原反應的Ti成膜。
然而，在溫度550 600。C之間的低溫區(qū)域中，如點Tl所示，Si 上的膜厚一度大幅下落，隨之，Si上的膜厚的偏差如點T2所示變大而 惡化。另外，膜厚的偏差的"M—m"表示膜厚的最大值與最小值之差。
與此相對，在圖6 (A)所示的本發(fā)明方法的情況下，隨著晶片溫 度的上升，Si02上的膜厚大致直線地增大，另外，Si上的膜厚不會像 點T1表示的那樣在中途下落，而是大致呈二次曲線地增大。隨之，Si 上的膜厚的偏差也不會像點T2表示的那樣存在很大的峰值，而是存在 于大致允許范圍內(nèi)，能夠確認顯示出良好的結果。
換句話講，通過使相對于Ar氣體的H2氣體的供給量的比率如上 所述例如降低到67%以下、且將晶片溫度設定在550 60(TC左右的范 圍內(nèi)，不僅能夠改善表面形態(tài)還能夠提高晶片面內(nèi)的Si (硅部分)上 的膜厚的面內(nèi)均勻性。
這里，如上所述，在圖6 (B)中點Tl所示的表現(xiàn)出膜厚的大幅 下降的現(xiàn)象能夠理解如下。即，在硅上形成Ti膜時根據(jù)溫度的不同形 成的硅化物相不同，在小于525'C的低溫區(qū)域中，Ti與Si不發(fā)生反應， 保持Ti膜不變，在525 600 °C的中溫區(qū)域中，形成TiSi (titan-mono-silicide:單硅化鈦)，在大于600。C的高溫區(qū)域中，形成 TiSi2 (二硅化鈦)。于是在525 550。C附近存在Ti / TiSi轉(zhuǎn)折點，在 60(TC附近存在TiSi / TiSi2轉(zhuǎn)折點。
而且，如上所述，Si02上Ti膜的成膜速度隨著晶片溫度的上升而 單調(diào)增加，而與此相對，Si上Ti的成膜速度在向TiSi轉(zhuǎn)變的550'C處 下降，在作為TiSi的生成溫度的550 60(TC附近小于Si02上的成膜速 度。
16與此同時，上述轉(zhuǎn)折點附近的中溫區(qū)域中，如上所述作為硅化鈦
膜，與TiSi —同形成具有異質(zhì)的組成的TisSi3的硅化物相，因此，在 晶片面內(nèi)硅化物相混合存在。該情況的產(chǎn)生能夠認為是由Ti成膜過程 中的前軀體的TiCl2與TiCl3的混合存在而引起的，其結果，Ti膜的成 膜速度不均勻，因此，認為會產(chǎn)生圖6 (B)所示的點Tl表示的膜厚 的較大的偏差。
接著，測定了在圖6中說明的成膜實驗中形成的Ti膜或者硅化鈦 的薄層電阻并求得其偏差，參照圖7說明其評價結果。圖7中的曲線 中，左縱軸為薄層電阻的平均值，右縱軸為薄層電阻的偏差。另外橫 軸表示晶片溫度。
在圖7 (B)表示的現(xiàn)有方法的情況下，Si上和Si02上的薄膜都存 在隨著晶片溫度的上升薄層電阻逐漸下降的傾向，但在溫度525 600 "C間的中溫區(qū)域中，Si上的硅化鈦膜如點T3所示急劇地上跳變大并產(chǎn) 生峰值。而且，隨之，在上述溫度區(qū)域中，薄層電阻的偏差也如點T4 所示產(chǎn)生峰值，薄層電阻的面內(nèi)均勻性嚴重惡化。
與此相對，在圖7 (A)表示的本發(fā)明方法的情況下，隨著晶片溫 度的上升Si02上的Ti膜的薄層電阻大致直線下降，另外，Si上的硅化 鈦膜的薄層電阻并不會產(chǎn)生點T3所示的很大的峰值，而以大于上述 Si上的情況的傾斜角度大致直線地下降。
而且，隨之，上述Si02上的Ti膜的薄層電阻的偏差和上述Si上 的硅化鈦膜的薄層電阻的偏差也不會有點T4所示的很大的峰值，而存 在于大致允許范圍內(nèi)，能夠確認顯示出良好的結果。從而，能夠理解 為在晶片溫度在525 60(TC左右的范圍內(nèi)時，通過適用本發(fā)明的方 法，可以使Si (硅部分)上的硅化鈦膜的薄層電阻的面內(nèi)均勻性提高。
接著，根據(jù)在圖6中的成膜實驗中求出的Ti膜的各膜厚，計算Si 上的膜厚與Si02上的膜厚的比(=Si上的膜厚/Si02上的膜厚)，即 選擇比，說明該選擇比的評價結果。
如圖8 (B)所示，在現(xiàn)有的成膜方法的情況下，由于如圖6 (B) 所示的特別是在溫度550 600'C的范圍內(nèi)產(chǎn)生的膜厚的下降，導致在 溫度550 60(TC中選擇比大幅下降，從這一點考慮也判斷為不優(yōu)選。
與此相對，在圖8 (A)所示的本發(fā)明的成膜方法的情況下，消除了上述的溫度550 60(TC的范圍內(nèi)的選擇比的下降，判斷為能夠得到 優(yōu)選的結果。
接著，根據(jù)在圖7的成膜實驗中求出的各薄層電阻的平均值，計 算Si上的硅化鈦的電阻率和Si02上的Ti膜的電阻率，說明該電阻率 的評價結果。如圖9 (B)所示，在現(xiàn)有的成膜方法的情況下，由于圖 7 (B)所示的特別是在溫度525 60(TC的范圍內(nèi)產(chǎn)生的Si上的薄層電 阻值的上跳，導致在溫度525 600。C中電阻率上跳，在點T5表示出峰 值，從這一點考慮也判斷為不優(yōu)選。
與此相對，如圖9 (A)所示，在本發(fā)明的成膜方法的情況下，上 述的溫度525 60(TC的范圍內(nèi)的電阻率的變化較為平緩，消除了峰值， 判斷為能夠得到優(yōu)選的結果。另外，在上述圖1中說明的成膜裝置只 不過表示一個例子，當然并不限定于該例。
另外，這里以使用TiCU氣體作為原料氣體的情況為例進行了說明， 但并不限定于此，只要是含有Ti的氣體即可，例如，作為有機鈦，還 能夠使用TDMAT (二甲氨基鈦)、TDEAT (二乙氨基鈦)等。
進而，在這里使用Ar氣體作為非活性氣體，但并不限定于此，也 能夠使用He、 Ne等其它稀有氣體。
另外，這里以半導體晶片作為被處理體為例進行了說明，但并不 限定于此，在玻璃基板、LCD基板、陶瓷基板等中也能夠適用本發(fā)明。
權利要求
1. 一種鈦膜的成膜方法，其向能夠抽真空的處理容器內(nèi)供給包含鈦的原料氣體、還原氣體和非活性氣體，并且在所述處理容器內(nèi)產(chǎn)生等離子體，在從表面露出有硅部分和絕緣膜的被處理體的表面上形成鈦膜，該鈦膜的成膜方法的特征在于所述還原氣體的供給量相對于所述還原氣體和非活性氣體的合計流量的比率設定為67％以下。
2. 如權利要求1所述的鈦膜的成膜方法，其特征在于 通過在所述硅部分上形成所述鈦膜，所述硅部分被硅化物化，形成硅化鈦。
3. 如權利要求1或2所述的鈦膜的成膜方法，其特征在于所述還原氣體的供給量的比率的下限是3.5%。
4. 如權利要求1或2中任一項所述的鈦膜的成膜方法，其特征在于所述鈦膜的成膜時的溫度在525 60(TC的范圍內(nèi)。
5. 如權利要求1或2中任一項所述的鈦膜的成膜方法，其特征在于首先供給所述還原氣體和非活性氣體并進行等離子體化，之后在 等離子體中供給所述原料氣體。
6. 如權利要求1或2中任一項所述的鈦膜的成膜方法，其特征在于同時供給所述還原氣體、非活性氣體和原料氣體，之后進行等離 子體化。
7. 如權利要求1或2中任一項所述的鈦膜的成膜方法，其特征在于所述原料氣體是TiCU，所述非活性氣體是稀有氣體，所述還原氣 體是H2。
8. —種鈦膜的成膜裝置，在從表面露出有硅部分和絕緣膜的被處理體的表面上形成鈦膜，該鈦膜的成膜裝置的特征在于，包括 能夠真空排氣的處理容器；保持設置在所述處理容器內(nèi)的所述被處理體的載置臺； 加熱所述被處理體的加熱單元；向所述處理容器內(nèi)供給包含鈦的原料氣體、還原氣體和非活性氣體的氣體導入單元；在所述處理容器內(nèi)形成等離子體的等離子體形成單元；和 以進行權利要求1 7中任一項所述的成膜方法的方式進行控制的控制部。
9. 一種存儲媒體，其特征在于存儲有在使用鈦膜的成膜裝置在所述被處理體的表面上形成鈦膜 時，以進行權利要求1 7中任一項所述的成膜方法的方式進行控制的 計算機能夠讀取的程序，該鈦膜的成膜裝置包括能夠真空排氣的處理容器；設置在所述處理容器內(nèi)、保持從表面有露出硅部分和絕緣膜的被 處理體的載置臺；加熱所述被處理體的加熱單元；向所述處理容器內(nèi)供給包含鈦的原料氣體、還原氣體和非活性氣 體的氣體導入單元；在所述處理容器內(nèi)形成等離子體的等離子體形成單元；和 控制裝置整體的控制部。
全文摘要
本發(fā)明提供鈦膜的成膜方法和鈦膜的成膜裝置，通過使鈦的硅化物結構一致，能夠改善表面形態(tài)等。在鈦膜的成膜方法中，在能夠抽真空的處理容器(14)內(nèi)供給包含鈦的原料氣體、還原氣體和非活性氣體，并且在上述處理容器內(nèi)產(chǎn)生等離子體，在從表面露出有硅部分(6)和絕緣膜(2)的被處理體(W)的表面上形成鈦膜(8)，其中，將上述還原氣體的供給量相對于上述還原氣體和非活性氣體的合計流量的比率設定為67％以下。由此，使鈦的硅化物結構一致，改善表面形態(tài)等。
文檔編號C23C16/14GK101451234SQ20081018571
公開日2009年6月10日 申請日期2008年12月8日 優(yōu)先權日2007年12月8日
發(fā)明者成嶋健索, 熊谷晃, 若林哲 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社