專利名稱：成膜方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種通過使基板依次地暴露于相互反應的至少兩種反應氣體而形成由反應生成物構成的膜的成膜方法。
背景技術：
伴隨著半導體存儲器的高集成化，大多采用一種將金屬氧化物等高電介質(zhì)材料用作電介質(zhì)層的電容器。這樣的電容器的電極由具有較大的功函數(shù)的例如氮化鈦(TiN)形成。形成TiN電極能夠通過這樣的方法進行:例如，如專利文獻I所公開的那樣，利用將例如氯化鈦(TiCl4)和氨(NH3)用作原料氣體的化學氣相成膜(CVD)法，在高電介質(zhì)層上形成TiN膜，并使其圖案化。但是，從降低電容器的泄漏電流的方面考慮，能夠在400°C以下的成膜溫度下進行TiN膜的成膜。但是，若在例如300°C的成膜溫度下形成TiN膜，則存在電阻率變高這樣的問題。專利文獻1:日本專利第4583764號

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述情況而做成的，其提供一種能夠降低TiN的電阻率的成膜方法。采用本發(fā)明的方式，能夠提供一種成膜方法，該成膜方法包含以下步驟:將基板載置于以能夠旋轉的方式設置于真空容 器內(nèi)的旋轉臺的基板載置部；成膜步驟，通過使上述旋轉臺旋轉，使載置于該旋轉臺的上述基板交替地暴露于含鈦氣體和與該含鈦氣體反應的含氮氣體，從而在上述基板上形成氮化鈦膜；暴露步驟，使形成有上述氮化鈦膜的上述基板暴露于上述含氮氣體；反復進行上述成膜步驟和上述暴露步驟。通過結合附圖閱讀以下詳細說明，本發(fā)明的其他內(nèi)容、特征及優(yōu)點將變得顯而易見。


圖1是表示適合于實施實施方式的成膜方法的成膜裝置的概略圖。圖2是圖1的成膜裝置的立體圖。圖3是表示圖1的成膜裝置的真空容器內(nèi)的結構的概略俯視圖。圖4是沿著以能夠旋轉的方式設置于圖1的成膜裝置的真空容器內(nèi)的旋轉臺的同心圓的該真空容器的概略剖視圖。圖5是圖1的成膜裝置的另一概略剖視圖。圖6是表示實施方式的成膜方法的流程圖。圖7是表示實施例的結果的曲線圖。圖8是表示實施例的結果的曲線圖。
圖9A及圖9B是表示實施例的結果的曲線圖。圖10是表示在實施方式的成膜方法中暴露于基板的氣體的順序的圖。圖11是示意地表示實施方式的TiN膜的工藝制程程序的一例子的圖。
具體實施例方式以下，一邊參照附圖，一邊對本發(fā)明的非限定的例示的實施方式進行說明。在所有附圖中，對相同的或者對應的構件或者零件標注相同的或者對應的附圖標記，省略重復的說明。而且，附圖不以表示構件或者零件之間的相對比例為目的，因而，構件或者零件的具體的尺寸應由本領域的技術人員參照以下的非限定的實施方式來決定。成膜裝置首先，對適合于實施本發(fā)明的實施方式的成膜方法的成膜裝置進行說明。圖1是表示成膜裝置I的結構的一例子的剖視圖。成膜裝置I包含真空容器10、旋轉臺2、加熱器單元7、殼體20、芯部21、旋轉軸22及驅動部23。真空容器10是大致圓形的平面(俯視)形狀。真空容器10包括有底的圓筒形狀的容器主體12和配置于容器主體12的上表面的頂板11。頂板11夾著例如O形環(huán)等密封構件13 (圖1)以其能夠裝卸的方式氣密地配置于容器主體12上。旋轉臺2設置于真空容器10內(nèi)，其在真空容器10的中心具有旋轉中心。旋轉臺2的中心部固定于圓筒形狀的芯部21。芯部21固定于沿著鉛垂方向延伸的旋轉軸22的上端。旋轉軸22貫穿真空容器10的底部14，其下端安裝于驅動部23，該驅動部23用于使旋轉軸22 (圖1)繞鉛垂軸線旋轉。旋轉軸22及驅動部23被收容于上表面開口的筒狀的殼體20內(nèi)。殼體20的設置于其上表面的凸緣部分氣密地安`裝于真空容器10的底部14的下表面，殼體20的內(nèi)部氣氛自外部氣氛隔離。圖2及圖3是用于說明真空容器10內(nèi)的構造的圖。為了便于說明，省略頂板11的圖示。如圖2及圖3所示,在旋轉臺2的表面上沿著由圖3中箭頭A所示的旋轉方向(周向)設有用于載置多張(在圖示的例子中為5張)半導體晶圓(以下稱作“晶圓”)W的圓形的凹部24。另外，為了方便，在圖3中僅在一個凹部24中表示晶圓W。該凹部24具有比晶圓W的直徑(例如300_)稍大例如4_的內(nèi)徑和與晶圓W的厚度大致相等的深度。因而，當將晶圓W載置于凹部24時，晶圓W的表面與旋轉臺2的表面(未載置晶圓W的區(qū)域)成為相同的高度。在凹部24的底面上形成有貫通孔(均未圖示)，該貫通孔供例如三支升降銷貫穿，該升降銷用于支承晶圓W的背面并使晶圓W升降。在旋轉臺2的上方分別配置有例如由石英構成的反應氣體噴嘴31、反應氣體噴嘴32及分離氣體噴嘴41、分離氣體噴嘴42。在圖示的例子中，沿著真空容器10的周向隔開間隔地自輸送口 15 (后述)向順時針方向(旋轉臺2的旋轉方向)按分離氣體噴嘴41、反應氣體噴嘴31、分離氣體噴嘴42及反應氣體噴嘴32的順序排列有分離氣體噴嘴41、反應氣體噴嘴31、分離氣體噴嘴42及反應氣體噴嘴32。這些噴嘴31、噴嘴32、噴嘴41及噴嘴42通過將作為其各自的基端部的氣體導入部31a、氣體導入部32a、氣體導入部41a及氣體導入部42a (圖3)固定于容器主體12的外周壁，從而從真空容器10的外周壁導入至真空容器10內(nèi)，這些噴嘴31、噴嘴32、噴嘴41及噴嘴42沿著容器主體12的半徑方向以相對于旋轉臺2平行地延伸的方式安裝。在本實施方式中，如后所述，在晶圓W上形成TiN膜。因此，在本實施方式中，反應氣體噴嘴31借助未圖示的配管及流量控制器等連接于氯化鈦(TiCl4)氣體的供給源(未圖示)。反應氣體噴嘴32借助未圖示的配管及流量控制器等連接于氨的供給源(未圖示)。分離氣體噴嘴41、分離氣體噴嘴42均借助未圖示的配管及流量控制閥等連接于分離氣體的供給源(未圖示)。能夠將氦氣(He)、氬氣(Ar)等稀有氣體、氮氣(N2)氣體等非活性氣體用作分離氣體。在本實施方式中，使用N2氣體。在反應氣體噴嘴31、反應氣體噴嘴32上，朝向旋轉臺2開口的多個氣體噴出孔33(參照圖4)沿著反應氣體噴嘴31、反應氣體噴嘴32的長度方向以例如IOmm的間隔排列。反應氣體噴嘴31的下方區(qū)域成為用于使TiCl4氣體吸附于晶圓W的第I處理區(qū)域P1。反應氣體噴嘴32的下方區(qū)域成為用于使在第I處理區(qū)域Pl中吸附于晶圓W的TiCl4氣體氮化的第2處理區(qū)域P2。參照圖2及圖3，在真空容器10內(nèi)設有兩個凸狀部4。凸狀部4經(jīng)由頂部被切斷成圓弧狀的大致扇型的平面(俯視)形狀，在本實施方式中，凸狀部4以其內(nèi)圓弧連接于突出部5 (后述)、且其外圓弧沿著真空容器10的容器主體12的內(nèi)周面的方式配置。凸狀部4用于與分離氣體噴嘴41、分離氣體噴嘴42 —起構成分離區(qū)域D，因此，如后所述，其以朝向旋轉臺2突出的方式安裝于頂板11的背面。圖4表示從反應氣體噴嘴31至反應氣體噴嘴32的沿著旋轉臺2的同心圓的真空容器10的截面。如圖所示，在頂板11的背面安裝有凸狀部4。因此，在真空容器10內(nèi)存在作為凸狀部4的下表面的平坦且較低的頂面44 (第I頂面)和位于該頂面44的周向兩側的、比頂面44高的頂面45 (第2頂面)。而且，如圖所示，在凸狀部4的周向中央形成有槽部43，槽部43沿著旋轉臺2的半徑方向延伸。在槽部43收容 有分離氣體噴嘴42。在另一個凸狀部4也同樣地形成有槽部43，在此槽部43收容有分離氣體噴嘴41。而且，在較高的頂面45的下方的空間中分別設有反應氣體噴嘴31、反應氣體噴嘴32。這些反應氣體噴嘴31、反應氣體噴嘴32與頂面45分開地設置于晶圓W的附近。另外，為了便于說明，如圖4所示，用附圖標記481表示用于設置反應氣體噴嘴31的、較高的頂面45的下方的空間，用附圖標記482表示用于設置反應氣體噴嘴32的、較高的頂面45的下方的空間。而且，在被收容于凸狀部4的槽部43的分離氣體噴嘴41、分離氣體噴嘴42上沿著分離氣體噴嘴41、分離氣體噴嘴42的長度方向以例如IOmm的間隔排列有朝向旋轉臺2開口的多個的氣體噴出孔42h (參照圖4)。頂面44與旋轉臺2之間形成有成為狹小的空間的分離空間H。當N2氣體自分離氣體噴嘴42的噴出孔42h被供給時，該N2氣體通過分離空間H朝向空間481及空間482流動。此時，由于分離空間H的容積小于空間481及482的容積，因此，能夠利用N2氣體使分離空間H的壓力高于空間481及空間482的壓力。即，在空間481及空間482之間形成壓力較高的分離空間H。而且，自分離空間H向空間481及空間482流出的N2氣體作為相對于來自第I處理區(qū)域Pl的TiCl4氣體和來自第2處理區(qū)域P2的NH3氣體的對流發(fā)揮作用。因而，來自第I處理區(qū)域Pl的TiCl4氣體和來自第2處理區(qū)域P2的NH3氣體被分離空間H分離。因而，能夠抑制TiCl4氣體和NH3氣體在真空容器10內(nèi)混合并反應。另外，優(yōu)選將頂面44距旋轉臺2的上表面的高度hi設定為適合于這樣的情況的高度:考慮成膜時的真空容器10內(nèi)的壓力、旋轉臺2的旋轉速度、供給的分離氣體(N2氣體)的供給量等，使分離空間H的壓力高于空間481及空間482的壓力。參照圖1 圖3，在頂板11的下表面設有包圍芯部21的外周的突出部5，該芯部21用于固定旋轉臺2。在本實施方式中，該突出部5與凸狀部4的靠旋轉中心側的部位相連續(xù)，突出部5的下表面形成為與頂面44相同的高度。圖1是圖3中的I 一 I’剖視圖，其表示設有頂面45的區(qū)域。另一方面，圖5是表示設有頂面44的區(qū)域的剖視圖。如圖5所示，在扇型的凸狀部4的周緣部(真空容器10的外緣側的部位)形成有以與旋轉臺2的外端面相對的方式彎曲成L字型的彎曲部46。該彎曲部46與凸狀部4同樣地用于抑制反應氣體自分離區(qū)域D的兩側進入，從而抑制兩種反應氣體混合。由于扇型的凸狀部4設置于頂板11，且頂板11能夠自容器主體12拆除，因此，在彎曲部46的外周面與容器主體12之間稍微存在間隙。彎曲部46的內(nèi)周面與旋轉臺2的外端面間的間隙及彎曲部46的外周面與容器主體12間的間隙設定為例如與頂面44距旋轉臺2的上表面的高度同樣的尺寸。如圖5所示，容器主體12的內(nèi)周壁在分離區(qū)域D中與彎曲部46的外周面相接近而形成為鉛垂面，但是，在分離區(qū)域D以外的部位中，如圖1所示，例如自與旋轉臺2的外端面相對的部位跨越底部14地向外側凹陷。以下，為了便于說明，將具有大致矩形的截面形狀的凹陷的部分記作排氣區(qū)域。具體地講，將與第1處理區(qū)域Pl相連通的排氣區(qū)域記作第I排氣區(qū)域E1，將與第2處理區(qū)域P2相連通的區(qū)域記作第2排氣區(qū)域E2。如圖1 圖3所示，在這些第1排氣區(qū)域El及第2排氣區(qū)域E2的底部分別形成有第I排氣口 610及第2排氣口 620。如圖1所示，第I排氣口 610及第2排氣口 620分別借助排氣管630連接于作為真空排氣部件的例如真空泵640。另外，在圖1中，附圖標記650是壓力控制器。在旋轉臺2與真空容器10的底部14之間的空間中如圖1及圖5所示那樣設有作為加熱部件的加熱器單元7，旋轉臺2上的晶圓W隔著旋轉臺2被加熱至由工藝制程程序決定下來的溫度(例如400°C)。為了將從旋轉臺2的上方空間至排氣區(qū)域E1、排氣區(qū)域E2的氣氛與放置有加熱器單元7的氣氛劃分開來抑制氣體向旋轉臺2的下方區(qū)域進入，在旋轉臺2的周緣附近的下方側設有環(huán)狀的罩構件71 (圖5)。該罩構件71包括以自下方側面對旋轉臺2的外緣部及比該外緣部靠外周側的部分的方式設置的內(nèi)側構件71a和設置于該內(nèi)側構件71a與真空容器10的內(nèi)壁面之間的外側構件71b。外側構件71b在分離區(qū)域D中在形成于凸狀部4的外緣部的彎曲部46的下方與彎曲部46相接近地設置，內(nèi)側構件71a在旋轉臺2的外緣部下方(及比外緣部稍微靠外側的部分的下方)包圍加熱器單元7的整周。在比配置有加熱器單元7的空間靠旋轉中心的部位的底部14中，以接近旋轉臺2的下表面的中心部附近的芯部21的方式向上方側突出而形成有突出部12a。該突出部12a與芯部21之間形成較窄的空間，而且，供貫穿底部14的旋轉軸22貫穿的貫通孔的內(nèi)周面與旋轉軸22間的間隙變窄，這些較窄的空間連通于殼體20。并且，在殼體20上設有用于將作為吹掃氣體的N2氣體供給至較窄的空間內(nèi)而對該空間進行吹掃的吹掃氣體供給管72。而且，在真空容器10的底部14，在加熱器單元7的下方沿著周向以規(guī)定的角度間隔設有用于吹掃加熱器單元7的配置空間的多個吹掃氣體供給管73(圖5表示一個吹掃氣體供給管73)。而且，為了抑制氣體向設有加熱器單元7的區(qū)域進入，在加熱器單元7與旋轉臺2之間設有用于在整個周向上自外側構件71b的內(nèi)周壁(內(nèi)側構件71a的上表面)起將外側構件71b的內(nèi)周壁與突出部12a的上端部之間覆蓋起來的蓋構件7a。蓋構件7a能夠由例如石英做成。而且，在真空容器10的頂板11的中心部連接有分離氣體供給管51，其用于將作為分離氣體的N2氣體供給至頂板11與芯部21之間的空間52。被供給至該空間52的分離氣體經(jīng)由突出部5與旋轉臺2間的較窄的間隙50沿著旋轉臺2的晶圓載置區(qū)域側的表面朝向周緣被噴出。空間50能夠利用分離氣體維持成比空間481及空間482高的壓力。因而，能夠利用空間50抑制被供給至第I處理區(qū)域Pl的TiCl4氣體與被供給至第2處理區(qū)域P2的NH3氣體通過中心區(qū)域C而混合的情況。S卩，空間50 (或者中心區(qū)域C)能夠與分離空間H (或者分離區(qū)域D)同樣地發(fā)揮作用。并且，如圖2、圖3所示，在真空容器10的側壁上，形成有用于在外部的輸送臂9與旋轉臺2之間交接作為基板的晶圓W的輸送口 15。該輸送口 15能夠利用未圖示的閘閥進行開閉。而且，旋轉臺2中的作為晶 圓載置區(qū)域的凹部24能夠在面對該輸送口 15的位置與輸送臂9之間交接晶圓W，因此，在旋轉臺2的下方側與交接位置相對應的部位設有貫穿凹部24且用于從背面將晶圓W抬起來的交接用的升降銷及其升降機構(均未圖示)。而且，如圖1所示，本實施方式的成膜裝置I還包含用于控制整個裝置的動作的、由計算機構成的控制部100及存儲部101。存儲部101用于存儲在控制部100的控制之下使成膜裝置I實施后述的成膜方法的程序。為了執(zhí)行后述的成膜方法，該程序編入有步驟組。存儲部101能夠由例如硬盤等構成。能夠利用規(guī)定的讀取裝置將存儲于存儲部101的程序從例如光盤、光磁盤、存儲卡、軟盤等介質(zhì)102向存儲部101讀入。成膜方法在本實施方式中，為了形成所期望的膜厚的TiN膜，通過反復進行在形成TiN膜的步驟中形成膜厚比所期望的膜厚薄的TiN膜的步驟和暴露于含氮氣體的步驟來形成所期望的膜厚的TiN膜。圖11是示意地表示實施方式的TiN膜的工藝制程程序的一例子的圖。在本實施方式中，將一邊使旋轉臺2旋轉一邊供給TiCl4氣體和NH3氣體而形成TiN膜的步驟稱作“成膜步驟200”，將一邊使旋轉臺2旋轉一邊供給NH3氣體的步驟稱作“NH3處理步驟202”。圖11中的(a)表示在通過成膜步驟200形成所期望的膜厚d的TiN膜之后、進行NH3處理步驟202的例子。在此，在例如使旋轉臺2以規(guī)定的旋轉速度r (次/分:rpm)旋轉的情況下，將形成所期望的膜厚d的TiN膜所需的時間設為t。在本實施方式中，并不是像圖11中的(a)所示的那樣在形成所期望的膜厚d的TiN膜之后進行NH3處理步驟202，而是如圖11中的(b)所示，將用于形成所期望的膜厚d的TiN膜的成膜步驟200分割成規(guī)定次數(shù)η次，并分別在每個成膜步驟200之后進行NH3處理步驟202。即，在使旋轉臺2以規(guī)定的旋轉速度r (次/分:rpm)旋轉的情況下,將這樣的處理反復進行η次(η為2以上的整數(shù)):在形成所期望的膜厚d的TiN膜時，以t/n進行各成膜步驟200，并在每次成膜步驟200之后都進行NH3處理步驟202。
換言之，在本實施方式中，為了形成所期望的膜厚d的TiN膜，通過反復進行η次通過成膜步驟200形成膜厚為d/n的TiN膜的步驟和η次NH3處理步驟202，來形成所期望的膜厚d的TiN膜。以下，將“η”稱作循環(huán)數(shù)。另外，在圖11中的(a)中的進行NH3處理步驟202的時間為t’的情況下，也能夠將圖11中的(b)中的進行各見13處理步驟202的時間設為t’，而且，也可以將圖11中的(b)中的進行NH3處理步驟202的時間設為比t ’短的時間。在利用圖11中的(b)的步驟的情況下，以例如每次能夠成膜的膜厚為IOnm以下、更優(yōu)選的是3nm以下的方式設定循環(huán)數(shù)則較佳。一邊參照圖6 —邊對本發(fā)明的實施方式的成膜方法進行說明。在以下的說明中，以使用上述成膜裝置I的情況為例。圖6是表示本實施方式中的成膜步驟的流程圖。首先，在步 驟S61中，晶圓W被載置于旋轉臺2。具體地講，打開未圖示的閘閥，利用輸送臂9 (圖3)從外部經(jīng)由輸送口 15 (圖2及圖3)將晶圓W交接至旋轉臺2的凹部24內(nèi)。該交接能夠通過這樣的方式進行:在凹部24停止于面對輸送口 15的位置時，未圖示的升降銷通過凹部24的底面的貫通孔自真空容器10的底部側升降。通過間歇地使旋轉臺2旋轉而進行這樣的晶圓W的交接，從而將晶圓W分別載置于旋轉臺2的五個凹部24內(nèi)。接著，關閉閘閥，利用真空泵640將真空容器10內(nèi)排氣至所能夠達到的真空度之后，在步驟S62中，自分離氣體噴嘴41、分離氣體噴嘴42以規(guī)定流量供給N2氣體，也自分離氣體供給管51及吹掃氣體供給管72、吹掃氣體供給管72以規(guī)定流量供給N2氣體。與此相伴隨，利用壓力控制部件650 (圖1)將真空容器10內(nèi)控制為預先設定的處理壓力。接著，一邊使旋轉臺2以例如20rpm的旋轉速度順時針旋轉，一邊利用加熱器單元7將晶圓W加熱至例如400°C。之后，在步驟S63中，自反應氣體噴嘴31 (圖2及圖3)供給TiCl4氣體，自反應氣體噴嘴32供給NH3氣體。通過使旋轉臺2旋轉，晶圓W依次通過第I處理區(qū)域P1、分離區(qū)域D (分離空間H)、第2處理區(qū)域P2及分離區(qū)域D (分離空間H)(參照圖3)。首先，在第I處理區(qū)域Pl中，來自反應氣體噴嘴31的TiCl4氣體吸附于晶圓W。接著，晶圓W通過成為N2氣體氣氛的分離空間H (分離區(qū)域D)到達第2處理區(qū)域P2時，吸附于晶圓W的TiCl4氣體與來自反應氣體噴嘴32的NH3氣體反應，能夠在晶圓W上形成TiN膜。而且，作為副生成物能夠生成NH4Cl,該NH4Cl被以氣相釋放，與分離氣體等一同被排出。然后，晶圓W到達分離區(qū)域D (N2氣體氣氛的分離空間H)。該處理相當于成膜步驟200。在此期間內(nèi)，能夠判定自反應氣體噴嘴31供給TiCl4氣體和自反應氣體噴嘴32供給NH3氣體是否進行了規(guī)定時間(步驟S64)。規(guī)定時間能夠事先根據(jù)實驗結果等預先決定。例如在以上參照圖11說明的例子的情況下，規(guī)定時間為“t/n”。在未經(jīng)過規(guī)定時間的情況(步驟S64:No)下，繼續(xù)形成TiN膜(步驟S63)，在經(jīng)過了規(guī)定時間的情況(步驟S64:Yes)下，進行下一步驟S65。在步驟S65中，使旋轉臺2持續(xù)旋轉，并持續(xù)自反應氣體噴嘴32供給NH3氣體，停止自反應氣體噴嘴31供給TiCl4氣體。由此，晶圓W依次被暴露于N2氣體(分離氣體)和NH3氣體?？赡茉谛纬傻腡iN膜中殘留有未反應的TiCl4、由TiCl4分解而產(chǎn)生的氯(Cl)。未反應的TiCl4與NH3氣體反應而生成TiN，而且，殘留的Cl因NH3氣體而成為NH4Cl,從而自膜中脫離。因此，能夠減少所形成的TiN膜中的雜質(zhì)，提高TiN膜的膜質(zhì)，從而能夠降低電阻率。該處理相當于NH3處理步驟202。在步驟S65開始之后，能夠判定自反應氣體噴嘴32供給NH3氣體是否進行了規(guī)定時間(步驟S66)。規(guī)定時間能夠事先根據(jù)實驗結果等預先決定。例如在以上參照圖11說明的例子的情況下，規(guī)定時間為“t’ ”。在未經(jīng)過規(guī)定時間的情況(步驟S66:No)下，繼續(xù)步驟S65，在經(jīng)過了規(guī)定時間的情況(步驟S66:Yes)下，進入下一步驟S67。在步驟S67中，能夠判定步驟S63的時間和步驟S65的時間的合計時間是否到達規(guī)定時間。在未達到規(guī)定時間的情況下(步驟S67:No)，返回至步驟S63，進一步形成TiN膜。在達到規(guī)定時間的情 況下(步驟S67:Yes)，停止供給NH3氣體，結束成膜。在步驟S67中，也可以通過判斷成膜步驟200和NH3處理步驟202的處理是否進行了規(guī)定次數(shù)來判斷處理的結束。在該情況下，例如在以上參照圖11說明的例子的情況下，規(guī)定次數(shù)為“η”。圖10是用于說明實施方式的成膜方法的時間圖。另外，在本實施方式的成膜方法中，如圖10所示，晶圓W被暴露于各氣體。S卩，晶圓W在成膜步驟200中交替地被暴露于TiCl4氣體和NH3氣體，在NH3處理步驟202中被周期性地暴露于NH3氣體。在除了被暴露于TiCl4氣體及NH3氣體中任一者的期間之外的期間內(nèi)，晶圓W被暴露于分離氣體(N2氣體)。接著，說明實施例。在此，成膜步驟和NH3處理步驟中的晶圓W的溫度相同。實施例1首先,對TiN膜的表面電阻(sheet resistance)相對于旋轉臺2的旋轉速度的依賴性和相對于循環(huán)數(shù)的依賴性進行了調(diào)查。在此，循環(huán)數(shù)是將成膜步驟和NH3處理步驟作為I循環(huán)時的循環(huán)反復次數(shù)。例如在循環(huán)數(shù)為4的情況下，交替地反復進行4次成膜步驟和NH3處理步驟，在循環(huán)數(shù)為10的情況下，交替地反復進行10次成膜步驟和NH3處理步驟。而且，在本實施例中，由于使TiN膜的目標膜厚為10nm，因此循環(huán)數(shù)為10的情況下的成膜步驟的時間短于循環(huán)數(shù)為4的情況下的成膜步驟的時間。即，循環(huán)數(shù)越多，每一次的成膜步驟的時間越短。本實施例中的主要的條件如下所述。.旋轉臺2的溫度(成膜溫度):300 0C.旋轉臺2的旋轉速度:30次/分(rpm)、240rpm.TiCl4 氣體供給量:150sccm.NH3 氣體供給量:15000sccm 來自分離氣體噴嘴41、分離氣體噴嘴42的總分離氣體供給量:10000SCCm.TiN膜的目標膜厚:IOnm另外，通過測定形成的TiN膜的表面電阻來評價該形成的TiN膜(在以下的實施例中相同)。而且，作為比較例，也對通過這樣的過程而準備的試樣測定了表面電阻:僅進行成膜步驟，直到成為目標膜厚的10nm，將目標膜厚的TiN膜形成于晶圓W上之后，使該TiN膜暴露于NH3氣體。在該情況下，不僅以300°C的成膜溫度形成了 TiN膜，而且以350°C、400°C及500°C的成膜溫度形成了 TiN膜(使TiN膜暴露于NH3氣體時的晶圓W的溫度與成膜溫度相等)。
圖7是表示實施例1的結果的曲線圖。該曲線圖也表示比較例的結果。在比較例中，電阻率隨著使成膜溫度降低而變大，在成膜溫度為300°C的情況下，成為約1900 μ Ω.cm這樣的較高的電阻率。另一方面，采用實施例1，在成膜溫度為300°C的情況下，在所有試樣中，電阻率均小于比較例的TiN膜的電阻率。而且，將循環(huán)數(shù)為4的情況與循環(huán)數(shù)為10的情況相比較，循環(huán)數(shù)為10的情況的表面電阻較低。在下面的實施例2中進一步討論該結果。而且，從圖7可知，在旋轉臺2的旋轉速度為30rpm的情況下，TiN膜的電阻率小于旋轉臺2的旋轉速度為240rpm的情況下的電阻率。認為其原因在于，TiN膜被暴露于NH3氣體的時間隨著旋轉速度的降低而實質(zhì)上變長，促進了利用NH3氣體來使TiN膜高質(zhì)量化。實施例2接著，調(diào)查了一邊使旋轉臺2旋轉一邊供給TiCl4氣體和NH3氣體的時間及一邊使旋轉臺2旋轉一邊供給NH3氣體的時間對形成的TiN膜的表面電阻的影響。該實施例中的主要條件如下所述。.旋轉臺2的溫度(成膜溫度):400 0C.旋轉臺2的旋轉速度: 240rpm.TiCl4 氣體供給量:150sccm.NH3 氣體供給量:15000sccm 來自分離氣體噴嘴41、分離氣體噴嘴42的總分離氣體供給量:10000SCCm.TiN膜的目標膜厚:IOnm圖8是表不實施例2的結果的曲線圖。在圖8中，縱軸表不表面電阻,橫軸表不循環(huán)數(shù)。而且，圖8也表示將NH3處理步驟的時間變?yōu)?秒、30秒、60秒、120秒、300秒的情況而得到的結果。參照圖8可知，循環(huán)數(shù)越多，表面電阻越低。如上所述，循環(huán)數(shù)越多，成膜步驟的時間越短，因而，在I循環(huán)中的成膜步驟中所形成的TiN膜的膜厚越薄。即，循環(huán)數(shù)越多，在NH3處理步驟中，越薄的TiN膜被暴露于NH3氣體。因此，認為:利用NH3氣體容易改善TiN膜的品質(zhì)，表面電阻進一步降低。而且，從圖8也可知，NH3處理步驟的時間越長，表面電阻越低。其原因在于，由于TiN膜被長時間暴露于NH3,因此，能夠進一步改善TiN膜的品質(zhì)。特別是在NH3處理步驟的時間為120秒的情況下，即使循環(huán)次數(shù)為4左右，表面電阻也成為250 Ω / □ ( Ω /sq.)，在實用方面，能夠獲得足夠低的表面電阻(電阻率)。實施例3接著，進一步改變旋轉臺2的旋轉速度，對TiN膜的表面電阻的循環(huán)數(shù)依賴性進行了調(diào)查。圖9A是表示成膜溫度為400°C的情況下且旋轉臺2的旋轉速度為120rpm和240rpm時的TiN膜的電阻率的循環(huán)數(shù)依賴性的曲線圖。在該情況下，當使循環(huán)數(shù)從I增加到10,也能夠認識到電阻率降低的傾向。而且,可知,通過使旋轉臺2的旋轉速度從240rpm降低至120rpm,電阻率大幅度地降低。圖9B是表示成膜溫度為300°C的情況下且旋轉臺2的旋轉速度為30rpm、120rpm及240rpm時的TiN膜的表面電阻的循環(huán)數(shù)依賴性的曲線圖?？芍诔赡囟葹?00°C的情況下，增加了循環(huán)數(shù)時，與成膜溫度為400°C的情況相比，電阻率大幅度地降低。而且，可知，在成膜溫度為300°C的情況下，當降低旋轉臺2的旋轉速度時，TiN膜的電阻率也降低。像以上說明的那樣，在本實施方式的成膜方法中，反復進行通過一邊使載置有晶圓W的旋轉臺2旋轉一邊供給TiCl4氣體和NH3氣體而在晶圓W上形成TiN膜的成膜步驟和通過一邊使旋轉臺2旋轉一邊供給NH3氣體而使晶圓W上的TiN膜暴露于NH3氣體的NH3處理步驟。當TiN膜被暴露于NH3氣體時，殘留于TiN膜中的未反應的TiCl4與NH3氣體反應，或者，由TiCl4分解而產(chǎn)生并殘留于TiN膜的Cl由于NH3而成為NH4Cl并脫離，因此，能夠使TiN膜高質(zhì)量化。因此，能夠降低TiN膜的表面電阻。特別是當增加成膜步驟和NH3處理步驟的循環(huán)數(shù)時，能夠使較薄的TiN膜暴露于NH3氣體，因此，也能夠進一步高效地使TiN膜高質(zhì)量化。另外，在例如批量式的CVD裝置、單片式的CVD裝置中，在形成TiN膜之后，在僅供給NH3氣體而進行NH3處理的情況下，必須對腔室內(nèi)的NH3氣體充分地進行吹掃。其原因在于，TiN膜的品質(zhì)受到成膜時的TiCl4氣體與NH3氣體的供給比的影響。即，當用于進行NH3處理的NH3氣體殘留于腔室內(nèi)時，無法實現(xiàn)目標供給比。因此，需要吹掃NH3氣體的步驟，存在工藝所需的時間變長這樣的問題。而且，當縮短成膜時間時，吹掃步驟的次數(shù)也變多，也存在花費更長的時間這樣的問題。相對于此，采用本實施方式的成膜方法，NH3氣體被自與用于供給TiCl4氣體的反應氣體噴嘴31在旋轉臺2的旋轉方向分開的反應氣體噴嘴32供給，因此，晶圓W在不存在NH3氣體的氣氛下被暴露于TiCl4氣體。而且，在上述適合于實施本實施方式的成膜方法的成膜裝置中，在反應氣體噴嘴31與反應氣體噴嘴32之間設有提供有距旋轉臺2較近的頂面44的凸狀部4，并且，在旋轉臺2與頂面44之間的空間中流動有分離氣體，因此，能夠充分地使TiCl4氣體與NH3氣體分離。因而，在NH3處理步驟(S65)之后，能夠不吹掃NH3氣體就進行成膜步驟(S63)。S卩，無需NH3氣體吹掃步驟，能夠避免工藝的長時間化。而且，在批量式 的ALD裝置中，也需要NH3氣體吹掃步驟。并且，假設在批量式的ALD裝置中實施本實施方式的成膜方法的情況下，當要縮短成膜步驟的時間時，成膜時的TiCl4氣體的吹掃、NH3氣體的吹掃的次數(shù)也增大，因此,工藝的長時間化成為問題。如上所述，采用本實施方式的成膜方法，能夠提供這樣的優(yōu)點:即使在約300°C這樣的較低的成膜溫度下，也能夠降低TiN膜的表面電阻，從而能夠避免工藝的長時間化。以上，一邊參照實施方式一邊對本發(fā)明進行了說明，但是，本發(fā)明不限定于上述實施方式，能夠參照權利要求書進行各種變形或者變更。例如，如圖2及圖3所示，也可以設置這樣的步驟:相對于用于供給NH3氣體的反應氣體噴嘴32來說在旋轉臺2的旋轉方向下游側設置具有與反應氣體噴嘴32相同的結構的反應氣體噴嘴92，并從反應氣體噴嘴92供給NH3氣體。由此，能夠使晶圓W在更高的濃度下暴露于NH3氣體，從而能夠謀求提高所形成的TiN膜的品質(zhì)(電阻率降低)。另外，也可以僅在未自反應氣體噴嘴31供給TiCl4氣體時自反應氣體噴嘴92供給NH3氣體，也可以在供給TiCl4氣體時自反應氣體噴嘴92供給NH3氣體。而且，來自反應氣體噴嘴32的NH3氣體的流量與來自反應氣體噴嘴92的NH3氣體的流量也可以相同，也可以使來自反應氣體噴嘴92的NH3氣體的流量大于來自反應氣體噴嘴32的NH3氣體的流量。
另外，圖2及圖3所示的反應氣體噴嘴92與反應氣體噴嘴31、反應氣體噴嘴32同樣地通過將導入部92a固定于容器主體12的側壁，從而在真空容器10內(nèi)與旋轉臺2大致平行地延伸。而且，作為自反應氣體噴嘴31供給的氣體(含鈦氣體)不限于TiCl4氣體，也可以使用例如含有鈦的有機源等。而且，作為自反應氣體噴嘴32供給的氣體(含氮氣體)不限于氨氣體，也可以使用例如一甲基肼(モノ メチルヒドラジン)等。而且，在以上的實施方式中，如參照圖11所說明的那樣，示出了這樣的的例子:為了形成所期望的膜厚d的TiN膜，通過反復進行η次通過成膜步驟200形成膜厚為d/n的TiN膜的步驟和η次NH3處理步驟202，而形成所期望的膜厚d的TiN膜。但是，也可以并不是在各成膜步驟200中形成相同的膜厚的TiN膜，而是在各成膜步驟200中形成不同的膜厚的TiN膜。例如由于對先形成的TiN膜后續(xù)地進行多次NH3處理步驟202，因此，可能提高了由NH3處理步驟202產(chǎn)生的退火效果。因此，也可以例如使先形成的TiN膜的膜厚形成得較厚，并一點一點地使形成的TiN膜的膜厚形成得較薄。無論哪種方法，只要以最終能夠獲得所期望的膜厚的TiN膜為目的控制在各次中形成的TiN膜的膜厚即可。采用本發(fā)明的實施方式，能夠提供一種能夠降低TiN的電阻率的成膜方法。本申請基于2011年12月27日提交的日本專利申請N0.2011-285849主張優(yōu)先權，其全部內(nèi)容作為參照而引入到本說明書中。
權利要求
1.一種成膜方法，其包括如下步驟: 成膜步驟:通過使具有基板載置部且以能夠旋轉的方式設置于真空容器內(nèi)的旋轉臺旋轉，使載置于該旋轉臺的上述基板載置部的基板交替地暴露于含鈦氣體和與該含鈦氣體反應的含氮氣體，從而在上述基板上形成氮化鈦膜； 暴露步驟:使形成有上述氮化鈦膜的上述基板暴露于上述含氮氣體， 通過反復進行上述成膜步驟和上述暴露步驟來形成所期望的膜厚的氮化鈦膜。
2.根據(jù)權利要求1所述的成膜方法，其中， 在上述成膜步驟中，上述基板在被暴露于上述含鈦氣體和上述含氮氣體的期間內(nèi)被暴露于非活性氣體。
3.根據(jù)權利要求1所述的成膜方法，其中， 在上述暴露于含氮氣體的步驟中，上述基板按照上述含氮氣體及非活性氣體的順序依次被暴露于上述含氮氣體及非活性氣體。
4.根據(jù)權利要求1所 述的成膜方法，其中， 上述含鈦氣體自第I反應氣體供給部被供給至上述旋轉臺； 上述含氮氣體自沿著上述旋轉臺的旋轉方向與上述第I反應氣體供給部分開的第2反應氣體供給部被供給至上述旋轉臺。
5.根據(jù)權利要求2所述的成膜方法，其中， 上述含鈦氣體自第I反應氣體供給部被供給至上述旋轉臺； 上述含氮氣體自沿著上述旋轉臺的旋轉方向與上述第I反應氣體供給部分開的第2反應氣體供給部被供給至上述旋轉臺； 上述非活性氣體自比用于配置上述第I反應氣體供給部及上述第2反應氣體供給部的區(qū)域的頂面低的頂面與上述旋轉臺之間的空間被供給至上述旋轉臺，該比用于配置上述第I反應氣體供給部及上述第2反應氣體供給部的區(qū)域的頂面低的頂面沿著上述旋轉臺的旋轉方向形成且形成在上述第I反應氣體供給部與上述第2反應氣體供給部之間，該比用于配置上述第I反應氣體供給部及上述第2反應氣體供給部的區(qū)域的頂面低的頂面與上述旋轉臺之間的距離小于用于配置上述第I反應氣體供給部及上述第2反應氣體供給部的區(qū)域的頂面與上述旋轉臺之間的距離。
6.根據(jù)權利要求1所述的成膜方法，其中， 上述含鈦氣體是氯化鈦氣體，上述含氮氣體是氨氣體。
7.根據(jù)權利要求1所述的成膜方法，其中， 反復進行多次上述成膜步驟和上述暴露于含氮氣體的步驟，在各成膜步驟中，形成膜厚薄于上述所期望的膜厚的上述氮化鈦膜。
8.根據(jù)權利要求7所述的成膜方法，其中， 在上述所期望的膜厚為d的情況下，通過反復進行η次在上述成膜步驟中形成膜厚為d/n的上述氮化鈦膜的步驟及上述暴露于含氮氣體的步驟，從而形成上述所期望的膜厚d的上述氮化鈦膜。
9.根據(jù)權利要求4所述的成膜方法，其中， 在上述成膜步驟中，上述含鈦氣體自上述第I反應氣體供給部被供給至上述旋轉臺，并且，上述含氮氣體自上述第2反應氣體供給部被供給至上述旋轉臺；在上述暴露于含氮氣體的步驟中，不自上述第I反應氣體供給部供給上述含鈦氣體，上述含氮氣體自上 述第2反應氣體供給部被供給至上述旋轉臺。
全文摘要
本發(fā)明提供一種成膜方法。該成膜方法包括以下步驟將基板載置于以能夠旋轉的方式設置于真空容器內(nèi)的旋轉臺的基板載置部；成膜步驟，通過使上述旋轉臺旋轉而使載置于該旋轉臺的上述基板交替地暴露于含鈦氣體和與該含鈦氣體反應的含氮氣體，從而在上述基板上形成氮化鈦膜；暴露步驟使形成有上述氮化鈦膜的上述基板暴露于上述含氮氣體，反復進行上述成膜步驟和上述暴露步驟。
文檔編號H01L21/31GK103184426SQ201210576019
公開日2013年7月3日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權日2011年12月27日
發(fā)明者大下健太郎, 小堆正人 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社