JP3473121B2 - Plasma CVD apparatus and plasma CVD method - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置等の製造工程
に用いられるプラズマＣＶＤ装置およびプラズマＣＶＤ
方法に関し、さらに詳しくは、再現性が高くスループッ
トの良い成膜を可能とする、プラズマＣＶＤ装置および
プラズマＣＶＤ方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma CVD apparatus and plasma CVD used in the manufacturing process of semiconductor devices and the like.
More specifically, the present invention relates to a plasma CVD apparatus and a plasma CVD method that enable film formation with high reproducibility and high throughput.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体装置のデザインルール
がハーフミクロンからクォータミクロンあるいはそれ以
下のレベルへと微細化し、かつ多層配線構造が多用され
るに伴い、配線層間を接続するための接続孔のアスペク
ト比は増大する傾向にある。例えば、０．２μｍルール
の半導体装置においては、接続孔の開口径０．２μｍに
対し、層間絶縁膜の厚さは１μｍ近くあるので、アスペ
クト比は５に達する場合がある。かかる微細で高アスペ
クト比の接続孔により、信頼性の高い多層配線構造を達
成するには、接続孔内にオーミックコンタクト用のＴｉ
層と、配線材料の拡散を防止するバリアメタルであるＴ
ｉＮ層やＴｉＯＮ層をコンフォーマルに形成した後、Ａ
ｌ系金属の高温スパッタリングや、Ｗの選択ＣＶＤやブ
ランケットＣＶＤにより、上層配線材料やコンタクトプ
ラグで接続孔を充填する方法が採用される。2. Description of the Related Art As the design rules of semiconductor devices such as LSI have been miniaturized from half micron to quarter micron or lower, and a multi-layer wiring structure has been frequently used, connection holes for connecting wiring layers have been formed. The aspect ratio tends to increase. For example, in a semiconductor device of the 0.2 μm rule, the aspect ratio may reach 5 because the thickness of the interlayer insulating film is close to 1 μm with respect to the opening diameter of the connection hole of 0.2 μm. In order to achieve a highly reliable multilayer wiring structure with such fine and high aspect ratio contact holes, Ti for ohmic contact is provided in the contact holes.
Layer and T that is a barrier metal that prevents diffusion of wiring material
After forming the iN layer and the TiON layer conformally, A
A method of filling the connection hole with an upper layer wiring material or a contact plug by high temperature sputtering of an l-based metal, selective CVD of W or blanket CVD is adopted.
【０００３】通常、Ｔｉ層やＴｉＮ層を形成するには、
Ｔｉ金属をターゲット材料としたスパッタリングや、反
応性スパッタリングが行われる。中でもスパッタリング
粒子の垂直入射成分を高めたコリメーション・スパッタ
リングが注目されているが、ステップカバリッジに優れ
たこの方法も、アスペクト比が５にも達する微細接続孔
内にコンフォーマルに成膜することは困難である。この
問題を図４および図５（ａ）〜（ｄ）を参照して説明す
る。Usually, in order to form a Ti layer or a TiN layer,
Sputtering using Ti metal as a target material and reactive sputtering are performed. Among them, collimation sputtering, in which the vertically incident component of sputtered particles is increased, is attracting attention, but this method, which is excellent in step coverage, also does not form a film conformally in a fine connection hole with an aspect ratio as high as 5. Have difficulty. This problem will be described with reference to FIGS. 4 and 5A to 5D.
【０００４】図４はコリメーション・スパッタリング装
置の一構成例を示す概略断面図である。基板ステージ９
に載置された被処理基板１０に対向して、Ｔｉ金属材料
からなるターゲット１１を配置し、ガス導入孔（図示せ
ず）からＡｒやＮ2 等のガスを導入し、スパッタリング
チャンバ１３内を所定の減圧雰囲気にした後、被処理基
板１０とターゲット１１の間にＲＦ電力を印加する。タ
ーゲットからスパッタされたＴｉは、被処理基板１０と
ターゲット１１の中間位置に配設されたコリメータ１２
を通過してそのままＴｉ金属として、あるいはＮ2 と反
応してＴｉＮとなり被処理基板１０上に堆積する。コリ
メータ１２は、被処理基板１０の表面に対し垂直の方向
に、多数の貫通孔が高開口率に開口した構造を有する多
孔板であり、被処理基板への垂直入射粒子成分を増大す
る、セラミクスや金属からなる部材である。なお同図で
は、真空ポンプや基板加熱機構等の細部は図示を省略す
る。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing one structural example of the collimation / sputtering apparatus. Substrate stage 9
A target 11 made of a Ti metal material is arranged so as to face the substrate 10 to be processed placed on the substrate 10, and a gas such as Ar or N 2 is introduced from a gas introduction hole (not shown) to move the inside of the sputtering chamber 13 After setting a predetermined reduced pressure atmosphere, RF power is applied between the substrate 10 to be processed and the target 11. The Ti sputtered from the target is collimated by the collimator 12 disposed at an intermediate position between the substrate 10 to be processed and the target 11.
Passing through the substrate to form Ti metal as it is or react with N 2 to become TiN, which is deposited on the substrate 10 to be processed. The collimator 12 is a perforated plate having a structure in which a large number of through holes are opened at a high aperture ratio in a direction perpendicular to the surface of the substrate 10 to be processed, and increases the component of vertically incident particles on the substrate to be processed. And a member made of metal. In the figure, details of the vacuum pump, the substrate heating mechanism, and the like are omitted.
【０００５】このコリメーション・スパッタリング装置
を用いて、接続孔が形成された被処理基板上にＴｉ層お
よびＴｉＮ層を形成するプロセスを図５（ａ）〜（ｄ）
を参照して説明する。まず、不純物拡散層（図示せず）
等の能動素子が形成されたＳｉ等の半導体基板３１上に
ＳｉＯ2 等からなる１μｍの厚さの層間絶縁膜３２を形
成し、不純物拡散層に臨む０．２μｍ径の接続孔３３を
開口する。図５（ａ）に示すこのサンプルを被処理基板
とする。次にこの被処理基板１０を２００℃に加熱した
基板ステージ９上に載置し、Ａｒを２５ｓｃｃｍ、チャ
ンバ内圧力０．２Ｐａ、ＲＦ電力８ｋｗのスパッタリン
グ条件でＴｉ層３４を１０ｎｍ形成して図５（ｂ）に示
す状態とする。つぎにＮ2 を同じく２５ｓｃｃｍ追加し
て導入した他は同じスパッタリング条件で、ＴｉＮ層３
５を２０ｎｍ形成する。このとき、図５（ｃ）に示すよ
うに、接続孔３３上のＴｉＮ層３５はオーバーハング形
状に堆積し、接続孔３３底部の周辺部は薄く形成され
る。この状態でＡｌ系金属層３６を高温スパッタリング
等により形成すると、図５（ｄ）に示すようにボイド３
７が発生し、コンタクトプラグの信頼性に問題が生じる
場合がある。ボイド３７は、Ａｌ系金属層のスパッタリ
ングの代わりにＷのＣＶＤを採用する場合にも、同じよ
うに発生する。A process for forming a Ti layer and a TiN layer on a substrate having a connection hole formed therein by using this collimation / sputtering apparatus is shown in FIGS. 5 (a) to 5 (d).
Will be described with reference to. First, an impurity diffusion layer (not shown)
An interlayer insulating film 32 of 1 μm thickness made of SiO 2 or the like is formed on a semiconductor substrate 31 of Si or the like on which active elements such as the like are formed, and a connection hole 33 of 0.2 μm diameter facing the impurity diffusion layer is opened. . This sample shown in FIG. 5A is a substrate to be processed. Next, the substrate 10 to be processed is placed on the substrate stage 9 heated to 200 ° C., a Ti layer 34 of 10 nm is formed under the sputtering conditions of Ar of 25 sccm, chamber pressure of 0.2 Pa, and RF power of 8 kw. The state shown in FIG. Next, the TiN layer 3 was formed under the same sputtering conditions except that N 2 was additionally added at 25 sccm.
5 is formed to 20 nm. At this time, as shown in FIG. 5C, the TiN layer 35 on the connection hole 33 is deposited in an overhang shape, and the peripheral portion of the bottom portion of the connection hole 33 is thinly formed. When the Al-based metal layer 36 is formed by high temperature sputtering or the like in this state, as shown in FIG.
7 may occur, causing a problem in the reliability of the contact plug. The void 37 is similarly generated when W CVD is adopted instead of sputtering of the Al-based metal layer.
【０００６】コリメーション法をも含めたこれらスパッ
タリングにおけるステップカバレッジの問題を解決する
ため、ＴｉＣｌ4 を用いたプラズマＣＶＤが、例えば、
半導体・集積回路技術第４４回シンポジウム講演論文集
３１ページ（１９９３）に報告されている。ＴｉＣｌ4
を原料ガスとして用いるこの方法は、Ｈ2 還元によるＴ
ｉ層と、さらにこのガス系にＮ2 を添加して、ＴｉＮ層
を連続して成膜することが可能である。なかでも、ＥＣ
ＲプラズマＣＶＤ装置や、ＲＦアンテナを用いた誘導結
合プラズマＣＶＤ装置によれば、１０-1Ｐａ台の高真空
度での高密度プラズマを利用でき、ステップカバレッジ
と成膜速度の高さを両立したスループットの高い成膜が
可能である。In order to solve the problem of step coverage in these sputtering methods including the collimation method, plasma CVD using TiCl 4 is performed, for example,
Semiconductor / Integrated Circuit Technology 44th Symposium Proceedings Proceedings 31 pages (1993). TiCl 4
The method of using as a raw material gas, T by H 2 reduction
It is possible to continuously form the iN layer and the TiN layer by adding N 2 to this gas system. Above all, EC
According to the R plasma CVD apparatus and the inductively coupled plasma CVD apparatus using the RF antenna, it is possible to use high-density plasma at a high vacuum degree of the order of 10 −1 Pa, and achieve both step coverage and high film formation rate. High-throughput film formation is possible.
【０００７】しかしながら、従来のＲＦアンテナを用い
た誘導結合型プラズマＣＶＤ装置にあっては、プラズマ
生成チャンバ内壁の電界の入射部分にＴｉ等の導電性膜
が付着し、実効的なＲＦ入射パワーが減少して安定した
成膜が困難となる場合があった。この問題を図６および
図７を参照して説明する。However, in the conventional inductively coupled plasma CVD apparatus using the RF antenna, a conductive film such as Ti adheres to the incident portion of the electric field on the inner wall of the plasma generation chamber, and the effective RF incident power is increased. In some cases, it was difficult to achieve stable film formation due to the decrease. This problem will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
【０００８】図６は従来のＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ
ｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）によるプラズマ
ＣＶＤ装置の概略断面図である。プラズマ生成チャンバ
４の側壁は誘電体材料窓１４で形成し、この外周をＲＦ
アンテナ３で巻回する。誘電体材料窓１４は石英等から
なる円筒系の部材である。ＲＦアンテナ３にはＲＦ電源
１からマッチングネットワーク２を介してＲＦパワーを
供給する。プラズマ生成チャンバ４上部にはプラズマガ
ス導入孔７を配し、ここからプラズマＣＶＤの原料ガス
を供給し、プラズマ５を生成する。プラズマ生成チャン
バ４の下部にはプラズマ成膜チャンバ６を連接し、内部
の基板ステージ９上に載置した被処理基板１０上に成膜
をおこなう。なお同図では基板ステージ９の温度制御手
段、真空ポンプ等の細部は図示を省略する。FIG. 6 shows a conventional ICP (Inductive).
It is a schematic sectional drawing of the plasma CVD apparatus by ly Coupled Plasma. The side wall of the plasma generation chamber 4 is formed with a dielectric material window 14, and the outer circumference of this window is RF.
Wind around the antenna 3. The dielectric material window 14 is a cylindrical member made of quartz or the like. RF power is supplied to the RF antenna 3 from the RF power supply 1 through the matching network 2. A plasma gas introduction hole 7 is arranged above the plasma generation chamber 4, and a raw material gas for plasma CVD is supplied from this hole to generate plasma 5. A plasma film forming chamber 6 is connected to the lower part of the plasma generation chamber 4, and a film is formed on the substrate 10 to be processed placed on the substrate stage 9 inside. In the figure, details of the temperature control means of the substrate stage 9, the vacuum pump and the like are omitted.
【０００９】図７は従来のＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ
ｅｒ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）によるプラズマ
ＣＶＤ装置の概略断面図である。本装置は、プラズマ成
膜チャンバ４の天板が誘電体材料窓１４となっており、
この上部に接して渦巻状のＲＦアンテナ３を配設する。
誘電体材料窓１４は石英等からなる円板状の部材であ
る。上記以外の他の構成は図６に示したＩＣＰによるプ
ラズマＣＶＤ装置と同じであり、重複する説明を省略す
る。FIG. 7 shows a conventional TCP (Transform).
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a plasma CVD apparatus according to er Coupled Plasma). In this apparatus, the top plate of the plasma film forming chamber 4 is the dielectric material window 14,
The spiral RF antenna 3 is arranged in contact with this upper part.
The dielectric material window 14 is a disk-shaped member made of quartz or the like. The configuration other than the above is the same as that of the plasma CVD apparatus using the ICP shown in FIG. 6, and a duplicate description will be omitted.
【００１０】上記２例のプラズマＣＶＤ装置は、いずれ
もプラズマ生成チャンバ４の外部に近接してＲＦアンテ
ナ３を配設しており、誘電体材料窓１４を介してＲＦ電
界をプラズマ生成チャンバ４内に導入している。このた
め、誘電体材料窓１４の内部にガスの分解生成物が付着
膜１５となって堆積し、特にこの付着膜１５が導電性薄
膜の場合にはＲＦ電界がシールドされる結果となる。し
たがって実効的なＲＦ入射パワーが減少し、デポジショ
ンレートや膜質が低下して安定した成膜が困難となる場
合があった。これは、上記２例のプラズマＣＶＤ装置に
限らず、ＲＦアンテナを用いた誘導結合プラズマＣＶＤ
装置に共通の問題であった。In each of the plasma CVD apparatuses of the above two examples, the RF antenna 3 is arranged close to the outside of the plasma generation chamber 4, and an RF electric field is generated inside the plasma generation chamber 4 through the dielectric material window 14. Have been introduced to. Therefore, the decomposition products of gas are deposited as the adhesion film 15 inside the dielectric material window 14, and the RF electric field is shielded particularly when the adhesion film 15 is a conductive thin film. Therefore, the effective RF incident power is decreased, and the deposition rate and film quality are deteriorated, which may make stable film formation difficult. This is not limited to the plasma CVD apparatus of the above two examples, but an inductively coupled plasma CVD using an RF antenna.
It was a problem common to all devices.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の課題
は、安定で再現性の高い成膜を可能とする、ＲＦアンテ
ナを有する誘導結合型プラズマＣＶＤ装置を提供するこ
とである。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide an inductively coupled plasma CVD apparatus having an RF antenna, which enables stable and highly reproducible film formation.
【００１２】また本発明の課題は、上記プラズマＣＶＤ
装置を用いて、安定で再現性が高く、しかもステップカ
バレッジのよいプラズマＣＶＤ方法を提供することであ
る。本発明の上記以外の課題は、本願明細書および添付
図面の説明により明らかとなる。Another object of the present invention is the above plasma CVD.
It is an object of the present invention to provide a stable and highly reproducible plasma CVD method with good step coverage using an apparatus. Other problems of the present invention will be apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明のプラズマＣＶＤ
装置は、上述の課題を解決するために提案するものであ
り、円筒コイル状および平面コイル状のうちのいずれか
一方のＲＦアンテナ、プラズマ生成チャンバ、ソースガ
ス導入孔および基板ステージを具えた誘導結合型プラズ
マＣＶＤ装置であって、ＲＦアンテナの少なくとも表面
は、前記導電性薄膜の構成元素を含む材料で被覆される
とともに、このプラズマ生成チャンバ内のプラズマ領域
に接する位置に、ＲＦアンテナを配設することを特徴と
するものである。Means for Solving the Problems Plasma CVD of the present invention
The device is proposed in order to solve the above-mentioned problems, and is either a cylindrical coil shape or a planar coil shape .
An inductively coupled plasma CVD apparatus including one RF antenna, a plasma generation chamber, a source gas introduction hole, and a substrate stage, wherein at least the surface of the RF antenna is coated with a material containing the constituent element of the conductive thin film. At the same time, the RF antenna is arranged at a position in contact with the plasma region in the plasma generation chamber.
【００１４】成膜材料の構成元素を含む材料は、Ｔｉ、
ＴｉＮ、ＴｉＷおよびＴｉＯＮのうちのいずれかで被覆
する。例えば、ＴｉやＴｉＮを成膜する際には、ＲＦア
ンテナの表面はＴｉで被覆すればよい。The material containing the constituent elements of the film-forming material is Ti,
Coated with either TiN, TiW or TiON
To do. For example, when depositing Ti or TiN, the surface of the RF antenna may be coated with Ti.
【００１５】また、プラズマ成膜チャンバ壁面の加熱手
段を有することが望ましい。ＲＦアンテナをプラズマ生
成チャンバの内部に配設することにより、プラズマ生成
チャンバの構成材料は特に制限はなくなり、また抵抗加
熱ヒータ等をプラズマ成膜チャンバ内壁面上や壁内に配
設することが可能となる。プラズマ生成チャンバの構成
材料は、Ａｌ合金等の金属材料や石英等を用いることが
できる。Further, it is desirable to have a heating means for heating the wall surface of the plasma deposition chamber. By disposing the RF antenna inside the plasma generation chamber, there are no particular restrictions on the constituent materials of the plasma generation chamber, and it is possible to dispose a resistance heater or the like on or inside the plasma deposition chamber inner wall surface. Becomes As a constituent material of the plasma generation chamber, a metal material such as an Al alloy or quartz can be used.
【００１６】さらに、ソースガス導入孔は、ＲＦアンテ
ナと基板ステージの間に配設することが望ましい。すな
わち、堆積性ガスの導入位置はＲＦアンテナより下流
側、換言すればＲＦアンテナより真空ポンプに近い位置
に配設することが望ましい。Further, it is desirable that the source gas introduction hole is provided between the RF antenna and the substrate stage. That is, it is desirable that the deposition gas is introduced at a position downstream of the RF antenna, in other words, at a position closer to the vacuum pump than the RF antenna.
【００１７】本発明のプラズマＣＶＤ方法は、上述の課
題を解決するために提案するものであり、上記したプラ
ズマＣＶＤ装置を用いて、被処理基板上に薄膜を形成す
ることを特徴とするものである。本プラズマＣＶＤ方法
は導電性薄膜の堆積に用いて効果的であり、さらにＦ系
ガス、Ｃｌ系ガス、Ｂｒ系ガス等のハロゲン系ガスを添
加した混合ガスを用いることが望ましい。The plasma CVD method of the present invention is proposed to solve the above-mentioned problems, and is characterized by forming a thin film on a substrate to be processed by using the above-mentioned plasma CVD apparatus. is there. The present plasma CVD method is effective when used for depositing a conductive thin film, and it is desirable to use a mixed gas to which a halogen-based gas such as F-based gas, Cl-based gas or Br-based gas is added.
【００１８】[0018]
【作用】本発明のプラズマＣＶＤ装置のポイントは、Ｒ
Ｆアンテナをプラズマ成膜チャンバの内部に配設した点
にある。この構成により、ＲＦアンテナの電界は直接プ
ラズマに伝播され、効率のよいプラズマ生成が可能とな
る。すなわち、誘電体材料窓を介してＲＦアンテナの電
界を伝播するのではないので、誘電体材料窓に導電性薄
膜が付着して電界がシールドされるといった不都合は原
理的に発生しない。The point of the plasma CVD apparatus of the present invention is that R
The F antenna is located inside the plasma deposition chamber. With this configuration, the electric field of the RF antenna is directly propagated to the plasma, which enables efficient plasma generation. That is, since the electric field of the RF antenna is not propagated through the dielectric material window, the inconvenience that the conductive thin film is attached to the dielectric material window to shield the electric field does not occur in principle.
【００１９】この際、ＲＦアンテナの少なくとも表面
は、成膜材料の構成元素を含む材料で被覆しておけば、
例えＲＦアンテナがスパッタされても、被処理基板上に
堆積する薄膜はクロスコンタミネーションを起こすこと
はない。At this time, if at least the surface of the RF antenna is coated with a material containing the constituent elements of the film-forming material,
Even if the RF antenna is sputtered, the thin film deposited on the substrate to be processed does not cause cross contamination.
【００２０】またＲＦアンテナをプラズマ成膜チャンバ
の内部に配設したことにより、プラズマ成膜チャンバ壁
面の加熱手段を導入することが可能となる。これは、ソ
ースガスに有機金属化合物を用いる場合には、有機系の
堆積物がプラズマ成膜チャンバ内壁に付着する現象を防
止でき、チャンバ内の汚染や被処理基板のパーティクル
汚染の減少に効果的である。Further, by disposing the RF antenna inside the plasma film forming chamber, it becomes possible to introduce a heating means for the wall surface of the plasma film forming chamber. This is because when an organometallic compound is used as the source gas, it is possible to prevent the phenomenon in which an organic deposit adheres to the inner wall of the plasma deposition chamber, and is effective in reducing the contamination in the chamber and the particle contamination on the substrate to be processed. Is.
【００２１】さらに、堆積性のソースガス導入孔はＲＦ
アンテナと基板ステージの間に配設したので、ソースガ
スがＲＦアンテナ側に逆流する可能性は少なく、ＲＦア
ンテナへの堆積は抑制される。また、例えＲＦアンテナ
に薄膜が堆積しても、ＲＦアンテナのインピーダンス変
化は極く僅かであり、マッチングネットワークの調整は
容易である。Further, the deposition source gas introduction hole is RF.
Since it is arranged between the antenna and the substrate stage, the source gas is unlikely to flow back to the RF antenna side, and the deposition on the RF antenna is suppressed. Further, even if a thin film is deposited on the RF antenna, the impedance change of the RF antenna is very small, and the adjustment of the matching network is easy.
【００２２】次に、本プラズマＣＶＤ方法のポイント
は、上記したプラズマＣＶＤ装置を用いて被処理基板上
に薄膜を形成する点にある。したがって、誘電体材料窓
への堆積物に影響されず、安定で再現性の高いプラズマ
ＣＶＤ処理が可能となる。Next, the point of this plasma CVD method is that a thin film is formed on the substrate to be processed using the above-mentioned plasma CVD apparatus. Therefore, stable and highly reproducible plasma CVD processing is possible without being affected by the deposit on the dielectric material window.
【００２３】さらに、エッチング性のあるハロゲン系ガ
スを添加することにより、ＲＦアンテナやプラズマ生成
チャンバ等への膜堆積は最小限に抑制される。本発明の
プラズマＣＶＤ方法は、材料を問わず上記効果を発揮す
るが、特に導電性薄膜のプラズマＣＶＤに用いて効果が
大きい。Furthermore, by adding a halogen-based gas having an etching property, film deposition on the RF antenna, the plasma generation chamber, etc. is suppressed to a minimum. The plasma CVD method of the present invention exhibits the above effects regardless of the material, and is particularly effective when used for plasma CVD of a conductive thin film.
【００２４】[0024]
【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき添付図面
を参照して説明する。なお、以下に参照する図面におい
て、従来技術の説明で参照した図面中の構成要素と同じ
部分については、同一の参照符号を付すものとする。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the drawings referred to below, the same components as those in the drawings referred to in the description of the prior art will be designated by the same reference numerals.
【００２５】実施例１
本実施例は、円筒コイル状のＲＦアンテナを用いた誘導
結合型プラズマＣＶＤ装置により、Ｔｉ層およびＴｉＮ
層を連続的に形成した例でありこれを図１（ａ）〜
（ｂ）および図３（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。Example 1 In this example, a Ti layer and a TiN layer were formed by an inductively coupled plasma CVD apparatus using an RF antenna having a cylindrical coil shape.
This is an example of continuously forming layers, which is shown in FIG.
This will be described with reference to (b) and FIGS. 3 (a) to 3 (d).
【００２６】まず、本実施例のプラズマＣＶＤ装置の構
成例につき、図１（ａ）に示す概略断面図を参照して説
明する。本装置は、プラズマ生成チャンバ４側面内部の
プラズマに接する位置に、円筒コイル状のＲＦアンテナ
３を配設し、マッチングネットワーク２を経由してＲＦ
電源１からＲＦ電力を供給する。プラズマ生成チャンバ
４の壁面は例えばＡｌ系金属で構成し、抵抗加熱ヒータ
による加熱手段（図示せず）を有している。プラズマ成
膜チャンバ４上部にはプラズマガス導入孔７を配し、こ
こからプラズマ生成用のガスやハロゲン系ガスを供給
し、プラズマ５を生成する。プラズマ成膜チャンバ４の
下部には成膜チャンバ６を連接し、内部にはＲＦアンテ
ナ３の中心軸の延長線上に、基板ステージ９上に載置し
た被処理基板１０を配置する。ＲＦアンテナ３と基板ス
テージ９の中間の位置に、ソースガス導入孔７を配し、
ここから堆積性のガスを成膜チャンバ６内に直接導入す
る。なお同図では基板ステージ９の温度制御手段、真空
ポンプ等の細部は図示を省略する。First, an example of the structure of the plasma CVD apparatus of this embodiment will be described with reference to the schematic sectional view shown in FIG. In the present apparatus, a cylindrical coil-shaped RF antenna 3 is arranged at a position in contact with plasma inside a side surface of a plasma generation chamber 4, and an RF antenna is passed via a matching network 2.
RF power is supplied from the power supply 1. The wall surface of the plasma generation chamber 4 is made of, for example, an Al-based metal, and has heating means (not shown) by a resistance heater. A plasma gas introduction hole 7 is arranged above the plasma film forming chamber 4, and a gas for plasma generation or a halogen-based gas is supplied from this hole to generate plasma 5. A film forming chamber 6 is connected to a lower portion of the plasma film forming chamber 4, and a substrate 10 to be processed placed on a substrate stage 9 is arranged inside the plasma film forming chamber 4 along an extension line of a central axis of the RF antenna 3. A source gas introduction hole 7 is arranged at an intermediate position between the RF antenna 3 and the substrate stage 9,
From here, the deposition gas is directly introduced into the film forming chamber 6. In the figure, details of the temperature control means of the substrate stage 9, the vacuum pump and the like are omitted.
【００２７】ＲＦアンテナ３は図１（ｂ）に示す円筒コ
イル形状をなし、一例としてＣｕを構成材料とし、その
表面をＴｉまたはＴｉＮで被覆したものである。なおこ
のＲＦアンテナは、中空パイプとし、内部に水のような
冷媒を通して冷却すれば、イオン衝撃による昇温を抑え
ることが可能である。なおこのＲＦアンテナ３は、プラ
ズマ生成チャンバ４側面が傾斜したテーパ形状をなして
いる場合には、その傾斜面に沿ったテーパ付き円筒形状
であってもよい。図１（ｂ）に示すＲＦアンテナ構造に
よれば、プラズマ生成チャンバ５側壁に沿った面内にお
ける電子の回転運動により、均一でかつ高密度のプラズ
マを発生することが可能である。The RF antenna 3 has a cylindrical coil shape shown in FIG. 1B, and is made of, for example, Cu as a constituent material, the surface of which is coated with Ti or TiN. If this RF antenna is a hollow pipe and is cooled by passing a coolant such as water inside, the temperature rise due to ion bombardment can be suppressed. The RF antenna 3 may have a tapered cylindrical shape along the inclined surface when the side surface of the plasma generation chamber 4 has an inclined tapered shape. According to the RF antenna structure shown in FIG. 1B, uniform and high-density plasma can be generated by the rotational movement of electrons in the plane along the side wall of the plasma generation chamber 5.
【００２８】つぎに、本発明のプラズマＣＶＤ方法につ
き、図３（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。本実施例
で用いた被処理基板は、従来例の説明で参照した図５
（ａ）と同一であるので、重複する説明を省略する。Next, the plasma CVD method of the present invention will be described with reference to FIGS. The substrate to be processed used in this example is the same as that shown in FIG.
Since it is the same as (a), duplicate description is omitted.
【００２９】この被処理基板の接続孔３３底部に露出す
る拡散層上の自然酸化膜を希ＨＦ水溶液洗浄で除去した
後、図１に示したプラズマＣＶＤ装置の基板ステージ９
上に載置し、一例として下記条件によりＴｉ層を１０ｎ
ｍ堆積する。プラズマガス導入孔７より
Ｈｅ １００ ｓｃｃｍ
Ｃｌ2 ３０ ｓｃｃｍ
ソースガス導入孔８より
ＴｉＣｌ4 ２０ ｓｃｃｍ
Ｈ2 ４０ ｓｃｃｍ
ガス圧力 ０．１ Ｐａ
ＲＦ電源パワー ２０００ Ｗ（１３．５６
ＭＨｚ）
基板ステージ温度 ４５０ ℃
成膜後の状態を図３（ｂ）に示す。本プラズマＣＶＤ工
程においては、Ｈｅ／Ｃｌ2 混合ガスによるプラズマ５
が生成し、このプラズマ５によってソースガスとなるＴ
ｉＣｌ4 を解離し、ガスフローの下流に位置する被処理
基板１０上にＴｉ層３４が形成される。解離生成したＴ
ｉ系のプリカーサの１部はプラズマ生成チャンバ４に拡
散し、プラズマ生成チャンバ４の内壁やＲＦアンテナ３
に付着するが、この付着量は僅かであり、またＲＦアン
テナ３はプラズマ５領域に接しており、誘電体材料窓を
介した結合ではないので、ＲＦの入射パワーが減衰する
ことはない。ＴｉのエッチングガスであるＣｌ2 を添加
していることも、プラズマ生成チャンバ４の内壁やＲＦ
アンテナ３に付着するＴｉの量の低減に寄与する。した
がって、安定したデポジションレートで膜質のよい、ま
たオーバハングのないＴｉ層３４の成膜が可能である。The natural oxide film on the diffusion layer exposed at the bottom of the connection hole 33 of the substrate to be processed is removed by cleaning with a dilute HF aqueous solution, and then the substrate stage 9 of the plasma CVD apparatus shown in FIG.
It is placed on top of the Ti layer, and as an example, a Ti layer of 10n is formed under the following conditions.
m. He 100 sccm Cl 2 30 sccm through plasma gas introduction hole 7 TiCl 4 20 sccm H 2 40 sccm through source gas introduction hole 8 Gas pressure 0.1 Pa RF power supply power 2000 W (13.56)
MHz) Substrate stage temperature 450 ° C. The state after film formation is shown in FIG. In this plasma CVD process, plasma 5 containing He / Cl 2 mixed gas is used.
Is generated, and the plasma 5 causes a source gas T
The Ti layer 34 is formed on the substrate 10 to be processed located downstream of the gas flow by dissociating iCl 4 . Dissociated T
A part of the i-type precursor diffuses into the plasma generation chamber 4, and the inner wall of the plasma generation chamber 4 and the RF antenna 3
However, since the RF antenna 3 is in contact with the plasma 5 region and is not coupled through the dielectric material window, the RF incident power is not attenuated. The addition of Cl 2 which is an etching gas for Ti also means that the inner wall of the plasma generation chamber 4 and the RF
This contributes to the reduction of the amount of Ti attached to the antenna 3. Therefore, it is possible to form the Ti layer 34 with a stable deposition rate, good film quality, and no overhang.
【００３０】続けて、下記条件により２０ｎｍの厚さに
ＴｉＮの成膜をおこなう。プラズマガス導入孔７より
Ｈｅ １００ ｓｃｃｍ
Ｃｌ2 ３０ ｓｃｃｍ
ソースガス導入孔８より
ＴｉＣｌ4 ２０ ｓｃｃｍ
Ｎ2 ３０ ｓｃｃｍ
Ｈ2 １０ ｓｃｃｍ
ガス圧力 ０．１ Ｐａ
ＲＦ電源パワー ２０００ Ｗ（１３．５６
ＭＨｚ）
基板ステージ温度 ４５０ ℃
本プラズマＣＶＤ工程では、Ｈｅ／Ｃｌ2 混合ガスによ
るプラズマ５が生成し、このプラズマ５によってソース
ガスとなるＴｉＣｌ4 およびＮ2 を解離し、ガスフロー
の下流に位置する被処理基板１０上にＴｉＮ層３５が形
成される。解離生成したＴｉＮ系のプリカーサの１部は
プラズマ生成チャンバ４に拡散し、プラズマ生成チャン
バ４の内壁やＲＦアンテナ３に付着する。しかしこの付
着量は僅かであり、またＲＦアンテナ３はプラズマ５領
域に接しており、誘電体材料窓を介した結合ではないの
で、ＲＦの入射パワーが減衰することはない。ＴｉＮの
エッチングガスであるＣｌ2 を添加していることも、プ
ラズマ生成チャンバ４の内壁やＲＦアンテナ３に付着す
るＴｉＮの量の低減に寄与する。したがって、安定した
デポジションレートで膜質のよい、またオーバハングの
ないＴｉＮ層３５の成膜が可能である。この状態を図３
（ｃ）に示す。Subsequently, a TiN film having a thickness of 20 nm is formed under the following conditions. He 100 sccm Cl 2 30 sccm through the plasma gas introduction hole 7 TiCl 4 20 sccm N 2 30 sccm H 2 10 sccm through the source gas introduction hole 8 Gas pressure 0.1 Pa RF power supply power 2000 W (13.56)
MHz) Substrate stage temperature 450 ° C. In this plasma CVD process, plasma 5 is generated by a He / Cl 2 mixed gas, and TiCl 4 and N 2 serving as a source gas are dissociated by the plasma 5 and are positioned downstream of the gas flow. A TiN layer 35 is formed on the substrate 10 to be processed. A part of the TiN-based precursor generated by dissociation diffuses into the plasma generation chamber 4 and adheres to the inner wall of the plasma generation chamber 4 and the RF antenna 3. However, this adhesion amount is small, and since the RF antenna 3 is in contact with the plasma 5 region and is not coupled through the dielectric material window, the RF incident power is not attenuated. The addition of Cl 2 as an etching gas for TiN also contributes to the reduction of the amount of TiN adhering to the inner wall of the plasma generation chamber 4 and the RF antenna 3. Therefore, it is possible to form the TiN layer 35 with a stable deposition rate, good film quality, and no overhang. This state is shown in Figure 3.
It shows in (c).
【００３１】次に本プラズマ処理装置にゲートバルブを
介して連接したスパッタリング装置に被処理基板１０を
搬送し、公知の高温スパッタリングによりＡｌ系金属層
３６を形成し、接続孔３３内部を埋め込む。ＴｉＮ層３
５のオーバーハングがないことから、Ａｌ系金属層３６
はボイドを発生することなく接続孔３３内を充填し、し
かもその表面は平坦に形成することができた。この状態
を図３（ｄ）に示す。Next, the substrate 10 to be processed is transferred to a sputtering device connected to the plasma processing device through a gate valve, an Al-based metal layer 36 is formed by known high temperature sputtering, and the inside of the connection hole 33 is filled. TiN layer 3
Since there is no overhang of 5, the Al-based metal layer 36
Was able to fill the inside of the connection hole 33 without generating voids, and the surface thereof could be formed flat. This state is shown in FIG.
【００３２】本実施例によれば、円筒状のＲＦアンテナ
３をプラズマ成膜チャンバ４内のプラズマ領域に接する
位置に配設することにより、実用的なデポジションレー
トで、ステップカバレッジと膜質にすぐれた導電性薄膜
を堆積することが可能である。According to this embodiment, by disposing the cylindrical RF antenna 3 at a position in contact with the plasma region in the plasma film forming chamber 4, the step coverage and the film quality are excellent at a practical deposition rate. It is possible to deposit conductive thin films.
【００３３】実施例２
本実施例は、平面コイル状のＲＦアンテナを用いた誘導
結合型プラズマＣＶＤ装置により、Ｔｉ層およびＴｉＮ
層を連続的に形成した例でありこれを図２（ａ）〜
（ｂ）および図３（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。Example 2 In this example, a Ti layer and a TiN layer were formed by an inductively coupled plasma CVD apparatus using a plane coil RF antenna.
This is an example in which layers are continuously formed, and this is shown in FIG.
This will be described with reference to (b) and FIGS. 3 (a) to 3 (d).
【００３４】まず、本実施例のプラズマＣＶＤ装置の構
成例につき、図２（ａ）に示す概略断面図を参照して説
明する。本装置は、プラズマ生成チャンバ４の天板近傍
のプラズマに接する位置に、平面コイル状のＲＦアンテ
ナ３を配設し、マッチングネットワーク２を経由してＲ
Ｆ電源１からＲＦ電力を供給する。プラズマ生成チャン
バ４の天板や壁面は例えばＡｌ系金属で構成し、抵抗加
熱ヒータによる加熱手段（図示せず）を有している。プ
ラズマ生成チャンバ４上部にはプラズマガス導入孔７を
配し、ここからプラズマ生成用のガスやハロゲン系ガス
を供給し、プラズマ５を生成する。プラズマ成膜チャン
バ４の下部には成膜チャンバ６を連接し、内部にはＲＦ
アンテナ３の中心軸の延長線上に、基板ステージ９上に
載置した被処理基板１０を配置する。ＲＦアンテナ３と
基板ステージ９の中間の位置に、ソースガス導入孔７を
配し、ここから堆積性のガスを成膜チャンバ６内に直接
導入する。なお同図では基板ステージ９の温度制御手
段、真空ポンプ等の細部は図示を省略する。First, an example of the structure of the plasma CVD apparatus of this embodiment will be described with reference to the schematic sectional view shown in FIG. In this apparatus, a planar coil-shaped RF antenna 3 is arranged at a position near the top plate of the plasma generation chamber 4 and in contact with the plasma, and the RF antenna 3 via the matching network 2 is used.
RF power is supplied from the F power supply 1. The top plate and the wall surface of the plasma generation chamber 4 are made of, for example, an Al-based metal and have a heating means (not shown) by a resistance heater. A plasma gas introduction hole 7 is arranged above the plasma generation chamber 4, and a gas for plasma generation or a halogen-based gas is supplied from this hole to generate plasma 5. A film formation chamber 6 is connected to the lower part of the plasma film formation chamber 4 and an RF
The target substrate 10 placed on the substrate stage 9 is arranged on an extension of the central axis of the antenna 3. A source gas introduction hole 7 is provided at an intermediate position between the RF antenna 3 and the substrate stage 9, and a deposition gas is directly introduced into the film formation chamber 6 through the source gas introduction hole 7. In the figure, details of the temperature control means of the substrate stage 9, the vacuum pump and the like are omitted.
【００３５】ＲＦアンテナ３は図２（ｂ）に示す形状を
なし、一例としてＣｕを構成材料とし、その表面をＴｉ
またはＴｉＮ等のＴｉ化合物で被覆したものである。図
２（ｂ）においては、ＲＦアンテナ３は完全な２次元平
面コイル状であるが、プラズマ成膜チャンバ４の天板が
曲率を持ったドーム状の場合には、この曲率に沿った３
次元形状をなしてもよい。なおこのＲＦアンテナは、中
空パイプとし、内部に水のような冷媒を通して冷却すれ
ば、イオン衝撃による昇温を抑えることが可能である。
図２（ｂ）に示すＲＦアンテナ構造によれば、天板に沿
った面内における電子の回転運動により、均一でかつ高
密度のプラズマを発生することが可能である。The RF antenna 3 has a shape shown in FIG. 2 (b). As an example, Cu is a constituent material and its surface is made of Ti.
Alternatively, it is coated with a Ti compound such as TiN. In FIG. 2B, the RF antenna 3 has a perfect two-dimensional planar coil shape, but when the top plate of the plasma film forming chamber 4 has a dome shape with a curvature, the RF antenna 3 has a shape along the curvature.
It may have a three-dimensional shape. If this RF antenna is a hollow pipe and is cooled by passing a coolant such as water inside, the temperature rise due to ion bombardment can be suppressed.
According to the RF antenna structure shown in FIG. 2B, it is possible to generate uniform and high-density plasma by the rotational movement of electrons in the plane along the top plate.
【００３６】つぎに、本発明のプラズマＣＶＤ方法につ
き、再び図３（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。本実
施例で用いた被処理基板も、従来例の説明で参照した図
５（ａ）と同一であるので、重複する説明を省略する。Next, the plasma CVD method of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 (a) to 3 (d) again. The substrate to be processed used in this example is also the same as that in FIG. 5A referred to in the description of the conventional example, and thus the duplicated description will be omitted.
【００３７】この被処理基板の接続孔３３底部に露出す
る拡散層上の自然酸化膜を希ＨＦ水溶液洗浄で除去した
後、図１に示したプラズマＣＶＤ装置の基板ステージ９
上に載置し、一例として下記条件によりＴｉ層を１０ｎ
ｍ堆積する。プラズマガス導入孔７より
Ｈ2 ２０ ｓｃｃｍ
Ｃｌ2 ３０ ｓｃｃｍ
ソースガス導入孔８より
ＴｉＣｌ4 ３０ ｓｃｃｍ
ガス圧力 ０．５ Ｐａ
ＲＦ電源パワー １５００ Ｗ（１３．５６
ＭＨｚ）
基板ステージ温度 ４００ ℃
成膜後の状態を図３（ｂ）に示す。本プラズマＣＶＤ工
程においては、Ｈ2 ／Ｃｌ2 混合ガスによるプラズマ５
が生成し、このプラズマ５によってソースガスとなるＴ
ｉＣｌ4 を解離し、ガスフローの下流に位置する被処理
基板１０上にＴｉ層３４が形成される。解離生成したＴ
ｉ系のプリカーサの１部はプラズマ生成チャンバ４に拡
散し、プラズマ生成チャンバ４の内壁やＲＦアンテナ３
に付着するが、この付着量は僅かであり、またＲＦアン
テナ３はプラズマ５領域に接しており、誘電体材料窓を
介した結合ではないので、ＲＦの入射パワーが減衰する
ことはない。ＴｉのエッチングガスであるＣｌ2 を添加
していることも、プラズマ生成チャンバ４の内壁やＲＦ
アンテナ３に付着するＴｉの量の低減に寄与する。した
がって、安定したデポジションレートで膜質のよい、ま
たオーバハングのないＴｉ層３４の成膜が可能である。The natural oxide film on the diffusion layer exposed at the bottom of the connection hole 33 of the substrate to be processed is removed by cleaning with a dilute HF aqueous solution, and then the substrate stage 9 of the plasma CVD apparatus shown in FIG.
It is placed on top of the Ti layer, and as an example, a Ti layer of
m. From plasma gas introduction hole 7 H 2 20 sccm Cl 2 30 sccm From source gas introduction hole 8 TiCl 4 30 sccm Gas pressure 0.5 Pa RF power supply power 1500 W (13.56)
MHz) Substrate stage temperature 400 ° C. The state after film formation is shown in FIG. In this plasma CVD process, plasma 5 with H 2 / Cl 2 mixed gas is used.
Is generated, and the plasma 5 causes a source gas T
The Ti layer 34 is formed on the substrate 10 to be processed located downstream of the gas flow by dissociating iCl 4 . Dissociated T
A part of the i-type precursor diffuses into the plasma generation chamber 4, and the inner wall of the plasma generation chamber 4 and the RF antenna 3
However, since the RF antenna 3 is in contact with the plasma 5 region and is not coupled via the dielectric material window, the RF incident power is not attenuated. The addition of Cl 2 which is an etching gas for Ti also means that the inner wall of the plasma generation chamber 4 and the RF
This contributes to the reduction of the amount of Ti attached to the antenna 3. Therefore, it is possible to form the Ti layer 34 with a stable deposition rate, good film quality, and no overhang.
【００３８】続けて、下記条件により２０ｎｍの厚さに
ＴｉＮの成膜をおこなう。プラズマガス導入孔７より
Ｈ2 ２０ ｓｃｃｍ
Ｃｌ2 ３０ ｓｃｃｍ
ソースガス導入孔８より
ＴｉＣｌ4 ３０ ｓｃｃｍ
Ｎ2 ２０ ｓｃｃｍ
ガス圧力 ０．５ Ｐａ
ＲＦ電源パワー １５００ Ｗ（１３．５６
ＭＨｚ）
基板ステージ温度 ４００ ℃
本プラズマＣＶＤ工程では、Ｈ2 ／Ｃｌ2 混合ガスによ
るプラズマ５が生成し、このプラズマ５によってソース
ガスとなるＴｉＣｌ4 およびＮ2 を解離し、ガスフロー
の下流に位置する被処理基板１０上にＴｉＮ層３５が形
成される。解離生成したＴｉＮ系のプリカーサの１部は
プラズマ生成チャンバ４に拡散し、プラズマ生成チャン
バ４の内壁やＲＦアンテナ３に付着する。しかしこの付
着量は僅かであり、またＲＦアンテナ３はプラズマ５領
域に接しており、誘電体材料窓を介した結合ではないの
で、ＲＦの入射パワーが減衰することはない。ＴｉＮの
エッチングガスであるＣｌ2 を添加していることも、プ
ラズマ生成チャンバ４の内壁やＲＦアンテナ３に付着す
るＴｉＮの量の低減に寄与する。したがって、安定した
デポジションレートで膜質のよい、またオーバハングの
ないＴｉＮ層３５の成膜が可能である。この状態を図３
（ｃ）に示す。次の図３（ｄ）に示すＡｌ系金属層３６
の形成は、前実施例と同じであるので説明を省略する。Subsequently, a TiN film having a thickness of 20 nm is formed under the following conditions. From plasma gas introduction hole 7 H 2 20 sccm Cl 2 30 sccm From source gas introduction hole 8 TiCl 4 30 sccm N 2 20 sccm Gas pressure 0.5 Pa RF power supply power 1500 W (13.56)
MHz) Substrate stage temperature 400 ° C. In this plasma CVD process, plasma 5 is generated by the H 2 / Cl 2 mixed gas, and TiCl 4 and N 2 serving as the source gas are dissociated by the plasma 5 and are positioned downstream of the gas flow. A TiN layer 35 is formed on the substrate 10 to be processed. A part of the TiN-based precursor generated by dissociation diffuses into the plasma generation chamber 4 and adheres to the inner wall of the plasma generation chamber 4 and the RF antenna 3. However, this adhesion amount is small, and since the RF antenna 3 is in contact with the plasma 5 region and is not coupled through the dielectric material window, the RF incident power is not attenuated. The addition of Cl 2 as an etching gas for TiN also contributes to the reduction of the amount of TiN adhering to the inner wall of the plasma generation chamber 4 and the RF antenna 3. Therefore, it is possible to form the TiN layer 35 with a stable deposition rate, good film quality, and no overhang. This state is shown in Figure 3.
It shows in (c). The Al-based metal layer 36 shown in FIG.
The formation of is the same as that of the previous embodiment, and the description thereof is omitted.
【００３９】本実施例によれば、平面状のＲＦアンテナ
３をプラズマ成膜チャンバ４内のプラズマ領域に接する
位置に配設することにより、実用的なデポジションレー
トで、ステップカバレッジと膜質にすぐれた導電性薄膜
を堆積することが可能である。According to this embodiment, by disposing the planar RF antenna 3 at a position in contact with the plasma region in the plasma film forming chamber 4, the step coverage and the film quality are excellent at a practical deposition rate. It is possible to deposit conductive thin films.
【００４０】上述した２例の実施例とも、ＲＦアンテナ
３の配置個所をプラズマ生成チャンバ４のプラズマ５領
域に接する位置に配置した以外は、基本的には従来のＩ
ＣＰ装置あるいはＴＣＰ装置と変わりはない。したがっ
て、いずれも高密度プラズマの発生が可能であり、成膜
速度、均一性ともに優れたプラズマＣＶＤが可能であ
る。In both of the above-described two embodiments, basically, the conventional I antenna is used except that the RF antenna 3 is arranged at a position in contact with the plasma 5 region of the plasma generation chamber 4.
It is no different from CP or TCP devices. Therefore, in each case, high-density plasma can be generated, and plasma CVD with excellent film formation rate and uniformity can be performed.
【００４１】以上、本発明を２例の実施例を説明した
が、本発明は以上の実施例に限定されるものではなく、
各種の実施態様が可能である。例えば、ＲＦアンテナを
有する誘導結合型のプラズマＣＶＤ装置として、ヘリコ
ン波プラズマＣＶＤ装置のように円筒ループ状ＲＦアン
テナを有する装置であってもよい。この装置は、米国特
許第５，０９１，０４９号明細書に開示されているよう
に、石英等によるべルジャの外周に複数のループ状のア
ンテナを配し、互いに逆位相の高周波を印加してべルジ
ャ内にホイッスラ波を発生し、ホイッスラ波からランダ
ウダンピングの過程を経て電子へエネルギを輸送してこ
れを加速し、高速電子を処理ガス分子に衝突させ、高イ
オン電流密度を得るものである。ヘリコン波は、ＲＦア
ンテナの外周に設置したソレノイドコイルの作る磁場に
沿って伝播する。Although the present invention has been described with reference to two embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments.
Various implementations are possible. For example, an inductively coupled plasma CVD apparatus having an RF antenna may be an apparatus having a cylindrical loop RF antenna such as a helicon wave plasma CVD apparatus. As disclosed in U.S. Pat. No. 5,091,049, this device has a plurality of loop-shaped antennas arranged on the outer periphery of a bell jar made of quartz or the like, and applies high frequencies of opposite phases to each other. Whistler waves are generated in Berja, energy is transferred from the whistler waves to the electrons through the process of Landau damping and accelerated, and high-speed electrons are made to collide with processing gas molecules to obtain high ion current density. . The helicon wave propagates along the magnetic field created by the solenoid coil installed on the outer circumference of the RF antenna.
【００４２】上記ヘリコン波プラズマＣＶＤ装置の場合
にも、誘電体のべルジャを介してＲＦアンテナの作る電
界を印加しているので、べルジャ内壁に付着膜による堆
積が生じ、ＲＦ電界がシールドされる場合があった。そ
こで本発明を適用し、べルジャ内部にヘリコン波アンテ
ナを配設する構成とすれば、ヘリコン波アンテナの入射
パワーは安定し、デポジションレートと膜質にすぐれた
プラズマＣＶＤ処理が可能となる。Also in the case of the helicon wave plasma CVD apparatus described above, since the electric field generated by the RF antenna is applied through the bulger made of a dielectric material, deposition by an adhered film occurs on the inner wall of the bulger and the RF electric field is shielded. There was a case. Therefore, if the present invention is applied and the helicon wave antenna is arranged inside the bell jar, the incident power of the helicon wave antenna is stabilized, and the plasma CVD process excellent in deposition rate and film quality becomes possible.
【００４３】堆積する導電性薄膜としてＴｉとＴｉＮを
例示したが、ＴｉＷ、ＴｉＯＮや多結晶シリコン等、他
の金属や金属化合物、半導体薄膜を堆積する際に広く用
いることが可能である。また導電性薄膜の他にも絶縁性
薄膜の堆積に用いてもよいことは言うまでもない。Although Ti and TiN have been exemplified as the conductive thin film to be deposited, they can be widely used for depositing other metals and metal compounds such as TiW, TiON and polycrystalline silicon, and semiconductor thin films. Needless to say, it may be used for depositing an insulating thin film in addition to the conductive thin film.
【００４４】ＴｉとＴｉＮのソースガスとしてＴｉＣｌ
4 （ｍｐ＝−２５℃、ｂｐ＝１３６℃）を例示したが、
ＴｉＦ4 （２８４℃で昇華）やＴｉＢｒ4 （ｍｐ＝３９
℃、ｂｐ＝２３０℃）等の各種ハロゲン化チタンを用い
ることができる。また、有機チタン化合物として、Ｔｉ
（Ｎ（ＣＨ3 ）2 ）4 （テトラジメチルアミノチタニウ
ム）やＴｉ（Ｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 ）4 （テトラジエチルア
ミノチタニウム）等の使用も可能である。これらのハロ
ゲン化チタンおよび有機Ｔｉ化合物は、公知のバーニン
グ法またはキャリアガスを用いた加熱バブリング法でプ
ラズマＣＶＤ装置へ導入すればよい。ＴｉＣｌ4 は室温
で液体であり、取り扱いが比較的簡便であることから好
ましく用いることができる。TiCl as a source gas of Ti and TiN
4 (mp = -25 ° C., bp = 136 ° C.) has been exemplified,
TiF 4 (sublimation at 284 ° C) and TiBr 4 (mp = 39
C., bp = 230.degree. C.), and various titanium halides can be used. Further, as an organic titanium compound, Ti
It is also possible to use (N (CH 3 ) 2 ) 4 (tetradimethylaminotitanium) or Ti (N (C 2 H 5 ) 2 ) 4 (tetradiethylaminotitanium). These titanium halide and organic Ti compound may be introduced into the plasma CVD apparatus by a known burning method or a heating bubbling method using a carrier gas. TiCl 4 can be preferably used because it is a liquid at room temperature and is relatively easy to handle.
【００４５】ＴｉＮのソースガスの一方である窒素系ガ
スとしてＮ2 を例示したが、ＮＨ3、Ｎ2 Ｈ4 等、窒素
原子を有するガスを適宜用いることができる。またソー
スガス中にさらにＯ2 やＮＯ系ガス等の等酸素系ガスを
添加して、ＴｉＯＮを形成する場合にも本発明の効果は
発揮される。Although N 2 is exemplified as the nitrogen-based gas which is one of the TiN source gases, a gas having a nitrogen atom such as NH 3 or N 2 H 4 can be appropriately used. The effect of the present invention is also exhibited when TiON is formed by adding an iso-oxygen-based gas such as O 2 or NO-based gas to the source gas.
【００４６】またプラズマと同時に低圧Ｈｇランプやエ
キシマレーザ、ハロゲンランプ等、励起光ビームを照射
する光プラズマＣＶＤに本発明を適用してもよい。The present invention may also be applied to photoplasma CVD in which a low-pressure Hg lamp, an excimer laser, a halogen lamp or the like is irradiated with an excitation light beam simultaneously with plasma.
【００４７】[0047]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のプラズマＣＶＤ装置によれば、誘導結合型のＲＦアン
テナを、プラズマ成膜チャンバの内部のプラズマ領域に
接する部分に配設したことにより、プラズマ生成チャン
バ内壁面への付着膜の影響から解放さる。このため、導
電性の薄膜であっても、高密度プラズマを安定して発生
しうるプラズマＣＶＤ装置を提供することが可能となっ
た。As is apparent from the above description, according to the plasma CVD apparatus of the present invention, the inductively coupled RF antenna is provided in the portion in contact with the plasma region inside the plasma film forming chamber. , Free from the influence of the adhered film on the inner wall surface of the plasma generation chamber. Therefore, it is possible to provide a plasma CVD apparatus that can stably generate high-density plasma even with a conductive thin film.
【００４８】ＲＦアンテナの表面は、堆積する成膜材料
の構成元素を含む材料で被覆しておけば、ＲＦアンテナ
のスパッタによる被処理基板のコンタミネーションの虞
れはない。If the surface of the RF antenna is covered with a material containing the constituent elements of the deposited film forming material, there is no risk of contamination of the substrate to be processed due to sputtering of the RF antenna.
【００４９】ＲＦアンテナをプラズマ生成チャンバの内
部に配設することにより、プラズマ生成チャンバの材質
を例えばＡｌ系金属等の金属材料で構成することが可能
となる。このため、プラズマ生成チャンバ壁面内に抵抗
加熱ヒータ等の加熱手段を付加することが可能になる。
これにより、ソースガスとして有機金属化合物を使用す
る場合に、プラズマ生成チャンバ壁面内に有機付着物が
堆積する現象を防止でき、パーティクル汚染の減少に寄
与する。By disposing the RF antenna inside the plasma generation chamber, the material of the plasma generation chamber can be made of a metal material such as Al-based metal. Therefore, it becomes possible to add a heating means such as a resistance heater to the inside of the wall surface of the plasma generation chamber.
Accordingly, when an organometallic compound is used as the source gas, it is possible to prevent a phenomenon in which organic deposits are deposited on the wall surface of the plasma generation chamber, which contributes to reduction of particle contamination.
【００５０】さらに、ＴｉＣｌ4 等、堆積に直接寄与す
るソースガス導入孔はＲＦアンテナと基板ステージの間
に配設することにより、プラズマ生成チャンバやＲＦア
ンテナへの堆積が減少する。Further, by disposing the source gas introducing hole such as TiCl 4 which directly contributes to the deposition between the RF antenna and the substrate stage, the deposition on the plasma generation chamber and the RF antenna is reduced.
【００５１】また、本発明のプラズマＣＶＤ方法によれ
ば、ＴｉやＴｉＮ等の導電性薄膜の形成であっても、高
密度プラズマを用いた、デポジションレートが高く膜質
にすぐれた薄膜を、安定して再現性よく成膜することが
可能である。Further, according to the plasma CVD method of the present invention, even when a conductive thin film such as Ti or TiN is formed, a thin film having a high deposition rate and excellent film quality can be stably formed by using high density plasma. The film can be formed with good reproducibility.
【００５２】またプラズマＣＶＤにおける反応ガス中
に、形成材料のエッチングガスとなるハロゲン系ガスを
添加しておけば、ＲＦアンテナやプラズマ生成チャンバ
内壁面への膜付着をさらに低減でき、パーティクル汚染
が低減できる。Further, by adding a halogen-based gas as an etching gas for the forming material to the reaction gas in the plasma CVD, it is possible to further reduce the film adhesion to the RF antenna and the inner wall surface of the plasma generation chamber, and to reduce particle contamination. it can.
【００５３】上記効果により、本発明はディープ・サブ
ミクロンクラスの微細なデザインルールに基づく多層配
線を有する半導体装置の製造プロセスに寄与するところ
大であり、本発明の産業上の利用価値は高い。Due to the above effects, the present invention largely contributes to the manufacturing process of the semiconductor device having the multilayer wiring based on the fine design rule of the deep submicron class, and the industrial utility value of the present invention is high.
【図１】本発明を適用した実施例１のプラズマＣＶＤ装
置の説明に供する図面であり、（ａ）はプラズマＣＶＤ
装置の概略断面図、（ｂ）はＲＦアンテナの形状を示す
斜視図である。FIG. 1 is a diagram for explaining a plasma CVD apparatus according to a first embodiment of the present invention, in which (a) is plasma CVD.
FIG. 3B is a schematic sectional view of the device, and FIG. 3B is a perspective view showing the shape of the RF antenna.
【図２】本発明を適用した実施例２のプラズマＣＶＤ装
置の説明に供する図面であり、（ａ）はプラズマＣＶＤ
装置の概略断面図、（ｂ）はＲＦアンテナの形状を示す
斜視図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a plasma CVD apparatus according to a second embodiment of the present invention, in which (a) is plasma CVD.
FIG. 3B is a schematic sectional view of the device, and FIG. 3B is a perspective view showing the shape of the RF antenna.
【図３】本発明を適用した実施例１および２のプラズマ
ＣＶＤ方法を、その工程順に示す図面であり、（ａ）は
半導体基板上の層間絶縁膜に接続孔を開口した状態、
（ｂ）はＴｉ層を形成した状態、（ｃ）はさらにＴｉＮ
層を形成した状態、（ｄ）はＡｌ系金属層を形成した状
態である。FIG. 3 is a drawing showing the plasma CVD method of Examples 1 and 2 to which the present invention is applied in the order of steps, in which (a) shows a state in which a connection hole is opened in an interlayer insulating film on a semiconductor substrate,
(B) shows a state where a Ti layer is formed, (c) further shows TiN
The layer is formed, and (d) is the state in which the Al-based metal layer is formed.
【図４】従来例の説明に供する、コリメーション・スパ
ッタリング装置の一構成例を示す概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a collimation / sputtering device, which is used for explaining a conventional example.
【図５】従来例の問題点をその工程順に説明する概略断
面図であり、（ａ）は半導体基板上の層間絶縁膜に接続
孔を開口した状態、（ｂ）はＴｉ層を形成した状態、
（ｃ）はＴｉＮ層を形成した状態、（ｄ）はＡｌ系金属
層を形成してボイドが発生した状態である。5A and 5B are schematic cross-sectional views illustrating problems in the conventional example in the order of steps, FIG. 5A shows a state in which a connection hole is opened in an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, and FIG. 5B shows a state in which a Ti layer is formed. ,
(C) is a state in which a TiN layer is formed, and (d) is a state in which an Al-based metal layer is formed and voids are generated.
【図６】従来例のＩＣＰによるプラズマＣＶＤ装置を示
す概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a conventional plasma CVD apparatus using ICP.
【図７】従来例のＴＣＰによるプラズマＣＶＤ装置を示
す概略断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a conventional plasma CVD apparatus using TCP.
１ ＲＦ電源 ２ マッチングネットワーク ３ ＲＦアンテナ ４ プラズマ生成チャンバ ５ プラズマ ６ プラズマ成膜チャンバ ７ プラズマガス導入孔 ８ ソースガス導入孔 ９ 基板ステージ １０ 被処理基板 １１ ターゲット １２ コリメータ １３ スパッタリングチャンバ １４ 誘電体材料窓 １５ 付着膜 ３１ 半導体基板 ３２ 層間絶縁膜 ３３ 接続孔 ３４ Ｔｉ層 ３５ ＴｉＮ層 ３６ Ａｌ系金属層 ３７ ボイド 1 RF power supply 2 Matching network 3 RF antenna 4 Plasma generation chamber 5 plasma 6 Plasma deposition chamber 7 Plasma gas inlet 8 Source gas inlet 9 substrate stage 10 substrate to be processed 11 targets 12 Collimator 13 Sputtering chamber 14 Dielectric material window 15 Adhesive film 31 Semiconductor substrate 32 Interlayer insulation film 33 Connection hole 34 Ti layer 35 TiN layer 36 Al-based metal layer 37 void
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｌ (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 16/00 - 16/56 H01L 21/205 H01L 21/285 H01L 21/31 H05H 1/46 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 identification code FI H05H 1/46 H05H 1/46 L (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) C23C 16/00-16 / 56 H01L 21/205 H01L 21/285 H01L 21/31 H05H 1/46
Claims (6)
のいずれか一方のＲＦアンテナ、プラズマ生成チャン
バ、ソースガス導入孔および基板ステージを具備する導
電性薄膜形成用誘導結合型プラズマＣＶＤ装置であっ
て、 前記ＲＦアンテナの少なくとも表面は、前記導電性薄膜
の構成元素を含む材料で被覆されるとともに、 前記プラズマ生成チャンバ内のプラズマ領域に接する位
置に、前記ＲＦアンテナを配設することを特徴とする、
プラズマＣＶＤ装置。1. Of the cylindrical coil shape and the planar coil shape
An inductively coupled plasma CVD apparatus for forming a conductive thin film, comprising at least one of the RF antenna, a plasma generation chamber, a source gas introduction hole, and a substrate stage, wherein at least the surface of the RF antenna is made of the conductive thin film. The RF antenna is arranged at a position in contact with a plasma region in the plasma generation chamber while being covered with a material containing a constituent element.
Plasma CVD apparatus.
Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷおよびＴｉＯＮのうちのいずれか
であることを特徴とする、請求項１記載のプラズマＣＶ
Ｄ装置。2. A material containing constituent elements of the film-forming material,
Plasma CV according to claim 1, characterized in that it is one of Ti, TiN, TiW and TiON.
D device.
有することを特徴とする、請求項１記載のプラズマＣＶ
Ｄ装置。3. The plasma CV according to claim 1, further comprising heating means for heating a wall surface of the plasma film forming chamber.
D device.
板ステージの間に配設することを特徴とする、請求項１
記載のプラズマＣＶＤ装置。4. The source gas introduction hole is provided between the RF antenna and the substrate stage.
The plasma CVD apparatus described.
プラズマＣＶＤ装置により、被処理基板上に導電性薄膜
を形成することを特徴とする、プラズマＣＶＤ方法。5. A plasma CVD method, wherein a conductive thin film is formed on a substrate to be processed by the plasma CVD apparatus according to any one of claims 1 to 4.
する、請求項５記載のプラズマＣＶＤ方法。6. The plasma CVD method according to claim 5, wherein a halogen-based gas is added.
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