成膜方法

專利名稱：成膜方法
技術領域：
本發明涉及一種利用CVD的成膜方法，尤其涉及在半導體裝置中形成作為例如阻隔層、電容器上部電極、柵電極、接觸部等使用的TiN類薄膜之類的金屬氮化膜的成膜方法。
背景技術：
在制造半導體器件時，與最近的高密度化和高集成化的要求相對應，有將電路結構制成多層配線結構的趨勢，因此，用于作為下層的半導體器件與上層的配線層的連接部的接觸孔和作為上下配線層之間的連接部的通孔等的層間的電氣連接的埋入技術變得很重要。另外，伴隨著高度集成化，以高覆蓋率對與作為例如DRAM存儲部的電容器材料的Ta2O5、HfO2等高介電常數材料相對應的上部電極進行成膜的技術變得很重要。
近來，作為如上所述的接觸孔、通孔的埋入金屬的阻隔層(barrierlayer)和電容器的上部電極，一直在使用TiN膜。
這樣的TiN膜以往通過PVD進行成膜，但伴隨著最近的器件的微細化和高度集成化，大多使用能夠以高覆蓋率形成更優質的膜的CVD。
在利用CVD形成TiN膜時，使用TiCl4和作為含氮還原氣體的NH3或MMH(單甲基肼)作為反應氣體，在500～600℃的溫度下進行成膜。另外，已提出了為了避免成膜時對襯底的影響，交替重復進行供給反應氣體和還原氣體的工序和只供給還原氣體的工序，能夠進行450℃左右的低溫成膜的技術(專利文獻1)。
但是，Ta2O5和HfO2等高介電常數材料對溫度敏感，在其上形成TiN膜作為上部電極時，為了防止對襯底層造成熱損害，要求在低于450℃的更低溫度下進行成膜，但要使用上述的專利文獻1中公開的技術在這樣的低溫下進行實用的成膜時，會有在金屬氮化膜的成膜時發生異常成長以使膜質劣化、電阻率值增大的不利情況。
另外，在使用NiSi等作為接觸材料的情況下，NiSi的耐熱性低，在以這樣的NiSi作為襯底形成金屬氮化膜的情況下，也期望在450℃以下進行低溫成膜。
另外，與最近的高密度化和高集成化的要求相對應，要求有更好的階梯覆蓋率(step coverage)。
專利文獻1特開2003-77864號公報發明內容本發明的目的在于提供一種能夠在CVD法中、在低于450℃的低成膜溫度下、以高階梯覆蓋率形成優質的金屬氮化膜的成膜方法。
根據本發明的第一方面，提供一種成膜方法，重復進行1次以上由向在處理容器內被加熱到成膜溫度的被處理基板供給金屬化合物氣體和含氮還原氣體、通過CVD形成由金屬氮化物構成的膜的第一步驟、和停止供給上述金屬化合物氣體、供給上述含氮還原氣體的第二步驟構成的循環，在上述被處理基板上形成規定厚度的金屬氮化膜，其特征在于將成膜時的上述被處理基板的溫度設為低于450℃，將上述處理容器內的總壓力設為高于100Pa，將上述第一步驟中的上述處理容器內的含氮還原氣體的分壓設為30Pa以下。
根據本發明的第二方面，提供一種成膜方法，重復進行1次以上由向在處理容器內被加熱到成膜溫度的被處理基板供給Ti化合物氣體和含氮還原氣體、通過CVD形成由TiN構成的膜的第一步驟、和停止供給上述Ti化合物氣體、供給上述含氮還原氣體的第二步驟構成的循環，在上述被處理基板上形成規定厚度的TiN膜，其特征在于將成膜時的上述被處理基板的溫度設為低于450℃，將上述處理容器內的總壓力設為高于100Pa，將上述第一步驟中的上述處理容器內的含氮還原氣體的分壓設為30Pa以下。
根據本發明的第三方面，提供一種成膜方法，重復進行1次以上由向在處理容器內被加熱到成膜溫度的被處理基板供給金屬化合物氣體和含氮還原氣體、通過CVD形成由金屬氮化物構成的膜的第一步驟、和停止供給上述金屬化合物氣體、供給上述含氮還原氣體的第二步驟構成的循環，在上述被處理基板上形成第一厚度的初期金屬氮化膜，然后向被處理基板供給金屬化合物氣體和含氮還原氣體、通過連續的CVD形成第二厚度的其余的金屬氮化膜，其特征在于在進行上述初期金屬氮化膜的成膜時，將上述被處理基板的溫度設為低于450℃、將上述處理容器內的總壓力設為高于100Pa、將上述第一步驟中的上述處理容器內的含氮還原氣體的分壓設為30Pa以下。
根據本發明的第四方面，提供一種成膜方法，重復進行1次以上由向在處理容器內被加熱到成膜溫度的被處理基板供給金屬化合物氣體和含氮還原氣體、通過CVD形成由金屬氮化物構成的膜的第一步驟、和停止供給上述金屬化合物氣體、供給上述含氮還原氣體的第二步驟構成的循環，在上述被處理基板上形成第一厚度的初期金屬氮化膜，在其上重復進行1次以上由上述第一步驟和上述第二步驟構成的循環、形成第二厚度的其余的金屬氮化膜，其特征在于在進行上述初期金屬氮化膜的成膜時，將上述被處理基板的溫度設為低于450℃、將上述處理容器內的總壓力設為高于100Pa、將上述第一步驟中的上述處理容器內的含氮還原氣體的分壓設為30Pa以下，在進行上述其余的金屬氮化膜的成膜時，將上述第一步驟中的上述處理容器內的含氮還原氣體的分壓設為高于30Pa。
根據本發明的第五方面，提供一種成膜方法，重復進行1次以上由向在處理容器內被加熱到成膜溫度的被處理基板供給金屬化合物氣體和含氮還原氣體、通過CVD形成由金屬氮化物構成的膜的第一步驟、和停止供給上述金屬化合物氣體、供給上述含氮還原氣體的第二步驟構成的循環，在上述被處理基板上形成規定厚度的金屬氮化膜，其特征在于將成膜時的上述被處理基板的溫度設為低于450℃，將上述處理容器內的總壓力設為高于100Pa，并且將上述第一步驟中的處理容器內的上述含氮還原氣體的分壓設為PN(Pa)、將每1次循環的膜厚設為Thk(nm)時，由以下的(A)式計算出的金屬氮化膜的電阻率值R為800μΩ-cm以下。
R＝115.75×Ln(Thk)+71.576×Ln(PN)+418.8 ……(A)根據本發明的第六方面，提供一種成膜方法，重復進行1次以上由向在處理容器內被加熱到成膜溫度的被處理基板供給金屬化合物氣體和含氮還原氣體、通過CVD形成由金屬氮化物構成的膜的第一步驟、和停止供給上述金屬化合物氣體、供給上述含氮還原氣體的第二步驟構成的循環，在上述被處理基板上形成規定厚度的金屬氮化膜，其特征在于將成膜時的上述被處理基板的溫度設為低于450℃，將上述處理容器內的總壓力設為高于100Pa，并且將上述第一步驟中的處理容器內的上述含氮還原氣體的分壓設為PN(Pa)、將每1次循環的膜厚設為Thk(nm)、將上述第一步驟中的上述含氮還原氣體的流量設為FN(mL/分)時，由以下的(B)式計算出的金屬氮化膜的電阻率值R為800μΩ-cm以下。
R＝115.75×Ln(Thk)+71.576×Ln(PN)-57.685×Ln(FN)+614 ……(B)根據本發明的第七方面，提供一種成膜方法，重復進行1次以上由向在處理容器內被加熱到成膜溫度的被處理基板供給金屬化合物氣體和含氮還原氣體、通過CVD形成由金屬氮化物構成的膜的第一步驟、和停止供給上述金屬化合物氣體、供給上述含氮還原氣體的第二步驟構成的循環，在上述被處理基板上形成規定厚度的金屬氮化膜，其特征在于將成膜時的上述被處理基板的溫度設為低于450℃，將上述處理容器內的總壓力設為高于100Pa，并且將上述第一步驟中的處理容器內的上述含氮還原氣體的分壓設為PN(Pa)、將每1次循環的膜厚設為Thk(nm)、將上述第一步驟中的上述含氮還原氣體的流量設為FN(mL/分)、將被處理基板的溫度設為TW(℃)時，由以下的(C)式計算出的金屬氮化膜的電阻率值R為800μΩ-cm以下。
R＝115.75×Ln(Thk)+71.576×Ln(PN)-57.685×Ln(FN)-2844.6Ln(TW)+17658.3 ……(C)根據本發明的第八方面，提供一種計算機可讀取的記錄介質，其含有計算機如下所述控制成膜裝置的軟件重復進行1次以上由向在處理容器內被加熱到成膜溫度的被處理基板供給金屬化合物氣體和含氮還原氣體、通過CVD形成由金屬氮化物構成的膜的第一步驟、和停止供給上述金屬化合物氣體、供給上述含氮還原氣體的第二步驟構成的循環，在上述被處理基板上形成規定厚度的金屬氮化膜時，將成膜時的上述被處理基板的溫度設為低于450℃，將上述處理容器內的總壓力設為高于100Pa，將上述第一步驟中的上述處理容器內的含氮還原氣體的分壓設為30Pa以下。
根據本發明的第九方面，提供一種計算機可讀取的記錄介質，其含有計算機如下所述控制成膜裝置的軟件重復進行1次以上由向在處理容器內被加熱到成膜溫度的被處理基板供給Ti化合物氣體和含氮還原氣體、通過CVD形成由TiN構成的膜的第一步驟、和停止供給上述Ti化合物氣體、供給上述含氮還原氣體的第二步驟構成的循環，在上述被處理基板上形成規定厚度的TiN膜，將成膜時的上述被處理基板的溫度設為低于450℃，將上述處理容器內的總壓力設為高于100Pa，將上述第一步驟中的上述處理容器內的含氮還原氣體的分壓設為30Pa以下。
根據本發明的第十方面，提供一種計算機可讀取的記錄介質，其含有計算機如下所述控制成膜裝置的軟件重復進行1次以上由向在處理容器內被加熱到成膜溫度的被處理基板供給金屬化合物氣體和含氮還原氣體、通過CVD形成由金屬氮化物構成的膜的第一步驟、和停止供給上述金屬化合物氣體、供給上述含氮還原氣體的第二步驟構成的循環，在上述被處理基板上形成規定厚度的金屬氮化膜，將成膜時的上述被處理基板的溫度設為低于450℃，將上述處理容器內的總壓力設為高于100Pa，并且將上述第一步驟中的處理容器內的上述含氮還原氣體的分壓設為PN(Pa)、將每1次循環的膜厚設為Thk(nm)時，由以下的(A)式計算出的金屬氮化膜的電阻率值R為800μΩ-cm以下。
R＝115.75×Ln(Thk)+71.576×Ln(PN)+418.8 ……(A)根據本發明的第十一方面，提供一種計算機可讀取的記錄介質，其含有計算機如下所述控制成膜裝置的軟件重復進行1次以上由向在處理容器內被加熱到成膜溫度的被處理基板供給金屬化合物氣體和含氮還原氣體、通過CVD形成由金屬氮化物構成的膜的第一步驟、和停止供給上述金屬化合物氣體、供給上述含氮還原氣體的第二步驟構成的循環，在上述被處理基板上形成規定厚度的金屬氮化膜，將成膜時的上述被處理基板的溫度設為低于450℃，將上述處理容器內的總壓力設為高于100Pa，并且將上述第一步驟中的處理容器內的上述含氮還原氣體的分壓設為PN(Pa)、將每1次循環的膜厚設為Thk(nm)、將上述第一步驟中的上述含氮還原氣體的流量設為FN(mL/分)時，由以下的(B)式計算出的金屬氮化膜的電阻率值R為800μΩ-cm以下。
R＝115.75×Ln(Thk)+71.576×Ln(PN)-57.685×Ln(FN)+614 ……(B)根據本發明的第十二方面，提供一種計算機可讀取的記錄介質，其含有計算機如下所述控制成膜裝置的軟件重復進行1次以上由向在處理容器內被加熱到成膜溫度的被處理基板供給金屬化合物氣體和含氮還原氣體、通過CVD形成由金屬氮化物構成的膜的第一步驟、和停止供給上述金屬化合物氣體、供給上述含氮還原氣體的第二步驟構成的循環，在上述被處理基板上形成規定厚度的金屬氮化膜，將成膜時的上述被處理基板的溫度設為低于450℃，將上述處理容器內的總壓力設為高于100Pa，并且將上述第一步驟中的處理容器內的上述含氮還原氣體的分壓設為PN(Pa)、將每1次循環的膜厚設為Thk(nm)、將上述第一步驟中的上述含氮還原氣體的流量設為FN(mL/分)、將被處理基板的溫度設為TW(℃)時，由以下的(C)式計算出的金屬氮化膜的電阻率值R為800μΩ-cm以下。
R＝115.75×Ln(Thk)+71.576×Ln(PN)-57.685×Ln(FN)-2844.6Ln(TW)+17658.3 ……(C)根據上述的本發明的第一和第二方面，通過將含氮還原氣體的分壓設定在30Pa以下，能夠降低成膜速度、延長金屬化合物氣體和含氮還原氣體的反應時間，從而能夠由含氮還原氣體充分地還原金屬化合物氣體。另外，通過將總壓力設為高于100Pa，能夠實現高階梯覆蓋率。因此，即使在低于450℃的低成膜溫度下，也能夠以高階梯覆蓋率形成電阻率值低、異常成長少的優質的TiN膜等金屬氮化膜。一直以來，使用金屬化合物氣體和含氮還原氣體形成金屬氮化膜時，以提高含氮還原氣體的分壓、進行成膜速度較大的成膜為方向，但在本發明中，通過這樣將含氮還原氣體的分壓降低到30Pa以下，成功地在低溫成膜中形成優質的金屬氮化膜。
另外，根據本發明的第三和第四方面，分別通過上述第一和第二方面的方法形成第一厚度的初期金屬氮化膜、其后通過能夠以高生產率進行成膜的方法形成第二厚度的其余的金屬氮化膜，所以，能夠通過低溫成膜使對襯底有影響的初期金屬氮化膜成為電阻率值低的優質的膜、并以高生產率形成對襯底沒有影響的其余的膜，既能通過低溫成膜形成電阻率值低的優質的金屬氮化膜、又能提高該金屬氮化膜的成膜的生產率。
根據本發明的第五方面，考慮到含氮還原氣體的分壓和間歇供給的循環次數兩者對金屬氮化膜的膜質的影響、可以使兩者達到最佳的組合，并且使總壓力高于100Pa，所以，能夠不使循環次數增大到需要的以上、在低于450℃的低成膜溫度下以高階梯覆蓋率形成優質的TiN膜等金屬氮化膜。一直以來，已知在間歇地供給金屬化合物氣體和含氮還原氣體以形成金屬氮化膜的情況下，如果增大間歇供給的重復(循環)次數，則金屬氮化膜的電阻率值降低、金屬氮化膜的膜質提高，但是生產率會嚴重降低。在本發明中，通過這樣將含氮還原氣體的分壓和間歇供給的循環次數最優化，成功地在沒有使生產率嚴重降低的情況下、通過低溫成膜形成優質的金屬氮化膜。
根據本發明的第六和第七方面，除了含氮還原氣體的分壓和間歇供給的循環次數以外，還考慮到含氮還原氣體的流量和被處理基板的溫度等對膜質有影響的其它參數，并以最佳的組合來形成金屬氮化膜，所以能夠在低于450℃的低成膜溫度下、更可靠地以高階梯覆蓋率形成優質的TiN膜等金屬氮化膜。


圖1表示本發明的成膜方法中使用的成膜裝置的結構的一個例子的大致截面圖。
圖2表示本發明的成膜方法的一個實施方式的氣體供給控制的一個例子的線圖。
圖3表示實施了本發明的成膜方法的第一實施方式時的效果的圖。
圖4表示第一步驟的NH3氣體分壓與形成的TiN膜的電阻率的關系的圖。
圖5表示每1次循環中由TiN構成的膜的厚度與形成的TiN膜的電阻率的關系的圖。
圖6表示第一步驟的NH3氣體流量與形成的TiN膜的電阻率的關系的圖。
圖7表示成膜時的半導體晶片的溫度與形成的TiN膜的電阻率的關系的圖。
圖8表示將每1次循環的膜厚Thk作為橫軸、將由(8)式計算出的TiN膜的電阻率R作為縱軸時，它們的關系的圖。
圖9表示由(8)式計算出的TiN膜的電阻率R與實際的電阻率值的關系的圖。表示作為本發明的一個實施方式的成膜方法的變形例的作用的一個例子的線圖。
圖10是表示將由本發明的成膜方法得到的TiN薄膜用于金屬配線層的接觸部的例子的截面圖。
圖11是表示將由本發明的成膜方法得到的TiN薄膜用于DRAM等的電容器結構中的例子的截面圖。
圖12是表示將由本發明的成膜方法得到的TiN薄膜用于DRAM等的電容器結構中的另一個例子的截面圖。
圖13是表示將由本發明的成膜方法得到的TiN薄膜用于DRAM等的電容器結構中的又一個例子的截面圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖具體說明本發明的實施方式。
在此，以使用TiCl4氣體作為金屬化合物氣體、使用NH3氣體作為含氮還原氣體、利用熱CVD形成氮化鈦(TiN)薄膜的情況為例進行說明。
圖1是表示用于實施本發明的成膜方法的成膜裝置一個例子的概略結構圖。
成膜裝置40具有氣密地構成的大致圓筒狀的腔室51，其中配置有用于水平地支撐作為被處理體的晶片W的基座52，該基座52處于由設置在其中央下部的圓筒狀的支撐部件53支撐的狀態。此基座52由AlN等陶瓷制成，其邊緣部分設置有用于引導晶片W的導環54。另外，基座52中埋有加熱器55，此加熱器55由加熱器電源56供電，將作為被處理基板的晶片W加熱到規定的溫度。在基座52中，在加熱器55的上方埋設有作為下部電極起作用的電極58。
搬入搬出口92開口在腔室51的側面，此搬入搬出口92為如下結構通過閘閥G，由未圖示的晶片搬送裝置，將晶片W在外部的未圖示的真空狀態的晶片搬送室和基座52之間進行搬入搬出。
在基座52的載置晶片W的區域，貫穿設置有多個升降銷89，用于在與未圖示的上述晶片搬送裝置之間進行晶片W的傳送時使該晶片W升降，這些升降銷89由升降機構91經由驅動臂90進行升降驅動。
在腔室51的底部，設有排氣室86，經由排氣管87與排氣裝置88連接，能夠均勻地進行排氣，使腔室51的內部達到期望的真空度。
在腔室51的頂部51a上，設有噴頭60。此噴頭60由上段塊狀體60a、中段塊狀體60b和下段塊狀體60c構成。
下段塊狀體60c中交替地形成有噴出氣體的噴出孔67和68。在上段塊狀體60a的上面，形成有第一氣體導入口61和第二氣體導入口62。在上段塊狀體60a中，從第一氣體導入口61分出多個氣體通路63。中段塊狀體60b中形成有氣體通路65，上述氣體通路63經由水平延伸的連接通道63a與這些氣體通路65連通。此氣體通路65再與下段塊狀體60c的噴出孔67連通。另外，在上段塊狀體60a中，從第二氣體導入口62分出多個氣體通路64。在中段塊狀體60b中形成有氣體通路66，上述氣體通路64與這些氣體通路66連通。此氣體通路66再與在中段塊狀體60b內水平延伸的連接通道66a連接，此連接通道66a與下段塊狀體60c的多個噴出孔68連通。而且，上述第一和第二氣體導入口61、62分別與后述的氣體供給機構110連接。
氣體供給機構110具有供給作為清洗氣體的ClF3氣體的ClF3氣體供給源111、供給作為含Ti氣體的TiCl4氣體的TiCl4氣體供給源112、供給N2氣體的第一N2氣體供給源113、供給作為氮化氣體的NH3氣體的NH3氣體供給源114和供給N2氣體的第二N2氣體供給源115。在ClF3氣體供給源111上連接有ClF3氣體供給管線116，在TiCl4氣體供給源112上連接有TiCl4氣體供給管線117，在第一N2氣體供給源113上連接有第一N2氣體供給管線118，在NH3氣體供給源114上連接有NH3氣體供給管線119，在第二N2氣體供給源115上連接有第二N2氣體供給管線120。另外，雖然未圖示但還具有Ar氣體供給源。而且，在各氣體供給管線上設有質量流量控制器122和夾住質量流量控制器122的兩個閥門121。
噴頭60的第一氣體導入口61與從TiCl4氣體供給源112延伸的TiCl4氣體供給管線117連接，在此TiCl4氣體供給管線117上連接有從ClF3氣體供給源111延伸的ClF3氣體供給管線116和從第一N2氣體供給源113延伸的第一N2氣體供給管線118。另外，第二氣體導入口62與從NH3氣體供給源114延伸的NH3氣體供給管線119連接，在此NH3氣體供給管線119上連接有從第二N2氣體供給源115延伸的第二N2氣體供給管線120。
從而，在加工時，來自TiCl4氣體供給源112的TiCl4氣體與來自第一N2氣體供給源113的N2氣體一起，經由TiCl4氣體供給管線117，從噴頭60的第一氣體導入口61到達噴頭60內，經過氣體通路63、65，從噴出孔67噴出到腔室51內，另一方面，來自NH3氣體供給源114的含氮還原氣體NH3氣體與來自第二N2氣體供給源115的N2氣體一起，經由NH3氣體供給管線119，從噴頭60的第二氣體導入口62到達噴頭60內，經過氣體通路64、66，從噴出孔68噴出到腔室51內。
即，噴頭60中，TiCl4氣體和NH3氣體是完全獨立地被供給到腔室51內的后混合型(post-mix type)，它們噴出后進行混合，利用熱能發生反應。
此外，閥門121和質量流量控制器122由控制器123控制。
成膜裝置40的各構成部分構成為與過程控制器130連接，并受其控制。過程控制器130上連接有由工序管理者為了管理成膜裝置40而進行指令輸入操作等的鍵盤、將成膜裝置40的運行狀況可視化并顯示出來的顯示器等構成的用戶界面131。
另外，過程控制器130上連接有存儲部132，存儲用于通過過程控制器130的控制來實現由成膜裝置40實施的各種處理的控制程序、用于根據處理條件在等離子體刻蝕裝置的各構成部分中進行處理的程序即方案。方案可以存儲在硬盤或半導體存儲器中，也可以在存儲在CDROM、DVD等可移動性的存儲介質中的狀態下設置在存儲部132的規定位置。還可以從其它裝置、例如通過專用線路適當傳送該方案。
然后，根據需要，由來自用戶界面131的指示等，從存儲部132調出任意的方案，使其在過程控制器130中運行，在過程控制器130的控制下，在成膜裝置40中進行期望的處理。
接下來，說明使用這樣的裝置的成膜方法的第一實施方式。
首先，利用排氣裝置88使腔室51內處于隔開的狀態，一邊從第一N2氣體供給源113和第二N2氣體供給源115，經由噴頭60向腔室51內導入N2氣體，一邊由加熱器55對腔室51內進行預加熱。溫度達到穩定時，分別使N2氣體、NH3氣體和TiCl4氣體從第一N2氣體供給源113、NH3氣體供給源114和TiCl4氣體供給源112流出，并通過噴頭60以規定流量導入，將腔室內壓力維持在規定值。對于TiCl4氣體，首先通過提前送氣管線(未圖示)進行排氣、使流量穩定后，切換到噴頭60一側，將其導入腔室51內。通過加熱器55的加熱，在腔室51內壁、基座52、導環54和噴頭60等腔室內的部件表面預涂TiN膜。
預涂處理結束后，停止供給NH3氣體和TiCl4氣體，由第一和第二N2氣體供給源113和115向腔室51內供給N2氣體作為吹掃氣體，對腔室51內進行吹掃，然后，根據需要，使N2氣體和NH3氣體流出，對已進行預涂的TiN薄膜的表面進行氮化處理，使預涂膜穩定化。
然后，利用排氣裝置88對腔室51內迅速地進行真空排氣，使其處于隔開的狀態，開啟閘閥G，將晶片W經過搬入搬出口92搬入腔室51內。然后，向腔室51內供給N2氣體，對晶片W進行預加熱。當晶片的溫度大致穩定在成膜溫度時，開始TiN膜的成膜。
在進行TiN膜的成膜時，利用加熱器55使晶片溫度達到低于450℃、優選低于400℃、更優選350℃以下。由此，作為底膜，即使形成作為電容材料使用的例如Ta2O5、HfO2、HfSiO、PZT、BST、RuO2、ReO2或作為接觸材料使用的例如NiSi那樣易受熱影響的膜，在成膜時也能夠不對襯底造成損害。
在將晶片溫度如此設定的狀態下，按照圖2的時間圖(timing chart)所示進行成膜。首先，進行第一步驟以來自第一和第二N2氣體供給源113、115的N2氣體G3作為載氣，從TiCl4氣體供給源112、NH3氣體供給源114向腔室51內供給TiCl4氣體G1、NH3氣體G2，通過熱CVD形成由TiN構成的薄膜；接著，停止供給TiCl4氣體G1和NH3氣體G2，由未圖示的吹掃氣體管線向腔室51內導入N2氣體G3作為吹掃氣體，對腔室51內進行吹掃；然后，進行第二步驟以來自第二N2氣體供給源115的N2氣體G3作為載氣，從NH3氣體供給源114向腔室51內供給NH3氣體G2。接著，停止供給NH3氣體G2，由未圖示的吹掃氣體管線向腔室51內導入N2氣體G3作為吹掃氣體，對腔室51內進行吹掃。
將以上的工序作為1個循環，重復進行1次循環以上，優選進行多次循環，更優選進行3次循環以上，例如進行12～24次左右。此時的氣體的切換通過由控制器123切換閥門來進行。
通過這樣進行1次循環以上的以上工序，在晶片W上形成目標厚度的TiN膜。該TiN膜的膜厚為例如5～100nm，優選為10～50nm。
此外，在形成TiN膜之前，可以導入含有氮原子或氫原子的氣體、使絕緣膜表面輕度氮化。
但是，在這樣低于450℃的低溫成膜中，如果在與形成以往的TiN膜時同樣的高NH3分壓下進行成膜，則會發生異常成長，膜質下降，電阻率增大。
為此，在本實施方式中，在進行這樣的TiN成膜時的第一步驟中，將NH3分壓設為30Pa以下。由此，在實用的成膜操作中，能夠形成異常成長少、電阻率低的優質的TiN膜。此外，NH3分壓能夠通過作為稀釋氣體導入的N2氣體的流量來進行調節。
以往，在進行TiN膜的成膜時，由于成膜速度與還原氣體NH3的氣體分壓成比例，所以，在不產生有害的粉狀的副生成物的范圍內，盡可能地提高NH3分壓，以達到高生產率的成膜，而在本實施方式中，與以往的技術常識相反，使成膜時的NH3分壓降低到30Pa以下。由此，能夠延長TiCl4和NH3的反應時間、降低成膜速度，可以由NH3對TiCl4進行充分的還原。從而，如上所述的低溫成膜成為可能。
從進一步擴大用于形成異常成長少、電阻率低的優質的TiN膜的加工范圍(process margin)的觀點出發，優選成膜時的NH3分壓為20Pa以下。更優選為15Pa以下。
另外，在進行這樣的TiN成膜處理時，第一步驟和第二步驟中，都使腔室51內的總壓力高于100Pa。由此，能夠使階梯覆蓋率良好。沒有必要特別規定腔室51內的總壓的上限，但1300Pa左右對裝置來說已成為實際上的上限。優選高于100Pa而在667Pa以下。
在以往的TiN膜的成膜處理中，為了抑制TiN膜的異常成長、形成表面同源性(homology)良好的膜，將成膜時的腔室51內的總壓力設為100Pa以下的低值進行成膜，但是會有階梯覆蓋率差的問題。與此相對，在本實施方式中，通過降低NH3分壓，能夠形成異常成長小的優質的膜，所以，通過使腔室51內的總壓力高于100Pa，能夠使膜質和階梯覆蓋率兩立。
此外，每1次循環的膜厚，例如為0.25～2.50nm。
將通過實驗確認以上事實的結果示于圖3。該圖3表示在圖2所示的通過間歇供給氣體進行成膜時，在成膜對象的晶片W的溫度(成膜溫度)為380℃的情況下，NH3氣體G2的分壓(Pa)和得到的TiN膜的電阻率值(μΩ-cm)的關系。其中，將腔室內的總壓力設為260Pa。
由該圖3可知，1次循環形成的膜厚越大，需要的循環次數越少。例如，在形成最終膜厚為16nm的TiN膜的情況下，1次循環形成的膜厚Thk為2.00nm、1.00nm、0.50nm、0.25nm時，分別需要重復8、16、32、64次循環。而且，1次循環形成的膜厚越大、循環次數越少，生產率越高，但也越容易引起異常成長和電阻率增大。
由該圖可以確認，如果NH3氣體G2的分壓為30Pa以下，在每1次循環的膜厚為實用膜厚0.50nm(32次循環)時，是作為上部電極的合適的電阻率值的標準的、難以產生異常成長的800μΩ-cm以下。另外，如果NH3氣體G2的分壓為20Pa以下，在每1次循環的膜厚為更厚的1.00nm(16次循環)和2.00nm(8次循環)時，也形成低電阻率值、沒有異常成長的膜。
其它的條件如下。作為第一步驟的TiCl4氣體G1的分壓，可舉出1～100Pa，從使階梯覆蓋率更好的觀點出發，優選超過10Pa并在100Pa以下的范圍。另外，第二步驟的NH3氣體G2的分壓，可舉出10～1300Pa，優選為40Pa以上，更優選高于100Pa。即，優選氣體壓力幾乎就是NH3氣體壓力。對于各氣體的供給流量，TiCl4氣體G1可舉出5～200mL/分，NH3氣體G2可舉出在第一步驟的成膜時為5～300mL/分、在第二步驟的退火時為30～5000mL/分。另外，吹掃用的N2氣體G3可舉出50～5000mL/分、優選50～1000mL/分。
從得到異常成長更少的優質的膜的觀點出發，優選將第一步驟中的NH3氣體G2的流量設為20mL/分以上。不特別存在上限，但實用上采用20～300mL/分。
加上第一步驟的NH3氣體分壓和總壓力以外的條件的優選條件如下。
總壓力高于100Pa第一步驟的NH3分壓30Pa以下(優選20Pa以下，更優選15Pa)TiCl4氣體分壓超過10Pa并為100Pa以下第一步驟中的NH3氣體流量20mL/分以上1次循環的膜厚NH3分壓為30Pa以下時為0.50nm以下、NH3分壓為20Pa以下時為2.00nm以下。
在TiN膜的成膜時，圖2所示的第一步驟的時間可舉出2～8秒，其后的吹掃時間可舉出0.5～20秒，第二步驟的時間可舉出0.5～8秒，其后的吹掃時間可舉出0.5～20秒。
TiN成膜工序結束后，停止供給NH3氣體和TiCl4氣體，優選分別以0.5～10L/min的流量使N2氣體作為吹掃氣體從未圖示的吹掃氣體管線流出，對腔室51內進行吹掃，然后，通入N2氣體和NH3氣體，對在晶片W上形成的TiN薄膜的表面進行氮化處理。此時的N2氣體由第一和第二N2氣體供給源113和115中的任一個或兩者進行供給。此外，該氮化處理并不是必需的。
經過規定時間后，逐漸停止供給N2氣體和NH3氣體，當這些氣體的供給完全停止時，結束加工。
這樣，在本第一實施方式中，在低于450℃、優選低于400℃、例如380℃的成膜溫度下，在通過進行前后隔著吹掃的第一步驟和第二步驟的交替的氣體流動來進行成膜的情況下，由于將作為含氮還原氣體的NH3氣體G2的分壓設為30Pa以下、優選20Pa以下、更優選低于15Pa，所以，在第一步驟中，抑制成膜速度并花費充分的時間形成的TiN膜，通過第二步驟的退火，可有效地進行脫Cl，能夠顯著降低膜中殘留的氯，即使低溫成膜也能夠形成殘留氯少的低電阻率值的優質的TiN膜，并且由于使總壓力高于100Pa，所以能夠使階梯覆蓋率良好。
即，在即使在以作為DRAM存儲部的電容材料使用的例如Ta2O5、HfO2、HfSiO、PZT、BST、RuO2、ReO2之類的高介電常數膜、和作為接觸材料使用的NiSi膜為代表的對熱不穩定的底膜上形成的情況下也沒有問題的低于450℃、甚至低于400℃的低溫下，能夠以高階梯覆蓋率形成電阻率值低、沒有異常成長的優質的TiN膜。
此外，可以只在TiN薄膜的成膜初期，在低于450℃的低溫下將上述NH3分壓設為30Pa以下進行交替成膜(第一成膜工序)，成膜至對襯底沒有影響的厚度后，繼續在450℃以上的溫度下，進行通常的連續的CVD-TiN成膜(連續成膜)、或者在NH3分壓為30Pa以上的條件下實施圖2的循環的成膜(第二成膜工序)。由此能夠提高生產率。
在此情況下，優選第二成膜工序的TiN膜的膜厚大于第一成膜工序的TiN膜的膜厚。但是，也可以是第一成膜工序的TiN膜的膜厚較厚。由第一成膜工序形成的TiN膜的膜厚為例如5～50nm，由第二成膜工序形成的TiN膜的膜厚為例如5～95nm。
下面，說明第二實施方式。
從上述的圖3可看出，如果減小每1次循環的膜厚、增加循環次數，雖然生產率降低，但即使NH3氣體G2的分壓超過30Pa，也能夠形成優質的TiN膜。因此，在本實施方式中，首先考慮NH3氣體的分壓和對膜質的相互作用來設定制造條件。
如上所述，形成的膜的膜質可以通過電阻率來掌握，因為已掌握只要電阻率為800μΩ-cm以下就是幾乎不存在異常成長的良好的膜，所以，在此，決定NH3氣體分壓和每1次循環的膜厚，使得電阻率為800μΩ-cm以下。
圖4是表示NH3氣體分壓PN與TiN膜的電阻率的關系的圖。在此，將每1次循環的膜厚Thk設為0.5nm、將NH3氣體的流量FN設為30mL/min、將晶片溫度TW設為400℃。如圖4所示，描繪出電阻率隨著NH3氣體分壓PN的上升而上升的曲線，將TiN膜的電阻率記為R、計算該曲線的公式時，得到以下(1)式。
R＝71.576Ln(PN)+338.88 ……(1)圖5是表示每1次循環的膜厚Thk與TiN膜的電阻率的關系的圖。在此，將NH3氣體分壓PN設為30Pa、將NH3氣體的流量FN設為30mL/min、將晶片溫度TW設為400℃。如圖5所示，描繪出電阻率隨著每1次循環的膜厚Thk的增大而上升的曲線，將TiN膜的電阻率記為R、計算曲線的公式時，得到以下的(2)式。
R＝115.75Ln(Thk)+662.55……(2)根據圖4和圖5的關系，求出表示NH3氣體分壓PNH和每1次循環的膜厚Thk對TiN膜的電阻率R的影響的式子，得到以下的(3)式。
R＝115.75×Ln(Thk)+71.576×Ln(PN)+418.8 ……(3)因此，可決定NH3氣體分壓PN和每1次循環的膜厚Thk，使得上述(3)式的TiN膜的電阻率R不超過800μΩ-cm。由此能夠得到幾乎不存在異常成長的優質的膜。另外，在本實施方式中也與第一實施方式同樣，從得到高階梯覆蓋率的觀點出發，使成膜時的腔室51內的總壓力高于100Pa。此外，NH3氣體分壓PN，可以通過作為稀釋氣體流入的N2氣體的流量進行調節。
但是，TiN膜的電阻率與NH3氣體流量FN也相關，它們的關系如圖6所示。在此，將NH3氣體分壓PN設為30Pa、將每1次循環的膜厚Thk設為0.5nm、將晶片溫度TW設為400℃。如圖6所示，描繪出電阻率隨著NH3氣體流量FN增加而降低的曲線，將TiN膜的電阻率記為R、計算該曲線的公式時，得到以下的(4)式。
R＝-57.685Ln(FN)+778.92 ……(4)根據該圖6的關系、和上述圖4和圖5的關系，在除了上述NH3氣體分壓PN和每1次循環的膜厚Thk之外、考慮NH3氣體流量FN的情況下，求出表示TiN膜的電阻率的公式，得到以下的(5)式。
R＝115.75×Ln(Thk)+71.576×Ln(PN)-57.685×Ln(FN)+614 ……(5)因此，在除了NH3氣體分壓PN和每1次循環的膜厚Thk之外、考慮NH3氣體流量FN的情況下，可以決定NH3氣體分壓PN、每1次循環的膜厚Thk和NH3氣體流量FN，使得上述(5)式的TiN膜的電阻率R不超過800μΩ-cm。
本實施方式中，成膜溫度低于450℃的低溫成膜是前提，即使在這樣的低溫成膜中也要得到電阻率低的良好膜質的TiN膜，但TiN膜的電阻率與成膜時的晶片溫度TW也相關，它們的關系如圖7所示。在此，將NH3氣體分壓PN設為30Pa、將每1次循環的膜厚Thk設為0.5nm、將NH3氣體流量FN設為30mL/min。如圖7所示，描繪出電阻率隨著晶片溫度升高而降低的曲線，將TiN膜的電阻率記為R、計算該曲線的公式，得到以下的(6)式。
R＝-2844.6Ln(TW)+17568 ……(6)根據該圖7的關系、以及上述圖4、圖5和圖6的關系，在除了上述NH3氣體分壓PN、每1次循環的膜厚Thk和NH3氣體流量FN之外、考慮晶片溫度TW的情況下，求出表示TiN膜的電阻率的公式，得到以下(7)式。
R＝115.75×Ln(Thk)+71.576×Ln(PN)-57.685×Ln(FN)-2844.6Ln(TW)+17658.3 ……(7)因此，在除了NH3氣體分壓PN、每1次循環的膜厚Thk和NH3氣體流量FN之外、考慮晶片溫度TW的情況下，可以決定NH3氣體分壓PN、每1次循環的膜厚Thk、NH3氣體流量FN和晶片溫度TW，使得上述(8)式的TiN膜的電阻率R不超過800μΩ-cm。
在改變上述多個參數的情況下，取每1次循環的膜厚Thk作為橫軸、取由上述(7)式計算出的TiN膜的電阻率R作為縱軸，將表示它們的關系的圖示于圖8，將這樣的電阻率的計算值和實際的電阻率值的關系示于圖9。如圖9所示，可知直到TiN膜的電阻率值達到800μΩ-cm，實際值和計算值大體上一致。電阻率的值超過800μΩ-cm時，實際值與計算值相比有上升的趨勢，這是由于在達到800μΩ-cm之前，電阻率上升的主要原因幾乎完全是由于膜中的Cl濃度的上升，而超過800μΩ-cm時，由于異常成長、膜急劇地變得粗糙，由此使電阻率升得更高。相反，這樣計算的電阻率和實際的電阻率中的任一個超過800μΩ-cm時就成為異常成長的證據。無論如何，由于上述計算式在電阻率值達到800μΩ-cm之前與實際值大體上一致，所以，只要由上述計算式計算出的TiN膜的電阻率R為800μΩ-cm以下，就可以說實際上也幾乎不會發生異常成長。
在本實施方式中，只要滿足上述(3)式、(5)式、(7)式中的任一個、并且使腔室51內的總壓力高于100Pa即可，但第一步驟的NH3氣體分壓、NH3氣體流量、每1次循環的膜厚和晶片溫度的優選范圍如下。
第一步驟的NH3分壓70Pa以下第一步驟的NH3氣體流量10mL/分以上每1次循環的膜厚2.5nm以下晶片溫度300～450℃另外，與第一實施方式同樣，優選TiCl4氣體分壓超過10Pa且為100Pa以下。其它條件可以采用在第一實施方式中舉例的條件。
這樣，在本實施方式中，通過滿足上述(3)式、(5)式、(7)式中的任一個、并且使總壓力高于100Pa，在即使在以作為DRAM存儲部的電容材料使用的例如Ta2O5、HfO2、HfSiO、PZT、BST、RuO2、ReO2之類的高介電常數膜、和作為接觸材料使用的NiSi膜為代表的對熱不穩定的底膜上形成的情況下也沒有問題的低于450℃、甚至低于400℃的低溫下，能夠以高階梯覆蓋率形成電阻率值低、沒有異常成長的優質的TiN膜。
此外，在本實施方式中，也可以只在TiN薄膜的成膜初期，使用成膜氣體和還原氣體，在低于450℃的低溫下進行滿足上述條件的交替成膜(第一成膜工序)，成膜至對襯底沒有影響的厚度后，繼續在450℃以上的溫度下，進行通常的連續的CVD-TiN成膜(連續成膜)(第二成膜工序)。由此能夠提高生產率。在此情況下，與上述第一實施方式的情況相同，也優選第二成膜工序的TiN膜的膜厚大于第一成膜工序的TiN膜的膜厚。但是，也可以是第一成膜工序的TiN膜的膜厚較厚。另外，此情況下的膜厚也與第一實施方式同樣，在第一成膜工序中為例如5～50nm，在第二成膜工序中為例如5～95nm。
接下來，參照圖10說明將由本發明的成膜方法形成的TiN薄膜用于金屬配線層的接觸部的形成工序的例子。在該圖10的例子中，在Si基板上形成的配線層等的NiSi膜10上形成層間絕緣膜11，層間絕緣膜11中形成有達到NiSi膜10的接觸孔12。在層間絕緣膜11和接觸孔12上形成Ti薄膜13，在Ti薄膜13和NiSi膜10的接合部，通過來自Ti薄膜13側的Ti和來自NiSi膜10側的Si相互擴散，形成有TiSi部10a。在Ti薄膜13上，疊層有由本發明的方法低溫形成的TiN薄膜14。
作為TiN薄膜14的襯底的NiSi膜10耐熱性低、對熱敏感，但在本發明中在低于450℃的低溫下形成TiN薄膜14，所以NiSi膜10不會受到熱損害，能夠形成良好的接觸。
在該TiN薄膜14上形成有例如由Cu或W構成的金屬配線層16。此金屬配線層16填充到接觸孔12內，NiSi膜10與金屬配線層16通過TiSi部10a導通。由于能夠如上所述在維持TiSi部10a的低電阻值的同時形成TiN薄膜14，所以金屬配線層16和NiSi膜10通過TiSi部10a可實現良好的電導通。此外，在襯底是CoSi膜的情況下也能夠適用。
接著，參照圖11說明將本發明的TiN薄膜用于DRAM等的電容結構中的例子。在該圖11的例子中，Si基板20的雜質擴散區域20a與由表面形成凹凸以實現大表面積(即電容器的大電荷蓄積量)的HSG(hemispherical grained半球狀晶粒)多晶硅構成的下部電極層21連接。在該下部電極層21的上部，通過實施RTN(Rapid ThermalNitrization快速熱氮化)處理，形成極薄的SiN阻隔層22，在其上形成由Ta2O5構成的電介質層23，再以高覆蓋率在其上、包括電介質層23的凹部內形成由用本發明的成膜方法形成的TiN薄膜構成的上部電極層24。然后，在上部電極層24上形成金屬配線層(未圖示)。
在進行由TiN薄膜構成的上部電極層24的成膜時，作為襯底的由Ta2O5構成的電介質層23對熱不穩定、容易受到損害，但在本發明中，由于在對構成上部電極層24的TiN膜進行成膜時，能夠在低于450℃的低溫下進行成膜，所以由對熱敏感的Ta2O5構成的絕緣層23不會受到損害，能夠維持良好的電容，電容器部分、進而存儲元件整體的成品率提高。
接下來，參照圖12說明將本發明的TiN薄膜用于DRAM等的電容器結構中的另一個例子。在該圖12的例子中，在Si基板的雜質擴散區域(未圖示)上形成有由形成為高縱橫比的鰭(fin)狀的多晶硅構成的下部電極21’，以實現大表面積(即電容器的大電荷蓄積量)。該鰭狀的下部電極21’的縱橫比為12以上，優選為15～100。在該下部電極層21’的上部，通過實施RTN(Rapid Thermal Nitrization快速熱氮化)處理，形成極薄的SiN阻隔層22’。在其上形成由Ta2O5構成的電介質層23’，再以高覆蓋率在其上、包括電介質層23’的凹部內形成由用本發明的成膜方法形成的TiN薄膜構成的上部電極層24’。然后，在上部電極層24’上形成金屬配線層(未圖示)。
在該結構的情況下，由于在對構成上部電極層24’的TiN膜進行成膜時，能夠在低于450℃的低溫下進行成膜，所以由對熱敏感的Ta2O5構成的電介質層23’不會受到損害，能夠維持良好的電容，電容器部分、進而存儲元件整體的成品率提高。
接下來，參照圖13說明將本發明的TiN薄膜用于DRAM等的電容器結構中的又一個例子。在該圖13的例子中，Si基板30的雜質擴散區域30a與由非晶硅構成的下部電極層31連接，在該下部電極層31上，隔著通過對硅實施RTN(Rapid Thermal Nitrization快速熱氮化)處理而形成的SiN阻隔層32，形成由Ta2O5構成的電介質層33，在其上形成有由本發明的TiN類薄膜構成的上部電極層34。然后，在上部電極層34上形成金屬配線層(未圖示)。
在該結構的情況下，由于在對構成上部電極層34的TiN膜進行成膜時，能夠在低于450℃的低溫下進行成膜，所以由對熱敏感的Ta2O5構成的電介質層33不會受到損害，能夠維持良好的電容，電容器部分、進而存儲元件整體的成品率提高。
此外，本發明并不限于上述的實施方式，可以進行各種變形。例如，在上述實施方式中，作為含Ti化合物氣體使用了TiCl4，但也可以使用例如有機Ti化合物等其它氣體。另外，在上述實施方式中，作為含氮還原氣體使用了NH3，但也可以使用MMH等其它氣體。另外，在上述實施方式中，對適用于TiN成膜的情況進行了說明，但也能夠適用于TaN、WN等一般的金屬氮化膜。再有，對使用半導體晶片作為被處理基板的例子進行了說明，但也可以是液晶顯示裝置用基板等其它基板。
權利要求
1.一種成膜方法，重復進行1次以上由向在處理容器內被加熱到成膜溫度的被處理基板供給金屬化合物氣體和含氮還原氣體、通過CVD形成由金屬氮化物構成的膜的第一步驟、和停止供給所述金屬化合物氣體、供給所述含氮還原氣體的第二步驟構成的循環，在所述被處理基板上形成規定厚度的金屬氮化膜，其特征在于將成膜時的所述被處理基板的溫度設為低于450℃，將所述處理容器內的總壓力設為高于100Pa，將所述第一步驟中的所述處理容器內的含氮還原氣體的分壓設為30Pa以下。
2.如權利要求1所述的成膜方法，其特征在于所述1次循環的成膜厚度為0.50nm以下。
3.如權利要求1所述的成膜方法，其特征在于所述第一步驟中的所述處理容器內的含氮還原氣體的分壓為20Pa以下。
4.如權利要求3所述的成膜方法，其特征在于所述1次循環的成膜厚度為2.0nm以下。
5.如權利要求1所述的成膜方法，其特征在于所述第一步驟中的所述處理容器內的含氮還原氣體的分壓為15Pa以下。
6.如權利要求1所述的成膜方法，其特征在于成膜時的所述被處理基板的溫度為400℃以下。
7.一種成膜方法，重復進行1次以上由向在處理容器內被加熱到成膜溫度的被處理基板供給Ti化合物氣體和含氮還原氣體、通過CVD形成由TiN構成的膜的第一步驟、和停止供給所述Ti化合物氣體、供給所述含氮還原氣體的第二步驟構成的循環，在所述被處理基板上形成規定厚度的TiN膜，其特征在于將成膜時的所述被處理基板的溫度設為低于450℃，將所述處理容器內的總壓力設為高于100Pa，將所述第一步驟中的所述處理容器內的含氮還原氣體的分壓設為30Pa以下。
8.如權利要求7所述的成膜方法，其特征在于所述Ti化合物氣體是TiCl4，所述含氮還原氣體是NH3。
9.如權利要求7所述的成膜方法，其特征在于所述1次循環的成膜厚度為0.50nm以下。
10.如權利要求7所述的成膜方法，其特征在于所述第一步驟中的所述處理容器內的含氮還原氣體的分壓為20Pa以下。
11.如權利要求10所述的成膜方法，其特征在于所述1次循環的成膜厚度為2.0nm以下。
12.如權利要求7所述的成膜方法，其特征在于所述第一步驟中的所述處理容器內的含氮還原氣體的分壓為15Pa以下。
13.如權利要求7所述的成膜方法，其特征在于成膜時的所述被處理基板的溫度為400℃以下。
14.如權利要求7所述的成膜方法，其特征在于所述第一步驟中的含氮還原氣體的流量為20mL/分以上。
15.如權利要求7所述的成膜方法，其特征在于所述第一步驟中的所述Ti化合物氣體的分壓為大于10Pa小于等于50Pa。
16.如權利要求7所述的成膜方法，其特征在于TiN膜的電阻率為800μΩ-cm以下。
17.一種成膜方法，重復進行1次以上由向在處理容器內被加熱到成膜溫度的被處理基板供給金屬化合物氣體和含氮還原氣體、通過CVD形成由金屬氮化物構成的膜的第一步驟、和停止供給所述金屬化合物氣體、供給所述含氮還原氣體的第二步驟構成的循環，在所述被處理基板上形成第一厚度的初期金屬氮化膜，然后向被處理基板供給金屬化合物氣體和含氮還原氣體、通過連續的CVD形成第二厚度的其余的金屬氮化膜，其特征在于在進行所述初期金屬氮化膜的成膜時，將所述被處理基板的溫度設為低于450℃、將所述處理容器內的總壓力設為高于100Pa、將所述第一步驟中的所述處理容器內的含氮還原氣體的分壓設為30Pa以下。
18.如權利要求17所述的成膜方法，其特征在于所述第一厚度小于所述第二厚度。
19.如權利要求17所述的成膜方法，其特征在于形成所述其余的金屬氮化膜時的成膜溫度為450℃以上。
20.如權利要求17所述的成膜方法，其特征在于所述第一厚度為5～50nm，所述第二厚度為5～95nm。
21.一種成膜方法，重復進行1次以上由向在處理容器內被加熱到成膜溫度的被處理基板供給金屬化合物氣體和含氮還原氣體、通過CVD形成由金屬氮化物構成的膜的第一步驟、和停止供給所述金屬化合物氣體、供給所述含氮還原氣體的第二步驟構成的循環，在所述被處理基板上形成第一厚度的初期金屬氮化膜，在其上重復進行1次以上由所述第一步驟和所述第二步驟構成的循環、形成第二厚度的其余的金屬氮化膜，其特征在于在進行所述初期金屬氮化膜的成膜時，將所述被處理基板的溫度設為低于450℃、將所述處理容器內的總壓力設為高于100Pa、將所述第一步驟中的所述處理容器內的含氮還原氣體的分壓設為30Pa以下，在進行所述其余的金屬氮化膜的成膜時，將所述第一步驟中的所述處理容器內的含氮還原氣體的分壓設為高于30Pa。
22.如權利要求21所述的成膜方法，其特征在于形成所述其余的金屬氮化膜時的成膜溫度為450℃以上。
23.如權利要求21所述的成膜方法，其特征在于所述第一厚度為5～50nm，所述第二厚度為5～95nm。
24.一種成膜方法，重復進行1次以上由向在處理容器內被加熱到成膜溫度的被處理基板供給金屬化合物氣體和含氮還原氣體、通過CVD形成由金屬氮化物構成的膜的第一步驟、和停止供給所述金屬化合物氣體、供給所述含氮還原氣體的第二步驟構成的循環，在所述被處理基板上形成規定厚度的金屬氮化膜，其特征在于將成膜時的所述被處理基板的溫度設為低于450℃，將所述處理容器內的總壓力設為高于100Pa，并且將所述第一步驟中的處理容器內的所述含氮還原氣體的分壓設為PN(Pa)、將每1次循環的膜厚設為Thk(nm)時，由以下的(A)式計算出的金屬氮化膜的電阻率值R為800μΩ-cm以下，R＝115.75×Ln(Thk)+71.576×Ln(PN)+418.8 ……(A)。
25.如權利要求24所述的成膜方法，其特征在于所述金屬化合物氣體是Ti化合物氣體，所述金屬氮化膜是TiN膜。
26.如權利要求25所述的成膜方法，其特征在于所述Ti化合物氣體是TiCl4，所述含氮還原氣體是NH3。
27.一種成膜方法，重復進行1次以上由向在處理容器內被加熱到成膜溫度的被處理基板供給金屬化合物氣體和含氮還原氣體、通過CVD形成由金屬氮化物構成的膜的第一步驟、和停止供給所述金屬化合物氣體、供給所述含氮還原氣體的第二步驟構成的循環，在所述被處理基板上形成規定厚度的金屬氮化膜，其特征在于將成膜時的所述被處理基板的溫度設為低于450℃，將所述處理容器內的總壓力設為高于100Pa，并且將所述第一步驟中的處理容器內的所述含氮還原氣體的分壓設為PN(Pa)、將每1次循環的膜厚設為Thk(nm)、將所述第一步驟中的所述含氮還原氣體的流量設為FN(mL/分)時，由以下的(B)式計算出的金屬氮化膜的電阻率值R為800μΩ-cm以下，R＝115.75×Ln(Thk)+71.576×Ln(PN)-57.685×Ln(FN)+614……(B)。
28.如權利要求27所述的成膜方法，其特征在于所述金屬化合物氣體是Ti化合物氣體，所述金屬氮化膜是TiN膜。
29.如權利要求28所述的成膜方法，其特征在于所述Ti化合物氣體是TiCl4，所述含氮還原氣體是NH3。
30.一種成膜方法，重復進行1次以上由向在處理容器內被加熱到成膜溫度的被處理基板供給金屬化合物氣體和含氮還原氣體、通過CVD形成由金屬氮化物構成的膜的第一步驟、和停止供給所述金屬化合物氣體、供給所述含氮還原氣體的第二步驟構成的循環，在所述被處理基板上形成規定厚度的金屬氮化膜，其特征在于將成膜時的所述被處理基板的溫度設為低于450℃，將所述處理容器內的總壓力設為高于100Pa，并且將所述第一步驟中的處理容器內的所述含氮還原氣體的分壓設為PN(Pa)、將每1次循環的膜厚設為Thk(am)、將所述第一步驟中的所述含氮還原氣體的流量設為FN(mL/分)、將被處理基板的溫度設為TW(℃)時，由以下的(C)式計算出的金屬氮化膜的電阻率值R為800μΩ-cm以下，R＝115.75×Ln(Thk)+71.576×Ln(PN)-57.685×Ln(FN)-2844.6Ln(TW)+17658.3 ……(C)。
31.如權利要求30所述的成膜方法，其特征在于所述金屬化合物氣體是Ti化合物氣體，所述金屬氮化膜是TiN膜。
32.如權利要求31所述的成膜方法，其特征在于所述Ti化合物氣體是TiCl4，所述含氮還原氣體是NH3。
33.一種計算機可讀取的記錄介質，其含有計算機如下所述控制成膜裝置的軟件重復進行1次以上由向在處理容器內被加熱到成膜溫度的被處理基板供給金屬化合物氣體和含氮還原氣體、通過CVD形成由金屬氮化物構成的膜的第一步驟、和停止供給所述金屬化合物氣體、供給所述含氮還原氣體的第二步驟構成的循環，在所述被處理基板上形成規定厚度的金屬氮化膜時，將成膜時的所述被處理基板的溫度設為低于450℃，將所述處理容器內的總壓力設為高于100Pa，將所述第一步驟中的所述處理容器內的含氮還原氣體的分壓設為30Pa以下。
34.一種計算機可讀取的記錄介質，其含有計算機如下所述控制成膜裝置的軟件重復進行1次以上由向在處理容器內被加熱到成膜溫度的被處理基板供給Ti化合物氣體和含氮還原氣體、通過CVD形成由TiN構成的膜的第一步驟、和停止供給所述Ti化合物氣體、供給所述含氮還原氣體的第二步驟構成的循環，在所述被處理基板上形成規定厚度的TiN膜時，將成膜時的所述被處理基板的溫度設為低于450℃，將所述處理容器內的總壓力設為高于100Pa，將所述第一步驟中的所述處理容器內的含氮還原氣體的分壓設為30Pa以下。
35.一種計算機可讀取的記錄介質，其含有計算機如下所述控制成膜裝置的軟件重復進行1次以上由向在處理容器內被加熱到成膜溫度的被處理基板供給金屬化合物氣體和含氮還原氣體、通過CVD形成由金屬氮化物構成的膜的第一步驟、和停止供給所述金屬化合物氣體、供給所述含氮還原氣體的第二步驟構成的循環，在所述被處理基板上形成規定厚度的金屬氮化膜時，將成膜時的所述被處理基板的溫度設為低于450℃，將所述處理容器內的總壓力設為高于100Pa，并且將所述第一步驟中的處理容器內的所述含氮還原氣體的分壓設為PN(Pa)、將每1次循環的膜厚設為Thk(nm)時，由以下的(A)式計算出的金屬氮化膜的電阻率值R為800μΩ-cm以下，R＝115.75×Ln(Thk)+71.576×Ln(PN)+418.8 ……(A)。
36.如權利要求35所述的記錄介質，其特征在于所述金屬化合物氣體是Ti化合物氣體，所述金屬氮化膜是TiN膜。
37.一種計算機可讀取的記錄介質，其含有計算機如下所述控制成膜裝置的軟件重復進行1次以上由向在處理容器內被加熱到成膜溫度的被處理基板供給金屬化合物氣體和含氮還原氣體、通過CVD形成由金屬氮化物構成的膜的第一步驟、和停止供給所述金屬化合物氣體、供給所述含氮還原氣體的第二步驟構成的循環，在所述被處理基板上形成規定厚度的金屬氮化膜時，將成膜時的所述被處理基板的溫度設為低于450℃，將所述處理容器內的總壓力設為高于100Pa，并且將所述第一步驟中的處理容器內的所述含氮還原氣體的分壓設為PN(Pa)、將每1次循環的膜厚設為Thk(nm)、將所述第一步驟中的所述含氮還原氣體的流量設為FN(mL/分)時，由以下的(B)式計算出的金屬氮化膜的電阻率值R為800μΩ-cm以下，R＝115.75×Ln(Thk)+71.576×Ln(PN)-57.685×Ln(FN)+614 ……(B)。
38.如權利要求37所述的記錄介質，其特征在于所述金屬化合物氣體是Ti化合物氣體，所述金屬氮化膜是TiN膜。
39.一種計算機可讀取的記錄介質，其含有計算機如下所述控制成膜裝置的軟件重復進行1次以上由向在處理容器內被加熱到成膜溫度的被處理基板供給金屬化合物氣體和含氮還原氣體、通過CVD形成由金屬氮化物構成的膜的第一步驟、和停止供給所述金屬化合物氣體、供給所述含氮還原氣體的第二步驟構成的循環，在所述被處理基板上形成規定厚度的金屬氮化膜時，將成膜時的所述被處理基板的溫度設為低于450℃，將所述處理容器內的總壓力設為高于100Pa，并且將所述第一步驟中的處理容器內的所述含氮還原氣體的分壓設為PN(Pa)、將每1次循環的膜厚設為Thk(nm)、將所述第一步驟中的所述含氮還原氣體的流量設為FN(mL/分)、將被處理基板的溫度設為TW(℃)時，由以下的(C)式計算出的金屬氮化膜的電阻率值R為800μΩ-cm以下，R＝115.75×Ln(Thk)+71.576×Ln(PN)-57.685×Ln(FN)-2844.6Ln(TW)+17658.3 ……(C)。
40.如權利要求39所述的記錄介質，其特征在于所述金屬化合物氣體是Ti化合物氣體，所述金屬氮化膜是TiN膜。
全文摘要
本發明提供一種成膜方法，重復進行1次以上由向在處理容器內被加熱到成膜溫度的半導體晶片供給TiCl
文檔編號H01L21/8242GK1906736SQ20058000144
公開日2007年1月31日 申請日期2005年1月14日 優先權日2004年1月15日
發明者長谷川敏夫 申請人:東京毅力科創株式會社