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JP6087236B2 - 成膜方法 - Google Patents
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Description

本発明は、成膜方法に関する。
従来から、最初に被処理基板上にＣＶＤによりＴｉ膜を成膜し、次いでＴｉ膜の表面を酸化し、最後にＴｉ膜表面を窒化処理してＴｉＮ膜を成膜する成膜方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の成膜方法では、ＴｉＣｌ４とＮＨ３とを原料ガスとして用いてＴｉＮ膜を成膜する低温成膜プロセスにおいて、窒化処理によりＴｉ膜表面のＴｉ−Ｃｌ結合がＴｉ−Ｎ結合に置換される際、窒化反応の発生よりもＣｌ２ガスやＨＣｌガスにＴｉ膜表面が晒される方の影響が大きく、Ｔｉ膜表面がエッチングされて膜剥がれが生じてしまうという問題点を解決すべく、Ｔｉ膜を成膜後に表面を酸化してＴｉ−ＣｌをＴｉ−Ｏ結合に置換して塩素を脱離させている。Ｔｉ−Ｏ結合は、Ｔｉ−Ｎ結合と比較して安定であるため、塩素の脱離によって発生するＣｌ２ガスやＨＣｌガスに対する耐食性が大きく、これらガスによる腐食を生じ難くすることができる。従って、膜中に残留する塩素濃度が高くなる低温のＴｉ成膜であっても、その後に成膜されるＴｉＮ膜等の他の膜との間の膜剥がれを防止することができる。なお、酸化後は、Ｔｉ−Ｏ結合によって膜の抵抗が高くなるが、引き続き行われる窒化処理またはＴｉＮ成膜によりＴｉ−Ｏ結合をＴｉ−Ｎ結合に置換するので問題は無い。
また、基板を収容した処理室にＴｉＣｌ４ガスを供給した後、処理室にＮＨ３ガスを供給するサイクルを複数回行って基板にＴｉＮ膜を形成した後、処理室に酸素含有ガスを供給し、ＴｉＯＮ膜を成膜する半導体装置の製造方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
このように、特許文献１、２においては、ＴｉＮ膜又はＴｉＯＮ膜の成膜において、基板上に酸化膜を形成するために酸化工程が必要に応じて用いられる。
特開２００５−７９５４３号公報 特開２０１２−１８４４９９号公報
ところで、近年、ＴｉＮ膜は、キャパシタの電極等に利用される場合が多く、膜抵抗を低減させるため、５００℃以上の高温の成膜プロセスで形成される場合が多い。かかる高温の成膜プロセスでは、低温の成膜プロセスと比較して、アニールの効果により粒径が大きくなり易く、また不純物も脱離し易く、低抵抗の膜を成膜することができる。
しかしながら、そのような高温のプロセスでは、粒径が大きくなった結果、処理室内のサセプタや内壁に成膜された膜から剥離してパーティクルとなるものや、処理室内のサセプタや内壁に成膜された膜の応力が大きくなってしまい、やはり剥離してパーティクルとなるものが増加するという新たな問題を生じた。そのようなパーティクルがウエハ上に載ってしまうと、異物となり、その上に更に成膜を重ねると、膜の品質が劣化してしまうという問題がある。
そこで、本発明は、チャンバ内でのパーティクルの発生を抑制しつつ窒化膜を形成する成膜方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る成膜方法は、基板を処理室内に搬入して前記基板上に窒化膜を成膜する成膜処理を行い、該成膜処理が終了してから前記基板を前記処理室内から搬出するまでを１運転とし、該１運転を複数回繰り返して複数枚の前記基板を継続的に成膜処理する成膜方法であって、
前記１運転を所定回数連続的に行う連続運転工程と、
前記処理室内に酸化ガスを供給して前記処理室内を酸化する酸化工程と、を含み、
前記処理室内には、前記基板を表面上の凹部に載置可能なサセプタが設けられ、該サセプタを回転させながら該サセプタ上に載置された前記基板に前記成膜処理及び前記酸化工程を行い、
前記酸化工程中の前記サセプタの回転速度は、前記成膜処理中の前記サセプタの回転速度よりも遅く設定されている。
本発明によれば、窒化膜を成膜する際のパーティクルの発生を抑制することができる。
本発明の実施形態１に係る成膜方法を実施するのに好適な成膜装置の一例の断面図である。 本発明の実施形態１に係る成膜方法を実施するのに好適な成膜装置の一例の斜視図である。 本発明の実施形態１に係る成膜方法を実施するのに好適な成膜装置の一例の上面図である。 本発明の実施形態１に係る成膜方法を実施するのに好適な成膜装置の一例のサセプタの同心円に沿ったチャンバの部分断面図である。 本発明の実施形態１に係る成膜方法を実施するのに好適な成膜装置の一例の天井面が設けられている領域を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る成膜方法の１運転の処理フローを示した図である。 本発明の実施形態１に係る成膜方法の原理を説明するための図である。 本発明の実施形態１に係る成膜方法の処理フローの一例を示した図である。 本発明の実施例１に係る成膜方法の実施結果を示した図である。図９（Ａ）は、本発明の実施例１に係る成膜方法の実施結果を示したグラフである。図９（Ｂ）は、実施例１に係る成膜方法の実施結果のサセプタ上のＴｉＮ膜のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）による断面写真である。 本発明の実施例２に係る成膜方法の実施結果を示した図である。 本発明の実施例３に係る成膜方法の実施結果を示した図である。 本発明の実施形態２に係る成膜方法を実施可能なＣＶＤを用いたＴｉＮ成膜装置の一例を示す断面図である。 本発明の実施形態３に係る成膜方法を実施可能な熱処理装置の一例の概略構成図である。
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、部材もしくは部品間の相対比を示すことを目的とせず、したがって、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定されるべきものである。
〔実施形態１〕
（成膜装置）
図１は、本発明の実施形態１に係る成膜方法を実施するのに好適な成膜装置の一例の断面図であり、図２は、本発明の実施形態１に係る成膜方法を実施するのに好適な成膜装置の一例の斜視図である。また、図３は、本発明の実施形態１に係る成膜方法を実施するのに好適な成膜装置の一例の上面図である。
まず、本発明の実施形態１による成膜方法を実施するのに好適な成膜装置について説明する。図１から図３までを参照すると、この成膜装置は、ほぼ円形の平面形状を有する扁平なチャンバ１と、このチャンバ１内に設けられ、チャンバ１の中心に回転中心を有するサセプタ２と、を備えている。チャンバ１は、有底の円筒形状を有する容器本体１２と、容器本体１２の上面に対して、例えばＯリングなどのシール部材１３（図１）を介して気密に着脱可能に配置される天板１１とを有している。
チャンバ１は、ウエハＷに成膜処理を行うための処理室である。チャンバ１は、種々の材料から構成されてよいが、例えば、アルミニウム（Ａｌ）から構成されてもよい。
サセプタ２は、中心部にて円筒形状のコア部２１に固定され、このコア部２１は、鉛直方向に伸びる回転軸２２の上端に固定されている。回転軸２２はチャンバ１の底部１４を貫通し、その下端が回転軸２２（図１）を鉛直軸回りに回転させる駆動部２３に取り付けられている。回転軸２２及び駆動部２３は、上面が開口した筒状のケース体２０内に収納されている。このケース体２０はその上面に設けられたフランジ部分がチャンバ１の底部１４の下面に気密に取り付けられており、ケース体２０の内部雰囲気と外部雰囲気との気密状態が維持されている。
サセプタ２の表面部には、図２及び図３に示すように回転方向（周方向）に沿って複数（図示の例では５枚）の基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗを載置するための円形状の凹部２４が設けられている。なお図３には便宜上１個の凹部２４だけにウエハＷを示す。この凹部２４は、ウエハＷの直径よりも僅かに例えば４ｍｍ大きい内径と、ウエハＷの厚さにほぼ等しい深さか、又はウエハＷの厚さよりも大きい深さとを有している。したがって、ウエハＷが凹部２４に収容されると、ウエハＷの表面とサセプタ２の表面（ウエハＷが載置されない領域）とが同じ高さになる。凹部２４の底面には、ウエハＷの裏面を支えてウエハＷを昇降させるための例えば３本の昇降ピンが貫通する貫通孔（いずれも図示せず）が形成されている。サセプタ２は、種々の材料で構成されてよいが、例えば、石英から構成されてもよい。
図２及び図３は、チャンバ１内の構造を説明する図であり、説明の便宜上、天板１１の図示を省略している。図２及び図３に示すように、サセプタ２の上方には、各々例えば石英からなる反応ガスノズル３１、反応ガスノズル３２、分離ガスノズル４１，４２及び酸化ガスノズル９２がチャンバ１の周方向（サセプタ２の回転方向（図３の矢印Ａ））に互いに間隔をおいて配置されている。図示の例では、後述の搬送口１５から時計回り（サセプタ２の回転方向）に、分離ガスノズル４１、反応ガスノズル３１、分離ガスノズル４２、反応ガスノズル３２及び酸化ガスノズル９２がこの順番で配列されている。これらのノズル３１、３２、４１、４２、９２は、各ノズル３１、３２、４１、４２、９２の基端部であるガス導入ポート３１ａ、３２ａ、４１ａ、４２ａ、９２ａ（図３）を容器本体１２の外周壁に固定することにより、チャンバ１の外周壁からチャンバ１内に導入され、容器本体１２の半径方向に沿ってサセプタ２に対して水平に伸びるように取り付けられている。
上述のノズル３１、３２、４１、４２、９２のうち、反応ガスノズル３１、反応ガスノズル３２、分離ガスノズル４１，４２は、ＴｉＮ膜の成膜プロセスの最中に用いられるノズルであるが、酸化ガスノズル９２は、成膜プロセスが行われていない時に用いられるノズルである。よって、酸化ガスノズル９２は、成膜プロセスには直接関与していないので、上述のノズル３１、３２、４１、４２、９２の配置順序に限定されることなく、任意の位置に配置が可能である。より詳細には、ウエハＷが搬出されてサセプタ２上にウエハＷが載置されていない状態で、サセプタ２に対して酸化ガスを供給するノズルであるので、サセプタ２の表面を酸化することができる限り、種々の位置に配置することができる。なお、酸化ガスノズル９２の使用方法も含めた本実施形態に係る成膜方向の詳細な内容は、後述する。
本実施形態においては、反応ガスノズル３１は、不図示の配管及び流量制御器などを介して、塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスの供給源（図示せず）に接続されている。反応ガスノズル３２は、不図示の配管及び流量制御器などを介して、アンモニアの供給源（図示せず）に接続されている。分離ガスノズル４１、４２は、いずれも不図示の配管及び流量制御バルブなどを介して、分離ガスの供給源（図示せず）に接続されている。分離ガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）などの希ガスや窒素（Ｎ２）ガスなどの不活性ガスを用いることができる。本実施形態では、Ｎ２ガスを用いることとする。また、酸化ガスノズル９２は、不図示の配管及び流量制御器などを介して、酸化ガスの供給源（図示せず）に接続されている。酸化ガスは、例えば、酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、水（Ｈ２Ｏ）を含むガスが用いられる。また、酸化ガスノズル９２付近にプラズマ発生器を設け、上述の酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、水（Ｈ２Ｏ）を含むガスをプラズマ化したプラズマ化酸化ガスを用いてもよい。
反応ガスノズル３１、３２には、サセプタ２に向かって開口する複数のガス吐出孔３３が、反応ガスノズル３１、３２の長さ方向に沿って、例えば１０ｍｍの間隔で配列されている。反応ガスノズル３１の下方領域は、ＴｉＣｌ４ガスをウエハＷに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１となる。反応ガスノズル３２の下方領域は、第１の処理領域Ｐ１においてウエハＷに吸着されたＴｉＣｌ４ガスを窒化させる第２の処理領域Ｐ２となる。
図２及び図３を参照すると、チャンバ１内には２つの凸状部４が設けられている。凸状部４は、分離ガスノズル４１、４２とともに分離領域Ｄを構成するため、サセプタ２に向かって突出するように天板１１の裏面に取り付けられている。なお、凸状部４の詳細については、後述する。また、凸状部４は、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有し、本実施形態においては、内円弧が突出部５（後述）に連結し、外円弧が、チャンバ１の容器本体１２の内周面に沿うように配置されている。
図４は、反応ガスノズル３１から反応ガスノズル３２までサセプタ２の同心円に沿ったチャンバ１の断面を示している。図示のとおり、天板１１の裏面に凸状部４が取り付けられているため、チャンバ１内には、凸状部４の下面である平坦な低い天井面４４（第１の天井面）と、この天井面４４の周方向両側に位置する、天井面４４よりも高い天井面４５（第２の天井面）とが存在する。天井面４４は、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有している。また、図示のとおり、凸状部４には周方向中央において、半径方向に伸びるように形成された溝部４３が形成され、分離ガスノズル４２が溝部４３内に収容されている。もう一つの凸状部４にも同様に溝部４３が形成され、ここに分離ガスノズル４１が収容されている。また、高い天井面４５の下方の空間に反応ガスノズル３１、３２がそれぞれ設けられている。これらの反応ガスノズル３１、３２は、天井面４５から離間してウエハＷの近傍に設けられている。更に、図４において、反応ガスノズル３１が設けられる高い天井面４５の下方の空間４８１と、反応ガスノズル３２が設けられる高い天井面４５の下方の空間４８２とを示す。
また、凸状部４の溝部４３に収容される分離ガスノズル４２には、サセプタ２に向かって開口する複数のガス吐出孔４２ｈ（図４参照）が、分離ガスノズル４２の長さ方向に沿って、例えば１０ｍｍの間隔で配列されている。図示は省略するが、この点は分離ガスノズル４１も同様である。
天井面４４は、狭隘な空間である分離空間Ｈをサセプタ２に対して形成している。分離ガスノズル４２の吐出孔４２ｈからＮ２ガスが供給されると、このＮ２ガスは、分離空間Ｈを通して空間４８１及び空間４８２へ向かって流れる。このとき、分離空間Ｈの容積は空間４８１及び４８２の容積よりも小さいため、Ｎ２ガスにより分離空間Ｈの圧力を空間４８１及び４８２の圧力に比べて高くすることができる。すなわち、空間４８１及び４８２の間に圧力の高い分離空間Ｈが形成される。また、分離空間Ｈから空間４８１及び４８２へ流れ出るＮ２ガスが、第１の領域Ｐ１からのＴｉＣｌ４ガスと、第２の領域Ｐ２からのＮＨ３ガスとに対するカウンターフローとして働く。したがって、第１の領域Ｐ１からのＴｉＣｌ４ガスと、第２の領域Ｐ２からのＮＨ３ガスとが分離空間Ｈにより分離される。よって、チャンバ１内においてＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３ガスとが混合し、反応することが抑制される。
なお、サセプタ２の上面に対する天井面４４の高さｈ１は、成膜時のチャンバ１内の圧力、サセプタ２の回転速度、供給する分離ガス（Ｎ２ガス）の供給量などを考慮し、分離空間Ｈの圧力を空間４８１及び４８２の圧力に比べて高くするのに適した高さに設定することが好ましい。
一方、天板１１の下面には、サセプタ２を固定するコア部２１の外周を囲む突出部５（図２及び図３）が設けられている。この突出部５は、本実施形態においては、凸状部４における回転中心側の部位と連続しており、その下面が天井面４４と同じ高さに形成されている。
先に参照した図１は、図３のＩ−Ｉ'線に沿った断面図であり、天井面４５が設けられている領域を示している。
一方、図５は、天井面４４が設けられている領域を示す断面図である。図５に示すように、扇型の凸状部４の周縁部（チャンバ１の外縁側の部位）には、サセプタ２の外端面に対向するようにＬ字型に屈曲する屈曲部４６が形成されている。この屈曲部４６は、凸状部４と同様に、分離領域Ｄの両側から反応ガスが侵入することを抑制して、両反応ガスの混合を抑制する。扇型の凸状部４は天板１１に設けられ、天板１１が容器本体１２から取り外せるようになっていることから、屈曲部４６の外周面と容器本体１２との間には僅かに隙間がある。屈曲部４６の内周面とサセプタ２の外端面との隙間、及び屈曲部４６の外周面と容器本体１２との隙間は、例えばサセプタ２の上面に対する天井面４４の高さと同様の寸法に設定されている。
図４に示すように、容器本体１２の内周壁は、分離領域Ｄにおいては屈曲部４６の外周面と接近して垂直面に形成されている。しかしながら、図１に示すように、分離領域Ｄ以外の部位においては、例えばサセプタ２の外端面と対向する部位から底部１４に亘って外方側に窪んでいる。以下、説明の便宜上、概ね矩形の断面形状を有する窪んだ部分を排気領域と記す。具体的には、第１の処理領域Ｐ１に連通する排気領域を第１の排気領域Ｅ１と記し、第２の処理領域Ｐ２に連通する領域を第２の排気領域Ｅ２と記す。これらの第１の排気領域Ｅ１及び第２の排気領域Ｅ２の底部には、図１から図３に示すように、それぞれ、第１の排気口６１０及び第２の排気口６２０が形成されている。図１に示すように、第１の排気口６１０及び第２の排気口６２０は、各々排気管６３０を介して真空排気手段である例えば真空ポンプ６４０に接続されている。なお図１中、圧力制御器６５０が示されている。
図１及び図５に示すように、サセプタ２とチャンバ１の底部１４との間の空間には、加熱手段であるヒータユニット７が設けられ、サセプタ２を介してサセプタ２上のウエハＷが、プロセスレシピで決められた温度（例えば、６１０℃）に加熱される。ヒータユニット７は、凹部２４にウエハＷが載置されている成膜プロセス中には、凹部２４に載置されたウエハＷが所定温度となるように加熱する。
図５に示すように、サセプタ２の周縁付近の下方側には、サセプタ２の上方空間から排気領域Ｅ１、Ｅ２に至るまでの雰囲気とヒータユニット７が置かれている雰囲気とを区画し、サセプタ２の下方領域へのガスの侵入を抑えるため、リング状のカバー部材７１が設けられている。このカバー部材７１は、サセプタ２の外縁部及び外縁部よりも外周側を、下方側から臨むように設けられた内側部材７１ａと、この内側部材７１ａとチャンバ１の内壁面との間に設けられた外側部材７１ｂと、を備えている。外側部材７１ｂは、分離領域Ｄにおいて凸状部４の外縁部に形成された屈曲部４６の下方にて、屈曲部４６と近接して設けられ、内側部材７１ａは、サセプタ２の外縁部下方（及び外縁部よりも僅かに外側の部分の下方）において、ヒータユニット７を全周に亘って取り囲んでいる。
ヒータユニット７が配置されている空間よりも回転中心寄りの部位における底部１４は、サセプタ２の下面の中心部付近におけるコア部２１に接近するように上方側に突出して突出部１２ａをなしている。この突出部１２ａとコア部２１との間は狭い空間になっており、また底部１４を貫通する回転軸２２の貫通穴の内周面と回転軸２２との隙間が狭くなっていて、これら狭い空間はケース体２０に連通している。そしてケース体２０にはパージガスであるＮ２ガスを狭い空間内に供給してパージするためのパージガス供給管７２が設けられている。またチャンバ１の底部１４には、ヒータユニット７の下方において周方向に所定の角度間隔で、ヒータユニット７の配置空間をパージするための複数のパージガス供給管７３が設けられている（図５には一つのパージガス供給管７３を示す）。また、ヒータユニット７とサセプタ２との間には、ヒータユニット７が設けられた領域へのガスの侵入を抑えるために、外側部材７１ｂの内周壁（内側部材７１ａの上面）から突出部１２ａの上端部との間を周方向に亘って覆う蓋部材７ａが設けられている。蓋部材７ａは、例えば石英で作製することができる。
また、チャンバ１の天板１１の中心部には分離ガス供給管５１が接続されていて、天板１１とコア部２１との間の空間５２に分離ガスであるＮ２ガスを供給するように構成されている。この空間５２に供給された分離ガスは、突出部５とサセプタ２との狭い隙間５０を介して、サセプタ２のウエハ載置領域側の表面に沿って周縁に向けて吐出される。空間５０は、分離ガスにより空間４８１及び空間４８２よりも高い圧力に維持され得る。したがって、空間５０により、第１の処理領域Ｐ１に供給されるＴｉＣｌ４ガスと第２の処理領域Ｐ２に供給されるＮＨ３ガスとが、中心領域Ｃを通って混合することが抑制される。すなわち、空間５０（又は中心領域Ｃ）は、分離空間Ｈ（又は分離領域Ｄ）と同様に機能することができる。
更に、チャンバ１の側壁には、図２、図３に示すように、外部の搬送アーム１０とサセプタ２との間で基板であるウエハＷの受け渡しを行うための搬送口１５が形成されている。この搬送口１５は、図示しないゲートバルブにより開閉される。また、ウエハ載置領域である凹部２４では、この搬送口１５に対向する位置で搬送アーム１０との間でウエハＷの受け渡しが行われる。よって、サセプタ２の下方側において受け渡し位置に対応する部位に、凹部２４を貫通してウエハＷを裏面から持ち上げるための受け渡し用の昇降ピン及びその昇降機構（いずれも図示せず）が設けられている。
また、図１に示すように、本実施形態に係る成膜装置には、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる制御部１００が設けられている。この制御部１００のメモリ内には、後述する成膜方法を制御部１００の制御の下に成膜装置に実施させるプログラムが格納されている。このプログラムは後述の成膜方法を実行するようにステップ群が組まれており、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの媒体１０２に記憶され、所定の読み取り装置により記憶部１０１へ読み込まれ、制御部１００内にインストールされる。
（成膜方法）
次に、本発明の実施形態１に係る成膜方法について、図６及び図７を参照しながら説明する。以下の説明では、上述の成膜装置を用いる場合を例にとる。
図６は、本発明の実施形態１に係る成膜方法の１運転の処理フローを示した図である。本実施形態に係る成膜方法では、ウエハＷがチャンバ１内に搬入され、チャンバ１内でウエハＷの成膜処理が行われ、成膜処理済みのウエハＷがチャンバ１外に搬出された一連の動作を１つの処理単位とし、これを１運転又は１ランと呼ぶこととする。本実施形態に係る成膜方法では、１運転を所定回数連続して行い、連続的に成膜処理を所定回数繰り返した後、チャンバ１内にウエハＷが存在しない状態で、チャンバ１内に酸化ガスを供給してチャンバ１内の酸化処理を行う。これにより、チャンバ１内にＴｉＮ膜のパーティクルが発生するのを抑制するため、１運転の内容よりも連続運転に関連する内容が主体であるが、パーティクルの発生要因等は成膜処理の内容に関連しているので、まず、成膜処理の内容の一例について説明する。
先ず、ステップＳ１００（図６）において、ウエハＷがサセプタ２上に載置される。具体的には、図示しないゲートバルブを開き、外部から搬送アーム１０（図３）により搬送口１５（図２及び図３）を介してウエハＷをサセプタ２の凹部２４内に受け渡す。この受け渡しは、凹部２４が搬送口１５に対向する位置に停止したときに、凹部２４の底面の貫通孔を介して真空容器１の底部側から不図示の昇降ピンが昇降することにより行われる。このようなウエハＷの受け渡しを、サセプタ２を間欠的に回転させて行い、サセプタ２の５つの凹部２４内に夫々ウエハＷを載置する。
続いてゲートバルブを閉じ、真空ポンプ６４０により到達可能真空度にまで真空容器１内を排気した後、ステップＳ１１０にて、分離ガスノズル４１、４２からＮ２ガスを所定の流量で供給し、分離ガス供給管５１及びパージガス供給管７２、７２からもＮ２ガスを所定の流量で供給する。これに伴い、圧力制御手段６５０（図１）により真空容器１内を予め設定した処理圧力に制御する。次いで、サセプタ２を時計回りに、例えば２４０ｒｐｍの回転速度で回転させながら、ヒータユニット７によりウエハＷを例えば６１０℃に加熱する。
この後、ステップＳ１２０において、反応ガスノズル３１（図２及び図３）からＴｉＣｌ４ガスを供給し、反応ガスノズル３２からＮＨ３ガスを供給する。サセプタ２の回転により、ウエハＷは、第１の処理領域Ｐ１、分離領域Ｄ（分離空間Ｈ）、第２の処理領域Ｐ２、及び分離領域Ｄ（分離空間Ｈ）をこの順に通過していく（図３参照）。まず、第１の処理領域Ｐ１において、反応ガスノズル３１からのＴｉＣｌ４ガスがウエハＷに吸着する。次に、ウエハＷが、Ｎ２ガス雰囲気となっている分離空間Ｈ（分離領域Ｄ）を通って第２の処理領域Ｐ２に至ると、ウエハＷに吸着したＴｉＣｌ４ガスが、反応ガスノズル３２からのＮＨ３ガスと反応し、ウエハＷにＴｉＮ膜が成膜される。また、副生成物としてＮＨ４Ｃｌが生成され、これが気相中に放出されて、分離ガスなどとともに排気される。そして、ウエハＷは、分離領域Ｄ（Ｎ２ガス雰囲気の分離空間Ｈ）へ至る。
この間、反応ガスノズル３１からのＴｉＣｌ４ガスと、反応ガスノズル３２からのＮＨ３ガスとの供給が、所定の時間行われたか否かが判定される（ステップＳ１３０）。所定の時間は、成膜しようとするＴｉＮ膜の膜厚等に基づいて決定することができる。
所定の時間が経過していない場合（ステップＳ１３０：Ｎｏ）には、ＴｉＮ膜の成膜（ステップＳ１２０）が継続され、経過した場合（ステップＳ１３０：Ｙｅｓ）には、次のステップＳ１４０へ進む。
ステップＳ１４０では、サセプタ２の回転と反応ガスノズル３２からのＮＨ３ガスの供給は継続され、反応ガスノズル３１からのＴｉＣｌ４ガスの供給が停止される。これにより、ウエハＷは、Ｎ２ガス（分離ガス）とＮＨ３ガスとに順番に曝されることとなる。成膜されたＴｉＮ膜中には、未反応のＴｉＣｌ４や、ＴｉＣｌ４の分解により生じた塩素（Ｃｌ）が残存している可能性がある。未反応のＴｉＣｌ４がＮＨ３ガスと反応してＴｉＮが生成され、また、残存しているＣｌがＮＨ３ガスによりＮＨ４Ｃｌとなって膜中から脱離する。このため、成膜されたＴｉＮ膜中の不純物が低減され、ＴｉＮ膜の膜質が向上し、よって抵抗率を低下させることができる。
ステップＳ１４０の開始後、反応ガスノズル３２からのＮＨ３ガスの供給が所定の時間行われたか否かが判定される（ステップＳ１５０）。ここでの所定の時間もまた、後述するような実験及びその結果に基づいて決定することができる。
所定の時間が経過していない場合（ステップＳ１５０：Ｎｏ）には、ステップＳ１４０が継続され、経過した場合（ステップＳ１５０：Ｙｅｓ）には、次のステップＳ１６０へ進む。
ステップＳ１６０においては、ステップＳ１２０の時間とステップＳ１４０の時間の総計時間が所定の時間に達したかが判定される。所定の時間に達していない場合には（ステップＳ１６０：Ｎｏ）、ステップＳ６３に戻り、ＴｉＮが更に成膜される。所定の時間に達した場合には（ステップＳ１６０：Ｙｅｓ）、ＴｉＣｌ４ガス及びＮＨ３ガスの供給を停止し、成膜を終了する。
ステップＳ１７０では、ウエハＷが、チャンバ１から搬出される。搬出は、ウエハＷのチャンバ１内への搬入と逆の手順で行われる。具体的には、サセプタ２上に載置されたウエハＷの１つが搬送口１５に対向する位置に来たときに、図示しない昇降ピンが上昇し、外部から搬送アーム１０（図３）がチャンバ１内に進入し、上昇したウエハＷにアクセスし、ウエハＷをチャンバ１外に搬出する。そして、この動作を、サセプタ２を間欠的に回転させて総てのウエハＷについて行い、ウエハＷを総て搬出したら、１運転が終了する。
これ以降は、同じ１運転の動作を繰り返すことにより、連続的にウエハＷを成膜処理することが可能となる。
以上が１運転の処理フローであるが、この成膜処理中、ウエハＷが載置されているサセプタ２にも、ウエハＷと同様にＴｉＮ膜が成膜されることになる。ウエハＷは、所定の膜厚でＴｉＮ膜が成膜されれば、成膜処理が終了してチャンバ１から搬出されるが、サセプタ２上には、１運転が連続して行われる限り、サセプタ２上にＴｉＮ膜が堆積されてゆくことになる。つまり、サセプタ２上には、ウエハＷよりも遙かに厚い膜厚でＴｉＮ膜が成膜される。
かかるサセプタ２上のＴｉＮ膜は、厚みを増すにつれて膜の応力が高くなる。また、ＴｉＮ膜の成膜処理は、５００℃以上の例えば５５０℃、６１０℃といった高温で行われるため、アニール効果により、低温プロセスの場合よりも、粒径の大きいＴｉＮ膜が成膜される。このような要因から、５００℃以上のＴｉＮ膜の成膜プロセスでは、サセプタ２からＴｉＮ膜の一部が破片となって脱離し、これがパーティクル（異物、ゴミ）となってウエハＷ上に載ってしまうという問題を生じた。また、これらのパーティクルは、サセプタ２上のみからではなく、ＴｉＮ膜が成膜されるチャンバ１の内面全体から発生していることも考えられる。
そこで、実施形態１に係る成膜方法では、１運転を所定回数連続的に行った後、チャンバ１内にウエハＷが存在しない状態で、チャンバ１内に酸化ガスを供給する酸化工程を行う。かかる酸化工程を行うことにより、サセプタ２の表面に成膜されたＴｉＮ膜の表面が酸化され、極めて薄いＴｉＯ膜（又はＴｉＯＮ膜）が形成され、次に成膜されたＴｉＮ膜との結晶性を分断させることができる。また、薄いＴｉＯ膜を挟むことにより、ＴｉＮ膜のストレスを緩和するころができ、パーティクルの発生を抑制することができる。つまり、ＴｉＮ膜の１運転を所定回数連続する度に、チャンバ１内を酸化する酸化工程を挟むようにすれば、サセプタ２上に成膜されたＴｉＮ膜を酸化工程の度に分断することができ、パーティクルの発生を抑制することができる。これにより、トータル的に連続運転可能な運転回数を増加させることができ、全体的なスループットを向上させることができる。
図７は、本発明の実施形態１に係る成膜方法の原理を説明するための図である。図７において、シリコン酸化膜ＳｉＯ２上にＴｉＮ膜が成膜されているが、最下段のＴｉＮ膜の柱状結晶の表面に、極めて薄いＴｉＯ膜（又はＴｉＯＮ膜）が形成されている。これにより、最下段のＴｉＮ膜は、下から２段目の柱状結晶のＴｉＮ膜とは結晶的に分断され、柱状結晶が連続的に厚く形成されることを防止している。また、下から２段目のＴｉＮ膜の柱状結晶の表面にも、極めて薄いＴｉＯ膜（又はＴｉＯＮ膜）が形成されており、この上段に下から３段目のＴｉＮ膜が形成された場合であっても、下から２段目のＴｉＮ膜と下から３段目のＴｉＮ膜との結晶性を分断することができる。このように、ＴｉＮ膜を厚さ方向に分断することにより、ＴｉＮ膜内に発生する応力も緩和することができ、ＴｉＮ膜の表面からＴｉＮ膜の破片が遊離してパーティクルとなることを抑制することができる。
なお、酸化ガスの供給は、図２、図３に示した酸化ガスノズル９２から行うようにしてよい。上述のように、チャンバ１内で最も厚くＴｉＮ膜が成膜される箇所はサセプタ２の表面であるので、サセプタ２の表面に酸化ガスを供給すべく、サセプタ２表面付近でサセプタ２に対向させて酸化ガスを供給するのが最も効果的である。よって、図２、３に示すように、酸化ガスノズル９２は、サセプタ２に対しては、成膜時に用いる反応ガスノズル３１、３２及び分離ガスノズル４１、４２と同様の配置関係で、かつ、反応ガスノズル３１、３２及び分離ガスノズル４１、４２の妨げとならない任意の箇所に設けられる。図２、３に示す例においては、第２の処理領域Ｐ２内で、反応ガスノズル３２から離れた位置に配置されている。このように、成膜時とほぼ同じ条件で酸化ガスをサセプタ２上に供給すれば、チャンバ１内の他の箇所に僅かに成膜されているＴｉＮ膜も、成膜時と同程度の割合で酸化ガスが供給されるので、適切なレベルで酸化が行われると考えられる。
なお、サセプタ２の表面上のＴｉＮ膜の表面に形成されるＴｉＯ膜は、膜と呼べない程度の薄い層、つまり、ＴｉＮ膜の表面を酸化するレベルで十分である。ＴｉＯ膜は、上段と下段のＴｉＮ膜の結晶の連続性を分断できれば、その役割を十分果たせるので、ＴｉＮ膜の柱状結晶の表面を軽く酸化できれば十分である。よって、長く酸化工程を設ける必要も無く、全体のスループットを低下させるおそれも無いと言ってよい。
なお、酸化ガスノズル９２から供給される酸化ガスは、サセプタ２上のＴｉＮ膜の酸化が可能であれば、Ｏ２ガス、Ｏ３ガス、Ｈ２Ｏガス等、用途に応じて種々の酸化ガスを用いることができ、更にこれらをプラズマ化したガスを用いてもよい。但し、費用的なことを考慮すれば、Ｏ２ガスが最も安価であるので、Ｏ２ガスを酸化ガスとして用いるようにしてもよい。
次に、図８を用いて、実施形態１に係る成膜方法の処理フローについて説明する。図８は、本発明の実施形態１に係る成膜方法の処理フローの一例を示した図である。
ステップ２００では、コーティング工程が行われる。コーティング工程では、ウエハＷをチャンバ１内に搬入しない状態で、サセプタ２の表面に、ＴｉＮ膜を成膜する工程である。ＴｉＮ膜は、反射性の膜であるため、石英のサセプタ２の表面が剥き出しの状態では、温度の平衡状態を作ることができない。そこで、ウエハＷへの成膜を開始する前に、サセプタ２の表面にＴｉＮ膜を成膜し、全体がＴｉＮ膜で覆われて平衡状態を保つことが可能となった状態で成膜を開始する。具体的には、図６のステップＳ１１０〜Ｓ１３０の処理を行うとともに、ステップＳ１３０の所定時間をコーティング用の時間に変更すればよい。また、サセプタ２の回転数や、チャンバ１内の温度、圧力等も、成膜時とは異なるものとしてもよい。なお、コーティング工程は、連続運転の最初に１回行えば十分であり、以後、連続的な運転中には行う必要が無い。
ステップＳ２１０では、成膜処理の１運転が実施される。具体的には、図６で説明した１運転の処理フローが行われる。１運転を終了したら、ステップＳ２２０に進む。なお、１運転は、ウエハＷがチャンバ１内に搬入され、成膜処理が終了してウエハＷがチャンバ１外に搬出されるまでを意味するので、１運転の実施後は、チャンバ１内にはウエハＷは存在しない。
ステップＳ２２０では、１運転を連続的に行う回数が、所定回数に到達したか否かが判定される。所定回数は、サセプタ２の表面上に成膜されたＴｉＮ膜の結晶性を分断したい膜厚に合わせて設定されてよいが、例えば、１０回といった、５〜２０回の範囲内となるように設定してもよい。当然、これらの回数は、成膜プロセスで形成するＴｉＮ膜の膜厚と関連しているので、実際の成膜プロセスとの関係で、適切な回数に設定することができる。
ステップＳ２２０で、１運転の連続運転回数が所定回数に到達していない場合には、ステップＳ２１０に戻り、１運転を連続して行う。所定回数に到達するまでは、ステップＳ２１０の１運転を繰り返すことになる。
ステップＳ２２０で、１運転の連続運転回数が所定回数に到達していると判定された場合には、ステップＳ２３０に進む。
ステップＳ２３０では、酸化工程が行われる。ウエハＷが搬入されていない状態で、酸化ガスノズル９２（図２、３参照）から、Ｏ２ガス、Ｏ３ガス、Ｈ２Ｏガス等の酸化ガスが供給され、サセプタ２の表面が酸化される。これにより、柱状結晶をなすＴｉＮ膜の表面が酸化され、極めて薄い酸化膜がサセプタ２の表面に形成されたＴｉＮ膜の表面に形成される。
なお、酸化工程においては、成膜時と同様に、サセプタ２を回転させた状態で行うことが好ましい。サセプタ２の表面全体にＴｉＮ膜が成膜されているため、サセプタ２の表面全体に酸化ガスを供給し、表面全体を酸化する必要があるからである。しかしながら、サセプタ２の回転速度は、成膜時のように、１２０ｒｐｍ、２４０ｒｐｍといった高速とする必要は無く、１〜１２ｒｐｍ程度、例えば６ｒｐｍとしてもよい。これは、サセプタ２の表面全体に酸化ガスを行き渡らせる必要があるため、必要以上に高速回転させるよりも、低速で回転させた方が酸化ガスとの接触が確実だからである。また、流量についても、大量に酸化ガスを供給する必要は無く、例えば、１０ｓｌｍ以下の９ｓｌｍ、１ｓｌｍといった流量としてもよい。更に、酸化工程の時間も、必要以上に長く行う必要は無く、１２０秒以下の６０秒、３０秒といった時間でよい。サセプタ２の表面全体を少しだけ酸化すればよいので、低流量、短時間、低速回転で酸化工程を行うことができる。これにより、本来の成膜工程に大きなロスタイムを与えることなく、サセプタ２上のＴｉＮ膜の結晶性を分断し、膜ストレスを低減させてパーティクルの発生を抑制することができる。酸化工程を行うべき所定時間が経過したら、ステップＳ２４０に進む。
ステップＳ２４０では、成膜処理の１運転が実施される。図６で説明した処理フローが再度実行されることになる。ここで、酸化工程を行うべき連続運転回数のカウントはリセットされ、また１からカウントが始まる。
ステップＳ２５０では、１運転の連続運転回数が、酸化工程を実施する所定回数に到達したか否かが判定される。ステップＳ２５０において、酸化工程を実施すべき所定回数に到達していないと判定されたら、ステップＳ２６０に進む。
ステップＳ２６０では、トータルでの連続運転回数が、全運転回数に到達したか否かが判定される。成膜処理の連続運転回数は、例えば、１０００回（１０００ラン）、１５００ラン、８００ランといった、チャンバ１内のクリーニングを行うまでの回数に設定される。つまり、総連続運転回数は、クリーニングを行わずに成膜処理の連続運転を継続する回数を意味する。
ここで、パーティクルの発生が多いと、これを解消するためにチャンバ１内のクリーニングを行わざるを得ない。本実施形態に係る成膜方法においては、所定回数の連続運転の合間に酸化工程を導入したことにより、パーティクルの発生を抑制しているので、クリーニングを行う間隔を長くすることができる。よって、総連続運転回数を多く設定することができ、スループットを高めることができる。
ステップＳ２６０で、今までの総運転回数が、設定された全運転回数に到達していた場合には、処理フローを終了する。一方、今までの総運転回数が設定された全運転回数に到達していない場合には、ステップＳ２４０に戻り、成膜処理の１運転が実施される。
以後、ステップＳ２４０、Ｓ２５０、Ｓ２６０を繰り返し、ステップＳ２５０で、Ｓ２３０の酸化工程実施後の１運転の連続運転回数が所定回数に到達した場合には、ステップＳ２３０に戻り、酸化工程が実行される。酸化工程が実行されたら、カウントはリセットされ、ステップＳ２４０から１運転を再び連続的に実施するとともに、全体の連続運転回数のカウントは蓄積してゆく。
そして、Ｓ２６０で、全体の連続運転回数が設定された全運転回数に到達した段階（例えば、１０００ラン）で、処理フローを終了する。この後は、チャンバ１内が、フッ素系のガス、例えばＣｌＦ３ガスを用いてクリーニング処理されることになる。
このように、連続成膜処理の運転を所定回数実施した後、チャンバ１内のサセプタ２を酸化する酸化工程を導入することにより、パーティクルの発生を抑制し、総ラン数を増加させることができる。
なお、これらラン数のカウント及び処理は、制御部１００で行うようにしてよい。
また、図８においては、酸化工程を実施する連続運転の回数を、全連続運転を通じて一定の例を挙げて説明したが、これを、段階に応じて変化させるようにしてもよい。例えば、５００ランまでは１０回の成膜処理に対し、１回酸化工程を入れるが、５００ラン以降は、８回の成膜処理に対し、１回酸化工程を入れる、というような設定としてもよい。例えば、ラン数が増加するにつれて、酸化工程の回数を増やした方がよい場合には、そのような、連続運転中における所定回数の設定の変更を行うようにしてもよい。これにより、種々のプロセスに適した条件設定を行うことができ、パーティクル発生の抑制とラン数の更なる増加を図ることができる。
（実施例）
次に、実施形態１に係る成膜方法を実施した実施例について説明する。
図９は、本発明の実施例１に係る成膜方法の実施結果を示した図である。図９（Ａ）は、本発明の実施例１に係る成膜方法の実施結果を示したグラフである。実施例１においては、条件１〜５を設定し、酸化工程を導入した成膜方法を実施した。具体的には、酸化の条件を条件１〜５まで設定し、１０〜２０ラン（１０回転の１運転）毎に１回、サセプタを酸化する酸化工程を行った。各条件は、以下の通りである。なお、流量は酸化ガス流量、回転速度はサセプタの回転速度、圧力はチャンバ内の圧力、時間は酸化工程の時間を意味する。
条件１：流量９ｓｌｍ、回転速度６ｒｐｍ、圧力２Ｔｏｒｒ、時間６０ｓｅｃ
条件２：流量９ｓｌｍ、回転速度６ｒｐｍ、圧力２Ｔｏｒｒ、時間３０ｓｅｃ
条件３：流量１ｓｌｍ、回転速度６ｒｐｍ、圧力２Ｔｏｒｒ、時間３０ｓｅｃ
条件４：流量９ｓｌｍ、回転速度１２０ｒｐｍ、圧力２Ｔｏｒｒ、時間３０ｓｅｃ
条件５：流量１ｓｌｍ、回転速度１２０ｒｐｍ、圧力２Ｔｏｒｒ、時間３０ｓｅｃ
図９（Ａ）において、縦の棒グラフがパーティクルの発生数を示し、横がラン数を示している。また、図９（Ａ）において、破線が酸化工程を実行したタイミングであるが、条件１〜５のいずれの場合においても、パーテティクル数が徐々に増加してきたときに、酸化工程を行うと、次の運転において、パーティクル数が激減していることが示されている。このように、適切なタイミングで酸化工程を行うことにより、パーティクルの発生を確実に抑制できることが示されている。
一方、図９（Ａ）のパーティクルの減少度合から、各条件同士で酸化工程の効果を比較すると、条件３の酸化工程の後が最もパーティクル数が減少しており、最もパーティクル効果が高いことが分かる。条件３は、酸化ガスの流量が１ｓｌｍで９ｓｌｍよりも低流量、回転速度は１２０ｒｐｍよりも遙かに遅い６ｒｐｍ、時間は６０ｓｅｃよりも短い３０ｓｅｃである。よって、低流量、低速回転、短時間で酸化工程を行うのが効果的であり、コストとスループットの観点からも好ましい結果が出ていることが分かる。
よって、実施例１の結果から、本実施形態に係る成膜方法における酸化ガス流量は１〜１０ｓｌｍ、好ましくは１〜９ｓｌｍ、更に好ましくは１〜５ｓｌｍとしてもよい。また、サセプタの回転速度は、１〜２４０ｒｐｍの範囲、好ましくは１〜１２０ｒｐｍの範囲、より好ましくは１〜２０ｒｐｍの範囲、更に好ましくは１〜６ｒｐｍとしてもよい。また、時間は、１〜１２０ｓｅｃの範囲、好ましくは１〜６０ｓｅｃの範囲、より好ましくは１〜３０ｓｅｃの範囲としてもよい。
図９（Ｂ）は、実施例１に係る成膜方法の実施結果のサセプタ上のＴｉＮ膜のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）による断面写真である。図９（Ｂ）に示すように、条件１〜５付近では、ＴｉＮ膜の柱状結晶が分断されていることが分かる。
このように、サセプタ上のＴｉＮ膜を適切なタイミングで酸化することにより、ＴｉＮ膜の結晶性を薄いＴｉＯ膜（又はＴｉＯＮ膜）により分断できることが分かる。
図１０は、本発明の実施例２に係る成膜方法の実施結果を示した図である。実施例２においては、ＴｉＮ膜の成膜工程を行った後、酸化工程をアニールともに行い、ＴｉＮ膜のストレスの変化を酸化工程の前後において比較した結果を示している。なお、酸化工程は、酸化ガスをＯ２ガスとして酸化時間を３００ｓｅｃ、６００ｓｅｃ、１０９５ｓｅｃとしたもの、酸化ガスをＯ３ガスとして酸化時間を３００ｓｅｃ、６００ｓｅｃとしたもの、酸化ガスをプラズマとして酸化時間を３００ｓｅｃとしたもの、について各々行った。なお、アニール温度は総て３００℃である。
図１０に示す通り、いずれの場合においても、成膜直後のＢよりも、酸化後のＡの方がＴｉＮ膜のストレスは小さくなっている。よって、ＴｉＮ膜の表面を酸化することで、ＴｉＮ膜のストレスが緩和されることが分かる。
また、図１０内の結果を比較すると、酸化ガスとしてＯ３ガスを用いた場合は、ストレスの低減幅が大きい。よって、酸化力が強い酸化ガスを用いれば、ストレスの低減効果が大きくなることが分かる。従って、酸化ガスとして、より酸化力の大きい酸化ガスを用いるように、例えば、Ｏ３ガスを用いるようにしてもよい。但し、酸化ガスに何を選択するかは、このようなストレス低減効果の他、費用等も考慮する必要があるので、用途に応じて適宜選択してよい。
図１１は、実施例３に係る成膜方法の実施結果を示した図である。実施例３においては、酸化工程を行うことによるＴｉＮ膜のストレスへの影響を測定した。図１１において、最も左側は、ＴｉＮ膜を１００ｎｍ成膜した場合のストレスを示している。また、左から２番目は、ＴｉＮ膜を５０ｎｍ成膜した場合のストレスを示している。また、左から３番目は、ＴｉＮ膜を５０ｎｍ成膜し、一旦チャンバから搬出し、その上にまたＴｉＮ膜を５０ｎｍ成膜し、合計１００ｎｍ成膜した場合のストレスを示している。これらの酸化工程を経ないＴｉＮ膜の場合、総てストレスは１．４３ＧＰａ又は１，４２ＧＰａであり、総てほぼ同様の結果が得られた。
一方、右側の３つの値は、５０ｎｍのＴｉＮ膜の表面を酸化した場合のストレス変化の結果を示している。右から３番目は、酸化工程を行わない５０ｎｍの膜厚のＴｉＮ膜であり、この膜のストレスは、左から２番目と同様に、１．４３ＧＰａである。
右から２番目の値は、５０ｎｍのＴｉＮ膜の表面を、Ｏ３ガスを用いて３００℃でアニールして酸化した場合のＴｉＮ膜のストレスであり、ストレスが０．９６ＧＰａとなり、大幅に減少している。
最も右の値は、表面が酸化された５０ｎｍのＴｉＮ膜の上に、５０ｎｍのＴｉＮ膜を成膜し、その後に膜全体のストレスを測定した結果である。この数値は、１．２２ＧＰａであり、右から２番目の結果よりは高いが、右から３番目の酸化工程を経ない５０ｎｍのＴｉＮ膜よりも小さな値となっている。
よって、これらの結果から、ＴｉＮ膜を酸化アニールすることにより、ＴｉＮ膜のストレスを低減させることができ、ＴｉＮ膜の間に酸化アニールした薄いＴｉＯ膜（又はＴｉＯＮ膜）を挟むと、ＴｉＮ膜のみを成膜した膜よりもストレスを低減させることができることが分かる。
このように、実施例の結果から、実施形態１に係る成膜方法によれば、ＴｉＮ膜のストレスを緩和でき、パーティクルの発生を低減できることが分かる。
〔実施形態２〕
実施形態１において、本発明に係る成膜方法をＡＬＤ成膜装置に適用した例を挙げて説明したが、本発明に係る成膜方法は、他の成膜装置にも好適に適用することができる。
実施形態２においては、本発明に係る成膜方法を、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）成膜装置に適用した例について説明する。
図１２は、本発明の実施形態２に係る成膜方法を実施可能なＣＶＤを用いたＴｉＮ成膜装置２１６の一例を示す断面図である。この成膜装置は、気密に構成された略円筒状のチャンバ２３１を有しており、その中には被処理体である半導体ウエハＷを水平に支持するためのサセプタ２３２が円筒状の支持部材２３３により支持された状態で配置されている。サセプタ２３２の外縁部には半導体ウエハＷをガイドするためのガイドリング２３４が設けられている。また、サセプタ２３２にはヒーター２３５が埋め込まれており、このヒーター２３５は電源２３６から給電されることにより被処理体である半導体ウエハＷを所定の温度に加熱する。電源２３６にはコントローラー２３７が接続されており、これにより図示しない温度センサーの信号に応じてヒーター２３５の出力が制御される。
チャンバ２３１の天壁２３１ａには、シャワーヘッド２４０が設けられている。このシャワーヘッドには多数のガス吐出孔２４０ａおよび２４０ｂが交互に形成されている。ガス吐出孔２４０ａにはＴｉＣｌ4源２５１が配管２４３およびそこから分岐した配管２４１を介して接続されており、ガス吐出孔２４０ｂにはＮＨ3源２４９が配管２４４およびそこから分岐した配管２４２を介して接続されている。すなわち、シャワーヘッド２４０は、マトリックスタイプであり、反応ガスであるＴｉＣｌ4ガスおよびＮＨ3ガスが交互に形成された異なる吐出孔から吐出し、吐出後に混合されるポストミックス方式が採用されている。
また、配管２４３には、酸化ガスであるＯ２源２５２に接続された配管２４５が接続されており、バルブ２５３を切り替えることにより、配管２４１および吐出孔２４０ａを介して酸化ガスであるＯ２ガスがチャンバ２３１内に供給される。一方、配管２４４には、Ｎ2源２５０に接続された配管２４６が接続されており、バルブ２５４を切り替えることにより、配管２４２および吐出孔２４０ｂを介してＮ2ガスがチャンバ２３１内に供給される。また、Ｎ2ガスの配管２４６はバルブ２５５を介して配管２４３にも接続されている。また、配管２４４には、ＭＭＨ源２４８から延びる配管２４７が接続されており、配管２４４，２４２を介してガス吐出孔２４０ｂからチャンバ２３１内にＭＭＨガスも供給可能となっている。なお、各ガス源からの配管には、いずれもバルブ２５６およびマスフローコントローラー２５７が設けられている。
チャンバ２３１の底壁２３１ｂには、排気管２３８が接続されており、この排気管には真空ポンプ２３９が接続されている。そしてこの真空ポンプ２３９を作動させることによりチャンバ３１内を所定の真空度まで減圧することができる。なお、チャンバ２３１内にはパージガス供給源からパージガスとして例えばＮ2ガスが供給可能となっている。
このような装置によりＴｉＮ膜を成膜するには、まず、チャンバ２３１内に半導体ウエハＷを装入し、ヒーター２３５によりウエハＷを加熱しながら真空ポンプ２３９により真空引きして高真空状態にし、引き続き、Ｎ2ガスおよびＮＨ3ガスを所定の流量比、例えばＮ2ガス：５０〜５００SCCM、ＮＨ3ガス：２００〜４００SCCMでチャンバ２３１内に導入してチャンバ２３１内を例えば１〜１０Torr にし、プリアニールを行う。次に、チャンバ２３１内を０．１〜１Torrにし、Ｎ2ガスおよびＮＨ3ガスの流量を維持したまま、ＴｉＣｌ4を例えば５〜２０SCCMの流量で５〜２０秒間程度プリフローし、引き続き同じ条件でＴｉＮ膜の成膜を所定時間行う。なお、半導体ウエハＷをチャンバ２３１内に装入してから成膜終了までの間、パージガスとして例えばＮ2ガスを所定量流しておくことが好ましい。また、ＮＨ3ガスとＭＭＨガスを併用しても構わない。
成膜終了後、ＮＨ3ガス雰囲気でのアフターアニールを行う。また、不活性ガスによりアニールを行ってもよい。不活性ガスとしてはＮ2、Ａｒ、Ｈｅ等を用いることができる。この不活性ガスのアニールにより、ＴｉＮ柱状結晶の安定化という効果が付加される。この場合のアニール時間は３０秒間以下の短時間で十分である。その後、チャンバ２３１から半導体ウエハが搬出される。
実施形態２に係るＣＶＤを用いたＴｉＮ成膜装置では、以上のようにしてＴｉＮ膜を成膜処理する１運転が行われる。
１運転以外の処理フローについては、実施形態１に係る成膜方法をそのまま適用することができる。具体的には、図８において説明した処理フローをそのまま適用することができる。なお、酸化工程における酸化ガスの供給は、Ｏ２ガス源２５２から行う。酸化ガスとしては、Ｏ２ガス以外に、Ｏ３ガス等他のガスを用いてもよい点は、実施形態１に係る成膜方法と同様である。
また、図８で説明したステップＳ２００のコーティング工程は、必要に応じて行えばよく、必須ではない。その他の内容については、実施形態１と同様であるので、その説明を省略する。
実施形態２に係る成膜方法によれば、ＣＶＤを用いた成膜装置を用いた場合にも、サセプタ上に成膜されるＴｉＮ膜の結晶性を分断し、パーティクルの発生を抑制することができる。
〔実施形態３〕
本発明の実施形態３に係る成膜方法においては、熱処理装置を用いて成膜を行う場合について説明する。
まず、実施形態３に係る成膜方法を実施可能な熱処理装置について説明する。
図１３に、本発明の実施形態３に係る成膜方法を実施可能な熱処理装置の一例の概略構成図を示す。なお、本実施形態においては、半導体ウエハＷを一度に多数枚収容して成膜処理を施すことができる縦型熱処理装置の例について説明する。
図１３に示されるように、縦型の熱処理装置３０２は、長手方向が垂直である処理容器３０４を有する。処理容器３０４は、例えば、有天井の外筒３０６と、外筒３０６の内側に同心的に配置された円筒体の内筒３０８とを有する、２重管構造で構成される。
外筒３０６及び内筒３０８は、石英などの耐熱性材料から形成される。外筒３０６及び内筒３０８は、ステンレスなどから形成されるマニホールド３１０によって、その下端部が保持される。マニホールド３１０は、ベースプレート３１２に固定される。なお、マニホールド３１０を設けず、処理容器３０４全体を、例えば石英によって形成する構成であっても良い。
マニホールド３１０の下端部の開口部には、例えばステンレススチールから形成される円盤状のキャップ部３１４が、Ｏリングなどのシール部材３１６を介して気密封止可能に取り付けられている。また、キャップ部３１４の略中心部には、例えば磁性流体シール３１８によって気密状態で回転可能な回転軸３２０が挿通されている。この回転軸３２０の下端は、回転機構３２２に接続されており、上端は、例えばステンレススチールから形成されるテーブル３２４が固定されている。
テーブル３２４上には、例えば石英製の保温筒３２６が設置されている。また、保温筒３２６上には、支持具として例えば石英製のウエハボート３２８が載置される。
ウエハボート３２８には、例えば５０〜１５０枚の被処理体としての半導体ウエハWが、所定の間隔、例えば１０ｍｍ程度のピッチで収容される。ウエハボート３２８、保温筒３２６、テーブル３２４及びキャップ部３１４は、例えばボートエレベータである昇降機構３３０により、処理容器３０４内に一体となってロード、アンロードされる。
マニホールド３１０の下部には、処理容器３０４内に処理ガスを導入するための、ガス導入手段３３２が設けられる。ガス導入手段３３２は、マニホールド３１０を気密に貫通するように設けられたガスノズル３３４を有する。
なお、図１３では、ガス導入手段３３２が１つのみ示されているが、実際には、処理容器３０４の円筒方向に沿って、複数のガス導入手段３３２が配置される。本実施形態に係る成膜方向を実施するためには、ＴｉＣｌ４ガス、ＮＨ３ガス及びＯ２ガス等の酸化ガスの少なくとも３種類のガスを処理容器３０４内に導入する必要があるため、ガス導入手段３３２は少なくとも３つは設けられる。また、ガスノズル３３４から処理容器３０４へと導入されるガスは、図示しない流量制御機構により、流量制御される。
マニホールド３１０の上部には、ガス出口３３６が設けられており、ガス出口３３６には排気系３３８が連結される。排気系３３８は、ガス出口３３６に接続された排気通路３４０と、排気通路３４０の途中に順次接続された圧力調整弁３４２及び真空ポンプ３４４とを含む。排気系３３８により、処理容器３０４内の雰囲気を圧力調整しながら排気することができる。
処理容器３０４の外周側には、処理容器３０４を囲むようにしてウエハWなどの被処理体を加熱するヒーター装置３４８が設けられる。
かかる熱処理装置３０２では、ウエハＷをウエハボート３２８に複数枚載置し、処理容器３０４のキャップ部３１４を開閉し、昇降機構３３０を用いて、ウエハボート３２８を処理容器３０４内に搬入、搬出する。
ＴｉＮ膜の成膜は、ガス導入手段３３２から、ノズル３３４を通じて処理容器３０４内に導入される。また、その際、ヒーター装置３４８を用いて加熱され、多数のウエハＷにＴｉＮ膜が成膜される。
このようにしてＴｉＮ膜を成膜する熱処理装置３０２においても、実施形態１において説明した図８の処理フローを適用することができる。つまり、所定回数、連続的にＴｉＮ膜のバッチ成膜を繰り返し、所定回数に到達したら、ウエハボート３２８にウエハＷが載置されていない状態でウエハボート３２８を処理容器３０４内に導入し、その状態で処理容器３０４内にＯ２ガス等の酸化ガスがガス導入手段３３２を介して導入され、処理容器３０４内が酸化される。これにより、ウエハボート３２８や、処理容器３０４内の表面に形成されていたＴｉＮ膜が酸化され、ＴｉＮ膜の結晶性を分断することができ、パーティクルの発生を抑制することができる。
その他の内容については、実施形態１に係る成膜方法と同様であるので、その説明を省略する。
実施形態３に係る成膜方法によれば、熱処理装置を用いたＴｉＮ膜の成膜においても、ウエハボートや処理容器内のＴｉＮ膜の結晶性を分断し、パーティクルの発生を抑制することができる。
なお、実施形態１〜３においては、ＴｉＮ膜を成膜する場合を例に挙げて説明したが、本発明に係る成膜方法は、酸化膜の成膜以外であれば、成膜の連続運転の合間の適切なタイミングで処理室内酸化工程を行うことにより、サセプタ等の処理室内の成膜の結晶性を分断できればよいので、種々の成膜に応用できる。具体的には、Ｔｉ以外の他の元素を含む窒化膜、例えば、ＴａＮ膜等の成膜時にも適用可能である。
以上、本発明の好ましい実施形態体及び実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施形態及び実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
１、２３１ チャンバ
２、２３２ サセプタ
７、２３５ ヒータユニット
３１、３２ 反応ガスノズル
４１、４２ 分離ガスノズル
９２ 酸化ガスノズル
１００ 制御部
２４０ シャワーヘッド
３０４ 処理容器
３２８ ウエハボート
３３２ ガス導入手段
３３４ ノズル

Claims (11)

  1. 基板を処理室内に搬入して前記基板上に窒化膜を成膜する成膜処理を行い、該成膜処理が終了してから前記基板を前記処理室内から搬出するまでを１運転とし、該１運転を複数回繰り返して複数枚の前記基板を継続的に成膜処理する成膜方法であって、
    前記１運転を所定回数連続的に行う連続運転工程と、
    前記処理室内に酸化ガスを供給して前記処理室内を酸化する酸化工程と、を含み、
    前記処理室内には、前記基板を表面上の凹部に載置可能なサセプタが設けられ、該サセプタを回転させながら該サセプタ上に載置された前記基板に前記成膜処理及び前記酸化工程を行い、
    前記酸化工程中の前記サセプタの回転速度は、前記成膜処理中の前記サセプタの回転速度よりも遅く設定された成膜方法。
  2. 前記連続運転工程と、前記酸化工程とを１サイクルとして、前記処理室内のクリーニングを行わずに該１サイクルを所定サイクル数繰り返す工程を含む請求項１に記載の成膜方法。
  3. 前記所定サイクル数繰り返した後、前記１運転の所定回数を変更して新たな１サイクルとする請求項２に記載の成膜方法。
  4. 前記所定サイクル数繰り返した後、前記所定サイクル数を変更して新たな所定サイクルとする請求項２又は３に記載の成膜方法。
  5. 前記窒化膜は、ＴｉＮ膜である請求項１乃至４のいずれか一項に記載の成膜方法。
  6. 前記酸化ガスは、酸素、オゾン又は水を含むガス、又はこれらのプラズマ化ガスである請求項１乃至５のいずれか一項に記載の成膜方法。
  7. 前記酸化ガスは、水素を含まない酸素、オゾン又はこれらのプラズマ化ガスである請求項６に記載の成膜方法。
  8. 前記サセプタは、前記サセプタの周方向に沿って複数の前記基板が載置可能であり、前記１運転で複数の前記基板の成膜処理を行う請求項１乃至７のいずれか一項に記載の成膜方法。
  9. 前記成膜処理は、原子層成膜法又は分子層成膜方法により行われる請求項１乃至８のいずれか一項に記載の成膜方法。
  10. 前記成膜処理は、基板温度が５００℃以上で行われる請求項１乃至９のいずれか一項に記載の成膜方法。
  11. 前記成膜処理は、基板温度が５５０℃以上で行われる請求項１０に記載の成膜方法。
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