CN114929933A - 成膜方法、成膜装置以及半导体装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

成膜方法包括：在处理容器内设置基板；对处理容器内的基板进行金属系膜的成膜；之后，在处理容器内设置有基板的状态下，向处理容器内供给含Si气体。

Description

成膜方法、成膜装置以及半导体装置的制造方法
技术领域
本公开涉及一种成膜方法、成膜装置以及半导体装置的制造方法。
背景技术
在半导体器件的制造工序中，例如在DRAM的下部电极等电极、阻挡膜等各种用途中使用如TiN膜那样的金属系膜。在如TiN膜那样的金属系膜的成膜中使用通常的薄膜形成技术，在专利文献1中记载有通过原子层沉积法(Atomic Layer Deposition：ALD法)来进行TiN膜的成膜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-78418号公报
发明内容
发明要解决的问题
本公开提供一种能够在进行金属系膜的成膜时抑制膜表面的氧化的成膜方法、成膜装置以及半导体装置的制造方法。
用于解决问题的方案
本公开的一个方式所涉及的成膜方法包括：在处理容器内设置基板；对所述处理容器内的所述基板进行金属系膜的成膜；之后，在所述处理容器内设置有所述基板的状态下，向所述处理容器内供给含Si气体。
发明的效果
根据本公开，提供一种能够在进行金属系膜的成膜时抑制膜表面的氧化的成膜方法、成膜装置以及半导体制造方法。
附图说明
图1是表示一个实施方式所涉及的成膜方法的流程图。
图2是表示一个实施方式所涉及的成膜方法的工序截面图。
图3是表示将一个实施方式的成膜方法应用于TiN膜的成膜的情况下的成膜装置的一例的截面图。
图4是表示由图3的装置进行成膜处理的半导体晶圆的构造例的截面图。
图5是表示对图4的半导体晶圆进行了TiN膜的成膜后的状态的截面图。
图6是表示在TiN膜成膜后进行向腔室内供给作为含Si气体的DCS气体的工序、以在TiN膜的表面形成有表面层的状态的截面图。
图7是表示TiN膜的成膜工序和含Si气体供给工序的具体的气体供给序列的时间图，是1次(1个循环)供给SiH4气体作为含Si气体的情况。
图8是表示TiN膜的成膜工序和含Si气体供给工序的具体的气体供给序列的时间图，是多次(多个循环)供给SiH4气体作为含Si气体的情况。
图9是TiN膜的成膜工序和含Si气体供给工序的具体的气体供给序列，是交替地多次供给SiH4气体和NH3气的情况。
图10是表示DCS气体流量与TiN膜的电阻率之间的关系的图。
图11是表示DCS气体供给时间与TiN膜的电阻率之间的关系的图。
图12是表示针对作为含Si气体供给工序进行了1个循环的SiH4气体的供给的情况、和插入吹扫地进行了5个循环的SiH4气体的供给的情况、以及在TiN膜成膜后不进行SiH4气体的供给的情况测定TiN膜的薄层电阻及其均匀性得到的结果的图。
图13是表示针对作为含Si气体供给工序进行了1个循环的SiH4气体的供给和NH3气的供给的情况、和进行了5个循环的SiH4气体的供给和NH3气的供给的情况、以及在TiN膜成膜后不进行SiH4气体的供给的情况测定TiN膜的薄层电阻及其均匀性得到的结果的图。
图14是表示在TiN膜的表面形成有表面层之后进行了SiGe膜的成膜的状态的截面图。
具体实施方式
下面，参照附图来对实施方式进行说明。
＜成膜方法的一个实施方式＞
首先，对成膜方法的一个实施方式进行说明。
图1是表示一个实施方式所涉及的成膜方法的流程图，图2是该成膜方法的工序截面图。如图1、图2所示，本实施方式所涉及的成膜方法包括以下工序：在成膜装置的处理容器内设置基板201(步骤1，图2的(a))；对处理容器内的基板201进行金属系膜202的成膜(步骤2，图2的(b))；之后，在处理容器内设置有基板201的状态下，向处理容器内供给含Si气体(步骤3，图2的(c))。
在步骤1中，将用于进行金属系膜的成膜的基板201配置于成膜装置的处理容器内以备成膜。对基板201没有特别限定，例示具有硅等的半导体基体的半导体基板(半导体晶圆)。该情况下的基板201即可以是半导体基体本身，也可以是在半导体基体上形成有具有期望的功能的1个或2个以上的膜的基板。
在步骤2中，作为成膜于基板201上的金属系膜202，能够举出氧化可能导致特性劣化的金属膜和金属化合物膜。作为具体例，能够举出Ti膜、TiN膜、Ta膜、TaN膜、W膜、Al膜、Mo膜、Ru膜、Co膜、Ni膜。
对金属系膜202的成膜方法没有特别限定，例示如ALD法、CVD法、PVD法那样的薄膜形成技术。从得到良好的台阶覆盖性的观点出发，优选ALD法。
步骤3是在进行金属系膜202的成膜后向处理容器内供给含Si气体的成膜后处理。通过供给含Si气体来在金属系膜的表面吸附含Si气体，以形成含有Si的表面层203。
也可以与含Si气体一同供给其它气体、例如作为与含Si气体发生反应的反应气体的氨(NH3)、非活性气体。对含Si气体没有特别限定，能够举出硅烷系化合物、氯硅烷系化合物、有机硅烷系化合物。作为硅烷系化合物，能够举出硅烷(甲硅烷)、乙硅烷。作为氯硅烷系化合物，能够举出二氯硅烷、一氯硅烷、三氯硅烷、四氯化硅、六氯乙硅烷。作为有机硅烷系化合物，能够举出丁基氨基硅烷、双叔丁基氨基硅烷、二甲基氨基硅烷这样的氨基硅烷系化合物。在它们中，能够优选使用在半导体制造工艺中通常使用的二氯硅烷、硅烷、乙硅烷中的至少一种。
在仅供给含Si气体或供给含Si气体和非活性气体的情况下，含Si气体热分解而能够形成Si层作为表面层203。表面层203也可以具有Si与基底反应而得到的反应层。另外，在除了供给含Si气体以外还供给反应气体的情况下，通过含Si气体与反应气体的反应能够形成Si化合物层作为表面层203。例如，在使用如NH3气那样的含氮气体作为反应气体的情况下，能够形成SiN层作为表面层203。
步骤3的供给含Si气体的工序的温度、压力的条件根据所使用的含Si气体而稍微不同，温度优选为400～700℃的范围，压力优选为266.6～13332.2Pa(2～100Torr)的范围。
含Si气体的供给可以为1次，也可以重复多次。在进行1次含Si气体的供给的情况下，能够以供给时间来控制吸附量，在该情况下，含Si气体的供给时间优选为0.05～20sec。另外，能够通过多次重复含Si气体的供给，来以次数控制含Si气体的吸附量，从而能够提高表面层203的层厚的控制性。在该情况下，优选1次含Si气体的供给时间为0.05～4sec的范围，含Si气体的供给次数(循环数)为1次～5次的范围。另外，优选在含Si气体供给之间利用非活性气体进行吹扫。
另外，在除了供给含Si气体以外还供给反应气体的情况下，即可以在供给含Si气体之后供给反应气体，也可以交替地多次供给含Si气体和反应气体。通过交替地多次供给，能够以良好的层厚控制性形成Si化合物层作为表面层203。还可以同时供给含Si气体和反应气体。通过使用例如NH3气作为反应气体，能够形成SiN层作为表面层203。
在供给含Si气体来形成表面层203的情况下，对含Si气体的吸附量没有特别限定，1个分子层以上的吸附量能够得到氧化抑制效果。如果含Si气体的吸附量过多，则担心对特性的影响，因此将吸附量换算成膜厚优选在15nm以下，作为表面层203的厚度，优选在0.5～1nm的范围内。在供给含Si气体和反应气体来形成如SiN层那样的Si化合物层作为表面层203的情况下也同样，作为表面层203的厚度，优选在0.5～1nm的范围内。
下面，对像这样在进行金属系膜的成膜之后实施供给含Si气体的工序的理由进行说明。
将被进行了金属系膜的成膜之后的基板从处理容器搬出来供于下一工序。当在到下一工序为止的期间将基板搬出到大气中时，所形成的金属系膜暴露于大气中的氧、水分，因此从表面起向本体(bulk)方向发生氧化，使特性劣化。例如，膜的电阻上升。特别在膜厚薄的情况下，自表面起的氧化的影响大，因此显著地出现特性的劣化。
因此，在处理容器内在基板201上成膜有金属系膜202之后，向处理容器内供给含Si气体，由此在金属系膜202的表面吸附含Si气体，形成含有Si的表面层203。由此，在金属系膜202的表面不露出的状态下搬出基板，因此抑制金属系膜202的氧化。
也存在下一工序在真空系统的其它处理容器内实施的情况，但即使在该情况下，在真空搬送系统中也多少会产生由氧、水分引起的金属系膜的氧化，因此通过供给含Si气体的工序进行的氧化抑制效果是有效的。
表面层203是将吸附于金属系膜202表面的含Si气体进行加热而形成的，因此也可以具有由所吸附的含Si气体与金属系膜表面的反应而形成的反应层。
如上所述，膜厚越薄则金属系膜的氧化的影响越大，显著地出现电阻增大等特性的劣化，因此在金属系膜的膜厚为5nm以下的情况下，通过含Si气体实现的氧化抑制的效果更大。
在供给含Si气体的工序之后，将基板从处理容器搬出，来通过另外的成膜装置实施下一成膜工序。此时，由于在基板上的金属系膜的表面形成有含有Si的表面层，因此下一成膜工序如果是成膜含Si膜的工序，则亲和性变高。此时，由于在要成膜含Si膜的表面存在有Si，因此能够带来缩短成膜含Si膜时的孵育时间之类的良好影响。
＜针对TiN膜的成膜的应用＞
接着，作为具体的应用例，对TiN膜的成膜进行说明。
作为金属系膜的TiN膜被用作阻挡膜、电极，要求其电阻要低。在TiN膜的成膜中，大多使用能够以较高的台阶覆盖性得到膜质良好的膜的ALD法。在进行了TiN膜的成膜之后，进行下一工序的成膜处理、例如SiGe膜的成膜，但在该情况下，两者的成膜在不同的装置中进行，因此在进行了TiN膜的成膜之后要搬出到大气中。此时，产生大气中的水分、氧使TiN膜氧化而导致电阻上升、从而难以得到良好的器件特性的问题。因此，实施供给含Si气体的工序，以在TiN膜的表面形成表面层，来抑制将基板从处理容器搬出后的TiN膜的氧化。
下面，具体地进行说明。
[TiN膜的成膜装置]
图3是表示将一个实施方式的成膜方法应用于TiN膜的成膜的情况下的成膜装置的一例的截面图。
成膜装置100具有作为处理容器的腔室1、基台(基板载置台)2、喷淋头3、排气部4、气体供给机构5以及控制部6。
腔室1由铝等金属构成，具有大致圆筒状。在腔室1的侧壁部形成有搬入搬出口26，该搬入搬出口26用于由搬送机构(未图示)相对于真空搬送室(未图示)搬入及搬出作为基板的半导体晶圆(下面，简称为晶圆)W，搬入搬出口26能够由闸阀27进行开闭。在腔室1的主体上设置有截面呈矩形形状的圆环状的排气管道28。在排气管道28，沿着内周面形成有窄长口(slit)28a。另外，在排气管道28的外壁形成有排气口28b。在排气管道28的上表面，以塞住腔室1的上部开口的方式设置有顶壁29。顶壁29与排气管道28之间被密封环30气密地密封。
基台2用于在腔室1内载置作为基板的晶圆W，所述基台2呈与晶圆W对应的大小的圆板状，被水平地设置。基台2支承于支承构件33。在基台2的内部埋入有用于加热晶圆W的加热器31。加热器31由加热器电源(未图示)供电而发热。而且，通过控制加热器31的输出，来将晶圆W控制为规定的温度。在基台2，以覆盖晶圆载置面的外周区域及侧面的方式设置有陶瓷制的罩构件32。
支承基台2的支承构件33从基台2的底面中央起以贯通形成于腔室1的底壁的孔部的方式延伸到腔室1的下方，所述支承构件33的下端与升降机构34连接，能够通过升降机构34使基台2经由支承构件33在图3所示的处理位置与该处理位置的下方的用单点划线表示的能够进行晶圆的搬送的搬送位置之间进行升降。另外，在支承构件33的处于腔室1的下方的位置安装有凸缘部35，在腔室1的底面与凸缘部35之间设置有波纹管36，所述波纹管36将腔室1内的气氛与外部空气划分开，该波纹管36随着基台2的升降动作而伸缩。
在腔室1的底面附近，以从升降板37a向上方突出的方式设置有3个(仅图示出2个)晶圆支承销37。晶圆支承销37能够通过设置于腔室1的下方的升降机构38经由升降板37a进行升降，从而能够插通于处于搬送位置的基台2的所设置有的贯通孔22来相对于基台2的上表面突出退回。由此，在晶圆搬送机构(未图示)与基台2之间进行晶圆W的交接。
喷淋头3用于以喷淋状向腔室1内供给处理气体，以与基台2相向的方式设置在腔室1的上部，喷淋头3具有与基台2大致相同的直径。喷淋头3具有固定于腔室1的顶壁29的主体部39和连接于主体部39下的喷淋板40。在主体部39与喷淋板40之间形成有气体扩散空间41。
在气体扩散空间41内设置有多个气体分散构件42。在气体分散构件42的周围形成有多个气体喷出孔。气体分散构件42与设置于主体部39的多个气体供给路43各自的一端连接。气体供给路43的另一端与形成于主体部39的上表面中央部的扩散部44连接。另外，在主体部39的中央部设置有从其上表面向扩散部44贯通的3个气体导入孔45a、45b、45c。
在喷淋板40的周缘部形成有向下方突出的环状突起部40b，在喷淋板40的位于环状突起部40b的内侧的平坦面形成有气体喷出孔40a。在基台2存在于处理位置的状态下，在喷淋板40与基台22之间形成处理空间S，环状突起部40b与基台2的罩构件32的上表面靠近而形成环状间隙48。
排气部4具备与排气管道28的排气口28b连接的排气配管46、以及与排气配管46连接的具有真空泵、压力控制阀等的排气机构47。在处理时，腔室1内的气体经由窄长口28a而到达排气管道28，并从排气管道28被排气部4的排气机构47经过排气配管46排出。
处理气体供给机构5具有TiCl4气体供给源51、NH3气供给源52、二氯硅烷(DCS)气体供给源53、第一N2气供给源54、第二N2气供给源55、以及第三N2气供给源56。TiCl4气体供给源51供给作为Ti原料气体的TiCl4气体。NH3气供给源52供给作为氮化气体(还原气体)的NH3气。DCS气体供给源53供给作为含Si气体的DCS气体。第一～第三N2气供给源54、55、56供给作为载气或吹扫气体的N2气。此外，作为载气和吹扫气体，不限于N2气，能够使用Ar气等其它非活性气体。
TiCl4气体供给源51与TiCl4气体供给配管61的一端连接。NH3气供给源52与NH3气供给配管62的一端连接。DCS气体供给源53与DCS供给配管63的一端连接。第一N2气供给源54、第二N2气供给源55及第三N2气供给源56分别与第一N2气供给配管64、第二N2气供给配管65及第三N2气供给配管66的一端连接。TiCl4气体供给配管61的另一端与气体导入孔45a连接，NH3气供给配管62的另一端与气体导入孔45b连接，DCS气体供给配管63的另一端与气体导入孔45c连接。第一N2气供给配管64的另一端与TiCl4气体供给配管61连接，第二N2气供给配管65的另一端与NH3气供给配管62连接，第三N2气供给配管66的另一端与DCS气体供给配管63连接。在NH3气供给配管62的中途分支出分支配管62a，分支配管62a的另一端与NH3气供给配管62合流。通过像这样设置分支配管62a，能够供给大流量的NH3气。在TiCl4气体供给配管61、NH3气供给配管62、分支配管62a、DCS气体供给配管63，在N2气体供给配管的合流部分的上游侧分别设置有开闭阀71、72、72a、73。另外，在第一N2气供给配管64、第二N2气供给配管65以及第三N2气配管66分别设置有开闭阀74、75、76。另外，在TiCl4气体供给配管61、NH3气供给配管62、DCS气体供给配管63、第一N2气供给配管64、第二N2气供给配管65、以及第三N2气配管66的开闭阀的上游侧分别设置有流量控制器81～86。作为流量控制器，例如能够使用质量流量控制器。
而且，在进行TiN膜的成膜时，在使第一N2气供给配管64、第二N2气供给配管65以及第三N2气供给配管66的开闭阀74、75、76始终打开来始终供给N2气、并且关闭开闭阀73的状态下，高速地操作开闭阀71、72、72a，由此能够进行ALD成膜。另外，在成膜后供给作为含Si气体的DCS气体的情况下，关闭阀71、72、72a，打开开闭阀73。
此外，也可以以从第一N2气供给配管64、第二N2气供给配管65、以及第三N2气供给配管66分别分支出的方式设置仅在吹扫时增加N2气的流量的配管，以在吹扫工序时增加N2气流量。另外，作为吹扫气体，不限于N2气，也可以是Ar气等其它非活性气体。
作为Ti原料气体，除了能够使用TiCl4以外，还能够使用四(异丙醇)钛(TTIP)、四溴化钛(TiBr4)、四碘化钛(TiI4)、四(乙基甲基氨基)钛(TEMAT)、四(二甲基氨基)钛(TDMAT)、四(二乙基氨基)钛(TDEAT)等。另外，作为氮化气体(还原气体)，除了能够使用NH3气以外，还能够使用单甲基肼(MMH)那样的肼系气体等。另外，作为含硅气体，除了能够使用DCS气体以外，还能够使用如上述那样的各种气体。
控制部6由计算机构成，具有输入装置(键盘、鼠标等)、输出装置(打印机等)、显示装置(显示器等)、存储装置(存储介质)、具备CPU的主控制部。主控制部例如控制开闭阀71～76的开闭、通过流量控制器81～86进行的气体的流量的调整、通过压力控制阀进行的腔室1内的压力的调整、通过加热器31进行的晶圆W的温度的调整等各结构部的动作。这些动作的控制通过存储于内置在存储装置中的存储介质(硬盘、光盘、半导体存储器等)的作为控制程序的处理制程来执行。
[通过图3的成膜装置进行的TiN膜的成膜方法]
接着，对如以上那样构成的成膜装置100中的TiN膜的成膜方法进行说明。
首先，打开闸阀27，并由搬送装置从真空搬送室向腔室1内搬入晶圆W，并将该晶圆W载置于基台2上。作为晶圆W，使用例如图4所示那样在Si基体301上具有被图案化的SiO2膜302的晶圆。
在使搬送装置退避后，关闭闸阀27，并使基台2上升到处理位置。接着，从第一N2气供给源54、第二N2气供给源55、第三N2气供给源56向处理空间S内连续地供给N2气，将腔室1内保持为规定的减压状态，并且由加热器31将基台2的温度控制为规定温度。
然后，依然维持着连续地供给N2气的状态，操作开闭阀71、72、72a，来按序列地供给作为原料气体的TiCl4气体和作为氮化气体(还原气体)的NH3气，通过ALD法在晶圆W上成膜作为金属系膜的TiN膜。例如，如图5所示，在晶圆W的被图案化的SiO2膜302上形成TiN膜303。
关于此时的条件，优选将基台2的温度设为200～600℃，将腔室1内的压力设为266.6～13332.2Pa(2～100Torr)。
在成膜后，关闭开闭阀71、72、72a来停止TiCl4气体和NH3气的供给，并利用N2气对腔室1内进行吹扫。
之后，在将成膜后的晶圆W依然载置于基台2上的状态下，打开开闭阀73来向作为处理容器的腔室1内供给作为含Si气体的DCS气体。此时，至少从第三N2气供给源56供给作为载气的N2气。
通过像这样实施作为成膜后处理的含Si气体供给工序，在形成于晶圆W上的TiN膜的表面吸附作为含Si气体的DCS气体，如图6所示，在成膜于晶圆W的TiN膜303的表面形成含Si层作为表面层304。作为构成表面层304的含Si层，即可以是将含Si气体加热而形成的Si层，也可以是在Si中包含有Si与TiN发生反应而形成的TiSiN的层。
关于供给DCS气体时的条件，优选将基台2的温度设为400～600℃，将腔室1内的压力设为266.6～13332.2Pa(2～100Torr)。对于其它含Si气体，也能够使用与此接近的条件。另外，从不降低吞吐量的观点出发，优选基台温度为与进行TiN膜的成膜时相同的温度。
通过像这样在成膜于晶圆W上的TiN膜303的表面吸附含Si气体来形成表面层304，来使晶圆W以TiN膜303的表面不露出的状态搬出。因此，即使晶圆W暴露于大气中，也抑制TiN膜303的氧化，从而能够防止TiN膜303的电阻的上升。由于尤其当TiN膜303的膜厚薄至5nm以下时，氧化的影响变大，因此，通过这样的作为含Si气体的DCS气体的供给进行的氧化抑制效果更高。
含Si气体的供给可以为1次，也可以重复多次。在进行1次含Si气体的供给的情况下，能够以供给时间来控制吸附量，在该情况下，含Si气体、例如DCS气体、SiH4气体等的供给时间优选为1～20sec。另外，能够通过多次重复含Si气体、DCS气体、SiH4气体等的供给，来以次数控制DCS气体、SiH4气体等的吸附量，从而能够提高表面层304的层厚的控制性。因此，能够进一步降低TiN膜的电阻。在该情况下，优选DCS气体、SiH4气体等的1次供给时间为0.05～4sec的范围，DCS气体、SiH4气体等的供给次数(循环数)为1次～5次的范围。使用其它含Si气体的情况也同样。另外，在多次重复含Si气体的供给的情况下，优选在含Si气体供给之间利用N2气对腔室1内进行吹扫。
该情况下的TiN膜的成膜工序和含Si气体供给工序的具体的气体供给序列例如图7和图8所示。在此，表示出使用DCS气体或SiH4气体作为含Si气体的情况。图7是供给1次(1个循环)作为含Si气体的DCS气体或SiH4气体的情况下的时序图，图8是供给多次(多个循环)DCS气体或SiH4气体的情况下的时序图。
在进行作为成膜后处理的含Si气体供给工序时，也可以供给NH3气。在该情况下，即可以在供给作为含Si气体的DCS气体或SiH4气体后供给NH3气，也可以交替地多次供给DCS气体或SiH4气体、以及NH3气。通过供给DCS气体或SiH4气体、以及NH3气，能够形成SiN层作为表面层304。通过交替地多次供给这些气体，能够进一步提高膜厚的均匀性。该情况下的TiN膜的成膜工序和含Si气体供给工序的具体的气体供给序列例如如图9所示的时序图。
图9表示出在成膜工序结束后停止TiCl4气体、并在进行了吹扫之后交替地多次供给NH3气、以及DCS气体或SiH4气体的例子。
在含Si气体供给工序之后，关闭开闭阀73来停止作为含Si气体的DCS气体的供给，并利用N2气对腔室1内进行吹扫。接着，打开闸阀27，经由搬入搬出口26将晶圆W搬出。
针对在通过ALD法成膜膜厚为3～5nm的TiN膜后不实施含Si气体供给工序的情况、和在通过ALD法形成膜厚为3～5nm的TiN膜后以各种条件实施DCS气体的供给作为含Si气体供给工序的情况，对在大气中放置后的电阻率的变化实际地进行了调查。图10是表示DCS气体流量与TiN膜的电阻率之间的关系的图，图11是表示DCS气体供给时间与TiN膜的电阻率之间的关系的图。此外，将DCS气体供给工序的温度设为450～500℃的范围，将压力设为266.6～1199.9Pa(2～9Torr)的范围，图10是DCS气体供给时间为0.05sec的情况，图11是DCS气体流量为30sccm的情况。如这些图所示，通过实施含Si气体供给工序，在大气中放置后的电阻率(μΩ/cm)下降，确认了DCS气体供给工序的抑制TiN膜的表面的氧化的效果。另外，确认了：DCS气体流量越多，DCS气体供给时间越长，则电阻率越低，通过将流量设为100sccm，电阻率下降26.8％，通过将时间设为10sec，电阻率下降37.8％。
接着，针对作为含Si气体供给工序进行了1次(1个循环)SiH4气体的供给的情况和插入吹扫地进行了5次(5个循环)SiH4气体的供给的情况，测定了在大气中放置后的TiN膜的薄层电阻(Ω/sq.)。为了进行比较，针对在TiN膜成膜后不进行SiH4气体的供给的情况也测定了薄层电阻。在此，将SiH4气体的每次的供给时间和流量分别设为0.05sec、50sccm，将含Si气体供给工序的温度设为450～700℃的范围，将压力设为266.6～1199.9Pa(2～9Torr)的范围。在图12中表示出此时的薄层电阻及其均匀性(uniformity)。
如图12所示，在不进行含Si气体供给工序的情况下，薄层电阻的平均值为44.4Ω/sq.，均匀性为3.9％，与此相对，在SiH4气体的供给次数(循环)为1次(1个循环)的情况下，薄层电阻的平均值为39.1Ω/sq.，均匀性为1.2％，在SiH4气体的供给次数(循环)为5次(5个循环)的情况下，薄层电阻的平均值为38.9Ω/sq.，均匀性为1.0％。即，通过进行SiH4气体的供给，电阻率及其均匀性提高，通过进一步多次供给SiH4气体，电阻率及其均匀性进一步提高。
接着，针对作为含Si气体供给工序将SiH4气体和NH3气各供给1次(1个循环)的情况以及将SiH4气体和NH3气插入吹扫地交替地供给5次(5个循环)的情况，测定了在大气中放置后的TiN膜的薄层电阻(Ω/sq.)。在此，将SiH4气体的每次的供给时间和流量分别设为0.05sec、50sccm，将NH3气的每次的供给时间和流量分别设为0.05sec、600sccm。另外，将含Si气体供给工序的温度设为450～700℃的范围，将压力设为266.6～1199.9Pa(2～9Torr)的范围。在图13中表示出此时的薄层电阻及其均匀性(uniformity)。在图13中还一并示出图12的不进行含Si气体供给工序的情况下的结果。
如图13所示，不进行含Si气体供给工序的情况下的薄层电阻的平均值为44.4Ω/sq.、均匀性为3.9％，与此相对，在SiH4气体和NH3气的供给次数为1次的情况下，薄层电阻的平均值为39.7Ω/sq.，均匀性为1.2％，在SiH4气体和NH3气的供给次数为5次的情况下，薄层电阻的平均值为39.1Ω/sq.，均匀性为1.2％。即，通过进行SiH4气体和NH3气的供给，薄层电阻及其均匀性提高，通过进一步多次供给SiH4气体和NH3气，薄层电阻进一步提高。
在供给含Si气体来形成TiN膜303的表面层304之后，将晶圆W取出到大气中，之后，如图14所示，在另一成膜装置中进行下一工序的成膜处理，例如进行SiGe膜305的成膜。然后，在进行了必要的后处理后，得到期望的半导体器件(半导体装置)。此时，由于通过含Si气体的供给而在TiN膜303的表面形成有含有Si的表面层304，因此TiN膜303的氧化被抑制，较低地维持电阻率。因此，能够得到良好的器件特性。
在下一工序中要成膜的膜是作为含Si层的SiGe膜305，因此相对于为了抑制氧化而形成的含有Si的表面层304的亲和性高。另外，由于像这样下一工序的SiGe膜的成膜在含有Si的表面层304上进行，因此在通过通常的CVD法进行SiGe膜的成膜时，能够得到缩短孵育时间等效果。
＜其它应用＞
以上，对实施方式进行了说明，但应当认为，本次公开的实施方式的所有点均为例示性而非限制性的。可以不脱离所附的权利要求书及其主旨地将上述的实施方式以各种方式进行省略、置换、变更。
例如，在上述实施方式中，以通过ALD法进行TiN膜的成膜作为金属系膜的情况为中心进行了说明，但如上所述，只要是氧化可能导致特性劣化的金属膜和金属化合物膜，就能够应用，成膜方法也不限于ALD法。
另外，作为图3的成膜装置，例示了用于TiN膜的ALD成膜，但图3的成膜装置也能够应用于其它金属系膜的成膜。另外，图3所示的成膜装置只是例示，只要能够进行成膜处理以及向处理容器(腔室)内的含Si气体的供给即可，也可以是CVD成膜装置、PVD成膜装置等任意的成膜装置。另外，图3的成膜装置为单张式，但也可以是如立式装置那样一次性对多个基板进行成膜的批量式的成膜装置。并且，也可以是在工作台上配置多个基板来进行成膜处理的半批量式的成膜装置。
另外，在上述实施方式中，作为基板，以半导体晶圆为例进行了说明，但不限定于半导体晶圆，也可以是用于FPD(平板显示器)的玻璃基板、陶瓷基板等其它基板。
附图标记说明
1：腔室；2：基台；3：喷淋头；4：排气部；5：气体供给机构；6：控制部；51：TiCl4气体供给源；52：NH3气供给源；53：DCS气体供给源；54、55、56：N2气供给源；100：成膜装置；201：基板；202：金属系膜；203：表面层；301：Si基体；302：SiO2膜；303：TiN膜；304：表面层；W：半导体晶圆(基板)。

Claims (25)

1.一种成膜方法，包括：
在处理容器内设置基板；
对所述处理容器内的所述基板进行金属系膜的成膜；以及
之后，在所述处理容器内设置有所述基板的状态下，向所述处理容器内供给含Si气体。
2.根据权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，
通过供给所述含Si气体，来使所供给的含Si气体吸附于所述金属系膜的表面，以在所述金属系膜的表面形成含有Si的表面层。
3.根据权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，
实施所述含Si气体的供给时的基板温度为400℃～600℃的范围。
4.根据权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，
所述含Si气体为硅烷系化合物、氯硅烷系化合物、以及有机硅烷系化合物中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的成膜方法，其特征在于，
所述含Si气体为二氯硅烷、硅烷、以及乙硅烷中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，
供给所述含Si气体是多次供给所述含Si气体。
7.根据权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，
供给所述含Si气体是供给所述含Si气体以及会与所述含Si气体发生反应的反应气体。
8.根据权利要求7所述的成膜方法，其特征在于，
供给所述含Si气体是交替地多次供给所述含Si气体和所述反应气体。
9.根据权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，
通过原子层沉积法、化学气相沉积法、以及物理气相沉积法中的任一方法来进行所述金属系膜的成膜。
10.根据权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，
所述金属系膜是Ti膜、TiN膜、Ta膜、TaN膜、W膜、Al膜、Mo膜、Ru膜、Co膜、以及Ni膜中的任一种膜。
11.根据权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，
所述金属系膜为TiN膜，通过原子层沉积法来进行所述金属系膜的成膜。
12.根据权利要求11所述的成膜方法，其特征在于，
通过供给所述含Si气体，使所供给的含Si气体吸附于所述金属系膜的表面，以在所述金属系膜的表面形成含有Si的表面层，所述表面层包含TiSiN。
13.根据权利要求11所述的成膜方法，其特征在于，
所述含Si气体为二氯硅烷。
14.根据权利要求11所述的成膜方法，其特征在于，
供给所述含Si气体是多次供给所述含Si气体。
15.根据权利要求11所述的成膜方法，其特征在于，
所述TiN膜的成膜使用含Ti气体和NH3气来进行，供给所述含Si气体是供给所述含Si气体和NH3气。
16.根据权利要求15所述的成膜方法，其特征在于，
供给所述含Si气体是交替地多次供给所述含Si气体和所述NH3气。
17.根据权利要求11所述的成膜方法，其特征在于，
所述基板是在半导体基体上形成有被图案化的SiO2膜的基板。
18.一种成膜装置，具有：
处理容器，其用于收容基板；
气体供给机构，其用于向所述处理容器内供给含Si气体、以及用于进行金属系膜的成膜的气体；
排气机构，其用于对所述处理容器内进行排气；
加热机构，其用于对所述基板进行加热；以及
控制部，
其中，所述控制部进行控制，以执行以下处理：
在所述处理容器内设置基板；
对所述处理容器内的所述基板进行所述金属系膜的成膜；以及
之后，向所述处理容器内供给所述含Si气体。
19.一种半导体装置的制造方法，包括：
在第一成膜装置的处理容器内设置基板；
对所述处理容器内的所述基板进行金属系膜的成膜；
之后，在所述处理容器内设置有所述基板的状态下，向所述处理容器内供给含Si气体；以及
从所述处理容器搬出所述基板，由第二成膜装置在所述基板上进行含Si膜的成膜。
20.根据权利要求19所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
供给所述含Si气体是多次供给所述含Si气体。
21.根据权利要求19所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
供给所述含Si气体是供给所述含Si气体以及会与所述含Si气体发生反应的反应气体。
22.根据权利要求21所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
供给所述含Si气体是交替地多次供给所述含Si气体和所述反应气体。
23.根据权利要求19所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
供给所述含Si气体是使所供给的含Si气体吸附于所述金属系膜的表面，以在所述金属系膜的表面形成含有Si的表面层，所述含Si膜形成于所述表面层的表面。
24.根据权利要求23所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述金属系膜为TiN膜，所述含Si膜为SiGe膜。
25.根据权利要求24所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述基板是在半导体基体上形成有被图案化的SiO2膜的基板。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD289156A5 (de) * 1989-11-10 1991-04-18 Veb Forschungszentrum Mikroelektronik Dresden,De Verfahren zur herstellung von siliciumdioxidschichten auf freiliegenden leichtoxidierbaren metallschichten
JP2015188068A (ja) * 2014-03-11 2015-10-29 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置、基板処理システム、薄膜トランジスターの製造方法及び記憶媒体
CN109385613A (zh) * 2017-08-02 2019-02-26 东京毅力科创株式会社 硅膜的形成方法、形成装置以及存储介质
CN109423625A (zh) * 2017-08-30 2019-03-05 东京毅力科创株式会社 成膜方法以及成膜装置
CN110892508A (zh) * 2017-07-18 2020-03-17 应用材料公司 在金属表面上沉积阻挡层的方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10144629A (ja) * 1996-11-11 1998-05-29 Mitsubishi Electric Corp バリアメタルの製造方法
JP6091273B2 (ja) * 2013-03-19 2017-03-08 株式会社日立製作所 半導体装置とその製造方法
JP6258657B2 (ja) 2013-10-18 2018-01-10 東京エレクトロン株式会社 成膜方法および成膜装置
US11401607B2 (en) * 2017-06-02 2022-08-02 Eugenus, Inc. TiSiN coating method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD289156A5 (de) * 1989-11-10 1991-04-18 Veb Forschungszentrum Mikroelektronik Dresden,De Verfahren zur herstellung von siliciumdioxidschichten auf freiliegenden leichtoxidierbaren metallschichten
JP2015188068A (ja) * 2014-03-11 2015-10-29 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置、基板処理システム、薄膜トランジスターの製造方法及び記憶媒体
CN110892508A (zh) * 2017-07-18 2020-03-17 应用材料公司 在金属表面上沉积阻挡层的方法
CN109385613A (zh) * 2017-08-02 2019-02-26 东京毅力科创株式会社 硅膜的形成方法、形成装置以及存储介质
CN109423625A (zh) * 2017-08-30 2019-03-05 东京毅力科创株式会社 成膜方法以及成膜装置

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