JP2002289557A

JP2002289557A - 成膜方法

Info

Publication number: JP2002289557A
Application number: JP2002026492A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hashimoto; 毅橋本; Kimihiro Matsuse; 公裕松瀬; Kazuya Okubo; 和哉大久保; Takeshi Takahashi; 高橋　　毅
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2002-02-04
Filing date: 2002-02-04
Publication date: 2002-10-04

Abstract

(57)【要約】【課題】成膜の再現性、成膜ストレスの緩和及び成膜
中への酸素の拡散を防止することができる成膜方法を提
供する。【解決手段】同一処理室２０内において被処理体Ｗの
表面に種類の異なる少なくとも２種類の成膜を連続的に
形成するに際して、前記処理室内に前記被処理体を設置
しない状態において前記成膜を行なうための異なる成膜
用ガスを順次流して前記処理室内にプリコートを施す前
処理ステップと、この前処理に続いて前記処理室内に前
記被処理体を設置した状態で前記異なる成膜用ガスを順
次流して種類の異なる成膜を順次連続的に行なう成膜ス
テップと、この成膜ステップに続いてシラン系ガスを流
して前記被処理体にシリコンを付着させる後処理ステッ
プとを有するように構成したものである。これにより、
成膜時の再現性を高く維持し、且つ成膜ストレスを抑制
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
被処理体に形成されるゲート電極などの成膜方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体集積回路の製造工程にお
いては、被処理体である半導体ウエハやガラス基板等に
成膜とパターンエッチング等を繰り返し施すことにより
所望の素子を得るようになっている。例えば半導体ウエ
ハを用いてＭＯＳＦＥＴのゲート素子を表面に作る場合
には、図９（Ａ）に示すように、ウエハＷの表面にソー
ス２とドレイン４となるべき位置に不純物を拡散させ
て、これらの間の表面に例えばＳｉＯ₂ よりなるゲート
酸化膜６を形成し、この下方にソース−ドレイン間のチ
ャネルを形成する。そして、ゲート酸化膜６上に、導電
性膜のゲート電極８を積層させて、１つのトランジスタ
が構成される。ゲート電極８としては、単層ではなく、
最近においては導電性等を考慮して、２層構造になされ
ている。例えば、ゲート酸化膜６の上にリンドープの多
結晶シリコン層１０と金属シリサイド、例えばタングス
テンシリサイド層１１を順次積層してゲート電極８を形
成している。

【０００３】ところで、半導体集積回路の微細化及び高
集積化に伴って、加工線幅やゲート幅もより狭くなさ
れ、また、多層化の要求に従って膜厚も薄くなる傾向に
あり、従って、各層或いは各層間の電気的特性は、線幅
等が狭くなっても従来通り、或いはそれ以上の高い性能
が要求される。このような要求に応じて、例えば前述の
ようにゲート電極８もリンドープの多結晶シリコン層１
０とタングステンシリサイド層１１の２層構造が採用さ
れることになった。

【０００４】ところで、シリコン材料よりなる成膜、例
えばリンドープの多結晶シリコン層１０の表面には、こ
れが大気や水分等に晒されると容易に自然酸化膜が付着
する傾向にあり、この自然酸化膜が付着したまま、次の
層であるタングステンシリサイド層１２を積層すると、
両者の密着性が劣化したり或いは両者間の導電性を十分
に確保できず、電気的特性が劣化するという問題が発生
する。また、この多結晶シリコン層１０は、通常、多数
枚、例えば１５０枚を一単位とするバッチ処理で膜付け
が行なわれるのに対して、タングステンシリサイド層１
２は、１枚毎に膜付けを行なう枚葉式処理により膜付け
されることから、当然、ウエハ毎に大気等に晒される時
間も異なり、自然酸化膜の厚さも異なってくる。そのた
め、タングステンシリサイド層１２を積層する直前に、
例えばＨＦ系ベーパを用いたウェット洗浄を行い、図９
（Ｂ）に示すように多結晶シリコン層１０上に付着して
しまった自然酸化膜１４を剥ぐようになっている。

【０００５】しかしなから、タングステンシリサイド層
１２を積層する直前に、ウェット洗浄を行なったといえ
ども、表面に付着してしまった自然酸化膜を、この下の
下地層に悪影響を与えることなく完全に除去することは
非常に困難である。そこで、例えば特開平２−２９２８
６６号公報等に開示されるようにチャンバ内でリンドー
プの多結晶シリコン層１０を形成した後に、引き続き、
同一のチャンバ内にてタングステンシリサイド層１２を
連続的に形成する方法も提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
に、同一のチャンバ内にてリンドープの多結晶シリコン
層１０とタングステンシリサイド層１２を連続成膜する
と、シリコン層１０の表面には自然酸化膜が付着せず、
良好な電気的特性を得ることが可能になる。しかしなが
ら、この場合には次に示すような新たな問題点が生じて
しまう。すなわち、例えば１ロット２５枚のウエハを連
続的に処理する場合、チャンバ内の壁面や内部構造物が
熱的に、或いは熱放射率等の面で安定化していない状態
で成膜処理を行なうと、成膜の再現性が劣化してしまう
という問題があった。

【０００７】また、両層を連続して成膜すると、上層の
タングステンシリサイド層にストレスが残留し、これが
ために下層の多結晶シリコン層との密着性が相対的に劣
化してしまう場合もある。更には、この成膜後の後工程
において、例えば９００℃程度まで加熱するアニール処
理が行なわれるが、この時、タングステンシリサイド層
１２中に酸素が拡散して電気的特性を劣化させてしまう
という問題もあった。また、多結晶シリコン層の成膜反
応は反応律速で行なわれるのに対して、タングステンシ
リサイドの成膜反応は供給律速で行なわれるが、成膜用
ガスを導入する従来のシャワーヘッド構造ではこれらの
律速形態の相異に対応できないことから、いずれかの成
膜時にガス流が偏流してしまって成膜の面内均一性が劣
化するという問題もあった。

【０００８】本発明は、以上のような問題点に着目し、
これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明
の目的は、成膜の再現性、成膜ストレスの緩和及び成膜
中への酸素の拡散を防止することができる成膜方法を提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
処理室内に被処理体を設置しないで、前記処理室内に第
１の膜、第２の膜、第３の膜を順次連続的に成膜する前
処理ステップと、前記処理室内に被処理体を設置し、前
記被処理体上に第１の膜、第２の膜、第３の膜を順次連
続的に成膜する成膜ステップと、を有することを特徴と
する成膜方法である。請求項２に係る発明は、処理室内
に被処理体を設置しないで、前記処理室内に第１の膜、
第２の膜、第３の膜を順次連続的に成膜する前処理ステ
ップと、前記処理室内に被処理体を設置し、前記被処理
体上に第１の膜、第２の膜、第３の膜を順次連続的に成
膜する成膜ステップと、所定の枚数の被処理体の処理を
終了し、クリーニングガスを前記処理室内に供給して、
前記処理窒内の付着物を除去するクリーニングステップ
と、を有することを特徴とする成膜方法である。

【００１０】また、請求項９に係る発明は、同一処理室
内において被処理体の表面に種類の異なる少なくとも２
種類の成膜を連続的に形成するに際して、前記処理室内
に前記被処理体を設置しない状態において前記成膜を行
なうための異なる成膜用ガスを順次流して前記処理室内
にプリコートを施す前処理ステップと、この前処理に続
いて前記処理室内に前記被処理体を設置した状態で前記
異なる成膜用ガスを順次流して種類の異なる成膜を順次
連続的に行なう成膜ステップと、この成膜ステップに続
いてシラン系ガスを流して前記被処理体にシリコンを付
着させる後処理ステップとを有するように構成したもの
である。

【００１１】これにより、被処理体に実際に成膜を施す
前に、前処理ステップにおいて成膜数に対応するだけの
複数のプリコートを施すようにしたので、処理室の内壁
や内部構造物に複数層のプリコートが形成されることに
なる。従って、処理室の内壁や構造物からの熱放射率等
の内部環境が実際の成膜時と同様に安定化するので、そ
の後、被処理体に連続成膜を行なうことにより、成膜の
再現性を向上させることが可能となる。また、各被処理
体に後処理を施すことにより、シリコンが成膜表面に僅
かに付着し、これが膜のストレスを緩和するように作用
するので、相対的に膜の密着性を向上させることが可能
となる。更には、後工程において、被処理体に熱処理が
行なわれても、上記後処理で付着したシリコンが酸素の
アタックを阻止し、酸素が膜内に拡散することも防止す
ることができる。

【００１２】このような成膜ステップと後処理ステップ
は１枚の被処理体に対して連続的に行なわれた後、この
被処理体をアンロードして他の新しい被処理体を処理室
内にロードし、同様に成膜ステップと後処理ステップを
連続的に行なう。このような操作を、例えば１ロット２
５枚の被処理体に対して連続的に行なうことになる。上
述のように一定枚数の被処理体の成膜処理が完了したな
らば、処理室内にクリーニングガスを流してクリーニン
グ処理を行ない、更に、その後、処理室内にシランガス
を流して熱処理を行なう。このクリーニング後処理にお
いてシラン系ガスを流して熱処理を行なうことにより、
処理室内に残留するハロゲンの低減化を図ることがで
き、次の成膜操作のための前処理ステップにおけるプリ
コートの付着を短時間で行なうことが可能となる。

【００１３】以上のような成膜処理は、リンドープされ
た多結晶シリコン層上にタングステンシリサイド層を堆
積して、例えばＭＯＳＦＥＴのゲート電極を形成する時
に用いることができる。また、上記方法発明を実施する
ための成膜装置としては、被処理体に成膜を施すための
処理室の上部に成膜用ガスを供給するシャワーヘッド部
を有する成膜装置において、前記シャワーヘッド部は、
これに導入された成膜用ガスを分散させるための均一分
散板を有し、この均一分散板には、反応律速となる成膜
用ガスの供給時と供給律速となる成膜用ガスの供給時に
対して共に面内においてガス流量を均一化させる多数の
分散孔が形成された装置を用いることができる。

【００１４】これによれば、シャワーヘッド部内の均一
分散板の分散孔の直径及び配置密度を適切に設定したの
で、反応律速となる成膜用ガスの供給時と、供給律速と
なる成膜用ガスの供給時も共に処理室内の成膜用ガスを
均一に拡散した状態で供給することが可能となり、各膜
厚の均一性を高く維持することができる。このような均
一分散板は、ガス噴出面の直上段の分散板であり、ま
た、その分散孔の直径は０．７ｍｍ以下であり、その分
布密度は、０．３個／ｃｍ² 以上とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る成膜方法の
一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明
方法を実施するために用いる成膜装置を示す断面図、図
２は成膜装置のシャワーヘッド部内の均一分散板を示す
部分平面図である。まず、本発明の成膜装置について説
明する。本実施例では、成膜装置１６として加熱ランプ
を用いた高速昇温が可能な枚葉式成膜装置を例にとって
説明する。

【００１６】この成膜装置１６は、例えばアルミニウム
等により円筒状或いは箱状に成形された処理容器１８を
有しており、この容器１８内が処理室２０として構成さ
れる。この処理容器１８内には、処理容器底部より起立
させた支柱２２上に、例えば断面Ｌ字状の保持部材２４
を介して被処理体としての半導体ウエハＷを載置するた
めの載置台２６が設けられている。この支柱２２及び保
持部材２４は、熱線透過性の材料、例えば石英により構
成されており、また、載置台２６は、厚さ１ｍｍ程度の
例えばカーボン素材、アルミ化合物等により構成されて
いる。

【００１７】この載置台２６の下方には、複数本、例え
ば３本のリフタピン２８が支持部材３０に対して上方へ
起立させて設けられており、この支持部材３０を処理容
器底部に貫通して設けられた押し上げ棒３２により上下
動させることにより、上記リフタピン２８を載置台２６
に貫通させて設けたリフタピン穴３４に挿通させてウエ
ハＷを持ち上げ得るようになっている。

【００１８】上記押し上げ棒３２の下端は、処理室２０
内の気密状態を保持するために伸縮可能なベローズ３６
を介してアクチュエータ３８に接続されている。上記載
置台２６の周縁部には、ウエハＷの周縁部を保持してこ
れを載置台２６側へ固定するためのリング状のセラミッ
ク製クランプリング４０が設けられており、このクラン
プリング４０は、上記保持部材２４を遊嵌状態で貫通し
た支持棒４２を介して上記支持部材３０に連結されてお
り、リフタピン２８と一体的に昇降するようになってい
る。ここで保持部材２４と支持部材３０との間の支持棒
４２にはコイルバネ４４が介設されており、クランプリ
ング４０等の降下を助け、且つウエハのクランプを確実
ならしめている。これらのリフタピン２８、支持部材３
０及び保持部材２４も石英等の熱線透過部材により構成
されている。

【００１９】また、載置台２６の直下の処理容器底部に
は、石英等の熱線透過材料よりなる透過窓４６が気密に
設けられており、この下方には、透過窓４６を囲むよう
に箱状のランプ室４８が設けられている。このランプ室
４８内には加熱手段として複数の加熱ランプ５０が反射
鏡も兼ねる回転台５２に取り付けられており、この回転
台５２は、回転軸を介してランプ室４８の底部に設けた
回転モータ５４により回転される。従って、この加熱ラ
ンプ５０より放出された熱線は、透過窓４６を透過して
載置台２６の下面を照射してこれを加熱し得るようにな
っている。このランプ室４８の側壁には、この室内や透
過窓４６を冷却するための冷却エアを導入する冷却エア
導入口５６及びこのエアを排出する冷却エア排出口５８
が設けられている。

【００２０】また、載置台２６の外周側には、多数の整
流孔６０を有するリング状の整流板６２が、上下方向に
環状に成形された支持コラム６４により支持させて設け
られている。整流板６２の内周側には、クランプリング
４０の外周部と接触してこの下方にガスが流れないよう
にするリング状の石英製アタッチメント６６が設けられ
る。整流板６２の下方の底部には排気口６８が設けら
れ、この排気口６８には図示しない真空ポンプに接続さ
れた排気路７０が接続されており、処理室２０内を所定
の真空度（例えば１００Ｔｏｒｒ〜１０^-6Ｔｏｒｒ）に
維持し得るようになっている。

【００２１】一方、上記載置台２６と対向する処理室天
井部には、成膜用ガスやクリーニングガス等の必要ガス
を処理室２０内へ導入するためのシャワーヘッド部７２
が設けられている。具体的には、このシャワーヘッド部
７２は、例えばアルミニウム等により円形箱状に成形さ
れたヘッド本体７４を有し、この天井部にはガス導入口
７６が設けられている。

【００２２】ヘッド本体７４の下面であるガス噴出面７
８には、ヘッド本体７４内へ供給されたガスを放出する
ための多数のガス噴出孔８０が面内に均等に配置されて
おり、ウエハ表面に亘って均等にガスを放出するように
なっている。このガス噴出面７８の直径は３１６ｍｍ程
度である。このガス噴出孔８０の直径は略１ｍｍであ
り、略１０個／ｃｍ² 程度（直径２３０ｍｍ以内で）の
密度で設けられている。この数値は、従来タイプのシャ
ワーヘッド部と略同じである。また、ヘッド本体７４内
には、上下２段に本発明の特徴とする分散板が所定の間
隔を隔てて配置されており、複数の拡散室を形成してい
る。この分散板の内、上方に位置する上段分散板８２
は、１つ或いは数個程度の非常に少ない数のガス流出孔
８４が形成されている。図示例では１個のガス流出孔８
４が設けられており、ガス流出孔８４の直径は略１．５
ｍｍ程度に設定されている。

【００２３】これに対して、下段の均一分散板８６に
は、多数の分散孔８８が面内に均一に分散させて設けら
れている。この場合、分散孔８８の直径と分布密度の関
係は、このシャワーヘッド部７２から反応形態が反応律
速の成膜用ガスを供給する時も、供給律速の成膜用ガス
を供給する時も、共に処理室２０内に面内に亘って均一
にガス流を供給できるような関係に設定する。すなわち
分散孔８８の直径が大き過ぎる場合には、分布密度を変
化させても反応律速には対応できるが、供給律速に対応
することができない。また逆に、分散孔８８の直径が小
さ過ぎると、この分布密度を大きくしても供給律速には
対応できるが、反応律速には対応することができない。
従って、供給律速と反応律速の双方に対応できるように
するためには、分散孔８８の直径とこの分布密度を適切
に選択しなければならない。

【００２４】本実施例では、この分散孔８８の直径は、
略０．７ｍｍ以下であり、しかも分布密度は０．３個／
ｃｍ² 以上となるように設定する。例えば直径略３０ｃ
ｍ程度の均一分散板８６に対しては、分散孔８８の直径
が０．６５ｍｍの場合には、１９０個程度の分散孔８８
を均一に設ける。図２はこの時の均一分散板８６の一部
を示している。このようにすることにより、反応律速の
成膜用ガスを供給するときも、供給律速の成膜用ガスを
供給するときも、共に面内に亘って均一にガスを供給す
ることが可能となる。

【００２５】一方、上記シャワーヘッド部７２のガス導
入口７６には、ガス通路９０及び複数の分岐路９２を介
して種々の成膜用ガスやクリーニングガス等の使用ガス
源が接続されている。ここでは、使用ガス源として、キ
ャリアガスとしてのＡｒガスを貯留するＡｒガス源９
４、成膜用ガス源としてＳｉＨ₄ 源９６、ＳｉＨ₂ Ｃｌ
₂ 源９８、ＷＦ₆ 源１００、ドープガス源としてＰＨ₃
源１０２、クリーニングガス源としてＣｌＦ₃ 源１０４
等が接続されている。また、各分岐路９２には、例えば
マスフローコントローラのごとき流量制御弁１０６及び
その前後に開閉弁１０８が介設されている。

【００２６】次に、以上のように構成された装置例に基
づいて行なわれる本発明の方法について説明する。図３
は、本発明方法のプロセスを示すフローチャートであ
る。本発明の特徴は、同一の処理室内で異なる種類の成
膜をする場合に前処理としてウエハなしの状態で成膜時
と同じガスを順に流してプリコートを行ない、また、成
膜後にはウエハ存在下でシラン系ガスで表面処理を行な
う点にあり、ここでは図９（Ａ）に示すようにリンドー
プのポリシリコン層１０とタングステンシリサイド層１
２を連続的に成膜する場合について説明する。

【００２７】まず、処理室２０内にウエハＷをロードす
る前に前処理ステップを実行する（Ｓ１）。この前処理
においては、後工程の成膜時や後処理時において流すガ
スをウエハ不存在下で順次流して、内壁や内部構造物の
表面にプリコートを施し、熱的反射率や輻射率等を実際
の成膜時と同じ状態にして再現性を高めることを目的と
している。まず、処理室２０内を所定の真空状態にする
と共に内部を例えば５００℃〜８００℃に加熱し、この
状態で、リンドープの多結晶シリコン膜を形成する時の
成膜用ガスと同じガス、すなわちＡｒガス、ＳｉＨ₄ ガ
ス、ＰＨ₃ ガスをそれぞれ所定量ずつ流し、リンドープ
の多結晶シリコン膜を内壁や内部構造物の表面にプリコ
ートする。尚、ドーパントガスであるＰＨ₃ ガスは、こ
れが熱反射率等に及ぼす影響は非常に少ないことから、
ＰＨ₃ ガスの供給を省略することもできる。

【００２８】次に、内部雰囲気を排気した後に、タング
ステンシリサイド（ＷＳｉｘ）膜を形成する時の成膜用
ガスと同じガス、すなわちＡｒガス、ＷＦ₆ ガス、Ｓｉ
Ｈ₂Ｃｌ₂ ガスをそれぞれ所定量ずつ流し、タングステ
ンシリサイド膜を内壁やナイフ構造物の表面にプリコー
トする。各膜のプリコート量は、実際のウエハのそれぞ
れの成膜量よりも多めにして再現性を高めるようにして
おく。

【００２９】次に、本実施例では実際の成膜時に後処理
としてシラン系ガスを流して膜表面にシリコンを付着さ
せることから、ここでも内部雰囲気を排除した後に、シ
ラン系ガスとしてＳｉＨ₄ ガスをＡｒガスと共に所定量
流して熱処理を行ない、上記プリコート面上に少量のシ
リコンを付着させる。尚、このシラン系ガスとしてＳｉ
Ｈ₂ Ｃｌ₂ ガスを用いてもよい。このようにして、ウエ
ハ不存在下で前処理を行なったならば、次にウエハＷを
処理室２０内にロードする（Ｓ２）。

【００３０】まず、ロードロックロック室１１０内に収
容されている未処理の半導体ウエハＷを処理室２０にゲ
ートバルブＧを介して搬入し、リフタピン２８を押し上
げることによりウエハＷをリフタピン２８側に受け渡
す。そして、リフタピン２８を、押し上げ棒３２を下げ
ることによって降下させ、ウエハＷを載置台２６上に載
置すると共に更に押し上げ棒３２を下げることによって
ウエハＷの周縁部をクランプリング４０で押圧してこれ
を固定する。尚、未処理の半導体ウエハＷとは、ここで
は図９においてゲート酸化膜６まで他の処理炉で成膜さ
れたものをいう。このように、ウエハのロードが完了し
たならば、次に、実際の成膜ステップを実行する（Ｓ
３）。

【００３１】まず、リンドープのポリシリコン成膜処理
を行なう。処理室２０内を真空排気しつつランプ室４８
内の加熱ランプ５０を駆動しながら回転させ、熱エネル
ギを放射する。放射された熱線は、透過窓４６を透過し
た後、石英製の支持部材３０等も透過して載置台２６の
裏面を照射してこれを加熱する。この載置台２６は、前
述のように１ｍｍ程度と非常に薄いことから迅速に加熱
され、従って、この上に載置してあるウエハＷを迅速に
所定の温度まで加熱することができる。ウエハＷがプロ
セス温度、例えば略７００℃に達したならば、ＳｉＨ₄
ガス、ＰＨ₃ ガスをＡｒガスのキャリアガスに乗せて搬
送してこのガスを処理室２０内にシャワーヘッド部７２
を介して供給する。ホスフィン及びシランの供給量は、
それぞれ略１５０ｓｃｃｍ及び略４００ｓｃｃｍ程度で
ある。

【００３２】供給された混合ガスは所定の化学反応を生
じ、ウエハＷのゲート酸化膜６上に不純物としてＰ（リ
ン）のドープされたポリシリコン層１０（図９参照）が
成膜される。尚、ドーパントとしてはリンの外に、Ａ
ｓ、Ｓｂ、Ｂ等を用いることができる。この成膜処理
は、所定の膜厚を得るために例えば１分程度行なわれ
る。尚、この時のプロセス圧力は略１０Ｔｏｒｒ程度で
ある。

【００３３】このようにして、ポリシリコン層１０の成
膜処理が完了したならば、次に、タングステンシリサイ
ドの成膜処理へ移行する。まず、ＰＨ₃ 及びＳｉＨ₄ の
供給を停止し、Ａｒガスを流して処理室２０からホスフ
ィンをパージすると共に加熱ランプ５０の電力を調整し
てウエハＷをタングステンシリサイドのプロセス温度、
例えば６００℃程度まで僅かな温度だけ降温させる。こ
のＡｒガスパージ期間は、略数分程度である。この時、
ポリシリコンとタングステンシリサイドのプロセス温度
を同一に設定してもよい。

【００３４】プロセス温度に達したならば、次に、タン
グステンシリサイド用の成膜用ガスとしてＳｉＨ₂ Ｃｌ
₂ とＷＦ₆ を、キャリアガスとしてＡｒガスを用いて、
処理室２０内へ供給する。ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ とＷＦ₆ の流
量は、それぞれ略２００ｓｃｃｍと略１０ｓｃｃｍ程度
である。処理ガスとしてＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ （ジクロルシア
ン）に替えてＳｉＨ₄ ガス等を用いることもでき、ま
た、キャリアガスとしてはＡｒガスに替えてＮ₂ ガスや
Ｈｅガスも用いることができる。供給された混合ガス
は、所定の化学反応を生じ、タングステンシリサイド層
１２がポリシリコン層上に形成されることになる。この
成膜処理は、所定の膜厚を得るために例えば２分程度行
なわれる。この時のプロセス圧力は、略１Ｔｏｒｒ程度
である。

【００３５】ここで、リンドープ多結晶シリコン層１０
の成膜反応は、反応律速であるのに対して、タングステ
ンシリサイド層１２の成膜反応は供給律速であるが、本
発明装置においては、シャワーヘッド部７２の均一分散
板８６の分散孔８８の直径、及び分布密度を適切に設け
ていることから、どちらの反応時においても成膜用ガス
は処理室２０内に略面内に亘って均一な流量で供給する
ことができ、その結果、両層１０、１２の膜厚を面内に
亘って均一に成膜することが可能となる。このようにし
て成膜ステップが完了したならば、ウエハＷを載置した
状態で後処理ステップを実行する（Ｓ４）。

【００３６】ここでは内部雰囲気を真空引きした後に、
温度を成膜ステップの時と同じ温度に維持したままシラ
ン系ガス、例えばＳｉＨ₄ を僅かな時間、例えば６０秒
程度流して、成膜の表面にシリコン膜が形成されるか、
或いは形成されない程度に、シリコンを僅かに付着させ
る。これにより、後述するように成膜のストレスを緩和
してこれの相対的な密着性を向上させることが可能とな
ると共に、後工程における熱処理時に、先の成膜が酸素
のアタックを受けることを防止することが可能となる。

【００３７】このようにして後処理ステップが終了した
ならば、残留する処理ガスをＡｒガスによりパージしつ
つウエハＷの温度を搬送に適した温度、例えば３００℃
程度まで降温し、ゲートバルブＧを開いて処理済みのウ
エハを搬出し（Ｓ５）、搬出が終了したならば未処理の
ウエハを前述したと同様にして搬入する（Ｓ６のＮ
Ｏ）。以後同様にして、新しい未処理のウエハＷに対し
て成膜ステップ（Ｓ３）及び後処理ステップ（Ｓ４）が
前述したように連続的に行なわれることになる。このよ
うな連続処理は、例えば１ロット２５枚に対して連続的
に行なわれる。

【００３８】そして、所定の枚数、例えば２５枚のウエ
ハの処理が終了すると、処理室の内壁面や内部構造物の
表面にもある程度の成膜が付着することから、これを除
去する目的でクリーニングステップを実行する（Ｓ
７）。まず、クリーニングガスとしてＣｌＦ₃ ガスを供
給し、温度例えば２００℃程度でクリーニング処理を数
分間程度行なう。これにより、処理室内に付着した不要
な成膜を除去することができることから、成膜の剥離に
よるパーティクル等の発生を抑制することができる。こ
のクリーニング操作は、成膜量に応じて行なえばよく、
例えば、１枚のウエハの処理毎に行なってもよく、その
回数はスループットとパーティクルの発生量とを勘案し
て行なえばよい。また、クリーニングガスとしては、ポ
リシリコンに対してもタングステンシリサイドに対して
も同様に効果的に除去が可能なＣｌＦ₃ 系ガスを用いる
のが好ましいが、これに限定されるものではない。

【００３９】このようにして、クリーニングステップが
完了したならば、次にクリーニング後処理ステップを実
行する（Ｓ８）。この処理では、前述の成膜ステップの
後処理と同様にシラン系ガスを流すことにより、クリー
ニング時に用いたハロゲンガスの排出を促進させ、次に
行なわれるであろう前処理ステップにおけるプリコート
の付着性を改善する。まず、クリーニングガスの排気を
行なったならば、処理室内を例えば６００℃程度まで昇
温し、この中にＳｉＨ₄ ガスを所定量流しつつ、１分程
度の間、熱処理を行なう。これにより、処理室の壁面や
内部構造物の表面に付着していたハロゲンガスがシラン
ガスにより還元されて、ハロゲンガスの排出が促進され
ることになる。尚、ＳｉＨ₄ に代えて、ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂
ガスを流してもよい。以上のようにして、全体の処理が
完了することになる。

【００４０】このように、本発明方法においては、リン
ドープのポリシリコン層１０を形成した後に、同一処理
室内で、すなわちウエハＷを炉から搬出することなく、
そのまま次のタングステンシリサイド層１２の成膜処理
へ移行するようにしたので、ポリシリコン層１０上に自
然酸化膜が形成される恐れがほとんどない。従って、低
抵抗化を図ることができ、この電気的特性も大幅に改善
することが可能となる。

【００４１】また、ウエハに対して実際に成膜処理を施
す前に、前処理ステップで、連続成膜時及び後処理時に
流すガスを順次流して多層にプリコートを施すようにし
たので、処理室内が熱的に安定化し、成膜時の再現性を
高く維持することが可能となる。更に、各ウエハに対し
て、後処理を施すことにより成膜上にシリコンを付着さ
せたので、成膜のストレスを緩和し、また、後工程の熱
処理時における酸素アタックも阻止することが可能とな
る。

【００４２】次に、前処理ステップにおいて、多層のプ
リコートを施した時の効果について説明する。図４は２
ロット５０枚のウエハを成膜処理した時の各ウエハのシ
ート抵抗（ゲート電極）を示すグラフであり、１ロット
目の直前と２ロット目の直前に前処理ステップにて多層
のプリコートを施している。これによれば、シート抵抗
の最大値と最小値の差は約５Ω程度であり、従って、ウ
エハ間におけるシート抵抗のばらつきは３％程度であ
り、再現性はかなり良好であることが判明する。

【００４３】次に、成膜ステップの直後に、後処理ステ
ップを行なって成膜表面にシリコンを付着させた時の効
果について説明する。図５はシリコンを付着させた時と
付着させない時の酸素に対する拡散の度合いを示すグラ
フである。図中、横軸はウエハの深さ方向を示し、縦軸
は酸素量を間接的に示す。また、酸素アタックは、ウエ
ハを９００℃程度に加熱することにより行なった。グラ
フから明らかなように、後処理を行なってシリコンを膜
表面に付着させた場合には、付着させない場合と比較し
てタングステンシリサイド層（ＷＳｉｘ）における酸素
量は少なく、酸素拡散が抑制されていることが判明す
る。

【００４４】また、図６は上記後処理ステップの他の効
果として成膜ストレスの緩和状態を示すグラフであり、
ここでは横軸にシランガス（ＳｉＨ₄ ）或いはジクロル
シラン（ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ ）の流量を、縦軸に成膜のスト
レスをそれぞれとっている。尚、この後処理ステップに
おける成膜条件は、シランガスを流す時はＳｉＨ₄ ／Ａ
ｒ＝５００／４００ｓｃｃｍであり、ジクロルシランガ
スを流す時はＳｉＨ₂Ｃｌ₂ ／Ａｒ＝１５０／３５０ｓ
ｃｃｍであり、また、プロセス圧力はそれぞれ０．７Ｔ
ｏｒｒである。

【００４５】グラフより明らかなように、後処理を行な
わない時には膜のストレスは１．３０×１０¹⁰（後処理
時間＝０）程度と高いのに対して、後処理を行なう程、
ストレスが低下して良好であることが判明する。これに
より、多結晶シリコン層とタングステンシリサイド層の
層間の密着性を相対的に高くできることが判る。また、
後処理に用いるガスとしては、シランガスでもジクロル
シランガスでも共に同様な効果を発揮することができ
る。

【００４６】次に、クリーニング後処理ステップで、処
理室内壁や内部構造物の表面にシリコンを付着した時の
効果について説明する。図７はクリーニング後処理を行
なった時と行なわない時のウエハ表面のハロゲン量（Ｃ
ｌ量）を示すグラフである。このグラフから明らかなよ
うに、ＳｉＨ₄ ガスによるクリーニング後処理を行なっ
た方が、成膜中の残留ハロゲン量を抑制できることが判
明する。このため、クリーニング後処理を行なうことに
よって、タングステンシリサイド層の金属膜がハロゲン
によって悪影響を受けることを抑制することができる。

【００４７】また、図８はクリーニング後処理を行なっ
た場合と行なわない場合の次工程における前処理時のプ
リコートの付着状況を示すグラフである。グラフ中の縦
軸は、内部構造物表面に一定厚のプリコート膜が付着す
るまでの時間を示している。グラフから明らかなよう
に、クリーニング後処理を行なった方が、供給律速の場
合も、反応律速の場合も共にプリコート時間が短くて済
み、処理時間の短縮化に寄与できることが判明する。こ
のようにプリコート時間を短くできる理由は、成膜が生
じないインキュベーション時間を、前工程でシランパー
ジを行なったことにより短くできるからである。

【００４８】次に、本発明装置のシャワーヘッド部構造
が２層の連続成膜処理において有効である点について説
明する。表１は、上段分散板８２と均一分散板８６の孔
径や孔数を適宜変更した時の両層の成膜状態を示してい
る。

【００４９】

【表１】

【００５０】ここでガス噴出面７８（直径は３１６ｍｍ
程度）のガス噴出孔８０の直径及び個数（分布密度）は
従来と同様ものを用いており、例えば直径は１ｍｍであ
り、個数は直径２３０ｍｍの範囲のエリア内において４
３９７個（約１０個／ｃｍ²）である。尚、ここでは分
散板の直径は略２６０ｍｍに設定している。また、ガス
を面内に亘って均一的に供給するには、上段分散板より
もその下段の均一分散板の構造が重要であることから、
この構成を主に種々変更している。この表１から明らか
なように、上段分散板８２の孔の直径が１３ｍｍや３ｍ
ｍと大きく設定し、且つ設ける数も８個程度と多い場合
であって、均一分散板８２の孔の直径が４ｍｍ程度と大
きい場合には（比較例１、２）、供給律速のタングステ
ンシリサイド層は、ウエハのエッジ部分のみに成膜され
てしまう。

【００５１】また、上段分散板８２の孔の直径を１．５
ｍｍ程度と小さく設定し、且つ設ける個数も１個とした
場合であって、均一分散板８６の孔の直径及び個数を比
較例１、２と同じにした場合には（比較例３）、タング
ステンシリサイド層はウエハの中心部にも成膜された
が、エッジ部と比較してかなり薄い。これに対して、上
段分散板８２を、比較例３と同じものを用い、均一分散
板８６の孔の直径を０．６５ｍｍに設定して１８８個
（略０．３個／ｃｍ² ）形成した場合（実施例１）及び
均一分散板８６の孔の直径を０．５ｍｍに設定して７２
２個（略１．４個／ｃｍ² ）形成した場合には（実施例
２）、タングステンシリサイド層の膜厚の面内均一性は
２％程度になって非常に改善され、好ましいことが判明
する。

【００５２】尚、孔の直径の下限は、穴空け工作機械の
性能により規定されてしまい、例えば厚みが１０ｍｍ程
度の分散板に対しては孔の直径の下限は０．２ｍｍ程度
である。また、ここでは、実施例１、２の上段分散板８
２の孔の数は、１個に設定したが、この直径をそれ程大
きくすることなく数個、例えば２〜４個程度設けるよう
にしてもよい。更には、上記実施例においては、被処理
体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに
限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板等にも適用し得る
のは勿論である。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の成膜方法
によれば、次のように優れた作用効果を発揮することが
できる。処理室内で被処理体に連続して成膜するに際し
て、予め処理室内に連続成膜する際のガスを順次流して
多層のプリコートを行なって、内壁や内部構造物の表面
の熱反射率や熱輻射率等を安定化させるようにしたの
で、連続成膜時の再現性を高く維持することができる。
また、被処理体に対して連続成膜を行なった後に、シラ
ン系ガスを流して後処理を行なうようにしたので、成膜
のストレスを緩和して相対的にこの密着性を向上できる
のみならず、後工程にあける熱処理時において成膜に酸
素拡散が生ずることも阻止することができる。また、所
定量の被処理体の成膜処理後に、処理室内をクリーニン
グし、その後に、シラン系ガスを流して熱処理を行なう
クリーニング後処理を行なうようにしたので、内部の残
留ハロゲンガスの排除を促進でき、また、この後に行な
われる前処理時のプリコートの付着を促進することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施するために用いる成膜装置を
示す断面図である。

【図２】成膜装置のシャワーヘッド部内の均一分散板を
示す部分平面図である。

【図３】本発明方法のプロセスを示すフローチャートで
ある。

【図４】２ロット２５枚のウエハを成膜処理した時の各
ウエハのシート抵抗を示すグラフである。

【図５】シリコンを付着させた時と付着させない時の酸
素に対する拡散の度合いを示すグラフである。

【図６】後処理ステップによる成膜ストレスの緩和状態
を示すグラフである。

【図７】クリーニング後処理を行なった時と行なわない
時のウエハ表面のハロゲン量を示すグラフである。

【図８】クリーニング後処理を行なった場合と行なわな
い場合の次工程における前処理時のプリコートの付着状
況を示すグラフである。

【図９】ＭＯＳＦＥＴを示す図である。

【符号の説明】

６ゲート酸化膜８ゲート電極１０多結晶シリコン層１２タングステンシリサイド層１６成膜装置１８処理容器２０処理室２６載置台４６透過窓５０加熱ランプ７８ガス噴出面８２上段分散板８４ガス流出孔８６均一分散板８８分散孔Ｗ被処理体（半導体ウエハ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大久保和哉東京都港区赤坂五丁目３番６号ＴＢＳ放送センター東京エレクトロン株式会社内 (72)発明者高橋毅東京都港区赤坂五丁目３番６号ＴＢＳ放送センター東京エレクトロン株式会社内Ｆターム(参考） 4K030 AA03 AA04 AA06 AA20 BA20 BA29 BA48 BB03 BB12 CA04 CA12 DA06 4M104 BB01 BB28 CC05 DD45 FF13 HH08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理室内に被処理体を設置しないで、前
記処理室内に第１の膜、第２の膜、第３の膜を順次連続
的に成膜する前処理ステップと、前記処理室内に被処理体を設置し、前記被処理体上に第
１の膜、第２の膜を順次連続的に成膜する成膜ステップ
と、を有することを特徴とする成膜方法。
【請求項２】処理室内に被処理体を設置しないで、前
記処理室内に第１の膜、第２の膜、第３の膜を順次連続
的に成膜する前処理ステップと、前記処理室内に被処理体を設置し、前記被処理体上に第
１の膜、第２の膜、第３の膜を順次連続的に成膜する成
膜ステップと、を有することを特徴とする成膜方法。
【請求項３】所定の枚数の前記被処理体の処理を終
了し、クリーニングガスを前記処理室内に供給して、前
記処理室内の付着物を除去するクリーニングステップを
行うようにしたことを特徴とする請求項１または２記載
の成膜方法。
【請求項４】前記クリーニングステップを終了後、前
記処理室内にシラン系ガスを供給して前記処理室内のハ
ロゲンガスを除去する後処理ステップを行うようにした
ことを特徴とする請求項３記載の成膜方法。
【請求項５】前記第１の膜の形成は、シラン系ガスと
ドーパントガスとを含むガスの存在下にて行われること
を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の成膜方
法。
【請求項６】前記第２の膜の形成は、ＷＦ₆ ガスとシ
ラン系ガスとを含むガスの存在下にて行われることを特
徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項７】前記第３の膜の形成は、シラン系ガスを
含むガスの存在下にて行われることを特徴とする請求項
１乃至６のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項８】前記第３の膜は、前記第２の膜を成膜し
た後に成膜されることを特徴とする請求項１乃至７のい
ずれかに記載の成膜方法。
【請求項９】前記第３の膜は、シラン系ガスを流して
前記第２の膜上にシリコンを付着させた膜であることを
特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の成膜方
法。
【請求項１０】前記シラン系ガスは、ＳｉＨ₄ 、Ｓｉ
Ｈ₂ Ｃｌ₂ の内の少なくともいずれか一方であることを
特徴とする請求項５乃至９のいずれかに記載の成膜方
法。
【請求項１１】前記第１の膜は多結晶シリコンからな
り、前記第２の膜はタングステンシリサイド層であるこ
とを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の成
膜方法。
【請求項１２】前記第１の膜はＰ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂの
内の１つを含む不純物がドープされていることを特徴と
する請求項１乃至１１のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項１３】同一処理室内において被処理体の表面
に種類の異なる少なくとも２種類の成膜を連続的に形成
するに際して、前記処理室内に前記被処理体を設置しな
い状態において前記成膜を行なうための異なる成膜用ガ
スを順次流して前記処理室内にプリコートを施す前処理
ステップと、この前処理に続いて前記処理室内に前記被
処理体を設置した状態で前記異なる成膜用ガスを順次流
して種類の異なる成膜を順次連続的に行なう成膜ステッ
プと、この成膜ステップに続いてシラン系ガスを流して
前記被処理体にシリコンを付着させる後処理ステップと
を有することを特徴とする成膜方法。
【請求項１４】前記成膜ステップと前記後処理ステッ
プとを異なる被処理体に対して連続的に行なうことを特
徴とする請求項１３記載の成膜方法。
【請求項１５】前記後処理ステップに続いて、前記被
処理体を搬出した後に前記処理室内にクリーニングガス
を流してクリーニング処理を行なうクリーニングステッ
プと、このクリーニングステップに続いて前記処理室内
にシラン系ガスを流して熱処理を行なうクリーニング後
処理ステップとを有することを特徴とする請求項１３ま
たは１４記載の成膜方法。
【請求項１６】前記異なる種類の成膜は、不純物がド
ープされた多結晶シリコン層と、タングステンシリサイ
ド層であることを特徴とする請求項１３乃至１５のいず
れかに記載の成膜方法。