JP2010059522A - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】成膜処理の際にパーティクルの発生を抑制することができるのみならず、従来のクリーニング処理時よりも高い温度でのクリーニング処理が可能となり、その分、スループットを向上させることができる成膜装置を提供する。
【解決手段】被処理体Ｗの表面に薄膜を形成するための成膜装置１２において、処理容器１４と、その上に被処理体Ｗを載置する窒化アルミニウム製の載置台６２と、被処理体Ｗを加熱するための加熱手段６６と、載置台６２に対向させて配置され、処理容器１４内へ必要なガスを導入するシャワーヘッド部１８と、シャワーヘッド部の周辺部に、処理容器１４内のクリーニング処理後の昇温時に不活性ガスを供給するためのヘッド周辺部ガス供給手段２２とを備える。これにより、クリーニング処理時に生成してしまったＡｌＦ系物質が載置台６２の昇温時にパーティクルとなって飛散してもこれが対向するシャワーヘッド部に付着しないようにする。
【選択図】図１
【解決手段】被処理体Ｗの表面に薄膜を形成するための成膜装置１２において、処理容器１４と、その上に被処理体Ｗを載置する窒化アルミニウム製の載置台６２と、被処理体Ｗを加熱するための加熱手段６６と、載置台６２に対向させて配置され、処理容器１４内へ必要なガスを導入するシャワーヘッド部１８と、シャワーヘッド部の周辺部に、処理容器１４内のクリーニング処理後の昇温時に不活性ガスを供給するためのヘッド周辺部ガス供給手段２２とを備える。これにより、クリーニング処理時に生成してしまったＡｌＦ系物質が載置台６２の昇温時にパーティクルとなって飛散してもこれが対向するシャワーヘッド部に付着しないようにする。
【選択図】図１
Description
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体にチタン膜やチタン窒化膜などを形成する成膜方法及び成膜装置に係り、特にパーティクルの発生を抑制するようにした成膜方法及び成膜装置に関する。
一般に、半導体集積回路を製造するためには、半導体ウエハ等の基板に対して、成膜とパターンエッチング等を繰り返し行なって、多数の所望の素子を形成するようになっている。そして、半導体集積回路にあっては、この中の各素子間を接続する配線、各素子に対する電気的コンタクトを図るコンタクトメタル、或いは基板のＳｉの吸上げを抑制する対策として用いられるバリヤメタルとしては、電気抵抗が低いことは勿論のこと、耐腐食性に優れた材料を用いなければならない。
このような要請に対応できる材料として、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）などの高融点金属材料が使用される傾向にあり、中でも電気的及び耐腐食性などの特性等が良好であることから、特に、Ｔｉ及びこの窒化膜であるＴｉＮ（チタンナイトライド）が多用される傾向にある。そして、これらのＴｉ膜やＴｉＮ膜は、真空引き可能になされた処理容器内に、半導体ウエハを載置する載置台を設けた枚葉式の成膜装置で形成される（特許文献１〜４）。
上記Ｔｉ膜は、一般的には、原料ガスとしてＴｉＣｌ４ （四塩化チタン）ガスと水素ガスを用いてプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により成膜され、ＴｉＮ膜は、原料ガスとして同じくＴｉＣｌ４ とＮ２ ガスを用いてプラズマＣＶＤにより、或いは原料ガスにＴｉＣｌ４ とＮＨ３ ガスを用いて熱ＣＶＤにより成膜される。
ここで図１０を参照して一般的な成膜装置の一例の概略構成について説明する。この成膜装置は真空排気が可能になされた処理容器２を有しており、この処理容器２内に、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）よりなる載置台４が設けられ、この上に半導体ウエハＷが載置されている。そして、この載置台４に対向させて処理容器２の天井側にはシャワーヘッド部６が設けられており、処理容器２内に必要なガスを供給するようになっている。また、必要な場合には、シャワーヘッド部６にはプラズマ発生用の高周波電源８が接続されており、この処理容器２内にプラズマを形成し得るようになっている。ここで例えばＴｉ膜或いはＴｉＮ膜を形成するには、ＴｉＣｌ４ 、Ｈ２ 、Ｎ２ 、Ａｒ等のガスが用いられる。
そして、上述したような成膜処理は、プロセス温度が例えば６５０℃程度のプロセス条件下で半導体ウエハに対して連続的に行われるが、上述したようなＴｉ膜やＴｉＮ膜は、半導体ウエハ表面のみならず、処理容器の内壁面や容器内構造物、特に、シャワーヘッド部６の表面にも不要な膜として付着することは避けられない。そして、この不要な膜は、これが剥がれ落ちると半導体製品の歩留まり低下の原因となるパーティクルが発生するので、定期的に、或いは必要に応じて上記処理容器内へＣｌＦ３ やＮＦ３ 等のクリーニングガスを流して上記不要な膜を除去するクリーニング処理を行っている。
このクリーニング処理は、温度が高いとクリーニングガスの腐食性が大きくなり過ぎるので、載置台の温度を比較的高いプロセス温度から低い温度へ一旦低下させて行われる。そして、このクリーニング処理後は、処理容器内の熱的条件を整えるために内部に半導体ウエハを収容しない状態で成膜時と同じプロセス条件で成膜時と同じガスを流して処理容器の内壁面や容器内構造物の表面にプリコート膜を施すプリコート処理を行い、その後に製品半導体ウエハに対して成膜処理を行なうようになっている。
ところで、上記載置台の構成材料は、一般的にはセラミック材、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）により形成されており、この窒化アルミニウムが上記したＣｌＦ３ やＮＦ３ 等クリーニングガスに晒されると両者が反応し、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ）系物質が生成されていた。そして、成膜処理のために載置台４の温度を上げていくと、このＡｌＦ系物質は飛散して載置台４に対向するシャワーヘッド部６の表面や処理容器４の内壁面に付着する傾向にある。その後、成膜処理の際にはシャワーヘッド部６の表面に付着したＡｌＦ系物質の上に更に上記の不要な膜が付着することになる。このＡｌＦ系物質と金属との密着性は弱く、このため成膜の際に付着した上記の不要な膜は極めて剥がれ易くなり、半導体ウエハへの成膜処理の際に剥がれ落ちてパーティクルを発生してしまう、といった問題点があった。
そこで、従来のクリーニング処理では、載置台の構成材料である窒化アルミニウムがＣｌＦ３ やＮＦ３ 等のクリーニングガスに晒されてもＡｌＦ系物質が生じ難いような温度、例えば２００℃程度まで載置台の温度を低下させ、この温度を維持した状態でクリーニング処理を行うようにしていた。
しかしながら、この場合には、熱容量がかなり大きな載置台の温度を成膜温度である例えば６５０℃からクリーニング温度である２００℃まで降温させ、クリーニング処理後に再度６５０℃まで昇温しなければならず、上記した降温及び再昇温に要する時間が非常に長くなって例えば３時間前後も要するため、スループットを大幅に低下させてしまう、といった問題があった。
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、クリーニング処理時に生成してしまったＡｌＦ系物質が載置台の昇温時にパーティクルとなって飛散してもこれが対向するシャワーヘッド部に付着しないようにし、もって、成膜処理の際にパーティクルの発生を抑制することができるのみならず、従来のクリーニング処理時よりも高い温度でのクリーニング処理が可能となり、その分、スループットを向上させることができる成膜方法及び成膜装置を提供することにある。
本発明者等は、ＡｌＦ系物質に関するパーティクルの削減について鋭意研究した結果、載置台の昇温時に載置台より飛散するＡｌＦ粒子は、主にシャワーヘッド部の周縁部からその外周側にかけて付着する、という事実を見い出すことにより、本発明に至ったものである。
請求項１に係る発明は、被処理体の表面に薄膜を形成するための成膜装置において、真空排気が可能になされた処理容器と、前記処理容器内に設けられて、その上に前記被処理体を載置する窒化アルミニウム製の載置台と、前記被処理体を加熱するための加熱手段と、前記載置台に対向させて配置され、前記処理容器内へ必要なガスを導入するシャワーヘッド部と、前記シャワーヘッド部の周辺部に、前記処理容器内のクリーニング処理後の昇温時に不活性ガスを供給するためのヘッド周辺部ガス供給手段と、を備えたことを特徴とする成膜装置である。
このように、被処理体の表面に薄膜を形成するための成膜装置において、処理容器内のクリーニング処理後に載置台の温度を成膜処理を行うプロセス温度まで再び昇温する際に、シャワーヘッド部から不活性ガスを供給すると共にヘッド周辺部ガス供給手段からパーティクルの最も付着する傾向にあるシャワーヘッド部の周辺部に不活性ガスを供給してこの部分をパージするようにしたので、載置台側から飛散してくるパーティクルを前記供給された不活性ガスで押し流し、このパーティクルがシャワーヘッド部の周辺部に付着することを防止することができる。
この結果、後工程等で形成されるプリコート膜の密着性が向上し、成膜処理の際にパーティクルが発生することを抑制することができるのみならず、従来のクリーニング処理時よりも高い温度でのクリーニング処理が可能となり、その分、スループットを向上させることができる。
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ヘッド周辺部ガス供給手段のガス出口は、前記シャワーヘッド部の外周側に設けられている。
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記シャワーヘッド部の外周側には、僅かな隙間を隔ててその下面が前記シャワーヘッド部のガス噴射面と同一水平レベルになされた充填部材が設けられている。
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記充填部材は、前記昇温時には２５０℃以上に維持されている。
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記シャワーヘッド部の外周側には、僅かな隙間を隔ててその下面が前記シャワーヘッド部のガス噴射面と同一水平レベルになされた充填部材が設けられている。
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記充填部材は、前記昇温時には２５０℃以上に維持されている。
請求項５の発明は、請求項３又は４の発明において、前記僅かな隙間の下端の開口部は、前記ガス出口として形成されると共に、前記僅かな隙間は前記ヘッド周辺部ガス供給手段のガス流路として形成されている。
請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記ガス流路の途中には、複数の通気孔を有する拡散板が設けられている。
請求項７の発明は、請求項５又は６の発明において、前記ガス出口には、複数のガス孔を有する分散板が設けられている。
請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記ガス流路の途中には、複数の通気孔を有する拡散板が設けられている。
請求項７の発明は、請求項５又は６の発明において、前記ガス出口には、複数のガス孔を有する分散板が設けられている。
請求項８の発明は、請求項１の発明において、前記ヘッド周辺部ガス供給手段は、前記シャワーヘッド部に一体的に組み込まれており、前記ヘッド周辺部ガス供給手段のガス出口は、前記シャワーヘッド部のガス噴射面の周辺部に沿って形成されている。
請求項９の発明は、請求項１乃至８のいずれか一項の発明において、前記シャワーヘッド部には、プラズマ発生用のプラズマ形成手段が接続されて上部電極として構成され、前記載置台は下部電極として構成されている。
請求項１０の発明は、請求項１乃至９のいずれか一項の発明において、前記薄膜は、チタン膜又はチタン窒化膜である。
請求項９の発明は、請求項１乃至８のいずれか一項の発明において、前記シャワーヘッド部には、プラズマ発生用のプラズマ形成手段が接続されて上部電極として構成され、前記載置台は下部電極として構成されている。
請求項１０の発明は、請求項１乃至９のいずれか一項の発明において、前記薄膜は、チタン膜又はチタン窒化膜である。
請求項１１の発明は、請求項１乃至１０のいずれか一項の発明において、前記薄膜を形成するために原料ガスが用いられ、原料ガスは、ＴｉＣｌ４ 、ＴＤＭＡＴ（ジメチルアミノチタニウム）、ＴＤＥＡＴ（ジエチルアミノチタン）よりなる群より選択される１以上のガスである。
請求項１２の発明は、請求項１１の発明において、前記クリーニング処理で用いるクリーニングガスはフッ素系ガスである。
請求項１３の発明は、請求項１乃至１２のいずれか一項の発明において、前記フッ素系ガスは、ＣｌＦ３ 、ＮＦ３ 、Ｃ２ Ｆ６ 、Ｆ２ 、ＨＦよりなる群より選択される１以上のガスである。
請求項１２の発明は、請求項１１の発明において、前記クリーニング処理で用いるクリーニングガスはフッ素系ガスである。
請求項１３の発明は、請求項１乃至１２のいずれか一項の発明において、前記フッ素系ガスは、ＣｌＦ３ 、ＮＦ３ 、Ｃ２ Ｆ６ 、Ｆ２ 、ＨＦよりなる群より選択される１以上のガスである。
請求項１４の発明は、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の成膜装置を用いて被処理体の表面に第１の温度で薄膜を形成する方法において、前記第１の温度よりも低い第２の温度にてフッ素系ガスよりなるクリーニングガスを用いて前記処理容器内をクリーニングするクリーニング工程と、前記載置台を前記第１の温度から前記第２の温度に向けて昇温させつつシャワーヘッド部から不活性ガスを供給すると共にヘッド周辺部ガス供給手段から不活性ガスを供給するようにした昇温工程と、前記処理容器内へ成膜用のガスを流してプリコート膜を形成するプリコート工程と、前記載置台を前記第１の温度に維持して前記被処理体に対して薄膜を形成する成膜工程と、を有することを特徴とする成膜方法である。
請求項１５の発明は、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の成膜装置を用いて被処理体の表面に第１の温度で薄膜を形成するに際して、請求項１４に記載した成膜方法を実行するように前記成膜装置を制御するコンピュータに読み取り可能なプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体である。
本発明に係る成膜方法及び成膜装置によれば、次のような優れた作用効果を発揮することができる。
被処理体飛の表面に薄膜を形成するための成膜装置において、処理容器内のクリーニング処理後に載置台の温度を成膜処理を行うプロセス温度まで再び昇温する際に、シャワーヘッド部から不活性ガスを供給すると共にヘッド周辺部ガス供給手段からパーティクルの最も付着する傾向にあるシャワーヘッド部の周辺部に不活性ガスを供給してこの部分をパージするようにしたので、載置台側から飛散してくるパーティクルを前記供給された不活性ガスで押し流し、このパーティクルがシャワーヘッド部の周辺部に付着することを防止することができる。
被処理体飛の表面に薄膜を形成するための成膜装置において、処理容器内のクリーニング処理後に載置台の温度を成膜処理を行うプロセス温度まで再び昇温する際に、シャワーヘッド部から不活性ガスを供給すると共にヘッド周辺部ガス供給手段からパーティクルの最も付着する傾向にあるシャワーヘッド部の周辺部に不活性ガスを供給してこの部分をパージするようにしたので、載置台側から飛散してくるパーティクルを前記供給された不活性ガスで押し流し、このパーティクルがシャワーヘッド部の周辺部に付着することを防止することができる。
この結果、後工程等で形成されるプリコート膜の密着性が向上し、成膜処理の際にパーティクルが発生することを抑制することができるのみならず、従来のクリーニング処理時よりも高い温度でのクリーニング処理が可能となり、その分、スループットを向上させることができる。
以下に、本発明に係る成膜方法及び成膜装置の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る成膜方法を実施する成膜装置の一例を示す断面構成図、図２はシャワーヘッド部のガス噴射面側を示す平面図である。尚、ここでは薄膜としてチタン膜（Ｔｉ膜）をプラズマＣＶＤにより成膜する場合を例にとって説明する。
図１は本発明に係る成膜方法を実施する成膜装置の一例を示す断面構成図、図２はシャワーヘッド部のガス噴射面側を示す平面図である。尚、ここでは薄膜としてチタン膜（Ｔｉ膜）をプラズマＣＶＤにより成膜する場合を例にとって説明する。
図示するように、この成膜装置１２は、例えばアルミニウム、或いはアルミニウム合金により円筒体状に成形された処理容器１４を有しており、この処理容器１４は接地されている。この処理容器１４の天井部には、ガス導入手段として下面に多数のガス噴出口１６を有するシャワーヘッド部１８が設けられており（図２参照）、これにより各種の必要なガスを処理容器１４内の処理空間Ｓへ導入できるようになっている。尚、このシャワーヘッド部１８内は、この中で原料ガスであるＴｉＣｌ４ と還元ガスであるＨ２ とが混ざらないように区画されており、両ガスが処理空間Ｓへ噴出された時に初めて混ざるように、いわゆるポストミックス構造になっている。また、これに限らず、両ガスをシャワーヘッド部１８内で混合させる、いわゆるプレミックス構造のシャワーヘッド部を用いてもよい。
このシャワーヘッド部１８の全体は、例えばニッケルやハステロイ（商品名）、アルミニウム、或いはこれらの材料の組み合わせよりなり、全体として導電体により構成されており、平行平板電極の上部電極を兼ねている。この上部電極であるシャワーヘッド部１８の外周側や上方側は、例えば石英やアルミナ（Ａｌ２ Ｏ３ ）等の絶縁物よりなる充填部材２０により全体が覆われており、上記シャワーヘッド部１８はこの充填部材２０を介して処理容器１４側に絶縁状態で取り付け固定されている。
上記充填部材２０の下面２０Ａは、上記シャワーヘッド部１８の下面のガス噴射面１８Ａと同一水平レベルになされており、この処理容器１４内へ導入された各種のガスが処理空間Ｓ内で乱流を生じたり、プラズマが処理空間Ｓ内で不均一に分布したりすることを防止するようになっている。
そして、このシャワーヘッド部１８の周辺部に、クリーニング処理後の昇温時に不活性ガスを供給するための本発明の特徴とするヘッド周辺部ガス供給手段２２が設けられている。具体的には、上記シャワーヘッド部１８の外周面と上記充填部材２０の内周面とは密着されておらず、この外周面と内周面との間には僅かな隙間２４が形成されている。すなわち、上記充填部材２０は、上記シャワーヘッド部１８の外周側に、僅かな隙間２４を隔てて設けられている。この隙間２４は、上記シャワーヘッド部１８の周方向に沿って環状になっており、この隙間２４の幅Ｌ１は例えば２ｍｍ程度である。
そして、この隙間２４が、上記ヘッド周辺部ガス供給手段２２のガス流路２６として構成され、この隙間２４の下端の開口部２４Ａが上記ヘッド周辺部ガス供給手段２２のガス出口２８として構成されている。従って、図２にも示すように、上記ガス出口２８は、上記シャワーヘッド部１８のガス噴射面の周囲を囲むようにしてリング状に形成されている。
上記シャワーヘッド部１８の上端には、ガス導入口３０を形成するガス導入管３２が設けられ、このガス導入管３２の周囲には、上記隙間２４よりなるガス流路２６に連通されるリング状のパージガス導入管３４が、上記ガス導入管３２に対して同軸構造で設けられる。そして、このガス導入管３２と、この外周のパージガス導入管３４との間の一部がパージガス入口３６として構成されている。
そして、このパージガス導入管３４と上記充填部材２０と処理容器１４の壁部の各接合部には、例えばＯリング等よりなるシール部材３８がそれぞれ介在されており、処理容器１４内の気密性を維持するようになっている。
そして、このシャワーヘッド部１８には、プラズマ形成手段４０が接続されている。具体的には、このプラズマ形成手段４０は例えば４５０ｋＨｚの高周波電圧を発生する高周波電源４２を有しており、この高周波電源４２がマッチング回路４４を介して上記シャワーヘッド部１８に接続されて、上記上部電極であるシャワーヘッド部１８に必要に応じて高周波電圧を印加するようになっている。尚、この高周波電圧の周波数は４５０ｋＨｚに限定されず、他の周波数、例えば１３．５６ＭＨｚ等を用いてもよく、具体的には３００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚの範囲内の周波数を用いることができる。
そして、この処理容器１４の側壁には、半導体ウエハを搬出入するための搬出入口４６が形成されており、これにはゲートバルブ４８が設けられて開閉可能になされている。このゲートバルブ４８には、半導体ウエハを大気に晒すことなく搬送するために図示しないロードロック室やトランスファチャンバ等が接続される。
また、この処理容器１４の底部の中央は、下方へ凹部状に成形されており、この側面には、排気口５０が形成されている。この排気口５０には真空排気系５２が設けられ、処理容器１４内を真空排気できるようになっている。具体的には、この真空排気系５２は、上記排気口５０に接続される排気通路５４を有しており、この排気通路５４には、処理容器１４内の圧力を調整する圧力調整弁５６及び真空ポンプ５８が順次介設されている。そして、この処理容器１４内には、被処理体としての半導体ウエハＷを載置するためにその底部より支柱６０を介して支持された載置台６２が設けられている。
ここでは例えば直径が３００ｍｍの半導体ウエハＷが用いられる。この載置台６２は下部電極を兼ねており、この載置台６２の上部周縁部には、半導体ウエハＷの周囲を囲むようにしてリング状のフォーカスリング６４が設けられている。そして、この下部電極である載置台６２と上記上部電極であるシャワーヘッド部１８との間の処理空間Ｓに上部電極へ高周波電圧を印加することによりプラズマを立て得るようになっている。
具体的には、この載置台６２は、例えば全体がセラミックス材である窒化アルミニウム（ＡｌＮ）よりなり、この窒化アルミニウム製の載置台６２の内部に加熱手段として例えばモリブデンやタングステン線等の抵抗体よりなる加熱ヒータ６６が所定のパターン形状に配列して埋め込まれている。この加熱ヒータ６６には、ヒータ電源６８が配線７０を介して接続されており、必要に応じて上記加熱ヒータ６６に電力を供給して半導体ウエハＷを所定の温度に温度制御できるようになっている。更に、この載置台６２の内部には、下部電極の機能を発揮させるために例えばモリブデン線等をメッシュ状（網状）に網み込んでなる電極本体７２が面内方向に略全域に亘って埋め込まれている。そして、この電極本体７２は配線７４を介して接地されている。尚、この電極本体７２にバイアス電圧として高周波電圧を印加するようにしてもよい。
そして、上記載置台６２には、これを上下方向に貫通して３本のピン孔７６が形成されており（図１中では２個のみ記す）、各ピン孔７６には、その下端が円弧状の連結リング７８に共通に支持された例えば石英製の押し上げピン８０が遊嵌状態で挿通できるようになっている。そして、上記連結リング７８は、容器底部を貫通して上下移動可能に設けた出没ロッド８２の上端に支持されており、この出没ロッド８２の下端はアクチュエータ８４に接続されている。これにより、上記各押し上げピン８０を半導体ウエハＷの受け渡し時に各ピン孔７６の上端から上方へ出没させるようになっている。また、上記出没ロッド８２の容器底部に対する貫通部には、伸縮可能になされたベローズ８６が介設されており、上記出没ロッド８２が処理容器１４内の気密性を維持しつつ昇降できるようになっている。
そして、上記シャワーヘッド部１８のガス導入口３０には、処理に必要な各種のガスを供給するガス供給系９０が接続されている。具体的には、ここではガス供給系９０として、原料ガスとして例えばＴｉＣｌ４ ガスを流す原料ガス管９２、還元ガスとして例えばＨ２ ガスを流す還元ガス管９４、クリーニングガスとして例えばフッ素系ガスを流すクリーニングガス管９６、プラズマ用ガスやパージガスに用いる不活性ガスとしての希ガス、例えばＡｒガスを流す希ガス管９８、パージガス等に用いる不活性ガス、例えばＮ２ ガスを流すＮ２ ガス管１００がそれぞれ接続されている。
そして、各ガス管９２、９４、９６、９８、１００には各ガスの供給量を制御するマスフローコントローラのような流量制御器９２Ａ、９４Ａ、９６Ａ、９８Ａ、１００Ａと、開閉弁９２Ｂ、９４Ｂ、９６Ｂ、９８Ｂ、１００Ｂとがそれぞれ介設されている。ここで上記フッ素系ガスとしてはＣｌＦ３ ガスが用いられる。また、上記希ガス管９８及びＮ２ ガス管１００の上流側からはそれぞれ分岐管１０２、１０４が分岐されており、これらの分岐管１０２、１０４は共にヘッド周辺部ガス供給手段２２のパージガス入口３６に接続されている。
そして、上記各分岐管１０２、１０４の途中には、各ガスの供給量を制御するマスフローコントローラのような流量制御器１０２Ａ、１０４Ａと開閉弁１０２Ｂ、１０４Ｂとがそれぞれ介設されている。これにより、必要時に、すなわちクリーニング処理後の昇温時にＡｒガスとＮ２ ガスをヘッド周辺部ガス供給手段２２側へ流すことができるようになっている。また、この処理容器１４の側壁や天井壁には、この温度を冷却するための冷媒を流す冷却ジャケット１１０が設けられている。
そして、この装置全体は、例えばコンピュータよりなる制御部１０６により制御され、例えば各ガスの供給の開始、停止、各ガスの流量制御、半導体ウエハＷを載置する載置台６２の昇降温などの温度制御、処理容器１４内の圧力制御、プラズマ発生用の高周波電力の供給及び供給の停止等を制御するようになっている。また、この制御に必要なコンピュータに読み取り可能なプログラムは、記憶媒体１０８に記憶されている。この記憶媒体１０８は、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等よりなる。
次に、以上のように構成された成膜装置を用いて行われる本発明の成膜方法について図３及び図４も参照して説明する。図３は本発明の成膜方法の実施形態の各工程と載置台温度（半導体ウエハ温度）との関係を示す工程図、図４は本実施形態においてクリーニング処理で生成されたＡｌＦ系物質の動向を説明するための概略説明図である。ここでは前述したように半導体ウエハＷの表面にＴｉ膜を成膜する場合を例にとって説明する。
前述したように、半導体ウエハに対してＴｉ膜よりなる薄膜の成膜処理を行う場合は、ある程度の枚数の半導体ウエハに対して連続的に成膜処理を行った後は、処理容器内に付着した不要な膜を除去するクリーニング処理やクリーニング処理後に処理容器内の熱的条件を安定化させるためのプリコート処理や後述する本発明の特徴とする昇温工程等が行われるが、まず、成膜工程における成膜処理について説明する。
この成膜工程においては、まず、処理容器１４の側壁に設けたゲートバルブ４８を開状態とし、図示しないロードロック室等から搬出入口４６を介して未処理の例えばシリコン基板よりなる半導体ウエハＷをこの処理容器１４内へ搬入し、これを押し上げピン８０に受け渡してこれを降下させることによって、半導体ウエハＷを下部電極である載置台６２上に載置させる。
次に、処理容器１４内を密閉状態とし、加熱ヒータ６６への投入電力を増して予熱状態になされている載置台６２の温度をプロセス温度である第１の温度まで昇温して維持する。ここで第１の温度は例えば６５０℃である。そして、これと共に各開閉弁９２Ｂ、９４Ｂ、９８Ｂを開状態にして上部電極であるシャワーヘッド部１８から原料ガスのＴｉＣｌ４ ガスや還元ガスのＨ２ ガスやプラズマガスのＡｒガスをそれぞれ流量制御しつつ処理容器１４内へ供給すると同時に、真空排気系５２により排気口５０から処理容器１４内を真空引きして処理容器１４内を所定のプロセス圧力に維持する。
そして更に、上記プラズマ形成手段４０の上記高周波電源４２を駆動することにより、上部電極であるシャワーヘッド部１８と下部電極である載置台６２との間に例えば４５０ｋＨｚの高周波電圧を印加し、これにより、処理空間Ｓにプラズマを立ててプラズマによってＴｉＣｌ４ ガスを分解し、半導体ウエハＷの表面にＴｉ膜を堆積させることになる。
ここで本発明方法の実施形態について図３を参照して説明する。この実施形態では、図３に示すように、上記第１の温度、例えば６５０℃よりも低い第２の温度、例えば３００℃にてフッ素系ガス、例えばＣｌＦ３ よりなるクリーニングガスを用いて上記処理容器１４内をクリーニングするクリーニング工程と、上記載置台６２を上記第１の温度から上記第２の温度に向けて昇温させつつシャワーヘッド部１８から不活性ガス、例えばＮ２ ガスとＡｒガスとを供給すると共にヘッド周辺部ガス供給手段２２から不活性ガス、例えばＮ２ ガスとＡｒガスとを供給するようにした昇温工程と、上記処理容器１４内へ成膜用のガス、例えばＴｉＣｌ４ ガスとＨ２ ガス等を流してプリコート膜を形成するプリコート工程と、上記載置台６２を上記第１の温度に維持して上記被処理体である半導体ウエハＷに対して薄膜を形成する成膜工程とを有しており、これらの各工程を繰り返し行うことになる。
具体的には、まず、前述したように半導体ウエハＷに対して第１の温度、例えば６５０℃にて成膜処理が繰り返し行われると、パーティクルの原因となる不要な膜が処理容器１４内に付着するので、ある程度の枚数の半導体ウエハに対する成膜処理を行って成膜工程が終了したならば、載置台６２の温度を第２の温度、例えば３００℃まで降下（降温）させてクリーニング処理を行う。このクリーニング処理では、シャワーヘッド部１８からフッ素系ガスであるＣｌＦ３ ガスを所定の流量だけ流して処理容器１４の内壁面や容器内構造物の表面に付着している不要な膜を除去する。この場合、上記ＣｌＦ３ は非常に反応性（腐食性）に富むので、プラズマを立てなくても上記不要な膜と反応してこれを除去することができる。
また、これと同時に、上記ＣｌＦ３ ガスは容器内構造物の１つである上記載置台６２の構成材料である窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と反応し、ＡｌＦ系物質１１２が載置台６２の表面に生成される。この時の状態は図４（Ａ）に示されている。このＡｌＦ系物質１１２は、飛散し易く、且つクリーニング温度が高い程多く生成されるので、従来のクリーニング処理ではクリーニング温度を２００℃程度の低い温度に設定してＡｌＦ系物質の生成を抑制するようにしていたが、載置台６２の温度を２００℃まで降温させるためには多くの時間を要し、スループットの大幅な低下を余儀なくされていた。また、クリーニング後に成膜処理を行うために、この２００℃まで低下させた載置台６２の温度を６５０℃まで再度昇温するためにも多くの時間を要し、この点からもスループットの大幅な低下を余儀なくされていた。
これに対して、本発明方法の場合には、クリーニング温度を上記２００℃よりも高い例えば３００℃に設定していることから、載置台６２の昇降温に要する時間は少なくなるので、その分、スループットの向上を図ることができるが、クリーニング温度が高い分だけ、多くのＡｌＦ系物質１１２が生成されることになる。しかしながら、ここで説明する本発明の特徴とする昇温工程を行うことにより、上記ＡｌＦ系物質１１２が飛散してもこれをシャワーヘッド部１８の表面に付着させないで、パージガスと共に処理容器１４の外へ排除することができる。尚、上記クリーニング処理の時間は成膜処理した半導体ウエハの枚数に依存するが、厚さが１０ｎｍ程度のＴｉ膜の成膜処理を５００枚繰り返した後では約５０分となる。
上述のようにして、クリーニング工程が終了したならば、次にこの実施形態の特徴とする昇温工程を行う。この昇温工程では、前述したように、載置台６２の温度を上記第２の温度である３００℃から成膜処理を行う第１の温度である６５０℃まで昇温させつつ、シャワーヘッド部１８のみならず、ヘッド周辺部ガス供給手段２２からパージガスとして不活性ガスをそれぞれ処理容器１４内へ供給する。具体的には、ガス供給系９０の希ガス管９８及びＮ２ ガス管１００を介してそれぞれ流量制御されたＡｒガス及びＮ２ ガスがシャワーヘッド部１８内へ導入され、これらのガスが複数のガス噴出口１６より処理空間Ｓに放出されて供給される。
これと同時に、上記Ａｒガス及びＮ２ ガスは、それぞれ分岐管１０２、１０４へも流れ込み、これらのＡｒガス及びＮ２ ガスは、流量制御器１０２Ａ、１０４Ａでそれぞれ流量制御される。この流量制御されたＡｒガス及びＮ２ ガスは、ヘッド周辺部ガス供給手段２２のパージガス入口３６よりシャワーヘッド部３８の外周側に形成されている隙間２４であるガス流路２６を流下し、最終的にリング状に形成されているガス出口２８より、処理空間Ｓ内のシャワーヘッド部１８の周辺部に向けて放出される。この時、載置台６２の昇温に伴ってこの表面に形成されていたＡｌＦ系物質１１２は飛散して載置台６２に対向するシャワーヘッド部１８のガス噴射面１８Ａ及び充填部材２０の下面２０Ａ側、特に、ガス噴射面の周縁部及び充填部材２０の下面２０Ａの内周側に多く付着しようとする。
しかしながら、本発明では、上述のように、この部分ではガス出口２８からＡｒやＮ２ のパージガスが噴出して供給されているので、図４（Ｂ）に示すように、飛散したＡｌＦ粒子１１２Ａは、上記ＡｒやＮ２ のパージガスに随伴されて処理容器１４の外へ排出されることになる。また、シャワーヘッド部１８のガス噴射面の中央部の方へ飛散したＡｌＦ粒子１１２Ａもガス噴出口１６より噴出されるＡｒやＮ２ のパージガスによって処理容器１４の外へ排出される。
ここで図５を参照して、ＡｌＦ系物質の付着状況を従来例と比較して説明する。図５は本発明方法の昇温工程と従来方法の昇温工程におけるＡｌＦ粒子の付着状況の差を説明するための模式図である。図５（Ａ）は従来装置の場合を示し、図５（Ｂ）は本発明装置の場合を示す。
図５（Ａ）に示す従来装置の場合には、クリーニング処理後の載置台の昇温時には、シャワーヘッド部１８の各ガス噴出口１６からＡｒとＮ２ の混合ガスをパージガスとして噴射している。この場合には、シャワーヘッド部１８のガス噴射面の周縁部と充填部材２０の下面の内周側の部分、すなわち図５（Ａ）中の斜線で示す領域１１４に多くのＡｌＦ粒子が付着していた。この理由は、シャワーヘッド部１８の中心部と比較してその周縁部や充填部材２０の下面の温度が低いこと、及びＡｒガスとＮ２ ガスとよりなるパージガスの流速は処理空間Ｓの中央部は速いが、周辺部では比較的遅くなることから、上述のように斜線で示す領域１１４にＡｌＦ粒子が付着し易くなると考えられる。
これに対して、図５（Ｂ）に示すように、本発明装置の場合には、シャワーヘッド部１８の各ガス噴出口１６からＡｒとＮ２ の混合ガスをパージガスとして噴射するのみならず、シャワーヘッド部１８の外周側に設けたヘッド周辺部ガス供給手段２２のガス出口２８からもＡｒとＮ２ の混合ガスをパージガスとして噴射しているので、下方より飛散してきたＡｌＦ粒子が、特にガス出口２８から噴射されたパージガスにより効率的に排除されてしまう。この結果、図５（Ｂ）に示すように、図５（Ａ）における斜線で示す領域１１４にもＡｌＦ粒子が付着することを防止することができる。
このようにして、上記載置台６２の上面に形成されていたＡｌＦ系物質１１２は、ほとんど全てが飛散して除去され、また飛散したＡｌＦ粒子１１２Ａはシャワーヘッド部１８のガス噴射面や充填部材２０の下面側へ付着することなく、ほとんど全てが処理容器１４の外へ排出されることになる。この場合、実験によると、例えばＡｌＦ系物質１１２は、載置台６２の温度が４００℃程度になると飛散が開始される。
また、この昇温工程におけるガス流量に関しては、シャワーヘッド部１８の各ガス噴出口１６から供給するＡｒガスとＮ２ ガスの合計流量は例えば３６００ｓｃｃｍ程度、ヘッド周辺部ガス供給手段２２のガス出口２８から供給するＡｒガスとＮ２ ガスの合計流量は例えば３５０ｓｃｃｍ程度である。また、３００℃から６５０℃までの載置台６２の昇温レートは、例えば１０℃／ｍｉｎ程度である。
また処理容器１４の側壁や天井部は、この部分に設けた冷却ジャケット１１０に冷媒を流すことにより安全温度、例えば１７０℃程度まで冷却されるが、この冷却ジャケット１１０による冷却を抑制して充填部材２０の温度を高く、例えば２５０℃以上に設定することにより、この充填部材２０の下面へのＡｌＦ粒子の付着を一層抑制することができる。
このようにして昇温工程が終了したならば、次に、プリコート処理を行う。このプリコート処理では、処理容器１４内へ半導体ウエハＷを搬入しないで空状態のままで、成膜時と同様に、ＴｉＣｌ４ 、Ｈ２ 、Ａｒを流してプラズマを立て、処理容器１４内を成膜時と同じ圧力、例えば６６６Ｐａ程度に維持する。これにより、処理容器１４の内壁面は載置台６２等の容器内構造物の表面にＴｉ膜よりなるプリコート膜が形成されて、これにより処理容器１４内の熱的状態が安定化される。この場合、シャワーヘッド部１８のガス噴射面や充填部材２０の下面に付着するプリコート膜は、この付着面とプリコート膜との間にＡｌＦ粒子が介在しないので密着性が高い状態で付着することになり、この結果、膜剥がれ等が生じ難くなってパーティクルの発生を一層抑制することができる。
このプリコート工程の時間は例えば６０分程度である。この場合、３００℃から６５０℃まで載置台３８の温度を昇温するのに要する時間は、従来の成膜方法において２００℃から６５０℃まで昇温するのに要した時間と比較して短くすることができる。
このようにして、プリコート工程が終了したならば、次に上記空の処理容器１４内へ未処理の半導体ウエハＷを搬入し、前述したような成膜処理を行う。この成膜処理では、前述したように、ＴｉＣｌ４ 、Ｈ２ 、Ａｒガスを処理容器１４内へ導入してプラズマを立て、半導体ウエハＷの表面にＴｉ膜を形成する。そして、この半導体ウエハＷに対する成膜処理は、次のクリーニング処理の時期になるまで繰り返し行うことになる。この時のプロセス条件は、第１の温度である成膜温度が６５０℃、処理容器１４内の圧力が６６６Ｐａ程度である。尚、このプロセス条件は、単に一例を示したに過ぎず、これに限定されないのは勿論である。
そして、このようにして成膜工程が終了すると、載置台６２の温度を第２の温度、例えば３００℃まで降温させて、クリーニング処理を再度行うことになる。この時の降温速度は例えば４℃／ｍｉｎ程度である。以後、前述したような順序で各工程が繰り返し行われる。
ここで成膜工程からクリーニング工程へ移行する際に、６５０℃から３００℃まで載置台３８の温度を降温するのに要する時間は、従来の成膜方法において６５０℃から２００℃まで降温するのに要した時間と比較して大幅に短くすることができ、その分、半導体ウエハ処理のスループットを向上させることができる。具体的には、従来の成膜方法では１回の昇降温操作に対して２時間４０分程度も要していたが、本発明方法の場合には１時間３０分程度まで短くすることができた。
このように、被処理体である半導体ウエハＷの表面に薄膜を形成するための成膜装置において、処理容器１４内のクリーニング処理後に載置台６２の温度を成膜処理を行うプロセス温度まで再び昇温する際に、シャワーヘッド部１８から不活性ガスを供給すると共にヘッド周辺部ガス供給手段２２からパーティクルの最も付着する傾向にあるシャワーヘッド部１８の周辺部に不活性ガスを供給してこの部分をパージするようにしたので、載置台６２側から飛散してくるパーティクルを前記供給された不活性ガスで押し流し、このパーティクルがシャワーヘッド部１８の周辺部に付着することを防止することができる。
この結果、後工程等で形成されるプリコート膜の密着性が向上し、成膜処理の際にパーティクルが発生することを抑制することができるのみならず、従来のクリーニング処理時よりも高い温度でのクリーニング処理が可能となり、その分、スループットを向上させることができる。尚、ここではクリーニング工程を行う第２の温度を３００℃に設定したが、この第２の温度は３００℃に限定されず、４００℃以下のどの温度に設定してもよい。このクリーニング温度を、例えば４００℃に設定すると、載置台３８の昇降温に要する時間をより短くできるので、更に半導体ウエハ処理のスループットを向上させることができる。
＜本発明方法の評価＞
次に、本発明方法と従来方法を実施した時のシャワーヘッド部のガス噴射面の外周近傍のＡｌＦ３ 量をシミュレーションによって比較したので、その評価結果について説明する。図６は本発明方法と従来方法を実施した時のシャワーヘッド部のガス噴射面の外周近傍のＡｌＦ３ 量を示すグラフであり、図６（Ａ）は従来方法を実施した時の総ガス流量とＡｌＦ３ 量との関係を示すグラフである。ここでは、パージガスとしてはＡｒガスとＮ２ ガスとの混合ガスを用いており、両ガスの流量は互いに同じ値に設定している。この従来方法では、前述したようにシャワーヘッド部１８のガス噴出口１６から上記混合ガスを流している。
次に、本発明方法と従来方法を実施した時のシャワーヘッド部のガス噴射面の外周近傍のＡｌＦ３ 量をシミュレーションによって比較したので、その評価結果について説明する。図６は本発明方法と従来方法を実施した時のシャワーヘッド部のガス噴射面の外周近傍のＡｌＦ３ 量を示すグラフであり、図６（Ａ）は従来方法を実施した時の総ガス流量とＡｌＦ３ 量との関係を示すグラフである。ここでは、パージガスとしてはＡｒガスとＮ２ ガスとの混合ガスを用いており、両ガスの流量は互いに同じ値に設定している。この従来方法では、前述したようにシャワーヘッド部１８のガス噴出口１６から上記混合ガスを流している。
このグラフから明らかなように、シャワーヘッド部１８から噴出するガス流量を増加させる程、シャワーヘッド部の外周近傍のＡｌＦ３ 量は直線的に低下している。これは、噴射するパージガスの総ガス流量を増加させる程、昇温によって載置台側から飛散してくるＡｌＦ粒子がシャワーヘッド部のガス噴射面や充填部材の下面に到達する前に、このパージガスによって押し流される確率が高くなるからである。
これに対して、図６（Ｂ）は本発明方法を実施した時のガス出口２８からガス流量（Ａｒ＋Ｎ２ ）とＡｌＦ３ 量との関係を示すグラフである。ここではシャワーヘッド部１８のガス噴出口１６から噴出する混合ガス（Ａｒ＋Ｎ２ ）の流量は３６００ｓｃｃｍ（＝Ａｒ：１８００ｓｃｃｎ、Ｎ２ ：１８００ｓｃｃｍ）となるように一定に維持している。
このグラフから明らかなように、本発明で用いるヘッド周辺部ガス供給手段２２のガス出口２８からのガス流量（Ａｒ＋Ｎ２ ）が”ゼロ”の場合には（シャワーヘッド部１８からは３６００ｓｃｃｍ）、ＡｌＦ３ 量は略２．０（ｃｃ）である（図６（Ａ）中の総ガス流量＝３６００ｓｃｃｍに対応）。
そして、上記ガス出口２８からのガス流量を次第に増加させると、シャワーヘッド部の外周近傍のＡｌＦ３ 量は急激に減少しており、ガス流量が３５０ｓｃｃｍ以上になるとＡｌＦ３ 量の減少率は少し低下することになる。従って、ガス出口２８からパージガスを噴出させることによって、シャワーヘッド部１８のガス噴射面の周縁部や充填部材２０の下面の内周側の部分にＡｌＦ粒子が付着することを抑制できることが理解できる。この場合、ガス出口２８からのガス流量を、特に３５０ｓｃｃｍ以上に設定することにより、ＡｌＦ粒子の付着量を大幅に低減させることができる。
図６（Ａ）中の一点鎖線１１６は、図６（Ｂ）中のグラフを転記したものであり、これによれば、従来方法の場合と同じ総ガス流量を用いた場合、本発明方法の場合には、ＡｌＦ粒子の付着効率を遥かに低減でき、良好な結果を示すことが判る。従って、本発明方法の場合には、従来方法と同じＡｌＦ粒子の付着効率の低減を図るためには、使用するパージガス（Ａｒ＋Ｎ２ ）の流量を大幅に削減することができ、その分、ランニングコストを削減させることができる。
＜充填部材の温度評価＞
次に、シャワーヘッド部１８の外周側に設けた充填部材２０の温度がシャワーヘッド部のガス噴射面の外周近傍のＡｌＦ３ 量に与える影響を調べたので、その評価結果について説明する。図７は充填部材の温度とＡｌＦ３ 量との関係を示すグラフである。
次に、シャワーヘッド部１８の外周側に設けた充填部材２０の温度がシャワーヘッド部のガス噴射面の外周近傍のＡｌＦ３ 量に与える影響を調べたので、その評価結果について説明する。図７は充填部材の温度とＡｌＦ３ 量との関係を示すグラフである。
このグラフから明らかなように、充填部材２０の温度を１７０℃から４３０℃まで順次上昇させた場合、略直線的にＡｌＦ３ 量が少しずつ減少している。従って、上記したガス出口２８からのパージガスの噴出操作程には顕著な作用効果は示さないが、この充填部材２０の温度を少し上げて維持した場合にも、ＡｌＦ粒子の付着を抑制できることが理解できる。この場合、好ましくは充填部材２０の温度を３００℃以上に設定すれば、ＡｌＦ粒子の付着率を略５％以上低減させることができる。そして、この充填部材２０の温度の上限は例えば５５０℃程度である。
尚、上記実施形態では、ヘッド周辺部ガス供給手段２２のガス流路２６には何も介設しなかったが、次に示すものを設けるようにしてもよい。図８は分散板と拡散板を示す平面図である。例えば上記ガス流路２６のガス出口２８には何ら装着しなかったが、これに限定されず、図８（Ａ）に示すように、複数のガス孔１２０をその周方向に沿って形成したリング状の分散板１２２を上記ガス出口２８に装着して、このガス孔１２０から噴出されるパージガスを拡散させるようにしてもよい。この場合、上記分散板１２２の材料としては、石英やＡｌＮ、Ａｌ２ Ｏ３ 等のセラミック材を用いることができる。
また更に、上記パージガス入口３６の近傍のガス流路２６の途中に図８（Ｂ）に示すように、複数の通気孔１２４をその周方向に沿って形成したリング状の拡散板１２６を設け、パージガスを拡散させるようにしてもよい。この場合、上記拡散板１２６の材料としては、石英やＡｌＮ、Ａｌ２ Ｏ３ 等のセラミック材を用いることができる。
また、上記図１及び図２に示す実施形態では、上記シャワーヘッド部１８とこの外周側に設ける充填部材２０との間に僅かな隙間２４を設けてヘッド周辺部ガス供給手段２２のガス流路２６を形成したが、これに限定されず、このヘッド周辺部ガス供給手段２２をシャワーヘッド部１８内へ一体的に組み込むようにしてもよい。図９はこのような成膜装置の変形実施形態の一部を示す断面構成図である。尚、図１及び図２に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。
図９に示すように、ここでは、シャワーヘッド部１８の外殻の外側に、この外殻を覆うようにしてこれより僅かな隙間１３０を隔てて導電性材料よりなるケーシング１３２を設け、この上端部と上記シャワーヘッド部１８の外周とを接合して両者を一体的に成形している。そして、上記ケーシング１３２の接合部分にパージガス入口３６を形成している。これにより、上記ヘッド周辺部ガス供給手段２２がシャワーヘッド部１８と一体的に成形されることになる。この場合、上記隙間１３０がパージガスのガス流路２６となり、この隙間１３０の下端部がガス出口２８となる。従って、上記ガス出口２８はガス噴射面１８Ａの周辺部に沿ってリング状に形成されることになる。そして、上記ケーシング１３２の外周に密着させて、上記充填部材２０が設けられることになる。
この場合にも、図１及び図２にて説明した実施形態と同様な作用効果を発揮することができる。また、ここでも図８において説明した分散板１２２や拡散板１２６を適用することができる。また、上記実施形態では、クリーニング処理で用いるクリーニングガスのフッ素系ガスとしてＣｌＦ３ ガスを用いたが、これに限定されず、このフッ素系ガスとしては、ＣｌＦ３ 、ＮＦ３ 、Ｃ２ Ｆ６ 、Ｆ２ 、ＨＦよりなる群より選択される１以上のガスを用いることができる。
また、上記実施形態では、薄膜を形成するための原料ガスとしてＴｉＣｌ４ ガスを用いたが、これに限定されず、上記原料ガスは、ＴｉＣｌ４ 、ＴＤＭＡＴ（ジメチルアミノチタニウム）、ＴＤＥＡＴ（ジエチルアミノチタン）よりなる群より選択される１以上のガスを用いることができる。更に、上記実施形態では、薄膜としてＴｉ膜を成膜する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、ＴｉＮ膜（チタン窒化膜）を成膜する場合にも本発明を適用することができる。
また更に、本実施形態では、プラズマ形成手段を用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、プラズマを用いない熱による成膜処理、例えば熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）や原料ガスと反応ガス（酸化ガスや還元ガス）とを交互に流して成膜する熱ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等を行う成膜装置にも、本発明を適用できるのは勿論である。
また、本実施形態で用いたＡｒガスは、これに替えて他の希ガス、例えばＨｅ等を用いてもよい。また、本実施形態ではパージガスとしてＡｒとＮ２ の混合ガスを用いたが、これに限定されず、Ｎ２ ガス及び希ガスを含めたガス群より選択した１以上のガスを用いることができる。
また、ここで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、この半導体ウエハにはシリコン基板やＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体基板も含まれ、更にはこれらの基板に限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。
１２ 成膜装置
１４ 処理容器
１８ シャワーヘッド部
１８Ａ ガス噴射面
２０ 充填部材
２０Ａ 充填部材の下面
２２ ヘッド周辺部ガス供給手段
２４ 隙間
２６ ガス流路
２８ ガス出口
４０ プラズマ形成手段
４２ 高周波電源
５２ 真空排気系
６２ 載置台
６６ 加熱ヒータ（加熱手段）
９０ ガス供給系
９２ 原料ガス管
９４ 還元ガス管
９６ クリーニングガス管
９８ 希ガス管
１００ Ｎ２ ガス管
１０２，１０４ 分岐管
１０６ 制御部
１０８ 記憶媒体
１２２ 分散板
１２６ 拡散板
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
１４ 処理容器
１８ シャワーヘッド部
１８Ａ ガス噴射面
２０ 充填部材
２０Ａ 充填部材の下面
２２ ヘッド周辺部ガス供給手段
２４ 隙間
２６ ガス流路
２８ ガス出口
４０ プラズマ形成手段
４２ 高周波電源
５２ 真空排気系
６２ 載置台
６６ 加熱ヒータ（加熱手段）
９０ ガス供給系
９２ 原料ガス管
９４ 還元ガス管
９６ クリーニングガス管
９８ 希ガス管
１００ Ｎ２ ガス管
１０２，１０４ 分岐管
１０６ 制御部
１０８ 記憶媒体
１２２ 分散板
１２６ 拡散板
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
Claims (15)
- 被処理体の表面に薄膜を形成するための成膜装置において、
真空排気が可能になされた処理容器と、
前記処理容器内に設けられて、その上に前記被処理体を載置する窒化アルミニウム製の載置台と、
前記被処理体を加熱するための加熱手段と、
前記載置台に対向させて配置され、前記処理容器内へ必要なガスを導入するシャワーヘッド部と、
前記シャワーヘッド部の周辺部に、前記処理容器内のクリーニング処理後の昇温時に不活性ガスを供給するためのヘッド周辺部ガス供給手段と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。 - 前記ヘッド周辺部ガス供給手段のガス出口は、前記シャワーヘッド部の外周側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
- 前記シャワーヘッド部の外周側には、僅かな隙間を隔ててその下面が前記シャワーヘッド部のガス噴射面と同一水平レベルになされた充填部材が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の成膜装置。
- 前記充填部材は、前記昇温時には２５０℃以上に維持されていることを特徴とする請求項３記載の成膜装置。
- 前記僅かな隙間の下端の開口部は、前記ガス出口として形成されると共に、前記僅かな隙間は前記ヘッド周辺部ガス供給手段のガス流路として形成されていることを特徴とする請求項３又は４記載の成膜装置。
- 前記ガス流路の途中には、複数の通気孔を有する拡散板が設けられていることを特徴とする請求項５記載の成膜装置。
- 前記ガス出口には、複数のガス孔を有する分散板が設けられていることを特徴とする請求項５又は６記載の成膜装置。
- 前記ヘッド周辺部ガス供給手段は、前記シャワーヘッド部に一体的に組み込まれており、前記ヘッド周辺部ガス供給手段のガス出口は、前記シャワーヘッド部のガス噴射面の周辺部に沿って形成されていることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
- 前記シャワーヘッド部には、プラズマ発生用のプラズマ形成手段が接続されて上部電極として構成され、前記載置台は下部電極として構成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の成膜装置。
- 前記薄膜は、チタン膜又はチタン窒化膜であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の成膜方法。
- 前記薄膜を形成するために原料ガスが用いられ、原料ガスは、ＴｉＣｌ４ 、ＴＤＭＡＴ（ジメチルアミノチタニウム）、ＴＤＥＡＴ（ジエチルアミノチタン）よりなる群より選択される１以上のガスであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の成膜方法。
- 前記クリーニング処理で用いるクリーニングガスはフッ素系ガスであることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の成膜方法。
- 前記フッ素系ガスは、ＣｌＦ３ 、ＮＦ３ 、Ｃ２ Ｆ６ 、Ｆ２ 、ＨＦよりなる群より選択される１以上のガスであることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の成膜方法。
- 請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の成膜装置を用いて被処理体の表面に第１の温度で薄膜を形成する方法において、
前記第１の温度よりも低い第２の温度にてフッ素系ガスよりなるクリーニングガスを用いて前記処理容器内をクリーニングするクリーニング工程と、
前記載置台を前記第１の温度から前記第２の温度に向けて昇温させつつシャワーヘッド部から不活性ガスを供給すると共にヘッド周辺部ガス供給手段から不活性ガスを供給するようにした昇温工程と、
前記処理容器内へ成膜用のガスを流してプリコート膜を形成するプリコート工程と、
前記載置台を前記第１の温度に維持して前記被処理体に対して薄膜を形成する成膜工程と、
を有することを特徴とする成膜方法。 - 請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の成膜装置を用いて被処理体の表面に第１の温度で薄膜を形成するに際して、
請求項１４に記載した成膜方法を実行するように前記成膜装置を制御するコンピュータに読み取り可能なプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体。
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