JP4933720B2 - 成膜方法 - Google Patents

Description

本発明は、成膜装置を処理する方法、成膜方法、及び成膜装置に関する。

成膜装置は、半導体デバイスを形成する基板上に様々な膜を形成するために半導体装置の製造工程において利用される。成膜に際して、チャンバ内のフェースプレート及びプロセスキット上にも反応物が堆積される。この反応物を除くために、好ましくは、成膜工程の後にあるいは成膜工程に先立って、チャンバ内のフェースプレート及びプロセスキットをクリーニングする。

例えば、チャンバ内のクリーニングは、リモートプラズマを用いて行うことができる(例えば、特許文献１)。
特開２００２−７５９７３号公報

成膜装置のクリーニングには、２つのクリーニング法がある。その一つのクリーニングは、チャンバ内のフェースプレート及びプロセスキットに対して成膜工程ごとに行われる。他のクリーニングは、通常、数千回といった成膜を行った後に行われる。後者のクリーニングでは、チャンバの真空度を大気圧に戻した後にチャンバを開けることが必要であり、またフェースプレートを再生処理した後にチャンバを真空排気することが必要である。このクリーニングを行うためには多くの時間がかかるので、このクリーニングの頻度を下げることが求められる。この結果、この成膜装置を用いる製造プロセスにおける生産効率を上げることができる。

そこで、本発明の目的は、成膜におけるクリーニングの負担を軽減できる成膜装置を処理する方法、成膜方法、及び成膜装置を提供することである。

本発明の一側面は、プロセスチャンバ内にフェースプレートを有する成膜装置を処理する方法に係る。この方法は、(ａ)フェースプレートをフッ素の活性種に曝す工程と、(ｂ)酸素を構成元素として含む第１のガスのプラズマにフェースプレートを曝す工程と、を備える。

この方法では、フッ素の活性種によりフェースプレートをクリーニングした後に第１のガスのプラズマにフェースプレートを曝すので、酸素のプラズマによりフェースプレートの表面が処理される。この酸素処理により、フッ素クリーニング効率の低下を低減できる。

また、本発明の方法は、フッ素の活性種に曝す工程に先立って、プロセスチャンバ内にフェースプレートを備える成膜装置を準備する工程を更に備えることができる。

本発明の方法は、フェースプレート上に薄膜を堆積する工程を更に備えることができる。この工程によれば、クリーニングにより生じている可能性のある生成物をフェースプレート上に薄膜により閉じこめて、パーティクルの発生を低減できる。

本発明の方法では、第１のガスは、Ｎ_２Ｏといった酸化物ガス及びＯ_２の少なくともいずれかを含むようにしてもよい。

本発明の方法は、フェースプレートを曝す工程に先立って、フッ素を構成元素として含む第２のガスからリモートプラズマ装置において活性種を生成する工程を更に備えることができる。

リモートプラズマを用いるとフッ素クリーニングを効率的に行うことができるので、フッ素クリーニング効率の低下を酸素処理により低減できるという技術的な利点が効果的に発揮される。

本発明の方法では、第２のガスは、ＮＦ_３といったフッ化物ガス及びＦ_２の少なくともいずれかを含むことができる。

本発明の方法では、フェースプレートの材料は、アルミニウム及びアルミニウム合金の少なくともいずれかであることができる。これらの材料のフェースプレートによれば、酸素処理による技術的な利点が効果的に発揮される。

本発明の別の側面は、成膜方法に係る。この方法は、(ａ)プロセスチャンバ内にフェースプレートを備える成膜装置に、金属膜を備える基板を置く工程と、(ｂ)プロセスチャンバ内において基板を還元雰囲気に曝す工程と、(ｃ)窒素及び酸素の少なくともいずれかを含むシリコン化合物を基板上に堆積する工程と、(ｄ)シリコン化合物を基板上に堆積した後に、基板を成膜装置から取り出す工程と、(ｅ)フッ素の活性種にフェースプレートを曝す工程と、(ｆ)酸素を構成元素として含む第１のガスのプラズマにフェースプレートを曝す工程と、を備える。

この方法によれば、基板を還元雰囲気に曝すことにより、基板上の金属膜の表面が還元されると共に、フェースプレートの表面も還元される。還元されたフェースプレートの表面はフッ素処理の後に酸素プラズマに曝されるので、フェースプレートの表面が処理される。

この方法は、(ａ)工程、(ｂ)工程、(ｃ)工程、(ｄ)工程、(ｅ)工程、(ｆ)工程を繰り返す工程を更に備えることができる。この成膜方法によれば、成膜を繰り返してもクリーニング特性の変動が小さい。

本発明の方法では、第２のガスは、Ｎ_２Ｏといった酸化物ガス及びＯ_２の少なくともいずれかを含むようにしてもよい。

本発明の成膜方法では、第２のガスは、Ｆ_２及びフッ化物ガスの少なくともいずれかを含むことができる。

本発明の成膜方法は、基板を大気中に置く工程と、シリコン化合物を形成する工程に先立って、基板を還元性雰囲気に曝す工程と更に備えることができる。基板は、その主面上に金属膜を備えている。この成膜方法によれば、金属膜を備える基板を大気中に置くとき、金属膜上には自然酸化膜が形成される。還元性雰囲気中において、金属膜上の自然酸化膜は還元されて、酸化膜は実質的に消失する。好適な実施例では、金属膜は銅を含む。好適な実施例では、還元性雰囲気はアンモニアを含む雰囲気であることができる。アンモニアを用いて、基板の主面上の金属膜の表面の酸化物を還元することができる。

本発明の更なる別の側面は、成膜方法に係る。この方法は、(ａ)フェースプレートを備える成膜装置内に置かれた基板及びフェースプレート上に、窒素及び酸素の少なくともいずれかを含むシリコン化合物を堆積する工程と、(ｂ)フェースプレート上のシリコン化合物をエッチングするためにフッ素の活性種にフェースプレートを曝す工程と、(ｃ) フェースプレートを曝す工程の後に、フェースプレートを酸化する工程とを備える。

この方法では、成膜によりフェースプレート上に生成された反応物をフッ素の活性種によりクリーニングした後に、酸素のプラズマによりフェースプレートの表面が処理される。この酸素処理により、成膜の回数の増加とともに低下するフッ素クリーニング効率の低下を低減できる。フッ素クリーニング工程及び成膜工程の繰り返し数を増加できる。

本発明の成膜方法は、フェースプレートを曝す工程に先立って、フッ素を構成元素として含む第２のガスからリモートプラズマ装置において活性種を生成する工程を備えることができる。

リモートプラズマを用いるとフッ素クリーニングを効率的に行うことができるので、フッ素クリーニング効率の低下をフェースプレートの酸素処理により低減できるという技術的な利点が効果的に発揮される。

本発明の成膜方法は、シリコン化合物を形成する工程に先立って、基板を還元性雰囲気に曝す工程と、基板を還元性雰囲気に曝す工程に先立って基板を大気中に置く工程とを更に備えることができる。基板は、その主面上に金属膜を備えている。この成膜方法によれば、金属膜を備える基板を大気中に置くとき、金属膜上には自然酸化膜が形成される。還元性雰囲気中において、金属膜上の自然酸化膜は還元されて、酸化膜は実質的に消失する。好適な実施例では、金属膜は銅を含む。好適な実施例では、還元性雰囲気はアンモニアを含む雰囲気であることができる。アンモニアを用いて、基板の主面上の金属膜の表面の酸化物を還元することができる。

本発明の成膜方法では、第２のガスは、ＮＦ_３といったフッ化物ガス及びＦ_２の少なくともいずれかを含むことができる。

本発明の成膜方法では、フェースプレートの材料は、アルミニウム及びアルミニウム合金の少なくともいずれかであることができる。これらの材料のフェースプレートによれば、酸素処理による技術的な利点が効果的に発揮される。

本発明のまた更なる別の側面によれば、成膜装置は、プロセスチャンバと；
プロセスチャンバ内に設けられたフェースプレートと；フッ素活性種を生成するための手段と；プロセスチャンバに結合されたプロセスガス源と；プロセスガス源からのガスのプラズマをプロセスチャンバ内に生成するための手段と；クリーニングシーケンスを制御するためのクリーニング制御手段を含む制御部と；を備える。プロセスガス源は、酸素を構成元素として含む第１のガス源を含む。クリーニング制御手段は、フッ素活性種を用いてフェースプレートを処理するための第１の制御を行う手段と；プロセスガス源を制御して、第１のガスのプラズマにフェースプレートを曝すための第２の制御を行う手段とを有する。

この成膜装置のクリーニング制御手段を用いると、フッ素活性種によりフェースプレートをクリーニングした後に、第１のガスのプラズマによりフェースプレートの表面が処理される。この酸素処理により、成膜を繰り返すことにより生じている可能性のあるフッ素クリーニング効率の低下を低減できる。

本発明の成膜装置では、フッ素活性種を生成するための手段は、フッ素を構成元素として含む第２のガスから活性種を生成するリモートプラズマ装置を含むことができる。リモートプラズマ装置はプロセスチャンバに結合されている。

リモートプラズマを用いるとフッ素クリーニングを効率的に行うことができるので、フッ素クリーニング効率の低下を酸素処理により低減できるという技術的な利点が効果的に発揮される。

本発明の成膜装置では、第１のガスは、Ｎ_２Ｏ、Ｏ_２、Ｈ_２Ｏ_２、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ及びＯ_３の少なくともいずれかを含むことができる。本発明の成膜装置では、第２のガスは、ＮＦ_３といったフッ化物ガス及びＦ_２の少なくともいずれかを含むことができる。

本発明の成膜装置では、フェースプレートの材料はアルミニウム及びアルミニウム合金の少なくともいずれかであることができる。これらの材料のフェースプレートによれば、酸素処理による技術的な利点が効果的に発揮される。

本発明の成膜装置では、プロセスガス源は、窒素含有ガス源及び酸素含有ガス源の少なくともいずれかのガス源と、シリコン含有ガス源とを含むことができる。制御部は、成膜シーケンスを制御するための成膜制御手段を含むことができる。成膜制御手段は、プロセスチャンバ内において基板上に、窒素及び酸素の少なくともいずれかを含むシリコン化合物を形成するための第３の制御を行う手段を更に備えることができる。

成膜によりフェースプレート上には反応物が生成される。この反応生成物をフッ素の活性種によりクリーニングした後に、第２のガスのプラズマによりフェースプレートの表面が処理される。このプラズマ処理により、成膜の回数の増加とともに低下するフッ素クリーニング効率の低下を低減できる。フッ素クリーニングされたフェースプレートのクリーニング品質の低下を低減できる。

本発明の成膜装置では、プロセスガス源は、還元性物質を含む第３のガス源を更に含むことができる。成膜制御手段は、プロセスガス源を制御して、プロセスチャンバ内において基板を還元するための第４の制御を行うための手段を更に備えることができる。

この成膜装置では、基板を還元雰囲気に曝すことにより、基板の表面が還元されると共に、フェースプレートの表面も還元される。還元されたフェースプレートの表面はフッ素処理の後に酸素プラズマに曝されるので、フェースプレートの表面が酸化される。フッ素クリーニングされたフェースプレートのクリーニング品質の低下を低減できる。

本発明の成膜装置では、プロセスガス源は、アンモニアを提供するアンモニア源を含むことができる。還元性ガスを用いて、基板の表面の酸化物を還元することができる。また、基板の主面上には金属膜が形成されていてもよい。還元性雰囲気において、金属膜の表面の酸化物を還元することができる。

本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。

以上説明したように、本発明によれば、成膜におけるクリーニングの負担を軽減できる成膜装置を処理する方法、成膜方法、及び成膜装置が提供される。

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の成膜装置、成膜装置を処理する方法及び成膜方法に係わる実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。

(第１の実施の形態)
図１は、本実施の形態に係る成膜装置を示す図面である。図１を参照すると、平行平板プラズマ成膜装置といった成膜装置１が示されている。成膜装置１は、２つ成膜セクション１ａ、１ｂを備える。引き続く説明では、成膜セクション１ａ及びこれに関連するセクションを説明する。

成膜装置１は、プロセスチャンバ５と、プロセスガス源７と、フェースプレート９と、ステージ１１と、制御部１３とを備える。プロセスガス源７は、酸素を構成元素として含む第１のガス源７ａを含む。プロセスガス源７は、マスフローメータ及びバルブ１７を介してプロセスチャンバ５に結合されている。プロセスガス源７とチャンバ５との間には、複数のガス源７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄからのガスを混合するガスミクサー１９が設けられている。ガスミクサー１９は、チャンバ５と配管を介して結合している。プロセスガス源７からのプロセスガス(例えば、原料ガス及びキャリアガス)は、プロセスチャンバ５に導入される。フェースプレート９は、プロセスチャンバ５内に設けられている。フェースプレート９は、高周波電力を提供できる電源２１の一端２１ａに接続されている。フェースプレート９は、プラズマを生成するための一方の電極を構成するように設けられている。フェースプレート９は、ステージ１１に対面する部分に複数の孔９ａを有しており、孔９ａを介してミクサー１９からのガスをプロセスチャンバ５に導入している。ステージ１１の電極１１ａは、プラズマを生成するための他方の電極を構成するように設けられており、電極１１ａは、キャパシタ２３を介して電源２１の他端２１ｂに接続されている。電源２１からの電力がフェースプレート９とステージ１１との間に加えられると、プロセスチャンバ５内のガスのプラズマがフェースプレート９とステージ１１との間の領域に生成される。例えば、フェースプレート９及びステージ１１は、プロセスガス源９からのガスのプラズマをプロセスチャンバ５内に生成するための手段として働くことができる。好適な実施例では、成膜装置は、平行平板型プラズマ成膜装置といったプラズマＣＶＤ装置である。

この成膜装置１によれば、半導体デバイスを構成するための膜をステージ１１上に設けられた基板上に形成することができる。また、この成膜装置１においては、成膜に先立って及び／又は成膜の後に、クリーニング活性種によりチャンバ５のクリーニングを行うことができる。

クリーニング活性種は、クリーニング活性種を生成するための手段によって生成される。クリーニング活性種はプラズマをプロセスチャンバ５内に生成するための手段を用いて生成されることができるけれども、好適な実施例では、成膜装置１は、リモートプラズマ装置３を含むことができる。リモートプラズマ装置３はプロセスチャンバ５に結合されている。リモートプラズマ装置３は、フッ素活性種を生成するためのガスを供給するガス源１５に結合されており、このガス源１５からのガスのプラズマを生成して、フッ素活性種Ｆ^＊といった活性種を生成する。リモートプラズマ装置３は、例えば、フッ素活性種を生成するための手段として働く。リモートプラズマ装置３からの配管は、ガスミクサー１９とチャンバ５とを結合する配管と合流した後にプロセスチャンバ５に結合している。リモートプラズマ装置３からの活性種及びプロセスガス源７からのプロセスガス(例えば、原料ガス及びキャリアガス)は、プロセスチャンバ５に導入される。活性種は、プロセスチャンバ５内に導入される前に、フェースプレート９の中空領域において広がり、複数の孔９ａを介してプロセスチャンバ５に導入されている。導入された活性種は、プロセスチャンバ５内のクリーニングのために作用する。

プロセスチャンバ５には、真空排気系２５がゲートバルブ２７を介して結合されている。プロセスチャンバ５には、また、マノメータ２９が結合されている。

制御部１３は、制御線３１ａを介してマスフローメータ及びバルブ１７と接続されている。制御部１３は、制御線３１ｂを介して電源２１と接続されている。制御部１３は、制御線３１ｃを介してリモートプラズマ装置３と接続されている。制御部１３は、制御線３１ｄを介してゲートバルブ２７と接続されている。制御部１３は、制御線３１ｅを介してマノメータ２９と接続されている。制御部１３は、制御線３１ｆを介してステージ１１のヒータ１１ｂと接続されている。制御部１３は、制御線を介して３１ａ〜３１ｆを介して、信号の授受を行うことができる。

制御部１３は、クリーニングシーケンスを制御するためのクリーニング制御手段３３を含むことができる。また、制御部１３は、成膜シーケンスを制御するための成膜制御手段３５を含むことができる。半導体装置の製造プロセスでは、成膜装置１において成膜及びクリーニングが数千回繰り返される。クリーニングは、各成膜に先立って或いは各成膜の後に行われる。このクリーニングは、前回の成膜においてチャンバ内に形成された反応生成物を除去するために行われる。

図２は、制御部のクリーニング制御手段の構成を示す図面である。図２を参照すると、成膜装置１において用いることができる制御部１３ａが示されている。制御部１３ａはクリーニング制御手段３３ａ及び成膜制御手段３５ａを備える。

クリーニング制御手段３３ａは、クリーニング用活性種を用いてフェースプレート９を処理するための第１の制御を行う手段３７ａと、酸素を構成元素として含むガスのプラズマにフェースプレートを曝すための第２の制御を行う手段３７ｂとを有することができる。

好適な実施例では、クリーニング用活性種としては、フッ素活性種が用いられる。手段３７ａは、チャンバ５内に活性種を発生すること或いはチャンバ５内に活性種を導入するための制御信号を生成する。この制御信号に応答して成膜装置１の該当部分が動作すると、フェースプレート９に所望の処理が行われる。

成膜装置１のプロセスガス源７は、酸素含有物質のガスを供給するガス源９ａを含む。手段３７ｂは、プロセスガス源７を制御して、酸素を構成元素として含むガスをチャンバ５内に導入する。手段３７ｂは、プロセスガス源７及びゲートバルブ２７を制御して、チャンバ５内の真空度を制御する。手段３７ｂは、電源２１を制御して、成膜装置１の対向電極間に高周波電力を印加する。電力の印加により、チャンバ５内の対向電極間にはプラズマが発生される。フェースプレート９はこれらの対向電極の一方として機能するので、プラズマに曝される。

成膜装置１のクリーニング制御手段３３ａを用いると、フッ素活性種によりフェースプレート９をクリーニングした後に、酸素含有ガスのプラズマによりフェースプレート９の表面が処理される。この酸素処理により、成膜の繰り返しに伴って生じている可能性のあるフッ素クリーニング効率の低下を低減できる。

また、リモートプラズマ装置３を用いるとフッ素クリーニングを効率的に行うことができるので、フッ素クリーニング効率の低下を酸素処理により低減できるという技術的な利点が効果的に発揮される。

図３は、クリーニング制御手段及び成膜制御手段を含む制御部の構成を示す図面である。図３を参照すると、成膜装置１において用いることができる制御部１３ｂが示されている。制御部１３ｂは、クリーニング制御手段３３ａ及び成膜制御手段３５ｂを備える。成膜制御手段３５ｂは、シリコン化合物を形成するための制御を行うための手段として働く。詳述すれば、成膜制御手段３５ｂに応答して成膜装置１の該当部分が動作するとき、ステージ１１上の基板の表面にシリコン化合物が堆積される。プロセスガス源７は、窒素含有ガス源７ｂ及び酸素含有ガス源７ｃの少なくともいずれかのガス源と、シリコン含有ガス源７ｄとを含むことができる。プロセスガス源７は、キャリアガス源を含むことができる。

チャンバ５内のステージ１１上に基板を配置した後に、チャンバ５を真空排気する。手段３５ｂは、真空度が所定値に到達した後に、窒素含有ガス源７ｂ及び酸素含有ガス源７ｃのいずれかのガス源並びにシリコン含有ガス源７ｄを制御して、窒素含有ガス及び酸素含有ガスの少なくともいずれかのガス並びにシリコン含有ガスをフェースプレート９を介してプロセスチャンバ５に導入する。手段３５ｂは、電源２１を制御して、成膜装置１の対向電極間に高周波電力(例えば、１３．５６ＭＨｚ程度の高周波電力)を印加する。電力の印加により、導入されたプロセスガスのプラズマがプロセスチャンバ５内の対向電極間に発生される。フェースプレート９及び基板の表面に、反応生成物が堆積される。

引き続いて、いくつかの成膜の具体例を説明する。成膜制御手段３９ａは、プロセスチャンバ５内において基板上に窒化シリコン膜を形成するための第３Ａの制御を行う手段３９ａを更に備えることができる。プロセスガス源７は、窒素含有ガス源３ｂと、シリコン含有ガス源ｄとを含むことができる。手段３９ａにより、ステージ１１上の基板の表面には、窒化シリコンが堆積される。

成膜制御手段３５ｂは、プロセスチャンバ５内において基板上に酸化シリコン膜を形成するための第３Ｂの制御を行う手段３９ｂを更に備えることができる。プロセスガス源７は、酸素含有ガス源７ｃと、シリコン含有ガス源７ｄとを含むことができる。手段３９ｂにより、ステージ１１上の基板の表面には、酸化シリコンが堆積される。

成膜制御手段３５ｃは、プロセスチャンバ５内において基板上に、窒素及び酸素を含むシリコン化合物を形成するための第３Ｃの制御を行う手段を更に備えることができる。プロセスガス源７は、窒素含有ガス源７ｂと、酸素含有ガス源７ｃと、シリコン含有ガス源７ｄとを含むことができる。手段３９ｃにより、ステージ１１上の基板の表面には、酸窒化シリコンが堆積される。

上記のいずれかの手段によって制御されて為された成膜では、フェースプレート９上に反応生成物が堆積される。この反応生成物をフッ素の活性種によりクリーニングした後に、酸素含有ガスのプラズマによりフェースプレート９の表面が処理される。このプラズマ処理により、成膜の回数の増加とともに低下するフッ素クリーニング効率の低下を低減できる。フッ素クリーニングされたフェースプレートのクリーニング品質の低下を低減できる。

図４は、クリーニング制御手段及び成膜制御手段を含む制御部の構成を示す図面である。図４を参照すると、成膜装置１において用いることができる制御部１３ｃが示されている。制御部１３ｃは、クリーニング制御手段３３ａ及び成膜制御手段３５ｃを備える。成膜制御手段３５ｃは、シリコン化合物を形成するための制御を行うための手段として働く。成膜制御手段３５ｃは、既に説明された手段３９ａ〜３９ｃに加えて、プロセスガス源７を制御してプロセスチャンバ５内において基板の表面を還元するための制御を行うための手段３９ｄを更に備えることができる。

好適な実施例では、基板は、その表面上に金属膜を備える。基板は、成膜装置１内にロードされる前、半導体製造工場のクリーニングルームに置かれている。クリーニングルーム内は、実質的に大気と同じ成分からなる雰囲気である。この雰囲気中に暫くの時間置かれた基板の表面には、自然酸化膜が形成されている。銅といった金属膜を備える半導体装置の中間生産物においては、金属膜の表面上の自然酸化膜を、後の成膜に先立って除去しておくことが好ましい。

成膜装置１の制御部１３ｃは、自然酸化膜を除去するための制御を行う手段３９ｄを備えている。成膜装置１のプロセスガス源７は、還元性物質を含むガス源７ｅを更に含むことができる。例えば、アンモニアは、金属酸化膜に対して還元性を示し、金属膜の表面に形成された金属酸化物を還元するために役立つ。詳述すれば、プロセスチャンバ５内のステージ１１上に基板を配置した後に、プロセスチャンバ５を真空排気する。手段３５ｄは、真空度が所定値に到達した後に、成膜に先立って、還元性ガス源７ｄからのガスをフェースプレート９を介してプロセスチャンバ５に導入する。チャンバ５内には、所定の分圧の還元性ガスが導入される。手段３５ｄは、電源２１を制御して、成膜装置１の対向電極間に高周波電力を印加する。電力の印加により、導入されたプロセスガスのプラズマがチャンバ５内の対向電極間に発生される。フェースプレート９及び基板の表面の物質がプラズマに曝されて、これらの表面の物質は還元される。基板上に銅膜が形成されているときは、銅膜の表面は、ＣｕＯ及びＣｕ_２Ｏといった酸化銅の自然酸化物が形成されている。プラズマにより、銅膜の表面上の酸化銅は還元されて、消失する。次いで、成膜制御手段３９ａ〜３９ｃのいずれかの手段に応答して成膜装置３の該当部分が動作するとき、電力の印加により、導入されたプロセスガスのプラズマがチャンバ５内の対向電極間に発生される。基板の金属膜の表面上には、シリコン化合物が堆積される。そして、フェースプレート９の表面に反応生成物が形成される。

この成膜装置１では、基板を還元雰囲気に曝すことにより、基板の表面が還元されると共に、フェースプレート９の表面も還元される。還元されたフェースプレート９の表面はフッ素処理の後に酸素プラズマに曝されるので、フェースプレート９の表面が酸化される。この酸化により、還元性ガスにより減少したフェースプレート９の酸化物が回復される。故に、フッ素クリーニングされたフェースプレート９のクリーニング品質の低下を抑制できる。

図５は、制御部の構成を示す図面である。成膜装置１では、制御部１３ｄは、クリーニング制御手段及び成膜制御手段を繰り返すための制御を行う手段４１を更に備えることができる。成膜装置１によれば、成膜を繰り返してもクリーニング特性、成膜特性及び成膜品質の変動を小さくできる。

図６は、クリーニング制御手段及び成膜手段を含む制御部の構成を示す図面である。成膜装置１では、クリーニング制御手段３３ｂは、フェースプレート９上に薄膜を堆積するための制御を行うシーズニング制御手段３７ｃを更に備えることができる。このシーズニング制御手段３７ｃによれば、クリーニングにより生じている可能性のある生成物を薄膜によりフェースプレート９上に閉じこめて、パーティクルの発生を低減できる。薄膜としては、シリコン化合物膜が例示される。この薄膜は、例えば、ステージ１１上に基板を配置すること無く、成膜制御手段を行うことにより得られる。

これまでに説明したように、クリーニング制御手段３３、成膜手段３５及び繰り返し手段４１を含む制御部１３を利用して絶縁性シリコン化合物を堆積することができる。成膜装置１のプロセスガス源７では、ガス源７ａは、例えば、Ｎ_２Ｏ、Ｏ_２、Ｈ_２Ｏ_２、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ及びＯ_３の少なくともいずれかの酸素含有ガスを供給できる。ガス源７ｂは、例えば、アンモニア(ＮＨ_３)といった窒素含有ガスを供給できる。ガス源７ｃは、例えば、Ｏ_２、Ｏ_３、Ｈ_２Ｏ_２、Ｎ_２Ｏ、Ｈ_２Ｏ及びＯ_３の少なくともいずれかの酸素含有ガスを供給できる。ガス源７ｄは、例えばＳｉＨ_４といった無機シラン系ガス、或いは、例えばＴＥＯＳといった有機シラン系ガスの少なくともいずれかのシリコン含有ガスを供給できる。ガス源１５ｅは、例えば、アンモニアといった還元性ガスを供給できる。また、プロセスガス源７は、例えば、Ｆ_２、ＮＦ_３及びその他のフッ化物ガスの少なくともいずれかを含むフッ素含有ガスを供給するガス源を備えてよい。

好適な実施例では、フェースプレート９の材料はアルミニウム及びアルミニウム合金の少なくともいずれかであることができる。これらの材料のフェースプレートによれば、酸素処理による技術的な利点が効果的に発揮される。

(第２の実施の形態)
本実施の形態は、プロセスチャンバ内にフェースプレートを有する成膜装置を処理する方法に係る。ます、プロセスチャンバ内にフェースプレートを備える成膜装置を準備する。成膜装置としては、例えば、第１の実施の形態において説明された成膜措置１が例示されるが、これに限定されるものではない。図７(ａ)〜図７(ｃ)は、成膜装置を処理する方法を示すフローチャートである。

図７(ａ)を参照すると、フローチャート１００が示されている。フローチャート１００は、ステップＳ１０１において始まる。ステップＳ１０３では、フェースプレートがクリーニング用活性種に曝される。クリーニング用活性種としてはフッ素Ｆ^＊が例示される。ステップＳ１０５では、酸素を構成元素として含むガスのプラズマがチャンバ内に生成される。フェースプレートは、このプラズマを曝される。

例示的なプラズマ条件が下記に示される。
使用ガス：Ｎ_２Ｏ
ガス流量：４０００ｓｃｃｍ
チャンバ内圧力：５３３．３Ｐａ(４Ｔｏｒｒ)
ヒーター温度：摂氏４００度
高周波電力：１０００ワット。

フローチャート１００に示された方法では、フッ素の活性種によりフェースプレートをクリーニングした後に、酸素含有物のガスのプラズマにフェースプレートを曝している。酸素のプラズマにより、フェースプレートの表面が処理される。このプラズマ処理により、フッ素クリーニング効率の低下が抑制される。プラズマ処理の後に、フローチャート１００は、ステップＳ１０７において終わる。

図７(ｂ)を参照すると、フローチャート１１０が示されている。フローチャート１１０は、ステップＳ１０９において始まる。好適な実施例では、プロセスチャンバ内にフェースプレートを有する成膜装置を処理する方法は、ステップ１０３に先立って、ステップ１１１を備える。ステップ１１１では、フッ素を構成元素として含むガスからリモートプラズマ源において活性種Ｆ^＊が生成される。

活性種Ｆ^＊の生成条件が下記に示される。
使用ガス：ＮＦ_３
ガス流量：１４００ｓｃｃｍ
印加パワー：４０００ワット。
ステップ１１１の後に、ステップＳ１０３において、リモートプラズマ装置から提供されたクリーニング用活性種にフェースプレートが曝される。ステップＳ１０５では、酸素を構成元素として含むガスのプラズマがチャンバ内に生成される。フェースプレートは、このプラズマを曝される。プラズマ処理の後に、フローチャート１１０は、ステップＳ１１５において終わる。

リモートプラズマ法により活性種を生成することによりフッ素クリーニングを効率的に行うことができるので、フッ素クリーニング効率の低下を酸素処理により低減できるという技術的な利点が効果的に発揮される。

図７(ｃ)を参照すると、フローチャート１２０が示されている。フローチャート１２０は、ステップＳ１１７において始まる。引き続いて、ステップＳ１０３及びＳ１０５が順次に行われる。好適な実施例では、ステップＳ１１９において、プラズマ処理によりフェースプレートの表面の酸化物が再生・回復された後に、シーズニング処理が行われる。シーズニング処理において、フェースプレート上に薄膜が堆積される。薄膜としては、酸素及び窒素の少なくともいずれかを含むシリコン化合物膜が例示される。

シーズニング処理条件が下記に示される。
使用ガス：ＳｉＨ_４／Ｎ_２Ｏ
ガス流量：２６０／３９００ｓｃｃｍ
印加パワー：３００ワット。
シーズニング処理によれば、クリーニングにより生じている可能性のある生成物を薄膜によりフェースプレート上に閉じこめて、パーティクルの発生を低減できる。シーズニング処理の後に、フローチャート１２０は、ステップＳ１２１において終わる。

本実施の形態において、フッ素含有ガスは、ＮＦ_３といったフッ化物ガス及びＦ_２の少なくともいずれかを含むことができる。本実施の形態において、酸素含有ガスは、Ｎ_２Ｏといった酸化物ガス及びＯ_２の少なくともいずれかを含むようにしてもよい。また、本実施の形態において、フェースプレートの材料は、アルミニウム及びアルミニウム合金の少なくともいずれかであることができる。これらの材料のフェースプレートによれば、酸素処理による技術的な利点が効果的に発揮される。

(第３の実施の形態)
本実施の形態は、成膜方法に係る。ます、プロセスチャンバ内にフェースプレートを備える成膜装置を準備する。成膜装置としては、例えば、第１の実施の形態において説明された成膜措置１が例示されるが、これに限定されるものではない。図８(ａ)〜図８(ｃ)並びに図９(ａ)及び図９(ｂ)は成膜方法を示す工程図である。

図８(ａ)を参照すると、成膜装置１が準備される、その後に、ステージ１１上に基板５１が配置されている。所定の真空度に到達するまで、排気ポート５３からプロセスチャンバ５を真空排気する。ステージ１１上には、基板生産物４９が配置されている。基板生産物４９は基板５１を備えており、その主面上に半導体能動素子５１ａが形成されている。基板生産物４９は、この素子５１ａ上に形成された絶縁性シリコン化合物膜５５を備えており、また、絶縁性シリコン化合物膜５５上に形成された金属膜５７を備える。

図８(ｂ)を参照すると、基板上の金属膜５７上に、窒素及び酸素の少なくともいずれかを含むシリコン化合物が堆積される。この堆積を行うために、シリコン含有ガス、酸素含有ガス、窒素が入ガスを含む原料ガスをガス供給ポート５９から供給する。電源２１から、対向電極間に高周波電力が印加される。原料ガス６１のプラズマ６３が生成されて、金属膜上にシリコン化合物が基板上に堆積される。この成膜中には、基板上だけでなく、プロセスチャンバ５内のフェースプレート９上にもシリコン化合物が堆積される。所望の膜厚のシリコン化合物が堆積された後に、成膜を終了する。終了に際して、高周波電力を停止する。また、原料ガスの供給を停止する。

図８(ｃ)を参照すると、成膜された基板６７がチャンバ５から別のチャンバ６５に搬送されている。基板の搬送に際して、チャンバ５の真空度は、大気圧にされることない。基板の搬送中も真空排気されており、チャンバ５内の圧力が所定の圧力以下に維持されている。

図９(ａ)を参照すると、フェースプレート上のシリコン化合物をエッチングするために、フッ素の活性種６７にフェースプレートが曝されている。好適な実施例は、リモートプラズマ装置３において、フッ素を構成元素として含むガスから活性種を生成している。生成された活性種は、ポート５９を介してプロセスチャンバ５内に導入される。リモートプラズマ装置３には、ＮＦ_３といったフッ化物ガス及びＦ_２ガスの少なくともいずれかを含むフッ素含有ガスがガス源１５から供給される。生成された活性種は、プロセスチャンバ５内のフェースプレート９の表面の反応生成物を除去する。プロセスチャンバ５には、所定の量の活性種がポート５９を介して供給されており、排気ポート５３を介して排気される。故に、プロセスチャンバ５内に、クリーニング活性に富んだ活性種が存在している。クリーニング終了する際に、活性種の供給は停止される。リモートプラズマを用いるとフッ素クリーニングを効率的に行うことができるので、フッ素クリーニング効率の低下を酸素処理により低減できるという技術的な利点が効果的に発揮される。

図９(ｂ)を参照すると、フェースプレートを曝す工程の後に、フェースプレートが酸化される。フェースプレートを酸化するために、プロセスガス源７から酸素含有ガス６９がポート５９を介してプロセスチャンバ５に供給される。酸素含有ガス６９の供給を開始した後に、フェースプレート９とステージ２１との間に電源２１から高周波電力７１を印加する。高周波電力の印加により、フェースプレート９とステージ２１との間には、酸素含有ガスのプラズマが生成される。フェースプレート９が酸素プラズマに曝されるので、フェースプレート９の表面は酸化される。この酸化処理により、フェースプレート９の表面が再生される。

この方法では、成膜によりフェースプレート９上に生成された反応物をフッ素の活性種によりクリーニングした後に、酸素のプラズマによりフェースプレート９の表面が処理される。この酸素処理により、フェースプレート９の表面が、成膜の後に再生処理されている。故に、成膜の回数の増加とともに低下するフッ素クリーニング効率の低下を抑制できる。したがって、フッ素クリーニング工程及び成膜工程の繰り返し数を増加できる。

本実施の形態の成膜方法では、フェースプレート９の材料は、アルミニウム及びアルミニウム合金の少なくともいずれかであることができる。これらの材料のフェースプレート９によれば、酸素含有ガスのプラズマ処理による技術的な利点が効果的に発揮される。

(第４の実施の形態)
図１０(ａ)〜図１０(ｃ)は、成膜方法を示す工程図である。本実施の形態の成膜方法は、図８(ａ)に示された工程に先立って、図１０(ａ)〜図１０(ｃ)の各々に記載された工程を備えることができる。

図１０(ａ)を参照すると、基板生産物７３は、基板５１と、基板５１上に設けられた絶縁膜５５と、絶縁膜５５上に設けられた金属膜５７とを備える。基板生産物７３は、金属膜５７の形成が完了した直後のものであり、金属膜５７の表面にはまだ自然酸化膜は形成されていない。

図１０(ｂ)を参照すると、基板生産物７３を大気中に所定の時間だけ置いた後に得られる基板生産物７５が示されている。基板生産物７５は、金属膜５７上に酸化膜７７が形成される程度に大気中に置かれている。

図１０(ｃ)を参照すると、基板生産物７５が、成膜装置１内のステージ１１上に配置されている。本実施の形態の成膜方法は、基板上にシリコン化合物を形成する工程に先立って、還元性ガス７９から形成される還元性雰囲気に基板生産物７５を曝す工程と更に備えることができる。基板生産物７５は、その主面上に金属膜５７を備えている。還元性ガスのプラズマ８１といった還元性雰囲気中において、金属膜５７上の自然酸化膜７７は還元されて金属酸化物は消失する。還元性ガス７９のプラズマ８１は、対向電極間に高周波電力を印加することにより還元性ガス７９から生成される。還元性ガス７９は、ポート５９から供給される。金属酸化物の還元工程の後に、図８(ａ)に示された工程が引き続いて行われる。

基板生産物７５の金属膜表面だけでなくフェースプレート９も、還元性ガスのプラズマ８１に曝される。フェースプレート９の表面の酸化物も還元されるので、フェースプレート９の表面は、酸化物の再生がないときは金属材料が部分的に露出するようになる。酸素含有ガスのプラズマ処理によって、フェースプレート９の表面に酸化物が再生される。したがって、還元工程の後にフェースプレート９の表面を酸化することにより、フッ素活性種によるクリーニング効率の低下を抑制できる。

好適な実施例では、金属膜５７は銅を含む。好適な実施例では、還元性雰囲気はアンモニアを含む雰囲気であることができる。アンモニアを用いて、基板生産物７５上の金属膜５７の表面の金属酸化物を還元することができる。

これまでの説明から理解されるように、本実施の成膜方法は、次のような工程を備えることができる。つまり、成膜方法は、(ａ)プロセスチャンバ５内にフェースプレート９を備える成膜装置１に、金属膜を備える基板生産物７５を置く工程を備えることができる。成膜方法は、(ｂ)プロセスチャンバ５内において基板生産物７５を還元雰囲気に曝す工程を備えることができる。成膜方法は、(ｃ)窒素及び酸素の少なくともいずれかを含むシリコン化合物を、還元された金属膜上に堆積する工程を備えることができる。成膜方法は、(ｄ)シリコン化合物を金属膜上に堆積した後に、基板を成膜装置から取り出す工程を備えることができる。成膜方法は、(ｅ)フッ素の活性種にフェースプレート９を曝す工程を備えることができる。成膜方法は、(ｆ)酸素を構成元素として含むガスのプラズマにフェースプレート９を曝す工程を備えることができる。この成膜方法によれば、基板生産物７５を還元雰囲気に曝すことにより、金属膜の表面が還元されると共に、フェースプレートの表面も還元される。還元されたフェースプレートの表面はフッ素処理の後に酸素プラズマに曝されるので、フェースプレートの表面が再生される。再生処理されたフェースプレートを有する成膜装置を用いて、引き続き成膜を行うことができる。

この成膜方法は、(ａ)工程、(ｂ)工程、(ｃ)工程、(ｄ)工程、(ｅ)工程、(ｆ)工程を繰り返す工程を更に備えることができる。この成膜方法によれば、成膜を繰り返してもクリーニング特性の変動が小さい。

このような成膜方法は、銅膜を配線層として利用するダマシン構造の半導体装置を製造するために好適な工程を備えている。

引き続いて、発明者らが行った実験を示す。

図１１は、クリーニング率の変化を示すグラフである。横軸は処理ウエハ数を示しており、縦軸はクリーニング率の変化を示す。Ａ群のデータは、フッ素クリーニング工程と、この後にＮ_２Ｏガスのプラズマにフェースプレートを曝す工程とを備える処理方法(アンモニア還元工程有り)に対して得られたものである。Ｂ群のデータは、フッ素クリーニング工程の後にＮ_２Ｏガスのプラズマにフェースプレートを曝す工程とを備えない処理方法(アンモニア還元工程有り)に対して得られたものである。Ｂ群のデータは、処理ウエハ数が増加すると共にクリーニング率が低下している。一方、Ａ群のデータは、処理ウエハ数が増加しても、クリーニング率の低下が実質的に現れていない。クリーニング率は、十分に厚いシリコン酸化膜をウエハ上に形成した後に、活性種によるシリコン酸化膜のエッチングレートを示す。図１１の結果は、フェースプレートの酸化を行うことの有無により、クリーニング率に著しい差が生じていることを示している。

図１２は、パーティクル数の変動を示すグラフである。横軸は処理ウエハ数を示しており、縦軸はパーティクル数の変化を示す。○印及び△印のシンボルにより示されたデータ群は、フッ素クリーニング工程と、この後にＮ_２Ｏガスのプラズマにフェースプレートを曝す工程とを備える処理方法(アンモニア還元工程有り)に対して得られたものである。なお、Ｃ群のデータは活性種によりクリーニング時間が１００秒であり、Ｄ群のデータは活性種によりクリーニング時間が１１０秒である。なお、処理ウエハ数が４００枚の位置におけるパーティクル数が一時的に増加していることは偶発的なものである考えられる。何れのデータも、処理ウエハ数が増加しても、パーティクル数は実質的に変動していないことを示している。

図１３は、膜の面内均一性及び成膜レートを示すグラフである。横軸は処理ウエハ数を示しており、右縦軸は面内均一性を示しており、左縦軸は成膜レートを示す。○印及び△印のシンボルにより示されたデータ群は、フッ素クリーニング工程と、この後にＮ_２Ｏガスのプラズマにフェースプレートを曝す工程とを備える処理方法(アンモニア還元工程有り)に対して得られたものである。何れのデータも、処理ウエハ数が増加しても、成膜レート及び膜の面内均一性は実質的に変動していないことを示している。

図１４は、膜ストレス及び屈折率を示すグラフである。横軸は処理ウエハ数を示しており、右縦軸は屈折率を示しており、左縦軸は膜ストレスを示す。○印及び△印のシンボルにより示されたデータ群は、フッ素クリーニング工程と、この後にＮ_２Ｏガスのプラズマにフェースプレートを曝す工程とを備える処理方法(アンモニア還元工程有り)に対して得られたものである。何れのデータも、処理ウエハ数が増加しても、膜ストレス及び屈折率は実質的に変動していないことを示している。

図１５は、プロセスレシピに対するクリーニング率を示すグラフである。横軸はプロセスレシピを示しており、縦軸はクリーニング率Ｒの変化△Ｒを示している。変化△Ｒは、Ｎ_２Ｏプラズマ処理を追加することにより生じたクリーニング率の変化を示す。つまり、△Ｒは、(Ｒ_{ｐｒｅｓｅｎｔ}−Ｒ_ｃｏｍｐ)の絶対値を示す。
クリーニング率Ｒ_{ｐｒｅｓｅｎｔ}のデータは、フッ素クリーニング工程と、この後にＮ_２Ｏガスのプラズマにフェースプレートを曝す工程とを備える処理方法(アンモニア還元工程有り)に対して得られたものである。クリーニング率Ｒ_ｃｏｍｐのデータは、フッ素クリーニング工程の後にＮ_２Ｏガスのプラズマにフェースプレートを曝す工程とを備えない処理方法(アンモニア還元工程有り)に対して得られたものである。

プロセスレシピＰＲ１の条件を下記に示す。
Ｎ_２Ｏプラズマ処理時間：９００秒
Ｎ_２Ｏ流量；４０００ｓｃｃｍ
Ｎ_２Ｏ圧力：５３３．３Ｐａ(４Ｔｏｒｒ)
高周波電力：３００ワット
電極間隔：１２．７ミリメートル(５００ｍｉｌｓ)。
プロセスレシピＰＲ２の条件は、Ｎ_２Ｏ流量を２０００ｓｃｃｍに変更しており、その他はＰＲ１に同じ。プロセスレシピＰＲ３の条件は、Ｎ_２Ｏ流量を６０００ｓｃｃｍに変更しており、その他はＰＲ１に同じ。プロセスレシピＰＲ４の条件は、Ｎ_２Ｏ圧力を７９９．９Ｐａ(６．０Ｔｏｒｒ)に変更しており、その他はＰＲ１に同じ。プロセスレシピＰＲ５の条件は、高周波電力を１０００ワットに変更しており、その他はＰＲ１に同じ。

図１５の実験結果によれば、高周波パワーを大きくすることが有効であることを示している。好適な高周波パワーの値は、３００ワットを超える値である。更に好適には、１０００ワット以上の値である。

以上説明したように、いくつかの実施の形態に示された成膜装置、成膜方法、成膜装置を処理する方法においては、成膜工程の繰り返しにより徐々に失われていくけれどもクリーニング工程においてプラズマ処理によりフェースプレート上の保護膜を補充している。この補充により、クリーニング活性種によるチャンバクリーニングの変動が小さくなる。また、フェースプレートにプラズマ処理を施しているので、成膜速度が速いといった技術的な利点がある。故に、成膜を繰り返したときに、フェースプレートの表面の品質の劣化が少ない。したがって、クリーニングの負担を軽減できる成膜方法、成膜装置及び成膜装置を処理する方法が提供される。

好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることができることは、当業者によって認識される。本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

図１は、本実施の形態に係る成膜装置を示す図面である。 図２は、制御部のクリーニング制御手段の構成を示す図面である。 図３は、クリーニング制御手段及び成膜制御手段を含む制御部の構成を示す図面である。 図４は、クリーニング制御手段及び成膜手段を含む制御部の構成を示す図面である。 図５は、クリーニング制御手段及び成膜手段を含む制御部の構成を示す図面である。 図６は、クリーニング制御手段及び成膜手段を含む制御部の構成を示す図面である。 図７(ａ)〜図７(ｃ)は成膜装置を処理する方法を示すフローチャートである。 図８(ａ)〜図８(ｃ)は成膜方法を示す工程図である。 図９(ａ)及び図９(ｂ)は成膜方法を示す工程図である。 図１０(ａ)〜図１０(ｃ)は、成膜方法を示す工程図である。 図１１は、クリーニング率の変化を示すグラフである。 図１２は、パーティクル数の変動を示すグラフである。 図１３は、成膜レート及び膜の面内均一性を示すグラフである。 図１４は、膜ストレス及び屈折率を示すグラフである。 図１５は、プロセスレシピに対するクリーニング率を示すグラフである。

符号の説明

１…成膜装置、１ａ、１ｂ…成膜セクション、３…リモートプラズマ装置、
５…プロセスチャンバ、７…プロセスガス源、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ…ガス源、９…フェースプレート、１１…ステージ、１１ｂ…ヒータ、１３…制御部、１９…ガスミクサー、２１…電源、２３…キャパシタ、２５…真空排気系、２７…ゲートバルブ、２９…マノメータ、３１ａ〜３１ｆ…制御線、３３…クリーニング制御手段、３５…成膜制御手段

Claims (4)

1. アルミニウム製またはアルミニウム合金製のフェースプレートを備えるプロセスチャンバを用いた成膜方法であって、
   （a） 前記プロセスチャンバ内に金属膜を備える基板を置く工程と、
   (ｂ) 前記プロセスチャンバ内において前記基板を還元雰囲気に曝す工程と、
   (ｃ) 窒素及び酸素の少なくともいずれかを含むシリコン化合物を前記基板上に堆積する工程と、
   (ｄ) 前記シリコン化合物を前記基板上に堆積した後に、前記基板を前記プロセスチャンバから取り出す工程と、
   (ｅ) フッ素の活性種に前記フェースプレートを曝して前記プロセスチャンバをクリーニングする工程と、
   (ｆ) 前記(ｅ)工程の後に、酸素を構成元素として含む第１のガスのプラズマに前記フェースプレートを曝す工程と
   を備え、前記(ａ)乃至（ｆ）の工程を繰り返す、成膜方法。
2. 前記第１のガスは、Ｎ_２Ｏ、Ｏ_２、Ｈ_２Ｏ_２、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ及びＯ_３の少なくともいずれかを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記金属膜は銅を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記還元性雰囲気はアンモニアを含む雰囲気である、請求項１に記載の方法。

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