JP5551583B2 - 金属系膜の成膜方法および記憶媒体 - Google Patents
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Description
本発明は、チャンバ内においてＣＶＤにより金属系膜を成膜する金属系膜の成膜方法および記憶媒体に関する。
半導体デバイスの製造においては、最近の高密度化および高集積化の要請に対応して、回路構成が益々微細化しており、配線層、埋込層、コンタクト層等に用いられる金属系膜を良好なステップカバレッジで形成することが求められ、そのような要求に対応する技術としてＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が採用されている。
例えば、コンタクト層として用いられるＴｉ膜をＣＶＤ成膜する場合には、チャンバ内に１枚ずつ被処理基板である半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）を搬入し、原料ガスとして例えばＴｉＣｌ４
ガスを用い、還元ガスとして例えばＨ２ガスを用いて、これらのプラズマを生成しつつ、４００〜７００℃程度に加熱されたステージ上のウエハにＴｉ膜を成膜する枚葉式のプラズマＣＶＤが採用される。
ガスを用い、還元ガスとして例えばＨ２ガスを用いて、これらのプラズマを生成しつつ、４００〜７００℃程度に加熱されたステージ上のウエハにＴｉ膜を成膜する枚葉式のプラズマＣＶＤが採用される。
このような枚葉式プラズマＣＶＤによるＴｉ膜の成膜に際しては、チャンバ内にプリコート処理を施し、次いで、Ｔｉ膜の成膜を数百枚〜数千枚のウエハに対して連続して行い、その後ＣｌＦ３ガス等によりドライクリーニングを行うというサイクルを繰り返し行う方法が採用されている（例えば、特開２００７−１６５４７９号公報）。
近時、プラズマＣＶＤによるＴｉ膜成膜の前工程として行われるエッチング工程において微細加工が進んでいるため、ウエハ裏面の周縁部（ベベル付近）にエッチング時のポリマー系（Ｃ−Ｆ系）残渣が残りやすくなっており、また、エッチング後のアッシングおよびウエットクリーニングが枚葉処理に移行している関係上、これらの処理がウエハ裏面に対して十分に行われないため、Ｔｉ成膜チャンバへは、裏面にポリマー残渣が残った状態のウエハが搬入される。このようなウエハ裏面のポリマー残渣は、ウエハステージである高温のサセプタ上（特にウエハの周縁部に対応する部分）に付着し、Ｔｉ成膜を繰り返し行ううちに徐々に厚くなり、ウエハとステージとの間に微小な隙間が生じることがある。このような状態で、プラズマ生成のために高周波電力を印加すると、微小隙間が生じた部分で異常放電が生じて製品トラブルやステージ損傷の問題が発生するおそれがある。
本発明の目的は、被処理基板とステージとの間で異常放電が生じ難い金属系膜の成膜方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、そのような方法を実行するためのプログラムを記憶した記憶媒体を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、そのような方法を実行するためのプログラムを記憶した記憶媒体を提供することにある。
本発明の第１の観点によれば、被処理基板を収容するチャンバと、前記チャンバ内で被処理基板を載置するステージと、ステージ上の被処理基板を加熱するヒーターと、チャンバ内に成膜用の処理ガスおよびクリーニングガスを供給するガス供給機構と、前記チャンバ内に処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構と、前記チャンバ内を排気する排気手段とを有する成膜装置を用いて、プラズマＣＶＤにより金属系膜を成膜する金属系膜の成膜方法であって、前記チャンバ内に、前記金属系膜を構成する金属を含む導電性のプリコート膜を成膜することと、前記プリコート後のチャンバ内に被処理基板を搬入して前記ステージ上に載置し、前記ヒーターにより被処理基板を加熱しつつ、前記処理ガスを供給して処理ガスのプラズマを生成し、プラズマＣＶＤにより被処理基板に金属系膜を成膜する処理を複数枚の被処理基板について行うことと、 前記複数枚の被処理基板に対する成膜処理が終了した段階で、前記チャンバ内に前記クリーニングガスを導入してドライクリーニングを行うこととを繰り返し行い、前記金属系膜を成膜する処理を複数枚の被処理基板について行う際に、その途中で１回または２回以上の、前記ステージ上への導電性膜の形成を含む金属系膜の成膜方法が提供される。
上記第１の観点において、前記プリコート膜の成膜は、前記金属系膜を構成する金属を含む膜の形成と、その膜の窒化処理とを複数回繰り返すことにより行うことができる。また、前記導電性膜の形成は、前記金属系膜を構成する金属を含む膜を形成するものとすることができる。
また、上記第１の観点において、前記導電性膜の形成は、所定枚数の基板の成膜処理毎に行うことができる。この場合に、前記導電性膜の形成は、１〜２５０枚の基板の成膜処理毎に行うことが好ましく、前記導電性膜の形成は、１ロット、例えば２５枚の基板の成膜処理毎に行うことがより好ましい。
さらにまた、前記金属系膜は、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ、Ｔａ、ＴａＮのいずれかで構成することができる。
本発明の第２の観点では、コンピュータ上で動作し、被処理基板を収容するチャンバと、前記チャンバ内で被処理基板を載置するステージと、ステージ上の被処理基板を加熱するヒーターと、チャンバ内に成膜用の処理ガスおよびクリーニングガスを供給するガス供給機構と、前記チャンバ内に処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構と、前記チャンバ内を排気する排気手段とを有する成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、前記チャンバ内に、金属系膜を構成する金属を含む導電性のプリコート膜を成膜することと、前記プリコート後のチャンバ内に被処理基板を搬入して前記ステージ上に載置し、前記ヒーターにより被処理基板を加熱しつつ、前記処理ガスを供給して処理ガスのプラズマを生成し、プラズマＣＶＤにより被処理基板に金属系膜を成膜する処理を複数枚の被処理基板について行うことと、前記複数枚の被処理基板に対する成膜処理が終了した段階で、前記チャンバ内に前記クリーニングガスを導入してドライクリーニングを行うこととを繰り返し行い、前記金属系膜を成膜する処理を複数枚の被処理基板について行う際に、その途中で１回または２回以上の、前記ステージ上への導電性膜の形成を含む金属系膜の成膜方法が行われるように、コンピュータに前記成膜装置を制御させる記憶媒体が提供される。
本発明によれば、被処理基板に金属系膜を成膜する処理を複数枚の被処理基板について行う工程は、その途中で１回または２回以上の、前記チャンバ内への導電性膜の形成を含むので、ステージの基板周縁部に対応する部分にポリマーが堆積しても、導電性膜により、基板にチャージされた電荷をステージに流すことができ、基板とステージとの間の異常放電の発生を抑制することができる。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る金属系膜の成膜方法の実施に用いる成膜装置の一例を示す概略断面図である。ここでは、プラズマＣＶＤによりＴｉ膜を成膜する場合を例にとって説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る金属系膜の成膜方法の実施に用いる成膜装置の一例を示す概略断面図である。ここでは、プラズマＣＶＤによりＴｉ膜を成膜する場合を例にとって説明する。
なお、以下の説明において、ガスの流量の単位はｍＬ／ｍｉｎを用いているが、ガスは温度および気圧により体積が大きく変化するため、本発明では標準状態に換算した値を用いている。なお、標準状態に換算した流量は通常ｓｃｃｍ（Ｓｔａｎｄｅｒｄ Ｃｕｂｉｃ Ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ ｐｅｒ Ｍｉｎｕｔｅｓ）で標記されるためｓｃｃｍを併記している。ここにおける標準状態は、温度０℃（２７３．１５Ｋ）、気圧１ａｔｍ（１０１３２５Ｐａ）の状態である。
成膜装置１００は平行平板電極に高周波電界を形成することによりプラズマを形成しつつＣＶＤによりＴｉ膜を成膜するプラズマＣＶＤ−Ｔｉ成膜装置として構成される。
この成膜装置１００は、略円筒状のチャンバ１を有している。チャンバ１の内部には、被処理基板であるウエハＷを水平に支持するためのステージであるＡｌＮで構成されたサセプタ２がその中央下部に設けられた円筒状の支持部材３により支持された状態で配置されている。サセプタ２の外縁部にはウエハＷをガイドするためのガイドリング４が設けられている。また、サセプタ２にはモリブデン等の高融点金属で構成されたヒーター５が埋め込まれており、このヒーター５はヒーター電源６から給電されることにより被処理基板であるウエハＷを所定の温度に加熱する。サセプタ２の表面近傍には平行平板電極の下部電極として機能する電極８が埋設されており、この電極８は接地されている。
チャンバ１の天壁１ａには、絶縁部材９を介して平行平板電極の上部電極としても機能するシャワーヘッド１０が設けられている。このシャワーヘッド１０は、上段ブロック体１０ａ、中段ブロック体１０ｂ、下段ブロック体１０ｃで構成されており、略円盤状をなしている。上段ブロック体１０ａは、中段ブロック体１０ｂおよび下段ブロック体１０ｃとともにシャワーヘッド本体部を構成する水平部１０ｄとこの水平部１０ｄの外周上方に連続する環状支持部１０ｅとを有し、凹状に形成されている。そして、この環状支持部１０ｅによりシャワーヘッド１０全体が支持されている。そして、下段ブロック体１０ｃにはガスを吐出する吐出孔１７と１８とが交互に形成されている。上段ブロック体１０ａの上面には、第１のガス導入口１１と、第２のガス導入口１２とが形成されている。上段ブロック体１０ａの中では、第１のガス導入口１１から多数のガス通路１３が分岐している。中段ブロック体１０ｂにはガス通路１５が形成されており、上記ガス通路１３が水平に延びる連通路１３ａを介してこれらガス通路１５に連通している。さらにこのガス通路１５が下段ブロック体１０ｃの吐出孔１７に連通している。また、上段ブロック体１０ａの中では、第２のガス導入口１２から多数のガス通路１４が分岐している。中段ブロック体１０ｂにはガス通路１６が形成されており、上記ガス通路１４がこれらガス通路１６に連通している。さらにこのガス通路１６が中段ブロック体１０ｂ内に水平に延びる連通路１６ａに接続されており、この連通路１６ａが下段ブロック体１０ｃの多数の吐出孔１８に連通している。そして、上記第１および第２のガス導入口１１，１２は、ガス供給機構２０のガスラインに接続されている。
ガス供給機構２０は、クリーニングガスであるＣｌＦ３ガスを供給するＣｌＦ３ガス供給源２１、Ｔｉ化合物ガスであるＴｉＣｌ４ガスを供給するＴｉＣｌ４ガス供給源２２、Ａｒガスを供給するＡｒガス供給源２３、還元ガスであるＨ２ガスを供給するＨ２ガス供給源２４、窒化ガスであるＮＨ３ガスを供給するＮＨ３ガス供給源２５、Ｎ２ガスを供給するＮ２ガス供給源２６を有している。そして、ＣｌＦ３ガス供給源２１にはＣｌＦ３ガス供給ライン２７および３０ｂが、ＴｉＣｌ４ガス供給源２２にはＴｉＣｌ４ガス供給ライン２８が、Ａｒガス供給源２３にはＡｒガス供給ライン２９が、Ｈ２ガス供給源２４にはＨ２ガス供給ライン３０が、ＮＨ３ガス供給源２５にはＮＨ３ガス供給ライン３０ａ、Ｎ２ガス供給源２６にはＮ２ガス供給ライン３０ｃが、それぞれ接続されている。そして、各ガスラインにはマスフローコントローラ３２およびマスフローコントローラ３２を挟んで２つのバルブ３１が設けられている。
前記第１のガス導入口１１にはＴｉＣｌ４ガス供給源２２から延びるＴｉＣｌ４ガス供給ライン２８が接続されており、このＴｉＣｌ４ガス供給ライン２８にはＣｌＦ３ガス供給源２１から延びるＣｌＦ３ガス供給ライン２７およびＡｒガス供給源２３から延びるＡｒガス供給ライン２９が接続されている。また、前記第２のガス導入口１２にはＨ２ガス供給源２４から延びるＨ２ガス供給ライン３０が接続されており、このＨ２ガス供給ライン３０には、ＮＨ３ガス供給源２５から延びるＮＨ３ガス供給ライン３０ａ、Ｎ２ガス供給源２６から延びるＮ２ガス供給ライン３０ｃおよびＣｌＦ３ガス供給源２１から延びるＣｌＦ３ガス供給ライン３０ｂが接続されている。したがって、プロセス時には、ＴｉＣｌ４ガス供給源２２からのＴｉＣｌ４ガスがＡｒガス供給源２３からのＡｒガスとともにＴｉＣｌ４ガス供給ライン２８を介してシャワーヘッド１０の第１のガス導入口１１からシャワーヘッド１０内に至り、ガス通路１３，１５を経て吐出孔１７からチャンバ１内へ吐出される一方、Ｈ２ガス供給源２４からのＨ２ガスがＨ２ガス供給ライン３０を介してシャワーヘッド１０の第２のガス導入口１２からシャワーヘッド１０内に至り、ガス通路１４，１６を経て吐出孔１８からチャンバ１内へ吐出される。すなわち、シャワーヘッド１０は、ＴｉＣｌ４ガスとＨ２ガスとが全く独立してチャンバ１内に供給されるポストミックスタイプとなっており、これらは吐出後に混合され反応が生じる。なお、これに限らずＴｉＣｌ４とＨ２とがシャワーヘッド１０内で混合された状態でこれらをチャンバ１内に供給するプリミックスタイプであってもよい。
シャワーヘッド１０には、整合器３３を介して高周波電源３４が接続されており、この高周波電源３４からシャワーヘッド１０に高周波電力が供給されるようになっている。高周波電源３４から高周波電力を供給することにより、シャワーヘッド１０を介してチャンバ１内に供給されたガスをプラズマ化して成膜処理を行う。
また、シャワーヘッド１０の上段ブロック体１０ａの水平部１０ｄには、シャワーヘッド１０を加熱するためのヒーター４５が設けられている。このヒーター４５にはヒーター電源４６が接続されており、ヒーター電源４６からヒーター４５に給電することによりシャワーヘッド１０が所望の温度に加熱される。上段ブロック体１０ａの凹部にはヒーター４５による加熱効率を上げるために断熱部材４７が設けられている。
チャンバ１の底壁１ｂの中央部には円形の穴３５が形成されており、底壁１ｂにはこの穴３５を覆うように下方に向けて突出する排気室３６が設けられている。排気室３６の側面には排気管３７が接続されており、この排気管３７には排気装置３８が接続されている。そしてこの排気装置３８を作動させることによりチャンバ１内を所定の真空度まで減圧することが可能となっている。
サセプタ２には、ウエハＷを支持して昇降させるための３本（２本のみ図示）のウエハ支持ピン３９がサセプタ２の表面に対して突没可能に設けられ、これらウエハ支持ピン３９は支持板４０に支持されている。そして、ウエハ支持ピン３９は、エアシリンダ等の駆動機構４１により支持板４０を介して昇降される。
チャンバ１の側壁には、チャンバ１と隣接して設けられた図示しないウエハ搬送室との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口４２と、この搬入出口４２を開閉するゲートバルブ４３とが設けられている。
成膜装置１００の構成部であるヒーター電源６および４６、バルブ３１、マスフローコントローラ３２、整合器３３、高周波電源３４、駆動機構４１等は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えた制御部５０に接続されて制御される構成となっている。また、制御部５０には、オペレータが成膜装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、成膜装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース５１が接続されている。さらに、制御部５０には、成膜装置１００で実行される各種処理を制御部５０の制御にて実現するためのプログラムや、処理条件に応じて成膜装置１００の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納された記憶部５２が接続されている。レシピは記憶部５２中の記憶媒体５２ａに記憶されている。記憶媒体はハードディスク等の固定的なものであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５１からの指示等にて任意のレシピを記憶部５２から呼び出して制御部５０に実行させることで、制御部５０の制御下で、成膜装置１００での所望の処理が行われる。
次に、以上のような成膜装置１００における本実施形態に係るＴｉ膜の成膜方法について説明する。
本実施形態においては、図２に示すように、プリコート工程（工程１）、成膜工程（工程２）、ドライクリーニング工程（工程３）を所定回数繰り返し、その後ウエットクリーニング工程（工程４）を行う。
本実施形態においては、図２に示すように、プリコート工程（工程１）、成膜工程（工程２）、ドライクリーニング工程（工程３）を所定回数繰り返し、その後ウエットクリーニング工程（工程４）を行う。
工程１のプリコート工程は、チャンバ１内にウエハが搬入されていない状態で、Ｔｉ膜堆積と窒化処理とを複数回繰り返してチャンバ１内にプリコート膜を形成する。
工程２の成膜工程は、このようにプリコートが終了した後のチャンバ１内で、ウエハＷに対するＴｉ膜の堆積および窒化処理を複数枚、好ましくは３０００枚以下、例えば５００枚のウエハＷについて行う。
工程３のドライクリーニング工程では、チャンバ１内にウエハが存在しない状態で、チャンバ１内にＣｌＦ３ガスを導入し、チャンバ１内のドライクリーニングを行う。ドライクリーニングはヒーター５によりサセプタ２を加熱しながら行うが、その際の温度は１７０〜２５０℃とすることが好ましい。なお、ドライクリーニング工程においては、ＣｌＦ３の他、ＮＦ３、Ｆ２等の他のフッ素系ガスを用いることができる。
工程４のウエットクリーニング工程は、上記工程１〜３を所定回数繰り返し、累積処理枚数が所定枚数、例えば５０００枚〜３００００枚になった時点で、アンモニア等の薬剤によりチャンバ１内をウエットクリーニングする。
次に、上記工程１および工程２について具体的に説明する。
工程１のプリコート工程においては、チャンバ１内にウエハが搬入されていない状態で、排気装置３８によりチャンバ１内を引き切り状態とし、チャンバ１内にＡｒガスとＮ２ガスを導入しつつ、ヒーター５によりサセプタ２を昇温する。サセプタ２の温度が所定温度に安定した時点で、ＴｉＣｌ４ガスを所定流量で導入しつつ、高周波電源３４から高周波電力を印加して、チャンバ１内に導入されたＡｒガス、Ｈ２ガス、ＴｉＣｌ４ガスをプラズマ化する。これにより、チャンバ１内壁、排気室３６内壁、シャワーヘッド１０、およびサセプタ２にＴｉ膜を形成する。引きつづきＴｉＣｌ４ガスのみを停止し、窒化ガスとしてのＮＨ３ガスを流すとともにシャワーヘッド１０に高周波電力を印加してこれらガスをプラズマ化してＴｉ膜を窒化する。これらＴｉ膜形成と窒化処理を複数回、たとえば３３回繰り返してプリコート膜を成膜する。なお、窒化処理を行わずに所定厚さのＴｉ膜を形成するようにしてもよい。
工程１のプリコート工程においては、チャンバ１内にウエハが搬入されていない状態で、排気装置３８によりチャンバ１内を引き切り状態とし、チャンバ１内にＡｒガスとＮ２ガスを導入しつつ、ヒーター５によりサセプタ２を昇温する。サセプタ２の温度が所定温度に安定した時点で、ＴｉＣｌ４ガスを所定流量で導入しつつ、高周波電源３４から高周波電力を印加して、チャンバ１内に導入されたＡｒガス、Ｈ２ガス、ＴｉＣｌ４ガスをプラズマ化する。これにより、チャンバ１内壁、排気室３６内壁、シャワーヘッド１０、およびサセプタ２にＴｉ膜を形成する。引きつづきＴｉＣｌ４ガスのみを停止し、窒化ガスとしてのＮＨ３ガスを流すとともにシャワーヘッド１０に高周波電力を印加してこれらガスをプラズマ化してＴｉ膜を窒化する。これらＴｉ膜形成と窒化処理を複数回、たとえば３３回繰り返してプリコート膜を成膜する。なお、窒化処理を行わずに所定厚さのＴｉ膜を形成するようにしてもよい。
プリコート工程の好ましい条件は、以下の通りである。
（１）Ｔｉ膜形成
i）高周波電源３４からの高周波電力
周波数：３００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚ
パワー：１００〜１５００Ｗ
ii）ＴｉＣｌ４ガス流量：１〜２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
iii）Ａｒガス流量：１００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
iv）Ｈ２ガス流量：２５０〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
v）チャンバ内圧力：４４０〜１３３３Ｐａ（３〜１０Ｔｏｒｒ）
（２）窒化処理
i）高周波電源３４からの高周波電力
周波数：３００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚ
パワー：４００〜１５００Ｗ
ii）ＮＨ３ガス流量：１００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
iii）Ａｒガス流量：１００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
iv）Ｈ２ガス流量：２５０〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
v）チャンバ内圧力：４４０〜１３３３Ｐａ（３〜１０Ｔｏｒｒ）
（１）Ｔｉ膜形成
i）高周波電源３４からの高周波電力
周波数：３００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚ
パワー：１００〜１５００Ｗ
ii）ＴｉＣｌ４ガス流量：１〜２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
iii）Ａｒガス流量：１００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
iv）Ｈ２ガス流量：２５０〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
v）チャンバ内圧力：４４０〜１３３３Ｐａ（３〜１０Ｔｏｒｒ）
（２）窒化処理
i）高周波電源３４からの高周波電力
周波数：３００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚ
パワー：４００〜１５００Ｗ
ii）ＮＨ３ガス流量：１００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
iii）Ａｒガス流量：１００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
iv）Ｈ２ガス流量：２５０〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
v）チャンバ内圧力：４４０〜１３３３Ｐａ（３〜１０Ｔｏｒｒ）
工程２の成膜工程においては、上述したようにプリコートが終了した後のチャンバ１内で、ウエハＷに対するＴｉ膜の堆積および窒化処理を以下のようにして行う。
Ｔｉ膜の堆積は、ヒーター５によりサセプタ２を所定温度まで上昇させた後に、チャンバ１内をゲートバルブ４３を介して接続されている外部雰囲気と同様に調整し、その後に、ゲートバルブ４３を開にして、真空状態の図示しないウエハ搬送室から搬入出口４２を介してウエハＷをチャンバ１内へ搬入する。次いで、プリコート工程においてシャワーヘッド１０等にＴｉ膜を形成した手順と同様に、チャンバ１内に導入されたＡｒガス、Ｈ２ガス、ＴｉＣｌ４ガスをプラズマ化してこれらを反応させ、ウエハＷ上に所定の厚さのＴｉ膜を堆積する。
Ｔｉ膜の堆積の後の窒化処理では、上記Ｔｉ膜の堆積が終了後、ＴｉＣｌ４ガスを停止し、Ｈ２ガスおよびＡｒガスを流したままの状態とし、チャンバ１内（チャンバ壁やシャワーヘッド表面等）を適宜の温度に加熱しつつ、窒化ガスとしてＮＨ３ガスを流すとともに、高周波電源３４からシャワーヘッド１０に高周波電力を印加して処理ガスをプラズマ化し、プラズマ化した処理ガスによりウエハＷに成膜したＴｉ薄膜の表面を窒化する。なお、窒化処理は必須ではない。
成膜工程の好ましい条件は、以下の通りである。
（１）Ｔｉ膜の堆積
i）高周波電源３４からの高周波電力
周波数：３００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚ
パワー：１００〜１５００Ｗ
ii）ヒーター５によるサセプタ２の温度：５００〜７００℃
iii）ヒーター４５によるシャワーヘッド１０の温度：３００〜５００℃
iv)ＴｉＣｌ４ガス流量：１〜２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
v）Ａｒガス流量：１００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
vi）Ｈ２ガス流量：２５０〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
vii）チャンバ内圧力：４４０〜１３３３Ｐａ（３〜１０Ｔｏｒｒ）
（２）窒化処理
i）高周波電源３４からの高周波電力
周波数：３００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚ
パワー：１００〜１５００Ｗ
ii）ヒーター５によるサセプタ２の温度：５００〜７００℃
iii）ヒーター４５によるシャワーヘッド１０の温度：３００〜５００℃
iv）ＮＨ３ガス流量：１００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
v）Ａｒガス流量：１００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
vi）Ｈ２ガス流量：２５０〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
vii）チャンバ内圧力：４４０〜１３３３Ｐａ（３〜１０Ｔｏｒｒ）
（１）Ｔｉ膜の堆積
i）高周波電源３４からの高周波電力
周波数：３００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚ
パワー：１００〜１５００Ｗ
ii）ヒーター５によるサセプタ２の温度：５００〜７００℃
iii）ヒーター４５によるシャワーヘッド１０の温度：３００〜５００℃
iv)ＴｉＣｌ４ガス流量：１〜２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
v）Ａｒガス流量：１００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
vi）Ｈ２ガス流量：２５０〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
vii）チャンバ内圧力：４４０〜１３３３Ｐａ（３〜１０Ｔｏｒｒ）
（２）窒化処理
i）高周波電源３４からの高周波電力
周波数：３００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚ
パワー：１００〜１５００Ｗ
ii）ヒーター５によるサセプタ２の温度：５００〜７００℃
iii）ヒーター４５によるシャワーヘッド１０の温度：３００〜５００℃
iv）ＮＨ３ガス流量：１００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
v）Ａｒガス流量：１００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
vi）Ｈ２ガス流量：２５０〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
vii）チャンバ内圧力：４４０〜１３３３Ｐａ（３〜１０Ｔｏｒｒ）
従来は、図３に示すように、このようなＴｉ膜成膜工程を、例えば５００枚〜３０００枚のウエハＷについて連続して行った後、ドライクリーニング工程を行っていたが、枚数を重ねる毎に異常放電が発生することがあり、この異常放電はドライクリーニングを挟んで繰り返すうちにその頻度が増加する。特にウエットクリーニングからの累積処理枚数が３０００〜５０００枚になると異常放電の発生が顕著となる。
この異常放電は、ウエハＷの裏面周縁部からベベル部にかけて付着したポリマー残渣が高温のサセプタ２のウエハＷ周縁部に対応する部分に付着し、処理枚数の増加にともなって、図４に示すように、ポリマー残渣が堆積し、ウエハＷとサセプタ２との間に隙間が生じることにより発生する。
すなわち、ポリマー残渣は絶縁性であるため、図４に示すようにサセプタ２にポリマー残渣が堆積し、ウエハＷとサセプタ２との間に隙間が生じると、プラズマからウエハＷに供給された電荷がサセプタ２を通って流れない。このため、ウエハＷが帯電し、ある一定量帯電した段階でサセプタ２に放電するという現象が生じる。ポリマー残渣はサセプタ２のウエハＷの周縁部に対応する部分に堆積し、ウエハＷはこの周縁部に堆積したポリマー残渣で支持され下向きにたわむ。パッシェンの法則により、放電は距離が最も近いところで生じるので、特にウエハＷの中心付近で異常放電が生じやすい。
ポリマー残渣はＣｌＦ３ガスによるドライクリーニングではほとんど除去されないため、ドライクリーニング後もポリマー残渣の堆積が進行する。そして、ウエハＷの累積処理枚数が、ウエットクリーニングを行う５０００枚に近づくにつれ、異常放電の発生が顕著となる。
そこで、本実施形態では、例えば５００枚〜３０００枚のＴｉ膜成膜の間に所定枚数のウエハ毎に導電性膜の形成を入れる。好ましくは１〜２５０枚のウエハ毎である。具体的には、図５に示すように、所定枚数のウエハ毎、例えば１ロット（２５枚）毎に、チャンバ１内にＴｉ膜を形成し、引き続き窒化処理を行うショートプリコートを実施する。これにより、図６に示すように、絶縁性である堆積したポリマー残渣の表面およびサセプタ２の表面に導電性のＴｉ膜が形成され、サセプタ２上にウエハＷを載置した際に、ウエハＷに蓄積された電荷をＴｉ膜を介してサセプタ２に逃がす（アースする）ことができウエハＷとサセプタ２との間の放電を抑制することができる。
つまり、例えば５００枚〜３０００枚のウエハＷに対して連続してＴｉ膜の成膜を行う場合には、サセプタ２上に絶縁性のポリマー残渣が堆積しつづけるので、それが厚くなると、ウエハＷが導電性膜と接触する可能性が低下してウエハＷに溜まった電荷は逃げにくくなり、異常放電が生じやすくなる。しかし、このように例えば５００枚〜３０００枚のウエハＷに対するＴｉ膜成膜の途中で、導電性のＴｉ膜を成膜することにより、ウエハＷがサセプタ２に載置された際にウエハＷの電荷が導電性膜を通ってサセプタ２に逃げる割合が高くなり、異常放電が生じる可能性を格段に低くすることができる。なお、ショートプリコートは、窒化処理を行わずに所定厚さのＴｉ膜を形成するようにしてもよい。
ショートプリコートの好ましい条件は、以下の通りである。
（１）Ｔｉ膜形成
i）高周波電源３４からの高周波電力
周波数：３００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚ
パワー：１００〜１５００Ｗ
ii）ＴｉＣｌ４ガス流量：１〜２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
iii）Ａｒガス流量：１００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
iv）Ｈ２ガス流量：２５０〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
v）チャンバ内圧力：４４０〜１３３３Ｐａ（３〜１０Ｔｏｒｒ）
（２）窒化処理
i）高周波電源３４からの高周波電力
周波数：３００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚ
パワー：４００〜１５００Ｗ
ii）ＮＨ３ガス流量：１００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
iii）Ａｒガス流量：１００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
iv）Ｈ２ガス流量：２５０〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
v）チャンバ内圧力：４４０〜１３３３Ｐａ（３〜１０Ｔｏｒｒ）
（１）Ｔｉ膜形成
i）高周波電源３４からの高周波電力
周波数：３００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚ
パワー：１００〜１５００Ｗ
ii）ＴｉＣｌ４ガス流量：１〜２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
iii）Ａｒガス流量：１００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
iv）Ｈ２ガス流量：２５０〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
v）チャンバ内圧力：４４０〜１３３３Ｐａ（３〜１０Ｔｏｒｒ）
（２）窒化処理
i）高周波電源３４からの高周波電力
周波数：３００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚ
パワー：４００〜１５００Ｗ
ii）ＮＨ３ガス流量：１００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
iii）Ａｒガス流量：１００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
iv）Ｈ２ガス流量：２５０〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
v）チャンバ内圧力：４４０〜１３３３Ｐａ（３〜１０Ｔｏｒｒ）
この際の導電膜の形成の頻度は、異常放電を防止する観点からは多いほうがよいが、多くなりすぎるとウエハＷに対する成膜処理のスループットが低下してしまうので、異常放電防止効果とスループットとの兼ね合いで適宜調整することが好ましい。また、成膜初期の段階ではサセプタ２へのポリマー残渣の堆積も少なく異常放電が生じ難いので、最初に例えば１００〜２００枚程度のウエハＷについて連続してＴｉ膜の成膜処理を行ってから、導電性膜の形成（ショートプリコート）を行い、その後、例えば１ロット２５枚毎に導電性膜の形成（ショートプリコート）を行うようにしてもよい。
次に、種々の条件で複数のウエハへのＴｉ膜の成膜を行って異常放電の発生のしやすさを実験した結果について説明する。
ここでは、異常放電の指標として、プラズマを生成するための平行平板電極の下部電極として機能する電極８の直流バイアス電圧Ｖｄｃを用いた。すなわち、通常の場合には、図７に示すようにＴｉ成膜の際のＶｄｃは安定しているのに対し、ウエハとサセプタとの間にアーキング（異常放電）が発生した場合には、図８に示すように、Ｖｄｃが変動し、不安定な状態となる。したがって、Ｖｄｃの挙動を見ることにより異常放電が発生していること、または異常放電が発生するおそれがあることを把握することができる。なお、図８に示すように、アーキングが発生した場合には、高周波電力のピーク間電圧Ｖｐｐも変動するから、Ｖｐｐも異常放電の指標として使用することができる。
ここでは、異常放電の指標として、プラズマを生成するための平行平板電極の下部電極として機能する電極８の直流バイアス電圧Ｖｄｃを用いた。すなわち、通常の場合には、図７に示すようにＴｉ成膜の際のＶｄｃは安定しているのに対し、ウエハとサセプタとの間にアーキング（異常放電）が発生した場合には、図８に示すように、Ｖｄｃが変動し、不安定な状態となる。したがって、Ｖｄｃの挙動を見ることにより異常放電が発生していること、または異常放電が発生するおそれがあることを把握することができる。なお、図８に示すように、アーキングが発生した場合には、高周波電力のピーク間電圧Ｖｐｐも変動するから、Ｖｐｐも異常放電の指標として使用することができる。
図９に示すケース１は、プリコート後、５００枚のウエハＷに対して連続して成膜工程（Ｔｉ堆積＋窒化処理）を行った後、ドライクリーニングを行う従来の方法である。この図に示すように、２５０枚以降でＶｄｃの変動が激しくなり、異常放電が起こりやすくなることが確認された。
そこで、図１０に示すケース２では、Ｖｄｃの変動が生じた後（２５４枚成膜後）に、プリコート処理を入れたところ、Ｖｄｃが一時的に改善された。すなわち、複数のウエハＷに対する成膜工程を繰り返す途中にプリコート処理を行ってサセプタ２上に導電性膜を形成することが、異常放電防止に有効であることが確認された。ただし、その後、ウエハＷの処理枚数が４２０枚程度以降でＶｄｃが不安定となり、２５０枚程度成膜後にプリコート処理を入れても、十分に異常放電を防止することができないことが判明した。
次に、図１１に示すケース３では、１ロット２５枚のウエハＷの成膜工程（Ｔｉ堆積＋窒化処理）毎に、ショートプリコート（１層のＴｉ膜成膜＋窒化処理）を行った。その結果、ウエハＷの累積処理枚数が５００枚になってもＶｄｃは安定しており、異常放電が発生しないことが確認された。
次に、図１２に示すケース４では、最初の２００枚のウエハＷまで連続して成膜工程を行った後、ショートプリコートを行い、その後１ロット２５枚のウエハＷの成膜工程毎に、ショートプリコートを行った。その結果、最初の２００枚のウエハＷに対する成膜工程の最終部のウエハＷにおいてＶｄｃが若干不安定になり、異常放電の発生を完全に防止することができないが、それ以降はＶｄｃが安定しており、異常放電が発生しないことが確認された。
以上の結果から、好ましくは２５０枚以下のウエハＷの成膜工程毎に、より好ましくは１ロット２５枚のウエハＷの成膜工程毎に、ショートプリコートを行うことにより、確実に異常放電の発生を防止できることが確認された。つまり、導電性膜の形成は、１〜２５０枚のウエハ毎に行うことが好ましく、２５枚毎に行うことが好ましいことが確認された。
なお、この際のウエハＷに対する成膜条件（Ｔｉ膜の堆積＋窒化処理）およびショートプリコートの条件は、以下のとおりとした。
（１）成膜条件
＜Ｔｉ膜の堆積＞
i）高周波電源３４からの高周波電力
周波数：４５０ｋＨｚ
パワー：８００Ｗ
ii)ＴｉＣｌ４ガス流量：１２ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
iii）Ａｒガス流量：１６００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
iv）Ｈ２ガス流量：４０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
ｖ）チャンバ内圧力：６６６．７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）
＜窒化処理＞
i）高周波電源３４からの高周波電力
周波数：４５０ｋＨｚ
パワー：８００Ｗ
iv）ＮＨ３ガス流量：１５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
v）Ａｒガス流量：１６００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
vi）Ｈ２ガス流量：２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
vii）チャンバ内圧力：６６６．７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）
（２）ショートプリコート条件
＜Ｔｉ膜の堆積＞
i）高周波電源３４からの高周波電力
周波数：４５０ｋＨｚ
パワー：８００Ｗ
ii)ＴｉＣｌ４ガス流量：１８ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
iii）Ａｒガス流量：１６００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
iv）Ｈ２ガス流量：３０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
ｖ）チャンバ内圧力：６６６．７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）
＜窒化処理＞
i）高周波電源３４からの高周波電力
周波数：４５０ｋＨｚ
パワー：８００Ｗ
iv）ＮＨ３ガス流量：１５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
v）Ａｒガス流量：１６００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
vi）Ｈ２ガス流量：２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
vii）チャンバ内圧力：６６６．７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）
（１）成膜条件
＜Ｔｉ膜の堆積＞
i）高周波電源３４からの高周波電力
周波数：４５０ｋＨｚ
パワー：８００Ｗ
ii)ＴｉＣｌ４ガス流量：１２ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
iii）Ａｒガス流量：１６００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
iv）Ｈ２ガス流量：４０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
ｖ）チャンバ内圧力：６６６．７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）
＜窒化処理＞
i）高周波電源３４からの高周波電力
周波数：４５０ｋＨｚ
パワー：８００Ｗ
iv）ＮＨ３ガス流量：１５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
v）Ａｒガス流量：１６００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
vi）Ｈ２ガス流量：２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
vii）チャンバ内圧力：６６６．７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）
（２）ショートプリコート条件
＜Ｔｉ膜の堆積＞
i）高周波電源３４からの高周波電力
周波数：４５０ｋＨｚ
パワー：８００Ｗ
ii)ＴｉＣｌ４ガス流量：１８ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
iii）Ａｒガス流量：１６００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
iv）Ｈ２ガス流量：３０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
ｖ）チャンバ内圧力：６６６．７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）
＜窒化処理＞
i）高周波電源３４からの高周波電力
周波数：４５０ｋＨｚ
パワー：８００Ｗ
iv）ＮＨ３ガス流量：１５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
v）Ａｒガス流量：１６００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
vi）Ｈ２ガス流量：２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
vii）チャンバ内圧力：６６６．７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）
なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、金属系膜としてＴｉ膜を成膜する場合を例にとって説明したが、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ、Ｔａ、ＴａＮ等の他の金属系膜の成膜にも適用可能である。また、上記実施形態では、成膜工程の途中でショートプリコートを行って導電性膜を形成する場合について示したが、これに限らず、導電性膜をサセプタ２（ステージ）上にプリコートできれば手法は問わない。さらに、上記実施形態では、シャワーヘッドに高周波電力を印加することによりプラズマを形成したが、これに限るものではない。また、被処理基板としては、半導体ウエハに限らず例えば液晶表示装置（ＬＣＤ）用基板、ガラス基板、セラミックス基板等の他の基板であってもよい。
Claims (8)
- 被処理基板を収容するチャンバと、前記チャンバ内で被処理基板を載置するステージと、ステージ上の被処理基板を加熱するヒーターと、チャンバ内に成膜用の処理ガスおよびクリーニングガスを供給するガス供給機構と、前記チャンバ内に処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構と、前記チャンバ内を排気する排気手段とを有する成膜装置を用いて、プラズマＣＶＤにより金属系膜を成膜する金属系膜の成膜方法であって、
前記チャンバ内に、前記金属系膜を構成する金属を含む導電性のプリコート膜を成膜することと、
前記プリコート後のチャンバ内に被処理基板を搬入して前記ステージ上に載置し、前記ヒーターにより被処理基板を加熱しつつ、前記処理ガスを供給して処理ガスのプラズマを生成し、プラズマＣＶＤにより被処理基板に金属系膜を成膜する処理を複数枚の被処理基板について行うことと、
前記複数枚の被処理基板に対する成膜処理が終了した段階で、前記チャンバ内に前記クリーニングガスを導入してドライクリーニングを行うことと
を繰り返し行い、
前記金属系膜を成膜する処理を複数枚の被処理基板について行う際に、その途中で１回または２回以上の、前記ステージ上への導電性膜の形成を含む金属系膜の成膜方法。 - 前記プリコート膜の成膜は、前記金属系膜を構成する金属を含む膜の形成と、その膜の窒化処理とを複数回繰り返すことにより行う請求項１に記載の金属系膜の成膜方法。
- 前記導電性膜の形成は、前記金属系膜を構成する金属を含む膜を形成するものである請求項１または請求項２に記載の金属系膜の成膜方法。
- 前記導電性膜の形成は、所定枚数の基板の成膜処理毎に行う請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の金属系膜の成膜方法。
- 前記導電性膜の形成は、１〜２５０枚の基板の成膜処理毎に行う請求項４に記載の金属系膜の成膜方法。
- 前記導電性膜の形成は、１ロットの基板の成膜処理毎に行う請求項５に記載の金属系膜の成膜方法。
- 前記金属系膜は、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ、Ｔａ、ＴａＮのいずれかで構成されている請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の金属系膜の成膜方法。
- コンピュータ上で動作し、被処理基板を収容するチャンバと、前記チャンバ内で被処理基板を載置するステージと、ステージ上の被処理基板を加熱するヒーターと、チャンバ内に成膜用の処理ガスおよびクリーニングガスを供給するガス供給機構と、前記チャンバ内に処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構と、前記チャンバ内を排気する排気手段とを有する成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、
前記プログラムは、実行時に、前記チャンバ内に、金属系膜を構成する金属を含む導電性のプリコート膜を成膜することと、
前記プリコート後のチャンバ内に被処理基板を搬入して前記ステージ上に載置し、前記ヒーターにより被処理基板を加熱しつつ、前記処理ガスを供給して処理ガスのプラズマを生成し、プラズマＣＶＤにより被処理基板に金属系膜を成膜する処理を複数枚の被処理基板について行うことと、
前記複数枚の被処理基板に対する成膜処理が終了した段階で、前記チャンバ内に前記クリーニングガスを導入してドライクリーニングを行うこととを繰り返し行い、
前記金属系膜を成膜する処理を複数枚の被処理基板について行う際に、その途中で１回または２回以上の、前記ステージ上への導電性膜の形成を含む金属系膜の成膜方法が行われるように、コンピュータに前記成膜装置を制御させる記憶媒体。
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