JP6294151B2 - 成膜方法 - Google Patents

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Description

本発明は、成膜方法に関する。
半導体メモリの高集積化に伴い、金属酸化物などの高誘電体材料を誘電体層として用いるキャパシタが多用されている。このようなキャパシタの電極は、比較的大きな仕事関数を有する例えば窒化チタン（ＴｉＮ）により形成されている。
ＴｉＮ電極の形成は、例えば、特許文献１に記載されているように、塩化チタン（ＴｉＣｌ４）とアンモニア（ＮＨ３）とを原料ガスとして用いる化学気相成膜（ＣＶＤ）法により、高誘電体層の上にＴｉＮを成膜し、パターン化することにより行われる。
また、原子層又は分子層レベルでの成膜を行うＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法又はＭＬＤ（Molecular Layer Deposition）法による成膜方法も知られている。例えば、特許文献２に記載されているように、膜の段差被覆性及び密着性を高めるため、初期成膜ステップにおいて、処理室内にＲｕ原料ガスを導入して基板上に吸着させ、第１の反応ガスとしてＨ２又はＮＨ３が供給されてＡＬＤ法を用いた初期成膜が行われ、次いで、本成膜ステップとして、処理室内にＴｕ原料ガスを導入して基板上に吸着させ、第２の反応ガスとしてＯ２が供給されてＣＶＤ法を用いた成膜が行われる成膜方法が知られている。
特許第４５８３７６４号公報 国際公開ＷＯ２００７／０５８１２０号公報
しかしながら、近年、そのようなＴｉＮ電極の形成のみならず、極めて薄い、例えば７ｎｍ以下のＴｉＮの連続膜を必要とするプロセスが存在する。ＴｉＮ膜の成長は、最初、島状にＴｉＮ膜が離散的に基板上に形成され、徐々に島が繋がって連続膜が形成される、という順序を経て行われる。
よって、あまりに薄いＴｉＮ膜、例えば４ｎｍ以下のＴｉＮ膜では、島同士が十分に連続的に繋がらず、ピンホールを生じてしまうおそれがある。また、そのような島が徐々に繋がっていくような成長経過では、実際の成膜工程において、成膜を開始してしばらくの間は島の形成のみで膜の堆積が行われず、時間がある程度経過してから実際の成膜がようやく開始するという成膜遅れの時間が生じてしまい、スループットの低下を招くという問題を生じる。
そこで、本発明は、８ｎｍ以下の薄いＴｉＮ膜の形成においても、成膜遅れの時間を短縮し、確実に連続膜を形成することができる成膜方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一実施形態に係る成膜方法は、ＳｉＯ ２ 膜の下地膜が形成された基板上にＴｉＮの連続膜を成膜する成膜方法であって、
前記基板上に形成された前記下地膜上にＴｉＯ２の連続膜を成膜する工程と、
前記ＴｉＯ２の連続膜上に、前記ＴｉＯ２膜よりも厚いＴｉＮの連続膜を成膜する工程と、を有する。
本発明によれば、成膜開始時の時間遅れを生じさせることなくＴｉＮの連続膜を成膜することができる。
本発明の実施形態による成膜方法を実施するに好適な成膜装置を示す概略図である。 図１の成膜装置の斜視図である。 図１の成膜装置の真空容器内の構成を示す概略平面図である。 図１の成膜装置の真空容器内に回転可能に設けられる回転テーブルの同心円に沿った、当該真空容器に概略断面図である。 図１の成膜装置の別の概略断面図である。 本発明の実施形態による成膜方法を示すフローチャートである。 本発明の実施例に係る成膜方法の実施結果を示した図である。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、部材もしくは部品間の相対比を示すことを目的とせず、したがって、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定されるべきものである。
（成膜装置）
始めに、本発明の実施形態による成膜方法を実施するのに好適な成膜装置について説明する。図１から図３までを参照すると、この成膜装置は、ほぼ円形の平面形状を有する扁平な真空容器１と、この真空容器１内に設けられ、真空容器１の中心に回転中心を有する回転テーブル２と、を備えている。真空容器１は、有底の円筒形状を有する容器本体１２と、容器本体１２の上面に対して、例えばＯリングなどのシール部材１３（図１）を介して気密に着脱可能に配置される天板１１とを有している。
回転テーブル２は、中心部にて円筒形状のコア部２１に固定され、このコア部２１は、鉛直方向に伸びる回転軸２２の上端に固定されている。回転軸２２は真空容器１の底部１４を貫通し、その下端が回転軸２２（図１）を鉛直軸回りに回転させる駆動部２３に取り付けられている。回転軸２２及び駆動部２３は、上面が開口した筒状のケース体２０内に収納されている。このケース体２０はその上面に設けられたフランジ部分が真空容器１の底部１４の下面に気密に取り付けられており、ケース体２０の内部雰囲気と外部雰囲気との気密状態が維持されている。
回転テーブル２の表面部には、図２及び図３に示すように回転方向（周方向）に沿って複数（図示の例では５枚）の基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗを載置するための円形状の凹部２４が設けられている。なお図３には便宜上１個の凹部２４だけにウエハＷを示す。この凹部２４は、ウエハＷの直径よりも僅かに例えば４ｍｍ大きい内径と、ウエハＷの厚さにほぼ等しい深さとを有している。したがって、ウエハＷが凹部２４に収容されると、ウエハＷの表面と回転テーブル２の表面（ウエハＷが載置されない領域）とが同じ高さになる。凹部２４の底面には、ウエハＷの裏面を支えてウエハＷを昇降させるための例えば３本の昇降ピンが貫通する貫通孔（いずれも図示せず）が形成されている。
図２及び図３は、真空容器１内の構造を説明する図であり、説明の便宜上、天板１１の図示を省略している。図２及び図３に示すように、回転テーブル２の上方には、各々例えば石英からなる反応ガスノズル３１、反応ガスノズル３２、反応ガスノズル３３、及び分離ガスノズル４１，４２が真空容器１の周方向（回転テーブル２の回転方向（図３の矢印Ａ））に互いに間隔をおいて配置されている。図示の例では、後述の搬送口１５から時計回り（回転テーブル２の回転方向）に、分離ガスノズル４１、反応ガスノズル３１、分離ガスノズル４２、反応ガスノズル３２及び反応ガスノズル３３がこの順番で配列されている。これらのノズル３１、３２、３３、４１、４２は、各ノズル３１、３２、３３、４１、４２の基端部であるガス導入ポート３１ａ、３２ａ、３３ａ、４１ａ、４２ａ（図３）を容器本体１２の外周壁に固定することにより、真空容器１の外周壁から真空容器１内に導入され、容器本体１２の半径方向に沿って回転テーブル２に対して水平に伸びるように取り付けられている。
本実施形態においては、反応ガスノズル３１は、不図示の配管及び流量制御器などを介して、塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスの供給源（図示せず）に接続されている。反応ガスノズル３２は、不図示の配管及び流量制御器などを介して、窒化ガス（ＮＨ３等）の供給源（図示せず）に接続されている。また、反応ガスノズル３２が窒化ガスを供給しない場合には、反応ガスノズル３２が負圧にならないように、窒素（Ｎ２）ガス等の不活性ガスを反応ガスノズル３２に供給できるよう不活性ガスの供給源とも切り替え接続可能に構成されてもよい。更に、反応ガスノズル３３は、不図示の配管及び流量制御器などを介して、酸化ガス（Ｏ２、Ｏ３等）の供給源（図示せず）に接続されている。また、反応ガスノズル３３が酸化ガスを供給しない場合には、反応ガスノズル３３を負圧にしないように、窒素（Ｎ２）ガス等の不活性ガスを反応ガスノズル３３に供給できるよう、窒素ガスの供給源とも切り替え接続可能に構成されていてもよい。分離ガスノズル４１、４２は、いずれも不図示の配管及び流量制御バルブなどを介して、分離ガスの供給源（図示せず）に接続されている。分離ガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）などの希ガスや窒素（Ｎ２）ガスなどの不活性ガスを用いることができる。本実施形態では、Ｎ２ガスを用いることとする。
反応ガスノズル３１、３２には、回転テーブル２に向かって開口する複数のガス吐出孔３５が、反応ガスノズル３１、３２の長さ方向に沿って、例えば１０ｍｍの間隔で配列されている。反応ガスノズル３１の下方領域は、ＴｉＣｌ４ガスをウエハＷに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１となる。反応ガスノズル３２の下方領域は、第１の処理領域Ｐ１においてウエハＷに吸着されたＴｉＣｌ４ガスを窒化させる第２の処理領域Ｐ２となる。
図２及び図３を参照すると、真空容器１内には２つの凸状部４が設けられている。凸状部４は、分離ガスノズル４１、４２とともに分離領域Ｄを構成するため、後述のとおり、回転テーブル２に向かって突出するように天板１１の裏面に取り付けられている。また、凸状部４は、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有し、本実施形態においては、内円弧が突出部５（後述）に連結し、外円弧が、真空容器１の容器本体１２の内周面に沿うように配置されている。
図４は、反応ガスノズル３１から反応ガスノズル３２まで回転テーブル２の同心円に沿った真空容器１の断面を示している。図示のとおり、天板１１の裏面に凸状部４が取り付けられているため、真空容器１内には、凸状部４の下面である平坦な低い天井面４４（第１の天井面）と、この天井面４４の周方向両側に位置する、天井面４４よりも高い天井面４５（第２の天井面）とが存在する。天井面４４は、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有している。また、図示のとおり、凸状部４には周方向中央において、半径方向に伸びるように形成された溝部４３が形成され、分離ガスノズル４２が溝部４３内に収容されている。もう一つの凸状部４にも同様に溝部４３が形成され、ここに分離ガスノズル４１が収容されている。また、高い天井面４５の下方の空間に反応ガスノズル３１、３２がそれぞれ設けられている。これらの反応ガスノズル３１、３２は、天井面４５から離間してウエハＷの近傍に設けられている。なお、図４に示すように、高い天井面４５の下方の右側の空間４８１に反応ガスノズル３１が設けられ、高い天井面４５の下方の左側の空間４８２に反応ガスノズル３２が設けられる。
また、凸状部４の溝部４３に収容される分離ガスノズル４１、４２には、回転テーブル２に向かって開口する複数のガス吐出孔４１ｈ（図４参照）が、分離ガスノズル４１、４２の長さ方向に沿って、例えば１０ｍｍの間隔で配列されている。
天井面４４は、狭隘な空間である分離空間Ｈを回転テーブル２に対して形成している。分離ガスノズル４２の吐出孔４２ｈからＮ２ガスが供給されると、このＮ２ガスは、分離空間Ｈを通して空間４８１及び空間４８２へ向かって流れる。このとき、分離空間Ｈの容積は空間４８１及び４８２の容積よりも小さいため、Ｎ２ガスにより分離空間Ｈの圧力を空間４８１及び４８２の圧力に比べて高くすることができる。すなわち、空間４８１及び４８２の間に圧力の高い分離空間Ｈが形成される。また、分離空間Ｈから空間４８１及び４８２へ流れ出るＮ２ガスが、第１の領域Ｐ１からのＴｉＣｌ４ガスと、第２の領域Ｐ２からのＮＨ３ガスとに対するカウンターフローとして働く。したがって、第１の領域Ｐ１からのＴｉＣｌ４ガスと、第２の領域Ｐ２からのＮＨ３ガスとが分離空間Ｈにより分離される。よって、真空容器１内においてＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３ガスとが混合し、反応することが抑制される。
なお、回転テーブル２の上面に対する天井面４４の高さｈ１は、成膜時の真空容器１内の圧力、回転テーブル２の回転速度、供給する分離ガス（Ｎ２ガス）の供給量などを考慮し、分離空間Ｈの圧力を空間４８１及び４８２の圧力に比べて高くするのに適した高さに設定することが好ましい。
一方、天板１１の下面には、回転テーブル２を固定するコア部２１の外周を囲む突出部５（図２及び図３）が設けられている。この突出部５は、本実施形態においては、凸状部４における回転中心側の部位と連続しており、その下面が天井面４４と同じ高さに形成されている。
先に参照した図１は、図３のＩ−Ｉ'線に沿った断面図であり、天井面４５が設けられている領域を示している。一方、図５は、天井面４４が設けられている領域を示す断面図である。図５に示すように、扇型の凸状部４の周縁部（真空容器１の外縁側の部位）には、回転テーブル２の外端面に対向するようにＬ字型に屈曲する屈曲部４６が形成されている。この屈曲部４６は、凸状部４と同様に、分離領域Ｄの両側から反応ガスが侵入することを抑制して、両反応ガスの混合を抑制する。扇型の凸状部４は天板１１に設けられ、天板１１が容器本体１２から取り外せるようになっていることから、屈曲部４６の外周面と容器本体１２との間には僅かに隙間がある。屈曲部４６の内周面と回転テーブル２の外端面との隙間、及び屈曲部４６の外周面と容器本体１２との隙間は、例えば回転テーブル２の上面に対する天井面４４の高さと同様の寸法に設定されている。
容器本体１２の内周壁は、分離領域Ｄにおいては図４に示すように屈曲部４６の外周面と接近して垂直面に形成されているが、分離領域Ｄ以外の部位においては、図１に示すように例えば回転テーブル２の外端面と対向する部位から底部１４に亘って外方側に窪んでいる。以下、説明の便宜上、概ね矩形の断面形状を有する窪んだ部分を排気領域と記す。具体的には、第１の処理領域Ｐ１に連通する排気領域を第１の排気領域Ｅ１と記し、第２の処理領域Ｐ２に連通する領域を第２の排気領域Ｅ２と記す。これらの第１の排気領域Ｅ１及び第２の排気領域Ｅ２の底部には、図１から図３に示すように、それぞれ、第１の排気口６１０及び第２の排気口６２０が形成されている。第１の排気口６１０及び第２の排気口６２０は、図１に示すように各々排気管６３０を介して真空排気手段である例えば真空ポンプ６４０に接続されている。また、真空ポンプ６４０と排気管６３０との間に、圧力制御器６５０が設けられる。
回転テーブル２と真空容器１の底部１４との間の空間には、図１及び図４に示すように加熱手段であるヒータユニット７が設けられ、回転テーブル２を介して回転テーブル２上のウエハＷが、プロセスレシピで決められた温度（例えば４００℃）に加熱される。回転テーブル２の周縁付近の下方側には、回転テーブル２の上方空間から排気領域Ｅ１、Ｅ２に至るまでの雰囲気とヒータユニット７が置かれている雰囲気とを区画して回転テーブル２の下方領域へのガスの侵入を抑えるために、リング状のカバー部材７１が設けられている（図５）。このカバー部材７１は、回転テーブル２の外縁部及び外縁部よりも外周側を下方側から臨むように設けられた内側部材７１ａと、この内側部材７１ａと真空容器１の内壁面との間に設けられた外側部材７１ｂと、を備えている。外側部材７１ｂは、分離領域Ｄにおいて凸状部４の外縁部に形成された屈曲部４６の下方にて、屈曲部４６と近接して設けられ、内側部材７１ａは、回転テーブル２の外縁部下方（及び外縁部よりも僅かに外側の部分の下方）において、ヒータユニット７を全周に亘って取り囲んでいる。
ヒータユニット７が配置されている空間よりも回転中心寄りの部位における底部１４は、回転テーブル２の下面の中心部付近におけるコア部２１に接近するように上方側に突出して突出部１２ａをなしている。この突出部１２ａとコア部２１との間は狭い空間になっており、また底部１４を貫通する回転軸２２の貫通穴の内周面と回転軸２２との隙間が狭くなっていて、これら狭い空間はケース体２０に連通している。そしてケース体２０にはパージガスであるＮ２ガスを狭い空間内に供給してパージするためのパージガス供給管７２が設けられている。また真空容器１の底部１４には、ヒータユニット７の下方において周方向に所定の角度間隔で、ヒータユニット７の配置空間をパージするための複数のパージガス供給管７３が設けられている（図５には一つのパージガス供給管７３を示す）。また、ヒータユニット７と回転テーブル２との間には、ヒータユニット７が設けられた領域へのガスの侵入を抑えるために、外側部材７１ｂの内周壁（内側部材７１ａの上面）から突出部１２ａの上端部との間を周方向に亘って覆う蓋部材７ａが設けられている。蓋部材７ａは例えば石英で作製することができる。
また、真空容器１の天板１１の中心部には分離ガス供給管５１が接続されていて、天板１１とコア部２１との間の空間５２に分離ガスであるＮ２ガスを供給するように構成されている。この空間５２に供給された分離ガスは、突出部５と回転テーブル２との狭い隙間５０を介して回転テーブル２のウエハ載置領域側の表面に沿って周縁に向けて吐出される。空間５０は分離ガスにより空間４８１及び空間４８２よりも高い圧力に維持され得る。したがって、空間５０により、第１の処理領域Ｐ１に供給されるＴｉＣｌ４ガスと第２の処理領域Ｐ２に供給されるＮＨ３ガスとが、中心領域Ｃを通って混合することが抑制される。すなわち、空間５０（又は中心領域Ｃ）は分離空間Ｈ（又は分離領域Ｄ）と同様に機能することができる。
さらに、真空容器１の側壁には、図２、図３に示すように、外部の搬送アーム１０と回転テーブル２との間で基板であるウエハＷの受け渡しを行うための搬送口１５が形成されている。この搬送口１５は図示しないゲートバルブにより開閉される。また回転テーブル２におけるウエハ載置領域である凹部２４はこの搬送口１５に臨む位置にて搬送アーム１０との間でウエハＷの受け渡しが行われることから、回転テーブル２の下方側において受け渡し位置に対応する部位に、凹部２４を貫通してウエハＷを裏面から持ち上げるための受け渡し用の昇降ピン及びその昇降機構（いずれも図示せず）が設けられている。
また、本実施形態による成膜装置には、図１に示すように、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる制御部１００が設けられており、この制御部１００のメモリ内には、後述する成膜方法を制御部１００の制御の下に成膜装置に実施させるプログラムが格納されている。このプログラムは後述の成膜方法を実行するようにステップ群が組まれており、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの媒体１０２に記憶され、所定の読み取り装置により記憶部１０１へ読み込まれ、制御部１００内にインストールされる。
（成膜方法）
次に、本発明の実施形態に係る成膜方法について、図６を参照しながら説明する。以下の説明では、上述の成膜装置を用いる場合を例にとる。
先ず、ステップＳ１００（図６）においてウエハＷが回転テーブル２に載置される。具体的には、図示しないゲートバルブを開き、外部から搬送アーム１０（図３）により搬送口１５（図２及び図３）を介してウエハＷを回転テーブル２の凹部２４内に受け渡す。この受け渡しは、凹部２４が搬送口１５に臨む位置に停止したときに凹部２４の底面の貫通孔を介して真空容器１の底部側から不図示の昇降ピンが昇降することにより行われる。このようなウエハＷの受け渡しを、回転テーブル２を間欠的に回転させて行い、回転テーブル２の５つの凹部２４内に夫々ウエハＷを載置する。
続いてゲートバルブを閉じ、真空ポンプ６４０により到達可能真空度にまで真空容器１内を排気した後、ステップＳ１１０にて、分離ガスノズル４１、４２からＮ２ガスを所定の流量で供給し、分離ガス供給管５１及びパージガス供給管７２、７２からもＮ２ガスを所定の流量で供給する。これに伴い、圧力制御手段６５０（図１）により真空容器１内を予め設定した処理圧力に制御する。次いで、回転テーブル２を時計回りに例えば２０ｒｐｍの回転速度で回転させながらヒータユニット７によりウエハＷを例えば４００℃に加熱する。
この後、ステップＳ１２０において、反応ガスノズル３１（図２及び図３）からＴｉＣｌ４ガスを供給し、反応ガスノズル３３からＯ２ガス又はＯ３ガス等の酸化ガスを供給する。反応ガスノズル３２からは、反応ガスノズル３３と同様にＯ２ガス又はＯ３ガス等の酸化ガスを供給してもよいし、いずれのガスも供給しない状態であってもよい。例えば、上述のように、反応ガスノズル３３内を陽圧にする程度のＮ２ガスを供給してもよい。回転テーブル２の回転により、ウエハＷは、第１の処理領域Ｐ１、分離領域Ｄ（分離空間Ｈ）、第２の処理領域Ｐ２、及び分離領域Ｄ（分離空間Ｈ）をこの順に通過していく（図３参照）。まず、第１の処理領域Ｐ１において、反応ガスノズル３１からのＴｉＣｌ４ガスがウエハＷに吸着する。次に、ウエハＷが、Ｎ２ガス雰囲気となっている分離空間Ｈ（分離領域Ｄ）を通って第２の処理領域Ｐ２に至ると、ウエハＷに吸着したＴｉＣｌ４ガスが、反応ガスノズル３３からの酸化ガスと反応し、ウエハＷにＴｉＯ２膜が成膜される。そして、ウエハＷは、分離領域Ｄ（Ｎ２ガス雰囲気の分離空間Ｈ）へ至る。回転テーブル２を複数回回転させ、このサイクルを複数回繰り返す。
この間、反応ガスノズル３１からのＴｉＣｌ４ガスと、反応ガスノズル３３からの酸化ガスの供給が、所定の時間行われたか否かが判定される（ステップＳ１３０）。所定の時間は、ＴｉＯ２膜が連続膜として成膜される時間に設定される。例えば、ＴｉＯ２膜は２ｎｍ以下で十分連続膜として成膜可能であるので、膜厚が２ｎｍ以下であって、連続膜となる適切な時間に設定してもよい。ＴｉＯ２膜は、ＴｉＮ膜の下地膜であり、一般的には製造の主目的とする膜ではないので、連続膜が確実に成膜できる範囲で、薄ければ薄い程好ましい。よって、ＴｉＯ２膜の膜厚は、例えば、０．１〜２ｎｍの範囲内の適切な値に設定してよい。目標とする膜厚が定まれば、回転テーブル２の回転速度、ＴｉＣｌ４ガス及び酸化ガスの流量、基板温度等の条件を考慮しつつ、ＴｉＯ２の連続膜を成膜する工程の工程時間を適切に定めることができる。例えば、このようにしてＴｉＯ２膜を成膜する所定の時間を設定することができる。
ＴｉＯ２膜は、汚染を除去する機能があり、ウエハＷ上の汚染物も除去する機能があると考えられる。これにより、ＴｉＮ膜が最初から連続膜として成膜し易い表面状態をウエハＷ上に形成することができる。
なお、ウエハＷの表面には、最初からＴｉＯ２膜以外の他の下地膜が形成されていてもよい。例えば、ウエハＷがシリコン基板である場合には、ウエハＷの表面には自然酸化膜のＳｉＯ２膜が形成されているのが一般的である。そのような場合には、ウエハＷの表面上に最初から形成されている下地膜上にＴｉＯ２膜を形成すればよい。ウエハＷに形成されている下地膜がＴｉＮ膜の成膜に好ましくないような膜種の場合であっても、その下地膜上にＴｉＯ２の連続膜を成膜することにより、ＴｉＮの連続膜を成膜し易い表面状態とすることができる。
ステップＳ１３０にて、所定の時間が経過していないと判定された場合はステップＳ１２０に戻りＴｉＯ２膜の成膜プロセスを継続する。一方、所定の時間が経過した場合には、ステップＳ１４０に進む。
ステップＳ１４０では、回転テーブル２を回転させたまま、反応ガスノズル３２、３３からの酸化ガスの供給を停止し、分離ガスノズル４１、４２からはＮ２ガスを継続的に供給する。また、必要に応じて、反応ガスノズル３１からのＴｉＣｌ４ガスの供給も停止する。次に行うＴｉＮ膜の成膜工程でも、ＴｉＣｌ４ガスの供給を行うので、ＴｉＣｌ４ガスは連続して供給していてもよいし、ＴｉＯ２膜が成膜された段階で一旦供給を停止するようにしてもよい。
この後、ステップＳ１５０において、反応ガスノズル３１（図２及び図３）からＴｉＣｌ４ガスを供給するとともに、反応ガスノズル３２からＮＨ３ガスを供給する。反応ガスノズル３３は、反応ガスノズル３３と同様にＮＨ３ガスを供給してもよいし、いずれのガスも供給しない状態であってもよい。または、反応ガスノズル３３を陽圧にする程度にＮ２ガスを供給してもよい。反応回転テーブル２の回転により、ウエハＷは、第１の処理領域Ｐ１、分離領域Ｄ（分離空間Ｈ）、第２の処理領域Ｐ２、及び分離領域Ｄ（分離空間Ｈ）をこの順に通過していく（図３参照）。まず、第１の処理領域Ｐ１において、反応ガスノズル３１からのＴｉＣｌ４ガスがウエハＷに吸着する。次に、ウエハＷが、Ｎ２ガス雰囲気となっている分離空間Ｈ（分離領域Ｄ）を通って第２の処理領域Ｐ２に至ると、ウエハＷに吸着したＴｉＣｌ４ガスが、反応ガスノズル３２からのＮＨ３ガスと反応し、ウエハＷ上にＴｉＮ膜が成膜される。また、副生成物としてＮＨ４Ｃｌが生成され、これが気相中に放出されて、分離ガスなどとともに排気される。そして、ウエハＷは、分離領域Ｄ（Ｎ２ガス雰囲気の分離空間Ｈ）へ至る。
この間、反応ガスノズル３１からのＴｉＣｌ４ガスと、反応ガスノズル３２からのＮＨ３ガスとの供給が、所定の時間行われたか否かが判定される（ステップＳ１６０）。所定の時間は、目標とするＴｉＮ膜の膜厚に基づいて定められてよい。本発明の実施形態に係る成膜方法は、種々の膜厚のＴｉＮ膜の成膜に適用でき、膜厚の上限は無いが、８ｎｍ以下の膜厚のＴｉＮ膜を成膜する場合に特にその効果を大きく発揮することができる。つまり、従来の成膜方法では、ＴｉＮ膜は、最初はウエハＷ上に島状に離散的に成膜され、時間が経過してから島が繋がって連続膜が形成されてゆく、という手順を辿るため、８ｎｍ以下の非常に薄いＴｉＮ膜を成膜する場合には、島が十分に連続的に繋がらず、ピンホールが発生し易い。また、島状の成膜がなされている開始段階では、成膜工程を開始しても実際のＴｉＮ膜の堆積がすぐには開始されず、成膜遅れ時間（以下、「インキュベーションタイム」と呼んでもよいこととする。）が生じてしまう。
しかしながら、ＴｉＯ２膜を下地膜として成膜し、次いでＴｉＮ膜を成膜することにより、島状のＴｉＮ膜が発生せず、成膜開始時からＴｉＮ膜の連続膜の堆積が開始される。よって、ＴｉＮ膜は、下地膜であるＴｉＯ２膜より厚い膜厚に設定されれば、如何なる膜厚に設定されてもよい。つまり、ＴｉＮ膜の膜厚の上限は特に無く、１０ｎｍ以上の膜厚に設定されてもよいし、１ｎｍ以上８ｎｍ以下、例えば１〜４ｎｍの範囲の非常に薄い膜厚に設定されてもよい。
所定の時間が経過していない場合（ステップＳ１６０：Ｎｏ）には、ＴｉＮ膜の成膜（ステップＳ１５０）が継続され、経過した場合（ステップＳ１６０：Ｙｅｓ）には、次のステップＳ１７０へ進む。
ステップＳ１７０では、回転テーブル２の回転と反応ガスノズル３２からのＮＨ３ガスの供給は継続され、反応ガスノズル３１からのＴｉＣｌ４ガスの供給が停止される。これにより、ウエハＷは、Ｎ２ガス（分離ガス）とＮＨ３ガスとに順番に曝されることとなる。成膜されたＴｉＮ膜中には、未反応のＴｉＣｌ４や、ＴｉＣｌ４の分解により生じた塩素（Ｃｌ）が残存している可能性がある。未反応のＴｉＣｌ４がＮＨ３ガスと反応してＴｉＮが生成され、また、残存しているＣｌがＮＨ３ガスによりＮＨ４Ｃｌとなって膜中から脱離する。このため、成膜されたＴｉＮ膜中の不純物が低減され、ＴｉＮ膜の膜質が向上し、よって抵抗率を低下させることができる。
ステップＳ１７０の開始後、反応ガスノズル３２からのＮＨ３ガスの供給が所定の時間行われたか否かが判定される（ステップＳ１８０）。ここでの所定の時間もまた、ＴｉＮ膜の膜質向上とスループットを考慮して、適切な時間に設定することができる。
所定の時間が経過していない場合（ステップＳ１８０：Ｎｏ）には、ステップＳ１７０が継続され、経過した場合（ステップＳ１８０：Ｙｅｓ）には、次のステップＳ１９０へ進む。
ステップＳ１９０においては、ステップＳ１５０の時間とステップＳ１７０の時間の総計時間が所定の時間に達したかが判定される。所定の時間に達していない場合には（ステップＳ１９０：Ｎｏ）、ステップＳ１５０に戻り、ＴｉＮが更に成膜される。所定の時間に達した場合には（ステップＳ１９０：Ｙｅｓ）、ＴｉＣｌ４ガス及びＮＨ３ガスの供給を停止し、成膜を終了する。
（実施例）
次に、上述の成膜方法の効果を確認するために行った実施例について説明する。以下の説明において、説明の便宜上、回転テーブル２を回転しつつＴｉＣｌ４ガスと酸化ガスを供給するステップ（Ｓ１２０）を「ＴｉＯ２成膜ステップ」といい、回転テーブル２を回転しつつＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３ガスを供給するステップ（Ｓ１７０）を「ＴｉＮ成膜ステップ」という。また、ＴｉＯ２成膜ステップとＴｉＮ成膜ステップにおけるウエハＷの温度は同一である。
図７は、本発明の実施例に係る成膜方法の実施結果を、比較例の実施結果とともに示した図である。
実施例においては、下地膜として、本実施例に係るＴｉＯ２膜の成膜の他、ＳｉＯ２膜、ＳｉＮ膜、ＨｆＯ２膜を下地膜として成膜し、その後に成膜した下地膜上にＴｉＮ膜を成膜し、その膜厚を、サイクル数を単位として測定した。なお、サイクル数とは、回転テーブル２が１回転し、理論的に１原子層が成膜されるサイクルの数であり、回転テーブル２の回転数と同義である。
図７において、横軸がサイクル数［ｃｙｃ］、縦軸が蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）による膜厚［ｎｍ］を示している。また、図７中、ＴｉＯ２膜を下地とした場合のＴｉＮ膜のサイクル経過膜厚が特性線Ａ、ＨｆＯ２膜を下地とした場合のＴｉＮ膜のサイクル経過膜厚が特性線Ｂ、ＳｉＯ２膜及びＳｉＮ膜を下地とした場合のＴｉＮ膜のサイクル経過膜厚が特性線Ｃ（両者は重なっているため、１つの記号で表している）で示されている。
図７に示されるように、特性線Ａで示されるＴｉＯ２膜を下地膜とした場合には、成膜の開始と同時に膜厚が上昇し、インキュベーションタイムが無い特性を示している。
一方、特性線Ｂで示されるＨｆＯ２膜を下地とした場合のＴｉＮ膜の膜厚については、成膜を開始してから２０サイクル経過後に膜厚が増加しているので、２０サイクルに相当するインキュベーションタイムがあることになる。同様に、特性線Ｃで示されるＳｉＯ２膜及びＳｉＮ膜を下地とした場合のＴｉＮ膜の膜厚については、成膜を開始してから３０サイクル経過後に膜厚が増加しているので、３０サイクルに相当するインキュベーションタイムがある。また、インキュベーションタイムは、特性線Ｃの方が大きいので、ＳｉＯ２膜及びＳｉＮ膜を下地とした場合のＴｉＮ膜の方が、ＨｆＯ２膜を下地とした場合のＴｉＮ膜よりも島状になる割合が多い。
このように、ＴｉＯ２膜以外の膜を下地膜とした場合には、インキュベーションタイムが存在し、このような状態であると、島状に成膜が開始していることを意味するので、８ｎｍ以下の非常に薄い膜厚では、ピンホールが発生するおそれがある。
一方、本実施例に係る成膜方法では、インキュベーションタイムは無いので、島状に成膜が開始するのではなく、最初から連続膜として成膜が開始していることが分かる。よって、８ｎｍ以下の非常に薄い膜を成膜する場合であっても、ピンホールの無い連続膜としてＴｉＮ膜を成膜することができる。
なお、上述の実施形態及び実施例において、反応ガスノズル３１から供給されるガス（チタン含有ガス）としては、ＴｉＣｌ４ガスに限らず、例えばチタンを含む有機ソースなどを用いてもよい。また、反応ガスノズル３３から供給されるガス（窒化ガス、窒素含有ガス）としては、アンモニアガスに限らず、例えばモノメチルヒドラジンなどを用いてもよい。
以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施形態及び実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態及び実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
１・・・真空容器、２・・・回転テーブル、４・・・凸状部、５・・・突出部、７・・・ヒータユニット、１０・・・搬送アーム、１１・・・天板、１２・・・容器本体、１５・・・搬送口、２１・・・コア部、２４・・・凹部（基板載置部）、３１，３２，３３・・・反応ガスノズル、４１，４２・・・分離ガスノズル、４３・・・溝部、４４・・・（低い）天井面、４５・・・（高い）天井面、５１・・・分離ガス供給管、６１０，６２０・・・排気口、６４０・・・真空ポンプ、７１・・・パージガス供給管、３３・・・反応ガスノズル、Ｃ・・・中心領域、Ｄ・・・分離領域、Ｅ１，Ｅ２・・・排気領域、Ｗ・・・ウエハ

Claims (10)

  1. ＳｉＯ ２ 膜の下地膜が形成された基板上にＴｉＮの連続膜を成膜する成膜方法であって、
    前記基板上に形成された前記下地膜上にＴｉＯ２の連続膜を成膜する工程と、
    前記ＴｉＯ２の連続膜上に、前記ＴｉＯ２膜よりも厚いＴｉＮの連続膜を成膜する工程と、を有する成膜方法。
  2. 前記ＴｉＮの連続膜を成膜する工程は、８ｎｍ以下の膜厚の前記ＴｉＮの連続膜を成膜する工程である請求項１に記載の成膜方法。
  3. 前記ＴｉＮの連続膜を成膜する工程は、４ｎｍ以下の膜厚の前記ＴｉＮの連続膜を成膜する工程である請求項１に記載の成膜方法。
  4. 前記ＴｉＯ２の連続膜を成膜する工程は、２ｎｍ以下の膜厚の前記ＴｉＯ２の連続膜を成膜する工程である請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成膜方法。
  5. 前記ＴｉＯ２の連続膜を成膜する工程と、前記ＴｉＮの連続膜を成膜する工程は、ＡＬＤ法により行われる請求項１乃至４のいずれか一項に記載の成膜方法。
  6. 前記基板は、回転テーブル上に載置され、
    該回転テーブルの回転方向に沿って第１の処理領域と第２の処理領域とが互いに離間して設けられるとともに、該第１の処理領域に第１のガスノズル、該第２の処理領域に少なくとも１本の第２のガスノズルがそれぞれ設けられ、
    前記ＴｉＯ２の連続膜を成膜する工程は、前記第１のガスノズルからＴｉ含有ガス、前記少なくとも１本の第２のガスノズルから酸化ガスをそれぞれ供給しながら前記回転テーブルを回転させて前記基板を前記第１の処理領域と前記第２の処理領域とを順次通過させることにより行われ、
    前記ＴｉＮの連続膜を成膜する工程は、前記第１のガスノズルから前記Ｔｉ含有ガス、前記少なくとも１本の第２のガスノズルから窒化ガスをそれぞれ供給しながら前記回転テーブルを回転させて前記基板を前記第１の処理領域と前記第２の処理領域とを順次通過させることにより行われる請求項５に記載の成膜方法。
  7. 前記Ｔｉ含有ガスは、ＴｉＣｌ４ガスである請求項６に記載の成膜方法。
  8. 前記窒化ガスは、ＮＨ３ガスである請求項６又は７に記載の成膜方法。
  9. 前記少なくとも１本の第２のガスノズルは、複数のガスノズルを含み、
    前記酸化ガスと前記窒化ガスは、異なるガスノズルから供給される請求項６乃至８のいずれか一項に記載の成膜方法。
  10. 前記回転テーブルの回転方向における前記第１の処理領域と前記第２の処理領域との間には、不活性ガスを供給する第１及び第２の分離領域が設けられ、
    前記ＴｉＯ２の連続膜を成膜する工程及び前記ＴｉＮの連続膜を成膜する工程において、前記回転テーブルを回転させることにより、前記基板は前記第１の処理領域、前記第１の分離領域、前記第２の処理領域、前記第２の分離領域を順次通過する請求項６乃至９のいずれか一項に記載の成膜方法。
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