JP7109310B2 - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents

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Description

本開示は、成膜方法及び成膜装置に関する。
チタン含有ガス、シリコン含有ガス、及び窒素含有ガスを用いて基板上にＴｉＳｉＮ膜を形成する方法が知られている（例えば、特許文献１～４参照）。
特開２００３－２２６９７２号公報 特開２００５－１１９４０号公報 特開２０１３－１４５７９６号公報 特表２０１５－５１４１６１号公報
本開示は、所望の膜特性を有するＴｉＳｉＮ膜を形成できる技術を提供する。
本開示の一態様による成膜方法は、所望の膜特性を有するＴｉＳｉＮ膜を成膜する成膜方法であって、基板が収容された処理容器内にＴｉ含有ガスと窒素含有ガスとをこの順に供給する動作をＸ回（Ｘは１以上の整数）実行してＴｉＮ膜を形成する工程と、前記処理容器内にＳｉ含有ガスと窒素含有ガスとをこの順に供給する動作をＹ回（Ｙは１以上の整数）実行してＳｉＮ膜を形成する工程と、を有し、前記ＴｉＮ膜を形成する工程と前記ＳｉＮ膜を形成する工程とをこの順にＺ回（Ｚは１以上の整数）実行し、前記ＳｉＮ膜を形成する工程において、前記Ｓｉ含有ガスの流量を、前記所望の膜特性に応じて定められる流量に制御し、前記所望の膜特性は、ＴｉＳｉＮ膜の抵抗率又はＴｉＳｉＮ膜の膜中Ｓｉ濃度であり、前記所望の膜特性に応じて定められる流量は、前記抵抗率又は前記膜中Ｓｉ濃度と、前記Ｓｉ含有ガスの流量との関係を示す関係情報とに基づいて定められる。
本開示によれば、所望の膜特性を有するＴｉＳｉＮ膜を形成できる。
一実施形態に係るＴｉＳｉＮ膜の成膜方法を示すフローチャート 成膜装置の構成例を示す概略図 ＤＣＳ流量と抵抗率との関係の一例を示す図 膜中Ｓｉ濃度と抵抗率との関係の一例を示す図
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。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。
（成膜方法）
一実施形態に係る成膜方法は、原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition)法により、基板の上に珪窒化チタン（ＴｉＳｉＮ）膜を成膜する方法である。具体的には、一実施形態に係る成膜方法は、チタン（Ｔｉ）含有ガスと窒素含有ガスとをこの順に供給する動作と、シリコン（Ｓｉ）含有ガスと窒素含有ガスとをこの順に供給する動作と、を有する。以下、Ｔｉ含有ガスと窒素含有ガスとをこの順に供給する動作を「ＴｉＮ形成サイクル」と称し、Ｓｉ含有ガスと窒素含有ガスとをこの順に供給する動作を「ＳｉＮ形成サイクル」と称する。図１は、一実施形態に係るＴｉＳｉＮ膜の成膜方法を示すフローチャートである。
まず、処理容器内に基板を収容すると共に、処理容器内を減圧状態に保持し、基板を所定の温度に調整する。
次に、ＴｉＮ形成サイクルを実行する。まず、基板が収容された処理容器内にＴｉ含有ガスを供給する（ステップＳ１）。これにより、基板の上にはＴｉが堆積され、Ｔｉ層が形成される。ステップＳ１の処理時間は、例えば０．３秒以下であってよい。Ｔｉ含有ガスとしては、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガス、テトラキスジメチルアミノチタン（ＴＤＭＡＴ）ガス、テトラキスエチルメチルアミノチタン（ＴＥＭＡＴ）ガス等を利用できる。一実施形態では、Ｔｉ含有ガスはＴｉＣｌ４ガスであり、処理時間は０．０５秒である。
続いて、処理容器内からＴｉ含有ガスを排気した後、処理容器内をパージガスによってパージする（ステップＳ２）。パージガスとしては、窒素（Ｎ２）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等を利用できる。一実施形態では、パージガスはＮ２ガスであり、処理時間は０．２秒である。
続いて、処理容器内に窒素含有ガスを供給する（ステップＳ３）。これにより、基板の上に形成されたＴｉ層が窒化され、ＴｉＮ層が形成される。窒素含有ガスとしては、アンモニア（ＮＨ３）ガス、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）ガス、モノメチルヒドラジン（ＭＭＨ）ガス等を利用できる。一実施形態では、窒素含有ガスはＮＨ３ガスであり、処理時間は０．３秒である。
続いて、処理容器内から窒素含有ガスを排気した後、処理容器内を不活性ガスによってパージする（ステップＳ４）。パージガスとしては、ステップＳ２において使用したパージガスと同様のガスを利用できる。一実施形態では、パージガスはＮ２ガスであり、処理時間は０．３秒である。
次に、ＴｉＮ形成サイクル（ステップＳ１～ステップＳ４）の実行回数が、予め定められた回数Ｘ（Ｘは１以上の整数）に達したか否かを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ５において、ＴｉＮ形成サイクルの実行回数が回数Ｘに達していない場合、ステップＳ１に戻り、再びＴｉＮ形成サイクルを実行する。このようにＴｉＮ形成サイクルを回数Ｘに達するまで繰り返すことにより、予め定められた膜厚を有するＴｉＮ膜が基板の上に形成される。ステップＳ５において、ＴｉＮ形成サイクルの実行回数が回数Ｘに達した場合、ステップＳ６へ進む。
次に、ＳｉＮ形成サイクルを実行する。まず、処理容器内に、所望の膜特性に応じて定められる流量のＳｉ含有ガスを供給する（ステップＳ６）。これにより、ＴｉＮ膜の上にＳｉが堆積され、Ｓｉ層が形成される。所望の膜特性に応じて定められる流量は、所望の膜特性と、予め定められた膜特性とＳｉ含有ガスの流量との関係を示す関係情報に基づいて定められる。関係情報は、例えばテーブル、数式等であってよい。所望の膜特性としては、ＴｉＳｉＮ膜の抵抗率（比抵抗）、ＴｉＳｉＮ膜の膜中Ｓｉ濃度等が挙げられる。ステップＳ６の処理時間は、ステップＳ１の処理時間と同様の時間であってよく、ステップＳ１の処理時間と異なる時間であってもよく、例えば３．０秒以下であってよい。Ｓｉ含有ガスとしては、ジクロロシラン（ＤＣＳ）、モノシラン（ＳｉＨ４）等を利用できる。一実施形態では、Ｓｉ含有ガスはＤＣＳガスであり、処理時間は０．０５秒である。
続いて、処理容器内からＳｉ原料ガスを排気した後、処理容器内を不活性ガスによってパージする（ステップＳ７）。パージガスとしては、ステップＳ２において使用したパージガスと同様のガスを利用できる。一実施形態では、パージガスはＮ２ガスであり、処理時間は０．２秒である。
続いて、処理容器内に窒素含有ガスを供給する（ステップＳ８）。これにより、ＴｉＮ膜上に形成されたＳｉ層が窒化され、ＳｉＮ層が形成される。窒素含有ガスとしては、ステップＳ３において使用した窒素含有ガスと同様のガスを利用できる。一実施形態では、窒素含有ガスはＮＨ３ガスであり、処理時間は０．３秒である。
続いて、処理容器内から窒素含有ガスを排気した後、処理容器内を不活性ガスによってパージする。パージガスとしては、ステップＳ２において使用したパージガスと同様のガスを利用できる。一実施形態では、パージガスはＮ２ガスであり、処理時間は０．３秒である。
次に、ＳｉＮ形成サイクル（ステップＳ６～ステップＳ９）の実行回数が、予め定められた回数Ｙ（Ｙは１以上の整数）に達したか否かを判定する（ステップＳ９）。ステップＳ９において、ＳｉＮ形成サイクルの実行回数が回数Ｙに達していない場合、ステップＳ６に戻り、再びＳｉＮ形成サイクルを実行する。このようにＳｉＮ形成サイクルを回数Ｙに達するまで繰り返すことにより、予め定められた膜厚を有するＳｉＮ膜がＴｉＮ膜の上に形成される。ステップＳ１０において、ＳｉＮ形成サイクルの実行回数が回数Ｙに達した場合、ステップＳ１１へと進む。
次に、Ｘ回実行されたＴｉＮ形成サイクル及びＹ回実行されたＳｉＮ形成サイクル（以下「ＴｉＳｉＮ形成サイクル」という。）の実行回数が、予め定められた回数Ｚ（Ｚは１以上の整数）に達したか否かを判断する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１において、ＴｉＳｉＮ形成サイクルの実行回数が回数Ｚに達していない場合、ステップＳ１に戻り、再びＴｉＳｉＮ形成サイクルを実行する。このようにＴｉＳｉＮ形成サイクルを回数Ｚに達するまで繰り返すことで、予め定められた膜厚を有するＳｉ層がドープされ、所望の膜特性を有するＴｉＳｉＮ膜が基板の上に形成される。ステップＳ１１において、ＴｉＳｉＮ形成サイクルの実行回数が回数Ｚに達した場合、ＴｉＳｉＮ膜の成膜を終了する。
ところで、ＡＬＤ法によりＴｉＳｉＮ膜を成膜する場合、ＴｉＮ形成サイクルの回数ＸとＳｉＮ形成サイクルの回数Ｙとの比率を変更することで、ＴｉＳｉＮ膜の膜特性を調整できる。例えば、基板温度が４００℃である場合、回数Ｘと回数Ｙとの比率をＸ：Ｙ＝１：１，１：２，１：３とすることで、ＴｉＳｉＮ膜の膜中Ｓｉ濃度であるＳｉ／（Ｓｉ＋Ｔｉ）をそれぞれ４６％、５３％、５９％に調整できる。しかしながら、回数Ｘと回数Ｙとの比率を変更する方法では、得られる膜中Ｓｉ濃度を離散的に調整できるが、連続的に調整できない。
一方、一実施形態に係る成膜方法によれば、処理容器内にＳｉ含有ガスを供給する工程（ステップＳ６）において、Ｓｉ含有ガスの流量を、所望の膜特性に応じて定められる流量に制御する。具体的には、例えばＳｉ含有ガスの流量を、所望の膜特性と、予め定められた膜特性とＳｉ含有ガスの流量との関係を示す関係情報に基づいて定められる流量に制御する。ここで、Ｓｉ含有ガスの流量は、例えば１ｓｃｃｍごと等、細かく制御できるパラメータである。そのため、Ｓｉ含有ガスの流量を細かく制御することで、ＴｉＳｉＮ膜の抵抗率や膜中Ｓｉ濃度を連続的に調整できる。言い換えると、膜特性の制御をより細かく行うことができる。その結果、所望の膜特性を有するＴｉＳｉＮ膜を形成できる。
また、所望の膜特性が得られるように、上記のＳｉ含有ガスの流量に加えて、回数Ｘ、回数Ｙ、回数Ｚ、Ｔｉ含有ガスの供給時間、Ｓｉ含有ガスの供給時間等を制御してもよい。これにより、膜特性の調整幅を広げることができる。
（成膜装置）
上記のＴｉＳｉＮ膜の成膜方法を実現する成膜装置の一例について説明する。図２は、成膜装置の構成例を示す概略図である。
成膜装置は、処理容器１と、載置台２と、シャワーヘッド３と、排気部４と、ガス供給機構５と、制御部６とを有する。
処理容器１は、アルミニウム等の金属により構成され、略円筒状を有する。処理容器１は、処理対象の基板の一例である半導体ウエハ（以下「ウエハＷ」という。）を収容する。処理容器１の側壁にはウエハＷを搬入又は搬出するための搬入出口１１が形成され、搬入出口１１はゲートバルブ１２により開閉される。処理容器１の本体の上には、断面が矩形状をなす円環状の排気ダクト１３が設けられている。排気ダクト１３には、内周面に沿ってスリット１３ａが形成されている。排気ダクト１３の外壁には、排気口１３ｂが形成されている。排気ダクト１３の上面には、処理容器１の上部開口を塞ぐように天壁１４が設けられている。排気ダクト１３と天壁１４との間は、シールリング１５で気密に封止されている。
載置台２は、処理容器１内でウエハＷを水平に支持する。載置台２は、ウエハＷに対応した大きさの円板状に形成されている。載置台２は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス材料や、アルミニウムやニッケル合金等の金属材料で形成されている。載置台２の内部には、ウエハＷを加熱するためのヒータ２１が埋め込まれている。ヒータ２１は、ヒータ電源（図示せず）から給電されて発熱する。そして、載置台２の上面の近傍に設けられた熱電対（図示せず）の温度信号によりヒータ２１の出力を制御することで、ウエハＷが所定の温度に制御される。載置台２には、上面の外周領域及び側面を覆うようにアルミナ等のセラミックスにより形成されたカバー部材２２が設けられている。
載置台２の底面には、載置台２を支持する支持部材２３が設けられている。支持部材２３は、載置台２の底面の中央から処理容器１の底壁に形成された孔部を貫通して処理容器１の下方に延び、その下端が昇降機構２４に接続されている。昇降機構２４により載置台２が支持部材２３を介して、図１で示す処理位置と、その下方の二点鎖線で示すウエハＷの搬送が可能な搬送位置との間で昇降する。支持部材２３の処理容器１の下方には、鍔部２５が取り付けられている。処理容器１の底面と鍔部２５の間には、処理容器１内の雰囲気を外気と区画し、載置台２の昇降動作にともなって伸縮するベローズ２６が設けられている。
処理容器１の底面の近傍には、昇降板２７ａから上方に突出するように３本（２本のみ図示）のウエハ支持ピン２７が設けられている。ウエハ支持ピン２７は、処理容器１の下方に設けられた昇降機構２８により昇降板２７ａを介して昇降する。ウエハ支持ピン２７は、搬送位置にある載置台２に設けられた貫通孔２ａに挿通されて載置台２の上面に対して突没可能となっている。ウエハ支持ピン２７を昇降させることにより、搬送機構（図示せず）と載置台２との間でウエハＷの受け渡しが行われる。
シャワーヘッド３は、処理容器１内に処理ガスをシャワー状に供給する。シャワーヘッド３は、金属製であり、載置台２に対向するように設けられており、載置台２とほぼ同じ直径を有する。シャワーヘッド３は、処理容器１の天壁１４に固定された本体部３１と、本体部３１の下に接続されたシャワープレート３２とを有する。本体部３１とシャワープレート３２との間にはガス拡散空間３３が形成されており、ガス拡散空間３３には処理容器１の天壁１４及び本体部３１の中央を貫通するようにガス導入孔３６，３７が設けられている。シャワープレート３２の周縁部には下方に突出する環状突起部３４が形成されている。環状突起部３４の内側の平坦面には、ガス吐出孔３５が形成されている。載置台２が処理位置に存在した状態では、載置台２とシャワープレート３２との間に処理空間３８が形成され、カバー部材２２の上面と環状突起部３４とが近接して環状隙間３９が形成される。
排気部４は、処理容器１の内部を排気する。排気部４は、排気口１３ｂに接続された排気配管４１と、排気配管４１に接続された真空ポンプや圧力制御バルブ等を有する排気機構４２とを有する。処理に際しては、処理容器１内のガスがスリット１３ａを介して排気ダクト１３に至り、排気ダクト１３から排気配管４１を通って排気機構４２により排気される。
ガス供給機構５は、処理容器１内に処理ガスを供給する。ガス供給機構５は、Ｔｉ含有ガス供給源５１ａ、窒素含有ガス供給源５２ａ、Ｎ２ガス供給源５３ａ、Ｎ２ガス供給源５４ａ、Ｓｉ含有ガス供給源５５ａ、窒素含有ガス供給源５６ａ、Ｎ２ガス供給源５７ａ、及びＮ２ガス供給源５８ａを有する。
Ｔｉ含有ガス供給源５１ａは、ガス供給ライン５１ｂを介してＴｉ含有ガスの一例であるＴｉＣｌ４ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン５１ｂには、上流側から流量制御器５１ｃ、貯留タンク５１ｄ及びバルブ５１ｅが介設されている。ガス供給ライン５１ｂのバルブ５１ｅの下流側は、ガス導入孔３７に接続されている。Ｔｉ含有ガス供給源５１ａから供給されるＴｉＣｌ４ガスは処理容器１内に供給される前に貯留タンク５１ｄで一旦貯留され、貯留タンク５１ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク５１ｄから処理容器１へのＴｉＣｌ４ガスの供給及び停止は、バルブ５１ｅにより行われる。このように貯留タンク５１ｄへＴｉＣｌ４ガスを一旦貯留することで、ＴｉＣｌ４ガスを比較的大きい流量で安定して処理容器１内に供給できる。
窒素含有ガス供給源５２ａは、ガス供給ライン５２ｂを介して窒素含有ガスの一例であるＮＨ３ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン５２ｂには、上流側から流量制御器５２ｃ、貯留タンク５２ｄ及びバルブ５２ｅが介設されている。ガス供給ライン５２ｂのバルブ５２ｅの下流側は、ガス供給ライン５１ｂに接続されている。窒素含有ガス供給源５２ａから供給されるＮＨ３ガスは処理容器１内に供給される前に貯留タンク５２ｄで一旦貯留され、貯留タンク５２ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク５２ｄから処理容器１へのＮＨ３ガスの供給及び停止は、バルブ５２ｅにより行われる。このように貯留タンク５２ｄへＮＨ３ガスを一旦貯留することで、ＮＨ３ガスを比較的大きい流量で安定して処理容器１内に供給できる。
Ｎ２ガス供給源５３ａは、ガス供給ライン５３ｂを介してパージガスの一例であるＮ２ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン５３ｂには、上流側から流量制御器５３ｃ、貯留タンク５３ｄ及びバルブ５３ｅが介設されている。ガス供給ライン５３ｂのバルブ５３ｅの下流側は、ガス供給ライン５１ｂに接続されている。Ｎ２ガス供給源５３ａから供給されるＮ２ガスは処理容器１内に供給される前に貯留タンク５３ｄで一旦貯留され、貯留タンク５３ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク５３ｄから処理容器１へのＮ２ガスの供給及び停止は、バルブ５３ｅにより行われる。このように貯留タンク５３ｄへＮ２ガスを一旦貯留することで、Ｎ２ガスを比較的大きい流量で安定して処理容器１内に供給できる。
Ｎ２ガス供給源５４ａは、ガス供給ライン５４ｂを介してキャリアガスの一例であるＮ２ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン５４ｂには、上流側から流量制御器５４ｃ、バルブ５４ｅ及びオリフィス５４ｆが介設されている。ガス供給ライン５４ｂのオリフィス５４ｆの下流側は、ガス供給ライン５１ｂに接続されている。Ｎ２ガス供給源５４ａから供給されるＮ２ガスはウエハＷの成膜中に連続して処理容器１内に供給される。Ｎ２ガス供給源５４ａから処理容器１へのＮ２ガスの供給及び停止は、バルブ５４ｅにより行われる。オリフィス５４ｆは、貯留タンク５１ｄ，５２ｄ，５３ｄによってガス供給ライン５１ｂ，５２ｂ，５３ｂに供給される比較的大きい流量のガスがＮ２ガス供給ライン５４ｂに逆流することを抑制する。
Ｓｉ含有ガス供給源５５ａは、ガス供給ライン５５ｂを介してＳｉ含有ガスの一例であるＤＣＳガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン５５ｂには、上流側から流量制御器５５ｃ、貯留タンク５５ｄ及びバルブ５５ｅが介設されている。ガス供給ライン５５ｂのバルブ５５ｅの下流側は、ガス導入孔３６に接続されている。Ｓｉ含有ガス供給源５５ａから供給されるＤＣＳガスは処理容器１内に供給される前に貯留タンク５５ｄで一旦貯留され、貯留タンク５５ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク５５ｄから処理容器１へのＤＣＳガスの供給及び停止は、バルブ５５ｅにより行われる。このように貯留タンク５５ｄへＤＣＳガスを一旦貯留することで、ＤＣＳガスを比較的大きい流量で安定して処理容器１内に供給できる。
窒素含有ガス供給源５６ａは、ガス供給ライン５６ｂを介して窒素含有ガスの一例であるＮＨ３ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン５６ｂには、上流側から流量制御器５６ｃ、貯留タンク５６ｄ及びバルブ５６ｅが介設されている。ガス供給ライン５６ｂのバルブ５６ｅの下流側は、ガス供給ライン５５ｂに接続されている。窒素含有ガス供給源５６ａから供給されるＮＨ３ガスは処理容器１内に供給される前に貯留タンク５６ｄで一旦貯留され、貯留タンク５６ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク５６ｄから処理容器１へのＮＨ３ガスの供給及び停止は、バルブ５６ｅにより行われる。このように貯留タンク５６ｄへＮＨ３ガスを一旦貯留することで、ＮＨ３ガスを比較的大きい流量で安定して処理容器１内に供給できる。
Ｎ２ガス供給源５７ａは、ガス供給ライン５７ｂを介してパージガスの一例であるＮ２ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン５７ｂには、上流側から流量制御器５７ｃ、貯留タンク５７ｄ及びバルブ５７ｅが介設されている。ガス供給ライン５７ｂのバルブ５７ｅの下流側は、ガス供給ライン５５ｂに接続されている。Ｎ２ガス供給源５７ａから供給されるＮ２ガスは処理容器１内に供給される前に貯留タンク５７ｄで一旦貯留され、貯留タンク５７ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク５７ｄから処理容器１へのＮ２ガスの供給及び停止は、バルブ５７ｅにより行われる。このように貯留タンク５７ｄへＮ２ガスを一旦貯留することで、Ｎ２ガスを比較的大きい流量で安定して処理容器１内に供給できる。
Ｎ２ガス供給源５８ａは、ガス供給ライン５８ｂを介してキャリアガスの一例であるＮ２ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン５８ｂには、上流側から流量制御器５８ｃ、バルブ５８ｅ及びオリフィス５８ｆが介設されている。ガス供給ライン５８ｂのオリフィス５８ｆの下流側は、ガス供給ライン５５ｂに接続されている。Ｎ２ガス供給源５８ａから供給されるＮ２ガスはウエハＷの成膜中に連続して処理容器１内に供給される。Ｎ２ガス供給源５８ａから処理容器１へのＮ２ガスの供給及び停止は、バルブ５８ｅにより行われる。オリフィス５８ｆは、貯留タンク５５ｄ，５６ｄ，５７ｄによってガス供給ライン５５ｂ，５６ｂ，５７ｂに供給される比較的大きい流量のガスがＮ２ガス供給ライン５８ｂに逆流することを抑制する。
制御部６は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、補助記憶装置等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭ又は補助記憶装置に格納されたプログラムに基づいて動作し、成膜装置の動作を制御する。制御部６は、成膜装置の内部に設けられていてもよく、外部に設けられていてもよい。制御部６が成膜装置の外部に設けられている場合、制御部６は、有線又は無線等の通信手段によって、成膜装置を制御できる。
次に、図２の成膜装置を用いてウエハＷの上にＴｉＳｉＮ膜を成膜する方法の一例について、図１及び図２を参照して説明する。
最初に、バルブ５１ｅ～５８ｅが閉じられた状態で、ゲートバルブ１２を開いて搬送機構（図示せず）によりウエハＷを処理容器１内に搬送し、搬送位置にある載置台２に載置する。搬送機構を処理容器１内から退避させた後、ゲートバルブ１２を閉じる。載置台２のヒータ２１によりウエハＷを所定の温度（例えば３５０℃～４５０℃）に加熱すると共に載置台２を処理位置まで上昇させ、処理空間３８を形成する。また、排気機構４２の圧力制御バルブにより処理容器１内を所定の圧力（例えば２００Ｐａ～１０００Ｐａ）に調整する。
次いで、バルブ５４ｅ，５８ｅを開き、Ｎ２ガス供給源５４ａ，５８ａから夫々ガス供給ライン５４ｂ，５８ｂに所定の流量（例えば３００ｓｃｃｍ～１００００ｓｃｃｍ）のキャリアガス（Ｎ２ガス）を供給する。また、Ｔｉ含有ガス供給源５１ａ、窒素含有ガス供給源５２ａ、Ｓｉ含有ガス供給源５５ａ及び窒素含有ガス供給源５６ａから夫々ＴｉＣｌ４ガス、ＮＨ３ガス、ＤＣＳガス及びＮＨ３ガスをガス供給ライン５１ｂ，５２ｂ，５５ｂ，５６ｂに供給する。このとき、バルブ５１ｅ，５２ｅ，５５ｅ，５６ｅが閉じられているので、ＴｉＣｌ４ガス、ＮＨ３ガス、ＤＣＳガス及びＮＨ３ガスは、貯留タンク５１ｄ，５２ｄ，５５ｄ，５６ｄに夫々貯留され、貯留タンク５１ｄ，５２ｄ，５５ｄ，５６ｄ内が昇圧する。
次いで、バルブ５１ｅを開き、貯留タンク５１ｄに貯留されたＴｉＣｌ４ガスを処理容器１内に供給し、ウエハＷの上に吸着させる（ステップＳ１）。また、処理容器１内へのＴｉＣｌ４ガスの供給と並行して、Ｎ２ガス供給源５３ａ，５７ａからガス供給ライン５３ｂ，５７ｂに夫々パージガス（Ｎ２ガス）を供給する。このとき、バルブ５３ｅ，５７ｅが閉じられているので、パージガスは貯留タンク５３ｄ，５７ｄに貯留され、５３ｄ，５７ｄ内が昇圧する。
バルブ５１ｅを開いてから所定の時間（例えば０．０３秒～０．３秒）が経過した後、バルブ５１ｅを閉じると共にバルブ５３ｅ，５７ｅを開く。これにより、処理容器１内へのＴｉＣｌ４ガスの供給を停止すると共に貯留タンク５３ｄ，５７ｄに夫々貯留されたパージガスを処理容器１内に供給する（ステップＳ２）。このとき、圧力が上昇した状態の貯留タンク５３ｄ，５７ｄから供給されるので、処理容器１内には比較的大きな流量、例えばキャリアガスの流量よりも大きい流量でパージガスが供給される。そのため、処理容器１内に残留するＴｉＣｌ４ガスが速やかに排気配管４１へと排出され、処理容器１内がＴｉＣｌ４ガス雰囲気からＮ２ガス雰囲気に短時間で置換される。一方、バルブ５１ｅが閉じられたことにより、Ｔｉ含有ガス供給源５１ａからガス供給ライン５１ｂに供給されるＴｉＣｌ４ガスが貯留タンク５１ｄに貯留され、貯留タンク５１ｄ内が昇圧する。
バルブ５３ｅ，５７ｅを開いてから所定の時間（例えば０．１秒～０．３秒）が経過した後、バルブ５３ｅ，５７ｅを閉じると共にバルブ５２ｅを開く。これにより、処理容器１内へのパージガスの供給を停止すると共に貯留タンク５２ｄに貯留されたＮＨ３ガスを処理容器１内に供給し、ウエハＷの上に吸着したＴｉＣｌ４ガスを窒化する（ステップＳ３）。このとき、バルブ５３ｅ，５７ｅが閉じられたことにより、Ｎ２ガス供給源５３ａ，５７ａからガス供給ライン５３ｂ，５７ｂに夫々供給されるパージガスが貯留タンク５３ｄ，５７ｄに貯留され、貯留タンク５３ｄ，５７ｄ内が昇圧する。
バルブ５２ｅを開いてから所定の時間（例えば０．２秒～３．０秒）が経過した後、バルブ５２ｅを閉じると共にバルブ５３ｅ，５７ｅを開く。これにより、処理容器１内へのＮＨ３ガスの供給を停止すると共に貯留タンク５３ｄ，５７ｄに夫々貯留されたパージガスを処理容器１内に供給する（ステップＳ４）。このとき、圧力が上昇した状態の貯留タンク５３ｄ，５７ｄから供給されるので、処理容器１内には比較的大きな流量、例えばキャリアガスの流量よりも大きい流量でパージガスが供給される。そのため、処理容器１内に残留するＮＨ３ガスが速やかに排気配管４１へと排出され、処理容器１内がＮＨ３ガス雰囲気からＮ２ガス雰囲気に短時間で置換される。一方、バルブ５２ｅが閉じられたことにより、窒素含有ガス供給源５２ａからガス供給ライン５２ｂに供給されるＮＨ３ガスが貯留タンク５２ｄに貯留され、貯留タンク５２ｄ内が昇圧する。
上記のステップＳ１～Ｓ４のサイクルを１サイクル実施することにより、ウエハＷの上に薄いＴｉＮ単位膜を形成する。そして、ステップＳ１～Ｓ４のサイクルを予め定められた回数Ｘだけ繰り返す（ステップＳ５）。
続いて、バルブ５５ｅを開き、貯留タンク５５ｄに貯留されたＤＣＳガスを処理容器１内に供給し、ＴｉＮ膜の上に吸着させる（ステップＳ６）。このとき、ガス供給ライン５５ｂに介設された流量制御器５５ｃを制御し、所望の膜特性に応じて定められる流量のＤＣＳガスを供給する。また、処理容器１内へのＤＣＳガスの供給と並行して、Ｎ２ガス供給源５３ａ，５７ａからガス供給ライン５３ｂ，５７ｂに夫々パージガス（Ｎ２ガス）を供給する。このとき、バルブ５３ｅ，５７ｅが閉じられているので、パージガスは貯留タンク５３ｄ，５７ｄに貯留され、５３ｄ，５７ｄ内が昇圧する。
バルブ５５ｅを開いてから所定の時間（例えば０．０５秒～３．０秒）が経過した後、バルブ５５ｅを閉じると共にバルブ５３ｅ，５７ｅを開く。これにより、処理容器１内へのＤＣＳガスの供給を停止すると共に貯留タンク５３ｄ，５７ｄに夫々貯留されたパージガスを処理容器１内に供給する（ステップＳ７）。このとき、圧力が上昇した状態の貯留タンク５３ｄ，５７ｄから供給されるので、処理容器１内には比較的大きな流量、例えばキャリアガスの流量よりも大きい流量でパージガスが供給される。そのため、処理容器１内に残留するＤＣＳガスが速やかに排気配管４１へと排出され、処理容器１内がＤＣＳガス雰囲気からＮ２ガス雰囲気に短時間で置換される。一方、バルブ５５ｅが閉じられたことにより、Ｓｉ含有ガス供給源５５ａからガス供給ライン５５ｂに供給されるＤＣＳガスが貯留タンク５５ｄに貯留され、貯留タンク５５ｄ内が昇圧する。
バルブ５３ｅ，５７ｅを開いてから所定の時間（例えば０．１秒～０．３秒）が経過した後、バルブ５３ｅ，５７ｅを閉じると共にバルブ５６ｅを開く。これにより、処理容器１内へのパージガスの供給を停止すると共に貯留タンク５６ｄに貯留されたＮＨ３ガスを処理容器１内に供給し、ウエハＷの上に吸着したＤＣＳガスを窒化する（ステップＳ８）。このとき、バルブ５３ｅ，５７ｅが閉じられたことにより、Ｎ２ガス供給源５３ａ，５７ａからガス供給ライン５３ｂ，５７ｂに夫々供給されるパージガスが貯留タンク５３ｄ，５７ｄに貯留され、貯留タンク５３ｄ，５７ｄ内が昇圧する。
バルブ５６ｅを開いてから所定の時間（例えば０．２秒～３．０秒）が経過した後、バルブ５６ｅを閉じると共にバルブ５３ｅ，５７ｅを開く。これにより、処理容器１内へのＮＨ３ガスの供給を停止すると共に貯留タンク５３ｄ，５７ｄに夫々貯留されたパージガスを処理容器１内に供給する（ステップＳ９）。このとき、圧力が上昇した状態の貯留タンク５３ｄ，５７ｄから供給されるので、処理容器１内には比較的大きな流量、例えばキャリアガスの流量よりも大きい流量でパージガスが供給される。そのため、処理容器１内に残留するＮＨ３ガスが速やかに排気配管４１へと排出され、処理容器１内がＮＨ３ガス雰囲気からＮ２ガス雰囲気に短時間で置換される。一方、バルブ５６ｅが閉じられたことにより、窒素含有ガス供給源５６ａからガス供給ライン５６ｂに供給されるＮＨ３ガスが貯留タンク５６ｄに貯留され、貯留タンク５６ｄ内が昇圧する。
上記のステップＳ６～Ｓ９のサイクルを１サイクル実施することにより、ＴｉＮ膜の上に薄いＳｉＮ単位膜を形成する。そして、ステップＳ６～Ｓ９のサイクルを予め定められた回数Ｙだけ繰り返す（ステップＳ１０）。
続いて、ステップＳ１～ステップＳ４及びステップＳ６～ステップＳ９のサイクルを予め定められた回数Ｚだけ繰り返す（ステップＳ１１）。このようにステップＳ１～ステップＳ４及びステップＳ６～ステップＳ９のサイクルを回数Ｚに達するまで繰り返すことで、予め定められた膜厚を有するＳｉがドープされ、所望の膜特性を有するＴｉＳｉＮ膜がウエハの上に形成される。
その後、処理容器１内への搬入時とは逆の手順でウエハＷを処理容器１から搬出する。
なお、上記の例では、ステップＳ２，Ｓ４，Ｓ７，Ｓ９において、貯留タンク５３ｄ，５７ｄに貯留されたパージガス（Ｎ２ガス）を処理容器１内に供給して処理容器１内をパージする場合を説明したが、これに限定されない。例えば、貯留タンク５３ｄ，５７ｄに貯留されたパージガス（Ｎ２ガス）を処理容器１内に供給することなく、Ｎ２ガス供給源５４ａ，５８ａから処理容器１内に供給されるキャリアガス（Ｎ２ガス）によって処理容器１内をパージしてもよい。
（評価）
次に、図１を用いて説明した一実施形態に係る成膜方法により、回数Ｘと回数Ｙの比率、回数Ｚ、及びＳｉ含有ガスの一例であるＤＣＳの流量を変化させてＴｉＳｉＮ膜を成膜し、それぞれのＴｉＳｉＮ膜の抵抗率及び膜中Ｓｉ濃度を測定した。プロセス条件は、以下の通りである。
＜プロセス条件＞
基板温度：４００℃
回数Ｘと回数Ｙの比率（Ｘ：Ｙ） １：２，１：１
回数Ｚ ６７回，７５回
図３は、ＤＣＳ流量と抵抗率との関係の一例を示す図である。図３中、横軸はＤＣＳ流量を示し、縦軸は抵抗率を示す。また、図３中、「●」はＸ：Ｙ＝１：２の場合の結果を示し、「▲」はＸ：Ｙ＝１：１の場合の結果を示す。
まず、Ｘ：Ｙ＝１：２，Ｚ＝６７に設定した場合を検討する。図３中の「●」で示されるように、ＤＣＳ流量を小さくするほどＴｉＳｉＮ膜の抵抗率が低くなることが分かる。ここで、ＤＣＳ流量は、例えば１ｓｃｃｍごと等、細かく制御できるパラメータである。そのため、例えばＤＣＳ流量を例えば１ｓｓｍごと等、細かく制御することにより、図３の曲線αで示されるように、ＴｉＳｉＮ膜の抵抗率を連続的に調整できると言える。
次に、Ｘ：Ｙ＝１：１，Ｚ＝７５に設定した場合を検討する。図３中の「▲」で示されるように、ＤＣＳ流量を小さくするほどＴｉＳｉＮ膜の抵抗率が低くなることが分かる。ここで、ＤＣＳ流量は、例えば１ｓｃｃｍごと等、細かく制御できるパラメータである。そのため、例えばＤＣＳ流量を例えば１ｓｓｍごと等、細かく制御することにより、図３の曲線βで示されるように、ＴｉＳｉＮ膜の抵抗率を連続的に調整できると言える。
また、図３に示されるように、Ｘ：Ｙ＝１：１，Ｚ＝７５に設定した場合（図３中の「▲」）には、Ｘ：Ｙ＝１：２，Ｚ＝６７に設定した場合（図３中の「●」）よりもＤＣＳ流量を変化させたときのＴｉＳｉＮ膜の抵抗率の変化量が小さいことが分かる。このことから、Ｘ：Ｙ＝１：１，Ｚ＝７５に設定すると、Ｘ：Ｙ＝１：２，Ｚ＝６７に設定するよりも、ＴｉＳｉＮ膜の抵抗率の微調整が可能であると言える。
図４は、膜中Ｓｉ濃度と抵抗率との関係の一例を示す図である。図４中、横軸は膜中Ｓｉ濃度を示し、縦軸は抵抗率を示す。
図４に示されるように、膜中Ｓｉ濃度と抵抗率とは略比例関係にあることが分かる。このことから、ＤＣＳ流量を細かく制御して抵抗率を連続的に調整することにより、膜中Ｓｉ濃度を連続的に調整できると言える。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
１ 処理容器
５ ガス供給機構
５５ｄ 貯留タンク
６ 制御部
Ｗ ウエハ

Claims (5)

  1. 所望の膜特性を有するＴｉＳｉＮ膜を成膜する成膜方法であって、
    基板が収容された処理容器内にＴｉ含有ガスと窒素含有ガスとをこの順に供給する動作をＸ回（Ｘは１以上の整数）実行してＴｉＮ膜を形成する工程と、
    前記処理容器内にＳｉ含有ガスと窒素含有ガスとをこの順に供給する動作をＹ回（Ｙは１以上の整数）実行してＳｉＮ膜を形成する工程と、
    を有し、
    前記ＴｉＮ膜を形成する工程と前記ＳｉＮ膜を形成する工程とをこの順にＺ回（Ｚは１以上の整数）実行し、
    前記ＳｉＮ膜を形成する工程において、前記Ｓｉ含有ガスの流量を、前記所望の膜特性に応じて定められる流量に制御し、
    前記所望の膜特性は、ＴｉＳｉＮ膜の抵抗率又はＴｉＳｉＮ膜の膜中Ｓｉ濃度であり、
    前記所望の膜特性に応じて定められる流量は、前記抵抗率又は前記膜中Ｓｉ濃度と、前記Ｓｉ含有ガスの流量との関係を示す関係情報とに基づいて定められる、
    成膜方法。
  2. 前記ＳｉＮ膜を形成する工程は、貯留タンク内に貯留することで所定の圧力に昇圧されたＳｉ含有ガスを前記処理容器内に供給するステップを含み、
    前記Ｓｉ含有ガスの流量は、前記貯留タンク内に前記Ｓｉ含有ガスを貯留するときの流量である、
    請求項１に記載の成膜方法。
  3. 前記ＴｉＮ膜を形成する工程の１回の動作におけるＴｉ含有ガスの供給時間は０．３秒以下である、
    請求項１又は２に記載の成膜方法。
  4. 前記ＳｉＮ膜を形成する工程の１回の動作におけるＳｉ含有ガスの供給時間は０．３秒以下である、
    請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成膜方法。
  5. 基板を収容する処理容器と、
    前記処理容器内にＴｉ含有ガス、Ｓｉ含有ガス、及び窒素含有ガスを供給するガス供給機構と、
    制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記ガス供給機構を制御することにより、
    前記処理容器内にＴｉ含有ガスと窒素含有ガスとをこの順に供給する動作をＸ回（Ｘは１以上の整数）実行してＴｉＮ膜を形成する工程と、
    前記処理容器内にＳｉ含有ガスと窒素含有ガスとをこの順に供給する動作をＹ回（Ｙは１以上の整数）実行してＳｉＮ膜を形成する工程と、
    をこの順にＺ回（Ｚは１以上の整数）実行し、
    前記ＳｉＮ膜を形成する工程において、前記Ｓｉ含有ガスの流量を、所望の膜特性に応じて定められる流量に制御し、
    前記所望の膜特性は、ＴｉＳｉＮ膜の抵抗率又はＴｉＳｉＮ膜の膜中Ｓｉ濃度であり、
    前記所望の膜特性に応じて定められる流量は、前記抵抗率又は前記膜中Ｓｉ濃度と、前記Ｓｉ含有ガスの流量との関係を示す関係情報とに基づいて定められる、
    成膜装置。
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