KR20090026186A - 성막 방법, 클리닝 방법 및 성막 장치 - Google Patents

성막 방법, 클리닝 방법 및 성막 장치 Download PDF

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KR20090026186A
KR20090026186A KR1020097000522A KR20097000522A KR20090026186A KR 20090026186 A KR20090026186 A KR 20090026186A KR 1020097000522 A KR1020097000522 A KR 1020097000522A KR 20097000522 A KR20097000522 A KR 20097000522A KR 20090026186 A KR20090026186 A KR 20090026186A
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film
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KR1020097000522A
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세이시 무라카미
마사키 고이즈미
히로아키 아시자와
마사토 고이즈미
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

챔버(1)내의 서셉터(2)의 온도를 소정 온도로 설정하면서 처리 가스를 공급하여 소정 개수의 웨이퍼 W에 대해 Ti계 막을 성막하고, 그 후, 챔버(1)내에 웨이퍼 W가 존재하지 않는 상태에서, 샤워헤드(10)로부터 챔버(1)내에 클리닝 가스로서 Cl2 가스를 토출시켜 챔버(1)내를 클리닝함에 있어서, 서셉터(2)의 온도가 Cl2 가스의 분해 개시 온도 이상으로 되고, 또한 샤워헤드(10) 및 챔버(1)의 벽부의 온도가 분해 개시 온도 이하가 되도록, 서셉터(2), 샤워헤드(10) 및 챔버(1)의 벽부를 각각 독립적으로 온도 제어한다.

Description

성막 방법, 클리닝 방법 및 성막 장치{FILM FORMATION METHOD, CLEANING METHOD, AND FILM FORMATION DEVICE}
본 발명은 챔버내에 있어서 샤워헤드로부터 TiCl4 가스와 같은 염화 금속 화합물 가스를 포함하는 처리 가스를 토출시켜 챔버내에 배치된 피처리 기판의 표면에 금속막 또는 금속 화합물막을 성막하는 성막 방법, 그러한 성막 방법을 실시하는 챔버내의 클리닝 방법, 및 성막 장치에 관한 것이다．
반도체 디바이스의 제조공정에 있어서는 피처리 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 단지 웨이퍼라 함)에 성막 처리, 에칭 처리 등의 각종 가스 처리가 실시된다. 이러한 가스 처리는 웨이퍼를 챔버내에 수용하고, 챔버내를 감압하면서 챔버 상부에 마련된 샤워헤드로부터 반응성 가스(부식성 가스), 예를 들면 Cl, F 등의 할로겐을 포함하는 처리 가스를 공급하는 것에 의해 실행된다. 예를 들면, Ti, TiN 등의 Ti계 막의 CVD의 성막 처리에서는 웨이퍼를 예를 들면 450∼700℃ 정도까지 가열하고, 필요에 따라 처리 가스를 플라즈마화하고, 소정의 감압하에서 처리 가스(성막 가스)인 TiCl4 가스와 환원 가스 등을 챔버내에 도입하여 성막 처리가 실행된다.
이러한 성막 처리를 반복 실행하면, 샤워헤드나 챔버벽 등에 부생성 물이 부착되고, 이러한 부착된 부생성물이 벗겨져 떨어지면 파티클로 되어 버리기 때문에, 정기적으로 또는 필요에 따라, 챔버내에 클리닝 가스를 공급하는 것에 의해 드라이 클리닝을 실행하고 있다. 그리고, 이러한 클리닝 가스로서는 플라즈마를 이용하지 않고 챔버 내를 거의 완전하게 클리닝할 수 있기 때문에 ClF3 가스가 많이 사용되고 있다(예를 들면, 일본국 특허공개공보 평성10-189488호).
그러나, ClF3 가스는 처리 장치의 챔버재인 Al이나 Ni, Ni계 합금, 및 기판의 스테이지나 히터재인 탄소, SiN, AlN 등과도 반응하기 쉽기 때문에, 클리닝 온도를 200℃정도로 낮게 하지 않으면 안 되고, 그 때문에, 성막과 클리닝의 사이에 챔버 내의 온도를 조절하는 시간이 필요하게 되고, 반도체 디바이스의 제조공정에 있어서 크게 생산성을 저하시키는 요인으로 되고 있었다.
이에 대해, 일본국 특허공개공보 평성10-189488호에는 클리닝 가스로서 Cl2 가스가 개시되어 있고, 그 때의 온도가 625℃인 것이 기재되어 있기 때문에, ClF3 가스보다도 클리닝온도가 높고, 성막온도 근방에서 클리닝할 수 있으며, 생산성의 저하의 문제가 생기지 않는다고 고려된다.
그러나, 일본국 특허공개공보 평성10-189488호에 개시된 기술에서는 클리닝시의 상세한 조건에 대해서는 반드시 명확하게 되어 있는 것은 아니고, 현실적으로 는 부생성물을 충분히 제거할 수 없거나, 챔버벽이나 챔버내 부재에의 데미지 등이 생기며, 이 문헌의 존재에 관계없이, Cl2 가스 등의 염소계 가스를 이용한 클리닝에 대해서는 아직 실용화되고 있지 않은 것이 현상이다.
본 발명의 목적은 처리 가스로서 TiCl4와 같은 염화 금속 화합물 가스를 이용하여 금속막 또는 금속 화합물막을 성막할 때에, 챔버벽 등에의 데미지를 발생시키지 않고 클리닝 대상 부위를 확실하게 클리닝할 수 있는 성막 방법, 클리닝 방법 및 성막 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제 1 관점에 의하면, 챔버 내의 기판 탑재대에 피처리 기판을 탑재하고, 상기 챔버 내를 배기하면서, 상기 기판 탑재대의 온도를 소정 온도로 설정한 상태에서 상기 챔버 내에 마련된 가스 토출 부재로부터 염화 금속 화합물 가스를 포함하는 처리 가스를 토출시키고, 피처리체의 표면에 CVD에 의해 금속막 또는 금속 화합물막을 성막하는 공정과, 상기 챔버 내에 피처리 기판이 존재하지 않는 상태에서, 상기 가스 토출 부재로부터 상기 챔버 내에 Cl2 가스를 포함하는 클리닝 가스를 토출시켜 상기 챔버 내를 클리닝하는 공정을 갖고, 상기 클리닝하는 공정은 클리닝 대상 부위의 온도가 Cl2 가스의 분해 개시 온도 이상으로 되도록 또한 비클리닝 대상 부위의 온도가 분해 개시 온도 미만의 온도가 되도록, 상기 기판 탑재대의 온도, 상기 토출 부재의 온도 및 상기 챔버의 벽부의 온도를 각각 독립적으로 제어하는 성막 방법이 제공된다.
상기 제 1 관점에 있어서, 상기 염화 금속 화합물 가스로서 TiCl4 가스를 이용하고, 상기 금속으로서 Ti를 적용할 수 있다.
또한, 상기 제 1 관점에 있어서, 상기 처리 가스로서 TiCl4 가스와 질소함유 가스를 포함하는 것을 이용하고, 상기 성막하는 공정에서는 상기 기판 탑재대의 온도를 400∼700℃로 설정하고, 상기 가스 토출 부재 및 상기 챔버의 벽부의 온도를 부생성물이 부착되기 어려운 150∼250℃로 설정하여, 피처리 기판의 표면에 열CVD에 의해 금속 화합물막으로서 TiN막을 성막하고, 상기 클리닝하는 공정에서는 상기 기판 탑재대가 상기 클리닝 대상 부위이고, 그 온도가 Cl2 가스의 분해 개시 온도 이상으로 되도록 제어하고, 상기 가스 토출 부재 및 상기 챔버의 벽부가 상기 비클리닝 대상 부위이고, 그 온도가 분해 개시 온도 이하이고 또한 상기 성막하는 공정시의 온도의 근방의 온도가 되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 처리 가스로서 TiCl4 가스와 환원 가스를 포함하는 것을 이용하고, 상기 성막하는 공정에서는 상기 기판 탑재대의 온도를 400∼700℃로 설정하고, 상기 가스 토출 부재의 온도를 400∼500℃로 설정하고, 상기 챔버의 벽부의 온도를 150∼250℃로 설정하여, 피처리 기판의 표면에 플라즈마 CVD에 의해 금속막으로서 Ti막을 성막하고, 상기 클리닝하는 공정에서는 상기 기판 탑재대 및 상기 가스 토출 부재가 상기 클리닝 대상 부위이고, 그들 온도가 Cl2 가스의 분해 개시 온도 이상으로 되도록 제어하고, 상기 챔버의 벽부가 상기 비클리닝 대상 부위이고, 그 온도가 분해 개시 온도 이하로 되도록 제어할 수도 있다.
또한, 상기 클리닝하는 공정에 있어서, 상기 챔버 내의 압력을 제어하여 Cl2 가스의 분해 개시 온도를 제어하도록 해도 좋고, 상기 클리닝 대상 부위의 온도에 따라, Cl2 가스의 분해 개시 온도가 소정의 온도가 되도록, 상기 챔버 내의 압력을 제어하도록 해도 좋다.
또한, 상기 클리닝하는 공정에 있어서, 클리닝 가스를 플라즈마화하는 것에 의해, 상기 챔버의 벽부의 클리닝을 어시스트하도록 해도 좋고, 그 경우에, 상기 클리닝 가스의 플라즈마화는 리모트 플라즈마를 이용하여 실행할 수 있다. 또, 상기 클리닝 가스는 또한 환원제를 포함하는 것이어도 좋고, 또, ClF3 가스를 포함하는 것이어도 좋다. 또한, 상기 클리닝하는 공정은 클리닝 대상의 부위의 온도를 성막시의 온도의 근방의 온도로 해서 실행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 관점에 의하면, 챔버 내의 기판 탑재대상에 피처리 기판을 탑재하고, 상기 챔버 내를 배기하면서, 상기 기판 탑재대의 온도를 소정 온도로 설정한 상태에서 챔버 내에 마련된 가스 토출 부재로부터 염화 금속 화합물 가스를 포함하는 처리 가스를 토출시켜 상기 기판 탑재대상의 피처리체의 표면에 금속막 또는 금속 화합물막을 성막한 후, 상기 챔버 내를 클리닝하는 클리닝 방법으로서, Cl2 가스를 포함하는 클리닝 가스를 이용하고, 상기 챔버 내에 피처리 기판이 존재하지 않는 상태에서, 클리닝 대상 부위의 온도가 Cl2 가스의 분해 개시 온도 이상으로 되도록 또한 비클리닝 대상 부위의 온도가 분해 개시 온도 미만의 온도가 되도록, 상기 기판 탑재대의 온도, 상기 토출 부재의 온도 및 상기 챔버의 벽부의 온도를 각각 독립적으로 제어하면서, 상기 챔버 내에 클리닝 가스를 도입하는 클리닝 방법이 제공된다.
상기 제 2 관점에 있어서, 상기 염화 금속 화합물 가스로서 TiCl4 가스를 이용하고, 상기 금속으로서 Ti를 적용할 수 있다.
또한, 상기 챔버 내의 압력을 제어해서 Cl2 가스의 분해 개시 온도를 제어하도록 해도 좋고, 상기 클리닝 대상 부위의 온도에 따라, Cl2 가스의 분해 개시 온도가 소정의 온도가 되도록, 상기 챔버 내의 압력을 제어하도록 해도 좋다.
또한, 상기 클리닝 가스를 플라즈마화하는 것에 의해, 상기 챔버의 벽부의 클리닝을 어시스트하도록 해도 좋고, 그 경우에, 상기 클리닝 가스의 플라즈마화는 리모트 플라즈마를 이용하여 실행할 수 있다. 또한, 상기 클리닝 가스는 또한 환원제를 포함하는 것이어도 좋고, 또한 ClF3 가스를 포함하는 것이어도 좋다. 또한, 클리닝 대상의 부위의 온도를 성막시의 온도의 근방의 온도로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 3 관점에 의하면, 피처리 기판의 표면에 금속막 또는 금속 화합물막을 성막하는 성막 장치로서, 피처리 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버 내에서 피처리 기판을 탑재하는 기판 탑재대와, 상기 챔버 내에 염화 금속 화합물 가스를 포함하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구와, 상기 챔버 내에 Cl2 가스를 포함하는 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 가스 공급 기구와, 상기 챔버 내에 마련되고, 상기 처리 가스 및 상기 클리닝 가스를 상기 챔버 내에 토출하는 가스 토출 기구와, 상기 챔버 내를 배기하는 배기 기구와, 상기 기판 탑재대, 상기 가스 토출 부재, 상기 챔버의 벽부를 각각 독립적으로 가열하는 가열 기구와, 상기 클리닝 가스를 공급할 때에, 클리닝 대상 부위의 온도가 Cl2 가스의 분해 개시 온도 이상으로 되도록, 또한, 비클리닝 대상 부위의 온도가 분해 개시 온도 미만의 온도가 되도록, 상기 기판 탑재대의 온도, 상기 토출 부재의 온도 및 상기 챔버의 벽부의 온도를 각각 독립적으로 제어하는 제어 기구를 구비하는 성막 장치가 제공된다.
상기 제 3 관점에 있어서, 상기 처리 가스 공급 기구는 상기 염화 금속 화합물 가스로서 TiCl4 가스를 공급하는 것으로 하고, Ti막 또는 Ti 화합물을 성막하도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 제어 기구는 상기 챔버 내의 압력을 제어해서 Cl2 가스의 분해 개시 온도를 제어하는 것이어도 좋고, 상기 클리닝 대상 부위의 온도에 따라, Cl2 가스의 분해 개시 온도가 소정의 온도가 되도록, 상기 챔버 내의 압력을 제어하도록 해도 좋다.
상기 처리 가스를 플라즈마화하는 플라즈마 생성 기구를 더 구비해도 좋다. 또한, 상기 클리닝 가스를 플라즈마화해서 클리닝을 어시스트하는 플라즈마화 기구를 더 구비해도 좋고, 그 경우에, 상기 플라즈마화 기구는 리모트 플라즈마원을 갖는 것으로 할 수 있다. 또한, 상기 클리닝 대상 부위는 Al 화합물 또는 Ni 혹은 Ni 화합물로 구성할 수 있다. 또한, 상기 클리닝 가스 공급 기구는 또한 환원제를 포함하는 클리닝 가스를 공급해도 좋고, 또한 ClF3 가스를 포함하는 클리닝 가스를 공급해도 좋다. 또한, 상기 제어 기구는 클리닝 대상의 부위의 온도를 성막시의 온도의 근방의 온도로 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 4 관점에 의하면, 컴퓨터상에서 동작하고, 성막 장치를 제어하기 위한 프로그램이 기억된 기억 매체로서, 상기 프로그램은 실행시에, 챔버 내의 기판 탑재대에 피처리 기판을 탑재하고, 상기 챔버 내를 배기하면서, 상기 기판 탑재대의 온도를 소정 온도로 설정한 상태에서 상기 챔버 내에 마련된 가스 토출 부재로부터 염화 금속 화합물 가스를 포함하는 처리 가스를 토출시키고, 피처리체의 표면에 CVD에 의해 금속막 또는 금속 화합물막을 성막하는 공정과, 상기 챔버 내에 피처리 기판이 존재하지 않는 상태에서, 상기 가스 토출 부재로부터 상기 챔버 내에 Cl2 가스를 포함하는 클리닝 가스를 토출시켜 상기 챔버 내를 클리닝하는 공정을 갖고, 상기 클리닝하는 공정은 클리닝 대상 부위의 온도가 Cl2 가스의 분해 개시 온도 이상으로 되도록 또한 비클리닝 대상 부위의 온도가 분해 개시 온도 미만의 온도가 되도록, 상기 기판 탑재대의 온도, 상기 토출 부재의 온도 및 상기 챔버의 벽부의 온도를 각각 독립적으로 제어하는 성막 방법이 실행되도록 컴퓨터에 상기 성막 장치를 제어시키는 기억 매체가 제공된다.
본 발명에 의하면, 클리닝 가스로서, 종래의 ClF3 가스보다도 활성이 낮지만, 챔버 내에 부착되는 재료와의 반응성이 높은 Cl2 가스를 이용하고, 클리닝 대상 부위의 온도가 Cl2 가스의 분해 개시 온도 이상으로 되도록, 또한, 그 이외의 비클리닝 대상 부위의 온도가 분해 개시 온도 이하의 데미지를 받기 어려운 온도가 되도록, 기판 탑재대의 온도, 토출 부재의 온도 및 챔버의 벽부의 온도를 각각 독립적으로 제어해서 클리닝하므로, 챔버벽 등에의 데미지를 발생시키지 않고 클리닝 대상 부위를 확실하게 클리닝할 수 있다.
도 1은 본 발명의 1실시형태에 관한 Ti계 막의 성막 방법의 실시에 이용하는 Ti막 성막 장치의 일예를 나타내는 개략 단면도.
도 2는 본 발명의 1실시형태에 관한 Ti계 막의 성막 방법을 나타내는 흐름도.
도 3은 서셉터 온도와 Cl2 가스에 의한 TiN막의 에치 레이트의 관계를 나타내는 그래프.
도 4는 챔버 내 압력을 변화시킨 경우의 각 압력에 있어서의 서셉터 온도와 Cl2 가스에 의한 TiN막의 에치 레이트의 관계를 나타내는 그래프.
도 5는 챔버 내 압력을 변화시킨 경우의 Cl2 가스 유량과 TiN막의 에치 레이 트의 관계를 나타내는 그래프.
도 6은 서셉터 온도 및 Cl2 가스 유량을 변화시킨 경우에 있어서의 챔버 내 압력과 Cl2 가스에 의한 TiN막의 에치 레이트의 관계를 나타내는 그래프.
도 7은 클리닝 가스 노출전의 AlN 테스트 피스의 표면의 2000배의 주사형 전자 현미경(SEM) 사진.
도 8은 Cl2 가스를 이용하여 700℃에서 폭로한 후의 AIN 테스트 피스의 표면의 2000배의 주사형 전자 현미경(SEM) 사진.
도 9는 ClF3 가스를 이용하여 700℃에서 폭로한 후의 AlN 테스트 피스의 표면의 2000배의 주사형 전자 현미경(SEM) 사진.
도 10A는 클리닝 가스로서 종래의 ClF3 가스를 이용한 경우의 클리닝 공정의 타임 테이블을 나타내는 도면.
도 10B는 클리닝 가스로서 본 발명의 Cl2 가스를 이용한 경우의 클리닝 공정의 타임 테이블을 나타내는 도면.
도 11은 TiN막을 성막할 때에 있어서의 온도와 부착물의 형태 등의 관계를 나타내는 도면.
도 12는 본 발명의 Cl2 가스 클리닝의 성막에의 영향을 조사한 실험의 수순을 설명하는 흐름도.
도 13은 ClF3 클리닝 + 프리 코트 후의 25개의 웨이퍼에 성막된 Ti막의 저항 값 및 편차와, Cl2 클리닝 + 프리 코트 후의 25개의 웨이퍼에 성막된 Ti막의 저항값 및 편차를 나타내는 그래프.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대해 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 1실시형태에 관한 Ti계 막의 성막 방법의 실시에 이용하는 성막 장치의 일예를 나타내는 개략 단면도이다. TiN막 성막 장치 및 Ti막 성막 장치는 일반적으로 서로 극히 유사한 구성을 갖기 때문에, 여기서는 성막 장치로서 TiN 성막에도 Ti막 성막에도 적용 가능한 장치로서 나타내고 있다.
이 Ti막 성막 장치(100)는 대략 원통형상의 챔버(1)를 갖고 있다. 이 챔버(1)는 예를 들면 알루미늄 또는 알루미늄 합금(예를 들면 JIS A5052)으로 이루어져 있다. 챔버(1)의 내부에는 피처리 기판인 웨이퍼 W를 수평으로 지지하기 위한 서셉터(스테이지)(2)가 그 중앙 하부에 마련된 원통형상의 지지 부재(3)에 의해 지지된 상태로 배치되어 있다. 서셉터(2)는 예를 들면 AlN 등의 세라믹스로 이루어지고, 내부에 히터(5)가 매립되어 있다. 이 히터(5)는 히터 전원(6)으로부터 급전되는 것에 의해 피처리 기판인 웨이퍼 W를 소정의 온도로 가열한다. 가열 온도로서는 400∼700℃가 예시된다. 서셉터(2)의 바깥 가장자리부에는 웨이퍼 W를 가이드하기 위한 가이드 링(4)이 마련되어 있다. 이 가이드 링(4)은 예를 들면 Al2O3로 이루어 져 있다. 또한, 서셉터(2)의 표면 근방에는 평행 평판 전극의 하부 전극으로서 기능하는 전극(8)이 매설되어 있고, 이 전극(8)은 접지되어 있다.
챔버(1)의 천벽(1a)에는 절연 부재(9)를 거쳐서 평행 평판 전극의 상부 전극으로서도 기능하는 샤워헤드(10)가 마련되어 있다. 이 샤워헤드(10)는 상단 블럭체(10a), 중단 블럭체(10b), 하단 블럭체(10c)로 구성되어 있고, 대략 원반형상을 이루고 있다. 상단 블럭체(10a)는 중단 블럭체(10b) 및 하단 블록체(10c)와 함께 샤워헤드 본체부를 구성하는 수평부(10d)와 이 수평부(10d)의 바깥둘레 위쪽으로 연속하는 환상 지지부(10e)를 갖고, 오목형상으로 형성되어 있다. 그리고, 이 환상지지부(10e)에 의해 샤워헤드(10) 전체가 지지되어 있다. 샤워헤드(10)는 성막 장치(100)가 열CVD에 의한 TiN막 성막 장치로서 이용되는 경우에는 Al 또는 Al 합금으로 구성되고, 플라즈마CVD에 의한 Ti막 성막 장치로서 이용되는 경우에는 Ni를 포함하는 재료, 전형적으로는 순Ni 또는 Ni계 합금으로 구성된다. 그리고, 하단 블럭체(10c)에는 가스를 토출하는 토출 구멍(17과 18)이 교대로 형성되어 있다. 상단 블럭체(10a)의 상면에는 제 1 가스 도입구(11)와 제 2 가스 도입구(12)가 형성되어 있다. 상단 블록체(10a) 중에서는 제 1 가스 도입구(11)로부터 다수의 가스 통로(13)가 분기되어 있다. 중단 블럭체(10b)에는 가스 통로(15)가 형성되어 있고, 상기 가스 통로(13)가 수평으로 연장하는 연통로(13a)를 거쳐 이들 가스 통로(15)에 연통하고 있다. 또한, 이 가스 통로(15)가 하단 블럭체(10c)의 토출 구멍(17)에 연통하고 있다. 또한, 상단 블록체(10a) 중에서는 제 2 가스 도입구(12)로부터 다수의 가스 통로(14)가 분기하고 있다. 중단 블럭체(10b)에는 가스 통로(16)가 형성 되어 있고, 상기 가스 통로(14)가 이들 가스 통로(16)에 연통하고 있다. 또한, 이 가스 통로(16)가 중단 블럭체(10b)내에 수평으로 연장하는 연통로(16a)에 접속되어 있고, 이 연통로(16a)가 하단 블럭체(10c)의 다수의 토출 구멍(18)에 연통하고 있다. 그리고, 상기 제 1 및 제 2의 가스 도입구(11, 12)는 가스 공급 기구(20)의 가스 라인에 접속되어 있다.
가스 공급 기구(20)는 클리닝 가스인 Cl2 가스를 공급하는 Cl2 가스 공급원(21), Ti 화합물 가스인 TiCl4 가스를 공급하는 TiCl4 가스 공급원(22), 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급원(23), 환원 가스인 H2 가스를 공급하는 H2 가스 공급원(24), 질화 가스인 NH3 가스를 공급하는 NH3 가스 공급원(25), N2 가스를 공급하는 N2 가스 공급원(26)을 갖고 있다. 그리고, Cl2 가스 공급원(21)에는 Cl2 가스 공급 라인(27 및 30c)이, TiCl4 가스 공급원(22)에는 TiCl4 가스 공급 라인(28)이, 캐리어 가스 공급원(23)에는 캐리어 가스 공급 라인(29)이, H2 가스 공급원(24)에는 H2 가스 공급 라인(30)이, NH3 가스 공급원(25)에는 NH3 가스 공급 라인(30a)이, N2 가스 공급 라인(26)에는 N2 가스 공급 라인(30b)이, 각각 접속되어 있다. 그리고, 각 가스 라인에는 매스플로 컨트롤러(32) 및 매스플로 컨트롤러(32)를 사이에 두고 2개의 밸브(31)가 마련되어 있다. Cl2 가스 공급 라인(27 및 30c)에는 각각 리모트 플라즈마원(51 및 52)이 마련되어 있고, 이들에 의해, Cl2 가스 공급 라 인(27 및 30c)을 통류하는 클리닝 가스로서의 Cl2 가스를 플라즈마화하는 것이 가능하게 되어 있다.
상기 제 1 가스 도입구(11)에는 TiCl4 가스 공급원(22)으로부터 연장하는 TiCl4 가스 공급 라인(28)이 접속되어 있고, 이 TiCl4 가스 공급 라인(28)에는 Cl2 가스 공급원(21)로부터 연장하는 Cl2 가스 공급 라인(27) 및 캐리어 가스 공급원(23)으로부터 연장하는 캐리어 가스 공급 라인(29)이 접속되어 있다. 또한, 상기 제 2 가스 도입구(12)에는 H2 가스 공급원(24)로부터 연장하는 H2 가스 공급 라인(30)이 접속되어 있고, 이 H2 가스 공급 라인(30)에는 NH3 가스 공급원(25)으로부터 연장하는 NH3 가스 공급 라인(30a), N2 가스 공급원(26)으로부터 연장하는 N2 가스 라인(30b), 및　Cl2 가스 공급원(21)으로부터 연장하는 Cl2 가스 공급 라인(30c)이 접속되어 있다. 또, 캐리어 가스 공급원(23)은 TiN막을 성막하는 경우에는 N2 가스가 이용되고, Ti막을 성막하는 경우에는 Ar 가스가 이용된다.
TiN 성막 프로세스시에는 TiCl4 가스 공급원(22)으로부터의 TiCl4 가스가 캐리어 가스로서의 N2 가스와 함께 TiCl4 가스 공급 라인(28)을 거쳐서 샤워헤드(10)의 제 1 가스 도입구(11)로부터 샤워헤드(10)내에 이르고, 가스 통로(13, 15)를 경유해서 토출 구멍(17)으로부터 챔버(1)내로 토출되는 한편, NH3 가스 공급원(25)으 로부터의 NH3 가스가 NH3 가스 공급 라인(30a) 및 H2 가스 공급 가스 라인(30)을 거쳐서 샤워헤드(10)의 제 2 가스 도입구(12)로부터 샤워헤드(10)내에 이르고, 가스 통로(14, 16)를 경유해서 토출 구멍(18)으로부터 챔버(1)내로 토출된다.
Ti 성막 프로세스시에는 TiCl4 가스가 캐리어 가스 공급원(23)으로부터의 캐리어 가스로서의 Ar 가스와 함께 TiCl4 가스 공급 라인(28)을 거쳐서 TiN 성막 프로세스시와 마찬가지로, 샤워헤드(10)로부터 챔버(1)내에 토출되는 한편, H2 가스 공급원(24)으로부터의 H2 가스가 H2 가스 공급 가스 라인(30)을 거쳐서 샤워헤드(10)의 제 2 가스 도입구(12)로부터 샤워헤드(10)내에 이르고, 가스 통로(14, 16)를 경유해서 토출 구멍(18)으로부터 챔버(1)내로 토출된다.
즉, 샤워헤드(10)는 TiCl4 가스와 NH3 가스나 H2 가스가 완전히 독립해서 챔버(1)내에 공급되는 포스트믹스 타입으로 되어 있고, 이들은 토출 후에 혼합되고 반응이 발생한다. 이것에 한정되지 않고 TiCl4 가스와 NH3 가스 또는 H2 가스가 혼합된 상태에서 이들을 챔버(1)내에 공급하는 프리믹스 타입이어도 좋다.
클리닝시에는 Cl2 가스 공급 라인(27 및 30c)으로부터 라인(28, 30)을 거쳐서 제 1 및 제 2 가스 도입구(11, 12)로부터 Cl2 가스가 샤워헤드(10)에 도입되고, 토출 구멍(17, 18)으로부터 챔버(1)내에 토출된다.
또, 가스 공급 기구(20)의 라인(배관)은 Ni계 스테인리스강(예를 들면, SUS316L)으로 구성되어 있다.
샤워 헤드(10)에는 정합기(33)를 거쳐서 고주파 전원(34)이 접속되어 있고, 이 고주파 전원(34)으로부터 샤워헤드(10)에 고주파 전력이 공급되도록 되어 있다. 고주파 전원(34)으로부터 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, 샤워헤드(10)를 거쳐서 챔버(1)내에 공급된 가스를 플라즈마화하여 성막 처리를 실행할 수 있다. TiN막 성막시에는 열에너지로 충분히 성막할 수 있으므로, 고주파 전원(34)으로부터의 고주파 전력은 기본적으로 필요가 없지만, Ti막 성막시에는 고주파 전원(34)으로부터 고주파 전력을 공급해서 처리 가스를 플라즈마화한다.
또한, 샤워헤드(10)의 상단 플레이트(10a)의 수평부(10d)에는 샤워헤드(10)를 가열하기 위한 히터(45)가 마련되어 있다. 이 히터(45)에는 히터 전원(46)이 접속되어 있고, 히터 전원(46)으로부터 히터(45)에 급전하는 것에 의해 샤워헤드(10)가 원하는 온도로 가열된다. 상단 플레이트(10a)의 오목부에는 히터(45)에 의한 가열 효율을 올리기 위해 단열 부재(47)가 마련되어 있다. 샤워헤드(10)의 가열 온도는 TiN막 성막시에는 150∼250℃ 정도이지만, Ti막 성막시에는 400℃ 이상으로 된다.
챔버(1)의 저벽(1b)의 중앙부에는 원형의 구멍(35)이 형성되어 있고, 저벽(1b)에는 이 구멍(35)을 덮도록 아래쪽을 향해 돌출된 예를 들면 Al 또는 Al 합금으로 이루어지는 배기실(36)이 마련되어 있다. 배기실(36)의 측면에는 배기관(37)이 접속되어 있고, 이 배기관(37)에는 배기 장치(38)가 접속되어 있다. 그리고, 이 배기 장치(38)를 작동시키는 것에 의해 챔버(1)내를 소정의 진공도까지 감 압하는 것이 가능하게 되어 있다.
서셉터(2)에는 웨이퍼 W를 지지해서 승강시키기 위한 3개(2개만 도시)의 웨이퍼 지지 핀(39)이 서셉터(2)의 표면에 대해 돌출 함몰 가능하게 마련되고, 이들 웨이퍼 지지 핀(39)은 지지판(40)에 고정되어 있다. 그리고, 웨이퍼 지지 핀(39)은 에어 실린더 등의 구동 기구(41)에 의해 지지판(40)을 거쳐서 승강된다. 또, 웨이퍼 지지 핀은 예를 들면 Al2O3 등의 세라믹스로 구성된다.
챔버(1)의 측벽에는 챔버(1)와 인접해서 마련된 도시하지 않은 웨이퍼 반송실과의 사이에서 웨이퍼 W의 반입 반출을 실행하기 위한 반입출구(42)와, 이 반입출구(42)를 개폐하는 게이트밸브(43)가 마련되어 있다. 또한, 챔버(1)의 벽부에는 히터(48)가 매설되어 있다. 이 히터(48)에는 히터 전원(49)이 접속되어 있고, 히터 전원(49)로부터 히터(48)에 급전하는 것에 의해 챔버(1)의 벽부가 원하는 온도, 예를 들면 150~250℃ 정도로 가열된다.
Ti막 성막 장치(100)의 각 구성부는 컴퓨터로 이루어지는 제어부(60)에 접속되어 제어되는 구성으로 되어 있다. 또한, 제어부(60)에는 공정 관리자가 Ti막 성막 장치(100)를 관리하기 위해 커맨드의 입력 조작 등을 실행하는 키보드나, Ti막 성막 장치(100)의 가동 상황을 가시화해서 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 사용자 인터페이스(61)가 접속되어 있다. 또한, 제어부(60)에는 Ti막 성막 장치(100)에서 실행되는 각종 처리를 제어부(60)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라 Ti막 성막 장치(100)의 각 구성부에 처리를 실행시키 기 위한 프로그램 즉 레시피 등의 정보를 저장하는 기억부(62)가 접속되어 있다. 레시피는 하드 디스크나 반도체 메모리에 기억되어 있어도 좋고, CDROM, DVD 등의 휴대가능한 기억 매체에 수용된 상태에서 기억부(62)의 소정 위치에 세트하도록 되어 있어도 좋다. 또한, 다른 장치로부터, 예를 들면 전용 회선을 거쳐서 레시피를 적절히 전송시키도록 해도 좋다. 그리고, 필요에 따라, 사용자 인터페이스(61)로부터의 지시 등으로 임의의 레시피를 기억부(62)로부터 호출하여 제어부(60)에 실행시킴으로써, 제어부(60)의 제어 하에, Ti막 성막 장치(100)에서의 원하는 처리가 실행된다. 또, 제어부(60)는 도시하지 않은 열전쌍의 신호에 의거하여 히터 전원(5, 46, 49)에 지령을 부여하고, 히터(5)에 의한 서셉터(2)의 온도 제어, 히터(45)에 의한 샤워헤드(10)의 온도 제어, 히터(48)에 의한 챔버(1)의 벽부의 온도 제어를 독립적으로 실행하도록 되어 있다.
다음에, 이상과 같은 성막 장치(100)에 있어서의 본 실시형태에 관한 성막 방법에 대해 설명한다.
본 실시형태의 성막 방법은 도 2에 나타내는 바와 같이, 프리 코트 공정(스텝 1)과, 성막 공정(스텝 2)과, 클리닝 공정(스텝 3)을 갖고, 이들을 순차 실시한다. 여기서는 각 공정에 있어서, Ti계 막으로서 TiN막을 성막 하는 경우와 Ti막을 성막하는 경우로 나누어 설명한다.
우선, 스텝 1의 프리 코트 공정에 대해 설명한다.
제어부(60)에 의해 히터 전원(6, 46, 49)을 제어하고, 히터(5, 45, 48)에 의해서, 서셉터(2), 샤워헤드(10), 챔버(1)의 벽부의 온도를 각각 독립적으로 제어하 고, 대략 후술하는 성막 공정과 마찬가지의 온도로 설정한다.
이 상태에서, TiN막을 성막하는 경우에는 챔버(1)내에 웨이퍼 W가 존재하지 않는 상태에서, N2 가스, NH3 가스 및 TiCl4 가스를 샤워헤드(10)를 거쳐 소정 유량으로 도입하고, 히터(5) 등에 의한 가열에 의해 챔버(1) 내벽, 배기실(36) 내벽, 샤워헤드(10)의 표면, 서셉터(2)의 표면에 TiN막을 프리 코트한다.
Ti막을 성막하는 경우에는 마찬가지로 챔버(1)내에 웨이퍼 W가 존재하지 않는 상태에서, Ar 가스, H2 가스, TiCl4 가스를 샤워헤드(10)를 거쳐서 소정 유량으로 도입하고, 히터(5) 등에 의해 가열하는 동시에 고주파 전원(34)으로부터의 고주파 전력으로 이들 가스를 플라즈마화해서 챔버(1) 내벽, 배기실(36) 내벽, 샤워헤드(10)의 표면, 서셉터(2)의 표면에 Ti막을 형성하고, 그 후 플라즈마를 유지한 채 NH3 가스를 도입하는 것에 의해 Ti막을 질화해서 TiN막의 프리 코트를 실행한다.
또, 이들 프리 코트의 조건은 기본적으로, 이하에 설명하는 TiN막의 성막 및 Ti막의 성막 +질화 처리의 조건과 동일한 조건으로 한다.
다음에, 스텝 2의 성막 공정에 대해 설명한다.
성막 공정시에는 프리 코트후의 챔버(1)내를 게이트 밸브(43)를 거쳐서 접속되어 있는 도시하지 않은 반송실과 마찬가지로 조정한 후, 게이트 밸브(43)를 열림으로 해서, 웨이퍼 반송실로부터 반입출구(42)를 거쳐서 웨이퍼 W를 챔버(1)내에 반입하고, 성막 처리를 실행한다.
우선, TiN막의 성막 공정에 대해 설명한다.
제어부(60)에 의해 히터 전원(6, 46, 49)을 제어하고, 히터(5, 45, 48)에 의해서, 서셉터(2), 샤워헤드(10), 챔버(1)의 벽부의 온도를 각각 독립적으로 제어하고, 서셉터(2)를 400∼700℃, 샤워헤드(10)를 150∼250℃, 챔버(1)의 벽부를 150∼250℃의 소정의 온도로 유지한 상태에서 상술한 바와 같이 챔버(1)내에 웨이퍼 W를 반입하고, 챔버(1)내에 N2 가스를 공급해서 웨이퍼 W를 예비 가열한다. 웨이퍼의 온도가 대략 안정된 시점에서, N2 가스, NH3 가스 및 TiCl4 가스를 도시하지 않은 프리 플로우 라인에 소정 유량으로 흘려 프리 플로우를 실행한다. 그리고, 가스 유량 및 압력을 동일하게 유지한 채 성막용의 라인으로 전환하고, 이들 가스를 샤워헤드(10)를 거쳐서 챔버(1)내에 도입한다. 그리고, 히터(5)에 의해 소정 온도로 가열된 웨이퍼 W상에서 NH3 가스 및 TiCl4 가스가 반응해서 웨이퍼 W상에 TiN이 퇴적되고, 소정 시간 경과후에 소정 두께의 TiN막이 성막된다.
TiN 성막 프로세스의 다른 조건의 바람직한 범위는 다음과 같다.
ⅰ) TiCl4 유량:20∼200mL/min(sccm)
ⅱ) N2 가스 유량:50∼1000mL/min(sccm)
ⅲ) NH3 가스 유량: 10∼500mL/mh(sccm)
ⅳ) 챔버 내 압력: 133∼1333Pa(1∼10Torr)
TiN막을 성막한 후, NH3 가스 및 TiCl4 가스를 정지시키고, N2 가스를 퍼지 가스로서 흘려, 챔버(1)내의 퍼지를 실행하고, 그 후, N2 가스 및 NH3 가스를 흘리 고, 웨이퍼 W에 성막한 TiN 박막의 표면의 질화 처리를 실행한다. 이 때의 서셉터(2), 샤워헤드(10), 챔버(1)의 벽부의 온도는 성막시와 마찬가지로 한다. 또, 이 질화 처리는 필수는 아니다.
소정 시간 경과 후, N2 가스 및 NH3 가스를 서서히 정지시키고, 이들 가스의 공급이 완전히 정지된 시점에서 성막 공정을 종료한다. 그 후, 게이트 밸브(43)를 열고 도시하지 않은 웨이퍼 반송 장치를 챔버(1)내에 삽입하고, 웨이퍼 W를 장치 외로 반출한다.
다음에, Ti막의 성막 공정에 대해 설명한다.
제어부(60)에 의해 히터 전원(6, 46, 49)을 제어하고, 히터(5, 45, 48)에 의해서, 서셉터(2), 샤워헤드(10), 챔버(1)의 벽부의 온도를 각각 독립적으로 제어하고, 서셉터(2)를 400~700℃, 샤워헤드(10)를 400∼500℃, 챔버(1)의 벽부를 150∼250℃의 소정의 온도로 유지한 상태에서 상술한 바와 같이 챔버(1)내에 웨이퍼 W를 반입하고, 챔버(1)내에 Ar 가스, H2 가스 및 TiCl4 가스를 도시하지 않은 프리 플로우 라인에 소정 유량으로 흘려 프리 플로우를 실행한다. 그리고, 가스 유량 및 압력을 동일하게 유지한 채 성막용의 라인으로 전환하고, 이들 가스를 샤워헤드(10)를 거쳐서 챔버(1)내에 도입한다. 이 때, 샤워헤드(10)에는 고주파 전원(34)으로부터 고주파 전력이 인가되고, 이것에 의해 챔버(1)내에 도입된 Ar 가스, H2 가스, TiCl4 가스가 플라즈마화된다. 그리고, 히터(5)에 의해 소정 온도로 가열된 웨이퍼 W상에서 플라즈마화된 가스가 반응해서 웨이퍼 W상에 Ti가 퇴적되고, 소정 시간 경 과 후에 소정 두께의 Ti막이 성막된다.
Ti 성막 프로세스의 다른 조건의 바람직한 범위는 다음과 같다.
ⅰ) 고주파 전원(64)으로부터의 고주파 전력
주파수: 300㎑∼27㎒
파워: 100∼1500W
ⅱ) TiCl4 유량: 1∼20mL/min(sccm)
ⅲ) Ar 가스 유량: 500∼2000mL/min(sccm)
ⅳ) H2 가스 유량: 1000∼5000mL/min(sccm)
ⅴ) 챔버 내 압력: 133∼1333Pa(1∼10Torr)
Ti막을 성막한 후, H2 가스 및 TiCl4 가스를 정지시키고, Ar 또는 N2 가스를 퍼지 가스로서 흘려, 챔버(1)내의 퍼지를 실행하고, 그 후, N2 가스 및 NH3 가스를 흘리고, 고주파 전원(34)으로부터 고주파 전력을 인가하여 이들 가스를 플라즈마화해서 웨이퍼 W에 성막한 Ti 박막의 표면의 질화 처리를 실행한다. 이 때의 서셉터(2), 샤워헤드(10), 챔버(1)의 벽부의 온도는 성막시와 마찬가지로 한다. 또, 이 질화 처리는 필수는 아니다.
다음에, 스텝 3의 클리닝 공정에 대해 설명한다.
클리닝 공정은 이상과 같은 성막 공정을 소정 개수의 웨이퍼에 대해 실행한 후에 실시된다. 클리닝 공정은 정기적으로 실행해도 좋고, 필요에 따라 실행해도 좋다.
이 공정에 있어서는 챔버(1)내에 웨이퍼가 존재하지 않는 상태에서, 챔버(1)내에 클리닝 가스로서 Cl2 가스를 도입하고, 기본적으로는 플라즈마 레스로 드라이 클리닝을 실행한다. 단, 후술하는 바와 같이, 보조적으로 리모트 플라즈마원(51 및 52)에 의해 Cl2 가스를 플라즈마화해도 좋다. Cl2 가스는 Ti계 막을 성막할 때에 챔버(1)내의 서셉터(2)나, 샤워헤드(10), 챔버(1)의 벽부에 형성되거나 또는 부착되는 Ti계 재료인 Ti, TiN, TiSi2, TiO2 등과의 반응성이 높기 때문에, Ti계 막을 성막한 후의 클리닝 가스로서 적합하다.
그런데, 클리닝 공정에 있어서는 사용하는 클리닝 가스에 대응해서 클리닝 대상 부위의 재질의 내식성을 유지할 수 있는 온도로 할 필요가 있다. 종래 이용되고 있던 ClF3 가스는 저온(실온)에서도 분해할 만큼 극히 분해하기 쉬운 가스이며, 챔버 내의 각 부의 온도에 관계없이 챔버 내의 구석구석까지 클리닝할 수 있다고 하는 특징이 있지만, 저온에서 분해하기 쉽다고 하는 것은 저온에서도 클리닝 대상 부위의 부식이 진행한다는 것이며, 이 때문에 클리닝시에는 챔버 내의 모든 부위를 300℃ 이하, 예를 들면 200℃라는 저온으로 유지할 필요가 있다.
이에 대해, 본 실시형태에 있어서 이용하는 Cl2 가스의 경우에는 분해 온도가 250℃ 이상으로 ClF3보다도 높으므로, 챔버 내의 각 부위의 온도를 제어하는 것에 의해, 클리닝을 진행시키는 부위와 진행시키지 않는 부위를 형성할 수 있다. 즉, 선택적인 클리닝을 실행하는 것이 가능하다.
도 3에 Cl2 가스의 클리닝 특성을 나타낸다. 이 도면은 서셉터 온도와 Cl2 가스에 의한 서셉터상에 퇴적한 TiN막의 에치 레이트의 관계를 나타내는 것이다. 이 때의 조건은 챔버 내 압력: 133Pa, Cl2 가스 유량: 2000mL/min(sccm), Ar 가스 유량: 100mL/min(sccm), N2 가스 유량: 100mL/min(sccm)으로 하였다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 400℃를 넘은 근방부터 TiN막의 에칭이 진행하고, 온도 상승에 수반하여 에치 레이트가 급격히 상승하고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 이 조건에서는 Cl2 가스의 분해 개시 온도가 400℃ 부근이고, 에칭 반응의 율속 과정은 Cl2 가스의 분해에서 생긴 Cl 원자와 TiN막과의 반응 율속인 것이 이해된다. 따라서, 서셉터(2)의 가열 온도인 400∼700℃에 있어서 클리닝 가능한 것을 알 수 있다. 특히, 550∼700℃에 있어서 높은 에칭 레이트가 얻어지고, 양호한 클리닝성이 얻어진다. 이 경향은 Ti의 경우도 마찬가지이다.
Cl2 가스의 클리닝 특성은 압력에 의해서도 변화한다. 이것을 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 챔버 내 압력을 133Pa, 666Pa, 1320Pa로 한 경우에 있어서의, 서셉터 온도와 Cl2 가스에 의한 서셉터상에 퇴적한 TiN막의 에치 레이트의 관계를 나타내는 도면이다. 이 도면으로부터, 챔버 내 압력을 높게 하는 것에 의해, 더욱 저온측에서 에칭종이 증가하고, 1320Pa에서는 250℃를 넘은 근방부터 에칭이 진행하는 것을 알 수 있다. 즉, 133Pa에서 1320Pa로 압력이 상승하면, Cl2의 분해 개시 온도가 250℃까지 저하하고, 250℃ 이상에서 클리닝 가능하게 된다. 이것으로부터, 챔버 내 압력을 제어하는 것에 의해 Cl2 가스의 분해 개시 온도를 제어 가능한 것이 도출된다. 따라서, 클리닝 대상 부위의 온도에 따라, Cl2 가스의 분해 개시 온도가 소정의 온도가 되도록, 챔버 내의 압력을 제어하도록 할 수 있다. 구체적으로는 350℃의 부위를 클리닝하려고 하는 경우, 챔버 내 압력이 133Pa에서는 350℃는 Cl2 가스의 분해 개시 온도 이하이므로 클리닝되지 않지만, 1320Pa 까지 상승시키면 분해 개시 온도 이상으로 되어 클리닝이 가능하게 된다.
도 5는 서셉터 온도를 650℃로 설정하고, 챔버 내 압력을 변화시킨 경우의 Cl2 가스 유량과 TiN막의 에치 레이트의 관계를 나타내는 그래프이다. 챔버 내 압력이 133Pa인 조건에 있어서, Cl2 가스 유량이 약 1500mL/min(sccm) 이하에서는 Cl2 가스 유량에 비례해서 TiN막의 에치 레이트가 증가하는 공급 율속의 영역이지만, 이 이상에서 TiN막의 에치 레이트는 포화하고, TiN막의 에치 레이트가 온도에만 의존하는 반응 율속의 영역으로 이행한다.
133Pa보다 높은 압력 조건에 있어서는 Cl2 가스 유량이 약 1000mL/min(sccm) 이하에서는 Cl2 유량에 비례해서 TiN막의 에치 레이트가 증가하는 공급 율속의 영역이다. 이들 압력 조건에서는 1000mL/min(sccm)보다도 많은 유량에서의 데이터는 존재하지 않지만, 133Pa와 마찬가지로 임의의 유량 이상에서 TiN막의 에치 레이트가 포화하는 반응 율속의 영역이 존재한다고 추측할 수 있다.
전술한 바와 같이, ClF3 클리닝에서는 서셉터 온도를 200℃로 하고 있고, 이 온도에서 TiN막 에치 레이트는 약 1.2㎛/min이다. 이것과 동등한 에치 레이트를 얻기 위해 필요한 Cl2 가스 유량은 133Pa에서는 800mL/min(sccm) 이상, 다른 조건에서 500mL/min(sccm) 이상이고, 이 유량이면, 클리닝에 요하는 시간이 종래보다 길어지는 일은 없다.
공급 율속의 영역에서는 Cl2의 열분해에서 생긴 에칭종(Cl 원자)이 모두 TiN막과 반응해서 효율적인 클리닝이 가능한 반면, 에칭종이 도달하기 어렵고, 예를 들면 서셉터의 이면측에의 성막이나 부착물 등은 제거하기 어렵다. 클리닝을 반응 율속의 영역에서 실행하면, 챔버 내에 에칭종이 과잉한 상태에서 존재하기 때문에, 에칭종이 챔버 내의 구석구석까지 도달하여, 부착물을 완전하게 클리닝할 수 있다. 즉, 성막 처리후의 챔버 내의 부착물의 상황에 의해, 공급 율속의 영역과 반응 율속의 영역 중의 어느 하나를 선택할 수 있다. 또한, 최초의 스텝에서 공급 율속 영역의 조건에서 클리닝하고, 이 스텝에서 다 제거할 수 없는 부착물을 다음의 스텝에서 반응 율속 영역의 조건으로 전환해서 제거하는 2개의 스텝의 클리닝도 가능하다.
다음에, 서셉터 온도 및 Cl2 가스 유량을 변화시킨 경우에 있어서의 챔버 내 압력과 Cl2 가스에 의한 TiN막의 에치 레이트의 관계에 대해 설명한다. 도 6은 온도 550℃이고 Cl2 가스 유량 2000mL/min(sccm)의 조건, 온도 650℃이고 Cl2 가스 유량 800mL/min(sccm)의 조건, 온도 650℃이고 Cl2 가스 유량 1000mL/min(sccm)의 조건에 있어서의, 챔버 내 압력과 Cl2 가스에 의한 TiN막의 에칭 레이트의 관계를 나타내는 도면이다. 이 도면으로부터, 어느 조건에 있어서도 임의의 압력에서 TiN막의 에칭 레이트가 포화하는 것을 알 수 있다. 그리고, 서셉터 온도가 높을수록, 또 Cl2 가스 유량이 많을수록 저압측부터 포화하는 경향에 있다. 클리닝 안정성으로부터는 포화하는 압력에서 실행하는 것이 바람직하지만, 부식 방지의 관점에서는 에치 레이트가 거의 포화하는 범위내에서 가급적 저압으로 해서 실행하는 것이 바람직하다. 또한, 서셉터 온도 및 Cl2 가스 유량에 의해 TiN막의 에치 레이트가 포화하는 압력이 변화하기 때문에, 클리닝시의 온도 및 Cl2 가스 유량에 따라 챔버 내 압력을 제어하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, Cl2 가스는 선택적 클리닝이 가능하다는 이점이 얻어지지만, ClF3보다도 분해 온도가 높은 만큼, 챔버의 구석구석까지 클리닝할 수 있다는 ClF3 가스와 같은 효과는 얻기 어렵다. 이 때문에, Cl2 가스를 클리닝 가스에 이용한 경우에는 성막시에 클리닝 대상 부위 이외의 부위는 성막이나 부생성물의 부착을 극력 방지할 수 있는 온도 설정으로 하는 것이 중요하다.
클리닝시의 상한 온도는 클리닝 가스의 분해 난이도 이외에, 대상 부위의 재질에 의존한다. 클리닝은 대상 부위에 성막된 Ti계 막을 에칭 하는 것이 목적이기 때문에, 현실적인 에치 레이트를 얻을 수 있는 양의 에칭종(가스 분해후의 원자)이 필요하게 된다. 클리닝 가스로서 Cl2 가스를 이용하는 경우에는 현실적인 에치 레이 트를 얻을 수 있는 양의 에칭종을 얻기 위해, 클리닝 가스로서 ClF3 가스를 이용한 경우보다도 클리닝 대상 부위의 온도를 고온으로 할 필요가 있다. 고온으로 할수록 에치 레이트는 상승하지만, 클리닝 대상 부위의 온도의 상한은 그 재질의 내식성에 의해 정해진다.
엄밀하게는 재료의 내식성은 클리닝 가스와 대상 부위의 재료와의 반응 생성물의 증기압에도 의존한다. 예를 들면, 대상 부위의 재료가 AlN인 경우, 클리닝 가스로서 ClF3 가스를 이용하면, AlN과 F원자의 반응에 의해 증기압이 낮고 안정된 AlFx(x=1∼3)가 생성되고, 대상 부위 표면을 보호하여, 부식이 진행하지 않는다. 그런데, AlN은 세라믹스 재료이고 이상적인 균질 재료는 아니며, AlN 입자를 소결경화한 것이기 때문에, 실제로는 AlFx가 균일하게 형성되지 않고, 일부 가루형상으로 되고 파티클로 되어 버린다. 한편, 클리닝 가스로서 Cl2 가스를 이용한 경우에는 AlN의 표면에는 Cl과의 반응에 의해 불안정한 AlClx(x=1∼3)가 생성되지만, AlClx는 증기압이 높기 때문에, 기화해 버려 파티클로는 되지 않는다. 이 때문에, 챔버 내에 있어서 AlN 세라믹스로 구성되어 있는 부재에 있어서는 클리닝 가스로서 Cl2 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 이것은 파티클의 성분은 항상 AlFx이며, TiCl4 가스 또는 TiCl4 가스와 H2, NH3 등의 환원제와의 반응에서 생성하는 HCl과 AlN이 성막의 고온하에서 반응하여 생성할 터인 AlClx가 파티클성분으로서 검출되지 않는 것 으로부터도 실증된다.
즉, Cl2 가스를 클리닝 가스로서 이용한 경우에는 TiCl4 가스 및 H2, NH3 등의 환원제를 이용한 성막 프로세스시와 마찬가지로 AlClx를 생성하는 반응이 진행하는 것이기 때문에, 고온의 성막 프로세스에 견딜 수 있는 대상 부위는 동일한 온도에 있어서 Cl2 가스에 의한 클리닝에 견딜 수 있게 된다. 이것으로부터, Cl2 가스에 의한 클리닝의 경우에는 성막온도와 대략 동일한 온도에서의 클리닝이 가능하게 되는 것을 도출할 수 있다. 또한, AlN에 한정되지 않고, 대상 부위의 재질이 성막 프로세스에 있어서 부식에 의한 파티클 발생이 없는 것이면, Cl2 가스에 의한 클리닝도 동일한 온도에서 실행 가능하게 된다. 예를 들면, 대상 부위의 재질이 Ni 또는 Ni 합금이면, 표면에 NiF2와 같은 보호막을 불균일하게 잔존시키는 일 없이, 증기압이 높은 NiCl2가 생성하고, 기화하기 때문에, 표면이 청정하게 유지된다.
AlN이나 Ni 또는 Ni 합금에 한정되지 않고, 종래부터 이용되고 있는 스테인리스강, 알루미나 등의 AlN 이외의 Al 화합물, 카본, Si3N4, SiC 등이어도, Cl2 가스를 클리닝 가스로서 이용한 경우에는 마찬가지로 성막온도와 동일 정도의 온도에서의 클리닝을 실행할 수 있다. 이에 대해, 종래의 ClF3 가스는 성막온도에서는 상기 구성 재료와 반응해서 데미지를 부여할 가능성이 있기 때문에, 성막 온도에서의 클리닝은 적용 곤란하다.
이것을 실험 결과에 의거하여 설명한다.
여기서는 챔버 내에 클리닝 가스로서 Cl2 가스를 흘린 경우와, ClF3 가스를 흘린 경우를 상정하여, 서셉터의 재질인 AlN의 테스트 피스를 클리닝 가스에 노출했을 때에 있어서의 내식성을 확인하였다. 이 때에, 700℃에 있어서의 TiN막의 에치 레이트가 대략 동등하게 되도록, ClF3 가스에서는 유량을 10mL/min(sccm)으로 하고, 아울러 N2 가스를 1000mL/min(sccm)의 유량으로 흘리고, Cl2 가스에서는 유량을 100mL/min(sccm)으로 하고, 아울러 N2 가스를 1000mL/min(sccm)의 유량으로 흘리고, 챔버 내 압력을 133Pa로 하고, 700℃ 및 550℃에서 60분간 유지하고, 중량 변화를 측정하였다. AlN 테스트 피스로서는 15㎚×15㎚×1㎚의 것을 이용하였다. 그 결과, Cl2 가스에 노출한 경우에는 550℃, 700℃ 모두 중량 변화가 없었던데 반해, ClF3 가스에 노출한 경우에는 550℃에서는 중량 감소가 0.0003g로 약간이었지만, 700℃에서는 0.0122g으로 큰 중량 감소가 확인되었다.
도 7∼도 9는 AlN 테스트 피스의 표면의 2000배의 주사형 전자 현미경(SEM) 사진이고, 도 7은 클리닝 가스 노출전의 것, 도 8은 Cl2 가스를 이용하여 700℃에서 노출한 후의 것, 도 9는 ClF3 가스를 이용하여 700℃에서 노출한 후의 것이다. 이들 SEM 사진으로부터, Cl2 가스의 경우에는 700℃에서 노출한 후에도 AlN 테스트 피스의 표면의 상태가 폭로전과 거의 변화 없는데 반해, ClF3 가스의 경우에는 폭로 전후에서 표면이 크게 변질되어 있는 것을 알 수 있다.
이들 결과로부터, 성막 온도의 상한 부근인 700℃에 있어서, Cl2 가스에서는 서셉터 재료인 AlN을 거의 부식시키지 않는데 반해, ClF3 가스에서는 AlN이 부식되는 것이 확인되었다.
이와 같이 종래부터 클리닝 가스로서 이용되고 있는 ClF3 가스는 성막온도에서는 챔버 내 부재의 구성 재료와 반응해서 데미지를 부여할 가능성이 있기 때문에, 클리닝시에 300℃ 이하, 예를 들면 200℃ 정도까지 온도를 저하시키지 않으면 안 되고, 성막 후에 일단 클리닝 온도를 200℃ 정도로 저하시키고, 클리닝 종료 후에 재차 성막온도로 상승시킨다고 하는 시퀸스가 필요하며, 그것이 생산성을 저하시키는 원인으로 되고 있었다. 이에 대해, 클리닝 가스로서 Cl2 가스를 이용하는 경우에는 상술한 바와 같이, 그 분해 온도가 250℃ 이상으로 높고, 성막 온도 근방에서도 주된 클리닝 대상인 서셉터(2)를 부식시키지 않기 때문에, 서셉터(2)의 온도를 성막온도 또는 그 근방으로 해서 클리닝할 수 있고, 이러한 강온 및 승온에 요하는 시간을 저감할 수 있다. 이 때문에, Ti계 막의 성막 장치의 생산성을 비약적으로 향상시킬 수 있다.
구체적으로는 종래의 ClF3 가스에서의 클리닝인 경우, 그 타임 테이블은 예를 들면 도 10A에 나타내는 바와 같은 것이고, 성막 종료부터 클리닝을 개시하기까지의 강온 시간이 150분, 클리닝 종료부터 프리 코트 개시까지의 승온 시간이 45분이며, 승강온에 합계 195분 소비하고 있었지만, 성막온도의 상태로 클리닝을 실행 하는 이상적인 경우에는 도 10B에 나타내는 바와 같이, 이들 강온 및 승온의 시간을 완전히 없앨 수 있고, 장치의 다운타임을 3시간 이상 단축할 수 있다. 실제의 프로세스에 있어서는 클리닝온도와 성막온도를 완전히 일치시키는 것이 곤란한 경우가 있지만, 그 경우에도 승강온의 시간을 종래보다 짧게 해서 생산성을 향상시킬 수 있다.
이상은 클리닝 공정의 기본적인 조건에 대해 설명했지만, TiN막과 Ti막에서는 성막 공정의 조건이 다르고, 챔버(1)내의 각 부에 형성 또는 부착되는 물질 및 부착 상태가 상이하기 때문에, 클리닝 공정에 있어서는 이들 막에 따라 조건을 설정할 필요가 있다.
우선, TiN막 성막 후의 클리닝에 대해 설명한다.
TiN막 성막은 순수한 열반응에 의해서 진행하고, 온도에 따라 부착 물의 형태 등이 대략 도 11에 나타내는 바와 같이 변화한다. 즉, 50℃까지는 TiCl4가 고화하는 온도, 50∼150℃의 범위는 저온에서의 부생성물인 NH4Cl이 부착되는 온도, 150∼250℃의 범위는 부착물이 부착되지 않는 온도, 250∼450℃의 범위는 TiNxCly가 퇴적하는 온도이다. 그리고, 450∼700℃의 범위는 TiN의 성막온도, 즉 TiN이 생성하는 온도이다. 또, 400∼450℃는 조건에 따라서는 TiN의 성막이 가능한 온도이다.
TiN막의 성막에 있어서는 상술한 바와 같이, 서셉터(2)를 400∼700℃, 샤워헤드(10)를 150∼250℃, 챔버(1)의 벽부를 150∼250℃의 각 온도범위로 유지한 상태에서 실행하지만, 도 11을 참조하면, 이 온도 설정에 의하면, 샤워헤드(10) 및 챔버(1)의 벽부에는 부착물이 거의 부착되지 않고, 서셉터(2)에만 TiNxCly 또는 TiN이 부착된다.
따라서, TiN막 성막후의 클리닝 공정에 있어서는 서셉터(2)의 온도를 성막 공정시의 온도와 동일 정도의 온도로 가열하고, 샤워헤드(10) 및 챔버(1)의 벽부는 부착물이 거의 부착되지 않으므로, 성막시와 마찬가지의 150∼250℃로 분해 온도 이하로 해서 구성 재료에 대해 데미지를 부여하지 않도록 해서 클리닝을 실행한다. 이 때문에, 샤워헤드(10)나 챔버(1)의 벽부의 재료는 상술한 바와 같이 Al계 재료로 내식성은 충분하고, 서셉터(2)만 내식성이 높은 재료이면 좋다. 본 실시형태에서는 서셉터(2)는 AlN제이며 내식성은 충분하다. 그 밖에, Ni, Ni 합금, 스테인리스강, Si3N4, SiC 등도 적용 가능하다. 클리닝시의 샤워헤드(10)나 챔버(1)의 벽부의 온도는 성막시의 온도와 동일하게 설정하면 좋지만, 상기 범위내이면 동일한 온도가 아니어도 성막시의 근방의 온도이면 좋다.
다음에, Ti막 성막 후의 클리닝에 대해 설명한다.
Ti막의 성막은 플라즈마를 이용하고 있기 때문에, 플라즈마 영역에는 온도에 관계없이 Ti 또는 TiCl4 미분해물이 부착된다. 특히, 웨이퍼 바로 위의 샤워헤드에는 이들이 대량으로 부착된다. 따라서, TiN막 성막과 같이 샤워헤드(10)를 저온으로 해서 부착물이 생기지 않도록 할 수는 없다. 또한, 샤워헤드(10)가 400℃ 미만에서는 부착된 막이 쉽게 벗겨지게 되기 때문에, 성막시에는 샤워헤드(10)를 400℃ 이상으로 한다. 단, 성막 후, 샤워헤드의 설정 온도 이상에서 질화 처리를 실행하 기 때문에, Ti 또는 TiCl4 미분해물은 TiN막으로 변환된다.
따라서, 클리닝시에는 서셉터(2)와 마찬가지로, 샤워헤드(10)도 Cl2 가스의 분해 온도 이상으로 할 필요가 있고, 그를 위해 성막시의 샤워헤드(10)의 온도(400∼500℃)의 근방 온도로 설정한다. 이 때문에, 샤워헤드(10)의 재료는 고온의 Cl2 가스에 견딜 수 있는 재료로 할 필요가 있다. 본 실시형태에서 이용하고 있는 Ni 또는 Ni 합금은 충분히 고온의 Cl2 가스에 견딜 수 있다. 그 밖에, Si3N4, SiC나 C 등을 이용하는 것도 가능하다. 샤워헤드(10)의 온도를 더욱 낮게 할 필요한 있는 경우에는 상술한 바와 같이, 챔버 내의 압력을 높게 해서 Cl2 가스의 분해 개시 온도를 낮게 하는 것도 유효하다.
플라즈마를 이용한 Ti막 성막 공정에서는 상술한 바와 같이 챔버(1)의 벽부 등의 저온부에도 부생성물인 TiCl4 미분해물이 부착된다. 이 때문에, 예를 들면, 챔버(1)의 벽부의 온도도 Cl2 가스의 분해 온도 이상으로 상승시키는 것이 고려된다. 이 경우에는 챔버(1)의 벽부의 온도를 상승시키지 않으면 안 되고, 그 승온 및 그 후의 강온의 시간이 필요하게 된다. 그러나, Cl2 가스는 250℃ 이상에서 분해하기 때문에, 대폭적인 온도 변경은 필요 없고, 큰 시간 연장으로는 되지 않는다.
그러나, Cl2 가스의 분해 온도 이상에서는 기존의 챔버 재료인 Al계 재료에서는 부식이 염려된다. 챔버(1)를 Ni나 Ni 합금 등의 내열재료로 구성 하는 것도 고려되지만 극히 고가이며 현실적이지는 못하다. 또한, 챔버(1)로서 그러한 내열재료를 도금 등으로 챔버(1)의 내벽에 피복하는 것이 고려되지만, 열팽창 차에 의한 박리 등의 염려가 있다. 이러한 사정으로부터, 클리닝시에 Cl2 가스의 온도를 그 분해 온도 이상에 상승시키지 않고 분해해서 클리닝하는 방법이 요구된다(선택성의 완화). 그러한 방법으로서는 Cl2 가스를 플라즈마화하는 것을 들 수 있다. 본 실시형태에서는 리모트 플라즈마원(51, 52)을 마련하고, 이것에 의해 Cl2 가스를 플라즈마화한다. 이것에 의해, 챔버(1)의 벽부의 성막시의 온도인 150∼250℃에서도 클리닝 가능하게 된다. 플라즈마에 의한 분해 효율은 1수치 올라가므로, 열분해와 동등 레벨의 효율로 하기 위해서는 분해 효율이 10% 이하가 되는 바와 같은 조건 및 파워로 설정해서 플라즈마를 생성하면 좋다.
또한, 이러한 플라즈마 어시스트 이외에, Cl2 가스에 환원제를 첨가 하는 것에 의해서도 Cl2 가스의 분해를 어시스트할 수 있다. 강력한 산화제인 Cl2에 H2, NH3 등의 환원제를 첨가하는 것에 의해, Cl2의 분해를 촉진 하는 것이 가능하게 된다.
플라즈마 CVD에 의한 Ti막의 성막 프로세스와 같이, 온도 제어에 의한 선택적인 부착 방지가 불충분한 경우에도, 이상과 같이 플라즈마화나 환원제를 첨가해서 Cl2의 분해를 어시스트하는 것에 의해, Cl2 가스의 분해의 비율을 상승시키고, 챔버 내의 더욱 저온 부위의 클리닝도 가능하게 되며, 더욱 완전한 클리닝이 실현된다. 즉, 이와 같이 Cl2 가스의 분해를 어시스트하는 것에 의해, 온도 제어 이외의 방법으로 클리닝시의 선택성을 완화해서 챔버 내 전체를 유효하게 클리닝할 수 있다.
이 경우에, 챔버 내의 온도 설정이나 인가하는 플라즈마의 파워 또는 첨가하는 환원제의 유량을 적절히 조정하는 것에 의해, Cl2의 각 부위에서의 분해를 정밀하게 제어할 수 있고, 챔버 내의 클리닝 선택성을 제어할 수 있는 동시에, 더욱 데미지가 적은 클리닝을 실현할 수 있다.
적절한 분해 어시스트를 실현하기 위해, 플라즈마의 파워는 100∼300W의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 환원제의 양은 환원제의 종류에도 의존하지만, 클리닝 가스 전체의 10∼50% 정도가 바람직하다.
또, 이러한 Cl2 가스의 분해 어시스트는 플라즈마 CVD에 의한 Ti막 성막시에 특히 유효하지만, 열CVD에 의한 TiN막 성막시에 적용하는 것도 가능하다.
더욱 완전한 클리닝을 실현하기 위해서는 Cl2 가스에 ClF3 가스를 미량 첨가하는 것이 바람직하다. 클리닝 대상 부위는 고온으로 유지되기 때문에, Cl2 가스로 충분히 클리닝할 수 있지만, 클리닝 대상 부위 이외의 부위(비클리닝 대상 부위)에 다 부착 방지할 수 없어 부착물이 잔존한 경우에는 완전히 클리닝할 수 없을 우려가 있다. 예를 들면, 챔버벽에는 Cl2 가스에 의한 클리닝 후에, 변색한 부착물이 잔존하고 있는 경우가 있다. 이 경우에는 저온에서 분해하는 미량의 ClF3 가스를 보조적으로 첨가하는 것에 의해, 비클리닝 대상 부위에 다 부착 방지할 수 없어 잔존한 부착물도 충분히 클리닝 제거할 수 있다. 이 경우에, ClF3 가스는 종래와 같이 메인의 클리닝 가스로서 사용하는 것은 아니고, 보조적으로 미량 첨가하는 것이기 때문에, 고온에서 분해하여 생성하는 에칭종(F원자)도 적고, 고온에서의 부식도 적어, 챔버 내에 데미지를 부여할 우려는 작다. 챔버 내 데미지를 발생시키지 않는 관점에서, ClF3 가스의 첨가량은 클리닝 가스 전체의 5% 이하인 것이 바람직하다.
또한, Cl2 가스에 의한 클리닝 후, 보조적으로 ClF3 가스에 의한 클리닝을 실행하는 것에 의해서도, 비클리닝 대상 부위에 부착된 부착물을 충분히 클리닝 제거할 수 있다. 이 경우에도, ClF3 가스에 의한 부식이 생기지 않도록, ClF3 가스의 유량을 낮게 설정하는 것이 바람직하다.
이상과 같이, 클리닝 가스로서 Cl2 가스를 이용하는 것에 의해, 종래의 ClF3 가스의 경우보다도 고온에서의 클리닝이 가능하게 되고, 성막온도 근방에서 클리닝할 수 있으므로 생산성의 저하가 적고, 또한 챔버벽 등에의 데미지를 발생시키지 않고 클리닝 대상 부위를 확실하게 클리닝할 수 있다.
다음에, 본 발명의 Cl2 가스 클리닝의 성막에의 영향을 조사한 실험 결과에 대해 설명한다.
여기서는 도 12에 나타내는 바와 같이, 서셉터 온도 650℃에서의 Ti막 성막 처리(스텝 A) 후, 서셉터 온도를 Ti막의 성막시의 온도로부터 200℃로 저하시켜 ClF3 가스 클리닝을 실행하고(스텝 B), 그 후, 서셉터 온도를 650℃까지 상승시켜 챔버 내의 프리 코트를 실행하고(스텝 C), 계속해서, 서셉터 온도를 650℃로 유지한 채 25개의 웨이퍼에 대해 연속해서 TI막의 성막을 실행하였다(스텝 D) 그 후, 서셉터의 온도를 650℃로 유지해서 Cl2 가스 클리닝을 실행하고(스텝 E), 계속해서 서셉터 온도를 650℃로 유지한 채 챔버 내의 프리 코트를 실행하고(스텝 F), 그 후 서셉터 온도는 650℃의 상태에서 25개의 웨이퍼에 대해 연속해서 Ti막의 성막을 실행하였다(스텝 G). 스텝 D 및 G의 Ti막의 성막에 대해서는 Si상과 SiO2상의 양쪽에 대해 실행하였다.
또, 스텝 E의 Cl2 가스 클리닝에서는 스텝 B의 ClF3 가스 클리닝에 있어서의 Ti계 막의 에치 레이트와 동등한 에치 레이트가 얻어지는 조건을 선택하였다. 구체적으로는 다음의 조건으로 하였다.
압력: 133Pa
Cl2 가스 유량: 800mL/min(sccm)
Ar 가스 유량: 700mL/min(sccm)
N2 가스 유량: 700mL/min(sccm)
또한, 클리닝 시간은 Ti 성막 처리의 스텝에서 서셉터 표면 및 가이드 링 표면에 퇴적한 Ti막을 완전히 제거할 수 있는 시간으로 설정하였다.
스텝 D 및 G에 있어서의 막의 저항값과 그 편차를 도 13에 나타낸다. 도 13에 나타내는 바와 같이, Cl2 가스 클리닝후의 성막에서는 Si상 및 SiO2상의 어느 것 도, ClF3 가스 클리닝 후와 동등한 저항값 및 편차를 나타내고 양호한 결과인 것이 확인되었다.
또, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고 각종 변형 가능하다. 예를 들면, 상기 실시형태에서는 본 발명을 열CVD에 의한 TiN막의 성막, 플라즈마 CVD에 의한 Ti막의 성막에 적용한 경우에 대해 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 실시형태에서는 염화 금속 화합물 가스로서 TiCl4 가스를 이용하여 Ti막 및 TiN막을 성막하는 예에 대해 나타냈지만, 다른 염화 금속 화합물 가스를 이용하여 다른 금속막 또는 금속 화합물막을 성막하는 경우에 대해서도 적용 가능하다. 예를 들면, TaCl5 가스와 NH3 가스를 이용하여 열CVD에 의해 배리어막으로서 이용되는 TaN막을 성막하는 경우, TaCl5 가스와 H2 가스를 이용하여 플라즈마 CVD에 의해 역시 배리어막으로서 이용되는 Ta막을 성막하는 경우에도 적용할 수 있다.
또한, 피처리 기판으로서는 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, 예를 들면 액정 표시 장치(LCD)용 기판으로 대표되는 플랫 패널 디스플레이(FPD)용 기판 등의 다른 것이어도 좋다.

Claims (32)

  1. 챔버 내의 기판 탑재대에 피처리 기판을 탑재하고, 상기 챔버 내를 배기하면서, 상기 기판 탑재대의 온도를 소정 온도로 설정한 상태에서 상기 챔버 내에 마련된 가스 토출 부재로부터 염화 금속 화합물 가스를 포함하는 처리 가스를 토출시키고, 피처리체의 표면에 CVD에 의해 금속막 또는 금속 화합물막을 성막하는 공정과,
    상기 챔버 내에 피처리 기판이 존재하지 않는 상태에서, 상기 가스 토출 부재로부터 상기 챔버 내에 Cl2 가스를 포함하는 클리닝 가스를 토출시켜 상기 챔버 내를 클리닝하는 공정을 갖고,
    상기 클리닝하는 공정은 클리닝 대상 부위의 온도가 Cl2 가스의 분해 개시 온도 이상으로 되도록 또한 비클리닝 대상 부위의 온도가 분해 개시 온도 미만의 온도가 되도록, 상기 기판 탑재대의 온도, 상기 토출 부재의 온도 및 상기 챔버의 벽부의 온도를 각각 독립적으로 제어하는
    성막 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 염화 금속 화합물 가스는 TiCl4 가스이고, 상기 금속은 Ti인
    성막 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 처리 가스는 TiCl4 가스와 질소함유 가스를 포함하고,
    상기 성막하는 공정에서는 상기 기판 탑재대의 온도를 400∼700℃로 설정하고, 상기 가스 토출 부재 및 상기 챔버의 벽부의 온도를 부생성물이 부착되기 어려운 150∼250℃로 설정하여, 피처리 기판의 표면에 열CVD에 의해 금속 화합물막으로서 TiN막을 성막하고,
    상기 클리닝하는 공정에서는 상기 기판 탑재대가 상기 클리닝 대상 부위이고, 그 온도가 Cl2 가스의 분해 개시 온도 이상으로 되도록 제어하고, 상기 가스 토출 부재 및 상기 챔버의 벽부가 상기 비클리닝 대상 부위이고, 그 온도가 분해 개시 온도 이하이고 또한 상기 성막하는 공정시의 온도의 근방의 온도가 되도록 제어하는
    성막 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 처리 가스는 TiCl4 가스와 환원 가스를 포함하고,
    상기 성막하는 공정에서는 상기 기판 탑재대의 온도를 400∼700℃로 설정하고, 상기 가스 토출 부재의 온도를 400∼500℃로 설정하고, 상기 챔버의 벽부의 온 도를 150∼250℃로 설정하여, 피처리 기판의 표면에 플라즈마 CVD에 의해 금속막으로서 Ti막을 성막하고,
    상기 클리닝하는 공정에서는 상기 기판 탑재대 및 상기 가스 토출 부재가 상기 클리닝 대상 부위이고, 그것들의 온도가 Cl2 가스의 분해 개시 온도 이상으로 되도록 제어하고, 상기 챔버의 벽부가 상기 비클리닝 대상 부위이고, 그 온도가 분해 개시 온도 이하로 되도록 제어하는 기재된
    성막 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 클리닝하는 공정에 있어서, 상기 챔버 내의 압력을 제어하여 Cl2 가스의 분해 개시 온도를 제어하는
    성막 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 클리닝하는 공정에 있어서, 상기 클리닝 대상 부위의 온도에 따라, Cl2 가스의 분해 개시 온도가 소정의 온도가 되도록, 상기 챔버 내의 압력을 제어하는
    성막 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 클리닝하는 공정에 있어서, 클리닝 가스를 플라즈마화하는 것에 의해, 상기 챔버의 벽부의 클리닝을 어시스트하는
    성막 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 클리닝 가스의 플라즈마화는 리모트 플라즈마를 이용하여 실행하는
    성막 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 클리닝 가스는 또한 환원제를 포함하는
    성막 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 클리닝 가스는 또한 ClF3 가스를 포함하는
    성막 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 클리닝하는 공정은 클리닝 대상의 부위의 온도를 성막시의 온도의 근방의 온도로 해서 실행되는
    성막 방법.
  12. 챔버 내의 기판 탑재대상에 피처리 기판을 탑재하고, 상기 챔버 내를 배기하면서, 상기 기판 탑재대의 온도를 소정 온도로 설정한 상태에서 챔버 내에 마련된 가스 토출 부재로부터 염화 금속 화합물 가스를 포함하는 처리 가스를 토출시켜 상기 기판 탑재대상의 피처리체의 표면에 금속막 또는 금속 화합물막을 성막한 후, 상기 챔버 내를 클리닝하는 클리닝 방법으로서,
    Cl2 가스를 포함하는 클리닝 가스를 이용하고, 상기 챔버 내에 피처리 기판이 존재하지 않는 상태에서, 클리닝 대상 부위의 온도가 Cl2 가스의 분해 개시 온도 이상으로 되도록 또한 비클리닝 대상 부위의 온도가 분해 개시 온도 미만의 온도가 되도록, 상기 기판 탑재대의 온도, 상기 토출 부재의 온도 및 상기 챔버의 벽부의 온도를 각각 독립적으로 제어하면서, 상기 챔버 내에 클리닝 가스를 도입하는
    클리닝 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 염화 금속 화합물 가스는 TiCl4 가스이고, 상기 금속은 Ti인
    클리닝 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 챔버 내의 압력을 제어하여 Cl2 가스의 분해 개시 온도를 제어하는
    클리닝 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 클리닝 대상 부위의 온도에 따라, Cl2 가스의 분해 개시 온도가 소정의 온도가 되도록, 상기 챔버 내의 압력을 제어하는
    클리닝 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 클리닝 가스를 플라즈마화하는 것에 의해, 상기 챔버의 벽부의 클리닝을 어시스트하는
    클리닝 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 클리닝 가스의 플라즈마화는 리모트 플라즈마를 이용하여 실행하는
    클리닝 방법.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 클리닝 가스는 또한 환원제를 포함하는
    클리닝 방법.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 클리닝 가스는 또한 ClF3 가스를 포함하는
    클리닝 방법.
  20. 제 12 항에 있어서,
    클리닝 대상의 부위의 온도를 성막시의 온도의 근방의 온도로 하는
    클리닝 방법.
  21. 피처리 기판의 표면에 금속막 또는 금속 화합물막을 성막하는 성막 장치로서,
    피처리 기판을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버 내에서 피처리 기판을 탑재하는 기판 탑재대와,
    상기 챔버 내에 염화 금속 화합물 가스를 포함하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구와,
    상기 챔버 내에 Cl2 가스를 포함하는 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 가스 공급 기구와,
    상기 챔버 내에 마련되고, 상기 처리 가스 및 상기 클리닝 가스를 상기 챔버 내에 토출하는 가스 토출 기구와,
    상기 챔버 내를 배기하는 배기 기구와,
    상기 기판 탑재대, 상기 가스 토출 부재, 상기 챔버의 벽부를 각각 독립적으로 가열하는 가열 기구와,
    상기 클리닝 가스를 공급할 때에, 클리닝 대상 부위의 온도가 Cl2 가스의 분해 개시 온도 이상으로 되도록 또한 비클리닝 대상 부위의 온도가 분해 개시 온도 미만의 온도가 되도록, 상기 기판 탑재대의 온도, 상기 토출 부재의 온도 및 상기 챔버의 벽부의 온도를 각각 독립적으로 제어하는 제어기구를 구비하는
    성막 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 처리 가스 공급 기구는 상기 염화 금속 화합물 가스로서 TiCl4 가스를 공급하고, Ti막 또는 Ti 화합물막을 성막하는
    성막 장치.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 제어 기구는 상기 챔버 내의 압력을 제어하여 Cl2 가스의 분해 개시 온도를 제어하는
    성막 장치.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 제어기구는 상기 클리닝 대상 부위의 온도에 따라, Cl2 가스의 분해 개시 온도가 소정의 온도가 되도록, 상기 챔버 내의 압력을 제어하는
    성막 장치.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 처리 가스를 플라즈마화하는 플라즈마 생성 기구를 더 구비하는
    성막 장치.
  26. 제 21 항에 있어서,
    상기 클리닝 가스를 플라즈마화하여 클리닝을 어시스트하는 플라즈마화 기구를 더 구비하는
    성막 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 플라즈마화 기구는 리모트 플라즈마원을 갖는
    성막 장치.
  28. 제 21 항에 있어서,
    상기 클리닝 대상 부위는 Al 화합물 또는 Ni 혹은 Ni 화합물로 구성되어 있는
    성막 장치.
  29. 제 21 항에 있어서,
    상기 클리닝 가스 공급 기구는 또한 환원제를 포함하는 클리닝 가스를 공급하는
    성막 장치.
  30. 제 21 항에 있어서,
    상기 클리닝 가스 공급 기구는 또한 ClF3 가스를 포함하는 클리닝 가스를 공급하는
    성막 장치.
  31. 제 21 항에 있어서,
    상기 제어 기구는 클리닝 대상의 부위의 온도를 성막시의 온도의 근방의 온도로 제어하는
    성막 장치.
  32. 컴퓨터상에서 동작하고, 성막 장치를 제어하기 위한 프로그램이 기억된 기억 매체로서,
    상기 프로그램은 실행시에,
    챔버 내의 기판 탑재대에 피처리 기판을 탑재하고, 상기 챔버 내를 배기하면서, 상기 기판 탑재대의 온도를 소정 온도로 설정한 상태에서 상기 챔버 내에 마련된 가스 토출 부재로부터 염화 금속 화합물 가스를 포함하는 처리 가스를 토출시키고, 피처리체의 표면에 CVD에 의해 금속막 또는 금속 화합물막을 성막하는 공정과,
    상기 챔버 내에 피처리 기판이 존재하지 않는 상태에서, 상기 가스 토출 부재로부터 상기 챔버 내에 Cl2 가스를 포함하는 클리닝 가스를 토출시켜 상기 챔버 내를 클리닝하는 공정을 갖고,
    상기 클리닝하는 공정은 클리닝 대상 부위의 온도가 Cl2 가스의 분해 개시 온도 이상으로 되도록 또한 비클리닝 대상 부위의 온도가 분해 개시 온도 미만의 온도가 되도록, 상기 기판 탑재대의 온도, 상기 토출 부재의 온도 및 상기 챔버의 벽부의 온도를 각각 독립적으로 제어하는 성막 방법이 실행되도록 컴퓨터에 상기 성막 장치를 제어시키는
    기억 매체.
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