WO2004067799A1 - 半導体処理用の載置台装置、成膜装置、及び成膜方法 - Google Patents

半導体処理用の載置台装置、成膜装置、及び成膜方法 Download PDF

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WO2004067799A1
WO2004067799A1 PCT/JP2003/016961 JP0316961W WO2004067799A1 WO 2004067799 A1 WO2004067799 A1 WO 2004067799A1 JP 0316961 W JP0316961 W JP 0316961W WO 2004067799 A1 WO2004067799 A1 WO 2004067799A1
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gas
film
mounting table
processing
processing container
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PCT/JP2003/016961
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Satoshi Wakabayashi
Shinya Okabe
Seishi Murakami
Masato Morishima
Kunihiro Tada
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Tokyo Electron Limited
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    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
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    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
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    • H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L21/28556—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table by chemical means, e.g. CVD, LPCVD, PECVD, laser CVD

Definitions

  • the present invention relates to a mounting table device for semiconductor processing, a film forming apparatus, and a film forming method.
  • semiconductor processing refers to semiconductor wafers and
  • a semiconductor layer By forming a semiconductor layer, an insulating layer, a conductive layer, and the like in a predetermined pattern on a substrate to be processed, such as a glass substrate for an LCD (Liquid Crystal Display) or an FPD (Flat Panel Display), the substrate is formed.
  • Processing Refers to various types of processing performed to manufacture structures including semiconductor devices, wiring connected to the semiconductor devices, and electrodes on the substrate.
  • a barrier layer is used as a lower layer for wiring connecting between devices and a wiring layer for providing electrical contact to each device.
  • the barrier layer has a low electric resistance as a barrier layer used for the purpose of suppressing the mutual diffusion between the contact metal and the wiring material or preventing the underlayer and the wiring layer from peeling off. Needless to say, materials with excellent adhesion, heat resistance, barrier properties, and corrosion resistance must be used.
  • a TiN film is used as a material for the barrier layer that can meet such a demand.
  • T i C 1 4 gas and NH 3 gas is used, CVD (Chemical Vapor Deposition) As a result, a TiN film having a desired thickness is deposited.
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • a TiN film having a desired thickness is deposited prior to loading the semiconductor wafer into the processing chamber.
  • a pre-coat layer made of a TiN film is formed on the surface of the mounting table in advance. The pre-coat layer is used for the purpose of maintaining the thermal in-plane uniformity of the wafer and preventing metal contamination or the like caused by a metal element contained in the mounting table or the like.
  • the pre-coat layer is removed each time the processing vessel ⁇ is cleaned. For this reason, after cleaning, a pre-coat layer is formed on the surface of the mounting table before the semiconductor wafer is loaded into the processing container.
  • the TiN precoat layer is formed by a step of forming a Ti film by CVD and a step of nitriding the Ti film with NH 3 gas.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-321558.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-144003 (Paragraph No. 013-0200, FIGS. 1 and 2).
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2001-192828.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose techniques for forming a pre-coat layer of a Ti film or a TiN film on the surface of a mounting table.
  • Patent Document 3 discloses a problem that, in a film forming process after an idling operation, the first sheet becomes unstable, and reproducibility and inter-plane film thickness uniformity deteriorate.
  • Patent Document 3 discloses a method for solving this problem, in which one of the source gas and the reducing gas is used for a short period of time after the idling operation and immediately before the first film forming process. Disclose the technology of flowing.
  • In-plane uniformity means the uniformity of the thickness of the Ti film on the surface of one wafer.
  • the inter-plane uniformity means the uniformity (also referred to as reproducibility) of the thickness of the Ti film between a plurality of wafers.
  • the thickness of the pre-coat layer formed on the mounting table prior to the film forming process on the wafer is small in order to increase the operation rate of the apparatus.
  • the thickness of the pre-coat layer in the prior art is
  • This pre-coat layer is formed by depositing a very thin Ti film by plasma CVD and performing a cycle of nitriding the Ti film about 18 times.
  • the disclosure of the invention c has been found that the thickness and specific resistance of the Ti film deposited on the first certain number of wafers fluctuate without stability.
  • the present invention provides a mounting table apparatus for semiconductor processing, a film forming apparatus, and a film forming method capable of increasing at least uniformity between surfaces of a film formed on a substrate to be processed. It is for this purpose.
  • Another object of the present invention is to provide a film forming method for semiconductor processing, which can increase in-plane uniformity and inter-plane uniformity of a film formed on a substrate to be processed.
  • a mounting table device provided in a film forming processing container for semiconductor processing
  • the upper surface on which the substrate to be processed is placed and the side that falls from the upper surface A mounting table having a surface and
  • a heater disposed in the mounting table and heating the substrate via the upper surface
  • a film forming apparatus for semiconductor processing wherein a processing container for storing a substrate to be processed is provided.
  • a gas supply unit that supplies a processing gas into the processing container; an exhaust unit that exhausts the inside of the processing container;
  • a mounting table disposed in the processing container and having an upper surface on which the substrate is mounted and a side surface falling from the upper surface;
  • a heater disposed in the mounting table and heating the substrate via the upper surface
  • a third aspect of the present invention is a ⁇ film forming method for semiconductor processing, wherein a step of preparing a film forming apparatus, the film forming apparatus comprises: a processing container for accommodating a substrate to be processed; and a process in the processing container.
  • a gas supply unit for supplying gas, an exhaust unit for exhausting the inside of the processing container,
  • a mounting table disposed in the processing chamber and having an upper surface on which the substrate is mounted and a side surface falling from the upper surface; a heater disposed in the mounting table and heating the substrate via the upper surface;
  • the heat layer is set so as to have a thickness not less than a thickness that substantially saturates the amount of heat emitted from the upper surface and the side surfaces resulting from the heating of the heater.
  • the step of forming the pre-coating layer is performed by thermal CVD.
  • the gas supply unit includes a shower head disposed above the mounting table;
  • the main film forming process is performed by plasma CVD, and in the thermal CVD, the temperature of the shower head is substantially the same as the temperature of the shower head when performing the plasma CVD. Setting the temperature of the mounting table to be the same temperature.
  • a film forming method for semiconductor processing wherein a step of preparing a film forming apparatus, the film forming apparatus includes: a processing container accommodating a substrate to be processed; A gas supply unit that supplies gas, an exhaust unit that exhausts the inside of the processing container, a mounting table that is provided in the processing container and has an upper surface on which the substrate is mounted, and a plasma in the processing container. Having an excitation mechanism for generating
  • a step of supplying a first processing gas into the processing container to perform a first processing by plasma CVD and the first processing gas is a gas mainly generating ions of a first polarity by ionization.
  • the generated stabilization processing gas is set to be supplied into the processing container and turned into plasma, and
  • Forming a film on the substrate on the mounting table by supplying a main processing gas into the processing container and performing a main film forming process by plasma CVD;
  • the mounting table is thermally stabilized even when the film forming process is performed on a plurality of substrates to be processed. Therefore, the reproducibility of the film forming process is improved. For this reason, the uniformity (reproducibility) between the surfaces of the film formed on the substrate to be processed, such as the film thickness and the specific resistance, is improved.
  • the surface uniformity (particularly, the first substrate to be processed) and the inter-surface uniformity of characteristics such as the film thickness and the specific resistance of the film formed on the substrate to be processed are improved.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a film forming apparatus for semiconductor processing according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2A to 2C are cross-sectional views each showing an example of a mounting table on which a pre-coat layer is formed.
  • 3A to 3D are time charts showing different methods for forming a pre-coat layer.
  • Figure 4 is a graph showing the relationship between the thickness of the precoat layer and the power consumption (%) of the resistance heater.
  • Figure 5 is a graph showing the change in the load and tune positions of the matching circuit when the thickness of the precoat layer is changed.
  • FIG. 6 shows an example using the processing apparatus of the embodiment and the conventional processing apparatus. Graph showing the change in the specific resistance of the Ti film when a product wafer is processed.
  • Fig. 7 is a graph showing the effect of the relationship between the temperature at the time of forming the pre-coat layer and the film forming temperature on the pre-coat film thickness and the inter-surface uniformity.
  • Fig. 8 is a graph showing the specific resistance of the deposited film on the first product wafer when the film formation is started after the processing apparatus has been idling for a long time.
  • 9A and 9B are explanatory diagrams for explaining the cause of the occurrence of discharge between the semiconductor wafer and the mounting table.
  • FIGS. 10A and 10B are timing charts showing different methods for performing the stabilization process.
  • FIGS. 11A and 11B are diagrams showing the relationship between the presence or absence of the stabilization process and the specific resistance of the T i film in the first product wafer.
  • Figure 12 shows an example of specific process conditions for the pre-coating process.
  • Figure 13 shows an example of specific process conditions for stabilization.
  • the present inventors conducted research on a pre-coat layer formed on a mounting table. As a result, the following findings were obtained.
  • the thickness of the pre-coat layer When the thickness of the pre-coat layer is set to a certain thickness (threshold value) or more, the heat radiation width from the top and side surfaces of the mounting table does not change (substantially saturates). Brico, in which the lateral heat radiation is substantially saturated In the temperature range normally used in the film forming process (for example, in the case of a high-melting-point metal nitride film, 350 to 75 ° C), the thickness of the mounting layer Independent of temperature.
  • the thickness of the pre-coat layer is set to the above-mentioned threshold value or more, even if by-products accumulate during the processing of the wafer, the heat radiation width from the top and side surfaces of the mounting table is substantially reduced. It does not change. That is, even if the number of wafers to be processed increases, the condition of the width heat radiation amount from the mounting table is kept constant (thermal stability). For this reason, it is possible to maintain constant thermal conditions during processing for a plurality of wafers, and to increase the uniformity between films of a film formed on the wafer. The details will be described later.
  • FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a film forming apparatus for semiconductor processing according to an embodiment of the present invention.
  • 2A to 2C are cross-sectional views each showing an example of a mounting table on which a pre-coat layer is formed.
  • a precoat layer of a film containing TiN is formed using plasma CVD and nitriding treatment or using thermal CVD.
  • the processing apparatus 2 has a processing container 4 formed into a cylindrical shape from, for example, A 1 or an A 1 alloy material.
  • An opening 7 is formed at the center of the bottom 6 of the processing vessel 4, and the opening 7 7 is hermetically closed by an exhaust chamber 9 projecting downward.
  • An exhaust port 8 for exhausting the atmosphere in the container is formed on the side wall of the exhaust chamber 9, and an exhaust system 12 provided with a vacuum pump 10 is connected to the exhaust port 8.
  • the inside of the processing container 4 can be uniformly evacuated from the periphery of the bottom.
  • a disk-shaped mounting table 16 is provided in the processing container 4 for mounting the semiconductor wafer W as a substrate to be processed.
  • the mounting table 16 is supported on a column 14 that stands up into the processing container 4 from the bottom 6 of the exhaust chamber 9.
  • the mounting table 16 is made of, for example, a ceramic such as A1N, and a resistance heating heater 18 is buried therein as heating means.
  • the resistance heater 18 is connected to a power supply 22 via a wiring 20 passing through the inside of the support column 14.
  • the resistance heater 18 is divided into a plurality of heating zones in the plane (not shown), and can be controlled independently for each heating zone.
  • the loading table 16 is provided with a lift bin 23 that can move up and down in the pin hole 21 in order to assist the transfer of the wafer W to the loading table 16.
  • the lift bin 23 is raised and lowered by an actuator 27 connected to the container bottom 6 via a bellows 25.
  • a mesh-like lower electrode 24 is embedded in the vicinity of the upper surface of the mounting table 16.
  • the lower electrode 24 is connected to a matching circuit 27 and an RF power supply 29 via a wiring 26.
  • RF power By applying RF power to the lower electrode 24, a self-bias can be applied to the substrate to be processed.
  • a concave portion for guiding the substrate to be processed is formed.
  • the surface is covered with a precoat layer 28.
  • the pre-coat layer 28 be formed on all of the upper surface, the side surface, and the lower surface of the mounting table 16.
  • the pre-coat can be formed in another mode so that the amount of heat radiated from the mounting table during film formation does not change.
  • the precoat layer 28 may be formed only on the upper surface and the side surface of the mounting table 16.
  • the precoat layer 28 may be formed only on the upper surface of the mounting table 16. 2A to 2C, the description of the resistance heater 18 and the lower electrode 24 is omitted.
  • the pre-coat layer 28 is formed with the same gas as the source gas formed on the semiconductor wafer W by this apparatus.
  • the pre-coat layer 28 made of a film containing N substantially reduces the amount of heat emitted from the upper surface, the side surface, and the lower surface (at least the upper surface and the side surface) of the mounting table 16 resulting from the heating of the heater 18. It is set so as to have a thickness T 1 that is greater than or equal to the thickness to be saturated. In other words, the thickness T 1 of the pre-coat layer 28 is equal to the amount of width radiant heat released from the mounting table 16 even when the film thickness changes when the temperature of the mounting table is substantially constant. Is set to a thickness in such a range that is substantially constant.
  • the thickness T 1 of the pre-coat layer 28 is set to 0.4 / zm or more, preferably 0.5 ⁇ or more.
  • the method for forming the film containing TiN and the grounds for 0.5 ⁇ m will be described later.
  • the thickness T1 of the pre-coat layer 28 be 20 / ⁇ or less.
  • a shower head 30 is hermetically attached to the ceiling of the processing container 4 via an insulating member 32 in order to introduce a necessary processing gas.
  • the shower head 30 faces the mounting table 16 so as to cover substantially the entire upper surface of the mounting table 16, and forms a processing space S with the mounting table 16.
  • the shower head 30 introduces various gases into the processing space S in a shower shape.
  • a large number of injection holes 36A and 36B for injecting gas are formed on the injection surface 34 on the lower surface of the shower head 30.
  • the shower head 30 has a prim-mix type structure in which gas is mixed internally, and a boss-mix type structure in which gas is mixed separately in the processing space S for the first time inside. can do.
  • the shower head 30 has a boss-mix type structure as described below (the interior of the shower head 30 includes two spaces 30A and 30B).
  • the spaces 30 A and 3 OB communicate with the injection holes 36 A and 36 B, respectively.
  • each space in the head 30 A s Gas inlet ports 38 A and 38 B are formed to introduce each gas into 3 OB.
  • Supply passages 40A and 40B for flowing gas are connected to 38B, respectively.
  • a plurality of branch pipes 42A and 42B are connected to the supply passages 4OA and 4OB, respectively.
  • One branch pipe 42B has an NH 3 gas source 44 for storing NH 3 gas as a processing gas, an H 2 gas source 46 for storing H 2 gas, and N 2 gas as an inert gas.
  • NH 3 gas source 44 for storing NH 3 gas as a processing gas
  • H 2 gas source 46 for storing H 2 gas
  • N 2 gas as an inert gas.
  • 2 N 2 gas source for storing gas
  • Each of the other branch pipes 42A has an Ar gas source 50 for storing, for example, Ar gas as an inert gas.
  • C 1 F 3 gas source 5 1 for storing the C 1 F 3 gas as a click re Ningugasu are respectively connected for storing, for example, T i C 1 4 gas use .
  • each gas is controlled by a flow controller, for example, a mass flow controller 54 disposed in each of the branch pipes 42A and 42B.
  • Each gas is introduced by opening and closing valves 55 arranged in each of the branch pipes 42A and 42B.
  • a so-called boss-mix type gas transfer in which some or all of the gases are individually supplied to different passages and mixed in the shower head 30 or the processing space S, is used.
  • a structure can be used.
  • pre-flow pipe 6 9-off valve 6 7 is disposed is connected between the T i C 1 4 gas source 5 2 of branch pipes 4 2 A and the exhaust system 1 2, pre-flow pipe 6 9-off valve 6 7 is disposed is connected.
  • the pre-flow pipe 69 is used for flowing the TiCl 4 gas for several seconds just before the TiCl 4 gas is introduced into the processing vessel 4 so as to stabilize the flow rate.
  • the shower head 30 also functions as an upper electrode, and a high frequency (RF) power supply 56 of, for example, 450 kHz is connected via a wire 58 for generating plasma.
  • RF radio frequency
  • As the frequency of the RF power supply 56 for example, 450 kHz to 60 MHz is used.
  • a wiring 58 is provided with a matching circuit 60 for performing impedance matching and a switch 62 for interrupting RF.
  • the processing apparatus 2 functions as a thermal CVD apparatus if processing is performed without shutting off high frequency and generating plasma.
  • the side wall of the processing container 4 is opened and closed when a wafer enters and exits.
  • a gate valve 64 is provided on the mounting table 16, a focus ring or the like is provided for use of plasma and a guide ring for use of thermal CVD, but is not shown here.
  • FIGS. 3A to 3D are time charts each showing a different method for forming a pre-coat layer.
  • the semiconductor wafer W is not placed on the mounting table 16 in the processing container 4, and the processing container 4 is sealed.
  • the inside of the processing container 4 is in a state where, for example, a cleaning process is performed after a film forming process to remove all unnecessary films, or a state where the film is maintained. Therefore, the surface of the mounting table 16 does not have any pre-coat layer, and the material of the mounting table 16 is exposed. Or the new equipment has just been started up, and the inside of the processing vessel 4 has not been processed.
  • Ar gas and H 2 gas are introduced into the processing container 4 from the shower head 30 at a predetermined flow rate.
  • the inside of the processing container 4 is evacuated by the evacuation pump 10 to maintain a predetermined pressure.
  • the mounting table 16 is heated and maintained at a predetermined temperature by the resistance heater 20 embedded in the mounting table 16.
  • the switch 62 is turned on, an RF voltage is applied between the shower head (upper electrode) 30 and the mounting table (lower electrode) 16, and the processing space S Plasma mixed gas of Ar gas and H 2 gas Generate The T i C 1 4 gas, for example, 5 to 1 2 0 seconds in this state, favored properly the flow short as 3 0-6 0 seconds time.
  • a deposition step of depositing an extremely thin Ti film with a thickness of 10 nm or more, for example, about 20 nm, on the surface of the mounting table 16 by plasma CVD is performed.
  • the processing gas remaining in the processing container 4 is purged for a short time by supplying an inert gas such as H 2 gas, for example, to remove it.
  • an inert gas such as H 2 gas
  • the process of forming the film including the TiN is similarly repeated to execute the film including the thin TiN, thereby forming a film including the thin TiN. Laminate in multiple layers.
  • the precoat layer 28 made of a film containing TiN having a thickness of 0.4 Aim or more, preferably 0.5 ⁇ or more is formed.
  • the film containing TiN may be a Ti film in which only the surface is nitrided, or may be a TiN film entirely. Particularly whole and considering the characteristics of Radiated heat favored and the arc becomes T i N film correct c
  • the preferred maximum film thickness in one cycle is, for example, 0.05 mm / m or less, and more preferably, 0.03 ⁇ or less. Shape per cycle If the thickness of the film containing T i ⁇ ⁇ ⁇ can be made as large as possible, the number of cycles of the above-mentioned repetition can be reduced. In any case, a precoat layer 28 having a total thickness of 0.4 / im or more, preferably 0.5 ⁇ or more, is obtained.
  • the thickness of the precoat layer 28 is greater than or equal to the above value, the amount of heat radiated from the mounting table 16 does not change and remains substantially constant. In other words, even if the film containing TiN adheres to the mounting table 16 by the film forming process on the wafer, the width heat radiation amount does not change.
  • pre-coat layer thickness of 2 8 2 0 ju m or less - c Figure properly 2 mu Paiiota less, properly preferred Ri good to be less than 1 ⁇ ⁇ ⁇ preferred.
  • the process conditions in the 3A pre-coating process are as follows. Ding 1 Ji 1 4 gas flow rate 2-1 0 0 3 0 (:. 111, is favored properly a.
  • the processing pressure is about 66.6 to 1333 Pa, preferably about 133.3 to 9333 Pa, throughout.
  • the platform temperature is 400-700 ° C, preferably 600-680 ° C throughout.
  • the process of forming a Ti film on a product wafer is performed one by one.
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of specific process conditions of the pre-coating process.
  • PreF 1 ow Ar gas and H 2 gas are introduced into the processing vessel 4, and the mounting table 16 is moved by the resistance heater 18. Add enough It is heated to maintain a predetermined temperature.
  • T i C 1 4 gas is exhausted by via pli off roller Lee down pipe 6 9, T i C l 4 of gas flow rate is stabilized.
  • the conditions at this time are set, for example, as follows.
  • the process temperature is maintained at 640 ° C., and the process pressure is maintained at 66.6 to 1333 Pa, for example, 66.7 Pa or 667 Pa.
  • the flow rate of the TiC14 gas is 4 to 50 sccm, for example, 12 sccm.
  • the flow rate of the Ar gas is 100 to 300 sccm, for example, 160 sccm.
  • the flow rate of the H 2 gas is 100 to 500 sccm, for example, 400 sccm.
  • the RF RF
  • the plasma is stood up for several seconds (for example, 1 second), and is stabilized.
  • step 2 the plasma is not generated. be rather good, i.e., Ru can substantially be omitted this the stearyl-up 2.
  • step 3 the plasma is not generated. be rather good, i.e., Ru can substantially be omitted this the stearyl-up 2.
  • "D epo" of stearyl class tap 3 and flow of the T i C 1 4 gas into the process container 4 T An i film is formed, and the film formation time is 30 sec.
  • Step 4 “AFTD epo”, the RF is stopped and the source gas in the source gas introduction pipe is discharged.
  • “Gas Chang” in step 5 the flow rate of the H 2 gas is reduced from 400 sccm to 2000 sccm, and the processing gas in the processing container 4 is evacuated.
  • “Pre NH 3 ” NH 3 gas was started to flow before plasma generation, and this flow rate was set to 500 to 300 sccm, for example, 150 sccm. I Introduce into processing vessel 4 and stabilize.
  • Step 7 “Nitride”, RF 450 kHz is applied to the upper head 30 at the shear head 30 to nitride the Ti film formed earlier. At this time, Ar gas and H 2 gas are flowing into the processing vessel 4. The time of this nitriding treatment is 5 to 120 sec, for example, 30 sec.
  • Step 8 “RFS to”, the application of RF is stopped to stop the nitridation process.
  • the coating process by this series of operations is regarded as one cycle, and thereafter, the same process is performed. By repeating a series of operations a plurality of times, for example, 50 times, a laminated pre-coated layer is formed.
  • a product wafer is carried into the processing container 4, and a forming step of forming a Ti film on the wafer by plasma CVD is performed.
  • NH 3 gas and H 2 gas are supplied at predetermined flow rates, respectively, and the nitriding treatment by heat can be performed without using plasma.
  • the nitrogen-containing gas may be added with, for example, MMH (monomethinolehydrazine) or may be MMH alone.
  • the process conditions for performing thermal nitridation are as follows.
  • the flow rate of each gas is, for example, 5 to 500 sccm for NH 3 gas, ⁇ : 2 gas gases ⁇ 50 to 500 3 ⁇ :: 111, and Ar gas is 50 to 500 sccm.
  • a range of 4 to 2 m is preferred, more preferably about 0.5 to
  • a TiN film is directly formed as a pre-coat film by thermal CVD without using plasma.
  • the deposition gas of the uses and T i C 1 4 gas and NH 3 gas and N 2 gas.
  • the formation of a TiN film by this thermal CVD has a high reaction rate because the reaction rate is high, and the precoating step can be performed in a short time.
  • the step coverage is good (because it is fast), so that not only the upper surface of the mounting table 16 but also the side surface and the rear surface can be sufficiently coated with the TiN film.
  • the pre-coat layer 28 has a thickness of about 30 minutes in a short time.
  • the thickness of the pre-coat layer 28 is 0.4 to 2 ⁇ m, which does not change the heat radiation from the surface, is preferred.
  • the thickness of the pre-coat layer 28 is set to 20 ⁇ or less, preferably less than 1.0 ⁇ , for example, 0.5 to 0.9 m.
  • the pre-coating process is about 64 minutes, whereas in the method shown in Fig. 3B, the pre-coating step is shortened to about 34 minutes.
  • the process conditions in the pre-coating process in Fig. 3B are as follows.
  • the flow rate of each gas, if example embodiment, T i C l 4 gas force ⁇ : LOO sccm, NH 3 gas is 5 0 ⁇ 5 0 0 0 sccm
  • N 2 gas force s 5 0 ⁇ 5 0 0 0 sccm about .
  • the pressure, the temperature of the mounting table 16 and the brittle film thickness are the same as those described with reference to FIG. 3A.
  • the method shown in FIG. 3B can be modified as shown in FIG. 3C.
  • a TiN film is formed directly by thermal CVD as described in FIG. 3B.
  • nitridation using plasma or heat without plasma see Fig. 3A
  • the process conditions and precoat film thickness are the same as those described above.
  • the method shown in FIG. 3B can be changed as shown in FIG. 3D.
  • a TiN film is directly formed by thermal CVD as described with reference to FIG. 3B.
  • the step of forming a Ti film by plasma CVD shown in FIG. 3A and the step of forming a TiN-containing film by nitriding the Ti film Apply at least one cycle of the steps. Thereby, stabilization of the surface of the pre-coat layer 28 becomes more effective.
  • each method shown in FIGS. 3B, 3C and 3D can be modified as follows.
  • the film thickness of one cycle is set to be small, for example, 5 to 50 nm, preferably 20 to 30 nm, and the film is formed by repeating TiN. .
  • a short cycle of the TiN film formation step, the Ti film formation step by plasma CVD, and the nitridation step are performed in multiple cycles.
  • a pre-coated layer 28 having a predetermined thickness is obtained.
  • the thickness of the coated layer 28 is preferably, for example, 0.4 to 2 ⁇ m.
  • the pre-coat layer 28 has a thickness not less than the thickness that substantially saturates the width heat radiation from the upper, side, and lower surfaces of the mounting table 16 resulting from the heating of the heater 18. It is set to have a thickness of In other words, the thickness of the pre-coat layer 28 is such that when the temperature of the mounting table is substantially constant, even if the film thickness changes, the amount of width radiant heat emitted from the mounting table 16 is substantially constant.
  • the thickness is set in such a way that
  • the wafer is not loaded into the processing vessel, A Ti film having a desired film thickness is formed on the surface of the mounting table at one time, and a pre-coated film is formed by nitriding.
  • the wafer is loaded, a Ti film is formed on the surface of the semiconductor wafer by plasma CVD, and the Ti film is nitrided to form a TiN film.
  • the temperature of the shear head 30 also rises, and when the number reaches a certain number, the temperature becomes substantially constant.
  • Figure 4 is a graph showing the relationship between the thickness of the precoat layer and the power consumption (%) of the resistance heating heater. This data shows that the resistance heating heater 1 was obtained by applying precoat layers of various thicknesses to the mounting table 16 and accurately maintaining the temperature of the mounting table 16 at a constant temperature of 65 ° C.
  • Fig. 8 shows the power consumption. In the example shown in FIG. 4, the resistance heating heater is divided into a first zone and a second zone, and the power consumption is shown as a percentage of the full power.
  • the power consumption of the resistance heater 18 increases with the change of the film thickness. fluctuate. This means that since the temperature of the mounting table 16 is constantly maintained at 65 ° C., the width of the heat emitted from the mounting table 16 fluctuates greatly.
  • the thickness of the precoat layer reaches 0.5 ⁇ m, the power consumption becomes almost stable and falls within a certain fluctuation range. In other words, when the thickness of the pre-coat layer is 0.5 m or more, the amount of heat emitted from the mounting table 16 is substantially constant (substantially saturated).
  • FIG. 5 is a graph showing changes in the load position and the tune position of the matching circuit 60 when the thickness of the precoat layer is changed.
  • the load position is a matching position of the variable bias inductor
  • the tune position is a matching position of the variable capacitor.
  • the impedance is automatically adjusted so that the reflected wave becomes zero when a predetermined RF power is applied, and the load position and the tune position are adjusted at that time. fluctuate.
  • the change in the matching is large, and the matching of the plasma in the processing container 4 fluctuates greatly.
  • the film thickness is larger than about 0.5 / m or more, the change in the plasma matching becomes very small and the plasma is stabilized.
  • FIG. 6 shows 5 is a graph showing a change in the specific resistance of the T i film when a product is processed using the processing apparatus of the embodiment and a conventional processing apparatus.
  • a curve A shows a conventional processing apparatus employing a mounting table provided with a pre-coat layer having a thickness of 0.36 ⁇ (18 cycles in FIG. 3).
  • Curve ⁇ shows the processing apparatus of the first embodiment of the present embodiment employing a mounting table provided with a pre-coat layer having a thickness of 0.1 (50 cycles in FIG. 3A) using plasma CVD.
  • Curve C shows the processing apparatus of Example 2 of the present embodiment employing a mounting table provided with a precoat layer (FIG. 3C) having a thickness of 0.5 / m using thermal CVD.
  • the specific resistance slightly increases as the number of processed product wafers increases.
  • the change of the curve A showing the conventional processing apparatus is large, and the uniformity of the resistivity between the wafers is 3.1%, which is not so good.
  • the change of the curve B showing the first embodiment is small, and the uniformity of the specific resistance value between the wafers is reduced to 2.3.3%, showing a good result.
  • the change of the curve C showing the second embodiment is even smaller, and the uniformity of the specific resistance value between the wafers is greatly reduced to 1.5%, which shows a particularly good result.
  • the film deposition process using thermal CVD has good step coverage, so that the precoat layer 28 is sufficiently adhered to the back surface of the mounting table 16 (see FIG. 2A).
  • the width of the heat radiation from the mounting table 16 during the processing of the product wafer is reduced, and Is smaller.
  • a so-called jump phenomenon occurs when the pre-coat layer 28 made of a TiN film is formed by thermal CVD without plasma.
  • the jump phenomenon is a phenomenon in which when a Ti film is formed on a first product wafer using plasma CVD, the resistivity of the first wafer becomes abnormally high.
  • the reason why this jump phenomenon occurs is as follows. In other words, even when the temperature of the mounting table 16 is accurately maintained at, for example, 65 ° C., the energy from the plasma is received by the shear head 30 when performing the plasma CVD process. . For this reason, the surface temperature of the shower head 3 ° becomes higher by a certain temperature than when the thermal CVD processing is performed, for example, by about 10 ° C. depending on the process temperature. Therefore, a jump phenomenon occurs in the first product wafer as described above due to the temperature difference.
  • the temperature of the surface of the shower head 30 described above is reduced. Control so as to eliminate the difference of 10 ° C. For this reason, the temperature of the mounting table 16 is set slightly higher, for example, about 20 ° C. in the above case. As a result, the temperature of the surface of the first head 30 becomes substantially the same as when the Ti film is formed by the plasma CVD. As a result, it is possible to suppress the occurrence of a jump phenomenon on the first product wafer described above.
  • Figure 7 shows the temperature at the time of forming the pre-coat layer and the film forming temperature of the wafer. Is a graph showing the effect of the relationship on the pre-coat film thickness and inter-plane uniformity.
  • a curve X represents a case where the temperature at the time of forming the pre-coat layer and the film forming temperature are set to be the same.
  • Curve Y shows the case where the temperature at the time of forming the pre-coat layer is set higher than the wafer deposition temperature (for example, 10 to 30 ° C, preferably 15 to 25 ° C).
  • the film thickness and the specific resistance value are higher. And the like, that is, reproducibility can be improved.
  • the processing equipment does not always operate continuously, and when there are no more semiconductor wafers to be processed, a long time of several hours to several days with the pre-coat layer adhered to the mounting table 16. There are times when it does not work for a long time. At this time, the apparatus is operated in a so-called idling mode, so that the film forming process can be started in a short time when necessary.
  • the temperature of the mounting table 16 is kept high, and an inert gas such as an Ar gas, Continue flowing a small amount of N 2 gas. A similar situation occurs after equipment maintenance.
  • the present inventors have found that when the film formation process is started from the idling operation, the specific resistance of the deposited film of the first to fifth product wafers may increase. did. Its specific resistance is much larger than the allowable resistance of the deposited film on the subsequent product wafer.
  • the following stabilization process is performed. That is, just before loading a product wafer, a deposition step for forming a Ti film by plasma CVD as shown in FIG. 3A, and a TiN by nitriding the Ti film to form a TiN. Perform at least one cycle of one cycle consisting of the nitriding step to be a film containing. Instead, the step of forming a TiN film by thermal CVD in the pre-coating process shown in FIGS. 3B to 3D should be performed at least once for a short time. May be. In either case, the stabilization process is short, and should be about 5 seconds to 180 seconds, preferably about 30 seconds to 60 seconds.
  • a new thin TiN-containing film adheres to the surface of the pre-coat layer whose surface has been oxidized by the idling operation by the above operation.
  • the surface of the pre-coat layer is stabilized, and the amount of heat radiated from the mounting table 16 becomes substantially constant.
  • the occurrence of the phenomenon that the specific resistance of the deposited film becomes excessively large on several wafers immediately after the start of the film formation process from the idling operation is suppressed, and the in-plane and The uniformity between the surfaces can be improved.
  • FIG. 8 is a graph showing the specific resistance of the deposited film in the first product wafer when the film formation is started after the processing apparatus has been idling for a long time.
  • the first half shows the experimental results with the conventional device
  • the second half shows the experimental results with the device of the present embodiment (one-cycle pre-coating was performed).
  • the cleaning operation is performed at an appropriate time. Idling operation for a long time, for example, several hours immediately before each plot Has been done.
  • the specific resistance at the points X1 to X3 exceeds the allowable range and becomes large.
  • all the values fall within the allowable range of the specific resistance. That is, even if a pre-coat layer is formed on the mounting table in the processing container, the film forming process is stably performed with high reproducibility by performing the short-time stabilization process before the film formation. be able to. It is desirable that this stabilization process be performed before processing the product wafer, regardless of the length of the idling operation.
  • the pre-coating step is performed immediately after the cleaning process in the processing container 4 or immediately after the processing device 2 is idling, and immediately before the product wafer starts flowing. Stabilizes the condition of In this case, as the pre-coating process, in particular, a Ti film formation process by plasma CVD using plasma and a nitriding process using plasma are performed (particularly in the case of FIGS. 3A and 3D). Problems were found. That is, discharge marks may be seen only in the first product wafer to be flowed next, and the film quality may be partially deteriorated.
  • FIG. 9A and FIG. 9B are explanatory diagrams for explaining the cause of the occurrence of discharge between the semiconductor wafer and the mounting table. That is, Remind as in FIG. 9 A, when deposited on T i film mounting table 1 6 Ri by the plasma CVD by using a T i C 1 4 gas and H 2 gas, T i C 1 A gas is decomposed by plasma to generate C1 negative ions You. Due to this negative ion, the surface of the mounting table 16 is charged to a negative charge. At this time, H plus ions are generated, but C 1 minus ions are dominant.
  • a nitriding treatment using NH 3 plasma is performed.
  • NH 3 is decomposed and mainly H-plus ions are generated.
  • the surface of the mounting table 16 is electrically neutralized to some extent by this positive ion, but the surface of the mounting table 16 is still negatively charged.
  • the gas which easily generates a negative ion is a hydrogen-containing compound, for example, a metal halide such as a TiC14 gas, or a CF-based gas. Such discharge occurs only for the first wafer processed, and does not occur for product wafers that are subsequently processed.
  • the processing is performed.
  • container 4 A stabilization process is performed to stabilize the state.
  • the stabilization treatment is performed by supplying a stabilization treatment gas, which mainly generates ions of a second polarity opposite to the first polarity due to ionization, into the treatment container 4 to form a plasma. Is set.
  • the stabilizing process the surface of the mounting table 16 charged by the first process is electrically neutralized.
  • first process is, as described above, a process of forming a CVD pre-coat layer covering the upper surface of the mounting table 16 by using a film forming gas.
  • Another example of the first process is a process of forming a CVD film on the preceding substrate on the mounting table 16 using a film forming gas. In the latter case, it is usually assumed that the apparatus is in an idling operation between the first processing and the stabilization processing.
  • the product wafer when processing the product wafer after the idle operation of the processing equipment, or when processing the product wafer after performing the pre-coating process, the product wafer is loaded immediately before the processing of the product wafer is started.
  • a stabilization process for stabilizing the surface of the table 16 is performed.
  • the amount of charge on the surface of the mounting table 16 is suppressed and stabilized, and the surface of the mounting table 16 is also materially stabilized.
  • This stabilization processing is performed, for example, by supplying plasma to the processing vessel 4 while supplying other processing gases, excluding the metal-containing material gas, from the processing gas used when performing film formation processing on the product wafer. You can do this by creating it.
  • other processing gas excluding T i C 1 4 gas, which is a metal-containing material gas, i.e., while supplying the NH 3 gas and H 2 gas and A r gas plug Generate horra.
  • plasma processing may be performed using a mixed gas of at least one of N 2 , NH 3 , and MMH and an Ar gas.
  • the processing of this is, other metal-containing materials gas, for example, is also effective for T i I 4 gas, T a C 1 5 gas.
  • FIG. 1OA and FIG. 1OB are time charts showing different methods for performing the stabilization process, respectively.
  • the processing of the first product wafer is performed between the pre-coating process after the cleaning process and the processing of the first product wafer, and after the idling operation I. Immediately before starting, perform stabilization processing respectively.
  • the pre-coating process is performed again when the processing of the product wafer is started after the idling operation I. Between the pre-coating process and the processing of the first product wafer, Perform stabilization processing.
  • the idling operation of the apparatus can be set to automatically start when, for example, an idle time between main film forming processes on two substrates to be processed is 60 seconds or more.
  • an inert gas such as an Ar gas is supplied into the processing container 4.
  • the N 2 gas continuously small amounts flow
  • Figure 1 3 is a diagram showing an example of a specific process conditions for the stabilization process.
  • Each step in Fig. 13 is performed by plasma CVD using medium-pressure plasma. This excludes the step of forming the Ti film and the steps related thereto. As shown in Fig. 13, the process temperature is kept constant at 640 ° C, and the process pressure is also kept constant at 667 Pa.
  • Step 1 Ar gas and H 2 gas are flowed into the processing vessel 4 to stabilize the flow rate of each gas.
  • Gas flow rates of the gas at this time is 1: Gasuka 5 0 0 ⁇ 3 0 0 0 sccms example 1 6 0 0 sccm, H 2 gas force 1 0 0 0 ⁇ 5 0 0 0 sccm, Retsue if 4 0 0 0 sccm.
  • Step 2 “G as Chang”, the flow rate of H 2 gas was set at 200 sccm to 400 sccm in preparation for the supply of NH 3 gas in the next step. To reduce.
  • Step 3 “Pre NH 3 ”, the flow of NH 3 is started to stabilize the gas flow rate.
  • the NH 3 gas flow rate is 5 0 0 ⁇ 3 0 0 0 sccm, for example, Ru 1 5 0 0 sccm der.
  • Step 4 "Nitride”, the gas flow rate of the third step is maintained. Then, RF (high frequency) is applied to the upper electrode shower head 30 to produce plasma in the processing container 4, and the film attached to the surface of the mounting table 16 is nitrided or formed. Reform and stabilize. In this case, unlike the pre-coating process of FIGS. 3A to 3D, the Ti film is not formed by plasma CVD. Therefore, the surface of the mounting table is not charged with a negative charge. The processing time at this time is 5 to 120 sec. For example, 40 se. It is. Next, in Step 5, "RFS to At "p”, RF application is stopped.
  • steps 1 to 5 described above are regarded as one cycle, this cycle may be repeated a plurality of times, or only one cycle may be performed. Immediately after this stabilization process, a film formation process for a normal product wafer is performed. Note that Step 1 may be omitted, and Step 2 may be started as a preflow.
  • the surface of the mounting table 16 is hardly charged, there is no problem even if the Ti film is deposited on the first product wafer by plasma processing. That is, since the potential difference between the mounting table 16 and the wafer does not become so large, it is possible to prevent the occurrence of discharge between the both. It is desirable that this stabilization process be performed before processing the product wafer, regardless of the length of the idling operation.
  • FIGS. 11A and 11B are diagrams showing the relationship between the presence or absence of the stabilization process and the specific resistance of the T i film in the first product wafer.
  • Figure 11A shows the distribution of resistivity when no stabilization is performed.
  • Fig. 11B shows the distribution of resistivity when the stabilization process was performed.
  • the black area around the wafer indicated by the arrow indicates the specific point of the resistivity (R s). This is the part that has occurred (the properties have been significantly degraded). At this time, the difference between the maximum value and the minimum value of the specific resistance is 9.97, and the in-plane uniformity is 4.62%.
  • the above stabilization process can be applied to all the film forming methods shown in FIGS. 3A to 3D.
  • metal films or metal-containing films deposited by plasma CVD or thermal CVD may be performed even when a film is formed.
  • the process conditions such as the gas flow rate, the pressure and the temperature described in the first and second embodiments are merely examples.
  • the structure of the processing apparatus is merely an example.
  • the frequency of the RF power source 56 for plasma may be other than 450 MHz.
  • Micro mouth waves may be used as the plasma generation means.
  • the present invention provides data tungsten (W) or the like of the metal film, or other Ngusute Nshiri Sai de (WS i X) and data Ntaruokisai de (T a O x: T a 2 0 5), such as T i N It can be applied to the formation of a metal-containing film. Also.
  • T i N film, H f O 2 film, R u O 2 film, Ru can be applied to the case of forming a A 1 2 O 3 film.
  • the size of the semiconductor wafer is 6 inches (150 mm), 8 inches (200 mm), 12 inches (300 mm), and 12 inches or more (such as 14 inches) Any of these may be used.
  • the substrate to be processed is not limited to a semiconductor wafer, but may be a glass substrate, It may be an LCD substrate or the like.
  • the heating means of the mounting table is not limited to the resistance heating heater, and may be a heating lamp.
  • a method can be provided.

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Abstract

半導体処理用の成膜処理容器（４）内に載置台装置が配設される。載置台装置は、被処理基板（Ｗ）を載置する上面及び上面から立ち下がる側面とを有する載置台（１６）と、載置台（１６）内に配設され且つその上面を介して基板（Ｗ）を加熱するヒータ（１８）とを含む。載置台（１６）の上面及び側面をＣＶＤプリコート層（２８）が被覆する。プリコート層（２８）は、ヒータ（１８）の加熱に由来する載置台（１６）の上面及び側面からの幅射熱量を実質的に飽和させる厚さ以上の厚さを有する。

Description

明 細 書
半導体処理用の載置台装置、 成膜装置、 及び成膜方法 技術分野
本発明は、 半導体処理用の載置台装置、 成膜装置、 及び成 膜方法に関する。 こ こで、 半導体処理と は、 半導体ウェハや
L C D (Liquid crystal display)や F P D (Flat Panel Display) 用のガラ ス基板などの被処理基板上に半導体層、 絶縁層、 導 電層などを所定のパターンで形成する こ と によ り 、 該被処理 基板上に半導体デバイ スや、 半導体デバイスに接続される配 線、 電極などを含む構造物を製造するために実施される種々 の処理を意味する。
背景技術
半導体集積回路の製造においては、 半導体ウェハ等のシリ コン基板に対して、 成膜とパターンエッチングと を繰り 返し 行って、 多数の所望の半導体デバイスを形成する。 各デバイ ス間を接続する配線、 各デバイ スに対する電気的コ ンタ ク ト を図る配線層の下層にはバリ ヤ層が用いられる。 バリ ヤ層は コンタク ト メ タルと配線材料と の相互拡散を抑制する 目的、 或いは下地層と配線層 との剥離を防止する 目的で利用される バ リ ヤ層 と しては、 電気抵抗が低いこ と は勿論のこ と、 密着 性、 耐熱性、 バ リ ヤ性、 耐腐食性に優れた材料を用いなけれ ばな らない。 このよ う な要請に対応でき るバ リ ヤ層の材料と して、 特に、 T i N膜が使用される。
T i N膜のバ リ ヤ層を形成する場合、 T i C 1 4 ガス と N H3 ガスが使用 され、 C V D (Chemical Vapor Deposition) によ り所望の厚さの T i N膜が堆積される。 この場合、 半導 体ウェハを処理容器内に搬入するのに先立って、 載置台の表 面に、 T i N膜よ り なるプリ コー ト層が予め形成される。 プ リ コー ト層は、 ウェハの熱的面内均一性を保持し、 且つ載置 台等に含まれる金属元素に起因する金属汚染等を防止する 目 的で使用される。
プリ コー ト層は、 処理容器內をク リ ーニングする毎に除去 されて しま う。 このため、 ク リ ーニング後は、 半導体ウェハ を処理容器内に搬入するのに先立って、 載置台の表面にプリ コー ト層を形成する。 例えば、 T i Nプリ コー ト層は、 T i 膜を C V Dで形成するステ ップと 、 N H3 ガスで T i 膜を窒 化するステ ップと によ り 形成する。
この点に関し、 下記の 3 つの文献を従来技術と して挙げる こ と ができ る。
特許文献 1 ： 特開平 1 0 — 3 2 1 5 5 8 号公報。
特許文献 2 ： 特開 2 0 0 1 — 1 4 4 0 3 3 号公報 （段落 番号 0 0 1 3 — 0 0 2 0、 図 1 及び図 2 ) 。
特許文献 3 ： 特開 2 0 0 1 — 1 9 2 8 2 8 号公報。
特許文献 1及び特許文献 2 は、 T i 膜や T i N膜のプリ コ 一ト層を載置台の表面に形成する技術を開示する。 特許文献 3 は、 アイ ドリ ング運転後の成膜処理において、 最初の 1 枚 目が不安定と な り 、 再現性及び面間膜厚均一性が劣化する と い う 問題を開示する。 特許文献 3 は、 この問題を解決する手 段と して、 アイ ドリ ング運転後に、 原料ガスまたは還元ガス のいずれか一方を短時間だけ、 1 枚目 の成膜処理する直前に 流す技術を開示する。
T i 膜の枚葉成膜に関 し、 半導体デバイ スの薄膜化及び電 気的特性の向上の見地から、 T i 膜の膜厚 （膜厚が非常に薄 い） の面内及び面間均一性を高く する こ とが必要となる。 面 内均一性と は、 1 枚の ウェハの表面における T i 膜の膜厚の 均一性を意味する。 面間均一性と は、 複数枚のウェハ間にお ける T i 膜の膜厚の均一性 （再現性と も称す） を意味する。
従来技術では、 装置の稼働率を高めるため、 ウェハに対す る成膜処理に先立って載置台に形成するプリ コ ー ト層の厚さ は小さい。 例えば、 従来技術におけるプリ コー ト層の厚さは
0 . 3 6 /z m程度である。 このプリ コー ト層は、 プラズマ C V D によ る非常に薄い T i 膜の堆積と、 T i 膜の窒化処理と よ り なるサイ クルを 1 8 回程度行って形成する。 この場合、 最初のある枚数のウェハに堆積した T i 膜の膜厚及び比抵抗 が安定せずに変動して しま う 、 とい う 問題が見出されている c 発明の開示 .
本発明は、 被処理基板上に形成される膜の少な く と も面間 均一性を高く する こ とが可能な、 半導体処理用の载置台装置- 成膜装置、 及び成膜方法を提供する こ と を 目的とする。
本発明はまた、 被処理基板上に形成される膜の面内均一性 及び面間均一性を高く する こ と が可能な、 半導体処理用の成 膜方法を提供する こ と を目的とする。
本発明の第 1 の視点は、 半導体処理用の成膜処理容器内に 配設される載置台装置であって、
被処理基板を載置する上面及び前記上面から立ち下がる側 面と を有する載置台と、
前記載置台内に配設され且つ前記上面を介 して前記基板を 加熱する ヒータ と、
前記载置台の前記上面及び前記側面を被覆する C V Dプリ コー ト層 と、 前記プリ コー ト層は、 前記ヒ ータの加熱に由来 する前記上面及び前記側面からの幅射熱量を実質的に飽和さ せる厚さ以上の厚さ を有する よ う に設定される こ と と、 を具備する。
本発明の第 2 の視点は、 半導体処理用の成膜装置であって 被処理基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、 前記処理容器内を排気する排気部と、
前記処理容器内に配設され且つ前記基板を载置する上面及 び前記上面から立ち下がる側面と を有する載置台と、
前記載置台内に配設され且つ前記上面を介 して前記基板を 加熱する ヒ ータ と、
前記載置台の前記上面及び前記側面を被覆する C V Dプリ コー ト層 と、 前記プリ コー ト層は、 前記ヒータの加熱に由来 する前記上面及び前記側面からの幅射熱量を実質的に飽和さ せる厚さ以上の厚さ を有する よ う に設定される こ と と、 を具備する。
本発明の第 3 の視点は、 半導体処理用 φ成膜方法であって 成膜装置を準備する工程と、 前記成膜装置は、 被処理基板 を収容する処理容器と、 前記処理容器内に処理ガスを供給す るガス供給部と、 前記処理容器内を排気する排気部と、 前記 処理容器内に配設され且つ前記基板を載置する上面及び前記 上面から立ち下がる側面と を有する載置台と 、 前記載置台内 に配設され且つ前記上面を介して前記基板を加熱する ヒータ と、 を具備する こ と と、
前記処理容器内に前処理ガスを供給して C V D処理を行う こ と によ り 、 前記載置台の前記上面及び前記側面を被覆する C V Dプリ コ ー ト層を形成する工程と、 前記プリ コ ー ト層は 前記ヒ ータ の加熱に由来する前記上面及び前記側面からの幅 射熱量を実質的に飽和させる厚さ以上の厚さを有する よ う に 設定される こ と と、
前記プリ コー ト層を形成した後、 前記基板を前記処理容器 内に搬入して前記載置台の前記上面上に前記基板を載置する 工程と、
前記処理容器内に主処理ガスを供給して主成膜処理を行う こ と によ り 、 前記载置台上の前記基板上に膜を形成する工程 と、
を具備する。
本発明の第 4 の視点は、 第 3 の視点の方法において、 前記プリ コー ト層を形成する工程は、 熱 C V Dによ り T i
N膜を形成する成膜ステ ップを含むこ と と 、
前記ガス供給部は前記載置台の上方に配設されたシャ ワー ヘッ ドを含むこ と と 、
前記主成膜処理はプラズマ C V Dによ り 行 う こ と と、 前記熱 C V Dにおいて、 前記シャ ワーへッ ドの温度が前記 プラズマ C V Dを行 う 時の前記シャワーヘッ ドの温度と略同 じ温度になる よ う に前記載置台の温度を設定する こ と と、 を具備する。
本発明の第 5 の視点は、 半導体処理用の成膜方法であって 成膜装置を準備する工程と、 前記成膜装置は、 被処理基板 を収容する処理容器と、 前記処理容器内に処理ガスを供給す るガス供給部と 、 前記処理容器内を排気する排気部と、 前記 処理容器内に配設され且つ前記基板を載置する上面を有する 載置台と、 前記処理容器内にプラズマを生成する励起機構と を具備する こ と と、
前記処理容器内に第 1 処理ガスを供給してプラズマ C V D によ り 第 1 処理を行う 工程と、 前記第 1 処理ガスは電離によ り 主に第 1 極性のイオンを生じるガスである こ と と、
前記第 1 処理の後、 前記処理容器内の状態を安定化させる 安定化処理を行う 工程と、 前記安定化処理は、 電離によ り 主 に第 1 の極性と逆の第 2極性のイオンが生じる安定化処理ガ ス.を前記処理容器内に供給してプラズマ化する よ う に設定さ れる こ と と、
前記安定化処理後、 前記基板を前記処理容器内に搬入 して 前記載置台の前記上面上に前記基板を載置する工程と、
前記処理容器内に主処理ガスを供給してプラズマ C V Dに よ り 主成膜処理を行 う こ と によ り 、 前記載置台上の前記基板 上に膜を形成する工程と、
を具備する。
上述の第 1 乃至第 3 の視点によれば、 複数の被処理基板に 対する成膜処理が進んでも、 載置台が熱的に安定化している ため、 成膜処理の再現性が向上する。 このため、 被処理基板 上に形成した膜の膜厚及び比抵抗等の特性の面間均一性 （再 現性） が向上する。
上述の第 4の視点によれば、 プリ コー ト層を形成する工程 と主成膜処理と でシャ ワーヘッ ドに温度差がほと んど生 じな い。 このため、 被処理基板上に形成した膜の膜厚及び比抵抗 などの特性の面内均一性 （特に 1 枚目 の被処理基板） 及び面 間均一性が向上する。
上述の第 5 の視点によれば、 載置台 と被処理基板との間で 異常.放電が発生する こ と を阻止する こ とができ る。 このため 被処理基板上に形成した膜の膜厚及び比抵抗などの特性の面 內均一性 （特に 1 枚目 の被処理基板） 及び面間均一性が向上 する。
図面の簡単な説明
図 1 は、 本発明の実施形態に係る半導体処理用の成膜装置 を示す構成図。
図 2 A乃至図 2 Cは、 夫々プリ コー ト層が形成された載置 台の一例を示す断面図。
図 3 A乃至図 3 Dは、 プリ コー ト層を形成するための異な る方法を夫々示すタイ ムチヤ一 ト。
図 4は、 プリ コー ト層の膜厚と抵抗加熱ヒータの消費電力 ( % ) と の関係を示すグラ フ。
図 5 は、 プリ コー ト層の膜厚を変化させた時のマッチング 回路のロー ド位置とチューン位置の変化を示すグラフ。
図 6 は、 実施形態の処理装置と従来の処理装置と を用いて 製品 ウェハを処理した時の T i 膜の比抵抗の変化を示すグラ フ。
図 7 は、 プリ コー ト層の形成時の温度と ウェハの成膜温度 と の関係が、 プリ コー ト膜厚及び面間均一性に及ぼす影響を 示すグラ フ。
図 8 は、 処理装置を長時間に亘つてアイ ド リ ング運転した 後に成膜を開始した時の、 1 枚目 の製品ウェハにおける堆積 膜の比抵抗を示すグラフ。
図 9 A及び図 9 B は、 半導体ウェハと載置台と の間に放電 が発生する原因を説明するための説明図。
図 1 0 A及び図 1 0 Bは、 安定化処理を行 う ための異なる 方法を夫々示すタイ ムチヤ一 ト。
図 1 1 A及び図 1 1 Bは、 安定化処理の有無と 1 枚目 の製 品ウェハにおける T i 膜の比抵抗との関係を示す図。
図 1 2 はプリ コー ト工程の具体的なプロセス条件の一例を 示す図。
図 1 3 は安定化処理の具体的なプロセス条件の一例を示す 図。
発明を実施するための最良の形態
本発明者等は、 本発明の開発の過程において、 載置台に形 成するプリ コー ト層について研究を行った。 その結果、 以下 に述べる よ う な知見を得た。
プリ コー ト層の厚さ をある厚さ （閾値） 以上の厚さ にする と、 載置台の上面及び側面からの幅射熱量が変化 しな く なる (実質的に飽和する） 。 幅射熱量が実質的に飽和するブリ コ ー ト層の厚さは、 通常成膜処理で使用 される温度範囲 （例え ば、 高融点金属の窒化膜であれば、 3 5 0 〜 7 5 0 °C ) にお いては、 載置台の温度に依存しない。
プリ コ ー ト層の厚さ を上述のよ う な閾値以上に設定する と ウェハの処理中に副生成物が更に堆積しても、 載置台の上面 及び側面からの幅射熱量が実質的に変化しない。 即ち、 枚葉 処理される ウェハの枚数が増加 しても、 載置台からの幅射熱 量の条件は一定に維持される （熱的安定性） 。 このため、 複 数のウェハに対して処理時の熱的条件を一定に維持し、 ゥェ ハ上に形成される膜の面間均一性を高く する こ と が可能とな る。 その詳細については後述する。
以下に、 この よ う な知見に基づいて構成された本発明の実 施の形態について図面を参照して説明する。 なお、 以下の説 明において、 略同一の機能及び構成を有する構成要素につい ては、 同一符号を付し、 重複説明は必要な場合にのみ行う。
(第 1 実施形態）
図 1 は、 本発明の実施形態に係る半導体処理用の成膜装置 を示す構成図である。 図 2 A乃至図 2 Cは、 夫々 プリ コー ト 層が形成された载置台の一例を示す断面図である。 本実施形 態では、 プラズマ C V D と窒化処理と を用いて、 或いは熱 C V Dを用いて T i Nを含む膜のプリ コー ト層を形成する場合 を例にと って説明する。
図 1 に示すよ う に、 処理装置 2 は、 例えば A 1 、 または A 1 合金材料等によ り 円筒体状に成形された処理容器 4 を有す る。 処理容器 4 の底部 6 の中央部に開口 7 が形成され、 開口 7 は下方側に突出する排気室 9 によって気密に閉鎖される。 排気室 9 の側壁には、 容器内の雰囲気を排出するための排気 口 8 が形成され、 排気口 8 には真空引きポンプ 1 0が配設さ れた排気系 1 2 が接続される。 排気系 1 2 によ り 、 処理容器 4 内を底部周辺側から均一に真空引きする こ とができ る。 被処理基板である半導体ウェハ Wを載置するため、 処理容 器 4 内に円板状の載置台 1 6 が配設される。 載置台 1 6 は、 排気室 9 の底部 6 よ り 処理容器 4 内へ起立 した支柱 1 4上に 支持される。 具体的には、 載置台 1 6 は、 例えば A 1 Nなど のセラ ミ ック よ り な り 、 この内部には加熱手段と して抵抗加 熱ヒ ータ 1 8 が埋め込まれる。 抵抗加熱ヒータ 1 8 は、 支柱 1 4 内を通る配線 2 0 を介 して電源 2 2 に接続される。 抵抗 加熱ヒータ 1 8 は面内で複数の加熱ゾーンに分割され （図示 せず） 、 加熱ゾーン毎に別個独立 して制御でき る。 また、 .載 置台 1 6 には、 載置台 1 6 に対する ウェハ Wの移載をア シス トするため、 ピン孔 2 1 内を昇降可能な リ フ ト ビン 2 3 が配 設される。 リ フ ト ビ ン 2 3 は容器底部 6 にべローズ 2 5 を介 して接続されたァクチユエータ 2 7 によ り 昇降される。
载置台 1 6 の上面の近傍には、 例えばメ ッシュ状の下部電 極 2 4が埋め込まれる。 下部電極 2 4 は配線 2 6 を介 してマ ツチング回路 2 7及び R F電源 2 9 に接続される。 下部電極 2 4 に R F電力を印加する こ と によ り 、 被処理基板に 自 己バ ィ ァ スをかける こ と ができ る。 載置台 1 6 の表面を座ぐる こ と によ り 、 被処理基板をガイ ドする凹部が形成される。
載置台 1 6 の熱的安定性を向上させるため、 載置台 1 6 の 表面はプリ コー ト層 2 8 によ り 被覆される。 図 1 及び図 2 A に示すよ う に、 プリ コー ト層 2 8 は載置台 1 6 の上面、 側面 及ぴ下面の全ての面に形成されるのが最も望ま しい。 しかし 成膜時に载置台からの幅射熱量が変化しないよ う に、 プリ コ ー ト を別の態様で形成する こ と もでき る。 例えば、 図 2 B に 示すよ う に、 プリ コー ト層 2 8 は載置台 1 6 の上面と側面の みに形成 しても よい。 また、 図 2 Cに示すよ う に、 プリ コー ト層 2 8 は載置台 1 6 の上面のみに形成しても よい。 なお、 図 2 A乃至図 2 Cでは、 抵抗加熱ヒータ 1 8や下部電極 2 4 等の記載は省略する。
本実施形態において、 プリ コー ト層 2 8 は、 こ の装置で半 導体ウェハ Wに対して成膜する ソースガス と 同 じガス で成膜 され、 即ち、 プリ コー ト層 2 8 は、 T i Nを含む膜よ り なる プリ コー ト層 2 8 は、 ヒータ 1 8 の加熱に由来する载置台 1 6 の上面、 側面及び下面 （少な く と も上面と側面） からの幅 射熱量を実質的に飽和させる厚さ以上の厚さ T 1 を有する よ う に設定される。 換言する と、 プリ コー ト層 2 8 の厚さ T 1 は、 載置台の温度を実質的に略一定と した時にその膜厚が変 化 しても載置台 1 6 から放出される幅射熱量が略一定と なる よ う な範囲の厚さに設定される。
例えば、 プリ コー ト層 2 8 の厚さ T 1 は、 0 . 4 /z m以上 好ま しく は 0 . 5 μ πι以上に設定される。 この T i Nを含む 膜の形成方法及び 0 . 5 μ mの根拠については後述する。 な お、 処理のスループッ ト を考慮する と、 プリ コー ト層 2 8 の 厚さ T 1 は、 2 0 / πα以下である こ と が好ま しい。 一方、 処理容器 4 の天井には、 必要な処理ガス を導入する ため、 シャ ワーへッ ド 3 0 が絶縁部材 3 2 を介して気密に取 り 付け られる。 シャ ワーへッ ド 3 0 は載置台 1 6 の上面の略 全面を覆う よ う に対向 し、 載置台 1 6 との間に処理空間 S を 形成する。 シャ ワーヘッ ド 3 0 は、 処理空間 S に各種のガス をシャ ワー状に導入する。 シャ ワーへッ ド 3 0 の下面の噴射 面 3 4 にはガス を噴射するための多数の嘖射孔 3 6 A、 3 6 B が形成される。 なお、 シャ ワーヘッ ド 3 0 は、 内部でガス を混合するプリ ミ ッ ク ス型や、 内部では別々 にガスを通 して 処理空間 S にて初めて混合させるボス ト ミ ッ ク ス型の構造と する こ と ができ る。 本実施形態において、 シャ ワーヘッ ド 3 0 は、 以下に説明する よ う にボス ト ミ ッ ク ス型の構造をなす ( シャ ワーへッ ド 3 0 内は 2 つの空間 3 0 A、 3 0 B に分離 区画される。 空間 3 0 A、 3 O B は夫々各噴射孔 3 6 A、 3 6 B に連通される。 シャ ワーヘッ ド 3 0 の上部には、 ヘッ ド 内の各空間 3 0 A s 3 O B に夫々 のガスを導入するガス導入 ポー ト 3 8 A、 3 8 Bが形成される。 ガス導入ポー ト 3 8 A .
3 8 B にはガスを流す供給通路 4 0 A、 4 0 Bが夫々接続さ れる。 供給通路 4 O A、 4 O B には、 夫々複数の分岐管 4 2 A、 4 2 Bが接続される。
一方の分岐管 4 2 B には、 処理ガス と して N H3 ガスを貯 留する N H 3 ガス源 4 4 、 H 2 ガスを貯留する H 2 ガス源 4 6 、 不活性ガス と して例えば N 2 ガスを貯留する N 2 ガス源
4 8 が夫々.接続される。 他方の各分岐管 4 2 Aには、 不活性 ガス と して例えば A r ガスを貯留する A r ガス源 5 0 、 成膜 用の例えば T i C 1 4 ガス を貯留する T i C 1 4 ガス源 5 2 . ク リ ーニングガス と しての C 1 F 3 ガス を貯留する C 1 F 3 ガス源 5 1 が夫々接続される。
各ガス の流量は、 夫々の分岐管 4 2 A、 4 2 B に配設 した 流量制御器、 例えばマス フ ローコ ン ト ローラ 5 4 によ り 制御 される。 各分岐管 4 2 A、 4 2 B に配設したバルブ 5 5 の開 閉で各ガスの導入が行われる。 本実施形態では、 成膜時の各 ガスを 1 つの供給通路 4 0 A s 4 O B 内を混合状態で供給す る場合を示す。 代わ り に、 一部のガス或いは全てのガスを個 別に異なる通路内に供給し、 シャ ワーヘッ ド 3 0 内、 或いは 処理空間 S にて混合させる、 いわゆるボス ト ミ ッ ク ス型のガ ス搬送構造を用いる こ と ができ る。 T i C 1 4 ガス源 5 2 の 分岐管 4 2 Aと排気系 1 2 との間には、 開閉弁 6 7が配設さ れたプリ フ ロー配管 6 9 が接続される。 プリ フ ロ ー配管 6 9 は、 T i C l 4 ガスを処理容器 4 内に導入する直前に、 流量 を安定化させる よ う に数秒間流すために使用 される。
シャ ワー へッ ド 3 0 は上部電極と して も機能し、 プラズマ 発生用 と して、 例えば 4 5 0 k H z の高周波 （ R F ) 電源 5 6 が配線 5 8 を介して接続される。 R F電源 5 6 の周波数と しては、 例えば 4 5 0 k H z 〜 6 0 M H z が使用 される。 配 線 5 8 には、 イ ンピーダンス整合を行 う マ ッチング回路 6 0 及び R F を遮断するスィ ッチ 6 2 が順次配設される。 なお、 この処理装置 2 は、 高周波を遮断してプラズマを生成する こ と な く 処理を行えば熱 C V D装置と して機能する。
処理容器 4 の側壁にはウェハを般出入する際に開閉される ゲー トバルブ 6 4 が配設される。 载置台 1 6 の上には、 ブラ ズマの使用ではフォーカス リ ング、 熱 C V Dではガイ ド リ ン グ等が配設されるが、 こ こでは図示を省略する。
次に、 以上のよ う に構成された処理装置を用いて行われる プリ コー ト層 2 8 の形成方法について図 3 A乃至図 3 Dを参 照 して説明する。 図 3 A乃至図 3 Dは、 プリ コー ト層を形成 するための異なる方法を夫々示すタイ ムチヤ一 トである。
最初に図 3 Aに示す方法について説明する。 まず、 処理容 器 4 内の载置台 1 6 上に、 半導体ウェハ Wを何ら載置 してい ない状態と し、 処理容器 4 内を密閉する。 処理容器 4 内は、 例えば成膜処理工程の後にク リ 一二ング処理されて不要な膜 が全て除去された状態、 またはメ ンテナンス された状態にあ る。 従って、 載置台 1 6 の表面には何らプリ コー ト層がつい ておらず、 载置台 1 6 の素材が剥き出 し状態にある。 或いは. 新しい装置を立上げたばかり で、 処理容器 4 内が処理されて いない状態にある。
処理容器 4 内を密閉 したな らば、 A r ガス及ぴ H 2 ガス を 夫々 シャ ワーへッ ド 3 0 から所定の流量で処理容器 4 内に導 入する。 これと共に、 真空引きポンプ 1 0 によ り 処理容器 4 内を真空引き し、 所定の圧力に維持する。
この時の載置台 1 6 は、 載置台 1 6 に埋め込んだ抵抗加熱 ヒータ 2 0 によ り 所定の温度によ り加熱維持される。 これと 同時に、 ス ィ ッ チ 6 2 をオン して シャ ワ ーヘ ッ ド （上部電 極） 3 0 と載置台 （下部電極） 1 6 と の間に R F電圧を印加 し、 処理空間 S に A r ガス と H 2 ガス と の混合ガスのプラズ マを生成する。 こ の状態で T i C 1 4 ガスを例えば 5 〜 1 2 0秒、 好ま しく は 3 0 〜 6 0秒間程度の短い時間流す。 この よ う に して、 プラズマ C V Dによ り 非常に薄い T i 膜を、 1 0 n m以上、 例えば 2 0 n m程度の膜厚で載置台 1 6 の表面 に堆積させる成膜ステ ップを行 う。 次に、 プラズマを生成し た状態 （ A r / H 2 を流す） で、 T i C 1 4 ガス の供給を停 止する。 これと 同時に、 N H 3 ガスを例えば 5 〜 1 2 0秒、 好ま しく は 3 0 〜 6 0秒間程度の短い時間だけ流す。 このよ う に して、 上記 T i 膜を窒化処理する窒化ステ ップを行 う。 これによ り 、 1 サイ ク ルの T i Nを含む膜の形成処理を完了 する。
次に、 処理容器 4 内の残留する処理ガスを、 例えば H 2 ガ ス等の不活性ガスを供給して短時間パージして排除する。 次 に、 上記と 同様な操作を行って 2 サイ クル目 から例えば 5 0 サイ クル目 まで、 同様に T i Nを含む膜の形成処理を繰り 返 し実行して薄い T i Nを含む膜を多層に積層する。 これによ り 、 前述 したよ う に全体で 0 . 4 Ai m以上、 好ま しく は 0 . 5 μ πι以上の厚さの T i Nを含む膜よ り なるプリ コー ト層 2 8 を形成する。 T i Nを含む膜は、 表面のみが窒化された T i 膜でも よい し、 全体が T i N膜になっても よい。 特に幅射 熱の特性を考慮する と全体が T i N膜になる こ と が好ま しい c
1 サイ クルにおいて堆積される T i 膜を過度に厚く する と、 この T i 膜を十分に窒化し難く なる。 このため、 1 サイ クル の好ま しい最大膜厚は例えば 0 . 0 5 // m以下であ り 、 よ り 好ま しく は 0 . 0 3 μ ΐη以下である。 1 サイ クル当た り に形 成される T i Νを含む膜の厚さ を可能な限り 大き く できれば, 上記繰り 返しのサイ クル数は少な く て済む。 いずれに しても 全体で 0 . 4 /i m以上で好ま し く は 0 . 5 μ πι以上の厚さの プリ コー ト層 2 8 を得る。
プリ コー ト層 2 8 の厚さ は、 上記の値以上厚く しても載置 台 1 6 からの幅射熱量は変化せずに略一定と なる。 換言すれ ば、 ウェハに対する成膜処理によ り T i Nを含む膜が載置台 1 6 に付着しても幅射熱量は変化しない。 なお、 処理のスル 一プッ ト を考慮し、 プリ コー ト層 2 8 の厚さ は 2 0 ju m以下- 好ま しく 2 μ πι以下、 よ り 好ま しく は 1 . Ο μ πι未満とする c 図 3 Aのプリ コー ト工程におけるプロ セ ス条件は次の通 り である。 丁 1 じ 1 4 ガスの流量は 2〜 1 0 0 3 0 (： 111、 好ま しく は 4〜 3 0 s c c m程度である。 N H3 ガス の流量は 5 0〜 5 0 0 0 s c c m、 好ま しく は 4 0 0〜 3 0 0 0 s c c m程度である。 処理圧力は全体を通じて 6 6 . 6〜 1 3 3 3 P a 、 好ま しく は 1 3 3 . 3〜 9 3 3 P a 程度である。 载置 台温度は全体を通じて 4 0 0〜 7 0 0 °C、 好ま しく は 6 0 0 〜 6 8 0 °Cである。
このよ う に して、 プリ コー ト工程が終了 したな らば、 次に 製品 ウェハに対して、 T i 膜の成膜処理を 1 枚毎に実行 して 行く 。
図 1 2 は上記プリ コー ト工程の具体的なプロ セ ス条件の一 例を示す図である。 図 1 2 に示すよ う に、 ステップ 1 の " P r e F 1 o w " では、 A r ガス、 H 2 ガスが処理容器 4 内に 導入され、 抵抗加熱ヒータ 1 8 によ り 载置台 1 6 が十分に加 熱されて所定の温度が維持される。 一方、 T i C 1 4 ガス は プ リ フ ローラ イ ン配管 6 9 を介 して排気され、 T i C l 4 ガ ス の流量が安定化される。
この際の条件は、 例えば次の よ う に設定される。 プロセス 温度は 6 4 0 °Cを維持され、 プロ セス圧力は 6 6 . 6 〜 1 3 3 3 P a 、 例えば 6 6 6 . 7 P a 或いは 6 6 7 P a に維持さ れる。 T i C 1 4 ガス の流量は 4 〜 5 0 s c c m、 例えば 1 2 s c c mであ る。 A r ガス の流量は 1 0 0 〜 3 0 0 0 s c c m、 例えば 1 6 0 0 s c c mである。 H 2 ガス の流量は 1 0 0 0 〜 5 0 0 0 s c c m、 例えば 4 0 0 0 s c c mである， ス テ ッ プ 2 の " P r e P L S M，， では、 例えば 4 5 0 k H z の R F ( R F ) が上部電極のシャ ワ ーヘッ ド 3 0 に印力口さ れ、 プラ ズマが数秒 （例えば 1 秒） 立て られて安定化される , なお、 ステ ッ プ 2 においてプラ ズマを生成 しな く ても よ く 、 即ち、 ステ ップ 2 を実質的に省略する こ と ができ る。 ステ ツ プ 3 の " D e p o " では、 T i C 1 4 ガス を処理容器 4 内 に 流 して T i 膜を形成する。 こ の時の成膜時間は 3 0 s e c で ある。
ステ ップ 4 の " A F T D e p o " では、 R F を停止 し、 原 料ガス導入配管内の原料ガス を排出する。 ス テ ッ プ 5 の " G a s C h a n g " では、 H 2 ガス の流量を 4 0 0 0 s c c m から 2 0 0 0 s c c mまで減少させ、 処理容器 4 内の処理ガ ス を置換排気する。 ステ ップ 6 の " P r e N H 3 " では、 プ ラ ズマを生成する前に N H3 ガス を流 し始めて こ の流量を 5 0 0 〜 3 0 0 0 s c c m、 例えば 1 5 0 0 s c c mに設定し 処理容器 4 内に導入 して安定化させる。
ステ ップ 7 の " N i t r i d e " では、 上部電極のシャ ヮ 一へッ ド 3 0 に R F 4 5 0 k H z を印力 f] し、 先に成膜 した T i 膜を窒化する。 なお、 この際、 A r ガス、 H 2 ガスは処理 容器 4 内へ流れている。 この窒化処理の時間は 5 〜 1 2 0 s e c 、 例えば 3 0 s e c である。 次に、 ステ ップ 8 の " R F S t o " では、 R F の印加を停止 して窒化処理を停止する， この一連の動作によ るプ リ コー ト工程を 1 サイ クルと して 以後、 同様な一連の操作を複数回、 例えば 5 0 回繰 り 返すこ と で積層プリ コー ト層が形成される。 次に製品 ウェハを処理 容器 4 内に搬入 して、 ウェハ上にプラ ズマ C V D で T i 膜を 形成する形成工程が行われる。
上記成膜方法では、 T i 膜の窒化処理と してプラズマを利 用 したプラズマ窒化処理を行った場合について説明 した。 し かし、 こ のプラ ズマ窒化処理に代えてプラ ズマを用いないで 熱に よ る窒化処理を行 う よ う に しても よい。 この熱に よ る窒 化処理は、 プラズマ C V D によ る T i 膜の成膜後に、 スイ ツ チ 6 2 を O F F して R F電圧の印加を停止する。 これと 共に T i C 1 4 ガス を停止 し、 A r ガス と H 2 ガス の供給を維持 して、 N (窒素） を含むガス、 例えば N H 3 ガス を供給 して 窒化処理を行 う 。 代わ り に、 N H 3 ガス、 H 2 ガス を夫々 所 定の流量で供給を行い、 プラズマを用いないで熱によ る窒化 処理を行 う こ と ができ る。 窒素を含むガス には、 例えば M M H (モノ メ チノレヒ ドラ ジン） を添カ卩 しても よい し、 M M Hの みでも よい。 熱によ る 窒化処理を行 う プロセス条件は次の通 り である。 各ガスの流量は、 例えば、 N H 3 ガスが 5 〜 5 0 0 0 s c c m、 ^：2 ガスカ^ 5 0 〜 5 0 0 0 3 <: ： 111、 A r ガスが 5 0 〜
2 0 0 0 s c c m、 N2 ガス力 s 5 0 〜 2 0 0 0 s c c m、 M MHガスが 1 〜 1 0 0 0 s c c m程度である こ と が好ま しい, 圧力及び载置台温度は夫々 プラ ズマ C V D に よ る成膜ステ ツ プと 同 じである。 この時のプリ コー ト膜の厚さ は、 ほぼ 0 .
4 〜 2 mの範囲が好ま し く 、 よ り 好ま し く はほぼ 0 . 5 〜
0 . 9 /i mである。
次に、 図 3 B に示す方法について説明する。 この方法は、 プラ ズマを用いない熱 C V D に よ り 直接的に T i N膜を、 プ リ コー ト膜と して形成する方法である。 即ち、 処理容器 4 内 にウェハを搬入 してない状態で処理容器 4 内に付着 した不要 な付着物をク リ ーニング処理後に、 プラズマを用いないで熱 C V D に よ り 直接的に T i N膜を形成する。 この時の成膜ガ ス は T i C 1 4 ガス と N H3 ガス と N 2 ガス と を用いる。 こ の熱 C V D によ る T i N膜の形成は、 反応速度が速いため成 膜レー ト が高 く て短時間でプリ コー ト工程を行 う こ と ができ る。 しかも ステ ップカバ レジも 良好 （速いため） なので、 载 置台 1 6 の上面のみな らず、 側面や裏面に も十分に T i N膜 を施すこ と ができ る。
この熱 C V D によ る T i N膜のプリ コー ト膜の形成では、 図 3 Aに示 したよ う に繰 り 返 しを行 う こ と な く 、 一度に 0 .
の厚さのプリ コー ト層 2 8 を短時間で形成する こ と が でき る。 この場合、 プリ コー ト層 2 8 の膜厚は、 載置台 1 6 からの幅射熱量の変化 しない 0 . 4 〜 2 μ mが好ま しい。 ま た処理のス ループッ ト を考慮し、 プリ コ ー ト層 2 8 の厚さは 2 0 μ πι以下、 好ま しく 1 . Ο μ πα未満、 例えば 0 . 5 〜 0 , 9 mとする。
図 3 Aに示す方法ではプリ コ ー ト工程は 6 4分程度である のに対して、 図 3 B に示す方法ではプリ コ ー ト工程は 3 4分 程度に短縮化する.こ と ができ る。 図 3 B のプリ コ ー ト工程に おけるプロ セ ス条件は次の通り である。 各ガス の流量は、 例 えば、 T i C l 4 ガス 力 〜 ： L O O s c c m、 N H3 ガス が 5 0 ~ 5 0 0 0 s c c m、 N2 ガス 力 s 5 0 〜 5 0 0 0 s c c m程度である。 また、 圧力及び載置台 1 6 の温度及びブリ コ 一 ト膜厚は、 図 3 Aを参照 して説明 した場合と夫々同 じであ る。
図 3 B に示す方法は、 図 3 Cに示すよ う に変更する こ とが でき る。 図 3 Cに示す方法では、 まず、 図 3 B にて説明 した よ う に熱 C V Dによ り T i N膜を直接的に形成する。 次に、 プラズマを用いた窒化処理、 或いはプラズマを用いない熱に よ る窒化処理 （図 3 A参照） を短時間だけ行 う。 これによ り プリ コー ト層 2 8 の表面の安定化がよ り効果的と なる。 その プロ セス条件及びプリ コー ト膜厚は、 前記と 同 じ条件である 図 3 B に示す方法は、 図 3 Dに示すよ う に変更する こ とが でき る。 図 3 Dに示す方法では、 まず、 図 3 B にて説明 した よ う に熱 C V Dによ り T i N膜を直接的に形成する。 次に、 図 3 Aにて示すプラズマ C V Dによる T i 膜の成膜ステ ップ と、 こ の Τ ί 膜を窒化処理して T i Nを含む膜とする窒化ス テ ツ プと を少な く と も 1 サイ クルだけ施す。 これによ り 、 プ リ コ ー ト層 2 8 の表面の安定化がよ り 効果的 と なる。
更には、 図 3 B、 図 3 C及び図 3 D に示す各方法は次の よ う に変更する こ と 力 でき る。 （ 1 ) 図 3 B の方法において、 熱 C V D によ り T i N膜を形成する際の 1 回のステ ッ プを短 時間にする。 これに よ り 、 1 回のサイ クルの膜厚を小 さ く 、 例えば 5 〜 5 0 n m、 好ま し く は 2 0 〜 3 0 n mに設定 し、 T i Nを繰 り 返 し成膜する。 （ 2 ) 図 3 Cの方法において、 短時間の T i N膜の成膜ステ ッ プと 、 窒化ステ ップと を複数 サイ クル繰り 返 し行って所定の厚さ のプリ コー ト層 2 8 を得 る。 （ 3 ) 図 3 Dの方法において、 短時間の T i N膜の成膜 ステ ップと 、 プラズマ C V D に よ る T i 膜の成膜ステ ップと ， 窒化ステ ップと を複数サイ クル繰 り 返 し行って所定の厚さ の プリ コー ト層 2 8 を得る。 これ らの場合、 プ リ コー ト層 2 8 の厚さ は、 例えば 0 . 4 〜 2 μ mが好ま しい。
次に、 載置台 1 6 表面のプリ コー ト層 2 8 の厚さ と 、 半導 体ウェハの表面に堆積される T i N膜の厚さ の再現性 と の関 係について説明する。 上述のよ う に、 プリ コー ト層 2 8 は、 ヒ ータ 1 8 の加熱に由来する載置台 1 6 の上面、 側面及び下 面か らの幅射熱量を実質的に飽和 させる厚さ以上の厚さ を有 する よ う に設定される。 換言する と 、 プリ コー ト層 2 8 の厚 さ は、 載置台の温度を実質的に略一定 と した時にその膜厚が 変化 して も載置台 1 6 から放出 される幅射熱量が略一定と な る よ う な範囲の厚さ に設定される。
従来技術によれば、 処理容器内に ウェハを搬入 しないで、 載置台の表面に 1 回で所望の膜厚の T i 膜を形成し、 窒化し てプリ コー ト膜を形成する。 次に、 ウェハを搬入して半導体 ウェハの表面にプラズマ C V Dによ り T i 膜を形成し、 更に これを窒化する こ と によ り T i N膜を形成する。 この際、 処 理開始の当初ではウェハ処理の枚数が増加するに従って、 シ ャ ヮ一へッ ド 3 0 の温度も上昇してある程度の枚数に到達す る と温度は略一定と なる。
処理空間 S に発生するプラズマによ り 、 発生する熱量と、 載置台 1 6 から放出 される幅射熱量の変化に起因 して、 シャ ヮ一へッ ド 3 0 の温度が大き く 変化する。 シャ ワーへッ ド 3
0 の温度が変化する と、 この近傍で消費される T i C 1 4 ガ ス の.プリ カーサ （ T i C l x : X = 1 〜 3 ) の量が変化す る。 その結果、 ウェハ上の T i 膜の膜厚及び比抵抗の均一性 及び再現性が悪く なる。 従って、 載置台 1 6 から放出 される 幅射熱量を一定化させる こ とが、 T i 膜の成膜処理の再現性 を向上させるために必要と なる。
図 4 は、 プリ コー ト層の膜厚と抵抗加熱ヒ ータ の消費電力 ( % ) との関係を示すグラ フである。 このデータは、 載置台 1 6 に種々の膜厚のプリ コー ト層を施 し、 载置台 1 6 の温度 を精度良く 一定の温度 6 5 0 °Cに維持した時の抵抗加熱ヒ ー タ 1 8 における消費電力を示す。 図 4 に示す例では、 抵抗加 熱ヒ ータは第 1 のゾーンと第 2 のゾーンに分かれてお り 、 ま た消費電力はフルパワーに対するパーセン ト で示される。
図 4 に示すよ う に、 プリ コー ト層の膜厚が薄い範囲では、 膜厚の変化に対して抵抗加熱ヒータ 1 8 の消費電力も大き く 変動する。 これは、 載置台 1 6 の温度を 6 5 0 °Cに一定に維 持する こ と から、 載置台 1 6 から放出される幅射熱量が大き く 変動する こ と を意味する。 プリ コー ト層の膜厚が 0 . 5 μ mに達する と、 消費電力は略安定してきて一定の変動範囲内 と なる。 即ち、 プリ コー ト層の膜厚が 0 . 5 ^ m以上では、 載置台 1 6 から放出される幅射熱量は略一定となる （実質的 に飽和する） 。
また補足的に、 上述のよ う にプリ コー ト層の膜厚を変化さ せた時の処理容器 4 内のプラズマの整合を調べるためにマツ チング回路の整合についても検討した。 図 5 は、 プリ コー ト 層の膜厚を変化させた時のマッチング回路 6 0 のロー ド位置 とチューン位置の変化を示すグラフである。 こ こでロ ー ド位 置と はバ リ アブルイ ンダク タの整合位置であ り 、 チューン位 置と はバ リ アブルコ ンデンサの整合位置である。 なお、 マ ツ チング回路 6 0 では、 所定の電力の R F電力を印加する時に . 反射波がゼロになる よ う に 自動的にィ ンピーダンスが調整さ れ、 その時にロ ー ド位置及びチューン位置が変動する。
図 5 に示すよ う に、 プリ コー ト層の膜厚が 0 . 5未満の薄 い領域でマ ッチングの変化が大き く 、 処理容器 4 内のプラズ マの整合が大き く 変動する。 膜厚が略 0 . 5 / m以上よ り 厚 く なる と、 プラズマの整合の変化が非常に少なく なつて安定 化する。
以上のよ う な結果に基づいて、 本実施形態の処理装置 （方 法） と従来の処理装置 （方法） と を用いて、 5 0枚の製品ゥ ェハに対 して実際に T i 膜を成膜する実験を行った。 図 6 は 実施形態の処理装置と従来の処理装置と を用いて製品 ゥェノヽ を処理した時の T i 膜の比抵抗の変化を示すグラ フである。
図 6 において、 曲線 Aは、 0 . 3 6 μ πιの厚さのプリ コー ト層 （図 3 Αで 1 8 サイ クル実施） を施した載置台を採用 し た従来の処理装置を示す。 曲線 Β は、 プラズマ C V D を用い て 0 . の厚さのプリ コー ト層 （図 3 Aで 5 0サイ クノレ 実施） を施 した載置台を採用 した本実施形態の第 1 実施例の 処理装置を示す。 曲線 Cは、 熱 C V Dを用いて 0 . 5 / mの 厚さのプリ コー ト層 （図 3 C ) を施 した載置台を採用 した本 実施形態の第 2実施例の処理装置を示す。
図 6 に示すよ う に、 各曲線 A〜 C共に、 製品ウェハの処理 枚数が増加するに従って、 比抵抗が僅かずつ上昇する。 この 場合、 従来の処理装置を示す曲線 Aの変化は大き く て、 ゥェ ハ間の比抵抗値の均一性は 3 . 1 %であ り 、 あま り 良好では ない。 これに対して、 第 1 実施例を示す曲線 B の変化は小さ く て、 ウェハ間の比抵抗値の均一性は .2 . 3 %まで低下し、 良好な結果を示す。 また第 2実施例を示す曲線 C の変化は更 に小さ く 、 ウェハ間の比抵抗値の均一性は 1 . 5 %まで大幅 に低下し、 特に良好な結果を示す。
こ のよ う に、 プラズマ C V D を用いた曲線 B よ り も熱 C V Dを用いた曲線 Cの特性が良好な理由は次の通 り である。 即 ち、 熱 C V Dによ る成膜処理はステ ップカバレジが良好なた め、 に載置台 1 6 の裏面にまで十分にプリ コー ト層 2 8 が付 着する （図 2 A参照） 。 このため、 製品ウェハの処理時にお ける载置台 1 6 からの幅射熱量の放出が小さ く な り 、 その変 化が よ り 小さ く なる。
図 3 B及び図 3 C で示 したよ う に、 T i N膜よ り なる プリ コ ー ト層 2 8 をプラ ズマな しの熱 C V D に よ り 成膜した場合、 いわゆる ジャ ンプ現象が生ずる場合がある。 ジャ ンプ現象と は、 1 枚目 の製品 ウェハに対 してプラズマ C V D を用いて T i 膜を成膜した場合、 最初の ウェハの比抵抗が異常に高 く な る現象である。 このジャ ンプ現象が発生する理由は次の通 り である。 即ち、 載置台 1 6 の温度を例えば 6 5 0 °Cに精度良 く 維持 していて も、 プラズマ C V Dの処理を行 う 場合、 プラ ズマからのエネルギーをシャ ヮ一へッ ド 3 0 が受ける。 この ため、 シャ ワーヘッ ド 3 ◦ の表面の温度が、 熱 C V Dの処理 を行 う 場合よ り も あ る程度の温度、 例えばプロセス温度にも よ る 力 1 0 °C程度高 く なる。 このため、 こ の温度差に起因 し て上述の よ う に 1 枚目 の製品 ウェハにジャ ンプ現象が発生す る。
このジャ ンプ現象の発生を抑制する ため、 熱 C V D に よ り T i N膜よ り なるプ リ コー ト層 2 8 を成膜する際には、 上述 のシャ ワーへッ ド 3 0 表面の温度差 1 0 °Cをな く すよ う に制 御する。 このため、 載置台 1 6 の温度を少 し高 く 、 例えば上 述の場合には 2 0 °C程度高 く 設定する。 これによ り 、 シャ ヮ 一へッ ド 3 0 の表面の温度が、 プラズマ C V D によ り T i 膜 の成膜処理を行 う 時と 略同 じになる。 その結果、 上記 した 1 枚目 の製品 ウェハにジャ ンプ現象が発生する こ と を抑制する こ と ができ る。
図 7 は、 プリ コ ー ト層の形成時の温度 と ウェハの成膜温度 との関係が、 プリ コー ト膜厚及び面間均一性に及ぼす影響を 示すグラ フである。 図 7 において、 曲線 Xは、 プリ コー ト層 の形成時の温度と ウェハ成膜温度と を同一に設定した場合を 示す。 曲線 Yは、 プリ コー ト層の形成時の温度を ウェハ成膜 温度よ り も高く （例えば 1 0 〜 3 0 °C、 好ま しく は 1 5 〜 2 5 °C高い） 設定した場合を示す。 曲線 Yに示すよ う に、 ゥェ ハ成膜時の温度よ り も、 プリ コー ト層の形成時の温度を僅か に、 例えば 2 0 °C程度高く した方が、 膜厚や比抵抗値等の面 内均一性、 即ち、 再現性を向上でき る。
一般的に、 処理装置は常に連続的に稼動する ものではなく 処理すべき半導体ウェハがなく なった時には、 載置台 1 6 に プリ コ ー ト層が付着した状態で数時間〜数日 の長時間に亘っ て稼動しない時がある。 この時には、 装置はいわゆるアイ ド リ ング運転され、 これによ り 必要時には短時間で成膜処理が 開始でき る。 典型的には、 アイ ド リ ング運転では、 装置自体 の電源を切るのではな く 、 載置台 1 6 の温度を高く しておき 且つ処理容器 4 内へは不活性ガス、 例えば A r ガス、 N 2 ガ スを微少量流しつづける。 また、 装置のメ ンテナンス後でも 同様な状態が発生する。
本発明者等は、 アイ ドリ ング運転から成膜処理を開始した 時に、 最初の 1 枚目〜 5枚目程度の製品ウェハの堆積膜の比 抵抗が大き く なる場合がある こ と を見出 した。 その比抵抗は これに後続する製品ウェハの堆積膜の比抵抗よ り も許容値を 越えてかな り 大きい。
こ の問題を解消するため、 短時間、 或いは長時間に亘つて アイ ドリ ング運転を した後に成膜処理を再開する時、 以下の よ う な安定化処理を行 う。 即ち、 製品ウェハを搬入する直前 に、 図 3 Aに示すよ う な、 プラズマ C V D によ り T i 膜を形 成する成膜ステ ップと 、 この T i 膜を窒化して T i Nを含む 膜とする窒化ステ ップと よ り なる 1 サイ クルを少なく と も 1 回行 う。 これに代えて、 図 3 B〜図 3 Dに示すプリ コー トェ 程の熱 C V Dに よ る T i N膜の成膜ステ ップを短時間だけ少 な く と も 1 回行 う よ う に しても よい。 いずれの場合も、 この 安定化処理は短時間で、 5秒間〜 1 8 0秒間、 好ま しく は 3 0秒間〜 6 0秒間程度のもの とする。
これによれば、 アイ ドリ ング運転によって表面が酸化され たプリ コー ト層の表面に、 上記操作によって新しい薄い T i Nを含む膜が付着する。 これによ り 、 プリ コー ト層の表面が 安定化し、 載置台 1 6 からの幅射熱量が略一定になる。 その 結果、 アイ ドリ ング運転から成膜処理を開始した直後の数枚 のウェハに、 堆積膜の比抵抗が過度に大き く なる、 とい う現 象が発生する こ とが抑制され、 面内及び面間の均一性を向上 する こ とができ る。
図 8 は、 処理装置を長時間に亘つてアイ ド リ ング運転した 後に成膜を開始 した時の、 1枚目 の製品ゥェハにおける堆積 膜の比抵抗を示すグラ フである。 図 8 において、 前半が従来 装置による実験結果を示し、 後半が本実施形態の装置 （ 1 サ イ タルのプリ コー ト を実施） によ る実験結果を示す。 図 8 に 示す例では、 適当な時期にク リ ーニング操作が行われる。 各 プロ ッ トの直前は長時間、 例えば数時間のアイ ド リ ング運転 が行われている。
図 8 に示すよ う に、 従来装置の場合、 ポイ ン ト X 1 〜 X 3 において、 比抵抗が許容範囲を越えて大きな値になる。 一方. 本実施形態の装置の場合、 全て比抵抗の許容範囲内に入る。 即ち、 処理容器内の載置台にプリ コー ト層が形成されていて も、 成膜前に短時間の安定化処理を施すこ と によ り 、 成膜処 理を安定に再現性良 く 行う こ とができ る。 なお、 この安定化 処理は、 アイ ドリ ング運転の長短にかかわらず、 製品 ウェハ の処理前に行う こ とが望ま しい。
(第 2実施形態）
上述の例では、 処理容器 4 内をク リ ーユング処理した直後 . 或いは処理装置 2 をアイ ド リ ング運転した後、 製品ウェハを 流 し始める直前にプリ コ ー ト工程を行って処理容器 4 内の状 態を安定化させる。 この場合、 プリ コー ト工程と して、 特に プラズマを用いてプラズマ C V Dによ る T i 成膜処理と プラ ズマを用いた窒化処理と を行う と （特に図 3 A及び図 3 Dの 場合） 、 問題が生じる こ と が見出 された。 即ち、 次に流す最 初の 1 枚目 の製品ウェハのみに、 放電跡が見られて部分的に 膜質を劣化させる場合がある。
こ の放電が発生する メ カニズムは次のよ う に推察される。 図 9 A及び図 9 Bは、 半導体ウェハと載置台との間に放電が 発生する原因を説明するための説明図である。 即ち、 図 9 A に示すよ う に、 T i C 1 4 ガス と H2 ガス と を用いてプラズ マ C V Dによ り T i 膜を載置台 1 6 上に成膜する時、 T i C 1 A ガスがプラズマで分解 して C 1 マイナスイオンが発生す る。 このマイ ナスイ オンによ り 、 載置台 1 6 の表面がマイナ スの電荷に帯電する。 この時、 Hプラスイ オンも発生する が C 1 マイ ナスイ オンが支配的になる。
次に、 図 9 B に示すよ う に、 N H 3 プラズマによ る窒化処 理が行われ、 こ の窒化処理では N H 3 が分解されて主と して Hプラスイ オンが発生する。 こ のプラスイ オンによ り 、 載置 台 1 6 の表面はある程度電気的に中和されるが、 依然と して 載置台 1 6 の表面はマイナス に帯電される。
このよ う な状況下で、 製品ウェハを載置台 1 6 の表面に載 置してプラズマ C V Dによ り ウェハ表面に T i 膜を形成する と、 今度はウェハ自体が帯電する。 その結果、 ウェハ Wとマ ィナスに大きな電荷で帯電 していた載置台 1 6 と の間におい て、 特に電荷が集中する周縁部にて放電が発生し、 この周縁 部における膜質を劣化させる。
即ち、 マイナスイオンを生成する処理ガスを用いるプロセ ス程、 载置台 1 6 の帯電量が大き く なる。 この場合、 こ の後 に処理される ウェハと載置台と の間の電位差が大き く なって 放電が発生する。 なお、 マイ ナスイ オンを発生し易いガスは ノ、ロゲンィ匕合物、 例えば、 T i C 1 4 ガスのよ う なハロゲン 化金属、 C F系ガスである。 このよ う な放電は 1 枚目 に処理 する ウェハに対してのみ発生し、 それ以降に連続して処理さ れる製品 ウェハに対 しては放電が発生する こ と はない。
かかる観点から、 本実施形態においては、 処理容器 4 内に 電離によ り 主に第 1 極性のイオンを生じるガスを供給してプ ラズマ C V Dによ り 第 1 処理を行 う 工程の後、 処理容器 4 内 の状態を安定化させる安定化処理を行 う 。 安定化処理は、 電 離に よ り 主に第 1 の極性と 逆の第 2極性のイ オンが生 じる安 定化処理ガス を処理容器 4 内に供給 してプラ ズマ化する よ う に設定される。 安定化処理によ り 、 第 1 処理によ り 帯電 した 載置台 1 6 の表面が電気的に中和 される。
上述の第 1 処理の一例は、 上述のよ う に、 成膜ガス に よ り - 载置台 1 6 の上面を被覆する C V Dプ リ コ ー ト層を形成する 処理であ る。 この第 1 処理の他の例は、 成膜ガス によ り 載置 台 1 6 上の先行基板上に C V D膜を形成する処理である。 こ の後者の場合、 通常、 第 1 処理と 安定化処理 と の間で装置が アイ ド リ ング運転と なっている こ と を想定 している。
換言する と 、 処理装置のアイ ド リ ング運転の後に製品 ゥェ ハを処理する時や、 プリ コー ト 工程を行った後に製品 ウェハ を処理する時、 その製品 ウェハの処理を開始する直前に載置 台 1 6 の表面を安定化させる安定化処理を行 う 。 これに よ り . 例えば載置台 1 6 の表面の帯電量を抑制 して安定化する と共 に、 載置台 1 6 の表面も材料的に安定化させる。
こ の安定化処理は、 例えば、 製品 ウェハに対 して成膜処理 を行 う 時に用いる処理ガスから、 金属含有材料ガス を除いた 他の処理ガス を処理容器 4 内へ供給 しつつプラ ズマを生成す る こ と に よ り 行 う こ と ができ る。 具体的には、 本実施形態の 場合、 金属含有材料ガス である T i C 1 4 ガス を除いた他の 処理ガス 、 即ち、 N H 3 ガス と H 2 ガス と A r ガス と を供給 しつつプラ ズマを生成する。 これによ り 载置台 1 6 の表面の 薄膜を窒化或いは改質する と共に、 载置台 1 6 の表面の電荷 (帯電量） を抑制する。 こ こで、 N 2 、 N H 3 、 M M Hの内 の少なく と も 1 つのガス と 、 A r ガス と の混合ガスでプラズ マ処理を行っても よい。 なお、 こ の処理は、 他の金属含有材 料ガス、 例えば、 T i I 4 ガス、 T a C 1 5 ガス に対しても 有効である。
図 1 O A及び図 1 O Bは、 安定化処理を行う ための異なる 方法を夫々示すタイ ムチャー トである。 図 1 O Aに示す方法 では、 ク リ ーニング処理後のプリ コー ト工程と、 1 枚目 の製 品ウェハの処理と の間、 及びアイ ドリ ング運転 I の後に 1 枚 目 の製品ウェハの処理を開始する直前に、 夫々安定化処理を 行う。 図 1 0 B に示す方法では、 アイ ドリ ング運転 I の後に 製品ウェハの処理を開始する時に再度プリ コー ト工程を行い . このプリ コー ト工程と 1枚目 の製品ウェハの処理との間に安 定化処理を行う。
なお、 装置のアイ ドリ ング運転は、 例えば、 2つの被処理 基板に対する主成膜処理間の空き時間が 6 0秒以上の場合に 自動的に開始する よ う に設定する こ と ができ る。 典型的には . アイ ドリ ング運転では、 装置自体の電源を切るのではな く 、 載置台 1 6 の温度を高く しておき、 且つ処理容器 4 内へは不 活性ガス、 例えば A r ガス、 N 2 ガスを微少量流 しつづける， 図 1 3 は上記安定化処理の具体的なプロ セス条件の一例を 示す図である。 このよ う な安定化処理を行う こ と によ り 、 こ の直後の第 1 枚目 の製品ウェハと載置台 1 6 と の間に異常放 電が発生するのを抑制する こ と が可能と なる。
図 1 3 の各ステ ップは、 図 1 2 中力、らプラズマ C V Dによ る T i 膜の成膜ステ ップと これに関連する ステ ップを除いた ものであ る。 図 1 3 に示すよ う に、 プロセス温度は 6 4 0 °C に一定に維持され、 またプロセス圧力 も 6 6 7 P a に一定に 維持される。
まず、 載置台 1 6 が略所定のプロセス温度に達する も の と する。 ステ ップ 1 の " P r e F 1 o w " では、 処理容器 4 内 に A r ガス と H 2 ガス と を流 し、 各ガスの流量を安定化させ る。 この時の各ガスのガス流量は、 1： ガスカ 5 0 0 〜 3 0 0 0 s c c m s 例えば 1 6 0 0 s c c m、 H 2 ガス力 1 0 0 0 〜 5 0 0 0 s c c m、 列えば 4 0 0 0 s c c mであ る。 ス テ ツプ 2 の " G a s C h a n g " では、 次のステ ップで N H 3 ガス を供給する ための準備 と して H 2 ガス の流量を 4 0 0 0 s c c m力 ら 2 0 0 0 s c c mに減少させる。 ステ ッ プ 3 の " P r e N H 3 " では、 N H 3 を流 し始めて このガス流量 を安定化させる。 この N H 3 ガス流量は 5 0 0 〜 3 0 0 0 s c c m、 例えば 1 5 0 0 s c c mであ る。
ステ ッ プ 4 の " N i t r i d e " では、 前述の第 3 ステ ツ プのガス流量を維持する。 そ して、 R F (高周波） を上部電 極のシャ ワー へッ ド 3 0 に印カ卩 して処理容器 4 内にプラ ズマ を生成 し、 載置台 1 6 の表面に付着する膜を窒化或いは改質 して安定化させる。 この場合、 図 3 A〜図 3 Dのプリ コー ト 工程と は異な り 、 プラ ズマ C V D に よ る T i 膜の成膜処理を 行っていない。 このため、 載置台の表面がマイ ナス電荷で帯 電される こ と はない。 この時の処理時間は 5 〜 1 2 0 s e c . 例えば 4 0 s e 。 である。 次に、 ステ ップ 5 の " R F S t o p " では R Fの印加を停止する。
上述のステ ップ 1 〜ステ ップ 5 を 1 サイ クノレ と して場合、 このサイ クルを複数回繰り 返し行っても ょレ、 し、 1 サイ ク ル 行う だけでも よい。 こ の安定化処理後に直ちに通常の製品ゥ ェハの成膜処理を行 う。 なお、 ス テ ッ プ 1 を省略し、 ステ ツ プ 2 をプリ フローと してこ こ力 ら始めても よい。
载置台 1 6 の表面はほと んど帯電していないので、 1 枚目 の製品ウェハに対してプラズマ処理によ り T i 膜を堆積させ ても問題が生じない。 即ち、 载置台 1 6 と ウェハとの電位差 はそれ程大き く な らないため、 両者間に放電が発生する こ と を防止する こ と ができ る。 なお、 こ の安定化処理は、 アイ ド リ ング運転の長短にかかわらず、 製品 ウェハの処理前に行う こ とが望ま しい。
図 1 1 A及び図 1 1 B は、 安定化処理の有無と 1枚目 の製 品ウェハにおける T i 膜の比抵抗との関係を示す図である。 図 1 1 Aは安定化処理を行っていない時の比抵抗の分布を示 す。 図 1 1 Bは安定化処理を行った時の比抵抗の分布を示す 図 1 1 Aにおいて、 矢印で示すウェハの周辺部で黒色に示 された部分が比抵抗 （ R s ) の特異点が生じている （特性が 大幅に劣化 している） 部分である。 こ の時、 比抵抗の最大値 と最小値と の差は 9 . 9 7 であ り 、 面内均一性は 4 . 6 2 % である。
これに対して、 図 1 1 Bの場合、 上記したよ う な比抵抗の 特異点は発生してお らず、 比抵抗が良好な分布を示す。 こ の 時、 比抵抗の最大値と最小値と の差は 3 . 7 8 であ り 、 面内 均一性は 2 . 3 6 %である。 即ち、 図 1 1 Aの結果に比べて、 図 1 1 B の結果は、 面内均一性が大幅に改善されている。
上記した安定化処理は図 3 A〜図 3 Dの全ての成膜方法に おいて加える こ とができる。 また製品ウェハに対してプラズ マ C V Dによ り 金属膜を成膜する場合のみな らず、 プラズマ C V Dによ り金属含有膜を成膜する場合、 或いは熱 C V Dに よ り 金属膜や金属含有膜を成膜する場合にも上記安定化処理 を行 う よ う に しても よレヽ。
なお、 第 1及び第 2実施形態において説明 したガス流量や 圧力や温度等のプロ セス条件は、 単に一例を示したに過ぎな い。 同様に、 処理装置の構造も一例を示したに過ぎない。 例 えば、 プラズマ用 R F電源 5 6 の周波数は 4 5 0 k H z では な く 他の周波数を用いても よい。 プラズマ発生手段と してマ イ ク 口波を用いても よい。
第 1 及び第 2実施形態において T i 膜を成膜する場合を例 に と つて説明 した。 この他、 本発明は、 タ ングステン （ W ) 等の金属膜、 或いはタ ングステ ンシリ サイ ド （ W S i X ) や タ ンタルオキサイ ド （ T a O x : T a 2 05 ) 、 T i N等の 金属含有膜を成膜する揚合にも適用する こ と ができ る。 また . 本発明は、 T i N膜、 H f O 2 膜、 R u O 2 膜、 A 1 2 O 3 膜等を形成する場合にも適用でき る。
半導体ウェハのサイズは、 6 イ ンチ （ 1 5 0 m m) 、 8 ィ ンチ （ 2 0 0 mm) 、 1 2 イ ンチ （ 3 0 0 m m) 、 及び 1 2 イ ンチ以上 （ 1 4 イ ンチ等） のいずれであっても よい。 被処 理基板と しては、 半導体ウェハに限定されず、 ガラス基板、 L C D基板等であって も よい。 載置台の加熱手段は、 抵抗発 熱ヒ ータ に限 らず、 加熱ラ ンプであっても よい。
産業上の利用可能性
本発明に よれば、 被処理基板上に形成される膜の少な く と も面間均一性を高 く する こ と が可能な、 半導体処理用の載置 台装置、 成膜装置、 及び成膜方法を提供する こ と ができ る。

Claims

求 の 範 囲
1 . 半導体処理用の成膜処理容器内に配設される載置台装 置であって、
被処理基板を載置する上面及び前記上面から立ち下がる側 青
面と を有する載置台と 、
前記载置台内に配設され且つ前記上面を介 して前記基板を 加熱する ヒータ と、
前記載置台の前記上面及び前記側面を被覆する C V Dプリ コー ト層 と 、 前記プリ コー ト層は、 前記ヒ ー タ の加熱に由来 する前記上面及び前記側面からの幅射熱量を実質的に飽和さ せる厚さ以上の厚さ を有する よ う に設定される こ と と、 を具備する。
2 . 半導体処理用の成膜装置であって、
被処理基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、 前記処理容器内を排気する排気部と、
前記処理容器内に配設され且つ前記基板を載置する上面及 び前記上面から立ち下がる側面と を有する載置台と、
前記载置台内に配設され且つ前記上面を介 して前記基板を 加熱する ヒータ と、
前記載置台の前記上面及び前記側面を被覆する C V Dプリ コー ト層 と、 前記プリ コー ト層は、 前記ヒ ー タ の加熱に由来 する前記上面及び前記側面からの幅射熱量を実質的に飽和さ せる厚さ以上の厚さ を有する よ う に設定される こ と と 、 を具備する。
3 . 請求の範囲 1 または 2 に記載の装置において、
前記プリ コ ー ト層は金属を含む膜から実質的になる。
4 . 請求の範囲 3 に記載の装置において、
前記プリ コー ト層は T i Nを含む膜から実質的にな り 且つ 0 . 5 / 111 〜 2 0 /1 111の厚さ を有する。
5 . 請求の範囲 2 に記載の装置において、
前記処理容器内にプラズマを生成する励起機構を更に具備 する。
6 . 半導体処理用の成膜方法であって、
成膜装置を準備する工程と、 前記成膜装置は、 被処理基板 を収容する処理容器と、 前記処理容器内に処理ガスを供給す るガス供給部と、 前記処理容器内を排気する排気部と、 前記 処理容器内に配設され且つ前記基板を载置する上面及び前記 上面から立ち下がる側面と を有する载置台と 、 前記载置台内 に配設され且つ前記上面を介して前記基板を加熱する ヒ ータ と、 を具備する こ と と、
前記処理容器内に前処理ガスを供給して C V D処理を行う こ と によ り 、 前記载置台の前記上面及び前記側面を被覆する C V Dプリ コー ト層を形成する工程と 、 前記プリ コー ト層は、 前記ヒ ー タ の加熱に由来する前記上面及び前記側面からの幅 射熱量を実質的に飽和させる厚さ以上の厚さ を有する よ う に 設定される こ と と、
前記プリ コー ト層を形成した後、 前記基板を前記処理容器 内に搬入して前記載置台の前記上面上に前記基板を载置する 工程と、 前記処理容器内に主処理ガスを供給 して主成膜処理を行う こ と によ り 、 前記載置台上の前記基板上に膜を形成する工程 と 、
を具備する。
7 . 請求の範囲 6 に記載の方法において、
前記プリ コー ト層は金属を含む膜から実質的になる。
8 . 請求の範囲 7 に記載の方法において、
前記プリ コ ー ト層は T i Nを含む膜から実質的にな り 且つ 0 . 5 μ ηι〜 2 0 /·ί πιの厚さを有する。
9 . 請求の範囲 8 に記載の方法において、
前記プリ コー ト層を形成する工程は、 プラズマ C V Dによ り T i 膜を形成する成膜ステ ップと 、 前記 T i 膜を窒化する 窒化ステ ッ プと を含む。
1 0 . 請求の範囲 8 に記載の方法において、
前記プリ コ ー ト層を形成する工程は、 熱 C V Dによ り T i N膜を形成する成膜ステ ップを含む。
1 1 . 請求の範囲 1 0 に記載の方法において、
前記ガス供給部は前記載置台の上方に配設されたシャ ワー ヘッ ドを含むこ と と、
前記主成膜処理はプラズマ C V Dによ り 行う こ と と、 前記熱 C V D において、 前記シャ ワーへッ ドの温度が前記 プラズマ C V D を行 う 時の前記シャ ワーヘッ ドの温度と略同 じ温度になる よ う に前記載置台の温度を設定する こ と と、 を具備する。
1 2 . 請求の範囲 1 0 に記載の方法において、 前記プリ コ ー ト層を形成する工程は、 窒化ス テ ッ プを含む c 1 3 . 請求の範囲 9 または 1 0 に記載の方法において、
前記プリ コー ト層を形成する工程は、 前記各ス テ ッ プを複 数回繰り 返し行 う。
1 4 . 請求の範囲 6 に記載の方法において、
前記基板に対して前記主成膜処理を行った後、 前記成膜装 置をアイ ドリ ング運転にする工程と、
前記アイ ドリ ング運転の後、 前記処理容器内の状態を安定 化させる安定化処理を行う 工程と、 前記安定化処理は、 前記 処理容器内に前記前処理ガスを供給して C V D処理を 5秒間 〜 1 8 0秒間に亘つて行う よ う に設定される こ と と、
前記安定化処理後、 第 2 基板を前記処理容器内に搬入して 前記載置台の前記上面上に前記第 2基板を載置する工程と、 前記処理容器内に処理ガスを供給して成膜処理を行 う こ と によ り 、 前記載置台上の前記第 2基板上に膜を形成する工程 と、
を更に具備する。
1 5 . 請求の範囲 6 に記載の方法において、
前記前処理ガスは電離によ り 主にマイナスイオンを生 じる ガス であ り 、
前記方法は、 前記プリ コー ト層を形成する工程と前記基板 を前記処理容器内に搬入する工程との間で、 前記処理容器内 の状態を安定化させる安定化処理を行う 工程を更に具備 し、 前記安定化処理は、 電離によ り 主にプラスイオンが生じる安 定化処理ガスを前記処理容器内に供給してプラズマ化する よ う に設定される。
1 6 . 請求の範囲 6 に記載の方法において、
前記主処理ガスは電離によ り 主にマイナスイ オンを生 じる ガスである と共に、 前記主成膜処理はプラズマ C V Dによ り 膜を形成する処理であ り 、
前記方法は、
前記基板に対して前記主成膜処理を行った後、 前記成膜装 置をアイ ド リ ング運転にする工程と、
前記アイ ドリ ング運転の後、 前記処理容器内の状態を安定 化させる安定化処理を行う 工程と、 前記安定化処理は、 電離 によ り 主にプラスイオンが生じる安定化処理ガスを前記処理 容器内に供給じてプラズマ化する よ う に設定される こ と と、 前記安定化処理後、 第 2 基板を前記処理容器内に搬入して 前記載置台の前記上面上に前記第 2基板を載置する工程と、 前記処理容器内に処理ガスを供給して成膜処理を行 う こ と によ り 、 前記載置台上の前記第 2基板上に膜を形成する工程 と、
を更に具備する。
1 7 . 半導体処理用の成膜方法であって、
成膜装置を準備する工程と、 前記成膜装置は、 被処理基板 を収容する処理容器と、 前記処理容器内に処理ガスを供給す るガス供給部と、 前記処理容器内を排気する排気部と、 前記 処理容器内に配設され且つ前記基板を載置する上面を有する 載置台と 、 前記処理容器内にプラズマを生成する励起機構と を具備する こ と と、 前記処理容器内に第 1 処理ガス を供給してプラズマ C V D によ り 第 1 処理を行う工程と、 前記第 1 処理ガスは電離によ り 主に第 1 極性のイオンを生じるガスである こ と と、
前記第 1 処理の後、 前記処理容器内の状態を安定化させる 安定化処理を行 う 工程と、 前記安定化処理は、 電離によ り 主 に第 1 の極性と逆の第 2極性のイ オンが生じる安定化処理ガ ス を前記処理容器内に供給してプラズマ化する よ う に設定さ れる こ と と 、
前記安定化処理後、 前記基板を前記処理容器内に搬入して 前記載置台の前記上面上に前記基板を载置する工程と、
前記処理容器内に主処理ガス を供給してプラズマ C V Dに よ り 主成膜処理を行う こ と によ り 、 前記載置台上の前記基板 上に膜を形成する工程と、
を具備する。
1 8 . 請求の範囲 1 7 に記載の方法において、
前記第 1 処理は、 前記載置台の前記上面を被覆する C V D プリ コ ー ト層を形成する処理である。
1 9 . 請求の範囲 1 7 に記載の方法において、
前記第 1 処理は、 前記載置台上の先行基板上に C V D膜を 形成する処理である。
2 0 . 請求の範囲 1 5 に記載の方法において、
前記第 1 処理ガスは金属ハロ ゲンガスを含み、 前記安定化 処理ガスは不活性ガスを含む。
2 1 . 請求の範囲 2 0 に記載の方法において、
前記第 1 処理ガスは T i C 1 4 ガスを含み、 前記安定化処 理ガス は N 2 、 N H 3 、 モ ノ メ チルヒ ドラ ジンか ら な る群力 ら選択されたガス と 不活性ガス と の混合ガス を含む。
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