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JP2006169617A - 成膜方法および記憶媒体 - Google Patents

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Abstract

【課題】 プラズマ励起を要する成膜方法において、清浄で安定な成膜を実現する。
【解決手段】 被処理基板を保持する保持台を内部に備えた処理容器と、前記処理容器内に成膜のための処理ガスを供給し、当該処理容器内にプラズマを励起するための高周波電力が印加されるシャワーヘッド部と、を有する成膜装置による成膜方法であって、前記被処理基板上に金属を含む薄膜を形成する成膜工程と、前記成膜工程の前に前記シャワーヘッド部に別の金属を含む保護膜を形成する保護膜形成工程と、を有することを特徴とする成膜方法。
【選択図】 図５

Description

本発明は、被処理基板に薄膜を形成する成膜方法に関する。
近年、半導体装置の高性能化に伴い、半導体デバイスの高集積化が進んで微細化の要求が著しくなっており、配線ルールは０．１０μｍ以下の領域へ開発が進んでいる。このような高性能の半導体装置のデバイスを形成するために用いられる薄膜に対しては、例えば膜中不純物が少なく、配向性がよいなど高品質な膜質が要求され、さらには微細パターンへ形成する際のカバレッジが良好であることが好ましい。
これらの要望を満たす成膜方法として、成膜時に複数種の処理ガスを１種類ずつ交互に供給することで、処理ガスの反応表面への吸着を経由して原子層・分子層に近いレベルで成膜を行ない、これらの工程を繰り返して所定の厚さの薄膜を得る方法が提案されている。このような成膜方法をＡｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法（ＡＬＤ法）と呼ぶことがある。
このようなＡＬＤ法による成膜を実施する場合の概略は、例えば、以下のようにすればよい。まず、第１のガスを供給する第１のガス供給路と、第２のガスを供給する第２のガス供給路を有する、内部に被処理基板を保持する処理容器を用意する。そこで、第１のガスと第２のガスを交互に前記処理容器に供給すればよい。具体的には、まず、第１のガスを処理容器内の基板上に供給し、その吸着層を基板上に形成する。その後に、第２のガスを処理容器内の基板上に供給し反応させ、必要に応じてこの処理を所定の回数繰り返せばよい。この方法によれば、第１のガスが基板に吸着した後、第２のガスと反応するため、成膜温度の低温化を図ることができる。また、不純物が少なく高品質な膜質が得られると同時に、微細パターンに成膜するにあたっては、従来のＣＶＤ法で問題となっていたような、処理ガスがホール上部で反応消費されてボイドが形成されることがなく、良好なカバレッジ特性を得ることができる。
このような成膜方法で形成することが可能な膜として、第１のガスに金属を含む膜、第２のガスに当該第１のガスの還元ガスを用いて、当該金属を含む膜を形成することが可能であり、例えば、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔａ（Ｃ）Ｎ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔｉ（Ｃ）Ｎ、Ｗ、ＷＮおよびＷ（Ｃ）Ｎなどからなる膜を形成することが可能である。
例えば、Ｔａ膜を形成する場合を例にとってみると、前記第１の処理ガスにはＴａを含む化合物、例えばＴａＣｌ５、前記第２の処理ガスにはＨ２を用い、当該Ｈ２をプラズマ励起してＴａＣｌ５を還元することにより、Ｔａ膜を形成することが可能である。
このような成膜方法で形成される膜は、膜質が良好でカバレッジの特性に優れるため、例えば、半導体デバイスでＣｕ配線を形成する場合の絶縁膜とＣｕの間に形成される、Ｃｕ拡散防止膜に用いられる場合がある。
ＵＳＰ ５９１６３６５号公報 ＵＳＰ ５３０６６６６号公報 ＵＳＰ ６４１６８２２号公報 ＷＯ００／７９７５６号公報
しかし、例えば処理ガスをプラズマ励起して用いる場合には、当該プラズマによって生成されたイオンやラジカルなどで、処理容器内部、例えば高周波電力が印加される電極がスパッタリングされて処理容器内に飛散し、パーティクルや、形成される薄膜の汚染源となる場合があった。その具体的な例を以下に示す。
例えば、図１（Ａ）〜（Ｄ）は、被処理基板上にＴａ膜を形成する成膜方法を、手順を追って示した一例である。
まず、図１（Ａ）に示す工程では、基板保持台Ｅ１に保持された被処理基板Ｓｕ上に、当該被処理基板上に設置されたシャワーヘッド部Ｅ２より、例えばＴａＣｌ５からなる第１の処理ガスＧ１を供給し、当該被処理基板Ｓｕ上に吸着させる。この場合、前記シャワーヘッド部Ｅ２は、処理ガスを被処理基板上に供給することが可能であり、かつ高周波電源Ｒより高周波電力が印加される構造を有している。
次に、図１（Ｂ）に示す工程で、前記シャワーヘッド部Ｅ２より、例えばＨ２からなる第２の処理ガスＧ２を供給し、さらに当該シャワーヘッド部Ｅ２に高周波電力を印加することで、前記基板保持台Ｅ１と前記シャワーヘッド部Ｅ２の間のギャップＧａに、プラズマを励起する。このため、当該ギャップＧａに供給されたＨ２が解離されて、例えばＨ＋／Ｈ＊（水素イオンと水素ラジカル）が形成される。
次に、図１（Ｃ）に示す工程では、
ＴａＣｌ５ ＋ Ｈ２ → Ｔａ ＋ ＨＣｌ
で示される反応が生じて、被処理基板上にはＴａ膜が形成される。
しかし、一方で、図１（Ｄ）に示すように、
ＨＣｌ → Ｃｌ＋／Ｃｌ＊ ＋ Ｈ＋／Ｈ＊
で示す反応が生じ、すなわち形成されたＨＣｌがプラズマにより励起され、ハロゲン元素が活性化されることで、例えばＣｌ＋／Ｃｌ＊（ＣｌイオンとＣｌラジカル）が生成され、これらによって前記シャワーヘッド部Ｅ２がエッチングされてしまう問題があった。また、生成されるＣｌイオンとＣｌラジカルのうち、特にＣｌイオンによるスパッタイリングの影響が大きい。これは、前記シャワーヘッド部Ｅ２には高周波電力が印加されており、いわゆるセルフバイアス電位（Ｖｄｃ）が発生することにより、イオン衝撃が大きくなってスパッタリング速度が大きくなってしまうためである。このため、前記被処理基板Ｓｕに、スパッタリングにより飛散する前記シャワーヘッドを構成する材料が混入し、形成されるＴａ膜の汚染源となってしまう場合があった。
そこで、本発明では上記の問題を解決した成膜方法を提供することを課題としている。
本発明の具体的な課題は、処理ガスをプラズマ励起して用い、被処理基板に成膜を行う場合に、成膜の汚染源の飛散を抑制し、清浄で安定な成膜を可能とすることである。
本発明は上記の課題を解決するために、
請求項１に記載したように、
被処理基板を保持する保持台を内部に備えた処理容器と、
高周波電力が印加可能に構成された、前記処理容器内に成膜ガスまたは当該成膜ガスを還元する還元ガスを供給するガス供給部と、を備えた成膜装置による成膜方法であって、
前記処理容器内に金属元素とハロゲン元素を含む前記成膜ガスを供給する第１の工程と、
前記処理容器内に前記還元ガスを供給する第２の工程と、
前記ガス供給部に高周波電力を印加して前記処理容器内にプラズマを励起し、前記被処理基板上に成膜を行う第３の工程と、を有し、
前記第３の工程で活性化される前記ハロゲン元素のエッチングから、前記ガス供給部を保護する保護膜を形成する保護膜形成工程をさらに設けたことを特徴とする成膜方法により、また、
請求項２に記載したように、
前記第１の工程は前記成膜ガスを前記処理容器内より排出する工程を含み、
前記第２の工程は前記還元ガスを前記処理容器内より排出する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の成膜方法により、また、
請求項３に記載したように、
前記第３の工程は、前記還元ガスをプラズマ励起する工程であることを特徴とする請求項１または２記載の成膜方法により、また、
請求項４に記載しように、
前記第１の工程乃至第３の工程を繰り返し実施することで前記成膜を行うことを特徴とする請求項２または３記載の成膜方法により、また、
請求項５に記載したように、
前記保護膜はＴｉを含むことを特徴とする請求項１乃至４記載の成膜方法により、また、
請求項６に記載したように、
前記金属元素はＴａであることを特徴とする請求項５記載の成膜方法により、また、
請求項７に記載したように、
前記保護膜形成工程は、
前記ガス供給部より前記処理容器内に、保護膜成膜ガスを供給して排出する第４の工程と、
前記ガス供給部より前記処理容器内に、当該保護膜成膜ガスを還元する還元ガスを供給し、前記還元ガスを前記ガス供給部に印加される高周波電力によりプラズマ励起し、当該還元ガスを排出する第５の工程と、を有し、
当該第４の工程と第５の工程を交互に繰り返すことを特徴とする請求項１乃至６のうち、いずれか１項記載の成膜方法により、また、
請求項８に記載したように、
前記保護膜は、ＳｉとＣを含む膜であることを特徴とする請求項１乃至４記載の成膜方法により、また、
請求項９に記載したように、
前記保護膜を形成する工程は、
前記ガス供給部より前記処理容器内に、Ｓｉ元素とＣ元素を含む保護膜成膜ガスを供給する第６の工程と、
前記保護膜成膜ガスを、前記ガス供給部に印加される高周波電力によりプラズマ励起する第７の工程と、を有することを特徴とする請求項８記載の成膜方法により、また、
請求項１０に記載したように、
前記金属元素は、ＴｉまたはＴａであることを特徴とする請求項８または９記載の成膜方法により、また、
請求項１１に記載したように、
前記成膜ガスは、ＴａＣｌ５，ＴａＦ５，ＴａＢｒ５およびＴａＩ５のいずれかを含むことを特徴とする請求項８または９記載の成膜方法により、また、
請求項１２に記載したように、
前記保護膜成膜ガスは、有機シランガスよりなることを特徴とする請求項９乃至１１のうち、いずれか１項記載の成膜方法により、また、
請求項１３に記載したように、
前記ガス供給部は、加熱手段により、加熱されることを特徴とする請求項１乃至１２のうち、いずれか１項記載の成膜方法により、また、
請求項１４に記載したように、
前記保護膜形成工程の前に、前記処理容器内の堆積物を除去するクリーニング工程を有することを特徴とする請求項１乃至１３のうち、いずれか１項記載の成膜方法により、また、
請求項１５に記載したように、
前記保護膜形成工程では、前記保持台に前記被処理基板が載置されないことを特徴とする請求項１乃至１４のうち、いずれか１項記載の成膜方法により、また、
請求項１６に記載したように、
被処理基板を保持する保持台を内部に備えた処理容器と、
高周波電力が印加可能に構成された、前記処理容器内に成膜ガスまたは当該成膜ガスを還元する還元ガスを供給するガス供給部と、を備えた成膜装置による成膜方法をコンピュータに動作させるプログラムを記憶した記録媒体であって、
前記プログラムは、
前記処理容器内に金属元素とハロゲン元素を含む前記成膜ガスを供給する第１の工程と、
前記処理容器内に前記還元ガスを供給する第２の工程と、
前記ガス供給部に高周波電力を印加して前記処理容器内にプラズマを励起し、前記被処理基板上に成膜を行う第３の工程と、を有し、
前記第３の工程で活性化される前記ハロゲン元素のエッチングから、前記ガス供給部を保護する保護膜を形成する保護膜形成工程をさらに設けたことを特徴とする記録媒体により、解決する。
本発明によれば、処理ガスをプラズマ励起して用い、被処理基板に成膜を行う場合に、成膜の汚染源の飛散が抑制され、清浄で安定な成膜が可能となる。
次に、本発明の実施の形態に関して図面に基づき、以下に報告する。
図２は、実施例１による成膜方法を実施する成膜装置を、模式的に示した図である。
本図に示す成膜装置の概略は、内部に被処理基板Ｗを収納する処理容器１１を有し、当該処理容器１１内に形成される処理空間１１Ａに、ガスライン２００およびガスライン１００を介して、それぞれ第１の処理ガスおよび第２の処理ガスが供給される構造になっている。
そこで、前記処理空間１１Ａには、ガスライン２００とガスライン１００より、処理ガスを１種類ずつ交互に供給することで、処理ガスの反応表面への吸着を経由して原子層・分子層に近いレベルで成膜を行ない、これらの工程を繰り返し、いわゆるＡＬＤ法により、被処理基板Ｗ上に所定の厚さの薄膜を形成することが可能となっている。このようなＡＬＤ法で形成された膜は、成膜温度が低温でありながら、不純物が少なく高品質な膜質が得られると同時に、微細パターンに成膜するにあたっては、良好なカバレッジ特性を得ることができる。
また、本実施例による成膜方法では、金属を含む第１の処理ガスを還元する第２の処理ガスをプラズマ励起して用いており、このために、第１の処理ガスを還元する反応が促進され、形成される膜質が良好となる効果を奏する。
しかし、従来は、プラズマ励起を行う場合に、処理容器内で形成されるイオンやラジカルなどによって処理容器内部、例えばプラズマ励起のための高周波が印加される電極などがエッチングされてしまう問題が生じていた。特に、形成される膜質が良好であり、不純物が極めて少ないことが特長であるＡＬＤ法による成膜方法の場合、これらの汚染が特に問題になる場合があった。
そこで、本実施例では、処理容器内部や電極にエッチングに対する保護膜を形成することで、清浄で安定した成膜を実現している。この具体的な方法やその詳細については後述する。
次に、当該成膜装置の詳細についてみると、本図に示す成膜装置は、例えばアルミニウム、表面をアルマイト処理されたアルミニウムもしくはステンレススチールなどからなる処理容器１１を有し、前記処理容器１１の内部には基板保持台支持部１２ａに支持された、略円板状の、例えばハステロイからなる基板保持台１２が設置され、前記基板保持台１２の中心には被処理基板である半導体被処理基板Ｗが載置される。前記基板保持台１２には図示しないヒータが内蔵されて前記被処理基板を所望の温度に加熱することが可能な構造となっている。
前記基板処理容器１１内の処理空間１１Ａは、排気口１５に接続される、図示しない排気手段により真空排気され、前記処理空間１１Ａを減圧状態とすることが可能である。また、前記被処理基板Ｗは、前記処理容器１１に設置された図示しないゲートバルブより前記処理容器１１内に搬入もしくは搬出される。
また、前記処理容器１１内には、前記基板保持台１２に対向するように、例えばニッケルやアルミニウムなどからなる略円筒状の、ガス供給部である、例えばシャワーヘッド構造を有するシャワーヘッド部１３が設置されており、前記シャワーヘッド部１３の側壁面および当該シャワーヘッド部１３と前記処理容器１１の間には、例えば石英やＳｉＮ、ＡｌＮなどのセラミックなどからなるインシュレータ１６が設けられている。
また、前記シャワーヘッド部１３上の、前記処理容器１１の上の壁面には開口部が設けられて、絶縁体からなるインシュレータ１４が挿通されている。前記インシュレータ１４には、高周波電源１７に接続された導入線１７ａが挿通され、前記導入線１７ａは前記シャワーヘッド部１３に接続されて、前記導入線１７ａによって前記シャワーヘッド部１３には高周波電源が印加される構造となっている。
また、前記処理空間１１Ａに、第１の処理ガスを供給する前記ガスライン２００と、前記処理空間１１Ａに、第２の処理ガスを供給するガスライン１００は、前記シャワーヘッド部１３に接続され、前記第１の処理ガスと第２の処理ガスは、当該シャワーヘッド部１３を介して前記処理空間１１Ａに供給される構造になっている。また、前記ガスライン２００およびガスライン１００にはそれぞれ、インシュレータ２００ａおよび１００ａが挿入されており、ガスラインが高周波電力から隔絶される構造になっている。
図３は、前記シャワーヘッド部１３の詳細を模式的に示した断面図である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。前記シャワーヘッド部１３は、内部に第１の処理ガスのガス流路２００Ｇと、第２の処理ガスのガス流路１００Ｇが形成されたシャワーヘッド本体１３Ａと、当該シャワーヘッド本体１３Ａに係合する、複数のガス孔１３ｃおよび１３ｄからなるガス孔１３Ｅが形成されたシャワープレート１３Ｂを有している。
前記ガスライン２００に接続された前記ガス流路２００Ｇは、さらに前記シャワープレート１３Ｂのガス孔１３ｃに接続されている。すなわち、前記第１の処理ガスは、前記ガスライン２００から前記ガス流路２００Ｇ、さらに前記ガス孔１３ｃへかけて構成されている第１のガス供給経路を介して前記処理空間１１Ａに供給される。一方、前記ガスライン１００に接続された前記ガス流路１００Ｇは、さらに前記シャワープレート１３Ｂのガス孔１３ｄに接続されている。すなわち、前記第２の処理ガスは、前記ガスライン１００から前記ガス流路１００Ｇ、さらに前記ガス孔１３ｄへかけて構成されている第２のガス供給経路を介して前記処理空間１１Ａに供給される。
このように、前記シャワーヘッド部１３は、第１の処理ガスと第２の処理ガスの流路が独立に形成されており、当該第１の処理ガスと第２の処理ガスはおもに前記処理空間１１Ａで混合される、いわゆるポストミックス型のシャワーヘッド構造となっている。
また、当該シャワーヘッド部１３には、例えば加熱ヒータからなる加熱手段１３ａが設置されており、当該シャワーヘッド部１３を加熱することが可能となっている。例えばＴａ膜などの金属膜または金属を含む膜などが成膜される場合には、成膜速度は成膜される対象物の温度に依存し、当該温度が高いほどその成膜速度が低くなる傾向にある。そのため、当該加熱手段１３ａによってシャワーヘッド部を加熱することにより、シャワーヘッド部１３に形成される膜の膜厚を薄くして、膜の剥離やパーティクルの発生を防止し、またクリーニングなどのメンテナンスのサイクルを長くする効果を奏する。
また、前記ガスライン２００には、図２に示すように、当該ガスライン２００に第１の処理ガスを供給する、バルブ２０２ａを付されたガスライン２０２と、当該ガスライン２００に別の第１の処理ガスを供給する、バルブ２０６ａを付されたガスライン２０６が接続されている。すなわち、前記ガスライン２００には、前記ガスライン２０２と前記ガスライン２０６からそれぞれ供給される、２種類の第１の処理ガスを、バルブの開閉によって切り替えて使用できる構造になっている。
さらに、前記ガスライン２００には、当該ガスライン２００にパージガスを供給するガスライン２０１が接続されている。
一方、前記ガスライン１００には、当該ガスライン１００に第２の処理ガスを供給するガスライン１０１と、当該ガスライン１００にパージガスを供給するガスライン１０２が接続されている。
まず、前記ガスライン２０２についてみると、前記ガスライン２０２には、質量流量コントローラ２０３Ａと、バルブ２０３ａ、バルブ２０３ｂ、バルブ２０３ｃが付されたライン２０３が接続され、当該ライン２０３は、例えば、ＴａＣｌ５などの、原料２０４Ａが保持された原料容器２０４に接続されている。当該原料２０４Ａは、被処理基板上に形成される金属を含む薄膜の原料となる。また、前記ガスライン２０２には、質量流量コントローラ２０５Ａと、バルブ２０５ａ、２０５ｂが付された、例えばＡｒなどのキャリアガスを導入するガスライン２０５が接続されている。前記ガスライン２００からは、前記ガスライン２０５から供給されるＡｒなどのキャリアガスと共に前記第１の処理ガスが前記シャワーヘッド部１３を介して前記処理空間１１Ａに供給される構造になっている。
また、前記ガスライン２０６には、質量流量コントローラ２０７Ａと、バルブ２０７ａ、バルブ２０７ｂ、バルブ２０７ｃが付されたライン２０７が接続され、当該ライン２０７は、例えば、ＴｉＣｌ４などの、原料２０８Ａが保持された原料容器２０８に接続されている。当該原料２０８Ａは、前記シャワーヘッド部１３を保護する保護膜を形成する原料となる。また、前記ガスライン２０６には、質量流量コントローラ２０９Ａと、バルブ２０９ａ、２０９ｂが付された、例えばＡｒなどのキャリアガスを導入するガスライン２０９が接続されている。前記ガスライン２００からは、前記ガスライン２０９から供給されるＡｒなどのキャリアガスと共に前記第１の処理ガスとは異なる別の第１の処理ガスが前記シャワーヘッド部１３を介して前記処理空間１１Ａに供給される構造になっている。
このように、前記ガスライン２００からは、被処理基板上に薄膜を形成するための原料となる第１の処理ガスと、前記シャワーヘッド部１３を保護する保護膜を形成するための原料となる、当該第１の処理ガスと異なる別の第１の処理ガスを処理容器内に供給することが可能となっている。
また、前記ガスライン２００にパージガスを供給するための前記ガスライン２０１には、パージガスである、例えば、Ａｒガスの供給源が接続され、質量流量コントローラ２０１Ａと、バルブ２０１ａ、２０１ｂが付され、供給されるパージガスの流量が制御される構造になっている。
一方、前記ガスライン１００に接続された、前記ガスライン１０１には、第２の処理ガスである、例えばＨ２ガスの供給源が接続され、質量流量コントローラ１０１Ａと、バルブ１０１ａ、１０１ｂが付されて、前記ガスライン１００に供給される第２の処理ガスの流量が制御される構造になっている。
また、前記ガスライン１００にパージガスを供給するための前記ガスライン１０２には、パージガスである、例えば、Ａｒガスの供給源が接続され、質量流量コントローラ１０２Ａと、バルブ１０２ａ、１０２ｂが付され、供給されるパージガスの流量が制御される構造になっている。
また、上記のバルブや質量流量コントローラ、高周波電源など、成膜装置の成膜方法に係る動作は、コンピュータ（ＣＰＵ）１０Ａを内蔵した、制御装置１０により、制御される構造になっている。また、当該制御装置１０には、例えばハードディスクなどよりなる記憶媒体１０Ｂが内蔵されており、例えば以下に示すような本実施例による成膜方法の動作は、当該記憶媒体１０Ｂに記録されたプログラムによって、前記コンピュータ１０Ａにより、実行される構造になっている。また、このようなプログラムを、装置レシピと呼ぶ場合がある。
前記成膜装置を用いて、例えば、前記保持台１２上に載置された、前記被処理基板Ｗ上に、金属膜や金属を含む膜を形成する場合、当該成膜装置は、概ね以下のように制御される。
まず、前記ガスライン２００およびシャワーヘッド部１３を介して前記処理空間１１Ａに金属を含む第１の処理ガスを供給する。当該第１の処理ガスが、前記被処理基板上に吸着した後、当該処理空間１１Ａに残留する当該第１の処理ガスを、前記排気口１５より排気する。この場合、パージガスを用いて処理空間１１Ａをパージしてもよい。
次に、前記ガスライン１００およびシャワーヘッド部１３を介して前記処理空間１１Ａに、前記第１の処理ガスを還元する第２の処理ガスを供給し、さらに前記シャワーヘッド部１３に、前記高周波電源１７から高周波電力を印加して前記処理空間１１Ａに、前記第２の処理ガスのプラズマを励起する。このため、当該第２の処理ガスの解離が進行し、解離することにより生成されるラジカルやイオンにより、前記第１の処理ガスの還元が促進される。
次に、当該処理空間１１Ａに残留する当該第２の処理ガスを、前記排気口１５より排気する。この場合、パージガスを用いて処理空間１１Ａをパージしてもよい。
このような処理を繰り返すことにより、すなわち、処理空間に第１の処理ガスを供給して排出し、さらに第２の処理ガスを供給して排出することを、所定の回数繰り返すことで、前記被処理基板Ｗ上に、所望の厚さの薄膜が形成される。
このようにして、いわゆるＡＬＤ法により形成された膜は、膜中の不純物が少なく、膜質が良好である特長を有している。
しかし、従来は、前記処理空間１１Ａにプラズマ励起を行った場合に形成されるイオンやラジカルによって、前記処理空間１１Ａに面する対象物が、例えばエッチングされるなどのダメージを受け、パーティクルや薄膜の汚染源となる物質が飛散してしまう場合があった。
この場合、前記処理空間１１Ａに面するエッチングの対象となりうる部分のうち、特に前記シャワーヘッド部１３は高周波電圧が印加されて負に帯電しているため、イオン衝撃が大きく、スパッタエッチングされる割合が大きくなってしまう問題があった。そこで、本実施例では、前記シャワーヘッド部１３を含む、前記処理空間１１Ａに面するエッチングの対象となりうる部分に、保護膜を形成する工程を設け、当該保護膜を形成することによって、前記シャワーヘッド部１３などの処理空間１１Ａに面する対象物がエッチングされることを防止し、パーティクルや汚染物質の飛散を防止することを可能としている。
前記シャワーヘッド部１３は、例えばＡｌやＮｉなどの金属材料から構成されるため、スパッタエッチングによりＡｌやＮｉが飛散した場合、被処理基板上に形成される薄膜の汚染物質となってしまう問題があった。そこで、本実施例では、前記シャワーヘッド部１３を覆うように、例えば、特にスパッタエッチングされる前記シャワープレート１３Ｂの、前記処理空間１１Ａに露出した表面を覆うように、保護膜を形成している。
例えば、前記シャワーヘッド部１３などをエッチングまたはスパッタエッチングする活性種としては、例えば第１の処理ガスに用いる、金属のハロゲン化合物に含まれるハロゲンのラジカルやイオンがある。例えば、被処理基板上にＴａ膜を成膜する場合には、第１の処理ガスにＴａＣｌ５などのハロゲン化合物を用いるが、ＴａＣｌ５を用いた場合、図１（Ａ）〜（Ｄ）に示したように、ハロゲン元素が活性化されて生成されるハロゲンラジカルやハロゲンイオン、例えばＣｌラジカルやＣｌイオンが生成されてシャワーヘッド部１３がエッチングされてしまい、特にＣｌイオンのアタックによってシャワーヘッド部１３がスパッタエッチングされてしまう問題が顕著であった。
そこで、本実施例では、前記シャワーヘッド部１３を保護膜で覆う保護膜を形成するが、当該保護膜が、前記シャワーヘッドを構成する材料より、前記処理容器内に生成されるイオンによるスパッタリング耐性が大きいことが好ましい。この場合、効率よく前記シャワーヘッド部１３のスパッタエッチングを抑制することが可能となる。
また、当該保護膜は、被処理基板上に形成される薄膜より、前記処理容器内に生成されるイオンによるスパッタリング耐性が大きいことが好ましい。この場合、前記被処理基板上に薄膜を形成する場合に、前記シャワーヘッド部１３に堆積する薄膜よりも、前記保護膜のスパッタリング耐性が大きいため、効率よく前記シャワーヘッド部１３のスパッタエッチングを抑制することが可能となる。
例えば、被処理基板上にＴａ膜を形成する場合には、第１の処理ガスにＴａＣｌ５、第２の処理ガスにはＨ２を用いて、さらに第２の処理ガスはプラズマ励起して用いる。この場合、例えばスパッタリング耐性に優れる、前記シャワーヘッド部１３を保護する保護膜としては、Ｔｉを含む膜、またはＴｉ膜を用いると、例えばシャワーヘッド部１３を構成するＡｌまたはＮｉよりもスパッタリング耐性が高く、また、成膜処理のときにシャワーヘッド部に形成されるＴａよりもスパッタリング耐性が高く、好ましい。
また、前記シャワーヘッド部１３にアタックするイオンは、Ｃｌイオンなどのハロゲンイオンに限定されるものではなく、例えば、キャリアガスとして第２の処理ガスと共に処理容器内に供給されるガス、例えばＡｒガスより生成されるＡｒイオンなども含まれる場合があり、これらのＡｒイオン等に対しても、保護膜のスパッタリング耐性が高いことが好ましい。
例えば、Ａｒによるスパッタリングに対して、スパッタリング現象が起きるセルフバイアス電位（Ｖｄｃ）のしきい値の値は、Ｎｉが７Ｖ、Ａｌが１３Ｖ、Ｔａが１３Ｖであるのに対して、Ｔｉの場合は２０Ｖと高い値を示している。（「スパッタリング現象」、金原粲著、１９８４、参照）。
このように、Ｔｉは、Ａｒのスパッタリングに対し、ＡｌやＮｉ、Ｔａと比べて高い耐性を示している。また、Ｃｌのスパッタに対してもＴｉの耐性は同様に高いと考えられ、スパッタリングの保護膜としてはＴｉ膜またはＴｉを含む膜が好ましいことがわかる。
次に、図２に示した成膜装置を用いて、本実施例の成膜方法を実施する場合の具体的な一例を、図４に示すフローチャートに基づき、説明する。
図４は、本実施例による成膜方法を示すフローチャートである。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
まず、ステップ１０（図中Ｓ１０と表記する、以下同様）において、被処理基板が処理容器に搬入される前に、処理容器１１内の処理空間１１Ａに面する部分、例えばシャワーヘッド部１３に、当該シャワーヘッド部１３をスパッタエッチングから保護するための、例えばＴｉ膜からなる保護膜を形成する。この場合、ステップ１０で示される保護膜形成工程の詳細の一例に関しては、図６で後述する。
次に、ステップ２０において、被処理基板Ｗが前記成膜装置に搬入され、前記基板保持台１２に載置される。
次に、ステップ３０においては、前記保持台１２に内蔵したヒータによって前記被処理基板が昇温される。
次にステップ４０において、前記バルブ２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃが開放され、前記原料容器２０４から、気化したＴａＣｌ５が、前記ガスライン２０５から供給されるＡｒと共に、前記ガスライン２００を介して、前記処理空間１１Ａに供給される。
本ステップにおいて、前記第１の処理ガスであるＴａＣｌ５が被処理基板上に供給されることで、被処理基板上に前記第１の処理ガスが吸着される。
また、本ステップにおいては、バルブ１０２ａおよびバルブ１０２ｂを開放して前記質量流量コントローラ１０２Ａで流量を制御して、逆流防止ガスとしてＡｒを、前記ガスライン１００より前記処理空間１１Ａに供給し、第１の処理ガスが前記シャワーヘッド部１３から、前記ガスライン１００の側に逆流することを防止してもよい。
次に、ステップ５０で、前記バルブ２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃを閉じて前記処理空間１１Ａへの前記第１の処理ガスの供給を停止し、前記被処理基板上に吸着していない、未吸着で前記処理空間１１Ａに残留していた第１の処理ガスを、前記排気口１５より前記処理容器１１の外へと排出する。この場合、前記バルブ２０１ａ、２０１ｂ、および前記バルブ１０２ａ、１０２ｂを開放して、それぞれ前記ガスライン２００およびガスライン１００からパージガスとしてＡｒを導入して、前記処理空間１１Ａをパージしてもよい。この場合、速やかに残留した第１の処理ガスが処理空間より排出される。所定の時間のパージが終了後、前記バルブ２０１ａ、２０１ｂ、および前記バルブ１０２ａ、１０２ｂを閉じる。
次に、ステップ６０において、前記バルブ１０１ａおよび１０１ｂを開放し、前記質量流量コントローラ１０１Ａで流量を制御することで、第２の処理ガスであるＨ2ガスを前記ガスライン１００より前記処理空間１１Ａに導入し、さらに、前記高周波電源１７より前記シャワーヘッド部１３に高周波電力（ＲＦ）を印加して、前記処理空間１１Ａにてプラズマ励起を行う。この場合、前記処理空間のＨ2が解離されて、Ｈ+／Ｈ*（水素イオンと水素ラジカル）となり、前記被処理基板Ｗ上に吸着している前記第１の処理ガス（ＴａＣｌ3）と反応する。この場合、プラズマを励起する前に、第２の処理ガスの流量安定のため、また処理空間の圧力上昇のために、第２の処理ガスを所定の時間供給するようにしてもよい。
本ステップでは、
ＴａＣｌ５ ＋Ｈ２ → Ｔａ ＋ ＨＣｌ
で示される反応が生じて、被処理基板上にはＴａ膜が形成される。
しかし、一方で、
ＨＣｌ → Ｃｌ＋／Ｃｌ＊ ＋ Ｈ＋／Ｈ＊
で示す反応が生じ、すなわち形成されたＨＣｌがプラズマにより励起され、例えばＣｌ＋／Ｃｌ＊（塩素イオンと塩素ラジカル）が生成される。従来は、これらのラジカルやイオンによって前記シャワーヘッド部１３がエッチングされてしまう問題があったが、本実施例ではシャワーヘッド部がＴｉ膜からなる保護膜で覆われているため、エッチングを抑制することが可能となっている。また、この場合、抑制さえるエッチングは化学的なエッチングと物理的なエッチング（スパッタエッチング）の双方を含む。
また、本ステップにおいては、バルブ２０１ａおよびバルブ２０１ｂを開放して前記質量流量コントローラ２０１Ａで流量を制御して、逆流防止ガスとしてＡｒを、前記ガスライン２００より前記処理空間１１Ａに供給し、第２の処理ガスが前記シャワーヘッド部１３から、前記ガスライン２００の側に逆流することを防止してもよい。また、第２の処理ガスを供給する場合に、前記ガスライン１０２から、キャリアガスとしてＡｒを供給してもよい。このような、逆流防止ガスやキャリアガスとして処理容器内に供給されるガス、例えばＡｒなどがプラズマ励起されることで生成される活性種（Ａｒイオン等）によってもシャワーヘッド部１３はエッチングされる場合があり、保護膜はこのようなエッチングからもシャワーヘッドを保護することが可能である。
次に、ステップ７０で、前記バルブ１０１ａ、１０１ｂを閉じて前記処理空間１１Ａへの前記第２の処理ガスの供給を停止し、前記被処理基板上の前記第１の処理ガスと反応していない前記処理空間１１Ａに残留していた第２の処理ガスを、前記排気口１５より前記処理容器１１の外へと排出する。この場合、前記バルブ２０１ａ、２０１ｂ、および前記バルブ１０２ａ、１０２ｂを開放して、それぞれ前記ガスライン２００およびガスライン１００からパージガスとしてＡｒを導入して、前記処理空間１１Ａをパージしてもよい。この場合、速やかに残留した第２の処理ガスが処理空間より排出される。所定の時間のパージが終了後、前記バルブ２０１ａ、２０１ｂ、および前記バルブ１０２ａ、１０２ｂを閉じる。
次に、ステップ８０においては、被処理基板上に必要な膜厚の薄膜を形成するために、必要に応じて成膜工程を再びステップ４０に戻し、所望の膜厚となるまでステップ４０〜７０からなる、いわゆるＡＬＤ法による成膜工程である工程ＡＬ１を繰り返した後に、次のステップ９０に移行する。
次に、ステップ９０では前記被処理基板Ｗを前記基板保持台１２より離間し、前記処理容器１１から搬出する。
このようにして、本実施例よる成膜処理によって、被処理基板上に金属膜や金属を含む膜、例えばＴａ膜が形成される。この場合、第１の処理ガスとしては、ＴａＣｌ５に限定されるものではなく、他のハロゲン化合物ガス、例えば、ＴａＦ５、ＴａＢｒ５、ＴａＩ５、などを用いることが可能であり、ＴａＣｌ５を用いた場合と同様の効果を奏する。
なお、本実施例で形成されるＴａ膜は、膜中の成分に、Ｔａを少なくとも含む膜を示しており、その結合状態が限定されるものではなく、さらに、添加物を含むようにしてもよい。また、ＴａＮ膜、Ｔａ（Ｃ）Ｎ膜なども形成できる。
また、本実施例によって形成される金属膜や金属を含む膜は、不純物が少なく高品質な膜質であり、微細パターンに成膜するにあたっては、良好なカバレッジ特性を得ることができるため、微細化された配線パターンを有する高性能半導体装置の、Ｃｕ配線の拡散防止膜（バリア膜または密着膜）に用いると好適である。
また、本実施例による成膜方法によって成膜が可能である膜は、Ｔａを含有する膜に限定されず、例えば、Ｔｉ、Ｗなどの金属を含む膜を形成することが可能である。
また、図４には、例えば被処理基板を１枚処理する場合の成膜方法の一例を示したが、複数の被処理基板に、連続的に成膜を行う場合には、所定の枚数の成膜後に処理容器を定期的にクリーニングして、処理容器内部に堆積した薄膜を除去することが好ましい。このため、クリーニング工程を含む成膜方法の一例を、次に、図５に示す。
図５は、複数の被処理基板上に連続的に成膜を行う場合の、クリーニング工程を含む成膜方法の一例を示すフローチャートである。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
本図に示す成膜方法の場合、ステップ９０の後に、ステップ１００に進み、ステップ１１００では、処理枚数が所定の枚数に達したかどうかを判断し、所定の枚数に達しない場合には処理をステップ２０に戻し、ステップ２０からステップ９０までのサイクルＳを繰り返す。ここで、所定の枚数の処理が終了し、処理容器内のクリーニングが必要になると、ステップ１００から処理がステップ１１０に進行し、処理容器内のクリーニングを行う。処理容器内のクリーニングは、例えばフッ素系のガスを導入してプラズマ励起をする、または活性なガスを供給してガスクリーニングを行う、または処理容器を開放してクリーニングを行うなど、様々な方法で、処理容器内に堆積した金属を含む膜、例えばＴａ膜などを除去することが可能である。本ステップで処理容器内のクリーンングが終了すると、処理をステップ１０に戻して、再びシャワーヘッド部１３を含む処理容器内に保護膜を形成する。これは、ステップ１１０のクリーニング工程において、保護膜も除去されるためである。
このようにして、図５に示したフローチャートに基づき、複数の被処理基板に連続的に成膜を行う処理が実施される。本実施例による成膜方法によれば、例えばシャワーヘッド部などの処理容器内に面する部材のエッチング量が抑制されるため、パーティクルや汚染物質の飛散が抑制されて、安定で清浄な成膜が可能となるとともに、シャワーヘッド部などの部材がエッチングされる量が抑制されるために、シャワーヘッド部などの部材のメンテナンスサイクルを長くすることが可能となり、成膜装置の稼働率が向上する効果を奏する。
次に、図４、図５において、ステップ１０で示した、保護膜形成工程について、その成膜方法の詳細の一例を図６に示す
図６は、本実施例による保護膜形成工程の一例の詳細を示したフローチャートである。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
まず、ステップ１１で保護膜の成膜が開始されると、ステップ１２からステップ１５においては、図４、５に示した工程ＡＬ１、すなわち前記ステップ４０からステップ７０と同様にして、前記シャワープレート１３Ｂの前記処理空間１１Ａに面した側など、前記シャワーヘッド部１３の表面を含む処理容器１１内に保護膜を形成する。
具体的には、まず、ステップ１２において、前記バルブ２０７ａ、２０７ｂ、２０７ｃが開放され、前記原料容器２０８から、気化したＴｉＣｌ４が、前記ガスライン２０９から供給されるＡｒと共に、前記ガスライン２００を介して、前記処理空間１１Ａに供給される。
本ステップにおいて、前記第１の処理ガスであるＴａＣｌ５とは異なる、別の第１の処理ガスであるＴｉＣｌ４が被処理基板上に供給されることで、例えば前記シャワーヘッド部１３に、当該別の第１の処理ガスが吸着される。
また、本ステップにおいては、バルブ１０２ａおよびバルブ１０２ｂを開放して前記質量流量コントローラ１０２Ａで流量を制御して、逆流防止ガスとしてＡｒを、前記ガスライン１００より前記処理空間１１Ａに供給し、当該別の第１の処理ガスが前記シャワーヘッド部１３から、前記ガスライン１００の側に逆流することを防止してもよい。
次に、ステップ１３で、前記バルブ２０７ａ、２０７ｂ、２０７ｃを閉じて前記処理空間１１Ａへの前記別の第１の処理ガスの供給を停止し、前記被処理基板上に吸着していない、未吸着で前記処理空間１１Ａに残留していた処理ガスを、前記排気口１５より前記処理容器１１の外へと排出する。この場合、前記バルブ２０１ａ、２０１ｂ、および前記バルブ１０２ａ、１０２ｂを開放して、それぞれ前記ガスライン２００およびガスライン１００からパージガスとしてＡｒを導入して、前記処理空間１１Ａをパージしてもよい。この場合、速やかに残留した第１の処理ガスが処理空間より排出される。所定の時間のパージが終了後、前記バルブ２０１ａ、２０１ｂ、および前記バルブ１０２ａ、１０２ｂを閉じる。
次に、ステップ１４において、前記バルブ１０１ａおよび１０１ｂを開放し、前記質量流量コントローラ１０１Ａで流量を制御することで、第２の処理ガスであるＨ2ガスを前記ガスライン１００より前記処理空間１１Ａに導入し、さらに、前記高周波電源１７より前記シャワーヘッド部１３に高周波電力（ＲＦ）を印加して、前記処理空間１１Ａにてプラズマ励起を行う。この場合、前記処理空間のＨ2が解離されて、Ｈ+／Ｈ*（水素イオンと水素ラジカル）となり、前記シャワーヘッド部１３などに吸着している前記第１の処理ガス（ＴａＣｌ3）と反応し、例えば、前記シャワープレート１３Ｂの表面など、前記シャワーヘッド部１３を含む処理容器内に、Ｔｉ膜からなる保護膜が形成される。
また、本ステップにおいては、バルブ２０１ａおよびバルブ２０１ｂを開放して前記質量流量コントローラ２０１Ａで流量を制御して、逆流防止ガスとしてＡｒを、前記ガスライン２００より前記処理空間１１Ａに供給し、第２の処理ガスが前記シャワーヘッド部１３から、前記ガスライン２００の側に逆流することを防止してもよい。また、第２の処理ガスを供給する場合に、前記ガスライン１０２から、キャリアガスとしてＡｒを供給してもよい。
次に、ステップ１５で、前記バルブ１０１ａ、１０１ｂを閉じて前記処理空間１１Ａへの前記第２の処理ガスの供給を停止し、未反応の前記処理空間１１Ａに残留していた第２の処理ガスを、前記排気口１５より前記処理容器１１の外へと排出する。この場合、前記バルブ２０１ａ、２０１ｂ、および前記バルブ１０２ａ、１０２ｂを開放して、それぞれ前記ガスライン２００およびガスライン１００からパージガスとしてＡｒを導入して、前記処理空間１１Ａをパージしてもよい。この場合、速やかに残留した第２の処理ガスが処理空間より排出される。所定の時間のパージが終了後、前記バルブ２０１ａ、２０１ｂ、および前記バルブ１０２ａ、１０２ｂを閉じる。
次に、ステップ１６では、必要に応じて成膜工程を再びステップ１２に戻し、保護膜が所望の膜厚となるまでステップ１２〜１５からなる、いわゆるＡＬＤ法による成膜工程である工程ＡＬ２を繰り返した後に、次のステップ１７に移行し、保護膜形成工程を終了する。ステップ１７の後は、例えば図４、図５に示した前記ステップ２０に移行する。
このようにして、図６に示した処理によって、シャワーヘッド部などに金属膜や金属を含む膜からなる保護膜、例えばＴｉ膜が形成される。この場合、第１の処理ガスとしては、ＴｉＣｌ５に限定されるものではなく、他の処理ガスを用いることも可能であり、ＴｉＣｌ４を用いた場合と同様の効果を奏する。
なお、本実施例で形成されるＴｉ膜は、膜中の成分に、Ｔｉを少なくとも含む膜を示しており、その結合状態が限定されるものではなく、さらに、添加物を含むようにしてもよい。
また、図６に示す、いわゆるＡＬＤ法によって形成される保護膜は、不純物が少なく高品質な膜質であり、また、化学的なエッチングや物理的なエッチング（スパッタエッチング）に対する耐性が高い特長を有している。
また、本実施例に示した保護膜の成膜方法によれば、被処理基板上に形成する薄膜と成膜方法が同様であり、ガス供給設備や、制御系や制御に係るソフトウェアなどの設備を今日共有することが可能であり、成膜に係るコストを抑制することが可能である。
また、必要に応じて、保護膜の特性や組成、また含有する金属などは、任意に変更して用いることが可能である。例えばプラズマ励起の場合の高周波電力が大きい場合、すなわちセルフバイアス電位が大きい場合には、必要に応じてさらにスパッタリング耐性が高い膜などを形成することが可能であり、このように、被処理基板に成膜される成膜処理に対応した保護膜を形成して用いることが可能であることは明らかである。
また、図２に示した成膜装置の処理の効率を向上させるために、前記シャワーヘッド部１３を加熱する方法があり、当該シャワーヘッド部１３に堆積する薄膜の厚さ、例えばＴａ膜の厚さを抑制する方法がある。
図７は、成膜温度と堆積されるＴａ膜の成膜速度の関係を示した図であるが、成膜温度を増大させるに従い、成膜速度が低くなっている。そのため、成膜温度が高い場合は堆積されるＴａ膜の膜厚が薄くなることがわかる。
このような、温度と成膜速度の関係を利用し、例えば、図３に示した加熱手段１３ａによってシャワーヘッド部を加熱することにより、シャワーヘッド部に堆積するＴａ膜などの膜厚を薄くすることが可能となる。
例えば、図５に示した前記工程ＡＬ１において、前記シャワーヘッド部１３を加熱することにより、シャワーヘッド部に堆積するＴａ膜の厚さを抑制することができる。そのため、例えば図５のステップ１００に示した所定枚数、すなわちクリーニングが必要となるまでに可能な処理枚数を増大させることが可能となり、成膜装置の処理の効率を良好とすることが可能となる。
またこの場合、保護膜を形成する回数も同様に抑制されるため、保護膜を形成する成膜方法と組み合わせて用いる場合には、特に成膜処理の効率が良好となる効果を奏する。
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
また、本発明において、例えばハロゲンなどのエッチングを防止する、例えばシャワーヘッド部に形成される保護膜は、上記に示したようにＴｉを含む膜に限定されるものではなく、他の膜を用いることも可能である。
この場合、例えば、ＳｉとＣを含む膜を前記保護膜として用いると好適である。この場合、ＳｉとＣを含む膜とは、例えばＳｉとＣを主成分とする膜を意味し、例えばＨ２などの、他の元素を含有していてもよい。また、酸素を含むように形成することも可能であるが、酸素を含む膜は、エッチング耐性が小さくなるため、できるだけ酸素の含有率は小さくなるようにすることが好ましい。以下文中では、ＳｉとＣを含む膜を、ＳｉＣ膜と表記する。
当該ＳｉＣ膜は、スパッタリング耐性に優れており、前記保護膜として用いた場合には、ＡｒイオンやＣｌイオンなどのスパッタリング耐性に優れた効果を奏する。また、さらに、ＳｉＣ膜は、成膜中に形成されるＣｌラジカルによる化学的なエッチングによる耐性に優れているという特徴を有しており、Ｃｌラジカルによるエッチング耐性に関しては、上記のＴｉを含む膜より更に耐性に優れている。このため、成膜工程において、イオンが形成される場合のイオンによるスパッタリングと、成膜工程において形成される、ハロゲンラジカルの化学的なエッチングの双方に優れている特徴を有している。このため、シャワーヘッド部を、成膜工程におけるエッチングより保護する効果に優れており、汚染物質が飛散することを防止する効果が大きい。
例えば、特にイオンによりスパッタリングによりシャワーヘッド部がエッチングされることが懸念される場合には、保護膜としてＴｉを含む膜を用いることが可能であり、さらにハロゲンラジカルなどの化学的なエッチングの影響が大きい場合には、ＳｉとＣを含む膜を用いることが好適である。
例えば、ＳｉＣ膜は、以下に示す装置によって形成することができる。
図９は、本実施例による成膜装置を模式的に示した断面図である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。この場合、装置の概要は図２に示した成膜装置と同様であるが、本実施例による成膜装置の場合、以下の点で異なっている。本実施例による成膜装置の場合、前記ガスライン２０２は、前記バルブ２０２ａを介して、ガスライン２２０と接続されている。当該ガスライン２２０には、バルブ２２０ａ，２２０ｂと、質量流量コントローラ２２０Ａを介して、圧力制御弁２２１ａを有する、原料ガス保持部２２１が接続されている。当該原料ガス保持部２２１内には、保護膜を成膜するための、保護膜成膜ガス２２１Ａが保持されている。また、ＳｉＣ膜を形成するための原料は、常温で気体の場合に限定されず、常温で液体の原料や固体の原料を必要に応じて用いることができる。本実施例の場合、前記保護膜成膜ガス２２１Ａとして、有機シランガス、例えばトリメチルシランガスを用いる場合を例にとって説明する。
本実施例による成膜方法の場合、図４〜図５に示した、ステップ１０の保護膜形成工程において、前記ガスライン２２０から前記ガスライン２０２、さらに前記シャワーヘッド部１３を介して前記処理容器１１内に、前記保護膜成膜ガス２２１Ａを供給し、プラズマを励起して、保護膜の成膜を行う。
具体的には、例えば、保護膜形成工程が開始されると、まず、前記バルブ２０２ａ、２２０ａ、２２０ｂを開放し、前記質量流量コントローラ２２０Ａで、前記保護膜成膜ガス２２１Ａの流量を制御しながら、前記処理容器１１内に保護膜成膜ガスを供給する。そこで、前記高周波電源１７より、前記シャワーヘッド部１３に高周波電力を印加することにより、プラズマを励起して当該シャワーヘッド部１３に、ＳｉＣ膜よりなる保護膜を形成することができる。また、この場合、前記ガスライン１０２よりＡｒの代わりにＨｅなどのガスを供給するようにしてもよい。
また、前記保護膜を、前記シャワーヘッド部１３を覆うように形成する場合、前記シャワーヘッド部１３の温度を制御することにより、形成される保護膜（ＳｉＣ膜）の膜質を適宜制御することが可能である。
図９は、成膜温度を変更した場合に、ＳｉＣ膜が形成される成膜速度の変化を示したものである。この場合、保護膜（ＳｉＣ膜）は、シャワーヘッド部１３上に形成されたものを直接測定することは困難であるため、被処理基板上に形成されたものを測定している。しかし、このような温度に対する成膜の特性の変化は、前記シャワーヘッド部１３上に形成された保護膜の場合も同様と考えられる。この場合、トリメチルシランの流量は、１５０ｓｃｃｍ、Ｈｅの流量が８００ｓｃｃｍ、高周波電力は、８００Ｗ、処理容器内の圧力が７．８Ｔｏｒｒである。
図９を参照するに、成膜温度（この場合被処理基板の温度）が上昇すると、成膜速度が減少する傾向にあることがわかる。この場合、成膜速度を高くすることで、形成される保護膜（ＳｉＣ膜）の密度が高くなり、いわゆる緻密な膜となっていることが考えられる。
また、図１０には、成膜温度を変更した場合の、ＳｉＣ膜の光学屈折率の変化を示す。この場合、図９に示した場合と同様に、保護膜は、被処理基板上に形成されたものを測定している。
図１０を参照するに、成膜温度が上昇すると、光学屈折率が大きくなっており、成膜温度が上昇するに従い、保護膜の密度が増大していると考えられる結果を示している。
また、このように成膜温度を上昇させることで保護膜の密度を増大させると、当該保護膜が緻密になって、例えばハロゲンイオンやハロゲンラジカルなどに対するエッチング耐性が良好となると考えられる。このため、例えば図３に示したように、シャワーヘッド部１３には、当該シャワーヘッド部１３を加熱する加熱手段１３ａが形成されていることが好ましい。当該加熱手段１３ａによって当該シャワーヘッド部１３を加熱することにより、当該シャワーヘッド部１３に形成される保護膜を緻密でエッチング耐性に優れたものとすることができる。
また、一方で前記シャワーヘッド部１３の温度は、被処理基板上に成膜を行う成膜工程において、成膜に係る条件より好ましい温度範囲が決まるため、これらの条件を考慮して適切な温度となるように制御されることが好ましい。
また、本実施例による成膜方法は、上記の工程、すなわち保護膜形成工程以外は、実施例１〜実施例２に示した場合と同様にして行う事が可能である。また、本実実施例による成膜方法では、被処理基板上に、例えばＴａを含む膜や、Ｔｉを含む膜を形成することが可能である。
例えば、被処理基板上にＴｉを形成する場合には、図４に示した前記成膜工程ＡＬ１において、ＴａＣｌ５に換えて、ＴｉＣ４を用いればよい。
また、被処理基板上にＴｉ膜またはＴａ膜を形成する方法については、いわゆるＡＬＤ法に限定されず、他の様々な方法、例えばＰＥ−ＣＶＤ法などを用いて形成することも可能である。この場合、Ｔｉ膜やＴａ膜を成膜するための、例えばＴａＣｌ５やＴｉＣｌ４などの成膜ガスと、Ｈ２やＮＨ３などの還元ガスを、例えば同時に処理容器内に供給し、または供給のタイミングを変更して処理容器内に供給し、プラズマを励起することで、ＴａやＴｉを含む膜を成膜することができる。また、さらにこれらのガス以外を用いて、またはこれらのガスに加えて様々なガスを用いて、ＴａやＴｉを含む膜を成膜することができる。
例えば、被処理基板上にＴｉを含む膜を形成する場合には、成膜するためのガスに、ＴｉＣｌ４，Ａｒ，Ｈ２、ＮＨ３などを用いて形成することができる。この場合、必要に応じて成膜工程を複数のステップよりなるように構成し、複数のステップにおいて、それぞれのガスの供給される期間や流量、また印加される高周波電力を変更して、当該複数のステップを繰り返すことにより、被処理基板上にＴｉを含む膜を形成することも可能である。
例えば、図１１には、成膜するためのガスに、ＴｉＣｌ４，Ａｒ，Ｈ２、ＮＨ３を用いて被処理基板上にＴｉを形成した場合に、被処理基板温度を変更した場合の、成膜速度と比抵抗値を示したものである。
この場合、成膜のステップは第１ステップと第２ステップよりなり、第１ステップでは、処理容器内に、ＴｉＣｌ４、Ａｒ，Ｈ２を、それぞれ、２．５ｓｃｃｍ、７５０ｓｃｃｍ、１５００ｓｃｃｍ供給し、高周波電力を、３５０Ｗ印加している。第２ステップでは、処理容器内に、ＮＨ３、Ａｒ、Ｈ２を、それぞれ、２００ｓｃｃｍ、７５０ｓｃｃｍ、１５００ｓｃｃｍ供給し、高周波電力を５００Ｗ印加している。またこの場合、必要な膜厚に応じてステップ１とステップ２を繰り返して成膜を行う。
このように、本実施例による成膜方法では、被処理基板上にＴａを含む膜やＴｉを含む膜などを成膜することが可能である。また、この場合に、シャワーヘッド部にＳｉとＣを含む保護膜が形成されていることにより、シャワーヘッド部からの汚染物質の飛散が抑制され、不純物が抑制された純度の高い膜を形成することが可能である。
また、例えば前記保護膜として、Ｔｉを含む膜とＳｉＣ膜を積層した構造とすることも可能である。例えば、保護膜として、Ｔｉ／ＳｉＣ、ＳｉＣ／Ｔａなどの積層構造、または、Ｔｉ／ＳｉＣ／Ｔｉ、ＳｉＣ／Ｔｉ／ＳｉＣなどの積層構造を用いることが可能であり、さらにこれらの構造を組み合わせて用いることも可能である。この場合、シャワーヘッド部などのエッチング防止効果が大きくなり、不純物の飛散防止効果が良好となる。
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
本発明によれば、処理ガスをプラズマ励起して用い、被処理基板に成膜を行う場合に、成膜の汚染源の飛散が抑制され、清浄で安定な成膜が可能となる。
（Ａ）〜（Ｄ）は、従来の成膜方法を模式的に示した図である。 実施例１による成膜方法を実施する成膜装置の一例を模式的に示した図である。 図２の成膜装置に用いるシャワーヘッド部の断面を模式的に示した図である。 実施例１による成膜方法を示すフローチャート（その１）である。 実施例１による成膜方法を示すフローチャート（その２）である。 実施例１による成膜方法を示すフローチャート（その３）である。 成膜温度と形成される薄膜の成膜速度の関係を示す図である。 実施例３による成膜方法を実施する成膜装置の一例を模式的に示した図である。 成膜温度と形成される保護膜の成膜速度の関係を示す図である。 成膜温度と形成される保護膜の光学屈折率の関係を示す図である。 被処理基板上にＴｉを形成した場合の、成膜速度と比抵抗値である。
符号の説明
１１ 処理容器
１２ 基板保持台
１２ａ 基板保持台支持
１３ シャワーヘッド部
１３Ａ シャワーヘッド本体
１３Ｂ シャワープレート
１３ｃ，１３ｄ，１３Ｅ ガス孔
１４，１６，１００ａ，１００ｂ インシュレータ
１５ 排気口
１７ 高周波電力
１７ａ 電源ライン
１００，１０１，１０２，２００，２０１，２０２，２０３，２０５，２０６，２０７，２０９ ガスライン
１０１Ａ，１０２Ａ，２０１Ａ，２０５Ａ，２０９Ａ 質量流量コントローラ
１０１ａ，１０１ｂ，１０２ａ，１０２ｂ，２０１ａ，２０１ｂ，２０３ａ，２０３ｂ，２０２ａ，２０３ｃ，２０５ａ，２０５ｂ，２０６ａ，２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃ，２０９ａ，２０９ｂ バルブ

Claims (16)

  1. 被処理基板を保持する保持台を内部に備えた処理容器と、
    高周波電力が印加可能に構成された、前記処理容器内に成膜ガスまたは当該成膜ガスを還元する還元ガスを供給するガス供給部と、を備えた成膜装置による成膜方法であって、
    前記処理容器内に金属元素とハロゲン元素を含む前記成膜ガスを供給する第１の工程と、
    前記処理容器内に前記還元ガスを供給する第２の工程と、
    前記ガス供給部に高周波電力を印加して前記処理容器内にプラズマを励起し、前記被処理基板上に成膜を行う第３の工程と、を有し、
    前記第３の工程で活性化される前記ハロゲン元素のエッチングから、前記ガス供給部を保護する保護膜を形成する保護膜形成工程をさらに設けたことを特徴とする成膜方法。
  2. 前記第１の工程は前記成膜ガスを前記処理容器内より排出する工程を含み、
    前記第２の工程は前記還元ガスを前記処理容器内より排出する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
  3. 前記第３の工程は、前記還元ガスをプラズマ励起する工程であることを特徴とする請求項１または２記載の成膜方法。
  4. 前記第１の工程乃至第３の工程を繰り返し実施することで前記成膜を行うことを特徴とする請求項２または３記載の成膜方法。
  5. 前記保護膜はＴｉを含むことを特徴とする請求項１乃至４記載の成膜方法。
  6. 前記金属元素はＴａであることを特徴とする請求項５記載の成膜方法。
  7. 前記保護膜形成工程は、
    前記ガス供給部より前記処理容器内に、保護膜成膜ガスを供給して排出する第４の工程と、
    前記ガス供給部より前記処理容器内に、当該保護膜成膜ガスを還元する還元ガスを供給し、前記還元ガスを前記ガス供給部に印加される高周波電力によりプラズマ励起し、当該還元ガスを排出する第５の工程と、を有し、
    当該第４の工程と第５の工程を交互に繰り返すことを特徴とする請求項１乃至６のうち、いずれか１項記載の成膜方法。
  8. 前記保護膜は、ＳｉとＣを含む膜であることを特徴とする請求項１乃至４記載の成膜方法。
  9. 前記保護膜を形成する工程は、
    前記ガス供給部より前記処理容器内に、Ｓｉ元素とＣ元素を含む保護膜成膜ガスを供給する第６の工程と、
    前記保護膜成膜ガスを、前記ガス供給部に印加される高周波電力によりプラズマ励起する第７の工程と、を有することを特徴とする請求項８記載の成膜方法。
  10. 前記金属元素は、ＴｉまたはＴａであることを特徴とする請求項８または９記載の成膜方法。
  11. 前記成膜ガスは、ＴａＣｌ５，ＴａＦ５，ＴａＢｒ５およびＴａＩ５のいずれかを含むことを特徴とする請求項８または９記載の成膜方法。
  12. 前記保護膜成膜ガスは、有機シランガスよりなることを特徴とする請求項９乃至１１のうち、いずれか１項記載の成膜方法。
  13. 前記ガス供給部は、加熱手段により、加熱されることを特徴とする請求項１乃至１２のうち、いずれか１項記載の成膜方法。
  14. 前記保護膜形成工程の前に、前記処理容器内の堆積物を除去するクリーニング工程を有することを特徴とする請求項１乃至１３のうち、いずれか１項記載の成膜方法。
  15. 前記保護膜形成工程では、前記保持台に前記被処理基板が載置されないことを特徴とする請求項１乃至１４のうち、いずれか１項記載の成膜方法。
  16. 被処理基板を保持する保持台を内部に備えた処理容器と、
    高周波電力が印加可能に構成された、前記処理容器内に成膜ガスまたは当該成膜ガスを還元する還元ガスを供給するガス供給部と、を備えた成膜装置による成膜方法をコンピュータに動作させるプログラムを記憶した記録媒体であって、
    前記プログラムは、
    前記処理容器内に金属元素とハロゲン元素を含む前記成膜ガスを供給する第１の工程と、
    前記処理容器内に前記還元ガスを供給する第２の工程と、
    前記ガス供給部に高周波電力を印加して前記処理容器内にプラズマを励起し、前記被処理基板上に成膜を行う第３の工程と、を有し、
    前記第３の工程で活性化される前記ハロゲン元素のエッチングから、前記ガス供給部を保護する保護膜を形成する保護膜形成工程をさらに設けたことを特徴とする記録媒体。
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