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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2019-218593(P2019-218593A)
(43)【公開日】2019年12月26日
(54)【発明の名称】金属膜の形成方法及び成膜装置
(51)【国際特許分類】
   C23C 16/14 20060101AFI20191129BHJP
   C23C 16/50 20060101ALI20191129BHJP
【FI】
   C23C16/14
   C23C16/50
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】OL
【全頁数】14
(21)【出願番号】特願2018-116215(P2018-116215)
(22)【出願日】2018年6月19日
(71)【出願人】
【識別番号】000219967
【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】若林 哲
(72)【発明者】
【氏名】中込 素子
(72)【発明者】
【氏名】山▲崎▼ 英亮
【テーマコード(参考)】
4K030
【Fターム(参考)】
4K030AA03
4K030AA04
4K030AA17
4K030BA18
4K030CA04
4K030DA06
4K030EA01
4K030FA01
4K030HA01
4K030JA05
4K030JA06
4K030KA41
(57)【要約】
【課題】基板に成膜される金属膜の膜厚の面内分布を制御することができる技術を提供する。
【解決手段】本開示の一態様による金属膜の形成方法は、基板を収容する処理容器内に、金属原料ガスとプラズマ励起ガスとを含む第1のガスと、還元ガスとプラズマ励起ガスとを含む第2のガスと、を供給し、プラズマCVD法により、前記基板の上に第1の金属膜を形成する工程と、前記第1の金属膜を形成する工程の後、前記処理容器内に、前記金属原料ガスと前記プラズマ励起ガスとを含む第3のガスと、前記還元ガスと前記プラズマ励起ガスとを含む第4のガスと、を供給し、プラズマCVD法により、前記第1の金属膜の上に第2の金属膜を形成する工程と、を有する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板を収容する処理容器内に、金属原料ガスとプラズマ励起ガスとを含む第1のガスと、還元ガスとプラズマ励起ガスとを含む第2のガスと、を供給し、プラズマCVD法により、前記基板の上に第1の金属膜を形成する工程と、
前記第1の金属膜を形成する工程の後、前記処理容器内に、前記金属原料ガスと前記プラズマ励起ガスとを含む第3のガスと、前記還元ガスと前記プラズマ励起ガスとを含む第4のガスと、を供給し、プラズマCVD法により、前記第1の金属膜の上に第2の金属膜を形成する工程と、
を有する、
金属膜の形成方法。
【請求項2】
前記第1のガスに含まれる前記プラズマ励起ガスの流量と前記第2のガスに含まれるプラズマ励起ガスの流量は略同一である、
請求項1に記載の金属膜の形成方法。
【請求項3】
前記第3のガスに含まれる前記プラズマ励起ガスの流量は、前記第4のガスに含まれる前記プラズマ励起ガスの流量以上である、
請求項1又は2に記載の金属膜の形成方法。
【請求項4】
前記第1のガスに含まれる前記プラズマ励起ガスの前記第2のガスに含まれる前記プラズマ励起ガスに対する流量比は、前記第3のガスに含まれる前記プラズマ励起ガスの前記第4のガスに含まれる前記プラズマ励起ガスに対する流量比以下である、
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の金属膜の形成方法。
【請求項5】
前記第1の金属膜を形成する工程の前に、前記処理容器内に前記金属原料ガス及び前記還元ガスを含むガスを供給することにより、前記処理容器内の表面に金属膜を形成する工程を有する、
請求項1乃至4のいずれ一項に記載の金属膜の形成方法。
【請求項6】
前記処理容器内の表面に金属膜を形成する工程は、
前記処理容器内に前記金属原料ガス及び前記還元ガスを含む第5のガスを供給することにより、前記処理容器内の表面に第5の金属膜を形成する工程と、
前記処理容器内に前記金属原料ガス及び前記還元ガスを含む第6のガスを供給することにより、前記第5の金属膜の上に第6の金属膜を形成する工程と、
前記処理容器内に前記金属原料ガス及び前記還元ガスを含む第7のガスを供給することにより、前記第6の金属膜の上に第7の金属膜を形成する工程と、
を有し、
前記第5のガスに含まれる前記金属原料ガスの流量に対する前記還元ガスの流量比は、前記第6のガスに含まれる前記金属原料ガスの流量に対する前記還元ガスの流量比及び前記第7のガスに含まれる前記金属原料ガスの流量に対する前記還元ガスの流量比よりも高く、
第5のガスに含まれる金属原料ガスの流量は、第6のガスに含まれる金属原料ガスの流量及び第7のガスに含まれる金属原料ガスの流量よりも少ない、
請求項5に記載の金属膜の形成方法。
【請求項7】
前記処理容器の表面に金属膜を形成する工程は、前記処理容器内に基板が存在していない状態で行われる、
請求項5又は6に記載の金属膜の形成方法。
【請求項8】
前記金属原料ガスは、Ti原料ガスであり、
前記還元ガスは、水素含有ガスであり、
前記プラズマ励起ガスは、不活性ガスである、
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の金属膜の形成方法。
【請求項9】
前記Ti原料ガスは、TiClであり、
前記水素含有ガスは、Hであり、
前記プラズマ励起ガスは、Arである、
請求項8に記載の金属膜の形成方法。
【請求項10】
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内にガスを供給するガス供給部と、
前記ガス供給部の動作を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、
前記処理容器内に、金属原料ガスとプラズマ励起ガスとを含む第1のガスと、還元ガスとプラズマ励起ガスとを含む第2のガスと、を供給し、プラズマCVD法により、前記基板の上に第1の金属膜を形成する工程と、
前記第1の金属膜を形成する工程の後、前記処理容器内に、前記金属原料ガスと前記プラズマ励起ガスとを含む第3のガスと、前記還元ガスと前記プラズマ励起ガスとを含む第4のガスと、を供給し、プラズマCVD法により、前記第1の金属膜の上に第2の金属膜を形成する工程と、
を実行するように前記ガス供給部を制御する、
成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、金属膜の形成方法及び成膜装置に関する。
【背景技術】
【0002】
原料ガスであるTiClガス、還元ガスであるHガス、及びプラズマ励起ガスであるArガスを用いて、プラズマCVD法によりチタン(Ti)膜を形成する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2010−263126号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示は、基板に成膜される金属膜の膜厚の面内分布を制御することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一態様による金属膜の形成方法は、基板を収容する処理容器内に、金属原料ガスとプラズマ励起ガスとを含む第1のガスと、還元ガスとプラズマ励起ガスとを含む第2のガスと、を供給し、プラズマCVD法により、前記基板の上に第1の金属膜を形成する工程と、前記第1の金属膜を形成する工程の後、前記処理容器内に、前記金属原料ガスと前記プラズマ励起ガスとを含む第3のガスと、前記還元ガスと前記プラズマ励起ガスとを含む第4のガスと、を供給し、プラズマCVD法により、前記第1の金属膜の上に第2の金属膜を形成する工程と、を有する。
【発明の効果】
【0006】
本開示によれば、基板に成膜される金属膜の膜厚の面内分布を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
図1】成膜装置の構成例を示す断面図
図2】金属膜の形成方法の一例を示すフローチャート
図3】プリコート工程の一例を示すフローチャート
図4】TiClラインのAr流量とTi膜の膜厚の面内均一性との関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。
【0009】
(成膜装置)
本開示の一実施形態に係る成膜装置の構成例について説明する。図1は、成膜装置の構成例を示す断面図である。
【0010】
図1に示されるように、成膜装置1は、プラズマCVD法により、例えば基板である半導体ウエハ(以下「ウエハW」という。)にチタン(Ti)膜を成膜する処理を行う装置である。成膜装置1は、略円筒状の気密な処理容器2を備える。処理容器2の底壁の中央部には、排気室21が設けられている。
【0011】
排気室21は、下方に向けて突出する例えば略円筒状の形状を備える。排気室21には、例えば排気室21の側面において、排気路22が接続されている。
【0012】
排気路22には、圧力調整部23を介して排気部24が接続されている。圧力調整部23は、例えばバタフライバルブ等の圧力調整バルブを備える。排気路22は、排気部24によって処理容器2内を減圧できるように構成されている。処理容器2の側面には、搬送口25が設けられている。搬送口25は、ゲートバルブ26によって開閉自在に構成されている。処理容器2内と搬送室(図示せず)との間におけるウエハWの搬入出は、搬送口25を介して行われる。
【0013】
処理容器2内には、ウエハWを略水平に保持するための基板載置台であるステージ3が設けられている。ステージ3は、平面視で略円形状に形成されており、支持部材31によって支持されている。ステージ3の表面には、例えば直径が300mmのウエハWを載置するための円形状の凹部32が形成されている。ステージ3は、例えば窒化アルミニウム(AlN)等のセラミックス材料により形成されている。また、ステージ3は、ニッケル(Ni)等の金属材料により形成されていてもよい。なお、凹部32の代わりにステージ3の表面の周縁部にウエハWをガイドするガイドリングを設けてもよい。
【0014】
ステージ3には、例えば接地された下部電極33が埋設される。下部電極33の下方には、加熱機構34が埋設される。加熱機構34は、制御部90からの制御信号に基づいて電源部(図示せず)から給電されることによって、ステージ3に載置されたウエハWを設定温度(例えば350〜700℃の温度)に加熱する。ステージ3の全体が金属によって構成されている場合には、ステージ3の全体が下部電極として機能するので、下部電極33をステージ3に埋設しなくてよい。ステージ3には、ステージ3に載置されたウエハWを保持して昇降するための複数本(例えば3本)の昇降ピン41が設けられている。昇降ピン41の材料は、例えばアルミナ(Al)等のセラミックスや石英等であってよい。昇降ピン41の下端は、支持板42に取り付けられている。支持板42は、昇降軸43を介して処理容器2の外部に設けられた昇降機構44に接続されている。
【0015】
昇降機構44は、例えば排気室21の下部に設置されている。ベローズ45は、排気室21の下面に形成された昇降軸43用の開口部211と昇降機構44との間に設けられている。支持板42の形状は、ステージ3の支持部材31と干渉せずに昇降できる形状であってもよい。昇降ピン41は、昇降機構44によって、ステージ3の表面の上方側と、ステージ3の表面の下方側との間で、昇降自在に構成される。
【0016】
処理容器2の天壁27には、絶縁部材28を介してガス供給部5が設けられている。ガス供給部5は、上部電極を成しており、下部電極33に対向している。ガス供給部5には、整合器52を介して高周波電源51が接続されている。高周波電源51から上部電極(ガス供給部5)に高周波電力を供給することによって、上部電極(ガス供給部5)と下部電極33との間に高周波電界が生じるように構成されている。ガス供給部5は、中空状のガス供給室53を備える。ガス供給室53の下面には、処理容器2内へ処理ガスを分散供給するための多数の孔54が例えば均等に配置されている。ガス供給部5における例えばガス供給室53の上方側には、加熱機構55が埋設されている。加熱機構55は、制御部90からの制御信号に基づいて図示しない電源部から給電されることによって、設定温度に加熱される。
【0017】
ガス供給室53には、ガス供給路6が設けられている。ガス供給路6は、ガス供給室53に連通している。ガス供給路6の上流側には、ガスラインL1を介してガス源GS1が接続され、ガスラインL2を介してガス源GS2が接続されている。ガスラインL1には、ガスラインL31及びガスラインL3を介してガス源GS3が接続されている。ガスラインL2には、ガスラインL32及びガスラインL3を介してガス源GS3が接続されている。図1の例では、ガス源GS1はTiClのガス源であり、ガス源GS2はHのガス源であり、ガス源GS3はArのガス源である。但し、ガス源GS1は別の金属原料(例えば、ハロゲン元素を含む金属原料である、WCl、WCl、WF、TaCl、AlClやCo、Mo、Ni、Ti、W、Alを含む有機原料)のガス源であってもよく、ガス源GS2は別の還元ガス(例えば、NH、ヒドラジン、モノメチルヒドラジン)のガス源であってもよく、ガス源GS3は別の不活性ガス(例えば、N、He、Ne、Kr、Xe)であってもよい。また、ガスラインL1とガスラインL2とは、ガスラインL1におけるバルブV1とガス供給路6との間、ガスラインL2におけるバルブV2とガス供給路6との間において、互いに接続されている。
【0018】
ガス源GS1は、ガスラインL1を介してガス供給路6に接続されている。ガスラインL1には、流量制御器MF1及びバルブV1がガス源GS1の側からこの順番に介設されている。これにより、ガス源GS1から供給されるTiClは、流量制御器MF1により流量が制御されてガス供給路6に供給される。
【0019】
ガス源GS2は、ガスラインL2を介してガス供給路6に接続されている。ガスラインL2には、流量制御器MF2及びバルブV2がガス源GS2の側からこの順番に介設されている。これにより、ガス源GS2から供給されるHは、流量制御器MF2により流量が制御されてガス供給路6に供給される。
【0020】
ガス源GS3は、ガスラインL3及びガスラインL31を介してガスラインL1におけるバルブV1とガス供給路6との間に接続されている。ガスラインL31には、流量制御器MF31及びバルブV31がガス源GS3の側からこの順番に介設されている。これにより、ガス源GS3から供給されるArは、流量制御器MF31により流量が制御されてガスラインL1に供給されてガスラインL1を流れるTiClと混合されて、ガス供給路6に供給される。また、ガス源GS3は、ガスラインL3及びガスラインL32を介してガスラインL2におけるバルブV2とガス供給路6との間に接続されている。ガスラインL32には、流量制御器MF32及びバルブV32がガス源GS3の側からこの順番に介設されている。これにより、ガス源GS3から供給されるArは、流量制御器MF32により流量が制御されてガスラインL2に供給されてガスラインL2を流れるHと混合されて、ガス供給路6に供給される。係る構成により、ガス源GS3から供給されるArを、それぞれ流量制御器MF31及び流量制御器MF32により流量を制御してガスラインL1及びガスラインL2に供給することができる。
【0021】
成膜装置1は、制御部90と、記憶部91とを備える。制御部90は、図示しないCPU、RAM、ROM等を備えており、例えばROMや記憶部91に格納されたコンピュータプログラムをCPUに実行させることによって、成膜装置1を統括的に制御する。具体的には、制御部90は、記憶部91に格納された制御プログラムをCPUに実行させて成膜装置1の各構成部の動作を制御することで、例えば以下で説明する金属膜の形成方法を実行する。
【0022】
(金属膜の形成方法)
本開示の一実施形態に係る金属膜の形成方法について説明する。図2は、金属膜の形成方法の一例を示すフローチャートである。
【0023】
最初に、基板の上に第1の金属膜を形成する工程S101を実施する。工程S101では、基板を収容する処理容器内に、金属原料ガスとプラズマ励起ガスとを含む第1のガスと、還元ガスとプラズマ励起ガスとを含む第2のガスと、を供給し、プラズマCVD法により、基板の上に第1の金属膜を形成する。金属原料ガスは、例えばTiCl等のTi原料ガス、WCl、WCl、WF等のW原料ガス、TaCl等のTa原料ガス、AlCl等のAl原料ガスやCo、Mo、Ni、Ti、W、Alを含む有機原料であってよい。還元ガスは、例えばH、NH、ヒドラジン、モノメチルヒドラジン等の水素含有ガスであってよい。プラズマ励起ガスは、例えばAr、N、He、Ne、Kr、Xe等の不活性ガスであってよい。
【0024】
続いて、第1の金属膜の上に第2の金属膜を形成する工程S102を実施する。工程S102では、処理容器内に、金属原料ガスとプラズマ励起ガスとを含む第3のガスと、還元ガスとプラズマ励起ガスとを含む第4のガスと、を供給し、プラズマCVD法により、第1の金属膜の上に第2の金属膜を形成する。金属原料ガス、還元ガス、及びプラズマ励起ガスは、例えばそれぞれ工程S101と同様のガスである。
【0025】
本開示の一実施形態に係る金属膜の形成方法によれば、第1の金属膜を形成する工程S101及び第2の金属膜を形成する工程S102において、予め、金属原料ガスとプラズマ励起ガスと混合し、且つ、還元ガスとプラズマ励起ガスとを混合する。続いて、金属原料ガスとプラズマ励起ガスとの混合ガスである第1のガス(第3のガス)と、還元ガスとプラズマ励起ガスとの混合ガスである第2のガス(第4のガス)とを混合し、処理容器内に供給する。これにより、第1の金属膜を形成する工程S101及び第2の金属膜を形成する工程S102におけるプラズマ励起ガスの流量を制御することで、容易に基板に成膜される金属膜の膜厚の面内分布を制御することができる。
【0026】
また、第1のガスに含まれるプラズマ励起ガスの流量と第2のガスに含まれるプラズマ励起ガスの流量は略同一であることが好ましい。これにより、ガスラインL1とガスラインL2のガス流量のバランスが取れるので、ガスラインL1とガスラインL2がガス供給路6で合流する際に、ガスの逆流等が生じにくく、各々のガスが均一に混合し易いので、基板に成膜される金属膜の面内均一性を向上させることができる。
【0027】
また、第3のガスに含まれるプラズマ励起ガスの流量は、第4のガスに含まれるプラズマ励起ガスの流量以上であることが好ましい。これにより、第3のガスに含まれる金属原料ガスが処理容器内において基板の表面に拡散しやすくなるので、基板に成膜される金属膜の面内均一性を向上させることができる。
【0028】
また、第1のガスに含まれるプラズマ励起ガスの第2のガスに含まれるプラズマ励起ガスに対する流量比は、第3のガスに含まれるプラズマ励起ガスの第4のガスに含まれるプラズマ励起ガスに対する流量比以下であることが好ましい。これにより、第3のガスに含まれる金属原料ガスの流量が第1のガスに含まれる金属原料ガスの流量よりも増加し、第4のガスに含まれる還元ガスの流量が第2のガスに含まれる還元ガスよりも減少した場合、すなわち第3のガスと第4のガスを混合させる際に相対的に金属原料ガスの流量が還元ガスに比べて増加した場合や金属原料ガス自体の流量が増加した場合においても、プラズマ励起ガスによって金属原料ガスの拡散がより進むので、基板に成膜される金属膜の面内均一性を向上させることができる。
【0029】
次に、前述した金属膜の形成方法において、第1の金属膜を形成する工程S101の前に行うことが好ましいプリコート工程について説明する。図3は、プリコート工程の一例を示すフローチャートである。
【0030】
プリコート工程は、第1の金属膜を形成する工程S101の前に行われる工程であって、処理容器内に金属原料ガス及び還元ガスを含むガスを供給することにより、処理容器内の表面に金属膜を形成して、処理容器内の表面を金属膜でプリコートする工程である。プリコート工程では、ステージの上に基板が載置されていない状態で実施する。
【0031】
最初に、処理容器内の表面に第5の金属膜を形成する工程S201を実施する。工程S201では、処理容器内に金属原料ガス及び還元ガスを含む第5のガスを供給することにより、処理容器内の表面に第5の金属膜を形成する。また、工程S201では、金属原料ガス及び還元ガスのそれぞれにプラズマ励起ガスを混合して供給してもよい。また、工程S201では、第5のガスのプラズマを生成してもよい。また、第5のガスに含まれる金属原料ガスの流量に対する還元ガスの流量比は、後述する第6のガスに含まれる金属原料ガスの流量に対する還元ガスの流量比及び第7のガスに含まれる金属原料ガスの流量に対する還元ガスの流量比よりも高く、第5のガスに含まれる金属原料ガスの流量は、第6のガスに含まれる金属原料ガスの流量及び第7のガスに含まれる金属原料ガスの流量よりも少ないことが好ましい。これにより、第5のガスが高い還元力を有するので、処理容器内の表面に対する第5の金属膜の密着性が高くなる。そして、第5の金属膜が後述する第6の金属膜と処理容器内の表面との間に介在するので、金属含有多層膜が処理容器内の表面に対して高い密着性を有する。その結果、プリコート工程の後に基板に対して成膜処理が行われても、金属含有多層膜からのパーティクルの発生が抑制され、基板上のパーティクルの個数が少なくなる。なお、金属原料ガス及び還元ガスは、例えば工程S101と同様のガスであってよい。
【0032】
続いて、第5の金属膜の上に第6の金属膜を形成する工程S202を実施する。工程S202では、処理容器内に金属原料ガス及び還元ガスを含む第6のガスを供給することにより、第5の金属膜の上に第6の金属膜を形成する。また、工程S202では、金属原料ガス及び還元ガスのそれぞれにプラズマ励起ガスを混合して供給してもよい。また、工程S202では、第6のガスのプラズマを生成してもよい。なお、金属原料ガス及び還元ガスは、例えば工程S101と同様のガスであってよい。
【0033】
続いて、第6の金属膜の上に第7の金属膜を形成する工程S203を実施する。工程S203では、処理容器内に金属原料ガス及び還元ガスを含む第7のガスを供給することにより、第6の金属膜の上に第7の金属膜を形成する。また、工程S203では、金属原料ガス及び還元ガスのそれぞれにプラズマ励起ガスを混合して供給してもよい。また、工程S203では、第7のガスのプラズマを生成してもよい。また、第7のガスに含まれる金属原料ガスの流量に対する還元ガスの流量比は、第6のガスに含まれる金属原料ガスの流量に対する還元ガスの流量比よりも低く、第7のガスに含まれる金属原料ガスの流量は、第6のガスに含まれる金属原料ガスの流量以上であることが好ましい。これにより、処理容器内で金属原料ガスが十分に拡散しながら金属原料が分解されるので、処理容器内の表面に対する金属含有多層膜の被覆性が向上する。
【0034】
以下、図1を参照して説明した成膜装置1を用いて、処理容器内の表面のプリコートを実施した後に金属膜の一例であるTi膜を形成する場合を例に挙げて具体的に説明する。但し、プリコート工程は、実施しなくてもよい。以下に示す金属膜の形成方法は、制御部90が成膜装置1の各部を制御することで実行される。
【0035】
最初に、プリコート工程を実施する。まず、搬送口25がゲートバルブ26により閉じられ、処理容器2内のステージ3に基板の一例であるウエハWが載置されていない状態で、排気部24により処理容器2内を所定の圧力まで減圧すると共に、加熱機構34によりステージ3を所定の温度に加熱する。
【0036】
続いて、第5の金属膜を形成するために、バルブV1,V31を開くことにより、ガス源GS1から供給される金属原料ガスの一例であるTiClとガス源GS3から供給されるプラズマ励起ガスの一例であるArとをガスラインL1において混合し、ガス供給路6に導入する。また、バルブV2,V32を開くことにより、ガス源GS2から供給される還元ガスの一例であるHとガス源GS3から供給されるプラズマ励起ガスの一例であるArとをガスラインL2において混合し、ガス供給路6に導入する。ガス供給路6に導入されたガスは、ガス供給室53を介して多数の孔54から処理容器2内へ分散供給される。また、高周波電源51から上部電極(ガス供給部5)に高周波電力を供給することによって、上部電極(ガス供給部5)と下部電極33との間に高周波電界を生じさせて、ガスをプラズマ化させる。これにより、ステージ3の表面を含む処理容器2内の表面に第5の金属膜の一例であるTi膜が形成される。
【0037】
このように、一実施形態では、予め、TiClとArとをガスラインL1において混合し、且つ、HとArとをガスラインL2において混合した後、両ガスをガス供給路6において混合して処理容器2内に供給する。但し、予め、TiClとArとをガスラインL1において混合し、且つ、HとArとをガスラインL2において混合した後、両ガスをガス供給室53において混合して処理容器2内に供給してもよい。また、TiClとArとをガスラインL1において混合し、且つ、HとArとをガスラインL2において混合した後、両ガスを混合することなく処理容器2内に供給してもよい。また、ガスをプラズマ化させなくてもよい。また、流量制御器MF1,MF31を制御することで、TiClとArとの流量比を調節することができる。また、流量制御器MF2,MF32を制御することで、HとArとの流量比を調節することができる。一実施形態では、第5のガスに含まれるTiClの流量に対するHの流量比は、後述する第6のガスに含まれるTiClの流量に対するHの流量比及び第7のガスに含まれるTiClの流量に対するHの流量比よりも高く、第5のガスに含まれるTiClの流量は、第6のガスに含まれるTiClの流量及び第7のガスに含まれるTiClの流量よりも少なくなるように制御される。
【0038】
続いて、第5の金属膜の表面に第6の金属膜を形成するために、バルブV1,V31を開いた状態で、ガス源GS1から供給されるTiClとガス源GS3から供給されるArとをガスラインL1において混合し、ガス供給路6に導入する。また、バルブV2,V32を開いた状態で、ガス源GS2から供給されるHとガス源GS3から供給されるArとをガスラインL2において混合し、ガス供給路6に導入する。ガス供給路6に導入されたガスは、ガス供給室53を介して多数の孔54から処理容器2内へ分散供給される。また、高周波電源51から上部電極(ガス供給部5)に高周波電力を供給することによって、上部電極(ガス供給部5)と下部電極33との間に高周波電界を生じさせて、ガスをプラズマ化させる。これにより、第5の金属膜の表面に第6の金属膜の一例であるTi膜が形成される。
【0039】
このように、一実施形態では、予め、TiClとArとをガスラインL1において混合し、且つ、HとArとをガスラインL2において混合した後、両ガスをガス供給路6において混合して処理容器2内に供給する。但し、予め、TiClとArとをガスラインL1において混合し、且つ、HとArとをガスラインL2において混合した後、両ガスをガス供給室53において混合して処理容器2内に供給してもよい。また、TiClとArとをガスラインL1において混合し、且つ、HとArとをガスラインL2において混合した後、両ガスを混合することなく処理容器2内に供給してもよい。また、ガスをプラズマ化させなくてもよい。また、流量制御器MF1,MF31を制御することで、TiClとArとの流量比を調節することができる。また、流量制御器MF2,MF32を制御することで、HとArとの流量比を調節することができる。
【0040】
続いて、第6の金属膜の表面に第7の金属膜を形成するために、バルブV1,V31を開いた状態で、ガス源GS1から供給されるTiClとガス源GS3から供給されるArとをガスラインL1において混合し、ガス供給路6に導入する。また、バルブV2,V32を開いた状態で、ガス源GS2から供給されるHとガス源GS3から供給されるArとをガスラインL2において混合し、ガス供給路6に導入する。ガス供給路6に導入されたガスは、ガス供給室53を介して多数の孔54から処理容器2内へ分散供給される。また、高周波電源51から上部電極(ガス供給部5)に高周波電力を供給することによって、上部電極(ガス供給部5)と下部電極33との間に高周波電界を生じさせて、ガスをプラズマ化させる。これにより、第6の金属膜の表面に第7の金属膜の一例であるTi膜が形成される。
【0041】
このように、一実施形態では、予め、TiClとArとをガスラインL1において混合し、且つ、HとArとをガスラインL2において混合した後、両ガスをガス供給路6において混合して処理容器2内に供給する。但し、予め、TiClとArとをガスラインL1において混合し、且つ、HとArとをガスラインL2において混合した後、両ガスをガス供給室53において混合して処理容器2内に供給してもよい。また、TiClとArとをガスラインL1において混合し、且つ、HとArとをガスラインL2において混合した後、両ガスを混合することなく処理容器2内に供給してもよい。また、ガスをプラズマ化させなくてもよい。また、流量制御器MF1,MF31を制御することで、TiClとArとの流量比を調節することができる。また、流量制御器MF2,MF32を制御することで、HとArとの流量比を調節することができる。一実施形態では、第7のガスに含まれるTiClの流量に対するHの流量比は、第6のガスに含まれるTiClの流量に対するHの流量比よりも低く、第7のガスに含まれるTiClの流量は、第6のガスに含まれるTiClの流量以上となるように制御される。
【0042】
次に、成膜工程を実施する。まず、処理容器2内にウエハWを搬入する。具体的には、ゲートバルブ26を開き、搬送装置(図示せず)によりウエハWを、搬送口25を介して処理容器2内に搬入し、複数本の昇降ピン41を上昇させてウエハWを保持する。続いて、搬送装置を処理容器2内から退避させ、ゲートバルブ26を閉じる。また、複数本の昇降ピン41を下降させてウエハWをステージ3に載置する。続いて、排気部24により処理容器2内を所定の圧力まで減圧すると共に、加熱機構34によりウエハWを所定の温度に加熱する。
【0043】
続いて、ウエハWの表面に第1の金属膜を形成するために、バルブV1,V31を開くことにより、ガス源GS1から供給されるTiClとガス源GS3から供給されるArとをガスラインL1において混合し、ガス供給路6に導入する。また、バルブV2,V32を開くことにより、ガス源GS2から供給されるHとガス源GS3から供給されるArとをガスラインL2において混合し、ガス供給路6に導入する。ガス供給路6に導入されたガスは、ガス供給室53を介して多数の孔54から処理容器2内へ分散供給される。また、高周波電源51から上部電極(ガス供給部5)に高周波電力を供給することによって、上部電極(ガス供給部5)と下部電極33との間に高周波電界を生じさせて、ガスをプラズマ化させる。これにより、ウエハWの表面に第1の金属膜の一例であるTi膜が形成される。
【0044】
このように、一実施形態では、予め、TiClとArとをガスラインL1において混合し、且つ、HとArとをガスラインL2において混合した後、両ガスをガス供給路6において混合して処理容器2内に供給する。但し、予め、TiClとArとをガスラインL1において混合し、且つ、HとArとをガスラインL2において混合した後、両ガスをガス供給室53において混合して処理容器2内に供給してもよい。また、TiClとArとをガスラインL1において混合し、且つ、HとArとをガスラインL2において混合した後、両ガスを混合することなく処理容器2内に供給してもよい。また、流量制御器MF1,MF31を制御することで、TiClとArとの流量比を調節することができる。また、流量制御器MF2,MF32を制御することで、HとArとの流量比を調節することができる。一実施形態では、ガスラインL1に供給されるArの流量とガスラインL2に供給されるArの流量が略同一となるように制御される。なお、略同一は、同一である場合も含む。
【0045】
続いて、第1の金属膜の上に第2の金属膜を形成するために、バルブV1,V31を開いた状態で、ガス源GS1から供給されるTiClとガス源GS3から供給されるArとをガスラインL1において混合し、ガス供給路6に導入する。また、バルブV2,V32を開いた状態で、ガス源GS2から供給されるHとガス源GS3から供給されるArとをガスラインL2において混合し、ガス供給路6に導入する。ガス供給路6に導入されたガスは、ガス供給室53を介して多数の孔54から処理容器2内へ分散供給される。また、高周波電源51から上部電極(ガス供給部5)に高周波電力を供給することによって、上部電極(ガス供給部5)と下部電極33との間に高周波電界を生じさせて、ガスをプラズマ化させる。これにより、第1の金属膜の一例であるTi膜の上に第2の金属膜の一例であるTi膜が形成される。
【0046】
このように、一実施形態では、予め、TiClとArとをガスラインL1において混合し、且つ、HとArとをガスラインL2において混合した後、両ガスをガス供給路6において混合して処理容器2内に供給する。但し、予め、TiClとArとをガスラインL1において混合し、且つ、HとArとをガスラインL2において混合した後、両ガスをガス供給室53において混合して処理容器2内に供給してもよい。また、TiClとArとをガスラインL1において混合し、且つ、HとArとをガスラインL2において混合した後、両ガスを混合することなく処理容器2内に供給してもよい。また、流量制御器MF1,MF31を制御することで、TiClとArとの流量比を調節することができる。また、流量制御器MF2,MF32を制御することで、HとArとの流量比を調節することができる。一実施形態では、ガスラインL1に供給されるArの流量が、ガスラインL2に供給されるArの流量以上となるように制御される。
【0047】
続いて、バルブV31,V32を開いた状態でバルブV1,V2を閉じることにより、処理容器2内にArを供給して処理容器2内に残存するTiCl及びHをパージする。処理容器2内のパージが完了すると、バルブV31,V32を閉じ、ウエハWを搬入するときの手順と逆の手順により処理容器2内からウエハWを搬出する。
【0048】
以上により、ウエハWの表面に面内分布に優れたTi膜を形成することができる。
【0049】
(実施例)
一実施形態に係る金属膜の形成方法による効果を確認するために行った実施例について説明する。実施例では、上記の成膜装置1により、プリコート工程を実施した後、工程S101におけるガスラインL1(TiClライン)に供給されるArの流量を0,100,1000,1900,2000sccmに制御してウエハWの表面にTi膜を形成した。また、処理容器2内に供給されるArの総流量がいずれも2000sccmとなるようにガスラインL2(Hライン)に供給されるArの流量を制御した。また、ウエハWの表面に形成したTi膜の膜厚の面内均一性を評価した。プリコート工程および成膜工程のプロセス条件は以下である。
【0050】
<工程S201>
・TiCl:0.2〜10sccm
・H:500〜10000sccm
・Ar(TiClライン)/Ar(Hライン):10〜5000/10〜5000sccm
・高周波電力:100〜3000W、450kHz
・処理容器内の圧力:50〜800Pa
・ウエハ温度:320〜700℃
【0051】
<工程S202>
・TiCl:1〜100sccm
・H:500〜10000sccm
・Ar(TiClライン)/Ar(Hライン):10〜5000/10〜5000sccm
・高周波電力:100〜3000W、450kHz
・処理容器内の圧力:50〜800Pa
・ウエハ温度:320〜700℃
【0052】
<工程S203>
・TiCl:5〜100sccm
・H:1〜500sccm
・Ar(TiClライン)/Ar(Hライン):50〜5000/50〜5000sccm
・高周波電力:100〜3000W、450kHz
・処理容器内の圧力:50〜800Pa
・ウエハ温度:320〜700℃
【0053】
<工程S101>
・TiCl:0.2〜10sccm
・H:500〜10000sccm
・Ar(TiClライン)/Ar(Hライン):0/2000,100/1900,1000/1000,1900/100,2000/0sccm
・高周波電力:100〜3000W、450kHz
・処理容器内の圧力:50〜800Pa
・ウエハ温度:320〜700℃
【0054】
<工程S102>
・TiCl:5〜100sccm
・H:1〜500sccm
・Ar(TiClライン)/Ar(Hライン):1100/100sccm
・高周波電力:100〜3000W、450kHz
・処理容器内の圧力:50〜800Pa
・ウエハ温度:320〜700℃
【0055】
図4は、TiClラインのAr流量とTi膜の膜厚の面内均一性との関係を示す図である。図4では、左側から順に、TiClラインのAr流量が0sccm,100sccm,1000sccm,1900sccm,2000sccmの場合のTi膜の膜厚の面内均一性(1σ%)を示している。
【0056】
図4に示されるように、工程S101において、TiClラインのAr流量が0sccmの場合、即ち、TiClラインからArを供給しない場合、Ti膜の膜厚の面内均一性が50%(1σ%)以上であることが分かる。これに対し、TiClラインのAr流量が100,1000,1900,2000sccmの場合、即ち、TiClラインからArを供給した場合、Ti膜の膜厚の面内均一性が4%(1σ%)以下であることが分かる。これらのことから、工程S101において、TiClラインからArを供給することにより、Ti膜の膜厚の面内均一性が向上すると考えられる。
【0057】
また、図4に示されるように、工程S101において、TiClラインのAr流量が1000sccmの場合、Ti膜の膜厚の面内均一性が特に向上していることが分かる。即ち、TiClラインから供給されるAr流量とHラインから供給されるAr流量が同一である場合、Ti膜の膜厚の面内均一性が特に向上することが分かる。
【0058】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
【符号の説明】
【0059】
1 成膜装置
2 処理容器
3 ステージ
5 ガス供給部
51 高周波電源
53 ガス供給室
54 孔
6 ガス供給路
90 制御部
W ウエハ
GS1,GS2,GS3 ガス源
L1,L2,L3,L31,L32 ガスライン
MF1,MF2,MF31,MF32 流量制御器
V1,V2,V31,V32 バルブ
図1
図2
図3
図4