特許 6900640 ガス供給装置及びガス供給方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6900640

(24)【登録日】2021年6月21日

(45)【発行日】2021年7月7日

(54)【発明の名称】ガス供給装置及びガス供給方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/455 20060101AFI20210628BHJP

   C23C 16/34 20060101ALI20210628BHJP

   H01L 21/285 20060101ALI20210628BHJP

【ＦＩ】

   C23C16/455

   C23C16/34

   H01L21/285 C

【請求項の数】7

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2016-152984(P2016-152984)

(22)【出願日】2016年8月3日

(65)【公開番号】特開2018-21229(P2018-21229A)

(43)【公開日】2018年2月8日

【審査請求日】2019年4月8日

(73)【特許権者】

【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】110002756

【氏名又は名称】特許業務法人弥生特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100091513

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 俊夫

(74)【代理人】

【識別番号】100133776

【弁理士】

【氏名又は名称】三井田 友昭

(72)【発明者】

【氏名】大倉 成幸

(72)【発明者】

【氏名】布重 裕

【審査官】 今井 淳一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１２４４２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１９８８７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０２３３２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １６／４５５

Ｃ２３Ｃ １６／３４

Ｈ０１Ｌ ２１／２８５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

真空雰囲気である処理容器内の基板に、原料ガス、雰囲気を置換するための置換ガス、及び前記原料ガスと反応して前記基板上に反応生成物を生成するための反応ガスを順番に複数サイクル供給して成膜するガス供給装置において、
前記原料ガスを前記処理容器内に供給するための原料ガス流路と、
前記反応ガスを前記処理容器内に供給するために前記原料ガス流路とは独立して設けられる反応ガス流路と、
前記原料ガス流路及び前記反応ガス流路に夫々接続され、キャリアガスを供給するための第１のキャリアガス流路及び第２のキャリアガス流路と、
前記第１のキャリアガス流路及び第２のキャリアガス流路に設けられたキャリアガスの供給制御機器とは別個の供給制御機器を介して前記置換ガスを夫々前記処理容器内に供給し、前記第１のキャリアガス流路及び第２のキャリアガス流路とは独立して設けられた第１の置換ガス流路及び第２の置換ガス流路と、
前記第１の置換ガス流路及び第２の置換ガス流路に夫々設けられ、前記置換ガスを貯留するガス貯留部と、
前記第１の置換ガス流路及び第２の置換ガス流路において前記ガス貯留部の下流側に設けられるバルブと、
前記複数サイクル供給して成膜する間、前記置換ガスが貯留されて前記ガス貯留部内が昇圧した後、当該ガス貯留部から前記置換ガスが前記処理容器内に供給されるように、前記バルブの開閉を制御する制御部と、
を備え、
前記第１の置換ガス流路は前記原料ガス流路に接続され、前記第２の置換ガス流路は前記反応ガス流路に接続され、
前記第１のキャリアガス流路は、前記第１の置換ガス流路における前記バルブの下流側に接続されることで、当該第１の置換ガス流路を介して前記原料ガス流路に接続され、
前記第２のキャリアガス流路は、前記第２の置換ガス流路における前記バルブの下流側に接続されることで、当該第２の置換ガス流路を介して前記反応ガス流路に接続されることを特徴とするガス供給装置。

【請求項2】

前記キャリアガスを前記処理容器内へ供給する時間帯と、前記置換ガスを前記処理容器内へ供給する時間帯とが互いに重なることを特徴とする請求項１記載のガス供給装置。

【請求項3】

前記キャリアガスの前記処理容器内への供給は、前記複数サイクルの間連続して行われることを特徴とする請求項２記載のガス供給装置。

【請求項4】

前記処理容器内へ供給される前記キャリアガスの流量は、１０００ｓｃｃｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載のガス供給装置。

【請求項5】

前記原料ガスは塩化チタンまたは塩化タングステンであり、前記反応ガスは、前記原料ガスを窒化して前記基板に窒化チタンまたは窒化タングステンを形成するための窒化ガスであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載のガス供給装置。

【請求項6】

前記第１のキャリアガス流路及び第２のキャリアガス流路には、オリフィスが設けられる請求項１ないし５のいずれか一つに記載のガス供給装置。

【請求項7】

真空雰囲気である処理容器内の基板に、原料ガス、雰囲気を置換するための置換ガス、及び前記原料ガスと反応して前記基板上に反応生成物を生成するための反応ガスを順番に複数サイクル供給して成膜するガス供給方法において、
前記原料ガスを前記処理容器内に供給するために、原料ガス流路に供給する工程と、
前記反応ガスを前記処理容器内に供給するために、前記原料ガス流路とは独立して設けられる反応ガス流路に供給する工程と、
前記原料ガス流路及び前記反応ガス流路に夫々接続された第１のキャリアガス流路及び第２のキャリアガス流路にキャリアガスを供給する工程と、
前記置換ガスを前記処理容器内に供給するために、前記第１のキャリアガス流路及び第２のキャリアガス流路に設けられたキャリアガスの供給制御機器とは別個の供給制御機器が設けられる第１の置換ガス流路及び第２の置換ガス流路に、当該置換ガスを夫々供給する工程と、
前記第１の置換ガス流路及び第２の置換ガス流路に夫々設けられるガス貯留部に、前記置換ガスを貯留する工程と、
前記複数サイクル供給して成膜する間、前記置換ガスが貯留されて前記ガス貯留部内が昇圧した後、当該ガス貯留部から前記置換ガスが前記処理容器内に供給されるように、前記第１の置換ガス流路及び第２の置換ガス流路の夫々において前記ガス貯留部の下流側に設けられるバルブを開閉する工程と、
を備え、
前記第１の置換ガス及び第２の置換ガス流路は、当該第１のキャリアガス流路及び第２のキャリアガス流路とは独立して設けられ、前記第１の置換ガス流路は前記原料ガス流路に接続され、前記第２の置換ガス流路は前記反応ガス流路に接続され、
前記第１のキャリアガス流路は、前記第１の置換ガス流路における前記バルブの下流側に接続されることで、当該第１の置換ガス流路を介して前記原料ガス流路に接続され、
前記第２のキャリアガス流路は、前記第２の置換ガス流路における前記バルブの下流側に接続されることで、当該第２の置換ガス流路を介して前記反応ガス流路に接続されることを特徴とするガス供給方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真空雰囲気とされた処理容器内にて基板に成膜処理を行うために用いられるガス供給装置及びガス供給方法に関する。

【背景技術】

【0002】

基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）に成膜を行うために、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）が用いられる場合が有る。このＡＬＤでは真空雰囲気とされた処理容器内に、ウエハの表面に吸着する原料ガスと、当該原料ガスと反応する反応ガスと、を交互に複数回供給して、ウエハの表面に反応生成物の原子層を堆積させて成膜する。また、処理容器内においてウエハの表面以外の領域で原料ガスと、反応ガスとが気相反応してパーティクルが発生してしまうことを防ぐために、原料ガスと反応ガスとは互いに間隔を空けて供給される。そして、原料ガスの供給を行う時間帯と反応ガスの供給を行う時間帯との間には、不活性ガスが供給されることによって処理容器内の雰囲気がパージされて、当該不活性ガス雰囲気に置換される。特許文献１、２には、このＡＬＤを行う成膜装置について記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６−２３３２４号公報

【特許文献2】特開２０１４−１９８８７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のようにパージを行う必要が有ることから、例えばＡＬＤを行う間、処理容器内には所定の流量で不活性ガスの供給が連続して行われる場合が有る。この不活性ガスは原料ガスまたは反応ガスが供給される間はこれらのガスのキャリアガスとして作用し、原料ガス及び反応ガスの供給が行われない間はパージガスとして作用する。

【0005】

ところで配線の微細化が進むことにより、ＡＬＤを行うウエハの表面には比較的アスペクト比が大きい凹部が形成される傾向にあり、そのような凹部が形成されている場合でも良好なステップカバレッジを確保することができるようにＡＬＤを行うことが求められている。そのためには、原料ガスの流量を増加させて、処理容器内における原料ガスの分圧を高くすることが考えられる。

【0006】

しかし、そのように原料ガスの流量が増加すると、上記のパーティクルの発生を防ぐためにパージを行う時間を延長する必要が有るので、成膜処理に要する時間が長くなってしまう。また、上記のようにパージを行うためにキャリアガスは比較的大きな流量で処理容器内に供給されるため、原料ガスの分圧を十分に高くするには処理容器内に供給する原料ガスの流量が非常に大きくなってしまう懸念が有る。そうなると、原料ガスを処理容器に供給するための流路に当該原料ガスが付着し、装置のメンテナンスを行う頻度が高くなってしまうおそれがある。このような事情から、原料ガスの流量が比較的小さくても基板に対して良好な被覆性を有するように成膜を行うことができ、且つ処理容器内のパージを速やかに行うことができる技術が求められている。

【0007】

特許文献１には、処理ガス（原料ガス及び反応ガス）に対するキャリアガス及びパージガスであるＮ_２（窒素）ガスの供給源と処理容器とを接続するガス流路に、上流端及び下流端が接続されたバイパス流路を備えたＡＬＤを行う成膜装置について記載されている。この成膜装置においては、処理ガスを処理容器内に供給するときにはバイパス流路に介在するバルブが閉じられ、パージを行うときには処理容器内へ供給されるＮ_２ガスの流量が比較的多くなるように当該バルブが開かれる。しかし、バイパス流路におけるＮ２ガスの流量は、上記のバルブの開閉のみによって制御される。従って、上記のガス流路とバイパス流路とに夫々どの程度ガスが流れるのか把握することが難しく、処理容器内に供給されるＮ２ガスの流量を制御することが困難となることが懸念される。また、この特許文献１よりもパージの時間をさらに短縮化する技術が求められている。

【0008】

特許文献２には、原料ガスの供給源と処理容器とを接続する原料ガス流路と、当該原料ガス流路から分岐した第１のＮ_２ガス流路と、原料ガス流路及び第１のＮ_２ガス流路とは独立して処理容器にパージガスであるＮ_２ガスを供給する第２のＮ_２ガス流路とを備えたＡＬＤを行う成膜装置について記載されている。しかし、第２のＮ_２ガス流路にはバルブ及びマスフローコントローラのみが介設されている。そのために短時間で十分な流量のパージガスを処理容器内へ供給することが困難である。

【0009】

本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、原料ガスと反応ガスとを交互に複数回処理容器内の基板に供給して成膜を行うにあたり、成膜に必要な原料ガスの流量が大きくなることを防ぐと共に、処理容器内の雰囲気を置換する置換ガスの流量を大きくしてスループットの向上に寄与することができる技術を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明のガス供給装置は、真空雰囲気である処理容器内の基板に、原料ガス、雰囲気を置換するための置換ガス、及び前記原料ガスと反応して前記基板上に反応生成物を生成するための反応ガスを順番に複数サイクル供給して成膜するガス供給装置において、
前記原料ガスを前記処理容器内に供給するための原料ガス流路と、
前記反応ガスを前記処理容器内に供給するために前記原料ガス流路とは独立して設けられる反応ガス流路と、
前記原料ガス流路及び前記反応ガス流路に夫々接続され、キャリアガスを供給するための第１のキャリアガス流路及び第２のキャリアガス流路と、
前記第１のキャリアガス流路及び第２のキャリアガス流路に設けられたキャリアガスの供給制御機器とは別個の供給制御機器を介して前記置換ガスを夫々前記処理容器内に供給し、前記第１のキャリアガス流路及び第２のキャリアガス流路とは独立して設けられた第１の置換ガス流路及び第２の置換ガス流路と、
前記第１の置換ガス流路及び第２の置換ガス流路に夫々設けられ、前記置換ガスを貯留するガス貯留部と、
前記第１の置換ガス流路及び第２の置換ガス流路において前記ガス貯留部の下流側に設けられるバルブと、
前記複数サイクル供給して成膜する間、前記置換ガスが貯留されて前記ガス貯留部内が昇圧した後、当該ガス貯留部から前記置換ガスが前記処理容器内に供給されるように、前記バルブの開閉を制御する制御部と、
を備え、
前記第１の置換ガス流路は前記原料ガス流路に接続され、前記第２の置換ガス流路は前記反応ガス流路に接続され、
前記第１のキャリアガス流路は、前記第１の置換ガス流路における前記バルブの下流側に接続されることで、当該第１の置換ガス流路を介して前記原料ガス流路に接続され、
前記第２のキャリアガス流路は、前記第２の置換ガス流路における前記バルブの下流側に接続されることで、当該第２の置換ガス流路を介して前記反応ガス流路に接続されることを特徴とする。

【0011】

本発明のガス供給方法は、真空雰囲気である処理容器内の基板に、原料ガス、雰囲気を置換するための置換ガス、及び前記原料ガスと反応して前記基板上に反応生成物を生成するための反応ガスを順番に複数サイクル供給して成膜するガス供給方法において、
前記原料ガスを前記処理容器内に供給するために、原料ガス流路に供給する工程と、
前記反応ガスを前記処理容器内に供給するために、前記原料ガス流路とは独立して設けられる反応ガス流路に供給する工程と、
前記原料ガス流路及び前記反応ガス流路に夫々接続された第１のキャリアガス流路及び第２のキャリアガス流路にキャリアガスを供給する工程と、
前記置換ガスを前記処理容器内に供給するために、前記第１のキャリアガス流路及び第２のキャリアガス流路に設けられたキャリアガスの供給制御機器とは別個の供給制御機器が設けられる第１の置換ガス流路及び第２の置換ガス流路に、当該置換ガスを夫々供給する工程と、
前記第１の置換ガス流路及び第２の置換ガス流路に夫々設けられるガス貯留部に、前記置換ガスを貯留する工程と、
前記複数サイクル供給して成膜する間、前記置換ガスが貯留されて前記ガス貯留部内が昇圧した後、当該ガス貯留部から前記置換ガスが前記処理容器内に供給されるように、前記第１の置換ガス流路及び第２の置換ガス流路の夫々において前記ガス貯留部の下流側に設けられるバルブを開閉する工程と、
を備え、
前記第１の置換ガス及び第２の置換ガス流路は、当該第１のキャリアガス流路及び第２のキャリアガス流路とは独立して設けられ、前記第１の置換ガス流路は前記原料ガス流路に接続され、前記第２の置換ガス流路は前記反応ガス流路に接続され、
前記第１のキャリアガス流路は、前記第１の置換ガス流路における前記バルブの下流側に接続されることで、当該第１の置換ガス流路を介して前記原料ガス流路に接続され、
前記第２のキャリアガス流路は、前記第２の置換ガス流路における前記バルブの下流側に接続されることで、当該第２の置換ガス流路を介して前記反応ガス流路に接続されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば原料ガス流路、反応ガス流路に夫々接続される第１のキャリアガス流路及び第２のキャリアガス流路に設けられたキャリアガスの供給制御機器とは別個の供給制御機器を介して置換ガスを処理容器内に供給する置換ガス流路が設けられる。そして、この置換ガス流路にはバルブの開閉により、置換ガスが貯留されて内部が昇圧した後、当該置換ガスを処理容器に供給するガス貯留部が設けられる。従って、置換ガスを比較的大きな流量で処理容器内に供給し、処理容器内の雰囲気の置換を速やかに行うことができるので、装置のスループットの向上を図ることができる。また、置換ガスはキャリアガスとは独立して処理容器内への供給が制御されるので、キャリアガスの流量が大きくなることを抑制することができるため、このキャリアガスによって原料ガスが希釈されることが抑制される。結果として、成膜に必要な原料ガスの流量の増加を抑えつつ、基板に対する被覆性が良好な膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明に係るガス供給装置を備えた成膜装置の縦断側面図である。

【図2】前記成膜装置によって行われる処理を説明するための模式図である。

【図3】前記成膜装置によって行われる処理を説明するための模式図である。

【図4】前記成膜装置によって行われる処理を説明するための模式図である。

【図5】前記成膜装置によって行われる処理を説明するための模式図である。

【図6】前記成膜装置による処理で供給されるガスの量の変化を示すタイミングチャートである。

【図7】評価試験に用いたウエハの縦断側面図である。

【図8】評価試験の結果を示すグラフ図である。

【図9】比較例の成膜装置を示す概略縦断側面図である。

【図10】前記比較例の成膜装置による処理で供給されるガスの量の変化を示すタイミングチャートである。

【図11】評価試験の結果を示すグラフ図である。

【図12】評価試験の結果を示すグラフ図である。

【図13】評価試験の結果を示すグラフ図である。

【図14】評価試験の結果を示すグラフ図である。

【図15】評価試験の結果を示すグラフ図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明の実施の形態にかかるガス供給装置が適用された成膜装置１について、図１の縦断側面図を参照しながら説明する。この成膜装置１は、扁平な円形の処理容器１１を備えており、当該処理容器１１内には真空雰囲気が形成されると共に、基板であるウエハＷが格納される。ウエハＷの表面には、配線を形成するために例えば凹凸が形成されている。成膜装置１は、このウエハＷに対して、原料ガスであるＴｉＣｌ_４（四塩化チタン）ガスと反応ガスであるＮＨ_３（アンモニア）ガスとを交互に繰り返し供給してＡＬＤを行い、ＴｉＮ（窒化チタン）膜を成膜する。ＴｉＣｌ_４ガスの供給を行う時間帯とＮＨ_３ガスの供給を行う時間帯との間には、処理容器１１内の雰囲気がＴｉＣｌ_４ガス雰囲気またはＮＨ_３ガス雰囲気から不活性ガスであるＮ_２（窒素）ガス雰囲気に置換されるように、当該Ｎ２ガスがパージガスとして供給される。また、ＡＬＤによる成膜処理中は、ＴｉＣｌ_４ガス及びＮＨ_３ガスを処理容器１１内に導入するためのキャリアガスとして、Ｎ_２ガスが連続して処理容器１１内に供給される。

【0015】

図中１２は、処理容器１１の側壁に開口したウエハＷの搬送口であり、ゲートバルブ１３により開閉される。図中２１は、ウエハＷを載置するために処理容器１１内に設けられた水平な載置台である。当該載置台２１には、ウエハＷを所定の温度に加熱するヒーター２２が埋設されている。図中２３は、載置台２１を囲むように設けられた筒状のカバー部材である。図中２４は、載置台２１の下部を支持する垂直な支柱であり、支柱２４の下端は、処理容器１１の底部に設けられた開口部１４を貫通して処理容器１１の外部へと伸び、昇降機構２５に接続されている。図中２６は支柱２４に設けられたフランジである。図中２７はベローズであり、フランジ２６と開口部１４の縁部とに接続され、処理容器１１内の気密性を担保する。

【0016】

上記の昇降機構２５は、図中に実線で示す処理容器１１内の上方側における処理位置と、図中に鎖線で示す処理容器１１内の下方側における受け渡し位置との間で載置台２１を昇降させる。受け渡し位置においては、突き上げ機構２８により、載置台２１に形成された孔部２９を通過してウエハＷを突き上げる例えば３本（図では２本のみ表示している）の突き上げピン２０と、搬送口１２を介して処理容器１１内に進入する搬送機構（図示せず）との間でウエハＷの受け渡しが行われる。

【0017】

処理容器１１の天井面は、中央部から周縁部に向かうにつれて下降するように形成されており、載置台２１が上記の処理位置に位置するときに、当該載置台２１の表面、カバー部材２３の表面及び当該処理容器１１の天井面によって囲まれる扁平な円錐状の処理空間１０が形成される。上記の天井面を形成する処理容器１１の天板１５の中央部には、当該天板１５を厚さ方向に貫通する２本のガス供給路３１、３２が形成されており、当該ガス供給路３１、３２の下方には、ガス供給路３１、３２から吐出されるガスを処理空間１０内に分散させるための分散板３３が例えば水平に設けられている。

【0018】

図中１６は、搬送口１２の上方において処理容器１１の内壁が突出して形成される環状部材であり、処理位置における載置台２１のカバー部材２３の外側に近接して囲むように配置されている。図中１７は、処理容器１１の側壁を形成するように円環状に湾曲させて構成された排気ダクトである。この排気ダクト１７の内周面側は、環状部材１６上において周方向に亘って開口しており、カバー部材２３と処理容器１１の天板１５との間に形成された隙間１８を介して、処理空間１０の雰囲気を排気することができる。図中３４は、排気ダクト１７に一端が接続された排気管であり、排気管３４の他端は、排気量を調整して処理空間１０の真空圧を調整するための圧力調整部３５、バルブ３６を順に介して、真空排気ポンプ３７に接続されている。

【0019】

上記のガス供給路３１、３２には、ガス流路４１、６１の下流端が夫々接続されている。ガス流路４１について説明すると、ガス流路４１の上流端は、バルブＶ１、ガス貯留タンク４２、流量調整部４３をこの順に介して、処理ガスであるＴｉＣｌ_４ガスの供給源４４に接続されている。流量調整部４３はマスフローコントローラにより構成され、ガス供給源４４から供給されるＴｉＣｌ_４ガスについて下流側へ供給される流量を調整する。なお、後述する他の各流量調整部４７、５２、６３、６７、７２についても、この流量調整部４３と同様に構成されており、流路の下流側へ供給されるガスの流量を調整する。

【0020】

なお、ＴｉＣｌ_４ガス供給源４４は、液体の状態でＴｉＣｌ_４を貯留するタンクと、当該タンクをヒーティング（加熱）してタンク内のＴｉＣｌ_４を気化させ、ＴｉＣｌ_４ガス供給源４４からガス流路４１へは、このように気化したＴｉＣｌ_４が供給される。なお、各流量調整部は、流量を調整するガスの温度に応じて適切なものが用いられる。上記の流量調整部４３については、このように加熱されることで比較的高温であるＴｉＣｌ_４ガスの流量を調整することができるように設計されたものが用いられる。

【0021】

ガス貯留タンク４２は、ガス供給源４４から供給されたＴｉＣｌ_４ガスを処理容器１１内に供給する前に一旦貯留する。そのようにＴｉＣｌ_４ガスを貯留させ、ガス貯留タンク４２内が所定の圧力に昇圧した後で、ガス貯留タンク４２から処理容器１１へＴｉＣｌ_４ガスを供給する。このガス貯留タンク４２から処理容器１１へのＴｉＣｌ_４ガスの給断が、上記のバルブＶ１の開閉により行われる。このようにガス貯留タンク４２へＴｉＣｌ_４ガスを一旦貯留することで、比較的高い流量で安定的に当該ＴｉＣｌ_４ガスを処理容器１１に供給することができる。

【0022】

なお、後述する各ガス貯留タンク４６、６２、６６についても、ガス貯留タンク４２と同様に、ガス流路の上流側のガス供給源から供給される各ガスを一旦貯留することで、処理容器１１に供給される各ガスの流量を安定化させる役割を有するガス貯留部である。そして、各ガス貯留タンク４６、６２、６６の下流側に設けられるバルブＶ２、Ｖ４及びＶ５、Ｖ６の開閉によって、各ガス貯留タンク４６、６２、６６から処理容器１１へのガスの給断が夫々行われる。

【0023】

ガス流路４１の説明に戻ると、このガス流路４１においてバルブＶ１の下流側には、ガス流路４５の下流端が接続されている。ガス流路４５の上流端はバルブＶ２、ガス貯留タンク４６、流量調整部４７をこの順に介してＮ_２ガスの供給源４８に接続されている。さらに、ガス流路４５においてバルブＶ２の下流側には、ガス流路５１の下流端が接続されている。ガス流路５１の上流端は、バルブＶ３、流量調整部５２をこの順に介して、Ｎ２ガスの供給源５３に接続されている。このガス流路５１におけるバルブＶ３の下流側には、オリフィス５４が形成されている。つまり、ガス流路５１におけるバルブＶ３の下流側の径は、ガス流路５１におけるバルブＶ３の上流側及びガス流路４１、４５の径よりも小さい。ガス貯留タンク４２、４６によって、ガス流路４１、４５には比較的大きい流量でガスが供給されるが、オリフィス５４によってこれらガス流路４１、４５に供給されたガスが、ガス流路５１を逆流することが抑制される。

【0024】

ところで、Ｎ２ガス供給源４８からガス流路４５に供給されるＮ２ガスは、既述のパージを行うために処理容器１１内に供給される。Ｎ２ガス供給源５３からガス流路５１に供給されるＮ２ガスは、ＴｉＣｌ₄ガスに対するキャリアガスである。このキャリアガスは、上記のようにウエハＷの処理中は連続して処理容器１１内に供給されるので、パージを行う際にも処理容器１１内に供給される。従って、当該キャリアガスが処理容器１１内に供給される時間帯は、パージを行うためにガス供給源４８からのＮ２ガスが処理容器１１内に供給される時間帯に重なり、キャリアガスはパージにも用いられることになるが、説明の便宜上、Ｎ２ガス供給源４８からガス流路４５に供給されるガスをパージガスとして記載し、Ｎ２ガス供給源５３からガス流路５１に供給されるガスはキャリアガスとして記載する。なお、このキャリアガスは、ＴｉＣｌ_４ガスがガス流路５１を逆流することを防止するための逆流防止用のガスでもある。

【0025】

続いて、処理容器１１のガス供給路３２に接続されるガス流路６１について説明する。このガス流路６１の上流側は２つに分岐した後に互いに合流して、合流したガス流路６１の上流端は、ガス貯留タンク６２、流量調整部６３をこの順に介して、処理ガスであるＮＨ_３ガスの供給源６４に接続されている。このガス流路６１は反応ガス流路であり、原料ガス流路であるガス流路４１に対して独立して形成されている。また、ガス流路６１において、上記のように２つに分岐した部位にはバルブＶ４、Ｖ５が各々介設されている。このようにガス貯留タンク６２の下流側において分岐した流路を形成しているのは、比較的多くのＮＨ_３ガスを処理容器１１に供給することができるように、コンダクタンスを大きくするためである。

【0026】

ガス流路６１の分岐した部位において、バルブＶ５の下流側にはガス流路６５の下流端が接続されている。ガス流路６５の上流端はバルブＶ６、ガス貯留タンク６６、流量調整部６７をこの順に介して、Ｎ_２ガスの供給源６８に接続されている。さらに、ガス流路６５においてバルブＶ６の下流側には、ガス流路７１の下流端が接続されている。ガス流路７１の上流端は、バルブＶ７、流量調整部７２をこの順に介して、Ｎ_２ガスの供給源７３に接続されている。このガス流路７１におけるバルブＶ７の下流側には、オリフィス７４が形成されている。つまり、ガス流路７１におけるバルブＶ７の下流側の径は、ガス流路７１におけるバルブＶ７の上流側及びガス流路６１、６５の径よりも小さい。このオリフィス７４は、オリフィス５４と同様に、ガス流路６１、６５に比較的大きな流量で供給されたガスが、ガス流路７１を逆流することを抑制するために形成されている。

【0027】

上記のＮ_２ガス供給源６８からガス流路６５に供給されるＮ_２ガスは、既述のパージを行うために処理容器１１内に供給される。Ｎ_２ガス供給源７３からガス流路７１に供給されるＮ_２ガスは、ＮＨ３ガスに対するキャリアガスであり、上記のＴｉＣｌ_４ガスに対するキャリアガスと同様にパージにも用いられることになるが、説明の便宜上、Ｎ_２ガス供給源６８からガス流路６５に供給されるガスをパージガスとして記載し、Ｎ_２ガス供給源７３からガス流路７１に供給されるガスはキャリアガスとして記載する。なお、当該キャリアガスは、ＮＨ_３ガスがガス流路７１を逆流することを防止するための逆流防止用のガスでもある。

【0028】

以上のように各ガス流路が形成されていることで、第１のキャリアガス流路をなすガス流路５１は、キャリアガスの供給制御機器としてバルブＶ３及び流量調整部５２を備えており、第１の置換ガス流路をなすガス流路４５にはこのバルブＶ３及び流量調整部５２とは別個に、パージガスの供給制御機器として、バルブＶ２及び流量調整部４７が設けられていることになる。また、第２のキャリアガス流路をなすガス流路７１は、キャリアガスの供給制御機器としてバルブＶ７及び流量調整部７２を備えており、第２の置換ガス流路をなすガス流路６５にはこのバルブＶ７及び流量調整部７２とは別個に、パージガスの供給制御機器としてバルブＶ６及び流量調整部６７が設けられていることになる。

【0029】

ところで、上記のようにパージガスはガス流路４５、６５の両方から処理容器１１に供給されるように構成されている。これは、処理容器１１内に残留するＴｉＣｌ_４ガス及びＮＨ_３ガスだけではなく、ガス流路４１においてバルブＶ１の下流側に残留するＴｉＣｌ_４ガス及びガス流路６１においてバルブＶ４及びＶ５の下流側に残留するＮＨ_３ガスについてもパージするためである。つまり、より確実にこれらＴｉＣｌ_４ガス及びＮＨ_３ガスをパージするために、パージガスの流路が２つ形成されている。

【0030】

また成膜装置１は制御部１００を備えている。この制御部１００はコンピュータにより構成されており、プログラム、メモリ、ＣＰＵを備えている。プログラムには、成膜装置１における後述の一連の動作を実施することができるようにステップ群が組み込まれており、当該プログラムによって制御部１００は成膜装置１の各部に制御信号を出力し、当該各部の動作が制御される。具体的には、各バルブＶ１〜Ｖ７の開閉、流量調整部４３、４７、５２、６３、６７、７２によるガスの流量の調整、圧力調整部３５による処理容器１１内の圧力の調整、ヒーター２２によるウエハＷの温度の調整などの各動作が、制御信号によって制御される。上記のプログラムは、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、光磁気ディスクなどの記憶媒体に格納されて、制御部１００にインストールされる。この制御部１００と、上記のガス流路４１、４５、５１、６１、６５、７１と、ガス供給源４４、４８、５３、６４、６８、７３と、バルブＶ１〜Ｖ７と、流量調整部４３、４７、５２、６３、６７、７２と、ガス貯留タンク４２、４６、６２、６６とにより、本発明に係るガス供給装置が構成されている。

【0031】

続いて成膜装置１における成膜処理について、各バルブの開閉状態及び各ガス流路におけるガスの流通状態について示す図２〜図５を用いて説明する。これらの図２〜図５では、閉じているバルブＶにはハッチングを付すことで、開いているバルブＶと区別して表示している。また、各ガス流路についてガスが下流側へ流通している部位は、流通していない部位に比べて太く示している。なお、図２〜図５では、図１に比べて処理容器１１及び処理容器１１内の各部を簡略化して表示している。さらに、以下の成膜処理の説明では図６のタイミングチャートも適宜参照する。このタイミングチャートにおいては、ＴｉＣｌ_４ガス、ＮＨ_３ガス、キャリアガス、パージガスが夫々流れる時間帯を、互いに濃度が異なるグレースケールを付した矩形領域で示している。各矩形領域の高さは処理容器１１内に供給されるガスの量に対応しており、当該矩形領域の高さが大きいほど供給されるガスの量が多い。

【0032】

先ず、バルブＶ１〜Ｖ７が閉じられた状態で、搬送機構によりウエハＷが処理容器１１内に搬送されて、受け渡し位置における載置台２１に載置される。搬送機構が処理容器１１内から退避した後、ゲートバルブ１３が閉じられる。載置台２１のヒーター２２によりウエハＷが例えば４６０℃に加熱されると共に載置台２１が処理位置まで上昇し、処理空間１０が形成される。排気管３４に介設される圧力調整部３５により、処理容器１１内が所定の真空圧力になるように調整される。そしてバルブＶ３、Ｖ７が開かれ、Ｎ_２ガス供給源５３、７３から夫々ガス流路５１、７１に例えば５００ｓｃｃｍのキャリアガス（Ｎ_２ガス）が供給される。つまり、合計１０００ｓｃｃｍのキャリアガスが、処理容器１１内に供給される。その一方で、ガス供給源４４、ガス供給源６４からＴｉＣｌ_４ガス、ＮＨ_３ガスが夫々ガス流路４１、６１に供給される。バルブＶ１、Ｖ４、Ｖ５が閉じられていることで、これらのＴｉＣｌ_４ガス、ＮＨ_３ガスは、ガス貯留タンク４２、６２に夫々貯留され、ガス貯留タンク４２、６２内が昇圧する。

【0033】

然る後、バルブＶ１が開かれ（チャート中、時刻ｔ１）、ガス貯留タンク４２に貯留されたＴｉＣｌ_４ガスが処理容器１１内に供給されて、ウエハＷの表面に吸着する。この処理容器１１内へのＴｉＣｌ_４ガスの供給に並行して、ガス供給源４８、６８からガス流路４５、６５に夫々パージガス（Ｎ_２ガス）が供給される。バルブＶ２、Ｖ６が閉じられていることで、パージガスはガス貯留タンク４６、６６に貯留され、当該ガス貯留タンク４６、６６内が昇圧する（図２、ステップＳ１）。

【0034】

時刻ｔ１から例えば０．０５秒経過後、バルブＶ１が閉じられると共にバルブＶ２、Ｖ６が開かれ（時刻ｔ２）、処理容器１１内へのＴｉＣｌ_４ガスの供給が停止すると共に、ガス貯留タンク４６、６６に各々貯留されたパージガスが処理容器１１内に供給される。上記のように圧力が上昇した状態のガス貯留タンク４６、６２から供給されることにより、処理容器１１内には比較的大きな流量、例えばキャリアガスの流量よりも大きい１５００ｓｃｃｍ〜５０００ｓｃｃｍでパージガスが供給され、処理容器１１内に残留するＴｉＣｌ_４ガスが速やかに排気管３４へとパージされ、当該処理容器１１内がＴｉＣｌ_４ガス雰囲気からＮ_２ガス雰囲気に置換される。このようにパージが行われる一方で、バルブＶ１が閉じられたことにより、ガス供給源４４からガス流路４１に供給されたＴｉＣｌ_４ガスがガス貯留タンク４２に貯留され、当該ガス貯留タンク４２内が昇圧する（図３、ステップＳ２）。

【0035】

時刻ｔ２から例えば０．２秒経過後、バルブＶ２、Ｖ６が閉じられると共にバルブＶ４、Ｖ５が開かれ（時刻ｔ３）、処理容器１１内へのパージガスの供給が停止すると共に、ガス貯留タンク６２に貯留されたＮＨ_３ガスが処理容器１１内に供給され、ウエハＷの表面に吸着したＴｉＣｌ_４ガスと反応し、反応生成物であるＴｉＮの原子層が形成される。その一方で、バルブＶ２、Ｖ６が閉じられたことにより、ガス供給源４８、６８からガス流路４５、６５に夫々供給されたパージガスがガス貯留タンク４６、６６に貯留され、当該ガス貯留タンク４６、６６内が昇圧する（図４、ステップＳ３）。

【0036】

時刻ｔ３から例えば０．３秒経過後、バルブＶ４、Ｖ５が閉じられると共にバルブＶ２、Ｖ６が開かれ（時刻ｔ４）、処理容器１１内へのＮＨ_３ガスの供給が停止すると共に、ガス貯留タンク４６、６６に各々貯留されたパージガスが処理容器１１内に供給される。上記のように圧力が上昇した状態のガス貯留タンク４６、６２から供給されることにより、処理容器１１内には例えば１５００ｓｃｃｍ〜５０００ｓｃｃｍでパージガスが供給され、処理容器１１内に残留するＮＨ_３ガスが、速やかに排気管３４へとパージされ、当該処理容器１１内がＮＨ_３ガス雰囲気からＮ_２ガス雰囲気に置換される。このようにパージが行われる一方で、バルブＶ４、Ｖ５が閉じられたことにより、ガス供給源６４からガス流路４１に供給されたＮＨ_３ガスがガス貯留タンク６２に貯留され、当該ガス貯留タンク６２内が昇圧する（図５、ステップＳ４）。

【0037】

時刻ｔ４から例えば０．３秒経過後、バルブＶ２、Ｖ６が閉じられると共にバルブＶ１が開かれ（時刻ｔ５）、処理容器１１内へのパージガスの供給が停止すると共に、ガス貯留タンク４２に貯留されたＴｉＣｌ_４ガスが処理容器１１内に供給される。つまり上記のステップＳ１が再度行われる。従って、上記のパージが終了する時刻ｔ５は、上記のＴｉＣｌ_４ガスの供給が開始される時刻ｔ１でもある。このステップＳ１が行われた後は上記のステップＳ２〜Ｓ４が行われ、その後は、さらにステップＳ１〜Ｓ４が行われる。つまり上記のステップＳ１〜Ｓ４を一つのサイクルとすると、このサイクルが繰り返し行われ、ＴｉＮの原子層がウエハＷの表面に堆積し、ＴｉＮ膜が成膜される。そして、所定の回数のサイクルが実行されると、処理容器１１内への搬入時とは逆の手順でウエハＷが処理容器１１から搬出される。

【0038】

上記の成膜装置１によれば、ＴｉＣｌ_４ガス及びＮＨ_３ガスのキャリアガスを供給するためのガス流路５１、７１に介設される流量調整部５２、７２及びバルブＶ３、Ｖ７とは異なる流量調整部４７、６７及びバルブＶ２、Ｖ６を備えるように処理容器１１内にパージガスを供給するためのガス流路４５、６５が設けられている。そして、これらのパージガスのガス流路４５、６５にはバルブＶ２、Ｖ６の開閉により、パージガスが貯留されて内部が昇圧した後、当該パージガスを処理容器１１に供給するガス貯留タンク４６、６６が夫々設けられる。従って、パージガスを比較的大きな流量で処理容器１１内に供給し、処理容器１１内の雰囲気の置換を速やかに行うことができる。そのため、スループットの向上を図ることができる。また、そのようにキャリアガスとは独立して流量が制御されるパージガスによって処理容器１１内の雰囲気の置換を行うので、キャリアガスの流量が大きくなることを抑制することができる。従って、良好なステップカバレッジが得られるように成膜を行うために必要なＴｉＣｌ_４ガスの流量の上昇を抑えることができるので、このＴｉＣｌ_４ガスのガス流路６１の付着を抑制し、メンテナンスの頻度を低下させることができる。見方を変えれば、ガス流路６１へのＴｉＣｌ_４ガスの付着が十分に抑制できる範囲で、ＴｉＣｌ_４ガスの処理容器１１へ供給する流量を増加させて、処理容器１１内におけるＴｉＣｌ_４ガスの分圧を高くし、良好なステップカバレッジが得られるようにＴｉＮ膜を形成することができる。

【0039】

上記の成膜処理において、パージガスについて比較的大きな流量が処理容器１１内に供給されるものと記載したが、ＴｉＣｌ_４ガス、ＮＨ_３ガスについてもガス貯留タンク４２、６２に夫々貯留された後で処理容器１１内に供給されるので、パージガスと同様に比較的大きな流量で処理容器１１内に供給される。従って、これらＴｉＣｌ_４ガス、ＮＨ_３ガスが夫々供給される時間帯の短縮化を図ることができるため、より確実にスループットの向上を図ることができる。

【0040】

ところで、パージガスのガス流路５１、７１は、ＴｉＣｌ_４ガス、ＮＨ_３ガスを夫々供給するガス流路４１、６１に接続されることには限られず、例えば処理容器１１の天板１５にガス供給路３１、３２とは独立して処理容器１１内にガスを供給するためのガス供給路を設け、当該ガス供給路に接続されるように設けてもよい。また、その場合、ガス流路５１、７１の２つを設けることに限られず、ガス流路５１、７１のうちの一つを設ければよい。ただし、上記のようにガス流路４１、６１のパージを行うために、パージガスのガス流路５１、７１の２つをガス流路４１、６１に夫々接続するように設けることが好ましい。また、キャリアガスの流路と、パージガスの流路とは別個の供給制御機器を介して下流側にガスを供給することができればよい。従って、例えばパージガスのガス流路４５における流量調整部４７の上流側と、キャリアガスのガス流路５１における流量調整部５２の上流側とが合流し、共通のＮ_２ガス供給源に接続される構成であってもよい。

【0041】

また、本発明はＴｉＮ膜を形成する場合に限られず、例えばＷＮ（窒化タングステン）膜を形成する場合にも用いることができる。この場合は、原料ガスとしては例えば塩化タングステンガスが、反応ガスとしては例えばＮＨ_３ガスが夫々用いられる。なお、このようにＴｉＮ膜や、ＷＮ膜を成膜するにあたり、原料ガスを窒化するためにはＮＨ_３ガスを用いることには限られず、例えばヒドラジンなどの窒素を含むガスを用いることができる。このように本発明は既述した実施形態には限られず、適宜の変更が可能である。

【0042】

（評価試験）
続いて、本発明に関連して行われた評価試験について説明する。
・評価試験１
この評価試験１では上記の成膜装置１を用いて複数枚のウエハＷに対して、図２〜図６で説明したようにＴｉＮ膜を成膜した。成膜を行うウエハＷとしては、図７にその縦断側面を示すテスト用のウエハＷが用いられた。このテスト用のウエハＷの表面は穿孔され、凹部８１が形成されている。凹部８１の径は２０ｎｍであり、凹部８１のアスペクト比は５０である。

【0043】

この評価試験１における処理条件を示すと、成膜処理中のウエハＷの温度は５３０℃である。各ステップＳの時間については、既述の成膜処理の各ステップＳの時間と同じであり、処理容器１１内に供給するキャリアガスの流量についても、既述の成膜処理で処理容器１１内に供給するキャリアガスの流量と同じ１０００ｓｃｃｍに設定した。そして、ステップＳ１において処理容器１１に供給されるＴｉＣｌ_４ガスの流量及びステップＳ２、Ｓ４で夫々処理容器１１に供給するパージガスの流量を、ウエハＷ毎に変更している。より詳しく述べると、ＴｉＣｌ_４ガスの流量は１４０ｓｃｃｍまたは２００ｓｃｃｍに設定して成膜処理を行っている。ＴｉＣｌ_４ガスの流量が１４０ｓｃｃｍに設定されたものを評価試験１−１、ＴｉＣｌ_４ガスの流量が２００ｓｃｃｍに設定されたものを評価試験１−２とする。上記のパージガスの流量については、３０００ｓｃｃｍ、６０００ｓｃｃｍ及び１００００ｓｃｃｍうちの１つを選択して設定している。

【0044】

凹部８１へのＴｉＮ膜８２の成膜後は、当該ＴｉＮ膜８２から下記の式１を算出した。これ以降、当該式１により取得される値をステップカバレッジ（単位：％）とする。従って、当該ステップカバレッジの値が高いほど、ＴｉＮ膜８２によるウエハＷ表面の被覆性が高いことを示す。
凹部８１の側壁の下端部に形成されたＴｉＮ膜の厚さｔ１／凹部８１の側壁の上端部に形成されたＴｉＮ膜の厚さｔ２×１００・・・式１

【0045】

図８のグラフは、評価試験１の結果を示している。グラフの横軸はステップＳ２、Ｓ４で各々処理容器１１内に供給されたパージガスの流量（単位：ｓｃｃｍ）を示し、グラフの縦軸は上記のステップカバレッジ（単位：％）を示している。グラフでは評価試験１−１の結果を三角のプロットで、評価試験１−２の結果を丸のプロットで夫々示している。グラフに示されるように、パージガスの流量が夫々３０００ｓｃｃｍ、６０００ｓｃｃｍ、１００００ｓｃｃｍである場合の全てにおいて、評価試験１−２のステップカバレッジの方が、評価試験１−１のステップカバレッジよりも大きい。

【0046】

また、評価試験１−１では、パージガスの流量が６０００ｓｃｃｍ、１００００ｓｃｃｍであるときのステップカバレッジの値は、パージガスの流量が３０００ｓｃｃｍであるときのステップカバレッジの値よりも高い。評価試験１−２ではパージガスの流量が大きいほど、ステップカバレッジの値が高い。従って、処理容器１１内に供給するパージガスの流量が比較的大きいと、良好なステップカバレッジを得ることができることが分かる。グラフより、パージガスの流量が６０００ｓｃｃｍ以上である場合にステップカバレッジは概ね９０％以上と、実用上十分な値となっている。従って当該パージガスの流量は、例えば６０００ｓｃｃｍとすることが好ましい。

【0047】

さらに、図９に示す成膜装置８を用いてＴｉＮ膜を成膜し、ステップカバレッジを測定する比較試験１を行った。成膜装置８は、パージガスを供給するためのガス流路４５、６５が設けられないことを除いて、成膜装置１と同様に構成されている。従って、成膜装置８によって実行される上記のステップＳ２、Ｓ４では、ガス流路４５、６５からのパージガスの供給が行われず、ガス流路５１、７１に供給されたキャリアガスによってパージが行われる。図１０は、この成膜装置８で処理容器１１内に供給されるガスの量を、図６と同様に示したタイミングチャートである。図１０のチャートと図６のチャートとを比較して明らかなように、成膜装置８の方がキャリアガスの供給量が多くなるように設定されている。これは、そのようにキャリアガスによってパージを行うためである。なお、成膜装置８の処理容器１１は成膜装置１の処理容器１１と同様に構成されているが、図９では図２と同様に簡略化して示している。この成膜装置８を用いた比較試験１では、ステップＳ１〜Ｓ４において処理容器１１内に供給するキャリアガスの流量を４０００ｓｃｃｍに設定し、ステップＳ１で処理容器１１内に供給するＴｉＣｌ_４のガス流量を１４０ｓｃｃｍに設定した。それ以外の処理条件は、評価試験１と同様である。

【0048】

比較試験１から得られたステップカバレッジは７８％であった。図８のグラフに示したように評価試験１−１、１−２から得られた各ステップカバレッジは８５％以上であるため、この７８％を上回っている。従って、比較試験１に比べて評価試験１の方がＴｉＮ膜によるウエハＷの被覆性が高く、本発明の効果が確認された。

【0049】

・評価試験２
評価試験２として、評価試験１と同様に図７に示したウエハＷの複数枚に各々成膜処理を行い、ステップカバレッジを測定した。ただし、この評価試験２では、ステップＳ１〜Ｓ４において処理容器１１内に供給するキャリアガスの流量と、ステップＳ１において処理容器１１内に供給するＴｉＣｌ_４ガスの流量とをウエハＷ毎に変更して行っている。キャリアガスの流量については、１０００ｓｃｃｍまたは５００ｓｃｃｍに設定しており、キャリアガスの流量が１０００ｓｃｃｍであるものを夫々評価試験２−１、キャリアガスの流量が５００ｓｃｃｍであるものを評価試験２−２とする。評価試験２−１としては、ＴｉＣｌ４ガスの流量が夫々５０ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍ、１４０ｓｃｃｍ、２００ｓｃｃｍに設定されたものが各々行われている。評価試験２−２としては、ＴｉＣｌ４ガスの流量が夫々５０ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍ、１４０ｓｃｃｍに設定されたものが各々行われている。また、この評価試験２のステップＳ２、Ｓ４の各々で処理容器１１内に供給されるパージガスの流量は６０００ｓｃｃｍに設定した。その他の処理条件は、評価試験１の処理条件と同様に設定した。

【0050】

図１１のグラフは評価試験２の結果を示している。グラフの横軸はＴｉＣｌ_４ガスの流量を示しており、グラフの縦軸は上記のステップカバレッジを示している。グラフでは評価試験２−１の結果を三角のプロットで、評価試験２−２の結果を丸のプロットで夫々示している。このグラフから明らかなように、評価試験２−１、２−２の間でＴｉＣｌ_４ガスの流量が同じである場合、キャリアガスの流量が小さい評価試験２−２の方が、ステップカバレッジが高い。また、このグラフから、評価試験２−１、２−２の各々について、ＴｉＣｌ４ガスの流量が大きいほどステップカバレッジが高くなっていることが分かる。この評価試験２の結果及び上記の評価試験１の結果は、ステップＳ１において、キャリアガスの流量に対するＴｉＣｌ_４ガスの流量が大きいほど、良好なステップカバレッジが得られることを示している。また、この評価試験２で測定された各ステップカバレッジの値は、上記の比較試験１のステップカバレッジの値である７８％よりも大きい。つまり、成膜装置１により成膜を行う場合、処理容器１１に供給されるキャリアガスの流量が１０００ｓｃｃｍ以下である場合には、比較試験１のステップカバレッジよりも良好なステップカバレッジが得られることが確認された。

【0051】

・評価試験３
評価試験３として、成膜装置１を用いて成膜処理を行い、複数のウエハＷにＴｉＮ膜を形成し、当該ＴｉＮ膜の膜厚（単位：Å）及び比抵抗（μΩ・ｃｍ）を測定した。この評価試験３では処理容器１１に供給するキャリアガスの流量を１０００ｓｃｃｍに設定し、パージガスの流量を５００ｓｃｃｍ〜１００００ｓｃｃｍの範囲でウエハＷ毎に変更して処理を行った。また、成膜処理中のウエハＷの温度は４６０℃、１サイクルにおける処理容器１１内へのＴｉＣｌ４ガスの供給量を１．０５ｃｃ、１サイクルにおける処理容器１１内へのＮＨ_３ガスの供給量を３８ｃｃに夫々設定し、ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を行う時間を０．０５秒、０．１秒、０．１３秒、０．１秒に夫々設定した。また、サイクルを行う回数は３００回とした。

【0052】

比較試験３として、比較試験１と同様に成膜装置８を用いて成膜処理を行い、複数のウエハＷにＴｉＮ膜を形成し、評価試験３と同様に膜厚及び比抵抗を測定した。この比較試験３において、キャリアガスの流量は２０００ｓｃｃｍ〜７５００ｓｃｃｍの範囲で、ウエハＷ毎に変更した。ウエハＷの温度、１サイクルにおける処理容器１１内へのＴｉＣｌ_４ガスの供給量、１サイクルにおける処理容器１１内へのＮＨ_３ガスの供給量、ステップＳ１〜Ｓ４の各々を行う時間及びサイクルを行う回数については、評価試験３と同様に設定した。

【0053】

なお、ステップＳ１、Ｓ３においてＴｉＣｌ_４ガス、ＮＨ_３ガスが夫々十分に処理容器１１内に供給されているものとして、ステップＳ２、Ｓ４においてウエハＷの周囲の雰囲気の置換が十分では無いと、ＡＬＤによる成膜の他にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）による成膜も行われてしまうことにより、ＡＬＤのみによって成膜が行われる場合に比べて膜厚が大きくなる。そして、このようにＣＶＤによる成膜がなされると、膜質が劣化してＴｉＮ膜の比抵抗が上昇してしまう。従って、この評価試験３及び比較試験３ではＴｉＮ膜の膜厚及び比抵抗は、低い値となることが好ましい。

【0054】

図１２及び図１３のグラフは、評価試験３及び比較試験３の結果について示している。図１２、図１３の各グラフの横軸は、評価試験３のパージガスの流量（単位：ｓｃｃｍ）と、比較試験３のキャリアガスの流量（単位：ｓｃｃｍ）とを示している。そして、図１２のグラフの縦軸は測定された膜厚（単位：Å）を示しており、図１３のグラフの縦軸は測定された比抵抗（単位：μΩ・ｃｍ）を示している。これらの各グラフに示されるように、評価試験３では、ＴｉＮ膜の膜厚は概ね１００Å〜概ね１５０Åであり、ＴｉＮ膜の比抵抗は概ね２５０μΩ・ｃｍ〜３００μΩ・ｃｍであった。

【0055】

パージガスの流量が２０００ｓｃｃｍより低い範囲では、当該パージガスの流量が増加するにつれて膜厚及び比抵抗が低下し、パージガスが２０００ｓｃｃｍ〜１００００ｓｃｃｍの範囲では、膜厚が概ね１００Å、比抵抗が概ね２６０μΩ・ｃｍで各々一定になっている。従って、このようにパージガスが２０００ｓｃｃｍ〜１００００ｓｃｃｍである範囲では、上記のＣＶＤによる成膜が行われていないと考えられる。一方、図１２、図１３の各グラフに示されるように、比較試験３では、ＴｉＮ膜の膜厚は概ね１００Å〜概ね４００Åであり、ＴｉＮ膜の比抵抗は概ね２４０μΩ・ｃｍ〜概ね３９０μΩ・ｃｍであり、キャリアガスの流量が大きくなるにつれてこれらの膜厚及び比抵抗が低下している。

【0056】

評価試験３でパージガスの流量が５００ｓｃｃｍである場合と、比較試験３でキャリアガスの流量が４０００ｓｃｃｍである場合とで、膜厚及び比抵抗が略同一となっており、評価試験３でパージガスの流量が１０００ｓｃｃｍである場合と、比較試験３でキャリアガスの流量が５０００ｓｃｃｍである場合とで、膜厚及び比抵抗が略同一となっている。また、評価試験３でパージガスの流量が３０００ｓｃｃｍである場合と、比較試験３でキャリアガスの流量が７５００ｓｃｃｍである場合とで、膜厚及び比抵抗が略同一となっている。上記のように評価試験３ではキャリアガスの流量は１０００ｓｃｃｍに設定しているので、この実験結果から成膜装置１による処理と、成膜装置８による処理とで同じＴｉＮ膜の膜厚及び比抵抗を得るためには、成膜装置１による処理を行った方がキャリアガスの流量を小さく抑えることができることが確認された。そして、評価試験１、２で説明したように、キャリアガスの流量に対するＴｉＣｌ４ガスの流量を大きくすることで、良好なステップカバレッジを得ることができるので、この評価試験３からは、成膜装置１による処理を行った方が良好なステップカバレッジを得ることができることも確認された。

【0057】

・評価試験４
評価試験４として、評価試験３と同様に成膜装置１を用いて複数のウエハＷにＴｉＮ膜を形成し、当該ＴｉＮ膜の膜厚（単位：Å）及び比抵抗（μΩ・ｃｍ）を測定した。ただし、各種の処理条件について、評価試験３の処理条件から変更している。評価試験４では、ＴｉＣｌ_４ガスの流量は３００ｓｃｃｍ、１サイクルあたりのＮＨ３ガスの供給量は３８ｃｃ、ウエハＷの温度は４６０℃、処理容器１１内の圧力は５Ｔｏｒｒ（６．６７×１０^２Ｐａ）、ガス流路５１、７１に各々供給するキャリアガスの流量は１０００ｓｃｃｍ、ガス流路４５、６５に各々供給するパージガスの流量は１０ｓｌｍ、ステップＳ１を行う時間は０．０２秒、ステップＳ３を行う時間は０．１３秒に夫々設定した。また、この評価試験４では、ウエハＷ毎にステップＳ２、Ｓ４を行う時間、即ち１回のパージを行う時間を変更している。なお１枚のウエハＷについて、ステップＳ２を行う時間とステップＳ４とを行う時間は互いに同じ長さである。

【0058】

比較試験４として、比較試験３と同様に成膜装置８を用いて複数のウエハＷにＴｉＮ膜を形成し、当該ＴｉＮ膜の膜厚及び比抵抗を測定した。ただし、キャリアガスの流量以外の各種の処理条件は、評価試験４と同様に設定している。このキャリアガスの流量については、ガス流路５１、７１に夫々１０ｓｌｍ供給されるように設定した。この比較試験４でも、評価試験４と同様にステップＳ２、Ｓ４を行う時間をウエハＷ毎に変更している。つまり、キャリアガスによって１回のパージを行う時間をウエハＷ毎に変更している。

【0059】

図１４及び図１５のグラフは評価試験４及び比較試験４の結果について示している。図１４、図１５の各グラフの横軸は１回のパージを行う時間（単位：秒）を示している。図１４のグラフの縦軸は測定されたＴｉＮ膜の膜厚（単位：Å）を示し、図１５のグラフの縦軸は測定されたＴｉＮ膜の比抵抗（単位：μΩ・ｃｍ）を示している。これらのグラフより、評価試験４及び比較試験４の両方において１回のパージ時間が長くなるほど、膜厚及び比抵抗が小さくなっていることが分かり、１回のパージ時間が０．０６秒、０．０８秒、０．１秒である場合には、評価試験４と比較試験４との間で膜厚の値及び比抵抗の値に大きな差は見られない。しかし、１回のパージ時間が０．０４秒である場合、比較試験４の膜厚及び比抵抗に比べて評価試験４の膜厚及び比抵抗は、比較的大きく低下した値となっている。従って、評価試験４の方が、パージ時間を短くしても良好な特性を持つＴｉＮ膜が得られている。従って、この評価試験４から成膜装置１の方が成膜装置８よりもパージに要する時間を短くすることができ、スループットの向上を図ることができることが確認された。

【符号の説明】

【0060】

１ 成膜装置
１１ 処理容器
２１ 載置台
４１、４５、５１、６１、６５、７１ ガス供給路
４２、４６、６２、６６ ガス貯留タンク
４４、４８、５３、６４、６８、７３ ガス供給源
１００ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】