JP2004273648A

JP2004273648A - Method for forming precoating layer and method for forming film

Info

Publication number: JP2004273648A
Application number: JP2003060669A
Authority: JP
Inventors: Satoru Wakabayashi; 哲若林
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2023-03-06
Also published as: JP4543611B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for forming a precoating layer in which the generation of particles can be suppressed in a relatively short time and to provide a method for forming a film. <P>SOLUTION: In a processing apparatus which forms a metal-containing film on the surface of a workpiece W placed on a placing base 16 in a processing container 4 which can be evacuated, when a precoat layer 28 is formed on the placing base, the precoat layer made of a metal-containing nitride film is formed on the surface of the placing base by one time of thermal CVD film formation process while a predetermined treating gas is made to flow in the processing container, and a metal-containing nitride film is formed on the surface of the workpiece. Thus, the generation of the particles is remarkably suppressed. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等を載置する載置台の表面にプリコート層を形成するプリコート層の形成方法及び成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路を製造するためには、半導体ウエ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等を繰り返し行なって、多数の所望の素子を形成するようになっている。
ところで、各素子間を接続する配線を形成する際、各素子に対する電気的コンタクトを図る配線層の下層には、基板のＳｉと電気的コンタクト抵抗を得るためのコンタクトメタル及び配線材料との相互拡散を抑制する目的で、或いは下地層との剥離を防止する目的でコンタクトバリヤメタルが用いられるが、このコンタクトバリヤメタルとしては、電気抵抗が低いことは勿論のこと、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メタルの材料として、特に、Ｔｉ膜とＴｉＮ膜の２層構造が多用される傾向にある。
【０００３】
Ｔｉ膜のコンタクトメタルを形成するには、一般的にはＴｉＣｌ_４ガスとＨ_２ガスとを用いてプラズマＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により所望の厚さのＴｉ膜を形成することが行われている。
上記したような成膜処理を行う場合、処理装置内における半導体ウエハを載置する載置台の表面には、このウエ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、ＴｉＮ膜よりなるプリコート層が予め形成することが行われている。このプリコート層は、成膜終了後や成膜装置内の不要な膜をクリーニングする毎に除去されてしまうので、クリーニングした場合に、実際にウエハに成膜するに先立って前処理として載置台の表面にプリコート層を堆積させるようになっている。載置台上にこのようなプリコート層を形成する従来技術としては、例えば特開２００１−１４４０３３号公報や特開平１０−３２１５５８号公報に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１４４０３３号公報（段落番号００１３−００２０、図１及び図２）。
【特許文献２】
特開平１０−３２１５５８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体ウエハの表面に薄膜を堆積する場合において重要な点の１つは、製品ウエハの歩留を向上させるために如何にパーティクルの発生を抑制するか、という点である。しかるに、前述したように、載置台の表面にプリコート層を形成するに際して、ＣＶＤによる極めて薄いＴｉＮ膜の堆積処理と、その後に、安定化のためにこのＴｉＮ膜をプラズマ窒化するという窒化処理とを、この一連の処理を複数回、例えば１０〜１８回程度繰り返してプリコート層を形成する方法では、使用ガスの切り替えが頻繁に行われることになるため、シャワーヘッド内又は処理容器内に処理ガスが完全に置換除去されず、処理ガスが残ってしまう。その都度に、僅かに残留するガスと新たに導入される処理ガスとが瞬間的に混じり合って不安定な膜が形成され、この不安定な膜のはがれが発生しパーティクルが必要以上に生じてしまう、といった問題があった。
【０００６】
この場合、ＣＶＤにより堆積するＴｉＮ膜形成工程と、また、このＴｉＮ膜をプラズマ窒化する工程の一連の処理を繰り返し行うため、全体のＴｉＮ膜の所望の厚さに形成するのに長時間を要し大幅なスループットの低下を招来していた。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、比較的短時間で、しかもパーティクルの発生を抑制することが可能なプリコート層の形成方法及び成膜方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、ウエハに成膜処理する前に、処理容器内のプリコート層の形成方法について鋭意研究した結果、プラズマ窒化と繰り返しのプリコート形成を用いることなく一回の熱ＣＶＤ成膜工程によりＴｉＮ膜よりなる所望の厚さのプリコート層を形成することにより、基板上にＴｉ膜を形成する際、パーティクルの発生を大幅に抑制することができる、という知見を得ることにより本発明に至ったものである。
【０００８】
請求項１に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内で載置台上に載置された被処理体の表面に金属含有膜を形成するようにした処理装置内の前記載置台の表面にプリコート層を形成する方法において、前記処理容器内に所定の処理ガスを流しつつ１回のプリコート用熱ＣＶＤ成膜工程で前記金属含有窒化膜よりなるプリコート層を前記載置台の表面に形成するようにしたことを特徴とするプリコート層の形成方法である。
このように、繰り返しプリコート層の形成とプラズマ窒化の安定化を用いることなく一回の熱ＣＶＤ成膜工程によりＴｉＮ膜よりなる所望の厚さの安定なプリコート層を形成することにより、パーティクルの発生を大幅に抑制することができる。
【０００９】
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記処理ガスは少なくとも金属含有ガスと還元ガスとよりなり、前記プリコート用熱ＣＶＤ成膜工程では前記還元ガスの供給を開始することに先立って前記金属含有ガスの供給が開始されており、前記還元ガスの供給を停止した後に前記金属含有ガスの供給の停止を行うようにする。
また例えば請求項３に規定するように、前記処理装置は、前記金属含有ガスと前記還元ガスとを別々に導入して前記各ガスを別々に前記処理容器内へ放出するためのシャワーヘッド部を有しており、前記シャワーヘッド部内における前記還元ガスを含むガスの圧力は、前記金属含有ガスを含むガスの圧力よりも高く設定されている。
このように、シャワーヘッド部内において還元ガスを含むガスの圧力を、金属含有ガスを含むガスの圧力よりも高く設定するようにしたので、金属含有ガスを含むガスが還元ガスを含むガス側に拡散することを抑制され、パーティクルの発生を更に抑制することができる。
【００１０】
また例えば請求項４に規定するように、前記金属含有ガスはＴｉＣｌ_４ガスであり、前記還元ガスはＮＨ_３ガスであり、前記プリコート層はＴｉＮ膜よりなる。
また、例えば請求項５に規定するように、前記還元ガス中にはＨ_２ガスが混入される。このようにＨ_２ガスを添加することにより、水素の還元力によりＴｉＣｌ_４が還元され安定な膜が形成されるので、パーティクルの発生を一層抑制することが可能となる。更に、膜質も良好となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のプリコート層の形成方法及び成膜方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明方法を実施するための処理装置を示す構成図、図２はシャワーヘッド部の一部を示す部分拡大断面図である。本実施例では、金属含有窒化膜を形成するために、金属含有ガスとしてＴｉＣｌ_４ガスを用い、還元ガスとしてＮＨ_３ガスを用いてＴｉＮ膜を堆積させる場合を例にとって説明する。
【００１２】
図示するように、処理装置２は、例えばＡｌ、又はＡｌ合金材料等により円筒体状に成形された処理容器４を有している。この処理容器４の底部６は中心側が凹部状に形成され、この凹部の側壁には、容器内の雰囲気を排出するための排気口８が設けられており、この排気口８には真空引きポンプ１０を介設した排気系１２が接続されて、処理容器４内を底部周辺部から均一に真空引きできるようになっている。
【００１３】
この処理容器４内には、底部６より起立した支柱１４に支持される円板状の載置台１６が設けられ、この円板状の載置台１６上に被処理体として例えば半導体ウエハＷを載置し得るようになっている。具体的には、この載置台１６は、例えばＡｌＮ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１８が埋め込まれている。そして、この抵抗加熱ヒータ１８は、支柱１４内を通る配線２０を介して電源２２に接続される。尚、この抵抗加熱ヒータ１８は図示されないが平面内を複数の加熱ゾーンに分割し、この加熱ゾーン毎に別個独立して制御できる構造となっている。また、この載置台１６には、ピン孔２１が形成され、これに昇降可能になされたリフトピン２３が設けられてウエハＷの移載時にこれを昇降できるようになっている。このリフトピン２３の昇降は容器底部６にベローズ２５を介して設けたアクチュエータ２７により行われる。
【００１４】
また、この載置台１６の上面の近傍には、例えばメッシュ状の下部電極２４が埋め込まれており、この下部電極２４は配線２６及び処理容器４を介して接地されている。そして、この載置台１６の表面に、本発明の特徴とするプリコート層２８が形成されている。このプリコート層２８は、熱的安定性を向上させるためにはその上面、側面及び下面の全ての面に形成するのがよいが、裏面側への成膜が困難な成膜プロセスの場合には、上面と側面のみに形成してもよいし、更に上面のみに形成するようにしてもよい。
ここでこのプリコート層２８は、この装置で半導体ウエハＷに対して成膜する膜種と同種の膜種、すなわちここでは１回の熱ＣＶＤ成膜工程で堆積させたＴｉＮ膜よりなり、その厚さは例えば０．４μｍ以上の厚さに設定されている。
【００１５】
一方、処理容器４の天井部には、必要な処理ガスを導入するガス導入手段としてシャワーヘッド部３０が、絶縁部材３２を介して容器側壁に対して気密に取り付けられている。このシャワーヘッド部３０は、上記載置台１６の上面の略全面を覆うように対向させて設けられており、載置台１６との間に処理空間Ｓを形成している。このシャワーヘッド部３０は、処理空間Ｓに各種のガスをシャワー状に導入するものであり、シャワーヘッド部３０の下面の噴射面３４にはガスを噴射するための多数の噴射孔３６Ａ、３６Ｂが形成される。尚、このシャワーヘッド部３０の構成は、内部で混合するプリミックス構造や、ガス種によってはシャワーヘッド部３０内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ポストミックス構造のものを使用できる。そして、ここでは以下に説明するようにポストミックス構造が採用されている。尚、シャワーヘッド部３０にはヒータが設けられており、このシャワーヘッド部３０を、例えば２００〜６００℃、好ましくは４００〜６００℃の温度に加熱するようになっている。
【００１６】
そして、このシャワーヘッド部３０内は２つの空間３０Ａ、３０Ｂに分離区画されている。また上記空間３０Ａ、３０Ｂはそれぞれ上記各噴射孔３６Ａ、３６Ｂに連通される。このシャワーヘッド部３０の上部には、ヘッド内の各空間３０Ａ、３０Ｂにそれぞれのガスを導入するガス導入ポート３８Ａ、３８Ｂが設けられており、このガス導入ポート３８Ａ、３８Ｂにはガスを流す供給通路４０Ａ、４０Ｂがそれぞれ接続されている。この供給通路４０Ａ、４０Ｂには、それぞれ複数の分岐管４２Ａ、４２Ｂが接続される。
【００１７】
一方の分岐管４２Ｂには、処理ガスとしてＮＨ_３ガスを貯留するＮＨ_３ガス源４４、Ｈ_２ガスを貯留するＨ_２ガス源４６、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４８がそれぞれ接続され、他方の各分岐管４２Ａには、不活性ガスとして例えばＡｒガスを貯留するＡｒガス源５０、成膜用の例えばＴｉＣｌ_４ガスを貯留するＴｉＣｌ_４ガス源５２、クリーニングガスとしてのＣｌＦ_３ガスを貯留するＣｌＦ_３ガス源５１がそれぞれ接続されている。そして、各ガスの流量は、それぞれの分岐管４２Ａ、４２Ｂに介設した流量制御器、例えばマスフローコントローラ５４により制御される。また各分岐管４２Ａ、４２Ｂに介設したバルブ５５の開閉で各ガスの導入が行われる。図示例では、成膜時の各ガスを１つの供給通路４０Ａ、４０Ｂ内を混合状態で供給する場合を示しているが、これに限定されず、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、シャワーヘッド部３０内、或いは処理空間Ｓにて混合させる、いわゆるポストミックスのガス搬送形態を用いるようにしてもよい。
【００１８】
実際のシャワーヘッド部３０は、例えばアルミニウム板等を削り出すことによって形成した複数のブロック体、例えば図２に示すようにブロック体Ａとブロック体Ｂ等を接合されて、図示しないボルト等で取り付けられているが、面接触のために両ブロック体Ａ、Ｂの接合部の僅かな隙間５４を介して一方から他方へガスが僅かに拡散する場合があるが、後述するように本発明ではこの場合にもパーティクルをの発生を抑制できるようになっている。
【００１９】
また、このシャワーヘッド部３０にはプラズマ発生手段として例えば４５０ｋＨｚのプラズマ用高周波電源５６が配線５８を介して接続されており、上部電極としても機能するようになっている。そして、この配線５８の途中には、インピーダンス整合を行うマッチング回路６０及び高周波を遮断するスイッチ６２が順次介設されている。この場合、高周波を遮断してプラズマを立てることなく処理を行えば熱ＣＶＤ装置として機能するようになっている。尚、処理容器４の側壁にはウエハを搬出入する際に開閉されるゲートバルブ６４が設けられる。また、載置台１６の下方には、ウエハを持ち上げるリフトピンが設けられ、載置台１６の外周には、ガイドリング又はフォーカスリングが設けられるが、ここでは図示省略している。更には、ここでは各ガスの供給系は主要な部分を例示的に示しただけであり、例えばＡｒガスの供給系は複数系統設けられて、これを独立して処理容器内へ供給でき、また、ＴｉＣｌ_４ガスを含む各種のガスは、処理容器４を経由することなくこれらのガスを直接的に排気系１２へ捨てることができるエバックライン（図示せず）等が設けられる。
【００２０】
次に、以上のように構成された処理装置を用いて行なわれるプリコート層２８の形成方法について図３も参照して説明する。図３はプリコート層の各ステップを説明するためのタイムチャート、図４はプリコート用熱ＣＶＤ成膜工程における主要なガスの処理容器内への供給のタイミング（態様１〜４）の主要部を示すタイミングチャートである。まず、図３（Ａ）を参照して説明する。
まず、処理容器４内の載置台１６上には、半導体ウエハ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。この処理容器４内は、例えばメンテナンスされた状態（パーツの交換等で）又は、前工程において、クリーニング処理されて不要な膜が全て除去されており、従って、載置台１６の表面には何らプリコート層がついておらず、載置台１６の素材が剥き出し状態となっている。
【００２１】
そして、次に本発明のプリコート層の形成方法を実施する。すなわち、本発明では１回のプリコート用熱ＣＶＤ成膜工程で所望の厚さのＴｉＮ膜を形成してプリコート層２８を得るようになっている。
具体的には、ここではプリコート層の形成方法について４つの態様について説明する。
【００２２】
＜態様１：１回のプリコート用熱ＣＶＤで形成（図４（Ａ）参照）＞
まず、１回のプリコート用熱ＣＶＤでプリコート層を形成する場合を説明する。
ステップ１：まず処理装置のヒートアップを開始する。
ステップ２：処理容器４内の真空引きを開始する。
ステップ３：処理容器４内を真空引きしつつＡｒガスとＮ_２ガスの供給を開始して処理容器４内のパージを行う。この時のＡｒガスの流量は１０〜５０００ｓｃｃｍの範囲、Ｎ_２ガスの流量は１０〜５０００ｓｃｃｍの範囲である。そして、上記ステップ２とステップ３とを例えば７２回繰り返す。
ステップ４：抵抗加熱ヒータ１８により、載置台１６を所定のプロセス温度、例えば５００〜７００℃まで昇温する。
ステップ５：各流量制御器内に残留しているガスをエバックライン（図示せず）を介して処理容器４内を経ることなく排気系１２へ直接的に流して捨てる。
ステップ６：処理容器４内の真空引きを継続した状態で上記ＡｒガスとＮ_２ガスの供給を停止して処理容器４内を真空引きする。
以上のステップ１〜６により、処理容器４内の成膜環境を最適に整える操作を完了する。
【００２３】
ステップ７：次に処理容器４内へ、ＮＨ_３ガスと、Ｎ_２ガスと、Ａｒガスとをそれぞれ供給してこの中を所定の圧力、例えば４０〜６６６．５Ｐａ程度に維持し、各ガスの供給量を安定化させる。この時のＮＨ_３ガスの供給量は１０〜５０００ｓｃｃｍの範囲、Ｎ_２ガスの供給量は１０〜５０００ｓｃｃｍの範囲、Ａｒガスの供給量は１０〜５０００ｓｃｃｍの範囲である。
ステップ８：次に上記ＮＨ_３ガスとＮ_２ガスとＡｒガスとを処理容器４内へ供給しつつ、更にＴｉＣｌ_４ガスの供給を開始する。この場合、ＴｉＣｌ_４ガスは処理容器４内へは導入しないでエバックラインを介して排気系１２へ直接的に流して廃棄し、これによりＴｉＣｌ_４ガスの流量（流量制御器の動作）を安定化させる。この処理は例えば１０秒程度行う。
【００２４】
ステップ９：次に上記ＮＨ_３ガス、Ｎ_２ガス及びＡｒガスを処理容器４内へ供給しつつ、バルブを切り替えてＴｉＣｌ_４ガスを処理容器４内へ供給して、１回のプリコート形成処理を行ってプリコート層を形成する。この時の処理時間は、例えばプリコート層の膜厚が０．５μｍ程度形成できる時間、例えば２０００秒程度に設定する。
ステップ１０：次に、ＴｉＣｌ_４ガスとＮＨ_３ガスとの供給を停止し、ＡｒガスとＮ_２ガスは流し続けて真空引きを継続して行い、処理容器４内の残留ガスを所定の時間、例えば１０秒間程度排除する。
ステップ１１：次にＴｉＣｌ_４ガスとＮＨ_３ガスとの供給を停止することにより全てのガスの供給を停止し、真空引きを継続して行うことにより、処理容器４内の残留ガスを排除する。このようにしてプリコート工程を終了し、安定なプリコート膜が形成される。
【００２５】
＜態様２：ＴｉＣｌ_４ガスの先出し（図４（Ｂ）参照）＞
次にＴｉＣｌ_４ガスを先出してプリコート層を形成する場合を説明する。
ステップ１〜ステップ６までの処理容器４内の成膜環境を最適に整える操作は、態様１の場合と同じである。
ステップ７：次にＮ_２ガスとＡｒガスとを処理容器４内へ供給し、この処理容器４内を所定の圧力、例えば４０〜６６６．５Ｐａ程度に安定化させる。これと同時に、ＴｉＣｌ_４ガスを流し、このガスを処理容器４内へ供給しないでエバックラインを介して排気系１２へ直接的に廃棄してこのガス流量を安定化させる。この時、Ｎ_２ガスの流量は１０〜５０００ｓｃｃｍの範囲、Ａｒガスの流量は１０〜５０００ｓｃｃｍの範囲、ＴｉＣｌ_４ガスの流量は２〜５００ｓｃｃｍの範囲である。
ステップ８：次に、Ｎ_２ガスとＡｒガスとを処理容器４内へ継続して供給しつつ、バルブを切り替えてＴｉＣｌ_４ガスも処理容器４内へ供給してプリフロー（先出し）を行う。この先出しは所定の時間Ｔ１だけ、例えば１０秒間だけ行う。このＴｉＣｌ_４ガスの先出しにより、処理容器４内をＴｉＣｌ_４雰囲気にしてこのガスの分圧を上げてパーティクルの発生を抑制する。
【００２６】
ステップ９：次に、Ｎ_２ガスとＡｒガスとＴｉＣｌ_４ガスを処理容器４内へ供給しつつ、ＮＨ_３ガスを処理容器４内へ供給し、１回のプリコート形成処理を行ってプリコート層を形成する。この処理時間は、例えばプリコート層の膜厚が０．５μｍ程度形成できる時間、例えば２０００秒程度に設定する。この時のＮＨ_３ガスの流量は、例えば１０〜１０００ｓｃｃｍの範囲である。
ステップ１０：次に、ＮＨ_３ガスの供給を停止し、ＴｉＣｌ_４ガスとＡｒガスとＮ_２ガスの処理容器４内への供給を継続し、ＴｉＣｌ_４ガスのアフタフローを行って処理容器４内をＴｉＣｌ_４ガス雰囲気にする。この処理時間は例えば２０秒間程度である。
ステップ１１：次にＡｒガスとＮ_２ガスの供給は継続して、ＴｉＣｌ_４ガスの供給を停止し、処理容器４内の残留ガスを排気する。この処理時間は例えば２０秒間程度である。
ステップ１２：次に、ＡｒガスとＮ_２ガスの供給を停止することにより全てのガスの供給を停止し、真空引きを継続して行うことにより、処理容器４内の残留ガスを排除する。このようにしてプリコート工程を終了し、安定なプリコート膜が形成される。
【００２７】
＜態様３：Ｈ_２ガスの添加（図４（Ｃ）参照）＞
次にＨ_２ガスを添加してプリコート層を形成する場合を説明する。
ステップ１〜ステップ６までの処理容器４内の成膜環境を最適に整える操作は、態様１の場合と同じである。
ステップ７：次に、ＮＨ_３ガスとＨ_２ガスとＡｒガスとを処理容器４内へ供給し、この処理容器４内を所定の圧力、例えば４０〜６６６．５Ｐａ程度に安定化させる。
ステップ８：次に、ＮＨ_３ガスとＨ_２ガスとＡｒガスとを処理容器４内へ供給しつつ、ＴｉＣｌ_４ガスを流し、このガスを処理容器４内へ供給しないでエバックラインを介して排気系１２へ廃棄してこのガス流量を安定化させる。この時のＨ_２ガスの流量は１０〜５０００ｓｃｃｍの範囲であり、他のガスの各流量は態様２のステップ７と同じである。
【００２８】
ステップ９：次にＮＨ_３ガスとＨ_２ガスとＡｒガスとを処理容器４内へ供給しつつ、バルブを切り替えてＴｉＣｌ_４ガスも処理容器４内に供給して、１回のプリコート形成処理を行ってプリコート層を形成する。この処理時間は、例えばプリコート層の膜厚が０．５μｍ程度形成できる時間、例えば２０００秒程度に設定する。
ステップ１０：次に、ＴｉＣｌ_４ガスとＮＨ_３ガスの供給を停止し、Ｈ_２ガスとＡｒガスとの処理容器４内への供給を継続し、処理容器４内の残留ガスを排気する。この処理時間は例えば２０秒間程度である。
ステップ１１：次に、Ｈ_２ガスとＡｒガスとの供給を停止することにより全てのガスの供給を停止し、真空引きを継続して行うことにより、処理容器４内の残留ガスを排除する。このようにしてプリコート工程を終了し、安定なプリコート膜が形成される。
【００２９】
＜態様４：ＴｉＣｌ_４ガスの先出しとＨ_２ガスの添加（図４（Ｄ）参照）＞
次にＴｉＣｌ_４ガスを先出しし、且つＨ_２ガスを添加してプリコート層を形成する場合を説明する。
ステップ１〜ステップ６までの処理容器４内の成膜環境を最適に整える操作は、態様１の場合と同じである。
ステップ７：次にＨ_２ガスとＡｒガスとを処理容器４内へ供給し、この処理容器４内を所定の圧力、例えば４０〜６６６．５Ｐａ程度に安定化させる。これと同時に、ＴｉＣｌ_４ガスを流し、このガスを処理容器４内へ供給しないでエバックラインを介して排気系１２へ直接的に廃棄してこのガス流量を安定化させる。この時、Ｈ_２ガスの流量は１０〜５０００ｓｃｃｍの範囲、Ａｒガスの流量は１０〜５０００ｓｃｃｍの範囲、ＴｉＣｌ_４ガスの流量は２〜５００ｓｃｃｍの範囲である。
ステップ８：次に、Ｈ_２ガスとＡｒガスとを処理容器４内へ継続して供給しつつ、バルブを切り替えてＴｉＣｌ_４ガスも処理容器４内へ供給してプリフロー（先出し）を行う。この先出しは所定の時間Ｔ１だけ、例えば１０秒間だけ行う。このＴｉＣｌ_４ガスの先出しにより、処理容器４内をＴｉＣｌ_４雰囲気にしてこのガスの分圧を上げてパーティクルの発生を抑制する。
【００３０】
ステップ９：次に、Ｈ_２ガスとＡｒガスとＴｉＣｌ_４ガスを処理容器４内へ供給しつつ、ＮＨ_３ガスを処理容器４内へ供給し、１回のプリコート形成処理を行ってプリコート層を形成する。この処理時間は、例えばプリコート層の膜厚が０．５μｍ程度形成できる時間、例えば２０００秒程度に設定する。この時のＮＨ_３ガスの流量は、例えば１０〜１０００ｓｃｃｍの範囲である。
ステップ１０：次に、ＮＨ_３ガスの供給を停止し、ＴｉＣｌ_４ガスとＡｒガスとＨ_２ガスの処理容器４内への供給を継続し、ＴｉＣｌ_４ガスのアフタフローを行って処理容器４内をＴｉＣｌ_４ガス雰囲気にする。これにより、急激な反応が抑制される。この処理時間は例えば２０秒間程度である。
ステップ１１：次にＡｒガスとＨ_２ガスの供給は継続して、ＴｉＣｌ_４ガスの供給を停止し、処理容器４内の残留ガスを排気する。この処理時間は例えば２０秒間程度である。
ステップ１２：次に、ＡｒガスとＨ_２ガスの供給を停止することにより全てのガスの供給を停止し、真空引きを継続して行うことにより、処理容器４内の残留ガスを排除する。このようにしてプリコート工程を終了し、安定なプリコート膜が形成される。
【００３１】
これにより、プラズマを用いない熱ＣＶＤにより載置台１６の表面にプリコート層２８を形成するためのＴｉＮ膜が安定に堆積することになる。尚、この際、スイッチ６２はＯＦＦ状態となって、高周波電圧はシャワーヘッド部３０に印加されていないのは勿論である。
【００３２】
このようにして、熱ＣＶＤによるＴｉＮ膜の成膜工程を所定の時間だけ行って所定の膜厚、例えば０．４μｍ以上（上記各態様１〜４の場合は０．５μｍ）のプリコート層２８を得たならば、上述のようにしてプリコート用熱ＣＶＤ成膜工程を終了する。この成膜工程の終了に際しては、先にＮＨ_３ガスの流れを止めてこのガスの供給を停止した後、所定の時間Ｔ２だけ経過した後に、ＴｉＣｌ_４ガスの供給を停止するようにしてもよい（態様２及び４）。ここで所定の時間Ｔ１、Ｔ２はそれぞれ１秒程度及び３０秒程度、好ましくは１０〜２０ｓｅｃ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、次に製品ウエハに対して、Ｔｉ膜の成膜処理を１枚毎に実行して行くことになる。この製品ウエハに対するＴｉ膜の成膜は、周知のように例えばＴｉＣｌ_４ガスを流しつつプラズマＣＶＤを用いて所望の厚さのＴｉ膜を形成する成膜ステップと、プラズマを用いて、或いは用いないで上記Ｔｉ膜をＮＨ_３ガスとＨ_２ガスの存在下で窒化するステップによりＴｉ膜が実現される。
【００３３】
次に、上述したように形成したプリコート層２８を形成して、この処理装置２内で５０枚の製品ウエハを実際に処理した時のパーティクル発生状況を評価したので、その評価結果について説明する。また、比較のために従来のプリコート層についても併せて評価を行った。
図５は製品ウエハの処理枚数とパーティクル数との関係を示すグラフである。図５中において直線Ｘは従来方法によるプリコート層を示し、ここではプラズマＣＶＤによるＴｉ膜の成膜ステップと、このＴｉ膜を窒化してＴｉＮ膜とする窒化ステップとよりなる１サイクルの処理を例えば１８サイクル行うことにより、０．５μｍ程度の厚さのプリコート層とした。直線Ａは先の態様１のガスの供給方法で形成したプリコート層を示し、直線Ｂは先の態様２のガスの供給方法で形成したプリコート層を示し、直線Ｃは先の態様３のガスの供給方法で形成したプリコート層を示し、直線Ｄは先の態様４のガス供給方法で形成したプリコート層を示す。尚、パーティクルは０．２μｍ以上のサイズのものを検出した。
【００３４】
直線Ｘで示す従来方法によるプリコート層の場合には、ウエハ枚数が２５枚程度まではパーティクル数は２０程度であり、ウエハ枚数が５０枚の時にはじめてパーティクル数が数個まで低下しており、あまり好ましくない結果となっている。
これに対して、直線Ａ〜Ｄに示す本願発明の場合には、態様１の初回部分を除き、ウエハ枚数が５０枚までの全期間においてパーティクル数は１０以下となっており、良好な結果が得られることが判明した。特に、ＴｉＣｌ_４ガスの先出しを行った直線Ｂ及びＤに示す場合には、ウエハ枚数が５０枚までの全範囲に亘ってパーティクル数は略数個程度であり、特に良好な結果が得られることが判明した。
また従来のプリコート層の形成方法では、これを形成するために４３分程度の時間を要したが、本発明方法のプリコート層の形成方法では、３３分程度の時間に短縮化することができる。ただし、この時間は載置台上の膜厚のみを考えた場合、プロセス時に同じ状態をつくるにはこの数倍の時間が必要と考えられる。
【００３５】
次に、本発明方法によりプリコート層を形成した場合にパーティクルの発生を抑制できる点について説明する。まず、図６はＮＨ_３の流量を一定にした時のＴｉＣｌ_４ガスの流量とＴｉＮ膜の成膜レートとの一般的な関係を示すグラフである。このグラフによれば、ＮＨ_３ガス中に僅かにＴｉＣｌ_４ガスを供給すると、成膜レートは急激に増加し、この急激な増加傾向は、ＴｉＣｌ_４ガスの流量がある程度になるまで続き、そして、成膜レートが点Ｐ１においてピークになると、その後は、ＴｉＣｌ_４ガスが増加するに従って成膜レートは急激に低下し、その後は成膜レートは安定して少しずつ低下することになる。一般的なＴｉＮ膜の成膜時のプロセス条件には、膜厚の制御性を考慮して成膜レートが安定する領域、例えば領域Ａ１を使用することになる。
【００３６】
しかしながら、成膜ガスのＴｉＣｌ_４ガスとプラズマ窒化のＮＨ_３ガスの供給の切り替えを多数回に亘って行うような場合、特に従来方法によるプリコート層の形成方法では、ＴｉＣｌ_４ガスの供給及びその停止（プラズマＣＶＤによるＴｉ膜の形成時）と、ＮＨ_３ガスの供給及びその停止（Ｔｉ膜の窒化時）とを交互に繰り返し行うことから、その都度、処理容器４内に僅かに直前の処理ガスが残留することから、特にＴｉＣｌ_４ガスの供給の開始時には容器内に残留するＮＨ_３ガス中に微量のＴｉＣｌ_４ガスを供給するという領域Ａ２の条件が発生してしまう。
この領域Ａ２で発生した膜は、パーティクルとなって処理空間Ｓ中に浮遊する傾向にある。従って、図５中に示す直線Ａ〜Ｄのように本発明方法のようにＴｉＣｌ_４ガスとＮＨ_３ガスとの供給の切り替えがない場合には、前述したように大幅にパーティクルの発生を抑制することが可能になる。
【００３７】
特に図４に示すように、ＮＨ_３ガスの供給の開始よりも前にＴｉＣｌ_４ガスの供給を開始し、ＮＨ_３ガスの供給の停止よりも後にＴｉＣｌ_４ガスの供給の停止を行うことにより（図５中の直線Ｂ参照）、多量に流れているＴｉＣｌ_４ガス中にＮＨ_３ガスが流れ込むことになるので、図６中の領域Ａ２におけるパーティクルが発生するプロセス条件が抑制され、安定なＴｉＮ膜が形成されるため、ウエハへのＴｉ膜の成膜を開始しても、パーティクルの発生を一層阻止することが可能となる。
また、上記両ガスの供給を同時に開始したり、或いは同時に停止したりする場合にも、僅かなタイミングの誤差で領域Ａ２のプロセス条件が発生する場合が生ずるので、図４に示すような形態で両ガスを供給するのが好ましい。
【００３８】
また前述したようにシャワーヘッド部３０内には図２に示したような僅かな隙間４５等が存在して、いずれか一方の空間から他方の空間へ僅かに成膜ガスが漏れ出す場合もあり、この場合にも上記した図７中の領域Ａ２のプロセス条件が発生しないように、好ましいのは、ＮＨ_３ガスを流す空間３０Ｂの圧力を、ＴｉＣｌ_４ガスを流す空間３０Ａ内の圧力よりも、例えば１３３３０Ｐａ程度高く設定しておくのがよい。これにより、上記した領域Ａ２におけるプロセス条件の発生は阻止され、万一、ＮＨ_３ガス側からＴｉＣｌ_４ガス側の中への侵入（漏出）が発生しても、ＴｉＣｌ_４ガスからＮＨ_３ガス中への侵入（漏出）の発生は抑制できるので、パーティクルの発生を抑制することが可能となる。
【００３９】
また更に、圧力を高くするＮＨ_３ガス側の中にＨ_２ガスを添加しておくことにより（態様３及び４）、万一、ＮＨ_３ガスがＴｉＣｌ_４ガス側へ漏洩する場合に、ＮＨ_３ガスよりも遥かに分子が小さなＨ_２ガスが優先的に拡散することから、その分だけＮＨ_３ガスの拡散漏洩が抑制されて、パーティクルの発生を更に抑制することが可能となる。
また上記製品ウエハについて、連続処理した結果、本発明方法の場合には態様１〜４に、膜厚及び比抵抗の面内及び面間の均一性は良好であり、良好なプロセスの再現性を得られることが判明した。
【００４０】
尚、上記実施例では、プリコート用熱ＣＶＤ成膜工程として、熱ＣＶＤによるＴｉＮ膜の形成のみを行ったが、これに限定されず、図３（Ｂ）に示すようにＴｉＮ膜の表面を安定化させるために、プラズマを用いた、或いはプラズマを用いない窒化処理を行うようにしてもよい。更には、図３（Ｃ）に示すように、熱ＣＶＤによりＴｉＮ膜を形成した後に、プラズマＣＶＤによるＴｉ膜の形成ステップと、このＴｉ膜を窒化する窒化ステップとをそれぞれ１回行ってプリコート層の表面を安定化させるようにしてもよい。
尚、本実施例に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ず、これに限定されないのは勿論である。また同様に、処理装置の構造も一例を示したに過ぎず、例えばプラズマ用高周波電源５６の周波数は４５０ｋＨｚではなく他の周波数を用いてもよく、また、プラズマ発生手段としてマイクロ波を用いてもよい。
【００４１】
またここではＴｉＮ膜を成膜する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、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（ＷＳｉｘ）やタンタルオキサイド（ＴａＯｘ）等の金属含有窒化膜を成膜する場合にも、本発明を適用できるのは勿論である。
更には半導体ウエハのサイズも６インチ（１５０ｍｍ）、８インチ（２００ｍｍ）、１２インチ（３００ｍｍ）のいずれも用いることができる。
また、加熱手段として、抵抗発熱ヒータに限らず、ランプ加熱を用いた装置にも本発明を適用できる。更に、被処理体としては、半導体ウエハに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板等にも適用することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のプリコート層の形成方法及び成膜方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１、２及び５に係る発明によれば、プラズマを用いることなく一回の熱ＣＶＤ成膜工程によりＴｉＮ膜よりなる所望の厚さのプリコート層を形成することにより、パーティクルの発生を大幅に抑制することができる。
請求項３に係る発明によれば、シャワーヘッド部内において還元ガスを含むガスの圧力を、金属含有ガスを含むガスの圧力よりも高く設定するようにしたので、金属含有ガスを含むガスが還元ガスを含むガス側に漏れ出ることを防止でき、パーティクルの発生を更に抑制することができる。
特に、請求項４に係る発明によれば、Ｈ_２ガスを添加することにより、パーティクルの発生を一層抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施するための処理装置を示す構成図である。
【図２】シャワーヘッド部の一部を示す部分拡大断面図である。
【図３】プリコート層の各ステップを説明するためのタイムチャートである。
【図４】プリコート用熱ＣＶＤ成膜工程における主要なガスの処理容器内への供給のタイミング（態様１〜４）の主要部を示すタイミングチャートである。
【図５】製品ウエハの処理枚数とパーティクル数との関係を示すグラフである。
【図６】ＮＨ_３の流量を一定にした時のＴｉＣｌ_４ガスの流量とＴｉＮ膜の成膜レートとの一般的な関係を示すグラフである。
【符号の説明】
２処理装置
４処理容器
１６載置台
１８抵抗加熱ヒータ（加熱手段）
２８プリコート層
３０シャワーヘッド部（ガス導入手段）
５６プラズマ用高周波電源（プラズマ発生手段）
Ｗ半導体ウエハ（被処理体）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of forming a precoat layer on a surface of a mounting table on which a semiconductor wafer or the like is mounted, and a method of forming a film.
[0002]
[Prior art]
Generally, in order to manufacture a semiconductor integrated circuit, a large number of desired elements are formed by repeatedly performing film formation and pattern etching on a silicon substrate such as a semiconductor wafer.
By the way, when forming a wiring for connecting each element, a lower layer of a wiring layer for making electrical contact with each element is formed by interdiffusion between a substrate metal and a contact metal and a wiring material for obtaining an electrical contact resistance. A contact barrier metal is used for the purpose of suppressing or preventing peeling from the underlayer. As the contact barrier metal, a material having not only low electric resistance but also excellent corrosion resistance is used. Must be used. In particular, a two-layer structure of a Ti film and a TiN film tends to be frequently used as a barrier metal material that can meet such demands.
[0003]
To form a contact metal of a Ti film, generally, TiCl ₄ Gas and H ₂ A Ti film having a desired thickness is formed by plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) using a gas.
When performing the film forming process as described above, the surface of the mounting table on which the semiconductor wafer is mounted in the processing apparatus is to maintain the thermal in-plane uniformity of the wafer and to include metal elements contained in the mounting table or the like. For the purpose of preventing metal contamination or the like caused by the above, a precoat layer made of a TiN film is formed in advance. This pre-coat layer is removed after the completion of film formation or every time an unnecessary film in the film forming apparatus is cleaned. A precoat layer is deposited on the surface. Conventional techniques for forming such a precoat layer on a mounting table are disclosed in, for example, JP-A-2001-144033 and JP-A-10-321558.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-144033 A (paragraph number 0013-0020, FIGS. 1 and 2).
[Patent Document 2]
JP-A-10-321558
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
One of the important points in depositing a thin film on the surface of a semiconductor wafer is how to suppress generation of particles in order to improve the yield of a product wafer. However, as described above, when the precoat layer is formed on the surface of the mounting table, a deposition process of an extremely thin TiN film by CVD and a nitriding process of plasma-nitriding the TiN film for stabilization are performed thereafter. In the method of forming a pre-coat layer by repeating this series of processes a plurality of times, for example, about 10 to 18 times, the used gas is frequently switched, so that the process gas is stored in the shower head or the processing container. The processing gas is not completely removed and the processing gas remains. In each case, the slightly remaining gas and the newly introduced processing gas are instantaneously mixed to form an unstable film, and the unstable film peels off and particles are generated more than necessary. Problem.
[0006]
In this case, since a series of processes of a TiN film forming process of depositing by CVD and a process of plasma nitriding the TiN film are repeatedly performed, it takes a long time to form the entire TiN film to a desired thickness. This has led to a significant decrease in throughput.
The present invention has been devised in view of the above problems and effectively solving the problems. An object of the present invention is to provide a method for forming a precoat layer and a method for forming a film, which can suppress generation of particles in a relatively short time.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies on a method of forming a precoat layer in a processing vessel before forming a film on a wafer, and as a result, a single thermal CVD film formation step was performed without using plasma nitridation and repeated precoat formation. The present invention has been achieved by obtaining the knowledge that the formation of a precoat layer having a desired thickness made of a TiN film can significantly suppress the generation of particles when forming a Ti film on a substrate. Things.
[0008]
The invention according to claim 1 is a surface of the mounting table in a processing apparatus in which a metal-containing film is formed on a surface of an object to be processed mounted on the mounting table in a processing container capable of being evacuated. In the method of forming a precoat layer, a precoat layer made of the metal-containing nitride film is formed on the surface of the mounting table in one thermal CVD film forming step for precoat while flowing a predetermined processing gas into the processing container. A method for forming a pre-coat layer, characterized in that the method is as described above.
As described above, particles are generated by forming a stable precoat layer of a desired thickness made of a TiN film by a single thermal CVD film forming step without using the formation of a repeated precoat layer and stabilization of plasma nitridation. Can be greatly suppressed.
[0009]
In this case, for example, as defined in claim 2, the processing gas comprises at least a metal-containing gas and a reducing gas, and in the pre-coating thermal CVD film forming step, the supply of the reducing gas is started before starting the supply of the reducing gas. The supply of the metal-containing gas is started, and the supply of the metal-containing gas is stopped after the supply of the reducing gas is stopped.
Further, for example, as defined in claim 3, the processing apparatus includes a shower head unit for separately introducing the metal-containing gas and the reducing gas and separately discharging the gases into the processing container. The pressure of the gas containing the reducing gas in the shower head is set higher than the pressure of the gas containing the metal-containing gas.
As described above, since the pressure of the gas containing the reducing gas is set higher than the pressure of the gas containing the metal-containing gas in the shower head, the gas containing the metal-containing gas diffuses to the gas side containing the reducing gas. And generation of particles can be further suppressed.
[0010]
In addition, for example, the metal-containing gas may be TiCl ₄ Gas, and the reducing gas is NH ₃ Gas, and the precoat layer is made of a TiN film.
Further, for example, as defined in claim 5, H is contained in the reducing gas. ₂ Gas is mixed. Thus H ₂ By adding a gas, TiCl ₄ Is reduced and a stable film is formed, so that generation of particles can be further suppressed. Further, the film quality is improved.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a method for forming a precoat layer and a method for forming a film according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram showing a processing apparatus for carrying out the method of the present invention, and FIG. 2 is a partially enlarged sectional view showing a part of a shower head unit. In this embodiment, in order to form a metal-containing nitride film, TiCl is used as a metal-containing gas. ₄ Gas and NH as a reducing gas ₃ A case where a TiN film is deposited using a gas will be described as an example.
[0012]
As shown in the figure, the processing apparatus 2 has a processing container 4 formed into a cylindrical shape from, for example, Al or an Al alloy material. The bottom portion 6 of the processing container 4 is formed in a concave shape on the center side, and an exhaust port 8 for exhausting the atmosphere in the container is provided on a side wall of the concave portion. An evacuation system 12 is connected through an intermediary 10 so that the inside of the processing container 4 can be uniformly evacuated from the periphery of the bottom.
[0013]
In the processing container 4, a disk-shaped mounting table 16 is provided which is supported by a support 14 standing upright from the bottom 6. On the disk-shaped mounting table 16, for example, a semiconductor wafer W is mounted as an object to be processed. Can be placed. More specifically, the mounting table 16 is made of, for example, a ceramic such as AlN, and has a resistance heater 18 embedded therein as heating means. The resistance heater 18 is connected to a power supply 22 via a wiring 20 passing through the support 14. Although not shown, the resistance heater 18 has a structure in which the plane is divided into a plurality of heating zones, and each heating zone can be controlled independently. Further, a pin hole 21 is formed in the mounting table 16, and a lift pin 23 which can be moved up and down is provided in the pin hole 21 so that the wafer W can be moved up and down when the wafer W is transferred. The lifting and lowering of the lift pins 23 is performed by an actuator 27 provided on the container bottom 6 via a bellows 25.
[0014]
A mesh-like lower electrode 24 is embedded near the upper surface of the mounting table 16, and the lower electrode 24 is grounded via the wiring 26 and the processing container 4. On the surface of the mounting table 16, a precoat layer 28, which is a feature of the present invention, is formed. This pre-coat layer 28 is preferably formed on all of the upper surface, side surface and lower surface in order to improve the thermal stability. However, in the case of a film formation process in which film formation on the back surface side is difficult, , May be formed only on the upper surface and the side surface, or may be formed only on the upper surface.
Here, the pre-coat layer 28 is made of the same type of film as that formed on the semiconductor wafer W by this apparatus, that is, a TiN film deposited in a single thermal CVD film forming step. The thickness is set to, for example, 0.4 μm or more.
[0015]
On the other hand, on the ceiling of the processing container 4, a shower head 30 as a gas introducing means for introducing a required processing gas is hermetically attached to the container side wall via an insulating member 32. The shower head unit 30 is provided so as to oppose so as to cover substantially the entire upper surface of the mounting table 16, and forms a processing space S between the shower head unit 30 and the mounting table 16. The shower head unit 30 is for introducing various gases into the processing space S in a shower shape, and a large number of injection holes 36A and 36B for injecting gas are provided on an injection surface 34 on the lower surface of the shower head unit 30. It is formed. The configuration of the shower head unit 30 may be a premix structure in which mixing is performed inside, or a postmix structure in which the gas is separately mixed in the processing space S for the first time in the shower head unit 30 depending on the type of gas. . Here, a post-mix structure is employed as described below. The shower head unit 30 is provided with a heater, and the shower head unit 30 is heated to a temperature of, for example, 200 to 600 ° C., preferably 400 to 600 ° C.
[0016]
The inside of the shower head 30 is divided into two spaces 30A and 30B. The spaces 30A and 30B communicate with the injection holes 36A and 36B, respectively. Above the shower head 30, gas introduction ports 38A and 38B for introducing respective gases into the respective spaces 30A and 30B in the head are provided, and gas is supplied to the gas introduction ports 38A and 38B. Passages 40A and 40B are connected respectively. A plurality of branch pipes 42A and 42B are connected to the supply passages 40A and 40B, respectively.
[0017]
One branch pipe 42B has NH as a processing gas. ₃ NH that stores gas ₃ Gas source 44, H ₂ H for storing gas ₂ Gas source 46, for example, N ₂ N for storing gas ₂ A gas source 48 is connected to each of the other branch pipes 42A, and an Ar gas source 50 for storing, for example, an Ar gas as an inert gas, and a TiCl ₄ TiCl for storing gas ₄ Gas source 52, ClF as cleaning gas ₃ ClF for storing gas ₃ Gas sources 51 are respectively connected. Then, the flow rate of each gas is controlled by a flow controller, for example, a mass flow controller 54 provided in each of the branch pipes 42A and 42B. Each gas is introduced by opening and closing a valve 55 provided in each of the branch pipes 42A and 42B. In the illustrated example, a case is shown in which each gas during film formation is supplied in a mixed state in one supply passage 40A, 40B. However, the present invention is not limited to this, and some or all of the gases are individually different. It is also possible to use a so-called post-mix gas transfer mode in which the gas is supplied into the passage and mixed in the shower head unit 30 or the processing space S.
[0018]
The actual shower head 30 is formed by joining a plurality of blocks, for example, blocks A and B, as shown in FIG. Although the gas is slightly diffused from one side to the other through a small gap 54 at the joint between the two block bodies A and B due to surface contact, as will be described later, this invention In such a case, generation of particles can be suppressed.
[0019]
A high frequency power supply for plasma of 450 kHz, for example, as a plasma generating means is connected to the shower head section 30 via a wiring 58 so as to function also as an upper electrode. A matching circuit 60 for performing impedance matching and a switch 62 for cutting off a high frequency are sequentially provided in the middle of the wiring 58. In this case, if the processing is performed without shutting off the high frequency and generating plasma, the apparatus functions as a thermal CVD apparatus. In addition, a gate valve 64 that is opened and closed when a wafer is loaded or unloaded is provided on a side wall of the processing container 4. Further, a lift pin for lifting the wafer is provided below the mounting table 16, and a guide ring or a focus ring is provided on the outer periphery of the mounting table 16, but is not shown here. Furthermore, the supply system of each gas here merely shows the main part by way of example. For example, a plurality of supply systems of Ar gas are provided, which can be independently supplied into the processing vessel. , TiCl ₄ Various gases including gas are provided with an evacuation line (not shown) or the like which can directly discard these gases to the exhaust system 12 without passing through the processing container 4.
[0020]
Next, a method for forming the precoat layer 28 using the processing apparatus configured as described above will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a time chart for explaining each step of the precoat layer, and FIG. 4 shows a main part of a timing (aspects 1 to 4) of supply of a main gas into a processing container in a thermal CVD film forming process for precoat. It is a timing chart. First, a description will be given with reference to FIG.
First, the semiconductor wafer W is not mounted 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, for example, in a maintenance state (for example, when exchanging parts) or in a previous process, all unnecessary films are removed by a cleaning process. There is no layer, and the material of the mounting table 16 is exposed.
[0021]
Then, the method for forming a precoat layer according to the present invention is performed. That is, in the present invention, a TiN film having a desired thickness is formed in one thermal CVD film forming step for precoating, so that the precoat layer 28 is obtained.
Specifically, four embodiments of a method for forming a precoat layer are described here.
[0022]
<Aspect 1: Formed by one-time thermal CVD for precoating (see FIG. 4A)>
First, a case where a precoat layer is formed by one precoat thermal CVD will be described.
Step 1: First, heat up of the processing apparatus is started.
Step 2: The evacuation of the processing container 4 is started.
Step 3: Ar gas and N while evacuating the processing container 4 ₂ The supply of gas is started to purge the inside of the processing container 4. At this time, the flow rate of Ar gas is in a range of 10 to 5000 sccm, ₂ Gas flow rates are in the range of 10-5000 sccm. Then, the above steps 2 and 3 are repeated, for example, 72 times.
Step 4: The mounting table 16 is heated to a predetermined process temperature, for example, 500 to 700 ° C. by the resistance heater 18.
Step 5: The gas remaining in each of the flow controllers is directly flown into the exhaust system 12 via the Evac line (not shown) without passing through the inside of the processing vessel 4, and is discarded.
Step 6: While the evacuation in the processing container 4 is continued, the above Ar gas and N ₂ The supply of gas is stopped, and the inside of the processing container 4 is evacuated.
Through the above steps 1 to 6, the operation for optimally preparing the film forming environment in the processing container 4 is completed.
[0023]
Step 7: Next, NH is introduced into the processing container 4. ₃ Gas and N ₂ A gas and an Ar gas are supplied, respectively, and the inside thereof is maintained at a predetermined pressure, for example, about 40 to 666.5 Pa, and the supply amount of each gas is stabilized. NH at this time ₃ The gas supply is in the range of 10-5000 sccm, N ₂ The supply amount of the gas is in the range of 10 to 5000 sccm, and the supply amount of the Ar gas is in the range of 10 to 5000 sccm.
Step 8: Next, the above NH ₃ Gas and N ₂ While supplying the gas and the Ar gas into the processing vessel 4, the TiCl ₄ Start gas supply. In this case, TiCl ₄ The gas is not introduced into the processing vessel 4 but flows directly to the exhaust system 12 through the evac line and is discarded. ₄ Stabilizes the gas flow (operation of the flow controller). This process is performed, for example, for about 10 seconds.
[0024]
Step 9: Next, the above NH ₃ Gas, N ₂ While supplying the gas and the Ar gas into the processing container 4, the valve is switched to switch the TiCl ₄ A gas is supplied into the processing container 4 to perform a single precoat formation process to form a precoat layer. The processing time at this time is set, for example, to a time for which the thickness of the precoat layer can be formed to about 0.5 μm, for example, about 2000 seconds.
Step 10: Next, TiCl ₄ Gas and NH ₃ The supply of gas is stopped, and Ar gas and N ₂ The gas is kept flowing and the evacuation is continued to remove the residual gas in the processing container 4 for a predetermined time, for example, about 10 seconds.
Step 11: Then TiCl ₄ Gas and NH ₃ By stopping the supply of the gas, the supply of all the gas is stopped, and the evacuation is continuously performed, thereby removing the residual gas in the processing container 4. Thus, the precoating step is completed, and a stable precoating film is formed.
[0025]
<Aspect 2: TiCl ₄ Advance of gas (see FIG. 4B)>
Next, TiCl ₄ The case where the precoat layer is formed using gas beforehand will be described.
The operations for optimally setting the film formation environment in the processing container 4 from step 1 to step 6 are the same as those in the first embodiment.
Step 7: Then N ₂ The gas and the Ar gas are supplied into the processing container 4, and the inside of the processing container 4 is stabilized at a predetermined pressure, for example, about 40 to 666.5 Pa. At the same time, TiCl ₄ A gas is flowed, and this gas is directly supplied to the exhaust system 12 via the evac line without being supplied into the processing container 4 to stabilize the gas flow rate. At this time, N ₂ The gas flow rate is in the range of 10 to 5000 sccm, the Ar gas flow rate is in the range of 10 to 5000 sccm, and TiCl ₄ Gas flow rates range from 2 to 500 sccm.
Step 8: Next, N ₂ While continuously supplying the gas and the Ar gas into the processing container 4, the valve is switched to switch the TiCl ₄ A gas is also supplied into the processing container 4 to perform a preflow (advance). This advance is performed only for a predetermined time T1, for example, for 10 seconds. This TiCl ₄ Due to the advance of the gas, the inside of the processing container 4 becomes TiCl ₄ The atmosphere is raised to increase the partial pressure of this gas to suppress the generation of particles.
[0026]
Step 9: Next, N ₂ Gas, Ar gas and TiCl ₄ While supplying the gas into the processing container 4, the NH ₃ A gas is supplied into the processing container 4 and a single precoat formation process is performed to form a precoat layer. This processing time is set, for example, to a time for which the thickness of the precoat layer can be formed to about 0.5 μm, for example, about 2000 seconds. NH at this time ₃ The flow rate of the gas is, for example, in the range of 10 to 1000 sccm.
Step 10: Next, NH ₃ Stop the gas supply and set the TiCl ₄ Gas, Ar gas and N ₂ The supply of gas into the processing vessel 4 is continued, and TiCl ₄ After the gas is flowed, the inside of the processing vessel 4 is TiCl ₄ Create a gas atmosphere. This processing time is, for example, about 20 seconds.
Step 11: Next, Ar gas and N ₂ Gas supply is continued and TiCl ₄ The supply of the gas is stopped, and the residual gas in the processing container 4 is exhausted. This processing time is, for example, about 20 seconds.
Step 12: Next, Ar gas and N ₂ By stopping the supply of the gas, the supply of all the gas is stopped, and by continuing the evacuation, the residual gas in the processing container 4 is eliminated. Thus, the precoating step is completed, and a stable precoating film is formed.
[0027]
<Aspect 3: H ₂ Addition of gas (see FIG. 4 (C))>
Then H ₂ A case in which a gas is added to form a precoat layer will be described.
The operations for optimally setting the film formation environment in the processing container 4 from step 1 to step 6 are the same as those in the first embodiment.
Step 7: Next, NH ₃ Gas and H ₂ The gas and the Ar gas are supplied into the processing container 4, and the inside of the processing container 4 is stabilized at a predetermined pressure, for example, about 40 to 666.5 Pa.
Step 8: Next, NH ₃ Gas and H ₂ While supplying the gas and the Ar gas into the processing vessel 4, the TiCl ₄ A gas is flowed, and this gas is discarded to the exhaust system 12 via an evac line without being supplied into the processing container 4 to stabilize the gas flow rate. H at this time ₂ The flow rate of the gas is in the range of 10 to 5000 sccm, and the flow rates of the other gases are the same as in step 7 of the second embodiment.
[0028]
Step 9: Next NH ₃ Gas and H ₂ While supplying the gas and the Ar gas into the processing container 4, the valve is switched to switch the TiCl ₄ A gas is also supplied into the processing container 4 to perform a single precoat formation process to form a precoat layer. This processing time is set, for example, to a time for which the thickness of the precoat layer can be formed to about 0.5 μm, for example, about 2000 seconds.
Step 10: Next, TiCl ₄ Gas and NH ₃ Stop the gas supply, ₂ The supply of the gas and the Ar gas into the processing container 4 is continued, and the residual gas in the processing container 4 is exhausted. This processing time is, for example, about 20 seconds.
Step 11: Next, H ₂ By stopping the supply of the gas and the Ar gas, the supply of all the gases is stopped, and the evacuation is continuously performed, thereby removing the residual gas in the processing container 4. Thus, the precoating step is completed, and a stable precoating film is formed.
[0029]
<Aspect 4: TiCl ₄ Advance of gas and H ₂ Addition of gas (see FIG. 4 (D))>
Next, TiCl ₄ First gas and H ₂ A case in which a gas is added to form a precoat layer will be described.
The operations for optimally setting the film formation environment in the processing container 4 from step 1 to step 6 are the same as those in the first embodiment.
Step 7: Then H ₂ The gas and the Ar gas are supplied into the processing container 4, and the inside of the processing container 4 is stabilized at a predetermined pressure, for example, about 40 to 666.5 Pa. At the same time, TiCl ₄ A gas is flowed, and this gas is directly supplied to the exhaust system 12 via the evac line without being supplied into the processing container 4 to stabilize the gas flow rate. At this time, H ₂ The gas flow rate is in the range of 10 to 5000 sccm, the Ar gas flow rate is in the range of 10 to 5000 sccm, and TiCl ₄ Gas flow rates range from 2 to 500 sccm.
Step 8: Next, H ₂ While continuously supplying the gas and the Ar gas into the processing container 4, the valve is switched to switch the TiCl ₄ A gas is also supplied into the processing container 4 to perform a preflow (advance). This advance is performed only for a predetermined time T1, for example, for 10 seconds. This TiCl ₄ Due to the advance of the gas, the inside of the processing container 4 becomes TiCl ₄ The atmosphere is raised to increase the partial pressure of this gas to suppress the generation of particles.
[0030]
Step 9: Next, H ₂ Gas, Ar gas and TiCl ₄ While supplying the gas into the processing container 4, the NH ₃ A gas is supplied into the processing container 4 and a single precoat formation process is performed to form a precoat layer. This processing time is set, for example, to a time for which the thickness of the precoat layer can be formed to about 0.5 μm, for example, about 2000 seconds. NH at this time ₃ The flow rate of the gas is, for example, in the range of 10 to 1000 sccm.
Step 10: Next, NH ₃ Stop the gas supply and set the TiCl ₄ Gas, Ar gas and H ₂ The supply of gas into the processing vessel 4 is continued, and TiCl ₄ After the gas is flowed, the inside of the processing vessel 4 is TiCl ₄ Create a gas atmosphere. Thereby, a sudden reaction is suppressed. This processing time is, for example, about 20 seconds.
Step 11: Next, Ar gas and H ₂ Gas supply is continued and TiCl ₄ The supply of the gas is stopped, and the residual gas in the processing container 4 is exhausted. This processing time is, for example, about 20 seconds.
Step 12: Next, Ar gas and H ₂ By stopping the supply of the gas, the supply of all the gas is stopped, and by continuing the evacuation, the residual gas in the processing container 4 is eliminated. Thus, the precoating step is completed, and a stable precoating film is formed.
[0031]
Thus, a TiN film for forming the precoat layer 28 is stably deposited on the surface of the mounting table 16 by thermal CVD without using plasma. At this time, the switch 62 is turned off, and the high-frequency voltage is not applied to the shower head 30.
[0032]
In this manner, the TiN film forming step by thermal CVD is performed for a predetermined time to form a precoat layer 28 having a predetermined thickness, for example, 0.4 μm or more (0.5 μm in each of the above embodiments 1 to 4). If it is obtained, the pre-coat thermal CVD film forming step is completed as described above. At the end of this film forming step, NH 3 ₃ After stopping the flow of gas and stopping the supply of this gas, after a lapse of a predetermined time T2, TiCl ₄ The supply of gas may be stopped (aspects 2 and 4). Here, the predetermined times T1 and T2 are about 1 second and about 30 seconds, respectively, preferably 10 to 20 seconds.
After the pre-coating process is completed in this way, the Ti wafer is subjected to a film forming process on a product wafer one by one. As is well known, for example, TiCl is formed on the product wafer by using TiCl. ₄ A film forming step of forming a Ti film having a desired thickness by using plasma CVD while flowing a gas, and forming the Ti film with NH with or without plasma. ₃ Gas and H ₂ The step of nitriding in the presence of a gas achieves a Ti film.
[0033]
Next, the pre-coat layer 28 formed as described above was formed, and the particle generation state when 50 product wafers were actually processed in the processing apparatus 2 was evaluated. The evaluation result will be described. For comparison, a conventional precoat layer was also evaluated.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the number of processed product wafers and the number of particles. In FIG. 5, a straight line X indicates a precoat layer according to a conventional method. In this example, a one-cycle process including a film forming step of a Ti film by plasma CVD and a nitriding step of nitriding the Ti film to form a TiN film is described, for example. By performing 18 cycles, a precoat layer having a thickness of about 0.5 μm was obtained. A straight line A indicates the precoat layer formed by the gas supply method of the first embodiment, a straight line B indicates a precoat layer formed by the gas supply method of the second embodiment, and a straight line C indicates the precoat layer of the gas of the third embodiment. The precoat layer formed by the supply method is shown, and a straight line D indicates the precoat layer formed by the gas supply method of the above-described fourth embodiment. Note that particles having a size of 0.2 μm or more were detected.
[0034]
In the case of the precoat layer according to the conventional method indicated by the straight line X, the number of particles is about 20 when the number of wafers is about 25, and the number of particles is reduced to several for the first time when the number of wafers is 50. The result is unfavorable.
On the other hand, in the case of the present invention shown by the straight lines A to D, the number of particles is 10 or less in the entire period up to the number of wafers of 50 except for the first part of the aspect 1, and a good result is obtained. It turned out to be obtained. In particular, TiCl ₄ In the case of straight lines B and D in which the gas was advanced, the number of particles was about several over the entire range of up to 50 wafers, and it was found that particularly good results were obtained.
In the conventional method for forming a pre-coat layer, it took about 43 minutes to form the pre-coat layer. However, in the method for forming a pre-coat layer of the present invention, the time can be reduced to about 33 minutes. However, when considering only the film thickness on the mounting table, this time is considered to be several times as long as the same state during the process.
[0035]
Next, the point that generation of particles can be suppressed when a precoat layer is formed by the method of the present invention will be described. First, FIG. ₃ At a constant flow rate ₄ 5 is a graph showing a general relationship between a gas flow rate and a deposition rate of a TiN film. According to this graph, NH ₃ Slight TiCl in gas ₄ When the gas is supplied, the film formation rate rapidly increases, and this rapid increase ₄ It continues until the gas flow rate reaches a certain level, and when the film formation rate reaches a peak at the point P1, thereafter, the TiCl ₄ As the gas increases, the film formation rate sharply decreases, and thereafter, the film formation rate stably decreases gradually. As a process condition for forming a general TiN film, a region where the film formation rate is stable, for example, the region A1, is used in consideration of the controllability of the film thickness.
[0036]
However, the deposition gas TiCl ₄ Gas and NH of plasma nitridation ₃ In the case where the supply of the gas is switched many times, particularly in the method of forming the precoat layer by the conventional method, TiCl ₄ Supply and stop of gas (at the time of forming a Ti film by plasma CVD); ₃ Since the supply and stop of the gas (at the time of nitriding the Ti film) are alternately repeated, the processing gas immediately before remains slightly in the processing container 4 each time. ₄ NH remaining in the container at the start of gas supply ₃ A small amount of TiCl in the gas ₄ The condition of the region A2 for supplying the gas occurs.
The film generated in the region A2 tends to float as particles in the processing space S. Therefore, as shown by the straight lines A to D shown in FIG. ₄ Gas and NH ₃ When there is no switching of the supply with the gas, it is possible to greatly suppress the generation of particles as described above.
[0037]
In particular, as shown in FIG. ₃ TiCl before the start of gas supply ₄ Start gas supply, NH ₃ TiCl after the gas supply is stopped ₄ By stopping the gas supply (see line B in FIG. 5), a large amount of TiCl ₄ NH in gas ₃ Since the gas flows, the process conditions for generating particles in the region A2 in FIG. 6 are suppressed, and a stable TiN film is formed. Can be further prevented.
Also, when the supply of the two gases is started or stopped at the same time, the process condition of the region A2 may occur due to a slight timing error. Preferably, both gases are supplied.
[0038]
Further, as described above, the slight gap 45 or the like as shown in FIG. 2 exists in the shower head unit 30, and the film forming gas may leak slightly from one of the spaces to the other space. In this case, it is preferable that the process condition of the region A2 in FIG. ₃ The pressure of the space 30B through which the gas flows is set to TiCl ₄ It is preferable to set, for example, about 13330 Pa higher than the pressure in the space 30A in which the gas flows. As a result, the occurrence of the process condition in the region A2 is prevented, and the NH ₃ TiCl from gas side ₄ Even if intrusion (leakage) into the gas side occurs, TiCl ₄ NH from gas ₃ Since the occurrence of intrusion (leakage) into the gas can be suppressed, the generation of particles can be suppressed.
[0039]
Still further, the pressure is increased by NH ₃ H in the gas side ₂ By adding gas (aspects 3 and 4), NH ₃ The gas is TiCl ₄ When leaking to the gas side, NH ₃ H, whose molecules are much smaller than gas ₂ Since the gas diffuses preferentially, NH ₃ Gas diffusion and leakage are suppressed, and the generation of particles can be further suppressed.
In addition, as a result of continuous processing of the above product wafer, in the case of the method of the present invention, the in-plane and inter-plane uniformity of the film thickness and the specific resistance were good, and the reproducibility of the process was good. It turned out to be obtained.
[0040]
In the above embodiment, only the formation of the TiN film by thermal CVD was performed as the pre-coating thermal CVD film forming step. However, the present invention is not limited to this, and the surface of the TiN film is stabilized as shown in FIG. In order to perform the nitriding, a nitriding treatment using plasma or not using plasma may be performed. Further, as shown in FIG. 3C, after forming a TiN film by thermal CVD, a step of forming a Ti film by plasma CVD and a step of nitriding the Ti film are performed once, respectively, to thereby form a precoat layer. May be stabilized.
It should be noted that the process conditions such as the gas flow rate, the pressure, and the temperature described in the present embodiment are merely examples, and are not limited thereto. Similarly, the structure of the processing apparatus is merely an example. For example, the frequency of the plasma high-frequency power supply 56 may use another frequency instead of 450 kHz, and a microwave may be used as the plasma generating means. Good.
[0041]
Although the case where a TiN film is formed has been described as an example here, the present invention is not limited to this, and a metal film such as tungsten (W) or a metal-containing nitride film such as tungsten silicide (WSix) or tantalum oxide (TaOx) is used. It goes without saying that the present invention can also be applied to the case of forming a film.
Further, the size of the semiconductor wafer may be any of 6 inches (150 mm), 8 inches (200 mm), and 12 inches (300 mm).
Further, the present invention can be applied not only to a resistance heating heater as a heating means but also to an apparatus using lamp heating. Further, the object to be processed is not limited to a semiconductor wafer, and can be applied to a glass substrate, an LCD substrate, and the like.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the method for forming a precoat layer and the method for forming a film of the present invention, the following excellent operational effects can be exhibited.
According to the first, second and fifth aspects of the present invention, the generation of particles is greatly reduced by forming a pre-coated layer of a desired thickness made of a TiN film by a single thermal CVD film forming step without using plasma. Can be suppressed.
According to the invention according to claim 3, the pressure of the gas containing the reducing gas is set higher than the pressure of the gas containing the metal-containing gas in the shower head, so that the gas containing the metal-containing gas is reduced gas. Can be prevented from leaking to the gas side containing, and the generation of particles can be further suppressed.
In particular, according to the invention of claim 4, H ₂ By adding the gas, generation of particles can be further suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a processing apparatus for performing a method of the present invention.
FIG. 2 is a partially enlarged sectional view showing a part of a shower head unit.
FIG. 3 is a time chart for explaining each step of a precoat layer.
FIG. 4 is a timing chart showing a main part of a timing (aspects 1 to 4) of supply of a main gas into a processing container in a thermal CVD film forming process for precoating.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the number of processed product wafers and the number of particles.
FIG. 6: NH ₃ At a constant flow rate ₄ 5 is a graph showing a general relationship between a gas flow rate and a deposition rate of a TiN film.
[Explanation of symbols]
2 Processing equipment
4 Processing container
16 Mounting table
18 Resistance heater (heating means)
28 Precoat layer
30 Shower head (gas introduction means)
56 High frequency power supply for plasma (plasma generating means)
W Semiconductor wafer (workpiece)

Claims

In the method for forming a pre-coat layer on the surface of the mounting table in the processing apparatus in which a metal-containing film is formed on the surface of the processing object mounted on the mounting table in a processing container that can be evacuated, ,
A precoat layer made of the metal-containing nitride film is formed on the surface of the mounting table in one thermal CVD film forming step for precoat while flowing a predetermined processing gas into the processing container. The method of forming the layer.

The processing gas comprises at least a metal-containing gas and a reducing gas. In the thermal CVD film forming step for pre-coating, the supply of the metal-containing gas is started before the supply of the reducing gas is started. 2. The method according to claim 1, wherein the supply of the metal-containing gas is stopped after the supply of the gas is stopped.

The processing apparatus has a shower head for separately introducing the metal-containing gas and the reducing gas and separately discharging the gases into the processing container, and the shower head in the shower head. 3. The method for forming a precoat layer according to claim 1, wherein the pressure of the gas containing the reducing gas is set higher than the pressure of the gas containing the metal-containing gas.

The metal-containing gas is TiCl ₄ gas, the reducing gas is NH ₃ gas, the pre-coat layer forming method of the pre-coat layer according to any one of claims 1 to 3, characterized in that of TiN film .

The method of forming the pre-coat layer according to any one of claims 1 to 4 wherein during the reduction gas, characterized in that H ₂ gas is mixed.

A step of forming a precoat layer on a surface of the mounting table by the method of forming a precoat layer according to any one of claims 1 to 5,
Thereafter, placing the object on the mounting table, forming a metal-containing film on the surface of the object,
A film forming method comprising: