図面 (/)

技術 成膜方法および成膜システム、ならびに表面処理方法

出願人 東京エレクトロン株式会社
発明者 金子都野呂尚孝高橋毅山崎和良
出願日 2016年8月5日 (5年3ヶ月経過) 出願番号 2016-154425
公開日 2018年2月8日 (3年9ヶ月経過) 公開番号 2018-021244
状態 特許登録済
技術分野 半導体の電極 CVD
主要キーワード 温調媒体流路 合流配管 平面視略円形 保持棒 排液機構 ヒーター電源 イオンカウント キャリア搬送装置
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年2月8日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (20)

課題

下地上にCVDまたはALDにより金属含有膜成膜する際に、下地に対して良好な連続性で成膜する。

解決手段

下地膜としてSiO2膜を有する被処理体の下地膜上にALDまたはCVDによりTi含有膜を成膜する成膜方法であって、SiO2膜の表面に、OおよびHを含有する流体を接触させて、SiO2膜の表面へのシラノール基の生成を促進する表面処理を施す工程と、表面処理が施されたSiO2膜上に、シラノール基と反応するTi原料ガスを用いてALDまたはCVDによりTi含有膜を成膜する工程とを有する。

概要

背景

半導体デバイスの製造工程においては、例えば、DRAMの下部電極等の電極バリア膜等として、TiN膜等の金属含有膜が用いられている。

TiN膜はSiO2膜等の下地上に成膜されるが、その成膜手法として、化学蒸着法(Chemical Vapor Deposition;CVD)や、原子層堆積法(Atomic Layer Deposition;ALD)が知られている(例えば特許文献1、2)。

概要

下地上にCVDまたはALDにより金属含有膜を成膜する際に、下地に対して良好な連続性で成膜する。下地膜としてSiO2膜を有する被処理体の下地膜上にALDまたはCVDによりTi含有膜を成膜する成膜方法であって、SiO2膜の表面に、OおよびHを含有する流体を接触させて、SiO2膜の表面へのシラノール基の生成を促進する表面処理を施す工程と、表面処理が施されたSiO2膜上に、シラノール基と反応するTi原料ガスを用いてALDまたはCVDによりTi含有膜を成膜する工程とを有する。

目的

本発明は、下地上にCVDまたはALDにより金属含有膜を成膜する際に、下地に対して良好な連続性で成膜することができる成膜方法および成膜システム、ならびに下地上にそのような良好な連続性で金属膜を成膜することができる表面処理方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

被処理体下地上にALDまたはCVDにより金属含有膜成膜する成膜方法であって、前記被処理体の前記下地の表面に、OおよびHを含有する流体を接触させて、前記下地の表面へのOHを含む基の生成を促進する表面処理を施す工程と、前記表面処理が施された前記下地上に、前記OHを含む基と反応する成膜原料を用いてALDまたはCVDにより金属含有膜を成膜する工程とを有することを特徴とする成膜方法。

請求項2

前記下地は、基体上に形成された下地膜であることを特徴とする請求項1に記載の成膜方法。

請求項3

前記下地膜は酸化膜であることを特徴とする請求項2に記載の成膜方法。

請求項4

前記下地膜はSiO2膜であり、前記OHを含む基はシラノール基であることを特徴とする請求項3に記載の成膜方法。

請求項5

前記下地はシリコンであり、前記OHを含む基はシラノール基であることを特徴とする請求項1に記載の成膜方法。

請求項6

前記金属含有膜は、Ti含有膜であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の成膜方法。

請求項7

前記金属含有膜は、TiN膜またはTiBN膜であることを特徴とする請求項6に記載の成膜方法。

請求項8

下地膜としてSiO2膜を有する被処理体の前記下地膜上にALDまたはCVDによりTi含有膜を成膜する成膜方法であって、前記SiO2膜の表面に、OおよびHを含有する流体を接触させて、前記SiO2膜の表面へのシラノール基の生成を促進する表面処理を施す工程と、前記表面処理が施された前記SiO2膜上に、前記シラノール基と反応するTi原料ガスを用いてALDまたはCVDによりTi含有膜を成膜する工程とを有することを特徴とする成膜方法。

請求項9

前記Ti原料ガスはTiCl4であり、前記シラノール基とTiCl4との縮合反応により前記Ti含有膜が成膜されることを特徴とする請求項8に記載の成膜方法。

請求項10

前記Ti含有膜は、前記Ti原料ガスと窒化ガスとを用いて形成されるTiN膜であることを特徴とする請求項8または請求項9に記載の成膜方法。

請求項11

前記Ti含有膜は、前記Ti原料ガスとB原料ガスと窒化ガスとを用いて形成されるTiBN膜であることを特徴とする請求項8または請求項9に記載の成膜方法。

請求項12

前記窒化ガスは、NH3であることを特徴とする請求項10または請求項11に記載の成膜方法。

請求項13

前記表面処理を施す工程は、前記OおよびHを含む流体として、所定の水溶液を用い、該水溶液を接触させるウエット処理により行われることを特徴とする請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の成膜方法。

請求項14

前記所定の水溶液として、アンモニア水過酸化水素混合水溶液塩酸と過酸化水素の混合水溶液、過酸化水素の水溶液、および硫酸と過酸化水素の混合水溶液から選択されたものを用い、前記ウエット処理としてウエット洗浄処理を行うことを特徴とする請求項13に記載の成膜方法。

請求項15

前記ウエット処理により前記表面処理を施す工程を行った後、2時間以内に前記成膜する工程を行うことを特徴とする請求項13または請求項14に記載の成膜方法。

請求項16

前記表面処理を施す工程は、前記OおよびHを含む流体として、所定の処理ガスを用い、該処理ガスを接触させるドライ処理により行われることを特徴とする請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の成膜方法。

請求項17

前記所定の処理ガスとして、H2O2蒸気、O3+H2O蒸気、高温のH2O蒸気から選択されたものを用いることを特徴とする請求項16に記載の成膜方法。

請求項18

前記ドライ処理により前記表面処理を行った後、in−situで前記成膜処理を行うことを特徴とする請求項16または請求項17に記載の成膜方法。

請求項19

被処理体の下地上にALDまたはCVDにより金属含有膜を成膜する成膜システムであって、前記被処理体の前記下地の表面に、OおよびHを含有する流体を接触させて、前記下地の表面へのOHを含む基の生成を促進する表面処理を施す表面処理装置と、前記表面処理が施された前記下地上に、前記OHを含む基と反応する成膜原料を用いてALDまたはCVDにより金属含有膜を成膜する成膜装置とを具備することを特徴とする成膜システム。

請求項20

下地膜としてSiO2膜を有する被処理体の前記下地膜上にALDまたはCVDによりTi含有膜を成膜する成膜システムであって、前記SiO2膜の表面に、OおよびHを含有する流体を接触させて、前記SiO2膜の表面へのシラノール基の生成を促進する表面処理を施す表面処理装置と、前記表面処理が施された前記SiO2膜上に、前記シラノール基と反応するTi原料ガスを用いてALDまたはCVDによりTi含有膜を成膜する成膜装置とを具備することを特徴とする成膜システム。

請求項21

前記Ti原料ガスはTiCl4であり、前記シラノール基とTiCl4との縮合反応により前記Ti含有膜が成膜されることを特徴とする請求項20に記載の成膜システム。

請求項22

前記Ti含有膜は、前記Ti原料ガスと窒化ガスとを用いて形成されるTiN膜であることを特徴とする請求項20または請求項21に記載の成膜システム。

請求項23

前記Ti含有膜は、前記Ti原料ガスとB原料ガスと窒化ガスとを用いて形成されるTiBN膜であることを特徴とする請求項20または請求項21に記載の成膜システム。

請求項24

前記窒化ガスは、NH3であることを特徴とする請求項22または請求項23に記載の成膜システム。

請求項25

前記表面処理装置は、前記OおよびHを含む流体として、所定の水溶液を用い、該水溶液を接触させるウエット処理により表面処理が行われることを特徴とする請求項19から請求項24のいずれか1項に記載の成膜システム。

請求項26

前記表面処理装置は、前記所定の水溶液として、アンモニア水と過酸化水素の混合水溶液、塩酸と過酸化水素の混合水溶液、過酸化水素の水溶液、および硫酸と過酸化水素の混合水溶液から選択されたものを用い、前記ウエット処理としてウエット洗浄処理を行うことを特徴とする請求項25に記載の成膜システム。

請求項27

前記表面処理装置および前記成膜装置を制御する制御部をさらに有し、前記制御部は、前記表面処理装置が前記ウエット処理により前記表面処理を施した後、2時間以内に前記成膜装置により成膜を行うように制御することを特徴とする請求項25または請求項26に記載の成膜システム。

請求項28

前記表面処理装置は、前記OおよびHを含む流体として、所定の処理ガスを用い、該処理ガスを接触させるドライ処理により行われることを特徴とする請求項19から請求項24のいずれか1項に記載の成膜システム。

請求項29

前記表面処理装置は、前記所定の処理ガスとして、H2O2蒸気、O3+H2O蒸気、高温のH2O蒸気から選択されたものを用いることを特徴とする請求項28に記載の成膜システム。

請求項30

前記表面処理装置と、前記成膜装置とは、真空処理で行われ、これらは真空に保持された真空搬送室に連結され、前記表面処理と前記成膜処理とが真空雰囲気のまま連続して行われることを特徴とする請求項28または請求項29に記載の成膜システム。

請求項31

真空に保持されるチャンバーと、前記チャンバー内で前記被処理体を載置する載置台と、前記チャンバー内に成膜用のガスを供給する機構と、前記表面処理を行う所定の処理ガスを供給する機構と、前記チャンバー内を排気する排気機構を有し、前記表面処理装置および前記成膜装置が一体化されて、前記チャンバー内で前記表面処理および前記成膜処理を行うことを特徴とする請求項28または請求項29に記載の成膜システム。

請求項32

被処理体の下地上にALDまたはCVDにより金属含有膜を成膜するに先立って、前記下地の表面に、OおよびHを含有する流体を接触させて、前記下地の表面へのOHを含む基の生成を促進する表面処理を施すことを特徴とする表面処理方法

請求項33

下地膜としてSiO2膜を有する被処理体の前記下地膜上にALDまたはCVDによりTi含有膜を成膜するに先立って、前記SiO2膜の表面に、OおよびHを含有する流体を接触させて、前記SiO2膜の表面へのシラノール基の生成を促進する表面処理を施すことを特徴とする表面処理方法。

技術分野

0001

本発明は、被処理体下地上にCVDまたはALDにより金属含有膜成膜する成膜方法および成膜システム、ならびに表面処理方法に関する。

背景技術

0002

半導体デバイスの製造工程においては、例えば、DRAMの下部電極等の電極バリア膜等として、TiN膜等の金属含有膜が用いられている。

0003

TiN膜はSiO2膜等の下地上に成膜されるが、その成膜手法として、化学蒸着法(Chemical Vapor Deposition;CVD)や、原子層堆積法(Atomic Layer Deposition;ALD)が知られている(例えば特許文献1、2)。

先行技術

0004

特開平06−188205号公報
特開2003−077864号公報

発明が解決しようとする課題

0005

ところで、CVDやALDによりTiN膜を成膜する場合は、SiO2膜等の下地との連続性が良好であることが求められるが、本発明者らの検討結果によれば、下地の表面状態によっては、膜の連続性に問題が生じ、ピンホール等が発生することが判明した。

0006

したがって、本発明は、下地上にCVDまたはALDにより金属含有膜を成膜する際に、下地に対して良好な連続性で成膜することができる成膜方法および成膜システム、ならびに下地上にそのような良好な連続性で金属膜を成膜することができる表面処理方法を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0007

上記課題を解決するため、本発明の第1の観点は、被処理体の下地上にALDまたはCVDにより金属含有膜を成膜する成膜方法であって、前記被処理体の前記下地の表面に、OおよびHを含有する流体を接触させて、前記下地の表面へのOHを含む基の生成を促進する表面処理を施す工程と、前記表面処理が施された前記下地上に、前記OHを含む基と反応する成膜原料を用いてALDまたはCVDにより金属含有膜を成膜する工程とを有することを特徴とする成膜方法を提供する。

0008

上記第1の観点において、前記下地は、基体上に形成された下地膜であってよく、前記下地膜として酸化膜を用いることができる。前記下地膜としてSiO2膜を用いることができ、この場合は、前記OHを含む基はシラノール基である。また、前記下地はシリコンであってよく、この場合も、前記OHを含む基はシラノール基である。

0009

前記金属含有膜は、Ti含有膜であってよく、その場合に、前記金属含有膜は、TiN膜またはTiBN膜であってよい。

0010

本発明の第2の観点は、下地膜としてSiO2膜を有する被処理体の前記下地膜上にALDまたはCVDによりTi含有膜を成膜する成膜方法であって、前記SiO2膜の表面に、OおよびHを含有する流体を接触させて、前記SiO2膜の表面へのシラノール基の生成を促進する表面処理を施す工程と、前記表面処理が施された前記SiO2膜上に、前記シラノール基と反応するTi原料ガスを用いてALDまたはCVDによりTi含有膜を成膜する工程とを有することを特徴とする成膜方法を提供する。

0011

上記第2の観点において、前記Ti原料ガスはTiCl4であり、前記シラノール基とTiCl4との縮合反応により前記Ti含有膜が成膜されるようにすることが好ましい。前記Ti含有膜として、前記Ti原料ガスと窒化ガスとを用いて形成されるTiN膜を用いることができる。また、前記Ti含有膜として、前記Ti原料ガスとB原料ガスと窒化ガスとを用いて形成されるTiBN膜を用いることもできる。前記窒化ガスとしては、NH3を用いることができる。

0012

上記第1および第2の観点において、前記表面処理を施す工程は、前記OおよびHを含む流体として、所定の水溶液を用い、該水溶液を接触させるウエット処理により行うことができる。この場合に、前記所定の水溶液として、アンモニア水過酸化水素混合水溶液塩酸と過酸化水素の混合水溶液、過酸化水素の水溶液、および硫酸と過酸化水素の混合水溶液から選択されたものを用い、前記ウエット処理としてウエット洗浄処理を行うようにすることができる。また、前記ウエット処理により前記表面処理を施す工程を行った後、2時間以内に前記成膜する工程を行うことが好ましい。

0013

前記表面処理を施す工程は、前記OおよびHを含む流体として、所定の処理ガスを用い、該処理ガスを接触させるドライ処理により行うことができる。この場合に、前記所定の処理ガスとして、H2O2蒸気、O3+H2O蒸気、高温のH2O蒸気から選択されたものを用いることができる。また、前記ドライ処理により前記表面処理を行った後、in−situで前記成膜処理を行うことが好ましい。

0014

本発明の第3の観点は、被処理体の下地上にALDまたはCVDにより金属含有膜を成膜する成膜システムであって、前記被処理体の前記下地の表面に、OおよびHを含有する流体を接触させて、前記下地の表面へのOHを含む基の生成を促進する表面処理を施す表面処理装置と、前記表面処理が施された前記下地上に、前記OHを含む基と反応する成膜原料を用いてALDまたはCVDにより金属含有膜を成膜する成膜装置とを具備することを特徴とする成膜システムを提供する。

0015

本発明の第4の観点は、下地膜としてSiO2膜を有する被処理体の前記下地膜上にALDまたはCVDによりTi含有膜を成膜する成膜システムであって、前記SiO2膜の表面に、OおよびHを含有する流体を接触させて、前記SiO2膜の表面へのシラノール基の生成を促進する表面処理を施す表面処理装置と、前記表面処理が施された前記SiO2膜上に、前記シラノール基と反応するTi原料ガスを用いてALDまたはCVDによりTi含有膜を成膜する成膜装置とを具備することを特徴とする成膜システムを提供する。

0016

上記第3および第4の観点において、前記表面処理装置は、前記OおよびHを含む流体として、所定の水溶液を用い、該水溶液を接触させるウエット処理により表面処理が行われるようにすることができる。この場合に、前記表面処理装置は、前記所定の水溶液として、アンモニア水と過酸化水素の混合水溶液、塩酸と過酸化水素の混合水溶液、過酸化水素の水溶液、および硫酸と過酸化水素の混合水溶液から選択されたものを用い、前記ウエット処理としてウエット洗浄処理を行うようにすることができる。また、前記表面処理装置および前記成膜装置を制御する制御部をさらに有し、前記制御部は、前記表面処理装置が前記ウエット処理により前記表面処理を施した後、2時間以内に前記成膜装置により成膜を行うように制御することが好ましい。

0017

前記表面処理装置は、前記OおよびHを含む流体として、所定の処理ガスを用い、該処理ガスを接触させるドライ処理により行われるようにすることができる。この場合に、前記表面処理装置は、前記所定の処理ガスとして、H2O2蒸気、O3+H2O蒸気、高温のH2O蒸気から選択されたものを用いるようにすることができる。

0018

表面処理をドライ処理により行う場合に、前記表面処理装置と、前記成膜装置とは、真空処理で行われ、これらは真空に保持された真空搬送室に連結され、前記表面処理と前記成膜処理とが真空雰囲気のまま連続して行われるようにすることができる。また、真空に保持されるチャンバーと、前記チャンバー内で前記被処理体を載置する載置台と、前記チャンバー内に成膜用のガスを供給する機構と、前記表面処理を行う所定の処理ガスを供給する機構と、前記チャンバー内を排気する排気機構を有し、前記表面処理装置および前記成膜装置が一体化されて、前記チャンバー内で前記表面処理および前記成膜処理を行うようにすることができる。

0019

本発明の第5の観点は、被処理体の下地上にALDまたはCVDにより金属含有膜を成膜するに先立って、前記下地の表面に、OおよびHを含有する流体を接触させて、前記下地の表面へのOHを含む基の生成を促進する表面処理を施すことを特徴とする表面処理方法を提供する。

0020

本発明の第6の観点は、下地膜としてSiO2膜を有する被処理体の前記下地膜上にALDまたはCVDによりTi含有膜を成膜するに先立って、前記SiO2膜の表面に、OおよびHを含有する流体を接触させて、前記SiO2膜の表面へのシラノール基の生成を促進する表面処理を施すことを特徴とする表面処理方法を提供する。

発明の効果

0021

本発明によれば、被処理体の下地の表面に、OおよびHを含有する流体を接触させて、下地の表面へのOHを含む基の生成を促進する表面処理を施し、その後、下地上にOHを含む基と反応する成膜原料を用いてALDまたはCVDにより金属含有膜を成膜するので、下地のほぼ全面でOHを含む基と成膜原料との反応が生じ、下地に対して良好な連続性で金属含有膜を成膜することができる。

図面の簡単な説明

0022

本発明に係る成膜方法の一実施形態を示すフローチャートである。
本発明に係る成膜方法の一実施形態において被処理体の構造を示す断面図である。
本発明に係る成膜方法の一実施形態において被処理体にTiN膜またはTiBN膜を成膜した状態を示す断面図である。
ALDによりTiN膜を成膜する際のシーケンスを示す図である。
ALDによりTiBN膜を成膜する際のシーケンスを示す図である。
下地膜であるSiO2膜が成膜したままの状態のときの、成膜の際の反応モデルを示す図である。
下地膜であるSiO2膜に表面処理を施したときの、成膜の際の反応モデルを示す図である。
実験例1において、ウエット洗浄ありの場合となしの場合における、TiN膜またはTiBN膜を成膜したときのSIMSによるSiイオンカウントを示す図である。
実験例2において、ウエット洗浄ありの場合となしの場合における、種々のBN量のTiBN膜(TiN:BN=10:1、20:1、60:1)またはTiN膜を成膜したときの膜厚および膜厚の面内均一性(3σ)を示す図である。
実験例3において、ウエット洗浄ありの場合となしの場合における、TiN膜のインキュベーションサイクルを示す図である。
図10の約70サイクルまでを拡大して示す図である。
本発明の成膜方法に用いることができる成膜システムの第1の例を示すブロック図である。
図12の成膜システムにおける表面処理装置の一例を示す断面図である。
図12の成膜システムにおける成膜装置の一例を示す断面図である。
図12の成膜システムにおける表面処理装置の他の例を示す断面図である。
図12の成膜システムにおける成膜装置の他の例を示す断面図である。
本発明の成膜方法に用いることができる成膜システムの第2の例を示す概略図である。
図17の成膜システムにおける表面処理装置の一例を示す断面図である。
本発明の成膜方法に用いることができる成膜システムの第3の例を示す断面図である。

実施例

0023

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について具体的に説明する。

0024

<成膜方法の一実施形態>
最初に、本発明に係る成膜方法の一実施形態について説明する

0025

図1は本発明に係る成膜方法の一実施形態を示すフローチャートである。ここでは、下地膜としてのSiO2膜上に、ALDによりTiN膜またはTiBN膜を成膜する場合を例にとって説明する。

0026

まず、図2に示すような、シリコン基体1上に下地膜であるSiO2膜2が形成された被処理体3を準備する(ステップ1)。SiO2膜2は、熱酸化膜であっても、原料としてテトラエチルオルソシリケート(TEOS)等を用いてCVDにより成膜した膜であってもよい。

0027

次に、下地膜であるSiO2膜2の表面にOおよびHを含む流体を接触させる表面処理を行う(ステップ2)。この処理により、SiO2膜2の表面へのOHを含む基であるシラノール基の形成が促進され、SiO2膜2のほぼ全面にシラノール基を形成することができる。

0028

ステップ2の表面処理としては、所定の水溶液によるウエット処理を好適に用いることができる。ウエット処理の際の水溶液としては、ウエット洗浄処理に通常用いられる薬液、例えば、アンモニア水(NH4OH)と過酸化水素(H2O2)の混合水溶液(アンモニア過水;SC1)、塩酸(HCl)と過酸化水素(H2O2)の混合水溶液(塩酸過水;SC2)、過酸化水素(H2O2)の水溶液、硫酸(H2SO4)と過酸化水素(H2O2)の混合水溶液(硫酸過水;SPM)を挙げることができる。このようなウエット処理は、洗浄槽貯留した薬液に被処理体を浸漬する等、SiO2膜の表面に水溶液を接触することにより行われる。

0029

これらのウエット洗浄用薬液による処理により、下地膜であるSiO2膜2の表面の全面にOH基を含む基であるシラノール基を形成することができるのみならず、成膜前の被処理体表面(SiO2膜の表面)のパーティクル金属不純物有機物を除去することができ、表面が清浄な被処理体を得ることができる。例えば、SC1はパーティクルや有機物の除去に好適であり、SC2は金属不純物除去に好適であり、過酸化水素(H2O2)は金属不純物や有機物の除去に好適である。

0030

ステップ2の表面処理は、以上のようなウエット洗浄処理の代わりに純水を用いて行ってもよい。

0031

さらに、ステップ2の表面処理は、ウエット処理のみならず、OおよびHを含む処理ガスを用いてドライ処理により行ってもよい。このようなドライ処理は、処理ガスとして、H2O2蒸気、O3+H2O蒸気、高温のH2O蒸気等を用いて行うことができる。

0032

次に、図3に示すように、表面処理後のSiO2膜2の上に、ALDまたはCVDによりTiN膜またはTiBN膜4を成膜する(ステップ3)。本実施形態では、このステップ3のTiN膜またはTiBN膜の成膜処理に際しては、例えば、Ti原料ガスとしてTiCl4ガスを用い、窒化ガスとしてNH3ガスを用い、B原料ガスとしてBCl3ガスを用いる。

0033

ALDによりTiN膜を成膜する場合には、図4に示すように、TiCl4ガスとNH3ガスを交互に所定回供給することにより、1原子層Ti層吸着およびTi層の窒化を繰り返して所定膜厚のTiN膜を成膜する。各TiCl4ガスの供給および各NH3ガスの供給の後には、被処理体上に残留するガスを除去するパージを行う。

0034

また、ALDによりTiBN膜を成膜する場合には、図5に示すように、TiNとBNが所定の割合になるように、TiCl4ガスとNH3ガスを交互にX回繰り返すTiN膜成膜工程と、BCl3ガスとNH3ガスを交互に1回または2回以上のY回行うBN膜成膜工程とを、所定の膜厚になるまで所定回数(Z回)繰り返す。このとき、XとYを調整することによりTiNとBNの比率を調整することができ、例えば、Xを10、Yを1とすることにより、TiN:BN=10:1のTiBN膜が得られる。各TiCl4ガスの供給、各BCl3ガスの供給、および各NH3ガスの供給の後には、不活性ガス、例えばN2ガスにより、被処理体上に残留するガスを除去する処理、例えばパージ処理を行う。

0035

一方、CVDによりTiN膜またはTiBN膜を成膜する場合には、TiCl4ガスとNH3ガス、またはTiCl4ガスとBCl3ガスとNH3ガスを同時に供給する。

0036

ステップ3の成膜処理の際の条件としては、温度が、400〜600℃の範囲、圧力が400〜800Paの範囲が好ましい。

0037

ところで、本発明者らの検討結果によれば、ステップ2の表面処理を行わずに、下地膜であるSiO2膜の上にTiN膜等を成膜すると、下地の表面状態によっては、膜の連続性に問題が生じ、ピンホール等が発生することが判明した。

0038

すなわち、SiO2膜上にTiN等が成膜されるためには、SiO2膜表面のOHを含む基であるシラノール基とTi原料であるTiCl4とが反応することが必要であるが、成膜したままの状態のSiO2膜では、表面のシラノール基(OH)の量が十分ではなく、図6に示すように、表面のシラノール基(OH)が存在しない部分では、TiCl4との反応が生じず、その部分ではTiが吸着し難く、窒化を経た後もTiNとならずにピンホールとなってしまう可能性があることが判明した。

0039

したがって、本実施形態では、最初に、SiO2膜の表面にOおよびHを含む流体を接触させて、OHを含む基であるシラノール基の形成を促進する表面処理を行った後、TiN膜等の成膜を行う。

0040

これにより、図7に示すように、反応サイトであるOHを含むシラノール基を、SiO2膜表面のほぼ全面に形成することができ、SiO2膜表面全面でシラノール基とTiCl4との間の縮合反応が促進され、ほぼ全面にTiを吸着させることができる。このため、ピンホールが形成されることなく、TiN膜等をほぼ全面に均一に形成することができる。

0041

ステップ2の表面処理をウエット処理で行う場合には、表面処理が終了後、2時間以内でステップ3の成膜処理を行うことが好ましい。2時間以内であれば、下地膜であるSiO2膜の表面のほぼ全面にOHを含む基であるシラノール基が形成された状態を保ったまま、TiN膜またはTiBN膜を成膜することができる。

0042

ステップ2の表面処理をドライ処理で行う場合は、表面処理とその後の成膜処理とをin−situで行うことが好ましい。

0043

<実験例>
次に、実験例について説明する。
(実験例1)
ここでは、SiO2膜上にALDによりTiBN膜(TiN:BN=20:1)またはTiN膜を成膜するにあたり、成膜に先立ってウエット洗浄(SC1(アンモニア過水))による表面処理を行った場合と行わなかった場合で、膜の連続性を調査した。

0044

膜の連続性については、成膜後にSIMSによりSiイオンカウントすることにより評価した。Siイオンカウントについて、TiBN膜およびTiN膜のいずれも厚さ30nmのときのイオンカウントをSiのバックグラウンド(Si B.G.)とした。成膜後にSi B.G.バックグラウンドよりもSiイオンカウントが多いと、下地のSiO2膜が検出されたこととなり、ピンホール等が形成されていることを示す。

0045

結果を図8に示す。この図に示すように、成膜に先立ってウエット洗浄を行った場合は、Siイオンカウントがバックグラウンド以下となっているのに対し、ウエット洗浄を行わない場合は、Siイオンカウントがバックグラウンドを超えている。このことから、成膜前にSiO2膜のウエット洗浄を行うことにより、膜の連続性が向上することが確認された。

0046

(実験例2)
ここでは、SiO2膜上にALDにより種々のBN量のTiBN膜(TiN:BN=10:1、20:1、60:1)またはTiN膜を成膜するにあたり、成膜に先立ってウエット洗浄(SC1(アンモニア過水))による表面処理を行った場合と行わなかった場合で、膜厚と膜厚の面内均一性(3σ)を評価した。膜厚はエリプソメータにより測定した。

0047

結果を図9に示す。この図に示すように、成膜に先立ってウエット洗浄を行うことにより、膜の均一性が向上することが確認された。

0048

(実験例3)
ここでは、SiO2膜上にALDによりTiN膜を成膜するにあたり、成膜に先立ってウエット洗浄(SC1(アンモニア過水))による表面処理を行った場合と行わなかった場合でインキュベーションサイクルを評価した。膜厚は蛍光X線分析(XRF)により測定した。

0049

結果を図10および図11に示す。図10は300サイクルまでの膜厚を示す図であり、図11図10の約70サイクルまでを拡大して示す図である。これらの図に示すように、成膜に先立ってウエット洗浄を行うことにより、インキュベーションサイクルが短くなることがわかる。すなわち、ウエット洗浄を行って、SiO2膜表面にOHを含む基であるシラノール基を多く形成することにより、連続膜が早期に形成されることが確認された。

0050

<成膜システム>
次に、本発明の成膜方法に用いることができる成膜システムについて説明する。
(第1の例)
図12は、成膜システムの第1の例を示すブロック図である。
図12に示すように、本例の成膜システム100は、被処理体としてシリコン基体上に下地膜としてSiO2膜が形成された半導体ウエハ(以下、単にウエハと記す)に対し、ウエット洗浄により表面処理を行う表面処理装置101と、表面処理後のSiO2膜の表面にALDによりTiN膜を成膜する成膜装置102と、表面処理装置101と成膜装置102との間でウエハを収容したキャリアを搬送するキャリア搬送装置103と、これら各構成部を制御するための制御部104とを有している。

0051

制御部104は、表面処理装置101と、成膜装置102と、キャリア搬送装置103とを制御するCPU(コンピュータ)を有する主制御部と、入力装置キーボードマウス等)、出力装置プリンタ等)、表示装置ディスプレイ等)、記憶装置を有している。そして、記憶装置に処理レシピが記憶された記憶媒体をセットすることにより、主制御部は、記憶媒体から呼び出された処理レシピに基づいて成膜システム100に所定の動作を実行させる。これにより、CPU(コンピュータ)の制御下で、成膜システム100に所定の動作を実行させる。

0052

表面処理装置101は、バッチ式の常圧システムからなるウエット洗浄装置として構成され、図13に示すように、洗浄部110を有しており、他に、複数枚のウエハを収容するキャリアを搬入出する搬出入部と、搬入出部においてキャリアから取り出されたウエハを搬送する搬送装置と、ウエハを乾燥する乾燥装置(いずれも図示せず)とを有している。

0053

洗浄部110は、液体Lを貯留して処理を行う液処理槽11を有している。液処理槽11に貯留された薬液Lに、ウエハ保持部材12に保持された複数のウエハWが浸漬されるようになっている。ウエハ保持部材12は、複数のウエハ保持棒12aを有しており、これらウエハ保持棒12aにより複数のウエハWが保持される。ウエハ保持部材12は、搬送装置(図示せず)により上下動および水平動され、保持した複数のウエハWが搬送されるようになっている。

0054

液処理槽11内にはノズル13が設けられており、ノズル13には液供給配管14が接続されている。液供給配管14には液体供給機構15から表面処理を行うための薬液、リンス液、純水(DIW)等が供給可能となっている。表面処理を行うための薬液としては、上述したSC1、SC2、H2O2水溶液、SPM等を用いることができる。リンス液、純水(DIW)は、薬液処理後のウエハWの洗浄処理に用いられる。

0055

液処理槽11の底部には排液配管16が接続されており、排液機構17により排液配管16を介して液処理槽11内の液体を排液するようになっている。

0056

なお、液処理槽11内に貯留された薬液は、撹拌装置(図示せず)により攪拌可能となっている。また、表面処理を行うための薬液は、室温〜80℃程度に温調されるようになっている。

0057

このように構成される表面処理装置101においては、洗浄部110の液処理槽11内に表面処理を行うための薬液が貯留された状態で、ウエハ保持部材12に保持された状態で搬送装置により搬送されてきた複数のウエハを液処理槽11内の薬液に浸漬し、所定時間保持する。このとき、必要に応じて攪拌装置により薬液を撹拌する。

0058

これにより、ウエハWに下地膜として形成されたSiO2膜の表面へのシラノール基の形成が促進され、SiO2膜のほぼ全面にシラノール基を形成することができる。

0059

このような薬液による表面処理を行った後、液処理槽11内を排液し、引き続きリンス液によるリンス処理、および純水による処理を行う。

0060

その後、搬送装置によりウエハ保持部材12を液処理槽11から引き上げ、乾燥装置(図示せず)により乾燥処理を行う。

0061

なお、表面処理装置101においては、ウエット洗浄処理により表面処理が行われるが、制御部104は、表面処理後、2時間以内に成膜処理が行われるように制御する。

0062

成膜装置102は、枚様式の真空処理装置として構成され、真空処理システムの真空搬送室(図示せず)に接続され、ウエハを収容したキャリアからロードロック室(図示せず)を介して、ウエハWが搬入出される。

0063

成膜装置102は、図14に示すように、チャンバー21と、チャンバー21内でウエハWを水平に支持するためのサセプタ22と、チャンバー21内に処理ガスをシャワー状に供給するためのシャワーヘッド23と、チャンバー21の内部を排気する排気部24と、シャワーヘッド23に処理ガスを供給する処理ガス供給機構25とを有している。

0064

チャンバー21は、略円筒状の金属からなり、その側壁部には真空搬送室に対して搬送機構(図示せず)によりウエハWを搬入出するための搬入出口26が形成され、搬入出口26はゲートバルブ27で開閉可能となっている。

0065

チャンバー21の本体の上には、断面が矩形状をなす円環状の排気ダクト28が設けられている。排気ダクト28には、内周面に沿ってスリット28aが形成されている。また、排気ダクト28の外壁には排気口28bが形成されている。排気ダクト28の上面にはチャンバー21の上部開口を塞ぐように天壁29が設けられている。天壁29と排気ダクト28の間はシールリング30で気密にシールされている。

0066

サセプタ22は、ウエハWに対応した大きさの円板状をなし、支持部材33に支持されている。このサセプタ22の内部にウエハWを加熱するためのヒーター31が埋め込まれている。ヒーター31はヒーター電源(図示せず)から給電されて発熱するようになっている。そして、ヒーター31の出力を制御することにより、ウエハWを所定の温度に制御するようになっている。サセプタ22には、ウエハ載置面の外周領域、およびサセプタ22の側面を覆うようにセラミックス製のカバー部材32が設けられている。

0067

サセプタ22を支持する支持部材33は、サセプタ22の底面中央からチャンバー21の底壁に形成された孔部を貫通してチャンバー21の下方に延び、その下端昇降機構34に接続されており、昇降機構34によりサセプタ22が支持部材33を介して、図14に示す処理位置と、その下方の一点鎖線で示すウエハの搬送が可能な搬送位置との間で昇降可能となっている。また、支持部材33のチャンバー21の下方位置には、鍔部35が取り付けられており、チャンバー21の底面と鍔部35の間には、チャンバー21内の雰囲気外気区画し、サセプタ22の昇降動作にともなって伸縮するベローズ36が設けられている。

0068

チャンバー21の底面近傍には、昇降板37aから上方に突出するように3本(2本のみ図示)のウエハ支持ピン37が設けられている。ウエハ支持ピン37は、チャンバー21の下方に設けられた昇降機構38により昇降板37aを介して昇降可能になっており、搬送位置にあるサセプタ22に設けられた貫通孔22aに挿通されてサセプタ22の上面に対して突没可能となっている。これにより、ウエハ搬送機構(図示せず)とサセプタ22との間でウエハWの受け渡しが行われる。

0069

シャワーヘッド23は、サセプタ22に対向するように設けられており、サセプタ22とほぼ同じ直径を有している。シャワーヘッド23は、チャンバー21の天壁29に固定された本体部39と、本体部39の下に接続されたシャワープレート40とを有している。本体部39とシャワープレート40との間にはガス拡散空間41が形成されており、このガス拡散空間41には、本体部39およびチャンバー21の天壁29の中央を貫通するように設けられたガス導入孔42が接続されている。シャワープレート40の周縁部には下方に突出する環状突起部43が形成され、シャワープレート40の環状突起部43の内側の平坦面にはガス吐出孔40aが形成されている。

0070

サセプタ22が処理位置に存在した状態では、シャワープレート40とサセプタ22との間に処理空間44が形成され、環状突起部43とサセプタ22のカバー部材32の上面が近接して環状隙間45が形成される。

0071

排気部24は、排気ダクト28の排気口28bに接続された排気配管46と、排気配管46に接続された、真空ポンプ圧力制御バルブ等を有する排気機構47とを備えている。処理に際しては、チャンバー21内のガスはスリット28aを介して排気ダクト28に至り、排気ダクト28から排気部24の排気機構47により排気配管46を通って排気される。

0072

処理ガス供給機構25は、Ti原料ガスであるTiCl4ガスを供給するTiCl4ガス供給源51と、窒化ガスであるNH3ガスを供給するNH3ガス供給源52と、パージガスであるN2ガスを供給する第1N2ガス供給源53および第2N2ガス供給源54とを有し、さらに、TiCl4ガス供給源51から延びるTiCl4ガス供給配管61と、NH3ガス供給源52から延びるNH3ガス供給配管62と、第1N2ガス供給源53から延びる第1N2ガス供給配管63と、第2N2ガス供給源54から延びる第2N2ガス供給配管64とを有する。TiCl4ガス供給配管61と、NH3ガス供給配管62と、第1N2ガス供給配管63と、第2N2ガス供給配管64とは合流配管69に合流しており、合流配管69は、上述したガス導入孔42に接続されている。配管61,62,63,64には、マスフローコントローラ70および開閉バルブ71が設けられている。

0073

そして、第1N2ガス供給配管63および第2N2ガス供給配管64の開閉バルブ71を常時開にした状態で、TiCl4ガス供給配管61およびNH3ガス供給配管62の開閉バルブ71を交互に間欠的に開閉することにより、TiCl4ガスの供給→チャンバー内のパージ→NH3ガスの供給→チャンバー内のパージを繰り返し行えるようになっている。

0074

なお、第1N2ガス供給配管63および第2N2ガス供給配管64からそれぞれ分岐してパージのときのみN2ガスの流量を増加する配管を設けてパージ工程の際にN2ガス流量を増加させてもよい。また、パージガスとしては、N2ガスに限らず、Arガス等、他の不活性ガスであってもよい。

0075

また、Ti原料ガスとしては、TiCl4以外に、テトライソプロポキシチタン(TTIP)、四臭化チタン(TiBr4)、四ヨウ化チタン(TiI4)、テトラキスエチルメチルアミノチタン(TEMAT)、テトラキスジメチルアミノチタンTDMAT)、テトラキスジエチルアミノチタン(TDEAT)等を用いることもできる。また、窒化ガスとしては、NH3以外に、モノメチルヒドラジン(MMH)を用いることもできる。

0076

このように構成された成膜装置102においては、まず、ゲートバルブ27を開放して真空搬送室から搬送装置によりウエハWを搬入し、サセプタ22上に載置し、搬送装置を退避させた後、ゲートバルブ27を閉じ、サセプタ22を処理位置まで上昇させる。次いで、チャンバー21内を所定の減圧状態に保持するとともに、ヒーター31によりサセプタ22の温度を所定温度に制御する。

0077

そして、第1N2ガス供給源53および第2N2ガス供給源54から処理空間44内にN2ガスを連続的に供給しつつ、TiCl4ガス供給配管61およびNH3ガス供給配管62の開閉バルブ71を交互に間欠的に開閉させることにより、処理空間44内へ、TiCl4ガスの供給→チャンバー内のパージ→NH3ガスの供給→チャンバー内のパージを繰り返し行うことができ、これにより、1原子層のTi層の吸着およびTi層の窒化を繰り返して所定膜厚のTiN膜を成膜する。

0078

このとき、TiN膜が成膜されるSiO2膜の表面は、表面処理が施されて、反応サイトであるOHを含むシラノール基がSiO2膜表面のほぼ全面に形成されているので、ほぼ全面にTiを吸着させることができ、ピンホールが形成されることなく、TiN膜等をほぼ全面に均一に形成することができる。

0079

なお、第1N2ガス供給配管63および第2N2ガス供給配管64からそれぞれ分岐してパージのときのみN2ガスの流量を増加する配管を設けてパージ工程の際にN2ガス流量を増加させることにより、パージを強化することができ、より膜質の高いTiN膜を得ることができる。

0080

このようにしてALDによりTiN膜を成膜した後、チャンバー21内をパージし、サセプタ22を下降させ、ゲートバルブ27を開放し、ウエハWを搬出する。

0081

このときの処理条件としては、以下のような条件が例示される。
圧力:400〜800Pa
温度:400〜600℃
TiCl4ガス流量:50〜100sccm(mL/min)
NH3ガス流量:2000〜5000sccm(mL/min)
N2ガス流量:3000〜6000sccm(mL/min)
TiCl4ガスの供給時間(1回あたり):0.05〜0.1sec
NH3ガスの供給時間(1回あたり):0.3〜0.5sec
パージ時間(TiCl4後1回あたり):0.2〜0.4sec
パージ時間(NH3後1回あたり):0.3〜0.6sec

0082

成膜システム100としては、バッチ式の常圧システムからなるウエット洗浄装置として構成された表面処理装置101の代わりに、図15に示すような枚様式の常圧システムからなるウエット洗浄装置として構成された表面処理装置101′を有するものを用いてもよい。

0083

表面処理装置101′は、洗浄部110′を有しており、他に、複数枚のウエハを収容するキャリアから取り出す搬送装置(図示せず)を有している。

0084

液洗浄部110′は、チャンバー81と、チャンバー81内でウエハWを回転可能に保持するスピンチャック82と、スピンチャック82を回転させるモータ83と、スピンチャック82に保持されたウエハWに液体を吐出するノズル84と、ノズル84に液体を供給する液体供給機構85とを有している。液体供給機構85からノズル84へは、液供給配管86により液体が供給されるようになっている。液体供給機構85からは、表面処理を行うための薬液、リンス液、純水(DIW)等が供給可能となっている。表面処理を行うための薬液としては、上述したSC1、SC2、H2O2水溶液、SPM等を用いることができる。リンス液、純水(DIW)は、薬液処理後のウエハWの洗浄処理に用いられる。

0085

チャンバー81内には、スピンチャック82に保持されたウエハWを覆うためのカップ87が設けられている。カップ87の底部には、排気および排液のための排気・排液管88が、チャンバー81の下方へ延びるように設けられている。チャンバー81の側壁には、ウエハWを搬入出するための搬入出口89が設けられている。

0086

このように構成される洗浄部110′により洗浄処理を行う際には、一枚のウエハWを搬送装置(図示せず)によりチャンバー81内に搬入し、スピンチャック82に装着する。この状態で、モータ83によりスピンチャック82とともにウエハを回転させながら、液体供給機構85から液供給配管86を介してノズル84から薬液を吐出させ、薬液をウエハWのSiO2膜の表面全面に所定時間保持させる。これにより、ウエハWに下地膜として形成されたSiO2膜の表面へのシラノール基の形成が促進され、SiO2膜のほぼ全面にシラノール基を形成することができる。

0087

このような薬液による表面処理を行った後、液体をリンス液および純水に順次切り替え、リンス処理および純水処理を行い、最後に振り切り乾燥を行う。

0088

成膜システム100としては、TiN膜を成膜する成膜装置102の代わりに、図16に示すようなTiBN膜を成膜する成膜装置102′を用いてもよい。

0089

成膜装置102′は、処理ガス供給機構25に、BCl3ガス供給源55と、BCl3ガス供給源55から延びるBCl3ガス配管65が付加されている他は、成膜装置102と同様に構成されている。BCl3ガス配管65は合流配管69に合流している。また、BCl3ガス配管65には、マスフローコントローラ70および開閉バルブ71が設けられている。

0090

成膜装置102′においては、まず、ゲートバルブ27を開放して真空搬送室から搬送装置によりウエハWを搬入し、搬送装置を退避させた後、ゲートバルブ27を閉じ、サセプタ22上に載置し、サセプタ22を処理位置まで上昇させる。そして、チャンバー21内を所定の減圧状態に保持するとともに、ヒーター31によりサセプタ22の温度を所定温度に制御する。

0091

そして、第1N2ガス供給源53および第2N2ガス供給源54から処理空間44内へN2ガスを連続的に供給しつつ、TiCl4ガス供給配管61およびNH3ガス供給配管62の開閉バルブ71を交互に間欠的に開閉させることにより、処理空間44内へ、TiCl4ガスの供給→チャンバー内のパージ→NH3ガスの供給→チャンバー内のパージを繰り返し、1原子層のTi層の吸着およびTi層の窒化をX回数行って所定膜厚のTiN膜を成膜し、次いで、第1N2ガス供給源53および第2N2ガス供給源54からN2ガスを連続的に供給した状態のまま、BCl3ガス供給配管65およびNH3ガス供給配管62の開閉バルブ71を交互に間欠的に開閉させることにより、処理空間44内へ、BCl3ガスの供給→チャンバー内のパージ→NH3ガスの供給→チャンバー内のパージを1回または2回以上のY回行い、1原子層のBの吸着およびB層の窒化をY回行って所定膜厚のBNを成膜する。これらTiN膜の成膜およびBNの成膜を所定膜厚になるまで所定回繰り返して所望のTiBN膜を得る。このとき、XとYを調整することによりTiNとBNの比率を調整することができ、例えば、Xを10、Yを1とすることにより、TiN:BN=10:1のTiBN膜が得られる。

0092

このとき、下地膜であるSiO2膜の表面には表面処理が施されてほぼ全面にシラノール基が形成されているので、ほぼ全面にTiを吸着させることができ、ピンホールが形成されることなく、TiBN膜等をほぼ全面に均一に形成することができる。

0093

このときの処理条件は、基本的に成膜装置102の場合と同様である。ただし、BCl3ガス流量としては、20〜100sccm(mL/min)、BCl3後のパージ時間としては、1回あたり0.2〜0.4secが例示される。

0094

なお、B原料ガスとしては、BCl3以外に、B2H6等を用いることもできる。

0095

(第2の例)
図17は、成膜システムの第2の例を示す概略図である。
本例の成膜システム200は、表面処理および成膜処理をいずれも真空処理で行う真空システムとして構成されている。

0096

成膜システム200は、ウエハに形成された下地膜であるSiO2膜に対し、真空中のドライ処理により表面処理を行う表面処理装置201と、表面処理後の被処理体のSiO2膜の表面にALDによりTiN膜またはTiBN膜を成膜する成膜装置202と、真空に保持される真空搬送室203と、ロードロック室204と、真空搬送室203内に設けられた真空搬送装置205と、ウエハを収容するキャリア207とロードロック室204との間でウエハを搬送する搬送装置206と、制御部208とを有する。

0097

真空搬送室203は矩形状をなし、その側壁に、ゲートバルブを介して、表面処理装置201と、成膜装置202と、ロードロック室204とが接続されている。ロードロック室204には大気側にもゲートバルブが設けられている。

0098

そして、キャリア207から搬送装置206により取り出されたウエハWが、大気圧に保持されたロードロック室204に搬送され、ロードロック室204を真空排気した後、真空搬送室203内の真空搬送装置205により、ロードロック室204内のウエハWが取り出され、表面処理装置201および成膜装置202に順次搬送されて、真空に保持されたまま、ウエハWに対して表面処理および成膜処理が順次施される。処理後のウエハWは、真空搬送装置205によりロードロック室204に搬送され、搬送装置206によりキャリア207に戻される。

0099

制御部208は、表面処理装置201、成膜装置202、真空搬送装置205、搬送装置206等の各構成部を制御するCPU(コンピュータ)を有する主制御部と、入力装置(キーボード、マウス等)、出力装置(プリンタ等)、表示装置(ディスプレイ等)、記憶装置を有している。そして、記憶装置に処理レシピが記憶された記憶媒体をセットすることにより、主制御部は、記憶媒体から呼び出された処理レシピに基づいて成膜システム200に所定の動作を実行させる。これにより、CPU(コンピュータ)の制御下で、成膜システム200に所定の動作を実行させる。

0100

表面処理装置201は、枚葉式の真空装置として構成され、図18に示すように、密閉構造のチャンバー121を有している。チャンバー121の内部には、ウエハWを略水平にした状態で載置させる載置台122が設けられている。また、表面処理装置201は、チャンバー121にOおよびHを含む流体であるH2O2ガス(蒸気)を供給するガス供給機構123、およびチャンバー121内を排気する排気機構124を有している。

0101

チャンバー121の側壁部には、真空搬送室に対して搬送機構(図示せず)によりウエハWを搬入出する搬入出口125が設けられており、この搬入出口125はゲートバルブ126により開閉可能となっている。

0102

チャンバー121の天壁にはガス導入ノズル127が設けられており、ガス供給機構123からこのガス導入ノズル127を介してH2O2ガスがチャンバー121内に導入される。

0103

載置台122は、平面視略円形をなしており、チャンバー121の底部に固定されている。載置台122の内部には、載置台122の温度を調節する温調器128が設けられている。温調器128は温調媒体流路あるいはヒーターを有しており、温調媒体との熱交換またはヒーターによる加熱により載置台122の温度を所定の温度に温調するようになっている。

0104

ガス供給機構123は、OおよびHを含む流体であるH2O2ガス(蒸気)を供給するH2O2ガス供給源131と、H2O2ガス供給源131からガス導入ノズル127へH2O2ガス(蒸気)を供給する配管132と、配管132に設けられたマスフローコントローラ133および開閉バルブ134とを有している。OおよびHを含む流体としては、H2O2ガス(蒸気)の他に、O3+H2O蒸気、高温のH2O蒸気等を用いることができる。

0105

排気機構124は、チャンバー121の底部に接続された排気配管129に設けられており、チャンバー121内の圧力を制御するための自動圧力制御バルブおよびチャンバー121内を排気するための真空ポンプ等で構成されている。

0106

このように構成された表面処理装置201においては、まず、ゲートバルブ126を開放して真空搬送室203から真空搬送装置205によりウエハWを搬入し、載置台122上に載置する。そして、真空搬送装置205を退避させた後、ゲートバルブ126を閉じ、チャンバー121内を所定の減圧状態に保持するとともに、温調機構128により載置台122の温度を所定温度に制御する。

0107

この状態で、ガス供給機構123から、OおよびHを含む流体であるH2O2ガス(蒸気)を、ガス導入ノズル127を介してチャンバー121内に導入する。

0108

そして、チャンバー121内に供給されたH2O2ガス(蒸気)により、ウエハWのSiO2膜の表面へのシラノール基の形成が促進され、SiO2膜表面のほぼ全面にシラノール基を形成することができる。

0109

成膜装置202は、第1の例のTiN膜成膜用の成膜装置102、またはTiBN膜成膜用の成膜装置102′と同様に構成されている。

0110

そして、成膜装置202により、成膜装置102、102′と同様に、ALDによってTiN膜またはTiBN膜を成膜する。このとき、TiN膜が成膜されるSiO2膜の表面は、表面処理が施されて、反応サイトであるOHを含むシラノール基がSiO2膜表面のほぼ全面に形成されているので、ほぼ全面にTiを吸着させることができ、ピンホールが形成されることなく、TiN膜等をほぼ全面に均一に形成することができる。

0111

(第3の例)
図19は、成膜システムの第3の例を示す断面図である。
本例の成膜システム300は、表面処理装置と成膜装置とが一体となっており、一つのチャンバー内で真空処理により表面処理と成膜処理を行うシステムとして構成されている。

0112

この成膜システム300は、図14の成膜装置102に、OおよびHを含む流体であるH2O2ガス(蒸気)を供給する機構を付加したものであり、図14と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。

0113

成膜システム300は、処理ガス供給機構25′を有しており、処理ガス供給機構25′は、成膜装置102の処理ガス供給機構25が備えているTiCl4ガス供給源51と、NH3ガス供給源52と、第1N2ガス供給源53および第2N2ガス供給源54の他、H2O2ガス供給源56を有し、H2O2ガス供給源56からはH2O2ガス供給配管66が延びて合流配管69に合流している。H2O2ガス供給配管66には、マスフローコントローラ70および開閉バルブ71が設けられている。

0114

このように構成された成膜システム300においては、まず、ゲートバルブ27を開放してSiO2膜を有するウエハWを搬入し、サセプタ22上に載置し、搬送装置を退避させた後、ゲートバルブ27を閉じ、サセプタ22を処理位置まで上昇させる。そして、チャンバー21内を所定の減圧状態に保持するとともに、ヒーター31によりサセプタ22の温度を所定温度に制御する。

0115

そして、最初に、H2O2ガス供給源56からH2O2ガス供給配管66および合流配管69を介して処理空間44内にOおよびHを含む流体であるH2O2ガス(蒸気)を供給する。これにより、ウエハWのSiO2膜の表面へのシラノール基の形成が促進され、SiO2膜表面のほぼ全面にシラノール基を形成することができる。

0116

その後、排気機構47により排気しつつ、第1N2ガス供給源53および第2N2ガス供給源54から処理空間44内にN2ガスを供給して処理空間44内をパージし、次いで、第1N2ガス供給源53および第2N2ガス供給源54から処理空間44内にN2ガスを連続的に供給したままの状態で、TiCl4ガス供給配管61およびNH3ガス供給配管62の開閉バルブ71を交互に間欠的に開閉させることにより、処理空間44内へ、TiCl4ガスの供給→チャンバー内のパージ→NH3ガスの供給→チャンバー内のパージを繰り返し行うことができ、これにより、1原子層のTi層の吸着およびTi層の窒化を繰り返して所定膜厚のTiN膜を成膜する。これにより、上記第1の例および第2の例と同様に、TiN膜等をほぼ全面に均一に形成することができる。

0117

本実施形態では、同一チャンバー内で表面処理および成膜処理を行うことができるので、装置構成を簡略化できるとともに、処理のスループットを高めることができる。

0118

なお、図16のTiBN膜を成膜する成膜装置102′に、OおよびHを含む流体であるH2O2ガス(蒸気)を供給する機構を付加した構成の成膜システムであってもよい。また、OおよびHを含む流体としては、H2O2ガス(蒸気)の他に、O3+H2O蒸気、高温のH2O蒸気等を用いることができる。

0119

<他の適用>
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、下地膜がSiO2膜であり、成膜する膜がTiN膜、TiBN膜である場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、下地膜としては、表面にOHを含む基が形成可能なものであればよく、Al2O3膜、HfO2膜、ZrO2膜、Al2O3・ZrO2膜等の他の酸化膜を用いることができるし、また、被処理体としてシリコンウエハシリコン基板)を用い、シリコンを直接下地として用いてもよい。この場合もOHを含む基はシラノール基である。また、成膜する膜としては、下地の表面OHと反応する原料ガスを用いて成膜することができる金属含有膜であればよく、他のTi含有膜であってもよく、Al,W、Cu等の他の金属を含有する膜であってもよい。

0120

また、上記実施形態では、被処理体として半導体ウエハを用いた場合を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、ガラス基板セラミックス基板の上に下地膜が形成されたものであってもよい。

0121

1;シリコン基体
2;SiO2膜
3;被処理体
4;TiN膜またはTiBN膜
100,200,300;成膜システム
101,101′,201;表面処理装置
102,102′,202;成膜装置
103;キャリア搬送装置
104,208;制御部
203;真空搬送室
204;ロードロック室
205;真空搬送装置
W;半導体ウエハ(被処理体)

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

該当するデータがありません

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

該当するデータがありません

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ