(57)【要約】【課題】短時間で金属含有膜の上に面内均一性よくシリコン膜を成膜することができる技術を提供する。【解決手段】本開示の一態様による成膜方法は、処理容器内に収容され、金属含有膜（但し、金属酸化膜を除く）が形成された基板にフッ化水素ガスを供給し、前記金属含有膜の表面の自然酸化膜を除去する除去工程と、前記除去工程の後、前記処理容器内にシリコン含有ガスを供給し、前記金属含有膜の上にシリコン膜を成膜する成膜工程と、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内に収容され、金属含有膜（但し、金属酸化膜を除く）が形成された基板にフッ化水素ガスを供給し、前記金属含有膜の表面の自然酸化膜を除去する除去工程と、
前記除去工程の後、前記処理容器内にシリコン含有ガスを供給し、前記金属含有膜の上にシリコン膜を成膜する成膜工程と、
を有する、
成膜方法。
【請求項２】
前記除去工程は、３００℃以上の温度で行われる、
請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
前記除去工程と前記成膜工程とは、略同一の温度で行われる、
請求項１又は２に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記除去工程の前に、前記処理容器内に基板を搬入する搬入工程を更に有し、
前記搬入工程は、前記成膜工程と略同一の温度で行われる、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項５】
前記除去工程では、フッ化水素ガスのプラズマを生成しない、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記金属含有膜は、窒化チタン膜である、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記シリコン含有ガスは、ジシランガスである、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項８】
金属含有膜（但し、金属酸化膜を除く）が形成された基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内にフッ化水素ガスを供給するエッチングガス供給部と、
前記処理容器内にシリコン含有ガスを供給する成膜ガス供給部と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記基板にフッ化水素ガスを供給し、前記金属含有膜の表面の自然酸化膜を除去する除去工程と、
前記除去工程の後、前記処理容器内にシリコン含有ガスを供給し、前記金属含有膜の上にシリコン膜を成膜する成膜工程と、
を実行する、
成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、成膜方法及び成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
第１金属膜（ＴｉＮ膜）の上に第２金属膜（Ａｌ膜）を形成する際、第１金属膜の表面をＨＦ水溶液により洗浄処理し、第２金属膜が吸着しやすい状態を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１９０４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、短時間で金属含有膜の上に面内均一性よくシリコン膜を成膜することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様による成膜方法は、処理容器内に収容され、金属含有膜（但し、金属酸化膜を除く）が形成された基板にフッ化水素ガスを供給し、前記金属含有膜の表面の自然酸化膜を除去する除去工程と、前記除去工程の後、前記処理容器内にシリコン含有ガスを供給し、前記金属含有膜の上にシリコン膜を成膜する成膜工程と、を有する。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、短時間で金属含有膜の上に面内均一性よくシリコン膜を成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】成膜装置の構成例を示す概略図
【図２】図１の成膜装置の処理容器の説明図
【図３】成膜方法の一例を示すフローチャート
【図４】成膜方法の一例を示す工程断面図
【図５】シリコン膜の膜厚の面内均一性の説明図
【図６】金属含有膜の上にシリコン膜を成膜する場合の処理時間の説明図
【図７】エッチング温度とＴｉＮ膜のエッチング量との関係を示す図
【図８】エッチング温度とＴｉＮ膜の抵抗率との関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。
【０００９】
（成膜装置）
本開示の一実施形態に係る成膜方法を実施することができる成膜装置について、多数枚の基板に対して一括で熱処理を行うバッチ式の縦型熱処理装置を例に挙げて説明する。但し、成膜装置は、縦型熱処理装置に限定されるものではなく、種々の装置であってよい。例えば、成膜装置は、基板を１枚ずつ処理する枚葉式の装置であってもよい。また、例えば処理容器内の回転テーブルの上に配置した複数枚の基板を回転テーブルにより公転させ、原料ガスが供給される領域と、原料ガスと反応する反応ガスが供給される領域とを順番に通過させて基板上に成膜するセミバッチ式の装置であってもよい。
【００１０】
図１は、成膜装置の構成例を示す概略図である。図２は、図１の成膜装置の処理容器の説明図である。
【００１１】
図１に示されるように、成膜装置１は、基板である半導体ウエハ（以下「ウエハＷ」という。）を収容する処理容器３４を有する。
【００１２】
処理容器３４は、下端が開放された有天井の円筒形状の内管４４と、下端が開放されて内管４４の外側を覆う有天井の円筒形状の外管４６とを有する。内管４４及び外管４６は、石英等の耐熱性材料により形成されており、同軸状に配置されて二重管構造となっている。
【００１３】
内管４４の天井部は、例えば平坦になっている。内管４４の一側には、その長手方向（上下方向）に沿ってガス供給管を収容するノズル収容部４８が形成されている。例えば図２に示されるように、内管４４の側壁の一部を外側へ向けて突出させて凸部５０を形成し、凸部５０内をノズル収容部４８として形成している。ノズル収容部４８に対向させて内管４４の反対側の側壁には、その長手方向（上下方向）に沿って幅Ｌ１の矩形状の開口５２が形成されている。
【００１４】
開口５２は、内管４４内のガスを排気できるように形成されたガス排気口である。開口５２の長さは、ウエハボート３８の長さと同じであるか、又は、ウエハボート３８の長さよりも長く上下方向へそれぞれ延びるようにして形成されている。即ち、開口５２の上端は、ウエハボート３８の上端に対応する位置以上の高さに延びて位置され、開口５２の下端は、ウエハボート３８の下端に対応する位置以下の高さに延びて位置されている。
【００１５】
処理容器３４の下端は、例えばステンレス鋼により形成される円筒形状のマニホールド５４によって支持されている。マニホールド５４の上端にはフランジ部５６が形成されており、フランジ部５６上に外管４６の下端を設置して支持するようになっている。フランジ部５６と外管４６との下端との間にはＯリング等のシール部材５８を介在させて外管４６内を気密状態にしている。
【００１６】
マニホールド５４の上部の内壁には、円環状の支持部６０が設けられており、支持部６０上に内管４４の下端を設置してこれを支持するようになっている。マニホールド５４の下端の開口には、蓋体３６がＯリング等のシール部材６２を介して気密に取り付けられており、処理容器３４の下端の開口、即ち、マニホールド５４の開口を気密に塞ぐようになっている。蓋体３６は、例えばステンレス鋼により形成される。
【００１７】
蓋体３６の中央部には、磁性流体シール部６４を介して回転軸６６が貫通させて設けられている。回転軸６６の下部は、ボートエレベータよりなる昇降手段６８のアーム６８Ａに回転自在に支持されている。
【００１８】
回転軸６６の上端には回転プレート７０が設けられており、回転プレート７０上に石英製の保温台７２を介してウエハＷを保持するウエハボート３８が載置されるようになっている。従って、昇降手段６８を昇降させることによって蓋体３６とウエハボート３８とは一体として上下動し、ウエハボート３８を処理容器３４内に対して挿脱できるようになっている。ウエハボート３８は、多数枚のウエハＷを所定の間隔で保持する基板保持具である。
【００１９】
ガス供給手段４０は、マニホールド５４に設けられており、内管４４内へ成膜ガス、エッチングガス、パージガス等のガスを導入する。ガス供給手段４０は、複数（例えば３本）の石英製のガス供給管７６、７８、８０を有している。各ガス供給管７６、７８、８０は、内管４４内にその長手方向に沿って設けられると共に、その基端がＬ字状に屈曲されてマニホールド５４を貫通するようにして支持されている。
【００２０】
ガス供給管７６、７８、８０は、図２に示されるように、内管４４のノズル収容部４８内に周方向に沿って一列になるように設置されている。各ガス供給管７６、７８、８０には、その長手方向に沿って所定の間隔で複数のガス孔７６Ａ、７８Ａ、８０Ａが形成されており、各ガス孔７６Ａ、７８Ａ、８０Ａより水平方向に向けて各ガスを放出できるようになっている。所定の間隔は、例えばウエハボート３８に支持されるウエハＷの間隔と同じになるように設定される。また、高さ方向の位置は、各ガス孔７６Ａ、７８Ａ、８０Ａが上下方向に隣り合うウエハＷ間の中間に位置するように設定されており、各ガスをウエハＷ間の空間部に効率的に供給できるようになっている。一実施形態では、ガス供給管７６は成膜ガスを供給する成膜ガス供給部を構成し、ガス供給管７８はエッチングガスを供給するエッチングガス供給部を構成し、ガス供給管８０はパージガスを供給するパージガス供給部を構成する。成膜ガス、エッチングガス、及びパージガスは、流量が制御されて必要に応じて処理容器３４内に供給される。
【００２１】
マニホールド５４の上部の側壁であって、支持部６０の上方には、ガス出口８２が形成されており、内管４４と外管４６との間の空間部８４を介して開口５２より排出される内管４４内のガスを排気できるようになっている。ガス出口８２には、排気手段４１が設けられる。排気手段４１は、ガス出口８２に接続された排気通路８６を有しており、排気通路８６には、圧力調整弁８８及び真空ポンプ９０が順次介設されて、処理容器３４内を真空引きできるようになっている。
【００２２】
外管４６の外周側には、外管４６を覆うように円筒形状の加熱手段４２が設けられている。加熱手段４２は、処理容器３４内に収容されるウエハＷを加熱する。
【００２３】
成膜装置１の各部の動作は、例えばコンピュータ等の制御部９５により制御される。また、成膜装置１の各部の動作を行うコンピュータのプログラムは、記憶媒体９６に記憶されている。記憶媒体９６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、フラッシュメモリ、ＤＶＤ等であってよい。
【００２４】
（成膜方法）
本開示の一実施形態に係る成膜方法について、上記の成膜装置１により、基板上に形成された金属含有膜の上にアモルファスシリコン膜（以下、単に「シリコン膜」という。）を成膜する場合を例に挙げて説明する。以下の成膜方法は、制御部９５が成膜装置１の各部の動作を制御することにより実行される。図３は、成膜方法の一例を示すフローチャートである。図４は、成膜方法の一例を示す工程断面図である。
【００２５】
最初に、図４（ａ）に示されるように、表面に金属含有膜１０２が形成された基板１０１を準備する。基板１０１は、例えばシリコンウエハ等の半導体ウエハであってよい。金属含有膜１０２は、金属酸化膜を除く膜であり、例えば金属膜、金属窒化膜、金属シリサイド膜であってよい。金属膜としては、例えばチタン膜、ニッケル膜、タングステン膜が挙げられる。金属窒化膜としては、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）膜が挙げられる。金属シリサイド膜としては、例えばニッケルシリサイド膜が挙げられる。
【００２６】
続いて、加熱手段４２により所定の温度に加熱された処理容器３４内に基板１０１を搬入する（搬入工程Ｓ１）。一実施形態では、まず、昇降手段６８により多数枚の基板１０１を保持したウエハボート３８を、所定の温度に加熱された処理容器３４の内部に搬入し、蓋体３６により処理容器３４の下端の開口部を気密に塞ぎ密閉する。続いて、排気手段４１により処理容器３４の内部の圧力が所定の圧力となるように真空引きを行う。所定の温度は、後述する成膜工程Ｓ３と略同一の温度であってよく、例えば３００℃以上とすることができる。略同一とは、厳密に同一である場合、及び実質的に同一であると評価される場合を含む意味である。処理容器３４内に基板１０１を搬入するときの温度を成膜工程Ｓ３と略同一の温度にすることで、基板１０１を搬入した後に成膜温度まで昇温するステップが不要となるため、処理時間を短縮できる。なお、成膜工程Ｓ３と略同一の温度で処理容器３４内に基板１０１を搬入する場合、室温等の低温で処理容器３４内に基板１０１を搬入する場合と比較して金属含有膜１０２の表面が酸化されて自然酸化膜である金属酸化膜１０３が形成されやすい。金属酸化膜１０３は、例えば図４（ａ）に示されるように、基板１０１の中央部に形成されず、基板１０１の周縁部に形成されるといったように、金属含有膜１０２の表面の一部の領域に形成される場合がある。
【００２７】
続いて、所定の温度に維持された処理容器３４内に、ガス供給管７８からエッチングガスであるフッ化水素（ＨＦ）ガスを供給し、図４（ｂ）に示されるように、金属含有膜１０２の表面の金属酸化膜１０３を除去する（除去工程Ｓ２）。一実施形態では、ウエハボート３８を回転させながら除去工程Ｓ２を行う。除去工程Ｓ２においては、金属酸化膜１０３だけではなく、金属含有膜１０２もエッチングされる虞があるため、フッ素ガスを使用しない。また、除去工程Ｓ２においては、金属含有膜１０２がエッチングされる虞があるため、フッ化水素ガスのプラズマを生成しない。
【００２８】
続いて、所定の温度に維持された処理容器３４内に、ガス供給管７６からシリコン含有ガスを供給し、図４（ｃ）に示されるように、金属含有膜１０２の上にシリコン膜１０４を成膜する（成膜工程Ｓ３）。一実施形態では、ウエハボート３８を回転させながら成膜工程Ｓ３を行う。このとき、除去工程Ｓ２において金属含有膜１０２の表面の金属酸化膜１０３が除去されているので、金属含有膜１０２の表面の全体においてシリコン膜のインキュベーションタイムが同一である。そのため、金属含有膜１０２の表面の全体においてシリコン膜の成長速度に差が生じず、面内均一性よくシリコン膜１０４を成膜することができる。シリコン含有ガスは、例えばモノシラン（ＳｉＨ４）ガス、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガスであってよい。なお、金属含有膜１０２の表面の一部の領域に金属酸化膜１０３が残存している場合には、金属含有膜１０２が露出している領域と、金属含有膜１０２が金属酸化膜１０３で覆われている領域とで、シリコン膜のインキュベーションタイムに差が生じる。そのため、シリコン膜１０４の成長速度が基板１０１の面内において不均一になり、シリコン膜１０４の膜厚の面内均一性が悪くなる。例えば、図５に示されるように、金属含有膜１０２の表面の中央部に金属酸化膜１０３が存在せず、金属含有膜１０２の表面の周縁部に金属酸化膜１０３が存在する場合、シリコン膜１０４の膜厚が中央部で厚くなり周縁部で薄くなる。なお、図５は、シリコン膜の膜厚の面内均一性の説明図である。
【００２９】
（作用・効果）
本開示の一実施形態に係る成膜方法によって奏される作用・効果について説明する。図６は、金属含有膜１０２の上にシリコン膜１０４を成膜する場合の処理時間の説明図である。図６の上段には、前述した一実施形態に係る成膜方法により金属含有膜１０２の上にシリコン膜１０４を成膜する場合のウエハ温度及びガス供給シーケンスを示す（実施例）。図６の下段には、従来の成膜方法により金属含有膜１０２の上にシリコン膜１０４を成膜する場合のウエハ温度及びガス供給シーケンスを示す（比較例）。
【００３０】
実施例では、まず、処理容器３４内にパージガスである窒素（Ｎ２）ガスを供給しながら、第１温度Ｔ１に加熱された処理容器３４内に基板１０１を搬入する。第１温度Ｔ１は、シリコン膜１０４を成膜するときの温度である。続いて、処理容器３４内を密閉し、処理容器３４内の温度を安定化させる。続いて、処理容器３４内を第１温度Ｔ１に維持した状態で、処理容器３４内にエッチングガスであるフッ化水素（ＨＦ）ガスを供給し、金属含有膜１０２の表面の金属酸化膜１０３を除去する。フッ化水素ガスを供給する時間は、例えば１分〜２分である。なお、フッ化水素ガスによる金属酸化膜１０３の除去は、処理容器３４内の温度の安定化と同時に行ってもよい。続いて、処理容器３４内を第１温度Ｔ１に維持した状態で、処理容器３４内に成膜ガスであるジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガスを供給して金属含有膜１０２の上にシリコン膜１０４を成膜する。その後、処理容器３４内にパージガスである窒素（Ｎ２）ガスを供給して処理容器３４内のジシランガスを窒素ガスに置換する。
【００３１】
一方、比較例では、まず、金属含有膜１０２の表面に金属酸化膜１０３が形成されることを抑制するために、処理容器３４内にパージガスである窒素（Ｎ２）ガスを供給しながら、第１温度Ｔ１よりも低い第２温度Ｔ２の処理容器３４内にウエハＷを搬入する。続いて、処理容器３４内を密閉した状態で、処理容器３４内に水素（Ｈ２）ガスを供給しながら、処理容器３４内を第２温度Ｔ２から第１温度Ｔ１に昇温し、処理容器３４内の温度を安定化させる。続いて、実施例と同様に、処理容器３４内を第２温度Ｔ２に維持した状態で、処理容器３４内に成膜ガスであるジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガスを供給して金属含有膜１０２の上にシリコン膜１０４を成膜する。その後、処理容器３４内にパージガスである窒素（Ｎ２）ガスを供給して処理容器３４内のジシランガスを窒素ガスに置換する。
【００３２】
ところで、第１温度Ｔ１が４００℃、第２温度Ｔ２が３００℃である場合、実施例における搬入、温度安定化、及び金属酸化膜１０３の除去に要する時間は例えば５０分〜７０分である。これに対し、比較例における搬入、昇温及び温度安定化に要する時間は、例えば８０分〜１００分である。なお、搬入、成膜、及びパージに要する時間は、実施例と比較例とにおいて同様である。そのため、実施例では、比較例に対して、金属含有膜１０２の上にシリコン膜１０４を成膜する場合の処理時間を３０分〜５０分短縮できる。
【００３３】
次に、表面に金属含有膜１０２の一例である窒化チタン膜が形成されたウエハＷを、それぞれ５０℃、２００℃、３００℃、４００℃に加熱した状態で、フッ化水素ガスを１０分間供給したときの窒化チタン膜のエッチング量及び抵抗率を測定した。
【００３４】
図７は、エッチング温度と窒化チタン膜のエッチング量との関係を示す図である。図７中、横軸はエッチング温度（℃）を示し、縦軸は窒化チタン膜のエッチング量（ｎｍ）を示す。
【００３５】
図７に示されるように、ウエハＷの温度が５０℃、２００℃、３００℃、４００℃の何れの場合においても、窒化チタン膜がエッチングされていないことが分かる。このことから、除去工程Ｓ２においてフッ化水素ガスを用いて、ウエハＷの温度を５０℃〜４００℃の範囲に制御することで、金属含有膜１０２をエッチングすることなく、金属酸化膜１０３を選択的にエッチングできると考えられる。
【００３６】
図８は、エッチング温度と窒化チタン膜の抵抗率との関係を示す図である。図８中、横軸はエッチング温度（℃）を示し、縦軸は窒化チタン膜の抵抗率（ｍΩｃｍ）を示し、直線αはフッ化水素ガスを供給する前の窒化チタン膜の抵抗率を示す。
【００３７】
図８に示されるように、ウエハＷの温度を５０℃、２００℃、３００℃、４００℃に設定した場合、窒化チタン膜の抵抗率はいずれもフッ化水素ガスを供給する前の抵抗率よりも小さくなっていることが分かる。これは、窒化チタン膜の表面に形成された自然酸化膜がフッ化水素ガスと反応して除去されたからであると推察される。このことから、除去工程Ｓ２においてフッ化水素ガスを用いて、ウエハＷの温度を５０℃〜４００℃の範囲に制御することで、金属含有膜１０２の表面に形成された金属酸化膜１０３を除去できると考えられる。
【００３８】
以上に説明したように、一実施形態に係る成膜方法によれば、シリコン膜１０４を成膜する直前に、同一の処理容器３４内において金属含有膜１０２の表面の金属酸化膜１０３を除去する。これにより、ウエハＷを搬入するときに自然酸化膜が生じてもシリコン膜１０４を成膜する前に自然酸化膜を除去できる。そのため、ウエハＷを処理容器３４内に搬入するときの温度を、シリコン膜１０４を成膜する温度（例えば、３００℃以上）と略同一の温度とすることが可能となる。その結果、処理容器３４内にウエハＷを搬入した後に昇温する必要がないため、昇温に要する時間を省略でき、ウエハＷの表面に形成された金属含有膜１０２の上にシリコン膜１０４を成膜するのに要する処理時間を短縮できる。
【００３９】
また、金属酸化膜１０３が表面に形成されていない金属含有膜１０２の上にシリコン膜１０４を成膜することができるので、ウエハＷの面内におけるシリコン膜１０４の成長速度に差が生じにくい。その結果、シリコン膜１０４の面内均一性を向上させることができる。
【００４０】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
【００４１】
上記の実施形態では、基板がウエハである場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、基板はフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ：Flat Panel Display)用の大型基板、ＥＬ素子又は太陽電池用の基板であってもよい。
【符号の説明】
【００４２】
３４    処理容器
７６    ガス供給管
７８    ガス供給管
９５    制御部
１０１  基板
１０２  金属含有膜
１０３  金属酸化膜
１０４  シリコン膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020015951.tif 000008
【図７】
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【図８】
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