(57)【要約】【課題】低抵抗な金属窒化膜を形成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、基板を収容する処理容器内に金属含有ガスを供給する第１工程と、前記処理容器内にパージガスを供給する第２工程と、前記処理容器内に窒素含有ガスを供給する第３工程と、前記処理容器内にパージガスを供給する第４工程と、を所定サイクル繰り返して、前記基板の上に金属窒化膜を形成する成膜方法であって、前記第４工程は、前記第１工程の前記金属含有ガスの流量以上の第１流量の第１のパージガスを供給する第１ステップと、前記第１流量よりも小さい第２流量の前記第１のパージガスを供給する、又は、前記第１のパージガスを供給しない第２ステップと、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容する処理容器内に金属含有ガスを供給する第１工程と、前記処理容器内にパージガスを供給する第２工程と、前記処理容器内に窒素含有ガスを供給する第３工程と、前記処理容器内にパージガスを供給する第４工程と、を所定サイクル繰り返して、前記基板の上に金属窒化膜を形成する成膜方法であって、
前記第４工程は、
前記第１工程の前記金属含有ガスの流量以上の第１流量の第１のパージガスを供給する第１ステップと、
前記第１流量よりも小さい第２流量の前記第１のパージガスを供給する、又は、前記第１のパージガスを供給しない第２ステップと、
を有する、
成膜方法。
【請求項２】
前記第４工程では、前記第２ステップの後、前記第１ステップが行われる、
請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
前記第４工程では、前記第１ステップの後、前記第２ステップが行われる、
請求項１に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記第１工程から前記第４工程の全ての工程において、前記処理容器内に第２のパージガスを常時供給する、
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】
前記第１のパージガスと前記第２のパージガスとは別のガス供給ラインから供給される、
請求項４に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記第２工程では、前記第１工程の前記金属含有ガスの流量以上の第３流量の前記第１のパージガスを供給する、
請求項４又は５に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記第２工程では、前記第１のパージガスを供給しない、
請求項４又は５に記載の成膜方法。
【請求項８】
前記金属含有ガスは、ＴｉＣｌ４ガスであり、
前記窒素含有ガスは、ＮＨ３ガスである、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項９】
前記金属窒化膜は、ＴｉＮ膜である、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項１０】
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に金属含有ガス、窒素含有ガス、及びパージガスを供給する処理ガス供給機構と、
前記処理ガス供給機構を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記処理容器内に金属含有ガスを供給する第１工程と、前記処理容器内にパージガスを供給する第２工程と、前記処理容器内に窒素含有ガスを供給する第３工程と、前記処理容器内にパージガスを供給する第４工程と、を所定サイクル繰り返す工程を実行し、
前記第４工程において、前記第１工程の前記金属含有ガスの流量以上の第１流量の第１のパージガスを供給する第１ステップと、前記第１流量よりも小さい第２流量の前記第１のパージガスを供給する、又は前記第１のパージガスを供給しない第２ステップと、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】
処理容器内にパージガスであるＮ２ガスを常時供給し、ＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３ガスを交互にかつ間欠的に供給することで、基板の上にＴｉＮ膜を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−７８４１８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、低抵抗な金属窒化膜を形成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、基板を収容する処理容器内に金属含有ガスを供給する第１工程と、前記処理容器内にパージガスを供給する第２工程と、前記処理容器内に窒素含有ガスを供給する第３工程と、前記処理容器内にパージガスを供給する第４工程と、を所定サイクル繰り返して、前記基板の上に金属窒化膜を形成する成膜方法であって、前記第４工程は、前記第１工程の前記金属含有ガスの流量以上の第１流量の第１のパージガスを供給する第１ステップと、前記第１流量よりも小さい第２流量の第１のパージガスを供給する、又は、前記第１のパージガスを供給しない第２ステップと、を有する。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、低抵抗な金属窒化膜を形成することができる。
【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】ＡＬＤプロセスのガス供給シーケンスの一例を示す図
【図３】ＡＬＤプロセスのガス供給シーケンスの別の例を示す図
【図４】ＡＬＤプロセスのガス供給シーケンスの更に別の例を示す図
【図５】ＡＬＤプロセスのガス供給シーケンスの比較例を示す図
【図６】ＡＬＤプロセスのガス供給シーケンスの別の比較例を示す図
【図７】ＴｉＮ膜の膜厚と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装置について説明する。図１は、成膜装置の構成例を示す概略図である。
【００１０】
図１に示されるように、成膜装置は、処理容器１、基板載置台２、シャワーヘッド３、排気部４、処理ガス供給機構５、制御装置６を有する。
【００１１】
処理容器１は、アルミニウム等の金属により構成され、略円筒状を有する。処理容器１の側壁には基板の一例である半導体ウエハ（以下「ウエハＷ」という。）を搬入又は搬出するための搬入出口１１が形成され、搬入出口１１はゲートバルブ１２で開閉可能となっている。処理容器１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１３が設けられている。排気ダクト１３には、内周面に沿ってスリット１３ａが形成されている。また、排気ダクト１３の外壁には排気口１３ｂが形成されている。排気ダクト１３の上面には処理容器１の上部開口を塞ぐように天壁１４が設けられている。天壁１４と排気ダクト１３の間はシールリング１５で気密にシールされている。
【００１２】
基板載置台２は、処理容器１内でウエハＷを水平に支持する。基板載置台２は、ウエハＷに対応した大きさの円板状をなし、支持部材２３に支持されている。基板載置台２は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス材料や、アルミニウムやニッケル基合金等の金属材料で構成されており、内部にウエハＷを加熱するためのヒータ２１が埋め込まれている。ヒータ２１は、ヒータ電源（図示せず）から給電されて発熱する。そして、基板載置台２の上面のウエハ載置面近傍に設けられた熱電対（図示せず）の温度信号によりヒータ２１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。
【００１３】
基板載置台２には、ウエハ載置面の外周領域、及び基板載置台２の側面を覆うようにアルミナ等のセラミックスからなるカバー部材２２が設けられている。
【００１４】
支持部材２３は、基板載置台２の底面中央から処理容器１の底壁に形成された孔部を貫通して処理容器１の下方に延び、その下端が昇降機構２４に接続されている。昇降機構２４により基板載置台２が支持部材２３を介して、図１で示す処理位置と、その下方の二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２３の処理容器１の下方には、鍔部２５が取り付けられており、処理容器１の底面と鍔部２５の間には、処理容器１内の雰囲気を外気と区画し、基板載置台２の昇降動作にともなって伸縮するベローズ２６が設けられている。
【００１５】
処理容器１の底面近傍には、昇降板２７ａ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２７が設けられている。ウエハ支持ピン２７は、処理容器１の下方に設けられた昇降機構２８により昇降板２７ａを介して昇降可能になっており、搬送位置にある基板載置台２に設けられた貫通孔２ａに挿通されて基板載置台２の上面に対して突没可能となっている。このようにウエハ支持ピン２７を昇降させることにより、ウエハ搬送機構（図示せず）と基板載置台２との間でウエハＷの受け渡しが行われる。
【００１６】
シャワーヘッド３は、処理容器１内に処理ガスをシャワー状に供給する。シャワーヘッド３は、金属製であり、基板載置台２に対向するように設けられており、基板載置台２とほぼ同じ直径を有する。シャワーヘッド３は、処理容器１の天壁１４に固定された本体部３１と、本体部３１の下に接続されたシャワープレート３２とを有する。本体部３１とシャワープレート３２との間にはガス拡散空間３３が形成されており、ガス拡散空間３３には、本体部３１及び処理容器１の天壁１４の中央を貫通するようにガス導入孔３６が設けられている。シャワープレート３２の周縁部には下方に突出する環状突起部３４が形成され、シャワープレート３２の環状突起部３４の内側の平坦面にはガス吐出孔３５が形成されている。
【００１７】
基板載置台２が処理位置に存在した状態では、シャワープレート３２と基板載置台２との間に処理空間３７が形成され、環状突起部３４と基板載置台２のカバー部材２２の上面が近接して環状隙間３８が形成される。
【００１８】
排気部４は、処理容器１の内部を排気する。排気部４は、排気ダクト１３の排気口１３ｂに接続された排気配管４１と、排気配管４１に接続された、真空ポンプや圧力制御バルブ等を有する排気機構４２とを備えている。処理に際しては、処理容器１内のガスはスリット１３ａを介して排気ダクト１３に至り、排気ダクト１３から排気部４の排気機構４２により排気配管４１を通って排気される。
【００１９】
処理ガス供給機構５は、原料ガス供給ラインＬ１、窒化ガス供給ラインＬ２、第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３、第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４、第１のフラッシュパージラインＬ５、及び第２のフラッシュパージラインＬ６を有する。
【００２０】
原料ガス供給ラインＬ１は、金属含有ガス、例えば、ＴｉＣｌ４ガスの供給源である原料ガス供給源Ｇ１から延び、合流配管Ｌ７に接続されている。合流配管Ｌ７は、ガス導入孔３６に接続されている。原料ガス供給ラインＬ１には、原料ガス供給源Ｇ１側から順に、マスフローコントローラＭ１、バッファタンクＴ１、及び開閉弁Ｖ１が設けられている。マスフローコントローラＭ１は、原料ガス供給ラインＬ１を流れるＴｉＣｌ４ガスの流量を制御する。バッファタンクＴ１は、ＴｉＣｌ４ガスを一時的に貯留し、短時間で必要なＴｉＣｌ４ガスを供給する。開閉弁Ｖ１は、原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）プロセスの際にＴｉＣｌ４ガスの供給・停止を切り替える。
【００２１】
窒化ガス供給ラインＬ２は、窒素含有ガス、例えば、ＮＨ３ガスの供給源である窒化ガス供給源Ｇ２から延び、合流配管Ｌ７に接続されている。窒化ガス供給ラインＬ２には、窒化ガス供給源Ｇ２側から順に、マスフローコントローラＭ２、バッファタンクＴ２、及び開閉弁Ｖ２が設けられている。マスフローコントローラＭ２は、窒化ガス供給ラインＬ２を流れるＮＨ３ガスの流量を制御する。バッファタンクＴ２は、ＮＨ３ガスを一時的に貯留し、短時間で必要なＮＨ３ガスを供給する。開閉弁Ｖ２は、ＡＬＤプロセスの際にＮＨ３ガスの供給・停止を切り替える。
【００２２】
第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３は、Ｎ２ガスの供給源であるＮ２ガス供給源Ｇ３から延び、原料ガス供給ラインＬ１に接続されている。これにより、第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３を介して原料ガス供給ラインＬ１側にＮ２ガスが供給される。第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３は、ＡＬＤ法による成膜中にＮ２ガスを常時供給し、ＴｉＣｌ４ガスのキャリアガスとして機能するとともに、パージガスとしての機能も有する。第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３には、Ｎ２ガス供給源Ｇ３側から順に、マスフローコントローラＭ３、開閉弁Ｖ３、及びオリフィスＦ３が設けられている。マスフローコントローラＭ３は、第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３を流れるＮ２ガスの流量を制御する。オリフィスＦ３は、バッファタンクＴ１、Ｔ５によって供給される比較的大きい流量のガスが第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３に逆流することを抑制する。
【００２３】
第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４は、Ｎ２ガスの供給源であるＮ２ガス供給源Ｇ４から延び、窒化ガス供給ラインＬ２に接続されている。これにより、第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４を介して窒化ガス供給ラインＬ２側にＮ２ガスを供給される。第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４は、ＡＬＤ法による成膜中にＮ２ガスを常時供給し、ＮＨ３ガスのキャリアガスとして機能するとともに、パージガスとしての機能も有する。第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４には、Ｎ２ガス供給源Ｇ４側から順に、マスフローコントローラＭ４、開閉弁Ｖ４、及びオリフィスＦ４が設けられている。マスフローコントローラＭ４は、第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４を流れるＮ２ガスの流量を制御する。オリフィスＦ４は、バッファタンクＴ２、Ｔ６によって供給される比較的大きい流量のガスが第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４に逆流することを抑制する。
【００２４】
第１のフラッシュパージラインＬ５は、Ｎ２ガスの供給源であるＮ２ガス供給源Ｇ５から延び、第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３に接続されている。これにより、第１のフラッシュパージラインＬ５及び第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３を介して原料ガス供給ラインＬ１側にＮ２ガスが供給される。第１のフラッシュパージラインＬ５は、ＡＬＤ法による成膜中のパージステップのときのみＮ２ガスを供給する。第１のフラッシュパージラインＬ５には、Ｎ２ガス供給源Ｇ５側から順に、マスフローコントローラＭ５、バッファタンクＴ５及び開閉弁Ｖ５が設けられている。マスフローコントローラＭ５は、第１のフラッシュパージラインＬ５を流れるＮ２ガスの流量を制御する。バッファタンクＴ５は、Ｎ２ガスを一時的に貯留し、短時間で必要なＮ２ガスを供給する。開閉弁Ｖ５は、ＡＬＤプロセスのパージの際にＮ２ガスの供給・停止を切り替える。
【００２５】
第２のフラッシュパージラインＬ６は、Ｎ２ガスの供給源であるＮ２ガス供給源Ｇ６から延び、第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４に接続されている。これにより、第２のフラッシュパージラインＬ６及び第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４を介して窒化ガス供給ラインＬ２側にＮ２ガスが供給される。第２のフラッシュパージラインＬ６は、ＡＬＤ法による成膜中のパージステップのときのみＮ２ガスを供給する。第２のフラッシュパージラインＬ６には、Ｎ２ガス供給源Ｇ６側から順に、マスフローコントローラＭ６、バッファタンクＴ６及び開閉弁Ｖ６が設けられている。マスフローコントローラＭ６は、第２のフラッシュパージラインＬ６を流れるＮ２ガスの流量を制御する。バッファタンクＴ６は、Ｎ２ガスを一時的に貯留し、短時間で必要なＮ２ガスを供給する。開閉弁Ｖ６は、ＡＬＤプロセスのパージの際にＮ２ガスの供給・停止を切り替える。
【００２６】
制御装置６は、成膜装置の各部の動作を制御する。制御装置６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を有する。ＣＰＵは、ＲＡＭ等の記憶領域に格納されたレシピに従って、所望の処理を実行する。レシピには、プロセス条件に対する装置の制御情報が設定されている。制御情報は、例えばガス流量、圧力、温度、プロセス時間であってよい。なお、レシピ及び制御装置６が使用するプログラムは、例えばハードディスク、半導体メモリに記憶されてもよい。また、レシピ等は、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で所定の位置にセットされ、読み出されるようにしてもよい。
【００２７】
〔成膜方法〕
本開示の一実施形態に係る成膜方法について、ＡＬＤプロセスにより、ウエハＷの上にＴｉＮ膜を形成する場合を例に挙げて説明する。
【００２８】
まず、処理容器１内にウエハＷを搬入する。具体的には、基板載置台２を搬送位置に下降させた状態でゲートバルブ１２を開く。続いて、搬送アーム（図示せず）によりウエハＷを、搬入出口１１を介して処理容器１内に搬入し、ヒータ２１により所定温度（例えば、３５０℃〜７００℃）に加熱された基板載置台２上に載置する。続いて、基板載置台２を処理位置まで上昇させ、処理容器１内を所定の真空度まで減圧する。その後、開閉弁Ｖ３，Ｖ４を開き、開閉弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５を閉じる。これにより、Ｎ２ガス供給源Ｇ３、Ｇ４から第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３及び第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４を経てＮ２ガスを処理容器１内に供給して圧力を上昇させ、基板載置台２上のウエハＷの温度を安定させる。このとき、バッファタンクＴ１内には、原料ガス供給源Ｇ１からＴｉＣｌ４ガスが供給されて、バッファタンクＴ１内の圧力は略一定に維持されている。
【００２９】
続いて、ＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３ガスとを用いたＡＬＤプロセスによりＴｉＮ膜を成膜する。
【００３０】
図２は、ＡＬＤプロセスのガス供給シーケンスの一例を示す図である。図２に示されるＡＬＤプロセスは、ＴｉＣｌ４ガスを供給する工程Ｓ１、Ｎ２ガスを供給する工程Ｓ２、ＮＨ３ガスを供給する工程Ｓ３、及びＮ２ガスを供給する工程Ｓ４を所定サイクル繰り返し、ウエハＷの上に所望の膜厚のＴｉＮ膜を形成するプロセスである。なお、図２では、１サイクルのみを示す。
【００３１】
ＴｉＣｌ４ガスを供給する工程Ｓ１は、ＴｉＣｌ４ガスを処理空間３７に供給する工程である。ＴｉＣｌ４ガスを供給する工程Ｓ１では、まず、開閉弁Ｖ３，Ｖ４を開いた状態で、Ｎ２ガス供給源Ｇ３，Ｇ４から、第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３及び第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４を経てＮ２ガス（連続Ｎ２ガス）を供給し続ける。また、開閉弁Ｖ１を開くことにより、原料ガス供給源Ｇ１から原料ガス供給ラインＬ１を経てＴｉＣｌ４ガスを処理容器１内の処理空間３７に供給する。このとき、ＴｉＣｌ４ガスは、バッファタンクＴ１に一旦貯留された後に処理容器１内に供給される。一実施形態では、ＴｉＣｌ４ガスを供給する工程Ｓ１において、ＴｉＣｌ４ガスの流量は３０ｓｃｃｍ〜３００ｓｃｃｍである。また、第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３及び第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４から供給するＮ２ガスの流量は、それぞれ０．３ｓｌｍ〜１０ｓｌｍである。また、ＴｉＣｌ４ガスを供給する工程Ｓ１の時間は、０．０３秒〜０．３秒である。
【００３２】
Ｎ２ガスを供給する工程Ｓ２は、処理空間３７の余剰のＴｉＣｌ４ガス等をパージする工程である。Ｎ２ガスを供給する工程Ｓ２では、第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３及び第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４を介してのＮ２ガス（連続Ｎ２ガス）の供給を継続した状態で、開閉弁Ｖ１を閉じてＴｉＣｌ４ガスの供給を停止する。これにより、処理空間３７の余剰のＴｉＣｌ４ガス等をパージする。一実施形態では、Ｎ２ガスを供給する工程Ｓ２において、第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３及び第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４から供給するＮ２ガスの流量は、それぞれ０．３ｓｌｍ〜１０ｓｌｍである。また、Ｎ２ガスを供給する工程Ｓ２の時間は、０．１秒〜０．５秒である。
【００３３】
ＮＨ３ガスを供給する工程Ｓ３は、ＮＨ３ガスを処理空間３７に供給する工程である。ＮＨ３ガスを供給する工程Ｓ３では、第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３及び第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４を介してのＮ２ガス（連続Ｎ２ガス）の供給を継続した状態で、開閉弁Ｖ２を開く。これにより、窒化ガス供給源Ｇ２から窒化ガス供給ラインＬ２を経てＮＨ３ガスを処理空間３７に供給する。このとき、ＮＨ３ガスは、バッファタンクＴ２に一旦貯留された後に処理容器１内に供給される。ＮＨ３ガスを供給する工程Ｓ３により、ウエハＷ上に吸着したＴｉＣｌ４が窒化される。このときのＮＨ３ガスの流量は、十分に窒化反応が生じる量とすることができる。一実施形態では、ＮＨ３ガスを供給する工程Ｓ３において、ＮＨ３ガスの流量は２ｓｌｍ〜１０ｓｌｍである。また、第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３及び第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４から供給するＮ２ガスの流量は、それぞれ０．３ｓｌｍ〜１０ｓｌｍである。また、ＮＨ３ガスを供給する工程Ｓ３の時間は、０．２秒〜３秒である。
【００３４】
Ｎ２ガスを供給する工程Ｓ４は、処理空間３７の余剰のＮＨ３ガスをパージする工程である。Ｎ２ガスを供給する工程Ｓ４では、ステップＳ４１を行い、次いでステップＳ４２を行う。
【００３５】
ステップＳ４１は、第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３及び第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４からＮ２ガスを供給し、第１のフラッシュパージラインＬ５及び第２のフラッシュパージラインＬ６からＮ２ガスを供給するステップである。ステップＳ４１では、第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３及び第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４を介してのＮ２ガス（連続Ｎ２ガス）の供給を継続した状態で、開閉弁Ｖ２を閉じて窒化ガス供給ラインＬ２からのＮＨ３ガスの供給を停止する。また、開閉弁Ｖ５，Ｖ６を開き、第１のフラッシュパージラインＬ５及び第２のフラッシュパージラインＬ６からもＮ２ガス（フラッシュパージＮ２ガス）を供給し、大流量のＮ２ガスにより、処理空間３７の余剰のＮＨ３ガスをパージする。このとき、フラッシュパージＮ２ガスは、バッファタンクＴ５およびＴ６に一旦貯留された後に処理容器１内に供給される。また、このとき、第１のフラッシュパージラインＬ５及び第２のフラッシュパージラインＬ６から供給されるＮ２ガス（フラッシュパージ）の合計の流量は、ＴｉＣｌ４ガスを供給する工程Ｓ１におけるＴｉＣｌ４ガスの流量以上である。言い換えると、ステップＳ４１において処理容器１内に供給されるフラッシュパージＮ２ガスと連続Ｎ２ガスの合計の流量は、工程Ｓ１において処理容器１内に供給されるＴｉＣｌ４ガスと連続Ｎ２ガスの合計の流量以上である。一実施形態では、第１のフラッシュパージラインＬ５及び第２のフラッシュパージラインＬ６から供給するＮ２ガスの流量は、それぞれ１ｓｌｍ〜５ｓｌｍである。また、第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３及び第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４から供給するＮ２ガスの流量は、それぞれ０．３ｓｌｍ〜１０ｓｌｍである。また、ステップＳ４１の時間は、０．０５秒〜０．２５秒である。
【００３６】
ステップＳ４２は、第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３及び第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４からＮ２ガスを供給する一方、第１のフラッシュパージラインＬ５及び第２のフラッシュパージラインＬ６からＮ２ガスを供給しないステップである。但し、ステップＳ４２では、ステップＳ４１において供給されるフラッシュパージＮ２ガスの流量よりも小さい流量のフラッシュパージＮ２ガスを供給してもよい。ステップＳ４２では、第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３及び第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４を介してのＮ２ガス（連続Ｎ２ガス）の供給を継続する。また、開閉弁Ｖ５，Ｖ６を閉じて第１のフラッシュパージラインＬ５及び第２のフラッシュパージラインＬ６を介してのＮ２ガス（フラッシュパージＮ２ガス）の供給を停止する。一実施形態では、第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３及び第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４から供給するＮ２ガスの流量は、それぞれ０．３ｓｌｍ〜１０ｓｌｍである。また、ステップＳ４２の時間は、０．０５秒〜０．２５秒である。
【００３７】
次に、ＡＬＤプロセスのガス供給シーケンスの別の例について説明する。図３は、ＡＬＤプロセスのガス供給シーケンスの別の例を示す図である。なお、図３では、１サイクルのみを示す。図３に示されるＡＬＤプロセスは、ＮＨ３ガスを供給する工程Ｓ３の後に、Ｎ２ガスを供給する工程Ｓ４に代えてＮ２ガスを供給する工程Ｓ４Ａを行う。なお、その他の工程については、図２に示されるＡＬＤプロセスと同様である。
【００３８】
Ｎ２ガスを供給する工程Ｓ４Ａでは、ステップＳ４２を行い、次いでステップＳ４１を行う。即ち、図３に示されるＡＬＤプロセスは、図２に示されるＡＬＤプロセスに対して、ステップＳ４１及びステップＳ４２を行う順番が逆である。
【００３９】
次に、ＡＬＤプロセスのガス供給シーケンスの更に別の例について説明する。図４は、ＡＬＤプロセスのガス供給シーケンスの更に別の例を示す図である。なお、図４では、１サイクルのみを示す。図４に示されるＡＬＤプロセスは、ＴｉＣｌ４ガスを供給する工程Ｓ１の後に、Ｎ２ガスを供給する工程Ｓ２に代えてＮ２ガスを供給する工程Ｓ２Ａを行う。なお、その他の工程については、図３に示されるＡＬＤプロセスと同様である。
【００４０】
Ｎ２ガスを供給する工程Ｓ２Ａでは、第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３及び第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４を介してのＮ２ガス（連続Ｎ２ガス）の供給を継続した状態で、開閉弁Ｖ１を閉じて原料ガス供給ラインＬ１からのＴｉＣｌ４ガスの供給を停止する。また、開閉弁Ｖ５，Ｖ６を開き、第１のフラッシュパージラインＬ５及び第２のフラッシュパージラインＬ６からもＮ２ガス（フラッシュパージＮ２ガス）を供給し、大流量のＮ２ガスにより、処理空間３７の余剰のＴｉＣｌ４ガスをパージする。このとき、フラッシュパージＮ２ガスは、バッファタンクＴ５およびＴ６に一旦貯留された後に処理容器１内に供給される。また、このとき、第１のフラッシュパージラインＬ５及び第２のフラッシュパージラインＬ６から供給されるＮ２ガス（フラッシュパージＮ２ガス）の合計の流量は、ＴｉＣｌ４ガスを供給する工程Ｓ１におけるＴｉＣｌ４ガスの流量以上である。一実施形態では、第１のフラッシュパージラインＬ５及び第２のフラッシュパージラインＬ６から供給するＮ２ガスの流量は、それぞれ１ｓｌｍ〜５ｓｌｍである。また、第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３及び第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４から供給するＮ２ガスの流量は、それぞれ０．３ｓｌｍ〜１０ｓｌｍである。また、Ｎ２ガスを供給する工程Ｓ２の時間は、０．０５秒〜０．２５秒である。
【００４１】
〔実施例〕
本開示の一実施形態に係る成膜方法により形成したＴｉＮ膜の抵抗率を評価した実施例について説明する。
【００４２】
（実施例１）
実施例１では、前述の図２に示されるＡＬＤプロセスによりウエハＷの上にＴｉＮ膜を形成した。即ち、工程Ｓ３の後、まず、第１のフラッシュパージラインＬ５及び第２のフラッシュパージラインＬ６からＮ２ガスを供給するステップＳ４１を行った。続いて、第１のフラッシュパージラインＬ５及び第２のフラッシュパージラインＬ６からＮ２ガスを供給しないステップＳ４２を行った。また、ウエハＷの上に形成したＴｉＮ膜の膜厚及び抵抗率を測定した。実施例１のプロセス条件は以下である。
【００４３】
ウエハ温度：４６０℃
処理容器内圧力：３Ｔｏｒｒ（４００Ｐａ）
１サイクルの時間：０．８５秒
（工程Ｓ１／工程Ｓ２／工程Ｓ３／工程Ｓ４＝０．０５秒／０．２秒／０．３秒／０．３秒、ステップＳ４１＝０．１秒〜０．２５秒、ステップＳ４２＝０．０５秒〜０．２秒）
ＴｉＣｌ４ガスの流量：５０ｓｃｃｍ
ＮＨ３ガスの流量：２．７ｓｌｍ
Ｎ２ガス（第１の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ３）：３ｓｌｍ
Ｎ２ガス（第２の連続Ｎ２ガス供給ラインＬ４）：３ｓｌｍ
Ｎ２ガス（第１のフラッシュパージラインＬ５）：１〜５ｓｌｍ
Ｎ２ガス（第２のフラッシュパージラインＬ６）：１〜５ｓｌｍ
サイクル数：１８２回
（実施例２）
実施例２では、前述の図３に示されるＡＬＤプロセスによりウエハＷの上にＴｉＮ膜を形成した。即ち、工程Ｓ３の後、まず、第１のフラッシュパージラインＬ５及び第２のフラッシュパージラインＬ６からＮ２ガスを供給しないステップＳ４２を行った。続いて、第１のフラッシュパージラインＬ５及び第２のフラッシュパージラインＬ６からＮ２ガスを供給するステップＳ４１を行った。実施例２のプロセス条件は、ステップＳ４１とステップＳ４２の順番が逆である点以外については実施例１と同様である。また、ウエハＷの上に形成したＴｉＮ膜の膜厚及び抵抗率を測定した。
【００４４】
（実施例３）
実施例３では、前述の図４に示されるＡＬＤプロセスによりウエハＷの上にＴｉＮ膜を形成した。即ち、実施例２の工程Ｓ２に代えて、第１のフラッシュパージラインＬ５及び第２のフラッシュパージラインＬ６からＮ２ガスを供給する工程Ｓ２Ａを行った。実施例３のプロセス条件は、工程Ｓ１の後に、第１のフラッシュパージラインＬ５及び第２のフラッシュパージラインＬ６からＮ２ガスを供給する工程Ｓ２Ａを行った点以外については実施例２と同様である。工程Ｓ２Ａにおける第１のフラッシュパージラインＬ５及び第２のフラッシュパージラインＬ６から供給されるＮ２ガスの流量は、それぞれ１〜５ｓｌｍ、１〜５ｓｌｍ、例えば、３ｓｌｍである。また、ウエハＷの上に形成したＴｉＮ膜の膜厚及び抵抗率を測定した。
【００４５】
（比較例１）
比較例１では、図５に示すように工程Ｓ３の後に行われるＮ２ガスを供給する工程の全ての時間において、第１のフラッシュパージラインＬ５及び第２のフラッシュパージラインＬ６からＮ２ガスを供給する工程Ｓ４Ｘを行った。なお、ウエハ温度、処理容器内圧力、１サイクルの時間、ＴｉＣｌ４ガス、ＮＨ３ガス、及びＮ２ガスの流量は、実施例１と同様である。また、ウエハＷの上に形成したＴｉＮ膜の膜厚及び抵抗率を測定した。
【００４６】
（比較例２）
比較例２では、図６に示すように工程Ｓ１及び工程Ｓ３の後に行われるＮ２ガスを供給する工程の全ての時間において、第１のフラッシュパージラインＬ５及び第２のフラッシュパージラインＬ６からＮ２ガスを供給した。即ち、比較例２では、実施例３における工程４Ａに代えて前述の工程４Ｘを行った。なお、ウエハ温度、処理容器内圧力、１サイクルの時間、ＴｉＣｌ４ガス、ＮＨ３ガス、及びＮ２ガスの流量は、実施例１と同様である。また、ウエハＷの上に形成したＴｉＮ膜の膜厚及び抵抗率を測定した。
【００４７】
（評価結果）
図７は、ＴｉＮ膜の膜厚と抵抗率との関係を示す図であり、実施例１〜３及び比較例１〜２で形成したＴｉＮ膜の膜厚と抵抗率との関係を示す。図７中、膜厚を横軸に示し、抵抗率を縦軸に示す。図７の実線αは、工程Ｓ１及び工程Ｓ３の後に行われるＮ２ガスを供給する工程において、フラッシュパージＮ２ガスを供給しなかった場合に、サイクル数を調整して膜厚を変化させたときの抵抗率の変化を示す。
【００４８】
図７に示されるように、ＴｉＮ膜の膜厚が薄い場合、サイクル数を少なくして膜厚を薄くすると、抵抗率が大きくなる（実線αを参照）。比較例１〜２では、工程Ｓ１及び工程Ｓ３の後に行われるＮ２ガスを供給する工程において、フラッシュパージＮ２ガスを供給しなかった場合（実線αを参照）と略同一の抵抗率であることが分かる。
【００４９】
これに対して、実施例１〜３では、工程Ｓ１及び工程Ｓ３の後に行われるＮ２ガスを供給する工程において、フラッシュパージＮ２ガスを供給しなかった場合（実線αを参照）と比較して、ＴｉＮ膜の抵抗率が小さくなっていることが分かる。実施例２及び実施例３では、ＴｉＮ膜の抵抗率が特に小さくなっていることが分かる。
【００５０】
以上の実施例１〜３及び比較例１、２の結果から、工程Ｓ４が、ステップＳ４１と、ステップＳ４２Ｓ４１とを有することで、低抵抗なＴｉＮ膜を形成できると言える。
【００５１】
また、実施例１，２の結果から、工程Ｓ４では、ステップＳ４２の後、ステップＳ４１を行うことで、より低抵抗なＴｉＮ膜を形成することができると言える。
【００５２】
以上に説明したように、本開示の一実施形態によれば、ウエハＷを収容する処理容器１内にＴｉＣｌ４ガスを供給する工程Ｓ１と、処理容器１内にＮ２ガスを供給する工程Ｓ２と、処理容器１内にＮＨ３ガスを供給する工程Ｓ３と、処理容器１内にＮ２ガスを供給する工程Ｓ４と、を所定サイクル繰り返して、ウエハＷの上にＴｉＮ膜を形成する。そして、工程Ｓ４は、第１工程Ｓ１のＴｉＣｌ４ガスの流量以上の第１流量のフラッシュパージＮ２ガスガスを供給するステップＳ４１と、第１流量よりも小さい第２流量のフラッシュパージＮ２ガスを供給する、又は、フラッシュパージＮ２ガスを供給しないステップＳ４２と、を有する。これにより、処理容器１内に残留する塩素濃度を低減し、ＴｉＮ膜の抵抗率を低減することができる。
【００５３】
ところで、従来では、処理容器内に処理ガス（例えば、ＴｉＣｌ４ガス、ＮＨ３ガス）を供給した後、可能な限り多くのＮ２ガスを処理容器内に供給することが、処理ガスをパージガスに置換する効率（以下「パージ効率」という。）を最大化すると考えられていた。そのため、処理ガスを供給した直後にフラッシュパージＮ２ガスが導入されていた。しかしながら、フラッシュパージＮ２ガスにより処理ガスが却って残留しやすくなり、成膜モードがＡＬＤモードからＣＶＤモードに移行し、抵抗率が大きくなる場合がある。
【００５４】
なお、上記の実施形態において、工程Ｓ１は第１工程の一例であり、工程Ｓ２は第２工程の一例であり、工程Ｓ３は第３工程の一例であり、工程Ｓ４は第４工程の一例である。また、ＴｉＣｌ４ガスは金属含有ガスの一例であり、ＮＨ３ガスは窒化ガスの一例であり、Ｎ２ガスはパージガスの一例であり、ＴｉＮ膜は金属窒化膜の一例である。また、フラッシュパージＮ２ガスは第１のパージガスの一例であり、連続Ｎ２ガスは第２のパージガスの一例である。
【００５５】
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。
【００５６】
上記の実施形態では、金属含有ガスとしてＴｉＣｌ４ガスを例示したが、これに限定されず、種々の金属含有ガスを用いることができる。例えば、金属含有ガスとしてＴａＣｌ４ガスを用いることで、ＴａＮ膜を形成することができる。また、窒化ガスとしてＮＨ３ガスを例示したが、これに限定されず、例えばＮ２Ｈ４等、種々の窒化ガスを用いることができる。
【００５７】
また、上記の実施形態では、金属窒化膜の一例としてＴｉＮ膜を形成する場合を説明したが、これに限定されず、例えばＴａＮ膜、ＴｉＳｉＮ膜を形成する場合にも上記の成膜方法を適用することができる。ＴｉＳｉＮ膜を形成する場合、例えばＴｉ含有ガスと窒化ガスとパージを挟んで交互に繰り返す工程と、Ｓｉ含有ガスと窒化ガスとをパージを挟んで交互に繰り返す工程と、所定回数行えばよい。この場合、Ｔｉ含有ガスと窒化ガスとパージを挟んで交互に繰り返す工程において、上記の成膜方法を適用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１    処理容器
５    処理ガス供給機構
６    制御装置
Ｗ    ウエハ
【図１】
2020026571.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2020026571.tif 000007
【図６】
2020026571.tif 000008
【図７】
2020026571.tif 000009