(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板保持体上に配置された基板の周囲に、前記基板の外周縁部を覆うように配置されたリング状部材を設け、成膜工程時に前記基板保持体と前記リング状部材との間の隙間を通して不活性ガスを前記基板の外周縁付近に吹き出すようにしたＣＶＤ装置において、
前記リング状部材は、少なくとも２つの板状部材を隙間を設けて重ねて構成され、前記２つの板状部材の間の前記隙間を通して不活性ガスを前記基板の外周縁付近に吹き出すようにしたことを特徴とするＣＶＤ装置。
【請求項２】
下側の前記板状部材の上部表面は、上側の前記板状部材によって覆われることを特徴とする請求項１記載のＣＶＤ装置。
【請求項３】
前記不活性ガスは前記リング状部材の内縁の円周に沿って均一に吹き出すようにしたことを特徴とする請求項１記載のＣＶＤ装置。
【請求項４】
前記不活性ガスは、ヘリウムガス、アルゴンガス、キセノンガス、クリプトンガスのうちいずれかであることを特徴とする請求項１記載のＣＶＤ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＣＶＤ装置に関し、特に、ＣＶＤ法（化学的気相成長法）により基板表面にタングステン、窒化チタン、銅等の薄膜を形成する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年半導体の高集積化が進むにつれ、その製造方法も変化しつつある。特に配線材料（例えばＡｌ，Ｔｉ，ＴｉＮなど）の薄膜形成は、これまでスパッタリング法によって行われてきたが、微細ホール部分の埋込みはホール径が縮小し、その径に対する深さの比（アスペクト比）が１を超えた段階でのスパッタリング法による埋込みが非常に困難となってきた。その結果、ホール部分で断線が起こりやすく、デバイスの信頼性を維持することが難しくなっている。
【０００３】
現在、微細ホール埋設を巡ってＣＶＤ法による薄膜形成、とりわけタングステン（Ｗ）薄膜が注目されている。このＣＶＤ法によれば集積度が１６Ｍ（メガ）以降のデバイス中に使用されるアスペクト比２以上のホールにおいても良好な段差被覆性で薄膜を形成することができ、デバイスの信頼性を大幅に向上することが可能となる。
【０００４】
図２を参照して従来のタングステン膜形成用ＣＶＤ装置を説明する。図２は当該ＣＶＤ装置の要部構造を示す。図示されない真空ポンプで排気されて内部が減圧状態になっている反応容器１１内の反応室１２に設置された基板保持体１３上に基板１４が配置される。基板保持体１３は、反応容器１１の下壁１５に気密に取り付けられた石英窓１６を通して加熱ランプ１７により光照射によって加熱される。基板１４は、基板保持体１３からの熱伝導によって加熱される。基板１４の温度制御は、基板保持体１３の温度が熱電対１８によって測定され、その測定信号が加熱ランプ制御部（図示されず）にフィードバックされることによって、行われる。基板保持体１３上に配置された基板１４は、その外周縁部が、その上側に配置されたリング板１９によって覆われる。リング板１９は、その内周縁部が基板１４の外周縁部に上下の空間的位置関係において重なるように配置される。リング板１９は、複数箇所を支持部２０で支持され、かつ支持部２０が上下動するように構成されることによって、リング板１９自体が昇降動作を行うように設けられる。リング板１９の周囲には、さらに反応容器１１の下壁に固定されたシールドリング２１が設けられる。リング板１９が下方位置にあるとき、リング板１９の外縁部全周の下部は、シールドリング２１の上端全周に接触する。またリング板１９およびその支持部２０の内部には、温度を下げることによってリング板１９への膜付着をできるだけ少なくするための冷却通路２２が形成され、この冷却通路２２には例えば水等の冷却媒体が矢印２３のごとく流れる。これにより、リング板１９の温度は、膜付着が起こらない程度の好ましい一定温度に保持される。
【０００５】
一方、基板１４の上方位置には基板１４に対向したガス供給部２４が配置される。ガス供給部２４より反応ガス２５が反応室内に導入され、基板１４の表面に所望の膜が形成される。成膜工程で生成された未反応ガスおよび副生成ガスは、排気部２６を通して外部へ排気される。
【０００６】
また、反応ガスがリング板１９と基板１４および基板保持体１３との間の隙間に入り込んで基板１４の縁・裏面や基板保持体１３の裏面にＷ膜が付着しないように、リング板１９は、その下面と基板１４の外縁表面とが一定距離（隙間Ａ）に保たれるように基板１４の外周囲付近に配置され、さらにリング板１９と基板保持体１３の隙間および上記隙間Ａを通して、下側から供給された不活性ガスをパージガスとして吹き出している。不活性ガスは、反応ガスが上記隙間に侵入するのを阻止する作用を有する。２７は、上記不活性ガスを供給するためのパージガス供給装置である。不活性ガスはリング板１９と基板保持体１３との間からのみ吹き出るように、リング板１９の外周縁部はシールドリング２１に圧接され、密閉状態が形成される。
【０００７】
上記のような従来のＣＶＤ装置で多数の基板を処理する場合、基板は成膜処理終了後、次の基板と交換され、１つの反応室内で１枚ずつか、または複数枚ずつ、次々と連続して処理されていく。毎回の基板処理条件であるガス流量、圧力、温度などは常に一定に保持される。
【０００８】
成膜条件は、通常、成膜ガス流量として水素Ｈ2 ＝３００〜１０００sccm、六フッ化タングステンＷＦ6 ＝５０〜２００sccm、成膜圧力は３０〜１００Torr、成膜温度は４００〜５００℃であり、膜の用途によって成膜条件が定まる。膜の用途に応じた成膜条件としては、例えば、ホール埋込み膜ではＨ2 ／ＷＦ6 の比が小さく、温度は低い４００℃程度が有利であるとか、あるいは配線用膜では逆にＨ2 ／ＷＦ6 の比を大きくし、できるだけ高温で成膜することによって膜応力を低下させるとか、である。また通常、成膜の前に核形成の成膜ステップが設けられ、通常の条件として成膜ガス流量としてＷＦ6 ＝５〜１０sccm，ＳｉＨ＝１〜４sccm、成膜圧力は０．１〜５Torr、成膜温度は４００〜５００℃である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＣＶＤ装置では、各基板に対して繰返して成膜を行うことによって、当該基板以外のリング板１９へのＷ膜２８の付着を引き起こす。リング板１９への付着したＷ膜２８の堆積量が増加すると、剥れなどを生じ、半導体生産で歩留り低下の最大原因である微小なゴミすなわちパーティクルを発生し、問題となる。Ｗ膜の成膜は成膜反応が生じる所定温度以上であれば起こるので、リング板１９へのＷ膜付着の原因は、リング板１９が上記所定温度以上の部分を有すること、および反応ガスにさらされる部分を有すること、に存する。特に従来装置では、リング板の基板近傍である内縁部付近に、顕著なＷ膜付着が起きていた。
【００１０】
またリング板へのＷ膜付着は、リング板の近傍に位置する基板外周部での成膜速度を低下させ、成膜の分布劣下を引き起こす原因となっていた。リング板での成膜反応は、基板外周部の近傍で成膜反応が基板上と同様に行われていることになり、基板外周付近での反応副生成物の増加による成膜反応の抑制や、リング板上での反応ガス（特にＷＦ6 ガス）の消費によるガス供給不足等を引き起こす。このため基板における成膜分布が徐々に劣化すると考えられる。
【００１１】
リング板へのＷ膜付着に対する従来の対策としては、各基板の処理ごとに、プラズマによるＲＩＥクリーニングや強反応制ガスによるケミカルエッチング等を行い、クリーニングによって付着したＷ膜を除去していた。しかし、この方法では、成膜時間の他にクリーニング時間がプロセス時間として必要となり、処理時間が全体として長くなり、単位時間当りの基板処理量が低下する。また使用ガスによっては排ガス処理設備に莫大な投資を必要とする等、生産性の点で問題があった。
【００１２】
またＲＩＥクリーニングや強反応性ガスを用いたクリーニングでは、上記の問題以外に、プラズマや反応性ガスによってチャンバ内の部品が損傷を受け、そのためチャンバ内の部品の劣化や摩耗が激しく、部品交換の頻度が多くなり、生産コストが増大するという問題があった。
【００１３】
さらに、上記クリーニングガスの処理でも特別な排ガス処理施設を設置して行う場合が多く、そのような場合、排ガス処理施設の設置や保守費用が増大して生産性を下げる。
【００１４】
本発明の目的は、上記の問題を解決することにあり、生産性を高め、良好かつ安定した成膜分布、膜抵抗の再現性を得ることができるＣＶＤ装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段および作用】
第１の本発明（請求項１に対応）に係るＣＶＤ装置は、上記目的を達成するため、反応室に設けられた基板保持体上に配置された基板の周囲に配置され、かつ基板の外周縁部を覆うようにされたリング状部材を設け、成膜工程時に基板保持体とリング状部材との間の隙間を通して不活性ガスをパージガスとして基板の外周縁付近に吹き出すように構成され、上記リング状部材は少なくとも２つの板状部材（リング板）を隙間を設けて重ねることにより形成され、かつ２つの板状部材の隙間を通して不活性ガスを基板の外周縁付近に吹き出すように構成される。少なくとも２つの板状部材の間には０．１〜３mmの隙間が形成されることが好ましい。
【００１６】
第２の本発明（請求項２に対応）に係るＣＶＤ装置は、上記第１の発明において、下側の板状部材の上部表面は、上側の板状部材によって覆われるように構成される。
【００１７】
第３の本発明（請求項３に対応）に係るＣＶＤ装置は、上記第１の発明において、不活性ガスをリング状部材の内縁の円周に沿って均一に吹き出すように構成される。
【００１８】
第４の本発明（請求項４に対応）に係るＣＶＤ装置は、上記第１の発明において、不活性ガスが、ヘリウムガス、アルゴンガス、キセノンガス、クリプトンガスのうちいずれかであるように構成される。
【００１９】
本発明によるＣＶＤ装置では、基板は従来通り成膜処理され、さらにパーティクル発生や分布劣下などの原因であったリング状部材の膜付着が抑制される。すなわち、リング状部材を構成する少なくとも２枚のリング板のうち、基板の成膜中、反応ガスに露出されるリング板は最外部に位置するリング板のみであり、最外部のリング板上にＷ膜が成膜すると、分布が劣化する。しかし、このリング板は、加熱された基板保持体に直接向かい合っていないこと、リング板とリング板との間には隙間が形成され、直接に接触がなく、減圧下ということもあって熱伝導が遅く断熱されていること、さらに、当該隙間に不活性ガスを流すことによって、基板成膜中における反応ガスの侵入を防ぐと共に、リング板を冷却していることから、従来のように、成膜が起こる温度まで温度が上昇せず、従来起こっていたリング状部材への成膜が非常に抑制され、分布の劣下が抑制される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１は、本発明によるＣＶＤ装置の実施形態を示す要部断面図を示す。図１において、図２で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。反応容器１１の内部には反応室１２が形成され、この反応室１２に、基板１４を載置するための基板保持体１３、ガス供給部２４、前述のリング板１９に相当するリング状部材を構成する例えば２枚のリング板３１，３２の組、リング板３１を支持する複数の支持部２０、シールドリング２１が設けられる。基板保持体１３上の基板１４は、基板保持体内に設けられた静電吸着機構あるいは真空チャック機構（図示されず）によって固定される。リング板３１，３２からなるリング状部材は、基板１４の外周縁部との間で所要の隙間を形成するために、基板の上側に配置される。反応容器１１には、真空ポンプ（図示せず）につながる排気部２６が形成され、さらにその下壁に石英窓１６が設けられる。石英窓１６の下側には、基板保持体１３を加熱するための加熱ランプ１７が配置される。ガス供給部２４にはガス供給管３３が接続され、外部から反応ガス２５が供給され、反応室１２に反応ガスを導入する。下側のリング板３１およびリング板の支持部２０の内部には冷却通路２２が形成され、この冷却通路２２には外部から冷却媒体が供給される。本実施形態での冷却媒体は例えば５０〜８５℃の温水である。リング板３１，３２への成膜範囲を基板近傍に限定するため、これらのリング板はＷ成膜が起こらない程度の一定温度に保たれる。また基板保持体１３には熱電対１８が付加される。
【００２２】
成膜工程では、図示しない搬送機構によって反応室１２内に搬送された基板１４が基板保持体１３の上面に配置され、かつ反応室１２は真空ポンプによって排気され減圧状態に維持されている。基板１４の上側であってその周縁部にリング状部材が配置される。
【００２３】
本実施形態では、リング状部材は、隙間Ｂをあけて上下に重ねられた２つのリング板３１，３２によって構成され、リング板３１，３２の内縁の下面と基板１４の外周縁の表面とが円周に沿って一定の距離（例えば０．１〜０．５mm）に保たれている。リング板３１，３２の間の隙間は、不活性ガスを通すための例えば０．１〜３mmの隙間である。上側のリング板３２は下側のリング板３１を覆う形状を有している。リング板３１，３２の間に隙間を設けることによってリング状部材の断熱効果を高めることができる。
【００２４】
パージガス供給装置２７によって、基板保持体１３の周囲空間にパージガスとして不活性ガスが供給される。また同時に、パージガス供給装置２７から供給される不活性ガスは、ガス供給管３５、バルブ３４を介して２つのリング板３１，３２の間の隙間Ｂにも導入される。下側のリング板３１と基板保持体１３との隙間から吹き出す不活性ガス、および下側リング板３１と上側リング板３２との間の隙間から吹き出す不活性ガスによって、下側リング板３１では、反応室内に導入された反応ガスにさらされないため、従来Ｗ膜が付着し易かった基板に近いその内周部にＷ膜の付着がなくなり、また上側リング板３２では、従来のリング板の温度よりも格段に温度が低く維持されるため、Ｗ膜の付着量も格段に減少する。なおバルブ３４の開度を調整することによって、最適な不活性ガスの吹出し量を調整することができる。
【００２５】
下側リング板３１と上側リング板３２の隙間に供給される不活性ガスの流量が十分大きければ、不活性ガスはリング板３１，３２の内周に沿って均一に吹き出され、Ｗ膜の付着に関する効果もリング板３１，３２の内周に沿って均一に得られる。
【００２６】
上記実施形態で、例えば、不活性ガス（Ａｒガス）の流量１００〜５００sccmに対し、リング板３１，３２の隙間の間隔は０．１〜０．５mmである。隙間としては０．２mm程度がもっとも望ましい。
【００２７】
なお不活性ガスが、基板１４および基板保持体１３と、２つのリング板３１，３２からなるリング状部材との間からのみ吹き出るようにするため、リング板３１の外周部がシールドリング２１によって密閉される。またリング板３１，３２の間も気密に保たれており、不活性ガスは基板４の近傍の２つのリング板３１，３２の間の隙間からのみ吹き出す。この場合、不活性ガスの吹出し方向が基板の表面に対してほぼ垂直になるように、２つのリング板３１，３２の隙間の開口部が形成されている。なお、２つのリング板３１，３２の隙間の開口部によるガスの吹出し方向は任意に設計することができる。
【００２８】
以上の構成によって、通常の成膜条件によっても、リング板３２上へのＷ膜の成膜は従来の１／１０〜１／２０に減少し、基板１４において良好な成膜分布の再現性が得られた。
【００２９】
Ｗ膜形成条件としては、
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であり、約０．６μｍの膜厚のＷ膜が基板上に形成される。
【００３０】
上記実施形態によれば、上側のリング板３２の上面へのＷ膜付着量が従来に比べ各段に減少し、リング板３１，３２の交換のためのメンテナンスサイクルも従来の２倍以上になる。従って、従来１０００枚処理ごとにリング板を交換していたのに対して、２０００枚処理ごとの交換で済むようになった。
【００３１】
なお不活性ガスの種類としては、好ましくは、ヘリウムガス、アルゴンガス、キセノンガス、クリプトンガスのうちいずれかが使用される。またリング状部材を構成するリング板の枚数は２枚に限定されず、２枚よりも多くすることもできる。リング板の枚数が増え、それらの重なりが増すほど断熱効果、および冷却効果が高くなる。なお隣合う２枚のリング板の間では、下位のリング板の上面が上位に位置するリング板によって覆われるように構成されることが好ましい。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、ＣＶＤ装置による基板成膜において、基板の外周縁部に配置されるリング状部材を、重ね合わされた少なくとも２枚のリング板で構成し、かつリング板の間の隙間に不活性ガスを流し、基板の外周縁部近傍に吹出すようにしたため、生産性を高め、良好かつ安定した成膜分布、膜抵抗の再現性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＣＶＤ装置の実施形態を示す要部縦断面図である。
【図２】従来のＣＶＤ装置の一例を示す要部縦断面図である。
【符号の説明】
１１                  反応容器
１２                  反応室
１３                  基板保持体
１４                  基板
１６                  石英窓
１７                  加熱ランプ
２１                  シールドリング
２７                  パージガス供給装置
３１，３２            リング板
３３                  ガス供給管
【図１】
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【図２】
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