(57)【要約】【課題】基板上に形成された膜の応力を軽減することができる。【解決手段】基板を処理室に搬入する基板搬入工程と、基板を第１の温度で加熱しつつ、基板に処理ガスを供給して基板上に膜を形成する膜形成工程と、基板の温度を、第１の温度とは異なる第２の温度まで変化させつつ基板にプラズマ励起された処理ガスを供給し、基板上に形成された膜の応力の値を変化させるよう応力を制御する応力制御工程と、基板を処理室から搬出する基板搬出工程と、を有する。【選択図】図６
2014062295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前記基板を第１の温度で加熱しつつ、前記基板に処理ガスを供給して前記基板上に膜を形成する膜形成工程と、
前記基板の温度を、前記第１の温度とは異なる第２の温度まで変化させつつ前記基板にプラズマ励起された処理ガスを供給し、前記基板上に形成された膜の応力の値を変化させるよう応力を制御する応力制御工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記基板に第１の処理ガスを連続的に供給しつつ、前記基板に第２の処理ガスを断続的なパルスで供給して、前記基板上に膜を形成する膜形成工程と、
前記基板上に形成された膜の応力の値を変化させるよう応力を制御する応力制御工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記基板を第１の温度で加熱しつつ、前記基板に処理ガスを供給して前記基板上に膜を形成する膜形成工程と、
前記基板の温度を、前記第１の温度とは異なる第２の温度まで変化させつつ前記基板にプラズマ励起された処理ガスを供給し、前記基板上に形成された膜の応力の値を変化させるよう応力を制御する応力制御工程と、
を有する基板処理方法。
【請求項４】
基板を収容する処理室と、
前記基板を加熱する加熱系と、
前記基板に複数種の処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記複数種の処理ガスのうち少なくとも１種をプラズマ励起するためのプラズマを生成するプラズマ生成機構と、
前記基板を第１の温度に加熱しつつ、複数種の処理ガスを前記処理室に供給して前記基板上に膜を形成した後、前記基板を前記第１の温度から第２の温度へ変化させつつ前記基板にプラズマ励起された処理ガスを供給して前記膜の応力の値を変化させるように応力を制御するよう前記加熱系、前記処理ガス供給系および前記プラズマ生成機構を制御する制御部と、
を有する基板処理装置。
【請求項５】
基板処理装置の処理室内の基板に、第１の温度で加熱しつつ、前記基板に処理ガスを供給して前記基板上に膜を形成する手順と、
前記基板の温度を、前記第１の温度とは異なる第２の温度まで変化させつつ前記基板にプラズマ励起された処理ガスを供給し、前記基板上に形成された膜の応力の値を変化させるよう応力を制御する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程の一工程として、加熱された基板上に膜を形成する工程がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１６８８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
基板と膜の熱膨張係数が異なる場合に、加熱された基板上に膜を形成し、その後室温まで降温すると、膜に応力が発生することがある。この膜応力は、膜剥がれ、膜クラックや基板の反り等を引き起こし、半導体装置の電気特性の低下、信頼性の悪化、生産歩留まりの低下、スループットの低下等の原因となる場合がある。
【０００５】
本発明の主な目的は、膜応力を軽減することができる半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置およびプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、
基板を第１の温度で加熱しつつ、基板に処理ガスを供給して基板上に膜を形成する膜形成工程と、
基板の温度を、第１の温度とは異なる第２の温度まで変化させつつ基板にプラズマ励起された処理ガスを供給し、基板上に形成された膜の応力の値を変化させるよう応力を制御する応力制御工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【０００７】
本発明の他の態様によれば、
基板に第１の処理ガスを連続的に供給しつつ、基板に第２の処理ガスを断続的なパルスで供給して、基板上に膜を形成する膜形成工程と、
基板上に形成された膜の応力の値を変化させるよう応力を制御する応力制御工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【０００８】
本発明のさらに他の態様によれば、
基板を第１の温度で加熱しつつ、基板に処理ガスを供給して基板上に膜を形成する膜形成工程と、
基板の温度を、第１の温度とは異なる第２の温度まで変化させつつ基板にプラズマ励起された処理ガスを供給し、基板上に形成された膜の応力の値を変化させるよう応力を制御する応力制御工程と、
を有する基板処理方法が提供される。
【０００９】
本発明のさらに他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
基板を加熱する加熱系と、
基板に複数種の処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
複数種の処理ガスのうち少なくとも１種をプラズマ励起するためのプラズマを生成するプラズマ生成機構と、
基板を第１の温度に加熱しつつ、複数種の処理ガスを処理室に供給して基板上に膜を形成した後、基板を第１の温度から第２の温度へ変化させつつ基板にプラズマ励起された処理ガスを供給して膜の応力の値を変化させるように応力を制御するよう加熱系、処理ガス供給系およびプラズマ生成機構を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
【００１０】
本発明のさらに他の態様によれば、
基板処理装置の処理室内の基板に、第１の温度で加熱しつつ、基板に処理ガスを供給して基板上に膜を形成する手順と、
基板の温度を、第１の温度とは異なる第２の温度まで変化させつつ基板にプラズマ励起された処理ガスを供給し、基板上に形成された膜の応力の値を変化させるよう応力を制御する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、膜応力を軽減することができる半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置およびプログラムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施の形態の基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図２】図２は、図１のＡ-Ａ線概略横断面図である。
【図３】図３は、本発明の好ましい実施の形態の基板処理装置のコントローラを説明するための概略図である。
【図４】図４は、本発明の好ましい実施の形態におけるＴｉＮ膜（チタン窒化膜、窒化チタン膜）の製造プロセスを説明するためのフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の好ましい実施の形態におけるＴｉＮ膜の製造プロセスを説明するためのタイミングチャートである。
【図６】図６は、本発明の好ましい実施の形態における応力制御工程の一例を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】図７は、本発明の好ましい実施の形態における応力制御工程の他の例を説明するためのタイミングチャートである。
【図８】図８は、応力制御工程を実施した場合と、実施しなかった場合の膜応力を示す図である。
【図９】図９は、ＴｉＮ膜成膜時の温度と抵抗値との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を説明する。
【００１４】
まず、図１、図２を参照して、本発明の各好ましい実施形態で好適に用いられる基板処理装置に使用される処理炉２０２について説明する。この基板処理装置は、半導体装置の製造に使用される半導体製造装置の一例として構成されているものである。
【００１５】
図１および図２を参照すれば、処理炉２０２にはウエハ２００を加熱するための加熱装置（加熱手段）であるヒータ２０７が設けられている。ヒータ２０７は上方が閉塞された円筒形状の断熱部材と複数本のヒータ素線とを備えており、断熱部材に対しヒータ素線が設けられたユニット構成を有している。ヒータ２０７の内側には、ウエハ２００を処理するための石英製の反応管２０３がヒータ２０７と同心円状に設けられている。
【００１６】
反応管２０３の下方には、反応管２０３の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は反応管２０３の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ２１９は例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。反応管２０３の下部開口端部に設けられた環状のフランジとシールキャップ２１９の上面との間には気密部材（以下Ｏリング）２２０が配置され、両者の間は気密にシールされている。少なくとも、反応管２０３およびシールキャップ２１９により処理室２０１が形成されている。
【００１７】
シールキャップ２１９上にはボート２１７を支持するボート支持台２１８が設けられている。ボート支持台２１８は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料で構成され断熱部として機能すると共にボートを支持する支持体となっている。ボート２１７は、ボート支持台２１８上に立設されている。ボート２１７は例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料で構成されている。ボート２１７はボート支持台２１８に固定された底板とその上方に配置された天板とを有しており、底板と天板との間に複数本の支柱２１２が架設された構成を有している。ボート２１７には複数枚のウエハ２００が保持されている。複数枚のウエハ２００は、互いに一定の間隔をあけながら水平姿勢を保持しかつ互いに中心を揃えた状態で反応管２０３の管軸方向に多段に積載されボート２１７の支柱２１２に支持されている。
【００１８】
シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側にはボート２１７を回転させるボート回転機構２６７が設けられている。ボート回転機構２６７の回転軸２６５はシールキャップを貫通してボート支持台２１８に接続されており、回転機構２６７によって、ボート支持台２１８を介してボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させる。
【００１９】
シールキャップ２１９は反応管２０３の外部に設けられた昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降され、これによりボート２１７を処理室２０１内に対し搬入搬出することが可能となっている。
【００２０】
以上の処理炉２０２では、バッチ処理される複数枚のウエハ２００がボート２１７に対し多段に積層された状態において、ボート２１７がボート支持台２１８で支持されながら処理室２０１に挿入され、ヒータ２０７が処理室２０１に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱するようになっている。
【００２１】
図１および図２を参照すれば、処理ガス（原料ガス、反応ガス）を供給するための２本のガス供給管３１０、３２０が反応管２０３に接続されている。
【００２２】
処理室２０１内には、ノズル４１０、４２０が設けられている。ノズル４１０、４２０は、反応管２０３の下部を貫通して設けられている。ノズル４１０にはガス供給管３１０が接続され、ノズル４２０にはガス供給管３２０が接続されている。
【００２３】
ガス供給管３１０には、上流側から順に、流量制御装置（流量制御手段）であるマスフローコントローラ３１２、気化ユニット（気化手段）である気化器３１５、および開閉弁であるバルブ３１４が設けられている。
【００２４】
ガス供給管３１０の下流側の端部は、ノズル４１０の端部に接続されている。ノズル４１０は、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間で、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿ってウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。すなわちノズル４１０は、ウエハ２００が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。ノズル４１０はＬ字型のロングのノズルとして構成されており、その水平部は反応管２０３の下部側壁を貫通するように設けられており、その垂直部は少なくともウエハ配列領域の一端側から他端側に向かって立ち上がるように設けられている。ノズル４１０の側面には処理ガスを供給する多数のガス供給孔４１１が設けられている。ガス供給孔４１１は反応管２０３の中心を向くように開口している。ガス供給孔４１１は、下部から上部にわたって同一または、大きさに傾斜をつけた開口面積を有し、同じピッチで設けられている。
【００２５】
さらに、ガス供給管３１０には、気化器３１５とバルブ３１４との間に、後述の排気管２３２に接続されたベントライン６１０およびバルブ６１２が設けられており、処理ガスを処理室２０１に供給しない場合は、バルブ６１２を介して処理ガスをベントライン６１０へ供給する。
【００２６】
主に、ガス供給管３１０、マスフローコントローラ３１２、気化器３１５、バルブ３１４、ノズル４１０、ベントライン６１０、バルブ６１２により第１のガス供給系（原料ガス供給系、第１の処理ガス供給系）３０１が構成されている。
【００２７】
また、ガス供給管３１０にはキャリアガス（不活性ガス）を供給するためのキャリアガス供給管５１０が、バルブ３１４の下流側で接続されている。キャリアガス供給管５１０にはマスフローコントローラ５１２およびバルブ５１３が設けられている。主に、キャリアガス供給管５１０、マスフローコントローラ５１２、バルブ５１３により第１のキャリアガス供給系（第１の不活性ガス供給系）５０１が構成されている。
【００２８】
ガス供給管３２０には、上流側から順に、流量制御装置（流量制御手段）であるマスフローコントローラ３２２および開閉弁であるバルブ３２３が設けられている。
【００２９】
ガス供給管３２０の下流側の端部は、ノズル４２０の端部に接続されている。ノズル４２０は、ガス分散空間(放電室、放電空間)であるバッファ室４２３内に設けられている。バッファ室４２３内には、さらに電極保護管４５１、４５２が設けられている。ノズル４２０、電極保護管４５１、電極保護管４５２がバッファ室４２３内にこの順序で配置されている。
【００３０】
バッファ室４２３は、反応管２０３の内壁とバッファ室壁４２４とにより形成されている。バッファ室壁４２４は、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、反応管２０３内壁の下部より上部にわたる部分に、ウエハ２００の積載方向に沿って設けられている。バッファ室壁４２４のウエハ２００と隣接する壁にはガスを供給するガス供給孔４２５が設けられている。ガス供給孔４２５は、電極保護管４５１と電極保護管４５２との間に設けられている。ガス供給孔４２５は反応管２０３の中心を向くように開口している。ガス供給孔４２５は、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、さらに同じピッチで設けられている。
【００３１】
ノズル４２０は、バッファ室４２３の一端側に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。ノズル４２０は、Ｌ字型のロングのノズルとして構成されており、その水平部は反応管２０３の下部側壁を貫通するように設けられており、その垂直部は少なくともウエハ配列領域の一端側から他端側に向かって立ち上がるように設けられている。ノズル４２０の側面にはガスを供給するガス供給孔４２１が設けられている。ガス供給孔４２１はバッファ室４２３の中心を向くように開口している。ガス供給孔４２１は、バッファ室４２３のガス供給孔４２５と同様に、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられている。複数のガス供給孔４２１のそれぞれの開口面積は、バッファ室４２３内とノズル４２０内の差圧が小さい場合には、上流側（下部）から下流側（上部）まで、同一の開口面積で同一のピッチとするとよいが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって、順次開口面積を大きくするか、ピッチを小さくするとよい。
【００３２】
本実施の形態においては、ノズル４２０のガス供給孔４２１のそれぞれの開口面積や開口ピッチを、上流側から下流側にかけて上述のように調節することで、まず、ガス供給孔４２１のそれぞれから、流速の差はあるもの、流量がほぼ同量であるガスを噴出させる。そしてガス供給孔４２１のそれぞれから噴出するガスを、一旦、バッファ室４２３内に導入し、バッファ室４２３内においてガスの流速差の均一化を行っている。
【００３３】
すなわち、ノズル４２０のガス供給孔４２１のそれぞれよりバッファ室４２３内に噴出したガスはバッファ室４２３内で各ガスの粒子速度が緩和された後、バッファ室４２３のガス供給孔４２５より処理室２０１内に噴出する。これにより、ノズル４２０のガス供給孔４２１のそれぞれよりバッファ室４２３内に噴出したガスは、バッファ室４２３のガス供給孔４２５のそれぞれより処理室２０１内に噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとなる。
【００３４】
さらに、ガス供給管３２０には、バルブ３２３およびマスフローコントローラ３２２との間に、後述の排気管２３２に接続されたベントライン６２０およびバルブ６２２が設けられている。
【００３５】
主に、ガス供給管３２０、マスフローコントローラ３２２、バルブ３２３、ノズル４２０、バッファ室４２３、ベントライン６２０、バルブ６２２により第２のガス供給系（反応ガス供給系、改質ガス供給系、第２の処理ガス供給系）３０２が構成されている。
【００３６】
また、ガス供給管３２０にはキャリアガス（不活性ガス）を供給するためのキャリアガス供給管５２０が、バルブ３２３の下流側で接続されている。キャリアガス供給管５２０にはマスフローコントローラ５２２およびバルブ５２３が設けられている。主に、キャリアガス供給管５２０、マスフローコントローラ５２２、バルブ５２３により第２のキャリアガス供給系（第２の不活性ガス供給系）５０２が構成されている。
【００３７】
ガス供給管３２０では、気体処理ガスがマスフローコントローラ３２２で流量調整されて供給される。
【００３８】
処理ガスを処理室２０１に供給していない間は、バルブ３２３を閉じ、バルブ６２２を開けて、バルブ６２２を介して処理ガスをベントライン６２０に流しておく。
【００３９】
そして、処理ガスを処理室２０１に供給する際には、バルブ６２２を閉じ、バルブ３２３を開けて、処理ガスをバルブ３２３の下流のガス供給管３２０に供給する。一方、キャリアガスがマスフローコントローラ５２２で流量調整されてバルブ５２３を介してキャリアガス供給管５２０から供給され、処理ガスはバルブ３２３の下流側でこのキャリアガスと合流し、ノズル４２０、バッファ室４２３を介して処理室２０１に供給される。
【００４０】
バッファ室４２３内には、細長い構造を有する棒状電極４７１および棒状電極４７２が、反応管２０３の下部より上部にわたりウエハ２００の積層方向に沿って配設されている。棒状電極４７１および棒状電極４７２は、それぞれ、ノズル４２０と平行に設けられている。棒状電極４７１および棒状電極４７２は、それぞれ、上部より下部にわたって電極を保護する保護管である電極保護管４５１、４５２により覆われることで保護されている。棒状電極４７１は、整合器２７１を介して高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電源２７０に接続され、棒状電極４７２は基準電位であるアース２７２に接続されている。この結果、棒状電極４７１および棒状電極４７２間のプラズマ生成領域にプラズマが生成される。主に、棒状電極４７１、棒状電極４７２、電極保護管４５１、電極保護管４５２、バッファ室４２３およびガス供給孔４２５によりプラズマ発生構造４２９が構成される。主に、棒状電極４７１、棒状電極４７２、電極保護管４５１、電極保護管４５２によりプラズマ発生器（プラズマ発生部）としてのプラズマ源が構成される。なお、、整合器２７１、高周波電源２７０をプラズマ源に含めてもよい。プラズマ源は、ガスをプラズマで活性化させる活性化機構（プラズマ生成機構）として機能する。バッファ室４２３はプラズマ発生室として機能する。
【００４１】
電極保護管４５１、電極保護管４５２は、ボート支持台２１８の下部付近の高さの位置で、反応管２０３に設けた貫通孔（図示せず）をそれぞれ介して、バッファ室４２３内に挿入されている。
【００４２】
電極保護管４５１および電極保護管４５２は、棒状電極４７１および棒状電極４７２をそれぞれバッファ室４２３の雰囲気と隔離した状態でバッファ室４２３内に挿入でき構造となっている。電極保護管４５１、４５２の内部が外気（大気）と同一雰囲気であると、電極保護管４５１、４５２にそれぞれ挿入された棒状電極４７１、４７２はヒータ２０７による熱で酸化されてしまう。そこで、電極保護管４５１、４５２の内部には窒素などの不活性ガスを充填あるいはパージし、酸素濃度を充分低く抑えて棒状電極４７１、４７２の酸化を防止するための不活性ガスパージ機構（図示せず）が設けられている。
【００４３】
なお、本実施の形態により発生したプラズマをリモートプラズマと呼ぶ。リモートプラズマとは電極間で生成したプラズマをガスの流れ等により被処理物表面に輸送してプラズマ処理を行うものである。本実施の形態では、バッファ室４２３内に２本の棒状電極４７１および４７２が収容されているため、ウエハ２００にダメージを与えるイオンがバッファ室４２３の外の処理室２０１内に漏れにくい構造となっている。また、２本の棒状電極４７１および４７２を取り囲むように（つまり、２本の棒状電極４７１および４７２がそれぞれ収容される電極保護管４５１および４５２を取り囲むように）電場が発生し、プラズマが生成される。プラズマに含まれる活性種は、バッファ室４２３のガス供給孔４２５を介してウエハ２００の外周からウエハ２００の中心方向に供給される。また、本実施形態のようにウエハ２００を複数枚、主面を水平面に平行にしてスタック状に積み上げる縦型のバッチ装置であれば、反応管２０３の内壁面、つまり処理すべきウエハ２００に近い位置にバッファ室４２３が配置されている結果、発生した活性種が失活せずにウエハ２００の表面に到達しやすいという効果がある。
【００４４】
本実施の形態では、主に、棒状電極４７１、棒状電極４７２、電極保護管４５１、電極保護管４５２により構成されるプラズマ源を備えている。なお、、整合器２７１、高周波電源２７０をプラズマ源に含めてもよい。
【００４５】
図１、２を参照すれば、反応管の下部に排気口２３０が設けられている。排気口２３０は排気管２３１に接続されている。ノズル４１０のガス供給孔４１１と排気口２３０は、ウエハ２００を挟んで対向する位置（１８０度反対側）に設けられている。
【００４６】
このように、本実施形態におけるガス供給の方法は、反応管２０３の内壁と、積載され た複数枚のウエハ２００の端部とで定義される円弧状の縦長の空間内に配置したノズル４１０と、バッファ室４２３内に配置したノズル４２０を経由してガスを搬送し、ノズル４１０に開口されたガス供給孔４１１およびバッファ室４２３に開口されたガス供給孔４２５からウエハ２００の近傍で初めて反応管２０３内にガスを噴出させており、反応管２０３内におけるガスの主たる流れをウエハ２００の表面と平行な方向、すなわち水平方向としている。このような構成とすることで、各ウエハ２００に均一にガスを供給でき、各ウエハ２００に形成される薄膜の膜厚を均一にできる効果がある。なお、反応後の残ガスは、排気口、すなわち、後述する排気管２３１の方向に向かって流れるが、この残ガスの流れの方向は、排気口の位置によって適宜特定され、垂直方向に限ったものではない。
【００４７】
再び、図１、２を参照すれば、反応管の下部の排気口２３０には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が接続されている。排気管２３１には処理室２０１内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ２４５および圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４３を介して真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されており、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。真空ポンプ２４６の下流側の排気管２３２は廃ガス処理装置（図示せず）等に接続されている。なお、ＡＰＣバルブ２４３は、弁を開閉して処理室２０１内の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節してコンダクタンスを調整して処理室２０１内の圧力調整をできるようになっている開閉弁である。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４３、圧力センサ２４５により排気系が構成される。なお、真空ポンプ２４６、廃ガス処理装置を排気系に含めてもよい。
【００４８】
反応管２０３内には温度検出器としての温度センサ２６３が設置されており、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０７への供給電力を調整することで、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度センサ２６３は、Ｌ字型に構成されており、マニホールド２０９を貫通して導入され、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。主に、温度センサ２６３、ヒータ２０７により加熱系が構成される。
【００４９】
反応管２０３内の中央部にはボート２１７が設けられている。ボート２１７は、ボートエレベータ１１５により反応管２０３に対し昇降（出入り）することができるようになっている。ボート２１７が反応管２０３内に導入されると、反応管２０３の下端部がＯリング２２０を介してシールキャップ２１９で気密にシールされる。ボート２１７はボート支持台２１８に支持されている。処理の均一性を向上するために、ボート回転機構２６７を駆動し、ボート支持台２１８に支持されたボート２１７を回転させる。
【００５０】
上記構成に係る一例として、ガス供給管３１０には、原料ガス（第１の処理ガス）として、たとえばチタン（Ｔｉ）含有原料（四塩化チタン（ＴｉＣｌ４））等が導入される。ガス供給管３２０には、反応ガス（第２の処理ガス）として窒素（Ｎ）含有ガスである例えば窒化原料であるアンモニア（ＮＨ３）等が導入される。
【００５１】
図３を参照すれば、コントローラ２８０は、操作メニュー等を表示するディスプレイ２８８と、複数のキーを含んで構成され、各種の情報や操作指示が入力される操作入力部２９０と、を備えている。また、コントローラ２８０は、基板処理装置１０１全体の動作を司るＣＰＵ２８１と、制御プログラムを含む各種プログラム等が予め記憶された記憶装置としてのＲＯＭ２８２と、各種データを一時的に記憶するＲＡＭ２８３と、各種データを記憶して保持するＨＤＤ２８４と、ディスプレイ２８８への各種情報の表示を制御すると共にディスプレイ２８８からの操作情報を受け付けるディスプレイドライバ２８７と、操作入力部２９０に対する操作状態を検出する操作入力検出部２８９と、後述する温度制御部２９１、後述する圧力制御部２９４、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、マスフローコントローラ３１２、３２２、５１２、５２２、気化器３１５、後述するバルブ制御部２９９等の各部材と各種情報の送受信を行う通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）部２８５と、を備えている。ここで、ＲＯＭ２８２内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。なお、プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ２８０に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。なお、本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。
【００５２】
ＣＰＵ２８１、ＲＯＭ２８２、ＲＡＭ２８３、ＨＤＤ２８４、ディスプレイドライバ２８７、操作入力検出部２８９および通信Ｉ／Ｆ部２８５は、システムバスＢＵＳ２８６を介して相互に接続されている。従って、ＣＰＵ２８１は、ＲＯＭ２８２、ＲＡＭ２８３、ＨＤＤ２８４へのアクセスを行うことができると共に、ディスプレイドライバ２８７を介したディスプレイ２８８への各種情報の表示の制御およびディスプレイ２８８からの操作情報の把握、通信Ｉ／Ｆ部２８５を介した各部材との各種情報の送受信の制御を行うことができる。また、ＣＰＵ２８１は、操作入力検出部２８９を介して操作入力部２９０に対するユーザの操作状態を把握することができる。
【００５３】
温度制御部２９１は、ヒータ２０７と、ヒータ２０７に電力を供給する加熱用電源２５０と、温度センサ２６３と、コントローラ２８０との間で設定温度情報等の各種情報を送受信する通信Ｉ／Ｆ部２９３と、受信した設定温度情報と温度センサ２６３からの温度情報等に基づいて加熱用電源２５０からヒータ２０７への供給電力を制御するヒータ制御部２９２とを備えている。ヒータ制御部２９２もコンピュータによって実現されている。温度制御部２９１の通信Ｉ／Ｆ部２９３とコントローラ２８０の通信Ｉ／Ｆ部２８５はケーブル７５１で接続されている。
【００５４】
圧力制御部２９４は、ＡＰＣバルブ２４３と、圧力センサ２４５と、コントローラ２８０との間で設定圧力情報、ＡＰＣバルブ２４３の開閉情報等の各種情報を送受信する通信Ｉ／Ｆ部２９６と、受信した設定圧力情報、ＡＰＣバルブ２４３の開閉情報等と圧力センサ２４５からの圧力情報等に基づいてＡＰＣバルブ２４３の開閉や開度を制御するＡＰＣバルブ制御部２９５とを備えている。ＡＰＣバルブ制御部２９５もコンピュータによって実現されている。圧力制御部２９４の通信Ｉ／Ｆ部２９６とコントローラ２８０の通信Ｉ／Ｆ部２８５はケーブル７５２で接続されている。
【００５５】
真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、マスフローコントローラ３１２、３２２、５１２、５２２、気化器３１５、高周波電源２７０と、コントローラ２８０の通信Ｉ／Ｆ部２８５とは、それぞれケーブル７５３、７５４、７５５、７５６、７５７、７５８、７５９、７６０、７６２で接続されている。
【００５６】
バルブ制御部２９９は、バルブ３１４、３２３、５１３、５２３、６１２、６２２と、エアバルブであるバルブ３１４、３２３、５１３、５２３、６１２、６２２へのエアの供給を制御する電磁バルブ群２９８とを備えている。電磁バルブ群２９８は、バルブ３１４、３２３、５１３、５２３、６１２、６２２にそれぞれ対応する電磁バルブ２９７を備えている。電磁バルブ群２９８とコントローラ２８０の通信Ｉ／Ｆ部２８５はケーブル７６３で接続されている。
【００５７】
以上のようにして、マスフローコントローラ３１２、３２２、５１２、５２２、バルブ３１４、３２３、５１３、５２３、６１２、６２２、ＡＰＣバルブ２４３、気化器３１５、加熱用電源２５０、温度センサ２６３、圧力センサ２４５、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、高周波電源２７０等の各部材はコントローラ２８０に接続されている。コントローラ２８０は、マスフローコントローラ３１２、３２２、５１２、５２２の流量制御、バルブ３１４、３２３、５１３、５２３、６１２、６２２の開閉動作制御、ＡＰＣバルブ２４３の開閉制御および圧力センサ２４５からの圧力情報に基づく開度調整動作を介した圧力制御、気化器３１５の気化動作、温度センサ２６３からの温度情報に基づく加熱用電源２５０からヒータ２０７への電力供給量調整動作を介した温度制御、高周波電源２７０から供給される高周波電力の制御、真空ポンプ２４６の起動・停止制御、ボート回転機構２６７によるボートの回転速度調節制御、ボートエレベータ１１５によるボートの昇降動作制御等をそれぞれ行うようになっている。
【００５８】
なお、コントローラ２８０は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず 、汎用のコンピュータとして構成されていてもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）を用意し、係る外部記憶装置を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態に係るコントローラ２８０を構成することができる。なお、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。なお、記憶装置や外部記憶装置は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置単体のみを含む場合、外部記憶装置単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。
【００５９】
次に、上述の基板処理装置を用いて大規模集積回路（ＬＳＩ：Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等を製造する半導体装置（デバイス）の製造工程の一例について説明する。尚、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ２８０により制御される。ここでは、処理室内の温度を第１の温度に加熱しつつ、複数種の処理ガスのうち少なくとも一種の処理ガスを連続的にウエハ２００へ供給しつつ、連続的に供給する処理ガスとは異なる少なくとも一種の処理ガスを断続的にウエハ２００へ供給し、ウエハ２００上に薄膜の成膜を行う。すなわち、複数種の処理ガスを全て同時にウエハ２００へ供給する工程と、複数種の処理ガスのうち少なくとも一種を除く処理ガスをウエハ２００へ供給する工程とを行ってウエハ２００上に薄膜の成膜を行う。好ましくは、連続的に供給する処理ガスとは異なる少なくとも一種の処理ガスのウエハ２００への断続的な供給は複数回繰り返し、その繰り返しの間のインターバルの一部では連続的に供給する処理ガスの流量を変化させる。さらに、ウエハ２００上に成膜した膜に対して処理室内の温度を降温しながらプラズマ等によるエネルギーを与えることにより膜構成原子のマイグレーションを起こして応力を制御する応力制御工程を行うことにより、低抵抗であって応力制御された膜を形成する。応力制御工程を終了する際の処理室内の温度を第２の温度とする。
【００６０】
以下では、基板処理装置を使用して、基板としてのウエハ２００上に金属膜であって金属窒化膜としてのＴｉＮ膜（チタン窒化膜、窒化チタン膜）を形成する例について説明する。なお、本明細書では、金属膜という用語は、金属原子を含む導電性の物質で構成される膜を意味しており、これには、金属単体で構成される導電性の金属単体膜の他、導電性の金属窒化膜、導電性の金属酸化膜、導電性の金属酸窒化膜、導電性の金属複合膜、導電性の金属合金膜、導電性の金属シリサイド膜、導電性の金属炭化膜（金属カーバイド膜）、導電性の金属炭窒化膜（金属カーボナイトライド膜）等も含まれる。なお、チタン窒化膜は導電性の金属窒化膜であり、チタン炭窒化膜は導電性の金属炭窒化膜であり、チタン炭化膜は導電性の金属炭化膜である。
【００６１】
ここでは第１の元素をチタン（Ｔｉ）、第２の元素を窒素（Ｎ）とし、第１の元素を含む原料として金属含有原料としてのＴｉ含有原料であるＴｉＣｌ４を、第２の元素を含む反応ガスとしてＮ含有ガスであるＮＨ３を用い、ウエハ２００上（ウエハ２００の表面、表面に形成された下地膜等の上）にＴｉＮ膜を形成する例について図４、図５を参照して説明する。図４は、ＴｉＮ膜の製造プロセスを説明するためのフローチャートである。図５は、ＴｉＮ膜の製造プロセスを説明するためのタイミングチャートである。
【００６２】
（基板装填工程Ｓ１０１）
複数枚（１００枚）のウエハ２００をボート２１７に装填（ウエハチャージ）する。
【００６３】
（基板搬入工程Ｓ１０２）
続いて、炉口シャッタ（図示せず）を開ける。複数枚のウエハ２００を支持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１内に搬入（ボートロード）される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０を介して反応管２０３の下端をシールした状態となる。その後、ボート２１７をボート駆動機構２６７により回転させ、ウエハ２００を回転させる。
【００６４】
（圧力調整工程Ｓ１０３、温度調整工程Ｓ１０４）
その後、真空ポンプ２４６を起動する。ＡＰＣバルブ２４３を開いて真空ポンプ２４６により処理室２０１内が所望の圧力（真空度）となるように真空引きし、ヒータ２０７に電力を供給する加熱用電源２５０を制御して処理室２０１内を第１の温度として６００℃〜６５０℃の範囲内の温度であって例えば６００℃となるような温度に昇温し、ウエハ２００の温度が６００℃に達して温度等が安定したら、処理室２０１内の温度を６００℃に保持した状態で次のステップを順次実行する。この際、処理室２０１内の圧力は、圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力に基づきＡＰＣバルブ２４４の開度がフィードバック制御される（圧力調整）。また、処理室２０１内が所望の温度となるようにヒータ２０７によって加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度となるように、温度センサ２６３が検出した温度情報に基づき加熱用電源２５０からヒータ２０７への電力供給具合がフィードバック制御される（温度調整）。  
【００６５】
なお、工程Ｓ１１０〜工程Ｓ１３０と並行して、液体原料としてのＴｉＣｌ４を気化させたＴｉＣｌ４ガスを生成（予備気化）させておく。すなわち、バルブ３１４を閉じたまま、バルブ６１２を開け、マスフローコントローラ３１２により流量制御しながら、気化器３１５内にＴｉＣｌ４を供給し、ＴｉＣｌ４の気化ガスをあらかじめ生成させておく。このとき、真空ポンプ２４６を作動させつつ、バルブ３１４を閉じたまま、バルブ６１２を開けることにより、ＴｉＣｌ４ガスを処理室２０１内に供給することなく、処理室２０１をバイパスして排気しておく。上述のようにＴｉＣｌ４ガスをあらかじめ生成させておくことで安定供給可能な状態としておき、バルブ３１４、６１２の開閉を切り替えることで、ＴｉＣｌ４ガスの流路を切り替える。これにより、ＴｉＣｌ４ガスの処理室２０１内への供給開始・供給停止を、安定的かつ迅速に行うことができる。
【００６６】
次にＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３とを処理室２０1内に供給することによりウエハ２００上にＴｉＮ膜を成膜するＴｉＮ膜形成工程を行う。ＴｉＮ膜形成工程では次の４つのステップ（ステップ１０５〜ステップ１０８）を順次実行する。
【００６７】
（ＴｉＮ膜形成工程）
（ＴｉＣｌ４／ＮＨ３供給工程Ｓ１０５）
ＴｉＣｌ４／ＮＨ３供給工程Ｓ１０５では、ガス供給系３０１のガス供給管３１０よりノズル４１０のガス供給孔４１１を介して処理室２０１内にＴｉ含有ガスとしてのＴｉＣｌ４ガスを供給する。具体的には、バルブ６１２を閉じ、バルブ３１４、５１３を開けることにより、キャリアガス（Ｎ２）と共に、ガス供給管３１０から気化器３１５内で気化させたＴｉＣｌ４ガスの処理室２０１内への供給を開始する。キャリアガス（Ｎ２）はキャリアガス供給管５１０から供給する。キャリアガス（Ｎ２）の流量はマスフローコントローラ５１２で調整する。ＴｉＣｌ４はキャリアガス（Ｎ２）とバルブ３１４の下流側で合流し混合され、ノズル４１０を介して処理室２０１内に供給される。
【００６８】
また、ＮＨ３をガス供給系３０２のガス供給管３２０よりノズル４２０のガス供給孔４２１を介してバッファ室４２３内に供給する。ＮＨ３はマスフローコントローラ３２２で流量調整されてガス供給管３２０よりバッファ室４２３内に供給される。ＮＨ３は、バッファ室４２３に供給する前は、バルブ３２３を閉じ、バルブ６２２を開けて、バルブ６２２を介してベントライン６２０に流しておく。そして、ＮＨ３をバッファ室４２３に供給する際には、バルブ６２２を閉じ、バルブ３２３を開けて、ＮＨ３をバルブ３２３の下流のガス供給管３２０に供給すると共に、バルブ５２３を開けて、キャリアガス（Ｎ２）をキャリアガス供給管５２０から供給する。キャリアガス（Ｎ２）の流量はマスフローコントローラ５２２で調整する。ＮＨ３はキャリアガス（Ｎ２）とバルブ３２３の下流側で合流し混合され、ノズル４２０を介してバッファ室４２３に供給される。
【００６９】
このとき、ＡＰＣバルブ２４３の開度を調整して、処理室２０１内の圧力を１０Ｐａ以上３０Ｐａ以下の範囲内であって、例えば３０Ｐａに維持する。ＴｉＣｌ４ガスの供給流量は、例えば１ｇ／ｍｉｎ以上３ｇ／ｍｉｎ以下の範囲内の値であって好適には２ｇ／ｍｉｎとし、ＮＨ３ガスの供給流量は、例えば０．５〜１ｓｌｍの範囲内の値であって、好適には０．５ｓｌｍとする（第１の流量）。ＴｉＣｌ４ガスおよびＮＨ３ガスを同時にウエハ２００へ供給する時間（ＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３ガスに同時にウエハ２００を曝す時間）は、例えば５秒以上２０秒以下の範囲内であって好適には１０秒とする。
【００７０】
処理室２０１内に供給されたＴｉＣｌ４ガスおよびＮＨ３ガスは、ウエハ２００に供給され、排気管２３１から排気される。このときＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３ガスが反応してウエハ２００上に、ＴｉＮ層（チタン窒化層）が形成される。所定時間が経過したら、バルブ３１４を閉じバルブ６１２を開け、ＴｉＣｌ４ガスの供給を停止する。
【００７１】
（ＮＨ３供給工程Ｓ１０６）
バルブ３１４を閉じ、処理室２０１内へのＴｉＣｌ４ガスの供給を停止した後は、所定時間、引き続きＴｉＣｌ４／ＮＨ３供給工程Ｓ１０５と同じ流量（第１の流量）もしくはより少ない流量で、ＮＨ３ガスを流し続ける。処理室２０１内に供給されたＮＨ３ガスは、ウエハ２００上のＴｉＮ層に供給され、排気管２３１から排気される。ＮＨ３ガスの供給により、処理室２０１内に残留しているＴｉＣｌ４ガスや反応生成物等を排除することができるとともに、ウエハ２００上のＴｉＮ層と反応してＴｉＮ層内に残留するＣｌ成分（塩化物）を除去することができる。
【００７２】
このとき、ガス供給管３１０の途中につながっているキャリアガス供給管５１０から、バルブ５１３を開けてＮ２（不活性ガス）を流すと、ＴｉＣｌ４側のノズル４１０やガス供給管３１０にＮＨ３ガスが回り込むことを防ぐことができる。なお、ＮＨ３ガスが回り込むのを防止するためなので、マスフローコントローラ５１２で制御するＮ２（不活性ガス）の流量は少なくてよい。
【００７３】
（ＮＨ３ガス供給工程Ｓ１０７）
次に、マスフローコントローラ３２２で流量調整してＮＨ３ガスの流量をＮＨ３供給工程Ｓ１０６より多くする（第２の流量）。このとき、ＡＰＣバルブ２４３の開度を調整して、処理室２０１内の圧力を７０Ｐａ以上１，０００Ｐａ以下の範囲内の値であって、例えば７０Ｐａに維持する。ＮＨ３ガスの供給流量は、例えば５〜１０ｓｌｍの範囲内の値であって、好適には７．５ｓｌｍとする。ＮＨ３ガスをウエハ２００へ供給する時間（ＮＨ３ガスにウエハ２００を曝す時間）は、例えば３０秒以上６０秒以下の範囲内の値であって好適には３５秒とする。
【００７４】
処理室２０１内に供給されたＮＨ３ガスは、ウエハ２００上のＴｉＮ層に供給され、排気管２３１から排気される。このとき処理室２０１内に存在するガスは、ＮＨ３ガスならびにＮ２ガス等の不活性ガスのみであり、ＴｉＣｌ４ガス等のＴｉ含有ガスは存在しない。処理室２０１内に供給されたＮＨ３ガスは、ウエハ２００上に存在する未反応のＴｉ含有物と反応してＴｉＮ層を形成するとともに、ＴｉＮ層内に残留するＣｌ成分（塩化物）と反応してＨＣｌ等としてＴｉＮ層からＣｌを除去する。
【００７５】
同時に、ガス供給管３１０の途中につながっているキャリアガス供給管５１０から、バルブ５１３を開けてＮ２（不活性ガス）を流すと、ＴｉＣｌ４側のノズル４１０やガス供給管３１０にＮＨ３が回り込むことを防ぐことができる。なお、ＮＨ３が回り込むのを防止するためなので、マスフローコントローラ５１２で制御するＮ２（不活性ガス）の流量は少なくてよい。
【００７６】
（ＮＨ３ガス供給工程Ｓ１０８）
次に、マスフローコントローラ３２２で流量調整して、ＮＨ３ガスの流量をＮＨ３供給工程Ｓ１０７より少ない流量であって好ましくは第１の流量と同じ流量とする。このとき、ＡＰＣバルブ２４３の開度を調整して、処理室２０１内の圧力を所定の圧力に維持する。
【００７７】
上記Ｓ１０５〜Ｓ１０８を１サイクルとし、少なくとも１回以上行なうことによりウエハ２００上に所定膜厚のＴｉＮ膜を成膜する。
【００７８】
（パージ工程Ｓ１０９）
所定膜厚のＴｉＮ膜を形成する成膜処理がなされると、バルブ３２３を閉じ、バルブ６２２を開けてＮＨ３の供給を止め、キャリアガス供給管５１０およびキャリアガス供給管５２０から不活性ガス（Ｎ２）を処理室２０１内へ供給しつつ、ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３を開いたままとして真空ポンプ２４６により処理室２０１内を排気することで処理室２０１内を不活性ガス（Ｎ２）でパージする。なお、このとき、処理室２０１内に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、処理室２０１内を完全にパージしなくてもよい。処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後に行われる応力制御工程Ｓ１１０において悪影響が生じることはない。このとき処理室２０１内に供給するＮ２ガスの流量も大流量とする必要はなく、例えば、反応管２０３（処理室２０１）の容積と同程度の量を供給することで、応力制御工程Ｓ１１０において悪影響が生じない程度のパージを行うことができる。このように、処理室２０１内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、スループットを向上させることができる。また、Ｎ２ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。
【００７９】
（応力制御工程Ｓ１１０）
次に、ウエハ２００の温度を下げながら、上記のようにして形成したＴｉＮ膜にＮＨ３プラズマを照射して、ＴｉＮ膜の応力を制御する。応力制御工程Ｓ１１０を、図６を参照して説明する。
【００８０】
パージ工程Ｓ１０９により、処理室２０１内の残留ガスを除去した後、ウエハ２００の温度を第１の温度であるＴｉＮ膜の成膜温度（本実施の形態では、例えば６００℃）から、第１の温度とは異なる第２の温度であって例えば２００℃まで一定の降温速度で下げる。最終的なウエハ２００の温度は、スループットとの兼ね合いにより適宜選択する。降温速度は、例えば０．５℃／ｍｉｎ〜５℃／ｍｉｎの範囲内の値であって、好適には０．５℃／ｍｉｎとする。降温速度が遅い方がトータルのプラズマ処理時間が長くなりより好ましい。一方、降温速度が速いとスループットは良いが、プラズマ処理時間が短くなる。
【００８１】
ウエハ２００の温度の降温を始めてから少しの時間経過してから、ＮＨ３の供給を開始する。ＮＨ３は、ガス供給系３０２のガス供給管３２０よりノズル４２０のガス供給孔４２１を介してバッファ室４２３内に供給される。ＮＨ３はマスフローコントローラ３２２で流量調整されてガス供給管３２０よりバッファ室４２３内に供給される。ＮＨ３の流量は、例えば１ｓｌｍ〜７．５ｓｌｍの範囲内の値であって、好適には１ｓｌｍとする。ＮＨ３は、バッファ室４２３に供給する前は、バルブ３２３を閉じ、バルブ６２２を開けて、バルブ６２２を介してベントライン６２０に流しておく。そして、ＮＨ３をバッファ室４２３に供給する際には、バルブ６２２を閉じ、バルブ３２３を開けて、ＮＨ３をバルブ３２３の下流のガス供給管３２０に供給する。
【００８２】
ＮＨ３をバッファ室４２３に供給する際には、ＡＰＣバルブ２４３を適正に調整して処理室２０１内の圧力を、例えば６０〜４００Ｐａの範囲内の値であって、好適には２６６Ｐａとする。
【００８３】
このとき、棒状電極４７１と棒状電極４７２との間に、高周波電源２７０から整合器２７２を介して高周波電力を周期的に印加する。印加電力は、例えば、２００〜６００Ｗの範囲内の値であって、好適には３００Ｗである。高周波電力を周期的に印加することで、バッファ室４２３内に供給されたＮＨ３は周期的にプラズマ励起される。プラズマ励起されたＮＨ３はガス供給孔４２５から処理室２０１内に断続的なパルスで供給され、ウエハ２００上のＴｉＮ膜に照射され、その後ガス排気管２３１から排気される。プラズマ励起されたＮＨ３の１サイクルの照射時間は、例えば、３０秒以上であり、好ましくは３０秒である。１サイクルの照射時間はできるだけ長い方が良いが、長すぎると、プラズマ照射によってウエハ２００の温度が上がってしまうので、この影響を考慮して適宜決定する。プラズマ照射サイクル数は、例えば、８０〜８００回の範囲内の値であり、好適には、４００回である。この回数は、スループットとの兼ね合いによって決められる。また、この回数は、成膜時の処理温度、最終基板温度、降温レートに依存して決定される。なお、ＮＨ３を流し始めてからプラズマ照射を行うまでに少し時間をおく。その理由は、プラズマを安定させて立てるためである。
【００８４】
所定回数のプラズマ照射が終了して少しの時間経過してから、ＮＨ３の供給を止める。バルブ３２３を閉じてガス供給管３２０からバッファ室４２３を経由しての処理室２０１へのＮＨ３の供給を止め、バルブ６２２を開けてバルブ６２２を介してベントライン６２０にＮＨ３を流す。
【００８５】
ＮＨ３の処理室２０１への供給を止めて、少しの時間経過してから、ウエハ２００の温度が２００℃になると、応力制御工程を終了する。
【００８６】
（パージ工程Ｓ１１１）
所定の応力制御処理がなされると、キャリアガス供給管５１０およびキャリアガス供給管５２０から不活性ガス（Ｎ２）を処理室２０１内へ供給しつつガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３を開いたままとして真空ポンプ２４６により処理室２０１内を排気することで処理室２０１内を不活性ガス（Ｎ２）でパージされる。
【００８７】
（大気圧復帰工程Ｓ１１２）
その後、処理室２０１内が大気圧の不活性ガス（Ｎ２）で満たされ、処理室２０１内の圧力が大気圧に復帰される。
【００８８】
（ボートアンロード工程Ｓ１１３）
その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降されて、反応管２０３の下端が開口されるとともに、処理済ウエハ２００がボート２１７に支持された状態で反応管２０３の下端から反応管２０３の外部に搬出（ボートアンロード）される。
【００８９】
（ウエハディスチャージ工程Ｓ１１４）
その後、処理済ウエハ２００はボート２１７より取出される。
【００９０】
以上のようにして製造したＴｉＮ膜は、６００℃以上の温度で成膜することにより、ＴｉＮ膜の結晶粒径が増大、Ｃｌ等の不純物濃度が低下するので、低電気抵抗となる。図９は、ＴｉＮ膜の成膜温度と抵抗率との関係を示す図である。６００℃以上で抵抗率が１００μΩ・ｃｍより小さくなり、６５０℃以上でほぼ一定の値となっている。
【００９１】
図８は、上記のように応力制御工程Ｓ１１０を設けた場合と、応力制御工程Ｓ１１０を設けない場合に、製造したＴｉＮ膜の引っ張り応力の値を示す図である。成膜条件は、ウエハ２００の温度は６００℃でＴｉＮ膜を形成し、２００℃まで０．５℃／ｍｉｎの速度で降温しながら、ＮＨ３プラズマ照射を３０秒×４００回実施した。図８によれば、応力制御工程Ｓ１１０を設けることにより、低い引っ張り応力のＴｉＮ膜を製造できたことがわかる。なお、本データはＴｉＮ成膜前後の基板反り量の変化からの計算で取得したものである。
【００９２】
低抵抗の膜を得るためには高温で成膜処理を行うことが好ましい。しかし、高温のままボートアンロードを行ってウエハ２００を取り出すと酸化されてしまう。そこでウエハ２００を取り出す前にウエハ２００を降温することが好ましい。成膜中は温度が高く熱膨張したウエハ２００に膜が形成され、ウエハ２００と膜の熱膨張係数が異なるため、降温中に膜応力が発生する。応力制御工程Ｓ１１０では、ウエハ２００の温度を下げながら、成膜工程で形成したＴｉＮ膜にＮＨ３プラズマでエネルギーを与えることにより、ＴｉＮ膜を構成する原子のマイグレーションを起こし、応力制御されて膜応力が変化されたＴｉＮ膜が得られる。すなわち、応力制御工程Ｓ１１０では、ウエハ２００の温度を下げながら、成膜工程で形成したＴｉＮ膜にＮＨ３プラズマを照射しているので、ウエハ２００とＴｉＮ膜が熱収縮していく過程で、熱膨張係数の違いから生じる格子歪みを、ＮＨ３プラズマ照射により、Ｔｉ、Ｎ原子を安定な位置ヘ移動させることで格子歪みを低減し、結果として、膜応力を変化させていると考えられる。
【００９３】
このように、降温状態であって熱を持っている状態でプラズマを付与しているので、Ｔｉ、Ｎ原子の移動が進み応力を下げる効果が得られると考えられる。従って、降温レートを早くして急冷し低温で安定した後にプラズマ処理を行っても応力を下げる効果は期待できない。
【００９４】
応力制御工程Ｓ１１０では、ウエハ２００の温度を下げながら、ＴｉＮ膜にＮＨ３プラズマを照射しているので、何らかの成膜後の後処理を特別に設けることなくＴｉＮ膜の応力を低減できるので、応力制御工程Ｓ１１０を設けることによるスループットの低下を防止または抑制できる。
【００９５】
低抵抗な膜を得るためには高温成膜を行うことが好ましい。従って、生産性を考慮すると、応力制御工程を備える成膜方法は、本実施の形態のように、縦型バッチ装置で行うことが好ましい。
【００９６】
膜応力が大きいと、膜剥がれ、膜クラックやウエハの反り量増加等を引き起こし、半導体デバイスの電気特性、信頼性の悪化、生産歩留まりの低下、スループットの低下の原因となるが、本実施の形態では、応力制御工程Ｓ１１０によって、膜応力を低減できるので、膜剥がれ、膜クラックやウエハの反り量等を減少させることができ、その結果、半導体デバイスの電気特性や信頼性を向上させ、生産歩留まりやスループットを向上させることができる。
【００９７】
以上のように、本実施の形態によれば、低電気抵抗なＴｉＮ膜を、応力を制御した上で得ることが可能となる。最終的に得られるＴｉＮ膜としては、膜厚が、例えば、５〜３０ｎｍであり、好適には、１５ｎｍである。３０ｎｍまでは、深さ方向にプラズマが届くことができる。また、抵抗率は８０μΩｃｍ以下であり、引っ張り応力は１．６ＧＰａ以下である。
【００９８】
本実施の形態では、ＮＨ３プラズマ照射は、図６に示すように、サイクリック照射で実施しているが、必ずしもサイクリックである必要はなく、図７に示すように、ＮＨ３プラズマ照射は連続照射でも良い。サイクリック照射の場合には、深さ方向の活性化領域を制御することが可能であるが、単位時間あたりの応力制御工程が短くなり、トータル時間が長くなってしまう。これに対して、連続照射の場合には、単位時間あたりの応力制御工程を長くすることができ、スループットを向上させることができる。しかしながら、連続してプラズマを照射すると、ウエハ２００の温度が上がってしまい、ウエハ２００の降温を所望の速度でできなくなる可能性がある。
【００９９】
なお、本実施の形態では、降温しながらＮＨ３プラズマ照射を実施したが、その場合に限られず、昇温しながらＮＨ３プラズマ照射を実施することでも膜応力を制御できる可能性も十分にあると考えられる。
【０１００】
上記の実施の形態では、応力制御工程Ｓ１１０では、ＮＨ３プラズマを照射したが、ＮＨ３、重い希ガス（Ｎｅ、Ａｒ等）、Ｎ２の全てのＮＨ３プラズマが適用可能であり、特に、ＮＨ３や、Ｎｅ、Ａｒ等の希ガスが好ましい。ＮＨ３を用いると、膜中のＣｌ量を減少させて低抵抗膜を得ることができる。一方、膜中の原子にエネルギーを与えるためには、重い希ガス（Ｎｅ、Ａｒ等）の方がよい。また、Ｎ２も適用可能である。
【０１０１】
また、ガスまたはＴｉＮ膜自体を形成する原子の励起方法は、プラズマ放電による励起の他、マイクロウェーブまたは光による励起でも良い。
【０１０２】
また、Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅ等の不活性ガスによりＴｉＮ膜をプラズマ処理、マイクロウェーブ処理、光処理しても良い。
【０１０３】
また、Ｎ２、モノメチルヒドラジン等の窒素原子を含むガスによりＴｉＮ膜をプラズマ処理、マイクロウェーブ処理、光処理しても良い。
【０１０４】
また、ＮＨ３の他、窒素原子を含むガスとして、Ｎ２等によりＴｉＮ膜をプラズマ処理、マイクロウェーブ処理、光処理しても良い。
【０１０５】
上記の実施の形態では、ＴｉＮ膜の応力制御を行ったが、金属含有膜（Ｍｅｔａｌ）であれば適用可能である。純金属や金属膜化合物であってもよく、たとえば、Ｗ膜等であっても適用可能である。
【０１０６】
また、金属含有膜を形成する際に用いる金属含有ガスとしては、無機金属化合物または有機金属化合物を用いることが可能である。
【０１０７】
また、成膜時はプラズマを用いてもノンプラズマであっても本実施の形態の応力制御工程は適用可能であり、成膜時のプラズマの使用の有無は、後の応力制御工程に影響は及ぼさない。
【０１０８】
成膜時に、不活性ガスとして、Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅ等を使用して、ＴｉＮ層をアニールまたはプラズマ処理、マイクロウェーブ処理、光処理しても良い。また、成膜時に、窒素原子を含むガスとして、Ｎ２、ＮＨ３、モノメチルヒドラジン等でＴｉＮ層をアニールまたはプラズマ処理、マイクロウェーブ処理、光処理しても良い。また、成膜時に、水素ガス等の水素原子を含むガスによりＴｉＮ層をアニールまたはプラズマ処理、マイクロウェーブ処理、光処理しても良い。
【０１０９】
また、金属含有膜は、ＭＯＳトランジスタ用電極材料として用いることが可能である。この場合、ＭＯＳトランジスタ用電極材料は立体形状の下地上に形成されていてもよい。
【０１１０】
また、金属含有膜は、キャパシタ用の下部ないし上部電極材料として用いることが可能である。
【０１１１】
また、金属含有膜は、ＤＲＡＭ用の埋め込みワードラインとして用いることが可能である。
【０１１２】
また、上述の実施形態では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の基板処理装置を用いて薄膜を成膜する例について説明したが、本発明はこれに限定されず、一度に１枚または数枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置を用いて薄膜を成膜する場合にも、好適に適用できる。
【０１１３】
また、上述の実施形態の各成膜シーケンスや各変形例や各応用例等は、適宜組み合わせて用いることができる。
【０１１４】
また、本発明は、例えば、既存の基板処理装置のプロセスレシピを変更することでも実現できる。プロセスレシピを変更する場合は、本発明に係るプロセスレシピを電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体を介して既存の基板処理装置にインストールしたり、また、既存の基板処理装置の入出力装置を操作し、そのプロセスレシピ自体を本発明に係るプロセスレシピに変更することも可能である。
【０１１５】
（本発明の好ましい態様）
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
【０１１６】
（付記１）
本発明の好ましい一態様によれば、
基板を第１の温度で加熱しつつ、基板に処理ガスを供給して基板上に膜を形成する膜形成工程と、
基板の温度を、第１の温度とは異なる第２の温度まで変化させつつ基板にプラズマ励起された処理ガスを供給し、基板上に形成された膜の応力の値を変化させるよう応力を制御する応力制御工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【０１１７】
（付記２）
付記１の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、膜は金属含有膜である。
【０１１８】
（付記３）
付記２の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、膜はＴｉＮ膜である。
【０１１９】
（付記４）
付記１の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、第２の温度は、第１の温度より低い。
【０１２０】
（付記５）
付記４の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、第１の温度は６００℃以上である。
【０１２１】
（付記６）
付記４の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、第２の温度は２００℃以上である。
【０１２２】
（付記７）
付記１の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、応力制御工程では、プラズマ励起された処理ガスを断続的なパルスで供給する。
【０１２３】
（付記８）
付記１の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、応力制御工程では、プラズマ励起された処理ガスを連続的に供給する。
【０１２４】
（付記９）
付記１の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、応力制御工程では、第１の温度から温度を変化させ始めて所定時間経過後にプラズマ励起された処理ガスを供給し始める。
【０１２５】
（付記１０）
付記１の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、応力制御工程後の膜は、抵抗率が８０μΩｃｍ以下であって、応力が１．６ＧＰａ以下である。
【０１２６】
（付記１１）
付記１の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、膜形成工程では少なくとも１種の処理ガスを用い、少なくとも１種の処理ガスは、応力制御工程で用いる処理ガスと同じ処理ガスを含む。
【０１２７】
（付記１２）
付記１１の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、応力制御工程で用いる処理ガスはＮＨ３である。
【０１２８】
（付記１３）
付記１の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、応力制御工程で用いる処理ガスは希ガスである。
【０１２９】
（付記１４）
本発明の好ましい他の態様によれば、
基板に第１の処理ガスを連続的に供給しつつ、基板に第２の処理ガスを断続的なパルスで供給して、基板上に膜を形成する膜形成工程と、
基板上に形成された膜の応力の値を変化させるよう応力を制御する応力制御工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【０１３０】
（付記１５）
付記１４の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、膜形成工程では第１の温度で基板を加熱し、応力制御工程では第１の温度から第２の温度まで基板の温度を変化させる。
【０１３１】
（付記１６）
付記１５の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、応力制御工程では、基板に第３の処理ガスをプラズマ励起された状態で供給する。
【０１３２】
（付記１７）
付記１６の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、第１の処理ガスと第３の処理ガスは同じである。
【０１３３】
（付記１８）
付記１６の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、膜はＴｉＮ膜であって、第１の処理ガスおよび第３の処理ガスはＮＨ３である。
【０１３４】
（付記１９）
付記１６の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、第１の処理ガスと第３の処理ガスは異なる。
【０１３５】
（付記２０）
付記１９の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、第３の処理ガスは希ガスである。
【０１３６】
（付記２１）
付記１４の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、第１の温度は６００℃以上であって、第２の温度は２００℃以上である。
【０１３７】
（付記２２）
付記１４の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、応力制御工程では、プラズマ励起された処理ガスを断続的なパルスで供給する。
【０１３８】
（付記２３）
付記１４の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、応力制御工程では、プラズマ励起された処理ガスを連続的に供給する。
【０１３９】
（付記２４）
付記１４の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、応力制御工程では、第１の温度から温度を変化させ始めて所定時間経過後にプラズマ励起された処理ガスを供給し始める。
【０１４０】
（付記２５）
付記１４の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、応力制御工程後の膜は、抵抗率が８０μΩｃｍ以下であって、応力が１．６ＧＰａ以下である。
【０１４１】
（付記２６）
本発明の好ましい他の態様によれば、
基板を第１の温度で加熱しつつ、基板に処理ガスを供給して基板上に膜を形成する膜形成工程と、
基板の温度を、第１の温度とは異なる第２の温度まで変化させつつ基板にプラズマ励起された処理ガスを供給し、基板上に形成された膜の応力の値を変化させるよう応力を制御する応力制御工程と、
を有する基板処理方法が提供される。
【０１４２】
（付記２７）
本発明の好ましい他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
基板を加熱する加熱系と、
基板に複数種の処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
複数種の処理ガスのうち少なくとも１種をプラズマ励起するためのプラズマを生成するプラズマ生成機構と、
基板を第１の温度に加熱しつつ、複数種の処理ガスを処理室に供給して基板上に膜を形成した後、基板を第１の温度から第２の温度へ変化させつつ基板にプラズマ励起された処理ガスを供給して膜の応力の値を変化させるように応力を制御するよう加熱系、処理ガス供給系およびプラズマ生成機構を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
【０１４３】
（付記２８）
本発明の好ましい他の態様によれば、
無機金属化合物または有機金属化合物のいずれかと、金属化合物に対して反応性を有するガスを反応させることにより、導体膜、絶縁膜、または絶縁膜によって隔離された導体パターンが露出した被処理基板上に純金属もしくは金属膜化合物を形成する成膜方法であって、
膜形成後に、成膜温度と異なる温度へ被処理基板温度を変化させることにより、被処理基板を熱収縮・熱膨張させながら、形成された膜に、プラズマ照射、マイクロウェーブ照射、光照射などの抵抗加熱ヒータ以外の方法で、エネルギーを与え、膜構成原子のマイグレーションを起こすことにより、被処理基坂上に応力制御された薄膜を形成する成膜方法が提供される。
【０１４４】
（付記２９）
付記２８の成膜方法であって、好ましくは、無機金属化合物または有機金属化合物がＴｉを成分に含んでおり、かつ反応性ガスがＮを成分に含むことにより、形成される薄膜が窒化チタン含有（ＴｉＮ含有)膜である。
【０１４５】
（付記３０）
付記２８または２９の成膜方法であって、好ましくは、無機金属化合物が四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）、反応性ガスがアンモニア（ＮＨ３）、形成される薄膜が窒化チタン（ＴｉＮ）である。
【０１４６】
（付記３１）
付記２８〜３０のいずれか一つの成膜方法であって、好ましくは、純金属もしくは金属膜化合物がＭＯＳトランジスタ用ゲート電極材料である。
【０１４７】
（付記３２）
付記３１の成膜方法であって、好ましくは、ＭＯＳトランジスタ用ゲート電極材料が立体形状の下地上に形成されている。
【０１４８】
（付記３３）
付記２８〜３０のいずれか一つの成膜方法であって、好ましくは、純金属もしくは金属膜化合物がキャパシタ用の下部ないしは上部電極材料である。
【０１４９】
（付記３４）
付記２８〜３０のいずれか一つの成膜方法であって、好ましくは、純金属もしくは金属膜化合物がＤＲＡＭ用の埋め込みワードラインである。
【０１５０】
（付記３５）
付記２８〜３４のいずれか一つの成膜方法であって、好ましくは、複数の被処理基板を同時に処理することが可能であるバッチ炉を使用して成膜を行う。
【０１５１】
（付記３６）
付記３５の成膜方法であって、好ましくは、バッチ炉は、被処理基板を縦方向に複数枚重ねて処理を行う縦型炉体であり、かつその反応チューブ内部に被処理基板と概ね同じ直径を有する内部管が存在しており、内部管の内側に位置する被処理基板の間に側方からガスを導入する形態である。
【０１５２】
（付記３７）
付記２８〜３６のいずれか一つの成膜方法であって、好ましくは、６００℃で成膜した膜厚１５ｎｍのＴｉＮ膜が、抵抗率８０μΩｃｍ以下の導電膜であり、且つその引っ張り応力が１．６ＧＰａ以下である。
【０１５３】
（付記３８）
本発明の好ましい他の態様によれば、
６００℃以上の温度で成膜した導電膜であって、抵抗率が８０μΩｃｍ以下であり、且つその引張り応力が１．６ＧＰａ以下である導電膜を有する半導体装置が提供される。
【０１５４】
（付記３９）
本発明の好ましい他の態様によれば、
基板処理装置の処理室内の基板に、第１の温度で加熱しつつ、基板に処理ガスを供給して基板上に膜を形成する手順と、
基板の温度を、第１の温度とは異なる第２の温度まで変化させつつ基板にプラズマ励起された処理ガスを供給し、基板上に形成された膜の応力の値を変化させるよう応力を制御する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
【０１５５】
（付記４０）
本発明の好ましい他の態様によれば、
付記３９に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
【０１５６】
（付記４１）
本発明の好ましい他の態様によれば、
付記４０に記載の記録媒体を備える基板処理装置が提供される。
【０１５７】
以上、本発明の種々の典型的な実施の形態を説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【図１】
2014062295.tif 000003
【図２】
2014062295.tif 000004
【図３】
2014062295.tif 000005
【図４】
2014062295.tif 000006
【図５】
2014062295.tif 000007
【図６】
2014062295.tif 000008
【図７】
2014062295.tif 000009
【図８】
2014062295.tif 000010
【図９】
2014062295.tif 000011