(57)【要約】【課題】比較的短時間で、しかもパーティクルの発生を抑制することが可能なプリコート層の形成方法及び成膜方法を提供する。【解決手段】真空引き可能になされた処理容器４内で載置台１６上に載置された被処理体Ｗの表面に金属含有膜を形成する処理装置において、前記載置台の表面にプリコート層２８を形成する際に、前記処理容器内に所定の処理ガスを流しつつ１回のプリコート用熱ＣＶＤ成膜工程で前記金属含有窒化膜よりなるプリコート層を前記載置台の表面に形成して、被処理体の表面に金属含有窒化膜を形成する。これにより、パーティクルの発生を大幅に抑制する。【選択図】  図１
2004273648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空引き可能になされた処理容器内で載置台上に載置された被処理体の表面に金属含有膜を形成するようにした処理装置内の前記載置台の表面にプリコート層を形成する方法において、
前記処理容器内に所定の処理ガスを流しつつ１回のプリコート用熱ＣＶＤ成膜工程で前記金属含有窒化膜よりなるプリコート層を前記載置台の表面に形成するようにしたことを特徴とするプリコート層の形成方法。
【請求項２】
前記処理ガスは少なくとも金属含有ガスと還元ガスとよりなり、前記プリコート用熱ＣＶＤ成膜工程では前記還元ガスの供給を開始することに先立って前記金属含有ガスの供給が開始されており、前記還元ガスの供給を停止した後に前記金属含有ガスの供給の停止を行うようにしたことを特徴とする請求項１記載のプリコート層の形成方法。
【請求項３】
前記処理装置は、前記金属含有ガスと前記還元ガスとを別々に導入して前記各ガスを別々に前記処理容器内へ放出するためのシャワーヘッド部を有しており、前記シャワーヘッド部内における前記還元ガスを含むガスの圧力は、前記金属含有ガスを含むガスの圧力よりも高く設定されていることを特徴とする請求項１または２記載のプリコート層の形成方法。
【請求項４】
前記金属含有ガスはＴｉＣｌ４  ガスであり、前記還元ガスはＮＨ３  ガスであり、前記プリコート層はＴｉＮ膜よりなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のプリコート層の形成方法。
【請求項５】
前記還元ガス中にはＨ２  ガスが混入されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のプリコート層の形成方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載されたプリコート層の形成方法により載置台上の表面にプリコート層を形成する工程と、
その後に前記載置台上に被処理体を載置して、該被処理体の表面に金属含有膜を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等を載置する載置台の表面にプリコート層を形成するプリコート層の形成方法及び成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路を製造するためには、半導体ウエハ等のシリコン基板に対して、成膜とパターンエッチング等を繰り返し行なって、多数の所望の素子を形成するようになっている。
ところで、各素子間を接続する配線を形成する際、各素子に対する電気的コンタクトを図る配線層の下層には、基板のＳｉと電気的コンタクト抵抗を得るためのコンタクトメタル及び配線材料との相互拡散を抑制する目的で、或いは下地層との剥離を防止する目的でコンタクトバリヤメタルが用いられるが、このコンタクトバリヤメタルとしては、電気抵抗が低いことは勿論のこと、耐腐食性に優れた材料を用いなければならない。このような要請に対応できるバリヤメタルの材料として、特に、Ｔｉ膜とＴｉＮ膜の２層構造が多用される傾向にある。
【０００３】
Ｔｉ膜のコンタクトメタルを形成するには、一般的にはＴｉＣｌ４  ガスとＨ２  ガスとを用いてプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により所望の厚さのＴｉ膜を形成することが行われている。
上記したような成膜処理を行う場合、処理装置内における半導体ウエハを載置する載置台の表面には、このウエハの熱的面内均一性を保持し、且つ載置台等に含まれる金属元素に起因する金属汚染等を防止する目的で、ＴｉＮ膜よりなるプリコート層が予め形成することが行われている。このプリコート層は、成膜終了後や成膜装置内の不要な膜をクリーニングする毎に除去されてしまうので、クリーニングした場合に、実際にウエハに成膜するに先立って前処理として載置台の表面にプリコート層を堆積させるようになっている。載置台上にこのようなプリコート層を形成する従来技術としては、例えば特開２００１−１４４０３３号公報や特開平１０−３２１５５８号公報に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１４４０３３号公報（段落番号００１３−００２０、図１及び図２）。
【特許文献２】
特開平１０−３２１５５８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体ウエハの表面に薄膜を堆積する場合において重要な点の１つは、製品ウエハの歩留を向上させるために如何にパーティクルの発生を抑制するか、という点である。しかるに、前述したように、載置台の表面にプリコート層を形成するに際して、ＣＶＤによる極めて薄いＴｉＮ膜の堆積処理と、その後に、安定化のためにこのＴｉＮ膜をプラズマ窒化するという窒化処理とを、この一連の処理を複数回、例えば１０〜１８回程度繰り返してプリコート層を形成する方法では、使用ガスの切り替えが頻繁に行われることになるため、シャワーヘッド内又は処理容器内に処理ガスが完全に置換除去されず、処理ガスが残ってしまう。その都度に、僅かに残留するガスと新たに導入される処理ガスとが瞬間的に混じり合って不安定な膜が形成され、この不安定な膜のはがれが発生しパーティクルが必要以上に生じてしまう、といった問題があった。
【０００６】
この場合、ＣＶＤにより堆積するＴｉＮ膜形成工程と、また、このＴｉＮ膜をプラズマ窒化する工程の一連の処理を繰り返し行うため、全体のＴｉＮ膜の所望の厚さに形成するのに長時間を要し大幅なスループットの低下を招来していた。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、比較的短時間で、しかもパーティクルの発生を抑制することが可能なプリコート層の形成方法及び成膜方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、ウエハに成膜処理する前に、処理容器内のプリコート層の形成方法について鋭意研究した結果、プラズマ窒化と繰り返しのプリコート形成を用いることなく一回の熱ＣＶＤ成膜工程によりＴｉＮ膜よりなる所望の厚さのプリコート層を形成することにより、基板上にＴｉ膜を形成する際、パーティクルの発生を大幅に抑制することができる、という知見を得ることにより本発明に至ったものである。
【０００８】
請求項１に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内で載置台上に載置された被処理体の表面に金属含有膜を形成するようにした処理装置内の前記載置台の表面にプリコート層を形成する方法において、前記処理容器内に所定の処理ガスを流しつつ１回のプリコート用熱ＣＶＤ成膜工程で前記金属含有窒化膜よりなるプリコート層を前記載置台の表面に形成するようにしたことを特徴とするプリコート層の形成方法である。
このように、繰り返しプリコート層の形成とプラズマ窒化の安定化を用いることなく一回の熱ＣＶＤ成膜工程によりＴｉＮ膜よりなる所望の厚さの安定なプリコート層を形成することにより、パーティクルの発生を大幅に抑制することができる。
【０００９】
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記処理ガスは少なくとも金属含有ガスと還元ガスとよりなり、前記プリコート用熱ＣＶＤ成膜工程では前記還元ガスの供給を開始することに先立って前記金属含有ガスの供給が開始されており、前記還元ガスの供給を停止した後に前記金属含有ガスの供給の停止を行うようにする。
また例えば請求項３に規定するように、前記処理装置は、前記金属含有ガスと前記還元ガスとを別々に導入して前記各ガスを別々に前記処理容器内へ放出するためのシャワーヘッド部を有しており、前記シャワーヘッド部内における前記還元ガスを含むガスの圧力は、前記金属含有ガスを含むガスの圧力よりも高く設定されている。
このように、シャワーヘッド部内において還元ガスを含むガスの圧力を、金属含有ガスを含むガスの圧力よりも高く設定するようにしたので、金属含有ガスを含むガスが還元ガスを含むガス側に拡散することを抑制され、パーティクルの発生を更に抑制することができる。
【００１０】
また例えば請求項４に規定するように、前記金属含有ガスはＴｉＣｌ４  ガスであり、前記還元ガスはＮＨ３  ガスであり、前記プリコート層はＴｉＮ膜よりなる。
また、例えば請求項５に規定するように、前記還元ガス中にはＨ２  ガスが混入される。このようにＨ２  ガスを添加することにより、水素の還元力によりＴｉＣｌ４  が還元され安定な膜が形成されるので、パーティクルの発生を一層抑制することが可能となる。更に、膜質も良好となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のプリコート層の形成方法及び成膜方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明方法を実施するための処理装置を示す構成図、図２はシャワーヘッド部の一部を示す部分拡大断面図である。本実施例では、金属含有窒化膜を形成するために、金属含有ガスとしてＴｉＣｌ４  ガスを用い、還元ガスとしてＮＨ３  ガスを用いてＴｉＮ膜を堆積させる場合を例にとって説明する。
【００１２】
図示するように、処理装置２は、例えばＡｌ、又はＡｌ合金材料等により円筒体状に成形された処理容器４を有している。この処理容器４の底部６は中心側が凹部状に形成され、この凹部の側壁には、容器内の雰囲気を排出するための排気口８が設けられており、この排気口８には真空引きポンプ１０を介設した排気系１２が接続されて、処理容器４内を底部周辺部から均一に真空引きできるようになっている。
【００１３】
この処理容器４内には、底部６より起立した支柱１４に支持される円板状の載置台１６が設けられ、この円板状の載置台１６上に被処理体として例えば半導体ウエハＷを載置し得るようになっている。具体的には、この載置台１６は、例えばＡｌＮなどのセラミックよりなり、この内部には加熱手段として抵抗加熱ヒータ１８が埋め込まれている。そして、この抵抗加熱ヒータ１８は、支柱１４内を通る配線２０を介して電源２２に接続される。尚、この抵抗加熱ヒータ１８は図示されないが平面内を複数の加熱ゾーンに分割し、この加熱ゾーン毎に別個独立して制御できる構造となっている。また、この載置台１６には、ピン孔２１が形成され、これに昇降可能になされたリフトピン２３が設けられてウエハＷの移載時にこれを昇降できるようになっている。このリフトピン２３の昇降は容器底部６にベローズ２５を介して設けたアクチュエータ２７により行われる。
【００１４】
また、この載置台１６の上面の近傍には、例えばメッシュ状の下部電極２４が埋め込まれており、この下部電極２４は配線２６及び処理容器４を介して接地されている。そして、この載置台１６の表面に、本発明の特徴とするプリコート層２８が形成されている。このプリコート層２８は、熱的安定性を向上させるためにはその上面、側面及び下面の全ての面に形成するのがよいが、裏面側への成膜が困難な成膜プロセスの場合には、上面と側面のみに形成してもよいし、更に上面のみに形成するようにしてもよい。
ここでこのプリコート層２８は、この装置で半導体ウエハＷに対して成膜する膜種と同種の膜種、すなわちここでは１回の熱ＣＶＤ成膜工程で堆積させたＴｉＮ膜よりなり、その厚さは例えば０．４μｍ以上の厚さに設定されている。
【００１５】
一方、処理容器４の天井部には、必要な処理ガスを導入するガス導入手段としてシャワーヘッド部３０が、絶縁部材３２を介して容器側壁に対して気密に取り付けられている。このシャワーヘッド部３０は、上記載置台１６の上面の略全面を覆うように対向させて設けられており、載置台１６との間に処理空間Ｓを形成している。このシャワーヘッド部３０は、処理空間Ｓに各種のガスをシャワー状に導入するものであり、シャワーヘッド部３０の下面の噴射面３４にはガスを噴射するための多数の噴射孔３６Ａ、３６Ｂが形成される。尚、このシャワーヘッド部３０の構成は、内部で混合するプリミックス構造や、ガス種によってはシャワーヘッド部３０内では別々にガスを通して処理空間Ｓにて初めて混合させるポストミックス構造のものを使用できる。そして、ここでは以下に説明するようにポストミックス構造が採用されている。尚、シャワーヘッド部３０にはヒータが設けられており、このシャワーヘッド部３０を、例えば２００〜６００℃、好ましくは４００〜６００℃の温度に加熱するようになっている。
【００１６】
そして、このシャワーヘッド部３０内は２つの空間３０Ａ、３０Ｂに分離区画されている。また上記空間３０Ａ、３０Ｂはそれぞれ上記各噴射孔３６Ａ、３６Ｂに連通される。このシャワーヘッド部３０の上部には、ヘッド内の各空間３０Ａ、３０Ｂにそれぞれのガスを導入するガス導入ポート３８Ａ、３８Ｂが設けられており、このガス導入ポート３８Ａ、３８Ｂにはガスを流す供給通路４０Ａ、４０Ｂがそれぞれ接続されている。この供給通路４０Ａ、４０Ｂには、それぞれ複数の分岐管４２Ａ、４２Ｂが接続される。
【００１７】
一方の分岐管４２Ｂには、処理ガスとしてＮＨ３  ガスを貯留するＮＨ３  ガス源４４、Ｈ２  ガスを貯留するＨ２  ガス源４６、不活性ガスとして例えばＮ２  ガスを貯留するＮ２  ガス源４８がそれぞれ接続され、他方の各分岐管４２Ａには、不活性ガスとして例えばＡｒガスを貯留するＡｒガス源５０、成膜用の例えばＴｉＣｌ４  ガスを貯留するＴｉＣｌ４  ガス源５２、クリーニングガスとしてのＣｌＦ３  ガスを貯留するＣｌＦ３  ガス源５１がそれぞれ接続されている。そして、各ガスの流量は、それぞれの分岐管４２Ａ、４２Ｂに介設した流量制御器、例えばマスフローコントローラ５４により制御される。また各分岐管４２Ａ、４２Ｂに介設したバルブ５５の開閉で各ガスの導入が行われる。図示例では、成膜時の各ガスを１つの供給通路４０Ａ、４０Ｂ内を混合状態で供給する場合を示しているが、これに限定されず、一部のガス或いは全てのガスを個別に異なる通路内に供給し、シャワーヘッド部３０内、或いは処理空間Ｓにて混合させる、いわゆるポストミックスのガス搬送形態を用いるようにしてもよい。
【００１８】
実際のシャワーヘッド部３０は、例えばアルミニウム板等を削り出すことによって形成した複数のブロック体、例えば図２に示すようにブロック体Ａとブロック体Ｂ等を接合されて、図示しないボルト等で取り付けられているが、面接触のために両ブロック体Ａ、Ｂの接合部の僅かな隙間５４を介して一方から他方へガスが僅かに拡散する場合があるが、後述するように本発明ではこの場合にもパーティクルをの発生を抑制できるようになっている。
【００１９】
また、このシャワーヘッド部３０にはプラズマ発生手段として例えば４５０ｋＨｚのプラズマ用高周波電源５６が配線５８を介して接続されており、上部電極としても機能するようになっている。そして、この配線５８の途中には、インピーダンス整合を行うマッチング回路６０及び高周波を遮断するスイッチ６２が順次介設されている。この場合、高周波を遮断してプラズマを立てることなく処理を行えば熱ＣＶＤ装置として機能するようになっている。尚、処理容器４の側壁にはウエハを搬出入する際に開閉されるゲートバルブ６４が設けられる。また、載置台１６の下方には、ウエハを持ち上げるリフトピンが設けられ、載置台１６の外周には、ガイドリング又はフォーカスリングが設けられるが、ここでは図示省略している。更には、ここでは各ガスの供給系は主要な部分を例示的に示しただけであり、例えばＡｒガスの供給系は複数系統設けられて、これを独立して処理容器内へ供給でき、また、ＴｉＣｌ４  ガスを含む各種のガスは、処理容器４を経由することなくこれらのガスを直接的に排気系１２へ捨てることができるエバックライン（図示せず）等が設けられる。
【００２０】
次に、以上のように構成された処理装置を用いて行なわれるプリコート層２８の形成方法について図３も参照して説明する。図３はプリコート層の各ステップを説明するためのタイムチャート、図４はプリコート用熱ＣＶＤ成膜工程における主要なガスの処理容器内への供給のタイミング（態様１〜４）の主要部を示すタイミングチャートである。まず、図３（Ａ）を参照して説明する。
まず、処理容器４内の載置台１６上には、半導体ウエハＷを何ら載置していない状態とし、処理容器４内を密閉する。この処理容器４内は、例えばメンテナンスされた状態（パーツの交換等で）又は、前工程において、クリーニング処理されて不要な膜が全て除去されており、従って、載置台１６の表面には何らプリコート層がついておらず、載置台１６の素材が剥き出し状態となっている。
【００２１】
そして、次に本発明のプリコート層の形成方法を実施する。すなわち、本発明では１回のプリコート用熱ＣＶＤ成膜工程で所望の厚さのＴｉＮ膜を形成してプリコート層２８を得るようになっている。
具体的には、ここではプリコート層の形成方法について４つの態様について説明する。
【００２２】
＜態様１：１回のプリコート用熱ＣＶＤで形成（図４（Ａ）参照）＞
まず、１回のプリコート用熱ＣＶＤでプリコート層を形成する場合を説明する。
ステップ１：まず処理装置のヒートアップを開始する。
ステップ２：処理容器４内の真空引きを開始する。
ステップ３：処理容器４内を真空引きしつつＡｒガスとＮ２  ガスの供給を開始して処理容器４内のパージを行う。この時のＡｒガスの流量は１０〜５０００ｓｃｃｍの範囲、Ｎ２  ガスの流量は１０〜５０００ｓｃｃｍの範囲である。そして、上記ステップ２とステップ３とを例えば７２回繰り返す。
ステップ４：抵抗加熱ヒータ１８により、載置台１６を所定のプロセス温度、例えば５００〜７００℃まで昇温する。
ステップ５：各流量制御器内に残留しているガスをエバックライン（図示せず）を介して処理容器４内を経ることなく排気系１２へ直接的に流して捨てる。
ステップ６：処理容器４内の真空引きを継続した状態で上記ＡｒガスとＮ２  ガスの供給を停止して処理容器４内を真空引きする。
以上のステップ１〜６により、処理容器４内の成膜環境を最適に整える操作を完了する。
【００２３】
ステップ７：次に処理容器４内へ、ＮＨ３  ガスと、Ｎ２  ガスと、Ａｒガスとをそれぞれ供給してこの中を所定の圧力、例えば４０〜６６６．５Ｐａ程度に維持し、各ガスの供給量を安定化させる。この時のＮＨ３  ガスの供給量は１０〜５０００ｓｃｃｍの範囲、Ｎ２  ガスの供給量は１０〜５０００ｓｃｃｍの範囲、Ａｒガスの供給量は１０〜５０００ｓｃｃｍの範囲である。
ステップ８：次に上記ＮＨ３  ガスとＮ２  ガスとＡｒガスとを処理容器４内へ供給しつつ、更にＴｉＣｌ４  ガスの供給を開始する。この場合、ＴｉＣｌ４  ガスは処理容器４内へは導入しないでエバックラインを介して排気系１２へ直接的に流して廃棄し、これによりＴｉＣｌ４  ガスの流量（流量制御器の動作）を安定化させる。この処理は例えば１０秒程度行う。
【００２４】
ステップ９：次に上記ＮＨ３  ガス、Ｎ２  ガス及びＡｒガスを処理容器４内へ供給しつつ、バルブを切り替えてＴｉＣｌ４  ガスを処理容器４内へ供給して、１回のプリコート形成処理を行ってプリコート層を形成する。この時の処理時間は、例えばプリコート層の膜厚が０．５μｍ程度形成できる時間、例えば２０００秒程度に設定する。
ステップ１０：次に、ＴｉＣｌ４  ガスとＮＨ３  ガスとの供給を停止し、ＡｒガスとＮ２  ガスは流し続けて真空引きを継続して行い、処理容器４内の残留ガスを所定の時間、例えば１０秒間程度排除する。
ステップ１１：次にＴｉＣｌ４  ガスとＮＨ３  ガスとの供給を停止することにより全てのガスの供給を停止し、真空引きを継続して行うことにより、処理容器４内の残留ガスを排除する。このようにしてプリコート工程を終了し、安定なプリコート膜が形成される。
【００２５】
＜態様２：ＴｉＣｌ４  ガスの先出し（図４（Ｂ）参照）＞
次にＴｉＣｌ４  ガスを先出してプリコート層を形成する場合を説明する。
ステップ１〜ステップ６までの処理容器４内の成膜環境を最適に整える操作は、態様１の場合と同じである。
ステップ７：次にＮ２  ガスとＡｒガスとを処理容器４内へ供給し、この処理容器４内を所定の圧力、例えば４０〜６６６．５Ｐａ程度に安定化させる。これと同時に、ＴｉＣｌ４  ガスを流し、このガスを処理容器４内へ供給しないでエバックラインを介して排気系１２へ直接的に廃棄してこのガス流量を安定化させる。この時、Ｎ２  ガスの流量は１０〜５０００ｓｃｃｍの範囲、Ａｒガスの流量は１０〜５０００ｓｃｃｍの範囲、ＴｉＣｌ４  ガスの流量は２〜５００ｓｃｃｍの範囲である。
ステップ８：次に、Ｎ２  ガスとＡｒガスとを処理容器４内へ継続して供給しつつ、バルブを切り替えてＴｉＣｌ４  ガスも処理容器４内へ供給してプリフロー（先出し）を行う。この先出しは所定の時間Ｔ１だけ、例えば１０秒間だけ行う。このＴｉＣｌ４  ガスの先出しにより、処理容器４内をＴｉＣｌ４  雰囲気にしてこのガスの分圧を上げてパーティクルの発生を抑制する。
【００２６】
ステップ９：次に、Ｎ２  ガスとＡｒガスとＴｉＣｌ４  ガスを処理容器４内へ供給しつつ、ＮＨ３  ガスを処理容器４内へ供給し、１回のプリコート形成処理を行ってプリコート層を形成する。この処理時間は、例えばプリコート層の膜厚が０．５μｍ程度形成できる時間、例えば２０００秒程度に設定する。この時のＮＨ３  ガスの流量は、例えば１０〜１０００ｓｃｃｍの範囲である。
ステップ１０：次に、ＮＨ３  ガスの供給を停止し、ＴｉＣｌ４  ガスとＡｒガスとＮ２  ガスの処理容器４内への供給を継続し、ＴｉＣｌ４  ガスのアフタフローを行って処理容器４内をＴｉＣｌ４  ガス雰囲気にする。この処理時間は例えば２０秒間程度である。
ステップ１１：次にＡｒガスとＮ２  ガスの供給は継続して、ＴｉＣｌ４  ガスの供給を停止し、処理容器４内の残留ガスを排気する。この処理時間は例えば２０秒間程度である。
ステップ１２：次に、ＡｒガスとＮ２  ガスの供給を停止することにより全てのガスの供給を停止し、真空引きを継続して行うことにより、処理容器４内の残留ガスを排除する。このようにしてプリコート工程を終了し、安定なプリコート膜が形成される。
【００２７】
＜態様３：Ｈ２  ガスの添加（図４（Ｃ）参照）＞
次にＨ２  ガスを添加してプリコート層を形成する場合を説明する。
ステップ１〜ステップ６までの処理容器４内の成膜環境を最適に整える操作は、態様１の場合と同じである。
ステップ７：次に、ＮＨ３  ガスとＨ２  ガスとＡｒガスとを処理容器４内へ供給し、この処理容器４内を所定の圧力、例えば４０〜６６６．５Ｐａ程度に安定化させる。
ステップ８：次に、ＮＨ３  ガスとＨ２  ガスとＡｒガスとを処理容器４内へ供給しつつ、ＴｉＣｌ４  ガスを流し、このガスを処理容器４内へ供給しないでエバックラインを介して排気系１２へ廃棄してこのガス流量を安定化させる。この時のＨ２  ガスの流量は１０〜５０００ｓｃｃｍの範囲であり、他のガスの各流量は態様２のステップ７と同じである。
【００２８】
ステップ９：次にＮＨ３  ガスとＨ２  ガスとＡｒガスとを処理容器４内へ供給しつつ、バルブを切り替えてＴｉＣｌ４  ガスも処理容器４内に供給して、１回のプリコート形成処理を行ってプリコート層を形成する。この処理時間は、例えばプリコート層の膜厚が０．５μｍ程度形成できる時間、例えば２０００秒程度に設定する。
ステップ１０：次に、ＴｉＣｌ４  ガスとＮＨ３  ガスの供給を停止し、Ｈ２  ガスとＡｒガスとの処理容器４内への供給を継続し、処理容器４内の残留ガスを排気する。この処理時間は例えば２０秒間程度である。
ステップ１１：次に、Ｈ２  ガスとＡｒガスとの供給を停止することにより全てのガスの供給を停止し、真空引きを継続して行うことにより、処理容器４内の残留ガスを排除する。このようにしてプリコート工程を終了し、安定なプリコート膜が形成される。
【００２９】
＜態様４：ＴｉＣｌ４  ガスの先出しとＨ２  ガスの添加（図４（Ｄ）参照）＞
次にＴｉＣｌ４  ガスを先出しし、且つＨ２  ガスを添加してプリコート層を形成する場合を説明する。
ステップ１〜ステップ６までの処理容器４内の成膜環境を最適に整える操作は、態様１の場合と同じである。
ステップ７：次にＨ２  ガスとＡｒガスとを処理容器４内へ供給し、この処理容器４内を所定の圧力、例えば４０〜６６６．５Ｐａ程度に安定化させる。これと同時に、ＴｉＣｌ４  ガスを流し、このガスを処理容器４内へ供給しないでエバックラインを介して排気系１２へ直接的に廃棄してこのガス流量を安定化させる。この時、Ｈ２  ガスの流量は１０〜５０００ｓｃｃｍの範囲、Ａｒガスの流量は１０〜５０００ｓｃｃｍの範囲、ＴｉＣｌ４  ガスの流量は２〜５００ｓｃｃｍの範囲である。
ステップ８：次に、Ｈ２  ガスとＡｒガスとを処理容器４内へ継続して供給しつつ、バルブを切り替えてＴｉＣｌ４  ガスも処理容器４内へ供給してプリフロー（先出し）を行う。この先出しは所定の時間Ｔ１だけ、例えば１０秒間だけ行う。このＴｉＣｌ４  ガスの先出しにより、処理容器４内をＴｉＣｌ４  雰囲気にしてこのガスの分圧を上げてパーティクルの発生を抑制する。
【００３０】
ステップ９：次に、Ｈ２  ガスとＡｒガスとＴｉＣｌ４  ガスを処理容器４内へ供給しつつ、ＮＨ３  ガスを処理容器４内へ供給し、１回のプリコート形成処理を行ってプリコート層を形成する。この処理時間は、例えばプリコート層の膜厚が０．５μｍ程度形成できる時間、例えば２０００秒程度に設定する。この時のＮＨ３  ガスの流量は、例えば１０〜１０００ｓｃｃｍの範囲である。
ステップ１０：次に、ＮＨ３  ガスの供給を停止し、ＴｉＣｌ４  ガスとＡｒガスとＨ２  ガスの処理容器４内への供給を継続し、ＴｉＣｌ４  ガスのアフタフローを行って処理容器４内をＴｉＣｌ４  ガス雰囲気にする。これにより、急激な反応が抑制される。この処理時間は例えば２０秒間程度である。
ステップ１１：次にＡｒガスとＨ２  ガスの供給は継続して、ＴｉＣｌ４  ガスの供給を停止し、処理容器４内の残留ガスを排気する。この処理時間は例えば２０秒間程度である。
ステップ１２：次に、ＡｒガスとＨ２  ガスの供給を停止することにより全てのガスの供給を停止し、真空引きを継続して行うことにより、処理容器４内の残留ガスを排除する。このようにしてプリコート工程を終了し、安定なプリコート膜が形成される。
【００３１】
これにより、プラズマを用いない熱ＣＶＤにより載置台１６の表面にプリコート層２８を形成するためのＴｉＮ膜が安定に堆積することになる。尚、この際、スイッチ６２はＯＦＦ状態となって、高周波電圧はシャワーヘッド部３０に印加されていないのは勿論である。
【００３２】
このようにして、熱ＣＶＤによるＴｉＮ膜の成膜工程を所定の時間だけ行って所定の膜厚、例えば０．４μｍ以上（上記各態様１〜４の場合は０．５μｍ）のプリコート層２８を得たならば、上述のようにしてプリコート用熱ＣＶＤ成膜工程を終了する。この成膜工程の終了に際しては、先にＮＨ３  ガスの流れを止めてこのガスの供給を停止した後、所定の時間Ｔ２だけ経過した後に、ＴｉＣｌ４  ガスの供給を停止するようにしてもよい（態様２及び４）。ここで所定の時間Ｔ１、Ｔ２はそれぞれ１秒程度及び３０秒程度、好ましくは１０〜２０ｓｅｃである。
このようにして、プリコート工程が終了したならば、次に製品ウエハに対して、Ｔｉ膜の成膜処理を１枚毎に実行して行くことになる。この製品ウエハに対するＴｉ膜の成膜は、周知のように例えばＴｉＣｌ４  ガスを流しつつプラズマＣＶＤを用いて所望の厚さのＴｉ膜を形成する成膜ステップと、プラズマを用いて、或いは用いないで上記Ｔｉ膜をＮＨ３  ガスとＨ２  ガスの存在下で窒化するステップによりＴｉ膜が実現される。
【００３３】
次に、上述したように形成したプリコート層２８を形成して、この処理装置２内で５０枚の製品ウエハを実際に処理した時のパーティクル発生状況を評価したので、その評価結果について説明する。また、比較のために従来のプリコート層についても併せて評価を行った。
図５は製品ウエハの処理枚数とパーティクル数との関係を示すグラフである。図５中において直線Ｘは従来方法によるプリコート層を示し、ここではプラズマＣＶＤによるＴｉ膜の成膜ステップと、このＴｉ膜を窒化してＴｉＮ膜とする窒化ステップとよりなる１サイクルの処理を例えば１８サイクル行うことにより、０．５μｍ程度の厚さのプリコート層とした。直線Ａは先の態様１のガスの供給方法で形成したプリコート層を示し、直線Ｂは先の態様２のガスの供給方法で形成したプリコート層を示し、直線Ｃは先の態様３のガスの供給方法で形成したプリコート層を示し、直線Ｄは先の態様４のガス供給方法で形成したプリコート層を示す。尚、パーティクルは０．２μｍ以上のサイズのものを検出した。
【００３４】
直線Ｘで示す従来方法によるプリコート層の場合には、ウエハ枚数が２５枚程度まではパーティクル数は２０程度であり、ウエハ枚数が５０枚の時にはじめてパーティクル数が数個まで低下しており、あまり好ましくない結果となっている。
これに対して、直線Ａ〜Ｄに示す本願発明の場合には、態様１の初回部分を除き、ウエハ枚数が５０枚までの全期間においてパーティクル数は１０以下となっており、良好な結果が得られることが判明した。特に、ＴｉＣｌ４  ガスの先出しを行った直線Ｂ及びＤに示す場合には、ウエハ枚数が５０枚までの全範囲に亘ってパーティクル数は略数個程度であり、特に良好な結果が得られることが判明した。
また従来のプリコート層の形成方法では、これを形成するために４３分程度の時間を要したが、本発明方法のプリコート層の形成方法では、３３分程度の時間に短縮化することができる。ただし、この時間は載置台上の膜厚のみを考えた場合、プロセス時に同じ状態をつくるにはこの数倍の時間が必要と考えられる。
【００３５】
次に、本発明方法によりプリコート層を形成した場合にパーティクルの発生を抑制できる点について説明する。まず、図６はＮＨ３  の流量を一定にした時のＴｉＣｌ４  ガスの流量とＴｉＮ膜の成膜レートとの一般的な関係を示すグラフである。このグラフによれば、ＮＨ３  ガス中に僅かにＴｉＣｌ４  ガスを供給すると、成膜レートは急激に増加し、この急激な増加傾向は、ＴｉＣｌ４  ガスの流量がある程度になるまで続き、そして、成膜レートが点Ｐ１においてピークになると、その後は、ＴｉＣｌ４  ガスが増加するに従って成膜レートは急激に低下し、その後は成膜レートは安定して少しずつ低下することになる。一般的なＴｉＮ膜の成膜時のプロセス条件には、膜厚の制御性を考慮して成膜レートが安定する領域、例えば領域Ａ１を使用することになる。
【００３６】
しかしながら、成膜ガスのＴｉＣｌ４  ガスとプラズマ窒化のＮＨ３  ガスの供給の切り替えを多数回に亘って行うような場合、特に従来方法によるプリコート層の形成方法では、ＴｉＣｌ４  ガスの供給及びその停止（プラズマＣＶＤによるＴｉ膜の形成時）と、ＮＨ３  ガスの供給及びその停止（Ｔｉ膜の窒化時）とを交互に繰り返し行うことから、その都度、処理容器４内に僅かに直前の処理ガスが残留することから、特にＴｉＣｌ４  ガスの供給の開始時には容器内に残留するＮＨ３  ガス中に微量のＴｉＣｌ４  ガスを供給するという領域Ａ２の条件が発生してしまう。
この領域Ａ２で発生した膜は、パーティクルとなって処理空間Ｓ中に浮遊する傾向にある。従って、図５中に示す直線Ａ〜Ｄのように本発明方法のようにＴｉＣｌ４  ガスとＮＨ３  ガスとの供給の切り替えがない場合には、前述したように大幅にパーティクルの発生を抑制することが可能になる。
【００３７】
特に図４に示すように、ＮＨ３  ガスの供給の開始よりも前にＴｉＣｌ４  ガスの供給を開始し、ＮＨ３  ガスの供給の停止よりも後にＴｉＣｌ４  ガスの供給の停止を行うことにより（図５中の直線Ｂ参照）、多量に流れているＴｉＣｌ４  ガス中にＮＨ３  ガスが流れ込むことになるので、図６中の領域Ａ２におけるパーティクルが発生するプロセス条件が抑制され、安定なＴｉＮ膜が形成されるため、ウエハへのＴｉ膜の成膜を開始しても、パーティクルの発生を一層阻止することが可能となる。
また、上記両ガスの供給を同時に開始したり、或いは同時に停止したりする場合にも、僅かなタイミングの誤差で領域Ａ２のプロセス条件が発生する場合が生ずるので、図４に示すような形態で両ガスを供給するのが好ましい。
【００３８】
また前述したようにシャワーヘッド部３０内には図２に示したような僅かな隙間４５等が存在して、いずれか一方の空間から他方の空間へ僅かに成膜ガスが漏れ出す場合もあり、この場合にも上記した図７中の領域Ａ２のプロセス条件が発生しないように、好ましいのは、ＮＨ３  ガスを流す空間３０Ｂの圧力を、ＴｉＣｌ４  ガスを流す空間３０Ａ内の圧力よりも、例えば１３３３０Ｐａ程度高く設定しておくのがよい。これにより、上記した領域Ａ２におけるプロセス条件の発生は阻止され、万一、ＮＨ３  ガス側からＴｉＣｌ４  ガス側の中への侵入（漏出）が発生しても、ＴｉＣｌ４  ガスからＮＨ３  ガス中への侵入（漏出）の発生は抑制できるので、パーティクルの発生を抑制することが可能となる。
【００３９】
また更に、圧力を高くするＮＨ３  ガス側の中にＨ２  ガスを添加しておくことにより（態様３及び４）、万一、ＮＨ３  ガスがＴｉＣｌ４  ガス側へ漏洩する場合に、ＮＨ３  ガスよりも遥かに分子が小さなＨ２  ガスが優先的に拡散することから、その分だけＮＨ３  ガスの拡散漏洩が抑制されて、パーティクルの発生を更に抑制することが可能となる。
また上記製品ウエハについて、連続処理した結果、本発明方法の場合には態様１〜４に、膜厚及び比抵抗の面内及び面間の均一性は良好であり、良好なプロセスの再現性を得られることが判明した。
【００４０】
尚、上記実施例では、プリコート用熱ＣＶＤ成膜工程として、熱ＣＶＤによるＴｉＮ膜の形成のみを行ったが、これに限定されず、図３（Ｂ）に示すようにＴｉＮ膜の表面を安定化させるために、プラズマを用いた、或いはプラズマを用いない窒化処理を行うようにしてもよい。更には、図３（Ｃ）に示すように、熱ＣＶＤによりＴｉＮ膜を形成した後に、プラズマＣＶＤによるＴｉ膜の形成ステップと、このＴｉ膜を窒化する窒化ステップとをそれぞれ１回行ってプリコート層の表面を安定化させるようにしてもよい。
尚、本実施例にて説明したガス流量や圧力や温度等のプロセス条件は、単に一例を示したに過ぎず、これに限定されないのは勿論である。また同様に、処理装置の構造も一例を示したに過ぎず、例えばプラズマ用高周波電源５６の周波数は４５０ｋＨｚではなく他の周波数を用いてもよく、また、プラズマ発生手段としてマイクロ波を用いてもよい。
【００４１】
またここではＴｉＮ膜を成膜する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、タングステン（Ｗ）等の金属膜、或いはタングステンシリサイド（ＷＳｉｘ）やタンタルオキサイド（ＴａＯｘ）等の金属含有窒化膜を成膜する場合にも、本発明を適用できるのは勿論である。
更には半導体ウエハのサイズも６インチ（１５０ｍｍ）、８インチ（２００ｍｍ）、１２インチ（３００ｍｍ）のいずれも用いることができる。
また、加熱手段として、抵抗発熱ヒータに限らず、ランプ加熱を用いた装置にも本発明を適用できる。更に、被処理体としては、半導体ウエハに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板等にも適用することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のプリコート層の形成方法及び成膜方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１、２及び５に係る発明によれば、プラズマを用いることなく一回の熱ＣＶＤ成膜工程によりＴｉＮ膜よりなる所望の厚さのプリコート層を形成することにより、パーティクルの発生を大幅に抑制することができる。
請求項３に係る発明によれば、シャワーヘッド部内において還元ガスを含むガスの圧力を、金属含有ガスを含むガスの圧力よりも高く設定するようにしたので、金属含有ガスを含むガスが還元ガスを含むガス側に漏れ出ることを防止でき、パーティクルの発生を更に抑制することができる。
特に、請求項４に係る発明によれば、Ｈ２  ガスを添加することにより、パーティクルの発生を一層抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施するための処理装置を示す構成図である。
【図２】シャワーヘッド部の一部を示す部分拡大断面図である。
【図３】プリコート層の各ステップを説明するためのタイムチャートである。
【図４】プリコート用熱ＣＶＤ成膜工程における主要なガスの処理容器内への供給のタイミング（態様１〜４）の主要部を示すタイミングチャートである。
【図５】製品ウエハの処理枚数とパーティクル数との関係を示すグラフである。
【図６】ＮＨ３  の流量を一定にした時のＴｉＣｌ４  ガスの流量とＴｉＮ膜の成膜レートとの一般的な関係を示すグラフである。
【符号の説明】
２  処理装置
４  処理容器
１６  載置台
１８  抵抗加熱ヒータ（加熱手段）
２８  プリコート層
３０  シャワーヘッド部（ガス導入手段）
５６  プラズマ用高周波電源（プラズマ発生手段）
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
【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】
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