(57)【要約】【課題】プラズマ処理がなされるＴｉＮ膜のような薄膜の膜質を改善することのできるプラズマ処理装置及び方法を提供すること。【解決手段】本発明のプラズマ処理装置１０は、処理チャンバ１２内に配置され、半導体ウェハを支持する導電性のサセプタ５６と、サセプタ５６の上面に対向配置され、プラズマを生成するための処理ガスを分配供給する導電性のガス分配プレート２４とを備え、処理チャンバにおけるチャンバ壁１６に、サセプタとガス分配プレートとの間で生成されるプラズマを外部から観察するための覗き窓６６を形成し、この覗き窓を覆うように、石英から作られた環状のシールド６８をチャンバ壁の内壁面に配置したことを特徴としている。シールドには凹凸がないので、処理ガスを円滑に流れ、処理ガスの流れの乱れに起因するプラズマ集中が防止され、プラズマ処理が膜全体に均一に行われる。【選択図】  図１
2004149881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板上に形成されている薄膜をプラズマによって処理するプラズマ処理装置であって、
内部が減圧される処理チャンバと、
前記処理チャンバ内に配置され、前記被処理基板を支持する導電性の基板支持体と、
前記基板支持体の基板支持面に対向配置され、プラズマを生成するための処理ガスを前記処理チャンバ内に分配供給する導電性のガス分配プレートと、
前記ガス分配プレートに前記処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記基板支持体と前記ガス分配プレートとの間に高周波電力を印加するための高周波電源と、
を備え、
前記処理チャンバを構成するチャンバ壁に、前記基板支持体と前記ガス分配プレートとの間で生成されるプラズマを外部から観察するための覗き窓が形成されており、
前記覗き窓を覆うように、石英から作られた環状のシールドを前記チャンバ壁の内壁面に配置してなる、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記基板支持体と前記ガス分配プレートとの間の間隔が、前記基板支持体と前記ガス分配プレートとの間で生成されるプラズマの密度が実質的に一様となる大きさとなっている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
被処理基板上に形成されている薄膜をプラズマによって処理するプラズマ処理装置であって、
内部が減圧される処理チャンバと、
前記処理チャンバ内に配置され、前記被処理基板を支持する導電性の基板支持体と、
前記基板支持体の基板支持面に対向配置され、プラズマを生成するための処理ガスを前記処理チャンバ内に分配供給する導電性のガス分配プレートと、
前記ガス分配プレートに前記処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記基板支持体と前記ガス分配プレートとの間に高周波電力を印加するための高周波電源と、
を備え、
前記基板支持体と前記ガス分配プレートとの間の間隔が、前記基板支持体と前記ガス分配プレートとの間で生成されるプラズマの密度が実質的に一様となる大きさとなっている、プラズマ処理装置。
【請求項４】
前記基板支持体は、炭素を不純物として含む窒化チタン膜が形成された被処理基板を支持するものである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記ガス供給手段が、水素ガスの供給源と、窒素ガスの供給源とを含む、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記ガス供給手段が、水素ガスの供給源と、窒素ガスの供給源と、テトラジメチルアミノチタンガスの供給源とを含み、
前記基板支持体が加熱装置を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
内部が減圧される処理チャンバと、前記処理チャンバ内に配置され、被処理基板を支持する導電性の基板支持体と、前記基板支持体の基板支持面に対向配置され、プラズマを生成するための処理ガスを処理チャンバ内に分配供給する導電性のガス分配プレートとを備えるプラズマ処理装置を用いて、前記被処理基板に形成された薄膜をプラズマにより処理するプラズマ処理方法であって、
前記基板支持体の前記基板支持面上に被処理基板を支持するステップと、
前記処理チャンバ内を減圧するステップと、
前記ガス分配プレートを通して前記処理ガスを前記処理チャンバ内に供給するステップと、
前記基板支持体と前記ガス分配プレートとの間の間隔を、前記基板支持体と前記ガス分配プレートとの間で生成されるプラズマの密度が実質的に一様となる大きさとし、
前記基板支持体と前記ガス分配プレートとの間に高周波電力を印加するステップと、
を含むプラズマ処理方法。
【請求項８】
前記基板支持体と前記ガス分配プレートとの間の間隔が、４１５〜６１５ｍｉｌｓ（約１０．５〜１５．６ｍｍ）である、請求項７に記載のプラズマ処理方法。
【請求項９】
前記被処理基板上には、炭素を不純物として含む窒化チタン膜が形成されており、前記処理ガスが、水素ガスと窒素ガスとを含むものである、請求項７又は８に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１０】
前記基板支持体に前記被処理基板を支持した後、ガス分配プレートを通してテトラジメチルアミノチタンガスを前記処理チャンバ内に供給し、前記基板支持体を加熱することにより、前記被処理基板上には、熱化学気相成長法により炭素を不純物として含む窒化チタン膜が形成されている、請求項９に記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化チタン（ＴｉＮ）膜等の薄膜をプラズマによって処理するプラズマ処理装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造における多層配線プロセスでは、通常、トレンチやホールが形成された層間絶縁膜上に金属膜を成膜する工程が含まれている。この金属膜の成膜工程に先立ち、従来では、層間絶縁膜上にはバリア層が成膜される。例えば、金属膜としてアルミニウム、アルミニウム合金、タングステン等が用いられる場合には、金属膜の信頼性及び導電特性を向上させる観点から、ＴｉＮからなるバリア層が使用されることが多い。
【０００３】
このバリア層としてのＴｉＮ膜の成膜方法としては、近年、化学気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＣＶＤ）法が広く採用されている。ＣＶＤ法によるＴｉＮ膜の成膜プロセスは、２段階の処理がなされる。まず第１に、処理チャンバ内に、チタン原子と窒素原子とを含有するテトラジメチルアミノチタン（ＴＤＭＡＴ）といった有機金属化合物を材料を導入し、熱ＣＶＤ又はプラズマＣＶＤによりＴｉＮ膜を堆積する。このＴｉＮ膜には、炭素及び水素が含まれているため、これらを除去するために、第２段階としてプラズマ処理を行う。すなわち、ＴｉＮ膜の堆積後、同じ処理チャンバ内に水素と窒素を含む処理ガスを導入してプラズマを生成し、プラズマ中の水素イオン及び窒素イオン等と、ＴｉＮ膜中の炭素及び水素とを反応させ、除去するのである（特許文献１を参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１３４４３６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来のプラズマ処理を経て得られたＴｉＮ膜には、膜質がやや不均一であるという問題点が認められる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、プラズマ処理が施されるＴｉＮ膜のような薄膜の膜質を改善することのできるプラズマ処理装置及び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】
上記目的を達成するために、本発明者らは種々検討した結果、処理チャンバ内での処理ガスの流れに乱れが生じた場合、プラズマ集中が生じてプラズマ処理がＴｉＮ膜全体に対して均一に行われず、その結果、膜質が不均一となると考えた。そして、本発明者らは、処理ガスに乱れを生じる原因が、処理チャンバ内のプラズマを外部から観察するために設けられた覗き窓にあることを見出した。
【０００８】
従来のプラズマ処理装置における処理チャンバでは、副生成物からチャンバ内壁面を保護するためにアルミニウム製のシールドが、チャンバ内壁面の全周にわたり配設されている。しかし、チャンバ壁に設けられた覗き窓を覆っている部分に関しては、視界を確保するために、貫通孔が形成されており、この貫通孔の存在によって処理チャンバ内の処理ガスの流れに乱れが生じていることを、本発明者らは見出したのである。
【０００９】
本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、半導体ウェハのような被処理基板上に形成されている薄膜（例えば、炭素を不純物として含むＴｉＮ膜）をプラズマによって処理するプラズマ処理装置において、内部が減圧される処理チャンバと、この処理チャンバ内に配置され、被処理基板を支持する導電性の基板支持体と、基板支持体の基板支持面に対向配置され、プラズマを生成するための処理ガスを処理チャンバ内に分配供給する導電性のガス分配プレートと、ガス分配プレートに処理ガスを供給するガス供給手段と、基板支持体とガス分配プレートとの間に高周波電力を印加するための高周波電源とを備え、処理チャンバを構成するチャンバ壁に、基板支持体とガス分配プレートとの間で生成されるプラズマを外部から観察するための覗き窓を形成し、この覗き窓を覆うように、石英から作られた環状のシールドをチャンバ壁の内壁面に配置したことを特徴としている。
【００１０】
シールドを透明な石英から形成することで、チャンバ壁に設けられた覗き窓を覆っても外部からプラズマを確認することが可能となる。しかも、シールドの内周面には凹凸が形成されないので、処理ガスの流れも安定したものとなる。よって、プラズマ集中が起こらず、薄膜に対するプラズマ処理が全面にわたって均等に行われ、膜質の面内均一性が向上する。
【００１１】
また、処理チャンバ内の処理ガスの流れについては、基板支持体とガス分配プレートとの間の間隔も影響があると、本発明者らは考えた。すなわち、従来においては、この間隔は狭い程、プラズマが確実に生成、維持されると考えられていたが、そこを流れる処理ガスのコンダクタンスも小さくなり、プラズマ集中が生じると考えた。
【００１２】
そこで、本発明は、上述のシールドを石英にすることと共に、或いは、シールドの形状、材質とは無関係に、基板支持体とガス分配プレートとの間の間隔を、基板支持体とガス分配プレートとの間で生成されるプラズマの密度が実質的に一様となる大きさとしたことを特徴としている。
【００１３】
被処理基板上の薄膜が、探査を不純物として含むＴｉＮ膜である場合には、ガス供給手段は、水素ガスの供給源と、窒素ガスの供給源とを含むものであることが好適である。
【００１４】
また、本発明によるプラズマ処理装置では、ガス供給手段として、ＴＤＭＡＴガスの供給源を更に含み、基板支持体が加熱装置を含むことが有効である。この構成では、ＴＤＭＡＴガスを処理チャンバ内に導入し、加熱装置により基板支持体上の被処理基板を加熱することで、熱ＣＶＤ法により被処理基板上にＴｉＮ膜を形成することができ、成膜からプラズマ処理までの一連のプロセスを１つの処理チャンバで行うことが可能となる。
【００１５】
本発明はまた、プラズマ処理方法にも係るものである。本発明によるプラズマ処理方法は、内部が減圧される処理チャンバと、処理チャンバ内に配置され、被処理基板を支持する導電性の基板支持体と、基板支持体の基板支持面に対向配置され、プラズマを生成するための処理ガスを処理チャンバ内に分配供給する導電性のガス分配プレートとを備えるプラズマ処理装置を用いての方法において、基板支持体の基板支持面上に被処理基板を支持するステップと、処理チャンバ内を減圧するステップと、ガス分配プレートを通して処理ガスを処理チャンバ内に供給するステップと、基板支持体とガス分配プレートとの間の間隔を、基板支持体とガス分配プレートとの間で生成されるプラズマの密度が実質的に一様となる大きさとし、基板支持体とガス分配プレートとの間に高周波電力を印加するステップとを含むことを特徴としている。
【００１６】
基板支持体とガス分配プレートとの間の間隔は、具体的には、４１５〜６１５ｍｉｌｓ（約１０．５〜１５．６ｍｍ）とした場合、プラズマ密度が均一化することが実験により確認されている。
【００１７】
プラズマ密度が均一化されれば、薄膜に対するプラズマ処理も全面にわたり均等なものとなる。
【００１８】
被処理基板上に、炭素を不純物として含むＴｉＮ膜が形成されている場合には、処理ガスは、水素ガスと窒素ガスとを含むものとすることが好ましい。
【００１９】
また、１つの処理チャンバで、被処理基板上にＴｉＮ膜を形成してそのプラズマ処理を可能とするために、基板支持体に被処理基板を支持した後、ガス分配プレートを通してＴＤＭＡＴガスを処理チャンバ内に供給し、基板支持体を加熱することにより、被処理基板上に、熱ＣＶＤ法によって炭素を不純物として含むＴｉＮ膜を形成することが有効である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明によるプラズマ処理装置の一実施形態を概略的に示す断面図である。本実施形態のプラズマ処理装置１０は、ＴｉＮ膜の熱ＣＶＤ法による成膜と、プラズマ処理によるＴｉＮ膜中の不純物の除去とが可能なっている。
【００２２】
図示のプラズマ処理装置１０は、内部が所定の真空度に減圧される処理チャンバ１２を備えている。処理チャンバ１２は、下部に底板部１４を有する筒状のチャンバ壁１６と、チャンバ壁１６の上部開口を閉じる蓋ユニット１８とから構成されている。
【００２３】
チャンバ壁１６にはガス通路としての貫通孔２０が形成されている。貫通孔２０は、図示しないが配管を介して真空ポンプに接続されており、この真空ポンプを駆動することで処理チャンバ１２の内部が減圧されるようになっている。
【００２４】
蓋ユニット１８は、上部プレート２２と下部プレート２４とを含み、両プレート２２，２４間には空間２６が形成されている。上部プレート２２には、空間２６と連通する貫通孔２８が形成されており、この貫通孔２８はガス供給手段３０に接続されている。本実施形態では、ガス供給手段３０は、ＴＤＭＡＴガスの供給源３２と、水素ガスの供給源３４と、窒素ガスの供給源３６を有しており、これらの供給源３２，３４，３６から貫通孔２８に延びる各配管３８，４０，４２中には流量を制御する弁４４，４６，４８が介設されている。また、下部プレート２４はガス分配プレート或いはシャワーヘッドと称されるものであり、多数の小孔５０が形成されている。従って、ガス供給手段３０からガスを供給すると、そのガスは上部プレート２２の貫通孔２８を通って空間２６に導入され、下部プレート２４の小孔５０から処理チャンバ１２内に分配供給される。以下、下部プレート２４を「ガス分配プレート」と称することとする。なお、上部プレート２２とガス分配プレート２４との間の空間２６にはガス分散プレート５２が配置されており、貫通孔２８からのガスを空間２６内に分散させ、ひいてはガスをガス分配プレート２４から処理チャンバ１２内に均一に供給できるようにしている。
【００２５】
蓋ユニット１８、特にガス分配プレート２４は電極として機能するため、導電性金属、好ましくはアルミニウムから作られている。また、チャンバ壁１６も導電性金属、好ましくはアルミニウムから作られており、蓋ユニット１８とチャンバ壁１６との間には環状の絶縁体５４が介設されている。
【００２６】
処理チャンバ１２の内部には、半導体ウェハ（被処理基板）Ｗを上面（基板支持面）にて支持するサセプタ（基板支持体）５６が設けられている。このサセプタ５６の上面は、蓋ユニット１８のガス分配プレート２４と平行に且つ同軸に対向配置されている。また、サセプタ５６には、支持された半導体ウェハＷを加熱するために、電気抵抗式ヒータ等の加熱装置５８が埋設されている。サセプタ５６は、チャンバ壁１６の底板部１４を貫通する支持コラム６０によって支持されている。支持コラム６０の下部には昇降機構（図示しない）が設けられており、昇降機構を動作させることで、サセプタ５６の上面、すなわち半導体ウェハＷの上面と蓋ユニット１８のガス分配プレート２４の下面との間の間隔Ｄを調整することが可能となっている。
【００２７】
サセプタ５６は電極としても機能し、導電性金属、好ましくはアルミニウムから構成されており、このサセプタ５６と蓋ユニット１８との間には、高周波電力が印加されるようになっており、サセプタ５６と蓋ユニット１８のガス分配プレート２４との間でプラズマが生成されるようになっている。具体的には、サセプタ５６は接地され、蓋ユニット１８は例えば４００ｋＨｚの高周波電力を発生する高周波電源６４が接続されている。
【００２８】
なお、サセプタ５６とガス分配プレート２４との間でのプラズマを観察することができるように、チャンバ壁１６には、サセプタ５６とガス分配プレート２４との間の空間と略同一の高さ位置に、覗き窓６６が形成されている。覗き窓６６は、チャンバ壁１６に貫通孔を形成し、そこに石英ガラスを嵌着したものである。
【００２９】
更に、処理チャンバ１２の内部には、チャンバ壁１６の内壁面を保護するためのシールドが配設されている。図示実施形態においては、シールドは、チャンバ壁１６の内壁面に隣接して配置される環状のアウタシールド６８と、アウタシールド６８の内側に同軸に配置され、サセプタ５６に隣接して配置される環状のインナシールド７０とを有している。アウタシールド６８は覗き窓６６を覆う位置に配置されるが、石英製であり、実質的に透明なものとなっているため、覗き窓６６からの視界を妨げるものではない。また、アウタシールド６８の内周面は円滑な面とされている。インナシールド７０は石英製であってもよいが、従来と同様に、安価で取扱いが容易なアルミニウムから作られたものが好適である。なお、アウタシールド６８とインナシールド７０との間にはチャンバインサート７２が配置されている。
【００３０】
次に、上述したような構成のプラズマ処理装置１０を用いて、膜質の良好なＴｉＮ膜を半導体ウェハＷ上に形成する手順について説明する。
【００３１】
まず、チャンバ壁１６のウェハ出入口のシャッター（図示しない）を開き、半導体ウェハＷを処理チャンバ１２内に移送し、サセプタ５６の上面に半導体ウェハＷを載置し、その後、シャッターを閉じる。次いで、昇降機構を制御してサセプタ５６を上昇させ、ガス分配プレート２４の下面とサセプタ５６上の半導体ウェハＷの上面との間の間隔Ｄを、例えば３１５ｍｉｌｓ（約８．０ｍｍ）とする。そして、加熱装置５８を制御して、例えばサセプタ５６の上面温度を４５０℃とする。かかる場合、半導体ウェハＷの上面温度は３７０〜３８０℃となる。
【００３２】
次いで、真空ポンプを動作させ、処理チャンバ１２の内部を所定の真空度に減圧する。そして、ガス供給手段３０の弁４４を開き、ＴＤＭＡＴガスをＴＤＭＡＴ供給源３２から蓋ユニット１８の上部プレート２２の貫通孔２８、空間２６、ガス分配プレート２４の小孔５０を通して処理チャンバ１２内に供給する。ＴＤＭＡＴは、処理チャンバ１２内に供給されると、半導体ウェハＷに接触し、半導体ウェハＷが高温となっていることから熱分解し、半導体ウェハＷの上面上にＴｉＮ膜を形成する。所定の厚さのＴｉＮ膜が形成されたならば、弁４４を閉じ、ＴＤＭＡＴガスの供給を停止する。
【００３３】
この熱ＣＶＤ法によるＴｉＮ膜の成膜時、サセプタ５６とガス分配プレート２４との間で副生成物が発生し、チャンバ壁１６の内壁面の方向に流れていくが、チャンバ壁１６の覗き窓６６は石英製のアウタシールド６８によって覆われているので、覗き窓６６に副生成物が直接付着することはない。また、アウタシールド６８の内周面には副生成物が堆積するが、アウタシールド６８の内周面は円滑であるため、ガスが局所的に停滞することもなく、従ってアウタシールド６８の一部分、特に覗き窓を覆っている部分に堆積が集中することもない。従って、覗き窓６６からの視界は長期にわたり明瞭に維持され、メンテナンスの手間も軽減されることになる。
【００３４】
熱ＣＶＤ法により形成されたＴｉＮ膜には、炭素及び水素のような不純物が含まれているため、これらを除去するため、続いてプラズマ処理を行う。プラズマ処理を行う場合、まず、昇降機構を制御してサセプタ５６を下降させ、半導体ウェハＷの上面とガス分配プレート２４の下面との間の間隔Ｄを、例えば４１５〜６１５ｍｉｌｓ（約１０．５〜１５．６ｍｍ）、好ましくは５２５ｍｉｌｓ（約１３．１ｍｍ）とする。従来、プラズマ処理時における間隔Ｄは熱ＣＶＤ時の間隔と同じであり、３１５ｍｉｌｓであった。これと比較すると、この４１５〜６１５ｍｉｌｓという間隔Ｄは相当に広いものである。
【００３５】
この後、処理チャンバ１２内の真空度を調整し、弁４６，４８を開いて水素ガスと窒素ガスをそれぞれの供給源３４，３６から送出し、処理ガスとして処理チャンバ１２内に供給する。そして、高周波電源６４を投入し、サセプタ５６と蓋ユニット１８との間に高周波電力を印加すると、水素ガス及び窒素ガスからなる処理ガスがプラズマ化される。このプラズマは半導体ウェハＷの真上にあり、プラズマ中の水素イオンや窒素イオン等が半導体ウェハＷ上のＴｉＮ膜に触れ或いは衝突することで、ＴｉＮ膜中の炭素や水素等の不純物が除去される。また同時に、ＴｉＮ膜が結晶化されると共に、高密度化される。こうしてＴｉＮ膜の膜質が改善される。
【００３６】
このプラズマ処理工程においては、処理ガスが蓋ユニット１８におけるガス分配プレート２４の小孔５０から均等に処理チャンバ１２内に分配供給され、その後、チャンバ壁１６の内壁面に沿って流れ、やがて貫通孔２０から外部に排出されるが、アウタシールド６８には穴や凹凸がなく、その内周面は滑らかなものとなっているので、処理チャンバ１２内での処理ガスの流れは円滑なものとなる。また、サセプタ５６とガス分配プレート２４との間の間隔Ｄも従来よりも大きく、処理ガスの流通性が改善されている。このため、サセプタ５６とガス分配プレート２４との間で生成されるプラズマの密度は一様なものとなる。別言するならば、プラズマ集中が防止される。従って、プラズマ処理の効果は半導体ウェハＷの全面に対して均等に行われ、ＴｉＮ膜の膜質の面内均一性は格段に向上する。
【００３７】
ここで、次表は、一定の間隔で熱ＣＶＤによりＴｉＮ膜を成膜した後、サセプタ５６とガス分配プレート２４との間の間隔を種々変え、得られたＴｉＮ膜の膜質をシート抵抗値で表した実験結果を示している。この実験では、アプライド・マテリアルズ・インコーポレイテッドにて製造、販売されている「ＨＰ  ＴｘＺ」と呼ばれる上記構成のプラズマ処理装置が２台用いられた。
【表１】
2004149881.tif 000003
この表から、間隔Ｄを６１５ｍｉｌｓ（約１５．６ｍｍ）付近まで大きくするにつれて、シート抵抗の面内均一性（平均シート抵抗値に対する偏差）が小さくなっていることが分かる。なお、平均シート抵抗値は間隔Ｄを大きくすると高くなり、間隔Ｄを２５０ｍｉｌｓ（約６．３５ｍｍ）とすると、装置間のばらつきが大きくなることが分かった。更に、間隔Ｄを７１５ｍｉｌｓ（約１８．２ｍｍ）まで広げると、シート抵抗の面内均一性が再び大きくなっている。
【００３８】
また、実験では、覗き窓６６からプラズマの状態を観察したが、間隔Ｄが３１５ｍｉｌｓ及び３８５ｍｉｌｓの場合にはプラズマに濃淡があり、プラズマ集中が起きていることが分かった。また、間隔Ｄが４１５ｍｉｌｓ、５１５ｍｉｌｓ、６１５ｍｉｌｓでは、プラズマに濃淡がなく、プラズマ密度が一様となっていることが分かった。なお、間隔Ｄが５１５ｍｉｌｓと６１５ｍｉｌｓの場合、プラズマの明るさは４１５ｍｉｌｓの場合よりも明るく、良好なプラズマが形成されているものと認められた。
【００３９】
更に、間隔Ｄを３１５ｍｉｌｓとし、７５０Ｗの高周波電力を印加してプラズマ処理を行う場合と、間隔Ｄを５１５ｍｉｌｓとし、７５０Ｗの高周波電力を印加してプラズマ処理を行った場合とで、サセプタ５６の上面の状態に違いがあるか否かを検査した。いずれの場合も、７５枚の半導体ウェハＷに対する処理を終えた後のサセプタ５６の状態を検査したが、間隔Ｄを３１５ｍｉｌｓとした場合にはサセプタ５６の周縁部の数カ所に微細な傷が形成され、プラズマ集中が生じていることが分かった。一方、間隔Ｄを５１５ｍｉｌｓとした場合には、そのような傷は発見されず、プラズマ集中が起きていないものと認められた。更に、間隔Ｄを５１５ｍｉｌｓとし、高周波電力を８５０Ｗにして同様な実験を行ったが、この場合もサセプタ５６上に傷は生じていなかった。
【００４０】
このように、サセプタ５６とガス分配プレート２４との間の間隔Ｄを一定の値まで大きくすることで、プラズマ処理の効果が向上し、ＴｉＮ膜の膜質改善に寄与することが分かる。
【００４１】
なお、プラズマ処理中においても、副生成物が生成され、アウタシールド６８の内周面に付着するが、覗き窓６６には直接付着せず、局所的な堆積がないことはＴｉＮ膜の成膜時と同様である。
【００４２】
プラズマ処理を一定時間行ったならば、弁を４６，４８閉じて水素ガスと窒素ガスの供給を停止すると共に、真空ポンプを停止する。そして、サセプタ５６を下降し、半導体ウェハＷを処理チャンバ１２から取り出して、ＴｉＮ膜の成膜・プラズマ処理のプロセスが完了する。
【００４３】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限られないことは言うまでもない。
【００４４】
例えば、穴付きのアルミニウム製アウタシールドを有する従来型の処理チャンバに対しても、サセプタとガス分配プレートとの間の間隔を調整することで、膜質の面内均一性を改善することが可能である。
【００４５】
また、上記実施形態では、ＴｉＮ膜の成膜からそのプラズマ処理までの一連のプロセスを１つの処理チャンバで行うこととしているが、ＴｉＮ膜の成膜は他の装置で行うこととしてもよい。
【００４６】
更に、プラズマ処理される薄膜もＴｉＮ膜に限られない。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、不純物を含むＴｉＮ膜のような薄膜に対してプラズマ処理する場合、その全面にわたって均一に処理を行うことができるので、膜質の面内均一性が向上する。従って、最終製品、例えば半導体デバイスの性能や歩留まりが向上することとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプラズマ処理装置の一実施形態を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
１０…プラズマ処理装置、１２…処理チャンバ、１６…チャンバ壁、２４…ガス分配プレート、３０…ガス供給手段、３２…ＴＤＭＡＴ供給源も３４…水素ガス供給源、３６…窒素ガス供給源、５６…サセプタ（基板支持体）、５８…加熱装置、６４…高周波電源、６６…覗き窓、６８…アウタシールド、７０…インナシールド、Ｗ…半導体ウェハ（被処理基板）。
【図１】
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