(57)【要約】【課題】半導体装置のコンタクトホール内にバリア層をなすＴｉＮ膜を形成し、その上に配線層を形成する場合、両者の工程の間においてウエハが大気に曝される時間が長いと、ＴｉＮ膜の表面に酸化層が形成され、配線の内部抵抗が高くなる。【解決手段】ＴｉＮ膜を成膜した後、装置のトラブルなどによりウエハを収納したキャリアの搬送が滞り、次の配線工程に移るまでにウエハが大気雰囲気に長時間置かれた場合、例えばＴｉＮ膜の成膜装置にウエハを戻し、ＴｉＮ膜の原料ガスであるアンモニアガスのガス供給部を利用して、例えば５００℃以上の加熱雰囲気でかつ所定の真空雰囲気下でアンモニアをウエハ表面に供給し、還元処理を行って酸化層を除去する。その後例えば別の成膜装置にウエハを搬送して配線層を成膜する。【選択図】      図４
2004259777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属窒化膜を構成する金属とハロゲンとの化合物を含む原料ガスと窒素を含む原料ガスとを用いて基板上に金属窒化膜を成膜する工程と、
その後、前記基板が大気雰囲気に曝される工程と、
次いで前記基板の表面に窒素及び水素を含む化合物の還元性ガスを供給して前記金属窒化膜の表面を還元する工程と、
この工程の後、前記金属窒化膜の表面に配線層を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
還元性ガスはアンモニアガスであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
処理容器内に設けられた載置台に、その表面に金属窒化膜が形成された基板を載置し、基板の表面に配線層を形成する成膜装置において、
窒素及び水素を含む化合物の還元性ガスを処理容器内に供給するための還元性ガス供給部と、
前記基板の表面に配線層を形成する工程を実施するための成膜処理実行部と、
前記配線層を成膜する前に前記還元性ガスを処理容器内に供給して前記金属窒化膜の表面を還元する工程を実施するための還元処理実行部と、を備えたことを特徴とする成膜装置。
【請求項４】
真空雰囲気とされる気密な搬送室と、
この搬送室に気密に接続された処理容器を含み、基板の表面に配線層を形成するための成膜装置と、
前記搬送室に気密に接続された処理容器を含み、窒素及び水素を含む化合物の還元性ガスにより、基板に形成された金属窒化膜の表面を還元するための還元処理装置と、
前記搬送室に設けられ、その表面に金属窒化膜が成膜された基板を前記還元処理装置に搬送し、次いで前記成膜装置に搬送するための搬送手段と、を備えたことを特徴とする真空処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＴｉＮ（チタンナイトライド）膜などの金属窒化膜の上に配線層を形成する半導体装置の製造方法、及びこの方法を実施するために好適な成膜装置及び真空処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの高集積化に伴い、例えばＭＯＳトランジスタにおいては、図１０に示すようにコンタクトホール９１が微小化したり、ｎ型（あるいはｐ型）のＳｉ（シリコン）層９２中に形成されるｐ型（あるいはｎ型）の拡散層９３が浅くなる傾向にあることから、コンタクトホール９１に埋め込まれるＷ（タングステン）やＡｌ（アルミニウム）などの金属膜からなる配線層９４と拡散層９３との間にＴｉＮ（チタンナイトライド）膜９５を介在させ、微細なホール内における金属と半導体との電気的な接合を容易にしようとしている。
【０００３】
ここで配線層９４と拡散層９３との間にＴｉＮ膜９５を介在させる理由について述べると、ＷやＡｌはＳｉと合金を作るので拡散層９３との間で相互拡散が起こり、コンタクトホール９１のサイズが微細化したり、拡散層９３が浅くなると相互拡散の影響が大きくなって、ＭＯＳが動作しなくなる場合があり、そこで相互拡散の起こらないＴｉＮをバリヤ層として介在させているのである。
【０００４】
ＴｉＮ膜を生成する方法の一つとしては、例えば特許文献１に示されているように、ＴｉＣｌ４（四塩化チタン）ガスとＮＨ３（アンモニア）ガスとを真空室内に導入し、気相反応によりＴｉＮ膜９５をウエハ表面に生成した後、ＴｉＮ膜中の残留塩素を除去するためにＮＨ３ガスを流す工程（アンモニアポストフロー）を行う熱ＣＶＤ法がある。ところでＴｉＮ膜９５の成膜装置から搬出された半導体ウエハ（以下ウエハという）はコンタクトホールを埋め込む例えばブランケットＷ−ＣＶＤ装置へ搬送する過程で大気中の酸素あるいは水分の吸着により容易に酸化され、図５（ｂ）に示すように表面が酸化されて酸化層９６を形成してしまう。この酸化層９６はＴｉＮ膜９５よりも抵抗が大きいためデバイス配線の内部抵抗の増加を引き起こし、電力損失や発熱の原因になる。
【０００５】
このためウエハ上にＴｉＮ膜９５を成膜して成膜装置から搬出した後、できるだけ速やかに配線層９４を形成するための装置に搬送するようにしているが、装置のトラブルなどによりウエハが大気雰囲気下で滞留する場合がある。このようにＴｉＮ膜９５が形成されたウエハが大気雰囲気下に長時間置かれると酸化層９６の成長が進み、歩留まり低下の一因になる。
【０００６】
こうした背景から半導体ウエハの製造工程において、スパッタ法（ＰＶＤ）によりＴｉＮ膜９５を成膜したウエハに対して、配線層９４を形成する前に水素（Ｈ２）ガスを還元剤として用いて酸化層の還元処理を行う方法がある（特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特表平６−５１００８９号公報
【特許文献２】
特開平６−２０９９４号公報（請求項１及び図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＣＶＤ法により成膜されたＴｉＮ膜を、水素（Ｈ２）ガスを還元剤としてＴｉＮ膜を還元する手法は、ウエハ面内におけるＴｉＮ膜の抵抗値の面内均一性が悪く、つまり配線層とＴｉＮ膜との間の抵抗値の面内均一性が悪く、しかも水素ガスにより還元した後、大気雰囲気に置かれた経過時間に対してＴｉＮ膜の抵抗値の面内均一性が低下する割合が大きいことからＴｉＮ膜の成膜を行った後、配線層を形成するまでの間にウエハが大気雰囲気に置かれる場合には、非常に不利である。こうしたことから水素ガスによる還元処理では、半導体装置の特性のばらつきの要因になり、歩留まりの向上が困難である。また還元処理後にＴｉＮ膜が大気中に曝されると、抵抗値の増加率が大きく、この点においても還元処理を行った後にウエハが大気雰囲気に置かれる場合には得策ではない。更にまた還元剤として用いた水素は成膜装置内で用いるには危険なガスのため安全性に問題がある。
【０００９】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、金属窒化膜の表面に配線層が設けられる半導体装置を製造するにあたって、金属窒化膜から配線層に至るまでの抵抗値を低く抑え、また抵抗値について良好な面内均一性が得られる製造方法を提供することにある。更に本発明の他の目的は前記製造方法を実施するのに好適な成膜装置及び真空処理システムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、金属窒化膜を構成する金属とハロゲンとの化合物を含む原料ガスと窒素を含む原料ガスとを用いて基板上に金属窒化膜を成膜する工程と、
その後、前記基板が大気雰囲気に曝される工程と、
次いで前記基板の表面に窒素及び水素を含む化合物の還元性ガスを供給して前記金属窒化膜の表面を還元する工程と、
この工程の後、前記金属窒化膜の表面に配線層を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。還元性ガスは例えばアンモニアガスが好適であるが、これに限定されない。
【００１１】
本発明方法は種々の態様で実施できる。例えば金属窒化膜を成膜する装置と配線層を形成する装置とが互いに別の装置である場合、基板が大気雰囲気中を搬送され大気雰囲気に曝されることになる。この場合何らかのトラブルにより、基板が大気雰囲気に曝される時間が通常の時間よりも長くなって、金属窒化膜の上の酸化層が成長しすぎていることが考えられるので、そのときに前記還元性のガスにより還元処理を行うことにより金属窒化膜が成膜された直後の状態に戻り、成長しすぎた酸化層による配線抵抗の増加を避けることができる。また還元処理を終えた金属窒化膜の厚さ方向の抵抗値について面内の均一性が良好であり、この点からも歩留まりの低下を抑えることができる。
【００１２】
本発明は、上述の製造方法を実施する装置としても成り立つものであり、本発明の装置は、処理容器内に設けられた載置台に、その表面に金属窒化膜が形成された基板を載置し、基板の表面に配線層を形成する成膜装置において、
窒素及び水素を含む化合物の還元性ガスを処理容器内に供給するための還元性ガス供給部と、
前記基板の表面に配線層を形成する工程を実施するための成膜処理実行部と、
前記配線層を成膜する前に前記還元性ガスを処理容器内に供給して前記金属窒化膜の表面を還元する工程を実施するための還元処理実行部と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
更に他の発明にかかる真空処理システムは、真空雰囲気とされる気密な搬送室と、
この搬送室に気密に接続された処理容器を含み、基板の表面に配線層を形成するための成膜装置と、
前記搬送室に気密に接続された処理容器を含み、窒素及び水素を含む化合物の還元性ガスにより、基板に形成された金属窒化膜の表面を還元するための還元処理装置と、
前記搬送室に設けられ、その表面に金属窒化膜が成膜された基板を前記還元処理装置に搬送し、次いで成膜装置に搬送するための搬送手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明の半導体装置の製造方法にかかる第１の実施の形態は、基板上に金属窒化膜を形成する第１の工程と、前記金属窒化膜の表面を還元する第２の工程とを共通の装置で行う手法である。
【００１５】
図１は、基板として例えばウエハに対して金属窒化膜例えばＴｉＮ膜を成膜するための成膜装置１００を示す概略断面図であり、この成膜装置１００はＴｉＮ膜の表面を還元処理する機能も備えている。この成膜装置の構成について説明すると、２は真空処理が行えるように気密に構成された処理容器であるチャンバーであり、このチャンバー２は円筒部２１の底面に当該円筒部２１よりも小径の筒状の排気室２２が形成されている。
【００１６】
円筒部２１の内部には、基板であるウエハ１０を水平に支持するための例えばＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等のセラミック製の円盤状の載置台であるサセプタ２３が設けられている。サセプタ２３はその中央部にて円筒状の支持部材２４により支持されており、この支持部材２４は排気室２２の底部に固定されている。サセプタ２３の外縁部にはウエハ１０をガイドするためのガイドリング２５が設けられている。また、サセプタ２３には加熱手段である抵抗発熱体からなるヒーター２６が埋め込まれており、このヒーター２６は電源部２７から給電されることによりウエハ１０を所定の温度に加熱する。
【００１７】
サセプタ２３には、ウエハ１０を支持して昇降させるための例えば３本（２本のみ図示）のウエハ支持ピン２８がサセプタ２３の表面に対して突没可能に設けられ、これらウエハ支持ピン２８は支持板２８ａを介して駆動機構２９により昇降される。
【００１８】
チャンバ２１の上部には、サセプタ２３と対向するように処理ガスをチャンバ２内に供給するためのシャワーヘッド３が設けられている。このシャワーヘッド３は、第１のガス供給路をなす第１のガス供給管３１及び第２のガス供給路をなす第２のガス供給管３２が接続されていて、両方のガス供給管３１、３２から導入された処理ガスが内部の分岐路を通って別々に（独立して）チャンバ２内に供給されるように構成されている。
【００１９】
第１のガス供給管３１及び第２のガス供給管３２は、ガス供給部３３に接続されている。このガス供給部３３は、成膜ガス、還元処理ガス、キャリヤガスなどを供給するガス供給源、ガス配管、バルブ及び流量調整部であるマスフローコントローラなどを有し、バルブの切り替えによりガスの種類が選択されると共に流量調整部により各ガスの流量が制御されるように構成されている。ガス供給源としては、ＴｉＮ膜の成膜時に用いられる成膜ガスであるＴｉＣｌ４ガス及びＮＨ３ガスの各供給源、キャリアガスである例えばＮ２ガスの供給源などが含まれる。
【００２０】
チャンバ２の下部の排気室２２の側壁には、排気管４１が接続され、この排気管４１には圧力調整部４２を介して真空排気手段である真空ポンプ４３が接続されている。またチャンバ２の側壁には、図示しないロードロック室に連通し、ゲートバルブ４４により開閉される搬送口４５が設けられている。
【００２１】
またこの成膜装置は制御部４６を備えており、この制御部４６は、ＴｉＮ膜を成膜するための処理条件が記載された成膜処理レシピ４７と、還元性ガスであるＮＨ３ガスを用いてＴｉＮ膜の表面を還元処理するための処理条件が記載された還元処理レシピ４８とを備え、更にこれらレシピ４７、４８を選択する手段、レシピを読み出して、ヒータ２６の電源部２７、ガス供給部３３及び圧力調整部４２などを制御するための制御信号を生成するプログラム、及びこのプログラムを実行するＣＰＵなどを備えている。前記処理条件とは、ガスの種類及びその流量、ウエハ１０の温度及び処理容器２内の圧力（処理雰囲気の圧力）などであり、より具体的にはレシピは時系列で記載された各処理条件の集合である。
【００２２】
この例では、成膜処理レシピ４７、このレシピ４７を読み出して制御信号を生成するためのプログラム及びＣＰＵなどが成膜処理実行部に相当する。また還元処理レシピ４８、このレシピ４８を読み出して制御信号を生成するためのプログラム及びＣＰＵなどが還元処理実行部に相当する。
【００２３】
以上説明した成膜装置１００は、例えば図２に示すクリーンルームＣＲ内に第１の成膜装置１００として設置される。またこのクリーンルームＣＲ内には、第１の成膜装置１００にてＴｉＮ膜が成膜されたウエハ１０の表面に配線層である例えばＷ層を成膜するための第２の成膜装置２００が設置されている。このような前提の下にこの実施の形態の方法を図１から図４を参照しながら説明していく。
【００２４】
先ずコンタクトホールが形成されたウエハ１０は第１の成膜装置１００（図１に示す成膜装置）に搬入され、ここでウエハ１０の表面にＴｉＮ膜が成膜される。この工程は図３のフロー図のステップＳ１に相当する。ＴｉＮ膜の成膜工程は、図１に示すチャンバ２内に図示しないロードロック室から図示しないアームによりウエハ１０を搬送口４５を介して搬入し、支持ピン２８の昇降によりサセプタ２３に受け渡す。
【００２５】
ウエハ１０が例えば４００〜７００℃程度の範囲内の所定のプロセス温度まで加熱された後、処理雰囲気を１００〜１０００Ｐａ程度の範囲内の所定の圧力に維持しながら、処理ガスであるＴｉＣｌ４ガス、ＮＨ３ガス及びキャリアガスである例えばＮ２ガスを夫々所定流量でガス供給部３３からガス供給管３１、３２及びシャワーヘッド３を介してチャンバ２内に供給し（ＴｉＣｌ４ガス、ＮＨ３ガスは独立に供給される）、ＴｉＣｌ４ガス及びＮＨ３ガスを熱分解してＴｉＮ膜をウエハ１０の表面に成膜し、その後ＮＨ３ガスは流しつつＴｉＣｌ４ガスの流れを止める（アンモニアポストフロー）。ＴｉＮ膜の成膜の一連の工程は、制御部４６が成膜処理レシピ４７に基づいて、ガス供給部３３、電源部２７及び圧力調整部４２を制御することにより実行される。ここでは説明を簡略化しているが、例えば実際にはウエハ１０は当該成膜装置１００にてＴｉＮ膜の成膜の前にＴｉ膜が成膜される。
【００２６】
その後ウエハ１０は第１の成膜装置１００から搬出され（ステップＳ２）、図２に示すようにキャリアＣに収納されて例えば自動搬送ロボットにより大気中を搬送され、第２の成膜装置２００に搬入されて配線層である例えばＷ膜が成膜されることになるが、この例では第１の成膜装置１００から搬出された後、第２の成膜装置２００に搬入されるまでの間の大気雰囲気にさらされていた時間が予め設定した所定時間を越えているか否か判断するようにしている（ステップＳ３）。所定時間を越えていなければ、図２の実線で示すようにキャリアＣ内のウエハ１０を第２の成膜装置２００に搬入してＷ膜が成膜される（ステップＳ４）。一方所定時間を越えていれば、図２の点線で示すようにキャリアＣを第１の成膜装置１００に戻し（ステップＳ５）、ＮＨ３によりウエハに対して還元処理を行う（ステップＳ６）。その後ウエハ１０を第１の成膜装置１００から搬出し（ステップＳ７）、キャリアＣに収納して第２の成膜装置２００に搬送し、ここでＷ膜が成膜される。
【００２７】
前記所定時間については、例えば予めＴｉＮ膜が大気雰囲気に曝されている時間を種々変えてＴｉＮ膜の抵抗値を評価し、その評価結果から決めるようにすればよい。また例えば通常の搬送の場合には問題がなく、何らかのトラブル例えば第２の成膜装置２００でトラブルが発生して、キャリアＣが第２の成膜装置２００に搬入できずに滞留している場合に問題となる場合には、例えばトラブルが解消して第２の成膜装置２００が再稼働したときに、キャリアＣを第１の成膜装置１００に戻してキャリアＣ内のウエハについて還元処理を行うようにすればよい。このような判断は例えば上位コンピュータによりキャリアの流れを監視して行うことができるが、トラブルの発生時にオペレータが対処するようにしてもよい。
【００２８】
ここでステップＳ６に示す還元処理工程について説明する。ウエハ１０は図１に示すチャンバ２内に搬入され、サセプタ２３上に載置されて所定の温度好ましくは５００℃以上例えば６００℃に加熱され、例えばＮＨ３ガス及びキャリアガスであるＮ２ガスを夫々１５００ｓｃｃｍ及び１５００ｓｃｃｍの流量で供給しながら処理雰囲気の圧力を例えば０．６６５ｋＰａ（５Ｔｏｒｒ）に維持し、例えば２５秒間還元処理（アニール）を行う。この還元処理は、制御部４６が還元処理レシピ４８に基づいて、ガス供給部３３、電源部２７及び圧力調整部４２を制御することにより実施される。
【００２９】
図４は、上述の一連の工程に対応するウエハ１０の表面の一部を示す説明図である。図４（ａ）はコンタクトホール５１が形成された表面にＴｉＮ膜５２が成膜された状態を示しており、このＴｉＮ膜５２は後述の配線層と共に導電路の一部となる。５３は例えばｐ形のシリコン層、５４はｎ形不純物が高濃度の拡散層、５５はシリコン酸化膜からなる絶縁層である。図４（ｂ）はウエハ１０を大気雰囲気下に置いておくことによりＴｉＮ膜５２の表面が空気中の酸素あるいは水分の吸着により酸化されて酸化層５６が形成された状態を示している。図４（ｃ）は、前記酸化層５６がＮＨ３による還元処理（アニール）により還元されて除去され、ＴｉＮ膜５２が露出している状態を示している。ＴｉＮ膜５２の酸化及び還元のメカニズムについては、後述の実施例の項目にて詳述することとする。図４（ｄ）は、ＴｉＮ膜５２の上にＷ膜５７が成膜されてコンタクトホール５１が埋め込まれた状態を示している。図示しないが、その後Ｗ膜５７はエッチバックされてコンタクトホール５１以外の部位は除去される。
【００３０】
上述実施の形態によれば、ＴｉＮ膜を成膜したウエハ１０を第１の成膜装置１００から搬出した後、装置のトラブルなどの不意の事態によりウエハ１０の後処理であるＷ膜の形成が遅れ、そのためにＴｉＮ膜の表面にウエハの歩留まりに影響を与える程度の酸化層が形成されたとしても、ＮＨ３によりウエハ表面を還元処理して、ＴｉＮ膜が成膜された直後の状態に戻しているので、成長しすぎた酸化膜による配線抵抗の増加を避けることができる。また還元処理を終えた直後におけるＴｉＮ膜の厚さ方向の抵抗値について面内の均一性が良好であり、その後大気雰囲気におかれた状態での経過時間に伴う面内均一性の変化はほとんどないことから、上述のようにして配線層を形成したウエハは、Ｗ膜とＴｉＮ膜との間の抵抗について面内の均一性が良好であり、従って歩留まりの低下を抑えることができる。更にまた第１の成膜装置１００にはアンモニアガスを供給するガス供給部３３が設けられているので、これを利用して還元処理を実施することができ、別途機構を追加したり、装置を設置しなくて済む。
【００３１】
（第２の実施の形態）
本発明の半導体装置の製造方法にかかる第２の実施の形態は、基板上に金属窒化膜を形成する第１の工程を行った後、前記金属窒化膜の表面を還元する第２の工程と、金属窒化膜の表面に配線層を形成する第３の工程とを共通の装置で行う手法である。
【００３２】
図５は、配線層である金属膜例えばＷ膜を成膜する装置であり、この成膜装置は、真空処理容器であるチャンバ６と、このチャンバ６内に設けられた載置台６１と、載置台６１の下方側から載置台６１上のウエハ１０を加熱するための加熱手段であるハロゲンランプなどの加熱ランプ６２と、載置台６１と対向するようにチャンバ６の上部に設けられたガス導入手段であるシャワーヘッド６３と、を備えている。
【００３３】
このシャワーヘッド６３は、ガス供給路であるガス供給管６４，６５に接続されていて、両方のガス供給管６４、６５から導入された処理ガスが別々に（独立して）チャンバ６内に供給されるように構成されている。これらガス供給管６４，６５は、ガス供給部６６に接続されている。このガス供給部６６は、成膜ガス、還元処理ガス、キャリヤガスなどを供給するガス供給源、ガス配管、バルブ及び流量調整部であるマスフローコントローラなどを有し、バルブの切り替えによりガスの種類が選択されると共に流量調整部により各ガスの流量が制御されるように構成されている。ガス供給源としては、Ｗ膜の成膜時に用いられる成膜ガスであるＷＦ６（六フッ化タングステン）ガスの供給源、Ｈ２ガスの供給源、還元処理時に用いられるＮＨ３ガスの供給源及びキャリアガスである例えばＮ２ガスの供給源などが含まれる。
【００３４】
チャンバ６の側壁には、排気口７１が形成され、この排気口７１には図示しない排気管が接続されており、圧力調整部７２を介して真空排気手段である真空ポンプ７３が接続されている。またこの成膜装置は制御部７４を備えており、この制御部７４は、Ｗ膜を成膜するための処理条件が記載された成膜処理レシピ７５と、還元性ガスであるＮＨ３ガスを用いてＴｉＮ膜の表面を還元処理するための処理条件が記載された還元処理レシピ７６とを備え、更にこれらレシピ７５、７６を選択する手段、レシピを読み出して、加熱ランプ６２の電源部６７、ガス供給部６６及び圧力調整部７２などを制御するための制御信号を生成するプログラム、及びこのプログラムを実行するＣＰＵなどを備えている。この例では、成膜処理レシピ７５、このレシピ７５を読み出して制御信号を生成するためのプログラム及びＣＰＵなどが成膜処理実行部に相当する。また還元処理レシピ７６、このレシピ７６を読み出して制御信号を生成するためのプログラム及びＣＰＵなどが還元処理実行部に相当する。
【００３５】
この実施の形態では、既述の図３のステップＳ３までは同様であるが、ウエハ１０が大気雰囲気に所定時間を越えて置かれた場合には、図５に示すＷ膜の成膜装置に搬入し、制御部７４が還元処理レシピ７６に基づいて、ガス供給部６６、電源部６７及び圧力調整部７２を制御することにより、チャンバ６内に搬入されたウエハ１０に対して還元処理が実施される。この場合にも既述の処理条件と同様の条件でＮＨ３ガスによりウエハ１０上のＴｉＮ膜の表面が還元処理される。その後例えばチャンバ６内をＮ２ガスで置換し、更に真空ポンプ７３により引き切った後、制御部７４が成膜処理レシピ７５に基づいて、ガス供給部６６、電源部６７及び圧力調整部７２を制御することにより、ウエハ１０の上のＴｉＮ膜の表面にＷ膜が成膜される。Ｗ膜の成膜は、ウエハ１０を例えば３５０〜５００℃に加熱し、所定の真空雰囲気でＷＦ６ガスとＨ２ガスによる熱化学反応により行われる。
【００３６】
この実施の形態によれば、ＴｉＮ膜の表面が還元処理されて酸化層が除去された後、大気雰囲気に曝されずに続いてＷ膜の成膜が行われるので、ＴｉＮ膜の表面に酸化層が形成されないという利点がある。
（第３の実施の形態）
この実施の形態は、ＮＨ３により還元処理を行う還元処理装置を、ＴｉＮ膜の成膜装置及びＷ膜の成膜装置とは独立して設ける手法である。図６はその一例として還元処理装置とＷ膜の成膜装置とを真空雰囲気の搬送室に接続して、ウエハ上のＴｉＮ膜を還元処理した後、真空を破らずにＷ膜の成膜装置に搬送してＷ膜の成膜を行う真空処理システムである。
【００３７】
図６において、８１、８２はウエハの搬送容器であるキャリアＣがゲートドアＧＴを介して大気側から搬入されるキャリア室、８３は第１の搬送室、８４，８５は予備真空室、８６は第２の搬送室であり、これらは気密構造とされて大気側とは区画されている。第２の搬送室８６及び予備真空室８４、８５は真空雰囲気とされるが、キャリア室８１、８２及び第１の搬送室８３は不活性ガス雰囲気とされることもある。８７は第１の搬送手段、８８は第２の搬送手段である。また第２の搬送室８６には、ＮＨ３で還元処理する還元処理装置９１、Ｗ膜の成膜を行うＷ膜成膜装置９２、Ｗ膜のエッチバックを行う（図４（ｄ）のＳｉＯ２膜よりも上側のＷ膜をエッチングする）エッチング装置９３が気密に接続されている。
【００３８】
図６の真空処理システムにおいてキャリアＣ内のウエハ１０は、例えば第１の搬送手段→予備真空室８４→第２の搬送手段８８→還元処理装置９１の経路で搬送されてここでウエハ上のＴｉＮ膜の表面に対して既述のようにしてＮＨ３ガスにより還元処理が行われる。そしてこのウエハは第２の搬送手段８８を介してＷ膜の成膜装置９２に搬入されてＷ膜の成膜が行われ、その後エッチング装置９３に搬入されてＷ膜のエッチバックが行われる。この場合還元処理装置は、既述の処理条件を達成できる機能を備えていることが必要であるが、ＴｉＮ膜やＷ膜の成膜処理を兼用しないので装置構成はシンプルですむ。
【００３９】
【実施例】
続いて本発明の効果を確認するためにＮＨ３ガスとＨ２ガスとを用いてＴｉＮ膜表面の還元処理を夫々行った実施例について説明する。
（実施例１）
シリコンウエハのままであるベアウエハに上述の実施の形態のようにＴｉＣｌ４ガス及びＮＨ３ガスを用いてＴｉＮ膜を２００Åの厚さで成膜した後アンモニアポストフローを行なう。その後当該ウエハを成膜装置から取り出して大気雰囲気に１４０時間置いてＴｉＮ膜の表面に酸化層を形成した。次いでこのウエハを前記成膜装置に再度搬入し、６００℃の加熱雰囲気及び０．６６５ｋＰａ（５Ｔｏｒｒ）の真空雰囲気下でＮＨ３ガス及びＮ２ガスを夫々１５００ｓｃｃｍ及び１５００ｓｃｃｍの流量で供給しながら２５秒間還元処理（アニール）を行った。そしてこのウエハを当該成膜装置から大気雰囲気に搬出した直後にウエハの中心部における単位面積当たりの抵抗値を求めた。更に１時間後、２時間後、１６時間後、……１８６時間後において同様に抵抗値を求め、大気雰囲気に搬出した直後を０時間後とすると、０時間後の抵抗値に対する各経過時間における抵抗値の変化率を求めた。結果は図７の●で表されるグラフの通りである。
【００４０】
更にまたウエハの中心部以外において、ウエハ面内の１２０ポイントの各位置について同様にして抵抗値を求め、抵抗値の面内均一性を求めた。面内均一性は、次式で表わされるマックス・ミニマム法で定義した。
【００４１】
（抵抗値の最大値―抵抗値の最小値）×１００／（２×抵抗値の平均値）
この場合の抵抗値の平均値は、１２０ポイントの抵抗値の平均値である。前記経過時間毎の面内均一性は図８の●で表されるグラフの通りである。
（比較例１）
還元処理としてＮＨ３ガスの代わりにＨ２ガスを用い、６００℃の加熱雰囲気かつ０．６６５ｋＰａの真空雰囲気下でＨ２ガス及びＮ２ガスを夫々１５００ｓｃｃｍ及び１５００ｓｃｃｍの流量でチャンバ内に供給して２５秒間の還元処理を行った他は、実施例と同様にしてウエハの抵抗値の変化率及び抵抗値についての面内均一性を調べた。抵抗値の変化率については図７の○で示されるグラフの通りであり、また面内均一性については図８の○で示されるグラフの通りである。
（比較例２）
ウエハ上にＴｉＮ膜を成膜し、アンモニアポストフローを行なった直後から同様にして抵抗値を求め、ウエハの抵抗値の変化率を求めた。即ちこの例はＴｉＮ膜を成膜し、大気雰囲気に曝されたときに抵抗値がどのように変化するのかを調べた試験である。結果は図７の▲で示されるグラフの通りである。
（考察）
ＴｉＮ膜を成膜した後、ウエハが例えば１６時間大気雰囲気下に置かれたとすると、図７の▲のグラフから分かるように成膜直後に比べて抵抗値の増加率が６％を越えている。このウエハをＮＨ３により還元処理を行うと、●のグラフから分かるように抵抗値が元に戻り、またその後の抵抗値の増加の度合いも少なく、例えば２時間後であれば２％程度であり、２６時間経過しても４％に満たない。従って本発明方法が有効であることが理解される。
【００４２】
一方Ｈ２ガスにより還元処理する場合には、○のグラフから分かるようにその後ウエハを大気雰囲気においたときの抵抗値の増加率が大きく、ＮＨ３ガスによる還元処理に比べて劣っている。そして更に重要なことは、図８から分かるようにＮＨ３ガスにより還元処理を行えば、抵抗値の面内均一性は良好であるが、Ｈ２ガスを用いた場合には、面内均一性がかなり悪く、この点からＮＨ３を用いた場合の方が各段に優れている。
【００４３】
このようにＮＨ３を用いた場合とＨ２を用いた場合とで差異が生じる原因の一つとしては、次のように推測している。ＴｉＣｌ４ガス及びＮＨ３ガスを用いてＴｉＮ膜を成膜すると、アンモニアポストフローを行なったとしても、図９に示すように膜の表面にハロゲンであるＣｌ（塩素）が除去しきれずに残り、これが大気に触れるとＴｉ−Ｃｌの結合からＴｉ−Ｏに変わる。ここでＨ２ガスで処理を行うと、Ｔｉ−Ｏの結合が切れて未結合手（ダングリングボンド）が形成され、その後大気に触れるとＴｉ−Ｏの結合になってしまう。このため抵抗値及びその増加率が大きくなり、またＴｉ−Ｃｌが形成される個所は均一ではないことから、Ｔｉ−Ｏが多い部位と少ない部位とが存在し、結果として抵抗値の面内均一性が悪くなる。これに対しＮＨ３ガスで処理を行うと、Ｔｉ−ＯのＯがＮと置き換わってＴｉ−Ｎの結合になり、このため抵抗値及びその増加率が小さく、また抵抗値の面内均一性がよくなる。
【００４４】
なお本発明は、ＴｉＮ膜がＴｉＣｌ４ガス及びＮＨ３ガスを用いたＣＶＤにより成膜されたものに限定されるものではないが、ハロゲン化金属を原料として金属窒化膜を成膜した場合には、ＮＨ３を用いた処理とＨ２を用いた処理とでは既述のような大きな差異が出るものと推察される。
【００４５】
以上において、上述の例では窒素及び水素を含む化合物の還元性ガスとしてアンモニアを用いたが、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）などであってもよい。また金属窒化膜としてはＴｉＮ膜に限られず例えばＷＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴａＮなどであってもよい。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、金属窒化膜の表面に配線層が設けられる半導体装置を製造するにあたって、金属窒化膜の表面に大気雰囲気に曝されたことにより形成された酸化層を窒素及び水素を含む化合物の還元性ガス例えばアンモニアガスにより還元処理するようにしているので、金属窒化膜から配線層に至るまでの抵抗値を低く抑え、また抵抗値について良好な面内均一性が得られ、歩留まりの低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の第１の実施の形態を実施するための成膜装置の一例を示す縦断面図である。
【図２】第１の実施の形態においてウエハの搬送の様子を模式的に示す説明図である。
【図３】第１の実施の形態の工程の流れを示すフロー図である。
【図４】第１の実施の形態においてウエハ表面上の構造あるいは状態を段階的に示す説明図である。
【図５】本発明方法の第２の実施の形態を実施するための成膜装置の一例を示す縦断面図である。
【図６】本発明方法の第３の実施の形態を実施するための真空処理システムの一例を示す平面図である。
【図７】本発明の効果を確認するために行った実施例の結果を示す特性図である。
【図８】本発明の効果を確認するために行った実施例の他の結果を示す特性図である。
【図９】ＴｉＮ膜の表面が酸化される様子及び還元される様子を模式的に示す説明図である。
【図１０】従来技術の課題を説明するために半導体装置の一部を示す説明図である。
【符号の説明】
２          チャンバ
２３        サセプタ
２６        ヒータ
２７        電源部
３          シャワーヘッド
３３        ガス供給部
４１        排気管
４２        圧力調整部
４６        制御部
４７        成膜処理レシピ
４８        還元処理レシピ
５１        コンタクトホール
５２        ＴｉＮ膜
５６        酸化層
【図１】
2004259777.tif 000003
【図２】
2004259777.tif 000004
【図３】
2004259777.tif 000005
【図４】
2004259777.tif 000006
【図５】
2004259777.tif 000007
【図６】
2004259777.tif 000008
【図７】
2004259777.tif 000009
【図８】
2004259777.tif 000010
【図９】
2004259777.tif 000011
【図１０】
2004259777.tif 000012