(57)【要約】【課題】膜厚の均一性及び膜の厚みに対するプロセス制御性向上を維持しながら、膜を成膜する時間を短縮化できる成膜方法及びその成膜装置を実現する。【解決手段】Ｗ膜の成膜プロセスは、まず、処理チャンバ１０内にパージガスＡｒを導入し、次に、第１のプロセスガスＳｉＨ４導入する。この第１のプロセスガスＳｉＨ４の導入終了後に、パージガスＡｒを導入し、同時にプラズマを発生させる。続いて、パージガスＡｒを導入し、次に、第２のプロセスガスＷＦ６導入する。この第２のプロセスガスＷＦ６の導入終了後に、パージガスＡｒを期間Ｔ６導入し、同時にプラズマを発生させる。プラズマ発生より、未反応の吸着ガスの脱離を促進させて、パージガスの導入時間及び排気時間の短縮を図る。【選択図】  図１
2004277864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を配置した処理チャンバ内に第１のプロセスガスを導入する工程と、
この第１のプロセスガスの導入終了後に、前記処理チャンバ内にパージガスを導入すると同時に前記処理チャンバ内にプラズマを発生させる工程と、
このパージガス導入終了後に、前記処理チャンバ内に第２のプロセスガスを導入する工程と、
この第２のプロセスガスの導入終了後に、前記処理チャンバ内にパージガスを導入すると同時に前記処理チャンバ内に、再度、プラズマを発生させる工程と、
を備え、これらの一連の工程を繰り返して、膜を成膜することを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
前記第１及び第２のプロセスガスを前記処理チャンバ内に導入する工程前に、前記処理チャンバ内にそれぞれパージガスを導入する工程を有することを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
【請求項３】
基板を配置した処理チャンバ内に第１のプロセスガスを導入する工程と、
この第１のプロセスガスの導入終了後に、前記処理チャンバ内にパージガスを導入すると同時に前記処理チャンバ内にプラズマを発生させる工程と、
このパージガス導入終了後に、前記処理チャンバ内に第２のプロセスガスを導入する工程と、
この第２のプロセスガスの導入終了後に、前記処理チャンバ内にパージガスを導入すると同時に前記処理チャンバ内に、再度、プラズマを発生させる工程と、
このパージガス導入終了後に、前記処理チャンバ内に、前記第１のプロセスガスまたは第３のプロセスガスを導入する工程と、
この第１のプロセスガスまたは第３のプロセスガスの導入終了後に、前記処理チャンバ内にパージガスを導入すると同時に前記処理チャンバ内に、再度、プラズマを発生させる工程と、
このパージガス導入終了後に、前記処理チャンバ内に第３のプロセスガスまたは前記第２のプロセスガスを導入する工程と、
この第３のプロセスガスまたは第２のプロセスガスの導入終了後に、前記処理チャンバ内にパージガスを導入すると同時に前記処理チャンバ内に、再度、プラズマを発生させる工程と、
を備え、これらの一連の工程を繰り返して、膜を成膜することを特徴とする成膜方法。
【請求項４】
前記第１乃至第３のプロセスガスを前記処理チャンバ内に導入する工程前に、前記処理チャンバ内にそれぞれパージガスを導入する工程を有することを特徴とする請求項３記載の成膜方法。
【請求項５】
前記パージガスを導入すると同時にプラズマを発生させる工程において、パージガスを導入する時間とプラズマを発生させる時間とが実質的に同一であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の成膜方法。
【請求項６】
前記パージガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｒｎ、Ｘｅ及びＫｒのうちのいずれか１つ、または複数の不活性ガスであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の成膜方法。
【請求項７】
前記第１のプロセスガス及び第２のプロセスガスの一方は、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、またはＢ２Ｈ６であり、他方は、金属弗化物であることを特徴とする請求項１、２、５、または６記載の成膜方法。
【請求項８】
前記第１のプロセスガス及び第２のプロセスガスの一方は、ＮＨ３またはジメチルヒドラジンであり、他方は、金属塩化物、有機金属化合物、金属弗化物のうちの１つであることを特徴とする請求項１、２、５、または６記載の成膜方法。
【請求項９】
前記第１のプロセスガス及び第２のプロセスガスの一方は、ＮＨ３またはジメチルヒドラジンであり、第１のプロセスガス及び第２のプロセスガスの他方、並びに前記第３のプロセスガスは、有機金属化合物、または少なくとも有機金属化合物を含む混合ガスであることを特徴とする請求項３、４、５、または６記載の成膜方法。
【請求項１０】
処理チャンバ内へのプロセスガス及びパージガスの導入を繰り返して処理チャンバ内に配置された所定の基板上への成膜が行なわれる成膜装置であって、
処理チャンバと、
この処理チャンバ内の底部に配置される基板を支持するためのペデスタルと、
前記基板を加熱するための加熱手段と、
前記処理チャンバの上部に設けられたプロセスガス及びパージガスを供給するガス供給手段と、
このガス供給手段と前記基板との間に設けられて、前記処理チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記プロセスガス、パージガス及び未反応ガスを前記処理チャンバ外に排出する排気手段と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成膜方法及び成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の半導体の微細化技術の進歩に伴い、半導体デバイスの寸法縮小化・高集積度化が進み、半導体デバイスに用いられる金属膜、絶縁膜等の膜厚の均一性及び膜の厚みに対するプロセス制御性向上の要求が高まってきている。しかし、従来のＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）技術では、この要求に対応できず、対応できる有力な技術として原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  以下ＡＬＤと記す）技術が最近多用されている。
【０００３】
ＡＬＤ技術は、基板表面上に反応性先駆物質分子の飽和した単層を堆積させるのに化学吸着を用いる。これは、処理チャンバ内に堆積させる適切な反応性先駆物質（以下、プロセスガスという）を交互に繰り返し、継続的に導入させることにより達成される。処理チャンバ内へのプロセスガスの各注入は不活性ガスパージによって分離され、即ち、プロセスガスの注入とプロセスガスの注入との間に不活性ガスパージを挿入し、先に堆積された層に新しい原子層添加剤を供給して基板上に均一な層を形成させることを特徴としている。このサイクルは、層を所望の膜厚にするために繰り返し行なわれる。
【０００４】
そして、ＡＬＤ技術の反応は、反応性先駆物質分子の供給で律速（供給律速）され、基板表面の形状に関係なく反応性先駆物質分子の供給の周期毎に一定した厚さの膜が形成される。
【０００５】
この種のＡＬＤ技術としては、図９及び図１０に示すものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
図９は成膜装置を模式的に示す構成図、図１０はこの成膜装置による成膜のプロセスステップを示す図である。
【０００７】
この特許文献１に開示された成膜装置は、図９に示すように、処理チャンバ１１０と、ＣＰＵ（中央演算ユニット）１２１、ＲＡＭ１２２、及びハードディスクドライブ１２３からなり、処理チャンバ１１０の動作を制御するコントローラ１２０と、プロセスガスの源１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ及び流れ弁１３２と、交流電源１４０と、排気ポンプ１５０から構成されている。
【０００８】
この処理チャンバ１１０は、カバー１１２、ベース壁１１３、側壁１１４を有するハウジング１１１と、半導体ウェーハのような基板１１５を支持し、交流電源１４０により基板１１５を所望温度まで加熱するためのペデスタル１１６と、ペデスタル１１６の温度をモニターする温度センサ１１７と、プロセスガスを流すシャワーヘッド１３３と、プロセスガス、パージガス、未反応性ガス等をペデスタル１１６両側部から排気ポンプ１５０により排出するための排出口とで構成される。
【０００９】
そして、この成膜装置では、例えば、Ｗ（タングステン）膜を成膜する場合、図１０に示すように、まず、処理チャンバ１１０内に基板を配置した後、この処理チャンバ１１０内にパージガスＡｒを期間ｔ１導入し、次に、キャリアガスＨ２を含む第１のプロセスガスＢ２Ｈ６を期間ｔ２導入する。この第１のプロセスガスＢ２Ｈ６の導入終了後に、パージガスＡｒを期間ｔ３導入する。
【００１０】
続いて、処理チャンバ１１０から全てのガスを期間ｔ４排気する。更に、処理チャンバ１１０内にパージガスＡｒを期間ｔ５導入し、次に、キャリアガスＨ２を含む第２のプロセスガスＷＦ６を期間ｔ６導入する。この第２のプロセスガスＷＦ６の導入終了後に、パージガスＡｒを期間ｔ７導入する。続いて、処理チャンバ１１０から全てのガスを期間ｔ８排気する。このステップを繰り返して、Ｗ膜を成膜する。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００２−３８２７１号公報（８頁、図２及び９頁、図１３）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述した成膜方法においては、Ｗ膜の膜厚の均一性及び制御性の向上のために、プロセスガス（Ｂ２Ｈ６，ＷＦ６）の導入時間（ｔ２、ｔ６で、共に約０．０１乃至１５秒）に対してパージガスＡｒの導入時間（ｔ１、ｔ３、ｔ５、ｔ７で、共に約０．０１乃至１５秒）ばかりでなく、処理チャンバ１１０から全てのガスを排気する時間（ｔ４、ｔ８で、最大約３０秒）を設けているので、Ｗ膜の成膜に要する期間よりもパージガスの導入及び全てのガスを排気する時間の方が長くなり、膜を成膜するのに長時間を要し、作業性が低いという問題を有している。
【００１３】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、膜厚の均一性及び制御性を維持しながら、成膜時間を短縮化できる成膜方法及び成膜装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の一態様の成膜方法は、基板を配置した処理チャンバ内に第１のプロセスガスを導入する工程と、この第１のプロセスガスの導入終了後に、前記処理チャンバ内にパージガスを導入すると同時に前記処理チャンバ内にプラズマを発生させる工程と、このパージガス導入終了後に、前記処理チャンバ内に第２のプロセスガスを導入する工程と、この第２のプロセスガスの導入終了後に、前記処理チャンバ内にパージガスを導入すると同時に前記処理チャンバ内に、再度、プラズマを発生させる工程とを備え、これらの一連の工程を繰り返して、膜を成膜することを特徴とする。
【００１５】
また、上記目的を達成するために、本発明の他の態様の成膜装置は、処理チャンバ内へのプロセスガス及びパージガスの導入を繰り返して処理チャンバ内に配置された所定の基板上への成膜が行なわれる成膜装置であって、処理チャンバと、
この処理チャンバ内の底部に配置される基板を支持するためのペデスタルと、前記基板を加熱するための加熱手段と、前記処理チャンバの上部に設けられたプロセスガス及びパージガスを供給するガス供給手段と、このガス供給手段と前記基板との間に設けられて、前記処理チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記プロセスガス、パージガス及び未反応ガスを前記処理チャンバ外に排出する排気手段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態に係わる成膜方法及び成膜装置について、図１乃至４を参照して説明する。図１は成膜装置を模式的に示す構成図、図２はこの成膜装置による成膜のプロセスステップを示す図、図３はウェーハ面内の膜厚の均一性データを示す図、図４は成膜ステップを示す図である。
【００１８】
この第１の実施の形態は、Ｗ（タングステン）膜の成膜に適用した例である。図１に示すように、本実施の形態の成膜装置は、処理チャンバ１０と、ＣＰＵ（中央演算ユニット）２１、ＲＡＭ２２、及びハードディスクドライブ２３からなるコントローラ２０と、プロセスガスの源３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、及び流れ弁３２と、交流電源４０と、高周波電源４１と、排気ポンプ５０から構成されている。
【００１９】
この処理チャンバ１０は、ベース壁１３、ベース壁１３と対面しているカバー１２、及び両者の間に伸びている側壁１４で構成されるハウジング１１を有する。このハウジング１１内のベース壁１３には、半導体ウェーハのような基板１５を支持するペデスタル１６が配置されている。
【００２０】
更に、ペデスタル１６内には、ヒータが埋め込まれ、ペデスタル１６上に載置された基板１５を所望温度まで交流電源４０で加熱できるようになっている。この加熱温度は、コントローラ２０の指示により、例えば室温乃至約７００℃までの範囲内で変更できる。そして、その温度はペデスタル１６内に埋め込まれた温度センサ１７で温度測定を行ない、コントローラ２０で制御される。
【００２１】
また、プロセスガスの源３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、コントローラ２０の指示により開閉する流れ弁３２に接続され、この流れ弁３２は、処理チャンバ１０内のカバー１２に設けられたシャワーヘッド３３を介して処理チャンバ１０と流体的に通じ、処理チャンバ１０内にプロセスガスを供給する。処理チャンバ１０内のプロセスガス、パージガス、未反応ガス等は、ペデスタル１６の両側部から排気ポンプ５０で排出される。
【００２２】
そして、処理チャンバ１０内の両側壁１４のペデスタル１６上面とシャワーヘッド３３下面との間には、プラズマ発生部６０が設けられ、コントローラ２０により、高周波電源４１のオン・オフ及び出力が制御される。
【００２３】
このコントローラ２０は、Ｗ膜の成膜プロセス全体を制御することができる。この制御のために、コントローラ２０は、ＣＰＵ２１、ＲＡＭ２２のような揮発性メモリ、及びハードディスクドライブ２３のような恒久的記憶媒体を含んでいる。
【００２４】
次に、上記成膜装置を用いて基板１５上にＷ膜を成膜するプロセスについて、図２を用いて説明する。成膜条件としては、温度２００乃至４００℃、圧力を１３０乃至１３００Ｐａの範囲で選択できるが、ここでは、温度３５０℃、圧力６５０Ｐａの条件にて行なっている。
【００２５】
図２に示すように、まず、処理チャンバ１０内に基板１５を配置した後、この処理チャンバ１０内にパージガスＡｒを期間Ｔ１導入し、次に、キャリアガスＨ２を含む第１のプロセスガスＳｉＨ４を期間Ｔ２導入する。この第１のプロセスガスＳｉＨ４の導入終了後に、パージガスＡｒを期間Ｔ３導入し、同時に高周波電源４１を用いてプラズマ発生部６０からプラズマをパージガスＡｒの導入期間Ｔ３と実質的に同じ期間、処理チャンバ１０内に発生させ、Ａｒ＋を発生させる。
【００２６】
プラズマ印加条件としては、出力５０乃至２００Ｗの範囲を選択できるが、ここでは、１５０Ｗの条件を用いてＡｒ＋を発生させ、未反応の吸着ガスを速やかに処理チャンバ１０から強制的に脱離させ、排気ポンプ５０で処理チャンバ１０外に排出する。そのメカニズムは後述する。
【００２７】
続いて、処理チャンバ１０内にパージガスのＡｒを期間Ｔ４導入し、次に、キャリアガスＨ２を含む第２のプロセスガスＷＦ６（金属弗化物）を期間Ｔ５導入する。この第２のプロセスガスＷＦ６の導入終了後に、再度、パージガスＡｒを期間Ｔ６導入し、同時に高周波電源４１を用いてパージガスＡｒの導入期間Ｔ６と実質的に同じ期間、処理チャンバ１０内にプラズマを発生させ、Ａｒ＋を発生させる。このＡｒ＋により、速やかに未反応の吸着ガスを処理チャンバ１０から強制的に脱離させ、排気ポンプ５０で処理チャンバ１０外に排出する。そのメカニズムは後述する。プラズマ印加条件としては、先に示した条件を用いる。
【００２８】
このステップを繰り返すことにより、基板１５上にＷ膜を成膜する。
【００２９】
ここで、パージガスＡｒの導入時間（Ｔ１、Ｔ４）、及びプロセスガス（ＳｉＨ４、ＷＦ６）の導入時間（Ｔ２、Ｔ５）は、共に０．０１乃至１５秒の範囲で変えてもよく、第１のプロセスガスＳｉＨ４と第２のプロセスガスＷＦ６の導入順序を入れ替えてもよい。また、キャリアガスとして、Ｈ２の代わりにＮ２を用いてもよい。さらに、パージガスとして、Ａｒの代わりにＨｅ（ヘリウム）、Ｎｅ（ネオン）、Ｒｎ（ラドン）、Ｘｅ（キセノン）、及びＫｒ（クリプトン）等の不活性ガスを１つ、または複数用いてもよい。
【００３０】
次に、Ｗ膜の成膜プロセスでのプラズマ印加の効果について、図３を用いて説明する。ここで用いている基板１５は、シリコンウェーハである。
【００３１】
図３は、図２の条件でＷ膜を成膜し、Ｔ３及びＴ６の時間のみ変化させた場合のウェーハ面内のＷ膜厚の均一性データで、図中の実線（ａ）はプラズマ印加した本発明の実施の形態を示し、破線（ｂ）は従来のプラズマ印加しない場合を示したものである。ここで、横軸はＡｒパージ時間（図２でのＴ３及びＴ６）であり、縦軸は口径１２インチのシリコンウェーハ面内のＷ膜の膜厚の均一性（Ｍａｘ．−Ｍｉｎ．法で％）である。
【００３２】
図３から明らかなように、破線（ｂ）に示す従来のプラズマ印加しない場合では、Ａｒパージ時間が短いとウェーハ面内のＷ膜の膜厚の均一性が悪く、２秒以上Ａｒパージを実施しないと良好なウェーハ面内の膜厚の均一性が得られない。
【００３３】
一方、実線（ａ）に示す本実施の形態のプラズマ印加した場合では、Ａｒパージ時間によらず良好なウェーハ面内の膜厚の均一性が得られる。
【００３４】
特に、０．５秒と短いＡｒパージ時間でも、プラズマ印加せずに長時間Ａｒパージした場合と同等なウェーハ面内の膜厚の均一性が得られるので、長時間Ａｒパージを行なう必要がなく、また処理チャンバ１０内の全てのガスを長時間に亘って排出させる必要もなく、Ｗ膜の成膜時間を大幅に短縮できる。
【００３５】
次に、Ｗ膜の成膜ステップについて説明する。Ｗ膜のＡＬＤ技術では、以下の２つの反応が順次繰り返され（ｔｗｏ  ｓｅｌｆ−ｌｉｍｉｔｉｎｇ  ｈａｌｆ−ｒｅａｃｔｉｏｎｓ）、膜の堆積が進行する。即ち、
【数１】
2004277864.tif 000003
ここで（ｇ）はガス状態を、＊は活性状態を示す。
【００３６】
【数２】
2004277864.tif 000004
式１から明らかなように、第１のプロセスガスＳｉＨ４が処理チャンバ１０内に導入されている間に、反応種としてＷ−ＳｉＨｙＦｚ＊が形成され、反応生成物Ｈ２、ＳｉＨａＦｂがガスとしてペデスタル１６の両側部から処理チャンバ１０外に排気ポンプ５０でもって排出される。
【００３７】
一方、式２から明らかなように、第２のプロセスガスＷＦ６が処理チャンバ１０内に導入されている間に、反応種としてＷ−ＷＦｘ＊が形成され、反応生成物ＳｉＨａＦｂがガスとしてペデスタル１６の両側部から処理チャンバ１０外に排気ポンプ５０でもって排出される。
【００３８】
この成膜ステップは、図４（ａ）に示すように、まず、第１のプロセスガスＳｉＨ４が処理チャンバ１０内に導入されると、反応しているＳｉＨ４７１がシリコンウェーハ１５の上面全面に形成される。そして、プロセスガスＳｉＨ４の導入を止めてパージガスＡｒを導入した直後では、シリコンウェーハ１５の中央部の反応しているＳｉＨ４７１上に吸着した吸着ＳｉＨ４７２が排気ポンプ５０で排出されずに取り残されるが、処理チャンバ１０内でプラズマを発生させることなくこの吸着ＳｉＨ４７２を取り除くには、長時間のＡｒパージが必要となる。
【００３９】
次に、図４（ｂ）に示すように、パージガスＡｒを導入させるのと同時にプラズマ印加を実施すると、このＳｉＨ４７１上の中央部に残置している吸着ＳｉＨ４７２はＡｒ＋により活性化され、速やかに反応しているＳｉＨ４７１上から脱離し、排気ポンプ５０で処理チャンバ１０外に排出される。ここで、吸着ＳｉＨ４７２が排出されずにシリコンウェーハ１５中央部に残置した場合には、シリコンウェーハ１５中央部のＷ膜の膜厚が、他の部分よりも厚く堆積されるので、ウェーハ面内の膜厚の均一性が得られない。
【００４０】
続いて、図４（ｃ）に示すように、プロセスガスＷＦ６が処理チャンバ１０内に導入されると、シリコンウェーハ１５上にＷ７３と反応しているＷＦ６７４がシリコンウェーハ１５上面全面に形成される。そして、第２のプロセスガスＷＦ６の導入を止めてパージガスＡｒを導入した直後では、シリコンウェーハ１５中央部の反応しているＷＦ６７４上に吸着した吸着ＷＦ６７５が排気ポンプ５０で排出されずに取り残される。
【００４１】
ところが、図４（ｄ）に示すように、パージガスＡｒを導入させるのと同時にプラズマ印加を実施すると、このＷＦ６７４上の中央部に残置している吸着ＷＦ６７５はＡｒ＋により活性化され、速やかに反応しているＷＦ６７４上から脱離し、排気ポンプ５０で処理チャンバ１０外に排出される。
【００４２】
本実施の形態の成膜方法では、第１及び第２のプロセスガスＳｉＨ４及びＷＦ６をそれぞれ処理チャンバ１０内に導入終了後に、パージガスＡｒを導入すると同時に高周波電源４１を用いて処理チャンバ１０内のプラズマ発生部６０からプラズマを発生させ、シリコンウェーハ１５上に吸着したプロセスガスを速やかにシリコンウェーハ１５から脱離させてペデスタル１６両側部から排気ポンプ５０で排出しているので、Ｗ膜の膜厚均一性及び制御性の向上が図れる。
【００４３】
合わせて、短いＡｒパージ時間でも、プラズマ印加せずに長時間Ａｒパージした場合と同等なウェーハ面内の膜厚の均一性が得られるので、長時間Ａｒパージを行なう必要がなく、また処理チャンバ１０内の全てのガスを長時間に亘って排気する必要もなく、Ｗ膜の成膜時間を大幅に短縮できる。
【００４４】
従って、大口径ウェーハにおいても、膜の均一性及び作業性に優れ、且つスループットを従来よりも大幅に向上できる。
【００４５】
（第１の実施の形態の変形例）
次に、本発明の第１の実施の形態に係わる成膜方法の変形例について、図５を用いて説明する。図５は成膜のプロセスステップを示す図である。
【００４６】
この変形例は、第１の実施の形態の第１のプロセスガスＳｉＨ４をＢ２Ｈ６に変更した点で異なり、それ以外の成膜装置の構成及びプロセスステップについては同一であり、以下、異なる点のみ説明する。
【００４７】
図５に示すように、まず、処理チャンバ１０内にシリコンウェーハ１５を配置した後、この処理チャンバ１０内にパージガスＡｒを期間Ｔ１導入し、次に、キャリアガスＨ２を含む第１のプロセスガスＢ２Ｈ６を期間Ｔ２導入する。この第１のプロセスガスＢ２Ｈ６の導入終了後にパージガスＡｒを期間Ｔ３導入し、同時に高周波電源４１を用いてプラズマ発生部６０からプラズマをパージガスＡｒの導入期間Ｔ３と実質的に同じ期間、処理チャンバ１０内に発生させ、Ａｒ＋を発生させる。このＡｒ＋により、速やかに反応ガス上に吸着している未反応のガスを反応ガスから脱離させ、排気ポンプ５０で処理チャンバ１０外に強制的に排出する。これ以降のステップは第１の実施の形態と同様であり省略する。
【００４８】
これらのステップを繰り返して、第１の実施の形態と同様に、シリコンウェーハ１５上にＷ膜を成膜する。
【００４９】
ここで、第１のプロセスガスＢ２Ｈ６と第２のプロセスガスＷＦ６の導入順序を入れ替えてもよく、また、第１のプロセスガスにＳｉ２Ｈ６、第２のプロセスガスにＷＦ６を用いてもよい。
【００５０】
本実施の形態の成膜方法では、プロセスガスＢ２Ｈ６及びＷＦ６をそれぞれ処理チャンバ１０内に導入終了後に、パージガスＡｒを導入すると同時に高周波電源４１を用いて処理チャンバ１０内のプラズマ発生部６０からプラズマを発生させ、シリコンウェーハ１５上に吸着したプロセスガスを速やかにシリコンウェーハ１５から脱離させてペデスタル１６両側部から排気ポンプ５０で排出しているので、第１の実施の形態と同様、Ｗ膜の膜厚の均一性及び制御性の向上が図れる。合わせて、Ｗ膜の成膜時間を大幅に短縮できる。
【００５１】
従って、大口径ウェーハにおいても、膜の均一性及び作業性に優れ、且つスループットを従来よりも大幅に向上できる。
【００５２】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係わる成膜方法について、図６を用いて説明する。図６は成膜のプロセスステップを示す図である。
【００５３】
この第２の実施の形態は、ＴａＮ×（窒化タンタル）膜の成膜に適用した例である。
【００５４】
本実施の形態では、第１の実施の形態の第１のプロセスガスＳｉＨ４をＮＨ３に、また第２のプロセスガスＷＦ６をＴａＣｌ５（金属塩化物）に変更した点で異なり、成膜装置の構成については同一である。なお、ここで、ＴａＮ×膜の成膜温度としては、５００℃としている。
【００５５】
図６に示すように、まず、処理チャンバ１０内にシリコンウェーハ１５を配置し、この処理チャンバ１０内にパージガスＡｒを期間Ｔ１導入し、次に、キャリアガスＨ２を含む第１のプロセスガスＮＨ３を期間Ｔ２導入する。この第１のプロセスガスＮＨ３の導入終了後に、パージガスＡｒを期間Ｔ３導入し、同時に高周波電源４１を用いてプラズマ発生部６０からプラズマをパージガスＡｒの導入期間Ｔ３と実質的に同じ期間、処理チャンバ１０内に発生させ、Ａｒ＋を発生させる。このＡｒ＋により、速やかに反応ガス上に吸着している未反応の吸着ガスを反応ガスから脱離させて排気ポンプ５０で処理チャンバ１０外に強制的に排出する。
【００５６】
続いて、処理チャンバ１０内にパージガスＡｒを期間Ｔ４導入し、次に、キャリアガスＨ２を含む第２のプロセスガスＴａＣｌ５を期間Ｔ５導入する。この第２のプロセスガスＴａＣｌ５の導入終了後に、パージガスＡｒを期間Ｔ６導入し、同時に高周波電源４１を用いてプラズマ発生部６０からプラズマをパージガスＡｒの導入期間Ｔ６と実質的に同じ期間、処理チャンバ１０内にプラズマを発生させ、Ａｒ＋を発生させる。このＡｒ＋により、速やかに反応ガス上に吸着している未反応の吸着ガスを反応ガスから脱離させて排気ポンプ５０で処理チャンバ１０外に強制的に排出する。プラズマ印加条件としては、先に示した条件を用いる。
【００５７】
このステップを繰り返して、シリコンウェーハ１５上にＴａＮ×膜を成膜する。
【００５８】
ここで、パージガスＡｒの導入時間（Ｔ１、Ｔ４）、及びプロセスガス（ＮＨ３、ＴａＣｌ５）の導入時間（Ｔ２、Ｔ５）は、共に０．０１乃至１５秒の範囲で変えてよく、第１のプロセスガスＮＨ３と第２のプロセスガスＴａＣｌ５の導入順序を入れ替えてもよい。
【００５９】
また、キャリアガスとしてＨ２の代わりにＮ２を用いてもよい。更に、パージガスとして、Ａｒの代わりにＨｅ（ヘリウム）、Ｎｅ（ネオン）、Ｒｎ（ラドン）、Ｘｅ（キセノン）、及びＫｒ（クリプトン）等の不活性ガスを１つ、または複数用いてもよい。
【００６０】
また、プロセスガスとして、ＮＨ３ガスとＴａＣｌ５の組み合わせに代えて、ＤＭＨｙ（ジメチルヒドラジン  （（ＣＨ３）２ＮＮＨ２））（有機物）とＴａＣｌ５、或いはＮＨ３とペンタジメチルアミノタンタル（有機金属化合物）の組み合わせを用いてもよい。
【００６１】
本実施の形態の成膜方法では、プロセスガスＮＨ３及びＴａＣｌ５をそれぞれチャンバ１０内に導入終了後に、パージガスＡｒを導入させると同時に高周波電源４１を用いて処理チャンバ１０内のプラズマ発生部６０からプラズマを発生させ、シリコンウェーハ１５上に吸着したプロセスガスを速やかにシリコンウェーハ１５から脱離させてペデスタル１６両側部から排気ポンプ５０で排出しているので、ＴａＮ×膜の膜厚の均一性及び制御性の向上が図れる。
【００６２】
合わせて、短いＡｒパージ時間でも、プラズマ印加せずに長時間Ａｒパージした場合と同等なウェーハ面内の膜厚の均一性が得られるので、長時間Ａｒパージを行なう必要がなく、また処理チャンバ１０内の全てのガスを長時間に亘って排気する必要もなく、ＴａＮ×膜の成膜時間を大幅に短縮できる。
【００６３】
従って、大口径ウェーハにおいても膜の均一性及び作業性に優れ、且つスループットを従来よりも大幅に向上できる。
【００６４】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態に係わる成膜方法について、図７を参照して説明する。図７は成膜のプロセスステップを示す図である。
【００６５】
この第３の実施の形態は、ＴｉＮ（窒化チタン）膜の成膜に適用した例である。
【００６６】
本実施の形態では、第１の実施の形態の第１のプロセスガスＳｉＨ４をＮＨ３に、また第２のプロセスガスＷＦ６をＴｉＣｌ４（金属塩化物）に変更した点で異なり、成膜装置の構成については同一である。なお、ここで、ＴｉＮ膜の成膜温度としては、４５０℃としている。
【００６７】
図７に示すように、まず、処理チャンバ１０内にシリコンウェーハ１５を配置した後、この処理チャンバ１０内にパージガスＡｒを期間Ｔ１導入し、次に、キャリアガスＨ２を含む第１のプロセスガスＮＨ３を期間Ｔ２導入する。この第１のプロセスガスＮＨ３の導入終了後に、パージガスＡｒを期間Ｔ３導入し、同時に高周波電源４１を用いてプラズマ発生部６０からプラズマをパージガスＡｒの導入期間Ｔ３と実質的に同じ期間、処理チャンバ１０内に発生させ、Ａｒ＋を発生させる。
【００６８】
このＡｒ＋により、速やかに反応ガス上に吸着している未反応の吸着ガスを反応ガス上から脱離させ、排気ポンプ５０で処理チャンバ１０外に強制的に排出する。
【００６９】
続いて、処理チャンバ１０内にパージガスＡｒを期間Ｔ４導入し、次に、キャリアガスＨ２を含む第２のプロセスガスＴｉＣｌ４を期間Ｔ５導入する。この第２のプロセスガスＴｉＣｌ４の導入終了後に、パージガスＡｒを期間Ｔ６導入し、同時に高周波電源４１を用いてプラズマ発生部６０からプラズマをパージガスＡｒの導入期間Ｔ６と実質的に同じ期間、処理チャンバ１０内にプラズマを発生させ、Ａｒ＋を発生させる。このＡｒ＋により、速やかに反応ガス上に吸着している未反応の吸着ガスを反応ガスから脱離させ、排気ポンプ５０で処理チャンバ１０外に強制的に排出する。プラズマ印加条件としては、先に示した条件を用いる。
【００７０】
このステップを繰り返して、シリコンウェーハ１５上にＴｉＮ膜を成膜する。
【００７１】
ここで、パージガスＡｒの導入時間（Ｔ１、Ｔ４）、及びプロセスガス（ＮＨ３、ＴｉＣｌ４）の導入時間（Ｔ２、Ｔ５）は、共に０．０１乃至１５秒の範囲で変えてよく、第１及び第２のプロセスガスＮＨ３及びＴｉＣｌ４の導入順序を入れ替えてもよい。
【００７２】
また、キャリアガスとしてＨ２の代わりにＮ２を用いてもよい。さらに、パージガスとして、Ａｒの代わりにＨｅ（ヘリウム）、Ｎｅ（ネオン）、Ｒｎ（ラドン）、Ｘｅ（キセノン）、及びＫｒ（クリプトン）等の不活性ガスを１つ、または複数用いてもよい。
【００７３】
また、プロセスガスとして、ＮＨ３とＴｉＣｌ４との組み合わせに代えて、ＤＭＨｙとＴｉＣｌ４、或いはＮＨ３とエチルメチルアミノチタン（有機金属化合物）の組み合わせを用いてもよい。
【００７４】
本実施の形態の成膜方法では、プロセスガスＮＨ３及びＴｉＣｌ４をそれぞれ処理チャンバ１０内に導入終了後に、パージガスＡｒを導入すると同時に高周波電源４１を用いて処理チャンバ１０内のプラズマ発生部６０からプラズマを発生させ、速やかにシリコンウェーハ上に吸着したプロセスガスをシリコンウェーハ１５から脱離させ、ペデスタル１６両側部から排気ポンプ５０で排出しているので、ＴｉＮ膜の膜厚の均一性及び制御性の向上が図れる。
【００７５】
合わせて、短いＡｒパージ時間でも、プラズマ印加せずに長時間Ａｒパージした場合と同等なウェーハ面内の膜厚の均一性が得られるので、長時間Ａｒパージを行なう必要がなく、また処理チャンバ１０内の全てのガスを長時間に亘って排気する必要もなく、ＴｉＮ膜の成膜時間を大幅に短縮できる。
【００７６】
従って、大口径ウェーハにおいても、膜の均一性及び作業性に優れ、且つスループットを従来よりも大幅に向上できる。
【００７７】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態に係わる成膜方法について、図８を用いて説明する。図８は成膜のプロセスステップを示す図である。
【００７８】
この第４の実施の形態は、ＴｉＡｌＮ（窒化チタンアルミニウム）膜の成膜に適用した例である。
【００７９】
ＴｉＡｌＮ膜の成膜条件としては、温度２００℃、圧力２６６Ｐａを用いる。
【００８０】
図８に示すように、まず、処理チャンバ１０内にシリコンウェーハ１５を配置した後、この処理チャンバ１０内にキャリアガスＨ２を含む第１のプロセスガスＮＨ３を期間Ｔ１１導入する。この第１のプロセスガスＮＨ３の導入終了後に、パージガスＡｒを期間Ｔ１２導入し、同時に高周波電源４１を用いてプラズマ発生部６０からプラズマをパージガスＡｒの導入期間Ｔ１２と実質的に同じ期間、処理チャンバ１０内に発生させ、Ａｒ＋を発生させる。このＡｒ＋により、速やかに反応ガス上に吸着している未反応の吸着ガスを反応ガス上から脱離させ、排気ポンプ５０で処理チャンバ１０外に強制的に排出する。
【００８１】
次に、処理チャンバ１０内にＡｒで希釈された第２のプロセスガスＴＥＭＡＴ（ｔｅｔｒａｋｉｓ−ｅｔｈｙｌ−ｍｅｔｙｈｌ−ａｍｉｎｏ−ｔｉｔａｎｉｕｍ）（有機金属化合物）を期間Ｔ１３導入する。この第２のプロセスガスＴＥＭＡＴの導入後に、パージガスＡｒを期間Ｔ１４導入し、同時に高周波電源４１を用いてプラズマ発生部６０からプラズマをパージガスＡｒの導入期間Ｔ１４と実質的に同じ期間、処理チャンバ１０内に発生させ、Ａｒ＋を発生させる。このＡｒ＋により、速やかに反応ガス上に吸着している未反応の吸着ガスを反応ガス上から脱離させ、排気ポンプ５０で処理チャンバ１０外に強制的に排出する。プラズマ印加条件としては、先に示した条件を用いる。
【００８２】
そして、再度、処理チャンバ１０内にキャリアガスＨ２を含む上記第１のプロセスガスＮＨ３を期間Ｔ１５導入する。この第１のプロセスガスＮＨ３の導入終了後に、パージガスＡｒを期間Ｔ１６導入させ、同時に高周波電源４１を用いてプラズマ発生部６０からプラズマをパージガスＡｒの導入期間Ｔ１６と実質的に同じ期間、処理チャンバ１０内に発生させ、Ａｒ＋を発生させる。このＡｒ＋により、速やかに反応ガス上に吸着している未反応の吸着ガスを反応ガス上から脱離させ、排気ポンプ５０で処理チャンバ１０外に強制的に排出する。プラズマ印加条件としては、先に示した条件を用いる。
【００８３】
次に、処理チャンバ１０内にＡｒで希釈されたＤＭＡＨ（ｄｉｍｅｔｈｙｌａｌｕｍｉｎｉｕｍ−ｈｙｄｒｉｄｅ）（有機金属化合物）とＥＰＰ（ｅｈｙｌｐｉｐｅｒｉｄｉｎｅ）（有機物）からなる第３のプロセスガスＤＭＡＨ―ＥＰＰを期間Ｔ１７導入する。この第３のプロセスガスＤＭＡＨ―ＥＰＰの導入後に、パージガスＡｒを期間Ｔ１８導入し、同時に高周波電源４１を用いてプラズマ発生部６０からプラズマをパージガスＡｒの導入期間Ｔ１８と実質的に同じ期間、処理チャンバ１０内に発生させ、Ａｒ＋を発生させる。このＡｒ＋により、速やかに反応ガス上に吸着している未反応の吸着ガスを反応ガス上から脱離させ、排気ポンプ５０で処理チャンバ１０外に強制的に排出する。プラズマ印加条件としては、先に示した条件を用いる。
【００８４】
このステップを繰り返して、シリコンウェーハ１５上にＴｉＡｌＮ膜を成膜する。
【００８５】
この成膜されたＴｉＡｌＮ膜は、プロセスステップは長く、複雑であるが、他の金属窒化物よりもシリコン基板に対する耐熱性に優れている。例えば、Ｃｕ配線とシリコン基板の間にバリアメタルとして用いられるＴｉＮ膜は４５０℃以上になるとシリコン基板と反応するが、ＴｉＡｌＮ膜は、６００℃までシリコン基板と反応しない。
【００８６】
ここで、プロセスガス（ＮＨ３、ＴＥＭＡＴ、ＤＭＡＨ―ＥＰＰ）の導入時間（Ｔ１１、Ｔ１３、Ｔ１５、Ｔ１７）は、０．０１乃至１５秒の範囲で変えてよく、第１及び第２のプロセスガスＮＨ３及びＴＥＭＡＴ、並びに第１及び第３のプロセスガスＮＨ３及びＤＭＡＨ―ＥＰＰの導入順序をそれぞれ入れ替えてもよい。
【００８７】
また、プロセスガスＮＨ３、ＴＥＭＡＴ、及びＤＭＡＨ―ＥＰＰを処理チャンバ１０内に導入する（Ｔ１１、Ｔ１３、Ｔ１５、Ｔ１７）前に、それぞれパージガスＡｒを導入してもよい。更に、パージガスとして、Ａｒの代わりにＨｅ（ヘリウム）、Ｎｅ（ネオン）、Ｒｎ（ラドン）、Ｘｅ（キセノン）、及びＫｒ（クリプトン）等の不活性ガスを１つ、または複数用いてもよい。
【００８８】
また、プロセスガスとして、ＮＨ３の代わりにＤＭＨｙを用いてもよい。
【００８９】
本実施の形態の成膜方法では、プロセスガスＮＨ３、ＴＥＭＡＴ及びＤＭＡＨ―ＥＰＰをそれぞれ処理チャンバ１０内に導入終了後に、パージガスＡｒを導入すると同時に高周波電源４１を用いてチャンバ内のプラズマ発生部６０からプラズマを発生させ、速やかにシリコンウェーハ１５上に吸着したプロセスガスをシリコンウェーハ１５から脱離させてペデスタル１６両側部から排気ポンプ５０で排出しているので、ＴｉＡｌＮ膜の膜厚の均一性及び制御性の向上が図れる。
【００９０】
合わせて、短いＡｒパージ時間でも、プラズマ印加せずに長時間Ａｒパージした場合と同等なウェーハ面内の膜厚の均一性が得られるので、長時間Ａｒパージを行なう必要がなく、また、処理チャンバ１０内の全てのガスを長時間に亘って排気する必要もなく、ＴｉＡｌＮ膜の成膜時間を大幅に短縮できる。
【００９１】
従って、大口径ウェーハにおいても、膜の均一性及び作業性に優れ、且つスループットを従来よりも大幅に向上できる。
【００９２】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々、変更して実施してもよい。
【００９３】
例えば、上記実施の形態では、Ｗ膜、ＴａＮ×膜、ＴｉＮ膜、及びＴｉＡｌＮ膜の成膜方法について説明したが、その他の金属膜及び金属窒化膜、例えばプロセスガスとしてＮＨ３またはジメチルヒドラジンとＷＦ６を用いて形成されるＷＮ膜にも適用できる。そして、金属酸化物からなる膜、例えばＡｌ２Ｏ３膜にも適用できる。
【００９４】
【発明の効果】
本発明によれば、膜厚の均一性及び制御性の向上を維持しながら、成膜時間を短縮化できる成膜方法及び成膜装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる成膜装置を模式的に示す構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係わる成膜のプロセスステップを示す図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係わるウェーハ面内均一性データを示す図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係わる成膜ステップを示す図。
【図５】本発明の第１の実施の形態の変形例に係わる成膜のプロセスステップを示す図。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係わる成膜のプロセスステップを示す図。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係わる成膜のプロセスステップを示す図。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係わる成膜のプロセスステップを示す図。
【図９】従来の成膜装置を模式的に示す構成図。
【図１０】従来の成膜のプロセスステップを示す図。
【符号の説明】
１０、１１０  処理チャンバ
１１、１１１  ハウジング
１２、１１２  カバー
１３、１１３  ベース壁
１４、１１４  側壁
１５、１１５  基板（シリコンウエーハ）
１６、１１６  ペデスタル
１７、１１７  温度センサ
２０、１２０  コントローラ
２１、１２１  ＣＰＵ
２２、１２２  ＲＡＭ
２３、１２３  ハードディスクドライブ
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ  プロセスガスの源
３２、１３２  流れ弁
３３、１３３  シャワーヘッド
４０、１４０  交流電源
４１  高周波電源
５０、１５０  ポンプ
６０  プラズマ発生部
７１  反応しているＳｉＨ４
７２  吸着ＳｉＨ４
７３  Ｗ（タングステン）
７４  反応しているＷＦ６
７５  吸着ＷＦ６
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ１３、Ｔ１４、Ｔ１５、Ｔ１６、Ｔ１７、Ｔ１８、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６、ｔ７、ｔ８  時間
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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