(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバー内で被処理基板を載置台に載置し、加熱手段により載置台を介して被処理基板を加熱しつつ被処理基板にＣＶＤにより薄膜を形成するＣＶＤ成膜方法であって、
被処理基板を前記チャンバー内に搬入し、載置台の基板支持ピンを上昇させてその上に被処理基板を受け取る工程と、
前記基板支持ピン上に被処理基板を保持した状態で前記加熱手段で前記載置台を加熱しつつ真空排気されている前記チャンバー内にガスを導入して第１の予備加熱処理を行う工程と、
前記チャンバー内を真空排気した状態でガスの導入を停止し、前記基板支持ピンを下降させて被処理基板を前記載置台に載置する工程と、
被処理基板を前記載置台に載置した状態で前記チャンバー内にガスを導入して第２の予備加熱を行う工程と、
その後、被処理基板に対して成膜を行う工程と
を具備することを特徴とするＣＶＤ成膜方法。
【請求項２】
前記第２の予備加熱を行う工程に先だって、被処理基板を前記載置台に載置した状態で前記チャンバー内のガス圧を徐々に上昇させる工程をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のＣＶＤ成膜方法。
【請求項３】
チャンバー内で被処理基板を載置台に載置し、前記載置台に設けられた加熱手段により被処理基板を加熱しつつ被処理基板にＣＶＤによりＴｉＮ薄膜を形成するＣＶＤ成膜方法であって、
被処理基板を前記チャンバー内に搬入し、載置台の基板支持ピンを上昇させてその上に被処理基板を受け取る工程と、
前記基板支持ピン上に被処理基板を保持した状態で前記加熱手段により前記載置台を加熱しつつ真空排気されている前記チャンバー内に不活性ガスを導入して第１の予備加熱処理を行う工程と、
前記チャンバー内を真空排気した状態で不活性ガスの導入を停止し、前記基板支持ピンを下降させて被処理基板を前記載置台に載置する工程と、
被処理基板を前記載置台に載置した状態で前記チャンバー内に不活性ガスおよび窒素を含有する反応ガスを導入して第２の予備加熱を行う工程と、
その後、前記チャンバー内にさらにＴｉを含有する反応ガスを導入して被処理基板上にＴｉＮを成膜する工程と
を具備することを特徴とするＣＶＤ成膜方法。
【請求項４】
前記第２の予備加熱を行う工程に先だって、被処理基板を前記載置台に載置した状態で前記チャンバー内へ不活性ガスおよび窒素を、ガス圧が徐々に上昇するようにして導入する工程をさらに具備することを特徴とする請求項３に記載のＣＶＤ成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、例えばＴｉＮ膜などの薄膜をＣＶＤで成膜するＣＶＤ成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造においては、最近の高密度化および高集積化の要請に対応して、回路構成を多層配線構造にする傾向にあり、このため、下層の半導体基板と上層の配線層との接続部であるコンタクトホールや、上下の配線層同士の接続部であるビアホールなどの層間の電気的接続のための埋め込み技術が重要になっている。
【０００３】
このようなコンタクトホールやビアホールの埋め込みには、一般的にＡｌ（アルミニウム）やＷ（タングステン）、あるいはこれらを主体とする合金が用いられるが、このような金属や合金と下層のＳｉ基板やｐｏｌｙ−Ｓｉ層とのコンタクトを形成するために、これらの埋め込みに先立ってコンタクトホールやビアホールの内側にＴｉ膜を成膜し、さらにバリア層としてＴｉＮ膜を成膜することが行われている。
【０００４】
このようなＴｉ膜やＴｉＮ膜は、従来から、物理的蒸着（ＰＶＤ）を用いて成膜されていたが、最近のようにデバイスの微細化および高集積化が特に要求され、デザインルールが特に厳しくなって、それにともなって線幅やホールの開口径が一層小さくなり、しかも高アスペクト比化されるにつれ、ＰＶＤ膜では電気抵抗が増加し、要求に対応することが困難となってきた。
【０００５】
そこで、これらＴｉ膜およびＴｉＮ膜を、より良質の膜を形成することが期待できる化学的蒸着（ＣＶＤ）で成膜することが行われている。これらの膜の成膜においては、成膜ガスとしてＴｉＣｌ４（四塩化チタン）を用い、基板である半導体ウエハをステージヒーターにより加熱しながら、ＴｉＣｌ４とＨ２（水素）とを反応させることによりＴｉ膜を成膜し、ＴｉＣｌ４とＮＨ３（アンモニア）とを反応させることによりＴｉＮ膜を成膜している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近時、半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）のサイズが２００ｍｍから３００ｍｍへと大型化しており、それにともなって成膜の際の加熱プロセスにおいて温度変化等によりウエハが反りやすくなっている。例えば、ＴｉＮ膜は熱ＣＶＤにより５００〜７００℃の高温に加熱するため、成膜に先だって行われる予備加熱処理において現実にウエハに反りが発生している。このようにウエハに反りが生じると後工程であるフォトリソグラフィ工程でマスクズレ等が発生して配線を正確に形成することができなくなる。したがって、ウエハに反りが生じないようにすることは半導体製造では極めて重要である。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、基板が大型であっても基板に反りが生じないＣＶＤ成膜方法を提供することを目的とする。
【０００９】
上記課題を解決するために、第１発明は、チャンバー内で被処理基板を載置台に載置し、加熱手段により載置台を介して被処理基板を加熱しつつ被処理基板にＣＶＤにより薄膜を形成するＣＶＤ成膜方法であって、被処理基板を前記チャンバー内に搬入し、載置台の基板支持ピンを上昇させてその上に被処理基板を受け取る工程と、前記基板支持ピン上に被処理基板を保持した状態で前記加熱手段で前記載置台を加熱しつつ真空排気されている前記チャンバー内にガスを導入して第１の予備加熱処理を行う工程と、前記チャンバー内を真空排気した状態でガスの導入を停止し、前記基板支持ピンを下降させて被処理基板を前記載置台に載置する工程と、被処理基板を前記載置台に載置した状態で前記チャンバー内にガスを導入して第２の予備加熱を行う工程と、その後、被処理基板に対して成膜を行う工程とを具備することを特徴とするＣＶＤ成膜方法を提供する。
【００１０】
また、第２発明は、チャンバー内で被処理基板を載置台に載置し、前記載置台に設けられた加熱手段により被処理基板を加熱しつつ被処理基板にＣＶＤによりＴｉＮ薄膜を形成するＣＶＤ成膜方法であって、被処理基板を前記チャンバー内に搬入し、載置台の基板支持ピンを上昇させてその上に被処理基板を受け取る工程と、前記基板支持ピン上に被処理基板を保持した状態で前記加熱手段により前記載置台を加熱しつつ真空排気されている前記チャンバー内に不活性ガスを導入して第１の予備加熱処理を行う工程と、前記チャンバー内を真空排気した状態で不活性ガスの導入を停止し、前記基板支持ピンを下降させて被処理基板を前記載置台に載置する工程と、被処理基板を前記載置台に載置した状態で前記チャンバー内に不活性ガスおよび窒素を含有する反応ガスを導入して第２の予備加熱を行う工程と、その後、前記チャンバー内にさらにＴｉを含有する反応ガスを導入して被処理基板上にＴｉＮを成膜する工程とを具備することを特徴とするＣＶＤ成膜方法を提供する。
【００１１】
本発明によれば、被処理基板を載置台に載置して行う予備加熱に先だって、チャンバー内において載置台の基板支持ピンを上昇させて被処理基板を該基板支持ピン上に保持した状態での予備加熱を行うので、被処理基板を加熱されている載置台に即座に載置する場合のように被処理基板が急激に加熱されることがなく、被処理基板の熱応力が緩和され、被処理基板が大型であっても反りの発生を防止することができる。
【００１３】
また、第１発明において、第２の予備加熱を行う工程に先だって、被処理基板を載置台に載置した状態でチャンバー内のガス圧を徐々に上昇させる工程をさらに具備することが好ましく、第２発明において、第２の予備加熱を行う工程に先だって、被処理基板を載置台に載置した状態でチャンバー内へ不活性ガスおよび窒素を、ガス圧が徐々に上昇するようにして導入する工程をさらに具備することが好ましい。このような工程を付加することにより、第２の予備加熱において急激なチャンバー内のガス圧力の上昇が回避され、被処理基板へ及ぼされる応力が緩和される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は本発明の方法を実施するＴｉＮ成膜装置が搭載されたマルチチャンバータイプの成膜システムを示す概略構成図である。
【００１５】
図１に示すように、この成膜システム１００は、ＣＶＤによりＴｉ膜を成膜する２つのＴｉ成膜装置１，２、およびＣＶＤによりＴｉＮ膜を成膜する２つのＴｉＮ成膜装置３，４の合計４つの成膜装置を有しており、これら成膜装置１，２，３，４は、六角形をなすウエハ搬送室５の４つの辺にそれぞれ対応して設けられている。また、ウエハ搬送室５の他の２つの辺にはそれぞれロードロック室６，７が設けられている。これらロードロック室６，７のウエハ搬送室５と反対側にはウエハ搬入出室８が設けられており、ウエハ搬入出室８のロードロック室６，７と反対側にはウエハＷを収容可能な３つのフープ（ＦＯＵＰ）Ｆを取り付けるポート９，１０，１１が設けられている。なお、Ｔｉ成膜装置１と２、およびＴｉＮ成膜装置３と４は、それぞれ同じ構造を有している。
【００１６】
Ｔｉ成膜装置１，２およびＴｉＮ成膜装置３，４およびロードロック室６，７は、同図に示すように、ウエハ搬送室５の各辺にゲートバルブＧを介して接続され、これらは各ゲートバルブＧを開放することによりウエハ搬送室５と連通され、各ゲートバルブＧを閉じることによりウエハ搬送室５から遮断される。また、ロードロック室６，７のウエハ搬入出室８に接続される部分にもゲートバルブＧが設けられており、ロードロック室６，７は、ゲートバルブＧを開放することによりウエハ搬入出室８に連通され、これらを閉じることによりウエハ搬入出室８から遮断される。
【００１７】
ウエハ搬送室５内には、Ｔｉ成膜装置１，２、ＴｉＮ成膜装置３，４、およびロードロック室６，７に対して、被処理体であるウエハＷの搬入出を行うウエハ搬送装置１２が設けられている。このウエハ搬送装置１２は、ウエハ搬送室５の略中央に配設されており、回転および伸縮可能な回転・伸縮部１３の先端にウエハＷを保持する２つのブレード１４ａ，１４ｂを有しており、これら２つのブレード１４ａ，１４ｂは互いに反対方向を向くように回転・伸縮部１３に取り付けられている。なお、このウエハ搬送室５内は所定の真空度に保持されるようになっている。
【００１８】
ウエハ搬入出室８の天井部にはＨＥＰＡフィルタ（図示せず）が設けられており、このＨＥＰＡフィルタを通過した清浄な空気がウエハ搬入出室８内にダウンフロー状態で供給され、大気圧の清浄空気雰囲気でウエハＷの搬入出が行われるようになっている。ウエハ搬入出室８のフープＦ取り付け用の３つのポート９，１０，１１にはそれぞれシャッター（図示せず）が設けられており、これらポート９，１０，１１にウエハＷを収容したまたは空のフープが直接取り付けられ、取り付けられた際にシャッターが外れて外気の侵入を防止しつつウエハ搬出入室８と連通するようになっている。また、ウエハ搬入出室８の側面にはアライメントチャンバー１５が設けられており、そこでウエハＷのアライメントが行われる。
【００１９】
ウエハ搬入出室８内には、フープＦに対するウエハＷの搬入出およびロードロック室６，７に対するウエハＷの搬入出を行うウエハ搬送装置１６が設けられている。このウエハ搬送装置１６は、多関節アーム構造を有しており、フープＦの配列方向に沿ってレール１８上を走行可能となっており、その先端のハンド１７上にウエハＷを載せてその搬送を行う。
【００２０】
このような成膜システム１００においては、まず、大気圧の清浄空気雰囲気に保持されたウエハ搬入出室８内のウエハ搬送装置１６により、いずれかのフープＦからウエハＷを一枚取り出してアライメントチャンバー１５に搬入し、ウエハＷの位置合わせを行う。次いで、ウエハＷをロードロック室６，７のいずれかに搬入し、そのロードロック内を真空引きした後、ウエハ搬送室５内のウエハ搬送装置１２によりそのロードロック内のウエハを取り出し、ウエハＷをＴｉ成膜装置１または２に装入してＴｉ膜の成膜を行い、Ｔｉ成膜後のウエハＷを引き続きＴｉＮ成膜装置３または４に装入してＴｉＮ膜の成膜を行う。その後成膜後のウエハＷをウエハ搬送装置１２によりロードロック室６，７のいずれかに搬入し、その中を大気圧に戻した後、ウエハ搬入出室８内のウエハ搬送装置１６によりロードロック室内のウエハＷを取り出し、フープＦのいずれかに収容される。このような動作を１ロットのウエハＷに対して行い、１セットの処理が終了する。このような成膜処理により、図２に示すように、層間絶縁膜２１に形成された、不純物拡散領域２０ａに達するコンタクトホール２２内にコンタクト層としてのＴｉ膜２３およびバリア層としてのＴｉＮ膜２４が形成される。その後、他の装置により、ＡｌやＷ等の成膜を行い、コンタクトホール２２の埋め込みと配線層の形成を行う。
【００２１】
次に、本発明のＣＶＤ成膜方法を実施するＴｉＮ成膜装置３について説明する。なお、上述したようにＴｉＮ成膜装置４も全く同一の構成を有する。図３は、本発明に係るＣＶＤ成膜方法を実施するＴｉＮ成膜装置を示す断面図である。このＴｉＮ成膜装置３は、気密に構成された略円筒状のチャンバー３１を有しており、その中には被処理体であるウエハＷを水平に支持するためのサセプタ３２がその中央下部に設けられた円筒状の支持部材３３により支持された状態で配置されている。サセプタ３２の外縁部にはウエハＷをガイドするためのガイドリング３４が設けられている。また、サセプタ３２にはヒーター３５が埋め込まれており、このヒーター３５はヒーター電源３６から給電されることにより被処理基板であるウエハＷを所定の温度に加熱する。なお、サセプタ３２はセラミックス例えばＡｌＮで構成することができ、この場合には、セラミックスヒーターが構成される。
【００２２】
チャンバー３１の天壁３１ａには、絶縁部材３９を介してシャワーヘッド４０が設けられている。このシャワーヘッド４０は、上段ブロック体４０ａ、中段ブロック体４０ｂ、下段ブロック体４０ｃで構成されている。そして、下段ブロック体４０ｃにはガスを吐出する吐出孔４７と４８とが交互に形成されている。上段ブロック体４０ａの上面には、第１のガス導入口４１と、第２のガス導入口４２とが形成されている。上段ブロック体４０ａの中では、第１のガス導入口４１から多数のガス通路４３が分岐している。中段ブロック体４０ｂにはガス通路４５が形成されており、上記ガス通路４３が水平に延びる連通路４３ａを介してこれらガス通路４５に連通している。さらにこのガス通路４５が下段ブロック体４０ｃの吐出孔４７に連通している。また、上段ブロック体４０ａの中では、第２のガス導入口４２から多数のガス通路４４が分岐している。中段ブロック体４０ｂにはガス通路４６が形成されており、上記ガス通路４４がこれらガス通路４６に連通している。さらにこのガス通路４６が中段ブロック体４０ｂ内に水平に延びる連通路４６ａに接続されており、この連通路４６ａが下段ブロック体４０ｃの多数の吐出孔４８に連通している。そして、上記第１および第２のガス導入口４１，４２は、ガス供給機構５０のガスラインに接続されている。
【００２３】
ガス供給機構５０は、クリーニングガスであるＣｌＦ３ガスを供給するＣｌＦ３ガス供給源５１、Ｔｉ含有ガスであるＴｉＣｌ４ガスを供給するＴｉＣｌ４ガス供給源５２、Ｎ２ガスを供給する第１のＮ２ガス供給源５３および第２のＮ２ガス供給源５５、ＮＨ３ガスを供給するＮＨ３ガス供給源５４を有している。そして、ＣｌＦ３ガス供給源５１にはＣｌＦ３ガス供給ライン５６が、ＴｉＣｌ４ガス供給源５２にはＴｉＣｌ４ガス供給ライン５７が、第１のＮ２ガス供給源５３には第１のＮ２ガス供給ライン５８が、ＮＨ３ガス供給源５４にはＮＨ３ガス供給ライン５９が、第２のＮ２ガス供給源５３には第２のＮ２ガス供給ライン６０がそれぞれ接続されている。そして、各ガス供給ラインにはマスフローコントローラ６２およびマスフローコントローラ６２を挟んで２つのバルブ６１が設けられている。前記第１のガス導入口４１にはＴｉＣｌ４ガス供給源５２から延びるＴｉＣｌ４ガス供給ライン５７が接続されており、このＴｉＣｌ４ガス供給ライン５７にはＣｌＦ３ガス供給源５１から延びるＣｌＦ３ガス供給ライン５６および第１のＮ２ガス供給源５３から延びる第１のＮ２ガス供給ライン５８が接続されている。また、前記第２のガス導入口４２にはＮＨ３ガス供給源５４から延びるＮＨ３ガス供給ライン５９が接続されており、このＮＨ３ガス供給ライン５９には第２のＮ２ガス供給源５５から延びる第２のＮ２ガス供給ライン６０が接続されている。したがって、プロセス時には、ＴｉＣｌ４ガス供給源５２からのＴｉＣｌ４ガスが第１のＮ２ガス供給源５３からのＮ２ガスとともにＴｉＣｌ４ガス供給ライン５７を介してシャワーヘッド４０の第１のガス導入口４１からシャワーヘッド４０内に至り、ガス通路４３，４５を経て吐出孔４７からチャンバー３１内へ吐出される一方、ＮＨ３ガス供給源５４からのＮＨ３ガスが第２のＮ２ガス供給源５５からのＮ２ガスとともにＮＨ３ガス供給ガスライン５９を介してシャワーヘッド４０の第２のガス導入口４２からシャワーヘッド４０内に至り、ガス通路４４，４６を経て吐出孔４８からチャンバー３１内へ吐出される。すなわち、シャワーヘッド４０は、ＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３ガスとが全く独立してチャンバー３１内に供給されるマトリックスタイプとなっており、これらは吐出後に混合され反応が生じる。
【００２４】
シャワーヘッド４０には、整合器６３を介して高周波電源６４が接続されており、必要に応じてこの高周波電源６４からシャワーヘッド４０に高周波電力が供給されるようになっている。通常はこの高周波電源６４は必要ないが、成膜反応の反応性を高めたい場合には、高周波電源６４から高周波電力を供給することにより、シャワーヘッド４０を介してチャンバー３１内に供給されたガスをプラズマ化して成膜することも可能である。
【００２５】
チャンバー３１の底壁３１ｂの中央部には円形の穴６５が形成されており、底壁３１ｂにはこの穴６５を覆うように下方に向けて突出する排気室６６が設けられている。排気室６６の側面には排気管が６６が接続されており、この排気管６７には排気装置６８が接続されている。そしてこの排気装置６８を作動させることによりチャンバー３１内を所定の真空度まで減圧することが可能となっている。
【００２６】
サセプタ３２には、ウエハＷを支持して昇降させるための３本（２本のみ図示）のウエハ支持ピン６９がサセプタ３２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６９は支持板７０に固定されている。そして、ウエハ支持ピン６９は、エアシリンダ等の駆動機構７１により支持板７０を介して昇降される。
【００２７】
チャンバー３１の側壁には、搬送室１との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口７２と、この搬入出口７２を開閉するゲートバルブ７３とが設けられている。
【００２８】
次に、このようなＴｉＮ成膜装置によりＴｉＮ膜を成膜する際の成膜方法について図４、図５を参照しながら説明する。図４はＴｉＮ膜を成膜する際の工程を説明するためのフローチャート、図５は主要な工程におけるチャンバー３１内の状態を示す模式図である。
【００２９】
まず、ヒーター３５によりサセプタ３２を５００〜７００℃程度に加熱し、排気装置６８によりチャンバー３１内を引き切り状態としておき（ＳＴＥＰ１）、ゲートバルブ７３を開にして（ＳＴＥＰ２）、図５の（ａ）に示すように、真空状態のウエハ搬送室５から搬送装置１２のブレード１４ａまたは１４ｂにより搬入出口７２を介してウエハＷをチャンバー３１内へ搬入する（ＳＴＥＰ３）。次に、図５の（ｂ）に示すように、ウエハ支持ピン６９をサセプタ３２の表面から突出させた状態でウエハＷをウエハ支持ピン６９上に載せる（ＳＴＥＰ４）。このウエハＷをウエハ支持ピン６９上に載せた状態でゲートバルブ７３を閉じ（ＳＴＥＰ５）、引き続き、ＴｉＣｌ４ガス供給ライン５７およびＮＨ３ガス供給ライン５９を通流してきたＮ２ガスを、図５の（ｃ）に示すように、シャワーヘッド４０を介してチャンバー３１内に導入し、ウエハＷに対して第１の予備加熱を行う（ＳＴＥＰ６）。この場合のＮ２ガスの好ましい流量範囲は、ＴｉＣｌ４ガス供給ライン５７およびＮＨ３ガス供給ライン５９のいずれも１〜１０Ｌ／ｍｉｎである。また、この第１の予備加熱工程は、５〜３０秒間の範囲が好ましく、例えば１０秒間実施される。
【００３０】
この第１の予備加熱工程が終了後、Ｎ２ガスの供給を停止し、再びチャンバー３１内を引き切り状態とし（ＳＴＥＰ７）、ウエハ支持ピン６９を降下させて、図５の（ｄ）に示すように、ウエハＷをサセプタ３２上に載置する（ＳＴＥＰ８）。その後、Ｎ２ガス、ＮＨ３ガスを、チャンバー３１内が所定の圧力になるまで徐々に流量を上げてチャンバー３１内に導入し（ＳＴＥＰ９）、この状態で所定時間保持して第２の予備加熱工程を行う（ＳＴＥＰ１０）。このときの好ましいガス流量範囲は、Ｎ２ガスは、ＴｉＣｌ４ガス供給ライン５７およびＮＨ３ガス供給ライン５９のいずれも１〜１０Ｌ／ｍｉｎであり、ＮＨ３は、０．１〜５Ｌ／ｍｉｎである。また、第２の予備加熱工程における圧力の好ましい範囲は１００〜１０００Ｐａであり、例えば６６７Ｐａに設定される。また、この第２の予備加熱工程は、好ましくは５〜３０秒間、例えば１０秒間実施される。なお、上記 ＳＴＥＰ７〜９の３工程はの時間は、いずれも１０秒間以下が好ましく設定され、例えば５秒間ずつに設定される。
【００３１】
第２の予備加熱工程が終了後、Ｎ２ガスおよびＮＨ３ガスの流量を同じ流量に維持したまま、ＴｉＣｌ４ガスを好ましくは０．０１〜０．１Ｌ／ｍｉｎの流量でチャンバー３１内に導入してプリフローを行う（ＳＴＥＰ１１）。この際の圧力は、好ましくは１００〜１０００Ｐａ、例えば６６７Ｐａであり、好ましくは５〜３０秒間、例えば１０秒間実施される。そして、ガス流量および圧力を同じに保ったまま、ＴｉＮ薄膜の成膜工程を実施する（ＳＴＥＰ１２）。この成膜工程においては５〜１００ｎｍの範囲のＴｉＮ膜が成膜される。膜厚は成膜時間に比例するから、成膜時間は所望の膜厚に応じて適宜設定される。つまり成膜の際の膜厚は、上記５〜１００ｎｍの範囲において成膜時間で調整することができる。例えば、膜厚を２０ｎｍにする場合には３５秒間実施される。この際の基板の加熱温度は４００〜７００℃程度、好ましくは６００℃程度である。この成膜の際には、必ずしも高周波電源６４から高周波電力を供給してガスをプラズマ化する必要はないが、反応性を高めるために高周波電力によりガスをプラズマ化してもよい。この場合に、４５０ｋＨｚ〜６０ＭＨｚ、好ましくは４５０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの周波数で、２００〜１０００Ｗ、好ましくは２００〜５００Ｗの高周波電力を供給する。この場合には、ガスの反応性が高いのでウエハＷの温度は３００〜７００℃、好ましくは４００〜６００℃程度である。
【００３２】
成膜工程終了後、ＮＨ３ガスおよびＴｉＣｌ４ガスを停止し、ＴｉＣｌ４ガス供給ライン５７およびＮＨ３ガス供給ライン５９を介してＮ２ガスをパージガスとして好ましくはそれぞれ１〜１０Ｌ／ｍｉｎの流量で流して、チャンバー３１内のパージを行う（ＳＴＥＰ１３）。このパージ工程は、好ましくは５〜３０秒間、例えば１０秒間実施される。
【００３３】
その後、必要に応じて、Ｎ２ガスおよびＮＨ３ガスを好ましくはそれぞれ１〜１０Ｌ／ｍｉｎの範囲の流量で流し、成膜したＴｉＮ薄膜の表面のナイトライド処理を行う（ＳＴＥＰ１４）。このときのチャンバー内圧力は好ましくは１００〜１０００Ｐａ、例えば６６７Ｐａであり、時間は好ましくは５〜１８０秒間、例えば２５秒間である。この際のＮ２ガスの供給は、第１のＮ２ガス供給源５３からＴｉＣｌ４ガス供給ライン５７を介して行ってもよいし、第２のＮ２ガス供給源５５からＮＨ３ガス供給ライン５９を介して行ってもよいし、これら両方を用いてもよい。
【００３４】
所定時間経過後、Ｎ２ガスおよびＮＨ３ガスを徐々に停止し（ＳＴＥＰ１５）、これらのガスの供給が完全に停止された時点で成膜プロセスを終了する（ＳＴＥＰ１６）。
【００３５】
その後、ウエハ支持ピン６９を上昇させてウエハＷを持ち上げ、ゲートバルブ７３を開いて搬送装置１２のブレード１４ａまたは１４ｂをチャンバー３１内に挿入し、ウエハ支持ピン６９を下降させることによりウエハＷをブレード１４ａまたは１４ｂ上に載せ、ウエハ搬送室５へ搬出する（ＳＴＥＰ１７）。
【００３６】
このようにして所定枚数成膜後、チャンバー３１内は、ＣｌＦ３ガス供給源５１からＣｌＦ３ガスを供給することによりクリーニングされる。
【００３７】
従来の方法では、ウエハＷをサセプタ３２に載置してからチャンバー内にガスを導入して予備加熱処理を行っていたが、ウエハＷが急激に加熱されることから、３００ｍｍウエハの場合には反りが発生する。これに対し、本実施形態では、最初にサセプタ３２上に突出したウエハ支持ピン６９上にウエハＷを載置した状態でチャンバー３１内にＮ２ガスを導入して第１の予備加熱処理（ＳＴＥＰ６）を行うので、急激には加熱されず、ある程度加熱されてからサセプタ３２上での第２の加熱処理が行われるので、ウエハＷに及ぼされる熱応力が緩和され、ウエハＷが３００ｍｍと大型のものであっても反りの発生を防止することができる。
【００３８】
また、第１の予備加熱工程が終了後、 ＳＴＥＰ８のウエハＷをサセプタ３２上に載置する工程に先だって、 ＳＴＥＰ７でＮ２ガスの供給を停止しチャンバー３１内を引き切り状態とするので、ウエハＷを降下させる際にガスの抵抗によりウエハＷがウエハ支持ピン６９上で滑ることが防止される。さらに、 ＳＴＥＰ９において、第２の予備加熱（ＳＴＥＰ１０）のガス圧力になるまで、Ｎ２ガス、ＮＨ３ガスを徐々に流量を上げてチャンバー３１内に導入するので、急激なガス圧の上昇の影響がウエハＷに及ぼされることが回避される。
【００３９】
次に、実際に本発明の方法の効果を確認した結果について説明する。ここでは、上記第１の予備加熱工程（ＳＴＥＰ６）から第２の予備加熱工程（ＳＴＥＰ１０）までのガス流量、ガス圧力、時間を図６に示すように設定して行った。すなわち、第１の予備加熱工程（ＳＴＥＰ６）においては、Ｎ２ガスをＴｉＣｌ４ガス供給ライン５７で１．８Ｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３ガス供給ライン５９で１．８Ｌ／ｍｉｎの流量で流して１０秒間行い、次いで ＳＴＥＰ７から ＳＴＥＰ９までを５秒間ずつ行い、第２の予備加熱工程（ＳＴＥＰ１０）におけるＮ２ガス流量をＴｉＣｌ４ガス供給ライン５７で１．８Ｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３ガス供給ライン５９で３．７Ｌ／ｍｉｎとし、ＮＨ３ガス流量を０．２２５Ｌ／ｍｉｎとし、圧力を６６７Ｐａとして３０秒間行った。その後、ＴｉＣｌ４ガスを０．０４５Ｌ／ｍｉｎの流量で追加して１０秒間プリフロー（ＳＴＥＰ１１）を行った後、そのままのガス流量で３５秒間成膜を行った（ＳＴＥＰ１２）。成膜の際の圧力は６６７Ｐａとした。このようにして大口径ウエハである３００ｍｍウエハにＴｉＮ膜を成膜した結果、ウエハの反りは皆無であった。
【００４０】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施の形態ではＴｉＮ膜を成膜する場合について示したが、本発明はこれに限らず、加熱して成膜するＴｉ、Ａｌ、Ｗ等の他の材料の膜を形成する場合にも有効である。また、上記実施形態では、第１の予備加熱の際にＮ２ガスを用い第２の予備加熱の際にＮ２ガスおよびＮＨ３を用いたが、これに限るものではない。さらに、上記実施形態では第１の予備加熱および第２の予備加熱の際にガスを導入したが、ガスを供給しなくても一定の効果を得ることができる。ただし、ガスを導入した場合のほうが効果が大きい。さらにまた、上記実施形態では、被処理基板としては、半導体ウエハに限らず例えば液晶表示装置（ＬＣＤ）用基板等の他のものであってもよく、また、基板上に他の層を形成したものであってもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被処理基板を載置台に載置して行う予備加熱に先だって、チャンバー内において載置台の基板支持ピンを上昇させて被処理基板を該基板支持ピン上に保持した状態での予備加熱を行うので、被処理基板を加熱されている載置台に即座に載置する場合のように被処理基板が急激に加熱されることがなく、被処理基板の熱応力が緩和され、被処理基板が大型であっても反りの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施するＴｉＮ成膜装置が搭載されたマルチチャンバータイプの成膜システムを示す概略構成図。
【図２】ＴｉＮ膜をバリア層に用いた半導体装置のコンタクトホール部分を示す断面図。
【図３】本発明に係るＣＶＤ成膜方法を実施するＴｉＮ成膜装置を示す断面図。
【図４】ＴｉＮ膜を成膜する際の工程を説明するためのフローチャート。
【図５】主要な工程におけるチャンバー内の状態を示す模式図。
【図６】本発明の方法の効果を確認した実験における第１の予備加熱工程から第２の予備加熱工程までのガス流量、ガス圧力、時間を示すグラフ。
【符号の説明】
３，４……ＴｉＮ成膜装置
３１……チャンバー
３２……サセプタ
３５……ヒーター
４０……シャワーヘッド
５０……ガス供給機構
６９……ウエハ支持ピン
Ｗ……半導体ウエハ
【図１】
0004738671.tif 000002
【図２】
0004738671.tif 000003
【図３】
0004738671.tif 000004
【図４】
0004738671.tif 000005
【図５】
0004738671.tif 000006
【図６】
0004738671.tif 000007