(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体に対して所定の処理を施すための処理空間を有する処理容器と、
ＴｉＣｌ４ ガスを含む原料ガスとＮＨ３ ガスを含む還元ガスとを分離区画された異なる複数の拡散室にそれぞれ別々に同時に、或いは異なるタイミングで導入して拡散させて前記各ガスを前記処理空間へ供給するようにしたシャワーヘッド部と、
を有する処理装置のガス導入方法において、
前記拡散室の内の一方の第１の拡散室に前記原料ガスを供給して他方の第２の拡散室に前記還元ガスを供給すると共に前記還元ガスを供給する前記第２の拡散室の圧力を前記第１の拡散室の圧力よりも高くした第１のケースにおける前記両拡散室の差圧と、
前記原料ガスと前記還元ガスの各流量を前記第１のケースの場合と同じに設定した状態で前記第２の拡散室に前記原料ガスを供給して前記第１の拡散室に前記還元ガスを供給すると共に前記還元ガスを供給する前記第１の拡散室の圧力を前記第２の拡散室の圧力よりも高くした第２のケースにおける前記両拡散室の差圧とを比較し、
前記差圧が大きい方のケースを選択して前記各ガスを供給するようにしたことを特徴とする処理装置のガス導入方法。
【請求項２】
一定量の前記還元ガスに対する前記原料ガスの流量と成膜レートとの関係は、前記原料ガスの流量の増加に従って、前記成膜レートは所定のピーク値までは増加すると共に、その後に急激に低下してその状態で略飽和することを特徴とする請求項１記載の処理装置のガス導入方法。
【請求項３】
前記異なる拡散室は、上下方向に２段に配列されていると共に、前記選択の結果、上段の前記拡散室には前記還元ガスが導入され、下段の前記拡散室には前記原料ガスが導入されることを特徴とする請求項１又は２に記載の処理装置のガス導入方法。
【請求項４】
前記原料ガスは不活性ガスと共に導入され、前記還元ガスは水素ガスと共に導入され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処理装置のガス導入方法。
【請求項５】
前記所定の処理は、前記原料ガスが供給された状態でＴｉ膜を成膜する成膜工程と、前記還元ガスが供給された状態で前記Ｔｉ膜の表面を窒化処理する窒化工程とを含み、
前記成膜工程では、前記水素ガスが供給された状態で前記ＮＨ３ ガスの供給が停止され、
前記窒化工程では、前記不活性ガスが供給された状態で前記ＴｉＣｌ４ ガスの供給が停止されることを特徴とする請求項４記載の処理装置のガス導入方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体の表面に、例えば薄膜を堆積させる処理装置のガス導入方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体デバイスにあっては、最近の高密度化、高集積化の要請に応じて、回路構成を多層配線構造にする傾向にあり、この場合、下層デバイスと上層アルミ配線との接続部であるコンタクトホールや下層アルミ配線と上層アルミ配線との接続部であるビアホールなどの埋め込み技術が、両者の電気的な接続をはかるために重要になっている。
コンタクトホールやビアホール等の埋め込みには一般的には、アルミニウムやタングステンが用いられるが、これらの埋め込み金属を、下層のシリコン層やアルミニウム配線上に直接形成するとこれらの境界部分においてフッ素によるアタックを受けてシリコン中に形成された拡散層が破壊されたり、上層との密着性が劣化するので、省電力化及び高速動作が要求されている現在の半導体デバイスにおいては好ましくない。
【０００３】
そこで、上記現象を防止するためにコンタクトホールやスルホール等をタングステンで埋め込む前にホール内の表面を含むウエハ表面全域に亘ってバリヤメタル層を薄く形成しておき、この上からタングステンでホールを埋め込むことが行なわれている。このバリヤ層の材料としては、Ｔｉ／ＴｉＮ（チタンナイトライド）の２層構造やＴｉＮ膜単層構造を用いるのが一般的である。この関連技術としては、例えば特開平６−８９８７３号公報、特開平１０−１０６９７４号公報及びＤｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｐｒｏｐｅｒｔｙ  ｏｆ  Ｍｅｔｈｙｌｈｙｄｒａｚｉｎｅ  ｗｉｔｈ  Ｔｉｔａｎｉｕｍ  Ｎｉｔｒｉｄａｔｉｏｎ  ａｔＬｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（Ｐ．９３４−９３８，Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，Ｖｏｌ．１４２  Ｎｏ．３，Ｍａｒｃｈ  １９９５）等に開示される。
【０００４】
例えば上記したＴｉ／ＴｉＮ構造の成膜方法について説明すると、まず、半導体ウエハの表面に、ＴｉＣｌ4 ガスとＨ2 ガスとを用いてプラズマＣＶＤにより所定の厚さでＴｉ膜を形成する。次に、同じ処理装置内にてプラズマの存在下にてＮＨ3 ガス（アンモニア）を流して上記Ｔｉ膜の表面を僅かに非常に薄く窒化してＴｉＮ薄膜を形成する。
【０００５】
次に、半導体ウエハをプラズマ処理装置からプラズマ発生機構を有していない通常の熱ＣＶＤ成膜装置へ移載し、ここでＴｉＣｌ4 ガスとＮＨ3 ガスとを用いて熱ＣＶＤにより上記ＴｉＮ薄膜の表面に所定の厚さのＴｉＮ膜を堆積させてＴｉ／ＴｉＮ構造を作り上げる。尚、上記Ｔｉ膜の表面を窒化してＴｉＮ薄膜を形成する理由は、この窒化によるＴｉＮ薄膜を形成しないで、後工程の熱ＣＶＤによるＴｉＮ膜を堆積を行うと、この時用いるＴｉＣｌ4 ガスにより下層のＴｉ膜がエッチングされてしまうので、このエッチングを防止するために上記窒化によるＴｉＮ薄膜を形成するのである。
【０００６】
ところで、上記ＴｉＣｌ4 ガスとＮＨ3 ガスとは非常に反応し易く、還元ガスであるＮＨ3 ガスは原料ガスであるＴｉＣｌ4 ガスを容易に還元してＴｉＮ膜を容易に生成する傾向にある。このため、従来のプラズマ処理装置では、図８に示すように、上下段に分離区画して形成した２つの拡散室１００Ａ、１００Ｂを有するシャワーヘッド部９８を備えている。このシャワーヘッド部９８を用いて、最初にＴｉＣｌ4 ガスを供給してＴｉ膜を形成し、次にＮＨ3 ガスを供給してこのＴｉ膜の表面を窒化するようにしている。このように上記ＴｉＣｌ4 ガスとＮＨ3 ガスは、異なるタイミングで供給される。すなわち、処理容器１０４内へはＴｉ膜の成膜時には一方の拡散室１００Ｂからはこれに連通されたガス孔１０２Ｂを介して一方のガス、例えばＴｉＣｌ4 ガスを供給し、Ｔｉ膜の表面の窒化時には他方の拡散室１００Ａからは、これに連通されたガス孔１０２Ａを介して他方のガス、例えばＮＨ3 ガスを供給し、シャワーヘッド部９８内では両ガスが僅かでも接触しないようにして、パーティクルの発生の原因となる反応を生ぜしめないようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、パーティクル発生の原因となるＴｉＣｌ４ ガスとＮＨ３ ガスとの接触反応が生ずることを阻止するために、２つの個別の拡散室１００Ａ、１００Ｂを有するシャワーヘッド部９８を設けている。
しかしながら、このようなシャワーヘッド部９８の構造を採用しているにもかかわらず、一方のガスを処理空間Ｓへ供給している時に、このガスが他方のガスを噴出するためのガス孔１０２Ａ、或いは１０２Ｂを逆流してこれが他方のガス用の拡散室１００Ａ、或いは１００Ｂ内に入り込み、この拡散室内に残留している他方のガスと反応して不必要なＴｉＮ膜が発生してしまい、この不必要なＴｉＮ膜が時々剥がれ落ちてパーティクルを発生してしまう、という問題があった。
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、シャワーヘッド部内でパーティクル発生の原因となる２種類のガスが接触して反応することを防止することが可能な処理装置のガス導入方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、パーティクル発生のメカニズムについて鋭意研究した結果、両拡散室間の差圧がより大きい状態で、或いはコンダクタンス差がより小さい状態で両ガスを供給することにより、ガスの逆拡散を効果的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。
請求項１に係る発明は、被処理体に対して所定の処理を施すための処理空間を有する処理容器と、ＴｉＣｌ４ ガスを含む原料ガスとＮＨ３ ガスを含む還元ガスとを分離区画された異なる複数の拡散室にそれぞれ別々に同時に、或いは異なるタイミングで導入して拡散させて前記各ガスを前記処理空間へ供給するようにしたシャワーヘッド部と、を有する処理装置のガス導入方法において、前記拡散室の内の一方の第１の拡散室に前記原料ガスを供給して他方の第２の拡散室に前記還元ガスを供給すると共に前記還元ガスを供給する前記第２の拡散室の圧力を前記第１の拡散室の圧力よりも高くした第１のケースにおける前記両拡散室の差圧と、前記原料ガスと前記還元ガスの各流量を前記第１のケースの場合と同じに設定した状態で前記第２の拡散室に前記原料ガスを供給して前記第１の拡散室に前記還元ガスを供給すると共に前記還元ガスを供給する前記第１の拡散室の圧力を前記第２の拡散室の圧力よりも高くした第２のケースにおける前記両拡散室の差圧とを比較し、前記差圧が大きい方のケースを選択して前記各ガスを供給するようにしたことを特徴とする処理装置のガス導入方法である。
このように、原料ガスと還元ガスのガス種と拡散室との組み合わせの内、拡散室間の圧力差がより大きくなるような組み合わせを選択して各ガスを流すようにすることにより、逆拡散により一方のガスが他方のガスの拡散室側へ侵入することを最も効果的に抑制することが可能となり、従って、パーティクル発生の原因となる不要な反応が生ずることを阻止でき、その結果、パーティクルの発生を抑制することが可能となる。
【０００９】
本発明の関連技術は、被処理体に対して所定の処理を施すための処理空間を有する処理容器と、原料ガスと還元ガスとを分離区画された異なる拡散室にそれぞれ別々に同時に、或いは異なるタイミングで導入して拡散させて前記各ガスを前記処理空間へ供給するようにしたシャワーヘッド部と、を有する処理装置のガス導入方法において、前記原料ガスと前記還元ガスのガス種と前記拡散室との組み合わせの内、前記還元ガスが供給される拡散室のコンダクタンスと前記原料ガスが供給される拡散室のコンダクタンスとのコンダクタンス差がより小さくなるような組み合わせが選択されて前記各ガスがそれぞれ供給されるようにしたことを特徴とする処理装置のガス導入方法である。
このように、原料ガスと還元ガスのガス種と拡散室との組み合わせの内、拡散室間のコンダクタンス差がより小さくなるような組み合わせを選択して各ガスを流すようにすることにより、逆拡散により一方のガスが他方のガスの拡散室側へ侵入することを最も効果的に抑制することが可能となり、従って、パーティクル発生の原因となる不要な反応が生ずることを阻止でき、その結果、パーティクルの発生を抑制することが可能となる。
【００１０】
この場合、例えば請求項２に規定するように、一定量の前記還元ガスに対する前記原料ガスの流量と成膜レートとの関係は、前記原料ガスの流量の増加に従って、前記成膜レートは所定のピーク値までは増加すると共に、その後に急激に低下してその状態で略飽和する。
また、例えば請求項３に規定するように、前記異なる拡散室は、上下方向に２段に配列されていると共に、前記選択の結果、上段の前記拡散室には前記還元ガスが導入され、下段の前記拡散室には前記原料ガスが導入される。
また、例えば請求項４に規定するように、前記原料ガスは不活性ガスと共に導入され、前記還元ガスは水素ガスと共に導入される。
また、例えば請求項５に規定するように、前記所定の処理は、前記原料ガスが供給された状態でＴｉ膜を成膜する成膜工程と、前記還元ガスが供給された状態で前記Ｔｉ膜の表面を窒化処理する窒化工程とを含み、前記成膜工程では、前記水素ガスが供給された状態で前記ＮＨ３ ガスの供給が停止され、前記窒化工程では、前記不活性ガスが供給された状態で前記ＴｉＣｌ４ ガスの供給が停止される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る処理装置のガス導入方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係るガス導入方法を実施する処理装置を示す断面構成図、図２は処理装置に用いるシャワーヘッド部を示す断面図、図３はシャワーヘッド部のガス噴射孔の部分を示す部分拡大断面図である。ここでは処理装置としてプラズマＣＶＤ成膜装置を用い、金属膜としてＴｉ膜を成膜した後に、この表面を窒化する場合を例にとって説明する。
【００１２】
図示するように、この処理装置としてのプラズマＣＶＤ成膜装置２は、例えばアルミニウム、ニッケル、或いはニッケル合金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の天井部には、下面に多数のガス噴出孔（流路）６Ａ、６Ｂを有するシャワーヘッド部８が設けられており、これにより処理ガスとして例えば成膜ガス等を処理容器４内の処理空間Ｓへ導入できるようになっている。このシャワーヘッド部８内は、ガスを拡散させるために例えば２つの拡散室１０Ａ、１０Ｂに上下２段に分離区画されると共に各拡散室１０Ａ、１０Ｂに上記各ガス噴出孔６Ａ、６Ｂがそれぞれ連通されており、処理空間Ｓで２つのガスを初めて混合し得るようになっている。尚、このガス供給形態をポストミックスと称する。図２は図１中のＡ−Ａ線の矢視断面図を示しているが、上記各ガス噴出孔６Ａ、６Ｂは平面的に略均等に分布させて設けられている。
【００１３】
このシャワーヘッド部８の全体は、例えばアルミニウム、ニッケルやニッケル合金等の導電体により形成されており、上部電極を兼ねている。この上部電極であるシャワーヘッド部８の外周側や上方側は、例えば石英やアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）等よりなる絶縁体１２により全体が覆われており、上記シャワーヘッド部８はこの絶縁体１２を介して処理容器４側に絶縁状態で取り付け固定されている。この場合、上記シャワーヘッド部８と絶縁体１２と処理容器４の各接合部間には、例えばＯリング等よりなるシール部材１４がそれぞれ介在されており、処理容器４内の気密性を維持するようになっている。
【００１４】
そして、このシャワーヘッド部８には、例えば４５０ｋＨｚの高周波電圧を発生する高周波電源１６がマッチング回路１８及び開閉スイッチ２０を介して接続されており、上記上部電極であるシャワーヘッド部８に必要に応じて高周波電圧を印加するようになっている。尚、この高周波電圧の周波数は４５０ｋＨｚに限定されず、他の周波数、例えば１３．５６ＭＨｚ等を用いてもよい。
そして、この処理容器４の側壁には、ウエハを搬出入するための搬出入口２２が形成されており、これにはゲートバルブ２４が設けられて開閉可能になされている。このゲートバルブ２４には、図示しないロードロック室やトランスファチャンバ等が接続される。
【００１５】
また、この処理容器４の底部には排気口２６が設けられており、この排気口２６には、途中に図示しない真空ポンプ等が介設された排気管２８が接続されて、処理容器４内を必要に応じて真空引き可能としている。そして、この処理容器４内には、被処理体としての半導体ウエハＷを載置するためにその底部より支柱３０を介して起立された載置台３２が設けられている。この載置台３２は下部電極を兼ねており、この下部電極である載置台３２と上記上部電極であるシャワーヘッド部８との間の処理空間Ｓに高周波電圧によりプラズマを立て得るようになっている。具体的には、この載置台３２は、例えば全体がＡｌＮ等のセラミックスよりなり、この内部に例えばモリブデン線等の抵抗体よりなる加熱ヒータ３４が所定のパターン形状に配列して埋め込まれている。この加熱ヒータ３４には、ヒータ電源３６が配線３８を介して接続されており、必要に応じて上記加熱ヒータ３４に電力を供給するようになっている。更に、この載置台３２の内部には、例えばモリブデン線等をメッシュ状（網状）に網み込んでなる電極本体４０が面内方向に略全域に亘って埋め込まれている。そして、この電極本体４０は配線４２を介して接地されている。尚、この電極本体４０にバイアス電圧として高周波電圧を印加するようにしてもよい。
【００１６】
そして、上記載置台３２には、この上下方向に貫通して複数のピン孔４４が形成されており、各ピン孔４４には、下端が連結リング４６に共通に連結された例えば石英製の押し上げピン４８が遊嵌状態で収容されている。そして、上記連結リング４６は、容器底部に貫通して上下移動可能に設けた出没ロッド５０の上端に連結されており、この出没ロッド５０の下端はエアシリンダ５２に接続されている。これにより、上記各押し上げピン４８をウエハＷの受け渡し時に各ピン孔４４の上端から上方へ出没させるようになっている。また、上記出没ロッド５０の容器底部に対する貫通部には、伸縮可能になされたベローズ５４が介設されており、上記出没ロッド５０が処理容器４内の気密性を維持しつつ昇降できるようになっている。
【００１７】
そして、下部電極であるこの載置台３２の周縁部に、プラズマを処理空間Ｓに集中させるためのフォーカスリング５６が設けられている。また、上記シャワーヘッド部８の天井部には、上記各拡散室１０Ａ、１０Ｂに連通するように、ガス配管５８Ａ、５８Ｂがそれぞれ接続されている。
ここで重要な点は、この成膜処理で用いられる原料ガスと還元ガスとは、上記拡散室１０Ａ、１０Ｂへ別々に同時に、或いはタイミングをずらして供給されるが、これらのガス種と上記２つの拡散室１０Ａ、１０Ｂとの組み合わせの内、（還元ガスが供給される拡散室の圧力）−（原料ガスが供給される拡散室の圧力）＝差圧Ｐの値がより大きくなるような組み合わせが選択されて、上記各ガスがそれぞれ供給される点である。例えば、ここでは成膜用の原料ガスとしてＴｉＣｌ4 ガスを用い、還元ガスとしてＮＨ3 ガスやＨ2 ガスを用いるものとし、更に各ガス流量を規定した所定のプロセス条件下ではＴｉＣｌ4 ガスを上段の拡散室１０Ｂ側へ供給するよりも下段の拡散室１０Ａ側へ供給した方が、上記差圧Ｐの値が大きくなるならば、このＴｉＣｌ4 ガスを下段の拡散室１０Ａ側へ供給するようにし、他方のＮＨ3 ガスやＨ2 ガスを上段の拡散室１０Ｂ側へ供給するようにする。尚、上記ＴｉＣｌ4 ガスは、キャリアガスを兼ねたプラズマガスとして例えばＡｒガスと共に供給される。
【００１８】
ここで、各ガス噴出孔６Ａ、６Ｂの詳細な構造の一例を図３に基づいて説明する。上記各拡散室１０Ａ、１０Ｂへ連通される各ガス噴出孔６Ａ、６Ｂは、ここではそれぞれ共に５７０個程度形成されている。下段の拡散室１０Ａへ連通される上記ガス噴出孔６Ａは、直径の大きな上部ガス孔６０Ａと、この下に連なる直径の小さな下部ガス孔６０Ｂとにより２段構成になされている。また、上段の拡散室１０Ｂへ連通される他方のガス噴出孔６Ｂは、同様に、直径の大きな上部ガス孔６２Ａとこの下に連なる直径の小さな下部ガス孔６２Ｂとにより２段構成になされている。
【００１９】
ここで、上記一方のガス噴出孔６Ａの上記上部ガス孔６０Ａの直径Ｄ１は１．８ｍｍ、長さＬ１は７ｍｍ、下部ガス孔６０Ｂの直径Ｄ２は０．７ｍｍ、長さＬ２は２ｍｍにそれぞれ設定されている。また、他方のガス噴出孔６Ｂの上記上部ガス孔６２Ａの直径Ｄ３は１．５ｍｍ、長さＬ３は２１ｍｍ、下部ガス孔６２Ｂの直径Ｄ４は０．７ｍｍ、長さＬ４は２ｍｍにそれぞれ設定されている。
また、ここではプラズマを発生させる高周波電源１６を設けているが、実施例によってはプラズマを用いないで単なる熱ＣＶＤによる成膜処理を行う場合もあり、そのような熱ＣＶＤによる成膜処理は、例えばランプ加熱による成膜装置で行ってもよい。
【００２０】
次に、以上のように構成された装置を用いて行われる本発明のガス導入方法について説明する。
ここでは、まず最初にＴｉ膜を形成するために、原料ガスであるＴｉＣｌ4 ガスとＨ2 ガスとＡｒガスとを供給し、次に、Ｔｉ膜の表面を窒化するための還元ガスであるＮＨ3 ガスとＨ2 ガスとＡｒガスとを供給する場合について説明する。前述したように、シャワーヘッド部８内で混合することを避けなければならないＴｉＣｌ4 ガスとＮＨ3 ガスの供給方法には、ＴｉＣｌ4 ガスを下段の拡散室１０Ａへ供給して他方のＮＨ3 ガスを上段の拡散室１０Ｂへ供給する第１の組み合わせと、ＴｉＣｌ4 ガスを上段の拡散室１０Ｂへ供給して他方のＮＨ3 ガスを下段の拡散室１０Ａへ供給する第２の組み合わせの２つの組み合わせがある。
【００２１】
本発明では、上記２つの組み合わせの内、前記差圧Ｐの値がより大きくなる方の組み合わせを用いる。すなわち、上記成膜装置２の構成及び各種ガスの流量等のプロセス条件に鑑みると、上記第１の組み合わせを採用した方が、両拡散室の差圧Ｐの値が、他方の第２の組み合わせの場合よりも大きくなるので、この第１の組み合わせを採用し、処理空間Ｓにおけるガスが逆拡散してもパーティクル発生の原因となる両ガスの反応が生じないようにしている。
【００２２】
まず、半導体ウエハＷを処理容器４内へ導入して載置台３２上に載置したならば、処理容器４内を密閉してこの中を真空引きする。そして、下段の拡散室１０Ａ内に原料ガスであるＴｉＣｌ4 ガスとプラズマガスであるＡｒガスとを供給して拡散させ、両ガスをガス噴出孔６Ａより処理空間Ｓへ導入する。これと同時に、他方の上段の拡散室１０Ｂへは成膜用のガスであるＨ2 ガス（ＮＨ3 ガスは含まない）のみを供給して拡散させ、このガスを他方のガス噴出孔６Ｂより処理空間Ｓへ導入する。そして、上部電極であるシャワーヘッド部８と下部電極である載置台３２との間に、例えば４５０ｋＨｚ高周波電圧を印加して処理空間Ｓにプラズマを立て、これによりＴｉＣｌ4 ガスを還元してウエハ表面上にＴｉ膜（金属膜）を所定の時間形成する。
【００２３】
この時のプロセス条件は、ＴｉＣｌ4 ガスの流量は８ｓｃｃｍ程度、Ａｒガスの流量は１６００ｓｃｃｍ程度、Ｈ2 ガスの流量は４０００ｓｃｃｍ程度である。また、処理空間Ｓのプロセス圧力は６６７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）程度である。尚、この６６７Ｐａのプロセス圧力は、このＴｉ膜の成膜工程のみならず、次工程の窒化工程でも維持される。
このようにして、所定の時間のＴｉ膜成膜工程を行ったならば、次に、Ｔｉ膜表面の窒化工程へ連続的に移行する。このＴｉ膜表面の窒化工程では、ＴｉＣｌ4 ガスの供給を停止すると共にＡｒガスの供給は連続して行う。
更に、Ｈ2 ガスの供給も連続的に行う。そして、ここでは還元ガスであるＮＨ3 ガスの供給を開始する。このＮＨ3 ガスは、上記Ｈ2 ガスと共に上段の拡散室１０Ｂへ供給して、ガス噴出孔６Ｂを介して処理空間Ｓへ導入することになる。そして、ここでもシャワーヘッド部８と載置台３２との間に高周波電圧を印加して処理空間Ｓにプラズマを立てる。これにより、Ｔｉ膜の表面がＮＨ3 ガスの活性種と反応して窒化され、ＴｉＮ膜がＴｉ膜の表面に薄く形成されることになる。この時のプロセス条件は、Ａｒガスの流量は１６００ｓｃｃｍ程度、Ｈ2 ガスの流量は２０００ｓｃｃｍ程度、ＮＨ3 ガスの流量は１５００ｓｃｃｍ程度である。
【００２４】
さて、上記Ｔｉ膜の成膜工程及びＴｉ膜表面の窒化工程の両工程において、各ガス噴出孔６Ａ、６Ｂから放出された各ガスが、他方のガス噴出孔６Ｂ、６Ａ内を逆拡散して行く傾向にあり、ここでもし逆拡散が容易に行われると、両拡散室１０Ａ、１０Ｂ内に僅かに残留している各ガスと逆拡散してきたガスとがそれぞれ反応してしまう。すなわちこの場合は、一方の拡散室１０Ａ内にはＴｉＣｌ4 ガスが、他方の拡散室１０Ｂ内にはＮＨ3 ガスがそれぞれ残留しており、これらのガスが逆拡散してくるガスと反応してパーティクルの原因となる不要なＴｉＮ膜がシャワーヘッド部８内に付着してしまう。しかしながら、本発明においては、前述したように、差圧Ｐの値がより大きくなるように各ガスが供給されているので、上記した逆拡散の発生を極力抑制することができ、このため、パーティクルの発生を大幅に阻止することが可能となる。
【００２５】
ここで、上記パーティクル数が減少する点についての評価を行ったので、その評価結果について説明する。
まず、プラズマレスの通常の熱ＣＶＤによるＴｉＣｌ4 ガスとＮＨ3 ガスの成膜レートについて検討を行った。この時の関係を図４に示す。ここでは、ＮＨ3 ガスの供給量を一定、例えば４００ｓｃｃｍに一定とし、ＴｉＣｌ4 ガスの供給量を０〜４０ｓｃｃｍまで変化させている。尚、プロセス温度は６５０℃、プロセス圧力は６６０Ｐａである。
このグラフから明らかなように、成膜レートは、原料ガスであるＴｉＣｌ4 ガスの流量が増加するに従って、所定のピーク値Ｐ１まで略直線的に増加し、その後に、ピーク値Ｐ１を超えると急激に低下してしまい、低下した状態で略飽和してしまう。すなわち、ＴｉＣｌ4 ガスの流量が少ない領域Ａ１（０〜３０ｓｃｃｍ）では、大過剰のＮＨ3 雰囲気下であって、略全てのＴｉＣｌ4 ガスが反応して消費され、供給律速状態にある。これに対して、ＴｉＣｌ4 ガスの流量が多い領域Ａ２（３０〜４０ｓｃｃｍ）では、逆にＴｉＣｌ4 ガスが過多になって気相中では反応せずに温度によって表面反応が生ずる反応律速状態となっている。
【００２６】
これにより、ＴｉＣｌ4 ガス中にＮＨ3 ガスが拡散してもパーティクルは発生し難いが、逆に、ＮＨ3 ガス中にＴｉＣｌ4 ガスが拡散すると、全てのＴｉＣｌ4 ガスが反応し、ＴｉＮのパーティクルが発生し易くなることが判明する。従って、ＴｉＣｌ4 ガスの拡散室内よりもＮＨ3 ガスの拡散室内の方の圧力を高く維持する方が、パーティクル発生の防止の上からは好ましいことが判明する。
また、（ＮＨ3 ガスが供給される拡散室内の圧力）−（ＴｉＣｌ4 ガスが供給される拡散室内の圧力）＝差圧Ｐの値がより大きくなる方が更に好ましいこととなる。
【００２７】
次に、図１〜図３にて説明した装置構成において、前述したような各ガス流量でＴｉＣｌ4 ガスを、下段の拡散室１０Ａへ供給した場合（本発明方法）と、上段の拡散室１０Ｂへ供給した場合（従来方法）との評価を行ったので、その評価結果について説明する。尚、成膜装置は、ウエハサイズ３００ｍｍ対応の装置である。
図５に示すように、本発明方法の場合には、下段の拡散室１０ＡにはＴｉＣｌ4 ガス（Ｔｉ膜成膜時）を供給し、上段の拡散室１０ＢにはＮＨ3 ガス（表面窒化時）を供給している。この場合、上下段の各拡散室１０Ｂ、１０Ａの各圧力は、Ｔｉ膜成膜時にはそれぞれ３．９６×１３３Ｐａ及び１．９８×１３３Ｐａであり、表面窒化時にはそれぞれ３．７×１３３Ｐａ及び１．９８×１３３Ｐａである。従って、差圧Ｐの値は、Ｔｉ膜成膜時には１．９８×１３３Ｐａであり、表面窒化時には１．７２×１３３Ｐａである。
【００２８】
これに対して、従来方法の場合には、上述した場合とは、上下逆に供給しており、すなわち上段の拡散室１０ＢにはＴｉＣｌ4 ガス（Ｔｉ膜成膜時）を供給し、下段の拡散室１０ＡにはＮＨ3 ガス（表面窒化時）を供給している。この場合、上下段の各拡散室１０Ｂ、１０Ａの各圧力は、Ｔｉ膜成膜時にはそれぞれ２．５１×１３３Ｐａ及び３．１３×１３３Ｐａであり、表面窒化時にはそれぞれ２．５×１３３Ｐａ及び２．９２×１３３Ｐａである。従って、差圧Ｐの値は、Ｔｉ膜成膜時には０．６２×１３３Ｐａであり、表面窒化時には０．４２×１３３Ｐａである。このように、従来方法の場合よりも、上述した本発明方法の方が両拡散室１０Ａ、１０Ｂ間の圧力差は３〜４倍程度大きくなっている。
【００２９】
図６は、上述したような本発明方法と従来方法とでウエハを１００枚連続処理した時に発生するパーティクルの密度を示すグラフである。ここでは同様なプロセス条件でウエハサイズ２００ｍｍの装置に対して行った場合、及び両拡散室のコンダクタンス差をとった場合の評価も併せて記載している。
図６（Ａ）は両拡散室の差圧Ｐを基準とした時のパーティクル密度を示し、図６（Ｂ）は両拡散室のコンダクタンス差を基準とした時のパーティクル密度を示している。ここでコンダクタンス差Ｃとは、Ｃ＝（ＮＨ3 ガスが供給される拡散室と処理容器間のコンダクタンス）−（ＴｉＣｌ4 ガスが供給される拡散室と処理容器間のコンダクタンス）であり、また、例えばＮＨ3 ガスが供給される拡散室と処理容器間のコンダクタンス値は、［この間を流れるガス流量（ｌ／ｓ）］×［処理容器内の圧力（Ｔｏｒｒ）÷［この間の差圧（Ｔｏｒｒ）で与えられる。
このグラフから明らかなように、コンダクタンス差Ｃで考えると、この値のより小さい組み合わせのものが選択され（図６（Ｂ）参照）、ウエハサイズが２００ｍｍ及び３００ｍｍの場合も、従来方法の場合には６×１０-3〜９×１０-3／ｍｍ2 程度でかなり大きくてあまり良好ではないが、これに対して、本発明方法ではパーティクル密度は０〜１×１０-3／ｍｍ2 程度で非常に少なくて良好な結果が得られることが判明した。
【００３０】
また同様に、本発明方法と従来方法とでウエハ処理枚数に対するパーティクル数の変化の状態を評価したので、その評価結果について説明する。
図７は上記パーティクル数の変化の状態を示すグラフである。図７（Ａ）はウエハサイズが３００ｍｍ対応の装置の結果を示し、図７（Ｂ）はウエハサイズが２００ｍｍ対応の装置の結果を示している。
このグラフから明らかなように、ウエハサイズが３００ｍｍの場合も、２００ｍｍの場合も、共に本発明の場合は、ウエハの処理枚数に関係なくパーティクル数は非常に少なくて良好である。これに対して、従来方法の場合には、ウエハ処理枚数が５０枚（図７（Ａ）の場合）や７０枚（図７（Ｂ）の場合）まではパーティクル数が少ないが、これらの処理枚数を越えると、パーティクル数が共に急激に増加しており、好ましくない特性を示していることが判明した。
【００３１】
尚、ここでは下段の拡散室１０Ａ内に原料ガスとしてＴｉＣｌ4 ガスを導入し、上段の拡散室１０Ｂ内に還元ガスとしてＮＨ3 ガスを導入する場合を例にとって説明したが、両拡散室１０Ａ、１０Ｂ間の差圧Ｐは、図３に示すガス噴出孔６Ａ、６Ｂの数や寸法、上記各ガスや他のガスの流量などのプロセス条件によっても変わるので、これらに依存して原料ガスや還元ガスをどの拡散室へ導入すべきか定まることになる。
また、上記実施例では、ＴｉＣｌ4 ガスとＮＨ3 ガスを供給するタイミングが異なっている場合について説明したが、これらの両ガスを同時に供給して成膜、例えば熱ＣＶＤでＴｉＮ膜等を成膜する場合にも、本発明を適用することができる。
【００３２】
また、ここでは本発明の理解を容易にするために２つの拡散室１０Ａ、１０Ｂを有するシャワーヘッド部８の構造について説明したが、３つ以上の拡散室を有するシャワーヘッド部にも本発明を適用できるのは勿論である。
また、ここでは金属膜としてＴｉ膜を成膜してこの表面を窒化する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、Ｗ膜、Ｔａ膜等の他の金属膜を成膜して表面を窒化する場合等にも本発明方法を適用することができる。
また、本実施例では、被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ＬＣＤ基板、ガラス基板等を処理する場合にも本発明を適用できるのは勿論である。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の処理装置のガス導入方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
原料ガスと還元ガスのガス種と拡散室との組み合わせの内、拡散室間の差圧がより大きくなるような組み合わせを選択して各ガスを流すようにすることにより、逆拡散により一方のガスが他方のガスの拡散室側へ侵入することを最も効果的に抑制することができ、従って、パーティクル発生の原因となる不要な反応が生ずることを阻止でき、その結果、パーティクルの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガス導入方法を実施する処理装置を示す断面構成図である。
【図２】処理装置に用いるシャワーヘッド部を示す断面図である。
【図３】シャワーヘッド部のガス噴射孔の部分を示す部分拡大断面図である。
【図４】プラズマレスの通常の熱ＣＶＤを行った時のＴｉＣｌ4 ガスの流量とＮＨ3 ガスの成膜レートの関係を示すグラフである。
【図５】本発明方法と従来方法のそれぞれのプロセス条件と拡散室間の差圧を示す図である。
【図６】本発明方法と従来方法とでウエハを１００枚連続処理した時に発生するパーティクルの密度を示すグラフである。
【図７】パーティクル数の変化の状態を示すグラフである。
【図８】プラズマ処理装置に用いる一般的なシャワーヘッド部を示す構成図である。
【符号の説明】
２  プラズマＣＶＤ成膜装置（処理装置）
４  処理容器
６Ａ，６Ｂ  ガス噴出孔
８  シャワーヘッド部
１０Ａ，１０Ｂ  拡散室
６０Ａ，６２Ａ  上部ガス孔
６０Ｂ，６２Ｂ  下部ガス孔
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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【図７】
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【図８】
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