專利名稱：成膜方法、清潔方法和成膜裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在腔室內(nèi)、從噴淋頭噴出包含TiCU氣體這樣的氯化金 屬化合物氣體的處理氣體，在腔室內(nèi)配置的被處理基板的表面上形成 金屬膜或金屬化合物膜的成膜方法，實(shí)施這種成膜方法的腔室內(nèi)的清 潔方法和成膜裝置。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件的制造工序中，在作為被處理基板的半導(dǎo)體晶片(以 下簡稱為晶片)上進(jìn)行成膜處理、蝕刻處理等各種氣體處理。這種氣 體處理通過將晶片收容在腔室內(nèi)，使腔室內(nèi)減壓，并從設(shè)置在腔室上 部的噴淋頭，供給反應(yīng)性氣體(腐蝕性氣體)、例如包含C1、 F等鹵素 的處理氣體進(jìn)行。例如，在Ti、 TiN等的Ti系膜的CVD成膜處理中， 將晶片加熱至例如450 70(TC左右，根據(jù)需要，使處理氣體等離子體 化，在規(guī)定的減壓下，將作為處理氣體(成膜氣體)的TiCU氣體和還 原氣體等導(dǎo)入腔室內(nèi)，進(jìn)行成膜處理。
當(dāng)反復(fù)進(jìn)行這種成膜處理時，副生成物附著在噴淋頭和腔室壁等 上，當(dāng)這種附著的副生成物剝落時，就成為顆粒，因此通過定期地或 根據(jù)需要將清潔氣體供給至腔室內(nèi)，進(jìn)行干清潔。作為這種清潔氣體， 因?yàn)椴挥玫入x子體，能夠幾乎完全地清潔腔室內(nèi)，因此多使用C1F3氣 體(特開平10-189488號公報)。
然而，由于C1F3氣體容易與作為處理裝置的腔室材料的Al或Ni、 Ni系合金和作為基板的載置臺或加熱器材料的碳、SiN、AlN等都反應(yīng)， 不得不將清潔溫度降低至20(TC左右。由于這樣，在成膜和清潔時，需 要時間使腔室內(nèi)升降溫，成為在半導(dǎo)體器件的制造工序中，生產(chǎn)率大 大降低的原因。
相對于此，在特開平10-189488號公報中，公開了Cl2氣體作為清 潔氣體，因?yàn)橛涊d此時的溫度為625r，所以清潔溫度比C1F3氣體高，能夠在成膜溫度附近進(jìn)行清潔，不產(chǎn)生生產(chǎn)率降低的問題。
然而，在特開平10-189488號公報所公開的技術(shù)中，對清潔時的詳
細(xì)條件未必清楚，實(shí)際上副生成物不能充分地除去，在腔室壁或腔室
內(nèi)部件上產(chǎn)生損傷等，不管該文獻(xiàn)的存在，現(xiàn)狀是使用Cl2氣體等氯系
氣體的清潔還未實(shí)用化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種使用TiCU這樣的氯化金屬化合物氣體 作為處理氣體、形成金屬膜或金屬化合物膜時，對腔室壁等不產(chǎn)生損 傷，可以可靠地對清潔對象部位進(jìn)行清潔的成膜方法、清潔方法和成
膜裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第一觀點(diǎn)，提供一種成膜方法，其包括在腔室內(nèi)
的基板載置臺上載置被處理基板，對上述腔室內(nèi)進(jìn)行排氣，并在將上 述基板載置臺的溫度設(shè)定為規(guī)定溫度的狀態(tài)下，從設(shè)置在上述腔室內(nèi)
的氣體噴出部件噴出包含氯化金屬化合物氣體的處理氣體，利用CVD
在被處理體的表面上形成金屬膜或金屬化合物膜的工序;和在上述腔
室內(nèi)不存在被處理基板的狀態(tài)下，從上述氣體噴出部件向上述腔室內(nèi)
噴出包含Cl2氣體的清潔氣體，對上述腔室內(nèi)進(jìn)行清潔的工序，上述清
潔工序分別獨(dú)立地控制上述基板載置臺的溫度、上述噴出部件的溫度
和上述腔室壁部的溫度，使清潔對象部位的溫度為Cl2氣體的分解開始
溫度以上，并且使非清潔對象部位的溫度低于分解開始溫度。
在上述第一觀點(diǎn)中，可以使用TiCU氣體作為上述氯化金屬化合物 氣體，使用Ti作為上述金屬。
另外，在上述第一觀點(diǎn)中，可以使用包含TiCU氣體和含氮?dú)怏w的 氣體作為上述處理氣體，在上述成膜工序中，將上述基板載置臺的溫 度設(shè)定為400 700°C，將上述氣體噴出部件和上述腔室壁部的溫度設(shè) 定為副生成物難以附著的150 250。C，利用熱CVD在被處理基板的表 面形成TiN膜作為金屬化合物膜，在上述清潔工序中，上述基板載置 臺為上述清潔對象部位，進(jìn)行控制，使其溫度為Cl2氣體的分解開始溫 度以上；上述氣體噴出部件和上述腔室的壁部為上述非清潔對象部位， 進(jìn)行控制，使其溫度為分解開始溫度以下，并且為上述成膜工序時的溫度附近的溫度。
另外，可以使用包含TiCU氣體和還原氣體的氣體作為上述處理氣 體，在上述成膜工序中，將上述基板載置臺的溫度設(shè)定為400 70(TC， 將上述氣體噴出部件的溫度設(shè)定為400 500°C，將上述腔室壁部的溫 度設(shè)定為150 250°C，利用等離子體CVD在被處理基板的表面形成 Ti膜作為金屬膜，在上述清潔工序中，上述基板載置臺和上述氣體噴 出部件為上述清潔對象部位，進(jìn)行控制，使它們的溫度為Cl2氣體的分 解開始溫度以上；上述腔室的壁部為h述非清潔對象部位，進(jìn)行控制， 使其溫度為分解開始溫度以下。
另外，在上述清潔工序中，可以控制上述腔室內(nèi)的壓力，控制Cl2 氣體的分解開始溫度，可以根據(jù)上述清潔對象部位的溫度，控制上述 腔室內(nèi)的壓力，使Cl2氣體的分解開始溫度為規(guī)定的溫度。
另外，在上述清潔工序中，可以通過使清潔氣體等離子體化，輔 助丄:述腔室壁部的清潔。在這種情況下，上述清潔氣體的等離子體化 利用遠(yuǎn)程等離子體進(jìn)行。另外，上述清潔氣體還可以包含還原劑，還 可以包含C1F3氣體。上述清潔工序，優(yōu)選使清潔對象部位的溫度為成 膜時的溫度附近的溫度而進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的第二觀點(diǎn)，提供一種清潔方法，其在腔室內(nèi)的基板 載置臺上載置被處理基板，對上述腔室內(nèi)進(jìn)行排氣，并在將上述基板 載置臺的溫度設(shè)定為規(guī)定溫度的狀態(tài)下，從設(shè)置在腔室內(nèi)的氣體噴出 部件噴出包含氯化金屬化合物氣體的處理氣體，在上述基板載置臺上 的被處理體表面上形成金屬膜或金屬化合物膜后，對上述腔室內(nèi)進(jìn)行
清潔，該清潔方法，使用包含Cl2氣體的清潔氣體，在上述腔室內(nèi)不存
在被處理基板的狀態(tài)下，分別獨(dú)立地控制上述基板載置臺的溫度、上 述噴出部件的溫度和上述腔室壁部的溫度，使清潔對象部位的溫度為 Cb氣體的分解開始溫度以上，并且使非清潔對象部位的溫度低于分解 開始溫度，同時向上述腔室內(nèi)導(dǎo)入清潔氣體。
在上述第二觀點(diǎn)中，可以使用TiCU氣體作為上述氯化金屬化合物 氣體，使用Ti作為上述金屬。
另外，可以控制上述腔室內(nèi)的壓力，控制Cl2氣體的分解開始溫度， 可以根據(jù)上述清潔對象部位的溫度，控制上述腔室內(nèi)的壓力，使Cl2氣體的分解開始溫度為規(guī)定的溫度。
另外，可以通過使上述清潔氣體等離子體化，輔助上述腔室壁部 的清潔，在這種情況下，上述清潔氣體的等離子體化利用遠(yuǎn)程等離子 體進(jìn)行。另外，上述清潔氣體還可以包含還原劑。另外，還可以包含 C1F3氣體，優(yōu)選使清潔對象部位的溫度為成膜時的溫度附近的溫度。
根據(jù)本發(fā)明的第三觀點(diǎn)，提供一種成膜裝置，其在被處理基板的 表面上形成金屬膜或金屬化合物膜，具有腔室，收容被處理基板； 基板載置臺，在上述腔室內(nèi)載置被處理基板；處理氣體供給機(jī)構(gòu)，將 包含氯化金屬化合物氣體的處理氣體供給至上述腔室內(nèi)；清潔氣體供 給機(jī)構(gòu)，將包含Cl2氣體的清潔氣體供給至上述腔室內(nèi)；氣體噴出機(jī)構(gòu)，
設(shè)置在上述腔室內(nèi)，將上述處理氣體和上述清潔氣體噴出至上述腔室
內(nèi)；排氣機(jī)構(gòu)，對上述腔室內(nèi)進(jìn)行排氣；加熱機(jī)構(gòu)，分別獨(dú)立地加熱 上述基板載置臺、上述氣體噴出部件、上述腔室的壁部；和控制機(jī)構(gòu)， 在供給上述清潔氣體時，分別獨(dú)立地控制上述基板載置臺的溫度、上 述噴出部件的溫度和上述腔室壁部的溫度，使清潔對象部位的溫度為 Cl2氣體的分解開始溫度以上，并且使非清潔對象部位的溫度低于分解 開始溫度。
在上述第三觀點(diǎn)中，上述處理氣體供給機(jī)構(gòu)供給TiCU氣體作為上 述氯化金屬化合物氣體，形成Ti膜成Ti化合物膜。
另外，上述控制機(jī)構(gòu)可以控制上述腔室內(nèi)的壓力，控制Cl2氣體的 分解開始溫度?？梢愿鶕?jù)上述清潔對象部位的溫度，控制上述腔室內(nèi)
的壓力，使Cl2氣體的分解開始溫度為規(guī)定的溫度。
還可以具有使上述處理氣體等離子體化的等離子體生成機(jī)構(gòu)。還 可以具有使上述清潔氣體等離子體化、輔助清潔的等離子體化機(jī)構(gòu)， 在這種情況下，上述等離子體化機(jī)構(gòu)可以具有遠(yuǎn)程等離子體源。另外， 上述清潔對象部位可以由Al化合物或者Ni或Ni化合物構(gòu)成。另外， 上述清潔氣體供給機(jī)構(gòu)可以供給還包含還原劑的清潔氣體，可以供給 還包含C1F3氣體的清潔氣體。上述控制機(jī)構(gòu)優(yōu)選將清潔對象部位的溫 度控制在成膜時的溫度附近的溫度。
根據(jù)本發(fā)明的第四觀點(diǎn)，提供一種存儲介質(zhì)，其存儲有用于在計 算機(jī)上動作、控制成膜裝置的程序，上述程序執(zhí)行時，使計算機(jī)控制上述成膜裝置，使得進(jìn)行成膜方法，該成膜方法包括在腔室內(nèi)的基 板載置臺上載置被處理基板，對上述腔室內(nèi)進(jìn)行排氣，并在將上述基 板載置臺的溫度設(shè)定為規(guī)定溫度的狀態(tài)下，從設(shè)置在上述腔室內(nèi)的氣 體噴出部件噴出包含氯化金屬化合物氣體的處理氣體，利用CVD在被 處理體的表面上形成金屬膜或金屬化合物膜的工序；和在上述腔室內(nèi) 不存在被處理基板的狀態(tài)下，從上述氣體噴出部件向上述腔室內(nèi)噴出 包含Cl2氣體的清潔氣體，對上述腔室內(nèi)進(jìn)行清潔的工序，上述清潔工 序分別獨(dú)立地控制上述基板載置臺的溫度、上述噴出部件的溫度和上 述腔室壁部的溫度，使清潔對象部位的溫度為Cl2氣體的分解開始溫度
以上，并且使非清潔對象部位的溫度低于分解開始溫度。
采用本發(fā)明，由于作為清潔氣體使用活性比現(xiàn)有的C1F3氣體低、 與附著在腔室內(nèi)的材料的反應(yīng)性高的Cb氣體，分別獨(dú)立地控制基板載
置臺的溫度、噴出部件的溫度和腔室壁部的溫度，使清潔對象部分的
溫度為Cl2氣體的分解開始溫度以上，其以外的非清潔對象部位的溫度
為分解開始溫度以下的難以受損傷的溫度，從而進(jìn)行清潔，因此對腔 室壁等不產(chǎn)生損傷，能夠可靠地對清潔對象部位進(jìn)行清潔。


圖1為表示本發(fā)明一個實(shí)施方式的Ti系膜的成膜方法實(shí)施中使用 的Ti膜成膜裝置一個例子的大致截面圖。
圖2為表示本發(fā)明一個實(shí)施方式的Ti系膜的成膜方法的流程圖。 圖3為表示基座溫度與Cl2氣體引起的TiN膜蝕刻速度的關(guān)系的圖形。
圖4為表示在使腔室內(nèi)壓力變化的情況下，各壓力下的基座溫度 與Cl2氣體引起的TiN膜蝕刻速度的關(guān)系的圖形。
圖5為表示在使腔室內(nèi)壓力變化的情況下，Cl2氣體流量與TiN膜 的蝕刻速度的關(guān)系的圖形。
圖6為表示在使基座溫度和Cl2氣體流量變化的情況下，腔室內(nèi)壓 力與Cl2氣體引起的TiN膜蝕刻速度的關(guān)系的圖形。
圖7為在清潔氣體中暴露之前的A1N測試片的表面的2000倍掃描 型電子顯微鏡(SEM)照片。圖8為使用Cl2氣體在700°C下暴露后的A1N測試片的表面的2000 倍掃描型電子顯微鏡(SEM)照片。
圖9為使用C1F3氣體在70(TC下暴露后的A1N測試片的表面的 2000倍掃描型電子顯微鏡(SEM)照片。
圖10A為表示使用現(xiàn)有的C1F3氣體作為清潔氣體時的清潔工序時 間表的圖。
圖10B為表示使用本發(fā)明的Cl2氣體作為清潔氣體時的清潔工序 的時間表的圖。
圖11為表示形成TiN膜時的溫度與附著物的形式等的關(guān)系的圖。 圖12為說明調(diào)查本發(fā)明的Cl2氣體清潔對成膜的影響的實(shí)驗(yàn)順序
的流程圖。
圖13為表示ClF3清潔+預(yù)涂后的25塊晶片上形成的Ti膜的電阻 值和偏差，以及Cl2清潔+預(yù)涂后的25塊晶片上形成的Ti膜的電阻值 和偏差的圖形。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖，具體地說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
圖1為表示本發(fā)明一個實(shí)施方式的Ti系膜的成膜方法實(shí)施中使用 的成膜裝置一個例子的大致截面圖。因?yàn)門iN膜成膜裝置和Ti膜成膜 裝置一般具有相互極其類似的結(jié)構(gòu)，因此在這里，作為成膜裝置，說 明在TiN成膜和在Ti膜成膜中都可以使用的裝置。
該Ti膜成膜裝置100具有大致圓筒狀的腔室1。該腔室1例如由 鋁或鋁合金(例如JISA5052)構(gòu)成。用于水平地支撐作為被處理基板 的晶片W的基座(載置臺)2，在由設(shè)在其中央下部的圓筒狀支撐部 件3支撐的狀態(tài)下，配置在腔室l的內(nèi)部?；?例如由A1N等陶瓷 構(gòu)成，在內(nèi)部埋有加熱器5。該加熱器5通過從加熱器電源6供電，將 作為被處理基板的晶片W加熱至規(guī)定的溫度。作為加熱溫度，可以例 示400 700°C 。在基座2的外緣部上設(shè)置有用于引導(dǎo)晶片W的導(dǎo)向環(huán) 4。該導(dǎo)向環(huán)4例如由八1203構(gòu)成。另外，在基座2的表面附近埋設(shè)有 作為平行平板電極的下部電極起作用的電極8。該電極8接地。
腔室1的頂壁la隔著絕緣部件9設(shè)置有作為平行平板電極的上部電極起作用的噴淋頭10。該噴淋頭10由上層塊體10a、中層塊體10b、 下層塊體10c構(gòu)成，為大致圓盤狀。上層塊體10a具有與中層塊體
10b和下層塊體10c —起構(gòu)成噴淋頭本體部的水平部10d;和與該水平
部10d的外周上方連接的環(huán)狀支撐部10e，并形成為凹狀。全體噴淋頭 10由該環(huán)狀支撐部10e支撐。在使用成膜裝置100作為熱CVD的TiN 膜成膜裝置的情況下，噴淋頭10由Al或Al合金構(gòu)成；在使用成膜裝 置100作為等離子體CVD的Ti膜成膜裝置的情況下，噴淋頭10由包 含Ni的材料、典型地由純Ni或Ni基合金構(gòu)成。在下層塊體10c中交 替形成噴出氣體的噴出孔17和18。在上層塊體10a的上表面形成第一 氣體導(dǎo)入口 11和第二氣體導(dǎo)入口 12。在上層塊體10a中，從第一氣體 導(dǎo)入口 11分支出多個氣體通路13。在中層塊體10b中形成有氣體通路 15。上述氣體通路13通過水平延伸的連通路13a與這些氣體通路15 連通。另外，該氣體通路15與下層塊體10c的噴出孔17連通。另外， 在上層塊體10a中，從第二氣體導(dǎo)入口 12分支出多個氣體通路14。在 中層塊體10b中形成有氣體通路16。上述氣體通路14與這些氣體通路 16連通。該氣體通路16與在中層塊體10b內(nèi)水平延伸的連通路16a連 接。該連通路16a與下層塊體10c的多個噴出孔18連通。另外，上述 第一和第二氣體導(dǎo)入口 11、 12與氣體供給機(jī)構(gòu)20的氣體管線連接。
氣體供給機(jī)構(gòu)20具有供給作為清潔氣體的Cl2氣體的Cl2氣體供給 源21、供給作為Ti化合物氣體的TiCU氣體的TiCU氣體供給源22、 供給載氣的載氣供給源23、供給作為還原氣體的H2氣體的H2氣體供 給源24、供給作為氮化氣體的NH3氣體的NH3氣體供給源25、供給 N2氣體的N2氣體供給源26。而且，Cb氣體供給管線27和30c與Cl2 氣體供給源21連接，TiCU氣體供給管線28與TiCU氣體供給源22連 接，載氣供給管線29與載氣供給源23連接，H2氣體供給管線30與 &氣體供給源24連接，NH3氣體供給管線30a與NH3氣體供給源25 連接，N2氣體供給管線30b與N2氣體供給管線26連接。在各氣體管 線上設(shè)置有質(zhì)量流量控制器32和夾著質(zhì)量流量控制器32的二個閥31。 在Cl2氣體供給管線27和30c上分別設(shè)置有遠(yuǎn)程等離子體源51和52， 利用這些，使在Cl2氣體供給管線27和30c中流動的作為清潔氣體的
Cl2氣體等離子體化。從TiCU氣體供給源22延伸的TiCU氣體供給管線28與上述第一氣體導(dǎo)入口 11連接。從Cl2氣體供給源21延伸的Cl2氣體供給管線27和從載氣供給源23延伸的載氣供給管線29與該TiCl4氣體供給管線28連接。另外，從H2氣體供給源24延伸的H2氣體供給管線30與上述第二氣體導(dǎo)入口 12連接。從NH3氣體供給源25延伸的NH3氣體供給管線30a、從N2氣體供給源26延伸的N2氣體管線30b和從012氣體供給源21延伸的Cl2氣體供給管線30c與該H2氣體供給管線30連接。另外，載氣供給源23在形成TiN膜的情況下使用N2氣體，在形成Ti膜的情況下使用Ar氣體。
在TiN成膜處理時，來自TiCU氣體供給源22的TiCU氣體，與作為載氣的N2氣體一起，通過TiCU氣體供給管線28，從噴淋頭10的第一氣體導(dǎo)入口 11到達(dá)噴淋頭10內(nèi)，再經(jīng)過氣體通路13、 15，從噴出孔17向腔室1內(nèi)噴出。另一方面，來自NH3氣體供給源25的皿3氣體，通過NH3氣體供給管線30a和H2氣體供給管線30，從噴淋頭10的第二氣體導(dǎo)入口 12到達(dá)噴淋頭10內(nèi)，再經(jīng)過氣體通路14、 16，從噴出孔18向腔室1內(nèi)噴出。
在Ti成膜處理時，TiCU氣體與來自載氣供給源23的作為載氣的Ar氣體一起，通過TiCU氣體供給管線28，與TiN成膜處理時同樣，從噴淋頭10向腔室1內(nèi)噴出。另一方面，來自H2氣體供給源24的H2，通過H2氣體供給管線30，從噴淋頭10的第二氣體導(dǎo)入口 12到達(dá)噴淋頭10內(nèi)，再經(jīng)過氣體通路14、 16從噴出孔18向腔室1內(nèi)噴出。
艮口，噴淋頭10成為TiCU氣體和NH3氣體或H2氣體全部獨(dú)立地供給至腔室1內(nèi)的后混合形式，在噴出這些氣體后混合、發(fā)生反應(yīng)。不限于此，也可以是在TiCU氣體和NH3氣體或H2氣體混合的狀態(tài)下，將這些氣體供給至腔室1內(nèi)的預(yù)混合形式。
在清潔時，Cl2氣體從Cl2氣體供給管線27和30c，通過管線28、30，從第一和第二氣體導(dǎo)入口 11、 12導(dǎo)入至噴淋頭10中，從噴出孔17、 18噴出至腔室1內(nèi)。
另外，氣體供給機(jī)構(gòu)20的管線(配管)由Ni系不銹鋼(例如，SUS316L)構(gòu)成。
高頻電源34通過匹配器33與噴淋頭10連接，從該高頻電源34向噴淋頭IO供給高頻電力。通過從高頻電源34供給高頻電力，可以使通過噴淋頭IO供給至腔室1內(nèi)的氣體等離子體化，進(jìn)行成膜處理。
由于在TiN膜成膜時，能夠利用熱能充分地進(jìn)行成膜，因此基本上不需要來自高頻電源34的高頻電力，但在Ti膜成膜吋，從高頻電源34供給高頻電力，使處理氣體等離子體化。
另外，在噴淋頭10的上層板10a的水平部10d上設(shè)置有用于加熱噴淋頭10的加熱器45。加熱器電源46與該加熱器45連接，通過從加熱器電源46向加熱器45供電，將噴淋頭IO加熱至所希望的溫度。為了提高加熱器45的加熱效率，在上層板10a的凹部上設(shè)置有絕熱部件47。噴淋頭10的加熱溫度在TiN膜成膜時為150 25(TC左右，在Ti膜成膜時為40(TC以上。
在腔室1的底壁lb的中央部形成有圓形的孔35，在底壁lb上以覆蓋該孔35的方式設(shè)置有向下方突出的例如由A1或A1合金構(gòu)成的排氣室36。排氣管37與排氣室36的側(cè)面連接，排氣裝置38與該排氣管37連接。而且，通過使該排氣裝置38動作，可以將腔室l內(nèi)減壓至規(guī)定的真空度。
在基座2上，用于支撐晶片W進(jìn)行升降的三根(圖中只表示二根)晶片支撐銷39可以突出或沒入地設(shè)置在基座2的表面上。這些晶片支撐銷39被固定在支撐板40上。另外，晶片支撐銷39利用氣缸等驅(qū)動機(jī)構(gòu)41通過支撐板40升降。晶片支撐銷例如由A1203等陶瓷構(gòu)成。
在腔室1的側(cè)壁上設(shè)置有在與腔室1鄰接設(shè)置的圖中沒有示出的晶片搬送室之間進(jìn)行晶片W的搬入搬出用的搬入搬出口 42和開閉該搬入搬出口42的閘閥43。另外，在腔室1的壁部中埋設(shè)有加熱器48。加熱電源49與該加熱器48連接，通過從加熱器電源49向加熱器48供電，將腔室1的壁部加熱至所希望的溫度、例如150 25(TC左右。
Ti膜成膜裝置100的各構(gòu)成部構(gòu)成為連接在由計算機(jī)構(gòu)成的控制部60上而進(jìn)行控制。另外，工序管理者為了管理Ti膜成膜裝置100而進(jìn)行指令的輸入操作等的鍵盤、由可視化顯示Ti膜成膜裝置100的工作狀況的顯示器等構(gòu)成的用戶接口 61與控制部60連接。另外，存儲用于由控制部60的控制實(shí)現(xiàn)由Ti膜成膜裝置100執(zhí)行的各種處理的控制程序、和根據(jù)處理?xiàng)l件在Ti膜成膜裝置100的各構(gòu)成部中進(jìn)行處理的程序即方案等信息的存儲部62與控制部60連接。方案可以存儲
在硬盤或半導(dǎo)體存儲器中，被收容在CDROM、 DVD等可移動性存儲 介質(zhì)中的狀態(tài)下，可以安裝在存儲部62的規(guī)定位置。另外，可以從其
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接口 61發(fā)出的指示等從存儲部62調(diào)出任意方案，在控制部60上執(zhí)行， 在控制部60的控制下，利用Ti膜成膜裝置100進(jìn)行所希望的處理。另 外，控制部60根據(jù)圖中沒有示出的熱電偶的信號，將指令送給加熱器 電源5、 46、 49，獨(dú)立地進(jìn)行加熱器5進(jìn)行的基座2的溫度控制、加熱 器45進(jìn)行的噴淋頭10的溫度控制和加熱器48進(jìn)行的腔室1的壁部的 溫度控制。
接著，說明以上的成膜裝置100的本實(shí)施方式的成膜方法。 如圖2所示，本實(shí)施方式的成膜方法具有預(yù)涂工序(步驟l)、成 膜工序(步驟2)和清潔工序(步驟3)，依次執(zhí)行這些工序。這里， 分開說明在各工序中，作為Ti系膜形成TiN膜的情況和形成Ti膜的情況。
首先，說明步驟1的預(yù)涂工序。
利用控制部60控制加熱器電源6、 46、 49，利用加熱器5、 45、 48分別獨(dú)立地控制基座2、噴淋頭IO、腔室l的壁部的溫度，設(shè)定為 大致與后述的成膜工序相同的溫度。
在這個狀態(tài)下，在形成TiN膜時，在不存在晶片W的狀態(tài)下，通 過噴淋頭10，以規(guī)定流量，將N2氣體、NH3氣體和TiCU氣體導(dǎo)入腔 室1內(nèi)，通過加熱器5等的加熱，在腔室1內(nèi)壁、排氣室36內(nèi)壁、噴 淋頭10的表面和基座2的表面上預(yù)涂TiN膜。
形成Ti膜時，同樣在不存在晶片W的狀態(tài)下，通過噴淋頭10， 以規(guī)定流量，將Ar氣體、H/氣體、TiCU氣體導(dǎo)入腔室1內(nèi)，在利用 加熱器5等加熱的同時，利用來自高頻電源34的高頻電力，使這些氣 體等離子體化，在腔室1內(nèi)壁、排氣室36內(nèi)壁、噴淋頭10的表面和 基座2的表面上形成Ti膜，然后，原樣維持等離子體，導(dǎo)入NH3氣體， 由此使Ti膜氮化，進(jìn)行TiN膜的預(yù)涂。
另外，這些預(yù)涂的條件基本上是與以下說明的TiN膜的成膜和Ti 膜的成膜+氮化處理的條件相同的條件。接著說明步驟2的成膜工序。
在成膜工序中，與通過閘閥43連接的圖中沒有示出的搬送室同樣，
調(diào)整預(yù)涂后的腔室l內(nèi)，打開閘閥43，從晶片搬送室通過搬入搬出口
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4z， 1寸日日門 W 3服/、/K芏i h」，虹ij Ax^夭^u:丄至。首先，說明TiN膜的成膜工序。
利用控制部60控制加熱器電源6、 46、 49，利用加熱器5、 45、48分別獨(dú)立地控制基座2、噴淋頭10、腔室l的壁部的溫度，在將基座2保持為400 700°C，將噴淋頭10保持為150 250°C，將腔室1的壁部保持為150 25(TC的規(guī)定溫度的狀態(tài)下，如上所述，將晶片W搬入腔室1內(nèi)，將N2氣體供給至腔室1內(nèi)，預(yù)備加熱晶片W。在晶片的溫度大致穩(wěn)定的時刻，以規(guī)定流量，使N2氣體、NH3氣體和TiCU氣體在圖中沒有示出的預(yù)流管線中流動，進(jìn)行預(yù)流。然后，原樣保持氣體流量和壓力相同，切換至成膜用的管線，通過噴淋頭10將這些氣體導(dǎo)入腔室l內(nèi)。然后，在由加熱器5加熱至規(guī)定溫度的晶片W上，NHb氣體和TiCU氣體反應(yīng)，在晶片W上堆積TiN，在經(jīng)過規(guī)定時間后，形成規(guī)定厚度的TiN膜。
TiN成膜處理的其他條件的優(yōu)選范圍如下。
i ) TiCU流量20 200mL/min (sccm)
ii ) N2氣體流量50 1000mL / min (sccm)
iii) NH3氣體流量10 500mL/min (sccm)
iv) 腔室內(nèi)壓力133 1333Pa (1 10Torr)
在形成TiN膜后，停止NH3氣體和TiCU氣體，作為吹掃氣體使N2氣體流動，進(jìn)行腔室1內(nèi)的吹掃，然后，使N2氣體和NH3氣體流動，進(jìn)行在晶片W上形成的TiN薄膜的表面的氮化處理。此時的基座2、噴淋頭10、腔室1的壁部的溫度與成膜時同樣。另外，該氮化處理不是必需的。
在經(jīng)過規(guī)定時間后，慢慢地停止N2氣體和NH3氣體，在這些氣體的供給完全停止的時刻，結(jié)束成膜工序。然后，打開閘閥43，將圖中沒有示出的晶片搬送裝置插入腔室1內(nèi)，將晶片W搬出至裝置外。
接著，說明Ti膜的成膜工序。
利用控制部60控制加熱器電源6、 46、 49，利用加熱器5、 45、48分別獨(dú)立地控制基座2、噴淋頭IO、腔室l的壁部的溫度，在將基
座2保持為400 700°C，將噴淋頭10保持為400 500°C，將腔室1
的壁部保持為150 250。C的規(guī)定溫度的狀態(tài)下，如上所述，將晶片W ■wr 、 口66 i r+nm^々，r+n i 、 i+m 6 、、,力乂古 \ ，-h 乂+u ^ 乂+壬n t;廠i
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氣體在圖中沒有示出的預(yù)流管線中流動，進(jìn)行預(yù)流。然后，原樣保持 氣體流量和壓力相同，切換至成膜用的管線，通過噴淋頭io，將這些
氣體導(dǎo)入腔室1內(nèi)。此時，從高頻電源34向噴淋頭IO施加高頻電力， 這樣，導(dǎo)入腔室1內(nèi)的Ar氣體、H2氣體和TiCU氣體被等離子體化。 然后，在由加熱器5加熱至規(guī)定溫度的晶片W上，被等離子體化的氣 體發(fā)生反應(yīng)，在晶片W上堆積Ti，在經(jīng)過規(guī)定時間后，形成規(guī)定厚度 的Ti膜。
Ti成膜處理的其他條件的優(yōu)選范圍如下
i )來自高頻電源64的高頻電力 頻率300kHz 27MHz
功率100 1500W
ii ) TiCU流量1 20mL/min (sccm)
iii) Ar氣體流量500 2000mL / min (sccm)
iv) H2氣體流量1000 5000mL / min (sccm) V)腔室內(nèi)壓力133 1333 Pa (1 10Torr) 在形成Ti膜后，停止112氣體和TiCU氣體，作為吹掃氣體使Ar
或N2氣體流動，進(jìn)行腔室1內(nèi)的吹掃。然后，使N2氣體和NH3氣體 流動，從高頻電源34施加高頻電力，使這些氣體等離子體化，進(jìn)行在 晶片W上形成的Ti薄膜的表面的氮化處理。此時的基座2、噴淋頭10、 腔室1的壁部的溫度與成膜時相同。另外，該氮化處理不是必需的。 接著，說明步驟3的清潔工序。
清潔工序在對規(guī)定塊的晶片進(jìn)行以上的成膜工序后實(shí)施。清潔工 序可以定期地進(jìn)行，也可以根據(jù)需要進(jìn)行。
在該工序中，在腔室1內(nèi)不存在晶片的狀態(tài)下，將作為清潔氣體 的Cl2氣體導(dǎo)入腔室l內(nèi)，基本上不用等離子體進(jìn)行干清潔。其中，如 后所述，可以輔助地通過遠(yuǎn)程等離子體源51和52使Cl2氣體等離子體 化。因?yàn)镃b氣體與在形成Ti系膜時，在腔室1內(nèi)的基座2或噴淋頭10、腔室1的壁部上形成或附著的作為Ti系材料的Ti、 TiN、 TiSi2、 Ti02等的反應(yīng)性高，所以適合作為形成Ti系膜后的清潔氣體。
然而，在清潔工序中，必須與使用的清潔氣體對應(yīng)，成為保持清 潔對象部位的材質(zhì)的耐蝕性的溫度?，F(xiàn)有使用的C1F3氣體即使在低溫 (室溫)下也分解、為極其容易分解的氣體，具有不論腔室內(nèi)的各部 的溫度如何，都能夠清潔到腔室內(nèi)的各個角落的特點(diǎn)，但是在低溫下 容易分解，即使在低溫下，清潔對象部位的腐蝕也進(jìn)行，由于這樣， 清潔時，必需將腔室內(nèi)的全部部位維持為300。C以下、例如20(TC這樣 的低溫。
與此相對，在本實(shí)施方式中使用的Cl2氣體的情況下，由于分解溫
度為250。C以上，比C1F3高，通過控制腔室內(nèi)的各部位的溫度，可以 形成進(jìn)行清潔的部位和不進(jìn)行清潔的部位。即，可以進(jìn)行選擇的清潔。
在圖3中表示Cl2氣體的清潔特性。該圖表示基座溫度和Cl2氣體 引起的堆積在基座上的TiN膜的蝕刻速度的關(guān)系。此時的條件為腔室 內(nèi)壓力133Pa， Cl2氣體流量2000mL/min (sccm)， Ar氣體流量 100mL/min (sccm)， N2氣體流量100mL/min (sccm)。如該圖所 示，在超過40(TC后，進(jìn)行TiN膜的蝕刻，伴隨著溫度上升，蝕刻速度 急劇上升。即，可以理解為在該條件下，Cl2氣體的分解開始溫度為400 'C附近，蝕刻反應(yīng)的控速過程為由02氣體分解產(chǎn)生的Cl原子和TiN 膜的反應(yīng)控速。因此，在作為基座2的加熱溫度的400 70(TC下能夠 清潔。特別是在550 70(TC下，能夠得到高的蝕刻速度，能夠得到良 好的清潔性。該傾向在Ti的情況下也同樣。
Cl2氣體的清潔特性因壓力而變化。參照圖4說明這點(diǎn)。圖4為表 示在腔室內(nèi)壓力為133Pa、 666Pa、 1320Pa的情況下，基座溫度和由 Cl2氣體引起的在基座上堆積的TiN膜的蝕刻速度的關(guān)系的圖。從該圖 可以看出，通過提高腔室內(nèi)壓力，在更低溫側(cè)蝕刻種增加，在1320Pa 下，超過25(TC后進(jìn)行蝕刻。即，當(dāng)壓力從133Pa上升至1320Pa時， Cl2的分解開始溫度降低至250°C，在25(TC以上可以清潔。由此可以 導(dǎo)出，通過控制腔室內(nèi)壓力，可以控制Cl2氣體的分解開始溫度。因此， 可以根據(jù)清潔對象部位的溫度，控制腔室內(nèi)的壓力，使Cl2氣體的分解 開始溫度達(dá)到規(guī)定的溫度。具體地講，在想要對35(TC的部位進(jìn)行清潔的情況下，腔室內(nèi)壓力為133Pa，由于35(TC為Cl2氣體的分解開始溫 度以下，不能清潔，但當(dāng)上升至1320Pa時，成為分解開始溫度以上，
可以進(jìn)行清潔。
圖5為表示將基座溫度設(shè)定為65(TC，在變化腔室內(nèi)壓力的情況 下，Cl2氣體流量和TiN膜的蝕刻速度的關(guān)系的圖形。在腔室內(nèi)壓力為 133Pa的條件下，Cl2氣體流量約為1500mL / min (sccm)以下，為TiN
膜的蝕刻速度與Cl2氣體流量成比例地增加的供給控速的區(qū)域，但在其
以上，TiN膜的蝕刻速度飽和，向TiN膜的蝕刻速度只依存于溫度的 反應(yīng)控速的區(qū)域移動。
在比133Pa高的壓力條件下，Cl2氣體流量約為1000mL/min (sccm)以下，為TiN膜的蝕刻速度與Cl2氣體流量成比例地增加的供 給控速的區(qū)域。在這些壓力條件下，流量多于1000mL/min (sccm) 的數(shù)據(jù)不存在，但可以推測在與133Pa同樣的流量以上，存在TiN膜 的蝕刻速度飽和的反應(yīng)控速的區(qū)域。
如上所述，在C1F3清潔中，基座溫度為200。C，在該溫度下，TiN 膜蝕刻速度約為1.2pm/min。為了得到與其同樣的蝕刻速度所必要的 Cl2氣體流量在133Pa下為800mL/min (sccm)以上，在其他條件下 為500mL/min (sccm)以上。如果為該流量，則清潔所要的時間不比 現(xiàn)有技術(shù)長。
在供給控速的區(qū)域中，由Cl2的熱分解產(chǎn)生的蝕刻種(Cl原子) 全部與TiN膜反應(yīng)，可以進(jìn)行高效率的清潔，相反，蝕刻種難以到達(dá)， 例如難以除去基座的背面?zhèn)鹊某赡ず透街锏?。?dāng)在反應(yīng)控速區(qū)域中 進(jìn)行清潔時，由于在腔室內(nèi)蝕刻種在過剩的狀態(tài)下存在，蝕刻種可以 到達(dá)腔室內(nèi)的各個角落，可以完全清潔附著物。即，根據(jù)成膜處理后 的腔室內(nèi)的附著物的狀況，可以選擇供給控速的區(qū)域和反應(yīng)控速的區(qū) 域中的任-個區(qū)域。另外，可以在最初步驟中，在供給控速區(qū)域的條 件下進(jìn)行清潔，將該步驟中沒有除去的附著物，在下一個步驟中切換 到反應(yīng)控速區(qū)域的條件進(jìn)行除去。
接著，說明在使基座溫度和Cl2氣體流量變化的情況下，腔室內(nèi)壓
力與Cl2氣體引起的TiN膜的蝕刻速度的關(guān)系。圖6表示在溫度55CTC 下、Cl2氣體流量為2000mL/min (sccm)的條件，在溫度650。C下、Cl2氣體流量為800mL/min (sccm)的條件，在溫度65(TC下、(312氣體流量為1000mL/min (sccm)的條件下，腔室內(nèi)壓力與由Cl2氣體引起的TiN膜的蝕刻速度的關(guān)系的圖。從這個圖可以看出，在任何一種條件下，在某壓力下，TiN膜的蝕刻速度都飽和。而且，有基座溫度越高，Cl2氣體流量越多，從低壓側(cè)飽和的傾向。從清潔穩(wěn)定性出發(fā)，優(yōu)選在飽和的壓力下進(jìn)行，從防止腐蝕的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選在蝕刻速度大致飽和的范圍內(nèi)，盡量在低壓下進(jìn)行。另外，通過基座溫度和Cl2氣體流量使TiN膜的蝕刻速度飽和的壓力變化，因此優(yōu)選根據(jù)清潔時
的溫度和Cl2氣體流量，控制腔室內(nèi)壓力。
如上所述，能夠得到Cl2氣體可以選擇地清潔的優(yōu)點(diǎn)，但難以得到分解溫度比C1F3高，可以清潔到腔室的各個角落的C1F3氣體的效果。由于這樣，在將Cl/氣體使用于清潔氣體的情況下，成膜時清潔對象部位以外的部位設(shè)定為可以盡量防止成膜或副生成物的附著的溫度是很重要的。
關(guān)于清潔時的上限溫度，除了與清潔氣體的分解難易有關(guān)，還與對象部位的材質(zhì)有關(guān)。因?yàn)榍鍧嵉哪康氖菫榱宋g刻對象部位上形成的Ti系膜，所以需要能夠得到現(xiàn)實(shí)的蝕刻速度的量的蝕刻種(氣體分解后的原子)。在使用Cl2氣體作為清潔氣體的情況下，為了得到能夠得到現(xiàn)實(shí)的蝕刻速度的量的蝕刻種，與使用C1F3氣體作為清潔氣體的情況相比，需要使清潔對象部位的溫度成為高溫。越成為高溫，蝕刻速度越上升，但清潔對象部位的溫度的上限由其材質(zhì)的耐蝕性決定。
嚴(yán)格地講，材料的耐蝕性依存于清潔氣體和對象部位的材料的反應(yīng)生成物的蒸氣壓。例如，在對象部位的材料為A1N的情況下，使用C1F3氣體作為清潔氣體時，通過A1N和F原子的反應(yīng)生成蒸氣壓低而穩(wěn)定的A1F、 (x=l 3)，保護(hù)對象部位表面，不進(jìn)行腐蝕。然而，A1N為陶瓷材料，不是理想的均質(zhì)材料，是將A1N顆粒燒固而得到的物質(zhì)，因此實(shí)際上不能均勻地形成AlFx， 一部分成為粉狀，就變成顆粒。另一方面，在使用Cl2氣體作為清潔氣體的情況下，通過在A1N表面上與C1的反應(yīng)，生成不穩(wěn)定的AlClx (x=l 3)，但因?yàn)锳lClx的蒸氣壓高，所以氣化、不能成為顆粒。由于這樣，在腔室內(nèi)，對用A1N陶瓷構(gòu)成的部件來說，優(yōu)選使用Cl2氣體作為清潔氣體。這點(diǎn)可以被如下事實(shí)證明顆粒成分通常為A1FX， TiCU氣體或者TiCU氣體與H2、 NH3等還原劑的反應(yīng)生成的HC1與A1N，在成膜的高溫下反應(yīng)，應(yīng)該生成的AlClJ乍為顆粒成分沒有檢測出。
即，在使用Cl2氣體作為清潔氣體的情況下，與使用TiCU氣體和H2、 NH3等還原劑的成膜處理時同樣，進(jìn)行生成AlClx的反應(yīng)，所以耐受高溫的成膜處理的對象部位在相同溫度下，可以耐受Cl2氣體進(jìn)行的清潔。由此可以推出，在用Cl2氣體進(jìn)行清潔的情況下，在與成膜溫度大致相同的溫度下，可以進(jìn)行清潔。另外，不限于A1N，如果在成膜處理中，對象部位的材質(zhì)不產(chǎn)生因腐蝕引起的顆粒，則可以在相同的溫度下進(jìn)行Cb氣體的清潔。例如，如果對象部位的材質(zhì)為Ni或Ni合金，在表面上不會不均勻地殘存NiF2那樣的保護(hù)膜，生成蒸氣壓高的NiCb、氣化，因此表面可以維持清潔。
不限于A1N、 Ni或Ni合金，即使是現(xiàn)有使用的不銹鋼、氧化鋁等A1N以外的A1化合物、碳、Si3N4、 SiC等，在使用Cl2氣體作為清潔氣體的情況下，同樣可以在與成膜溫度相同的溫度下進(jìn)行清潔。與此相對，現(xiàn)有的C1F3氣體由于有在成膜溫度下與上述構(gòu)成材料反應(yīng)，產(chǎn)生損傷的可能性，因此難以適用于成膜溫度下的清潔。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明這點(diǎn)。
這里，假定使Cl2氣體作為清潔氣體在腔室內(nèi)流動的情況和使C1F3氣體流動的情況，確認(rèn)在將作為基座材質(zhì)的A1N的測試片暴露在清潔氣體時的耐蝕性。此時，為了使70(TC的TiN膜的蝕刻速度大致相同，關(guān)于C1F3氣體，流量為10mL/min(sccm)，并且使N2氣體以1000mL/ min(sccm)的流量流動，關(guān)于012氣體，流量為100mL / min(sccm)，并且使N2氣體以1000mL/min (sccm)的流量流動，使腔室內(nèi)壓力為133Pa，在700。C和55(TC下保持60分鐘，測定重量變化。作為A1N測試片使用15mmX15mmXlmm的片。其結(jié)果可以確認(rèn)，暴露在Cl2氣體中的情況下，在55(TC、 70(TC下都沒有重量變化，相對于此，暴露在C1F3氣體中的情況下，在55(TC下，重量減少0.0003g，僅是微小的，在700。C下，重量減少大到0.0122g。
圖7 9為A1N測試片的表面的2000倍掃描型電子顯微鏡(SEM)照片。圖7為暴露在清潔氣體前的照片，圖8為使用Cl2氣體在70(TC下暴露后的照片，圖9為使用C1F3氣體在70(TC下暴露后的照片。從這些SEM照片可以看出，在Cl2氣體的情況下，在70(TC下暴露后，A1N測試片的表面的狀態(tài)與暴露前幾乎沒有變化，相對于此，在C1F3氣體的情況下，在暴露前后，表面有大的變質(zhì)。
從這些結(jié)果可以確認(rèn)，在作為成膜溫度的上限附近的700。C下，在Cl2氣體中，作為基座材料的A1N幾乎不腐蝕，相對于此，在C1F3氣體中，A1N腐蝕。
這樣，現(xiàn)有作為清潔氣體使用的C1F3氣體，在成膜溫度下，由于有可能與腔室內(nèi)部件的構(gòu)成材料反應(yīng)產(chǎn)生損傷，所以在清潔時不得不將溫度降低至30(TC以下、例如20(TC左右，在成膜后一旦使清潔溫度降低至20(TC左右，在清潔結(jié)束后，再上升至成膜溫度的順序是必要的，其成為使生產(chǎn)率降低的原因。與此相對，在使用Cl2氣體作為清潔氣體的情況下，如上所述，由于其分解溫度高為25(TC以上，即使在成膜溫度附近，不腐蝕作為主要清潔對象的基座2，因此可以使基座2的溫度為成膜溫度或其附近而進(jìn)行清潔，可以減少這樣的降溫和升溫所需要的時間。因此，可以飛躍地提高Ti系膜的成膜裝置的生產(chǎn)率。
具體地講，在用現(xiàn)有的C1F3氣體進(jìn)行清潔的情況下，其時間表例如圖10A所示，從成膜結(jié)束至開始清潔的降溫時間為150分鐘，從清潔結(jié)束至預(yù)涂開始的升溫時間為45分鐘，升降溫合計花費(fèi)195分鐘，但在成膜溫度下進(jìn)行清潔的理想的情況下，如圖10B所示，可以完全沒有這些降溫和升溫的時間，可以縮短裝置的停機(jī)時間3小時以上。在實(shí)際的處理中，有時使清潔溫度和成膜溫度完全一致很困難，即使在這種情況下，也可以使升降溫時間比現(xiàn)有技術(shù)短，提高生產(chǎn)率。
以上說明了清潔工序的基本條件，但在TiN膜和Ti膜中，由于成膜工序的條件不同，在腔室1內(nèi)的各部上形成或附著的物質(zhì)和附著狀態(tài)不同，因此在清潔工序中，必需根據(jù)這些膜設(shè)定條件。
首先，說明TiN膜成膜后的清潔。
TiN膜成膜利用純粹的熱反應(yīng)進(jìn)行，與溫度相對應(yīng)，附著物的形式等大致如圖11所示那樣變化。即，低于5(TC為TiCU固化的溫度，50 150'C的范圍為在低溫下作為副生成物的NH4C1附著的溫度，150 250i:的范圍為附著物不附著的溫度，250 45(TC的范圍為TiN、Cly堆積的溫度。另外，450 700。C的范圍為TiN的成膜溫度，即TiN生成的溫度。另外，根據(jù)條件，400 45(TC為能夠形成TiN膜的溫度。
如上所述，在TiN膜的成膜中，在將基座2保持在400 70(TC，將噴淋頭iO保持為i50 25(TC，將腔室i的壁部保持為150 25(TC的各溫度范圍的狀態(tài)下進(jìn)行。參照圖11，根據(jù)該溫度設(shè)定，附著物幾乎不附著在噴淋頭10和腔室1的壁部上，TiN、Cly或TiN只附著在基座2上。
因此，在TiN膜成膜后的清潔工序中，由于將基座2的溫度加熱至與成膜工序時的溫度相同的溫度，附著物幾乎不附著在噴淋頭10和腔室1的壁部上，因此作為與成膜時同樣的150 25(TC和分解溫度以下，不對構(gòu)成材料產(chǎn)生損傷而進(jìn)行清潔。由于這樣，噴淋頭10或腔室1的壁部的材料為上述的Al系材料，耐蝕性充分，如果只是基座2為耐蝕性高的材料也可以。在本實(shí)施方式中，基座2為A1N制，耐蝕性很好。另外，可以使用Ni、 Ni合金、不銹鋼、Si3N4、 SiC等。清潔時的噴淋頭IO或腔室1的壁部的溫度可以設(shè)定為與成膜時的溫度相同的溫度，如果為上述范圍內(nèi)，即使不是相同溫度，如果是成膜時的附近溫度也可以。
接著，說明Ti膜成膜后的清潔。
由于Ti膜的成膜使用等離子體，因此在等離子體區(qū)域中不論溫度如何，都附著Ti或TiCU未分解物。特別是，在晶片正上方的噴淋頭上附著大量的這些物質(zhì)。因此，不能如TiN膜成膜那樣，使噴淋頭IO為低溫，不產(chǎn)生附著物。但是，由于噴淋頭10低于400。C，附著的膜容易剝離，因此成膜時，使噴淋頭10為40(TC以上。成膜后，由于在噴淋頭的設(shè)定溫度以上進(jìn)行氮化處理，因此Ti或TiCU未分解物變換為TiN膜。
因此，在清潔時，與基座2同樣，需要使噴淋頭10為Cb氣體的分解溫度以上，由于這樣，設(shè)定為成膜時的噴淋頭10的溫度(400 500°C)附近的溫度。因此，噴淋頭10的材料需要為可以耐受高溫的Cl2氣體的材料。在本實(shí)施方式中使用的Ni或Ni合金可以充分地耐受高溫的Cb氣體。此外，可以使用Si3N4、 SiC和C等。在需要使噴淋頭10的溫度更低的情況下，如上所述，提高腔室內(nèi)的壓力，降低Cl2氣體的分解開始溫度是有效的。
在使用等離子體的Ti膜成膜工序中，如上所述，在腔室l的壁部
等的低溫部上也附著作為副生成物的TiCU未分解物。因此，例如，可
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下，必須使腔室i的壁部的溫度上升，需要其升溫和以后的降溫的時
間。但是，由于Cl2氣體在250。C以上分解，不需要大幅度的溫度變更， 不會有大的時間延長。
可是，在Cl2氣體的分解溫度以上，在作為現(xiàn)有的腔室材料的Al 系材料中，會產(chǎn)生腐蝕?？紤]利用Ni、 Ni合金等耐熱材料構(gòu)成腔室1， 但價格極高，不現(xiàn)實(shí)。另外，作為腔室l，考慮利用電鍍等將這樣的耐 熱材料覆蓋在腔室1的內(nèi)壁上，但熱膨脹差會產(chǎn)生剝離等。因?yàn)檫@個
問題，要求在清潔時不使Cl2氣體的溫度上升至其分解溫度以上而分
解，進(jìn)行清潔的方法(選擇性緩和)。作為這種方法，可以舉出使Cl2 氣體等離子體化。在本實(shí)施方式中，設(shè)置遠(yuǎn)程等離子體源51、 52，由 此，使Cl2氣體等離子體化。因此，可以在作為腔室1的壁部成膜時的 溫度的150 250。C下進(jìn)行清潔。由于等離子體產(chǎn)生的分解效率提高1 個數(shù)量級，為了達(dá)到與熱分解相同水平的效率，可以設(shè)定分解效率為 10%以下的條件和功率，生成等離子體。
另外，除了這種等離子體輔助外，通過在Cl2氣體中添加還原劑，
可以輔助Cl2氣體的分解。通過在作為強(qiáng)氧化劑的Cb中添加H2、 NH3
等還原劑，可以促進(jìn)Cl2的分解。
如等離子體CVD進(jìn)行的Ti膜成膜處理那樣，即使在溫度控制進(jìn) 行的選擇性防止附著不充分的情況下，通過如以上那樣，等離子體化 或添加還原劑，輔助Cl2氣體的分解，可以提高Cb氣體的分解比例， 可以清潔腔室內(nèi)的更低溫部位，可以實(shí)現(xiàn)更完全的清潔。S卩，這樣通 過輔助Cl2氣體的分解，可以利用溫度控制以外的方法緩和清潔時的選 擇性，可以有效地清潔腔室內(nèi)全體。
在這種情況下，通過適當(dāng)調(diào)整腔室內(nèi)的溫度設(shè)定、施加的等離子 體的功率或添加的還原劑的流量，可以精密地控制Cl2在各部位的分 解，可以控制腔室內(nèi)的清潔選擇性，同時可以實(shí)現(xiàn)損傷少的清潔。
為了實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)姆纸廨o助，優(yōu)選等離子體的功率為100 300W的范圍。另外，還原劑的量由還原劑的種類決定，但優(yōu)選為全體清潔氣 體的10 50%左右。
這種Cl2氣體的分解輔助，在等離子體CVD的Ti膜成膜時特別有
AL I U I、 I 4"+t 八l rT^ r^'、 T口苗A 口絲/士 CD
雙，Qi W住^ U VU 丄i丄、膚^乂膚口，J 'iX/tl o
為了實(shí)現(xiàn)更完全的清潔，優(yōu)選在C12氣體中添加微量的C1F3氣體。 由于清潔對象部位保持為高溫，利用Cl2氣體能夠充分地清潔，但不能
防止在清潔對象部位以外的部位(非清潔對象部位)附著、殘存附著
物的情況下，有不能完全地進(jìn)行清潔的傾向。例如，在用Cl2氣體清潔 后，在腔室壁上殘存變色的附著物。在這種情況下，通過輔助地添加 在低溫下分解的微量的C1F;氣體，可以充分地清潔除去不能防止在非 清潔對象部位上附著而殘存的附著物。在這種情況下，因?yàn)椴皇窍瘳F(xiàn) 有那樣，使用C1F3氣體作為主要的清潔氣體，而是輔助地微量添加，
因此高溫下分解生成的蝕刻種(F原子)少，高溫下的腐蝕少，在腔室 內(nèi)造成損傷的擔(dān)心小。從不產(chǎn)生腔室內(nèi)損傷的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選C1F3氣 體的添加量為全體清潔氣體的5%以下。
另外，在利用Cl2氣體清潔后，通過輔助地進(jìn)行C1F3氣體的清潔，
可以充分地清潔除去附著在非清潔對象部位的附著物。在這種情況下，
優(yōu)選將C1F3氣體的流量設(shè)定得低，使得不會由C1F3氣體產(chǎn)生腐蝕。
如以上那樣，由于通過使用Cl2氣體作為清潔氣體，可以在比現(xiàn)有
的C1F3氣體的情況更高溫下進(jìn)行清潔，可以在成膜溫度附近進(jìn)行清潔，
因此生產(chǎn)率的降低少，并且，對腔室壁等不產(chǎn)生損傷，可以可靠地對 清潔對象部位進(jìn)行清潔。
接著，說明調(diào)查本發(fā)明的Cl2氣體清潔對成膜的影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
如圖12所示，在基座溫度650。C下，Ti膜成膜處理(步驟A)后， 將基座溫度從Ti膜成膜時的溫度降低至200°C ，進(jìn)行C1F3氣體清潔(步 驟B)。然后，使基座溫度上升至650。C，進(jìn)行腔室內(nèi)的預(yù)涂(步驟C)， 接著，將基座溫度原樣維持為65(TC，對25塊晶片連續(xù)進(jìn)行Ti膜成膜 (步驟D)。然后，將基座溫度維持為65(TC，進(jìn)行Cl2氣體清潔(步 驟E)，接著，將基座溫度原樣維持為650°C，進(jìn)行腔室內(nèi)的預(yù)涂(步 驟F)。然后，在基座溫度65(TC下，對25塊晶片連續(xù)地進(jìn)行Ti膜的 成膜(步驟G)。關(guān)于步驟D和G的Ti膜的成膜，在Si和Si02的兩者上進(jìn)行。
另外，在步驟E的Cl2氣體清潔中，選擇能夠得到與步驟B的C1F3 氣體清潔中Ti系膜的蝕刻速度相同的蝕刻速度的條件。具體地為以下
■Vi々/小 口'J眾'IT。
壓力133Pa
Cl2氣體流量800mL/min (sccm) Ar氣體流量700mL / min (sccm) N2氣體流量700mL/min (sccm)
另外，將清潔時間設(shè)定為可以完全除去在Ti成膜處理的步驟中， 堆積在基座表面和導(dǎo)向環(huán)表面上的Ti膜的時間。
在圖13中表示步驟D和G的膜的電阻值及其偏差。如圖13所示，
可以確認(rèn)在Cl2氣體清潔后的成膜中，在Si和Si02的任一個上表現(xiàn)出
與C1F3氣體清潔后相同的電阻值和偏差，為良好結(jié)果。
另外，本發(fā)明不限于上述實(shí)驗(yàn)方式，可以有各種變形。例如，在 上述實(shí)施方式中，表示在熱CVD的TiN膜成膜、等離子體CVD的Ti 膜成膜中使用本發(fā)明的情況，但本發(fā)明不限于此。另外，在上述實(shí)施 方式中表示利用TiCU氣體作為氯化金屬化合物氣體形成Ti膜和TiN 膜的例子，但在使用其他氯化金屬化合物氣體，形成其他金屬膜或金 屬化合物膜的情況下也可以使用。例如，在利用TaCls氣體和NH3氣體， 通過熱CVD形成作為屏蔽膜使用的TaN膜的情況下，在使用TaCls氣 體和H2氣體，通過等離子體CVD仍形成作為屏蔽膜使用的Ta膜的情 況下都可以適用。
另外，作為被處理基板，不限于半導(dǎo)體晶體，例如可以是液晶顯 示裝置(LCD)用基板為代表的平板顯示器(FPD)用基板等其他基板。
權(quán)利要求
1. 一種成膜方法，其特征在于，包括在腔室內(nèi)的基板載置臺上載置被處理基板，對所述腔室內(nèi)進(jìn)行排氣，并在將所述基板載置臺的溫度設(shè)定為規(guī)定溫度的狀態(tài)下，從設(shè)置在所述腔室內(nèi)的氣體噴出部件噴出包含氯化金屬化合物氣體的處理氣體，利用CVD在被處理體的表面上形成金屬膜或金屬化合物膜的工序；和在所述腔室內(nèi)不存在被處理基板的狀態(tài)下，從所述氣體噴出部件向所述腔室內(nèi)噴出包含Cl2氣體的清潔氣體，對所述腔室內(nèi)進(jìn)行清潔的工序，所述清潔工序分別獨(dú)立地控制所述基板載置臺的溫度、所述噴出部件的溫度和所述腔室壁部的溫度，使清潔對象部位的溫度為Cl2氣體的分解開始溫度以上，并且使非清潔對象部位的溫度低于分解開始溫度。
2. 如權(quán)利要求1所述的成膜方法，其特征在于， 所述氯化金屬化合物氣體為TiCl4氣體，所述金屬為Ti。
3. 如權(quán)利要求2所述的成膜方法，其特征在于， 所述處理氣體包含TiCl/氣體和含氮?dú)怏w，在所述成膜工序中，將所述基板載置臺的溫度設(shè)定為400 700°C， 將所述氣體噴出部件和所述腔室壁部的溫度設(shè)定為副生成物難以附著 的150 250°C，利用熱CVD在被處理基板的表面形成TiN膜作為金 屬化合物膜，在所述清潔工序中，所述基板載置臺為所述清潔對象部位，進(jìn)行 控制，使其溫度為Cl2氣體的分解開始溫度以上；所述氣體噴出部件和 所述腔室的壁部為所述非清潔對象部位，進(jìn)行控制，使其溫度為分解 開始溫度以下，并且為所述成膜工序時的溫度附近的溫度。
4. 如權(quán)利要求2所述的成膜方法，其特征在于， 所述處理氣體包含TiCU氣體和還原氣體，在所述成膜工序中，將所述基板載置臺的溫度設(shè)定為400 700°C， 將所述氣體噴出部件的溫度設(shè)定為400 500°C，將所述腔室壁部的溫 度設(shè)定為150 250°C，利用等離子體CVD在被處理基板的表面形成 Ti膜作為金屬膜，在所述清潔工序中，所述基板載置臺和所述氣體噴出部件為所述清潔對象部位，進(jìn)行控制，使它們的溫度為Cl2氣體的分解開始溫度以 上；所述腔室的壁部為所述非清潔對象部位，進(jìn)行控制，使其溫度為 分解開始溫度以下。
5. 如權(quán)利要求1所述的成膜方法，其特征在于， 在所述清潔工序中，控制所述腔室內(nèi)的壓力，控制Cl2氣體的分解開始溫度。
6. 如權(quán)利要求1所述的成膜方法，其特征在于， 在所述清潔工序中，根據(jù)所述清潔對象部位的溫度，控制所述腔室內(nèi)的壓力，使Cl2氣體的分解開始溫度為規(guī)定的溫度。
7. 如權(quán)利要求1所述的成膜方法，其特征在于， 在所述清潔工序中，通過使清潔氣體等離子體化，輔助所述腔室壁部的清潔。
8. 如權(quán)利要求7所述的成膜方法，其特征在于， 所述清潔氣體的等離子體化利用遠(yuǎn)程等離子體進(jìn)行。
9. 如權(quán)利要求1所述的成膜方法，其特征在于， 所述清潔氣體還包含還原劑。
10. 如權(quán)利要求1所述的成膜方法，其特征在于， 所述清潔氣體還包含C1F3氣體。
11. 如權(quán)利要求1所述的成膜方法，其特征在于，所述清潔工序，使清潔對象部位的溫度為成膜時的溫度附近的溫 度而進(jìn)行。
12. —種清潔方法，其特征在于，該清潔方法，在腔室內(nèi)的基板載置臺上載置被處理基板，對所述 腔室內(nèi)進(jìn)行排氣，并在將所述基板載置臺的溫度設(shè)定為規(guī)定溫度的狀 態(tài)下，從設(shè)置在腔室內(nèi)的氣體噴出部件噴出包含氯化金屬化合物氣體 的處理氣體，在所述基板載置臺上的被處理體表面上形成金屬膜或金 屬化合物膜后，對所述腔室內(nèi)進(jìn)行清潔，該清潔方法，使用包含Cl2氣體的清潔氣體，在所述腔室內(nèi)不存在 被處理基板的狀態(tài)下，分別獨(dú)立地控制所述基板載置臺的溫度、所述 噴出部件的溫度和所述腔室壁部的溫度，使清潔對象部位的溫度為Cl2 氣體的分解開始溫度以上，并且使非清潔對象部位的溫度低于分解開 始溫度，同時向所述腔室內(nèi)導(dǎo)入清潔氣體。
13. 如權(quán)利要求12所述的清潔方法，其特征在于， 所述氯化金屬化合物氣體為TiCU氣體，所述金屬為Ti。
14. 如權(quán)利要求12所述的清潔方法，其特征在于， 控制所述腔室內(nèi)的壓力，控制Cl2氣體的分解開始溫度。
15. 如權(quán)利要求12所述的清潔方法，其特征在于， 根據(jù)所述清潔對象部位的溫度，控制所述腔室內(nèi)的壓力，使Cl2氣體的分解開始溫度為規(guī)定的溫度。
16. 如權(quán)利要求12所述的清潔方法，其特征在于， 通過使所述清潔氣體等離子體化，輔助所述腔室壁部的清潔。
17. 如權(quán)利要求16所述的清潔方法，其特征在于， 所述清潔氣體的等離子體化利用遠(yuǎn)程等離子體進(jìn)行。
18. 如權(quán)利要求12所述的清潔方法，其特征在于， 所述清潔氣體還包含還原劑。
19. 如權(quán)利要求12所述的清潔方法，其特征在于， 所述清潔氣體還包含C1F3氣體。
20. 如權(quán)利要求12所述的清潔方法，其特征在于， 使清潔對象部位的溫度為成膜時的溫度附近的溫度。
21. —種成膜裝置，其在被處理基板的表面上形成金屬膜或金屬化 合物膜，該成膜裝置的特征在于，具有腔室，收容被處理基板；基板載置臺，在所述腔室內(nèi)載置被處理基板；處理氣體供給機(jī)構(gòu)，將包含氯化金屬化合物氣體的處理氣體供給 至所述腔室內(nèi)；清潔氣體供給機(jī)構(gòu)，將包含Cl2氣體的清潔氣體供給至所述腔室內(nèi)；氣體噴出機(jī)構(gòu)，設(shè)置在所述腔室內(nèi)，將所述處理氣體和所述清潔 氣體噴出至所述腔室內(nèi)；排氣機(jī)構(gòu)，對所述腔室內(nèi)進(jìn)行排氣；加熱機(jī)構(gòu)，分別獨(dú)立地加熱所述基板載置臺、所述氣體噴出部件、 所述腔室的壁部；和控制機(jī)構(gòu)，在供給所述清潔氣體時，分別獨(dú)立地控制所述基板載 置臺的溫度、所述噴出部件的溫度和所述腔室壁部的溫度，使清潔對 象部位的溫度為Cl/氣體的分解開始溫度以上，并且使非清潔對象部位 的溫度低于分解開始溫度。
22. 如權(quán)利要求21所述成膜裝置，其特征在于， 所述處理氣體供給機(jī)構(gòu)供給TiCU氣體作為所述氯化金屬化合物氣體，形成Ti膜或Ti化合物膜。
23. 如權(quán)利要求21所述的成膜裝置，其特征在于，所述控制機(jī)構(gòu)控制所述腔室內(nèi)的壓力，控制Cl2氣體的分解開始溫度。
24. 如權(quán)利要求21所述的成膜裝置，其特征在于， 所述控制機(jī)構(gòu)根據(jù)所述清潔對象部位的溫度，控制所述腔室內(nèi)的H;:力，使Cl2氣體的分解開始溫度為規(guī)定的溫度。
25. 如權(quán)利要求21所述的成膜裝置，其特征在于， 還具有使所述處理氣體等離子體化的等離子體生成機(jī)構(gòu)。
26. 如權(quán)利要求21所述的成膜裝置，其特征在于， 還具有使所述清潔氣體等離子體化、輔助清潔的等離子體化機(jī)構(gòu)。
27. 如權(quán)利要求26所述的成膜裝置，其特征在于， 所述等離子體化機(jī)構(gòu)具有遠(yuǎn)程等離子體源。
28. 如權(quán)利要求21所述的成膜裝置，其特征在于， 所述清潔對象部位由Al化合物或者Ni或Ni化合物構(gòu)成。
29. 如權(quán)利要求21所述的成膜裝置，其特征在于， 所述清潔氣體供給機(jī)構(gòu)供給還包含還原劑的清潔氣體。
30. 如權(quán)利要求21所述的成膜裝置，其特征在于， 所述清潔氣體供給機(jī)構(gòu)供給還包含C1F3氣體的清潔氣體。
31. 如權(quán)利要求21所述的成膜裝置，其特征在于， 所述控制機(jī)構(gòu)將清潔對象部位的溫度控制在成膜時的溫度附近的溫度。
32. —種存儲介質(zhì)，存儲有用于在計算機(jī)上動作、控制成膜裝置的 程序，其特征在于，所述程序執(zhí)行時，使計算機(jī)控制所述成膜裝置，使得進(jìn)行成膜方 法，該成膜方法包括在腔室內(nèi)的基板載置臺上載置被處理基板，對所述腔室內(nèi)進(jìn)行排 氣，并在將所述基板載置臺的溫度設(shè)定為規(guī)定溫度的狀態(tài)下，從設(shè)置 在所述腔室內(nèi)的氣體噴出部件噴出包含氯化金屬化合物氣體的處理氣 體，利用CVD在被處理體的表面上形成金屬膜或金屬化合物膜的工序； 禾口在所述腔室內(nèi)不存在被處理基板的狀態(tài)下，從所述氣體噴出部件 向所述腔室內(nèi)噴出包含Cl/氣體的清潔氣體，對所述腔室內(nèi)進(jìn)行清潔的 工序，所述清潔工序分別獨(dú)立地控制所述基板載置臺的溫度、所述噴出 部件的溫度和所述腔室壁部的溫度，使清潔對象部位的溫度為Cl2氣體 的分解開始溫度以上，并且使非清潔對象部位的溫度低于分解開始溫度。
全文摘要
將腔室(1)內(nèi)的基座(2)的溫度設(shè)定為規(guī)定溫度，并供給處理氣體，對規(guī)定塊數(shù)的晶片(W)形成Ti系膜，然后，在腔室(1)內(nèi)不存在晶片(W)的狀態(tài)下，從噴淋頭(10)向腔室(1)內(nèi)噴出Cl₂氣體作為清潔氣體，對腔室(1)內(nèi)進(jìn)行清潔，此時分別獨(dú)立地控制基座(2)、噴淋頭(10)和腔室(1)壁部的溫度，使基座(2)的溫度為Cl₂氣體的分解開始溫度以上，并且使噴淋頭(10)和腔室(1)壁部的溫度為分解開始溫度以下。
文檔編號C23C16/44GK101490307SQ200780026409
公開日2009年7月22日 申請日期2007年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月11日
發(fā)明者小泉正樹, 小泉雅人, 村上誠志, 蘆澤宏明 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社