CN113206001A - 半导体装置的制造方法、记录介质和基板处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体装置的制造方法、记录介质和基板处理装置，能够抑制处理室内因膜剥落而产生颗粒。本发明的半导体装置的制造方法包括：(a)将形成有氧化膜的基板搬入形成有含金属膜的处理室内的工序，(b)向处理室内供给含有14族元素和氢的气体或含氧气体的至少一种的工序，和(c)在(b)工序后在基板上形成含金属膜的工序。

Description

半导体装置的制造方法、记录介质和基板处理装置
技术领域
本公开涉及半导体装置的制造方法、记录介质和基板处理装置。
背景技术
作为具有三维结构的NAND型闪存、DRAM的行地址线路(wordline)，例如使用低电阻的钨(W)膜。此外，在该W膜和绝缘膜之间有时设置例如氮化钛(TiN)膜来作为障壁膜(例如，参照专利文献1和专利文献2)。TiN膜具有提高W膜和绝缘膜的密合性的作用，有时在该TiN膜上形成用于W膜生长的成核膜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-66263号公报
专利文献2：国际公开第2019/058608号小册子
发明内容
发明要解决的课题
但是，这样的成核膜也会形成在处理室内的内壁、伪基板(dummy substrate)等上，如果累积膜厚变厚，则会作为大晶粒而异常生长，有时产生膜剥落。
本公开的目的在于，提供一种技术，能够抑制在处理室内因膜剥落而引起的颗粒的产生。
解决课题的方法
根据本公开的一方面，提供一种半导体装置的制造方法，包括(a)将形成有氧化膜的基板搬入形成有含金属膜的处理室内的工序、(b)向上述处理室内供给含有14族元素和氢的气体或含氧气体的至少一方的工序和(c)在(b)工序后在上述基板上形成上述含金属膜的工序。
发明效果
根据本公开，能够抑制处理室内因膜剥落而引起的颗粒的产生。
附图说明
图1是显示本公开的一实施方式中的基板处理装置的纵型处理炉的概略的纵截面图。
图2是图1中的A-A线概略横截面图。
图3是本公开的一实施方式中的基板处理装置的控制器的概略构成图，是用框图来显示控制器的控制***的图。
图4是显示本公开的一实施方式中的成膜阶段的图。
图5是显示本公开的一实施方式中的成膜阶段的变形例的图。
图6是显示对比较例和实施例中在伪基板上形成的TiN膜的表面粗糙度进行比较的图。
符号说明
10：基板处理装置，121：控制器，200：晶圆(基板)，201：处理室。
具体实施方式
以下，参照图1～4来进行说明。
(1)基板处理装置的构成
基板处理装置10具有设置了作为加热设备(加热机构、加热***)的加热器207的处理炉202。加热器207为圆筒形状，由作为保持板的加热器基座(未图示)支撑而垂直安装。
在加热器207的内侧与加热器207同心圆状地设置构成反应管(反应容器、处理容器)的外管203。外管203由例如石英(SiO2)、碳化硅(SiC)等耐热性材料构成，形成为上端闭塞下端开口的圆筒形状。在外管203的下方与外管203同心圆状地配设集管(入口法兰)209。集管209由例如不锈钢(SUS)等金属构成，形成为上端和下端均开口的圆筒形状。在集管209的上端部和外管203之间设置作为密封构件的O型圈220a。集管209由加热器基座支撑，使得外管203成为垂直安装的状态。
在外管203的内侧配设构成反应容器的内管204。内管204由例如石英、SiC等耐热性材料构成，形成为上端闭塞下端开口的圆筒形状。处理容器(反应容器)主要由外管203、内管204和集管209构成。在处理容器的筒中空部(内管204的内侧)形成处理室201。
处理室201构成为能够由后述的晶圆盒217以水平姿态以在竖直方向多段排列的状态容纳作为基板的晶圆200。
在处理室201内设置喷嘴410,420,430以贯通集管209的侧壁和内管204。喷嘴410,420,430分别与气体供给管310,320,330连接。但本实施方式的处理炉202不限于上述方式。
在气体供给管310,320,330中，从上游侧开始依次分别设置作为流量控制器(流量控制部)的质量流量控制器(MFC)312,322,332。此外，在气体供给管310,320,330中分别设置作为开关阀的阀门314,324,334。在气体供给管310,320,330的阀门314,324,334的下游侧分别与供给非活性气体的气体供给管510,520,530连接。在气体供给管510,520,530中，从上游侧开始依次分别设置作为流量控制器(流量控制部)的MFC512,522,532和作为开关阀的阀门514,524,534。
气体供给管310,320,330的前端部分别与喷嘴410,420,430连结而连接。喷嘴410,420,430构成为L字型的喷嘴，其水平部设置为贯通集管209的侧壁和内管204。喷嘴410,420,430的垂直部设置在形成为在内管204的径方向向外突出且在竖直方向上延伸的通道形状(沟槽形状)的预备室201a的内部，在预备室201a内设置为沿着内管204的内壁向着上方(晶圆200的排列方向的上方)。
喷嘴410,420,430设置为从处理室201的下部区域延伸至处理室201的上部区域，在与晶圆200相对的位置分别设置多个气体供给孔410a,420a,430a。由此，从喷嘴410,420,430的气体供给孔410a,420a,430a分别向晶圆200供给处理气体。该气体供给孔410a,420a,430a从内管204的下部直至上部设置多个，分别具有相同的开口面积，进而以相同的开口间距来设置。但是，气体供给孔410a,420a,430a不限于上述方式。例如，也可以从内管204的下部向着上部开口面积渐渐增大。由此，从气体供给孔410a,420a,430a供给的气体的流量能够更均匀化。
喷嘴410,420,430的气体供给孔410a,420a,430a在从后述的晶圆盒217的下部直至上部的高度位置设置多个。因此，从喷嘴410,420,430的气体供给孔410a,420a,430a供给至处理室201内的处理气体对从晶圆盒217的下部至上部所容纳的全部晶圆200进行供给。喷嘴410,420,430只要设置为从处理室201的下部区域延伸至上部区域即可，但优选设置为延伸至晶圆盒217的顶部附近。
从气体供给管310经由MFC312、阀门314、喷嘴410将作为处理气体的含有金属元素的原料气体(含金属气体)供给至处理室201内。作为原料，使用作为例如含有作为金属元素的钛(Ti)的卤系原料(卤化物、卤系钛原料)的四氯化钛(TiCl4)。
从气体供给管320经由MFC322、阀门324、喷嘴420将作为处理气体的含有14族元素和氢(H)的气体供给至处理室201内。作为含有14族元素和H的气体，可以使用例如作为硅烷系气体的、作为含有硅(Si)和H的气体的单硅烷(SiH4)气体。
从气体供给管330经由MFC332、阀门334、喷嘴430将作为处理气体的与含金属气体反应的反应气体供给至处理室201内。作为反应气体，可以使用作为例如含有氮(N)的含N气体的例如氨(NH3)气体。
从气体供给管510,520,530分别经由MFC512,522,532、阀门514,524,534、喷嘴410,420,430将作为非活性气体的例如氮(N2)气体供给至处理室201内。以下，对使用N2气体作为非活性气体的例子进行说明，但作为非活性气体，除了N2气体之外，还可以使用例如，氩(Ar)气体、氦(He)气体、氖(Ne)气体、氙(Xe)气体等惰性气体。
处理气体供给***主要由气体供给管310,320,330、MFC312,322,332、阀门314,324,334、喷嘴410,420,430构成，也可以考虑仅将喷嘴410,420,430作为处理气体供给***。处理气体供给***可以简称为气体供给***。在从气体供给管310流入原料气体时，原料气体供给***主要由气体供给管310、MFC312、阀门314构成，也可以考虑将喷嘴410纳入原料气体供给***。此外，在从气体供给管320流入硅烷系气体时，硅烷系气体供给***主要由气体供给管320、MFC322、阀门324构成，但也可以考虑将喷嘴420纳入硅烷系气体供给***。此外，在从气体供给管330流入反应气体时，反应气体供给***主要由气体供给管330、MFC332、阀门334构成，也可以考虑将喷嘴430纳入反应气体供给***。在从气体供给管330供给作为反应气体的含氮气体时，也可将反应气体供给***称为含氮气体供给***。此外，非活性气体供给***主要由气体供给管510,520,530、MFC512,522,532、阀门514,524,534构成。
本实施方式中的气体供给的方法中，经由在由内管204的内壁和多枚晶圆200的端部所定义的圆环状的竖长空间内的预备室201a内配置的喷嘴410,420,430来搬送气体。而且，从在喷嘴410,420,430与晶圆相对的位置设置的多个气体供给孔410a,420a,430a向内管204内喷出气体。更详细而言，通过喷嘴410的气体供给孔410a、喷嘴420的气体供给孔420a、喷嘴430的气体供给孔430a向着与晶圆200的表面平行方向喷出原料气体等。
排气孔(排气口)204a是在内管204的侧壁与喷嘴410,420,430相对的位置形成的贯通孔，例如，是在竖直方向细长地开设的狭缝状贯通孔。从喷嘴410,420,430的气体供给孔410a,420a,430a供给至处理室201内的、流过晶圆200的表面上的气体经由排气孔204a流过在内管204和外管203之间形成的间隙(排气路206内)。然后，流向排气路206内的气体流入排气管231内，排出至处理炉202外。
排气孔204a设置在与多个晶圆200相对的位置，从气体供给孔410a,420a,430a供给至处理室201内的晶圆200附近的气体向着水平方向流动后，经由排气孔204a流向排气路206内。排气孔204a不限于构成为狭缝状的贯通孔的情形，也可以由多个孔构成。
在集管209上设置对处理室201内的气氛进行排气的排气管231。排气管231中，从上游侧开始依次与作为检测处理室201内压力的压力检测器(压力检测部)的压力传感器245、APC(Auto Pressure Controller，压力自动调节器)阀门243、作为真空排气装置的真空泵246连接。APC阀门243通过在真空泵246工作的状态下开关阀从而能够对处理室201内进行真空排气和停止真空排气，进而通过在真空泵246工作的状态下调节阀开度从而能够调整处理室201内的压力。排气***主要由排气孔204a、排气路206、排气管231、APC阀门243和压力传感器245构成。也可以考虑将真空泵246纳入排气***。
在集管209的下方，设置能够将集管209的下端开口气密地闭塞的作为炉口盖体的密封帽219。密封帽219构成为从竖直方向下侧与集管209的下端抵接。密封帽219例如由SUS等金属材料构成，形成为圆盘状。在密封帽219的上表面，设置与集管209的下端抵接的作为密封构件的O型圈220b。在密封帽219的与处理室201的相反侧设置使容纳晶圆200的晶圆盒217旋转的旋转机构267。旋转机构267的旋转轴255贯通密封帽219而与晶圆盒217连接。旋转机构267构成为通过使晶圆盒217旋转而使晶圆200旋转。密封帽219构成为借助在外管203的外部垂直地设置的作为升降机构的晶圆盒升降机115而在竖直方向升降。晶圆盒升降机115构成为通过使密封帽219升降而能将晶圆盒217搬入处理室201内和搬出处理室201外。晶圆盒升降机115构成为将晶圆盒217和晶圆盒217中容纳的晶圆200搬送到处理室201内外的搬送装置(搬送机构、搬送***)。
作为基板支撑具的晶圆盒217构成为能够将多枚(例如25～200枚)晶圆200以水平姿态且相互中心对齐的状态在竖直方向上隔着间隔而排列。晶圆盒217由例如由石英、SiC等耐热性材料构成。在晶圆盒217的下部，以水平姿态多段(未图示)地支撑例如由石英、SiC等耐热性材料构成的隔热板218。通过这样的构成，使得来自加热器207的热难以传导至密封帽219侧。但本实施方式不限于上述方式。例如，也可以不在晶圆盒217下部设置隔热板218，而设置作为由石英、SiC等耐热性材料构成的筒状构件而构成的隔热筒。
如图2所示，构成为：在内管204内设置作为温度检测器的温度传感器263，基于由温度传感器263检测的温度信息调整对加热器207的通电量，使得处理室201内的温度达到所希望的温度分布。温度传感器263与喷嘴410,420,430同样构成为L字型，沿着内管204的内壁设置。
如图3所示，作为控制部(控制设备)的控制器121构成为具有CPU(CentralProcessing Unit，中央处理器)121a、RAM(Random Access Memory，随机储存器)121b、存储装置121c、I/O接口121d的计算机。RAM121b、存储装置121c、I/O接口121d构成为能够经由内部总线与CPU121a进行数据交换。控制器121与例如作为触摸面板等而构成的输入输出装置122连接。
存储装置121c例如由闪存、HDD(Hard Disk Drive，硬盘驱动器)等构成。在存储装置121c内储存着控制基板处理装置的动作的控制程序，记载了后述的半导体装置的制造方法的过程、条件等的制程配方等，并能够读出。制程配方是将后述的半导体装置的制造方法中的各工序(各步骤)进行组合以使得由控制器121来执行并得到预定结果，作为程序来发挥功能。以下，将这些制程配方、控制程序等简单地总称为程序。本说明书中在使用“程序”这样的术语时，包括仅为单独制程配方的情形，包括仅为单独控制程序的情形，也包括制程配方和控制程序的组合的情形。RAM121b构成为将由CPU121a读出的程序、数据等临时保存的存储区域(工作区域)。
I/O接口121d与上述的MFC312,322,332,512,522,532、阀门314,324,334,514,524,534、压力传感器245、APC阀门243、真空泵246、加热器207、温度传感器263、旋转机构267、晶圆盒升降机115等连接。
CPU121a构成为从存储装置121c读出控制程序并执行，同时对应来自输入输出装置122的操作指令的输入等，从存储装置121c读出配方等。CPU121a构成为按照读出的配方的内容，控制由MFC312,322,332,512,522,532进行的各种气体的流量调整动作、阀门314,324,334,514,524,534的开关动作、APC阀门243的开关动作和由APC阀门243进行的基于压力传感器245的压力调整动作、基于温度传感器263的加热器207的温度调整动作、真空泵246的起动和停止、由旋转机构267进行的晶圆盒217的旋转和旋转速度调节动作、由晶圆盒升降机115进行的晶圆盒217的升降动作、向晶圆盒217容纳晶圆200的动作等。
控制器121可以通过将存储在外部存储装置(例如，磁带、软盘、硬盘等磁盘、CD、DVD等光盘、MO等光磁盘、USB存储器、存储卡等半导体存储器)123中的上述程序安装到计算机中来构成。存储装置121c、外部存储装置123构成为能够由计算机读取的记录介质。以下，也将这些简单地总称为记录介质。本说明书中，记录介质包括仅为单独的存储装置121c的情形，包括仅为单独的外部存储装置123的情形，或者包括其二者的情形。向计算机提供程序，可以不使用外部存储装置123，还可以利用互联网、专线通信方式来进行。
(2)基板处理工序
作为半导体装置(设备)的制造工序的一工序，对于在形成绝缘膜且形成有氧化膜的晶圆200上形成TiN膜的工序的一例，使用图4进行说明。形成TiN膜的工序使用上述的基板处理装置10的处理炉202来执行。通过在处理炉202内至少进行一次后述的成膜工序，在处理室201内形成TiN膜。以下的说明中，由控制器121控制构成基板处理装置10的各部的动作。本工序中制造的制品晶圆例如是用作半导体设备的浅槽隔离(STI)的、在Si基板上形成的沟槽中形成SiO2膜并在SiO2膜上埋入TiN膜的晶圆。需说明的是，TiN膜用作栅极电极。
本实施方式的基板处理工序(半导体装置的制造工序)中包括(a)将形成了作为氧化膜的氧化硅(SiO2)膜的晶圆200搬入形成了作为含金属膜的TiN膜的处理室201内的工序、(b)向处理室201内供给作为含有14族元素和H的气体的硅烷系气体或作为含氧(O)气体的O2气体的至少一方的工序和(c)在(b)工序后，在晶圆200上形成作为含金属膜的TiN膜的工序。
(b)工序中，在处理炉202内，在处理室201内的壁、用作隔热板218的伪基板等上形成含有14族元素的膜或氧化膜。
(c)工序中，通过交替反复进行向晶圆200供给作为含金属气体的TiCl4气体的工序和供给作为反应气体的NH3气体的工序，在晶圆200上形成作为含金属膜的TiN膜。
在此，在晶圆上形成TiN膜时，也会在处理室201内的壁、伪基板等上形成成核膜。并且，如果在处理室201内的壁等上形成的膜的累积膜厚增厚，则会异常生长为大晶粒，会发生膜剥落，成为产生颗粒的要因。本实施方式中，将形成有氧化膜的晶圆200搬入形成有TiN膜的处理室201内，在处理室201内进行形成TiN膜的工序之前，进行作为后述的处置工序的供给含有14族元素和H的气体的工序或供给含O气体的工序。由此，能够使在处理室201内的壁、伪基板等上形成的TiN膜的晶粒被分割，抑制膜剥落的发生。即，对在处理室201内的壁、伪基板等上形成的TiN膜表面进行氮硅化钛(TiSiN)化或氧化(氧氮化钛(TiNO)化、氧化钛(TiO)化)，形成将晶粒分割的晶粒分割膜。即，能够停止在处理室201内的壁、伪基板等形成的TiN膜的成核膜的生长，使之平坦化并抑制膜剥落的产生。需说明的是，在进行处置工序时，由于将形成有SiO2膜的晶圆搬入处理室201内，因而不会对晶圆200产生影响。即，能够仅对在处理室201内的壁、伪基板等上形成的TiN膜的晶粒进行选择性的分割，仅在处理室201内的壁、伪基板等上所形成的TiN膜的表面上形成晶粒分割膜。
本说明书中，在使用“晶圆”这样的术语时，包括意味着“晶圆自身”的情形、意味着“晶圆与在其表面形成的预定的层、膜等的层叠体”的情形。本说明书中，在使用“晶圆表面”的术语时，包括意味着“晶圆自身的表面”的情形、意味着“在晶圆上形成的预定的层、膜的表面”的情形。本说明书中，在使用“基板”这样的术语时与使用“晶圆”这样的术语时的情形意思相同。
(晶圆搬入)
将多枚形成有氧化膜的晶圆200装填于晶圆盒217(晶圆装载)后，如图1所示，将支撑着多枚晶圆200的晶圆盒217由晶圆盒升降机115抬升，搬入形成有TiN膜的处理室201内(晶圆盒搭载)。在此状态下，成为密封帽219经由O型圈220将外管203的下端开口闭塞的状态。
(压力调整和温度调整)
由真空泵246进行真空排气使得处理室201内，即晶圆200所处的空间达到所希望的压力(真空度)。这时，处理室201内的压力由压力传感器245测定，基于该测定的压力信息对APC阀门243进行反馈控制(压力调整)。真空泵246至少在直至对晶圆200的处理结束的期间维持一直工作的状态。此外，由加热器207进行加热使得处理室201达到所希望的温度。这时，基于温度传感器263检测的温度信息对加热器207的通电量进行反馈控制，使得处理室201内达到所希望的温度分布(温度调整)。由加热器207对处理室201内的进行加热至少在对晶圆200的处理结束前的期间持续进行。
[处置工序](供给SiH4气体)
打开阀门324，在气体供给管320内流入作为硅烷系气体的SiH4气体以作为含有14族元素和H的气体。SiH4气体由MFC322调整流量，从喷嘴420的气体供给孔420a供给至处理室201内，从排气管231进行排气。这时，向晶圆200供给SiH4气体。与此同时，打开阀门524，在气体供给管520内流入N2气体等非活性气体。在气体供给管520内流动的N2气体由MFC522调整流量，与SiH4气体一起供给至处理室201内，从排气管231进行排气。此时，关闭阀门514,534，停止从喷嘴410,430供给N2气体。
此时，使APC阀门243全开(完全打开)。由MFC322控制的SiH4气体的供给流量例如为0.1～10slm范围内的流量，例如设定为2slm的流量。由MFC522控制的N2气体的供给流量例如为0.1～20slm范围内的流量。需说明的是，本工序中的处理室201内的压力设定为比后述的成膜工序中的处理室201内的压力低。此外，本工序中供给的气体的流量设定为比后述的成膜工序中供给的气体的流量少。由此，能够使SiH4气体遍及整个处理室201内，能够不对作为制品晶圆的晶圆200产生影响而仅对在处理室201内的壁等形成的TiN膜选择性地施加处置。
此时，加热器207的温度设定为使得晶圆200的温度稳定地保持例如350～500℃范围内的温度。需说明的是，本工序中的温度设定为比后述的成膜工序中的温度高。本工序中的温度优选为500℃以下。这是因为如果本工序中的温度高于500℃，则孕育时间变短，会在晶圆200上形成Si膜。
此时在处理室201内流动的气体是SiH4气体。通过供给SiH4气体，使得在处理室201内的壁等的TiN膜的表面形成作为结晶层分割膜的氮硅化钛(TiSiN)膜，使得TiN膜表面平坦化。SiH4气体的供给时间在晶圆200上不形成Si膜的时间，即孕育时间内，例如为3～5分钟的程度。
[吹扫工序](除去残留气体)
从开始供给SiH4气体起经过3～5分钟后，关闭阀门324，停止供给SiH4气体。此时，维持排气管231的APC阀门243打开的状态，由真空泵246对处理室201内进行真空排气，将处理室201内残留的未反应SiH4气体或者贡献于TiSiN膜形成后的SiH4气体从处理室201内排除。此时，维持阀门524打开的状态，打开阀门514,534，开始向处理室201内供给N2气体。N2气体作为吹扫气体来发挥作用，能够提高将处理室201内残留的未反应SiH4气体或者贡献于TiSiN膜形成后的SiH4气体从处理室201内排除的效果。
[成膜工序](供给TiCl4气体，第一步骤)
打开阀门314，在气体供给管310内流入作为原料气体的TiCl4气体。TiCl4气体由MFC312调整流量，从喷嘴410的气体供给孔410a供给至处理室201内，从排气管231进行排气。此时，向晶圆200供给TiCl4气体。与此同时，打开阀门514，在气体供给管510内流入N2气体等非活性气体。在气体供给管510内流动的N2气体由MFC512调整流量，与TiCl4气体一起供给至处理室201内，从排气管231进行排气。此时，为了防止TiCl4气体侵入至喷嘴420,430内，打开阀门524,534，在气体供给管520,530内流入N2气体。N2气体经由气体供给管320,330、喷嘴420,430供给至处理室201内，从排气管231进行排气。
此时，调整APC阀门243，使得处理室201内的压力为例如1～3990Pa范围内的压力，例如为1000Pa。由MFC312控制的TiCl4气体的供给流量例如为0.1～2.0slm范围内的流量。由MFC512,522,532控制的N2气体的供给流量分别为例如0.1～20slm范围内的流量。需说明的是，本工序中的处理室201内的压力设定为比上述处置工序中的处理室201内的压力高。此外，本工序中供给的气体的流量设定为比上述处置工序中供给的气体的流量多。此时的加热器207的温度设定为使晶圆200的温度达到例如300～500℃范围内的温度例如475℃的温度。
此时在处理室201内流动的气体仅为TiCl4气体和N2气体。通过供给TiCl4气体，在形成有氧化膜的晶圆200(表面的基底膜)上形成含Ti层。含Ti层可以是含有Cl的Ti层，也可以是TiCl4的吸附层，还可以包括这二者。
(除去残留气体，第二步骤)
从开始供给TiCl4气体经过预定时间后，例如0.01～10秒后，关闭阀门314，停止供给TiCl4气体。此时，维持排气管231的APC阀门243打开的状态，由真空泵246对处理室201内进行真空排气，将处理室201内残留的未反应TiCl4气体或者贡献于含Ti层形成后的TiCl4气体从处理室201内排除。此时，维持阀门514,524,534打开的状态，维持向处理室201内供给N2气体。N2气体作为吹扫气体来发挥作用，能够提高将处理室201内残留的未反应TiCl4气体或者贡献于含Ti层形成后的TiCl4气体从处理室201内排除的效果。
(供给NH3气体，第三步骤)
在将处理室201内的残留气体除去后，打开阀门334，在气体供给管330内流入作为反应气体的NH3气体。NH3气体由MFC332调整流量，从喷嘴430的气体供给孔430a供给至处理室201内，从排气管231进行排气。此时，向向晶圆200供给NH3气体。与此同时，打开阀门534，在气体供给管530内流入N2气体。在气体供给管530内流动的N2气体由MFC532调整流量。N2气体与NH3气体一起供给至处理室201内，从排气管231进行排气。此时，为了防止NH3气体侵入至喷嘴410,420内，打开阀门514,524，在气体供给管510,520内流入N2气体。N2气体经由气体供给管310,320、喷嘴410,420供给至处理室201内，从排气管231进行排气。
此时，调整APC阀门243，使得处理室201内的压力为例如1～3990Pa范围内的压力，例如为1000Pa。由MFC332控制的NH3气体的供给流量例如设为0.1～30slm范围内的流量。由MFC512,522,532控制的N2气体的供给流量分别设为例如0.1～30slm范围内的流量。向晶圆200供给NH3气体的例如设为0.01～30秒范围内的时间。此时的加热器207温度设定为与供给TiCl4气体步骤同样的温度。
此时在处理室201内流动的气体仅为NH3气体和N2气体。NH3气体与第一步骤中在晶圆200上形成的含Ti层的至少一部分发生置换反应。在进行置换反应时，含Ti层中所含的Ti和NH3气体中所含的N结合，在形成有氧化膜的晶圆200上形成TiN层。
(除去残留气体，第四步骤)
在形成TiN层后，关闭阀门334，停止供给NH3气体。然后，按照与上述的除去残留气体同样的处理过程，将处理室201内残留的未反应NH3气体或者贡献于TiN层的形成后的NH3气体、反应副生成物从处理室201内排除。
(实施预定次数)
通过将依次进行上述第一步骤～第四步骤的循环进行预定次数(n次)，在形成有氧化膜的晶圆200上形成预定厚度的TiN膜。
(后吹扫和大气压复原)
分别从气体供给管510,520,530向处理室201内供给N2气体，从排气管231进行排气。N2气体作为吹扫气体来发挥作用，由此，由非活性气体对处理室201内进行吹扫，将处理室201内残留的气体、副生成物从处理室201内除去(后吹扫)。然后，将处理室201内的气氛置换为非活性气体(非活性气体置换)，使处理室201内的压力复原为常压(大气压复原)。
(晶圆搬出)
然后，由晶圆盒升降机115使密封帽219降下，打开外管203的下端。然后，将处理后的晶圆200以由晶圆盒217支撑的状态从外管203的下端搬出到外管203的外部(晶圆盒拆卸)。然后，将处理后的晶圆200从晶圆盒217中取出(晶圆卸载)。
(3)本实施方式的效果
根据本实施方式，在形成有氧化膜的晶圆200上形成预定膜厚(例如
Figure BDA0002924498290000131
)的TiN膜之前，使处理室201内的壁等的TiN膜表面TiSiN化，进行作为含有14族元素的膜的TiSiN膜(晶粒分割膜)的形成。TiSiN膜是非晶膜，通过TiSiN膜的形成，TiN膜的晶粒被分割，其结果是，成核膜的生长被停止(分割)。由此，能够抑制在处理室201内形成的TiN膜的膜剥落，使之不作为异物来附着在晶圆200上。即，能够抑制在处理室内(反应管内)因膜剥落而引起的颗粒的产生。此外，由于是在将搭载了晶圆200的晶圆盒217搬入处理室201内的状态进行处置工序，因此也能抑制在晶圆盒217、搭载于晶圆盒217的伪基板等上形成的TiN膜的膜剥落，提高生产量(throughput)。
(4)变形例
接下来，对上述实施方式的变形例进行详述。以下的实施方式中，仅详述与上述实施方式的不同点。
图5是显示上述实施方式涉及的成膜阶段的变形例的图。
本变形例中，在成膜工序之前进行的处置工序与上述实施方式不同。具体而言，使用上述基板处理装置10，代替在上述的实施方式的处置工序中的作为硅烷系气体的SiH4气体的供给，从气体供给管320进行作为含有氧(O)的含氧气体的O2气体的供给。
[处置工序](供给O2气体)
打开阀门324，在气体供给管320内流入作为含氧气体的O2气体。O2气体由MFC322调整流量，从喷嘴420的气体供给孔420a供给至处理室201内，从排气管231进行排气。这时，向晶圆200供给O2气体。与此同时，打开阀门524，在气体供给管520内流入N2气体等非活性气体。在气体供给管520内流动的N2气体由MFC522调整流量，与O2气体一起供给至处理室201内，从排气管231进行排气。此时，关闭阀门514,534，停止从喷嘴410,430供给N2气体。
此时，使APC阀门243全开(完全打开)。由MFC322控制的O2气体的供给流量例如为0.1～10slm范围内的流量，例如设定为2slm。由MFC522控制的N2气体的供给流量例如为0.1～20slm范围内的流量。需说明的是，本工序中的处理室201内的压力设定为比成膜工序中的处理室201内的压力低。此外，本工序中供给的气体的流量设定为比成膜工序中供给的气体的流量少。由此，能够使O2气体遍及整个处理室201内，能够不对制品晶圆200产生影响而仅对在处理室201内的壁等上形成的TiN膜选择性地施加处置。
此时，加热器207的温度设定为使得晶圆200的温度稳定地保持在例如350～500℃范围内的温度。需说明的是，本工序中的温度设定为比后述的成膜工序中的温度高。由于本工序中温度越高则反应性会变好，因而优选温度高。需说明的是，从缩短晶圆200的处理时间(提高制造生产量)的观点出发，优选本工序中的温度设定在与成膜工序中的温度接近的温度。温度差越小则越能缩短温度调整的时间，能够缩短处理时间。
此时，处理室201内流动的气体是O2气体。通过供给O2气体，处理室201内的壁等的TiN膜的表面被氧化，氧原子在膜中扩散，从而改变结晶性。由此，在处理室201内的壁等的TiN膜表面形成作为结晶层分割膜的氧氮化钛(TiNO)膜、氧化钛(TiO)膜，使TiN膜表面平坦化。
需说明的是，此时的压力可以被调节为比这样的压力更接近大气压的压力。通过接近大气压，能够提高O2气体分子与处理对象膜(在此为TiN膜)的接触概率，能够提高在处理对象膜的表面的氧吸附率。即，能够提高氧化处理的均匀性。
[吹扫工序](除去残留气体)
从开始供给O2气体后经过预定时间后，关闭阀门324，停止供给O2气体。此时，维持排气管231的APC阀门243打开的状态，由真空泵246对处理室201内进行真空排气，将处理室201内残留的未反应O2气体或者贡献于TiNO膜、TiO膜形成后的O2气体从处理室201内排除。此时，维持阀门524打开的状态，打开阀门514,534，开始向处理室201内供给N2气体。N2气体作为吹扫气体来发挥作用，能够提高将处理室201内残留的未反应O2气体或者贡献于TiNO膜、TiO膜形成后的O2气体从处理室201内排除的效果。
然后，进行上述成膜工序，在形成有氧化膜的晶圆200上形成TiN膜。
即，在形成有氧化膜的晶圆200上形成预定膜厚(例如
Figure BDA0002924498290000141
)的TiN膜之前，通过供给O2气体，使处理室201内的壁等的TiN膜的表面氧化，形成作为氧化膜的TiNO膜或TiO膜(晶粒分割膜)。由此，TiN膜的晶粒被分割，其结果是，成核膜的生长被停止(分割)。由此，能够抑制在处理室201内形成的TiN膜的膜剥落，使之不作为异物附着在晶圆200上。即，能够抑制因处理室内的膜剥落而引起的颗粒的产生。
需说明的是，上述实施方式和变形例中，对于在形成有TiN膜来作为含金属膜的处理室内，在形成有氧化膜的晶圆上形成作为含金属膜的TiN膜的工序进行了说明，但本公开不限于此，在形成有钨(W)、钼(Mo)、铜(Cu)、钌(Ru)、氮化钼(MoN)等含金属膜的处理室内，在形成有氧化膜的晶圆上形成W膜、Mo膜、Cu膜、Ru膜、MoN膜等含金属膜时也能够很好地适用。
此外，上述实施方式和变形例中，对于在形成有作为氧化膜的SiO2膜的晶圆200上形成TiN膜的工序的一例进行了说明，但本公开不限于此，在形成有氧化铝(AlO)膜、氧化铪(HfO)膜等氧化膜的晶圆200上形成TiN膜时也能够很好地适用。
此外，上述实施方式和变形例中，作为在晶圆200上形成含金属膜的工序，对于交替地反复进行供给含金属气体的工序和供给反应气体的工序的例子进行了说明，但本公开不限于此，即使在通过仅供给含金属气体来形成含金属膜时，也能够很好地适用。
此外，上述实施方式中，在处置工序中以使用作为硅烷系气体的SiH4气体来作为含有14族元素和H的气体为例进行了说明，但本公开不限于此，可以使用二硅烷(Si2H6)、三硅烷(Si3H8)等硅烷系气体。由此，能够在处理室内的壁等上形成作为含有14族元素的膜的TiSiN膜。
此外，上述实施方式中，在处置工序中以使用作为含有14族元素和H的气体的硅烷系气体为例进行了说明，但本公开不限于此，作为含有14族元素和H的气体也可以适合使用锗烷系气体。作为锗烷系气体，可以使用作为含有锗(Ge)和H的气体的锗烷(GeH4)、二锗烷(Ge2H6)、三锗烷(Ge3H8)等的气体。由此，可以在处理室内的壁等上形成作为含有14族元素的膜的TiGeN膜。
需说明的是，上述变形例中，在处置工序中以使用作为含氧气体的O2气体为例进行了说明，但本公开不限于此，也能够适用于使用O3气体、NO气体、N2O气体等含氧气体的情况。
此外，上述实施方式和变形例中，使用在将形成有氧化膜的晶圆搬入形成有TiN膜的处理室内之后(晶圆盒搭载后)进行处置工序的情况进行了说明，但本公开不限于此，也可以在将形成有氧化膜的晶圆搬入形成有TiN膜的处理室内之前(晶圆盒搭载前)进行处置工序。即，即使不将晶圆盒217搬入处理室201内也进行处置工序时，也能够很好地适用。即，即使是在处理室内在处置工序后，将形成有氧化膜的晶圆搬入处理室内来进行成膜工序的情形，也能够很好地适用。进而，也可以在成膜工序后的晶圆盒拆卸后进行处置工序。
此外，上述实施方式和变形例中，使用在处置工序后进行成膜工序的情况进行了说明，但本公开不限于此，也可以在每次进行成膜工序时进行处置工序，交替反复进行成膜工序和处置工序。由此，可以每进行成膜工序时就使在处理室201内的壁等上形成的TiN膜的晶粒被分割。此外，也可以在进行预定次数的成膜工序后，进行处置工序。
此外，上述实施方式中，以使用一次性处理多枚基板的批量式纵型装置的基板处理装置进行成膜为例进行了说明，但本公开不限于此，即使是使用一次性处理1枚或数枚基板的单片式基板处理装置来进行成膜时，也能够很好地适用。
用于这些各种薄膜的形成的制程配方(记载着处理过程、处理条件等的程序)优选根据基板处理的内容(要形成的薄膜的膜种、组成比、膜质、膜厚、处理过程、处理条件等)分别单独准备(准备多个)。而且，优选在开始基板处理时，根据基板处理的内容从多个制程配方中适宜选择合适的制程配方。具体而言，优选将根据基板处理的内容单独准备的多个制程配方经由通信电路、记录有该制程配方的记录介质(外部存储装置123)预先储存(安装)在基板处理装置所具有的存储装置121c内。而且，优选在开始基板处理时，基板处理装置所具有的CPU121a从储存在存储装置121c内的多个制程配方中根据基板处理的内容适宜选择合适的制程配方。通过这样的构成，能够由1台基板处理装置通用地且再现性良好地形成各种膜种、组成比、膜质、膜厚的薄膜。此外，能够降低操作者的操作负担(输入处理过程、处理条件等的负担等)，避免操作失误，并能快速地开始基板处理。
此外，本公开也能够通过例如改变现有的基板处理装置的制程配方来实现。在改变制程配方时，可以将本公开涉及的制程配方经由通信电路、记录了该制程配方的记录介质安装于现有的基板处理装置，或者操作现有的基板处理装置的输入输出装置，将制程配方自身变更为本公开涉及的制程配方。
以上，对本公开的各种典型实施方式进行了说明，但本公开不限于这些实施方式，可以通过适当组合来应用。
(5)实施例
首先，使用上述的基板处理装置10，不进行上述的基板处理工序的图4、图5中的处置工序，在没有形成TiN膜的处理室201内在伪基板上形成
Figure BDA0002924498290000171
膜厚的TiN膜，使用原子力显微镜(Atomic Force Microscopy)观测在伪基板上形成的TiN膜的表面。如图6所示，伪基板上形成的TiN膜的表面的平方平均粗糙度(Rms)为1.62nm、最大高低差(Rmax)为25.7nm。然后，将形成有
Figure BDA0002924498290000172
膜厚的TiN膜的伪基板搬入形成有TiN膜的处理室201内，进行后述的比较例、实施例1和实施例2，使用原子力显微镜分别观测在伪基板上形成的TiN膜的表面。
比较例中，使用上述的基板处理装置10，将形成有
Figure BDA0002924498290000173
膜厚的TiN膜的伪基板直接搬入形成有TiN膜的处理室201内，不进行上述的图4、图5中的处置工序，在形成有TiN膜的伪基板上进一步形成
Figure BDA0002924498290000174
的TiN膜，使用原子力显微镜观测TiN膜的表面。
实施例1中，使用上述基板处理装置10，将形成有
Figure BDA0002924498290000175
膜厚的TiN膜的伪基板直接搬入形成有TiN膜的处理室201内，通过上述的图4的成膜阶段(作为处置工序，在成膜工序前供给SiH4气体)，在形成有TiN膜的伪基板上进一步形成
Figure BDA0002924498290000176
的TiN膜，使用原子力显微镜观测TiN膜的表面。
实施例2中，使用上述的基板处理装置10，将形成有
Figure BDA0002924498290000177
膜厚的TiN膜的伪基板直接搬入形成有TiN膜的处理室201内，通过上述的图5的成膜阶段(作为处置工序，在成膜工序前供给O2气体)，在形成有TiN膜的伪基板上进一步形成
Figure BDA0002924498290000178
的TiN膜，使用原子力显微镜观测TiN膜的表面。
如图6所示，比较例中的伪基板上的TiN膜的表面的平方平均粗糙度(Rms)为13.6nm，最大高低差(Rmax)为85.5nm。此外，实施例1中的伪基板上的TiN膜的表面的平方平均粗糙度(Rms)为2.16nm，最大高低差(Rmax)为22.9nm。此外，实施例2中的伪基板上的TiN膜的表面的平方平均粗糙度(Rms)为3.28nm，最大高低差(Rmax)为32.3nm。
根据比较例、实施例1和实施例2中的TiN膜的表面的评价结果，确认了比较例中的TiN膜的表面与在成膜工序前进行了处置工序的实施例1和实施例2相比，平方平均粗糙度增大，高低差也增大，TiN膜的生长速度快。
即，确认了在形成有TiN膜的处理室201内进行成膜工序时，通过在进行成膜工序前进行处置工序，与不进行处置工序的情形相比，TiN膜表面的平方平均粗糙度、最大高低差均变小，TiN膜的生长受到抑制。即，通过在进行成膜工序前进行处置工序，能够抑制在处理室201内的壁、伪基板等上形成的成核膜的生长。
此外，对于在形成有SiO2膜的晶圆上不进行上述的处置工序而形成TiN膜的情形、在作为处置工序进行了O2气体供给后形成TiN膜的情形、在作为处置工序进行了3分钟的SiH4气体供给后形成TiN膜的情形、在作为处置工序进行了5分钟的SiH4气体供给后形成TiN膜的情形和在作为处置工序进行了7分钟的SiH4气体供给后形成TiN膜的情形，使用二次离子质量分析(SIMS)分别评价了TiN膜中的深度方向上的Si分布。
任一种情形中，TiN膜的深度方向上的Si分布没有变化。即，在晶圆的TiN膜的深度方向上没有因处置工序产生组成变化等的影响，确认了在处理室201内的壁等上选择性地进行了处置工序。因此，确认了不会对制品晶圆产生影响，能够仅对在伪基板、处理室201内的壁等上成膜的TiN膜选择性地施加处置。

Claims (20)

1.一种半导体装置的制造方法，包括：
(a)将形成有氧化膜的基板搬入形成有含金属膜的处理室内的工序，
(b)向所述处理室内供给含有14族元素和氢的气体或含氧气体的至少一方的工序，和
(c)在(b)工序后在所述基板上形成所述含金属膜的工序。
2.如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，
在(b)中，供给所述含有14族元素和氢的气体，在所述处理室的壁上形成含有14族元素的膜。
3.如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，
所述含有14族元素和氢的气体含有SiH4、Si2H6、Si3H8中的至少任一种。
4.如权利要求2所述的半导体装置的制造方法，其中，
所述含有14族元素和氢的气体含有SiH4、Si2H6、Si3H8中的至少任一种。
5.如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，
所述含有14族元素和氢的气体含有GeH4、Ge2H6、Ge3H8中的至少一种。
6.如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，
在(b)中，供给含氧气体，将在所述处理室的壁上形成的所述含金属膜改性为金属氧化膜。
7.如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，
(b)中的所述处理室内的压力比(c)中的所述处理室内的压力低，
(b)中供给的气体的流量比(c)中供给的气体的流量少。
8.如权利要求2所述的半导体装置的制造方法，其中，
(b)中的所述处理室内的压力比(c)中的所述处理室内的压力低，
(b)中供给的气体的流量比(c)中供给的气体的流量少。
9.如权利要求3所述的半导体装置的制造方法，其中，
(b)中的所述处理室内的压力比(c)中的所述处理室内的压力低，
(b)中供给的气体的流量比(c)中供给的气体的流量少。
10.如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，
(b)中的所述处理室内的温度比(c)中的所述处理室内的温度高。
11.如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，
在(b)之后，进行(a)和(c)。
12.如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，
交替反复进行(b)和(c)。
13.如权利要求11所述的半导体装置的制造方法，其中，
交替反复进行(b)和(c)。
14.如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，
包括(d)向所述基板供给含金属气体的工序和(e)供给反应气体的工序，
在(c)中，交替反复进行(d)和(e)，在所述基板上形成含金属膜。
15.如权利要求11所述的半导体装置的制造方法，其中，
包括(d)向所述基板供给含金属气体的工序和(e)供给反应气体的工序，
在(c)中，交替反复进行(d)和(e)，在所述基板上形成含金属膜。
16.如权利要求12所述的半导体装置的制造方法，其中，
包括(d)向所述基板供给含金属气体的工序和(e)供给反应气体的工序，
在(c)中，交替反复进行(d)和(e)，在所述基板上形成含金属膜。
17.如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，
包括(f)在(a)和(b)之间对所述处理室内进行排气以达到所希望的压力，对所述处理室内进行加热以达到所希望的温度分布的工序。
18.如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，
在(c)中，形成氮化钛膜来作为所述含金属膜。
19.一种计算机可读的记录介质，其记录有通过计算机使基板处理装置执行如下过程的程序：
(a)将形成有氧化膜的基板搬入所述基板处理装置的形成有含金属膜的处理室内的过程，
(b)向所述处理室内供给含有14族元素和氢的气体或含氧气体的至少一方的过程，和
(c)在(b)之后，在所述基板上形成所述含金属膜的过程。
20.一种基板处理装置，具有
形成有含金属膜的处理室，
将基板搬入所述处理室内的搬送***，
向所述处理室内供给含有14族元素和氢的气体或含氧气体的至少一方或者含金属气体的气体供给***，
对所述处理室内进行排气的排气***，和
控制部，所述控制部构成为能够控制所述搬送***、所述气体供给***、所述排气***，使得(a)向所述处理室内搬入形成有氧化膜的基板，并在(b)向所述处理室内供给含有14族元素和氢的气体或含氧气体后，(c)在所述基板上形成所述含金属膜。
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