(57)【要約】【課題】ＣＶＤによりＴｉ膜を成膜する際に、より低抵抗でかつ抵抗のばらつきが小さいＴｉ膜を成膜することができ、プラズマダメージを小さくすることができるＴｉ膜の成膜方法を提供すること。【解決手段】チャンバ内にシリコンウエハを配置し、ＴｉＣｌ４ガスおよびＨ２ガスを含む処理ガスを導入しつつチャンバ内にプラズマを生成し、そのプラズマにより処理ガスの反応を促進してシリコンウエハ上にＴｉ膜を成膜するにあたり、チャンバ内にシリコンウエハが配置された状態でＴｉＣｌ４ガスを導入した後、チャンバ内にプラズマを生成する。【選択図】図３
2010111888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内に被処理基板を配置し、ＴｉＣｌ４ガスおよびＨ２ガスを含む処理ガスを導入しつつ前記チャンバ内にプラズマを生成し、そのプラズマにより前記処理ガスの反応を促進して被処理基板上にＴｉ膜を成膜するＴｉ膜の成膜方法であって、
前記チャンバ内に被処理基板が配置された状態でＴｉＣｌ４ガスを導入した後、前記チャンバ内にプラズマを生成することを特徴とするＴｉ膜の成膜方法。
【請求項２】
ＴｉＣｌ４ガスを導入してからプラズマを生成するまでの時間が２ｓｅｃ以上であることを特徴とする請求項１に記載のＴｉ膜の成膜方法。
【請求項３】
プラズマを生成する際のパワーを徐々に上昇させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＴｉ膜の成膜方法。
【請求項４】
ＴｉＣｌ４ガスを最初第１の流量で導入し、その後第１の流量よりも小流量の成膜のための第２の流量まで徐々に低下させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＴｉ膜の成膜方法。
【請求項５】
プラズマを生成する際のパワーを徐々に上昇させ、かつ、
ＴｉＣｌ４ガスを最初第１の流量で導入し、その後第１の流量よりも小流量の第２の流量まで徐々に低下させ、
前記ＴｉＣｌ４ガスの流量低下は、前記プラズマを生成する際のパワーの上昇が終了する前に開始することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＴｉ膜の成膜方法。
【請求項６】
前記プラズマを生成する際のパワーの上昇を開始してから定常状態になるまでの時間が２ｓｅｃ以上であることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載のＴｉ膜の成膜方法。
【請求項７】
前記ＴｉＣｌ４ガスを第１の流量から第２の流量まで低下させる時間が１ｓｅｃ以上であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のＴｉ膜の成膜方法。
【請求項８】
前記第１の流量は１６〜１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲であり、前記第２の流量は１〜３０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲であることを特徴とする請求項４、請求項５、および請求項７のいずれか１項に記載のＴｉ膜の成膜方法。
【請求項９】
前記処理ガスは、さらにＡｒガスを含むことを特徴とする請求項１から請求項８に記載のＴｉ膜の成膜方法。
【請求項１０】
成膜のための前記ＴｉＣｌ４ガスの流量は、１〜３０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のＴｉ膜の成膜方法。
【請求項１１】
被処理基板の温度は、３５０〜７００℃の範囲であることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項１２】
成膜処理の際の前記チャンバ内の圧力は、１３３〜１３３０Ｐａの範囲であることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のＴｉ膜の成膜方法。
【請求項１３】
被処理基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内で被処理基板を載置する載置台と、
前記載置台上の被処理基板を加熱するヒーターと、
前記チャンバ内にＴｉＣｌ４ガスおよびＨ２ガスを含む処理ガスを導入するガス導入機構と、
前記チャンバ内に処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構と、
前記チャンバ内を排気する排気手段と、
前記チャンバ内での処理を制御する制御機構を有し、
前記プラズマ生成機構により生成されたプラズマにより前記処理ガスの反応を促進して被処理基板上にＴｉ膜を成膜するＴｉ膜の成膜装置であって、
前記制御機構は、前記チャンバ内に被処理基板が配置された状態でＴｉＣｌ４ガスを導入させた後、前記チャンバ内にプラズマを生成させるように制御することを特徴とするＴｉ膜の成膜装置。
【請求項１４】
前記制御機構は、ＴｉＣｌ４ガスを導入してからプラズマを生成するまでの時間が２ｓｅｃ以上となるように制御することを特徴とする請求項１３に記載のＴｉ膜の成膜装置。
【請求項１５】
前記制御機構は、プラズマを生成する際のパワーを徐々に上昇させるように制御することを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載のＴｉ膜の成膜装置。
【請求項１６】
前記制御機構は、ＴｉＣｌ４ガスを最初第１の流量で導入させ、その後第１の流量よりも小流量の第２の流量まで徐々に低下させるように制御することを特徴とする請求項１３から請求項１５のいずれか１項に記載のＴｉ膜の成膜装置。
【請求項１７】
前記制御機構は、
プラズマを生成する際のパワーを徐々に上昇させ、かつ、
ＴｉＣｌ４ガスを最初第１の流量で導入し、その後第１の流量よりも小流量の第２の流量まで徐々に低下させ、
前記ＴｉＣｌ４ガスの流量低下が、前記プラズマを生成する際のパワーの上昇が終了する前に開始されるように制御することを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載のＴｉ膜の成膜装置。
【請求項１８】
前記制御機構は、前記プラズマを生成する際のパワーの上昇を開始してから定常状態になるまでの時間が２ｓｅｃ以上となるように制御することを特徴とする請求項１５から請求項１７のいずれか１項に記載のＴｉ膜の成膜装置。
【請求項１９】
前記制御機構は、前記ＴｉＣｌ４ガスを第１の流量から第２の流量まで低下させる時間が１ｓｅｃ以上となるように制御することを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載のＴｉ膜の成膜装置。
【請求項２０】
前記ガス導入機構は、ＴｉＣｌ４ガスおよびＨ２ガスが供給され、これらが混合された状態で、またはこれらを別個に、前記チャンバ内にシャワー状に吐出するシャワーヘッドを有することを特徴とする請求項１３から請求項１９のいずれか１項に記載のＴｉ膜の成膜装置。
【請求項２１】
コンピュータ上で動作し、成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項１から請求項１２のいずれかの方法が行われるように、コンピュータに前記成膜装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャンバ内においてシャワーヘッドからＴｉＣｌ４ガスおよびＨ２ガスを吐出させるとともにプラズマを生成して、チャンバ内に配置された被処理基板の表面にＣＶＤによりＴｉ膜を成膜するＴｉ膜の成膜方法および成膜装置、ならびにこのようなＴｉ膜の成膜方法を実施するためのプログラムが記憶された記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
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Ｓｉ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用いられるＷ膜等の金属配線（プラグ）と下層のＳｉ基板とのオーミックコンタクトをとるために、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、その後バリア膜としてＴｉＮ膜を成膜することが行われている。
【０００４】
このようなＴｉ膜は、従来から物理的蒸着（ＰＶＤ）を用いて成膜されていたが、デバイスの微細化および高集積化の要求にともなってステップカバレッジ（段差被覆性）がより良好な化学的蒸着（ＣＶＤ）が多用されるようになってきている。
【０００５】
Ｔｉ膜のＣＶＤ成膜に関しては、成膜ガスとしてＴｉＣｌ４ガス、Ｈ２ガス、Ａｒガスを用い、これらをシャワーヘッドを介してチャンバへ導入し、半導体ウエハをステージヒーターにより加熱しながら、平行平板電極に高周波電力を印加し、上記ガスをプラズマ化してＴｉＣｌ４ガスとＨ２ガスとを反応させるプラズマＣＶＤによりＴｉ膜を成膜する技術が提案されている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−１９７２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近時、半導体デバイスはますます微細化されており、それにともなって、コンタクトホールやビアホール内におけるプラグに対するバリア膜の占める割合が増加し、配線抵抗の低減を妨げるようになっている。
【０００７】
このため、次世代に向けてより低抵抗なＴｉ膜を形成することが検討されている。しかしながら、従来は、ＴｉＣｌ４ガスが分解して生成するＣｌ（塩素系）ガスに起因して膜の抵抗を十分に低減することが困難であり、抵抗の面内均一性も十分とはいえないのが現状である。
【０００８】
また、プラズマを用いる関係上、半導体ウエハに対するプラズマダメージが少なからず存在し、半導体デバイスの微細化にともなって、このようなプラズマダメージが無視し得ないものとなってきている。
【０００９】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、ＣＶＤによりＴｉ膜を成膜する際に、より低抵抗でかつ抵抗のばらつきが小さいＴｉ膜を成膜することができるＴｉ膜の成膜方法および成膜装置を提供することを目的とする。
また、ＣＶＤによりＴｉ膜を成膜する際に、プラズマダメージを小さくすることができるＴｉ膜の成膜方法および成膜装置を提供することを目的とする。
さらに、そのような方法を実行するためのプログラムを記憶した記憶媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を重ねた。その結果、従来のＴｉ膜成膜方法においては、通常、チャンバ内にプラズマを生成した後にＴｉＣｌ４ガスを導入するが、この方法ではＴｉＣｌ４ガスがチャンバ内に導入された時点でプラズマにより分解が始まり、シャワーヘッド近傍で分解して生成されたＣｌが先に基板に到達してしまい、Ｔｉ成膜初期の膜成長を阻害することが判明した。さらに基板表面に吸着しているＣｌ量が多くなるため、ＨＣｌとして脱離せずに残存するＣｌ量が多くなり、それが膜中に取り込まれて膜の抵抗が高くなることも判明した。また、分解して生成されたＣｌはチャンバ内のガス流に沿ってウエハ中心から外側へ流れるため、Ｃｌの影響は基板の外側ほど大きくなり、抵抗が基板の面内でばらついてしまう。さらに、ＴｉＣｌ４ガスがチャンバへ導入される前にプラズマが生成されることによって、プラズマが直接的に基板上に供給され、基板へのプラズマダメージも助長されることが判明した。
【００１１】
そこで、さらに検討を重ねた結果、チャンバ内にプラズマを生成する前にＴｉＣｌ４ガスを導入することにより、基板表面には最初に主にＴｉＣｌ４が吸着し、基板表面に吸着するＣｌ量を低減することができ、さらにプラズマダメージも低減することができることに想到し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明の第１の観点では、チャンバ内に被処理基板を配置し、ＴｉＣｌ４ガスおよびＨ２ガスを含む処理ガスを導入しつつ前記チャンバ内にプラズマを生成し、そのプラズマにより前記処理ガスの反応を促進して被処理基板上にＴｉ膜を成膜するＴｉ膜の成膜方法であって、前記チャンバ内に被処理基板が配置された状態でＴｉＣｌ４ガスを導入した後、前記チャンバ内にプラズマを生成することを特徴とするＴｉ膜の成膜方法を提供する。
【００１３】
上記第１の観点において、ＴｉＣｌ４ガスを導入してからプラズマを生成するまでの時間が２ｓｅｃ以上であることが好ましい。
【００１４】
また、上記第１の観点において、プラズマを生成する際のパワーを徐々に上昇させることが好ましい。また、ＴｉＣｌ４ガスを最初第１の流量で導入し、その後第１の流量よりも小流量の成膜のための第２の流量まで徐々に低下させることも好ましい。さらに、プラズマを生成する際のパワーを徐々に上昇させ、かつ、ＴｉＣｌ４ガスを最初第１の流量で導入し、その後第１の流量よりも小流量の第２の流量まで徐々に低下させ、前記ＴｉＣｌ４ガスの流量低下は、前記プラズマを生成する際のパワーの上昇が終了する前に開始するようにすることがより好ましい。これらにおいて、前記プラズマを生成する際のパワーの上昇を開始してから定常状態になるまでの時間が２ｓｅｃ以上であることが好ましい。また、前記ＴｉＣｌ４ガスを第１の流量から第２の流量まで低下させる時間が１ｓｅｃ以上であることが好ましい。さらに、前記第１の流量は１６〜１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲であり、成膜のための前記第２の流量は１〜３０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲であることが好ましい。
【００１５】
上記第１の観点において、前記処理ガスは、さらにＡｒガスを含むことができる。また、成膜のための前記ＴｉＣｌ４ガスの流量としては、１〜３０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲を採用することができる。さらに、被処理基板の温度としては、３５０〜７００℃の範囲を採用することができる。さらにまた、成膜処理の際の前記チャンバ内の圧力としては、１３３〜１３３０Ｐａの範囲を採用することができる。
【００１６】
本発明の第２の観点では、被処理基板を収容するチャンバと、前記チャンバ内で被処理基板を載置する載置台と、前記載置台上の被処理基板を加熱するヒーターと、前記チャンバ内にＴｉＣｌ４ガスおよびＨ２ガスを含む処理ガスを導入するガス導入機構と、前記チャンバ内に処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構と、前記チャンバ内を排気する排気手段と、前記チャンバ内での処理を制御する制御機構を有し、前記プラズマ生成機構により生成されたプラズマにより前記処理ガスの反応を促進して被処理基板上にＴｉ膜を成膜するＴｉ膜の成膜装置であって、前記制御機構は、前記チャンバ内に被処理基板が配置された状態でＴｉＣｌ４ガスを導入させた後、前記チャンバ内にプラズマを生成させるように制御することを特徴とするＴｉ膜の成膜装置を提供する。
【００１７】
上記第２の観点において、前記制御機構は、ＴｉＣｌ４ガスを導入してからプラズマを生成するまでの時間が２ｓｅｃ以上となるように制御することが好ましい。
【００１８】
また、上記第２の観点において、前記制御機構は、プラズマを生成する際のパワーを徐々に上昇させるように制御するものであることが好ましい。また、前記制御機構は、ＴｉＣｌ４ガスを最初第１の流量で導入させ、その後第１の流量よりも小流量の第２の流量まで徐々に低下させるように制御するものであることも好ましい。さらに、前記制御機構は、プラズマを生成する際のパワーを徐々に上昇させ、かつ、ＴｉＣｌ４ガスを最初第１の流量で導入し、その後第１の流量よりも小流量の第２の流量まで徐々に低下させ、前記ＴｉＣｌ４ガスの流量低下が、前記プラズマを生成する際のパワーの上昇が終了する前に開始されるように制御するものであることがより好ましい。これらにおいて、前記制御機構は、前記プラズマを生成する際のパワーの上昇を開始してから定常状態になるまでの時間が２ｓｅｃ以上となるように制御するものであることが好ましく、また、  前記ＴｉＣｌ４ガスを第１の流量から第２の流量まで低下させる時間が１ｓｅｃ以上となるように制御するものであることが好ましい。
【００１９】
さらに、上記第２の観点において、前記ガス導入機構は、ＴｉＣｌ４ガスおよびＨ２ガスが供給され、これらが混合された状態で、またはこれらを別個に、前記チャンバ内にシャワー状に吐出するシャワーヘッドを有する構成とすることができる。
【００２０】
本発明の第３の観点では、コンピュータ上で動作し、成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記第１の観点のいずれかの方法が行われるように、コンピュータに前記成膜装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、チャンバ内にプラズマを生成する前にＴｉＣｌ４ガスを導入するので、基板表面には最初に主にＴｉＣｌ４が吸着し、基板表面に吸着するＣｌ量を低減することができる。このため、膜中のＣｌ量に起因する抵抗値の上昇およびそのばらつきを低下させることができる。また、チャンバ内にプラズマを生成する前にＴｉＣｌ４ガスを導入して、被処理基板表面に最初に主にＴｉＣｌ４を吸着させることにより、プラズマダメージも低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。
以下の説明において、ガスの流量の単位はｍＬ／ｍｉｎを用いているが、ガスは温度および気圧により体積が大きく変化するため、本発明では標準状態に換算した値を用いている。なお、標準状態に換算した流量は通常ｓｃｃｍ（Ｓｔａｎｄｅｒｄ  Ｃｕｂｉｃ  Ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ  ｐｅｒ  Ｍｉｎｕｔｅｓ）で標記されるためｓｃｃｍを併記している。ここにおける標準状態は、温度０℃（２７３．１５Ｋ）、気圧１ａｔｍ（１０１３２５Ｐａ）の状態である。
【００２３】
図１は本発明の一実施形態に係るＴｉ膜の成膜方法を実施するための成膜装置の一例を示す概略断面図である。
【００２４】
成膜装置１００は平行平板電極に高周波電界を形成することによりプラズマを形成しつつＣＶＤによりＴｉ膜を成膜するプラズマＣＶＤ−Ｔｉ成膜装置として構成される。
【００２５】
この成膜装置１００は、略円筒状のチャンバ１を有している。チャンバ１の内部には、被処理基板であるＳｉウエハ（以下単にウエハと記す）Ｗを水平に支持するための載置台（ステージ）であるＡｌＮで構成されたサセプタ２がその中央下部に設けられた円筒状の支持部材３により支持された状態で配置されている。サセプタ２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４が設けられている。また、サセプタ２にはモリブデン等の高融点金属で構成されたヒーター５が埋め込まれており、このヒーター５はヒーター電源６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。サセプタ２の表面近傍には平行平板電極の下部電極として機能する電極８が埋設されており、この電極８は接地されている。
【００２６】
チャンバ１の天壁１ａには、絶縁部材９を介して平行平板電極の上部電極としても機能するプリミックスタイプのシャワーヘッド１０が設けられている。シャワーヘッド１０は、ベース部材１１とシャワープレート１２とを有しており、シャワープレート１２の外周部は、貼り付き防止用の円環状をなす中間部材１３を介してベース部材１１に図示しないネジにより固定されている。シャワープレート１２はフランジ状をなし、その内部に凹部が形成されており、ベース部材１１とシャワープレート１２との間にガス拡散空間１４が形成されている。ベース部材１１はその外周にフランジ部１１ａが形成されており、このフランジ部１１ａが絶縁部材９に支持されている。シャワープレート１２には複数のガス吐出孔１５が形成されており、ベース部材１１の中央付近には一つのガス導入孔１６が形成されている。
【００２７】
そして、上記ガス導入孔１６は、ガス供給機構２０のガスラインに接続されている。
【００２８】
ガス供給機構２０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２１、Ｔｉ化合物ガスであるＴｉＣｌ４ガスを供給するＴｉＣｌ４ガス供給源２２、Ａｒガスを供給するＡｒガス供給源２３、還元ガスであるＨ２ガスを供給するＨ２ガス供給源２４、窒化ガスであるＮＨ３ガスを供給するＮＨ３ガス供給源２５、Ｎ２ガスを供給するＮ２ガス供給源２６を有している。そして、ＣｌＦ３ガス供給源２１にはＣｌＦ３ガス供給ライン２７および３０ｂが、ＴｉＣｌ４ガス供給源２２にはＴｉＣｌ４ガス供給ライン２８が、Ａｒガス供給源２３にはＡｒガス供給ライン２９が、Ｈ２ガス供給源２４にはＨ２ガス供給ライン３０が、ＮＨ３ガス供給源２５にはＮＨ３ガス供給ライン３０ａ、Ｎ２ガス供給源２６にはＮ２ガス供給ライン３０ｃが、それぞれ接続されている。そして、各ガスラインにはマスフローコントローラ３２およびマスフローコントローラ３２を挟んで２つのバルブ３１が設けられている。
【００２９】
ＴｉＣｌ４ガス供給源２２から延びるＴｉＣｌ４ガス供給ライン２８にはＣｌＦ３ガス供給源２１から延びるＣｌＦ３ガス供給ライン２７およびＡｒガス供給源２３から延びるＡｒガス供給ライン２９が接続されている。また、Ｈ２ガス供給源２４から延びるＨ２ガス供給ライン３０には、ＮＨ３ガス供給源２５から延びるＮＨ３ガス供給ライン３０ａ、Ｎ２ガス供給源２６から延びるＮ２ガス供給ライン３０ｃおよびＣｌＦ３ガス供給源２１から延びるＣｌＦ３ガス供給ライン３０ｂが接続されている。ＴｉＣｌ４ガス供給ライン２８およびＨ２ガス供給ライン３０はガス混合部４７に接続され、そこで混合された混合ガスがガス配管４８を介して上記ガス導入孔１６に接続されている。そして、混合ガスは、ガス導入孔１６を経てガス拡散空間１４に至り、シャワープレート１２のガス吐出孔１５を通ってチャンバ１内のウエハＷに向けて吐出される。
なお、シャワーヘッド１０は、ＴｉＣｌ４ガスとＨ２ガスとが全く独立してチャンバ１内に供給されるポストミックスタイプであってもよい。
【００３０】
シャワーヘッド１０には、整合器３３を介して高周波電源３４が接続されており、この高周波電源３４からシャワーヘッド１０に高周波電力が供給されるようになっている。高周波電源３４から高周波電力を供給することにより、シャワーヘッド１０を介してチャンバ１内に供給されたガスをプラズマ化して成膜処理を行う。
【００３１】
また、シャワーヘッド１０のベース部材１１には、シャワーヘッド１０を加熱するためのヒーター４５が設けられている。このヒーター４５にはヒーター電源４６が接続されており、ヒーター電源４６からヒーター４５に給電することによりシャワーヘッド１０が所望の温度に加熱される。ベース部材１１の上部に形成された凹部にはヒーター４５による加熱効率を上げるために断熱部材４９が設けられている。
【００３２】
チャンバ１の底壁１ｂの中央部には円形の穴３５が形成されており、底壁１ｂにはこの穴３５を覆うように下方に向けて突出する排気室３６が設けられている。排気室３６の側面には排気管３７が接続されており、この排気管３７には排気装置３８が接続されている。そしてこの排気装置３８を作動させることによりチャンバ１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。
【００３３】
サセプタ２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３９がサセプタ２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３９は支持板４０に支持されている。そして、ウエハ支持ピン３９は、エアシリンダ等の駆動機構４１により支持板４０を介して昇降される。
【００３４】
チャンバ１の側壁には、チャンバ１と隣接して設けられた図示しないウエハ搬送室との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口４２と、この搬入出口４２を開閉するゲートバルブ４３とが設けられている。
【００３５】
成膜装置１００の構成部であるヒーター電源６および４６、バルブ３１、マスフローコントローラ３２、整合器３３、高周波電源３４、駆動機構４１等は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えた制御部５０に接続されて制御される構成となっている。また、制御部５０には、オペレータが成膜装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、成膜装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース５１が接続されている。さらに、制御部５０には、成膜装置１００で実行される各種処理を制御部５０の制御にて実現するためのプログラムや、処理条件に応じて成膜装置１００の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわち処理レシピが格納された記憶部５２が接続されている。処理レシピは記憶部５２中の記憶媒体５２ａに記憶されている。記憶媒体はハードディスク等の固定的なものであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５１からの指示等にて任意の処理レシピを記憶部５２から呼び出して制御部５０に実行させることで、制御部５０の制御下で、成膜装置１００での所望の処理が行われる。
【００３６】
次に、以上のような成膜装置１００における本実施形態に係るＴｉ膜の成膜方法について説明する。
【００３７】
本実施形態においては、ウエハＷとして、例えば、図２に示すように、Ｓｉ基板１１０上に層間絶縁膜１１１が形成され、層間絶縁膜１１１にＳｉ基板１１０の不純物拡散領域１１０ａに達するコンタクトホール１１２が形成された構造を有するものを用いることができる。
【００３８】
このような構造のウエハＷにＴｉ膜を形成するには、図３のフローチャートに示すように、まず、チャンバ１内をゲートバルブ４３を介して接続されている外部雰囲気と同様に調整した後、ゲートバルブ４３を開にして、真空状態の図示しないウエハ搬送室から搬入出口４２を介して上記構造を有するウエハＷをチャンバ１内へ搬入する（工程１）。そして、Ａｒガスを供給しつつチャンバ１内を所定の真空度に維持しつつ、ウエハＷを予備加熱する（工程２）。ウエハＷの温度がほぼ安定した時点で、Ａｒガス、Ｈ２ガスおよびＴｉＣｌ４ガスを図示しないプリフローラインに所定流量で流してプリフローを行う（工程３）。そして、ガス流量および圧力を同じに保ったまま成膜用のラインに切り替え、これらガスをシャワーヘッド１０を介してチャンバ１内に導入する（工程４）。
【００３９】
そして、Ａｒガス、Ｈ２ガスおよびＴｉＣｌ４ガスをチャンバ１内に導入開始後、所定時間経過後に、シャワーヘッド１０に高周波電源３４から高周波電力を印加し、チャンバ１内に導入されたＡｒガス、Ｈ２ガス、ＴｉＣｌ４ガスのプラズマを生成する（工程５）。そして、ヒーター５により所定温度に加熱されたウエハＷ上でプラズマ化されたガスを反応させることにより、図４（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１１０表面にＴｉ膜１１３を堆積させる（工程６）。このＴｉと下地のＳｉが反応することにより、図４（ｂ）に示すように、ＴｉＳｉ膜１１４が形成される。
【００４０】
従来は、Ａｒガス、Ｈ２ガスを流してプラズマを生成した後に、ＴｉＣｌ４を流していた（プリプラズマ）。しかし、プラズマを生成した後にチャンバ１内にＴｉＣｌ４ガスを導入すると、ＴｉＣｌ４がシャワーヘッド１０からチャンバ１内に導入された時点で、プラズマにより分解が始まり、図５（ａ）に示すように、シャワーヘッド１０近傍で、ＣｌとＴｉＣｌｘに分解される。そして、図５（ｂ）に示すように、より軽いＣｌが先にウエハＷ（Ｓｉ基板１１０）表面に到達する。このようにＳｉ基板１１０表面に先に到達したＣｌは、表面に吸着し、Ｔｉ成膜初期の膜成長を阻害する。すなわち、Ｔｉ膜がＳｉ基板上に成膜される場合、反応の活性化エネルギーは０．７ｅＶ程度であるが、このエネルギーはＳｉ表面からＣｌがＨ原子と反応して脱離するエネルギーと一致していることから、ＣｌがＳｉ基板上に吸着している場合には、Ｔｉの成膜反応はＣｌがＳｉ基板上から脱離する過程に律速されていると結論され、吸着しているＣｌがＴｉ膜の成長を阻害するのである。これに対してＴｉ表面からＣｌがＨ原子と反応して離脱するエネルギーは０．２ｅＶ程度と相対的に小さいため、ＣｌがＴｉ表面に吸着している場合には、ＣｌはＴｉの成膜反応の阻害要因にはならない。そして、Ｓｉ基板１１０では、シャワーヘッド１０近傍で分解して生成されたＣｌが多く存在しており、このＣｌの一部はＨと結合してＨＣｌとなってＳｉ基板１１０から離脱するが、図５（ｃ）に示すように、Ｓｉ基板１１０から離脱せずに残存するＣｌが多く存在し、そのＣｌがＴｉ膜中に取り込まれ、膜の抵抗を上昇させる。また、ウエハＷの外周部では分解によって生成されるＣｌの量が多くなるので、Ｔｉ膜の面内均一性（抵抗の面内均一性）も悪いものとなる。
【００４１】
これに対して、本実施形態の場合には、ＴｉＣｌ４ガスをＡｒガスおよびＨ２ガスとともにチャンバ１内に導入してからプラズマを生成するため（プリＴｉＣｌ４）、図６（ａ）に示すように、最初にＴｉＣｌ４がウエハＷ（Ｓｉ基板１１０）表面に到達して吸着し、その後にプラズマが生成される。このため、プラズマを生成して成膜している際には、図６（ｂ）に示すように、ＴｉＣｌ４が吸着していた分、相対的にＣｌの吸着量が減少し、図６（ｃ）に示すように、Ｓｉ基板１１０の表面でＨＣｌとなって脱離せずに残存するＣｌは僅かである。このため、Ｔｉ膜中に取り込まれるＣｌ量が少なく、低抵抗のＴｉ膜が得られるとともに、Ｔｉ膜の面内均一性（抵抗の面内均一性）も良好なものとなる。
【００４２】
さらに、ウエハＷ（Ｓｉ基板１００）の表面にＴｉＣｌ４を吸着させてからプラズマを生成するため、その表面をプラズマから保護することができ、成膜初期に発生するプラズマによる素子破壊等のプラズマダメージを低減することもできる。
【００４３】
このときのＴｉＣｌ４の導入がプラズマよりも先行すること（プリＴｉＣｌ４）による効果は、ＴｉＣｌ４の流量によらず発揮され、先行する時間（プリＴｉＣｌ４時間）は２ｓｅｃ以上が好ましい。また、プリＴｉＣｌ４時間が１２０ｓｅｃよりも長くなると、成膜に要する時間が長くなり過ぎて生産性が低下するため好ましくない。一方、後述するようにＴｉＣｌ４ガス分圧の好ましい範囲は、０．０１８〜２６Ｐａであるから、プリＴｉＣｌ４の際にウエハＷ表面に流通させるＴｉＣｌ４ガスの暴露量（ＴｉＣｌ４ガス分圧×プリＴｉＣｌ４時間）は、０．０３６［Ｐａ・ｓｅｃ］以上、３１２０［Ｐａ・ｓｅｃ］以下が好ましい。
【００４４】
Ｔｉ膜の低抵抗化および抵抗の均一化の観点からは、プラズマを生成する際に、図７に示すように、高周波（ＲＦ）パワーを徐々に上昇させて行く（ＲＦランプアップ）ことが好ましい。これにより、成膜初期に発生するＣｌを低減することができる。すなわち、成膜初期にはＳｉ基板（ウエハ）表面が露出しているため、Ｃｌが非常に吸着しやすくなっているが、このようにＲＦランプアップを行って初期のＣｌ発生量を低減することによりＳｉ基板表面に吸着するＣｌ量を少なくすることができ、結果として成膜されたＴｉ膜の抵抗値およびそのばらつきを低減することができる。また、最初に大きなパワーを供給しないことにより、プラズマダメージの低減にも寄与する。
【００４５】
この際のＲＦランプアップの効果は、ＴｉＣｌ４の流量によらず発揮されるが、このＲＦランプアップの時間（すなわちパワーを上昇させ始めてから目標のパワーまで到達するまでの時間）が２ｓｅｃ以上が好ましい。例えばパワーが５００Ｗ程度の場合、ランプアップ時間が２ｓｅｃまではＴｉ膜の抵抗値の均一性が急激に上昇し、それ以上で飽和する傾向にある。
【００４６】
このようなＴｉ膜の抵抗値およびそのばらつきと、プラズマダメージは、ＴｉＣｌ４の流量自体にも依存して変化する。例えば、ＴｉＣｌ４の流量が標準的な１２ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）に対して、２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）に上昇させると、Ｃｌの発生量が多くなるため、Ｔｉ膜の抵抗値およびそのばらつきは大きくなる傾向にあるが、逆に、Ｓｉ基板に最初に吸着するＴｉＣｌ４量が増加するため、プラズマダメージが低減する傾向となる。
【００４７】
したがって、Ｔｉ膜の抵抗値およびそのばらつきを悪化させずに、プラズマダメージをより低減させるためには、図８に示すように、最初にＴｉＣｌ４の流量をより多い流量の第１の流量、例えば２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）とし、その後、より少ない目標流量（定常流量）である第２の流量、例えば１２ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）とすることが考えられる。しかし、この流量の変化を急激に行った場合には、プラズマ状態が大きく変化し、プラズマが不安定となって所望の成膜をできないおそれがある。このため、第１の流量から第２の流量まで徐々にＴｉＣｌ４流量を低下させること（ＴｉＣｌ４ランプダウン）が好ましい。このＴｉＣｌ４ランプダウン時間（初期の大流量から定常流量へ低下させるまでの時間）は、プラズマ状態の変化を小さくする観点から長いほうが好ましく、１ｓｅｃ以上が好ましい。また、第１の流量は１６〜１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）が好ましく、定常流量（成膜のための流量）である第２の流量は１〜３０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）が好ましい。この流量の範囲内で、第１の流量が第２の流量よりも大流量となるように適宜流量が決定されることが好ましい。第２の流量のより好ましい範囲は１〜１４ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）である。
【００４８】
上記ＲＦランプアップとＴｉＣｌ４ランプダウンとは、組み合わせることが好ましい。このように、初期のＣｌ発生量を低減する効果があるＲＦランプアップと、Ｃｌの発生源であるＴｉＣｌ４ガスの流量自体を減らすＴｉＣｌ４ランプダウンを組み合わせることにより、より大きな効果を得ることができる。この場合に、最初にＴｉＣｌ４の流量を多くすることにより、プラズマダメージを低減することができるが、ＲＦランプアップが終了するまでにＴｉＣｌ４ランプダウンを開始させなければ、Ｃｌ発生量が多くなってＴｉ膜の抵抗値およびそのばらつきを悪化させてしまう。したがって、ＲＦランプアップを開始してからＴｉＣｌ４ランプダウンを開始するまでの開始ずれ時間が小さいほうが望ましく、図９に示すように、ＴｉＣｌ４ランプダウンは、ＲＦランプアップが終了する前に開始することが好ましい。つまり開始ずれ時間がＲＦランプアップ時間よりも短いことが好ましい。例えば、ＲＦランプアップ時間が２ｓｅｃのときは、開始ずれ時間は２ｓｅｃ未満であることが好ましい。
【００４９】
その他の条件に関しては以下の通りである。高周波電源３４のパワーは、大きすぎるとプラズマダメージが大きくなり、小さすぎるとＴｉ膜の面内均一性（抵抗値）が悪化してしまうことから、その点を考慮して好ましい範囲が規定される。また、ＴｉＣｌ４流量は、成膜に適した範囲内でＴｉ膜の抵抗値およびそのばらつき、ならびにプラズマダメージを考慮して好ましい範囲が規定される。ＴｉＣｌ４流量が多すぎても少なすぎてもＴｉ膜の抵抗値やばらつきが悪化するため、好ましくない。チャンバ１内の圧力は、圧力が低いほどプラズマダメージが低下するが、圧力が低下しすぎると著しくＴｉ膜の面内均一性（抵抗値）が悪化してしまうことから、その点を考慮して好ましい範囲が規定される。圧力が高くなりすぎるとＴｉ膜の抵抗値が高くなってしまうため好ましくない。また、成膜の際のウエハＷの温度は、低くなりすぎるとＴｉ膜の塩素濃度が高くなり、抵抗値およびそのばらつきが大きくなり、高くなると成膜の再現性が悪化すると共にパーティクルが発生しやすくなるので、成膜可能な範囲内で低いことが好ましい。
【００５０】
これらの具体的な好ましい範囲は、以下の通りである。
高周波電力のパワー：２００〜１０００Ｗ
ＴｉＣｌ４流量（成膜のための流量）：１〜３０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）より好ましくは１〜１４ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
チャンバ内圧力：１３３〜１３３０Ｐａ（１〜１０Ｔｏｒｒ）
成膜の際のウエハ温度：３５０〜７００℃
【００５１】
Ａｒガス流量、Ｈ２ガス流量は、従来のＴｉ膜成膜と同様であり、その好ましい範囲は以下の通りである。
Ａｒガス流量：５００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｈ２ガス流量：１０００〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
なお、Ｔｉ膜成膜の時間は、得ようとする膜厚に応じて適宜設定される。
【００５２】
またＴｉＣｌ４ガスの分圧は、（チャンバ内圧力）×（ＴｉＣｌ４ガス流量）／（ＴｉＣｌ４ガス流量＋Ａｒガス流量＋Ｈ２ガス流量）であることから、０．０１８〜２６Ｐａが好ましい範囲とすることができる。
【００５３】
以上のようにしてＴｉ膜の成膜を行った後、必要に応じてＴｉ膜の窒化処理を実施してもよい。この窒化処理では、上記Ｔｉ堆積工程が終了後、ＴｉＣｌ４ガスを停止し、Ｈ２ガスおよびＡｒガスを流したままの状態とし、チャンバ１内を適宜の温度に加熱しつつ、窒化ガスとしてＮＨ３ガスを流すとともに、高周波電源３４からシャワーヘッド４０に高周波電力を印加して処理ガスをプラズマ化し、プラズマ化した処理ガスによりウエハＷに成膜したＴｉ薄膜の表面を窒化する。
【００５４】
窒化処理の好ましい条件は、以下の通りである。
高周波パワー：２００〜１０００Ｗ
Ａｒガス流量：５００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｈ２ガス流量：５００〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
ＮＨ３ガス流量：１００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
チャンバ内圧力：１３３〜１３３０Ｐａ（１〜１０Ｔｏｒｒ）
成膜の際のウエハ温度：３５０〜７００℃
なお、この工程は必須ではないが、Ｔｉ膜の酸化防止等の観点から実施することが好ましい。
【００５５】
Ｔｉ膜成膜後または窒化処理後、チャンバ１内をゲートバルブ４３を介して接続されている外部雰囲気と同様に調整した後、ゲートバルブ４３を開にして、搬入出口４２を介して図示しないウエハ搬送室へウエハＷを搬出する。
【００５６】
このようにして、Ｔｉ膜の成膜および必要に応じて窒化処理を所定枚のウエハに対して行った後、チャンバ１のクリーニングを行う。この処理は、チャンバ１内にウエハが存在しない状態で、チャンバ１内にＣｌＦ３ガス供給源２１からＣｌＦ３ガス供給ライン２７および３０ｂを介してＣｌＦ３ガスを導入し、シャワーヘッド１０を適当な温度に加熱しながらドライクリーニングを行うことにより行う。
【００５７】
次に、本発明の効果を実際に確認した実験について説明する。
（実験１）
ここでは、図１の装置を用い、Ａｒガス、Ｈ２ガス、ＴｉＣｌ４ガスをチャンバ内に導入してからプラズマを生成するまでの時間（プリＴｉＣｌ４時間）を０〜５ｓｅｃの間で変化させてＴｉ膜を成膜し、成膜したＴｉ膜の抵抗値およびそのばらつきを求めた。
【００５８】
このときの成膜条件は、以下の通りとした。
・Ｔｉ成膜
サセプタ温度：５５０℃（ウエハ温度：５４０℃）
チャンバ内圧力：６６７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）
ＴｉＣｌ４流量：１２ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ａｒ流量：１６００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｈ２流量：４０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
高周波電力のパワー：８００Ｗ
成膜時間：３５ｓｅｃ
膜厚：１０ｎｍ
・窒化
サセプタ温度：５５０℃（ウエハ温度：５４０℃）
チャンバ内圧力：６６７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）
Ａｒ流量：１６００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｈ２流量：２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
ＮＨ３流量：１５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
高周波電力のパワー：８００Ｗ
成膜時間：３５ｓｅｃ
【００５９】
結果を図１０に示す。図１０は、横軸にプリＴｉＣｌ４時間をとり、縦軸にウエハ表面でのＣｌ濃度および抵抗値のばらつきをとって、これらの関係を示すグラフである。この図に示すように、プリＴｉＣｌ４を行うことにより、プリＴｉＣｌ４時間：０ｓｅｃ（プリＴｉＣｌ４なし）の場合よりもウエハ表面のＣｌ濃度が低く、抵抗値のばらつき（１σ％）も小さくなることが確認された。また、プリＴｉＣｌ４が２ｓｅｃと５ｓｅｃにおけるＣｌ濃度は同等であり、プリＴｉＣｌ４を２ｓｅｃ以上行うことによって、安定して抵抗値およびそのばらつきの小さいＴｉ膜が得られることが確認された。なお、Ｃｌ濃度測定に際しては、成膜初期に表面に吸着しているＣｌ量の測定を行うため、Ｔｉの成膜時間は２ｓｅｃとした。
【００６０】
（実験２）
ここでは、図１の装置を用い、以下の３種類のシーケンスにてＲＦランプアップの影響を確認した。
シーケンス１では、ＴｉＣｌ４流量を１２ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）にし、ＲＦランプアップ時間を０ｓｅｃおよび２ｓｅｃにしてＴｉ膜の成膜を行った。
シーケンス２では、ＴｉＣｌ４流量を２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）にし、ＲＦランプアップ時間を０ｓｅｃおよび２ｓｅｃにしてＴｉ膜の成膜を行った。
シーケンス３では、ＴｉＣｌ４流量を２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）にし、ＲＦランプアップ時間を０〜５ｓｅｃにし、高周波電力のパワーが定常状態になった後、ＴｉＣｌ４ランプダウンをＴｉＣｌ４流量が２ｓｅｃで１２ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）となる条件でＴｉ膜の成膜を行った。
【００６１】
そして、これらのシーケンスで成膜したＴｉ膜の抵抗値の面内ばらつきを把握した。シーケンス１，２のタイミングチャートを図１１（ａ）に示し、シーケンス３のタイミングチャートを図１１（ｂ）に示す。なお、いずれのシーケンスにおいても、プリＴｉＣｌ４時間を５ｓｅｃとした。
【００６２】
その他の条件としては、以下のように、Ｔｉ成膜の際のチャンバ内圧力を５００Ｐａ（３．７５Ｔｏｒｒ）、高周波電力のパワーを５００Ｗ、成膜時間を２６ｓｅｃ、窒化の際の時間を３０ｓｅｃとした以外は、実験１と同じ条件とした。
・Ｔｉ成膜
サセプタ温度：５５０℃（ウエハ温度：５３５℃）
チャンバ内圧力：５００Ｐａ（３．７５Ｔｏｒｒ）
Ａｒ流量：１６００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｈ２流量：４０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
高周波電力のパワー：５００Ｗ
成膜時間：２６ｓｅｃ
・窒化
サセプタ温度：５５０℃（ウエハ温度：５４０℃）
チャンバ内圧力：６６７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）
Ａｒ流量：１６００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｈ２流量：２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
ＮＨ３流量：１５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
高周波電力のパワー：８００Ｗ
成膜時間：３０ｓｅｃ
【００６３】
結果を図１２に示す。この図に示すように、ＴｉＣｌ４流量によらず、ランプアップを２ｓｅｃ以上行うと抵抗値Ｒｓの面内ばらつきが５％以下となり、Ｔｉ膜の面内均一性を改善できることが確認された。シーケンス３の結果から判断すると、ランプアップ時間は２ｓｅｃ以上で飽和することがわかった。また、抵抗値のばらつきはＴｉＣｌ４流量が少ないほど良好になる傾向にあるが、ＴｉＣｌ４ランプダウンすることにより、初期の流量が２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）であっても、抵抗値のばらつきが１２ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）のときよりも大きくならず、むしろ小さくなる傾向であることが確認された。
【００６４】
（実験３）
ここでは、図１の装置を用い、ＲＦランプアップとＴｉＣｌ４ランプダウンの組み合わせの影響を確認した。ＲＦランプアップを０Ｗ→５００Ｗとし、ＴｉＣｌ４ランプダウンを２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）→１２ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）としてそれぞれ２ｓｅｃに設定し、図１３（ａ）に示すように、これらを完全にオーバーラップさせたシーケンスを基準とし、図１３（ｂ）に示す、ＴｉＣｌ４ランプダウンの開始を遅らせた「開始ずれ時間」を０〜５ｓｅｃの間で変化させた。そして、これらのシーケンスで成膜したＴｉ膜の抵抗値の面内ばらつきを把握した。なお、いずれのシーケンスにおいても、プリＴｉＣｌ４時間を５ｓｅｃとした。
【００６５】
なお、この実験では、上記実験１、２とは異なり、サセプタ温度を、より抵抗値にばらつきが出やすい６４０℃に上昇させた。条件を以下に示す。
・Ｔｉ成膜
サセプタ温度：６４０℃（ウエハ温度：６１０℃）
チャンバ内圧力：５００Ｐａ（３．７５Ｔｏｒｒ）
Ａｒ流量：１６００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｈ２流量：４０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
高周波電力のパワー：５００Ｗ
成膜時間：２６ｓｅｃ
・窒化
サセプタ温度：６４０℃（ウエハ温度：６２０℃）
チャンバ内圧力：６６７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）
Ａｒ流量：１６００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｈ２流量：２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
ＮＨ３流量：１５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
高周波電力のパワー：８００Ｗ
成膜時間：３０ｓｅｃ
【００６６】
結果を図１４に示す。この図に示すように、「開始ずれ時間」が２ｓｅｃ以下、すなわち、ＲＦランプアップが終了するまでにＴｉＣｌ４ランプダウンを開始することにより、Ｔｉ膜の抵抗値Ｒｓの面内ばらつきが１σで１０％以下と良好になることが確認された。このことは、ＴｉＣｌ４ガスを大流量で流し続けている状態でＲＦランプアップを終了させるよりも、初期のＣｌ発生量を低減する効果があるＲＦランプアップと、Ｃｌの発生源であるＴｉＣｌ４ガスの流量自体を減らすＴｉＣｌ４ランプダウンを組み合わせることにより、より大きな効果を得ることができることを示している。逆に、ＲＦランプアップとＴｉＣｌ４ランプダウンがオーバーラップしない場合、すなわち「開始ずれ時間」が２ｓｅｃを超えると、Ｔｉ膜の抵抗値Ｒｓばらつきが悪化する傾向にある。
【００６７】
（実験４）
ここでは、図１の装置を用い、ＴｉＣｌ４ランプダウンの際の時間（ＴｉＣｌ４ランプダウン時間）の影響を把握した。具体的には、以下の４種類の条件によりＴｉ膜を成膜し、プラズマの安定性を把握した。
条件１では、標準条件として、ＴｉＣｌ４の流量を２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）とし、そのままの流量で維持した。
条件２では、ＴｉＣｌ４の流量を最初２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）とし、ランプダウンせずに１２ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）に低下させた。
条件３では、ＴｉＣｌ４の流量を最初２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）とし、ＴｉＣｌ４ランプダウン時間を１ｓｅｃとして１２ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）に低下させた。
条件４では、ＴｉＣｌ４の流量を最初２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）とし、ＴｉＣｌ４ランプダウン時間を２ｓｅｃとして１２ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）に低下させた。
【００６８】
いずれの条件においても、プリＴｉＣｌ４時間を５ｓｅｃとし、他の条件を以下の通りとした。
サセプタ温度：６４０℃（ウエハ温度：６１０℃）
チャンバ内圧力：５００Ｐａ（３．７５Ｔｏｒｒ）
Ａｒ流量：１６００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｈ２流量：４０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
高周波電力のパワー：５００Ｗ
成膜時間：３０ｓｅｃ
【００６９】
結果を図１５、１６に示す。図１５は、横軸にＴｉＣｌ４ランプダウン時間をとり、縦軸にプラズマ電位（Ｖｐｐ）の変動（１σ％）をとって、これらの関係を示すグラフであり、図１６は、横軸にＴｉＣｌ４ランプダウン時間をとり、縦軸に自己バイアス電圧（Ｖｄｃ）の変動（１σ％）をとって、これらの関係を示すグラフである。これらプラズマ電位（Ｖｐｐ）の変動および自己バイアス電圧（Ｖｄｃ）の変動はプラズマ安定性の指標である。なお、プラズマ電位（Ｖｐｐ）の安定性および自己バイアス電圧（Ｖｄｃ）の安定性は、いずれもＴｉＣｌ４流量を変化させ始めた時点から３ｓｅｃ間のＶｐｐおよびＶｄｃの変動を示している。
【００７０】
これらの図に示すように、条件１のＴｉＣｌ４を２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）のままにしているほうが、条件２のＴｉＣｌ４を２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）からランプダウンなしに１２ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）に低下させるものよりもＶｐｐ、Ｖｄｃの変動が小さく、ＴｉＣｌ４流量の変動によりプラズマ安定性が悪化する傾向にあるが、条件３、４のように１ｓｅｃ以上のＴｉＣｌ４ランプダウンを行うことにより、Ｖｐｐ、Ｖｄｃの変動が小さくなり、プラズマがより安定することが確認された。また、ＴｉＣｌ４ランプダウンが２ｓｅｃになるとＶｐｐの変動がより小さくなり、Ｖｄｃの変動は流量を変動させないときと同程度に小さくなって、プラズマの安定性が流量を変動させないときとほぼ匹敵するものとなることが確認された。
【００７１】
（実験５）
ここでは、種々の条件にてＴｉ膜を成膜して、デバイスに対するプラズマダメージを評価した。評価には、図１７に示すデバイスを用いた。すなわち、ｐ型Ｓｉ基板上にゲート酸化膜（Ｔｏｘ：熱酸化膜）、リンを不純物として導入したＰｏｌｙ−Ｓｉ電極を形成してＭＯＳ構造を形成し、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ電極上に酸化膜（ＴＥＯＳ）を形成した後にＰｏｌｙ−Ｓｉ電極上の酸化膜部分にホールを形成したものを用いた。ＭＯＳデバイスの不良の判定は、膜厚４．０ｎｍのゲート酸化膜において、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ電極と基板間に−５Ｖ印加した際のリーク電流密度ＪｇがＪｇ（Ａ／μｍ２）＞１×１０−９Ａ／μｍ２を不良と判定した。
【００７２】
まず、Ｔｉ膜の成膜において、従来条件であるプラズマを先に生成してからＴｉＣｌ４ガスをチャンバ内に導入するシーケンス  (プリプラズマ) と、プリＴｉＣｌ４との比較を行った。プリプラズマは、プラズマを生成してから１秒後にＴｉＣｌ４を導入し、プリＴｉＣｌ４では、プリＴｉＣｌ４時間を５ｓｅｃとし、いずれも成膜時間は２６ｓｅｃとした。また、成膜初期のダメージをより明確にするために、プリＴｉＣｌ４（プリＴｉＣｌ４時間：５ｓｅｃ）において成膜時間を３ｓｅｃに短縮したものについても同様に評価した。
【００７３】
このときの他の成膜条件は以下の通りとした。
サセプタ温度：６４０℃（ウエハ温度：６２０℃）
チャンバ内圧力：６６７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）
ＴｉＣｌ４流量：１２ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ａｒ流量：１６００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｈ２流量：４０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
高周波電力のパワー：８００Ｗ
【００７４】
結果を図１８に示す。図１８は、横軸にアンテナ比(ＡＲＲ)をとり、縦軸に全体を１００％とした時の歩留まりをとって、これらの関係を示す図である。ここでのアンテナ比は、[ホール部分の面積]×[ホール数]とアクティブ面積(１μｍ２)との比率([ホール部分の面積]×[ホール数]/[アクティブ面積])を示しており、ホール数１０００個で開口径が０．２５μｍ（ＡＲＲ＝４９．１）と０．３５μｍ（ＡＲＲ＝９６．２）のものと、ホール数１００００個で開口径が０．２０μｍ（ＡＲＲ＝３１４）と０．２５μｍ（ＡＲＲ＝４９１）のものを用いている。なお、ＡＲＲはダメージの受けやすさを示す指標であり、ＡＲＲが大きいほどダメージを受けやすくなる。
【００７５】
図１８のＡＲＲ４９．１のところを見ると、従来のプリプラズマの場合には歩留まりが２０％程度であるのに対し、プリＴｉＣｌ４では歩留まりが８０％を超えており、プリＴｉＣｌ４により、プラズマダメージが大きく低減することが確認された。また、図１８に示すように、成膜時間３ｓｅｃの場合でも成膜時間２６ｓｅｃと同等のダメージとなっており、プラズマを生成させ始める初期の制御が重要であるといえる。
【００７６】
次に、プラズマダメージに対する高周波電力のパワー、チャンバ内圧力、ＴｉＣｌ４流量の影響を把握した。標準の条件（条件１）を、以下のように設定した。
（条件１）
サセプタ温度：６４０℃（ウエハ温度：６２０℃）
チャンバ内圧力：６６７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）
ＴｉＣｌ４流量：１２ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ａｒ流量：１６００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｈ２流量：４０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
高周波電力のパワー：８００Ｗ
プリＴｉＣｌ４時間：５ｓｅｃ
成膜時間：２６ｓｅｃ
【００７７】
条件２では、標準条件である条件１に対して、高周波電力のパワーのみを４００Ｗに低減させた。
条件３では、標準条件である条件１に対して、高周波電力のパワーを４００Ｗに低減させ、かつＴｉＣｌ４流量を１２ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）から２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）に増加させた。
条件４では、標準条件である条件１に対して、高周波電力のパワーを４００Ｗに低減させ、かつ圧力を６６７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）から５００Ｐａ（３．７５Ｔｏｒｒ）に低下させた。
【００７８】
結果を図１９に示す。図１９も図１８と同様、横軸にアンテナ比(ＡＲＲ)をとり、縦軸に全体を１００％とした時の歩留まりをとって、これらの関係を示す図である。この図に示すように、ＡＲＲ９６．２や３１４のところで見ると、高周波電力のパワーを４００Ｗに低減した条件２では、歩留まりが２倍となっており、プラズマダメージが半減することがわかる。また、ＴｉＣｌ４流量を増加させた条件３、圧力を低減した条件４では、同じＡＲＲ９６．２や３１４でほぼ歩留まりが１００％となっており、プラズマダメージをほぼなくすことができることが確認された。
【００７９】
以上のように、プリＴｉＣｌ４を行った上で、条件設定を適正化することによりプラズマダメージを低減することができ、特にＴｉＣｌ４の流量を上昇させることは、簡易なプラズマダメージ低減手法であると考えられるが、上記実験２の結果（図１２参照）より、ＴｉＣｌ４の流量を上昇させると、Ｔｉ膜の抵抗値およびそのばらつきが大きくなる。この点も考慮すると、ＴｉＣｌ４ランプダウンと組み合わせるのがよく、さらにはＲＦランプアップを組み合わせるのがよいことが予想される。したがって、プリＴｉＣｌ４にＴｉＣｌ４ランプダウン、ＲＦランプアップを組み合わせたものについてダメージを評価した。また、プラズマダメージは、上記のようにチャンバ内圧力に影響されるとともに、ウエハ温度にも影響されることが予想されることから、サセプタ温度、チャンバ内圧力も変動させた。
【００８０】
具体的には、まず標準の条件（条件Ａ）を、以下のように設定した。
（条件Ａ）
サセプタ温度：６４０℃（ウエハ温度：６２０℃）
チャンバ内圧力：６６７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）
ＴｉＣｌ４流量：１２ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ａｒ流量：１６００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｈ２流量：４０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
高周波電力のパワー：８００Ｗ
プリプラズマ
成膜時間：２６ｓｅｃ
【００８１】
条件Ｂでは、条件Ａに対して、サセプタ温度を５５０℃（ウエハ温度：５４０℃）に低下させ、成膜時間を３０ｓｅｃにした。
条件Ｃでは、条件Ａに対して、サセプタ温度を５５０℃（ウエハ温度：５４０℃）に低下させ、さらにチャンバ内圧力を５００Ｐａ（３．７５Ｔｏｒｒ）に低下させ、プリプラズマから５ｓｅｃのプリＴｉＣｌ４とした。
条件Ｄでは、条件Ｃにさらに、ＴｉＣｌ４流量を２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）から１２ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）へランプダウン（２ｓｅｃ）すること、および高周波電力を０Ｗから５００Ｗへランプアップ（２ｓｅｃ）すること（開始ずれ時間０ｓｅｃ）を加えたものとした。
【００８２】
その結果を図２０に示す。この図２０も図１８、１９と同様、横軸にアンテナ比(ＡＲＲ)をとり、縦軸に全体を１００％とした時の歩留まりをとって、これらの関係を示す図である。この図に示すように、ＡＲＲ９６．２や３１４のところで見ると、温度低下やチャンバ内圧力低下はプラズマダメージ低減にそれなりに効果があるが、プリＴｉＣｌ４を行った上で、さらにＴｉＣｌ４ランプダウン、ＲＦランプアップを行うことにより、プラズマダメージをほぼなくすことができ、上述の実験２にあるようにＴｉ膜の抵抗値およびそのばらつきを小さくできることから、その効果が極めて大きいことが確認された。
【００８３】
なお、これら実験においては温度測定はサセプタに埋設された熱電対で行ったが、サセプタ温度が５５０℃のとき、チャンバ内圧力が６６７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）ではウエハ温度が５４０℃、５００Ｐａ（３．７５Ｔｏｒｒ）ではウエハ温度が５３５℃であり、サセプタ温度が６４０℃のとき、チャンバ内圧力が６６７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）ではウエハ温度が６２０℃、５００Ｐａ（３．７５Ｔｏｒｒ）ではウエハ温度が６１０℃であることを予め把握した。
【００８４】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば上記実施形態では、シャワーヘッドに高周波電力を印加することにより高周波電界を形成してプラズマを生成したが、サセプタに高周波電力を印加してもよく、また、プラズマ生成機構もこのような平行平板型のプラズマ形成機構に限るものではない。
【００８５】
また、上記実施形態ではシリコンウエハ（シリコン基板）上にＴｉ膜を成膜する場合について示したが、ウエハ上に形成したポリシリコン上に成膜する等、これに限るものではない。さらに、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、ガラス基板、セラミックス基板等の他の基板であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の一実施形態に係るＴｉ膜の成膜方法の実施に用いる成膜装置の一例を示す概略断面図。
【図２】本発明の一実施形態に係るＴｉ膜の成膜方法の実施に用いるウエハの構造例を示す断面図
【図３】Ｔｉ成膜の際の工程を示すフローチャート。
【図４】Ｔｉ膜成膜後およびシリサイド化後のウエハの状態を示す断面図。
【図５】従来のＴｉ膜成膜のメカニズムを説明するための模式図。
【図６】本発明の一実施形態に係るＴｉ膜の成膜方法によりＴｉ膜を成膜する際のメカニズムを説明するための模式図。
【図７】ＲＦランプアップを説明するためのタイミングチャート。
【図８】ＴｉＣｌ４ランプダウンを説明するためのタイミングチャート。
【図９】ＲＦランプアップとＴｉＣｌ４ランプダウンとを組み合わせた状態を示すタイミングを示すタイミングチャート。
【図１０】実験１の結果を示すグラフ。
【図１１】実験２のシーケンスを説明するためのタイミングチャート。
【図１２】実験２の結果を示すグラフ。
【図１３】実験３のシーケンスを説明するためのタイミングチャート。
【図１４】実験３の結果を示すグラフ。
【図１５】実験４の結果を示すグラフ。
【図１６】実験４の結果を示すグラフ。
【図１７】実験５において、プラズマダメージを評価するために用いたデバイスの構造を示す模式図。
【図１８】実験５において、プラズマダメージに及ぼすプリＴｉＣｌ４の影響を示すグラフ。
【図１９】実験５において、プラズマダメージに及ぼす高周波電力のパワー、ＴｉＣｌ４の流量、チャンバ内圧力の影響を示すグラフ。
【図２０】実験５において、プラズマダメージに及ぼすＲＦランプアップとＴｉＣｌ４ランプダウンの影響を示すグラフ。
【符号の説明】
【００８７】
１…チャンバ
２…サセプタ
５…ヒーター
１０…シャワーヘッド
２０…ガス供給機構
２２…ＴｉＣｌ４ガス供給源
２３…Ａｒガス供給源
２４…Ｈ２ガス供給源
３４…高周波電源
３８…排気装置
５０…制御部
５２…記憶部
５２ａ…記憶媒体
１００…成膜装置
１１０…Ｓｉ基板
１１１…層間絶縁膜
１１２…コンタクトホール
１１３…Ｔｉ膜
１１４…シリサイド
Ｗ……半導体ウエハ
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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