(57)【要約】【課題】ステップカバレジを向上させることができ、これによりスループットも高く維持することが可能な成膜方法及びプラズマ成膜装置を提供する。【解決手段】真空排気が可能になされた処理容器２２内へ凹部６を有する絶縁層４が表面に形成された被処理体Ｗを収容すると共に前記処理容器内へ原料ガスを供給してプラズマＣＶＤ法により前記被処理体に対してチタンを含む薄膜を形成する成膜方法において、前記薄膜の形成時の前記処理容器内のプロセス圧力を２３０〜６３０Ｐａの範囲内に設定する。これにより、ステップカバレジを向上させることができ、スループットも高く維持することが可能となる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空排気が可能になされた処理容器内へ凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体を収容すると共に前記処理容器内へ原料ガスを供給してプラズマＣＶＤ法により前記被処理体に対してチタンを含む薄膜を形成する成膜方法において、
前記薄膜の形成時の前記処理容器内のプロセス圧力を２３０〜６３０Ｐａの範囲内に設定するようにしたことを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
前記薄膜の形成時のプロセス温度を４５０〜５５０℃の範囲内に設定するようにしたことを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
【請求項３】
前記原料ガスを処理容器内へ導入するガス導入手段の温度を３３０〜５００℃の範囲内に設定するようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の成膜方法。
【請求項４】
前記プラズマＣＶＤ法を行うプラズマを形成するための高周波電力を５００〜８００Ｗの範囲内に設定するようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項５】
前記原料ガスはＴｉＣｌ４ ガスであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記薄膜は窒化チタン膜であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項７】
全ガス流量に対する前記ＴｉＣｌ４ ガスの流量比は、０．１８〜０．３５％の範囲内であることを特徴とする請求項６記載の成膜方法。
【請求項８】
前記窒化チタン膜の形成時にはＮ２ ガスが供給されており、全ガス流量に対する前記Ｎ２ ガスの流量比は、１．７５〜１７．６２％の範囲内であることを特徴とする請求項７記載の成膜方法。
【請求項９】
前記薄膜はチタン膜であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項１０】
全ガス流量に対する前記ＴｉＣｌ４ ガスの流量比は、０．１２〜０．４１％の範囲内であることを特徴とする請求項９記載の成膜方法。
【請求項１１】
前記凹部の内径又は幅は５０ｎｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項１２】
凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対してチタンを含む薄膜を形成するプラズマ処理装置において、
真空排気が可能になされた処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理体を載置すると共に下部電極として機能する載置台と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記処理容器内へ原料ガスを含む必要な各種ガスを導入すると共に上部電極として機能するガス導入手段と、
前記ガス導入手段へ前記各種ガスを供給するガス供給手段と、
前記載置台と前記ガス導入手段との間にプラズマを形成するプラズマ形成手段と、
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の成膜方法を実施するように制御する制御部と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１３】
真空排気が可能になされた処理容器と、
凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体を前記処理容器内で載置すると共に下部電極として機能する載置台と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記処理容器内へ原料ガスを含む必要な各種ガスを導入すると共に上部電極として機能するガス導入手段と、
前記ガス導入手段へ前記各種ガスを供給するガス供給手段と、
前記載置台と前記ガス導入手段との間にプラズマを形成するプラズマ形成手段と、
装置全体を制御する制御部と、
を備えたプラズマ処理装置を用いて前記被処理体の表面にチタンを含む薄膜を形成するに際して、
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の成膜方法を実施するように前記プラズマ処理装置を制御するコンピュータに読み取り可能なプログラムを記憶する記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜方法及びプラズマ成膜装置に係り、特に半導体ウエハ等の被処理体の表面にバリヤ層等の薄膜を形成する成膜方法及びプラズマ成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体デバイスを製造するには、半導体ウエハに成膜処理、エッチング処理、アニール処理、酸化拡散処理等の各種の処理を繰り返し行って所望のデバイスを製造するようになっている。そして、半導体デバイスの製造工程の途中における配線材料や埋め込み材料としては、従来は主としてアルミニウム合金が用いられていたが、最近は線幅やホール径が益々微細化されて、且つ動作速度の高速化が望まれていることからタングステン（Ｗ）や銅（Ｃｕ）等も用いられる傾向にある。
【０００３】
そして、上記Ａｌ、Ｗ、Ｃｕ等の金属材料を配線材料やコンタクトのためのホールの埋め込み材料として用いる場合には、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２ ）等の絶縁材料と上記金属材料との間で例えばシリコンの拡散が生ずることを防止したり、膜の密着性を向上させる目的で、或いはホールの底部でコンタクトされる下層の電極や配線層等の導電層との間の密着性等を向上する目的で、上記絶縁層や下層の導電層との間の境界部分にバリヤ層を介在させることが行われている。そして、上記バリヤ層としてはＴａ膜、ＴａＮ膜、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜等が広く知られている（特許文献１〜５）。この点について図１３を参照して説明する。
【０００４】
図１３は半導体ウエハの表面の凹部の埋め込み時の成膜方法を示す工程図である。図１３（Ａ）に示すように、被処理体として例えばシリコン基板等よりなる半導体ウエハＷの表面には例えば配線層等となる導電層２が形成されており、この導電層２を覆うようにして半導体ウエハＷの表面全体に例えばＳｉＯ２ 膜等よりなる絶縁層４が所定の厚さで形成されている。上記導電層２は例えば不純物がドープされたシリコン層よりなり、具体的には、トランジスタやコンデンサ等の電極等に対応する場合もあり、特にトランジスタに対するコンタクトの場合にはＮｉＳｉ（ニッケルシリサイド）等により形成される。
【０００５】
そして、上記絶縁層４には、上記導電層２に対して電気的コンタクトを図るためのスルーホールやビアホール等のコンタクト用の凹部６が形成されている。尚、上記凹部６として細長いトレンチ（溝）を形成する場合もある。この凹部６の底部に上記導電層２の表面が露出した状態となっている。そして、この凹部６内の底面及び側面を含めた半導体ウエハＷの表面全体に、すなわち絶縁層４の上面全体に上述したような機能を有するバリヤ層を形成するために、図１３（Ｂ）に示すように、凹部６内の表面（内面）全体も含めてウエハ表面全体（上面全体）に例えばＴｉ膜８を成膜し、更にこのＴｉ膜８上に、図１３（Ｃ）に示すようにＴｉＮ膜１０を成形し、上記Ｔｉ膜８とＴｉＮ膜１０の２層構造よりなるバリヤ層１２を形成する。そして、次に上記ＴｉＮ膜１０を安定化するためにＮＨ３ 雰囲気中でこれを加熱することにより窒化処理を加える。
【０００６】
尚、ＴｉＮ膜１０を形成しないでＴｉ膜８だけでバリヤ層１２を構成する場合もある。上記Ｔｉ膜８は、例えばスパッタ成膜処理やＴｉＣｌ４ を用いたプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成され、上記ＴｉＮ膜１０は例えばＴｉＣｌ４ ガス等を用いた熱ＣＶＤ法や原料ガスと窒化ガスとを交互に流すＳＦＤ（Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  Ｆｌｏｗ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成されていた。このようにしてバリヤ層１２が形成されたならば凹部６内をタングステン等の導電材料で埋め込み、その後、余分な導電材料をエッチング等により削り取るようになっている。
【０００７】
そして、最近にあっては、上記したバリヤ層１２の材質の中で、図１３で説明したように特にＴｉＮ膜を含むバリヤ層１２が注目されている。その理由は、ＴｉＮ膜を含むバリヤ層は金属等の拡散を特に抑制でき、電気抵抗も非常に小さく、更には体積膨張率も小さく、配線材料との密着性も良好である等の利点を有するからである。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１８６１９７号公報
【特許文献２】特開２００４−２３２０８０号公報
【特許文献３】特開２００３−１４２４２５号公報
【特許文献４】特開２００６−１４８０７４号公報
【特許文献５】特表平１０−５０１１００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上述したようなバリヤ層１２の形成方法は、線幅やホール径がそれ程厳しくなく設計基準が緩かった従来の場合には、それ程問題は生じなかった。しかしながら、微細化傾向がより進んで線幅やホール径がより小さくなって設計基準が厳しくなると、次のような問題が生じてきた。すなわち、上述したようにＴｉＮ膜を熱ＣＶＤ法やＳＦＤ法で形成する場合には、これらの成膜方法はステップカバレジが良好なことから凹部６の底部のみならず、凹部６内の側壁の部分にも十分な厚さのＴｉＮ膜が堆積することになる。
【００１０】
この結果、凹部６内に占めるＴｉＮ膜の比率が上がって埋め込み金属材料、例えばタングステンの比率が少なくなり、全体としてのコンタクト抵抗が増大してしまう、といった問題があった。特に、凹部６の穴径が５０ｎｍ以下になると、成膜時のステップカバレジの良さに起因してコンタクト抵抗が急激に増大してしまう、といった問題があった。
【００１１】
そこで、熱ＣＶＤ法よりも指向性が高くて凹部の側壁に薄膜が堆積し難いプラズマを用いたＣＶＤ法によりＴｉＮ膜の薄膜を堆積することも行われている。これによれば、上述のようにプラズマＣＶＤ法は指向性が高いことから凹部内の側壁部分よりも底部に集中的に薄膜を堆積させることができる。
【００１２】
しかしながら、更なる微細化の要請により、上述のように穴径が５０ｎｍ以下になると、上述したようなプラズマＣＶＤ法を用いても凹部内の底部に堆積する薄膜の量は非常に少なくなり、このためステップカバレジが大幅に低下してしまう、といった問題があった。例えば従来の通常のプラズマＣＶＤ法によりＴｉＮ膜を堆積すると、図１３（Ｃ）においてウエハＷの上面側に堆積するＴｉＮ膜１０の厚さＨ１を１００％とすると、凹部６内の底部に堆積するＴｉＮ膜１０の厚さＨ２はせいぜい４０％程度、或いはそれ以下であり、更に凹部６内の側壁部分に堆積するＴｉＮ膜１０の厚さＨ３は１０％程度であり、ステップカバレジが大幅に低下してしまっていた。
【００１３】
このため、凹部６内の底部に十分なバリヤ性を得るための膜厚になるまでに成膜時間が非常に長くなり、この結果、スループットの低下を余儀なくされてしまう、といった問題があった。上記したような問題は、ＴｉＮ膜１０の成膜時のみならず、プラズマＣＶＤ法により成膜されるＴｉ膜８に関しても同様に発生していた。
【００１４】
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、ステップカバレジを向上させることができ、これによりスループットも高く維持することが可能な成膜方法及びプラズマ成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者等は、プラズマＣＶＤ法によるＴｉＮ膜等の成膜について鋭意研究した結果、プロセス圧力を４００Ｐａ程度を中心とした２３０〜６３０Ｐａの範囲内に設定することにより、ステップカバレジを大幅に向上させることができる、という知見を得ることによって本発明に至ったものである。
【００１６】
請求項１に係る発明は、真空排気が可能になされた処理容器内へ凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体を収容すると共に前記処理容器内へ原料ガスを供給してプラズマＣＶＤ法により前記被処理体に対してチタンを含む薄膜を形成する成膜方法において、前記薄膜の形成時の前記処理容器内のプロセス圧力を２３０〜６３０Ｐａの範囲内に設定するようにしたことを特徴とする成膜方法である。
【００１７】
このように、凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体の表面にプラズマＣＶＤ法によりチタンを含む薄膜を形成するに際して、上記薄膜の形成時の上記処理容器内のプロセス圧力を２３０〜６３０Ｐａの範囲内に設定するようにしたので、ステップカバレジを向上させることができ、これによりスループットも高く維持することができる。
【００１８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記薄膜の形成時のプロセス温度を４５０〜５５０℃の範囲内に設定するようにしたことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記原料ガスを処理容器内へ導入するガス導入手段の温度を３３０〜５００℃の範囲内に設定するようにしたことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発明において、前記プラズマＣＶＤ法を行うプラズマを形成するための高周波電力を５００〜８００Ｗの範囲内に設定するようにしたことを特徴とする。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発明において、前記原料ガスはＴｉＣｌ４ ガスであることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項５記載の発明において、前記薄膜は窒化チタン膜であることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項６記載の発明において、全ガス流量に対する前記ＴｉＣｌ４ ガスの流量比は、０．１８〜０．３５％の範囲内であることを特徴とする。
【００２０】
請求項８の発明は、請求項７記載の発明において、前記窒化チタン膜の形成時にはＮ２ ガスが供給されており、全ガス流量に対する前記Ｎ２ ガスの流量比は、１．７５〜１７．６２％の範囲内であることを特徴とする。
請求項９の発明は、請求項５記載の発明において、前記薄膜はチタン膜であることを特徴とする。
【００２１】
請求項１０の発明は、請求項９記載の発明において、全ガス流量に対する前記ＴｉＣｌ４ ガスの流量比は、０．１２〜０．４１％の範囲内であることを特徴とする。
請求項１１の発明は、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の発明において、前記凹部の内径又は幅は５０ｎｍ以下に設定されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項１２の発明は、凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対してチタンを含む薄膜を形成するプラズマ処理装置において、真空排気が可能になされた処理容器と、前記処理容器内で前記被処理体を載置すると共に下部電極として機能する載置台と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記処理容器内へ原料ガスを含む必要な各種ガスを導入すると共に上部電極として機能するガス導入手段と、前記ガス導入手段へ前記各種ガスを供給するガス供給手段と、前記載置台と前記ガス導入手段との間にプラズマを形成するプラズマ形成手段と、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の成膜方法を実施するように制御する制御部と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００２３】
請求項１３の発明は、真空排気が可能になされた処理容器と、凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体を前記処理容器内で載置すると共に下部電極として機能する載置台と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記処理容器内へ原料ガスを含む必要な各種ガスを導入すると共に上部電極として機能するガス導入手段と、前記ガス導入手段へ前記各種ガスを供給するガス供給手段と、前記載置台と前記ガス導入手段との間にプラズマを形成するプラズマ形成手段と、装置全体を制御する制御部と、を備えたプラズマ処理装置を用いて前記被処理体の表面にチタンを含む薄膜を形成するに際して、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の成膜方法を実施するように前記プラズマ処理装置を制御するコンピュータに読み取り可能なプログラムを記憶する記憶媒体である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る成膜方法及びプラズマ成膜装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体の表面にプラズマＣＶＤ法によりチタンを含む薄膜を形成するに際して、上記薄膜の形成時の上記処理容器内のプロセス圧力を２３０〜６３０Ｐａの範囲内に設定するようにしたので、ステップカバレジを向上させることができ、これによりスループットも高く維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、本発明に係る成膜方法及びプラズマ処理装置の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明方法を実施するプラズマ処理装置の一例を示す概略構成図である。図示するように、本発明のプラズマ処理装置２０は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレススチール等により円筒体状に成形された処理容器２２を有しており、この処理容器２２は接地されている。
【００２６】
この処理容器２２の底部２４には、容器内の雰囲気を排出するための排気口２６が設けられており、この排気口２６には真空排気系２８が接続されている。この真空排気系２８は、上記排気口２６に接続された排気通路２９を有しており、この排気通路２９には、その上流側から下流側に向けて圧力調整を行うために弁開度が調整可能になされた圧力調整弁３０及び真空ポンプ３２が順次介設されている。これにより、処理容器２２内を底部周辺部から均一に真空引きできるようになっている。
【００２７】
この処理容器２２内には、導電性材料よりなる支柱３４を介して円板状の載置台３６が設けられており、この上に被処理体として例えばシリコン基板等の半導体ウエハＷを載置し得るようになっている。具体的には、この載置台３６は、ＡｌＮ等のセラミックからなり、その表面が導電性材料によりコーティングされており、プラズマ用電極の一方である下部電極を兼用するものであって、この下部電極は接地されている。この載置台３６には、例えば直径が３００ｍｍの半導体ウエハＷを載置するようになっている。尚、上記下部電極として載置台３６内に例えばメッシュ状の導電性部材を埋め込む場合もある。
【００２８】
この載置台３６内には、例えば抵抗加熱ヒータ等よりなる加熱手段３８が埋め込まれており、半導体ウエハＷを加熱すると共に、これを所望する温度に維持できるようになっている。また、この載置台３６には、半導体ウエハＷの周辺部を押圧してこれを載置台３６上に固定する図示しないクランプリングや半導体ウエハＷの搬入・搬出時に半導体ウエハＷを突き上げて昇降させる図示しないリフタピンが設けられている。
【００２９】
上記処理容器２２の天井部には、プラズマ用電極の他方である上部電極と兼用されるガス導入手段としてのシャワーヘッド４０が設けられており、このシャワーヘッド４０は、天井板４２と一体的になされている。そして、この天井板４２の周辺部は、容器側壁の上端部に対して絶縁材４４を介して気密に取り付けられている。このシャワーヘッド４０は、例えばアルミニウムやアルミニウム合金等の導電材料により形成されている。
【００３０】
このシャワーヘッド４０は、円形になされ上記載置台３６の上面の略全面を覆うように対向させて設けられており、載置台３６との間に処理空間Ｓを形成している。このシャワーヘッド４０は、処理空間Ｓに各種のガスをシャワー状に導入するものであり、シャワーヘッド４０の下面の噴射面にはガスを噴射するための多数の噴射孔４６が形成される。
【００３１】
そして、このシャワーヘッド４０の上部には、ヘッド内にガスを導入するガス導入ポート４８が設けられており、このガス導入ポート４８には各種のガスを供給するガス供給手段５０が取り付けられている。このガス供給手段５０は、上記ガス導入ポート４８に接続されている供給通路５２を有している。
【００３２】
この供給通路５２には、複数の分岐管５４が接続され、各分岐管５４には、成膜用の原料ガスとして、例えばＴｉＣｌ４ ガスを貯留するＴｉＣｌ４ ガス源５６、Ｈ２ ガスを貯留するＨ２ ガス源５８、プラズマガスとして例えばＡｒガスを貯留するＡｒガス源６０、窒化ガスとして例えばアンモニアを貯留するＮＨ３ ガス源６２及びパージガス等として例えばＮ２ ガスを貯留するＮ２ ガス源６４がそれぞれ接続されている。そして、各ガスの流量は、それぞれの分岐管５４に介設した例えばマスフローコントローラのような流量制御器６６により制御される。また、各分岐管５４の流量制御器６６の上流側と下流側とには、必要に応じて上記各ガスの供給及び供給停止を行なう開閉弁６８が介設されている。
【００３３】
尚、ここでは、各ガスを１つの供給通路５２内を混合状態で供給する場合を示しているが、これに限定されず、一部のガス或いは全てのガスを個別に異なる供給通路内に供給し、シャワーヘッド４０内で混合させるようにしてもよい。また供給するガス種によっては供給通路５２内やシャワーヘッド４０内で混合させずに、各ガスを処理空間Ｓにて混合させる（いわゆるポストミックス）ガス搬送形態が用いられる。
【００３４】
また、処理容器２２内における上記シャワーヘッド４０の外周と処理容器２２の内壁との間には、例えば石英等よりなるリング状の絶縁部材６９が設けられると共に、その下面はシャワーヘッド４０の噴射面と同一水平レベルに設定されており、プラズマが偏在しないようになっている。また、上記シャワーヘッド４０の上面側にはヘッド加熱ヒータ７２が設けられており、シャワーヘッド４０を所望の温度に調整できるようになっている。
【００３５】
また、この処理容器２２には、上記載置台３６とシャワーヘッド４０との間の処理空間Ｓにプラズマを形成するプラズマ形成手段７４を有している。具体的には、このプラズマ形成手段７４は、上記シャワーヘッド４０の上部に接続されたリード線７６を有しており、このリード線７６には、途中にマッチング回路７８を介して例えば４５０ｋＨｚのプラズマ発生用電源である高周波電源７０が接続されている。
【００３６】
ここで、この高周波電源７０にあっては、任意の大きさの電力を出力できるように出力電力が可変になされている。また、処理容器２２の側壁には、半導体ウエハＷの搬入・搬出時に気密に開閉可能になされたゲートバルブ８０が設けられる。このように構成された各構成部材の大きさは、３００ｍｍ半導体ウエハＷを成膜する場合、例えば上記シャワーヘッド４０の直径が３４０ｍｍ程度、上記載置台３６の直径が３４０ｍｍ程度、上記載置台３６と上記シャワーヘッド４０との間の距離が１３．５ｍｍ程度、上記処理容器２２内の容積が３４リットル程度である。
【００３７】
そして、このプラズマ処理装置２０の全体の動作を制御するために例えばコンピュータ等よりなる制御部８２を有しており、例えばプロセス圧力、プロセス温度、各ガスの供給量の制御のための指示、高周波電力のオン・オフを含めた供給電力の指示等を行うようになっている。そして、上記制御部８２は上記制御に必要なコンピュータプログラムを記憶する記憶媒体８４を有している。この記憶媒体８４は、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等よりなる。
【００３８】
［成膜方法の説明］
次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置を用いて行なわれる本発明の成膜方法について図１及び図２も参照して説明する。図２は半導体ウエハ上に成膜処理を施す時の一例を示す工程図である。ここではプラズマ処理方法で形成されるチタンを含む膜として主に窒化チタン（ＴｉＮ）膜を成膜する場合を例にとって説明するが、ここで説明するプロセス条件は後述するようにＴｉ膜を成膜する場合にも略同様に適用することができる。
【００３９】
まず、処理容器２２の載置台３６上には、例えば直径が３００ｍｍの半導体ウエハＷが載置されている。この半導体ウエハＷの上面の成膜状況は、例えば図２（Ａ）に示すようになっており、前工程ですでにＴｉ膜８が形成されている。この半導体ウエハＷの構造は、図１３（Ａ）にて説明した構造と同じである。
【００４０】
すなわち、半導体ウエハＷの表面には例えば配線層等となる導電層２が形成されており、この導電層２を覆うようにして半導体ウエハＷの表面全体に例えばＳｉＯ２ 膜等よりなる絶縁層４が所定の厚さで形成されている。上記導電層２は例えば不純物がドープされたシリコン層よりなり、具体的には、トランジスタやコンデンサ等の電極等に対応する場合もあり、特にトランジスタに対するコンタクトの場合にはＮｉＳｉ（ニッケルシリサイド）等により形成される。
【００４１】
そして、上記絶縁層４には、上記導電層２に対して電気的コンタクトを図るためのスルーホールやビアホール等のコンタクト用の凹部６が形成されている。この凹部６の内径（凹部６が溝の場合は幅）は、例えば５０ｎｍ以下であり、このアスペクト比（凹部の深さと穴径との比）は１０程度である。尚、上記凹部６として細長いトレンチ（溝）を形成する場合もある。この凹部６の底部に上記導電層２の表面が露出した状態となっている。そして、この凹部６内の底面及び側面を含めた半導体ウエハＷの表面全体に、すなわち絶縁層４の上面全体に前述したような機能を有するバリヤ層を形成することになる。ここでは、上述したように半導体ウエハＷの表面に前工程でＴｉ膜８がすでに形成されている。尚、このＴｉ膜８は、この同一の処理容器２２内で例えばプラズマＣＶＤ法によって形成されている。
【００４２】
まず、ガス供給手段５２から原料ガスのＴｉＣｌ４ ガスとＮ２ガスと、還元ガ スのＨ２ ガスと、プラズマ用ガスのＡｒガスを、それぞれガス導入手段であるシャワーヘッド４０に所定の流量で流すと共に、これらの各ガスをシャワーヘッド４０から処理容器２２内に導入し、且つ真空排気系２８の真空ポンプ３２により処理容器２２内を真空引きし、所定の圧力に維持する。
【００４３】
これと同時に、プラズマ形成手段７４の高周波電源７０より、４５０ｋＨｚの高周波を上部電極であるシャワーヘッド４０に印加して、シャワーヘッド４０と下部電極としての載置台３６との間に高周波電界を加えて電力を投入する。これにより、Ａｒガスがプラズマ化されて、ＴｉＣｌ４ ガスとＮ２ ガスとを反応させて、半導体ウエハＷの表面に図２（Ｂ）に示すように薄膜としてＴｉＮ膜１０がプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により成膜されることになる。
【００４４】
半導体ウエハＷの温度は、載置台３６に埋め込んだ抵抗加熱ヒータよりなる加熱手段３８により所定の温度により加熱維持される。これにより、半導体ウエハＷの上面にみならず、凹部６内の底面や側面にもＴｉＮ膜１０が堆積されることになる。この時、本発明方法においては、処理容器２２内の圧力であるプロセス圧力を２３０〜６３０Ｐａの範囲内に設定する。
【００４５】
これにより、半導体ウエハＷの上面のみならず、凹部６内の底面や側面にもＴｉＮ膜１０が堆積することになる。この場合、通常の熱ＣＶＤ法よりも成膜の指向性の高いプラズマＣＶＤ法によってＴｉＮ膜１０を成膜しているので、従来において一般的に行われている熱ＣＶＤ法による成膜の場合と比較して、凹部６内の底部には十分な厚さで薄膜が堆積するが、凹部６内の側面には薄膜が堆積し難くなって非常に薄いＴｉＮ膜１０が形成されることになる。
【００４６】
この時の具体的なプロセス圧力が上述のように２３０〜６３０Ｐａの範囲内、好ましくは３００〜５２０Ｐａの範囲内である。他のプロセス条件としては、プロセス温度が例えば４５０〜５５０℃の範囲内である。また各ガスの流量は、ＴｉＣｌ４ ガスが例えば４〜２０ｓｃｃｍの範囲内、Ａｒが例えば５００〜２０００ｓｃｃｍの範囲内、Ｈ２ が例えば５００〜５０００ｓｃｃｍの範囲内、Ｎ２ が例えば１０〜１５００ｓｃｃｍの範囲内である。
【００４７】
この際、全ガス流量に対する上記ＴｉＣｌ４ ガスの流量比（分圧比）を０．１８〜０．３５％の範囲内に設定し、且つ全ガス流量に対する上記Ｎ２ ガスの流量比（分圧比）を１．７５〜１７．６２％の範囲内に設定する。そして、印加される高周波電力は例えば５００〜８００Ｗ（ワット）の範囲内である。またガス導入手段であるシャワーヘッド４０の温度は３３０〜５００℃の範囲内に設定されている。ここでは、例えば凹部６の底部に堆積するＴｉＮ膜１０の薄膜の厚さが、例えば２〜１０ｎｍの範囲内になるようにプロセス時間が設定されている。
【００４８】
これにより、Ｔｉ膜８とＴｉＮ膜１０とよりなる２層構造のバリヤ層１２が形成されることになる。このようにして、凹部６を有する絶縁層４が表面に形成された被処理体としての半導体ウエハＷの表面にプラズマＣＶＤ法によりチタンを含む薄膜、例えばＴｉＮ膜１０を形成するに際して、上記薄膜の形成時の上記処理容器２２内のプロセス圧力を２３０〜６３０Ｐａの範囲内に設定するようにしたので、ステップカバレジを向上させることができ、これによりスループットも高く維持することができる。
【００４９】
この後は、例えば同一の処理容器２２内で還元ガスのＨ２ ガスと、プラズマ用ガスのＡｒガスと、窒化ガスのＮＨ３ ガスとを供給してＡｒガスのプラズマにより上記ＴｉＮ膜１０に対して窒化処理を施し、或いはこの窒化処理を施さないで、上記半導体ウエハＷを処理容器２２内から搬出して上記凹部６内を導電性膜により埋め込む。この埋め込み処理では、例えば熱ＣＶＤ処理により上記導電性材料としてタングステン膜を埋め込んだり、或いはメッキ処理により上記導電性材料として銅を埋め込んだりする。
【００５０】
そして、アニール処理を行った後に、半導体ウエハＷの上面に位置する不要な導電性膜を削り取って除去することになる。この除去の方法としては、例えばエッチング処理やＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等が用いられる。
【００５１】
尚、上記実施形態では、ＴｉＮ膜１０の下層にＴｉ膜８を形成したが、このＴｉ膜８を形成することなくＴｉＮ膜１０のみを形成するようにしてもよく、この場合にはバリヤ層１２は、ＴｉＮ膜１０だけの一層構造となる。
【００５２】
また、Ｔｉを含む薄膜である上記Ｔｉ膜８を形成する場合には、上記ＴｉＮ膜１０の形成方法においてＮ２ ガスを供給しないようにするだけであり、具体的には、ＴｉＣｌ４ ガスとＡｒガスとＨ２ ガスとが用いられ、プラズマＣＶＤ法によって上記Ｔｉ膜８を形成する。従って、基本的には、Ｔｉ膜８のプロセス条件としては、Ｎ２ ガスに関するプロセス条件を除いてＴｉＮ膜１０の成膜時のプロセス条件をそのまま適用することができる。
【００５３】
すなわち、Ｔｉ膜のプロセス条件に関して、プロセス圧力を初めとして、プロセス温度、各ガスの供給量、印加する高周波電力、シャワーヘッド４０の温度はＴｉＮ膜１０の成膜時のプロセス条件と同じであり、これらの数値をそれぞれ用いることができる。ただし、全ガス流量に対するＴｉＣｌ４ ガスの流量比に関しては、ＴｉＮ膜の成膜時は０．１８〜０．３５％の範囲内であったが、Ｔｉ膜の成膜時は後述するように０．１２〜０．４１％の範囲内に設定する。このように、Ｔｉ膜８とＴｉＮ膜１０の成膜時でＴｉＣｌ４ ガスの流量比が異なる理由は、Ｔｉ膜８の成膜時にはＮ２ ガスを用いないからである。
【００５４】
次に、Ｔｉを含む薄膜の成膜時における各プロセス条件について、図１において説明したプラズマ処理装置を用いて評価実験を行ったので、各評価結果について説明する。尚、以下の評価実験では、穴径６０ｎｍ、アスペクト比１０のホール（凹部）に対してＴｉやＴｉＮを成膜して評価した。
【００５５】
＜成膜レートと底部のステップカバレジの評価＞
まず、ＴｉＮ膜の成膜レートと凹部の底部に対するステップカバレジのプロセス圧力依存性について実験を行ったので、その評価結果について説明する。図３はＴｉＮ膜の成膜レートと凹部の底部に対するステップカバレジのプロセス圧力依存性を示すグラフである。図３において、左側縦軸は成膜レートをとり、右側縦軸は底部ステップカバレジをとり、横軸は圧力（プロセス圧力）をとっている。
【００５６】
ここで成膜レートとは、半導体ウエハＷ（絶縁層４）の上面側に堆積する薄膜の成膜レートを示し、底部ステップカバレジとは図２（Ｂ）において絶縁層４の上面側に堆積した薄膜（ＴｉＮ膜）の膜厚Ｍ１を１００％とした時に凹部６内の底部に堆積した薄膜の膜厚Ｍ２のパーセントを示している。以上の定義は、これ以降に説明する他のグラフにおいても同じである。
【００５７】
プラズマＣＶＤ法によるＴｉＮ膜の成膜時のプロセス条件は以下の通りである。
プロセス圧力：２００〜８００Ｐａの範囲内で変化
プロセス温度：５５０℃（載置台の温度）
シャワーヘッドの温度：４２０℃
ガス流量：ＴｉＣｌ４ ／Ａｒ／Ｈ２ ／Ｎ２ ＝１２／１６００／４０００／１００ｓｃｃｍ
高周波電力：８００Ｗ
膜厚：６ｎｍ（絶縁層の上面）
【００５８】
上述のような成膜条件で、プロセス圧力を２００〜８００Ｐａの範囲で変化させたところ、図３中の曲線Ａの成膜レートに示されるように、成膜レートは圧力が４００Ｐａ付近で極大となり、その左側の圧力が低い領域では圧力が低くなるに従って、成膜レートは急激に低下し、右側の圧力が高い領域では圧力が高くなるに従って、成膜レートはなだらかに低下している。
【００５９】
そして、この時の凹部６内の底部（底面）に堆積するＴｉＮ膜の膜厚の割合を示す底部ステップカバレジは、曲線Ｂに示すように上記曲線Ａで示す成膜レートと同様に、圧力が４００Ｐａ付近で極大となり、その左側の圧力が低い領域では圧力が低くなるに従って、成膜レートは急激に低下し、右側の圧力が高い領域では圧力が高くなるに従って、成膜レートはなだらかに低下している。
【００６０】
具体的な底部ステップカバレジの値は、圧力が２６６Ｐａの時に４３．３％、圧力が４００Ｐａの時に５３．２％、圧力が６７７Ｐａの時に３８．１％、圧力が８００Ｐａの時に３４．１％であった。このように、成膜レートと底部ステップカバレジとの相関関係は略比例の関係にあるということができ、従って、底部ステップカバレジの大小を判断するには成膜レートの大小を判断すればよいことが判る。
【００６１】
そして、図３に示すグラフによれば、底部ステップカバレジを４０％以上にするためには、プロセス圧力を２３０〜６３０Ｐａの範囲内に設定する必要があることが判る。そして、底部ステップカバレジを４５％以上にするためには、プロセス圧力を好ましくは３００〜５２０Ｐａの範囲内に設定するのがよく、更に底部ステップカバレジを５０％以上にするためには、より好ましくはプロセス圧力を３５０〜４５０Ｐａの範囲内に設定するのがよいことが判る。
【００６２】
上述したように、プロセス圧力が４００Ｐａ付近で底部ステップカバレジが極大になる理由は、ガス分子の平均自由行程とＴｉＣｌ４ ガス分圧の相乗効果によるものと考えられる。平均自由行程に関しては、プロセス圧力が低圧になるほど平均自由行程は長くなり、各ガス分子が衝突せずに直進できる距離が長くなる。例えば図４はＡｒガスの平均自由行程と圧力との関係を示すグラフであり、圧力の増加に略反比例して平均自由行程が小さくなっている。そして、ここでは圧力が６６７Ｐａで平均自由行程が０．０２６ｍｍだったものが、圧力が４００Ｐａで平均自由行程が０．０４３ｍｍと倍近くまで長くなっている。
【００６３】
そのため、プロセス圧力が低圧になるほど、凹部６内の底部まで到達できるガス分子が多くなり、底部ステップカバレジが改善されることになる。よって、平均自由行程はＡｒガスで０．０２９ｍｍ（６３０Ｐａの時）以上であることが望ましい。換言すれば、凹部６の底部に十分なガス分子を供給することを考えると、例えば穴径が０．０６μｍであってアスペクト比が１０の凹部６においては、凹部の深さは０．６μｍとなるため、目安として深さの５０倍程度以上の平均自由行程があれば、凹部６の底部に供給できるガス分子の数が十分に増えるといえる。
【００６４】
しかしながら、プロセス圧力が低くなり過ぎると、成膜するための原料ガスであるＴｉＣｌ４ ガスの分圧も低くなるため、凹部６の内部に原料ガスが十分に行き渡らなくなる。そのため、凹部６の底部における原料ガスは枯渇し、底部ステップカバレジが悪化することになる。図５はプロセス圧力とＴｉＣｌ４ ガスの分圧との関係を示すグラフであり、プロセス圧力の増加に比例してＴｉＣｌ４ ガスの分圧も大きくなっている。ＴｉＣｌ４ ガスの分圧としては、プロセス圧力が２３０Ｐａよりも低くなってくると、例えば穴径が０．０６μｍであってアスペクト比が”１０”の凹部６において底部ステップカバレジが悪化してしまうので、良好な底部ステップカバレジを保つには０．４２Ｐａ以上のＴｉＣｌ４ ガスの分圧が必要である。
【００６５】
ここで、上記プラズマＣＶＤ法によるＴｉＮ膜の成膜実験におけるプロセス温度を５５０℃から４５０℃に変更し、他のプロセス条件は変えないでＴｉＮ膜の成膜実験を行ったところ、成膜レートは図３中の曲線Ａよりも僅かに低いが、曲線Ａと類似形の曲線を描く成膜レートを得ることができた。従って、プラズマＣＶＤ法によるＴｉＮ膜の成膜時のプロセス温度は少なくとも４５０〜５５０℃の範囲内は実用的に用いることができることが判る。
【００６６】
［他のプロセス条件の評価］
次にプラズマＣＶＤ法によるＴｉＮ膜の成膜時における他のプロセス条件、例えばＴｉＣｌ４ ガス流量、Ｎ２ ガス流量、シャワーヘッド温度についても実験により検討を行ったので、この評価結果について説明する。
【００６７】
＜ＴｉＮ膜成膜時のＴｉＣｌ４ ガス流量を変化させた時の圧力依存性＞
まず、プラズマＣＶＤ法によりＴｉＮ膜を成膜する際に、ＴｉＣｌ４ ガス流量を変化させた時の圧力依存性の評価を行った。図６はプラズマＣＶＤ法によりＴｉＮ膜を成膜する際のＴｉＣｌ４ ガス流量の圧力依存性を示すグラフである。図６において横軸は圧力（プロセス圧力）をとり、縦軸は成膜レートをとっている。
【００６８】
ＴｉＮ膜の成膜時のプロセス条件は以下の通りである。
プロセス圧力：２００〜８００Ｐａの範囲内で変化
プロセス温度：５５０℃（載置台）
シャワーヘッドの温度：４２０℃
ガス流量：Ａｒ／Ｈ２ ／Ｎ２ ＝１６００／４０００／１００ｓｃｃｍ（ＴｉＣｌ４ ガスの流量は１２〜２０ｓｃｃｍの範囲内で変化）
高周波電力：８００Ｗ
膜厚：６ｎｍ（絶縁層の上面）
【００６９】
図６に示すように、ＴｉＣｌ４ ガス流量を１２ｓｃｃｍから２０ｓｃｃｍへ増加して行くと、ＴｉＣｌ４ ガス流量によって成膜レートに差が生じてＴｉＣｌ４ ガスの流量が多いほど、成膜レートが高くなっている。しかし、全てのＴｉＣｌ４ ガス流量においてプロセス圧力が４００Ｐａ付近の時にそれぞれ成膜レートに極大が生じており、プロセス圧力が４００Ｐａよりも低いと急激に成膜レートは低下し、４００Ｐａよりも高いと成膜レートはなだらかに低下しているので、図３に示した曲線Ａと同様な曲線を示すことが判る。
【００７０】
従って、この場合にも、前述したようにプロセス圧力を２３０〜６３０Ｐａの範囲内に設定すればよいことが判る。また、上記ＴｉＣｌ４ ガスの流量範囲である１２〜２０ｓｃｃｍの範囲は実用的にも用いることができる。従って、ＴｉＣｌ４ ガスの流量比は、後述するようにＮ２ガスの流量が１００〜１２００ｓｃｃ ｍの範囲内であることも考慮し、少なくとも０．１８〜０．３５％の範囲内に設定すればよいことが判る。
【００７１】
＜ＴｉＮ膜成膜時のＮ２ ガス流量を変化させた時の圧力依存性＞
次に、プラズマＣＶＤ法によりＴｉＮ膜を成膜する際に、Ｎ２ ガス流量を変化させた時の圧力依存性の評価を行った。図７はプラズマＣＶＤ法によりＴｉＮ膜を成膜する際のＮ２ ガス流量の圧力依存性を示すグラフである。図７において横軸は圧力（プロセス圧力）をとり、左側縦軸と右側縦軸はそれぞれ成膜レートをとっており、両縦軸の成膜レートの目盛りは大きく異なっている点に注意されたい。すなわちＮ２ ガス流量が１００、２００ｓｃｃｍの時は左側縦軸と参照し、８００、１２００ｓｃｃｍの時は右側縦軸を参照する。
【００７２】
ＴｉＮ膜の成膜時のプロセス条件は以下の通りである。
プロセス圧力：２５０〜８００Ｐａの範囲内で変化
プロセス温度：５５０℃（載置台）
シャワーヘッドの温度：４２０℃
ガス流量：ＴｉＣｌ４ ／Ａｒ／Ｈ２ ＝１２／１６００／４０００ｓｃｃｍ（Ｎ２ ガスの流量は１００〜１２００ｓｃｃｍの範囲内で変化）
高周波電力：８００Ｗ
膜厚：６ｎｍ（絶縁層の上面）
【００７３】
図７に示すように、Ｎ２ ガス流量を１００ｓｃｃｍから１２００ｓｃｃｍへ増加して行くと、Ｎ２ ガス流量によって成膜レートに差が生じてＮ２ ガスの流量が２００ｓｃｃｍの時に一番高くなり、それよりもＮ２ ガスが減少した場合、及び増加した場合も成膜レートが低くなっている。しかし、全てのＮ２ ガス流量においてプロセス圧力が４００Ｐａ付近の時にそれぞれ成膜レートに極大が生じており、プロセス圧力が４００Ｐａよりも低いと急激に成膜レートは低下し、４００Ｐａよりも高いと成膜レートはなだらかに低下しているので、図３に示した曲線Ａと同様な曲線を示すことが判る。
【００７４】
従って、この場合にも、前述したようにプロセス圧力を２３０〜６３０Ｐａの範囲内に設定すればよいことが判る。また、上記Ｎ２ ガスの流量範囲である１００〜１２００ｓｃｃｍの範囲は実用的にも用いることができる。従って、Ｎ２ ガスの流量比は、前述したようにＴｉＣｌ４ガスの流量が１２〜２０ｓｃｃｍの範 囲内であることも考慮し、少なくとも１．７５〜１７．６２％の範囲内に設定すればよいことが判る。
【００７５】
＜ＴｉＮ膜成膜時のシャワーヘッド温度を変化させた時の圧力依存性＞
次に、プラズマＣＶＤ法によりＴｉＮ膜を成膜する際に、シャワーヘッド温度を変化させた時の圧力依存性の評価を行った。図８はプラズマＣＶＤ法によりＴｉＮ膜を成膜する際のシャワーヘッド温度の圧力依存性を示すグラフである。図８において横軸は圧力（プロセス圧力）をとり、縦軸は成膜レートをとっている。
【００７６】
ＴｉＮ膜の成膜時のプロセス条件は以下の通りである。
プロセス圧力：２５０〜８００Ｐａの範囲内で変化
プロセス温度：５５０℃（載置台）
シャワーヘッドの温度：３３０〜５００℃の範囲内で変化
ガス流量：ＴｉＣｌ４ ／Ａｒ／Ｈ２ ／Ｎ２ ＝１２／１６００／４０００／１００ｓｃｃｍ
高周波電力：８００Ｗ
膜厚：６ｎｍ（絶縁層の上面）
【００７７】
図８に示すように、シャワーヘッド温度を３３０℃、４２０℃及び５００℃へ増加して行くと、シャワーヘッド温度によって僅かではあるが成膜レートに差が生じてシャワーヘッド温度が高いほど、成膜レートが高くなっている。しかし、全てのシャワーヘッド温度においてプロセス圧力が４００Ｐａ付近の時にそれぞれ成膜レートに極大が生じており、プロセス圧力が４００Ｐａよりも低いと急激に成膜レートは低下し、４００Ｐａよりも高いと成膜レートはなだらかに低下しているので、図３に示した曲線Ａと同様な曲線を示すことが判る。
【００７８】
従って、この場合にも、前述したようにプロセス圧力を２３０〜６３０Ｐａの範囲内に設定すればよいことが判る。また、上記シャワーヘッド温度の範囲である３３０〜５００℃の範囲は実用的にも用いることができることが判る。
【００７９】
［プラズマＣＶＤ法によるＴｉ膜に対する評価］
先に説明した実験はＴｉＮ膜を成膜する時の実験であるが、確認のためにプラズマＣＶＤ法によりＴｉを含む膜としてＴｉ膜を成膜する場合についても各プロセス条件に関する実験を行ったので、その評価結果について説明する。前述したように、プラズマＣＶＤ法によりＴｉＮ膜とＴｉ膜を形成する成膜方法の相異は、ＴｉＮ膜の形成にはＮ２ ガスを添加するが、Ｔｉ膜の形成にはＮ２ ガスを添加しない、という点のみなので、ガス流量比のプロセス条件を除いて、他のプロセス条件は両成膜方法に実質的に共通する。
【００８０】
＜Ｔｉ成膜時のプロセス圧力依存性＞
ここでは、先のプラズマＣＶＤ法によるＴｉＮ膜の成膜時のプロセス圧力の影響と同様に、プラズマＣＶＤ法によるＴｉ膜の成膜時のプロセス圧力の影響を評価した。ここで用いたプラズマ処理装置は、図１において説明したプラズマ処理装置と同じである。
【００８１】
図９はプラズマＣＶＤ法により成膜されるＴｉ膜のプロセス圧力依存性を示すグラフである。図９において横軸は圧力（プロセス圧力）をとり、縦軸は成膜レートをとっている。このグラフは図３中の曲線Ａに対応するものである。Ｔｉ膜の成膜時のプロセス条件は以下の通りである。
【００８２】
プロセス圧力：２００〜８００Ｐａの範囲内で変化
プロセス温度：５５０℃
シャワーヘッドの温度：４２０℃
ガス流量：ＴｉＣｌ４ ／Ａｒ／Ｈ２ ＝１２／１６００／４０００ｓｃｃｍ
高周波電力：８００Ｗ
膜厚：１０ｎｍ（絶縁層の上面）
【００８３】
上述のような成膜条件で、プロセス圧力を２００〜８００Ｐａの範囲内で変化させたところ、図９に示すように成膜レートは圧力が４００Ｐａ付近で極大となり、その左側の圧力の低い領域では圧力が低くなるに従って成膜レートは急激に低下し、右側の圧力が高い領域では圧力が高くなるに従って成膜レートはなだらかに低下しているので、図３に示した曲線Ａと同様な曲線を示すことが判る。
【００８４】
従って、プラズマＣＶＤ法によりＴｉ膜を成膜する場合にも、ＴｉＮ膜を成膜する場合と同様にプロセス圧力を２３０〜６３０Ｐａの範囲内に設定する必要があり、好ましくは３００〜５２０Ｐａの範囲内に設定し、より好ましくは３５０〜４５０Ｐａの範囲内に設定すればよいことが判る。
【００８５】
＜Ｔｉ膜成膜時のＴｉＣｌ４ ガス流量を変化させた時の圧力依存性＞
次に、プラズマＣＶＤ法によりＴｉ膜を成膜する際に、ＴｉＣｌ４ ガス流量を変化させた時の圧力依存性の評価を行った。図１０はプラズマＣＶＤ法によりＴｉ膜を成膜する際のＴｉＣｌ４ ガス流量の圧力依存性を示すグラフである。このグラフは図６に対応するものである。図１０において横軸は圧力（プロセス圧力）をとり、縦軸は成膜レートをとっている。
【００８６】
Ｔｉ膜の成膜時のプロセス条件は以下の通りである。
プロセス圧力：２００〜８００Ｐａの範囲内で変化
プロセス温度：５５０℃（載置台）
シャワーヘッドの温度：４２０℃
ガス流量：Ａｒ／Ｈ２ ＝１６００／４０００ｓｃｃｍ（ＴｉＣｌ４ ガスの流量は６．７、１２、２０ｓｃｃｍの３条件で変化）
高周波電力：８００Ｗ
膜厚：１０ｎｍ（絶縁層の上面）
【００８７】
図１０に示すように、ＴｉＣｌ４ ガス流量を６．７、１２、２０ｓｃｃｍへ増加して行くと、ＴｉＣｌ４ ガス流量によって成膜レートに差が生じてＴｉＣｌ４ ガスの流量が多いほど、成膜レートが高くなっている。しかし、全てのＴｉＣｌ４ ガス流量においてプロセス圧力が４００Ｐａ付近の時にそれぞれ成膜レートに極大が生じており、プロセス圧力が４００Ｐａよりも低いと急激に成膜レートは低下し、４００Ｐａよりも高いと成膜レートはなだらかに低下しているので、図３に示した曲線Ａと同様な曲線を示すことが判る。
【００８８】
従って、この場合にも、前述したＴｉＮ膜の成膜時と同様にプロセス圧力を２３０〜６３０Ｐａの範囲内に設定すればよいことが判る。また、上記ＴｉＣｌ４ ガスの流量範囲である６．７〜２０ｓｃｃｍの範囲は実用的にも用いることができる。従って、Ｔｉ膜の成膜時にはＴｉＣｌ４ ガスの流量比は、後述するようにＡｒガスの流量が８００〜１６００ｓｃｃｍの範囲内であることも考慮し、少なくとも０．１２〜０．４１％の範囲内に設定すればよいことが判る。
【００８９】
＜Ｔｉ成膜時のＲＦ周波数と上部／下部電極印加の圧力依存性＞
次にプラズマＣＶＤ法によりＴｉ膜を成膜する際のＲＦ（高周波）電力の周波数の圧力依存性及び上部電極と下部電極への印加手法の圧力依存性について評価を行った。図１１はＴｉ成膜時のＲＦ周波数と上部／下部電極印加の圧力依存性を示すグラフである。図１１において横軸は圧力（プロセス圧力）をとり、縦軸は成膜レートをとっている。
【００９０】
Ｔｉ膜の成膜時のプロセス条件は以下の通りである。
プロセス圧力：２００〜１０００Ｐａの範囲内で変化
プロセス温度：４５０℃（載置台）
シャワーヘッドの温度：４００℃
ガス流量：ＴｉＣｌ４ ／Ａｒ／Ｈ２ ＝６．７／８００／４０００ｓｃｃｍ
高周波電力：８００Ｗ（周波数＝４５０ｋＨｚ／２ＭＨｚ）
膜厚：５ｎｍ（絶縁層の上面）
【００９１】
通常は、ＲＦ電力は上部電極に印加し、対向する下部電極はアースされているが、ここでは下部電極にＲＦ電力を印加して上部電極をアースした場合についても実験を行い、また、ＲＦ周波数も４５０ｋＨｚと２ＭＨｚとを切り替えてそれぞれ印加した。
【００９２】
図１１に示すように、ＲＦ周波数としては２ＭＨｚよりも４５０ｋＨｚを用いた方が成膜レートが僅かではあるが大きくなっている。また、ＲＦ電力が同じ場合には、上部電極（シャワーヘッド）よりも下部電極（載置台）にＲＦ電力を印加した方が成膜レートが僅かではあるが大きくなっている。
【００９３】
しかし、全てのＲＦ印加態様においてプロセス圧力が４００Ｐａ付近の時にそれぞれ成膜レートに極大が生じており、プロセス圧力が４００Ｐａよりも低いと急激に成膜レートは略直線的に低下し、４００Ｐａよりも高いと成膜レートはなだらかに略直線的に低下しているので、図３に示した曲線Ａと類似した曲線を示すことが判る。
【００９４】
従って、プラズマＣＶＤ法によってＴｉ膜を成膜する場合にも、前述したようにプロセス圧力を２３０〜６３０Ｐａの範囲内に設定すればよいことが判る。また、
印加する高周波電力の周波数は少なくとも４５０ｋＨｚ〜２ＭＨｚの範囲内で実用的に用いることができる。また、この評価結果はプラズマＣＶＤ法によりＴｉＮ膜を成膜する際にも適用することができる。
【００９５】
また、ここでのプロセス温度は、その前の各評価実験の時の５５０℃よりも低い４５０℃で行っており、この温度でも良好な結果を示している。従って、プラズマＣＶＤ法によりＴｉ膜やＴｉＮ膜を形成する場合には、プロセス温度を少なくとも４５０〜５５０℃の範囲内に設定すれば、良好な結果を得られることが判る。
【００９６】
＜Ｔｉ膜成膜時のＲＦ電力を変化させた時の圧力依存性＞
次に、プラズマＣＶＤ法によりＴｉ膜を成膜する際に、  印加するＲＦ（高周波）電力を変化させた時の圧力依存性の評価を行った。図１２はプラズマＣＶＤ法によりＴｉ膜を成膜する際のＲＦ電力の圧力依存性を示すグラフである。図１２において横軸は圧力（プロセス圧力）をとり、縦軸は成膜レートをとっている。
【００９７】
Ｔｉ膜の成膜時のプロセス条件は以下の通りである。
プロセス圧力：２００〜８００Ｐａの範囲内で変化
プロセス温度：５５０℃（載置台）
シャワーヘッドの温度：４２０℃
ガス流量：ＴｉＣｌ４ ／Ａｒ／Ｈ２ ＝１２／１６００／４０００ｓｃｃｍ
高周波電力：５００Ｗと８００Ｗで変化
膜厚：１０ｎｍ（絶縁層の上面）
【００９８】
ここでは高周波電力を５００Ｗと８００Ｗとに切り換えてＴｉ膜の成膜を行った。図１２に示すように、高周波電力を５００Ｗと８００Ｗとに切り換えると、電力によって成膜レートに差が生じて印加する電力が多いほど、成膜レートが高くなっている。しかし、両電力においてプロセス圧力が４００Ｐａ付近の時にそれぞれ成膜レートに極大が生じており、プロセス圧力が４００Ｐａよりも低いと急激に成膜レートは低下し、４００Ｐａよりも高いと成膜レートはなだらかに低下しているので、図３に示した曲線Ａと同様な曲線を示すことが判る。
【００９９】
従って、プラズマＣＶＤ法によってＴｉ膜を形成する場合にも、前述したようにプロセス圧力を２３０〜６３０Ｐａの範囲内に設定すればよいことが判る。また印加する高周波電力は少なくとも５００〜８００Ｗの範囲内で実用的に用いることができることが判る。また、この評価結果は、プラズマＣＶＤ法によりＴｉＮ膜を成膜する際にも適用することができる。
【０１００】
尚、上記実施形態では、プラズマ用ガスとしてＡｒガスを用いたが、これに限定されず、Ｈｅ、Ｎｅ等の他の希ガスを用いてもよい。またプラズマ窒化工程における窒化ガスとしてＮＨ３ ガスを用いたが、これに限定されず、Ｎ２ ガス、ヒドラジン（Ｈ２ Ｎ−ＮＨ２ ）ガスやモノメチルヒドラジン（ＣＨ３ −ＮＨ−ＮＨ２ ）ガス等を用いてもよい。
【０１０１】
更に、ここでは原料ガスとしてＴｉＣｌ４ ガスを用いたが、これに限定されず、ＴＤＭＡＴ（Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３ ）２ ］４ ：テトラキスジメチルアミノチタン）ガスやＴＤＥＡＴ（Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２ Ｈ５ ）２ ］４ ：テトラキスジエチルアミノチタン）ガス等を用いてもよい。
また、ここ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、この半導体ウエハにはシリコン基板やＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体基板も含まれ、更にはこれらの基板に限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明方法を実施するプラズマ処理装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】半導体ウエハ上に成膜処理を施す時の一例を示す工程図である。
【図３】ＴｉＮ膜の成膜レートと凹部の底部に対するステップカバレジのプロセス圧力依存性を示すグラフである。
【図４】Ａｒガスの平均自由行程と圧力との関係を示すグラフである。
【図５】プロセス圧力とＴｉＣｌ４ ガスの分圧との関係を示すグラフである。
【図６】プラズマＣＶＤ法によりＴｉＮ膜を成膜する際のＴｉＣｌ４ ガス流量の圧力依存性を示すグラフである。
【図７】プラズマＣＶＤ法によりＴｉＮ膜を成膜する際のＮ２ ガス流量の圧力依存性を示すグラフである。
【図８】プラズマＣＶＤ法によりＴｉＮ膜を成膜する際のシャワーヘッド温度の圧力依存性を示すグラフである。
【図９】プラズマＣＶＤ法により成膜されるＴｉ膜のプロセス圧力依存性を示すグラフである。
【図１０】プラズマＣＶＤ法によりＴｉ膜を成膜する際のＴｉＣｌ４ ガス流量の圧力依存性を示すグラフである。
【図１１】Ｔｉ成膜時のＲＦ周波数と上部／下部電極印加の圧力依存性を示すグラフである。
【図１２】プラズマＣＶＤ法によりＴｉ膜を成膜する際のＲＦ電力の圧力依存性を示すグラフである。
【図１３】半導体ウエハの表面の凹部の埋め込み時の成膜方法を示す工程図である。
【符号の説明】
【０１０３】
２  導電層
４  絶縁層
６  凹部
８  Ｔｉ膜（チタン膜）
１０  ＴｉＮ膜（窒化チタン膜）
１２  バリヤ層
２０  プラズマ処理装置
２２  処理容器
２８  真空排気系
３６  載置台
３８  加熱手段
４０  シャワーヘッド（ガス導入手段）
５０  ガス供給手段
７４  プラズマ形成手段
８２  制御部
８４  記憶媒体
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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【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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