(57)【要約】【課題】低温成膜においても、残留Ｃｌが少なく十分に低抵抗なＴｉ膜を成膜することができるＴｉ膜の成膜方法を提供する。【解決手段】チャンバ内に基板を配置し、Ｔｉ原料であるＴｉＣｌ４ガス、還元ガスである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て基板上にＴｉ膜を成膜するにあたり、チャンバ内に、処理ガスの他にプラズマ生成ガスとしてＡｒガスを導入し、Ａｒガスをプラズマ化してＡｒイオンを生成し、Ａｒイオンを基板上に堆積されたＴｉ膜に作用させ、Ｔｉ膜からのＣｌの脱離を促進させる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内に基板を配置し、Ｔｉ原料であるＴｉＣｌ４ガス、還元ガスである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て基板上に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、前記処理ガスの他にプラズマ生成ガスとしてＡｒガスを導入し、Ａｒガスをプラズマ化してＡｒイオンを生成し、Ａｒイオンを基板上に堆積されたＴｉ膜に作用させ、Ｔｉ膜からのＣｌの脱離を促進させることを特徴とするＴｉ膜の成膜方法。
【請求項２】
Ｔｉ膜成膜の際の温度が４５０℃以下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】
Ｔｉ膜成膜の際のガス流量が、
ＴｉＣｌ４ガス：１〜１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、
Ｈ２ガス：２０〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、
Ａｒガス流量：１００〜１００００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
であ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】
成膜処理の際の前記チャンバ内の圧力は、１３．３〜１３３３Ｐａの範囲であ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】
前記チャンバ内に設けられた載置台上に基板を載置し、載置台に設けられた電極に接続された伝送路に、インピーダンス調整回路を接続し、これによりプラズマから見た前記伝送路のインピーダンスを低下させてプラズマから基板に流れる電流を増加させ、Ａｒイオンを高エネルギー化することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のＴｉ膜の成膜方法。
【請求項６】
前記載置台の前記電極を下部電極とし、前記下部電極に対向するように上部電極を設けて、前記上部電極に高周波電力を供給することにより、前記上部電極と前記下部電極との間に形成される高周波電界によりプラズマを生成することを特徴とする請求項５に記載のＴｉ膜の成膜方法。
【請求項７】
前記高周波電力のパワーが１００〜３０００Ｗであることを特徴とする請求項６に記載のＴｉ膜の成膜方法。
【請求項８】
前記基板は、Ｓｉ部分と、その上に形成されたＳｉＯ２からなる層間絶縁膜とを有し、前記層間絶縁膜に、前記Ｓｉ部分を臨むようにホールが形成されており、該基板にＴｉ膜を成膜する際に、前記Ｓｉ部分に形成されるＴｉ膜の膜厚のほうが、前記層間絶縁膜に形成されるＴｉ膜の膜厚よりも厚いことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のＴｉ膜の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｔｉ膜の成膜方法に関する。
【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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−０４０５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＴｉＣｌ４ガスを用いてＴｉ膜を成膜する場合、ＴｉＣｌ４ガスが分解して生成するＣｌガスが膜中に残留し、これがＴｉ膜の抵抗を上げる要因となっている。ところが、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埋め込み金属に対するＴｉ膜等の他の膜の占める割合が増加しているため、残留Ｃｌが少なく低抵抗のＴｉ膜が求められている。
【０００８】
Ｔｉ膜中のＣｌ残留量を少なくし、低抵抗化するためには、成膜温度を６００℃程度に高くしてＣｌを脱離させればよいが、近時、デバイスに耐熱温度の低い材料が用いられていることや、不純物の拡散を防止する観点から、４５０℃以下の低温成膜が指向されており、成膜温度を高温化することは非現実的である。
【０００９】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、低温成膜においても、残留Ｃｌが少なく十分に低抵抗なＴｉ膜を成膜することができるＴｉ膜の成膜方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、本発明は、チャンバ内に基板を配置し、Ｔｉ原料であるＴｉＣｌ４ガス、還元ガスである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て基板上に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、前記処理ガスの他にプラズマ生成ガスとしてＡｒガスを導入し、Ａｒガスをプラズマ化してＡｒイオンを生成し、Ａｒイオンを基板上に堆積されたＴｉ膜に作用させ、Ｔｉ膜からのＣｌの脱離を促進させることを特徴とするＴｉ膜の成膜方法を提供する。
【００１１】
本発明において、Ｔｉ膜成膜の際の温度が４５０℃以下であることが好ましい。また、Ｔｉ膜成膜の際のガス流量が、ＴｉＣｌ４ガス：１〜１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｈ２ガス：２０〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ａｒガス流量：１００〜１００００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）であることが好ましい。また、成膜処理の際の前記チャンバ内の圧力は、１３．３〜１３３３Ｐａの範囲であることが好ましい。
【００１２】
また、本発明において、前記チャンバ内に設けられた載置台上に基板を載置し、載置台に設けられた電極に接続された伝送路に、インピーダンス調整回路を接続し、これによりプラズマから見た前記伝送路のインピーダンスを低下させてプラズマから基板に流れる電流を増加させ、Ａｒイオンを高エネルギー化することが好ましい。この場合に、前記載置台の前記電極を下部電極とし、前記下部電極に対向するように上部電極を設けて、前記上部電極に高周波電力を供給することにより、前記上部電極と前記下部電極との間に形成される高周波電界によりプラズマを生成する構成をとることができる。このような構成において、前記高周波電力のパワーが１００〜３０００Ｗであることが好ましい。
【００１３】
さらに、本発明において、前記基板は、Ｓｉ部分と、その上に形成されたＳｉＯ２からなる層間絶縁膜とを有し、前記層間絶縁膜に、前記Ｓｉ部分を臨むようにホールが形成されており、該基板にＴｉ膜を成膜する際に、前記Ｓｉ部分に形成されるＴｉ膜の膜厚のほうが、前記層間絶縁膜に形成されるＴｉ膜の膜厚よりも厚くすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、プラズマ生成ガスとしてＡｒガスを導入し、Ａｒガスをプラズマ化してＡｒイオンを生成し、Ａｒイオンを基板上に堆積されたＴｉ膜に作用させ、Ｔｉ膜からのＣｌの脱離を促進させるので、低温成膜においても、残留Ｃｌが少なく十分に低抵抗なＴｉ膜を成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】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。
【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である。
【図３】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である。
【図４】本発明のメカニズムを説明するための図である。
【図５】インピーダンス調整回路の機能を説明するための成膜装置の模式図である。
【図６】Ｓｉ基板上およびＳｉＯ２からなる層間絶縁膜上におけるＴｉ膜の厚さを（ａ）従来と（ｂ）本発明の実施形態とで比較するための図である。
【図７】図６（ａ），（ｂ）の状態から、ＴｉＳｉｘ膜が形成され、ＴｉＮバリア膜を成膜した後、金属を埋め込んだ状態を示す図である。
【図８】Ｓｉ基板上およびＳｉＯ２からなる層間絶縁膜上に本発明の実施形態に従ってＴｉ膜を成膜した際における成膜時間と膜厚との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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）で表記されるため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。
【００１７】
＜成膜装置＞
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。
【００１８】
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法により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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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原料ガスであるＴｉＣｌ４ガスを供給するＴｉＣｌ４ガス供給源２２、プラズマ生成ガスやパージガスとして用いる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２８および３５が、ＴｉＣｌ４ガス供給源２２にはＴｉＣｌ４ガス供給ライン２９が、Ａｒガス供給源２３にはＡｒガス供給ライン３０が、Ｈ２ガス供給源２４にはＨ２ガス供給ライン３１が、ＮＨ３ガス供給源２５にはＮＨ３ガス供給ライン３２が、Ｎ２ガス供給源２６にはＮ２ガス供給ライン３３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３７およびマスフローコントローラ３７を挟んで２つのバルブ３６が設けられている。
【００２３】
ＴｉＣｌ４ガス供給ライン２９にはＣｌＦ３ガス供給ライン２８およびＡｒガス供給ライン３０が接続されている。また、Ｈ２ガス供給ライン３１には、ＮＨ３ガス供給ライン３２、Ｎ２ガス供給ライン３３、およびＣｌＦ３ガス供給ライン３５が接続されている。ＴｉＣｌ４ガス供給ライン２９およびＨ２ガス供給ライン３１はガス混合部３８に接続され、そこで混合された混合ガスがガス配管３９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。
【００２４】
シャワーヘッド１０には、整合器４０を介して高周波電源４１が接続されており、この高周波電源４１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。シャワーヘッド１０は平行平板電極の上部電極として機能する。一方、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４２が埋設されている。したがって、シャワーヘッド１０に高周波電力が供給されることによって、シャワーヘッド１０と電極４２との間に高周波電界が形成され、この高周波電界により、処理ガスがプラズマ化される。高周波電源４１の周波数は２００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚに設定されることが好ましく、典型的には４５０ｋＨｚが用いられる。
【００２５】
電極４２に接続された伝送路４２ａにはインピーダンス調整回路４３が接続されている。インピーダンス調整回路４３は、プラズマから見た電極４２につながる伝送路４２ａのインピーダンスを低下させてプラズマから電極４２に流れる電流を増加させるためのものであり、例えば、コイル４４と可変コンデンサ４５からなっている。伝送路４２ａに流れる電流はセンサ４６により検出され、その検出値に基づいてインピーダンス調整回路４３のリアクタンスが制御される。
【００２６】
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４７が設けられている。このヒーター４７にはヒーター電源４８が接続されており、ヒーター電源４８からヒーター４７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断熱部材４９が設けられている。
【００２７】
チャンバ１の底壁１ｂの中央部には円形の穴５０が形成されており、底壁１ｂにはこの穴５０を覆うように下方に向けて突出する排気室５１が設けられている。排気室５１の側面には排気管５２が接続されており、この排気管５２には排気装置５３が接続されている。そしてこの排気装置５３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。
【００２８】
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５４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５４は支持板５５に支持されている。そして、ウエハ支持ピン５４は、エアシリンダ等の駆動機構５６により支持板５５を介して昇降される。
【００２９】
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５７と、この搬入出口５７を開閉するゲートバルブ５８とが設けられている。
【００３０】
成膜装置１００の構成部であるヒーター電源６および４８、バルブ３６、マスフローコントローラ３７、整合器４０、高周波電源４１、可変コンデンサ４５、駆動機構５６等は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えた制御部６０に接続されて制御される構成となっている。また、制御部６０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６１が接続されている。さらに、制御部６０には、成膜装置１００で実行される各種処理を制御部６０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６２が接続されている。処理レシピは記憶部６２中の記憶媒体６２ａ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６１からの指示等にて任意の処理レシピを記憶部６２から呼び出して制御部６０に実行させることで、制御部６０の制御下で、成膜装置１００での所望の処理が行われる。
【００３１】
＜Ｔｉ膜の成膜方法＞
次に、以上のような成膜装置１００を用いて行われるＴｉ膜の成膜方法について説明する。
【００３２】
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。
【００３３】
このような構造のウエハＷに成膜装置１００によりＴｉ膜を成膜するに際しては、まず、チャンバ１内の圧力を調整した後、ゲートバルブ５８を開にして、搬送室（図示せず）から搬入出口５７を介して図２の構造を有するウエハＷをチャンバ１内へ搬入する。そして、チャンバ１内を所定の真空度に維持しつつ、ウエハＷを予備加熱し、ウエハＷの温度がほぼ安定した時点で、プラズマ生成ガスであるＡｒガス、還元ガスであるＨ２ガス、Ｔｉ原料ガスであるＴｉＣｌ４ガスを図示しないプリフローラインに流してプリフローを行った後、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。
【００３４】
そして、これらガスの導入開始後、シャワーヘッド１０に高周波電源４１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し、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。これにより、図３（ａ）に示すように、Ｓｉ基板（Ｓｉ部分）１１０表面にＴｉ膜１１３を堆積させる。そして、図３（ｂ）に示すように、このＴｉ膜１１３とコンタクトホール１１２の底のＳｉ基板１１０とが反応することにより、ＴｉＳｉｘ膜１１４が形成される。
【００３５】
Ｔｉ膜の成膜に際し、従来もガスをプラズマ化させていたが、プラズマ化の目的はガス自体の反応性を高めるためのものに過ぎず、成膜温度が４５０℃以下では、Ｔｉ膜中の残留Ｃｌを十分に低減することができなかった。
【００３６】
これに対して、本実施形態では、図４に示すように、高周波電界によってプラズマ生成ガスであるＡｒガスをプラズマ化して高エネルギーのＡｒイオンを生成し、このＡｒイオンを、Ｔｉ膜に作用させ、Ｔｉ膜中からのＣｌの脱離を促進させる。Ａｒイオンは、直進性を有しているため、Ａｒイオンはコンタクトホールの底部まで到達してコンタクトホール底部のＴｉ膜からのＣｌの脱離も促進される。これにより、４５０℃以下の成膜温度でも、残留Ｃｌが少なく低抵抗のＴｉ膜を得ることができる。また、Ａｒイオンはエッチング作用およびスパッタリング作用も有しており、これにより、コンタクトホール間口のオーバーハングや平坦部のＴｉ膜を除去することができる。
【００３７】
ＡｒイオンのＣｌ脱離作用を有効に発揮させるために、Ａｒガス流量および高周波パワーを従来よりも増加させることが好ましい。これにより、高エネルギーのＡｒイオンをＴｉ膜に多量に供給してＣｌの脱離を促進することができる。また、ＴｉＣｌ４ガス流量を従来よりも増加させ、Ｈ２ガスの流量を従来よりも減少させることが好ましい。従来は、ＴｉＣｌ４をＨ２で還元してＨＣｌを生成する反応を主体としていたため、極力Ｔｉ流量を少なく、Ｈ２ガス流量を多くしていたが、本実施形態ではＡｒイオンにより、ＣｌまたはＴｉＣｌｘの状態でＣｌを脱離することができ、Ｈ２ガスは少なくてよく、また、コンタクトホール底部にＴｉＣｌ４を十分に到達させる観点からは、ＴｉＣｌ４ガス流量を増加させるほうが有利である。
【００３８】
上述したように、本実施形態のＡｒイオンの作用を得るためには、大きなパワーが必要であるが、プラズマからウエハＷに流れる電流は一部であり、半分以上はチャンバ壁部に流れるため、必要なパワーの高周波電力を供給すると、プラズマからチャンバ壁部へ流れる電流が大きくなり、プラズマが不安定になって異常放電等が生じるおそれがある。
【００３９】
そこで、図１の成膜装置では、サセプタ２内の電極４２に接続された伝送路４２ａにインピーダンス調整回路４３を設け、プラズマから見た伝送路４２ａのインピーダンスを調整可能として、このような問題を解消できるようにしている。
【００４０】
すなわち、パワーを大きくするのは、プラズマとウエハとの間のプラズマシースの電位差Ｖを大きくしてイオンを加速するためであるが、オームの法則（Ｖ＝ＺＩ）に従って、プラズマからウエハへ流れる電流Ｉを増加させれば、高周波パワーが低くても電位差を大きくすることができる。
【００４１】
プラズマからウエハＷまでの間には、プラズマシースとサセプタ２という容量成分があり、それらが抵抗となるが、図５に示すように、インピーダンス調整回路４３により、それらの容量成分をキャンセルするようにして、伝送路４２のインピーダンスを極力低下させることにより、プラズマからウエハＷを介して伝送路４２ａに流れる電流を効果的に大きくすることができる。このため、比較的小さいパワーでＡｒイオンの作用を十分に発揮させることができ、Ｃｌの脱離を促進するとともに成膜反応を促進させることができる。なお、図１では、インピーダンス調整回路４３としてコイル４４と可変コンデンサ４５を組み合わせたものを用い、可変コンデンサ４５によりインピーダンスを調整するようにしたが、これに限るものではない。
【００４２】
また、プラズマからウエハＷに流れる電流を大きくすることにより、プラズマからチャンバ壁部へ流れる電流を相対的に小さくすることができ、高周波パワーを大きくしてもプラズマを安定化させることができる。
【００４３】
本実施形態においては、上述したようにインピーダンス調整回路４３の存在により、ＡｒイオンのＣｌ脱離作用等を、高周波パワーを低くしても得ることができ、そのような観点から高周波パワーの範囲は１００〜３０００Ｗが好適である。１００Ｗよりも低いとＴｉ膜中のＣｌを十分に脱離させ、かつ成膜を促進する効果が不十分になるおそれがあり、また、３０００Ｗを超えるとプラズマの不安定になるおそれや、プラズマダメージを生じさせるおそれがある。
【００４４】
Ｔｉ膜の成膜に際して、高周波電源４１から供給される高周波電力の周波数は、２００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚが好ましく、典型的には４５０ｋＨｚが用いられる。これは、プラズマガスとして導入されるＡｒガスを高エネルギーのＡｒイオンとするために有利であるからである。
【００４５】
成膜温度については、上述したようにデバイスの耐熱性および不純物拡散の抑制の観点から４５０℃以下が好ましい。ただし、温度が低すぎると良好な膜質が得られないため、３５０℃以上が好ましい。
【００４６】
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。また、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。そのため、それらの点を考慮して好ましい範囲が規定される。
【００４７】
Ｔｉ膜の成膜条件の具体的な範囲をまとめると、以下の通りである。
高周波電力のパワー：１００〜３０００Ｗ
ＴｉＣｌ４ガス流量（成膜のための流量）：１〜１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）より好ましくは３．５〜２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ａｒガス流量：１００〜１００００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｈ２ガス流量：２０〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
チャンバ内圧力：１３．３〜１３３３Ｐａ（０．１〜１０Ｔｏｒｒ）
成膜の際のウエハ温度：３５０〜４５０℃
なお、成膜時間は、得ようとする膜厚に応じて適宜設定される。Ｔｉ膜の膜厚は１〜１０ｎｍ程度が好ましい。
【００４８】
実施形態では、成膜条件が従来とは全く異なっており、上記範囲の条件により、４５０℃以下という低温成膜において、Ｔｉ膜の選択性を高めることができることが判明した。つまり、Ｔｉ膜をＳｉに対する成膜レートを高く、ＳｉＯ２に対する成膜レートを低くすることができる。このため、従来は、図６（ａ）に示すようにＴｉ膜１１３はＳｉ基板（Ｓｉ部分）１１０上にもＳｉＯ２からなる層間絶縁膜１１１上にもほぼ同じ厚さで成膜されるのに対し、本実施形態の場合は図６（ｂ）に示すようにコンタクト領域の形成に必要なＳｉ基板１１０上にはＴｉ膜が厚く形成され、ＳｉＯ２からなる層間絶縁膜１１１上にはＴｉ膜が薄く形成される。したがって、図７（ａ）（ｂ）に示すように、ＴｉＳｉｘ膜１１４が形成され、さらにＴｉＮバリア膜１１５を成膜した後、金属１１６を埋め込んだ場合、（ａ）の従来の場合よりも（ｂ）の本実施形態の場合のほうが、コンタクトホール１１２に埋め込む金属１１６の体積を大きくすることができ、埋め込み金属（プラグ）の抵抗を低くすることができる。
【００４９】
従来、温度の高い領域において反応性の違いによりＴｉ膜の選択性を得る技術は知られていたが、このような低温領域で選択性が得られることは初めての知見である。
【００５０】
実際に、本実施形態の範囲の以下の条件で、Ｓｉ上およびＳｉＯ２上にＴｉ膜を成膜した。
温度：４５０℃
ＴｉＣｌ４流量：２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ａｒガス流量：２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｈ２ガス流量：２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
チャンバ内圧力：２００Ｐａ（１．５Ｔｏｒｒ）
高周波電力のパワー：２５００Ｗ
【００５１】
その際の成膜時間と膜厚の関係を図８に示す。この図に示すように、本実施形態の条件により、Ｓｉ上のほうがＳｉＯ２上よりもＴｉ膜の成膜レートが高く、選択性が得られることが確認された。
【００５２】
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膜の成膜が終了後、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４１からシャワーヘッド１０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Ｔｉ膜の表面を窒化する。
【００５３】
Ｔｉ膜成膜後または窒化処理後、ゲートバルブ５８を開き、搬入出口５７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。
【００５４】
このようにして、Ｔｉ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２８および３５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。
【００５５】
また、本例においては、Ｔｉ原料ガス、還元ガスを同時に供給してプラズマＣＶＤによりＴｉ膜を成膜したが、Ｔｉ原料ガスと還元ガスとの供給を、ＡｒガスやＮ２ガスのようなパージガスによるパージを挟んで交互に繰り返してプラズマを生成した状態で原子層堆積法（ＡＬＤ法）によりＴｉ膜を成膜してもよい。
【００５６】
＜他の適用＞
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、Ｔｉ原料ガスであるＴｉＣｌ４ガスと還元ガスであるＨ２ガスとを同時に供給してプラズマＣＶＤによりＴｉ膜を成膜する例について示したが、ＴｉＣｌ４ガスとＨ２ガスとの供給を、ＡｒガスやＮ２ガスのようなパージガスによるパージを挟んで交互に繰り返して、プラズマを生成した状態で原子層堆積法（ＡＬＤ法）によりＴｉ膜を成膜してもよい。また、本実施形態では、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。
【符号の説明】
【００５７】
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
４１…高周波電源
４２…電極
４２ａ…伝送路
４３…インピーダンス調整回路
５３…排気装置
６０…制御部
６２…記憶部
６２ａ…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…ＴｉＳｉｘ膜
１１５…ＴｉＮ膜
１１６…金属
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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