(57)【要約】【課題】下地の基板の影響を受けずにコンタクト層を形成することができるコンタクト層の形成方法を提供する。【解決手段】コンタクトホール１１２を有する基板１１０上へ、該基板と埋め込み金属とのコンタクトをとるためのコンタクト層１１４を形成する際に、チャンバ内に基板１１０を配置し、Ｔｉ原料ガス、還元ガス、Ｓｉ原料ガスを導入し、これらをプラズマ化して基板１１０上にＴｉＳｉｘ膜１１３を成膜し、そのＴｉＳｉｘ膜１１３のコンタクトホール１１２の底の部分をコンタクト層１１４とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンタクトホールを有する基板上へ、該基板と埋め込み金属とのコンタクトをとるためのコンタクト層を形成するコンタクト層の形成方法であって、
チャンバ内に基板を配置し、Ｔｉ原料ガス、還元ガス、Ｓｉ原料ガスを導入し、これらをプラズマ化して基板上にＴｉＳｉｘ膜を成膜し、そのＴｉＳｉｘ膜の前記コンタクトホールの底の部分をコンタクト層とすることを特徴とするコンタクト層の形成方法。
【請求項２】
前記Ｔｉ原料ガスはＴｉＣｌ４ガスであり、前記還元ガスはＨ２ガスであることを特徴とする請求項１に記載のコンタクト層の形成方法。
【請求項３】
前記ＴｉＳｉｘ膜の成膜の際の温度が５００℃以下であることを特徴とする請求項２に記載のコンタクト層の形成方法。
【請求項４】
前記ＴｉＳｉｘ膜を成膜する際に、前記チャンバ内にプラズマ生成ガスとしてＡｒガスを導入す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項に記載のコンタクト層の形成方法。
【請求項５】
コンタクトホールを有する基板上へ、該基板と埋め込み金属とのコンタクトをとるためのコンタクト層を形成するコンタクト層の形成方法であって、
チャンバ内に基板を配置し、Ｓｉ原料ガスを導入して、前記基板の前記コンタクトホールの底の部分にＳｉ膜を成膜し、
その後、Ｔｉ原料ガス、還元ガスを導入し、これらをプラズマ化して基板上にＴｉ膜を成膜し、そのＴｉ膜を前記Ｓｉ膜と反応させて前記コンタクトホールの底の部分にＴｉＳｉｘからなるコンタクト層を形成することを特徴とするコンタクト層の形成方法。
【請求項６】
前記Ｔｉ原料ガスはＴｉＣｌ４ガスであり、前記還元ガスはＨ２ガスであることを特徴とする請求項５に記載のコンタクト層の形成方法。
【請求項７】
前記Ｔｉ膜成膜の際の温度が５００℃以下であることを特徴とする請求項６に記載のコンタクト層の形成方法。
【請求項８】
前記Ｔｉ膜を成膜する際に、前記チャンバ内にプラズマ生成ガスとしてＡｒガスを導入することを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載のコンタクト層の形成方法。
【請求項９】
前記チャンバ内に設けられた載置台上に基板を載置し、前記載置台に下部電極を設け、前記載置台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１から請求項８のいずれか１項に記載のコンタクト層の形成方法。
【請求項１０】
前記下部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前記下部電極に流れる電流を増加させ、ガスの解離を促進させることを特徴とする請求項９に記載のコンタクト層の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上へ、該基板と埋め込み金属とのコンタクトをとるためのコンタクト層を形成するコンタクト層の形成方法に関する。
【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の埋め込みに用いられる金属配線（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の内側に、化学的蒸着法（ＣＶＤ法）によりＴｉ膜を成膜し、その後、下地のＳｉ基板とＴｉ膜とを反応させてコンタクトホールの底のＳｉ拡散層上にＴｉＳｉｘを選択成長させたコンタクト領域を形成し、良好なオーミック抵抗を得る技術が知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−６７５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近時、ロジックデバイス等には炭素（Ｃ）を含有したＳｉ基板が用いられることがあるが、Ｃ含有Ｓｉ基板に上記特許文献１に示す技術を用いると、下地のＳｉとＴｉとの反応が生じ難いという問題、およびコンタクト領域にＣが導入されて抵抗が増加するという問題が生じる。また、半導体デバイスの微細化にともない、基板上の拡散層が益々狭くなっており、基板との反応を利用したコンタクト層の形成が限界に達しつつある。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、下地の基板の影響を受けずにコンタクト層を形成することができるコンタクト層の形成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】
【０００７】
すなわち、本発明の第１の態様は、コンタクトホールを有する基板上へ、該基板と埋め込み金属とのコンタクトをとるためのコンタクト層を形成するコンタクト層の形成方法であって、チャンバ内に基板を配置し、Ｔｉ原料ガス、還元ガス、Ｓｉ原料ガスを導入し、これらをプラズマ化して基板上にＴｉＳｉｘ膜を成膜し、そのＴｉＳｉｘ膜の前記コンタクトホールの底の部分をコンタクト層とすることを特徴とするコンタクト層の形成方法を提供する。
【０００８】
上記第１の態様において、前記Ｔｉ原料ガスとしてＴｉＣｌ４ガスを、前記還元ガスとしてＨ２ガスを好適に用いることができる。また、前記ＴｉＳｉｘ膜の成膜の際の温度が５００℃以下であることが好ましい。さらに、前記ＴｉＳｉｘ膜を成膜する際に、前記チャンバ内にプラズマ生成ガスとしてＡｒガスを導入することが好ましい。
【０００９】
本発明の第２の態様は、コンタクトホールを有する基板上へ、該基板と埋め込み金属とのコンタクトをとるためのコンタクト層を形成するコンタクト層の形成方法であって、チャンバ内に基板を配置し、Ｓｉ原料ガスを導入して、前記基板の前記コンタクトホールの底の部分にＳｉ膜を成膜し、その後、Ｔｉ原料ガス、還元ガスを導入し、これらをプラズマ化して基板上にＴｉ膜を成膜し、そのＴｉ膜を前記Ｓｉ膜と反応させて前記コンタクトホールの底の部分にＴｉＳｉｘからなるコンタクト層を形成することを特徴とするコンタクト層の形成方法を提供する。
【００１０】
上記第２の態様において、前記Ｔｉ原料ガスとしてＴｉＣｌ４ガスを、前記還元ガスとしてＨ２ガスを好適に用いることができる。また、前記Ｔｉ膜成膜の際の温度が５００℃以下であることが好ましい。さらに、前記Ｔｉ膜を成膜する際に、前記チャンバ内にプラズマ生成ガスとしてＡｒガスを導入することが好ましい。
【００１１】
上記第１および第２の態様において、前記チャンバ内に設けられた載置台上に基板を載置し、前記載置台に下部電極を設け、前記載置台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ようにすることができる。この場合に、前記下部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前記下部電極に流れる電流を増加させ、ガスの解離を促進させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、基板との反応を用いないので、下地の基板の影響を受けずにコンタクト層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るコンタクト層形成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】コンタクト層形成方法の第１の例を示す工程断面図である。
【図３】ＴｉＳｉｘ膜を成膜する際の反応における温度とギプスの自由エネルギーとの関係を示す図である。
【図４】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５】コンタクト層形成方法の第２の例を示す工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
＜コンタクト層形成方法を実施するための装置＞
図１は本発明に係るコンタクト層形成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。
【００１６】
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ＴｉＳｉｘ膜、Ｓｉ膜、Ｔｉ膜を成膜可能に構成される。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、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、Ｓｉ化合物ガスであるＳｉＨ４ガスを供給するＳｉＨ４ガス供給源２７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、Ｎ２ガス供給源２６にはＮ２ガス供給ライン３３が、ＳｉＨ４ガス供給源２７にはＳｉＨ４ガス供給ライン３４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。
【００２１】
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、ＳｉＨ４ガス供給ライン３４、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
＜コンタクト層形成方法の第１の例＞
次に、以上のような成膜装置１００を用いて行われるコンタクト層形成方法の第１の例について説明する。
【００３０】
図２は、コンタクト層形成方法の第１の例を示す工程断面図である。本例においては、ウエハＷとして、例えば、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（図２（ａ））。次に、このウエハＷの全面に図１の成膜装置１００を用いて、以下に説明するようにして、ＴｉＳｉｘ膜１１３を形成する（図２（ｂ））。
【００３１】
成膜装置１００によりＴｉＳｉｘ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（ａ）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、Ａｒガス、Ｈ２ガス、ＴｉＣｌ４ガス、ＳｉＨ４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。
【００３２】
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、およびＳｉＨ４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とにより、基板１１０表面にＴｉＳｉｘ膜１１３を堆積させる。このようにプラズマを用いることにより、コンタクトホール１１２内に容易にＴｉＳｉｘ膜を成膜することができる。
【００３３】
このＴｉＳｉｘ膜１１３のコンタクトホール１１２底部における基板１１０と接触している部分がコンタクト層１１４となり、この状態でコンタクトホール１１２内に金属１１５を埋め込むことにより、コンタクト層１１４を介して金属１１５と基板１１０の拡散領域との間にオーミックコンタクトが形成される（図２（ｃ））。
【００３４】
従来は、Ｔｉ膜と下地の基板を構成するＳｉとの間の反応によりＴｉＳｉｘを選択成長させてコンタクト領域を形成していたが、ロジックデバイス等に用いられるＣ含有Ｓｉ基板では、下地のＳｉとＴｉとの反応が生じ難く、かつコンタクト領域にＣが導入されて抵抗が増加するという問題や、半導体デバイスの微細化にともなう拡散層の狭隘化に対応できないという問題が生じつつある。
【００３５】
そこで、本例では、基板１１０の拡散領域上にＣＶＤ法により直接ＴｉＳｉｘ膜１１３を形成する。これにより、下地の基板の状態にかかわらず、良好なコンタクトを得ることができる。
【００３６】
この場合に、不純物が少なく良好なコンタクト層を形成する観点から、ＴｉＳｉｘ膜の形成の際には、成膜のためのガスをプラズマ化することが必要である。
【００３７】
すなわち、Ｔｉ原料としてＴｉＣｌ４ガスを用い、Ｓｉ原料としてＳｉＨ４ガスを用いてＴｉＳｉｘ膜を成膜する際には、図３に示すように、（１）〜（４）で示すガス反応ではギプスの自由エネルギーが０近傍であり、ＴｉＳｉｘを生成する反応が生じ難いのに対し、（５）、（６）に示すようにガスをプラズマ化した場合には、ギプスの自由エネルギーが絶対値が大きい負の値であり、十分に反応が進む。したがって、プラズマを用いることにより、ＴｉＳｉｘの形成が促進され、かつ不純物としてのＣｌの脱離も促進されて、比抵抗の低い良質なＴｉＳｉｘ膜の生成が可能となる。
【００３８】
また、成膜温度が５００℃以下であることが好ましい。成膜温度が５００℃を超えると、コンタクト層への不純物の拡散が懸念され、また、デバイスへの悪影響も懸念されるからである。より好ましくは４５０℃以下である。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。
【００３９】
良好な膜質のＴｉＳｉｘ膜を得るためには、極力大きなパワーでプラズマ生成ガスであるＡｒガスをイオン化し、ＡｒイオンによりＴｉＣｌ４ガスを解離させ、Ｃｌを有効に除去するとともに、コンタクトホールの底部に良好な反応性でＴｉＳｉｘ膜を成膜できるようにすることが好ましい。しかし、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、十分に大き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。
【００４０】
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４２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。
【００４１】
すなわち、十分に大きなパワーを与えるのは、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ことによりガスの解離を促進するためであるが、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。
【００４２】
プラズマからウエハまでの間には、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４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４２ａ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ガスの解離を促進することができ、反応性を高めることができる。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。
【００４３】
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。
【００４４】
本例において、高周波パワーは、十分にＴｉＣｌ４ガスを解離させて良好な反応性を得る観点から、１００Ｗ以上が好ましく、また、プラズマの安定性を損なわず、プラズマダメージを生じさせない観点から、３０００Ｗ以下が好ましい。
【００４５】
本例のＴｉＳｉｘ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。
【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ＴｉＳｉｘ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ＴｉＳｉｘ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】
ＴｉＳｉｘ膜の成膜条件の具体的な範囲は、以下の通りである。
高周波電力のパワー：１００〜３０００Ｗ
ＴｉＣｌ４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：５０〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
ＳｉＨ４ガス流量：１〜２０００ｍＬ／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：３５０〜５００℃
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。ＴｉＳｉｘ膜からなるコンタクト層１１４の厚さは１〜１０ｎｍ程度が好ましい。
【００４８】
以上のようにしてＴｉＳｉｘ膜の成膜を行った後、必要に応じてＴｉＳｉｘ膜の窒化処理を実施してもよい。この窒化処理では、上記ＴｉＳｉｘ膜の成膜が終了後、ＴｉＣｌ４ガスおよびＳｉＨ４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ＴｉＳｉｘ膜の表面を窒化する。
【００４９】
ＴｉＳｉｘ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。
【００５０】
このようにして、ＴｉＳｉｘ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。
【００５１】
なお、本例においては、Ｔｉ原料ガスとしてＴｉＣｌ４ガス、還元ガスとしてＨ２ガス、Ｓｉ原料ガスとしてＳｉＨ４ガス、プラズマ生成用のガスとしてＡｒガスを用いたが、これらに限るものではない。
【００５２】
また、本例においては、Ｔｉ原料ガス、還元ガス、Ｓｉ原料ガスを同時に供給してプラズマＣＶＤによりＴｉＳｉｘ膜を成膜したが、Ｔｉ原料ガスおよび還元ガスと、Ｓｉ原料ガスとの供給、あるいは、Ｔｉ原料と、還元ガスと、Ｓｉ原料ガスとの供給を、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ＴｉＳｉｘ膜を成膜してもよい。
【００５３】
＜コンタクト層形成方法の第２の例＞
次に、以上のような成膜装置１００を用いて行われるコンタクト層形成方法の第２の例について説明する。
【００５４】
図５は、コンタクト層形成方法の第２の例を示す工程断面図である。本例においては、ウエハＷとして、図５に示すように、第１の例と同様、例えば、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（図５（ａ））。次に、成膜装置１００を用いて、コンタクトホール１１２の底のＳｉ基板１１０の領域に選択的にＳｉ膜１１６を成膜する（図５（ｂ））。
【００５５】
Ｓｉ膜１１６の成膜に際しては、搬送室（図示せず）から搬入出口５７を介して図５（ａ）の構造を有するウエハＷをチャンバ１内へ搬入し、ウエハＷの予備加熱ならびにＳｉＨ４ガスおよびＡｒガスの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、ＳｉＨ４ガスをシャワーヘッド１０を介してチャンバ１内に導入して、コンタクトホール１１２の底のＳｉ基板１１０の領域に選択的にＳｉ膜１１６を成膜する。このとき、Ａｒガスを導入するとともにシャワーヘッド１０に高周波電源４１から高周波電力を印加し、プラズマを生成させてもよい。
【００５６】
このときの具体的な成膜条件は以下の通りである。
ＳｉＨ４ガス流量：１〜２０００ｍＬ／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：３５０〜５００℃
Ｓｉ膜の膜厚：１〜１０ｎｍ
【００５７】
Ｓｉ膜１１６を成膜した後、全面にＴｉ膜１１７を成膜し、コンタクトホール１１２の底部に存在するＳｉ膜１１６とＴｉ膜１１７とを反応させて、ＴｉＳｉｘからなるコンタクト層１１８を形成する（図５（ｃ））。この状態でコンタクトホール１１２内に金属１１９を埋め込むことにより、コンタクト層１１８を介して金属１１９と基板１１０の拡散領域との間にオーミックコンタクトが形成される（図５（ｄ））。
【００５８】
Ｔｉ膜の成膜は、図１の装置により、Ｓｉ膜成膜の終了後、チャンバ１内をパージした後に行われる。パージ後、Ａｒガス、Ｈ２ガス、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。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、および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ＴｉＣｌ４ガスとＨ２ガスとを反応させることにより、基板１１０表面にＴｉ膜１１７を成膜する。そして、Ｔｉ膜１１７成膜の際の熱およびプラズマにより、コンタクトホール１１２の底に形成されたＳｉ膜１１６とＴｉ膜１１７とが反応して、ＴｉＳｉｘからなるコンタクト層１１８が形成される。このとき、図５（ｃ）に示すように、Ｔｉ膜１１７の一部をＳｉ膜１１６と反応させてもよいし、Ｔｉ膜１１７の全部をＳｉ膜１１６と反応させてもよい。この際の反応を促進させるため、Ｔｉ膜成膜後にアニールをおこなってもよい。
【００５９】
本例においては、基板１１０の拡散領域上にＣＶＤ法によりＳｉ膜１１６を成膜してから、その上にＴｉ膜１１７を成膜し、これらの反応によりＴｉＳｉｘからなるコンタクト層１１８を形成するので、第１の例と同様、下地の基板の状態にかかわらず、良好なコンタクトを得ることができる。
【００６０】
このように、Ｓｉ膜を成膜した後に、プラズマＣＶＤによりＴｉ膜を成膜することによりＴｉＳｉｘを形成するので、Ｔｉ原料であるＴｉＣｌ４の分解およびＣｌの脱離が促進されて、良質なＴｉ膜が形成され、Ｓｉ膜との反応により形成されるＴｉＳｉｘからなるコンタクト層も不純物が少なく、低抵抗のものとなる。
【００６１】
この際のＴｉ膜の成膜温度も、第１の例のＴｉＳｉｘ膜の成膜の際と同様、５００℃以下であることが好ましい。成膜温度が５００℃を超えると、コンタクト層への不純物の拡散が懸念され、また、デバイスへの悪影響も懸念されるからである。より好ましくは４５０℃以下である。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。
【００６２】
また、本例におけるＴｉ膜成膜の際にも、第１の例と同様、サセプタ２内の電極４２に接続された伝送路４２ａに設けられたインピーダンス調整回路４３により、プラズマから見た伝送路のインピーダンスを調整可能として、大パワーを与えることなく、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して、ガスの解離を促進することができ、反応性を良好にすることができる。
【００６３】
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。
【００６４】
本例のＴｉ膜成膜に際しても、第１の例と同様、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。また、高周波パワーに関しても第１の例と同様、１００〜３０００Ｗが好ましい。
【００６５】
本例のＴｉ膜成膜の際には、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。
【００６６】
Ｔｉ膜の成膜条件の具体的な範囲は、以下の通りである。
高周波電力のパワー：１００〜３０００Ｗ
ＴｉＣｌ４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：５０〜５０００ｍＬ／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：３５０〜５００℃
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。ＴｉＳｉｘ膜１１８の厚さは１〜１０ｎｍ程度が好ましい。
【００６７】
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。
【００６８】
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。また、第１の例と同様、所定のタイミングでＣｌＦ３ガスによりチャンバ１内のクリーニングを行う。
【００６９】
なお、本例においては、Ｓｉ膜成膜の際に、Ｓｉ原料ガスとしてＳｉＨ４ガスを用い、Ｔｉ膜成膜の際に、Ｔｉ原料ガスとしてＴｉＣｌ４ガス、還元ガスとしてＨ２ガス、プラズマ生成用のガスとしてＡｒガスを用いたが、これらに限るものではない。
【００７０】
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。
【００７１】
＜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、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。
【００７２】
また、上記実施形態ではシリコン基板上にＴｉ膜を成膜する場合について示したが、シリコン基板に限るものではない。
【符号の説明】
【００７３】
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
２７…ＳｉＨ４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…ＴｉＳｉｘ膜
１１４，１１８…コンタクト層
１１５，１１９…金属
１１６…Ｓｉ膜
１１７…Ｔｉ膜
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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