(57)【要約】【課題】配向性の高いＡｌ膜を有する半導体装置の製造方法を提供する。また、配向性の高いＴｉ膜を成膜可能な成膜装置を提供する。【解決手段】スパッタリングを行う成膜室内に、Ｈ２ガスを導入してから、または、Ｈ２ガスを導入しながら、Ｔｉ膜の成膜を行う。成膜中におけるＨ２ガスの分圧は、１×１０−４Ｐａ〜１×１０−２Ｐａであることが好ましい。また、Ｔｉ膜の成膜は、半導体基板を２００℃〜２５０℃の温度に加熱した状態で行うことが好ましい。【選択図】図１０
2008300749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上に、絶縁膜、チタン膜、窒化チタン膜およびアルミニウム膜がこの順に設けられた半導体装置の製造方法であって、
前記チタン膜は、スパッタリングを行う成膜室内に、水素ガスを導入してから、または、水素ガスを導入しながら、成膜されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記チタン膜の成膜中における前記水素ガスの分圧は、１×１０−４Ｐａ〜１×１０−２Ｐａであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記チタン膜の成膜は、前記半導体基板を２００℃〜２５０℃の温度に加熱した状態で行われることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記窒化チタン膜の成膜は、前記半導体基板を２００℃〜２５０℃の温度に加熱した状態で行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
スパッタリングによって基板上にチタン膜を成膜する成膜室と、
前記成膜室に希ガスと水素ガスを含む混合ガスを導入する導入手段と、
前記成膜室内に載置された前記基板を加熱する加熱手段と、
前記成膜室内の水素ガスの圧力を所定の値に制御する制御手段とを有することを特徴とする成膜装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記チタン膜の成膜中における水素ガスの圧力が１×１０−４Ｐａ〜１×１０−２Ｐａとなるよう制御する手段であることを特徴とする請求項５に記載の成膜装置。
【請求項７】
前記加熱手段は、前記基板を２００℃〜２５０℃の温度に加熱する手段であることを特徴とする請求項５または６に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法および成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の集積度の増加に伴い個々の素子の寸法は微小化が進み、各素子を構成する配線やゲート等の幅も微細化されている。これに伴って、Ａｌ（アルミニウム）配線では、エレクトロマイグレーション耐性の要求が高くなっている。
【０００３】
Ａｌ配線（Ａｌ合金配線）のエレクトロマイグレーション耐性は、Ａｌ配線（Ａｌ合金配線）の膜質に強く依存することが知られている。この場合、エレクトロマイグレーション耐性を高くするには、Ａｌ膜における各結晶粒の方位を揃えることが必要となる。方位が揃っていないと、結晶粒界での原子配列の乱れが大きくなり、電流を流したときに、結晶粒界に沿ってＡｌ原子が移動しやすくなるからである。
【０００４】
一般に、Ａｌの結晶配向性は、下地膜の結晶配向性と密接に関連する。特許文献１には、こうしたことに鑑み、下地膜の配向性を高くすることによってＡｌ膜の配向性を高める方法が記載されている。
【０００５】
例えば、下地膜が下層からＴｉ（チタン）／ＴｉＮ（窒化チタン）／Ｔｉの順で形成されているとする。この場合、第１層目のＴｉ膜の（００２）配向性が高いほど、第２層目のＴｉＮ膜の（１１１）配向性と第３層目のＴｉ膜の（００２）配向性は高くなる。そして、第３層目の上に形成されているＡｌ膜の（１１１）配向性も高くなる。これは、Ｔｉ膜の（００２）面、ＴｉＮ膜の（１１１）面およびＡｌ膜の（１１１）面の原子配置がそれぞれ近似しているために、エピタキシャル成長によって、第１層目のＴｉ膜の（００２）配向性が上層に引き継がれるからである。
【０００６】
一方、第１層目のＴｉ膜の配向性は、下地である層間絶縁膜の表面状態と、第１層目のＴｉ膜の成膜条件とに強く依存する。特許文献１では、第１層目のＴｉ膜の配向性が、層間絶縁膜の表面に吸収された水分の量、または、Ｔｉ膜を成膜する際のチャンバ内の水分量に強く依存するとして、Ｔｉ膜の成膜前および成膜中の少なくとも一方で、水を含む気相または液相に半導体装置を曝す方法が提案されている。
【０００７】
また、特許文献２には、成膜室内の水蒸気量を制御するために、成膜室内の水蒸気を吸着するコールドトラップを設け、成膜室内の水蒸気量にしたがってコールドトラップの温度を変えることにより、成膜室内の水蒸気量が所定の範囲内に保たれるようにした成膜装置が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−４１３８３号公報
【特許文献２】特開２００４−１５８７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、本発明者の検討によれば、Ｔｉ膜の配向性と水分量との間には、特許文献１や２で述べられているような明確な相関性が見られないことが分かった。そこで、本発明は、水分量に代えてＴｉ膜の配向性に影響を与える因子を見出し、配向性の高いＡｌ膜を有する半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、配向性の高いＴｉ膜を成膜可能な成膜装置を提供することを目的とする。
【００１０】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板の上に、絶縁膜、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜およびＡｌ膜がこの順に設けられた半導体装置の製造方法であって、
前記Ｔｉ膜は、スパッタリングを行う成膜室内に、水素ガスを導入してから、または、水素ガスを導入しながら、成膜されることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の半導体装置の製造方法において、前記Ｔｉ膜の成膜中における前記水素ガスの分圧は、１×１０−４Ｐａ〜１×１０−２Ｐａであることが好ましい。
【００１３】
本発明の半導体装置の製造方法において、前記Ｔｉ膜の成膜は、前記半導体基板を２００℃〜２５０℃の温度に加熱した状態で行われることが好ましい。
【００１４】
本発明の半導体装置の製造方法において、前記ＴｉＮ膜の成膜は、前記半導体基板を２００℃〜２５０℃の温度に加熱した状態で行われることが好ましい。
【００１５】
本発明の成膜装置は、スパッタリングによって基板上にＴｉ膜を成膜する成膜室と、
前記成膜室に希ガスと水素ガスを含む混合ガスを導入する導入手段と、
前記成膜室内に載置された前記基板を加熱する加熱手段と、
前記成膜室内の水素ガスの圧力を所定の値に制御する制御手段とを有することを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の成膜装置において、前記制御手段は、前記Ｔｉ膜の成膜中における水素ガスの圧力が１×１０−４Ｐａ〜１×１０−２Ｐａとなるよう制御する手段であることが好ましい。
【００１７】
本発明の成膜装置において、前記加熱手段は、前記基板を２００℃〜２５０℃の温度に加熱する手段であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、スパッタリングを行う成膜室内に、水素ガスを導入してから、または、水素ガスを導入しながら、Ｔｉ膜の成膜を行うので、配向性の高いＡｌ膜を有する半導体装置を製造することができる。
【００１９】
本発明の成膜装置によれば、成膜室内の水素ガスの圧力を所定の値に制御する制御手段を有するので、配向性の高いＴｉ膜を成膜することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
まず、Ｔｉ膜やＴｉＮ膜について、成膜温度と配向性との関係について述べる。尚、成膜温度とは、スパッタリングを行う成膜室内に載置されたウェハを加熱する温度を言う（本明細書において同じ）。
【００２１】
図１は、Ｔｉ膜の成膜温度と配向性との関係を示したものである。また、Ｔｉ膜の（００２）配向性と（１０１）配向性を、それぞれウェハの中心部（Ｃｅｎｔｅｒ）と周辺部（Ｅｄｇｅ）とで比較している。
【００２２】
図１の例では、成膜室内にＡｒ（アルゴン）ガスを導入しながら、表面に熱酸化膜が形成されたシリコンウェハ上にＴｉ膜を成膜している。成膜条件は次の通りであり、ターゲットからウェハまでの距離が長いロングスロースパッタ方式を用いている。
・Ｔｉターゲットからマグネットまでの距離：３８ｍｍ
・ウェハからＴｉターゲットまでの距離：１７０ｍｍ
・パワー：１０ｋＷ
・Ａｒの流量：９ｓｃｃｍ
・成膜時間：１１．５秒間
【００２３】
図１より、Ｔｉ膜の（００２）配向性は、成膜温度によって大きく変化することが分かる。そして、成膜温度が２００℃〜２５０℃の範囲内であるとき、Ｔｉ膜の（００２）配向性は高い値を示す。
【００２４】
図２は、ＴｉＮ膜の成膜温度と配向性との関係を示したものである。また、ＴｉＮ膜の配向性を、ウェハの中心部（Ｃｅｎｔｅｒ）と周辺部（Ｅｄｇｅ）とで比較している。
【００２５】
図２の例では、成膜室内にＡｒと窒素の混合ガスを導入しながら、表面に熱酸化膜が形成されたシリコンウェハ上にＴｉＮ膜を成膜している。成膜条件は次の通りであり、ターゲットからウェハまでの距離が長いロングスロースパッタ方式を用いている。
・ＴｉＮターゲットからマグネットまでの距離：３８ｍｍ
・ウェハからＴｉＮターゲットまでの距離：１７０ｍｍ
・パワー：１２ｋＷ
・Ａｒの流量：９ｓｃｃｍ
・窒素の流量：３８ｓｃｃｍ
・成膜時間：１４５秒間
【００２６】
図２より、成膜温度を２５０℃以上にするとＴｉＮ膜の（２００）配向性が向上している。
【００２７】
図３は、成膜温度とＴｉ／ＴｉＮ積層膜の配向性との関係を示したものである。また、Ｔｉ膜の（００２）配向性とＴｉＮ膜の（１１１）配向性を、それぞれウェハの中心部（Ｃｅｎｔｅｒ）と周辺部（Ｅｄｇｅ）とで比較している。尚、Ｔｉ膜およびＴｉＮ膜の各成膜条件は、図１および図２と同様である。
【００２８】
図３から明白であるように、Ｔｉ膜の上に成膜されたＴｉＮ膜には（１１１）配向性が見られる。この場合、成膜温度をＴｉ膜の配向性が高くなる２００℃〜２５０℃にすると、ＴｉＮ膜の配向性も高くなることが分かる。
【００２９】
次に、成膜温度を２００℃〜２５０℃に保ち、図１と同様の条件でＴｉ膜を成膜した場合について考察する。
【００３０】
図４は、Ｔｉ膜の（００２）配向性を、ウェハの中心部（Ｃｅｎｔｅｒ）と周辺部（Ｅｄｇｅ）とで比較したものである。
【００３１】
図４は、ダミーの成膜を行わずに、ダミーでない成膜を１ロット（２５枚）行った場合である。この図から分かるように、最適化された成膜温度であっても、ウェハの処理枚数が増加するにしたがって、Ｔｉ膜の（００２）配向性は次第に低下していく。すなわち、Ａｒのみを導入して行った成膜では、Ｔｉ膜の配向性を安定に維持することができない。
【００３２】
次に、Ａｒと水蒸気の混合ガスを導入してＴｉ膜を成膜した場合について述べる。
【００３３】
図５は、スパッタリング法を用いてＴｉ膜を成膜したときの、成膜装置内の水蒸気圧とＴｉ膜の（００２）配向性との関係を示す図である。尚、横軸は、ウェハの処理枚数を表しており、この場合はウェハを１ロット（２５枚）処理した場合に対応する。
【００３４】
図５の例では、成膜室内にＡｒガスを導入しながら、表面に熱酸化膜が形成されたシリコンウェハ上にＴｉ膜を成膜している。成膜条件は次の通りであり、ターゲットからウェハまでの距離が長いロングスロースパッタ方式を用いている。
・Ｔｉターゲットからマグネットまでの距離：３８ｍｍ
・ウェハからＴｉターゲットまでの距離：１７０ｍｍ
・パワー：１０ｋＷ
・Ａｒの流量：９ｓｃｃｍ
・ウェハ温度：２００℃
・成膜時間：１２秒間
【００３５】
図５では、成膜室に連通するコールドトラップを設け、成膜室内にある水蒸気をコールドトラップで除去した場合と除去しない場合の結果を合わせて示している。○印は、コールドトラップを作動させたときの水蒸気圧であり、□印は、コールドトラップを作動させていないときの水蒸気圧である。また、△印は、コールドトラップを作動させたときのＴｉ膜の（００２）配向性であり、◇印は、コールドトラップを作動させていないときのＴｉ膜の（００２）配向性である。
【００３６】
図５によれば、コールドトラップを作動させない場合には、成膜室内の水蒸気の分圧は、概ね２．６×１０−４程度であるのに対して、コールドトラップを作動させると、２．３〜２．４×１０−４程度まで低下する。Ｔｉ膜の（００２）配向性を、コールドトラップを作動して成膜した場合と作動しないで成膜した場合とで比較すると、作動しない場合の方がＴｉ膜の配向性が高いことが分かる。しかしながら、どちらの場合においても、ウェハの処理枚数が増加するにしたがって、Ｔｉ膜の配向性は次第に低下するようになる。一方、ウェハの処理枚数が増加しても、水蒸気の分圧に低下は見られない。したがって、Ｔｉ膜の配向性には、水分量以外の因子が関係していると考えられる。
【００３７】
図６は、ウェハの中心部と周辺部におけるＴｉ膜の（００２）配向性と、成膜室内の水蒸気の分圧との関係を示す図である。尚、横軸は、ウェハの処理枚数を表している。また、Ｔｉ膜の成膜は、図５と同様の条件でコールドトラップを作動させずに行っている。但し、図５の例では１ロット（２５枚）を成膜処理しているのに対し、図６の例では６ロット（１５０枚）の成膜処理を行っている。
【００３８】
図６において、○印は水蒸気圧である。また、△印は、ウェハ中心部（Ｃｅｎｔｅｒ）におけるＴｉ膜の（００２）配向性であり、□印は、ウェハ周辺部（Ｅｄｇｅ）におけるＴｉ膜の（００２）配向性である。
【００３９】
図６を見ると、水蒸気の分圧は、ウェハの処理枚数が増加しても、２．４×１０−４Ｐａ程度でほとんど変化していない。一方、Ｔｉ膜の配向性は、ウェハの処理枚数の増加に伴い、中心部と周辺部の双方で低下していく。したがって、この結果からも、Ｔｉ膜の配向性には、水分量以外の因子が関係していると考えられる。
【００４０】
図７は、ウェハの中心部（Ｃｅｎｔｅｒ）と周辺部（Ｅｄｇｅ）におけるＴｉ膜の（００２）配向性と、成膜室内の水素の分圧との関係を示す図である。尚、横軸は、ウェハの処理枚数を表している。また、Ｔｉ膜の成膜は、図５と同様の条件でコールドトラップを作動させずに行っている。但し、図５の例では１ロット（２５枚）で成膜処理しているのに対し、図７の例では６ロット（１５０枚）の成膜処理を行っている。
【００４１】
図７から明らかであるように、ウェハの処理枚数が増加すると、成膜室内の水素の分圧は次第に低下していく。また、これに伴って、Ｔｉ膜の配向性は、ウェハの中心部と周辺部の双方で低下していく。つまり、Ｔｉ膜の（００２）配向性は水素の圧力に依存し、水素の圧力が低下すると、Ｔｉ膜の配向性も低下することが分かる。したがって、Ｔｉ膜の（００２）配向性を高めるは、水素の圧力を高めることが必要であり、換言すると、水素の圧力を制御することによって、Ｔｉ膜の配向性を制御することが可能となる。
【００４２】
このように、Ｔｉ膜の（００２）配向性は水素の圧力によって変化する。一方、図５でコールドトラップを作動しないで成膜した場合の方がＴｉ膜の配向性が高いことから、Ｔｉ膜の配向性には水蒸気の圧力も関係していると考えられる。それ故、ウェハの処理枚数が少ない段階であれば、成膜室内に吸着した水によってもＴｉ膜の配向性を高めることが可能である。しかし、水蒸気はＴｉ膜によってゲッタリングされるので、ウェハの処理枚数が増加すると、成膜室内の水蒸気圧が不安定となって、Ｔｉ膜の配向性に変動を与えるようになる。これを防ぐには、特許文献１や２に記載されているように、成膜室内に水蒸気を供給するのがよい。しかし、水蒸気の供給によって水蒸気圧が高くなると、水の分解で生成する酸素の分圧が上昇することにより、Ｔｉ膜の抵抗上昇やバリア性の低下などが起こると予測される。このため、Ｔｉ膜の配向性を水蒸気圧によって制御するのは容易でない。これに対して、水素の圧力を制御する方法によれば、上記の問題を解消してＴｉ膜の配向性を高めることが可能となる。
【００４３】
図８は、導入ガスの種類を変えて成膜した場合のＴｉ膜の（００２）配向性と水素分圧とを比較したものである。△印は、成膜前の水素分圧であり、○印は、成膜中の水素分圧である。また、◇印は、ウェハ中心部（Ｃｅｎｔｅｒ）におけるＴｉ膜の（００２）配向性であり、□印は、ウェハ周辺部（Ｅｄｇｅ）におけるＴｉ膜の（００２）配向性である。
【００４４】
図８において、（ａ）はＡｒのみを導入した場合、（ｂ）はＡｒと水蒸気の混合ガスを導入した場合、（ｃ）はＡｒと水素の混合ガスを導入した場合である。それぞれ横軸の右側にいくほど、ウェハの処理枚数が増加する。尚、Ａｒと水蒸気の混合ガスの流量を７．３ｓｃｃｍとし、Ａｒと水素の混合ガスの流量を７．７ｓｃｃｍとした以外は、図５と同様の条件でＴｉ膜の成膜を行っている。
【００４５】
図８で（ａ）〜（ｃ）を比較すると、Ｔｉ膜の配向性はＡｒガスのみを導入した場合が最も低い。一方、Ａｒに水蒸気を混合した場合と、Ａｒに水素を混合した場合とでは、Ｔｉ膜の配向性は同様の値を示している。そして、Ａｒガスのみを導入した場合の水素分圧は成膜前後でほとんど変わらないのに対して、Ａｒに水蒸気を混合した場合や、Ａｒに水素を混合した場合では、成膜後に水素の分圧が上昇している。したがって、この結果からも、Ｔｉ膜の配向性に水素分圧が影響していることが分かる。
【００４６】
図９は、導入ガスの種類を変えて成膜した場合のＴｉ膜の（００２）配向性と水蒸気圧とを比較したものである。△印は、成膜前の水蒸気圧であり、○印は、成膜中の水蒸気圧である。また、◇印は、ウェハ中心部（Ｃｅｎｔｅｒ）におけるＴｉ膜の（００２）配向性であり、□印は、ウェハ周辺部（Ｅｄｇｅ）におけるＴｉ膜の（００２）配向性である。
【００４７】
図９において、（ａ）はＡｒのみを導入した場合、（ｂ）はＡｒと水蒸気の混合ガスを導入した場合、（ｃ）はＡｒと水素の混合ガスを導入した場合である。それぞれ横軸の右側にいくほど、ウェハの処理枚数が増加する。尚、Ａｒと水蒸気の混合ガスの流量を７．３ｓｃｃｍとし、Ａｒと水素の混合ガスの流量を７．７ｓｃｃｍとした以外は、図５と同様の条件でＴｉ膜の成膜を行っている。
【００４８】
図９で（ａ）〜（ｃ）を比較すると、Ｔｉ膜の配向性はＡｒガスのみを導入した場合が最も低い。一方、Ａｒに水蒸気を混合した場合と、Ａｒに水素を混合した場合とでは、前者の方が水蒸気圧が高いにもかかわらず、Ｔｉ膜の配向性は同様の値を示している。したがって、Ｔｉ膜の配向性と水蒸気圧との間には明確な相関性は見られないことが分かる。
【００４９】
図１０（ａ）は、Ａｒと水素の混合ガスを導入した場合において、Ｔｉ膜の（００２）配向性と水素分圧との関係を示したものである。尚、Ａｒと水素の混合ガスの流量を７．７ｓｃｃｍとした以外は、図５と同様の条件でＴｉ膜の成膜を行っている。
【００５０】
図１０（ａ）では、ロット毎に水素分圧を変え、ロット間およびロット内におけるＴｉ膜の配向性と水素分圧とを比較している。尚、各ロットにおいては、横軸の右側にいくほどウェハの処理枚数が増加する。△印は、成膜前の水素分圧であり、○印は、成膜中の水素分圧である。また、◇印は、ウェハ中心部（Ｃｅｎｔｅｒ）におけるＴｉ膜の（００２）配向性であり、□印は、ウェハ周辺部（Ｅｄｇｅ）におけるＴｉ膜の（００２）配向性である。
【００５１】
図１０（ａ）から明らかであるように、水素の分圧を高くすると、Ｔｉ膜の配向性も高くなる。そして、水素の分圧が３．０×１０−４Ｐａ以上であれば、Ａｒガスのみを導入した場合と比べて、Ｔｉ膜の配向性は３倍以上高くなることが分かった。
【００５２】
図１０（ｂ）は、Ａｒと水蒸気の混合ガスを導入した場合において、Ｔｉ膜の（００２）配向性と水蒸気圧との関係を示したものである。尚、Ａｒと水蒸気の混合ガスの流量を７．３ｓｃｃｍとした以外は、図５と同様の条件でＴｉ膜の成膜を行っている。
【００５３】
図１０（ｂ）においても、ロット毎に水蒸気圧を変え、ロット間およびロット内におけるＴｉ膜の配向性と水蒸気圧とを比較している。尚、各ロットにおいては、横軸の右側にいくほどウェハの処理枚数が増加する。△印は、成膜前の水蒸気圧であり、○印は、成膜中の水蒸気圧である。また、◇印は、ウェハ中心部（Ｃｅｎｔｅｒ）におけるＴｉ膜の（００２）配向性であり、□印は、ウェハ周辺部（Ｅｄｇｅ）におけるＴｉ膜の（００２）配向性である。
【００５４】
図１０（ｂ）より、ウェハの処理枚数が増えるにしたがって、水蒸気圧は低下していくことが分かる。これは、Ｔｉ膜によって水がゲッタリングされるためと考えられる。一方、Ｔｉ膜の配向性は、水蒸気圧の低下にもかかわらず高くなって行く。したがって、Ｔｉ膜の配向性と水蒸気圧との間には、図１０（ａ）の水素分圧で見られたような相関性がないことが分かる。
【００５５】
図１１は、Ａｒと水蒸気の混合ガスを導入した場合において、Ｔｉ膜の（００２）配向性と水素分圧との関係を示したものである。図の例では、６ロット（１５０枚）のウェハを処理しており、横軸の右側にいくほどウェハの処理枚数が増加していく。△印は、成膜前の水素分圧であり、○印は、成膜中の水素分圧である。また、◇印は、ウェハ中心部（Ｃｅｎｔｅｒ）におけるＴｉ膜の（００２）配向性であり、□印は、ウェハ周辺部（Ｅｄｇｅ）におけるＴｉ膜の（００２）配向性である。尚、Ａｒと水蒸気の混合ガスの流量を７．３ｓｃｃｍとした以外は、図５と同様の条件でＴｉ膜の成膜を行っている。
【００５６】
図１１より、ウェハの処理枚数が増えるにしたがって、水素の分圧は低下していくことが分かる。この水素分圧の減少幅を成膜前と成膜中とで比較すると、前者より後者の方が大きい。このことは、成膜中に水素が消費されていることを示している。したがって、Ｔｉ膜の配向性には、プラズマ中で分解された水素が影響を与えていると考えられる。
【００５７】
以上述べたように、Ｔｉ膜の（００２）配向性は、成膜中における水素の圧力を高くすることによって向上させることができる。この方法によれば、成膜室内の水蒸気圧を制御する方法に比べて、直接的且つ容易にＴｉ膜の配向性を制御することが可能である。水蒸気圧を高めることによっても水素圧を高めることは可能であるが、高められる水素圧には限度があり、また、水蒸気はＴｉ膜によってゲッタリングされるので、ウェハの処理枚数が増加すると、水蒸気圧が低下するようになるからである。さらには、水蒸気圧が高くなると、水の分解で生成する酸素の分圧が上昇することにより、Ｔｉ膜の抵抗上昇やバリア性の低下などが起こるという問題もある。
【００５８】
制御性よく高い（００２）配向性のＴｉ膜を得るには、成膜中における水素の圧力が、１×１０−４Ｐａ〜１×１０−２Ｐａの範囲内であることが好ましく、１×１０−４Ｐａ〜１×１０−３Ｐａの範囲内であることがより好ましい。一例として、水素の圧力が３．０×１０−４Ｐａ以上であれば、Ａｒガスのみを導入した場合と比べて、Ｔｉ膜の配向性を３倍以上高くすることが可能である。
【００５９】
また、Ｔｉ膜は、成膜温度を２００℃〜２５０℃としたときに、高い（００２）配向性を得ることができる。そして、この温度範囲内で成膜したＴｉ膜の上にＴｉＮ膜を成膜することにより、高い（１１１）配向性を有するＴｉＮ膜が得られる。したがって、Ａｒと水素の混合ガスを導入し、２００℃〜２５０℃の範囲内の温度でスパッタを行うことにより、高い配向性のＴｉ膜を形成することができ、さらには、この上にＴｉＮ膜を形成することにより、ＴｉＮ膜の配向性も高くすることができる。こうして形成されたＴｉＮ膜の上にＡｌ膜を成膜すれば、高い（１１１）配向性のＡｌ膜が得られる。これにより、エレクトロマイグレーション耐性に優れた膜とすることができる。
【００６０】
尚、本実施の形態においては、熱酸化膜の形成されたシリコンウェハの上にＴｉ膜を成膜したが、本発明はこれに限られるものではない。シリコンウェハ以外の他の半導体基板を用いてもよく、熱酸化膜、すなわち、ＳｉＯ２膜以外の他の絶縁膜（例えば、ＢＳＧ（ＢｏｒｏＳｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）膜、ＰＳＧ（ＰｈｏｓｐｈｏＳｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）膜またはＢＰＳＧ（ＢｏｒｏＰｈｏｓｐｈｏＳｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）膜など）の上にＴｉ膜を形成してもよい。また、Ａｌ膜は、Ｔｉ膜の上に成膜してもよい。すなわち、Ｔｉ膜／ＴｉＮ膜／Ａｌ膜とするだけでなく、Ｔｉ膜／ＴｉＮ膜／Ｔｉ膜／Ａｌ膜とすることも可能である。
【００６１】
本発明は、スパッタリングによってウェハ上にＴｉ膜を成膜する成膜室と、この成膜室にＡｒと水素の混合ガスを導入する導入手段と、成膜室内に載置されたウェハを加熱する加熱手段と、成膜室内の水素の圧力を所定の値に制御する制御手段とを有する成膜装置を用いることにより実施される。図１２および図１３は、この成膜装置の一例である。
【００６２】
図１２は、本実施の形態における成膜装置の模式的な平面部分断面図である。また、図１３は、図１２の成膜装置の模式的な部分側面図である。
【００６３】
図１２に示すように、成膜装置１は、ロードロック室２と、複数の真空処理室３〜７とがクラスター状に配置された構造を有する。各真空処理室３〜７は、例えば、前処理室３、第１の成膜室４、デガス室５、第２の成膜室６、および、第３の成膜室７の順で配置される。例えば、第２の成膜室６でＴｉ膜を成膜した後、第３の成膜室７でＡｌ膜を成膜することができる。ロードロック室２および各真空処理室３〜７には、それぞれ真空ポンプ（図示せず）が接続しており、相互に独立して真空排気できるようになっている。
【００６４】
また、成膜装置１は、ロードロック室２および各真空処理室３〜７の側壁面に接する多角筒形状の真空搬送室８を備えている。真空搬送室８には、ロードロック室２および各真空処理室３〜７との間でウェハ（図示せず）を１枚ずつ搬入または搬出する搬送ロボット（図示せず）が設置されている。さらに、真空搬送室８には、真空ポンプ（図示せず）が接続しており、独立して真空排気できる構造となっている。
【００６５】
２つのロードロック室２のいずれかにあるウェハ（図示せず）は、搬送ロボットによって真空搬送室８に搬入された後、予め設定された条件にしたがい所定の搬送経路で各真空処理室３〜７に順次搬送されて処理される。
【００６６】
図１３において、６はＴｉ膜を成膜する成膜室、９は真空ポンプ、１０は水素量を監視する水素量監視部である。水素量監視部１０には、例えば、四重極質量分析器を用いることができる。これにより、成膜室４内のスパッタ雰囲気中に含まれる水素量を監視して、成膜室６内に導入する水素の量（圧力）を制御することができる。尚、成膜室６には、Ａｒと水素の混合ガスを導入する導入手段（図示せず）が接続しており、また、その内部にはウェハを加熱する加熱手段（図示せず）が設けられている。
【００６７】
ところで、上記例では、ウェハとターゲットをロングスロー配置して成膜を行っている。この方法によれば、ウェハ上に飛来するスパッタ粒子は、その表面に対して略垂直なものに揃えられる。それ故、ウェハ上には、主に、表面に対し垂直に飛来してくるスパッタ粒子が堆積するので、配向性や成膜速度をほとんど変えずに低圧でＴｉ膜を成膜することができる。従来のＡｒガスのみを導入してＴｉ膜を成膜する方法では、この方式によってスパッタリングを行っていた。しかしながら、本発明は、ウェハとターゲットの距離を短くして成膜した場合にも同様の効果が得られる。以下では、ロングスロー配置をとらずにＴｉ膜を成膜する場合について述べる。
【００６８】
図１４は、成膜温度とＴｉ膜の（００２）配向性との関係を、Ａｒのみを導入した場合（Ｐｕｒｅ−Ａｒ）と、Ａｒと水素の混合ガスを導入した場合（Ｈ２＋Ａｒ）とで比較した結果である。尚、横軸のＲ．Ｔ．は室温（２５℃）を示している。
【００６９】
図１４の例では、成膜室内にＡｒガスまたはＡｒと水素の混合ガスを導入しながら、表面に熱酸化膜が形成されたシリコンウェハ上にＴｉ膜を成膜している。尚、成膜条件は次の通りである。
・Ｔｉターゲットからマグネットまでの距離：３９ｍｍ
・ウェハからＴｉターゲットまでの距離：９０ｍｍ
・パワー：４ｋＷ
・Ａｒの流量：４５ｓｃｃｍ
・成膜時間：１４秒間
【００７０】
図１４において、Ａｒのみを導入し、室温〜３００℃の温度で行った成膜では、Ｔｉ膜の配向性は、１００〜２２０程度の間でほとんど変化がない。一方、Ａｒと水素の混合ガスを導入し、２００℃で行った成膜では、Ｔｉ膜の配向性は５１００程度の強度を示し、Ａｒのみの場合に比べて２０倍以上の値となっている。したがって、ロングスロースパッタ方式でなくても、Ａｒと水素の混合ガスを導入することにより、Ｔｉ膜の配向性を高められることが分かる。
【００７１】
図１５は、ウェハの中心部（Ｃｅｎｔｅｒ）と周辺部（Ｅｄｇｅ）におけるＴｉ膜の（００２）配向性と、成膜室内の水素の分圧との関係を示す図である。この例では、ロット毎に水素分圧を変えてＴｉ膜の配向性と水素分圧とを比較している。△印は、成膜前の水素分圧であり、○印は、成膜中の水素分圧である。また、◇印は、ウェハ中心部におけるＴｉ膜の（００２）配向性であり、□印は、ウェハ周辺部におけるＴｉ膜の（００２）配向性である。尚、Ｔｉ膜の成膜は、図１４でＡｒと水素の混合ガスを導入した場合と同様の条件で行っている。
【００７２】
図１５より、成膜中における水素の分圧が上昇すると、ウェハの中心部および周辺部の双方でＴｉ膜の配向性が向上することが分かる。この傾向は、実施の形態１で述べたロングスロースパッタ方式の場合と同様である。この場合、水素の分圧が４．０×１０−４Ｐａ以上であれば、Ａｒガスのみを導入した場合と比べて、Ｔｉ膜の配向性を２０倍以上高くすることができる。
【００７３】
このように、Ａｒと水素の混合ガスを導入することにより、ロングスロースパッタ方式でなくても、Ｔｉ膜の（００２）配向性を向上させることができる。上述したように、例えば、水素の分圧が４．０×１０−４Ｐａ以上であれば、Ａｒガスのみを導入した場合と比べて、Ｔｉ膜の配向性を２０倍以上高くすることが可能である。
【００７４】
以上述べたように、本発明によれば、Ａｒと水素の混合ガスを導入し、２００℃〜２５０℃の範囲内の温度でスパッタを行うことにより、高い配向性のＴｉ膜を形成することができ、さらには、この上にＴｉＮ膜を形成することにより、ＴｉＮ膜の配向性も高くすることができる。こうして形成されたＴｉＮ膜の上にＡｌ膜を成膜すれば、高い（１１１）配向性のＡｌ膜が得られる。これにより、エレクトロマイグレーション耐性に優れた半導体装置とすることができる。この場合、ウェハとターゲットとの関係は、ロングスロー配置であるか否かにかかわらない。また、Ｔｉ膜は、成膜室内に、Ａｒと水素の混合ガスを導入してから成膜されてもよいし、Ａｒと水素の混合ガスを導入しながら成膜されてもよい。前者の場合、成膜中はＡｒのみを導入し水素の導入を行わなくても、成膜中にＡｒと水素の混合ガスを導入する場合と同様の効果が得られる。さらには、成膜前に水素ガスを成膜室内に導入し、成膜中は水素ガスの導入を停止しＡｒガスのみを導入して、Ｔｉ膜の成膜を行ってもよい。
【００７５】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。例えば、Ａｒ以外の希ガス（例えば、ＨｅガスまたはＮｅガスなど）をスパッタガスとして水素ガスとともに導入してもよい。また、スパッタガスには、希ガスおよび水素ガス以外の他の成分が含まれていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】Ｔｉ膜の成膜温度と配向性との関係を示す図である。
【図２】ＴｉＮ膜の成膜温度と配向性との関係を示す図である。
【図３】成膜温度とＴｉ／ＴｉＮ積層膜の配向性との関係を示す図である。
【図４】Ｔｉ膜の配向性を、ウェハの中心部と周辺部とで比較した図である。
【図５】成膜装置内の水蒸気圧とＴｉ膜の配向性との関係を示す図である。
【図６】ウェハの中心部と周辺部におけるＴｉ膜の配向性と、成膜室内の水蒸気の分圧との関係を示す図である。
【図７】ウェハの中心部と周辺部におけるＴｉ膜の配向性と、成膜室内の水素の分圧との関係を示す図である。
【図８】導入ガスの種類を変えて成膜した場合のＴｉ膜の配向性と水素分圧とを比較した図である。
【図９】導入ガスの種類を変えて成膜した場合のＴｉ膜の配向性と水蒸気圧とを比較した図である。
【図１０】（ａ）は、Ｔｉ膜の配向性と水素分圧との関係を示す図であり、（ｂ）は、Ｔｉ膜の配向性と水蒸気圧との関係を示す図である。
【図１１】Ｔｉ膜の配向性と水素分圧との関係を示す図である。
【図１２】本実施の形態における成膜装置の模式的な平面部分断面図である。
【図１３】図１２の成膜装置の模式的な部分側面図である。
【図１４】成膜温度とＴｉ膜の配向性との関係を、Ａｒのみを導入した場合とＡｒと水素の混合ガスを導入した場合とで比較した図である。
【図１５】ウェハの中心部と周辺部におけるＴｉ膜の配向性と、成膜室内の水素の分圧との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７７】
１  成膜装置
２  ロードロック室
３〜７  真空処理室
８  真空搬送室
９  真空ポンプ
１０  水素量監視部
【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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