(57)【要約】【課題】プラズマＣＶＤ法を用いた膜形成時にＲＦ反射波が発生することを十分に防止できるＴｉ膜形成方法を提供する。【解決手段】まず、プラズマＣＶＤ装置１のプロセスチャンバ２内でＴｉ膜を形成し（ＳＰ２）、そのウェハＷをプロセスチャンバ２から搬出する（ＳＰ３）。次に、プロセスチャンバ２内をＣｌ２ガスでクリーニングする（ＳＰ４）。それに引き続き、プロセスチャンバ２内にＨ２ガスを供給しプラズマ化する（ＳＰ５）。これにより、Ｃｌ２ガスクリーニングの実施によって生じ得るＮｉ塩化物といった残留物質をプロセスチャンバ２から除去できる。【選択図】　図２
2004083983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内に基体を収容しプラズマＣＶＤ法により該基体上にＴｉ膜を形成するＴｉ成膜工程と、該基体を該チャンバから取り出した状態で該チャンバ内をＣｌ２ガスでパージするクリーニング工程と、を繰り返し実施して複数の基体を処理する方法であって、
前記クリーニング工程を実施した後に、前記チャンバ内にプラズマを形成するプラズマ処理工程を備える、Ｔｉ膜形成方法。
【請求項２】
チャンバ内に基体を収容し該基体上にＴｉ膜を形成する方法であって、
前記基体を前記チャンバ内に収容する前に、該チャンバ内を塩素ガスでパージするクリーニング工程と、
前記クリーニング工程を施したチャンバ内にプラズマを形成するプラズマ処理工程と、
前記プラズマ処理工程を施したチャンバ内に前記基体を収容しプラズマＣＶＤ法により前記Ｔｉ膜を形成するＴｉ成膜工程と、
を備えるＴｉ膜形成方法。
【請求項３】
前記プラズマ処理工程においては、前記チャンバ内に水素ガスを供給する、請求項１又は２に記載のＴｉ膜形成方法。
【請求項４】
前記チャンバとして、ＴｉＣｌ４ガスが導入され且つ少なくとも表面がＮｉで構成された反応ガス供給部を有するものを用いる、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のＴｉ膜形成方法。
【請求項５】
前記プラズマ処理工程においては、プラズマを形成している時間を５〜２０秒とする、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のＴｉ膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマＣＶＤ法によるＴｉ膜の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造において、コンタクトホール、ヴィアホール、トレンチ等の埋め込みや配線形成としてアルミニウム（Ａｌ）膜やタングステン（Ｗ）膜が広く用いられている。Ａｌ膜又はＷ膜から成る金属膜を形成する場合、一般に、下地層を保護するためのチタン（Ｔｉ）膜及び窒化チタン（ＴｉＮ）膜の混合膜をバリアメタル膜として形成した後、その上に金属膜を成膜する方法が採用されている。
【０００３】
このようなバリアメタル膜の形成方法としては、ＩＭＰ法等のスパッタリングを用いたＰＶＤ法の他、ＣＶＤ法も多用されている。ＣＶＤ法を用いる場合、具体的には、例えば、Ｔｉ膜をプラズマＣＶＤ法により成膜し、ＴｉＮ膜を熱ＣＶＤ法より成膜する方法が用いられる。また、バリアメタル膜の成膜を枚葉式処理で行う場合、混合膜の第１層たるＴｉ膜の形成は、従来、例えば以下の手順で実施されていた。
【０００４】
すなわち、まず、下地層が設けられたウェハをＣＶＤチャンバに収容し、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガス及び水素（Ｈ２）ガスを反応ガスに用いたプラズマＣＶＤ法によってＴｉ膜を形成する。その後、ウェハをチャンバより搬出し、次のウェハをチャンバ内にローディングする前に、チャンバ内を塩素（Ｃｌ２）ガスでパージし、これによりチャンバ内に付着したＴｉ系化合物等をある程度剥離し、チャンバ外へ排出する。
【０００５】
後者のＣｌ２ガスパージは、チャンバ内に付着したＴｉ系化合物がパーティクルの主要因になり得ることから、これを防止するための処理であり、いわゆる‘エブリィ・クリーニング（Ｅｖｅｒｙ−ｃｌｅａｎｉｎｇ）’や‘枚葉クリーニング’と呼ばれる処理である。かかるＣｌ２ガスによるクリーニングを実施することにより、多数枚のウェハにＴｉ膜の成膜処理を施す際に、パーティクルが経時的に増大することを抑制し、特に高い膜厚均一性や密着性等が要求されるＴｉ膜の膜質維持が図られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明者らがＣｌ２ガスによるクリーニングを用いた上記従来のＴｉ膜形成方法について詳細に検討したところ、連続する複数のウェハ処理中に高周波（ＲＦ）の反射波が発生し得ることが判明した。こうなると、Ｔｉ膜の成長膜厚がウェハ毎に異なってしまい、ウェハ間の膜質の均質性を良好に担保できないといった不具合が生じるおそれがある。また、殊に枚葉処理の場合、生産上重要なファクターとなる連続安定性ひいては高い歩留まりの維持に悪影響を及ぼす傾向にある。
【０００７】
このようなＲＦ反射波は、同条件の処理キャンペーンにおいて必ずしも常に又は同時期に発生する傾向にはなく、不定期に又は不連続に或いは極稀に生じることもあって再現性が高いわけではない。通常、ＲＦ電力が印加されるチャンバのシャワーヘッド等とＲＦ電源との間にはインピーダンス整合器を含むマッチングネットワークを介在させており、これによりインピーダンスの整合がとられ、反射波の発生が抑えられる。しかし、インピーダンスをステップ状に切り替え得るシステムであったり、連続可変調整が可能であっても反射波が瞬時に大きく変動したりすると、その変化に十分に追従できないおそれがある。
【０００８】
そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、プラズマＣＶＤ法を用いた膜形成時にＲＦ反射波が発生することを十分に防止できるＴｉ膜形成方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するたの手段】
上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、以下に示す知見を得た。上述の如く、ＲＦ反射波は不定期又は不連続に発生することがあり、その原因が電気系統やチャンバ構造の経時的な変化にあるとは考え難い。一方、チャンバ側のインピーダンスは、プラズマシースの状態に多分に影響を受け易い。しかし、Ｔｉ成膜用の原料ガスを一定流量で供給し、チャンバ内を一定圧力に維持しつつ一定出力のＲＦ電力を印加している状態でシース内のイオン種や活性種の割合、濃度、及びエネルギー分布が劇的に変動するとも考え難い。
【００１０】
一方、Ｔｉ成膜の原料ガスとしてＴｉＣｌ４及びＨ２ガスを用いた場合、ＴｉＣｌ４から解離したＴｉはウェハ上に堆積成長すると共に、その一部がＴｉ系化合物としてチャンバ内に付着する。他方、解離したＣｌの大部分はＨ２ガス起源のＨと化合してＨＣｌとなり、或いは、Ｃｌ２ガスとして大部分はチャンバ外へ排出される。このとき、Ｃｌの一部がＴｉ膜に取り込まれると共に、塩素系化合物としてチャンバ内に付着する可能性がある。
【００１１】
これらのチャンバ内付着物質は、Ｔｉ膜形成後に引き続き実施されるＣｌ２ガスのパージによるチャンバ内クリーニングによって除去され得る。しかし、このときガス形で供給されたＣｌ２がチャンバ内の付着物質やチャンバ内の構造物の構成材料と反応して生じた塩素系化合物等の生成物が、チャンバ内に残留する可能性がある。このような残留物質が存在するチャンバ内でＴｉ成膜のためのプラズマを形成すると、その残留物質起源の活性種が生じる可能性がある。こうなると、マッチング回路が追従できない程にチャンバ側のインピーダンスを劇的に変化させてしまうおそれがある。
【００１２】
そして、本発明者らは、このようなチャンバ内の残留塩素系物質とＲＦ反射波との発生に密接な相当因果関係があると推定し、以上の知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【００１３】
すなわち、本発明によるＴｉ膜形成方法は、チャンバ内に基体を収容しプラズマＣＶＤ法によりその基体上にＴｉ膜を形成するＴｉ成膜工程と、その基体をチャンバから取り出した状態でチャンバ内をＣｌ２ガスでパージするクリーニング工程とを繰り返し実施して複数の基体を処理する方法であって、クリーニング工程を実施した後に、チャンバ内にプラズマを形成するプラズマ処理工程を備えることを特徴とする。
【００１４】
このようなＴｉ膜形成方法を用いると、例えばＴｉＣｌ４ガス及びＨ２ガスを原料ガスとするＴｉ成膜工程と、Ｃｌ２ガスによるクリーニング工程とが交互に実施される枚葉処理によるＴｉ成膜が実現される。このとき、クリーニング工程と次の基体に対するＴｉ成膜工程との間にプラズマ処理工程を実行するので、クリーニング工程で生じた塩素系化合物等の残留物質が存在し得るチャンバ内がプラズマに曝される。これにより、プラズマを構成する活性種が塩素系化合物にアタックしてこれらと反応して化合物が分解・解離され、これにより残留物質がチャンバから言わば‘叩き出されて’除去される。
【００１５】
その結果、次の基体がチャンバ内に収容されてＴｉ成膜工程が行われるときに形成されるプラズマ中に、塩素系化合物に由来する化学種、又は、後述するようにニッケル（Ｎｉ）系化合物に由来する化学種が混入することが十分に抑止される。
【００１６】
或いは、複数の基体を枚葉式で処理するという観点とは別に、各基体へのＴｉ成膜処理という点に着目すれば、本発明によるＴｉ膜形成方法は、チャンバ内に基体を収容しその基体上にＴｉ膜を形成する方法であって、基体をチャンバ内に収容する前に、チャンバ内を塩素ガスでパージするクリーニング工程と、クリーニング工程を施したチャンバ内にプラズマを形成するプラズマ処理工程と、プラズマ処理工程を施したチャンバ内に基体を収容しプラズマＣＶＤ法によりＴｉ膜を形成するＴｉ成膜工程とを備えるものである。
【００１７】
具体的には、プラズマ処理工程においては、チャンバ内にＨ２ガスを供給することが望ましい。このようにすれば、プラズマ処理工程において、チャンバ内に水素イオン（Ｈ＋）及び水素ラジカル（Ｈ＊）等の水素活性種を主成分とするプラズマが形成される。これにより、塩素系化合物等から成る残留物質から生じる塩素イオン（Ｃｌ−）や塩素ラジカル（Ｃｌ＊）が水素活性種と化合し得るので、残留物質のチャンバ外への排出効率が高められる。
【００１８】
ここで、本発明者は、従来のＴｉ膜形成方法について更に詳細な検討を行ったところ、ＲＦ反射波の発生の他に、以下に示す問題が生じ得ることを見出した。
【００１９】
（１）金属汚染のおそれ
従来方法を用いて複数のウェハにＴｉ成膜処理を行う際に、有意量の金属がウェハ上に付着してしまい、稀に金属汚染の許容値を逸脱してしまうおそれがあった。これは、特に処理枚数が増大した場合に発生し易い傾向にあった。こうなると、チャンバ内のプロセスキットの交換頻度を高めたり、場合によっては、キット母材の材料変更を行う等の対処が必要となってしまう。特に、キット母材の変更はプロセスの変更に他ならず、非常に大きな困難を伴うこととなる。
【００２０】
そこで、この汚染金属の定性・定量を試みたところ、ニッケル（Ｎｉ）が主成分であることが判明した。一般に、Ｔｉ成膜用のプラズマＣＶＤチャンバに備わるガス供給部（シャワーヘッド）といったプロセスキットは、６００℃以上（例えば、シャワーヘッドのフェイスプレート近傍温度）の高温腐食環境に曝されるため、その変形や腐食を十分に防止すべく、構成材料としてＮｉが使用されることが多い。また、アルミニウム材をＮｉコーティングして用いることもあるが、十分な耐性を付与するには、Ｎｉの無垢材を切削加工したものが有用である。これより、汚染金属は、プロセスキットの母材に由来する可能性が極めて高いことが確認された。
【００２１】
また、Ｎｉ製のシャワーヘッドを備えるチャンバを用いても、Ｃｌ２ガスパージによるクリーニングを施さないと、膜特性を良好に維持することは困難であるが、金属汚染に関しては、Ｃｌ２ガスクリーニングをウェハ処理毎に実施する場合に比して汚染の程度は低いものであった。これらより、チャンバ内に残留する塩素系化合物が、Ｔｉ膜成膜時に微量にエッチングされるプロセスキットの母材成分と結合し、例えばＮｉｘＣｌｙといったＮｉ塩化物のようなＮｉ系化合物が生成し、おそそらくこれがウェハ上に被着するのではないかと推測される。
【００２２】
（２）異物（パーティクルを含む）発生のおそれ
従来方法を用いて複数のウェハにＴｉ成膜処理を行う際、特に処理キャンペーンの初期すなわちチャンバを立ち上げた後の一定期間、パーティクルが生じることがあった。かかるパーティクルが存在すると、後工程の障害となり歩留まりが低下するといった悪影響を与えるおそれがある。
【００２３】
このようなパーティクルの成分を分析したところ、Ｔｉ系化合物の他にＮｉを含むものが確認された。このＮｉは、上記（１）で述べたようにチャンバ内のプロセスキットに由来するものと考えられる。つまり、Ｃｌ２ガスクリーニングによってキットの母材から剥離したＮｉ、及び、それがＣｌ等の他物質と反応して生じたＮｉ系化合物がウェハ表面に到達し、例えばウェハ表面のシリコン（Ｓｉ）と反応して異常成長するものと推測される。
【００２４】
これに対し、Ｎｉ母材のシャワーヘッドを有するチャンバを用い、Ｔｉ成膜工程とクリーニング工程との間にプラズマ処理工程を実施する本発明のＴｉ膜形成方法を実施した場合の金属汚染及び異物発生量を測定したところ、処理キャンペーンを通じて、ウェハ表面のＮｉ量は検出下限未満となり、且つ、パーティクル等の異物も殆ど生じなかった。特に、プラズマ処理工程でＨ２ガスを用いることにより、その効果は更に格段に高められることが確認された。
【００２５】
すなわち、本発明では、チャンバとして、ＴｉＣｌ４ガスが導入され且つ少なくとも表面がＮｉで構成された反応ガス供給部を有するものを用いるときに極めて有効である。この場合、プラズマ処理工程で形成されるプラズマを構成する活性種（Ｈ２プラズマの場合、主として水素活性種）によって、先に述べた塩素系化合物、及びＮｉ系化合物が払拭され、後続処理される基体上に被着し得る金属成分や異物の原因となる前駆体が根本的に排除される。
【００２６】
さらに、プラズマ処理工程においては、プラズマ形成時間を５〜２０秒とするとより好ましい。こうすることにより、チャンバ内に残留する塩素系化合物、及びＮｉ系化合物が十分に分解除去されると共に、チャンバ内のプロセスキット、特にシャワーヘッドのフェイスプレート上に堆積した成膜特性上有用なＴｉ系物質が過度に除去されてしまうことが抑制される。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。また、図面の寸法比率は、図示の比率に限られるものではない。
【００２８】
図１は、本発明によるＴｉ膜形成方法を有効に実施するための基板処理装置としてプラズマＣＶＤ装置の一例を示す概略構成図である。同図において、プラズマＣＶＤ装置１はプロセスチャンバ２（チャンバ）を備えており、このプロセスチャンバ２は、チャンバ本体３と、このチャンバ本体３の上部に設けられた蓋体４とを有している。
【００２９】
プロセスチャンバ２内には、ウェハＷ（基体）を支持するサセプタ５が配置されており、このサセプタ５内には、ウェハＷを加熱するためのヒータ（図示せず）が設けられている。また、サセプタ５は、ニッケル等の導電性金属から成る下部電極を構成しており、且つ所定電位に接地されている。
【００３０】
さらに、プロセスチャンバ２の側壁には、スロットルバルブ６を介して真空ポンプ７が接続されている。この真空ポンプ７は、プロセスチャンバ２内部を減圧すると共に、プロセスチャンバ２内部を排気するものである。またさらに、プロセスチャンバ２の側壁には、ウェハＷをプロセスチャンバ２にローディング及びアンローディングするためのウェハ搬入口３ａが設けられている。
【００３１】
一方、蓋体４には、ガス混合部８ａを含むガス流路８が設けられており、ガス混合部８ａには、それぞれマスフローコントローラ（ＭＦＣ；図示せず）が設けられた各配管を介して、ＴｉＣｌ４ガス供給系１４、Ｈ２ガス供給系１５、Ｃｌ２ガス供給系１６、Ａｒガス供給系１７、及びＮ２ガス供給系１８が接続されている。また、蓋体４の下面部には、複数のガス導入孔（図示せず）が形成されたブロッカープレート９が設けられ、さらにその下方には、サセプタ５に対向するようにフェイスプレート１０が配置されている。これらブロッカープレート９、フェイスプレート１０、及びこれらで画成された空間からシャワーヘッド（反応ガス供給部）が構成されている。
【００３２】
このフェイスプレート１０は、上部電極を構成する円形プレートであり、Ｎｉ、又は表面にめっき等によるＮｉコーティングが施されたＡｌ等の導電性金属で形成されている。また、フェイスプレート１０は、複数のガス導入孔１１を有しており、ガス流路８からブロッカープレート９を介して送られていたプロセスガスが、ガス導入孔１１を通してサセプタ５上に載置されたウェハＷに向けて供給される。さらに、フェイスプレート１０におけるサセプタ５と対向する面Ｂには、必要に応じてブラスト処理等による粗面処理が施されている。
【００３３】
かかるフェイスプレート１０には、インピーダンス整合器１２を介して高周波（ＲＦ）電源１３が接続されており、ＲＦ電源１３の投入により、フェイスプレート１０とサセプタ５との間の空間Ｓに、一定周波数のＲＦ電力が印加され、プラズマが形成されるようになっている。
【００３４】
このように構成されたプラズマＣＶＤ装置１を用いたウェハ処理方法の一例について以下に説明する。図２は、本発明のＴｉ膜形成方法の好適な一実施形態によりウェハＷ上にＴｉ膜を形成する手順を示すフロー図である。まず、プロセスチャンバ２にウェハＷを収容しない状態、又はダミーウェハを収容した状態で、所定のＴｉ膜成膜条件で原料ガスをプロセスチャンバ２内へ供給し、プラズマＣＶＤ装置１の立ち上げを行った後、複数のウェハＷの処理キャンペーンを開始する。
【００３５】
次いで、真空ポンプ７により所望の真空度まで減圧したプロセスチャンバ２の内部に、ウェハＷをウェハ搬送ロボット（図示せず）によりウェハ搬入口３ａからローディング（搬入）して、所望の温度に加熱されたサセプタ５上に載置する（ステップＳＰ１；Ｔｉ成膜工程）。
【００３６】
次に、ヘリウムをキャリアガスとするＴｉＣｌ４ガスをＴｉＣｌ４ガス供給系１４から供給すると共に、Ｈ２ガスをＨ２ガス供給系１５からプロセスチャンバ２内へ供給する。なお、ＴｉＣｌ４ガス及びＨ２ガスは、図示しないＭＦＣによって流量制御された状態でプロセスチャンバ２内へ導入される（以下、他のガスについても同様）。これらＴｉＣｌ４ガス及びＨ２ガスは、ガス混合部８ａで混合され、ガス流路８及びブロッカープレート９を介してフェイスプレート１０側へ供給される。この混合ガスは、フェイスプレート１０の各ガス導入孔１１よりウェハＷに向けて均一に拡散される。
【００３７】
次いで、プロセスチャンバ２内に導入された混合ガスをスロットルバルブ６により圧力制御した状態で、ＲＦ電源１３を投入してフェイスプレート１０とサセプタ５との間の空間ＳにＲＦ電力を印加する。すると、ＴｉＣｌ４ガスとＨ２ガスとの混合ガスが空間Ｓでプラズマ化し、ＴｉＣｌ４ガスとＨ２ガスとが解離・分解し、塩素活性種と水素活性種との結合反応が促進される。ウェハＷがＳｉ酸化膜等の酸化膜が形成されたものであれば、そのウェハＷ上に金属Ｔｉ膜が形成される（ステップＳＰ２）。或いは、ウェハＷが純Ｓｉウェハであれば、空間Ｓにプラズマを発生させたときに、塩素活性種と水素活性種との結合反応に加えて、ＳｉとＴｉ界面で結合反応が起こり、ウェハＷ上にチタンシリサイド（ＴｉＳｉｘ）から成るＴｉ膜が形成される（ステップＳＰ２）。
【００３８】
ステップＳＰ２は、成膜するＴｉ膜の厚さがバリア層の第１層として要求される所望の厚さとなるまで実施する。例えば、Ｔｉ膜の膜厚としては、一般には１００〜１５０Å（１．０×１０−５〜１．５×１０−５ｍｍ）程度とされ、デバイスの種類等に応じて、場合によっては、２００〜３００Å（２．０×１０−５〜２．０×１０−５ｍｍ）程度と比較的厚くされることもある。
【００３９】
こうしてＴｉ膜を形成するステップＳＰ２においては、ＴｉＣｌ４中のＣｌがＨ２ガス由来のＨと反応しＨＣｌとなって大部分がプロセスチャンバ２外へ排出されるが、一部のＣｌはＴｉ膜中に混入すると考えられる。そこで、Ｔｉ膜中のＣｌを除去すると共に、Ｔｉ膜形成の後工程でＴｉ膜上に形成されるバリア膜の第２層としてのＴｉＮ膜のＴｉ膜への密着性を向上させるべく、所定膜厚のＴｉ膜を形成するため、一定時間ステップＳＰ２を実施した後、必要に応じてＴｉ膜の表面改質を行う。
【００４０】
この際には、まず、ＴｉＣｌ４ガスとＨ２ガスの供給を停止し、高周波電力を低出力で一定に維持した状態で、プラズマＣＶＤ装置のプロセスチャンバ２内に、Ｈ２ガス供給系１５、Ａｒガス供給系１７、及びＮ２ガス供給系１８からそれぞれＨ２ガス、Ａｒガス、及びＮ２ガスを各々所定の流量で供給する。これらのガスは、ガス混合部８ａで混合されて混合ガスとなりシャワーヘッドを通して空間Ｓへ導入される。それと共に、混合ガスをスロットルバルブ６により圧力制御した状態で、高周波電力の出力を一定の値に高めて混合ガスをプラズマ化させる。これにより各ガスが解離・分解し、特に窒素活性種によってＴｉ膜の極表面が窒化される。
【００４１】
次に、Ｈ２ガス、及びＮ２ガスの供給を停止し、さらにＲＦ電源１３の投入を停止してＲＦ電力の印加を止めてプラズマを消失させる。それからスロットルバルブ６を調節してプロセスチャンバ２内の圧力調整を行い、Ａｒガスの供給を停止した後、ウェハＷをプロセスチャンバ２からアンロード（搬出）する（ステップＳＰ３）。
【００４２】
次いで、プロセスチャンバ２内に、Ｃｌ２ガス供給系からＣｌ２ガスを一定流量で供給し、必要に応じて適宜量のＡｒガスを供給する。こうしてプロセスチャンバ２内をＣｌ２ガスでパージすることにより、Ｔｉ成膜工程（ステップＳＰ２）においてプロセスチャンバ２内のプロセスキット表面に付着したＴｉやＴｉ系化合物等がドライクリーニングされる（ステップＳＰ４；クリーニング工程）。このとき、Ｃｌ２ガスの流量及びパージ時間は、シャワーヘッドのフェイスプレート１０の面Ｂ上等に堆積したＴｉやＴｉ系化合物が過度に除去されない程度とすることが望ましい。
【００４３】
処理に先立って行った装置の立ち上げ時に、フェイスプレート１０上にはＴｉやＴｉ系化合物が適当量堆積しており、こうすることにより、キャンペーンの最初に処理されるウェハＷに対し、Ｔｉ膜の良好な膜厚均一性や膜特性が担保される。よって、ステップＳＰ４においても、フェイスプレート１０上にある程度の有用な量の堆積物が存在した状態を維持することにより、後続処理されるウェハＷ上に形成されるＴｉ膜の特性が良好に維持される。
【００４４】
次に、Ｃｌ２ガスの供給を停止し、一定時間、Ａｒガスのみをプロセスチャンバ２内へ供給し続けてプロセスチャンバ２内のＣｌ２ガスをパージする。その後、Ａｒガス流量を再度調整すると共に、Ｈ２ガス供給系１５からＨ２ガスを供給する。このとき、Ｎ２ガスを同時に供給してもよい。これらＡｒガス及びＨ２ガスは、ガス混合部８ａで混合され、ガス流路８及びブロッカープレート９を介してフェイスプレート１０側へ供給され、各ガス導入孔１１よりウェハＷに向けて均一に拡散される。
【００４５】
続けて、プロセスチャンバ２内に導入された混合ガスをスロットルバルブ６により圧力制御した状態で、ＲＦ電源１３を投入してフェイスプレート１０とサセプタ５との間の空間ＳにＲＦ電力を印加する。これにより、ＡｒガスとＨ２ガスとの混合ガスが空間Ｓでプラズマ化し、各ガスが解離・分解する。プロセスチャンバ２内には、ステップＳＰ４で供給したパージガスのＣｌ２と、それまでの工程でプロセスチャンバ２内に付着した物質やシャワーヘッド等のプロセスキットを構成する母材との反応で生じた生成物がチャンバ内に残留している。かかる残留物としては、フェイスプレート１０の母材であるＮｉとＣｌとを含んで成るＮｉ塩化物（塩素系化合物であると同時にＮｉ系化合物でもある）が挙げられる。
【００４６】
プロセスチャンバ２内では、プラズマ中に生じた主として水素活性種がこのようなＮｉ塩化物等にアタックし、それを解離・分解させてフェイスプレート１０等のプロセスキットから脱着させる。こうして脱着された物質は、プロセスチャンバ２内の排気によって外部へ排出される（ステップＳＰ５；プラズマ処理工程）。また、この際に生じたＣｌやＮｉを含む化学種がさらに水素化又は還元されて気相へ移行することも考えられ、これにより、付着物の除去効率が一層高められる。このように、ステップＳＰ５を実施することにより、プロセスチャンバ２内がＨ２プラズマでクリーニングされる。
【００４７】
また、ステップＳＰ５においてＨ２ガスを供給してプラズマを形成している時間（プロセスタイム）としては、Ｔｉ膜の金属汚染を十分に低減する観点からは、好ましくは５秒以上、より好ましくは１０秒以上とすることが望ましい。すなわち、この時間が５秒未満であると、Ｔｉ膜の金属汚染を十分に抑止できない程にプロセスチャンバ２内の残留付着物質の除去が不十分となる傾向にある。
【００４８】
一方、Ｔｉ膜形成工程（ステップＳＰ２）においてＲＦ反射波の発生を十分に抑制する観点からも、ステップＳＰ５のプロセスタイムを好ましくは５秒以上、より好ましくは１０秒以上とすることが望ましい。すなわち、この時間が５秒未満であると、プロセスチャンバ２側のインピーダンス変動が過度に増大してしまいＲＦ反射波の発生を十分に防止できない程に、プロセスチャンバ２内の残留付着物質の除去が不十分となる傾向にある。
【００４９】
他方、パーティクル等の異物の発生を十分に抑制する観点からも、ステップＳＰ５のプロセスタイムを好ましくは５秒以上、より好ましくは１０秒以上とすることが望ましい。すなわち、この時間が５秒未満であると、パーティクルの発生やウェハＷ上での異物の異常成長を十分に抑制できない程に、プロセスチャンバ２内の残留付着物質の除去が不十分となる傾向にある。
【００５０】
さらに、このプロセスタイムの上限を好ましくは２０秒とすることが望ましい。この時間が２０秒を超えると、フェイスプレート１０の面Ｂ上の有用な堆積物を過度に剥離・除去してしまうおそれがあり、こうなると、Ｔｉ膜の膜厚均一性やバリア特性が損なわれる傾向にある。なお、この好適なプロセスタイムの範囲は、高周波の周波数や出力、プロセスチャンバ２内の圧力、温度等には大きく依存しない傾向にある。
【００５１】
また、ステップＳＰ５における他のプロセス条件としては、例えば；
・ＲＦ出力：３００Ｗ，６００Ｗ等、
・Ｈ２ガス流量：３０００ｓｃｃｍ等、
・Ａｒガス流量：５０００ｓｃｃｍ等、
を例示できる。なお、ウェハＷの裏面側に、Ａｒガスを一例として５００ｓｃｃｍ等の流量で供給してもよい。
【００５２】
そして、ステップＳＰ５が完了した後、処理対象のウェハＷを全部処理したか否か、つまり処理キャンペーンが終了したか否かを判定し、キャンペーンが終了した場合には、Ｔｉ膜の形成処理を終了する。一方、キャンペーンが未了であれば、次のウェハＷを処理すべく、ステップＳＰ１に戻り、上述した手順に沿って処理を繰り返し実施する。
【００５３】
なお、ステップＳＰ３でプロセスチャンバ２から搬出されたＴｉ膜形成後のウェハＷは、図示しない熱ＣＶＤ装置等の別装置に移送され、例えば、ＴｉＣｌ４及びＮＨ３を含む原料ガスを用いた熱化学反応により、Ｔｉ膜上にＴｉＮを形成し、バリアメタル膜を完成する。さらに、バリアメタル膜が形成されたウェハＷは、図示しない更に他の熱ＣＶＤ装置に移送され、例えば、タングステンヘキサフルオライド（ＷＦ６）及びモノシラン（ＳｉＨ４）又はＨ２を原料ガスとする熱化学反応により、ＴｉＮ膜上にＷ膜が形成される。
【００５４】
このようなＴｉ膜形成方法によれば、ステップＳＰ５においてプロセスチャンバ２内がＨ２プラズマによりクリーニングされ、ステップＳＰ４におけるＣｌ２ガスクリーニングの際にチャンバ内のプロセスキット上に付着した主としてＮｉ塩化物と考えられる残留物質がチャンバ外へ排出される。よって、後続のウェハＷにＴｉ成膜するステップＳＰ２においてＴｉ膜の原料ガスのプラズマを形成しても、Ｎｉ塩化物から活性種が生じてプラズマシース中に混入することが十分に防止される。
【００５５】
したがって、プラズマ中の活性種の割合、濃度、及びエネルギー分布の急激な変化を抑止できる。これにより、インピーダンス整合器１２が追従できない程のインピーダンス変化、つまりプロセスチャンバ２側とＲＦ電源１３側とのインピーダンスの不整合が防止され、ＲＦ反射波の発生を十分に抑制できる。その結果、ウェハＷ間でのＴｉ膜の成長膜厚の均質性を良好に担保でき、枚葉処理で特に重要な連続安定性を達成でき、高歩留まりを維持できる。また、ＲＦ反射波の発生源を根本的に駆逐できるので、シャワーヘッド等のプロセスキットを交換する頻度を低減できると共に、インピーダンス整合器１２を含むマッチング回路の強化といった対策を施す必要がない。
【００５６】
また、プロセスチャンバ２内からＮｉ塩化物を除去でき、Ｔｉ成膜時にこれを起源とする化学種の発生を防止できるので、Ｔｉ成膜時にそのような化学種に起因する元素による汚染、特にＮｉ塩化物由来のＮｉによる金属汚染を確実に防ぐことが可能となる。よって、ウェハ上の金属汚染量が許容値を超えてしまうといった不具合や、ウェハＷの連続処理枚数の低下を防止できる。また、この点においても、プロセスチャンバ２内のプロセスキットの交換頻度を低減でき、さらに、キット母材の材料変更によるプロセス変更といった過大な負担を回避できる。
【００５７】
さらに、プロセスチャンバ２内からＮｉ塩化物を除去できるので、Ｔｉ成膜時にパーティクル等の異物が発生することを十分に抑止できる。よって、後工程での障害を回避でき、また、歩留まりの低下を防止できる。
【００５８】
またさらに、ステップＳＰ５におけるＨ２プラズマを形成するプロセスタイムを上述した好適な下限値以上とすれば、ＲＦ反射波の発生、金属汚染の発生、及び異物の発生を確実に防止することができる。さらにまた、そのプロセスタイムを上述した好適な上限値以下とすれば、フェイスプレート１０の面Ｂ等に付着・堆積した有用なＴｉ系化合物を過剰に除去しないので、Ｔｉ膜の膜特性を良好に維持し易い利点がある。
【００５９】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。例えば、ステップＳＰ２の後に引き続き実施するＴｉ膜の改質処理は実施しなくてもよい。また、Ｔｉ膜形成を行うための装置は、プラズマＣＶＤ装置１以外のタイプのチャンバシステムでもよい。さらに、ステップＳＰ５においては、Ｎ２ガスを供給しなくても構わず、Ｈ２ガスは好適なプラズマ形成用ガスであって必須ではなく、他の還元性ガスを用いてもよい。
【００６０】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００６１】
〈実施例１〉
図２に示すステップＳＰ５を含む手順及び上述したプロセス条件で、Ｓｉ基層を有するウェハＷ上に約２００Åの膜厚を有するＴｉ膜を形成した。
【００６２】
〈比較例１〉
ステップＳＰ５を実行しなかったこと以外は実施例１と同様にしてウェハＷ上にＴｉ膜を形成した。
【００６３】
〈ウェハ上の元素定性定量分析〉
実施例１及び比較例１でＴｉ膜を形成した各ウェハＷに対し、全反射蛍光Ｘ線分析（ＴＲＸＲＦ）を実施した。その結果、実施例１のウェハＷ上のＮｉ濃度は、１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２オーダーであったのに対し、比較例１のウェハＷ上のＮｉ濃度は、１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２オーダー（検出下限）未満であった。また、比較例１のウェハＷでは、他の金属元素として、Ｃｕ，Ｃｏ，Ｆｅが微量ながら観測されたのに対し、実施例１のウェハＷでは、これらの元素はいずれも検出下限未満であった。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＴｉ膜形成方法によれば、Ｃｌ２ガスによるクリーニングを実施した後、且つ、次に処理される基体へのＴｉ成膜の前にチャンバ内のプラズマ処理によるクリーニングを実施するので、Ｃｌ２ガスによるクリーニングで生じチャンバ内に残留する塩素系化合物やプロセスキット母材を構成する元素を含む化合物から含有して成る物質をチャンバ内から除去できる。これにより、Ｔｉ成膜時にＲＦ反射波が発生することを防止でき、それのみならず、金属汚染及び異物の発生をも防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＴｉ膜形成方法を有効に実施するための基板処理装置としてプラズマＣＶＤ装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明のＴｉ膜形成方法の好適な一実施形態によりウェハＷ上にＴｉ膜を形成する手順を示すフロー図である。
【符号の説明】
１…プラズマＣＶＤ装置、２…プロセスチャンバ（チャンバ）、３…チャンバ本体、４…蓋体、５…サセプタ、６…スロットルバルブ、７…真空ポンプ、８…ガス流路、９…ブロッカープレート、１０…フェイスプレート、１１…ガス導入孔、１２…インピーダンス整合器、１３…ＲＦ電源、１４…ＴｉＣｌ４ガス供給系、１５…Ｈ２ガス供給系、１６…Ｃｌ２ガス供給系、１７…Ａｒガス供給系、１８…Ｎ２ガス供給系、Ｗ…ウェハ（基体）。
【図１】
2004083983.tif 000003
【図２】
2004083983.tif 000004