(57)【要約】【課題】  ニッケルを含むシリサイド領域上に低塩素濃度のチタン系膜を形成することができる。【解決手段】チタン系膜を形成する方法は、（ａ）ＴｉＣｌ４を用いて、ニッケルを含むシリサイド領域１０５上に、チタンを含む第１の導電層１０７を形成する工程と、（ｂ）窒素およびチタンを含む第２の導電層１０９を第１の導電層１０７上に形成する工程とを備える。第２の導電層１０９を形成する工程は、塩素およびチタンを含むチタン源物質および窒素源物質の一方を供給する第１の供給１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃを行った後にチタン源および窒素源物質の他方を供給する第２の供給１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃを行って、第１の導電層１０７上に第２の導電層１０９を形成する。第１の供給１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃおよび第２の供給１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃは交互に繰り返される。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタン系膜を形成する方法であって、
ニッケルを含むシリサイド領域上に、塩素およびチタンを含む原料ガスを用いて、チタンを含む第１の導電層を形成する工程と、
前記第１の導電層上に、窒素およびチタンを含む第２の導電層を形成する工程と
を備え、
第１の導電層を形成する前記工程では、１メガヘルツ以上の周波数を用いるプラズマ気相成長法で前記第１の導電層を形成し、
第１の導電層を形成する前記工程では、摂氏６００度以下の温度を用いるプラズマ気相成長法で前記第１の導電層を形成する、方法。
【請求項２】
チタン系膜を形成する方法であって、
ニッケルを含むシリサイド領域上に、塩素およびチタンを含む原料ガスを用いて、チタンを含む第１の導電層を形成する工程と、
前記第１の導電層上に、窒素およびチタンを含む第２の導電層を形成する工程と
を備え、
第２の導電層を形成する前記工程は、塩素およびチタンを含むチタン源物質および窒素源物質の一方を供給する第１の供給を行った後に前記チタン源物質および前記窒素源物質の他方を供給する第２の供給を行って、前記第１の導電層上に前記第２の導電層を形成しており、
前記第１の供給および前記第２の供給は、所望の厚さが得られるまで、交互に繰り返される、方法。
【請求項３】
第２の導電層を形成する前記工程は、
前記チタン源物質を含む第１のガスを供給するチタン供給工程と、
前記第１のガスをパージするチタンパージ工程と、
前記窒素源物質を含む第２のガスを供給する窒素供給工程と、
前記第２のガスをパージする窒素パージ工程と、
前記チタン供給工程、前記チタンパージ工程、前記窒素供給工程及び前記窒素パージ工程を繰り返す工程とを有しており、
前記第２の導電層は表面反応により形成される、請求項１または請求項２に記載された方法。
【請求項４】
前記窒素源物質はアンモニアを含む、請求項１から請求項３のいずれかに記載された方法。
【請求項５】
前記チタン源物質は四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）を含む、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された方法。
【請求項６】
第１の導電層を形成する前記工程では、１メガヘルツ以上の周波数を用いるプラズマ気相成長法で前記第１の導電層を形成する、請求項２〜請求項５のいずれか一項に記載された方法。
【請求項７】
第１の導電層を形成する前記工程では、摂氏６００度以下の温度を用いるプラズマ気相成長法で前記第１の導電層を形成する、請求項２〜請求項６のいずれか一項に記載された方法。
【請求項８】
第１の導電層を形成する前記工程では、摂氏５５０度以下の温度を用いるプラズマ気相成長法で前記第１の導電層を形成する、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載された方法。
【請求項９】
前記第１の導電層はチタン膜を含む、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１０】
前記第２の導電層は窒化チタン膜を含む、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１１】
第１の導電層を形成する前記工程に先立って、ニッケルを含むシリサイド層を基板上に形成する工程を更に備えており、
前記シリサイド層はニッケルシリサイドである、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１２】
前記第１の導電層はチタン膜であり、前記第２の導電層は窒化チタン膜であり、前記チタン層および前記窒化チタン層は、前記シリサイド領域に到達しており前記基板上の絶縁膜に設けられた孔に設けられており、
当該方法は、前記孔に導電体を形成する工程を更に備える、請求項１１に記載された方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チタン系膜を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、成膜方法が記載されている。この成膜方法は、下地のシリコンの侵食及び吸い上げを抑制できる。ＴｉＣｌ4 ガスとＨ2 ガスを原料ガスとして用いてプラズマＣＶＤにより被処理体Ｗの表面上にＴｉ膜を成膜しているが、原料ガスにＮ2 ガスを添加して被処理体のシリコン面上にはチタンシリコンナイトライド膜を形成している。シリコン面上にチタンシリコンナイトライド膜を形成することにより、下地のシリコンの侵食や吸い上げを抑制している。
【０００３】
特許文献２には、半導体装置の製造方法が記載されている。この半導体装置の製造方法は、下地材料にかかわらずＴｉＳｉｘコンタクトを有効に形成することができる。この方法では、導電層上にｐｏｌｙ−Ｓｉ層を形成する工程と、ｐｏｌｙ−Ｓｉ層の上にＣＶＤによりＴｉ膜を成膜し、Ｔｉ膜とｐｏｌｙ−Ｓｉ層との反応によりＴｉＳｉｘ膜を形成する工程とを備えている。
【特許文献１】特開平１１−１６８５７号公報
【特許文献２】特開２００２−２０３８１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
窒化チタン層およびチタン層の下地には、コバルト（Ｃｏ）シリサイド層が設けられているけれども、半導体装置の更なる微細化を行うためにニッケルシリサイド層が用いられる。ところが、ニッケルシリサイド層を形成した後に行われる半導体プロセスの温度は、コバルトシリサイド層を形成した後に行われる半導体プロセスの温度よりも低いことが求められる。
【０００５】
発明者の実験によれば、低温で形成された窒化チタン層およびチタン層には、いくつかの解決すべき問題がある。この原因として、発明者は、チタン層および／または窒化チタン層内の塩素濃度に着目している。これらの膜中の塩素濃度が大きいと、これらの膜の電気的な特性、例えば電気抵抗が増加する傾向になる。また、これらの膜中の塩素濃度が大きいと、膜のはがれが生じる場合がある。したがって、これらの膜中の塩素濃度を低減することが求められている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１の発明の目的は、下地のシリコンの侵食及び吸い上げを抑制することができる成膜方法を提供することである。また、特許文献２の発明の目的は、下地材料にかかわらずＴｉＳｉｘコンタクトを有効に形成する方法を提供することである。特許文献１および特許文献２における成膜方法では、膜中の塩素濃度を低減することに何ら言及されていない。特許文献１は、半導体ウエハ上にコンタクトを形成する発明を記載しており、特にシリサイド上のコンタクト形成を目指していない。また、特許文献２は、ＴｉＳｉｘコンタクトを形成する発明を記載しており、シリサイド膜と、シリサイド膜および該膜上バリア膜等の中の塩素濃度との関係には着目していない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、ニッケルを含むシリサイド領域上に低塩素濃度のチタン系膜を形成する方法を提供することとしている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面によれば、チタン系膜を形成する方法は、（ａ）ニッケルを含むシリサイド領域上に、塩素およびチタンを含む原料ガスを用いて、チタンを含む第１の導電層を形成する工程と、（ｂ）前記第１の導電層上に、窒素およびチタンを含む第２の導電層を形成する工程とを備え、（ｃ）第１の導電層を形成する前記工程では、１メガヘルツ以上の周波数を用いるプラズマ気相成長法で前記第１の導電層を形成する。
【０００９】
この方法によれば、第１の導電層を相対的に低い温度で形成する場合でも、高い周波数を用いて第１の導電層を形成すると、該導電層中の塩素濃度も低くできる。
【００１０】
好適には、第１の導電層を形成する前記工程では、摂氏６００度以下の温度を用いるプラズマ気相成長法で前記第１の導電層を形成する。
【００１１】
この方法によれば、低い抵抗を有するニッケルを含むシリサイド領域を形成することができる。
【００１２】
更に好適には、第１の導電層を形成する前記工程では、摂氏５５０度以下の温度を用いるプラズマ気相成長法で前記第１の導電層を形成する。
【００１３】
この方法によれば、低い抵抗を有するニッケルを含む微細なシリサイド領域を形成することができる。
【００１４】
本発明の別の側面によれば、チタン系膜を形成する方法は、（ａ）ニッケルを含むシリサイド領域上に、塩素およびチタンを含む原料ガスを用いて、チタンを含む第１の導電層を形成する工程と、（ｂ）前記第１の導電層上に、窒素およびチタンを含む第２の導電層を形成する工程とを備え、（ｃ）第２の導電層を形成する前記工程は、塩素およびチタンを含むチタン源物質および窒素源物質の一方を供給する第１の供給を行った後に前記チタン源物質および前記窒素源物質の他方を供給する第２の供給を行って、前記第１の導電層上に前記第２の導電層を形成しており、（ｄ）前記第１の供給および前記第２の供給は、所望の厚さが得られるまで、交互に繰り返される。
【００１５】
この方法によれば、第１の供給においてチタン源物質および窒素源物質の一方を供給すると共に、第２の供給においてチタン源物質および窒素源物質の他方を供給するので、ニッケルを含むシリサイド領域上に低塩素濃度のチタン系膜を形成できる。
【００１６】
本発明の方法では、第２の導電層を形成する前記工程は、（ｂ１）前記チタン源物質を含む第１のガスを供給するチタン供給工程と、（ｂ２）前記第１のガスをパージするチタンパージ工程と、（ｂ３）前記窒素源物質を含む第２のガスを供給する窒素供給工程と、（ｂ４）前記第２のガスをパージする窒素パージ工程と、（ｂ５）前記チタン供給工程、前記チタンパージ工程、前記窒素供給工程及び前記窒素パージ工程を繰り返す工程とを有しており、（ｅ）前記第２の導電層は表面反応により形成される。
【００１７】
この方法によれば、チタン源物質および窒素源物質の一方のガスを供給するに先だって、チタン源物質および窒素源物質の他方のガスがパージされており、第２の導電層は表面反応により形成される。第２の導電層を低温で形成することができ、またこの第２の導電層中の塩素濃度は低い。
【００１８】
本発明の方法では、前記窒素源物質は、アンモニアを含むことができる。また、本発明の方法では、前記チタン源物質は塩化チタンを含むことができる。
【００１９】
本発明の方法では、第１の導電層を形成する前記工程では、１メガヘルツ以上の周波数を用いるプラズマ気相成長法で前記第１の導電層を形成することが好ましい。この方法によれば、高い周波数を用いて第１の導電層を形成すると、該導電層中の塩素濃度も低くできる。
【００２０】
本発明の方法では、第１の導電層を形成する前記工程では、摂氏６００度以下の温度を用いるプラズマ気相成長法で前記第１の導電層を形成することが好ましい。この方法によれば、ニッケルを含むシリサイド領域が良好な特性を示す。
【００２１】
本発明の方法では、第１の導電層を形成する前記工程では、摂氏５５０度以下の温度を用いるプラズマ気相成長法で前記第１の導電層を形成することが好ましい。この方法によれば、ニッケルを含むシリサイド領域が所望の特性を示す。
【００２２】
本発明の方法では、前記第１の導電層はチタン膜を含むことができる。また、本発明の方法では、前記第２の導電層は窒化チタン膜を含むことができる。
【００２３】
本発明の方法では、（ｆ）第１の導電層を形成する前記工程に先立って、ニッケルを含むシリサイド層を基板上に形成する工程を更に備えることができる。前記シリサイド層はニッケルシリサイドである。
【００２４】
この方法によれば、ニッケルシリサイドを用いると、半導体装置の更なる微細化を行うことができる。
【００２５】
本発明の方法では、前記第１の導電層はチタン膜であり、前記第２の導電層は窒化チタン膜であり、前記チタン層および前記窒化チタン層は、前記シリサイド領域に到達しており前記基板上の絶縁膜内に設けられた孔に設けられている。当該方法は、（ｇ）前記孔に導電体を形成する工程を更に備えることができる。
前記孔は導電体によって埋め込まれている。
【００２６】
この方法によれば、微細化なパターンを有する半導体装置において、コンタクトのバリア膜を形成することができ、コンタクト抵抗を小さくできる。
【発明の効果】
【００２７】
以上説明したように、本発明のチタン系膜を形成する方法によれば、ニッケルを含むシリサイド領域上に低塩素濃度のチタン系膜を形成することができる。
【００２８】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明のチタン系膜を形成する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００３０】
図１（Ａ）および図１（B）は、チタン系膜を形成する方法の工程を示す図面である。図１（Ａ）に示されるように、基板１０１が準備される。基板１０１は、その表層に所定の導電型の半導体領域１０３を備えている。半導体領域１０３は、ｐ型およびｎ型のいずれかの導電型であり、電界効果トランジスタといった半導体デバイスのソースおよびドレイン半導体領域として利用される。
【００３１】
次の工程において、ニッケルを含むシリサイド層１０５を基板１０１の半導体領域１０３上に形成する。本実施例では、シリサイド層１０５は、例えば、ニッケルシリサイド（ＮｉＳｉＸ）であることできる。シリサイド層１０５を形成するために、例えば、基板１０１上にニッケルシリサイドあるいはニッケルを堆積する。この堆積の後に、シンターのための熱処理を基板１０１に施して、シリサイド層１０５（この例では、ニッケルシリサイド層）を形成する。この熱処理は、例えば、同じ装置或いは別の装置を用いて行うことができる。この熱処理の温度は、摂氏４００度〜５００度程度である。
【００３２】
シリサイド層１０５の厚さは、例えば、
約１５ナノメートル〜２０ナノメートル程度
である。ニッケルシリサイドを用いると、更に微細化された半導体装置において配線抵抗の上昇を抑えることができる。
【００３３】
図１（Ａ）に示されるように、シリサイド層１０５は、絶縁層１０６に設けられた開口（例えば、コンタクト孔）の底に形成されている。絶縁層１０６は、基板１０１上に形成されている。典型的に開口のサイズは、０．１マイクロメートル程度であり、アスペクト比は、７〜１０程度である。
【００３４】
図１（Ｂ）に示されるように、チタン源ガスを用いて、チタンを含む第１の導電層１０７をシリサイド領域１０５上に形成する。本実施例では、第１の導電層１０７は、例えば、チタン層であることできる。第１の導電層１０７は、シリサイド層１０３上に加えて、開口１０６ａの側面上および絶縁膜１０６上にも形成されている。必要な場合には、チタン層といった第１の導電層１０７を形成するに先立って、自然酸化膜を剥離することが好ましい。
【００３５】
ニッケルシリサイドといった、少なくともニッケルを含むシリサイド上にチタン膜あるいは窒化チタン膜を形成するためには、好適には、第１の導電層１０７は、１メガヘルツ以上の周波数を用いるプラズマ気相成長法で形成する。この方法によれば、第１の導電層１０７を相対的に低い温度で形成する場合でも、高い周波数を用いて第１の導電層を形成することによって第１の導電層１０７中の塩素濃度も低くできる。第１の導電層１０７を形成する工程では、第１の導電層１０７は、摂氏６００度以下の温度を用いるプラズマ気相成長法で形成されることが好ましい。この方法によれば、低い抵抗を有するニッケルを含むシリサイド領域を形成することができる。更に好適には、第１の導電層１０７を形成する工程では、第１の導電層１０７は、摂氏５５０度以下の温度を用いるプラズマ気相成長法で形成される。この方法によれば、広いプロセスウインドウを有する条件で低い抵抗を有するニッケルを含むシリサイド領域を形成することができる。この工程の後に、第１の導電層１０７上には、窒素およびチタンを含む第２の導電層１０９が形成される。
【００３６】
これまで半導体デバイスには、コバルトシリサイド（ＣｏＳｉＸ）が使用されている。この材料は、チタンシリサイド（ＴｉＳｉＸ）と同様に、ある線幅より細くなると急激に抵抗値が上昇する細線効果という現象を引き起こす。更なる微細な半導体デバイスを実現するために、パターンの線幅に敏感でない材料を見つけることが必要である。コバルトシリサイド（ＣｏＳｉＸ）およびチタンシリサイド（ＴｉＳｉＸ）に比べてパターンの線幅に敏感でない材料として、ニッケルシリサイド（ＮｉＳｉＸ）といったニッケルを含むシリサイドが使用できるという知見が得られた。
【００３７】
しかしながら、ニッケルを含むシリサイドは、該シリサイド形成後に行われる高温の熱処理により抵抗が上昇することが明らかになった。例えば、ニッケルを含むシリサイド上に、ＴｉＣｌ４といった塩素およびチタンを含む原料ガスを用いて、チタン層といったチタンを含む第１の導電層を形成する場合、該シリサイドは摂氏６５０度程度の温度に下に置かれる。この温度の熱処理により、ニッケルを含むシリサイドの抵抗は上昇してしまう。良好な抵抗値を示すニッケルを含むシリサイドを得るためには、好ましくは摂氏６００度程度の温度、更に好ましくは摂氏５５０度程度の温度にまで、熱処理温度を下げる必要がある。
【００３８】
ところが、ＴｉＣｌ４といった塩素およびチタンを含む原料ガスを用いて低温において成膜すると、膜中の塩素濃度が高くなることが明らかになった。例えば、チタン層といったチタンを含む第１の導電層を形成する場合、高い塩素濃度により膜の剥がれが生じ、膜の電気的特性が所望の値に到達しない。これでは、ニッケルを含むシリサイドを用いることができない。発明者らの実験の結果、ニッケルを含むシリサイドを用いる半導体デバイスの製造方法において、第１の導電層を相対的に低い温度で形成する場合でも、１メガヘルツといった高い周波数を用いて第１の導電層を形成すると、該導電層中の塩素濃度を低くできることを見いだした。この方法によれば、摂氏５５０度程度以下においても、低塩素濃度の膜を形成できると共に、低抵抗のシリサイド領域を形成できる。
【００３９】
図２は、本実施の形態に係わるチタン系膜を形成する方法を実施できる化学的気相成長（ＣＶＤ）装置を示している。ＣＶＤ装置として、図２に示されるようなプラズマＣＶＤ装置１０を用いることができる。
【００４０】
ＣＶＤ装置１０は、所望の真空度に減圧可能な処理チャンバ１２を備える。処理チャンバ１２内には、シリコンウエハといった被処理基板１４を支持するための基板支持手段、例えばペデスタル１６が設けられている。ペデスタル１６には、被処理基板１４を加熱するために、セラミックスヒータといった加熱手段１８が設けられている。加熱手段１８は、システム全体を制御するマイクロコンピュータ、メモリを含む制御手段２０によって制御されている。このため、加熱手段１８は、ペデスタル１６の温度、つまりステージ温度が成膜に好適な成膜温度に保たれるように制御する。これ故に、加熱手段１８を用いて被処理基板１４の温度を制御できる。
【００４１】
処理チャンバ１２内には、ガス分配プレート２２が、ペデスタル１６に対面するように設けられている。ガス分配プレート２２は、基板１４に一様にガスを供給するようにペデスタル１６と平行に配置されている。ガス分配プレート２２は中空プレートであって、ペデスタル１６と対面する面には、複数のガス供給孔２４が配置されている。ガス分配プレート２２内には、配管２６を介して処理チャンバ外部のガス混合室２８から所定のプロセスガスが供給される。成膜に必要な原料ガスおよびキャリアガスは、ガス混合室２８において予め均一に混合されている。本実施の形態では、チタン系の導電膜、特にチタン膜の形成を行うため、プロセスガス供給源３０、３２、２４を備える。チタン源（例えば、ＴｉＣｌ4ガス）供給源３０、Ｈ２ガス供給源３２、および不活性ガス供給源３４は、それぞれ流量調節バルブ３６、３８、４０を介してガス混合室２８に接続されている。チタン源物質は、導電膜のチタン原子を提供するための物質である。不活性ガス供給源は、さらに、プラズマ生成のためのＡｒといった反応に関係しないガスを供給する。ガス流量調節バルブ３６、３８、４０は制御手段２０によって制御できるので、各ガスの流量が相互に関連するように調整される
処理チャンバ１２には、真空ポンプといった真空排気手段４２が接続されている。真空ポンプを動作させると、処理チャンバ１２内部が所望の真空度に減圧可能になる。真空排気手段４２もまた、制御手段２０によって制御される。
【００４２】
ＣＶＤ装置１０は、平行平板型電極を備える。この一対の電極は、ペデスタル１６と、ガス分配プレート２２とから構成される。この一対の電極は、ＲＦパワージェネレータといったＲＦ電力発生手段４４が接続されている。この印加パワーの電力のオン／オフおよび大きさは、制御手段２０によって制御できる。
【００４３】
この装置を用いてチタン層を形成する工程を説明する。図３（Ａ）に示されるように、チタン層を形成するために、この装置１０のペデスタル１６上に基板１０１を置く。図３（Ｂ）を参照しながら、プラズマＣＶＤ装置１０にＴｉＣｌ４ガスをおよび水素ガスを供給して、さらにＲＦパワーを供給してこれらのガスのプラズマを発生する。基板１０１のシリサイド層１０５にはチタン層１０７ａが堆積されつつある。チタン層の厚さは、例えば、
約５ナノメートル〜２０ナノメートル程度  
である。
【００４４】
プラズマを生成するための高周波電力源の周波数は、３５０キロヘルツを超える周波数を用いることができる。商用周波数は１３．５６ＭＨｚであるけれども、ＲＦパワージェネレータ４４の周波数は、これに限定されるものではない。周波数は、１ＭＨｚ以上であることが好ましい。この範囲の高周波電力を用いて原料ガスのプラズマを生成すると、第１の導電層１０７中の塩素濃度を低くできる。好ましくは、周波数は、２７ＭＨｚ以下の範囲を使用できる。この範囲において、プラズマ気相成長法でチタン層を形成することができ、また、チタン層中の塩素濃度が低くなる。
【００４５】
ＲＦパワージェネレータは、ＲＦパワーを一対の電極に印加する。ＲＦパワーは、５０ワット以上であることが好ましい。この範囲の高周波電力を用いて原料ガスのプラズマを生成すると、第１の導電層１０７中の塩素濃度を低くできる。また、ＲＦパワーは、１０００ワット以下であることが好ましい。
【００４６】
また、成膜温度は、例えば、摂氏６００度以下であることができる。更に好ましくは、成膜温度は、摂氏５５０度程度以下である。また、成膜温度は、摂氏３００度程度以上である。ニッケルを含むシリサイド層１０５が下地層に存在するときには、より低い温度において第１の導電層（バリア層）１０７を形成することが求められる。当該成膜における熱処理の温度が低いので、本成膜がシリサイド層１０５の特性へ与える影響を小さくできる。
【００４７】
低温成膜および低塩素濃度のおかげで、チタン層およびニッケルシリサイド層を横切って流れる電流に関する電気抵抗を小さくできることに加えて、シリサイド層の剥がれの発生を低減できる。
【００４８】
この堆積の後に、図４（Ａ）に示されるように、窒素およびチタンを含む第２の導電層１０９を第１の導電層１０７上に形成する。本実施例では、第２の導電層１０９は窒化チタン膜であることができる。第２の導電層１０９は、第１の導電層１０７上に形成されており、また、開口１０６ａの側面上および絶縁膜１０６上に形成されている。
【００４９】
図５は、本実施の形態に係わるチタン系膜を形成する方法を実施するために好適な成膜装置を概略的に示している。本実施例では、成膜装置６０は、熱ＣＶＤ装置であることができる。成膜装置６０は、所望の真空度に減圧可能な処理チャンバ６２を備える。処理チャンバ６２内には、シリコンウエハといった被処理基板６４を支持するペデスタル（例えば、ステージ）６６といった基板支持手段が設けられている。ペデスタル６６には、被処理基板６４を加熱するために、電気抵抗式ヒータ、例えばセラミクスヒータといった加熱手段６８が設けられている。加熱手段６８は、システム全体を制御するマイクロコンピュータ、メモリを含む制御手段７０によって制御される。したがって、加熱手段６８が、ペデスタル６６の温度（ステージ温度）を成膜に好適な成膜温度に保たれるように働く。被処理基板６４の温度は、このステージ温度によって制御されている。
【００５０】
処理チャンバ６２内には、ガス分配プレート７２が、ペデスタル６６に対面するように設けられている。ガス分配プレート７２は、基板６４に一様にガスを供給するようにペデスタル６６と平行に配置されている。ガス分配プレート７２は中空プレートであって、ペデスタル６６と対面する面には、複数のガス供給孔７４が形成されている。ガス分配プレート７２の内には、処理チャンバ６２の外部のガス混合室７８から配管７６を介して所定の処理ガスが供給される。ガス混合室７８では、成膜に必要な原料ガスおよびキャリアガスが均一に混合される。本実施の形態では、チタン系膜の形成を行うため、処理ガス供給手段として、チタン源供給源８０、窒素源供給源８２、および不活性ガス供給源８４がそれぞれ流量調節バルブ８６、８８、９０を介してガス混合室７８に接続されている。ガス流量調節バルブ８６、８８、９０は、制御手段７０によって制御できるので、相互に関連するように各ガスの流量を制御することができる。
【００５１】
処理チャンバ６２には、真空ポンプといった真空排気手段９２が接続されている。真空排気手段９２を動作させると、処理チャンバ６２内部が所望の真空度に減圧可能になる。真空排気手段９２もまた、制御手段７０の制御下に置かれている。
【００５２】
本実施例では、この装置６０を用いて、窒化チタン膜といった第２の導電膜１０９を形成する。窒化チタン膜は、下地のバリア膜と、配線膜との間の密着性を向上するために役立つ。一実施例の窒化チタン層を形成する方法では、図６（Ａ）に示されるように、窒化チタン層を形成するために、この装置６０のペデスタル６６上に基板１０１を置く。
【００５３】
図６（Ｂ）は、窒化チタン層を形成する工程におけるプロセスガスの供給量を示す図面である。波形１１３は、チタン源ガスおよび窒素源ガスの一方のガスの供給量を表しており、波形１１５は、チタン源ガスおよび窒素源ガスの他方のガスの供給量を表している。波形１１７は、パージのためのガスの供給量を表している。横軸は時間を表しており、縦軸は、上記のそれぞれのガスの供給量を示している。縦軸上の点Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３は、それぞれ、波形１１３、１１５、１１７で表されるガスの供給量の原点を示す。この工程では、チタン源ガスおよび窒素源ガスの一方を供給する第１の供給１１３ａを行った後にチタン源ガスおよび窒素源ガスの他方を供給する第２の供給１１５ａを行って、第１の導電層１０７上に第２の導電層１０９を形成する。また、第２の導電層１０９の厚さが所望の厚さに到達するまで、第１の供給１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃおよび第２の供給１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃが交互に繰り返される。第１の供給１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃと第２の供給１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃとの間には、パージガスの供給１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、１１７ｄ、１１７ｅが行われる。図６（Ｂ）に示されるガスの供給量は、ステージ温度と共に、成膜装置６０の制御手段７０によって制御される。
【００５４】
成膜温度は、例えば、摂氏６００度以下であることができる。更に好ましくは、これらの供給およびパージにおいて、処理チャンバ６２内の温度は、例えば、約摂氏５５０度以下の温度であることが好ましい。また、処理チャンバ６２内の温度は、例えば、約摂氏３００度以上の温度であることが好ましい。
【００５５】
窒化チタン層の厚さは、例えば、
５０ナノメートル〜４００ナノメートル程度
である。
【００５６】
この方法によれば、第１の供給においてチタン源ガスおよび窒素源ガスの一方を供給すると共に、第２の供給においてチタン源ガスおよび窒素源ガスの他方を供給するので、図６（Ｃ）に示されるように、ニッケルを含むシリサイド領域上に低塩素濃度のチタン系膜を形成できる。
【００５７】
低温成膜および低塩素濃度のおかげで、窒化チタン膜、チタン層およびニッケルシリサイド層を横切って流れる電流に関する電気抵抗を小さくできることに加えて、シリサイド層の剥がれの発生を低減できる。
【００５８】
図７（Ａ）〜図７（Ｅ）を参照しながら、窒化チタン層１０９を形成する方法を詳細に説明する。窒化チタン層１０９を形成するために、成膜装置６０のペデスタル６６上に基板１０１を置く。
【００５９】
図７（Ａ）に示されるように、該方法は、チタン源物質を処理チャンバ６２に供給するチタン供給工程を含む。この反応ステップでは、気相状態にあるチタン源物質が基板１０１の表面に飽和状態で化学吸着される。図７（Ｂ）に示されるように、該方法は、チタン源ガスを処理チャンバ６２からパージするチタンパージ工程を含む。このステップでは、過剰な、すなわち未反応のチタン源物質がパージされる。図７（Ｃ）に示されるように、該方法は、窒素源ガスを処理チャンバ６２に供給する窒素供給工程を含む。このステップでは、気相状態にある窒素源物質が、所望の反応が生じるよう基板１０１上に導入される。この反応により、第１の原子層１０９ａが形成される。図７（Ｄ）に示されるように、該方法は、窒素源ガスを処理チャンバ６２からパージする窒素パージ工程を含む。このステップでは、過剰な、すなわち未反応の窒素源物質と反応副生成物とがパージされる。図７（Ｅ）に示されるように、該方法は、再びチタン源物質を処理チャンバ６２に供給するチタン供給工程を含む。この反応ステップでは、気相状態にあるチタン源物質が、先の成膜によって生成された原子層１０９ａの表面に飽和状態で化学吸着される。
【００６０】
該方法は、チタン供給工程、チタンパージ工程、窒素供給工程及び窒素パージ工程を繰り返す工程を含む。第２の導電層１０９は、表面反応により形成される。薄膜の厚さは、上記の４つのステップの繰返し回数に従い原子層単位で調節されることができる。所望の繰り返し回数の後には、所望の厚さの窒化チタン層１０９が基板１０１に形成される。
【００６１】
次いで、図４（Ｂ）に示されるように、第２の導電層１０９上に金属膜１１１を形成する。金属膜１１１は、例えば、アルミニウム、銅、金といった金属から成ることができる。
【００６２】
この方法によれば、チタン源ガスおよび窒素源ガスの一方のガスを供給するに先だって、チタン源ガスおよび窒素源ガスの他方のガスがパージされており、第２の導電層１０９は表面反応により形成される。これ故に、第２の導電層１０９を低温で形成することができ、またこの第２の導電層１０９中の塩素濃度は低い。
【００６３】
本方法では、窒素源ガスは、アンモニア、Ｎ２の少なくともいずれかを含むことができる。また、本方法では、チタン源ガスはＴｉＣｌ４を含むことができる。
【００６４】
この第２の導電層を形成する基本的堆積シーケンスが４つのステップを含むという技術的な意味は、次のようなものである。チタン源ガスおよび窒素源ガスという２種類のガスが使用される場合には、チタン源ガスだけが反応チャンバ６２へ注入される際に、チタン源ガスの原子が基板１０１上に化学吸着される。次に、化学吸着されないチタン源ガスはいずれも、Ａｒや窒素（Ｎ2）等の不活性ガスでパージされて置換えられる。次に、窒素源ガスが反応チャンバ６２へ注入され、チタン源ガスと窒素源ガスとの間の化学反応は、チタン源ガスが既に化学吸着された基板１０１の表面上だけで生じる。その結果、基板上の原子層が得られる。次に、未反応の反応窒素源ガスは、チタン源ガスと窒素源ガスとの間の反応の副生成物と共に、不活性ガスでパージされて置換えられる。これらのステップは、薄膜の所望厚さが得られるまで繰り返される。本実施例では、チタン源物質として、ＴｉＣｌ４が使用されている。窒素源ガスとして、アンモニア（ＮＨ３）が使用されている。パージガスとして、アルゴン、窒素、ヘリウムといった不活性ガスが使用されている。本実施例では、成膜装置６０を用いて窒化チタン層１０９を形成しているけれども、チタン源物質とは、チタン源物質のガス、チタン源物質のラジカル等を含むことができる。窒素源物質とは、窒素源物質のガス、窒素源物質のラジカル等を含むことができる。
【００６５】
上記の方法では、成長される膜は、気相状態にある一成分物質（ＮＨ３）と、別の成分の表面原子（ＴｉＣｌ４）といったもう一方の成長物質との間の表面反応から結果として得られる。成膜は、原子層毎に段階的に進行すると考えられる。その結果、この方法では、良好なステップカバレージが達成される。また、成長した薄膜の厚さと組成が正確な制御される。これは、半導体集積回路のインターコネクトを形成するプロセスにおいて重要である。
【００６６】
また、この方法では、化学反応が化学吸着現象に起因しているので、同じ反応チャンバ内で処理される基板上に堆積される層とその厚さとは実施的に等しいと考えられる。成膜の過程が基板サイズに実質的に依存していないと考えられる。
【００６７】
さらに、この方法では、成膜のために複数の物質が一緒でなく独立して反応チャンバ６２内へ導入されるので、これらの物質が、基板表面に到達する前に気相において反応することが防止される。この方法では、成膜のための反応が基板の表面で直接発生する。このため、反応温度を低くできる。
【００６８】
以上説明したように、この方法によれば、高アスペクト比に対する良好なカバリッジ、良好なユニフォーミティ、並びに良好な電気的および物理的性質を有する薄膜が形成できる。また、塩素といった反応副生成物が、生成された膜中に取り込まれることが抑制される。
【００６９】
低温成膜および低塩素濃度のおかげで、窒化チタン層、チタン層およびニッケルシリサイド層を横切って流れる電流に関する電気抵抗を小さくできることに加えて、シリサイド層の剥がれの発生を低減できる。
【００７０】
本方法では、既に説明したように、処理ガス供給手段は、例えば、チタン源物質の気体等の第１の反応ガスを、処理チャンバ６２内の基板へ所定の持続期間、例えば、０．１秒〜数秒（例示すれば、３秒程度）にわたり供給する。基板の表面は、第１の反応ガスにさらされる。このガスは、基板上に原子層として化学吸着される。この吸着のためには、処理チャンバ６２内の圧力は、例えば、約２６６パスカル（２Ｔｏｒｒ）から約２６６０パスカル（２０Ｔｏｒｒ）であることが好ましい。また、第１の反応ガスの単原子層が化学吸着された後に、処理ガス供給手段は、例えば、Ａｒ、Ｎ2またはヘリウム（Ｈｅ）等のパージガスの所定量を処理チャンバ６２へ供給して、単原子層形成後に残留する未反応の第１の反応ガスのいずれも処理チャンバ６２からパージする。このパージのためには、処理チャンバ６２内の圧力は、例えば、約２６６パスカル（２Ｔｏｒｒ）から約２６６０パスカル（２０Ｔｏｒｒ）であることが好ましい。次に、処理ガス供給手段は、例えば、窒素源物質の気体等の第２の反応ガスを処理チャンバ６２へ所定の持続期間、例えば、０．１秒〜数秒（例示すれば、３秒程度）にわたり供給する。第２の反応ガスは、基板表面へ化学吸着された第１の反応ガスの原子層上へ流入する。基板の表面は、第２の反応ガスにさらされる。第２の反応ガスは、基板表面へ化学吸着された第１の反応ガスと反応することによって、結果として第１のおよび第２の反応ガスの反応の単原子層が形成される。この反応のためには、処理チャンバ６２内の圧力は、例えば、約２６６パスカル（２Ｔｏｒｒ）から約２６６０パスカル（２０Ｔｏｒｒ）であることが好ましい。次いで、パージガスが、反応チャンバ６２へ供給されて、未反応の第２の反応ガスと、第１のおよび第２の反応ガスの副生成物の両方が処理チャンバ６２からパージされる。このパージのためには、処理チャンバ６２内の圧力は、例えば、約２６６パスカル（２Ｔｏｒｒ）から約２６６０パスカル（２０Ｔｏｒｒ）であることが好ましい。必要な場合には、更なる反応ガスが、所望の化合物薄膜の組成に従い基板へ供給されることができる。このようなステップを含む多数回のプロセスサイクルによって、薄膜が形成される。各サイクルにおいて、本質的に同等な原子層の膜が堆積される。
【００７１】
基板１０１としては、シリコン基板に限定されることなく、ガラス、およびガリウム砒素から形成される基板を使用できる。例えば、基板は、ベアウェーハであることができ、その上に任意の膜、例えば酸化物膜を備えることができる。また、基板は、その上にトランジスタ等の半導体デバイスを有することができる。
【００７２】
上記の実施例に替えて、本実施の形態に変形例を説明する。別の実施例は、窒化チタン層を形成する方法に係る。この実施例では、図２に示されるようなプラズマＣＶＤ装置を用いて窒化チタン膜を形成する。窒化チタン層を形成するために、プラズマＣＶＤ装置１のペデスタル１６上に基板１０１を置く。プラズマＣＶＤ装置にＴｉＣｌ４ガス、アンモニアガスおよび水素ガスを供給して、これらのガスのプラズマを発生する。基板１０１のチタン層１０７上に窒化チタン膜を堆積する。
【００７３】
窒化チタン膜を形成するためのプラズマを生成するために、高周波電力源の周波数は、３５０キロヘルツを超える周波数を用いることができる。商用周波数は１３．５６ＭＨｚであるけれども、ＲＦパワージェネレータ４４の周波数は、これに限定されるものではない。周波数は、好ましくは、１ＭＨｚ以上２７ＭＨｚ以下の範囲を使用できる。この範囲の高周波電力を用いて原料ガスのプラズマを生成すると、第１の導電層１０７中の塩素濃度を低くできる。ＲＦパワージェネレータは、５０ワット以上１０００ワット以下のＲＦパワーを一対の電極に印加できる。この範囲の高周波電力を用いて原料ガスのプラズマを生成すると、第１の導電層１０７中の塩素濃度を低くできる。
【００７４】
また、成膜温度は、例えば、摂氏６００度以下であることができる。更に好ましくは、成膜温度は、摂氏３００度〜５５０度程度である。ニッケルを含むシリサイド層１０５が下地層に存在するときには、より低い温度において第１の導電層１０７を形成することが求められる。当該成膜における熱処理の温度が低いので、この成膜がシリサイド層１０５の特性へ与える影響を小さくできる。
【００７５】
以上説明したように、低温成膜および低塩素濃度のおかげで、窒化チタン層、チタン層およびニッケルシリサイド層を横切って流れる電流に関する電気抵抗を小さくできることに加えて、シリサイド層の剥がれの発生を低減できる。また、この方法は、ニッケルを含むシリサイド領域のような、後工程でより低温のプロセスを求める下地膜上のＴｉ／ＴｉＮ成膜において好適に適用される。
【００７６】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。例えば、本実施の形態では、ニッケルシリサイド膜を形成しているが、ニッケルおよび他の金属を含んでおり低温の後処理を必要とするシリサイド膜を形成することもできる。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】図１（Ａ）および図１（B）は、チタン系膜を形成する方法のプロセスフローの工程を示す図面である。
【図２】図２は、本実施の形態に係わるチタン系膜を形成する方法を実施できる化学的気相成長装置を示す図面である。
【図３】図３（Ａ）および図３（B）は、成膜装置を用してチタン系膜を形成する方法を示す図面である。
【図４】図４（Ａ）および図４（B）は、チタン系膜を形成する方法のプロセスフローの工程を示す図面である。
【図５】図５は、本実施の形態に係わるチタン系膜を形成する方法を実施するために好適な成膜装置を概略的に示している。
【図６】図６（Ａ）は、成膜装置を用してチタン系膜を形成する方法を示す図面である。図６（Ｂ）は、処理チャンバへのガスの供給を示す図面である。図６（Ｃ）は、成膜装置を用してチタン系膜を形成する方法を示す図面である。
【図７】図７（Ａ）〜図７（Ｅ）は、窒化チタン系を形成する方法を示す図面である。
【符号の説明】
【００７８】
１０１…基板、１０３…半導体領域、１０５…シリサイド層、１０６…絶縁膜、１０６ａ…開口、１０７…第１の導電層、１０９…第２の導電膜、１０９ａ…原子層、１１１…金属膜、１０…プラズマＣＶＤ装置、１２…処理チャンバ、１４…被処理基板、１６…ペデスタル、１８…加熱手段、２０…制御手段、２２…ガス分配プレート、２４…ガス供給孔、２６…配管、２８…ガス混合室、３０、３２、３４…プロセスガス供給源、４２…真空排気手段、４４…ＲＦ電力発生手段、６０…成膜装置、６２…処理チャンバ、６４…被処理基板、６６…ペデスタル、６８…加熱手段、７２…ガス分配プレート、７４…ガス供給孔、７６…配管、７８…ガス混合室、８０…チタン源ガス供給手段、８２…窒素源ガス供給手段、８４…不活性ガス供給手段、８６、８８、９０…流量調節バルブ、７２…真空排気手段、７０…制御手段  
【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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