(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン含有表面を有する基板上に金属膜を成膜する金属膜成膜方法であって，
前記基板上にチタン化合物ガスと還元ガスと窒素ガスとを供給しつつプラズマを生成することによって前記基板上に窒化チタン膜を成膜する工程を有し，
前記工程において前記窒素ガスはその供給開始から所定の設定流量に達するまでその供給流量を徐々に増加させるように供給することによって，前記シリコン含有表面にチタンシリサイド膜を形成しながら前記基板上に窒化チタン膜を成膜し，
その際，前記窒素ガスの供給開始から前記設定流量に達するまでの時間を変えることにより，前記チタンシリサイド膜の膜厚を制御することを特徴とする金属膜成膜方法。
【請求項２】
前記窒素ガスの供給開始から前記設定流量に達するまで供給流量の経時変化率を一定にすることを特徴とする請求項１に記載の金属膜成膜方法。
【請求項３】
前記窒素ガスの供給開始から前記設定流量に達するまで供給流量の経時変化率を時間経過とともに徐々に大きくさせることを特徴とする請求項１に記載の金属膜成膜方法。
【請求項４】
前記窒素ガスの供給を開始するタイミングを変えることにより，前記チタンシリサイド膜の膜厚を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の金属膜成膜方法。
【請求項５】
前記チタン化合物ガスと前記還元ガスとを供給するタイミングは，前記プラズマを生成するタイミングよりも前又は前記プラズマを生成するタイミングと同時期であり，
前記窒素ガスの供給を開始するタイミングは，前記基板上にチタン化合物ガスと前記還元ガスとを供給して前記プラズマを生成するタイミングと同時期であることを特徴とする請求項４に記載の金属膜成膜方法。
【請求項６】
前記チタン化合物ガスと前記還元ガスとを供給するタイミングは，前記プラズマを生成するタイミングよりも前又は前記プラズマを生成するタイミングと同時期であり，
前記窒素ガスの供給を開始するタイミングは，前記基板上にチタン化合物ガスと還元ガスとを供給して前記プラズマを生成するタイミングから所定時間遅延させることを特徴とする請求項４に記載の金属膜成膜方法。
【請求項７】
前記基板上にチタン化合物ガスと還元ガスは，前記プラズマを生成する前に供給を開始することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の金属膜成膜方法。
【請求項８】
シリコン含有表面上の絶縁膜に前記シリコン含有表面まで達するホールが形成された基板上に金属膜を成膜する金属膜成膜方法であって，
前記基板上にチタン化合物ガスと還元ガスと窒素ガスとを供給しつつプラズマを生成することによって窒化チタン膜を成膜する工程を有し，
前記工程において前記窒素ガスはその供給開始から所定の設定流量に達するまでその供給流量を徐々に増加させるように供給することによって，前記ホールの底部に露出した前記シリコン含有表面にチタンシリサイド膜を形成しながら前記基板上に窒化チタン膜を成膜し，
前記窒素ガスの供給を開始するタイミングは，前記ホールの形状に応じて変えるようにし，その際，前記ホールのアスペクト比が小さいほど，前記窒素ガスの供給を開始するタイミングを遅延させることを特徴とする金属膜成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，半導体ウエハやＦＰＤ（Ｆｌａｔ  Ｐａｎｅｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）基板などの基板上に窒化チタン膜を成膜する金属膜成膜方法及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
高集積化が進んだ近年の半導体デバイスは，複数の配線層から成るいわゆる多層配線構造を有している。そしてシリコン（Ｓｉ）基板と配線層との間にはコンタクトホールが形成され，上側配線と下側配線との間にはビアホールが形成されている。このようなコンタクトホール及びビアホールには，タングステン（Ｗ）や銅（Ｃｕ）などの金属が埋め込まれ，シリコン基板と配線層及び上側配線層と下側配線層が電気的に接続される。また，この金属の埋め込みに先立って，コンタクトホール内及びビアホール内には窒化チタン（ＴｉＮ）膜などの金属バリア層を形成して，ホール内に埋め込まれる上記金属が下地層へ拡散し，下地層と反応してしまうことを防止している。
【０００３】
特に近年では半導体デバイスの高集積化に伴ってコンタクトホールは口径と深さの比であるアスペクト比が極めて大きくなってきているので，上述したようなＴｉＮ膜などのバリア層の形成には，ステップカバレッジの良いＣＶＤ（化学的蒸着）法が採用されている。
【０００４】
具体的には例えばコンタクトホール内にバリア層としてＴｉＮ膜のみを成膜する場合には，四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスと窒素ガス（Ｎ２）などをＳｉ基板上に供給してプラズマを発生させるＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等によってコンタクトホール内を含めてシリコン基板の表面全体に窒化チタン膜を成膜する（例えば特許文献１，２参照）。
【０００５】
ところで，このようなコンタクトホール内の拡散層とのコンタクト抵抗を下げるためには，例えば上記バリア層と拡散層との間にＴｉＳｉｘ（チタンシリサイド）などのシリサイド膜を介させて，バリア層と拡散層との界面における仕事関数を調節することにより，その仕事関数差に基づくショットキー障壁を低くすることが望ましい。
【０００６】
ところが，上述したようにバリア層としてＴｉＮ膜のみをＰＥＣＶＤ法で成膜する場合には，このようなシリサイド膜が形成され難いという問題がある。すなわち，従来はシリコン基板上に四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスとともに窒素ガス（Ｎ２）を供給してプラズマを発生させるので，四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスは，プラズマによって活性化された窒素ラジカル（活性窒素）との反応が支配的になるので，ホール底部におけるシリコン含有表面とのシリサイド化反応が起こり難く，シリサイド膜も形成され難い。
【０００７】
この点，例えば窒素ガスを供給せずに四塩化チタンガスを供給しながらＴｉ膜を成膜した後にそのＴｉ膜の表面を窒化する工程と，さらにその上にＴｉＮ膜を成膜する工程の２段階でバリア層を形成するものがある（例えば特許文献３参照）。これによれば，Ｔｉ膜を成膜する工程で四塩化チタンガスによるシリコン含有表面とのシリサイド化反応も起こり易くなるので，ホール底部にシリサイド膜も形成され易い。
【０００８】
ここで，Ｔｉ膜成膜とＴｉＮ膜成膜との２段階の工程で形成したバリア膜上にタングステンが埋め込まれた一般的なコンタクト構造を有するシリコンウエハの膜構造を図１４に示す。このようなコンタクト構造を得るためには，シリコン基板１０上の絶縁膜２０に形成されたコンタクトホール３０にタングステン膜６０を埋め込む前に，次のような方法でバリア膜を形成する。
【０００９】
すなわち，先ずコンタクトホール３０内を含めてシリコン基板１０の表面全体にチタン膜を形成する。具体的にはシリコン基板１０上に例えば四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスと水素（Ｈ２）ガスとを供給してプラズマを発生させるＰＥＣＶＤ法等によってチタン膜を形成する。このとき，窒素（Ｎ２）ガスは供給されないので，コンタクトホール３０内の底部にも四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスやプラズマ中で生成された低次塩化物の前駆体ＴｉＣｌｘ（Ｘ＝２，３）が届き易い。このため，シリサイド化反応が進んでコンタクトホール３０内の底部に露出するシリコン含有表面，すなわち不純物拡散層１２の表面には自己整合的にチタンシリサイド（ＴｉＳｉｘ）膜７０が形成される。続いて，シリコン基板上にアンモニア（ＮＨ３）ガスを供給してチタン膜を窒化して窒化チタン膜４０を形成する。
【００１０】
次に，このシリコン基板上に例えば四塩化チタンガスとアンモニアガスとを供給して熱ＣＶＤ法によって窒化チタン膜５０を形成する。このように２段階でバリア膜を形成した後，シリコン基板上に例えばモノシラン（ＳｉＨ４）ガスと水素ガスとの両方又は一方のガスと六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスを用いて熱ＣＶＤ法によりタングステン膜６０を形成する。
【００１１】
【特許文献１】特開平６−１４０３４８号公報
【特許文献２】特開平８−１７０１７４号公報
【特許文献３】特開平８−８２１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら，上述したようにＴｉ膜成膜とＴｉＮ膜成膜との２段階の工程でバリア膜を形成する場合には，シリコン含有表面（例えば不純物拡散層１２）上にシリサイド膜が形成され易くなるものの，工程が多い分だけスループットも低下するという問題がある。また，シリコン含有表面上にシリサイド膜を形成するために，Ｔｉ膜を成膜処理を行った上でそのＴｉ膜を窒化するので，窒化にかかる時間の分だけ処理時間も多く必要となる。
【００１３】
また，近年では半導体デバイスの更なる高集積化及び高速化に伴って，基板上に形成される回路の電気的特性向上の要請がますます高まってきている。上記のコンタクト構造においても，コンタクト抵抗をより低く抑えるなど，コンタクト特性の向上が望まれている。これには，コンタクトを構成するシリサイド膜の膜厚，表面モホロジなどを制御できれば非常に有効であると考えられる。
【００１４】
ところが，上述したような従来の方法では，バリア膜としてＴｉＮ膜のみを成膜する場合はもちろん，Ｔｉ膜とＴｉＮ膜によりバリア膜を成膜する場合であっても，所望の膜厚や表面モホロジなどを有するシリサイド膜を形成するのは困難であった。
【００１５】
そこで，本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，金属バリア膜などの金属膜を成膜する際に，窒化チタン膜を成膜する工程だけでシリサイド化反応が起こり易くすることができ，所望のシリサイド膜を形成しながら窒化チタン膜を成膜することができ，このような金属膜を成膜する際のスループットを飛躍的に向上させることができる金属膜成膜方法及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者らは，窒化チタン膜を成膜する工程だけでも，ガスの供給の仕方を工夫することでシリサイド膜が形成され易くすることができるとともに，シリサイド化反応まで制御できることを見出し，本発明はこのことを金属バリア膜などの金属膜の成膜処理に適用することで上記課題を解決できるものである。
【００１７】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，シリコン含有表面を有する基板上に金属膜を成膜する金属膜成膜方法であって，前記基板上にチタン化合物ガスと還元ガスと窒素ガスとを供給しつつプラズマを生成することによって前記基板上に窒化チタン膜を成膜する工程を有し，前記工程において前記窒素ガスはその供給開始から所定の設定流量に達するまでその供給流量を徐々に増加させるように供給することによって，前記シリコン含有表面にチタンシリサイド膜を形成しながら前記基板上に窒化チタン膜を成膜することを特徴とする金属膜成膜方法が提供される。この場合，例えば窒素ガスの供給開始からその供給流量が設定流量に達するまで供給流量の経時変化率を一定にしてもよく，その供給流量の経時変化率を時間経過とともに徐々に大きくさせるようにしてもよい。
【００１８】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，シリコン含有表面を有する基板上に金属膜を成膜する金属膜成膜方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって，前記金属膜成膜方法は，前記基板上にチタン化合物ガスと還元ガスと窒素ガスとを供給しつつプラズマを生成することによって前記基板上に窒化チタン膜を成膜する工程を有し，前記工程において前記窒素ガスはその供給開始から所定の設定流量に達するまでその供給流量を徐々に増加させるように供給することによって，前記シリコン含有表面にチタンシリサイド膜を形成しながら前記基板上に窒化チタン膜を成膜することを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
【００１９】
このような本発明によれば，窒素ガスの供給が開始されると始めは窒素ガスの供給量が抑えられた状態で四塩化チタンガスと還元ガスが供給される。このときには，基板上にはプラズマによって活性化された窒素（窒素ラジカル，窒素イオンなど）も少ないので，基板上のシリコン含有表面では四塩化チタンガスや前駆体ＴｉＣｌｘによるシリサイド化反応が支配的になり，シリコン含有表面上にチタンシリサイド膜が形成され易くなる。そして，窒素ガスの供給流量は徐々に増加するので，次第にシリサイド化反応よりも四塩化チタンと活性窒素との反応の方が支配的になり，チタンシリサイド膜上には窒化チタン膜が徐々に形成され始める。
【００２０】
一方，基板上のシリコン含有表面以外の部分では，窒素ガスの供給開始から四塩化チタンと活性窒素との反応が起こり始めるので，窒化チタン膜も窒素ガスの供給開始から徐々に形成される。その後は，窒素ガスの供給量が設定流量に達すると，四塩化チタンと活性窒素との反応が加速するので基板上の全体にわたって窒化チタン膜の形成も加速する。
【００２１】
このように，金属バリア膜などの金属膜を成膜する際に，窒化チタン膜を成膜する工程だけでシリサイド化反応が起こり易くすることができるので，所望のシリサイド膜を形成しながら窒化チタン膜を成膜することができる。また，従来のようなチタン膜の成膜工程を不要にすることができるので，金属膜を成膜する際のスループットを飛躍的に向上させることができる。
【００２２】
また，上記窒素ガスの供給開始からその供給流量が設定流量に達するまでの時間を変えることにより，前記チタンシリサイド膜の形成を制御するようにしてもよい。窒素ガスが設定流量に達するまでの時間を変えることにより，上記シリサイド化反応の速度や時間を制御できるので，所望の膜厚や表面モホロジなどを有するチタンシリサイド膜を形成することができる。
【００２３】
また，上記窒素ガスの供給を開始するタイミングを変えることにより，前記チタンシリサイド膜の形成を制御するようにしてもよい。この場合の窒素ガスの供給を開始するタイミングは，例えば基板上にチタン化合物ガスと還元ガスとを供給して前記プラズマを生成するタイミングと同時期にしてもよく，また基板上にチタン化合物ガスと還元ガスとを供給して前記プラズマを生成するタイミングから所定時間遅延させるようにしてもよい。このようにしても，上記シリサイド化反応の速度や時間を制御できるので，所望の膜厚や表面モホロジなどを有するチタンシリサイド膜を形成することができる。なお，上記基板上にチタン化合物ガスと還元ガスは，前記プラズマを生成する前に供給を開始するようにしてもよく，前記プラズマを生成と同時に供給を開始してもよい。
【００２４】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，シリコン含有表面上の絶縁膜に前記シリコン含有表面まで達するホールが形成された基板上に金属膜を成膜する金属膜成膜方法であって，前記基板上にチタン化合物ガスと還元ガスと窒素ガスとを供給しつつプラズマを生成することによって窒化チタン膜を成膜する工程を有し，前記工程において前記窒素ガスはその供給開始から所定の設定流量に達するまでその供給流量を徐々に増加させるように供給することによって，前記ホールの底部に露出した前記シリコン含有表面にチタンシリサイド膜を形成しながら前記基板上に窒化チタン膜を成膜することを特徴とする金属膜成膜方法が提供される。
【００２５】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，シリコン含有表面上の絶縁膜に前記シリコン含有表面まで達するホールが形成された基板上に金属膜を成膜する金属膜成膜方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって，前記金属膜成膜方法は，前記基板上にチタン化合物ガスと還元ガスと窒素ガスとを供給しつつプラズマを生成することによって窒化チタン膜を成膜する工程を有し，前記工程において前記窒素ガスはその供給開始から所定の設定流量に達するまでその供給流量を徐々に増加させるように供給することによって，前記ホールの底部に露出した前記シリコン含有表面にチタンシリサイド膜を形成しながら前記基板上に窒化チタン膜を成膜することを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
【００２６】
このような本発明によれば，窒素ガスの供給を開始してからその流量が所定の設定流量に達するまでの間，プラズマによって活性化された窒素ラジカルがホール底部に露出しているシリコン含有表面に到達する割合はホールのアスペクト比に依存する。これにより，ホール底部のシリコン含有表面と四塩化チタンとのシリサイド化反応は，ホールのアスペクト比に依存して進行し，これに伴ってチタンシリサイド膜が形成される。
【００２７】
したがって，上記窒素ガスの供給を開始するタイミングを前記ホールの形状に応じて変えるようにすることが好ましい。この場合，ホールがアスペクト比が小さいほど，前記窒素ガスの供給を開始するタイミングを遅延させることが好ましい。ホールの形状は例えばホールの口径及びアスペクト比によって定義される。ホールの口径が大きくアスペクト比が小さい場合には，ホール底部に露出しているシリコン含有表面にはプラズマによって活性化された窒素が到達しやすい。したがって，例えばホールがアスペクト比が小さいほど，前記窒素ガスの供給を開始するタイミングを遅延させることによって，窒素ガスの供給を開始して直ぐに多くの活性窒素がシリコン含有表面に到達しないようにすることができる。これによって，ホール形状に拘わらず所望のチタンシリサイド膜を形成できる。
【００２８】
一方，基板上のシリコン含有表面以外の部分では，窒素ガスの供給開始から四塩化チタンと活性窒素との反応が起こり始めるので，窒化チタン膜も窒素ガスの供給開始から徐々に形成される。その後は，窒素ガスの供給量が設定流量に達すると，四塩化チタンと活性窒素との反応が加速するのでホール内を含めた基板上の全体にわたって窒化チタン膜の形成も加速する。
【００２９】
なお，本明細書中１ｓｃｃｍは（１０−６／６０）ｍ３／ｓｅｃとする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば，金属バリア膜などの金属膜を成膜する際に，窒化チタン膜を成膜する工程だけでシリサイド化反応が起こり易くすることができる。これにより，窒化チタン膜を成膜する工程だけで所望のシリサイド膜を形成しながら窒化チタン膜を成膜することができ，このような金属膜を成膜する際のスループットを飛躍的に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３２】
（基板処理装置の構成例）
本発明にかかる金属膜成膜方法を実行可能な処理室を備える基板処理装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本実施形態にかかる基板処理装置の一例を示す概略構成図である。図１に示すように，基板処理装置１００は，略多角形状（例えば六角形状）に形成された共通搬送室（処理室側搬送室）１０２，真空引き可能に構成された複数（例えば４つ）の処理室１０４Ａ〜１０４Ｄ，真空引き可能に構成された２つのロードロック室１０８Ａ，１０８Ｂ，略長方形状の搬入側搬送室１１０，被処理基板の一例としての半導体シリコンウエハ（以下，単に「ウエハ」とも称する）Ｗを複数枚収容できるカセットを載置する複数（例えば３つ）の導入ポート１１２Ａ〜１１２Ｃ，及びウエハＷを回転してこの偏心量を光学的に求めて位置合わせを行うオリエンタ１１４を有する。
【００３３】
処理室１０４Ａ〜１０４Ｄはそれぞれ，共通搬送室１０２の周囲にゲートバルブ１０６Ａ〜１０６Ｄを介して連結されている。各処理室１０４Ａ〜１０４ＤにはウエハＷを載置する載置台１０５Ａ〜１０５Ｄが設けられている。各処理室１０４Ａ〜１０４Ｄはそれぞれ，載置台１０５Ａ〜１０５Ｄに載置されたウエハＷに対して所定の処理を施し得るよう構成されている。
【００３４】
共通搬送室１０２内にはウエハＷを保持する２つのピック１１６Ａ，１１６Ｂを有して屈伸及び旋回可能に構成された処理室側搬送機構（真空圧側搬送機構）１１６が設けられている。また共通搬送室１０２には，２つのロードロック室１０８Ａ，１０８Ｂを介して搬入側搬送室１１０が連結されている。ロードロック室１０８Ａは，共通搬送室１０２と搬入側搬送室１１０にゲートバルブ１０７Ａを介して接続されており，ロードロック室１０８Ｂは，共通搬送室１０２と搬入側搬送室１１０にゲートバルブ１０７Ｂを介して接続されている。
【００３５】
なお，共通搬送室１０２と２つのロードロック室１０８Ａ，１０８Ｂの内のいずれか一方，例えばロードロック室１０８Ａとの連結部の搬送口１０９ＡはウエハＷを共通搬送室１０２内に搬入する搬入口として用いられ，他方のロードロック室１０８Ｂとの連結部の搬送口１０９ＢはウエハＷを共通搬送室１０２外に搬出する搬出口として用いられる。
【００３６】
上記搬入側搬送室１１０内には，ウエハＷを保持する２つのピック１１８Ａ，１１８Ｂを有して屈伸，旋回，昇降及び直線移動可能に構成された搬入側搬送機構（大気圧側搬送機構）１１８が設けられている。
【００３７】
そして，基板処理装置１００には，制御部２００が接続されており，この制御部２００によって基板処理装置１００の各部が制御される。
【００３８】
（制御部の構成例）
基板処理装置１００の制御部２００の構成例を図面を参照しながら説明する。制御部２００は，図２に示すように，ＣＰＵ（中央処理装置）２１０，ＣＰＵ２１０が各部を制御するデータなどを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）２２０，ＣＰＵ２１０が行う各種データ処理のために使用されるメモリエリアなどを設けたＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ−Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）２３０，操作画面や選択画面などを表示する液晶ディスプレイなどで構成される表示手段２４０，オペレータによる種々のデータの入出力などを行うことができる入出力手段２５０，例えばブザーのような警報器などで構成される報知手段２６０，基板処理装置１００の各部を制御するための各種コントローラ２７０，基板処理装置１００に適用される各種プログラムデータを格納するプログラムデータ記憶手段２８０，及びプログラムデータに基づくプログラム処理を実行するときに使用する各種設定情報を記憶する設定情報記憶手段２９０を備える。プログラムデータ記憶手段２８０と設定情報記憶手段２９０は，例えばフラッシュメモリ，ハードディスク，ＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で構成され，必要に応じてＣＰＵ２１０によってデータが読み出される。
【００３９】
プログラムデータ記憶手段２８０には，例えば処理室側搬送機構１１６と搬入側搬送機構１１８の動作を制御する搬送プログラム２８２と，各処理室１０４におけるウエハＷに対するプロセス処理時に実行されるプロセス処理プログラム２８４の記憶領域が確保されている。また，設定情報記憶手段２９０には，例えば処理室側搬送機構１１６と搬入側搬送機構１１８がアクセスするポイントの位置座標等の搬送設定情報２９２と，プロセス処理における処理室内圧力，ガス流量，高周波電力などのレシピデータ等のプロセス処理設定情報２９４を記憶する記憶領域が確保されている。
【００４０】
これらのＣＰＵ２１０，ＲＯＭ２２０，ＲＡＭ２３０，表示手段２４０，入出力手段２５０，報知手段２６０，各種コントローラ２７０，プログラムデータ記憶手段２８０，及び設定情報記憶手段２９０は，制御バス，システムバス，データバスなどのバスラインによって電気的に接続されている。
【００４１】
（処理室の構成例）
次に，図１に示す基板処理装置１００における処理室の構成例を説明する。基板処理装置１００は，ウエハＷに形成されたコンタクトホール底部に露出したシリコン含有表面上の自然酸化膜などの異物を水成分や減圧下でプラズマを用いずに除去する異物除去処理，この異物除去処理が施されたウエハＷのシリコン含有表面上にチタンシリサイド膜を形成しつつ窒化チタン膜を形成する窒化チタン膜形成処理，窒化チタン膜上にタングステン膜を形成するタングステン膜形成処理を，ウエハＷを大気に晒すことなく連続実行できるように構成されている。
【００４２】
ここでは，例えば処理室１０４Ａ〜１０４Ｄのうちのいずれか一室を，異物除去処理が可能なように構成し，他の一室を本実施形態にかかる窒化チタン膜成膜工程としての窒化チタン膜形成処理が可能なように構成し，さらに他の一室をタングステン膜形成処理が可能なように構成した場合を例に挙げる。また，異物除去処理を生成物生成処理（例えばＣＯＲ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｒｅｍｏｖａｌ）処理）と，生成物除去処理（例えばＰＨＴ（Ｐｏｓｔ  Ｈｅａｔ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）処理）との２段階に分けて行う場合には，処理室１０４Ａ〜１０４Ｄのうちのいずれか二室をそれぞれに割り当てるようにしてもよい。このように，基板処理装置１００において実施するプロセス処理の内容に応じて各処理室１０４Ａ〜１０４Ｄを構成する。
【００４３】
例えば，ＣＯＲ処理とＰＨＴ処理を別々の処理室で実行する場合には，処理室１０４Ａ〜１０４Ｄをそれぞれ，ＣＯＲ処理室，ＰＨＴ処理室，窒化チタン膜形成処理室，及びタングステン膜形成処理室として構成することができる。そして各処理室１０４Ａ〜１０４Ｄにおける処理はそれぞれ，制御部２００によって制御される。より具体的には，制御部２００のＣＰＵ２１０がプログラムデータ記憶手段２８０から必要なプロセス処理プログラム２８４を読み出すと共に，設定情報記憶手段２９０からプロセス処理設定情報２９４として例えばプロセスレシピ情報等を読み出して所定のプロセス処理を実行する。
【００４４】
（窒化チタン膜形成処理室の構成例）
ここで，本実施形態にかかる窒化チタン膜形成処理を実行可能な処理室の構成例について図面を参照しながら説明する。窒化チタン膜形成処理室は，上記のように，ウエハＷのシリコン表面上にチタンシリサイド膜を形成しつつ窒化チタン膜を形成する処理を行うためのものである。この窒化チタン膜形成処理室としては，例えば図３に示すような平行平板型のＰＥＣＶＤ処理ユニット３００を用いることができる。このＰＥＣＶＤ処理ユニット３００は，気密に構成された略円筒状の処理容器からなる処理室３１１を有している。
【００４５】
処理室３１１の中にはウエハＷを水平に支持するためのサセプタ３１２がその中央下部に設けられた円筒状の支持部材３１３により支持された状態で配置されている。このサセプタ３１２は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックスからなり，そ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３１４が設けられている。
【００４６】
また，サセプタ３１２にはヒータエレメント３１５が埋め込まれており，このヒータエレメント３１５はヒータ電源３４０から給電されることによりウエハＷを所定の温度に加熱する。サセプタ３１２には，下部電極３１６がヒータエレメント３１５の上に埋設されており，下部電極３１６は例えば接地（図示せず）されている。
【００４７】
処理室３１１の天壁３１１Ａには，絶縁部材３１９を介してシャワーヘッド３２０が設けられている。このシャワーヘッド３２０は，大きく分けると上部分であるベース部材３２１と下部分であるシャワープレート３２２から構成されている。
【００４８】
ベース部材３２１には，ヒータエレメント３２３が埋設されており，このヒータエレメント３２３はヒータ電源３４１から給電されることにより，シャワーヘッド３２０を所定温度に加熱することが可能となっている。
【００４９】
シャワープレート３２２には処理室３１１内にガスを吐出する多数の吐出孔３２４が形成されている。各吐出孔３２４は，ベース部材３２１とシャワープレート３２２の間に形成されるガス拡散空間３２５に連通している。ベース部材３２１の中央部には処理ガスをガス拡散空間３２５に供給するためのガス導入ポート３２６が設けられている。ガス導入ポート３２６は，後述するガス供給手段３３０の混合ガス供給ライン３３８に接続されている。
【００５０】
ガス供給手段３３０は，チタン化合物ガスである四塩化チタンガスを供給する四塩化チタンガス供給源３３１，アルゴン（Ａｒ）ガスを供給するアルゴンガス供給源３３２，還元ガスである水素ガスを供給する水素ガス供給源３３３，窒素（Ｎ２）ガスを供給する窒素ガス供給源３３４を有している。
【００５１】
そして，四塩化チタンガス供給源３３１には四塩化チタンガス供給ライン３３１Ｌが接続されており，アルゴンガス供給源３３２にはアルゴンガス供給ライン３３２Ｌが接続されており，水素ガス供給源３３３には水素ガス供給ライン３３３Ｌが接続されており，窒素ガス供給源３３４には窒素ガス供給ライン３３４Ｌが接続されている。各ガス供給ライン３３１Ｌ〜３３４Ｌにはそれぞれマスフローコントローラ（ＭＦＣ）３３１Ｃ〜３３４Ｃ及びこのマスフローコントローラ３３１Ｃ〜３３４Ｃを挟んで２つのバルブ３３１Ｖ〜３３４Ｖが設けられている。
【００５２】
ガス混合部３３７は，上記の各処理ガスを混合してシャワーヘッド３２０に供給する機能を有するものであり，そのガス流入側には，各ガス供給ライン３３１Ｌ〜３３４Ｌを介して処理ガス供給源３３１〜３３４が接続されており，そのガス流出側には混合ガス供給ライン３３８を介してシャワーヘッド３２０が接続されている。
【００５３】
プロセス時には，四塩化チタンガス，アルゴンガス，水素ガス，及び窒素ガスの中から選択された一種類のガスまたは複数のガスの混合ガスが，シャワーヘッド３２０のガス導入ポート３２６とガス拡散空間３２５を経由して，複数の吐出孔３２４から処理室３１１内に供給される。
【００５４】
なお本実施形態にかかるシャワーヘッド３２０は，処理ガスを予め混合して処理室３１１内に供給するいわゆるプリミックスタイプで構成されているが，各処理ガスを独立して処理室３１１内に供給するいわゆるポストミックスタイプを用いるようにしてもよい。
【００５５】
シャワーヘッド３２０には，整合器３４２を介して高周波電源３４３が接続されており，成膜の際にこの高周波電源３４３からシャワーヘッド３２０に，例えば４５０ｋＨｚの高周波電力を供給することにより，シャワーヘッド３２０及び下部電極３１６の間に高周波電界が生じ，処理室３１１内に供給された処理ガスがプラズマ化し，ウエハＷ上に例えばチタンシリサイド膜と窒化チタン膜が形成される。すなわちシャワーヘッド３２０，整合器３４２，高周波電源３４３，および下部電極３１６はプラズマ生成手段を構成する。
【００５６】
処理室３１１の底壁３１１Ｂの中央部には円形の穴３１７が形成されており，底壁３１１Ｂにはこの穴３１７を覆うように下方に向けて突出する排気室３５０が設けられている。排気室３５０の側面には排気管３５１が接続されており，この排気管３５１には排気装置３５２が接続されている。そしてこの排気装置３５２を作動させることにより処理室３１１内を所定の真空度まで減圧することができる。
【００５７】
サセプタ３１２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３６０がサセプタ３１２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３６０は支持板３６１に固定されている。そして，ウエハ支持ピン３６０は，エアシリンダ等の駆動機構３６２により支持板３６１を介して昇降する。
【００５８】
処理室３１１の側壁３１１Ｃには，共通搬送室１０２との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口３１８と，この搬入出口３１８を開閉するゲートバルブ３１１Ｇが設けられている。
【００５９】
このような構成を有するＰＥＣＶＤ処理ユニット３００の全体の動作の制御，例えば各種処理ガスの供給開始と停止の制御，処理ガスの流量制御，ウエハＷの温度制御，処理室３１１内の圧力制御は，上記の制御部２００によって行われる。例えば，バルブ３３１Ｖ〜３３４Ｖは，制御部２００からの制御信号に基づいて開閉動作し，これによってガス混合部３３７にて混合される処理ガスが選択される。また，マスフローコントローラ３３１Ｃ〜３３４Ｃは，制御部２００からの制御信号に基づいて各ガス供給ライン３３１Ｌ〜３３４Ｌに流れる処理ガスの流量を制御し，これによってガス混合部３３７での処理ガスの混合比が調節される。
【００６０】
（ウエハ処理の具体例）
次に，上述した本実施形態にかかる基板処理装置１００が行うウエハに対する処理ついて図面を参照しながら説明する。図４は，本実施形態にかかるウエハ処理の工程を示すフローチャートである。また，図５Ａ〜図５Ｃは，工程ごとのウエハ４００の膜構造を示す断面図である。
【００６１】
基板処理装置１００は，例えば図５Ａに示すような膜構造を有するウエハ４００に対して処理を行う。ウエハ４００は，シリコンベアウエハ４１０上に，酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜などの層間絶縁膜４２０を形成し，エッチングによりコンタクトホール４３０を形成し，コンタクトホール４３０の底部にシリコン含有表面４１２を露出させたものである。なお，予めシリコンベアウエハ４１０に不純物拡散層を形成して，その表面をシリコン含有表面として露出させるようにしてもよい。
【００６２】
まず，図４に示すようにステップＳ１００にて，シリコン含有表面４１２の異物（例えばエッチング残渣などのコンタミネーション，パーティクル，自然酸化膜など）を除去する異物除去処理を行う。これにより，シリコン含有表面４１２は，自然酸化膜などの異物がないフラットで均一な面となる。本実施形態では，例えば減圧下においてプラズマを用いない異物除去処理を実行する。この異物除去処理は，例えばシリコンウエハに付着した自然酸化膜を含む異物とガス成分とを化学反応させて生成物を生成する生成物生成処理と，シリコンウエハ上に生成された生成物を熱処理により除去する生成物除去処理との２段階から成る。
【００６３】
そして本実施形態では，生成物生成処理としてのＣＯＲ処理を処理室１０４Ａにて行い，さらに生成物除去処理としてのＰＨＴ処理を処理室１０４Ｂにて行う。ＣＯＲ処理によれば，シリコンウエハ上に付着した異物例えば自然酸化膜などの酸化膜と例えばアンモニアガス及びフッ化水素（ＨＦ）ガスなどのガス分子とが化学反応し，生成物（主に（ＮＨ４）２ＳｉＦ６）が生成される。そして，ＰＨＴ処理によれば，ＣＯＲ処理が施されたシリコンウエハが加熱され，ＣＯＲ処理の化学反応によってシリコンウエハ上に生成された生成物が気化（昇華）してシリコンウエハから除去される。
【００６４】
このように本実施形態では，減圧下においてプラズマを用いない異物除去処理が実行されるため，次に行う窒化チタン膜形成処理において膜の密着性，強度を向上させることができる。また，本実施形態にかかる異物除去処理ではプラズマを用いないため，チタン膜の下地となるシリコン含有表面４１２にプラズマ起因のダメージが及ばず，またシリコン含有表面４１２が削られてしまうこともない。したがって，シリコン含有表面４１２の平滑性が損なわれず，結果として低抵抗のコンタクトを形成することができる。
【００６５】
次いで，ウエハ４００を大気に曝すことなく処理室１０４Ｃに搬送し，ステップＳ１１０にて，ウエハ４００に対してチタンシリサイド膜と窒化チタン膜の形成処理を連続的に行う。これによって，図５Ｂに示すように，シリコン含有表面４１２にチタンシリサイド膜４４０が形成され，そのチタンシリサイド膜４４０及び層間絶縁膜４２０の表面を覆う窒化チタン膜４５０が形成される。
【００６６】
このステップＳ１１０において，チタンシリサイド膜４４０と窒化チタン膜４５０を連続的に形成するために，四塩化チタンガス，アルゴンガス，水素ガス及び窒素ガスを所定の流量で混合し，この混合ガスを処理室３１１内に供給しつつプラズマを形成する。
【００６７】
本実施形態では，窒化チタン膜を成膜する工程だけでも，ガスの供給の仕方を工夫することでシリサイド膜が形成され易くすることができるとともに，シリサイド化反応まで制御できることに着目し，これを利用するものである。具体的には例えば処理室３１１内に所定の流量に調整された四塩化チタンガス，アルゴンガス及び水素ガスを混合して供給しつつ処理室３１１内にプラズマを生成すると共に，処理室３１１内に窒素ガスを，その流量が所定の値に達するまでその流量を徐々に増加させながら供給する。このように窒素ガスの処理室３１１への供給の仕方を工夫することによって，シリコン含有表面４１２に所望の膜厚や表面モホロジを有するチタンシリサイド膜４４０を形成しつつ，そのチタンシリサイド膜４４０及び層間絶縁膜４２０の表面を含むウエハ４００上の全体にわたって窒化チタン膜４５０を形成することができる。なお，このＰＥＣＶＤ処理ユニット３００において行われる窒化チタン膜形成処理の詳細については後述する。
【００６８】
次に，ウエハ４００を大気に曝すことなく処理室１０４Ｄに搬送し，ステップＳ１２０にて，ウエハ４００に対してタングステン膜形成処理を行う。これによって，図５Ｃに示すように，窒化チタン膜４５０の上にタングステン膜４６０が形成され，コンタクトホール４３０内にタングステンが埋め込まれる。
【００６９】
以上のようにして，本実施形態にかかるウエハ処理によれば，シリコン含有表面４１２に所望の膜質及び膜厚のチタンシリサイド膜４４０を形成することができるため，極めてコンタクト特性が良好なコンタクト構造を得ることができる。また，従来実施されていたチタン膜の窒化処理工程が不要になるため，その分スループットの向上が実現する。
【００７０】
さらに，チタンシリサイド膜４４０と窒化チタン膜４５０を単一の処理室３１１にて成膜することができる。したがって，基板処理装置１００に別途処理室を追加する必要がなく，フットプリントを縮小することができる。また，基板処理装置１００にて並列的に成膜処理可能なウエハＷの枚数を増やすことができ，これによってスループットをさらに向上させることができる。
【００７１】
（窒化チタン膜形成処理の具体例）
上述した各プロセス処理のうち本発明の主要プロセス処理である窒化チタン膜形成処理の具体例について図面を参照しながら詳細に説明する。上述のように，この窒化チタン膜形成処理は，ウエハ４００のシリコン含有表面上にチタンシリサイド膜を形成しつつウエハ４００の表面全体にわたって窒化チタン膜を形成するためのものであり，ＰＥＣＶＤ処理ユニット３００（処理室１０４Ｃ）にて行われる。この窒化チタン膜形成処理における各処理ガスの処理室３１１への供給タイミングの具体例を図６に示す。
【００７２】
窒化チタン膜形成処理を行うにあたり，処理室３１１内にウエハ４００を搬入した後，処理室３１１内の圧力を例えば６６７Ｐａに調整すると共に，サセプタ３１２に埋め込まれているヒータエレメント３１５にヒータ電源３４０から電力を供給してウエハ４００を所定温度に調整する。また，処理室３１１内に水素ガスとアルゴンガスの供給を開始しておく。このとき水素ガスは所定の設定流量例えば４０００ｓｃｃｍに調整し，アルゴンガスは所定の設定流量例えば１６００ｓｃｃｍに調整する。
【００７３】
この状態で，時刻ｔ１にて所定の設定流量例えば１２ｓｃｃｍの四塩化チタンガスの供給を開始する。続いて時刻ｔ２にてシャワーヘッド（上部電極）３２０に例えば８００Ｗの高周波電力を印加して処理室３１１内にプラズマを生成する。なお，この時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間は，例えば１ｓに設定される。
【００７４】
また時刻ｔ２にて，処理室３１１内にプラズマを生成するタイミングで窒素ガスの供給を開始する。このとき，処理室３１１内に窒素ガスを，所定の設定流量（例えば２００ｓｃｃｍ）に達するまでその供給流量をゼロから徐々に増加させながら供給する。このとき，例えば窒素ガスの供給開始から設定流量に達するまで供給流量の経時変化率を一定にするようにしてもよく，また，窒素ガスの供給開始から設定流量に達するまで供給流量の経時変化率を時間経過とともに徐々に大きくさせるようにしてもよい。また，窒素ガスの供給流量を段階的に増加させていってもよい。図６は，窒素ガスの供給流量の経時変化率を一定にした場合の例である。
【００７５】
このような窒素ガスの供給流量を制御するためのデータは例えば各種設定情報として設定情報記憶手段２９０に予め記憶しておき，制御部２００は必要なデータを取り出すことにより窒素ガスの供給流量を制御するようにしてもよい。例えば時刻ｔ２から窒素ガスの流量が所定の設定流量に達するまでの時間Ｔｓをその設定流量とともに設定情報記憶手段２９０に設定しておく。そして，制御部２００は上記データによる制御信号に基づいて窒素ガスのマスフローコントローラ３３４Ｃを制御して，時刻ｔ２から時間Ｔｓが経過するまで，窒素ガスの流量を０ｓｃｃｍから設定流量まで増加させる。なお，その他，設定情報記憶手段２９０に，処理室３１１内に供給する窒素ガスの流量の経時変化量（例えば単位時間あたりの増加量）を設定しておき，この経時変化量に基づいて窒素ガスの供給流量を制御してもよい。
【００７６】
このように窒素ガスの流量を徐々に増加させることによって，処理室３１１内における窒素分子の量（窒素の濃度）が漸次増加していく。処理室３１１内に供給された窒素ガスは，プラズマによって活性化され，活性窒素（窒素イオン，窒素ラジカルなど）が生成されるので，窒素ガスの流量の増加に伴ってウエハ４００の表面に供給される活性窒素の量も徐々に増加する。
【００７７】
このように窒素ガスが設定流量に達するまでの時間Ｔｓにおいては，ウエハ４００の表面のうちコンタクトホール４３０の底部に露出しているシリコン含有表面４１２では，このシリコン含有表面４１２まで達する活性窒素の供給量が抑えられる。これにより，シリコン含有表面４１２に含まれるシリコンと四塩化チタンとのシリサイド化反応（ここではチタンのシリコン還元反応）が支配的となる。しかも，窒素ガスの供給開始当初は，活性窒素がほとんどないので，シリサイド化反応が起こり易く，シリコン含有表面４１２にはチタンシリサイド膜４４０が形成され易くなる。このようなシリサイド化反応としては例えば下記化学反応式（１）に示すようなものが代表的である。
【００７８】
ＴｉＣｌ２＋２Ｓｉ→ＴｉＳｉ２＋Ｃｌ２
・・・（１）
【００７９】
なお，窒素ガスが設定流量に達するまでの時間Ｔｓの設定時間を変えることにより，シリコン含有表面４１２のシリサイド化反応の速度や時間を制御できるので，所望の膜厚や表面モホロジなどを有するチタンシリサイド膜を形成することができる。例えば時間Ｔｓをより長い時間に設定すれば，図６に破線で示すように処理室３１１内に供給する窒素ガスの流量の単位時間あたりの増加量を少なくすることができる。これにより，シリコン含有表面４１２のシリサイド化反応が支配的になる時間を長くできるので，シリコン含有表面４１２に形成されるチタンシリサイド膜４４０の膜厚をより厚くすることができる。
【００８０】
逆に，時間Ｔｓをより短い時間に設定すれば，図示はしないが処理室３１１内に供給する窒素ガスの流量の単位時間あたりの増加量を多くすることができる。これにより，シリコン含有表面４１２のシリサイド化反応が支配的になる時間を短くできるので，シリコン含有表面４１２に形成されるチタンシリサイド膜４４０の膜厚をより薄くすることができる。
【００８１】
このように，窒素ガスの流量が所定の設定流量に達するまでは時間経過に伴って徐々に窒素ガスの流量が増加するので，それに時間経過に伴って次第に，上述したシリサイド化反応よりもチタンの窒素還元反応（四塩化チタンに含まれるチタンと活性窒素（Ｎ＊）との反応）の方が支配的となっていく。これにより，シリコン含有表面にはチタンシリサイド膜４４０が形成されつつ，窒化チタン膜が徐々に形成されていく。このようなチタンの窒素還元反応としては例えば下記化学反応式（２）に示すようなものが代表的である。
【００８２】
ＴｉＣｌ２＋Ｎ＊→ＴｉＮ＋Ｃｌ２
・・・（２）
なお，ウエハ４００の表面のうちシリコン含有表面４１２以外の部分，例えばコンタクトホール４３０の側壁を含む層間絶縁膜４２０の表面には，窒素ガスの供給開始からチタンの窒素還元反応（例えば化学反応式（２））が起こり始めるので，窒化チタン膜も窒素ガスの供給開始から徐々に形成される。
【００８３】
そして，時間Ｔｓが経過して窒素ガスの流量が所定の設定流量に達すると，成膜処理を終了する時刻ｔ３まで一定の設定流量で窒素ガスが供給されるので，チタンの窒素還元反応（例えば化学反応式（２））が支配的な状態でその反応も加速する。これにより，チタンシリサイド膜４４０及び層間絶縁膜４２０の表面を含むウエハ４００の表面全体にわたって窒化チタン膜４５０の形成が加速される。
【００８４】
なお，この時刻ｔ３までの時間を調整することによって所望の膜厚の窒化チタン膜４５０を形成することができる。具体的には，時刻ｔ３までの時間を長くすれば，その分，形成される窒化チタン膜４５０の膜厚を厚くすることができる。
【００８５】
次いで時刻ｔ３になると，プラズマを消すと共に，四塩化チタンガスと窒素ガスの処理室３１１内への供給を停止する。時刻ｔ３以降，所定時間だけ水素ガスとアルゴンガスを処理室３１１内に供給し続けて，処理室３１１内に残留している四塩化チタンガスと窒素ガスをパージする。以上のようにして，ウエハ４００上に窒化チタン膜形成処理が完了する。その後，ウエハ４００を処理室１０４Ｃから処理室１０４Ｄに搬送し，ウエハ４００に対してタングステン膜形成処理を行う。
【００８６】
（実験結果）
次に，本実施形態にかかる窒化チタン膜形成処理における実験結果について比較例と比較しながら説明する。先ず，窒素ガスを時刻ｔ２から設定流量まで徐々に増加しながら供給した本実施形態の場合（Ｔｓ＝１０ｓ）と，窒素ガスを時刻ｔ２にて最初から設定流量で供給した比較例の場合（Ｔｓ＝０ｓ）とについて，チタンシリサイド膜の形成状況を確認した実験の結果を図７に示す。
【００８７】
この実験では，シリコン膜と酸化シリコン膜に対して上記の窒化チタン膜形成処理を施して，酸化シリコン膜上に形成された膜の厚さに対するシリコン膜上に形成された膜の厚さの割合を求めることにより，チタンシリサイド膜の形成状況を確認した。すなわち，この膜厚の割合が”１．００”のときにはチタンシリサイド膜が形成されていないことを示し，膜厚の割合が”１．００”よりも大きいほど膜厚の厚いチタンシリサイド膜が形成されていることを示す。
【００８８】
図７に示す実験結果によれば，窒素ガスを最初から設定流量で供給した比較例の場合（Ｔｓ＝０ｓ）には，上記膜厚の割合は”１．０８”であり，”１．００”に極めて近い。これによれば，チタンシリサイド膜はほとんど形成されていないことが推察される。
【００８９】
これに対して，窒素ガスを設定流量まで徐々に増加しながら供給した本実施形態の場合（Ｔｓ＝１０ｓ）には，上記膜厚の割合は”１．２３”であり，”１．００”よりも大きくなる。これによれば，チタンシリサイド膜が形成されていることが推察される。
【００９０】
さらに，この結果を確かめるために，図６の場合と同様の処理条件でウエハ４００に対して窒化チタン膜形成処理を施して得られた膜構造を，走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて解析してみた。図８Ａは，そのＳＥＭ画像を示している。また，図８Ｂは，図８Ａの画像の中の破線で囲まれた領域すなわちコンタクトホール底部の拡大画像を示している。
【００９１】
図８Ａ，図８Ｂに示すＳＥＭ画像から明らかなように，本実施形態にかかる窒化チタン膜形成処理によれば，ウエハ４００のシリコン含有表面４１２（Ｓｉ）上にはチタンシリサイド膜４４０（ＴｉＳｉ２）が形成されており，チタンシリサイド膜４４０の上には窒化チタン膜４５０（ＴｉＮｘ（０≦ｘ≦１））が形成されている。このときのチタンシリサイド膜４４０の膜厚は２ｎｍであった。
【００９２】
以上の実験結果から，窒素ガスを最初から設定流量で供給した場合にはほとんどチタンシリサイド膜４４０が形成されないのに対して，窒素ガスを設定流量まで徐々に増加しながら供給する場合にはある程度の膜厚を有するチタンシリサイド膜４４０が形成されていることがわかる。
【００９３】
また，本実施形態にかかる窒化チタン膜形成処理によれば，コンタクトホールの形状，例えば口径及びアスペクト比に合わせて，所望のチタンシリサイド膜４４０を形成することができる。図９Ａと図９Ｂにそれぞれコンタクトホールの形状が異なるウエハ５００，５０２の構造を示す。ウエハ５００，５０２は共に，シリコンベアウエハ５１０上に，酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜などの層間絶縁膜５２０を形成し，エッチングによりコンタクトホール５３０，５３２を形成し，コンタクトホール５３０，５３２の底部にシリコン含有表面５１２を露出させたものである。ただし，図９Ａに示すウエハ５００に形成されているコンタクトホール５３０は，相対的に口径が狭くアスペクト比が大きく，図９Ｂに示すウエハ５０２に形成されているコンタクトホール５３２は，相対的に口径が広くアスペクト比が小さい。
【００９４】
ウエハ５００のコンタクトホール５３０のように口径が狭くアスペクト比が大きい場合には，図６に示すように，時刻ｔ２にてプラズマ形成と同期して処理室３１１内へ窒素ガスの供給を開始しても，その供給量が少ない間はほとんどの活性窒素が，コンタクトホール５３０の底部のシリコン含有表面５１２に到達する前に例えばコンタクトホール５３０の側壁に衝突して失活するため，上記シリサイド化反応（例えば化学反応式（１））が上記チタンの窒素還元反応（例えば化学反応式（２））よりも支配的になるので，シリコン含有表面５１２に所望の膜厚のチタンシリサイド膜４４０を形成することができる。
【００９５】
これに対して，ウエハ５０２のコンタクトホール５３２のように口径が広くアスペクト比が小さい場合には，図６に示すように，時刻ｔ２にてプラズマを生成するのと同時期に処理室３１１内へ窒素ガスの供給を開始すると，その供給開始直後から活性窒素がコンタクトホール５３０の底部のシリコン含有表面５１２に到達し易いため，上記チタンの窒素還元反応（例えば化学反応式（２））が上記シリサイド化反応（例えば化学反応式（１））よりも支配的になり，シリコン含有表面５１２にチタンシリサイド膜４４０がほとんど形成されずに，窒化チタン膜４５０が形成されてしまう。
【００９６】
そこで，ウエハ５０２のコンタクトホール５３２のように口径が広くアスペクト比が小さい場合には，図１０に示すように，時刻ｔ２にてプラズマを生成した後，所定の時間Ｔｄだけ遅らせて処理室３１１内へ窒素ガスの供給を開始するようにする。このように処理室３１１内への窒素ガスの供給開始のタイミングを遅らせることによって，シリコン含有表面５１２に活性窒素が供給されない期間（時間Ｔｄ）を得ることができ，その間にシリコン含有表面５１２上に所望の膜厚のチタンシリサイド膜４４０を形成することができる。時間Ｔｄが経過した後は，処理室３１１内に窒素ガスが供給されるため，チタンシリサイド膜４４０及び層間絶縁膜４２０の表面に窒化チタン膜４５０を形成することができる。
【００９７】
なお，ウエハ５０２のコンタクトホール５３２のように口径が広くアスペクト比が小さい場合，時間Ｔｄを設定することなく（Ｔｄ＝０ｓ），時間Ｔｓを長く調整するだけでも窒化チタン膜４５０を形成することも可能である。
【００９８】
このように本実施形態によれば，コンタクトホールの形状に応じて時間Ｔｄと時間Ｔｓを調整することができる。これによって，どのようなコンタクトホールであっても所望のチタンシリサイド膜４４０を形成することができる。
【００９９】
また本実施形態によれば，時間Ｔｄと時間Ｔｓを調整してチタンシリサイド膜４４０の成膜速度を制御することも可能となる。したがって，モホロジーが良好なチタンシリサイド膜４４０を形成することができる。
【０１００】
また，時間Ｔｄを設けることによって，シリコン含有表面に形成されるチタンシリサイド膜４４０の膜厚をより厚くすることができる。このことを確認するために，図１０に示す処理条件（Ｔｄ＝１０ｓ）でウエハ４００に対して窒化チタン膜形成処理を施して得られた膜構造をＳＥＭを用いて解析してみた。図１１Ａは，そのＳＥＭ画像を示している。また，図１１Ｂは，図１１Ａの画像の中の破線で囲まれた領域すなわちコンタクトホール底部の拡大画像を示している。
【０１０１】
図１１Ａ，図１１Ｂに示すＳＥＭ画像と上記の図８Ａ，図８Ｂとを比較すると明らかなように，時間Ｔｄを設けることによってウエハ４００のシリコン含有表面４１２（Ｓｉ）上にはより厚いチタンシリサイド膜４４０（ＴｉＳｉ２）が形成される。このときのチタンシリサイド膜４４０の膜厚は４ｎｍであった。上記のように，時間Ｔｄがない場合にはチタンシリサイド膜４４０の膜厚は２ｎｍであったことから，１０ｓの時間Ｔｄを設けることによって，２倍の膜厚のチタンシリサイド膜４４０を得ることができる。時間Ｔｄをさらに長くすることによってより厚いチタンシリサイド膜４４０を得ることも可能となる。
【０１０２】
（窒化チタン膜の特性）
続いて，本実施形態にかかる窒化チタン膜形成処理において形成される窒化チタン膜の特性について説明する。先ず，本実施形態により形成される窒化チタン膜の比抵抗について図１２を参照しながら説明する。図１２は，窒化チタン膜の膜厚と比抵抗との関係を示すグラフである。この図１２において黒丸は本実施形態のようにチタン膜形成過程を経ないで形成した窒化チタン膜（ＰＥＣＶＤ−ＴｉＮ）の特性を示しており，白丸はチタン膜を成膜した後にそれを窒化する比較例としての窒化チタン膜形成方法によって形成した窒化チタン膜（ＰＥＣＶＤ−Ｔｉ（Ｎ））の特性を示している。すなわち，比較例の窒化チタン膜形成方法は，先ずウエハ上にチタン膜を形成することにより，コンタクトホールの底部のシリコン含有表面に自己整合的にチタンシリサイド膜を形成し，その後にアンモニアガスを用いてＰＥＣＶＤ法等によりチタン膜を窒化することにより窒化チタン膜が形成した場合である。
【０１０３】
図１２に示すように，本実施形態のようにチタン膜形成過程を経ないで形成される窒化チタン膜は，チタン膜形成過程を経て形成される比較例の窒化チタン膜に比して，膜厚が１００Åよりも厚い場合には比抵抗の値が小さくなる。一般的に，コンタクトホール内にはバリア層として１００Å以上の膜厚の窒化チタン膜を形成する。したがって，本実施形態によれば，従来よりも比抵抗の小さい窒化チタン膜を形成することができる。この結果，コンタクト抵抗がより低く抑えられた電気的特性の良好なコンタクト構造を得ることができる。
【０１０４】
次に，本実施形態により形成される窒化チタン膜の成膜レートについて図１３を参照しながら説明する。図１３は，本実施形態において形成された窒化チタン膜の成膜レートと，上記比較例の窒化チタン膜形成方法に基づいて形成された窒化前のチタン膜の成膜レートを示すグラフである。図１３において黒丸は本実施形態による窒化チタン膜（ＰＥＣＶＤ−ＴｉＮ）の成膜速度を示しており，白丸は上記比較例のチタン膜（ＰＥＣＶＤ−Ｔｉ）の成膜速度を示している。
【０１０５】
図１３に示すように，本実施形態において形成された窒化チタン膜は，比較例の窒化チタン膜形成方法によって形成されたチタン膜に比して，高い成膜レートで形成される。これは以下の理由によると考えられる。窒化チタン膜とチタン膜は共に四塩化チタンガスを用いて形成されるところ，チタン膜の場合，成膜と同時に僅かながら四塩化チタンガスによってその表面がエッチングされてしまう。つまり，従来，チタン膜は僅かにエッチングされながら成膜されていた。これに対して，本実施形態において形成された窒化チタン膜は安定しているため，四塩化チタンガスによってエッチングされることなく成膜されていく。したがって，窒化チタン膜の成膜レートは，チタン膜の成膜レートよりも高くなる。
【０１０６】
しかも本実施形態によれば，チタン膜を形成することなく窒化チタン膜を直接形成する。つまり，従来行われていたアンモニアガスによるチタン膜の窒化処理工程が不要である。したがって，従来コンタクトホール内に窒化チタン膜を形成するために例えば１４０ｓかかっていたところを，本実施形態によれば１００ｓに短縮させることができる。これによって基板処理装置１００のスループットを向上させることができる。
【０１０７】
ところで，複数枚のウエハＷを順次，処理室３１１内に搬送して窒化チタン膜を形成する場合，これに先だって処理室３１１内の雰囲気を整える作業を行う。具体的には，この作業では処理室３１１の内壁やサセプタ３１２表面などに窒化チタンのデポを形成するいわゆるプリコートが行われる。従来，ウエハＷに対する窒化チタン膜の形成と同様に，このプリコートにおいても，まずチタン膜を形成した後にこれを窒化して窒化チタン膜を形成し，これを複数回繰り返していた。そのため，このプリコートには数時間を要していた。本実施形態にかかる窒化チタン膜の形成方法はこのプリコートにも適用可能である。この場合，大幅な時間短縮が可能となる。これによってもスループットの向上が実現する。
【０１０８】
以上のように，本実施形態によれば，金属バリア膜などの金属膜を成膜する際に，窒化チタン膜を成膜する工程だけでシリサイド化反応が起こり易くすることができる。これにより，所望のシリサイド膜を形成しながら窒化チタン膜を成膜することができ，このような金属膜を成膜する際のスループットを飛躍的に向上させることができる。また，コンタクトホール内に比抵抗の小さい窒化チタン膜を形成することができる。したがって，電気的特性に優れたコンタクトを得ることができる。さらにまた，窒化チタン膜を形成する工程だけなので，単一の処理室にて成膜することができる。
【０１０９】
なお，上記各処理室１０４Ａ〜１０４Ｄのうちのどの処理室をＣＯＲ処理室，ＰＨＴ処理室，窒化チタン膜形成処理室，タングステン膜形成処理室として構成してもよい。また，ウエハ５００の搬送順序も，各処理室１０４Ａ〜１０４ＤのうちのＣＯＲ処理室，ＰＨＴ処理室，窒化チタン膜形成処理室，タングステン膜形成処理室の順に搬送すれば，必ずしも処理室１０４Ａ〜１０４Ｄの順でなくてもよい。また，ＣＯＲ処理室，ＰＨＴ処理室及びタングステン膜形成処理室を別の基板処理装置に構成するようにしてもよい。
【０１１０】
また，図６と図１０に示すように，本実施形態ではプラズマ生成のタイミングよりも先に四塩化チタンガスと還元ガスを供給するようにした場合について説明したが，これに限定されるものではなく，プラズマ生成のタイミングで四塩化チタンガスと還元ガスを供給するようにしてもよい。
【０１１１】
上記実施形態により詳述した本発明については，複数の機器から構成されるシステムに適用しても，１つの機器からなる装置に適用してもよい。上述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを記憶した記憶媒体等の媒体をシステムまたは装置に供給し，そのシステムまたは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体等の媒体に格納されたプログラムを読み出して実行することによっても，本発明が達成され得る。
【０１１２】
この場合，記憶媒体等の媒体から読み出されたプログラム自体が上述した実施形態の機能を実現することになり，そのプログラムを記憶した記憶媒体等の媒体は本発明を構成することになる。プログラムを供給するための記憶媒体としては，例えば，フロッピー（登録商標）ディスク，ハードディスク，光ディスク，光磁気ディスク，ＣＤ−ＲＯＭ，ＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ，ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−ＲＡＭ，ＤＶＤ−ＲＷ，ＤＶＤ＋ＲＷ，磁気テープ，不揮発性のメモリカード，またはＲＯＭなどを用いることができる。また，プログラムの供給媒体には，インターネットやイントラネットなどの電気通信回線が含まれる。
【０１１３】
なお，コンピュータが読み出したプログラムを実行することにより，上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく，そのプログラムの指示に基づき，コンピュータ上で稼動しているオペレーションシステムなどが実際の処理の一部または全部を行い，その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合も，本発明に含まれる。
【０１１４】
さらに，記憶媒体等の媒体から読み出されたプログラムが，コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後，そのプログラムの指示に基づき，その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い，その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合も，本発明に含まれる。
【０１１５】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１１６】
例えば，上記実施形態においては，チタン化合物ガスとして四塩化チタンガスを用いた場合を例に挙げて説明したが，これに限定されるものではなく，他のチタン化合物ガスを採用してもよい。例えば有機チタンとしてＴＤＭＡＴ（ジメチルアミノチタニウム），ＴＤＥＡＴ（ジエチルアミノチタン）等を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明は，半導体ウエハ，ＦＰＤ基板などの被処理基板上に窒化チタン膜を成膜する成膜方法及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の実施形態にかかる基板処理装置の構成例を示す横断面図である。
【図２】同実施形態における制御部の構成例を示すブロック図である。
【図３】同実施形態における窒化チタン成膜処理を実行可能な処理室の構成例を示す縦断面図である。
【図４】同実施形態にかかる基板処理装置においてウエハに対して実行される一連の処理工程を示すフローチャートである。
【図５Ａ】同実施形態にかかる基板処理装置における一連の処理が実行される前のウエハの膜構造を示す縦断面図である。
【図５Ｂ】同実施形態における窒化チタン膜形成処理が施された後のウエハの膜構造を示す縦断面図である。
【図５Ｃ】同実施形態におけるタングステン膜形成処理が施された後のウエハの膜構造を示す縦断面図である。
【図６】同実施形態における窒化チタン膜形成処理の具体例を示すタイミングチャートである。
【図７】窒素ガスの供給の仕方を変えた場合のチタンシリサイド膜形成状況を説明するためのグラフである。
【図８Ａ】図６に示す処理条件でウエハに対して窒化チタン膜形成処理を施し，走査型電子顕微鏡を用いてその膜構造を解析して得られた画像を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ａに示す画像の一部拡大図である。
【図９Ａ】アスペクト比が大きいコンタクトホールを有するウエハの膜構造を示す縦断面図である。
【図９Ｂ】アスペクト比が小さいコンタクトホールを有するウエハの膜構造を示す縦断面図である。
【図１０】同実施形態にかかる窒化チタン膜形成処理の他の具体例を示すタイミングチャートである。
【図１１Ａ】図１０に示す処理条件でウエハに対して窒化チタン膜形成処理を施し，走査型電子顕微鏡を用いてその膜構造を解析して得られた画像を示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａに示す画像の一部拡大図である。
【図１２】窒化チタン膜の膜厚と比抵抗との関係をグラフにした図である。
【図１３】窒化チタン膜の成膜レートとチタン膜の成膜レートをグラフにした図である。
【図１４】従来の一般的なコンタクト構造を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１００      基板処理装置
１０２      共通搬送室
１０４（１０４Ａ〜１０４Ｄ）      処理室
１０５（１０５Ａ〜１０５Ｄ）      載置台
１０６Ａ〜１０６Ｄ      ゲートバルブ
１０７Ａ，１０７Ｂ      ゲートバルブ
１０８（１０８Ａ，１０８Ｂ）      ロードロック室
１０９（１０９Ａ，１０９Ｂ）      搬送口
１１０      搬入側搬送室
１１２（１１２Ａ〜１１２Ｃ）      導入ポート
１１４      オリエンタ
１１６      処理室側搬送機構
１１８      搬入側搬送機構
２００      制御部
２１０      ＣＰＵ
２２０      ＲＯＭ
２３０      ＲＡＭ
２４０      表示手段
２５０      入出力手段
２６０      報知手段
２７０      各種コントローラ
２８０      プログラムデータ記憶手段
２８２      搬送処理プログラム
２８４      プロセス処理プログラム
２９０      設定情報記憶手段
２９２      搬送設定情報
２９４      プロセス処理設定情報
３００      ＰＥＣＶＤ処理ユニット
３１１      処理室
３１１Ｇ    ゲートバルブ
３１２      サセプタ
３１３      支持部材
３１４      ガイドリング
３１５，３２３      ヒータエレメント
３１６      下部電極
３１７      穴
３１８      搬入出口
３１９      絶縁部材
３２０      シャワーヘッド
３２１      ベース部材
３２２      シャワープレート
３２４      吐出孔
３２５      ガス拡散空間
３２６      ガス導入ポート
３３０      ガス供給手段
３３１      四塩化チタンガス供給源
３３１Ｃ〜３３４Ｃ      マスフローコントローラ
３３１Ｖ〜３３４Ｖ      バルブ
３３１Ｌ    四塩化チタンガス供給ライン
３３２      アルゴンガス供給源
３３２Ｌ    アルゴンガス供給ライン
３３３      水素ガス供給源
３３３Ｌ    水素ガス供給ライン
３３４      窒素ガス供給源
３３４Ｌ    窒素ガス供給ライン
３３７      ガス混合部
３３８      混合ガス供給ライン
３４０，３４１      ヒータ電源
３４２      整合器
３４３      高周波電源
３５０      排気室
３５１      排気管
３５２      排気装置
３６０      ウエハ支持ピン
３６１      支持板
３６２      駆動機構
４００，５００，５０２      ウエハ
４１０，５１０      シリコンベアウエハ
４１２，５１２      シリコン含有表面
４２０，５２０      層間絶縁膜
４３０，５３０，５３２      コンタクトホール
４４０      チタンシリサイド膜
４５０      窒化チタン膜
４６０      タングステン膜
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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