(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室に原料ガスを導入してプラズマＣＶＤ法で処理室内の基体上に窒化チタン薄膜を堆積させる窒化チタン薄膜の作製方法において、二つの端子を備えたプラズマ発生電極を前記処理室の内部に配置し、このプラズマ発生電極の一方の端子を高周波電力供給源に接続し、他方の端子をコンデンサを介して接地して、前記処理室の内部にプラズマを発生させるとともに、前記基体に約１００Ｗ〜３０００Ｗの範囲内の高周波バイアス電力を印加して、前記基体上に（１１１）結晶配向を有する窒化チタン薄膜を堆積することを特徴とする窒化チタン薄膜の作製方法。
【請求項２】
前記高周波バイアス電力は３００Ｗ〜１０００Ｗの範囲内であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
処理室に原料ガスを導入してプラズマＣＶＤ法で処理室内の基体上に窒化チタン薄膜を堆積させる窒化チタン薄膜の作製方法において、二つの端子を備えたプラズマ発生電極を前記処理室の内部に配置し、このプラズマ発生電極の一方の端子を高周波電力供給源に接続し、他方の端子を静電容量が１００ｐＦ〜１０μＦのコンデンサを介して接地して、前記処理室の内部にプラズマを発生させるとともに、前記基体に高周波バイアス電力を印加して、前記基体上に（１１１）結晶配向を有する窒化チタン薄膜を堆積することを特徴とする窒化チタン薄膜の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、処理室の内部にプラズマ発生電極を備えるプラズマＣＶＤ装置を用いて窒化チタン（ＴｉＮ）薄膜を作製する方法に関し、特に（１１１）結晶配向を有する窒化チタン薄膜を作製する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化チタン薄膜の用途として半導体集積回路がある。この場合、窒化チタン薄膜は、半導体集積回路の金属配線材料と半導体または絶縁体との間に形成され、これによって、金属配線材料と半導体または絶縁体との間の拡散を防止する機能を果たしたり、金属配線材料と半導体または絶縁体との密着性を高める機能を果たしたりしている。
【０００３】
半導体集積回路の金属配線材料としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金（例えばＡｌ−１％Ｓｉ）が一般に用いられている。アルミニウムまたはアルミニウム合金を金属配線材料として用いた場合、エレクトロマイグレーションやストレスマイグレーションの現象によって、配線が断線したり、隣接配線間でショートしたりする問題が生じる。そこで、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属配線材料の結晶配向を（１１１）にすることで、エレクトロマイグレーションに対する耐性を向上させることが知られている。なお、（１１１）結晶配向の薄膜とは、（１１１）結晶格子面が薄膜表面に平行になっていることを意味している。
【０００４】
下地としての窒化チタン薄膜上に、配線材料として（１１１）結晶配向のアルミニウムまたはアルミニウム合金を形成する場合、アルミニウムまたはアルミニウム合金の結晶配向は下地の窒化チタン薄膜の結晶配向の影響を強く受ける。そこで、下地の窒化チタン薄膜を（１１１）結晶配向にすることが重要になってくる。
【０００５】
一方、半導体集積回路の高集積化及び微細化に伴い、集積回路中の配線はますます細くなってきている。特に半導体との電気的接続に用いられるコンタクトの金属配線の形成において、あらかじめ半導体の上に絶縁膜を形成し、この絶縁膜にエッチングでコンタクトホールをあけて、このコンタクトホールの底部及び側壁に窒化チタン薄膜を形成し、その上に金属配線を形成する方法が用いられている。この窒化チタン薄膜は、拡散防止膜として、また密着性向上膜として、機能している。
【０００６】
コンタクトホールに窒化チタン薄膜を形成する代表的な方法としてはスパッタリング法とＣＶＤ法がある。スパッタリング法では、コンタクトホールの入り口にオーバーハング状に膜が堆積し、コンタクトホールの底部及び側壁に窒化チタン薄膜が十分に堆積できないという問題がある。
【０００７】
これに対して、ＣＶＤ法は、原理的にコンタクトホールの底部と側壁に均一に膜が堆積する。このＣＶＤ法の代表的なものに、熱エネルギーで化学反応を促す熱ＣＶＤ法と、プラズマで原料ガスを活性化させて化学反応を促すプラズマＣＶＤ法がある。
【０００８】
熱ＣＶＤ法を用いて（１１１）結晶配向を持った窒化チタン薄膜を得ようとすると、成膜温度を６００℃から７００℃以上にする必要がある（参考文献：N.Yokoyama, K.Hideo and Y.Homma, J.Electrochem.Soc., Vol.138(1991), pp.190‐195）。しかし、半導体集積回路の高集積化及び微細化に伴って薄膜堆積時の低温化が求められている現状を考えると、このような高温の成膜プロセスは好ましくない。
【０００９】
そこで、熱ＣＶＤ法に比べて低温成膜が可能なプラズマＣＶＤ法が注目されている。しかし、従来のプラズマＣＶＤ法で窒化チタン薄膜を堆積すると、主たる結晶配向は（２００）になり、（１１１）結晶配向の膜を４５０℃以下の基体温度で得ることは難しいという問題がある（参考文献：川島淳志、宮本孝章、門村新吾、青山純一、第４９回半導体・集積回路技術シンポジウム講演論文集(1995)、pp.120‐125）。
【００１０】
なお、スパッタリング法で窒化チタン薄膜を作製する場合に、基体にバイアス電力を印加して負のバイアス電圧を発生させることにより、窒化チタン薄膜の結晶配向性を制御する方法が知られている（参考文献：Makiko Kageyama, Keiichi Hashimoto and Hiroshi Onoda, IEEE/IRPS(1991), pp.97‐101）。しかし、この方法では、基体に印加する負のバイアス電圧を増加させると、得られる窒化チタン薄膜の結晶配向性は（２００）が主となり、（１１１）結晶配向は得られない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
結局、従来のＣＶＤ法やスパッタリング法では、成膜時の基体温度をあまり高くすることなく（１１１）結晶配向を有する窒化チタン薄膜を作製することが困難であった。
【００１２】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、プラズマＣＶＤ法により、成膜時の基体温度をあまり高くせずに（１１１）結晶配向を有する窒化チタン薄膜を作製することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、プラズマＣＶＤ法で窒化チタン薄膜を作製する場合に、二つの端子を備えたプラズマ発生電極を処理室の内部に配置し、このプラズマ発生電極の一方の端子を高周波電力供給源に接続し、他方の端子をコンデンサを介して接地して、前記処理室の内部にプラズマを発生させている。そして、基体に高周波バイアス電力を印加している。これにより、基体上に（１１１）結晶配向を有する窒化チタン薄膜を堆積できる。得られる窒化チタン薄膜は、低抵抗率で低塩素含有量となり、良好な膜質となる。この窒化チタン薄膜は、半導体集積回路の金属配線のための拡散防止膜および密着膜として用いることができる。例えば、（１１１）結晶配向の窒化チタン薄膜の上に、金属配線としてアルミニウム合金を堆積すると、このアルミニウム合金も（１１１）結晶配向となって、各種マイグレーション耐性が良好となる。
【００１４】
基体に印加する高周波バイアス電力は約１００〜３０００Ｗにする。高周波バイアス電力が約１００Ｗ以下では、窒化チタン薄膜の（１１１）配向はほとんど見られなくなる。ところで、厳密に言えば、窒化チタン薄膜の（１１１）配向が優勢になり始める高周波バイアス電力の値は、プラズマ発生電極に印加する高周波電力に依存して多少変動することが観測されている。この点を考慮して、高周波バイアス電力の下限値を「約」１００Ｗにしている。また、高周波バイアス電力を３０００Ｗ以上にすると、基体に発生する負のバイアス電圧の絶対値が大きくなり過ぎて、プラズマ中の正イオンによる基体へのダメージが大きくなり、好ましくない。そして、好ましくは、高周波バイアス電力を３００〜１０００Ｗにする。この範囲では、（１１１）配向性が十分高まるとともに、基体のダメージは比較的小さい。
【００１５】
プラズマ発生電極の他方の端子に接続するコンデンサの容量としては１００ｐＦ〜１０μＦが適当である。これよりも容量が小さすぎると放電が不安定になりやすい。また、これよりも容量が大きすぎると、高周波特性の良好なセラミックコンデンサを使用する場合にコンデンサが大きくなりすぎて実用的でない。
【００１６】
処理室は接地するのが普通であるが、処理室を直流的にアースから浮かすようにしてもよい。すなわち、処理室とアースの間にコンデンサを挿入してもよく、その場合に、このコンデンサの容量を制御して処理室の電位を調節してもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明で使用するプラズマＣＶＤ装置の一例の構成図であり、処理室の部分は正面断面図を示している。真空に保持可能な処理室２０の内部には、基体ホルダー２５とプラズマ発生電極６１とが配置されていて、基体ホルダー２５にはバイアス電力供給源９０が接続され、プラズマ発生電極６１には電力供給源５０と接地結合機構８０とが接続されている。また、処理室２０には、ガス導入機構１０と排気機構３０がつながっている。
【００１８】
まず、ガス導入機構１０について説明する。図２はガス導入機構１０の構成図である。このガス導入機構１０は４種類のガスを使用できるようになっている。四塩化チタン容器１ａは、常温常圧で液体状態の四塩化チタンを所定の温度に加熱する恒温槽であり、この恒温槽で蒸気化された四塩化チタンは、流量制御器１２ａとバルブ１３ａを経由して処理室２０に導入される。水素ガス容器１ｂと窒素ガス容器１ｃとアルゴンガス容器１ｄは高圧ガスボンベの形態であり、これらの中に入っているガスは、各々減圧弁１１ｂ、１１ｃ、１１ｄで減圧され、流量制御器１２ｂ、１２ｃ、１２ｄで流量制御され、バルブ１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを開くと処理室２０に導入される。ガス導入機構１０の出口は、プラズマ発生電極６１の中心付近に開口している。バルブ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、各ガスを導入するときに開くものであるが、処理室２０の内部を大気にするときには、各ガスが大気で汚染されるのを防ぐためにバルブ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを閉じる。
【００１９】
次に、図１に戻って、基体ホルダー２５の構造を説明する。基体２１は基体ホルダー２５の上に置かれる。基体ホルダー２５の内部にはヒーター２６と熱電対２７がある。基体ホルダー２５の温度は熱電対２７で測定され、図示しない基体温度調節装置によってヒーター２６に電力が供給されて、基体２１の温度が制御される。この基体温度調節装置はＰＩＤ制御方法を用いているが、必要に応じてファジー回路を併用したり、ＰＩ制御や、単なるＯＮ−ＯＦＦ制御を採用してもよい。
【００２０】
次に、排気機構３０を説明する。荒引きポンプ３１は油回転ポンプ（排気速度は毎分６５０リットル）であり、荒引きバルブ３２を介して処理室２０に接続される。処理室２０のクリーン性が非常に重要な場合は、荒引きポンプ３１としてオイルフリーのポンプを用いることができ、また、メンテナンス性を向上させるにはドライポンプを用いてもよい。メインポンプ３５はバリアブルオリフィス３４とメインバルブ３３を介して処理室２０に接続され、後段には補助ポンプ３６が接続されている。メインポンプ３５は複合型ターボ分子ポンプ（排気速度は毎秒１３００リットル）であり、処理室２０内のクリーン性がそれほど重要でなければ油拡散ポンプを用いることもできる。補助ポンプ３６は油回転ポンプ（排気速度は毎分１１８０リットル）であり、荒引きポンプ３１と同様にドライポンプ等を用いてもよい。
【００２１】
処理室２０を大気圧から排気するには、まず、荒引きバルブ３２を開いて荒引きポンプ３１で処理室２０を排気する。処理室２０の内部の圧力が所定の圧力（排気系によって異なるが本実施形態では約１００Ｐａ）まで排気された後に、荒引きバルブ３２を閉め、メインバルブ３３を開いて、メインポンプ３５によってさらに低圧力領域まで排気する。真空計で測定された処理室圧力をもとにバリアブルオリフィス３４を開閉して、処理室２０内の圧力を所定の値に調節できる。再現性の良い安定したプラズマを得るためにはバリアブルオリフィス３４を用いることは有効である。
【００２２】
次に、基体にバイアス電力を印加する機構について説明する。基体ホルダー２５は、インピーダンス整合回路９１を介してバイアス用高周波電源９２に接続されている。このインピーダンス整合回路９１とバイアス用高周波電源９２でバイアス電力供給源９０が構成されている。バイアス用高周波電源９２によって誘起された交番電力は、インピーダンス整合回路９１でインピーダンス調整されて、基体ホルダー２５に供給され、基体２１のバイアス電圧が調整される。基体ホルダー２５の周囲には、処理室２０に接続されたシールド板９３があり、また、基体ホルダー２５は絶縁体９４によって処理室２０から電気的に絶縁されている。バイアス用高周波電源９２の周波数は、プラズマ発生用の高周波電源５２の周波数とは少なくとも５００Ｈｚ以上異なることが必要である。そうしないと、２つの高周波が干渉して、安定したプラズマを得ることができない。本実施形態では、プラズマ発生用の高周波電源５２の周波数を１３．５６０ＭＨｚ、バイアス用高周波電源９２の周波数を１３．５６２ＭＨｚとした。
【００２３】
次に、磁場発生機構を説明する。処理室２０の周囲には、上下方向に細長い多くの永久磁石１２１が配置されている。図５は図１の５−５線断面図であり、処理室２０の水平断面を示している。２４個の永久磁石１２１は、処理室２０の周囲に互いに等間隔に配置されていて、隣り合う永久磁石１２１は互いに反対の極性になっている。すなわち、処理室２０の内部に向かってＮ極とＳ極とが交互に配置されている。これらの永久磁石１２１の働きにより、処理室２０の内壁面近傍にはマルチカスプ磁場１２２が形成される。なお、永久磁石の形状や個数はこれに限定されるものではなく、処理室２０の内部に向かってＮ極とＳ極とが交互に配置される限り、別の構成としてもよい。
【００２４】
永久磁石１２１はランタン系の希土類磁石（寸法２５．４ｍｍ×６．３ｍｍ×１２．８ｍｍ）を組み合わせて構成した。この磁石の表面の磁束密度は１６００ガウスであるが、約４００〜２２００ガウスの範囲の磁石が有効である。磁束密度が小さすぎると、プラズマの閉じ込め効果が弱くなり、基体の周辺部で表面処理の均一性が劣ってくる。磁束密度が大きすぎると、処理室の内壁からプラズマが離れすぎて、プラズマの均一性が保たれる領域が、処理室の内径に比較して小さくなる。磁極間隔は１５０ｍｍ以内にするのが望ましい。磁極間が離れすぎると、磁極間の中央部の磁束密度が小さくなってしまい、プラズマの閉じ込め効果が減少する。この実施例では磁極間隔は２４ｍｍである。
【００２５】
このようなマルチカスプ磁場１２２を用いると、磁場によるプラズマ閉じこめの効果により、処理室２０の内壁面の近傍までプラズマが拡散することがなく、均一な高密度のプラズマを維持できる。このマルチカスプ磁場と、バイアス電力供給源とを併用すると、大型基体の表面に均一に大電流のイオンを流入させることができる。
【００２６】
次に、プラズマ発生装置を説明する。プラズマ発生装置は、処理室２０の内部にプラズマを発生させるためのものであり、図１において、電力供給源５０と、プラズマ発生電極６１と、接地結合機構８０とを備えている。プラズマ発生電極６１は、実質的に１ターンのコイルであり、処理室２０の壁を貫通する１対の導入端子６２、６３を備えている。プラズマ発生電極６１は基体２１に対向している。図３はプラズマ発生電極６１の平面図である。このプラズマ発生電極６１は、金属パイプを、ほぼ１周の円環状に曲げたものである。直径は約１４０ｍｍである。この円環状の部分に対して垂直になるように導入端子６２、６３が形成されている。この金属パイプは処理室内にそのまま露出しているので、プラズマ発生電極６１の表面は導電体である。この金属パイプの内部に冷却水を流せばこの電極を水冷できる。ただし、必要に応じて空冷とすることができ、小電力の場合は冷却しなくてもよい。
【００２７】
次に、プラズマ発生電極の冷却機構を説明する。この実施形態では、導入端子６２、６３とプラズマ発生電極６１は中空であり、内部に冷却水を通すことができる。導入端子６２、６３にはフッ素樹脂製の通水チューブを接続してあり、供給側のチューブには、１平方センチメートル当たり約５ｋｇの圧力の水を供給し、排出側のチューブは大気圧に近い圧力としている。供給口の冷却水温度は約１５℃であり、プラズマ発生電極６１の内部を流れる水の流量は毎分約３リットルである。冷却媒体としては、大きな比熱、入手の容易性、小さな粘性、などの観点から水が最も優れているが、それ以外の媒体を使用してもよい。空気冷却や窒素ガス冷却を採用する場合は、流量を大きくするとよい。窒素ガス冷却では、水分を含まないので、電極の水分腐蝕を防止できる。
【００２８】
プラズマ発生電極はプラズマに直接接するために、プラズマによってその表面がエッチングされる可能性がある。実験によれば、プラズマ発生電極を水冷すると、このエッチングを抑制でき、プラズマ発生電極の寿命を延ばすことができる。水冷しない場合には、プラズマ発生電極の直径の減少率は１時間当たり０．１ｍｍであったが、水冷すると１時間当たり０．０１ｍｍであった。プラズマ発生電極がエッチングされると、これが基体上の膜中に混入して不純物となる可能性があるが、水冷すれば、このエッチング量を少なくできる。
【００２９】
図４はプラズマ発生電極の導入端子と処理室との間に設けられる絶縁リングの一部を切断した斜視図である。この絶縁リング７１は、電気絶縁材料である石英ガラスでできている。この絶縁リング７１とプラズマ発生電極の導入端子６２、６３の間、及び、絶縁リング７１と処理室２０との間は真空シールされている。この絶縁リング７１は、円板７２の中央に円形の貫通孔７３が形成されていて、円板７２の一方の側（処理室空間に露出する側）に３個の円環状の突起７４が互いに同心状に形成されている。この円環状の突起７４の間には、２個の円環状の溝７９が形成される。溝７９の開口部は、貫通孔７３の軸線に垂直な平面内にあり、溝７９の深さ方向は、貫通孔７３の軸線に平行である。これらの突起７４と溝７９は、全て、貫通孔７３に対して同心である。貫通孔７３にはプラズマ発生電極の円筒状の導入端子６２（図１参照）が挿入される。３個の円環状の突起７４は、いずれも、高さが５０ｍｍ、肉厚が１ｍｍである。したがって、溝７９の深さも５０ｍｍである。また、溝７９の幅（隣り合う突起７４の間隔）は１ｍｍである。円環状の突起７４の全面と、円板７２の処理室に露出する側の表面（図４の上側の面）は、ブラスト処理が施されて粗面化されている。この粗面化により、絶縁リング７１に付着した膜をはがれにくくし、膜のはがれによる処理室内部のダスト汚染を防止している。これを詳しく説明すると、絶縁リング７１において、溝７９の内部以外の部分には膜が付着する可能性があり、例えば、突起７４の頂面や、一番外側の突起７４の外周面や、これより外側の円板表面には膜が付着する可能性がある。これらの箇所に粗面化が施されていると、この部分に付着した膜がはがれにくくなる。
【００３０】
図１に戻って、プラズマ発生電極６１の一方の導入端子６２は、インピーダンス整合回路５１を介して高周波電源５２に接続されている。このインピーダンス整合回路５１と高周波電源５２で電力供給源５０が構成される。高周波電源５２の周波数は１３．５６ＭＨｚで、定格出力は３ｋＷである。ただし、周波数はこれに限定されず、ｋＨｚオーダーや、６０ＭＨｚや、１００ＭＨｚを用いてもよく、使用可能範囲は１０ｋＨｚ〜１０００ＭＨｚ程度である。この範囲の上限を越えると導電体を配線材料として使用できなくなり、下限を下回ると電波として発信しなくなる。また、その出力波形も、正弦波のみならずこれに所定の変形を施した波形でもよい。インピーダンス整合回路５１としてはΠ（パイ）型回路を用いているが、これ以外の例えばＴ型回路等を使用してもよい。高周波電源５２によって誘起された交番電力は、インピーダンス整合回路５１でインピーダンス調整されてプラズマ発生電極６１に供給される。
【００３１】
次に、接地結合機構８０を説明する。この接地結合機構８０は、プラズマ発生電極６１の導入端子６３と接地電位との間に設けられるものであり、コンデンサ８１を含んでいる。このコンデンサ８１により、プラズマ発生電極６１の一端は、直流的にアースから遮断される。この実施形態のコンデンサ８１の静電容量は約５００ｐＦである。ただし、この容量に限定されず、処理条件に応じて、１００ｐＦ〜１０μＦ程度の容量を使用できる。これに対して、プラズマ発生電極６１と処理室２０との間の浮遊容量は数ｐＦ程度である。コンデンサ８１としては、高周波特性が優れていて耐電圧性があるセラミックコンデンサが適している。
【００３２】
処理室内にプラズマを発生させると、接地結合機構８０のコンデンサ８１の存在により、プラズマ発生電極６１に直流バイアス電圧が誘起される。図９はコンデンサ８１の静電容量と、プラズマ発生電極６１に誘起されるバイアス電圧との関係を示したグラフである。このグラフから分かるように、コンデンサの容量に応じて直流バイアス電圧の絶対値が変化する。したがって、コンデンサの容量を変更することによってプラズマ発生電極の直流バイアス電圧を任意の値に設定することが可能になる。プラズマ発生電極がスパッタリングされてしまう場合には、コンデンサの容量を小さくすれば直流バイアス電圧の絶対値が小さくなり、プラズマ発生電極のスパッタリングを抑制できる。そこで、図８に示すように接地結合機構８０ａとして可変コンデンサ８１ａを用いると、コンデンサの容量変更が簡単になり、プラズマ発生電極の直流バイアス電圧の制御が容易になる。また、プラズマ発生電極の直流バイアス成分をモニターするようにすれば、プラズマ処理をバッチ処理で行った場合に、バッチ処理回数の増加により微妙にプラズマ処理条件が変化した場合でも、直流バイアス成分が一定になるようにコンデンサの容量を制御することができる。
【００３３】
ところで、上述のスパッタリングの効果を逆に利用することもできる。例えば、基体上に膜を堆積する場合にプラズマ発生電極にも膜が堆積されてしまうことがあるが、このようなときには、コンデンサの容量を適当に増加して、プラズマ発生電極上の堆積膜だけがスパッタリングされてプラズマ発生電極自体はスパッタリングされないようなコンデンサ容量を探すことができる。
【００３４】
図１０は接地結合機構のさらに別の例を示す。この接地結合機構８０ｂでは、プラズマ発生電極６１の導入端子６３と可変コンデンサ８１ａの間に、インダクタ８３を介して直流電源８２を接続してある。これにより、プラズマ発生電極６１の電位をより積極的に制御できる。
【００３５】
ところで、図１において、プラズマ発生電極の導入端子６３を、コンデンサ８１を介することなく直接、接地すると、処理室内のプラズマは、容量結合性の強い放電となって、処理室の空間全体さらには排気機構３０の空間にまで広がる。その結果、プラズマの電子密度が低くなる。一方、コンデンサ８１を介して接地すると、プラズマが処理室内の中央部分に局在化して、プラズマの電子密度が高くなる。具体例を述べると、アルゴンガスを処理室に導入して、圧力を６ｍＴｏｒｒ、プラズマ発生電極への投入電力を２ｋＷとしてプラズマを発生させたときに、プラズマの電子密度は、１立方センチメートル当たり「１０の１１乗」個に達した。
【００３６】
次に、図１のプラズマＣＶＤ装置を用いて窒化チタン薄膜を作製する第１実施例を説明する。図１と図２において、容器１ａから供給される四塩化チタンを毎分２０ミリリットル、容器１ｂからの水素ガスを毎分２００ミリリットル、容器１ｃからの窒素ガスを毎分２０ミリリットル、容器１ｄからのアルゴンガスを毎分３５ミリリットルの流量で流した。処理室２０内の圧力は１．３Ｐａに設定し、基体２１の温度は４５０℃に設定した。高周波電源５２からプラズマ発生電極６１に供給する電力は３．０ｋＷとし、バイアス用高周波電源９２から基体ホルダー２５に供給する電力は３００Ｗとした。コンデンサ８１の容量は５００ｐＦにした。
【００３７】
このような条件で、（１００）結晶配向の８インチのシリコンウェーハ上に薄膜を堆積すると、毎分約６０ｎｍの堆積速度で、窒化チタンを主成分とした膜が堆積した。この膜の面内膜厚分布は±１０％以下であった。また、穴径０．４５μｍ、深さ１μｍの穴に膜を埋め込んだ場合には、穴の底部と側壁に被覆性良好に窒化チタン薄膜を形成できた。堆積した窒化チタン薄膜の結晶配向性をＸ線回折で調べたところ、そのメインピークは（１１１）配向のものであった。また、膜の抵抗率を四探針法で測定したところ３６μΩｃｍと低い値が得られ、膜中の塩素含有量も約０．１原子％と小さい値になり、非常に良質な窒化チタン薄膜が得られた。
【００３８】
図６は上述の条件（プラズマ発生電極に供給する高周波電力は３ｋＷ）で作成した窒化チタン薄膜の結晶配向を示すＸ線回折パターンのグラフである。横軸がＸ線回折による回折角度（２θ）であり、縦軸が回折強度である。このグラフは、基体ホルダーに印加する高周波電力を変化させたときの回折パターンの変化を示している。このグラフから分かるように、基体ホルダーに１２０Ｗの直流バイアス電力を印加してバイアス電圧をプラス側にしたときと、バイアス電力を０Ｗにしたときは、（２００）の回折ピークと（１１１）の回折ピークとの間で、回折強度にほとんど差が見られない。これに対して、高周波バイアス電力を１００Ｗにする（基体は負のバイアス電圧になる）と、（１１１）の回折ピークの強度の方がわずかに大きくなる。高周波バイアス電力を２００Ｗにすると、（１１１）の回折ピークの強度がもっと大きくなる。高周波バイアス電力を３００Ｗにすると、（１１１）ピークの強度がさらに増加するとともに（２００）ピークの強度が目立って減少する。高周波バイアス電力を７００Ｗにすると、（１１１）ピークの強度が非常に大きくなり、（２００）ピークはほとんど観測されなくなる。このように、基体ホルダーに印加する高周波バイアス電力が増加するにつれて、得られる窒化チタン薄膜は（１１１）に強く配向するようになる。なお、図６において、窒化チタンの既知の（１１１）ピークの回折角度に対して、観測された（１１１）ピークがわずかに低角度側にシフトしているのは、膜の応力の影響によって（１１１）の格子面間隔が標準値よりもわずかに大きくなるからであると推測される。
【００３９】
図１３は、図６のグラフに関連して、高周波バイアス電力が比較的小さい領域において、（２００）ピークの回折強度「Ｉ（２００）」に対する（１１１）ピークの回折強度「Ｉ（１００）」の比（以下、回折強度比という。）を、高周波バイアス電力を変化させて測定したグラフである。バイアス電力が０Ｗのときは、回折強度比がわずかに１を下回っているのが観測された。すなわち、（２００）ピークの回折強度の方が（１１１）ピークの回折強度をわずかに上回っている。バイアス電力を１００Ｗにすると、回折強度比は明らかに１を超えるようになり、（１１１）配向が優勢になっている。バイアス電力を２００Ｗにすると回折強度比はさらに増加する。このグラフから、（１１１）配向がわずかでも優勢になるようにするには、プラズマ発生電極に３ｋＷの高周波電力を印加した条件では、基体に対する高周波バイアス電力を１００Ｗ以上にすればよいことが分かる。なお、プラズマ発生電極に印加する高周波電力を２ｋＷに変更すると、（１１１）配向が優勢となり始める高周波バイアス電力が変化する（図６の場合よりも低バイアス電力側にシフトする）。すなわち、プラズマ発生電極に印加する高周波電力の値に応じて、（１１１）配向が優勢になり始める高周波バイアス電力の下限値も変動する。このような変動があるものの、おおむね、高周波バイアス電力を１００Ｗ以上にすれば（１１１）配向が優勢になる。
【００４０】
次に、第２実施例を説明する。この第２実施例では基体の温度をさらに低温の３５０℃に設定した。それ以外の条件は上述の第１実施例の成膜条件と同じである。この場合、堆積速度、面内膜厚分布、穴への被覆性、（１１１）配向性については、第１実施例で得られた窒化チタン薄膜と同様であった。また、膜の抵抗率は約４０μΩｃｍ、膜中の塩素含有量は約０．２原子％であった。このように、基体温度を３５０℃まで下げても良好な窒化チタン薄膜が得られた。
【００４１】
図１において、プラズマ発生電極６１の材質はチタンであるが、このチタンは堆積膜（窒化チタン）の構成元素の一つである。したがって、プラズマ発生電極がスパッタリングされてチタンが薄膜に混入したとしても、これが窒化チタン薄膜の汚染物質にはならない。
【００４２】
図５に示すように処理室の内壁面近傍にマルチカスプ磁場を形成すると、処理室の内壁面から約５ｃｍ以上離れた処理室中心部で、比較的均一性の良いプラズマを維持できる。大型の基体を均一性（膜厚分布、膜質分布、底部被覆率の均一性）良く成膜するためにはこのマルチカスプ磁場を形成することは非常に有益である。特に、基体バイアス電力供給源と併用すると、良好な底部被覆率が均一性良く得られ、より一層の効果がある。このマルチカスプ磁場を形成することにより、窒化チタン薄膜の膜厚分布が良好になる。
【００４３】
図１の装置例では、プラズマ発生電極６１は１ターンコイルとしたが、別の形状にすることもできる。図１１（Ａ）はプラズマ発生電極を２ターンコイルの形状にした例である。さらに３ターン以上にしてもよい。図１１（Ｂ）のプラズマ発生電極は水平面内で渦巻き状に巻いた例である。図１１（Ｃ）のプラズマ発生電極は１枚の矩形の平板の例であり、図１１（Ｄ）は１枚の円形の平板の例である。また、図１２（Ａ）のプラズマ発生電極は直線状に延びた１本の棒状にした例である。図１２（Ｂ）のプラズマ発生電極は３本の棒状の電極を水平面内で並列に並べた例であり、図１２（Ｃ）のプラズマ発生電極は３本の棒状の電極を鉛直面内で並列に並べた例である。そして、これらの図１１と図１２に示すいずれの電極例も、二つの端子を備えていて、一方の端子が高周波電源に接続され、他端がコンデンサを介して接地される。そして、いずれの場合も、二つの端子は、プラズマ発生電極の両端付近に位置している。また、これらのプラズマ発生電極とその二つの端子は、内部に冷却水を通すことで冷却できる。
【００４４】
図７は本発明で使用するプラズマＣＶＤ装置の別の例の要部構成図である。この例では、プラズマ発生電極６１の上方にソレノイドコイル１３０が配置されている。それ以外の構成は図１の装置と同じである。このソレノイドコイル１３０の発生する磁力線１３１は、１ターンコイルの形状のプラズマ発生電極６１の中心付近を通過して発散する。この磁力線１３１の働きにより、処理室２０内に、より高密度のプラズマを発生させることができる。また、この装置例では放電の開始が容易になる。
【００４５】
原料ガスの組み合わせとしては、上述の実施例からアルゴンガスを省略することもできる。例えば、四塩化チタンを毎分３０ミリリットル、水素ガスを毎分３００ミリリットル、窒素ガスを毎分６０ミリリットルの流量で流すことで、同様に窒化チタン薄膜を作製できる。
【００４６】
【発明の効果】
この発明によれば、プラズマＣＶＤ法で窒化チタン薄膜を作製する場合に、処理室内部のプラズマ発生電極の二つの端子の一方に高周波電力を供給し他方の端子をコンデンサを介して接地してプラズマを発生させるとともに、基体に約１００Ｗ〜３０００Ｗの範囲内の高周波バイアス電力を印加することにより、基体上に（１１１）結晶配向を有する窒化チタン薄膜を堆積できる。この窒化チタン薄膜は、低抵抗率で低塩素含有量の良好な膜質となり、半導体集積回路の金属配線のための拡散防止膜および密着膜として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施するためのプラズマＣＶＤ装置の一例の構成図である。
【図２】ガス導入機構の構成図である。
【図３】プラズマ発生電極の平面図である。
【図４】絶縁リングの一部を切断した斜視図である。
【図５】図１の５−５線断面図である。
【図６】窒化チタン薄膜の結晶配向についてその基体バイアス電力依存性を示すＸ線回折パターンのグラフである。
【図７】本発明で使用するプラズマＣＶＤ装置の別の例の要部構成図である。
【図８】接地結合機構の変更例を示す構成図である。
【図９】コンデンサの容量とプラズマ発生電極の直流バイアス電圧との関係を示すグラフである。
【図１０】接地結合機構の別の変更例を示す構成図である。
【図１１】プラズマ発生電極の変更例を示す斜視図である。
【図１２】プラズマ発生電極の別の変更例を示す斜視図である。
【図１３】窒化チタン薄膜の回折強度比の高周波バイアス電力依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  ガス導入機構
２０  処理室
２１  基体
２５  基体ホルダー
３０  排気機構
５０  電力供給源
５２  高周波電源
６１  プラズマ発生電極
６２、６３  導入端子
８０  接地結合機構
８１  コンデンサ
９０  バイアス電力供給源
９２  バイアス用高周波電源
【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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