成膜方法及び成膜装置
【課題】反応律速領域で成膜反応を起こさせることによって，アスペクト比が大きなコンタクトホールであっても，より薄くてカバレッジの良好なチタン膜を成膜し，コンタクトホールの抵抗を低減する。
【解決手段】 基板Ｗを載置するサセプタ１１２と，処理ガスを処理室１１１内に供給するシャワーヘッド１２０と，プラズマを生成するための高周波を所定のパワーでシャワーヘッドに供給する高周波電源１４３と，処理室内を排気して所定の圧力に減圧する排気装置１５２と，チタン膜の成膜処理に適用しようとする成膜ガスの流量が，成膜処理の反応律速領域に入るように，還元ガスの流量，処理室内の圧力，高周波パワーのいずれかを変えることによって，前記反応律速領域を制御する制御部１９０とを設けた。
【解決手段】 基板Ｗを載置するサセプタ１１２と，処理ガスを処理室１１１内に供給するシャワーヘッド１２０と，プラズマを生成するための高周波を所定のパワーでシャワーヘッドに供給する高周波電源１４３と，処理室内を排気して所定の圧力に減圧する排気装置１５２と，チタン膜の成膜処理に適用しようとする成膜ガスの流量が，成膜処理の反応律速領域に入るように，還元ガスの流量，処理室内の圧力，高周波パワーのいずれかを変えることによって，前記反応律速領域を制御する制御部１９０とを設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，半導体ウエハ，ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）基板，液晶基板，太陽電池用基板などの被処理基板上に所定の膜を成膜する成膜方法及び成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＯＳトランジスタなどの半導体デバイスでは，配線層と基板，配線層と配線層などの接続構造を有する。具体的には例えば図１７に示すように，Ｓｉ基板（Ｓｉウエハ）のｐ／ｎ不純物拡散層（拡散層）１０と第１配線との間にはコンタクトホール２０が形成され，第１配線と第２配線との間にはビアホール３０が形成される。このようなコンタクトホール２０およびビアホール３０には，タングステンや銅などの金属が埋め込まれ，Ｓｉ基板や配線層が電気的に接続される。近年では，この金属の埋め込みに先立って，コンタクトホール２０およびビアホール３０にＴｉ／ＴｉＮ積層膜などのバリア層を成膜し，バリア層２２，３２が形成される。
【０００３】
従来，このようなＴｉ膜やＴｉＮ膜の形成には，物理的蒸着（ＰＶＤ）法が用いられてきた。ところが，半導体デバイスの微細化および高集積化が進んだ今日においては，コンタクトホールやビアホールのアスペクト比（口径と深さの比）が極めて大きくなっている。このため，バリア層の形成にはステップカバレッジのよい化学的蒸着（ＣＶＤ）法が多く採用されている。
【０００４】
ところで，拡散層１０とコンタクトホール２０内の金属とのコンタクト抵抗を下げるためには，例えばバリア層２２と拡散層１０との間にＴｉＳｉｘ膜（チタンシリサイド膜）などの合金層１２を介在させて，バリア層２２と拡散層１０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。
【０００５】
このようなＴｉＳｉｘ膜の形成には例えばプラズマＣＶＤ法を用いることができる。この方法では，原料ガスとしてＴｉＣｌ４を用いるとともに，還元ガスとしてＨ２ガス等を用いて，温度６５０℃程度でＴｉ膜を成膜し，同時にその一部をＳｉ基板と反応させ自己整合的に合金層１２を形成する（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−０４９１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで，従来は上述したようなＴｉ膜を成膜する場合には，特許文献１のように成膜レートを高めて成膜効率を上げるために，還元ガスに対する成膜ガスの流量比を少なくしていたため（特許文献１では流量比０．０１程度），Ｔｉ膜の成膜反応はＴｉＣｌ４ガスが供給されると，それとともに反応が進行する供給律速領域で成膜反応が起こっていた。
【０００８】
すなわち，供給律速領域では成膜ガスの流量比を上げるほど成膜レートも大きくなる。これに対して，一般的に反応律速領域では，成膜反応が温度に律速されるため，供給した成膜ガスがすべて反応することはなく，成膜効率は著しく低下する。
【０００９】
しかしながら，従来のような供給律速領域での成膜反応は，基板表面付近で成膜反応が起こり，そこで成膜ガスが消費されるので，コンタクトホールのホール径が小さく，アスペクト比が大きくなるほど，底部までなかなか届き難くなる。特に近年ではコンタクトホールやビアホールのアスペクト比（口径と深さの比）が益々大きくなっているので，そのようなコンタクトホールの底部の膜厚は基板表面の膜厚に比して薄くなってしまい，カバレッジが悪化するという問題がある。
【００１０】
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，反応律速領域で成膜反応を起こさせることによって，アスペクト比が大きなコンタクトホールであっても，より薄くてカバレッジの良好なチタン膜を成膜することができ，コンタクトホール底部の抵抗を低減できる成膜方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，処理室内にチタン含有成膜ガスと還元ガスを含む処理ガスを供給してプラズマを生成することによって，被処理基板上にチタン膜を成膜する方法であって，前記チタン膜の成膜処理に適用しようとする前記成膜ガスの流量が，前記成膜処理の反応律速領域に入るように，前記還元ガスの流量，前記処理室内の圧力，前記プラズマを生成するために電極に印加する高周波パワーのいずれかを変えることによって，前記反応律速領域を制御することを特徴とする成膜方法が提供される。
【００１２】
この場合，上記還元ガス流量を増加することによって，前記成膜処理の反応律速領域の境界となる前記原料ガスの流量が大きくなるように制御するようにしてもよい。また，上記処理室内圧力を増加することによって，前記成膜処理の反応律速領域の境界となる前記原料ガスの流量が大きくなるように制御するようにしてもよい。さらに，上記高周波パワーを増加することによって，前記成膜処理の反応律速領域の境界となる前記原料ガスの流量が大きくなるように制御してもよい。
【００１３】
また，上記成膜ガスの流量は，前記還元ガス流量に対する前記成膜ガスの流量比が１３ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ以上５５ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ以下となる範囲で設定することが好ましい。また，上記成膜ガスの流量は，前記還元ガス流量に対する前記成膜ガスの流量比が１３ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ以上４５．６ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ以下となる範囲で設定してもよく，還元ガス流量に対する前記成膜ガスの流量比が４５．６ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ以上５５ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ以下となる範囲で設定してもよい。
【００１４】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，処理室内にチタン含有成膜ガスと還元ガスを含む処理ガスを供給してプラズマを生成することによって，被処理基板上にチタン膜を成膜する方法であって，前記成膜ガスの流量，前記還元ガスの流量，前記処理室内の圧力，前記プラズマを生成するために電極に印加する高周波パワーを含む前記成膜処理の処理条件によって決定された前記成膜処理の反応律速領域で前記成膜ガスと還元ガスとを反応させることによって，前記被処理基板上にチタン膜を形成することを特徴とする成膜方法が提供される。
【００１５】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，処理室内にチタン含有成膜ガスと還元ガスを含む処理ガスを供給してプラズマを生成することによって，コンタクトホールが形成された被処理基板上にチタン膜を成膜する成膜装置であって，前記被処理基板を載置するサセプタと，前記処理ガスを処理室内に供給するシャワーヘッドと，前記サセプタとの間にプラズマを生成するための高周波を所定のパワーで前記シャワーヘッドに供給する高周波電源と，前記処理室内を排気して所定の圧力に減圧する排気装置と，前記チタン膜の成膜処理に適用しようとする前記成膜ガスの流量が，前記成膜処理の反応律速領域に入るように，前記還元ガスの流量，前記処理室内の圧力，前記高周波パワーのいずれかを変えることによって，前記反応律速領域を制御する制御部と，を備えることを特徴とする成膜装置が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば，反応律速領域で成膜反応を起こさせることができるので，アスペクト比が大きなコンタクトホールであっても，より薄くてカバレッジの良好なチタン膜を成膜することができ，コンタクトホールの抵抗を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態にかかる成膜装置の構成を示す断面図である。
【図２Ａ】同実施形態にかかる成膜処理を説明するための工程図である。
【図２Ｂ】同実施形態にかかる成膜処理を説明するための工程図である。
【図３】供給律速モードでアスペクトの大きいコンタクトホールにＴｉ膜を成膜した場合のカバレッジを説明するための観念図である。
【図４】反応律速モードでアスペクトの大きいコンタクトホールにＴｉ膜を成膜した場合のカバレッジを説明するための観念図である。
【図５】Ｓｉ膜上にＴｉ膜を成膜した場合におけるＴｉＣｌ４ガスの流量と成膜レートとの関係をグラフにした図である。
【図６】ＳｉＯ２膜上にＴｉ膜を成膜した場合におけるＴｉＣｌ４ガスの流量と成膜レートとの関係をグラフにした図である。
【図７】反応律速領域のＨ２ガス流量依存性を評価する実験結果を示す図である。
【図８】図７に示すＨ２ガスの流量と反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量との関係を示す図である。
【図９】反応律速領域の処理室内圧力依存性を評価する実験結果を示す図である。
【図１０】図９に示す処理室内圧力と反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量との関係を示す図である。
【図１１】反応律速領域のＲＦパワー依存性を評価する実験結果を示す図である。
【図１２】図１１に示すＲＦパワーと反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量との関係を示す図である。
【図１３】ＴｉＣｌ４ガスの流量と成膜したＴｉ膜の比抵抗との関係をグラフにした図である。
【図１４】図６に示すＨ２ガス流量３０ｓｃｃｍ，ＲＦパワー５００Ｗの場合の成膜レートのグラフと図１３に示す比抵抗のグラフを重ねた図である。
【図１５】実際にコンタクトホールにＴｉ膜を成膜した場合の実験結果を示す図である。
【図１６】図１５に示す各部（上部，側部，下部）の部分拡大図である。
【図１７】半導体デバイスの配線構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
（成膜装置）
本発明の実施形態にかかる成膜方法を実施可能な成膜装置の構成例を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成膜装置の概略構成を示す図である。ここでの成膜装置１００は，プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ：ｐｌａｓｍａ−ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって被処理基板としてのＳｉ基板Ｗ上にＴｉ膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置として構成した場合を例に挙げる。
【００２０】
図１に示すように成膜装置１００は，気密に構成された略円筒状の処理容器により構成される処理室（チャンバ）１１１を備える。処理室１１１内にはＳｉ基板Ｗを水平に支持するためのサセプタ１１２がその中央下部に設けられた円筒状の支持部材１１３により支持された状態で配置されている。このサセプタ１１２はＡｌＮ等のセラミックスからなり，その外縁部にはＳｉ基板Ｗをガイドするためのガイドリング１１４が設けられている。
【００２１】
また，サセプタ１１２にはヒータ１１５が埋め込まれており，このヒータ１１５はヒータ電源１４０から給電されることによりＳｉ基板Ｗを所定の温度に加熱する。すなわち，ヒータ１１５とヒータ電源１４０は温度調整手段を構成する。サセプタ１１２には，下部電極１１６がヒータ１１５の上に埋設されており，下部電極１１６は例えば接地されている。
【００２２】
処理室１１１の天壁１１１Ａには，絶縁部材１１９を介してシャワーヘッド１２０が設けられている。このシャワーヘッド１２０は，大別すると，上方のベース部材１２１と，このベース部材１２１の下方に取り付けられたシャワープレート１２２から構成されている。ベース部材１２１には，シャワーヘッド１２０を加熱するヒータ１２３が埋設されている。このヒータ１２３にはヒータ電源１４１が接続されている。制御部は，ヒータ電源１４１によってヒータ１２３を制御することによってシャワーヘッド１２０を所定温度に加熱制御する。
【００２３】
シャワープレート１２２には処理室１１１内にガスを吐出する多数の吐出孔１２４が形成されている。各吐出孔１２４は，ベース部材１２１とシャワープレート１２２の間に形成されるガス拡散空間１２５に連通している。ベース部材１２１の中央部には処理ガスをガス拡散空間１２５に供給するためのガス導入ポート１２６が設けられている。ガス導入ポート１２６は，後述するガス供給手段１３０の混合ガス供給ライン１３８に接続されている。
【００２４】
ガス供給手段１３０は，Ｔｉ化合物ガスであるＴｉＣｌ４ガスを供給するＴｉＣｌ４ガス供給源１３１，Ａｒガスを供給するＡｒガス供給源１３２，還元ガスであるＨ２ガスを供給するＨ２ガス供給源１３３を有している。
【００２５】
そして，ＴｉＣｌ４ガス供給源１３１にはＴｉＣｌ４ガス供給ライン１３１Ｌが接続されており，Ａｒガス供給源１３２にはＡｒガス供給ライン１３２Ｌが接続されており，Ｈ２ガス供給源１３３にはＨ２ガス供給ライン１３３Ｌが接続されている。各ガスライン１３１Ｌ〜１３３Ｌにはそれぞれマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１３１Ｃ〜１３３Ｃおよびこのマスフローコントローラ１３１Ｃ〜１３３Ｃを挟んで２つのバルブ１３１Ｖ〜１３３Ｖが設けられている。
【００２６】
ガス混合部１３７は，上記のプロセスガスを混合してシャワーヘッド１２０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，各ガスライン１３１Ｌ〜１３３Ｌを介してプロセスガス供給源１３１〜１３３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１３８を介してシャワーヘッド１２０が接続されている。
【００２７】
プロセス時には，ＴｉＣｌ４ガス，Ａｒガス，Ｈ２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１２０のガス導入ポート１２６とガス拡散空間１２５を経由して，複数の吐出孔１２４から処理室１１１内に導入される。
【００２８】
このように本実施形態にかかるシャワーヘッド１２０は，プロセスガスを予め混合して処理室１１１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，各プロセスガスを独立して処理室１１１内に供給するポストミックスタイプで構成されるようにしてもよい。
【００２９】
シャワーヘッド１２０には，整合器１４２を介して高周波（ＲＦ）電源１４３が接続されており，成膜の際にこの高周波電源１４３からシャワーヘッド１２０に例えば４５０ｋＨｚの高周波（ＲＦ）を供給することにより，シャワーヘッド１２０および下部電極１１６の間に高周波電界が生じ，処理室１１１内に供給されたプロセスガスがプラズマ化し，Ｔｉ膜が形成される。
【００３０】
処理室１１１の底壁１１１Ｂの中央部には円形の穴１１７が形成されており，底壁１１１Ｂにはこの穴１１７を覆うように下方に向けて突出する排気室１５０が設けられている。排気室１５０の側面には排気管１５１が接続されており，この排気管１５１には排気装置１５２が接続されている。そしてこの排気装置１５２によって処理室１１１内を所定の真空圧力まで減圧できる。
【００３１】
サセプタ１１２には，Ｓｉ基板Ｗを支持して昇降させるための複数（例えば３本）の支持ピン（リフトピン）１６０がサセプタ１１２の表面に対して突没可能に設けられ，これら支持ピン１６０は支持板１６１に固定されている。そして，支持ピン１６０は，エアシリンダ等の駆動機構１６２により支持板１６１を介して昇降される。処理室１１１の側壁１１１Ｃには，Ｓｉ基板Ｗの搬入出を行うための搬入出口１１８と，この搬入出口１１８を開閉するゲートバルブＧが設けられている。
【００３２】
これら支持ピン１６０はＳｉ基板Ｗを処理室１１１に搬出入するときに昇降させる。具体的には，Ｓｉ基板Ｗを処理室１１１内に搬入するときは，支持ピン１６０を上昇させる。そして，図示しない搬送アームによってＳｉ基板Ｗを搬入出口１１８から搬入して支持ピン１６０に載せる。次いで支持ピン１６０を下降してＳｉ基板Ｗをサセプタ１１２上に載置する。また，Ｓｉ基板Ｗを処理室１１１から搬出するときは，支持ピン１６０を上昇させてＳｉ基板Ｗを持ち上げる。そして，図示しない搬送アームによってＳｉ基板Ｗを受け取り，搬入出口１１８から搬出する。
【００３３】
成膜装置１００には，制御部（全体制御装置）１９０が接続されており，この制御部１９０によって成膜装置１００の各部が制御されるようになっている。また，制御部１９０には，オペレータが成膜装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや，成膜装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなる操作部１９２が接続されている。
【００３４】
さらに，制御部１９０には，成膜装置１００で実行される各種処理（Ｓｉ基板Ｗに対する成膜処理など）を制御部１９０の制御にて実現するためのプログラムやプログラムを実行するために必要な処理条件（レシピ）などが記憶された記憶部１９４が接続されている。
【００３５】
記憶部１９４には，例えば複数の処理条件（レシピ）で用いるデータが記憶されている。このうち処理条件については，成膜装置１００の各部を制御する制御パラメータ，設定パラメータなどの複数のパラメータ値をまとめたものである。各処理条件は例えば成膜ガス，還元ガス等の流量比，処理室１１１内の圧力，高周波パワーなどのパラメータ値を有する。
【００３６】
なお，これらのプログラムや処理条件はハードディスクや半導体メモリに記憶されていてもよく，またＣＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で記憶部１９４の所定位置にセットするようになっていてもよい。
【００３７】
制御部１９０は，操作部１９２からの指示等に基づいて所望のプログラム，処理条件を記憶部１９４から読み出して各部を制御することで，成膜装置１００での所望の処理を実行する。また，操作部１９２からの操作により処理条件を編集できるようになっている。
【００３８】
（成膜処理）
次に，このような本実施形態にかかる成膜装置１００により実行される成膜処理について説明する。図２Ａ，図２Ｂは，本実施形態にかかる成膜処理を説明するための工程図である。成膜装置１００は，例えば図２Ａに示すような膜構造を有するＳｉ基板２００に対して処理を行う。Ｓｉ基板２００は，Ｓｉ基材２０２上にＳｉＯ２膜などの層間絶縁膜２０４を形成し，エッチングによりコンタクトホール２０５を形成し，コンタクトホール２０５の底部にＳｉ表面２０３を露出させたものである。
【００３９】
ここでは，図２Ａに示すような層間絶縁膜２０４上及びコンタクトホール２０５内にＴｉ膜を形成するとともに，コンタクトホール２０５の底部のＳｉ表面２０３上にＴｉＳｉｘ膜（Ｔｉシリサイド膜）を形成する場合を例に挙げる。本実施形態にかかる成膜装置１００は，図２Ａに示すようなＳｉ基板２００を搬入してＴｉ膜の成膜処理を実行する。
【００４０】
先ず，処理室１１１内にＳｉ基板２００が搬入されてサセプタ１１２上に載置されると，ゲートバルブＧが閉じられ，ヒータ１１５，１２３によってサセプタ１１２とシャワーヘッド１２０が所定の温度に加熱される。そして，処理室１１１内を排気装置１５２によって所定の真空圧力に減圧する。
【００４１】
この状態で図２Ａに示すように，ＴｉＣｌ４ガスなどのＴｉ含有成膜ガスと，Ｈ２ガスなどの還元ガスを供給して，高周波電源１４３によりシャワーヘッド１２０に所定の高周波を所定のパワーで供給してプラズマを生成する。これにより成膜ガスと還元ガスとを反応させて，Ｓｉ基板２００上にＴｉ膜を形成する。こうして，図２Ｂに示すように，Ｓｉ表面２０３および層間絶縁膜２０４の表面にはＴｉ膜２０６が成膜される，一方，Ｓｉ表面２０３の表面すなわちコンタクトホール２０５の底部では，堆積したＴｉが下地のＳｉ表面２０３のＳｉと珪化反応（シリサイド化）して，自己整合的にＴｉＳｉｘ膜２０７が形成される。
【００４２】
ところで，このようにプラズマを生成してＴｉ膜を生成する場合に，還元ガス（ここではＨ２ガス）を過剰に導入すると，還元ガスに対するＴｉＣｌ４ガスの流量比が低下する。このため，Ｔｉ膜の成膜反応はＴｉＣｌ４ガスが供給されると，それとともに反応が進行する所謂供給律速モード（ｔｒａｎｓｆｅｒ ｌｉｍｉｔｅｄ ｍｏｄｅ）での反応が主となる。
【００４３】
供給律速モードでの成膜反応は，基板表面付近で成膜反応が起こり，そこでＴｉＣｌ４ガスが消費されるので，コンタクトホール２０５のホール径が小さく，アスペクト比が大きくなるほど，底部までなかなか届き難くなる。このため，図３に示すようにコンタクトホール２０５のホール径が小さく，アスペクト比が大きい場合には，コンタクトホール２０５の底部の膜厚は基板表面の膜厚に比して薄くなってしまい，カバレッジが悪化するという問題がある。
【００４４】
このため，本発明者らは，Ｈ２ガスを減少させるとともにＴｉＣｌ４ガスの流量を増大させて，Ｈ２ガスに対するＴｉＣｌ４ガスの流量比を増大してみたところ，Ｔｉ膜は図４に示すように，コンタクトホール２０５の底部の膜厚は基板表面の膜厚とほぼ同様になり，カバレッジが改善した。
【００４５】
これは，ＴｉＣｌ４ガスの流量比を増大させることで，Ｔｉ膜の成膜反応はＴｉＣｌ４ガスの供給よりも成膜反応の方が進行する所謂反応律速モード（ｒｅａｃｔｉｏｎ ｌｉｍｉｔｅｄ ｍｏｄｅ）での反応が主となっているからと考えられる。
【００４６】
この場合，もし供給律速モードから反応律速モードに切り替わる境界のＴｉＣｌ４ガスの流量比が分かれば，ＴｉＣｌ４ガスの流量をその境界の流量以上にすることで常にカバレッジのよい反応律速モードで成膜反応を起こさせることができる。そこで，供給律速モードから反応律速モードに切り替わる境界のＴｉＣｌ４ガスの流量比を求める実験を行った。
【００４７】
先ず，Ｓｉ膜を表面全体に形成したベア基板のＳｉ膜上にＴｉ膜を成膜する実験を行った結果について説明する。Ｓｉ膜のベア基板を用いたのは，コンタクトホール２０５の底部のＳｉ表面２０３上での成膜反応を評価するためである。この実験では，処理ガスとしては，還元ガスであるＨ２ガスの流量を１００ｓｃｃｍに固定し，ＴｉＣｌ４ガスの流量を１２ｓｃｃｍ〜８０ｓｃｃｍの間で変化させてＴｉ膜の成膜処理を行って成膜レートを求めた。
【００４８】
図５にこの実験の結果を示す。図５は縦軸に成膜レートをとり，横軸にＴｉＣｌ４ガスの流量をとって，Ｓｉ膜上にＴｉ膜を成膜した場合におけるＴｉＣｌ４ガスの流量と成膜レートとの関係をグラフにしたものである。なお，この実験による他の処理条件は，下部電極１１６の温度を５５０℃，シャワーヘッド１２０の温度を４２０℃，処理室１１１内の圧力を６６６Ｐａとし，ＴｉＣｌ４ガスとＨ２ガスの他に２０００ｓｃｃｍのＡｒガスを供給し，シャワーヘッド１２０に４５０ｋＨｚの高周波（ＲＦ）を８００Ｗのパワーで供給してプラズマを生成して，３０秒間成膜処理を行った。
【００４９】
図５に示す実験結果によれば，供給律速モードから反応律速モードに切り替わる境界のＴｉＣｌ４ガスの流量は，２５．３ｓｃｃｍであることが分かる。すなわち，ＴｉＣｌ４ガスの流量比が境界流量２５．３ｓｃｃｍ以下の領域は供給律速モードによる反応領域である供給律速領域となる。そして，ＴｉＣｌ４ガスの流量が境界流量２５．３ｓｃｃｍ以上の領域は反応律速モードによる反応領域である反応律速領域となる。この反応律速領域の境界流量をＨ２ガスに対するＴｉＣｌ４ガスの流量比（ＴｉＣｌ４ガスの流量／Ｈ２ガスの流量）で表すと，２５．３ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍとなる。
【００５０】
供給律速領域では，Ｔｉ膜の成膜レートはＴｉＣｌ４ガスの流量を大きくするほど増大し，境界流量２５．３ｓｃｃｍで成膜レートが最大となる。一方，反応律速領域では，Ｔｉ膜の成膜レートはＴｉＣｌ４ガスの流量を大きくするほど減少する。さらにＴｉＣｌ４ガスの流量を大きくすると，減少が緩やかになる。これによれば，ＴｉＣｌ４ガスの流量が過剰になると飽和傾向になることが分かる。
【００５１】
次に，ＳｉＯ２膜を表面全体に形成したベア基板のＳｉＯ２膜上にＴｉ膜を成膜する実験を行った結果について説明する。ＳｉＯ２膜のベア基板を用いたのは，基板表面及びコンタクトホール２０５の開口部表面や内壁部表面を構成する層間絶縁膜２０４上での成膜反応を評価するためである。ここでは，Ｓｉ膜のベア基板を用いたときと同様の処理条件でＴｉ膜を成膜した。
【００５２】
図６にこの実験の結果を示す。図６は縦軸に成膜レートをとり，横軸にＴｉＣｌ４ガスの流量をとって，ＳｉＯ２膜上にＴｉ膜を成膜した場合におけるＴｉＣｌ４ガスの流量と成膜レートとの関係をグラフにしたものである。なお，図６のグラフには，図５に示すグラフを重ねて示している。
【００５３】
図６における点線グラフは，Ｓｉ膜上のＴｉ膜の成膜結果より予測されるＳｉＯ２膜上のＴｉ膜の成膜結果を示したものである。通常のプラズマＣＶＤによるＴｉ膜の成膜では，成膜温度によってＳｉ膜上とＳｉＯ２膜上との成膜レートに一定の変化があることが知られている。基板温度が高温になると，Ｓｉ膜上ではＴｉ膜成膜時にＨ２ガスによるＴｉの還元反応と同時に基板のＳｉによるＴｉの還元反応も起こるため，Ｓｉ膜上の成膜レートはＳｉＯ２膜上の成膜レートよりも大きくなる。
【００５４】
また，Ｓｉ膜上では，基板のＳｉによるＴｉの還元反応と同時に，そのＳｉとＴｉのシリサイド化反応も並行して進行するが，これらの反応速度は基板温度によって決定されるため，基板温度が一定であれば成膜速度比も一定となる。このため，ＳｉＯ２膜上の成膜レートのグラフは，Ｓｉ膜上の成膜レートのグラフから予測できる。本実験では，ＳｉＯ２膜上の成膜レートの予測値をＳｉ膜上の成膜レートの実測値の２／３倍として計算し，図６にＳｉＯ２膜上の成膜レートの予測グラフ（点線グラフ）として示している。
【００５５】
図６に示す実験結果によれば，ＳｉＯ２膜上においてもＳｉ膜上と同様に，供給律速モードから反応律速モードに切り替わる境界のＴｉＣｌ４ガスの流量は，２５．３ｓｃｃｍであることが分かる。すなわち，ＴｉＣｌ４ガスの流量が境界流量２５．３ｓｃｃｍ以下の領域は供給律速モードによる反応領域である供給律速領域となる。そして，ＴｉＣｌ４ガスの流量が境界流量２５．３ｓｃｃｍ以上の領域は反応律速モードによる反応領域である反応律速領域となる。
【００５６】
また，ＳｉＯ２膜上においてもＳｉ膜上と同様に，供給律速領域では，Ｔｉ膜の成膜レートはＴｉＣｌ４ガスの流量を大きくするほど増大し，境界流量２５．３ｓｃｃｍで成膜レートが最大となる。一方，反応律速領域では，Ｔｉ膜の成膜レートはＴｉＣｌ４ガスの流量を大きくするほど減少する。さらにＴｉＣｌ４ガスの流量を大きくすると，減少が緩やかになる。これによれば，ＳｉＯ２膜上においてもＴｉＣｌ４ガスの流量が過剰になると飽和傾向になることが分かる。
【００５７】
ところが，ＳｉＯ２膜上の成膜レートの実測グラフは，ＴｉＣｌ４ガスの流量が１２〜４０ｓｃｃｍの領域では予測グラフとほぼ一致するのに対して，ＴｉＣｌ４ガスの流量が４０ｓｃｃｍを超える領域，すなわち飽和傾向にある領域では，実測グラフの方が予測グラフよりも低くなっていることが分かる。
【００５８】
これは，ＴｉＣｌ４ガスの流量の増加に伴って，Ｔｉ膜の成膜反応とともにＴｉ膜のエッチング反応が同時に起こっているからであると考えられる。図６の実験によれば，ＴｉＣｌ４ガスの流量が境界流量４５．６ｓｃｃｍ以上の領域で，エッチング反応が成膜反応と同時に起こっていることになる。このエッチング反応ありの境界流量をＨ２ガスに対するＴｉＣｌ４ガスの流量比（ＴｉＣｌ４ガスの流量／Ｈ２ガスの流量）で表すと，４５．６ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍとなる。
【００５９】
以下，このような成膜反応とエッチング反応について，ＳｉＯ２膜上の反応とＳｉ膜上の反応と比較しながら，より詳細に説明する。ＳｉＯ２膜上のＴｉ膜成膜では，気相中でプラズマのアシストによって分解されたＴｉＣｌ４ガスが基板表面で還元ガスであるＨ２ガスやＨラジカルと熱エネルギにより反応してＴｉ膜が成膜される。ところが，成膜されたＴｉ膜はＴｉＣｌ４ガスが分解して発生したＣｌガスやＣｌラジカルによって，Ｃｌ＋Ｔｉ→ＴｉＣｌｘの反応が起こるため，成膜と同時にエッチング反応も起こっていると考えられる。
【００６０】
これに対して，Ｓｉ膜上のＴｉ膜成膜では，分解されたＴｉＣｌｘガスが基板表面でＨ２ガスやＨラジカルの還元ガス，熱エネルギによってＳｉと反応し，Ｔｉシリサイド（ＴｉＳｉｘ）を形成する。このシリサイド化反応によって形成されたＴｉシリサイドは，Ｔｉ原子とＳｉ原子とが強固に結合しているため，ＴｉＣｌ４ガスが分解して発生したＣｌガスやＣｌラジカルとは反応できず，エッチング反応は起こらない。
【００６１】
こうして，図６に示すＴｉＣｌ４ガスの流量が境界流量４５．６ｓｃｃｍ以上の領域では，ＴｉＣｌ４ガスの流量の増加に伴って気相中にＴｉＣｌ４ガスが分解して発生したＣｌガスやＣｌラジカルの濃度が高くなり，積極的にエッチング反応が起こった結果として，ＳｉＯ２膜上の成膜レートの実測グラフは，予測グラフよりも低くなったものと考えられる。
【００６２】
なお，上述のようにＴｉＣｌ４ガスの流量を大きくすると，ＳｉＯ２膜上では成膜反応と同時にエッチング反応が起こるのに対して，Ｓｉ膜上ではエッチング反応は起こらないため，ＴｉＣｌ４ガスの流量を大きくしても，Ｓｉ膜上はエッチングによるダメージを受けないことが分かる。
【００６３】
以上によれば，図６に示す反応律速領域にＴｉＣｌ４ガスの流量が入るようにすることで，ホール径が小さく，アスペクトの大きなコンタクトホール２０５であっても，Ｔｉ膜のカバレッジを大幅に改善できることが分かる。
【００６４】
すなわち，反応律速領域では，基板温度が反応の律速過程となるので，基板表面近傍でＴｉＣｌ４ガスが消費されてコンタクトホール２０５内でのＴｉＣｌ４ガスの流量が減少しても成膜レートが変化しない。このため，コンタクトホール２０５内に供給律速領域の場合よりも良好なカバレッジのＴｉ膜を形成することができ，しかもコンタクトホール２０５の底部のＳｉ表面２０３上には供給律速領域の場合よりも厚いＴｉ膜を成膜することができる。
【００６５】
さらに，図６に示す反応律速領域のうちエッチング反応ありの領域にＴｉＣｌ４ガスの流量が入るようにすることで，コンタクトホール２０５の底部のＳｉ表面２０３上にさらに厚いＴｉ膜を成膜することができる。すなわち，エッチング反応ありの領域では，基板表面を構成するＳｉＯ２膜などの層間絶縁膜２０４上では成膜反応とエッチング反応とが同時に起こるのに対して，コンタクトホール２０５の底部のＳｉ表面２０３上ではエッチング反応が起こらない。このため，相対的に基板表面に形成されるＴｉ膜よりも，コンタクトホール２０５の底部のＳｉ表面２０３に形成されるＴｉ膜の方を厚くすることができる。
【００６６】
ところで，上述したＴｉ膜成膜反応における供給律速領域と反応律速領域との境界のＴｉＣｌ４ガスの流量は，ＴｉＣｌ４ガスの流量以外の処理条件を変えることで調整できる。これによれば，Ｔｉ膜成膜反応の反応律速領域をＴｉＣｌ４ガスの流量以外の処理条件によって制御することができる。
【００６７】
具体的にはＨ２ガスなどの還元ガスの流量，処理室１１１内の圧力，高周波電源１４３のＲＦパワーによって反応律速領域を制御できるので，その実験結果について以下に説明する。なお，図６でも説明したように，供給律速領域と反応律速領域の境界はＳｉ膜上にＴｉ膜を成膜する場合も，ＳｉＯ２膜上にＴｉ膜を成膜する場合と同様であるため，以下の実験ではＳｉＯ２膜のベア基板を用いて，ＳｉＯ２膜上にＴｉ膜を成膜した。
【００６８】
（反応律速領域のＨ２ガス流量依存性）
先ず，反応律速領域のＨ２ガス流量依存性を評価する実験を行った結果について説明する。この実験では，Ｈ２ガスの流量を３０ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍの間で変化させて，それぞれのＨ２ガスの流量で図６の場合と同様にベア基板のＳｉＯ２膜上にＴｉ膜の成膜処理を行って成膜レートを求めた。なお，他の処理条件は図５に示す実験のときと同様である。
【００６９】
図７，図８にこの実験結果を示す。図７は，縦軸に成膜レートをとり，横軸にＴｉＣｌ４ガスの流量をとって，Ｈ２ガスの流量を３０ｓｃｃｍ，４０ｓｃｃｍ，５０ｓｃｃｍ，１００ｓｃｃｍにしたときの成膜レートのグラフをそれぞれ重ねて示したものである。図８は，縦軸に反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量をとり，横軸にＨ２ガスの流量をとって，これらの関係をまとめたものである。図８の反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量は，図７において成膜レートがピークのときのＴｉＣｌ４ガスの流量である。
【００７０】
図７，図８の実験結果によれば，Ｈ２ガスの流量の増加に伴って，反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量も比較的大きく増加する傾向があることが分かる。これによれば，Ｈ２ガスの流量を増加することによって，反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量が増加するように制御できる。
【００７１】
（反応律速領域の処理室内圧力依存性）
次に，反応律速領域の処理室内圧力依存性を評価する実験を行った結果について説明する。この実験では，ＲＦパワー１０００Ｗのときに処理室１１１内の圧力を４００Ｐａ，５００Ｐａ，６６６Ｐａに変化させて，それぞれの圧力でＴｉＣｌ４ガスの流量を１２ｓｃｃｍ〜８０ｓｃｃｍの間で変化させて図６の場合と同様にベア基板のＳｉＯ２膜上にＴｉ膜の成膜処理を行って成膜レートを求めた。また，ＲＦパワー８００Ｗのときに処理室１１１内の圧力を５００Ｐａ，６６６Ｐａに変化させて上記と同様の成膜処理を行って成膜レートを求めた。なお，他の処理条件は図５に示す実験のときと同様である。
【００７２】
図９，図１０にこの実験結果を示す。図９は，縦軸に成膜レートをとり，横軸にＴｉＣｌ４ガスの流量をとって，各成膜処理での成膜レートのグラフを重ねて示したものである。図１０は，縦軸に反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量をとり，横軸に処理室内圧力をとって，これらの関係をまとめたものである。図１０の反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量は，図９において成膜レートがピークのときのＴｉＣｌ４ガスの流量である。
【００７３】
図９，図１０の実験結果によれば，処理室内圧力の増加に伴って，反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量も僅かではあるが増加する傾向があることが分かる。これによれば，処理室内圧力を増加することによっても，反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量が増加するように制御できる。
【００７４】
（反応律速領域のＲＦパワー依存性）
次に，反応律速領域のＲＦパワー依存性の評価する実験を行った結果について説明する。
この実験では，Ｈ２ガスの流量を１００ｓｃｃｍに固定して，高周波電源１４３のＲＦパワーを５００Ｗ，８００Ｗ，１０００Ｗ，１２００Ｗに変化させて図６の場合と同様にベア基板のＳｉＯ２膜上にＴｉ膜の成膜処理を行って成膜レートを求めた。また，Ｈ２ガスを３０ｓｃｃｍに固定して，ＲＦパワーを５００Ｗ，８００Ｗに変化させて上記の場合と同様にベア基板のＳｉＯ２膜上にＴｉ膜の成膜処理を行って成膜レートを求めた。なお，他の処理条件は図５に示す実験のときと同様である。
【００７５】
図１１，図１２にこの実験結果を示す。図１１は，縦軸に成膜レートをとり，横軸にＴｉＣｌ４ガスの流量をとって，各成膜処理での成膜レートのグラフを重ねて示したものである。図１２は，縦軸に反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量をとり，横軸にＲＦパワーをとって，これらの関係をまとめたものである。図１２の反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量は，図１１において成膜レートがピークのときのＴｉＣｌ４ガスの流量である。
【００７６】
図１１，図１２の実験結果によれば，Ｈ２ガスの流量が大きい場合（１００ｓｃｃｍ）のみならず，Ｈ２ガスの流量が小さい場合（３０ｓｃｃｍ）でも，ＲＦパワーの増加に伴って，反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量も比較的大きく増加する傾向があることが分かる。これによれば，ＲＦパワーを増加することによっても，反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量が増加するように制御できる。
【００７７】
このように，ＴｉＣｌ４ガスの流量以外の処理条件例えばＨ２ガスの流量，処理室内圧力，ＲＦパワーによってＴｉ膜成膜反応の反応律速領域を制御することができる。さらにこれらの処理条件によって図６に示すエッチング反応ありの領域も制御できる。
【００７８】
そこで，本実施形態にかかるＴｉ膜の成膜処理では，この成膜処理に適用しようとするＴｉＣｌ４ガスの流量が反応律速領域やエッチング反応ありの領域に入るように，ＴｉＣｌ４ガスの流量以外の処理条件を変えることによって反応律速領域やエッチング反応ありの領域を制御する。これにより，常に反応律速領域で成膜処理を行うことができるので，アスペクト比の大きなコンタクトホールが形成されていても，常にカバレッジのよいＴｉ膜を形成することができる。
【００７９】
ところで，反応律速領域やエッチング反応ありの領域で成膜処理を行うためには，単にＴｉＣｌ４ガスの流量を増加すればよいとも考えられる。ところが，ＴｉＣｌ４ガスの流量が多すぎると，成膜したＴｉ膜の比抵抗が上昇してしまうという問題があることが分かった。このため，比抵抗が上昇しない範囲でＴｉＣｌ４ガスの流量を増加させる必要がある。
【００８０】
ここで，ＴｉＣｌ４ガスの流量と成膜したＴｉ膜の比抵抗との関係についての実験を行った結果を図１３に示す。この実験では，処理室内圧力を５００Ｐａ，ＲＦパワーを１０００Ｗとし，それ以外の処理条件は図５の場合と同様にして，ベア基板のＳｉ膜上にＴｉ膜の成膜処理を行い，それによって形成されたＴｉ膜の比抵抗を測定した。
【００８１】
図１３は縦軸に比抵抗をとり，横軸にＴｉＣｌ４ガスの流量をとって，ＴｉＣｌ４ガスの流量と成膜したＴｉ膜の比抵抗との関係をグラフにしたものである。これによれば，ＴｉＣｌ４ガスの流量が５５ｓｃｃｍを超えたところで，比抵抗が上昇し始める。
【００８２】
以上の実験結果を踏まえて，Ｔｉ膜成膜処理において，最も適切なＴｉＣｌ４ガスの流量の実用範囲について図面を参照しながら説明する。図１４は，上述した実験のうち反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量が最も小さかった１３ｓｃｃｍとなる成膜レートのグラフ（図１１）と，比抵抗のグラフ（図１３）とを重ねて表したものである。
【００８３】
これによれば，ＴｉＣｌ４ガスの流量の実用範囲は，流量比（ＴｉＣｌ４ガスの流量／Ｈ２ガスの流量）で表すと，１３ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ〜５５ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍの範囲で定めることによって，カバレッジのよいＴｉ膜を成膜することができる。また，コンタクトホール２０５の底部を厚くしたい場合はエッチング反応ありの領域である４５．６ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ〜５５ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍの範囲で定めることが好ましく，エッチング反応を進行させたくない場合は，１３ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ〜４５．６ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍの範囲で定めることが好ましい。
【００８４】
次に，実際にコンタクトホールにＴｉ膜を成膜した場合の実験結果を図１５，図１６に示す。図１５は，図６に示す場合においてＴｉＣｌ４ガスの流量を１２ｓｃｃｍとして供給律速領域で成膜した場合と，ＴｉＣｌ４ガスの流量を４０ｓｃｃｍとして反応律速領域かつエッチングありの領域で成膜した場合についてコンタクトホール全体を示す図である。図１６は，図１５に示すコンタクトホールの上部（Ｔｏｐ），側部（Ｓｉｄｅ），底部（Ｂｏｔｔｏｍ）の拡大図である。下記表１は，図１５，図１６に示す各部の膜厚とカバレッジをまとめたものである。
【００８５】
【表１】
【００８６】
表１によれば，図６に示す反応律速領域の場合（ここではさらにエッチングありの領域でもある）には，コンタクトホールの底部の厚みが供給律速領域の場合に比して，６９％から２０７．３％と大幅に改善されていることが分かる。
【００８７】
また，コンタクトホールの側壁への成膜も，供給律速領域の場合は上部から下部にかけて膜厚が減少している。これに対して，反応律速領域の場合は上部から下部にかけて膜厚がほぼ一定となっており，供給律速領域の場合に比してカバレッジが改善されている。これによれば，コンタクトホール内では上部から下部にかけてほぼ同等の成膜レートで成膜できていることが分かる。
【００８８】
さらに，基板表面の膜厚についても，反応律速領域の場合は，供給律速領域の場合に比して１２．４ｎｍから５．１ｎｍと薄くなっている。これによれば，基板表面でのエッチング反応が進行していることが分かる。この基板表面の厚みを薄くすることができることによって，コンタクトホール側壁へのカバレッジも大幅に改善することができる。
【００８９】
これにより，このＴｉ膜成膜処理の後に実行されるバリア膜（例えばＴｉＮ膜）やコンタクトプラグ用膜（例えばタングステン膜）をカバレッジよく形成することができる。さらに，コンタクトホール側壁にも十分な厚さのＴｉ膜が形成されるので，バリア膜を形成せずにＴｉ膜上に直接コンタクトプラグ用膜を形成することも可能となり，ひいてはスループットを向上することができ，製造コストも低下することができる。
【００９０】
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ことは言うまでもない。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。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は，半導体ウエハ，ＦＰＤ基板，液晶基板，太陽電池用基板などの被処理基板上に所定の膜を成膜する成膜方法及び成膜装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００９２】
１００ 成膜装置
１１１ 処理室
１１１Ａ 天壁
１１１Ｂ 底壁
１１１Ｃ 側壁
１１２ サセプタ
１１３ 支持部材
１１４ ガイドリング
１１５ ヒータ
１１６ 下部電極
１１７ 円形の穴
１１８ 搬入出口
１１９ 絶縁部材
１２０ シャワーヘッド
１２１ ベース部材
１２２ シャワープレート
１２３ ヒータ
１２４ 吐出孔
１２５ ガス拡散空間
１２６ ガス導入ポート
１３０ ガス供給手段
１３１〜１３３ 各ガス供給源
１３１Ｃ〜１３３Ｃ マスフローコントローラ
１３１Ｖ〜１３３Ｖ バルブ
１３１Ｌ〜１３３Ｌ 各ガス供給ライン
１３７ ガス混合部
１３８ 混合ガス供給ライン
１４０，１４１ ヒータ電源
１４２ 整合器
１４３ 高周波電源
１５０ 排気室
１５１ 排気管
１５２ 排気装置
１６０ 支持ピン
１６１ 支持板
１６２ 駆動機構
１９０ 制御部
１９２ 操作部
１９４ 記憶部
２００，Ｗ Ｓｉ基板
２０２ Ｓｉ基材
２０３ Ｓｉ表面
２０４ 層間絶縁膜
２０５ コンタクトホール
【技術分野】
【０００１】
本発明は，半導体ウエハ，ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）基板，液晶基板，太陽電池用基板などの被処理基板上に所定の膜を成膜する成膜方法及び成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＯＳトランジスタなどの半導体デバイスでは，配線層と基板，配線層と配線層などの接続構造を有する。具体的には例えば図１７に示すように，Ｓｉ基板（Ｓｉウエハ）のｐ／ｎ不純物拡散層（拡散層）１０と第１配線との間にはコンタクトホール２０が形成され，第１配線と第２配線との間にはビアホール３０が形成される。このようなコンタクトホール２０およびビアホール３０には，タングステンや銅などの金属が埋め込まれ，Ｓｉ基板や配線層が電気的に接続される。近年では，この金属の埋め込みに先立って，コンタクトホール２０およびビアホール３０にＴｉ／ＴｉＮ積層膜などのバリア層を成膜し，バリア層２２，３２が形成される。
【０００３】
従来，このようなＴｉ膜やＴｉＮ膜の形成には，物理的蒸着（ＰＶＤ）法が用いられてきた。ところが，半導体デバイスの微細化および高集積化が進んだ今日においては，コンタクトホールやビアホールのアスペクト比（口径と深さの比）が極めて大きくなっている。このため，バリア層の形成にはステップカバレッジのよい化学的蒸着（ＣＶＤ）法が多く採用されている。
【０００４】
ところで，拡散層１０とコンタクトホール２０内の金属とのコンタクト抵抗を下げるためには，例えばバリア層２２と拡散層１０との間にＴｉＳｉｘ膜（チタンシリサイド膜）などの合金層１２を介在させて，バリア層２２と拡散層１０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。
【０００５】
このようなＴｉＳｉｘ膜の形成には例えばプラズマＣＶＤ法を用いることができる。この方法では，原料ガスとしてＴｉＣｌ４を用いるとともに，還元ガスとしてＨ２ガス等を用いて，温度６５０℃程度でＴｉ膜を成膜し，同時にその一部をＳｉ基板と反応させ自己整合的に合金層１２を形成する（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−０４９１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで，従来は上述したようなＴｉ膜を成膜する場合には，特許文献１のように成膜レートを高めて成膜効率を上げるために，還元ガスに対する成膜ガスの流量比を少なくしていたため（特許文献１では流量比０．０１程度），Ｔｉ膜の成膜反応はＴｉＣｌ４ガスが供給されると，それとともに反応が進行する供給律速領域で成膜反応が起こっていた。
【０００８】
すなわち，供給律速領域では成膜ガスの流量比を上げるほど成膜レートも大きくなる。これに対して，一般的に反応律速領域では，成膜反応が温度に律速されるため，供給した成膜ガスがすべて反応することはなく，成膜効率は著しく低下する。
【０００９】
しかしながら，従来のような供給律速領域での成膜反応は，基板表面付近で成膜反応が起こり，そこで成膜ガスが消費されるので，コンタクトホールのホール径が小さく，アスペクト比が大きくなるほど，底部までなかなか届き難くなる。特に近年ではコンタクトホールやビアホールのアスペクト比（口径と深さの比）が益々大きくなっているので，そのようなコンタクトホールの底部の膜厚は基板表面の膜厚に比して薄くなってしまい，カバレッジが悪化するという問題がある。
【００１０】
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，反応律速領域で成膜反応を起こさせることによって，アスペクト比が大きなコンタクトホールであっても，より薄くてカバレッジの良好なチタン膜を成膜することができ，コンタクトホール底部の抵抗を低減できる成膜方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，処理室内にチタン含有成膜ガスと還元ガスを含む処理ガスを供給してプラズマを生成することによって，被処理基板上にチタン膜を成膜する方法であって，前記チタン膜の成膜処理に適用しようとする前記成膜ガスの流量が，前記成膜処理の反応律速領域に入るように，前記還元ガスの流量，前記処理室内の圧力，前記プラズマを生成するために電極に印加する高周波パワーのいずれかを変えることによって，前記反応律速領域を制御することを特徴とする成膜方法が提供される。
【００１２】
この場合，上記還元ガス流量を増加することによって，前記成膜処理の反応律速領域の境界となる前記原料ガスの流量が大きくなるように制御するようにしてもよい。また，上記処理室内圧力を増加することによって，前記成膜処理の反応律速領域の境界となる前記原料ガスの流量が大きくなるように制御するようにしてもよい。さらに，上記高周波パワーを増加することによって，前記成膜処理の反応律速領域の境界となる前記原料ガスの流量が大きくなるように制御してもよい。
【００１３】
また，上記成膜ガスの流量は，前記還元ガス流量に対する前記成膜ガスの流量比が１３ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ以上５５ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ以下となる範囲で設定することが好ましい。また，上記成膜ガスの流量は，前記還元ガス流量に対する前記成膜ガスの流量比が１３ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ以上４５．６ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ以下となる範囲で設定してもよく，還元ガス流量に対する前記成膜ガスの流量比が４５．６ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ以上５５ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ以下となる範囲で設定してもよい。
【００１４】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，処理室内にチタン含有成膜ガスと還元ガスを含む処理ガスを供給してプラズマを生成することによって，被処理基板上にチタン膜を成膜する方法であって，前記成膜ガスの流量，前記還元ガスの流量，前記処理室内の圧力，前記プラズマを生成するために電極に印加する高周波パワーを含む前記成膜処理の処理条件によって決定された前記成膜処理の反応律速領域で前記成膜ガスと還元ガスとを反応させることによって，前記被処理基板上にチタン膜を形成することを特徴とする成膜方法が提供される。
【００１５】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，処理室内にチタン含有成膜ガスと還元ガスを含む処理ガスを供給してプラズマを生成することによって，コンタクトホールが形成された被処理基板上にチタン膜を成膜する成膜装置であって，前記被処理基板を載置するサセプタと，前記処理ガスを処理室内に供給するシャワーヘッドと，前記サセプタとの間にプラズマを生成するための高周波を所定のパワーで前記シャワーヘッドに供給する高周波電源と，前記処理室内を排気して所定の圧力に減圧する排気装置と，前記チタン膜の成膜処理に適用しようとする前記成膜ガスの流量が，前記成膜処理の反応律速領域に入るように，前記還元ガスの流量，前記処理室内の圧力，前記高周波パワーのいずれかを変えることによって，前記反応律速領域を制御する制御部と，を備えることを特徴とする成膜装置が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば，反応律速領域で成膜反応を起こさせることができるので，アスペクト比が大きなコンタクトホールであっても，より薄くてカバレッジの良好なチタン膜を成膜することができ，コンタクトホールの抵抗を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態にかかる成膜装置の構成を示す断面図である。
【図２Ａ】同実施形態にかかる成膜処理を説明するための工程図である。
【図２Ｂ】同実施形態にかかる成膜処理を説明するための工程図である。
【図３】供給律速モードでアスペクトの大きいコンタクトホールにＴｉ膜を成膜した場合のカバレッジを説明するための観念図である。
【図４】反応律速モードでアスペクトの大きいコンタクトホールにＴｉ膜を成膜した場合のカバレッジを説明するための観念図である。
【図５】Ｓｉ膜上にＴｉ膜を成膜した場合におけるＴｉＣｌ４ガスの流量と成膜レートとの関係をグラフにした図である。
【図６】ＳｉＯ２膜上にＴｉ膜を成膜した場合におけるＴｉＣｌ４ガスの流量と成膜レートとの関係をグラフにした図である。
【図７】反応律速領域のＨ２ガス流量依存性を評価する実験結果を示す図である。
【図８】図７に示すＨ２ガスの流量と反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量との関係を示す図である。
【図９】反応律速領域の処理室内圧力依存性を評価する実験結果を示す図である。
【図１０】図９に示す処理室内圧力と反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量との関係を示す図である。
【図１１】反応律速領域のＲＦパワー依存性を評価する実験結果を示す図である。
【図１２】図１１に示すＲＦパワーと反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量との関係を示す図である。
【図１３】ＴｉＣｌ４ガスの流量と成膜したＴｉ膜の比抵抗との関係をグラフにした図である。
【図１４】図６に示すＨ２ガス流量３０ｓｃｃｍ，ＲＦパワー５００Ｗの場合の成膜レートのグラフと図１３に示す比抵抗のグラフを重ねた図である。
【図１５】実際にコンタクトホールにＴｉ膜を成膜した場合の実験結果を示す図である。
【図１６】図１５に示す各部（上部，側部，下部）の部分拡大図である。
【図１７】半導体デバイスの配線構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
（成膜装置）
本発明の実施形態にかかる成膜方法を実施可能な成膜装置の構成例を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成膜装置の概略構成を示す図である。ここでの成膜装置１００は，プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ：ｐｌａｓｍａ−ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって被処理基板としてのＳｉ基板Ｗ上にＴｉ膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置として構成した場合を例に挙げる。
【００２０】
図１に示すように成膜装置１００は，気密に構成された略円筒状の処理容器により構成される処理室（チャンバ）１１１を備える。処理室１１１内にはＳｉ基板Ｗを水平に支持するためのサセプタ１１２がその中央下部に設けられた円筒状の支持部材１１３により支持された状態で配置されている。このサセプタ１１２はＡｌＮ等のセラミックスからなり，その外縁部にはＳｉ基板Ｗをガイドするためのガイドリング１１４が設けられている。
【００２１】
また，サセプタ１１２にはヒータ１１５が埋め込まれており，このヒータ１１５はヒータ電源１４０から給電されることによりＳｉ基板Ｗを所定の温度に加熱する。すなわち，ヒータ１１５とヒータ電源１４０は温度調整手段を構成する。サセプタ１１２には，下部電極１１６がヒータ１１５の上に埋設されており，下部電極１１６は例えば接地されている。
【００２２】
処理室１１１の天壁１１１Ａには，絶縁部材１１９を介してシャワーヘッド１２０が設けられている。このシャワーヘッド１２０は，大別すると，上方のベース部材１２１と，このベース部材１２１の下方に取り付けられたシャワープレート１２２から構成されている。ベース部材１２１には，シャワーヘッド１２０を加熱するヒータ１２３が埋設されている。このヒータ１２３にはヒータ電源１４１が接続されている。制御部は，ヒータ電源１４１によってヒータ１２３を制御することによってシャワーヘッド１２０を所定温度に加熱制御する。
【００２３】
シャワープレート１２２には処理室１１１内にガスを吐出する多数の吐出孔１２４が形成されている。各吐出孔１２４は，ベース部材１２１とシャワープレート１２２の間に形成されるガス拡散空間１２５に連通している。ベース部材１２１の中央部には処理ガスをガス拡散空間１２５に供給するためのガス導入ポート１２６が設けられている。ガス導入ポート１２６は，後述するガス供給手段１３０の混合ガス供給ライン１３８に接続されている。
【００２４】
ガス供給手段１３０は，Ｔｉ化合物ガスであるＴｉＣｌ４ガスを供給するＴｉＣｌ４ガス供給源１３１，Ａｒガスを供給するＡｒガス供給源１３２，還元ガスであるＨ２ガスを供給するＨ２ガス供給源１３３を有している。
【００２５】
そして，ＴｉＣｌ４ガス供給源１３１にはＴｉＣｌ４ガス供給ライン１３１Ｌが接続されており，Ａｒガス供給源１３２にはＡｒガス供給ライン１３２Ｌが接続されており，Ｈ２ガス供給源１３３にはＨ２ガス供給ライン１３３Ｌが接続されている。各ガスライン１３１Ｌ〜１３３Ｌにはそれぞれマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１３１Ｃ〜１３３Ｃおよびこのマスフローコントローラ１３１Ｃ〜１３３Ｃを挟んで２つのバルブ１３１Ｖ〜１３３Ｖが設けられている。
【００２６】
ガス混合部１３７は，上記のプロセスガスを混合してシャワーヘッド１２０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，各ガスライン１３１Ｌ〜１３３Ｌを介してプロセスガス供給源１３１〜１３３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１３８を介してシャワーヘッド１２０が接続されている。
【００２７】
プロセス時には，ＴｉＣｌ４ガス，Ａｒガス，Ｈ２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１２０のガス導入ポート１２６とガス拡散空間１２５を経由して，複数の吐出孔１２４から処理室１１１内に導入される。
【００２８】
このように本実施形態にかかるシャワーヘッド１２０は，プロセスガスを予め混合して処理室１１１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，各プロセスガスを独立して処理室１１１内に供給するポストミックスタイプで構成されるようにしてもよい。
【００２９】
シャワーヘッド１２０には，整合器１４２を介して高周波（ＲＦ）電源１４３が接続されており，成膜の際にこの高周波電源１４３からシャワーヘッド１２０に例えば４５０ｋＨｚの高周波（ＲＦ）を供給することにより，シャワーヘッド１２０および下部電極１１６の間に高周波電界が生じ，処理室１１１内に供給されたプロセスガスがプラズマ化し，Ｔｉ膜が形成される。
【００３０】
処理室１１１の底壁１１１Ｂの中央部には円形の穴１１７が形成されており，底壁１１１Ｂにはこの穴１１７を覆うように下方に向けて突出する排気室１５０が設けられている。排気室１５０の側面には排気管１５１が接続されており，この排気管１５１には排気装置１５２が接続されている。そしてこの排気装置１５２によって処理室１１１内を所定の真空圧力まで減圧できる。
【００３１】
サセプタ１１２には，Ｓｉ基板Ｗを支持して昇降させるための複数（例えば３本）の支持ピン（リフトピン）１６０がサセプタ１１２の表面に対して突没可能に設けられ，これら支持ピン１６０は支持板１６１に固定されている。そして，支持ピン１６０は，エアシリンダ等の駆動機構１６２により支持板１６１を介して昇降される。処理室１１１の側壁１１１Ｃには，Ｓｉ基板Ｗの搬入出を行うための搬入出口１１８と，この搬入出口１１８を開閉するゲートバルブＧが設けられている。
【００３２】
これら支持ピン１６０はＳｉ基板Ｗを処理室１１１に搬出入するときに昇降させる。具体的には，Ｓｉ基板Ｗを処理室１１１内に搬入するときは，支持ピン１６０を上昇させる。そして，図示しない搬送アームによってＳｉ基板Ｗを搬入出口１１８から搬入して支持ピン１６０に載せる。次いで支持ピン１６０を下降してＳｉ基板Ｗをサセプタ１１２上に載置する。また，Ｓｉ基板Ｗを処理室１１１から搬出するときは，支持ピン１６０を上昇させてＳｉ基板Ｗを持ち上げる。そして，図示しない搬送アームによってＳｉ基板Ｗを受け取り，搬入出口１１８から搬出する。
【００３３】
成膜装置１００には，制御部（全体制御装置）１９０が接続されており，この制御部１９０によって成膜装置１００の各部が制御されるようになっている。また，制御部１９０には，オペレータが成膜装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや，成膜装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなる操作部１９２が接続されている。
【００３４】
さらに，制御部１９０には，成膜装置１００で実行される各種処理（Ｓｉ基板Ｗに対する成膜処理など）を制御部１９０の制御にて実現するためのプログラムやプログラムを実行するために必要な処理条件（レシピ）などが記憶された記憶部１９４が接続されている。
【００３５】
記憶部１９４には，例えば複数の処理条件（レシピ）で用いるデータが記憶されている。このうち処理条件については，成膜装置１００の各部を制御する制御パラメータ，設定パラメータなどの複数のパラメータ値をまとめたものである。各処理条件は例えば成膜ガス，還元ガス等の流量比，処理室１１１内の圧力，高周波パワーなどのパラメータ値を有する。
【００３６】
なお，これらのプログラムや処理条件はハードディスクや半導体メモリに記憶されていてもよく，またＣＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で記憶部１９４の所定位置にセットするようになっていてもよい。
【００３７】
制御部１９０は，操作部１９２からの指示等に基づいて所望のプログラム，処理条件を記憶部１９４から読み出して各部を制御することで，成膜装置１００での所望の処理を実行する。また，操作部１９２からの操作により処理条件を編集できるようになっている。
【００３８】
（成膜処理）
次に，このような本実施形態にかかる成膜装置１００により実行される成膜処理について説明する。図２Ａ，図２Ｂは，本実施形態にかかる成膜処理を説明するための工程図である。成膜装置１００は，例えば図２Ａに示すような膜構造を有するＳｉ基板２００に対して処理を行う。Ｓｉ基板２００は，Ｓｉ基材２０２上にＳｉＯ２膜などの層間絶縁膜２０４を形成し，エッチングによりコンタクトホール２０５を形成し，コンタクトホール２０５の底部にＳｉ表面２０３を露出させたものである。
【００３９】
ここでは，図２Ａに示すような層間絶縁膜２０４上及びコンタクトホール２０５内にＴｉ膜を形成するとともに，コンタクトホール２０５の底部のＳｉ表面２０３上にＴｉＳｉｘ膜（Ｔｉシリサイド膜）を形成する場合を例に挙げる。本実施形態にかかる成膜装置１００は，図２Ａに示すようなＳｉ基板２００を搬入してＴｉ膜の成膜処理を実行する。
【００４０】
先ず，処理室１１１内にＳｉ基板２００が搬入されてサセプタ１１２上に載置されると，ゲートバルブＧが閉じられ，ヒータ１１５，１２３によってサセプタ１１２とシャワーヘッド１２０が所定の温度に加熱される。そして，処理室１１１内を排気装置１５２によって所定の真空圧力に減圧する。
【００４１】
この状態で図２Ａに示すように，ＴｉＣｌ４ガスなどのＴｉ含有成膜ガスと，Ｈ２ガスなどの還元ガスを供給して，高周波電源１４３によりシャワーヘッド１２０に所定の高周波を所定のパワーで供給してプラズマを生成する。これにより成膜ガスと還元ガスとを反応させて，Ｓｉ基板２００上にＴｉ膜を形成する。こうして，図２Ｂに示すように，Ｓｉ表面２０３および層間絶縁膜２０４の表面にはＴｉ膜２０６が成膜される，一方，Ｓｉ表面２０３の表面すなわちコンタクトホール２０５の底部では，堆積したＴｉが下地のＳｉ表面２０３のＳｉと珪化反応（シリサイド化）して，自己整合的にＴｉＳｉｘ膜２０７が形成される。
【００４２】
ところで，このようにプラズマを生成してＴｉ膜を生成する場合に，還元ガス（ここではＨ２ガス）を過剰に導入すると，還元ガスに対するＴｉＣｌ４ガスの流量比が低下する。このため，Ｔｉ膜の成膜反応はＴｉＣｌ４ガスが供給されると，それとともに反応が進行する所謂供給律速モード（ｔｒａｎｓｆｅｒ ｌｉｍｉｔｅｄ ｍｏｄｅ）での反応が主となる。
【００４３】
供給律速モードでの成膜反応は，基板表面付近で成膜反応が起こり，そこでＴｉＣｌ４ガスが消費されるので，コンタクトホール２０５のホール径が小さく，アスペクト比が大きくなるほど，底部までなかなか届き難くなる。このため，図３に示すようにコンタクトホール２０５のホール径が小さく，アスペクト比が大きい場合には，コンタクトホール２０５の底部の膜厚は基板表面の膜厚に比して薄くなってしまい，カバレッジが悪化するという問題がある。
【００４４】
このため，本発明者らは，Ｈ２ガスを減少させるとともにＴｉＣｌ４ガスの流量を増大させて，Ｈ２ガスに対するＴｉＣｌ４ガスの流量比を増大してみたところ，Ｔｉ膜は図４に示すように，コンタクトホール２０５の底部の膜厚は基板表面の膜厚とほぼ同様になり，カバレッジが改善した。
【００４５】
これは，ＴｉＣｌ４ガスの流量比を増大させることで，Ｔｉ膜の成膜反応はＴｉＣｌ４ガスの供給よりも成膜反応の方が進行する所謂反応律速モード（ｒｅａｃｔｉｏｎ ｌｉｍｉｔｅｄ ｍｏｄｅ）での反応が主となっているからと考えられる。
【００４６】
この場合，もし供給律速モードから反応律速モードに切り替わる境界のＴｉＣｌ４ガスの流量比が分かれば，ＴｉＣｌ４ガスの流量をその境界の流量以上にすることで常にカバレッジのよい反応律速モードで成膜反応を起こさせることができる。そこで，供給律速モードから反応律速モードに切り替わる境界のＴｉＣｌ４ガスの流量比を求める実験を行った。
【００４７】
先ず，Ｓｉ膜を表面全体に形成したベア基板のＳｉ膜上にＴｉ膜を成膜する実験を行った結果について説明する。Ｓｉ膜のベア基板を用いたのは，コンタクトホール２０５の底部のＳｉ表面２０３上での成膜反応を評価するためである。この実験では，処理ガスとしては，還元ガスであるＨ２ガスの流量を１００ｓｃｃｍに固定し，ＴｉＣｌ４ガスの流量を１２ｓｃｃｍ〜８０ｓｃｃｍの間で変化させてＴｉ膜の成膜処理を行って成膜レートを求めた。
【００４８】
図５にこの実験の結果を示す。図５は縦軸に成膜レートをとり，横軸にＴｉＣｌ４ガスの流量をとって，Ｓｉ膜上にＴｉ膜を成膜した場合におけるＴｉＣｌ４ガスの流量と成膜レートとの関係をグラフにしたものである。なお，この実験による他の処理条件は，下部電極１１６の温度を５５０℃，シャワーヘッド１２０の温度を４２０℃，処理室１１１内の圧力を６６６Ｐａとし，ＴｉＣｌ４ガスとＨ２ガスの他に２０００ｓｃｃｍのＡｒガスを供給し，シャワーヘッド１２０に４５０ｋＨｚの高周波（ＲＦ）を８００Ｗのパワーで供給してプラズマを生成して，３０秒間成膜処理を行った。
【００４９】
図５に示す実験結果によれば，供給律速モードから反応律速モードに切り替わる境界のＴｉＣｌ４ガスの流量は，２５．３ｓｃｃｍであることが分かる。すなわち，ＴｉＣｌ４ガスの流量比が境界流量２５．３ｓｃｃｍ以下の領域は供給律速モードによる反応領域である供給律速領域となる。そして，ＴｉＣｌ４ガスの流量が境界流量２５．３ｓｃｃｍ以上の領域は反応律速モードによる反応領域である反応律速領域となる。この反応律速領域の境界流量をＨ２ガスに対するＴｉＣｌ４ガスの流量比（ＴｉＣｌ４ガスの流量／Ｈ２ガスの流量）で表すと，２５．３ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍとなる。
【００５０】
供給律速領域では，Ｔｉ膜の成膜レートはＴｉＣｌ４ガスの流量を大きくするほど増大し，境界流量２５．３ｓｃｃｍで成膜レートが最大となる。一方，反応律速領域では，Ｔｉ膜の成膜レートはＴｉＣｌ４ガスの流量を大きくするほど減少する。さらにＴｉＣｌ４ガスの流量を大きくすると，減少が緩やかになる。これによれば，ＴｉＣｌ４ガスの流量が過剰になると飽和傾向になることが分かる。
【００５１】
次に，ＳｉＯ２膜を表面全体に形成したベア基板のＳｉＯ２膜上にＴｉ膜を成膜する実験を行った結果について説明する。ＳｉＯ２膜のベア基板を用いたのは，基板表面及びコンタクトホール２０５の開口部表面や内壁部表面を構成する層間絶縁膜２０４上での成膜反応を評価するためである。ここでは，Ｓｉ膜のベア基板を用いたときと同様の処理条件でＴｉ膜を成膜した。
【００５２】
図６にこの実験の結果を示す。図６は縦軸に成膜レートをとり，横軸にＴｉＣｌ４ガスの流量をとって，ＳｉＯ２膜上にＴｉ膜を成膜した場合におけるＴｉＣｌ４ガスの流量と成膜レートとの関係をグラフにしたものである。なお，図６のグラフには，図５に示すグラフを重ねて示している。
【００５３】
図６における点線グラフは，Ｓｉ膜上のＴｉ膜の成膜結果より予測されるＳｉＯ２膜上のＴｉ膜の成膜結果を示したものである。通常のプラズマＣＶＤによるＴｉ膜の成膜では，成膜温度によってＳｉ膜上とＳｉＯ２膜上との成膜レートに一定の変化があることが知られている。基板温度が高温になると，Ｓｉ膜上ではＴｉ膜成膜時にＨ２ガスによるＴｉの還元反応と同時に基板のＳｉによるＴｉの還元反応も起こるため，Ｓｉ膜上の成膜レートはＳｉＯ２膜上の成膜レートよりも大きくなる。
【００５４】
また，Ｓｉ膜上では，基板のＳｉによるＴｉの還元反応と同時に，そのＳｉとＴｉのシリサイド化反応も並行して進行するが，これらの反応速度は基板温度によって決定されるため，基板温度が一定であれば成膜速度比も一定となる。このため，ＳｉＯ２膜上の成膜レートのグラフは，Ｓｉ膜上の成膜レートのグラフから予測できる。本実験では，ＳｉＯ２膜上の成膜レートの予測値をＳｉ膜上の成膜レートの実測値の２／３倍として計算し，図６にＳｉＯ２膜上の成膜レートの予測グラフ（点線グラフ）として示している。
【００５５】
図６に示す実験結果によれば，ＳｉＯ２膜上においてもＳｉ膜上と同様に，供給律速モードから反応律速モードに切り替わる境界のＴｉＣｌ４ガスの流量は，２５．３ｓｃｃｍであることが分かる。すなわち，ＴｉＣｌ４ガスの流量が境界流量２５．３ｓｃｃｍ以下の領域は供給律速モードによる反応領域である供給律速領域となる。そして，ＴｉＣｌ４ガスの流量が境界流量２５．３ｓｃｃｍ以上の領域は反応律速モードによる反応領域である反応律速領域となる。
【００５６】
また，ＳｉＯ２膜上においてもＳｉ膜上と同様に，供給律速領域では，Ｔｉ膜の成膜レートはＴｉＣｌ４ガスの流量を大きくするほど増大し，境界流量２５．３ｓｃｃｍで成膜レートが最大となる。一方，反応律速領域では，Ｔｉ膜の成膜レートはＴｉＣｌ４ガスの流量を大きくするほど減少する。さらにＴｉＣｌ４ガスの流量を大きくすると，減少が緩やかになる。これによれば，ＳｉＯ２膜上においてもＴｉＣｌ４ガスの流量が過剰になると飽和傾向になることが分かる。
【００５７】
ところが，ＳｉＯ２膜上の成膜レートの実測グラフは，ＴｉＣｌ４ガスの流量が１２〜４０ｓｃｃｍの領域では予測グラフとほぼ一致するのに対して，ＴｉＣｌ４ガスの流量が４０ｓｃｃｍを超える領域，すなわち飽和傾向にある領域では，実測グラフの方が予測グラフよりも低くなっていることが分かる。
【００５８】
これは，ＴｉＣｌ４ガスの流量の増加に伴って，Ｔｉ膜の成膜反応とともにＴｉ膜のエッチング反応が同時に起こっているからであると考えられる。図６の実験によれば，ＴｉＣｌ４ガスの流量が境界流量４５．６ｓｃｃｍ以上の領域で，エッチング反応が成膜反応と同時に起こっていることになる。このエッチング反応ありの境界流量をＨ２ガスに対するＴｉＣｌ４ガスの流量比（ＴｉＣｌ４ガスの流量／Ｈ２ガスの流量）で表すと，４５．６ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍとなる。
【００５９】
以下，このような成膜反応とエッチング反応について，ＳｉＯ２膜上の反応とＳｉ膜上の反応と比較しながら，より詳細に説明する。ＳｉＯ２膜上のＴｉ膜成膜では，気相中でプラズマのアシストによって分解されたＴｉＣｌ４ガスが基板表面で還元ガスであるＨ２ガスやＨラジカルと熱エネルギにより反応してＴｉ膜が成膜される。ところが，成膜されたＴｉ膜はＴｉＣｌ４ガスが分解して発生したＣｌガスやＣｌラジカルによって，Ｃｌ＋Ｔｉ→ＴｉＣｌｘの反応が起こるため，成膜と同時にエッチング反応も起こっていると考えられる。
【００６０】
これに対して，Ｓｉ膜上のＴｉ膜成膜では，分解されたＴｉＣｌｘガスが基板表面でＨ２ガスやＨラジカルの還元ガス，熱エネルギによってＳｉと反応し，Ｔｉシリサイド（ＴｉＳｉｘ）を形成する。このシリサイド化反応によって形成されたＴｉシリサイドは，Ｔｉ原子とＳｉ原子とが強固に結合しているため，ＴｉＣｌ４ガスが分解して発生したＣｌガスやＣｌラジカルとは反応できず，エッチング反応は起こらない。
【００６１】
こうして，図６に示すＴｉＣｌ４ガスの流量が境界流量４５．６ｓｃｃｍ以上の領域では，ＴｉＣｌ４ガスの流量の増加に伴って気相中にＴｉＣｌ４ガスが分解して発生したＣｌガスやＣｌラジカルの濃度が高くなり，積極的にエッチング反応が起こった結果として，ＳｉＯ２膜上の成膜レートの実測グラフは，予測グラフよりも低くなったものと考えられる。
【００６２】
なお，上述のようにＴｉＣｌ４ガスの流量を大きくすると，ＳｉＯ２膜上では成膜反応と同時にエッチング反応が起こるのに対して，Ｓｉ膜上ではエッチング反応は起こらないため，ＴｉＣｌ４ガスの流量を大きくしても，Ｓｉ膜上はエッチングによるダメージを受けないことが分かる。
【００６３】
以上によれば，図６に示す反応律速領域にＴｉＣｌ４ガスの流量が入るようにすることで，ホール径が小さく，アスペクトの大きなコンタクトホール２０５であっても，Ｔｉ膜のカバレッジを大幅に改善できることが分かる。
【００６４】
すなわち，反応律速領域では，基板温度が反応の律速過程となるので，基板表面近傍でＴｉＣｌ４ガスが消費されてコンタクトホール２０５内でのＴｉＣｌ４ガスの流量が減少しても成膜レートが変化しない。このため，コンタクトホール２０５内に供給律速領域の場合よりも良好なカバレッジのＴｉ膜を形成することができ，しかもコンタクトホール２０５の底部のＳｉ表面２０３上には供給律速領域の場合よりも厚いＴｉ膜を成膜することができる。
【００６５】
さらに，図６に示す反応律速領域のうちエッチング反応ありの領域にＴｉＣｌ４ガスの流量が入るようにすることで，コンタクトホール２０５の底部のＳｉ表面２０３上にさらに厚いＴｉ膜を成膜することができる。すなわち，エッチング反応ありの領域では，基板表面を構成するＳｉＯ２膜などの層間絶縁膜２０４上では成膜反応とエッチング反応とが同時に起こるのに対して，コンタクトホール２０５の底部のＳｉ表面２０３上ではエッチング反応が起こらない。このため，相対的に基板表面に形成されるＴｉ膜よりも，コンタクトホール２０５の底部のＳｉ表面２０３に形成されるＴｉ膜の方を厚くすることができる。
【００６６】
ところで，上述したＴｉ膜成膜反応における供給律速領域と反応律速領域との境界のＴｉＣｌ４ガスの流量は，ＴｉＣｌ４ガスの流量以外の処理条件を変えることで調整できる。これによれば，Ｔｉ膜成膜反応の反応律速領域をＴｉＣｌ４ガスの流量以外の処理条件によって制御することができる。
【００６７】
具体的にはＨ２ガスなどの還元ガスの流量，処理室１１１内の圧力，高周波電源１４３のＲＦパワーによって反応律速領域を制御できるので，その実験結果について以下に説明する。なお，図６でも説明したように，供給律速領域と反応律速領域の境界はＳｉ膜上にＴｉ膜を成膜する場合も，ＳｉＯ２膜上にＴｉ膜を成膜する場合と同様であるため，以下の実験ではＳｉＯ２膜のベア基板を用いて，ＳｉＯ２膜上にＴｉ膜を成膜した。
【００６８】
（反応律速領域のＨ２ガス流量依存性）
先ず，反応律速領域のＨ２ガス流量依存性を評価する実験を行った結果について説明する。この実験では，Ｈ２ガスの流量を３０ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍの間で変化させて，それぞれのＨ２ガスの流量で図６の場合と同様にベア基板のＳｉＯ２膜上にＴｉ膜の成膜処理を行って成膜レートを求めた。なお，他の処理条件は図５に示す実験のときと同様である。
【００６９】
図７，図８にこの実験結果を示す。図７は，縦軸に成膜レートをとり，横軸にＴｉＣｌ４ガスの流量をとって，Ｈ２ガスの流量を３０ｓｃｃｍ，４０ｓｃｃｍ，５０ｓｃｃｍ，１００ｓｃｃｍにしたときの成膜レートのグラフをそれぞれ重ねて示したものである。図８は，縦軸に反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量をとり，横軸にＨ２ガスの流量をとって，これらの関係をまとめたものである。図８の反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量は，図７において成膜レートがピークのときのＴｉＣｌ４ガスの流量である。
【００７０】
図７，図８の実験結果によれば，Ｈ２ガスの流量の増加に伴って，反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量も比較的大きく増加する傾向があることが分かる。これによれば，Ｈ２ガスの流量を増加することによって，反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量が増加するように制御できる。
【００７１】
（反応律速領域の処理室内圧力依存性）
次に，反応律速領域の処理室内圧力依存性を評価する実験を行った結果について説明する。この実験では，ＲＦパワー１０００Ｗのときに処理室１１１内の圧力を４００Ｐａ，５００Ｐａ，６６６Ｐａに変化させて，それぞれの圧力でＴｉＣｌ４ガスの流量を１２ｓｃｃｍ〜８０ｓｃｃｍの間で変化させて図６の場合と同様にベア基板のＳｉＯ２膜上にＴｉ膜の成膜処理を行って成膜レートを求めた。また，ＲＦパワー８００Ｗのときに処理室１１１内の圧力を５００Ｐａ，６６６Ｐａに変化させて上記と同様の成膜処理を行って成膜レートを求めた。なお，他の処理条件は図５に示す実験のときと同様である。
【００７２】
図９，図１０にこの実験結果を示す。図９は，縦軸に成膜レートをとり，横軸にＴｉＣｌ４ガスの流量をとって，各成膜処理での成膜レートのグラフを重ねて示したものである。図１０は，縦軸に反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量をとり，横軸に処理室内圧力をとって，これらの関係をまとめたものである。図１０の反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量は，図９において成膜レートがピークのときのＴｉＣｌ４ガスの流量である。
【００７３】
図９，図１０の実験結果によれば，処理室内圧力の増加に伴って，反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量も僅かではあるが増加する傾向があることが分かる。これによれば，処理室内圧力を増加することによっても，反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量が増加するように制御できる。
【００７４】
（反応律速領域のＲＦパワー依存性）
次に，反応律速領域のＲＦパワー依存性の評価する実験を行った結果について説明する。
この実験では，Ｈ２ガスの流量を１００ｓｃｃｍに固定して，高周波電源１４３のＲＦパワーを５００Ｗ，８００Ｗ，１０００Ｗ，１２００Ｗに変化させて図６の場合と同様にベア基板のＳｉＯ２膜上にＴｉ膜の成膜処理を行って成膜レートを求めた。また，Ｈ２ガスを３０ｓｃｃｍに固定して，ＲＦパワーを５００Ｗ，８００Ｗに変化させて上記の場合と同様にベア基板のＳｉＯ２膜上にＴｉ膜の成膜処理を行って成膜レートを求めた。なお，他の処理条件は図５に示す実験のときと同様である。
【００７５】
図１１，図１２にこの実験結果を示す。図１１は，縦軸に成膜レートをとり，横軸にＴｉＣｌ４ガスの流量をとって，各成膜処理での成膜レートのグラフを重ねて示したものである。図１２は，縦軸に反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量をとり，横軸にＲＦパワーをとって，これらの関係をまとめたものである。図１２の反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量は，図１１において成膜レートがピークのときのＴｉＣｌ４ガスの流量である。
【００７６】
図１１，図１２の実験結果によれば，Ｈ２ガスの流量が大きい場合（１００ｓｃｃｍ）のみならず，Ｈ２ガスの流量が小さい場合（３０ｓｃｃｍ）でも，ＲＦパワーの増加に伴って，反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量も比較的大きく増加する傾向があることが分かる。これによれば，ＲＦパワーを増加することによっても，反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量が増加するように制御できる。
【００７７】
このように，ＴｉＣｌ４ガスの流量以外の処理条件例えばＨ２ガスの流量，処理室内圧力，ＲＦパワーによってＴｉ膜成膜反応の反応律速領域を制御することができる。さらにこれらの処理条件によって図６に示すエッチング反応ありの領域も制御できる。
【００７８】
そこで，本実施形態にかかるＴｉ膜の成膜処理では，この成膜処理に適用しようとするＴｉＣｌ４ガスの流量が反応律速領域やエッチング反応ありの領域に入るように，ＴｉＣｌ４ガスの流量以外の処理条件を変えることによって反応律速領域やエッチング反応ありの領域を制御する。これにより，常に反応律速領域で成膜処理を行うことができるので，アスペクト比の大きなコンタクトホールが形成されていても，常にカバレッジのよいＴｉ膜を形成することができる。
【００７９】
ところで，反応律速領域やエッチング反応ありの領域で成膜処理を行うためには，単にＴｉＣｌ４ガスの流量を増加すればよいとも考えられる。ところが，ＴｉＣｌ４ガスの流量が多すぎると，成膜したＴｉ膜の比抵抗が上昇してしまうという問題があることが分かった。このため，比抵抗が上昇しない範囲でＴｉＣｌ４ガスの流量を増加させる必要がある。
【００８０】
ここで，ＴｉＣｌ４ガスの流量と成膜したＴｉ膜の比抵抗との関係についての実験を行った結果を図１３に示す。この実験では，処理室内圧力を５００Ｐａ，ＲＦパワーを１０００Ｗとし，それ以外の処理条件は図５の場合と同様にして，ベア基板のＳｉ膜上にＴｉ膜の成膜処理を行い，それによって形成されたＴｉ膜の比抵抗を測定した。
【００８１】
図１３は縦軸に比抵抗をとり，横軸にＴｉＣｌ４ガスの流量をとって，ＴｉＣｌ４ガスの流量と成膜したＴｉ膜の比抵抗との関係をグラフにしたものである。これによれば，ＴｉＣｌ４ガスの流量が５５ｓｃｃｍを超えたところで，比抵抗が上昇し始める。
【００８２】
以上の実験結果を踏まえて，Ｔｉ膜成膜処理において，最も適切なＴｉＣｌ４ガスの流量の実用範囲について図面を参照しながら説明する。図１４は，上述した実験のうち反応律速領域の境界のＴｉＣｌ４ガスの流量が最も小さかった１３ｓｃｃｍとなる成膜レートのグラフ（図１１）と，比抵抗のグラフ（図１３）とを重ねて表したものである。
【００８３】
これによれば，ＴｉＣｌ４ガスの流量の実用範囲は，流量比（ＴｉＣｌ４ガスの流量／Ｈ２ガスの流量）で表すと，１３ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ〜５５ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍの範囲で定めることによって，カバレッジのよいＴｉ膜を成膜することができる。また，コンタクトホール２０５の底部を厚くしたい場合はエッチング反応ありの領域である４５．６ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ〜５５ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍの範囲で定めることが好ましく，エッチング反応を進行させたくない場合は，１３ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ〜４５．６ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍの範囲で定めることが好ましい。
【００８４】
次に，実際にコンタクトホールにＴｉ膜を成膜した場合の実験結果を図１５，図１６に示す。図１５は，図６に示す場合においてＴｉＣｌ４ガスの流量を１２ｓｃｃｍとして供給律速領域で成膜した場合と，ＴｉＣｌ４ガスの流量を４０ｓｃｃｍとして反応律速領域かつエッチングありの領域で成膜した場合についてコンタクトホール全体を示す図である。図１６は，図１５に示すコンタクトホールの上部（Ｔｏｐ），側部（Ｓｉｄｅ），底部（Ｂｏｔｔｏｍ）の拡大図である。下記表１は，図１５，図１６に示す各部の膜厚とカバレッジをまとめたものである。
【００８５】
【表１】
【００８６】
表１によれば，図６に示す反応律速領域の場合（ここではさらにエッチングありの領域でもある）には，コンタクトホールの底部の厚みが供給律速領域の場合に比して，６９％から２０７．３％と大幅に改善されていることが分かる。
【００８７】
また，コンタクトホールの側壁への成膜も，供給律速領域の場合は上部から下部にかけて膜厚が減少している。これに対して，反応律速領域の場合は上部から下部にかけて膜厚がほぼ一定となっており，供給律速領域の場合に比してカバレッジが改善されている。これによれば，コンタクトホール内では上部から下部にかけてほぼ同等の成膜レートで成膜できていることが分かる。
【００８８】
さらに，基板表面の膜厚についても，反応律速領域の場合は，供給律速領域の場合に比して１２．４ｎｍから５．１ｎｍと薄くなっている。これによれば，基板表面でのエッチング反応が進行していることが分かる。この基板表面の厚みを薄くすることができることによって，コンタクトホール側壁へのカバレッジも大幅に改善することができる。
【００８９】
これにより，このＴｉ膜成膜処理の後に実行されるバリア膜（例えばＴｉＮ膜）やコンタクトプラグ用膜（例えばタングステン膜）をカバレッジよく形成することができる。さらに，コンタクトホール側壁にも十分な厚さのＴｉ膜が形成されるので，バリア膜を形成せずにＴｉ膜上に直接コンタクトプラグ用膜を形成することも可能となり，ひいてはスループットを向上することができ，製造コストも低下することができる。
【００９０】
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ことは言うまでもない。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。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は，半導体ウエハ，ＦＰＤ基板，液晶基板，太陽電池用基板などの被処理基板上に所定の膜を成膜する成膜方法及び成膜装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００９２】
１００ 成膜装置
１１１ 処理室
１１１Ａ 天壁
１１１Ｂ 底壁
１１１Ｃ 側壁
１１２ サセプタ
１１３ 支持部材
１１４ ガイドリング
１１５ ヒータ
１１６ 下部電極
１１７ 円形の穴
１１８ 搬入出口
１１９ 絶縁部材
１２０ シャワーヘッド
１２１ ベース部材
１２２ シャワープレート
１２３ ヒータ
１２４ 吐出孔
１２５ ガス拡散空間
１２６ ガス導入ポート
１３０ ガス供給手段
１３１〜１３３ 各ガス供給源
１３１Ｃ〜１３３Ｃ マスフローコントローラ
１３１Ｖ〜１３３Ｖ バルブ
１３１Ｌ〜１３３Ｌ 各ガス供給ライン
１３７ ガス混合部
１３８ 混合ガス供給ライン
１４０，１４１ ヒータ電源
１４２ 整合器
１４３ 高周波電源
１５０ 排気室
１５１ 排気管
１５２ 排気装置
１６０ 支持ピン
１６１ 支持板
１６２ 駆動機構
１９０ 制御部
１９２ 操作部
１９４ 記憶部
２００，Ｗ Ｓｉ基板
２０２ Ｓｉ基材
２０３ Ｓｉ表面
２０４ 層間絶縁膜
２０５ コンタクトホール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内にチタン含有成膜ガスと還元ガスを含む処理ガスを供給してプラズマを生成することによって，コンタクトホールが形成された被処理基板上にチタン膜を成膜する方法であって，
前記チタン膜の成膜処理に適用しようとする前記成膜ガスの流量が，前記成膜処理の反応律速領域に入るように，前記還元ガスの流量，前記処理室内の圧力，前記プラズマを生成するために電極に印加する高周波パワーのいずれかを変えることによって，前記反応律速領域を制御することを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
前記還元ガス流量を増加することによって，前記成膜処理の反応律速領域の境界となる前記原料ガスの流量が大きくなるように制御することを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
前記処理室内圧力を増加することによって，前記成膜処理の反応律速領域の境界となる前記原料ガスの流量が大きくなるように制御することを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記高周波パワーを増加することによって，前記成膜処理の反応律速領域の境界となる前記原料ガスの流量が大きくなるように制御することを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
【請求項５】
前記成膜ガスの流量は，前記還元ガス流量に対する前記成膜ガスの流量比が１３ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ以上５５ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ以下となる範囲で設定したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項６】
前記成膜ガスの流量は，前記還元ガス流量に対する前記成膜ガスの流量比が１３ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ以上４５．６ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ以下となる範囲で設定したことを特徴とする請求項５に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記成膜ガスの流量は，前記還元ガス流量に対する前記成膜ガスの流量比が４５．６ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ以上５５ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ以下となる範囲で設定したことを特徴とする請求項５に記載の成膜方法。
【請求項８】
処理室内にチタン含有成膜ガスと還元ガスを含む処理ガスを供給してプラズマを生成することによって，コンタクトホールが形成された被処理基板上にチタン膜を成膜する方法であって，
前記成膜ガスの流量，前記還元ガスの流量，前記処理室内の圧力，前記プラズマを生成するために電極に印加する高周波パワーを含む前記成膜処理の処理条件によって決定された前記成膜処理の反応律速領域で前記成膜ガスと還元ガスとを反応させることによって，前記被処理基板上にチタン膜を形成することを特徴とする成膜方法。
【請求項９】
処理室内にチタン含有成膜ガスと還元ガスを含む処理ガスを供給してプラズマを生成することによって，コンタクトホールが形成された被処理基板上にチタン膜を成膜する成膜装置であって，
前記被処理基板を載置するサセプタと，
前記処理ガスを処理室内に供給するシャワーヘッドと，
前記サセプタとの間にプラズマを生成するための高周波を所定のパワーで前記シャワーヘッドに供給する高周波電源と，
前記処理室内を排気して所定の圧力に減圧する排気装置と，
前記チタン膜の成膜処理に適用しようとする前記成膜ガスの流量が，前記成膜処理の反応律速領域に入るように，前記還元ガスの流量，前記処理室内の圧力，前記高周波パワーのいずれかを変えることによって，前記反応律速領域を制御する制御部と，
を備えることを特徴とする成膜装置。
【請求項１】
処理室内にチタン含有成膜ガスと還元ガスを含む処理ガスを供給してプラズマを生成することによって，コンタクトホールが形成された被処理基板上にチタン膜を成膜する方法であって，
前記チタン膜の成膜処理に適用しようとする前記成膜ガスの流量が，前記成膜処理の反応律速領域に入るように，前記還元ガスの流量，前記処理室内の圧力，前記プラズマを生成するために電極に印加する高周波パワーのいずれかを変えることによって，前記反応律速領域を制御することを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
前記還元ガス流量を増加することによって，前記成膜処理の反応律速領域の境界となる前記原料ガスの流量が大きくなるように制御することを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
前記処理室内圧力を増加することによって，前記成膜処理の反応律速領域の境界となる前記原料ガスの流量が大きくなるように制御することを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記高周波パワーを増加することによって，前記成膜処理の反応律速領域の境界となる前記原料ガスの流量が大きくなるように制御することを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
【請求項５】
前記成膜ガスの流量は，前記還元ガス流量に対する前記成膜ガスの流量比が１３ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ以上５５ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ以下となる範囲で設定したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項６】
前記成膜ガスの流量は，前記還元ガス流量に対する前記成膜ガスの流量比が１３ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ以上４５．６ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ以下となる範囲で設定したことを特徴とする請求項５に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記成膜ガスの流量は，前記還元ガス流量に対する前記成膜ガスの流量比が４５．６ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ以上５５ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ以下となる範囲で設定したことを特徴とする請求項５に記載の成膜方法。
【請求項８】
処理室内にチタン含有成膜ガスと還元ガスを含む処理ガスを供給してプラズマを生成することによって，コンタクトホールが形成された被処理基板上にチタン膜を成膜する方法であって，
前記成膜ガスの流量，前記還元ガスの流量，前記処理室内の圧力，前記プラズマを生成するために電極に印加する高周波パワーを含む前記成膜処理の処理条件によって決定された前記成膜処理の反応律速領域で前記成膜ガスと還元ガスとを反応させることによって，前記被処理基板上にチタン膜を形成することを特徴とする成膜方法。
【請求項９】
処理室内にチタン含有成膜ガスと還元ガスを含む処理ガスを供給してプラズマを生成することによって，コンタクトホールが形成された被処理基板上にチタン膜を成膜する成膜装置であって，
前記被処理基板を載置するサセプタと，
前記処理ガスを処理室内に供給するシャワーヘッドと，
前記サセプタとの間にプラズマを生成するための高周波を所定のパワーで前記シャワーヘッドに供給する高周波電源と，
前記処理室内を排気して所定の圧力に減圧する排気装置と，
前記チタン膜の成膜処理に適用しようとする前記成膜ガスの流量が，前記成膜処理の反応律速領域に入るように，前記還元ガスの流量，前記処理室内の圧力，前記高周波パワーのいずれかを変えることによって，前記反応律速領域を制御する制御部と，
を備えることを特徴とする成膜装置。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−７２４７５（Ｐ２０１２−７２４７５Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１９９４７（Ｐ２０１０−２１９９４７）
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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