成膜方法
【課題】 チャージアップダメージの発生を大幅に抑制することが可能なプラズマ処理方法を提供する。
【解決手段】 真空引き可能になされた処理容器２２内に設けたプラズマ用電極３８に、プラズマ発生用電源から所定の電力を供給してプラズマを生成し、前記処理容器内に収容されている被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理方法において、前記被処理体に発生するチャージアップ電圧を抑制するために前記プラズマ処理を開始する際に、前記プラズマ用電極へ供給する電力を徐々に増加するように構成する。
【解決手段】 真空引き可能になされた処理容器２２内に設けたプラズマ用電極３８に、プラズマ発生用電源から所定の電力を供給してプラズマを生成し、前記処理容器内に収容されている被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理方法において、前記被処理体に発生するチャージアップ電圧を抑制するために前記プラズマ処理を開始する際に、前記プラズマ用電極へ供給する電力を徐々に増加するように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板などの表面に金属膜などを形成するプラズマ処理方法及び成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体集積回路を製造するためには、半導体ウエハ等のシリコン基板に対して、成膜とパターンエッチング等を繰り返し行なって、多数の所望の素子を形成するようになっている。この場合、半導体ウエハに対しては各種の熱処理が行われるが、最近の半導体集積回路の製造工程においては、各素子の熱的ダメージをできるだけ抑制する必要からより各種の処理を低温で処理することが要請されており、このような状況下において比較的低温で処理を行うことができることから、プラズマを用いた処理が多く採用されるようになってきている。
【０００３】
例えば集積回路中の各素子間を接続する配線、各素子に対する電気的コンタクトを図る配線層の下層には、基板のＳｉと配線材料との相互拡散を抑制する目的で、或いは下地層との剥離を防止する目的でバリヤメタルが用いられるが、このバリヤメタルとしては、電気抵抗が低いことは勿論のこと、耐腐食性に優れた材料を用いなければならず、このような要請に対応できるバリヤメタルの材料として、特に、Ｔｉ膜・ＴｉＮ膜の積層構造が多用される傾向にあり、このＴｉ膜を形成する際にプラズマＣＶＤ処理が行われる。すなわち、非常に薄いＴｉ膜をプラズマＣＶＤにより成膜し、これを窒化処理して、更にＴｉＮ膜を熱ＣＶＤで成膜するようになっている。上記Ｔｉ膜は、原料ガスとしてＴｉＣｌ４ （四塩化チタン）ガスと水素ガスを用いてプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により成膜される（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２１０７１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、プラズマを用いて半導体ウエハに対して成膜処理や改質処理やエッチング処理等のプラズマ処理を行う場合、プラズマ自体は電気的には中性であるが、このプラズマの作用によって半導体ウエハ自体に、或いは半導体ウエハとプラズマとの間に電位差、すなわちチャージアップ電圧が発生することは避けられない。そして、このようなチャージアップ電圧は、特にプラズマ処理を開始した直後に発生し、この結果、半導体ウエハにすでに形成されていた絶縁膜等が上記チャージアップ電圧により絶縁破壊されてチャージアップダメージを受けてしまい、製品の歩留りを低下させてしまう、といった問題があった。
【０００６】
特に、ウエハサイズが直径２００ｍｍから直径３００ｍｍへ大型化し、更には膜厚の薄膜化及び線幅の微細化が更に要請されている今日において、上記問題点の早期解決が強く望まれている。
また上記問題点と関連して、例えばバリヤメタルとしてＴｉ膜・ＴｉＮ膜の積層構造を用いる場合、Ｔｉ膜が下地層から剥がれる、という問題もあった。すなわち、最近、半導体集積回路として、ＤＲＡＭに代えて、主としてロジック回路素子を作製する場合には、高速動作が可能なことからコンタクト膜としてＮｉＳｉ（ニッケルシリサイド）膜を用いる場合がある。このＮｉＳｉ膜はＴｉ膜、或いはＴｉＮ膜を併用しないと密着度が低下して剥がれが生じてしまうので、Ｔｉ膜、或いはＴｉＮ膜がＮｉＳｉ膜に対して併用されるが、上記ＮｉＳｉ膜は高温、例えば６００℃以上に晒されると結晶形態が変化してその抵抗が急激に増加するので、ＮｉＳｉ膜を成膜した以後の後工程の各プロセス温度は常に５００℃以下に設定する必要がある。すると、後工程において、上記５００℃以下の低温で例えばＴｉ膜、或いはＴｉＮ膜を形成すると、今度は、成膜温度が低すぎるのでこのＴｉ膜、或いはＴｉＮ膜の密着性が低くなってしまい、この結果、上述したようにこのＴｉ膜やＴｉＮ膜が下地層から剥がれてしまう、という問題が生じてしまう。
【０００７】
この点に関して、図７を参照して説明する。図７においては、例えばシリコン基板よりなる半導体ウエハ上に形成した素子にバリヤメタルとしてＴｉＮ膜を用いる場合を例にとって説明する。
まず、図７（Ａ）において、被処理体としての半導体ウエハＷは例えばシリコン基板よりなり、このシリコン基板よりなる半導体ウエハＷの表面全体には、これを覆うようにして例えばＳｉＯ２ よりなる絶縁層２が形成されている。そして、この絶縁層２は、パターン化されて例えばコンタクトホールのようなホール４が形成されており、このホール４の底部には、シリコン基板の表面であるシリコン部分６が露出している。上記ホール４がビアホール等の場合もある。
【０００８】
そして、図７（Ｂ）に示すように上記ウエハＷの表面に、例えばスパッタを用いてＮｉ膜８を形成する（Ｎｉ膜形成工程）。この場合、ホール４の底部に堆積したＮｉ膜は、この下地層のシリコン部分６の表面との境界部分にて自然に反応してＮｉＳｉよりなるＮｉＳｉ混合層１０が自然発生的に形成される。
【０００９】
次に、図７（Ｃ）に示すように、例えばＡＰＭ（アンモニア過水）とＳＰＭ（硫酸過水）を用いてエッチングすることにより、上記ＮｉＳｉ混合層１０を残して上記Ｎｉ膜８を除去する（Ｎｉ膜除去工程）。
次に、図７（Ｄ）に示すように、プラズマ処理として例えばプラズマＣＶＤを行うことによって、上記半導体ウエハＷの表面全体にＴｉ膜１２を形成する（Ｔｉ膜形成工程）。この時、例えば原料ガスとしてはＴｉＣｌ４ を用い、その他にＨ２ ガス、Ａｒガス等を用いる。この場合、ホール４の底部にもＴｉ膜が形成されることになり、このＴｉ膜とホール４の底部のＮｉＳｉ混合層１０との境界部分にて自然に反応してＮｉＴｉＳｉ（チタン含有ニッケルシリサイド）よりなるＮｉＴｉＳｉ混合層１４が自然発生的に形成される。
【００１０】
次に、図７（Ｅ）に示すように、例えばＡｒガスとＨ２ ガスとＮＨ３ ガス等を用いてプラズマにより上記Ｔｉ膜１２を窒化処理してＴｉＮ膜に変換することにより、ＴｉＮ膜１２Ａを形成する（窒化工程）。
次に、図７（Ｆ）に示すように、例えば原料ガスとしてＴｉＣｌ４ を用い、これと共に還元ガスとしてＮＨ３ 等を用いて熱ＣＶＤ処理を施すことによって表面全体にＴｉＮ膜１６を形成する（ＴｉＮ膜形成工程）。これによりホール４の底部にはＴｉＮ膜１２Ａ、１６よりなるバリヤメタルが形成されることになる。
次に、図７（Ｇ）に示すように、例えばＷＦ６ とＨ２ 等とを用いて熱ＣＶＤ処理を施すことにより、上記ホール４内を埋め込みつつウエハＷの表面全体にタングステン膜よりなる配線層１８を形成する。その後は、この配線層１８をパターンエッチングすることにより所定の配線パターンを形成することになる。
【００１１】
上記したような成膜プロセスにおいて、前述したようにコンタクトとなるＮｉＳｉ混合膜１０は例えば６００℃以上の高温に晒されるとその電気抵抗値が急激に上昇することから、これを回避するために、図７（Ｂ）に示す工程から図７（Ｇ）に示す工程までの全ての工程におけるプロセス温度を例えば５００℃以下の低温に設定しなければならなかった。
このため、５００℃以下の低温で形成されたＴｉＮ膜１２Ａの密着性が低下し、このＴｉＮ膜１２Ａがその下地層であるＮｉＴｉＳｉ混合層１４やＳｉＯ２ 膜よりなる絶縁層２から剥がれてしまう、とった問題があった。この場合、ＴｉＮ膜１２Ａの密着性が低下する理由は、このＴｉＮ膜１２Ａ中に、Ｔｉ膜を堆積する際に用いた原料ガスであるＴｉＣｌ中のＣｌ成分が含まれるからであると考えられる。
【００１２】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の第１の目的は、チャージアップダメージの発生を大幅に抑制することが可能なプラズマ処理方法を提供することにある。本発明の第２の目的は、比較的低温で成膜処理を行ってもバリヤメタルであるＴｉＮ膜の剥がれの発生を抑制することが可能な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】
【００１３】
請求項１に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内に設けたプラズマ用電極に、プラズマ発生用電源から所定の電力を供給してプラズマを生成し、前記処理容器内に収容されている被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理方法において、前記被処理体に発生するチャージアップ電圧を抑制するために前記プラズマ処理を開始する際に、前記プラズマ用電極へ供給する電力を徐々に増加するようにしたことを特徴とするプラズマ処理方法である。
【００１４】
このようにプラズマ処理を開始する際に、プラズマ用電極へ供給する電力を、一気に大電力を供給しないで徐々に増加するようにしたので、突入電圧が小さくなることによってチャージアップ電圧が抑制されることになり、この結果、被処理体にチャージアップダメージが発生することを抑制することが可能となる。
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記プラズマ用電極へ供給される電力の増加傾向は、前記被処理体に対してチャージアップダメージが生じないような増加傾向に設定されている。
【００１５】
また例えば請求項３に規定するように、前記所定の電力の最大値は３５０ワットであり、前記プラズマ処理の開始時に前記プラズマ用電極に供給する電力をゼロワットから３５０ワットまで５秒間以上かけて略直線的に増加させる。
請求項４に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内に設けたプラズマ用電極に、プラズマ発生用電源から所定の電力を供給してプラズマを生成すると共に、前記処理容器内に原料ガスを供給し、前記処理容器内に収容されている被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理方法において、前記被処理体に発生するチャージアップ電圧を抑制するために前記プラズマ処理を開始する際に定常プロセス時の電力よりも少ない電力を前記プラズマ用電極に供給すると共に前記処理容器内へは定常プロセス時の流量よりも少ない流量の前記原料ガスを供給して所定の時間だけプラズマ処理を行うようにした第１工程と、前記第１工程の終了後に前記プラズマ用電極への供給電力を定常プロセス時の電力へ増加させると共に前記原料ガスの流量を定常プロセス時の流量へ増加させてプラズマ処理を行うようにした第２工程と、を有することを特徴とするプラズマ処理方法である。
【００１６】
このように、プラズマ処理を開始する際に、第１工程ではプラズマ用電極へは定常プロセス時の電力よりも少ない電力を供給すると共に、原料ガスも定常プロセス時の流量よりも少ない流量に設定して所定の時間だけプラズマ処理を行い、次に第２工程で電力及びガス流量共に定常プロセス時の電力及び流量までそれぞれ増加させてプラズマ処理を行うようにしたので、突入電圧が小さくなることによってチャージアップ電圧が抑制されることになり、この結果、被処理体にチャージアップダメージが発生することを抑制することが可能となる。
この場合、例えば請求項５に規定するように、前記定常プロセス時の電力よりも少ない電力は、定常プロセス時の電力の２／７以下であり、且つ前記定常プロセス時の流量よりも少ない流量は、定常プロセス時の流量は１５／４６以下である。
【００１７】
また例えば請求項６に規定するように、前記プラズマ処理は、前記被処理体の表面に薄膜を形成するプラズマ成膜処理である。
また例えば請求項７に規定するように、前記薄膜は金属膜である。
また例えば請求項８に規定するように、前記金属膜はＴｉ膜である。
請求項９に係る発明は、少なくとも表面が部分的に、或いは全体的にシリコン部分になされた被処理体の表面に、薄膜を形成する成膜方法において、前記被処理体の表面全体に金属膜を形成してシリコン部分の表面と前記金属膜との境界部分に自然発生的に金属シリサイド層を形成する金属膜形成工程と、前記金属シリサイド層を残して前記金属膜をエッチングして除去する金属膜除去工程と、表面全体にＴｉ膜を形成して前記金属シリサイド層と前記Ｔｉ膜との境界部分に自然発生的にチタン含有金属シリサイド混合層を形成するＴｉ膜形成工程と、前記チタン含有金属シリサイド混合層を残すように前記Ｔｉ膜をエッチングして除去するＴｉ膜除去工程と、表面全体にＴｉＮ膜を形成するＴｉＮ膜形成工程と、表面全体に配線層を形成する配線層形成工程と、を有することを特徴とする成膜方法である。
【００１８】
このように、例えばバリヤメタルを形成する際に、Ｃｌ元素を含むＴｉ膜をエッチングにより除去するようにしたので、バリヤメタル中にＣｌ元素を含むＴｉ膜が介在しなくなり、この結果、膜の剥がれが発生することを大幅に抑制することが可能となる。
【００１９】
この場合、例えば請求項１０に規定するように、前記Ｔｉ膜除去工程と前記ＴｉＮ膜形成工程との間に、金属膜を窒化処理するプラズマ窒化工程を行う。
また例えば請求項１１に規定するように、前記金属膜形成工程を行う直前の前記被処理体の表面は、その底部にシリコン部分の表面が露出するようなホールのパターンが形成された絶縁層により覆われている。
また例えば請求項１２に規定するように、前記金属膜形成工程以降の各工程のプロセス温度は５００℃以下に設定されている。
また例えば請求項１３に規定するように、前記金属膜は、Ｎｉ（ニッケル）膜であり、前記金属シリサイド層は、ＮｉＳｉ（ニッケルシリサイド）混合層である。
また例えば請求項１４に規定するように、前記Ｔｉ膜形成工程を行う際に、請求項１乃至８のいずれかに記載のプラズマ処理方法を用いる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のプラズマ処理方法及び成膜方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１から３に規定する発明によれば、プラズマ処理を開始する際に、プラズマ用電極へ供給する電力を、一気に大電力を供給しないで徐々に増加するようにしたので、突入電圧が小さくなることによってチャージアップ電圧が抑制されることになり、この結果、被処理体にチャージアップダメージが発生することを抑制することができる。
請求項４から８に規定する発明によれば、プラズマ処理を開始する際に、第１工程ではプラズマ用電極へは定常プロセス時の電力よりも少ない電力を供給すると共に、原料ガスも定常プロセス時の流量よりも少ない流量に設定して所定の時間だけプラズマ処理を行い、次に第２工程で電力及びガス流量共に定常プロセス時の電力及び流量までそれぞれ増加させてプラズマ処理を行うようにしたので、突入電圧が小さくなることによってチャージアップ電圧が抑制されることになり、この結果、被処理体にチャージアップダメージが発生することを抑制することができる。
請求項９から１２に規定する発明によれば、例えばバリヤメタルを形成する際に、Ｃｌ元素を含むＴｉ膜をエッチングにより除去するようにしたので、バリヤメタル中にＣｌ元素を含むＴｉ膜が介在しなくなり、この結果、膜の剥がれが発生することを大幅に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明に係るプラズマ処理方法及び成膜方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
＜第１実施例＞
まず、第１の発明について説明する。
図１は本発明方法を実施するプラズマ処理装置の一例を示す構成図、図２はプラズマ用電極へ供給する電力とチャージアップ電圧との関係を説明するためのグラフ、図３は半導体ウエハ上の比抵抗の分布を示す図である。図示するように、プラズマ処理装置２０は、例えばステンレススチール等により円筒体状に成形された処理容器２２を有しており、この処理容器２２は接地されている。
この処理容器２２の底部２４には、容器内の雰囲気を排出するための排気口２６が設けられており、この排気口２６には真空引きポンプ２８を介設した排気系３０が接続されて、処理容器２２内を底部周辺部から均一に真空引きできるようになっている。
【００２２】
この処理容器２２内には、導電性材料よりなる支柱３２を介して円板状の載置台３４が設けられており、この上に被処理体として例えばシリコン基板Ｗを載置し得るようになっている。具体的には、この載置台３４は、ＡｌＮ等のセラミックからなり、その表面が導電性材料によりコーティングされており、プラズマ用電極の一方である下部電極を兼用するものであり、支柱３２に直接支持される下台３４Ａと、この上面に接合される上台３４Ｂとよりなり、これらの接合面に抵抗加熱ヒータ３６が挟み込まれている。この下台３４Ａと上台３４Ｂは、その接合面にて例えば溶着により接合される。
【００２３】
処理容器２２の天井部には、プラズマ用電極の他方である上部電極と兼用されるシャワーヘッド３８が一体的に設けられた天井板４０が容器側壁に対して絶縁材４２を介して気密に取り付けられている。このシャワーヘッド３８は、上記載置台３４の上面の略全面を覆うように対向させて設けられており、載置台３４との間に処理空間Ｓを形成している。このシャワーヘッド３８は、処理空間Ｓに各種のガスをシャワー状に導入するものであり、シャワーヘッド３８の下面の噴射面４４にはガスを噴射するための多数の噴射孔４６が形成される。
【００２４】
そして、このシャワーヘッド３８の上部には、ヘッド内にガスを導入するガス導入ポート４８が設けられており、このガス導入ポート４８にはガスを流す供給通路５０が接続されている。
この供給通路５０には、複数の分岐管５２が接続され、各分岐管５２には、成膜用の原料ガスとエッチングガスとを兼用するガスとして、例えばＴｉＣｌ４ ガスを貯留するＴｉＣｌ４ ガス源５４、Ｈ２ ガスを貯留するＨ２ ガス源５６、プラズマガスとして例えばＡｒガスを貯留するＡｒガス源５８、アンモニアを貯留するＮＨ３ ガス源６０及びＮ２ ガス源６２がそれぞれ接続されている。そして、各ガスの流量は、それぞれの分岐管に介設した流量制御器、例えばマスフローコントローラ６３により制御される。また、各分岐管５２には、必要に応じて上記各ガスの供給及び供給停止を行なう開閉弁６４が介設されている。尚、ここでは、各ガスを１つの供給通路５０内を混合状態で供給する場合を示しているが、これに限定されず、一部のガス或いは全てのガスを個別に異なる通路内に供給し、シャワーヘッド３８内、或いは処理空間Ｓにて混合させる（いわゆるポストミックス）ガス搬送形態を用いるようにしてもよい。
【００２５】
また、天井板４０には、Ｔｉ膜成膜時のプラズマを形成するために、リード線６６を介してマッチング回路６８及び例えば４５０ｋＨｚのプラズマ発生用電源である高周波電源７０が接続されている。ここで、この高周波電源７０にあっては、任意の大きさの電力を出力できるように出力電力が可変になされている。そして、このリード線６６には、必要に応じて高周波電源の供給を断つ開閉スイッチ７２が介設されている。また、処理容器２２の側壁には、基板Ｗの搬入・搬出時に気密に開閉可能になされたゲートバルブ７４が設けられる。
【００２６】
次に、以上のように構成された装置を用いて行なわれる本発明のプラズマ処理方法について説明する。
ここではプラズマ処理方法の一例としてＴｉ膜を成膜する場合を例にとって説明する。この第１の発明の特徴は、チャージアップ電圧を抑制するために、電極へ供給する電力を徐々に増加させてある程度の時間をかけて定常プロセス時の電力まで増加する点にある。
まず、Ｔｉ膜の成膜時には、処理容器２２内へ、開放されたゲートバルブ７４を介してシリコン基板Ｗを導入し、これを載置台３４上に載置して処理容器２２内を密閉する。シリコン基板Ｗの表面には、例えば前工程において、基板上のトランジスタとのコンタクトをとるためのコンタクトホール等がすでに形成されている。
【００２７】
処理容器２２内を密閉したならば、原料ガスのＴｉＣｌ４ ガスと、還元ガスのＨ２ ガスを、プラズマ用ガスのＡｒガスを、それぞれ上部電極であるシャワーヘッド３８から所定の流量で処理容器２２内に導入し、且つ真空引きポンプ２８により処理容器２２内を真空引きし、所定の圧力に維持する。
これと同時に、高周波電源７０より、４５０ｋＨｚの高周波を上部電極であるシャワーヘッド３８に印加して、シャワーヘッド３８と下部電極としての載置台３４との間に高周波電界を加えて電力を投入する。これにより、Ａｒガスがプラズマ化されて、ＴｉＣｌ４ ガスとＨ２ ガスとの還元反応を推進し、基板表面にＴｉ膜が成膜されることになる。基板Ｗの温度は、載置台３４に埋め込んだ抵抗加熱ヒータ３６により所定の温度により加熱維持される。
【００２８】
ここで重要な点は、上記上下の電極３８、３４間に投入する電力はゼロワットから一気にプロセス電力（定常プロセス時の電力）まで増加するのではなく、ウエハＷの発生するチャージアップ電力を抑制するためにある程度の時間をかけて徐々に供給電力を増加して定常プロセス時の電力まで増加させる点である。
ここでの定常プロセスの条件は、例えば８インチ基板を処理する場合には、基板Ｗの温度が、例えば３５０〜５００℃程度、プロセス圧力は６６５Ｐａ（≒５Ｔｏｒｒ）程度である。また、ガス流量に関しては、ＴｉＣｌ４ ガスは４．６ｓｃｃｍ程度、Ｈ２ ガスは１５００ｓｃｃｍ程度、Ａｒガスは３００ｓｃｃｍ程度である。また、全体の成膜時間は、６０秒程度で、Ｔｉ膜の膜厚は２００Å程度である。
【００２９】
またプラズマ発生用電源７０より供給する電力は、定常プロセス時は例えば３５０ワットであり、ここではゼロワットから例えば５〜１０秒程度でかけて、定常プロセス時の電力の最大値である３５０ワットまで、徐々に、例えば直線的に増加させてい行く。
このように、プラズマ処理の開始直後の僅かな時間、例えば５〜１０秒間程度だけ時間をかけて供給電力を定常プロセス時の電力まで徐々に増加させることにより、突入電圧を低く抑えてこの僅かな期間でウエハＷに生ずるチャージアップ電圧を極力抑制することができ、従って、チャージアップダメージの発生を抑制することができる。
【００３０】
このように、５〜１０秒程度経過した後に、定常プロセス時の電力を供給しても、すなわちフルパワーを印加しても、すでに上記した５〜１０秒の僅かな期間にウエハＷ上には導電膜であるＴｉ膜が非常に僅かな厚さで堆積しているので、この極めて薄い導電性のＴｉ膜によって電荷の流れが生ずるので、チャージアップ電圧がほとんど発生することはない。また膜厚等のプラズマ処理の面内均一性も高く維持することができる。
【００３１】
ここで図２を参照して、本発明方法においてチャージアップ電圧が低下する点について説明する。図２（Ａ）はプラズマ用電極へ供給する電力の変化を示すグラフであり、図２（Ｂ）はその時の半導体ウエハ上におけるチャージアップ電圧Ｖｄｃの変化を示すグラフである。図２中において、点Ｐ１において上部電極であるシャワーヘッド３８へ電力の供給が始まってプラズマ処理が開始されている。特性Ｘ１はプラズマ処理の開始と同時にフルパワーの電力、例えば３５０ワットを一気に供給しており、これは従来方法の場合を示す。尚、図２（Ａ）では縦軸の高周波電力の大きさを目盛りで表しており、例えば目盛り１．７が３５０ワットに対応する。
【００３２】
これに対して、特性Ｙ１及びＹ２は本発明方法の場合を示しており、特性Ｙ１はゼロワットからフルパワー（定常プロセス時の電力）の電力まで５秒間かけて徐々に直線的に増加させている場合を示し、特性Ｙ２はゼロワットからフルパワーの電力まで１０秒間かけて徐々に直線的に増加させている場合を示している。この時のチャージアップ電圧Ｖｄｃは図２（Ｂ）に示されており、従来方法の特性Ｘ１では最大のチャージアップ電圧は−８１ボルトにも達している。これに対して、本発明方法の場合には、フルパワーまで５秒間かけた特性Ｙ１では最大のチャージアップ電圧Ｖｄｃは−６４ボルト程度、フルパワーまで１０秒間かけた特性Ｙ２では最大のチャージアップ電圧は−６２ボルト程度であり、共に最大のチャージアップ電圧をかなり抑制することができる。この場合、ゼロワットからフルパワーまで増加する時間を長くすればする程、発生するチャージアップ電圧の最大値を小さくできる。この結果、本発明方法の場合には、チャージアップダメージの発生量を大幅に抑制できることが確認できた。
【００３３】
ここでシャワーヘッド３８への供給電力がゼロワットからフルパワーまで増加する期間を５秒よりも小さく設定すると、チャージアップ電圧の抑制効果はそれ程発揮することができない。またこのゼロワットからフルパワーまで増加する期間を過度に長くすると、プロセス期間が長くなるのみならず、膜厚の面内均一性も低下させる原因となるので、その最大値は例えば３０秒程度である。
またここでは、特性Ｙ１、Ｙ２は直線状に変化させているが、これらが上向きに凸となる、或いは下向きに凸となる円弧形状となるように供給電力を増加させてもよいし、または、直線状ではなく階段状に供給電力を増加させるようにしてもよく、いずれにしても半導体ウエハＷに発生するチャージアップ電圧が過度に大きくならないような供給電力の増加態様ならば、どのような増加態様でもよい。
【００３４】
またここでは、定常プロセス時の供給電力が３５０ワットの場合について説明しているが、これが例えば２００ワット程度の場合には、電圧が低過ぎるので本発明方法を採用しないでもチャージアップダメージは発生しない。また実際には、チャージアップ電圧の大きさは、プロセス圧力やガス種等のプロセス条件によっても異なるので、プロセス毎に、ゼロワットから定常プロセスの電力までの電力増加期間を設定するのが望ましい。
ここでシャワーヘッド３８への供給電力をプロセス途中で変化させた結果、Ｔｉ膜の面内均一性を低下させる恐れが生ずるので、この膜厚についての検討を行った。
【００３５】
この結果を図３に示す。図３においては比抵抗を示しているが、比抵抗は膜厚の状態を１：１で反映しているので、比抵抗を検討することによって膜厚を知ることができる。図示するように、従来方法の場合には、膜厚の偏差は１．４％であったのに対して、本発明方法の場合には、膜厚の偏差は共に１．６％であり、従来方法の場合と同様に、十分に高い膜厚の面内均一性を得られることが確認できた。
【００３６】
＜変形例＞
次に第１の発明の変形例について説明する。
先の実施例においては、プラズマ用電極に供給する電力をゼロワットから定常プロセス時の電力まで徐々に増加させたが、これに限定されず、少なくとも２段階以上の複数段階に分けて供給電力を増加させるようにしてもよい。
ここではゼロワットから定常プロセス時の電力まで２段階に分けて電力を増加させる場合を例にとって説明する。
すなわち、この変形例では、前記被処理体に発生するチャージアップ電圧を抑制するために前記プラズマ処理を開始する際に定常プロセス時の電力よりも少ない電力を前記プラズマ用電極に供給すると共に前記処理容器内へは定常プロセス時の流量よりも少ない流量の前記原料ガスを供給して所定の時間だけプラズマ処理を行うようにした第１工程と、前記第１工程の終了後に前記プラズマ用電極への供給電力を定常プロセス時の電力へ増加させると共に前記原料ガスの流量を定常プロセス時の流量へ増加させてプラズマ処理を行うようにした第２工程とよりなる。
【００３７】
すなわち、ここでは定常プロセス時の電力は３５０ワットなので、第１工程ではこれより少ない電力、例えば１００ワットを一気にプラズマ用電極（シャワーヘッド）に供給し、これと同時に原料ガス、すなわちＴｉＣｌ４ ガスを定常プロセス時の流量、例えば４．６ｓｃｃｍよりも少ない流量、例えば１．５ｓｃｃｍに設定して短い所定の時間、例えば１０秒程度だけプラズマ成膜処理を行う。尚、この間は、他のガス種に関しては定常プロセス時と同じ流量のガスを流す。
【００３８】
次に、第２工程では、プラズマ用電極への供給電力を定常プロセス時の電力へ増加させると共に、原料ガスの流量も定常プロセス時の流量へ増加させる。この場合、第２工程においてプラズマ用電極への供給電力を増加する際、定常プロセス時の電力へ一気に増加させるようにしてもよいし、これに代えて、ある程度の短い時間で直線的に、或いは段階的に増加させてもよい。
ここで、この変形例の流れを、図４に示すフローチャートも参照して説明する。
【００３９】
まず、処理容器２２内へＨ２ ガス、Ａｒガスと共に原料ガスであるＴｉＣｌ４ ガスを供給する（Ｓ１）。この際、上述したように、この原料ガスを定常プロセス時の流量、例えば４．６ｓｃｃｍより少ない流量、例えば１．５ｓｃｃｍで供給する。そして、これと同時に、プラズマ用電極であるシャワーヘッド３８と載置台３４との間にプラズマ用の電力を供給し、プラズマを立ててプラズマ処理、すなわちプラズマ成膜処理（プラズマＣＶＤ）を行ってＴｉ膜を堆積する（Ｓ２）。この際、上述したように、供給する電力は、定常プロセス時の電力、例えば３５０ワットよりも少ない電力、例えば１００ワットに設定する。すなわち、この１００ワットの電力を、一気にプラズマ用電極に供給する。そして、この第１工程を所定の時間、例えば１０秒程度の間、継続して行う（Ｓ３）。
【００４０】
このようにして、第１工程が終了したならば、第２工程へ移行する。すなわち、ここでは先の原料ガスの流量を増加させて定常プロセス時の流量、例えば４．６ｓｃｃｍまで増加する。これと同時に、プラズマ用電力の供給量も増加させて定常プロセス時の電力、例えば３５０ワットに設定する（Ｓ４）。
ここで、プラズマ用の供給電力を定常プロセス時の電力まで増加する場合、一気に増加させてもよいし、ある程度の短い時間、例えば数秒間をかけて直線的に、或いは段階的に増加させるようにしてもよい。そして、このような状態で、所定の時間だけ成膜処理を行ったならば、第２工程を終えて（Ｓ５）、全体の処理を終了する。この変形例の場合にも、先の実施例と同様な作用効果を発揮でき、すなわち、膜厚等のプラズマ処理の面内均一性を高く維持しつつチャージアップダメージの発生を抑制することができる。
【００４１】
ここでシャワーヘッド３８への供給電力や原料ガスの流量をプロセス途中で変化させた結果、Ｔｉ膜の面内均一性を低下させる恐れが生ずるので、この膜厚についての検討を行った。この結果を図５に示す。図５においては比抵抗を示しているが、比抵抗は膜厚の状態を１：１で反映しているので、比抵抗を検討することによって膜厚を知ることができる。尚、この図中には、比較例として、プラズマ用の供給電力は２段階で変化させているが、原料ガスの供給量は減少させないで当初より定常プロセス時の流量だけ流した場合のデータも示している。
【００４２】
図示するように、従来方法の場合には、膜厚の偏差は１．４％であったのに対して、本発明方法の変形例の場合には、膜厚の偏差は共に４．１％であり、従来方法の場合よりもある程度増加したが許容範囲内であり、高い膜厚の面内均一性を得られることが確認できた。これに対して、比較例の場合には、膜厚の偏差は１５．７％にも達してしまい、良好な特性が得られなかった。これにより、良好な膜厚の面内均一性を得るためには、第１工程で、プラズマ用供給電力のみならず、原料ガスの供給量も共に減少させる必要があることを、確認することができた。
【００４３】
上記プラズマ処理装置２０では、上部電極であるシャワーヘッド３８にプラズマ用の高周波電圧を印加する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、下部電極である載置台３４側にプラズマ用の高周波電圧を印加する装置、或いは上下の両電極に高周波電圧を印加する装置にも本発明方法を適用することができる。また、磁界や電界を併用したプラズマ処理装置等にも本発明方法を適用することができる。
更には、ここではＴｉ膜をプラズマＣＶＤにより成膜する場合を例にとって説明したが、他の金属膜、或いは絶縁膜を成膜する場合のみならず、プラズマ改質処理（例えば窒化処理）、プラズマエッチング処理等の他のプラズマ処理にも本発明方法を適用することができる。
【００４４】
＜第２の発明＞
次に、第２の発明について説明する。
この第２の発明では、例えばシリコン基板よりなる半導体ウエハＷの表面に各種の膜を堆積する際に、その一部の膜の成膜時に先に説明した第１の発明の方法を用いて、剥がれの発生のみならず、チャージアップダメージの発生を抑制するようにしている。図６はバリヤメタルとしてＴｉＮ膜を用いた時の成膜方法の一例を示すフローチャートである。
ここではシリコン基板よりなる半導体ウエハ上に形成した素子に、コンタクトとしてＮｉＳｉ膜を用い、またバリヤメタルとしてＴｉＮ膜を用いる場合を例にとって説明する。ここでの成膜プロセスの一部は、先に説明した図７（Ａ）〜図７（Ｄ）に示す工程と全く同じである。すなわちまず、図６（Ａ）において、被処理体としての半導体ウエハＷは例えばシリコン基板よりなり、このシリコン基板よりなる半導体ウエハＷの表面全体には、これを覆うようにして例えばＳｉＯ２ よりなる絶縁層２が形成されている。そして、この絶縁層２は、パターン化されて例えばコンタクトホールのようなホール４が形成されており、このホール４の底部には、シリコン基板の表面であるシリコン部分６が露出している。上記ホール４がビアホール等の場合もある。
【００４５】
そして、図６（Ｂ）に示すように上記ウエハＷの表面に、例えばスパッタを用いて金属膜として例えばＮｉ膜８を形成する（Ｎｉ膜形成工程：金属膜形成工程）。この場合、ホール４の底部に堆積したＮｉ膜は、この下地層のシリコン部分６の表面との境界部分にて自然に反応して金属シリサイドとして例えばＮｉＳｉよりなるＮｉＳｉ混合層（金属シリサイド層）１０が自然発生的に形成される。ここでこのＮｉＳｉ混合層１０は、温度が例えば６００℃より高くなると結晶構造が変化してその電気抵抗が急激に増加してコンタクト抵抗が高くなってしまう。従って、この図６（Ｂ）に示す工程より以後の全ての工程（図６（Ｃ）〜図６（Ｇ））では、上記ＮｉＳｉ混合層１０が６００℃よりも高い高温に晒されることを防止するために、各プロセス温度を６００℃以下に設定して各処理を行う。
【００４６】
次に、図６（Ｃ）に示すように、例えばＡＰＭとＳＰＭを用いてエッチングすることにより、上記ＮｉＳｉ混合層１０を残して上記Ｎｉ膜８を除去する（Ｎｉ膜除去工程）。
次に、図６（Ｄ）に示すように、プラズマ処理として例えばプラズマＣＶＤを行うことによって、上記半導体ウエハＷの表面全体にＴｉ膜１２を形成する（Ｔｉ膜形成工程）。この時、例えば原料ガスとしてはＴｉＣｌ４ を用い、その他にＨ２ ガス、Ａｒガス等を用いる。この場合、ホール４の底部にもＴｉ膜が形成されることになり、このＴｉ膜とホール４の底部のＮｉＳｉ混合層１０との境界部分にて自然に反応してＮｉＴｉＳｉよりなるＮｉＴｉＳｉ混合層（チタン含有金属シリサイド混合層）１４が自然発生的に形成される。そして、このＴｉ成膜処理を行う際は、先に説明した図１に示すようなプラズマ処理装置２を用い、先に説明した第１の発明の方法を用いて行う。これにより、このプラズマ成膜時にチャージアップダメージが発生することを大幅に抑制することができる。
【００４７】
次に、図６（Ｅ）に示すように、同じプラズマ処理装置２内にてプラズマを用いないでＴｉ膜をエッチングにて除去する（Ｔｉ膜除去工程）。この場合、上記ＮｉＴｉＳｉ混合層１４はエッチングの選択性があることから除去されることなく残留する。
このエッチング処理では、プラズマ処理装置２の開閉スイッチ７２を開いて高周波電源７０の供給を断つことによりプラズマを用いず、エッチングガスとしてはＴｉＣｌ４ ガスのみを処理容器２２内へ供給する。この時のプロセス条件は、例えばウエハＷの温度が３５０〜５００℃の範囲内、プロセス圧力が６６５Ｐａ（≒５Ｔｏｒｒ）程度、ＴｉＣｌ４ ガスの流量は最大３０ｓｃｃｍ程度である。これにより、上述したように下地と反応したＮｉＴｉＳｉ混合層１４を除くＴｉ膜１２をエッチングして除去することが可能となる。
【００４８】
次に、図６（Ｆ）に示すように、例えば原料ガスとしてＴｉＣｌ４ を用い、これと共に還元ガスとしてＮＨ３ 等を用いて熱ＣＶＤ処理を施すことによって表面全体にＴｉＮ膜１６を形成する（ＴｉＮ膜形成工程）。この場合にも、プラズマを用いないで、引き続き上記プラズマ処理装置２０内で成膜処理を行う。これによりホール４の底部にはＴｉＮ膜１６よりなるバリヤメタルが形成されることになる。
次に、図６（Ｇ）に示すように、例えばＷＦ６ とＨ２ 等とを用いて熱ＣＶＤ処理を施すことにより、上記ホール４内を埋め込みつつウエハＷの表面全体にタングステン膜よりなる配線層１８を形成する。この配線層１８をＡｌ等の他の金属で形成してもよい。その後は、この配線層１８をパターンエッチングすることにより所定の配線パターンを形成することになる。
このように、従来方法の場合に形成されたＣｌ含有のＴｉＮ膜１２Ａ（図７（Ｅ）参照）を、本発明方法では形成する必要がないので、この結果、例えば５００℃以下の低温で処理を行っても膜剥がれや腐食が発生することがなく、電気的特性の良好なコンタクトを得ることが可能となる。
【００４９】
また上記実施例では、図６（Ｅ）に示すＴｉ膜除去工程の後に、直ちに図６（Ｆ）に示すＴｉＮ膜形成工程へ移行したが、これに限定されず、上記図６（Ｅ）に示すＴｉ膜除去工程においてＴｉ膜が完全にエッチングできなくて、これが僅かに残留することも予測されるので、このＴｉ膜除去工程の後に、残留する恐れのある金属膜、すなわち残留Ｔｉ膜を窒化処理して密着性を増すためのプラズマ窒化処理を行うようにしてもよい。このプラズマ窒化処理は、前述したように、プラズマ処理装置２内にてプラズマを用い、且つ先に説明した本発明の第１の発明方法を用いて行えばよい。
また上記各実施例においては、コンタクトとしてＮｉＳｉ膜を用いたが、これに限定されず、例えばＣｏＳｉ膜、ＰｔＳｉ膜等の金属シリサイド膜を用いることも可能である。 尚、以上の各実施例で説明した各プロセス条件は、単に一例を示したに過ぎず、これに限定されないのは勿論である。
ここでは被処理体として、シリコン基板を用いて説明したが、これに限定されず、表面にシリコン層などを形成したＬＣＤ基板、ガラス基板にも本発明方法を適用できるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明方法を実施するプラズマ処理装置の一例を示す構成図である。
【図２】プラズマ用電極へ供給する電力とチャージアップ電圧との関係を説明するためのグラフである。
【図３】半導体ウエハ上の比抵抗の分布を示す図である。
【図４】本発明方法のフローチャートを示す図である。
【図５】半導体ウエハ上の比抵抗の分布を示す図である。
【図６】バリヤメタルとしてＴｉＮ膜を用いた時の成膜方法の一例を示すフローチャートである。
【図７】シリコン基板よりなる半導体ウエハ上に形成した素子にバリヤメタルとしてＴｉＮ膜を用いる場合のフローチャートである。
【符号の説明】
【００５１】
２ 絶縁層
４ ホール
６ シリコン部分
８ Ｎｉ膜
１０ ＮｉＳｉ混合層
１２ Ｔｉ膜
１２Ａ ＴｉＮ膜
１４ ＮｉＴｉＳｉ混合層
１６ ＴｉＮ膜
１８ 配線層
２０ プラズマ処理装置
２２ 処理容器
３４ 載置台（プラズマ用電極）
３８ シャワーヘッド（プラズマ用電極）
７０ 高周波電源（プラズマ発生用電源）
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板などの表面に金属膜などを形成するプラズマ処理方法及び成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体集積回路を製造するためには、半導体ウエハ等のシリコン基板に対して、成膜とパターンエッチング等を繰り返し行なって、多数の所望の素子を形成するようになっている。この場合、半導体ウエハに対しては各種の熱処理が行われるが、最近の半導体集積回路の製造工程においては、各素子の熱的ダメージをできるだけ抑制する必要からより各種の処理を低温で処理することが要請されており、このような状況下において比較的低温で処理を行うことができることから、プラズマを用いた処理が多く採用されるようになってきている。
【０００３】
例えば集積回路中の各素子間を接続する配線、各素子に対する電気的コンタクトを図る配線層の下層には、基板のＳｉと配線材料との相互拡散を抑制する目的で、或いは下地層との剥離を防止する目的でバリヤメタルが用いられるが、このバリヤメタルとしては、電気抵抗が低いことは勿論のこと、耐腐食性に優れた材料を用いなければならず、このような要請に対応できるバリヤメタルの材料として、特に、Ｔｉ膜・ＴｉＮ膜の積層構造が多用される傾向にあり、このＴｉ膜を形成する際にプラズマＣＶＤ処理が行われる。すなわち、非常に薄いＴｉ膜をプラズマＣＶＤにより成膜し、これを窒化処理して、更にＴｉＮ膜を熱ＣＶＤで成膜するようになっている。上記Ｔｉ膜は、原料ガスとしてＴｉＣｌ４ （四塩化チタン）ガスと水素ガスを用いてプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により成膜される（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２１０７１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、プラズマを用いて半導体ウエハに対して成膜処理や改質処理やエッチング処理等のプラズマ処理を行う場合、プラズマ自体は電気的には中性であるが、このプラズマの作用によって半導体ウエハ自体に、或いは半導体ウエハとプラズマとの間に電位差、すなわちチャージアップ電圧が発生することは避けられない。そして、このようなチャージアップ電圧は、特にプラズマ処理を開始した直後に発生し、この結果、半導体ウエハにすでに形成されていた絶縁膜等が上記チャージアップ電圧により絶縁破壊されてチャージアップダメージを受けてしまい、製品の歩留りを低下させてしまう、といった問題があった。
【０００６】
特に、ウエハサイズが直径２００ｍｍから直径３００ｍｍへ大型化し、更には膜厚の薄膜化及び線幅の微細化が更に要請されている今日において、上記問題点の早期解決が強く望まれている。
また上記問題点と関連して、例えばバリヤメタルとしてＴｉ膜・ＴｉＮ膜の積層構造を用いる場合、Ｔｉ膜が下地層から剥がれる、という問題もあった。すなわち、最近、半導体集積回路として、ＤＲＡＭに代えて、主としてロジック回路素子を作製する場合には、高速動作が可能なことからコンタクト膜としてＮｉＳｉ（ニッケルシリサイド）膜を用いる場合がある。このＮｉＳｉ膜はＴｉ膜、或いはＴｉＮ膜を併用しないと密着度が低下して剥がれが生じてしまうので、Ｔｉ膜、或いはＴｉＮ膜がＮｉＳｉ膜に対して併用されるが、上記ＮｉＳｉ膜は高温、例えば６００℃以上に晒されると結晶形態が変化してその抵抗が急激に増加するので、ＮｉＳｉ膜を成膜した以後の後工程の各プロセス温度は常に５００℃以下に設定する必要がある。すると、後工程において、上記５００℃以下の低温で例えばＴｉ膜、或いはＴｉＮ膜を形成すると、今度は、成膜温度が低すぎるのでこのＴｉ膜、或いはＴｉＮ膜の密着性が低くなってしまい、この結果、上述したようにこのＴｉ膜やＴｉＮ膜が下地層から剥がれてしまう、という問題が生じてしまう。
【０００７】
この点に関して、図７を参照して説明する。図７においては、例えばシリコン基板よりなる半導体ウエハ上に形成した素子にバリヤメタルとしてＴｉＮ膜を用いる場合を例にとって説明する。
まず、図７（Ａ）において、被処理体としての半導体ウエハＷは例えばシリコン基板よりなり、このシリコン基板よりなる半導体ウエハＷの表面全体には、これを覆うようにして例えばＳｉＯ２ よりなる絶縁層２が形成されている。そして、この絶縁層２は、パターン化されて例えばコンタクトホールのようなホール４が形成されており、このホール４の底部には、シリコン基板の表面であるシリコン部分６が露出している。上記ホール４がビアホール等の場合もある。
【０００８】
そして、図７（Ｂ）に示すように上記ウエハＷの表面に、例えばスパッタを用いてＮｉ膜８を形成する（Ｎｉ膜形成工程）。この場合、ホール４の底部に堆積したＮｉ膜は、この下地層のシリコン部分６の表面との境界部分にて自然に反応してＮｉＳｉよりなるＮｉＳｉ混合層１０が自然発生的に形成される。
【０００９】
次に、図７（Ｃ）に示すように、例えばＡＰＭ（アンモニア過水）とＳＰＭ（硫酸過水）を用いてエッチングすることにより、上記ＮｉＳｉ混合層１０を残して上記Ｎｉ膜８を除去する（Ｎｉ膜除去工程）。
次に、図７（Ｄ）に示すように、プラズマ処理として例えばプラズマＣＶＤを行うことによって、上記半導体ウエハＷの表面全体にＴｉ膜１２を形成する（Ｔｉ膜形成工程）。この時、例えば原料ガスとしてはＴｉＣｌ４ を用い、その他にＨ２ ガス、Ａｒガス等を用いる。この場合、ホール４の底部にもＴｉ膜が形成されることになり、このＴｉ膜とホール４の底部のＮｉＳｉ混合層１０との境界部分にて自然に反応してＮｉＴｉＳｉ（チタン含有ニッケルシリサイド）よりなるＮｉＴｉＳｉ混合層１４が自然発生的に形成される。
【００１０】
次に、図７（Ｅ）に示すように、例えばＡｒガスとＨ２ ガスとＮＨ３ ガス等を用いてプラズマにより上記Ｔｉ膜１２を窒化処理してＴｉＮ膜に変換することにより、ＴｉＮ膜１２Ａを形成する（窒化工程）。
次に、図７（Ｆ）に示すように、例えば原料ガスとしてＴｉＣｌ４ を用い、これと共に還元ガスとしてＮＨ３ 等を用いて熱ＣＶＤ処理を施すことによって表面全体にＴｉＮ膜１６を形成する（ＴｉＮ膜形成工程）。これによりホール４の底部にはＴｉＮ膜１２Ａ、１６よりなるバリヤメタルが形成されることになる。
次に、図７（Ｇ）に示すように、例えばＷＦ６ とＨ２ 等とを用いて熱ＣＶＤ処理を施すことにより、上記ホール４内を埋め込みつつウエハＷの表面全体にタングステン膜よりなる配線層１８を形成する。その後は、この配線層１８をパターンエッチングすることにより所定の配線パターンを形成することになる。
【００１１】
上記したような成膜プロセスにおいて、前述したようにコンタクトとなるＮｉＳｉ混合膜１０は例えば６００℃以上の高温に晒されるとその電気抵抗値が急激に上昇することから、これを回避するために、図７（Ｂ）に示す工程から図７（Ｇ）に示す工程までの全ての工程におけるプロセス温度を例えば５００℃以下の低温に設定しなければならなかった。
このため、５００℃以下の低温で形成されたＴｉＮ膜１２Ａの密着性が低下し、このＴｉＮ膜１２Ａがその下地層であるＮｉＴｉＳｉ混合層１４やＳｉＯ２ 膜よりなる絶縁層２から剥がれてしまう、とった問題があった。この場合、ＴｉＮ膜１２Ａの密着性が低下する理由は、このＴｉＮ膜１２Ａ中に、Ｔｉ膜を堆積する際に用いた原料ガスであるＴｉＣｌ中のＣｌ成分が含まれるからであると考えられる。
【００１２】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の第１の目的は、チャージアップダメージの発生を大幅に抑制することが可能なプラズマ処理方法を提供することにある。本発明の第２の目的は、比較的低温で成膜処理を行ってもバリヤメタルであるＴｉＮ膜の剥がれの発生を抑制することが可能な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】
【００１３】
請求項１に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内に設けたプラズマ用電極に、プラズマ発生用電源から所定の電力を供給してプラズマを生成し、前記処理容器内に収容されている被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理方法において、前記被処理体に発生するチャージアップ電圧を抑制するために前記プラズマ処理を開始する際に、前記プラズマ用電極へ供給する電力を徐々に増加するようにしたことを特徴とするプラズマ処理方法である。
【００１４】
このようにプラズマ処理を開始する際に、プラズマ用電極へ供給する電力を、一気に大電力を供給しないで徐々に増加するようにしたので、突入電圧が小さくなることによってチャージアップ電圧が抑制されることになり、この結果、被処理体にチャージアップダメージが発生することを抑制することが可能となる。
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記プラズマ用電極へ供給される電力の増加傾向は、前記被処理体に対してチャージアップダメージが生じないような増加傾向に設定されている。
【００１５】
また例えば請求項３に規定するように、前記所定の電力の最大値は３５０ワットであり、前記プラズマ処理の開始時に前記プラズマ用電極に供給する電力をゼロワットから３５０ワットまで５秒間以上かけて略直線的に増加させる。
請求項４に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内に設けたプラズマ用電極に、プラズマ発生用電源から所定の電力を供給してプラズマを生成すると共に、前記処理容器内に原料ガスを供給し、前記処理容器内に収容されている被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理方法において、前記被処理体に発生するチャージアップ電圧を抑制するために前記プラズマ処理を開始する際に定常プロセス時の電力よりも少ない電力を前記プラズマ用電極に供給すると共に前記処理容器内へは定常プロセス時の流量よりも少ない流量の前記原料ガスを供給して所定の時間だけプラズマ処理を行うようにした第１工程と、前記第１工程の終了後に前記プラズマ用電極への供給電力を定常プロセス時の電力へ増加させると共に前記原料ガスの流量を定常プロセス時の流量へ増加させてプラズマ処理を行うようにした第２工程と、を有することを特徴とするプラズマ処理方法である。
【００１６】
このように、プラズマ処理を開始する際に、第１工程ではプラズマ用電極へは定常プロセス時の電力よりも少ない電力を供給すると共に、原料ガスも定常プロセス時の流量よりも少ない流量に設定して所定の時間だけプラズマ処理を行い、次に第２工程で電力及びガス流量共に定常プロセス時の電力及び流量までそれぞれ増加させてプラズマ処理を行うようにしたので、突入電圧が小さくなることによってチャージアップ電圧が抑制されることになり、この結果、被処理体にチャージアップダメージが発生することを抑制することが可能となる。
この場合、例えば請求項５に規定するように、前記定常プロセス時の電力よりも少ない電力は、定常プロセス時の電力の２／７以下であり、且つ前記定常プロセス時の流量よりも少ない流量は、定常プロセス時の流量は１５／４６以下である。
【００１７】
また例えば請求項６に規定するように、前記プラズマ処理は、前記被処理体の表面に薄膜を形成するプラズマ成膜処理である。
また例えば請求項７に規定するように、前記薄膜は金属膜である。
また例えば請求項８に規定するように、前記金属膜はＴｉ膜である。
請求項９に係る発明は、少なくとも表面が部分的に、或いは全体的にシリコン部分になされた被処理体の表面に、薄膜を形成する成膜方法において、前記被処理体の表面全体に金属膜を形成してシリコン部分の表面と前記金属膜との境界部分に自然発生的に金属シリサイド層を形成する金属膜形成工程と、前記金属シリサイド層を残して前記金属膜をエッチングして除去する金属膜除去工程と、表面全体にＴｉ膜を形成して前記金属シリサイド層と前記Ｔｉ膜との境界部分に自然発生的にチタン含有金属シリサイド混合層を形成するＴｉ膜形成工程と、前記チタン含有金属シリサイド混合層を残すように前記Ｔｉ膜をエッチングして除去するＴｉ膜除去工程と、表面全体にＴｉＮ膜を形成するＴｉＮ膜形成工程と、表面全体に配線層を形成する配線層形成工程と、を有することを特徴とする成膜方法である。
【００１８】
このように、例えばバリヤメタルを形成する際に、Ｃｌ元素を含むＴｉ膜をエッチングにより除去するようにしたので、バリヤメタル中にＣｌ元素を含むＴｉ膜が介在しなくなり、この結果、膜の剥がれが発生することを大幅に抑制することが可能となる。
【００１９】
この場合、例えば請求項１０に規定するように、前記Ｔｉ膜除去工程と前記ＴｉＮ膜形成工程との間に、金属膜を窒化処理するプラズマ窒化工程を行う。
また例えば請求項１１に規定するように、前記金属膜形成工程を行う直前の前記被処理体の表面は、その底部にシリコン部分の表面が露出するようなホールのパターンが形成された絶縁層により覆われている。
また例えば請求項１２に規定するように、前記金属膜形成工程以降の各工程のプロセス温度は５００℃以下に設定されている。
また例えば請求項１３に規定するように、前記金属膜は、Ｎｉ（ニッケル）膜であり、前記金属シリサイド層は、ＮｉＳｉ（ニッケルシリサイド）混合層である。
また例えば請求項１４に規定するように、前記Ｔｉ膜形成工程を行う際に、請求項１乃至８のいずれかに記載のプラズマ処理方法を用いる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のプラズマ処理方法及び成膜方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１から３に規定する発明によれば、プラズマ処理を開始する際に、プラズマ用電極へ供給する電力を、一気に大電力を供給しないで徐々に増加するようにしたので、突入電圧が小さくなることによってチャージアップ電圧が抑制されることになり、この結果、被処理体にチャージアップダメージが発生することを抑制することができる。
請求項４から８に規定する発明によれば、プラズマ処理を開始する際に、第１工程ではプラズマ用電極へは定常プロセス時の電力よりも少ない電力を供給すると共に、原料ガスも定常プロセス時の流量よりも少ない流量に設定して所定の時間だけプラズマ処理を行い、次に第２工程で電力及びガス流量共に定常プロセス時の電力及び流量までそれぞれ増加させてプラズマ処理を行うようにしたので、突入電圧が小さくなることによってチャージアップ電圧が抑制されることになり、この結果、被処理体にチャージアップダメージが発生することを抑制することができる。
請求項９から１２に規定する発明によれば、例えばバリヤメタルを形成する際に、Ｃｌ元素を含むＴｉ膜をエッチングにより除去するようにしたので、バリヤメタル中にＣｌ元素を含むＴｉ膜が介在しなくなり、この結果、膜の剥がれが発生することを大幅に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明に係るプラズマ処理方法及び成膜方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
＜第１実施例＞
まず、第１の発明について説明する。
図１は本発明方法を実施するプラズマ処理装置の一例を示す構成図、図２はプラズマ用電極へ供給する電力とチャージアップ電圧との関係を説明するためのグラフ、図３は半導体ウエハ上の比抵抗の分布を示す図である。図示するように、プラズマ処理装置２０は、例えばステンレススチール等により円筒体状に成形された処理容器２２を有しており、この処理容器２２は接地されている。
この処理容器２２の底部２４には、容器内の雰囲気を排出するための排気口２６が設けられており、この排気口２６には真空引きポンプ２８を介設した排気系３０が接続されて、処理容器２２内を底部周辺部から均一に真空引きできるようになっている。
【００２２】
この処理容器２２内には、導電性材料よりなる支柱３２を介して円板状の載置台３４が設けられており、この上に被処理体として例えばシリコン基板Ｗを載置し得るようになっている。具体的には、この載置台３４は、ＡｌＮ等のセラミックからなり、その表面が導電性材料によりコーティングされており、プラズマ用電極の一方である下部電極を兼用するものであり、支柱３２に直接支持される下台３４Ａと、この上面に接合される上台３４Ｂとよりなり、これらの接合面に抵抗加熱ヒータ３６が挟み込まれている。この下台３４Ａと上台３４Ｂは、その接合面にて例えば溶着により接合される。
【００２３】
処理容器２２の天井部には、プラズマ用電極の他方である上部電極と兼用されるシャワーヘッド３８が一体的に設けられた天井板４０が容器側壁に対して絶縁材４２を介して気密に取り付けられている。このシャワーヘッド３８は、上記載置台３４の上面の略全面を覆うように対向させて設けられており、載置台３４との間に処理空間Ｓを形成している。このシャワーヘッド３８は、処理空間Ｓに各種のガスをシャワー状に導入するものであり、シャワーヘッド３８の下面の噴射面４４にはガスを噴射するための多数の噴射孔４６が形成される。
【００２４】
そして、このシャワーヘッド３８の上部には、ヘッド内にガスを導入するガス導入ポート４８が設けられており、このガス導入ポート４８にはガスを流す供給通路５０が接続されている。
この供給通路５０には、複数の分岐管５２が接続され、各分岐管５２には、成膜用の原料ガスとエッチングガスとを兼用するガスとして、例えばＴｉＣｌ４ ガスを貯留するＴｉＣｌ４ ガス源５４、Ｈ２ ガスを貯留するＨ２ ガス源５６、プラズマガスとして例えばＡｒガスを貯留するＡｒガス源５８、アンモニアを貯留するＮＨ３ ガス源６０及びＮ２ ガス源６２がそれぞれ接続されている。そして、各ガスの流量は、それぞれの分岐管に介設した流量制御器、例えばマスフローコントローラ６３により制御される。また、各分岐管５２には、必要に応じて上記各ガスの供給及び供給停止を行なう開閉弁６４が介設されている。尚、ここでは、各ガスを１つの供給通路５０内を混合状態で供給する場合を示しているが、これに限定されず、一部のガス或いは全てのガスを個別に異なる通路内に供給し、シャワーヘッド３８内、或いは処理空間Ｓにて混合させる（いわゆるポストミックス）ガス搬送形態を用いるようにしてもよい。
【００２５】
また、天井板４０には、Ｔｉ膜成膜時のプラズマを形成するために、リード線６６を介してマッチング回路６８及び例えば４５０ｋＨｚのプラズマ発生用電源である高周波電源７０が接続されている。ここで、この高周波電源７０にあっては、任意の大きさの電力を出力できるように出力電力が可変になされている。そして、このリード線６６には、必要に応じて高周波電源の供給を断つ開閉スイッチ７２が介設されている。また、処理容器２２の側壁には、基板Ｗの搬入・搬出時に気密に開閉可能になされたゲートバルブ７４が設けられる。
【００２６】
次に、以上のように構成された装置を用いて行なわれる本発明のプラズマ処理方法について説明する。
ここではプラズマ処理方法の一例としてＴｉ膜を成膜する場合を例にとって説明する。この第１の発明の特徴は、チャージアップ電圧を抑制するために、電極へ供給する電力を徐々に増加させてある程度の時間をかけて定常プロセス時の電力まで増加する点にある。
まず、Ｔｉ膜の成膜時には、処理容器２２内へ、開放されたゲートバルブ７４を介してシリコン基板Ｗを導入し、これを載置台３４上に載置して処理容器２２内を密閉する。シリコン基板Ｗの表面には、例えば前工程において、基板上のトランジスタとのコンタクトをとるためのコンタクトホール等がすでに形成されている。
【００２７】
処理容器２２内を密閉したならば、原料ガスのＴｉＣｌ４ ガスと、還元ガスのＨ２ ガスを、プラズマ用ガスのＡｒガスを、それぞれ上部電極であるシャワーヘッド３８から所定の流量で処理容器２２内に導入し、且つ真空引きポンプ２８により処理容器２２内を真空引きし、所定の圧力に維持する。
これと同時に、高周波電源７０より、４５０ｋＨｚの高周波を上部電極であるシャワーヘッド３８に印加して、シャワーヘッド３８と下部電極としての載置台３４との間に高周波電界を加えて電力を投入する。これにより、Ａｒガスがプラズマ化されて、ＴｉＣｌ４ ガスとＨ２ ガスとの還元反応を推進し、基板表面にＴｉ膜が成膜されることになる。基板Ｗの温度は、載置台３４に埋め込んだ抵抗加熱ヒータ３６により所定の温度により加熱維持される。
【００２８】
ここで重要な点は、上記上下の電極３８、３４間に投入する電力はゼロワットから一気にプロセス電力（定常プロセス時の電力）まで増加するのではなく、ウエハＷの発生するチャージアップ電力を抑制するためにある程度の時間をかけて徐々に供給電力を増加して定常プロセス時の電力まで増加させる点である。
ここでの定常プロセスの条件は、例えば８インチ基板を処理する場合には、基板Ｗの温度が、例えば３５０〜５００℃程度、プロセス圧力は６６５Ｐａ（≒５Ｔｏｒｒ）程度である。また、ガス流量に関しては、ＴｉＣｌ４ ガスは４．６ｓｃｃｍ程度、Ｈ２ ガスは１５００ｓｃｃｍ程度、Ａｒガスは３００ｓｃｃｍ程度である。また、全体の成膜時間は、６０秒程度で、Ｔｉ膜の膜厚は２００Å程度である。
【００２９】
またプラズマ発生用電源７０より供給する電力は、定常プロセス時は例えば３５０ワットであり、ここではゼロワットから例えば５〜１０秒程度でかけて、定常プロセス時の電力の最大値である３５０ワットまで、徐々に、例えば直線的に増加させてい行く。
このように、プラズマ処理の開始直後の僅かな時間、例えば５〜１０秒間程度だけ時間をかけて供給電力を定常プロセス時の電力まで徐々に増加させることにより、突入電圧を低く抑えてこの僅かな期間でウエハＷに生ずるチャージアップ電圧を極力抑制することができ、従って、チャージアップダメージの発生を抑制することができる。
【００３０】
このように、５〜１０秒程度経過した後に、定常プロセス時の電力を供給しても、すなわちフルパワーを印加しても、すでに上記した５〜１０秒の僅かな期間にウエハＷ上には導電膜であるＴｉ膜が非常に僅かな厚さで堆積しているので、この極めて薄い導電性のＴｉ膜によって電荷の流れが生ずるので、チャージアップ電圧がほとんど発生することはない。また膜厚等のプラズマ処理の面内均一性も高く維持することができる。
【００３１】
ここで図２を参照して、本発明方法においてチャージアップ電圧が低下する点について説明する。図２（Ａ）はプラズマ用電極へ供給する電力の変化を示すグラフであり、図２（Ｂ）はその時の半導体ウエハ上におけるチャージアップ電圧Ｖｄｃの変化を示すグラフである。図２中において、点Ｐ１において上部電極であるシャワーヘッド３８へ電力の供給が始まってプラズマ処理が開始されている。特性Ｘ１はプラズマ処理の開始と同時にフルパワーの電力、例えば３５０ワットを一気に供給しており、これは従来方法の場合を示す。尚、図２（Ａ）では縦軸の高周波電力の大きさを目盛りで表しており、例えば目盛り１．７が３５０ワットに対応する。
【００３２】
これに対して、特性Ｙ１及びＹ２は本発明方法の場合を示しており、特性Ｙ１はゼロワットからフルパワー（定常プロセス時の電力）の電力まで５秒間かけて徐々に直線的に増加させている場合を示し、特性Ｙ２はゼロワットからフルパワーの電力まで１０秒間かけて徐々に直線的に増加させている場合を示している。この時のチャージアップ電圧Ｖｄｃは図２（Ｂ）に示されており、従来方法の特性Ｘ１では最大のチャージアップ電圧は−８１ボルトにも達している。これに対して、本発明方法の場合には、フルパワーまで５秒間かけた特性Ｙ１では最大のチャージアップ電圧Ｖｄｃは−６４ボルト程度、フルパワーまで１０秒間かけた特性Ｙ２では最大のチャージアップ電圧は−６２ボルト程度であり、共に最大のチャージアップ電圧をかなり抑制することができる。この場合、ゼロワットからフルパワーまで増加する時間を長くすればする程、発生するチャージアップ電圧の最大値を小さくできる。この結果、本発明方法の場合には、チャージアップダメージの発生量を大幅に抑制できることが確認できた。
【００３３】
ここでシャワーヘッド３８への供給電力がゼロワットからフルパワーまで増加する期間を５秒よりも小さく設定すると、チャージアップ電圧の抑制効果はそれ程発揮することができない。またこのゼロワットからフルパワーまで増加する期間を過度に長くすると、プロセス期間が長くなるのみならず、膜厚の面内均一性も低下させる原因となるので、その最大値は例えば３０秒程度である。
またここでは、特性Ｙ１、Ｙ２は直線状に変化させているが、これらが上向きに凸となる、或いは下向きに凸となる円弧形状となるように供給電力を増加させてもよいし、または、直線状ではなく階段状に供給電力を増加させるようにしてもよく、いずれにしても半導体ウエハＷに発生するチャージアップ電圧が過度に大きくならないような供給電力の増加態様ならば、どのような増加態様でもよい。
【００３４】
またここでは、定常プロセス時の供給電力が３５０ワットの場合について説明しているが、これが例えば２００ワット程度の場合には、電圧が低過ぎるので本発明方法を採用しないでもチャージアップダメージは発生しない。また実際には、チャージアップ電圧の大きさは、プロセス圧力やガス種等のプロセス条件によっても異なるので、プロセス毎に、ゼロワットから定常プロセスの電力までの電力増加期間を設定するのが望ましい。
ここでシャワーヘッド３８への供給電力をプロセス途中で変化させた結果、Ｔｉ膜の面内均一性を低下させる恐れが生ずるので、この膜厚についての検討を行った。
【００３５】
この結果を図３に示す。図３においては比抵抗を示しているが、比抵抗は膜厚の状態を１：１で反映しているので、比抵抗を検討することによって膜厚を知ることができる。図示するように、従来方法の場合には、膜厚の偏差は１．４％であったのに対して、本発明方法の場合には、膜厚の偏差は共に１．６％であり、従来方法の場合と同様に、十分に高い膜厚の面内均一性を得られることが確認できた。
【００３６】
＜変形例＞
次に第１の発明の変形例について説明する。
先の実施例においては、プラズマ用電極に供給する電力をゼロワットから定常プロセス時の電力まで徐々に増加させたが、これに限定されず、少なくとも２段階以上の複数段階に分けて供給電力を増加させるようにしてもよい。
ここではゼロワットから定常プロセス時の電力まで２段階に分けて電力を増加させる場合を例にとって説明する。
すなわち、この変形例では、前記被処理体に発生するチャージアップ電圧を抑制するために前記プラズマ処理を開始する際に定常プロセス時の電力よりも少ない電力を前記プラズマ用電極に供給すると共に前記処理容器内へは定常プロセス時の流量よりも少ない流量の前記原料ガスを供給して所定の時間だけプラズマ処理を行うようにした第１工程と、前記第１工程の終了後に前記プラズマ用電極への供給電力を定常プロセス時の電力へ増加させると共に前記原料ガスの流量を定常プロセス時の流量へ増加させてプラズマ処理を行うようにした第２工程とよりなる。
【００３７】
すなわち、ここでは定常プロセス時の電力は３５０ワットなので、第１工程ではこれより少ない電力、例えば１００ワットを一気にプラズマ用電極（シャワーヘッド）に供給し、これと同時に原料ガス、すなわちＴｉＣｌ４ ガスを定常プロセス時の流量、例えば４．６ｓｃｃｍよりも少ない流量、例えば１．５ｓｃｃｍに設定して短い所定の時間、例えば１０秒程度だけプラズマ成膜処理を行う。尚、この間は、他のガス種に関しては定常プロセス時と同じ流量のガスを流す。
【００３８】
次に、第２工程では、プラズマ用電極への供給電力を定常プロセス時の電力へ増加させると共に、原料ガスの流量も定常プロセス時の流量へ増加させる。この場合、第２工程においてプラズマ用電極への供給電力を増加する際、定常プロセス時の電力へ一気に増加させるようにしてもよいし、これに代えて、ある程度の短い時間で直線的に、或いは段階的に増加させてもよい。
ここで、この変形例の流れを、図４に示すフローチャートも参照して説明する。
【００３９】
まず、処理容器２２内へＨ２ ガス、Ａｒガスと共に原料ガスであるＴｉＣｌ４ ガスを供給する（Ｓ１）。この際、上述したように、この原料ガスを定常プロセス時の流量、例えば４．６ｓｃｃｍより少ない流量、例えば１．５ｓｃｃｍで供給する。そして、これと同時に、プラズマ用電極であるシャワーヘッド３８と載置台３４との間にプラズマ用の電力を供給し、プラズマを立ててプラズマ処理、すなわちプラズマ成膜処理（プラズマＣＶＤ）を行ってＴｉ膜を堆積する（Ｓ２）。この際、上述したように、供給する電力は、定常プロセス時の電力、例えば３５０ワットよりも少ない電力、例えば１００ワットに設定する。すなわち、この１００ワットの電力を、一気にプラズマ用電極に供給する。そして、この第１工程を所定の時間、例えば１０秒程度の間、継続して行う（Ｓ３）。
【００４０】
このようにして、第１工程が終了したならば、第２工程へ移行する。すなわち、ここでは先の原料ガスの流量を増加させて定常プロセス時の流量、例えば４．６ｓｃｃｍまで増加する。これと同時に、プラズマ用電力の供給量も増加させて定常プロセス時の電力、例えば３５０ワットに設定する（Ｓ４）。
ここで、プラズマ用の供給電力を定常プロセス時の電力まで増加する場合、一気に増加させてもよいし、ある程度の短い時間、例えば数秒間をかけて直線的に、或いは段階的に増加させるようにしてもよい。そして、このような状態で、所定の時間だけ成膜処理を行ったならば、第２工程を終えて（Ｓ５）、全体の処理を終了する。この変形例の場合にも、先の実施例と同様な作用効果を発揮でき、すなわち、膜厚等のプラズマ処理の面内均一性を高く維持しつつチャージアップダメージの発生を抑制することができる。
【００４１】
ここでシャワーヘッド３８への供給電力や原料ガスの流量をプロセス途中で変化させた結果、Ｔｉ膜の面内均一性を低下させる恐れが生ずるので、この膜厚についての検討を行った。この結果を図５に示す。図５においては比抵抗を示しているが、比抵抗は膜厚の状態を１：１で反映しているので、比抵抗を検討することによって膜厚を知ることができる。尚、この図中には、比較例として、プラズマ用の供給電力は２段階で変化させているが、原料ガスの供給量は減少させないで当初より定常プロセス時の流量だけ流した場合のデータも示している。
【００４２】
図示するように、従来方法の場合には、膜厚の偏差は１．４％であったのに対して、本発明方法の変形例の場合には、膜厚の偏差は共に４．１％であり、従来方法の場合よりもある程度増加したが許容範囲内であり、高い膜厚の面内均一性を得られることが確認できた。これに対して、比較例の場合には、膜厚の偏差は１５．７％にも達してしまい、良好な特性が得られなかった。これにより、良好な膜厚の面内均一性を得るためには、第１工程で、プラズマ用供給電力のみならず、原料ガスの供給量も共に減少させる必要があることを、確認することができた。
【００４３】
上記プラズマ処理装置２０では、上部電極であるシャワーヘッド３８にプラズマ用の高周波電圧を印加する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、下部電極である載置台３４側にプラズマ用の高周波電圧を印加する装置、或いは上下の両電極に高周波電圧を印加する装置にも本発明方法を適用することができる。また、磁界や電界を併用したプラズマ処理装置等にも本発明方法を適用することができる。
更には、ここではＴｉ膜をプラズマＣＶＤにより成膜する場合を例にとって説明したが、他の金属膜、或いは絶縁膜を成膜する場合のみならず、プラズマ改質処理（例えば窒化処理）、プラズマエッチング処理等の他のプラズマ処理にも本発明方法を適用することができる。
【００４４】
＜第２の発明＞
次に、第２の発明について説明する。
この第２の発明では、例えばシリコン基板よりなる半導体ウエハＷの表面に各種の膜を堆積する際に、その一部の膜の成膜時に先に説明した第１の発明の方法を用いて、剥がれの発生のみならず、チャージアップダメージの発生を抑制するようにしている。図６はバリヤメタルとしてＴｉＮ膜を用いた時の成膜方法の一例を示すフローチャートである。
ここではシリコン基板よりなる半導体ウエハ上に形成した素子に、コンタクトとしてＮｉＳｉ膜を用い、またバリヤメタルとしてＴｉＮ膜を用いる場合を例にとって説明する。ここでの成膜プロセスの一部は、先に説明した図７（Ａ）〜図７（Ｄ）に示す工程と全く同じである。すなわちまず、図６（Ａ）において、被処理体としての半導体ウエハＷは例えばシリコン基板よりなり、このシリコン基板よりなる半導体ウエハＷの表面全体には、これを覆うようにして例えばＳｉＯ２ よりなる絶縁層２が形成されている。そして、この絶縁層２は、パターン化されて例えばコンタクトホールのようなホール４が形成されており、このホール４の底部には、シリコン基板の表面であるシリコン部分６が露出している。上記ホール４がビアホール等の場合もある。
【００４５】
そして、図６（Ｂ）に示すように上記ウエハＷの表面に、例えばスパッタを用いて金属膜として例えばＮｉ膜８を形成する（Ｎｉ膜形成工程：金属膜形成工程）。この場合、ホール４の底部に堆積したＮｉ膜は、この下地層のシリコン部分６の表面との境界部分にて自然に反応して金属シリサイドとして例えばＮｉＳｉよりなるＮｉＳｉ混合層（金属シリサイド層）１０が自然発生的に形成される。ここでこのＮｉＳｉ混合層１０は、温度が例えば６００℃より高くなると結晶構造が変化してその電気抵抗が急激に増加してコンタクト抵抗が高くなってしまう。従って、この図６（Ｂ）に示す工程より以後の全ての工程（図６（Ｃ）〜図６（Ｇ））では、上記ＮｉＳｉ混合層１０が６００℃よりも高い高温に晒されることを防止するために、各プロセス温度を６００℃以下に設定して各処理を行う。
【００４６】
次に、図６（Ｃ）に示すように、例えばＡＰＭとＳＰＭを用いてエッチングすることにより、上記ＮｉＳｉ混合層１０を残して上記Ｎｉ膜８を除去する（Ｎｉ膜除去工程）。
次に、図６（Ｄ）に示すように、プラズマ処理として例えばプラズマＣＶＤを行うことによって、上記半導体ウエハＷの表面全体にＴｉ膜１２を形成する（Ｔｉ膜形成工程）。この時、例えば原料ガスとしてはＴｉＣｌ４ を用い、その他にＨ２ ガス、Ａｒガス等を用いる。この場合、ホール４の底部にもＴｉ膜が形成されることになり、このＴｉ膜とホール４の底部のＮｉＳｉ混合層１０との境界部分にて自然に反応してＮｉＴｉＳｉよりなるＮｉＴｉＳｉ混合層（チタン含有金属シリサイド混合層）１４が自然発生的に形成される。そして、このＴｉ成膜処理を行う際は、先に説明した図１に示すようなプラズマ処理装置２を用い、先に説明した第１の発明の方法を用いて行う。これにより、このプラズマ成膜時にチャージアップダメージが発生することを大幅に抑制することができる。
【００４７】
次に、図６（Ｅ）に示すように、同じプラズマ処理装置２内にてプラズマを用いないでＴｉ膜をエッチングにて除去する（Ｔｉ膜除去工程）。この場合、上記ＮｉＴｉＳｉ混合層１４はエッチングの選択性があることから除去されることなく残留する。
このエッチング処理では、プラズマ処理装置２の開閉スイッチ７２を開いて高周波電源７０の供給を断つことによりプラズマを用いず、エッチングガスとしてはＴｉＣｌ４ ガスのみを処理容器２２内へ供給する。この時のプロセス条件は、例えばウエハＷの温度が３５０〜５００℃の範囲内、プロセス圧力が６６５Ｐａ（≒５Ｔｏｒｒ）程度、ＴｉＣｌ４ ガスの流量は最大３０ｓｃｃｍ程度である。これにより、上述したように下地と反応したＮｉＴｉＳｉ混合層１４を除くＴｉ膜１２をエッチングして除去することが可能となる。
【００４８】
次に、図６（Ｆ）に示すように、例えば原料ガスとしてＴｉＣｌ４ を用い、これと共に還元ガスとしてＮＨ３ 等を用いて熱ＣＶＤ処理を施すことによって表面全体にＴｉＮ膜１６を形成する（ＴｉＮ膜形成工程）。この場合にも、プラズマを用いないで、引き続き上記プラズマ処理装置２０内で成膜処理を行う。これによりホール４の底部にはＴｉＮ膜１６よりなるバリヤメタルが形成されることになる。
次に、図６（Ｇ）に示すように、例えばＷＦ６ とＨ２ 等とを用いて熱ＣＶＤ処理を施すことにより、上記ホール４内を埋め込みつつウエハＷの表面全体にタングステン膜よりなる配線層１８を形成する。この配線層１８をＡｌ等の他の金属で形成してもよい。その後は、この配線層１８をパターンエッチングすることにより所定の配線パターンを形成することになる。
このように、従来方法の場合に形成されたＣｌ含有のＴｉＮ膜１２Ａ（図７（Ｅ）参照）を、本発明方法では形成する必要がないので、この結果、例えば５００℃以下の低温で処理を行っても膜剥がれや腐食が発生することがなく、電気的特性の良好なコンタクトを得ることが可能となる。
【００４９】
また上記実施例では、図６（Ｅ）に示すＴｉ膜除去工程の後に、直ちに図６（Ｆ）に示すＴｉＮ膜形成工程へ移行したが、これに限定されず、上記図６（Ｅ）に示すＴｉ膜除去工程においてＴｉ膜が完全にエッチングできなくて、これが僅かに残留することも予測されるので、このＴｉ膜除去工程の後に、残留する恐れのある金属膜、すなわち残留Ｔｉ膜を窒化処理して密着性を増すためのプラズマ窒化処理を行うようにしてもよい。このプラズマ窒化処理は、前述したように、プラズマ処理装置２内にてプラズマを用い、且つ先に説明した本発明の第１の発明方法を用いて行えばよい。
また上記各実施例においては、コンタクトとしてＮｉＳｉ膜を用いたが、これに限定されず、例えばＣｏＳｉ膜、ＰｔＳｉ膜等の金属シリサイド膜を用いることも可能である。 尚、以上の各実施例で説明した各プロセス条件は、単に一例を示したに過ぎず、これに限定されないのは勿論である。
ここでは被処理体として、シリコン基板を用いて説明したが、これに限定されず、表面にシリコン層などを形成したＬＣＤ基板、ガラス基板にも本発明方法を適用できるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明方法を実施するプラズマ処理装置の一例を示す構成図である。
【図２】プラズマ用電極へ供給する電力とチャージアップ電圧との関係を説明するためのグラフである。
【図３】半導体ウエハ上の比抵抗の分布を示す図である。
【図４】本発明方法のフローチャートを示す図である。
【図５】半導体ウエハ上の比抵抗の分布を示す図である。
【図６】バリヤメタルとしてＴｉＮ膜を用いた時の成膜方法の一例を示すフローチャートである。
【図７】シリコン基板よりなる半導体ウエハ上に形成した素子にバリヤメタルとしてＴｉＮ膜を用いる場合のフローチャートである。
【符号の説明】
【００５１】
２ 絶縁層
４ ホール
６ シリコン部分
８ Ｎｉ膜
１０ ＮｉＳｉ混合層
１２ Ｔｉ膜
１２Ａ ＴｉＮ膜
１４ ＮｉＴｉＳｉ混合層
１６ ＴｉＮ膜
１８ 配線層
２０ プラズマ処理装置
２２ 処理容器
３４ 載置台（プラズマ用電極）
３８ シャワーヘッド（プラズマ用電極）
７０ 高周波電源（プラズマ発生用電源）
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空引き可能になされた処理容器内に設けたプラズマ用電極に、プラズマ発生用電源から所定の電力を供給してプラズマを生成し、前記処理容器内に収容されている被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理方法において、
前記被処理体に発生するチャージアップ電圧を抑制するために前記プラズマ処理を開始する際に前記プラズマ用電極へ供給する電力を徐々に増加するようにしたことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
前記プラズマ用電極へ供給される電力の増加傾向は、前記被処理体に対してチャージアップダメージが生じないような増加傾向に設定されていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】
前記所定の電力の最大値は３５０ワットであり、前記プラズマ処理の開始時に前記プラズマ用電極に供給する電力をゼロワットから３５０ワットまで５秒間以上かけて略直線的に増加させることを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】
真空引き可能になされた処理容器内に設けたプラズマ用電極に、プラズマ発生用電源から所定の電力を供給してプラズマを生成すると共に、前記処理容器内に原料ガスを供給し、前記処理容器内に収容されている被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理方法において、
前記被処理体に発生するチャージアップ電圧を抑制するために前記プラズマ処理を開始する際に定常プロセス時の電力よりも少ない電力を前記プラズマ用電極に供給すると共に前記処理容器内へは定常プロセス時の流量よりも少ない流量の前記原料ガスを供給して所定の時間だけプラズマ処理を行うようにした第１工程と、
前記第１工程の終了後に前記プラズマ用電極への供給電力を定常プロセス時の電力へ増加させると共に前記原料ガスの流量を定常プロセス時の流量へ増加させてプラズマ処理を行うようにした第２工程と、
を有することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項５】
前記定常プロセス時の電力よりも少ない電力は、定常プロセス時の電力の２／７以下であり、且つ前記定常プロセス時の流量よりも少ない流量は、定常プロセス時の流量は１５／４６以下であることを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理方法。
【請求項６】
前記プラズマ処理は、前記被処理体の表面に薄膜を形成するプラズマ成膜処理であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
【請求項７】
前記薄膜は金属膜であることを特徴とする請求項６記載のプラズマ処理方法。
【請求項８】
前記金属膜はＴｉ膜であることを特徴とする請求項７記載のプラズマ処理方法。
【請求項９】
少なくとも表面が部分的に、或いは全体的にシリコン部分になされた被処理体の表面に、薄膜を形成する成膜方法において、
前記被処理体の表面全体に金属膜を形成してシリコン部分の表面と前記金属膜との境界部分に自然発生的に金属シリサイド層を形成する金属膜形成工程と、
前記金属シリサイド層を残して前記金属膜をエッチングして除去する金属膜除去工程と、
表面全体にＴｉ膜を形成して前記金属シリサイド層と前記Ｔｉ膜との境界部分に自然発生的にチタン含有金属シリサイド混合層を形成するＴｉ膜形成工程と、
前記チタン含有金属シリサイド混合層を残すように前記Ｔｉ膜をエッチングして除去するＴｉ膜除去工程と、
表面全体にＴｉＮ膜を形成するＴｉＮ膜形成工程と、
表面全体に配線層を形成する配線層形成工程と、
を有することを特徴とする成膜方法。
【請求項１０】
前記Ｔｉ膜除去工程と前記ＴｉＮ膜形成工程との間に、金属膜を窒化処理するプラズマ窒化工程を行うことを特徴とする請求項９記載の成膜方法。
【請求項１１】
前記金属膜形成工程を行う直前の前記被処理体の表面は、その底部にシリコン部分の表面が露出するようなホールのパターンが形成された絶縁層により覆われていることを特徴とする請求項９または１０記載の成膜方法。
【請求項１２】
前記金属膜形成工程以降の各工程のプロセス温度は５００℃以下に設定されていることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項１３】
前記金属膜はＮｉ（ニッケル）膜であり、前記金属シリサイド層はＮｉＳｉ（ニッケルシリサイド）混合層であることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項１４】
前記Ｔｉ膜形成工程を行う際に、請求項１乃至８のいずれかに記載のプラズマ処理方法を用いるようにしたことを特徴とする請求項９乃至１３のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項１】
真空引き可能になされた処理容器内に設けたプラズマ用電極に、プラズマ発生用電源から所定の電力を供給してプラズマを生成し、前記処理容器内に収容されている被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理方法において、
前記被処理体に発生するチャージアップ電圧を抑制するために前記プラズマ処理を開始する際に前記プラズマ用電極へ供給する電力を徐々に増加するようにしたことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
前記プラズマ用電極へ供給される電力の増加傾向は、前記被処理体に対してチャージアップダメージが生じないような増加傾向に設定されていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】
前記所定の電力の最大値は３５０ワットであり、前記プラズマ処理の開始時に前記プラズマ用電極に供給する電力をゼロワットから３５０ワットまで５秒間以上かけて略直線的に増加させることを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】
真空引き可能になされた処理容器内に設けたプラズマ用電極に、プラズマ発生用電源から所定の電力を供給してプラズマを生成すると共に、前記処理容器内に原料ガスを供給し、前記処理容器内に収容されている被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理方法において、
前記被処理体に発生するチャージアップ電圧を抑制するために前記プラズマ処理を開始する際に定常プロセス時の電力よりも少ない電力を前記プラズマ用電極に供給すると共に前記処理容器内へは定常プロセス時の流量よりも少ない流量の前記原料ガスを供給して所定の時間だけプラズマ処理を行うようにした第１工程と、
前記第１工程の終了後に前記プラズマ用電極への供給電力を定常プロセス時の電力へ増加させると共に前記原料ガスの流量を定常プロセス時の流量へ増加させてプラズマ処理を行うようにした第２工程と、
を有することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項５】
前記定常プロセス時の電力よりも少ない電力は、定常プロセス時の電力の２／７以下であり、且つ前記定常プロセス時の流量よりも少ない流量は、定常プロセス時の流量は１５／４６以下であることを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理方法。
【請求項６】
前記プラズマ処理は、前記被処理体の表面に薄膜を形成するプラズマ成膜処理であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
【請求項７】
前記薄膜は金属膜であることを特徴とする請求項６記載のプラズマ処理方法。
【請求項８】
前記金属膜はＴｉ膜であることを特徴とする請求項７記載のプラズマ処理方法。
【請求項９】
少なくとも表面が部分的に、或いは全体的にシリコン部分になされた被処理体の表面に、薄膜を形成する成膜方法において、
前記被処理体の表面全体に金属膜を形成してシリコン部分の表面と前記金属膜との境界部分に自然発生的に金属シリサイド層を形成する金属膜形成工程と、
前記金属シリサイド層を残して前記金属膜をエッチングして除去する金属膜除去工程と、
表面全体にＴｉ膜を形成して前記金属シリサイド層と前記Ｔｉ膜との境界部分に自然発生的にチタン含有金属シリサイド混合層を形成するＴｉ膜形成工程と、
前記チタン含有金属シリサイド混合層を残すように前記Ｔｉ膜をエッチングして除去するＴｉ膜除去工程と、
表面全体にＴｉＮ膜を形成するＴｉＮ膜形成工程と、
表面全体に配線層を形成する配線層形成工程と、
を有することを特徴とする成膜方法。
【請求項１０】
前記Ｔｉ膜除去工程と前記ＴｉＮ膜形成工程との間に、金属膜を窒化処理するプラズマ窒化工程を行うことを特徴とする請求項９記載の成膜方法。
【請求項１１】
前記金属膜形成工程を行う直前の前記被処理体の表面は、その底部にシリコン部分の表面が露出するようなホールのパターンが形成された絶縁層により覆われていることを特徴とする請求項９または１０記載の成膜方法。
【請求項１２】
前記金属膜形成工程以降の各工程のプロセス温度は５００℃以下に設定されていることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項１３】
前記金属膜はＮｉ（ニッケル）膜であり、前記金属シリサイド層はＮｉＳｉ（ニッケルシリサイド）混合層であることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項１４】
前記Ｔｉ膜形成工程を行う際に、請求項１乃至８のいずれかに記載のプラズマ処理方法を用いるようにしたことを特徴とする請求項９乃至１３のいずれかに記載の成膜方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−１５０３６２（Ｐ２００７−１５０３６２Ａ）
【公開日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５７８８９（Ｐ２００７−５７８８９）
【出願日】平成１９年３月７日（２００７．３．７）
【分割の表示】特願２００３−２０７２１０（Ｐ２００３−２０７２１０）の分割
【原出願日】平成１５年８月１１日（２００３．８．１１）
【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１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月７日（２００７．３．７）
【分割の表示】特願２００３−２０７２１０（Ｐ２００３−２０７２１０）の分割
【原出願日】平成１５年８月１１日（２００３．８．１１）
【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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