JPH07226378A

JPH07226378A - 成膜方法およびこれに用いるプラズマ装置

Info

Publication number: JPH07226378A
Application number: JP1656294A
Authority: JP
Inventors: Shingo Kadomura; 新吾門村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-02-10
Filing date: 1994-02-10
Publication date: 1995-08-22

Abstract

(57)【要約】【目的】高密度プラズマを用いたＴｉ系材料膜のＣＶ
Ｄにおいて、カバレージと膜質を改善する。【構成】ヘリコン波プラズマ装置のベルジャ１を窒化
シリコンを用いて構成し、この装置内でＴｉＣｌ₄／Ｈ
₂混合ガス、およびＴｉＣｌ₄／Ｈ₂／Ｎ₂混合ガスを
用いてＴｉ／ＴｉＮ積層膜を連続成膜する。【効果】上記装置はウェハＷ近傍の磁場がＥＣＲ装置
と比べて弱いため、Ｔｉ／ＴｉＮ積層膜のカバレージが
均一となる。また、窒化シリコンからなるベルジャ１か
らは従来の石英と異なり、器壁からプラズマ中へ酸素が
放出されないので混合ガス中のＨ₂が消費されない。さ
らにヘリコン波プラズマＰ_Hの高い放電解離効率の寄与
が加わり、ＴｉＣｌ₄の未解離成分や未反応成分の発
生、およびこれらの膜中への取り込みが減少し、塩素の
拡散による配線の信頼性低下を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造等に適
用される成膜方法およびこれに用いるプラズマ装置に関
し、特に、上層配線の下地金属膜として用いられるチタ
ン（Ｔｉ）系材料膜をヘリコン波プラズマや誘導結合プ
ラズマ等のいわゆる高密度プラズマを用いて均一に成膜
し、信頼性の高い配線形成を可能とする方法および装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のＶＬＳＩ，ＵＬＳＩの微細な接続
孔（コンタクトホール、ビアホール等）を埋め込む導電
材料としては、Ａｌ（アルミニウム）やＷ（タングステ
ン）等の金属材料が広く用いられている。また、これら
の埋め込み金属によるコンタクトの信頼性を高めるた
め、埋め込み前に接続孔の内壁面をＩＶａ族元素からな
る下地金属膜で被覆することが一般に行われている。こ
の下地金属膜は、下層配線に対するバリヤメタル、Ｓｉ
Ｏ_x層間絶縁膜に対する密着層、あるいはこれら両方の
機能を期待して設けられるものである。その典型的な構
成としては、下層側にＴｉ（チタン）膜、その上層側Ｔ
ｉＮ（窒化チタン）膜を積層したＴｉ／ＴｉＮ積層膜が
知られている。

【０００３】これらＴｉ膜とＴｉＮ膜は、一般にスパッ
タリング法により成膜されている。なお、後者のＴｉＮ
膜のスパッタ成膜過程は、Ｔｉターゲットを含窒素雰囲
気中でスパッタすることから、特に反応性スパッタリン
グと呼ばれている。しかし、スパッタリング法では、近
年のアスペクト比の高い接続孔を十分なステップ・カバ
レージ（段差被覆性）をもって被覆することが難しくな
りつつある。これは、ターゲットから叩き出された成膜
材料粒子がある程度の方向性をもって基板に入射するた
め、接続孔の開口端によるシャドウイング効果が生じ、
飛来する粒子が接続孔の奥深くまで入り込めなくなって
いるためである。

【０００４】かかる背景から近年、接続孔内における表
面化学反応にもとづいてカバレージ良くバリヤメタルの
成膜を行うことが可能なＣＶＤ法が注目されている。こ
こで、ＴｉＮ膜のＣＶＤ成膜については、たとえばＴｉ
Ｃｌ₄のメチルヒドラジン還元にもとづく熱ＣＶＤ法を
はじめ、様々な手法が知られている。しかし、Ｔｉ膜の
ＣＶＤ成膜を可能とする方法は、これまでに知られると
ころではＴｉＣｌ₄のＨ₂還元にもとづくＥＣＲ−ＣＶ
Ｄ法のみである。Ｔｉ膜が通常の熱ＣＶＤ法で成膜でき
ないのは、この反応系ＴｉＣｌ₄＋２Ｈ₂→Ｔｉ＋４ＨＣｌ↑ における生成ＧｉｂｂｓエネルギーΔＧが、通常の半導
体プロセスが適用される１００〜１０００℃の温度範囲
内で２０９ｋＪ／ｍｏｌ（ΔＧ＞０）と高いからであ
る。

【０００５】したがって、Ｔｉ／ＴｉＮ積層膜の連続成
膜を可能とする方法は、ＥＣＲ−ＣＶＤ法が現状で知ら
れる唯一の方法である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ＥＣＲ−ＣＶ
Ｄ法によるＴｉ／ＴｉＮ積層膜の成膜にも、接続孔の開
口径が０．２５μｍ以下に縮小されるに伴って、幾つか
の問題点が生じてきた。主な問題点は、接続孔内におけ
るＴｉ／ＴｉＮ積層膜のカバレージの非対称性、および
未反応分あるいは未解離分のＴｉＣｌ₄のＴｉ／ＴｉＮ
積層膜中への取り込みである。

【０００７】まず、上記カバレージの非対称性の問題
を、図２および図６を参照しながら説明する。図２は、
下層配線２１上に積層されたＳｉＯ_x層間絶縁膜２２に
接続孔２３が開口されたウェハを示している。ここで、
左側の図はウェハの左端近傍を、右側の図はウェハの右
端近傍をそれぞれ模式的に表している。

【０００８】このウェハについて上述のＥＣＲ−ＣＶＤ
を行うと、図６に示されるように、成膜されるＴｉ膜２
４およびＴｉＮ膜２５の厚さが各接続孔２３内で左右非
対称となり、均一な膜厚のＴｉ／ＴｉＮ積層膜２６を成
膜することができない。通常は、プラズマ中の化学種の
入射が多いウェハのエッジ寄りの側壁面においてＴｉ／
ＴｉＮ積層膜２６が厚く、入射が少ない中央寄りの側壁
面において薄く成膜される。極端な場合には、中央寄り
の側壁面にＴｉ膜２４またはＴｉＮ膜２５のほとんど成
膜されない領域が生ずることもある。

【０００９】この現象の主な原因は、ウェハ面近傍にお
ける磁場の不均一性にある。すなわち、ＥＣＲ−ＣＶＤ
法では電子サイクロトロン共鳴条件ω＝ω_c＝ｅＢ／ｍ
〔ただし、ωはマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）電界の角
周波数、ω_cは円運動を行う電子の角周波数、ｅは電子
の電荷、ｍは電子の質量、Ｂは磁束密度をそれぞれ表
す。〕を満足するために、８．７５×１０^-2Ｔ（８７５
Ｇ）もの強磁場を用いている。このため、発散磁界方式
のＥＣＲプラズマ装置でも、ウェハ面近傍の磁場強度は
１×１０^-2Ｔ（１００Ｇ）程度とかなり高く、ベルジャ
型のプラズマ生成室を用いるタイプの装置では一層高
い。しかし、近年多用されている直径８インチもの大口
径ウェハの近傍では、その全面にわたって磁場を均一化
することは難しい。しかも、強磁場下では電子とイオン
の磁場に対する捕獲率が異なるため、基板に蓄積された
電荷もイオンの入射方向に影響を及ぼす。

【００１０】上述のような接続孔２３内部で生じたＴｉ
／ＴｉＮ積層膜２６のカバレージの非対称性は、後工程
においてたとえば図示されないＢｌｋ−Ｗ（ブランケッ
ト・タングステン）膜で該接続孔２３を埋め込む場合の
埋込み特性を劣化させ、Ｗプラグにボイドを生じさせる
原因となる。また、Ｔｉ／ＴｉＮ積層膜２６の薄い部分
において下層配線２１に対する十分なバリヤ性が発揮さ
れなかったり、あるいはＳｉＯ_x層間絶縁膜２２に対す
る密着性が低下してＢｌｋ−Ｗ膜が剥離することもあ
る。さらに、Ｔｉ膜２４はコンタクトのオーミック性を
確保する上でも不可欠の膜であるため、該Ｔｉ膜２４が
十分な厚さに成膜されないと、コンタクト性能が大きく
損われる虞れもある。

【００１１】一方、ＴｉＣｌ₄の未反応分あるいは未解
離分は、プラズマ装置の壁材やプラズマの放電解離効率
に関連した問題であり、プラズマ装置の型式によらず、
ある程度の発生は避けられない。しかし、ＴｉＣｌ₄の
未反応分が大量にＴｉ／ＴｉＮ積層膜２６中に吸蔵され
ると、後に種々の熱処理工程を経る過程で熱分解により
塩素が放出され、この塩素が下層配線であるＳｉ基板中
の不純物拡散領域やＡｌ系配線膜を浸触してコンタクト
特性を損なう虞れがある。また、放出された塩素がＷプ
ラグのボイドやシーム（接続孔２３内の両壁面から成長
したＢｌｋ−Ｗ結晶の当接面）に沿って拡散すると、該
Ｗプラグの上に形成されたたとえばＡｌ系配線膜を浸触
し、上層配線の信頼性を損なう虞れもある。したがっ
て、放電解離効率を向上させ、ＴｉＣｌ₄の未反応分・
未解離分の割合をできるだけ低いレベルに抑えることが
望まれる。

【００１２】そこで本発明は、上述の問題を解消し、微
細な接続孔の内部にも均一な厚さの下地金属膜を成膜す
ることが可能で、これにより信頼性の高い配線形成を行
うことが可能な成膜方法およびこれに用いるプラズマ装
置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の目的を
達するために提案されるものである。すなわち、本発明
にかかる成膜方法は、高真空容器内でプラズマＣＶＤを
行うことにより基板上に所定の材料膜を成膜するにあた
り、成膜時の前記基板近傍を弱磁場ないし実質的な無磁
場とする条件下で前記プラズマＣＶＤを行うものであ
る。

【００１４】かかるプラズマＣＶＤは、ヘリコン波プラ
ズマあるいは誘導結合プラズマを用いることにより可能
となる。ヘリコン波プラズマの生成機構は、非導電性部
材からなる円筒状のヘリコン波プラズマ生成チャンバに
磁場を印加し、さらにこのチャンバに巻回されるループ
・アンテナに高周波印加手段により高周波を印加して該
チャンバ内にヘリコン波を生成させ、このヘリコン波か
らランダウ減衰の過程を通じた電子へのエネルギー輸送
によりこれを加速し、この加速された電子をガス分子に
衝突させて高いイオン化率を得るというものである。ヘ
リコン波プラズマでは、おおよそ１０¹¹〜１０¹³／ｃｍ
³のイオン密度を達成することができるが、この場合に
用いられる外部磁場は、ＥＣＲプラズマの生成で用いら
れるような強磁場ではない。

【００１５】一方の誘導結合プラズマの生成機構は、高
真空容器の少なくとも内壁面の一部を構成する非導電性
部材の外側に配設される非共鳴アンテナに高周波印加手
段から高周波を供給し、このアンテナの内側に形成され
る電磁界にしたがって電子を回転させることで、この電
子とガス分子とを高い確率で衝突させるというものであ
る。

【００１６】ここで通常、非導電性部材を高真空容器の
軸方向の一部をなすシリンダ形状とし、アンテナをこの
周囲に巻回されるマルチターン・アンテナとした場合に
生成するプラズマを、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ
ＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）と称している。ま
た、非導電性部材を高真空容器の上蓋部分とし、アンテ
ナをこの上側に設置される渦巻き状のアンテナとした場
合に生成するプラズマを、ＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ
ｅｒＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）と称している。
これらは共に１０¹¹〜１０¹²／ｃｍ³のイオン密度を達
成することができるが、外部磁場は用いていない。本発
明ではこれらのいずれをも用いることができる。

【００１７】本発明のプラズマＣＶＤは、Ｔｉ系材料膜
の成膜に用いて好適である。かかるＴｉ系材料膜として
は、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜、ＴｉＯＮ（酸窒化チタン）膜の
各単層膜の他、Ｔｉ／ＴｉＮ積層膜、Ｔｉ／ＴｉＯＮ積
層膜等の２層膜、あるいはＴｉ／ＴｉＮ／Ｔｉ積層膜、
Ｔｉ／ＴｉＯＮ／Ｔｉ積層膜等の３層膜、さらにあるい
は上記単層膜の他の任意の組み合わせを挙げることがで
きる。

【００１８】ところで、本発明では上述の成膜方法によ
る成膜を効果的に行うことが可能なプラズマ装置とし
て、前記非導電性部材が非酸素含有セラミクスで構成さ
れた装置を用いる。この非導電性部材は、ヘリコン波プ
ラズマ生成装置においてはベルジャ型のヘリコン波プラ
ズマ生成チャンバであり、ＩＣＰ装置においては高真空
容器の軸方向の一部を構成するシリンダであり、ＴＣＰ
装置においては高真空容器の上蓋である。従来の一般的
な装置では、これらヘリコン波プラズマ生成チャンバ，
シリンダ，上蓋は石英を用いて構成されていた。

【００１９】ここで、非酸素含有セラミクスとしては、
高密度プラズマと接触しても酸素をスパッタ放出せず、
パーティクル源とならず、成膜に寄与するプラズマ中の
化学種を大量に消費することのないセラミクスを、適宜
選択することができる。かかる観点から、窒化シリコン
は極めて好適なセラミクスである。

【００２０】

【作用】本発明の成膜方法では、ヘリコン波プラズマや
誘導結合プラズマのごとく、プラズマ励起に外部磁場を
必要としないか、あるいはＥＣＲプラズマに比べてはる
かに低い外部磁場しか必要としない高密度プラズマを利
用してＣＶＤを行うので、基板近傍における磁場強度を
ＥＣＲ−ＣＶＤ法の場合に比べて大きく低減することが
できる。この結果、基板近傍における磁場の不均一性が
実用上問題の無いレベルに抑えられ、これに起因するス
テップ・カバレージの非対称性を解消することができ
る。

【００２１】特に本発明方法を半導体装置の上層配線の
下地膜として用いられるＴｉ系材料膜の成膜に適用した
場合には、該Ｔｉ系材料膜のカバレージの改善を通じて
上層配線による接続孔の埋込み特性、バリヤ性、密着性
等の諸特性を改善することができる。また、上記ヘリコ
ン波プラズマや誘導結合プラズマのプラズマ密度がＥＣ
Ｒプラズマのそれに比べて１〜２桁高いことから、原料
ガスとして通常用いられるＴｉＣｌ₄の放電解離効率を
改善し、未解離分の比率を低減させることができる。し
たがって、Ｔｉ系材料膜中へのＴｉＣｌ₄の取り込みを
抑制し、脱離塩素の拡散による配線の腐食を防止するこ
とができる。

【００２２】また、本発明のプラズマ装置では、高真空
容器の少なくとも内壁面の一部を構成し、高周波アンテ
ナに周回される非導電性部材が非酸素含有セラミクスを
用いて構成されているので、該非導電性部材が高密度プ
ラズマと接触しても、酸素がスパッタ放出されない。従
来用いられていた石英では、プラズマとの接触により酸
素が放出され、この酸素がＴｉ成膜反応系ＴｉＣｌ₄
＋２Ｈ₂→Ｔｉ＋４ＨＣｌ↑ におけるＨ₂を消費する
結果、ＴｉＣｌ₄が還元されずに残存する可能性があっ
た。本発明ではこのような現象は生じない。したがっ
て、Ｔｉ系材料膜中へのＴｉＣｌ₄の取り込みを一層効
果的に抑制することが可能となり、配線形成の信頼性を
一層向上させることができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００２４】実施例１本実施例は、ヘリコン波プラズマＣＶＤ装置のヘリコン
波プラズマ生成チャンバであるベルジャを、窒化シリコ
ンを用いて構成した例である。図１に、本ＣＶＤ装置の
概念的な構成を示す。まず、ヘリコン波プラズマ生成部
は、内部にヘリコン波プラズマＰ_Hを生成させるための
非導電性材料からなるベルジャ１、このベルジャ１を周
回する２個のループを有し、ＲＦパワーをプラズマへカ
ップリングさせるためのループ・アンテナ２、上記チャ
ンバ１を周回するごとく設けられ、該チャンバ１の軸方
向に沿った磁界を生成させ、主としてヘリコン波の伝搬
に寄与する内周側ソレノイド・コイル３ａ、および主と
してヘリコン波プラズマＰ_Hの輸送に寄与する外周側ソ
レノイド・コイル３ｂを主な構成要素とする。

【００２５】ここで、上記ベルジャ１の構成材料は窒化
シリコンである。かかる構成により、本ＣＶＤ装置では
高密度のヘリコン波プラズマが内部で生成しても、ベル
ジャ１の器壁から酸素がスパッタ放出されることがな
い。

【００２６】上記ループ・アンテナ２にはプラズマ励起
用ＲＦ電源１２からインピーダンス整合用のマッチング
・ネットワーク（Ｍ／Ｎ）１１を通じてＲＦパワーが印
加され、上下２個のループには互いに逆回り方向の電流
が流れる。ここでは、上記プラズマ励起用ＲＦ電源１２
の周波数を、１３．５６ＭＨｚとした。なお、両ループ
間の距離は、所望のヘリコン波の波数に応じて最適化さ
れている。

【００２７】上記ベルジャ１はプロセス・チャンバ７に
接続され、上記内周側ソレノイド・コイル３ａと外周側
ソレノイド・コイル３ｂが形成する発散磁界に沿って該
プロセス・チャンバ７の内部へヘリコン波プラズマＰ_H
を引き出すようになされている。プロセス・チャンバ７
の側壁面および底面は、ステンレス鋼等の導電性材料を
用いて構成されている。その内部は、図示されない排気
系統により排気孔８を通じて矢印Ａ方向に高真空排気さ
れており、上部の天板６に開口されるガス供給管５より
矢印Ｂ方向にＣＶＤに必要なガスの供給を受け、さらに
その側壁面においてゲート・バルブ１３を介し、たとえ
ば図示されないロード・ロック室に接続されている。

【００２８】上記プロセス・チャンバ７の内部には、そ
の壁面から電気的に絶縁された導電性の基板ステージ９
が収容され、この上に被処理基板としてたとえばウェハ
Ｗを保持して所定のＣＶＤを行うようになされている。
上記基板ステージ９には、プロセス中のウェハＷを所望
の温度に加熱するためのヒータ１０が埋設されている。

【００２９】なお、図示されてはいないが、成膜中にｉ
ｎｓｉｔｕな膜の平坦化を行いたい場合には、必要に
応じて上記基板ステージ９の脚部にマッチング・ネット
ワークを介してバイアス印加用のＲＦ電源を接続しても
良い。さらに、上記プロセス・チャンバ７の外部には、
上記基板ステージ９近傍における発散磁界を収束させる
ために、補助磁界生成手段としてマルチカスプ磁場を生
成可能なマグネット４が配設されている。

【００３０】実施例２本実施例では、実施例１で述べたヘリコン波プラズマＣ
ＶＤ装置を用い、ＳｉＯ_x層間絶縁膜に開口された接続
孔を被覆するごとくＴｉ／ＴｉＮ積層膜を成膜し、さら
にこの上に上層配線を形成した。このプロセスを、図２
ないし図４を参照しながら説明する。

【００３１】本実施例のＣＶＤサンプルとして用いたウ
ェハの要部断面を、図２に示す。このウェハは、下層配
線２１上にＳｉＯ_x層間絶縁膜２２を積層し、該ＳｉＯ
_x層間絶縁膜２２に開口径約０．２５μｍの接続孔２３
を開口した段階のものであり、左側の図はウェハの左端
近傍を、右側の図はウェハの右端近傍をそれぞれ模式的
に表している。

【００３２】ここで、上記下層配線２１は、たとえばＳ
ｉ基板中に形成された不純物拡散層であっても、あるい
はポリシリコン、Ａｌ系材料、高融点金属、シリサイド
等からなる配線膜であっても良い。

【００３３】このウェハを上記のＣＶＤ装置にセット
し、一例として下記の条件で厚さ約３０ｎｍのＴｉ膜２
４および厚さ約７０ｎｍのＴｉＮ膜２５を連続成膜し
た。〔Ｔｉ膜２４成膜条件〕ＴｉＣｌ₄流量２０ＳＣＣＭＨ₂流量４０ＳＣＣＭガス圧０．０５Ｐａソース・パワー（Ｐ_H励起) ２．５ｋＷ（１３．５
６ＭＨｚ）ステージ温度４２０ ℃ 〔ＴｉＮ膜２５成膜条件〕ＴｉＣｌ₄流量２０ＳＣＣＭＨ₂流量２６ＳＣＣＭＮ₂流量６ＳＣＣＭＡｒ流量７５ＳＣＣＭガス圧０．１Ｐａソース・パワー（Ｐ_H励起) ２．５ｋＷ（１３．５
６ＭＨｚ）ステージ温度４２０ ℃

【００３４】このＣＶＤ装置内では、ウェハＷの表面近
傍における磁場強度は極めて低いため、図３に示される
ようにＴｉ膜２４およびＴｉＮ膜２５はそれぞれ均一な
膜厚に形成された。この結果、接続孔２３の内壁面は均
一な膜厚のＴｉ／ＴｉＮ積層膜２６で被覆された。この
とき、ヘリコン波プラズマの高い放電解離効率によりＴ
ｉＣｌ₄の未解離分は僅かであり、またベルジャ１から
酸素が放出されないのでＨ₂による還元反応も阻害され
ることがなかった。

【００３５】続いて、図４に示されるように、常法にし
たがって成膜されたＢｌｋ−Ｗ膜および上記Ｔｉ／Ｔｉ
Ｎ積層膜２６のエッチバックを行ってＷプラグ２７を形
成し、この上でたとえばＡｌ系配線膜等からなる上層配
線２８のパターニングを行うことにより、下層配線２１
とのコンタクトを完成した。このとき、下地のＴｉ／Ｔ
ｉＮ積層膜２６のカバレージが良好であるため、上記Ｗ
プラグ２７には、ボイドは生じていない。

【００３６】この一連のプロセス中、ウェハＷはＢｌｋ
−Ｗ膜の成膜時、Ａｌ系配線膜の成膜時、および上層配
線２８のパターニングを行う際のレジスト膜の露光前ベ
ーキング時や露光後ベーキング時に加熱されるが、前述
のようにＴｉ／ＴｉＮ積層膜２６に未反応のＴｉＣｌ₄
がほとんど取り込まれていないため、従来のような配線
の腐食は何ら観察されなかった。

【００３７】実施例３本実施例は、誘導結合プラズマ生成用のシリンダを窒化
シリコンにて構成したＩＣＰ−ＣＶＤ装置の例である。
図５に、本ＩＣＰ−ＣＶＤ装置の概念的な構成を示す。
この装置において、プロセス・チャンバ３２の側壁面の
一部は窒化シリコンからなるシリンダ３３とされてお
り、これ以外の部分、すなわち上蓋３１、下部側壁面、
底面等はステンレス鋼等の導電性材料より構成される。

【００３８】上記シリンダ３３の外周側にはマルチター
ン・アンテナ３７が巻回されている。このマルチターン
・アンテナ３７には、プラズマ励起用ＲＦ電源３９から
マッチング・ネットワーク（Ｍ／Ｎ）３８を介して高周
波が印加される。ここでは、上記プラズマ励起用ＲＦ電
源３９の周波数を２ＭＨｚとした。

【００３９】上記プロセス・チャンバ３２の内部は、図
示されない排気系統により排気孔３４を通じて矢印Ｄ方
向に高真空排気されており、底面に開口されるガス供給
管３６より矢印Ｃ方向にＣＶＤに必要なガスの供給を受
けるようになされている。プロセス・チャンバ３２はま
た、その壁面から電気的に絶縁された導電性の基板ステ
ージ３５を収容しており、この上に被処理基板としてた
とえばウェハＷを保持し、誘導放電プラズマＰ_Iを生成
させて所定のＣＶＤを行うようになされている。

【００４０】上記基板ステージ３５には、プロセス中の
ウェハＷを所望の温度に加熱するためのヒータ４０が埋
設されている。なお、図示されてはいないが、成膜中に
ｉｎｓｉｔｕな膜の平坦化を行いたい場合には、必要に
応じて上記基板ステージ３５にマッチング・ネットワー
クを介してバイアス印加用のＲＦ電源を接続しても良
い。

【００４１】実施例４本実施例では、実施例３で述べたＩＣＰ−ＣＶＤ装置を
用い、ＳｉＯ_x層間絶縁膜に開口された接続孔を被覆す
るＴｉ／ＴｉＮ積層膜を成膜した。本実施例のＣＶＤサ
ンプルとして用いたウェハは、実施例２で上述したもの
と同じである。このウェハを上記のＩＣＰ−ＣＶＤ装置
にセットし、一例として下記の条件でＴｉ膜２４および
ＴｉＮ膜２５を連続成膜した。〔Ｔｉ膜２４成膜条件〕ＴｉＣｌ₄流量２０ＳＣＣＭＨ₂流量４０ＳＣＣＭガス圧０．１Ｐａソース・パワー（Ｐ_I励起) ３ｋＷ（２ＭＨ
ｚ）ステージ温度４２０ ℃ 〔ＴｉＮ膜２５成膜条件〕ＴｉＣｌ₄流量２０ＳＣＣＭＨ₂流量２６ＳＣＣＭＮ₂流量６ＳＣＣＭＡｒ流量７５ＳＣＣＭガス圧０．２Ｐａソース・パワー（Ｐ_I励起) ３ｋＷ（２ＭＨ
ｚ）ステージ温度４２０ ℃

【００４２】ＩＣＰ−ＣＶＤ装置内では、ウェハＷの表
面近傍における磁場強度はほぼゼロであるため、コンフ
ォーマルなＴｉ膜２４およびＴｉＮ膜２５を形成するこ
とができた。また、一連の後工程を経てＷプラグ２７や
上層配線２８を形成した後にも、配線の腐食は何ら観察
されなかった。以上、本発明を４例の実施例にもとづい
て説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定され
るものではなく、ＣＶＤ装置の構成、サンプル・ウェハ
の構成、ＣＶＤ条件の細部等は適宜変更可能である。

【００４３】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明を適用すれば高密度プラズマを用いたＴｉ系材料膜の
ＣＶＤを、基板近傍の磁場の不均一性に起因するカバレ
ージの非対称性、あるいは未反応・未解離のＴｉＣｌ₄
残分の取り込みによる上層配線や下層配線の腐食を防止
しながら行うことができる。これにより、上層配線によ
る接続孔の埋込み特性、バリヤ性、密着性等の諸特性を
改善することができる。

【００４４】しかも、本発明において用いられるヘリコ
ン波プラズマ装置や誘導結合プラズマ装置は構成構成が
シンプルであり、従来のＥＣＲプラズマ装置と比べてマ
イクロ波源や高価な大型ソレノイド・コイルを要しない
分だけ、小型化、低コスト化に有利である。本発明は、
微細配線形成の高信頼化を通じて、半導体装置の高集積
化、高性能化、高信頼化に大きく貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したヘリコン波プラズマＣＶＤ装
置の一構成例を示す概略断面図である。

【図２】本発明をＴｉ／ＴｉＮ積層膜のＣＶＤに適用し
たプロセスにおいて、サンプル・ウェハの状態を示す模
式的断面図である。

【図３】図２の接続孔がＴｉ／ＴｉＮ積層膜で被覆され
た状態を示す模式的断面図である。

【図４】図３の接続孔がＷプラグで埋め込まれ、さらに
上層配線が形成された状態を示す模式的断面図である。

【図５】本発明を適用したＩＣＰ−ＣＶＤ装置の一構成
例を示す概略断面図である。

【図６】従来のＥＣＲ−ＣＶＤにおいて、Ｔｉ／ＴｉＮ
積層膜のカバレージが接続孔内部で非対称となった状態
を示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１ベルジャ２ループ・アンテナ３ａ内周側ソレノイド・コイル３ｂ外周側ソレノイド・コイル７，３２プロセス・チャンバ９，３５基板ステージ１０，４０ヒータ１２，３９プラズマ励起用ＲＦ電源２２ＳｉＯ_x層間絶縁膜２３接続孔２４Ｔｉ膜２５ＴｉＮ膜２６Ｔｉ／ＴｉＮ積層膜３３シリンダ３７マルチターン・アンテナＷウェハＰ_H ヘリコン波プラズマＰ_I 誘導結合プラズマ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高真空容器内でプラズマＣＶＤを行うこ
とにより基板上に所定の材料膜を成膜する成膜方法にお
いて、成膜時の前記基板近傍を弱磁場ないし実質的な無磁場と
する条件下で前記プラズマＣＶＤを行う成膜方法。
【請求項２】前記プラズマＣＶＤはヘリコン波プラズ
マを用いて行う請求項１記載の成膜方法。
【請求項３】前記プラズマＣＶＤは誘導結合プラズマ
を用いて行う請求項１記載の成膜方法。
【請求項４】前記所定の材料膜はチタン系材料膜であ
る請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の成膜
方法。
【請求項５】基板を収容する高真空容器と、前記高真空容器の少なくとも内壁面の一部を構成する非
導電性部材の外側に配設される高周波アンテナと、前記高周波アンテナへの高周波印加手段とを有し、前記高真空容器内でプラズマＣＶＤを行うことにより基
板上に所定の材料膜を成膜するようになされたプラズマ
装置において、前記非導電性部材が非酸素含有セラミクスで構成されて
なるプラズマ装置。
【請求項６】前記非導電性部材は、前記高周波アンテ
ナと磁界生成手段とに周回されるヘリコン波プラズマ生
成チャンバを構成する請求項５記載のプラズマ装置。
【請求項７】前記非導電性部材は、前記高真空容器の
軸方向の一部を構成することにより該高真空容器内に誘
導結合プラズマを生成させるようになされた請求項５記
載のプラズマ装置。
【請求項８】前記非酸素含有セラミクスは窒化シリコ
ンである請求項５ないし請求項７のいずれか１項に記載
のプラズマ装置。