JP2006294861A - 成膜方法、前処理方法および成膜システム - Google Patents

Abstract

【課題】 混載デバイスに対しても、前処理によって接合部位の自然酸化膜を確実に除去し、抵抗上昇を生じさせない成膜方法を提供する。
【解決手段】 被処理体に露出したＳｉ含有部表面に金属含有膜を成膜する成膜方法は、Ｓｉ含有部分の表面を、高周波を用いたプラズマにより物理的に処理する物理的表面処理工程と、プラズマによる処理が施されたＳｉ含有部分の表面を反応性ガスにより化学的に処理する化学的表面処理工程と、化学的表面処理が施されたＳｉ含有部分上に金属含有膜を成膜する成膜工程と、を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被処理体、例えばＳｉ基板の表面や金属シリサイド層等のＳｉ含有部分に対してプラズマ処理により金属シリサイド膜を形成する成膜方法に関する。

半導体デバイスの製造においては、最近の高密度化および高集積化の要請に対応して、回路構成を多層配線構造にする傾向にあり、このため、下層の半導体デバイスと上層の配線層との接続部であるコンタクトホールや、上下の配線層同士の接続部であるビアホールなど、層間の電気的接続を行なうための埋め込み技術が重要になっている。

このようなコンタクトホールやビアホールの埋め込みには、一般的にＡｌ（アルミニウム）やＷ（タングステン）、あるいはこれらを主体とする合金が用いられるが、このような金属や合金と下層のＳｉ基板やｐｏｌｙ−Ｓｉ層とのコンタクトを形成するために、これらの埋め込みに先立ってコンタクトホールやビアホールの内側にＴｉ膜等の金属含有膜を成膜し、さらにＴｉＮ膜等のバリア層を成膜することが行われている。これらの膜の成膜には、デバイスの微細化および高集積化が進んでも電気抵抗が増加せず良質な膜を形成することができ、しかもステップカバレッジを良好にすることができる化学的蒸着（ＣＶＤ）が用いられている。

また、配線コンタクト部をよりいっそう低抵抗化するために、コンタクトホールやビアホールの底部の接合部位に予めＣｏＳｉ_２層やＮｉＳｉ層などのシリサイド層を形成し、その上にＴｉ膜／ＴｉＮ膜を形成することも行われている。Ｔｉ膜を成膜することにより、Ｔｉと下地に含まれるＳｉとを反応させてコンタクトホール等の底のＳｉ拡散層上に自己整合的にＴｉＳｉ_２を成長させることができるので、さらに抵抗を低減できる。

上記のような半導体デバイスの製造過程では、シリコンウエハ上に不可避的に自然酸化膜が形成されるが、この自然酸化膜が形成されたままＴｉ膜を形成すると配線コンタクト部の電気的特性が劣化するため、成膜前の前処理として、Ｓｉ基板やｐｏｌｙ−Ｓｉ層あるいは前記シリサイド層の表面の自然酸化膜を除去することが行われている。

シリコン表面上の自然酸化膜を除去する方法としては、従来から希フッ酸等の洗浄液によるウエットクリーニングが採用されていたが、近年では、反応性ガスのプラズマを用いた化学的処理が提案されている（例えば、特許文献１）。また、前記ＣｏＳｉ_２層などのシリサイド層を用いる場合には、ウエットクリーニングを行なうとＣｏＳｉ_２層が腐食してしまうので、自然酸化膜を除去するための前処理として、Ａｒ逆スパッタによる物理エッチングを行なうことが提案されている（例えば、特許文献２）。
特開２００３−５９８６１号公報（特許請求の範囲など）。 特開２００４−１５８８２８号公報（特許請求の範囲など）。

半導体デバイスの中には、コンタクトホールやビアホールなどの凹部の底の接合部位の構造として、シリコンが露出した構造と、ＣｏＳｉ_２層やＮｉＳｉ層などのシリサイド層が形成された構造とが混在した、所謂混載デバイスが存在する。このような混載デバイスに対して、上記Ａｒ逆スパッタによる物理エッチングや、反応性ガスを用いた化学的処理を行なう場合には、以下のような問題があった。

混載デバイス上で、予め凹部の底にＣｏＳｉ_２層などのシリサイド層が形成されている部位については、Ａｒ逆スパッタによる物理エッチングを行なうことにより自然酸化膜の除去効果が十分に得られる。しかし、凹部の底にシリコンが露出した構造に対して前記物理エッチングを行なうと、十分な自然酸化膜の除去効果が得られないばかりか、凹部の側壁の酸化膜（ＳｉＯ_２）がスパッタされ、凹部の底に酸化物が堆積してしまうため、後からＴｉ膜を成膜してもＴｉＳｉ_２の形成が妨げられ、コンタクト抵抗を上昇させてしまう。

一方、ＣｏＳｉ_２層などのシリサイド層が形成されている凹部に対して化学的処理のみを行なっても、シリサイド層の表面に形成された自然酸化膜を十分に除去することはできず、抵抗が増加する傾向がみられる。

このように、混載デバイスに特有の問題として、前処理として従来の化学処理または物理エッチングのいずれか一方を実施しただけでは、十分なクリーニング効果が得られず、逆に抵抗の上昇を招いてしまうという課題があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、成膜対象が混載デバイスである場合でも、前処理によってコンタクトホールやビアホールなどの凹部の底の自然酸化膜を確実に除去し、当該部位での抵抗上昇を生じさせない成膜方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、被処理体上に露出したＳｉ含有部分の表面に金属含有膜を成膜する成膜方法であって、
前記Ｓｉ含有部分の表面を、高周波を用いたプラズマにより物理的に処理する物理的表面処理工程と、
前記プラズマによる物理的表面処理が施されたＳｉ含有部分の表面を反応性ガスにより化学的に処理する化学的表面処理工程と、
前記化学的表面処理が施されたＳｉ含有部分の上に金属含有膜を成膜する成膜工程と、
を具備することを特徴とする、成膜方法が提供される。

上記第１の観点において、前記化学的表面処理工程の後に、化学的表面処理の際に生成した反応生成物を除去するためのアニール工程を行なうこともできる。
また、前記Ｓｉ含有部分は、Ｓｉ基板、ｐｏｌｙ−Ｓｉまたは金属シリサイド層からなるものであってもよい。ここで、前記金属シリサイド層は、ＣｏＳｉ_２またはＮｉＳｉであることが好ましい。

また、前記金属含有膜は、金属シリサイド膜であり、該金属シリサイド膜は、成膜しようとする金属シリサイド中の金属を含有する金属含有原料ガスのプラズマによって当該金属からなる金属膜を成膜した後、該金属膜と前記Ｓｉ含有部分のＳｉとの反応により形成されるものであってもよい。

また、前記物理的表面処理工程では、Ａｒガスプラズマの逆スパッタ作用による物理エッチング処理を行なうことができる。この場合、前記物理エッチング処理は、誘導結合プラズマを用いて行うことができる。また、前記物理エッチング処理を、被処理体に絶対値が５０Ｖ以上のＤＣバイアス電圧（Ｖｄｃ）を印加しつつ行うことが好ましい。

また、前記化学的表面処理工程は、前記反応性ガスのプラズマによる化学エッチング処理であってもよい。この場合、前記反応性ガスのプラズマとして、リモートプラズマを用いることができる。

また、前記金属含有膜中の金属は、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｔａ、ＨｆおよびＺｒから選択されたものであることが好ましい。

本発明の第２の観点によれば、被処理体上に露出したＳｉ含有部分の表面に金属含有膜を成膜する成膜処理の前に行なわれる前処理方法であって、
前記Ｓｉ含有部分の表面を、高周波を用いたプラズマにより物理的に処理する物理的表面処理工程と、
前記プラズマによる物理的表面処理が施されたＳｉ含有部分の表面を反応性ガスにより化学的に処理する化学的表面処理工程と、
を具備することを特徴とする、前処理方法が提供される。

第２の観点において、前記化学的表面処理工程の後に、化学的表面処理の際に生成した反応生成物を除去するためのアニール工程を行なうこともできる。

本発明の第３の観点によれば、被処理体の表面に金属含有膜を成膜するための成膜システムであって、
被処理体の表面を、高周波を用いたプラズマにより物理的に処理する物理的表面処理装置と、
物理的に処理された被処理体の表面を、反応性ガスにより化学的に処理する化学的表面処理装置と、
化学的に処理された被処理体の表面にＴｉ膜を形成する成膜装置と
を具備することを特徴とする、成膜システムが提供される。

本発明の第４の観点によれば、被処理体の表面に金属含有膜を成膜するための成膜システムであって、
被処理体の表面を、高周波を用いたプラズマにより物理的に処理する物理的表面処理装置と、
物理的に処理された被処理体の表面を、反応性ガスにより化学的に処理する化学的表面処理装置と、
化学的に処理された被処理体の表面にＴｉ膜を形成する成膜装置と、
これらの装置を用い、第１の観点の成膜方法が行なわれるように制御する制御部と
を具備することを特徴とする、成膜システムが提供される。

本発明の第５の観点によれば、コンピュータ上で動作し、実行時に、第１の観点の成膜方法が行なわれるように、前記物理的表面処理工程で用いる物理的表面処理装置、前記化学的表面処理工程で用いる化学的表面処理装置および前記成膜工程で用いる成膜装置を制御するものであることを特徴とする、制御プログラムが提供される。

本発明の第６の観点によれば、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、第１の観点の成膜方法が行なわれるように、前記物理的表面処理工程で用いる物理的表面処理装置、前記化学的表面処理工程で用いる化学的表面処理装置および前記成膜工程で用いる成膜装置を制御するものであることを特徴とする、コンピュータ記憶媒体が提供される。

上記第１および第２の観点によれば、金属含有膜を成膜する成膜工程に先だって、被処理体上に露出したＳｉ含有部分の表面を高周波を用いたプラズマにより物理的に表面処理する物理的表面処理工程と、物理的表面処理が施されたＳｉ含有部分の表面を反応性ガスにより化学的に処理する化学的表面処理工程とを行なうことにより、Ｓｉ含有部分の表面に形成された自然酸化膜や付着物などを効果的にかつ確実に除去して、良好な特性の金属膜を成膜することができる。
従って、被処理体が、配線コンタクト部の接合部位の構造として、Ｓｉ接合構造とＣｏＳｉ_２などの金属シリサイド接合構造とが混在している混載デバイスである場合においても、配線コンタクト部の電気抵抗を低く抑え、デバイスの電気的特性を優れたものとすることができる。

また、上記第３および第４の観点の成膜システムによれば、被処理体への成膜処理と、その前処理としての物理的表面処理および化学的表面処理を、例えば真空を破ることなく、一つのシステム内で連続して行なうことができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。ここでは、金属含有原料ガスとしてＴｉ含有原料ガスを用いてチタンシリサイド膜を形成する場合を例に説明する。図１は、本発明一実施形態に係る成膜方法の概略を説明するためのフロー図である。また、図２（ａ）〜（ｅ）は、図１のフロー図に対応する処理を説明するため、成膜対象である被処理体としての半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と記す）Ｗの断面の状態を示している。

図２に示すウエハＷは、凹部としてのコンタクトホール（ビアホールでもよい）の底の接合部位の構造として、シリコンが露出した構造と、シリサイド層が形成された構造が混在している混載デバイスである。
Ｓｉ基板２０１上の層間絶縁膜２０２には、エッチングによりコンタクトホール２１０，２１１が形成されている。図２（ａ）に示すように、Ｓｉ基板２０１の表面には、Ｓｉ含有部分としてＣｏＳｉ_２層やＮｉＳｉ層などの金属シリサイド層２０３が形成された部位と、Ｓｉ含有部分としてシリコンが露出した部位（金属シリサイド層２０３が形成されていない状態）とが設けられ、両者を覆うように層間絶縁膜２０２が形成されている。つまり、コンタクトホール２１０は、金属シリサイド層２０３に達するまで形成されており、コンタクトホール２１１は、シリコン基板２０１に対するまで形成されている。

まず、ステップＳ１１では、コンタクトホール２１０，２１１内で露出したＳｉ基板２０１の表面および金属シリサイド層２０３の表面に、物理的表面処理を施す。具体的には、図２（ｂ）に示すように、例えば高周波を用いたＡｒガスプラズマによりＳｉ基板２０１の表面および金属シリサイド層２０３の表面を逆スパッタして物理エッチングを行ない、自然酸化膜や汚染物を除去する。

次に、ステップＳ１２では、前記物理的表面処理の後のＳｉ基板２０１の表面および金属シリサイド層２０３の表面に、化学的表面処理を施す。具体的には、図２（ｃ）に示すように、例えば反応性ガスのプラズマによりＳｉ基板２０１の表面および金属シリサイド層２０３の表面を化学的に処理し、残存している自然酸化膜の除去や、前記物理的表面処理によって生成した付着物（ＳｉＯ_２などの酸化物）の改質を行なう。

さらに、ステップＳ１３では、化学的表面処理後のウエハＷをアニール（加熱処理）する。このアニールは、主として化学的表面処理の際に生成した反応生成物を分解、除去するために行なうものである。
なお、仮に、ステップＳ１２の化学的表面処理を先に行ない、ステップＳ１１の物理的表面処理をその後行なった場合には、物理的表面処理の際にスパッタされて生成した付着物がコンタクトホール２１０，２１１内に残存したままとなって、抵抗の増加を招くおそれがある。

そして、ステップＳ１４では、図２（ｄ）に示すように、Ｓｉ基板２０１にＴｉＣｌ_４等のＴｉ含有原料ガスを供給し、プラズマを生成してＴｉ層２０４を成膜する。Ｔｉ層２０４中のＴｉは、Ｓｉ基板２０１や金属シリサイド層２０３中のＳｉとの反応によりシリサイド化してＴｉＳｉ_２膜となる。その後、必要に応じて、バリアメタル層２０５の成膜の前にＮＨ_３を用いてＴｉＳｉ_２膜の表面に窒化処理を施す（ステップＳ１５）。

ステップＳ１６では、図２（ｅ）に示すように、Ｔｉ層２０４（表面窒化されたＴｉＳｉ_２膜）の上に、バリアメタル層２０５を積層形成する。バリアメタル層２０５は、例えば熱ＣＶＤにより形成されたＴｉＮ膜である。

以上のように、ステップＳ１１〜ステップＳ１５までの処理を行なった後、コンタクトホール２１０，２１１を埋めるように例えばＡｌなどを堆積させて配線層を形成することにより、配線コンタクト部を備えた半導体装置を製造できる。

図３は、本発明の一実施形態に係る成膜システムを示す概略構成図である。この成膜システム１００は、中央に搬送室１が配置され、その周囲に開閉手段であるゲートバルブ（図示せず）を介して、２つのカセットチャンバー２，３、冷却チャンバー４、アニールチャンバー５、Ｔｉ成膜装置６、ＴｉＮ成膜装置７、物理的表面処理装置８および化学的表面処理装置９が設けられたマルチチャンバータイプである。

成膜システムの各構成部は、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ２０に接続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ２０には、工程管理者が成膜システム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、成膜システム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ユーザーインターフェース２１が接続されている。

また、プロセスコントローラ２０には、成膜システム１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ２０の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部２２が接続されている。

そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース２１からの指示等にて任意のレシピを記憶部２２から呼び出してプロセスコントローラ２０に実行させることで、プロセスコントローラ２０の制御下で、成膜システム１００での所望の処理が行われる。また、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリなどに格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。

このような構成の成膜システム１００では、図１に示す手順に従い、層間絶縁膜２０２に形成されたコンタクトホール２１０，２１１に対して、Ｔｉ層２０４の形成とシリサイド化、さらにバリアメタル層２０５の形成が行なわれる。そして、Ｔｉ層２０４の成膜の前処理として、物理的表面処理（ステップＳ１１）、化学的表面処理（ステップＳ１２）さらに必要に応じてアニール（ステップＳ１３）が行なわれる。前処理は、Ｓｉ基板２０１や金属シリサイド層２０３の表面のクリーニング、すなわち自然酸化膜や付着物の除去を目的として行なわれる。

成膜システム１００では、上記一連の処理を、真空を破ることなくｉｎ−ｓｉｔｕに実施できるように構成されている。搬送室１は図示しない排気機構等により所定の真空度に保持され、その中央にはウエハＷを搬送する多関節アーム構造の搬送装置１０が設けられている。また、搬送室１のカセットチャンバー２，３近傍には、光学的にウエハＷに形成されたノッチまたはオリエンテーションフラットの位置を合わせる位置合わせ機構１１が設けられている。

そして、まず所定の真空度に保持された搬送室１内の搬送装置１０により、カセットチャンバー２からウエハＷを一枚取り出し、位置合わせ機構１１によりウエハＷの位置合わせが行われる。その後、物理的表面処理装置８に搬入して、物理的表面処理を行なう。具体的には、例えばＡｒガスのプラズマの逆スパッタ作用により物理エッチングを行ない、コンタクトホール２１０，２１１などの底のＳｉ基板２０１や金属シリサイド層２０３上の自然酸化膜や付着物を除去する。

次に、ウエハＷを化学的表面処理装置９に搬入して、反応性ガスのプラズマにより化学的表面処理を行なう。具体的には、物理的表面処理後も残存している自然酸化膜や、Ａｒプラズマの逆スパッタ作用によって削り取られ、コンタクトホール２１０，２１１の底に堆積している酸化物の改質を行なう。

次いで、ウエハＷをアニールチャンバー５に装入してウエハＷにアニール（加熱）処理を施して化学的表面処理の際の反応生成物を分解・気化させる。次に、ウエハＷをＴｉ成膜装置６に装入してＴｉ層２０４の成膜を行い、さらにＴｉＮ成膜装置７に装入してバリアメタル層２０５の成膜を行う。その後ウエハＷは冷却チャンバー４で冷却され、カセットチャンバー３に収容され、一連の処理が終了する。

次に、物理的表面処理装置８について説明する。
図４は、上記物理的表面処理を行う物理的表面処理装置８の概略構成を示す断面図である。この装置は誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）方式であり、基本的にＡｒプラズマによる逆スパッタ作用を利用して物理エッチングを行ない、Ｓｉ含有部分表面の自然酸化膜を除去するためのものであるが、自然酸化膜の除去のみならず、ウエハＷにＲＦバイアスを印加してウエハＷの面にイオンを引き込んでイオンによる処理を行うことも可能に構成されている。

物理的表面処理装置８は、その内部で高周波を用いてプラズマ処理を行うための略円筒状のチャンバー１０１と、チャンバー１０１の上方にチャンバー１０１に連続して設けられた略円筒状のベルジャー１１２とを有している。チャンバー１０１内には被処理体であるウエハＷを水平に支持するための例えばＡｌＮ等のセラミックスからなるサセプタ１１３が円筒状の支持部材１１４に支持された状態で配置されている。サセプタ１１３の外縁部にはウエハＷをクランプするクランプリング１１５が設けられている。また、サセプタ１１３内にはウエハＷを加熱するためのヒーター１１６が埋設されており、このヒーター１１６はヒーター電源１２５から給電されることにより被処理体であるウエハＷを所定の温度に加熱する。

ベルジャー１１２は、例えば石英、セラミックス材料等の電気絶縁材料で形成されており、その周囲にはアンテナ部材としてのコイル１１７が巻回されている。コイル１１７には高周波電源１１８が接続されている。高周波電源１１８は３００ｋＨｚ〜６０ＭＨｚ、好ましくは４５０ｋＨｚの周波数を有している。そして、高周波電源１１８からコイル１１７に高周波電力を供給することにより、ベルジャー１１２内に誘導電磁界が形成されるようになっている。

ガス供給機構１２０は、プラズマ処理用のガスをチャンバー１０１内に導入するためのものであり、所定のガスのガス供給源、ならびに各ガス供給源からの配管、開閉バルブ、および流量制御のためのマスフローコントローラ（いずれも図示せず）を有している。チャンバー１０１の側壁には、ガス導入ノズル１２７が設けられており、上記ガス供給機構１２０から延びる配管１２１がこのガス導入ノズル１２７に接続されており、所定のガスがガス導入ノズル１２７を介してチャンバー１０１内に導入される。なお、各配管のバルブおよびマスフローコントローラは図示しないコントローラにより制御される。

プラズマ処理用のガスとしては、Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅが例示され、それぞれ単体で用いることができる。また、Ａｒ、Ｎｅ、ＨｅのいずれかとＨ_２との併用、およびＡｒ、Ｎｅ、ＨｅのいずれかとＮＦ_３との併用であってもよい。これらの中では、Ａｒ単独、またはＡｒとＨ_２の併用が好ましい。

チャンバー１０１の底壁には、排気管１２８が接続されており、この排気管１２８には真空ポンプを含む排気装置１２９が接続されている。そして排気装置１２９を作動させることによりチャンバー１０１およびベルジャー１１２内を所定の真空度まで減圧することができる。

また、チャンバー１０１の側壁にはゲートバルブ１１０が設けられており、このゲートバルブ１１０を開にした状態でウエハＷが隣接する搬送室１との間で搬送されるようになっている。

さらに、サセプタ１１３内には、例えば、タングステンやモリブデン線等をメッシュ状に編み込んでなる電極１２３が埋設され、この電極１２３には高周波電源１２２が接続されており、負のＤＣバイアスを印加することが可能となっている。

このように構成される装置において上述の物理的表面処理を行うに際しては、ゲートバルブ１１０を開にして、チャンバー１０１内にウエハＷを装入し、サセプタ１１３にウエハＷを載置し、クランプリング１１５によりクランプする。その後、ゲートバルブ１１０を閉じ、排気装置１２９によりチャンバー１０１およびベルジャー１１２内を排気して所定の減圧状態にし、引き続き、ガス供給機構１２０からガス導入ノズル１２７を介してチャンバー１０１内に所定のガス、例えばＡｒガス、またはＡｒガスおよびＨ_２ガスを導入しつつ、高周波電源１１８からコイル１１７に高周波電力を供給してベルジャー１１２内に誘導電磁界を形成することにより、プラズマが生成される。一方、サセプタ１１３には、高周波電源１２２から高周波電力が供給され、ウエハＷには負のバイアス電圧すなわちＤＣバイアス電圧（Ｖｄｃ）が印加された状態となる。

このＶｄｃが印加されることによりウエハＷにはプラズマ中のイオンが引き込まれる。本実施形態では、この際のＶｄｃの絶対値が２００Ｖ以上になるように高周波電源１１８，１２２のパワーが調整される。例えば、高周波電源１１８に５００Ｗ、高周波電源１２２に８００Ｗを印加することによりＶｄｃ＝−５３０Ｖとすることができる。Ｖｄｃを大きくすることにより、ウエハＷの表面には、自然酸化膜除去の場合よりも強くプラズマ中のイオンが作用する。このため、成膜下地としてのウエハＷの表面が全体的にアモルファス化して反応性の高い状態となり、その後にＴｉシリサイド膜を形成した際に、コンタクト抵抗をより低くすることができる。例えば、ＴｉＳｉ_２の場合、結晶構造Ｃ５４のＴｉＳｉ_２を多く形成することができる。この目的のために、Ｖｄｃの絶対値は５０Ｖが好ましく２００Ｖ以上が一層好ましい。

この際の処理条件は、例えば圧力が１〜０．０１Ｐａ、好ましくは０．７〜０．０６Ｐａ、ウエハ温度が室温〜５００℃、ガス流量がＡｒは、１〜２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、好ましくは１〜１０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｈ_２は、１〜５０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、好ましくは５〜２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、ＩＣＰ用の高周波電源１１８の周波数が４５０ｋＨｚ、パワーが２００〜３０００Ｗ、バイアス用の高周波電源１２２の周波数が１３．５６ＭＨｚ、パワーが０〜１５００Ｗとすることができる。このように、物理的表面処理装置８を用いてＡｒ逆スパッタ作用による物理エッチングを行なうことにより、凹部の底の自然酸化膜の大半を除去することができる。

次に、化学的表面処理装置９の構造例について説明する。
図５は化学的表面処理装置９の構造の一例を示す断面図である。この化学的表面処理装置９は、マイクロ波リモートプラズマ方式であり、ウエハＷを収容する気密に構成された略円筒状のチャンバー１３０と、チャンバー１３０内に処理ガスを供給するガス供給機構１４０と、マイクロ波により処理ガスを励起するためのプラズマを生成するプラズマ発生機構１５０とを有している。

チャンバー１３０の中には、被処理体であるウエハＷを水平に支持するためのサセプタ１３２が円筒状の支持部材１３３により支持された状態で配置されている。サセプタ１３２の外縁部にはウエハＷをクランプするためのクランプリング１３４が設けられている。また、サセプタ１３２の内部にはヒーター１３５および冷媒流路１３６が設けられおり、ヒーター１３５にはヒーター電源１３７が接続され、冷媒流路１３６には冷媒供給源１３８から冷媒が供給されるようになっている。そして、冷媒流路１３６に通流する冷媒によりサセプタ１３２を冷却しつつ、ヒーター１３５への給電を制御して、サセプタ１３２の温度ひいてはウエハＷの温度を制御する。

ガス供給機構１４０は、Ｎ_２を供給するＮ_２供給源１４１、Ｈ_２を供給するＨ_２供給源１４２およびＮＦ_３を供給するＮＦ_３供給源１４３を有しており、これらにはそれぞれガスライン１４４，１４５および１４６が接続されている。各ガスラインにはバルブ１４７およびマスフローコントローラ１４８が設けられている。

プラズマ発生機構１５０は、チャンバー１３０の上方に設けられたプラズマ生成室１５１と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生電源１５２と、このマイクロ波発生電源１５２で発生したマイクロ波をプラズマ生成室１５１に導く導波管１５３と、プラズマ生成室１５１で生成したプラズマをチャンバー１３０の天壁１３０ａを介してチャンバー１３０内に導くプラズマ導入筒１５４とを有している。

ガス供給機構１４０のうち、Ｎ_２供給源１４１に接続されたガスライン１４４およびＨ_２供給源１４２に接続されたガスライン１４５は、プラズマ生成室１５１に繋がっており、マイクロ波発生電源１５２から導波管１５３を経てプラズマ生成室１５１に導入されたマイクロ波によりガスライン１４４，１４５を経て供給されたＮ_２ガスおよびＨ_２ガスがプラズマ化され、そのプラズマがプラズマ導入筒１５４を経てチャンバー１３０に導入される。一方、ＮＦ_３供給源１４３に接続されたガスライン１４６は、チャンバー１３０の天壁１３０ａからチャンバー１３０に挿入された複数のガス導入ノズル１４９に接続されており、ＮＦ_３ガスがこのガス導入ノズル１４９からチャンバー１３０内に導入される。

チャンバー１３０の底壁には、排気管１５５が接続されており、この排気管１５５には真空ポンプを含む排気装置１５６が接続されている。そして排気装置１５６を作動させることによりチャンバー１３０内を所定の真空度まで減圧することができる。

また、チャンバー１３０の側壁にはゲートバルブ１５７が設けられており、このゲートバルブ１５７を開にした状態でウエハＷが隣接する搬送室１との間で搬送されるようになっている。

このように構成される化学的表面処理装置９においては、排気装置１５６によりチャンバー１３０内を排気して所定の減圧状態にし、所定のガスを流した状態で、ゲートバルブ１５７を開にして、搬送装置１０により真空状態の搬送室１からチャンバー１３０内にウエハＷを装入し、サセプタ１３２上に載置してクランプリング１３４によりクランプする。その後、ゲートバルブ１５７を閉じる。

そして、Ｎ_２供給源１４１およびＨ_２供給源１４２からプラズマ生成室１５１内にＮ_２およびＨ_２を導入しつつ、マイクロ波発生電源１５２から導波管１５３を介してプラズマ生成室１５１内にマイクロ波を導入して、これらガスのプラズマを生成し、そのプラズマをチャンバー１３０内に導入する。

一方、ＮＦ_３供給源１４３からガスライン１４６およびガス導入ノズル１４９を介してチャンバー１３０内にＮＦ_３を導入し、チャンバー１３０内に導入されたＮ_２およびＨ_２のプラズマによりＮＦ_３ガスもプラズマ化させる。そして、このプラズマによりウエハＷのシリコンやＣｏＳｉ_２層などのシリサイド層表面の自然酸化膜に化学的エッチング作用が及ぼされ、分解可能な（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６等が生成される。また、物理的表面処理装置８における物理エッチングによって削り取られ、コンタクトホールなどの凹部の底に付着した酸化物（ＳｉＯ_２など）についても、この化学的表面処理装置９における表面処理によって（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６等に改質される。

その後、ゲートバルブ１５７が開かれ、ウエハＷが搬送装置１０により搬送室１に取り出される。その後、このウエハＷをアニールチャンバー５に搬入してアニール処理することにより、上記反応成分が分解・揮発して、自然酸化膜や付着物が除去される。

マイクロ波リモートプラズマは高エネルギーであり、しかも上述のガスが自然酸化膜や付着酸化物に対して主に化学的作用を及ぼすから、下地のシリコンやＣｏＳｉ_２層に物理的ダメージを与えることなく高い化学的エネルギーで効率良く、かつほぼ完全に自然酸化膜や付着酸化物を除去することができる。

化学的表面処理装置９における処理条件は、例えば圧力が１４００〜１００Ｐａ、好ましくは７００〜４００Ｐａ、ウエハ温度が−２０〜１００℃、好ましくは０〜５０℃、ガス流量がＨ_２：０〜５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、好ましくは３０〜１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、ＮＦ_３：０〜５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、好ましくは５０〜２５０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｎ_２：０〜３０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、好ましくは５００〜１５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、マイクロ波発生電源１５２の周波数が２．４５ＧＨｚ、出力が０〜３０００Ｗ、好ましくは５００〜１５００Ｗである。

また、アニールチャンバー５内では、例えば、チャンバー内をＡｒガスなどの不活性ガス雰囲気として、ウエハ温度を１００〜５００℃に加熱してアニール処理を行うことができる。

次に、Ｔｉ成膜装置６について説明する。
図６はＴｉ成膜装置の概略構成を示す断面図である。このＴｉ成膜装置６は、気密に構成された略円筒状のチャンバー４１を有しており、その中には被処理体であるウエハＷを水平に支持するためのサセプタ４２が円筒状の支持部材４３により支持された状態で配置されている。このサセプタ４２は、例えばＡｌＮ等のセラミックスで構成されている。サセプタ４２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４４が設けられている。このガイドリング４４はプラズマのフォーカシング効果も奏する。また、サセプタ４２にはモリブデンやタングステン線等からなる抵抗加熱型のヒーター４５が埋め込まれており、このヒーター４５はヒーター電源４６から給電されることにより被処理体であるウエハＷを所定の温度に加熱する。なお、サセプタ４２に対するウエハＷの受け渡しは、その中に突没自在に設けられた３本のリフトピン（図示せず）でウエハＷを持ち上げた状態で行われる。

チャンバー４１の側部には、搬送室１との間でウエハＷの受け渡しを行なうためのゲートバルブ８３が設けられ、このゲートバルブ８３を開にした状態でウエハＷが隣接する搬送室１との間で搬送されるようになっている。
また、チャンバー４１の天壁４１ａには、絶縁部材４９を介してシャワーヘッド５０が設けられている。このシャワーヘッド５０は、上段ブロック体５０ａ、中段ブロック体５０ｂ、下段ブロック体５０ｃで構成されている。そして、下段ブロック体５０ｃにはガスを吐出する吐出孔５７と５８とが交互に形成されている。上段ブロック体５０ａの上面には、第１のガス導入口５１と、第２のガス導入口５２とが形成されている。

上段ブロック体５０ａの中では、第１のガス導入口５１から多数のガス通路５３が分岐している。中段ブロック体５０ｂにはガス通路５５が形成されており、上記ガス通路５３がこれらガス通路５５に連通している。さらにこのガス通路５５が下段ブロック体５０ｃの吐出孔５７に連通している。また、上段ブロック体５０ａの中では、第２のガス導入口５２から多数のガス通路５４が分岐している。中段ブロック体５０ｂにはガス通路５６が形成されており、上記ガス通路５４がこれらガス通路５６に連通している。さらにこのガス通路５６が下段ブロック体５０ｃの吐出孔５８に連通している。そして、上記第１および第２のガス導入口５１，５２は、ガス供給機構６０のガスラインに接続されている。

ガス供給機構６０は、クリーニングガスであるＣｌＦ_３ガスを供給するＣｌＦ_３ガス供給源６１、Ｔｉ含有ガスであるＴｉＣｌ_４ガスを供給するＴｉＣｌ_４ガス供給源６２、プラズマガスであるＡｒガスを供給するＡｒガス供給源６３、還元ガスであるＨ_２ガスを供給するＨ_２ガス供給源６４、ＮＨ_３ガスを供給するＮＨ_３ガス供給源７１を有している。そして、ＣｌＦ_３ガス供給源６１にはガスライン６５が、ＴｉＣｌ_４ガス供給源６２にはガスライン６６が、Ａｒガス供給源６３にはガスライン６７が、Ｈ_２ガス供給源６４にはガスライン６８が、ＮＨ_３ガス供給源７１にはガスライン７９がそれぞれ接続されている。また、各ラインにはバルブ６９、バルブ７７およびマスフローコントローラ７０が設けられ、ＴｉＣｌ_４ガス供給源６２から延びるガスライン６６には、排気装置７６と繋がるガスライン８０がバルブ７８を介して接続されている。前記第１のガス導入口５１にはＴｉＣｌ_４ガス供給源６２から延びるガスライン６６が接続されており、このガスライン６６にはＣｌＦ_３ガス供給源６１から延びるガスライン６５およびＡｒガス供給源６３から延びるガスライン６７が接続されている。また、前記第２のガス導入口５２にはＨ_２ガス供給源６４から延びるガスライン６８およびＮＨ_３ガス供給源７１から延びるガスライン７９が接続されている。したがって、プロセス時には、ＴｉＣｌ_４ガス供給源６２からのＴｉＣｌ_４ガスがＡｒガスにキャリアされてガスライン６６を介してシャワーヘッド５０の第１のガス導入口５１からシャワーヘッド５０内に至り、ガス通路５３，５５を経て吐出孔５７からチャンバー４１内へ吐出される一方、Ｈ_２ガス供給源６４からのＨ_２ガスがガスライン６８を介してシャワーヘッド５０の第２のガス導入口５２からシャワーヘッド５０内に至り、ガス通路５４，５６を経て吐出孔５８からチャンバー４１内へ吐出される。すなわち、シャワーヘッド５０は、ＴｉＣｌ_４ガスとＨ_２ガスとが全く独立してチャンバー４１内に供給されるポストミックスタイプとなっており、これらは吐出後に混合され反応が生じる。なお、各ガスラインのバルブやマスフローコントローラは図示しないコントローラにより制御される。

シャワーヘッド５０には、整合器７２を介して高周波電源７３が接続されており、この高周波電源７３からシャワーヘッド５０に高周波電力が供給されることにより、シャワーヘッド５０を介してチャンバー４１内に供給されたガスがプラズマ化され、これにより成膜反応が進行される。高周波電力が供給される電極として機能するシャワーヘッド５０の対向電極として、サセプタ４２の上部に、例えば、モリブデン線等をメッシュ状に編み込んでなる電極７４が埋設されている。

チャンバー４１の底壁４１ｂには、排気管７５が接続されており、この排気管７５には真空ポンプを含む排気装置７６が接続されている。そしてこの排気装置７６を作動させることによりチャンバー４１内を所定の真空度まで減圧することが可能となっている。

次に、Ｔｉ成膜装置６におけるＴｉ膜形成プロセスについて説明する。
まず、ヒーター４５によりチャンバー４１内を４００〜６５０℃に加熱しながら排気装置７６によりチャンバー４１内を排気して所定の真空状態とし、ＡｒガスおよびＨ_２ガスを所定の流量比で、例えばＡｒガスを２００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｈ_２ガスを５００〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）でチャンバー４１内に導入しつつ、高周波電源７３からシャワーヘッド５０に高周波電力を供給してチャンバー４１内にプラズマを生成させ、さらに所定流量のＴｉＣｌ_４ガスを、例えば１．５〜２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）で供給してチャンバー４１内にＴｉ膜のプリコート処理を行う。その後、ＴｉＣｌ_４ガスを停止して、ＮＨ_３ガスを例えば１００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）でチャンバー４１内に導入して、プラズマを生成してプリコートＴｉ膜を窒化して安定化させる。

次いで、ゲートバルブ８３を開いて、搬送室１からＴｉ成膜装置６のチャンバー４１内にウエハＷを装入してサセプタ４２上に載置し、排気装置７６によりチャンバー４１内を排気しつつ、ヒーター４５によりウエハＷを加熱し、Ｈ_２ガスを５００〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ、好ましくは１５００〜４０００ｍＬ／ｍｉｎ、Ａｒガスを２００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ、好ましくは３００〜１６００ｍＬ／ｍｉｎの流量でチャンバー４１内に導入する。次に、ＡｒガスとＨ_２ガスを維持したまま、チャンバー４１内を１４００〜１００Ｐａ、好ましくは８００〜５００Ｐａにする。これらの流量を維持したまま、ＴｉＣｌ_４ガスを１．５〜２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、好ましくは１．５〜１２ｍＬ／ｍｉｎの流量でチャンバー４１内に導入してプリフローを行った後、ヒーター４５によるウエハＷの加熱温度（サセプタ温度）を５００〜７００℃程度、好ましくは６００℃程度に維持して、高周波電源７３からシャワーヘッド５０に３００ｋＨｚ〜１ＭＨｚ、好ましくは３５０〜１０００ｋＨｚの周波数で、２００〜１５００Ｗ、好ましくは３５０〜１０００Ｗの高周波電力を供給し、チャンバー４１内にプラズマを生成し、プラズマ化したガス中でＴｉ膜を成膜する。

このようにしてＴｉ膜が堆積されると同時に、このＴｉ膜は下地のシリコンからＳｉを吸い上げてＴｉとＳｉとの反応によりＴｉＳｉ_２膜が形成される。

Ｔｉ膜の成膜では、上記のようにＴｉＣｌ_４ガスの供給とＨ_２ガスの供給とプラズマ生成とを同時的に行ってもよいが、最初にＴｉＣｌ_４ガスを短時間供給してＴｉ膜の吸着反応（ＴｉとＳｉとの反応）を生じさせた後、ＴｉＣｌ_４ガスとＨ_２ガスとＡｒガスとプラズマ生成でＴｉ膜を成膜する工程、Ｈ_２ガスとＡｒガスの導入＋プラズマ生成を行う工程を複数回繰り返すプロセス、例えばＡＬＤ（Atomic Layered Deposition）プロセスで行うこともできる。これにより成膜温度をさらに低下させることができ、５００℃以下、例えば３５０℃程度でも成膜可能となる。また、Ｔｉ膜の成膜において、プラズマ生成に先立ってＴｉＣｌ_４ガスを所定時間供給してＳｉ基板上にＴｉ−Ｓｉ結合を生じさせ、次いでプラズマを生成するようにしてもよい。これによりチタンシリサイド膜の抵抗を一層低下させることができる。

その後、必要に応じてＴｉＳｉ_２膜の表面の窒化処理を行うが、この場合には、サセプタ４２の温度を３５０〜７００℃程度、好ましくは６００℃にして、図６の装置のチャンバー４１内へＮＨ_３ガス供給源７１からＮＨ_３ガスを例えば２００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の流量で、ＡｒガスおよびＨ_２ガスとともに流し、高周波の印加によりプラズマを生成して処理を行うことができる。窒化処理時のチャンバー４１内圧力、温度、プラズマ生成条件、Ａｒガス流量、およびＨ_２ガス流量等は、Ｔｉ成膜時と同じである。

このようにして所定枚数の成膜後、チャンバー４１内にＣｌＦ_３ガス供給源６１からＣｌＦ_３ガスを供給し、チャンバー内のクリーニングを行う。

なお、本実施形態ではＴｉ膜成膜後、ＴｉＮ成膜装置７によりＴｉ膜の上にＴｉＮ膜が成膜されるが、ＴｉＮ成膜装置７は成膜ガスとしてＨ_２の代わりにＮ_２とＮＨ_３を使用する他は、Ｔｉ成膜装置６と同様に構成されており、ＴｉＣｌ_４とＮ_２およびＮＨ_３を用いて熱ＣＶＤによりＴｉＮ膜を成膜することができる。

次に、本発明の基礎となった実験結果について、図７および図８を参照しながら説明する。
図７は、ＣｏＳｉ_２層およびＮｉＳｉ層に対し、物理的表面処理または化学的表面処理を行なった後、Ｔｉ膜成膜・シリサイド化を実施したコンタクトの電気的特性（コンタクト抵抗）を測定した結果を示している。図７の縦軸は、累積確率を示し、図７の横軸はコンタクト抵抗を示す。また、図中の符号ａの曲線は、ＮｉＳｉ層に対し物理的表面処理のみを実施したデータを示し、符号ｂの曲線は、ＣｏＳｉ_２層に対し物理的表面処理のみを実施したデータを示し、符号ｃの曲線は、ＮｉＳｉ層に対し化学的表面処理のみを実施したデータを示し、符号ｄの曲線は、ＣｏＳｉ_２層に対し化学的表面処理のみを実施したデータを示している。
なお、物理的表面処理は、図４と同様の構成の物理的表面処理装置８を用い、また、化学的表面処理は、図５と同様の構成の化学的表面処理装置９を用いて、それぞれ下記の条件で実施した。

＜物理的表面処理条件＞
処理温度：２００℃
処理圧力：０．０６７Ｐａ（０．５ｍＴｏｒｒ）
ＩＣＰ用パワー：５００Ｗ
バイアス電圧用パワー：４００Ｗ
処理ガス流量：Ａｒ ４．６ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
エッチ量：５ｎｍ

＜化学的表面処理条件＞
処理温度：１６℃
処理圧力：５３３Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）
マイクロ波パワー：１０００Ｗ
処理ガス流量：Ｎ_２／Ｈ_２／ＮＦ_３＝１０００／５０／１５０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
エッチ量：５ｎｍ

この結果から、ＣｏＳｉ_２層およびＮｉＳｉ層に対し、化学的表面処理のみを行なった場合（符号ｃ、ｄの曲線）には抵抗の増加がみられたが、物理的表面処理のみを行なった場合（符号ａ、ｂの曲線）では、抵抗の増加は認められなかった。この結果から、ＣｏＳｉ_２層およびＮｉＳｉ層に対して化学的表面処理を行なっても、表面の自然酸化膜（金属酸化物）を除去できないことが示唆された。

図８は、Ｓｉ基板のシリコン表面に対して、上記と同様の条件で物理的表面処理または化学的表面処理を行なった後、図１と同様の手順でＴｉ膜成膜・シリサイド化を実施したコンタクトの電気的特性（コンタクト抵抗）を測定した結果を示している。図８中、符号ｅの曲線は化学的表面処理のみを実施したデータを示し、符号ｆの曲線は物理的表面処理のみを実施したデータを示している。

この図８から、シリコンに物理的表面処理を行なった場合（符号ｆの曲線）には抵抗の増加傾向がみられたが、化学的表面処理を行なった場合（符号ｅの曲線）では、抵抗は増加しなかったことがわかる。物理的表面処理では、Ｓｉ基板への物理的なダメージと、コンタクトホール側壁の酸化膜の再スパッタによってコンタクトホールの底に酸化物が付着することによって、コンタクト抵抗の増加を引き起こすものと考えられた。

以上の図７、図８の結果から、Ｓｉ接合構造とＣｏＳｉ_２／ＮｉＳｉ接合構造が混在する混載デバイスにおいては、物理的表面処理または化学的表面処理のいずれか一方の処理だけでは十分な前処理（表面のクリーニング）が困難で、コンタクト抵抗の増加を招くことが判明した。

次に、本発明の効果を確認した実験結果について説明する。
図３と同様の構成の成膜システム１００を用い、図１のフロー図に示す手順に従って、ウエハＷのコンタクトホールに前処理としての物理的表面処理、化学的表面処理、アニール（任意）を実施し、さらにＣＶＤによるＴｉ膜の堆積とシリサイド化、窒化処理、バリアメタル層としてのＴｉＮ膜の堆積、配線層の堆積を行なって製造した半導体デバイスについて、ＴｉＳｉ_２膜の比抵抗を測定した（実施例１）。前処理の条件は、以下の通りとした。

＜物理的表面処理条件＞
処理温度：２００℃
処理圧力：０．０６７Ｐａ（０．５ｍＴｏｒｒ）
ＩＣＰ用パワー：５００Ｗ
バイアス電圧用パワー：４００Ｗ
処理ガス流量：Ａｒ ４．６ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
エッチ量：５ｎｍ

＜化学的表面処理条件＞
処理温度：１６℃
処理圧力：５３３Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）
マイクロ波パワー：１０００Ｗ
処理ガス流量：Ｎ_２／Ｈ_２／ＮＦ_３＝１０００／５０／１５０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
処理時間：６０秒

＜アニール＞
処理温度：２００℃
雰囲気：Ｎ_２ガス

また、比較の為、前処理としてＤＨＦ（希フッ酸、ただしＨＦ：Ｈ_２Ｏ＝１：２００）を用いたウエットクリーニングのみを行なった場合（比較例１）、化学的表面処理のみを行なった場合（比較例２）、物理的表面処理のみを行なった場合（比較例３〜５）、前処理を全く実施しなかった場合（比較例６）についても、それぞれ実施例１と同様にして半導体デバイスを作成し、ＴｉＳｉ_２膜の比抵抗を測定した。なお、比較例２の化学的表面処理は、実施例１と同様の条件で実施し、比較例３〜５の物理的表面処理は、以下の条件で実施した。

＜比較例３＞
ＩＣＰ用パワーを２７１Ｗ、バイアス用パワーを６５Ｗ、処理時間を５０秒とした以外は、実施例１の物理的表面処理と同様の条件で実施した。

＜比較例４＞
ＩＣＰ用パワーを５００Ｗ、バイアス用パワーを１００Ｗ、処理時間を３５秒とした以外は、実施例１の物理的表面処理と同様の条件で実施した。

＜比較例５＞
ＩＣＰ用パワーを５００Ｗ、バイアス用パワーを４００Ｗ、処理時間を８秒とした以外は、実施例１の物理的表面処理と同様の条件で実施した。

以上、実施例１並びに比較例１〜６までの結果をまとめて図９に示した。図９では、前処理の最後の工程であるアニールを行なわない場合とアニールを行なった場合に分けて比抵抗を掲載した。この図９から、前処理として化学的表面処理と物理的表面処理を組み合わせて２ステップ処理を行なった実施例１は、ＤＨＦによるウエット処理を行なった比較例１、化学的表面処理のみを実施した比較例２、物理的表面処理のみを実施した比較例３〜５と比べて明らかに比抵抗が小さく、２ステップの前処理が抵抗の抑制に有効であることが示された。
また、アニールを実施することによって、比抵抗がさらに低減していることから、２ステップの前処理の一部としてアニールを行なうことが、抵抗の抑制に有効であることが示された。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく本発明の思想の範囲内で種々変更可能である。例えば、図１の成膜システムでは、前処理としての物理的表面処理と化学的表面処理を、それぞれ物理的表面処理装置８と化学的表面処理装置９において、それぞれ別々に実施するようにしたが、これら２ステップの処理を同一チャンバー内で引き続き実施するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、所謂混載デバイスにおける成膜方法を対象にしたが、非混載デバイス、例えば、凹部の底の接合部位にＳｉが露出している構造のみから構成されるデバイス、あるいは凹部の底の接合部位に金属シリサイド層が形成されている構造のみから構成されるデバイス等への適用を妨げるものではない。

また、上記実施形態では前処理の一工程である物理的表面処理をＩＣＰプラズマにより行ったが、これに限定されずに平行平板型プラズマ（容量結合プラズマ）で行ってもよいし、チャンバー内に直接マイクロ波を導入するマイクロ波プラズマで行ってもよい。ただし、ＩＣＰプラズマのほうが不必要なダメージを被処理体に与える懸念が小さく好ましい。

また、上記実施形態に示す如く、化学的表面処理には基板へのダメージの小さいリモートプラズマを好適に用いることができるが、反応性ガスのみによる表面処理、例えばＨＦとＮＨ_３の混合ガスを用いてプラズマを形成せずに化学的に作用させる表面処理を行なうこともできる。

さらに、ＴｉＳｉ_２膜を成膜する場合の下地としては、ｐｏｌｙ−Ｓｉであってもよい。
さらにまた、原料ガスとしてＴｉＣｌ_４ガスを用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、Ｔｉ含有原料ガスならばどのようなものでもよく、例えば有機チタンとしてＴＤＭＡＴ（ジメチルアミノチタニウム）、ＴＤＥＡＴ（ジエチルアミノチタン）等を用いることもできる。
なお、上記実施形態では、Ｔｉ含有原料ガスを用いてチタンシリサイド膜を形成する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、例えば、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ等の金属含有原料ガスを用いてこれら金属のシリサイド膜などの金属含有膜を形成する場合にも同様な効果を得ることができる。
また、金属含有膜を形成するための成膜方法として、ＣＶＤ法を挙げたが、成膜方法はこれに限定されるものではなく、例えば物理的蒸着（ＰＶＤ）法による成膜も可能である。

本発明の一実施形態に係る成膜方法の手順を説明するためのフロー図。 本発明の一実施形態に係る成膜方法の各工程を説明するためのウエハの要部断面図。 成膜システムの概要を説明するための図面。 物理的表面処理装置の概略構成を示す断面図。 化学的表面処理装置の概略構成を示す断面図。 Ｔｉ成膜装置の概略構成を示す断面図。 ＣｏＳｉ_２下地およびＮｉＳｉ下地に物理的表面処理または化学的表面処理を行なった後のコンタクト抵抗を示すグラフ図。 シリコン下地に物理的表面処理または化学的表面処理を行なった後のコンタクト抵抗を示すグラフ図。 実施例および比較例による処理後のチタンシリサイドの比抵抗を示すグラフ図。

符号の説明

１ 搬送室
５ アニールチャンバー
６ Ｔｉ成膜装置
７ ＴｉＮ成膜装置
８ 物理的表面処理装置
９ 化学的表面処理装置
２０１ Ｓｉ基板
２０２ 層間絶縁膜
２０３ 金属シリサイド層
２０４ Ｔｉ層
２０５ バリアメタル層

Claims (17)

1. 被処理体上に露出したＳｉ含有部分の表面に金属含有膜を成膜する成膜方法であって、
   前記Ｓｉ含有部分の表面を、高周波を用いたプラズマにより物理的に処理する物理的表面処理工程と、
   前記プラズマによる物理的表面処理が施されたＳｉ含有部分の表面を反応性ガスにより化学的に処理する化学的表面処理工程と、
   前記化学的表面処理が施されたＳｉ含有部分の上に金属含有膜を成膜する成膜工程と、
   を具備することを特徴とする、成膜方法。
2. 前記化学的表面処理工程の後に、化学的表面処理の際に生成した反応生成物を除去するためのアニール工程を行なうことを特徴とする、請求項１に記載の成膜方法。
3. 前記Ｓｉ含有部分は、Ｓｉ基板、ｐｏｌｙ−Ｓｉまたは金属シリサイド層からなることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の成膜方法。
4. 前記金属シリサイド層は、ＣｏＳｉ_２またはＮｉＳｉであることを特徴とする、請求項３に記載の成膜方法。
5. 前記金属含有膜は、金属シリサイド膜であり、
   該金属シリサイド膜は、成膜しようとする金属シリサイド中の金属を含有する金属含有原料ガスのプラズマによって当該金属からなる金属膜を成膜した後、該金属膜と前記Ｓｉ含有部分のＳｉとの反応により形成されるものであることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の成膜方法。
6. 前記物理的表面処理工程では、Ａｒガスプラズマの逆スパッタ作用による物理エッチング処理を行なうことを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の成膜方法。
7. 前記物理エッチング処理は、誘導結合プラズマを用いて行うことを特徴とする、請求項６に記載の成膜方法。
8. 前記物理エッチング処理を、被処理体に絶対値が５０Ｖ以上のＤＣバイアス電圧（Ｖｄｃ）を印加しつつ行うことを特徴とする、請求項７に記載の成膜方法。
9. 前記化学的表面処理工程は、前記反応性ガスのプラズマによる化学エッチング処理であることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の成膜方法。
10. 前記反応性ガスのプラズマとして、リモートプラズマを用いることを特徴とする、請求項９に記載の成膜方法。
11. 前記金属含有膜中の金属は、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｔａ、ＨｆおよびＺｒから選択されたものであることを特徴とする、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の成膜方法。
12. 被処理体上に露出したＳｉ含有部分の表面に金属含有膜を成膜する成膜処理の前に行なわれる前処理方法であって、
    前記Ｓｉ含有部分の表面を、高周波を用いたプラズマにより物理的に処理する物理的表面処理工程と、
    前記プラズマによる物理的表面処理が施されたＳｉ含有部分の表面を反応性ガスにより化学的に処理する化学的表面処理工程と、
    を具備することを特徴とする、前処理方法。
13. 前記化学的表面処理工程の後に、化学的表面処理の際に生成した反応生成物を除去するためのアニール工程を行なうことを特徴とする、請求項１２に記載の前処理方法。
14. 被処理体の表面に金属含有膜を成膜するための成膜システムであって、
    被処理体の表面を、高周波を用いたプラズマにより物理的に処理する物理的表面処理装置と、
    物理的に処理された被処理体の表面を、反応性ガスにより化学的に処理する化学的表面処理装置と、
    化学的に処理された被処理体の表面にＴｉ膜を形成する成膜装置と
    を具備することを特徴とする、成膜システム。
15. 被処理体の表面に金属含有膜を成膜するための成膜システムであって、
    被処理体の表面を、高周波を用いたプラズマにより物理的に処理する物理的表面処理装置と、
    物理的に処理された被処理体の表面を、反応性ガスにより化学的に処理する化学的表面処理装置と、
    化学的に処理された被処理体の表面にＴｉ膜を形成する成膜装置と、
    これらの装置を用い、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載された成膜方法が行なわれるように制御する制御部と
    を具備することを特徴とする、成膜システム。
16. コンピュータ上で動作し、実行時に、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載された成膜方法が行なわれるように、前記物理的表面処理工程で用いる物理的表面処理装置、前記化学的表面処理工程で用いる化学的表面処理装置および前記成膜工程で用いる成膜装置を制御するものであることを特徴とする、制御プログラム。
17. コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、
    前記制御プログラムは、実行時に、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載された成膜方法が行なわれるように、前記物理的表面処理工程で用いる物理的表面処理装置、前記化学的表面処理工程で用いる化学的表面処理装置および前記成膜工程で用いる成膜装置を制御するものであることを特徴とする、コンピュータ記憶媒体。

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