JP2008192835A - 成膜方法，基板処理装置，および半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タングステンを埋め込むときのバリア層を形成する際に，チタン膜を形成し，そのチタン膜をすべて窒化して単一の窒化チタン膜をバリア層として形成することで，チタン層の変質によるタングステン膜の剥離を防止しつつ，従来よりもバリア層を薄くして，生産性を向上させる。
【解決手段】層間絶縁膜５２０上およびコンタクトホール５３０底部のシリコン含有表面５１２上にチタン膜を形成するチタン膜形成工程と，このチタン膜をすべて窒化し，単一の窒化チタン膜５５０を形成する窒化工程と，窒化チタン膜上にタングステン膜５６０を形成するタングステン膜形成工程とを有する。
【選択図】図７Ｃ

Description

本発明は，半導体ウエハ，ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）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，基板処理装置，および所定の膜構造を有する半導体装置に関する。

高集積化や高密度化が進んだ近年の半導体デバイスは，複数の配線層から成るいわゆる多層配線構造を有している。このような半導体デバイスにおいては，良好な電気的特性を得るためにも，シリコン（Ｓｉ）基板と配線層とを電気的に接続するためのコンタクトホールや上側配線層と下側配線層とを電気的に接続するためのバイアホールに対する金属の埋め込み技術がより重要となってきている。特に近年では，埋め込み性能がより高いなどの理由から，コンタクトホールやバイアホールには，主としてＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によってタングステン（Ｗ）が埋め込まれる傾向にある。

タングステンが埋め込まれたシリコン基板１０における一般的なコンタクト構造を図１０に示す。このようなコンタクト構造を得るためには例えば，まずシリコン基板１０上の絶縁膜２０のうち，不純物拡散層１２に対応する領域をエッチングしてコンタクトホール３０を形成する。

次に，コンタクトホール３０内にタングステンを埋め込む。この場合，タングステン膜の密着性やコンタクトホール３０の電気的特性などを向上させるため，コンタクトホール３０内の表面を含むウエハ表面全体に，チタン（Ｔｉ）膜４０と窒化チタン（ＴｉＮ）膜５０を順に形成してから，その上にタングステン膜６０を形成する。

従来，これらの各成膜工程を基板処理装置に設けられる複数の処理室で行うようになっていた。先ず，第１の処理室にシリコン基板１０を搬送し，例えば四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）ガスと水素（Ｈ_２）ガスとを用いてプラズマＣＶＤ法等により，コンタクトホール３０内を含めてシリコン基板１０の表面全体にチタン膜４０を形成する。このとき，不純物拡散層１２の表面には，チタンシリサイド（ＴｉＳｉ_ｘ）層（図示せず）が形成される。

続いて，このシリコン基板１０を第２の処理室へ搬送して，例えば四塩化チタンガスとアンモニア（ＮＨ_３）ガスとを用いて熱ＣＶＤ法により，窒化チタン膜５０を形成する。そして，このシリコン基板１０を第３の処理室へ搬送して，例えばモノシラン（ＳｉＨ_４）ガスと水素ガスとの両方又は一方のガスと六フッ化タングステン（ＷＦ_６）ガスを用いて熱ＣＶＤ法によりタングステン膜６０を形成する。これによって，コンタクトホール３０内にはタングステンが埋め込まれる。

このようなタングステン膜６０を形成する際に用いられる六フッ化タングステンガスは，チタンなどの金属と高い反応性を示すフッ素（Ｆ）を含むため，もし窒化チタン膜５０を形成せずに，チタン膜４０上に直接タングステン膜６０を形成すると，このチタン膜４０がフッ素によりエッチングされてしまう。つまり，タングステン膜６０とチタン膜４０との間に形成される窒化チタン膜５０は，タングステン膜６０の形成工程におけるフッ素の拡散を防止するバリア層として機能するものであり，これによって，チタン膜４０はフッ素の侵入を受けることなく良好な状態に保たれる。

このような理由により，従来，チタン膜４０上には窒化チタン膜５０を形成していた。ただし，チタン膜４０を形成した後，窒化チタン膜５０を形成する前に，チタン膜４０の表面を例えばプラズマにより窒化する処理を行っていた。これにより，チタン膜４０表面（上層部）に窒化チタン層４４が形成されるため，次の例えば熱ＣＶＤ法による窒化チタン膜５０の成膜工程で使用される四塩化チタンガスによってチタン膜４０の表面がエッチングされてしまうことを防止できる。

特開２００３−１４２４２５号公報 特表２００２−５４２３９９号公報

しかしながら，従来，チタン膜４０の表面のみを窒化するので，チタン膜４０にはチタン層４２が残っていた。このため，チタン膜４０の窒化チタン層４２及び窒化チタン膜５０に十分な膜厚がなければ，フッ素の一部が窒化チタン層４０及び窒化チタン膜５０を通過してチタン膜４０のチタン層に達してしまい，脆弱なフッ化チタン（ＴｉＦ_ｘ）が生成される可能性があった。このようにフッ化チタンが生成されると，窒化チタン膜５０とタングステン膜６０は，下地層との密着性が劣化し，シリコン基板１０の表面から剥離するおそれがある。

ところで，近年では，半導体デバイスの高精度化に伴って基板上に形成される素子の電気的特性等向上の要請も高まる一方で，生産性向上の要請も益々高まっている。このような背景の中，上述したようなコンタクトホールやバイアホールの埋め込み工程についても生産性を向上すべく，様々な取り組みがなされている。

例えば特許文献１には，低いプロセス温度下でのタングステン膜の形成工程を用いることにより，十分な膜厚を得るために従来行われていた熱ＣＶＤによる窒化チタン膜の形成工程を省略する技術が開示されている。具体的にはこの技術によれば，低温のプロセス温度によるタングステン膜の形成工程を用いることで，バリア層を従来よりも薄くすることができるようになる。このため，熱ＣＶＤ法による窒化チタン膜の代わりにチタン膜の表面を窒化処理して得られる窒化チタン層をバリア層として機能させ，熱ＣＶＤ法による窒化チタン膜の形成工程を省略することができる。また，特許文献２には，バリア層を構成するチタン膜の成膜工程と窒化チタン膜の成膜工程を１つの処理室で行う技術が開示されている。

ところが，これらの技術においても，チタン膜についてはその表面のみが窒化処理されるため，チタン膜にはチタン層が残ることになる。このため，上述したようにチタン膜の窒化チタン層又は窒化チタン膜に十分な膜厚がなければ，フッ素の一部が窒化チタン層及び窒化チタン膜を通過してチタン膜のチタン層に達して，フッ化チタンが生成され，シリコン基板の表面から窒化チタン膜とタングステン膜が剥離するおそれがある。

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，まずチタン膜を形成し，そのチタン膜をすべて窒化することにより，下地にチタン層が残らないバリア層としての単一の窒化チタン膜を形成することで，タングステン膜の剥離を防止できる成膜方法などを提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，シリコン含有表面上に形成された絶縁膜と，前記絶縁膜に形成され，前記シリコン含有表面まで達するホールと，を有する被処理基板に対する成膜方法であって，前記絶縁膜上および前記ホール底部の前記シリコン含有表面上にチタン膜を形成するチタン膜形成工程と，前記チタン膜をすべて窒化し，単一の窒化チタン膜を形成する窒化工程と，前記窒化チタン膜上にタングステン膜を形成するタングステン膜形成工程と，を有することを特徴とする成膜方法が提供される。

また，シリコン含有表面上に形成された絶縁膜と，前記絶縁膜に形成され，前記シリコン含有表面まで達するホールと，を有する被処理基板に対して窒化チタン膜を形成する処理室と，前記処理室内に少なくともチタン化合物ガスおよび還元ガスを供給するガス供給手段と，前記処理室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段と，前記処理室内に載置された前記被処理基板の温度を調整する温度調整手段と，前記ガス供給手段，前記プラズマ生成手段，および前記温度調整手段の動作を制御する制御部と，を備えた基板処理装置であって，前記制御部は，前記絶縁膜上および前記ホール底部の前記シリコン含有表面上にチタン膜を形成するチタン膜形成工程と，前記チタン膜をすべて窒化し，単一の窒化チタン膜を形成する窒化工程と，を行うことを特徴とする基板処理装置が提供される。

また，シリコン含有表面上に形成された絶縁膜と，前記絶縁膜に形成され，前記シリコン含有表面まで達するホールと，前記絶縁膜上および前記ホール底部の前記シリコン含有表面上に形成されたチタン膜をすべて窒化して形成された単一の窒化チタン膜と，前記窒化チタン膜の上に形成されたタングステン膜と，を有することを特徴とする半導体装置が提供される。

本発明によれば，チタン膜をすべて窒化することによって得られる単一の窒化チタン膜がタングステンに対するバリア層として機能し，しかもこのバリア層の下にはチタン膜が残らないため，タングステン膜を形成する際のフッ素の拡散を防止することができるとともに，たとえフッ素がバリア層を通過しても，フッ化チタンが生成されないため，タングステン膜の剥離を確実に防止することができる。さらに，従来行われた熱ＣＶＤによる窒化チタン膜の形成工程を省略することが可能となる。したがって，より少ない工程でホールへのタングステンの埋め込みを完了することができる。

前記チタン膜形成工程では，前記被処理基板を収容した処理室内にチタン化合物ガスと還元ガスを導入しつつこの処理室内にプラズマを生成して前記チタン膜を形成することが好ましい。これによれば，前記被処理基板の温度が５５０℃以下の比較的低温下であればステップカバレッジの良好なチタン膜を形成することができる。したがって，このチタン膜をすべて窒化することによって得られる単一の窒化チタン膜のステップカバレッジも良好なものとなる。

また，前記チタン膜形成工程では，前記シリコン含有表面のシリコンと前記チタン膜のチタンとが反応して前記シリコン含有膜表面上にチタンとシリコンの合金層（チタンシリサイド層）が形成されるように前記被処理基板を第１の温度に調整することが好ましい。このように合金層を形成すれば，タングステン膜とシリコン含有表面との間の電気抵抗を低く抑えることができる。この場合，前記被処理基板を４００〜５５０℃に調整することが好ましい。

前記チタン膜形成工程にて形成される前記チタン膜の膜厚は，６ｎｍ以下，好ましくは５ｎｍ以下とされる。このようにチタン膜を薄く形成すれば，このすべてを窒化して得られる窒化チタン膜も薄くなる。このように，窒化チタン膜を薄くすることによって，ホール内により多くのタングステンを埋め込むことができる。窒化チタンに比べてタングステンの電気抵抗は小さいため，例えばホールがコンタクトホールの場合，コンタクト抵抗を低減することができる。

前記チタン膜形成工程と前記窒化工程を交互に複数回繰り返すことによって窒化チタン膜を形成するようにしてもよい。これによれば，成膜中の被処理基板の温度をより低く抑えることができる。この結果，不純物の極めて少ない良質な窒化チタン膜を形成することができる。

また，前記タングステン膜形成工程は，前記被処理基板の温度を，フッ素と前記合金層の合金（シリコン含有表面上に形成されたチタンシリサイド）とが反応しない第２の温度に維持しつつ前記被処理基板を収容した処理室内にフッ化タングステンガスと還元ガスを交互に複数回導入して第１のタングステン膜を形成する第１のタングステン膜形成工程を含むことが好ましい。この方法によれば，窒化チタン膜下のシリコン含有表面，前記絶縁膜表面の層に対して，フッ素のダメージが実質的に及ばなくなる。そのための前記第２の温度は，例えば２５０〜３５０℃とすることが好ましい。しかも，本発明によれば，上記のような比較的低い第２の温度に調整しても，良好な膜質を有する第１のタングステン膜を効率よく形成することができる。

前記タングステン膜形成工程はさらに，前記処理室内に前記フッ化タングステンガスと前記還元ガスを共に導入して前記第１のタングステン膜上に第２のタングステン膜を形成する第２のタングステン膜形成工程を含むことが好ましい。これによれば，各膜を良好な膜質に保ちつつ，より短時間でタングステン膜を形成することができる。

前記チタン膜形成工程の前に，フッ化水素ガスを含むクリーニングガスによって前記被処理基板上に付着した異物を除去するクリーニング処理を行うようにしてもよい。この場合，前記クリーニング処理は，前記異物を前記クリーニングガスと反応させることによって生成物を生成し，前記被処理基板を加熱して前記生成物を気化させる処理であることが好ましい。また，前記クリーニング処理は，前記フッ化水素ガスと水分を用いて前記異物を除去する処理であってもよい。

本発明によれば，先ずチタン膜を形成し，そのチタン膜をすべて窒化することにより，下地にチタン層が残らないバリア層としての単一の窒化チタン膜を形成するため，タングステン膜の剥離を防止することができる。また，従来よりもバリア層を薄くすることができるので，バリア層の形成にかかる時間を短縮することができるとともに，従来行われていた熱ＣＶＤ法による窒化チタン膜の形成工程を省略することができ，これにより生産性を向上させることができる。

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，本明細書および図面において，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。

（基板処理装置の構成例）
本発明の実施形態にかかる基板処理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基板処理装置の一例を示す概略構成図である。図１に示すように，基板処理装置１００は，略多角形状（例えば六角形状）に形成された共通搬送室（処理室側搬送室）１０２，真空引き可能に構成された複数（例えば４つ）の処理室１０４Ａ〜１０４Ｄ，真空引き可能に構成された２つのロードロック室１０８Ａ，１０８Ｂ，略長方形状の搬入側搬送室１１０，被処理基板の一例としての半導体シリコンウエハ（以下，単に「ウエハ」とも称する）Ｗを複数枚収容できるカセットを載置する複数（例えば３つ）の導入ポート１１２Ａ〜１１２Ｃ，およびウエハＷを回転してこの偏心量を光学的に求めて位置合わせを行うオリエンタ１１４を有する。

処理室１０４Ａ〜１０４Ｄはそれぞれ，共通搬送室１０２の周囲にゲートバルブ１０６Ａ〜１０６Ｄを介して連結されている。各処理室１０４Ａ〜１０４ＤにはウエハＷを載置する載置台１０５Ａ〜１０５Ｄが設けられている。各処理室１０４Ａ〜１０４Ｄはそれぞれ，載置台１０５Ａ〜１０５Ｄに載置されたウエハＷに対して所定の処理を施し得るよう構成されている。

共通搬送室１０２内には，ウエハＷを保持する２つのピック１１６Ａ，１１６Ｂを有して屈伸および旋回可能に構成された処理室側搬送機構（真空圧側搬送機構）１１６が設けられている。共通搬送室１０２には，２つのロードロック室１０８Ａ，１０８Ｂを介して搬入側搬送室１１０が連結されている。ロードロック室１０８Ａは，共通搬送室１０２と搬入側搬送室１１０にゲートバルブ１０７Ａを介して接続されており，ロードロック室１０８Ｂは，共通搬送室１０２と搬入側搬送室１１０にゲートバルブ１０７Ｂを介して接続されている。

なお，共通搬送室１０２と２つのロードロック室１０８Ａ，１０８Ｂの内のいずれか一方，例えばロードロック室１０８Ａとの連結部の搬送口１０９ＡはウエハＷを共通搬送室１０２内に搬入する搬入口として用いられ，他方のロードロック室１０８Ｂとの連結部の搬送口１０９ＢはウエハＷを共通搬送室１０２外に搬出する搬出口として用いられる。

上記搬入側搬送室１１０には，例えば３つの導入ポート１１２Ａ〜１１２Ｃおよびオリエンタ１１４が連結されている。また，搬入側搬送室１１０内には，ウエハＷを保持する２つのピック１１８Ａ，１１８Ｂを有して屈伸，旋回，昇降および直線移動可能に構成された搬入側搬送機構（大気圧側搬送機構）１１８が設けられている。

そして，基板処理装置１００には，制御部２００が接続されており，この制御部２００によって基板処理装置１００の各部が制御される。

（制御部の構成例）
基板処理装置１００の制御部２００の構成例を図面を参照しながら説明する。制御部２００は，図２に示すように，ＣＰＵ（中央処理装置）２１０，ＣＰＵ２１０が各部を制御するデータなどを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２２０，ＣＰＵ２１０が行う各種データ処理のために使用されるメモリエリアなどを設けたＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ−Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２３０，操作画面や選択画面などを表示する液晶ディスプレイなどで構成される表示手段２４０，オペレータによる種々のデータの入出力などを行うことができる入出力手段２５０，例えばブザーのような警報器などで構成される報知手段２６０，基板処理装置１００の各部を制御するための各種コントローラ２７０，基板処理装置１００に適用される各種プログラムデータを格納するプログラムデータ記憶手段２８０，およびプログラムデータに基づくプログラム処理を実行するときに使用する各種設定情報を記憶する設定情報記憶手段２９０を備える。プログラムデータ記憶手段２８０と設定情報記憶手段２９０は，例えばフラッシュメモリ，ハードディスク，ＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で構成され，必要に応じてＣＰＵ２１０によってデータが読み出される。

プログラムデータ記憶手段２８０には，例えば処理室側搬送機構１１６と搬入側搬送機構１１８の動作を制御する搬送プログラム２８２と，各処理室１０４におけるウエハＷに対するプロセス処理時に実行されるプロセス処理プログラム２８４の記憶領域が確保されている。

また，設定情報記憶手段２９０には，例えば処理室側搬送機構１１６と搬入側搬送機構１１８がアクセスするポイントの位置座標等の搬送設定情報２９２と，プロセス処理における処理室内圧力，ガス流量，高周波電力などのレシピデータ等のプロセス処理設定情報２９４を記憶する記憶領域が確保されている。

これらのＣＰＵ２１０，ＲＯＭ２２０，ＲＡＭ２３０，表示手段２４０，入出力手段２５０，報知手段２６０，各種コントローラ２７０，プログラムデータ記憶手段２８０，および設定情報記憶手段２９０は，制御バス，システムバス，データバスなどのバスラインによって電気的に接続されている。

（処理室の構成例）
次に，図１に示す基板処理装置１００における処理室の構成例を説明する。基板処理装置１００は，ウエハＷ上の自然酸化膜などの異物を水成分や減圧下でプラズマを用いずに除去する異物除去処理，この異物除去処理が施されたウエハＷのシリコン表面上にチタン膜を形成するチタン膜形成処理，チタン膜をすべて窒化して窒化チタン膜を形成するチタン膜全窒化処理，および窒化チタン膜の上にタングステン膜を形成するタングステン膜形成処理を連続して実行可能なように構成されている。

本実施形態では，例えば処理室１０４Ａ〜１０４Ｄのうちのいずれか一室を，異物除去処理が可能なように構成し，他の一室をチタン膜形成処理（Ｔｉ膜の自己整合的なシリサイド化処理を含む）およびチタン膜全窒化処理が可能なように構成し，さらに他の一室をタングステン膜形成処理が可能なように構成する。また，異物除去処理を生成物生成処理（例えばＣＯＲ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｒｅｍｏｖａｌ）処理）と，生成物除去処理（例えばＰＨＴ（Ｐｏｓｔ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）処理）との２段階に分けて行う場合には，処理室１０４Ａ〜１０４Ｄのうちのいずれか二室をそれぞれに割り当てる。このように，基板処理装置１００において実施するプロセス処理の内容に応じて各処理室１０４Ａ〜１０４Ｄを構成する。

ここで，例えばコンタクトホールが形成されたウエハＷを基板処理装置１００に導入し，このウエハＷに対して上述したような異物除去処理としてのＣＯＲ処理，ＰＨＴ処理を連続して実行した後，チタン膜形成処理，チタン膜全窒化処理，およびタングステン膜形成処理を連続して実行する場合の基板処理装置１００における処理室の構成例を図３に示す。

図３に示すように，本実施形態にかかる基板処理装置１００において，処理室１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃ，１０４Ｄはそれぞれ，ＣＯＲ処理室，ＰＨＴ処理室，チタン膜形成・チタン膜全窒化処理室（以下，単に「チタン膜処理室」という），およびタングステン膜形成処理室として構成されている。各処理室１０４Ａ〜１０４Ｄにおける処理はそれぞれ，制御部２００によって制御される。より具体的には，制御部２００のＣＰＵ２１０は，プログラムデータ記憶手段２８０から必要なプロセス処理プログラム２８４を読み出すと共に，設定情報記憶手段２９０からプロセス処理設定情報２９４として例えばプロセスレシピ情報等を読み出して所定のプロセス処理を実行する。

（チタン膜処理室の構成例）
次に，本実施形態において主要な処理室であるチタン膜処理室の構成例について図面を参照しながら説明する。チタン膜処理室は，上記のように，チタン膜を形成する処理とチタン膜をすべて窒化する処理を行うためのものであり，このチタン膜処理室としては，例えば図４に示すようなプラズマＣＶＤ処理室３００を用いることができる。このプラズマＣＶＤ処理室３００は，気密に構成された略円筒状の処理容器からなる処理室３１１を有している。

処理室３１１の中にはウエハＷを水平に支持するためのサセプタ３１２がその中央下部に設けられた円筒状の支持部材３１３により支持された状態で配置されている。このサセプタ３１２は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックスからなり，その外縁部にはウエハＷをガイドするためのガイドリング３１４が設けられている。

また，サセプタ３１２にはヒータ３１５が埋め込まれており，このヒータ３１５はヒータ電源３４０から給電されることによりウエハＷを所定の温度に加熱する。すなわち，ヒータ３１５とヒータ電源３４０は温度調整手段を構成する。サセプタ３１２には，下部電極３１６がヒータ３１５の上に埋設されており，下部電極３１６は例えば接地（図示せず）されている。

処理室３１１の天壁３１１Ａには，絶縁部材３１９を介してシャワーヘッド３２０が設けられている。このシャワーヘッド３２０は，大きく分けると上部分であるベース部材３２１と下部分であるシャワープレート３２２から構成されている。

ベース部材３２１には，ヒータ３２３が埋設されており，このヒータ３２３はヒータ電源３４１から給電されることにより，シャワーヘッド３２０を所定温度に加熱することが可能となっている。

シャワープレート３２２には処理室３１１内にガスを吐出する多数の吐出孔３２４が形成されている。各吐出孔３２４は，ベース部材３２１とシャワープレート３２２の間に形成されるガス拡散空間３２５に連通している。ベース部材３２１の中央部には処理ガスをガス拡散空間３２５に供給するためのガス導入ポート３２６が設けられている。ガス導入ポート３２６は，後述するガス供給手段３３０の混合ガス供給ライン３３８に接続されている。

ガス供給手段３３０は，チタン化合物ガスである四塩化チタンガスを供給する四塩化チタンガス供給源３３１，アルゴン（Ａｒ）ガスを供給するアルゴンガス供給源３３２，還元ガスである水素ガスを供給する水素ガス供給源３３３，窒素化合物ガスであるアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給源３３４を有している。

そして，四塩化チタンガス供給源３３１には四塩化チタンガス供給ライン３３１Ｌが接続されており，アルゴンガス供給源３３２にはアルゴンガス供給ライン３３２Ｌが接続されており，水素ガス供給源３３３には水素ガス供給ライン３３３Ｌが接続されており，アンモニアガス供給源３３４にはアンモニアガス供給ライン３３４Ｌが接続されている。各ガス供給ライン３３１Ｌ〜３３４Ｌにはそれぞれマスフローコントローラ（ＭＦＣ）３３１Ｃ〜３３４Ｃおよびこのマスフローコントローラ３３１Ｃ〜３３４Ｃを挟んで２つのバルブ３３１Ｖ〜３３４Ｖが設けられている。

ガス混合部３３７は，上記の処理ガスを混合してシャワーヘッド３２０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，各ガス供給ライン３３１Ｌ〜３３４Ｌを介して処理ガス供給源３３１〜３３４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３３８を介してシャワーヘッド３２０が接続されている。

プロセス時には，四塩化チタンガス，アルゴンガス，水素ガス，およびアンモニア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３２０のガス導入ポート３２６とガス拡散空間３２５を経由して，複数の吐出孔３２４から処理室３１１内に導入される。

このように本実施形態にかかるシャワーヘッド３２０は，処理ガスを予め混合して処理室３１１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，各処理ガスを独立して処理室３１１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。

シャワーヘッド３２０には，整合器３４２を介して高周波電源３４３が接続されており，成膜の際にこの高周波電源３４３からシャワーヘッド３２０に，例えば４５０ｋＨｚの高周波電力を供給することにより，シャワーヘッド３２０および下部電極３１６の間に高周波電界が生じ，処理室３１１内に供給された処理ガスがプラズマ化し，ウエハＷ上にチタン膜が形成され，またチタン膜が窒化される。すなわち，シャワーヘッド３２０，整合器３４２，高周波電源３４３，および下部電極３１６はプラズマ生成手段を構成する。

処理室３１１の底壁３１１Ｂの中央部には円形の穴３１７が形成されており，底壁３１１Ｂにはこの穴３１７を覆うように下方に向けて突出する排気室３５０が設けられている。排気室３５０の側面には排気管３５１が接続されており，この排気管３５１には排気装置３５２が接続されている。そしてこの排気装置３５２を作動させることにより処理室３１１内を所定の真空度まで減圧することができる。

サセプタ３１２には，ウエハＷを支持して昇降させるための３本（２本のみ図示）のウエハ支持ピン３６０がサセプタ３１２の表面に対して突没可能に設けられ，これらウエハ支持ピン３６０は支持板３６１に固定されている。そして，ウエハ支持ピン３６０は，エアシリンダ等の駆動機構３６２により支持板３６１を介して昇降される。

処理室３１１の側壁３１１Ｃには，共通搬送室１０２との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口３１８と，この搬入出口３１８を開閉するゲートバルブ３１１Ｇが設けられている。

このような構成を有するプラズマＣＶＤ処理室３００の全体の動作の制御，例えば各種処理ガスの供給開始と停止の制御，処理ガスの流量制御，ウエハＷの温度制御，処理室３１１内の圧力制御は，上記の制御部２００によって行われる。このプラズマＣＶＤ処理室３００において行われるチタン膜形成処理およびチタン膜全窒化処理の詳細については後述する。

（タングステン膜形成処理室の構成例）
続いて，本実施形態にかかるタングステン膜形成処理室の構成例について図面を参照しながら説明する。タングステン膜形成処理室としては，例えば図５に示すような熱ＣＶＤ処理室４００を用いることができる。この熱ＣＶＤ処理室４００は，例えば断面が略円筒形状のアルミニウム製の処理容器からなる処理室４１４を有している。

この処理室４１４内の天井部には，シャワーヘッド４１６が備えられている。このシャワーヘッド４１６は，下面に多数のガス噴射口４２０が形成されており，ここから処理空間Ｓに向けて各種処理ガスが噴射される。なお，本実施形態にかかるシャワーヘッド４１６は，処理ガスを予め混合して処理室４１４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，各処理ガスを独立して処理室４１４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。

本実施形態では処理ガスとして，ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）ガス，六フッ化タングステンガス，モノシランガス，水素ガス，窒素（Ｎ_２）ガス，アルゴンガスが用いられる。このうちジボランガスは，水素ガスによって例えば５％まで希釈してもよい。各処理ガスは，マスフローコントローラのような流量制御器を含むガス供給手段（図示せず。図４のガス供給手段３３０参照）を介して処理室４１４内に供給される。

処理室４１４内には，底部に立設された円筒状のリフレクタ４２２と，ウエハＷを載置するための載置台４２６が設けられている。載置台４２６は，リフレクタ４２２の上にＬ字状の３個の保持部材４２４（図５には２個のみ示す）によって取り付けられている。

処理室４１４の側壁には，共通搬送室１０２との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口４１８と，この搬入出口４１８を開閉するゲートバルブ４１４Ｇが設けられている。

載置台４２６の下方には，複数本例えば３本のＬ字状のウエハ支持ピン４２８（図５には２本のみ示す）が配置されている。各ウエハ支持ピン４２８の先端は上方を向いており，各ウエハ支持ピン４２８の基端は，リフレクタ４２２に形成されている挿通孔（図示せず）を通ってリング部材４３０に共通に接続されている。リング部材４３０は，処理室４１４の底部の貫通孔４３２を通るように設けられたシャフト４３４を介してアクチュエータ４４０に連結されており，このアクチュエータ４４０の動作に伴って上下動する。リング部材４３０が上下動すると，各ウエハ支持ピン４２８の先端が載置台４２６に形成されているピン孔４３６を通って載置台４２６の表面に対して突没する。このような動作によって，各ウエハ支持ピン４２８に支持されているウエハＷは，載置台４２６に載置され，また載置台４２６に載置されているウエハＷは，ウエハ支持ピン４２８によって持ち上げられ支持される。なお，シャフト４３４が通される処理室４１４の底部の貫通孔４３２には，処理室４１４の気密状態を維持するために，ベローズ４３８が取り付けられている。

処理室４１４の底部の周縁部には排気口４４２が設けられ，この排気口４４２には排気装置４４４が接続されている。そしてこの排気装置４４４を作動させることにより処理室４１４内を所定の真空度まで減圧することができる。

処理室４１４の底部のうち載置台４２６の直下の領域には，石英等の熱線透過材料よりなる透過窓４５１が気密に取り付けられており，さらにその下方には，透過窓４５１を囲むように箱状の加熱室４５２が設けられている。この加熱室４５２内では，加熱手段としての複数の加熱ランプ４５４が，反射鏡も兼ねる回転台４５６に取り付けられている。この回転台４５６は，加熱室４５２の底部に設けられたモータ４５８の回転軸に接続されており，モータ４５８の動作に従って回転する。

加熱ランプ４５４から放出された熱線は，透過窓４５１を透過して載置台４２６の下面に達しこれを加熱する。この熱は，載置台４２６上のウエハＷに達する。このように，加熱ランプ４５４は，ウエハＷを間接的に加熱することができる。しかも，回転台４５６が回転するため，熱線が載置台４２６の下面のより広い範囲に照射される。したがって，ウエハＷの面内温度の均一化が実現する。なお，加熱手段として加熱ランプ４５４に代えて，抵抗加熱ヒータを採用するようにしてもよい。

このような構成を有する熱ＣＶＤ処理室４００の全体の動作の制御，例えば各種処理ガスの供給開始と停止の制御，処理ガスの流量制御，ウエハＷの温度制御，処理室４１４内の圧力制御は，上記の制御部２００によって行われる。この熱ＣＶＤ処理室４００において行われるタングステン膜形成処理の具体例については後述する。

（ウエハ搬送処理の具体例）
ここで，図３に示すように構成された基板処理装置１００のウエハ搬送処理について説明する。共通搬送室１０２を基点にウエハＷは処理室１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃ，１０４Ｄの順に搬送されて処理される。つまりウエハＷの搬送経路は図３に示す実線矢印のようになる。

このようなウエハ搬送処理は，制御部２００によって制御される。より具体的には，制御部２００のＣＰＵ２１０は，プログラムデータ記憶手段２８０から必要な搬送プログラム２８２を読み出すと共に，設定情報記憶手段２９０から搬送設定情報２９２として例えばピック１１６Ａ，１１６Ｂ，１１８Ａ，１１８Ｂのアクセスポイントの座標等を読み出して所定の搬送処理を実行する。

まず，搬入側搬送室１１０内の搬送処理について説明する。ロードロック室１０８Ｂ内に処理室１０４Ｄでの処理が終了したウエハＷが収容されているものとすると，制御部２００は，この処理済のウエハＷを，搬入側搬送機構１１８によって所定の導入ポート（例えば，導入ポート１１２Ｂ）へ搬送し（搬送経路Ｘ１１），ここに収容する。

また，中央の導入ポート１１２Ｂに収容されている処理前のウエハＷを，搬入側搬送機構１１８によってオリエンタ１１４へ搬送し（搬送経路Ｘ１２），ここで位置合わせを行い，再度，搬入側搬送機構１１８によってロードロック室１０８Ａへ搬送し（搬送経路Ｘ１３），ここで待機させる。制御部２００は，以上の搬送制御をウエハＷの処理が進む毎に繰り返し実行する。

次に，共通搬送室１０２内でのウエハＷの搬送処理について説明する。まず，制御部２００は，処理室側搬送機構１１６により処理室１０４Ｄに収容されている処理済のウエハＷを取りに行き，これを空き状態のロードロック室１０８Ｂ内に置く（搬送経路Ｙ１１）。

続いて，処理室側搬送機構１１６によって処理室１０４Ｃ内に収容されている処理済のウエハＷを取りに行き，これを空き状態の処理室１０４Ｄ内へ搬入し（搬送経路Ｙ１２），処理室１０４Ｄ内での所定の処理，例えばタングステン膜形成処理を開始する。

次いで，処理室側搬送機構１１６によって処理室１０４Ｂ内に収容されている処理済のウエハＷを取りに行き，これを空き状態の処理室１０４Ｃ内へ搬入し（搬送経路Ｙ１３），処理室１０４Ｃ内での所定の処理，例えばチタン膜形成処理を開始する。

さらに，処理室側搬送機構１１６によって処理室１０４Ａ内に収容されている処理済のウエハＷを取りに行き，これを空き状態の処理室１０４Ｂ内へ搬入し（搬送経路Ｙ１４），処理室１０４Ｂ内での所定の処理，例えばＰＨＴ処理を開始する。

そして，ロードロック室１０８Ａ内で待機させておいた処理前のウエハＷを処理室側搬送機構１１６によって取りに行き，これを空き状態の処理室１０４Ａ内へ搬入し（搬送経路Ｙ１５），この処理室１０４Ａ内での所定の処理，例えばＣＯＲ処理を開始する。

なお，ウエハＷの搬出入の際，制御部２００は，各ゲートバルブ１０６Ａ〜１０６Ｄ，１０７Ａ，１０７Ｂのうち，ウエハＷの搬出入に必要なゲートバルブのみを開閉する。そして，制御部２００は，以上の搬送制御を各処理室１０４Ａ〜１０４ＤにてウエハＷの処理が完了する毎に繰り返し実行する。

（ウエハ処理の具体例）
次に，上述した本実施形態にかかる基板処理装置１００が行う被処理ウエハに対する処理ついて図面を参照しながら説明する。図６は，本実施形態にかかるウエハ処理の工程を示すフローチャートである。また，図７Ａ〜図７Ｃは，工程ごとの被処理ウエハ５００の膜構造を示す断面図である。

基板処理装置１００は，例えば図７Ａに示すような膜構造を有する被処理ウエハ５００に対して処理を行う。被処理ウエハ５００は，シリコンベアウエハ５１０上に，酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜などの層間絶縁膜５２０を形成し，エッチングによりコンタクトホール５３０を形成し，コンタクトホール５３０の底部にシリコン含有表面５１２を露出させたものである。なお，予めシリコンベアウエハ５１０に不純物拡散層またはシリサイド層を形成して，これらの層の表面をシリコン含有表面として露出させるようにしてもよい。シリサイド層としては，例えばコバルトシリサイド（ＣｏＳｉ_ｘ）層やニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ_ｘ）層が挙げられる。また，ポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜表面をシリコン含有表面として，ここにチタンシリサイド層を形成するようにしてもよい。

まず，図６に示すようにステップＳ１００にて，シリコン含有表面５１２上の異物（例えばエッチング残渣などのコンタミネーション，パーティクル，自然酸化膜など）を除去する異物除去処理を行う。これにより，シリコン含有表面５１２は，自然酸化膜などの異物がないフラットで均一な面となる。従来は，この異物除去処理として，アルゴンプラズマスパッタによるエッチングを実施していた。これはプラズマによってイオン化したアルゴンイオンをシリコンウエハに印加したバイアス電圧によって加速し，シリコンウエハに付着した自然酸化膜を含む異物をスパッタエッチングする技術である。ところが，近年半導体デバイスの微細化に伴い，コンタクトホールの形状も微細になっており，アルゴンプラズマスパッタを用いたのではコンタクトホール底部から異物を除去することが困難になっている。

そこで，本実施形態では，減圧下においてプラズマを用いない異物除去処理を実行する。この異物除去処理は，例えばシリコンウエハに付着した自然酸化膜を含む異物とガス成分とを化学反応させて生成物を生成する生成物生成処理と，シリコンウエハ上に生成された生成物を熱処理により除去する生成物除去処理との２段階の処理によって構成される。

本実施形態では，生成物生成処理としてのＣＯＲ処理を処理室１０４Ａにて行い，これに連続して，生成物除去処理としてのＰＨＴ処理を処理室１０４Ｂにて行う。ＣＯＲ処理によれば，シリコンウエハ上に付着した異物例えば自然酸化膜などの酸化膜と例えばアンモニアガスおよびフッ化水素（ＨＦ）ガスなどのガス分子とが化学反応し，生成物（主に（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６）が生成される。そして，ＰＨＴ処理によれば，ＣＯＲ処理が施されたシリコンウエハが加熱され，ＣＯＲ処理の化学反応によってシリコンウエハ上に生成された生成物が気化（昇華）してシリコンウエハから除去される。

このように，本実施形態では，減圧下においてプラズマを用いない異物除去処理が実行されるため，次に連続して行うチタン膜形成処理において膜の密着性，強度を向上させることができる。また，本実施形態にかかる異物除去処理ではプラズマを用いないため，チタン膜の下地となるシリコン含有表面５１２にプラズマ起因のチャージアップダメージが及ばず，シリコン含有表面５１２が削られてしまうことを防止することができる。したがって，シリコン含有表面５１２の平滑性が損なわれず，結果として低抵抗のコンタクトを形成することができる。

次いで，被処理ウエハ５００を大気に曝すことなく処理室１０４Ｃに搬送し，ステップＳ１１０にて，被処理ウエハ５００に対してチタン膜形成処理とチタン膜全窒化処理を行う。これによって，図７Ｂに示すように，シリコン含有表面５１２と層間絶縁膜５２０の表面を覆うように窒化チタン膜５５０が形成される。この窒化チタン膜５５０の膜厚は，６ｎｍ以下，好ましくは５ｎｍ以下とする。なお，このステップＳ１１０の処理において，シリコン含有表面５１２にチタンを堆積させるときに，被処理ウエハ５００を例えば４００〜５５０℃に調整すれば，このチタンとシリコン含有膜５１２中のシリコンとが反応して，自己整合的にチタンシリサイド層５１４が形成される。

このステップＳ１１０において，窒化チタン膜５５０を形成するためには，薄いチタン膜を形成してこれを窒化する工程を何度か繰り返して窒化チタン膜５５０を形成するプラズマＳＦＤ（Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｆｌｏｗ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いることができる。このプラズマＳＦＤ法による窒化チタン膜５５０の形成処理（以下，「プラズマＳＦＤ窒化チタン膜形成処理」という）では，例えば，処理室１０４Ｃに対してチタン化合物ガスとアルゴンガスと水素ガスを同時期に供給しつつプラズマを生成して，薄いチタン膜を形成する工程と，処理室１０４Ｃに対してアンモニアガスとアルゴンガスと水素ガスを同時期に供給しつつプラズマを生成して，その薄いチタン膜のすべてを窒化する窒化工程を１サイクルとして，これを窒化チタン膜が所定の膜厚に達するまで複数回繰り返す。

このように本実施形態にかかるプラズマＳＦＤ窒化チタン膜形成処理によれば，図７Ｂに示すように，シリコン含有表面５１２と層間絶縁膜５２０の表面に，チタン膜を介在させることなく直接これらを覆う窒化チタン膜５５０が形成される。

また，本実施形態にかかるプラズマＳＦＤ窒化チタン膜形成処理によれば，プロセス温度（被処理ウエハ５００の温度）を比較的低い温度範囲，例えば４００〜５５０℃以下の温度範囲に設定することができる。このため，半導体デバイスのサーマルバジェットを低減させることができる。したがって，窒化チタン膜５５０とチタンシリサイド層５１４の中に含まれる塩素などの不純物の濃度を低減させ，良質な膜を維持することができる。本実施形態にかかるプラズマＳＦＤ窒化チタン膜形成処理の具体的なプロセスレシピについては後述する。

なお，この他，窒化チタン膜５５０を形成するために，一般的なプラズマＣＶＤ法またはプラズマＳＦＤ法を用いて約５ｎｍの膜厚のチタン膜を形成した後に，そのチタン膜のすべてをプラズマによって窒化する方法を採用するようにしてもよい。

次に，被処理ウエハ５００を大気に曝すことなく処理室１０４Ｄに搬送し，ステップＳ１２０にて，被処理ウエハ５００に対してタングステン膜形成処理を行う。これによって，図７Ｃに示すように，窒化チタン膜５５０の上にタングステン膜５６０が形成され，コンタクトホール５３０内にタングステンが埋め込まれる。

このステップＳ１２０において，薄いタングステン膜を形成する工程を複数回繰り返してタングステン膜５６０を形成するＳＦＤ法を用いることが好ましい。このＳＦＤ法によるタングステン膜５６０の形成処理（以下，「ＳＦＤタングステン膜形成処理」という）では，例えば，処理室１０４Ｄに対して還元ガスであるモノシランガスとタングステン含有ガスである六フッ化タングステンガスを交互に繰り返し供給する。

このＳＦＤタングステン膜形成処理によれば，プロセス温度を比較的低い温度範囲，例えば２５０〜３５０℃の温度範囲に設定することができる。このため，六フッ化タングステンガスの分解により発生するフッ素の活性化を抑えることができ，上記のように窒化チタン膜５５０の膜厚が例えば５ｎｍと薄い場合であっても，フッ素がこの窒化チタン膜５５０を通過しないようにすることができる。本実施形態にかかるＳＦＤタングステン膜形成処理の具体的なプロセスレシピについては後述する。

以上のようにして，本実施形態にかかるウエハ処理によれば，シリコン含有表面５１２にチタンシリサイド層５１４が形成されるとともに，被処理ウエハ５００のコンタクトホール５３０内と層間絶縁膜５２０の上面にはチタン膜を介在させることなくバリア層としての薄い窒化チタン膜５５０が形成される。そして，窒化チタン膜５５０によって下地にダメージが及ばないようにしつつタングステン膜５６０が形成され，コンタクトホール５３０がタングステンで埋められる。

（プラズマＳＦＤ窒化チタン膜形成処理の具体例）
上述した各プロセス処理のうち，本発明の主要プロセス処理であるＳＦＤ窒化チタン膜形成処理とＳＦＤタングステン膜形成処理について，より詳細に説明する。

まず，プラズマＳＦＤ窒化チタン膜形成処理について図面を参照しながら説明する。上述のように，このプラズマＳＦＤ窒化チタン膜形成処理は，被処理ウエハ５００に窒化チタン膜５５０を形成するためのものであり，プラズマＣＶＤ処理室３００（処理室１０４Ｃ）にて行われる。このプラズマＳＦＤ窒化チタン膜形成処理の具体例を図８に示す。

プラズマＳＦＤ窒化チタン膜形成処理を行うにあたり，プラズマＣＶＤ処理室３００のサセプタ３１２に埋め込まれているヒータ３１５にヒータ電源３４０から電力を供給して，被処理ウエハ５００の温度を例えば４５０℃に調整する。そして，期間Ｐ１１（ガス安定化工程）にて，プラズマＣＶＤ処理室３００内に四塩化チタンガス（チタン化合物ガス）と水素ガス（還元ガス）とアルゴンガスを供給する。このとき，四塩化チタンガスの流量を例えば１２ｓｃｃｍに調整し，水素ガスの流量を例えば４０００ｓｃｃｍに調整し，アルゴンガスの流量を例えば１６００ｓｃｃｍに調整する。なお，この期間Ｐ１１の主な目的は，次の期間Ｐ１２に先立って処理室内の処理ガスを安定化させることにある。期間Ｐ１１の時間は例えば０〜２秒とする。

次に，期間Ｐ１２にて，四塩化チタンガス，水素ガス，およびアルゴンガスを，期間Ｐ１１から同じ流量で継続して処理室内に供給したまま，シャワーヘッド（上部電極）３２０に例えば８００Ｗの高周波電力を印加して処理室内にプラズマを形成する。これによって，シリコン含有表面５１２と層間絶縁膜５２０上にチタンが堆積する。このうちシリコン含有表面５１２では，堆積したチタンは，シリコンベアウエハ５１０中のシリコンと反応してシリサイド化する。期間Ｐ１２の時間は例えば４秒とする。

続いて，期間Ｐ１２の状態から四塩化チタンガスの供給を停止して期間Ｐ１３へ移行する。この期間Ｐ１３では，処理室内に水素ガスとアルゴンガスを期間Ｐ１２と同じ流量で供給し，これらを処理室内でプラズマ化する。これによって，先の期間Ｐ１２にて堆積したチタンがプラズマアニールされる。期間Ｐ１３の時間は例えば５秒とする。

次いで，期間Ｐ１３の状態からプラズマを消して期間Ｐ１４に移行する。この期間Ｐ１４は，次の期間Ｐ１５が開始されるまでの待ち時間であり，この時間は例えば１秒とする。

以上の期間Ｐ１１〜Ｐ１４の処理を実行することで，極めて薄いチタン膜が形成される。なお，期間Ｐ１１〜Ｐ１４では，アルゴンガスを処理室に導入しないようにしてもよい。

次に，期間Ｐ１５にて，期間Ｐ１１〜Ｐ１４の処理によって形成されたチタン膜をすべて窒化し，極めて薄い窒化チタン膜を形成する。ここでは，処理室内に水素ガス，アルゴンガス，およびアンモニアガス（窒素化合物ガス）を供給するとともに，シャワーヘッド（上部電極）３２０に例えば８００Ｗの高周波電力を印加して処理室内にプラズマを再び形成する。このとき水素ガスの流量を例えば２０００ｓｃｃｍに調整し，アルゴンガスの流量を例えば１６００ｓｃｃｍに調整し，アンモニアガスの流量を例えば１５００ｓｃｃｍに調整する。期間Ｐ１５の時間は例えば２秒とする。

次の期間Ｐ１６ではプラズマを消すとともに，処理室内へのアンモニアガスの供給を止める。水素ガスとアルゴンガスについては，期間Ｐ１５のときと同じ流量に調整し，これらのガスによって処理室内に残留しているアンモニアガスをパージする。これによって，次のサイクルの期間Ｐ１１において，処理室内に供給される四塩化チタンガスが残留アンモニアガスと混合してしまうことが防止され，より良質な窒化チタン膜を形成することができる。この期間Ｐ１６の時間は例えば２秒とする。

以上の期間Ｐ１１〜Ｐ１６の処理を１サイクルとして，窒化チタン膜５５０が所定の膜厚，例えば５ｎｍに達するまで同サイクルを繰り返す。

（ＳＦＤタングステン膜形成処理）
次に，ＳＦＤタングステン膜形成処理について図面を参照しながら説明する。上述のように，このＳＦＤタングステン膜形成処理は，被処理ウエハ５００にタングステン膜５６０を形成するためのものであり，熱ＣＶＤ処理室４００（処理室１０４Ｄ）にて行われる。このＳＦＤタングステン膜形成処理の具体例を図９に示す。

ＳＦＤタングステン膜形成処理を行うにあたり，熱ＣＶＤ処理室４００の加熱ランプ４５４によって，載置台４２６上の被処理ウエハ５００を加熱する。ただし，このときのウエハ温度（プロセス温度）については，従来の一般的な熱ＣＶＤ処理におけるプロセス温度４００〜４５０℃程度よりも低い２５０〜３５０℃程度に調整する。また，処理室内圧力（プロセス圧力）については，１００〜１０００Ｐａ程度に調整する。そして，期間Ｐ２１にて，熱ＣＶＤ処理室４００内に六フッ化タングステンガスを供給する。このとき，六フッ化タングステンガスの流量を１０〜３０ｓｃｃｍに調整する。また，この期間Ｐ２１では，熱ＣＶＤ処理室４００内に，上記六フッ化タングステンガスとともにアルゴンガスまたは窒素ガスをキャリアガスとして供給する。期間Ｐ２１の時間は例えば０．５〜５秒とする。

次に，期間Ｐ２１の状態から六フッ化タングステンガスの供給を停止して期間Ｐ２２に移行する。この期間Ｐ２２は，次の期間Ｐ２３が開始されるまでの待ち時間であり，この時間は例えば０．５〜３．０秒とする。この期間Ｐ２２では，熱ＣＶＤ処理室４００内に，アルゴンガスまたは窒素ガスをパージガスとして供給し続けることが好ましい。

続いて，期間Ｐ２３にて，熱ＣＶＤ処理室４００内に，モノシランガスを供給する。このとき，モノシランガスの流量を５０〜１００ｓｃｃｍに調整する。また，この期間Ｐ２３では，熱ＣＶＤ処理室４００内に，上記モノシランガスとともにアルゴンガスまたは窒素ガスをキャリアガスとして供給する。期間Ｐ２３の時間は例えば０．５〜５秒とする。なお，還元ガスとしては，このモノシランガスに代えて，ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）ガス，ジボランガスなどを用いることができる。

次いで，期間Ｐ２３の状態からモノシランガスの供給を停止して期間Ｐ２４に移行する。この期間Ｐ２４は，次のサイクルの期間Ｐ２１が開始されるまでの待ち時間であり，この時間は例えば０．５〜３．０秒とする。この期間Ｐ２４では，熱ＣＶＤ処理室４００内に，アルゴンガスまたは窒素ガスをパージガスとして供給し続けることが好ましい。

以上の期間Ｐ２１〜Ｐ２４の処理を実行することで，極めて薄いタングステン膜が形成される。そして，期間Ｐ２１〜Ｐ２４の処理を１サイクルとして，タングステン膜５６０が所定の膜厚に達し，コンタクトホール５３０がタングステンで埋められるまで同サイクルを繰り返す。

このように，本実施形態にかかるＳＦＤタングステン膜形成処理によれば，処理室内に六フッ化タングステンガスとモノシランガスを交互に繰り返し供給して，極めて薄いタングステン膜を積層させるようにしてタングステン膜５６０を形成する。したがって，従来の一般的な熱ＣＶＤ処理時のプロセス温度４００〜４５０℃よりも遥かに低い２５０〜３５０℃であっても，特性の良好なタングステン膜５６０を形成することができる。

ところで，ＳＦＤタングステン膜形成処理によれば，上述のように１サイクルで堆積するタングステンの量は極めて少ないため，例えば２００〜３００ｎｍの厚さのタングステン膜を形成しようとすると，かなり長いプロセス時間が必要となり，スループットが低下してしまう。そこで，このスループット低下を防止するために，上記のＳＦＤタングステン膜形成処理の後に，高い成膜レートが得られる第２のタングステン膜形成処理を行うようにしてもよい。

この第２のタングステン膜形成処理では，例えば，プロセス温度を４００〜４５０℃程度まで上昇させ，プロセス圧力を２０００〜２００００Ｐａ程度に調整する。また，還元ガスとしてのモノシランガスを水素ガスに切り換え，キャリアガスとともにこの水素ガスと六フッ化タングステンガスとを同時にかつ連続的に処理室に供給する。このとき，水素ガスの流量を例えば３００〜３０００ｓｃｃｍ程度とし，六フッ化タングステンガスの流量を３０〜３００ｓｃｃｍ程度に調整する。このようなプロセスレシピを用いることによって，高い成膜レート，例えば１０００〜５０００Å／ｍｉｎでタングステン膜５６０を形成することができる。

以上のように，本実施形態にかかる成膜処理によれば，プラズマＳＦＤ窒化チタン膜形成処理によって，薄いチタン膜を形成し，これを窒化することによって例えば５ｎｍの厚さの窒化チタン膜５５０を形成する。このとき，チタン膜が薄いために，チタン膜を残すことなくそのすべてを確実に窒化することができる。このように，本実施形態によれば，タングステン膜５６０を形成するために用いられる六フッ化タングステンガスに含まれるフッ素と活発に反応するおそれのあるチタン膜が窒化チタン膜５５０の下に存在しなくなるため，下地膜からの窒化チタン膜５５０とタングステン膜５６０の剥離を防止することができる。

また，本実施形態によれば，２５０〜３５０℃程度の低いプロセス温度でタングステン膜５６０を形成してコンタクトホール５３０に対するタングステンの埋め込みを行うことができる。このような低いプロセス温度であれば，フッ素の活性化が抑えられ，窒化チタン膜５５０が５ｎｍ程度に薄くても，この窒化チタン膜５５０はフッ素の拡散を防止するバリア層として十分に機能する。したがって，窒化チタン膜５５０の下層，すなわちチタンシリサイド層５１４や層間絶縁膜５２０にフッ素が侵入せず，これらの膜質を良好な状態に保つことができる。

また，本実施形態によれば，薄い窒化チタン膜５５０によって十分なバリア機能が得られるため，従来のような厚い窒化チタン膜が不要となる。したがって，厚い窒化チタン膜を形成するために従来必要であった処理室を省略することができるため，半導体処理装置のコスト低減が可能となる。また，厚いチタン膜を形成するための工程を省略することができるため，製造スループットが向上し，生産性を向上させることができる。

さらに，本実施形態のように，窒化チタン膜５５０の膜厚を例えば５ｎｍと薄く構成できれば，コンタクトホール５３０の中により多くのタングステンを埋め込むことができる。したがって，コンタクトホール内に厚いチタン膜が存在していた従来に比べて，本実施形態にかかる半導体装置の膜構造によれば，コンタクトの水平方向の断面においてタングステンの占める割合が大きくなる。タングステンの電気抵抗は窒化チタンに比べて格段に小さいことから，コンタクトの低抵抗化が実現する。特に，半導体装置の微細化が進み，コンタクトホールの径がより小さくなると，チタン膜と厚い窒化チタン膜を省略した本実施形態にかかる半導体装置の膜構造は，コンタクト抵抗を低減するためにも極めて有効である。

なお，上記各処理室１０４Ａ〜１０４Ｄの構成は図３に示すものに限られるものではない。例えば各処理室１０４Ａ〜１０４Ｄのうちのどの処理室をＣＯＲ処理室，ＰＨＴ処理室，チタン膜処理室，タングステン膜形成処理室として構成してもよい。また，被処理ウエハ５００の搬送順序も，各処理室１０４Ａ〜１０４ＤのうちのＣＯＲ処理室，ＰＨＴ処理室，チタン膜処理室，タングステン膜形成処理室の順に搬送すれば，必ずしも処理室１０４Ａ〜１０４Ｄの順でなくてもよい。

上記実施形態により詳述した本発明については，複数の機器から構成されるシステムに適用しても，１つの機器からなる装置に適用してもよい。上述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを記憶した記憶媒体等の媒体をシステムまたは装置に供給し，そのシステムまたは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体等の媒体に格納されたプログラムを読み出して実行することによっても，本発明が達成され得る。

この場合，記憶媒体等の媒体から読み出されたプログラム自体が上述した実施形態の機能を実現することになり，そのプログラムを記憶した記憶媒体等の媒体は本発明を構成することになる。プログラムを供給するための記憶媒体としては，例えば，フロッピー（登録商標）ディスク，ハードディスク，光ディスク，光磁気ディスク，ＣＤ−ＲＯＭ，ＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ，ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−ＲＡＭ，ＤＶＤ−ＲＷ，ＤＶＤ＋ＲＷ，磁気テープ，不揮発性のメモリカード，またはＲＯＭなどを用いることができる。また，プログラムの供給媒体には，インターネットやイントラネットなどの電気通信回線が含まれる。

なお，コンピュータが読み出したプログラムを実行することにより，上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく，そのプログラムの指示に基づき，コンピュータ上で稼動しているオペレーションシステムなどが実際の処理の一部または全部を行い，その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合も，本発明に含まれる。

さらに，記憶媒体等の媒体から読み出されたプログラムが，コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後，そのプログラムの指示に基づき，その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い，その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合も，本発明に含まれる。

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。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。

例えば，上記実施形態においては，チタン化合物ガスとして四塩化チタンガスを用いた場合を例に挙げて説明したが，これに限定されるものではなく，他のチタン化合物ガスを採用してもよい。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。

本発明は，半導体ウエハ，ＦＰＤ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，基板処理装置，および所定の膜構造を有する半導体装置に適用可能である。

本発明の実施形態にかかる基板処理装置の構成例を示す断面図である。 図１に示す制御部の構成例を示すブロック図である。 図１に示す基板処理装置における処理室の構成例を示す図である。 同実施形態にかかるプラズマＣＶＤ処理室の構成例を示す断面図である。 同実施形態にかかる熱ＣＶＤ処理室の構成例を示す断面図である。 同実施形態にかかるウエハ処理の工程を示すフローチャートである。 同実施形態にかかる異物除去処理を説明するための模式図である。 同実施形態にかかるプラズマＳＦＤ窒化チタン膜形成処理を説明するための模式図である。 同実施形態にかかるＳＦＤタングステン膜形成処理を説明するための模式図である。 同実施形態にかかるプラズマＳＦＤ窒化チタン膜形成処理の具体例を示すタイミングチャートである。 同実施形態にかかるＳＦＤタングステン膜形成処理の具体例を示すタイミングチャートである。 従来のコンタクト構造を示す模式図である。

符号の説明

１００ 基板処理装置
１０２ 共通搬送室
１０４（１０４Ａ〜１０４Ｄ） 処理室
１０５（１０５Ａ〜１０５Ｄ） 載置台
１０６Ａ〜１０６Ｄ ゲートバルブ
１０７Ａ，１０７Ｂ ゲートバルブ
１０８（１０８Ａ，１０８Ｂ） ロードロック室
１０９（１０９Ａ，１０９Ｂ） 搬送口
１１０ 搬入側搬送室
１１２（１１２Ａ〜１１２Ｃ） 導入ポート
１１４ オリエンタ
１１６ 処理室側搬送機構
１１６Ａ，１１６Ｂ ピック
１１８ 搬入側搬送機構
１１８Ａ，１１８Ｂ ピック
２００ 制御部
２１０ ＣＰＵ
２２０ ＲＯＭ
２３０ ＲＡＭ
２４０ 表示手段
２５０ 入出力手段
２６０ 報知手段
２７０ 各種コントローラ
２８０ プログラムデータ記憶手段
２８２ 搬送処理プログラム
２８４ プロセス処理プログラム
２９０ 設定情報記憶手段
２９２ 搬送設定情報
２９４ プロセス処理設定情報
３００ プラズマＣＶＤ処理室
３１１ 処理室
３１１Ｇ ゲートバルブ
３１２ サセプタ
３１３ 支持部材
３１４ ガイドリング
３１５ ヒータ
３１６ 下部電極
３１８ 搬入出口
３１９ 絶縁部材
３２０ シャワーヘッド
３２１ ベース部材
３２２ シャワープレート
３２３ ヒータ
３２４ 吐出孔
３２５ ガス拡散空間
３２６ ガス導入ポート
３３０ ガス供給手段
３３１ 四塩化チタンガス供給源
３３１Ｃ〜３３４Ｃ マスフローコントローラ
３３１Ｌ 四塩化チタンガス供給ライン
３３２ アルゴンガス供給源
３３２Ｌ アルゴンガス供給ライン
３３３ 水素ガス供給源
３３３Ｌ 水素ガス供給ライン
３３４ アンモニアガス供給源
３３４Ｌ アンモニアガス供給ライン
３３７ ガス混合部
３３８ 混合ガス供給ライン
３４０ ヒータ電源
３４１ ヒータ電源
３４２ 整合器
３４３ 高周波電源
３５０ 排気室
３５１ 排気管
３５２ 排気装置
３６０ ウエハ支持ピン
３６１ 支持板
３６２ 駆動機構
４００ 熱ＣＶＤ処理室
４１４ 処理室
４１４Ｇ ゲートバルブ
４１６ シャワーヘッド
４２０ ガス噴射口
４２２ リフレクタ
４２４ 保持部材
４２６ 載置台
４２８ ウエハ支持ピン
４３０ リング部材
４３２ 貫通孔
４３４ シャフト
４３６ ピン孔
４３８ ベローズ
４４０ アクチュエータ
４４２ 排気口
４４４ 排気装置
４５１ 透過窓
４５２ 加熱室
４５４ 加熱ランプ
４５６ 回転台
４５８ モータ
５００ 被処理ウエハ
５１０ シリコンベアウエハ
５１２ シリコン含有表面
５１４ チタンシリサイド層
５２０ 層間絶縁膜
５３０ コンタクトホール
５５０ 窒化チタン膜
５６０ タングステン膜
Ｗ ウエハ

Claims (14)

1. シリコン含有表面上に形成された絶縁膜と，前記絶縁膜に形成され，前記シリコン含有表面まで達するホールと，を有する被処理基板に対する成膜方法であって，
   前記絶縁膜上および前記ホール底部の前記シリコン含有表面上にチタン膜を形成するチタン膜形成工程と，
   前記チタン膜をすべて窒化し，単一の窒化チタン膜を形成する窒化工程と，
   前記窒化チタン膜上にタングステン膜を形成するタングステン膜形成工程と，
   を有することを特徴とする成膜方法。
2. 前記チタン膜形成工程では，前記被処理基板を収容した処理室内にチタン化合物ガスと還元ガスを導入しつつこの処理室内にプラズマを生成して前記チタン膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
3. 前記チタン膜形成工程では，前記シリコン含有表面のシリコンと前記チタン膜のチタンとが反応して前記シリコン含有膜表面上に合金層が形成されるように前記被処理基板を第１の温度に調整することを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
4. 前記第１の温度は，４００〜５５０℃であることを特徴とする請求項３に記載の成膜方法。
5. 前記チタン膜形成工程にて形成される前記チタン膜の膜厚は，５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
6. 前記チタン膜形成工程と前記窒化工程を交互に複数回繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
7. 前記タングステン膜形成工程は，
   前記被処理基板の温度を，フッ素と前記合金層の合金とが反応しない第２の温度に維持しつつ前記被処理基板を収容した処理室内にフッ化タングステンガスと還元ガスを交互に複数回導入して第１のタングステン膜を形成する第１のタングステン膜形成工程を含むことを特徴とする請求項３に記載の成膜方法。
8. 前記第２の温度は，２５０〜３５０℃であることを特徴とする請求項７に記載の成膜方法。
9. 前記タングステン膜形成工程はさらに，
   前記処理室内に前記フッ化タングステンガスと前記還元ガスを共に導入して前記第１のタングステン膜上に第２のタングステン膜を形成する第２のタングステン膜形成工程を含むことを特徴とする請求項７に記載の成膜方法。
10. 前記チタン膜形成工程の前に，フッ化水素ガスを含むクリーニングガスによって前記被処理基板上に付着した異物を除去するクリーニング処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
11. 前記クリーニング処理は，前記異物を前記クリーニングガスと反応させることによって生成物を生成し，前記被処理基板を加熱して前記生成物を気化させる処理であることを特徴とする請求項１０に記載の成膜方法。
12. 前記クリーニング処理は，前記フッ化水素ガスと水分を用いて前記異物を除去する処理であることを特徴とする請求項１０に記載の成膜方法。
13. シリコン含有表面上に形成された絶縁膜と，前記絶縁膜に形成され，前記シリコン含有表面まで達するホールと，を有する被処理基板に対して窒化チタン膜を形成する処理室と，
    前記処理室内に少なくともチタン化合物ガスおよび還元ガスを供給するガス供給手段と，
    前記処理室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段と，
    前記処理室内に載置された前記被処理基板の温度を調整する温度調整手段と，
    前記ガス供給手段，前記プラズマ生成手段，および前記温度調整手段の動作を制御する制御部と，
    を備えた基板処理装置であって，
    前記制御部は，
    前記絶縁膜上および前記ホール底部の前記シリコン含有表面上にチタン膜を形成するチタン膜形成工程と，
    前記チタン膜をすべて窒化し，単一の窒化チタン膜を形成する窒化工程と，
    を行うことを特徴とする基板処理装置。
14. シリコン含有表面上に形成された絶縁膜と，
    前記絶縁膜に形成され，前記シリコン含有表面まで達するホールと，
    前記絶縁膜上および前記ホール底部の前記シリコン含有表面上に形成されたチタン膜をすべて窒化して形成された単一の窒化チタン膜と，
    前記窒化チタン膜の上に形成されたタングステン膜と，
    を有することを特徴とする半導体装置。
    

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