[发明专利]钛膜的成膜方法和钛膜的成膜装置

说明书

技术领域

本发明涉及从表面露出有硅部分和绝缘膜的半导体晶片等的表面 上形成钛膜的成膜方法和成膜装置。

背景技术

一般地，为了制造半导体集成电路，对半导体晶片反复实施成膜、 蚀刻、氧扩散、退火等各种热处理，作为进行这种处理的装置的一个 例子，例如使用在专利文献1等中公开的等离子体处理装置。而且， 与半导体集成电路的进一步高集成化和高微细化的要求相对应，在埋 入半导体元件的绝缘膜、为了实现多层化的电路结构之间的绝缘的层 间绝缘膜等上形成的孔，例如接触孔、通路孔的直径也越来越微细化， 随之，为了达到埋入该孔中的配线的良好的导通的埋入技术变得重要。

在进行上述埋入处理的情况下，一般使用铝、钨或者它们的合金， 在该埋入之前，以减少与从孔下端部露出的例如硅基板的接触电阻等 为目的，形成钛(Ti)膜，使得在该Ti膜与硅基板的界面部分产生硅 化物化，作为硅化钛形成TiSi₂，使得接触电阻减少(专利文献2、3 等)。

这里，说明伴随上述硅化物化的Ti膜的成膜方法。图10是表示作 为Ti膜的成膜对象的半导体晶片的一部分的放大截面图。作为被处理 体的半导体晶片W例如由硅基板构成，在其上表面形成例如由SiO₂构成的绝缘膜2，在该绝缘膜2中形成微细的孔4。而且，作为下层的 导电层的硅部分6从该孔4的底部露出。

该硅部分6例如由通过在硅基板中掺杂n型或者p型杂质而形成 的扩散层构成，由此，成为在晶片W的表面(包括孔的底部)上露出 有硅部分6和绝缘膜2的状态。

对于这样的半导体晶片W，在将该晶片W维持为规定的温度的同 时，作为原料气体例如使用TiCl₄气体，作为还原气体例如使用H₂气 体，作为等离子体化用的气体例如使用Ar气体，通过进行等离子体 CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积)处理，在整个表面 上形成Ti膜8。在等离子体中，TiCl₄按照以下的反应被分解，生成低 次氯化物的前驱体(precursor)。首先，原料的TiCl₄根据式1被活性化。 接着，被活性化的TiCl₄^*根据式2形成TiCl₃，成为对成膜有贡献的前 驱体。而且，根据式3，TiCl₃进一步分解形成TiCl₂，这也成为对成膜 有贡献的前驱体。其中，“*”表示已活性化。以下相同。

TiCl₄+Ar→TiCl₄^*+Ar       (1)

TiCl₄^*+H/H^*→TiCl₃+HCl    (2)

TiCl₃+H/H^*→TiCl₂+HCl     (3)

TiCl₂是非常活跃的前驱体，在绝缘膜例如SiO₂膜上按照式4(H₂还原反应)使Ti膜成膜。

TiCl₂+H₂→Ti+2HCl         (4)

如上所述，大量供给H₂气体，通过成为高浓度的H₂气体环境， 促进Ti成膜。另外，以HCl的状态使Cl从前驱体脱离、进行排气， 从而抑制Cl向Ti膜中的混入。为此，与Ar气体相比较，以相当大的 流量供给H₂气体。

而且，在孔4的底部成膜的Ti膜8与硅部分6接触，其边界被硅 化物化，这里例如形成由TiSi₂构成的硅化钛10。