JPH10501100A

JPH10501100A - 低温プラズマエンハンスによる集積回路形成方法

Info

Publication number: JPH10501100A
Application number: JP8500037A
Authority: JP
Inventors: エフフォスターロバート; ティーヒルマンジョセフ
Original assignee: マテリアルズリサーチコーポレーション
Priority date: 1994-06-03
Filing date: 1995-04-03
Publication date: 1998-01-27
Anticipated expiration: 2018-05-12
Also published as: KR100355914B1; WO1995033865A1; EP0763146A1; CA2191458A1; US5975912A; TW294827B; JP3404536B2; DE69506865T2; EP0763146B1; KR970703443A; US6221770B1; DE69506865D1; AU2238595A

Abstract

(57)【要約】プラズマエンハンスド化学気相成長を用いて、同一反応器内にて低温で、半導体基板（２８）上に種々の層（２９）を堆積させることができる。窒化チタン膜が必要な場合、まず、基板表面から２５ｍｍ内にプラズマが発生され表面に亘って均一なプラズマが供給されるプラズマエンハンスド化学気相成長を用いて、チタン膜を成膜することができる。基板（２８）の表面から２５ｍｍ内に発生されたアンモニアのプラズマを用いて、堆積させた膜にアンモニアアニールを行い、次いで、基板表面から２５ｍｍ内に四塩化チタンとアンモニアのプラズマを発生させることにより、窒化チタンのプラズマエンハンスド化学気相成長を行うことができる。これにより、８００℃未満という比較的低い温度で、成膜及びアニールを行うことができる。このようにしてシリコン表面にチタンを堆積させると、接合部に珪化チタンが生成され、これを、本発明のプラズマエンハンスド化学気相成長を用いて、窒化し、チタン又は窒化チタンでコートする。したがって、本発明により、同一反応器（２０）内において、基板表面にチタン、窒化チタン、珪化チタンの多重層を形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】発明の名称低温プラズマエンハンスによる集積回路形成方法技術分野本発明は、基板に種々の薄膜コーティングを行うプラズマエンハンスド化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）に関し、特に、低温で基板表面に成膜を行うＰＥＣＶＤに関する。背景技術集積回路（ＩＣ）の製造において、半導体ウェハ等の基板表面に金属元素を含む薄膜を形成する。薄膜は、回路内やＩＣの種々の素子間での導電接触やオーミック接触を行う。例えば、所望の薄膜を、半導体ウェハ上のコンタクトホールあるいはビアホールの内壁面に形成し、この薄膜をウェハ上の絶縁膜に通過させ、絶縁層を挿通して配線を行うための導電性の材料からなるプラグを形成することができる。金属の薄膜を成膜する方法としては、基板表面での種々の成膜ガスあるいは反応ガスの化学反応を用いて薄膜を堆積する化学気相成長法（ＣＶＤ）が知られている。ＣＶＤでは、反応室内で基板近傍に反応ガスが導入され、このガスが基板表面にて反応し、基板表面上に薄膜を形成する１以上の反応生成物が得られる。成膜後に残存する副生成物は反応室から除去される。ＣＶＤは有効な成膜方法であるが、従来のＣＶＤプロセスの多くは基本的に加熱を伴う処理であり、必要な反応物を得るには１０００℃以上の温度を要する。このような処理温度は高すぎて、ＩＣを構成する電気素子の種々の表面や層に対して影響があるため、ＩＣ製造において実用できる温度ではないことが多い。ＩＣ部品のある表面は、従来の熱ＣＶＤ処理で通常用いられる高温にさらされることにより劣化する。例えば、ＩＣの素子レベルにおいて、ＩＣ内の電気的素子の接合を形成する半導体不純物が浅い拡散を行う。不純物は、通常、拡散工程において熱により最初に拡散するので、ＩＣがＣＶＤにおける高温処理される場合、拡散し続ける。このような拡散は、素子の接合を変化させ、結果的にＩＣの電気的な特性を変化させてしまうので望ましくない。したがって、あるＩＣについては、８００℃より高い処理温度に基板をさらすことは避け、より温度に敏感な他の素子については、温度の上限を６５０℃程度の低温にしている。さらに、ＩＣに金属配線が行われた後に熱ＣＶＤを行う場合、このような温度の制約はより厳密なものとなる。例えば、多くのＩＣは、内部配線金属としてアルミニウムを用いる。しかしながら、高温処理を行うと、アルミニウム内に種々の望ましくない欠陥や突起が生じる。このため、ＩＣ上に内部配線用アルミニウムが堆積した後は、これを処理することができる最高温度は５００℃程度であり、好ましい上限温度は４００℃である。したがって、ＣＶＤ処理において可能な限り低温を維持して成膜を行うことが望ましい。その結果、ＩＣを製造するのに非常に有効な熱ＣＶＤプロセスが、基板が耐えうる上限温度の制約を受けて、行えない場合がある。チタンや窒化チタンは種々のＩＣに用いられる。この場合、シリコン表面上に珪化チタンのコンタクト層を堆積することが好ましい。これは、化学気相成長を用いて、シリコン表面上にチタンを堆積させることにより行うことができる。チタンが堆積すると、珪化チタンが形成される。さらに、種々の用途において、アルミニウムやタングステン等の金属の導電体の堆積の前に、窒化チタンのバリヤ層が必要である。窒化チタンは、化学気相成長により堆積させることができる。化学気相成長の副生成物、特に塩化水素は、チタンのコンタクト層を腐食させる作用がある。したがって、チタンは、窒化チタンの化学気相成長の前に窒化されていなければならない。窒化チタンは、コンタクト層としてアルミニウム層上に堆積されることが多い。しかしながら、窒化チタンがアルミニウム層上に堆積すると、層の境界の接触面において窒化アルミニウムが形成され、絶縁体として作用し、１配線層から他の配線層への電流を妨害してしまう。タングステンのビアプラグを行う付着層として、窒化チタンが必要となる。この問題を回避するため、アルミニウムを保護し、窒化チタン付着層のスパッタリングによる成膜を可能にするチタン層が必要である。スパッタリングにより成膜するには、ターゲットにバイアス電圧を印加し、プラズマからのイオンをターゲットに吸着させ、ターゲットに衝撃を与えてターゲット材料の微粒子を移動させる。この微粒子は、基板上に膜として堆積する。チタンは、例えば、種々のコンタクトやビア開口部が基板に形成された後、シリコン基板上にスパッタリングされる。基板は、約８００℃に加熱され、シリコンとチタンを合金にし、珪化チタン（ＴｉＳｉ₂）層を形成する。チタン層を堆積した後、余ったチタンは基板表面上部からエッチングによって除去され、各コンタクトやビアの底部にＴｉＳｉ₂を残存させる。そして、金属配線が直接ＴｉＳｉ₂ 上に形成される。物理的スパッタリングにより低温でチタン膜を堆積することができるが、スパッタリング処理には種々の問題がある。通常、スパッタリングは、得られるステップカバレージが悪い。ステップカバレージは、基板の上面あるいはコンタクトの内壁面の膜厚に対する基板上のコンタクトの底部の膜厚の比である。したがって、コンタクトやビアの底部に所定量のチタンをスパッタリングにより堆積させるには、スパッタリングされた多量のチタンが、コンタクト側部や基板上面に堆積されなければならない。例えば、スパッタリングによりコンタクト底部に２００Åの膜を形成するには、６００−１０００Åの膜を、基板上面やコンタクト側部に形成しなければならない。余剰のチタンはエッチング除去されるため、チタン含有層を形成する場合、スパッタリングは無駄が多く、コストがかかってしまう。さらに、スパッタリングを用いたコンタクトのステップカバレージは、コンタクトあるいはビアのアスペクト比が増加すると、減少する。コンタクトのアスペクト比は、コンタクトの径に対するコンタクトの深さの比である。したがって、コンタクト底部に特定の厚さの膜を堆積するには、狭くて深い（高アスペクト比の）コンタクトの内壁面あるいは上面に、浅くて広い（低アスペクト比の）コンタクトのそれよりも厚いスパッタリングによる膜を堆積する必要がある。言い換えれば、高アスペクト比のコンタクトやビアに対応する、ＩＣの微細な寸法においては、スパッタリングはさらに有効性を失い、無駄が多くなる。微細な素子に対するスパッタリングによる堆積ではステップカバレージは悪化し、堆積すべきチタンの量が増加し、堆積されてエッチングにより除去されるチタンの量が増加し、チタン堆積時間が増加し、余剰チタンを除去するためのエッチング時間が増加する。したがって、ＩＣ素子構造が微細化し、アスペクト比が大きくなると、スパッタリングによるチタン含有層の堆積は、非常にコストがかかる。さらに、スパッタリング蒸着には、別個の反応室を使用する必要がある。第１の膜が、好適な方法である化学気相成長により形成され、次いで第２の膜のスパッタリング蒸着が行われた場合、２つの反応室が必要になる。ここで、例えば、金属層をスパッタリング蒸着させる場合、第３の反応室が必要になる。１反応室から他の反応室への基板の移動を最小限にし、１つの反応室内で可能な限り多くの反応を行う方が好ましい。ＣＶＤ処理に用いられる反応温度を低下させる１手法として、１以上の反応ガスをイオン化することが挙げられる。このような手法は、通常、プラズマエンハンスド化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）と称される。しかしながら、ＰＥＣＶＤがＣＶＤの効率的な方法であるということは、証明されていない。発明の開示したがって、本発明の目的は、約５００℃未満という低温においての薄膜の化学気相成長方法を提供することである。また、本発明の目的は、同一の装置内での異なる膜の化学気相成長を提供することである。これらの膜は、チタン、タングステン、及び／又は窒化チタンを含む。さらに、本発明の目的は、シリコン、アルミニウム、タングステン等の種々の基板上に、これらの膜を成膜すると共に、短絡の形成及び／又は望ましくない高抵抗膜の形成等、複数の層の成膜に関する一般的な問題の多くを回避する方法を提供することである。本発明の目的及び利点は、基板表面に近接してプラズマが発生される基板上への膜のプラズマエンハンスド化学気相成長により得られる。基板表面から約１０ｃｍ内にプラズマを発生することにより、プラズマは、非常に効率的に、基板表面を所望の薄膜でコーティングするように作用する。具体的には、基板表面から２５ｍｍ内にプラズマを発生するシャワーヘッドＲＦ電極を用いることにより、種々の異なる膜の組み合わせが基板上に堆積することを可能にする、比較的低い温度での均一なプラズマを得ることができる。さらに、アンモニアプラズマによるアニールを行うことで、種々の異なる膜の成膜における融通性が得られる。これにより、シリコン表面上にチタンをＰＥＣＶＤで成膜し、アンモニアプラズマによってアニールされることができる珪化チタンを生成することができる。この後の窒化チタン層のＰＥＣＶＤも、すべて同一の反応器にて行うことができる。さらに、ＰＥＣＶＤを用いて、アルミニウム基板上にチタンを成膜し、アンモニアプラズマのアニールにより窒化することができる。これを、本発明のＰＥＣＶＤを用いて窒化チタンでコーティングすることもできる。説明からわかるように、これにより、１つの反応室内で基板上に多数のコーティングを行う方法が提供される。本発明の利点及び特徴を、添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。図面の簡単な説明図面は、本発明に用いられる反応装置の側面の断面図である。この装置の変形が、本出願と同日に出願された、Joseph Hillman，Robert Foster，and Rikhit Arora を発明者とする”Method and Apparatus for Efficient Use of Reactant Gases and Plasma for Depositing CVD and PECVD Films”に開示されている。発明を実施するための最良の形態図面は、本発明を適用したＣＶＤ反応装置の１実施例を示す。同様の装置が、米国特許出願 Serial No．08/166,745 に開示されている。反応装置２０は成膜室２４を形成する成膜用のチャンバハウジング２２を備えている。反応装置２０、特にチャンバハウジング２２内の反応室２４の内部圧力は、排気により、例えば０．５〜１０Ｔｏｒｒ等の種々の値に変更できる。サセプタ２６は、シャフト３０を介して変速モータ（図示せず）に連結され、サセプタ２６と基板２８が０〜２０００ｒｐｍの回転数で回転するように設計されている。また、サセプタ２６は、加熱素子（図示せず）に連結され、基板２８を２００〜８００℃に加熱する。チャンバハウジング２２のハウジングカバー３２からは、ガス分散シャワーヘッド３６に取り付けられたシリンダ機構３４が下方に垂設されている。ガス分散シャワーヘッド３６は、シリンダ機構３４により基板２８の上方に懸装されている。シリンダ機構３４は、ハウジングカバー３２に開設された開口部４２と共に、ハウジングカバー４６とガス分散シャワーヘッド３６との間にほぼ垂直な流路４４を形成する。ガス分散シャワーヘッド３６は、ハウジングカバー４６を貫通する好適なＲＦ電力供給器機構４０により、ＲＦ電源３８に接続されている。シーリング機構４９は、ＲＦ電力供給機構４０の周辺の開口部を密閉している。ＲＦ電力供給機構４０は、不要な熱を放散するヒートパイプ（図示せず）を有している。プラズマ及び反応ガスは、同心円状のガスリング５０、５２により流路４４内に導入される。同心円状のガスリング５０、５２は、流路４４の周辺にガスを均一に分散させる多数のガス分散孔５４を有している。ガスリング５０は導管５６を介してガス供給源に連結され、ガスリング５２は導管５８を介してガス供給源に連結されている。絶縁リング６２は、後述する理由により、シリンダ機構３４とガス分散シャワーヘッド３６を絶縁する。シリンダ機構３４が石英の場合、絶縁リング６２は不要である。反応装置２０の１実施例において、シリンダ機構３４は、接地ライン６１により接地されている。絶縁リング６２は、ガス分散シャワーヘッド３６の外径にほぼ等しい外径を有している。絶縁リング６２により、シリンダ機構３４とガス分散シャワーヘッド３６とは完全に絶縁されている。絶縁リング６２は、好ましくは、厚さ０．７５インチの石英からなる。ガス分散シャワーヘッド３６は、ほぼ円形であり、その全体にガス分散孔６２を有している。ガス分散シャワーヘッド３６の直径は、用いられるウェハのサイズにより異なる。ガス分散シャワーヘッド３６は、ガスを分散するため、通常２００〜１２００個、好ましくは３００〜６００個のガス分散孔６２を有している。シヤワーヘッドのガス分散孔６２は、ガス分散孔６２内でのプラズマの発生を防止する大きさに形成されている。プラズマの発生を防止するには、０．１〜１ｍｍ程度の孔が好適である。好適なシャワーヘッドは、厚さが０．６４ｃｍで、０．８ｍｍの孔を６００個有する直径が１７．３ｃｍの円盤である。ガス分散シャワーヘッド３６は、石英製の絶縁リング６２にボルトあるいはネジ止めされている。ガス分散シャワーヘッド３６はステム６８を有している。ステム６８は、ガス分散シャワーヘッド３６に一体的に加工されており、ガス分散シャワーヘッド３６に接続するＲＦ電力供給機構４０の一部となっている。ステム６８を含むガス分散シャワーヘッド３６は、導電性の材料、好ましくはニッケル−２００よりなる。もちろん、他の導電性材料を用いてもよい。図に示すように、ガス分散シャワーヘッド３６は、シリンダ３４機構から完全に絶縁されている。ＣＶＤ反応ガスは、同心円状のガスリング５０、５２により流路４４の上部に導入される。ガスは、流路４４を通って下方向に流れ、この流速は流路４４を下るに従って変化する。さらに、この流速の変化は、流路４４の水平方向において異なる値に測定される。通常、ガスリング５０、５２近傍の流路の上流でのガスの流速は、流路４４の水平方向において等しい値をとる。しかし、ガスの流れがガス分散シャワーヘッド３６の上面３７に達したとき、ガスの流速は、流路４４のステム６８近傍の中央部の方が、流路４４のシリンダ６０の壁部近傍の側部よりも速い。ガス分散シャワーヘッド３６の表面近傍、すなわち流路４４の底部では、ガスの流速の特性は定常状態となる。反応ガスが、ガス分散シャワーヘッド３６のガス分散孔６３を通過すると、ガス分散シャワーヘッド３６の底面３９における流速は均一化され、ガス分散シャワーヘッド３６の中央部近傍の流速は、シャワーヘッド３６の周縁部での流速にほぼ等しくなる。本発明により、ガス分散シャワーヘッド３６と回転する基板２８との間隔を狭くしたことにより、基板２８の基板表面２９及び非常に薄い境界層上に、均一なガスの流れが得られる。ガス分散シャワーヘッド３６は、ＲＦ電力により電圧が印加され、ＰＥＣＶＤのＲＦ電極として機能する。ＲＦ電極と集中したプラズマとの間隔が狭いことは、低温ＰＥＣＶＤ、特に、チタン含有層の低温ＰＥＣＶＤに有効である。ＲＦ電源は、ＲＦ電力供給機構４０を介してガス分散シャワーヘッド３６に電圧を印加し、シャワーヘッドをＲＦ電極として機能させる。接地されたサセプタ２６は、他方の平行電極を形成する。これによりＲＦ電界が、好ましくは、ガス分散シャワーヘッド３６とサセプタ２６との間に形成される。以下、本願において、ガス分散シャワーヘッド３６を本発明の原則により電圧を印加されたガス分散シャワーヘッド３６として述べる場合、シャワーヘッド／電極３６と呼ぶ。バイアスを印加されたシャワーヘッド／電極３６により形成されたＲＦ電界は、ガス分散孔６３を介して分散されるプラズマガスを励起し、プラズマがシャワーヘッド／電極３６のすぐ下で発生されるようにする。プラズマは、シャワーヘッド／電極３６の上方の流路４４内ではなく、シャワーヘッド／電極３６の下方で生成されることが好ましい。上述のように、ガス分散孔６３は、プラズマがシャワーヘッド／電極３６の下方に集中するような寸法で形成されるのが好ましい。さらに、他の工程を行って、プラズマがシャワーヘッド／電極３６の下方に集中するのを確実にする。例えば、ＲＦ電力供給機構４０内で絶縁スリーブが用いられ、ＲＦラインをシリンダ機構３４やチャンバハウジング２２の金属から絶縁する。また、石英製の絶縁リング６２により、シャワーヘッド／電極３６がシリンダ機構３４から絶縁され、シャワーヘッド／電極３６の底面３９の下方でのプラズマ発生を確実にする。サセプタ２６の回転により、プラズマへのプラズマガスの均一なフローが確実になり、均一な成膜が行われる。ＴｉＣｌ₄等の反応ガスは、ガスリング５０、５２を介して導入される。ガスリング５０、５２からのガスの流れは、ガスがシャワーヘッド／電極３６に向かって移動すると、流路４４の垂直方向に形成される。反応ガスのガス微粒子は、シャワーヘッド／電極３６及びサセプタ２６により形成されたＲＦ電界により励起される。したがって、励起された反応ガス微粒子とプラズマガスのラジカル及びイオンの混合ガスは、基板２８の上方且つ基板付近に集中する。本発明の原則に従い、シリンダ機構３４は、シャワーヘッド／電極３６と基板２８との間隔が、好ましくは２５ｍｍ未満、より好ましくは２０ｍｍ程度になるような寸法で形成される。上述のように、シャワーヘッド／電極３６における圧力低下により、プラズマ及び反応ガスがガス分散孔６３を通過すると、その速度が横ばいになる。このことにより、基板２８の上方では混合ガスの速度は等しく、基板表面２９上の均一な堆積を促進する。シャワーヘッド／電極３６に対する周波数の範囲は、例えば、４５０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚである。しかしながら、本発明は、特に周波数に対して敏感ではない。基板２８に近接してシャワーヘッド／電極３６を用いることにより、基板表面２９付近に有効なガスラジカル及びイオンを高密度で有する、集中したプラズマが得られる。ＲＦシャワーヘッド／電極を用いた本発明の構成では、サセプタ２６を、２０００ｒｐｍ以上の回転速度で回転させることができるが、約１００ｒｐｍより高速で回転させると、顕著な促進が得られないことが判明した。しかしながら、回転速度が０ｒｐｍでは、成膜速度には大幅に影響しないものの、反応ガス及びプラズマガス流量の均一性や膜厚の均一性を低下させる。本発明のシャワーヘッド／電極３６は、プラズマエンハンスドＣＶＤのためのラジカル及びイオンを含むプラズマを発生させるので、シャワーヘッドの間隔や成膜パラメータは、基板表面２９にてラジカルとイオンの有効な混合ガスを達成するように選択されなければならない。基板２８に対するイオン衝突は、基板表面２９上への成膜に新たなエネルギを供給するため有用であるが、基板２８へのイオン衝突が多すぎると、基板上の集積回路素子に損傷を与えてしまう。また、イオンはコンタクトやビアの表面に付着する傾向があるため、高密度のイオンは、膜の適合性を低下させる。そして、廃棄ガスが排出口５３を介して反応室１４から排出される。サセプタ２６周辺のガスの流れを均一にするため、整流板２７が設けられてもよい。この反応装置２０は、チタン、タングステン、窒化チタン、珪化チタンのプラズマを用いた化学気相成長に有用であり、先に堆積させたチタン膜をアニールして、窒化チタンを形成するのに有用である。本発明は、これらの処理の組み合わせによるものである。実施例に用いた基板は、金属の導電体、コンタクト、絶縁層等によりコーティング、あるいは部分的にコーティングされた基板や、シリコン、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、あるいは石英からなる一般的なＩＣ基板である。本発明により、チタン膜を蒸着させるには、四塩化チタン等の四ハロゲン化チタンに水素を添加し、ガスリング５０、５２を介して導入する。本反応において、水素ガスを添加した四塩化チタンの流量は、約２〜約１００ＳＣＣＭ（通常約５ＳＣＣＭ）である。通常、水素ガスの流量は、四塩化チタンの流量の１０〜約３００倍である。また、アルゴンガスを用い、これにより水素ガスを部分的に放出することもできる。基板が約３７５℃〜約８５０℃の温度に加熱された場合、これらの化合したガスのガス入口の温度は、約４００℃〜約８００℃に設定される。反応室の圧力は、０．１〜約２０Ｔｏｒｒであり、一般的には０．５〜１０Ｔｏｒｒである。これより高圧であると、プラズマは発生しない。ＲＦ電極は、約１００Ｗから、素子が損傷を受ける恐れのある約５ｋＷを上限として、その範囲内の電力で作動する。しかしながら、実用的な電力としては、約２５０Ｗで十分である。ＲＦ電極の周波数は、約５５ｋＨｚ〜約３３ＭＨｚに設定され、約１３．５６ＭＨｚが好適である。このような周波数は、Federal Co mmunication Commission（連邦通信委員会）により定められたもので、ほとんどの装置は、この周波数に設定されている。もちろん、この反応の最適化のために決定されたものではない。化合したガスは、シリンダ機構３４に投入され、シャワーヘッド／電極３６を通過する。そして、プラズマが発生され、チタンが基板２８上に堆積し、チタン層が形成される。水素は、ハロゲン化物、例えば塩化物と反応して塩化水素を生成し、この塩化水素は排気される。反応は継続し、所望の膜厚が得られるまでチタン膜を堆積させる。この膜厚は用途によって異なり、約１００Å〜約２００００Å）である。タングステンを用いる場合、反応ガスは、六フッ化タングステンや水素ガス等のハロゲン化タングステンを用いる。六フッ化タングステンが、この場合も水素ガスを添加して、導管５０、５２を介して、２〜約１００ＳＣＣＭ（好ましくは約５ＳＣＣＭ）の流量で導入される。また、圧力を維持するのにアルゴンも添加される。サセプタ２６の温度は、約３７５℃〜約８５０℃の範囲である。ここでも、ＲＦ電極は、チタン成膜における設定とほぼ同じ周波数及びワット数に設定する。そして、シャワーヘッド／電極３６の前段でプラズマが発生され、タングステンが回転する基板２８上に堆積しタングステン膜を形成する。タングステン膜は、所望の膜厚に堆積され、排気されるガスは、未反応の水素及びフッ化水素の化合物である。珪化チタンの形成については、ハロゲン化チタン、好ましくは四塩化チタンとシランとを反応させて珪化チタンと塩化水素を形成する。反応ガスが、ガスリング５０、５２を介してシリンダ機構３４内に投入され、シャワーヘッド／電極３６を通過する。電極は、１３．５６ＭＨｚにて、反応ガスからプラズマを発生する。プラズマは基板２８に接触し、基板２８の基板表面２９に珪化チタンを生成する。この反応の好ましい反応条件は、ＴｉＣｌ₄流量２〜１００ＳＣＣＭシラン流量２〜１００ＳＣＣＭ不活性ガス圧力維持に必要な量温度３７５℃〜８５０℃ 回転速度１００圧力０．５〜２０Ｔｏｒｒ圧力を維持するために必要なだけ、アルゴン又はヘリウム等の不活性ガスが導入される。そして、四塩化チタンあるいは他のハロゲン化チタンを、アンモニア又は窒素と水素の化合物等の窒素源と反応させ、窒化チタンと副生成物としての塩化水素を生成することにより、窒化チタンが堆積される。ハロゲン化チタンの流量は、好ましくは約０．５〜約２０ＳＣＣＭである。窒素源の流量は１〜２００ＳＣＣＭで、水素、アルゴン又はヘリウムの流量は１〜５０００ＳＣＣＭである。これら全反応において、電極の電力及び周波数は、Ｔｉの成膜の際のパラメータと同じ範囲で設定でき、回転速度もほぼ同じである。この発明を適用した装置において行われ、この発明において有効に用いられる他の実施例の反応は、先に成膜したチタン膜の窒化である。この反応において、サセプタは先にチタン膜でコーティングされているが、そのチタン膜を窒化する必要がある。これは、表面をアンモニアプラズマと反応させることにより行われる。窒化ガスの流量は約１０ＳＣＣＭ〜約５０００ＳＣＣＭである。好ましくは、周波数は約４８０ｋＨｚである。反応温度は約６５０℃〜約３００℃であり、好ましい温度は５００℃未満、４００℃〜４５０℃である。圧力は、これら全反応において大気より低くなければならず、一般的には５００ｍＴｏｒｒ〜約２０Ｔｏｒｒであり、好ましくは約１Ｔｏｒｒである。窒化反応において、反応時間は１分〜約１０分であり、好ましくは約５分である。これらの反応は、以下に説明する例により明らかになる。実施例１以下のような成膜条件のもと、４００℃程度の温度で窒化チタン層を基板ウェハ上に堆積させた。具体的には、窒化チタン層を、アンモニアガス（ＮＨ₃）と窒素ガス（Ｎ₂）を用いて堆積させた。そのパラメータを以下に示し、結果を表１に示す。表１の成膜パラメータＴｉＣｌ₄（ＳＣＣＭ）１０ＮＨ₃（ＳＣＣＭ）５００Ｎ₂（ＳＣＣＭ）５００ＲＦ電力（Ｗ）２５０＠４５０ｋＨｚ反応室内圧力（Ｔｏｒｒ）１サセプタ回転速度（ｒｐｍ）１００基板温度（℃）４００ウェハ１〜３はシリコンウェハであり、ウェハ４〜６は表面に酸化シリコンの薄い層を有する熱酸化ウェハである。この実験は、本発明のＣＶＤ処理がシリコンウェハと酸化ウェハの両方に広く適用されることを証明するものである。表１の各基板ウェハには、圧力５Ｔｏｒｒ、流量５０００ＳＣＣＭのＮＨ₃ガスを用い、１２０秒程度、２５０ＷのＲＦ電力で、アンモニアプラズマ（ＮＨ₃）によるアニールを行った。アニールの際のサセプタの回転速度は１００ｒｐｍ程度である。ＲＦによるＮＨ₃プラズマにより、以下に説明するように、成膜するＴｉＮ膜の膜質が向上する。本発明の原理において、ＲＦによりプラズマ電極として機能するシャワーヘッド機構は、アンモニアガス（ＮＨ₃）の代わりに窒素ガス（Ｎ₂）と水素ガス（Ｈ₂ ）の両方を用いて、基板上に窒化チタン（ＴｉＮ）層を成膜するために用いることもできる。種々の成膜の結果と、Ｈ₂とＮ₂を用いた低温ＴｉＮ成膜の成膜パラメータを、表２、３、４、５に示す。表番号順に、成膜温度を高くしている。表２の成膜パラメータＴｉＣｌ₄（ＳＣＣＭ）１０Ｈ₂（ＳＣＣＭ）５００Ｎ₂（ＳＣＣＭ）５００ＲＦ電力（Ｗ）２５０＠４５０ｋＨｚ反応室内圧力（Ｔｏｒｒ）１サセプタ回転速度（ｒｐｍ）１００基板温度（℃）４００成膜時間１８０（秒）表２のウェハ１と２はシリコンウェハであり、ウェハ３〜１０は熱酸化ウェハである。ウェハ６〜１０に対しては、ＮＨ₃の流量を５０００ＳＣＣＭとし、内部圧力を３Ｔｏｒｒ（ウェハ６の場合、５Ｔｏｒｒ）、サセプタ回転速度を１００ｒｐｍとして、１２０秒間、２５０ＷのＲＦで発生させたプラズマによるアニールを行った。表３は、基板温度を４５０℃にし、表２の成膜実験で用いられたものと同じガス及び成膜パラメータを用いて成膜実験を行った結果を示す。ウェハ１と２はシリコンであり、ウェハ３〜８は熱酸化ウェハである。以下に示す結果は、表３のウェハ６〜８に、５０００ＳＣＣＭ、５Ｔｏｒｒ、サセプタ回転速度１００ｒｐｍ、電力２５０Ｗの条件で、１２０秒間、アンモニアプラズマによるアニールを行って得られたものである。低温によるＴｉＮの成膜を、５００℃の基板温度で繰り返し行い、その結果を以下の表４に示す。ウェハ１はシリコンであり、ウェハ２〜７は熱酸化ウェハである。表４のウェハ１〜４に対してはアニールを行わず、ウェハ５〜７に対しては、表３での成膜実験で用いたのと同様のＲＦによるアンモニアプラズマ及び同様のパラメータを用いて、アニールを行った。同様に、６００℃の基板温度で、本発明のＣＶＤ処理を用いてＴｉＮ成膜を行い、以下の表５に示すような結果を得た。ウェハ１と２はシリコンであり、ウェハ３〜８は熱酸化ウェハである。ここでも、表５のウェハ６〜８に対しては、圧力５Ｔｏｒｒではなく１Ｔｏｒｒとしたこと以外は表３及び４のアニール工程と同様に、ＲＦによるＮＨ₃プラズマを用いてアニールを行った。したがって、本発明の低温ＣＶＤ処理を用いたＴｉＮ成膜は、従来の熱ＣＶＤに必要な温度より低い種々の温度で行われる。本発明により窒化チタンの成膜を行うことができるが、純チタン層を成膜させることが望まれる場合もある。例えば、チタン層をシリコン層上に堆積させ、このシリコンがチタンと反応して、珪化チタン膜（ＴｉＳｉ₂）を形成する。このため、本発明は、チタン層の成膜に用いることもできる。以下の表６には、熱酸化ウェハ上に８４％程度のチタンの膜を６５０℃で堆積させた成膜実験の結果及びパラメータを示す。これは、従来の、低温による化学気相成長に比べ、非常に良好な結果である。表６の成膜実験は、図２のシャワーヘッドをＲＦ電極とする機構を用いて、以下の成膜パラメータにより行われた。表６の成膜パラメータＴｉＣｌ₄（ＳＣＣＭ）１０Ｈ₂（ＳＣＣＭ）５００ＲＦ電力（Ｗ）２５０＠４５０ｋＨｚ反応室内圧力（Ｔｏｒｒ）１サセプタ回転速度（ｒｐｍ）１００成膜時間（秒）２７００基板温度（℃）６５０表６のウェハには、アニールを行わなかった。以下の表７のパラメータにより、さらにＴｉ層の成膜実験を行った。結果を以下の表７に示す。表７の成膜パラメータＴｉＣｌ₄（ＳＣＣＭ）１０Ｈ₂（ＳＣＣＭ）５００ＲＦ電力（Ｗ）２５０＠４５０ｋＨｚ反応室内圧力（Ｔｏｒｒ）０．８５サセプタ回転速度（ｒｐｍ）１００成膜時間（秒）１２０（ウェハ７については１８０秒）基板温度（℃）５６５サセプタ温度（℃）６５０チタン含有膜の化学気相成長の利点は、物理的な成膜に対し、ステップカバレージと膜の適合性を向上させる点であるため、本発明により成膜した膜のいくつかについて、適合性とステップカバレージを測定した。適合性とステップカバレージを測定した層は、以下の表８に示すパラメータにより成膜されたものである。以下のパラメータにより成膜した膜の適合性及びステップカバレージは非常に良好であった。摘合性及びステップカバレージ測定のための表８の成膜実験の成膜パラメータＴｉＣｌ₄（ＳＣＣＭ）１０Ｈ₂（ＳＣＣＭ）５００Ｎ₂（ＳＣＣＭ）５００ＲＦ電力（Ｗ）２５０＠４５０ｋＨｚ反応室内圧力（Ｔｏｒｒ）１サセプタ回転速度（ｒｐｍ）１００基板温度（℃）４５０サセプタ温度（℃）５２０表８に示す、ステップカバレージを測定したウェハに対しては、ＲＦによるＮＨ₃を用いたアニールを行っていない。上述のように、本発明の原則に従って、アンモニアガス（ＮＨ₃）を用いずに、窒化チタン層（ＴｉＮ）を成膜してもよい。また、アンモニアガスの代わりに、Ｈ₂とＮ₂の混合ガスを用いることもできる。ＴｉＣｌ₄、Ｎ₂、Ｈ₂を用いた窒化チタンの低温による成膜は、ＴｉＣｌ₄とＮＨ₃を用いた化学反応により反応室内に形成される汚染物が低減されるため、望ましい。具体的には、ＴｉＣｌ₄は、１２０℃より低い温度でＮＨ₃と反応し、黄色の粉末状の副生成物を発生させる。この副生成物の発生を防止するため、従来では、反応室の壁部を少なくとも１５０℃に加熱する必要があった。しかし、ここでは、ＮＨ₃の代わりにＴｉＣｌ₄、Ｎ₂、Ｈ₂を用いて、窒化チタン層を低温で成膜することができるので、堆積した副生成物を除去したり、反応室の壁部を加熱したりする必要がなく、ＣＶＤ装置の大幅なコスト低減が可能になる。表９の成膜パラメータにより、壁部が加熱されない反応室とＨ₂とＮ₂の混合ガスを用いて、窒化チタン層をいくつかの熱酸化基板上に成膜した。成膜後、反応室を検査したが、黄色の副生成物は発見されなかった。表９のウェハに対しては、ＲＦを用いたＮＨ₃プラズマによるアニールを行っていない。表９の副生成物検査のパラメータＴｉＣｌ₄（ＳＣＣＭ）１０Ｎ₂（ＳＣＣＭ）５００Ｈ₂（ＳＣＣＭ）５００ＲＦ電力（Ｗ）２５０＠４５０ｋＨｚ反応室内圧力（Ｔｏｒｒ）１サセプタ回転速度（ｒｐｍ）１００基板温度（℃）４５０成膜時間（秒）９５サセプタ温度（℃）５２０程度さらに成膜実験を行った。ここでは、プラズマ及び反応ガスの流量を調整し、反応室４４の内部成膜圧力も調整した。例えば、表１０に示す成膜実験では、Ｈ₂ の流量を増加し、成膜圧力を１Ｔｏｒｒから５Ｔｏｒｒに増加させた。また、成膜実験のいくつかには、Ｈ₂にアルゴンを混合した。表１０のパラメータＴｉＣｌ₄（ＳＣＣＭ）１０Ｈ₂（ＳＣＣＭ）２０００（ウェハ１〜４）１５００（ウェハ５〜９）アルゴン（ｓｌｍ）０．５（ウェハ５〜９）ＲＦ電力（Ｗ）２５０＠４５０ｋＨｚ反応室内圧力（Ｔｏｒｒ）５サセプタ回転速度（ｒｐｍ）１００基板温度（℃）５６５成膜時間（秒）３００（ウェハ９の場合６００）サセプタ温度（℃）６５０程度表１０において、Ｈ₂のフローを、ウェハ１〜４に対しては２０００ＳＣＣＭ、ウェハ５〜９については１５００に増加させた。成膜圧力は、５Ｔｏｒｒに増加した。ウェハ５〜９に対しては、Ｈ₂を希釈ガスとして０．５ｓｌｍの流量のアルゴンを用いた。表１０において、ウェハ１、２及び５、６はシリコンであり、ウェハ３、４及び７〜９は熱酸化ウェハである。表１１には、Ｈ₂フローを増加させ、成膜圧力も増加させて行った実験の結果を示す。表１１の成膜パラメータＴｉＣｌ₄（ＳＣＣＭ）１０Ｈ₂（ＳＣＣＭ）１５００アルゴン（ｓｌｍ）０．５ＲＦ電力（Ｗ）２５０＠４５０ｋＨｚ反応室内圧力（Ｔｏｒｒ）５サセプタ回転速度（ｒｐｍ）１００成膜時間（秒）３００（ウェハ９〜１２の場合６００）基板温度（℃）５６５サセプタ温度（℃）６５０成膜圧力を１３３から１Ｔｏｒｒから５Ｔｏｒｒに変化させたことにより、より安定的で対称的なプラズマが得られた。また、少量のアルゴンを加えた水素の流量を増加させることにより、プラズマの強度だけでなくプラズマの流れの安定性も向上した。アルゴンの流量は０〜１０ｓｌｍが好ましい。ウェハ１、２はシリコンであり、ウェハ３〜１０は熱酸化ウェハである。ウェハ１１と１２は、Th in Films，Inc.，Freemont，California から入手可能なボロホスホシリケートグラスからなる。表１０、１１のウェハに対しては、ＮＨ₃プラズマによるアニールを行っていない。表１２は、サセプタ温度を４５０℃にしてさらに行った成膜実験を示す。表１２の成膜パラメータＴｉＣｌ₄（ＳＣＣＭ）５Ｈ₂（ＳＣＣＭ）１５００アルゴン（ｓｌｍ）０．３ＲＦ電力（Ｗ）２５０＠４５０ｋＨｚ反応室内圧力（Ｔｏｒｒ）５サセプタ回転速度（ｒｐｍ）１００基板温度（℃）４５０サセプタ温度（℃）４５０ウェハ１〜４はシリコンであり、ウェハ５は熱酸化ウェハであり、ウェハ６、７はアルミニウム、シリコン、銅を含むアルミ合金である。表１２の実験６、７は、本発明を用いてアルミニウム上にチタン含有膜をも成膜することができることを示している。表１２の成膜実験では、表１１の実験より低い反応ガス流量、すなわち、５ＳＣＣＭのＴｉＣｌ₄を用いた。表１３の成膜実験は、ＴｉＣｌ₄の流量をさらに低減して行ったものである。表１３のウェハはすべて、熱酸化ウェハである。表１２、１３のウェハに対しては、ＲＦを用いたＮＨ₃によるアニールを行っていない。表１３の成膜パラメータＴｉＣｌ₄（ＳＣＣＭ）４（ウェハ１、２）３（ウェハ３、４）２（ウェハ５、６）１（ウェハ７）Ｈ₂（ＳＣＣＭ）１５００ＲＦ電力（Ｗ）２５０＠４５０ｋＨｚ反応室内圧力（Ｔｏｒｒ）５サセプタ回転速度（ｒｐｍ）１００成膜時間（秒）３００（ウェハ１の場合１８０、ウェハ２の場合２４０）基板温度（℃）４５０サセプタ温度（℃）４５０本発明によれば、基板上に多数の層を堆積する。タングステン、チタン、窒化チタン、珪化チタンの各層の成膜について上述した処理は、基板上に第１の層を成膜し、次いで、異なる第２の層を成膜するのに用いられる。第２の層は、上述の処理によって堆積する。最も良いのは、付加層を堆積することである。好適な場合には、アンモニアによるアニールを行う。ＰＥＣＶＤによりシリコン表面上にまずチタン層の堆積を行うことにより、コンタクト配線処理を用いることができる。チタン層の堆積後には、アンモニアプラズマによるアニールを行って、窒化された珪化チタンの上部層を形成する。そして、窒化チタン層を、同一の反応室内で、ＰＥＣＶＤにより成膜するが可能である。窒化チタンの成膜後、アルミニウム又はタングステン金属がスパッタリングによる堆積が行われる。この最後の成膜には、スパッタリング処理の手法を用いる別個の反応室が必要である。本発明には、通常用いられるスパッタリング処理チャンバであれば、いかなるものでも用いることができる。スパッタリング処理の方法は、当該分野の技術者にはよく知られており、本発明の構成要件ではない。また、本発明を用いて、アルミニウムによるコンタクトの保護層を形成することもできる。アルミニウムの配線上に窒化チタンを成膜すると、窒化アルミニウムが境界面に形成される。これは絶縁体であるため、１配線層から他の配線層への電流を妨害する。タングステンのビアプラグを形成するための付着層として、窒化チタンが必要になる。この問題を克服するため、上述のＰＥＣＶＤ処理を用いて、先に堆積させたアルミニウム層の上にチタン層を成膜する。そして、上述のように、チタン層にアンモニアプラズマによるアニールを行う。さらに、本発明のＰＥＣＶＤ処理を用いて、窒化チタンの厚い層を成膜することができる。したがって、成膜したチタン層がアルミニウム層を保護し、窒化チタンとの反応による窒化アルミニウムの生成を防止する。ここでも、先に２つのスパッタリング処理チャンバが必要であったのに対して、１つのチャンバ内ですべて行うことができる。これにより、単一の反応室によるＣＶＤ多重配線処理が可能になる。また、本発明を用いて、チタン膜上に窒化チタン膜を形成することもできる。上述のＰＥＣＶＤの方法により、どのような基板の上にもチタン膜を成膜させることができる。次に、上述ように、チタンにアンモニアプラズマによるアニールを行う。そして、本発明のＰＥＣＶＤの方法を用いて窒化チタンを成膜する。窒化されたチタン膜の上に窒化チタンを成膜する場合、２工程で行うことが好ましい。最初の工程では、四塩化チタンの消耗の際にチタンを成膜することができる。すなわち、四塩化チタンの流量を２０ＳＣＣＭ、アンモニアの流量を約５００ＳＣＣＭ、希釈剤としての窒素を５リットル／分とする。約１００〜５００Åの窒化チタンの薄層を堆積させた後、四塩化チタンの流量を飽和状態、すなわち約８０ＳＣＣＭとし、アンモニアと窒素の流量はそのままにする。これを所望の厚さまで成膜することができ、適合性は約１００％である。本発明を実施例により説明し、実施例をかなりの詳細にわたって説明したが、本発明の範囲はそのような詳細に限定されるものではない。更なる利点及び変更は、当該分野の技術者にとっては明らかである。例えば、本発明の低温によるＣＶＤを用いて、ここで詳細に説明したチタン含有膜以外に、他の膜を成膜することもできる。さらに、Ｈ₂やＮ₂以外のガスの活性化ラジカルを用いて、成膜温度を低下させることもできる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９６年４月３０日【補正内容】窒化チタン付着層のスパッタリングによる成膜を可能にするチタン層が必要である。スパッタリングにより成膜するには、ターゲットにバイアス電圧を印加し、プラズマからのイオンをターゲットに吸着させ、ターゲットに衝撃を与えてターゲット材料の微粒子を移動させる。この微粒子は、基板上に膜として堆積する。チタンは、例えば、種々のコンタクトやビア開口部が基板に形成された後、シリコン基板上にスパッタリングされる。基板は、約８００℃に加熱され、シリコンとチタンを合金にし、珪化チタン（ＴｉＳｉ₂）層を形成する。チタン層を堆積した後、余ったチタンは基板表面上部からエッチングによって除去され、各コンタクトやビアの底部にＴｉＳｉ₂を残存させる。そして、金属配線が直接ＴｉＳｉ₂ 上に形成される。物理的スパッタリングにより低温でチタン膜を堆積することができるが、スパッタリング処理には種々の問題がある。通常、スパッタリングは、得られるステップカバレージが悪い。ステップカバレージは、基板の上面あるいはコンタクトの内壁面の膜厚に対する基板上のコンタクトの底部の膜厚の比である。したがって、コンタクトやビアの底部に所定量のチタンをスパッタリングにより堆積させるには、スパッタリングされた多量のチタンが、コンタクト側部や基板上面に堆積されなければならない。例えば、スパッタリングによりコンタクト底部に２０ｎｍ（２００Å）の膜を形成するには、６０−１００ｎｍ（６００−１０００Å ）の膜を、基板上面やコンタクト側部に形成しなければならない。余剰のチタンはエッチング除去されるため、チタン含有層を形成する場合、スパッタリングは無駄が多く、コストがかかってしまう。さらに、スパッタリングを用いたコンタクトのステップカバレージは、コンタクトあるいはビアのアスペクト比が増加すると、減少する。コンタクトのアスペクト比は、コンタクトの径に対するコンタクトの深さの比である。したがって、コンタクト底部に特定の厚さの膜を堆積するには、狭くて深い（高アスペクト比の）コンタクトの内壁面あるいは上面に、浅くて広い（低アスペクト比の）コンタクトのそれよりも厚いスパッタリングによる膜を堆積する必要がある。言い換えれば、高アスペクト比のコンタクトやビアに対応する、ＩＣの微細な寸法においては、スパッタリングはさらに有効性を失い、無駄が多くなる。微細な素子に対するスパッタリングによる堆積ではステップカバレージは悪化し、堆積すべきチタンの量が増加し、堆積されてエッチングにより除去されるチタンの量が増加し、チタン堆積時間が増加し、余剰チタンを除去するためのエッチング時間が増加する。したがって、ＩＣ素子構造が微細化し、アスペクト比が大きくなると、スパッタリングによるチタン含有層の堆積は、非常にコストがかかる。さらに、スパッタリング蒸着には、別個の反応室を使用する必要がある。第１の膜が、好適な方法である化学気相成長により形成され、次いで第２の膜のスパッタリング蒸着が行われた場合、２つの反応室が必要になる。ここで、例えば、金属層をスパッタリング蒸着させる場合、第３の反応室が必要になる。１反応室から他の反応室への基板の移動を最小限にし、１つの反応室内で可能な限り多くの反応を行う方が好ましい。ＣＶＤ処理に用いられる反応温度を低下させる１手法として、１以上の反応ガスをイオン化することが挙げられる。このような手法は、通常、プラズマエンハンスド化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）と称される。しかしながら、ＰＥＣＶＤがＣＶＤの効率的な方法であるということは、証明されていない。英国特許出願 2192196 には、反応性プラズマガス中の材料の熱化学的表面処理のプロセスが記載されている。種々の外的要素の組み合わせが、処理済みの表面に得られる。この処理の後、物理的な成膜（ＰＶＤ）又は化学気相成長（ＣＶＤ）を用いて、処理済み表面上に層を成膜する。また、Thin Solid Films，Vol．230，No．2，10/08/93，Lausanne(CH)，p.115 -120; B．Kulakowska-Pawlak et al: "Spectroscopic investigations into pla sma used for nitriding processes of steel and titanium"（「スチール及びチタンの窒化処理に用いられるプラズマの分光調査」）には、直流、高周波、あるいはマイクロ波放電を用いて窒化することにより、スチール又はチタンの物品の表面処理を行うことが記載されている。その実験装置では、１５ｍｍの電極が使用されている。また、Thin Solid Films，Vol．139，No．3，02/06/86，Lausanne(CH)，p.247 -260; M.R．Hilton et al: "Composition，morphology and mechanical proper ties of plasma-assisted chemically vapour-deposited TiN films on M2 tool Steel"（「Ｍ２ツールスチール上にプラズマエンハンスド化学気相成長されたＴｉＮ膜の組成、形態、機械的特性」）には、ＣＶＤあるいはＰＶＤのいずれかを用いた窒化チタンコーティングの成膜方法が記載されている。その実験装置では、１インチ（２５．４ｍｍ）の電極間隔が用いられている。発明の開示本発明の目的は、約５００℃未満という低温においての薄膜の化学気相成長方法を提供することである。また、本発明の目的は、同一の装置内での異なる膜の化学気相成長を提供することである。これらの膜は、チタン、タングステン、及び／又は窒化チタンを含む。さらに、本発明の目的は、シリコン、アルミニウム、タングステン等の種々の基板上に、これらの膜を成膜すると共に、短絡の形成及び／又は望ましくない高抵抗膜の形成等、複数の層の成膜に関する一般的な問題の多くを回避する方法を提供することである。本発明の形態による基板への成膜方法は、基板表面から約２５ｍｍ内に、四ハロゲン化チタン及び水素からなる混合ガスの第１のプラズマを発生することにより、基板表面にチタン層を形成する工程と、チタン層から２５ｍｍ内に、アンモニア、窒素から選択されたガスから第２のプラズマを発生することにより、チタン層を窒化し、窒化チタン層を形成する工程とを有する。また、本発明の他の形態による基板への成膜方法は、アンモニア、窒素から選択されたガスから発生され、チタン表面から２５ｃｍ内に発生される第１のプラズマに、チタン表面をさらす工程と、表面から２５ｍｍ内に、四ハロゲン化チタンと、アンモニア、窒素から選択されたガスからなる混合ガスから第２のプラズマを発生する工程とを有する。本発明の目的及び利点は、基板表面に近接してプラスマが発生される基板上への膜のプラズマエンハンスド化学気相成長により得られる。基板表面から約１０ｃｍ内にプラズマを発生することにより、プラズマは、非常に効率的に、基板表面を所望の薄膜でコーティングするように作用する。具体的には、基板表面から２５ｍｍ内にプラズマを発生するシャワーヘッドＲＦ電極を用いることにより、種々の異なる膜の組み合わせが基板上に堆積することを可能にする、比較的低い温度での均一なプラズマを得ることができる。さらに、アンモニアプラズマによるアニールを行うことで、種々の異なる膜の成膜における融通性が得られる。これにより、シリコン表面上にチタンをＰＥＣＶＤで成膜し、アンモニアプラズマによってアニールされることができる珪化チタンを生成することができる。この後の窒化チタン層のＰＥＣＶＤも、すべて同一の反応器にて行うことができる。さらに、ＰＥＣＶＤを用いて、アルミニウム基板上にチタンを成膜し、アンモニアプラズマのアニールにより窒化することができる。これを、本発明のＰＥＣＶＤを用いて窒化チタンでコーティングすることもできる。説明からわかるように、これにより、１つの反応室内で基板上に多数のコーティングを行う方法が提供される。本発明の利点及び特徴を、添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。図面の簡単な説明図面は、本発明に用いられる反応装置の側面の断面図である。以下、本図面を参照して説明を行う。発明を実施するための最良の形態図面は、本発明を適用したＣＶＤ反応装置の１実施例を示す。同様の装置が、米国特許出願 Serial No．08/166,745 に開示されている。この装置を変形したものが、Joseph Hilman，Robert Foster，Rikhit Arora を発明者として、本出願と同日に出願された米国特許出願 "Method and Apparatus for Efficient CVD and PECVD Film"に開示されている。反応装置２０は成膜室２４を形成する成膜用のチャンバハウジング２２を備えている。反応装置２０、特にチャンバハウジング２２内の反応室２４の内部圧力は、排気により、例えば６６．７〜１３３３Ｎ／ｍ²（０．５〜１０Ｔｏｒｒ）等の種々の値に変更できる。サセプタ２６は、シャフト３０を介して変速モータ（図示せず）に連結され、サセプタ２６と基板２８が０〜２０００ｒｐｍの回転数で回転するように設計されている。また、サセプタ２６は、加熱素子（図示せず）に連結され、基板２８を２００〜８００℃に加熱する。チャンバハウジング２２のハウジングカバー３２からは、ガス分散シャワーヘッド３６に取り付けられたシリンダ機構３４が下方に垂設されている。ガス分散シャワーヘッド３６は、シリンダ機構３４により基板２８の上方に懸装されている。シリンダ機構３４は、ハウジングカバー３２に開設された開口部４２と共に、ハウジングカバー４６とガス分散シャワーヘッド３６との間にほぼ垂直な流路４４を形成する。ガス分散シャワーヘッド３６は、ハウジングカバー４６を貫通する好適なＲＦ電力供給器機構４０により、ＲＦ電源３８に接続されている。シーリング機構４９は、ＲＦ電力供給機構４０の周辺の開口部を密閉している。ＲＦ電力供給機構４０は、不要な熱を放散するヒートパイプ（図示せず）を有している。プラズマ及び反応ガスは、同心円状のガスリング５０、５２により流路４４内に導入される。同心円状のガスリング５０、５２は、流路４４の周辺にガスを均一に分散させる多数のガス分散孔５４を有している。ガスリング５０は導管５６を介してガス供給源に連結され、ガスリング５２は導管５８を介してガス供給源に連結されている。絶縁リング６２は、後述する理由により、シリンダ機構３４とガス分散シャワーヘッド３６を絶縁する。シリンダ機構３４が石英の場合、絶縁リング６２は不要である。反応装置２０の１実施例において、シリンダ機構３４は、接地ライン６１により接地されている。絶縁リング６２は、ガス分散シャワーヘッド３６の外径にほぼ等しい外径を有している。絶縁リング６２により、シリンダ機構３４とガス分散シャワーヘッド３６とは完全に絶縁されている。絶縁リング６２は、好ましくは、厚さ１．９ｃｍ（０．７５インチ）の石英からなる。ガス分散シャワーヘッド３６は、ほぼ円形であり、その全体にガス分散孔６３を有している。ガス分散シャワーヘッド３６の直径は、用いられるウェハのサイズにより異なる。ガス分散シャワーヘッド３６は、ガスを分散するため、通常２００〜１２００個、好ましくは３００〜６００個のガス分散孔６３を有している。シャワーヘッドのガス分散孔６３は、ガス分散孔６３内でのプラズマの発生を防止する大きさに形成されている。プラズマの発生を防止するには、０．１〜１ｍｍ程度の孔が好適である。好適なシャワーヘッドは、厚さが０．６４ｃｍで、０．８ｍｍの孔を６００個有する直径が１７．３ｃｍの円盤である。ガス分散シャワーヘッド３６は、石英製の絶縁リング６２にボルトあるいはネジ止めされている。ガス分散シャワーヘッド３６はステム６８を有している。ステム６８は、ガス分散シャワーヘッド３６に一体的に加工されており、ガス分散シャワーヘッド３６に接続するＲＦ電力供給機構４０の一部となっている。ステム６８を含むガス分散シャワーヘッド３６は、導電性の材料、好ましくはニッケル−２００よりなる。もちろん、他の導電性材料を用いてもよい。図に示すように、ガス分散シャワーヘッド３６は、シリンダ３４機構から完全に絶縁されている。ＣＶＤ反応ガスは、同心円状のガスリング５０、５２により流路４４の上部に導入される。ガスは、流路４４を通って下方向に流れ、この流速は流路４４を下るに従って変化する。さらに、この流速の変化は、流路４４の水平方向において異なる値に測定される。通常、ガスリング５０、５２近傍の流路の上流でのガスの流速は、流路４４の水平方向において等しい値をとる。しかし、ガスの流れがガス分散シャワーヘッド３６の上面３７に達したとき、ガスの流速は、流路４４のステム６８近傍の中央部の方が、流路４４のシリンダ６０の壁部近傍の側部よりも速い。ガス分散シャワーヘッド３６の表面近傍、すなわち流路４４の底部では、ガスの流速の特性は定常状態となる。反応ガスが、ガス分散シャワーヘッド３６のガス分散孔６３を通過すると、ガス分散シャワーヘッド３６の底面３９における流速は均一化され、ガス分散シャワーヘッド３６の中央部近傍の流速は、シャワーヘッド３６の周縁部での流速にほぼ等しくなる。本発明により、ガス分散シャワーヘッド３６と回転する基板２８との間隔を狭くしたことにより、基板２８の基板表面２９及び非常に薄い境界層上に、均一なガスの流れが得られる。好ましくは２５ｍｍ未満、より好ましくは２０ｍｍ程度になるような寸法で形成される。上述のように、シャワーヘッド／電極３６における圧力低下により、プラズマ及び反応ガスがガス分散孔６３を通過すると、その速度が横ばいになる。このことにより、基板２８の上方では混合ガスの速度は等しく、基板表面２９上の均一な堆積を促進する。シャワーヘッド／電極３６に対する周波数の範囲は、例えば、４５０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚである。しかしながら、本発明は、特に周波数に対して敏感ではない。基板２８に近接してシャワーヘッド／電極３６を用いることにより、基板表面２９付近に有効なガスラジカル及びイオンを高密度で有する、集中したプラズマが得られる。ＲＦシャワーヘッド／電極を用いた本発明の構成では、サセプタ２６を、２０００ｒｐｍ以上の回転速度で回転させることができるが、約１００ｒｐｍより高速で回転させると、顕著な促進が得られないことが判明した。しかしながら、回転速度が０ｒｐｍでは、成膜速度には大幅に影響しないものの、反応ガス及びプラズマガス流量の均一性や膜厚の均一性を低下させる。本発明のシャワーヘッド／電極３６は、プラズマエンハンスドＣＶＤのためのラジカル及びイオンを含むプラズマを発生させるので、シャワーヘッドの間隔や成膜パラメータは、基板表面２９にてラジカルとイオンの有効な混合ガスを達成するように選択されなければならない。基板２８に対するイオン衝突は、基板表面２９上への成膜に新たなエネルギを供給するため有用であるが、基板２８へのイオン衝突が多すぎると、基板上の集積回路素子に損傷を与えてしまう。また、イオンはコンタクトやビアの表面に付着する傾向があるため、高密度のイオンは、膜の適合性を低下させる。そして、廃棄ガスが排出口５３を介して反応室２４から排出される。サセプタ２６周辺のガスの流れを均一にするため、整流板２７が設けられてもよい。この反応装置２０は、チタン、タングステン、窒化チタン、珪化チタンのプラズマを用いた化学気相成長に有用であり、先に堆積させたチタン膜をアニールして、窒化チタンを形成するのに有用である。本発明は、これらの処理の組み合わせによるものである。実施例に用いた基板は、金属の導電体、コンタクト、絶縁層等によりコーティング、あるいは部分的にコーティングされた基板や、シリコン、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、あるいは石英からなる一般的なＩＣ基板である。本発明により、チタン膜を蒸着させるには、四塩化チタン等の四ハロゲン化チタンに水素を添加し、ガスリング５０、５２を介して導入する。本反応において、水素ガスを添加した四塩化チタンの流量は、約２〜約１００ＳＣＣＭ（通常約５ＳＣＣＭ）である。通常、水素ガスの流量は、四塩化チタンの流量の１０〜約３００倍である。また、アルゴンガスを用い、これにより水素ガスを部分的に放出０することもできる。基板が約３７５℃〜約８５０℃の温度に加熱された場合、これらの化合したガスのガス入口の温度は、約４００℃〜約８００℃に設定される。反応室の圧力は、０．１〜約２０Ｔｏｒｒであり、一般的には６６．７〜１３３３Ｎ／ｍ²（０．５〜１０Ｔｏｒｒ）である。これより高圧であると、プラズマは発生しない。ＲＦ電極は、約１００Ｗから、素子が損傷を受ける恐れのある約５ｋＷを上限として、その範囲内の電力で作動する。しかしながら、実用的な電力としては、約２５０Ｗで十分である。ＲＦ電極の周波数は、約５５ｋＨｚ〜約３３ＭＨｚに設定され、約１３．５６ＭＨｚが好適である。このような周波数は、Federal Co mmunication Commission（連邦通信委員会）により定められたもので、ほとんどの装置は、この周波数に設定されている。もちろん、この反応の最適化のために決定されたものではない。化合したガスは、シリンダ機構３４に投入され、シャワーヘッド／電極３６を通過する。そして、プラズマが発生され、チタンが基板２８上に堆積し、チタン層が形成される。水素は、ハロゲン化物、例えば塩化物と反応して塩化水素を生成し、この塩化水素は排気される。反応は継続し、所望の膜厚が得られるまでチタン膜を堆積させる。この膜厚は用途によって異なり、約１０ｎｍ（１００Å）〜約２０００ｎｍ（２００００Å）である。タングステンを用いる場合、反応ガスは、六フッ化タングステンや水素ガス等のハロゲン化タングステンを用いる。六フッ化タングステンが、この場合も水素ガスを添加して、導管５０、５２を介して、２〜約１００ＳＣＣＭ（好ましくは約５ＳＣＣＭ）の流量で導入される。また、圧力を維持するのにアルゴンも添加される。サセプタ２６の温度は、約３７５℃〜約８５０℃の範囲である。ここでも、ＲＦ電極は、チタン成膜における設定とほぼ同じ周波数及びワット数に設定する。そして、シャワーヘッド／電極３６の前段でプラズマが発生され、タングステンが回転する基板２８上に堆積しタングステン膜を形成する。タングステン膜は、所望の膜厚に堆積され、排気されるガスは、未反応の水素及びフッ化水素の化合物である。珪化チタンの形成については、ハロゲン化チタン、好ましくは四塩化チタンとシランとを反応させて珪化チタンと塩化水素を形成する。反応ガスが、ガスリング５０、５２を介してシリンダ機構３４内に投入され、シャワーヘッド／電極３６を通過する。電極は、１３．５６ＭＨｚにて、反応ガスからプラズマを発生する。プラズマは基板２８に接触し、基板２８の基板表面２９に珪化チタンを生成する。この反応の好ましい反応条件は、ＴｉＣｌ₄流量２〜１００ＳＣＣＭシラン流量２〜１００ＳＣＣＭ不活性ガス圧力維持に必要な量温度３７５℃〜８５０℃ 回転速度１００圧力６６．７〜２６６７Ｎ／ｍ² （０．５〜２０Ｔｏｒｒ）圧力を維持するために必要なだけ、アルゴン又はヘリウム等の不活性ガスが導入される。そして、四塩化チタンあるいは他のハロゲン化チタンを、アンモニア又は窒素と水素の化合物等の窒素源と反応させ、窒化チタンと副生成物としての塩化水素を生成することにより、窒化チタンが堆積される。ハロゲン化チタンの流量は、好ましくは約０．５〜約２０ＳＣＣＭである。窒素源の流量は１〜２００ＳＣＣＭで、水素、アルゴン又はヘリウムの流量は１〜５０００ＳＣＣＭである。これら全反応において、電極の電力及び周波数は、Ｔｉの成膜の際のパラメータと同じ範囲で設定でき、回転速度もほぼ同じである。この発明を適用した装置において行われ、この発明において有効に用いられる他の実施例の反応は、先に成膜したチタン膜の窒化である。この反応において、サセプタは先にチタン膜でコーティングされているが、そのチタン膜を窒化する必要がある。これは、表面をアンモニアプラズマと反応させることにより行われる。窒化ガスの流量は約１０ＳＣＣＭ〜約５０００ＳＣＣＭである。好ましくは、周波数は約４８０ｋＨｚである。反応温度は約６５０℃〜約３００℃であり、好ましい温度は５００℃末満、４００℃〜４５０℃である。圧力は、これら全反応において大気より低くなければならず、一般的には６６．７Ｎ／ｍ²（５００ｍＴｏｒｒ）〜約２６６７Ｎ／ｍ²（２０Ｔｏｒｒ）であり、好ましくは約１３３３Ｎ／ｍ²（１Ｔｏｒｒ）である。窒化反応において、反応時間は１分〜約１０分であり、好ましくは約５分である。これらの反応は、以下に説明する例により明らかになる。実施例１以下のような成膜条件のもと、４００℃程度の温度で窒化チタン層を基板ウェハ上に堆積させた。具体的には、窒化チタン層を、アンモニアガス（ＮＨ₃）と窒素ガス（Ｎ₂）を用いて堆積させた。そのパラメータを以下に示し、結果を表１に示す。表１の成膜パラメータＴｉＣｌ₄（ＳＣＣＭ）１０ＮＨ₃（ＳＣＣＭ）５００Ｎ₂（ＳＣＣＭ）５００ＲＦ電力（Ｗ）２５０＠４５０ｋＨｚ反応室内圧力（Ｔｏｒｒ）１＝１３３Ｎ／ｍ² サセプタ回転速度（ｒｐｍ）１００基板温度（℃）４００ウェハ１〜３はシリコンウェハであり、ウェハ４〜６は表面に酸化シリコンの薄い層を有する熱酸化ウェハである。この実験は、本発明のＣＶＤ処理がシリコンウェハと酸化ウェハの両方に広く適用されることを証明するものである。表１の各基板ウェハには、圧力６６６．６Ｎ／ｍ²（５Ｔｏｒｒ）、流量５０００ＳＣＣＭのＮＨ₃ガスを用い、１２０秒程度、２５０ＷのＲＦ電力で、アンモニアプラズマ（ＮＨ₃）によるアニールを行った。アニールの際のサセプタの回転速度は１００ｒｐｍ程度である。ＲＦによるＮＨ₂プラズマにより、以下に説明するように、成膜するＴｉＮ膜の膜質が向上する。本発明の原理において、ＲＦによりプラズマ電極として機能するシャワーヘッド機構は、アンモニアガス（ＮＨ₃）の代わりに窒素ガス（Ｎ₂）と水素ガス（Ｈ₂ ）の両方を用いて、基板上に窒化チタン（ＴｉＮ）層を成膜するために用いることもできる。種々の成膜の結果と、Ｈ₂とＮ₂を用いた低温ＴｉＮ成膜の成膜パラメータを、表２、３、４、５に示す。表番号順に、成膜温度を高くしている。表２の成膜パラメータＴｉＣｌ₄（ＳＣＣＭ）１０Ｈ₂（ＳＣＣＭ）５００Ｎ₂（ＳＣＣＭ）５００ＲＦ電力（Ｗ）２５０＠４５０ｋＨｚ反応室内圧力（Ｔｏｒｒ）１＝１３３Ｎ／ｍ² サセプタ回転速度（ｒｐｍ）１００基板温度（℃）４００成膜時間１８０（秒）表２のウェハ１と２はシリコンウェハであり、ウェハ３〜１０は熱酸化ウェハである。ウェハ６〜１０に対しては、ＮＨ₃の流量を５０００ＳＣＣＭとし、内部圧力を４００Ｎ／ｍ²（３Ｔｏｒｒ）（ウェハ６の場合、５Ｔｏｒｒ）、サセプタ回転速度を１００ｒｐｍとして、１２０秒間、２５０ＷのＲＦで発生させたプラズマによるアニールを行った。表３は、基板温度を４５０℃にし、表２の成膜実験で用いられたものと同じガス及び成膜パラメータを用いて成膜実験を行った結果を示す。ウェハ１と２はシリコンであり、ウェハ３〜８は熱酸化ウェハである。以下に示す結果は、表３のウェハ６〜８に、５０００ＳＣＣＭ、６６６．６Ｎ／ｍ²（５Ｔｏｒｒ）、サセプタ回転速度１００ｒｐm、電力２５０Ｗの条件で、１２０秒間、アンモニアプラズマによるアニールを行って得られたものである。低温によるＴｉＮの成膜を、５００℃の基板温度で繰り返し行い、その結果を以下の表４に示す。ウェハ１はシリコンであり、ウェハ２〜７は熱酸化ウェハである。表４のウェハ１〜４に対してはアニールを行わず、ウェハ５〜７に対しては、表３での成膜実験で用いたのと同様のＲＦによるアンモニアプラズマ及び同様のパラメータを用いて、アニールを行った。同様に、６００℃の基板温度で、本発明のＣＶＤ処理を用いてＴｉＮ成膜を行い、以下の表５に示すような結果を得た。ウェハ１と２はシリコンであり、ウェハ３〜８は熱酸化ウェハである。ここでも、表５のウェハ６〜８にに対しては、圧力６６６．６Ｎ／ｍ²（５Ｔｏｒｒ）ではなく１３３Ｎ／ｍ²（１Ｔｏｒｒ）としたこと以外は表３及び４のアニール工程と同様に、ＲＦによるＮＨ₃プラズマを用いてアニールを行った。したがって、本発明の低温ＣＶＤ処理を用いたＴｉＮ成膜は、従来の熱ＣＶＤに必要な温度より低い種々の温度で行われる。本発明により窒化チタンの成膜を行うことができるが、純チタン層を成膜させることが望まれる場合もある。例えば、チタン層をシリコン層上に堆積させ、このシリコンがチタンと反応して、珪化チタン膜（ＴｉＳｉ₂）を形成する。このため、本発明は、チタン層の成膜に用いることもできる。以下の表６には、熱酸化ウェハ上に８４％程度のチタンの膜を６５０℃で堆積させた成膜実験の結果及びパラメータを示す。これは、従来の、低温による化学気相成長に比べ、非常に良好な結果である。表６の成膜実験は、図２のシャワーヘッドをＲＦ電極とする機構を用いて、以下の成膜パラメータにより行われた。表６の成膜パラメータＴｉＣｌ₄（ＳＣＣＭ）１０Ｈ₂（ＳＣＣＭ）５００ＲＦ電力（Ｗ）２５０＠４５０ｋＨｚ反応室内圧力（Ｔｏｒｒ）１＝１３３Ｎ／ｍ² サセプタ回転速度（ｒｐｍ）１００成膜時間（秒）２７００基板温度（℃）６５０表６のウェハには、アニールを行わなかった。以下の表７のパラメータにより、さらにＴｉ層の成膜実験を行った。結果を以下の表７に示す。表７の成膜パラメータＴｉＣｌ₄（ＳＣＣＭ）１０Ｈ₂（ＳＣＣＭ）５００ＲＦ電力（Ｗ）２５０＠４５０ｋＨｚ反応室内圧力（Ｔｏｒｒ）０．８５＝１１３Ｎ／ｍ² サセプタ回転速度（ｒｐｍ）１００成膜時間（秒）１２０（ウェハ７については１８０秒）基板温度（℃）５６５サセプタ温度（℃）６５０チタン含有膜の化学気相成長の利点は、物理的な成膜に対し、ステップカバレージと膜の適合性を向上させる点であるため、本発明により成膜した膜のいくつかについて、適合性とステップカバレージを測定した。適合性とステップカバレージを測定した層は、以下の表８に示すパラメータにより成膜されたものである。以下のパラメータにより成膜した膜の適合性及びステップカバレージは非常に良好であった。適合性及びステップカバレージ測定のための表８の成膜実験の成膜パラメータＴｉＣｌ₄（ＳＣＣＭ）１０Ｈ₂（ＳＣＣＭ）５００Ｎ₂（ＳＣＣＭ）５００ＲＦ電力（Ｗ）２５０＠４５０ｋＨｚ反応室内圧力（Ｔｏｒｒ）１＝１３３Ｎ／ｍ² サセプタ回転速度（ｒｐｍ）１００基板温度（℃）４５０サセプタ温度（℃）５２０表８に示す、ステップカバレージを測定したウェハに対しては、ＲＦによるＮＨ₃を用いたアニールを行っていない。上述のように、本発明の原則に従って、アンモニアガス（ＮＨ₃）を用いずに、窒化チタン層（ＴｉＮ）を成膜してもよい。また、アンモニアガスの代わりに、Ｈ₂とＮ₂の混合ガスを用いることもできる。ＴｉＣｌ₄、Ｎ₂、Ｈ₂を用いた窒化チタンの低温による成膜は、ＴｉＣｌ₄とＮＨ₃を用いた化学反応により反応室内に形成される汚染物が低減されるため、望ましい。具体的には、ＴｉＣｌ₄は、１２０℃より低い温度でＮＨ₃と反応し、黄色の粉末状の副生成物を発生させる。この副生成物の発生を防止するため、従来では、反応室の壁部を少なくとも１５０℃に加熱する必要があった。しかし、ここでは、ＮＨ₃の代わりにＴｉＣｌ₄、Ｎ₂、Ｈ₂を用いて、窒化チタン層を低温で成膜することができるので、堆積した副生成物を除去したり、反応室の壁部を加熱したりする必要がなく、ＣＶＤ装置の大幅なコスト低減が可能になる。表９の成膜パラメータにより、壁部が加熱されない反応室とＨ₂とＮ₂の混合ガスを用いて、窒化チタン層をいくつかの熱酸化基板上に成膜した。成膜後、反応室を検査したが、黄色の副生成物は発見されなかった。表９のウェハに対しては、ＲＦを用いたＮＨ₃プラズマによるアニールを行っていない。表９の副生成物検査のパラメータＴｉＣｌ₄（ＳＣＣＭ）１０Ｎ₂（ＳＣＣＭ）５００Ｈ₂（ＳＣＣＭ）５００ＲＦ電力（Ｗ）２５０＠４５０ｋＨｚ反応室内圧力（Ｔｏｒｒ）１＝１３３Ｎ／ｍ² サセプタ回転速度（ｒｐｍ）１００基板温度（℃）４５０成膜時間（秒）９５サセプタ温度（℃）５２０程度さらに成膜実験を行った。ここでは、プラズマ及び反応ガスの流量を調整し、反応室４４の内部成膜圧力も調整した。例えば、表１０に示す成膜実験では、Ｈ₂ の流量を増加し、成膜圧力を１３３から６６６．６Ｎ／ｍ²（１Ｔｏｒｒから５Ｔｏｒｒ）に増加させた。また、成膜実験のいくつかには、Ｈ₂にアルゴンを混合した。表１０のパラメータＴｉＣｌ₄（ＳＣＣＭ）１０Ｈ₂（ＳＣＣＭ）２０００（ウェハ１〜４）１５００（ウェハ５〜９）アルゴン（ｓｌｍ）０．５（ウェハ５〜９）ＲＦ電力（Ｗ）２５０＠４５０ｋＨｚ反応室内圧力（Ｔｏｒｒ）５＝６６６．６Ｎ／ｍ² サセプタ回転速度（ｒｐｍ）１００基板温度（℃）５６５成膜時間（秒）３００（ウェハ９の場合６００）サセプタ温度（℃）６５０程度表１０において、Ｈ₂のフローを、ウェハ１〜４については２０００ＳＣＣＭ、ウェハ５〜９については１５００に増加させた。成膜圧力は、６６６．６Ｎ／ｍ²（５Ｔｏｒｒ）に増加した。ウェハ５〜９については、Ｈ₂を希釈ガスとして０．５ｓｌｍの流量のアルゴンを用いた。表１０において、ウェハ１、２及び５、６はシリコンであり、ウェハ３、４及び７〜９は熱酸化ウェハである。表１１には、Ｈ₂フローを増加させ、成膜圧力も増加させて行った実験の結果を示す。表１１の成膜パラメータＴｉＣｌ₄（ＳＣＣＭ）１０Ｈ₂（ＳＣＣＭ）１５００アルゴン（ｓｌｍ）０．５ＲＦ電力（Ｗ）２５０＠４５０ｋＨｚ反応室内圧力（Ｔｏｒｒ）５＝６６６．６Ｎ／ｍ² サセプタ回転速度（ｒｐｍ）１００成膜時間（秒）３００（ウェハ９〜１２の場合６００）基板温度（℃）５６５サセプタ温度（℃）６５０成膜圧力を１３３から６６６．６Ｎ／ｍ²（１Ｔｏｒｒから５Ｔｏｒｒ）に変化させたことにより、より安定的で対称的なプラズマが得られた。また、少量のアルゴンを加えた水素の流量を増加させることにより、プラズマの強度だけでなくプラズマの流れの安定性も向上した。アルゴンの流量は０〜１０ｓｌｍが好ましい。ウェハ１、２はシリコンであり、ウェハ３〜１０は熱酸化ウェハである。ウェハ１１と１２は、Thin Films，Inc.，Freemont，California から入手可能なボロホスホシリケートグラスからなる。表１０、１１のウェハには、ＮＨ₃プラズマによるアニールを行っていない。表１２は、サセプタ温度を４５０℃にしてさらに行った成膜実験を示す。表１２の成膜パラメータＴｉＣｌ₄（ＳＣＣＭ）５Ｈ₂（ＳＣＣＭ）１５００アルゴン（ｓｌｍ）０．３ＲＦ電力（Ｗ）２５０＠４５０ｋＨｚ反応室内圧力（Ｔｏｒｒ）５＝６６６．６Ｎ／ｍ² サセプタ回転速度（ｒｐｍ）１００基板温度（℃）４５０サセプタ温度（℃）４５０ウェハ１〜４はシリコンであり、ウェハ５は熱酸化ウェハであり、ウェハ６、７はアルミニウム、シリコン、銅を含むアルミ合金である。表１２の実験６、７は、本発明を用いてアルミニウム上にチタン含有膜をも成膜することができることを示している。表１２の成膜実験では、表１１の実験より低い反応ガス流量、すなわち、５ＳＣＣＭのＴｉＣｌ₄を用いた。表１３の成膜実験は、ＴｉＣｌ₄の流量をさらに低減して行ったものである。表１３のウェハはすべて、熱酸化ウェハである。表１２、１３のウェハには、ＲＦを用いたＮＨ₃によるアニールを行っていない。表１３の成膜パラメータＴｉＣｌ₄（ＳＣＣＭ）４（ウェハ１、２）３（ウェハ３、４）２（ウェハ５、６）１（ウェハ７）Ｈ₂（ＳＣＣＭ）１５００ＲＦ電力（Ｗ）２５０＠４５０ｋＨｚ反応室内圧力（Ｔｏｒｒ）５＝６６６．６Ｎ／ｍ² サセプタ回転速度（ｒｐｍ）１００成膜時間（秒）３００（ウェハ１の場合１８０、ウェハ２の場合２４０）基板温度（℃）４５０サセプタ温度（℃）４５０本発明によれば、基板上に多数の層を堆積する。タングステン、チタン、窒化チタン、珪化チタンの各層の成膜について上述した処理は、基板上に第１の層を成膜し、次いで、異なる第２の層を成膜するのに用いられる。第２の層は、上述の処理によって堆積する。最も良いのは、付加層を堆積することである。好適な場合には、アンモニアによるアニールを行う。ＰＥＣＶＤによりシリコン表面上にまずチタン層の堆積を行うことにより、コンタクト配線処理を用いることができる。チタン層の堆積後には、アンモニアプラズマによるアニールを行って、窒化された珪化チタンの上部層を形成する。そして、窒化チタン層を、同一の反応室内で、ＰＥＣＶＤにより成膜するが可能である。窒化チタンの成膜後、アルミニウム又はタングステン金属がスパッタリングによる堆積が行われる。この最後の成膜には、スパッタリング処理の手法を用いる別個の反応室が必要である。本発明には、通常用いられるスパッタリング処理チャンバであれば、いかなるものでも用いることができる。スパッタリング処理の方法は、当該分野の技術者にはよく知られており、本発明の構成要件ではない。また、本発明を用いて、アルミニウムによるコンタクトの保護層を形成することもできる。アルミニウムの配線上に窒化チタンを成膜すると、窒化アルミニウムが境界面に形成される。これは絶縁体であるため、１配線層から他の配線層への電流を妨害する。タングステンのビアプラグを形成するための付着層として、窒化チタンが必要になる。この問題を克服するため、上述のＰＥＣＶＤ処理を用いて、先に堆積させたアルミニウム層の上にチタン層を成膜する。そして、上述のように、チタン層にアンモニアプラズマによるアニールを行う。さらに、本発明のＰＥＣＶＤ処理を用いて、窒化チタンの厚い層を成膜することができる。したがって、成膜したチタン層がアルミニウム層を保護し、窒化チタンとの反応による窒化アルミニウムの生成を防止する。ここでも、先に２つのスパッタリング処理チャンバが必要であったのに対して、１つのチャンバ内ですべて行うことができる。これにより、単一の反応室によるＣＶＤ多重配線処理が可能になる。また、本発明を用いて、チタン膜上に窒化チタン膜を形成することもできる。上述のＰＥＣＶＤの方法により、どのような基板の上にもチタン膜を成膜させることができる。次に、上述ように、チタンにアンモニアプラズマによるアニールを行う。そして、本発明のＰＥＣＶＤの方法を用いて窒化チタンを成膜する。窒化されたチタン膜の上に窒化チタンを成膜する場合、２工程で行うことが好ましい。最初の工程では、四塩化チタンの消耗の際にチタンを成膜することができる。すなわち、四塩化チタンの流量を２０ＳＣＣＭ、アモニアの流量を約５００ＳＣＣＭ、希釈剤としての窒素を５リットル／分とする。約１０〜５０ｎｍ（１００〜５００Å）の窒化チタンの薄層を堆積させた後、四塩化チタンの流量を飽和状態、すなわち約８０ＳＣＣＭとし、アンモニアと窒素の流量はそのままにする。これを所望の厚さまで成膜することができ、適合性は約１００％である。本発明を実施例により説明し、実施例をかなりの詳細にわたって説明したが、本発明の範囲はそのような詳細に限定されるものではない。更なる利点及び変更は、当該分野の技術者にとっては明らかである。例えば、本発明の低温によるＣＶＤを用いて、ここで詳細に説明したチタン含有膜以外に、他の膜を成膜することもできる。さらに、Ｈ₂やＮ₂以外のガスの活性化ラジカルを用いて、成膜温度を低下させることもできる。請求の範囲１．基板上への窒化チタン膜の成膜方法であって、四ハロゲン化チタンと水素からなる混合ガスの第１のプラズマを基板から約２５ｍｍ内に発生させることにより、上記基板の表面にチタン層を形成する工程と、上記チタン層から２５ｍｍ内に、アンモニアと窒素から選択されたガスから第２のプラズマを発生させることにより、上記チタン層を窒化して、窒化チタン層を形成する工程と、を有することを特徴とする成膜方法。２．上記基板表面は、アルミニウム又はタングステン又はシリコンであることを特徴とする請求の範囲第１項記載の成膜方法。３．四ハロゲン化チタンと、アンモニアと窒素から選択されたガスからなる第２の混合ガスの、第３のプラズマを発生させることにより、上記窒化チタン層上に窒化チタン膜の層を成膜する工程を有することを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項記載の成膜方法。４．上記第３のプラズマは、上記窒化チタン層から２５ｍｍ内に生成されること特徴とする請求の範囲第３項記載の成膜方法。５．上記第１、第２、第３の各プラズマは、上記表面から２０ｍｍ内に生成されることを特徴とする請求の範囲第３項又は第４項記載の成膜方法。６．上記第１、第２、第３のプラズマは、上記表面から２５ｍｍ内に配置された金属シャワーヘッドで高周波電位を発生させることにより生成されることを特徴とする請求の範囲第３項乃至第５項のいずれか１項記載の成膜方法。７．上記第１の混合ガスは、１０体積％末満の四ハロゲン化チタンを含み、上記第２の混合ガスは、１０体積％より多く２０体積％までの四ハロゲン化チタン濃度を有することを特徴とする請求の範囲第３項乃至第６項のいずれか１項記載の成膜方法。８．上記窒化ガスはアンモニアであることを特徴する請求の範囲第１項乃至第７項のいずれか１項記載の成膜方法。９．基板上への窒化チタン膜の成膜方法であって、アンモニアと窒素から選択されるガスから発生され、チタン表面から２５ｃｍ内に生成される第１のプラズマに、上記チタン表面をさらす工程と、上記表面から２５ｍｍ内に、四ハロゲン化チタンと、アンモニアと窒素から選択されるガスとを含む混合ガスから、第２のプラズマを発生させる工程と、を有することを特徴とする成膜方法。１０．上記四ハロゲン化チタンは四塩化チタンであることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第９項のいずれか１項記載の成膜方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ【要約の続き】層を形成することができる。

Claims

【特許請求の範囲】１．基板上への窒化チタン膜の成膜方法であって、反応室において、四ハロゲン化チタンと水素からなる混合ガスのプラズマを基板表面から約２５ｍｍ内に発生させることにより、上記基板表面にチタン層を形成する工程と、上記反応室において、上記チタン層から２５ｍｍ内に、アンモニアと窒素から選択されるガスからプラズマを発生させることにより、上記チタン層を窒化して、窒化チタン層を形成する工程と、を有することを特徴とする成膜方法。２．上記基板表面は、アルミニウムであることを特徴とする請求の範囲第１項記載の成膜方法。３．上記基板表面は、チタンであることを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。４．上記反応室において、上記窒化チタンの第１の層から２５ｃｍ内に、四ハロゲン化チタンと、アンモニアと窒素から選択されるガスからなる第２の混合ガスからプラズマを発生させることにより、上記窒化チタン層上に窒化チタン層を成膜する工程を有することを特徴とする請求の範囲第１項記載の成膜方法。５．上記基板表面は、アルミニウムであることを特徴とする請求の範囲第４項記載の成膜方法。６．上記基板表面は、チタンであることを特徴とする請求の範囲第４項記載の成膜方法。７．チタン表面上への窒化チタン膜の成膜方法であって、上記チタン表面から２５ｃｍ内に、アンモニアと窒素から選択されるガスから生成された第１のプラズマに、上記チタン表面をさらす工程と、上記チタン表面から２５ｍｍ内に、四ハロゲン化チタンと、アンモニアと窒素から選択されるガスとを含む混合ガスから、第２のプラズマを発生させる工程と、を有することを特徴とする成膜方法。８．上記第１の混合ガスは約１０％の四ハロゲン化チタンを含み、約１００〜５００Åの窒化チタンが堆積し、上記混合ガスは、１０％乃至約２０％の範囲で四ハロゲン化チタン濃度を設定することを特徴とする請求の範囲第７項記載の成膜方法。９．シリコン表面への窒化チタン膜の成膜方法であって、シリコン表面から２５ｍｍ内に、四ハロゲン化チタンと水素からなる第１の混合ガスの第１のプラズマを生成することにより、上記シリコン表面上にチタン膜を成膜する工程と、上記成長膜から２５ｍｍ内に、アンモニアと窒素から選択される第２のガスの第２のプラズマを発生させることにより、上記成長膜を窒化する工程と、四塩化チタンと、アンモニアと窒素から選択されるガスとを含む第３のガスの第３のプラズマを発生させることにより、上記窒化された成長膜上に窒化チタン膜の層を成膜する工程と、を有することを特徴とする成膜方法。１０．上記四ハロゲン化チタンは四塩化チタンであることを特徴とする請求の範囲第９項記載の成膜方法。１１．上記第２のガスはアンモニアであることを特徴とする請求の範囲９記載の成膜方法。１２．上記第１、第２、第３の各プラズマは、上記表面から２０ｍｍ内に発生されることを特徴とする請求の範囲第９項記載の成膜方法。１３．上記第１、第２、第３のプラズマは、上記表面から２５ｍｍ内に配置された金属シャワーヘッドで高周波電位を発生させることにより発生されることを特徴とする請求の範囲第９項記載の成膜方法。