CN1777694A - 利用等离子体cvd的成膜方法以及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用等离子体CVD在被处理基板(W)上形成规定薄膜的成膜方法，该方法至少交替各进行一次所述第一以及第二工序。第一工序中，一边将含有薄膜成份的化合物气体和还原气体供给到收纳基板(W)的处理腔室(51)内，一边在处理腔室(51)内生成第一等离子体。第二工序中，继第一工序之后，一边将所述还原气体供给到处理腔室(51)内，一边在处理腔室(51)内生成第二等离子体。

Description

利用等离子体CVD的成膜方法以及装置
技术领域
本发明涉及利用等离子体CVD在被处理基板上形成规定薄膜的成膜方法以及装置，特别涉及在制造半导体装置的半导体处理中所利用的技术。此处，所谓的半导体处理是指通过以规定的图形在半导体晶片或LCD(Liquid crystal display)或FPD(Flat Panel Display)用的玻璃基板等被处理基板上形成半导体层、绝缘层、导电层等、为了在该被处理基板上制造含有半导体装置或与半导体装置连接的配线、电极等的构造物而实施的各种处理。
背景技术
关于半导体装置的制造，为适应最近的高密度化以及高集成化的要求，有使电路结构成为多层配线构造的倾向。因此，作为半导体基板和配线层的连接部位的接触孔或、作为上下配线层之间的连接部位的通孔等用于层间电连接的嵌入技术变得十分重要。
作为这样的嵌入到接触孔或通孔的连接塞的材料，通常使用Al(铝)或W(钨)或以它们为主的合金。这时，金属或合金制的连接塞和作为基底的Si基板或多晶Si(poly-Si)层之间有必要形成良好的接触。因此，在嵌入连接塞之前，在孔内面上形成Ti膜，而且还形成TiN膜以作为阻挡层。
作为形成这样的Ti膜或TiN膜的方法，目前可以使用PVD(Physical Vapor Deposition)、典型的为溅射成膜法。但是，使用PVD时，为适应近年来装置的微细化以及高集成化而难以达成高覆盖性。即，近年来，设计规则变的严格起来，随之，线宽或孔的开口直径变地更小，因此，孔具有高纵横比。
因此，用可以期待形成更良质的膜的化学蒸镀(CVD)法形成这些Ti膜以及TiN膜。用CVD形成Ti类的膜时，通过基座(载置台)加热半导体晶片，另一方面，供给TiCl4(四氯化钛)作为成膜气体。形成Ti膜时，使TiCl4和H2(氢)反应。形成TiN膜时，使TiCl4和NH3(氨)反应。
使用这样的TiCl4的CVD成膜的问题点是膜中残留有氯、膜的比电阻有时变大。特别是近期指向低温成膜(例如，如后述的那样，基底为NiSi层时)，处理温度低时，膜中的氯浓度变地更高。
对于这样残留氯的问题，特开平11-172438号公报开示了：形成TiN膜时、按顺序反复进行下述四个工序的技术。(1)供给TiCl4气体；(2)停止供给TiCl4气体、供给净化气体、除去TiCl4气体；(3)停止供给净化气体、供给NH3气体；(4)停止供给NH3气体、供给净化气体、除去NH3。如果通过该技术，可以使残留氯变少的同时，在更低温下的成膜成为可能。
相对于此，Ti膜的情况是，因为用等离子体CVD形成，所以通常认为交替地进行这样的气体切换时，难以维持保持适合于传送阻抗的匹配状态的等离子体。因此，成膜Ti膜时，为了解除残留氯的问题，不使用成膜所述TiN膜时使用的方法。取而代之，成膜Ti膜时，通过在600℃以上的比较高温下同时流进TiCl4和H2进行成膜，解除残留氯的问题。
近年来，从装置高速化的观点考虑，作为接触基底，正在使用接触特性良好的CoSi或NiSi等硅化物代替Si。其中，NiSi作为以精密的设计规则(65nm世代)而制成的器件的接触的基底而倍受注目。
但是，NiSi耐热性差，在其上面用CVD形成Ti膜时，有必要使成膜温度为450℃左右的低温。在这样的低温下，用目前的方法难以形成Ti膜，即使能成膜，残留氯浓度也高，膜质差。另外，450℃左右的低温下形成Ti膜后，在其上面形成TiN膜时，这些膜之间产生膜的剥落。
另外，形成Ti膜时，预先也在作为气体吐出部件的浇淋头上形成Ti膜作为预涂层。低温成膜时，因为载置晶片的基座的温度低，所以与基座相对设置的气体吐出用浇淋头的温度也变低，对浇淋头不能形成稳定的Ti膜。因此，Ti膜剥落，Ti膜的膜 质降低。
发明内容
本发明的目的在于提供可以低温成膜而且即使低温成膜也可以降低膜中的残留物的、利用等离子体CVD的成膜方法以及装置。
本发明的其它目的在于提供形成Ti膜后、在其上面形成TiN膜时、即使Ti膜是低温成膜、它们之间也不发生膜剥落、利用等离子体CVD的成膜方法以及装置。
本发明的第一观点：是利用等离子体CVD在被处理基板上形成规定薄膜的成膜方法，该成膜方法包括
一边将含有所述薄膜成份的化合物气体和还原气体供给到收纳所述基板的处理腔室内，一边在所述处理腔室内生成第一等离子体的第一工序；和
继所述第一工序之后，一边将所述还原气体供给到所述处理腔室内，一边在所述处理腔室内生成第二等离子体的第二工序，
至少各交替进行一次所述第一以及第二工序。
本发明的第二观点：是利用等离子体CVD在被处理基板上形成Ti膜的成膜方法，该成膜方法包括
一边将Ti化合物气体和还原气体供给到收纳所述基板的处理腔室内，一边在所述处理腔室内生成第一等离子体的第一工序；和
继所述第一工序之后，停止供给所述Ti化合物气体的同时，一边将所述还原气体供给到所述处理腔室内，一边在所述处理腔室内生成第二等离子体的第二工序，
至少各交替进行一次所述第一以及第二工序。
本发明的第三观点：是利用等离子体CVD在被处理基板上形成Ti膜或Ti/TiN膜的成膜方法，该成膜方法包括
一边将Ti化合物气体和还原气体供给到收纳所述基板的处理腔室内，一边在所述处理腔室内生成第一等离子体的第一工序；和
继所述第一工序之后，停止供给所述Ti化合物气体的同时，一边将所述还原气体和含有N以及H的气体供给到所述处理腔室内，一边在所述处理腔室内生成第二等离子体的第二工序，
至少各交替进行一次所述第一以及第二工序。
本发明的第四观点：是利用等离子体CVD在被处理基板上形成Ti膜/TiN膜的成膜方法，该成膜方法包括：
形成Ti膜的第一阶段，所述第一阶段包括：
一边将Ti化合物气体和还原气体供给到收纳所述基板的第一处理腔室内，一边在所述第一处理腔室内生成第一等离子体的第一工序；和
继所述第一工序之后，停止供给所述Ti化合物气体的同时，一边将所述还原气体供给到所述第一处理腔室内，一边在所述第一处理腔室内生成第二等离子体的第二工序，
至少各交替进行一次所述第一以及第二工序，以及
继所述第一阶段之后形成TiN膜的第二阶段，所述第二阶段包括：
一边将Ti化合物气体和还原气体供给到收纳所述基板的第二处理腔室内，一边在所述第二处理腔室内生成第三等离子体的第三工序；和
继所述第三工序之后，停止供给所述Ti化合物气体的同时，一边将所述还原气体和含有N以及H的气体供给到所述第二处理腔室内，一边在所述第二处理腔室内生成第四等离子体的第四工序，
至少各交替进行一次所述第三以及第四工序。
本发明的第5观点：是利用等离子体CVD在被处理基板上形成Ti膜/TiN膜的成膜方法，该成膜方法包括：
形成Ti膜的第一阶段，所述第一阶段包括
一边将Ti化合物气体和还原气体供给到收纳所述基板的第一处理腔室内，一边在所述第一处理腔室内生成第一等离子体的第一工序；和
继所述第一工序之后，停止供给所述Ti化合物气体的同时，一边将所述还原气体供给到所述第一处理腔室内，一边在所述第一处理腔室内生成第二等离子体的第二工序，
至少各交替进行一次所述第一以及第二工序，以及
继所述第一阶段之后，将Ti化合物气体和含有N以及H的气体供给到收纳所述基板的第二处理腔室内，在所述Ti膜上形成TiN膜的第二阶段。
本发明的第六观点：是利用等离子体CVD在被处理基板上形成Ti膜/TiN膜的成膜方法，该成膜方法包括：
形成Ti膜的第一阶段，
所述第一阶段包括：
一边将Ti化合物气体和还原气体供给到收纳所述基板的第一处理腔室内，一边在所述第一处理腔室内生成第一等离子体的第一工序；和
继所述第一工序之后，停止供给所述Ti化合物气体的同时，一边将所述还原气体和含有N以及H的气体供给到所述第一处理腔室内，一边在所述第一处理腔室内生成第二等离子体的第二工序，
至少各交替进行一次所述第一以及第二工序，以及
继所述第一阶段之后，将Ti化合物气体和含有N以及H的气体供给到收纳所述基板的第二处理腔室内，在所述Ti膜上形成TiN膜的第二阶段。
本发明的第七观点：是利用等离子体CVD在被处理基板上形成规定薄膜的成膜装置，该成膜装置包括
收容被处理基板的处理腔室；
在所述处理腔室内载置所述基板的载置台；
将含有所述薄膜成份的化合物气体和还原气体供给到所述处理腔室内的气体供给机构；
在所述处理腔室内生成等离子体用的一对电极；
将高频电力供给到所述一对电极的至少一方的高频电源；
使等离子阻抗与传送路阻抗匹配的电子匹配式匹配网；
转换所述化合物气体以及所述还原气体的开/关的闸阀组；和
通过控制所述高频电源以及所述闸阀组，至少各交替进行一次：将所述化合物气体和所述还原气体供给到所述处理腔室内，在所述处理腔室内生成第一等离子体的第一工序，和继所述第一工序之后将所述还原气体供给到所述处理腔室内而在所述处理腔室内生成第二等离子体的第二工序的控制系统。
附图说明
图1是表示配备有本发明实施方式的Ti膜的成膜装置的多腔室型的成膜系统的概略构成图。
图2是表示形成Ti/TiN膜的半导体装置的通孔部分的截面图。
图3是表示配备于图1所示的成膜系统的预清洗装置的截面图。
图4是表示配备于图1所示的成膜系统的本发明实施方式的Ti膜的成膜装置的截面图。
图5是表示有和没有浇淋头的温度控制时、成膜时的基座温度和Ti膜的比电阻值的关系的曲线图。
图6是表示本发明的实施方式1的Ti膜的成膜方法中气体供给以及高频电力供给的时间的时序图。
图7是表示涉及实施方式1的Ti膜的成膜方法的效果的图。
图8是表示涉及本发明的实施方式2的Ti膜的成膜方法中气体供给以及高频电力供给的时间的时序图。
图9是表示涉及实施方式2的Ti膜的成膜方法的效果的图。
图10是表示配备于图1所示的成膜系统的TiN膜的成膜装置的截面图。
图11是表示涉及本发明的实施方式4的TiN膜的成膜方法中气体供给的时间的时序图。
图12是表示基于本发明的实施方式、用同一装置形成Ti/TiN膜时、气体供给以及高频电力供给的时间的时序图。
图13是表示实验中Ti膜的成膜条件的图。
图14是表示实验中TiN膜的成膜条件的图。
图15是表示在SiO2上形成Ti膜时的浇淋头的温度和Ti膜的比电阻值的关系的图。
图16是表示在Si上形成Ti膜时的浇淋头的温度和Ti膜的比电阻值的关系的图。
具体实施方式
以下，基于本发明的实施方式，参照图面进行说明。另外，在以下的说明中，关于具有大约相同机能以及构成的构成要素，附与同一符号，只在必要时进行重复说明。
图1是表示配备涉及本发明实施方式的Ti膜的成膜装置的多腔室(multi-chamber)型的成膜系统的概略构成图。
如图1所示，成膜系统100具有成为六角形的晶片搬送室1。在搬送室1的四个边上分别形成连接规定的处理装置的连接口1a、1b、1c、1d。连接口1a上连接了除去作为被处理基板的半导体晶片W上(基底的表面上)的自然氧化膜的预清洗装置2。连接口1b上连接了通过等离子体CVD形成Ti膜的Ti膜的成膜装置3。连接口1c上连接了用热CVD形成TiN膜的TiN膜的成膜装置4。连接口1d上没有连接处理装置，但根据必要可以连接适宜的处理装置5。
搬送室1的其它两边分别配设了负载锁定室6、7。通过这些负载锁定室6、7，晶片I/O(IN/OUT)室8与搬送室1连接。在与负载锁定室6、7相反的一侧，在I/O室8上形成了安装可收容晶片W的三个晶片盒(FOUP)F的口9、10、11。
预清洗装置2、Ti膜的成膜装置3、TiN膜的成膜装置4以及负载锁定室6、7如图1所示，通过闸阀G连接到搬送室1上。它们通过开放闸阀G与搬送室1连通，通过关闭各闸阀G与搬送室1截断。在负载锁定室6、7的与I/O室8连接的部分也配设了闸阀G。负载锁定室6、7通过开放闸阀G与I/O室8连通，通过关闭闸阀G与I/O室8截断。
搬送室1内配设了向预清洗装置2、Ti膜的成膜装置3、TiN膜的成膜装置4以及负载锁定室6、7进行晶片W搬入搬出的晶片搬送装置12。搬送装置12被配设在搬送室1的大约中央位置，在可以旋转以及伸缩的两个臂部13前端分别具有保持晶片W的夹持器14a、14b。两个夹持器14a、14b以相互对向的方式被安装在臂部13上。另外，搬送室1内保持了规定的真空度。
I/O室8的顶部配设的HEPA过滤器(没有图示)，通过HEPA过滤器的空气以下向流动(down flow)状态被供给到I/O室8内。晶片W的搬入搬出在大气压的清净空气环境进行。用于安装晶片盒F的I/O室8的三个口9、10、11上分别配设了遮挡板(没有图示)。这些口9、10、11上直接安装了收容有晶片W的晶片盒或空的晶片盒，这时，遮挡板打开在防止外气的入侵的同时也确定连通了晶片盒F和I/O室8。另外，I/O室8的侧面上配设了用于对准晶片W的对准容器15。
I/O室8内配设了向晶片盒F以及负载锁定室6、7搬入搬出晶片W的晶片搬送装置16。搬送装置16包括在其前端具有夹持器17的多关节臂构造。搬送装置16可以在轨道18上沿晶片盒F的排列方向行走，在其前端的夹持器17上载置晶片W并进行搬送。
搬送装置12、16的动作等、系统全体的控制通过控制部19进行。
在这样的成膜系统100中，首先，通过I/O室8内的搬送装置16，从任何一个晶片盒F中取出一块晶片W。这时，I/O室8内保持大气压的清净空气环境。接着，将晶片W搬入到对准容器15内，进行晶片W的位置匹配。接着，将晶片W搬入到负载锁定室6、7的任一个中。在对该负载锁定室内进行真空抽取后，通过搬送室1内的搬送装置12取出负载锁定室内的晶片。
接着，将晶片W搬入到预清洗装置2内并除去基底表面的自然氧化膜。接着，将晶片W搬入到Ti膜的成膜装置3内并进行Ti膜的成膜。接着，继续将Ti膜成膜后的晶片W搬入到TiN膜的成膜装置4内并进行TiN膜的成膜。即，在成膜系统100内，在不破坏真空(不从真空环境内取出晶片W)的条件下进行自然氧化膜除去、Ti膜的成膜、TiN膜的成膜。
成膜后，通过搬送装置12将晶片W搬入到负载锁定室6、7的任一个中。该负载锁定室内回复到大气压后，通过I/O室8内的搬送装置16取出负载锁定室内的晶片W，收容到晶片盒F的任一个内。对1批次的晶片W进行这样的操作，结束1批次的处理。
图2是表示通过这样的成膜处理形成Ti/TiN膜的半导体装置的通孔部分的截面图。
图2中，基板导电层20(基底)的表面上形成NiSi层20a。在导电层20上配设层间绝缘膜21，此处，形成到达导电层20的通孔22。通孔22的内面上形成作为接触层的Ti膜23以及作为阻挡层的TiN膜24。关于图2图示的构造，还通过其它装置进行Al或W的成膜，进行接触孔22的嵌入(连接塞的形成)以及配线层的形成。
如所述的那样，基底是NiSi层时，因为NiSi耐热性差，所以有必要降低成膜温度。但是，成膜温度低时，产生膜中的残留氯浓度高、膜质变差或Ti膜和TiN膜之间产生膜剥离等问题。与此相对，如果通过后述的涉及本发明的实施方式的成膜方法，即使在低的成膜温度下也可以解除这样的问题。另外，基底是除NiSi以外的层，例如在多晶Si层、CoSi这样的其它金属硅化物层、电容器绝缘膜、低k膜、Al膜上成膜，如果通过涉及后述的本发明的实施方式的成膜方法，就可以提高Ti膜以及/或者TiN膜的膜质。
图3是表示配备于图1所示的成膜系统100的预清洗装置2的截面图。
预清洗装置2由感应耦合等离子体(ICP)方式的装置构成。装置2是为了除去成为基底的多晶Si或硅化物的自然氧化膜而被使用的。如图3所示，装置2包括近似圆筒状的腔室31和、位于腔室31的上方并与腔室31相连续连接而设计的近似圆筒状的钟形罩32。为了水平支持作为被处理基板的晶片W，腔室31内配设了例如由AlN等陶瓷构成的基座33。基座33被支持在圆筒状的支持部件34上。
基座33的外缘部配设了夹紧晶片W的夹紧装置35。基座33内埋设了用于加热晶片W的加热器36。加热器36通过由电源39供给电，将晶片W加热到规定温度。另外，基座33内埋设了将钼线等织成网状而构成的电极45。电极45与为了施加偏压的高频电源46连接。
钟形罩32例如用石英、陶瓷材料等电绝缘材料形成。在钟形罩32周围，缠绕线圈37作为天线部件。高频电源38与线圈37连接。高频电源38具有300kHz～600MHz、优选为450kHz的频数。通过将高频电力从高频电源38供给到线圈37，在钟形罩32内形成感应磁场。
气体供给机构40是为了将处理气体导入到腔室31内而被使用的。气体供给机构40包括规定气体的气体供给源、来自各气体供给源的配管、开关阀以及用于控制流量的流量控制器(任一个都没有图示)。腔室31的侧壁配设了气体导入喷嘴42。从气体供给机构40延伸的配管41被连接在气体导入喷嘴42上，规定气体通过气体导入喷嘴42被导入到腔室31内。另外，各配管的阀门以及流量控制器通过控制器(没有图示)控制。
作为处理气体来说，例示Ar、Ne、He，可以分别单独使用。另外，既可以是Ar、Ne、He的任一个与H2合用也可以是Ar、Ne、He的任一个与NF3合用。其中，优选为Ar单独使用、Ar+H2。
排气管43被连接在腔室31的底壁。包括真空泵的排气装置44被连接在排气管43上。通过操作排气装置44，腔室31以及钟形罩32被减压到规定的真空度。腔室31的侧壁通过闸阀G被连接到搬送室1上。
在这样构成的预清洗装置2中，打开闸阀G，将晶片W搬入到腔室31内。将晶片W载置在基座33上并通过夹紧装置35夹紧。接着，关闭闸阀G，通过排气装置44，腔室31以及钟形罩32内排气并成为规定的减压状态。接着，通过气体导入喷嘴42将规定的气体例如Ar气体或Ar气体以及H2气体从气体供给机构40导入到腔室31内。同时，通过将高频电力从高频电源38供给到线圈37并在钟形罩32内形成感应磁场，生成感应耦合等离子体。另一方面，将高频电力从高频电源46供给到基座33内，将离子引进到晶片W上。
这样，使感应耦合等离子体作用于晶片W，除去在基底导电性层的表面上形成的自然氧化膜。这时，因为感应耦合等离子体是高密度，所以以低能量不会对基底造成破坏，还可以有效地除去自然氧化膜。作为不破坏基底的低能量等离子体源，可以使用远程等离子体系统、微波等离子体系统。
图4是表示配备于图1所示的成膜系统100的涉及本发明实施方式的Ti膜的成膜装置3的截面图。
Ti膜的成膜装置3具有气密构成的略圆筒状的腔室51。为了水平支持被处理基板-晶片W，腔室51内配设了基座52。基座52通过设计在其中央下部的圆筒状的支持部件53被支持。基座52由AlN等陶瓷构成，其外缘部配设了用于引导晶片W的引导环54。基座52内埋入了加热器55。加热器55通过由电源56给电将被处理基板-晶片W加热到规定温度。基座52内的加热器55上埋设了作为下部电极机能的电极58。
腔室51的顶壁51a通过绝缘部件59配设了浇淋头60。浇淋头60由上段块体60a、中段块体60b、下段块体60c构成。下段块体60c的外周附近埋设了成为环状的加热器96。加热器96通过电源97给电，将浇淋头60加热到规定温度。
下段块体60c上交替形成吐出气体的吐出孔67和68。上段块体60a的上面上形成第一气体导入口61和第二气体导入口62。上段块体60a内，由第一气体导入口61分岐为多个气体通路63。中段块体60b内形成气体通路65。气体通路63通过水平延伸的连通路63a与这些气体通路65连通。气体通路65与下段块体60c的吐出孔67连通。
上段块体60a内，由第二气体导入口62分岐为多条气体通路64。中段块体60b内形成气体通路66，气体通路64与这些气体通路66连通。气体通路66被连接在中段块体60b内水平延伸的连通路66a上。连通路66a与下段块体60c的多个吐出孔68连通。第一以及第二气体导入口61、62分别被连接在后述的气体供给机构70的气体管路78、80上。
气体供给机构70包括ClF3气体供给源71、TiCl4气体供给源72、第一Ar气体供给源73、H2气体供给源74、NH3气体供给源75以及第二Ar气体供给源76。气体供给源71与气体供给线路77连通并供给净化气体-ClF3气体。气体供给源72与气体供给线路78连通并供给含有Ti的气体TiCl4气体。气体供给源73与气体供给线路79连通并供给Ar气体。气体供给源74与气体供给线路80连通并供给还原气体-H2气体。气体供给源75与气体供给线路80a连通并供给氮化气体-NH3气体。气体供给源76与气体供给线路80b连通并供给Ar气体。气体供给机构70也有N2气体供给源(没有图示)。各气体供给线路中配设了流量控制器82以及夹住它的两个阀81。
第一气体导入口61上连接了由气体供给源72延伸的TiCl4气体供给线路78。TiCl4气体供给线路78上连接了由气体供给源71延伸的ClF3气体供给线路77以及由气体供给源73延伸的第一Ar气体供给线路79。第二气体导入口62上连接了由气体供给源74延伸的H2气体供给线路80。H2气体供给线路80上连接了由气体供给源75延伸的NH3气体供给线路80a以及由气体供给源76延伸的第二Ar气体供给线路80b。
因此，工序进行时，来自气体供给源72的TiCl4气体与来自气体供给源73的Ar气体一起被导入到TiCl4气体供给线路78内。该混合气体从浇淋头60的第一气体导入口61到达浇淋头60内，经过气体通路63、65，从吐出孔67被吐出到腔室51内。另一方面，来自气体供给源74的还原气体-H2气体与来自气体供给源76的Ar气体一起被导入到H2气体供给线路80内。该混合气体从浇淋头60的第二气体导入口62到达浇淋头60内，经过气体通路64、66，从吐出孔68被吐出到腔室51内。
即，浇淋头60形成TiCl4气体和H2气体完全独立并被供给到腔室51内的后混合类型。TiCl4气体和H2气体吐出后被混合并进行反应。另外，进行氮化处理时，来自气体供给源75的NH3气体与H2气体以及Ar气体同时流到还原气体-H2气体的管路80内。该混合气体从第二气体导入口62导入到浇淋头60内，从吐出口68吐出。各气体阀81以及流量控制器82通过控制器98被控制，交替地进行后述那样的气体供给。
浇淋头60与传送路83连接。传送路83通过电子匹配式匹配网100与高频电源84连接。成膜时，高频电力通过传送路83由高频电源84被供给到浇淋头60内。通过从高频电源84供给高频电力，在浇淋头60以及电极58之间产生高频电场。由此，等离子体化供给到腔室51内的气体，形成Ti膜。控制器106被连接在传送路83上。控制器106通过传送路83检测出来自在腔室51内生成的等离子体的反射波，以来自等离子体的反射波成为零或最小的方式，控制电子匹配式匹配网100。作为高频电源84来说，使用频数为400kHz～13.56Mkz的电源。
电子匹配式匹配网100与通常的匹配网一样具有电容器101和两个线圈102、104。两个线圈102、104分别通过电改变来自诱导线圈103以及105的磁场，可以改变电抗。即，电子匹配式匹配网100不存在通常的匹配网那样的机械的可动部。因此，对等离子体的追随极快，可以用0.5sec左右和通常的匹配网的1/10左右的时间作为稳定状态。因此，适合一边形成后述那样的等离子体一边交替供给气体的情况。
在腔室51的底壁51b的中央部上形成圆形的穴85。底壁51b上配设了以覆盖穴85的方式向下突出的排气室86。排气管87被连接在排气室86的侧面，排气装置88被连接在排气管87上。通过操作排气装置88，可以将腔室51内减压到规定的真空度。
基座52内配设了用于支持晶片W并使之升降的三个(只图示了两个)晶片支持柱89。支持柱89被固定在支持板90上而且相对基座52的表面可突出缩进。支持柱89利用汽缸等驱动机构91通过支持板90被升降。腔室51的侧壁上配设了用于在与搬送室1之间搬入搬出晶片W的搬入搬出口92和开闭搬入搬出口92的闸阀G。
接着，说明关于使用这样的装置的Ti膜的成膜方法。
首先，排气腔室51，使压力为667Pa。通过加热器55使基座52加热到350～700℃。通过加热器96，使浇淋头60加热到450℃以上的温度，例如为470～490℃左右。
该状态下，将TiCl4气体以及Ar气体从气体供给源72、73供给到第一气体导入口61，从气体吐出孔67吐出。另外，将H2气体以及Ar气体从气体供给源74、76供给到第二气体导入口62，从气体吐出孔68吐出。同时，从高频电源84将高频电力施加在浇淋头60上。由此，在腔室51内形成这些气体的等离子体，在腔室51的内壁以及浇淋头60等腔室内部件上预涂布Ti膜。
这时的气体流量为TiCl4气体：0.001～0.03L/min(1～30sccm)、H2气体：0.5～5L/min(500～5000sccm)、Ar气体：0.3～3.0L/min(300～3000sccm)左右。腔室51内的压力为66.6～1333Pa左右，优选为133.3～666.5Pa左右。另外，高频电源84的功率为200～2000W左右，优选为500～1500W左右。
接着，基座52以及浇淋头60的温度维持原来的状态，打开闸阀G。于是，通过搬送装置12的夹持器14a或14b，经过搬入搬出口92，将晶片W从真空状态的搬送室1搬入到腔室51内，载置在从基座52突出的支持柱89上。夹持器14a或14b返回到搬送室1，关闭闸阀G，使支持柱89下降，将晶片W载置于基座52上。
在该状态下，对晶片W开始进行Ti膜的成膜。关于这一点，目前技术中，浇淋头60没有加热器，浇淋头60通过基座52被间接加热。这时，为了确保预涂层在浇淋头60上的Ti膜没有剥落的450℃以上，有必要使基座52的温度为550℃以上左右。该条件在基底为Si或CoSi层时，没有问题。但是，基底是NiSi层时，因为成膜温度限制在为450～500℃左右，所以不能适用目前的CVD-Ti膜的成膜条件。另外，还考虑到在低k膜以及Al膜上进行Ti膜的成膜，这时，成膜温度仍有必要在500℃以下。
相对于此，涉及本发明的实施方式的Ti膜的成膜装置3中，通过加热器96加热浇淋头60。因此，与基座52的温度无关，可以使浇淋头60温度为不产生膜剥离的440℃以上。因此，即使基底是NiSi或低k膜等的比500℃低的低温成膜必要的材料，在浇淋头60上也不发生膜剥离，可以形成Ti膜。因此，可以形成比电阻低、膜质良好的Ti膜。
图5是表示有和没有浇淋头60的温度控制时、成膜时的基座温度和Ti膜的比电阻值的关系的曲线图。该实验中，浇淋头60的温度控制通过浇淋头60内的加热器96的加热达到450℃以上。另外，作为形成Ti膜的基底，使用SiO2膜。如图5所示，通过利用加热器96控制浇淋头60的温度为450℃以上，确认形成比电阻低的良质的Ti膜。
图15是表示在SiO2上形成Ti膜时的、浇淋头60的温度和Ti膜的比电阻值的关系的图。图16是表示在Si上形成Ti膜时的、浇淋头60的温度和Ti膜的比电阻值的关系的图。图15以及图16中，左纵轴表示比电阻值的平均值RsAve(ohm)，右纵轴表示比电阻值的面内均一性RSUni(％：1σ)。该实验中，基座52的温度为600℃。浇淋头60的表面温度使之变化为三个不同的温度416.6℃、464.3℃、474.9℃。如图15以及图16所示，通过控制浇淋头60的温度为440℃以上、优选为460℃以上，确认形成比电阻低且面内均一性高的Ti膜。
实际的Ti膜的成膜是在如所述那样将晶片W载置在基座52上后、通过以下说明的实施方式1及2实施。
图6是表示涉及本发明的实施方式1的Ti膜的成膜方法中气体供给以及高频电力供给的时间安排的时序图。
此处，维持加热器55以及加热器96与预涂层时同样的条件。该状态下，如图6的时序图所示，最初，从高频电源84将高频电力施加在浇淋头60上。与此同时，分别从气体供给源72、73、74、76供给TiCl4气体、Ar气体、H2气体、Ar气体。由此，进行生成这些气体的等离子体(第一等离子体)，对它们维持1～20秒、优选为2～10秒的第一工序。
接着，只停止TiCl4气体，高频电力以及Ar气体、H2气体维持原状。由此，进行2～60秒、优选为5～40秒的利用Ar气体、H2气体的等离子体(第二等离子体)的还原处理的第二工序。优选为第二等离子体处理比第一等离子体处理进行的处理时间长。
多次交替进行这些第一以及第二工序，优选为三次以上，例如反复进行12～24次左右。这时的气体切换通过利用控制器98切换阀门进行。这时，基于来自控制器106的指令，电子匹配式匹配网100自动地且追随等离子体的变化并使等离子体阻抗与传送路阻抗匹配。因此，通过气体的切换，既改变了等离子体的状态也维持了良好的等离子状态。
这样，成膜规定膜厚的Ti膜。这时的气体流量为TiCl4气体：0.001～0.03L/min(1～30sccm)、H2气体：0.5～5L/min(500～5000sccm)、Ar气体：0.3～3.0L/min(300～3000sccm)左右。腔室51内的压力为66.6～1333Pa左右，优选为133.3～666.5Pa左右。另外，高频电源84的能量为200～2000W左右，优选为500～1500W左右。
这样，在比较短的时间内多次交替进行通过TiCl4气体+Ar气体+H2气体+等离子体进行成膜的第一工序和、通过Ar气体+H2气体+等离子体进行还原的第二工序。由此，根据下述反应式(1)以及(2)，提高了还原TiCl4的还原作用，可以减少Ti膜中的残留氯浓度。另外，第一工序中发生反应式(1)以及(2)，第二工序中只发生反应式(2)。
…(1)
    …(2)
特别是，晶片温度450℃以下的低温时，Ti膜中的氯的残留有变多的倾向。但是，即使在这样的低温下，通过使用实施方式1的顺序，也可以降低残留氯浓度并得到比电阻小的良好的膜质。
接着，停止供给高频电力以及气体并结束Ti膜的成膜后，进行氮化处理。该氮化处理中，如图6所示，从高频电源84将高频电力施加在浇淋头60上。与此同时，分别从气体供给源73、74、75、76供给Ar气体、H2气体、NH3气体、Ar气体。由此，通过这些气体的等离子体使Ti膜表面氮化。
该处理时间为30～60秒左右。这时的气体流量为H2气体：0.5～5L/min(500～5000sccm)、Ar气体：0.3～3.0L/min(300～3000sccm)左右、NH3气体：0.5～2.0L/min(500～2000sccm)左右。腔室51内的压力为66.6～1333Pa左右，优选为133.3～666.5Pa左右。另外，高频电源84的能量为200～2000W左右，优选为500～1500W左右。
通过这样的氮化处理，防止因Ti膜的氧化等而造成的恶化。另外，与接下来的被成膜的TiN膜的密接性良好。但是，该氮化处理不是必须的。
图7是表示涉及实施方式1的Ti膜的成膜方法的效果的图。该实验中，基于实施方式l，比较形成Ti膜的情况与用目前的方法形成Ti膜的情况。此时，两种情况的基座温度都为500℃，在Si上形成厚为10nm的Ti膜，测定比电阻。用实施方式1的样品，反复16次第一工序4秒、第二工序4秒的循环，形成Ti膜。其结果如图7所示，用目前的方法形成Ti膜的情况下，因残留氯的影响，比电阻高达280μΩ·cm；用实施方式1形成的Ti膜比电阻低至225μΩ·cm。
图8是表示涉及本发明的实施方式2的Ti膜的成膜方法中气体供给以及高频电力供给的时间安排的时序图。
此处，维持加热器55以及加热器96与预涂层时同样的条件。该状态下，如图8的时序图所示，最初，将高频电力从高频电源84施加在浇淋头60上。与此同时，分别从气体供给源72、73、74、76供给TiCl4气体、Ar气体、H2气体、Ar气体。由此，进行生成这些气体的等离子体(第一等离子体)，对它们维持1～20秒、优选为4～8秒的第一工序。
接着，Ar气体、H2气体维持原状，停止TiCl4气体的同时停止高频电力。接着，从气体供给源75开始供给NH3气体而且再开始供给高频电力。由此，进行1～20秒、优选为4～8秒的基于Ar气体、H2气体、NH3气体的等离子体(第二等离子体)的还原以及氮化处理的第二工序。优选为第二等离子体处理比第一等离子体处理进行的处理时间长。
多次交替进行这些第一以及第二工序，优选为三次以上，例如反复进行12～24次左右。这时的气体切换通过利用控制器98切换阀门进行。这时，基于来自控制器106的指令，电子匹配式匹配网100自动地且追随等离子体的变化而使等离子体阻抗与传送路阻抗匹配。因此，通过气体的切换，既改变了等离子体的状态也维持了良好的等离子状态。
这样，成膜规定膜厚的Ti膜。这时的气体流量为TiCl4气体：0.001～0.03L/min(1～30sccm)、H2气体：0.5～5L/min(500～5000sccm)、NH3气体：0.3～3.0L/min(300～3000sccm)、Ar气体：0.3～3.0L/min(300～3000sccm)左右。腔室51内的压力为66.6～1333Pa左右，优选为133.3～666.5Pa左右。另外，高频电源84的功率为200～2000W左右，优选为500～1500W左右。
这样，在比较短的时间内多次交替进行通过TiCl4气体+Ar气体+H2气体+等离子体进行成膜的第一工序和、通过NH3气体+Ar气体+H2气体+等离子体进行还原以及氮化的第二工序。由此，通过上述的反应式可以提高还原TiCl4的还原作用，可以降低Ti膜中的残留氯浓度。另外，有效地进行Ti膜的氮化并提高Ti膜的密接性以及阻挡性的同时，可以降低氯等残留物，可以得到比电阻低的良质Ti膜。特别是晶片温度为450℃以下的低温时，Ti膜中氯的残留有变多的倾向。但是，即使是这样的低温，通过利用实施方式2的顺序，可以降低残留氯浓度并得到比电阻低的良好膜质。
另外，实施方式2中，通过控制第二工序中的NH3气体的量以及第二工序的时间，也可以形成Ti/TiN膜。即，NH3气体的供给量少或第二工序的时间短时，氮化是辅助的，形成的膜为Ti膜具有某种机能。另一方面，NH3气体的供给量多或第二工序的时间长时，可以形成充分量的TiN膜，可以形成Ti膜和TiN膜相互层积的层积膜。这样的层积膜可以具有Ti/TiN膜的机能，用一种装置可以形成Ti/TiN膜。
图9是表示涉及实施方式2的Ti膜的成膜方法的效果的图。该实验中，基于实施方式2，比较形成Ti膜的情况与用目前的方法形成Ti膜的情况。此时，两种情况的基座温度都为500℃，在Si上形成厚为10nm的Ti膜，测定比电阻。用实施方式2的样品，反复16次第一工序4秒、第二工序4秒的循环，形成Ti膜。其结果如图9所示，用目前的方法形成Ti膜的情况下，因残留氯的影响，比电阻高达280μΩ·cm；用实施方式2形成的Ti膜其比电阻明显低至130μΩ·cm。这时认为通过第二工序氮化Ti膜形成若干TiN膜。因此认为，基于实施方式2的样品的比电阻多少具有基于形成TiN膜而造成的降低。
图10是表示配备于图1所示的成膜系统100的TiN膜的成膜装置4的截面图。TiN膜的成膜装置4除不具备等离子体生成装置以及加热浇淋头的装置而且气体供给机构的气体系统多少不同之外，具有与Ti膜的成膜装置3约相同的构成。因此，除气体供给机构以外，赋予与图4相同的符号并省略说明。
气体供给机构110包括ClF3气体供给源111、TiCl4气体供给源112、第一N2气体供给源113、NH3气体供给源114以及第二N2气体供给源115。气体供给源111与气体供给线路116连通并供给净化气体-ClF3气体。气体供给源112与气体供给线路117连通并供给含有Ti的气体-TiCl4气体。气体供给源113与气体供给线路118连通并供给N2气体。气体供给源114与气体供给线路119连通并供给氮化气体-NH3气体。气体供给源115与气体供给线路120连通并供给N2气体。气体供给机构110也有Ar气体供给源(没有图示)。各气体供给线路中配设了流量控制器122以及夹住它的两个阀121。
浇淋头60的第一气体导入口61上连接了由气体供给源112延伸的TiCl4气体供给线路117。TiCl4气体供给线路117上连接了由气体供给源111延伸的ClF3气体供给线路116以及由气体供给源113延伸的第一N2气体供给线路118。第二气体导入口62上连接了由气体供给源114延伸的NH3气体供给线路119。NH3气体供给线路119上连接了由气体供给源115延伸的第二N2气体供给线路120。
因此，工序进行时，来自气体供给源112的TiCl4气体与来自气体供给源113的N2气体一起被导入到TiCl4气体供给线路117内。该混合气体从浇淋头60的第一气体导入口61到达浇淋头60内，经过气体通路63、65，从吐出孔67被吐出到腔室51内。另一方面，来自气体供给源114的氮化气体一NH3气体与来自气体供给源115的N2气体一起被导入到NH3气体供给线路119内。该混合气体从浇淋头60的第二气体导入口62到达浇淋头60内，经过气体通路64、66，从吐出孔68被吐出到腔室51内。
即，浇淋头60形成TiCl4气体和NH3气体完全独立并被供给到腔室51内的后混合类型。TiCl4气体和NH3气体吐出后被混合并进行反应。各气体阀121以及流量控制器122通过控制器123被控制。
接着，说明关于使用这样的装置的TiN膜的成膜方法。
首先，通过排气装置88使腔室51内成为抽真空后状态。该状态下，一边通过浇淋头60将N2气体从气体供给源113以及115导入到腔室51内，一边通过加热器55升温加热基座52以及腔室51。温度稳定时，通过浇淋头60以规定流量，分别从气体供给源113、114、112导入N2气体、NH3气体以及TiCl4气体，将腔室内压力维持在规定值并排气TiCl4气体而进行使流量稳定的预流动。于是，在保持气体流量以及压力不变的状态下，通过加热器55的加热，在基座52表面、腔室51内壁以及浇淋头60等腔室内部件表面上预涂层TiN膜。
接着，停止NH3气体以及TiCl4气体并结束预涂层处理。接着，将来自气体供给源113以及115的N2气体作为净化气体并供给到腔室51内，进行腔室51内的净化。然后，根据必要供给N2气体以及NH3气体，进行形成后TiN膜的表面的氮化处理，除去膜中的氯并形成稳定的TiN膜。
接着，通过排气装置88快速真空排气腔室51内并成为抽真空后状态，打开闸阀G。于是，通过搬送装置12，将晶片W经搬入搬出口92从真空状态的搬送室1搬入到腔室51内。于是，将N2气体供给到腔室51内并加热晶片W。晶片的温度约稳定时，开始TiN膜的成膜。
TiN膜的成膜通过以下说明的实施方式3和4实施。
实施方式3中，首先，通过浇淋头60，以规定流量导入N2气体、NH3气体，一边将容器内压力维持在规定值一边进行TiCl4气体的预流动。接着，在保持原有的气体流量以及腔室51内的压力相同的情况下，将TiCl4气体导入到容器内。这时，晶片W通过加热器55被加热后，通过热CVD，在晶片W的Ti膜上成膜TiN膜。
这样，在规定时间内，通过供给N2气体、NH3气体、TiCl4气体，成膜规定厚度的Ti膜。这时的气体流量为TiCl4气体：0.01～0.10L/min(10～100sccm)、N2气体：0.3～3.0L/min(300～3000sccm)、NH3气体：0.03～2L/min(30～2000sccm)左右。腔室51内的压力为40～1333Pa左右，优选为200～1333Pa左右。另外，晶片W的加热温度为400～700℃左右、优选为500℃左右。
接着，停止NH3气体以及TiCl4气体并结束成膜工序。接着，将来自净化气体管路(没有图示)的N2气体优选作为净化气体并分别以0.5～10L/min的流量流过，进行腔室51内的净化。然后，流过N2气体以及NH3气体，进行在晶片W上形成的TiN膜的表面的氮化处理。这时的N2气体的供给由第一以及第二N2气体供给源113以及115的任一个或者两个供给。另外，该氮化处理不是必须的。经过规定时间后，慢慢停止N2气体以及NH3气体。这些气体的供给完全被停止时，结束成膜工序。
图11是表示涉及本发明的实施方式4的TiN膜的成膜方法中气体供给的时间安排的时序图。
此处，通过加热器55维持晶片W的温度与上述同样为400～700℃左右。该状态下，如图11的时序图所示，最初，使来自气体供给源113、115的N2气体载运来自气体供给源112、114的TiCl4气体、NH3气体并供给到腔室51内。由此，进行2～8秒通过热CVD形成TiN膜的第一工序。
接着，停止TiCl4气体、NH3气体，将N2气体作为净化气体从净化气体管路(没有图示)导入到腔室51内，进行0.5～20秒腔室51内的净化。然后，使来自气体供给源115的N2气体载运来自气体供给源114的NH3气体并供给到腔室51内，进行0.5～8秒的退火的第二工序。接着，停止NH3气体，将N2气体作为净化气体从净化气体管路(没有图示)导入到腔室51内，进行0.5～20秒腔室51内的净化。
将以上的工序作为一个循环，反复进行多次循环，优选为3次以上，例如反复进行12～24次左右。这时的气体切换通过利用控制器123切换阀门进行。
通过这样进行交替的气体流动，用第一工序成膜的TiN膜通过第二工序的退火有效地脱氯Cl(通过TiCl4被还原氮化)。因此，可以显著降低膜中的残留氯，即使低温成膜也可以形成残留氯少的良质TiN膜。
上述两个TiN膜的成膜方法的任一个可以适用于在使用上述实施方式1或实施方式2所示的交替气体流通的工序中成膜的基底Ti膜。因此，Ti膜和TiN膜之间的膜剥离可以为几乎不产生的状态，Ti/TiN膜全体的膜质也比以前好。另外，在以前的气体流通而且低温下形成Ti膜时，即使用任一种方法形成TiN膜，Ti膜和TiN膜之间的膜剥离也频繁发生。
通过实验，关于使用图1所示的成膜系统、用就地(in situ)进行预净化、Ti膜的形成、TiN膜的形成并制造的样品，调查有无膜剥离。作为这时的样品，使用上述实施方式1以及2的方法形成Ti膜、在其膜上面分别用上述实施方式3以及4的方法形成TiN膜的物质。图13是表示实验中Ti膜的成膜条件的图。图14是表示实验中TiN膜的成膜条件的图。另外，为了比较，对于在用以前的成膜条件(并记于图13中)形成的Ti膜上形成TiN膜的样品，也调查有无膜剥离。膜剥离通过目视观察以及变色(产生膜剥离的部分变色为白浊)把握。
其结果确认：在涉及上述实施方式1和2的条件下形成Ti膜时，即使用任一种方法形成TiN膜一点也没有发现可目视到的膜剥离以及变色，一点没有产生膜剥离。相对于此确认：用以前的方法形成Ti膜时，即使用任一种方法形成TiN膜也发生膜剥离以及变色。另外还确认：在涉及上述实施方式1和2的条件下形成Ti膜的Ti/TiN膜样品与以前的样品相比，电阻低而且膜质良好。
接着，针对不使用TiN膜的成膜装置4，只使用Ti膜的成膜装置3，而形成Ti/TiN膜的方法，参照图4说明。
此处，维持加热器55以及加热器96与预涂层时同样的条件。该状态下，如图12的时序图所示，最初，从高频电源84将高频电力施加在浇淋头60上。与此同时，分别从气体供给源72、73、74、76供给TiCl4气体、Ar气体、H2气体、Ar气体。由此，进行生成这些气体的等离子体(第一等离子体)，对它们维持1～20秒、优选为2～10秒的第一工序。
接着，只停止TiCl4气体，高频电力以及Ar气体、H2气体维持原状。由此，进行2～60秒、优选为5～40秒的基于Ar气体、H2气体的等离子体(第二等离子体)的还原处理的第二工序。优选为第二等离子体处理比第一等离子体处理进行的处理时间长。
多次交替进行这些第一以及第二工序，优选为三次以上，例如反复进行12～24次左右，首先成形成Ti膜。这时的气体流量为TiCl4气体：0.001～0.03L/min(1～30sccm)、H2气体：0.5～5L/min(500～5000sccm)、Ar气体：0.3～3.0L/min(300～3000sccm)左右。腔室51内的压力为66.6～1333Pa左右，优选为133.3～666.5Pa左右。另外，高频电源84的功率为200～2000W左右，优选为500～1500W左右。
停止供给高频电力以及气体并结束Ti膜的成膜后，接着，进行TiN膜的成膜。成膜该TiN膜时，通过加热器55将基座52加热到450～550℃。另外，通过加热器96将浇淋头60加热到440℃以上的温度，例如460℃。
接着，如图12所示，最初，从高频电源84将高频电力施加在浇淋头60上。与此同时，分别从气体供给源72、73、74、76供给TiCl4气体、Ar气体、H2气体、Ar气体。由此，进行生成这些气体的等离子体(第三等离子体)，对它们维持2～20秒、优选为4～12秒的第三工序。
接着，Ar气体、H2气体维持原状，停止TiCl4气体的同时停止高频电力。接着，从气体供给源75开始供给NH3气体而且再开始供给高频电力。由此，进行2～30秒、优选为4～20秒的基于Ar气体、H2气体、NH3气体的等离子体(第四等离子体)的还原以及氮化处理的第四工序。
多次交替进行这些第三以及第四工序，优选为3次以上，例如反复进行12～24次左右并在Ti膜上形成TiN膜。这时的气体流量为TiCl4气体：0.005～0.05L/min(5～50sccm)、H2气体：0.5～5L/min(500～5000sccm)、NH3气体：0.3～2.0L/min(300～2000sccm)、Ar气体：0.3～3.0L/min(300～3000sccm)左右。腔室5l内的压力为40～1333Pa左右，优选为66.6～666.5Pa左右。另外，高频电源84的功率为200～2000W左右，优选为500～1500W左右。
这时的气体切换通过利用控制器98切换阀门进行。这时，基于来自控制器106的指令，电子匹配式匹配网100自动地且追随等离子体的变化而使等离子体阻抗与传送路阻抗匹配。因此，通过气体的切换，既改变了等离子体的状态也维持了良好的等离子状态。
这样，在比较短的时间内，多次交替进行通过TiCl4气体+Ar气体+H2气体+等离子体进行成膜的第一工序和、通过Ar气体+H2气体+等离子体进行还原的第二工序。接着，在比较短的时间内，多次交替进行通过TiCl4气体+Ar气体+H2气体+等离子体进行成膜的第三工序和、通过NH3气体+Ar气体+H2气体+等离子体进行还原以及氮化的第四工序，形成TiN膜。由此，提高了还原Ti化合物的还原作用而且可以有效地进行氮化。因此，可以降低Ti膜中的残留氯浓度。特别是晶片温度为450℃以下的低温时，Ti膜或TiN膜中氯的残留有变多的倾向。但是，即使是这样的低温，通过利用该实施方式的顺序，可以降低残留氯浓度并得到比电阻低的良好膜质的Ti/TiN层积构造。
另外，因为用一种成膜装置可连续形成以前必需两种成膜装置的Ti/TiN层积构造，所以是极其有效率的。
为了用第三工序以及第四工序得到良好的TiN膜，在第四工序中确实有必要氮化用第三工序形成的Ti膜。因此，优选为调整NH3气体流量以及第四工序的时间。特别优选设定第四工序的时间为第三工序的时间以上。
参照图1至图14说明的上述各实施方式的方式中，通过反复第一以及第二工序或反复第三以及第四工序，设定被处理基板的温度为300～700℃特别为450℃以下而可进行Ti膜、Ti/TiN膜的形成。载置台以及气体吐出部件相互独立并可以加热，加热气体吐出部件并通过控制其温度经常为450℃以上，不论被处理基板的温度可以防止气体吐出部件的膜剥离。这是因为加热载置台并控制被处理基板的温度低温到300～550℃时，效果大。另外，第一至第四工序的所有工序中，可以将Ar、He、Xe等稀有气体导入到处理腔室内。
另外，本发明并不限定于上述实施方式，可以进行各种变形。例如，上述实施方式中揭示形成Ti膜的情况，但本发明不限于此，对于用等离子CVD成膜的其它膜也是有效的。另外，成膜气体不限于TiCl4，可以使用TiF4、TiI4、TaCl4等其它金属卤化物或Ti、Ta的金属有机化合物等其它化合物。还原气体也不限于H2。含有N和H的气体也不限于NH3，可以使用N2和H2的混合气体、MMH这样的联氨类气体等。另外，上述实施方式中，例示半导体晶片作为被处理基板。但是，作为被处理基板来说，也可以使用LCD或FPD用的玻璃基板。
产业上的可利用性
如果通过本发明，就可以低温成膜而且即使低温成膜也可以降低膜中的残留物，可以提供利用等离子体CVD的成膜方法以及装置。

Claims (39)

1.一种成膜方法，利用等离子体CVD在被处理基板上形成规定薄膜，其特征在于，
该成膜方法包括：
一边将含有所述薄膜成份的化合物气体和还原气体供给到收纳所述基板的处理腔室内，一边在所述处理腔室内生成第一等离子体的第一工序；和
继所述第一工序之后，一边将所述还原气体供给到所述处理腔室内，一边在所述处理腔室内生成第二等离子体的第二工序，
至少交替各进行一次所述第一以及第二工序。
2.如权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，
所述第二工序中，将氮化气体与所述还原气体一起供给到所述处理腔室内。
3.如权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，
至少交替各进行一次所述第一以及第二工序后，还包括一边将所述还原气体和氮化气体供给到所述处理腔室内，一边在所述处理腔室内生成第三等离子体并进行氮化处理的工序。
4.如权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，
通过将高频电力供给到一对平行平板电极的至少一方生成等离子体，通过电子匹配式匹配网进行等离子阻抗与传送路阻抗的匹配。
5.如权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，
所述第二工序的时间比所述第一工序的时间长。
6.一种成膜方法，利用等离子体CVD在被处理基板上形成规定薄膜，其特征在于，该成膜方法包括：
一边将Ti化合物气体和还原气体供给到收纳所述基板的第一处理腔室内，一边在所述第一处理腔室内生成第一等离子体的第一工序；和
继所述第一工序之后，停止供给所述Ti化合物气体的同时，一边将所述还原气体供给到所述第一处理腔室内，一边在所述第一处理腔室内生成第二等离子体的第二工序，
至少交替各进行一次所述第一以及第二工序，在所述基板上形成Ti膜。
7.如权利要求6所述的成膜方法，其特征在于，
至少交替各进行一次所述第一以及第二工序后，还包括一边将还原气体和含有N以及H的气体供给到所述第一处理腔室内，一边在所述第一处理腔室内生成第三等离子体并进行氮化处理的工序。
8.如权利要求6所述的成膜方法，其特征在于，
在形成所述Ti膜的第一阶段后，
还包括在所述Ti膜上形成TiN膜的第二阶段，该第二阶段包括：
一边将Ti化合物气体和还原气体供给到收纳所述基板的第二处理腔室内，一边在所述第二处理腔室内生成第三等离子体的第三工序；和
继所述第三工序之后，停止供给所述Ti化合物气体的同时，一边将所述还原气体和含有N以及H的气体供给到所述第二处理腔室内，一边在所述第二处理腔室内生成第四等离子体的第四工序，
至少交替各进行一次所述第三以及第四工序，在所述Ti膜上形成TiN膜。
9.如权利要求8所述的成膜方法，其特征在于，
所述第一以及第二处理腔室是同一处理腔室，连续进行所述第一以及第二阶段。
10.如权利要求8所述的成膜方法，其特征在于，
所述第四工序的时间在所述第三工序的时间以上。
11.如权利要求6所述的成膜方法，其特征在于，
所述Ti化合物气体具有TiCl4气体，所述还原气体具有H2气体。
12.如权利要求6所述的成膜方法，其特征在于，
成膜中，在载置于载置台上的状态下，将所述基板加热到300～700℃的温度。
13.如权利要求12所述的成膜方法，其特征在于，
成膜中，从与所述载置台对向的气体吐出部件供给处理气体的同时，加热所述气体吐出部件到440℃以上的温度。
14.如权利要求13所述的成膜方法，其特征在于，
成膜中，通过所述载置台，将所述基板加热到300～550℃的温度。
15.如权利要求6所述的成膜方法，其特征在于，
还包括在所述第一工序前除去基底表面的自然氧化膜的工序。
16.如权利要求6所述的成膜方法，其特征在于，
通过将高频电力供给到一对平行平板电极的至少一方生成等离子体，通过电子匹配式匹配网进行等离子阻抗与传送路阻抗的匹配。
17.如权利要求6所述的成膜方法，其特征在于，
所述第二工序的时间比所述第一工序的时间长。
18.一种成膜方法，利用等离子体CVD在被处理基板上形成规定薄膜，其特征在于，
该成膜方法包括
一边将Ti化合物气体和还原气体供给到收纳所述基板的第一处理腔室内，一边在所述第一处理腔室内生成第一等离子体的第一工序；和
继所述第一工序之后，停止供给所述Ti化合物气体的同时，一边将所述还原气体和含有N以及H的气体供给到所述第一处理腔室内，一边在所述第一处理腔室内生成第二等离子体的第二工序，
至少交替各进行一次所述第一以及第二工序，在所述基板上形成Ti膜或Ti/TiN膜。
19.如权利要求18所述的成膜方法，其特征在于，
所述Ti化合物气体具有TiCl4气体，所述还原气体具有H2气体。
20.如权利要求18所述的成膜方法，其特征在于，
在至少各交替进行一次所述第一以及第二工序后，还包括一边将所述还原气体和含有N以及H的气体供给到所述第一处理腔室内，一边在所述处理腔室内生成第三等离子体并进行氮化处理的工序。
21.如权利要求18所述的成膜方法，其特征在于，
在形成所述Ti膜或Ti/TiN膜的第一阶段后，
还包括将Ti化合物气体和含有N以及H的气体供给到收纳所述基板的所述第二处理腔室内并在所述Ti膜或Ti/TiN膜上形成TiN膜的第二阶段。
22.如权利要求21所述的成膜方法，其特征在于，
该所述第二阶段包括：
将所述Ti化合物气体和所述含有N以及H的气体供给到所述第二处理腔室内的第三工序；和
继所述第三工序之后，停止供给所述Ti化合物气体的同时，将所述含有N以及H的气体供给到所述第二处理腔室的第四工序，
至少交替各进行一次所述第三以及第四工序。
23.如权利要求22所述的成膜方法，其特征在于，
所述第二阶段还包括在所述第三工序和所述第四工序之间，将净化气体供给到所述第二处理腔室内的工序。
24.如权利要求21所述的成膜方法，其特征在于，
所述Ti化合物气体具有TiCl4气体，所述还原气体具有H2气体，所述含有N以及H的气体具有NH3气体。
25.如权利要求21所述的成膜方法，其特征在于，
在所述第一以及第二阶段的一方或两方中，将H2气体供给到适当的处理腔室内。
26.如权利要求21所述的成膜方法，其特征在于，
所述基板不从真空环境中取出，连续进行所述第一以及第二阶段。
27.一种成膜方法，利用等离子体CVD在被处理基板上形成Ti膜/TiN膜，其特征在于，
该成膜方法包括：
形成Ti膜的第一阶段，所述第一阶段具有：
一边将Ti化合物气体和还原气体供给到收纳所述基板的第一处理腔室内，一边在所述第一处理腔室内生成第一等离子体的第一工序；和
继所述第一工序之后，停止供给所述Ti化合物气体的同时，一边将所述还原气体供给到所述第一处理腔室内，一边在所述第一处理腔室内生成第二等离子体的第二工序，
至少交替各进行一次所述第一以及第二工序，以及
继所述第一阶段之后将Ti化合物气体和含有N以及H的气体供给到收纳所述基板的第二处理腔室内并在所述Ti膜上形成TiN膜的第二阶段。
28.如权利要求27所述的成膜方法，其特征在于，
所述第一阶段在至少交替各进行一次所述第一以及第二工序之后，还包括一边将还原气体和含有N以及H的气体供给到所述第一处理腔室内一边在所述处理腔室内生成第三等离子体并进行氮化处理的工序。
29.如权利要求27所述的成膜方法，其特征在于，
该所述第二阶段包括：
将所述Ti化合物气体和所述含有N以及H的气体供给到所述第二处理腔室内的第三工序；和
继所述第三工序之后，停止供给所述Ti化合物气体的同时，将所述含有N以及H的气体供给到所述第二处理腔室内的第四工序，
至少交替各进行一次所述第三以及第四工序。
30.如权利要求27所述的成膜方法，其特征在于，
所述Ti化合物气体具有TiCl4气体，所述还原气体具有H2气体，所述含有N以及H的气体具有NH3气体。
31.如权利要求27所述的成膜方法，其特征在于，
在所述第一以及第二阶段的一方或两方中，将H2气体供给到适当的处理腔室内。
32.如权利要求27所述的成膜方法，其特征在于，
所述基板不从真空环境中取出，连续进行所述第一以及第二阶段。
33.如权利要求27所述的成膜方法，其特征在于，
成膜中，在载置于载置台上的状态下，将所述基板加热到300～700℃的温度。
34.如权利要求33所述的成膜方法，其特征在于，
成膜中，从与所述载置台对向的气体吐出部件供给处理气体的同时，加热所述气体吐出部件到440℃以上的温度。
35.如权利要求34所述的成膜方法，其特征在于，
成膜中，通过所述载置台，加热所述基板到300～550℃的温度。
36.如权利要求27所述的成膜方法，其特征在于，
还包括在所述第一工序前除去基底表面的自然氧化膜的工序。
37.如权利要求27所述的成膜方法，其特征在于，
通过将高频电力供给到一对平行平板电极的至少一方生成等离子体，通过电子匹配式匹配网进行等离子阻抗与传送路阻抗的匹配。
38.如权利要求27所述的成膜方法，其特征在于，
所述第二工序的时间比所述第一工序的时间长。
39.一种成膜装置，利用等离子体CVD在被处理基板上形成规定薄膜，其特征在于，该成膜装置包括：
收容被处理基板的处理腔室；
在所述处理腔室内载置所述基板的载置台；
将含有所述薄膜成份的化合物气体和还原气体供给到所述处理腔室内的气体供给系统；
在所述处理腔室内用于生成等离子体的一对电极；
将高频电力供给到所述一对电极的至少一方的高频电源；
等离子阻抗与传送路阻抗匹配的电子匹配式匹配网；
切换所述化合物气体以及所述还原气体的开/闭的闸阀组；和
通过控制所述高频电源以及所述闸阀组，至少交替各进行一次：一边将所述化合物气体和所述还原气体供给到所述处理腔室内，一边在所述处理腔室内生成第一等离子体的第一工序；和继所述第一工序之后，一边将所述还原气体供给到所述处理腔室内，一边在所述第一处理腔室内生成第二等离子体的第二工序的控制系统。
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