特開 2023-55111 チタン膜を形成する方法、及びチタン膜を形成する装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023055111

(43)【公開日】2023-04-17

(54)【発明の名称】チタン膜を形成する方法、及びチタン膜を形成する装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/14 20060101AFI20230410BHJP

   C23C 16/56 20060101ALI20230410BHJP

   C23C 16/515 20060101ALI20230410BHJP

   H01L 21/285 20060101ALI20230410BHJP

【ＦＩ】

C23C16/14

C23C16/56

C23C16/515

H01L21/285 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】19

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021164248

(22)【出願日】2021-10-05

(71)【出願人】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002756

【氏名又は名称】弁理士法人弥生特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐野 達也

(72)【発明者】

【氏名】吉田 理志

(72)【発明者】

【氏名】坂本 祐也

【テーマコード（参考）】

4K030

4M104

【Ｆターム（参考）】

4K030AA03

4K030AA16

4K030AA17

4K030BA18

4K030BB14

4K030CA04

4K030CA12

4K030DA09

4K030FA01

4K030FA10

4K030GA02

4K030GA12

4K030JA01

4K030JA03

4K030JA10

4K030JA11

4K030JA16

4K030JA18

4K030KA41

4K030LA15

4M104BB14

4M104DD43

4M104DD44

4M104DD48

(57)【要約】

【課題】基板に形成されたアスペクト比が２５以上の凹部内にチタン膜を形成する技術を提供すること。
【解決手段】アスペクト比が２５以上の凹部が形成された基板に対し、チタン原料ガスを供給すると共に、前記原料ガスが供給されている空間に対し、オン／オフを交互に繰り返しながら高周波電力を印加してチタン原料ガスをプラズマ化することと、次いで前記高周波電力のオン／オフの１周期よりも長い期間、前記高周波電力の印加を停止することと、を交互に複数回繰り返すことにより、前記凹部内に前記チタン膜を成膜する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板の表面に形成された凹部内にチタン膜を形成する方法において、
幅寸法に対する深さ寸法の比であるアスペクト比が２５以上の前記凹部が形成された基板に対し、チタン原料ガスを供給する工程と、
前記チタン原料ガスを供給する工程を実施している期間中に、前記原料ガスが供給されている空間に対し、オン／オフを交互に繰り返しながら高周波電力を印加して、前記チタン原料ガスをプラズマ化することと、次いで前記高周波電力のオン／オフの１周期よりも長い期間、前記高周波電力の印加を停止することと、を交互に複数回繰り返すことにより、前記凹部内に前記チタン膜を成膜する工程と、を含む、方法。

【請求項2】

前記凹部の幅寸法は、１０ｎｍ～５μｍの範囲内である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記チタン膜の膜厚は、０．１～１５０ｎｍの範囲内である、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記高周波電力のオン／オフの周期は、４０マイクロ秒～１００ミリ秒の範囲内の期間である、請求項１ないし３のいずれか一つに記載の方法。

【請求項5】

前記チタン原料ガスを供給する工程では、前記チタン原料ガスと反応して前記チタン膜を形成する反応ガスの供給が並行して行われる、請求項１ないし４のいずれか一つに記載の方法。

【請求項6】

前記チタン原料ガスは四塩化チタンガスであり、前記反応ガスは水素ガスである、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記高周波電力を印加する期間と、前記高周波電力の印加を停止する期間とは、各々、２秒以上、２０秒以下の範囲内で設定される、請求項１ないし６のいずれか一つに記載の方法。

【請求項8】

前記チタン原料ガスを供給する工程を実施している期間中に、前記基板を４００～８００℃の範囲内の温度に加熱する工程を含む、請求項１ないし７のいずれか一つに記載の方法。

【請求項9】

前記高周波電力は、０Ｗより大きく、２０００Ｗ以下の範囲内の値である、請求項１ないし８のいずれか一つに記載の方法。

【請求項10】

前記チタン膜は、シリコンが露出する面に沿って形成され、前記チタン膜の形成後、シリコン原子の拡散によりチタンシリサイド膜となる、請求項１ないし９のいずれか一つに記載の方法。

【請求項11】

前記シリコンが露出する面は、前記凹部の側壁面及び底面である、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記シリコンが露出する面は、前記凹部の底面であり、前記凹部の側壁面にはケイ素酸化物が露出していて、前記側壁面には前記チタン膜が形成されない、請求項１０に記載の方法。

【請求項13】

基板の表面に形成された凹部内にチタン膜を形成する装置であって、
幅寸法に対する深さ寸法の比であるアスペクト比が２５以上の前記凹部が形成された基板を収容する処理容器と、
前記処理容器にチタン原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
原料ガス供給部から前記チタン原料ガスが供給されている前記処理容器内の空間に高周波電力を印加するための高周波電力供給部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、前記処理容器内の前記基板に対し、チタン原料ガスを供給するステップと、前記チタン原料ガスを供給するステップを実施している期間中に、前記原料ガスが供給されている空間に対し、オン／オフを交互に繰り返しながら高周波電力を印加して、前記チタン原料ガスをプラズマ化することと、次いで前記高周波電力のオン／オフの１周期よりも長い期間、前記高周波電力の印加を停止することと、を交互に複数回繰り返すことにより、前記凹部内に前記チタン膜を成膜するステップと、を実行するための制御信号を出力するように構成された、装置。

【請求項14】

前記制御部は、前記高周波電力のオン／オフの周期が、４０マイクロ秒～１００ミリ秒の範囲内の期間となるように、前記制御信号を出力する、請求項１３に記載の装置。

【請求項15】

チタン原料ガスと反応して前記チタン膜を形成する反応ガスを前記処理容器に供給する反応ガス供給部をさらに備え、
前記制御部は、前記チタン原料ガスを供給するステップにて、前記反応ガスの供給が並行して行われるように前記制御信号を出力する、請求項１３または１４に記載の装置。

【請求項16】

前記チタン原料ガスは四塩化チタンガスであり、前記反応ガスは水素ガスである、請求項１５に記載の装置。

【請求項17】

前記制御部は、前記高周波電力を印加する期間と、前記高周波電力の印加を停止する期間とが、各々、２秒以上、２０秒以下の範囲内となるように、前記制御信号を出力する、請求項１３ないし１６のいずれか一つに記載の装置。

【請求項18】

前記処理容器内に収容された前記基板を加熱する加熱部を備え、
前記制御部は、前記チタン原料ガスを供給するステップを実施している期間中に、前記基板を４００～８００℃の範囲内の温度に加熱するステップを実行するための制御信号を出力する、請求項１３ないし１７のいずれか一つに記載の装置。

【請求項19】

前記制御部は、０Ｗより大きく、２０００Ｗ以下の範囲内の値の高周波電力が供給されるように前記制御信号を出力する、請求項１３ないし１８のいずれか一つに記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、チタン膜を形成する方法、及びチタン膜を形成する装置に関する。

【背景技術】

【0002】

パワーデバイスや集積回路用のデバイスの製造工程においては、基板である半導体ウエハ（以下、「ウエハ」という）の表面に形成されたトレンチやビアホールなどの凹部内に、金属膜、例えばチタン膜を形成する処理が行われる場合がある。
一方、これらのデバイスは、高性能・高機能化や高集積化などに伴い、凹部の深さ寸法に対する幅寸法の比であるアスペクト比が大きくなる傾向がある。

【0003】

例えば特許文献１には、Ｓｉ基板が配置されたチャンバ内にＴｉＣｌ_４ガスを導入した後、このチャンバ内にプラズマを生成することにより、前記Ｓｉ基板に形成されたコンタクトホール内にＴｉ膜を成膜する技術が記載されている。このＴｉ膜は、下地のＳｉと反応することによりＴｉＳｉ膜となる。また、特許文献２には、コンタクトホールの形成されたＳｉウエハへのチタン化合物ガスの供給と、その後の水素ガスのプラズマ供給とを交互に繰り返し、Ｓｉウエハの表面のシリコンと反応させてチタンシリサイド膜を形成する技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０－１１１８８８号公報

【特許文献2】特開２００８－１１２８０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示は、基板に形成されたアスペクト比が２５以上の凹部内にチタン膜を形成する技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示は、基板の表面に形成された凹部内にチタン膜を形成する方法において、
深さ寸法に対する幅寸法の比であるアスペクト比が２５以上の前記凹部が形成された基板に対し、チタン原料ガスを供給する工程と、
前記チタン原料ガスを供給する工程を実施している期間中に、前記原料ガスが供給されている空間に対し、オン／オフを交互に繰り返しながら高周波電力を印加して、前記チタン原料ガスをプラズマ化することと、次いで前記高周波電力のオン／オフの１周期よりも長い期間、前記高周波電力の印加を停止することと、を交互に複数回繰り返すことにより、前記凹部内に前記チタン膜を成膜する工程と、を含む、方法である。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、基板に形成されたアスペクト比が２５以上の凹部内にチタン膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】比較形態に係るＴｉ膜の成膜の様子を示す模式図である。

【図2】本開示に係るＴｉ膜の成膜の様子を示す模式図である。

【図3】Ｔｉ膜の成膜装置の構成例を示す縦断側面図である。

【図4】Ｔｉ膜の成膜時の高周波電力の印加に係るタイムチャートである。

【図5】他の実施形態に係るＴｉ膜の成膜の様子を示す模式図である。

【図6】凹部へのＴｉ膜の成膜を行った実験結果を示す電子顕微鏡写真である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

＜比較形態に係るＴｉ膜の成膜方法＞
本開示に係るチタン（Ｔｉ）膜の成膜方法を示す前に、比較形態に係る成膜方法の課題について説明する。
図１には、例えばパワーデバイスの製造にあたり、ウエハの表面に形成された凹部５０内に、比較形態に係る成膜方法によりＴｉ膜６１ａを形成する場合を示している。この例では、ウエハＷを構成するシリコン部材５１に凹部５０が形成されている。従って、当該凹部５０の側壁面及び底面には、シリコン部材５１が露出した状態となっている。本例では、幅寸法Ｗに対する深さ寸法Ｈの比であるアスペクト比が２５以上の凹部５０内にＴｉ膜６１ａを形成する。パワーデバイスの場合には、凹部５０の幅寸法Ｗは、０．１～５μｍの範囲内の０．４μｍ、深さ寸法は２．５～１２５μｍの範囲内の１０μｍとする場合を例示できる。なお、左記の深さ寸法の範囲は、幅寸法Ｗが０．１～５μｍの場合に、アスペクト比が２５となる最低限度の範囲であり、これ以上、深い凹部５０を形成してもよい。

【0010】

比較形態では、公知のプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によりＴｉ膜６１ａを形成する。本法では、処理空間に対し、チタン原料ガスである四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）ガスと、反応ガス（還元ガス）である水素（Ｈ_２）ガスとが連続的に供給される。そして例えば数百ｋＨｚ～数ＧＨｚ、８００～１３００Ｗ程度の高周波電力を印加してガスをプラズマ化する。このとき、ウエハＷは、４５０～６５０℃程度の温度に加熱されている。

【0011】

上述の処理により、凹部５０の近傍には反応性の高いＴｉＣｌ_２ラジカル７ａが豊富に形成されＴｉ膜６１ａの成膜が進行していく。このとき、反応性が高いＴｉＣｌ_２ラジカル７ａによるＴｉ膜６１ａの形成が支配的な環境下では、反応が速く進行し、ＴｉＣｌ_２ラジカル７ａが凹部５０内の下部側の領域に進入する前にＴｉが析出してしまう場合がある。この結果、図１に示すように、凹部５０の開口部付近に集中してＴｉ膜６１ａが形成され、ＴｉＣｌ_２ラジカル７ａは凹部５０内への進入が阻害され、均一な膜厚を有するＴｉ膜６１の形成が困難になってしまうおそれが大きい。

【0012】

この傾向は、凹部５０のアスペクト比が大きくなるに連れて発生しやすくなり、アスペクト比が２５以上にもなる、いわば「超深穴」ともいうべき凹部５０では、均一な膜厚のＴｉ膜６１の形成は、困難性の高い処理となる。なお、幅寸法Ｗが０．４μｍの場合、一般に「深穴」と呼ばれる凹部５０の深さ寸法Ｈは、高々５μｍ（アスペクト比が１２．５）程度である。

【0013】

＜成膜装置＞
本開示に係る成膜法では高周波電力の供給を工夫することにより、ＴｉＣｌ_２ラジカル７ａと比較して反応性の低いＴｉＣｌ_３ラジカル７ｂによる成膜を進行させつつ、凹部５０内にもＴｉＣｌ_３ラジカル７ｂを進入させる（図２）。これにより、アスペクト比の高い凹部５０内に膜厚の均一なＴｉ膜６１の形成を図る。なお、図２におけるシリコン部材５１や凹部５０の構成は、図１を用いて説明した例と同様である。
以下、図３を参照しながら、当該成膜法を実施するための成膜装置１の構成例について説明する。

【0014】

図１は、本例の成膜装置１の縦断側面図である。この成膜装置１は、ウエハＷの表面にＴｉＣｌ_４ガス、Ｈ_２ガス及びアルゴン（Ａｒ）ガスを連続的に供給し、プラズマＣＶＤ法によりＴｉ膜６１を成膜する装置として構成されている。
成膜装置１は、塩素に対する耐食性を備え、接地されたる金属製の略円筒状の処理容器１０を備えている。処理容器１０の底面の中央部には下方に向けて突出する例えば円筒状の排気室１１が形成され、排気室１１の側面には、排気路１２が接続されている。
前記排気路１２には、例えばバタフライバルブからなる圧力調整バルブを含む真空排気部１３が接続され、予め設定された真空圧力まで処理容器１０内を減圧できるように構成されている。この処理容器１０内の空間にてウエハＷの処理が行われる。

【0015】

処理容器１０の側面には、図示しない真空搬送室との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口１４が形成されている。この搬入出口１４はゲートバルブ１５により開閉自在に構成されている。さらに処理容器１０を構成する壁部内には、処理容器１０内の温度を調節するためのヒータ１６が埋設されている。

【0016】

また処理容器１０内にはウエハＷを略水平に保持するための載置台２が設けられている。載置台２は、排気室１１の底部から伸びる支持部２１によって支持されている。載置台２には加熱部であるヒータ２０が埋設され、ウエハＷを設定温度に加熱することができる。本例では、ウエハＷの加熱温度は、４００～８００℃の範囲内の例えば５００℃に設定されている。

【0017】

また載置台２には、整合器２２を介して、イオンの引き込み用の高周波電力を供給する高周波電源２３が接続されている。さらに載置台２には、載置台２上のウエハＷを保持して昇降させるための図示しない昇降ピンが設けられている。昇降ピンの昇降により載置台２と外部の図示しない搬送機構との間でウエハＷの受け渡しを行うことができる。

【0018】

また処理容器１０の天井面には、ウエハＷに向けて基板処理ガスを供給するための扁平な円盤状のシャワーヘッド３が設けられている。シャワーヘッド３は、絶縁部材１７を介して処理容器１０に取り付けられている。
シャワーヘッド３の内部には、ガスを拡散させるための拡散室３１が形成されている。またシャワーヘッド３の底面には、ウエハＷに向けてガスを吐出する多数の吐出孔３２が分散して設けられている。さらにシャワーヘッド３の面側にはヒータ３６が埋設されている。

【0019】

上述のシャワーヘッド３には、整合器３３を介して、プラズマ形成用の高周波電力を供給する高周波電源３４が接続されている。即ち、本開示の成膜装置１は、上部電極をなすシャワーヘッド３と、下部電極をなす載置台２とにより平行平板型のプラズマ処理装置を構成している。これらシャワーヘッド３と載置台２との間の空間にウエハＷを載置し、ＴｉＣｌ_４ガスやＨ_２ガスなどを供給して高周波電力を印加することにより、これらのガスが電離してプラズマが形成される。
高周波電源３４は、４５０ＫＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、９１５ＭＨｚまたは２．４５ＧＨｚのいずれの周波数の高周波電力を供給するように構成してもよい。また、高周波電源３４からは、０Ｗより大きく、２０００Ｗ以下の範囲内の高周波電力が供給される。

【0020】

さらに本例の高周波電源３４には、給電制御部３５が設けられている。給電制御部３５は、予め設定した周期での高周波電力のオン／オフの切り替えを制御する機能と、前記オン／オフの切り替えを行いながら、前記平行平板への高周波電力の印加と、当該高周波電力の印加の停止とが交互に実行されるように制御する機能と、を備える。これら高周波電力の制御の内容については、図４を参照しながら後ほど説明する。高周波電源３４、給電制御部３５は、本実施の形態の高周波電力供給部に相当する。

【0021】

またシャワーヘッド３の拡散室３１には、ガス供給路４０の下流側端部が接続されている。このガス供給路４０の上流側には、チタン原料ガスであるＴｉＣｌ_４ガスの供給用流路であるＴｉＣｌ_４ガス供給管４１、プラズマ発生用に添加されるＡｒガスの供給用流路であるＡｒガス供給管４２、及び、反応ガスであるＨ_２ガスの供給用流路であるＨ_２ガス供給管４３が合流している。

【0022】

ＴｉＣｌ_４ガス供給管４１の上流側端部には、ＴｉＣｌ_４ガス供給源４１０が接続され、上流側から順に流量調節部Ｍ４１、バルブＶ４１が介設されている（原料ガス供給部）。またＡｒガス供給管４２の上流側端部には、Ａｒガス供給源４２０が接続され、上流側から順に流量調節部Ｍ４２、バルブＶ４２が介設されている。さらにＨ_２ガス供給管４３の上流側端部には、Ｈ_２ガス供給源４３０が接続され、上流側から順に流量調節部Ｍ４３、バルブＶ４３が介設されている（反応ガス供給部）。
これらＴｉＣｌ_４ガス、Ｈ_２ガス及びＡｒガスの混合ガス（以下、「成膜ガス」ともいう）は、ガス供給路４０を介してシャワーヘッド３の拡散室３１に流れ込み、吐出孔３２を通って処理容器１０内に供給される。

【0023】

上述の構成を備えた成膜装置１は、図３に示すように制御部１００を備えている。制御部１００は、プログラムを記憶した記憶部、メモリ、ＣＰＵを含むコンピュータにより構成される。プログラムは、制御部１００から成膜装置１の各部に向けて制御信号を出力し、各ガスの給断や高周波電力の供給制を行うことにより、Ｔｉ膜６１の成膜処理を実行するように命令（ステップ）が組まれている。プログラムは、コンピュータの記憶部、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）、不揮発性メモリなどに格納され、この記憶部から読み出されて制御部１００にインストールされる。

【0024】

図４は、上述の成膜装置１を用いて実施される成膜処理に関わるタイムチャートの例である。このタイムチャートには、処理容器１０への成膜ガスの給断タイミング、及び高周波電源３４からの高周波電力（図４中には「ＲＦ」と記載）の印加タイミングを模式的に示してある。
このタイムチャートによれば、成膜ガスは、予め設定された流量にて、所定の期間、連続的に供給される。

【0025】

一方、シャワーヘッド３（上部電極）を介して供給される高周波電力は、前記成膜ガスの供給期間中の所定のタイミングに限定して、成膜ガスが供給されている空間へと印加される。
詳細には、高周波電力を印加して、ＴｉＣｌ_４ガスを含む成膜ガスをプラズマ化する期間と、当該高周波電力の印加を停止する期間とが交互に設定されている。さらに高周波電力を印加する期間においても、高周波電力の「オン（高周波電力の印加）」と「オフ（高周波電力の印加停止）」とが短時間に交互に繰り返される。

【0026】

高周波のオン／オフの周期は、４０マイクロ秒～１００ミリ秒の範囲内の期間、例えば１００マイクロ秒を例示することができる。この期間中における高周波がオンの期間の割合は、２０．０～９９．９％の範囲内の例えば２０％（オン：２０マイクロ秒、オフ８０マイクロ秒）を例示できる。

【0027】

なお、高周波電力の周期は、４５０ｋＨｚの場合に２．２２マイクロ秒、１３．５６ＭＨｚの場合に７３．７ナノ秒、９１５ＭＨｚの場合に１．０６ナノ秒、また２．４５ＧＨｚの場合に０．４ナノ秒である。従って、「オン」の期間においては、いずれの周波数であっても、各周期よりも十分に長い期間、高周波電力が成膜ガスに印加される。

【0028】

上記のオン／オフを繰り返しながら高周波電力を印加する期間と、高周波電力の印加を停止する期間とは、各々、２秒以上、２０秒以下の範囲内で設定される。ここでは、高周波電力を印加する期間は５秒、印加を停止する期間は５秒と設定する場合を例示できる。

【0029】

前記期間設定により、高周波電力を印加する期間においては、オン／オフが複数周期、実施される。なお、図４は、高周波電力のオン／オフが実行される様子を模式的に示したものであり、実際のオン／オフの実施回数を示したものではない。また高周波電力の印加を停止する期間については、上記時間設定により、高周波電力のオン／オフの１周期よりも長い印加停止時間が確保される。これにより、高周波電力の供給期間における「オフ」の時間と、高周波電力の印加停止時間とを明確に区別することができる。
例えば、０．１～１５０ｎｍの範囲内の１０ｎｍの膜厚を有するＴｉ膜６１を形成する場合には、高周波電力を印加／停止は、１０～８０サイクルの範囲の４０サイクル程度、実施される。

【0030】

ここで、オン／オフを繰り返しながら高周波電力の供給を行う理由は、プラズマ生成時における成膜ガスの電離を調節するためである。高周波電力の連続的に印加しないことにより、反応性の高いＴｉＣｌ_２ラジカル７ａの形成を抑え、より反応性が穏やかなＴｉＣｌ_３ラジカル７ｂの形成を促している。
また、高周波電力の印加を停止する期間を設けている理由は、電離していない成膜ガスが凹部５０内へ進入する期間を確保する趣旨である。

【0031】

成膜ガスの給断制御、高周波電力の印加タイミング制御は、制御部１００や給電制御部３５により制御され、図４に示すタイムチャートが実行される。
即ち、制御部１００は、バルブＶ４１、Ｖ４２、Ｖ４３の開閉制御を行い、各ガスの給断を実行すると共に、各流量調節部Ｍ４１、Ｍ４２、Ｍ４３の流量設定を行う。また、制御部１００は、給電制御部３５に対して高周波のオン／オフの周期やオンの期間の割合、高周波電力を印加する期間、停止する期間の設定を行う。

【0032】

＜成膜方法＞
以上に説明した構成を備える成膜装置１の作用について説明する。
初めに、ゲートバルブ１５を開き、不図示の真空搬送室内に設けられた搬送機構により、搬入出口１４を介してウエハＷを搬入する。搬入されたウエハＷは、不図示の昇降ピンを介して搬送機構から載置台２に受け渡され、当該載置台２の上面に載置される。次いで処理容器１０内から搬送機構を退避させ、ゲートバルブ１５を閉じたら、真空排気部１３により処理容器１０内の真空排気を実施し、処理容器１０内を予め設定された圧力に調節する。また、ヒータ２０によりウエハＷを既述の５００℃に加熱する（基板を加熱する工程）。

【0033】

しかる後、図４に示す時刻Ｔ_０にて、成膜ガスの供給を開始する（チタン原料ガスを供給する工程）。その後、高周波電力の印加停止期間として設定された時間（例えば５秒間）の経過を待ち、時刻Ｔ_１にて高周波電力の印加を開始する。高周波電力の印加期間は、既述のようにオン／オフを繰り返し（例えばオン；２０マイクロ秒間、オフ；８０マイクロ秒）、予め設定した時間（例えば５秒間）の高周波電力印加を行う。そして、これら高周波電力の印加／停止を所定サイクル繰り返す（例えば４０サイクル）。このとき、高周波電源３４から供給可能な既述の電力範囲（０Ｗより大きく、２０００Ｗ以下）のうち、比較的低い電力を供給することが好ましい。好適例を挙げると、１００～５００Ｗの範囲内の３００Ｗの高周波電力を印加する場合を例示できる。

【0034】

上述の動作により、図２に模式的に示すように、反応性が穏やかなＴｉＣｌ_３ラジカル７ｂが豊富に形成された雰囲気下にてＴｉ膜６１の成膜が行われる。なお、成膜ガスに含まれるＡｒガスは、プラズマの形成を阻害しない一方、Ｈ_２ガスとは異なりＴｉＣｌ_４ガスとの反応性は低いので、成膜ガスの反応性を穏やかにする希釈効果を呈する。
これらの作用により、図１を用いて説明した比較形態のように、凹部５０の開口部付近に集中してＴｉ膜６１ａが形成される、不均一な成膜処理の進行を抑えることができると理解できる。

【0035】

また、高周波電力の印加を停止する期間を設けていることにより、プラズマ形成前の成膜ガスが、凹部５０に進入する時間が確保される。その後、高周波電力の印加により、凹部５０の内部を含む、平行平板（シャワーヘッド３－載置台２）間でプラズマが形成される。この作用により、凹部５０内の深い位置にある側壁面や底面にもＴｉＣｌ_３ラジカル７ｂが供給され、これらの領域にもＴｉ膜６１を形成することができるといえる。

【0036】

こうして予め設定された回数、高周波電力の印加／停止のサイクルを実行し、予め設定された膜厚のＴｉ膜６１が形成する（Ｔｉ膜６１を形成する工程）る。次いで、高周波電力印加を終了すると共に、成膜ガスの供給、ウエハＷの加熱を停止する。その後、搬入時とは反対の手順でウエハＷを処理容器１０から搬出し、次のウエハＷの搬入を待つ。

【0037】

ここでシリコン部材５１の露出面に沿って形成されたＴｉ膜６１においては、時間の経過に従ってシリコン部材５１側からシリコン原子が拡散し、やがてチタンシリサイド（ＴｉＳｉ）膜となる。

【0038】

以上に説明した実施の形態によれば以下の効果がある。高周波電力の印加を停止する期間を設けることにより、成膜ガスが、凹部５０に進入する時間を確保し、さらに高周波電力のオン／オフを繰り返して反応性が穏やかなＴｉＣｌ_３ラジカル７ｂを豊富に形成する。これらにより、ウエハＷに形成されたアスペクト比が２５以上の凹部５０内に均一な膜厚のＴｉ膜６１を形成することができる。

【0039】

＜他の実施形態＞
ここで図３、図４を用いて説明した成膜装置１、高周波電力の印加手法を用いてＴｉ膜６１を形成する対象は、シリコン部材５１に凹部５０を形成した図２に示す構成に限定されない。例えば、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、シリコン部材５１を覆うケイ素酸化物の膜（ＳｉＯ膜５２）に対して凹部５０を形成した構成であってもよい。なお、図５において、図１、図２に示したものと共通の構成要素に対しては、これらの図に示したものと同じ符号を付してある。また、図５においはて記載を省略しているが、当該図に示す凹部５０についても、そのアスペクト比は２５以上となっている。

【0040】

ここで、ＴｉＣｌ_４ガスは、チタンをエッチングする作用も持っている。一方でシリコン部材５１と比較してＳｉＯ膜５２は、ケイ素と酸素との結合が強く、その表面に形成されるＴｉ膜６１との結合は相対的に弱い。このため、シリコン部材５１が露出している面（図５に示す例では凹部５０の底面）と比較して、ＴｉＣｌ_４ガスによるエッチングが進行しやすい。

【0041】

このようなＳｉＯ膜５２が露出している凹部５０にて、図４を用いて説明したタイムチャートに基づく成膜処理を実行する。このとき、高周波電力をオンとしている期間（図５（ａ）に「ＲＦオン」と表示）には、ＴｉＣｌ_３ラジカル７ｂなどによる凹部５０の底面（シリコン部材５１が露出）及び側壁面（ＳｉＯ膜５２が露出）へのチタンの析出が進行する。

【0042】

一方、高周波電力をオフとしている期間（図５（ｂ）に「ＲＦオフ」と表示）には、Ｔｉとの結合が弱い側壁面にて、ＴｉＣｌ_４分子と析出後のＴｉとが反応する。この結果、新たにＴｉＣｌ_Ｘが形成され、ＳｉＯ膜５２の表面に析出したＴｉのエッチングが進行する。
これらの作用により、凹部５０の側壁面側にはＴｉ膜６１ｂは殆ど形成されない一方、シリコン部材５１が露出する凹部５０の底面側のみにＴｉ膜６１ｂを形成することができる。

【0043】

また本開示の成膜装置１、高周波電力の印加手法を用いてＴｉ膜６１を形成する対象のデバイスは、パワーデバイスの例に限定されず、集積回路用のデバイスであってもよい。この場合においても、本開示の技術は、アスペクト比が２５以上の凹部５０内にＴｉ膜６１を形成する場合に好適である。ここで集積回路用のデバイスの場合には、凹部５０の幅寸法Ｗは、１０.０ｎｍ～５.０μｍの範囲内であり、深さ寸法は０．２５～１２５μｍの範囲内である場合を例示できる。なお、左記の深さ寸法の範囲は、幅寸法Ｗが１０．０ｎｍ～５．０μｍの場合に、アスペクト比が２５となる最低限度の範囲であり、これ以上、深い凹部５０を形成してもよい。また、ＴｉＮ膜６１の膜厚は、例えば０．１～１５０ｎｍの範囲内である。

【0044】

さらに、本開示の手法を用いてＴｉ膜６１の成膜が行われる対象の凹部５０は、図２や図５（ａ）、（ｂ）に例示したように、ウエハＷの板面と交差する上下方向に延びるように形成されているものに限定されない。例えば、ウエハＷの表面に縦溝が形成され、さらに当該縦溝の側壁面に対し、ウエハＷの厚さ方向に向けて並ぶように複数の横溝が形成される場合がある。これらの横溝を凹部として、当該凹部内にＴｉ膜６１の成膜を行ってもよい。
また、凹部５０が形成される部材についてもシリコン部材５１に限定されるものではなく、他の金属や金属化合物であってもよい。

【0045】

このほか、チタン原料ガスは、ＴｉＣｌ_４ガスの例に限定されず、チタン原子を含む他のガスであってもよい。他のガスとしては、有機チタンであるＴＤＭＡＴ（テトラキスジメチルアミノチタニウム）、ＴＤＥＡＴ（テトラキスジエチルアミノチタン）を用いてもよい。さらにチタン原料ガスと共に反応ガス（既述の例ではＨ_２ガス）を供給することは必須の要件ではない。例えばチタン原料ガスとＡｒガスとの混合ガスを成膜ガスとして処理容器１０内に供給してもよい。この場合にも、既述の手法により印加された高周波電力により、成膜ガスをプラズマ化して、凹部５０内にＴｉ膜６１を形成することができる。

【0046】

今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

【実施例0047】

（実験１）
図２～図４を用いて説明した実施形態に対応させてＴｉ膜６１の成膜を行い、凹部５０内におけるＴｉ膜６１の形成状況を確認した。
Ａ．実験条件
シリコン製のウエハＷの表面に、幅寸法（直径）Ｗが０．２μｍ、深さ寸法Ｈが１０μｍ（アスペクト比５０）の円孔状の凹部５０を多数形成した。このウエハＷに対し、図３を用いて説明した成膜装置１を用い、図４を用いて説明したタイムチャートに基づいて高周波電力を印加してＴｉ膜６１の成膜を行った。

【0048】

ＴｉＣｌ_４ガスの供給流量は１８ｓｃｃｍ、Ａｒガスの供給流量は、１６００ｓｃｃｍ、Ｈ_２ガスの供給流量は４０００ｓｃｃｍであり、処理容器１０内の圧力は０．６７ｋＰａ（５Ｔｏｒｒ）、ウエハＷの加熱温度は５００℃に設定した。高周波電力の供給に関し、高周波のオン／オフの周期は１００マイクロ秒（オン：２０マイクロ秒、オフ８０マイクロ秒）、高周波電力の印加する期間は５秒、印加を停止する期間は５秒と設定した。高周波電力の印加／停止は４０サイクル行いＴｉ膜６１を成膜した。

【0049】

Ｂ．実験結果
Ｔｉ膜６１の成膜処理後のウエハＷについて、凹部５０の形成領域をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）を用いて拡大・撮影した電子顕微鏡写真を図６に示す。図６（ａ）は、凹部５０全体の写真、図６（ｂ）、（ｃ）は凹部５０のトップ領域またはボトム領域の一部拡大写真である。図６（ａ）～（ｃ）において、凹部５０の側壁面及び底面に沿って形成された白色領域がＴｉ膜６１に相当する。

【0050】

図６（ａ）～（ｃ）によれば、図１を用いて説明した凹部５０の開口部付近に集中したＴｉ膜６１の形成は観察されなかった。そして、凹部５０のトップ領域から、ボトム領域に亘って、ほぼ均一な膜厚のＴｉ膜６１が形成されていることが確認できる。従って、本開示に係る技術は、アスペクト比が２５以上の凹部５０内に均一なＴｉ膜６１を形成する手法として好適な手法であると評価することができる。

【0051】

Ｗ ウエハ
１ 成膜装置
１０ 処理容器
２ 載置台
３４ 高周波電源
４１０ ＴｉＣｌ_４ガス供給源
６１ Ｔｉ膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】