JPH10237639A - 集積回路用バリア膜を作成するスパッタリング装置 - Google Patents
集積回路用バリア膜を作成するスパッタリング装置Info
- Publication number
- JPH10237639A JPH10237639A JP9055550A JP5555097A JPH10237639A JP H10237639 A JPH10237639 A JP H10237639A JP 9055550 A JP9055550 A JP 9055550A JP 5555097 A JP5555097 A JP 5555097A JP H10237639 A JPH10237639 A JP H10237639A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- sputtering
- titanium
- chamber
- annealing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
- C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
- C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
- C23C8/24—Nitriding
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 イオン化スパッタの手法の応用を工夫して行
うことで高アスペクト比のホールに集積回路用バリア膜
を十分に成膜できるようにする。 【解決手段】 排気系１１を備えたスパッタチャンバー
１内に設けられたチタン製のターゲット２からスパッタ
電極３によってスパッタされたチタンは、イオン化手段
７を構成する高周波コイル７１により形成された誘導結
合型プラズマＰ中を通過する際にイオン化し、電界設定
手段８により設定された基板５０に垂直な電界によって
引き込まれて基板５０に入射してチタン薄膜を堆積す
る。作成されたチタン薄膜は、基板５０を加熱しながら
基板５０に窒素ガスを供給する窒素アニール手段によっ
て表面窒化処理され、チタンの上に窒化チタンを積層し
た集積回路用バリア膜が得られる。
うことで高アスペクト比のホールに集積回路用バリア膜
を十分に成膜できるようにする。 【解決手段】 排気系１１を備えたスパッタチャンバー
１内に設けられたチタン製のターゲット２からスパッタ
電極３によってスパッタされたチタンは、イオン化手段
７を構成する高周波コイル７１により形成された誘導結
合型プラズマＰ中を通過する際にイオン化し、電界設定
手段８により設定された基板５０に垂直な電界によって
引き込まれて基板５０に入射してチタン薄膜を堆積す
る。作成されたチタン薄膜は、基板５０を加熱しながら
基板５０に窒素ガスを供給する窒素アニール手段によっ
て表面窒化処理され、チタンの上に窒化チタンを積層し
た集積回路用バリア膜が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願の発明は、各種半導体デ
バイス等の集積回路において相互拡散等を防止する集積
回路用バリア膜の作成技術に関し、特にそのようなバリ
ア膜を作成するスパッタリング装置に関するものであ
る。
バイス等の集積回路において相互拡散等を防止する集積
回路用バリア膜の作成技術に関し、特にそのようなバリ
ア膜を作成するスパッタリング装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】各種メモリやロジック等の半導体デバイ
スでは、異種層の相互拡散の防止等の目的で、当該異種
層の界面にバリア膜を介在させた構造を採用している。
このようなバリア膜は、多くの場合、チタンと窒化チタ
ンとを積層した構造を有し、スパッタリングによって作
成されている。
スでは、異種層の相互拡散の防止等の目的で、当該異種
層の界面にバリア膜を介在させた構造を採用している。
このようなバリア膜は、多くの場合、チタンと窒化チタ
ンとを積層した構造を有し、スパッタリングによって作
成されている。
【０００３】図５は、集積回路用のバリア膜を作成する
従来のスパッタリング装置の構成を説明する正面概略図
である。図５に示すスパッタリング装置は、排気系を備
えたスパッタチャンバー１と、このスパッタチャンバー
１内に設けられたチタンよりなるターゲット２と、この
ターゲット２をスパッタするスパッタ電極３と、スパッ
タ放電のためにスパッタチャンバー１内にガスを導入す
るガス導入手段４と、スパッタによってターゲット２か
ら放出されたチタンが入射する位置に基板５０を保持す
る基板ホルダー５とから主に構成されている。
従来のスパッタリング装置の構成を説明する正面概略図
である。図５に示すスパッタリング装置は、排気系を備
えたスパッタチャンバー１と、このスパッタチャンバー
１内に設けられたチタンよりなるターゲット２と、この
ターゲット２をスパッタするスパッタ電極３と、スパッ
タ放電のためにスパッタチャンバー１内にガスを導入す
るガス導入手段４と、スパッタによってターゲット２か
ら放出されたチタンが入射する位置に基板５０を保持す
る基板ホルダー５とから主に構成されている。
【０００４】多くの場合、スパッタリング装置はマグネ
トロンスパッタを行うよう構成され、スパッタ電極３
は、磁石機構を備えたマグネトロンカソードから構成さ
れる。磁石機構は、中心磁石３１と、この中心磁石３１
を取り囲む周辺磁石３２と、中心磁石３１及び周辺磁石
３２とを繋ぐ円板状のヨーク３３とから構成され、図５
に示すようにターゲット２を通して閉じた磁力線３４を
設定する。また、スパッタ電極３には、スパッタ電源３
５が接続されて所定の負の高電圧又は高周波電圧が印加
される。
トロンスパッタを行うよう構成され、スパッタ電極３
は、磁石機構を備えたマグネトロンカソードから構成さ
れる。磁石機構は、中心磁石３１と、この中心磁石３１
を取り囲む周辺磁石３２と、中心磁石３１及び周辺磁石
３２とを繋ぐ円板状のヨーク３３とから構成され、図５
に示すようにターゲット２を通して閉じた磁力線３４を
設定する。また、スパッタ電極３には、スパッタ電源３
５が接続されて所定の負の高電圧又は高周波電圧が印加
される。
【０００５】ガス導入手段４によってアルゴン等のスパ
ッタ率の高いガスが導入され、このガスがイオン化し、
イオン化したガスがスパッタ電極３に与えられた電圧に
よってターゲット２を叩くことによってスパッタ放電が
生成される。このスパッタ放電の過程でターゲット２か
らチタン（多くの場合、チタン原子）が弾き出され、弾
き出されたチタンは、基板５０に達してチタン薄膜を堆
積する。
ッタ率の高いガスが導入され、このガスがイオン化し、
イオン化したガスがスパッタ電極３に与えられた電圧に
よってターゲット２を叩くことによってスパッタ放電が
生成される。このスパッタ放電の過程でターゲット２か
らチタン（多くの場合、チタン原子）が弾き出され、弾
き出されたチタンは、基板５０に達してチタン薄膜を堆
積する。
【０００６】バリア膜を作成する場合、最初にアルゴン
ガスを導入してチタン薄膜を作成し、その後、ガスを窒
素に変えてスパッタを行い、チタンと窒素の反応を補助
的に利用しながら、窒化チタン薄膜を堆積される。この
結果、チタン薄膜の上に窒化チタン薄膜が作成された状
態となり、バリア膜として利用できることになる。
ガスを導入してチタン薄膜を作成し、その後、ガスを窒
素に変えてスパッタを行い、チタンと窒素の反応を補助
的に利用しながら、窒化チタン薄膜を堆積される。この
結果、チタン薄膜の上に窒化チタン薄膜が作成された状
態となり、バリア膜として利用できることになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】半導体集積回路の集積
度は、メモリであれば容量の大規模化、ロジックではあ
れば動作速度の高速化等を背景として、益々高くなって
きている。このような集積度の増加は、デバイスの構造
の面では、コンタクトホールや層間ビアホール等のホー
ルのアスペクト比の上昇になって現れてきている。アス
ペクト比は、ホールの開口に対するホールの深さの比で
あり、例えば、２５６メガビットのＤＲＡＭの構造で
は、深さ１〜１．５μｍでホールの開口が直径０．２５
μｍ程度の円形のホール（アスペクト比４〜６）を有す
るに至っている。
度は、メモリであれば容量の大規模化、ロジックではあ
れば動作速度の高速化等を背景として、益々高くなって
きている。このような集積度の増加は、デバイスの構造
の面では、コンタクトホールや層間ビアホール等のホー
ルのアスペクト比の上昇になって現れてきている。アス
ペクト比は、ホールの開口に対するホールの深さの比で
あり、例えば、２５６メガビットのＤＲＡＭの構造で
は、深さ１〜１．５μｍでホールの開口が直径０．２５
μｍ程度の円形のホール（アスペクト比４〜６）を有す
るに至っている。
【０００８】上記バリア膜は、上述のような高アスペク
ト比のホール内にも作成することが必要になってきてい
る。図６は、この課題を説明する図であり、バリア膜を
作成する集積回路の構造の一例を示す図である。図６
は、ＦＥＴ等のデバイスにおける配線構造が簡略化され
て示されている。この構造では、下地シリコン５０１上
に酸化シリコン等の絶縁層５０２が形成されており、絶
縁層５０２上に配線層５０３が形成されている。そし
て、絶縁層５０２に形成されたコンタクトホール内には
アルミ又はタングステン等よりなるコンタクト配線５０
４が埋め込まれており、コンタクト配線５０４と下地シ
リコン５０１及び絶縁層５０２との界面にバリア膜５０
５が介在されている。
ト比のホール内にも作成することが必要になってきてい
る。図６は、この課題を説明する図であり、バリア膜を
作成する集積回路の構造の一例を示す図である。図６
は、ＦＥＴ等のデバイスにおける配線構造が簡略化され
て示されている。この構造では、下地シリコン５０１上
に酸化シリコン等の絶縁層５０２が形成されており、絶
縁層５０２上に配線層５０３が形成されている。そし
て、絶縁層５０２に形成されたコンタクトホール内には
アルミ又はタングステン等よりなるコンタクト配線５０
４が埋め込まれており、コンタクト配線５０４と下地シ
リコン５０１及び絶縁層５０２との界面にバリア膜５０
５が介在されている。
【０００９】さて、上述したような高アスペクト比のホ
ールに対しては、通常のスパッタ法では成膜が非常に困
難になってきている。即ち、高アスペクト比のホールの
内面に成膜を行うためには、深いホールの底部までスパ
ッタ粒子が多く届くように、基板に対して垂直に入射す
るスパッタ粒子を多くする必要がある。しかしながら、
ターゲット２から放出される際のスパッタ粒子（チタ
ン）の放出角度は、余弦則に基づき、ターゲット２の法
線方向を最大値としてコサインカーブ状に広がった分布
となる。つまり、基板５０に入射するスパッタ粒子に
は、基板５０に垂直に入射するものの他、基板５０に斜
めに入射するものが多く含まれている。
ールに対しては、通常のスパッタ法では成膜が非常に困
難になってきている。即ち、高アスペクト比のホールの
内面に成膜を行うためには、深いホールの底部までスパ
ッタ粒子が多く届くように、基板に対して垂直に入射す
るスパッタ粒子を多くする必要がある。しかしながら、
ターゲット２から放出される際のスパッタ粒子（チタ
ン）の放出角度は、余弦則に基づき、ターゲット２の法
線方向を最大値としてコサインカーブ状に広がった分布
となる。つまり、基板５０に入射するスパッタ粒子に
は、基板５０に垂直に入射するものの他、基板５０に斜
めに入射するものが多く含まれている。
【００１０】従って、高アスペクトのホールの内面に十
分にバリア膜を作成するためには、基板５０に垂直する
スパッタ粒子の量を多くしていく必要がある。これを可
能にする技術の一つとして、発明者は、イオン化スパッ
タの手法をバリア膜の作成に応用することを検討した。
イオン化スパッタとは、ターゲット２から放出されるス
パッタ粒子をイオン化させるとともに、基板５０に垂直
な電界を設定する手法である。基板５０には、イオン化
したスパッタ粒子が電界の作用により垂直に多く入射す
るので、深いホールの内面まで十分に成膜が行われるこ
とになる。
分にバリア膜を作成するためには、基板５０に垂直する
スパッタ粒子の量を多くしていく必要がある。これを可
能にする技術の一つとして、発明者は、イオン化スパッ
タの手法をバリア膜の作成に応用することを検討した。
イオン化スパッタとは、ターゲット２から放出されるス
パッタ粒子をイオン化させるとともに、基板５０に垂直
な電界を設定する手法である。基板５０には、イオン化
したスパッタ粒子が電界の作用により垂直に多く入射す
るので、深いホールの内面まで十分に成膜が行われるこ
とになる。
【００１１】スパッタ粒子をイオン化させる構成は、タ
ーゲット２から基板５０へのスパッタ粒子の飛行経路上
にプラズマを形成する構成が採用できる。プラズマ中に
スパッタ粒子が通過する際、スパッタ粒子はプラズマ中
の電子との衝突によりイオン化することになる。
ーゲット２から基板５０へのスパッタ粒子の飛行経路上
にプラズマを形成する構成が採用できる。プラズマ中に
スパッタ粒子が通過する際、スパッタ粒子はプラズマ中
の電子との衝突によりイオン化することになる。
【００１２】しかしながら、発明者の検討によると、バ
リア膜の作成については、上記イオン化スパッタの手法
をそのまま適用することは困難であることが判明した。
即ち、チタンの場合には、プラズマ中を通過する際にイ
オン化させることが容易であるが、窒化チタンについて
は、化学的に安定なためイオン化が困難であり、イオン
化スパッタの効果が十分得られないことが判明した。
リア膜の作成については、上記イオン化スパッタの手法
をそのまま適用することは困難であることが判明した。
即ち、チタンの場合には、プラズマ中を通過する際にイ
オン化させることが容易であるが、窒化チタンについて
は、化学的に安定なためイオン化が困難であり、イオン
化スパッタの効果が十分得られないことが判明した。
【００１３】この課題を、ボトムカバレッジ率の点から
さらに詳しく説明する。図７は、ボトムカバレッジ率を
説明する断面概略図である。ボトムカバレッジ率は、ホ
ール内面の薄膜作成の良否の指標の一つとして多用され
ているものである。ボトムカバレッジ率は、ホール５０
０の周囲の面への成膜量（通常は成膜速度）に対するホ
ール底部への成膜量であり、図７の（ｂ／ａ）×１００
（％）で表される。
さらに詳しく説明する。図７は、ボトムカバレッジ率を
説明する断面概略図である。ボトムカバレッジ率は、ホ
ール内面の薄膜作成の良否の指標の一つとして多用され
ているものである。ボトムカバレッジ率は、ホール５０
０の周囲の面への成膜量（通常は成膜速度）に対するホ
ール底部への成膜量であり、図７の（ｂ／ａ）×１００
（％）で表される。
【００１４】発明者は、圧力や電力等の諸条件を同じに
してチタンと窒化チタンとをイオン化スパッタにより作
成する実験を行った。その結果、アスペクト比４のホー
ルに対して、チタンの場合にはボトムカバレッジ率４５
％であり、通常のスパッタの場合のボトムカバレッジ率
３〜５％に対して大きな改善が見られたが、窒化チタン
の場合には１５％であり、大きな改善が見られなかっ
た。
してチタンと窒化チタンとをイオン化スパッタにより作
成する実験を行った。その結果、アスペクト比４のホー
ルに対して、チタンの場合にはボトムカバレッジ率４５
％であり、通常のスパッタの場合のボトムカバレッジ率
３〜５％に対して大きな改善が見られたが、窒化チタン
の場合には１５％であり、大きな改善が見られなかっ
た。
【００１５】このように、チタンと窒化チタンとを積層
した構造のバリア膜については、イオン化スパッタをそ
のまま適用することは困難であり、ボトムカバレッジ率
の向上の効果を十分に得ることはできない。本願の発明
は、このような課題を解決するためになされたものであ
る。即ち、集積回路用バリア膜の作成において、イオン
化スパッタの手法の応用を工夫して行うことで、高アス
ペクト比のホールに対して十分に成膜を行うことができ
るスパッタリング装置を提供することを目的としてい
る。
した構造のバリア膜については、イオン化スパッタをそ
のまま適用することは困難であり、ボトムカバレッジ率
の向上の効果を十分に得ることはできない。本願の発明
は、このような課題を解決するためになされたものであ
る。即ち、集積回路用バリア膜の作成において、イオン
化スパッタの手法の応用を工夫して行うことで、高アス
ペクト比のホールに対して十分に成膜を行うことができ
るスパッタリング装置を提供することを目的としてい
る。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願の請求項１記載の発明は、チタンと窒化チタン
とを積層した構造の集積回路用バリア膜を作成するスパ
ッタリング装置において、排気系を備えたスパッタチャ
ンバーと、このスパッタチャンバー内に設けられたチタ
ンよりなるターゲットと、このターゲットをスパッタす
るスパッタ電極と、スパッタ放電のためにスパッタチャ
ンバー内にガスを導入するガス導入手段と、スパッタに
よってターゲットから放出されたチタンをイオン化させ
るイオン化手段と、イオン化したチタンが入射する位置
に基板を保持する基板ホルダーと、イオン化したチタン
を基板に引き込むために基板に垂直な方向に電界を設定
する電界設定手段とを備え、チタン薄膜が作成された基
板を加熱しながら当該基板の表面に窒素ガスを供給して
チタン薄膜の表面を窒化させる窒素アニール手段を有し
ているという構成を有する。また、上記課題を解決する
ため、請求項２記載の発明は、上記請求項１の構成にお
いて、イオン化手段は、ターゲットから基板へのチタン
の飛行経路において誘導結合型高周波プラズマを形成す
るものであるという構成を有する。また、上記課題を解
決するため、請求項３記載の発明は、上記請求項１又は
２の構成において、電界設定手段は、基板ホルダーに所
定の高周波電圧を印加することで基板に負のバイアス電
圧を与えるものであるという構成を有する。また、上記
課題を解決するため、請求項４記載の発明は、上記請求
項１、２又は３の構成において、窒素アニール手段は、
スパッタチャンバーとは別に設けられたアニールチャン
バー、アニールチャンバー内に窒素ガスを導入するアニ
ール用ガス導入手段と、アニールチャンバー内に搬入さ
れた基板が載置される加熱ステージとから構成され、当
該スパッタチャンバーからスパッタチャンバーに真空中
で基板を搬送する構造を有している。また、上記解題を
解決するため、請求項５記載の発明は、上記請求項１、
２又は３の構成において、ガス導入手段は窒素ガスを導
入する窒素ガス導入系を有し、基板ホルダーは基板を所
定温度に加熱する加熱手段を内蔵しており、窒素アニー
ル手段は、当該窒素ガス導入系と当該加熱手段によって
構成されていて、チタン薄膜を作成したスパッタチャン
バー内で連続して当該チタン薄膜の表面を窒化処理する
ことが可能であるという構成を有する。
め、本願の請求項１記載の発明は、チタンと窒化チタン
とを積層した構造の集積回路用バリア膜を作成するスパ
ッタリング装置において、排気系を備えたスパッタチャ
ンバーと、このスパッタチャンバー内に設けられたチタ
ンよりなるターゲットと、このターゲットをスパッタす
るスパッタ電極と、スパッタ放電のためにスパッタチャ
ンバー内にガスを導入するガス導入手段と、スパッタに
よってターゲットから放出されたチタンをイオン化させ
るイオン化手段と、イオン化したチタンが入射する位置
に基板を保持する基板ホルダーと、イオン化したチタン
を基板に引き込むために基板に垂直な方向に電界を設定
する電界設定手段とを備え、チタン薄膜が作成された基
板を加熱しながら当該基板の表面に窒素ガスを供給して
チタン薄膜の表面を窒化させる窒素アニール手段を有し
ているという構成を有する。また、上記課題を解決する
ため、請求項２記載の発明は、上記請求項１の構成にお
いて、イオン化手段は、ターゲットから基板へのチタン
の飛行経路において誘導結合型高周波プラズマを形成す
るものであるという構成を有する。また、上記課題を解
決するため、請求項３記載の発明は、上記請求項１又は
２の構成において、電界設定手段は、基板ホルダーに所
定の高周波電圧を印加することで基板に負のバイアス電
圧を与えるものであるという構成を有する。また、上記
課題を解決するため、請求項４記載の発明は、上記請求
項１、２又は３の構成において、窒素アニール手段は、
スパッタチャンバーとは別に設けられたアニールチャン
バー、アニールチャンバー内に窒素ガスを導入するアニ
ール用ガス導入手段と、アニールチャンバー内に搬入さ
れた基板が載置される加熱ステージとから構成され、当
該スパッタチャンバーからスパッタチャンバーに真空中
で基板を搬送する構造を有している。また、上記解題を
解決するため、請求項５記載の発明は、上記請求項１、
２又は３の構成において、ガス導入手段は窒素ガスを導
入する窒素ガス導入系を有し、基板ホルダーは基板を所
定温度に加熱する加熱手段を内蔵しており、窒素アニー
ル手段は、当該窒素ガス導入系と当該加熱手段によって
構成されていて、チタン薄膜を作成したスパッタチャン
バー内で連続して当該チタン薄膜の表面を窒化処理する
ことが可能であるという構成を有する。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施の形態につ
いて説明する。まず、請求項１、２、３及び４の発明に
対応した第一の実施形態について説明する。図１は、本
願発明の第一の実施形態のスパッタリング装置の構成を
説明する平面概略図である。
いて説明する。まず、請求項１、２、３及び４の発明に
対応した第一の実施形態について説明する。図１は、本
願発明の第一の実施形態のスパッタリング装置の構成を
説明する平面概略図である。
【００１８】本実施形態のスパッタリング装置は、いわ
ゆるマルチチャンバータイプの装置である。具体的に
は、図１に示すように、中央に配置された搬送チャンバ
ー６１と、この搬送チャンバー６１の周囲に配置された
スパッタチャンバー１、処理チャンバー６２，６３，６
４，６５，６６、ロードロックチャンバー６７及びアン
ロードロックチャンバー６８とから構成されている。
ゆるマルチチャンバータイプの装置である。具体的に
は、図１に示すように、中央に配置された搬送チャンバ
ー６１と、この搬送チャンバー６１の周囲に配置された
スパッタチャンバー１、処理チャンバー６２，６３，６
４，６５，６６、ロードロックチャンバー６７及びアン
ロードロックチャンバー６８とから構成されている。
【００１９】搬送チャンバー６１と各チャンバー１，６
２，６３，６４，６５，６６，６７，６８とは、不図示
のゲートバルブを介して気密に接続されており、全ての
チャンバー１，６１，６２，６３，６４，６５，６６，
６７，６８は専用又は兼用の搬送系によって真空に排気
可能となっている。また、搬送チャンバー６１内には搬
送ロボット６１１が配設されている。搬送ロボット６１
１は、ロードロックチャンバーから基板５０を一枚ずつ
取り出し、スパッタチャンバー１や各処理チャンバー６
２，６３，６４，６５，６６に順次搬送して、基板５０
上に所定のバリア膜を作成するようになっている。
２，６３，６４，６５，６６，６７，６８とは、不図示
のゲートバルブを介して気密に接続されており、全ての
チャンバー１，６１，６２，６３，６４，６５，６６，
６７，６８は専用又は兼用の搬送系によって真空に排気
可能となっている。また、搬送チャンバー６１内には搬
送ロボット６１１が配設されている。搬送ロボット６１
１は、ロードロックチャンバーから基板５０を一枚ずつ
取り出し、スパッタチャンバー１や各処理チャンバー６
２，６３，６４，６５，６６に順次搬送して、基板５０
上に所定のバリア膜を作成するようになっている。
【００２０】次に、スパッタチャンバー１の構成につい
て、図２を使用して説明する。図２は、図１のスパッタ
リング装置におけるスパッタチャンバー１の構成を説明
する正面概略図である。
て、図２を使用して説明する。図２は、図１のスパッタ
リング装置におけるスパッタチャンバー１の構成を説明
する正面概略図である。
【００２１】図２に示すように、本実施形態のスパッタ
リング装置は、排気系１１を備えたスパッタチャンバー
１と、このスパッタチャンバー１内に設けられたチタン
よりなるターゲット２と、このターゲット２をスパッタ
するスパッタ電極３と、スパッタ放電のためにスパッタ
チャンバー１内にガスを導入するガス導入手段４と、ス
パッタによってターゲット２から放出されたチタンをイ
オン化させるイオン化手段７と、イオン化したチタンが
入射する位置に基板５０を保持する基板ホルダー５と、
イオン化したチタンを基板５０に引き込むために基板５
０に垂直な方向に電界を設定する電界設定手段８とを備
えている。
リング装置は、排気系１１を備えたスパッタチャンバー
１と、このスパッタチャンバー１内に設けられたチタン
よりなるターゲット２と、このターゲット２をスパッタ
するスパッタ電極３と、スパッタ放電のためにスパッタ
チャンバー１内にガスを導入するガス導入手段４と、ス
パッタによってターゲット２から放出されたチタンをイ
オン化させるイオン化手段７と、イオン化したチタンが
入射する位置に基板５０を保持する基板ホルダー５と、
イオン化したチタンを基板５０に引き込むために基板５
０に垂直な方向に電界を設定する電界設定手段８とを備
えている。
【００２２】まず、スパッタチャンバー１は、不図示の
ゲートバルブを備えた気密な容器である。スパッタチャ
ンバー１は、ステンレス等の金属製であり、電気的には
接地されている。排気系１１は、ターボ分子ポンプや拡
散ポンプ等を備えた多段の真空排気システムで構成され
ており、スパッタチャンバー１内を１０-9Ｔｏｒｒ程度
まで排気可能になっている。また、排気系１１は、バリ
アブルオリフィス等の不図示の排気速度調整器を備え、
排気速度を調整することが可能になっている。
ゲートバルブを備えた気密な容器である。スパッタチャ
ンバー１は、ステンレス等の金属製であり、電気的には
接地されている。排気系１１は、ターボ分子ポンプや拡
散ポンプ等を備えた多段の真空排気システムで構成され
ており、スパッタチャンバー１内を１０-9Ｔｏｒｒ程度
まで排気可能になっている。また、排気系１１は、バリ
アブルオリフィス等の不図示の排気速度調整器を備え、
排気速度を調整することが可能になっている。
【００２３】ターゲット２は、例えば厚さ６〜１２ｍ
ｍ、直径３００ｍｍ程度の円板状であり、スパッタ電極
３に取付けられている。スパッタ電極３は、従来の装置
と同様に磁石機構を備えたマグネトロンカソードになっ
ている。即ち、磁石機構は、中心磁石３１と、この中心
磁石３１を取り囲む周辺磁石３２と、中心磁石３１及び
周辺磁石３２とを繋ぐ円板状のヨーク３３とから構成さ
れている。尚、各磁石は、いずれも永久磁石であるが、
電磁石でこれらを構成することも可能である。
ｍ、直径３００ｍｍ程度の円板状であり、スパッタ電極
３に取付けられている。スパッタ電極３は、従来の装置
と同様に磁石機構を備えたマグネトロンカソードになっ
ている。即ち、磁石機構は、中心磁石３１と、この中心
磁石３１を取り囲む周辺磁石３２と、中心磁石３１及び
周辺磁石３２とを繋ぐ円板状のヨーク３３とから構成さ
れている。尚、各磁石は、いずれも永久磁石であるが、
電磁石でこれらを構成することも可能である。
【００２４】スパッタ電極３はスパッタチャンバー１に
対して絶縁された状態で取り付けられており、スパッタ
電源３５が接続されている。このスパッタ電源３５は、
所定の負の高電圧又は高周波電圧をスパッタ電極３に印
加するよう構成される。チタンのスパッタの場合、５０
０〜７００Ｖ程度の負の直流電圧を印加するよう構成さ
れることが多い。
対して絶縁された状態で取り付けられており、スパッタ
電源３５が接続されている。このスパッタ電源３５は、
所定の負の高電圧又は高周波電圧をスパッタ電極３に印
加するよう構成される。チタンのスパッタの場合、５０
０〜７００Ｖ程度の負の直流電圧を印加するよう構成さ
れることが多い。
【００２５】ガス導入手段４は、アルゴン等のスパッタ
放電用のガスを溜めたガスボンベ４１１と、ガスボンベ
４１１とスパッタチャンバー１とをつなぐ配管４１２
と、配管４１２に設けられたバルブ４１３や流量調整器
４１４等から構成されている。配管４１１の先端には、
不図示のガス分配器が通常設けられる。ガス分配器は、
円環状に形成したパイプの中心側面にガス吹き出し穴を
形成した構成等が採用され、ターゲット２と基板ホルダ
ー５との間の空間に均一にガスを導入するようにする。
放電用のガスを溜めたガスボンベ４１１と、ガスボンベ
４１１とスパッタチャンバー１とをつなぐ配管４１２
と、配管４１２に設けられたバルブ４１３や流量調整器
４１４等から構成されている。配管４１１の先端には、
不図示のガス分配器が通常設けられる。ガス分配器は、
円環状に形成したパイプの中心側面にガス吹き出し穴を
形成した構成等が採用され、ターゲット２と基板ホルダ
ー５との間の空間に均一にガスを導入するようにする。
【００２６】イオン化手段７は、本実施形態では、ター
ゲット２から基板５０へのチタンの飛行経路において誘
導結合型高周波プラズマを形成するものが採用されてい
る。具体的には、イオン化手段７は、ターゲット２と基
板ホルダー５との間の空間（以下、イオン化空間）を取
り囲むようにして設けられた高周波コイル７１と、この
高周波コイル７１に接続された高周波電源７２とから主
に構成されている。
ゲット２から基板５０へのチタンの飛行経路において誘
導結合型高周波プラズマを形成するものが採用されてい
る。具体的には、イオン化手段７は、ターゲット２と基
板ホルダー５との間の空間（以下、イオン化空間）を取
り囲むようにして設けられた高周波コイル７１と、この
高周波コイル７１に接続された高周波電源７２とから主
に構成されている。
【００２７】高周波電源７２は、例えば周波数１３．５
６ＭＨｚで出力４ｋＷ程度のものが使用され、整合器７
３を介して高周波コイル７１を高周波電力を供給する。
高周波コイル７１によって、イオン化空間に高周波電界
が設定され、ガス導入手段４によって導入されたガスが
この高周波電界によってプラズマ化してプラズマＰが形
成されるようになっている。プラズマＰ中には高周波電
流が流れ、プラズマＰと高周波コイル７１は誘導性結合
する。このため、誘導結合型プラズマと呼ばれる。
６ＭＨｚで出力４ｋＷ程度のものが使用され、整合器７
３を介して高周波コイル７１を高周波電力を供給する。
高周波コイル７１によって、イオン化空間に高周波電界
が設定され、ガス導入手段４によって導入されたガスが
この高周波電界によってプラズマ化してプラズマＰが形
成されるようになっている。プラズマＰ中には高周波電
流が流れ、プラズマＰと高周波コイル７１は誘導性結合
する。このため、誘導結合型プラズマと呼ばれる。
【００２８】ターゲット２から放出されたスパッタ粒子
（チタン）は、プラズマＰ中を通過する際にプラズマＰ
中の電子と衝突し、イオン化する。イオン化したスパッ
タ粒子は、後述する電界によって加速されて基板５０に
到達するようになっている。基板ホルダー５は、ターゲ
ット２に対して平行に基板５０を保持するようになって
いる。基板ホルダー５には、基板５０を静電気によって
吸着する不図示の静電吸着機構や成膜中に基板５０を加
熱して成膜を効率的にする不図示の加熱機構等が設けら
れる場合がある。
（チタン）は、プラズマＰ中を通過する際にプラズマＰ
中の電子と衝突し、イオン化する。イオン化したスパッ
タ粒子は、後述する電界によって加速されて基板５０に
到達するようになっている。基板ホルダー５は、ターゲ
ット２に対して平行に基板５０を保持するようになって
いる。基板ホルダー５には、基板５０を静電気によって
吸着する不図示の静電吸着機構や成膜中に基板５０を加
熱して成膜を効率的にする不図示の加熱機構等が設けら
れる場合がある。
【００２９】電界設定手段８は、本実施形態では、基板
ホルダー５に所定の高周波電圧を印加することで基板５
０に負のバイアス電圧を与えるものである。即ち、電界
設定手段８は、基板ホルダー５にブロッキングコンデン
サ８２を介して接続された基板バイアス用高周波電源８
１によって構成されている。
ホルダー５に所定の高周波電圧を印加することで基板５
０に負のバイアス電圧を与えるものである。即ち、電界
設定手段８は、基板ホルダー５にブロッキングコンデン
サ８２を介して接続された基板バイアス用高周波電源８
１によって構成されている。
【００３０】基板バイアス用高周波電源８１は、例えば
周波数１３．５６ＭＨｚ出力３００Ｗ程度のものであ
る。基板バイアス用高周波電源８１によって基板５０に
高周波電圧が印加されると、基板５０の表面にはプラズ
マ中の荷電粒子が周期的に引き寄せられる。このうち、
移動度の高い電子は正イオンに比べて多くが基板５０の
表面に引き寄せられ、その結果、基板５０の表面は負の
電位にバイアスされたのと同じ状態になる。具体的に
は、上述した例の基板バイアス用高周波電源８１の場
合、平均値で−５０Ｖ程度のバイアス電圧を基板５０に
与えることができる。
周波数１３．５６ＭＨｚ出力３００Ｗ程度のものであ
る。基板バイアス用高周波電源８１によって基板５０に
高周波電圧が印加されると、基板５０の表面にはプラズ
マ中の荷電粒子が周期的に引き寄せられる。このうち、
移動度の高い電子は正イオンに比べて多くが基板５０の
表面に引き寄せられ、その結果、基板５０の表面は負の
電位にバイアスされたのと同じ状態になる。具体的に
は、上述した例の基板バイアス用高周波電源８１の場
合、平均値で−５０Ｖ程度のバイアス電圧を基板５０に
与えることができる。
【００３１】上記基板バイアス電圧が与えられた状態
は、直流二極放電でプラズマを形成した場合の陰極シー
ス領域と同様であり、プラズマと基板５０との間に基板
５０に向かって下がる電位傾度を有する電界（以下、引
き出し用電界）が設定された状態となる。この引き出し
用電界によって、イオン化スパッタ粒子（正イオンのチ
タン）は、プラズマから引き出されて基板５０に効率良
く到達するようになっている。
は、直流二極放電でプラズマを形成した場合の陰極シー
ス領域と同様であり、プラズマと基板５０との間に基板
５０に向かって下がる電位傾度を有する電界（以下、引
き出し用電界）が設定された状態となる。この引き出し
用電界によって、イオン化スパッタ粒子（正イオンのチ
タン）は、プラズマから引き出されて基板５０に効率良
く到達するようになっている。
【００３２】上記基板ホルダー５はチタン等の金属で形
成されており、従って、基板ホルダー５の載置面内には
直流分の電界は原理的に存在しない。従って、上記引き
出し用電界は基板５０に対して垂直な向きの電界であ
り、基板５０に対して垂直にイオン化スパッタ粒子を加
速するよう作用する。この結果、基板５０に形成された
ホールの底面まで効率よくイオン化スパッタ粒子を到達
させることができるようになっている。
成されており、従って、基板ホルダー５の載置面内には
直流分の電界は原理的に存在しない。従って、上記引き
出し用電界は基板５０に対して垂直な向きの電界であ
り、基板５０に対して垂直にイオン化スパッタ粒子を加
速するよう作用する。この結果、基板５０に形成された
ホールの底面まで効率よくイオン化スパッタ粒子を到達
させることができるようになっている。
【００３３】図２を使用して、スパッタチャンバー１に
おけるスパッタ処理について説明する。基板５０がスパ
ッタチャンバー１内に搬入され、基板ホルダー５上に載
置される。スパッタチャンバー１内は予め１０-8〜１０
-9Ｔｏｒｒ程度まで排気されおり、基板５０の載置後に
ガス導入手段４が動作して、アルゴン等のスパッタ放電
用ガスが所定の流量で導入される。
おけるスパッタ処理について説明する。基板５０がスパ
ッタチャンバー１内に搬入され、基板ホルダー５上に載
置される。スパッタチャンバー１内は予め１０-8〜１０
-9Ｔｏｒｒ程度まで排気されおり、基板５０の載置後に
ガス導入手段４が動作して、アルゴン等のスパッタ放電
用ガスが所定の流量で導入される。
【００３４】排気系１１の排気速度調整器４１４を制御
してスパッタチャンバー１内を例えば２０ｍＴｏｒｒ〜
４０ｍＴｏｒｒ程度に維持し、この状態でスパッタ電極
３を動作させる。即ち、スパッタ電源３５によってスパ
ッタ電極３に所定の電圧を与え、マグネトロンスパッタ
放電を生じさせる。
してスパッタチャンバー１内を例えば２０ｍＴｏｒｒ〜
４０ｍＴｏｒｒ程度に維持し、この状態でスパッタ電極
３を動作させる。即ち、スパッタ電源３５によってスパ
ッタ電極３に所定の電圧を与え、マグネトロンスパッタ
放電を生じさせる。
【００３５】同時に、イオン化手段７も動作させ、高周
波電源７２によって高周波コイル７１に高周波電圧を印
加し、イオン化空間に高周波電界を設定する。スパッタ
放電用ガスはイオン化空間にも拡散し、スパッタ放電用
ガスが電離してプラズマＰが形成される。また同時に電
界設定手段８も動作し、基板バイアス用高周波電源８１
によって基板５０に所定のバイアス電圧が印加され、プ
ラズマＰとの間に引き出し電界が設定される。
波電源７２によって高周波コイル７１に高周波電圧を印
加し、イオン化空間に高周波電界を設定する。スパッタ
放電用ガスはイオン化空間にも拡散し、スパッタ放電用
ガスが電離してプラズマＰが形成される。また同時に電
界設定手段８も動作し、基板バイアス用高周波電源８１
によって基板５０に所定のバイアス電圧が印加され、プ
ラズマＰとの間に引き出し電界が設定される。
【００３６】スパッタ放電によってターゲット２がスパ
ッタされ、スパッタされたチタンは、基板５０に向けて
飛行する。その飛行の途中、イオン化空間のプラズマＰ
を通過する際にイオン化する。イオン化したチタンは、
引き出し電界によってプラズマから効率良く引き出さ
れ、基板５０に入射する。基板５０に入射したチタン
は、ホールの底面や側面に達して膜を堆積し、効率よく
ホール内を被覆する。所定の厚さで膜が作成されると、
電界設定手段８、イオン化手段７、スパッタ電極３、及
びガス導入手段４の動作をそれぞれ停止させ、基板５０
をスパッタチャンバー１から搬出する。
ッタされ、スパッタされたチタンは、基板５０に向けて
飛行する。その飛行の途中、イオン化空間のプラズマＰ
を通過する際にイオン化する。イオン化したチタンは、
引き出し電界によってプラズマから効率良く引き出さ
れ、基板５０に入射する。基板５０に入射したチタン
は、ホールの底面や側面に達して膜を堆積し、効率よく
ホール内を被覆する。所定の厚さで膜が作成されると、
電界設定手段８、イオン化手段７、スパッタ電極３、及
びガス導入手段４の動作をそれぞれ停止させ、基板５０
をスパッタチャンバー１から搬出する。
【００３７】次に、本実施形態の大きな特徴点の一つで
ある窒素アニール手段について説明する。本実施形態の
窒素アニール手段は、スパッタチャンバー１とは別に設
けられた処理チャンバーの一つ（以下、アニールチャン
バー）６３に設けられている。図３は、図１に示す処理
チャンバー（アニールチャンバー）６３の構成を説明す
る正面概略図である。
ある窒素アニール手段について説明する。本実施形態の
窒素アニール手段は、スパッタチャンバー１とは別に設
けられた処理チャンバーの一つ（以下、アニールチャン
バー）６３に設けられている。図３は、図１に示す処理
チャンバー（アニールチャンバー）６３の構成を説明す
る正面概略図である。
【００３８】本実施形態の窒素アニール手段は、排気系
６３１を備えたアニールチャンバー６３と、アニールチ
ャンバー６３内に窒素ガスを導入することが可能なアニ
ール用ガス導入手段９１と、アニールチャンバー６３内
に搬入された基板５０が載置される加熱ステージ９２と
から構成されている。
６３１を備えたアニールチャンバー６３と、アニールチ
ャンバー６３内に窒素ガスを導入することが可能なアニ
ール用ガス導入手段９１と、アニールチャンバー６３内
に搬入された基板５０が載置される加熱ステージ９２と
から構成されている。
【００３９】アニールチャンバー６３は、スパッタチャ
ンバー１と同様の気密な容器であり、排気系６３１によ
って例えば１０-8Ｔｏｒｒ程度まで排気可能に構成され
ている。また、アニール用ガス導入手段９１は、窒素ガ
スを所定の流量でアニールチャンバー６３内に導入でき
るよう構成される。
ンバー１と同様の気密な容器であり、排気系６３１によ
って例えば１０-8Ｔｏｒｒ程度まで排気可能に構成され
ている。また、アニール用ガス導入手段９１は、窒素ガ
スを所定の流量でアニールチャンバー６３内に導入でき
るよう構成される。
【００４０】そして、加熱ステージ９２は、上面に基板
５０を載置するよう構成されている。加熱ステージ９２
内には、カートリッジヒータ等のジュール熱を発生させ
るヒータ９３が埋設されている。ヒータ９３と基板５０
載置面との間の部材には、チタンやセラミック系の耐熱
性の高い部材が使用される。尚、加熱ステージ９２に
は、基板５０の温度を検出する熱電対等の不図示の温度
センサが設けられており、温度センサの検出信号はヒー
タ９３を制御する不図示の制御部に送られるようになっ
ている。制御部は、ヒータ９３をフィードバック制御
し、所定の加熱温度が維持されるようにする。
５０を載置するよう構成されている。加熱ステージ９２
内には、カートリッジヒータ等のジュール熱を発生させ
るヒータ９３が埋設されている。ヒータ９３と基板５０
載置面との間の部材には、チタンやセラミック系の耐熱
性の高い部材が使用される。尚、加熱ステージ９２に
は、基板５０の温度を検出する熱電対等の不図示の温度
センサが設けられており、温度センサの検出信号はヒー
タ９３を制御する不図示の制御部に送られるようになっ
ている。制御部は、ヒータ９３をフィードバック制御
し、所定の加熱温度が維持されるようにする。
【００４１】また、基板５０と基板ホルダー５との間の
接触性を向上させるため、基板５０を基板ホルダー５に
機械的に押しつけるクランプ手段９４が設けられてい
る。クランプ手段９４は、基板５０の周縁を押さえるリ
ング状のクランプ９４１と、クランプ９４１を駆動する
駆動機構９４２とから主に構成されている。尚、クラン
プ９４２には、不図示のバネ部材が設けられており、バ
ネ部材の弾性力によって基板５０を基板ホルダー５に押
しつけるよう構成されている。基板５０と基板ホルダー
５との接触性をさらに向上させるため、基板５０を静電
気によって吸着する静電吸着機構や、基板５０と基板ホ
ルダー５との間のすき間にヘリウムガスを流すヘリウム
チャック機構等が設けられる場合がある。
接触性を向上させるため、基板５０を基板ホルダー５に
機械的に押しつけるクランプ手段９４が設けられてい
る。クランプ手段９４は、基板５０の周縁を押さえるリ
ング状のクランプ９４１と、クランプ９４１を駆動する
駆動機構９４２とから主に構成されている。尚、クラン
プ９４２には、不図示のバネ部材が設けられており、バ
ネ部材の弾性力によって基板５０を基板ホルダー５に押
しつけるよう構成されている。基板５０と基板ホルダー
５との接触性をさらに向上させるため、基板５０を静電
気によって吸着する静電吸着機構や、基板５０と基板ホ
ルダー５との間のすき間にヘリウムガスを流すヘリウム
チャック機構等が設けられる場合がある。
【００４２】図３を使用して、アニールチャンバー６３
における窒素アニールの動作について説明する。排気系
６３１によってアニールチャンバー６３内は１０-8Ｔｏ
ｒｒ程度に予め排気されいる。また、加熱ステージ９２
は、ヒータ９３によって所定温度に予め加熱されてい
る。
における窒素アニールの動作について説明する。排気系
６３１によってアニールチャンバー６３内は１０-8Ｔｏ
ｒｒ程度に予め排気されいる。また、加熱ステージ９２
は、ヒータ９３によって所定温度に予め加熱されてい
る。
【００４３】この状態で、不図示のゲートバルブを通し
て基板５０がアニールチャンバー６３内に搬送され、基
板ホルダー５に載置される。そして、クランプ手段９４
が動作して基板５０を加熱ステージ９２に押しつける。
これによって、基板５０は加熱ステージ９２の温度程度
まで急速に加熱される。
て基板５０がアニールチャンバー６３内に搬送され、基
板ホルダー５に載置される。そして、クランプ手段９４
が動作して基板５０を加熱ステージ９２に押しつける。
これによって、基板５０は加熱ステージ９２の温度程度
まで急速に加熱される。
【００４４】次に、ガス導入手段４が動作して窒素ガス
が所定の流量で導入される。排気系１１の排気速度調整
器を制御してアニールチャンバー６３内の圧力を所定圧
力に維持し、この状態を所定時間保持する。これによっ
て、基板５０上に作成されたチタン薄膜の表面が窒化
し、窒化チタン層が形成される。
が所定の流量で導入される。排気系１１の排気速度調整
器を制御してアニールチャンバー６３内の圧力を所定圧
力に維持し、この状態を所定時間保持する。これによっ
て、基板５０上に作成されたチタン薄膜の表面が窒化
し、窒化チタン層が形成される。
【００４５】次に、図１に戻り、その他の処理チャンバ
ー６２，６６について説明する。一つの処理チャンバー
６２は、プリヒートチャンバーとして構成される。プリ
ヒートチャンバー６２内には、アニールチャンバー６３
内の加熱ステージ９２と同様のプリヒートステージ６２
１が設けられる。プリヒートステージ６２１は、基板５
０を例えば５００℃程度まで加熱するよう構成される。
プリヒートの主な目的は、基板５０中の吸蔵ガスを放出
させる脱ガスである。脱ガスをしておかないと、スパッ
タチャンバー１での成膜の際に急激に脱ガスが発生し、
膜の付着性や膜質に影響を与えるからである。
ー６２，６６について説明する。一つの処理チャンバー
６２は、プリヒートチャンバーとして構成される。プリ
ヒートチャンバー６２内には、アニールチャンバー６３
内の加熱ステージ９２と同様のプリヒートステージ６２
１が設けられる。プリヒートステージ６２１は、基板５
０を例えば５００℃程度まで加熱するよう構成される。
プリヒートの主な目的は、基板５０中の吸蔵ガスを放出
させる脱ガスである。脱ガスをしておかないと、スパッ
タチャンバー１での成膜の際に急激に脱ガスが発生し、
膜の付着性や膜質に影響を与えるからである。
【００４６】その他、一つの処理チャンバー６６は、基
板５０を冷却する冷却チャンバーとして構成される。冷
却チャンバー６６内には、冷却ステージ６６１が配設さ
れる。冷却ステージ６４１は、内部に冷媒を循環させた
構造であり、上面に載置した基板５０から熱を奪って所
定温度に冷却するよう構成される。
板５０を冷却する冷却チャンバーとして構成される。冷
却チャンバー６６内には、冷却ステージ６６１が配設さ
れる。冷却ステージ６４１は、内部に冷媒を循環させた
構造であり、上面に載置した基板５０から熱を奪って所
定温度に冷却するよう構成される。
【００４７】次に、上記構成に係る本実施形態のスパッ
タリング装置の全体の動作について、図１を使用して説
明する。まず、搬送チャンバー６内の搬送ロボット６１
１は、ロードロックチャンバー６７内のカセット６７１
から基板５０を一枚ずつ取り出し、まずプリヒートチャ
ンバー６２に搬送する。プリヒートチャンバー６２で基
板５０を４００℃で１〜２分程度加熱してプリヒートし
た後、搬送ロボット６１１は基板５０をスパッタチャン
バー１に搬送する。そして、スパッタチャンバー１内で
上述の通りチタンのスパッタ成膜を行い、基板５０上の
ホール内にチタン薄膜を作成する。
タリング装置の全体の動作について、図１を使用して説
明する。まず、搬送チャンバー６内の搬送ロボット６１
１は、ロードロックチャンバー６７内のカセット６７１
から基板５０を一枚ずつ取り出し、まずプリヒートチャ
ンバー６２に搬送する。プリヒートチャンバー６２で基
板５０を４００℃で１〜２分程度加熱してプリヒートし
た後、搬送ロボット６１１は基板５０をスパッタチャン
バー１に搬送する。そして、スパッタチャンバー１内で
上述の通りチタンのスパッタ成膜を行い、基板５０上の
ホール内にチタン薄膜を作成する。
【００４８】次に、基板５０をアニールチャンバー６３
に搬送し、上述の通り、窒素アニール処理を行う。これ
によって、チタン薄膜の表面が窒化され、チタンと窒化
チタンの積層膜が作成される。その後、基板５０を冷却
チャンバー６６に搬送して所定温度に冷却し、その後、
アンロードロックチャンバー６８内のカセット６８１に
搬送する。そして、アンロードロックチャンバー６６か
らカセットごと装置外に取り出される。
に搬送し、上述の通り、窒素アニール処理を行う。これ
によって、チタン薄膜の表面が窒化され、チタンと窒化
チタンの積層膜が作成される。その後、基板５０を冷却
チャンバー６６に搬送して所定温度に冷却し、その後、
アンロードロックチャンバー６８内のカセット６８１に
搬送する。そして、アンロードロックチャンバー６６か
らカセットごと装置外に取り出される。
【００４９】上述した構成及び動作に係る本実施形態の
スパッタリング装置では、イオン化スパッタリングの手
法を用いているので、高アスペクト比のホールに対して
十分なボトムカレッジ率でバリア膜を作成することが可
能になっている。この際、イオン化が難しい窒化チタン
については、窒素アニールの手法を補助的に使用して窒
化チタン層を形成しているので、イオン化スパッタのメ
リットを享受しつつ、十分な特性のバリア膜を高い生産
性で作成することができる。
スパッタリング装置では、イオン化スパッタリングの手
法を用いているので、高アスペクト比のホールに対して
十分なボトムカレッジ率でバリア膜を作成することが可
能になっている。この際、イオン化が難しい窒化チタン
については、窒素アニールの手法を補助的に使用して窒
化チタン層を形成しているので、イオン化スパッタのメ
リットを享受しつつ、十分な特性のバリア膜を高い生産
性で作成することができる。
【００５０】もしイオン化スパッタのみでチタン層と窒
化チタン層を形成した場合、ホール内とホールの周囲と
でチタン層と窒化チタン層との膜厚比が変化してしまう
ことがありうる。というのは、チタンと窒化チタンとで
はイオン化効率が違うので、チタンを堆積した際のボト
ムカバレッジ率と窒化チタンを堆積した際のボトムカバ
レッジ率が異なってしまうからである。
化チタン層を形成した場合、ホール内とホールの周囲と
でチタン層と窒化チタン層との膜厚比が変化してしまう
ことがありうる。というのは、チタンと窒化チタンとで
はイオン化効率が違うので、チタンを堆積した際のボト
ムカバレッジ率と窒化チタンを堆積した際のボトムカバ
レッジ率が異なってしまうからである。
【００５１】窒素アニールを補助的に利用する本実施形
態の手法では、窒素ガスはホール内にもホールの周囲に
も均一に拡散するので、表面窒化層は、ホール内にもホ
ールの周囲にも均一に形成される。従って、チタンと窒
化チタンの膜厚比がホール内のホールの周囲とで異なっ
てしまうことがない。つまり、イオン化スパッタによっ
てボトムカバレッジ率よくチタンを作成しておき、その
表面を窒素アニールする手法なので、その表面窒化層も
ボトムカバレッジ率よく均一に形成できるのである。
態の手法では、窒素ガスはホール内にもホールの周囲に
も均一に拡散するので、表面窒化層は、ホール内にもホ
ールの周囲にも均一に形成される。従って、チタンと窒
化チタンの膜厚比がホール内のホールの周囲とで異なっ
てしまうことがない。つまり、イオン化スパッタによっ
てボトムカバレッジ率よくチタンを作成しておき、その
表面を窒素アニールする手法なので、その表面窒化層も
ボトムカバレッジ率よく均一に形成できるのである。
【００５２】また、上述したように、スパッタチャンバ
ー１とアニールチャンバー６３との間の基板５０の搬送
は、真空中に配置された搬送ロボット６１１によって行
われ、大気を経由することがないので、基板５０の汚損
の問題が低減されている。チタン薄膜の表面を窒化させ
て窒化チタン層を形成する場合、チタン薄膜の表面に異
物が付着した状態で窒素アニールを行ってしまうと、そ
の異物がチタン薄膜中に取り込まれてしまうことが多
い。このように取り込まれた異物は、バリア膜の抵抗値
を変化させ、コンタクト抵抗の増加等のデバイス不良を
もたらす場合がある。しかしながら、本実施形態の装置
によれば、このような問題が軽減されている。
ー１とアニールチャンバー６３との間の基板５０の搬送
は、真空中に配置された搬送ロボット６１１によって行
われ、大気を経由することがないので、基板５０の汚損
の問題が低減されている。チタン薄膜の表面を窒化させ
て窒化チタン層を形成する場合、チタン薄膜の表面に異
物が付着した状態で窒素アニールを行ってしまうと、そ
の異物がチタン薄膜中に取り込まれてしまうことが多
い。このように取り込まれた異物は、バリア膜の抵抗値
を変化させ、コンタクト抵抗の増加等のデバイス不良を
もたらす場合がある。しかしながら、本実施形態の装置
によれば、このような問題が軽減されている。
【００５３】次に、本願の請求項１、２、３及び５の発
明に対応した第二の実施形態について説明する。図４
は、本願発明の第二の実施形態に係るスパッタリング装
置の構成を説明する正面概略図である。
明に対応した第二の実施形態について説明する。図４
は、本願発明の第二の実施形態に係るスパッタリング装
置の構成を説明する正面概略図である。
【００５４】図４に示すスパッタリング装置は、図２に
示す装置と同様に、排気系１１を備えたスパッタチャン
バー１と、このスパッタチャンバー１内に設けられたチ
タンよりなるターゲット２と、このターゲット２をスパ
ッタするスパッタ電極３と、スパッタ放電のために処理
容器内にガスを導入するガス導入手段４と、スパッタに
よってターゲット２から放出されたチタンをイオン化さ
せるイオン化手段７と、イオン化したチタンが入射する
位置に基板５０を保持する基板ホルダー５と、イオン化
したチタンを基板５０に引き込むために基板５０に垂直
な方向に電界を設定する電界設定手段８とを備えてい
る。
示す装置と同様に、排気系１１を備えたスパッタチャン
バー１と、このスパッタチャンバー１内に設けられたチ
タンよりなるターゲット２と、このターゲット２をスパ
ッタするスパッタ電極３と、スパッタ放電のために処理
容器内にガスを導入するガス導入手段４と、スパッタに
よってターゲット２から放出されたチタンをイオン化さ
せるイオン化手段７と、イオン化したチタンが入射する
位置に基板５０を保持する基板ホルダー５と、イオン化
したチタンを基板５０に引き込むために基板５０に垂直
な方向に電界を設定する電界設定手段８とを備えてい
る。
【００５５】また、ガス導入手段４は窒素ガスを導入す
る窒素ガス導入系４２を有し、基板ホルダー５は、基板
５０を所定温度に加熱する加熱手段５１を内蔵してい
る。そして、窒素アニール手段は、窒素ガス導入系４２
と加熱手段５１によって構成されている。
る窒素ガス導入系４２を有し、基板ホルダー５は、基板
５０を所定温度に加熱する加熱手段５１を内蔵してい
る。そして、窒素アニール手段は、窒素ガス導入系４２
と加熱手段５１によって構成されている。
【００５６】まず、ガス導入手段４は、アルゴンガスを
導入するアルゴンガス導入系４１と、窒素窒素ガス導入
系４２とから構成されている。スパッタチャンバー１に
接続された主配管４０には、アルゴンガスの配管４１１
と窒素ガスの配管４２１とが接続されており、配管４１
１，４１２はそれぞれのガスのガスボンベ４１２，４２
２と主配管４０とを接続している。
導入するアルゴンガス導入系４１と、窒素窒素ガス導入
系４２とから構成されている。スパッタチャンバー１に
接続された主配管４０には、アルゴンガスの配管４１１
と窒素ガスの配管４２１とが接続されており、配管４１
１，４１２はそれぞれのガスのガスボンベ４１２，４２
２と主配管４０とを接続している。
【００５７】配管４１１，４１２には、バルブ４１３，
４２３が設けられており、バルブ４１３，４２３を切り
替えることで、アルゴンと窒素のどちらかをスパッタチ
ャンバー１に導入することが可能になっている。尚、そ
れぞれの配管４１１，４２１には、流量調整器４１４，
４２４が設けられている。
４２３が設けられており、バルブ４１３，４２３を切り
替えることで、アルゴンと窒素のどちらかをスパッタチ
ャンバー１に導入することが可能になっている。尚、そ
れぞれの配管４１１，４２１には、流量調整器４１４，
４２４が設けられている。
【００５８】また、基板ホルダー５に内蔵された加熱手
段５１は、ジュール熱を発生させる抵抗加熱方式のヒー
タから構成されている。基板ホルダー５には、基板５０
の温度を検出する熱電対等の不図示の温度センサが設け
られており、温度センサの検出信号は加熱手段５１を制
御する不図示の制御部に送られて加熱温度がフィードバ
ック制御されるようになっている。
段５１は、ジュール熱を発生させる抵抗加熱方式のヒー
タから構成されている。基板ホルダー５には、基板５０
の温度を検出する熱電対等の不図示の温度センサが設け
られており、温度センサの検出信号は加熱手段５１を制
御する不図示の制御部に送られて加熱温度がフィードバ
ック制御されるようになっている。
【００５９】加熱手段５１から上側の基板ホルダー５の
部材は、比較的熱伝導性の良い材料で形成され、加熱手
段５１による基板５０の温度制御の精度を高めるよう構
成される。尚、基板５０と基板ホルダー５との間の接触
性を向上させるため、第一の実施形態におけるアニール
チャンバー６３内のものと同様のクランプ手段５２が設
けられている。上記以外の構成は、第一の実施形態のも
のとほぼ同様である。
部材は、比較的熱伝導性の良い材料で形成され、加熱手
段５１による基板５０の温度制御の精度を高めるよう構
成される。尚、基板５０と基板ホルダー５との間の接触
性を向上させるため、第一の実施形態におけるアニール
チャンバー６３内のものと同様のクランプ手段５２が設
けられている。上記以外の構成は、第一の実施形態のも
のとほぼ同様である。
【００６０】次に、本実施形態の装置の動作を説明す
る。まず、基板５０をスパッタチャンバー１に搬入し
て、第一の実施形態の場合と同様に、チタンの成膜を行
う。即ち、ガス導入手段４によってアルゴンガスを導入
しながらスパッタ電極３を動作させてターゲット２をス
パッタするとともに、イオン化手段７を動作させてスパ
ッタ粒子（チタン）をイオン化させ、電界設定手段８が
設定する電界によってイオン化スパッタ粒子を基板５０
に到達させて成膜を行う。チタンの成膜を所定時間行
い、膜厚が所定の厚さに達したら、アルゴンガスの導
入、スパッタ電極３、イオン化手段７及び電界設定手段
８の動作を停止し、スパッタチャンバー１内を再度所定
圧力まで排気する。
る。まず、基板５０をスパッタチャンバー１に搬入し
て、第一の実施形態の場合と同様に、チタンの成膜を行
う。即ち、ガス導入手段４によってアルゴンガスを導入
しながらスパッタ電極３を動作させてターゲット２をス
パッタするとともに、イオン化手段７を動作させてスパ
ッタ粒子（チタン）をイオン化させ、電界設定手段８が
設定する電界によってイオン化スパッタ粒子を基板５０
に到達させて成膜を行う。チタンの成膜を所定時間行
い、膜厚が所定の厚さに達したら、アルゴンガスの導
入、スパッタ電極３、イオン化手段７及び電界設定手段
８の動作を停止し、スパッタチャンバー１内を再度所定
圧力まで排気する。
【００６１】その後、窒素アニール手段を動作させる。
即ち、加熱手段５１を動作させて基板５０を所定温度に
加熱するとともに、窒素ガス導入系４２を動作させて窒
素ガスをスパッタチャンバー１内に導入する。これによ
って、基板５０は窒素アニール処理され、チタン薄膜の
表面が窒化される。この結果、チタンの上に窒化チタン
を積層した構造が得られる。
即ち、加熱手段５１を動作させて基板５０を所定温度に
加熱するとともに、窒素ガス導入系４２を動作させて窒
素ガスをスパッタチャンバー１内に導入する。これによ
って、基板５０は窒素アニール処理され、チタン薄膜の
表面が窒化される。この結果、チタンの上に窒化チタン
を積層した構造が得られる。
【００６２】尚、チタンのスパッタ成膜の際に基板５０
を所定温度に加熱しておく場合があり、この場合には加
熱手段５１はスパッタ成膜の後に引き続いて基板５０を
加熱するよう制御される。但し、チタンの成膜時と窒素
アニール時では加熱温度が異なる場合があり、それぞれ
の加熱温度になるよう不図示の制御が加熱手段５１を制
御する。
を所定温度に加熱しておく場合があり、この場合には加
熱手段５１はスパッタ成膜の後に引き続いて基板５０を
加熱するよう制御される。但し、チタンの成膜時と窒素
アニール時では加熱温度が異なる場合があり、それぞれ
の加熱温度になるよう不図示の制御が加熱手段５１を制
御する。
【００６３】この実施形態の装置においても、イオン化
スパッタのメリットを享受しつつ、十分な特性のバリア
膜を高い生産性で作成することができる。この第二の実
施形態の装置を第一の実施形態の装置と比較すると、次
のようなメリット及びデメリットがある。まず、チタン
薄膜を作成したスパッタチャンバー１内で引き続いて窒
素アニール処理を行うので、第一の実施形態に比べてさ
らに基板５０の汚損の問題が低減している。一方、スパ
ッタチャンバー１内で窒素アニール処理を行うと、窒素
アニール処理中は次の基板５０をスパッタチャンバー１
に搬入することができないので、スループットの点では
第一の実施形態より劣る。
スパッタのメリットを享受しつつ、十分な特性のバリア
膜を高い生産性で作成することができる。この第二の実
施形態の装置を第一の実施形態の装置と比較すると、次
のようなメリット及びデメリットがある。まず、チタン
薄膜を作成したスパッタチャンバー１内で引き続いて窒
素アニール処理を行うので、第一の実施形態に比べてさ
らに基板５０の汚損の問題が低減している。一方、スパ
ッタチャンバー１内で窒素アニール処理を行うと、窒素
アニール処理中は次の基板５０をスパッタチャンバー１
に搬入することができないので、スループットの点では
第一の実施形態より劣る。
【００６４】
【実施例】次に、上記実施形態の発明の実施例を説明す
る。第一の実施形態の装置及び第二の実施形態の装置双
方に共通する条件として、以下のような条件でバリア膜
を作成を行うことができる。 （１）プリヒート ・加熱温度：２５０〜３００℃ ・保持時間：６０〜１２０秒 （２）チタンのスパッタ成膜 ・アルゴンガスの流量：１００ｃｃ／分 ・チャンバー内の圧力：３０ｍＴｏｒｒ ・スパッタ電極への投入電力：４ｋＷ ・高周波コイルへの投入電力：２ｋＷ ・基板バイアス電圧：−２０Ｖ ・成膜時の基板加熱：４００℃ ・成膜時間：６０〜９０秒 ・膜厚：１０００オングストローム （２）窒素アニール処理 ・窒素ガスの流量：１０００ｃｃ／分 ・チャンバー内の圧力：２０〜４０Ｔｏｒｒ ・基板の加熱温度：６５０℃ ・処理時間：１２０〜１８０秒 ・表面窒化層の厚さ：３００オングストローム 即ち、上記実施例の条件によると、チタン層の厚さが約
７００オングストロームで、窒化チタン層の厚さが約３
００オングストロームであるバリア膜が作成される。
る。第一の実施形態の装置及び第二の実施形態の装置双
方に共通する条件として、以下のような条件でバリア膜
を作成を行うことができる。 （１）プリヒート ・加熱温度：２５０〜３００℃ ・保持時間：６０〜１２０秒 （２）チタンのスパッタ成膜 ・アルゴンガスの流量：１００ｃｃ／分 ・チャンバー内の圧力：３０ｍＴｏｒｒ ・スパッタ電極への投入電力：４ｋＷ ・高周波コイルへの投入電力：２ｋＷ ・基板バイアス電圧：−２０Ｖ ・成膜時の基板加熱：４００℃ ・成膜時間：６０〜９０秒 ・膜厚：１０００オングストローム （２）窒素アニール処理 ・窒素ガスの流量：１０００ｃｃ／分 ・チャンバー内の圧力：２０〜４０Ｔｏｒｒ ・基板の加熱温度：６５０℃ ・処理時間：１２０〜１８０秒 ・表面窒化層の厚さ：３００オングストローム 即ち、上記実施例の条件によると、チタン層の厚さが約
７００オングストロームで、窒化チタン層の厚さが約３
００オングストロームであるバリア膜が作成される。
【００６５】上述した各実施形態及び実施例の構成にお
いて、低圧遠隔スパッタを行う構成を追加するようにし
てもよい。低圧遠隔スパッタは、ターゲット２と基板５
０との距離（以下、ＴＳ距離）を通常よりも長くすると
ともに圧力を低くして成膜を行う技術である。
いて、低圧遠隔スパッタを行う構成を追加するようにし
てもよい。低圧遠隔スパッタは、ターゲット２と基板５
０との距離（以下、ＴＳ距離）を通常よりも長くすると
ともに圧力を低くして成膜を行う技術である。
【００６６】ＴＳ距離を長くすると、基板５０に入射す
るスパッタ粒子は、基板５０に垂直に向かうものが多く
なってくる。そして、圧力を低くすると、平均自由行程
が長くなるので、このような垂直方向に向かうスパッタ
粒子が散乱されずに効率的に基板５０に入射する。この
ようなメカニズムにより、低圧遠隔スパッタでは、高ア
スペクト比のホールに高いボトムカバレッジ率で成膜を
行うことができる。
るスパッタ粒子は、基板５０に垂直に向かうものが多く
なってくる。そして、圧力を低くすると、平均自由行程
が長くなるので、このような垂直方向に向かうスパッタ
粒子が散乱されずに効率的に基板５０に入射する。この
ようなメカニズムにより、低圧遠隔スパッタでは、高ア
スペクト比のホールに高いボトムカバレッジ率で成膜を
行うことができる。
【００６７】低圧遠隔スパッタを行う構成は、例えば図
１に示す処理チャンバー６４を低圧遠隔スパッタチャン
バーとして構成することで採用できる。具体的には、例
えば、ターゲット２が直径３００ｍｍの円板状で基板５
０が直径８インチの場合、ＴＳ距離は２００ｍｍ程度と
される。そして、スパッタチャンバー１内の圧力を０．
２ｍＴｏｒｒ〜０．４ｍＴｏｒｒ程度にしてスパッタ成
膜を行う。
１に示す処理チャンバー６４を低圧遠隔スパッタチャン
バーとして構成することで採用できる。具体的には、例
えば、ターゲット２が直径３００ｍｍの円板状で基板５
０が直径８インチの場合、ＴＳ距離は２００ｍｍ程度と
される。そして、スパッタチャンバー１内の圧力を０．
２ｍＴｏｒｒ〜０．４ｍＴｏｒｒ程度にしてスパッタ成
膜を行う。
【００６８】低圧遠隔スパッタの構成は、窒化チタンを
作成するものとして採用されると好適である。というの
は、チタン薄膜は上述の通りイオン化スパッタによって
ボトムカバレッジ率良く成膜が行える。一方、窒化チタ
ンについては、窒素アニールにより表面窒化した窒化チ
タン層よりも、スパッタにより堆積させた窒化チタン薄
膜の方がバリア特性が良い場合もある。この点は断定は
できないが、表面窒化膜の場合に比べてスパッタによっ
て作成された膜の方が構造が緻密になり、相互拡散を防
止する効果がより発揮されるものと推定される。
作成するものとして採用されると好適である。というの
は、チタン薄膜は上述の通りイオン化スパッタによって
ボトムカバレッジ率良く成膜が行える。一方、窒化チタ
ンについては、窒素アニールにより表面窒化した窒化チ
タン層よりも、スパッタにより堆積させた窒化チタン薄
膜の方がバリア特性が良い場合もある。この点は断定は
できないが、表面窒化膜の場合に比べてスパッタによっ
て作成された膜の方が構造が緻密になり、相互拡散を防
止する効果がより発揮されるものと推定される。
【００６９】また、上記各実施形態及び実施例では、イ
オン化手段７としては、高周波誘導結合型プラズマを形
成してスパッタ粒子をイオン化する構成を採用したが、
これ以外にも多くの構成が考えられる。例えば、プラズ
マを形成するものとしては、高周波容量結合型プラズマ
や直流二極放電プラズマ、電子サイクロトロン共鳴（Ｅ
ＣＲ）プラズマ、ヘリコン波プラズマ等を形成するもの
が採用できる。また、イオン化空間に正イオンを照射し
てスパッタ粒子から電子を奪ってイオン化させるイオン
源等も、イオン化手段７として採用できる。
オン化手段７としては、高周波誘導結合型プラズマを形
成してスパッタ粒子をイオン化する構成を採用したが、
これ以外にも多くの構成が考えられる。例えば、プラズ
マを形成するものとしては、高周波容量結合型プラズマ
や直流二極放電プラズマ、電子サイクロトロン共鳴（Ｅ
ＣＲ）プラズマ、ヘリコン波プラズマ等を形成するもの
が採用できる。また、イオン化空間に正イオンを照射し
てスパッタ粒子から電子を奪ってイオン化させるイオン
源等も、イオン化手段７として採用できる。
【００７０】尚、本願発明のスパッタリング装置で作成
されるバリア膜は、各種半導体デバイスの他、液晶ディ
スプレイやその他の各種電子製品に使用される集積回路
に利用することができる。
されるバリア膜は、各種半導体デバイスの他、液晶ディ
スプレイやその他の各種電子製品に使用される集積回路
に利用することができる。
【００７１】
【発明の効果】以上説明した通り、本願の各請求項の発
明によれば、イオン化スパッタのメリットを享受しつ
つ、十分な特性のバリア膜を高い生産性で作成すること
ができる。また、請求項４の発明によれば、上記効果に
加え、スパッタチャンバーとは別に設けられたアニール
チャンバーで窒素アニール処理が行われるので、さらに
生産性の高い装置とすることができる。また、請求項５
の発明によれば、上記効果に加え、スパッタチャンバー
内で窒素アニール処理が行われるので、バリア膜の膜質
がさらに向上するという効果が得られる。
明によれば、イオン化スパッタのメリットを享受しつ
つ、十分な特性のバリア膜を高い生産性で作成すること
ができる。また、請求項４の発明によれば、上記効果に
加え、スパッタチャンバーとは別に設けられたアニール
チャンバーで窒素アニール処理が行われるので、さらに
生産性の高い装置とすることができる。また、請求項５
の発明によれば、上記効果に加え、スパッタチャンバー
内で窒素アニール処理が行われるので、バリア膜の膜質
がさらに向上するという効果が得られる。
【図１】本願発明の第一の実施形態のスパッタリング装
置の構成を説明する平面概略図である。
置の構成を説明する平面概略図である。
【図２】図１のスパッタリング装置におけるスパッタチ
ャンバー１の構成を説明する正面概略図である。
ャンバー１の構成を説明する正面概略図である。
【図３】図１に示す処理チャンバー（アニールチャンバ
ー）６３の構成を説明する正面概略図である。
ー）６３の構成を説明する正面概略図である。
【図４】本願発明の第二の実施形態に係るスパッタリン
グ装置の構成を説明する正面概略図である。
グ装置の構成を説明する正面概略図である。
【図５】従来のスパッタリング装置の構成を説明する正
面概略図である。
面概略図である。
【図６】バリア膜を作成する集積回路の構造の一例を示
す図である。
す図である。
【図７】ボトムカバレッジ率を説明する断面概略図であ
る。
る。
１ スパッタチャンバー １１ 排気系 ２ ターゲット ３ スパッタ電極 ４ ガス導入手段 ４１ アルゴンガス導入系 ４２ 窒素ガス導入系 ５ 基板ホルダー ５０ 基板 ５１ 加熱手段 ６１ 搬送チャンバー ６１１ 搬送ロボット ６３ アニールチャンバー ６４ 冷却チャンバー ６５ ロードロックチャンバー ６６ アンロードロックチャンバー ７ イオン化手段 ７１ 高周波コイル ７２ 高周波電源 ８ 電界設定手段 ８１ 基板バイアス用高周波電源 ９１ アニール用ガス導入手段 ９２ 加熱ステージ
Claims (5)
- 【請求項１】 チタンと窒化チタンとを積層した構造の
集積回路用バリア膜を作成するスパッタリング装置にお
いて、 排気系を備えたスパッタチャンバーと、このスパッタチ
ャンバー内に設けられたチタンよりなるターゲットと、
このターゲットをスパッタするスパッタ電極と、スパッ
タ放電のためにスパッタチャンバー内にガスを導入する
ガス導入手段と、スパッタによってターゲットから放出
されたチタンをイオン化させるイオン化手段と、イオン
化したチタンが入射する位置に基板を保持する基板ホル
ダーと、イオン化したチタンを基板に引き込むために基
板に垂直な方向に電界を設定する電界設定手段とを備
え、 チタン薄膜が作成された基板を加熱しながら当該基板の
表面に窒素ガスを供給してチタン薄膜の表面を窒化させ
る窒素アニール手段を有していることを特徴とするスパ
ッタリング装置。 - 【請求項２】 前記イオン化手段は、ターゲットから基
板へのチタンの飛行経路において誘導結合型高周波プラ
ズマを形成するものであることを特徴とする請求項１記
載のスパッタリング装置。 - 【請求項３】 前記電界設定手段は、前記基板ホルダー
に所定の高周波電圧を印加することで基板に負のバイア
ス電圧を与えるものであることを特徴とする請求項１又
は２記載のスパッタリング装置。 - 【請求項４】 前記窒素アニール手段は、前記スパッタ
チャンバーとは別に設けられたアニールチャンバーと、
アニールチャンバー内に窒素ガスを導入するアニール用
ガス導入手段と、アニールチャンバー内に搬入された基
板が載置される加熱ステージとから構成され、当該スパ
ッタチャンバーから前記スパッタチャンバーに真空中で
基板を搬送する構造を有していることを特徴とする請求
項１、２又は３記載のスパッタリング装置。 - 【請求項５】 前記ガス導入手段は窒素ガスを導入する
窒素ガス導入系を有し、前記基板ホルダーは基板を所定
温度に加熱する加熱手段を内蔵しており、前記窒素アニ
ール手段は、当該窒素ガス導入系と当該加熱手段によっ
て構成されていて、チタン薄膜を作成したスパッタチャ
ンバー内で連続して当該チタン薄膜の表面を窒化処理す
ることが可能であることを特徴とする請求項１、２又は
３記載のスパッタリング装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9055550A JPH10237639A (ja) | 1997-02-24 | 1997-02-24 | 集積回路用バリア膜を作成するスパッタリング装置 |
| TW086115675A TW350978B (en) | 1997-02-24 | 1997-10-23 | Splash coating device for manufacturing of IC barrier films |
| KR1019970054594A KR19980070035A (ko) | 1997-02-24 | 1997-10-24 | 집적회로용 배리어막을 작성하는 스퍼터링장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9055550A JPH10237639A (ja) | 1997-02-24 | 1997-02-24 | 集積回路用バリア膜を作成するスパッタリング装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10237639A true JPH10237639A (ja) | 1998-09-08 |
| JPH10237639A5 JPH10237639A5 (ja) | 2005-01-13 |
Family
ID=13001823
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9055550A Pending JPH10237639A (ja) | 1997-02-24 | 1997-02-24 | 集積回路用バリア膜を作成するスパッタリング装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10237639A (ja) |
| KR (1) | KR19980070035A (ja) |
| TW (1) | TW350978B (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0758148A3 (en) * | 1995-08-07 | 1999-08-18 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for forming electrical contacts in multi-layer integrated circuits |
| JP2003203975A (ja) * | 2001-12-22 | 2003-07-18 | Hynix Semiconductor Inc | 半導体素子の金属配線形成方法 |
| JP2011500967A (ja) * | 2007-10-26 | 2011-01-06 | オーツェー・エリコン・バルザース・アーゲー | ３次元半導体パッケージングにおける貫通シリコンビアのメタライゼーションへのｈｉｐｉｍｓの適用 |
| JP2013058565A (ja) * | 2011-09-07 | 2013-03-28 | Ulvac Japan Ltd | バリアメタル層の形成方法、及び、バリアメタル層の形成装置 |
| US9659758B2 (en) | 2005-03-22 | 2017-05-23 | Honeywell International Inc. | Coils utilized in vapor deposition applications and methods of production |
| US11183373B2 (en) | 2017-10-11 | 2021-11-23 | Honeywell International Inc. | Multi-patterned sputter traps and methods of making |
| CN115074689A (zh) * | 2022-07-21 | 2022-09-20 | 苏州大学 | 一种螺旋波等离子体反应溅射沉积制备氮化钛薄膜的方法 |
| CN115110025A (zh) * | 2022-07-20 | 2022-09-27 | 苏州大学 | 一种螺旋波等离子体溅射沉积氮化钨薄膜的方法 |
-
1997
- 1997-02-24 JP JP9055550A patent/JPH10237639A/ja active Pending
- 1997-10-23 TW TW086115675A patent/TW350978B/zh active
- 1997-10-24 KR KR1019970054594A patent/KR19980070035A/ko not_active Ceased
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6136095A (en) * | 1995-08-07 | 2000-10-24 | Applied Materials, Inc. | Apparatus for filling apertures in a film layer on a semiconductor substrate |
| US6217721B1 (en) | 1995-08-07 | 2001-04-17 | Applied Materials, Inc. | Filling narrow apertures and forming interconnects with a metal utilizing a crystallographically oriented liner layer |
| US6313027B1 (en) | 1995-08-07 | 2001-11-06 | Applied Materials, Inc. | Method for low thermal budget metal filling and planarization of contacts vias and trenches |
| EP0758148A3 (en) * | 1995-08-07 | 1999-08-18 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for forming electrical contacts in multi-layer integrated circuits |
| JP2003203975A (ja) * | 2001-12-22 | 2003-07-18 | Hynix Semiconductor Inc | 半導体素子の金属配線形成方法 |
| US9659758B2 (en) | 2005-03-22 | 2017-05-23 | Honeywell International Inc. | Coils utilized in vapor deposition applications and methods of production |
| JP2011500967A (ja) * | 2007-10-26 | 2011-01-06 | オーツェー・エリコン・バルザース・アーゲー | ３次元半導体パッケージングにおける貫通シリコンビアのメタライゼーションへのｈｉｐｉｍｓの適用 |
| JP2013058565A (ja) * | 2011-09-07 | 2013-03-28 | Ulvac Japan Ltd | バリアメタル層の形成方法、及び、バリアメタル層の形成装置 |
| US11183373B2 (en) | 2017-10-11 | 2021-11-23 | Honeywell International Inc. | Multi-patterned sputter traps and methods of making |
| US12051573B2 (en) | 2017-10-11 | 2024-07-30 | Honeywell International Inc. | Multi-patterned sputter traps and methods of making |
| CN115110025A (zh) * | 2022-07-20 | 2022-09-27 | 苏州大学 | 一种螺旋波等离子体溅射沉积氮化钨薄膜的方法 |
| CN115110025B (zh) * | 2022-07-20 | 2023-10-20 | 苏州大学 | 一种螺旋波等离子体溅射沉积氮化钨薄膜的方法 |
| CN115074689A (zh) * | 2022-07-21 | 2022-09-20 | 苏州大学 | 一种螺旋波等离子体反应溅射沉积制备氮化钛薄膜的方法 |
| CN115074689B (zh) * | 2022-07-21 | 2023-06-02 | 苏州大学 | 一种螺旋波等离子体反应溅射沉积制备氮化钛薄膜的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW350978B (en) | 1999-01-21 |
| KR19980070035A (ko) | 1998-10-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7884032B2 (en) | Thin film deposition | |
| JPH11200035A (ja) | スパッタ化学蒸着複合装置 | |
| JP4344019B2 (ja) | イオン化スパッタ方法 | |
| US20170004995A1 (en) | Film Forming Apparatus and Film Forming Method | |
| KR20160068668A (ko) | Cu 배선의 형성 방법 및 성막 시스템, 기억 매체 | |
| KR19980071126A (ko) | 펌프 다운 시간과 기본 압력을 감소시키도록 도포된 진공 챔버 | |
| JP5461690B2 (ja) | スパッタリング装置及びスパッタリング方法 | |
| US6451179B1 (en) | Method and apparatus for enhancing sidewall coverage during sputtering in a chamber having an inductively coupled plasma | |
| JPH07335732A (ja) | 静電チャック、これを用いたプラズマ処理装置及びこの製造方法 | |
| JP2008045219A (ja) | リフロースパッタリング方法及びリフロースパッタリング装置 | |
| KR19980070035A (ko) | 집적회로용 배리어막을 작성하는 스퍼터링장치 | |
| JP3987617B2 (ja) | コンタクト膜バリア膜連続作成装置及び異種薄膜連続作成装置 | |
| JP3793273B2 (ja) | 半導体集積回路装置の製造方法 | |
| JP4167749B2 (ja) | スパッタリング方法及びスパッタリング装置 | |
| JP7057442B2 (ja) | 真空処理装置 | |
| JP4164154B2 (ja) | イオン化スパッタリング装置 | |
| JPH10237639A5 (ja) | ||
| JP2001140066A (ja) | 薄膜形成方法及び形成装置 | |
| JP2007221171A (ja) | 異種薄膜作成装置 | |
| JPWO2010044237A1 (ja) | スパッタリング装置、薄膜形成方法及び電界効果型トランジスタの製造方法 | |
| JP4833088B2 (ja) | 高温リフロースパッタリング装置 | |
| JP4335981B2 (ja) | 高温リフロースパッタリング方法及び高温リフロースパッタリング装置 | |
| JP4896861B2 (ja) | 半導体製造方法および半導体製造装置 | |
| JPH08213322A (ja) | イオン衝撃増強リフロー | |
| US6030510A (en) | Hot reflow sputtering method and apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040218 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040218 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060405 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061212 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070213 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080212 |