JPH11312653A - Method of forming barrier metal layer - Google Patents

Method of forming barrier metal layer

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JPH11312653A
JPH11312653A JP12057598A JP12057598A JPH11312653A JP H11312653 A JPH11312653 A JP H11312653A JP 12057598 A JP12057598 A JP 12057598A JP 12057598 A JP12057598 A JP 12057598A JP H11312653 A JPH11312653 A JP H11312653A
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JP
Japan
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base material
aluminum
ceramic
barrier metal
forming
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Application number
JP12057598A
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Japanese (ja)
Inventor
Shingo Kadomura
新吾 門村
Megumi Takatsu
恵 高津
Shinsuke Hirano
信介 平野
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】形成プロセスにおける正確な温度制御下、優れ
た特性を有し、ハロゲンの残存を出来る限り少なくする
ことができる、プラズマCVD法にてバリアメタル層を
形成する方法を提供する。 【解決手段】バリアメタル層の形成方法においては、セ
ラミックス部材の組織中にアルミニウム系材料が充填さ
れた母材12と、該母材12の表面に設けられたセラミ
ックス層13とから成る複合材料11から構成され、静
電チャック機能を有し、且つ、温度制御手段を備えた基
体載置ステージ10に基体を載置した状態で、高融点金
属若しくはその化合物から成るバリアメタル層を基体上
にプラズマCVD法にて形成する。
(57) Abstract: A method for forming a barrier metal layer by a plasma CVD method, which has excellent characteristics under accurate temperature control in a formation process and can minimize residual halogens. provide. In a method of forming a barrier metal layer, a composite material including a base material in which the structure of a ceramic member is filled with an aluminum-based material and a ceramic layer provided on a surface of the base material. In a state where the substrate is mounted on the substrate mounting stage 10 having an electrostatic chuck function and having a temperature control means, a barrier metal layer made of a high melting point metal or a compound thereof is plasma-coated on the substrate. It is formed by a CVD method.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、コンタクトホー
ル、ビアホール、溝配線等を形成するために必要とされ
るバリアメタル層の形成方法に関する。
The present invention relates to a method for forming a barrier metal layer required for forming a contact hole, a via hole, a trench wiring and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSIの微細化、高集積化は止まるとこ
ろを知らず、0.13μmルールのデバイスの量産も目
前に迫りつつある。このような次世代以降のLSI製造
プロセスにおいては、コンタクトホール、ビアホールや
溝配線等を形成する前にバリアメタル層を形成すること
が必要とされる。そして、コンタクトホールやビアホー
ルの底部、あるいは溝配線内に形成するバリアメタル層
を、従来のスパッタ法に代えてCVD法にて形成する技
術が着目されている。これは、コンタクトホールやビア
ホール、ダマシンプロセスにおける溝配線、デュアルダ
マシンプロセスにおけるビアホールと溝配線の組み合わ
せ(これらを総称してコンタクトホール等と呼ぶ場合が
ある)においては、アスペクト比が高くなる一方であ
り、従来のスパッタ法では、バリアメタル層の十分なる
カバレッジの確保が困難となりつつあるからである。バ
リアメタル層のカバレッジが不十分である場合、例え
ば、シリコン半導体基板にスパイクが発生したり、タン
グステンでコンタクトホール等を埋め込む場合にタング
ステンの核がコンタクトホール等の底部において成長せ
ず、タングステンでコンタクトホール等を埋め込むこと
が困難になる。
2. Description of the Related Art The miniaturization and high integration of LSI have not stopped, and the mass production of devices of the 0.13 μm rule is imminent. In such an LSI manufacturing process of the next generation and thereafter, it is necessary to form a barrier metal layer before forming a contact hole, a via hole, a trench wiring and the like. Attention has been paid to a technique of forming a barrier metal layer formed at the bottom of a contact hole or a via hole or in a trench wiring by a CVD method instead of a conventional sputtering method. This is because the aspect ratio is increasing in contact holes, via holes, trench wiring in a damascene process, and combinations of via holes and trench wiring in a dual damascene process (these may be collectively referred to as contact holes, etc.). This is because it is becoming difficult to secure sufficient coverage of the barrier metal layer in the conventional sputtering method. When the coverage of the barrier metal layer is insufficient, for example, when spikes occur in the silicon semiconductor substrate or when a contact hole or the like is buried in tungsten, the nucleus of tungsten does not grow at the bottom of the contact hole or the like, and the contact with tungsten It becomes difficult to fill holes and the like.

【0003】バリアメタル層は、通常、高融点金属若し
くはその化合物から構成されており、プラズマCVD法
あるいは熱CVD法にて形成することができる。プラズ
マCVD法においては、金属ハロゲン化物を水素還元す
ることによってバリアメタル層を形成する。一方、熱C
VD法においては、金属錯体を原料ガスとして用いる。
The barrier metal layer is usually made of a high melting point metal or a compound thereof, and can be formed by a plasma CVD method or a thermal CVD method. In the plasma CVD method, a metal halide is reduced with hydrogen to form a barrier metal layer. On the other hand, heat C
In the VD method, a metal complex is used as a source gas.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】金属錯体を原料ガスと
して用いる熱CVD法においては、形成されたバリアメ
タル層中にカーボンが残存するため、バリアメタル層の
抵抗が増加するといった問題がある。特に、ダマシンプ
ロセスやデュアルダマシンプロセスにおいては、溝配線
の側壁及び底面をバリアメタル層で被覆するため、バリ
アメタル層の抵抗が高いことは極めて大きな問題であ
る。また、熱CVD法においては、成膜温度が650゜
C前後と高いために、下地材料に依ってはバリアメタル
層の形成を行えない場合がある。
The thermal CVD method using a metal complex as a source gas has a problem that the resistance of the barrier metal layer increases because carbon remains in the formed barrier metal layer. In particular, in the damascene process or the dual damascene process, since the side wall and the bottom surface of the trench wiring are covered with the barrier metal layer, it is a very serious problem that the resistance of the barrier metal layer is high. Further, in the thermal CVD method, the film formation temperature is as high as about 650 ° C., so that the barrier metal layer may not be formed depending on the base material in some cases.

【0005】一方、プラズマCVD法による成膜は、熱
CVD法よりも低温で行えるために、どのような下地材
料であっても成膜が可能である。しかしながら、原料ガ
スとして金属ハロゲン化物、例えば金属塩化物を用いて
いるため、ハロゲンがバリアメタル層中に残り、その結
果、例えばアルミニウム系材料から成る配線を腐食する
といった問題があり、バリアメタル層の信頼性に問題が
ある。即ち、プラズマCVD法によるバリアメタル層の
形成は、水素プラズマによる金属ハロゲン化物の還元反
応に基づくため、バリアメタル層の形成時の下地である
基体の温度を正確に高温に保持することが重要である。
バリアメタル層の形成時、基体の温度が変化すると、バ
リアメタル層の膜厚方向に特性の変動、特に、バリアメ
タル層中のハロゲン残存量が変動するといった問題が生
じる。即ち、バリアメタル層の形成時の基体の温度が低
いとバリアメタル層中のハロゲン残存量が増加し、バリ
アメタル層中に最終的に残存するハロゲン量が増加す
る。
On the other hand, film formation by the plasma CVD method can be performed at a lower temperature than the thermal CVD method, so that film formation can be performed with any base material. However, since a metal halide, for example, a metal chloride is used as a source gas, halogen remains in the barrier metal layer, and as a result, there is a problem that, for example, the wiring made of an aluminum-based material is corroded. There is a problem with reliability. That is, since the formation of the barrier metal layer by the plasma CVD method is based on the reduction reaction of the metal halide by the hydrogen plasma, it is important to accurately maintain the temperature of the base which is the base when forming the barrier metal layer. is there.
When the temperature of the substrate changes during the formation of the barrier metal layer, there arises a problem that characteristics change in the thickness direction of the barrier metal layer, and in particular, a residual amount of halogen in the barrier metal layer changes. That is, if the temperature of the substrate at the time of forming the barrier metal layer is low, the amount of halogen remaining in the barrier metal layer increases, and the amount of halogen finally remaining in the barrier metal layer increases.

【0006】ところで、プラズマCVD法においては、
高密度プラズマの基体(例えば半導体基板)への照射等
に起因して、プラズマから基体ヘ大きな入熱が生じる。
その結果、例えば、基体の温度がプラズマ発生前に比べ
て40゜C程度乃至100゜C程度以上も上昇してしま
うことがある。従って、基体を保持する基体載置ステー
ジ(例えばウエハステージ)によって基体を加熱し、高
温下でプラズマCVD法にて形成する場合、プラズマか
ら基体ヘの入熱の影響を抑え、基体を高い精度で設定温
度に制御する技術は、重要であるにも拘わらず、未だ十
分に満足し得る方法が得られていない。
Incidentally, in the plasma CVD method,
Large heat input from the plasma to the substrate occurs due to irradiation of the substrate (for example, a semiconductor substrate) with high-density plasma.
As a result, for example, the temperature of the base may increase by about 40 ° C. to 100 ° C. or more compared to before the generation of plasma. Therefore, when the substrate is heated by a substrate mounting stage (for example, a wafer stage) for holding the substrate and formed by a plasma CVD method at a high temperature, the effect of heat input from the plasma to the substrate is suppressed, and the substrate is precisely formed. Despite the importance of the technique of controlling the temperature to the set temperature, a sufficiently satisfactory method has not yet been obtained.

【0007】形成プロセスにおける正確な温度制御を行
う場合、例えば半導体基板を基体載置ステージに十分に
密着させる必要がある。そのための簡便な手段としてク
ランプがあるが、クランプを使用した場合、クランプと
接する部分の半導体基板上にバリアメタル層を形成する
ことができない。また、半導体基板の周辺部のみにおい
て半導体基板を基体載置ステージに押し付けるため、半
導体基板の大口径化に伴い、半導体基板の中央部と周辺
部とでの均一なる基体載置ステージへの密着が難しいと
いった問題を有する。
For accurate temperature control in the formation process, for example, it is necessary to bring the semiconductor substrate into close contact with the substrate mounting stage. A simple means for that purpose is a clamp. However, when a clamp is used, a barrier metal layer cannot be formed on a portion of the semiconductor substrate in contact with the clamp. Also, since the semiconductor substrate is pressed against the substrate mounting stage only at the peripheral portion of the semiconductor substrate, uniform contact between the central portion and the peripheral portion of the semiconductor substrate at the substrate mounting stage is required as the diameter of the semiconductor substrate increases. There is a problem that it is difficult.

【0008】半導体基板を基体載置ステージに十分に密
着させる別の手段として、静電チャックがある。この静
電チャックは、文字通り、静電吸着によって半導体基板
を基体載置ステージに吸着するための装置である。即
ち、静電チャックは、通常、基体載置ステージの表面に
設けられた誘電体部材から成り、この誘電体部材に直流
電圧を印加することによって誘電体部材に静電吸着力を
生じさせる。静電チャックを使用すれば、クランプを使
用した場合と異なり、半導体基板の全面を基体載置ステ
ージに確実に密着させることができる。
As another means for bringing a semiconductor substrate into close contact with a substrate mounting stage, there is an electrostatic chuck. This electrostatic chuck is, as it is, an apparatus for adsorbing a semiconductor substrate to a substrate mounting stage by electrostatic attraction. That is, the electrostatic chuck usually includes a dielectric member provided on the surface of the substrate mounting stage, and generates an electrostatic attraction force on the dielectric member by applying a DC voltage to the dielectric member. When the electrostatic chuck is used, unlike the case where a clamp is used, the entire surface of the semiconductor substrate can be securely brought into close contact with the base mounting stage.

【0009】ところで、従来の静電チャックを備えた基
体載置ステージを高温に加熱すると、基体載置ステージ
の線膨張率と誘電体部材の線膨張率との相違に起因し
て、誘電体部材にクラックが発生してしまい、静電チャ
ックとしての機能が失われてしまう。このような問題を
解決する手段が、例えば、特開平10−32239号公
報に開示されている。この特許公開公報に開示された静
電チャックステージは、静電チャック用セラミックス焼
結体プレートと、セラミックとアルミニウムとの複合プ
レートとを接合して成る。この静電チャックステージを
使用することによって、高温でも基体載置ステージに半
導体基板を確実に密着させることが可能である。しかし
ながら、この特許公開公報には、具体的なバリアメタル
層のプラズマCVD法による形成について記載も示唆も
なされていない。
By the way, when a conventional substrate mounting stage provided with an electrostatic chuck is heated to a high temperature, the difference between the linear expansion coefficient of the substrate mounting stage and the linear expansion coefficient of the dielectric member causes the dielectric member to move. Cracks occur, and the function as an electrostatic chuck is lost. Means for solving such a problem is disclosed in, for example, JP-A-10-32239. The electrostatic chuck stage disclosed in this patent publication is formed by joining a ceramic sintered body plate for an electrostatic chuck and a composite plate of ceramic and aluminum. By using this electrostatic chuck stage, the semiconductor substrate can be securely brought into close contact with the base mounting stage even at a high temperature. However, this patent publication does not describe nor suggest formation of a specific barrier metal layer by a plasma CVD method.

【0010】従って、本発明の目的は、形成プロセスに
おける正確な温度制御下、優れた特性を有し、ハロゲン
の残存を出来る限り少なくすることができる、プラズマ
CVD法にてバリアメタル層を形成する方法を提供する
ことにある。
Accordingly, it is an object of the present invention to form a barrier metal layer by a plasma CVD method which has excellent characteristics under accurate temperature control in a forming process and can minimize the residual halogen. It is to provide a method.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記の目的は、セラミッ
クス部材の組織中にアルミニウム系材料が充填された母
材と、該母材の表面に設けられたセラミックス層とから
成る複合材料から構成され、静電チャック機能を有し、
且つ、温度制御手段を備えた基体載置ステージに基体を
載置した状態で、高融点金属若しくはその化合物から成
るバリアメタル層を基体上にプラズマCVD法にて形成
することを特徴とする本発明のバリアメタル層の形成方
法によって達成することができる。
An object of the present invention is to provide a composite material comprising a base material in which the structure of a ceramic member is filled with an aluminum-based material, and a ceramic layer provided on the surface of the base material. Has an electrostatic chuck function,
The present invention is characterized in that a barrier metal layer made of a high melting point metal or a compound thereof is formed on a substrate by a plasma CVD method while the substrate is mounted on a substrate mounting stage provided with a temperature control means. Can be achieved by the method of forming a barrier metal layer described above.

【0012】プラズマCVD法にてバリアメタル層を形
成する際の基体温度は、300゜C乃至500゜Cとす
ることが好ましい。基体として、基板、基板上に設けら
れた絶縁層、基板や絶縁層上に形成された配線を挙げる
ことができる。基体を構成する基板としては、シリコン
半導体基板、GaAs基板等の化合物半導体若しくは半
絶縁性基板、SOI構造を有する半導体基板、絶縁性基
板を挙げることができる。また、基体を構成する絶縁層
しては、SiO2、BPSG、PSG、BSG、AsS
G、PbSG、SbSG、NSG、SOG、LTO(Lo
w TemperatureOxide、低温CVD−SiO2)、Si
N、SiON、フルオロカーボン膜(−CF2n等の公
知の材料、あるいはこれらの材料を積層したものを例示
することができる。
The substrate temperature when forming the barrier metal layer by the plasma CVD method is preferably 300 ° C. to 500 ° C. Examples of the base include a substrate, an insulating layer provided on the substrate, and wiring formed on the substrate and the insulating layer. Examples of the substrate forming the base include a compound semiconductor such as a silicon semiconductor substrate and a GaAs substrate or a semi-insulating substrate, a semiconductor substrate having an SOI structure, and an insulating substrate. The insulating layer constituting the base may be SiO 2 , BPSG, PSG, BSG, AsS
G, PbSG, SbSG, NSG, SOG, LTO (Lo
w TemperatureOxide, low-temperature CVD-SiO 2), Si
Known materials such as N, SiON, and a fluorocarbon film (—CF 2 ) n , or a laminate of these materials can be exemplified.

【0013】具体的な基体の構成を以下に例示する。 コンタクトホールを形成する場合:基体は、例えば半
導体基板、及び半導体基板上に形成された絶縁層(層間
絶縁層)であり、この絶縁層(層間絶縁層)に開口部が
形成された構成 ビアホールを形成する場合:基体は、下地絶縁層上に
形成された下層配線、及び下層配線上を含む全面に形成
された絶縁層(層間絶縁層)であり、この絶縁層(層間
絶縁層)に開口部が設けられた構成 ダマシンプロセスに基づく溝配線を形成する場合:基
体は絶縁層であり、この絶縁層に配線を形成すべき溝が
形成された構成 デュアルダマシンプロセスに基づくビアホールと溝配
線の組み合わせを形成する場合:基体は、下地絶縁層上
に形成された下層配線、及び下層配線上を含む全面に形
成された絶縁層(層間絶縁層)であり、この絶縁層(層
間絶縁層)に開口部及びこの開口部に連通した溝が設け
られた構成
A specific structure of the base is exemplified below. In the case of forming a contact hole: The base is, for example, a semiconductor substrate and an insulating layer (interlayer insulating layer) formed on the semiconductor substrate, and an opening is formed in the insulating layer (interlayer insulating layer). When forming: The base is a lower wiring formed on the base insulating layer and an insulating layer (interlayer insulating layer) formed on the entire surface including the lower wiring, and an opening is formed in the insulating layer (interlayer insulating layer). In the case of forming trench wiring based on a damascene process: a structure in which a base is an insulating layer, and a groove in which wiring is to be formed is formed in this insulating layer, a combination of a via hole and a trench wiring based on a dual damascene process is used. When forming: The base is a lower wiring formed on the base insulating layer and an insulating layer (interlayer insulating layer) formed on the entire surface including the lower wiring. Configuration mouth and grooves communicating with the opening portions are provided

【0014】本発明のバリアメタル層の形成方法におい
ては、バリアメタル層を構成する高融点金属若しくはそ
の化合物は、Ti、TiN、Ta、TaN、W、WN、
Mo及びMoNから成る群から選択された少なくとも1
種の材料であることが好ましい。具体的には、バリアメ
タル層を構成する高融点金属若しくはその化合物とし
て、Ti、TiN、Ta、TaN、W、WN、Mo又は
MoNの単層構成、Ti/TiN、Ta/TaN、W/
WN、Ti/WN、Mo/MoNの積層構成を例示する
ことができる。尚、積層構成においては、「/」の前の
材料が下層を示し、「/」の後の材料が上層を示す。以
下においても同様である。
In the method for forming a barrier metal layer according to the present invention, the high melting point metal or its compound constituting the barrier metal layer may be made of Ti, TiN, Ta, TaN, W, WN,
At least one selected from the group consisting of Mo and MoN
Preferably, it is a seed material. Specifically, as a high melting point metal or a compound thereof constituting a barrier metal layer, a single layer structure of Ti, TiN, Ta, TaN, W, WN, Mo or MoN, Ti / TiN, Ta / TaN, W /
A lamination structure of WN, Ti / WN, and Mo / MoN can be exemplified. In the laminated structure, the material before “/” indicates the lower layer, and the material after “/” indicates the upper layer. The same applies to the following.

【0015】本発明のバリアメタル層の形成方法におい
ては、基体載置ステージを電極として用い、セラミック
ス層は静電チャック機能としての機能を発揮させること
が好ましい。尚、基体載置ステージには温度制御手段が
配設され、この温度制御手段はヒータから構成されてい
ることが好ましい。ヒータを複合材料の外部に配設して
もよいし、母材の内部に配設してもよく、後者の場合、
母材の線膨張率をα1[単位:10-6/K]としたと
き、ヒータを構成する材料の線膨張率αH[単位:10
-6/K]は(α1−3)≦αH≦(α1+3)の関係を満
足することが好ましい。ここで、ヒータを構成する材料
とは、母材と接するヒータの部分(例えば鞘管)を構成
する材料を意味する。以下においても同様である。ある
いは又、基体載置ステージには温度制御手段が配設さ
れ、この温度制御手段を、母材の内部に配設された温度
制御用熱媒体を流す配管から構成することもでき、この
場合、母材の線膨張率をα1[単位:10-6/K]とし
たとき、配管の線膨張率αP[単位:10-6/K]は
(α1−3)≦αP≦(α1+3)の関係を満足すること
が好ましい。尚、一般に、線膨張率αは、物体の長さを
L、0゜Cにおける物体の長さをL0、θを温度とした
とき、α=(dL/dθ)/L0で表すことができ、単
位はK-1(1/K)であるが、本明細書では、10-6
Kを単位として線膨張率を表現している。以下、線膨張
率を説明するとき、単位を省略して説明する場合もあ
る。
In the method of forming a barrier metal layer according to the present invention, it is preferable that the substrate mounting stage is used as an electrode, and the ceramic layer exhibits a function as an electrostatic chuck. In addition, it is preferable that a temperature control means is provided on the substrate mounting stage, and the temperature control means is constituted by a heater. The heater may be disposed outside the composite material, or may be disposed inside the base material. In the latter case,
Assuming that the linear expansion coefficient of the base material is α 1 [unit: 10 −6 / K], the linear expansion coefficient α H of the material constituting the heater [unit: 10]
−6 / K] preferably satisfies the relationship of (α 1 -3) ≦ α H ≦ (α 1 +3). Here, the material forming the heater means a material forming a portion of the heater (for example, a sheath tube) in contact with the base material. The same applies to the following. Alternatively, a temperature control means is provided on the substrate mounting stage, and the temperature control means may be constituted by a pipe for flowing a temperature control heat medium provided inside the base material. In this case, When the linear expansion coefficient of the base material is α 1 [unit: 10 −6 / K], the linear expansion coefficient α P [unit: 10 −6 / K] of the pipe is (α 1 -3) ≦ α P ≦ ( It is preferable to satisfy the relationship of α 1 +3). In general, the linear expansion coefficient α can be expressed as α = (dL / dθ) / L 0 where L is the length of the object, L 0 is the length of the object at 0 ° C., and θ is the temperature. The unit is K -1 (1 / K), but in the present specification, 10 -6 /
The coefficient of linear expansion is expressed in units of K. Hereinafter, when the linear expansion coefficient is described, a unit may be omitted in some cases.

【0016】母材の線膨張率α1とヒータを構成する材
料や配管の線膨張率αH,αPとがこれらの関係を満足す
ることによって、セラミックス層に損傷が発生すること
を効果的に防止することができる。
When the linear expansion coefficient α 1 of the base material and the linear expansion coefficients α H and α P of the material and the pipe constituting the heater satisfy these relationships, it is possible to effectively prevent the ceramic layer from being damaged. Can be prevented.

【0017】また、母材の線膨張率をα1[単位:10
-6/K]としたとき、セラミックス層の線膨張率α
2[単位:10-6/K]は(α1−3)≦α2≦(α1
3)の関係を満足することが好ましい。これによって、
例えば500゜C程度の高温にて使用しても、母材の線
膨張率α1とセラミックス層の線膨張率α2の差に起因し
たセラミックス層の損傷発生をほぼ確実に防止すること
が可能となる。
The coefficient of linear expansion of the base material is α 1 [unit: 10
−6 / K], the coefficient of linear expansion α of the ceramic layer
2 [unit: 10 −6 / K] is (α 1 −3) ≦ α 2 ≦ (α 1 +
It is preferable that the relationship of 3) is satisfied. by this,
For example be used at a high temperature of about 500 ° C, it can be almost certainly prevent damage occurrence of the ceramic layer due to the difference in linear expansion coefficient alpha 2 of the linear expansion coefficient alpha 1 and the ceramic layer of the base material Becomes

【0018】尚、このような母材は、例えば、(A)セ
ラミックス部材の組織中にアルミニウム系材料を充填
し、以て、セラミックス部材の組織中にアルミニウム系
材料が充填された母材を作製する工程と、(B)この母
材の表面にセラミックス層を設ける工程に基づき作製す
ることができる。
Such a base material is prepared by, for example, (A) filling a structure of a ceramic member with an aluminum-based material and thereby forming a base material having a structure of the ceramic member filled with an aluminum-based material. And a step of (B) providing a ceramic layer on the surface of the base material.

【0019】この場合、母材を構成するセラミックス部
材の組成をコージエライトセラミックスとし、母材を構
成するアルミニウム系材料の組成をアルミニウム(A
l)及びケイ素(Si)とし、セラミックス層を構成す
る材料をAl23やAlNとすることができる。尚、セ
ラミックス層を構成する材料には、セラミックス層の線
膨張率や電気特性を調整するために、例えば、TiO2
を添加してもよい。(α1−3)≦α2≦(α1+3)の
関係を満足するように、コージエライトセラミックスと
アルミニウム系材料との容積比を決定することが望まし
い。あるいは又、コージエライトセラミックス/アルミ
ニウム系材料の容積比を、25/75乃至75/25、
好ましくは25/75乃至50/50とすることが望ま
しい。このような容積比にすることによって、母材の線
膨張率の制御だけでなく、母材は、純粋なセラミックス
の電気伝導度や熱伝導度よりも金属に近づいた値を有す
るようになる。その結果、このような母材には、電圧の
印加は勿論のこと、バイアスの印加も可能となる。更に
は、アルミニウム系材料を基準としたとき、アルミニウ
ム系材料には、ケイ素が12乃至35体積%、好ましく
は16乃至35体積%、一層好ましくは20乃至35体
積%含まれていることが、(α1−3)≦α2≦(α1
3)の関係を満足する上で望ましい。尚、実際には、コ
ージエライトセラミックスから成るセラミックス部材の
組織中に、アルミニウム(Al)及びケイ素(Si)が
充填され、アルミニウム(Al)中にケイ素(Si)が
含まれているわけではないが、アルミニウム系材料にお
けるアルミニウム(Al)とケイ素(Si)の容積比を
表すために、アルミニウム系材料にはケイ素が含まれて
いるという表現を用いる。以下においても同様である。
In this case, the composition of the ceramic member forming the base material is cordierite ceramics, and the composition of the aluminum-based material forming the base material is aluminum (A
1) and silicon (Si), and the material constituting the ceramic layer can be Al 2 O 3 or AlN. The material constituting the ceramic layer includes, for example, TiO 2 in order to adjust the coefficient of linear expansion and the electrical characteristics of the ceramic layer.
May be added. It is desirable to determine the volume ratio between the cordierite ceramics and the aluminum-based material so as to satisfy the relationship of (α 1 -3) ≦ α 2 ≦ (α 1 +3). Alternatively, the volume ratio of cordierite ceramics / aluminum-based material is 25/75 to 75/25,
Preferably, it is set to 25/75 to 50/50. With such a volume ratio, not only the control of the coefficient of linear expansion of the base material, but also the base material has a value closer to the metal than the electrical conductivity or thermal conductivity of pure ceramics. As a result, not only a voltage but also a bias can be applied to such a base material. Furthermore, based on the aluminum-based material, the aluminum-based material contains 12 to 35% by volume of silicon, preferably 16 to 35% by volume, and more preferably 20 to 35% by volume. α 1 -3) ≦ α 2 ≦ (α 1 +
It is desirable to satisfy the relationship of 3). Actually, the structure of a ceramic member made of cordierite ceramic is filled with aluminum (Al) and silicon (Si), and silicon (Si) is not contained in aluminum (Al). However, in order to express the volume ratio between aluminum (Al) and silicon (Si) in an aluminum-based material, the expression that aluminum-based material contains silicon is used. The same applies to the following.

【0020】母材を構成するセラミックス部材の組成を
コージエライトセラミックスとし、母材を構成するアル
ミニウム系材料の組成をアルミニウム(Al)及びケイ
素(Si)とする場合、上記の工程(A)は、容器の中
に多孔質のコージエライトセラミックスを組成としたセ
ラミックス部材を配し、容器内に溶融したアルミニウム
とケイ素とを組成としたアルミニウム系材料を流し込
み、高圧鋳造法にてセラミックス部材中にアルミニウム
系材料を充填する工程から成ることが好ましい。この場
合、セラミックス部材は、例えば、金型プレス成形法、
静水圧成形法(CIP法あるいはラバープレス成形法と
も呼ばれる)、鋳込み成形法(スリップキャスティング
法とも呼ばれる)、あるいは泥漿鋳込み成形法によって
コージエライトセラミックスを成形した後、焼成(焼
結)を行うことによって得ることができる。
When the composition of the ceramic member forming the base material is cordierite ceramics and the composition of the aluminum-based material forming the base material is aluminum (Al) and silicon (Si), the above step (A) is performed in A ceramic member composed of porous cordierite ceramics is placed in a container, and an aluminum-based material composed of molten aluminum and silicon is poured into the container, and the ceramic member is formed by high-pressure casting. Preferably, the method comprises a step of filling an aluminum-based material. In this case, the ceramic member is, for example, a die press molding method,
Forming cordierite ceramics by hydrostatic molding (also called CIP method or rubber press molding method), casting method (also called slip casting method), or slurry casting method, and then firing (sintering). Can be obtained by

【0021】尚、セラミックス部材を、コージエライト
セラミックス粉末を成形した後、焼成することにより作
製することができるが、コージエライトセラミックス粉
末とコージエライトセラミックス繊維との混合物を焼成
(焼結)することにより作製することが、多孔質のセラ
ミックス部材を得る上で、また、母材作製の際にセラミ
ックス部材に損傷が発生することを防ぐ上で、好まし
い。後者の場合、焼成体(焼結体)におけるコージエラ
イトセラミックス繊維の割合は、1乃至20体積%、好
ましくは1乃至10体積%、一層好ましくは1乃至5体
積%であることが望ましい。また、コージエライトセラ
ミックス粉末の平均粒径は1乃至100μm、好ましく
は5乃至50μm、一層好ましくは5乃至10μmであ
り、コージエライトセラミックス繊維の平均直径は2乃
至10μm、好ましくは3乃至5μmであり、平均長さ
は0.1乃至10mm、好ましくは1乃至2mmである
ことが望ましい。更には、コージエライトセラミックス
粉末とコージエライトセラミックス繊維との混合物を8
00乃至1200゜C、好ましくは800乃至1100
゜Cにて焼成(焼結)することが望ましい。また、セラ
ミックス部材の空孔率は25乃至75%、好ましくは5
0乃至75%であることが望ましい。
The ceramic member can be prepared by forming cordierite ceramic powder and then firing the same. However, a mixture of cordierite ceramic powder and cordierite ceramic fibers is fired (sintered). It is preferable to obtain the porous ceramic member in order to obtain a porous ceramic member and to prevent the ceramic member from being damaged when the base material is manufactured. In the latter case, the ratio of the cordierite ceramic fibers in the fired body (sintered body) is desirably 1 to 20% by volume, preferably 1 to 10% by volume, and more preferably 1 to 5% by volume. The average particle diameter of the cordierite ceramic powder is 1 to 100 μm, preferably 5 to 50 μm, more preferably 5 to 10 μm, and the average diameter of the cordierite ceramic fibers is 2 to 10 μm, preferably 3 to 5 μm. Yes, the average length is desirably 0.1 to 10 mm, preferably 1 to 2 mm. Furthermore, a mixture of cordierite ceramics powder and cordierite ceramics fiber is mixed with 8
00 to 1200 ° C, preferably 800 to 1100
It is desirable to fire (sinter) at ゜ C. The porosity of the ceramic member is 25 to 75%, preferably 5 to 75%.
It is desirably 0 to 75%.

【0022】また、容器内に溶融したアルミニウム系材
料を流し込む際のセラミックス部材の温度を500乃至
1000゜C、好ましくは700乃至800゜Cとし、
容器内に溶融したアルミニウム系材料を流し込む際のア
ルミニウム系材料の温度を700乃至1000゜C、好
ましくは750乃至900゜Cとし、高圧鋳造法にてセ
ラミックス部材中にアルミニウム系材料を充填する際に
加える絶対圧を200乃至1500kgf/cm2、好
ましくは800乃至1000kgf/cm2とすること
が望ましい。
The temperature of the ceramic member when the molten aluminum material is poured into the container is set to 500 to 1000 ° C., preferably 700 to 800 ° C.
When the temperature of the aluminum-based material at the time of pouring the molten aluminum-based material into the container is set to 700 to 1000 ° C., preferably 750 to 900 ° C., The absolute pressure to be applied is desirably 200 to 1500 kgf / cm 2 , preferably 800 to 1000 kgf / cm 2 .

【0023】あるいは又、母材を構成するセラミックス
部材の組成を窒化アルミニウム(AlN)とし、母材を
構成するアルミニウム系材料の組成をアルミニウム(A
l)あるいはアルミニウム(Al)とケイ素(Si)と
し、セラミックス層を構成する材料をAl23やAlN
とすることができる。尚、セラミックス層を構成する材
料には、セラミックス層の線膨張率や電気特性を調整す
るために、例えば、TiO2やYxyを添加してもよ
い。この場合、(α1−3)≦α2≦(α1+3)の関係
を満足するように、窒化アルミニウムとアルミニウム系
材料との容積比を決定することが好ましい。あるいは
又、窒化アルミニウム/アルミニウム系材料の容積比
を、40/60乃至80/20、好ましくは60/40
乃至70/30とすることが望ましい。このような容積
比にすることによって、母材の線膨張率の制御だけでな
く、母材は、純粋なセラミックスの電気伝導度や熱伝導
度よりも金属に近づいた値を有するようになり、このよ
うな母材には電圧の印加は勿論のこと、バイアスの印加
も可能となる。
Alternatively, the composition of the ceramic member forming the base material is aluminum nitride (AlN), and the composition of the aluminum-based material forming the base material is aluminum (A
l) or aluminum (Al) and silicon (Si), and the material constituting the ceramic layer is Al 2 O 3 or AlN
It can be. In addition, for example, TiO 2 or Y x O y may be added to the material constituting the ceramic layer in order to adjust the coefficient of linear expansion and the electrical characteristics of the ceramic layer. In this case, it is preferable to determine the volume ratio between aluminum nitride and the aluminum-based material so as to satisfy the relationship of (α 1 −3) ≦ α 2 ≦ (α 1 +3). Alternatively, the volume ratio of the aluminum nitride / aluminum-based material is 40/60 to 80/20, preferably 60/40.
It is desirable to set it to 70/30. With such a volume ratio, not only the control of the coefficient of linear expansion of the base material, but also the base material has a value closer to the metal than the electrical conductivity or thermal conductivity of pure ceramics, A bias can be applied to such a base material as well as a voltage.

【0024】母材を構成するセラミックス部材の組成を
窒化アルミニウム(AlN)とし、母材を構成するアル
ミニウム系材料の組成をアルミニウム(Al)とした場
合、前述の工程(A)は、非加圧金属浸透法に基づき、
窒化アルミニウム粒子から成形されたセラミックス部材
に溶融したアルミニウムを組成としたアルミニウム系材
料を非加圧状態にて浸透させる工程から成ることが好ま
しい。尚、セラミックス部材は、例えば、金型プレス成
形法、静水圧成形法、鋳込み成形法、あるいは泥漿鋳込
み成形法によって成形した後、500乃至1000゜
C、好ましくは800乃至1000゜Cの温度で焼成
(焼結)を行うことによって得ることができる。この場
合、窒化アルミニウム粒子の平均粒径は10乃至100
μm、好ましくは10乃至50μm、一層好ましくは1
0乃至20μmであることが望ましい。
When the composition of the ceramic member forming the base material is aluminum nitride (AlN) and the composition of the aluminum-based material forming the base material is aluminum (Al), the above-mentioned step (A) is performed under the non-pressurized condition. Based on the metal infiltration method,
Preferably, the method comprises a step of infiltrating an aluminum-based material containing molten aluminum into a ceramic member formed from aluminum nitride particles in a non-pressurized state. The ceramic member is formed by, for example, a die press molding method, a hydrostatic molding method, a casting method, or a slurry casting method, and then fired at a temperature of 500 to 1000 ° C., preferably 800 to 1000 ° C. (Sintering). In this case, the average particle size of the aluminum nitride particles is 10 to 100.
μm, preferably 10 to 50 μm, more preferably 1 μm
Desirably, the thickness is 0 to 20 μm.

【0025】あるいは又、母材を構成するセラミックス
部材の組成を炭化ケイ素(SiC)とし、母材を構成す
るアルミニウム系材料の組成をアルミニウム(Al)又
はアルミニウム(Al)とケイ素(Si)とし、セラミ
ックス層を構成する材料をAl23又は窒化アルミニウ
ム(AlN)とすることができる。尚、セラミックス層
を構成する材料には、セラミックス層の線膨張率や電気
特性を調整するために、例えば、TiO2を添加しても
よい。この場合、(α1−3)≦α2≦(α1+3)を満
足するように、炭化ケイ素とアルミニウム系材料との容
積比を決定することが好ましい。あるいは又、炭化ケイ
素/アルミニウム系材料の容積比を、40/60乃至8
0/20、好ましくは60/40乃至70/30とする
ことが望ましい。このような容積比にすることによっ
て、母材の線膨張率の制御だけでなく、母材は、純粋な
セラミックスの電気伝導度や熱伝導度よりも金属に近づ
いた値を有するようになり、このような母材には電圧の
印加は勿論のこと、バイアスの印加も可能となる。尚、
母材を構成するアルミニウム系材料の組成をアルミニウ
ム及びケイ素とする場合、アルミニウム系材料にはケイ
素が12乃至35体積%、好ましくは16乃至35体積
%、一層好ましくは20乃至35体積%含まれているこ
とが、(α1−3)≦α2≦(α1+3)を満足する上で
望ましい。
Alternatively, the composition of the ceramic member forming the base material is silicon carbide (SiC), and the composition of the aluminum-based material forming the base material is aluminum (Al) or aluminum (Al) and silicon (Si); The material constituting the ceramic layer can be Al 2 O 3 or aluminum nitride (AlN). Note that, for example, TiO 2 may be added to the material forming the ceramic layer in order to adjust the coefficient of linear expansion and the electrical characteristics of the ceramic layer. In this case, it is preferable to determine the volume ratio between silicon carbide and the aluminum-based material so as to satisfy (α 1 -3) ≦ α 2 ≦ (α 1 +3). Alternatively, the volume ratio of the silicon carbide / aluminum-based material is set to 40/60 to 8
0/20, preferably 60/40 to 70/30. With such a volume ratio, not only the control of the coefficient of linear expansion of the base material, but also the base material has a value closer to the metal than the electrical conductivity or thermal conductivity of pure ceramics, A bias can be applied to such a base material as well as a voltage. still,
When the composition of the aluminum-based material constituting the base material is aluminum and silicon, the aluminum-based material contains silicon in an amount of 12 to 35% by volume, preferably 16 to 35% by volume, and more preferably 20 to 35% by volume. Is desirable to satisfy (α 1 −3) ≦ α 2 ≦ (α 1 +3).

【0026】セラミックス層は、溶射法にて母材の表面
に形成されており、あるいは又、ロウ付け法にて母材の
表面に取り付けられていることが好ましい。ここで、ロ
ウ材の線膨張率[単位:10-6/K]も、母材の線膨張
率をα1[単位:10-6/K]としたとき、(α1−3)
以上、(α1+3)以下の範囲内にあることが望まし
い。
The ceramic layer is preferably formed on the surface of the base material by a thermal spraying method, or is preferably attached to the surface of the base material by a brazing method. Here, the linear expansion coefficient [unit: 10 −6 / K] of the brazing material is also (α 1 −3), where the linear expansion coefficient of the base material is α 1 [unit: 10 −6 / K].
As described above, it is desirable that the value be in the range of (α 1 +3) or less.

【0027】このような複合材料から基体載置ステージ
を作製することによって、母材はセラミックス部材とア
ルミニウム系材料との中間的な性質を有するものとな
り、例えば線膨張率に関してもこれらの中間的な値に調
整することが可能となる。それ故、母材とセラミックス
層との熱膨張に起因したセラミックス層の損傷発生を回
避でき、複合材料から作製された基体載置ステージを高
温で確実に使用することが可能となる。しかも、母材は
高い熱伝導率を有しているので、基体載置ステージによ
って基体を効率良く加熱することができる。これによっ
て、基体載置ステージの有する静電チャック機能によっ
て確実に基体を基体載置ステージに載置した状態で、成
膜プロセスにおける正確な温度制御下、プラズマCVD
法にてバリアメタル層を形成することが可能となる。更
には、セラミックス層が設けられているので、金属汚染
の発生を防止することができるし、ハロゲン系ガスによ
る複合材料の腐蝕を効果的に防止することができる。
By fabricating the substrate mounting stage from such a composite material, the base material has intermediate properties between the ceramic member and the aluminum-based material. It can be adjusted to a value. Therefore, it is possible to avoid the occurrence of damage to the ceramic layer due to the thermal expansion between the base material and the ceramic layer, and it is possible to reliably use the base mounting stage made of the composite material at a high temperature. Moreover, since the base material has a high thermal conductivity, the base can be efficiently heated by the base mounting stage. Thus, the plasma CVD is performed under accurate temperature control in the film forming process while the substrate is securely mounted on the substrate mounting stage by the electrostatic chuck function of the substrate mounting stage.
The barrier metal layer can be formed by the method. Further, since the ceramic layer is provided, it is possible to prevent the occurrence of metal contamination and to effectively prevent the corrosion of the composite material due to the halogen-based gas.

【0028】プラズマCVD法によって基体上にバリア
メタル層を形成する際、CVD装置のチャンバー側壁や
天板にバリアメタル層を構成する材料が堆積し、その結
果、この堆積物がパーティクル源となってしまう虞があ
る。このような場合には、CVD装置のチャンバー側壁
や天板の温度を所定の温度(好ましくは100乃至50
0゜C、一層好ましくは200乃至500゜C)に保持
した状態でプラズマCVDを行うことが望ましい。
When a barrier metal layer is formed on a substrate by a plasma CVD method, a material constituting the barrier metal layer is deposited on a chamber side wall or a top plate of a CVD apparatus, and as a result, this deposit becomes a particle source. There is a possibility that it will end up. In such a case, the temperature of the chamber side wall and the top plate of the CVD apparatus is set to a predetermined temperature (preferably 100 to 50).
It is desirable to perform the plasma CVD while maintaining the temperature at 0 ° C., more preferably 200 to 500 ° C.).

【0029】そして、チャンバー側壁や天板は、セラミ
ックス部材の組織中にアルミニウム系材料が充填された
母材と、この母材の表面に設けられたセラミックス層と
から成る複合材料から作製されていることが好ましい。
尚、複合材料には温度制御手段が配設され、この温度制
御手段はヒータから構成されていることが好ましい。ヒ
ータを複合材料の外部に配設してもよいし、母材の内部
に配設してもよく、後者の場合、母材の線膨張率をα1
[単位:10-6/K]としたとき、ヒータを構成する材
料の線膨張率αH[単位:10-6/K]は(α1−3)≦
αH≦(α1+3)の関係を満足することが好ましい。
The side wall and the top plate of the chamber are made of a composite material comprising a base material in which the structure of a ceramic member is filled with an aluminum-based material and a ceramic layer provided on the surface of the base material. Is preferred.
The composite material is provided with a temperature control means, and this temperature control means is preferably constituted by a heater. The heater may be provided outside the composite material or inside the base material. In the latter case, the coefficient of linear expansion of the base material is α 1
[Unit: 10 -6 / K] when the coefficient of linear expansion alpha H [unit: 10 -6 / K] of the material constituting the heater (α 1 -3) ≦
It is preferable to satisfy the relationship α H ≦ (α 1 +3).

【0030】チャンバー側壁や天板を、セラミックス部
材の組織中にアルミニウム系材料が充填された母材と、
この母材の表面に設けられたセラミックス層とから成る
複合材料から作製すれば、チャンバー側壁や天板にバリ
アメタル層を構成する材料が堆積することを防止する十
分に高い温度にチャンバー側壁や天板を保持しても、セ
ラミックス層に損傷が生じることが無い。更には、セラ
ミックス層が設けられているので、金属汚染の発生を防
止することができるし、ハロゲン系ガスによる複合材料
の腐蝕を効果的に防止することができる。
[0030] The chamber side wall and the top plate are combined with a base material in which the structure of a ceramic member is filled with an aluminum-based material.
If it is made of a composite material comprising a ceramic layer provided on the surface of the base material, the temperature of the chamber side wall and the ceiling is set to a sufficiently high temperature to prevent the material forming the barrier metal layer from being deposited on the chamber side wall and the top plate. Even if the plate is held, the ceramic layer is not damaged. Further, since the ceramic layer is provided, it is possible to prevent the occurrence of metal contamination and to effectively prevent the corrosion of the composite material due to the halogen-based gas.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、発明の実
施の形態(以下、実施の形態と略称する)に基づき本発
明を説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings based on embodiments of the invention (hereinafter abbreviated as embodiments).

【0032】(実施の形態1)実施の形態1での使用に
適したバイアスCVD装置20(以下、単にCVD装置
20と略称する)の概念図を図1に示す。CVD装置2
0のチャンバー21内には、シリコン半導体基板40を
保持・固定するための基体載置ステージ10が配設され
ている。
(Embodiment 1) FIG. 1 shows a conceptual diagram of a bias CVD apparatus 20 (hereinafter simply abbreviated as CVD apparatus 20) suitable for use in Embodiment 1. CVD equipment 2
The substrate mounting stage 10 for holding and fixing the silicon semiconductor substrate 40 is disposed in the chamber 21 of the “0”.

【0033】実施の形態1における基体載置ステージ1
0の模式的な断面図を、図2の(A)に示す。この基体
載置ステージ10は複合材料11から構成されている。
複合材料11は、セラミックス部材の組織中にアルミニ
ウム系材料が充填された母材12(温度調節ジャケット
に相当する)と、この母材12の表面に設けられたセラ
ミックス層13とから成る。この基体載置ステージ10
は、静電チャック機能を有し、且つ、温度制御手段を備
えている。具体的には、誘電体層であるセラミックス層
13は静電チャック機能を有する。また、母材12の下
面には、温度制御手段として、PBNヒータ(パイロリ
ティック・ボロン・ナイトライド・パイロリティック・
グラファイト・ヒータ)から成るヒータ14が取り付け
られている。尚、基体載置ステージ10には、セラミッ
クス層13上に載置、保持された例えばシリコン半導体
基板40を押し上げるためのプッシャーピン(図示せ
ず)が埋設されている。また、このプッシャーピンに
は、プッシャーピンをセラミックス層13の頂面上に突
出させあるいは頂面下に埋没させる機構(図示せず)が
取り付けられている。
Base mounting stage 1 according to the first embodiment
FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of FIG. The substrate mounting stage 10 is made of a composite material 11.
The composite material 11 includes a base material 12 (corresponding to a temperature control jacket) in which the structure of the ceramic member is filled with an aluminum-based material, and a ceramic layer 13 provided on the surface of the base material 12. This substrate mounting stage 10
Has an electrostatic chuck function and is equipped with temperature control means. Specifically, the ceramic layer 13 as a dielectric layer has an electrostatic chuck function. Further, on the lower surface of the base material 12, a PBN heater (pyrolytic boron nitride nitride pyrolytic
A heater 14 made of a graphite heater is attached. A pusher pin (not shown) for pushing up, for example, the silicon semiconductor substrate 40 mounted and held on the ceramic layer 13 is embedded in the base mounting stage 10. The pusher pin is provided with a mechanism (not shown) for projecting the pusher pin above the top surface of the ceramic layer 13 or burying the pusher pin below the top surface.

【0034】実施の形態1における複合材料11は、具
体的には、コージエライトセラミックスから成るセラミ
ックス部材の組織中に、アルミニウム(Al)及びケイ
素(Si)から成るアルミニウム系材料が充填された母
材12と、この母材12の表面(チャンバー21側の面
及び側面)に設けられたAl23から成るセラミックス
層13とから構成されている。また、アルミニウム系材
料を基準として、アルミニウム系材料にはケイ素が20
体積%含まれている。母材12の形状は円盤状である。
ここで、コージエライトセラミックスとは、MgOが約
13重量%、SiO2が約52重量%、Al23が約3
5重量%となる組成比に調整されたセラミックスであ
る。コージエライトセラミックスの線膨張率は0.1×
10-6/Kである。
The composite material 11 according to the first embodiment is, specifically, a mother material in which the structure of a ceramic member made of cordierite ceramic is filled with an aluminum-based material made of aluminum (Al) and silicon (Si). It is composed of a material 12 and a ceramic layer 13 made of Al 2 O 3 provided on the surface of the base material 12 (the surface and the side surface on the chamber 21 side). Also, based on the aluminum-based material, the aluminum-based material contains 20% silicon.
% By volume. The shape of the base material 12 is a disk shape.
Here, cordierite ceramics means that about 13% by weight of MgO, about 52% by weight of SiO 2 and about 3 % by weight of Al 2 O 3.
Ceramics adjusted to a composition ratio of 5% by weight. The coefficient of linear expansion of cordierite ceramics is 0.1 ×
10 −6 / K.

【0035】セラミックス部材は、コージエライトセラ
ミックス粉末とコージエライトセラミックス繊維との混
合物の焼成体(焼結体)であり、この焼成体におけるコ
ージエライトセラミックス繊維の割合を5体積%とし
た。ここで、コージエライトセラミックス粉末の平均粒
径は10μmであり、コージエライトセラミックス繊維
の平均直径は5μmであり、平均長さは2mmである。
セラミックス部材の空孔率は約50%であり、空孔径は
約1乃至2μmである。従って、コージエライトセラミ
ックス/アルミニウム系材料の容積比は約1/1であ
る。このような構成の母材12の線膨張率は、100〜
300゜Cにおける平均値で、約10.6×10-6/K
である。即ち、α1=10.6である。また、コージエ
ライトセラミックス/アルミニウム系材料の容積比は約
1/1であるが故に、母材12は、純粋なセラミックス
の電気伝導度や熱伝導度よりも金属に近づいた値を有す
る。従って、このような母材12から作製された基体載
置ステージ10は、セラミックスのみから作製された基
体載置ステージよりも高い熱伝導性を有するし、電圧の
印加は勿論のこと、バイアスの印加も可能である。
The ceramic member was a fired body (sintered body) of a mixture of cordierite ceramic powder and cordierite ceramic fiber, and the ratio of the cordierite ceramic fiber in the fired body was 5% by volume. Here, the average particle diameter of the cordierite ceramic powder is 10 μm, the average diameter of the cordierite ceramic fibers is 5 μm, and the average length is 2 mm.
The porosity of the ceramic member is about 50%, and the pore diameter is about 1 to 2 μm. Therefore, the volume ratio of cordierite ceramics / aluminum-based material is about 1/1. The linear expansion coefficient of the base material 12 having such a configuration is 100 to
About 10.6 × 10 −6 / K at an average value at 300 ° C.
It is. That is, α 1 = 10.6. Further, since the volume ratio of cordierite ceramics / aluminum-based material is about 1/1, the base material 12 has a value closer to the metal than the electrical conductivity or thermal conductivity of pure ceramics. Therefore, the substrate mounting stage 10 made of such a base material 12 has higher thermal conductivity than the substrate mounting stage made of only ceramics, and applies not only a voltage but also a bias. Is also possible.

【0036】セラミックス層13を構成する材料を、T
iO2が約2.5重量%添加されたAl23とした。厚
さ約0.2mmのセラミックス層13は、溶射法にて母
材12の表面に形成されている。このような組成のセラ
ミックス層13の線膨張率は、100〜300゜Cにお
ける平均値で、約9×10-6/Kである。従って、α2
は約9であり、セラミックス層13の線膨張率α2
(α1−3)≦α2≦(α1+3)の関係を満足してい
る。尚、Al23それ自体の線膨張率は約8×10-6
Kである。
The material forming the ceramic layer 13 is T
Al 2 O 3 to which about 2.5% by weight of iO 2 was added was used. The ceramic layer 13 having a thickness of about 0.2 mm is formed on the surface of the base material 12 by a thermal spraying method. The coefficient of linear expansion of the ceramic layer 13 having such a composition is about 9 × 10 −6 / K on average at 100 to 300 ° C. Therefore, α 2
Is about 9, and the coefficient of linear expansion α 2 of the ceramic layer 13 satisfies the relationship of (α 1 -3) ≦ α 2 ≦ (α 1 +3). The linear expansion coefficient of Al 2 O 3 itself is about 8 × 10 −6 /.
K.

【0037】Al23にTiO2を約2.5重量%添加
することによって、セラミックス層13の体積固有抵抗
値を1011Ω/□オーダーに調整することができる。こ
れによって、セラミックス層13は誘電体として作用
し、静電チャックとしての機能を発揮することができ
る。このように体積固有抵抗値を調整する理由は、セラ
ミックス層13が1011Ω/□オーダーを越えると、静
電チャックとして用いた場合にセラミックス層13の吸
着力が弱くなりすぎ、シリコン半導体基板40をセラミ
ックス層13に充分吸着させることが困難になる虞があ
るからである。一方、セラミックス層13が1011Ω/
□オーダーを下回ると、基体載置ステージ10を高温で
用いた際、セラミックス層13の抵抗値が更に低くな
り、シリコン半導体基板40とセラミックス層13との
界面で電流が生じる虞がある。尚、使用条件によるが、
一般的には、TiO2を0〜約10重量%添加すること
によって、セラミックス層の体積固有抵抗値を1011
1016Ω/□とすることが望ましい。
By adding about 2.5% by weight of TiO 2 to Al 2 O 3 , the volume resistivity of the ceramic layer 13 can be adjusted to the order of 10 11 Ω / □. As a result, the ceramic layer 13 functions as a dielectric, and can exhibit a function as an electrostatic chuck. The reason for adjusting the volume resistivity as described above is that if the ceramic layer 13 exceeds the order of 10 11 Ω / □, when used as an electrostatic chuck, the attraction force of the ceramic layer 13 becomes too weak, and the silicon semiconductor substrate 40 This is because it may be difficult to make the ceramic layer 13 sufficiently adsorb. On the other hand, when the ceramic layer 13 has a thickness of 10 11 Ω /
If the order is less than the order, when the substrate mounting stage 10 is used at a high temperature, the resistance value of the ceramic layer 13 is further reduced, and a current may be generated at the interface between the silicon semiconductor substrate 40 and the ceramic layer 13. In addition, although it depends on use conditions,
In general, by the addition of TiO 2 0 to about 10 wt%, the volume resistivity of the ceramic layer 10 11 -
It is desirable to be 10 16 Ω / □.

【0038】複合材料11によって構成される基体載置
ステージ10の作製方法を、以下、説明する。複合材料
11は、(A)セラミックス部材の組織中にアルミニウ
ム系材料を充填し、以て、セラミックス部材の組織中に
アルミニウム系材料が充填された母材を作製する工程
と、(B)母材の表面にセラミックス層を設ける工程か
ら作製される。具体的には、この工程(A)は、容器の
中に多孔質のコージエライトセラミックスを組成とした
セラミックス部材を配し、容器内に溶融したアルミニウ
ムとケイ素とを組成としたアルミニウム系材料を流し込
み、高圧鋳造法にてセラミックス部材中にアルミニウム
系材料を充填する工程から成る。
A method of manufacturing the substrate mounting stage 10 made of the composite material 11 will be described below. The composite material 11 comprises: (A) a step of filling a structure of a ceramic member with an aluminum-based material, thereby producing a base material in which the structure of the ceramic member is filled with an aluminum-based material; and (B) a base material. It is produced from the step of providing a ceramic layer on the surface of the substrate. Specifically, in this step (A), a ceramic member composed of porous cordierite ceramics is disposed in a container, and an aluminum-based material composed of molten aluminum and silicon is disposed in the container. The method comprises a step of pouring and filling a ceramic member with an aluminum-based material by high-pressure casting.

【0039】多孔質のコージエライトセラミックスを組
成としたセラミックス部材は、セラミックス部材を作製
する際の焼結過程において多孔質化される。実施の形態
1においては、多孔質のコージエライトセラミックスと
して、コージエライトセラミックス粉体とコージエライ
トセラミックス繊維とを焼結して得られる焼結体である
多孔質のコージエライトセラミックス・ファイバーボー
ド(以下、ファイバーボードと略称する)を用いた。一
般的な粉体焼結セラミックスが約1200゜Cで高温焼
結されるのに対して、ファイバーボードは約800゜C
で低温焼結されたものであり、コージエライトセラミッ
クス繊維の周りにコージエライトセラミックス粉体がバ
インダーを介して密着するように焼結され、多孔質化さ
れている。従って、例えば、コージエライトセラミック
ス粉体とコージエライトセラミックス繊維との容積比を
変えることによって、得られる多孔質のコージエライト
セラミックスを組成としたセラミックス部材の空孔率や
空孔径を調整することが可能である。
A ceramic member composed of porous cordierite ceramic is made porous in a sintering process when the ceramic member is manufactured. In the first embodiment, the porous cordierite ceramic fiber is a sintered body obtained by sintering cordierite ceramic powder and cordierite ceramic fiber as the porous cordierite ceramic. A board (hereinafter, abbreviated as a fiber board) was used. Whereas general powder sintered ceramics are sintered at a high temperature of about 1200 ° C, fiberboard is about 800 ° C.
The cordierite ceramic powder is sintered around the cordierite ceramic fiber so as to be in close contact with a binder via a binder, and is made porous. Therefore, for example, by changing the volume ratio between the cordierite ceramic powder and the cordierite ceramic fiber, the porosity and the pore diameter of the ceramic member having the obtained porous cordierite ceramic are adjusted. It is possible.

【0040】基体載置ステージ10を作製するには、先
ず、所定の円盤形状に成形されたファイバーボードを用
意する。そして、容器(鋳型)の底部にファイバーボー
ドを配置する。尚、ファイバーボードには、プッシャー
ピン等を埋設するための孔を予め加工しておく。
To manufacture the substrate mounting stage 10, first, a fiber board formed into a predetermined disk shape is prepared. Then, a fiber board is arranged at the bottom of the container (mold). A hole for embedding a pusher pin or the like is formed in the fiber board in advance.

【0041】次いで、ファイバーボードから成るセラミ
ックス部材を約800゜Cに予備加熱しておき、続い
て、容器(鋳型)内に約800〜850゜Cに加熱して
溶融状態としたアルミニウム系材料(Al80体積%−
Si20体積%)を流し込む。そして、容器(鋳型)内
に約1トン/cm2の高圧を加える高圧鋳造法を実行す
る。その結果、多孔質のファイバーボードには、即ち、
セラミックス部材の組織中には、アルミニウム系材料が
充填される。そして、アルミニウム系材料を冷却・固化
させることによって、母材12が作製される。
Next, the ceramic member made of the fiber board is preheated to about 800 ° C., and subsequently, is heated to about 800 to 850 ° C. in a container (mold) to obtain an aluminum-based material (in a molten state). Al 80% by volume-
(20% by volume of Si). Then, a high-pressure casting method in which a high pressure of about 1 ton / cm 2 is applied in the container (mold) is performed. As a result, a porous fiber board
The structure of the ceramic member is filled with an aluminum-based material. Then, the base material 12 is produced by cooling and solidifying the aluminum-based material.

【0042】次に、母材12の上面、即ち、ヒータ側の
頂面、及び側面を研磨する。その後、この研磨面に、A
23にTiO2を約2.5重量%混合した粒径が約1
0μmの混合粉末を真空溶射法によって溶融状態で吹き
付け、固化させる。これによって、体積固有抵抗値が1
11Ω/□オーダーの厚さ約0.2mmのセラミックス
層13を溶射法にて形成することができる。尚、セラミ
ックス層13の形成の前に、溶射下地層として例えばア
ルミニウムを約5重量%含んだニッケル(Ni−5重量
%Al)を溶射しておき、この溶射下地層上にセラミッ
クス層13を溶射法にて形成してもよい。その後、母材
12の下面、即ちセラミックス層13が設けられた面と
反対側の面にPBNヒータから成るヒータ14を取り付
け、基体載置ステージ10を得る。
Next, the upper surface of the base material 12, that is, the top surface and the side surface on the heater side are polished. Then, on this polished surface, A
About 2.5% by weight of TiO 2 mixed with l 2 O 3 has a particle size of about 1
The mixed powder of 0 μm is sprayed in a molten state by a vacuum spraying method and solidified. As a result, the volume resistivity value becomes 1
A ceramic layer 13 having a thickness of about 0.2 mm on the order of 0 11 Ω / □ can be formed by thermal spraying. Prior to the formation of the ceramic layer 13, for example, nickel (Ni-5% by weight Al) containing about 5% by weight of aluminum is sprayed as a thermal spray underlayer, and the ceramic layer 13 is sprayed on the thermal spray underlayer. It may be formed by a method. Thereafter, a heater 14 composed of a PBN heater is attached to the lower surface of the base material 12, that is, the surface opposite to the surface on which the ceramic layer 13 is provided, and the substrate mounting stage 10 is obtained.

【0043】このようにして得られた基体載置ステージ
10は、多孔質のコージエライトセラミックス・ファイ
バーボードから成るセラミックス部材にAl80体積%
−Si20体積%のアルミニウム系材料を充填して得ら
れた母材(温度調節ジャケット)12によって構成され
ており、母材12の線膨張率α1はセラミックス層13
の線膨張率α2に近い値となっている。従って、基体載
置ステージ10の加熱・冷却による母材12とセラミッ
クス層13の伸縮の度合いは殆ど同じである。それ故、
これらの材料間の線膨張率α1,α2の差に起因して、高
温加熱時や、高温から常温に基体載置ステージ10を戻
したときに、セラミックス層13に割れ等の損傷が発生
することを確実に回避することができる。
The substrate mounting stage 10 obtained in this manner is composed of a ceramic member made of a porous cordierite ceramic fiber board and 80% by volume of Al.
-Si20 volume percent of aluminum-based material preform obtained by filling the is constituted by (temperature regulating jacket) 12, the linear expansion coefficient alpha 1 of the matrix 12 ceramic layer 13
Has a value close to the coefficient of linear expansion α 2 . Therefore, the degree of expansion and contraction of the base material 12 and the ceramic layer 13 due to heating and cooling of the base mounting stage 10 is almost the same. Therefore,
Due to the difference between the linear expansion coefficients α 1 and α 2 between these materials, damage such as cracking occurs in the ceramic layer 13 when the substrate mounting stage 10 is heated at a high temperature or when the substrate mounting stage 10 is returned from a high temperature to a normal temperature. Can be reliably avoided.

【0044】また、基体載置ステージ10の作製方法に
あっては、特に、多孔質のコージエライトセラミックス
・ファイバーボードを用いているが、高圧鋳造時にアル
ミニウム系材料がその空孔内に入り込む際の衝撃にファ
イバーボードは耐え得る。その結果、ファイバーボード
に割れが生じることを抑制することができる。即ち、通
常の粉末焼結法によって得られる多孔質のコージエライ
トセラミックスから成るセラミックス部材においては、
高圧鋳造時に割れが起こり易い。然るに、多孔質のコー
ジエライトセラミックス・ファイバーボードを用いるこ
とによって、高圧鋳造時におけるセラミックス部材の割
れ発生を抑えることができる。
In the method of manufacturing the substrate mounting stage 10, a porous cordierite ceramic fiber board is particularly used. Fiberboard can withstand the impact of As a result, the occurrence of cracks in the fiber board can be suppressed. That is, in a ceramic member made of porous cordierite ceramics obtained by a normal powder sintering method,
Cracks are likely to occur during high pressure casting. However, by using a porous cordierite ceramic fiber board, the occurrence of cracks in the ceramic member during high-pressure casting can be suppressed.

【0045】そして、高圧鋳造時にファイバーボードに
割れ等が発生することを回避できるので、母材の表面に
設けられたセラミックス層にクラック等の損傷が生じる
ことを一層確実に防止することができる。即ち、ファイ
バーボードに割れが発生したとしても、ファイバーボー
ドから成るセラミックス部材の組織中にアルミニウム系
材料を充填したとき、アルミニウム系材料が一種の接着
材として働く結果、母材を得ることはできる。しかしな
がら、このようにして得られた母材においては、ファイ
バーボードに発生した割れ等の隙間にアルミニウム系材
料から成る層が形成されてしまう。その結果、母材の表
面に設けられたセラミックス層が、基体載置ステージ1
0の使用時、温度変化に追従できなくなり、セラミック
ス層に割れが生じ易くなる。つまり、セラミックス層
は、粒径が約10μmの混合粉末が溶射されそして母材
と同化されているので、ファイバーボードにおける1〜
2μmの空孔内に充填されたアルミニウム系材料そのも
のの熱膨張からは殆ど影響を受けない。しかしながら、
ファイバーボードの割れた部分の隙間に存在するアルミ
ニウム系材料から成る層は、セラミックス層を形成する
粒子の径より大きい長さや幅を有する。従って、アルミ
ニウム系材料から成るかかる層の熱膨張によるセラミッ
クス層への影響は無視できないものとなり、セラミック
ス層13に割れが発生する確率が高くなる。
Since the occurrence of cracks or the like in the fiber board during high-pressure casting can be avoided, it is possible to more reliably prevent the ceramic layer provided on the surface of the base material from being damaged by cracks or the like. That is, even if a crack occurs in the fiber board, when the structure of the ceramic member made of the fiber board is filled with the aluminum-based material, the base material can be obtained as a result of the aluminum-based material acting as a kind of adhesive. However, in the base material thus obtained, a layer made of an aluminum-based material is formed in gaps such as cracks generated in the fiber board. As a result, the ceramic layer provided on the surface of the base material is
When 0 is used, it becomes impossible to follow the temperature change, and the ceramic layer is easily cracked. In other words, the ceramic layer is sprayed with a mixed powder having a particle size of about 10 μm and assimilated with the base material.
It is hardly affected by the thermal expansion of the aluminum-based material itself filled in the 2 μm pores. However,
The layer made of the aluminum-based material existing in the gap between the cracked portions of the fiberboard has a length or width larger than the diameter of the particles forming the ceramic layer. Therefore, the influence of the thermal expansion of such a layer made of an aluminum-based material on the ceramics layer is not negligible, and the probability of cracks occurring in the ceramics layer 13 is increased.

【0046】また、セラミックス層を母材上に溶射法に
て形成するので、母材12とセラミックス層13とがよ
り一層一体化する。これによって、母材12とセラミッ
クス層13との間の応力緩和が図れると共に、母材12
からセラミックス層13への熱伝導が速やかとなり、基
体載置ステージ10を構成するセラミックス層13に保
持・固定された基体の温度制御を迅速に且つ確実に行う
ことが可能となる。
Since the ceramic layer is formed on the base material by a thermal spraying method, the base material 12 and the ceramic layer 13 are further integrated. Thereby, stress relaxation between the base material 12 and the ceramic layer 13 can be achieved, and the base material 12
The heat transfer from the substrate to the ceramic layer 13 becomes quick, and the temperature of the substrate held and fixed to the ceramic layer 13 constituting the substrate mounting stage 10 can be quickly and reliably controlled.

【0047】尚、図2の(B)の模式的な断面図に示す
ように、セラミックス層を溶射法でなくロウ付け法によ
って母材12の表面(必要に応じて、更に側面)に設け
てもよい。この場合には、焼結法にて作製されたAl2
3製セラミックス板から成るセラミックス層16を、
例えば、約600゜Cの温度にてAl−Mg−Ge系の
ロウ材17を用いたロウ付け法にて母材12の表面に取
り付ければよい。尚、ロウ材としては、その他、チタ
ン、錫、アンチモン、マグネシウムから成る合金を挙げ
ることができる。必要に応じて、基体載置ステージ10
の側面にセラミックス材料から成る環状のカバーを取り
付けてもよい。
As shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 2B, a ceramic layer is provided on the surface (and, if necessary, the side surface) of the base material 12 by a brazing method instead of a thermal spraying method. Is also good. In this case, Al 2 produced by the sintering method
A ceramic layer 16 made of an O 3 ceramic plate is
For example, it may be attached to the surface of the base material 12 by a brazing method using an Al-Mg-Ge-based brazing material 17 at a temperature of about 600 ° C. In addition, alloys composed of titanium, tin, antimony, and magnesium can be used as the brazing material. If necessary, the base mounting stage 10
An annular cover made of a ceramic material may be attached to the side surface of.

【0048】実施の形態1のCVD装置20は、更に、
チャンバー21と誘導結合コイル24を備えている。チ
ャンバー21は、石英製の側壁22と、複合材料から作
製された天板23から構成されている。尚、天板23の
作製方法は後述する。
The CVD apparatus 20 of the first embodiment further includes
A chamber 21 and an inductive coupling coil 24 are provided. The chamber 21 includes a side wall 22 made of quartz and a top plate 23 made of a composite material. The method of manufacturing the top plate 23 will be described later.

【0049】チャンバー21内には、シリコン半導体基
板40を保持・固定するための基体載置ステージ10
(図2参照)が配設されている。基体載置ステージ10
には、基体への入射イオンエネルギーを制御するための
高周波電源25が接続され、更には、誘電体部材である
セラミックス層13に静電吸着力を発揮させるための直
流電源26が接続されている。また、基体載置ステージ
10のヒータ14は、電源27に接続されている。更に
は、シリコン半導体基板40の温度を計測するための蛍
光ファイバ温度計28が、CVD装置20には備えられ
ている。尚、基体載置ステージ10の温度制御は、蛍光
ファイバ温度計28で検知された温度を制御装置(PI
Dコントローラ)29で検出し、ヒータ14へ電力を供
給するための電源27を制御することによって行うこと
ができる。図1において、CVD用原料ガス導入部、ゲ
ートバルブ等のCVD装置の細部については、その図示
を省略した。
The substrate mounting stage 10 for holding and fixing the silicon semiconductor substrate 40 is provided in the chamber 21.
(See FIG. 2). Base mounting stage 10
Is connected to a high-frequency power supply 25 for controlling the ion energy incident on the substrate, and further connected to a DC power supply 26 for exerting an electrostatic attraction force on the ceramic layer 13 as a dielectric member. . Further, the heater 14 of the substrate mounting stage 10 is connected to a power supply 27. Further, a fluorescent fiber thermometer 28 for measuring the temperature of the silicon semiconductor substrate 40 is provided in the CVD apparatus 20. The temperature of the substrate mounting stage 10 is controlled by controlling the temperature detected by the fluorescent fiber thermometer 28 with a control device (PI
(D controller) 29 to control the power supply 27 for supplying electric power to the heater 14. In FIG. 1, details of a CVD apparatus such as a CVD source gas introduction unit and a gate valve are omitted.

【0050】次に、CVD装置20を用いたプラズマC
VD法に基づくバリアメタル層の形成方法を、図3の
(A)〜(C)を参照して説明する。尚、実施の形態1
においては、バリアメタル層をTi/TiNの2層構成
とする。また、バリアメタル層を形成した後、タングス
テンから成るコンタクトホール(コンタクトプラグ)を
形成する。基体は、シリコン半導体基板、及びこのシリ
コン半導体基板上に形成された絶縁層(層間絶縁層)で
あり、この絶縁層(層間絶縁層)に開口部が形成された
構成を有する。
Next, the plasma C using the CVD device 20
A method for forming a barrier metal layer based on the VD method will be described with reference to FIGS. Embodiment 1
, The barrier metal layer has a two-layer structure of Ti / TiN. After forming the barrier metal layer, a contact hole (contact plug) made of tungsten is formed. The base is a silicon semiconductor substrate and an insulating layer (interlayer insulating layer) formed on the silicon semiconductor substrate, and has a configuration in which an opening is formed in the insulating layer (interlayer insulating layer).

【0051】先ず、シリコン半導体基板40の上にSi
2から成る層間絶縁層41をCVD法にて成膜した
後、層間絶縁層41に開口部42を形成する。尚、シリ
コン半導体基板40には、素子分離領域、ソース/ドレ
イン領域、チャネル形成領域やゲート電極が形成されて
いるが、これらの図示は省略した。次いで、本発明のバ
リアメタル層の形成方法に基づき、プラズマCVD法に
てバリアメタル層43を開口部42内を含む層間絶縁層
41上に形成する。即ち、かかるシリコン半導体基板4
0を図1に示したCVD装置20内の基体載置ステージ
10上に載置し、セラミックス層13に静電吸着力を発
揮させてシリコン半導体基板40を基体載置ステージ1
0上に保持・固定する。そして、ヒータ14の作動によ
って基体載置ステージ10の温度制御を行い、基体を以
下の表1に示す設定温度に調整する。そして、表1に例
示するプラズマCVD条件にてバリアメタル層43を形
成する。この状態を、図3の(A)の模式的な一部断面
図に示すが、バリアメタル層43を1層で表した。
First, Si is placed on the silicon semiconductor substrate 40.
After an interlayer insulating layer 41 made of O 2 is formed by a CVD method, an opening 42 is formed in the interlayer insulating layer 41. Although an element isolation region, a source / drain region, a channel formation region, and a gate electrode are formed on the silicon semiconductor substrate 40, these are not shown. Next, based on the barrier metal layer forming method of the present invention, a barrier metal layer 43 is formed on the interlayer insulating layer 41 including the inside of the opening 42 by a plasma CVD method. That is, the silicon semiconductor substrate 4
0 is placed on the substrate mounting stage 10 in the CVD apparatus 20 shown in FIG.
Hold on 0 and fix. Then, the temperature of the substrate mounting stage 10 is controlled by the operation of the heater 14, and the substrate is adjusted to the set temperature shown in Table 1 below. Then, the barrier metal layer 43 is formed under the plasma CVD conditions exemplified in Table 1. This state is shown in a schematic partial cross-sectional view of FIG. 3A, in which the barrier metal layer 43 is represented by one layer.

【0052】[0052]

【表1】 Ti層の形成 使用ガス :TiCl4/H2/Ar=5/150/150sccm 圧力 :0.7Pa RFパワー :2.5kW RFバイアス:0W 基板温度 :400゜C TiN層の形成 使用ガス :TiCl4/H2/Ar/N2=5/150/150/50scc m 圧力 :0.7Pa RFパワー :2.5kW RFバイアス:0W 基板温度 :400゜CTable 1 Formation of Ti layer Gas used: TiCl 4 / H 2 / Ar = 5/150/150 sccm Pressure: 0.7 Pa RF power: 2.5 kW RF bias: 0 W Substrate temperature: 400 ° C. Formation of TiN layer Gas: TiCl 4 / H 2 / Ar / N 2 = 5/150/150/50 sccm Pressure: 0.7 Pa RF power: 2.5 kW RF bias: 0 W Substrate temperature: 400 ° C.

【0053】その後、ブランケットタングステンCVD
法に基づき、開口部42内をタングステンで埋め込み、
タングステンプラグ44を形成する(図3の(B)参
照)。ブランケットタングステンCVDの条件、タング
ステン及びバリアメタル層のエッチング条件を、以下の
表2及び表3に例示する。
Thereafter, blanket tungsten CVD
Based on the method, the inside of the opening 42 is filled with tungsten,
A tungsten plug 44 is formed (see FIG. 3B). Tables 2 and 3 below show blanket tungsten CVD conditions and tungsten and barrier metal layer etching conditions.

【0054】[0054]

【表2】 タングステンのCVD成膜条件 使用ガス:WF6/H2/Ar=40/400/2250sccm 圧力 :10.7×103Pa 成膜温度:450゜C[Table 2] Tungsten CVD film forming conditions Gas used: WF 6 / H 2 / Ar = 40/400/2250 sccm Pressure: 10.7 × 10 3 Pa Film forming temperature: 450 ° C.

【表3】 タングステン層及びバリアメタル層のエッチング条件 第1段階のエッチング:タングステン層のエッチング 使用ガス :SF6/Ar/He=110:90:5sccm 圧力 :46Pa RFパワー:275W 第2段階のエッチング:バリアメタル層のエッチング条件 使用ガス :Ar/Cl2=75/5sccm 圧力 :6.5Pa RFパワー:250WTable 3 Etching conditions for tungsten layer and barrier metal layer First stage etching: Tungsten layer etching Gas used: SF 6 / Ar / He = 110: 90: 5 sccm Pressure: 46 Pa RF power: 275 W Second stage etching : Etching condition of barrier metal layer Gas used: Ar / Cl 2 = 75/5 sccm Pressure: 6.5 Pa RF power: 250 W

【0055】その後、全面にスパッタ法にてアルミニウ
ム系配線材料層を成膜し、かかるアルミニウム系配線材
料層をパターニングすることによって、配線45を完成
する。この状態を図3の(C)に示す。
Thereafter, an aluminum-based wiring material layer is formed on the entire surface by sputtering, and the wiring 45 is completed by patterning the aluminum-based wiring material layer. This state is shown in FIG.

【0056】プラズマCVD法に基づくバリアメタル層
の形成時、プラズマの発生によって基体に大きな入熱が
ある。しかしながら、蛍光ファイバ温度計28で検知さ
れた温度を制御装置(PIDコントローラ)29で検出
し、この検出値に基づいてヒータ14を制御することに
よって、基体の温度を設定温度(表1の基板温度)に維
持する。このように、基体の温度を高精度で安定させる
ことができるため、膜厚方向に特性変動の無い安定した
膜質のバリアメタル層を形成することができる。即ち、
バリアメタル層中に残存する塩素量を減少させることが
できる。ラザフォード・バック・スキャッタリング法に
基づき、バリアメタル層中の残留塩素を測定したとこ
ろ、0.1%であり、良好な膜質のバリアメタル層を形
成することができた。
When the barrier metal layer is formed based on the plasma CVD method, a large amount of heat is input to the substrate due to generation of plasma. However, the temperature detected by the fluorescent fiber thermometer 28 is detected by the control device (PID controller) 29, and the heater 14 is controlled based on the detected value, so that the temperature of the base is set to the set temperature (the substrate temperature in Table 1). ) To maintain. As described above, since the temperature of the base can be stabilized with high accuracy, it is possible to form a barrier metal layer having stable film quality without characteristic fluctuation in the film thickness direction. That is,
The amount of chlorine remaining in the barrier metal layer can be reduced. When the residual chlorine in the barrier metal layer was measured based on the Rutherford back scattering method, it was 0.1%, and a good quality barrier metal layer could be formed.

【0057】(実施の形態2)実施の形態2での使用に
適したバイアスCVD装置20Aの概念図を図4に示
す。実施の形態2においては、基体載置ステージ10A
の模式的な断面図を図5の(A)に示すように、温度制
御手段を、母材12Aの内部に配設されたヒータ14
A、及び母材12Aの内部に配設された温度制御用熱媒
体を流す配管15Aから構成した。ヒータ14Aとし
て、母材12Aの面積(底面積)に応じた大型で大容量
のシーズヒータを使用した。ヒータ14Aは、ヒータ本
体(図示せず)と、ヒータ本体の外側に配設されそして
ヒータ本体を保護する鞘管(図示せず)から構成された
公知のヒータである。ヒータ14Aは、配線を介して電
源27(図4参照)に接続されている。ヒータ14Aの
熱膨張は、基体載置ステージ10Aに影響を与える。従
って、母材12Aやセラミックス層13Aの線膨張率α
1,α2に近い値を有する材料を用いることが好ましい。
具体的には、チタンやステンレススチール等、線膨張率
が9×10-6/K〜12×10-6/Kの材料から作製さ
れた鞘管を用いることが好ましい。即ち、ヒータ14A
を構成する材料(母材12Aと接する鞘管の材料)の線
膨張率αH[単位:10-6/K]は、(α1−3)≦αH
≦(α1+3)の関係を満足することが好ましい。尚、
ヒータ14Aの本体の線膨張率は、基体載置ステージ1
0Aに影響を与えることがないので、特に制限されな
い。
(Embodiment 2) FIG. 4 shows a conceptual diagram of a bias CVD apparatus 20A suitable for use in Embodiment 2. In the second embodiment, base mounting stage 10A
As shown in a schematic sectional view of FIG. 5A, a temperature control unit is provided with a heater 14 disposed inside a base material 12A.
A, and a pipe 15A through which a heat medium for temperature control disposed inside the base material 12A flows. As the heater 14A, a large-capacity sheathed heater corresponding to the area (bottom area) of the base material 12A was used. The heater 14A is a known heater including a heater body (not shown) and a sheath tube (not shown) provided outside the heater body and protecting the heater body. The heater 14A is connected to a power supply 27 (see FIG. 4) via wiring. The thermal expansion of the heater 14A affects the base mounting stage 10A. Accordingly, the linear expansion coefficient α of the base material 12A and the ceramic layer 13A
1, it is preferable to use a material having a value close to alpha 2.
Specifically, titanium or stainless steel or the like, it is preferable that the linear expansion coefficient which sheath tube made from the material of the 9 × 10 -6 / K~12 × 10 -6 / K. That is, the heater 14A
The coefficient of linear expansion α H [unit: 10 −6 / K] of the material (material of the sheath tube in contact with the base material 12 </ b> A) is (α 1 -3) ≦ α H
It is preferable to satisfy the relationship of ≦ (α 1 +3). still,
The linear expansion coefficient of the main body of the heater 14A is
There is no particular limitation because it does not affect 0A.

【0058】基体載置ステージ10Aの母材12A内に
配設された配管15Aは、配管30A,30Bを介して
温度制御用熱媒体供給装置32(図4参照)に接続され
ている。そして、金属あるいは合金から作製されてい
る。温度制御用熱媒体供給装置32から供給された温度
制御用熱媒体を基体載置ステージ10A内の配管15A
に流すことによって、基体載置ステージ10Aの温度制
御を行うことができる。配管15Aの熱膨張も、基体載
置ステージ10Aに影響を与える。従って、母材12A
やセラミックス層13Aの線膨張率α1,α2に近い値を
有する材料を用いることが好ましい。具体的には、チタ
ンやステンレススチール等、線膨張率が9×10-6/K
〜12×10-6/Kの材料から作製された配管15Aを
用いることが好ましい。即ち、配管15Aを構成する材
料の線膨張率αP[単位:10-6/K]は、(α1−3)
≦αP≦(α1+3)の関係を満足することが好ましい。
A pipe 15A provided in the base material 12A of the base mounting stage 10A is connected to a temperature control heating medium supply device 32 (see FIG. 4) via pipes 30A and 30B. And it is made of metal or alloy. The temperature control heat medium supplied from the temperature control heat medium supply device 32 is supplied to the pipe 15A in the base mounting stage 10A.
, The temperature of the substrate mounting stage 10A can be controlled. The thermal expansion of the pipe 15A also affects the base mounting stage 10A. Therefore, the base material 12A
It is preferable to use a material having values close to the linear expansion coefficients α 1 and α 2 of the ceramic layer 13A. Specifically, such as titanium or stainless steel, the coefficient of linear expansion is 9 × 10 −6 / K
It is preferable to use a pipe 15A made of a material of about 12 × 10 −6 / K. That is, the linear expansion coefficient α P [unit: 10 −6 / K] of the material constituting the pipe 15A is (α 1-3 )
It is preferable to satisfy the relationship of ≦ α P ≦ (α 1 +3).

【0059】温度制御用熱媒体供給装置32は、例え
ば、フロンガス等の低温(例えば0゜C)の温度制御用
熱媒体(冷媒)を供給するチラーから構成されている。
そして、温度制御用熱媒体供給装置32は、フロンガス
等の低温(例えば0゜C)の温度制御用熱媒体(冷媒)
(場合によってはシリコンオイル等の温度制御用熱媒
体)を、配管30Aを介して基体載置ステージ10Aの
配管15Aに供給し、配管30Bを介して配管15Aか
ら送り出された温度制御用熱媒体を受け入れ、更に、こ
の温度制御用熱媒体を所定温度に冷却する。このよう
に、温度制御用熱媒体を配管15A内に循環させること
によって、基体載置ステージ10A上に保持・固定され
た基体の温度制御を行うことができる。温度制御用熱媒
体供給装置32に接続された配管30Aには、高温での
動作が可能な制御バルブ31が配設されている。一方、
配管30Aと配管30Bとの間のバイパス配管30Cに
も制御バルブ31が配設されている。そして、このよう
な構成のもと、制御バルブ31の開閉度を制御すること
によって、配管15Aへの温度制御用熱媒体の供給量を
制御する。また、蛍光ファイバ温度計28で検知された
温度を制御装置(PIDコントローラ)29で検出し、
予め設定された基体の温度との差から、予め実験や計算
によって決定された供給量となるように、温度制御用熱
媒体の供給量が制御装置29によって決定される。
The temperature control heating medium supply device 32 is composed of, for example, a chiller for supplying a low temperature (eg, 0 ° C.) temperature control heating medium (refrigerant) such as Freon gas.
The temperature control heat medium supply device 32 is a low-temperature (eg, 0 ° C.) temperature control heat medium (refrigerant) such as Freon gas.
(In some cases, a temperature control heat medium such as silicon oil) is supplied to the pipe 15A of the substrate mounting stage 10A via the pipe 30A, and the temperature control heat medium sent out from the pipe 15A via the pipe 30B is discharged. Then, the temperature control heat medium is cooled to a predetermined temperature. As described above, by circulating the heat medium for temperature control in the pipe 15A, the temperature of the substrate held and fixed on the substrate mounting stage 10A can be controlled. A control valve 31 capable of operating at a high temperature is provided in a pipe 30A connected to the heat medium supply device 32 for temperature control. on the other hand,
A control valve 31 is also provided on a bypass pipe 30C between the pipe 30A and the pipe 30B. Then, under such a configuration, the supply amount of the heat medium for temperature control to the pipe 15A is controlled by controlling the opening / closing degree of the control valve 31. Also, the temperature detected by the fluorescent fiber thermometer 28 is detected by a control device (PID controller) 29,
The controller 29 determines the supply amount of the heat medium for temperature control so that the supply amount is determined in advance by experiment or calculation from the difference from the preset substrate temperature.

【0060】図5の(A)に示した基体載置ステージ1
0Aにおいては、基体の設定温度にも依るが、通常は、
ヒータ14Aによる加熱によって主たる温度制御がなさ
れる。そして、温度制御用熱媒体による基体載置ステー
ジ10Aの温度制御は、基体の温度安定のための補助的
な温度制御である。即ち、プラズマCVD法にてバリア
メタル層を形成する場合、プラズマからの入熱を基体が
受ける結果、ヒータ14Aによる加熱だけでは基体を設
定温度に維持しておくことが困難となる場合がある。こ
のような場合、ヒータ14Aの加熱に加えて、基体を設
定温度に保つべくプラズマからの入熱を相殺するように
設定温度より低い温度(例えば0゜C)の温度制御用熱
媒体を配管15Aに流す。これによって、基体を一層確
実に設定温度に安定させることができる。
The substrate mounting stage 1 shown in FIG.
At 0 A, although it depends on the set temperature of the substrate, usually,
Main temperature control is performed by heating by the heater 14A. The temperature control of the substrate mounting stage 10A by the temperature control heat medium is an auxiliary temperature control for stabilizing the temperature of the substrate. That is, when the barrier metal layer is formed by the plasma CVD method, the substrate receives heat input from the plasma, and as a result, it may be difficult to maintain the substrate at the set temperature only by heating with the heater 14A. In such a case, in addition to the heating of the heater 14A, a temperature control heating medium at a temperature lower than the set temperature (for example, 0 ° C.) is supplied to the pipe 15A so as to offset the heat input from the plasma in order to maintain the base at the set temperature. Pour into Thus, the base can be more reliably stabilized at the set temperature.

【0061】複合材料11Aによって構成される基体載
置ステージ10Aの作製方法を、以下、説明する。複合
材料11Aも、(A)セラミックス部材の組織中にアル
ミニウム系材料を充填し、以て、セラミックス部材の組
織中にアルミニウム系材料が充填された母材を作製する
工程と、(B)母材の表面にセラミックス層を設ける工
程から作製される。具体的には、この工程(A)は、容
器の中に多孔質のコージエライトセラミックスを組成と
したセラミックス部材を配し、容器内に溶融したアルミ
ニウムとケイ素とを組成としたアルミニウム系材料を流
し込み、高圧鋳造法にてセラミックス部材中にアルミニ
ウム系材料を充填する工程から成る。
A method for manufacturing the base mounting stage 10A composed of the composite material 11A will be described below. The composite material 11A is also prepared by: (A) a step of filling a structure of a ceramic member with an aluminum-based material to prepare a base material in which the structure of the ceramic member is filled with an aluminum-based material; It is produced from the step of providing a ceramic layer on the surface of the substrate. Specifically, in this step (A), a ceramic member composed of porous cordierite ceramics is disposed in a container, and an aluminum-based material composed of molten aluminum and silicon is disposed in the container. The method comprises a step of pouring and filling a ceramic member with an aluminum-based material by high-pressure casting.

【0062】基体載置ステージ10Aを作製するには、
先ず、所定の円盤形状に成形された第1のファイバーボ
ードを用意する。尚、第1のファイバーボードには、ヒ
ータ14Aを配設するための溝を加工しておく。また、
第1のファイバーボードとは別の第2のファイバーボー
ドを用意する。この第2のファイバーボードには、配管
15Aを配設するための溝を加工しておく。そして、容
器(鋳型)の底部に第1のファイバーボードを配し、更
に、第1のファイバーボードに設けられた溝内にヒータ
14Aを配置する。次に、第1のファイバーボード上に
第2のファイバーボードを乗せ、第2のファイバーボー
ドに設けられた溝内に配管15Aを配置する。そして、
更に、この第2のファイバーボード上に第3のファイバ
ーボードを乗せる。尚、これらのファイバーボードに
は、プッシャーピン等を埋設するための孔を予め加工し
ておく。
In order to manufacture the substrate mounting stage 10A,
First, a first fiber board formed into a predetermined disk shape is prepared. The first fiber board is provided with a groove for arranging the heater 14A. Also,
A second fiber board different from the first fiber board is prepared. A groove for arranging the pipe 15A is formed in the second fiber board. Then, the first fiber board is arranged on the bottom of the container (mold), and the heater 14A is arranged in a groove provided in the first fiber board. Next, the second fiber board is placed on the first fiber board, and the pipe 15A is arranged in a groove provided in the second fiber board. And
Further, a third fiber board is placed on the second fiber board. In addition, holes for embedding pusher pins and the like are formed in these fiber boards in advance.

【0063】次いで、これらのファイバーボードから成
るセラミックス部材を約800゜Cに予備加熱してお
き、続いて、容器(鋳型)内に約800〜850゜Cに
加熱して溶融状態としたアルミニウム系材料(Al80
体積%−Si20体積%)を流し込む。そして、容器
(鋳型)内に約1トン/cm2の高圧を加える高圧鋳造
法を実行する。その結果、多孔質のファイバーボードに
は、即ち、セラミックス部材の組織中には、アルミニウ
ム系材料が充填される。そして、アルミニウム系材料を
冷却・固化させることによって、母材12Aが作製され
る。
Next, the ceramic member made of the fiber board is preheated to about 800 ° C., and then heated to a temperature of about 800 to 850 ° C. in a container (mold) to form an aluminum-based material. Material (Al80
(% By volume-20% by volume of Si). Then, a high-pressure casting method in which a high pressure of about 1 ton / cm 2 is applied in the container (mold) is performed. As a result, the porous fiber board, that is, the structure of the ceramic member is filled with the aluminum-based material. Then, the base material 12A is manufactured by cooling and solidifying the aluminum-based material.

【0064】次に、母材12Aの上面、即ち、ヒータ側
の面を研磨する。その後、この研磨面に、Al23にT
iO2を約2.5重量%混合した粒径が約10μmの混
合粉末を真空溶射法によって溶融状態で吹き付け、固化
させる。
Next, the upper surface of the base material 12A, that is, the surface on the heater side is polished. Then, T on the polished surface, the Al 2 O 3
A mixed powder having a particle size of about 10 μm in which about 2.5% by weight of iO 2 is mixed is sprayed in a molten state by a vacuum spraying method to be solidified.

【0065】この基体載置ステージ10Aを用いたプラ
ズマCVD法に基づくバリアメタル層の形成方法は、実
施の形態1にて説明した方法と実質的には同様とするこ
とができるので、詳細な説明は省略する。
The method of forming the barrier metal layer based on the plasma CVD method using the substrate mounting stage 10A can be substantially the same as the method described in the first embodiment. Is omitted.

【0066】尚、図5の(B)の模式的な断面図に示す
ように、基体載置ステージ10Bにおいては、セラミッ
クス層を溶射法でなくロウ付け法によって母材12Aの
表面に設けている。この場合には、焼結法にて作製され
たAl23製セラミックス板から成るセラミックス層1
6Aを、例えば、約600゜Cの温度にてAl−Mg−
Ge系のロウ材17Aを用いたロウ付け法にて母材12
Aの表面に取り付ければよい。必要に応じて、基体載置
ステージ10Bの側面にセラミックス材料から成る環状
のカバーを取り付けてもよい。また、場合によっては、
図5の(C)の模式的な断面図に示す基体載置ステージ
10Cのように、配管15Aを省略してもよいし、ヒー
タ14Aを省略して配管15Aのみとしてもよい。更に
は、ヒータを母材12Aに埋設する代わりに、母材の下
面に取り付けてもよい。
As shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 5B, in the substrate mounting stage 10B, a ceramic layer is provided on the surface of the base material 12A by a brazing method instead of a thermal spraying method. . In this case, a ceramic layer 1 made of an Al 2 O 3 ceramic plate manufactured by a sintering method is used.
6A, for example, at a temperature of about 600 ° C.
The base material 12 is formed by a brazing method using a Ge brazing material 17A.
What is necessary is just to attach to the surface of A. If necessary, an annular cover made of a ceramic material may be attached to the side surface of the base mounting stage 10B. Also, in some cases,
The pipe 15A may be omitted, or the heater 14A may be omitted and only the pipe 15A may be used, as in a substrate mounting stage 10C shown in the schematic cross-sectional view of FIG. Further, the heater may be attached to the lower surface of the base material instead of being embedded in the base material 12A.

【0067】(実施の形態3)実施の形態3も、実施の
形態1の変形である。実施の形態3が実施の形態1と相
違する点は、複合材料における母材を構成するセラミッ
クス部材の組成を窒化アルミニウム(TiN)とし、母
材を構成するアルミニウム系材料の組成をアルミニウム
(Al)とした点にある。尚、実施の形態3における基
体載置ステージ10の構造は、図1の(A)に模式的な
断面図を示したと同様である。
(Embodiment 3) Embodiment 3 is also a modification of Embodiment 1. Embodiment 3 is different from Embodiment 1 in that the composition of the ceramic member forming the base material in the composite material is aluminum nitride (TiN), and the composition of the aluminum-based material forming the base material is aluminum (Al). It is in the point which was. The structure of the base mounting stage 10 in the third embodiment is the same as that shown in the schematic cross-sectional view of FIG.

【0068】実施の形態3においては、母材12を構成
するセラミックス部材の組成を窒化アルミニウム(Al
N)とした。尚、窒化アルミニウムの線膨張率は5.1
×10-6/Kであり、熱伝導率は0.235cal/c
m・秒・Kである。また、母材を構成するアルミニウム
系材料の組成をアルミニウム(Al)とした。(α1
3)≦α2≦(α1+3)の関係を満足するように窒化ア
ルミニウムとアルミニウムとの容積比は決定されてお
り、具体的には、窒化アルミニウム/アルミニウムの容
積比は70/30である。尚、母材12の線膨張率は、
100〜300゜Cにおける平均値で8.7×10-6
Kである。即ち、α1は8.7である。セラミックス層
13を構成する材料を、TiO2が約2.5重量%添加
されたAl23とした。セラミックス層13は、溶射法
にて母材12の表面に形成されている。Al23にTi
2を添加することによって、その線膨張率は、100
〜300゜Cにおける平均値で約9×10-6/K(α2
=約9)となり、母材12の線膨張率α1とほぼ同じ値
となる。これによって、母材12の高温加熱などによる
温度変化によってもセラミックス層13に割れ等の損傷
が発生することを効果的に防止し得る。また、Al23
にTiO2を添加することにより、セラミックス層13
の体積固有抵抗値を1011Ω/□のオーダーに調整する
ことができる。これによって、セラミックス層13が静
電チャックとしての機能を効果的に発揮する。即ち、基
体載置ステージ10の母材12に配線(図示せず)を介
して直流電圧を電源から印加すれば、母材12を電極と
して用いることができ、セラミックス層13が静電チャ
ックとして機能する。尚、この基体載置ステージ10に
は、セラミックス層13上に載置・保持された例えばシ
リコン半導体基板を押し上げるためのプッシャーピン
(図示せず)が埋設されている。また、このプッシャー
ピンには、プッシャーピンをセラミックス層13の頂面
上に突出させあるいは頂面下に埋没させる機構(図示せ
ず)が取り付けられている。
In the third embodiment, the composition of the ceramic member forming base material 12 is aluminum nitride (Al
N). The coefficient of linear expansion of aluminum nitride is 5.1.
× 10 -6 / K and thermal conductivity of 0.235 cal / c
m · sec · K. The composition of the aluminum-based material constituting the base material was aluminum (Al). (Α 1
3) The volume ratio between aluminum nitride and aluminum is determined so as to satisfy the relationship of ≦ α 2 ≦ (α 1 +3), and specifically, the volume ratio of aluminum nitride / aluminum is 70/30. . The linear expansion coefficient of the base material 12 is
8.7 × 10 −6 / average at 100 to 300 ° C.
K. That is, α 1 is 8.7. The material constituting the ceramic layer 13 was Al 2 O 3 to which about 2.5% by weight of TiO 2 was added. The ceramic layer 13 is formed on the surface of the base material 12 by a thermal spraying method. Ti to Al 2 O 3
By adding O 2 , the coefficient of linear expansion becomes 100
About 9 × 10 -6 / K (α 2
= About 9), and substantially the same value as the linear expansion coefficient alpha 1 of the matrix 12. Accordingly, it is possible to effectively prevent the ceramic layer 13 from being damaged by a temperature change due to high-temperature heating of the base material 12. Also, Al 2 O 3
By adding TiO 2 to the ceramic layer 13
Can be adjusted to the order of 10 11 Ω / □. Thereby, the ceramic layer 13 effectively exerts a function as an electrostatic chuck. That is, if a DC voltage is applied from a power source to the base material 12 of the base mounting stage 10 via wiring (not shown), the base material 12 can be used as an electrode, and the ceramic layer 13 functions as an electrostatic chuck. I do. A pusher pin (not shown) for pushing up, for example, a silicon semiconductor substrate mounted and held on the ceramic layer 13 is embedded in the base mounting stage 10. The pusher pin is provided with a mechanism (not shown) for projecting the pusher pin above the top surface of the ceramic layer 13 or burying the pusher pin below the top surface.

【0069】実施の形態3におけるヒータ14も、50
0゜C以上の加熱が可能なPBNヒータである。ヒータ
14を母材12の外側表面に取り付けることにより、母
材12を常温から500゜C以上の範囲内で温度制御す
ることが可能となる。
The heater 14 in the third embodiment is also
This is a PBN heater capable of heating at 0 ° C. or more. By attaching the heater 14 to the outer surface of the base material 12, it is possible to control the temperature of the base material 12 from room temperature to 500 ° C. or more.

【0070】複合材料11によって構成される基体載置
ステージ10の作製方法を、以下、説明する。複合材料
11は、基本的には、実施の形態1と同様に、(A)セ
ラミックス部材の組織中にアルミニウム系材料を充填
し、以て、セラミックス部材の組織中にアルミニウム系
材料が充填された母材を作製する工程と、(B)母材の
表面にセラミックス層を設ける工程から作製される。実
施の形態3においては、この工程(A)は、非加圧金属
浸透法に基づき、窒化アルミニウム粒子から成形された
セラミックス部材に溶融したアルミニウムを組成とした
アルミニウム系材料を非加圧状態にて浸透させる工程か
ら成る。
A method for manufacturing the substrate mounting stage 10 made of the composite material 11 will be described below. The composite material 11 is basically (A) a structure of a ceramic member filled with an aluminum-based material, and thus the structure of the ceramic member is filled with an aluminum-based material, similarly to the first embodiment. It is produced from a step of producing a base material and a step (B) of providing a ceramic layer on the surface of the base material. In the third embodiment, in this step (A), based on a non-pressurized metal infiltration method, an aluminum-based material having a composition of aluminum melted in a ceramic member formed from aluminum nitride particles is applied in a non-pressurized state. Permeation step.

【0071】具体的には、平均粒径10μmのAlN粒
子を泥漿鋳込み成形法にて成形した後、約1000゜C
の温度で焼成(焼結)を行うことによって、AlN粒子
を成形したプリフォームであるセラミックス部材を作製
した。そして、このセラミックス部材を約800゜Cに
予備加熱しておき、約800゜Cに加熱して溶融したア
ルミニウムを非加圧でセラミックス部材に浸透させる。
これによって、AlN70体積%−Al体積30%の構
成の母材12を作製することができる。次いで、母材1
2を成形加工して円盤状とする。次いで、このようにし
て得られた母材12の頂面及び側面を研磨する。その
後、この研磨面に、Al23にTiO2を約2.5重量
%混合した粒径が約10μmの混合粉末を真空溶射法に
よって溶融状態で吹き付け、固化させる。その後、母材
12の下面、即ちセラミックス層13が設けられた面と
反対側の面にPBNヒータから成るヒータ14を取り付
け、基体載置ステージ10を得る。尚、セラミックス層
13の形成の前に、溶射下地層として例えばアルミニウ
ムを約5重量%含んだニッケル(Ni−5重量%Al)
を溶射しておき、この溶射下地層上にセラミックス層1
3を溶射法にて形成してもよい。
Specifically, after AlN particles having an average particle diameter of 10 μm are formed by a slurry casting method, the temperature is reduced to about 1000 ° C.
By performing firing (sintering) at the temperature described above, a ceramic member as a preform formed of AlN particles was produced. Then, the ceramic member is preheated to about 800 ° C., and the aluminum melted by heating to about 800 ° C. is infiltrated into the ceramic member without pressure.
Thereby, the base material 12 having a configuration of 70% by volume of AlN-30% by volume of Al can be manufactured. Then, the base material 1
2 is formed into a disk shape. Next, the top and side surfaces of the base material 12 thus obtained are polished. Thereafter, a mixed powder of about 2.5% by weight of TiO 2 mixed with Al 2 O 3 having a particle size of about 10 μm is sprayed on the polished surface in a molten state by a vacuum spraying method to be solidified. Thereafter, a heater 14 composed of a PBN heater is attached to the lower surface of the base material 12, that is, the surface opposite to the surface on which the ceramic layer 13 is provided, and the substrate mounting stage 10 is obtained. Prior to the formation of the ceramic layer 13, for example, nickel containing approximately 5% by weight of aluminum (Ni-5% by weight Al) is used as a thermal spray underlayer.
Is sprayed, and a ceramic layer 1
3 may be formed by thermal spraying.

【0072】このようにして作製された基体載置ステー
ジ10にあっては、セラミックス層13の線膨張率α2
が母材12の線膨張率α1とほぼ同じ値となっている。
それ故、母材12の高温加熱などによる温度変化によっ
ても、セラミックス層13に割れ等の損傷は発生しな
い。また、窒化アルミニウムとアルミニウムとの容積比
を調整することによって、更には、必要に応じて、Al
23から成るセラミックス層13におけるTiO2の添
加率を調整することによって、母材12の線膨張率α1
とセラミックス層13の線膨張率α2を、(α1−3)≦
α2≦(α1+3)の関係を満足する関係とすることがで
きる。その結果、基体載置ステージ10の温度変化に起
因するセラミックス層13の割れ等の損傷発生を、効果
的に防止することができる。
In the base stage 10 thus manufactured, the coefficient of linear expansion α 2
Is almost the same value as the linear expansion coefficient α 1 of the base material 12.
Therefore, even if the base material 12 changes in temperature due to high-temperature heating or the like, the ceramic layer 13 does not suffer damage such as cracks. Further, by adjusting the volume ratio between aluminum nitride and aluminum, further, if necessary,
By adjusting the addition ratio of TiO 2 in the ceramic layer 13 made of 2 O 3, the linear expansion coefficient α 1
And the coefficient of linear expansion α 2 of the ceramic layer 13 is (α 1 -3) ≦
The relationship may satisfy the relationship α 2 ≦ (α 1 +3). As a result, it is possible to effectively prevent damage such as cracking of the ceramic layer 13 due to a temperature change of the base mounting stage 10.

【0073】また、セラミックス層13を母材12上に
溶射法にて形成するので、母材12とセラミックス層1
3とがより一層一体化する。これによって、母材12と
セラミックス層13との間の応力緩和が図れると共に、
母材12からセラミックス層13への熱伝導が速やかと
なる。
Further, since the ceramic layer 13 is formed on the base material 12 by the thermal spraying method, the base material 12 and the ceramic layer 1 are formed.
3 is further integrated. Thereby, stress relaxation between the base material 12 and the ceramic layer 13 can be achieved,
Heat conduction from the base material 12 to the ceramic layer 13 is quickened.

【0074】複合材料11によって構成される基体載置
ステージ10を備えた実施の形態3のプラズマCVD装
置は、実施の形態1にて説明したプラズマCVD装置と
同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
また、実施の形態3におけるプラズマCVD法に基づく
バリアメタル層の形成方法は、実質的には、実施の形態
1にて説明したプラズマCVD法に基づくバリアメタル
層の形成方法と同様とすることができるので、詳細な説
明は省略する。尚、基体載置ステージ10の温度制御
は、蛍光ファイバ温度計28で検知された温度を制御装
置(PIDコントローラ)29で検出し、ヒータ14へ
電力を供給するための電源27を制御することによって
行うことができる。
The plasma CVD apparatus of the third embodiment having the substrate mounting stage 10 made of the composite material 11 can be the same as the plasma CVD apparatus described in the first embodiment, Description is omitted.
The method for forming a barrier metal layer based on the plasma CVD method in the third embodiment may be substantially the same as the method for forming a barrier metal layer based on the plasma CVD method described in the first embodiment. Since it is possible, detailed description is omitted. The temperature of the substrate mounting stage 10 is controlled by detecting a temperature detected by a fluorescent fiber thermometer 28 with a control device (PID controller) 29 and controlling a power supply 27 for supplying power to the heater 14. It can be carried out.

【0075】図2の(B)の模式的な断面図に示したと
同様に、セラミックス層を溶射法でなくロウ付け法によ
って母材12の表面(必要に応じて、更に側面)に設け
てもよい。この場合には、焼結法にて作製されたAl2
3製セラミックス板から成るセラミックス層16を、
例えば、約600゜Cの温度にてAl−Mg−Ge系の
ロウ材17を用いたロウ付け法にて母材12の表面に取
り付ければよい。必要に応じて、基体載置ステージ10
の側面にセラミックス材料から成る環状のカバーを取り
付けてもよい。あるいは又、実施の形態2における基体
載置ステージと同様の温度制御手段とすることもでき
る。
As shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 2B, the ceramic layer may be provided on the surface (and, if necessary, the side surface) of the base material 12 by a brazing method instead of a thermal spraying method. Good. In this case, Al 2 produced by the sintering method
A ceramic layer 16 made of an O 3 ceramic plate is
For example, it may be attached to the surface of the base material 12 by a brazing method using an Al-Mg-Ge-based brazing material 17 at a temperature of about 600 ° C. If necessary, the base mounting stage 10
An annular cover made of a ceramic material may be attached to the side surface of. Alternatively, a temperature control means similar to that of the substrate mounting stage in the second embodiment can be used.

【0076】尚、母材を構成するアルミニウム系材料の
組成をアルミニウムとしたが、その代わりに、母材を構
成するアルミニウム系材料の組成をアルミニウム及びケ
イ素(例えば、Al80体積%−Si20体積%)とす
ることができる。アルミニウム系材料の組成をアルミニ
ウム及びケイ素とすることによって、母材の線膨張率を
α1を制御することが可能となり、一層セラミックス層
の線膨張率α2との差を小さくすることが可能となる。
また、セラミックス層をAl23から構成する代わり
に、窒化アルミニウム(AlN)から構成してもよい。
Although the composition of the aluminum-based material constituting the base material was aluminum, the composition of the aluminum-based material constituting the base material was changed to aluminum and silicon (for example, Al 80 vol% -Si 20 vol%). It can be. By the composition of the aluminum-based material and aluminum and silicon, it is possible to control the alpha 1 the linear expansion coefficient of the base material, it is possible to reduce the difference more linear expansion ratio alpha 2 of the ceramic layer Become.
Further, instead of forming the ceramic layer from Al 2 O 3 , the ceramic layer may be formed from aluminum nitride (AlN).

【0077】(実施の形態4)実施の形態4も実施の形
態1の変形である。実施の形態4が実施の形態1と相違
する点は、複合材料における母材を構成するセラミック
ス部材の組成を炭化ケイ素(SiC)とし、母材を構成
するアルミニウム系材料の組成をアルミニウム(Al)
とした点にある。
(Embodiment 4) Embodiment 4 is also a modification of Embodiment 1. Embodiment 4 is different from Embodiment 1 in that the composition of the ceramic member forming the base material in the composite material is silicon carbide (SiC), and the composition of the aluminum-based material forming the base material is aluminum (Al).
It is in the point.

【0078】実施の形態4における基体載置ステージ1
0の構造は、図2の(A)に模式的な断面図を示したと
同様である。
Base Mounting Stage 1 in Embodiment 4
The structure of No. 0 is the same as that shown in the schematic sectional view of FIG.

【0079】実施の形態4においては、母材12を構成
するセラミックス部材の組成を炭化ケイ素(SiC)と
した。尚、炭化ケイ素の線膨張率は4×10-6/Kであ
り、熱伝導率は0.358cal/cm・秒・K(15
0W/m・K)である。また、母材を構成するアルミニ
ウム系材料の組成をアルミニウム(Al)とした。(α
1−3)≦α2≦(α1+3)を満足するように炭化ケイ
素とアルミニウムとの容積比は決定されており、具体的
には、炭化ケイ素/アルミニウムの容積比は70/30
である。尚、母材12の線膨張率は、100〜300゜
Cにおける平均値で、6.2×10-6/Kである。即
ち、α1=6.2である。セラミックス層13を構成す
る材料を、TiO2が約1.5重量%添加されたAl2
3とした。セラミックス層13は、溶射法にて母材12
の頂面及び側面に形成されている。Al23は本来その
線膨張率が約8×10-6/Kであるが、Al23にTi
2を添加することによって、その線膨張率は、100
〜300゜Cにおける平均値で、約8〜9×10-6/K
(α2は約8〜9)となり、母材12の線膨張率α1とセ
ラミックス層13の線膨張率α2の関係は、(α1−3)
≦α2≦(α1+3)を満足する。これによって、母材1
2の高温加熱などによる温度変化によってもセラミック
ス層13に割れ等の損傷が発生することを効果的に防止
し得る。また、Al23にTiO2を添加することによ
り、セラミックス層13の体積固有抵抗値を1011Ω/
□のオーダーに調整することができる。これによって、
セラミックス層13が静電チャックとしての機能を効果
的に発揮する。
In the fourth embodiment, the composition of the ceramic member forming base material 12 is silicon carbide (SiC). The linear expansion coefficient of silicon carbide is 4 × 10 −6 / K, and the thermal conductivity is 0.358 cal / cm · sec · K (15
0 W / m · K). The composition of the aluminum-based material constituting the base material was aluminum (Al). (Α
1 -3) ≦ α 2 ≦ ( α 1 +3) volume ratio of silicon carbide and aluminum so as to satisfy is determined, specifically, the volume ratio of silicon carbide / aluminum 70/30
It is. The linear expansion coefficient of the base material 12 is 6.2 × 10 −6 / K as an average value at 100 to 300 ° C. That is, α 1 = 6.2. The material constituting the ceramic layer 13 is Al 2 O to which about 1.5% by weight of TiO 2 is added.
It was set to 3 . The ceramic layer 13 is formed by spraying the base material 12
Are formed on the top surface and the side surfaces. Al 2 O 3 is originally the linear expansion coefficient of about 8 × 10 -6 / K, Ti to Al 2 O 3
By adding O 2 , the coefficient of linear expansion becomes 100
About 8 to 9 × 10 −6 / K at an average value of about 300 ° C.
(The alpha 2 about 8-9), and the relation between the linear expansion coefficient alpha 2 of the linear expansion coefficient alpha 1 and the ceramic layer 13 of the matrix 12, (alpha 1 -3)
≦ α 2 ≦ (α 1 +3). Thereby, the base material 1
2, it is possible to effectively prevent the ceramic layer 13 from being damaged due to a temperature change due to high-temperature heating or the like. Also, by adding TiO 2 to Al 2 O 3 , the volume specific resistance value of the ceramic layer 13 is set to 10 11 Ω /
Can be adjusted to the order of □. by this,
The ceramic layer 13 effectively exhibits a function as an electrostatic chuck.

【0080】ヒータ14は、実施の形態1と同様に、P
BNヒータである。ヒータ14を母材12である温度調
節ジャケットの裏面に取り付けることにより、母材12
を常温から約500゜C以上の範囲内で温度制御するこ
とが可能となる。あるいは又、実施の形態2における基
体載置ステージと同様の温度制御手段とすることもでき
る。そして、基体載置ステージ10の母材12に配線
(図示せず)を介して直流電圧を印加すれば、母材12
を電極として用いることができ、セラミックス層13が
静電チャックとして機能する。尚、この基体載置ステー
ジ10には、セラミックス層13上に載置、保持された
例えばシリコン半導体基板を押し上げるためのプッシャ
ーピン(図示せず)が埋設されている。また、このプッ
シャーピンには、プッシャーピンをセラミックス層13
の頂面上に突出させあるいは頂面下に埋没させる機構
(図示せず)が取り付けられている。
As in the first embodiment, the heater 14
It is a BN heater. By mounting the heater 14 on the back of the temperature control jacket, which is the base material 12, the base material 12
Can be controlled within a range from normal temperature to about 500 ° C. or more. Alternatively, a temperature control means similar to that of the substrate mounting stage in the second embodiment can be used. When a DC voltage is applied to the base material 12 of the base mounting stage 10 via wiring (not shown), the base material 12
Can be used as an electrode, and the ceramic layer 13 functions as an electrostatic chuck. A pusher pin (not shown) for pushing up, for example, a silicon semiconductor substrate mounted and held on the ceramic layer 13 is embedded in the base mounting stage 10. Further, the pusher pin is provided with a ceramic layer 13.
A mechanism (not shown) for projecting above the top surface or burying below the top surface is attached.

【0081】基体載置ステージ10の作製方法を、以
下、説明する。複合材料11は、基本的には、実施の形
態1と同様に、(A)セラミックス部材の組織中にアル
ミニウム系材料を充填し、以て、セラミックス部材の組
織中にアルミニウム系材料が充填された母材を作製する
工程と、(B)母材の表面にセラミックス層を設ける工
程から作製される。実施の形態4においては、この工程
(A)は、非加圧金属浸透法に基づき、炭化ケイ素粒子
から成形されたセラミックス部材に溶融したアルミニウ
ムを組成としたアルミニウム系材料を非加圧状態にて浸
透させる工程から成る。
A method for manufacturing the substrate mounting stage 10 will be described below. The composite material 11 is basically (A) a structure of a ceramic member filled with an aluminum-based material, and thus the structure of the ceramic member is filled with an aluminum-based material, similarly to the first embodiment. It is produced from a step of producing a base material and a step (B) of providing a ceramic layer on the surface of the base material. In the fourth embodiment, this step (A) is based on a non-pressurized metal infiltration method, in which an aluminum-based material having a composition of aluminum melted in a ceramic member formed from silicon carbide particles is pressed in a non-pressurized state. Permeation step.

【0082】具体的には、平均粒径15μmのSiC粒
子と平均粒径60μmのSiC粒子とを容積比で1:4
にて混合したものを鋳込み泥漿成形法にて成形した後、
約800゜Cの温度で焼成を行うことによって、SiC
粒子を成形したプリフォームであるセラミックス部材を
作製した。そして、このセラミックス部材を約800゜
Cに予備加熱しておき、約800゜Cに加熱して溶融し
たアルミニウムを非加圧でセラミックス部材に浸透させ
る。これによって、SiC70体積%−Al30体積%
の構成の母材12を作製することができる。次いで、母
材12を成形加工して円盤状の温度調節ジャケットの形
状とする。尚、この母材12には、プッシャーピン等を
埋設するための孔も予め加工しておく。次いで、このよ
うにして得られた母材12の頂面及び側面を研磨する。
その後、この研磨面に、Al23にTiO2を約1.5
重量%混合した粒径が約10μmの混合粉末を真空溶射
法によって溶融状態で吹き付け、固化させる。これによ
って、体積固有抵抗値が1011Ω/□オーダーの厚さ約
0.2mmのセラミックス層13を形成することができ
る。その後、母材12の底面、即ちセラミックス層13
が設けられた頂面と反対側の面にPBNヒータから成る
ヒータ14を取り付け、基体載置ステージ10を得る。
尚、セラミックス層13の形成の前に、溶射下地層とし
て例えばアルミニウムを約5重量%含んだニッケル(N
i−5重量%Al)を溶射しておき、この溶射下地層上
にセラミックス層13を溶射法にて形成してもよい。
Specifically, a volume ratio of SiC particles having an average particle size of 15 μm to SiC particles having an average particle size of 60 μm is 1: 4.
After shaping the mixture mixed by the casting slurry forming method,
By firing at a temperature of about 800 ° C., the SiC
A ceramic member, which is a preform formed from particles, was produced. Then, the ceramic member is preheated to about 800 ° C., and the aluminum melted by heating to about 800 ° C. is infiltrated into the ceramic member without pressure. Thereby, SiC 70 volume% -Al 30 volume%
Can be manufactured. Next, the base material 12 is formed into a shape of a disc-shaped temperature control jacket. A hole for embedding a pusher pin or the like is formed in the base material 12 in advance. Next, the top and side surfaces of the base material 12 thus obtained are polished.
Then, about 1.5 times of TiO 2 was added to Al 2 O 3 on the polished surface.
A mixed powder having a particle size of about 10 μm mixed by weight% is sprayed in a molten state by a vacuum spraying method and solidified. As a result, a ceramic layer 13 having a thickness of about 0.2 mm and a volume resistivity of the order of 10 11 Ω / □ can be formed. Thereafter, the bottom surface of the base material 12, that is, the ceramic layer 13
A heater 14 composed of a PBN heater is attached to the surface opposite to the top surface on which the substrate is provided, and the substrate mounting stage 10 is obtained.
Prior to the formation of the ceramics layer 13, for example, nickel (N
i-5% by weight of Al) may be sprayed, and the ceramic layer 13 may be formed on the sprayed underlayer by a spraying method.

【0083】尚、基体載置ステージ10の作製方法は、
上述の方法に限定されない。上述の工程(A)を、実施
の形態1と同様に、容器(鋳型)の中に炭化ケイ素を組
成としたセラミックス部材を配し、この容器(鋳型)内
に溶融したアルミニウムを組成としたアルミニウム系材
料を流し込み、高圧鋳造法にてセラミックス部材中にア
ルミニウム系材料を充填する工程から構成することもで
きる。即ち、基体載置ステージ10を作製するには、先
ず、所定の円盤形状に成形されたSiCから成るプリフ
ォームを用意する。尚、プリフォームには、プッシャー
ピン等を埋設するための孔を予め加工しておく。次い
で、プリフォームから成るセラミックス部材を約800
゜Cに予備加熱しておき、続いて、容器(鋳型)内に約
800゜Cに加熱して溶融状態としたアルミニウムを流
し込む。そして、容器(鋳型)内に約1トン/cm2
高圧を加える高圧鋳造法を実行する。その結果、セラミ
ックス部材の組織中には、アルミニウムが充填される。
そして、アルミニウムを冷却・固化させることによっ
て、母材12が作製される。以下、先に述べたと同様の
方法で基体載置ステージ10を作製すればよい。
The method for manufacturing the substrate mounting stage 10 is as follows.
It is not limited to the method described above. In the above step (A), as in Embodiment 1, a ceramic member having a composition of silicon carbide is disposed in a container (mold), and aluminum having a composition of molten aluminum is provided in the container (mold). It can also be constituted by a step of pouring a system material and filling the ceramic member with an aluminum material by high-pressure casting. That is, to manufacture the substrate mounting stage 10, first, a preform made of SiC formed into a predetermined disk shape is prepared. A hole for embedding a pusher pin or the like is formed in the preform in advance. Next, a ceramic member made of a preform
Preliminarily heated to ゜ C, and subsequently, molten aluminum is poured into a container (mold) by heating to about 800 ゜ C. Then, a high-pressure casting method in which a high pressure of about 1 ton / cm 2 is applied in the container (mold) is performed. As a result, the structure of the ceramic member is filled with aluminum.
Then, the base material 12 is manufactured by cooling and solidifying the aluminum. Hereinafter, the substrate mounting stage 10 may be manufactured by the same method as described above.

【0084】このようにして作製された基体載置ステー
ジ10にあっては、母材12の高温加熱などによる温度
変化によっても、セラミックス層13に割れ等の損傷は
発生しない。また、炭化ケイ素とアルミニウム系材料と
の容積比を調整することによって、更には、必要に応じ
て、Al23から成るセラミックス層13におけるTi
2の添加率を調整することによって、母材12の線膨
張率α1とセラミックス層13の線膨張率α2を、(α1
−3)≦α2≦(α1+3)を満足する関係とすることが
できる。その結果、基体載置ステージ10の温度変化に
起因するセラミックス層13の割れ等の損傷発生を、効
果的に防止することができる。
In the substrate mounting stage 10 manufactured as described above, the ceramic layer 13 does not suffer damage such as cracks even when the base material 12 changes in temperature due to high temperature heating or the like. Further, by adjusting the volume ratio between silicon carbide and the aluminum-based material, if necessary, the Ti in the ceramic layer 13 made of Al 2 O 3 may be used.
By adjusting the addition rate of O 2, the linear expansion coefficient alpha 2 of the linear expansion coefficient alpha 1 and the ceramic layer 13 of the preform 12, (alpha 1
-3) ≦ α 2 ≦ (α 1 +3). As a result, it is possible to effectively prevent damage such as cracking of the ceramic layer 13 due to a temperature change of the base mounting stage 10.

【0085】また、セラミックス層13を母材12上に
溶射法にて形成するので、母材12とセラミックス層1
3とがより一層一体化する。これによって、母材12と
セラミックス層13との間の応力緩和が図れると共に、
母材12からセラミックス層13への熱伝導が速やかと
なり、セラミックス層13に保持・固定された基体(例
えばシリコン半導体基板)の温度制御を迅速に且つ確実
に行うことが可能となる。
Further, since the ceramic layer 13 is formed on the base material 12 by a thermal spraying method, the base material 12 and the ceramic layer 1 are formed.
3 is further integrated. Thereby, stress relaxation between the base material 12 and the ceramic layer 13 can be achieved,
The heat conduction from the base material 12 to the ceramic layer 13 becomes faster, and the temperature of the base (for example, a silicon semiconductor substrate) held and fixed to the ceramic layer 13 can be quickly and reliably controlled.

【0086】図2の(B)の模式的な断面図に示すよう
に、セラミックス層を溶射法でなくロウ付け法によって
母材12の頂面(必要に応じて、更に側面)に設けても
よい。この場合には、焼結法にて作製されたAl23
セラミックス板から成るセラミックス層16を、例え
ば、約600゜Cの温度にてAl−Mg−Ge系のロウ
材17を用いたロウ付け法にて母材の頂面に取り付けれ
ばよい。
As shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 2B, the ceramic layer may be provided on the top surface (and, if necessary, the side surface) of the base material 12 by a brazing method instead of a thermal spraying method. Good. In this case, a ceramic layer 16 made of an Al 2 O 3 ceramic plate manufactured by a sintering method was used, for example, using an Al—Mg—Ge brazing material 17 at a temperature of about 600 ° C. What is necessary is just to attach to the top surface of a base material by the brazing method.

【0087】尚、母材を構成するアルミニウム系材料の
組成をアルミニウムとしたが、その代わりに、母材を構
成するアルミニウム系材料の組成をアルミニウム及びケ
イ素(例えば、Al80体積%−Si20体積%)とす
ることができる。アルミニウム系材料の組成をアルミニ
ウム及びケイ素とすることによって、母材の線膨張率α
1を制御することが可能となり、一層セラミックス層の
線膨張率α2との差を小さくすることが可能となる。ま
た、セラミックス層をAl23から構成する代わりに、
窒化アルミニウム(AlN)から構成してもよい。
Although the composition of the aluminum-based material constituting the base material was aluminum, the composition of the aluminum-based material constituting the base material was changed to aluminum and silicon (for example, Al 80 vol% -Si 20 vol%). It can be. By setting the composition of the aluminum-based material to aluminum and silicon, the coefficient of linear expansion of the base material α
It is possible to control the 1, it is possible to reduce the difference between the linear expansion coefficient alpha 2 of the further ceramic layer. Also, instead of forming the ceramic layer from Al 2 O 3 ,
It may be made of aluminum nitride (AlN).

【0088】(実施の形態5)実施の形態5において
は、プラズマCVD装置として、図6に概念図を示すバ
イアスECR CVD装置を用いた。
(Embodiment 5) In Embodiment 5, as a plasma CVD apparatus, a bias ECR CVD apparatus whose conceptual diagram is shown in FIG. 6 was used.

【0089】このバイアスECR CVD装置20B
(以下、CVD装置20Bと略称する)には、複合材料
から側壁51Aが作製されたチャンバー51と、図2の
(A)に示した基体載置ステージ(ウエハステージ)1
0が備えられている。基体載置ステージ10はチャンバ
ー51の底部に配置されている。複合材料から側壁51
Aの作製方法は後述する。
This bias ECR CVD apparatus 20B
(Hereinafter, abbreviated as CVD apparatus 20B) includes a chamber 51 in which a side wall 51A is formed from a composite material, and a substrate mounting stage (wafer stage) 1 shown in FIG.
0 is provided. The substrate mounting stage 10 is disposed at the bottom of the chamber 51. Side wall 51 from composite material
The method for producing A will be described later.

【0090】チャンバー51の頂面には石英製の窓51
Bが設けられている。この窓51Bの上方にはマイクロ
波発生手段52が配設されている。また、側壁51Aの
外周面にはヒータ53が設けられており、これによって
チャンバー51内を所定温度に加熱することができる。
更に、チャンバー51の上部側周辺部にはソレノイドコ
イル54が配置されている。また、チャンバー51の排
気側にはポンプ55が設置されている。基体載置ステー
ジ10には、RFバイアス電源56が接続されている。
また、母材12に相当する温度調節ジャケットにはセラ
ミックス層13に静電吸着力を発揮させるための直流電
源57が接続されている。更に、母材12内に配設され
たヒータ14は電源58に接続されている。蛍光ファイ
バ温度計28や制御装置(PIDコントローラ)29の
図示は省略した。尚、実施の形態2における基体載置ス
テージと同様の温度制御手段とすることもできる。
A window 51 made of quartz is provided on the top surface of the chamber 51.
B is provided. A microwave generating means 52 is provided above the window 51B. In addition, a heater 53 is provided on the outer peripheral surface of the side wall 51A, so that the inside of the chamber 51 can be heated to a predetermined temperature.
Further, a solenoid coil 54 is disposed in a peripheral portion on the upper side of the chamber 51. A pump 55 is provided on the exhaust side of the chamber 51. The substrate mounting stage 10 is connected to an RF bias power supply 56.
In addition, a DC power supply 57 for causing the ceramic layer 13 to exert an electrostatic attraction force is connected to a temperature control jacket corresponding to the base material 12. Further, the heater 14 provided in the base material 12 is connected to a power supply 58. The illustration of the fluorescent fiber thermometer 28 and the control device (PID controller) 29 is omitted. The temperature control means may be the same as that of the substrate mounting stage in the second embodiment.

【0091】このような構成のCVD装置20Bにあっ
ては、マイクロ波発生手段52から窓51Bを通じて供
給されたマイクロ波と、ソレノイドコイル54による磁
場の共鳴作用によってECR放電が生じ、ここで生成す
るイオンが基体載置ステージ10上の基体(例えばシリ
コン半導体基板40)に入射する。従って、このような
機構によって、CVD装置20Bにおいては高精度のギ
ャップフィルを実現することができる。尚、CVD装置
20Bには、CVD処理用の原料ガスをチャンバー51
に供給するための配管(図示せず)が設けられている。
In the CVD apparatus 20B having such a configuration, an ECR discharge is generated by the resonance action of the microwave supplied from the microwave generation means 52 through the window 51B and the magnetic field by the solenoid coil 54, and is generated here. The ions are incident on a base (eg, a silicon semiconductor substrate 40) on the base mounting stage 10. Therefore, a highly accurate gap fill can be realized in the CVD apparatus 20B by such a mechanism. The CVD apparatus 20B is supplied with a source gas for CVD processing in the chamber 51.
There is provided a pipe (not shown) for supplying the air to the air.

【0092】CVD装置20Bを用いたプラズマCVD
法に基づくバリアメタル層の形成方法を、図7の(A)
及び(B)を参照して説明する。尚、実施の形態5にお
いては、バリアメタル層をTi/WNの2層構成とす
る。また、デュアルダマシンプロセスに基づき、バリア
メタル層を形成した後、銅から成るビアホール及び溝配
線を同時に形成する。基体は、下地絶縁層上に形成され
た下層配線、及び下層配線上を含む全面に形成された絶
縁層(層間絶縁層)であり、この絶縁層(層間絶縁層)
に開口部及びこの開口部に連通した溝が設けられた構成
を有する。
Plasma CVD using CVD apparatus 20B
FIG. 7A shows a method of forming a barrier metal layer based on the method of FIG.
And (B). In the fifth embodiment, the barrier metal layer has a two-layer structure of Ti / WN. After forming the barrier metal layer based on the dual damascene process, via holes and trench wirings made of copper are simultaneously formed. The base is a lower wiring formed on the base insulating layer, and an insulating layer (interlayer insulating layer) formed on the entire surface including the lower wiring, and the insulating layer (interlayer insulating layer)
Has an opening and a groove communicating with the opening.

【0093】先ず、図示しないシリコン半導体基板40
の上にSiO2から成る下地絶縁層60をCVD法にて
成膜した後、下層配線61を公知の方法で形成する。次
に、全面にCVD法でSiO2から成る層間絶縁層62
を成膜した後、下層配線61の上方の層間絶縁層62に
開口部63を形成し、且つ、開口部63の上方に溝配線
を形成するための溝64を形成する。
First, a silicon semiconductor substrate 40 (not shown)
After a base insulating layer 60 made of SiO 2 is formed thereon by a CVD method, a lower wiring 61 is formed by a known method. Next, an interlayer insulating layer 62 made of SiO 2 is formed on the entire surface by CVD.
Is formed, an opening 63 is formed in the interlayer insulating layer 62 above the lower wiring 61, and a groove 64 for forming a groove wiring is formed above the opening 63.

【0094】その後、本発明のバリアメタル層の形成方
法に基づき、プラズマCVD法にてバリアメタル層65
を開口部63、溝64内を含む層間絶縁層62上に形成
する。即ち、かかるシリコン半導体基板を図6に示した
CVD装置20B内の基体載置ステージ10上に載置
し、セラミックス層13に静電吸着力を発揮させてシリ
コン半導体基板40を基体載置ステージ10上に保持・
固定する。そして、ヒータ14の作動によって基体載置
ステージ10の温度制御を行い、シリコン半導体基板4
0を以下の表4に示す設定温度に調整する。そして、表
4に例示するプラズマCVD条件にてバリアメタル層6
5を形成する。この状態を、図7の(A)の模式的な一
部断面図に示すが、バリアメタル層65を1層で表し
た。
Thereafter, based on the barrier metal layer forming method of the present invention, the barrier metal layer 65 is formed by plasma CVD.
Is formed on the interlayer insulating layer 62 including the inside of the opening 63 and the groove 64. That is, the silicon semiconductor substrate is placed on the substrate mounting stage 10 in the CVD apparatus 20B shown in FIG. Hold on
Fix it. Then, the temperature of the base mounting stage 10 is controlled by the operation of the heater 14, and the silicon semiconductor substrate 4 is controlled.
Adjust 0 to the set temperature shown in Table 4 below. Then, the barrier metal layer 6 is formed under the plasma CVD conditions exemplified in Table 4.
5 is formed. This state is shown in a schematic partial cross-sectional view of FIG. 7A, in which the barrier metal layer 65 is represented by one layer.

【0095】[0095]

【表4】 Ti層の形成 使用ガス :TiCl4/H2/Ar=5/150/150sccm 圧力 :0.7Pa マイクロ波パワー:3kW RFバイアス :0W 基板温度 :400゜C WN層の形成 使用ガス :WF6/H2/Ar/N2=5/150/150/100s ccm 圧力 :0.7Pa マイクロ波パワー:3kW RFバイアス :0W 基板温度 :400゜CTable 4 Formation of Ti layer Gas used: TiCl 4 / H 2 / Ar = 5/150/150 sccm Pressure: 0.7 Pa Microwave power: 3 kW RF bias: 0 W Substrate temperature: 400 ° C. Formation of WN layer : WF 6 / H 2 / Ar / N 2 = 5/150/150/100 sccm Pressure: 0.7 Pa Microwave power: 3 kW RF bias: 0 W Substrate temperature: 400 ° C.

【0096】その後、開口部63、溝64内を含むバリ
アメタル層65上に、以下の表5に示すCVD条件にて
銅層を堆積させ、次いで、例えば、化学的機械的研磨法
(CMP法)によって、層間絶縁層62上の銅層及びバ
リアメタル層65を研磨し、除去する。こうして、図7
の(B)に示すように、下層配線61と上層配線66と
がビアホール67によって接続された構造を得ることが
できる。尚、表5中、HFAとは、ヘキサフルオロアセ
チルアセトネートの略である。
Thereafter, a copper layer is deposited on the barrier metal layer 65 including the inside of the opening 63 and the groove 64 under the CVD conditions shown in Table 5 below. ), The copper layer and the barrier metal layer 65 on the interlayer insulating layer 62 are polished and removed. Thus, FIG.
As shown in (B), a structure in which the lower wiring 61 and the upper wiring 66 are connected by the via hole 67 can be obtained. In Table 5, HFA is an abbreviation for hexafluoroacetylacetonate.

【0097】[0097]

【表5】 銅のCVD成膜条件 使用ガス : Cu(HFA)2/H2=10/1000sccm 圧力 : 2.6×103Pa 基板加熱温度: 350゜C[Table 5] Copper CVD film forming conditions Gas used: Cu (HFA) 2 / H 2 = 10/1000 sccm Pressure: 2.6 × 10 3 Pa Substrate heating temperature: 350 ° C.

【0098】プラズマCVD法に基づくバリアメタル層
の形成時、プラズマの発生によって基体に大きな入熱が
ある。しかしながら、蛍光ファイバ温度計28で検知さ
れた温度を制御装置(PIDコントローラ)29で検出
し、この検出値に基づいてヒータ14を制御することに
よって、基体の温度を設定温度(表4の基板温度)に維
持する。このように、基体の温度を高精度で安定させる
ことができるため、膜厚方向に特性変動の無い安定した
膜質のバリアメタル層を形成することができる。即ち、
バリアメタル層中に残存する塩素量を減少させることが
できる。
When the barrier metal layer is formed based on the plasma CVD method, a large amount of heat is input to the substrate due to generation of plasma. However, the temperature detected by the fluorescent fiber thermometer 28 is detected by the control device (PID controller) 29, and the heater 14 is controlled based on the detected value, so that the temperature of the base is set to the set temperature (the substrate temperature in Table 4). ) To maintain. As described above, since the temperature of the base can be stabilized with high accuracy, it is possible to form a barrier metal layer having stable film quality without characteristic fluctuation in the film thickness direction. That is,
The amount of chlorine remaining in the barrier metal layer can be reduced.

【0099】尚、バリアメタル層をTa/TaNから構
成することもできる。この場合のプラズマCVD条件
を、以下の表6に例示する。
Incidentally, the barrier metal layer may be made of Ta / TaN. Table 6 below shows examples of the plasma CVD conditions in this case.

【0100】[0100]

【表6】 Ta層の形成 使用ガス :TaBr5/H2/Ar=10/1000/1000sccm 圧力 :0.5Pa マイクロ波パワー:3kW RFバイアス :0W 基板温度 :350゜C TaN層の形成 使用ガス :TaBr5/H2/Ar/N2=10/1000/900 /50sccm 圧力 :0.5Pa マイクロ波パワー:3kW RFバイアス :0W 基板温度 :350゜CTable 6 Formation of Ta layer Gas used: TaBr 5 / H 2 / Ar = 10/1000/1000 sccm Pressure: 0.5 Pa Microwave power: 3 kW RF bias: 0 W Substrate temperature: 350 ° C. Formation of TaN layer : TaBr 5 / H 2 / Ar / N 2 = 10/1000/900/50 sccm Pressure: 0.5 Pa Microwave power: 3 kW RF bias: 0 W Substrate temperature: 350 ° C.

【0101】以上、本発明を、発明の実施の形態に基づ
き説明したが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。発明の実施の形態にて説明した、プラズマCVD装
置の構造は例示であり、適宜設計変更することができ
る。また、発明の実施の形態にて説明した各種の加工条
件も例示であり、適宜変更することができる。更には、
複合材料の組成やコージエライトセラミックス・ファイ
バーボードの物性も例示であり、適宜変更することがで
きる。
Although the present invention has been described based on the embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. The structure of the plasma CVD apparatus described in the embodiment of the invention is an example, and the design can be changed as appropriate. The various processing conditions described in the embodiments of the invention are also examples, and can be changed as appropriate. Furthermore,
The composition of the composite material and the physical properties of the cordierite ceramic fiberboard are also examples, and can be changed as appropriate.

【0102】発明の実施の形態においては、専ら、一体
的に形成された母材から基体載置ステージを作製した
が、基体載置ステージは、例えばアルミニウム材料と母
材との組み合わせから作製することもできる。このよう
な基体載置ステージの模式的な断面図を図8及び図9に
示す。基体載置ステージ110は、アルミニウム製の円
盤状部材118に複合材料111をロウ付け法又はビス
止めにて固定して作製されている。尚、ロウ材あるいは
ビスは図8、図9及び後述する図12〜図14には図示
していない。図8に示す構造においては、基体載置ステ
ージ110の頂面はセラミックス層113にて被覆され
ている。尚、必要に応じて、基体載置ステージ110の
側面をセラミックス層113にて被覆しておいてもよ
い。一方、図9に示す構造においては、基体載置ステー
ジ110の頂面には、例えばAl23製セラミックス板
から成るセラミックス層116がロウ材117によって
取り付けられている。図8の(A)あるいは図9の
(A)においては、アルミニウム製の円盤状部材118
の内部に配管115が配設されている。また、母材11
2が円盤状部材118の上面及び下面に固定されてい
る。円盤状部材118の上面に固定された複合材料11
1の構造、及び円盤状部材118の下面に固定された母
材112の構成は、実施の形態1〜実施の形態4にて説
明した複合材料の構造、母材の構成と同様とすることが
できる。図8の(B)あるいは図9の(B)において
は、アルミニウム製の円盤状部材118の下面には母材
が省略されている。図8の(C)あるいは図9の(C)
においては、アルミニウム製の円盤状部材118の下面
にPBNヒータ114が取り付けられている。そして、
複合材料111が円盤状部材118の上面に固定されて
いる。
In the embodiments of the present invention, the base mounting stage is manufactured exclusively from the integrally formed base material. However, the base mounting stage may be manufactured from a combination of an aluminum material and a base material. Can also. FIGS. 8 and 9 are schematic cross-sectional views of such a substrate mounting stage. The base mounting stage 110 is manufactured by fixing a composite material 111 to an aluminum disk-shaped member 118 by brazing or screwing. The brazing material or screw is not shown in FIGS. 8 and 9 and FIGS. 12 to 14 described later. In the structure shown in FIG. 8, the top surface of base mounting stage 110 is covered with ceramic layer 113. The side surface of the substrate mounting stage 110 may be covered with the ceramic layer 113 as necessary. On the other hand, in the structure shown in FIG. 9, a ceramic layer 116 made of, for example, an Al 2 O 3 ceramic plate is attached to the top surface of the base mounting stage 110 by a brazing material 117. In FIG. 8A or FIG. 9A, an aluminum disk-shaped member 118 is shown.
Is provided with a pipe 115. The base material 11
2 are fixed to the upper and lower surfaces of the disk-shaped member 118. Composite material 11 fixed on the upper surface of disc-shaped member 118
The structure 1 and the structure of the base material 112 fixed to the lower surface of the disc-shaped member 118 may be the same as the structure of the composite material and the structure of the base material described in the first to fourth embodiments. it can. In FIG. 8B or FIG. 9B, the base material is omitted on the lower surface of the disc-shaped member 118 made of aluminum. 8 (C) or FIG. 9 (C)
, A PBN heater 114 is attached to the lower surface of a disc-shaped member 118 made of aluminum. And
The composite material 111 is fixed on the upper surface of the disk-shaped member 118.

【0103】プラズマCVD装置のチャンバー側壁51
Aあるいは天板23は、複合材料から作製されているこ
とが好ましい。図6に示したプラズマCVD装置20B
におけるチャンバー51のチャンバー側壁51Aの模式
的な一部断面図を、図10〜図14に示す。このチャン
バー側壁51Aは、セラミックス部材の組織中にアルミ
ニウム系材料が充填された母材212と、この母材21
2の表面に設けられたセラミックス層213とから成る
複合材料211から作製されている。
The side wall 51 of the chamber of the plasma CVD apparatus
A or the top plate 23 is preferably made of a composite material. Plasma CVD apparatus 20B shown in FIG.
10 to 14 are schematic partial cross-sectional views of the chamber side wall 51A of the chamber 51 in FIG. The chamber side wall 51A includes a base material 212 in which the structure of the ceramic member is filled with an aluminum-based material,
2 is made of a composite material 211 comprising a ceramic layer 213 provided on the surface of the composite material 211.

【0104】チャンバー側壁51Aの内部には、公知の
シーズヒータから成るヒータ214が配設されている
(図10の(A)及び(B)参照)。ヒータ214は、
ヒータ本体(図示せず)と、ヒータ本体の外側に配設さ
れそしてヒータ本体を保護する鞘管(図示せず)から構
成されている。そして、ヒータ214は、配線を介して
電源(図示せず)に接続されている。ヒータ214の熱
膨張は、チャンバー側壁51Aに影響を与える。従っ
て、母材212やセラミックス層213の線膨張率
α1,α2に近い値を有する材料を用いることが好まし
い。具体的には、チタンやステンレススチール等、線膨
張率が9×10-6/K〜12×10-6/Kの材料から作
製された鞘管を用いることが好ましい。即ち、ヒータ2
14を構成する材料(母材212と接する鞘管の材料)
の線膨張率αH[単位:10-6/K]は、(α1−3)≦
αH≦(α1+3)の関係を満足することが好ましい。
尚、ヒータ214の本体の線膨張率は、チャンバー側壁
51Aに影響を与えることがないので、特に制限されな
い。場合によっては、ヒータ214を配設すると同時
に、先に説明した配管15Aと同様の構造の配管をチャ
ンバー側壁51Aの内部に配設してもよいし、ヒータ2
14を配設する代わりに、配管をチャンバー側壁51A
の内部に配設してもよい。
A heater 214 composed of a known sheathed heater is disposed inside the chamber side wall 51A (see FIGS. 10A and 10B). The heater 214
It comprises a heater body (not shown) and a sheath tube (not shown) provided outside the heater body and protecting the heater body. The heater 214 is connected to a power supply (not shown) via a wiring. The thermal expansion of the heater 214 affects the chamber side wall 51A. Therefore, it is preferable to use a material having values close to the linear expansion coefficients α 1 and α 2 of the base material 212 and the ceramic layer 213. Specifically, titanium or stainless steel or the like, it is preferable that the linear expansion coefficient which sheath tube made from the material of the 9 × 10 -6 / K~12 × 10 -6 / K. That is, the heater 2
14 (material of the sheath tube in contact with the base material 212)
The coefficient of linear expansion α H [unit: 10 −6 / K] is (α 1 -3) ≦
It is preferable to satisfy the relationship α H ≦ (α 1 +3).
The coefficient of linear expansion of the main body of the heater 214 is not particularly limited since it does not affect the chamber side wall 51A. In some cases, at the same time as providing the heater 214, a pipe having the same structure as the pipe 15A described above may be provided inside the chamber side wall 51A.
14 instead of arranging the chamber side wall 51A.
It may be arranged inside.

【0105】あるいは又、図10の(B)の模式的な断
面図に示すように、チャンバー側壁51Aにおいては、
セラミックス層216を溶射法でなくロウ付け法によっ
て母材212の表面に設けてもよい。この場合には、焼
結法にて作製されたAl23製セラミックス環状部材か
ら成るセラミックス層216を、例えば、約600゜C
の温度にてAl−Mg−Ge系のロウ材217を用いた
ロウ付け法にて母材212の表面に取り付ければよい。
尚、ロウ材としては、その他、チタン、錫、アンチモ
ン、マグネシウムから成る合金を挙げることができる。
Alternatively, as shown in a schematic cross-sectional view of FIG.
The ceramic layer 216 may be provided on the surface of the base material 212 by a brazing method instead of the thermal spraying method. In this case, the ceramic layer 216 made of a ceramic annular member made of Al 2 O 3 manufactured by the sintering method is applied, for example, to about 600 ° C.
May be attached to the surface of the base material 212 by the brazing method using the Al-Mg-Ge brazing material 217 at the temperature described above.
In addition, alloys composed of titanium, tin, antimony, and magnesium can be used as the brazing material.

【0106】あるいは又、図11の(A)や(B)の模
式的な断面図に示すように、ヒータ214を母材212
に埋設する代わりに、チャンバー側壁51Aの外面(チ
ャンバー51と面する面とは反対側の面)に、例えば、
PBNヒータから成るヒータ214Aを取り付けてもよ
い。
Alternatively, as shown in the schematic cross-sectional views of FIGS.
Instead of being buried in, the outer surface of the chamber side wall 51A (the surface opposite to the surface facing the chamber 51) is, for example,
A heater 214A composed of a PBN heater may be attached.

【0107】図12〜図14には、ステンレススチール
製あるいはアルミニウム製の中空円筒部材218に複合
材料211をロウ付け法又はビス止めにて固定して作製
されたCVD装置の側壁の模式的な断面図を示す。図1
2の(A)あるいは(B)においては、中空円筒部材2
18の内部にヒータ214(配管であってもよい)が配
設されている。母材212は中空円筒部材218の内面
及び外面に固定されている。中空円筒部材218の内面
(チャンバー51側)に固定された複合材料211の構
造は、実施の形態にて説明した複合材料と同様の構造を
有する。図13の(A)あるいは(B)においては、中
空円筒部材218の外面の母材212が省略されてい
る。図14の(A)あるいは(B)においては、中空円
筒部材218の外面にPBNヒータ214Bが取り付け
られている。そして、複合材料211が中空円筒部材2
18の内面に固定されている。
FIGS. 12 to 14 show schematic cross sections of a side wall of a CVD apparatus manufactured by fixing the composite material 211 to a hollow cylindrical member 218 made of stainless steel or aluminum by brazing or screwing. The figure is shown. FIG.
2 (A) or (B), the hollow cylindrical member 2
A heater 214 (which may be a pipe) is provided inside 18. The base material 212 is fixed to the inner surface and the outer surface of the hollow cylindrical member 218. The structure of the composite material 211 fixed to the inner surface (the chamber 51 side) of the hollow cylindrical member 218 has the same structure as the composite material described in the embodiment. 13A or 13B, the base material 212 on the outer surface of the hollow cylindrical member 218 is omitted. 14A or 14B, a PBN heater 214B is attached to the outer surface of the hollow cylindrical member 218. Then, the composite material 211 is the hollow cylindrical member 2
18 are fixed to the inner surface.

【0108】プラズマCVD装置の天板23も同様の構
造とすればよい。尚、これらのプラズマCVD装置のチ
ャンバー側壁51Aあるいは天板23は、実施の形態1
〜実施の形態4にて説明した複合材料の製造方法と同様
の方法に基づき作製することができるので、詳細な説明
は省略する。
The top plate 23 of the plasma CVD apparatus may have the same structure. In addition, the chamber side wall 51A or the top plate 23 of these plasma CVD apparatuses is the same as the first embodiment.
Since the composite material can be manufactured based on the same method as the method for manufacturing a composite material described in Embodiment Mode 4, detailed description is omitted.

【0109】[0109]

【発明の効果】本発明のバリアメタル層の形成方法によ
れば、バリアメタル層の形成時の膜厚方向の特性変動を
抑制することができるので、バリアメタル層に残存する
ハロゲン量を低減することができる。その結果、高い信
頼性を有する半導体装置を製造することが可能となる。
According to the method for forming a barrier metal layer of the present invention, the characteristic variation in the film thickness direction during the formation of the barrier metal layer can be suppressed, so that the amount of halogen remaining in the barrier metal layer can be reduced. be able to. As a result, a semiconductor device having high reliability can be manufactured.

【0110】また、複合材料を母材とセラミックス層と
から構成するので、母材はセラミックス部材とアルミニ
ウム系材料との中間的な性質を有するものとなり、例え
ば線膨張率に関してもこれらの中間的な値に調整が可能
となる。それ故、母材とセラミックス層との熱膨張に起
因したセラミックス層の損傷発生を回避でき、複合材料
を高温で確実に使用することが可能となる。しかも、母
材は高い熱伝導率を有しているので、基体を効率よく加
熱することが可能であるし、例えば温度制御手段によっ
て効率よく複合材料を加熱することができる。また、従
来の技術では、セラミックス層の割れ等が原因で行うこ
とができなかった高温加熱時における高精度の温度制御
を行うことができ、これにより、プラズマCVD処理と
いった半導体装置の製造プロセスを高い精度で安定して
実行することができる。また、例えば、300mm程度
の大径の基体載置ステージも実現可能となり、これによ
り将来のウエハの大径化にも十分対応が可能となる。更
には、セラミックス層が設けられているので、金属汚染
の発生防止やハロゲン系ガスによる複合材料の腐蝕を効
果的に防止することができる。
Further, since the composite material is composed of the base material and the ceramic layer, the base material has properties intermediate between the ceramic member and the aluminum-based material. The value can be adjusted. Therefore, the occurrence of damage to the ceramic layer due to the thermal expansion between the base material and the ceramic layer can be avoided, and the composite material can be reliably used at a high temperature. In addition, since the base material has a high thermal conductivity, the base can be efficiently heated, and the composite material can be efficiently heated by, for example, a temperature control unit. Further, with the conventional technology, it is possible to perform high-precision temperature control at the time of high-temperature heating, which could not be performed due to cracking of the ceramic layer or the like. It can be executed stably with accuracy. In addition, for example, a substrate mounting stage having a large diameter of about 300 mm can be realized, which makes it possible to sufficiently cope with a future increase in the diameter of a wafer. Further, since the ceramic layer is provided, it is possible to effectively prevent metal contamination and effectively prevent the composite material from being corroded by a halogen-based gas.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】発明の実施の形態1での使用に適したヘリコン
波プラズマCVD装置の概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram of a helicon wave plasma CVD apparatus suitable for use in Embodiment 1 of the present invention.

【図2】発明の実施の形態1における基体載置ステージ
の模式的な断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view of a substrate mounting stage according to Embodiment 1 of the present invention.

【図3】実施の形態1におけるバリアメタル層の形成方
法を説明するための半導体基板等の模式的な一部断面図
である。
FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate and the like for describing a method of forming a barrier metal layer in the first embodiment.

【図4】発明の実施の形態2での使用に適したヘリコン
波プラズマCVD装置の概念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram of a helicon wave plasma CVD apparatus suitable for use in Embodiment 2 of the present invention.

【図5】発明の実施の形態2における基体載置ステージ
の模式的な断面図である。
FIG. 5 is a schematic sectional view of a substrate mounting stage according to Embodiment 2 of the present invention.

【図6】バイアスECR CVD装置の概念図である。FIG. 6 is a conceptual diagram of a bias ECR CVD apparatus.

【図7】実施の形態5におけるバリアメタル層の形成方
法を説明するための下層配線等の模式的な一部断面図で
ある。
FIG. 7 is a schematic partial cross-sectional view of a lower wiring and the like for describing a method of forming a barrier metal layer in a fifth embodiment.

【図8】基体載置ステージの別の形態の模式的な断面図
である。
FIG. 8 is a schematic sectional view of another embodiment of the substrate mounting stage.

【図9】基体載置ステージの別の形態の模式的な断面図
である。
FIG. 9 is a schematic sectional view of another embodiment of the substrate mounting stage.

【図10】チャンバー側壁の模式的な一部断面図であ
る。
FIG. 10 is a schematic partial cross-sectional view of a chamber side wall.

【図11】チャンバー側壁の模式的な一部断面図であ
る。
FIG. 11 is a schematic partial sectional view of a chamber side wall.

【図12】チャンバー側壁の模式的な一部断面図であ
る。
FIG. 12 is a schematic partial cross-sectional view of a chamber side wall.

【図13】チャンバー側壁の模式的な一部断面図であ
る。
FIG. 13 is a schematic partial cross-sectional view of a chamber side wall.

【図14】チャンバー側壁の模式的な一部断面図であ
る。
FIG. 14 is a schematic partial sectional view of a chamber side wall.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,10A,10B,10C,110・・・基体載置
ステージ、11,11A,111,211・・・複合材
料、12,12A,112,212・・・母材、13,
13A,113,213・・・セラミックス層、14,
14A,114,214,214A,214B・・・ヒ
ータ、15A,115・・・配管、16,16A,11
6,216・・・セラミックス層、17,17A,11
7,217・・・ロウ材、118・・・円盤状部材、2
18・・・中空円筒部材、20,20A,20B・・・
CVD装置、21・・・チャンバー、22・・・側壁
(チャンバー側壁)、23・・・天板、24・・・誘導
結合コイル、25・・・高周波電源、26・・・直流電
源、27・・・電源、28・・・蛍光ファイバ温度計、
29・・・制御装置、30A,30B,30C・・・配
管、31・・・制御バルブ、32・・・温度制御用熱媒
体供給装置、40・・・シリコン半導体基板、41・・
・層間絶縁層、42・・・開口部、43・・・バリアメ
タル層、44・・・タングステンプラグ、45・・・配
線、51・・・チャンバー、51A・・・チャンバー側
壁、51B・・・石英製の窓、52・・・マイクロ波発
生手段、53・・・ヒータ、54・・・ソレノイドコイ
ル、55・・・ポンプ、56・・・RFバイアス電源、
57・・・直流電源、58・・・電源、60・・・下地
絶縁層、61・・・下層配線、62・・・層間絶縁層、
63・・・開口部、64・・・溝、65・・・バリアメ
タル層、66・・・上層配線、67・・・ビアホール
10, 10A, 10B, 10C, 110: substrate mounting stage, 11, 11A, 111, 211 ... composite material, 12, 12A, 112, 212 ... base material, 13,
13A, 113, 213 ... ceramic layer, 14,
14A, 114, 214, 214A, 214B ... heater, 15A, 115 ... piping, 16, 16A, 11
6,216 ... ceramic layer, 17, 17A, 11
7,217: brazing material, 118: disk-shaped member, 2
18 ... hollow cylindrical member, 20, 20A, 20B ...
CVD apparatus, 21 ... chamber, 22 ... side wall (chamber side wall), 23 ... top plate, 24 ... inductive coupling coil, 25 ... high frequency power supply, 26 ... DC power supply, 27 ..Power supply, 28 ... fluorescent fiber thermometer,
29: control device, 30A, 30B, 30C: pipe, 31: control valve, 32: heat medium supply device for temperature control, 40: silicon semiconductor substrate, 41 ...
· Interlayer insulating layer, 42 ··· opening, 43 ··· barrier metal layer, 44 ··· tungsten plug, 45 ··· wiring, 51 ··· chamber, 51A ··· chamber side wall, 51B ··· Quartz window, 52 ... microwave generating means, 53 ... heater, 54 ... solenoid coil, 55 ... pump, 56 ... RF bias power supply,
57 DC power supply, 58 power supply, 60 base insulating layer, 61 lower wiring, 62 interlayer insulating layer,
63 ... opening, 64 ... groove, 65 ... barrier metal layer, 66 ... upper wiring, 67 ... via hole

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】セラミックス部材の組織中にアルミニウム
系材料が充填された母材と、該母材の表面に設けられた
セラミックス層とから成る複合材料から構成され、静電
チャック機能を有し、且つ、温度制御手段を備えた基体
載置ステージに基体を載置した状態で、高融点金属若し
くはその化合物から成るバリアメタル層を基体上にプラ
ズマCVD法にて形成することを特徴とするバリアメタ
ル層の形成方法。
1. A composite material comprising a base material in which the structure of a ceramic member is filled with an aluminum-based material, and a ceramic layer provided on the surface of the base material, having a function of an electrostatic chuck, And forming a barrier metal layer made of a high melting point metal or a compound thereof on the substrate by a plasma CVD method in a state where the substrate is mounted on a substrate mounting stage provided with a temperature control means. The method of forming the layer.
【請求項2】基体載置ステージを電極として用い、セラ
ミックス層は静電チャック機能を有することを特徴とす
る請求項1に記載のバリアメタル層の形成方法。
2. The method according to claim 1, wherein the substrate mounting stage is used as an electrode, and the ceramic layer has an electrostatic chuck function.
【請求項3】基体載置ステージには温度制御手段が配設
され、該温度制御手段はヒータから構成されていること
を特徴とする請求項1に記載のバリアメタル層の形成方
法。
3. The method according to claim 1, wherein a temperature control means is provided on the substrate mounting stage, and the temperature control means comprises a heater.
【請求項4】ヒータは母材の内部に配設されており、 母材の線膨張率をα1[単位:10-6/K]としたと
き、ヒータを構成する材料の線膨張率αH[単位:10
-6/K]は(α1−3)≦αH≦(α1+3)を満足する
ことを特徴とする請求項3に記載のバリアメタル層の形
成方法。
4. The heater is disposed inside the base material, and when the linear expansion coefficient of the base material is α 1 [unit: 10 −6 / K], the linear expansion coefficient α of the material forming the heater is α. H [Unit: 10
-6 / K], wherein (α 1 -3) ≦ α H ≦ (α 1 +3) is satisfied.
【請求項5】基体載置ステージには温度制御手段が配設
され、該温度制御手段は、母材の内部に配設された温度
制御用熱媒体を流す配管から構成されており、 母材の線膨張率をα1[単位:10-6/K]としたと
き、配管の線膨張率αP[単位:10-6/K]は(α1
3)≦αP≦(α1+3)を満足することを特徴とする請
求項1に記載のバリアメタル層の形成方法。
5. A temperature control means is disposed on the substrate mounting stage, and the temperature control means is constituted by a pipe for flowing a heat medium for temperature control disposed inside the base material. Is the linear expansion coefficient of α 1 [unit: 10 −6 / K], the linear expansion coefficient α P [unit: 10 −6 / K] of the pipe is (α 1
3) The method for forming a barrier metal layer according to claim 1, wherein satisfies ≦ α P ≦ (α 1 +3).
【請求項6】母材の線膨張率をα1[単位:10-6
K]としたとき、セラミックス層の線膨張率α2[単
位:10-6/K]は(α1−3)≦α2≦(α1+3)を
満足することを特徴とする請求項1に記載のバリアメタ
ル層の形成方法。
6. The coefficient of linear expansion of the base material is α 1 [unit: 10 −6 /
When the K], linear expansion coefficient alpha 2 [units of the ceramic layer: 10 -6 / K] is claim 1, characterized by satisfying the (α 1 -3) ≦ α 2 ≦ (α 1 +3) 3. The method for forming a barrier metal layer according to item 1.
【請求項7】母材を構成するセラミックス部材の組成は
コージエライトセラミックスであり、母材を構成するア
ルミニウム系材料の組成はアルミニウムとケイ素であ
り、セラミックス層を構成する材料はAl23であるこ
とを特徴とする請求項6に記載のバリアメタル層の形成
方法。
7. The composition of the ceramic member forming the base material is cordierite ceramics, the composition of the aluminum-based material forming the base material is aluminum and silicon, and the material forming the ceramic layer is Al 2 O 3. The method for forming a barrier metal layer according to claim 6, wherein
【請求項8】母材を構成するセラミックス部材の組成は
窒化アルミニウムであり、母材を構成するアルミニウム
系材料の組成はアルミニウム又はアルミニウムとケイ素
であり、セラミックス層を構成する材料はAl23又は
窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項6に記
載のバリアメタル層の形成方法。
8. The composition of the ceramic member constituting the base material is aluminum nitride, the composition of the aluminum-based material constituting the base material is aluminum or aluminum and silicon, and the material constituting the ceramic layer is Al 2 O 3. 7. The method according to claim 6, wherein the barrier metal layer is aluminum nitride.
【請求項9】母材を構成するセラミックス部材の組成は
炭化ケイ素であり、母材を構成するアルミニウム系材料
の組成はアルミニウム又はアルミニウムとケイ素であ
り、セラミックス層を構成する材料はAl23又は窒化
アルミニウムであることを特徴とする請求項6に記載の
バリアメタル層の形成方法。
9. The composition of a ceramic member forming a base material is silicon carbide, the composition of an aluminum-based material forming a base material is aluminum or aluminum and silicon, and the material forming a ceramic layer is Al 2 O 3. 7. The method according to claim 6, wherein the barrier metal layer is aluminum nitride.
【請求項10】セラミックス層は、溶射法にて母材の表
面に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の
バリアメタル層の形成方法。
10. The method according to claim 1, wherein the ceramic layer is formed on the surface of the base material by a thermal spraying method.
【請求項11】セラミックス層は、ロウ付け法にて母材
の表面に取り付けられていることを特徴とする請求項1
に記載のバリアメタル層の形成方法。
11. The method according to claim 1, wherein the ceramic layer is attached to a surface of the base material by a brazing method.
3. The method for forming a barrier metal layer according to item 1.
【請求項12】バリアメタル層を構成する高融点金属若
しくはその化合物は、Ti、TiN、Ta、TaN、
W、WN、Mo及びMoNから成る群から選択された少
なくとも1種の材料であることを特徴とする請求項1に
記載のバリアメタル層の形成方法。
12. The refractory metal or its compound constituting the barrier metal layer may be Ti, TiN, Ta, TaN,
The method according to claim 1, wherein the material is at least one material selected from the group consisting of W, WN, Mo, and MoN.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003037158A (en) * 2001-07-24 2003-02-07 Taiheiyo Cement Corp Electrostatic chuck

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