JPH11312653A

JPH11312653A - バリアメタル層の形成方法

Info

Publication number: JPH11312653A
Application number: JP12057598A
Authority: JP
Inventors: Shingo Kadomura; 新吾門村; Megumi Takatsu; 恵高津; Shinsuke Hirano; 信介平野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-04-30
Filing date: 1998-04-30
Publication date: 1999-11-09

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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（−ＣＦ₂）_n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。

【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

【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。

【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α_H［単位：１０
^-6／Ｋ］は（α₁−３）≦α_H≦（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α_P［単位：１０^-6／Ｋ］は
（α₁−３）≦α_P≦（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。

【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α_H，α_P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。

【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。

【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。

【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Ａｌ₂Ｏ₃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。

【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。

【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。

【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。

【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Ａｌ₂Ｏ₃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Ｙ_xＯ_y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。

【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。

【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Ａｌ₂Ｏ₃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。

【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。

【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。

【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。

【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α_H［単位：１０^-6／Ｋ］は（α₁−３）≦
α_H≦（α₁＋３）の関係を満足することが好ましい。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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Ａｌ₂Ｏ₃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％、Ａｌ₂Ｏ₃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。

【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。

【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Ａｌ₂Ｏ₃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は
（α₁−３）≦α₂≦（α₁＋３）の関係を満足してい
る。尚、Ａｌ₂Ｏ₃それ自体の線膨張率は約８×１０^-6／
Ｋである。

【００３７】Ａｌ₂Ｏ₃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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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
ｌ₂Ｏ₃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
０¹¹Ω／□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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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
Ｏ₃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。

【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。

【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。

【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。

【００５１】先ず、シリコン半導体基板４０の上にＳｉ
Ｏ₂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。

【００５２】

【表１】Ｔｉ層の形成使用ガス：ＴｉＣｌ₄／Ｈ₂／Ａｒ＝５／１５０／１５０sccm 圧力：０．７ＰａＲＦパワー：２．５ｋＷＲＦバイアス：０Ｗ基板温度：４００゜ＣＴｉＮ層の形成使用ガス：ＴｉＣｌ₄／Ｈ₂／Ａｒ／Ｎ₂＝５／１５０／１５０／５０scc m 圧力：０．７ＰａＲＦパワー：２．５ｋＷＲＦバイアス：０Ｗ基板温度：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。

【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

【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：４６ＰａＲＦ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：６．５ＰａＲＦパワー：２５０Ｗ

【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。

【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。

【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α_H［単位：１０^-6／Ｋ］は、（α₁−３）≦α_H
≦（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。

【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α_P［単位：１０^-6／Ｋ］は、（α₁−３）
≦α_P≦（α₁＋３）の関係を満足することが好ましい。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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、Ａｌ₂Ｏ₃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。

【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。

【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Ａｌ₂Ｏ₃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。

【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。

【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Ａｌ₂Ｏ₃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。Ａｌ₂Ｏ₃にＴｉ
Ｏ₂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、Ａｌ₂Ｏ₃
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。

【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。

【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。

【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、Ａｌ₂Ｏ₃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。

【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
₂Ｏ₃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。

【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。

【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。

【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
Ｏ₃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。

【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Ａｌ₂Ｏ₃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。

【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。

【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。

【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Ａｌ₂Ｏ
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。Ａｌ₂Ｏ₃は本来その
線膨張率が約８×１０^-6／Ｋであるが、Ａｌ₂Ｏ₃にＴｉ
Ｏ₂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、Ａｌ₂Ｏ₃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。

【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。

【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。

【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、Ａｌ₂Ｏ₃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。

【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の
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。

【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、Ａｌ₂Ｏ₃から成るセラミックス層１３におけるＴｉ
Ｏ₂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。

【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。

【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Ａｌ₂Ｏ₃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の頂面に取り付けれ
ばよい。

【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Ａｌ₂Ｏ₃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。

【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ＥＣＲＣＶＤ装置を用いた。

【００８９】このバイアスＥＣＲＣＶＤ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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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：３ｋＷＲＦバイアス：０Ｗ基板温度：４００゜ＣＷＮ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：３ｋＷＲＦバイアス：０Ｗ基板温度：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。

【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

【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。

【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。

【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：３ｋＷＲＦバイアス：０Ｗ基板温度：３５０゜ＣＴａＮ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：３ｋＷＲＦバイアス：０Ｗ基板温度：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。

【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Ａｌ₂Ｏ₃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。

【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。

【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α_H［単位：１０^-6／Ｋ］は、（α₁−３）≦
α_H≦（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。

【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Ａｌ₂Ｏ₃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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図６】バイアスＥＣＲＣＶＤ装置の概念図である。

【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。

【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。

【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。

【図１０】チャンバー側壁の模式的な一部断面図であ
る。

【図１１】チャンバー側壁の模式的な一部断面図であ
る。

【図１２】チャンバー側壁の模式的な一部断面図であ
る。

【図１３】チャンバー側壁の模式的な一部断面図であ
る。

【図１４】チャンバー側壁の模式的な一部断面図であ
る。

【符号の説明】

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

Claims

【特許請求の範囲】

【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。
【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。
【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。
【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α_H［単位：１０
^-6／Ｋ］は（α₁−３）≦α_H≦（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。
【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α_P［単位：１０^-6／Ｋ］は（α₁−
３）≦α_P≦（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。
【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。
【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Ａｌ₂Ｏ₃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。
【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Ａｌ₂Ｏ₃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。
【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Ａｌ₂Ｏ₃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。
【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。
【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。
【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。