JPH01272764A

JPH01272764A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH01272764A
Application number: JP10094988A
Authority: JP
Inventors: Shinji Minegishi; 慎治峰岸; Yukiyasu Sugano; 菅野　幸保
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1988-04-23
Filing date: 1988-04-23
Publication date: 1989-10-31
Anticipated expiration: 2014-06-21
Also published as: JP2906411B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野］本発明は異なる組成のスパッタリング膜を形成するスパ
ッタリング方法とその装置に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、異なる組成のスパッタリング膜を形成するス
パッタリング方法とその装置であって、１つのチャンバ
ー内に少なくとも１つのターゲットを配し、複数のスパ
ッタリングガスの組成を時間毎に変化させることによっ
て、効率の良い多層のスパッタリング膜の形成を行うも
のである。

〔従来の技術〕

半導体装置製造技術においては、信鎖性の高い微細配線
を得るために、アルミ（合金）配線層とシリコン基板の
表面の不純物拡散領域との接続に、所要のバリヤ層を設
けることが行われている。このバリヤ層としては、高温
反応におけるバリヤ層としてのＴｉＮ層や、電気特性の
良好なＡ！（合金）／ＴｉＮ／Ｔｉ層等があり、さらに
、Ａｌ１のヒロック発生を防止するために、Ｔｉ層を追
加したＡｆｆｉ（合金）　／Ｔ　ｉ／Ｔ　ｉ　Ｎ／Ｔ　
ｉｊｉからなる構造が知られている（例えば、ｒＥＦＦ
ＥＣＴＳ　ＯＦＴｉＩＮＴＥＲＬＥＶＥＬ　ＥＸｒＳＴ
ＡＮＣＥ　ＴＮ　Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ／Ｔｉ　５ＴＲＵ
ＣＴＵＲＩ！　ＦＯＲＨＩＧＨＬＹ　ＲＥＬＩＡＢＬＥ
　ＩＮＴＥＲＣＯＮＮＥＣＴＩＯＮ　Ｊ　。

ｖＬＳＩシンポジ’１．．１９８５年、Ｖ−７，５０〜
５１頁参照）。

ところで、このような複数の異なる組成のスパッタリン
グ膜を形成する場合、従来のス、＜ツタリング方法では
、第３図や第４図に示す装置が用いられていた。

第３図は、従来のスパッタリング装置の一例の概略的な
構造を示しており、直列に４つ並んだスパッタ室（チャ
ンバー）３１〜３４が設けられている。これらは各々仕
切られており、スノぐ・ンタ室３１の前にはローダ部３
５が設けられ、スノ寸・ンタ室３４の前にはアンローダ
部３６が設けられている。各スパッタ室３１〜３４には
それぞれのスパッタリングガスが供給され、スパッタ室
３１，３３．３４にはＡｒガス、スパッタ室３２にはＡ
ｒガス、Ｎｔガス及びＯ！ガスが供給される。そして、
異なる組成の膜を形成する場合、４つのスノマッタ室３
１〜３４の間を仕切りの開閉を伴いながらウェハが搬送
されて行き、例えば、ウェハ上にＡ／！Ｓ　ｉ／Ｔ　ｉ
／Ｔ　ｉ　Ｎ／Ｔ　４層の４つの異なる組成を有した膜
が形成される。

第４図は他の従来のスパッタリング装置の例であり、中
央のバッファ室４０に対して放射状に４つのスパッタ室
４１〜４４が設けられており、さらにローダ／アンロー
ダ部４５もバッファ室４０に接続して設けられている。

この第４図に示すスパッタリング装置においても、各ス
パッタ室４１〜４４に対して所定の各種スパッタリング
ガスが供給される。そして、異なる組成の膜を形成する
場合、まずバッファ室４０からスパッタ室４１へ搬送さ
れ、そのスパッタ室４１からバッファ室４０を介して次
のスパッタ室４２に搬送されて行く。

このような搬送が順次行われ、例えばＡ／！Ｓｉ／Ｔ　
ｉ／Ｔ　ｉ　Ｎ／Ｔ　４層等の異なる組成の膜が積層さ
れる。

〔発明が解決しようとする課題］しかしながら、上述のスパッタリング装置では、ウェハ
の搬送方向が一方通行であり、異なる組成の膜を得るた
めには、１つの組成の膜の形成に対して、１つのスパッ
タ室を対応させて配置する必要がある。このため、スパ
ッタリング装置が大型化し、その装置自体の価格も高い
ものとなっていた。また、４つの組成の膜を形成するた
めに４つのスパッタ室を設けたスパッタリング装置では
、膜形成のための時間の他に、４つのスパッタ室の間で
搬送される時間が加わることになり、それだけ長時間の
作業が行われていた。さらに、４つのスパッタ室に対応
して、ターゲットも４つ必要とされ、ガス供給のための
配管も各スパッタ室に対応したものとなっていた。

そこで、本発明は上述の技術的な課題に鑑み、効率の良
い多層のスパッタリング膜を形成し得るスパッタリング
方法及びその装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段］上述の技術的な課題を解決するため、本発明のスパッタ
リング方法では、１つのチャンバー内に形成する膜の組
成に応じたターゲットが設けられる。そのターゲットの
数は、１又は２以上である。

そして、１つのチャンバーに導入される複数のスパッタ
リングガスの組成を時間毎に変化させることによって、
異なる組成のスパッタリング膜を形成する。ここで、複
数のスパッタリングガスは、例えば、Ａ「ガス、Ｎｔガ
ス、０□ガスであり、その他のガスでも良い、なお、異
なる組成とは、その構成元素の種類が変わらずにその割
合が変化した場合を含み、上下に連続する層で異なって
いれば良い０例示すると第１１ｉ目と第３層目が全く同
じ組成であっても、第２Ｎ目が異なっていれば良い。

また、本発明のスパッタリング装置では、１つのチャン
バー内に少なくとも１つのターゲットを配置し、スパッ
タリングガスの組成を時間的に変えながら上記チャンバ
ー内に導入するガス切替手段とを有することを特徴とし
ている。

ここで、上記導入するガスのガス切替手段としては、ガ
ス配管系に設けられるバルブ等を用いることができ、勿
論、自動制御を行うようにすることも可能である。

〔作用〕

本発明のスパッタリング方法及び装置では、１つのチャ
ンバーに送られるスパッタリングガスが時間的に変化す
る。このため、同一チャンバー。

同一ターゲットであっても、スパッタリングガスの変化
から、異なる組成のスパッタリング膜が形成される。ま
た、複数のターゲットを配置した時では、さらに多くの
種類のスパッタリング膜が容易に形成される。

〔実施例〕

本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。

第１の実施例本実施例のスパッタリング方法は、チャンバーに送り込
むスパッタリングガスを時間的に変化させて、ウェハ上
にＡｌ（合金）　／Ｔ　ｉ　／Ｔ　ｉ　Ｎ／Ｔｉからな
る４つの異なる組成を有した膜を順次形成する方法であ
る。

まず、第１図は、その装置の構造の模式図である。平面
の断面が略へ角形のスパッタチャンバー１が設けられ、
その中心には、少なくとも回転駆動されるウェハ搬送部
２が設けられている。スパッタチャンバー１には、Ａｒ
ガスを供給するガス配管系３と、Ｎｔガスを供給するガ
ス配管系４と、０！ガスを供給するガス配管系５とが接
続され、ガス配管系３，４．５には、それぞれバルブ１
３゜１４．１５が設けられている。従って、これらバル
ブ１３，１４．１５によって、スパッタチャンバー１内
への３つのスパッタリングガスの導入が制御される。

上記スパッタチャンバー１の内壁には、２つの処理用電
極８，９が２箇所に取り付けられている。

これら処理用電極８．９の内側には、ターゲットが配置
されており、処理用電極８の内側には、Ｔ・ｉターゲッ
ト６がスパッタチャンバー１の中心を向くように配置さ
れ、処理用電極９の内側には、Ａ７！（合金例えばＡｊ
！Ｓｉ）ターゲット７がスパッタチャンバー１の中心を
向くように配置されている。

さらに、上記スパッタチャンバー１には、チャンバー内
を真空にするための、クライオポンプ１０が接続され、
また、図示を省略するが、ローダ。

アンローダ５或いは各種ゲージ、モニター装置等も接続
されている。

次に、この装置を用いながらＡｆ（合金）／Ｔｉ／　Ｔ
　ｉ　Ｎ　／　Ｔ　ｉ層を形成する方法について説明す
る。

はじめに、ローダよりウェハ１１が上記ウェハ搬送部２
にセットされ、そのウェハ１１の処理すべき主面が上記
Ｔｉターゲット６の面と対面する。

そして、第１層目に形成する膜は、Ｔｉ膜であるため、
上記バルブ１３〜１５の中、バルブ１３のみ開状態（Ｏ
ＰＥＮ）、バルブ１４．１５を閉状ｕ　（ＣＬＯ５Ｅ）
として、Ａｒガスだけをスパッタチャンバー１の内部に
導入する。そして、処理用電極８に通電し、所望のＴｉ
膜の形成を上記ウェハ１１上に行う。

このようなＴｉ膜の形成後、上記バルブ１３〜１５を閉
状態にし、−度スパンタチャンパー１内を排気する。こ
の時放電に関しては連続的であっても良い、その排気後
、今度は、バルブ１３〜１５を開状態とし、Ａｒガス、
Ｎ！ガス、Ｏｘガスの３種類のガスをスパッタチャンバ
ー１の内部に導入する。これらガスの導入によって、Ｔ
ｉＮ膜が反応性スパッタリングにより上記Ｔｉ１ｌ上に
形成される。

所望の膜厚にＴｉＮ膜を形成した後、再び各バルブ１３
〜１５を閉状態にし、スパッタチャンバー１内を排気す
る。そして、排気後、バルブ１３のみ開状態、バルブ１
４．１５を閉状態にして、Ａ「ガスだけをスパッタチャ
ンバー１の内部に導入する。このようなバルブの制御か
ら、上記ＴｉＮ膜上にＴｉ膜が形成されることになる。

ＴｉＮ膜上にＴｉ膜を形成した後は、Ａｌ（合金）Ｍ！
が形成される。これは、ウェハ搬送部２の作動から、ウ
ェハ１１の位置が、上記Ａ１（合金）ターゲット７に対
向したところに移動することで行われる。ウェハ１１が
ＡＮＣ合金）ターゲット７に対向したところで、バルブ
１３を開状態、バルブ１４．１５を閉状態としてＡｒガ
スのみを導入する。また、処理用電極９に通電する。そ
して、上記Ｔｉ膜上にＡｌ（合金）膜が所望の膜厚で形
成されることになる。

このような処理を行う本実施例のスパッタリング方法で
は、そのスパッタチャンバー１が単一のものであり、４
種の組成の異なる膜を形成するために、４つのスパッタ
チャンバーは不要である。

従って、その装置の小型化、低価格化を図ることができ
、ターゲットの数の低減や作業時間の短縮化を実現でき
る。

なお、上述のスパッタリング作業においては、各層毎に
排気を行っているが、例えばＴ　ｉ　／　Ｔ　ｉＮ／Ｔ
ｉを形成する時では、Ｔｉをターゲットとし、定常的に
Ａｒガスを導入しながら、途中−時的にＮｔ　、０２ガ
スを導入するようにスパッタリングを行うこともできる
。

第２の実施例本実施例のスパッタリング方法では、／ｌ（合金）膜の
形成のみを別のチャンバーとしたものである。

まず、その方法に用いられる装置の構造について、第２
図を参照しながら説明する。

本実施例のスパッタリング装置では、Ｔｉ用のスパッタ
チャンバー２１と、Ａｌ（合金例えばＡｆｓｉ）用のス
パッタチャンバー２２が設けられ、その２つのスパッタ
チャンバー２１．２２間にはバッファ室２３が設けられ
ており、これらは直線状に並んで配置されている。バッ
ファ室２３と各スパッタチャンバー２１．２２の間は仕
切られているが、開閉自在なシャッター６４．６５が設
けられているため、画室間でウェハを搬送して行くこと
ができる。ウェハの搬送は、図中概略的に示したウェハ
搬送部６３を作動させることで行うことができる。すな
わち、ウヱハ挿入取り出し口６８からバッファ室２３内
に搬送されてきたウェハを、シャッター６４若しくは６
５を開けながらスパッタチャンバー２１若しくは２２に
搬送して行くことができる。

Ｔｉ膜用のスパッタチャンバー２１には、Ａｒガスを供
給するガス配管系２４と、Ｎ、ガスを供給するガス配管
系２５と、Ｏｔガスを供給するガス配管系２６とが接続
され、ガス配管系２４，２５．２Ｇには、それぞれバル
ブ５４，５５．５６が設けられている。従って、これら
バルブ５４゜５５．５６によって、スパッタチャンバー
２１内へのガスの導入が制御される。また、Ａ１合金）
用のスパッタチャンバー２２には、Ａｒガスを供給する
ガス配管系２７が接続されており、そのガス配管系２７
には、バルブ５７が設けられている。このバルブ５７に
よって、スパッタチャンバー２２内へのＡｒガスの導入
が制御される。

さらに、Ｔｉ膜用のスパッタチャンバー２１には、その
壁部に処理用電極６０が設けられおり、その処理用電極
６０の内壁側にＴｉターゲント２８が設けられている。

また、Ａｆｆｉ（合金）膜用のスパッタチャンバー２２
にも同様に、その壁部に処理用電極６１が設けられ、そ
の処理用電極６１の内壁側に／ｌ（合金）ターゲット２
９が設けられている。

さらに、上記スパッタチャンバー２１．２２及びバッフ
ァ室２３には、各チャンバー内を真空にするためのクラ
イオポンプ６９が接続され、また、図示を省略するが、
ローダ、アンローダ、各種ゲージ、モニター装置等も接
続されている。

次に、この装置を用いてＡＩＶ、（合金）／Ｔｉ／Ｔｉ
Ｎ／ＴｉＪｉを形成する方法について説明する。

本装置では、スパッタチャンバー２１で時間的にスパッ
タリングガスを変化させてＴｉ／ＴｉＮ／Ｔｉの異なる
組成の膜が形成され、スパッタチャンバー２２でＡＩ！
（合金）層が形成される。

はじめに、ローダよりウェハがバッファ室２３に搬送さ
れ、そのバッファ室２３からシャッター６４を介してス
パッタチャンバー２１にウェハが搬送される。スパッタ
チャンバー２１に搬送すれたウェハ６６は、ウェハ搬送
部６３の端部６３ａで、上記Ｔｉターゲット２８に対面
する。

このようにウェハ６６がＴｉターゲット２８に対面して
配置された後、時間的に変化したスパッタリングガスの
供給が行われ、スパッタリング膜がウェハ６６上に形成
される。すなわち、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ｔｉの異なる組成の
膜を形成するために、最初にバルブ５４のみが開状態と
され、Ａｒガスのみがスパッタチャンバー２１内に導入
される。

これでＴｉ膜が形成される０次に、そのＡｒガスの排気
後若しくは排気を伴わずに、ＡｒガスのみならずＮ、ガ
スとＯ！ガスがバルブ５５．５６を開状態とすることか
らスパッタチャンバー２１内に導入される。すると、反
応性スパッタリングがらＴｉＮ膜が形成される。最後に
、再びＡｒガスのみをスパッタチャンバー２１内に導入
し、Ｔｉ膜を形成する０以上のような、スパッタリング
ガスの組成を時間毎に変化させることによって、Ｔｉ／
ＴｉＮ／Ｔｉの異なる組成の膜がウェハ６６上に形成さ
れる。

次に、Ａｆ（合金）膜を形成する工程については、ウェ
ハ搬送部６３の作動によって、ウェハ６６がスパッタチ
ャンバー２１から一度バッファ室２３に搬送される。そ
して、そのバッファ室２３からスパッタチャンバー２２
へ搬送される。この間ウェハの雰囲気は真空に維持され
る。スパッタチャンバー２１に搬送されたウェハ６６は
、ウェハ搬送部６３の端部６３ｂで、上記ＡＮ（合金）
ターゲット２９に対面する。

そして、バルブ５７の制御によって、Ａｒガスがスパッ
タチャンバー２２内に導入され、上記Ａ２（合金）ター
ゲット２９からのＡＩ！、原子等のスパッタによって、
ウェハ６６上にＡｌ（合金）の被膜が形成される。

このような処理を行う本実施例のスパッタリング方法で
は、２つのチャンバーが設けられるが、その１つのチャ
ンバーにおいては、時間毎にスパッタリングガスが組成
を変えて送られている。従って、３つの異なる組成の膜
であっても、１つのチャンバーで良く、装置の小型化、
低価格化を実現することができる。また、ターゲットの
数の低減や作業時間の短縮化を実現できる。

また、Ａｆｆｉ（合金）用に別のチャンバーを設けるこ
とで、ＡＮ膜形成後に、再びＴｉ膜やＴｉＮ膜を形成す
ることもでき、２つのチャンバーでの並行した処理も可
能である。また、そのウェハの搬送方向は直線的であり
、曲線を描いて搬送する装置に比較してウェハ搬送部６
３の構成が簡素化されることになる。

なお、上述の実施例では、特にＴｉ系の膜とＡｌ系の膜
について説明したが、これに限定されず種々のターゲッ
トを用いることができる。また、導入して切り替えられ
るスパッタリングガスも種々のものを用いることができ
る。また、本発明のスパッタリング方法及びその装置で
は、上述の実施例に限定されず、その要旨を逸脱しない
範囲での種々の変更が可能である。

〔発明の効果〕

本発明のスパッタリング方法およびスパッタリング装置
では、１つのチャンバーを用いて、時間毎にスパッタリ
ングガスが変化するために、複数の組成の異なる膜を連
続的に形成することができ、その作業が簡素化される。

また、その装置を小型にでき、低価格にすることができ
る。また、ターゲット数の低減やスパッタリングの作業
時間の短縮も図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例にかがるスパッタリング
装置の模式図、第２図は本発明の第２の実施例にかかる
スパッタリング装置の模式図、第３図は従来のスパッタ
リング装置の一例の模式図、第４図は従来のスパッタリ
ング装置の他の一例の模式図である。１．２１．２２・・・スパッタチャンバー１３〜１５．
５４〜５７・・・バルブ６．２８・・・Ｔｉターゲット７．２９・・・Ａｌ（合金）ターゲント特許出願人　　
　ソニー株式会社代理人弁理士　小池　晃（他２名）第３図ｒ第４図１．１

Claims

【特許請求の範囲】

（１）１つのチャンバー内に少なくとも１つのターゲッ
トを配し、複数のスパッタリングガスの組成を時間毎に
変化させることによって、異なる組成のスパッタリング
膜を形成するスパッタリング方法。
（２）１つのチャンバー内に少なくとも１つのターゲッ
トと、スパッタリングガスの組成を時間的に変えながら
上記チャンバー内に導入するガス切替手段とを有するス
パッタリング装置。