JPH05166731A - プラズマプロセス装置 - Google Patents
プラズマプロセス装置Info
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- JPH05166731A JPH05166731A JP3353998A JP35399891A JPH05166731A JP H05166731 A JPH05166731 A JP H05166731A JP 3353998 A JP3353998 A JP 3353998A JP 35399891 A JP35399891 A JP 35399891A JP H05166731 A JPH05166731 A JP H05166731A
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- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
- C23C16/511—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using microwave discharges
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】パーティクルを生じさせず、半導体装置を高い
歩留まりで製造することができるプラズマプロセス装置
を提供する。 【構成】プラズマプロセス装置１は、プラズマを用いて
半導体ウエハを処理するものであり、成膜チャンバ１０
を備えている。そして、成膜チャンバを加熱可能な加熱
装置５０を具備する。
歩留まりで製造することができるプラズマプロセス装置
を提供する。 【構成】プラズマプロセス装置１は、プラズマを用いて
半導体ウエハを処理するものであり、成膜チャンバ１０
を備えている。そして、成膜チャンバを加熱可能な加熱
装置５０を具備する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はプラズマ処理装置に関す
る。本発明の装置は、半導体装置等の電子デバイスの製
造時に、例えばＴｉＮ膜等の金属膜を形成する場合に使
用することができる。
る。本発明の装置は、半導体装置等の電子デバイスの製
造時に、例えばＴｉＮ膜等の金属膜を形成する場合に使
用することができる。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置等の電子デバイスは年々微細
化している。特に半導体集積回路の微細化に伴い、コン
タクトホールやビアホール（以下、接続孔ともいう）の
寸法も小さくなり、例えばアルミニウムのバイアススパ
ッタ法等の従来技術では、もはや半導体集積回路の微細
化に対応できなくなってきている。それ故、カバレッジ
の良いブランケットタングステンＣＶＤ法が注目されて
いる。
化している。特に半導体集積回路の微細化に伴い、コン
タクトホールやビアホール（以下、接続孔ともいう）の
寸法も小さくなり、例えばアルミニウムのバイアススパ
ッタ法等の従来技術では、もはや半導体集積回路の微細
化に対応できなくなってきている。それ故、カバレッジ
の良いブランケットタングステンＣＶＤ法が注目されて
いる。
【０００３】ブランケットタングステンＣＶＤ法におい
ては、図４に示すように、拡散層１０２が形成されたシ
リコン基板１００の上に層間絶縁層１０４を形成し、層
間絶縁層１０４に開口部１０６を形成する。その後、層
間絶縁層１０４の表面及び形成された開口部１０６にＴ
ｉＮ又はＴｉＯＮ等から成る密着層１０８を堆積させ
る。次いで、密着層１０８上にタングステン層１１０を
堆積させる。その後、タングステン層１１０をエッチン
グバックして、開口部１０６の内部にのみタングステン
層を残し、これによって接続孔が完成する。
ては、図４に示すように、拡散層１０２が形成されたシ
リコン基板１００の上に層間絶縁層１０４を形成し、層
間絶縁層１０４に開口部１０６を形成する。その後、層
間絶縁層１０４の表面及び形成された開口部１０６にＴ
ｉＮ又はＴｉＯＮ等から成る密着層１０８を堆積させ
る。次いで、密着層１０８上にタングステン層１１０を
堆積させる。その後、タングステン層１１０をエッチン
グバックして、開口部１０６の内部にのみタングステン
層を残し、これによって接続孔が完成する。
【０００４】タングステン層１１０はシリコン基板１０
０との密着性が悪いため、ＴｉＮ等から成る密着層１０
８の形成は不可欠である。ところが、開口部１０６に対
する密着層１０８のカバレッジが悪い場合、図４に示す
ように、タングステン層１１０をＣＶＤ法にて堆積させ
たとき、層間絶縁層１０４に形成した開口部１０６中の
タングステンにボイド（中空）１１２が生じるという問
題がある。
０との密着性が悪いため、ＴｉＮ等から成る密着層１０
８の形成は不可欠である。ところが、開口部１０６に対
する密着層１０８のカバレッジが悪い場合、図４に示す
ように、タングステン層１１０をＣＶＤ法にて堆積させ
たとき、層間絶縁層１０４に形成した開口部１０６中の
タングステンにボイド（中空）１１２が生じるという問
題がある。
【０００５】また、通常、ＴｉＮから成る密着層をＣＶ
Ｄ法にて形成するとき、ＴｉＣｌ4を原料として用いる
ため、密着層にＣｌが取り込まれ易いという問題があ
る。これについては、例えば、"Photo Assisted LP-CVD
TiN For Deep Submicron Contact Using Organo-titan
ium Compound", Koichi Ikeda, et al, 1990 Symposium
on VLSI Technology, pp 61-62 を参照のこと。そのた
め、ＴｉＮ層の成膜をＥＣＲプラズマＣＶＤ法によって
行なう技術が提案されている（１９９０年春 応用物理
学会予稿集 ５９１頁の赤堀他 ２９ａ−ＺＡ−６ 参
照）。これによれば、カバレッジ良くＴｉＮ層を形成で
き、しかも６５０°Ｃ程度の温度で成膜することによ
り、ＴｉＮ層中へのＣｌの取り込み量が少なくなったと
されている。
Ｄ法にて形成するとき、ＴｉＣｌ4を原料として用いる
ため、密着層にＣｌが取り込まれ易いという問題があ
る。これについては、例えば、"Photo Assisted LP-CVD
TiN For Deep Submicron Contact Using Organo-titan
ium Compound", Koichi Ikeda, et al, 1990 Symposium
on VLSI Technology, pp 61-62 を参照のこと。そのた
め、ＴｉＮ層の成膜をＥＣＲプラズマＣＶＤ法によって
行なう技術が提案されている（１９９０年春 応用物理
学会予稿集 ５９１頁の赤堀他 ２９ａ−ＺＡ−６ 参
照）。これによれば、カバレッジ良くＴｉＮ層を形成で
き、しかも６５０°Ｃ程度の温度で成膜することによ
り、ＴｉＮ層中へのＣｌの取り込み量が少なくなったと
されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＴｉＮは高温
と低温では成長メカニズムが異なり、低温における成長
では、ＴｉＮは粗な膜、特に著しい場合は粉状になるこ
とが知られている（例えば、「ＣＶＤハンドブック」、
化学工学会編、１９９１年６月２０日、株式会社朝倉書
店発行、第５７８〜５８３頁参照）。
と低温では成長メカニズムが異なり、低温における成長
では、ＴｉＮは粗な膜、特に著しい場合は粉状になるこ
とが知られている（例えば、「ＣＶＤハンドブック」、
化学工学会編、１９９１年６月２０日、株式会社朝倉書
店発行、第５７８〜５８３頁参照）。
【０００７】ブランケットタングステンＣＶＤ法におい
ては、ウエハは成膜チャンバ内に置かれる。ウエハを上
述のように６５０°Ｃ程度に加熱すれば、ウエハ表面に
は良質なＴｉＮ層が成長する。ところが、成膜チャンバ
は加熱されていないため、成膜チャンバの内壁には粗な
ＴｉＮ膜が成長してしまい、パーティクル発生の原因と
なる。このため、半導体装置の製造歩留まりを著しく低
下させてしまうという問題がある。従って、このパーテ
ィクルを発生させないＴｉＮ膜等の形成用のＥＣＲ−Ｃ
ＶＤ装置が切望されている。
ては、ウエハは成膜チャンバ内に置かれる。ウエハを上
述のように６５０°Ｃ程度に加熱すれば、ウエハ表面に
は良質なＴｉＮ層が成長する。ところが、成膜チャンバ
は加熱されていないため、成膜チャンバの内壁には粗な
ＴｉＮ膜が成長してしまい、パーティクル発生の原因と
なる。このため、半導体装置の製造歩留まりを著しく低
下させてしまうという問題がある。従って、このパーテ
ィクルを発生させないＴｉＮ膜等の形成用のＥＣＲ−Ｃ
ＶＤ装置が切望されている。
【０００８】従って、本発明の目的は、パーティクルを
生じさせず、半導体装置を高い歩留まりで製造すること
ができるプラズマプロセス装置を提供することにある。
生じさせず、半導体装置を高い歩留まりで製造すること
ができるプラズマプロセス装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明のプラズマプロセス装置は、プラズマを用い
て半導体ウエハを処理するものであり、成膜チャンバを
備えている。そして、成膜チャンバを加熱可能な加熱装
置を具備して成ることを特徴とする。プラズマを、電子
サイクロトロン共鳴放電（ＥＣＲ）にて発生させること
が好ましい。
めの本発明のプラズマプロセス装置は、プラズマを用い
て半導体ウエハを処理するものであり、成膜チャンバを
備えている。そして、成膜チャンバを加熱可能な加熱装
置を具備して成ることを特徴とする。プラズマを、電子
サイクロトロン共鳴放電（ＥＣＲ）にて発生させること
が好ましい。
【００１０】成膜チャンバは、Ｔｉ／ＴｉＮ層又はＴｉ
／ＴｉＯＮ／ＴｉＮ層を成膜する複数のチャンバから構
成されていることが望ましい。加熱装置は、成膜チャン
バの壁面に埋設されたヒータであることが好ましい。
／ＴｉＯＮ／ＴｉＮ層を成膜する複数のチャンバから構
成されていることが望ましい。加熱装置は、成膜チャン
バの壁面に埋設されたヒータであることが好ましい。
【００１１】
【作用】本発明のプラズマプロセス装置は、成膜チャン
バに加熱装置が具備されているので、ウエハ同様、チャ
ンバ内壁にも、良好なＴｉＮ膜が形成される。従って、
パーティクルが生成することがなく、高い歩留まりにて
半導体装置を製造することができる。
バに加熱装置が具備されているので、ウエハ同様、チャ
ンバ内壁にも、良好なＴｉＮ膜が形成される。従って、
パーティクルが生成することがなく、高い歩留まりにて
半導体装置を製造することができる。
【００１２】
【実施例】以下、図面を参照して、実施例に基づき本発
明を説明する。
明を説明する。
【００１３】（実施例１）図１に示す実施例１は、ＥＣ
Ｒプラズマプロセス装置から成る本発明のプラズマプロ
セス装置を、ブランケットタングステンＣＶＤ法にて半
導体集積回路装置を製造する場合に、半導体基板との密
着層及びバリア層としてＴｉ層及びＴｉＮ層を連続して
形成するのに適用した例である。
Ｒプラズマプロセス装置から成る本発明のプラズマプロ
セス装置を、ブランケットタングステンＣＶＤ法にて半
導体集積回路装置を製造する場合に、半導体基板との密
着層及びバリア層としてＴｉ層及びＴｉＮ層を連続して
形成するのに適用した例である。
【００１４】プラズマプロセス装置１は、成膜チャンバ
１０、プラズマチャンバ２０から成る。成膜チャンバ１
０内にはサセプタ１２が配置され、サセプタ１２には半
導体ウエハを加熱するためのヒータ１４が埋め込まれて
いる。プラズマチャンバ２０は成膜チャンバ１０の上部
と連通している。プラズマチャンバ２０の上部にはマイ
クロ波導入窓２２が設けられ、マイクロ波導入窓２２の
上部には、２．４５ＭＨｚのマイクロ波を導入するため
のレクタンギュラーウエイブガイド２６が設けられてい
る。プラズマチャンバ２０の周囲には磁石コイル２４が
配設されている。ＲＦパワーがＲＦ電源２８からマイク
ロ波導入窓２２に加えられる。プラズマチャンバ２０に
は、アルゴンガス導入口３０からアルゴンガスが供給さ
れる。アルゴンガスはマイクロ波導入窓２２のクリーニ
ングを行うために導入される（この技術については、１
９８９年春の応用物理学会予稿集７２１頁の赤堀ら３Ｐ
−２Ｆ−１参照）。
１０、プラズマチャンバ２０から成る。成膜チャンバ１
０内にはサセプタ１２が配置され、サセプタ１２には半
導体ウエハを加熱するためのヒータ１４が埋め込まれて
いる。プラズマチャンバ２０は成膜チャンバ１０の上部
と連通している。プラズマチャンバ２０の上部にはマイ
クロ波導入窓２２が設けられ、マイクロ波導入窓２２の
上部には、２．４５ＭＨｚのマイクロ波を導入するため
のレクタンギュラーウエイブガイド２６が設けられてい
る。プラズマチャンバ２０の周囲には磁石コイル２４が
配設されている。ＲＦパワーがＲＦ電源２８からマイク
ロ波導入窓２２に加えられる。プラズマチャンバ２０に
は、アルゴンガス導入口３０からアルゴンガスが供給さ
れる。アルゴンガスはマイクロ波導入窓２２のクリーニ
ングを行うために導入される（この技術については、１
９８９年春の応用物理学会予稿集７２１頁の赤堀ら３Ｐ
−２Ｆ−１参照）。
【００１５】成膜チャンバ１０には、ＴｉＣｌ4供給部
からマスフローコントローラ及び第１のガス導入部４０
を通してＴｉＣｌ4ガスが供給される。また、Ｎ2ガス及
びＯ2ガスが、同様にマスフローコントローラ及び第２
のガス導入部４２を通して成膜チャンバ１０に供給され
る。成膜チャンバ１０内のガスはガス排気部１６から系
外に排気される。
からマスフローコントローラ及び第１のガス導入部４０
を通してＴｉＣｌ4ガスが供給される。また、Ｎ2ガス及
びＯ2ガスが、同様にマスフローコントローラ及び第２
のガス導入部４２を通して成膜チャンバ１０に供給され
る。成膜チャンバ１０内のガスはガス排気部１６から系
外に排気される。
【００１６】本発明の特徴である加熱装置５０は、成膜
チャンバ１０の側壁１０Ａに埋め込まれたヒータから成
る。この加熱装置５０によって成膜チャンバ１０を加熱
することができる。加熱装置５０は、半導体ウエハを加
熱するためのヒータ１４と同じ温度制御手段（図示せ
ず）により所定の温度に制御される。
チャンバ１０の側壁１０Ａに埋め込まれたヒータから成
る。この加熱装置５０によって成膜チャンバ１０を加熱
することができる。加熱装置５０は、半導体ウエハを加
熱するためのヒータ１４と同じ温度制御手段（図示せ
ず）により所定の温度に制御される。
【００１７】尚、図１中、３２はプラズマ流である。ま
た、１００は、後述する図２の（Ａ）に示す構造を有す
る半導体ウエハである。
た、１００は、後述する図２の（Ａ）に示す構造を有す
る半導体ウエハである。
【００１８】図１に示すプラズマプロセス装置１を使用
して、シリコン基板等の半導体ウエハの表面にＴｉ層及
びＴｉＮ層を形成するプロセスを、図２を参照して、以
下説明する。
して、シリコン基板等の半導体ウエハの表面にＴｉ層及
びＴｉＮ層を形成するプロセスを、図２を参照して、以
下説明する。
【００１９】予め拡散層１０２が形成された半導体ウエ
ハ１００上には、ＳｉＯ2等から成る層間絶縁層１０４
が形成され、この層間絶縁層１０４にはリソグラフィー
とドライエッチング技術を用いて開口部１０６が設けら
れている。この工程は、通常の各種の方法を適宜用いる
ことができる。これにより図２の（Ａ）に示す構造を得
る。
ハ１００上には、ＳｉＯ2等から成る層間絶縁層１０４
が形成され、この層間絶縁層１０４にはリソグラフィー
とドライエッチング技術を用いて開口部１０６が設けら
れている。この工程は、通常の各種の方法を適宜用いる
ことができる。これにより図２の（Ａ）に示す構造を得
る。
【００２０】次に図１に示すプラズマプロセス装置１に
て、成膜チャンバ１０に、第１のガス導入口４０からＴ
ｉＣｌ4を供給し、又、第２のガス導入口４２からＨ2を
供給して、先ず、厚さ３０ｎｍのＴｉ層１２０を層間絶
縁層１０４の表面及び開口部１０６に形成する。成膜の
条件は、 ガス ＴｉＣｌ4／Ａｒ／Ｈ2＝１０／５０／５
０ｓｃｃｍ 温度 約４００°Ｃ 圧力 ０．１３Ｐａ マイクロ波 ２．８ｋＷ とすることができる。
て、成膜チャンバ１０に、第１のガス導入口４０からＴ
ｉＣｌ4を供給し、又、第２のガス導入口４２からＨ2を
供給して、先ず、厚さ３０ｎｍのＴｉ層１２０を層間絶
縁層１０４の表面及び開口部１０６に形成する。成膜の
条件は、 ガス ＴｉＣｌ4／Ａｒ／Ｈ2＝１０／５０／５
０ｓｃｃｍ 温度 約４００°Ｃ 圧力 ０．１３Ｐａ マイクロ波 ２．８ｋＷ とすることができる。
【００２１】続いて、第１のガス導入口４０からＴｉＣ
ｌ4を、第２のガス導入口４２からＮ2ガス及びＨ2ガス
を成膜チャンバ１０に供給して、厚さ５０ｎｍのＴｉＮ
層１２２をＴｉ層１２０の上に形成する。これによって
密着層及びバリア層が完成する。ＴｉＮ層１２２の具体
的な形成条件は以下のとおりである。 温度 約６５０°Ｃ マイクロ波 ２．８ｋＷ 圧力 ０．１３Ｐａ ＲＦバイアス ３００Ｗ ガス ＴｉＣｌ4／Ｎ2／Ｈ2／Ａｒ＝１０／３
０／３０／５０ｓｃｃｍ尚、ガス流量比は適宜に設定す
ることができるが、一般的には、ＴｉＣｌ4１に対し
て、Ｎ2＋Ｈ2等は１〜２程度が好ましい。この時、ＲＦ
バイアスを印加するので、ＴｉＮ層１２２のカバレッジ
が向上し、更に緻密な膜となり、バリア性が向上する。
ｌ4を、第２のガス導入口４２からＮ2ガス及びＨ2ガス
を成膜チャンバ１０に供給して、厚さ５０ｎｍのＴｉＮ
層１２２をＴｉ層１２０の上に形成する。これによって
密着層及びバリア層が完成する。ＴｉＮ層１２２の具体
的な形成条件は以下のとおりである。 温度 約６５０°Ｃ マイクロ波 ２．８ｋＷ 圧力 ０．１３Ｐａ ＲＦバイアス ３００Ｗ ガス ＴｉＣｌ4／Ｎ2／Ｈ2／Ａｒ＝１０／３
０／３０／５０ｓｃｃｍ尚、ガス流量比は適宜に設定す
ることができるが、一般的には、ＴｉＣｌ4１に対し
て、Ｎ2＋Ｈ2等は１〜２程度が好ましい。この時、ＲＦ
バイアスを印加するので、ＴｉＮ層１２２のカバレッジ
が向上し、更に緻密な膜となり、バリア性が向上する。
【００２２】以上の工程において、ヒータ１４を制御す
ることによってサセプタ１２の温度を４００゜Ｃに保
ち、同時に加熱装置５０を制御することによって成膜チ
ャンバ１０の側壁１０Ａの温度を同じく４００゜Ｃに保
持する。尚、加熱装置５０によって、成膜チャンバ１０
の側壁１０Ａの温度を良好なＴｉＮ層を形成し得る温
度、例えば４００゜Ｃ〜７００゜Ｃとする必要がある。
ここで、良好なＴｉＮ層とは、ＴｉＮが粗な膜あるいは
粉状ではないことを意味する。
ることによってサセプタ１２の温度を４００゜Ｃに保
ち、同時に加熱装置５０を制御することによって成膜チ
ャンバ１０の側壁１０Ａの温度を同じく４００゜Ｃに保
持する。尚、加熱装置５０によって、成膜チャンバ１０
の側壁１０Ａの温度を良好なＴｉＮ層を形成し得る温
度、例えば４００゜Ｃ〜７００゜Ｃとする必要がある。
ここで、良好なＴｉＮ層とは、ＴｉＮが粗な膜あるいは
粉状ではないことを意味する。
【００２３】ＴｉＮ層１２２は低圧で形成されるため、
ＴｉＮ層１２２は開口部１０６の底部にも厚く形成さ
れ、図２の（Ｂ）に示す構造が得られる。また、Ｃｌは
揮発性の高い化合物であるＨＣｌという形態でガス排出
部１６から排気され、成膜されたＴｉ層１８及びＴｉＮ
層中のＣｌ含有量は少なくなり、膜質が向上する。真空
を破らずにＴｉ層１２０及びＴｉＮ層１２２を連続して
形成することができるので、各層の品質も安定し、スル
ープットも向上する。
ＴｉＮ層１２２は開口部１０６の底部にも厚く形成さ
れ、図２の（Ｂ）に示す構造が得られる。また、Ｃｌは
揮発性の高い化合物であるＨＣｌという形態でガス排出
部１６から排気され、成膜されたＴｉ層１８及びＴｉＮ
層中のＣｌ含有量は少なくなり、膜質が向上する。真空
を破らずにＴｉ層１２０及びＴｉＮ層１２２を連続して
形成することができるので、各層の品質も安定し、スル
ープットも向上する。
【００２４】次にタングステン層１１０を形成する。形
成条件は、第１ステップとして、 ＷＦ6／ＳｉＨ4＝２５／１０ｓｃｃｍ 圧力 １．０６×１０4Ｐａ 温度 ４７５°Ｃ とし、第２ステップとして、 ＷＦ6／Ｈ2 ＝６０／３６０ｓｃｃｍ 圧力 １．０６×１０4Ｐａ 温度 ４７５°Ｃ とすることができる。
成条件は、第１ステップとして、 ＷＦ6／ＳｉＨ4＝２５／１０ｓｃｃｍ 圧力 １．０６×１０4Ｐａ 温度 ４７５°Ｃ とし、第２ステップとして、 ＷＦ6／Ｈ2 ＝６０／３６０ｓｃｃｍ 圧力 １．０６×１０4Ｐａ 温度 ４７５°Ｃ とすることができる。
【００２５】これにより、カバレッジの良いタングステ
ン層１１０が形成され、図２の（Ｃ）に示す構造が得ら
れる。この際、Ｔｉ／ＴｉＮ層にはオーバーハングがな
くカバレッジも良いので、開口部１０６内においてタン
グステンにボイドは発生しない。また、開口部１０６に
おいて、このＴｉ／ＴｉＮ層は良好なバリア性を備えた
膜として機能する。
ン層１１０が形成され、図２の（Ｃ）に示す構造が得ら
れる。この際、Ｔｉ／ＴｉＮ層にはオーバーハングがな
くカバレッジも良いので、開口部１０６内においてタン
グステンにボイドは発生しない。また、開口部１０６に
おいて、このＴｉ／ＴｉＮ層は良好なバリア性を備えた
膜として機能する。
【００２６】従来の装置においては、半導体ウエハの処
理枚数が増すに従い、成膜チャンバの内壁に付着したＴ
ｉＮが剥離してパーティクルとなり、ウエハ上に付着す
る。この結果、半導体装置の製造歩留まりが著しく低減
する。これに対して、本発明の装置では、半導体ウエハ
の処理枚数が３００枚までになっても、パーティクルの
発生は認められなかった。
理枚数が増すに従い、成膜チャンバの内壁に付着したＴ
ｉＮが剥離してパーティクルとなり、ウエハ上に付着す
る。この結果、半導体装置の製造歩留まりが著しく低減
する。これに対して、本発明の装置では、半導体ウエハ
の処理枚数が３００枚までになっても、パーティクルの
発生は認められなかった。
【００２７】（実施例２）図３に示す本発明の実施例２
におけるプラズマプロセス装置では、ゲートバルブを介
して２つの成膜チャンバが接続されている。尚、図１及
び図３において、同一参照番号は同一の要素を示す。
におけるプラズマプロセス装置では、ゲートバルブを介
して２つの成膜チャンバが接続されている。尚、図１及
び図３において、同一参照番号は同一の要素を示す。
【００２８】図３に示すＥＣＲプラズマプロセス装置か
ら成る本発明のプラズマプロセス装置２００は、Ｔｉ層
を形成するための第１の成膜チャンバ２１０、及びＴｉ
系の酸窒化物や窒化物（例えば、ＴｉＯＮ層やＴｉＮ
層）を成膜するための第２の成膜チャンバ２２０から成
る。第１の成膜チャンバ２１０には、ＴｉＣｌ4供給部
からマスフローコントローラ及び第１のガス導入部４０
を通してＴｉＣｌ4ガスが供給される。また、第２の成
膜チャンバ２２０には、ＴｉＣｌ4供給部からマスフロ
ーコントローラ及び第１のガス導入部４０Ａを通してＴ
ｉＣｌ4ガスが供給され、Ｎ2Ｏガス及びＯ2ガスが、同
様にマスフローコントローラ及び第２のガス導入部４２
を通して供給される。第１の成膜チャンバ２１０と第２
の成膜チャンバ２２０とはゲートバルブ２３０を介して
接続されている。
ら成る本発明のプラズマプロセス装置２００は、Ｔｉ層
を形成するための第１の成膜チャンバ２１０、及びＴｉ
系の酸窒化物や窒化物（例えば、ＴｉＯＮ層やＴｉＮ
層）を成膜するための第２の成膜チャンバ２２０から成
る。第１の成膜チャンバ２１０には、ＴｉＣｌ4供給部
からマスフローコントローラ及び第１のガス導入部４０
を通してＴｉＣｌ4ガスが供給される。また、第２の成
膜チャンバ２２０には、ＴｉＣｌ4供給部からマスフロ
ーコントローラ及び第１のガス導入部４０Ａを通してＴ
ｉＣｌ4ガスが供給され、Ｎ2Ｏガス及びＯ2ガスが、同
様にマスフローコントローラ及び第２のガス導入部４２
を通して供給される。第１の成膜チャンバ２１０と第２
の成膜チャンバ２２０とはゲートバルブ２３０を介して
接続されている。
【００２９】本発明の特徴である加熱装置５０，５０Ａ
は、成膜チャンバ２１０，２２０の側壁２１０Ａ，２２
０Ａに埋め込まれたヒータから成る。この加熱装置５
０，５０Ａによって第１及び第２の成膜チャンバ２１
０，２２０を加熱することができる。加熱装置５０，５
０Ａは、半導体ウエハを加熱するためのサセプタ１２，
１２Ａに埋め込まれたヒータ１４，１４Ａと同じ温度制
御手段（図示せず）により所定の温度に制御される。
は、成膜チャンバ２１０，２２０の側壁２１０Ａ，２２
０Ａに埋め込まれたヒータから成る。この加熱装置５
０，５０Ａによって第１及び第２の成膜チャンバ２１
０，２２０を加熱することができる。加熱装置５０，５
０Ａは、半導体ウエハを加熱するためのサセプタ１２，
１２Ａに埋め込まれたヒータ１４，１４Ａと同じ温度制
御手段（図示せず）により所定の温度に制御される。
【００３０】図３に示すプラズマプロセス装置２００を
使用して、シリコン基板等の半導体ウエハの表面にＴｉ
層、及びＴｉＯＮ層並びにＴｉＮ層を形成するプロセス
を、以下説明する。
使用して、シリコン基板等の半導体ウエハの表面にＴｉ
層、及びＴｉＯＮ層並びにＴｉＮ層を形成するプロセス
を、以下説明する。
【００３１】実施例１と同様に、図２の（Ａ）に示す構
造を予め形成する。次に、第１の成膜チャンバ２１０で
厚さ３０ｎｍのＴｉ層を実施例１と同様の条件で形成す
る。即ち、Ｔｉ層の成膜条件として、 ガス ＴｉＣｌ4／Ａｒ／Ｈ2＝１０／５０／５０
ｓｃｃｍ 温度 約４００°Ｃ 圧力 ０．１３Ｐａ マイクロ波 ２．８ｋＷ とすることができる。
造を予め形成する。次に、第１の成膜チャンバ２１０で
厚さ３０ｎｍのＴｉ層を実施例１と同様の条件で形成す
る。即ち、Ｔｉ層の成膜条件として、 ガス ＴｉＣｌ4／Ａｒ／Ｈ2＝１０／５０／５０
ｓｃｃｍ 温度 約４００°Ｃ 圧力 ０．１３Ｐａ マイクロ波 ２．８ｋＷ とすることができる。
【００３２】Ｔｉ層の形成後、ゲートバルブ２３０を介
して搬送手段（図３には図示せず）によって、半導体ウ
エハ１００を第２の成膜チャンバ２２０に搬入し、Ｔｉ
ＯＮ層並びにＴｉＮ層を形成する。ＴｉＯＮ層の具体的
な形成条件は以下のとおりとした。 温度 約６５０°Ｃ マイクロ波 ２．８ｋＷ 圧力 ０．１３Ｐａ ＲＦバイアス ３００Ｗ ガス ＴｉＣｌ4／Ｎ2／Ｏ2／Ａｒ＝１０／４
０／２０／５０ｓｃｃｍ また、ＴｉＮ層の具体的な形成条件は次のようにした。 温度 約６５０°Ｃ マイクロ波 ２．８ｋＷ 圧力 ０．１３Ｐａ ＲＦバイアス ３００Ｗ ガス ＴｉＣｌ4／Ｎ2／Ｈ2／Ａｒ＝１０／３
０／３０／５０ｓｃｃｍ
して搬送手段（図３には図示せず）によって、半導体ウ
エハ１００を第２の成膜チャンバ２２０に搬入し、Ｔｉ
ＯＮ層並びにＴｉＮ層を形成する。ＴｉＯＮ層の具体的
な形成条件は以下のとおりとした。 温度 約６５０°Ｃ マイクロ波 ２．８ｋＷ 圧力 ０．１３Ｐａ ＲＦバイアス ３００Ｗ ガス ＴｉＣｌ4／Ｎ2／Ｏ2／Ａｒ＝１０／４
０／２０／５０ｓｃｃｍ また、ＴｉＮ層の具体的な形成条件は次のようにした。 温度 約６５０°Ｃ マイクロ波 ２．８ｋＷ 圧力 ０．１３Ｐａ ＲＦバイアス ３００Ｗ ガス ＴｉＣｌ4／Ｎ2／Ｈ2／Ａｒ＝１０／３
０／３０／５０ｓｃｃｍ
【００３３】次にタングステン層をＴｉＮ層の上に形成
する。形成条件は、実施例１と同様であり、詳細は省略
する。尚、タングステン層を、以下の条件のみで形成す
ることもできる。 ＷＦ6／Ｈ2 ＝６０／３６０ｓｃｃｍ 圧力 １．０６×１０4Ｐａ 温度 ４７５°Ｃ
する。形成条件は、実施例１と同様であり、詳細は省略
する。尚、タングステン層を、以下の条件のみで形成す
ることもできる。 ＷＦ6／Ｈ2 ＝６０／３６０ｓｃｃｍ 圧力 １．０６×１０4Ｐａ 温度 ４７５°Ｃ
【００３４】以上、本発明のプラズマプロセス装置を好
ましい実施例に基づき説明したが、本発明の装置はこれ
らの実施例に限定されるものではない。実施例において
説明した各工程における条件は、使用する装置等に依存
する。
ましい実施例に基づき説明したが、本発明の装置はこれ
らの実施例に限定されるものではない。実施例において
説明した各工程における条件は、使用する装置等に依存
する。
【００３５】実施例においては、本発明のプラズマプロ
セス装置としてＥＣＲ−ＣＶＤ装置を例にとり説明した
が、ＥＣＲプラズマエッチング装置に適用することもで
きる。また、本発明の装置は、ブランケットタングステ
ンプラグ形成法にて使用できるほか、高温アルミニウム
スパッタによるＡｌリフィル法等にも適用できる。ま
た、ＴｉＮ層、ＴｉＯＮ層及びＴｉＮ層の形成を例にと
り説明したが、ＴｉＢ2の形成にも適用できる。
セス装置としてＥＣＲ−ＣＶＤ装置を例にとり説明した
が、ＥＣＲプラズマエッチング装置に適用することもで
きる。また、本発明の装置は、ブランケットタングステ
ンプラグ形成法にて使用できるほか、高温アルミニウム
スパッタによるＡｌリフィル法等にも適用できる。ま
た、ＴｉＮ層、ＴｉＯＮ層及びＴｉＮ層の形成を例にと
り説明したが、ＴｉＢ2の形成にも適用できる。
【００３６】成膜チャンバを加熱する加熱装置と、サセ
プタに埋め込まれたヒータの温度制御を独立して行うこ
とができる。加熱装置は、成膜チャンバの側壁だけでな
く、成膜チャンバの頂壁あるいは底部に埋め込んでもよ
い。また、加熱装置を成膜チャンバの壁に埋め込むので
はなく、成膜チャンバの外側に配列したランプを使用す
ることもできる。加熱装置として、ヒータ以外にもラン
プや温媒還流を使用することができる。
プタに埋め込まれたヒータの温度制御を独立して行うこ
とができる。加熱装置は、成膜チャンバの側壁だけでな
く、成膜チャンバの頂壁あるいは底部に埋め込んでもよ
い。また、加熱装置を成膜チャンバの壁に埋め込むので
はなく、成膜チャンバの外側に配列したランプを使用す
ることもできる。加熱装置として、ヒータ以外にもラン
プや温媒還流を使用することができる。
【００３７】
【効果】以上述べたように、本発明のプラズマプロセス
装置によれば、例えばＴｉ層とＴｉＮ層を形成する成膜
チャンバをＴｉＮがパーティクルにならない温度に加熱
しているため、半導体ウエハの処理枚数が増えてもパー
ティクルの発生が抑えられる。従って、装置のメンテナ
ンス頻度が少なくて済み、スループットも向上する。更
には、信頼性の高い電子デバイスを高い歩留まりで生産
性良く製造することができる。
装置によれば、例えばＴｉ層とＴｉＮ層を形成する成膜
チャンバをＴｉＮがパーティクルにならない温度に加熱
しているため、半導体ウエハの処理枚数が増えてもパー
ティクルの発生が抑えられる。従って、装置のメンテナ
ンス頻度が少なくて済み、スループットも向上する。更
には、信頼性の高い電子デバイスを高い歩留まりで生産
性良く製造することができる。
【図１】本発明のプラズマプロセス装置の第１の実施例
の構成を示す一部断面図である。
の構成を示す一部断面図である。
【図２】本発明のプラズマプロセス装置を使用した、ブ
ランケットタングステンＣＶＤ法による半導体装置の製
造工程の一部を示す半導体素子の模式的な断面図であ
る。
ランケットタングステンＣＶＤ法による半導体装置の製
造工程の一部を示す半導体素子の模式的な断面図であ
る。
【図３】本発明のプラズマプロセス装置の第２の実施例
の構成を示す一部断面図である。
の構成を示す一部断面図である。
【図４】従来のＥＣＲプラズマプロセス装置を使用し
た、ブランケットタングステンＣＶＤ法による半導体装
置の製造工程における問題点を示す半導体素子の模式的
な断面図である。
た、ブランケットタングステンＣＶＤ法による半導体装
置の製造工程における問題点を示す半導体素子の模式的
な断面図である。
１，２００ プラズマプロセス装置 １０，２１０，２２０ 成膜チャンバ １０Ａ，２１０Ａ，２２０Ａ 成膜チャンバの側壁 ２０ プラズマチャンバ １２ サセプタ １４，１４Ａ 半導体ウエハを加熱するためのヒータ １６ ガス排気部 ２２ マイクロ波導入窓 ２４ 磁石コイル ２６ レクタンギュラーウエイブガイド ２８ ＲＦ電源 ３０ Ａｒガス導入口 ３２ プラズマ流 ３４ ＲＦバイアス印加装置 ４０，４０Ａ，４２ ガス導入部 ５０，５０Ａ 加熱装置 ２３０ ゲートバルブ １００ 半導体ウエハ １０２ 拡散層 １０４ 層間絶縁層 １０６ 開口部 １０８ 密着層 １１０ タングステン層 １２０ Ｔｉ層 １２２ ＴｉＮ層
Claims (2)
- 【請求項１】プラズマを用いて半導体ウエハを処理す
る、成膜チャンバを備えたプラズマプロセス装置であっ
て、成膜チャンバを加熱可能な加熱装置を具備して成る
ことを特徴とするプラズマプロセス装置 - 【請求項２】前記成膜チャンバは、Ｔｉ／ＴｉＮ層又は
Ｔｉ／ＴｉＯＮ／ＴｉＮ層を成膜するチャンバであるこ
とを特徴とする請求項１に記載のプラズマプロセス装
置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35399891A JP3221025B2 (ja) | 1991-12-19 | 1991-12-19 | プラズマプロセス装置 |
| US07/992,978 US5326404A (en) | 1991-12-19 | 1992-12-18 | Plasma processing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35399891A JP3221025B2 (ja) | 1991-12-19 | 1991-12-19 | プラズマプロセス装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05166731A true JPH05166731A (ja) | 1993-07-02 |
| JP3221025B2 JP3221025B2 (ja) | 2001-10-22 |
Family
ID=18434628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35399891A Expired - Lifetime JP3221025B2 (ja) | 1991-12-19 | 1991-12-19 | プラズマプロセス装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5326404A (ja) |
| JP (1) | JP3221025B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000076981A (ko) * | 1999-03-29 | 2000-12-26 | 가네꼬 히사시 | 파티클의 발생을 저감할 수 있는 티타늄막의 질화방법 및배선불량이 없는 반도체장치 |
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| US6238588B1 (en) | 1991-06-27 | 2001-05-29 | Applied Materials, Inc. | High pressure high non-reactive diluent gas content high plasma ion density plasma oxide etch process |
| US6077384A (en) * | 1994-08-11 | 2000-06-20 | Applied Materials, Inc. | Plasma reactor having an inductive antenna coupling power through a parallel plate electrode |
| US6074512A (en) * | 1991-06-27 | 2000-06-13 | Applied Materials, Inc. | Inductively coupled RF plasma reactor having an overhead solenoidal antenna and modular confinement magnet liners |
| US6090303A (en) * | 1991-06-27 | 2000-07-18 | Applied Materials, Inc. | Process for etching oxides in an electromagnetically coupled planar plasma apparatus |
| US6514376B1 (en) | 1991-06-27 | 2003-02-04 | Applied Materials Inc. | Thermal control apparatus for inductively coupled RF plasma reactor having an overhead solenoidal antenna |
| US6165311A (en) * | 1991-06-27 | 2000-12-26 | Applied Materials, Inc. | Inductively coupled RF plasma reactor having an overhead solenoidal antenna |
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- 1992-12-18 US US07/992,978 patent/US5326404A/en not_active Expired - Lifetime
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