JPH0677216A - 蒸着薄膜の障壁特性を高めるプラズマアニーリング法 - Google Patents
蒸着薄膜の障壁特性を高めるプラズマアニーリング法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 基板上の窒化チタンなどの真空蒸着材の薄膜
の特性を、膜を真空の環境から取り出すことなく、薄膜
のプラズマあるいは熱アニーリングにより高めること。 【構成】 アニーリング段階は、基板が真空の環境にあ
る状態で、チャンバーの間を転送され得ることを条件と
して、スパッタ蒸着として同一真空チャンバー内か、あ
るいは、異なる真空チャンバー内で行われる。
の特性を、膜を真空の環境から取り出すことなく、薄膜
のプラズマあるいは熱アニーリングにより高めること。 【構成】 アニーリング段階は、基板が真空の環境にあ
る状態で、チャンバーの間を転送され得ることを条件と
して、スパッタ蒸着として同一真空チャンバー内か、あ
るいは、異なる真空チャンバー内で行われる。
Description
【０００１】本出願は、米国特許No. ０７／５９0,２５
４、１９９０年９月２８日出願の一部継続出願である。
４、１９９０年９月２８日出願の一部継続出願である。
【０００２】
【産業上の利用分野】本発明は、基板上の素子形成に使
用されるプラズマあるいは熱アニーリング処理を意図し
ており、窒化チタンなどの薄膜の改良された障壁特性を
達成する。
用されるプラズマあるいは熱アニーリング処理を意図し
ており、窒化チタンなどの薄膜の改良された障壁特性を
達成する。
【０００３】
【従来の技術】窒化チタンなどより成る薄膜の基板に蒸
着する前に、蒸着された薄膜を空気に露出し、次に、蒸
着された薄膜をアニーリングすることは、実際に行われ
ていた。アニーリングは、炉内で窒素あるいはフォーミ
ングガスの雰囲気により、蒸着された薄膜より成る基板
を加熱することにより行われた。
着する前に、蒸着された薄膜を空気に露出し、次に、蒸
着された薄膜をアニーリングすることは、実際に行われ
ていた。アニーリングは、炉内で窒素あるいはフォーミ
ングガスの雰囲気により、蒸着された薄膜より成る基板
を加熱することにより行われた。
【０００４】炉内の空気露出あるいはアニーリングは、
窒素と酸素が蒸着された薄膜と反応するように行われ
た。空気露出あるいはアニーリングの一つの成果は、蒸
着された薄膜と次に蒸着された層との間の障壁特性を改
善することである。例えば、アルミニウムが窒化チタン
の薄膜上に蒸着されると、窒化チタン膜の空気露出とア
ニーリングが窒化チタン膜に拡散するアルミニウムの量
を減少することが示された。さらに、空気露出あるいは
アニーリングは、また、引続いて蒸着されるアルミニウ
ム層へ拡散する自由チタン量を減少する。このような拡
散の低減により、素子の信頼性が改善される。
窒素と酸素が蒸着された薄膜と反応するように行われ
た。空気露出あるいはアニーリングの一つの成果は、蒸
着された薄膜と次に蒸着された層との間の障壁特性を改
善することである。例えば、アルミニウムが窒化チタン
の薄膜上に蒸着されると、窒化チタン膜の空気露出とア
ニーリングが窒化チタン膜に拡散するアルミニウムの量
を減少することが示された。さらに、空気露出あるいは
アニーリングは、また、引続いて蒸着されるアルミニウ
ム層へ拡散する自由チタン量を減少する。このような拡
散の低減により、素子の信頼性が改善される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術の方法
の一つの欠点は、蒸着された薄膜を空気に露出するため
に、基板を真空蒸着室から取り出すに必要な時間であ
る。その上、障壁特性を空気露出により高めることは、
特に、時間の消費と制御困難なプロセスである。
の一つの欠点は、蒸着された薄膜を空気に露出するため
に、基板を真空蒸着室から取り出すに必要な時間であ
る。その上、障壁特性を空気露出により高めることは、
特に、時間の消費と制御困難なプロセスである。
【０００６】
【課題を解決する手段】本発明の好適な実施例により、
一つの方法が、基板上に蒸着された薄膜の特性を高める
ために提示されている。最初に、薄膜の層が、スパッタ
リングによるように、基板上に蒸着される。次に、基板
を真空環境から取り出すことなく、薄膜の蒸着層がアニ
ーリングされる。アニーリングは、プラズマアニーリン
グあるいは熱アニーリングである。蒸着とアニーリング
は、同じ室内で行われるか、あるいは、基板が、真空環
境に残った状態で、チャンバーの間を転送することがで
きるという条件で、異なるチャンバー内で行われる。
一つの方法が、基板上に蒸着された薄膜の特性を高める
ために提示されている。最初に、薄膜の層が、スパッタ
リングによるように、基板上に蒸着される。次に、基板
を真空環境から取り出すことなく、薄膜の蒸着層がアニ
ーリングされる。アニーリングは、プラズマアニーリン
グあるいは熱アニーリングである。蒸着とアニーリング
は、同じ室内で行われるか、あるいは、基板が、真空環
境に残った状態で、チャンバーの間を転送することがで
きるという条件で、異なるチャンバー内で行われる。
【０００７】
【実施例】本発明の方法は、各種の薄膜材に使用され
る。例えば、窒化チタンの蒸着された薄膜の障壁特性
は、蒸着された薄膜を一酸化窒素（N2O ）あるいは酸素
（Ｏ2）によるプラズマアニーリングにより高められ
る。チタンタングステンの蒸着された薄膜の障壁特性
は、蒸着された薄膜を窒素あるいはアンモニアによるプ
ラズマアニーリングにより強化される。窒化タンタルの
蒸着された薄膜の障壁特性は、蒸着された薄膜を一酸化
窒素あるいは酸素によるプラズマアニーリングにより強
化される。薄膜は、スパッタリングあるいは他の既知の
蒸着工程などの蒸着法により蒸着することができる。
る。例えば、窒化チタンの蒸着された薄膜の障壁特性
は、蒸着された薄膜を一酸化窒素（N2O ）あるいは酸素
（Ｏ2）によるプラズマアニーリングにより高められ
る。チタンタングステンの蒸着された薄膜の障壁特性
は、蒸着された薄膜を窒素あるいはアンモニアによるプ
ラズマアニーリングにより強化される。窒化タンタルの
蒸着された薄膜の障壁特性は、蒸着された薄膜を一酸化
窒素あるいは酸素によるプラズマアニーリングにより強
化される。薄膜は、スパッタリングあるいは他の既知の
蒸着工程などの蒸着法により蒸着することができる。
【０００８】障壁特性を高めるほかに、本発明は、蒸着
された薄膜のほかの特性を強化するために使用される。
例えば、アルミニウムの薄膜は、結晶粒成長とヒルロッ
ク形成を防止し、エレクトロマイグレーション抵抗（el
ectromigration resistance)を高めるために、フッ素あ
るいは３フッ化窒素（NF3)内でプラズマアニーリングさ
れる。
された薄膜のほかの特性を強化するために使用される。
例えば、アルミニウムの薄膜は、結晶粒成長とヒルロッ
ク形成を防止し、エレクトロマイグレーション抵抗（el
ectromigration resistance)を高めるために、フッ素あ
るいは３フッ化窒素（NF3)内でプラズマアニーリングさ
れる。
【０００９】本発明は、従来技術の方法より多くの利点
を有する。例えば、本方法は、蒸着が行われる真空室か
ら基板を取り出すことなく、行われる。また、プラズマ
アニーリングが行われる場合、蒸着された薄膜材は、イ
オン、中性粒子（neutrals)、励起されたガス分子によ
り衝撃を受ける。この種の衝撃は、ガス分子と蒸着され
た薄膜との間の反応速度を増大する。さらに、プラズマ
アニーリング工程は、ガス分子の衝撃エネルギーが、作
動電力とプラズマアニーリング室内の雰囲気圧力により
変化するので、容易に制御することができる。最後に、
本方法は、過度に時間をかけずに、実施することができ
る。
を有する。例えば、本方法は、蒸着が行われる真空室か
ら基板を取り出すことなく、行われる。また、プラズマ
アニーリングが行われる場合、蒸着された薄膜材は、イ
オン、中性粒子（neutrals)、励起されたガス分子によ
り衝撃を受ける。この種の衝撃は、ガス分子と蒸着され
た薄膜との間の反応速度を増大する。さらに、プラズマ
アニーリング工程は、ガス分子の衝撃エネルギーが、作
動電力とプラズマアニーリング室内の雰囲気圧力により
変化するので、容易に制御することができる。最後に、
本方法は、過度に時間をかけずに、実施することができ
る。
【００１０】本発明は、図面を参照して、詳細に説明さ
れるであろう。本方法は、シリコン半導体ウェーハが使
用されているように示されているが、本技術に精通した
人には周知のように、他の基板を代りに使用することが
できる。また、本発明は、薄膜を蒸着するスパッタリン
グで示されているが、他の既知の真空法も使用できる。
れるであろう。本方法は、シリコン半導体ウェーハが使
用されているように示されているが、本技術に精通した
人には周知のように、他の基板を代りに使用することが
できる。また、本発明は、薄膜を蒸着するスパッタリン
グで示されているが、他の既知の真空法も使用できる。
【００１１】図１において、スパッタリング装置が示さ
れている。ウェーハ３０は、最初に、上部壁４２と側壁
４８とより成るスパッタリングチャンバー４０内に挿入
される。ウェーハ３０は、円筒形あるいはリング状のウ
ェーハ支持部材５０の上に置かれる。ウェーハ支持部材
５０には、ウェーハ３０の支持部を形成するに適切な直
径の拡張された上部フランジ５２が形成されている。ウ
ェーハ支持部材５０は、ピンあるいはブラケットによ
り、チャンバー４０の側壁に取り付けられている。
れている。ウェーハ３０は、最初に、上部壁４２と側壁
４８とより成るスパッタリングチャンバー４０内に挿入
される。ウェーハ３０は、円筒形あるいはリング状のウ
ェーハ支持部材５０の上に置かれる。ウェーハ支持部材
５０には、ウェーハ３０の支持部を形成するに適切な直
径の拡張された上部フランジ５２が形成されている。ウ
ェーハ支持部材５０は、ピンあるいはブラケットによ
り、チャンバー４０の側壁に取り付けられている。
【００１２】チャンバー４０は、さらに、アルゴンなど
のスパッタリングガス源（図示せず）へ接続したスパッ
タリングガス取入れ口４４を備えている。スパッタリン
グガスは、約３０ｍ3 ／秒から約３００ｍ3 ／秒の流量
でチャンバー４０へ流れ込む。チャンバー４０の排出口
４９は、出口４６を経て真空ポンプに接続し、スパッタ
リングチャンバー４０内の圧力を維持する。チャンバー
４０の上部壁４２には、チャンバー４０の接地された側
壁４８と絶縁体６２により絶縁されたアルミニウムのタ
ーゲットが取り付けられている。ターゲット６０は、電
源６６の（−）の端子へ電気的に接続している。電源６
６は、調節可能な（リセット可能な）電力レベルを備え
ている。
のスパッタリングガス源（図示せず）へ接続したスパッ
タリングガス取入れ口４４を備えている。スパッタリン
グガスは、約３０ｍ3 ／秒から約３００ｍ3 ／秒の流量
でチャンバー４０へ流れ込む。チャンバー４０の排出口
４９は、出口４６を経て真空ポンプに接続し、スパッタ
リングチャンバー４０内の圧力を維持する。チャンバー
４０の上部壁４２には、チャンバー４０の接地された側
壁４８と絶縁体６２により絶縁されたアルミニウムのタ
ーゲットが取り付けられている。ターゲット６０は、電
源６６の（−）の端子へ電気的に接続している。電源６
６は、調節可能な（リセット可能な）電力レベルを備え
ている。
【００１３】円筒状のシールド部材７０が、ターゲット
６０を囲んで、チャンバー４０の上部壁４２へ取り付け
られている。円筒状シールド部材７０には、下部フラン
ジあるいは肩部７２と、上方に伸長した内側リップ部７
４とがあり、内側リップ部７４は、固定リング８０を支
持し、ウェーハ３０がスパッタリング位置へ押し上げら
れたときに、ウェーハ３０の上表面の縁を係止して、ウ
ェーハ３０を円形のウェーハ支持プラットフォーム１０
０へ密封する。
６０を囲んで、チャンバー４０の上部壁４２へ取り付け
られている。円筒状シールド部材７０には、下部フラン
ジあるいは肩部７２と、上方に伸長した内側リップ部７
４とがあり、内側リップ部７４は、固定リング８０を支
持し、ウェーハ３０がスパッタリング位置へ押し上げら
れたときに、ウェーハ３０の上表面の縁を係止して、ウ
ェーハ３０を円形のウェーハ支持プラットフォーム１０
０へ密封する。
【００１４】ウェーハ支持プラットフォーム１００は、
ウェーハ３０をウェーハ支持部５０から、ターゲット６
０の下方でシールド部材７０内の定位置に押し上げて、
ウェーハ３０にアルミニウム層などのスパッタリング蒸
着を行う。また、ウェーハ支持プラットフォーム１００
は、ウェーハ３０に対し、加熱装置、加熱安定装置、及
び電気的バイアス装置として働く。
ウェーハ３０をウェーハ支持部５０から、ターゲット６
０の下方でシールド部材７０内の定位置に押し上げて、
ウェーハ３０にアルミニウム層などのスパッタリング蒸
着を行う。また、ウェーハ支持プラットフォーム１００
は、ウェーハ３０に対し、加熱装置、加熱安定装置、及
び電気的バイアス装置として働く。
【００１５】プラットフォーム１００は、最初に、ウェ
ーハ３０を円筒状支持部５０から、中空軸あるいは棒１
１４を経てプラットフォーム１００へ接続した油圧シリ
ンダなどより成る押上げ装置１１０によって、持ち上げ
る位置へ押し上げられる。プラットフォーム１００は、
また、中空軸１１４を経て加熱電源１２４へ電気的に接
続した電気抵抗ヒータより成る加熱装置１２０を有す
る。加熱装置１２０は、スパッタリング蒸着工程が始ま
るときに、ウェーハ３０を最初に加熱するために作動す
る。さらに、プラットフォーム１００は、プラットフォ
ーム１００の温度を一層安定させるために水冷コイル
（図示せず）などの冷却装置を備えている。
ーハ３０を円筒状支持部５０から、中空軸あるいは棒１
１４を経てプラットフォーム１００へ接続した油圧シリ
ンダなどより成る押上げ装置１１０によって、持ち上げ
る位置へ押し上げられる。プラットフォーム１００は、
また、中空軸１１４を経て加熱電源１２４へ電気的に接
続した電気抵抗ヒータより成る加熱装置１２０を有す
る。加熱装置１２０は、スパッタリング蒸着工程が始ま
るときに、ウェーハ３０を最初に加熱するために作動す
る。さらに、プラットフォーム１００は、プラットフォ
ーム１００の温度を一層安定させるために水冷コイル
（図示せず）などの冷却装置を備えている。
【００１６】ウェーハ３０の温度をスパッタリング工程
の一部で安定させるために、プラットフォーム１００に
は、さらに、プラットフォーム１００の凸状上表面１０
２の縁に隣接した冠状部１０４がある。冠状部１０４
は、固定リング８０と一体となって、ウェーハ３０の背
面の縁をプラットフォーム１００の上表面１０２へ密閉
し、これによって、ウェーハ３０の背面とプラットフォ
ーム１００の上表面１０２との間に、約１〜２ミクロン
の厚さを有する密閉された室をその間に形成し、その室
のなかへ、アルゴンなどの熱伝導性ガスが、この工程の
一部において、プラットフォーム１００の上表面１０２
の開口１０６を経て導入される。
の一部で安定させるために、プラットフォーム１００に
は、さらに、プラットフォーム１００の凸状上表面１０
２の縁に隣接した冠状部１０４がある。冠状部１０４
は、固定リング８０と一体となって、ウェーハ３０の背
面の縁をプラットフォーム１００の上表面１０２へ密閉
し、これによって、ウェーハ３０の背面とプラットフォ
ーム１００の上表面１０２との間に、約１〜２ミクロン
の厚さを有する密閉された室をその間に形成し、その室
のなかへ、アルゴンなどの熱伝導性ガスが、この工程の
一部において、プラットフォーム１００の上表面１０２
の開口１０６を経て導入される。
【００１７】ガス源１０８から中空軸１１４を経て送ら
れる熱伝導性ガスは、ウェーハ３０をプラットフォーム
１００へ熱的に接続するために働く。過度の熱が、スパ
ッタリング工程中にウェーハ３０に形成されると、この
熱は、ガスによって、ウェーハ３０からプラットフォー
ム１００へ伝導される。プラットフォーム１００はウェ
ーハ３０より非常に大きい質量を有しており、従って、
熱が発生すると余分の熱を吸収する大きい熱吸収体とし
て働く。
れる熱伝導性ガスは、ウェーハ３０をプラットフォーム
１００へ熱的に接続するために働く。過度の熱が、スパ
ッタリング工程中にウェーハ３０に形成されると、この
熱は、ガスによって、ウェーハ３０からプラットフォー
ム１００へ伝導される。プラットフォーム１００はウェ
ーハ３０より非常に大きい質量を有しており、従って、
熱が発生すると余分の熱を吸収する大きい熱吸収体とし
て働く。
【００１８】ウェーハ３０は、接地されたチャンバー４
０に関して、プラットフォーム１００と固定リング８０
とを経て、バイアスしている電源３０から電気的にバイ
アスしている。このバイアスは、ウェーハ３０に印加さ
れるＤＣあるいはＡＣのバイアスである。薄膜がウェー
ハ上に蒸着された後、蒸着された薄膜のプラズマあるい
は熱アニーリングが、蒸着された薄膜の上部の境界特性
を強化するために使用される。例えば、アルミニウム膜
が蒸着された窒化チタン（TiN)の薄膜は、その膜内への
相互拡散を低減するために、プラズマあるいは熱アニー
リングされる。
０に関して、プラットフォーム１００と固定リング８０
とを経て、バイアスしている電源３０から電気的にバイ
アスしている。このバイアスは、ウェーハ３０に印加さ
れるＤＣあるいはＡＣのバイアスである。薄膜がウェー
ハ上に蒸着された後、蒸着された薄膜のプラズマあるい
は熱アニーリングが、蒸着された薄膜の上部の境界特性
を強化するために使用される。例えば、アルミニウム膜
が蒸着された窒化チタン（TiN)の薄膜は、その膜内への
相互拡散を低減するために、プラズマあるいは熱アニー
リングされる。
【００１９】プラズマあるいは熱アニーリングはチャン
バー４０内で行われるか、あるいは、プラズマアニーリ
ングは、分離されたチャンバーで行われる。図２は、プ
ラズマあるいは熱アニーリングを行うために構成された
チャンバー４０の構成図を示す。ウェーハ３０は、チャ
ンバー４０内のヒータ１３４の上に置かれる。ヒータ１
３４は、熱アニーリングを行うために、ウェーハ３０を
約３００℃から５００℃の間の温度へ加熱することがで
きる。
バー４０内で行われるか、あるいは、プラズマアニーリ
ングは、分離されたチャンバーで行われる。図２は、プ
ラズマあるいは熱アニーリングを行うために構成された
チャンバー４０の構成図を示す。ウェーハ３０は、チャ
ンバー４０内のヒータ１３４の上に置かれる。ヒータ１
３４は、熱アニーリングを行うために、ウェーハ３０を
約３００℃から５００℃の間の温度へ加熱することがで
きる。
【００２０】プラズマアニーリングの場合、無線周波数
電源１２は、電力を供給する。整合回路網８１は、効率
的電力伝送のために、インピーダンスを整合する。ＤＣ
バイアスが入力８２へ付加される。プラズマアニーリン
グ段階を通して、チャンバー１４０内の圧力は、約５ミ
リトルである。ＤＣウェーハバイアス回路は、２００Ｖ
のＤＣバイアス電圧を入力８２に付加する。無線周波数
ウェーハ電源１２は、５５０Ｗ、６０ＭＨz の信号を送
る。プラズマは約１分間発生する。しかし、処理時間と
ほかの変数は、特定の障壁膜の最適な強化を得るため
に、変化する。
電源１２は、電力を供給する。整合回路網８１は、効率
的電力伝送のために、インピーダンスを整合する。ＤＣ
バイアスが入力８２へ付加される。プラズマアニーリン
グ段階を通して、チャンバー１４０内の圧力は、約５ミ
リトルである。ＤＣウェーハバイアス回路は、２００Ｖ
のＤＣバイアス電圧を入力８２に付加する。無線周波数
ウェーハ電源１２は、５５０Ｗ、６０ＭＨz の信号を送
る。プラズマは約１分間発生する。しかし、処理時間と
ほかの変数は、特定の障壁膜の最適な強化を得るため
に、変化する。
【００２１】本発明の方法は、窒化チタン膜の強化に限
定されるものではない。異なるプラズマアニーリング・
ガスあるいは異なる蒸着された薄膜材を使用することが
出来る。例えば、窒化チタン（TiN ）の障壁特性を強化
するために、プラズマアニーリング処理は、酸素から発
生したプラズマを使用して行うことができる。同様に、
タングステンチタン（TiW)膜の障壁特性は、窒素
（Ｎ2 ）あるいはアンモニア（ＮＨ3 ）から発生したプ
ラズマを使用して、プラズマアニーリング処理を行うこ
とにより強化することができる。あるいは、窒化タンタ
ル（TaN)薄膜の障壁特性は、一酸化窒素あるいは酸素か
ら発生したプラズマを使用して、プラズマアニーリング
を行うことにより、高めることができる。
定されるものではない。異なるプラズマアニーリング・
ガスあるいは異なる蒸着された薄膜材を使用することが
出来る。例えば、窒化チタン（TiN ）の障壁特性を強化
するために、プラズマアニーリング処理は、酸素から発
生したプラズマを使用して行うことができる。同様に、
タングステンチタン（TiW)膜の障壁特性は、窒素
（Ｎ2 ）あるいはアンモニア（ＮＨ3 ）から発生したプ
ラズマを使用して、プラズマアニーリング処理を行うこ
とにより強化することができる。あるいは、窒化タンタ
ル（TaN)薄膜の障壁特性は、一酸化窒素あるいは酸素か
ら発生したプラズマを使用して、プラズマアニーリング
を行うことにより、高めることができる。
【００２２】さらに、薄膜蒸着後のプラズマあるいは熱
アニーリングは、障壁特性だけの改良以外の理で行われ
る。例えば、アルミニウムの薄膜を蒸着した後、アルミ
ニウム膜の結晶粒成長を防止するために、もう一つのプ
ラズマアニーリングが、フッ素（Ｆ2)あるいは３フッ化
窒素（ＮＦ3)を使用して行うことができる。プラズマア
ニーリングの一つ以上の工程が、膜がスパッタリング蒸
着される同じ処理チャンバー内で行われるが、薄膜が蒸
着されたウェーハが、チャンバーの間を転送されると
き、真空中にそのまま置かれていると仮定して、異なる
チャンバー内でプラズマあるいは熱アニーリングを行う
こともできる。
アニーリングは、障壁特性だけの改良以外の理で行われ
る。例えば、アルミニウムの薄膜を蒸着した後、アルミ
ニウム膜の結晶粒成長を防止するために、もう一つのプ
ラズマアニーリングが、フッ素（Ｆ2)あるいは３フッ化
窒素（ＮＦ3)を使用して行うことができる。プラズマア
ニーリングの一つ以上の工程が、膜がスパッタリング蒸
着される同じ処理チャンバー内で行われるが、薄膜が蒸
着されたウェーハが、チャンバーの間を転送されると
き、真空中にそのまま置かれていると仮定して、異なる
チャンバー内でプラズマあるいは熱アニーリングを行う
こともできる。
【００２３】例えば、図３は、プラズマあるいは熱アニ
ーリングのためにほかのチャンバーへ送る前に、薄膜の
スパッタリング蒸着が行える半導体処理装置１の上面図
を示す。半導体処理装置１では、ウェーハが真空中に置
かれたまま、チャンバーの間でウェーハを転送すること
が可能である。ウェーハは、カセット装荷固定装置か
ら、半導体処理装置へ投入される。例えば、装荷固定室
８において、ウェーハ・カセット１１はウェーハを保持
する。もう一つの装荷固定チャンバー９では、ウェーハ
・カセット１５がほかのウェーハを保持する。装荷固定
チャンバー８と装荷固定チャンバー９は、別個に、独立
して排気される。
ーリングのためにほかのチャンバーへ送る前に、薄膜の
スパッタリング蒸着が行える半導体処理装置１の上面図
を示す。半導体処理装置１では、ウェーハが真空中に置
かれたまま、チャンバーの間でウェーハを転送すること
が可能である。ウェーハは、カセット装荷固定装置か
ら、半導体処理装置へ投入される。例えば、装荷固定室
８において、ウェーハ・カセット１１はウェーハを保持
する。もう一つの装荷固定チャンバー９では、ウェーハ
・カセット１５がほかのウェーハを保持する。装荷固定
チャンバー８と装荷固定チャンバー９は、別個に、独立
して排気される。
【００２４】例えば、半導体処理装置１は、脱ガス／水
の配向チャンバー５、事前清浄チャンバー１３、物理真
空蒸着（ＰＶＤ）チャンバー１６、ＰＶＤチャンバー１
７、ＰＶＤチャンバー１８、ＰＶＤチャンバー１９、冷
却チャンバー１４、プラズマアニーリングチャンバー２
０、及び冷却チャンバー６とより成っている。転送チャ
ンバー２１は、ウェーハが各種のチャンバーの間を移動
しているときに、ウェーハをロボット装置７に一時的に
格納するために使用される。同様に、転送チャンバー２
２は、ウェーハが各種のチャンバーの間を移動している
ときに、ウェーハをロボット装置２３に一時的に格納す
るために使用される。装荷固定チャンバー８と装荷固定
チャンバー９を除いて、すべてのチャンバーは、ウェー
ハの処理中に、真空中におかれたままである。例えば、
一酸化窒素アニーリングは、チャンバー１３で行われ
る。
の配向チャンバー５、事前清浄チャンバー１３、物理真
空蒸着（ＰＶＤ）チャンバー１６、ＰＶＤチャンバー１
７、ＰＶＤチャンバー１８、ＰＶＤチャンバー１９、冷
却チャンバー１４、プラズマアニーリングチャンバー２
０、及び冷却チャンバー６とより成っている。転送チャ
ンバー２１は、ウェーハが各種のチャンバーの間を移動
しているときに、ウェーハをロボット装置７に一時的に
格納するために使用される。同様に、転送チャンバー２
２は、ウェーハが各種のチャンバーの間を移動している
ときに、ウェーハをロボット装置２３に一時的に格納す
るために使用される。装荷固定チャンバー８と装荷固定
チャンバー９を除いて、すべてのチャンバーは、ウェー
ハの処理中に、真空中におかれたままである。例えば、
一酸化窒素アニーリングは、チャンバー１３で行われ
る。
【００２５】窒化チタン膜は、シリコン基板上に蒸着さ
れ、その上に、アルミニウムの薄膜が蒸着された。この
サンドイッチは、４５０℃において９０分間加熱するこ
とにより、熱的にアニーリングされた。図４は、生成さ
れた薄膜のスパッタ中性質量分析。（以降ＳＮＭＳ）の
グラフである。図４からわかるように、チタンと窒素
は、下層のシリコンと表層のアルミニウム層のいずれに
も移動している。アルミニウムは、また、窒化チタン膜
へも移動している。
れ、その上に、アルミニウムの薄膜が蒸着された。この
サンドイッチは、４５０℃において９０分間加熱するこ
とにより、熱的にアニーリングされた。図４は、生成さ
れた薄膜のスパッタ中性質量分析。（以降ＳＮＭＳ）の
グラフである。図４からわかるように、チタンと窒素
は、下層のシリコンと表層のアルミニウム層のいずれに
も移動している。アルミニウムは、また、窒化チタン膜
へも移動している。
【００２６】従来技術の方法によるプラズマあるいは熱
アニーリングが、シリコン上の窒化チタン膜を空気に３
０分間露出して行われた。アルミニウムは、その上に蒸
着され、次に、そのサンドイッチは、熱的にアニーリン
グされた。図５は、生成された薄膜のＳＮＭＳグラフで
ある。図５から明らかなように、チタンと窒素が、シリ
コン基板と表層のアルミニウム層とへ移動している。さ
らに、窒化チタン膜とアルミニウム膜との間の境界に酸
化物の層があり、この酸化物も、多様な濃度で窒化チタ
ン膜へ移動している。酸化物境界層の酸素含有量と深さ
は、この方法を使用して再現しまた制御することが非常
に困難であることは理解されるであろう。
アニーリングが、シリコン上の窒化チタン膜を空気に３
０分間露出して行われた。アルミニウムは、その上に蒸
着され、次に、そのサンドイッチは、熱的にアニーリン
グされた。図５は、生成された薄膜のＳＮＭＳグラフで
ある。図５から明らかなように、チタンと窒素が、シリ
コン基板と表層のアルミニウム層とへ移動している。さ
らに、窒化チタン膜とアルミニウム膜との間の境界に酸
化物の層があり、この酸化物も、多様な濃度で窒化チタ
ン膜へ移動している。酸化物境界層の酸素含有量と深さ
は、この方法を使用して再現しまた制御することが非常
に困難であることは理解されるであろう。
【００２７】本発明の方法により、シリコン上の蒸着さ
れた窒化チタン膜が、その上にアルミニウム膜を蒸着す
る前に、窒化チタン膜を窒化チタン蒸着チャンバーから
移動することなく、酸素中でプラズマアニーリングされ
た。図６からわかるように、ＳＮＭＳグラフは、分離し
た酸化物の層が、窒化チタン膜とアルミニウム膜との間
の境界に存在しないこと示している。そのほかに、チタ
ンのアルミニウム膜とシリコン基板とへの移動がいくら
かあるが、この酸素中のアニーリングによって、窒化チ
タン膜の再現可能で、制御された酸化が行われる。
れた窒化チタン膜が、その上にアルミニウム膜を蒸着す
る前に、窒化チタン膜を窒化チタン蒸着チャンバーから
移動することなく、酸素中でプラズマアニーリングされ
た。図６からわかるように、ＳＮＭＳグラフは、分離し
た酸化物の層が、窒化チタン膜とアルミニウム膜との間
の境界に存在しないこと示している。そのほかに、チタ
ンのアルミニウム膜とシリコン基板とへの移動がいくら
かあるが、この酸素中のアニーリングによって、窒化チ
タン膜の再現可能で、制御された酸化が行われる。
【００２８】本発明のほかの実施例において、窒化チタ
ン膜が、その上にアルミニウム膜を蒸着する前に、一酸
化窒素のなかで、１分間プラズマアニーリングされた。
図７から見られるように、ＳＮＭＳグラフは、分離した
酸化物層が窒化チタン−アルミニウム膜の境界に存在せ
ず、また、チタンのアルミニウム膜への移動がほとんど
ないないことを示している。
ン膜が、その上にアルミニウム膜を蒸着する前に、一酸
化窒素のなかで、１分間プラズマアニーリングされた。
図７から見られるように、ＳＮＭＳグラフは、分離した
酸化物層が窒化チタン−アルミニウム膜の境界に存在せ
ず、また、チタンのアルミニウム膜への移動がほとんど
ないないことを示している。
【００２９】チタンのアルミニウムの伝導性膜への拡散
のほかの測定は、窒素中で４５０℃においてアニーリン
グされた図７の、窒化チタン／アルミニウムのサンドイ
ッチ構造のシート抵抗比の経時変化を測定することであ
る。シート抵抗比は、相互拡散量が最小である構造の場
合、最低である。図８は、スパッタリングエッチング電
力を変えた場合のシート抵抗の経時変化を示す。アルミ
ニウム膜内のチタンの拡散量は、加えた電力を変化する
ことにより、制御することができる。この例では、図７
のサンドイッチのシート抵抗比は、電力１５０Ｗにおい
て最小になる。
のほかの測定は、窒素中で４５０℃においてアニーリン
グされた図７の、窒化チタン／アルミニウムのサンドイ
ッチ構造のシート抵抗比の経時変化を測定することであ
る。シート抵抗比は、相互拡散量が最小である構造の場
合、最低である。図８は、スパッタリングエッチング電
力を変えた場合のシート抵抗の経時変化を示す。アルミ
ニウム膜内のチタンの拡散量は、加えた電力を変化する
ことにより、制御することができる。この例では、図７
のサンドイッチのシート抵抗比は、電力１５０Ｗにおい
て最小になる。
【００３０】本発明は、特定の実施例により、以上のよ
うに説明されているが、素材、ガス、及び基板の各種代
替は行うことが出来、それらは、ここに含まれるもので
あることは、本技術の専門家には明白であろう。
うに説明されているが、素材、ガス、及び基板の各種代
替は行うことが出来、それらは、ここに含まれるもので
あることは、本技術の専門家には明白であろう。
【図１】本発明の好適な実施例によるスパッタリング蒸
着処理に使用されるスパッタリング装置を示す簡略され
た構成図である。
着処理に使用されるスパッタリング装置を示す簡略され
た構成図である。
【図２】プラズマあるいは熱アニーリングが、本発明の
好適な実施例により行われる室の構成図を示す。
好適な実施例により行われる室の構成図を示す。
【図３】複数の相互に連結した真空処理室より成る半導
体処理装置の平面構成図である。
体処理装置の平面構成図である。
【図４】アルミニウムが４５０℃において９０分間蒸着
されたシリコン上の窒化チタンを加熱した後、膜内の各
種原子の濃度を示すＳＮＭＳのグラフである。
されたシリコン上の窒化チタンを加熱した後、膜内の各
種原子の濃度を示すＳＮＭＳのグラフである。
【図５】シリコン上の窒化チタンを空気に露出し、その
上にアルミニウム膜を蒸着し、次に、４５０℃において
９０分間アニーリングした後の各種原子の濃度を示すＳ
ＮＭＳのグラフである。
上にアルミニウム膜を蒸着し、次に、４５０℃において
９０分間アニーリングした後の各種原子の濃度を示すＳ
ＮＭＳのグラフである。
【図６】シリコン上の窒化チタンを酸素でプラズマアニ
ーリングした後の各種原子の濃度を示すＳＮＭＳのグラ
フである。アルミニウムが蒸着された後に、このサンド
イッチは、４５０℃において９０分間アニーリングされ
た。
ーリングした後の各種原子の濃度を示すＳＮＭＳのグラ
フである。アルミニウムが蒸着された後に、このサンド
イッチは、４５０℃において９０分間アニーリングされ
た。
【図７】シリコン上の窒化チタンを一酸化窒素でプラズ
マアニーリングした後の各種原子の濃度を示すＳＮＭＳ
のグラフである。アルミニウムが蒸着された後に、この
サンドイッチは４５０℃において９０分間アニーリング
された。
マアニーリングした後の各種原子の濃度を示すＳＮＭＳ
のグラフである。アルミニウムが蒸着された後に、この
サンドイッチは４５０℃において９０分間アニーリング
された。
【図８】図７のサンドイッチのアルミニウム層のシート
抵抗対アニーリング時間のグラフである。
抵抗対アニーリング時間のグラフである。
３０ ウェーハ ４０ 真空室 ５０ ウェーハ支持部材 ６０ ターゲット ７０ 円筒状シールド部材 １００ ウェーハ支持プラットフォーム １１０ ウェーハリフト装置 １２０ ヒータ装置
【手続補正書】
【提出日】平成５年６月７日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ローデリック クレイグ モズリー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94043 マウンテン ヴィュー サン ラ モン アベニュー 1860
Claims (14)
- 【請求項１】 基板上の薄膜の特性を高める方法におい
て、 (a) 真空の環境において材料の薄膜を基板上に真空蒸着
し、且つ、 (b) 基板を真空の環境から取り出すことなく、スパッタ
蒸着された薄膜をアニーリングすることより成ることを
特徴とする方法。 - 【請求項２】 アニーリングがプラズマ中で行われるこ
とを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 アニーリングが昇温された温度で行われ
ることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 前記薄膜が窒化チタン、タングステンチ
タンあるいは窒化タンタルであることを特徴とする請求
項１に記載の方法。 - 【請求項５】 前記薄膜が窒化チタンであり、前記プラ
ズマが一酸化窒素あるいは酸素であることを特徴とする
請求項２に記載の方法。 - 【請求項６】 前記薄膜がタングステンチタンであり、
前記プラズマが窒素あるいはアンモニアであることを特
徴とする請求項２に記載の方法。 - 【請求項７】 前記薄膜が窒化タンタルであり、前記プ
ラズマが一酸化窒素あるいは酸素であること特徴とする
請求項２に記載の方法。 - 【請求項８】 前記薄膜をアニーリングした後、アルミ
ニウムの膜がその上に蒸着されることを特徴とする請求
項１に記載の方法。 - 【請求項９】 前記アルミニウムの膜が真空の環境にお
いてアニーリングされることを特徴とする請求項８に記
載の方法。 - 【請求項１０】 段階（ａ）と（ｂ）が、いずれも同じ
真空チャンバー内で行われることを特徴とする請求項１
に記載の方法。 - 【請求項１１】 段階（ａ）と（ｂ）が別個の真空チャ
ンバー内で行われることを特徴とする請求項１に記載の
方法。 - 【請求項１２】 前記基板がシリコン半導体ウェーハで
あることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項１３】 前記真空蒸着がスパッタリングにより
行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項１４】 アルミニウム膜がフッ素あるいは３フ
ッ化窒素のプラズマによりアニーリングされることを特
徴とする請求項９に記載の方法。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US590254 | 1984-03-16 | ||
| US59025490A | 1990-09-28 | 1990-09-28 | |
| US74821591A | 1991-08-23 | 1991-08-23 | |
| US748215 | 1991-08-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0677216A true JPH0677216A (ja) | 1994-03-18 |
Family
ID=27080795
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3249822A Pending JPH0677216A (ja) | 1990-09-28 | 1991-09-27 | 蒸着薄膜の障壁特性を高めるプラズマアニーリング法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0477990B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0677216A (ja) |
| KR (1) | KR920006533A (ja) |
| DE (1) | DE69123807T2 (ja) |
| ES (1) | ES2095280T3 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1079432A (ja) * | 1996-08-09 | 1998-03-24 | Samsung Electron Co Ltd | 半導体装置製造のためのメタル工程自動化システム |
| KR100784381B1 (ko) * | 2004-07-23 | 2007-12-11 | 삼성전자주식회사 | 증착 장치 및 방법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR960002061B1 (ko) * | 1992-10-05 | 1996-02-10 | 삼성전자주식회사 | 반도체 장치의 배선층 형성방법 |
| GB2291264B (en) * | 1994-07-07 | 1998-07-29 | Hyundai Electronics Ind | Method for forming a metallic barrier layer in semiconductor device and device made by the method |
| US6291343B1 (en) * | 1994-11-14 | 2001-09-18 | Applied Materials, Inc. | Plasma annealing of substrates to improve adhesion |
| US6365495B2 (en) | 1994-11-14 | 2002-04-02 | Applied Materials, Inc. | Method for performing metallo-organic chemical vapor deposition of titanium nitride at reduced temperature |
| US6699530B2 (en) | 1995-07-06 | 2004-03-02 | Applied Materials, Inc. | Method for constructing a film on a semiconductor wafer |
| US6155198A (en) * | 1994-11-14 | 2000-12-05 | Applied Materials, Inc. | Apparatus for constructing an oxidized film on a semiconductor wafer |
| US6251758B1 (en) | 1994-11-14 | 2001-06-26 | Applied Materials, Inc. | Construction of a film on a semiconductor wafer |
| EP0776991B1 (en) * | 1995-12-05 | 2002-02-06 | Applied Materials, Inc. | Plasma annealing of thin films |
| CH697036A5 (de) † | 1998-12-02 | 2008-03-31 | Sulzer Metco Ag | Verfahren zur Plasma-Oberflächenbehandlung von Substraten sowie Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens. |
| EP1033417A1 (de) | 1999-03-04 | 2000-09-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und Einrichtung zur Beschichtung eines Erzeugnisses, insbesondere eines Hochtemperaturbauteils einer Gasturbine |
| TWI253478B (en) | 2001-11-14 | 2006-04-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Barrier metal film production apparatus, barrier metal film production method, metal film production method, and metal film production apparatus |
| US7659209B2 (en) | 2001-11-14 | 2010-02-09 | Canon Anelva Corporation | Barrier metal film production method |
| US7927713B2 (en) | 2007-04-27 | 2011-04-19 | Applied Materials, Inc. | Thin film semiconductor material produced through reactive sputtering of zinc target using nitrogen gases |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63252439A (ja) * | 1986-12-19 | 1988-10-19 | アプライド マテリアルズインコーポレーテッド | 多チャンバの統合処理システム |
| EP0299870B1 (en) * | 1987-07-13 | 1994-04-13 | Sumitomo Electric Industries Limited | Method for preparing a superconducting thin film |
| JPH01172222A (ja) * | 1987-12-26 | 1989-07-07 | Sharp Corp | 超電導薄膜の作製方法 |
| EP0452891A3 (en) * | 1990-04-16 | 1992-01-22 | Applied Materials, Inc. | Process for forming titanium silicide on a semiconductor wafer |
-
1991
- 1991-09-27 JP JP3249822A patent/JPH0677216A/ja active Pending
- 1991-09-27 KR KR1019910016872A patent/KR920006533A/ko not_active Application Discontinuation
- 1991-09-30 DE DE69123807T patent/DE69123807T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-09-30 EP EP91116701A patent/EP0477990B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-09-30 ES ES91116701T patent/ES2095280T3/es not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1079432A (ja) * | 1996-08-09 | 1998-03-24 | Samsung Electron Co Ltd | 半導体装置製造のためのメタル工程自動化システム |
| KR100784381B1 (ko) * | 2004-07-23 | 2007-12-11 | 삼성전자주식회사 | 증착 장치 및 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR920006533A (ko) | 1992-04-27 |
| DE69123807T2 (de) | 1997-05-28 |
| ES2095280T3 (es) | 1997-02-16 |
| EP0477990B1 (en) | 1996-12-27 |
| EP0477990A3 (en) | 1993-06-23 |
| DE69123807D1 (de) | 1997-02-06 |
| EP0477990A2 (en) | 1992-04-01 |
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