JPH07231027A - 半導体装置の金属プラグ形成装置 - Google Patents

半導体装置の金属プラグ形成装置

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JPH07231027A
JPH07231027A JP4494794A JP4494794A JPH07231027A JP H07231027 A JPH07231027 A JP H07231027A JP 4494794 A JP4494794 A JP 4494794A JP 4494794 A JP4494794 A JP 4494794A JP H07231027 A JPH07231027 A JP H07231027A
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JP
Japan
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wafer
cooling water
reaction chamber
metal plug
cooling
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JP4494794A
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English (en)
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Naomiki Tamiya
直幹 民谷
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Sony Corp
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンタクト形状の加工精度を高く維持しつ
つ、ウェハにおける金属プラグ形成工程のスループット
を向上させることができる半導体装置の金属プラグ形成
装置を提供する。 【構成】 ウェハ1を搬送する搬送アーム13の下部に
冷却水を溜める冷却水溜15と、この冷却水溜15に冷
却ポンプ16から冷却水を送水する送水チューブ17
と、冷却水溜15から冷却水を排水する排水チューブ1
8とが設けられ、第1反応室10から第2反応室11に
ウェハを搬送する際、ウェハ1の熱を冷却水によって短
時間に十分に吸熱させる。この結果、プラグ・ロス量の
少ないエッチバック処理が連続的に実行可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の金属プラ
グ形成装置に係り、特にコンタクト孔を有するウェハに
金属プラグを効率よく形成できる金属プラグ形成装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の金属プラグを形成する工程
は、高温の反応室においてコンタクト孔を有するウェハ
に金属膜を堆積させる工程と、該ウェハに堆積させた金
属膜の一部をエッチバックする工程とから構成されてい
る。従って、ウェハに金属プラグを形成する工程に要す
る時間を短縮するには、金属膜を形成する工程とエッチ
バックする工程とを連続的に行うことが望ましい。
【0003】そこで、従来、図6に示すように、ウェハ
1上に金属膜を形成する第1反応室2と、ウェハ1に堆
積した金属膜の一部をエッチバックする第2反応室3と
をロードロックチャンバ4を介して隣接させた装置を使
用している。なお、ロードロックチャンバ4は、第1及
び第2反応室2、3を大気中に開放しないでウェハ1の
取り入れ、取り出しができるような真空室によって構成
されている。
【0004】図6は従来の半導体装置の金属プラグ形成
装置の構成を、図4(a)及び(b)はエッチバック工
程におけるコンタクトの断面形状を、それぞれ示す。以
下、従来の金属プラグ形成装置を使用してブランケット
タングステン等の金属プラグを形成する手順について説
明する。
【0005】金属プラグを形成するウェハ1は、予め、
Siの基板1a上にSiO2の酸化膜1bを形成する工
程、コンタクト孔1cを設けるエッチング工程、更に、
ウェハ1の上にTiN/Tiの薄膜1dを堆積する工程を
経た後、第1反応室2内にセットされる(図4(a)参
照)。
【0006】第1反応室2の内部圧力を、例えば1.0
4×104Pa(80Torr)、その内部温度を450℃
に設定し、第1反応室2にはH2を450sccm、WF6
75sccm、Arを2000sccmの流量で、それぞれ流入
させる。これにより、図4(a)に示すようにウェハ1
にWの金属膜1eが形成される。次に、ウェハ1は搬送
アーム5によって第1反応室2から第2反応室3へ搬送
され、そこで、エッチバックが施される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の半導体装置の金属プラグ形成装置を使用して、即座
にエッチバック処理を行うと、図4(b)に示すように
ウェハの金属プラグ形成領域に生じるプラグ・ロス量d
が安定しない。エッチバック処理においてプラグ・ロス
量が大きくなると言うことは、金属プラグ形成において
コンタクト形状の加工精度が悪くなることを意味し、結
果として製品歩留りが低下し、半導体装置の信頼性も低
下するという問題が生じる。
【0008】そのため、エッチバック終了時のプラグ・
ロス量を安定させるために、上述の第1反応室2で金属
膜を形成したウェハ1を一度カセットに収容し、大気に
さらした後、上述の第2反応室3に搬送し、エッチバッ
ク処理をしていた。しかし、この従来方法では、金属プ
ラグ形成工程のスループットが低下し、又、金属成膜し
たウェハ1を一度大気にさらすことから、ダストが付着
する可能性もあり、結果として半導体装置の信頼性が低
下するという問題がある。
【0009】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたもので、コンタクト形状の加工精度を高く維持しつ
つ、ウェハにおける金属プラグ形成工程のスループット
を向上させることができる、半導体装置の金属プラグ形
成装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明者は、エッチバック処理におけるプラグ・ロ
スの発生原因を研究し、次のことを見い出した。
【0011】図5のグラフに示すように、エッチバック
を連続的に行うと、通常のエッチバック処理に比べてプ
ラグ・ロス量が大きくなるという現象が起きる。このよ
うに金属プラグとなる部分が所定量以上にエッチングさ
れるのは、高温の第1反応室でウェハに金属膜を形成し
た後、高い温度状態のウェハを直に第2反応室に搬送
し、高温のウェハに対してエッチバック処理を行うこと
に原因があると見い出した。従って、プラグ・ロス量を
小さくするには、エッチバック処理を行う前にウェルの
温度を低下させるのが重要であると考えた。
【0012】ここで、図5はエッチバック処理によるプ
ラグ・ロス量を示す。なお、40秒オーバエッチによる
エッチバック処理を行った場合のプラグ・ロス量は、a
1、a2、a3、a4で示し、コンタクト中央部の最大
値をa1、同最小値をa2、コンタクト縁部の最大値を
a3、同最小値をa4とする。また、100秒オーバエ
ッチによるエッチバック処理を行った場合のプラグ・ロ
ス量は、b1、b2、b3、b4で示し、コンタクト中
央部の最大値をb1、同最小値をb2、コンタクト縁部
の最大値をb3、同最小値をb4とする。
【0013】エッチバックをする前にウェハの温度を低
下させる方法としては、金属膜を形成した後のウェハを
外気に露出させたり、ウェハを第2反応室に搬送して5
分程度放熱させる方法も考えられるが、これらの方法で
は金属プラグ形成工程のスループットを極めて低下させ
るという問題がある。
【0014】上記問題を解決するため、本発明の半導体
装置の金属プラグ形成装置は、コンタクト孔を有するウ
ェハ上に金属膜を形成する第1反応室と、ウェハに堆積
した金属膜の一部をエッチバックする第2反応室と、前
記第1反応室から前記第2反応室へウェハを搬送する搬
送アームを有する搬送装置とを備え、ウェハ搬送中に該
ウェハを積極的に冷却する冷却手段が前記搬送アームに
設けてあることを特徴としている。
【0015】本発明の望ましい実施態様では、本発明に
おける冷却手段は、前記搬送アームの下部に冷却水を溜
める冷却水溜と、前記冷却水溜に冷却水を供給する送水
チューブと、前記冷却水溜から冷却水を排水する排水チ
ューブとによって構成され、ウェハは前記冷却水溜上に
保持されることを特徴とする。
【0016】また、本発明における半導体装置の金属プ
ラグ形成装置は、前記第1反応室においてウェハ上に形
成する金属膜が、タングステン、チタン、アルミ、銅の
うちの少なくとも1種又は2種以上を含む金属である場
合にも適用できる。
【0017】
【作用】本発明の半導体装置の金属プラグ形成装置で
は、搬送装置がウェハを冷却する手段を備えているの
で、第1反応室で加熱され、高温になったウェハを第2
反応室に搬送する過程で、ウェハの熱を短時間で十分に
放熱させることができる。この結果、適当な温度に低下
させたウェハに対してエッチバック処理が行えるので、
プラグ・ロス量が減少する。よって、金属プラグ形成工
程のスループットを低下させることなく、コンタクト形
状の加工精度を高めることができ、製品歩留りを向上さ
せることができる。
【0018】特にタングステン、チタン、アルミ、銅の
うちの1つ以上の材料を使用してウェハに金属膜を形成
した直後は、ウェハが極めて高温になるので、搬送アー
ムの冷却手段が有用に機能する。
【0019】冷却手段として、搬送アームに冷却水溜と
送水チューブ及び排水チューブとを設ける構成を採用す
る場合では、送水チューブ及び排水チューブを介して冷
却水溜に冷却水が循環し、常に搬送アーム上を一定の低
い温度に維持してウェハを冷却することが可能となる。
【0020】
【実施例】以下、本発明の半導体装置の金属プラグ形成
装置の一実施例について図面を参照して説明する。図1
は同実施例の金属プラグ形成装置の構成を、図2及び図
3は同装置における搬送アームの冷却手段の構造を、そ
れぞれ示している。
【0021】本実施例の半導体装置の金属プラグ形成装
置は、コンタクト孔を設けたウェハ1上に金属膜を形成
する第1反応室10と、ウェハ1に堆積した金属膜の一
部をエッチバックする第2反応室11とをロードロック
チャンバ12を介して隣接させた構成になっている。
【0022】また、第1反応室10から第2反応室11
へウェハ1を搬送するには、搬送アーム13を有する搬
送装置14によって行われる。なお、ロードロックチャ
ンバ12は、第1及び第2反応室10、11を大気中に
開放しないでウェハ1の取り入れ、取り出しが可能な真
空室によって構成される。
【0023】搬送装置14には、先端のウェハ保持部1
3aにウェハ1を保持した状態で回動し、第1反応室1
0から第2反応室11にウェハ1を搬送する搬送アーム
13が設けられている。図2及び図3に示すように、搬
送アーム13のウェハ保持部13aの下側には冷却水溜
15が設けられ、更に搬送アーム13の下側には冷却ポ
ンプ16から冷却水溜15へ冷却水を送水する送水チュ
ーブ17と、冷却水溜15から冷却水を排水する排水チ
ューブ18とが取り付けられている。このような構成に
することにより、ウェハ保持部13aは冷却ポンプ16
の駆動により送水される冷却水の吸熱作用によって冷却
され、低い温度に維持される。
【0024】また、搬送アーム13は、回動して第1反
応室10から第2反応室11にウェハ1を搬送する過程
で、図を省略した制御系の制御により、ウェハ保持部1
3aにウェハ1を約10秒間保持し、その間にウェハ1
の熱を冷却水に吸熱させて、十分にウェハ1を冷却す
る。
【0025】[実験例]次に本実施例の半導体装置の金
属プラグ形成装置をブランケットタングステン・プラグ
の形成に使用した例を示す。ウェハ1は、予め、基板上
に酸化膜を形成する工程、コンタクト孔を設けるエッチ
ング工程、更に、ウェハ1の上にTiN/Tiの薄膜を堆
積する工程を経た後、第1反応室10内にセットさせ
た。
【0026】第1反応室10の内部圧力を1.04×1
4Pa(80Torr)、その内部温度を450℃に設定
し、第1反応室10内にH2を450sccm、WF6を75
sccm、Arを2000sccmの流量で、それぞれ流入させ
た。
【0027】搬送アーム13のウェハ保持部13aは、
冷却ポンプ16の駆動による冷却水の循環によって約2
0℃に保持され、金属膜を形成する第1反応室10から
エッチバック処理をする第2反応室11にウェハ1を搬
送する過程で約10秒間ウェハ1をホールドする。この
結果、ウェハ1は熱を放熱し、ウェハ温度は室温と同じ
温度にまで低下する。
【0028】次に、第2反応室11の内部圧力を45.
5Pa(350Torr)に設定し、第2反応室11内には
SF6を110sccm、Arを90sccm、Heを5sccmの流
量で送り込み、第2反応室11の高周波コイルに275
WのRF電圧を印加してエッチバック処理を施した。
【0029】第2反応室11では、十分に冷却されたウ
ェハ1にエッチバック処理を施すので、連続的にエッチ
バックしてもプラグ・ロス量が図5に示す通常のエッチ
ング処理のプラグ・ロスと同じ程度となり、又所望のコ
ンタクト形状を得ることができた。
【0030】なお、上記実施例では、ウェハを搬送する
際にウェハ1を冷却する冷却媒体として冷却水を使用し
たが、これに限定するものではなく、他の冷媒を使用し
ても良い。
【0031】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
ウェハに金属膜を形成する第1反応室からエッチバック
工程を実施する第2反応室にウェハを搬送する搬送アー
ムにウェハを冷却する冷却手段が設けられてるので、エ
ッチバック処理する前のウェハを、大気に露出すること
なく、短時間で十分に冷却させることができる。
【0032】この結果、連続的なエッチバック処理での
プラグ・ロス量を減少させて、所望のコンタクト形状を
安定して得ることができるので、金属プラグ形成工程の
スループット及び半導体装置の生産効率を高めることが
できるという効果を奏する。
【0033】また、本発明では搬送アームに冷却手段を
設ける構成になっているので、装置自体のサイズを大き
くする必要がないので経済的である。更に、コンタクト
形状の制御性及び金属プラグの加工精度を向上させるこ
とができるので、製造する半導体装置の信頼性を高める
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の金属プラグ形成装置の一
実施例の構成を示す図である。
【図2】同実施例の金属プラグ形成装置における搬送ア
ームの冷却手段の構造を示す側面図である。
【図3】同冷却手段の構造を示す裏面図である。
【図4】(a)及び(b)はエッチバック工程における
コンタクトの断面形状を示す断面図である。。
【図5】エッチバック処理によるプラグ・ロス量を示す
グラフである。
【図6】従来の半導体装置の金属プラグ形成装置の構成
を示す図である。
【符号の説明】
1 ウェハ 2、10 第1反応室 3、11 第2反応室 4、12 ロードロックチャンバ 5、13 搬送アーム 13a ウェハ保持部 14 搬送装置 15 冷却水溜 16 冷却ポンプ 17 送水チューブ 18 排水チューブ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/768

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コンタクト孔を有するウェハ上に金属膜
    を形成する第1反応室と、ウェハに堆積した金属膜の一
    部をエッチバックする第2反応室と、前記第1反応室か
    ら前記第2反応室へウェハを搬送する搬送アームを有す
    る搬送装置とを備え、 ウェハの搬送中に該ウェハを冷却する冷却手段が、前記
    搬送アームに設けてあることを特徴とする半導体装置の
    金属プラグ形成装置。
  2. 【請求項2】 前記冷却手段は、前記搬送アームの下部
    に冷却水を溜める冷却水溜と、前記冷却水溜に冷却水を
    供給する送水チューブと、前記冷却水溜から冷却水を排
    水する排水チューブとによって構成され、ウェハは前記
    冷却水溜上に保持されることを特徴とする、請求項1に
    記載の半導体装置の金属プラグ形成装置。
  3. 【請求項3】 第1反応室においてウェハ上に形成する
    金属膜が、タングステン、チタン、アルミ、銅のうちの
    少なくとも1種又は2種以上を含む金属からなることを
    特徴とする、請求項1に記載の半導体装置の金属プラグ
    形成装置。
JP4494794A 1994-02-18 1994-02-18 半導体装置の金属プラグ形成装置 Pending JPH07231027A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102714171A (zh) * 2010-01-22 2012-10-03 应用材料公司 具有基板冷却的传送机械手
JP2022071846A (ja) * 2020-10-28 2022-05-16 セメス カンパニー,リミテッド 基板処理装置及び基板処理方法

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