JPH07321068A - 金属配線形成方法及びこれに使用されるスパッタリング装置 - Google Patents
金属配線形成方法及びこれに使用されるスパッタリング装置Info
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- JPH07321068A JPH07321068A JP7123688A JP12368895A JPH07321068A JP H07321068 A JPH07321068 A JP H07321068A JP 7123688 A JP7123688 A JP 7123688A JP 12368895 A JP12368895 A JP 12368895A JP H07321068 A JPH07321068 A JP H07321068A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体素子の金属配線形成方法及びこれに使
用されるスパッタリング装置を提供する。 【構成】 シリコン基板１１１上に５００〜８００℃の
高温でチタン膜とチタン窒化膜を炭化珪素チャック１０
０を設けたスパッタチャンバ内で連続的に蒸着する。高
速ヒーティングアップ／ダウンが可能な炭化珪素（Ｓｉ
Ｃ）材質のチャック１００を使用して高温で拡散防止膜
の形成工程を進行する。したがって、工程を単純化させ
ると同時にコンタクト抵抗を減少させることができ、良
質の金属薄膜の形成が可能である。
用されるスパッタリング装置を提供する。 【構成】 シリコン基板１１１上に５００〜８００℃の
高温でチタン膜とチタン窒化膜を炭化珪素チャック１０
０を設けたスパッタチャンバ内で連続的に蒸着する。高
速ヒーティングアップ／ダウンが可能な炭化珪素（Ｓｉ
Ｃ）材質のチャック１００を使用して高温で拡散防止膜
の形成工程を進行する。したがって、工程を単純化させ
ると同時にコンタクト抵抗を減少させることができ、良
質の金属薄膜の形成が可能である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高集積半導体素子の金属
配線形成方法及び装置に係り、特に５００〜８００℃の
高温で拡散防止膜及び金属層を形成する金属配線形成方
法とこれに使用されるスパッタリング装置に関する。
配線形成方法及び装置に係り、特に５００〜８００℃の
高温で拡散防止膜及び金属層を形成する金属配線形成方
法とこれに使用されるスパッタリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子製造技術の発達によりデザイ
ンルールが１μm に接近する１Ｍビット水準に至るよう
になって材料自体の低抵抗、加工性の良好さ、シリコン
酸化膜との密着性などの長所のために広く使用されてき
たアルミニウムはその限界に達するようになった。高集
積化による配線の微細化のため発生される問題点、例え
ば、高い電流密度により発生する電気マイグレーション
（electro-migration)現象や、シリコンがアルミニウム
内へ溶解して浅い不純物接合部の短絡を招来するジャン
クションスパイキング（juction spiking)、コンタクト
開口部でオーミックコンタクト（ohmic contact)領域が
さらに縮小することによるコンタクト抵抗の増加などは
アルミニウム配線の信頼性を下げ、半導体素子の速度遅
延を誘発するようになった。このような問題点を解決す
るために耐火金属を拡散防止膜として使用する方法が提
案された。
ンルールが１μm に接近する１Ｍビット水準に至るよう
になって材料自体の低抵抗、加工性の良好さ、シリコン
酸化膜との密着性などの長所のために広く使用されてき
たアルミニウムはその限界に達するようになった。高集
積化による配線の微細化のため発生される問題点、例え
ば、高い電流密度により発生する電気マイグレーション
（electro-migration)現象や、シリコンがアルミニウム
内へ溶解して浅い不純物接合部の短絡を招来するジャン
クションスパイキング（juction spiking)、コンタクト
開口部でオーミックコンタクト（ohmic contact)領域が
さらに縮小することによるコンタクト抵抗の増加などは
アルミニウム配線の信頼性を下げ、半導体素子の速度遅
延を誘発するようになった。このような問題点を解決す
るために耐火金属を拡散防止膜として使用する方法が提
案された。
【０００３】図１ないし図４は従来の金属配線形成方法
の一例を説明するための断面図である。
の一例を説明するための断面図である。
【０００４】図１を参照すれば、シリコン基板１０の上
に絶縁膜、例えば、酸化膜１２を形成し写真食刻工程で
前記酸化膜１２を食刻してコンタクトホールを形成す
る。次に、前記コンタクトホールと前記酸化膜１２の上
にスパッタリング方法でオーミック層、例えばチタン膜
１４を形成する。参照符号ａと指定された部分は図８Ａ
に示す。ここで、コンタクトホール内部の前記シリコン
基板１０とチタン膜１４の境界面に示された厚い線は図
８Ａの参照符号１３番層を示し、これは非晶質ＴｉＳｉ
x 層を示す。
に絶縁膜、例えば、酸化膜１２を形成し写真食刻工程で
前記酸化膜１２を食刻してコンタクトホールを形成す
る。次に、前記コンタクトホールと前記酸化膜１２の上
にスパッタリング方法でオーミック層、例えばチタン膜
１４を形成する。参照符号ａと指定された部分は図８Ａ
に示す。ここで、コンタクトホール内部の前記シリコン
基板１０とチタン膜１４の境界面に示された厚い線は図
８Ａの参照符号１３番層を示し、これは非晶質ＴｉＳｉ
x 層を示す。
【０００５】図２を参照すれば、前記チタン膜１４の上
に拡散防止膜、例えば、チタン窒化膜１６をスパッタリ
ング方法で形成する。ここで、参照符号ｂと指定された
部分は図９Ａに示す。次いで、チタン窒化膜１６が形成
された前記結果物に対して窒素雰囲気の炉でアニーリン
グ工程を進行する。この際、前記炉の温度は４００〜４
５０℃に維持することが望ましい。
に拡散防止膜、例えば、チタン窒化膜１６をスパッタリ
ング方法で形成する。ここで、参照符号ｂと指定された
部分は図９Ａに示す。次いで、チタン窒化膜１６が形成
された前記結果物に対して窒素雰囲気の炉でアニーリン
グ工程を進行する。この際、前記炉の温度は４００〜４
５０℃に維持することが望ましい。
【０００６】図３を参照すれば、前記チタン窒化膜１６
の上に金属、例えば、アルミニウムをスパッタリング方
法で蒸着して金属層１８を形成する。ここで、コンタク
トホール内部の前記チタン窒化膜１６と金属層１８の境
界面に示された厚い線は図１０Ａの参照符号１７の層を
示し、これはチタン窒化膜１６の酸化により形成された
ＴｉＯＮ層を示す。
の上に金属、例えば、アルミニウムをスパッタリング方
法で蒸着して金属層１８を形成する。ここで、コンタク
トホール内部の前記チタン窒化膜１６と金属層１８の境
界面に示された厚い線は図１０Ａの参照符号１７の層を
示し、これはチタン窒化膜１６の酸化により形成された
ＴｉＯＮ層を示す。
【０００７】図４を参照すれば、前記金属層１８を溶融
点以下の高温で熱処理してリフロー（reflow) させる。
したがって、コンタクトを気孔なしに埋没する配線層１
９が形成される。参照符号ｃと指定された部分は１０Ａ
に示す。
点以下の高温で熱処理してリフロー（reflow) させる。
したがって、コンタクトを気孔なしに埋没する配線層１
９が形成される。参照符号ｃと指定された部分は１０Ａ
に示す。
【０００８】しかしながら、前記の方法によれば次のよ
うな問題点が発生する。第１に、スパッタリングでチタ
ン／チタン窒化膜を連続的に蒸着した後、窒素雰囲気の
拡散炉でアニーリングし再びアルミニウムを蒸着するの
で工程が複雑である。第２に、スパッタリングが低い温
度、約２００℃以下で施されるのでチタンとシリコンと
の反応が十分でなくてチタン膜とシリコン基板との間に
非晶質のTiSix 層が形成される。したがって、低いコン
タクト抵抗を得ることが困難である。第３に、アニーリ
ングが大気雰囲気で施されるのでチタン窒化膜が酸化さ
れる。このため、コンタクト抵抗が増加することは勿
論、後続工程である金属蒸着時良質の金属層を得ること
が難しい。
うな問題点が発生する。第１に、スパッタリングでチタ
ン／チタン窒化膜を連続的に蒸着した後、窒素雰囲気の
拡散炉でアニーリングし再びアルミニウムを蒸着するの
で工程が複雑である。第２に、スパッタリングが低い温
度、約２００℃以下で施されるのでチタンとシリコンと
の反応が十分でなくてチタン膜とシリコン基板との間に
非晶質のTiSix 層が形成される。したがって、低いコン
タクト抵抗を得ることが困難である。第３に、アニーリ
ングが大気雰囲気で施されるのでチタン窒化膜が酸化さ
れる。このため、コンタクト抵抗が増加することは勿
論、後続工程である金属蒸着時良質の金属層を得ること
が難しい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は従来のスパッタリング方法による前述した問題点
を解決して、工程が単純でコンタクト抵抗が減少された
良質の金属層を得る金属配線形成方法を提供することで
ある。
目的は従来のスパッタリング方法による前述した問題点
を解決して、工程が単純でコンタクト抵抗が減少された
良質の金属層を得る金属配線形成方法を提供することで
ある。
【００１０】本発明の他の目的は前記金属配線形成に適
した金属配線形成装置を提供することである。
した金属配線形成装置を提供することである。
【００１１】
【課題を達成するための手段】前記の目的を達成するた
めに本発明は、チタンを５００〜８００℃の温度でスパ
ッタリング方法で蒸着してチタン膜を形成する段階及び
前記チタン膜上にチタン窒化物を５００〜８００℃の温
度でスパッタリング方法で連続的に蒸着してチタン窒化
膜を形成する段階とを具備することを特徴とする金属配
線形成方法を提供する。
めに本発明は、チタンを５００〜８００℃の温度でスパ
ッタリング方法で蒸着してチタン膜を形成する段階及び
前記チタン膜上にチタン窒化物を５００〜８００℃の温
度でスパッタリング方法で連続的に蒸着してチタン窒化
膜を形成する段階とを具備することを特徴とする金属配
線形成方法を提供する。
【００１２】本発明の望ましい実施例によれば、前記チ
タン窒化膜を大気中に露出させず、金属を蒸着して金属
層を形成する工程をさらに具備することができ、前記金
属層は前記チタン／チタン窒化膜を形成した同一なチャ
ンバ内で連続的に形成することもできる。また、前記金
属層は５００〜８００℃の温度でスパッタリングするこ
とが望ましい。
タン窒化膜を大気中に露出させず、金属を蒸着して金属
層を形成する工程をさらに具備することができ、前記金
属層は前記チタン／チタン窒化膜を形成した同一なチャ
ンバ内で連続的に形成することもできる。また、前記金
属層は５００〜８００℃の温度でスパッタリングするこ
とが望ましい。
【００１３】前記他の目的を達成するために本発明は、
グロー放電された原子によりスパッタされるソース物質
よりなるターゲットと、前記ターゲットに接着された第
１電極と、ウェハを保持する炭化珪素よりなるチャック
と、前記チャックに接着された第２電極と、グロー放電
に使用される不活性ガス注入のための不活性ガスインジ
ェクタと、反応性スパッタリングに使用されるガス注入
のための反応性ガスインジェクタとを具備するスパッタ
チャンバとを有することを特徴とするスパッタリング装
置を提供する。
グロー放電された原子によりスパッタされるソース物質
よりなるターゲットと、前記ターゲットに接着された第
１電極と、ウェハを保持する炭化珪素よりなるチャック
と、前記チャックに接着された第２電極と、グロー放電
に使用される不活性ガス注入のための不活性ガスインジ
ェクタと、反応性スパッタリングに使用されるガス注入
のための反応性ガスインジェクタとを具備するスパッタ
チャンバとを有することを特徴とするスパッタリング装
置を提供する。
【００１４】本発明の望ましい実施例によれば、前記ス
パッタリング装置は前処理チャンバをさらに具備し、前
記前処理チャンバはハロゲンランプよりなる加熱装置を
具備する。
パッタリング装置は前処理チャンバをさらに具備し、前
記前処理チャンバはハロゲンランプよりなる加熱装置を
具備する。
【００１５】前記チャックは１２００℃の温度を±３℃
偏差に維持し、前記第１電極は陰極であり、第２電極は
陽極であることが望ましい。前記反応性ガスインジェク
タはリング型であり、前記リング型インジェクタはイン
ジェクタ噴射孔の大きさ及び角度を調整しうることが望
ましい。
偏差に維持し、前記第１電極は陰極であり、第２電極は
陽極であることが望ましい。前記反応性ガスインジェク
タはリング型であり、前記リング型インジェクタはイン
ジェクタ噴射孔の大きさ及び角度を調整しうることが望
ましい。
【００１６】
【作用】高速ヒーティングアップ／ダウンが可能な炭化
珪素（ＳｉＣ）材質のチャックを使用して高温で拡散防
止膜の形成工程を進行して、工程を単純化させると同時
にコンタクト抵抗を減少させることができ、良質の金属
薄膜を形成させうる。
珪素（ＳｉＣ）材質のチャックを使用して高温で拡散防
止膜の形成工程を進行して、工程を単純化させると同時
にコンタクト抵抗を減少させることができ、良質の金属
薄膜を形成させうる。
【００１７】
【実施例】以下、添付した図面に基づき本発明を詳細に
説明する。
説明する。
【００１８】図５はチタン膜２４を形成する段階を示
す。シリコン基板２０の上に絶縁膜、例えば、酸化膜２
２を成長させ、前記酸化膜２２の上にフォトレジストを
塗布しこれを露光及び現像してフォトレジストパターン
（図示せず）を形成する。次いで、前記フォトレジスト
パターンを食刻マスクとして使用し前記酸化膜２２を食
刻することによりコンタクトホールを形成する。前記コ
ンタクトホールと前記酸化膜２２の上にオーミック層を
形成するために、チタンをスパッタリング方法で蒸着し
てチタン膜２４を形成する。この際、スパッタリングは
５００〜８００℃で施し、望ましくは５８０℃の温度で
施す。参照符号ｄと指定された部分は図８Ｂに示されて
いる。ここで、コンタクトホール内部の前記シリコン基
板２０とチタン膜２４の境界面に示された厚い線は図８
Ｂの参照符号２３の層を示し、これは多結晶TiSix 層を
示す。
す。シリコン基板２０の上に絶縁膜、例えば、酸化膜２
２を成長させ、前記酸化膜２２の上にフォトレジストを
塗布しこれを露光及び現像してフォトレジストパターン
（図示せず）を形成する。次いで、前記フォトレジスト
パターンを食刻マスクとして使用し前記酸化膜２２を食
刻することによりコンタクトホールを形成する。前記コ
ンタクトホールと前記酸化膜２２の上にオーミック層を
形成するために、チタンをスパッタリング方法で蒸着し
てチタン膜２４を形成する。この際、スパッタリングは
５００〜８００℃で施し、望ましくは５８０℃の温度で
施す。参照符号ｄと指定された部分は図８Ｂに示されて
いる。ここで、コンタクトホール内部の前記シリコン基
板２０とチタン膜２４の境界面に示された厚い線は図８
Ｂの参照符号２３の層を示し、これは多結晶TiSix 層を
示す。
【００１９】図６はチタン窒化膜２６を形成する段階を
示す。前記チタン膜２４の上に連続して拡散防止膜、例
えば、チタン窒化膜２６をスパッタリングで形成する。
この際、スパッタリングは前記チタン膜２４の形成時と
同様に５００〜８００℃で施し、望ましくは５８０℃の
温度で施す。参照符号ｅと指定された部分が図９Ｂに示
されている。
示す。前記チタン膜２４の上に連続して拡散防止膜、例
えば、チタン窒化膜２６をスパッタリングで形成する。
この際、スパッタリングは前記チタン膜２４の形成時と
同様に５００〜８００℃で施し、望ましくは５８０℃の
温度で施す。参照符号ｅと指定された部分が図９Ｂに示
されている。
【００２０】図７は金属層２８を形成する段階を示す。
前記拡散防止膜２６の上に金属、例えば、アルミニウム
をスパッタリング方法で蒸着して金属層２８を形成す
る。この際、前記拡散防止膜２６の形成後基板が大気中
に露出されないように真空下で前記基板をアルミニウム
蒸着チャンバへ移動することが望ましい。また、前記ス
パッタリングは５００〜８００℃の温度で施す。参照符
号ｆと指定された部分が図１０Ｂに示されている。一
方、場合によって、前記金属層は前記チタン／チタン窒
化膜を形成した同一なチャンバ内で連続的に形成する場
合もある。
前記拡散防止膜２６の上に金属、例えば、アルミニウム
をスパッタリング方法で蒸着して金属層２８を形成す
る。この際、前記拡散防止膜２６の形成後基板が大気中
に露出されないように真空下で前記基板をアルミニウム
蒸着チャンバへ移動することが望ましい。また、前記ス
パッタリングは５００〜８００℃の温度で施す。参照符
号ｆと指定された部分が図１０Ｂに示されている。一
方、場合によって、前記金属層は前記チタン／チタン窒
化膜を形成した同一なチャンバ内で連続的に形成する場
合もある。
【００２１】図８Ａないし図１０Ｂは従来及び本発明の
方法に従って形成されたコンタクトホール部分を示した
断面図である。
方法に従って形成されたコンタクトホール部分を示した
断面図である。
【００２２】図８Ａ、図９Ａ及び図１０Ａは従来の方法
により形成されたコンタクトホールの断面を、図８Ｂ、
図９Ｂ及び図１０Ｂは本発明により形成されたコンタク
トホールの断面を示したものである。続けて紹介される
図８Ａないし図１０Ｂにおいて、同一な物質は前記図１
ないし図７における同一な参照符号を使用した。
により形成されたコンタクトホールの断面を、図８Ｂ、
図９Ｂ及び図１０Ｂは本発明により形成されたコンタク
トホールの断面を示したものである。続けて紹介される
図８Ａないし図１０Ｂにおいて、同一な物質は前記図１
ないし図７における同一な参照符号を使用した。
【００２３】図８Ａと図８Ｂはチタン膜１４，２４の形
成後のコンタクトホールの断面を示したものである。従
来には低温で膜の形成工程が進行されるのでチタンと基
板のシリコンが反応して非晶質ＴｉＳｉx 層１３が形成
され、その上部に非晶質チタン膜１４が形成される。こ
の非晶質層はコンタクト抵抗の増加を招来する。反面、
本発明によれば、高温で膜の形成工程が進行されるので
シリコン基板２０とチタン膜２４との間には低い抵抗を
有する多結晶ＴｉＳｉx 層２３が形成され前記チタン膜
２４もまた多結晶シリコン状態で形成される。この際、
前記多結晶ＴｉＳｉx 層２３は前記非晶質ＴｉＳｉx 層
１３より厚く形成され、シリコン基板２０の一部厚さを
含むように形成される。
成後のコンタクトホールの断面を示したものである。従
来には低温で膜の形成工程が進行されるのでチタンと基
板のシリコンが反応して非晶質ＴｉＳｉx 層１３が形成
され、その上部に非晶質チタン膜１４が形成される。こ
の非晶質層はコンタクト抵抗の増加を招来する。反面、
本発明によれば、高温で膜の形成工程が進行されるので
シリコン基板２０とチタン膜２４との間には低い抵抗を
有する多結晶ＴｉＳｉx 層２３が形成され前記チタン膜
２４もまた多結晶シリコン状態で形成される。この際、
前記多結晶ＴｉＳｉx 層２３は前記非晶質ＴｉＳｉx 層
１３より厚く形成され、シリコン基板２０の一部厚さを
含むように形成される。
【００２４】図９Ａと図９Ｂはチタン窒化膜１６，２６
の形成後のコンタクトホールの断面を示したものであ
る。従来の方法によれば、前記チタン窒化膜１６は非晶
質状態のチタン膜１４の上に形成されるので、層状構造
(columnar structure)を有するようになる。しかし、本
発明によれば、多結晶状態のチタン膜２４の上にチタン
窒化膜２６が形成されるので、良質のグレイン（grain)
構造を有するチタン窒化膜２６の形成が可能である。
の形成後のコンタクトホールの断面を示したものであ
る。従来の方法によれば、前記チタン窒化膜１６は非晶
質状態のチタン膜１４の上に形成されるので、層状構造
(columnar structure)を有するようになる。しかし、本
発明によれば、多結晶状態のチタン膜２４の上にチタン
窒化膜２６が形成されるので、良質のグレイン（grain)
構造を有するチタン窒化膜２６の形成が可能である。
【００２５】図１０Ａと図１０Ｂは金属層１９，２８の
形成後のコンタクトホールの断面を示す。従来の方法に
よれば、アニーリング時前記チタン窒化膜１６が大気中
に露出されてチタン窒化膜１６が酸化される。これによ
り、チタン窒化膜１６の一部厚さを含む非晶質形態のＴ
ｉＯＮ酸化物層１７がチタン窒化膜１６の上に形成され
てコンタクト抵抗が増加される。一方、前記非晶質形態
のＴｉＯＮ層１７の上に金属を蒸着するようになるので
金属層１９、例えば、アルミニウム層形成時、良質のア
ルミニウム層を得ることが困難である。しかしながら、
本発明によれば、チタン窒化膜２６の蒸着後空気中に露
出されなく前記基板がアルミニウム蒸着チャンバに移動
されるのでチタン窒化膜２６の酸化を防止することがで
き、そのために良質のグレイン構造を有するアルミニウ
ム層の形成が可能である。また、高温でアルミニウムが
蒸着されるのでアルミニウム蒸着後、リフロー工程を経
る従来の方法に比して工程の単純化を誘導することがで
き、製造経費を節減することもできる。
形成後のコンタクトホールの断面を示す。従来の方法に
よれば、アニーリング時前記チタン窒化膜１６が大気中
に露出されてチタン窒化膜１６が酸化される。これによ
り、チタン窒化膜１６の一部厚さを含む非晶質形態のＴ
ｉＯＮ酸化物層１７がチタン窒化膜１６の上に形成され
てコンタクト抵抗が増加される。一方、前記非晶質形態
のＴｉＯＮ層１７の上に金属を蒸着するようになるので
金属層１９、例えば、アルミニウム層形成時、良質のア
ルミニウム層を得ることが困難である。しかしながら、
本発明によれば、チタン窒化膜２６の蒸着後空気中に露
出されなく前記基板がアルミニウム蒸着チャンバに移動
されるのでチタン窒化膜２６の酸化を防止することがで
き、そのために良質のグレイン構造を有するアルミニウ
ム層の形成が可能である。また、高温でアルミニウムが
蒸着されるのでアルミニウム蒸着後、リフロー工程を経
る従来の方法に比して工程の単純化を誘導することがで
き、製造経費を節減することもできる。
【００２６】しかしながら、このような高温でのチタン
／チタン窒化膜の形成は大部分の従来のスパッタリング
装置としては不可能である。従来のスパッタリング装置
は一般的にウェハ加熱時、アルゴン（Ａｒ）ガスをウェ
ハの背面に流入し加熱することによりウェハを加熱する
ガス伝導方式を使用している。このような方法は、ウェ
ハが均一な温度分布を有し得る長所を持ているが、次の
ような問題点を有している。第１に、ウェハを間接的に
加熱するので６５０℃以上の高温で加熱しない（実際に
は装備の限界のため５００℃以上に加熱することは不可
能である）。第２に、加熱と冷し（以下、ランプアップ
／ダウン（ramp-up/down) とする）の速度が遅いので高
温工程時処理量（throughput) が減少すると同時に膜の
特性か低下される。第３に、前記アルゴンの一部がチャ
ンバ内に流出されて形成される膜内にアルゴン原子が含
まれ、これにより膜の特性が低下される。
／チタン窒化膜の形成は大部分の従来のスパッタリング
装置としては不可能である。従来のスパッタリング装置
は一般的にウェハ加熱時、アルゴン（Ａｒ）ガスをウェ
ハの背面に流入し加熱することによりウェハを加熱する
ガス伝導方式を使用している。このような方法は、ウェ
ハが均一な温度分布を有し得る長所を持ているが、次の
ような問題点を有している。第１に、ウェハを間接的に
加熱するので６５０℃以上の高温で加熱しない（実際に
は装備の限界のため５００℃以上に加熱することは不可
能である）。第２に、加熱と冷し（以下、ランプアップ
／ダウン（ramp-up/down) とする）の速度が遅いので高
温工程時処理量（throughput) が減少すると同時に膜の
特性か低下される。第３に、前記アルゴンの一部がチャ
ンバ内に流出されて形成される膜内にアルゴン原子が含
まれ、これにより膜の特性が低下される。
【００２７】一方、ハロゲンランプを利用したウェハ加
熱方式があるが、この方式はウェハ内の温度の均一性を
維持することが困難である。
熱方式があるが、この方式はウェハ内の温度の均一性を
維持することが困難である。
【００２８】図１１は本発明によるスパッタリング装置
を示した概略図である。
を示した概略図である。
【００２９】まず、参照符号による装置の主要構成要素
を説明すれば、参照符号１００はウェハを保持する炭化
珪素材質より作ったジャック（以下、炭化珪素チャック
とする）を、１１１はシリコン基板を、１１２はグロー
放電された原子によりスパッタされるソース物質よりな
るターゲットを、１１３はグロー放電に使用される不活
性ガス注入のための不活性ガスインジェクタ、１１４は
反応性スパッタリングに使用されるガス注入のための反
応性ガスインジェクタ、１１５は前記ターゲットに接着
された第１電極（陰極）、１１６は前記炭化珪素チャッ
クに接着された第２電極（陽極）を示す。
を説明すれば、参照符号１００はウェハを保持する炭化
珪素材質より作ったジャック（以下、炭化珪素チャック
とする）を、１１１はシリコン基板を、１１２はグロー
放電された原子によりスパッタされるソース物質よりな
るターゲットを、１１３はグロー放電に使用される不活
性ガス注入のための不活性ガスインジェクタ、１１４は
反応性スパッタリングに使用されるガス注入のための反
応性ガスインジェクタ、１１５は前記ターゲットに接着
された第１電極（陰極）、１１６は前記炭化珪素チャッ
クに接着された第２電極（陽極）を示す。
【００３０】続けて、前記スパッタ装置を使用してウェ
ハ上にチタン窒化膜を形成する過程を説明する。
ハ上にチタン窒化膜を形成する過程を説明する。
【００３１】両端の電極１１５，１１６に高電圧が印加
された真空チャンバ内に不活性ガス、例えばアルゴンを
不活性ガスインジェクタ１１３を通じて注入させる。注
入された前記アルゴンは電極に印加された高電圧により
プラズマ状態、即ち、Ａｒ+イオンとなってマイナス
（−）電圧が印加されている電極１１５に誘導される。
したがって、前記Ａｒ+ イオンは前記チタンターゲット
１１２と衝突し、これによりチタンが前記チタンターゲ
ット１１２から分離される。チタンターゲットから分離
された前記チタンは半導体基板１１１側へ移動し、反応
性ガスインジェクタ１１４から注入される窒素と反応し
て前記シリコン基板１１１の上にチタン窒化膜を形成す
る。
された真空チャンバ内に不活性ガス、例えばアルゴンを
不活性ガスインジェクタ１１３を通じて注入させる。注
入された前記アルゴンは電極に印加された高電圧により
プラズマ状態、即ち、Ａｒ+イオンとなってマイナス
（−）電圧が印加されている電極１１５に誘導される。
したがって、前記Ａｒ+ イオンは前記チタンターゲット
１１２と衝突し、これによりチタンが前記チタンターゲ
ット１１２から分離される。チタンターゲットから分離
された前記チタンは半導体基板１１１側へ移動し、反応
性ガスインジェクタ１１４から注入される窒素と反応し
て前記シリコン基板１１１の上にチタン窒化膜を形成す
る。
【００３２】この際、本発明によるスパッタリング装置
は従来のスパッタリング装置とは異なり炭化珪素チャッ
ク１００をウェハの背面に装着してウェハを加熱する方
法を使用する。この方法は、前記炭化珪素チャックを使
用することにより次のような長所を有する。第１に、１
２００℃の高温を±３℃の誤差で均一に維持することが
できる。したがって、従来の高温工程における温度の不
均一により発生される膜厚さの不均一を解決しうる。第
２に、加熱温度のラップアップ／ダウンが迅速で処理量
を増加させうる。たとえば、分当たり２００〜３００℃
のランプアップが可能であり、分当たり５０〜１００℃
のランプダウンが可能である。第３に、アルゴンガスを
使用しない加熱方式を採用しているので、膜の形成時膜
内に残存するようになるアルゴンの量を極減させること
ができる。したがって、良質の膜形成が可能である。
は従来のスパッタリング装置とは異なり炭化珪素チャッ
ク１００をウェハの背面に装着してウェハを加熱する方
法を使用する。この方法は、前記炭化珪素チャックを使
用することにより次のような長所を有する。第１に、１
２００℃の高温を±３℃の誤差で均一に維持することが
できる。したがって、従来の高温工程における温度の不
均一により発生される膜厚さの不均一を解決しうる。第
２に、加熱温度のラップアップ／ダウンが迅速で処理量
を増加させうる。たとえば、分当たり２００〜３００℃
のランプアップが可能であり、分当たり５０〜１００℃
のランプダウンが可能である。第３に、アルゴンガスを
使用しない加熱方式を採用しているので、膜の形成時膜
内に残存するようになるアルゴンの量を極減させること
ができる。したがって、良質の膜形成が可能である。
【００３３】一方、本発明によるスパッタリング装置
は、真空装置で全体の真空を乱しなくてウェハを出し入
れるための一般的な予備排気室、即ち、前処理チャンバ
（一名、load-lock chamber)内にハロゲンランプを具備
する。前記ハロゲンランプを利用して膜の蒸着前に瞬間
的にウェハの表面を加熱することにより、ウェハ表面に
存する水分を取り除く。これにより、良質の膜を形成す
ることができる。
は、真空装置で全体の真空を乱しなくてウェハを出し入
れるための一般的な予備排気室、即ち、前処理チャンバ
（一名、load-lock chamber)内にハロゲンランプを具備
する。前記ハロゲンランプを利用して膜の蒸着前に瞬間
的にウェハの表面を加熱することにより、ウェハ表面に
存する水分を取り除く。これにより、良質の膜を形成す
ることができる。
【００３４】また、本発明によるスパッタリング装置
は、チタン窒化膜の形成時使用される反応性気体インジ
ェクタ１１４を既存のチュブ型からリング型に変換し
た。従来のチュブ型はウェハの水平方向に窒素ガスが噴
射されるのて位置による噴射量が不均一である。これに
より、均一な組成比を有するチタン窒化膜を形成するこ
とが困難で、これはウェハの大きさが大口径化するにつ
れてさらにひどくなる。
は、チタン窒化膜の形成時使用される反応性気体インジ
ェクタ１１４を既存のチュブ型からリング型に変換し
た。従来のチュブ型はウェハの水平方向に窒素ガスが噴
射されるのて位置による噴射量が不均一である。これに
より、均一な組成比を有するチタン窒化膜を形成するこ
とが困難で、これはウェハの大きさが大口径化するにつ
れてさらにひどくなる。
【００３５】図１２は本発明で導入した反応性気体イン
ジェクタ１１４を示したものである。図面で見られるよ
うに本発明によるリング型の反応性気体シンジェクタ１
１４によれば、噴射口２００の大きさ及び角度の調節が
可能なので均一な膜の組成比を有するチタン窒化膜の形
成が可能である。
ジェクタ１１４を示したものである。図面で見られるよ
うに本発明によるリング型の反応性気体シンジェクタ１
１４によれば、噴射口２００の大きさ及び角度の調節が
可能なので均一な膜の組成比を有するチタン窒化膜の形
成が可能である。
【００３６】
【発明の効果】以上、前述したような本発明によれば炭
化珪素よりなるチャックをスパッタリング装置内に設け
て５００〜８００℃の高温で拡散防止膜及び金属層を形
成することにより、工程を単純化させコンタクト抵抗を
減少させて良質の金属層を得ることができる。かつ、従
来の高温工程で温度の不均一による膜厚さの不均一を解
決することができ、温度のランプアップ／ダウンが迅速
で処理量を増加させることができ、アルゴンガスを使用
しない加熱方式を採用しているので良質の膜形成が可能
である。また、リング型の反応性ガスインジェクタを使
用することにより、組成が均一な膜を形成しうる。
化珪素よりなるチャックをスパッタリング装置内に設け
て５００〜８００℃の高温で拡散防止膜及び金属層を形
成することにより、工程を単純化させコンタクト抵抗を
減少させて良質の金属層を得ることができる。かつ、従
来の高温工程で温度の不均一による膜厚さの不均一を解
決することができ、温度のランプアップ／ダウンが迅速
で処理量を増加させることができ、アルゴンガスを使用
しない加熱方式を採用しているので良質の膜形成が可能
である。また、リング型の反応性ガスインジェクタを使
用することにより、組成が均一な膜を形成しうる。
【００３７】本発明は前記の実施例にのみ限定されず、
多くの変形が本発明が属した記述的な思想内で当分野で
の通常の知識を持つ者により可能なことは明白である。
多くの変形が本発明が属した記述的な思想内で当分野で
の通常の知識を持つ者により可能なことは明白である。
【図１】 従来の金属配線形成方法の一例を説明するた
めの断面図である。
めの断面図である。
【図２】 従来の金属配線形成方法の一例を説明するた
めの断面図である。
めの断面図である。
【図３】 従来の金属配線形成方法の一例を説明するた
めの断面図である。
めの断面図である。
【図４】 従来の金属配線形成方法の一例を説明するた
めの断面図である。
めの断面図である。
【図５】 本発明による金属配線形成方法の一実施例を
説明するための断面図である。
説明するための断面図である。
【図６】 本発明による金属配線形成方法の一実施例を
説明するための断面図である。
説明するための断面図である。
【図７】 本発明による金属配線形成方法の一実施例を
説明するための断面図である。
説明するための断面図である。
【図８】 Ａ，Ｂは従来と本発明により形成された金属
配線の差異点を説明するためのコンタクト部位の比較断
面図である。
配線の差異点を説明するためのコンタクト部位の比較断
面図である。
【図９】 Ａ，Ｂは従来と本発明により形成された金属
配線の差異点を説明するためのコンタクト部位の比較断
面図である。
配線の差異点を説明するためのコンタクト部位の比較断
面図である。
【図１０】 Ａ，Ｂは従来と本発明により形成された金
属配線の差異点を説明するためのコンタクト部位の比較
断面図である。
属配線の差異点を説明するためのコンタクト部位の比較
断面図である。
【図１１】 本発明によるスパッタリング装置を示した
概略図である。
概略図である。
【図１２】 本発明による反応性気体インジェクタを示
した概略図である。
した概略図である。
１０ シリコン基板、１２ 酸化膜、１４ チタン膜、
１６ チタン窒化膜、１８ 金属層、１９ 配線層、２
０ シリコン基板、２２ 酸化膜、２４ チタン膜、２
６チタン窒化膜、２８ 金属層、１００ ジャック、１
１１ シリコン基板、１１２ ターゲット、１１３ 不
活性ガスインジェクタ、１１４ 反応性ガスインジェク
タ、１１５ 第１電極、１１６ 第２電極、２００ 噴
射口
１６ チタン窒化膜、１８ 金属層、１９ 配線層、２
０ シリコン基板、２２ 酸化膜、２４ チタン膜、２
６チタン窒化膜、２８ 金属層、１００ ジャック、１
１１ シリコン基板、１１２ ターゲット、１１３ 不
活性ガスインジェクタ、１１４ 反応性ガスインジェク
タ、１１５ 第１電極、１１６ 第２電極、２００ 噴
射口
Claims (12)
- 【請求項１】 チタンを５００〜８００℃の温度でスパ
ッタリング方法で蒸着してチタン膜を形成する段階と、 前記チタン膜上にチタン窒化物を５００〜８００℃の温
度でスパッタリング方法で連続的に蒸着してチタン窒化
膜を形成する段階とを具備することを特徴とする金属配
線形成方法。 - 【請求項２】 前記チタン窒化膜を大気中に露出させ
ず、前記チタン窒化膜上に金属を蒸着して金属層を形成
する工程をさらに具備することを特徴とする請求項１記
載の金属配線形成方法。 - 【請求項３】 前記チタン／チタン窒化膜を形成した同
一なチャンバ内で前記金属層を連続的に形成することを
特徴とする請求項２記載の金属配線形成方法。 - 【請求項４】 前記金属層を５００〜８００℃の温度で
スパッタリングすることを特徴とする請求項３記載の金
属配線形成方法。 - 【請求項５】 グロー放電された原子によりスパッタさ
れるソース物質よりなるターゲットと、 前記ターゲットに接着された第１電極と、 ウェハを保持する炭化珪素よりなるチャックと、 前記チャックに接着された第２電極と、 グロー放電に使用される不活性ガス注入のための不活性
ガスインジェクタと、 反応性スパッタリングに使用されるガス注入のための反
応性ガスインジェクタとを具備するスパッタチャンバと
を有することを特徴とするスパッタリング装置。 - 【請求項６】 前記スパッタリング装置は前処理チャン
バをさらに具備することを特徴とする請求項５記載のス
パッタリング装置。 - 【請求項７】 前記前処理チャンバは加熱装置を具備す
ることを特徴とする請求項６記載のスパッタリング装
置。 - 【請求項８】 前記加熱装置はハロゲンランプであるこ
とを特徴とする請求項７記載のスパッタリング装置。 - 【請求項９】 前記炭化珪素よりなるチャックは１２０
０℃の温度を±３℃の温度偏差内に維持することを特徴
とする請求項５記載のスパッタリング装置。 - 【請求項１０】 前記第１電極は陰極であり、前記第２
電極は陽極であることを特徴とする請求項５記載のスパ
ッタリング装置。 - 【請求項１１】 前記反応性ガスインジェクタはリング
型であることを特徴とする請求項５記載のスパッタリン
グ装置。 - 【請求項１２】 前記リング型インジェクタはインジェ
クタ噴射孔の大きさ及び角度を調整しうることを特徴と
する請求項１１記載のスパッタリング装置。
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