JPH11145084A

JPH11145084A - コンタクト膜バリア膜連続作成装置及び異種薄膜連続作成装置

Info

Publication number: JPH11145084A
Application number: JP32954097A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Kobayashi; 正彦小林; Yoichiro Numazawa; 陽一郎沼沢
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1997-11-12
Filing date: 1997-11-12
Publication date: 1999-05-28
Anticipated expiration: 2017-11-12
Also published as: JP3987617B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高アスペクト比のホールの内面に十分な被覆
性でコンタクト膜バリア膜のような異種薄膜を真空中で
連続作成できるようにする。【解決手段】コンタクト膜を作成するスパッタチャン
バー２とコンタクト膜の上にバリア膜を作成するＣＶＤ
チャンバー３とがセパレーションチャンバー１を介して
気密に接続されており、セパレーションチャンバー２に
は基板９を真空中で搬送する搬送機構１１と、内部に不
活性ガスを導入する不活性ガス導入系１２と、セパレー
ションチャンバー１内の圧力がＣＶＤチャンバー３の圧
力より高くＣＶＤチャンバー３の残留ガスが所定のレベ
ル以下になったのを確認したのを確認した後にゲートバ
ルブ３１を開ける制御部６とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願の発明は、基板の表面に
所定の薄膜を作成する薄膜作成装置に関するものであ
り、より具体的には、コンタクト膜とバリア膜のような
異種の薄膜を連続して作成する薄膜作成装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】基板の表面に所定の薄膜を作成すること
は、ＬＳＩ（大規模集積回路）等の電子デバイスの製作
の際に盛んに行われている。このような薄膜の作成で
は、基板の表面に異種の薄膜を連続して作成することが
必要な場合がある。図４は、異種薄膜の連続作成を行う
例を説明した図である。この図４には、ＦＥＴ（電界効
果トランジスタ）のチャンネルに対する導通を確保する
ために設けたコンタクトホールの内面にコンタクト膜バ
リア膜を連続作成する例が示されている。

【０００３】具体的には、ｐ型シリコンよりなる基板９
に燐等をドープしてｎチャンネル９１を形成する。そし
て、シリコン酸化膜９２を作成した後にフォトリソグラ
フィによってこのシリコン酸化膜９２をパターニングし
てコンタクトホール９３を形成する。そして、このコン
タクトホール９３の内面に導通用のメタル膜（以下、コ
ンタクト膜）９４を作成する。そして、コンタクトホー
ル９３内をタングステン又はポリシリコン等の材料で埋
め込んでコンタクト配線を形成するが、このコンタクト
配線の材料とｎチャンネル９１の材料との相互拡散を防
止するため、コンタクト膜９４の上にバリア膜９５を形
成する。この場合、コンタクト膜９４としては抵抗の小
さいチタン薄膜が多く採用され、バリア膜９５としては
バリア性の良い窒化チタン薄膜が多く採用される。

【０００４】上記のようなコンタクト膜バリア膜の連続
作成には、従来からスパッタリング装置が採用されてい
る。スパッタリング装置は、チタン製のターゲットを使
用し、ガス導入系として、アルゴンガス導入系と窒素ガ
ス導入系とを備えている。まず、コンタクト膜としてチ
タン膜を作成する場合は、アルゴンガスを導入してチタ
ン製のターゲットをスパッタする。そして、ガスを窒素
ガスに切り替えて導入し、チタンと窒素との反応性スパ
ッタによって、窒化チタン膜を作成している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記コンタクト膜バリ
ア膜の連続作成は、上述したコンタクトホールや層間配
線用のビアホール等、微細なホールの内面に行われるこ
とが多い。このようなホールは、デバイスの集積度のさ
らなる向上や高機能化のため、そのアスペクト比（ホー
ルの開口の直径又は幅に対するホールの深さの比）がど
んどん高くなってきている。例えば、２５６メガビット
クラスのＬＳＩではホールの直径は０．２５μｍでアス
ペクト比は４程度、１ギガビットクラスのＬＳＩではホ
ールの直径は０．１８〜０．１５μｍでアスペクト比は
６〜７程度に達する。

【０００６】このような高アスペクト比の微細なホール
に対しては、ホールの開口が小さくホールの深さが深い
ので、ホールの底面まで十分にスパッタ粒子を到達させ
ることが難しく、ホールの底面での成膜速度が低下し易
い。このため、ホールの底面での膜厚が少なくなり、導
通性やバリア性が低下したりする問題が生じてきてい
る。

【０００７】ホールの底面への十分な成膜を可能にする
スパッタリングの手法として、低圧遠隔スパッタと呼ば
れるものが開発されている。これは、成膜時の圧力を１
ｍＴｏｒｒ程度以下とし、ターゲットと基板との距離を
通常よりも３〜６倍程度長くして成膜する手法である。
低圧遠隔スパッタでは、ターゲットと基板との距離が長
いためにターゲットから基板に対してより垂直に近い角
度で飛行するスパッタ粒子が多く基板に入射するように
なり、圧力が低いために、このような垂直に近い角度で
飛行するスパッタ粒子が散乱されずに多く基板に入射で
きるようになっている。このため、微細なホールの底面
に対して高い成膜速度で成膜ができるようになってい
る。

【０００８】しかしながら、低圧遠隔スパッタでは、低
圧で動作させるためにスパッタ放電の強度をあまり高く
できず、また、ターゲットと基板とが離れているために
ターゲットから放出されるスパッタ粒子のうち基板に到
達せずに無駄になってしまうものが多い。このため、全
体としての成膜の効率が悪い。

【０００９】また、低圧遠隔スパッタでは、基板の周辺
部におけるホールへの成膜特にホールの側壁への成膜に
不均一性が生じてしまう問題がある。この問題を図５を
使用して説明する。図５は、低圧遠隔スパッタの問題点
を説明した図であり、（ａ）は基板の周辺部のホールへ
の成膜の状況を、（ｂ）は基板の中央部のホールへの成
膜の状況を示している。

【００１０】図５（ｂ）に示すように、基板９の中央部
のホール９３に対しては、薄膜９６がほぼ均等に堆積す
る。しかしながら、図５（ａ）に示すように、基板９の
周辺部のホール９３に対しては、外側よりのホール９３
の側壁には比較的厚く薄膜９６が堆積するものの、内側
よりの側壁９７には、薄膜９６は薄くしか堆積しない。
これは、基板９の中央部では、スパッタ粒子９８は、基
板９に垂直な方向を中心として少し左右にずれて均等に
入射してくる。しかしながら、基板９の周辺部では、外
側に向けて斜めに入射してくるスパッタ粒子９８が多く
なり、結果的に、ホール９３の内側よりの側壁９７に対
する膜厚が不足してしまう。このように膜厚が不足する
と、特にバリア膜の作成の場合には、相互拡散防止の効
果が十分得られなくなり、デバイス特性を阻害する要因
となる。このような問題から、低圧遠隔スパッタは、開
口直径（又は幅）が０．２５μｍ（アスペクト比では４
程度）までのデバイスの製作が限度であると言われてい
る。

【００１１】一方、デバイスの高集積度化に対応してさ
らに改良されたスパッタの手法として、イオン化スパッ
タの手法が開発されている。イオン化スパッタは、ター
ゲットから放出されるスパッタ粒子をイオン化させると
ともに、基板に垂直な電界を設定し、イオン化したスパ
ッタ粒子をこの電界によって加速して基板に垂直に入射
させる手法である。このイオン化スパッタでは、低圧遠
隔スパッタで見られたような成膜効率の低下や、基板の
周辺部におけるホールの側壁への成膜の不均一性はな
い。しかしながら、反応性スパッタを行う場合には、イ
オン化スパッタの効果が十分に得られない問題がある。
例えば、バリア膜としての窒化チタン膜を作成する場
合、窒素を導入しながらチタン製のターゲットをスパッ
タし、スパッタ粒子を窒化チタンとして基板に付着させ
るが、この窒化チタンは、イオン化効率が悪く、チタン
の成膜の場合のようにはホールの内面の被覆性の向上の
効果が得られない。

【００１２】このように、スパッタリングによって異種
薄膜を真空中で連続して作成する場合、高アスペクト比
のホールの内面を十分に被覆できるようにすることは困
難であった。本願の発明はこの課題を解決するためにな
されたものであり、異種薄膜を真空中で連続して作成で
き、その異種薄膜によって高アスペクト比のホールの内
面を十分に被覆できる装置を提供することを目的とし、
さらにそのような装置を使用して、質の良いコンタクト
膜バリア膜の積層構造が得られるようにすることを目的
している。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願の請求項１記載の発明は、基板の表面の所定領
域に電気的導通を図るためのコンタクト膜とそのコンタ
クト膜の上に相互拡散を防止するバリア膜とを連続して
作成するコンタクト膜バリア膜連続作成装置であって、
セパレーションチャンバーを介して気密に接続された複
数の処理チャンバーを有し、これら複数の処理チャンバ
ーのうちの一つはスパッタリングによって前記コンタク
ト膜を作成するスパッタチャンバーであり、別の一つは
化学的気相成長によって前記コンタクト膜の上に前記バ
リア膜を作成するＣＶＤチャンバーであり、セパレーシ
ョンチャンバーには、前記コンタクト膜が作成された基
板を真空中でＣＶＤチャンバーに搬送する搬送機構が設
けられているという構成を有する。また、上記課題を解
決するため、請求項２記載の発明は、上記請求項１の構
成において、前記スパッタチャンバー内には、ターゲッ
トから放出されるスパッタ粒子をイオン化するイオン化
手段が設けられており、イオン化したスパッタ粒子を基
板に垂直な方向に加速する電界を設定する電界設定手段
が設けられているという構成を有する。また、上記課題
を解決するため、請求項３記載の発明は、基板の表面に
異種の薄膜を連続して作成する異種薄膜連続作成装置で
あって、セパレーションチャンバーを介して気密に接続
された複数の処理チャンバーと、各処理チャンバーとセ
パレーションチャンバーとの間に設けられたゲートバル
ブとを有し、複数の処理チャンバーのうちの一つはスパ
ッタリングによって第一の薄膜を作成するスパッタチャ
ンバーであり、別の一つは化学的気相成長によって第一
の薄膜とは異なる種類の第二の薄膜を作成するＣＶＤチ
ャンバーであり、セパレーションチャンバーには、第一
の薄膜が作成された基板を真空中でＣＶＤチャンバーに
搬送する搬送機構が設けられており、さらに、セパレー
ションチャンバーは、内部に不活性ガスを導入する不活
性ガス導入系を有し、セパレーションチャンバー内の圧
力が処理チャンバーの圧力より高いことを確認した後に
ゲートバルブを開けて処理チャンバーとセパレーション
チャンバーとの間の基板の搬送を行う制御部を備えてい
るという構成を有する。また、上記課題を解決するた
め、請求項４記載の発明は、上記請求項３の構成におい
て、前記セパレーションチャンバー内の圧力を測定する
セパレーション用真空計と、前記処理チャンバー内の圧
力を測定する処理用真空計とが設けられており、前記制
御部は、セパレーション用真空計からの測定信号と処理
用真空計からの測定信号との差に従って制御信号を発生
させるオペアンプを有し、このオペアンプからの制御信
号に従って前記ゲートバルブを開閉する制御を行うもの
であるという構成を有する。また、上記課題を解決する
ため、請求項５記載の発明は、上記請求項３又は４の構
成において、前記セパレーションチャンバー内又は前記
スパッタチャンバー内には、前記ＣＶＤチャンバー内で
使用される反応性ガスを吸着するゲッター材が設けられ
ているという構成を有する。また、上記課題を解決する
ため、請求項６記載の発明は、上記請求項５の構成にお
いて、前記ＣＶＤチャンバーは、内部の残留ガスを検出
する残留ガス検出計を備えており、この残留ガス検出計
の検出信号が所定のレベル以下になったのを確認して前
記ＣＶＤチャンバーと前記セパレーションチャンバーと
の間のゲートバルブを開ける制御を行う制御部を有する
という構成を有する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施の形態につ
いて説明する。図１は、実施形態に係るコンタクト膜バ
リア膜連続作成装置の概略構成を示す平面図である。図
１に示す装置は、マルチチャンバータイプの装置であ
り、中央に配置されたセパレーションチャンバー１と、
セパレーションチャンバー１の周囲に設けられた複数の
処理チャンバー２，３，４ａ，４ｂ，４及び二つのロー
ドロックチャンバー５とからなるチャンバー配置になっ
ている。各チャンバー１，２，３，４ａ，４ｂ，４，５
は、専用の排気系によって排気される真空容器である。
また、セパレーションチャンバー１に対する各チャンバ
ー２，３，４ａ，４ｂ，４，５の接続個所にはゲートバ
ルブ２１，３１，３１，４１，５１がそれぞれ設けられ
ている。

【００１５】セパレーションチャンバー１内には、搬送
機構１１が設けられている。搬送機構１１は、一方のロ
ードロックチャンバー５から基板９を一枚ずつ取り出
し、各処理チャンバーに送って順次処理を行うようにな
っている。そして、最後の処理を終了した後、他方のロ
ードロックチャンバー５に戻すようになっている。搬送
機構１１としては、先端に基板９を載置して保持するア
ームを備えた多関節ロボットが好適に使用される。二つ
のアームを備えて同時に二枚の基板９を独立して移動さ
せることができるよう構成されると、搬送の効率が向上
するため好適である。また、セパレーションチャンバー
１内は、不図示の排気系によって排気され、常時１０^-6
〜１０^-8Ｔｏｒｒ程度の真空圧力が維持される。従っ
て、搬送機構１１としては、この真空圧力下で動作可能
なものが採用される。

【００１６】さて、本実施形態のコンタクト膜バリア膜
作成装置の大きな特徴点は、スパッタリングによる成膜
と、化学的気相成長（ＣＶＤ）による成膜とを複合させ
た点にある。即ち、複数の処理チャンバーのうちの一つ
は、スパッタリングによって成膜を行うスパッタチャン
バー２であり、別のもう一つの処理チャンバーは、ＣＶ
Ｄによって成膜を行うＣＶＤチャンバー３になってい
る。

【００１７】まず、図２を使用してスパッタチャンバー
２の構成について説明する。図２は、図１に示すスパッ
タチャンバー２の概略構成を示す正面図である。図２に
示すスパッタチャンバー２は、内部を排気する排気系２
２と、スパッタチャンバー２内に被スパッタ面を露出さ
れるようにして設けられたターゲット２３と、ターゲッ
ト２３に所定の電力を与えるスパッタ電源２３１と、タ
ーゲット２３の背後に設けられた磁石機構２４と、スパ
ッタチャンバー２内に所定のスパッタ用ガスを導入する
ガス導入手段２５と、ターゲット２３に対向したスパッ
タチャンバー２内の所定の位置に基板９を配置するため
の基板ホルダー２６とから主に構成されている。

【００１８】排気系２２は、クライオポンプ等の真空ポ
ンプ２２１を使用してスパッタチャンバー２内を１０^-8
Ｔｏｒｒ程度まで排気可能に構成される。排気系２２
は、バリアブルオリフィス等の排気速度調整器２２２を
有する。

【００１９】ターゲット２３は、絶縁材２３２を介して
スパッタチャンバー２に取り付けられている。ターゲッ
ト２３は、この実施形態ではチタン製である。スパッタ
電源２３１は、負の高電圧又は高周波電圧をターゲット
２３に印加するように構成される。磁石機構２４は、中
心に配置された柱状の中心磁石２４１と、中心磁石２４
１を取り囲むリング状の周辺磁石２４２と、中心磁石２
４１と周辺磁石２４２とを繋ぐヨーク２４３とから構成
されている。中心磁石２４１の前面と周辺磁石２４２の
前面とは互いに異なる磁極になっており、図２に示すよ
うなアーチ状の磁力線２４４がターゲット２３を貫いて
設定されるようになっている。スパッタ電源２３１がタ
ーゲット２３を介してスパッタチャンバー２内に設定す
る電界は、アーチ状の磁力線２４４の頂点付近で磁界と
直交する。このため、形成されるスパッタ放電におい
て、電子はマグネトロン運動を行うようになり、マグネ
トロン放電が達成される。このため、中性ガス分子のイ
オン化の効率が高くなり、高効率でスパッタリングが行
える。

【００２０】ガス導入手段２５は、本実施形態では、ア
ルゴンガスをスパッタ用ガスとして導入するようになっ
ている。ガス導入手段２５は、アルゴンガスを溜めたボ
ンベ２５０とスパッタチャンバー２とを繋ぐ配管２５１
と、配管２５１上に設けたバルブ２５２や流量調整器２
５３等から構成されている。

【００２１】基板ホルダー２６は、上面に基板９を載置
して保持するよう構成されている。基板ホルダー２６に
は、静電吸着によって基板９を所定位置に固定する静電
吸着機構が必要に応じて設けられる。また、基板９を所
定温度に加熱するヒータ２６１が基板ホルダー２６内に
設けられている。

【００２２】本実施形態では、スパッタチャンバー２内
では、イオン化スパッタによって成膜を行うようになっ
ている。即ち、スパッタチャンバー２は、ターゲット２
３から放出されるスパッタ粒子をイオン化するイオン化
手段２７を有する。イオン化手段２７は、高周波エネル
ギーによってスパッタ粒子をイオン化させるようになっ
ており、スパッタチャンバー２内に設けられたイオン化
電極２７１と、イオン化電極２７１に高周波エネルギー
を供給する高周波電源２７２とから構成されている。

【００２３】イオン化電極２７１は、ターゲット２３か
ら基板９へのスパッタ粒子の飛行空間を取り囲むように
設けられている。イオン化電極２７１には、例えば、金
属メッシュを円筒状に形成したものやコイル状のものが
使用される。高周波電源２７２としては、例えば周波数
１３．５６Ｈｚ出力１ｋＷ程度のものが使用される。イ
オン化電極２７１によってスパッタチャンバー２内に設
定される高周波電界は、上記スパッタ放電によるプラズ
マＰとは別に高周波放電によるプラズマＰ’を形成す
る。ターゲット２３から放出される中性スパッタ粒子
は、このプラズマＰ’中の通過する際に、プラズマＰ’
中のイオンや電子と衝突してイオン化する（以下、イオ
ン化スパッタ粒子）ようになっている。

【００２４】一方、基板ホルダー２４には、電界設定手
段２８が設けられている。電界設定手段２８は、スパッ
タチャンバー２内に基板９に垂直な電界を設定し、上記
イオン化スパッタ粒子を基板９に垂直に入射させるよう
構成されている。電界設定手段２８としては、本実施形
態では、基板ホルダー２６に高周波電圧を印加して高周
波とプラズマＰ’との相互作用により基板９に負の自己
バイアス電圧を与える基板用高周波電源２８１が採用さ
れている。基板用高周波電源２８１としては、例えば１
３．５６ＭＨｚ出力３００Ｗ程度のものが使用できる。
また、基板用高周波電源２８１と基板ホルダー２６との
間には、整合器２８２が設けられている。さらに、基板
９及び基板ホルダー２６がいずれも導体である場合、高
周波の伝送経路に所定のコンデンサが設けられ、コンデ
ンサを介して基板９に高周波電圧を印加するよう構成さ
れる。

【００２５】コンデンサ等のキャパシタンスを介して基
板９に高周波電圧を印加すると、キャパシタンスの充放
電にプラズマＰ’中の電子と正イオンが作用し、電子と
正イオンの移動度の違いによって基板９に負の自己バイ
アス電位が生じる。プラズマＰ’の空間電位はほぼ接地
電位もしくは２０ボルト程度の正の電位であり、負の自
己バイアス電位が生じた基板９とプラズマＰ’との間
に、基板９に向かって徐々に電位が下がる電界が設定さ
れる。この電界の向きは基板９に対して垂直であり、正
にイオン化されたスパッタ粒子はこの電界によって加速
されて基板９に垂直に入射するようになっている。

【００２６】次に、このスパッタチャンバー２内におけ
る装置の動作について、図２を使用して説明する。ま
ず、基板９は搬送機構１１によってセパレーションチャ
ンバー１からゲートバルブ２１を通してスパッタチャン
バー２内に搬入される。スパッタチャンバー２内は、排
気系２２によって所定圧力まで予め排気されており、基
板９は基板ホルダー２６に載置される。基板ホルダー２
６内のヒータ２６１が予め動作しており、基板ホルダー
２６に載置された基板９は、ヒータ２６１の熱によって
所定温度まで急速に加熱され、その温度が維持される。

【００２７】そして、ゲートバルブ２１を閉じた後、ガ
ス導入手段２５が動作し、スパッタ用ガスとしてのアル
ゴンガスがスパッタチャンバー２内に導入される。ガス
導入手段２５の流量調整器２３３によってアルゴンガス
の流量を調整するとともに排気系２２の排気速度調整器
２２１によって排気速度を調整し、スパッタチャンバー
２内の圧力を所定の圧力に保つ。この状態で、スパッタ
電源２３１を動作させ、アルゴンガスにスパッタ放電を
生じさせてターゲット２３をスパッタさせる。同時にイ
オン化手段２７の高周波電源２７２及び電界設定手段２
８の高周波電源２８１を動作させる。イオン化手段２７
によって形成されたプラズマＰ’中を通過する際に生成
されたイオン化スパッタ粒子は、電界設定手段２８が設
定した電界によって加速されて基板９により垂直に近い
角度で入射する。この結果、基板９の表面に形成された
微細なホールの底面や側面に到達し易くなり、底面や側
面に十分な被覆性で薄膜が作成される。

【００２８】このような成膜を所定時間行った後、電界
設定手段２８、イオン化手段２７、スパッタ電源２３１
及びガス導入手段２５の動作をそれぞれ停止させ、排気
系２２によってスパッタチャンバー２内を再び所定圧力
まで排気する。その後、ゲートバルブ２１を開けて基板
９をスパッタチャンバー２から取り出す。これによっ
て、スパッタチャンバー２内の一連の動作が終了する。

【００２９】次に、図１に示すＣＶＤチャンバー３の構
成について説明する。図３は、図１に示すＣＶＤチャン
バー３の概略構成を示す正面図である。図３に示すＣＶ
Ｄチャンバー３は、内部を排気する排気系３２と、内部
に所定のＣＶＤ用ガスを導入するガス導入手段３３と、
所定位置に基板９を配置するための基板ホルダー３４と
を備えている。

【００３０】後述するように、ＣＶＤチャンバー３内に
は活性の高い塩素系のガスが導入されるため、排気系３
２は、排気速度の高い高性能の真空ポンプ３２１を使用
する必要がある。具体的には、排気系３２は、真空ポン
プ３２１として、排気速度１０００リットル／秒程度の
ターボ分子ポンプを使用し、ＣＶＤチャンバー３内を１
０⁷ Ｔｏｒｒ〜１０⁸ Ｔｏｒｒ程度の到達圧力まで排気
できるように構成される。尚、排気系３２は、バリアブ
ルオリフィス等の排気速度調整器３２２を有する。

【００３１】ガス導入手段３３は、ＣＶＤ用ガスとし
て、四塩化チタンと水素と窒素の混合ガスを導入できる
よう構成されている。各々のガス導入系には、バルブ３
３１や流量調整器３３２が設けられている。尚、これら
の混合ガスにさらにアンモニアガスを添加すると、微細
なホールへの成膜の被覆性が向上する場合があり、アン
モニアガスが必要に応じて添加される。

【００３２】基板ホルダー３４は、上面に基板９を載置
して保持するよう構成されている。基板ホルダー３４に
は、静電吸着によって基板９を所定位置に固定する静電
吸着機構が必要に応じて設けられる。また、基板９を所
定温度に加熱するヒータ３５が基板ホルダー３４内に設
けられている。ヒータ３５は、通電によりジュール熱を
発生させる方式のものが例えば使用され、基板９を４０
０〜７００℃程度に加熱維持できるよう構成される。基
板９の温度は、不図示の熱電対等の温度センサで検出さ
れ、不図示の制御部によって負帰還制御される。

【００３３】また、本実施形態におけるＣＶＤチャンバ
ー３は、プラズマＣＶＤを行うようになっている。即
ち、ＣＶＤチャンバー３はプラズマＰ”を形成するプラ
ズマ形成手段３６を備えており、プラズマＰ”の作用に
より成膜を行うよう構成されている。プラズマ形成手段
３６は、ＣＶＤチャンバー３内に設けられた高周波電極
３６１と、高周波電極３６１に高周波電力を供給する高
周波電源３６２とから構成されている。ガス導入手段３
３によってＣＶＤチャンバー３内に導入されたＣＶＤ用
ガスは、高周波電極３６１によって設定された高周波電
界からエネルギーを受け取り、プラズマＰ”が形成され
るようになっている。

【００３４】尚、高周波電極３６１は、ガス吹き出し用
の穴を均等に設けた板状に形成されたり、メッシュ状に
形成されたりする。高周波電極３６１を通してＣＶＤ用
ガスが下方に拡散し、プラズマＰ”が形成されるように
なっている。尚、高周波電極３６１として下面にガス吹
き出し穴を有する中空の円盤状のものを使用し、この高
周波電極３６１の内部空間に一旦溜めてからＣＶＤ用ガ
スを導入するよう構成される場合がある。

【００３５】ガス導入手段３３によって導入された四塩
化チタンは、プラズマＰ”の作用によって分解し、混合
されている窒素と反応して基板９の表面に窒化チタンを
析出させ、窒化チタン薄膜が堆積するようになってい
る。尚、混合される水素ガスは、プラズマ形成手段３６
による高周波放電の放電開始を容易にする働きを有して
いる。

【００３６】また、ＣＶＤチャンバー３には、内部の圧
力を測定する二つの処理用真空計３７１，３７２が設け
られている。このうち、第一の処理用真空計３７１は、
成膜時の比較的高い圧力を測定するものであり、具体的
には隔膜真空計等である。また、第二の処理用真空計３
７２は、ＣＶＤチャンバー３内の残留ガスを検出する残
留ガス検出計として設けられるものである。第二の処理
用真空計３７２は、成膜後の高真空排気の際の比較的低
い圧力を測定するものであり、具体的には電離真空計等
が使用される。尚、質量分析計等の分圧を測定するもの
も、残留ガス検出計として使用できる。

【００３７】さらに、ＣＶＤチャンバー３内には、ＣＶ
Ｄチャンバー３内で使用される反応性ガスを吸着するゲ
ッター材３８が設けられている。ゲッター材３８は、本
実施形態ではジルコニウムが使用されている。ゲッター
材３８内には、ゲッター材３８を加熱するヒータ３８１
が設けられており、ゲッター材３８を７００℃程度に加
熱できるようになっている。尚、ゲッター材３８として
は、ジルコニウム以外にチタン等が使用できる。加熱さ
れたゲッター材３８は、ＣＶＤチャンバー３内に残留す
る塩素等の有害なガスを吸着して反応する。このため、
このような有害な残留ガスがセパレーションチャンバー
１内に拡散するのが抑制される。尚、図２に示すよう
に、前述したスパッタチャンバー２内にも、上記ゲッタ
ー材３８と同様のゲッター材２９を備えている。ゲッタ
ー材２９は同様にヒータ２９を有し、ゲッター材２９を
所定温度に加熱して有害ガスの吸着を効率よく行わせる
ようになっている。

【００３８】次に、図３を使用して、ＣＶＤチャンバー
３とセパレーションチャンバー１との間に設けられたゲ
ートバルブ室３１０の構成について説明する。ゲートバ
ルブ室３１０は、内部にゲートバルブ３１を設けた小さ
な気密な容器である。このゲートバルブ室３１０には、
排気系３１１が設けられている。

【００３９】排気系３１１は、排気速度１００リットル
／秒程度の排気速度の真空ポンプ３１２を有し、前述し
たＣＶＤチャンバー３の真空ポンプ３２１の排気速度よ
りかなり小さい。従って、ゲートバルブ室３１０内はＣ
ＶＤチャンバー３内に対して高い圧力の状態で排気され
る。つまり、ゲートバルブ室３１０はＣＶＤチャンバー
３に対して差動排気される。ゲートバルブ３１は、ゲー
トバルブ室３１０の壁部に設けた基板搬送口を気密に塞
いだり開いたりすることが可能となっている。ゲートバ
ルブ３１には、バルブ駆動機構３１３が付設されてい
る。バルブ駆動機構３１３は、エアシリンダ等の直線移
動機構であり、ゲートバルブ３１を直線移動させて開閉
動作を行わせるようになっている。

【００４０】また、図３に示すように、セパレーション
チャンバー１には、不活性ガス導入系１２が設けられて
いる。この不活性ガス導入系１２は、セパレーションチ
ャンバー１内にアルゴン等の不活性ガスを導入するよう
構成されている。尚、セパレーションチャンバー１に
は、内部の圧力を測定するセパレーション用真空計１３
が設けられている。セパレーション用真空計１３として
は、例えばペニングゲージ等が使用できる。また、図３
に示すように、セパレーションチャンバー１内にも、Ｃ
ＶＤチャンバー３内のゲッター材３８と同様のゲッター
材１４を備えている。ゲッター材１４は同様にヒータ１
５を有し、ゲッター材１４を所定温度に加熱して有害ガ
スの吸着を効率よく行わせるようになっている。

【００４１】次に、ゲートバルブ３１の動作を制御する
制御部６の構成について説明する。まず、制御部６は、
セパレーションチャンバー１内の圧力がＣＶＤチャンバ
ー３内の圧力より高いことを確認した後、ゲートバルブ
３１を開けてＣＶＤチャンバー３とセパレーションチャ
ンバー１との間の基板９の搬送を行うよう構成されてい
る。具体的には、制御部６は、セパレーション用真空計
１３からの測定信号と第二の処理用真空計３７２からの
測定信号との差に従って制御信号を発生させる第一のオ
ペアンプ６１を有する。第一のオペアンプ６１は、セパ
レーション用真空計１３の測定信号の方が第二の処理用
真空計３７２の測定信号より大きい場合に、制御信号を
発生させるようになっている。

【００４２】また、制御部６は、ＣＶＤチャンバー３内
の残留ガスの量が所定以下になったのを確認してゲート
バルブ３１を開ける制御を行うようになっている。具体
的には、制御部６は、残留ガス検出計として用いた第二
の処理用真空計３７２の測定信号が一方の入力信号とし
て入力される第二のオペアンプ６２を備えている。第二
のオペアンプ６２には電圧設定回路６２１が設けられて
おり、電圧設定回路６２１で設定された電圧が第二のオ
ペアンプ６２に他方の入力として入力されるようになっ
ている。そして、第二の処理用真空計３７２の測定信号
の大きさが電圧設定回路６２１からの入力に比べて小さ
い場合に、出力信号を発生させるようになっている。

【００４３】さらに、制御部６は、第一のオペアンプ６
１の出力信号と第二のオペアンプ６２の出力信号とが入
力されるＡＮＤ回路６３を有している。ＡＮＤ回路６３
は、両方の信号が入力された場合に出力信号を発生させ
る。ＡＮＤ回路６３の出力信号は、ゲートバルブ３１を
駆動するバルブ駆動機構３１３に送られるようになって
いる。この結果、セパレーションチャンバー１内の圧力
がＣＶＤチャンバー３内の圧力より高く、かつ、ＣＶＤ
チャンバー３内の残留ガスの検出値が所定の値以下の場
合に限り、バルブ駆動機構３１３が動作するようになっ
ている。

【００４４】次に、図３を使用して、ＣＶＤチャンバー
４内の装置の動作について説明する。まず、基板９は搬
送機構１１によってセパレーションチャンバー１からゲ
ートバルブ３１を通してＣＶＤチャンバー３内に搬入さ
れる。ＣＶＤチャンバー３内は、排気系３２によって所
定圧力まで予め排気されており、基板９は基板ホルダー
３４に載置される。基板ホルダー３４内のヒータ３５が
予め動作しており、基板ホルダー３４に載置された基板
９は、ヒータ３５の熱によって所定温度まで急速に加熱
され、その温度が維持される。

【００４５】そして、ゲートバルブ３１を閉じた後、ガ
ス導入手段３３が動作し、所定のＣＶＤ用ガスがＣＶＤ
チャンバー３内に導入される。ガス導入手段３３の各流
量調整器３３２によってＣＶＤ用ガスの流量及び混合比
を調整するとともに排気系３２の排気速度調整器３２１
によって排気速度を調整し、ＣＶＤチャンバー３内を所
定の圧力に保つ。この状態で、プラズマ形成手段３６を
動作させる。即ち、高周波電源３６２から高周波電極３
６１に高周波電力を供給し、ＣＶＤチャンバー内に高周
波電界を設定する。導入されたＣＶＤ用ガスにはこの高
周波電界によって高周波放電が生じ、プラズマＰ”が形
成される。導入された四塩化チタンはこのプラズマＰ”
の作用によって分解するとともに窒素と反応し、基板９
の表面に窒化チタンを析出させる。所定時間経過する
と、この窒化チタンは薄膜に成長し、所定の厚さの窒化
チタン薄膜が作成される。

【００４６】その後、プラズマ形成手段３６及びガス導
入手段３３の動作を停止し、ＣＶＤチャンバー３内を再
度高真空排気する。この際、ＣＶＤチャンバー３内の圧
力は第二の処理用真空計３７２によって測定されてお
り、その測定値は、第一のオペアンプ６１と第二のオペ
アンプ６２に送られる。そして、前述した通り、ＣＶＤ
チャンバー３内の圧力がセパレーションチャンバー１内
の圧力より低く、ＣＶＤチャンバー内の残留ガスの検出
値が所定の値以下の場合に限り、バルブ駆動機構３１３
に駆動信号が送られ、ゲートバルブ３１が開く。ゲート
バルブ３１が開いたら、搬送機構１１は基板９をＣＶＤ
チャンバー３から取り出す。これで、ＣＶＤチャンバー
３内での一連の動作が終了する。

【００４７】次に、図１に戻り、他の処理チャンバー４
の構成について説明する。他の処理チャンバーのうちの
一つは、成膜前に基板９をスパッタエッチングしてクリ
ーニングするエッチングチャンバー４ａとして構成され
る。装置に搬入される基板９の表面には、自然酸化膜や
保護膜が形成されている場合がある。このような膜が形
成されたままであると、作成する薄膜の電気特性が低下
したり薄膜の付着性が悪くなったりする問題がある。そ
こで、成膜に先立ち、基板９の表面をスパッタエッチン
グして自然酸化膜や保護膜を除去している。

【００４８】エッチングチャンバー４ａは、アルゴン等
のスパッタエッチング用のガスを導入する手段と、導入
されたガスに高周波エネルギーを供給するなどしてプラ
ズマを形成する手段と、プラズマ中から正イオンを引き
出して基板９に入射させる電界を設定する手段とを備え
ている。プラズマ中の正イオンが基板の表面に入射する
と、表面の自然酸化膜や保護膜がスパッタエッチングさ
れて除去される。この結果、基板９の本来の材料の清浄
な表面が露出する。

【００４９】また、他の処理チャンバーのうちの別の一
つは、成膜前に基板９を予備加熱するプリヒートチャン
バー４ｂとして構成される。プリヒートチャンバー４ｂ
は、前述した基板ホルダー２６，３４と同様の不図示の
基板ホルダーを備えている。基板ホルダー内には抵抗発
熱方式等のヒータが設けられており、基板ホルダーに載
置された基板９を２００〜６００℃程度まで加熱できる
よう構成されている。加熱時間は、１００〜２００秒程
度である。尚、基板ホルダーに基板９を静電吸着させて
熱伝導性を向上させたり、基板ホルダーと基板９との間
の隙間に熱伝導性を向上させるガスを供給したりことが
ある。予備加熱の主な目的は、脱ガス即ち基板９の吸蔵
ガスを加熱して放出させることにある。また、予め所定
温度まで基板９を加熱しておくと、スパッタチャンバー
２内での加熱に要する時間が短縮できるメリットもあ
る。

【００５０】以上で本実施形態の装置の構成についての
説明を終了し、次に装置の全体の動作について説明す
る。図１において、不図示のオートローダによって所定
数の基板９が一方のロードトックチャンバー５に搬入さ
れている。搬送機構１１は、この一方のロードロックチ
ャンバー５から一枚の基板９を取り出し、まずエッチン
グチャンバー４ａに送る。エッチングチャンバー４ａで
は、前述の通り表面の自然酸化膜や保護膜が除去され
る。次に、搬送機構１１はこの基板９をプリヒートチャ
ンバー４ｂに送る。基板９は、プリヒートチャンバー４
ｂ内で予備加熱され、脱ガスが行われる。

【００５１】その後、搬送機構１１はこの基板９をスパ
ッタチャンバー２に送る。スパッタチャンバー２内で
は、前述したようにチタン製のターゲット２３をアルゴ
ンガスでスパッタし、チタン薄膜を基板９の表面に堆積
させる。この際、ターゲット２３から放出されるスパッ
タ粒子がイオン化し、電界によってより垂直９に基板に
入射するため、微細なホールの内面の被覆性が向上す
る。

【００５２】その後、搬送機構１１はこの基板９をＣＶ
Ｄチャンバー３に送る。ＣＶＤチャンバー３では、前述
したように、四塩化チタンと窒素とを含むＣＶＤ用ガス
のプラズマＣＶＤによって基板９の表面に窒化チタン薄
膜を堆積させる。これによって、チタン薄膜の上に窒化
チタン薄膜を積層したコンタクト膜バリア膜の積層構造
が得られる。

【００５３】その後、搬送機構１１はこの基板９をＣＶ
Ｄチャンバー３から取り出し、他方のロードロックチャ
ンバー５に送る。尚、他の処理チャンバー４のうちの一
つは必要に応じて冷却チャンバーとされる。冷却チャン
バーは、水冷された基板ステージを有し、この基板ステ
ージに基板９を所定時間載置することで基板９を冷却す
るよう構成される。このようにして冷却した後、基板９
は、ロードロックチャンバー５に戻される。

【００５４】このようにして、一枚の基板９について、
エッチングチャンバー４ａ、プリヒートチャンバー４
ｂ、スパッタチャンバー２、ＣＶＤチャンバー３の順に
搬送しながら処理を連続して行い、チタン薄膜と窒化チ
タン薄膜を真空中で連続して形成する。このチタン薄膜
は前述したコンタクト膜として使用され、窒化チタン薄
膜は前述したバリア膜として使用される。尚、一枚の基
板９がプリヒートチャンバー４ｂに送られて予備加熱さ
れる際には、次の基板９がエッチングチャンバー４ａに
搬入されて処理されており、各基板９が各チャンバー４
ａ，４ｂ，２，３に次々に搬入されて枚葉処理される。
従って、装置全体の生産性は極めて高い。

【００５５】上述した構成及び動作である本実施形態の
装置では、スパッタチャンバー２とＣＶＤチャンバー３
という全く異質な処理チャンバーを複合させている。こ
のような場合、処理の内容が異なるために、処理チャン
バー２，３の雰囲気も互いに異なり、従って、雰囲気ガ
スが相互に拡散してお互いの雰囲気を汚損する問題が生
じてくる。特に、ＣＶＤチャンバー３では、塩素系ガス
等の反応性の高いガスを使用するため、このようなガス
がスパッタチャンバー２に拡散すると、スパッタチャン
バー３での処理の質を著しく損なう原因となり易い。

【００５６】しかしながら、本実施形態では、ＣＶＤチ
ャンバー３内の圧力がセパレーションチャンバー１より
も低く、かつ、ＣＶＤチャンバー３内の残留ガスの検出
値が所定の値以下になった後にゲートバルブ３１を開け
るようにしているので、ＣＶＤチャンバー３内の残留ガ
スがセパレーションチャンバー１に拡散してしまう可能
性は極めて低い。このため、この残留ガスがスパッタチ
ャンバー２まで拡散してしまう可能性は殆ど無くなって
いる。

【００５７】尚、ＣＶＤチャンバー３の圧力がセパレー
ションチャンバー１より低いという条件だけでゲートバ
ルブ３１を開けたり、残留ガスの検出値が所定の値以下
であるという条件だけでゲートバルブ３１を開けたりす
る場合でも、十分に効果がある。両方の条件を成立させ
るのは、信頼性をより向上させるたである。

【００５８】また、スパッタチャンバー２とセパレーシ
ョンチャンバー１の間のゲートバルブ２１については、
セパレーションチャンバー１の圧力がスパッタチャンバ
ー２より低い場合に限って開けられるよう制御部を設け
るようにすると良い。このようにすると、セパレーショ
ンチャンバー１内に万が一ＣＶＤチャンバー３の残留ガ
スが拡散してきていても、このガスがスパッタチャンバ
ー２まで拡散する可能性がさらに低くなる。また、スパ
ッタチャンバー２内の残留ガスがセパレーションチャン
バー１に拡散しないようにするためには、その逆であ
り、スパッタチャンバー２内の圧力がセパレーションチ
ャンバー１よりも低い場合に限ってゲートバルブ２１を
開けるようにすると良い。

【００５９】いずれにしても、本実施形態の装置では、
イオン化スパッタリングによって窒化チタン薄膜を微細
なホールに対して被覆性よく作成し、その上にＣＶＤに
よって窒化チタン薄膜を同様に被覆性よく作成してい
る。このため、高アスペクト比のホールの内面に十分な
厚さのチタン／窒化チタンの積層膜が得られる。従っ
て、高集積度化するデバイスのコンタクト膜バリア膜の
連続作成技術として最適なものとなる。

【００６０】

【実施例】次に、上記実施形態の属する実施例について
説明する。まず、スパッタチャンバー２におけるスパッ
タリングの条件としては、以下の条件が挙げられる。・スパッタ用ガス；アルゴン・ガスの流量；１００ｃｃ／分・圧力；６０ｍＴｏｒｒ・スパッタ電源の出力電圧；−５００Ｖ・基板の温度；３００℃ ・イオン化手段の高周波電源；１３．５６Ｈｚ８００Ｗ・電界設定手段の高周波電源；１３．５６Ｈｚ２００Ｗ上記条件によると、５００オングストローム毎分程度の
成膜速度でチタン薄膜が作成できる。尚、アスペクト比
５のホールに対するボトムカバレッジ率（ホールの周囲
の面に対するホールの底面への成膜速度の比）は、４０
％程度である。

【００６１】また、ＣＶＤチャンバー３におけるＣＶＤ
の条件としては、以下の条件が挙げられる。・ＣＶＤ用ガス；ＴｉＣｌ₄ とＮ₂ とＨ₂ の混合ガス・ガスの流量比；ＴｉＣｌ₄ ：Ｎ₂ ：Ｈ₂ ＝５００ｃｃ
／分：２０ｃｃ／分：５ｃｃ／分＝１００：４：１・全ガス流量；５２５ｃｃ／分・圧力；０．１２Ｔｏｒｒ・基板の温度；４８５℃ ・プラズマ形成手段の高周波電源；６０Ｈｚ５００Ｗ

【００６２】上記条件によると、３００オングストロー
ム毎分程度の成膜速度で窒化チタン薄膜が作成できる。
尚、アスペクト比５のホールに対するボトムカバレッジ
率（ホールの周囲の面に対するホールの底面への成膜速
度の比）は、７０％程度である。

【００６３】以上のコンタクト膜バリア膜連続作成装置
の発明の実施形態は、同時に異種薄膜連続作成装置の発
明の実施形態でもあるが、コンタクト膜バリア膜連続作
成以外の例として、銅配線プロセスにおけるＴａスパッ
タ膜（スパッタにより作成されたタンタル膜）とＣｕＣ
ＶＤ膜（ＣＶＤにより作成された銅膜）等の異種薄膜の
連続作成に本願発明の装置を用いることができる。尚、
低圧遠隔スパッタは上述したような問題を有するが、ス
パッタチャンバー２において低圧遠隔スパッタが行われ
るように構成されることを、本願発明は排除するもので
はない。

【００６４】

【発明の効果】以上説明した通り、本願発明によれば、
異種薄膜を真空中で連続して作成でき、かつ、その異種
薄膜によって高アスペクト比のホールの内面を十分に被
覆できる装置が提供され、さらにそのような装置を使用
して、質の良いコンタクト膜バリア膜の積層構造を得る
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係るコンタクト膜バリア膜連続作成
装置の概略構成を示す平面図である。

【図２】図１に示すスパッタチャンバー２の概略構成を
示す正面図である。

【図３】図１に示すＣＶＤチャンバー３の概略構成を示
す正面図である。

【図４】異種薄膜の連続作成を行う例を説明した図であ
る。

【図５】低圧遠隔スパッタの問題点を説明した図であ
り、（ａ）は基板の周辺部のホールへの成膜の状況を、
（ｂ）は基板の中央部のホールへの成膜の状況を示して
いる。

【符号の説明】

１セパレーションチャンバー１１搬送機構２スパッタチャンバー２１ゲートバルブ２２排気系２３ターゲット２３１スパッタ電源２４磁石機構２５ガス導入手段２６基板ホルダー２７イオン化手段２８電界設定手段３ＣＶＤチャンバー３１ゲートバルブ３２排気系３３ガス導入手段３４基板ホルダー３５ヒータ３６プラズマ形成手段４ａエッチングチャンバー４ｂプリヒートチャンバー４１ゲートバルブ５ロードロックチャンバー５１ゲートバルブ６制御部６１第一のオペアンプ６２第二のオペアンプ６２１電圧設定回路６３ＡＮＤ回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/203 Ｈ０１Ｌ 21/203 Ｓ 21/205 21/205 21/68 21/68 Ａ 21/768 21/90 Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の表面の所定領域に電気的導通を図
るためのコンタクト膜とそのコンタクト膜の上に相互拡
散を防止するバリア膜とを連続して作成するコンタクト
膜バリア膜連続作成装置であって、セパレーションチャンバーを介して気密に接続された複
数の処理チャンバーを有し、これら複数の処理チャンバ
ーのうちの一つはスパッタリングによって前記コンタク
ト膜を作成するスパッタチャンバーであり、別の一つは
化学的気相成長によって前記コンタクト膜の上に前記バ
リア膜を作成するＣＶＤチャンバーであり、セパレーシ
ョンチャンバーには、前記コンタクト膜が作成された基
板を真空中でＣＶＤチャンバーに搬送する搬送機構が設
けられていることを特徴とするコンタクト膜バリア膜連
続作成装置。
【請求項２】前記スパッタチャンバー内には、ターゲ
ットから放出されるスパッタ粒子をイオン化するイオン
化手段が設けられており、イオン化したスパッタ粒子を
基板に垂直な方向に加速する電界を設定する電界設定手
段が設けられていることを特徴とする請求項１記載のコ
ンタクト膜バリア膜連続作成装置。
【請求項３】基板の表面に異種の薄膜を連続して作成
する異種薄膜連続作成装置であって、セパレーションチャンバーを介して気密に接続された複
数の処理チャンバーと、各処理チャンバーとセパレーシ
ョンチャンバーとの間に設けられたゲートバルブとを有
し、複数の処理チャンバーのうちの一つはスパッタリングに
よって第一の薄膜を作成するスパッタチャンバーであ
り、別の一つは化学的気相成長によって第一の薄膜とは
異なる種類の第二の薄膜を作成するＣＶＤチャンバーで
あり、セパレーションチャンバーには、第一の薄膜が作
成された基板を真空中でＣＶＤチャンバーに搬送する搬
送機構が設けられており、さらに、セパレーションチャンバーは、内部に不活性ガ
スを導入する不活性ガス導入系を有し、セパレーション
チャンバー内の圧力が処理チャンバーの圧力より高いこ
とを確認した後にゲートバルブを開けて処理チャンバー
とセパレーションチャンバーとの間の基板の搬送を行う
制御部を備えていることを特徴とする異種薄膜連続作成
装置。
【請求項４】前記セパレーションチャンバー内の圧力
を測定するセパレーション用真空計と、前記処理チャン
バー内の圧力を測定する処理用真空計とが設けられてお
り、前記制御部は、セパレーション用真空計からの測定
信号と処理用真空計からの測定信号との差に従って制御
信号を発生させるオペアンプを有し、このオペアンプか
らの制御信号に従って前記ゲートバルブを開閉する制御
を行うものであることを特徴とする請求項３記載の異種
薄膜連続作成装置。
【請求項５】前記セパレーションチャンバー内又は前
記スパッタチャンバー内には、前記ＣＶＤチャンバー内
で使用される反応性ガスを吸着するゲッター材が設けら
れていることを特徴とする請求項３又は４記載の異種薄
膜連続作成装置。
【請求項６】前記ＣＶＤチャンバーは、内部の残留ガ
スを検出する残留ガス検出計を備えており、この残留ガ
ス検出計の検出信号が所定のレベル以下になったのを確
認して前記ＣＶＤチャンバーと前記セパレーションチャ
ンバーとの間のゲートバルブを開ける制御を行う制御部
を備えていることを特徴とする請求項３、４又は５記載
の異種薄膜連続作成装置。