【手続補正書】
【提出日】平成16年2月18日(2004.2.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】集積回路用バリア膜を作成するスパッタリング装置及びスパッタリング方法
【手続補正２】
【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
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタンと窒化チタンとを積層した構造の集積回路用バリア膜を作成するスパッタリング装置において、
排気系を備えたスパッタチャンバーと、このスパッタチャンバー内に設けられたチタンよりなるターゲットと、このターゲットをスパッタするスパッタ電極と、スパッタ放電のためにスパッタチャンバー内にガスを導入するガス導入手段と、スパッタによってターゲットから放出されたチタンをイオン化させるイオン化手段と、イオン化したチタンが入射する位置に基板を保持する基板ホルダーと、イオン化したチタンを基板に引き込むために基板に垂直な方向に電界を設定する電界設定手段とを備え、
チタン薄膜が作成された基板を加熱しながらチタン薄膜の表面に窒素ガスを供給してチタン薄膜の表面を窒化させる窒素アニール手段を有していることを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】
前記イオン化手段は、ターゲットから基板へのチタンの飛行経路において誘導結合型高周波プラズマを形成するものであることを特徴とする請求項１記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
前記電界設定手段は、前記基板ホルダーに所定の高周波電圧を印加することで基板に負のバイアス電圧を与えるものであることを特徴とする請求項１又は２記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
前記窒素アニール手段は、前記スパッタチャンバーとは別に設けられたアニールチャンバーと、アニールチャンバー内に窒素ガスを導入するアニール用ガス導入手段と、アニールチャンバー内に搬入された基板が載置される加熱ステージとから構成され、前記スパッタチャンバーと当該アニールチャンバーとの間で真空中で基板を搬送する構造を有していることを特徴とする請求項１、２又は３記載のスパッタリング装置。
【請求項５】
前記ガス導入手段は窒素ガスを導入する窒素ガス導入系を有し、前記基板ホルダーは基板を所定温度に加熱する加熱手段を内蔵しており、前記窒素アニール手段は、当該窒素ガス導入系と当該加熱手段によって構成されていて、チタン薄膜を作成したスパッタチャンバー内で連続して当該チタン薄膜の表面を窒化処理することが可能であることを特徴とする請求項１、２又は３記載のスパッタリング装置。
【請求項６】
チタンと窒化チタンとを積層した構造の集積回路用バリア膜を作成するスパッタリング方法において、
排気系を備えたスパッタチャンバー内にスパッタ放電のためにガスをガス導入手段により導入し、スパッタチャンバー内に設けられたチタンよりなるターゲットをスパッタ電極によりスパッタし、スパッタによってターゲットから放出されたチタンをイオン化手段によりイオン化させ、イオン化したチタンが入射する位置に基板ホルダーにより基板を保持するとともに、基板に垂直な方向に電界を電界設定手段により設定してイオン化したチタンを基板に引き込み、
チタン薄膜が作成された基板を、窒素アニール手段により加熱しながらチタン薄膜に窒素ガスを供給してチタン薄膜の表面を窒化させることを特徴とするスパッタリング方法。
【請求項７】
ターゲットから基板へのチタンの飛行経路において誘導結合型高周波プラズマが前記イオン化手段により形成されることを特徴とする請求項６記載のスパッタリング方法。
【請求項８】
前記電界設定手段により、前記基板ホルダーに所定の高周波電圧が印加されて基板に負のバイアス電圧が与えられることを特徴とする請求項６又は７記載のスパッタリング方法。
【請求項９】
前記スパッタチャンバーとは別に設けられたアニールチャンバー内に搬入された基板は加熱ステージに載置され、この状態でアニールチャンバー内にアニール用ガス導入手段により窒素ガスが導入されて窒素アニールが行われる方法であり、前記スパッタチャンバーと当該アニールチャンバーとの間で基板は真空中で搬送されることを特徴とする請求項６、７又は８記載のスパッタリング方法。
【請求項１０】
前記ガス導入手段は窒素ガスを導入する窒素ガス導入系を有し、前記基板ホルダーは基板を所定温度に加熱する加熱手段を内蔵しており、前記窒素アニール手段は、当該窒素ガス導入系と当該加熱手段によって構成されていて、チタン薄膜を作成したスパッタチャンバー内で連続して当該チタン薄膜の表面が窒化処理されることを特徴とする請求項６、７又は８記載のスパッタリング方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、各種半導体デバイス等の集積回路において相互拡散等を防止する集積回路用バリア膜の作成技術に関し、特にそのようなバリア膜を作成するスパッタリング装置及びスパッタリング方法に関するものである。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
このように、チタンと窒化チタンとを積層した構造のバリア膜については、イオン化スパッタをそのまま適用することは困難であり、ボトムカバレッジ率の向上の効果を十分に得ることはできない。
本願の発明は、このような課題を解決するためになされたものである。即ち、集積回路用バリア膜の作成において、イオン化スパッタの手法の応用を工夫して行うことで、高アスペクト比のホールに対して十分に成膜を行うことができるスパッタリング装置及びスパッタリング方法を提供することを目的としている。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
【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、チタンと窒化チタンとを積層した構造の集積回路用バリア膜を作成するスパッタリング装置において、
排気系を備えたスパッタチャンバーと、このスパッタチャンバー内に設けられたチタンよりなるターゲットと、このターゲットをスパッタするスパッタ電極と、スパッタ放電のためにスパッタチャンバー内にガスを導入するガス導入手段と、スパッタによってターゲットから放出されたチタンをイオン化させるイオン化手段と、イオン化したチタンが入射する位置に基板を保持する基板ホルダーと、イオン化したチタンを基板に引き込むために基板に垂直な方向に電界を設定する電界設定手段とを備え、
チタン薄膜が作成された基板を加熱しながらチタン薄膜の表面に窒素ガスを供給してチタン薄膜の表面を窒化させる窒素アニール手段を有し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、イオン化手段は、ターゲットから基板へのチタンの飛行経路において誘導結合型高周波プラズマを形成する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３記載の発明は、上記請求項１又は２の構成において、電界設定手段は、基板ホルダーに所定の高周波電圧を印加することで基板に負のバイアス電圧を与える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４記載の発明は、上記請求項１、２又は３の構成において、窒素アニール手段は、スパッタチャンバーとは別に設けられたアニールチャンバー、アニールチャンバー内に窒素ガスを導入するアニール用ガス導入手段と、アニールチャンバー内に搬入された基板が載置される加熱ステージとから構成され、前記スパッタチャンバーと当該アニールチャンバーとの間で真空中で基板を搬送する構造を有している。
また、上記解題を解決するため、請求項５記載の発明は、上記請求項１、２又は３の構成において、ガス導入手段は窒素ガスを導入する窒素ガス導入系を有し、基板ホルダーは基板を所定温度に加熱する加熱手段を内蔵しており、窒素アニール手段は、当該窒素ガス導入系と当該加熱手段によって構成されていて、チタン薄膜を作成したスパッタチャンバー内で連続して当該チタン薄膜の表面を窒化処理することが可能であるという構成を有する。
また、上記解題を解決するため、請求項６記載の発明は、チタンと窒化チタンとを積層した構造の集積回路用バリア膜を作成するスパッタリング方法において、
排気系を備えたスパッタチャンバー内にスパッタ放電のためにガスをガス導入手段により導入し、スパッタチャンバー内に設けられたチタンよりなるターゲットをスパッタ電極によりスパッタし、スパッタによってターゲットから放出されたチタンをイオン化手段によりイオン化させ、イオン化したチタンが入射する位置に基板ホルダーにより基板を保持するとともに、基板に垂直な方向に電界を電界設定手段により設定してイオン化したチタンを基板に引き込み、
チタン薄膜が作成された基板を、窒素アニール手段により加熱しながらチタン薄膜に窒素ガスを供給してチタン薄膜の表面を窒化させるという構成を有する。
また、上記解題を解決するため、請求項７記載の発明は、上記請求項６の構成において、ターゲットから基板へのチタンの飛行経路において誘導結合型高周波プラズマが前記イオン化手段により形成されるという構成を有する。
また、上記解題を解決するため、請求項８記載の発明は、上記請求項６又は７の構成において、前記電界設定手段により、前記基板ホルダーに所定の高周波電圧が印加されて基板に負のバイアス電圧が与えられるという構成を有する。
また、上記解題を解決するため、請求項９記載の発明は、上記請求項６、７又は８の構成において、前記スパッタチャンバーとは別に設けられたアニールチャンバー内に搬入された基板は加熱ステージに載置され、この状態でアニールチャンバー内にアニール用ガス導入手段により窒素ガスが導入されて窒素アニールが行われる方法であり、前記スパッタチャンバーと当該アニールチャンバーとの間で基板は真空中で搬送されるという構成を有する。
また、上記解題を解決するため、請求項１０記載の発明は、上記請求項６、７又は８の構成において、前記ガス導入手段は窒素ガスを導入する窒素ガス導入系を有し、前記基板ホルダーは基板を所定温度に加熱する加熱手段を内蔵しており、前記窒素アニール手段は、当該窒素ガス導入系と当該加熱手段によって構成されていて、チタン薄膜を作成したスパッタチャンバー内で連続して当該チタン薄膜の表面が窒化処理されるという構成を有する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
次に、請求項６、７、８及び９の方法の発明の実施形態の説明も兼ね、上記構成に係る本実施形態のスパッタリング装置の全体の動作について、図１を使用して説明する。
まず、搬送チャンバー６内の搬送ロボット６１１は、ロードロックチャンバー６７内のカセット６７１から基板５０を一枚ずつ取り出し、まずプリヒートチャンバー６２に搬送する。プリヒートチャンバー６２で基板５０を４００℃で１〜２分程度加熱してプリヒートした後、搬送ロボット６１１は基板５０をスパッタチャンバー１に搬送する。
そして、スパッタチャンバー１内で上述の通りチタンのスパッタ成膜を行い、基板５０上のホール内にチタン薄膜を作成する。


【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
次に、請求項６、７、８及び１０の方法の発明の実施形態の説明の説明も兼ね、本実施形態の装置の動作を説明する。
まず、基板５０をスパッタチャンバー１に搬入して、第一の実施形態の場合と同様に、チタンの成膜を行う。即ち、ガス導入手段４によってアルゴンガスを導入しながらスパッタ電極３を動作させてターゲット２をスパッタするとともに、イオン化手段７を動作させてスパッタ粒子（チタン）をイオン化させ、電界設定手段８が設定する電界によってイオン化スパッタ粒子を基板５０に到達させて成膜を行う。
チタンの成膜を所定時間行い、膜厚が所定の厚さに達したら、アルゴンガスの導入、スパッタ電極３、イオン化手段７及び電界設定手段８の動作を停止し、スパッタチャンバー１内を再度所定圧力まで排気する。


【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
【実施例】
次に、上記実施形態の発明の実施例を説明する。
第一の実施形態の装置及び方法並びに第二の実施形態の装置及び方法の双方に共通する条件として、以下のような条件でバリア膜を作成を行うことができる。
（１）プリヒート
・加熱温度：２５０〜３００℃
・保持時間：６０〜１２０秒
（２）チタンのスパッタ成膜
・アルゴンガスの流量：１００ｃｃ／分
・チャンバー内の圧力：３０ｍＴｏｒｒ
・スパッタ電極への投入電力：４ｋＷ
・高周波コイルへの投入電力：２ｋＷ
・基板バイアス電圧：−２０Ｖ
・成膜時の基板加熱：４００℃
・成膜時間：６０〜９０秒
・膜厚：１０００オングストローム
（２）窒素アニール処理
・窒素ガスの流量：１０００ｃｃ／分
・チャンバー内の圧力：２０〜４０Ｔｏｒｒ
・基板の加熱温度：６５０℃
・処理時間：１２０〜１８０秒
・表面窒化層の厚さ：３００オングストローム
即ち、上記実施例の条件によると、チタン層の厚さが約７００オングストロームで、窒化チタン層の厚さが約３００オングストロームであるバリア膜が作成される。


【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
【発明の効果】
以上説明した通り、本願の各請求項の発明によれば、イオン化スパッタのメリットを享受しつつ、十分な特性のバリア膜を高い生産性で作成することができる。
また、請求項４又は請求項９の発明によれば、上記効果に加え、スパッタチャンバーとは別に設けられたアニールチャンバーで窒素アニール処理が行われるので、さらに生産性を高くすることができる。
また、請求項５又は請求項１０の発明によれば、上記効果に加え、スパッタチャンバー内で窒素アニール処理が行われるので、バリア膜の膜質がさらに向上するという効果が得られる。