(57)【要約】金属又は金属ケイ化物のバリア層を形成する方法及び装置が提供される。１つの態様において、シリコン材料が配置された基板を基板処理システムに配置するステップと、第１処理チャンバにおいて上記基板の表面に第１金属層を堆積するステップと、シリコン材料及び第１金属層を反応させることにより金属ケイ化物層を形成するステップと、第２処理チャンバにおいて上記基板にその場で第２金属層を堆積するステップとを備えた基板処理方法が提供される。別の態様において、上記方法は、ロードロックチャンバと、第１基板移送チャンバ及び第２基板移送チャンバを含む中間基板移送領域と、上記第１基板移送チャンバに結合された物理的気相堆積処理チャンバと、上記第２基板移送チャンバに結合された化学的気相堆積処理チャンバとを備えた装置において実行される。【選択図】図１
2005504885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロードロックチャンバと、
第１基板移送チャンバ及び第２基板移送チャンバで構成される中間基板移送領域であって、上記第１基板移送チャンバは、第１圧力で動作され、上記第２移送チャンバは、上記第１圧力より低い第２圧力で動作され、更に、上記第１移送チャンバは、上記ロードロックチャンバに結合され、上記第２基板移送チャンバは、上記第１基板移送チャンバに結合されるような中間基板移送領域と、
上記第１基板移送チャンバに結合された少なくとも１つの物理的気相堆積（ＰＶＤ）処理チャンバと、
上記第２基板移送チャンバに結合された少なくとも１つの化学的気相堆積（ＣＶＤ）処理チャンバと、
上記第２基板移送チャンバに結合された少なくとも１つのアニールチャンバと、
を備えた基板を処理するシステム。
【請求項２】
上記中間基板移送領域は、上記中間基板移送領域及び各々の上記処理チャンバに連通する複数の真空ポンプを備え、該複数のポンプは、上記第１移送チャンバから上記第２移送チャンバへ上記システムを横切って圧力の増加する真空勾配を確立する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
上記ＰＶＤ処理チャンバは、そこに配置されたアニールペデスタルを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
上記ＰＶＤ処理チャンバは、コバルト、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、白金、ニッケル、鉄、ニオブ、パラジウム及びその組合せを含むグループから選択された材料のスパッタリングソースを有する、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
上記アニールチャンバは、急速加熱アニールチャンバである、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
上記第１基板移送チャンバは、上記第１移送チャンバに配置された前洗浄チャンバを備えた、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
上記第１基板移送チャンバは、脱ガスチャンバを含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
真空ポンプが結合され且つ加熱／冷却ユニットが配置されたパススルーチャンバが上記第１基板移送チャンバと上記第２基板移送チャンバとの間に配置される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
上記第１圧力は、約１×１０−５トルから約１×１０−８トルであり、上記第２圧力は、約１００ミリトルから約５トルである、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
上記第１移送チャンバ又は上記第２移送チャンバのいずれかがエッチングチャンバを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
パターン化された特徴画成部が形成されたシリコン材料が配置されている基板を基板処理システムに配置するステップと、
上記処理システムに配置された第１処理チャンバにおいて物理的気相堆積技術、化学的気相堆積技術又は原子層堆積技術により上記基板の表面に第１金属層を堆積するステップと、
上記シリコン材料及び上記第１金属層を反応させることにより金属ケイ化物層を生成するステップと、
上記処理システムに配置された第２処理チャンバにおいて化学的気相堆積技術により上記基板にその場で第２金属層を堆積するステップと、
を備えた基板処理方法。
【請求項１２】
上記金属ケイ化物層を生成する上記ステップは、上記基板を上記第２処理チャンバへ移送する前に上記基板をその場でアニールする段階を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
上記金属ケイ化物層を生成する上記ステップは、上記第２処理チャンバにおいて上記第２金属層を堆積する前に上記基板を約３００℃から約９００℃の温度に晒す段階を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
上記金属ケイ化物層を形成する上記ステップは、約３００℃から約９００℃の温度において上記化学気相堆積技術により上記第２金属層を堆積する段階を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
上記基板をアニールする上記段階は、上記第２処理チャンバにおいて上記第２金属層を堆積する前に上記第１処理チャンバ又は真空アニールチャンバにおいて上記基板をアニールする工程を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
上記基板をその場でアニールする上記段階は、真空を中断せずに約３００℃から約９００℃の温度において上記基板をアニールする工程を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
上記金属ケイ化物層を形成する上記ステップは、上記第２処理チャンバにおいて上記第２金属層を堆積する前に、真空を中断せずに、第１温度においてその場で上記基板をアニールすると共に、上記第１温度より高い第２温度で上記基板をアニールする段階を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
上記基板は、上記基板を第１温度でアニールした後であって且つ上記基板を第２温度でアニールする前に未反応金属を除去するようにエッチングされる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
上記第１温度は、約３００℃から約６００℃であり、上記第２温度は、約４００℃から約９００℃である、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
上記基板をその場でアニールする上記段階は、処理システムにおいて真空を中断せずに、上記堆積チャンバにおいて上記第１温度で上記基板をアニールし、真空アニールチャンバにおいて上記第２温度で上記基板をアニールする工程を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
上記基板をその場でアニールする上記段階は、処理システムにおいて真空を中断せずに、第１アニールチャンバにおいて上記第１温度で上記基板をアニールし、次いで、第２アニールチャンバにおいて上記第２温度で上記基板をアニールする工程を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
上記第１金属層は、コバルト、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、白金、ニッケル、鉄、ニオブ、パラジウム及びその組合せで構成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項２３】
上記第１金属層は、コバルト、ニッケル又はその組合せで構成され、上記第２金属層は、タングステンで構成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項２４】
上記第２金属層を堆積する前に上記第１金属層上にバリア材料の層を堆積する、請求項１１に記載の方法。
【請求項２５】
上記第２金属層を堆積した後に上記基板をアニールするステップを更に備えた、請求項１１に記載の方法。
【請求項２６】
フッ化水素ディップ技術又はプラズマエッチング技術により酸化物形成を除去するように上記基板の表面を処理するステップを更に備えた、請求項１１に記載の方法。
【請求項２７】
特徴画成部がシリコン含有材料に形成された基板を基板処理システムに配置するステップと、
上記シリコン含有材料において上記特徴画成部に金属層を堆積するステップであって、該金属層がコバルト、ニッケル又はその組合せで構成されるようなステップと、
上記シリコン含有材料と上記金属層との界面に金属ケイ化物層を形成するに充分な温度で化学的気相堆積技術により上記金属層上にタングステン層を堆積するステップと、
を備えた基板処理方法。
【請求項２８】
上記タングステン層は、約３００℃から約５００℃の温度で堆積される、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
上記タングステン層は、
上記金属層にシリコン層を堆積し、
上記シリコン層にタングステン核形成層を堆積し、
上記タングステン核形成層にバルクタングステンを堆積する、
ことを含むその場でのプロセスにより堆積される、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
上記タングステン層を堆積した後に上記基板をアニールして上記金属層を金属ケイ化物へと実質的に変換するステップを更に備えた、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
上記基板をアニールする上記ステップは、約４００℃から約９００℃の温度であってタングステン堆積温度より高い温度に上記基板を晒す段階を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
上記タングステン層を堆積する前に上記金属層に窒化チタン層を堆積するステップを更に備えた、請求項２７に記載の方法。
【請求項３３】
上記金属層の堆積、上記タングステン層の堆積、及び上記アニールは、真空を中断せずに同じ処理システムにおいて実行される、請求項２７に記載の方法。
【請求項３４】
特徴画成部がシリコン含有材料に形成された基板を基板処理システムに配置するステップと、
物理的気相堆積チャンバ内で上記シリコン含有材料において上記特徴画成部に金属層を堆積するステップと、
上記物理的気相堆積チャンバ内で上記基板をアニールして、上記シリコン含有材料と上記金属層との界面に金属ケイ化物層を生成するステップと、
上記基板をアニールして上記金属層を金属ケイ化物に実質的に変換するステップと、
化学的気相堆積チャンバ内で上記金属層にタングステン層を堆積するステップと、
を備えた基板処理方法。
【請求項３５】
上記タングステン層は、
上記金属層にシリコン層を堆積し、
上記シリコン層にタングステン核形成層を堆積し、
上記タングステン核形成層にバルクタングステンを堆積する、
ことを含むプロセスにより堆積される、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
上記物理的気相堆積チャンバ内で上記基板をアニールする上記ステップは、約３００℃から約６００℃の第１温度に上記基板を晒す段階を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
上記基板をアニールして上記金属層を金属ケイ化物に実質的に変換する上記ステップは、上記タングステン層を堆積する前に、真空を中断せずに、上記第１温度より高い第２温度に上記基板を晒す段階を含み、上記第２温度は、約４００℃から約９００℃である、請求項３４に記載の方法。
【請求項３８】
上記基板をアニールして上記金属層を金属ケイ化物に実質的に変換する上記ステップは、上記タングステン層を堆積した後に、真空を中断せずに、上記第１温度より高い第２温度に上記基板を晒す段階を含み、上記第２温度は、約４００℃から約９００℃である、請求項３４に記載の方法。
【請求項３９】
上記基板は、上記物理的気相堆積チャンバにおいて上記基板をその場でアニールして金属ケイ化物層を形成した後に、未反応の金属を除去するようにエッチングされる、請求項３４に記載の方法。
【請求項４０】
上記第１金属層は、コバルト、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、白金、ニッケル、鉄、ニオブ、パラジウム及びその組合せで構成される、請求項３４に記載の方法。
【請求項４１】
上記タングステン層を堆積する前に上記金属層にバリア層材料を堆積するステップを更に備えた、請求項３４に記載の方法。
【請求項４２】
フッ化水素ディップ技術又はプラズマエッチング技術により酸化物生成を除去するように上記基板の表面を処理するステップを更に備えた、請求項３４に記載の方法。
【請求項４３】
パターン化された特徴画成部が形成されたシリコン材料が配置されている基板を第１処理チャンバに配置するステップと、
第１処理チャンバ内で上記基板をプラズマ洗浄プロセスに晒すステップと、
第２処理チャンバ内で物理的気相堆積技術により上記基板表面において上記特徴画成部にコバルト層を堆積するステップと、
上記第２処理チャンバにおいて第１温度で上記基板をアニールしてケイ化コバルト層を部分的に生成するステップと、
第３処理チャンバにおいて上記第１温度より高い第２温度で上記基板をアニールして、上記ケイ化コバルト層を実質的に生成するステップと、
第４処理チャンバにおいて化学的気相堆積技術により上記ケイ化コバルト層にタングステン層を堆積するステップと、
を備え、上記第１、第２、第３及び第４処理チャンバが１つの真空処理システムに配置されるようにした基板処理方法。
【請求項４４】
上記第１温度は、約３００℃から約６００℃であり、上記第２温度は、約４００℃から約９００℃である、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
上記タングステン層は、
上記金属層にシリコン層を堆積し、
上記シリコン層にタングステン核形成層を堆積し、
上記タングステン核形成層にバルクタングステンを堆積する、
ことを含むその場でのプロセスにより堆積される、請求項４３に記載の方法。
【請求項４６】
第１温度で上記基板をアニールした後であって且つ第２温度で上記基板をアニールする前に未反応の金属を除去するステップを更に備えた、請求項４３に記載の方法。
【請求項４７】
上記タングステン層を堆積する前に上記コバルト層にバリア材料の層を堆積するステップを更に備えた、請求項４３に記載の方法。
【請求項４８】
フッ化水素ディップ技術又はプラズマエッチング技術により酸化物生成を除去するように上記基板の表面を処理するステップを更に備えた、請求項４３に記載の方法。
【請求項４９】
上記タングステン層の堆積に続いて上記基板をアニールするステップを更に備えた、請求項４３に記載の方法。
【請求項５０】
特徴画成部がシリコン含有材料に形成された基板を基板処理システムに配置するステップと、
上記シリコン含有材料において上記特徴画成部に金属層を堆積するステップであって、該金属層がコバルト、ニッケル又はその組合せで構成されるようなステップと、
上記基板を第１温度でアニールして金属ケイ化物層を生成するステップと、
化学的気相堆積技術により上記金属層にタングステン層を堆積するステップと、
上記第１温度より高い第２温度で上記基板をアニールするステップと、
を備えた基板処理方法。
【請求項５１】
上記タングステン層は、約３００℃から約５００℃の温度で堆積される、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
上記第１温度は、約３００℃から約６００℃であり、上記第２温度は、約４００℃から約９００℃である、請求項５０に記載の方法。
【請求項５３】
上記タングステン層は、化学気相堆積チャンバにおいて、
上記金属層にシリコン層を堆積し、
上記シリコン層にタングステン核形成層を堆積し、
上記タングステン核形成層にバルクタングステンを堆積する、
ことを含むプロセスにより堆積される、請求項５０に記載の方法。
【請求項５４】
上記タングステン層を堆積する前に上記金属層に窒化チタン層を堆積するステップを更に備えた、請求項５０に記載の方法。
【請求項５５】
上記金属層の堆積、上記第１温度でのアニール、上記タングステン層の堆積、及び上記第２温度でのアニールは、真空を中断せずに同じ処理システムにおいて実行される、請求項５０に記載の方法。
【請求項５６】
上記第１金属層は、コバルト、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、白金、ニッケル、鉄、ニオブ、パラジウム及びその組合せで構成される、請求項５０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の内容】
【０００１】
関連出願
本出願は、参考としてここに援用する２００１年７月２５日に出願された出願中の米国特許出願第０９／９１６，２３４号［ＡＭＡＴ／５５４７］の一部継続出願である。
【発明の背景】
【０００２】
発明の分野
本発明は、半導体デバイスの製造に関し、半導体基板上に材料を堆積してアニールするための装置及び方法に関する。
【０００３】
関連技術の説明
半導体基板における超大規模集積（ＵＬＳＩ）回路の最近の改良は、半導体デバイスの将来の世代がサブクオータミクロンの多レベル金属化を必要とするであろうことを示している。この技術の中心をなす多レベル相互接続は、高アスペクト比のアパーチャーに形成された相互接続特徴部であってコンタクト、ビア、ライン及び他の特徴部を含むような相互接続特徴部の平坦化を必要とする。これらの相互接続特徴部を確実に形成することは、ＵＬＳＩの成功にとって非常に重要であると共に、特徴部のサイズが０．１３μｍ以下に減少するときに個々の基板及びダイにおいて回路密度及びクオリティを高めるための努力を継続するためにも非常に重要である。
【０００４】
ＵＬＳＩ回路は、金属酸化物半導体（ＭＯＳ）デバイス、例えば、相補的金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含む。これらトランジスタは、ソース領域とドレイン領域との間に配置された半導体ゲートを含むことができる。集積回路構造体の形成、特に、ポリシリコンゲート電極を使用するＭＯＳデバイスの形成においては、ポリシリコンゲート電極の上並びにシリコン基板のソース及びドレイン領域の上に金属ケイ化物層を設けて、ソース及びドレイン領域を金属相互接続部に電気的に接続することにより、低い抵抗値を容易に得ると共にデバイスの性能を改善することが習慣となっている。
【０００５】
ＣＭＯＳ処理技術に現在使用されている１つの重要な処理技術は、チタン及びコバルトのような耐火金属の自己整合ケイ化作用(Self-Aligned Salicidation)（サリサイド(salicide)）である。例えば、コバルト（Ｃｏ）を使用するサリサイドプロセスでは、高導電率のオーバー層を形成することによりソース及びドレイン並びにポリシリコンゲート抵抗が減少されると共に、ソース及びドレインとその後に形成される金属相互接続部との有効接触面積を増加することにより接触抵抗が減少される。サリサイド処理技術とは、パターン化されたシリコン基板に堆積されたコバルトのような耐火金属は、特定の処理条件のもとで露出シリコンと選択的に反応するが、酸化シリコン材料のような隣接材料とは反応しないという原理を利用しようとするものである。
【０００６】
例えば、通常基板表面にパターン化されたシリコンにコバルトの層がスパッタリングされ、次いで、熱アニールプロセスを受けて、ケイ化コバルト（ＣｏＳｉ）を生成する。パターン化されたシリコンの外側又は酸化シリコンの保護層に堆積されたコバルトのような未反応コバルトは、その後、選択的にエッチング除去することができる。ケイ化コバルトの選択的反応は、基板表面に形成されたソース、ドレイン及びポリシリコンゲート領域に低抵抗率耐火金属ケイ化物をマスクレスで自己整列形成すると共に、半導体デバイスの相互接続導体を生じさせる。エッチングプロセスの後に、更に別の基板処理が行われ、例えば、ケイ化物材料のシート抵抗を更に減少すると共にケイ化コバルト（ＣｏＳｉ２）を完全に生成するのに使用される付加的な熱アニーリングが行われる。
【０００７】
しかしながら、ケイ化コバルトプロセスを従来の製造装置に一体化することは困難である。ケイ化コバルトプロセスを実行する現在の処理システムは、堆積及びアニールプロセス段階用の個別チャンバ間で基板を移送することを必要とする。チャンバ間の移送は、基板を汚染物に露出させ、基板表面に堆積されたシリコン又はコバルトの潜在的な酸化を招く。
【０００８】
基板の表面に酸化物が形成されると、ケイ化物層の抵抗が増加すると共に、回路全体の信頼性が低下し得る。例えば、堆積したコバルト材料が酸化すると、コバルトが凝集したり、ケイ化物層が不規則に成長したりする。コバルト層の凝集や不規則な成長は、ソース及びドレイン電極が異なる厚みや表面積を有するといったデバイス不良を引き起こす。更に、基板表面においてケイ化コバルトが過剰に成長すると、デバイス間に導電性経路が形成され、短絡やデバイスの故障を招く。
【０００９】
コバルト及びシリコンの汚染を制限する１つの解決策は、処理システム間で基板を移送する前にコバルト及びシリコン膜にチタン及び／又は窒化チタンのキャップ膜をスパッタリングすることである。このキャップ膜は、基板をアニールした後であって基板を更に処理する前に、除去される。しかしながら、チタン及び窒化チタンの堆積及び除去プロセスを追加すると、ケイ化物生成に必要な処理段階の数が増加し、従って、処理効率が低下し、処理の複雑さが増大し、基板のスループットが低下する。
【００１０】
又、ＵＬＳＩ回路は、上述したケイ化コバルト層や銅の特徴部のような導電層間に相互接続部やコンタクトを形成することも含む。これらの相互接続部やコンタクトは、一般に、酸化シリコンのような誘電体材料に形成された特徴画成部や、この特徴画成部に堆積されるバリア層や、この特徴画成部の金属層充填物即ち「プラグ」を含む。チタン及び窒化チタン膜は、タングステンのような金属層に対するバリア層材料として使用されており、これらの膜は、一般に、物理的気相堆積技術によって堆積される。しかしながら、シリコン表面上にチタンを堆積すると、ケイ化チタンが生成するという問題が生じる。
【００１１】
ケイ化チタンは、凝集することが観察されており、これは、その後に堆積される材料に悪影響を及ぼす。又、ケイ化チタンは、特徴部のサイズが０．１７μｍより小さくなると、シート抵抗の根本的な増加を示し、これは、形成される特徴部のコンダクタンスに悪影響を及ぼす。更に、ケイ化チタンは、約４００℃以上の温度で基板を処理する間の熱安定性が不充分であり、これは、層間拡散を招き、デバイスの性能に悪影響を及ぼす。
【００１２】
更に、チタン及び窒化チタンのＰＶＤ堆積は、約３００トル程度で堆積されるタングステンのような材料のＣＶＤ堆積に比して、非常に低い処理圧力即ち５×１０−３トル未満で行われることがしばしばある。これは、ＰＶＤ及びＣＶＤプロセスを同じシステムに一体化することを困難にする。その結果、多くの製造者は、ＰＶＤチタン及び窒化チタン堆積と、ＣＶＤタングステン堆積とに対して別々のシステムを使用する。システムの数が増加すると、生産コストが増大し、生産時間が長くなり、更に、処理基板をシステム間に移送するときに汚染に曝すことになる。
【００１３】
それ故、処理の複雑さを低減し且つ処理効率及びスループットを改善しながら基板にバリア層及びケイ化物材料を形成するための方法及び装置が要望される。
【発明の概要】
【００１４】
ここに述べる本発明の実施形態は、一般に、堆積及び／又はアニールプロセスを使用して金属バリア又は金属ケイ化物層を形成するための方法及び装置を提供する。１つの態様において、ロードロックチャンバと、第１基板移送チャンバ及び第２基板移送チャンバで構成される中間基板移送領域であって、上記第１基板移送チャンバは、第１圧力で動作され、上記第２移送チャンバは、上記第１圧力より低い第２圧力で動作され、更に、上記第１移送チャンバは、上記ロードロックチャンバに結合され、上記第２基板移送チャンバは、上記第１基板移送チャンバに結合されるような中間基板移送領域と、上記第１基板移送チャンバに結合された少なくとも１つの物理的気相堆積（ＰＶＤ）処理チャンバと、上記第２基板移送チャンバに結合された少なくとも１つの化学的気相堆積（ＣＶＤ）処理チャンバと、上記第２基板移送チャンバに結合された少なくとも１つのアニールチャンバとを備えた基板を処理するシステムが提供される。
【００１５】
他の態様において、パターン化された特徴画成部が形成されたシリコン材料が配置された基板を基板処理システムに配置するステップと、上記処理システムに配置された第１処理チャンバにおいて物理的気相堆積技術、化学的気相堆積技術又は原子層堆積技術により上記基板の表面に第１金属層を堆積するステップと、シリコン材料及び第１金属層を反応させることにより金属ケイ化物層を形成するステップと、上記処理システムに配置された第２処理チャンバにおいて化学的気相堆積技術により上記基板にその場で第２金属層を堆積するステップとを備えた基板処理方法が提供される。
【００１６】
別の態様において、特徴画成部がシリコン含有材料内に形成された基板を基板処理システムに配置するステップと、上記シリコン含有材料において上記特徴画成部に金属層を堆積するステップであって、該金属層がコバルト、ニッケル又はその組合せで構成されるようなステップと、上記シリコン含有材料と上記金属層との界面に金属ケイ化物層を生成するに充分な温度で化学的気相堆積技術によって上記金属層にタングステン層を堆積するステップとを備えた基板処理方法が提供される。
【００１７】
別の態様において、特徴画成部がシリコン含有材料内に形成された基板を基板処理システムに配置するステップと、物理的気相堆積チャンバ内で上記シリコン含有材料において上記特徴画成部に金属層を堆積するステップと、上記物理的気相堆積チャンバ内で上記基板をアニールして、上記シリコン含有材料と上記金属層との界面に金属ケイ化物層を生成するステップと、上記基板をアニールして上記金属層を金属ケイ化物に実質的に変換するステップと、化学的気相堆積チャンバ内で上記金属層にタングステン層を堆積するステップとを備えた基板処理方法が提供される。
【００１８】
別の態様において、パターン化された特徴画成部が形成されたシリコン材料が配置されている基板を第１処理チャンバに配置するステップと、第１処理チャンバ内でプラズマ洗浄プロセスに上記基板を晒すステップと、第２処理チャンバ内で物理的気相堆積技術により上記基板の表面において上記特徴画成部にコバルト層を堆積するステップと、上記第２処理チャンバにおいて第１温度で上記基板をアニールしてケイ化コバルト層を部分的に生成するステップと、第３処理チャンバにおいて上記第１温度より高い第２温度で上記基板をアニールして、上記ケイ化コバルト層を実質的に生成するステップと、第４処理チャンバにおいて化学的気相堆積技術により上記ケイ化コバルト層にタングステン層を堆積するステップとを備え、上記第１、第２、第３及び第４処理チャンバが１つの真空処理システムに配置されるようにした基板処理方法が提供される。
【００１９】
別の態様において、特徴画成部がシリコン含有材料内に形成された基板を基板処理システムに配置するステップと、上記シリコン含有材料において上記特徴画成部に金属層を堆積するステップであって、該金属層がコバルト、ニッケル又はその組合せで構成されるようなステップと、上記基板を第１温度でアニールして金属ケイ化物層を生成するステップと、化学的気相堆積技術により上記金属層にタングステン層を堆積するステップと、上記第１温度より高い第２温度で上記基板をアニールするステップとを備えた基板処理方法が提供される。
【００２０】
本発明の上記態様が達成され且つ詳細に理解できるように、上記で簡単に要約した本発明を、添付図面に示されたその実施形態を参照して詳細に説明する。
【００２１】
しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態を示すものに過ぎず、それ故、本発明の範囲を何ら限定するものではなく、本発明は、他の等しく有効な実施形態も受け入れることに注意されたい。
【好ましい実施形態の詳細な説明】
【００２２】
ここに述べる本発明の実施形態は、堆積チャンバ又は基板処理システムにおいて金属ケイ化物層を形成するための方法及び装置を提供する。物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセスを参照して以下に述べる１つの実施形態は、本発明を例示するためのもので、本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。本発明の態様は、金属ケイ化物層を形成するためにアニールが望まれる化学的気相堆積のような他のプロセスにも効果的に使用できる。
【００２３】
図１は、ここに述べる物理的気相堆積、化学的気相堆積及びアニールプロセスの少なくとも１つの実施形態を遂行するのに適した一体化された多チャンバ基板処理システムを示す。堆積及びアニールプロセスは、ＰＶＤチャンバ及びＣＶＤチャンバが配置された多チャンバ処理システム又はクラスターツールにおいて実行することができる。効果的に使用できる１つの処理プラットホームは、カリフォルニア州サンタクララに所在するアプライド・マテリアルズ・インクから商業的に入手できるＥｎｄｕｒａ（登録商標）処理プラットホームである。
【００２４】
図１は、２つの移送チャンバ４８、５０と、これら移送チャンバ４８、５０内に各々配置された移送ロボット４９、５１と、これら２つの移送チャンバ４８、５０に対して配置された複数の処理チャンバ３６、３８、４０、４１及び４２とを含む処理プラットホーム３５の一実施形態を示す概略上面図である。第１移送チャンバ４８及び第２移送チャンバ５０は、冷却又は予熱チャンバであるパススルーチャンバ５２により分離される。又、パススルーチャンバ５２は、第１移送チャンバ４８及び第２移送チャンバ５０が異なる圧力で動作するときに、基板取り扱い中にポンプダウン又は通気することもできる。例えば、第１移送チャンバ４８は、約１００ミリトルと約５トルとの間、例えば、約４００ミリトルで動作することができ、第２移送チャンバ５０は、約１×１０−５トルと約１×１０−８トルとの間、例えば、約１×１０−７トルで動作することができる。処理プラットホーム３５は、マイクロプロセッサコントローラ５４をプログラミングすることにより自動化される。
【００２５】
第１移送チャンバ４８は、２つの脱ガスチャンバ４４と、２つのロードロックチャンバ４６と、反応性前洗浄チャンバ４２と、少なくとも１つの物理的気相堆積チャンバ、好ましくは、長射程の物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバ３６と、パススルーチャンバ５２とに結合される。前洗浄チャンバは、カリフォルニア州サンタクララのアプライド・マテリアルズから商業的に入手できる「プレクリーンＩＩ」チャンバでよい。基板（図示せず）は、ロードロックチャンバ４６を経てウェハ処理システム３５へロードされる。その後、基板は、脱ガスチャンバ４４及び前洗浄チャンバ４２において各々順次脱ガス及び洗浄される。移送ロボット４９は、脱ガスチャンバ４４と前洗浄チャンバ４２との間で基板を移動する。次いで、基板は、材料を堆積するために長射程ＰＶＤチャンバ３６へ移送される。
【００２６】
第２移送チャンバ５０は、一群のプロセスチャンバ３８、４０、４１及び４３に結合される。チャンバ３８及び４０は、オペレータが希望するタングステンのような材料を堆積するための化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバである。適当なＣＶＤチャンバの一例は、カリフォルニア州サンタクララに所在するアプライド・マテリアルズから商業的に入手できるＷｘＺＴＭチャンバを含む。ＣＶＤチャンバは、原子層堆積（ＡＬＤ）技術及び従来の化学気相堆積技術により材料を堆積するのが好ましい。チャンバ４１及び４３は、真空又はほぼ真空圧力で基板をアニールすることのできる急速熱アニール（ＲＴＡ）チャンバ又は急速熱プロセス（ＲＴＰ）チャンバである。ＲＴＡチャンバ４１の一例は、カリフォルニア州サンタクララのアプライド・マテリアルズ・インクから商業的に入手できるＲＡＤＩＡＮＣＥＴＭチャンバである。或いは又、チャンバ４１及び４３は、高温ＣＶＤ堆積、アニールプロセス、或いはその場での堆積及びアニールプロセスを実行することのできるＷｘＺＴＭ堆積チャンバでもよい。ＰＶＤ処理された基板は、移送チャンバ４８からパススルーチャンバ５２を経て移送チャンバ５０へ移動される。その後、移送ロボット５１は、処理に必要とされる材料堆積及びアニール動作のために１つ以上のプロセスチャンバ３８、４０、４１及び４３間で基板を移動する。
【００２７】
又、ＲＴＡチャンバ（図示せず）を処理プラットホーム３５の第１移送チャンバ４８に配置して、プラットホーム３５から基板を除去したり又は第２移送チャンバ５０へ移送したりする前に、堆積後アニールプロセスを行ってもよい。
【００２８】
図示されていないが、複数の真空ポンプが各移送チャンバ及び各処理チャンバと流体連通状態に配置され、各チャンバ内の圧力を独立して調整する。これらポンプは、ロードロックチャンバから処理チャンバへと装置を横切って圧力の増加する真空勾配を確立する。
【００２９】
或いは又、ＰＶＤ金属堆積及び／又は堆積金属のアニール動作の後に基板表面をエッチングして未反応金属を除去するために、カリフォルニア州サンタクララのアプライド・マテリアルズ・インクにより製造されたデカップルド・プラズマ・ソースチャンバ（ＤＰＳ（登録商標）チャンバ）のようなプラズマエッチングチャンバが、処理プラットホーム３５又は個別の処理システムに結合されてもよい。例えば、アニールプロセスによりコバルト及びシリコン材料からケイ化コバルトを形成する際に、このエッチングチャンバを使用して、未反応コバルト材料を基板表面から除去することができる。又、本発明は、ここに述べるプロセス及び装置に関連して使用される湿式エッチングチャンバのような他のエッチングプロセス及び装置の使用も意図する。
【００３０】
図２は、ここに述べる物理的気相堆積、化学的気相堆積及びアニールプロセスの少なくとも１つの実施形態を遂行するのに適した一体化された多チャンバ基板処理システムの別の実施形態の概略上面図である。この実施形態において、第１移送チャンバ４８は、一群のプロセスチャンバ３８、４０、４１及び４３と、２つのロードロックチャンバ４６と、パススルーチャンバ５２とに結合される。チャンバ４１及び４３は、真空又はほぼ真空圧力で基板をアニールすることのできるＲＴＡチャンバ、例えば、ＲＡＤＩＡＮＣＥＴＭチャンバであり、更に、チャンバ３８及び４０は、ＣＶＤチャンバ、例えば、ＷｘＺＴＭチャンバである。第１移送チャンバ４８は、約１×１０−５トルと約１×１０−８トルとの間、例えば、約１×１０−７トルで動作することができ、第２移送チャンバ５０は、約１００ミリトルと約５トルとの間、例えば、約４００ミリトルで動作することができる。
【００３１】
或いは又、チャンバ４１及び４３は、高温ＣＶＤ堆積、アニールプロセス、或いはその場での堆積及びアニールプロセスを実行することのできるＷｘＺＴＭチャンバでもよい。パススルーチャンバ５２は、更に、加熱、冷却及び搬送機能に加えて、脱ガスチャンバとして機能することもできる。
【００３２】
第２移送チャンバ５０は、反応性前洗浄チャンバ４２と、１つ以上の長射程の物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバ３６と、パススルーチャンバ５２とに結合される。第２移送チャンバ５０の構成では、例えば、プラズマ洗浄方法により基板を前洗浄できると共に、１×１０−８の真空圧力でＰＶＤ堆積を行った後に、高圧力移送チャンバ４８へ移送できるようにする。第１移送構成では、ＰＶＤ処理に比して、アニールのような高圧力処理を、基板除去の前に、ロードロック４６に隣接した移送チャンバにおいて実行することができる。この実施形態における高圧力の第１移送チャンバは、第１移送チャンバ４８に約１×１０−５トルから約１×１０−８トルのほぼ真空の圧力を使用したシステム３５の構成に比して、ポンプダウン時間を短縮し且つ装置コストを削減することができる。
【００３３】
図３は、長射程の物理的気相堆積チャンバの一実施形態を示す。適当な長射程のＰＶＤチャンバの一例は、カリフォルニア州サンタクララのアプライド・マテリアルズ・インクから商業的に入手できるＡＬＰＳ  ｐｌｕｓ（登録商標）及びＳＩＰ（登録商標）ＰＶＤ処理チャンバである。
【００３４】
一般に、長射程のＰＶＤチャンバ３６は、ターゲット１４２のようなスパッタリングソースと、半導体基板１５４を受け入れるための基板支持ペデスタル１５２とを収容し、このペデスタルは、図示されたようなチャンバ壁であるか又は接地シールドである接地エンクロージャー壁１５０内に配置される。
【００３５】
チャンバ３６は、誘電体アイソレータ１４６を介して接地導電性アルミニウムアダプタ１４４に支持され、Ｏリング（図示せず）によりシールされる。ターゲット１４２は、スパッタリングの間に基板表面に堆積されるべき材料で構成され、これは、金属ケイ化物層を形成するのに使用されるコバルト、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、白金、ニッケル、鉄、ニオブ、パラジウム及びその組合せを含む。例えば、コバルト元素、ニッケルコバルト合金、コバルトタングステン合金、コバルトニッケルタングステン合金、ドープされたコバルト及びニッケル合金、又はニッケル鉄合金は、チャンバにおいて合金ターゲット又は多数のターゲットを使用して堆積することができる。又、ターゲットは、金属の表面層と、それより作用性の高い金属のバックプレートとの接合された複合体を含んでもよい。
【００３６】
ペデスタル１５２は、スパッタ被覆されるべき基板１５４を、ターゲット１４２の主面に平面対向して支持する。基板支持ペデスタル１５２は、ターゲット１４２のスパッタ面にほぼ平行に配置された平らな基板受け入れ面を有する。ペデスタル１５２は、チャンバ下壁１６０に結合されたベロー１５８を介して垂直方向に移動可能であり、チャンバ下部のロードロックバルブ（図示せず）により基板１５４をペデスタル１５２に移送した後に、堆積位置へ持ち上げることができる。処理ガスは、ガスソース１６２からマスフローコントローラ１６４を経てチャンバの下部へ供給される。
【００３７】
チャンバ３６に接続された制御可能なＤＣ電源１４８は、負の電圧即ちバイアスをターゲット１４２へ印加するのに使用される。ＲＦ電源１５６は、基板１５４に負のＤＣ自己バイアスを誘起するためにペデスタル電極１５２に接続されるが、他の用途では、ペデスタル１５２が接地されるか又は電気的に浮動に保たれる。
【００３８】
ターゲット１４２の後部には、回転可能なマグネトロン１７０が配置され、これは、ベースプレート１７４に支持された複数の蹄鉄形磁石１７２を含み、ベースプレート１７４は、チャンバ１４０及び基板１５４の中心軸に一致する回転シャフト１７６に結合される。蹄鉄形磁石１７２は、通常、腎臓の形状を有する、閉じたパターンに配置される。磁石１４２は、チャンバ内においてターゲット１４２の前面にほぼ平行に且つそれに接近して磁界を発生して、電子を捕獲し、ひいては、局部的なプラズマ密度を高め、これにより、スパッタリング率を高める。磁石１７２は、チャンバの上部の周りに電磁界を発生し、これら磁石は、電磁界を回転するために回転され、これは、ターゲット１４２をより均一にスパッタするようにプロセスのプラズマ密度に作用する。
【００３９】
本発明のチャンバ３６は、接地された下部シールド１８０を備え、この下部シールドは、図４の分解断面図に明確に示されたように、その上部フランジ１８２がアダプタ１４４の張出部１８４に支持され且つそれに電気的に接続されている。下部シールド１８０のフランジ１８２にはダークスペースシールド１８６が支持され、このダークスペースシールド１８６の上面に凹設されるスクリューのような固定具（図示せず）が、これとフランジ１８２を、それらスクリューを受け入れるタップ穴を有するアダプタ張出部１８４に固定する。この金属ねじ込み結合は、２つのシールド１８０、１８６をアダプタ１４４に接地できるようにする。次いで、アダプタ１４４は、アルミニウムのチャンバ側壁１５０にシールされ且つ接地される。両シールド１８０、１８６は、通常、硬質の非磁性ステンレススチールから形成される。
【００４０】
ダークスペースシールド１８６は、ターゲット１４２の環状側部くぼみに密接に嵌合する上部を有し、ダークスペースシールド１８６とターゲット１４２との間には狭いギャップ１８８があり、これは、プラズマの貫通を防止するに充分なほど狭く、ひいては、セラミックアイソレータ１４６に金属層がスパッタ被覆されてターゲット１４２を電気的に短絡するのを防止するに充分なほど狭い。又、ダークスペースシールド１８６は、下方に突出したチップ１９０も含み、これは、下部シールド１８０とダークスペースシールド１８６との間の界面がスパッタ堆積した金属により接合されるのを防止する。
【００４１】
全体を示した図３に戻ると、下部シールド１８０は、第１直径のほぼ管状の上部１９４と、それより小さな第２直径のほぼ管状の下部１９６とにおいて下方に延びて、アダプタ１４４及びチャンバ本体１５０の壁にほぼ沿ってペデスタル１５２の上面より下へと延びている。又、半径方向に延びる下部１９８を含むボウル上の底部と、ペデスタル１５２のすぐ外側の上方に延びる内部１００も有している。カバーリング１０２は、ペデスタル１５２がその下方のロード位置にあるときには下部シールド１８０の上方に延びた内部１００の頂部にのせられるが、ペデスタル１５２がその上方の堆積位置にあるときにはペデスタル１５２の外周にのせられ、ペデスタル１５２がスパッタ堆積されるのを防止する。付加的な堆積リング（図示せず）を使用して、基板１５４の周囲が堆積されないようシールドしてもよい。
【００４２】
又、チャンバ３６は、より方向性をもって材料を基板にスパッタリングするようにしてもよい。１つの態様においては、この方向性スパッタリングは、ターゲット１４２と基板支持ペデスタル１５２との間にコリメータ１１０を配置して、基板１５４に対し堆積材料の均一且つ対称的なフラックスを与えることにより達成される。
【００４３】
接地リングコリメータのような金属性リングコリメータ１１０が下部シールドの張出部１０６にのせられ、コリメータ１１０を接地する。このリングコリメータ１１０は、複数の同心的管状区分を備え、例えば、図５に示すように、３つの同心的管状区分１１２、１１４、１１６がクロス支柱１１８、１２０によりリンクされている。外側の管状区分１１６は、下部シールド１８０の張出部１０６にのせられる。下部シールド１８０を使用してコリメータ１１０を支持することは、チャンバの設計及び保守を簡単化する。少なくとも２つの内部管状区分１１２、１１４は、スパッタされた粒子を部分的にコリメートする高アスペクト比のアパーチャーを画成するに充分な長さである。更に、コリメータ１１０の上面は、バイアスされたターゲット１４２に対向する接地平面として働き、特に、プラズマ電子を基板１５４から離しておく。
【００４４】
本発明に使用できるコリメータの別の形式は、図６の平面図に部分的に示されたハニカムコリメータ１２４であり、これは、六角形のアパーチャー１２８を分離している六角形の壁１２６が密接に詰め込み配列されたメッシュ構造を有している。ハニカムコリメータ１２４の利点は、コリメータ１２４の厚みを、必要に応じて、その中心から周囲へと通常は凸形状に変化させて、アパーチャー１２８のアスペクト比もコリメータ１２４にわたって同様に変化させられることである。コリメータは、１つ以上の凸状の側部を有してもよい。これは、スパッタのフラックス密度を基板にわたって調整し、堆積の均一性を高めることができる。ＰＶＤチャンバに使用できるコリメータは、ここに述べる本発明の態様及び特許請求の範囲と矛盾しない程度に参考としてここに援用する１９９７年７月２２日付の米国特許第５，６５０，０５２号に開示されている。
【００４５】
基板支持ペデスタル１５２の一実施形態が図７Ａに示されている。この基板支持ペデスタル１５２は、高温高真空アニールプロセスに使用するのに適している。一般に、この基板支持ペデスタル１５２は、シャフト２４５に結合されたベース２４０に配置された加熱部分２１０を備えている。
【００４６】
加熱部分２１０は、一般に、熱伝導性材料２２０及び基板支持面２７５に配置された加熱素子２５０を備えている。熱伝導性材料２２０は、加熱素子２５０と基板支持面２７５との間に効率的な熱伝達を与えるように動作温度において充分な熱コンダクタンスを有するものであれば、いかなる材料でもよい。伝導性材料の一例は、スチールである。基板支持面２７５は、誘電体材料を含んでもよく、通常、そこに配置される基板２８０に対して実質的に平らな受け入れ面を含む。
【００４７】
加熱素子２５０は、伝導性材料２２０内に埋設されたリードを有する導電性ワイヤのような抵抗加熱素子であり、伝導性材料２２０に電気を通流する電気回路を完成するように設けられる。加熱素子２５０は、例えば、熱伝導性材料２２０に配置された個別の加熱コイルを含む。電気ワイヤは、電圧ソースのような電源（図示せず）を電気抵抗性加熱コイルの端に接続して、コイルを加熱するに充分なエネルギーを供給する。コイルは、基板支持ペデスタル１５２の領域をカバーするいかなる形状のものでもよい。もし必要であれば、付加的な加熱容量を与えるために２つ以上のコイルを使用してもよい。
【００４８】
流体チャンネル２９０が加熱部分２１０の表面に結合され、基板支持ペデスタル１５２の加熱又は冷却のいずれかを与える。この流体チャンネル２９０は、遠隔位置の流体ソース２９４から流体を循環するための流体入口及び出口を有する同心リング又は一連のリング或いは他の希望の構成を含むものでよい。流体チャンネル２９０は、基板支持ペデスタル１５２のシャフト２４５に形成された流体通路２９２によって流体ソース２９４に接続される。電源に接続された加熱素子２５０と、流体導体接続流体ソース即ち流体熱交換器を通過する熱媒体により冷却される流体チャンネル２９０との両方を含む基板支持ペデスタル１５２の実施形態は、一般に、基板支持ペデスタル１５２の表面の温度制御を達成する。
【００４９】
サーモカップルのような温度センサ２６０を、例えば、加熱部分２１０の付近で基板支持ペデスタル１５２に取り付け又は埋設し、従来のやり方で温度を監視することができる。例えば、測定された温度をフィードバックループに使用して、電源から抵抗ヒータに供給される電流を制御し、基板の温度を希望の温度又は希望の温度範囲内に維持又は制御することができる。制御ユニット（図示せず）を使用して、温度センサから信号を受け取り、それに応答して加熱電源又は流体ソースを制御することもできる。
【００５０】
加熱及び冷却成分の電源及び流体供給源は、一般に、チャンバ３６の外部に配置される。流体通路２９４を含むユーティリティ通路は、基板支持ペデスタル１５２のベース２４０及びシャフト２４５に沿って軸方向に配置される。柔軟な保護シース２９５がシャフト２４５の周りに配置され、基板支持ペデスタル１５２からチャンバ壁（図示せず）へと延びて、基板支持ペデスタル１５２とチャンバの内部との間の汚染を防止する。
【００５１】
基板支持ペデスタル１５２は、更に、加熱部分２１０の基板受け入れ面２７５をバックサイドガスソース（図示せず）に流体接続するガスチャンネル（図示せず）を含む。このガスチャンネルは、加熱部分２１０と基板２８０との間の熱伝達ガス又はマスキングガスのバックサイドガス通路を画成する。
【００５２】
図７Ｂは、基板支持ペデスタル１５２の加熱部分に取り付けられるか又はそれを形成する静電チャック２１０を有する基板支持ペデスタル１５２の別の実施形態を示す。この静電チャック２１０は、電極２３０と、誘電体材料２３５が被覆された基板受け入れ面２７５とを含む。導電性ワイヤ（図示せず）が電極２３０を電圧ソース（図示せず）へ接続する。基板２８０は、誘電体材料２３５に接触配置され、直流電圧が電極２３０に印加されて、基板を把持するための静電吸引力を形成する。
【００５３】
一般に、電極２３０は、熱伝導性材料２２０において、そこに配置された加熱素子２５０と離間関係で配置される。加熱素子２５０は、一般に、熱伝導性材料２２０において電極２３０から垂直方向に離間されて平行に配置される。通常、電極は、加熱素子と基板受け入れ面２７５との間に配置されるが、他の構成を使用してもよい。
【００５４】
上述した基板支持ペデスタル１５２の実施形態は、高真空アニールチャンバ内に基板を支持するのに使用される。高真空アニールチャンバは、上述した長射程チャンバ３６のようなＰＶＤチャンバ内に配置された基板支持ペデスタル１５２を含むものでよく、この場合、ブランクターゲットが配置されるか又はターゲットをもたず、且つターゲット又は基板支持ペデスタルにバイアスが接続されない。
【００５５】
上述した基板支持ペデスタル１５２の実施形態は、単なる例示に過ぎず、本発明の範囲をこれに限定するものでない。例えば、支持ペデスタルとして使用することのできる適当な静電チャックは、カリフォルニア州サンタクララのアプライド・マテリアルズ・インクから入手できるＭＣＡ（登録商標）静電Ｅチャック又はパイロリティック・ボロン・ニトライド(Pyrolytic Boron Nitride)静電Ｅチャックを含む。
【００５６】
ここに述べる基板支持ペデスタル１５２の実施形態は、基板をアニールするのに使用できるが、急速熱アニール（ＲＴＡ）チャンバのような商業的に入手できるアニールチャンバを使用して、基板をアニールし、ケイ化物膜を生成してもよい。本発明は、ホットプレート設計及び加熱ランプ設計を含む種々の熱アニールチャンバ設計を利用して、電気メッキの結果を向上させることも意図する。本発明にとって有用な１つの特定の熱アニールチャンバは、カリフォルニア州サンタクララに所在するアプライド・マテリアルズ・インクから入手できるＷｘＺ（登録商標）チャンバである。本発明にとって有用な１つの特定のホットプレート熱アニールチャンバは、カリフォルニア州サンタクララに所在するアプライド・マテリアルズ・インクから入手できるＲＴＰ  ＸＥｐｌｕｓ  Ｃｅｎｔｕｒａ（登録商標）熱処理チャンバである。１つの特定のランプアニールチャンバは、カリフォルニア州サンタクララに所在するアプライド・マテリアルズ・インクから入手できるＲａｄｉａｎｃｅ（登録商標）熱処理チャンバである。
【００５７】
図１及び図２を参照すれば、処理チャンバ３６、３８、４０、４１及び４３は、各々、マイクロプロセッサコントローラ５４により制御される。このマイクロプロセッサコントローラ５４は、プロセスチャンバ及びサブプロセッサを制御するための工業設定に使用できる任意の形式の汎用コンピュータプロセッサ（ＣＰＵ）の１つでよい。このコンピュータは、ランダムアクセスメモリ、リードオンリメモリ、フロッピーディスクドライブ、ハードドライブ、或いは他の形式のローカル又はリモートのデジタル記憶装置のような適当なメモリを使用する。プロセッサを従来のやり方でサポートするために種々のサポート回路をＣＰＵに接続してもよい。必要とされるソフトウェアルーチンは、メモリに記憶されるか、又はリモート配置の第２のＣＰＵにより実行される。
【００５８】
基板がペデスタルに配置された後にプロセスシーケンスルーチンが実行される。ソフトウェアルーチンは、これが実行されると、汎用コンピュータを、チャンバプロセスが実行されるようにチャンバ動作を制御する特定のプロセスコンピュータへと変換する。或いは又、ソフトウェアルーチンは、ハードウェアにおいて、特定用途向けの集積回路又は他の形式のハードウェア実施として、或いはソフトウェアとハードウェアの組合せとして実施されてもよい。
【００５９】
運転に際し、基板１５４が基板支持ペデスタル１５２に配置され、チャンバ３６にプラズマが発生される。少なくとも約９０ｍｍの長い射程距離がターゲット１４２と基板を分離する。基板支持ペデスタル１５２及びターゲット１４２は、２００ｍｍの基板の場合に約１００ｍｍから約３００ｍｍの距離だけ分離される。基板支持ペデスタル１５２及びターゲット１４２は、３００ｍｍの基板の場合に約１５０ｍｍから約４００ｍｍの距離だけ分離される。基板とターゲットとの間の分離が基板直径の５０％より大きい場合に、長射程の処理チャンバとみなす。
【００６０】
スパッタリングプロセスは、通常、約０Ｖから約２４００Ｖの負の電圧をターゲット１４２に印加してガスをプラズマ状態に励起することにより実行される。ＤＣ電源１４８又は別の電源を使用して、例えば、約０Ｖから約７００Ｖの負のバイアスを基板支持ペデスタル１５２に印加することができる。プラズマからのイオンがターゲット１４２に衝撃して、その下に配置された基板１５４へと原子及び大きな粒子をスパッタする。供給電力は電圧で表わされるが、キロワット又は電力密度（Ｗ／ｃｍ２）として表わされてもよい。チャンバに供給される電力量は、スパッタリングの量と、処理される基板のサイズとに基づいて変化させることができる。
【００６１】
スパッタリングプロセスに使用される処理ガスは、マスフローコントローラ１６４を経て処理チャンバ３６に導入される。処理ガスは、非反応性又は不活性種、例えば、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）、ヘリウム（Ｈｅ）、又はその組合せを含む。下部チャンバのポンピングポート１６８を経て接続される真空ポンピングシステム１６６は、約１×１０−６トル未満の基本的圧力、例えば、約１×１０−８トルにチャンバを維持するのに使用されるが、チャンバ内の処理圧力は、通常、コバルトスパッタリングの場合、０．２ミリトルから２ミリトル、好ましくは、１ミリトル未満に維持される。
【００６２】
運転に際し、基板が基板支持ペデスタルに配置され、次いで、バックサイドガスが存在する状態又は存在しない状態で、基板が加熱素子２５０により希望の処理温度に加熱され、その後、基板をアニールして希望のアニール結果を得るに充分な時間処理され、次いで、チャンバから取り出される。基板支持ペデスタル１５２の加熱素子２５０は、室温から基板を加熱することができ、即ち約２０℃から約９００℃に加熱することができ、更に、流体チャンネルは、基板を約０℃の温度に冷却させる。加熱素子２５０と流体チャンネル２９０の組合せは、一般に、基板支持ペデスタル１５２に使用される材料の特性と、チャンバ３６内で基板を処理するのに使用されるプロセスパラメータとに基づいて、基板２８０の温度を約１００Ｃと約９０００Ｃとの間で制御するのに使用される。
【００６３】
金属及び金属ケイ化物バリアの堆積プロセス
ここに述べるプロセスの実施形態は、金属及び金属ケイ化物バリア層を特徴画成部として堆積することに係る。１つの態様においては、第１金属層がシリコン含有材料に堆積され、アニールされて、金属ケイ化物層を生成する。次いで、この金属ケイ化物層に第２金属層が堆積されて、特徴部を充填する。金属ケイ化物層を生成するためのアニールプロセスを多数のアニール段階で実行してもよい。ある真空処理システムでは真空を中断せずに、第１金属層、第２金属層の堆積、及び所要のアニール段階を実行するのが好ましい。
【００６４】
２段階のアニールプロセスを使用して、金属層を金属ケイ化物の第１相に変換し、例えば、コバルト及びシリコンを、第１ケイ化コバルト（ＣｏＳｉ）相に変換するか、又は金属を金属ケイ化物に部分的に変換する。第２のアニール段階において、金属を希望のケイ化物相に実質的に変換し、例えば、第１ケイ化コバルト（ＣｏＳｉ）相を、希望のバリア層特性をもつケイ化コバルト（ＣｏＳｉ２）生成物に変換する。金属ケイ化物は、ここでは、多数の相で存在し得る金属とシリコンの合金として広く定義される。
【００６５】
第１アニール段階は、堆積チャンバと同じチャンバで実行されてもよく、真空アニールチャンバのようなアニールチャンバで実行されてもよく、又は後続材料の堆積中に、例えば、第２金属の化学気相堆積中に実行されてもよい。第２アニール段階は、第２金属の堆積前又は堆積後に実行される。第２アニールプロセスは、一般に、第１アニール温度よりも高いアニール温度を有する。
【００６６】
金属ケイ化物層は、例えば、堆積チャンバ又は処理システムにおいて、化学気相堆積技術により金属層を堆積する前に又はそれと同時に、真空を中断せずに、その場で形成されるのが好ましい。その場でとは、ここでは、真空を中断したり個別の装置又はシステムへ転送したりせずに同じチャンバ又は同じ処理システムにおいて２つ以上のプロセスを実行するものとして広く定義される。
【００６７】
例えば、その場でのアニールは、金属堆積と同じ処理チャンバにおいて実行され、又、その場での堆積は、堆積チャンバに隣接する処理チャンバにおいて実行され、その両方が移送チャンバに結合され、移送チャンバの真空は、処理中に中断されない。
【００６８】
更に別の例では、その場での処理は、同じ処理システムにおいて別々の処理圧力で実行され、例えば、システム３５の第１及び第２移送チャンバ４８、５０に各々配置された処理チャンバ及びアニールチャンバにおいて、システム３５の真空を中断したり基板を別の処理システムへ移送したりせずに、基板が処理される。
【００６９】
以下、コバルト又はニッケル層膜から金属ケイ化物層を生成することについて説明するが、本発明は、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、白金、鉄、ニオブ、パラジウム及びその組合せを含む他の材料や、ニッケルコバルト合金、コバルトタングステン合金、コバルトニッケルタングステン合金、ドープされたコバルト及びニッケル合金、又はニッケル鉄合金を含む他の合金を使用して、ここに述べるように金属ケイ化物材料を生成することも意図する。
【００７０】
反応性前洗浄
基板に金属を堆積する前に、基板の表面を洗浄し、露出部に形成された酸化物等の汚染物を除去する。洗浄プロセスは、フッ化水素溶液に曝す等の湿式エッチングプロセスにより実行されてもよいし、又は不活性ガス、還元ガス、例えば、水素、アンモニア又はその組合せのプラズマに曝す等のプラズマ洗浄プロセスにより実行されてもよい。又、洗浄プロセスは、処理中の基板表面の汚染を最小にするために、処理段階と処理段階との間に実行されてもよい。
【００７１】
プラズマ洗浄プロセスは、カリフォルニア州サンタクララのアプライド・マテリアルズ・インクから商業的に入手できるプレクリーンＩＩ処理チャンバ及びＲＰＣ＋処理チャンバにおいて実行することができる。１つの態様において、反応性前洗浄プロセスは、アルゴン、ヘリウム、水素、窒素、フッ素含有化合物及びその組合せのような１つ以上のガスのプラズマから基を形成する。例えば、前洗浄ガスは、テトラフルオロカーボン（ＣＦ４）及び酸素（Ｏ２）の混合物、又はヘリウム（Ｈｅ）及び三フッ化窒素（ＮＦ３）の混合物を含む。前洗浄ガスは、ヘリウム及び三フッ化窒素の混合物であるのがより好ましい。
【００７２】
プラズマは、通常、約２００ＫＨｚから約１１４ＭＨｚの周波数において約５００から約２０００ワットＲＦの電力を印加することにより発生される。２００ｍｍの基板に対して、ヘリウムの流量は、約１００から約５００ｓｃｃｍの範囲であり、三フッ化窒素の流量は、約１００ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍの範囲である。プラズマ処理は、約１０秒間から約１５０秒間続けられる。プラズマは、１つ以上の処理サイクルに発生され、サイクルとサイクルとの間にパージされるのが好ましい。例えば、４つの処理サイクルが各々３５秒間続くのが有効である。
【００７３】
別の態様において、基板は、先ず、アルゴンのプラズマを使用し、次いで、水素のプラズマを使用して前洗浄される。原子数で約５０％以上のアルゴンを含む第１の前洗浄ガスが、約０．８ミリトルの圧力で導入される。アルゴンガスのプラズマが当たって、基板１１０にアルゴンスパッタ洗浄環境を受けさせる。アルゴンプラズマは、約５０ワットから約５００ワットのＲＦ電力を印加することにより発生されるのが好ましい。アルゴンプラズマは、約１０秒から約３００秒の間維持されて、反応性水素プラズマで容易に除去されない堆積物に対し充分な洗浄時間を与える。
【００７４】
アルゴンプラズマに続いて、チャンバ圧力が約１４０ミリトルに増加され、本質的に水素及びヘリウムより成る第２の前洗浄ガスが処理領域に導入される。この処理ガスは、約５％水素及び約９５％ヘリウムで構成されるのが好ましい。水素プラズマは、約５０ワットから約５００ワットの電力を印加することにより発生される。水素プラズマは、約１０秒から約３００秒の間維持される。
【００７５】
金属の堆積
第１金属層は、チャンバ３６内に配置された基板に、第２金属層「プラグ」に対するバリア層として堆積されてもよいし、或いは基板ペデスタル１５２において堆積されアニールされて、真空を中断せずに金属ケイ化物層を生成してもよい。基板は、シリコン又はシリコン酸化物材料のような誘電体材料がその上に配置されると共に、一般的に、金属膜が堆積されるか又は金属ケイ化物膜が生成されるところの特徴部を画成するようにパターン化される。第１金属層は、物理的気相堆積技術、化学的気相堆積技術又は原子層堆積技術によって堆積することができる。
【００７６】
物理的気相堆積技術では、上述したＰＶＤチャンバ３６を使用して金属が堆積される。堆積されるべきコバルトのような材料のターゲット１４２が、チャンバ３６の上部に配置される。基板１５４がチャンバ３６に入れられ、基板支持ペデスタル１５２に配置される。処理ガスが、約５ｓｃｃｍから約３０ｓｃｃｍの流量でチャンバ３８に導入される。従順なＰＶＤ金属層の堆積を促進するためにチャンバの圧力は約５ミリトル以下に維持される。堆積中には、約０．２ミリトルと約２ミリトルの間のチャンバ圧力を使用するのが好ましい。更に好ましくは、基板にコバルトをスパッタリングするには、約０．２ミリトルと約１．０ミリトルの間のチャンバ圧力で充分であることが観察されている。
【００７７】
約０ボルト（Ｖ）と約−２４００Ｖとの間の負の電圧をターゲット１４２に印加することによりプラズマが発生される。例えば、２００ｍｍ基板に材料をスパッタリングするには、約０Ｖと約−１０００Ｖとの間の負の電圧がターゲット１４２に印加される。基板表面へのスパッタ材料の方向性を改善するために、約０Ｖと約−７００Ｖとの間の負の電圧が基板支持ペデスタル１５２に印加される。基板は、堆積プロセス中に約１０℃と約６００℃との間の温度に維持される。
【００７８】
堆積プロセスは、例えば、アルゴンのような不活性ガスを、約５ｓｃｃｍから約３０ｓｃｃｍの流量でチャンバへ導入し、チャンバの圧力を約０．２ミリトルから約１．０ミリトルに維持し、約０ボルトから約１０００ボルトの負のバイアスをターゲット１４２に印加してガスをプラズマ状態に励起し、スパッタリングプロセス中に、基板を約１０℃から約６００℃、好ましくは、約５０℃から約３００℃、最も好ましくは、約５０℃から約１００℃の温度に維持し、更に、２００ｍｍ基板の場合に、ターゲットを基板表面から約１００ｍｍから約３００ｍｍ離間させることを含む。このプロセスを使用して、コバルトが、約３００Å／分から約２０００Å／分の率でシリコン材料に堆積される。堆積率への悪影響を最小にするように、ここに述べるプロセスではコリメータが使用される。
【００７９】
図示されていないが、上述したコバルト又はニッケルのようなバリア材料は、図１及び２に示す装置を使用して別の方法で堆積されてもよい。コバルト材料は、化学気相堆積（ＣＶＤ）技術、原子層堆積（ＡＬＤ）技術、イオン化磁気プラズマＰＶＤ（ＩＭＰ−ＰＶＤ）技術、自己イオン化プラズマＰＶＤ（ＳＩＰ−ＰＶＤ）技術、又はその組合せによって堆積することができる。例えば、コバルト材料は、図１に示す処理プラットホーム３５のチャンバ３８のようなＣＶＤチャンバにおいてＣＶＤにより堆積されるか、或いは図１に示す位置３８に配置されたＡＬＤチャンバ又はＣＶＤチャンバにおいてＡＬＤにより堆積される。
【００８０】
或いは又、タングステンのような第２金属の堆積の前に、チタン又は窒化チタンのようなバリア材料の層が第１金属層上に堆積されてもよい。バリア材料の層は、第２金属層がその下の基板又はシリコン材料へ拡散することに対する耐層間拡散性を改善する。更に、バリア材料の層は、第１金属層と第２金属層との間の層間接着性も改善する。適当なバリア層材料は、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、窒化タングステン、チタン−タングステン合金、及びその組合せを含む。バリア材料の層は、化学気相堆積（ＣＶＤ）技術、原子層堆積（ＡＬＤ）技術、イオン化磁気プラズマＰＶＤ（ＩＭＰ−ＰＶＤ）技術、自己イオン化プラズマＰＶＤ（ＳＩＰ−ＰＶＤ）技術、又はその組合せによって堆積することができる。
【００８１】
タングステンの堆積
１つの態様において、基板は、次いで、タングステンのような第２金属層を、コバルト又はニッケルのような第１金属層上に堆積するために化学気相堆積チャンバへ移送される。タングステンは、化学気相堆積（ＣＶＤ）技術により堆積される。タングステンは、ケイ化コバルトのような金属ケイ化物の生成を開始するために約３００℃から約５００℃の充分な温度で堆積することができる。金属ケイ化物は、第１金属層の一部分又は全体から生成される。
【００８２】
アニールプロセスを行うことのできるＷｘＺ（登録商標）のような処理チャンバにおけるアニール段階は、材料を堆積する前にチャンバにおいて実行される。このようなアニール段階は、約３００℃から約９００℃、例えば、約３００℃から約４００℃の温度で実行される。タングステン材料を堆積する前に、バリア層上に薄い層又はシリコン或いは「シリコンソーク」が堆積される。シリコン堆積は、タングステン材料堆積と同じ化学気相堆積チャンバでその場において実行することができる。更に、主たるタングステン堆積の前にタングステンの核形成段階を行うこともできる。タングステンの核形成段階は、主たるタングステン堆積又はその後のタングステン堆積と同じ化学気相堆積チャンバにおいて原子層堆積（ＡＬＤ）技術又はＣＶＤプロセスによりその場で実行することができる。
【００８３】
タングステンの化学気相堆積プロセスは、例えば、シリコンソーク層としても知られているシリコン層の堆積、タングステン核形成層の堆積、及び主たる又はバルクのタングステン堆積を含む。シリコン層は、シランガス（又はシランガス派生物）を約５０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍの流量でチャンバへ導入し、水素（Ｈ２）のような反応性ガスを約５００ｓｃｃｍから約５０００ｓｃｃｍの流量でチャンバへ導入し、更に、アルゴン又は窒素のような不活性ガスを約５００ｓｃｃｍから約５０００ｓｃｃｍの流量でチャンバへ導入し、チャンバの圧力を約１００ミリトルから約３００トルに維持し、更に、基板の温度を約３００℃から約５００℃に維持することにより、堆積される。このプロセスは、約５秒間から約３０秒間実行される。シリコン層は、通常、約１０００Å以下の厚みに堆積される。
【００８４】
タングステン核形成層は、六フッ化タングステン（ＷＦ６）又はその派生物のようなタングステン先駆ガスを約５ｓｃｃｍから約６０ｓｃｃｍの流量でチャンバへ導入し、シランガスＳｉＨ４又はその派生物を約５ｓｃｃｍから約６０ｓｃｃｍの流量でチャンバへ導入し、水素（Ｈ２）のような反応性ガスを約５００ｓｃｃｍから約５０００ｓｃｃｍの流量でチャンバへ導入し、アルゴン又は窒素のような不活性ガスを約５００ｓｃｃｍから約５０００ｓｃｃｍの流量でチャンバへ導入し、更に、チャンバ圧力を約１００ミリトルから約３００トルに維持し、又、基板温度を約３００℃から約５００℃に維持することを含むプロセスにより堆積される。このプロセスは、約５秒間から約３０秒間実行される。核形成層は、通常、約１０００Å未満の厚みに堆積される。
【００８５】
次いで、タングステン核形成層上にタングステン層が堆積されるが、これは、六フッ化タングステン（ＷＦ６）又はその派生物のようなタングステン先駆ガスを約２５ｓｃｃｍから約２５０ｓｃｃｍの流量でチャンバへ導入し、水素（Ｈ２）のような反応性ガスを約５００ｓｃｃｍから約５０００ｓｃｃｍの流量でチャンバへ導入し、アルゴン又は窒素のような不活性ガスを約５００ｓｃｃｍから約５０００ｓｃｃｍの流量でチャンバへ導入し、更に、チャンバ圧力を約１００ミリトルから約３００トルに維持し、又、基板温度を約３００℃から約９００℃に維持することを含むプロセスにより実行される。このプロセスは、約５秒間から約３００秒の間、又は希望厚みに達するまで実行される。タングステンの堆積速度は、約１０００Å／分から約３０００Å／分である。
【００８６】
主たるタングステン堆積プロセス中の基板温度は、例えば、基板上のシリコン材料及びその上に配置された第１金属層から金属ケイ化物層の生成を開始するに充分な温度に維持される。例えば、タングステン堆積と同時に拡散バリア特性をもつケイ化物層を生成するには、約３００℃から約９００℃、例えば、約３００℃から約４００℃の基板温度が維持される。
【００８７】
タングステン堆積プロセスは、例えば、シランガスを約７５ｓｃｃｍの流量で導入し、水素（Ｈ２）を約１０００ｓｃｃｍの流量で導入し、アルゴン又は窒素を約１５００の流量で導入し、チャンバ圧力を約９０トルに維持し、更に、基板温度を約４２５℃に維持することにより形成されたシリコンソーク層を含む。このプロセスは、約１０秒間から約２０秒間実行される。核形成層は、六フッ化タングステン（ＷＦ６）を約２０ｓｃｃｍの流量で導入し、シランガスを約１０ｓｃｃｍの流量で導入し、水素ガスを約３０００ｓｃｃｍの流量で導入し、アルゴンを約３０００の流量で導入し、チャンバ圧力を約３０トルに維持し、更に、基板温度を約４２５℃に維持することにより、堆積される。このプロセスは、約１５秒間実行される。タングステン層は、六フッ化タングステン（ＷＦ６）を約２５０ｓｃｃｍの流量で導入し、水素ガスを約１０００ｓｃｃｍの流量で導入し、アルゴンを約３０００ｓｃｃｍの流量で導入し、チャンバ圧力を約３００トルに維持し、更に、基板温度を約４２５℃に維持することにより、堆積される。このプロセスは、約４０から約４５秒間実行される。
【００８８】
一般的なその場でのアニールプロセス
或いは又、第２金属層を堆積する前に、第１金属層を約３００℃から約９００℃のアニール温度において１つ以上のアニール段階によりその場でアニールして、金属ケイ化物層を生成してもよい。１つ以上のアニール段階は、約１０秒間から約６００秒間である。第１金属層及び金属ケイ化物層を選択的にエッチングして未反応の第１金属材料を除去することが、２つ以上のアニール段階間で実行されてもよい。又、バリア材料層又は第２金属層のような材料の堆積が２つ以上のアニール段階間で実行されてもよい。
【００８９】
アニールプロセスの一例においては、基板が堆積チャンバにおいて不活性ガス環境のもとでアニールされるが、これは、先ず、不活性ガスを約０ｓｃｃｍ（即ちバックサイドガスなし）から約１５ｓｃｃｍの流量でチャンバに導入し、チャンバの圧力を約２ミリトル以下に維持し、基板を約３００℃から約９００℃の温度に約５秒間から約６００秒間加熱して金属ケイ化物層を生成することにより行われる。
【００９０】
２つのチャンバにおける低温堆積及び２段階のその場でのアニールプロセス
別の実施形態では、金属層がチャンバ３６においてシリコン基板に物理的気相堆積され、第１温度で第１時間周期中アニールされ、システム３５において第２チャンバ、例えば、チャンバ４１へ移送され、更に、第２温度で第２時間周期中アニールされ、真空を中断せずに金属ケイ化物層を生成する。
【００９１】
金属の物理的気相堆積は、上述したように、約２００℃以下の温度、好ましくは、約０℃から約１００℃の温度で実行される。上述した２段階のその場でのアニールプロセスの第１段階は、堆積チャンバにおいて不活性ガス環境のもとで、先ず、不活性ガスを約０ｓｃｃｍから約１５ｓｃｃｍ以下の流量でチャンバに導入し、チャンバの圧力を約２ミリトル以下に維持し、更に、基板を約４００℃から約６００℃の温度に約５秒間から約３００秒間加熱することにより実行される。基板は、堆積チャンバにおいて約５００℃で約６０秒間から約１２０秒間アニールされるのが好ましい。堆積プロセスと同じチャンバ内で基板の第１アニール動作を実行することは、ここに述べる他のアニールプロセスよりも好ましい。
【００９２】
次いで、基板は、堆積チャンバから取り出され、図１について上述した移送チャンバ４８のような同じ移送チャンバに配置された真空アニールチャンバへ移送される。高真空アニールチャンバは、上述したブランクターゲット及び基板支持ペデスタル１５２、又は商業用の高真空アニールペデスタル、例えば、カリフォルニア州サンタクララのアプライド・マテリアルズ・インクから商業的に入手できる高温度高均一性ＨＴＨＵ（登録商標）基板支持体を有するＰＶＤチャンバを含む。
【００９３】
次いで、約２ミリトル以下のチャンバ圧力を維持し、基板を約６００℃から約９００℃の温度に約５秒間から約３００秒間の時間周期中加熱して、金属ケイ化物層を生成することにより、第２のアニール段階が実行される。基板は、アニールチャンバにおいて、８００℃に約６０秒間から１２０秒間アニールされるのが好ましい。
【００９４】
２つのチャンバにおける低温堆積及び２段階のアニールプロセス
２チャンバ堆積及びアニールプロセスの別の実施形態では、金属層が、ここに述べるプロセスに基づき、堆積チャンバにおいて約２００℃以下、好ましくは、約０℃から約１００℃で堆積される。次いで、基板は、堆積チャンバにおいて、上述したアニールプロセスに基づいてアニールされる。次いで、基板は、第２のアニールプロセスのために図１の移送チャンバ５０に配置されたＲＴＡチャンバへ移送される。
【００９５】
ＲＴＡアニールチャンバにおけるアニール動作は、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）及びその組合せを約４％以下の水素（Ｈ２）と共に含むプロセスガスを、２０リッター／分より多いプロセスガス流量で導入して、酸素含有量を１００ｐｐｍ未満に制御し、ほぼ周囲圧力のチャンバ圧力を維持し、更に、基板を約６００℃から約９００℃の温度に約５秒間から約３００秒間加熱して、金属ケイ化物層を生成することにより実行される。基板は、ＲＴＡアニールチャンバにおいて８００℃で約３０秒間アニールされるのが好ましい。
【００９６】
３つのチャンバにおける低温堆積及び２段階のアニールプロセス
別の実施形態では、金属層がチャンバ３６においてシリコン基板上に堆積され、システム３５の同じ移送チャンバ４８に配置された真空アニールチャンバのような第１アニールチャンバへ移送され、第１温度で第１時間周期中アニールされ、システム３５の第２アニールチャンバ、例えば、チャンバ４１へ移送され、更に、第２温度で第２時間周期中アニールされて、真空を中断せずに金属ケイ化物層を生成する。
【００９７】
金属堆積は、堆積チャンバにおいて、上述したプロセスに基づき、約２００℃以下の基板温度、好ましくは、約０℃から約１００℃で実行される。アニールプロセスのこの実施形態の第１段階は、処理システムに配置された第１の高真空アニールチャンバにおいて、不活性ガスを０ｓｃｃｍから約１５ｓｃｃｍの流量でアニールチャンバへ導入し、チャンバの圧力を約２ミリトル以下に維持し、更に、基板を約４００℃から約６００℃の温度に約５秒間から約３００秒間加熱することにより、その場で実行される。基板は、堆積チャンバにおいて、約５００℃で約６０秒間から約１２０秒間アニールされるのが好ましい。この第１アニール段階は、ＣｏＳｉのような耐酸素膜を生成すると考えられる。
【００９８】
基板は、処理システムの第２の高真空アニールチャンバへ移送することによりその場でアニールされる。この第２のアニール段階は、チャンバの圧力を約２ミリトル以下に維持し、更に、基板を約６００℃から約９００℃の温度に約５秒間から約３００秒間の時間周期中加熱して、金属ケイ化物層を生成することにより実行される。基板は、アニールチャンバにおいて、約８００℃で約６０秒間から約１２０秒間アニールされるのが好ましい。
【００９９】
或いは又、基板は、移送チャンバ又は処理システムの外部に配置された第２のアニールチャンバ、例えば、大気圧ＲＴＡチャンバへ移送されてもよい。ＲＴＡアニールチャンバにおけるアニール動作は、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）及びその組合せを約４％以下の水素（Ｈ２）と共に含むプロセスガスを、２０リッター／分より多いプロセスガス流量で導入して、酸素含有量を１００ｐｐｍ未満に制御し、ほぼ周囲圧力のチャンバ圧力を維持し、更に、基板を約４００℃から約９００℃の温度に約５秒間から約３００秒間加熱して、金属ケイ化物層を生成することにより実行される。基板は、ＲＴＡアニールチャンバにおいて８００℃で約３０秒間アニールされるのが好ましい。
【０１００】
高温堆積及びアニールプロセス
金属は、高い堆積温度で堆積することができる。堆積プロセスは、例えば、アルゴンのような不活性ガスを約５ｓｃｃｍから約３０ｓｃｃｍの流量でチャンバへ導入し、チャンバの圧力を約０．２ミリトルから約１．０ミリトルに維持し、約０ボルトから約１０００ボルトの負のバイアスをターゲット１４２に印加して、ガスをプラズマ状態へと励起し、バックサイドガスを付与することにより基板をほぼアニール温度、即ち約４００℃から約６００℃に維持し、更に、２００ｍｍ基板の場合に基板表面からターゲットを約１００ｍｍから約３００ｍｍ離間させることを含む。バックサイドガスの不存在中で基板を加熱することにより温度が約２００℃に維持されてもよい。このプロセスを使用して、コバルトを約１００Å／分から約２０００Å／分の率でシリコン材料上に堆積することができる。
【０１０１】
次いで、プラズマを終了させ、堆積プロセスに使用された同じ加熱レベルで基板を約４００℃から６００℃の温度に加熱することにより、堆積チャンバにおいてアニールプロセスを実行することができる。このアニールプロセスは、約４００℃から約６００℃の温度で約５秒間から約３００秒間実行される。基板は、堆積チャンバにおいて、約５００℃で約６０秒間から約１２０秒間アニールされるのが好ましい。
【０１０２】
次いで、第２のアニール段階が、真空を中断せずにアニールチャンバにおいて実行されるか、或いは個別の移送チャンバ又は処理システムに配置されたアニールチャンバにおいて実行される。第２のアニール段階は、基板を約６００℃から約９００℃の温度に約５秒間から約３００秒間の時間周期中加熱して、金属ケイ化物層を生成することを含む。基板は、約８００℃で約６０秒間から約１２０秒間アニールされるのが好ましい。
【０１０３】
層間堆積及びアニールプロセス
本発明の１つの態様において、ここに述べる２段階アニールプロセスを、堆積プロセスのような１つ以上の処理段階によって分離することができる。例えば、コバルト又はニッケル層のような第１金属層を、第１チャンバにおいて堆積し、第１移送チャンバにおいてその場でアニールするか、或いはその後の堆積のための第２チャンバへ移送して、そこでアニールすることができる。次いで、アニールされた基板上にタングステンのような第２金属層を堆積し、基板を第２チャンバにおいて第２のアニールに曝すか、又は第３チャンバへ移送して、アニールプロセスを完了する。
【０１０４】
別の例では、コバルト又はニッケル層のような第１金属層を、第１チャンバにおいて堆積し、処理プラットホームにおいてその場でアニールし、第２堆積チャンバへ移送して、窒化チタンのようなバリア材料を堆積し、第３堆積チャンバへ移送して第２金属を堆積し、次いで、この第３チャンバで更にアニーリングするか、或いは第４チャンバへ移送して、アニールプロセスを完了することができる。或いは又、第１金属層のその場でのアニールは、バリア材料を堆積した後であって且つタングステンのような第２金属層を堆積する前に実行されてもよい。
【０１０５】
金属及び金属ケイ化物堆積の例
特徴画成部におけるタングステンプラグに対するバリア層として金属ケイ化物層を堆積するプロセスの一例が図８Ａ−図８Ｃに示されており、これについて説明する。特徴画成部３２０が形成されたシリコン含有材料３１０が形成されている基板が処理システムに入れられる。シリコン含有材料３１０は、シリコン、酸化シリコン、ドープされたシリコン又は酸化シリコンの層を含む誘電体材料であるか、或いは基板処理に使用される他のシリコン含有誘電体材料であり、これは、物理的気相堆積、化学的気相堆積、或いはこの技術で知られた又は知られない他の方法により堆積される。又、本発明は、この技術で知られた又は知られない他の方法により堆積されたポリシリコン、ドープされたポリシリコン又はその組合せを含む半導体シリコン含有材料を含むことも意図する。
【０１０６】
特徴画成部３２０は、この技術で知られた従来の方法によりシリコン含有材料３１０に形成される。例えば、特徴画成部は、ホトレジスト材料を堆積及びパターン化して特徴開口部を画成し、次いで、シリコンエッチングプロセスを使用して、特徴画成部を画成し、更に、酸素剥離方法等により残りのホトレジスト材料を除去することにより形成される。次いで、特徴画成部をプラズマ洗浄プロセスで処理し、シリコン含有材料に形成された酸化物のような汚染物を、ここに述べるようにその後の材料を堆積する前に除去する。図８Ａに示す特徴画成部３２０の底及び側壁に、ここに述べたＰＶＤ堆積プロセスにより、コバルトの層がバリア層３３０として堆積される。
【０１０７】
コバルトバリア層３３０は、このコバルト層とシリコン含有材料３１０との界面３２５にケイ化コバルトを生成するようにアニールされる。使用するアニールプロセスに基づいて、コバルト層３３０の実質的に全部又は一部分だけがケイ化コバルトに変換される。コバルト材料がケイ化コバルト材料に実質的に変換されないときには、未反応コバルトの表面３３５が形成され、これは、図８Ｂに示すようにその後に堆積される材料に露出される。このコバルト表面３３５は、タングステンのようなその後の金属堆積に対して付加的なバリア層材料として更に働くように維持されてもよいし、又はエッチングプロセスにより基板３００の表面から除去されてもよい。
【０１０８】
タングステンの層３５０が、図８Ｃに示すように特徴部３２０を充填するように堆積される。タングステンの堆積は、特徴部３２０を充填するように堆積しながら、未反応のコバルト材料をケイ化コバルトに完全に変換し、実際には、コバルト材料をアニールするに充分な高い温度で行われる。或いは又、第２のアニール段階を行って、コバルト層３３０がケイ化コバルト層３４０に実質的に変換される。
【０１０９】
特徴部３２０のこのようなケイ化コバルトバリア及びタングステン充填は、システム３５において次のように処理される。図２を参照すれば、ロードロック４６を経てシステム３５の第１移送チャンバ４８へ基板が導入される。この第１移送チャンバは、約４００ミリトルで動作する。移送ロボット４９は、ロードロック４６から基板を回収し、パススルーチャンバ５２へ移送する。第２移送チャンバ５０の移送ロボット５１は、パススルーチャンバ５２から基板を回収し、その基板をコバルト堆積のためにＰＶＤチャンバ３８に配置する。第２移送チャンバは、約１×１０−８トルで動作する。或いは又、移送ロボット５１は、ＰＶＤチャンバ３８におけるコバルト堆積の前に基板を前洗浄チャンバの１つに配置する。ＰＶＤ堆積に続いて、基板が第１移送チャンバ４８へ返送され、次いで、ＣＶＤタングステン堆積のためにＷｘＺ（登録商標）ＣＶＤチャンバ３８に配置される。次いで、基板は、必要に応じてアニールされる。
【０１１０】
或いは又、ＰＶＤ堆積に続いて、その場でアニールすることのできるＷｘＺ（登録商標）チャンバであるチャンバ４１に基板が配置され、ここでは、コバルト材料が最初にアニールされて、ケイ化物材料を生成するか、又はＣＶＤ堆積の前にバリア特性を改善する。アニール段階に続き、ＷｘＺ（登録商標）チャンバにおいてタングステンの層が堆積される。しかしながら、基板は、ＷｘＺ（登録商標）チャンバにおいて最初にアニールされた後に、ＤＰＳ（登録商標）チャンバのようなプラズマエッチングチャンバへ移送されて、コバルトを除去するエッチングが行われ、次いで、タングステン堆積の前に、ＷｘＺ（登録商標）チャンバ又は別のアニールチャンバにおいて第２回目のアニールが行われてもよい。堆積、及び必要に応じてアニールが行われた後に、基板は、移送ロボット４９を経てロードロックチャンバ４７へ移送される。次いで、基板は、更なる処理のために化学的−機械的研磨装置のような別の装置へ転送される。
【０１１１】
別の金属ケイ化物用途は、図９に示すＭＯＳデバイスの形成を含む。金属ケイ化物は、ＭＯＳデバイスに使用するためのコバルト、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、白金、ニッケル、鉄、ニオブ、及びパラジウムのケイ化物、並びにその組合せを含む。
【０１１２】
図示されたＭＯＳ構造では、Ｎ＋ソース及びドレイン領域４０２及び４０４がＰ型シリコン基板４００においてフィールド酸化物部分４０６の付近に形成される。ゲート酸化物層４０８及びポリシリコンゲート電極４１０が、ソース領域４０２とドレイン領域４０４との間でシリコン基板４００上に形成され、ポリシリコンゲート電極４１０の側壁には酸化物スペーサ４１２が形成される。
【０１１３】
ＭＯＳ構造体の上、より詳細には、ソース及びドレイン領域４０２及び４０４の露出したシリコン表面、並びにポリシリコンゲート電極４１０の露出した上面に、ここに述べるプロセスによりコバルト層が堆積される。コバルト材料は、４０２及び４０４におけるその下のシリコンとのその後の反応に充分な量のコバルトを与えるために約１０００Å以下の厚みに堆積される。コバルトは、シリコン材料に対して約５０Åから約５００Åの厚みに堆積される。１つの態様においては、コバルト層がここに述べるようにその場でアニールされ、ケイ化コバルトを生成する。
【０１１４】
図示されていないが、窒化チタンのような材料のバリア又はライナー層をコバルト材料に堆積して、コバルト層のバリア特性を更に向上させることもできる。窒化チタン層の堆積は、上述した未反応コバルトを除去する段階に取って代わることができる。しかしながら、未反応コバルト及びチタンは、ここに述べるアニールプロセスに基づき基板表面をアニールした後にエッチングプロセスにより除去されてもよい。
【０１１５】
次いで、基板は、ここに述べた２段階アニールプロセスの１つに基づいて再びアニールすることができる。それにより形成された構造体の上に誘電体材料４２２を堆積し、次いで、エッチングを行って、デバイスにコンタクト画成部４２０を形成する。次いで、コンタクト画成部に、ここに述べるような化学気相堆積技術によりタングステン、アルミニウム又は銅のようなコンタクト材料を充填する。
【０１１６】
１つの態様では、アニールプロセスによる未反応コバルトが、通常、湿式エッチングプロセス又はプラズマエッチングプロセスによって基板表面から除去されて、ケイ化コバルトが、ポリシリコンゲート電極４１０の上並びにシリコン基板４００のソース及びドレイン領域４０２及び４０４の上に各々形成された均一厚みのケイ化コバルト（ＣｏＳｉ２）部分４１４、４１６及び４１８として残る。未反応コバルトは、同じ真空処理システムに配置されたＤＰＳ（登録商標）チャンバにおいてプラズマプロセスにより除去されてもよいし、又は別の処理システムへ移送されて処理されてもよい。湿式エッチングプロセスは、通常、第２処理システムにおいて実行される。
【０１１７】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の基本的な範囲から逸脱せずに本発明の他の実施形態及び更に別の実施形態が案出できるであろうから、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって限定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】一体化された多チャンバ装置の一実施形態を示す概略上面図である。
【図２】一体化された多チャンバ装置の別の実施形態を示す概略上面図である。
【図３】本発明に包含されるスパッタリングチャンバの一実施形態を示す断面図である。
【図４】ターゲット付近のシールドの上部エリアを含む図３の拡大図である。
【図５】リングコリメータの一実施形態を示す平面図である。
【図６】ハニカムコリメータの一実施形態を示す部分平面図である。
【図７Ａ】基板をアニールするためのペデスタルの一実施形態を示す断面図である。
【図７Ｂ】基板をアニールするためのペデスタルの別の実施形態を示す断面図である。
【図８Ａ】ここに述べる１つの堆積プロセスの概略断面図である。
【図８Ｂ】ここに述べる１つの堆積プロセスの概略断面図である。
【図８Ｃ】ここに述べる１つの堆積プロセスの概略断面図である。
【図９】トランジスタとのコンタクトとして使用されるケイ化物材料の簡単な断面図である。
【符号の説明】
【０１１９】
３５…処理プラットホーム、３６、３８、４０、４１、４２…処理チャンバ、４４…脱ガスチャンバ、４６…ロードロックチャンバ、４８、５０…移送チャンバ、４９、５１…移送ロボット、５２…パススルーチャンバ、５４…マイクロプロセッサコントローラ、１１０…リングコリメータ、１１１、１１４、１１６…同心的管状区分、１２４…ハニカムコリメータ、１４２…ターゲット、１４４…アダプタ、１４６…誘電体アイソレータ、１５２…基板支持ペデスタル、１５４…半導体基板、１５６…ＲＦ電源、１５８…ベロー、１６２…ガスソース、１６４…マスフローコントローラ、１７０…回転可能なマグネトロン、１７２…蹄鉄形磁石、１７４…ベースプレート、１７６…回転シャフト、１８０…下部シールド、１８２…上部フランジ、１８４…張出部、１８６…ダークスペースシールド、１８８…ギャップ、１９０…下方に突出したチップ、１９４、１９６…管状部分、２１０…加熱部分、２２０…熱伝導性材料、２３０…電極、２４０…ベース、２４５…シャフト、２５０…加熱素子、２６０…温度センサ、２７５…基板支持面、２９０…流体チャンネル、２９４…流体ソース。
【図１】
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【図２】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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