(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。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に異種の薄膜を作成する異種薄膜作成装置であって、
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第一の種類の薄膜を作成するスパッタチャンバーであり、別の一つは第一の種類とは異なる第二の種類の薄膜を化学的気相成長によって作成するＣＶＤチャンバーであり、
セパレーションチャンバーとスパッタチャンバーとの間には、ゲートバルブが設けられており、
前記セパレーションチャンバー内の圧力が前記スパッタチャンバー内の圧力より低い場合に前記セパレーションチャンバーと前記スパッタ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異種薄膜作成装置。
【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記載の異種薄膜作成装置。
【請求項３】
前記ターゲットを介して電界を印加することで生じるスパッタ放電を生じさせて前記スパッタリングを行うスパッタ電源が設けられており、前記イオン化手段は、前記ターゲットから前記基板に至る空間において、前記スパッタリングのためのプラズマとは別の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２記載の異種薄膜作成装置。
【請求項４】
前記イオン化手段は、前記ターゲットから前記基板に至る空間において前記別のプラズマを形成するよう設けられたイオン化電極と、イオン化電極に電圧を印加して前記別のプラズマを形成する電源とを備えていることを特徴とする請求項３記載の異種薄膜作成装置。
【請求項５】
前記スパッタチャンバーは、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を作成するものであり、前記ＣＶＤチャンバーは、そのコンタクト膜の上に相互拡散を防止するバリア膜を作成するものであることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の異種薄膜作成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【特許文献１】特開平０４−１１８９２５号公報
【特許文献２】特開平０８−２９１３８４号公報
【特許文献３】特開平０４−０９９２６８号公報
【特許文献４】特開昭５６−０６９３７１号公報
【特許文献５】特開平０４−３２４６３４号公報
【特許文献６】特開平１０−３３０９３２号公報
【特許文献７】特開昭６３−２７４７６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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１ｍＴｏｒｒ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。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、基板の表面に異種の薄膜を作成する異種薄膜作成装置であって、
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第一の種類の薄膜を作成するスパッタチャンバーであり、別の一つは第一の種類とは異なる第二の種類の薄膜を化学的気相成長によって作成するＣＶＤチャンバーであり、
セパレーションチャンバーとスパッタチャンバーとの間には、ゲートバルブが設けられており、
前記セパレーションチャンバー内の圧力が前記スパッタチャンバー内の圧力より低い場合に前記セパレーションチャンバーと前記スパッタ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、上記請求項２の構成において、前記ターゲットを介して電界を印加することで生じるスパッタ放電を生じさせて前記スパッタリングを行うスパッタ電源が設けられており、前記イオン化手段は、前記ターゲットから前記基板に至る空間において、前記スパッタリングのためのプラズマとは別の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４記載の発明は、上記請求項３の構成において、前記イオン化手段は、前記ターゲットから前記基板に至る空間において前記別のプラズマを形成するよう設けられたイオン化電極と、イオン化電極に電圧を印加して前記別のプラズマを形成する電源と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５記載の発明は、上記請求項１至４いずれかの構成において、前記スパッタチャンバーは、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を作成するものであり、前記ＣＶＤチャンバーは、そのコンタクト膜の上に相互拡散を防止するバリア膜を作成するものであるという構成を有する。
【発明の効果】
【００１４】
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る。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も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本願発明の実施形態について説明する。
図１は、実施形態に係る異種薄膜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。
【００１６】
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。
【００１７】
さて、本実施形態の異種薄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、ＣＶＤによって成膜を行うＣＶＤチャンバー３になっている。
【００１８】
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２２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。
【００１９】
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１０−８Ｔｏｒｒ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。
【００２０】
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２４１を取り囲むリング状の周辺磁石２４２と、中心磁石２４１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。
【００２１】
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２５３等から構成されている。
【００２２】
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。
【００２３】
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２３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。
【００２４】
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。
【００２５】
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１３．５６ＭＨｚ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。
【００２６】
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。
【００２７】
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２６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。
【００２８】
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２８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。
【００２９】
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。
【００３０】
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ＣＶＤ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。
【００３１】
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３２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１０−７Ｔｏｒｒ〜１０−８Ｔｏｒｒ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。
【００３２】
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３３１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。
【００３３】
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４００〜７００℃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。
【００３４】
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３３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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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３７２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。
【００３８】
さらに、ＣＶＤチャンバー３内には、ＣＶＤ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。
【００３９】
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。
【００４０】
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ＣＶＤ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。
【００４１】
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、ＣＶＤ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１５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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
さらに、制御部６は、第一のオペアンプ６１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。
【００４５】
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。
【００４６】
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３６１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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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４ｂ内で予備加熱され、脱ガスが行われる。
【００５２】
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。
【００５３】
その後、搬送機構１１はこの基板９をＣＶＤ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。
【００５４】
その後、搬送機構１１はこの基板９をＣＶＤ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。
【００５５】
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４ｂ、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４ａ，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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【実施例】
【００６１】
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。
【００６２】
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
【００６３】
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。
【００６４】
以上の異種薄膜作成装置の実施形態は、コンタクト膜バリア膜連続作成装置としての実施形態であるが、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ＣｕＣＶＤ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。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】実施形態に係る異種薄膜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】
【００６６】
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
３  ＣＶＤ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
６３  ＡＮＤ回路
【図１】
2007221171.tif 000003
【図２】
2007221171.tif 000004
【図３】
2007221171.tif 000005
【図４】
2007221171.tif 000006
【図５】
2007221171.tif 000007