JP2005171368A

JP2005171368A - Film deposition method and film deposition system

Info

Publication number: JP2005171368A
Application number: JP2003416688A
Authority: JP
Inventors: Norimasa Araki; 憲政荒木
Original assignee: NEC Kyushu Ltd
Current assignee: NEC Kyushu Ltd
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2023-12-15
Also published as: JP4368673B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the problem that surplus silicide reaction occurs on sintering at high temperatures, and, by the creeping-up phenomenon of silicide, the defect in the short-circuit between a gate electrode and a silicon source electrode occurs. <P>SOLUTION: The film deposition method comprises: a stage wherein, using the film deposition device composed of a preliminary heating chamber having a heating means and an exhausting means, and a film deposition chamber having a substrate mounting stand with a substrate heating means and an exhausting means, a plurality of substrates are preliminarily heated in the preliminary chamber in succession and are thereafter transferred to the film deposition chamber, and, after the transfer of the substrates to the substrate mounting stand, their temperature is raised to the prescribed one; and a stage where a prescribed film is deposited on each substrate. In the film deposition method, the temperature of the substrates at the point of the time in which the film deposition stage is started is almost the same per substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、成膜方法およびその成膜装置に関する。 The present invention relates to a film forming method and a film forming apparatus therefor.

半導体集積回路装置（以下、ＬＳＩと略す。）では、基板の大型化に伴い、製造工程で使用される製造装置は、装置が大型化することを避けるために、従来のバッチ処理型から毎葉型に変わっている。また、ＬＳＩは、素子寸法を微細化することで素子特性を向上させている。素子寸法を微細化する結果、配線、ソース・ゲート・ドレイン電極等の抵抗が高くなり、抵抗を下げるために、特開昭５７−９９７７５等に示されるようにシリサイドが用いられている。シリサイド化の手法として、シリサイドを自己整合的に形成するサリサイド（セルフアラインドシリサイド）が、現在では一般的に用いられている。 In a semiconductor integrated circuit device (hereinafter abbreviated as LSI), a manufacturing apparatus used in a manufacturing process is increased from a conventional batch processing type in order to avoid an increase in the size of a substrate. It has changed to a mold. LSIs have improved element characteristics by miniaturizing element dimensions. As a result of miniaturization of element dimensions, resistance of wiring, source / gate / drain electrodes, etc. is increased, and silicide is used as shown in JP-A-57-99775 or the like in order to lower the resistance. As a method of silicidation, salicide (self-aligned silicide) that forms silicide in a self-aligned manner is currently generally used.

図６を用いて、特開昭５７−９９７７５号公報に示される、サリサイドの製造方法の概略を説明する。 The outline of the salicide production method disclosed in JP-A-57-99775 will be described with reference to FIG.

通常の工程によって５０Ω・ｃｍのＰ型シリコン基板１０１上に、フィールド酸化膜１０２、ゲート酸化膜１０３となる酸化膜、リンドープドゲート多結晶シリコン１０４となるリンドープド多結晶シリコンを順次形成する。次に、通常のホトリソグラフィとエチングを用いて、ゲート酸化膜１０３とリンドープドゲート多結晶シリコン１０４とが積層されたゲートおよびソース・ドレイン領域となるシリコン面が露出した領域を形成する。その後、フィールド酸化膜１０２およびゲートをマスクにして、例えばＡｓを４０ＫｅＶで１×１０¹⁵ｃｍ^-2イオン注入することによりソース、ドレイン領域１０５を形成し、次に気相成長法によりＳｉＯ₂１０６を全面に約３００ｎｍ形成する。次に異方性エッチングによりＳｉＯ₂を約３００ｎｍエッチング除去するとゲート多結晶シリコン１０４の両側にのみ、その側壁を覆うように側壁絶縁物１０６となるＳｉＯ₂を残し、ソース・ドレイン領域１０５及びゲート多結晶シリコン１０４の表面が露出した構造を作ることができる（図６（ａ））。 A field oxide film 102, an oxide film to be a gate oxide film 103, and phosphorus-doped polycrystalline silicon to be a phosphorus-doped gate polycrystalline silicon 104 are sequentially formed on a 50 Ω · cm P-type silicon substrate 101 by a normal process. Next, using normal photolithography and etching, a region where the gate oxide film 103 and the phosphorus-doped gate polycrystalline silicon 104 are laminated and a silicon surface serving as a source / drain region is exposed. Thereafter, using the field oxide film 102 and the gate as a mask, for example, As is ion-implanted at 1 × 10 ¹⁵ cm ⁻² at 40 KeV to form source and drain regions 105, and then SiO ₂ 106 is formed by vapor deposition. About 300 nm is formed on the entire surface. Next, when SiO ₂ is etched away by about 300 nm by anisotropic etching, only the both sides of the gate polycrystalline silicon 104 are left with SiO ₂ to be the side wall insulator 106 so as to cover the side walls, and the source / drain regions 105 and the gate poly-silicon 105. A structure in which the surface of the crystalline silicon 104 is exposed can be formed (FIG. 6A).

ここで、ゲート酸化膜は、酸化膜以外に窒化膜、酸窒化膜および、低誘電率である絶縁膜であっても良い。更に、ゲート多結晶シリコンは、アモルファスシリコンであっても良い。 Here, the gate oxide film may be a nitride film, an oxynitride film, and an insulating film having a low dielectric constant in addition to the oxide film. Further, the gate polycrystalline silicon may be amorphous silicon.

次にウエハー全面に高融点金属であるタングステン（Ｗ）膜１０７を約４０ｎｍ真空蒸着する（図６（ｂ））。次いでこのウエハーを例えば８００℃の窒素雰囲気で約１時間アニールすると、タングステンとシリコンの接触した部分１０８でのみシリサイド形成反応が生じ、ソース・ドレイン領域１０５表面に約１１０ｎｍのタングステンシリサイド（ＷＳｉ₂）層１０９が一挙に形成される。この時ゲート多結晶シリコン１０４表面にもタングステンシリサイド（ＷＳｉ₂）１０９が形成される（図６（ｃ））。ここで、絶縁膜および側壁絶縁膜上の未反応の高融点金属１１０は酸処理することで除去できる（図６（ｄ））。以下は通常のＭＯＳトランジスタの製造工程に従ってＰＳＧ層、コンタクトホール、Ａｌメタライゼーション等が形成される。尚、タングステン以外に、高融点金属としては、チタン、コバルト、モリブデン等が良く使われている。 Next, a tungsten (W) film 107 which is a refractory metal is vacuum-deposited by about 40 nm on the entire surface of the wafer (FIG. 6B). Next, when this wafer is annealed in a nitrogen atmosphere at 800 ° C. for about 1 hour, for example, a silicide formation reaction occurs only at the portion 108 where tungsten and silicon are in contact, and a tungsten silicide (WSi ₂ ) layer of about 110 nm is formed on the surface of the source / drain region 105. 109 is formed all at once. At this time, tungsten silicide (WSi ₂ ) 109 is also formed on the surface of the gate polycrystalline silicon 104 (FIG. 6C). Here, the unreacted refractory metal 110 on the insulating film and the sidewall insulating film can be removed by acid treatment (FIG. 6D). In the following, a PSG layer, a contact hole, an Al metallization, etc. are formed according to a normal MOS transistor manufacturing process. In addition to tungsten, titanium, cobalt, molybdenum, and the like are often used as refractory metals.

高融点金属膜は、特開昭５７−９９７７５号公報では真空蒸着法が用いられているが、段差におけるカバレッジの良さ等の原因から現在は、スパッタ法により成膜されている。スパッタ法は、真空蒸着法に比べ高温加熱成膜であるために、スパッタ処理時に、基板に吸着された水分やガスなどが基板の加熱により蒸発して基板表面から放出され、高純度のスパッタ材料を汚染する。このために、毎葉型のスパッタ装置は、特開昭６１−４８９２０号公報、特開平０４−１１６１６５号公報、特開平５−２９５５４３号公報等に示されるように、前処理室内で基板を加熱することが行われている。 The refractory metal film is formed by the sputtering method because of the reason such as good coverage at the step, although the vacuum evaporation method is used in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-99775. The sputtering method is a high-temperature heating film formation compared to the vacuum evaporation method, so that during the sputtering process, moisture or gas adsorbed on the substrate is evaporated by heating the substrate and released from the surface of the substrate. Contaminate. For this purpose, the leaf-type sputtering apparatus heats the substrate in the pretreatment chamber as disclosed in JP-A-61-48920, JP-A-4-116165, JP-A-5-295543, and the like. To be done.

高融点金属シリサイドの形成は、特開平８−１６２４５３号公報等に示されるように、高融点金属シリサイドの抵抗値を下げるために、比較的低温で第１の高温処理を行い、高融点金属シリサイドを形成後、未反応の高融点金属を除去し、その後第１の高温処理よりも高温で高融点金属シリサイドの低抵抗化のための第２の高温処理を行う２段シンター法が用いられることが多い。 The formation of the refractory metal silicide is performed by performing a first high-temperature treatment at a relatively low temperature in order to reduce the resistance value of the refractory metal silicide, as disclosed in JP-A-8-162453. A two-stage sintering method is used in which the unreacted refractory metal is removed after the formation of, and then a second high temperature treatment is performed to lower the resistance of the refractory metal silicide at a higher temperature than the first high temperature treatment. There are many.

２段シンター法は、比較的低温で高融点シリサイドを形成するので未反応の高融点金属が絶縁膜上に残ることが少ない。 The two-stage sintering method forms refractory silicide at a relatively low temperature, so that unreacted refractory metal rarely remains on the insulating film.

特開平８−１６２４５３号公報では、高融点金属としてチタンを用い、第１の温度を約６００℃で、第２の温度を７５０℃で行われている。 In JP-A-8-162453, titanium is used as the refractory metal, and the first temperature is about 600 ° C. and the second temperature is 750 ° C.

毎葉型のスパッタ装置（高融点金属成膜装置）を、図７を用いて説明する。スパッタ装置は、ロードロック室、予備加熱室、スパッタ室、アンロードロック室に分けられ、各室は、シャッターにより区切られている。ロードロック室、予備加熱室、スパッタ室、アンロードロック室には、排気装置（図示せず）が備えられ、各室は減圧されている。 A leaf type sputtering apparatus (refractory metal film forming apparatus) will be described with reference to FIG. The sputtering apparatus is divided into a load lock chamber, a preheating chamber, a sputtering chamber, and an unload lock chamber, and each chamber is divided by a shutter. The load lock chamber, the preheating chamber, the sputtering chamber, and the unload lock chamber are provided with an exhaust device (not shown), and each chamber is decompressed.

図６（１）に示される、半導体素子が形成された基板２０１がカセット２０２に載置される。カセット２０２に載置された基板２０１は、カセット２０２からスパッタ装置のロードロック室２０３に移載装置（図示せず）により移載され、その後ロードロック室は減圧される。その後、基板２０１は、移載装置（図示せず）により、予備加熱室２０４に移載され、予備加熱室が排気装置（図示せず）により減圧された後、基板２０１は、ランプ２１４を点灯することで約２５０℃に加熱され、基板表面に付着した水分やガスを除去する。予備加熱室で基板２０１はランプ２１４により加熱されるため、基板２０１はピンで支えられている。図７において、ランプ２１４は基板２０１の上面にのみ配置されているが、基板２０１の下面に配置しても、基板２０１の上面および下面の両方に配置しても良い。 A substrate 201 on which semiconductor elements are formed as shown in FIG. The substrate 201 placed on the cassette 202 is transferred from the cassette 202 to the load lock chamber 203 of the sputtering apparatus by a transfer device (not shown), and then the load lock chamber is decompressed. Thereafter, the substrate 201 is transferred to the preheating chamber 204 by a transfer device (not shown), and after the preheating chamber is depressurized by the exhaust device (not shown), the substrate 201 turns on the lamp 214. By doing so, it is heated to about 250 ° C., and moisture and gas adhering to the substrate surface are removed. Since the substrate 201 is heated by the lamp 214 in the preheating chamber, the substrate 201 is supported by pins. In FIG. 7, the lamp 214 is disposed only on the upper surface of the substrate 201. However, the lamp 214 may be disposed on the lower surface of the substrate 201 or on both the upper and lower surfaces of the substrate 201.

その後、基板２０１は、移載装置（図示せず）により、スパッタ室２０５の基板載置台に移載される。次に、スパッタ室２０５を減圧し、同時に、ヒータ２１３により約３５０℃に加熱されている基板載置台に載置された基板２０１は、基板温度である約３５０℃に加熱される。その後所望の高融点金属が、スパッタ装置（図示せず）により基板２０１表面に成膜される。基板表面に高融点金属が成膜された基板２０１は、移載装置（図示せず）により、アンロードロック室２０６に移載され、その後アンロードロック室からカセット２０７に移載される。直接アンロードロック室２０６に移載する前に、スパッタ室２０５とアンロードロック室２０６の間にシャッターを介して冷却室を設け、冷却室で基板２０１を冷却することもできる。 Thereafter, the substrate 201 is transferred to the substrate mounting table in the sputtering chamber 205 by a transfer device (not shown). Next, the sputtering chamber 205 is depressurized, and at the same time, the substrate 201 placed on the substrate placing table heated to about 350 ° C. by the heater 213 is heated to about 350 ° C. which is the substrate temperature. Thereafter, a desired refractory metal is formed on the surface of the substrate 201 by a sputtering apparatus (not shown). The substrate 201 with the refractory metal film formed on the substrate surface is transferred to the unload lock chamber 206 by a transfer device (not shown), and then transferred from the unload lock chamber to the cassette 207. Before transferring directly to the unload lock chamber 206, a cooling chamber may be provided between the sputtering chamber 205 and the unload lock chamber 206 via a shutter, and the substrate 201 may be cooled in the cooling chamber.

スパッタによる成膜時に基板２０１は、スパッタの成膜条件によるが、基板温度である約３５０℃を超え、約５００℃〜７００℃に上がるといわれている。 The substrate 201 is said to rise from about 350 ° C., which is the substrate temperature, to about 500 ° C. to 700 ° C., depending on the sputtering film formation conditions during film formation by sputtering.

以下の、図８および図９を用いてこのスパッタ装置の動作の説明を行う。 The operation of this sputtering apparatus will be described with reference to FIGS. 8 and 9 below.

図８は、予備加熱室のシャッターの開閉のタイミングを示すタイミングチャートである。ロードロック室２０３、予備加熱室２０４およびスパッタ室２０５に基板２０１が載置され、アンロードロック室２０６には基板がない状態で、時間ｔ１でシャッター２１１を開け、スパッタ室の基板２０１をアンロードロック室２０６に移載する。その後、シャッター２１１を閉じ、時間ｔ２でシャッター２１０を開け予備加熱室２０４の基板２０１をスパッタ室２０５のヒータ２１３により約３５０℃に加熱されている基板載置台上に移載する。その後シャッター２１０を閉じ、スパッタ室２０５を気密し、一旦減圧し、ヒータ２１３上の基板２０１が設定された基板温度になる予め決められた時間が経過した後にスパッタを開始し、所望の厚さの高融点金属を基板上に成膜する。 FIG. 8 is a timing chart showing the opening / closing timing of the shutter of the preheating chamber. The substrate 201 is placed in the load lock chamber 203, the preheating chamber 204, and the sputter chamber 205, and the unload lock chamber 206 has no substrate, and the shutter 211 is opened at time t1 to unload the substrate 201 in the sputter chamber. Transfer to the lock chamber 206. Thereafter, the shutter 211 is closed, the shutter 210 is opened at time t2, and the substrate 201 in the preheating chamber 204 is transferred onto the substrate mounting table heated to about 350 ° C. by the heater 213 in the sputtering chamber 205. Thereafter, the shutter 210 is closed, the sputtering chamber 205 is airtight, the pressure is once reduced, and sputtering is started after a predetermined time has elapsed when the substrate 201 on the heater 213 reaches the set substrate temperature. A refractory metal is deposited on the substrate.

シャッター２１０を閉じた後、時間ｔ３でシャッター２０９を開け、ロードロック室２０３から基板２０１を予備加熱室２０４に移載する、その後シャッター２０９を閉じ、予備加熱室２０４を気密し、一旦減圧した後、ランプ２１４により基板２０１を予備加熱する。シャッター２０９を閉じた後、時間ｔ４でシャッター２０８を開け、カセット２０２から基板２０１をロードロック室２０３に移載し、その後シャッター２０８を閉じ、ロードロック室を気密にし、減圧する。 After closing the shutter 210, the shutter 209 is opened at time t3, and the substrate 201 is transferred from the load lock chamber 203 to the preheating chamber 204. After that, the shutter 209 is closed, the preheating chamber 204 is airtight, and once depressurized. The substrate 201 is preheated by the lamp 214. After closing the shutter 209, the shutter 208 is opened at time t4, the substrate 201 is transferred from the cassette 202 to the load lock chamber 203, and then the shutter 208 is closed to make the load lock chamber airtight and decompressed.

スパッタ室から基板表面に高融点金属が成膜された基板２０１が移載されたアンロードロック室２０６は、シャッター２１１が閉じられた後、例えば時間ｔ２でシャッター２１２を開け、基板２０１をカセット２０７に移載する。基板２０１をカセット２０７に移載後、シャッター２１２を閉じ、アンロードロック室２０６を気密し、減圧する。 In the unload lock chamber 206 in which the substrate 201 with the high melting point metal film formed on the substrate surface is transferred from the sputtering chamber, the shutter 212 is opened at, for example, time t2 after the shutter 211 is closed, and the substrate 201 is loaded into the cassette 207. To be transferred to. After the substrate 201 is transferred to the cassette 207, the shutter 212 is closed, the unload lock chamber 206 is sealed, and the pressure is reduced.

次に、図９のタイミングチャートを用いて、予備加熱室とスパッタ室での温度状況を説明する。スパッタ室２０５はアンロードロック室側のシャッター２１１を開け、スパッタの終了した基板２０１をアンロードロック室に移載し、その後シャッター２１１を閉じる。次に、予備加熱室２０４側のシャッター２１０を開け、予備加熱が終了した基板２０１をスパッタ室２０５のヒータ２１３で一定温度に加熱されている基板載置台に移載する。次に、シャッター２１０を閉じ、減圧を開始する。スパッタ室２０５に移載された基板２０１は、予め決められた一定の時間が経過後にスパッタを開始し、予め決められた膜厚の高融点金属が成膜された後、スパッタを終了する。スパッタの終了は、時間で決めても、装置に配置された膜厚測定装置（図示せず）を用いても良い。 Next, temperature conditions in the preheating chamber and the sputtering chamber will be described with reference to the timing chart of FIG. The sputtering chamber 205 opens the shutter 211 on the unload lock chamber side, transfers the substrate 201 on which the sputtering has been completed, to the unload lock chamber, and then closes the shutter 211. Next, the shutter 210 on the preheating chamber 204 side is opened, and the substrate 201 that has been preheated is transferred to a substrate mounting table heated to a constant temperature by the heater 213 in the sputtering chamber 205. Next, the shutter 210 is closed and decompression is started. The substrate 201 transferred to the sputtering chamber 205 starts sputtering after a predetermined time has elapsed, and after the refractory metal having a predetermined thickness is formed, the sputtering ends. The end of sputtering may be determined by time, or a film thickness measuring device (not shown) arranged in the device may be used.

スパッタを開始するまでの時間は、高融点金属をスパッタされる基板２０１を移載後、スパッタ室２０５の両側の２１０および２１１のシャッターが閉まった後、一定時間減圧処理が行われ、その後基板の温度が所望の温度になる一定の時間たった後にスパッタ開始される。予備加熱で約２５０℃に加熱された基板２０１は、ヒータで約３５０℃に加熱されている基板載置台で加熱される。基板載置台に載置された基板は、はじめは一定の温度で上昇するが、基板と完全に同じ温度になるまで待つと時間がかかりすぎるので、通常は一定の時間が経過し、ほぼ基板載置台の温度になった状態でスパッタを開始する。理由は、スパッタ時に更に温度が上昇するためである。 The time until the sputtering is started is that after the substrate 201 on which the refractory metal is sputtered is transferred, the shutters 210 and 211 on both sides of the sputtering chamber 205 are closed, and then the decompression process is performed for a certain period of time. Sputtering is started after a certain time when the temperature reaches a desired temperature. The substrate 201 heated to about 250 ° C. by the preheating is heated by the substrate mounting table heated to about 350 ° C. by the heater. The substrate placed on the substrate platform initially rises at a constant temperature, but it takes too much time to wait until the temperature is completely the same as the substrate. Sputtering is started when the temperature of the mounting table is reached. The reason is that the temperature further increases during sputtering.

予備加熱室２０４は、スパッタ室側のシャッター２１０を開け、予備加熱処理が終了した基板２０１をスパッタ室に移載し、その後シャッター２１０を閉じる。次に、ロードロック室２０３側のシャッター２０９を開け、基板２０１を予備加熱室に移載する。次に、シャッター２０９を閉じ、減圧を開始する。予め決められた一定時間減圧処理を行った後、ランプ２１４を点灯し基板を加熱する。
特開昭５７−９９７７５号公報特開昭６１−４８９２０号公報特開平０４−１１６１６５号公報特開平５−２９５５４３号公報等特開平８−１６２４５３号公報 The preheating chamber 204 opens the shutter 210 on the sputtering chamber side, transfers the substrate 201 on which the preheating treatment has been completed, to the sputtering chamber, and then closes the shutter 210. Next, the shutter 209 on the load lock chamber 203 side is opened, and the substrate 201 is transferred to the preheating chamber. Next, the shutter 209 is closed and decompression is started. After depressurization for a predetermined time, the lamp 214 is turned on to heat the substrate.
JP-A-57-99775 JP 61-48920 A Japanese Patent Laid-Open No. 04-116165 Japanese Patent Laid-Open No. 5-295543 JP-A-8-162453

近年のＬＳＩは、集積度を上げるために、配線の微細化が進み、２００３年では０．０９μｍ（ゲート長では０．０７μｍ）となっている。このためにサリサイドを用いた際に、ゲート電極とソース・ドレイン電極とのショート不良が発生する。理由は、絶縁膜上の未反応の高融点金属は後工程で酸処理することで除去できるが、この未反応の高融点金属が絶縁膜上に残っている、あるいは、シリサイドが絶縁膜上に這い上がることが原因であることがわかった。 In recent years, in order to increase the degree of integration, the miniaturization of wiring has progressed, and in 2003 it was 0.09 μm (the gate length was 0.07 μm). Therefore, when salicide is used, a short-circuit failure occurs between the gate electrode and the source / drain electrode. The reason is that the unreacted refractory metal on the insulating film can be removed by acid treatment in a later step, but this unreacted refractory metal remains on the insulating film, or silicide is present on the insulating film. It turns out that the cause is that it crawls up.

チタン、コバルト、タングステン等の高融点金属シリサイドは、シリコンの拡散によりシリサイド化が進行するために、シリコンが供給される限りシリサイド反応が非反応メタル側へと進行し、絶縁膜端を這い上がることがある。配線の微細化に伴ない、高融点金属の膜厚は薄くなっても（近年では、８ｎｍ程度）、シリサイド化の温度は変わらないので、シリサイド化反応の温度条件は、従来に増して厳密性を要求される。更に、２段シンター法を用いた場合は、特に、完全に未反応の高融点金属のみがエッチングで除去された後、１回目よりも高い温度でシンターされるので、完全に反応しきっていない高融点金属にシリコンが拡散し、シリサイド反応が生じるためシリサイドの這い上がり現象が生じ易いものと考えられる。 Silicaization of refractory metal silicides such as titanium, cobalt, tungsten, etc. proceeds due to diffusion of silicon, so that as long as silicon is supplied, the silicide reaction proceeds to the non-reactive metal side and crawls up the edge of the insulating film. There is. The temperature of silicidation does not change even when the film thickness of the refractory metal is reduced with the miniaturization of wiring (in recent years, about 8 nm). As required. In addition, when the two-stage sintering method is used, in particular, since only completely unreacted refractory metal is removed by etching, it is sintered at a temperature higher than the first time. Since silicon diffuses into the melting point metal and a silicidation reaction occurs, it is considered that the phenomenon of silicide scooping easily occurs.

発明者は、この原因を究明した結果、従来予備加熱室は、図９に示されるように、基板の移載および減圧の時間で一定の温度に降温されると考えられていたものが実際には処理の最初の基板とその後の基板では異なっていることを見出した。図１０を用いて予備加熱室の温度状況を説明する。 As a result of investigating this cause, the inventor has actually considered that the conventional preheating chamber was actually thought to be lowered to a certain temperature in the time of substrate transfer and decompression as shown in FIG. Found that the first substrate processed and the subsequent substrate were different. The temperature state of the preheating chamber will be described with reference to FIG.

ＬＳＩの製造において通常基板は１０〜２０枚の基板を１群として各製造工程で処理され、この群をバッチあるいはロットと称している。図２のカセットには１バッチ分の基板が載置され、１枚ずつ連続して高融点金属が成膜される。図１０に示されるように、１枚目の基板をランプ加熱した場合、予備加熱室は、基板移載時間（予備加熱室のスパッタ室側のシャッターを開け、基板をスパッタ室に移載し、その後該シャッターを閉じ、次に、ロードロック室側のシャッターを開け、ロードロック室から基板を移載し、ロードロック室側のシャッターを閉じるまでの時間）は通常、約１０秒である。スパッタ室もロードロック室も排気装置（図示せず）により減圧された状況であるために、基板を移載後に行う予備加熱室の減圧時間も５〜１０秒程度と短時間である。予備加熱室は、常時減圧状態に保たれているために、一旦温度が上げられると、予備室内の温度を下げることが困難であり、高温状態を維持する。このために、２枚目の基板は、１枚目よりも温度が高い状態でランプ加熱が開始される。この結果、ランプ加熱終了時の基板温度は、バッチの中で、1枚目よりも２枚目、３枚目と後で処理される基板ほど温度が高くなる。この結果、スパッタ室に移載される基板の温度は、バッチの後で処理される基板であればあるほど高温となる。予備加熱温度が約２５０℃に設定されている、従来のスッパッタ装置では、１枚目は、２４８℃であったが、２５枚目は２８３℃であった。 In the manufacture of LSI, a normal substrate is processed in each manufacturing process as a group of 10 to 20 substrates, and this group is called a batch or a lot. A batch of substrates is placed on the cassette of FIG. 2, and a refractory metal film is continuously formed one by one. As shown in FIG. 10, when the first substrate is heated with a lamp, the preheating chamber is moved to the substrate transfer time (the shutter on the sputtering chamber side of the preheating chamber is opened, the substrate is transferred to the sputtering chamber, After that, the shutter is closed, and then the load lock chamber side shutter is opened, the substrate is transferred from the load lock chamber, and the load lock chamber side shutter is closed) is usually about 10 seconds. Since both the sputtering chamber and the load lock chamber are depressurized by an exhaust device (not shown), the depressurization time of the preheating chamber performed after the substrate is transferred is as short as about 5 to 10 seconds. Since the preliminary heating chamber is always kept in a reduced pressure state, once the temperature is raised, it is difficult to lower the temperature in the preliminary chamber, and the high temperature state is maintained. For this reason, lamp heating is started in a state where the temperature of the second substrate is higher than that of the first substrate. As a result, the substrate temperature at the end of lamp heating is higher for the second and third substrates processed in the batch than for the first substrate. As a result, the temperature of the substrate transferred to the sputtering chamber becomes higher as the substrate is processed after the batch. In the conventional sputtering apparatus in which the preheating temperature is set to about 250 ° C., the first sheet was 248 ° C., but the 25th sheet was 283 ° C.

これは、ショート不良の基板が、２５枚でバッチが構成された基板の、スパッタ処理がバッチの後半に処理された基板にショート不良が発生する現象と良く一致していた。 This was in good agreement with the phenomenon in which a short-circuited substrate was a batch of 25 substrates, and a short-circuit failure occurred in a substrate whose sputtering process was processed in the latter half of the batch.

スパッタ室に移載された基板は、約３５０℃の一定温度に維持された基板載置台に載置される。図１１に示すように、基板載置台に移載された基板の温度が高くなるほど、スッパタ開始時の基板温度が高くなる。これは、スパッタの開始を、スパッタ室が気密状態になってから一定の時間が経過後にスパッタを開始するためである。理由は、基板載置台が高温状態を保持しているために、基板の温度を直接測定することが困難であることと、基板が基板載置台の温度と平衡状態になるまで保持すると時間がかかりすぎることによる。 The substrate transferred to the sputtering chamber is mounted on a substrate mounting table maintained at a constant temperature of about 350 ° C. As shown in FIG. 11, the higher the temperature of the substrate transferred to the substrate mounting table, the higher the substrate temperature at the start of the sputtering. This is because sputtering is started after a certain time has elapsed since the sputtering chamber has become airtight. The reason is that it is difficult to directly measure the temperature of the substrate because the substrate mounting table is kept at a high temperature, and it takes time to hold the substrate until it is in equilibrium with the temperature of the substrate mounting table. By too much.

スパッタ開始時の温度が異なってしまうと、スパッタ膜を成膜する際に生じるシリサイド反応が異なる。スパッタ開始時の基板の温度が高いほどシリサイド反応が生じる。このために、後工程の低温でシンターされる際にシリサイド化された高融点金属の量が異なる（スパッタ時の基板温度が高いほどシリサイド化される高融点金属の量が多くなる）ので、高温度でのシンター時に余分のシリサイド反応が生じ、シリサイドの這い上がりの現象によりゲート電極とシリコン・ソース電極とのショート不良が発生する。 If the temperature at the start of sputtering differs, the silicide reaction that occurs when the sputtered film is formed differs. The higher the substrate temperature at the start of sputtering, the more silicide reaction occurs. For this reason, the amount of refractory metal silicided when sintered at a low temperature in the subsequent process is different (the higher the substrate temperature during sputtering, the greater the amount of refractory metal silicided). An extra silicide reaction occurs during sintering at a temperature, and a short circuit failure between the gate electrode and the silicon source electrode occurs due to the phenomenon of the rise of the silicide.

本発明は、加熱手段と排気手段とを有する予備加熱室と、基板加熱手段を有する基板載置台と排気手段とを有する成膜室とからなる成膜装置により、複数の基板が、順次予備加熱室で予備加熱された後、成膜室に移載され、基板が、基板載置台に移載された後、所定の温度まで昇温する工程と、基板上に所定の膜を成膜する工程と、を有する成膜方法であって、成膜する工程を開始する時点における基板の温度が、基板毎に略同一であることを特徴とする成膜方法である。 According to the present invention, a plurality of substrates are sequentially preheated by a film forming apparatus including a preheating chamber having a heating unit and an exhaust unit, a substrate mounting table having a substrate heating unit, and a film forming chamber having an exhaust unit. After being preheated in the chamber, the substrate is transferred to the film forming chamber, the substrate is transferred to the substrate mounting table, and then the temperature is raised to a predetermined temperature, and the predetermined film is formed on the substrate. The temperature of the substrate at the time of starting the film forming process is substantially the same for each substrate.

ここで、予備加熱室から移載される基板の温度が略一定である、基板を予備加熱室に移載後、ランプにより基板を加熱する前に、予備加熱室が冷却する一定の待機時間を有することが好ましく、待機時間は１００秒以上３００秒以下であることが更に好ましい。 Here, the temperature of the substrate transferred from the preheating chamber is substantially constant. After the substrate is transferred to the preheating chamber, a certain waiting time for the preheating chamber to cool down is heated before the substrate is heated by the lamp. It is preferable that the waiting time is 100 seconds or more and 300 seconds or less.

また、予備加熱室を基板加熱終了後に、冷却手段を用いて冷却する、あるいは、予備加熱室の温度または予備加熱後の基板温度または予備加熱前の基板温度の少なく１つの温度を、予備加熱室に設けた温度測定手段で測定し、測定された温度に基づいて、加熱手段を制御しても良い。 In addition, after the substrate heating is completed, the preheating chamber is cooled by using a cooling unit, or the temperature of the preheating chamber, the substrate temperature after the preheating, or the substrate temperature before the preheating is reduced to one temperature. The heating means may be controlled on the basis of the measured temperature measured by the temperature measuring means provided in the apparatus.

予備加熱室に設けた温度測定手段で測定された予備加熱時の基板の温度に応じて、基板が成膜室に移載後、成膜を開始するまでの時間を変えても良い。 Depending on the temperature of the substrate at the time of preheating measured by the temperature measuring means provided in the preheating chamber, the time until the film formation is started after the substrate is transferred to the film forming chamber may be changed.

本発明は、更に、加熱手段と排気手段とを有する予備加熱室と、基板加熱手段を有する基板載置台と排気手段とを有する成膜室と、成膜室内で、順次、複数の基板上に所定の膜を成膜する際に、成膜開始時の基板温度を基板毎に略同一となるように制御する制御手段と、を有することを特徴とする成膜装置である。 The present invention further includes a preheating chamber having a heating unit and an exhaust unit, a film formation chamber having a substrate mounting table having a substrate heating unit and an exhaust unit, and a plurality of substrates in sequence in the film formation chamber. And a control unit configured to control the substrate temperature at the start of film formation so as to be substantially the same for each substrate when a predetermined film is formed.

制御手段は、予備加熱終了時の基板温度を略同一に制御する手段であり、これは、加熱手段による加熱開始を待機する待機時間設定手段からなり、待機時間設定手段で設定された待機時間により、予備加熱を開始する際の予備加熱室の温度を略同一にすることができる。 The control means is a means for controlling the substrate temperature at the end of the preheating to be substantially the same, which comprises a standby time setting means for waiting for the heating start by the heating means, and depending on the standby time set by the standby time setting means. The temperature of the preheating chamber when starting preheating can be made substantially the same.

更に、予備加熱終了時の基板温度を略同一に制御する手段は、予備加熱室に備えられた冷却手段からなり、冷却手段により、予備加熱を開始する際の予備加熱室の温度を略同一にすることができる。更に、予備加熱終了時の基板温度を略同一に制御する手段は、予備加熱室内の温度または予備加熱室内に移載された基板の温度を測定する測定手段と、該測定手段により測定した温度に応じて加熱手段を制御する手段と、からなっていても良い。 Further, the means for controlling the substrate temperature at the end of the preheating to be substantially the same comprises a cooling means provided in the preheating chamber, and the temperature of the preheating chamber at the time of starting the preheating is made substantially the same by the cooling means. can do. Further, the means for controlling the substrate temperature at the end of the preheating to be substantially the same includes a measuring means for measuring the temperature in the preheating chamber or the temperature of the substrate transferred to the preheating chamber, and the temperature measured by the measuring means. And a means for controlling the heating means accordingly.

更に、制御手段は、予備加熱室内の温度または予備加熱室内に移載された基板の温度を測定する測定手段と、測定手段により測定された温度に応じて、基板を成膜室に移載後、成膜を開始するまでの時間を変更する手段と、からなることでも良い。 Further, the control means measures the temperature in the preheating chamber or the temperature of the substrate transferred to the preheating chamber, and after transferring the substrate to the film forming chamber according to the temperature measured by the measuring means. Or means for changing the time until film formation is started.

本発明は、スパッタを開始する際の基板温度が略一定であるために、スパッタによる高融点金属を成膜する際の高融点金属のシリサイド化がバッチ内およびバッチ間で変わらないために、後工程のシリサイド化の条件をシリサイドの這い上がりの生じない条件に設定することで、シリサイドの這い上がりによる、ゲートとソース・ドレインとのショート不良が発生することがないという効果がある。 In the present invention, since the substrate temperature at the start of sputtering is substantially constant, the silicidation of the refractory metal during the deposition of the refractory metal by sputtering does not change from batch to batch. By setting the silicidation conditions in the process to conditions that do not cause the silicide to rise, there is an effect that a short circuit failure between the gate and the source / drain due to the rise of the silicide does not occur.

上記の課題を解決する方法は、スパッタ開始時の温度を一定に保つことで解決される。これは、予備加熱室でランプによる加熱を行う際、基板の初期温度を一定の温度に保ち、スパッタ室に搬出される基板の温度を一定の温度に保つ方法と、スパッタ室に搬出される基板の温度が異なっても、スパッタ開始時の基板温度が一定になるように制御することで解決できることを発明者は見出した。 The method for solving the above problem is solved by keeping the temperature at the start of sputtering constant. This is because when heating with a lamp in the preheating chamber, the initial temperature of the substrate is kept constant, the temperature of the substrate carried out to the sputtering chamber is kept constant, and the substrate carried out into the sputtering chamber The inventors have found that even if the temperature of the substrate is different, it can be solved by controlling the substrate temperature at the start of sputtering to be constant.

予備加熱室でランプによる加熱を行う際の基板温度を一定の温度に保つ方法は、
１．予備室内でランプ加熱の開始前に待機時間を付加する。
２．予備加熱室の壁面に、水冷等の強制冷却手段を設けて、室内の温度が一定になるように制御する。
３．予備加熱室の温度をモニターし、ランプ加熱条件を制御する。
ことで解決できる。尚、これらの方法を組み合わせることができることは言うまでも無い。 The method of keeping the substrate temperature constant when heating with a lamp in the preheating chamber is as follows:
1. A waiting time is added before the start of lamp heating in the spare room.
2. Forced cooling means such as water cooling is provided on the wall surface of the preheating chamber to control the room temperature to be constant.
3. Monitor the preheating chamber temperature and control lamp heating conditions.
Can be solved. Needless to say, these methods can be combined.

予備加熱により基板の温度が変わっても、スパッタの開始時の温度を、同一温度で開始するためには、
１．スパッタの開始時間を基板温度の上昇に合わせて早める。
２．基板載置台の温度を、基板温度の上昇に合わせて下げる。
ことで解決できる。 In order to start the sputtering at the same temperature even if the substrate temperature changes due to preheating,
1. Increase the sputtering start time as the substrate temperature increases.
2. The temperature of the substrate mounting table is lowered as the substrate temperature increases.
Can be solved.

＜第１の実施例＞
以下図面を用いて、本発明の第１の実施例の詳細を説明する。図１は、予備加熱室で待機時間を持たせる方法のタイミングチャートである。 <First embodiment>
Details of the first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a timing chart of a method for providing a standby time in the preheating chamber.

予備加熱室２０４は、時間ｔ２で、予備加熱室２０４のスパッタ室２０５側のシャッター２１０を開け、基板２０１をスパッタ室２０５に移載し、その後シャッター２１０を閉じ、次に、予備加熱室２０４のロードロック室２０３側のシャッター２０９を開け、ロードロック室２０３から基板２０１を予備加熱室２０５に移載する。基板２０１を予備加熱室２０５に移載後、シャッター２０９を閉じ、排気装置（図示せず）を用いて、予備加熱室２０５を減圧する、減圧に必要な時間、通常約１０秒経過後、更に、設定された約１００秒〜３００秒の待機時間の間、より好ましくは、１５０秒〜３００秒、さらに好ましくは、１８０秒から２８０秒、排気を維持しランプによる加熱を待機する。その後ランプを点灯し加熱を開始する。加熱時間は通常約３０秒〜５０秒である。その後、上記と同様に、基板２０１をスパッタ室に移載する。 At time t2, the preheating chamber 204 opens the shutter 210 on the sputtering chamber 205 side of the preheating chamber 204, transfers the substrate 201 to the sputtering chamber 205, then closes the shutter 210, and then closes the preheating chamber 204. The shutter 209 on the load lock chamber 203 side is opened, and the substrate 201 is transferred from the load lock chamber 203 to the preheating chamber 205. After the substrate 201 is transferred to the preheating chamber 205, the shutter 209 is closed, and the preheating chamber 205 is depressurized by using an exhaust device (not shown). During the set waiting time of about 100 seconds to 300 seconds, more preferably 150 seconds to 300 seconds, and even more preferably 180 seconds to 280 seconds, the exhaust is maintained and heating by the lamp is waited. Thereafter, the lamp is turned on and heating is started. The heating time is usually about 30 seconds to 50 seconds. Thereafter, in the same manner as described above, the substrate 201 is transferred to the sputtering chamber.

１００秒以上であれば予備加熱室の温度は十分に低下し、連続して基板の予備加熱を行ってもスパッタ室に移送される基板がバッチの１枚目の基板よりも１５℃を超えることはなく、３００秒以下であればスループットを落とすこともない。 If it is 100 seconds or more, the temperature of the preheating chamber is sufficiently lowered, and even if the substrate is continuously preheated, the substrate transferred to the sputtering chamber exceeds 15 ° C. than the first substrate in the batch. If it is 300 seconds or less, the throughput is not reduced.

本実施例では、減圧に１０秒、待機時間２７０秒、加熱時間３０秒で予備加熱を行った。特に図示はしないが、基板を予備加熱室に移載後、予備加熱室のロードロック側のシャッターを閉じ、このシャッターの動作に連動し、例えばタイマーをスタートさせ、予めきめられている減圧時間に待機時間を付加した時間後に、ランプが点灯するようにすることで実現できる。 In this example, preheating was performed at a reduced pressure of 10 seconds, a standby time of 270 seconds, and a heating time of 30 seconds. Although not shown in particular, after the substrate is transferred to the preheating chamber, the shutter on the load lock side of the preheating chamber is closed, and in conjunction with the operation of this shutter, for example, a timer is started, and the predetermined decompression time is reached. This can be realized by turning on the lamp after the waiting time has been added.

待機時間を設けたことにより、予備加熱室２０４から、スパッタ室２０５に移載後の基板温度は一定となる。本実施例において、２５枚を１バッチとして連続して成膜したが、バッチの１枚目と２５枚目の予備加熱終了後の基板２０１の温度は、所望の２５０℃に対し、１枚目が２４８℃で２５枚目が２５３℃とほぼ同一温度であった。 By providing the waiting time, the substrate temperature after transfer from the preheating chamber 204 to the sputtering chamber 205 becomes constant. In this example, 25 sheets were continuously formed as one batch. However, the temperature of the substrate 201 after the preheating of the first and 25th sheets of the batch was 1st sheet with respect to the desired 250 ° C. Was 248 ° C. and the 25th sheet was almost the same temperature as 253 ° C.

尚、温度の測定は、赤外線温度測定装置（サーモ理工製：ＩＲ１Ｓ−Ｐ）を用いて計測した。最初の１枚目の基板は予備室が加熱されていない場合があり、本実施例ではバッチの処理に先立ちダミー基板を１枚先行して予備加熱を行った後、バッチの高融点金属の成膜を行った。 In addition, the measurement of temperature was measured using the infrared temperature measuring apparatus (Thermo Riko make: IR1S-P). In the first embodiment, the preliminary chamber is not heated in some cases. In this embodiment, the preliminary heating is performed prior to the batch processing, and then the refractory metal of the batch is formed. Membrane was performed.

予備加熱室２０４からスパッタ室２０５の基板載置台に移載される基板２０１は、略一定の温度に保たれている。スパッタは、減圧時間（約１０秒）と基板の昇温のための昇温時間（約４０秒）とが経過後に、高融点金属であるコバルトのスパッタを開始した。膜厚８ｎｍのコバルト膜は、約４０秒で成膜された。スパッタに要する時間は、約９０秒であった。 The substrate 201 transferred from the preheating chamber 204 to the substrate mounting table in the sputtering chamber 205 is maintained at a substantially constant temperature. As for sputtering, sputtering of cobalt, which is a refractory metal, was started after a depressurization time (about 10 seconds) and a heating time for heating the substrate (about 40 seconds) had elapsed. A cobalt film having a thickness of 8 nm was formed in about 40 seconds. The time required for sputtering was about 90 seconds.

予備加熱のサイクル時間は、約３１０秒であるので、コバルト膜が成膜された基板２０１は、成膜後直ぐにアンロードロック室に移載しても良いし、スパッタ終了後、スパッタ室で約２２０秒間３５０℃に保たれた基板載置台で保持し、その後、アンロードロック室に移載しても良い。 Since the cycle time of the preheating is about 310 seconds, the substrate 201 on which the cobalt film is formed may be transferred to the unload lock chamber immediately after the film formation, or after the completion of sputtering, The substrate may be held on a substrate mounting table maintained at 350 ° C. for 220 seconds, and then transferred to the unload lock chamber.

更に、スパッタ室におけるサイクルで、昇温時間を４０秒から例えば７０秒にしても良い。昇温時間は、予備加熱のサイクル時間内で高融点金属膜の成膜が終了できるのであれば、任意に設定することができる。昇温時間が長ければ、スパッタ前の基板温度を、基板載置台の温度に近づけることができ、予備加熱による基板の温度が異なっていても、スパッタ時の基板の温度を基板載置台の温度に近づけられるので、バッチ内の各基板の温度履歴の変化を小さくすることができる。また、スパッタが終了後に基板載置台に基板を保持しておく保持時間が設定できるので、スパッタ時に、３５０℃より高温になった基板を、アンロードロック室に移載する前に徐冷却することができ、このことも、バッチ内の各基板の温度履歴の変化を小さくすることができる。 Furthermore, the heating time may be changed from 40 seconds to 70 seconds, for example, in a cycle in the sputtering chamber. The temperature raising time can be arbitrarily set as long as the refractory metal film can be formed within the preheating cycle time. If the temperature rise time is long, the substrate temperature before sputtering can be brought close to the temperature of the substrate mounting table, and even if the substrate temperature by preheating is different, the temperature of the substrate during sputtering becomes the temperature of the substrate mounting table. Since it can approach, the change of the temperature history of each board | substrate in a batch can be made small. In addition, since the holding time for holding the substrate on the substrate mounting table can be set after the sputtering is completed, the substrate having a temperature higher than 350 ° C. is slowly cooled before being transferred to the unload lock chamber at the time of sputtering. This can also reduce the change in temperature history of each substrate in the batch.

昇温時間と保持時間とは半導体集積回路装置の所望の特性を得ることができる範囲で任意に決定できることは言うまでもない。 Needless to say, the temperature raising time and the holding time can be arbitrarily determined within a range in which desired characteristics of the semiconductor integrated circuit device can be obtained.

予備加熱室と同様に、アンロードロック室も高温の基板が連続して移載されることで同一バッチの基板の最初と最後とでは冷却状態が異なるが、高温での履歴が長いため、冷却の履歴の差によるシリサイド化の状況の変化が小さくなる。この結果、後工程のシンターでシリサイド化反応が均一に行われる。
＜実施例２＞
図２は、本発明の第２の実施例の予備加熱室の概略構成を示す図である。 Like the preheating chamber, the unload lock chamber also has different cooling conditions at the beginning and end of the same batch of substrates by continuously transferring high temperature substrates. The change in the silicidation status due to the difference in the history is reduced. As a result, the silicidation reaction is uniformly performed in the sinter in the subsequent process.
<Example 2>
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the preheating chamber according to the second embodiment of the present invention.

図２のスパッタ装置の予備加熱室２０４に冷却装置２１５を設置したものである。冷却装置２１５は、水冷による冷却・ペルチェ素子による冷却等があるがどのような冷却手段を用いても問題はない。この場合冷却手段は、予備加熱室の内壁、外壁および壁内のどこに設けても良い。 A cooling device 215 is installed in the preheating chamber 204 of the sputtering apparatus of FIG. The cooling device 215 includes cooling by water cooling and cooling by a Peltier element, but there is no problem even if any cooling means is used. In this case, the cooling means may be provided anywhere on the inner wall, outer wall, and wall of the preheating chamber.

冷却装置を予備加熱室に設置することで、予備加熱時に待機時間を設けなくても基板の移載と減圧との時間内に降温し、予備加熱前の基板温度を一定に保つことができる。更に、待機時間をもよい。 By installing the cooling device in the preheating chamber, the temperature of the substrate before the preheating can be kept constant by lowering the temperature within the time of transfer and decompression of the substrate without providing a waiting time during the preheating. Furthermore, a waiting time may be set.

本実施例においても、予備加熱室２０４からスパッタ室２０５の基板載置台に移載される基板２０１は、略一定の温度に保たれている。予備加熱室の壁面に水冷の冷却装置を設けた場合も、バッチの１枚目と２５枚目の予備加熱時の温度は第１の実施例と同程度の温度範囲におさまった。後工程のシリサイド化の結果から、予備加熱終了時の基板温度が初期設定値よりも＋１５℃以内、より好ましくは、＋１０℃以内、更に好ましくは＋７℃以内（予備加熱終了時の基板温度が初期設定値よりも＋１０℃以内、より好ましくは、＋７℃以内、更に好ましくは＋５℃以内）であれば、シリサイド化のシンター時にシリサイドの這い上がりによるゲート上に形成されたシリサイドとソース・ドレイン領域に形成されたシリサイドが這い上がることによるショート不良は発生しなかった。
＜第３の実施例＞
図３は、本発明の第３の実施例の予備加熱室の概略構成を示す図である。図３は、予備加熱室に温度測定装置２１６を設け、温度測定装置２１６により測定された予備室内の温度または基板の温度モニターし、ランプ制御装置２１７にフィードバックし、ランプ加熱条件を変えるものである。 Also in this embodiment, the substrate 201 transferred from the preheating chamber 204 to the substrate mounting table in the sputtering chamber 205 is maintained at a substantially constant temperature. Even when a water-cooled cooling device was provided on the wall surface of the preheating chamber, the temperature during the preheating of the first and 25th batches was within the same temperature range as in the first embodiment. As a result of the silicidation in the post-process, the substrate temperature at the end of preheating is within + 15 ° C., more preferably within + 10 ° C., more preferably within + 7 ° C. from the initial set value (the substrate temperature at the end of preheating is the initial value) (Within + 10 ° C., more preferably within + 7 ° C., and even more preferably within + 5 ° C.), the silicide and source / drain regions formed on the gate due to the rise of the silicide during silicidation sintering. No short circuit occurred due to the rise of the formed silicide.
<Third embodiment>
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a preheating chamber according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 3, a temperature measuring device 216 is provided in the preheating chamber, the temperature in the prechamber or substrate temperature measured by the temperature measuring device 216 is monitored, fed back to the lamp control device 217, and the lamp heating conditions are changed. .

図４は、基板温度をモニターし、基板温度が設定値よりも約１０℃高くなった場合のランプ加熱条件を変えるものである。 FIG. 4 monitors the substrate temperature, and changes the lamp heating conditions when the substrate temperature is about 10 ° C. higher than the set value.

図４（ａ）は、ｎ＋１枚目に、基板温度が所定の２５０℃から１０℃以上上がったものである。この場合の１の方法は、初期のランプの電圧を１０００Ｗから９００Ｗに下げ、約５秒経過後、初期の１０００Ｗに戻すものである。この結果、２＋ｎ枚目の基板は、２５０℃の初期設定温度に戻る。以下、順次、この方法を用いて基板温度が設定温度を１０℃超える毎にランプ点灯から５秒間の電力を下げていくことで達成できる。 In FIG. 4A, the substrate temperature is increased by 10 ° C. or more from the predetermined 250 ° C. for the (n + 1) th sheet. One method in this case is to lower the initial lamp voltage from 1000 W to 900 W, and return to the initial 1000 W after about 5 seconds. As a result, the (2 + n) th substrate returns to the initial set temperature of 250 ° C. Hereinafter, this can be achieved by sequentially reducing the power for 5 seconds from the lamp lighting every time the substrate temperature exceeds the set temperature by 10 ° C. using this method.

図４（ｂ）は、２＋ｎ枚目のランプに供給する電力を１０００Ｗから９６０Ｗに下げた。この結果、２＋ｎ枚目の基板の基板温度は１枚目と同じ２５０℃になった。この場合も、基板温度が設定温度を１０℃超える毎にランプ点灯時の電力を下げていくことで達成できる。 In FIG. 4B, the power supplied to the 2 + n-th lamp is reduced from 1000 W to 960 W. As a result, the substrate temperature of the (2 + n) th substrate was 250 ° C., the same as that of the first substrate. This can also be achieved by reducing the power when the lamp is lit each time the substrate temperature exceeds the set temperature by 10 ° C.

予備加熱室の構造、ランプの規格等が異なるとランプへの供給電圧、時間等は異なるが、装置により容易に条件を設定できることは言うまでもない。 It goes without saying that conditions for the preheating chamber, lamp specifications, and the like differ depending on the apparatus, although the supply voltage to the lamp, time, and the like differ.

半導体素子の寸法等で、予備加熱温度の設定値からの許容値は異なり、１０℃に限定されるものではない。 The allowable value from the set value of the preheating temperature differs depending on the dimensions of the semiconductor element, and is not limited to 10 ° C.

ランプの制御方法は、供給電圧を変える以外に、ランプの個数を変える等の方法があり、本実施例以外の方法を用いても良いことはいうまでもない。 The lamp control method includes a method of changing the number of lamps in addition to changing the supply voltage, and it goes without saying that a method other than the present embodiment may be used.

本実施例では、基板の設定温度をモニターしているが、予備加熱室内の温度を測定し、基板ごとの予備加熱温度あるいは予備加熱室の温度を記憶手段（図示せず）に記憶させ、記憶した温度からランプを制御（例えば、電力供給条件）することでも実現できる。温度を記憶するのではなく、基板ごとのランプの制御条件（例えば、電力供給条件）を記憶させ、この記憶させた条件で制御してもよい。 In this embodiment, the set temperature of the substrate is monitored, but the temperature in the preheating chamber is measured, and the preheating temperature for each substrate or the temperature of the preheating chamber is stored in a storage means (not shown). It can also be realized by controlling the lamp (for example, power supply conditions) from the set temperature. Instead of storing the temperature, lamp control conditions (for example, power supply conditions) for each substrate may be stored, and control may be performed based on the stored conditions.

第１の実施例から第３の実施例は、予備加熱室からスパッタ室に移載される基板の温度を一定にすることで、スパッタ時の基板温度の上昇による、後工程のシリサイド化のためのシンター時にシリサイドの這い上がり等によるゲートとソース・ドレインのショート不良の発生を防止するものである。 In the first to third embodiments, the temperature of the substrate transferred from the preheating chamber to the sputtering chamber is made constant, so that silicidation in the subsequent process due to an increase in the substrate temperature during sputtering is performed. This prevents the occurrence of a short circuit between the gate and source / drain due to the rise of silicide during sintering.

第１の実施例〜第３の実施例は、スパッタ室に移載される基板の温度を一定にするものである。第１および第２の実施例では、予備加熱室の温度を予備加熱が開始される時に同じ温度にするものである。第３の実施例は、予備加熱室の温度の上昇（基板の予備加熱開始時の上昇）を、測定し、温度の上昇にあわせてランプを制御し、スパッタ室へ移載される基板（予備加熱終了時の基板）温度を一定にするものである。これらの実施例は単独で用いても、組み合わせて用いても良い。 In the first to third embodiments, the temperature of the substrate transferred to the sputtering chamber is made constant. In the first and second embodiments, the temperature of the preheating chamber is set to the same temperature when the preheating is started. In the third embodiment, a rise in the temperature of the preheating chamber (rise at the start of the preheating of the substrate) is measured, the lamp is controlled in accordance with the rise in temperature, and the substrate transferred to the sputtering chamber (spare) The substrate at the end of heating) is made constant. These examples may be used alone or in combination.

後工程の高融点金属の成膜、シリサイド反応のシンターおよび素子寸法（特に、高融点金属の膜厚）により異なるが、実施例１〜３で、温度を一定にするとは、完全に同一温度にすることを意味するものではない。後工程でシリサイドの這い上がりによる不良が発生しない範囲であれば若干の差は許容される。 Although it differs depending on the film formation of the refractory metal in the subsequent process, the sintering of the silicide reaction and the element dimensions (particularly the film thickness of the refractory metal), in Examples 1 to 3, if the temperature is constant, the temperature is completely the same. Does not mean to do. A slight difference is permissible as long as it does not cause defects due to the rise of silicide in the subsequent process.

本実施例においては、予備加熱終了時の基板温度が初期設定値よりも±５℃以内、より好ましくは、±３．５℃以内、更に好ましくは±２．５℃以内であった。 In this example, the substrate temperature at the end of preheating was within ± 5 ° C. from the initial set value, more preferably within ± 3.5 ° C., and even more preferably within ± 2.5 ° C.

この範囲であれば、シリサイドの這い上がりによるショート不良も、シリサイドの抵抗の上昇による特性不良も発生しなかった。本発明の第１の実施例
＜第４の実施例＞
第４の実施例として、予備加熱室では基板温度の制御を行わず、スパッタの開始時の基板温度を一定に保つ方法を説明する。図５（ａ）は第４の実施例のスパッタ室と予備加熱室との概略構成図である。図５では、予備加熱室２０４に基板の温度または予備加熱室２０４の温度を測定する、温度測定装置２１６が設けられている。温度測定装置２１６は、非接触型の測定装置が望ましいので、第１の実施例で用いた赤外線温度測定装置を用いた。温度測定装置２１６で測定した１バッチ２５枚構成の基板を連続処理した際の、基板温度の変化を図５（ｂ）に示す。１枚目の基板温度が２５０℃に対し、２５枚目では２８８℃になっている。 Within this range, neither a short circuit defect due to the rise of silicide nor a characteristic defect due to an increase in silicide resistance occurred. First Embodiment of the Present Invention <Fourth Embodiment>
As a fourth embodiment, a method for keeping the substrate temperature constant at the start of sputtering without controlling the substrate temperature in the preheating chamber will be described. FIG. 5A is a schematic configuration diagram of the sputtering chamber and the preheating chamber of the fourth embodiment. In FIG. 5, a temperature measuring device 216 that measures the temperature of the substrate or the temperature of the preheating chamber 204 is provided in the preheating chamber 204. Since the temperature measuring device 216 is preferably a non-contact type measuring device, the infrared temperature measuring device used in the first embodiment was used. FIG. 5B shows changes in the substrate temperature when a batch of 25 substrates measured by the temperature measuring device 216 is continuously processed. The first substrate temperature is 250 ° C., while the 25th substrate temperature is 288 ° C.

図５（ｂ）で測定された温度の基板が、１枚目の基板が基板載置台上に４０秒間載置された基板温度に２枚目以降の基板が到達する時間（昇温時間）を図５（ｃ）に示す。尚、基板の温度は、この場合も、第１の実施例で用いた赤外線温度測定装置を用いた。 5B, the time required for the second and subsequent substrates to reach the substrate temperature at which the first substrate is placed on the substrate mounting table for 40 seconds is measured. As shown in FIG. In this case, the temperature of the substrate is the same as that used in the first embodiment.

温度測定装置２１６で測定した基板温度に基づいて制御装置２１８で基板２０１を基板載置台に移載後の昇温時間を制御することでスパッタ開始時の基板温度を一定に保つことができる。１枚単位で昇温時間を制御しても良いし、±Ｘ秒の範囲で、段階的に時間を変えても良い。図５（ｃ）では、±０．５秒の範囲で段階的に時間を変えた例を示しているが、±１秒の範囲であればシリサイド化の反応で特に不良は発生しなかった。より好ましくは±０．５秒の範囲で段階的に時間を変えることがより好ましい。 The substrate temperature at the start of sputtering can be kept constant by controlling the temperature rising time after the substrate 201 is transferred to the substrate mounting table by the control device 218 based on the substrate temperature measured by the temperature measuring device 216. The heating time may be controlled in units of one sheet, or the time may be changed stepwise within a range of ± X seconds. FIG. 5 (c) shows an example in which the time is changed stepwise within a range of ± 0.5 seconds. However, when the time is within a range of ± 1 seconds, no particular defect occurred in the silicidation reaction. More preferably, the time is changed stepwise within a range of ± 0.5 seconds.

実施例４においても実施例３と同様に、各基板に対応する時間を記憶しておき、この記憶された時間で昇温時間を制御することができることはいうまでもない。 In the fourth embodiment, as in the third embodiment, it is needless to say that the time corresponding to each substrate is stored, and the temperature raising time can be controlled by the stored time.

本発明の第１の実施例のタイミングチャートを示す図。The figure which shows the timing chart of 1st Example of this invention. 本発明の第２の実施例の予備加熱室の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the preheating chamber of the 2nd Example of this invention. 本発明の第３の実施例の予備加熱室の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the preheating chamber of the 3rd Example of this invention. 本発明の第３の実施例を説明する図。The figure explaining the 3rd Example of this invention. 本発明の第４の実施例を説明する図で、(ａ)は、スパッタ室および予備加熱室の概略構成を示し、（ｂ）および（ｃ）は、第４の実施例を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a fourth embodiment of the present invention, in which (a) shows a schematic configuration of a sputtering chamber and a preheating chamber, and (b) and (c) are diagrams explaining the fourth embodiment. is there. サリサイドの製造方法の概略を説明する工程断面図。Process sectional drawing explaining the outline of the manufacturing method of salicide. 毎葉型のスパッタ装置（高融点金属成膜装置）の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of a leaf type sputter apparatus (refractory metal film-forming apparatus). 予備加熱室のシャッターの開閉のタイミングチャート。Timing chart for opening and closing the shutter of the preheating chamber. 予備加熱室とスパッタ室の温度のタイミングチャート。Timing chart of temperature of preheating chamber and sputtering chamber. 予備加熱室の温度のタイミングチャート。Timing chart of the temperature of the preheating chamber. スッパタ開始時の基板温度を示す図。The figure which shows the substrate temperature at the time of a spatter start.

符号の説明Explanation of symbols

１０１シリコン基板
１０２フィールド酸化膜
１０３ゲート酸化膜
１０４ゲート多結晶シリコン
１０５ソース、ドレイン領域
１０６側壁絶縁物
１０７タングステン（Ｗ）膜
１０８タングステンとシリコンの接触した部分
１０９タングステンシリサイド
１１０未反応の高融点金属
２０１基板
２０２カセット
２０３ロードロック室
２０４予備加熱室
２０５スパッタ室
２０６アンロードロック室
２０７、２０８、２０９、２１０、２１１、２１２カセット
２１３ヒータ
２１４ランプ
２１５冷却装置
２１６温度測定装置
２１７ランプ制御装置
２１８制御装置

DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Silicon substrate 102 Field oxide film 103 Gate oxide film 104 Gate polycrystal silicon 105 Source, drain region 106 Side wall insulator 107 Tungsten (W) film 108 Tungsten and silicon contact part 109 Tungsten silicide 110 Unreacted refractory metal 201 Substrate 202 Cassette 203 Load lock chamber 204 Preheating chamber 205 Sputter chamber 206 Unload lock chamber 207, 208, 209, 210, 211, 212 Cassette 213 Heater 214 Lamp 215 Cooling device 216 Temperature measurement device 217 Lamp control device 218 control device

Claims

加熱手段と排気手段とを有する予備加熱室と、基板加熱手段を有する基板載置台と排気手段とを有する成膜室とからなる成膜装置により、複数の基板が、順次前記予備加熱室で予備加熱された後、前記成膜室に移載され、
前記基板が、前記基板載置台に移載された後、所定の温度まで昇温する工程と、
前記基板上に所定の膜を成膜する工程と、
を有する成膜方法であって、
前記成膜する工程を開始する時点における前記基板の温度が、基板毎に略同一であることを特徴とする成膜方法。 A plurality of substrates are sequentially reserved in the preliminary heating chamber by a film forming apparatus including a preheating chamber having a heating unit and an exhaust unit, a substrate mounting table having a substrate heating unit, and a film forming chamber having an exhaust unit. After being heated, transferred to the film forming chamber,
A step of raising the temperature to a predetermined temperature after the substrate is transferred to the substrate mounting table;
Forming a predetermined film on the substrate;
A film forming method comprising:
The film forming method, wherein the temperature of the substrate at the time of starting the film forming step is substantially the same for each substrate.

前記予備加熱室から搬出される前記基板の温度が略一定であることを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。 The film forming method according to claim 1, wherein the temperature of the substrate carried out of the preheating chamber is substantially constant.

前記基板を前記予備加熱室に移載後、前記ランプにより前記基板を加熱する前に、前記予備加熱室が冷却する一定の待機時間を有することを特徴とする請求項２に記載の成膜方法。 3. The film forming method according to claim 2, wherein after the substrate is transferred to the preheating chamber, the preheating chamber has a certain waiting time for cooling before the substrate is heated by the lamp. .

前記待機時間が１００秒以上３００秒以下であることを特徴とする請求項３に記載の成膜方法。 The film forming method according to claim 3, wherein the standby time is not less than 100 seconds and not more than 300 seconds.

前記予備加熱室を前記基板加熱終了後に、冷却手段を用いて冷却することを特徴とする請求項２に記載の成膜方法。 The film forming method according to claim 2, wherein the preheating chamber is cooled using a cooling unit after the substrate heating is completed.

前記予備加熱室の温度または前記予備加熱後の基板温度または前記予備加熱前の前記基板温度の少なく１つの温度を、前記予備加熱室に設けた温度測定手段で測定し、前記測定された温度に基づいて、前記加熱手段を制御することを特徴とする請求項２に記載の成膜方法。 At least one temperature of the temperature of the preheating chamber, the substrate temperature after the preheating, or the substrate temperature before the preheating is measured by temperature measuring means provided in the preheating chamber, and the measured temperature is set to the measured temperature. The film forming method according to claim 2, wherein the heating unit is controlled based on the method.

前記予備加熱室に設けた温度測定手段で測定された前記予備加熱時の前記基板の温度に応じて、前記基板が前記成膜室に移載後、成膜を開始するまでの時間を変えることを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。 Depending on the temperature of the substrate at the time of the preliminary heating measured by the temperature measuring means provided in the preliminary heating chamber, the time until the deposition starts after the substrate is transferred to the deposition chamber is changed. The film forming method according to claim 1.

加熱手段と排気手段とを有する予備加熱室と、
基板加熱手段を有する基板載置台と排気手段とを有する成膜室と、
前記成膜室内で、順次、複数の基板上に所定の膜を成膜する際に、成膜開始時の基板温度を基板毎に略同一となるように制御する制御手段と、
を有することを特徴とする成膜装置。 A preheating chamber having heating means and exhaust means;
A film forming chamber having a substrate mounting table having a substrate heating means and an exhaust means;
Control means for controlling the substrate temperature at the start of film formation to be substantially the same for each substrate when a predetermined film is sequentially formed on a plurality of substrates in the film formation chamber;
A film forming apparatus comprising:

前記制御手段は、予備加熱終了時の基板温度を略同一に制御する手段であることを特徴とする請求項８に記載の成膜装置。 9. The film forming apparatus according to claim 8, wherein the control means is a means for controlling the substrate temperature at the end of preheating to be substantially the same.

前記予備加熱終了時の基板温度を略同一に制御する手段は、前記加熱手段による加熱開始を待機する待機時間設定手段からなり、
前記待機時間設定手段で設定された待機時間により、前記予備加熱を開始する際の前記予備加熱室の温度を略同一にすることを特徴とする請求項９に記載の成膜装置。 The means for controlling the substrate temperature at the end of the preliminary heating substantially the same comprises a waiting time setting means for waiting for the heating start by the heating means,
The film forming apparatus according to claim 9, wherein the temperature of the preheating chamber when the preheating is started is made substantially the same by the standby time set by the standby time setting unit.

前記予備加熱終了時の基板温度を略同一に制御する手段は、前記予備加熱室に備えられた冷却手段からなり、
前記冷却手段により、前記予備加熱を開始する際の前記予備加熱室の温度を略同一にすることを特徴とする請求項９に記載の成膜装置。 The means for controlling the substrate temperature at the end of the preheating to be substantially the same comprises a cooling means provided in the preheating chamber,
The film forming apparatus according to claim 9, wherein the temperature of the preheating chamber when starting the preheating is made substantially the same by the cooling unit.

前記予備加熱終了時の基板温度を略同一に制御する手段は、
前記予備加熱室内の温度または前記予備加熱室内に移載された基板の温度を測定する測定手段と、
該測定手段により測定した前記温度に応じて前記加熱手段を制御する手段と、
からなることを特徴とする請求項９に記載の成膜装置。 Means for controlling the substrate temperature at the end of the preheating to be substantially the same,
Measuring means for measuring the temperature of the preheating chamber or the temperature of the substrate transferred to the preheating chamber;
Means for controlling the heating means according to the temperature measured by the measuring means;
The film forming apparatus according to claim 9, comprising:

前記制御手段は、
前記予備加熱室内の温度または前記予備加熱室内に移載された基板の温度を測定する測定手段と、
前記測定手段により測定された前記温度に応じて、前記基板を前記成膜室に移載後、成膜を開始するまでの時間を変更する手段と、
からなることを特徴とする請求項８に記載の成膜装置。 The control means includes
Measuring means for measuring the temperature of the preheating chamber or the temperature of the substrate transferred to the preheating chamber;
Means for changing a time until the film formation is started after the substrate is transferred to the film formation chamber in accordance with the temperature measured by the measurement means;
The film forming apparatus according to claim 8, comprising: