JPH10237639A - Sputtering device for forming barrier film for integrated circuit - Google Patents

Sputtering device for forming barrier film for integrated circuit

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JPH10237639A
JPH10237639A JP9055550A JP5555097A JPH10237639A JP H10237639 A JPH10237639 A JP H10237639A JP 9055550 A JP9055550 A JP 9055550A JP 5555097 A JP5555097 A JP 5555097A JP H10237639 A JPH10237639 A JP H10237639A
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JP
Japan
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substrate
sputtering
titanium
chamber
annealing
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Pending
Application number
JP9055550A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Kobayashi
正彦 小林
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Original Assignee
Anelva Corp
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Publication date
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/24—Nitriding

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to sufficiently deposit barrier films for integrated circuits in holes of a high aspect ratio by excellent sputtering by devising the application of a technique of ionization sputtering. SOLUTION: The titanium sputtered by a sputtering electrode 3 from a target 2 made of the titanium disposed in a sputtering chamber 1 having a discharge system 11 is ionized at the time of passing the inside of the induction coupling type plasma P formed by a high-frequency coil 71 constituting an ionizing means 7. The ions are attracted by the electric field perpendicular to a substrate 50 set by an electric field setting means 8 and are made incident on the substrate 50, by which the titanium thin films are deposited. The formed titanium thin films are subjected to a surface nitriding treatment by a nitrogen annealing means for supplying gaseous nitrogen to the substrate 50 while the substrate 50 is kept heated, by which the barrier films for the integrated circuits laminated with the titanium nitride on the titanium are obtd.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本願の発明は、各種半導体デ
バイス等の集積回路において相互拡散等を防止する集積
回路用バリア膜の作成技術に関し、特にそのようなバリ
ア膜を作成するスパッタリング装置に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for forming a barrier film for an integrated circuit for preventing interdiffusion or the like in an integrated circuit such as various semiconductor devices, and more particularly to a sputtering apparatus for forming such a barrier film. is there.

【０００２】[0002]

【従来の技術】各種メモリやロジック等の半導体デバイ
スでは、異種層の相互拡散の防止等の目的で、当該異種
層の界面にバリア膜を介在させた構造を採用している。
このようなバリア膜は、多くの場合、チタンと窒化チタ
ンとを積層した構造を有し、スパッタリングによって作
成されている。2. Description of the Related Art Semiconductor devices such as various memories and logics employ a structure in which a barrier film is interposed at an interface between different layers in order to prevent mutual diffusion of different layers.
Such a barrier film often has a structure in which titanium and titanium nitride are stacked, and is formed by sputtering.

【０００３】図５は、集積回路用のバリア膜を作成する
従来のスパッタリング装置の構成を説明する正面概略図
である。図５に示すスパッタリング装置は、排気系を備
えたスパッタチャンバー１と、このスパッタチャンバー
１内に設けられたチタンよりなるターゲット２と、この
ターゲット２をスパッタするスパッタ電極３と、スパッ
タ放電のためにスパッタチャンバー１内にガスを導入す
るガス導入手段４と、スパッタによってターゲット２か
ら放出されたチタンが入射する位置に基板５０を保持す
る基板ホルダー５とから主に構成されている。FIG. 5 is a schematic front view illustrating the structure of a conventional sputtering apparatus for forming a barrier film for an integrated circuit. The sputtering apparatus shown in FIG. 5 includes a sputter chamber 1 provided with an exhaust system, a target 2 made of titanium provided in the sputter chamber 1, a sputter electrode 3 for sputtering the target 2, and a sputter electrode. It mainly comprises a gas introducing means 4 for introducing a gas into the sputtering chamber 1 and a substrate holder 5 for holding the substrate 50 at a position where titanium emitted from the target 2 by sputtering enters.

【０００４】多くの場合、スパッタリング装置はマグネ
トロンスパッタを行うよう構成され、スパッタ電極３
は、磁石機構を備えたマグネトロンカソードから構成さ
れる。磁石機構は、中心磁石３１と、この中心磁石３１
を取り囲む周辺磁石３２と、中心磁石３１及び周辺磁石
３２とを繋ぐ円板状のヨーク３３とから構成され、図５
に示すようにターゲット２を通して閉じた磁力線３４を
設定する。また、スパッタ電極３には、スパッタ電源３
５が接続されて所定の負の高電圧又は高周波電圧が印加
される。In many cases, the sputtering device is configured to perform magnetron sputtering, and the sputtering electrode 3 is used.
Comprises a magnetron cathode with a magnet mechanism. The magnet mechanism includes a center magnet 31 and this center magnet 31.
5 and a disk-shaped yoke 33 connecting the center magnet 31 and the peripheral magnet 32 to each other.
As shown in FIG. 7, a closed magnetic field line 34 is set through the target 2. The sputter electrode 3 has a sputter power source 3
5 is connected to apply a predetermined negative high voltage or high frequency voltage.

【０００５】ガス導入手段４によってアルゴン等のスパ
ッタ率の高いガスが導入され、このガスがイオン化し、
イオン化したガスがスパッタ電極３に与えられた電圧に
よってターゲット２を叩くことによってスパッタ放電が
生成される。このスパッタ放電の過程でターゲット２か
らチタン（多くの場合、チタン原子）が弾き出され、弾
き出されたチタンは、基板５０に達してチタン薄膜を堆
積する。A gas having a high sputtering rate, such as argon, is introduced by the gas introducing means 4, and this gas is ionized,
The ionized gas hits the target 2 with a voltage applied to the sputter electrode 3 to generate a sputter discharge. In the process of this sputter discharge, titanium (in many cases, titanium atoms) is ejected from the target 2, and the ejected titanium reaches the substrate 50 and deposits a titanium thin film.

【０００６】バリア膜を作成する場合、最初にアルゴン
ガスを導入してチタン薄膜を作成し、その後、ガスを窒
素に変えてスパッタを行い、チタンと窒素の反応を補助
的に利用しながら、窒化チタン薄膜を堆積される。この
結果、チタン薄膜の上に窒化チタン薄膜が作成された状
態となり、バリア膜として利用できることになる。When forming a barrier film, first, an argon gas is introduced to form a titanium thin film, and then, the gas is changed to nitrogen and sputtering is performed, and nitriding is performed while utilizing the reaction between titanium and nitrogen. A titanium thin film is deposited. As a result, the titanium nitride thin film is formed on the titanium thin film, and can be used as a barrier film.

【０００７】[0007]

【発明が解決しようとする課題】半導体集積回路の集積
度は、メモリであれば容量の大規模化、ロジックではあ
れば動作速度の高速化等を背景として、益々高くなって
きている。このような集積度の増加は、デバイスの構造
の面では、コンタクトホールや層間ビアホール等のホー
ルのアスペクト比の上昇になって現れてきている。アス
ペクト比は、ホールの開口に対するホールの深さの比で
あり、例えば、２５６メガビットのＤＲＡＭの構造で
は、深さ１〜１．５μｍでホールの開口が直径０．２５
μｍ程度の円形のホール（アスペクト比４〜６）を有す
るに至っている。The degree of integration of a semiconductor integrated circuit is increasing due to the increase in the capacity of a memory and the increase of the operation speed of a logic. In terms of device structure, such an increase in the degree of integration has appeared as an increase in the aspect ratio of holes such as contact holes and interlayer via holes. The aspect ratio is a ratio of a hole depth to a hole opening. For example, in a 256-Mbit DRAM structure, the hole opening has a depth of 1 to 1.5 μm and a diameter of 0.25 mm.
It has a circular hole (aspect ratio 4 to 6) of about μm.

【０００８】上記バリア膜は、上述のような高アスペク
ト比のホール内にも作成することが必要になってきてい
る。図６は、この課題を説明する図であり、バリア膜を
作成する集積回路の構造の一例を示す図である。図６
は、ＦＥＴ等のデバイスにおける配線構造が簡略化され
て示されている。この構造では、下地シリコン５０１上
に酸化シリコン等の絶縁層５０２が形成されており、絶
縁層５０２上に配線層５０３が形成されている。そし
て、絶縁層５０２に形成されたコンタクトホール内には
アルミ又はタングステン等よりなるコンタクト配線５０
４が埋め込まれており、コンタクト配線５０４と下地シ
リコン５０１及び絶縁層５０２との界面にバリア膜５０
５が介在されている。[0008] It has become necessary to form the barrier film even in a hole having a high aspect ratio as described above. FIG. 6 is a diagram for explaining this problem, showing an example of the structure of an integrated circuit for forming a barrier film. FIG.
Shows a simplified wiring structure of a device such as an FET. In this structure, an insulating layer 502 of silicon oxide or the like is formed over a base silicon 501, and a wiring layer 503 is formed over the insulating layer 502. Then, a contact wiring 50 made of aluminum, tungsten, or the like is provided in a contact hole formed in the insulating layer 502.
4 is buried, and the barrier film 50 is formed at the interface between the contact wiring 504 and the underlying silicon 501 and the insulating layer 502.
5 are interposed.

【０００９】さて、上述したような高アスペクト比のホ
ールに対しては、通常のスパッタ法では成膜が非常に困
難になってきている。即ち、高アスペクト比のホールの
内面に成膜を行うためには、深いホールの底部までスパ
ッタ粒子が多く届くように、基板に対して垂直に入射す
るスパッタ粒子を多くする必要がある。しかしながら、
ターゲット２から放出される際のスパッタ粒子（チタ
ン）の放出角度は、余弦則に基づき、ターゲット２の法
線方向を最大値としてコサインカーブ状に広がった分布
となる。つまり、基板５０に入射するスパッタ粒子に
は、基板５０に垂直に入射するものの他、基板５０に斜
めに入射するものが多く含まれている。Now, it is very difficult to form a film with a high aspect ratio by the ordinary sputtering method. That is, in order to form a film on the inner surface of a hole having a high aspect ratio, it is necessary to increase the number of sputter particles which are perpendicularly incident on the substrate so that the sputter particles reach the bottom of the deep hole. However,
The emission angle of the sputtered particles (titanium) when emitted from the target 2 has a distribution spread in a cosine curve with the normal direction of the target 2 as the maximum value based on the cosine law. In other words, the sputtered particles incident on the substrate 50 include those incident on the substrate 50 obliquely in addition to those incident on the substrate 50 perpendicularly.

【００１０】従って、高アスペクトのホールの内面に十
分にバリア膜を作成するためには、基板５０に垂直する
スパッタ粒子の量を多くしていく必要がある。これを可
能にする技術の一つとして、発明者は、イオン化スパッ
タの手法をバリア膜の作成に応用することを検討した。
イオン化スパッタとは、ターゲット２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５０に垂直
な電界を設定する手法である。基板５０には、イオン化
したスパッタ粒子が電界の作用により垂直に多く入射す
るので、深いホールの内面まで十分に成膜が行われるこ
とになる。Therefore, in order to sufficiently form a barrier film on the inner surface of a high-aspect hole, it is necessary to increase the amount of sputtered particles perpendicular to the substrate 50. As one of the technologies that make this possible, the inventors have studied applying the ionization sputtering technique to the formation of a barrier film.
The ionization sputtering is a method of ionizing sputter particles emitted from the target 2 and setting an electric field perpendicular to the substrate 50. Since a large amount of ionized sputtered particles are vertically incident on the substrate 50 by the action of the electric field, the film is sufficiently formed up to the inner surface of the deep hole.

【００１１】スパッタ粒子をイオン化させる構成は、タ
ーゲット２から基板５０へのスパッタ粒子の飛行経路上
にプラズマを形成する構成が採用できる。プラズマ中に
スパッタ粒子が通過する際、スパッタ粒子はプラズマ中
の電子との衝突によりイオン化することになる。As a configuration for ionizing the sputtered particles, a configuration in which plasma is formed on a flight path of the sputtered particles from the target 2 to the substrate 50 can be adopted. When the sputtered particles pass through the plasma, the sputtered particles are ionized by collision with electrons in the plasma.

【００１２】しかしながら、発明者の検討によると、バ
リア膜の作成については、上記イオン化スパッタの手法
をそのまま適用することは困難であることが判明した。
即ち、チタンの場合には、プラズマ中を通過する際にイ
オン化させることが容易であるが、窒化チタンについて
は、化学的に安定なためイオン化が困難であり、イオン
化スパッタの効果が十分得られないことが判明した。However, according to the study of the present inventors, it has been found that it is difficult to apply the above-described ionization sputtering technique as it is for forming a barrier film.
That is, in the case of titanium, it is easy to ionize when passing through plasma, but titanium nitride is chemically stable and therefore difficult to ionize, and the effect of ionization sputtering cannot be sufficiently obtained. It has been found.

【００１３】この課題を、ボトムカバレッジ率の点から
さらに詳しく説明する。図７は、ボトムカバレッジ率を
説明する断面概略図である。ボトムカバレッジ率は、ホ
ール内面の薄膜作成の良否の指標の一つとして多用され
ているものである。ボトムカバレッジ率は、ホール５０
０の周囲の面への成膜量（通常は成膜速度）に対するホ
ール底部への成膜量であり、図７の（ｂ／ａ）×１００
（％）で表される。This problem will be described in more detail in terms of the bottom coverage rate. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating a bottom coverage ratio. The bottom coverage ratio is frequently used as one of the indicators of the quality of forming a thin film on the inner surface of a hole. The bottom coverage rate is 50 holes
0 is the amount of film formed on the bottom of the hole with respect to the amount of film formed on the peripheral surface (usually the film forming rate), and is (b / a) × 100 in FIG.
(%).

【００１４】発明者は、圧力や電力等の諸条件を同じに
してチタンと窒化チタンとをイオン化スパッタにより作
成する実験を行った。その結果、アスペクト比４のホー
ルに対して、チタンの場合にはボトムカバレッジ率４５
％であり、通常のスパッタの場合のボトムカバレッジ率
３〜５％に対して大きな改善が見られたが、窒化チタン
の場合には１５％であり、大きな改善が見られなかっ
た。The inventor conducted an experiment in which titanium and titanium nitride were formed by ionization sputtering under the same conditions such as pressure and power. As a result, in the case of titanium, a bottom coverage ratio of 45
%, Which is a significant improvement with respect to the bottom coverage ratio of 3 to 5% in the case of ordinary sputtering, but is 15% in the case of titanium nitride, which is not a significant improvement.

【００１５】このように、チタンと窒化チタンとを積層
した構造のバリア膜については、イオン化スパッタをそ
のまま適用することは困難であり、ボトムカバレッジ率
の向上の効果を十分に得ることはできない。本願の発明
は、このような課題を解決するためになされたものであ
る。即ち、集積回路用バリア膜の作成において、イオン
化スパッタの手法の応用を工夫して行うことで、高アス
ペクト比のホールに対して十分に成膜を行うことができ
るスパッタリング装置を提供することを目的としてい
る。As described above, it is difficult to apply ionized sputtering as it is to a barrier film having a structure in which titanium and titanium nitride are stacked, and it is not possible to sufficiently obtain the effect of improving the bottom coverage ratio. The invention of the present application has been made to solve such a problem. In other words, an object of the present invention is to provide a sputtering apparatus capable of sufficiently forming a film with a high aspect ratio by devising an application of the ionization sputtering technique in forming a barrier film for an integrated circuit. And

【００１６】[0016]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願の請求項１記載の発明は、チタンと窒化チタン
とを積層した構造の集積回路用バリア膜を作成するスパ
ッタリング装置において、排気系を備えたスパッタチャ
ンバーと、このスパッタチャンバー内に設けられたチタ
ンよりなるターゲットと、このターゲットをスパッタす
るスパッタ電極と、スパッタ放電のためにスパッタチャ
ンバー内にガスを導入するガス導入手段と、スパッタに
よってターゲットから放出されたチタンをイオン化させ
るイオン化手段と、イオン化したチタンが入射する位置
に基板を保持する基板ホルダーと、イオン化したチタン
を基板に引き込むために基板に垂直な方向に電界を設定
する電界設定手段とを備え、チタン薄膜が作成された基
板を加熱しながら当該基板の表面に窒素ガスを供給して
チタン薄膜の表面を窒化させる窒素アニール手段を有し
ているという構成を有する。また、上記課題を解決する
ため、請求項２記載の発明は、上記請求項１の構成にお
いて、イオン化手段は、ターゲットから基板へのチタン
の飛行経路において誘導結合型高周波プラズマを形成す
るものであるという構成を有する。また、上記課題を解
決するため、請求項３記載の発明は、上記請求項１又は
２の構成において、電界設定手段は、基板ホルダーに所
定の高周波電圧を印加することで基板に負のバイアス電
圧を与えるものであるという構成を有する。また、上記
課題を解決するため、請求項４記載の発明は、上記請求
項１、２又は３の構成において、窒素アニール手段は、
スパッタチャンバーとは別に設けられたアニールチャン
バー、アニールチャンバー内に窒素ガスを導入するアニ
ール用ガス導入手段と、アニールチャンバー内に搬入さ
れた基板が載置される加熱ステージとから構成され、当
該スパッタチャンバーからスパッタチャンバーに真空中
で基板を搬送する構造を有している。また、上記解題を
解決するため、請求項５記載の発明は、上記請求項１、
２又は３の構成において、ガス導入手段は窒素ガスを導
入する窒素ガス導入系を有し、基板ホルダーは基板を所
定温度に加熱する加熱手段を内蔵しており、窒素アニー
ル手段は、当該窒素ガス導入系と当該加熱手段によって
構成されていて、チタン薄膜を作成したスパッタチャン
バー内で連続して当該チタン薄膜の表面を窒化処理する
ことが可能であるという構成を有する。In order to solve the above-mentioned problems, an invention according to claim 1 of the present application is directed to a sputtering apparatus for forming a barrier film for an integrated circuit having a structure in which titanium and titanium nitride are laminated. , A target made of titanium provided in the sputtering chamber, a sputter electrode for sputtering the target, gas introducing means for introducing a gas into the sputtering chamber for sputter discharge, and sputtering. Ionization means for ionizing titanium released from the target, a substrate holder for holding the substrate at a position where the ionized titanium is incident, and an electric field setting for setting an electric field in a direction perpendicular to the substrate to draw the ionized titanium into the substrate Means while heating the substrate on which the titanium thin film is formed. It has a structure that the nitrogen gas is supplied has a nitrogen annealing means for nitriding the surface of the titanium thin film on the surface of the substrate. According to a second aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, in the configuration of the first aspect, the ionization means forms an inductively coupled high-frequency plasma in a flight path of titanium from the target to the substrate. It has the structure of. According to a third aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, in the configuration of the first or second aspect, the electric field setting means applies a predetermined high-frequency voltage to the substrate holder to apply a negative bias voltage to the substrate. Is provided. Further, in order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 4 is the invention according to claim 1, wherein the nitrogen annealing means comprises:
An annealing chamber provided separately from the sputtering chamber, an annealing gas introducing means for introducing a nitrogen gas into the annealing chamber, and a heating stage on which a substrate carried into the annealing chamber is placed; From the substrate to the sputtering chamber in vacuum. In order to solve the above-mentioned remarks, the invention described in claim 5 is based on claim 1,
In the configuration of 2 or 3, the gas introduction means has a nitrogen gas introduction system for introducing nitrogen gas, the substrate holder has a built-in heating means for heating the substrate to a predetermined temperature, and the nitrogen annealing means has It is constituted by the introduction system and the heating means, and has a configuration in which the surface of the titanium thin film can be continuously nitrided in the sputtering chamber in which the titanium thin film is formed.

【００１７】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施の形態につ
いて説明する。まず、請求項１、２、３及び４の発明に
対応した第一の実施形態について説明する。図１は、本
願発明の第一の実施形態のスパッタリング装置の構成を
説明する平面概略図である。Embodiments of the present invention will be described below. First, a first embodiment corresponding to the inventions of claims 1, 2, 3, and 4 will be described. FIG. 1 is a schematic plan view illustrating the configuration of the sputtering apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【００１８】本実施形態のスパッタリング装置は、いわ
ゆるマルチチャンバータイプの装置である。具体的に
は、図１に示すように、中央に配置された搬送チャンバ
ー６１と、この搬送チャンバー６１の周囲に配置された
スパッタチャンバー１、処理チャンバー６２，６３，６
４，６５，６６、ロードロックチャンバー６７及びアン
ロードロックチャンバー６８とから構成されている。The sputtering apparatus of the present embodiment is a so-called multi-chamber type apparatus. Specifically, as shown in FIG. 1, a transfer chamber 61 disposed at the center, a sputter chamber 1 disposed around the transfer chamber 61, and processing chambers 62, 63, 6
4, 65, 66, a load lock chamber 67 and an unload lock chamber 68.

【００１９】搬送チャンバー６１と各チャンバー１，６
２，６３，６４，６５，６６，６７，６８とは、不図示
のゲートバルブを介して気密に接続されており、全ての
チャンバー１，６１，６２，６３，６４，６５，６６，
６７，６８は専用又は兼用の搬送系によって真空に排気
可能となっている。また、搬送チャンバー６１内には搬
送ロボット６１１が配設されている。搬送ロボット６１
１は、ロードロックチャンバーから基板５０を一枚ずつ
取り出し、スパッタチャンバー１や各処理チャンバー６
２，６３，６４，６５，６６に順次搬送して、基板５０
上に所定のバリア膜を作成するようになっている。The transfer chamber 61 and each of the chambers 1 and 6
2, 63, 64, 65, 66, 67, 68 are airtightly connected via a gate valve (not shown), and all the chambers 1, 61, 62, 63, 64, 65, 66,
67 and 68 can be evacuated to a vacuum by a dedicated or combined transfer system. A transfer robot 611 is provided in the transfer chamber 61. Transfer robot 61
1 is to take out the substrates 50 one by one from the load lock chamber,
2, 63, 64, 65, and 66 sequentially, and the substrate 50
A predetermined barrier film is formed thereon.

【００２０】次に、スパッタチャンバー１の構成につい
て、図２を使用して説明する。図２は、図１のスパッタ
リング装置におけるスパッタチャンバー１の構成を説明
する正面概略図である。Next, the configuration of the sputtering chamber 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic front view illustrating the configuration of the sputtering chamber 1 in the sputtering apparatus of FIG.

【００２１】図２に示すように、本実施形態のスパッタ
リング装置は、排気系１１を備えたスパッタチャンバー
１と、このスパッタチャンバー１内に設けられたチタン
よりなるターゲット２と、このターゲット２をスパッタ
するスパッタ電極３と、スパッタ放電のためにスパッタ
チャンバー１内にガスを導入するガス導入手段４と、ス
パッタによってターゲット２から放出されたチタンをイ
オン化させるイオン化手段７と、イオン化したチタンが
入射する位置に基板５０を保持する基板ホルダー５と、
イオン化したチタンを基板５０に引き込むために基板５
０に垂直な方向に電界を設定する電界設定手段８とを備
えている。As shown in FIG. 2, the sputtering apparatus of this embodiment includes a sputtering chamber 1 provided with an exhaust system 11, a target 2 made of titanium provided in the sputtering chamber 1, and a sputtering Electrode 3 for performing sputtering, gas introducing means 4 for introducing gas into the sputtering chamber 1 for sputter discharge, ionizing means 7 for ionizing titanium emitted from the target 2 by sputtering, and a position where the ionized titanium is incident. A substrate holder 5 for holding a substrate 50 at
In order to draw the ionized titanium into the substrate 50, the substrate 5
Electric field setting means 8 for setting an electric field in a direction perpendicular to 0.

【００２２】まず、スパッタチャンバー１は、不図示の
ゲートバルブを備えた気密な容器である。スパッタチャ
ンバー１は、ステンレス等の金属製であり、電気的には
接地されている。排気系１１は、ターボ分子ポンプや拡
散ポンプ等を備えた多段の真空排気システムで構成され
ており、スパッタチャンバー１内を１０-9Ｔｏｒｒ程度
まで排気可能になっている。また、排気系１１は、バリ
アブルオリフィス等の不図示の排気速度調整器を備え、
排気速度を調整することが可能になっている。First, the sputtering chamber 1 is an airtight container provided with a gate valve (not shown). The sputtering chamber 1 is made of metal such as stainless steel and is electrically grounded. The exhaust system 11 is composed of a multi-stage vacuum exhaust system equipped with a turbo molecular pump, a diffusion pump, and the like, and can exhaust the inside of the sputtering chamber 1 to about 10 -9 Torr. Further, the exhaust system 11 includes an exhaust speed adjuster (not shown) such as a variable orifice.
It is possible to adjust the pumping speed.

【００２３】ターゲット２は、例えば厚さ６〜１２ｍ
ｍ、直径３００ｍｍ程度の円板状であり、スパッタ電極
３に取付けられている。スパッタ電極３は、従来の装置
と同様に磁石機構を備えたマグネトロンカソードになっ
ている。即ち、磁石機構は、中心磁石３１と、この中心
磁石３１を取り囲む周辺磁石３２と、中心磁石３１及び
周辺磁石３２とを繋ぐ円板状のヨーク３３とから構成さ
れている。尚、各磁石は、いずれも永久磁石であるが、
電磁石でこれらを構成することも可能である。The target 2 has a thickness of, for example, 6 to 12 m.
m, a disk shape having a diameter of about 300 mm, and attached to the sputter electrode 3. The sputter electrode 3 is a magnetron cathode provided with a magnet mechanism as in the conventional apparatus. That is, the magnet mechanism includes a central magnet 31, a peripheral magnet 32 surrounding the central magnet 31, and a disk-shaped yoke 33 connecting the central magnet 31 and the peripheral magnet 32. Each magnet is a permanent magnet,
It is also possible to configure these with electromagnets.

【００２４】スパッタ電極３はスパッタチャンバー１に
対して絶縁された状態で取り付けられており、スパッタ
電源３５が接続されている。このスパッタ電源３５は、
所定の負の高電圧又は高周波電圧をスパッタ電極３に印
加するよう構成される。チタンのスパッタの場合、５０
０〜７００Ｖ程度の負の直流電圧を印加するよう構成さ
れることが多い。The sputter electrode 3 is attached to the sputter chamber 1 in an insulated state, and a sputter power source 35 is connected. This sputtering power supply 35
It is configured to apply a predetermined negative high voltage or high frequency voltage to the sputter electrode 3. 50 for titanium sputter
In many cases, a negative DC voltage of about 0 to 700 V is applied.

【００２５】ガス導入手段４は、アルゴン等のスパッタ
放電用のガスを溜めたガスボンベ４１１と、ガスボンベ
４１１とスパッタチャンバー１とをつなぐ配管４１２
と、配管４１２に設けられたバルブ４１３や流量調整器
４１４等から構成されている。配管４１１の先端には、
不図示のガス分配器が通常設けられる。ガス分配器は、
円環状に形成したパイプの中心側面にガス吹き出し穴を
形成した構成等が採用され、ターゲット２と基板ホルダ
ー５との間の空間に均一にガスを導入するようにする。The gas introducing means 4 includes a gas cylinder 411 storing a gas for sputter discharge such as argon, and a pipe 412 connecting the gas cylinder 411 and the sputtering chamber 1.
And a valve 413 and a flow controller 414 provided in the pipe 412. At the end of the pipe 411,
A gas distributor not shown is usually provided. The gas distributor is
A configuration in which a gas blowout hole is formed in the center side surface of the pipe formed in an annular shape or the like is adopted so that gas is uniformly introduced into the space between the target 2 and the substrate holder 5.

【００２６】イオン化手段７は、本実施形態では、ター
ゲット２から基板５０へのチタンの飛行経路において誘
導結合型高周波プラズマを形成するものが採用されてい
る。具体的には、イオン化手段７は、ターゲット２と基
板ホルダー５との間の空間（以下、イオン化空間）を取
り囲むようにして設けられた高周波コイル７１と、この
高周波コイル７１に接続された高周波電源７２とから主
に構成されている。In the present embodiment, the ionization means 7 is adapted to form inductively coupled high-frequency plasma in the flight path of titanium from the target 2 to the substrate 50. Specifically, the ionization means 7 includes a high-frequency coil 71 provided so as to surround a space between the target 2 and the substrate holder 5 (hereinafter, an ionization space), and a high-frequency power supply connected to the high-frequency coil 71. 72 mainly.

【００２７】高周波電源７２は、例えば周波数１３．５
６ＭＨｚで出力４ｋＷ程度のものが使用され、整合器７
３を介して高周波コイル７１を高周波電力を供給する。
高周波コイル７１によって、イオン化空間に高周波電界
が設定され、ガス導入手段４によって導入されたガスが
この高周波電界によってプラズマ化してプラズマＰが形
成されるようになっている。プラズマＰ中には高周波電
流が流れ、プラズマＰと高周波コイル７１は誘導性結合
する。このため、誘導結合型プラズマと呼ばれる。The high frequency power supply 72 has, for example, a frequency of 13.5.
A 6 MHz and an output of about 4 kW are used.
A high-frequency power is supplied to the high-frequency coil 71 through the third coil 3.
A high-frequency electric field is set in the ionization space by the high-frequency coil 71, and the gas introduced by the gas introducing means 4 is turned into plasma by the high-frequency electric field to form a plasma P. A high-frequency current flows in the plasma P, and the plasma P and the high-frequency coil 71 are inductively coupled. For this reason, it is called inductively coupled plasma.

【００２８】ターゲット２から放出されたスパッタ粒子
（チタン）は、プラズマＰ中を通過する際にプラズマＰ
中の電子と衝突し、イオン化する。イオン化したスパッ
タ粒子は、後述する電界によって加速されて基板５０に
到達するようになっている。基板ホルダー５は、ターゲ
ット２に対して平行に基板５０を保持するようになって
いる。基板ホルダー５には、基板５０を静電気によって
吸着する不図示の静電吸着機構や成膜中に基板５０を加
熱して成膜を効率的にする不図示の加熱機構等が設けら
れる場合がある。When the sputtered particles (titanium) released from the target 2 pass through the plasma P, the plasma P
It collides with the electrons inside and is ionized. The ionized sputtered particles are accelerated by an electric field described later and reach the substrate 50. The substrate holder 5 holds the substrate 50 in parallel with the target 2. The substrate holder 5 may be provided with an electrostatic chucking mechanism (not shown) for attracting the substrate 50 by static electricity, a heating mechanism (not shown) for heating the substrate 50 during film formation to make film formation efficient, and the like. .

【００２９】電界設定手段８は、本実施形態では、基板
ホルダー５に所定の高周波電圧を印加することで基板５
０に負のバイアス電圧を与えるものである。即ち、電界
設定手段８は、基板ホルダー５にブロッキングコンデン
サ８２を介して接続された基板バイアス用高周波電源８
１によって構成されている。In the present embodiment, the electric field setting means 8 applies a predetermined high-frequency voltage to the substrate
A negative bias voltage is applied to 0. That is, the electric field setting means 8 includes the substrate biasing high frequency power supply 8 connected to the substrate holder 5 via the blocking capacitor 82.
1.

【００３０】基板バイアス用高周波電源８１は、例えば
周波数１３．５６ＭＨｚ出力３００Ｗ程度のものであ
る。基板バイアス用高周波電源８１によって基板５０に
高周波電圧が印加されると、基板５０の表面にはプラズ
マ中の荷電粒子が周期的に引き寄せられる。このうち、
移動度の高い電子は正イオンに比べて多くが基板５０の
表面に引き寄せられ、その結果、基板５０の表面は負の
電位にバイアスされたのと同じ状態になる。具体的に
は、上述した例の基板バイアス用高周波電源８１の場
合、平均値で−５０Ｖ程度のバイアス電圧を基板５０に
与えることができる。The substrate bias high frequency power supply 81 is, for example, of a frequency of 13.56 MHz and about 300 W output. When a high-frequency voltage is applied to the substrate 50 by the high-frequency power source 81 for substrate bias, charged particles in the plasma are periodically attracted to the surface of the substrate 50. this house,
Many of the electrons with high mobility are attracted to the surface of the substrate 50 as compared with the positive ions, and as a result, the surface of the substrate 50 is in the same state as when it is biased to a negative potential. Specifically, in the case of the substrate biasing high-frequency power supply 81 of the above-described example, a bias voltage of about −50 V on average can be applied to the substrate 50.

【００３１】上記基板バイアス電圧が与えられた状態
は、直流二極放電でプラズマを形成した場合の陰極シー
ス領域と同様であり、プラズマと基板５０との間に基板
５０に向かって下がる電位傾度を有する電界（以下、引
き出し用電界）が設定された状態となる。この引き出し
用電界によって、イオン化スパッタ粒子（正イオンのチ
タン）は、プラズマから引き出されて基板５０に効率良
く到達するようになっている。The state in which the substrate bias voltage is applied is the same as that in the cathode sheath region when plasma is formed by DC bipolar discharge, and the potential gradient between the plasma and the substrate 50 that decreases toward the substrate 50 is reduced. The resulting electric field (hereinafter referred to as an extraction electric field) is set. With this electric field for extraction, ionized sputtered particles (positive ion titanium) are extracted from the plasma and reach the substrate 50 efficiently.

【００３２】上記基板ホルダー５はチタン等の金属で形
成されており、従って、基板ホルダー５の載置面内には
直流分の電界は原理的に存在しない。従って、上記引き
出し用電界は基板５０に対して垂直な向きの電界であ
り、基板５０に対して垂直にイオン化スパッタ粒子を加
速するよう作用する。この結果、基板５０に形成された
ホールの底面まで効率よくイオン化スパッタ粒子を到達
させることができるようになっている。The substrate holder 5 is made of a metal such as titanium, so that there is no DC electric field in principle on the mounting surface of the substrate holder 5. Therefore, the extraction electric field is an electric field perpendicular to the substrate 50 and acts to accelerate the ionized sputtered particles perpendicular to the substrate 50. As a result, the ionized sputtered particles can efficiently reach the bottom of the hole formed in the substrate 50.

【００３３】図２を使用して、スパッタチャンバー１に
おけるスパッタ処理について説明する。基板５０がスパ
ッタチャンバー１内に搬入され、基板ホルダー５上に載
置される。スパッタチャンバー１内は予め１０-8〜１０
-9Ｔｏｒｒ程度まで排気されおり、基板５０の載置後に
ガス導入手段４が動作して、アルゴン等のスパッタ放電
用ガスが所定の流量で導入される。The sputtering process in the sputtering chamber 1 will be described with reference to FIG. The substrate 50 is carried into the sputtering chamber 1 and placed on the substrate holder 5. The inside of the sputtering chamber 1 is previously 10 -8 to 10
The gas is exhausted to about -9 Torr, and after the substrate 50 is placed, the gas introducing means 4 operates to introduce a sputter discharge gas such as argon at a predetermined flow rate.

【００３４】排気系１１の排気速度調整器４１４を制御
してスパッタチャンバー１内を例えば２０ｍＴｏｒｒ〜
４０ｍＴｏｒｒ程度に維持し、この状態でスパッタ電極
３を動作させる。即ち、スパッタ電源３５によってスパ
ッタ電極３に所定の電圧を与え、マグネトロンスパッタ
放電を生じさせる。The evacuation speed controller 414 of the evacuation system 11 is controlled to evacuate the inside of the sputtering chamber 1 from 20 mTorr to
The sputtering electrode 3 is operated in this state while maintaining the pressure at about 40 mTorr. That is, a predetermined voltage is applied to the sputter electrode 3 by the sputter power supply 35 to generate magnetron sputter discharge.

【００３５】同時に、イオン化手段７も動作させ、高周
波電源７２によって高周波コイル７１に高周波電圧を印
加し、イオン化空間に高周波電界を設定する。スパッタ
放電用ガスはイオン化空間にも拡散し、スパッタ放電用
ガスが電離してプラズマＰが形成される。また同時に電
界設定手段８も動作し、基板バイアス用高周波電源８１
によって基板５０に所定のバイアス電圧が印加され、プ
ラズマＰとの間に引き出し電界が設定される。At the same time, the ionizing means 7 is also operated, and a high-frequency voltage is applied to the high-frequency coil 71 by the high-frequency power supply 72 to set a high-frequency electric field in the ionization space. The gas for sputter discharge also diffuses into the ionization space, and the gas for sputter discharge ionizes to form plasma P. At the same time, the electric field setting means 8 operates, and the high frequency power supply 81 for the substrate bias is used.
As a result, a predetermined bias voltage is applied to the substrate 50, and an extraction electric field is set between the substrate 50 and the plasma P.

【００３６】スパッタ放電によってターゲット２がスパ
ッタされ、スパッタされたチタンは、基板５０に向けて
飛行する。その飛行の途中、イオン化空間のプラズマＰ
を通過する際にイオン化する。イオン化したチタンは、
引き出し電界によってプラズマから効率良く引き出さ
れ、基板５０に入射する。基板５０に入射したチタン
は、ホールの底面や側面に達して膜を堆積し、効率よく
ホール内を被覆する。所定の厚さで膜が作成されると、
電界設定手段８、イオン化手段７、スパッタ電極３、及
びガス導入手段４の動作をそれぞれ停止させ、基板５０
をスパッタチャンバー１から搬出する。The target 2 is sputtered by the sputter discharge, and the sputtered titanium flies toward the substrate 50. During the flight, the plasma P in the ionization space
Ionizes when passing through. Ionized titanium is
It is efficiently extracted from the plasma by the extraction electric field and enters the substrate 50. The titanium that has entered the substrate 50 reaches the bottom and side surfaces of the hole, deposits a film, and efficiently covers the inside of the hole. When a film is created with a predetermined thickness,
The operations of the electric field setting means 8, the ionizing means 7, the sputter electrode 3, and the gas introducing means 4 are stopped, and the substrate 50
Is carried out of the sputtering chamber 1.

【００３７】次に、本実施形態の大きな特徴点の一つで
ある窒素アニール手段について説明する。本実施形態の
窒素アニール手段は、スパッタチャンバー１とは別に設
けられた処理チャンバーの一つ（以下、アニールチャン
バー）６３に設けられている。図３は、図１に示す処理
チャンバー（アニールチャンバー）６３の構成を説明す
る正面概略図である。Next, the nitrogen annealing means, which is one of the major features of this embodiment, will be described. The nitrogen annealing means of this embodiment is provided in one of the processing chambers (hereinafter, an annealing chamber) 63 provided separately from the sputtering chamber 1. FIG. 3 is a schematic front view illustrating the configuration of the processing chamber (annealing chamber) 63 shown in FIG.

【００３８】本実施形態の窒素アニール手段は、排気系
６３１を備えたアニールチャンバー６３と、アニールチ
ャンバー６３内に窒素ガスを導入することが可能なアニ
ール用ガス導入手段９１と、アニールチャンバー６３内
に搬入された基板５０が載置される加熱ステージ９２と
から構成されている。The nitrogen annealing means of this embodiment includes an annealing chamber 63 provided with an exhaust system 631, an annealing gas introducing means 91 capable of introducing nitrogen gas into the annealing chamber 63, and an annealing chamber 63 inside the annealing chamber 63. And a heating stage 92 on which the loaded substrate 50 is placed.

【００３９】アニールチャンバー６３は、スパッタチャ
ンバー１と同様の気密な容器であり、排気系６３１によ
って例えば１０-8Ｔｏｒｒ程度まで排気可能に構成され
ている。また、アニール用ガス導入手段９１は、窒素ガ
スを所定の流量でアニールチャンバー６３内に導入でき
るよう構成される。The annealing chamber 63 is an airtight container similar to the sputtering chamber 1, and is configured to be evacuable to, for example, about 10 −8 Torr by an exhaust system 631. Further, the annealing gas introducing means 91 is configured to be capable of introducing nitrogen gas into the annealing chamber 63 at a predetermined flow rate.

【００４０】そして、加熱ステージ９２は、上面に基板
５０を載置するよう構成されている。加熱ステージ９２
内には、カートリッジヒータ等のジュール熱を発生させ
るヒータ９３が埋設されている。ヒータ９３と基板５０
載置面との間の部材には、チタンやセラミック系の耐熱
性の高い部材が使用される。尚、加熱ステージ９２に
は、基板５０の温度を検出する熱電対等の不図示の温度
センサが設けられており、温度センサの検出信号はヒー
タ９３を制御する不図示の制御部に送られるようになっ
ている。制御部は、ヒータ９３をフィードバック制御
し、所定の加熱温度が維持されるようにする。The heating stage 92 is configured to place the substrate 50 on the upper surface. Heating stage 92
A heater 93 such as a cartridge heater for generating Joule heat is embedded therein. Heater 93 and substrate 50
A member having high heat resistance such as titanium or a ceramic is used as a member between the mounting surface. The heating stage 92 is provided with a temperature sensor (not shown) such as a thermocouple for detecting the temperature of the substrate 50, and a detection signal of the temperature sensor is sent to a control unit (not shown) for controlling the heater 93. Has become. The control unit performs feedback control of the heater 93 so that a predetermined heating temperature is maintained.

【００４１】また、基板５０と基板ホルダー５との間の
接触性を向上させるため、基板５０を基板ホルダー５に
機械的に押しつけるクランプ手段９４が設けられてい
る。クランプ手段９４は、基板５０の周縁を押さえるリ
ング状のクランプ９４１と、クランプ９４１を駆動する
駆動機構９４２とから主に構成されている。尚、クラン
プ９４２には、不図示のバネ部材が設けられており、バ
ネ部材の弾性力によって基板５０を基板ホルダー５に押
しつけるよう構成されている。基板５０と基板ホルダー
５との接触性をさらに向上させるため、基板５０を静電
気によって吸着する静電吸着機構や、基板５０と基板ホ
ルダー５との間のすき間にヘリウムガスを流すヘリウム
チャック機構等が設けられる場合がある。Further, in order to improve the contact between the substrate 50 and the substrate holder 5, a clamping means 94 for mechanically pressing the substrate 50 against the substrate holder 5 is provided. The clamp unit 94 mainly includes a ring-shaped clamp 941 for pressing the peripheral edge of the substrate 50 and a driving mechanism 942 for driving the clamp 941. The clamp 942 is provided with a spring member (not shown), and is configured to press the substrate 50 against the substrate holder 5 by the elastic force of the spring member. In order to further improve the contact between the substrate 50 and the substrate holder 5, an electrostatic adsorption mechanism for adsorbing the substrate 50 by static electricity, a helium chuck mechanism for flowing helium gas into a gap between the substrate 50 and the substrate holder 5, and the like are provided. May be provided.

【００４２】図３を使用して、アニールチャンバー６３
における窒素アニールの動作について説明する。排気系
６３１によってアニールチャンバー６３内は１０-8Ｔｏ
ｒｒ程度に予め排気されいる。また、加熱ステージ９２
は、ヒータ９３によって所定温度に予め加熱されてい
る。Referring to FIG. 3, an annealing chamber 63 is used.
The operation of the nitrogen annealing will be described. The inside of the annealing chamber 63 is 10 -8 To by the exhaust system 631.
The air is exhausted to about rr in advance. The heating stage 92
Are preheated to a predetermined temperature by a heater 93.

【００４３】この状態で、不図示のゲートバルブを通し
て基板５０がアニールチャンバー６３内に搬送され、基
板ホルダー５に載置される。そして、クランプ手段９４
が動作して基板５０を加熱ステージ９２に押しつける。
これによって、基板５０は加熱ステージ９２の温度程度
まで急速に加熱される。In this state, the substrate 50 is transferred into the annealing chamber 63 through a gate valve (not shown), and is placed on the substrate holder 5. Then, the clamping means 94
Operates to press the substrate 50 against the heating stage 92.
As a result, the substrate 50 is rapidly heated to about the temperature of the heating stage 92.

【００４４】次に、ガス導入手段４が動作して窒素ガス
が所定の流量で導入される。排気系１１の排気速度調整
器を制御してアニールチャンバー６３内の圧力を所定圧
力に維持し、この状態を所定時間保持する。これによっ
て、基板５０上に作成されたチタン薄膜の表面が窒化
し、窒化チタン層が形成される。Next, the gas introducing means 4 operates to introduce nitrogen gas at a predetermined flow rate. The exhaust speed controller of the exhaust system 11 is controlled to maintain the pressure in the annealing chamber 63 at a predetermined pressure, and this state is maintained for a predetermined time. As a result, the surface of the titanium thin film formed on the substrate 50 is nitrided, and a titanium nitride layer is formed.

【００４５】次に、図１に戻り、その他の処理チャンバ
ー６２，６６について説明する。一つの処理チャンバー
６２は、プリヒートチャンバーとして構成される。プリ
ヒートチャンバー６２内には、アニールチャンバー６３
内の加熱ステージ９２と同様のプリヒートステージ６２
１が設けられる。プリヒートステージ６２１は、基板５
０を例えば５００℃程度まで加熱するよう構成される。
プリヒートの主な目的は、基板５０中の吸蔵ガスを放出
させる脱ガスである。脱ガスをしておかないと、スパッ
タチャンバー１での成膜の際に急激に脱ガスが発生し、
膜の付着性や膜質に影響を与えるからである。Next, returning to FIG. 1, the other processing chambers 62 and 66 will be described. One processing chamber 62 is configured as a preheat chamber. In the preheat chamber 62, an annealing chamber 63 is provided.
Preheat stage 62 similar to heating stage 92 inside
1 is provided. The preheat stage 621 is mounted on the substrate 5
0 is heated to, for example, about 500 ° C.
The main purpose of the preheating is to degas the occluded gas in the substrate 50. If degassing is not performed, degassing will occur rapidly during film formation in the sputtering chamber 1,
This is because it affects the film adhesion and film quality.

【００４６】その他、一つの処理チャンバー６６は、基
板５０を冷却する冷却チャンバーとして構成される。冷
却チャンバー６６内には、冷却ステージ６６１が配設さ
れる。冷却ステージ６４１は、内部に冷媒を循環させた
構造であり、上面に載置した基板５０から熱を奪って所
定温度に冷却するよう構成される。In addition, one processing chamber 66 is configured as a cooling chamber for cooling the substrate 50. In the cooling chamber 66, a cooling stage 661 is provided. The cooling stage 641 has a structure in which a coolant is circulated inside, and is configured to take heat from the substrate 50 mounted on the upper surface and cool the substrate 50 to a predetermined temperature.

【００４７】次に、上記構成に係る本実施形態のスパッ
タリング装置の全体の動作について、図１を使用して説
明する。まず、搬送チャンバー６内の搬送ロボット６１
１は、ロードロックチャンバー６７内のカセット６７１
から基板５０を一枚ずつ取り出し、まずプリヒートチャ
ンバー６２に搬送する。プリヒートチャンバー６２で基
板５０を４００℃で１〜２分程度加熱してプリヒートし
た後、搬送ロボット６１１は基板５０をスパッタチャン
バー１に搬送する。そして、スパッタチャンバー１内で
上述の通りチタンのスパッタ成膜を行い、基板５０上の
ホール内にチタン薄膜を作成する。Next, the overall operation of the sputtering apparatus according to the present embodiment having the above configuration will be described with reference to FIG. First, the transfer robot 61 in the transfer chamber 6
1 is a cassette 671 in the load lock chamber 67
The substrates 50 are taken out one by one from the substrate and transported to the preheat chamber 62 first. After heating the substrate 50 at 400 ° C. for about 1 to 2 minutes in the preheat chamber 62 to preheat, the transfer robot 611 transfers the substrate 50 to the sputtering chamber 1. Then, titanium is formed by sputtering in the sputtering chamber 1 as described above, and a titanium thin film is formed in a hole on the substrate 50.

【００４８】次に、基板５０をアニールチャンバー６３
に搬送し、上述の通り、窒素アニール処理を行う。これ
によって、チタン薄膜の表面が窒化され、チタンと窒化
チタンの積層膜が作成される。その後、基板５０を冷却
チャンバー６６に搬送して所定温度に冷却し、その後、
アンロードロックチャンバー６８内のカセット６８１に
搬送する。そして、アンロードロックチャンバー６６か
らカセットごと装置外に取り出される。Next, the substrate 50 is placed in the annealing chamber 63.
And perform a nitrogen annealing treatment as described above. Thereby, the surface of the titanium thin film is nitrided, and a laminated film of titanium and titanium nitride is formed. Thereafter, the substrate 50 is transferred to the cooling chamber 66 and cooled to a predetermined temperature.
It is transported to the cassette 681 in the unload lock chamber 68. Then, the cassette is taken out of the apparatus together with the cassette from the unload lock chamber 66.

【００４９】上述した構成及び動作に係る本実施形態の
スパッタリング装置では、イオン化スパッタリングの手
法を用いているので、高アスペクト比のホールに対して
十分なボトムカレッジ率でバリア膜を作成することが可
能になっている。この際、イオン化が難しい窒化チタン
については、窒素アニールの手法を補助的に使用して窒
化チタン層を形成しているので、イオン化スパッタのメ
リットを享受しつつ、十分な特性のバリア膜を高い生産
性で作成することができる。In the sputtering apparatus according to the present embodiment having the above-described structure and operation, since the ionization sputtering technique is used, it is possible to form a barrier film with a sufficient bottom college ratio for holes having a high aspect ratio. It has become. At this time, for titanium nitride, which is difficult to ionize, the titanium nitride layer is formed by using the nitrogen annealing technique in an auxiliary manner, so that a barrier film with sufficient characteristics can be produced at a high level while enjoying the advantages of ionization sputtering. Can be created by gender.

【００５０】もしイオン化スパッタのみでチタン層と窒
化チタン層を形成した場合、ホール内とホールの周囲と
でチタン層と窒化チタン層との膜厚比が変化してしまう
ことがありうる。というのは、チタンと窒化チタンとで
はイオン化効率が違うので、チタンを堆積した際のボト
ムカバレッジ率と窒化チタンを堆積した際のボトムカバ
レッジ率が異なってしまうからである。If the titanium layer and the titanium nitride layer are formed only by ionization sputtering, the thickness ratio between the titanium layer and the titanium nitride layer may be changed in the hole and around the hole. This is because the ionization efficiency is different between titanium and titanium nitride, so that the bottom coverage rate when titanium is deposited and the bottom coverage rate when titanium nitride is deposited are different.

【００５１】窒素アニールを補助的に利用する本実施形
態の手法では、窒素ガスはホール内にもホールの周囲に
も均一に拡散するので、表面窒化層は、ホール内にもホ
ールの周囲にも均一に形成される。従って、チタンと窒
化チタンの膜厚比がホール内のホールの周囲とで異なっ
てしまうことがない。つまり、イオン化スパッタによっ
てボトムカバレッジ率よくチタンを作成しておき、その
表面を窒素アニールする手法なので、その表面窒化層も
ボトムカバレッジ率よく均一に形成できるのである。In the method according to the present embodiment in which the nitrogen annealing is used in an auxiliary manner, the nitrogen gas is uniformly diffused in the hole and around the hole. Formed uniformly. Therefore, the thickness ratio between titanium and titanium nitride does not differ between the hole and the periphery of the hole. In other words, since titanium is prepared with a good bottom coverage rate by ionization sputtering and its surface is annealed with nitrogen, the surface nitrided layer can also be uniformly formed with a good bottom coverage rate.

【００５２】また、上述したように、スパッタチャンバ
ー１とアニールチャンバー６３との間の基板５０の搬送
は、真空中に配置された搬送ロボット６１１によって行
われ、大気を経由することがないので、基板５０の汚損
の問題が低減されている。チタン薄膜の表面を窒化させ
て窒化チタン層を形成する場合、チタン薄膜の表面に異
物が付着した状態で窒素アニールを行ってしまうと、そ
の異物がチタン薄膜中に取り込まれてしまうことが多
い。このように取り込まれた異物は、バリア膜の抵抗値
を変化させ、コンタクト抵抗の増加等のデバイス不良を
もたらす場合がある。しかしながら、本実施形態の装置
によれば、このような問題が軽減されている。As described above, the transfer of the substrate 50 between the sputtering chamber 1 and the annealing chamber 63 is performed by the transfer robot 611 arranged in a vacuum, and does not pass through the atmosphere. 50 contamination problems have been reduced. In the case of forming a titanium nitride layer by nitriding the surface of a titanium thin film, if nitrogen annealing is performed in a state where foreign matter is attached to the surface of the titanium thin film, the foreign matter is often taken into the titanium thin film. The foreign matter thus captured changes the resistance value of the barrier film, and may cause a device failure such as an increase in contact resistance. However, according to the device of the present embodiment, such a problem is reduced.

【００５３】次に、本願の請求項１、２、３及び５の発
明に対応した第二の実施形態について説明する。図４
は、本願発明の第二の実施形態に係るスパッタリング装
置の構成を説明する正面概略図である。Next, a second embodiment corresponding to the first, second, third and fifth aspects of the present invention will be described. FIG.
FIG. 3 is a schematic front view illustrating a configuration of a sputtering apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【００５４】図４に示すスパッタリング装置は、図２に
示す装置と同様に、排気系１１を備えたスパッタチャン
バー１と、このスパッタチャンバー１内に設けられたチ
タンよりなるターゲット２と、このターゲット２をスパ
ッタするスパッタ電極３と、スパッタ放電のために処理
容器内にガスを導入するガス導入手段４と、スパッタに
よってターゲット２から放出されたチタンをイオン化さ
せるイオン化手段７と、イオン化したチタンが入射する
位置に基板５０を保持する基板ホルダー５と、イオン化
したチタンを基板５０に引き込むために基板５０に垂直
な方向に電界を設定する電界設定手段８とを備えてい
る。As in the apparatus shown in FIG. 2, the sputtering apparatus shown in FIG. 4 includes a sputtering chamber 1 provided with an exhaust system 11, a target 2 made of titanium provided in the sputtering chamber 1, and a target 2 made of titanium. Electrode 3, for introducing gas into the processing vessel for sputter discharge, ionizing means 7 for ionizing titanium released from the target 2 by sputtering, and ionized titanium is incident. The apparatus includes a substrate holder 5 for holding a substrate 50 at a position, and electric field setting means 8 for setting an electric field in a direction perpendicular to the substrate 50 to draw ionized titanium into the substrate 50.

【００５５】また、ガス導入手段４は窒素ガスを導入す
る窒素ガス導入系４２を有し、基板ホルダー５は、基板
５０を所定温度に加熱する加熱手段５１を内蔵してい
る。そして、窒素アニール手段は、窒素ガス導入系４２
と加熱手段５１によって構成されている。The gas introducing means 4 has a nitrogen gas introducing system 42 for introducing nitrogen gas, and the substrate holder 5 has a built-in heating means 51 for heating the substrate 50 to a predetermined temperature. The nitrogen annealing means includes a nitrogen gas introduction system 42.
And heating means 51.

【００５６】まず、ガス導入手段４は、アルゴンガスを
導入するアルゴンガス導入系４１と、窒素窒素ガス導入
系４２とから構成されている。スパッタチャンバー１に
接続された主配管４０には、アルゴンガスの配管４１１
と窒素ガスの配管４２１とが接続されており、配管４１
１，４１２はそれぞれのガスのガスボンベ４１２，４２
２と主配管４０とを接続している。First, the gas introducing means 4 comprises an argon gas introducing system 41 for introducing an argon gas and a nitrogen / nitrogen gas introducing system. The main pipe 40 connected to the sputtering chamber 1 has an argon gas pipe 411.
And a nitrogen gas pipe 421 are connected to each other.
Reference numerals 1 and 412 denote gas cylinders 412 and 42 of the respective gases.
2 and the main pipe 40 are connected.

【００５７】配管４１１，４１２には、バルブ４１３，
４２３が設けられており、バルブ４１３，４２３を切り
替えることで、アルゴンと窒素のどちらかをスパッタチ
ャンバー１に導入することが可能になっている。尚、そ
れぞれの配管４１１，４２１には、流量調整器４１４，
４２４が設けられている。The pipes 411 and 412 have valves 413 and 413, respectively.
423 is provided, and it is possible to introduce either argon or nitrogen into the sputtering chamber 1 by switching the valves 413 and 423. It should be noted that each of the pipes 411 and 421 has a flow controller 414 and
424 are provided.

【００５８】また、基板ホルダー５に内蔵された加熱手
段５１は、ジュール熱を発生させる抵抗加熱方式のヒー
タから構成されている。基板ホルダー５には、基板５０
の温度を検出する熱電対等の不図示の温度センサが設け
られており、温度センサの検出信号は加熱手段５１を制
御する不図示の制御部に送られて加熱温度がフィードバ
ック制御されるようになっている。The heating means 51 built in the substrate holder 5 is constituted by a resistance heating type heater for generating Joule heat. The substrate holder 5 includes a substrate 50.
A temperature sensor (not shown) such as a thermocouple for detecting the temperature of the heater 51 is provided, and a detection signal of the temperature sensor is sent to a controller (not shown) for controlling the heating means 51 so that the heating temperature is feedback-controlled. ing.

【００５９】加熱手段５１から上側の基板ホルダー５の
部材は、比較的熱伝導性の良い材料で形成され、加熱手
段５１による基板５０の温度制御の精度を高めるよう構
成される。尚、基板５０と基板ホルダー５との間の接触
性を向上させるため、第一の実施形態におけるアニール
チャンバー６３内のものと同様のクランプ手段５２が設
けられている。上記以外の構成は、第一の実施形態のも
のとほぼ同様である。The members of the substrate holder 5 on the upper side from the heating means 51 are formed of a material having relatively high thermal conductivity, so that the accuracy of controlling the temperature of the substrate 50 by the heating means 51 is improved. Note that, in order to improve the contact between the substrate 50 and the substrate holder 5, the same clamping means 52 as that in the annealing chamber 63 in the first embodiment is provided. The configuration other than the above is substantially the same as that of the first embodiment.

【００６０】次に、本実施形態の装置の動作を説明す
る。まず、基板５０をスパッタチャンバー１に搬入し
て、第一の実施形態の場合と同様に、チタンの成膜を行
う。即ち、ガス導入手段４によってアルゴンガスを導入
しながらスパッタ電極３を動作させてターゲット２をス
パッタするとともに、イオン化手段７を動作させてスパ
ッタ粒子（チタン）をイオン化させ、電界設定手段８が
設定する電界によってイオン化スパッタ粒子を基板５０
に到達させて成膜を行う。チタンの成膜を所定時間行
い、膜厚が所定の厚さに達したら、アルゴンガスの導
入、スパッタ電極３、イオン化手段７及び電界設定手段
８の動作を停止し、スパッタチャンバー１内を再度所定
圧力まで排気する。Next, the operation of the apparatus of this embodiment will be described. First, the substrate 50 is carried into the sputtering chamber 1, and a titanium film is formed as in the first embodiment. That is, the target 2 is sputtered by operating the sputter electrode 3 while introducing argon gas by the gas introducing means 4, and the ionizing means 7 is operated to ionize the sputtered particles (titanium), and the electric field setting means 8 sets. The electric field causes ionized sputtered particles to be
To form a film. The titanium film is formed for a predetermined time, and when the film thickness reaches the predetermined thickness, the introduction of the argon gas, the operations of the sputter electrode 3, the ionization means 7 and the electric field setting means 8 are stopped, and the inside of the sputter chamber 1 is again specified for Exhaust to pressure.

【００６１】その後、窒素アニール手段を動作させる。
即ち、加熱手段５１を動作させて基板５０を所定温度に
加熱するとともに、窒素ガス導入系４２を動作させて窒
素ガスをスパッタチャンバー１内に導入する。これによ
って、基板５０は窒素アニール処理され、チタン薄膜の
表面が窒化される。この結果、チタンの上に窒化チタン
を積層した構造が得られる。After that, the nitrogen annealing means is operated.
That is, the heating unit 51 is operated to heat the substrate 50 to a predetermined temperature, and the nitrogen gas introduction system 42 is operated to introduce the nitrogen gas into the sputtering chamber 1. Thereby, the substrate 50 is subjected to the nitrogen annealing treatment, and the surface of the titanium thin film is nitrided. As a result, a structure in which titanium nitride is laminated on titanium is obtained.

【００６２】尚、チタンのスパッタ成膜の際に基板５０
を所定温度に加熱しておく場合があり、この場合には加
熱手段５１はスパッタ成膜の後に引き続いて基板５０を
加熱するよう制御される。但し、チタンの成膜時と窒素
アニール時では加熱温度が異なる場合があり、それぞれ
の加熱温度になるよう不図示の制御が加熱手段５１を制
御する。When the titanium film is formed by sputtering, the substrate 50
May be heated to a predetermined temperature. In this case, the heating means 51 is controlled so as to heat the substrate 50 continuously after the sputtering. However, the heating temperature may be different between the time of titanium film formation and the time of nitrogen annealing, and a control (not shown) controls the heating means 51 so that the respective heating temperatures are obtained.

【００６３】この実施形態の装置においても、イオン化
スパッタのメリットを享受しつつ、十分な特性のバリア
膜を高い生産性で作成することができる。この第二の実
施形態の装置を第一の実施形態の装置と比較すると、次
のようなメリット及びデメリットがある。まず、チタン
薄膜を作成したスパッタチャンバー１内で引き続いて窒
素アニール処理を行うので、第一の実施形態に比べてさ
らに基板５０の汚損の問題が低減している。一方、スパ
ッタチャンバー１内で窒素アニール処理を行うと、窒素
アニール処理中は次の基板５０をスパッタチャンバー１
に搬入することができないので、スループットの点では
第一の実施形態より劣る。Also in the apparatus of this embodiment, a barrier film having sufficient characteristics can be formed with high productivity while enjoying the advantages of ionized sputtering. When the apparatus of the second embodiment is compared with the apparatus of the first embodiment, there are the following advantages and disadvantages. First, since nitrogen annealing is performed subsequently in the sputtering chamber 1 in which the titanium thin film is formed, the problem of contamination of the substrate 50 is further reduced as compared with the first embodiment. On the other hand, when the nitrogen annealing process is performed in the sputtering chamber 1, the next substrate 50 is placed in the sputtering chamber 1 during the nitrogen annealing process.
Therefore, the throughput is inferior to that of the first embodiment.

【００６４】[0064]

【実施例】次に、上記実施形態の発明の実施例を説明す
る。第一の実施形態の装置及び第二の実施形態の装置双
方に共通する条件として、以下のような条件でバリア膜
を作成を行うことができる。 （１）プリヒート ・加熱温度：２５０〜３００℃ ・保持時間：６０〜１２０秒 （２）チタンのスパッタ成膜 ・アルゴンガスの流量：１００ｃｃ／分 ・チャンバー内の圧力：３０ｍＴｏｒｒ ・スパッタ電極への投入電力：４ｋＷ ・高周波コイルへの投入電力：２ｋＷ ・基板バイアス電圧：−２０Ｖ ・成膜時の基板加熱：４００℃ ・成膜時間：６０〜９０秒 ・膜厚：１０００オングストローム （２）窒素アニール処理 ・窒素ガスの流量：１０００ｃｃ／分 ・チャンバー内の圧力：２０〜４０Ｔｏｒｒ ・基板の加熱温度：６５０℃ ・処理時間：１２０〜１８０秒 ・表面窒化層の厚さ：３００オングストローム 即ち、上記実施例の条件によると、チタン層の厚さが約
７００オングストロームで、窒化チタン層の厚さが約３
００オングストロームであるバリア膜が作成される。Next, an example of the present invention will be described. As a condition common to both the device of the first embodiment and the device of the second embodiment, a barrier film can be formed under the following conditions. (1) Preheating ・ Heating temperature: 250-300 ° C. ・ Holding time: 60-120 seconds (2) Sputter deposition of titanium ・ Flow rate of argon gas: 100 cc / min ・ Pressure in chamber: 30 mTorr ・ Charging to sputter electrode Power: 4 kW ・ Power input to high frequency coil: 2 kW ・ Substrate bias voltage: -20 V ・ Substrate heating during film formation: 400 ° C. ・ Film formation time: 60 to 90 seconds ・ Film thickness: 1000 Å (2) Nitrogen annealing treatment -Flow rate of nitrogen gas: 1000 cc / min-Pressure in chamber: 20 to 40 Torr-Heating temperature of substrate: 650 ° C-Processing time: 120 to 180 seconds-Thickness of surface nitrided layer: 300 Å According to the conditions, the thickness of the titanium layer is about 700 Å and the thickness of the titanium nitride layer is about 3 Å.
A barrier film of 00 Å is created.

【００６５】上述した各実施形態及び実施例の構成にお
いて、低圧遠隔スパッタを行う構成を追加するようにし
てもよい。低圧遠隔スパッタは、ターゲット２と基板５
０との距離（以下、ＴＳ距離）を通常よりも長くすると
ともに圧力を低くして成膜を行う技術である。In each of the embodiments and examples described above, a configuration for performing low-pressure remote sputtering may be added. The low-pressure remote sputtering is performed by using the target 2 and the substrate 5
This is a technique for forming a film by increasing the distance to 0 (hereinafter referred to as the TS distance) from normal and lowering the pressure.

【００６６】ＴＳ距離を長くすると、基板５０に入射す
るスパッタ粒子は、基板５０に垂直に向かうものが多く
なってくる。そして、圧力を低くすると、平均自由行程
が長くなるので、このような垂直方向に向かうスパッタ
粒子が散乱されずに効率的に基板５０に入射する。この
ようなメカニズムにより、低圧遠隔スパッタでは、高ア
スペクト比のホールに高いボトムカバレッジ率で成膜を
行うことができる。As the TS distance increases, the number of sputtered particles incident on the substrate 50 increases in a direction perpendicular to the substrate 50. When the pressure is reduced, the mean free path becomes longer, so that such sputter particles traveling in the vertical direction efficiently enter the substrate 50 without being scattered. By such a mechanism, in low-pressure remote sputtering, a film can be formed at a high bottom coverage ratio in a hole having a high aspect ratio.

【００６７】低圧遠隔スパッタを行う構成は、例えば図
１に示す処理チャンバー６４を低圧遠隔スパッタチャン
バーとして構成することで採用できる。具体的には、例
えば、ターゲット２が直径３００ｍｍの円板状で基板５
０が直径８インチの場合、ＴＳ距離は２００ｍｍ程度と
される。そして、スパッタチャンバー１内の圧力を０．
２ｍＴｏｒｒ〜０．４ｍＴｏｒｒ程度にしてスパッタ成
膜を行う。The configuration for performing low-pressure remote sputtering can be employed, for example, by configuring the processing chamber 64 shown in FIG. 1 as a low-pressure remote sputtering chamber. Specifically, for example, the target 2 is a disk having a diameter of 300 mm and the substrate 5
If 0 is 8 inches in diameter, the TS distance is about 200 mm. Then, the pressure in the sputtering chamber 1 is reduced to 0.
Sputter deposition is performed at about 2 mTorr to 0.4 mTorr.

【００６８】低圧遠隔スパッタの構成は、窒化チタンを
作成するものとして採用されると好適である。というの
は、チタン薄膜は上述の通りイオン化スパッタによって
ボトムカバレッジ率良く成膜が行える。一方、窒化チタ
ンについては、窒素アニールにより表面窒化した窒化チ
タン層よりも、スパッタにより堆積させた窒化チタン薄
膜の方がバリア特性が良い場合もある。この点は断定は
できないが、表面窒化膜の場合に比べてスパッタによっ
て作成された膜の方が構造が緻密になり、相互拡散を防
止する効果がより発揮されるものと推定される。The configuration of low-pressure remote sputtering is preferably adopted as a method for producing titanium nitride. That is, as described above, a titanium thin film can be formed with good bottom coverage by ionization sputtering. On the other hand, with respect to titanium nitride, a titanium nitride thin film deposited by sputtering may have better barrier properties than a titanium nitride layer whose surface is nitrided by nitrogen annealing. Although this point cannot be determined, it is presumed that the film formed by sputtering has a denser structure than the case of a surface nitride film, and is more effective in preventing interdiffusion.

【００６９】また、上記各実施形態及び実施例では、イ
オン化手段７としては、高周波誘導結合型プラズマを形
成してスパッタ粒子をイオン化する構成を採用したが、
これ以外にも多くの構成が考えられる。例えば、プラズ
マを形成するものとしては、高周波容量結合型プラズマ
や直流二極放電プラズマ、電子サイクロトロン共鳴（Ｅ
ＣＲ）プラズマ、ヘリコン波プラズマ等を形成するもの
が採用できる。また、イオン化空間に正イオンを照射し
てスパッタ粒子から電子を奪ってイオン化させるイオン
源等も、イオン化手段７として採用できる。In each of the above embodiments and examples, the ionization means 7 employs a configuration for forming high-frequency inductively coupled plasma to ionize sputtered particles.
Many other configurations are possible. For example, the plasma is formed by a high frequency capacitively coupled plasma, a DC bipolar discharge plasma, an electron cyclotron resonance (E
CR) Plasma, helicon wave plasma or the like can be employed. Further, an ion source or the like that irradiates positive ions to the ionization space to deprive the sputtered particles of electrons and ionize them can also be used as the ionization means 7.

【００７０】尚、本願発明のスパッタリング装置で作成
されるバリア膜は、各種半導体デバイスの他、液晶ディ
スプレイやその他の各種電子製品に使用される集積回路
に利用することができる。The barrier film formed by the sputtering apparatus of the present invention can be used for various semiconductor devices as well as integrated circuits used in liquid crystal displays and other various electronic products.

【００７１】[0071]

【発明の効果】以上説明した通り、本願の各請求項の発
明によれば、イオン化スパッタのメリットを享受しつ
つ、十分な特性のバリア膜を高い生産性で作成すること
ができる。また、請求項４の発明によれば、上記効果に
加え、スパッタチャンバーとは別に設けられたアニール
チャンバーで窒素アニール処理が行われるので、さらに
生産性の高い装置とすることができる。また、請求項５
の発明によれば、上記効果に加え、スパッタチャンバー
内で窒素アニール処理が行われるので、バリア膜の膜質
がさらに向上するという効果が得られる。As described above, according to the invention of each claim of the present application, a barrier film having sufficient characteristics can be formed with high productivity while enjoying the advantages of ionized sputtering. Further, according to the invention of claim 4, in addition to the above effects, the nitrogen annealing process is performed in the annealing chamber provided separately from the sputtering chamber, so that an apparatus with higher productivity can be obtained. Claim 5
According to the invention, in addition to the above effects, since the nitrogen annealing treatment is performed in the sputtering chamber, the effect that the film quality of the barrier film is further improved can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本願発明の第一の実施形態のスパッタリング装
置の構成を説明する平面概略図である。FIG. 1 is a schematic plan view illustrating a configuration of a sputtering apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図２】図１のスパッタリング装置におけるスパッタチ
ャンバー１の構成を説明する正面概略図である。FIG. 2 is a schematic front view illustrating the configuration of a sputtering chamber 1 in the sputtering apparatus of FIG.

【図３】図１に示す処理チャンバー（アニールチャンバ
ー）６３の構成を説明する正面概略図である。FIG. 3 is a schematic front view illustrating a configuration of a processing chamber (annealing chamber) 63 shown in FIG.

【図４】本願発明の第二の実施形態に係るスパッタリン
グ装置の構成を説明する正面概略図である。FIG. 4 is a schematic front view illustrating a configuration of a sputtering apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図５】従来のスパッタリング装置の構成を説明する正
面概略図である。FIG. 5 is a schematic front view illustrating the configuration of a conventional sputtering apparatus.

【図６】バリア膜を作成する集積回路の構造の一例を示
す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of the structure of an integrated circuit for forming a barrier film.

【図７】ボトムカバレッジ率を説明する断面概略図であ
る。FIG. 7 is a schematic sectional view illustrating a bottom coverage ratio.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ スパッタチャンバー １１ 排気系 ２ ターゲット ３ スパッタ電極 ４ ガス導入手段 ４１ アルゴンガス導入系 ４２ 窒素ガス導入系 ５ 基板ホルダー ５０ 基板 ５１ 加熱手段 ６１ 搬送チャンバー ６１１ 搬送ロボット ６３ アニールチャンバー ６４ 冷却チャンバー ６５ ロードロックチャンバー ６６ アンロードロックチャンバー ７ イオン化手段 ７１ 高周波コイル ７２ 高周波電源 ８ 電界設定手段 ８１ 基板バイアス用高周波電源 ９１ アニール用ガス導入手段 ９２ 加熱ステージ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sputter chamber 11 Exhaust system 2 Target 3 Sputter electrode 4 Gas introduction means 41 Argon gas introduction system 42 Nitrogen gas introduction system 5 Substrate holder 50 Substrate 51 Heating means 61 Transfer chamber 611 Transfer robot 63 Annealing chamber 64 Cooling chamber 65 Load lock chamber 66 Unload lock chamber 7 Ionizing means 71 High frequency coil 72 High frequency power supply 8 Electric field setting means 81 High frequency power supply for substrate bias 91 Annealing gas introduction means 92 Heating stage

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 チタンと窒化チタンとを積層した構造の
集積回路用バリア膜を作成するスパッタリング装置にお
いて、 排気系を備えたスパッタチャンバーと、このスパッタチ
ャンバー内に設けられたチタンよりなるターゲットと、
このターゲットをスパッタするスパッタ電極と、スパッ
タ放電のためにスパッタチャンバー内にガスを導入する
ガス導入手段と、スパッタによってターゲットから放出
されたチタンをイオン化させるイオン化手段と、イオン
化したチタンが入射する位置に基板を保持する基板ホル
ダーと、イオン化したチタンを基板に引き込むために基
板に垂直な方向に電界を設定する電界設定手段とを備
え、 チタン薄膜が作成された基板を加熱しながら当該基板の
表面に窒素ガスを供給してチタン薄膜の表面を窒化させ
る窒素アニール手段を有していることを特徴とするスパ
ッタリング装置。1. A sputtering apparatus for forming a barrier film for an integrated circuit having a structure in which titanium and titanium nitride are stacked, comprising: a sputter chamber provided with an exhaust system; a target made of titanium provided in the sputter chamber;
A sputtering electrode for sputtering this target, gas introducing means for introducing gas into the sputtering chamber for sputtering discharge, ionizing means for ionizing titanium released from the target by sputtering, and a position where the ionized titanium is incident. A substrate holder for holding the substrate, and electric field setting means for setting an electric field in a direction perpendicular to the substrate to draw the ionized titanium into the substrate, wherein the titanium thin film is formed on the surface of the substrate while heating the substrate while heating the substrate. A sputtering apparatus comprising nitrogen annealing means for supplying a nitrogen gas to nitride a surface of a titanium thin film. 【請求項２】 前記イオン化手段は、ターゲットから基
板へのチタンの飛行経路において誘導結合型高周波プラ
ズマを形成するものであることを特徴とする請求項１記
載のスパッタリング装置。2. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein said ionization means forms inductively coupled high-frequency plasma in a flight path of titanium from a target to a substrate. 【請求項３】 前記電界設定手段は、前記基板ホルダー
に所定の高周波電圧を印加することで基板に負のバイア
ス電圧を与えるものであることを特徴とする請求項１又
は２記載のスパッタリング装置。3. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein said electric field setting means applies a negative bias voltage to the substrate by applying a predetermined high-frequency voltage to said substrate holder. 【請求項４】 前記窒素アニール手段は、前記スパッタ
チャンバーとは別に設けられたアニールチャンバーと、
アニールチャンバー内に窒素ガスを導入するアニール用
ガス導入手段と、アニールチャンバー内に搬入された基
板が載置される加熱ステージとから構成され、当該スパ
ッタチャンバーから前記スパッタチャンバーに真空中で
基板を搬送する構造を有していることを特徴とする請求
項１、２又は３記載のスパッタリング装置。4. The nitrogen annealing means includes: an annealing chamber provided separately from the sputtering chamber;
An annealing gas introduction unit for introducing a nitrogen gas into the annealing chamber, and a heating stage on which the substrate carried into the annealing chamber is placed, and the substrate is transferred from the sputtering chamber to the sputtering chamber in a vacuum. 4. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the sputtering apparatus has a structure to perform the following. 【請求項５】 前記ガス導入手段は窒素ガスを導入する
窒素ガス導入系を有し、前記基板ホルダーは基板を所定
温度に加熱する加熱手段を内蔵しており、前記窒素アニ
ール手段は、当該窒素ガス導入系と当該加熱手段によっ
て構成されていて、チタン薄膜を作成したスパッタチャ
ンバー内で連続して当該チタン薄膜の表面を窒化処理す
ることが可能であることを特徴とする請求項１、２又は
３記載のスパッタリング装置。5. The gas introducing means has a nitrogen gas introducing system for introducing nitrogen gas, the substrate holder has a built-in heating means for heating a substrate to a predetermined temperature, and the nitrogen annealing means has 3. A method comprising a gas introduction system and said heating means, wherein a surface of the titanium thin film can be continuously nitrided in a sputtering chamber in which the titanium thin film is formed. 3. The sputtering apparatus according to 3.
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