JPS6255931A - 金属ケイ化物接点の形成方法及びそのためのスパツタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明はウェハ上に材料を沈積させるだめのスパッタリ
ング・システム、特に有孔部にウェハが適合する多孔陰
極と、ウェハを直熱するだめの陰極に近接した加熱エレ
メントとを有するシステムに関するものである。本発明
にかかわる方法は、ウェハを直接加熱し、接点開口をス
パッタ・クリーニングし、金属を沈積し、その場所で金
属を金属ケイ化物に変換することによって、ウェハ上に
金属ケイ化物接点を形成することに関するものである。

Ｂ、従来技術 半導体技術は現在、超高速で、電力損失が低い超大規模
集積度および超大規模集積度の装置を対象とする傾向が
ある。これを達成するため、装置の大きさを、たとえば
、垂直接合構造を浅くし、水平幾伺形状を削減すること
によって小さくすること、および装置の接点に関連した
電気抵抗、相互接続部のメタライゼーションその他を削
減することか行われている。現在の回路に接点（たとえ
ば、ケイ素基板の高度に、あるいは軽度にドープされた
領域をそれぞれ直接接触させた場合に得られる、オーム
・バリヤ接点またはショットキー・バリヤ接点）および
相互接続の両方を得るため、広く使用されている冶金技
術は、ケイ化物と呼ばれる金属−ケイ素化合物である。

これに関連して。

ケイ化プラチナ、ケイ化パラジウム、ケイ化メンタル、
ケイ化チタン、ケイ化ハフニウム、ケイ化ジルコン、ケ
イ化モリブデン、およびケイ化タングステンなどのケイ
化物が提案されている。典型的な場合、金属ケイ化物は
金属を接点ウィンド中に沈積し、高温でケイ素と反応さ
せて形成される。

上記のケイ化物のうち、ケイ化プラチナ（Ｐｔ　Ｓｉ）
が特に適したものであるが、これは形成しゃすく、極め
て安定しているからである。Ｐｔ　Ｓｉ接点を有するシ
ョットキー・ダイオードは理想に近い、正逆ｒ　−ｖ特
性を持っている。

オーミック接点の従来技術としては、米国特許第３２７
４６７０号が開示している、ケイ素基板上にプラチナの
薄層を沈積し、熱処理を行ってケイ化プラチナを形成す
ることによって、半導体装置に低抵抗の電気接点を形成
することが挙げられる。その後、プラチナ、チタンおよ
び金の複合層が、ケイ化プラチナ上に沈積される。米国
特許第３２９０１２７号は半導体上に、能動接点層とし
てケイ化プラチナを゛形成することを開示している。

銀〜全メタライゼーションが接点層上に形成される。米
国特許第５８９３１６０号はケイ化プラチナ−チタン−
モリブデン−金という順序の層で形成されたシリコン基
板用の抵抗接続接点を開示している。

ショットキー・バリヤ接点の従来技術としては、米国特
許第５９０６５４０号のケイ素上にケイ化プラチナ層を
形成し、次いでモリブデン、チタン、タングステン、メ
ンタルなどの超硬合金のバリヤを付着し、その後アルミ
ニウムの接点層を形成するものが挙げられる。米国特許
第５９９５５０１号は、まずケイ化プラチナをシリコン
基板上に形成し、その上にアルミニウム層を貼付し、そ
の後焼結することを開示している。

上記の超硬合金はスパッタリングまたは電子ビーム蒸着
によって沈積されるものであるが、前者の方法が最も一
般的なものである。Ｒ，Ｍ、アンダーンン他（Ｒ，Ｍ、
Ａｎｄｅｒｓｏｎ　　ｅｔ　　ａｔ　）の１ＰｔＳｉ薄
層の微細構造的および電気的特性、および沈積パラメー
タに対するこれらの関係（Ｍｉｅｒｏ−ｓｔｒｕｃｔｕ
ｒａｌ　　ａｎｄ　　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　　Ｐｒｏ
ｐ−ｅｒｔｉａｓ　　ｏｆ　　Ｔｈ１ｎ　　ＰｔＳｉ　
　Ｆｉｌｍｓ　　ａｎｄＴｈｅｉｒ　　Ｒｅ１ａｔｉｏ
ｎｓｈｉｐｓ　　ｔｏ　　ＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎＰｒｏ
ｐｅｒｔｉｅｓ）’ジャーナル・オプ・エレクトロケミ
カル会ソサイテイ（Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆ　　ｔｈｅ
Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　　５ｏｃｉｅｔｙ）
、Ｖｏｌ。

１２２、Ｎｏ、７、ｐｐ、１３３７−１３４７．１９７
５年５月、およびに、Ａ、Ｂ、アンダーソン他（Ｋ、　
Ａ、　Ｂ、　Ａｎｄｅｒｓｏｎ　　ｅｔ　　ａｌ）のｑ
″ＲＦＲＦスパツタ沈積固体潤滑剤の３．５形態学（３
．５　　Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓ　　ｏｆ　　ＲＦ　
　５ｐｕｔｔｅｒ−ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ　５ｏｌｉｄ　
Ｌｕｂｒｉｃａｎｔｓ）　’バキューム（Ｖａｃｕｕｍ
）Ｖｏｌ、２７、Ｎ０９４、ｐｐ、５７９−３８２．　
１９７７年という記事で開示されたスパッタリング・シ
ステムは、プラチナの沈積に使用される公知のスパッタ
装置の代表的なものである。

典型的な場合、公知のスパッタリング装置において、コ
ーティングの施される半導体ウェハが処理チェンバ内部
に取り付けられて基板保持プレート上に配置される。超
硬合金のソースはチェンバ内部のターゲット・プレート
として配置される。アルゴンやチッ素などの不活性ガス
の正圧がチェンバ内に維持される。適当な無線周波（Ｒ
Ｆ）が、ターゲット・プレートと基板保持プレートのそ
れぞれを陽極および陰極として、これらの間に印加され
る。高エネルギの衝突により、ガス・イオンがターゲッ
トから粒子を放出し、これらの粒子はチェンバを横切っ
て、ウェハ上に沈ｆｊｔｆル。

沈積した超硬合金を対応したケイ化物に変換するために
、ウェハを金属−ケイ素反応が発生するのに必要な温度
まで加熱する。たとえば、ＰｔＳｉを形成する場合には
、温度は少なくとも５５０°Ｃで々ければならない。ウ
ェハを加熱する異なる手法が従来技術で提案されている
。Ｒ，Ｍ、アンダーソン他の上記の記事に開示されてい
るこのような手法のひとつは、基板保持プレートを、ヒ
ータ・エレメントが内部に埋設されている銅のブロック
と接触させるものである。Ｈ，Ｊ、パウア他（Ｈ，Ｊ、
Ｂａｕｅｒ　　ｅｔ　　ａｌ　）による本願の出願人に
譲渡された米国特許出願継続番号第５６５０８０号に開
示されている他の手法は、ホルダ・プレートの背後に離
隔配置された加熱コイルによるものである。これら両手
法において、ウェハが直熱されるものではなく、ウェハ
・ホルダ・プレートをまず加熱し、次いでホルダ・プレ
ートからウェハへの熱伝導を行うものであるから、ケイ
化物を形成するのには極めて長い時間が必要であった。

このような長い時間は集積回路接点の多量生産には適さ
ないものである。この従来技術手法の他の欠点は、ウェ
ハとホルダ・プレートの表面が互いに接触していること
に関連した非平坦性に配回して、ウェハの加熱が一様で
なくなることである。換言すれば、ウェハ固有のそり、
およびホルダ・プレートの表面が完全に平坦ではないこ
とにより、ウェハとホルダ・プレートの間に大きなギャ
ップが生じ、プレートからギャップに対応した部分のウ
ェハへの熱伝達が、他の部分へのものよりも大幅に少な
く々る。結果として、「コールド・ゾーン」がウェハに
生じ、これはウェハ内でのケイ化物の形成を阻害する。

ウェハを加熱する他の従来手法は、処理チェンバ内部で
、ウェハ・ホルダ・プレートに背部または前面のいずれ
かに取り付けられた高輝度のランプを利用するものであ
る。ランプをプレートの背部に取り付けた場合、加熱コ
イルに関して上記した欠点が生じる。ランプを前部に取
り付けた場合、ウェハの温度をケイ化物形成温度まで上
げるのが非効率になるという傾向があり、これはまず、
ウェハに沈積された最も厚いプラチナ層が反射率が高い
だめ、光を反射してしまう傾向があるがらである。ラン
プ・ヒータの他の欠点は、スパッタリング処理中に、プ
ラチナがランプの表面に沈積し、ランプを効率の悪い熱
源としてしまうことである。

ランプｅヒータのさらに他の欠点は、ランプのガラス・
ケーシングに存在するナトリウムなどのアルカリ性汚染
物を接点領域に導入し、接点の特性を劣化させることで
ある。他の欠点はランプ・ヒータが熱を、チェンバの壁
部および固定具を含めた処理チェンバ全体に対して放射
するので、水蒸気、酸素などが放出され、これらがウェ
ハ中に、典型的な場合には、接点開口に薄い自然（ｎａ
ｔｉｖｅ）二酸化ケイ素の形で組み込まれ、ケイ化物接
点を低品質のものにしがちだからである。

Ｃ９発明が解決しようとする問題点 したがって、本発明の目的は、金属ケイ化物をウェハ上
に形成するためウェハを迅速に加熱することを可能とす
るスパッタリング装置を提供することである。

本発明の他の目的は、ウェハの接点ウィンドのスパッタ
リング・クリーニングを行ってから、金属の沈積および
金属の沈積後の金属ケイ化物への変換を可能とするスパ
ッタリング装置を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、ケイ素のワークピースに高
品質のケイ化物接点を形成する信頼性の高い方法を提供
することである。

Ｄ０問題点を解決するための手段 上記の目的、ならびに関連した他の目的および利点は、
本明細書で開示する新規な装置を使用することによって
達成される。本発明の図示の好ましい一実施例のスパッ
タリング装置において、半導体ウェハ保持プレートには
その内部にウェハが適合する開口が設けられている。各
開口は大きさがウェハのものより若干小さく、また周縁
に階段状の凹窩ないし窪みが設けられている。したがっ
て、ウェハを開口に充填すると、ウェハの頂面はウェハ
保持グレートとほぼ同一面をなし、ウェハの背面の大部
分は露出される。充填されたウェハ保持プレートはその
内部の開口にはかかわりなく、単一の連続した陰極とし
て機能し、この保持プレートと、大地電位に保持されて
おり、陽極として働く種裏チェンバの壁部との間に適切
なＲＦ電泣が印加されると、スパッタリングなどを行う
のπ必要な一様な電界をもたらす。

ウェハの背面からウェハを直熱するため陰極の近傍には
、高抵抗の加熱エレメントが取り付けられている。一実
施例において、加熱エレメントは平坦な構成のものであ
り、内部にワイヤと係合するための溝を有する複数個の
セラミック・セパレータ対によって、定置保持され、形
状の保持されている、ニッケルークロームやタングステ
ンなどのワイヤで構成されている。加熱エレメントと陰
極の間の距離は、加熱エレメントに関して陰極を移動す
ることによって調節可能である。ヒータ・エレメントは
本質的に被覆されていないので、電流を通じると迅速に
加熱する。ウェハが露出している背面からの熱を直接吸
収することによって加、熱されるものであるから、希望
するケイ化物形成温度を容易ζ（達成することができる
。

本発明の処理の態様によれば、接点マスクで被覆された
ウェハを陰極プレート開口の凹窩に装填することによっ
て、高品質の金属ケイ化物接点が形成される。接点領域
ヘスバッタされるべき金属ソースは、陰極の近傍にプレ
ートの形で配置される。処理チェンバの真空排気を行い
、アルゴンなどの不活性ガスを導入して、チェンバ内に
所定の正圧を維持したのち、加熱エレメントをオンにす
る。背面からの直熱により、ウェハは希望する所定の金
属ケイ化物形成温度まで迅速に加熱される。

その後、適切なＲＦ雷電圧陰極と大地シールドの間に印
加することによって、短時間のスパッタ・エッチング・
ステップを行い、接点領域に存在する自然二酸化ケイ素
を除去する。代替方法としては、まず室温でスパッタ・
エッチングを行い、次いでケイ化物形成温度でスパッタ
・エッチングを行？という２段階処理によ・つて、自然
酸化物を除去する。自然酸化物が除去されると、金属の
沈積と、その場でのケイ素（固体）接点領域における金
属（蒸気）の金属ケイ化物への、蒸気一固体反応による
変換が行われるが、両方とも同一温度およヒ同一スバッ
タリング・システムによって行われる。

Ｅ、実施例 図面、特に第１図および第２図を参照すると、１０け処
理チェンバを示している。チェンバ１゜は出口１２を介
して高真空まで排気するのに適当な機械的構造のもので
ある。処理チェンバにはガス人気口（図示せず）が取り
付けられており、これはガス源につながれており、ガス
は材料のスパッタ沈積および表面のスパッタ・クリーニ
ングを含むスパッタリングを容易とするのに使用される
。

チェンバ１０内の天井の近くには、処理チェンバの直径
よシも若干小さな直径の、回転ターゲット取り付はプレ
ート１４が配置されている。取り付はプレート１４はス
テンレス畳スチールや銅などの導電性材料製であり、沈
積処理の際には陰極として機能する。ターゲット・プレ
ート１４には、ワークピース（たとえば、半導体ウエノ
・）へ沈積されるソース材料１６が取り付けられている
。ノース１６は従来の用語法にしたがって、ターゲット
とも称する。半導体接点を形成するための典型的なター
ゲットとしては、プラチナ、パラジウム、モリブデン、
タングステンおよびアルミニウムが挙げられる。

アース電位に維持されている導電性シールド１７が陰極
１４を包囲している。シールド１７は陰極からの材料の
スパッタ・オフ、およびスパッタ沈積中の該材料のウェ
ハへの沈積を防止する働きをする。シールド１７がこの
機能を遂行する詳細な機能は公知のものであり、本明細
書で詳述する必要はない。

処理チェンバ１０の内部には、ターゲラ）−プレート１
４の直径と同様な直径を有する、回転可能で、垂直て移
動可能々半導体ウェハ保持プレート１８が取シ付けられ
ている。ウェハ保持プレート１８には、ウェハの直径よ
りも若干小さな直径の、複数個の円形のスロット々いし
開口２０−２６が設けられており、各スロット／開口内
にはウェハが１個取り付けられる。説明を簡単にするた
め、開口２０−２４はそれぞれに半導体ウェハ２８−３
２が装填されたものとして示されており、開口２６は未
装填のものとして示されている。第１図に開口２６に関
連して示されている開口の各々には、周縁が階段状の日
高ないし窒み５４が設けられているので、開口にウェハ
を装填すると、ウェハの前面／頂面はウェハ保持プレー
トと同一面をなし、ウェハの背面／底面の大部分は露出
される。

ウェハ保持プレート１８は、典型的々場合、スパッタリ
ング処理に対して反応しない導電性の材料製である。プ
レート１８を製造するための典型的な材料には、モリブ
デンおよび超硬合金でコーティングされたステンレス・
スチールが含まれる。

装填されたウェハ保持プレート１８と、アース電位に保
持されていて、陽極として働く処理チェンバの壁部との
間に適切な高周波（ＲＦ）電位を印加した場合に、保持
プレートはその内部の開口にはかかわりなく、単一の連
続した陰極として機能し、スパッタリングを行うのに必
要な一様な電界をもたらす。ウェハとウエノ・保持プレ
ートの間の物理的な接触はホット・ウニ／Ｓからウエノ
・保持プレートへ望ましからざる熱伝導を惹起するから
、このような接触を最小限のものとするため、複数個の
絶縁性のスタンドオフが開口２０−２６の凹窩内て、対
称的に配置されている。ウェハの装填と取外しを容易と
するため、プレート１８の各開口にはビンセット溝（Ｌ
ｗｅｅｚｅｒ　　ｇｒｏｏｖｅ）を設けてもかまわない
。

保持プレート１８はシャフト１９に取り付けられており
、シャフトはプレート１８の垂直移動と回転を可能とす
るだけではなく、ＲＦをプレート１８に印加する手段と
しても機能する。シャフト１９をアース・シールド２１
が包囲している。シールド２１はアース電位に維持され
ており、スパッタ・クリーニング処理中に材料がシャフ
ト１９から除去されるのを防止している。

ウェハ保持プレート１８の近傍には、ウェハを露出した
背面から加熱するための、総括的に参照符号６６で示さ
れた高抵抗の加熱エレメントが配置されている。第１図
および第２図に示した実施例にお込て、加熱エレメント
は円形のワイヤ５８の平坦な連続コイルであり、開始点
は４０であり、終点は４２である。ワイヤ３８の性状お
よび直径は、点４０および４２を電源に接続した場合に
、コイルが迅速に加熱するだけではなく、その上方にあ
るウェハを直熱するに充分な熱も放射するようなもので
ある。ワイヤ５８の直径はスパッタリング・システムの
性状、すなわち単一ウェハ・システムであるか、バッチ
・システムであるか、また後者の場合には、バッチの大
きさによって決定される。典型的な場合、ワイヤの直径
は０．５−２．５ｍｍの範囲である。典型的な場合、コ
イル３８の性状および特性は、約１０．０００ワツトの
電力を発生できるものである。ヒータ・エレメント３乙
のコイル５８を構成するのに好ましい材料は、高い電気
抵抗、高温における充分な機械的強度、高融点、および
真空での使用に適する低い蒸発率を有するものである。

コイル５８を構成するのに特ニ好ましい材料としては、
ニッケルークロム（ＮｉＣｒＬ鉄−クロムなどのニッケ
ルまたはクロムの合金、タングステンおよびタンタルが
挙げられる。

タングステンの場合、コイルは高い放射率を得るため３
ないし４本の細い単線で作製される。

第１図および第２図において、ワイヤ５８のコイルは各
々が内部にワイヤを係合するための複数個の嵌合溝を有
する。複数個の嵌合ワイヤ・セパレータ対によって定置
保持され、形状が保たれている。ワイヤ・セパレータを
構成するのに好ましい材料は、高温に耐えることのでき
る機能から、セラミックである。図示の好ましい実施例
（第２図）には、４４Ａ／４４Ｂないし５４　Ａ１５４
　Ｂで示される６対のセラミック・セパレータが示され
ているが、添字Ａは頂部セパレータを示すものであり、
添字Ｂは底部セパレータを示すものである。第１図に示
したセラミック・セパレータ対４４Ａ／４４Ｂを中心と
して説明すると、頂部セパレータ４４Ａの溝け５６Ａで
示されておシ、底部セパレータ４４Ｂの対応する溝は５
６Ｂで示されている。セパレータ対は機械的に保持され
ており、かつネジ５８−６８のそれぞれによって、第１
図に示すように、ヒータ拳ハウジング７ｏ内部の熱絶縁
性基台５８’−６８’　（第１図）Ｋ固定されている。

ワイヤーセパレータ対４４Ａ／４４Ｂ−５４Ａ１５４Ｂ
はヒータ番ワイヤ３８からの熱の遮蔽および吸収のそれ
ぞれを最小限とするため、細くしかも薄くなるようにな
されている。換言すれば、ワイヤ番セパレータの存在に
かかワリナく、ヒータψコイルはほぼ完全に露出してい
る。

ヒータ・ハウジング７０（本明細書では簡単にパンとも
称する）は上半分を切り落した中空のドーナツ形をして
いる。さらに、パン７ｏは第１図に示すように、平坦な
床部分を有していてもかまわない。パン７０はステンレ
ス・スチールなどの材料で作製された複数個のスタンド
オフによって、処理チェンバ１００床部分に堅固に取り
付けられている。パン７０を構成するのに適した材料は
、さまざまな特性のうち、ヒータ・コイル３８がらの放
射を充分に反射でき、かつ高温に耐え、しかもスパッタ
リング中に汚染物を処理チェンバに導入するのが最も少
ないという性質によシ、ステンレス・スチールである。

パン７０の外部底面に入ロア８と出口８０を有している
導管７６に冷水を循環させることによって、パンを冷却
する。パン７０を冷却すると有利である。冷却を行わな
いと、スパッタリング処理中に発生する熱が、パンの材
料からガスを放出させ、これによってスパッタリング処
理の最終結果に悪影響をおよぼすことがある。

処理チェンバ１０にはマイスナ（Ｍｅｊｓｓｎｅｒ）・
トラップ８２も取り付けられており、水蒸気を削減し、
これによってチェンバ内の高真空状態を維持している。

マイスナ・トラップ８２は液体チッ素などの極低温流体
を導入し、排出するための入口８４および出口８６を備
えている。

本発明のスパッタリング装置の顕著な特徴を説明したが
、ここで本発明の原理にしたがって高品質のケイ化プラ
チナ接点を形成する装置の作動および方法を、簡単に説
明する。第１図および第２図において、ワークピース、
たとえば接点マスクで被覆され、ケイ化物接点を形成し
たい個所のシリコンの領域だけが露出している単結晶シ
リコン・ウニバカ、ウェハ・ホルダ１８のスロット２０
−２６内に配置されている。各ウェハは頂面（前面）を
ターゲット１６に向けて、ウェハ・ホルダの窪んだポケ
ットのひとつを占めているので、組立てが完了すると、
各ウェハの頂面（前面）はウェハ・ホルダ１８の頂面と
ほぼ同一平面となり、ウェハの背面（底面）は下面から
の直熱を容易とするため、完全に露出する。ウェハの底
面とヒータ・コイル５８との間の垂直間隔を調節して、
ウニへ〇プレート１８をヒータ・ハウジング７０に関し
て移動させて、約１−４ｃｍの望ましい範囲にする。同
様に、ウェハの頂面とターゲット１６の間の垂直間隔を
調節して、たとえばターゲット・ホルダ１４をウェハ・
ホルダ１８に関して移動させて、約３−６ｃｍの範囲に
する。ターゲット１６は単一元素の高純度（９９，９９
９チ以上）の固体プラチナである。

ウェハが装填され、ウェハ保持プレートとターゲットが
適切に配置されると、処理チェンバが約１０−７　トル
以下の範囲の低圧捷で真空排気される。処理チェンバ１
０は次いで、純粋な（純度９９．９９９９％以上）アル
ゴン・ガスで満たされ、チェンバ内のアルゴンの圧力を
約１０−２ないし１０　　トルの範囲にし、同時にアル
ゴンの流量を約５立方センチメートル／分に維持する。

水素やヘリウムなどのガスをスパッタリング処理に利用
してもかまわないが、化学的に不活性であるだけでなく
、アルゴン原子の質量が比較的大きいので、アルゴンが
好ましい。同じＲＦ電界を受けた場合１大きい質量は大
きなモーメントをもたらし、このモーメントはターゲッ
ト表面に達したときに、効率のよいスパッタリングをも
たらす。

本方法の次のステップは露出した接点ウィンドのスパッ
タ・エッチングを行って、ウィンド内に形成された自然
酸化物層を除去することである。

自然酸化物とは、典型的な場合、処理チェンバ内に残留
する酸素および水蒸気の存在によって生起する露出した
ケイ素の領域の酸化によって形成される二酸化ケイ素の
薄い層である。ウエノ・の接点領域のスパッタ・クリー
ニングは、たとえば１５゜５６ＭＨｚの発生器と発生器
に合致した同調ネットワークを利用して、ウェハ・プレ
ート１８に６００−１３００ボルトの適切な負のＲＦ電
位を印加することによって行われる。換言すれば、ウェ
ハ・プレートはチェンバ１０の壁部および大地シールド
２１（で関して負になされる。処理チェンバ１０内に発
生するこのＲＦ電界の結果として、イオン化されたアル
ゴン・ガス原子がウエノ・・プレート１８に引き寄せら
れ、ウェハと衝突し、自然酸化物をエッチ・オフする。

自然酸化物を除去するスパッタ・エッチングは２つのス
テップで行われる。まず、エツチングが室温で開始され
、５−５分という短時間の間行われる。次込で、ウェハ
保持プレートに印加されているＲＦをオフにして、エツ
チングを一時的に中断する。次いで、ヒーターエレメン
ト５８に電流を流すことによって、該エレメントをオン
にすると、独自の設計によってエレメントは迅速に赤熱
し、ウェハ２８−３２の底面に対して熱を放射する。露
出した底面からウェハをこのように直熱することによっ
て、ウェー・は熱を容易に吸収し、ヒータの電流によっ
て決定される一様な温度に達する。処理チェンバ１Ｑ内
のアルゴンの圧力は、加熱期間中定常状態に維持される
。自然酸化物のスパッタ・エンチングを完全に行うため
、ウェハを約５５０−５５［］°Ｃの範囲の一定温度ま
で加熱する。ウェハをこの環境に約５−１０分間保持し
たのち、ＲＦをウェハ・プレートに再印加して、最初の
室温におけるスパッタ・エラチンクーステップの場合と
同様に、ウェハ・プレートをチェンバ１０の壁部および
大地シールド２１に関して負にすることによって、自然
酸化物のスパッタ・エッチングを完了する。加熱したウ
ェハのスパッタ・エッチングは、約５−５分という短時
間の間続はラレ、当初ノコールド・ウェハ・エツチング
・ステップ後に残っている当初の自然酸化物だけではな
く、ウェハの加熱の際に加熱される可能性のある固定具
のさまざまな部分による酸素、水蒸気などの排気に起因
して、露出したケイ素接点ウィンドに形成される発生期
酸化物をも除去する。その場で行われるこのスパッタ・
クリーニングが望ましいのは、接点ウィンドに酸化物が
まったく含まれなくなり、これによって高品質のオーミ
ック・ケイ化物接点および非オーミツク・ケイ化物接点
が確保されるからである。スパッタ・クリーニング処理
後、ＲＦがオフにされる。

代替方法としては、接点ウィンド内の自然酸化物を除去
するスパッタ・エッチング処理を、上記の２ステツプ処
理の最終ステップに対応した単一のステップで行っても
かまわない。この単一のエチ・ステップの継続期間は、
一般に長く、典型的な場合には、約５−１０分である。

本方法の次のステップに進むと、ウェハにはソース１６
からのプラチナ材料を沈積する準備ができる。これを行
うために、ウェハの温度をスパッタ・エッチング・ステ
ップの完了時に優勢な温度に維持するか、あるいはコイ
ル３８のヒータ電流を増加することによって上げる。温
度を上げることが望ましい場合には、６−５分という短
時間待って、ウェハの温度を安定させ、処理チェンバ内
を定常状態にしてから、金属の沈積を行う。次に、ウェ
ハ・プレート、大地シールド１７および処理チェンバ１
０の壁部に関して、８００−１０００ボルトという高い
負の直流電位を、ターゲット・プレート１８に印加する
。これらの圧力および電圧の条件の下で、望ましい２−
５Ｘ／秒のプラチナの沈積速度が得られる。（代替方法
としては、適切なＲＦ電位をプレート１４に印加して、
同じプラチナ沈積速度を得てもかまわない。）高い直流
電位が印加されているので、アルゴン・プラズマおよび
これに関連した暗黒部領域が、陰極１４の表面の真下に
形成される。陰極１４とアルゴン・プラズマの暗黒部と
の間に一様な高い電界が確立される結果として、アルゴ
ン・イオンが電界内に発生する。このようにして発生し
たアルゴン・イオンは、陰極＋４に引き寄せられる。し
たがつて、アルゴン拳イオンは高速に加速され、プラチ
ナ・ソース１６の延長表面に衝突する。この衝突の際に
、アルゴン・イオンによってターゲットの結晶構造に与
えられるモーメントによって、原子寸法のプラチナ粒子
がターゲットから放出される。

ターゲットから放出された。あるいはスパッタされた粒
子は、粘性流または転移流条件の下で、ターゲット１６
の延長表面から処理チェンバを横切る。スパッタされた
粒子はソース１６とウェハ・ホルダ・プレート１８の間
のギャップを横切って移動し、その上に配置されたホッ
ト・ウェハ上に薄イフィルムとして沈積する。アルゴン
・イオンがターゲットに衝突すると、これらの電荷は中
和され、原子として処理に戻る。ターゲット粒子の放出
時に二次電子が発生し、これらの電子は中性のアルゴン
原子をイオン化してグロー放電を持続するのに役立つ。

シリコン・ウェハの接点ウィンドにプラチナの薄、い単
一層が沈積すると庭だちに、ウェハが維持されている高
温によって、プラチナ材料がケイ素と反応し、その場で
ケイ化プラチナに変化する。

プラチナ（蒸気）とケイ素（固体）の間の反応が蒸気一
固体反応であるから、プラチナ原子とケイ素原子が極め
て充分に混合し、ケイ化プラチナのケイ素への付着を促
進するだけではなく、ボイドやその他の構造的な欠陥、
特にケイ化プラチナ・フィルムの高い引張応力や結果と
してＰｔ５ｉ−８ｊ境界領域に生じるひずみを排除する
ものである。このひずみは通常、従来のケイ化プラチナ
処理に関連したものであって、電子移動、極度に局部的
々電流密度などの原因と々るものである。換言すれば、
得られる接点は顕微鏡組織的および電気的にすぐれたも
のである。

プラチナの沈積およびプラチナをケイ化プラチナに変換
するその場での熱処理ステップは、希望する接点厚が得
られるまで続けられる。典型的々場合、プラチナの沈積
とケイ化物へのその場での変換は約１−５分間行われ、
厚さ３Ｃ１Ｏ−８００Ｘのケイ化プラチナを得る。

ソース取り付はプレート１４またはウェハ保持プレート
１８、あるいはこの両方を、プラチナの沈積または酸化
物エツチングのいずれかの一様性および強度を高めるこ
とが望ましければ、スパッタの沈積およびエツチング・
ステップの際に、必要に応じ回転させてもかまわない。

任意の駆動装置を利用して、希望する速度と同期状態で
プレート１４および１８を回転させる。

この時点での処理は、本発明の新規性に関する限り、は
ぼ完了している。処理の他の部分は従来の方法で行われ
るが、これには王水中でのエツチングによる未反応プラ
チナの除去、およびプラチナ・ケイ化物に接触するメタ
ライゼーション系の沈積が含まれる。

本発明装置の他の実施例を、ここで説明する。

第５Ａ図、第３Ｂ図、および第４図、特に第６Ａ図およ
び第４図には、バッチ（説明のため、４バツチの）処理
スパッタリング装置１００が示されておシ、これは部分
的なスパッタリングを行えるものである。円形ターゲッ
ト取り付はプレート１０２およびこれに取り付けられて
いるソース／り−ゲット材料（たとえば、プラチナ）１
０４はウェハ取り付はプレート１０６全体にわたって延
びてはおらず、プレート１０６の一部（本明細書では沈
積ゾーンともいう）に限定されている。プレート１０２
およびターゲット？０４に共通な直径は、典型的な場合
、ウェハ１０８または１１０の直径よりも若干大きい。

ウェハ１０８および１１０は開口内に取り付けられ、該
開口はウェハ保持プレート１０６に設けられている第１
図の装置のプレート１８のものと類似した周縁日高を有
しており、しだがってウェハの底面は露出され、下面か
ら直熱される。新規な特徴のみを取り上げると、本実施
例のヒータ・アセンブリは４個の独立してＴｆＩＪ　Ｈ
されるヒータ・コイル１１２−１１８で構成されており
、プレート１６に取り付けられたウェハの各々を個別に
かつ直接加熱する。ヒータ・コイルＭ２−１１８の各々
は渦巻状の形状をなしており、一対のセラミックのサポ
ートによってヒ〜り・ハウジング１２０に固定されてい
るので、ヒータ争コイルはプレート１０６の開口と完全
に整合する。コイル１１２用のセラミックφサポート対
には参照番号１２２および１２４が付けられており、コ
イル１１４用のものには１２６および１２８が付けられ
ている。セラミック・サポート１２２．１２４．１２６
．１２８は電線を担持し。

ており、電流をそれぞれのコイルに供給している。

サポート１２２および１２６のそれぞれのこのような２
本のワイヤ１３０および１３２を、第５Ａ図に示す。

第３Ａ図および第４図に示す装置ｉｏｏにはマイスナ・
トラップ８２が取り付けられ、処理チェンバ、と−タ・
ハウジング１２０用の水冷手段７６、およびウェハ取り
付はプレート１０６およびターゲット取り付はプレート
１０２それぞれの／ヤフトを包囲している電気的アース
・シールド２１および１７の内部の真空状態を、第１図
に示す装置と類似した態様で強化している。

第５Ａ図および第４図に示す装置の顕著な利点は、ウェ
ハ４０８．１１０などのそれぞれに、ウェハの大きさと
同じか、若干小さな大きさのウェハ自体の独立したヒー
タが設けられているので、ヒータからの熱の放射が基本
的にウェハに限定されることである。換言すれば、ウェ
ハ保持プレート１０６の加熱が最小限となり、これによ
りプレート１０６のガス放出が低レベルに維持される。

第６Ａ図および第４図に開示した装置の作動モードの顕
著な態様は、以・下のとおりである。

接点マスクで被覆されたシリコン・ウェハをウェハ保持
プレート１０６の開口１０８．１１０などに装填する。

処理チェンバは室温であり、低圧、典型的な場合には、
約ｌＸＩＤ　　　トル以下壕で排気される。次いで、ア
ルゴン・ガスがチェンバに抽気されるが、その流量は約
ｌＸ１０　　”々いし１Ｘ１０　　　）ルの平衡圧を達
成するように維持される。次いで、ＲＦを約２−３分間
ウェハ保持プレート１０６に供給して、ウェハの接点開
口１０８．１１０などの自然酸化物を除去する。酸化物
の除去後、加熱サイクルが開始される。このサイクルに
おいて、４個のヒータ・コイル１１２ないし１１８の各
々の電流は、３５０−５５０°Ｃの範囲で、対応するヒ
ータによってウニへの背ｉを直接加熱して、ウェハの温
度を上げるのに充分な一様なレベルに設定される。この
温度範囲はプラチナの沈積中に、その場でケイ化プラチ
ナを形成するのに好ましい範囲である。加熱サイクルの
間中、アルゴン・ガスの圧力がチェンバ内に維持される
。

ウェハが上記の範囲内で定常温度に達したら、４００−
８００ボルトの範囲の負電圧を陰極１０２に印加して、
約１５０−１０ＯＡのプラチナをターゲット１０４から
スパッタ・オフし、スパッタされたプラチナをその真下
のホット・シリコン・ウェハ上に沈積させる。プラチナ
の沈積速度は陰極１０２に印加される直流電圧を調整す
ることによって制御されるが、好ましい速度は２−５ｘ
／秒の範囲である。加熱されたシリコン・ウェハの酸化
物を含まない領域にこのようにして沈積されたプラチナ
材料は、固体ケイ素とプラチナ蒸気の間の固体−蒸気反
応によって、ただちに高品質で、高付着性のケイ化プラ
チナに変化する。ウェハ１１０の接点領域でのプラチナ
の沈積、およびその場での変換の直接の結果として、希
望する厚さのケイ化プラチナが得られると、ウェハ保持
プレート１０６は９０°回転し、次のウェハをプラチナ
・ターゲット１０４の真下の沈積ゾーンに置き、そのウ
ェハ上にケイ化プラチナを形成する。第２のウェハを沈
積ゾーンに回転させるときに、沈積処理が中断されるこ
とは々い。各ウェハに連続的な沈積によって、ケイ化プ
ラチナが形成されたのち、完成したウェハに対応するヒ
ータ・コイルは順次オフにされる。

第５Ａ図および第４図の作動の他のモードは、ヒータ・
コイル１１２ないし１１８を異々る電流レベルに設定す
ることによるものである。典型的な場合、ターゲット１
０４に対応したヒータ・コイル１１４（すなわち、沈積
ゾーンに対応したコイル）の電流は、その真上のウェハ
を高温、たとえば、ケイ化物形成温度と等しい約５００
°Ｃまで加熱するため、高レベルに設定される。、池の
３個のコイルの電流は、その上のウェハを約３００°Ｃ
という適度な温度１で予熱するのに充分な、低レベルに
設定される。この作動モードにおいて、すべてのウェハ
をまず、室温で約２−５分間スパッタ・クリーニングし
、自然酸化物を接点領域から除去する。スパッタ・エッ
チング後、異なる電流を上述のようにしてコイルに流し
、ケイ化物を形成する準備のできたウニノーの温度を、
約４５０−５００°Ｃという高温まで上げ、同時に他の
３個の待機ウェハを約３００°Ｃの予想温度に維持する
。

処理チェンバ内のアルゴン・ガス流と圧力を、以前と同
じに維持する。沈積ゾーンのウェハの温度がプラチナの
沈積およびその場でのケイ化プラチナの形成に望ましい
温度の±１０°Ｃの範囲内で安定しだら、プラチナを約
２−５Ｘ／秒の速度でスパッタする。待機ゾーンから沈
積ゾーンへ移動した各ウェハの短時間の予熱期間を設け
、沈積前にウェハの温度を安定させてもかまわない。各
ウェハが回転し、プラチナφソースの下から外れたら、
ヒータ・コイルをオフにする。

第３Ａ図に仮想線で示した本発明の３香目の実施例は、
第２のスパッタ・ソース１５４′を包含しており、これ
は第１ターゲット取り付はプレート１０２と同じ直径を
有している第２ターゲット取り付はプレートに取り付け
られている。典型的な場合、第２ソース１３４は第１ソ
ース１０４とは異なる材料、たとえばチタン・タングス
テンである。二重のソースを備えたこの装置は第１層上
に第２の導電層を形成すること、たとえばケイ化プラチ
ナ接点上にチタン・タングステンのバリヤ層を形成する
ことを可能とするものである。二重ター−ゲット・シス
テムの他の有用な目的は、２つの金属の混合物で構成さ
れた導電接点を形成することである。

本発明によるスパッタリング装置のさらに他の、実施例
を、第５Ｂ図に示す。この実施例においては、第５Ａ図
に示した実施例のようｈ単一または複数の偏心したソー
スではなく、単一のターゲット・プレート１５０に取り
付けられ、処理チェンバの中心に配置された単一のソー
ス１５２が設けられている。ターゲット・プレート１５
０およびソース１５２は、ウェハ取り付はプレート１０
６全体にわたって延びており、ウェハのバッチ全体に対
してプラチナを同時に沈積することを可能としている。

この実施例の利点は、ウニへの各々が背面から、下方に
配置された個別のヒータ・エレメントによって加熱され
るところにある。このような個別のヒータによって、ウ
ェハ材料の特性にしたがってケイ化物接点の調整が可能
となる。

第５図には垂直な六角形のウェハ取り付は部ないし電極
２００が示されているが、各面はウニノ・を取り付ける
ための複数個の開口を有している。

開示した他の２つの実施例と同様に、開口の各々には周
縁口高ないし窪みが設けられているので、その内部にウ
ェハを装填すると、ウニへの前面は各面の表面と同一面
・をなす。各面は複数個のウェハ取り付はクリップ２１
５によって、凹窩内に定置保持される。第５図に示した
実施例において、最大４８個のウェハを単一パッチで処
理できる。

電極は駆動手段（図示せず）によって、垂直軸のまわシ
で回転可能である。

電極２０００２つの隣接した面の近傍には、これらと対
応した平行関係で、ヒータ・アセンブリ２１４が配置さ
れている。ヒータ・アセンブリ２１４はＮ　ｉ　Ｃｒ、
タンタル、またはタングステン・ワイヤなどの高抵抗の
ワイヤ製の、独立して制御される２つの加熱エレメント
２１６で構成されている。抵抗ワイヤは第１図および第
２図に示すのと同じ態様で、セラミック・セパレータ（
図示せず）を使用して、ヒータ取り付はプレート２１４
に装着されている。加熱エレメントは六角電極２００の
面に取り付けられているウニへのグループ全体が、背面
からの直熱によって一様に、しかも迅速に加熱できるよ
うな設計となっている。加熱エレメント２１８はこれと
隣接し、平、行な対応関係にある六角電極２００の面２
２０に配置されたウェハのグループを予熱するのに役立
つ。加熱ニレメンｌ−２１６は面２２２に取り付けられ
たウェハを、スパッタ沈積のための最終的な希望する温
度まで加熱するのに役立つ。加熱エレメント２１６に平
行に、甘た面２２２の反対側に、ターゲット取り付はプ
レート２２４が設けられており、面２２２に面した表面
に、ウェハにスパッタされるソース材料２２６を担持し
ている。ターゲット取り付は部２２４０対向面には、ソ
ースの温度を制御するだめの冷水が流れる冷却コイル２
２８が設けられている。

操作時に、ウェハが六角電極２００の口高にをり付けら
れ、クリップ２１３によって定置保持される。処理チェ
ンバは上記と同様に低圧まで排気され、その後正圧のア
ルゴンが処理チェンバに導入され、約１０−２ないし１
０’ｌ−ルに維持される。ついで、ＲＦ電位を電極２０
０に印加することにより、ウェハの接点領域内の自然酸
化物のスパッタ・エッチングを遂行する。その後、電流
を加熱エレメント２１６および２１８Ｋ、典型的な場合
には、約５−８分間流し、面２２０および２２２に取り
付けられたウニノ・の温度を、典型的な場合には、約５
００　’Ｃの希望するケイ化物形成温度まで上げる。次
いで、負の直流電位を陰極に印加することによって、プ
ラチナをソース２２６から、面２２２に取り付けられて
いるウェハ上にスパッタする。以前の場合と同様に、ケ
イ素接点領域に沈積されたプラチナが反応し、その場で
ケイ化プラチナに変化する。これらの条件を維持するこ
とにより、約３００−８［］ＯＸの希望する厚さのケイ
化プラチナが形成される。次に、六角電極２００が４５
°回転し、次のグループのウェハ上にケイ化物を形成す
るため、面２２０をソース２２６の直前に置く。加熱エ
レメント２１８の電流は、面２２２に取り付けられてい
るウェハ上へのケイ化プラチナの形成が完了すると同時
に、面２２０に取り付けられているウェハが希望する温
度に達し、プラチナの沈積およびその場での変換の準備
ができるように、制御される。このようにして、プラチ
ナの沈積を中断することなく、連続的に行うことができ
る。六角電極が一回転すると、ウェハの全バッチへのケ
イ化物の形成が完了する。

このようにして、本発明により、上記の目的および利点
を完全に満たす、金属ケイ化物を形成するだめのスパッ
タリング装置および方法が提供される。

Ｆ１発明の効果 本発明によれば、金属の沈積および金属の沈積後のケイ
化金属への変換に先立って、ウニノ＼の接点ウィンドの
スパッタ・クリーニングを可能とするスパッタリング装
置、およびケイ素のワークピースに高品質のケイ化金属
接点を形成するための信頼性の高い方法が与えられると
ともに、ウェハ上へケイ化金属を形成するためウェハを
迅速に加熱することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原理にしたがったバッチ・スパッタ
リング装置の一実施例の略断面図である。 第２図は、第１図の装置のヒータ・アセンブリの平面図
である。 第３Ａ図および第６Ｂ図は、本発明の原理にしたがった
スパッタリング働システムの他の実施例の略断面図であ
る。 第４図は、第３Ａ図および第５Ｂ図のごとき装置のヒー
タ・アセンブリの上面図である。 第５図は、本発明の原理にしたがった半導体ウェハのバ
ッチ処理用の、多重セクタｌヒータ・アセンブリを有す
る垂直な六角形の陰極またはウェハ取り付はプレートの
斜視図である。 出願　込、　　インターナショナル・ビジネス・マシー
ンズ・コーボシーションヒークへウジ°ング ヒータ　７セシブ刃 第２図 第３Ｂ図 ヒータアセンフ”りの他の実絶イ列 第４図

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）包囲された容器と、 （ｂ）前記容器内部に取り付けられ、少なくとも１つの
   開口を有し、該少なくとも１つの開口内にワークピース
   が背面の大部分を露出させて適合する電極手段と、 （ｃ）前記の露出背面を介して前記の少なくとも１つの
   ワークピースを直熱するための、前記電極手段の近傍で
   、かつこれに直接対応して、前記容器内に配置されたヒ
   ータ手段とからなる、スパッタリング装置。
2. （２）前記ヒータ手段が抵抗性の加熱エレメントからな
   る、特許請求の範囲第（１）項記載の装置。
3. （３）前記の少なくとも１つの開口が円形である、特許
   請求の範囲第（１）項記載の装置。
4. （４）前記開口の直径が前記ワークピースの直径よりも
   若干小さい、特許請求の範囲第（３）項記載の装置。
5. （５）半導体基板上に金属ケイ化物接点を形成する方法
   において、 （ａ）前記基板をスパッタ・エッチングして、基板上の
   汚染物を除去し、 （ｂ）前記基板の背面を直熱して、該基板を所定温度ま
   で加熱し、 （ｃ）金属を前記基板上にスパッタ沈積し、その場で前
   記の沈積金属を金属ケイ化物に変換することからなる、 金属ケイ化物接点の形成方法。
6. （６）前記基板が単結晶ケイ素である、特許請求の範囲
   第（５）項記載の方法。
7. （７）前記汚染物が二酸化ケイ素を包含している、特許
   請求の範囲第（５）項記載の方法。
8. （８）前記金属がプラチナ、モリブデン、タングステン
   、パラジウム、チタン・タングステン、チタンおよびア
   ルミニウムからなるグループから選択されたものである
   、特許請求の範囲第（５）項記載の方法。