成膜装置およびバリアメタル形成方法
【課題】スパッタチャンバ内を汚染することなく、バリアメタルを形成することができる成膜装置を提供すること。
【解決手段】実施形態の成膜装置は、第１のプロセスチャンバと、第２のプロセスチャンバと、第３のプロセスチャンバと、を備えている。そして、第１のプロセスチャンバは、スパッタ処理を行うことにより、基板上に第１のバリアメタルを成膜する。また、前記第２のプロセスチャンバは、前記第１のバリアメタルが成膜された前記基板上に第１のガスを導入することにより、前記第１のバリアメタルの上層部を前記第１のガスによって表面処理し、これにより前記第１のバリアメタル上に第２のバリアメタルを形成する。さらに、前記第３のプロセスチャンバは、前記第２のバリアメタルが形成された前記基板にスパッタ処理を行うことにより、前記第２のバリアメタル上に第３のバリアメタルを成膜する。
【解決手段】実施形態の成膜装置は、第１のプロセスチャンバと、第２のプロセスチャンバと、第３のプロセスチャンバと、を備えている。そして、第１のプロセスチャンバは、スパッタ処理を行うことにより、基板上に第１のバリアメタルを成膜する。また、前記第２のプロセスチャンバは、前記第１のバリアメタルが成膜された前記基板上に第１のガスを導入することにより、前記第１のバリアメタルの上層部を前記第１のガスによって表面処理し、これにより前記第１のバリアメタル上に第２のバリアメタルを形成する。さらに、前記第３のプロセスチャンバは、前記第２のバリアメタルが形成された前記基板にスパッタ処理を行うことにより、前記第２のバリアメタル上に第３のバリアメタルを成膜する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、成膜装置およびバリアメタル形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を製造する工程の１つに、金属配線層を形成する工程がある。このような金属配線層を複数層に渡って積層する場合、金属材料の拡散防止や相互反応防止のために、下層側の金属配線層と上層側の金属配線層との間にバリアメタルを形成している。
【０００３】
バリアメタルは、例えば、Ｔｉ（チタン）／ＴｉＮ（窒化チタン）／Ｔｉ（チタン）のように複数層で構成される場合がある。バリアメタルが、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ｔｉである場合、スパッタチャンバ内で１層目のＴｉを成膜した後、同じスパッタチャンバ内に窒素を導入することにより、Ｔｉの上層部をＴｉＮに変化させる。さらに、同じスパッタチャンバ内でＴｉＮ上にＴｉを積層し、これによりＴｉ／ＴｉＮ／Ｔｉのバリアメタルを形成している。
【０００４】
しかしながら、Ｔｉを成膜するプロセスチャンバ内に窒素を流すと、バリアメタルとしてのＴｉとともにＴｉを成膜するためのＴｉスパッタターゲットも窒化されてしまう。そして、Ｔｉスパッタターゲットが窒化されると、ＴｉスパッタターゲットからＴｉＮ膜が剥がれ落ち、これによりスパッタチャンバ内が汚染されるという問題があった。このため、スパッタチャンバ内を汚染することなく、バリアメタルを形成することが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２３２０７７号公報
【特許文献２】特開平１０−２４２２６８号公報
【特許文献３】特開２００５−７９５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、スパッタチャンバ内を汚染することなく、バリアメタルを形成することができる成膜装置およびバリアメタル形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によれば、成膜装置が提供される。前記成膜装置は、第１のプロセスチャンバと、第２のプロセスチャンバと、第３のプロセスチャンバと、を備えている。そして、第１のプロセスチャンバは、スパッタ処理を行うことにより、基板上に第１のバリアメタルを成膜する。また、前記第２のプロセスチャンバは、前記第１のバリアメタルが成膜された前記基板上に第１のガスを導入することにより、前記第１のバリアメタルの上層部を前記第１のガスによって表面処理し、これにより前記第１のバリアメタル上に第２のバリアメタルを形成する。さらに、前記第３のプロセスチャンバは、前記第２のバリアメタルが形成された前記基板にスパッタ処理を行うことにより、前記第２のバリアメタル上に第３のバリアメタルを成膜する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態に係る成膜装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、金属配線層の断面構成例を示す図である。
【図３】図３は、バリアメタルの形成処理手順を示すフローチャートである。
【図４】図４は、バリアメタルの構成例を示す図である。
【図５】図５は、ＴｉＮ膜によるＴｉ膜とＡｌ膜との間の反応抑制を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、実施形態に係る成膜装置およびバリアメタル形成方法を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
【００１０】
（実施形態）
図１は、実施形態に係る成膜装置の構成を示す図である。図１では、成膜装置１を上面側から見た場合の構成例を示している。成膜装置１は、基板（ウエハＷ）上に複数層からなるバリアメタルを形成する装置である。バリアメタルは、例えば下層側の金属配線層と上層側の金属配線層との間に形成される金属膜であり、金属配線層間における金属材料の拡散防止や相互反応防止のために用いられる。バリアメタルは、例えば、Ｔｉ（チタン）／ＴｉＮ（窒化チタン）／Ｔｉ（チタン）で構成されている。
【００１１】
成膜装置１は、複数のプロセスチャンバと、各プロセスチャンバを接続するとともにプロセスチャンバ間のウエハＷの移動を行うウエハ搬送部２０と、ロードロックチャンバ２３Ａ，２３Ｂと、を備えている。
【００１２】
成膜装置１が備えるプロセスチャンバは、Ｔｉ（チタン）スパッタチャンバ２Ｔ〜４Ｔ、Ｃｏｌｄ−Ａｌ（アルミ）成膜チャンバ６Ａ、Ｈｏｔ−Ａｌ（アルミ）成膜チャンバ５Ａ、窒化／酸化（Ｏ3／ＮＨ3導入）チャンバ１０、Ｄｅｇａｓチャンバ２１，２２である。
【００１３】
ロードロックチャンバ２３Ａ，２３Ｂは、それぞれウエハＷの搬入／搬出を行うチャンバである。ロードロックチャンバ２３Ａ，２３Ｂの何れかに搬入されたウエハＷは、成膜装置１内の複数のプロセスチャンバ内で種々の処理が行われることにより、ウエハＷ上にバリアメタルが形成される。バリアメタルが形成されたウエハＷは、ロードロックチャンバ２３Ａ，２３Ｂの何れかから搬出される。
【００１４】
Ｄｅｇａｓチャンバ２１，２２は、バリアメタルを形成する前のウエハＷから残留ガスを除去するチャンバである。Ｄｅｇａｓチャンバ２１，２２は、チャンバ内を高真空にするとともにウエハＷを温めることによって、ウエハＷから残留ガスを除去する。
【００１５】
Ｔｉスパッタチャンバ２Ｔ〜４Ｔは、ウエハＷ上にＴｉ膜をスパッタするチャンバである。Ｔｉスパッタチャンバ２Ｔ〜４Ｔには、Ｔｉスパッタターゲット（図示せず）が配置され、Ｔｉスパッタターゲットを用いてウエハＷ上にＴｉ膜がスパッタされる。
【００１６】
窒化／酸化チャンバ１０は、ウエハＷ上のＴｉ膜を表面処理する機能（酸化処理する機能と窒化処理する機能）を有したチャンバである。本実施形態の窒化／酸化チャンバ１０は、チャンバ内にＯ3（オゾン）を導入することにより、ウエハＷ上のＴｉ膜を酸化させ、これによりＴｉＯ（酸化チタン）膜を生成する。また、窒化／酸化チャンバ１０は、チャンバ内にＮＨ3（アンモニア）を導入することにより、ウエハＷ上のＴｉ膜を窒化させ、これによりＴｉＮ（窒化チタン）膜を生成する。
【００１７】
Ｃｏｌｄ−Ａｌ成膜チャンバ６Ａは、ウエハＷ上にＣｏｌｄ−Ａｌ膜を成膜するチャンバである。Ｃｏｌｄ−Ａｌ膜は、室温で成膜されるＡｌ膜であり、例えばバリアメタル上にスパッタ成膜される。
【００１８】
Ｈｏｔ−Ａｌ成膜チャンバ５Ａは、ウエハＷ上にＨｏｔ−Ａｌ膜を成膜するチャンバである。Ｈｏｔ−Ａｌ膜は、高温（例えば２００℃〜３００℃）で成膜されるＡｌ膜であり、例えばＣｏｌｄ−Ａｌ膜上にスパッタ成膜される。
【００１９】
ウエハ搬送部２０は、成膜装置１内に搬入されたウエハＷを所定の順番で各チャンバへ移動させる。ウエハ搬送部２０がウエハＷを搬送する順番は、例えばロードロックチャンバ２３Ａ、Ｔｉスパッタチャンバ２Ｔ、窒化／酸化チャンバ１０、Ｔｉスパッタチャンバ３Ｔ、Ｃｏｌｄ−Ａｌ成膜チャンバ６Ａ，Ｈｏｔ−Ａｌ成膜チャンバ５Ａ、ロードロックチャンバ２３Ｂの順番である。
【００２０】
ウエハＷ上には、例えば、下層側の金属配線層（下層配線）と、この金属配線層を覆う層間絶縁膜と、を形成しておく。そして、層間絶縁膜にビアホールを形成することにより、金属配線層とビアホールを繋げる。ビアホールの形成されたウエハＷが成膜装置１内に搬入されると、成膜装置１でウエハＷ上にバリアメタルが形成される。また、バリアメタル上に上層側の金属配線層（上層配線）としての、Ｃｏｌｄ−Ａｌ膜とＨｏｔ−Ａｌ膜とが成膜され、その後、ウエハＷが成膜装置１から搬出される。
【００２１】
図２は、金属配線層の断面構成例を示す図である。ウエハＷ上では、層間絶縁膜３４の上層側に下層配線３５が形成されている。さらに、層間絶縁膜３４および下層配線３５の上層側に層間絶縁膜３３が成膜され、層間絶縁膜３３の上層側にバリアメタル３２Ｘが形成されている。そして、バリアメタル３２Ｘの上層側に上層配線３１が成膜されている。
【００２２】
下層配線３５は、複数層からなる配線層のうちの第Ｎ層目（Ｎは自然数）の配線であり、例えばＣｕ（銅）配線などである。また、上層配線３１は、複数層からなる配線層のうちの第（Ｎ＋１）層目の配線であり、例えばＣｏｌｄ−Ａｌ膜およびＨｏｔ−Ａｌ膜である。
【００２３】
このような、複数層からなる配線を形成する場合、層間絶縁膜３４に穴（コンタクトホールまたはビアホール）が開けられ、この穴に下層配線３５が埋め込まれる。そして、層間絶縁膜３４および下層配線３５の上層側に層間絶縁膜３３が成膜される。さらに、層間絶縁膜３３に穴（ビアホール）が開けられる。このビアホールおよび層間絶縁膜３３上にバリアメタル３２Ｘが成膜され、バリアメタル３２Ｘ上に上層配線３１が成膜される。
【００２４】
なお、下層配線３５は、Ｃｕ配線に限らず、Ａｌ配線、Ａｌ−Ｓｉ配線、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ配線などの他の配線であってもよい。また、上層配線３１は、Ａｌ配線に限らず、Ｃｕ配線、Ａｌ−Ｓｉ配線、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ配線などの他の配線であってもよい。また、ここでは、下層配線３５が埋め込み型の配線である場合を示しているが、下層配線３５は埋め込み型以外の配線パターンであってもよい。
【００２５】
つぎに、バリアメタル３２Ｘの形成処理手順について説明する。図３は、バリアメタルの形成処理手順を示すフローチャートである。ここでは、バリアメタル３２Ｘが、Ｔｉ／ＴｉＯ／ＴｉＮ／Ｔｉの４層構造である場合について説明する。
【００２６】
ウエハＷ上にバリアメタル３２Ｘを形成する場合、ウエハＷがロードロックチャンバ２３Ａ，２３Ｂの何れか一方から成膜装置１内に搬入される。このウエハＷは、Ｄｅｇａｓチャンバ２１，２２の何れか一方でウエハＷ内の残留ガスが除去される。
【００２７】
この後、ウエハＷは、Ｔｉスパッタチャンバ２Ｔ〜４Ｔの何れかに搬入される（ステップＳ１０）。そして、Ｔｉスパッタチャンバ２Ｔ〜４Ｔの何れかでウエハＷ上に下層側Ｔｉ膜がスパッタされる（ステップＳ２０）。
【００２８】
下層側Ｔｉ膜がスパッタされたウエハＷは、窒化／酸化チャンバ１０内に搬入される（ステップＳ３０）。そして、窒化／酸化チャンバ１０内にＯ3が導入されて下層側Ｔｉ膜の上層部が酸化され、これにより下層側Ｔｉ膜上にＴｉＯ膜が生成される。さらに、窒化／酸化チャンバ１０内にＮＨ3が導入されてＴｉＯ膜の上層部が窒化され、これによりＴｉＯ膜上にＴｉＮ膜が生成される。これにより、Ｔｉが酸化／窒化処理される（ステップＳ４０）。
【００２９】
この後、ウエハＷは、Ｔｉスパッタチャンバ２Ｔ〜４Ｔの何れかに搬入される（ステップＳ５０）。そして、Ｔｉスパッタチャンバ２Ｔ〜４Ｔの何れかでウエハＷ上に上層側Ｔｉ膜がスパッタされる（ステップＳ６０）。
【００３０】
これにより、下層側Ｔｉ膜／ＴｉＯ／ＴｉＮ／上層側Ｔｉ膜からなるバリアメタル３２ＸがウエハＷ上に形成される。バリアメタル３２Ｘが形成されたウエハＷは、ロードロックチャンバ２３Ａ，２３Ｂの何れか一方から成膜装置１の外部に搬出される。
【００３１】
ここで、バリアメタル３２Ｘの構成例について説明する。図４は、バリアメタルの構成例を示す図である。バリアメタル３２Ｘは、Ｔｉと、ＴｉＮと、ＴｉＯと、が組み合わされた構成となっている。バリアメタル３２Ｘは、例えば、下層側Ｔｉ膜と、中間膜と、上層側Ｔｉ膜と、によって構成され、中間膜がＴｉ膜、ＴｉＮ膜、ＴｉＯ膜の何れか又はその組み合わせによって構成されている。
【００３２】
図４の（ａ）、（ｂ）では、それぞれ５層構造のバリアメタル３２ａ，３２ｂを示している。また、図４の（ｃ）、（ｄ）では、それぞれ４層構造のバリアメタル３２ｃ，３２ｄを示し、図４の（ｅ）、（ｆ）では、それぞれ３層構造のバリアメタル３２ｅ，３２ｆを示している。
【００３３】
図４の（ａ）に示すように、バリアメタル３２ａは、下層側から順番に下層側Ｔｉ膜４１ａ、ＴｉＮ膜４２ａ、Ｔｉ膜４３ａ、ＴｉＯ膜４４ａ、上層側Ｔｉ膜４５ａが積層された構成となっている。
【００３４】
また、図４の（ｂ）に示すように、バリアメタル３２ｂは、下層側から順番に下層側Ｔｉ膜４１ｂ、ＴｉＯ膜４４ｂ、Ｔｉ膜４３ｂ、ＴｉＮ膜４２ｂ、上層側Ｔｉ膜４５ｂが積層されて構成されている。
【００３５】
また、図４の（ｃ）に示すように、バリアメタル３２ｃは、下層側から順番に下層側Ｔｉ膜４１ｃ、ＴｉＮ膜４２ｃ、ＴｉＯ膜４４ｃ、上層側Ｔｉ膜４５ｃが積層されて構成された構成となっている。
【００３６】
また、図４の（ｄ）に示すように、バリアメタル３２ｄは、下層側から順番に下層側Ｔｉ膜４１ｄ、ＴｉＯ膜４４ｄ、ＴｉＮ膜４２ｄ、上層側Ｔｉ膜４５ｄが積層された構成となっている。
【００３７】
また、図４の（ｅ）に示すように、バリアメタル３２ｅは、下層側から順番に下層側Ｔｉ膜４１ｅ、ＴｉＮ膜４２ｅ、上層側Ｔｉ膜４５ｅが積層された構成となっている。
【００３８】
また、図４の（ｆ）に示すように、バリアメタル３２ｆは、下層側から順番に下層側Ｔｉ膜４１ｆ、ＴｉＯ膜４４ｆ、上層側Ｔｉ膜４５ｆが積層された構成となっている。
【００３９】
バリアメタル３２ａ〜３２ｆは、それぞれ下層側から順番に膜を積層していくことにより形成されていく。バリアメタル３２ａ〜３２ｆを形成する際には、下層側Ｔｉ膜４１ａ〜４１ｆがＴｉスパッタチャンバ２Ｔ〜４Ｔの何れかで成膜される。また、上層側Ｔｉ膜４５ａ〜４５ｆがＴｉスパッタチャンバ２Ｔ〜４Ｔの何れかで成膜される。
【００４０】
バリアメタル３２ａの中間膜を形成する場合、窒化／酸化チャンバ１０でＴｉＮ膜４２ａが生成される。そして、Ｔｉスパッタチャンバ２Ｔ〜４Ｔの何れかでＴｉ膜４３ａが成膜され、その後、窒化／酸化チャンバ１０でＴｉＯ膜４４ａが生成される。
【００４１】
また、バリアメタル３２ｂの中間膜を形成する場合、窒化／酸化チャンバ１０でＴｉＯ膜４４ｂが生成される。そして、Ｔｉスパッタチャンバ２Ｔ〜４Ｔの何れかでＴｉ膜４３ｂが成膜され、その後、窒化／酸化チャンバ１０でＴｉＮ膜４２ｂが生成される。
【００４２】
また、バリアメタル３２ｃの中間膜を形成する場合、窒化／酸化チャンバ１０でＴｉＮ膜４２ｃが生成される。その後、窒化／酸化チャンバ１０でＴｉＮ膜４２ｃをＯ3で酸化することにより、ＴｉＮ膜４２ｃ上にＴｉＯ膜４４ｃが生成される。
【００４３】
また、バリアメタル３２ｄの中間膜を形成する場合、窒化／酸化チャンバ１０でＴｉＯ膜４４ｄが生成され。その後、窒化／酸化チャンバ１０でＴｉＯ膜４４ｄをＮＨ3で窒化することにより、ＴｉＯ膜４４ｄ上にＴｉＮ膜４２ｄが生成される。
が生成される。
【００４４】
また、バリアメタル３２ｅの中間膜を形成する場合、窒化／酸化チャンバ１０でＴｉＮ膜４２ｅが生成される。また、バリアメタル３２ｆの中間膜を形成する場合、窒化／酸化チャンバ１０でＴｉＯ膜４４ｆが生成される。
【００４５】
なお、図４に示したバリアメタル３２ａ〜３２ｆの構成は一例であり、バリアメタル３２Ｘは、何れの膜を何れの順番で積層してもよい。バリアメタル３２Ｘの構成は、例えば下層側の金属配線層の材質、上層側の金属配線層の材質、バリアメタル形成以降のプロセスなどに応じて決められる。
【００４６】
本実施の形態ではバリアメタル３２ＸにＴｉＮを用いているので、Ａｌ膜とＴｉ膜との間の反応やＣｕ膜とＴｉ膜との間の反応を防止することが可能となる。また、本実施の形態ではバリアメタル３２ＸにＴｉＯを用いているので、Ｃｕ膜とＴｉ膜との間の反応を防止することが可能となる。
【００４７】
Ｈｏｔ−Ａｌ膜を成膜する際に大きなスパッタ入熱がＴｉ膜（上層側Ｔｉ膜や下層側Ｔｉ膜）に加えられると、Ｔｉ膜とＡｌ膜が反応してＡｌ3Ｔｉ層が生成される。このため、上層側Ｔｉ膜とＡｌ膜が反応することによって生成されるＡｌ3Ｔｉ層と、下層側Ｔｉ膜とＡｌ膜が反応することによって生成されるＡｌ3Ｔｉ層と、の両方が生成されることとなる。そして、多くのＡｌ3Ｔｉ層が生成されると、ビアホールの埋め込み特性が悪くなる。
【００４８】
一方、本実施の形態では、上層側Ｔｉ膜と下層側Ｔｉ膜との間にＳｉＮ膜が生成されている。このため、Ｈｏｔ−Ａｌ膜を成膜する際に大きなスパッタ入熱がＴｉ膜に加えられても、下層側Ｔｉ膜とＡｌ膜との間の反応を抑制することができる。したがって、ビアホールの埋め込み特性が良くなる。
【００４９】
ここで、ＴｉＮ膜によるＴｉ膜とＡｌ膜との間の反応抑制について説明する。図５は、ＴｉＮ膜によるＴｉ膜とＡｌ膜との間の反応抑制を説明するための図である。ここでは、図４の（ｅ）で説明したバリアメタル３２ｅに大きなスパッタ入熱を加えた場合のＡｌ膜の反応について説明する。
【００５０】
バリアメタル３２ｅは、下層側Ｔｉ膜４１ｅ、ＴｉＮ膜４２ｅ、上層側Ｔｉ膜４５ｅの順番でこれらの膜が積層されて形成される。この後、上層側Ｔｉ膜４５ｅの上層にＣｏｌｄ−Ａｌ膜とＡｌ膜５１（Ｈｏｔ−Ａｌ膜）をスパッタによって積層すると、Ａｌ膜５１をスパッタする際のスパッタ入熱によって、Ａｌ膜５１と上層側Ｔｉ膜４５ｅとが反応する。これにより、Ａｌ3Ｔｉ層５０が生成される。また、Ａｌ膜５１は、ＴｉＮ膜４２ｅとは反応しないので、Ａｌ3Ｔｉ層５０はＴｉＮ膜４２ｅ上にとどまる。このため、下層側Ｔｉ膜４１ｅはＡｌ膜５１と反応することはなく、ビアホールの埋め込み特性を維持できる。
【００５１】
このように、本実施形態では、Ｔｉの窒化処理や酸化処理をＴｉスパッタチャンバ２Ｔ〜４Ｔとは別のチャンバである窒化／酸化チャンバ１０で行うので、Ｔｉスパッタチャンバ２Ｔ〜４ＴのＴｉスパッタターゲットが窒化や酸化されることを防止できる。このため、ＴｉスパッタターゲットからＴｉＮやＴｉＯが剥がれ落ちることを防止できる。したがって、Ｔｉスパッタチャンバ２Ｔ〜４Ｔ内を汚染することなく、バリアメタル３２Ｘを形成することが可能となる。
【００５２】
また、本実施の形態では、ＮＨ3を用いてウエハＷ上のＴｉ膜を窒化させているので、Ｎ2を用いてＴｉ膜を窒化させる場合よりも短時間でＴｉ膜を窒化させることが可能となる。また、ＮＨ3を用いた窒化処理を行っているので、深いトレンチ構造のホールパターンへも均一なＴｉＮ膜を生成することが可能となる。換言すると、アスペクト比が大きなホールパターンへも均一なＴｉＮ膜を埋め込むことが可能となる。
【００５３】
また、本実施の形態では、Ｏ3を用いてウエハＷ上のＴｉ膜を酸化させているので、Ｏ2を用いてＴｉ膜を酸化させる場合よりも短時間でＴｉ膜を酸化させることが可能となる。また、Ｏ3を用いた酸化処理を行っているので、深いトレンチ構造のホールパターンへも均一なＴｉＯ膜を生成することが可能となる。換言すると、アスペクト比が大きなホールパターンへも均一なＴｉＯ膜を埋め込むことが可能となる。
【００５４】
成膜装置１によるバリアメタル３２Ｘの形成は、例えばウエハプロセスのレイヤ毎に行われる。具体的には、ウエハＷに第Ｎ層目の配線を形成する処理と、成膜装置１によって第Ｎ層目の配線上にバリアメタル３２Ｘを形成する処理と、バリアメタル３２Ｘ上に第（Ｎ＋１）層目の配線を形成する処理と、が繰り返される。
【００５５】
配線層から配線パターンを形成する場合には、ウエハＷ上に配線層を成膜した後、配線層上にレジストが塗布される。そして、レジストの塗布されたウエハＷにマスクを用いて露光を行ない、その後、ウエハＷを現像してウエハＷ上にレジストパターンを形成する。そして、レジストパターンをマスクとして配線層をエッチングする。これにより、配線層を用いた配線パターンをウエハＷ上に形成する。
【００５６】
同様に、層間絶縁膜にホールパターンを形成する場合には、ウエハＷ上に層間絶縁膜を成膜した後、層間絶縁膜上にレジストが塗布される。そして、レジストの塗布されたウエハＷにマスクを用いて露光を行ない、その後、ウエハＷを現像してウエハＷ上にレジストパターンを形成する。そして、レジストパターンをマスクとして層間絶縁膜をエッチングする。これにより、層間絶縁膜にホールパターンが形成される。
【００５７】
半導体装置（半導体集積回路）を製造する際には、配線パターンの形成、配線パターン上への層間絶縁膜の成膜、層間絶縁膜へのホールパターンの形成、ホールパターンなどへのバリアメタル３２Ｘの形成、バリアメタル３２Ｘ上への配線パターンの形成、配線パターン上への層間絶縁膜の成膜などがレイヤ毎に繰り返される。
【００５８】
このように実施形態によれば、Ｔｉの窒化処理や酸化処理をＴｉスパッタチャンバ２Ｔ〜４Ｔとは別のチャンバである窒化／酸化チャンバ１０で行うので、Ｔｉスパッタチャンバ２Ｔ〜４Ｔ内を汚染することなく、ＴｉＮやＴｉＯなどのバリアメタルを形成できる。
【００５９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６０】
１…成膜装置、２Ｔ〜４Ｔ…Ｔｉスパッタチャンバ、１０…窒化／酸化チャンバ、３１…上層配線、３２Ｘ，３２ａ〜３２ｆ…バリアメタル、３３，３４…層間絶縁膜、３５…下層配線、４１ａ〜４１ｆ…下層側Ｔｉ膜、４２ａ〜４２ｅ…ＴｉＮ膜、４３ａ，４３ｂ…Ｔｉ膜、４４ａ〜４４ｄ，４４ｆ…ＴｉＯ膜、４５ａ〜４５ｆ…上層側Ｔｉ膜、５０…Ａｌ3Ｔｉ層、５１…Ａｌ膜、Ｗ…ウエハ。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、成膜装置およびバリアメタル形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を製造する工程の１つに、金属配線層を形成する工程がある。このような金属配線層を複数層に渡って積層する場合、金属材料の拡散防止や相互反応防止のために、下層側の金属配線層と上層側の金属配線層との間にバリアメタルを形成している。
【０００３】
バリアメタルは、例えば、Ｔｉ（チタン）／ＴｉＮ（窒化チタン）／Ｔｉ（チタン）のように複数層で構成される場合がある。バリアメタルが、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ｔｉである場合、スパッタチャンバ内で１層目のＴｉを成膜した後、同じスパッタチャンバ内に窒素を導入することにより、Ｔｉの上層部をＴｉＮに変化させる。さらに、同じスパッタチャンバ内でＴｉＮ上にＴｉを積層し、これによりＴｉ／ＴｉＮ／Ｔｉのバリアメタルを形成している。
【０００４】
しかしながら、Ｔｉを成膜するプロセスチャンバ内に窒素を流すと、バリアメタルとしてのＴｉとともにＴｉを成膜するためのＴｉスパッタターゲットも窒化されてしまう。そして、Ｔｉスパッタターゲットが窒化されると、ＴｉスパッタターゲットからＴｉＮ膜が剥がれ落ち、これによりスパッタチャンバ内が汚染されるという問題があった。このため、スパッタチャンバ内を汚染することなく、バリアメタルを形成することが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２３２０７７号公報
【特許文献２】特開平１０−２４２２６８号公報
【特許文献３】特開２００５−７９５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、スパッタチャンバ内を汚染することなく、バリアメタルを形成することができる成膜装置およびバリアメタル形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によれば、成膜装置が提供される。前記成膜装置は、第１のプロセスチャンバと、第２のプロセスチャンバと、第３のプロセスチャンバと、を備えている。そして、第１のプロセスチャンバは、スパッタ処理を行うことにより、基板上に第１のバリアメタルを成膜する。また、前記第２のプロセスチャンバは、前記第１のバリアメタルが成膜された前記基板上に第１のガスを導入することにより、前記第１のバリアメタルの上層部を前記第１のガスによって表面処理し、これにより前記第１のバリアメタル上に第２のバリアメタルを形成する。さらに、前記第３のプロセスチャンバは、前記第２のバリアメタルが形成された前記基板にスパッタ処理を行うことにより、前記第２のバリアメタル上に第３のバリアメタルを成膜する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態に係る成膜装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、金属配線層の断面構成例を示す図である。
【図３】図３は、バリアメタルの形成処理手順を示すフローチャートである。
【図４】図４は、バリアメタルの構成例を示す図である。
【図５】図５は、ＴｉＮ膜によるＴｉ膜とＡｌ膜との間の反応抑制を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、実施形態に係る成膜装置およびバリアメタル形成方法を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
【００１０】
（実施形態）
図１は、実施形態に係る成膜装置の構成を示す図である。図１では、成膜装置１を上面側から見た場合の構成例を示している。成膜装置１は、基板（ウエハＷ）上に複数層からなるバリアメタルを形成する装置である。バリアメタルは、例えば下層側の金属配線層と上層側の金属配線層との間に形成される金属膜であり、金属配線層間における金属材料の拡散防止や相互反応防止のために用いられる。バリアメタルは、例えば、Ｔｉ（チタン）／ＴｉＮ（窒化チタン）／Ｔｉ（チタン）で構成されている。
【００１１】
成膜装置１は、複数のプロセスチャンバと、各プロセスチャンバを接続するとともにプロセスチャンバ間のウエハＷの移動を行うウエハ搬送部２０と、ロードロックチャンバ２３Ａ，２３Ｂと、を備えている。
【００１２】
成膜装置１が備えるプロセスチャンバは、Ｔｉ（チタン）スパッタチャンバ２Ｔ〜４Ｔ、Ｃｏｌｄ−Ａｌ（アルミ）成膜チャンバ６Ａ、Ｈｏｔ−Ａｌ（アルミ）成膜チャンバ５Ａ、窒化／酸化（Ｏ3／ＮＨ3導入）チャンバ１０、Ｄｅｇａｓチャンバ２１，２２である。
【００１３】
ロードロックチャンバ２３Ａ，２３Ｂは、それぞれウエハＷの搬入／搬出を行うチャンバである。ロードロックチャンバ２３Ａ，２３Ｂの何れかに搬入されたウエハＷは、成膜装置１内の複数のプロセスチャンバ内で種々の処理が行われることにより、ウエハＷ上にバリアメタルが形成される。バリアメタルが形成されたウエハＷは、ロードロックチャンバ２３Ａ，２３Ｂの何れかから搬出される。
【００１４】
Ｄｅｇａｓチャンバ２１，２２は、バリアメタルを形成する前のウエハＷから残留ガスを除去するチャンバである。Ｄｅｇａｓチャンバ２１，２２は、チャンバ内を高真空にするとともにウエハＷを温めることによって、ウエハＷから残留ガスを除去する。
【００１５】
Ｔｉスパッタチャンバ２Ｔ〜４Ｔは、ウエハＷ上にＴｉ膜をスパッタするチャンバである。Ｔｉスパッタチャンバ２Ｔ〜４Ｔには、Ｔｉスパッタターゲット（図示せず）が配置され、Ｔｉスパッタターゲットを用いてウエハＷ上にＴｉ膜がスパッタされる。
【００１６】
窒化／酸化チャンバ１０は、ウエハＷ上のＴｉ膜を表面処理する機能（酸化処理する機能と窒化処理する機能）を有したチャンバである。本実施形態の窒化／酸化チャンバ１０は、チャンバ内にＯ3（オゾン）を導入することにより、ウエハＷ上のＴｉ膜を酸化させ、これによりＴｉＯ（酸化チタン）膜を生成する。また、窒化／酸化チャンバ１０は、チャンバ内にＮＨ3（アンモニア）を導入することにより、ウエハＷ上のＴｉ膜を窒化させ、これによりＴｉＮ（窒化チタン）膜を生成する。
【００１７】
Ｃｏｌｄ−Ａｌ成膜チャンバ６Ａは、ウエハＷ上にＣｏｌｄ−Ａｌ膜を成膜するチャンバである。Ｃｏｌｄ−Ａｌ膜は、室温で成膜されるＡｌ膜であり、例えばバリアメタル上にスパッタ成膜される。
【００１８】
Ｈｏｔ−Ａｌ成膜チャンバ５Ａは、ウエハＷ上にＨｏｔ−Ａｌ膜を成膜するチャンバである。Ｈｏｔ−Ａｌ膜は、高温（例えば２００℃〜３００℃）で成膜されるＡｌ膜であり、例えばＣｏｌｄ−Ａｌ膜上にスパッタ成膜される。
【００１９】
ウエハ搬送部２０は、成膜装置１内に搬入されたウエハＷを所定の順番で各チャンバへ移動させる。ウエハ搬送部２０がウエハＷを搬送する順番は、例えばロードロックチャンバ２３Ａ、Ｔｉスパッタチャンバ２Ｔ、窒化／酸化チャンバ１０、Ｔｉスパッタチャンバ３Ｔ、Ｃｏｌｄ−Ａｌ成膜チャンバ６Ａ，Ｈｏｔ−Ａｌ成膜チャンバ５Ａ、ロードロックチャンバ２３Ｂの順番である。
【００２０】
ウエハＷ上には、例えば、下層側の金属配線層（下層配線）と、この金属配線層を覆う層間絶縁膜と、を形成しておく。そして、層間絶縁膜にビアホールを形成することにより、金属配線層とビアホールを繋げる。ビアホールの形成されたウエハＷが成膜装置１内に搬入されると、成膜装置１でウエハＷ上にバリアメタルが形成される。また、バリアメタル上に上層側の金属配線層（上層配線）としての、Ｃｏｌｄ−Ａｌ膜とＨｏｔ−Ａｌ膜とが成膜され、その後、ウエハＷが成膜装置１から搬出される。
【００２１】
図２は、金属配線層の断面構成例を示す図である。ウエハＷ上では、層間絶縁膜３４の上層側に下層配線３５が形成されている。さらに、層間絶縁膜３４および下層配線３５の上層側に層間絶縁膜３３が成膜され、層間絶縁膜３３の上層側にバリアメタル３２Ｘが形成されている。そして、バリアメタル３２Ｘの上層側に上層配線３１が成膜されている。
【００２２】
下層配線３５は、複数層からなる配線層のうちの第Ｎ層目（Ｎは自然数）の配線であり、例えばＣｕ（銅）配線などである。また、上層配線３１は、複数層からなる配線層のうちの第（Ｎ＋１）層目の配線であり、例えばＣｏｌｄ−Ａｌ膜およびＨｏｔ−Ａｌ膜である。
【００２３】
このような、複数層からなる配線を形成する場合、層間絶縁膜３４に穴（コンタクトホールまたはビアホール）が開けられ、この穴に下層配線３５が埋め込まれる。そして、層間絶縁膜３４および下層配線３５の上層側に層間絶縁膜３３が成膜される。さらに、層間絶縁膜３３に穴（ビアホール）が開けられる。このビアホールおよび層間絶縁膜３３上にバリアメタル３２Ｘが成膜され、バリアメタル３２Ｘ上に上層配線３１が成膜される。
【００２４】
なお、下層配線３５は、Ｃｕ配線に限らず、Ａｌ配線、Ａｌ−Ｓｉ配線、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ配線などの他の配線であってもよい。また、上層配線３１は、Ａｌ配線に限らず、Ｃｕ配線、Ａｌ−Ｓｉ配線、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ配線などの他の配線であってもよい。また、ここでは、下層配線３５が埋め込み型の配線である場合を示しているが、下層配線３５は埋め込み型以外の配線パターンであってもよい。
【００２５】
つぎに、バリアメタル３２Ｘの形成処理手順について説明する。図３は、バリアメタルの形成処理手順を示すフローチャートである。ここでは、バリアメタル３２Ｘが、Ｔｉ／ＴｉＯ／ＴｉＮ／Ｔｉの４層構造である場合について説明する。
【００２６】
ウエハＷ上にバリアメタル３２Ｘを形成する場合、ウエハＷがロードロックチャンバ２３Ａ，２３Ｂの何れか一方から成膜装置１内に搬入される。このウエハＷは、Ｄｅｇａｓチャンバ２１，２２の何れか一方でウエハＷ内の残留ガスが除去される。
【００２７】
この後、ウエハＷは、Ｔｉスパッタチャンバ２Ｔ〜４Ｔの何れかに搬入される（ステップＳ１０）。そして、Ｔｉスパッタチャンバ２Ｔ〜４Ｔの何れかでウエハＷ上に下層側Ｔｉ膜がスパッタされる（ステップＳ２０）。
【００２８】
下層側Ｔｉ膜がスパッタされたウエハＷは、窒化／酸化チャンバ１０内に搬入される（ステップＳ３０）。そして、窒化／酸化チャンバ１０内にＯ3が導入されて下層側Ｔｉ膜の上層部が酸化され、これにより下層側Ｔｉ膜上にＴｉＯ膜が生成される。さらに、窒化／酸化チャンバ１０内にＮＨ3が導入されてＴｉＯ膜の上層部が窒化され、これによりＴｉＯ膜上にＴｉＮ膜が生成される。これにより、Ｔｉが酸化／窒化処理される（ステップＳ４０）。
【００２９】
この後、ウエハＷは、Ｔｉスパッタチャンバ２Ｔ〜４Ｔの何れかに搬入される（ステップＳ５０）。そして、Ｔｉスパッタチャンバ２Ｔ〜４Ｔの何れかでウエハＷ上に上層側Ｔｉ膜がスパッタされる（ステップＳ６０）。
【００３０】
これにより、下層側Ｔｉ膜／ＴｉＯ／ＴｉＮ／上層側Ｔｉ膜からなるバリアメタル３２ＸがウエハＷ上に形成される。バリアメタル３２Ｘが形成されたウエハＷは、ロードロックチャンバ２３Ａ，２３Ｂの何れか一方から成膜装置１の外部に搬出される。
【００３１】
ここで、バリアメタル３２Ｘの構成例について説明する。図４は、バリアメタルの構成例を示す図である。バリアメタル３２Ｘは、Ｔｉと、ＴｉＮと、ＴｉＯと、が組み合わされた構成となっている。バリアメタル３２Ｘは、例えば、下層側Ｔｉ膜と、中間膜と、上層側Ｔｉ膜と、によって構成され、中間膜がＴｉ膜、ＴｉＮ膜、ＴｉＯ膜の何れか又はその組み合わせによって構成されている。
【００３２】
図４の（ａ）、（ｂ）では、それぞれ５層構造のバリアメタル３２ａ，３２ｂを示している。また、図４の（ｃ）、（ｄ）では、それぞれ４層構造のバリアメタル３２ｃ，３２ｄを示し、図４の（ｅ）、（ｆ）では、それぞれ３層構造のバリアメタル３２ｅ，３２ｆを示している。
【００３３】
図４の（ａ）に示すように、バリアメタル３２ａは、下層側から順番に下層側Ｔｉ膜４１ａ、ＴｉＮ膜４２ａ、Ｔｉ膜４３ａ、ＴｉＯ膜４４ａ、上層側Ｔｉ膜４５ａが積層された構成となっている。
【００３４】
また、図４の（ｂ）に示すように、バリアメタル３２ｂは、下層側から順番に下層側Ｔｉ膜４１ｂ、ＴｉＯ膜４４ｂ、Ｔｉ膜４３ｂ、ＴｉＮ膜４２ｂ、上層側Ｔｉ膜４５ｂが積層されて構成されている。
【００３５】
また、図４の（ｃ）に示すように、バリアメタル３２ｃは、下層側から順番に下層側Ｔｉ膜４１ｃ、ＴｉＮ膜４２ｃ、ＴｉＯ膜４４ｃ、上層側Ｔｉ膜４５ｃが積層されて構成された構成となっている。
【００３６】
また、図４の（ｄ）に示すように、バリアメタル３２ｄは、下層側から順番に下層側Ｔｉ膜４１ｄ、ＴｉＯ膜４４ｄ、ＴｉＮ膜４２ｄ、上層側Ｔｉ膜４５ｄが積層された構成となっている。
【００３７】
また、図４の（ｅ）に示すように、バリアメタル３２ｅは、下層側から順番に下層側Ｔｉ膜４１ｅ、ＴｉＮ膜４２ｅ、上層側Ｔｉ膜４５ｅが積層された構成となっている。
【００３８】
また、図４の（ｆ）に示すように、バリアメタル３２ｆは、下層側から順番に下層側Ｔｉ膜４１ｆ、ＴｉＯ膜４４ｆ、上層側Ｔｉ膜４５ｆが積層された構成となっている。
【００３９】
バリアメタル３２ａ〜３２ｆは、それぞれ下層側から順番に膜を積層していくことにより形成されていく。バリアメタル３２ａ〜３２ｆを形成する際には、下層側Ｔｉ膜４１ａ〜４１ｆがＴｉスパッタチャンバ２Ｔ〜４Ｔの何れかで成膜される。また、上層側Ｔｉ膜４５ａ〜４５ｆがＴｉスパッタチャンバ２Ｔ〜４Ｔの何れかで成膜される。
【００４０】
バリアメタル３２ａの中間膜を形成する場合、窒化／酸化チャンバ１０でＴｉＮ膜４２ａが生成される。そして、Ｔｉスパッタチャンバ２Ｔ〜４Ｔの何れかでＴｉ膜４３ａが成膜され、その後、窒化／酸化チャンバ１０でＴｉＯ膜４４ａが生成される。
【００４１】
また、バリアメタル３２ｂの中間膜を形成する場合、窒化／酸化チャンバ１０でＴｉＯ膜４４ｂが生成される。そして、Ｔｉスパッタチャンバ２Ｔ〜４Ｔの何れかでＴｉ膜４３ｂが成膜され、その後、窒化／酸化チャンバ１０でＴｉＮ膜４２ｂが生成される。
【００４２】
また、バリアメタル３２ｃの中間膜を形成する場合、窒化／酸化チャンバ１０でＴｉＮ膜４２ｃが生成される。その後、窒化／酸化チャンバ１０でＴｉＮ膜４２ｃをＯ3で酸化することにより、ＴｉＮ膜４２ｃ上にＴｉＯ膜４４ｃが生成される。
【００４３】
また、バリアメタル３２ｄの中間膜を形成する場合、窒化／酸化チャンバ１０でＴｉＯ膜４４ｄが生成され。その後、窒化／酸化チャンバ１０でＴｉＯ膜４４ｄをＮＨ3で窒化することにより、ＴｉＯ膜４４ｄ上にＴｉＮ膜４２ｄが生成される。
が生成される。
【００４４】
また、バリアメタル３２ｅの中間膜を形成する場合、窒化／酸化チャンバ１０でＴｉＮ膜４２ｅが生成される。また、バリアメタル３２ｆの中間膜を形成する場合、窒化／酸化チャンバ１０でＴｉＯ膜４４ｆが生成される。
【００４５】
なお、図４に示したバリアメタル３２ａ〜３２ｆの構成は一例であり、バリアメタル３２Ｘは、何れの膜を何れの順番で積層してもよい。バリアメタル３２Ｘの構成は、例えば下層側の金属配線層の材質、上層側の金属配線層の材質、バリアメタル形成以降のプロセスなどに応じて決められる。
【００４６】
本実施の形態ではバリアメタル３２ＸにＴｉＮを用いているので、Ａｌ膜とＴｉ膜との間の反応やＣｕ膜とＴｉ膜との間の反応を防止することが可能となる。また、本実施の形態ではバリアメタル３２ＸにＴｉＯを用いているので、Ｃｕ膜とＴｉ膜との間の反応を防止することが可能となる。
【００４７】
Ｈｏｔ−Ａｌ膜を成膜する際に大きなスパッタ入熱がＴｉ膜（上層側Ｔｉ膜や下層側Ｔｉ膜）に加えられると、Ｔｉ膜とＡｌ膜が反応してＡｌ3Ｔｉ層が生成される。このため、上層側Ｔｉ膜とＡｌ膜が反応することによって生成されるＡｌ3Ｔｉ層と、下層側Ｔｉ膜とＡｌ膜が反応することによって生成されるＡｌ3Ｔｉ層と、の両方が生成されることとなる。そして、多くのＡｌ3Ｔｉ層が生成されると、ビアホールの埋め込み特性が悪くなる。
【００４８】
一方、本実施の形態では、上層側Ｔｉ膜と下層側Ｔｉ膜との間にＳｉＮ膜が生成されている。このため、Ｈｏｔ−Ａｌ膜を成膜する際に大きなスパッタ入熱がＴｉ膜に加えられても、下層側Ｔｉ膜とＡｌ膜との間の反応を抑制することができる。したがって、ビアホールの埋め込み特性が良くなる。
【００４９】
ここで、ＴｉＮ膜によるＴｉ膜とＡｌ膜との間の反応抑制について説明する。図５は、ＴｉＮ膜によるＴｉ膜とＡｌ膜との間の反応抑制を説明するための図である。ここでは、図４の（ｅ）で説明したバリアメタル３２ｅに大きなスパッタ入熱を加えた場合のＡｌ膜の反応について説明する。
【００５０】
バリアメタル３２ｅは、下層側Ｔｉ膜４１ｅ、ＴｉＮ膜４２ｅ、上層側Ｔｉ膜４５ｅの順番でこれらの膜が積層されて形成される。この後、上層側Ｔｉ膜４５ｅの上層にＣｏｌｄ−Ａｌ膜とＡｌ膜５１（Ｈｏｔ−Ａｌ膜）をスパッタによって積層すると、Ａｌ膜５１をスパッタする際のスパッタ入熱によって、Ａｌ膜５１と上層側Ｔｉ膜４５ｅとが反応する。これにより、Ａｌ3Ｔｉ層５０が生成される。また、Ａｌ膜５１は、ＴｉＮ膜４２ｅとは反応しないので、Ａｌ3Ｔｉ層５０はＴｉＮ膜４２ｅ上にとどまる。このため、下層側Ｔｉ膜４１ｅはＡｌ膜５１と反応することはなく、ビアホールの埋め込み特性を維持できる。
【００５１】
このように、本実施形態では、Ｔｉの窒化処理や酸化処理をＴｉスパッタチャンバ２Ｔ〜４Ｔとは別のチャンバである窒化／酸化チャンバ１０で行うので、Ｔｉスパッタチャンバ２Ｔ〜４ＴのＴｉスパッタターゲットが窒化や酸化されることを防止できる。このため、ＴｉスパッタターゲットからＴｉＮやＴｉＯが剥がれ落ちることを防止できる。したがって、Ｔｉスパッタチャンバ２Ｔ〜４Ｔ内を汚染することなく、バリアメタル３２Ｘを形成することが可能となる。
【００５２】
また、本実施の形態では、ＮＨ3を用いてウエハＷ上のＴｉ膜を窒化させているので、Ｎ2を用いてＴｉ膜を窒化させる場合よりも短時間でＴｉ膜を窒化させることが可能となる。また、ＮＨ3を用いた窒化処理を行っているので、深いトレンチ構造のホールパターンへも均一なＴｉＮ膜を生成することが可能となる。換言すると、アスペクト比が大きなホールパターンへも均一なＴｉＮ膜を埋め込むことが可能となる。
【００５３】
また、本実施の形態では、Ｏ3を用いてウエハＷ上のＴｉ膜を酸化させているので、Ｏ2を用いてＴｉ膜を酸化させる場合よりも短時間でＴｉ膜を酸化させることが可能となる。また、Ｏ3を用いた酸化処理を行っているので、深いトレンチ構造のホールパターンへも均一なＴｉＯ膜を生成することが可能となる。換言すると、アスペクト比が大きなホールパターンへも均一なＴｉＯ膜を埋め込むことが可能となる。
【００５４】
成膜装置１によるバリアメタル３２Ｘの形成は、例えばウエハプロセスのレイヤ毎に行われる。具体的には、ウエハＷに第Ｎ層目の配線を形成する処理と、成膜装置１によって第Ｎ層目の配線上にバリアメタル３２Ｘを形成する処理と、バリアメタル３２Ｘ上に第（Ｎ＋１）層目の配線を形成する処理と、が繰り返される。
【００５５】
配線層から配線パターンを形成する場合には、ウエハＷ上に配線層を成膜した後、配線層上にレジストが塗布される。そして、レジストの塗布されたウエハＷにマスクを用いて露光を行ない、その後、ウエハＷを現像してウエハＷ上にレジストパターンを形成する。そして、レジストパターンをマスクとして配線層をエッチングする。これにより、配線層を用いた配線パターンをウエハＷ上に形成する。
【００５６】
同様に、層間絶縁膜にホールパターンを形成する場合には、ウエハＷ上に層間絶縁膜を成膜した後、層間絶縁膜上にレジストが塗布される。そして、レジストの塗布されたウエハＷにマスクを用いて露光を行ない、その後、ウエハＷを現像してウエハＷ上にレジストパターンを形成する。そして、レジストパターンをマスクとして層間絶縁膜をエッチングする。これにより、層間絶縁膜にホールパターンが形成される。
【００５７】
半導体装置（半導体集積回路）を製造する際には、配線パターンの形成、配線パターン上への層間絶縁膜の成膜、層間絶縁膜へのホールパターンの形成、ホールパターンなどへのバリアメタル３２Ｘの形成、バリアメタル３２Ｘ上への配線パターンの形成、配線パターン上への層間絶縁膜の成膜などがレイヤ毎に繰り返される。
【００５８】
このように実施形態によれば、Ｔｉの窒化処理や酸化処理をＴｉスパッタチャンバ２Ｔ〜４Ｔとは別のチャンバである窒化／酸化チャンバ１０で行うので、Ｔｉスパッタチャンバ２Ｔ〜４Ｔ内を汚染することなく、ＴｉＮやＴｉＯなどのバリアメタルを形成できる。
【００５９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６０】
１…成膜装置、２Ｔ〜４Ｔ…Ｔｉスパッタチャンバ、１０…窒化／酸化チャンバ、３１…上層配線、３２Ｘ，３２ａ〜３２ｆ…バリアメタル、３３，３４…層間絶縁膜、３５…下層配線、４１ａ〜４１ｆ…下層側Ｔｉ膜、４２ａ〜４２ｅ…ＴｉＮ膜、４３ａ，４３ｂ…Ｔｉ膜、４４ａ〜４４ｄ，４４ｆ…ＴｉＯ膜、４５ａ〜４５ｆ…上層側Ｔｉ膜、５０…Ａｌ3Ｔｉ層、５１…Ａｌ膜、Ｗ…ウエハ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタ処理を行うことにより、基板上に第１のバリアメタルを成膜する第１のプロセスチャンバと、
前記第１のバリアメタルが成膜された前記基板上に第１のガスを導入することにより、前記第１のバリアメタルの上層部を前記第１のガスによって表面処理し、これにより前記第１のバリアメタル上に第２のバリアメタルを形成する第２のプロセスチャンバと、
前記第２のバリアメタルが形成された前記基板にスパッタ処理を行うことにより、前記第２のバリアメタル上に第３のバリアメタルを成膜する第３のプロセスチャンバと、
を備えることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記第３のバリアメタルが成膜された前記基板上に第２のガスを導入することにより、前記第３のバリアメタルの上層部を前記第２のガスによって表面処理し、これにより前記第３のバリアメタル上に第４のバリアメタルを生成する第４のプロセスチャンバと、
前記第４のバリアメタルが形成された前記基板にスパッタ処理を行うことにより、前記第４のバリアメタル上に第５のバリアメタルを成膜する第５のプロセスチャンバと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
下層側の配線パターンが形成された基板を第１のプロセスチャンバに搬入する第１の搬入ステップと、
前記第１のプロセスチャンバ内でスパッタ処理を行うことにより、前記下層側の配線パターン上に第１のバリアメタルとしての第１のチタン膜を成膜する第１の成膜ステップと、
前記第１のチタン膜が成膜された基板を第２のプロセスチャンバに搬入する第２の搬入ステップと、
前記第２のプロセスチャンバ内に第１のガスを導入することにより、前記第１のチタン膜の上層部を前記第１のガスによって表面処理し、これにより前記第１のバリアメタル上に第２のバリアメタルとしての第１のチタン化合物膜を生成する第２の成膜ステップと、
前記第１のチタン化合物膜が生成された基板を第３のプロセスチャンバに搬入する第３の搬入ステップと、
前記第３のプロセスチャンバ内でスパッタ処理を行うことにより、前記第１のチタン化合物膜上に第３のバリアメタルとしての第２のチタン膜を成膜する第３の成膜ステップと、
を含むことを特徴とするバリアメタル形成方法。
【請求項４】
前記第１のガスはアンモニアであり、
前記第１のチタン化合物膜は、窒化チタンであることを特徴とする請求項３に記載のバリアメタル形成方法。
【請求項５】
前記第１のガスはオゾンであり、
前記第１のチタン化合物膜は、酸化チタンであることを特徴とする請求項３に記載のバリアメタル形成方法。
【請求項６】
前記第１のガスはアンモニアおよびオゾンであり、
前記第１のチタン化合物膜は、窒化チタンおよび酸化チタンであることを特徴とする請求項３に記載のバリアメタル形成方法。
【請求項７】
前記第２のチタン膜が成膜された基板を第４のプロセスチャンバに搬入する第４の搬入ステップと、
前記第４のプロセスチャンバ内に第２のガスを導入することにより、前記第２のチタン膜の上層部を前記第２のガスによって表面処理し、これにより前記第３のバリアメタル上に第４のバリアメタルとしての第２のチタン化合物膜を生成する第４の成膜ステップと、
前記第２のチタン化合物膜が生成された基板を第５のプロセスチャンバに搬入する第５の搬入ステップと、
前記第５のプロセスチャンバ内でスパッタ処理を行うことにより、前記第２のチタン化合物膜上に第５のバリアメタルとしての第３のチタン膜を成膜する第５の成膜ステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項３〜６のいずれか１つに記載のバリアメタル形成方法。
【請求項１】
スパッタ処理を行うことにより、基板上に第１のバリアメタルを成膜する第１のプロセスチャンバと、
前記第１のバリアメタルが成膜された前記基板上に第１のガスを導入することにより、前記第１のバリアメタルの上層部を前記第１のガスによって表面処理し、これにより前記第１のバリアメタル上に第２のバリアメタルを形成する第２のプロセスチャンバと、
前記第２のバリアメタルが形成された前記基板にスパッタ処理を行うことにより、前記第２のバリアメタル上に第３のバリアメタルを成膜する第３のプロセスチャンバと、
を備えることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記第３のバリアメタルが成膜された前記基板上に第２のガスを導入することにより、前記第３のバリアメタルの上層部を前記第２のガスによって表面処理し、これにより前記第３のバリアメタル上に第４のバリアメタルを生成する第４のプロセスチャンバと、
前記第４のバリアメタルが形成された前記基板にスパッタ処理を行うことにより、前記第４のバリアメタル上に第５のバリアメタルを成膜する第５のプロセスチャンバと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
下層側の配線パターンが形成された基板を第１のプロセスチャンバに搬入する第１の搬入ステップと、
前記第１のプロセスチャンバ内でスパッタ処理を行うことにより、前記下層側の配線パターン上に第１のバリアメタルとしての第１のチタン膜を成膜する第１の成膜ステップと、
前記第１のチタン膜が成膜された基板を第２のプロセスチャンバに搬入する第２の搬入ステップと、
前記第２のプロセスチャンバ内に第１のガスを導入することにより、前記第１のチタン膜の上層部を前記第１のガスによって表面処理し、これにより前記第１のバリアメタル上に第２のバリアメタルとしての第１のチタン化合物膜を生成する第２の成膜ステップと、
前記第１のチタン化合物膜が生成された基板を第３のプロセスチャンバに搬入する第３の搬入ステップと、
前記第３のプロセスチャンバ内でスパッタ処理を行うことにより、前記第１のチタン化合物膜上に第３のバリアメタルとしての第２のチタン膜を成膜する第３の成膜ステップと、
を含むことを特徴とするバリアメタル形成方法。
【請求項４】
前記第１のガスはアンモニアであり、
前記第１のチタン化合物膜は、窒化チタンであることを特徴とする請求項３に記載のバリアメタル形成方法。
【請求項５】
前記第１のガスはオゾンであり、
前記第１のチタン化合物膜は、酸化チタンであることを特徴とする請求項３に記載のバリアメタル形成方法。
【請求項６】
前記第１のガスはアンモニアおよびオゾンであり、
前記第１のチタン化合物膜は、窒化チタンおよび酸化チタンであることを特徴とする請求項３に記載のバリアメタル形成方法。
【請求項７】
前記第２のチタン膜が成膜された基板を第４のプロセスチャンバに搬入する第４の搬入ステップと、
前記第４のプロセスチャンバ内に第２のガスを導入することにより、前記第２のチタン膜の上層部を前記第２のガスによって表面処理し、これにより前記第３のバリアメタル上に第４のバリアメタルとしての第２のチタン化合物膜を生成する第４の成膜ステップと、
前記第２のチタン化合物膜が生成された基板を第５のプロセスチャンバに搬入する第５の搬入ステップと、
前記第５のプロセスチャンバ内でスパッタ処理を行うことにより、前記第２のチタン化合物膜上に第５のバリアメタルとしての第３のチタン膜を成膜する第５の成膜ステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項３〜６のいずれか１つに記載のバリアメタル形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−５５１５１（Ｐ２０１３−５５１５１Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９１０１４（Ｐ２０１１−１９１０１４）
【出願日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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