物理的気相堆積システムにおけるアニール方法及び装置
処理チャンバに配置された材料をアニールしてケイ化物層を形成するための方法及び装置が提供される。１つの態様において、シリコン材料が配置された基板を、チャンバ内の基板支持体上に配置するステップと、少なくともシリコン材料上に金属層を形成するステップと、上記基板をその場でアニールして、金属ケイ化物層を生成するステップとを備えた基板面を処理する方法が提供される。別の態様において、この方法は、ロードロックチャンバと、該ロードロックチャンバに結合された中間基板移送領域であって、第１基板移送チャンバ及び第２基板移送チャンバで構成される中間基板移送領域と、上記第１基板移送チャンバに配置された物理的気相堆積処理チャンバと、上記第２基板移送チャンバに配置されたアニールチャンバとを備えた装置において実行される。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
発明の分野
本発明は、半導体デバイスの製造に関し、半導体基板上に材料を堆積してアニールすることに関する。
【０００２】
関連技術の説明
半導体基板における超大規模集積（ＵＬＳＩ）回路の最近の改良は、半導体デバイスの将来の世代がサブクオータミクロンの多レベル金属化を必要とするであろうことを示している。この技術の中心をなす多レベル相互接続は、高アスペクト比のアパーチャーに形成された相互接続特徴部であってコンタクト、ビア、ライン及び他の特徴部を含むような相互接続特徴部の平坦化を必要とする。これらの相互接続特徴部を確実に形成することは、ＵＬＳＩの成功にとって非常に重要であると共に、個々の基板及びダイにおいて回路密度及びクオリティを高めるための努力を継続するためにも非常に重要である。
【０００３】
ＵＬＳＩ回路は、金属酸化物半導体（ＭＯＳ）デバイス、例えば、相補的金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含む。これらトランジスタは、ソース領域とドレイン領域との間に配置された半導体ゲートを含むことができる。集積回路構造体の形成、特に、ポリシリコンゲート電極を使用するＭＯＳデバイスの形成においては、ポリシリコンゲート電極の上並びにシリコン基板のソース及びドレイン領域の上に金属ケイ化物層を設けて、ソース及びドレイン領域を金属相互接続部に電気的接続することにより、低い抵抗値を容易に得ると共にデバイスの性能を改善することが習慣となっている。
【０００４】
ＣＭＯＳ処理技術に現在使用されている１つの重要な処理技術は、チタン及びコバルトのような耐火金属の自己整合ケイ化作用(Self-Aligned Salicidation)（サリサイド(salicide)）である。例えば、コバルト（Ｃｏ）を使用するサリサイドプロセスでは、高導電率のオーバー層を形成することによりソース及びドレイン並びにポリシリコンゲート抵抗が減少されると共に、ソース及びドレインとその後に形成される金属相互接続部との有効接触面積を増加することにより接触抵抗が減少される。サリサイド処理技術とは、パターン化されたシリコン基板に堆積されたコバルトのような耐火金属は、特定の処理条件のもとで露出シリコンと選択的に反応するが、酸化シリコン材料とは反応しないという原理を利用しようとするものである。
【０００５】
例えば、通常基板表面にパターン化されたシリコンにコバルトの層がスパッタリングされ、次いで、熱アニールプロセスを受けて、ケイ化コバルト（ＣｏＳｉ２）を形成する。パターン化されたシリコンの外側又は酸化シリコンの保護層に堆積されたコバルトのような未反応コバルトは、その後、選択的にエッチング除去することができる。ケイ化コバルトの選択的反応は、基板表面に形成されたソース、ドレイン及びポリシリコンゲート領域に低抵抗率耐火金属ケイ化物をマスクレスで自己整列形成すると共に、半導体デバイスの相互接続導体を生じさせる。エッチングプロセスの後に、更に別の基板処理が行われ、例えば、ケイ化物材料のシート抵抗を更に減少するのに使用される付加的な熱アニーリングが行われる。
【０００６】
しかしながら、ケイ化コバルトプロセスを従来の製造装置に一体化することは困難である。ケイ化コバルトプロセスを実行する現在の処理システムは、堆積及びアニールプロセス段階用の個別チャンバ間で基板を移送することを必要とする。チャンバ間の移送は、基板を汚染物に露出させ、基板表面に堆積されたシリコン又はコバルトの潜在的な酸化を招く。
【０００７】
基板の表面に酸化物が形成されると、ケイ化物層の抵抗が増加すると共に、回路全体の信頼性が低下し得る。例えば、堆積したコバルト材料が酸化すると、コバルトが凝集したり、ケイ化物層が不規則に成長したりする。コバルト層の凝集や不規則な成長は、ソース及びドレイン電極が異なる厚みや表面積を有するといったデバイス不良を引き起こす。更に、基板表面においてケイ化コバルトが過剰に成長すると、デバイス間に導電性経路が形成され、短絡やデバイスの故障を招く。
【０００８】
コバルト及びシリコンの汚染を制限する１つの解決策は、チャンバ間で基板を移送する前にコバルト及びシリコン膜にチタン又は窒化チタンのキャップ膜をスパッタリングすることである。このキャップ膜は、基板をアニールした後であって基板を更に処理する前に除去される。しかしながら、窒化チタンの堆積及び除去プロセスを追加すると、ケイ化物生成に必要な処理段階の数が増加し、従って、処理効率が低下し、処理の複雑さが増大し、しかも、基板のスループットが低下する。
【０００９】
それ故、処理の複雑さを低減し且つ処理効率及びスループットを改善しながら基板にケイ化物材料を形成するための方法及び装置が要望される。
【発明の概要】
【００１０】
ここに述べる本発明の実施形態は、一般に、堆積及びアニールプロセスを使用して金属ケイ化物層を形成するための方法及び装置を提供する。１つの態様において、ロードロックチャンバと、該ロードロックチャンバに結合された中間基板移送領域であって、第１基板移送チャンバ及び第２基板移送チャンバで構成され、上記第１基板移送チャンバが上記ロードロックチャンバに結合され、上記第２基板移送チャンバが上記第１基板移送チャンバに結合されるような中間基板移送領域と、上記第１基板移送チャンバに配置された物理的気相堆積（ＰＶＤ）処理チャンバと、上記第２基板移送チャンバに配置されたアニールチャンバとを備えた基板処理システムが提供される。
【００１１】
他の態様において、シリコン材料が配置された基板を、金属ターゲットが設けられた堆積チャンバに配置された基板支持体上に配置するステップと、上記基板支持体に電流を付与して上記基板を第１温度に加熱するステップと、上記堆積チャンバに不活性ガスを導入するステップと、上記不活性ガスの環境中で金属ターゲットと上記基板支持体との間にバイアスを印加することによりプラズマを発生して、上記金属ターゲットから材料をスパッタリングするステップと、上記スパッタリングされた材料を少なくとも上記シリコン材料上に堆積するステップと、上記基板ペデスタルと上記基板との間にバックサイドガスを供給するステップと、上記第１温度より高い第２温度において上記基板をその場でアニールして、金属ケイ化物層を生成するステップとを備えた基板にケイ化物層を生成する方法が提供される。
【００１２】
別の態様において、シリコン材料が配置された基板をロードロックに導入するステップと、物理的気相堆積処理チャンバが配置された第１移送チャンバに上記基板を移送するステップであって、上記第１移送チャンバは上記ロードロックに結合され、上記堆積チャンバには金属ターゲット及び加熱ペデスタルが配置されるようなステップと、上記基板を上記物理的気相堆積チャンバに配置するステップと、上記シリコン材料上に金属層を堆積するステップと、アニールチャンバが配置された第２移送チャンバへ上記基板を移送する前に上記基板をアニールするステップであって、上記第２移送チャンバが上記第１移送チャンバに結合されるようなステップと、上記アニールチャンバにおいて上記基板をアニールして金属ケイ化物層を生成するステップとを備えた基板処理方法が提供される。
【００１３】
本発明の上記態様が達成され且つ詳細に理解できるように、上記で簡単に要約した本発明を、添付図面に示されたその実施形態を参照して詳細に説明する。
【００１４】
しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態を示すものに過ぎず、それ故、本発明の範囲を何ら限定するものではなく、本発明は、他の等しく有効な実施形態も受け入れることに注意されたい。
【好ましい実施形態の詳細な説明】
【００１５】
ここに述べる本発明の実施形態は、堆積チャンバ又は基板処理システムにおいて金属ケイ化物層を形成するための方法及び装置を提供する。物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセスを参照して以下に述べる１つの実施形態は、本発明を例示するためのもので、本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。本発明の態様は、金属ケイ化物層を形成するためにアニールが望まれる化学的気相堆積のような他のプロセスにも効果的に使用できる。
【００１６】
図１は、ここに述べる金属堆積及びアニールプロセスの少なくとも１つの実施形態を遂行するのに適した一体化された多チャンバ基板処理システムの概略上面図である。堆積及びアニールプロセスは、ＰＶＤチャンバが配置された多チャンバ処理システム又はクラスターツールにおいて実行することができる。効果的に使用できる１つの処理プラットホームは、カリフォルニア州サンタクララに所在するアプライド・マテリアルズ・インクから商業的に入手できるＥｎｄｕｒａ（登録商標）処理プラットホームである。
【００１７】
処理プラットホーム３５は、通常、２つの移送チャンバ４８、５０と、少なくとも１つの長射程の物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバ３６と、付加的な処理チャンバ３８及び４０と、アニールチャンバ４１とを含む一群のプロセスチャンバを備えている。一般に、アニールチャンバ４１及びＰＶＤチャンバ３６は、異なる真空圧力で動作される別々の移送チャンバに配置される。チャンバ３８及び４０は、オペレータが希望する他の材料を堆積するためのＰＶＤチャンバ又は化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバを含む。オペレータが希望する構成に基づき移送チャンバ４８又は５０においてアニールチャンバ４１として、真空圧力で基板をアニールすることのできる急速加熱アニール（ＲＴＡ）チャンバが使用されてもよい。
【００１８】
処理プラットホーム３５は、更に、汚染物を除去するためのアプライド・マテリアルズから入手できるプレクリーンＩＩチャンバのような１つ以上の前清掃チャンバ４２と、２つの脱ガスチャンバ４４と、２つのロードロックチャンバ４６とを備えている。処理プラットホーム３５は、通常、移送チャンバ４８、５０に各々配置された移送ロボット４９、５１と、これら移送チャンバ４８、５０を分離する２つの冷却又は予熱チャンバ５２とを備えている。処理プラットホーム３５は、マイクロプロセッサコントローラ５４をプログラミングすることにより自動化される。又、処理プラットホーム３５の第１移送チャンバ４８にＲＴＡチャンバ（図示せず）を配置して、堆積後アニールプロセスを行った後に、基板をプラットホーム３５から取り出すようにしてもよい。図示されていないが、複数の真空ポンプが各移送チャンバ及び各処理チャンバと流体連通状態に配置され、各チャンバ内の圧力を独立して調整する。これらポンプは、ロードロックチャンバから処理チャンバへと装置を横切って圧力の増加する真空勾配を確立する。
【００１９】
図２は、ここに述べる金属堆積及びアニールプロセスの少なくとも１つの実施形態を遂行するのに適した一体化された多チャンバ基板処理システムの別の実施形態の概略上面図である。この実施形態において、２つのＰＶＤ堆積チャンバが、２つの脱ガスチャンバ４４及び２つのロードロックチャンバ４６と共に第１移送チャンバ４８に配置される。ＰＶＤ堆積チャンバの１つは、真空アニールチャンバ、又はプレクリーンＩＩチャンバのような前清掃チャンバ４２で構成される。第２の移送チャンバ５０には、２つのアニールチャンバ４１が配置される。第１移送チャンバ４８の動作圧力は、一般に、第２移送チャンバ５０より低い。というのは、第１移送チャンバ４８では高真空のＰＶＤプロセスが実行され、一方、第２移送チャンバ５０では大気圧アニールプロセスのような高圧力プロセスが実行されるからである。
【００２０】
図３は、長射程の物理的気相堆積チャンバの一実施形態を示す。適当な長射程のＰＶＤチャンバの一例は、カリフォルニア州サンタクララのアプライド・マテリアルズ・インクから商業的に入手できるＡＬＰＳ ｐｌｕｓ（登録商標）及びＳＩＰ（登録商標）ＰＶＤ処理チャンバである。
【００２１】
一般に、長射程のＰＶＤチャンバ３６は、ターゲット１４２のようなスパッタリングソースと、半導体基板１５４を受け入れるための基板支持ペデスタル１５２とを収容し、このペデスタルは、図示されたようなチャンバ壁であるか又は接地シールドである接地エンクロージャー壁１５０内に配置される。
【００２２】
チャンバ３６は、誘電体アイソレータ１４６を介して接地導電性アルミニウムアダプタ１４４に支持され、Ｏリングによりシールされる。ターゲット１４２は、金属性コバルト表面層と、それより作用性の高い金属のバックプレートとの接合された複合体である。ターゲット１４２は、スパッタリング中に基板表面に堆積されるべき材料で構成される。ターゲットは、例えば、金属ケイ化物層を形成するのに使用されるコバルト、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、白金、ニッケル、鉄、ニオブ、パラジウム及びその組合せを含む材料を含む。例えば、コバルト元素、ニッケルコバルト合金、又はニッケル鉄合金で構成されたターゲットを、ターゲット１４２として使用することができる。
【００２３】
制御可能なＤＣ電源１４８は、負の電圧又はバイアスをターゲット１４２に印加し、通常、約０Ｖから約２４００Ｖをターゲット１４２に印加して、ガスをプラズマ状態に励起する。次いで、アダプタ１４４がアルミニウムのチャンバ側壁１５０にシールされ接地される。プラズマからのイオンがターゲット１４２に衝撃して、その下に配置された基板１５４へと原子及び大きな粒子をスパッタする。供給電力は電圧で表わされるが、キロワット又は電力密度（Ｗ／ｃｍ２）として表わされてもよい。チャンバに供給される電力量は、スパッタリングの量と、処理される基板のサイズとに基づいて変化させることができる。
【００２４】
ペデスタル１５２は、スパッタ被覆されるべき基板１５４を、ターゲット１４２の主面に平面対向して支持する。基板支持ペデスタル１５２は、ターゲット１４２のスパッタ面にほぼ平行に配置された平らな基板受け入れ面を有する。運転に際し、基板１５４が基板支持ペデスタル１５２に配置され、チャンバ３６にプラズマが発生される。少なくとも約９０ｍｍの長い射程距離がターゲット１４２と基板を分離する。基板支持ペデスタル１５２及びターゲット１４２は、２００ｍｍの基板の場合に約１００ｍｍから約３００ｍｍの距離だけ分離される。基板支持ペデスタル１５２及びターゲット１４２は、３００ｍｍの基板の場合に約１５０ｍｍから約４００ｍｍの距離だけ分離される。基板とターゲットとの間の分離が基板直径の５０％より大きい場合に、長射程の処理チャンバとみなす。
【００２５】
ＲＦ電源１５６は、ある用途では、基板１５４に負のＤＣ自己バイアスを誘起するためにペデスタル電極１５２に接続されるが、他の用途では、ペデスタル１５２が接地されるか又は電気的に浮動に保たれる。ＤＣ電源１４８又は別の電源を使用して、例えば、約０Ｖから約５００Ｖの負のバイアスを基板支持ペデスタル１５２に印加してもよい。ペデスタル１５２は、チャンバ下壁１６０に結合されたベロー１５８を介して垂直方向に移動可能であり、チャンバ下部のロードロックバルブ（図示せず）により基板１５４をペデスタル１５２に移送した後に、堆積位置へ持ち上げることができる。
【００２６】
処理ガスは、ガスソース１６２からマスフローコントローラ１６４を経てチャンバの下部へ供給される。下部チャンバのポンピングポート１６８を経て接続される真空ポンピングシステム１６６は、１０−６トル未満の基本的圧力にチャンバを維持することができるが、チャンバ内の処理圧力は、通常、コバルトスパッタリングの場合、０．２から２ミリトル、好ましくは、１ミリトル未満に維持される。処理ガスは、非反応性又は不活性種、例えば、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）、ヘリウム（Ｈｅ）、又はその組合せを含む。
【００２７】
ターゲット１４２の後部には、回転可能なマグネトロン１７０が配置され、これは、ベースプレート１７４に支持された複数の蹄鉄形磁石１７２を含み、ベースプレート１７４は、チャンバ１４０及び基板１５４の中心軸に一致する回転シャフト１７６に結合される。蹄鉄形磁石１７２は、通常、腎臓の形状を有する、閉じたパターンに配置される。それらは、チャンバ内においてターゲット１４２の前面にほぼ平行に且つそれに接近して磁界を発生して、電子を捕獲し、ひいては、局部的なプラズマ密度を高め、これにより、スパッタリング率を高める。磁石１７２は、ターゲット１４２をより均一にスパッタして基板１５４を被覆するために回転される。
【００２８】
本発明のチャンバ３６は、接地された下部シールド１８０を備え、この下部シールドは、図４の分解断面図に明確に示されたように、その上部フランジ１８２がアダプタ１４４の張出部１８４に支持され且つそれに電気的に接続されている。下部シールド１８０のフランジ１８２にはダークスペースシールド１８６が支持され、このダークスペースシールド１８６の上面に凹設されるスクリュー（図示せず）が、これとフランジ１８２を、それらスクリューを受け入れるタップ穴を有するアダプタ張出部１８４に固定する。この金属ねじ込み結合は、２つのシールド１８０、１８６をアダプタ１４４に接地する。両シールド１８０、１８６は、通常、硬質の非磁性ステンレススチールから形成される。ダークスペースシールド１８６は、ターゲット１４２の環状側部くぼみに密接に嵌合する上部を有し、ダークスペースシールド１８６とターゲット１４２との間には狭いギャップ１８８があり、これは、プラズマの貫通を防止するに充分なほど狭く、ひいては、セラミックアイソレータ１４６に金属層がスパッタ被覆されてターゲット１４２を電気的に短絡するのを防止するに充分なほど狭い。又、ダークスペースシールド１８６は、下方に突出したチップ１９０も含み、これは、下部シールド１８０とダークスペースシールド１８６との間の界面がスパッタ堆積した金属により接合されるのを防止する。
【００２９】
全体を示した図３に戻ると、下部シールド１８０は、第１直径のほぼ管状の上部１９４と、それより小さな第２直径のほぼ管状の下部１９６とにおいて下方に延びて、アダプタ１４４及びチャンバ本体１５０の壁にほぼ沿ってペデスタル１５２の上面より下へと延びている。又、半径方向に延びる下部１９８を含むボウル上の底部と、ペデスタル１５２のすぐ外側の上方に延びる内部１００も有している。カバーリング１０２は、ペデスタル１５２がその下方のロード位置にあるときには下部シールド１８０の上方に延びた内部１００の頂部にのせられるが、ペデスタル１５２がその上方の堆積位置にあるときにはペデスタル１５２の外周にのせられ、ペデスタル１５２がスパッタ堆積されるのを防止する。付加的な堆積リング（図示せず）を使用して、基板１５４の周囲が堆積されないようシールドしてもよい。
【００３０】
又、チャンバ３６は、より方向性をもって材料を基板にスパッタリングするようにしてもよい。１つの態様においては、この方向性スパッタリングは、ターゲット１４２と基板支持ペデスタル１５２との間にコリメータ１１０を配置して、基板１５４に対し堆積材料の均一且つ対称的なフラックスを与えることにより達成される。
【００３１】
金属性リングコリメータ１１０が下部シールドの張出部１０６にのせられ、コリメータ１１０を接地する。このリングコリメータ１１０は、図５の平面図に良く示されたように、クロス支柱１１８、１２０によりリンクされた３つの同心的管状区分１１２、１１４、１１６を備えている。外側の管状区分１１６は、下部シールド１８０の張出部１０６にのせられる。下部シールド１８０を使用してコリメータ１１０を支持することは、チャンバの設計及び保守を簡単化する。少なくとも２つの内部管状区分１１２、１１４は、スパッタされた粒子を部分的にコリメートする高アスペクト比のアパーチャーを画成するに充分な長さである。更に、コリメータ１１０の上面は、バイアスされたターゲット１４２に対向する接地平面として働き、特に、プラズマ電子を基板１５４から離しておく。
【００３２】
本発明に使用できるコリメータの別の形式は、図６の平面図に部分的に示されたハニカムコリメータ１２４であり、これは、六角形のアパーチャー１２８を分離している六角形の壁１２６が密接に詰め込み配列されたメッシュ構造を有している。ハニカムコリメータ１２４の利点は、コリメータ１２４の厚みを、必要に応じて、その中心から周囲へと通常は凸形状に変化させて、アパーチャー１２８のアスペクト比もコリメータ１２４にわたって同様に変化させられることである。コリメータは、１つ以上の凸状の側部を有してもよい。これは、スパッタのフラックス密度を基板にわたって調整し、堆積の均一性を高めることができる。ＰＶＤチャンバに使用できるコリメータは、ここに述べる本発明の態様及び特許請求の範囲と矛盾しない程度に参考としてここに援用する１９９７年７月２２日付の米国特許第５，６５０，０５２号に開示されている。
【００３３】
図７Ａ及び図７Ｂを参照すれば、基板支持ペデスタル１５２の実施形態は、電源に電気的に接続された抵抗ヒータにより加熱することもできるし、流体導体接続された流体源、即ち液体熱交換器を通る熱媒体により冷却することもできる。基板支持ペデスタル１５２の実施形態を以下に説明するが、これは、例示のためのものであり、本発明の範囲をこれに限定するものではない。
【００３４】
基板支持ペデスタル１５２の一実施形態が図７Ａに示されている。この基板支持ペデスタル１５２は、高温高真空アニールプロセスに使用するのに適している。一般に、この基板支持ペデスタル１５２は、シャフト２４５に結合されたベース２４０に配置された加熱部分２１０を備えている。
【００３５】
加熱部分２１０は、一般に、熱伝導性材料２２０及び基板支持面２７５に配置された加熱素子２５０を備えている。熱伝導性材料２２０は、加熱素子２５０と基板支持面２７５との間に効率的な熱伝達を与えるように動作温度において充分な熱コンダクタンスを有するものであれば、いかなる材料でもよい。伝導性材料の一例は、スチールである。基板支持面２７５は、誘電体材料を含んでもよく、通常、そこに配置される基板２８０に対して実質的に平らな受け入れ面を含む。
【００３６】
加熱素子２５０は、伝導性材料２２０内に埋設されたリードを有する導電性ワイヤのような抵抗加熱素子であり、伝導性材料２２０に電気を通流する電気回路を完成するように設けられる。加熱素子２５０は、例えば、熱伝導性材料２２０に配置された個別の加熱コイルを含む。電気ワイヤは、電圧ソース（図示せず）を電気抵抗性加熱コイルの端に接続して、コイルを加熱するに充分なエネルギーを供給する。コイルは、基板支持ペデスタル１５２の領域をカバーするいかなる形状のものでもよい。もし必要であれば、付加的な加熱容量を与えるために２つ以上のコイルを使用してもよい。
【００３７】
本体は、加熱部分の支持体を形成し、そこには流体チャンネル２９０が配置される。流体チャンネル２９０は、一般に、加熱部分２１０の表面に結合され、基板支持ペデスタル１５２を加熱又は冷却することができる。加熱素子２５０と、流体チャンネル２９０とを組み合せると、一般に、基板支持ペデスタル１５２の表面の温度制御が達成される。
【００３８】
流体チャンネル２９０は、遠隔位置の流体ソース（図示せず）から流体を循環するための流体入口及び出口を有する同心リング又は一連のリング或いは他の希望の構成を含むものでよい。流体チャンネル２９０は、基板支持ペデスタル１５２のシャフト２４５に形成された流体通路２９２により流体ソース２９４に接続される。
【００３９】
加熱素子２５０は、基板支持ペデスタル上の基板を約９００℃まで加熱することができ、一方、流体チャンネルは、基板を約０℃の温度に冷却することができる。加熱素子２５０と流体チャンネル２９０との組み合せは、一般に、基板支持ペデスタル１５２に使用される材料の特性と、チャンバ３６内で基板を処理するのに使用されるプロセスパラメータとに基づいて、基板２８０の温度を約１０℃と約９００℃との間で制御するのに使用される。
【００４０】
サーモカップルのような温度センサ２６０を、例えば、加熱部分２１０の付近で基板支持ペデスタル１５２に取り付け又は埋設し、従来のやり方で温度を監視することができる。例えば、測定された温度をフィードバックループに使用して、電源から抵抗ヒータに供給される電流を制御し、基板の温度を希望の温度又は希望の温度範囲内に維持又は制御することができる。制御ユニット（図示せず）を使用して、温度センサから信号を受け取り、それに応答して加熱電源又は流体ソースを制御することもできる。
【００４１】
加熱及び冷却要素の電源及び流体供給源は、一般に、チャンバ３６の外部に配置される。例えば、各抵抗性ヒータは、基板支持ペデスタル１５２のベース２４０及びシャフト２４５に形成されたユーティリティ通路（図示せず）を経て配置されたワイヤにより電圧ソースを経て連絡し、チャンバ３６の外部に位置する電源のようなユーティリティソースに接続される。流体通路２９４を含むユーティリティ通路は、基板支持ペデスタル１５２のベース２４０及びシャフト２４５に沿って軸方向に配置される。柔軟な保護シース２９５がシャフト２４５の周りに配置され、基板支持ペデスタル１５２からチャンバ壁（図示せず）へと延びて、基板支持ペデスタル１５２とチャンバの内部との間の汚染を防止する。
【００４２】
基板支持ペデスタル１５２は、更に、加熱部分２１０の基板受け入れ面２７５をバックサイドガスソース（図示せず）に流体接続するガスチャンネル（図示せず）を含む。流体チャンネル２７０は、加熱部分と基板２８０との間の熱伝達ガス又はマスキングガスのバックサイドガス通過制御通路を画成する。
【００４３】
チャンバに配置される支持ペデスタルは、堆積中に基板を支持するための静電チャックを備えている。支持ペデスタルとして使用することのできる適当な静電チャックは、カリフォルニア州サンタクララのアプライド・マテリアルズ・インクから入手できるＭＣＡ（登録商標）静電Ｅチャック又はパイロリティック・ボロン・ニトライド(Pyrolytic Boron Nitride)静電Ｅチャックを含む。
【００４４】
図７Ｂは、基板支持ペデスタル１５２の加熱部分に取り付けられるか又はそれを形成する静電チャック２１０を有する基板支持ペデスタル１５２の別の実施形態を示す。この静電チャック２１０は、電極２３０と、誘電体材料２３５が被覆された基板受け入れ面２７５とを含む。導電性ワイヤ（図示せず）が電極２３０を電圧ソース（図示せず）へ接続する。基板２８０は、誘電体材料２３５に接触配置され、直流電圧が電極２３０に印加されて、基板を把持するための静電吸引力を形成する。
【００４５】
一般に、電極２３０は、熱伝導性材料２２０において、そこに配置された加熱素子２５０と離間関係で配置される。加熱素子２５０は、一般に、熱伝導性材料２２０において電極２３０から垂直方向に離間されて平行に配置される。通常、電極は、加熱素子と基板受け入れ面２７５との間に配置されるが、他の構成を使用してもよい。又、静電チャック２１０の底部に配置された流体チャンネル２９０は、基板支持ペデスタル１５２の温度制御を達成するのに使用され、基板支持ペデスタルのベース２４０に形成された流体通路２９２により流体ソースに接続される。温度センサ２６０は、静電チャック２１０に取り付けられるか又は埋設され、温度を監視する。
【００４６】
静電チャック２１０は、更に、基板支持ペデスタル１５２に形成されたチャンネル２７０も含み、該チャンネルは、静電チャック２１０の基板受け入れ面２７５をバックサイドガスソース（図示せず）に流体接続する。流体チャンネル２７０は、静電チャック２１０と基板２８０との間の熱伝達ガス又はマスキングガスのバックサイドガス通過制御通路を画成する。
【００４７】
上述した基板支持ペデスタル１５２の実施形態は、高真空アニールチャンバを形成するのに使用される。高真空アニールチャンバは、上述した長射程チャンバ３６のようなＰＶＤチャンバ内に配置された基板支持ペデスタル１５２を含み、この場合、ブランクターゲットが配置されるか又はターゲットをもたず、且つターゲット又は基板支持ペデスタルにバイアスが接続されない。運転に際し、基板が基板支持ペデスタルに配置され、次いで、バックサイドガスが存在する状態又は存在しない状態で、基板が加熱素子２５０により希望の処理温度に加熱され、更に、基板をアニールして希望のアニール結果を得るに充分な時間処理され、次いで、チャンバから取り出される。
【００４８】
ここに述べる基板支持ペデスタル１５２の実施形態は、基板をアニールするのに使用できるが、急速熱アニール（ＲＴＡ）チャンバのような商業的に入手できるアニールチャンバを使用して、基板をアニールし、ケイ化物膜を生成してもよい。本発明は、ホットプレート設計及び加熱ランプ設計を含む種々の熱アニールチャンバ設計を利用して、電気メッキの結果を向上させることも意図する。本発明にとって有用な１つの特定の熱アニールチャンバは、カリフォルニア州サンタクララに所在するアプライド・マテリアルズ・インクから入手できるＷｘＺ（登録商標）チャンバである。本発明にとって有用な１つの特定のホットプレート熱アニールチャンバは、カリフォルニア州サンタクララに所在するアプライド・マテリアルズ・インクから入手できるＲＴＰ ＸＥｐｌｕｓ Ｃｅｎｔｕｒａ（登録商標）熱処理チャンバである。１つの特定のランプアニールチャンバは、カリフォルニア州サンタクララに所在するアプライド・マテリアルズ・インクから入手できるＲａｄｉａｎｃｅ（登録商標）熱処理チャンバである。
【００４９】
真空圧力で動作できるアニールチャンバをＰＶＤ移送チャンバ５０に配置し、真空を中断せずに堆積後アニールを行うことができる。ほぼ大気圧で動作できるアニールチャンバを第１移送チャンバ４８に配置することができる。図３に示す実施形態では、コバルトターゲットをもつＰＶＤ堆積チャンバが第１移送チャンバ４８に配置され、ほぼ大気圧で動作できるアニールチャンバ４１が第２移送チャンバ５０に配置される。
【００５０】
金属ケイ化物プロセス
金属ケイ化物層の生成に使用される堆積及びアニール段階は、例えば、堆積チャンバ又は処理システムにおいて、真空を中断せずに、その場で行うことができる。その場でとは、ここでは、真空を中断せずに同じチャンバ又は同じ処理システムにおいて２つ以上のプロセスを実行するものとして広く定義される。例えば、その場でのアニールは、金属堆積と同じ処理チャンバにおいて実行することができる。
【００５１】
別の例では、その場でのアニールは、堆積チャンバに隣接したチャンバにおいて実行され、両チャンバは、ある移送チャンバに結合され、移送チャンバの真空は、処理中に中断されない。更に別の例では、その場でのアニールは、同じ処理システムにおいて別々の処理圧力で実行され、例えば、システム３５の第１及び第２移送チャンバ４８、５０に各々配置された処理チャンバ及びアニールチャンバにおいて、システム３５の真空を中断したり基板を別の処理システムへ移送したりせずに、基板が処理される。
【００５２】
以下、コバルト膜の堆積について説明するが、本発明は、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、白金、ニッケル、鉄、ニオブ、パラジウム及びその組合せを含む他の材料を使用して、ここに述べるように金属ケイ化物材料を生成することも意図する。
【００５３】
金属堆積
一実施形態では、チャンバ３６に配置されたシリコン基板に金属層が堆積され、基板ペデスタル１５２においてアニールされ、真空を中断せずに金属ケイ化物層を生成する。金属ケイ化物層を生成するための金属は、上述したＰＶＤチャンバ３６を使用して堆積される。堆積されるべきコバルトのような材料のターゲット１４２は、チャンバ３６の上部に配置される。基板１５４がチャンバ３６に入れられ、基板支持ペデスタル１５２に配置される。基板１５４は、その上にシリコン材料が配置されて、金属ケイ化物膜が生成されるところの特徴部を画成するように一般的にパターン化される。
【００５４】
チャンバ３８には、約５ｓｃｃｍから約３０ｓｃｃｍの流量で処理ガスが導入される。チャンバの圧力は、従順なＰＶＤ金属層の堆積を促進するために約５ミリトル以下に維持される。堆積中には、約０．２ミリトルから約２ミリトルのチャンバ圧力を使用するのが好ましい。更に好ましくは、基板にコバルトをスパッタリングするには、約０．２ミリトルから約１．０ミリトルのチャンバ圧力で充分であることが観察されている。
【００５５】
約０ボルト（Ｖ）から約２４００Ｖの電力レベルをターゲット１４２に印加することによりプラズマが発生される。例えば、２００ｍｍ基板に材料をスパッタリングするには、約０Ｖから約１０００Ｖの電力レベルがターゲット１４２に印加される。基板表面へのスパッタ材料の方向性を改善するには、約０Ｖから約５００Ｖの電力レベルが基板支持ペデスタル１５２に印加される。基板は、堆積プロセス中に約１０℃と約６００℃との間の温度に維持される。
【００５６】
堆積プロセスは、例えば、アルゴンのような不活性ガスを、約５ｓｃｃｍから約３０ｓｃｃｍの流量でチャンバへ導入し、チャンバの圧力を約０．２ミリトルから約１．０ミリトルに維持し、約０ボルトから約１０００ボルトの負のバイアスをターゲット１４２に印加してガスをプラズマ状態に励起し、スパッタリングプロセス中に、基板を約１０℃から約６００℃、好ましくは、約５０℃から約３００℃、最も好ましくは、約５０℃から約１００℃の温度に維持し、更に、２００ｍｍ基板の場合、ターゲットを基板表面から約１００ｍｍから約３００ｍｍ離間させることを含む。このプロセスを使用して、コバルトが、約３００Å／分から約２０００Å／分の率でシリコン材料に堆積される。
【００５７】
一般的なその場でのアニールプロセス
コバルト及びシリコン層は、次いで、約３００℃から約９００℃の温度において約１０秒間から約６００秒間その場でアニールされて、金属ケイ化物層を生成する。このアニールプロセスは、堆積チャンバ内の不活性ガス環境のもとで、先ず、不活性ガスを約０ｓｃｃｍ（即ちバックサイドガスなし）から約１５ｓｃｃｍの流量でチャンバに導入し、チャンバの圧力を約２ミリトル以下に維持し、基板を約３００℃から約９００℃の温度に約５秒間から約６００秒間加熱して金属ケイ化物層を生成することにより行われる。
【００５８】
堆積チャンバにおけるバックサイドガスを伴う堆積及びアニールプロセス
金属が２００℃以下の基板温度で堆積され、次いで、バックサイドガス流を導入することにより約４００℃以上の温度で基板支持ペデスタル１５２において迅速にアニールされる。堆積プロセスは、例えば、アルゴンのような不活性ガスを約５ｓｃｃｍから約３０ｓｃｃｍの流量でチャンバへ導入し、チャンバの圧力を約０．２ミリトルから約１．０ミリトルに維持し、約０ボルトから約１０００ボルトの負のバイアスをターゲット１４２に印加して、ガスをプラズマ状態へと励起し、基板を約２００℃の温度に維持し、更に、２００ｍｍ基板の場合にターゲットを基板表面から約１００ｍｍから約３００ｍｍ離間させることを含む。
【００５９】
基板の温度は、バックサイドガスの不存在中で、基板を４００℃以上の温度に通常加熱する加熱レベルで基板を加熱することにより、約２００℃に維持される。この低温度制御は、真空圧力におけるペデスタルの表面と基板の裏面との間の非効率的な熱伝達により達成される。このプロセスを使用して、コバルトを約３００Å／分から約２０００Å／分の率でシリコン材料上に堆積することができる。
【００６０】
次いで、堆積チャンバにおいて、プラズマを終了し、バックサイドガスを基板支持体に付与して、堆積プロセスに使用した同じ加熱レベルで約４００℃から約６００℃の温度への基板の加熱を促進することにより、アニールプロセスを実行することができる。アニールプロセスは、約４００℃から約６００℃の温度において約５秒間から約３００秒間行われる。基板は、５００℃の堆積チャンバにおいて約６０秒間から１２０秒間アニールされるのが好ましい。
【００６１】
２つのチャンバにおける低温堆積及び２段階のその場でのアニールプロセス
別の実施形態では、金属層がチャンバ３６においてシリコン基板に物理的気相堆積され、第１温度で第１時間周期中アニールされ、システム３５において第２チャンバ、例えば、チャンバ４１へ移送され、更に、第２温度で第２時間周期中アニールされ、真空を中断せずに金属ケイ化物層を生成する。
【００６２】
金属の物理的気相堆積は、上述したように、約２００℃以下の温度、好ましくは、約０℃から約１００℃の温度で実行される。上述した２段階のその場でのアニールプロセスの第１段階は、堆積チャンバにおいて不活性ガス環境のもとで、先ず、不活性ガスを約０ｓｃｃｍから約１５ｓｃｃｍの流量でチャンバに導入し、チャンバの圧力を約０ミリトルから約２ミリトルに維持し、更に、基板を約４００℃から約６００℃の温度に約５秒間から約３００秒間加熱することにより実行される。基板は、堆積チャンバにおいて約５００℃で約６０秒間から約１２０秒間アニールされるのが好ましい。
【００６３】
次いで、基板は、堆積チャンバから取り出され、図２について上述した移送チャンバ４８のような同じ移送チャンバに配置された真空アニールチャンバへ移送される。高真空アニールチャンバは、上述したブランクターゲット及び基板支持ペデスタル１５２、又は商業用の高真空アニールペデスタル、例えば、カリフォルニア州サンタクララのアプライド・マテリアルズ・インクから商業的に入手できる高温度高均一性ＨＴＨＵ（登録商標）基板支持体を有するＰＶＤチャンバを含む。
【００６４】
次いで、約０ミリトルから約２ミリトルにチャンバ圧力を維持し、基板を約６００℃から約９００℃の温度に約５秒間から約３００秒間の時間周期中加熱して、金属ケイ化物層を生成することにより、第２のアニール段階が実行される。基板は、アニールチャンバにおいて、８００℃で約６０秒間から１２０秒間アニールされるのが好ましい。
【００６５】
２つのチャンバにおける低温堆積及び２段階のアニールプロセス
２チャンバ堆積及びアニールプロセスの別の実施形態では、金属層が、ここに述べるプロセスに基づき、堆積チャンバにおいて約２００℃以下、好ましくは、約０℃から約１００℃で堆積される。次いで、基板は、堆積チャンバにおいて、上述したアニールプロセスに基づいてアニールされる。次いで、基板は、第２のアニールプロセスのために図２の移送チャンバ５０に配置されたＲＴＡチャンバへ移送される。
【００６６】
ＲＴＡアニールチャンバにおけるアニール動作は、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）及びその組合せを約４％以下の水素（Ｈ２）と共に含むプロセスガスを、２０リッター／分より多いプロセスガス流量で導入して、酸素含有量を１００ｐｐｍ未満に制御し、ほぼ周囲圧力のチャンバ圧力を維持し、更に、基板を約６００℃から約９００℃の温度に約５秒間から約３００秒間加熱して、金属ケイ化物層を生成することにより実行される。基板は、ＲＴＡアニールチャンバにおいて８００℃で約３０秒間アニールされるのが好ましい。
【００６７】
３つのチャンバにおける低温堆積及び２段階のアニールプロセス
別の実施形態では、金属層がチャンバ３６においてシリコン基板上に堆積され、システム３５の同じ移送チャンバ４８に配置された真空アニールチャンバのような第１アニールチャンバへ移送され、第１温度で第１時間周期中アニールされ、システム３５の第２アニールチャンバ、例えば、チャンバ４１へ移送され、更に、第２温度で第２時間周期中アニールされて、真空を中断せずに金属ケイ化物層を生成する。
【００６８】
金属堆積は、堆積チャンバにおいて、上述したプロセスに基づき、約２００℃以下の基板温度、好ましくは、約０℃から約１００℃で実行される。アニールプロセスのこの実施形態の第１段階は、処理システムに配置された第１の高真空アニールチャンバにおいて、不活性ガスを０ｓｃｃｍから約１５ｓｃｃｍの流量でアニールチャンバへ導入し、チャンバの圧力を約０ミリトルから約２ミリトルに維持し、更に、基板を約４００℃から約６００℃の温度に約５秒間から約３００秒間加熱することにより、その場で実行される。
【００６９】
基板は、堆積チャンバにおいて、約５００℃で約６０秒間から約１２０秒間アニールされるのが好ましい。この第１アニール段階は、ＣｏＳｉのような耐酸素膜を生成すると考えられる。
【００７０】
基板は、処理システムの第２の高真空アニールチャンバへ移送することによりその場でアニールされる。この第２のアニール段階は、チャンバの圧力を約２ミリトル以下に維持し、更に、基板を約６００℃から約９００℃の温度に約５秒間から約３００秒間の時間周期中加熱して、金属ケイ化物層を生成することにより実行される。基板は、アニールチャンバにおいて、約８００℃で約６０秒間から約１２０秒間アニールされるのが好ましい。
【００７１】
或いは又、基板は、移送チャンバ又は処理システムの外部に配置された第２のアニールチャンバ、例えば、大気圧ＲＴＡチャンバへ移送されてもよい。ＲＴＡアニールチャンバにおけるアニール動作は、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）及びその組合せを約４％以下の水素（Ｈ２）と共に含むプロセスガスを、２０リッター／分より多いプロセスガス流量で導入して、酸素含有量を１００ｐｐｍ未満に制御し、ほぼ周囲圧力のチャンバ圧力を維持し、更に、基板を約４００℃から約９００℃の温度に約５秒間から約３００秒間加熱して、金属ケイ化物層を生成することにより実行される。基板は、ＲＴＡアニールチャンバにおいて８００℃で約３０秒間アニールされるのが好ましい。
【００７２】
高温堆積及びアニールプロセス
金属は、高い堆積温度で堆積することができる。堆積プロセスは、例えば、アルゴンのような不活性ガスを約５ｓｃｃｍから約３０ｓｃｃｍの流量でチャンバへ導入し、チャンバの圧力を約０．２ミリトルから約１．０ミリトルに維持し、約０ボルトから約１０００ボルトの負のバイアスをターゲット１４２に印加して、ガスをプラズマ状態へと励起し、バックサイドガスを付与することにより基板をほぼアニール温度、即ち約４００℃から約６００℃に維持し、更に、２００ｍｍ基板の場合に基板表面からターゲットを約１００ｍｍから約３００ｍｍ離間させることを含む。バックサイドガスの不存在中で基板を加熱することにより温度が約２００℃に維持されてもよい。このプロセスを使用して、コバルトを約３００Å／分から約２０００Å／分の率でシリコン材料上に堆積することができる。
【００７３】
次いで、プラズマを終了させ、堆積プロセスに使用された同じ加熱レベルで基板を約４００℃から６００℃の温度に加熱することにより、堆積チャンバにおいてアニールプロセスを実行することができる。このアニールプロセスは、約４００℃から約６００℃の温度で約５秒間から約３００秒間実行される。基板は、堆積チャンバにおいて、約５００℃で約６０秒間から約１２０秒間アニールされるのが好ましい。
【００７４】
次いで、第２のアニール段階が、真空を中断せずにアニールチャンバにおいて実行されるか、或いは個別の移送チャンバ又は処理システムに配置されたアニールチャンバにおいて実行される。第２のアニール段階は、基板を約６００℃から約９００℃の温度に約５秒間から約３００秒間の時間周期中加熱して、金属ケイ化物層を生成することを含む。基板は、約８００℃で約６０秒間から約１２０秒間アニールされるのが好ましい。
【００７５】
コバルト、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、白金、ニッケル、鉄、ニオブ、及びパラジウムのケイ化物、並びにその組み合せを含む金属ケイ化物材料が、図８に示すＭＯＳデバイスの形成に使用される。図示されたＭＯＳ構造では、Ｎ＋ソース及びドレイン領域４０２及び４０４がＰ型シリコン基板４００においてフィールド酸化物部分４０６の付近に形成される。ゲート酸化物層４０８及びポリシリコンゲート電極４１０が、ソース領域４０２とドレイン領域４０４との間でシリコン基板４００上に形成され、ポリシリコンゲート電極４１０の側壁には酸化物スペーサ４１２が形成される。
【００７６】
ＭＯＳ構造体の上、より詳細には、ソース及びドレイン領域４０２及び４０４の露出したシリコン表面、並びにポリシリコンゲート電極４１０の露出した上面に、ここに述べるプロセスによりコバルト層が堆積される。コバルト材料は、４０２及び４０４におけるその下のシリコンとのその後の反応に充分な量のコバルトを与えるために約１０００Å以下の厚みに堆積される。コバルトは、シリコン材料上に約５０Åから約５００Åの厚みに堆積される。次いで、コバルト層がここに述べるようにその場でアニールされ、ケイ化コバルトを生成する。
【００７７】
未反応コバルトが基板表面から除去されて、ケイ化コバルトが、ポリシリコンゲート電極４１０の上並びにシリコン基板４００のソース及びドレイン領域４０２及び４０４の上に各々形成された均一厚みのケイ化コバルト（ＣｏＳｉ２）部分４１４、４１６及び４１８として残る。このようにして形成された構造体上に誘電体材料を堆積して、デバイスにコンタクト画成部４２０を形成するようにエッチングしてもよい。
【００７８】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の基本的な範囲から逸脱せずに本発明の他の実施形態及び更に別の実施形態が案出できるであろうから、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって限定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】半導体基板に従順なＰＶＤ層を堆積するのに適すると共に、その堆積された層をアニールするのに適した一体化された多チャンバ装置の一実施形態を示す概略上面図である。
【図２】半導体基板に従順なＰＶＤ層を堆積するのに適すると共に、その堆積された層をアニールするのに適した一体化された多チャンバ装置の別の実施形態を示す概略上面図である。
【図３】本発明に包含されるスパッタリングチャンバの一実施形態を示す断面図である。
【図４】ターゲット付近のシールドの上部エリアを含む図３の拡大図である。
【図５】リングコリメータの一実施形態を示す平面図である。
【図６】ハニカムコリメータの一実施形態を示す部分平面図である。
【図７Ａ】基板をアニールするためのペデスタルの一実施形態を示す断面図である。
【図７Ｂ】基板をアニールするためのペデスタルの別の実施形態を示す断面図である。
【図８】トランジスタとのコンタクトとして使用されるケイ化物材料の簡単な断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
３５…処理プラットホーム、３６…物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバ、３８、４０…付加的な処理チャンバ、４１…アニールチャンバ、４２…前清掃チャンバ、４４…脱ガスチャンバ、４６…ロードロックチャンバ、４８、５０…移送チャンバ、４９、５１…移送ロボット、５４…マイクロプロセッサコントローラ、１１０…リングコリメータ、１１１、１１４、１１６…同心的管状区分、１２４…ハニカムコリメータ、１４２…ターゲット、１４４…アダプタ、１４６…誘電体アイソレータ、１４８…ＤＣ電源、１５２…基板支持ペデスタル、１５４…半導体基板、１５６…ＲＦ電源、１５８…ベロー、１６２…ガスソース、１６４…マスフローコントローラ、１７０…回転可能なマグネトロン、１７２…蹄鉄形磁石、１７４…ベースプレート、１７６…回転シャフト、１８０…下部シールド、１８２…上部フランジ、１８４…張出部、１８６…ダークスペースシールド、１８８…ギャップ、１９０…下方に突出したチップ、１９４、１９６…管状部分、２１０…加熱部分、２２０…熱伝導性材料、２３０…電極、２４０…ベース、２４５…シャフト、２５０…加熱素子、２６０…温度センサ、２７５…基板支持面、２９０…流体チャンネル、２９４…流体ソース。
【発明の背景】
【０００１】
発明の分野
本発明は、半導体デバイスの製造に関し、半導体基板上に材料を堆積してアニールすることに関する。
【０００２】
関連技術の説明
半導体基板における超大規模集積（ＵＬＳＩ）回路の最近の改良は、半導体デバイスの将来の世代がサブクオータミクロンの多レベル金属化を必要とするであろうことを示している。この技術の中心をなす多レベル相互接続は、高アスペクト比のアパーチャーに形成された相互接続特徴部であってコンタクト、ビア、ライン及び他の特徴部を含むような相互接続特徴部の平坦化を必要とする。これらの相互接続特徴部を確実に形成することは、ＵＬＳＩの成功にとって非常に重要であると共に、個々の基板及びダイにおいて回路密度及びクオリティを高めるための努力を継続するためにも非常に重要である。
【０００３】
ＵＬＳＩ回路は、金属酸化物半導体（ＭＯＳ）デバイス、例えば、相補的金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含む。これらトランジスタは、ソース領域とドレイン領域との間に配置された半導体ゲートを含むことができる。集積回路構造体の形成、特に、ポリシリコンゲート電極を使用するＭＯＳデバイスの形成においては、ポリシリコンゲート電極の上並びにシリコン基板のソース及びドレイン領域の上に金属ケイ化物層を設けて、ソース及びドレイン領域を金属相互接続部に電気的接続することにより、低い抵抗値を容易に得ると共にデバイスの性能を改善することが習慣となっている。
【０００４】
ＣＭＯＳ処理技術に現在使用されている１つの重要な処理技術は、チタン及びコバルトのような耐火金属の自己整合ケイ化作用(Self-Aligned Salicidation)（サリサイド(salicide)）である。例えば、コバルト（Ｃｏ）を使用するサリサイドプロセスでは、高導電率のオーバー層を形成することによりソース及びドレイン並びにポリシリコンゲート抵抗が減少されると共に、ソース及びドレインとその後に形成される金属相互接続部との有効接触面積を増加することにより接触抵抗が減少される。サリサイド処理技術とは、パターン化されたシリコン基板に堆積されたコバルトのような耐火金属は、特定の処理条件のもとで露出シリコンと選択的に反応するが、酸化シリコン材料とは反応しないという原理を利用しようとするものである。
【０００５】
例えば、通常基板表面にパターン化されたシリコンにコバルトの層がスパッタリングされ、次いで、熱アニールプロセスを受けて、ケイ化コバルト（ＣｏＳｉ２）を形成する。パターン化されたシリコンの外側又は酸化シリコンの保護層に堆積されたコバルトのような未反応コバルトは、その後、選択的にエッチング除去することができる。ケイ化コバルトの選択的反応は、基板表面に形成されたソース、ドレイン及びポリシリコンゲート領域に低抵抗率耐火金属ケイ化物をマスクレスで自己整列形成すると共に、半導体デバイスの相互接続導体を生じさせる。エッチングプロセスの後に、更に別の基板処理が行われ、例えば、ケイ化物材料のシート抵抗を更に減少するのに使用される付加的な熱アニーリングが行われる。
【０００６】
しかしながら、ケイ化コバルトプロセスを従来の製造装置に一体化することは困難である。ケイ化コバルトプロセスを実行する現在の処理システムは、堆積及びアニールプロセス段階用の個別チャンバ間で基板を移送することを必要とする。チャンバ間の移送は、基板を汚染物に露出させ、基板表面に堆積されたシリコン又はコバルトの潜在的な酸化を招く。
【０００７】
基板の表面に酸化物が形成されると、ケイ化物層の抵抗が増加すると共に、回路全体の信頼性が低下し得る。例えば、堆積したコバルト材料が酸化すると、コバルトが凝集したり、ケイ化物層が不規則に成長したりする。コバルト層の凝集や不規則な成長は、ソース及びドレイン電極が異なる厚みや表面積を有するといったデバイス不良を引き起こす。更に、基板表面においてケイ化コバルトが過剰に成長すると、デバイス間に導電性経路が形成され、短絡やデバイスの故障を招く。
【０００８】
コバルト及びシリコンの汚染を制限する１つの解決策は、チャンバ間で基板を移送する前にコバルト及びシリコン膜にチタン又は窒化チタンのキャップ膜をスパッタリングすることである。このキャップ膜は、基板をアニールした後であって基板を更に処理する前に除去される。しかしながら、窒化チタンの堆積及び除去プロセスを追加すると、ケイ化物生成に必要な処理段階の数が増加し、従って、処理効率が低下し、処理の複雑さが増大し、しかも、基板のスループットが低下する。
【０００９】
それ故、処理の複雑さを低減し且つ処理効率及びスループットを改善しながら基板にケイ化物材料を形成するための方法及び装置が要望される。
【発明の概要】
【００１０】
ここに述べる本発明の実施形態は、一般に、堆積及びアニールプロセスを使用して金属ケイ化物層を形成するための方法及び装置を提供する。１つの態様において、ロードロックチャンバと、該ロードロックチャンバに結合された中間基板移送領域であって、第１基板移送チャンバ及び第２基板移送チャンバで構成され、上記第１基板移送チャンバが上記ロードロックチャンバに結合され、上記第２基板移送チャンバが上記第１基板移送チャンバに結合されるような中間基板移送領域と、上記第１基板移送チャンバに配置された物理的気相堆積（ＰＶＤ）処理チャンバと、上記第２基板移送チャンバに配置されたアニールチャンバとを備えた基板処理システムが提供される。
【００１１】
他の態様において、シリコン材料が配置された基板を、金属ターゲットが設けられた堆積チャンバに配置された基板支持体上に配置するステップと、上記基板支持体に電流を付与して上記基板を第１温度に加熱するステップと、上記堆積チャンバに不活性ガスを導入するステップと、上記不活性ガスの環境中で金属ターゲットと上記基板支持体との間にバイアスを印加することによりプラズマを発生して、上記金属ターゲットから材料をスパッタリングするステップと、上記スパッタリングされた材料を少なくとも上記シリコン材料上に堆積するステップと、上記基板ペデスタルと上記基板との間にバックサイドガスを供給するステップと、上記第１温度より高い第２温度において上記基板をその場でアニールして、金属ケイ化物層を生成するステップとを備えた基板にケイ化物層を生成する方法が提供される。
【００１２】
別の態様において、シリコン材料が配置された基板をロードロックに導入するステップと、物理的気相堆積処理チャンバが配置された第１移送チャンバに上記基板を移送するステップであって、上記第１移送チャンバは上記ロードロックに結合され、上記堆積チャンバには金属ターゲット及び加熱ペデスタルが配置されるようなステップと、上記基板を上記物理的気相堆積チャンバに配置するステップと、上記シリコン材料上に金属層を堆積するステップと、アニールチャンバが配置された第２移送チャンバへ上記基板を移送する前に上記基板をアニールするステップであって、上記第２移送チャンバが上記第１移送チャンバに結合されるようなステップと、上記アニールチャンバにおいて上記基板をアニールして金属ケイ化物層を生成するステップとを備えた基板処理方法が提供される。
【００１３】
本発明の上記態様が達成され且つ詳細に理解できるように、上記で簡単に要約した本発明を、添付図面に示されたその実施形態を参照して詳細に説明する。
【００１４】
しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態を示すものに過ぎず、それ故、本発明の範囲を何ら限定するものではなく、本発明は、他の等しく有効な実施形態も受け入れることに注意されたい。
【好ましい実施形態の詳細な説明】
【００１５】
ここに述べる本発明の実施形態は、堆積チャンバ又は基板処理システムにおいて金属ケイ化物層を形成するための方法及び装置を提供する。物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセスを参照して以下に述べる１つの実施形態は、本発明を例示するためのもので、本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。本発明の態様は、金属ケイ化物層を形成するためにアニールが望まれる化学的気相堆積のような他のプロセスにも効果的に使用できる。
【００１６】
図１は、ここに述べる金属堆積及びアニールプロセスの少なくとも１つの実施形態を遂行するのに適した一体化された多チャンバ基板処理システムの概略上面図である。堆積及びアニールプロセスは、ＰＶＤチャンバが配置された多チャンバ処理システム又はクラスターツールにおいて実行することができる。効果的に使用できる１つの処理プラットホームは、カリフォルニア州サンタクララに所在するアプライド・マテリアルズ・インクから商業的に入手できるＥｎｄｕｒａ（登録商標）処理プラットホームである。
【００１７】
処理プラットホーム３５は、通常、２つの移送チャンバ４８、５０と、少なくとも１つの長射程の物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバ３６と、付加的な処理チャンバ３８及び４０と、アニールチャンバ４１とを含む一群のプロセスチャンバを備えている。一般に、アニールチャンバ４１及びＰＶＤチャンバ３６は、異なる真空圧力で動作される別々の移送チャンバに配置される。チャンバ３８及び４０は、オペレータが希望する他の材料を堆積するためのＰＶＤチャンバ又は化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバを含む。オペレータが希望する構成に基づき移送チャンバ４８又は５０においてアニールチャンバ４１として、真空圧力で基板をアニールすることのできる急速加熱アニール（ＲＴＡ）チャンバが使用されてもよい。
【００１８】
処理プラットホーム３５は、更に、汚染物を除去するためのアプライド・マテリアルズから入手できるプレクリーンＩＩチャンバのような１つ以上の前清掃チャンバ４２と、２つの脱ガスチャンバ４４と、２つのロードロックチャンバ４６とを備えている。処理プラットホーム３５は、通常、移送チャンバ４８、５０に各々配置された移送ロボット４９、５１と、これら移送チャンバ４８、５０を分離する２つの冷却又は予熱チャンバ５２とを備えている。処理プラットホーム３５は、マイクロプロセッサコントローラ５４をプログラミングすることにより自動化される。又、処理プラットホーム３５の第１移送チャンバ４８にＲＴＡチャンバ（図示せず）を配置して、堆積後アニールプロセスを行った後に、基板をプラットホーム３５から取り出すようにしてもよい。図示されていないが、複数の真空ポンプが各移送チャンバ及び各処理チャンバと流体連通状態に配置され、各チャンバ内の圧力を独立して調整する。これらポンプは、ロードロックチャンバから処理チャンバへと装置を横切って圧力の増加する真空勾配を確立する。
【００１９】
図２は、ここに述べる金属堆積及びアニールプロセスの少なくとも１つの実施形態を遂行するのに適した一体化された多チャンバ基板処理システムの別の実施形態の概略上面図である。この実施形態において、２つのＰＶＤ堆積チャンバが、２つの脱ガスチャンバ４４及び２つのロードロックチャンバ４６と共に第１移送チャンバ４８に配置される。ＰＶＤ堆積チャンバの１つは、真空アニールチャンバ、又はプレクリーンＩＩチャンバのような前清掃チャンバ４２で構成される。第２の移送チャンバ５０には、２つのアニールチャンバ４１が配置される。第１移送チャンバ４８の動作圧力は、一般に、第２移送チャンバ５０より低い。というのは、第１移送チャンバ４８では高真空のＰＶＤプロセスが実行され、一方、第２移送チャンバ５０では大気圧アニールプロセスのような高圧力プロセスが実行されるからである。
【００２０】
図３は、長射程の物理的気相堆積チャンバの一実施形態を示す。適当な長射程のＰＶＤチャンバの一例は、カリフォルニア州サンタクララのアプライド・マテリアルズ・インクから商業的に入手できるＡＬＰＳ ｐｌｕｓ（登録商標）及びＳＩＰ（登録商標）ＰＶＤ処理チャンバである。
【００２１】
一般に、長射程のＰＶＤチャンバ３６は、ターゲット１４２のようなスパッタリングソースと、半導体基板１５４を受け入れるための基板支持ペデスタル１５２とを収容し、このペデスタルは、図示されたようなチャンバ壁であるか又は接地シールドである接地エンクロージャー壁１５０内に配置される。
【００２２】
チャンバ３６は、誘電体アイソレータ１４６を介して接地導電性アルミニウムアダプタ１４４に支持され、Ｏリングによりシールされる。ターゲット１４２は、金属性コバルト表面層と、それより作用性の高い金属のバックプレートとの接合された複合体である。ターゲット１４２は、スパッタリング中に基板表面に堆積されるべき材料で構成される。ターゲットは、例えば、金属ケイ化物層を形成するのに使用されるコバルト、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、白金、ニッケル、鉄、ニオブ、パラジウム及びその組合せを含む材料を含む。例えば、コバルト元素、ニッケルコバルト合金、又はニッケル鉄合金で構成されたターゲットを、ターゲット１４２として使用することができる。
【００２３】
制御可能なＤＣ電源１４８は、負の電圧又はバイアスをターゲット１４２に印加し、通常、約０Ｖから約２４００Ｖをターゲット１４２に印加して、ガスをプラズマ状態に励起する。次いで、アダプタ１４４がアルミニウムのチャンバ側壁１５０にシールされ接地される。プラズマからのイオンがターゲット１４２に衝撃して、その下に配置された基板１５４へと原子及び大きな粒子をスパッタする。供給電力は電圧で表わされるが、キロワット又は電力密度（Ｗ／ｃｍ２）として表わされてもよい。チャンバに供給される電力量は、スパッタリングの量と、処理される基板のサイズとに基づいて変化させることができる。
【００２４】
ペデスタル１５２は、スパッタ被覆されるべき基板１５４を、ターゲット１４２の主面に平面対向して支持する。基板支持ペデスタル１５２は、ターゲット１４２のスパッタ面にほぼ平行に配置された平らな基板受け入れ面を有する。運転に際し、基板１５４が基板支持ペデスタル１５２に配置され、チャンバ３６にプラズマが発生される。少なくとも約９０ｍｍの長い射程距離がターゲット１４２と基板を分離する。基板支持ペデスタル１５２及びターゲット１４２は、２００ｍｍの基板の場合に約１００ｍｍから約３００ｍｍの距離だけ分離される。基板支持ペデスタル１５２及びターゲット１４２は、３００ｍｍの基板の場合に約１５０ｍｍから約４００ｍｍの距離だけ分離される。基板とターゲットとの間の分離が基板直径の５０％より大きい場合に、長射程の処理チャンバとみなす。
【００２５】
ＲＦ電源１５６は、ある用途では、基板１５４に負のＤＣ自己バイアスを誘起するためにペデスタル電極１５２に接続されるが、他の用途では、ペデスタル１５２が接地されるか又は電気的に浮動に保たれる。ＤＣ電源１４８又は別の電源を使用して、例えば、約０Ｖから約５００Ｖの負のバイアスを基板支持ペデスタル１５２に印加してもよい。ペデスタル１５２は、チャンバ下壁１６０に結合されたベロー１５８を介して垂直方向に移動可能であり、チャンバ下部のロードロックバルブ（図示せず）により基板１５４をペデスタル１５２に移送した後に、堆積位置へ持ち上げることができる。
【００２６】
処理ガスは、ガスソース１６２からマスフローコントローラ１６４を経てチャンバの下部へ供給される。下部チャンバのポンピングポート１６８を経て接続される真空ポンピングシステム１６６は、１０−６トル未満の基本的圧力にチャンバを維持することができるが、チャンバ内の処理圧力は、通常、コバルトスパッタリングの場合、０．２から２ミリトル、好ましくは、１ミリトル未満に維持される。処理ガスは、非反応性又は不活性種、例えば、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）、ヘリウム（Ｈｅ）、又はその組合せを含む。
【００２７】
ターゲット１４２の後部には、回転可能なマグネトロン１７０が配置され、これは、ベースプレート１７４に支持された複数の蹄鉄形磁石１７２を含み、ベースプレート１７４は、チャンバ１４０及び基板１５４の中心軸に一致する回転シャフト１７６に結合される。蹄鉄形磁石１７２は、通常、腎臓の形状を有する、閉じたパターンに配置される。それらは、チャンバ内においてターゲット１４２の前面にほぼ平行に且つそれに接近して磁界を発生して、電子を捕獲し、ひいては、局部的なプラズマ密度を高め、これにより、スパッタリング率を高める。磁石１７２は、ターゲット１４２をより均一にスパッタして基板１５４を被覆するために回転される。
【００２８】
本発明のチャンバ３６は、接地された下部シールド１８０を備え、この下部シールドは、図４の分解断面図に明確に示されたように、その上部フランジ１８２がアダプタ１４４の張出部１８４に支持され且つそれに電気的に接続されている。下部シールド１８０のフランジ１８２にはダークスペースシールド１８６が支持され、このダークスペースシールド１８６の上面に凹設されるスクリュー（図示せず）が、これとフランジ１８２を、それらスクリューを受け入れるタップ穴を有するアダプタ張出部１８４に固定する。この金属ねじ込み結合は、２つのシールド１８０、１８６をアダプタ１４４に接地する。両シールド１８０、１８６は、通常、硬質の非磁性ステンレススチールから形成される。ダークスペースシールド１８６は、ターゲット１４２の環状側部くぼみに密接に嵌合する上部を有し、ダークスペースシールド１８６とターゲット１４２との間には狭いギャップ１８８があり、これは、プラズマの貫通を防止するに充分なほど狭く、ひいては、セラミックアイソレータ１４６に金属層がスパッタ被覆されてターゲット１４２を電気的に短絡するのを防止するに充分なほど狭い。又、ダークスペースシールド１８６は、下方に突出したチップ１９０も含み、これは、下部シールド１８０とダークスペースシールド１８６との間の界面がスパッタ堆積した金属により接合されるのを防止する。
【００２９】
全体を示した図３に戻ると、下部シールド１８０は、第１直径のほぼ管状の上部１９４と、それより小さな第２直径のほぼ管状の下部１９６とにおいて下方に延びて、アダプタ１４４及びチャンバ本体１５０の壁にほぼ沿ってペデスタル１５２の上面より下へと延びている。又、半径方向に延びる下部１９８を含むボウル上の底部と、ペデスタル１５２のすぐ外側の上方に延びる内部１００も有している。カバーリング１０２は、ペデスタル１５２がその下方のロード位置にあるときには下部シールド１８０の上方に延びた内部１００の頂部にのせられるが、ペデスタル１５２がその上方の堆積位置にあるときにはペデスタル１５２の外周にのせられ、ペデスタル１５２がスパッタ堆積されるのを防止する。付加的な堆積リング（図示せず）を使用して、基板１５４の周囲が堆積されないようシールドしてもよい。
【００３０】
又、チャンバ３６は、より方向性をもって材料を基板にスパッタリングするようにしてもよい。１つの態様においては、この方向性スパッタリングは、ターゲット１４２と基板支持ペデスタル１５２との間にコリメータ１１０を配置して、基板１５４に対し堆積材料の均一且つ対称的なフラックスを与えることにより達成される。
【００３１】
金属性リングコリメータ１１０が下部シールドの張出部１０６にのせられ、コリメータ１１０を接地する。このリングコリメータ１１０は、図５の平面図に良く示されたように、クロス支柱１１８、１２０によりリンクされた３つの同心的管状区分１１２、１１４、１１６を備えている。外側の管状区分１１６は、下部シールド１８０の張出部１０６にのせられる。下部シールド１８０を使用してコリメータ１１０を支持することは、チャンバの設計及び保守を簡単化する。少なくとも２つの内部管状区分１１２、１１４は、スパッタされた粒子を部分的にコリメートする高アスペクト比のアパーチャーを画成するに充分な長さである。更に、コリメータ１１０の上面は、バイアスされたターゲット１４２に対向する接地平面として働き、特に、プラズマ電子を基板１５４から離しておく。
【００３２】
本発明に使用できるコリメータの別の形式は、図６の平面図に部分的に示されたハニカムコリメータ１２４であり、これは、六角形のアパーチャー１２８を分離している六角形の壁１２６が密接に詰め込み配列されたメッシュ構造を有している。ハニカムコリメータ１２４の利点は、コリメータ１２４の厚みを、必要に応じて、その中心から周囲へと通常は凸形状に変化させて、アパーチャー１２８のアスペクト比もコリメータ１２４にわたって同様に変化させられることである。コリメータは、１つ以上の凸状の側部を有してもよい。これは、スパッタのフラックス密度を基板にわたって調整し、堆積の均一性を高めることができる。ＰＶＤチャンバに使用できるコリメータは、ここに述べる本発明の態様及び特許請求の範囲と矛盾しない程度に参考としてここに援用する１９９７年７月２２日付の米国特許第５，６５０，０５２号に開示されている。
【００３３】
図７Ａ及び図７Ｂを参照すれば、基板支持ペデスタル１５２の実施形態は、電源に電気的に接続された抵抗ヒータにより加熱することもできるし、流体導体接続された流体源、即ち液体熱交換器を通る熱媒体により冷却することもできる。基板支持ペデスタル１５２の実施形態を以下に説明するが、これは、例示のためのものであり、本発明の範囲をこれに限定するものではない。
【００３４】
基板支持ペデスタル１５２の一実施形態が図７Ａに示されている。この基板支持ペデスタル１５２は、高温高真空アニールプロセスに使用するのに適している。一般に、この基板支持ペデスタル１５２は、シャフト２４５に結合されたベース２４０に配置された加熱部分２１０を備えている。
【００３５】
加熱部分２１０は、一般に、熱伝導性材料２２０及び基板支持面２７５に配置された加熱素子２５０を備えている。熱伝導性材料２２０は、加熱素子２５０と基板支持面２７５との間に効率的な熱伝達を与えるように動作温度において充分な熱コンダクタンスを有するものであれば、いかなる材料でもよい。伝導性材料の一例は、スチールである。基板支持面２７５は、誘電体材料を含んでもよく、通常、そこに配置される基板２８０に対して実質的に平らな受け入れ面を含む。
【００３６】
加熱素子２５０は、伝導性材料２２０内に埋設されたリードを有する導電性ワイヤのような抵抗加熱素子であり、伝導性材料２２０に電気を通流する電気回路を完成するように設けられる。加熱素子２５０は、例えば、熱伝導性材料２２０に配置された個別の加熱コイルを含む。電気ワイヤは、電圧ソース（図示せず）を電気抵抗性加熱コイルの端に接続して、コイルを加熱するに充分なエネルギーを供給する。コイルは、基板支持ペデスタル１５２の領域をカバーするいかなる形状のものでもよい。もし必要であれば、付加的な加熱容量を与えるために２つ以上のコイルを使用してもよい。
【００３７】
本体は、加熱部分の支持体を形成し、そこには流体チャンネル２９０が配置される。流体チャンネル２９０は、一般に、加熱部分２１０の表面に結合され、基板支持ペデスタル１５２を加熱又は冷却することができる。加熱素子２５０と、流体チャンネル２９０とを組み合せると、一般に、基板支持ペデスタル１５２の表面の温度制御が達成される。
【００３８】
流体チャンネル２９０は、遠隔位置の流体ソース（図示せず）から流体を循環するための流体入口及び出口を有する同心リング又は一連のリング或いは他の希望の構成を含むものでよい。流体チャンネル２９０は、基板支持ペデスタル１５２のシャフト２４５に形成された流体通路２９２により流体ソース２９４に接続される。
【００３９】
加熱素子２５０は、基板支持ペデスタル上の基板を約９００℃まで加熱することができ、一方、流体チャンネルは、基板を約０℃の温度に冷却することができる。加熱素子２５０と流体チャンネル２９０との組み合せは、一般に、基板支持ペデスタル１５２に使用される材料の特性と、チャンバ３６内で基板を処理するのに使用されるプロセスパラメータとに基づいて、基板２８０の温度を約１０℃と約９００℃との間で制御するのに使用される。
【００４０】
サーモカップルのような温度センサ２６０を、例えば、加熱部分２１０の付近で基板支持ペデスタル１５２に取り付け又は埋設し、従来のやり方で温度を監視することができる。例えば、測定された温度をフィードバックループに使用して、電源から抵抗ヒータに供給される電流を制御し、基板の温度を希望の温度又は希望の温度範囲内に維持又は制御することができる。制御ユニット（図示せず）を使用して、温度センサから信号を受け取り、それに応答して加熱電源又は流体ソースを制御することもできる。
【００４１】
加熱及び冷却要素の電源及び流体供給源は、一般に、チャンバ３６の外部に配置される。例えば、各抵抗性ヒータは、基板支持ペデスタル１５２のベース２４０及びシャフト２４５に形成されたユーティリティ通路（図示せず）を経て配置されたワイヤにより電圧ソースを経て連絡し、チャンバ３６の外部に位置する電源のようなユーティリティソースに接続される。流体通路２９４を含むユーティリティ通路は、基板支持ペデスタル１５２のベース２４０及びシャフト２４５に沿って軸方向に配置される。柔軟な保護シース２９５がシャフト２４５の周りに配置され、基板支持ペデスタル１５２からチャンバ壁（図示せず）へと延びて、基板支持ペデスタル１５２とチャンバの内部との間の汚染を防止する。
【００４２】
基板支持ペデスタル１５２は、更に、加熱部分２１０の基板受け入れ面２７５をバックサイドガスソース（図示せず）に流体接続するガスチャンネル（図示せず）を含む。流体チャンネル２７０は、加熱部分と基板２８０との間の熱伝達ガス又はマスキングガスのバックサイドガス通過制御通路を画成する。
【００４３】
チャンバに配置される支持ペデスタルは、堆積中に基板を支持するための静電チャックを備えている。支持ペデスタルとして使用することのできる適当な静電チャックは、カリフォルニア州サンタクララのアプライド・マテリアルズ・インクから入手できるＭＣＡ（登録商標）静電Ｅチャック又はパイロリティック・ボロン・ニトライド(Pyrolytic Boron Nitride)静電Ｅチャックを含む。
【００４４】
図７Ｂは、基板支持ペデスタル１５２の加熱部分に取り付けられるか又はそれを形成する静電チャック２１０を有する基板支持ペデスタル１５２の別の実施形態を示す。この静電チャック２１０は、電極２３０と、誘電体材料２３５が被覆された基板受け入れ面２７５とを含む。導電性ワイヤ（図示せず）が電極２３０を電圧ソース（図示せず）へ接続する。基板２８０は、誘電体材料２３５に接触配置され、直流電圧が電極２３０に印加されて、基板を把持するための静電吸引力を形成する。
【００４５】
一般に、電極２３０は、熱伝導性材料２２０において、そこに配置された加熱素子２５０と離間関係で配置される。加熱素子２５０は、一般に、熱伝導性材料２２０において電極２３０から垂直方向に離間されて平行に配置される。通常、電極は、加熱素子と基板受け入れ面２７５との間に配置されるが、他の構成を使用してもよい。又、静電チャック２１０の底部に配置された流体チャンネル２９０は、基板支持ペデスタル１５２の温度制御を達成するのに使用され、基板支持ペデスタルのベース２４０に形成された流体通路２９２により流体ソースに接続される。温度センサ２６０は、静電チャック２１０に取り付けられるか又は埋設され、温度を監視する。
【００４６】
静電チャック２１０は、更に、基板支持ペデスタル１５２に形成されたチャンネル２７０も含み、該チャンネルは、静電チャック２１０の基板受け入れ面２７５をバックサイドガスソース（図示せず）に流体接続する。流体チャンネル２７０は、静電チャック２１０と基板２８０との間の熱伝達ガス又はマスキングガスのバックサイドガス通過制御通路を画成する。
【００４７】
上述した基板支持ペデスタル１５２の実施形態は、高真空アニールチャンバを形成するのに使用される。高真空アニールチャンバは、上述した長射程チャンバ３６のようなＰＶＤチャンバ内に配置された基板支持ペデスタル１５２を含み、この場合、ブランクターゲットが配置されるか又はターゲットをもたず、且つターゲット又は基板支持ペデスタルにバイアスが接続されない。運転に際し、基板が基板支持ペデスタルに配置され、次いで、バックサイドガスが存在する状態又は存在しない状態で、基板が加熱素子２５０により希望の処理温度に加熱され、更に、基板をアニールして希望のアニール結果を得るに充分な時間処理され、次いで、チャンバから取り出される。
【００４８】
ここに述べる基板支持ペデスタル１５２の実施形態は、基板をアニールするのに使用できるが、急速熱アニール（ＲＴＡ）チャンバのような商業的に入手できるアニールチャンバを使用して、基板をアニールし、ケイ化物膜を生成してもよい。本発明は、ホットプレート設計及び加熱ランプ設計を含む種々の熱アニールチャンバ設計を利用して、電気メッキの結果を向上させることも意図する。本発明にとって有用な１つの特定の熱アニールチャンバは、カリフォルニア州サンタクララに所在するアプライド・マテリアルズ・インクから入手できるＷｘＺ（登録商標）チャンバである。本発明にとって有用な１つの特定のホットプレート熱アニールチャンバは、カリフォルニア州サンタクララに所在するアプライド・マテリアルズ・インクから入手できるＲＴＰ ＸＥｐｌｕｓ Ｃｅｎｔｕｒａ（登録商標）熱処理チャンバである。１つの特定のランプアニールチャンバは、カリフォルニア州サンタクララに所在するアプライド・マテリアルズ・インクから入手できるＲａｄｉａｎｃｅ（登録商標）熱処理チャンバである。
【００４９】
真空圧力で動作できるアニールチャンバをＰＶＤ移送チャンバ５０に配置し、真空を中断せずに堆積後アニールを行うことができる。ほぼ大気圧で動作できるアニールチャンバを第１移送チャンバ４８に配置することができる。図３に示す実施形態では、コバルトターゲットをもつＰＶＤ堆積チャンバが第１移送チャンバ４８に配置され、ほぼ大気圧で動作できるアニールチャンバ４１が第２移送チャンバ５０に配置される。
【００５０】
金属ケイ化物プロセス
金属ケイ化物層の生成に使用される堆積及びアニール段階は、例えば、堆積チャンバ又は処理システムにおいて、真空を中断せずに、その場で行うことができる。その場でとは、ここでは、真空を中断せずに同じチャンバ又は同じ処理システムにおいて２つ以上のプロセスを実行するものとして広く定義される。例えば、その場でのアニールは、金属堆積と同じ処理チャンバにおいて実行することができる。
【００５１】
別の例では、その場でのアニールは、堆積チャンバに隣接したチャンバにおいて実行され、両チャンバは、ある移送チャンバに結合され、移送チャンバの真空は、処理中に中断されない。更に別の例では、その場でのアニールは、同じ処理システムにおいて別々の処理圧力で実行され、例えば、システム３５の第１及び第２移送チャンバ４８、５０に各々配置された処理チャンバ及びアニールチャンバにおいて、システム３５の真空を中断したり基板を別の処理システムへ移送したりせずに、基板が処理される。
【００５２】
以下、コバルト膜の堆積について説明するが、本発明は、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、白金、ニッケル、鉄、ニオブ、パラジウム及びその組合せを含む他の材料を使用して、ここに述べるように金属ケイ化物材料を生成することも意図する。
【００５３】
金属堆積
一実施形態では、チャンバ３６に配置されたシリコン基板に金属層が堆積され、基板ペデスタル１５２においてアニールされ、真空を中断せずに金属ケイ化物層を生成する。金属ケイ化物層を生成するための金属は、上述したＰＶＤチャンバ３６を使用して堆積される。堆積されるべきコバルトのような材料のターゲット１４２は、チャンバ３６の上部に配置される。基板１５４がチャンバ３６に入れられ、基板支持ペデスタル１５２に配置される。基板１５４は、その上にシリコン材料が配置されて、金属ケイ化物膜が生成されるところの特徴部を画成するように一般的にパターン化される。
【００５４】
チャンバ３８には、約５ｓｃｃｍから約３０ｓｃｃｍの流量で処理ガスが導入される。チャンバの圧力は、従順なＰＶＤ金属層の堆積を促進するために約５ミリトル以下に維持される。堆積中には、約０．２ミリトルから約２ミリトルのチャンバ圧力を使用するのが好ましい。更に好ましくは、基板にコバルトをスパッタリングするには、約０．２ミリトルから約１．０ミリトルのチャンバ圧力で充分であることが観察されている。
【００５５】
約０ボルト（Ｖ）から約２４００Ｖの電力レベルをターゲット１４２に印加することによりプラズマが発生される。例えば、２００ｍｍ基板に材料をスパッタリングするには、約０Ｖから約１０００Ｖの電力レベルがターゲット１４２に印加される。基板表面へのスパッタ材料の方向性を改善するには、約０Ｖから約５００Ｖの電力レベルが基板支持ペデスタル１５２に印加される。基板は、堆積プロセス中に約１０℃と約６００℃との間の温度に維持される。
【００５６】
堆積プロセスは、例えば、アルゴンのような不活性ガスを、約５ｓｃｃｍから約３０ｓｃｃｍの流量でチャンバへ導入し、チャンバの圧力を約０．２ミリトルから約１．０ミリトルに維持し、約０ボルトから約１０００ボルトの負のバイアスをターゲット１４２に印加してガスをプラズマ状態に励起し、スパッタリングプロセス中に、基板を約１０℃から約６００℃、好ましくは、約５０℃から約３００℃、最も好ましくは、約５０℃から約１００℃の温度に維持し、更に、２００ｍｍ基板の場合、ターゲットを基板表面から約１００ｍｍから約３００ｍｍ離間させることを含む。このプロセスを使用して、コバルトが、約３００Å／分から約２０００Å／分の率でシリコン材料に堆積される。
【００５７】
一般的なその場でのアニールプロセス
コバルト及びシリコン層は、次いで、約３００℃から約９００℃の温度において約１０秒間から約６００秒間その場でアニールされて、金属ケイ化物層を生成する。このアニールプロセスは、堆積チャンバ内の不活性ガス環境のもとで、先ず、不活性ガスを約０ｓｃｃｍ（即ちバックサイドガスなし）から約１５ｓｃｃｍの流量でチャンバに導入し、チャンバの圧力を約２ミリトル以下に維持し、基板を約３００℃から約９００℃の温度に約５秒間から約６００秒間加熱して金属ケイ化物層を生成することにより行われる。
【００５８】
堆積チャンバにおけるバックサイドガスを伴う堆積及びアニールプロセス
金属が２００℃以下の基板温度で堆積され、次いで、バックサイドガス流を導入することにより約４００℃以上の温度で基板支持ペデスタル１５２において迅速にアニールされる。堆積プロセスは、例えば、アルゴンのような不活性ガスを約５ｓｃｃｍから約３０ｓｃｃｍの流量でチャンバへ導入し、チャンバの圧力を約０．２ミリトルから約１．０ミリトルに維持し、約０ボルトから約１０００ボルトの負のバイアスをターゲット１４２に印加して、ガスをプラズマ状態へと励起し、基板を約２００℃の温度に維持し、更に、２００ｍｍ基板の場合にターゲットを基板表面から約１００ｍｍから約３００ｍｍ離間させることを含む。
【００５９】
基板の温度は、バックサイドガスの不存在中で、基板を４００℃以上の温度に通常加熱する加熱レベルで基板を加熱することにより、約２００℃に維持される。この低温度制御は、真空圧力におけるペデスタルの表面と基板の裏面との間の非効率的な熱伝達により達成される。このプロセスを使用して、コバルトを約３００Å／分から約２０００Å／分の率でシリコン材料上に堆積することができる。
【００６０】
次いで、堆積チャンバにおいて、プラズマを終了し、バックサイドガスを基板支持体に付与して、堆積プロセスに使用した同じ加熱レベルで約４００℃から約６００℃の温度への基板の加熱を促進することにより、アニールプロセスを実行することができる。アニールプロセスは、約４００℃から約６００℃の温度において約５秒間から約３００秒間行われる。基板は、５００℃の堆積チャンバにおいて約６０秒間から１２０秒間アニールされるのが好ましい。
【００６１】
２つのチャンバにおける低温堆積及び２段階のその場でのアニールプロセス
別の実施形態では、金属層がチャンバ３６においてシリコン基板に物理的気相堆積され、第１温度で第１時間周期中アニールされ、システム３５において第２チャンバ、例えば、チャンバ４１へ移送され、更に、第２温度で第２時間周期中アニールされ、真空を中断せずに金属ケイ化物層を生成する。
【００６２】
金属の物理的気相堆積は、上述したように、約２００℃以下の温度、好ましくは、約０℃から約１００℃の温度で実行される。上述した２段階のその場でのアニールプロセスの第１段階は、堆積チャンバにおいて不活性ガス環境のもとで、先ず、不活性ガスを約０ｓｃｃｍから約１５ｓｃｃｍの流量でチャンバに導入し、チャンバの圧力を約０ミリトルから約２ミリトルに維持し、更に、基板を約４００℃から約６００℃の温度に約５秒間から約３００秒間加熱することにより実行される。基板は、堆積チャンバにおいて約５００℃で約６０秒間から約１２０秒間アニールされるのが好ましい。
【００６３】
次いで、基板は、堆積チャンバから取り出され、図２について上述した移送チャンバ４８のような同じ移送チャンバに配置された真空アニールチャンバへ移送される。高真空アニールチャンバは、上述したブランクターゲット及び基板支持ペデスタル１５２、又は商業用の高真空アニールペデスタル、例えば、カリフォルニア州サンタクララのアプライド・マテリアルズ・インクから商業的に入手できる高温度高均一性ＨＴＨＵ（登録商標）基板支持体を有するＰＶＤチャンバを含む。
【００６４】
次いで、約０ミリトルから約２ミリトルにチャンバ圧力を維持し、基板を約６００℃から約９００℃の温度に約５秒間から約３００秒間の時間周期中加熱して、金属ケイ化物層を生成することにより、第２のアニール段階が実行される。基板は、アニールチャンバにおいて、８００℃で約６０秒間から１２０秒間アニールされるのが好ましい。
【００６５】
２つのチャンバにおける低温堆積及び２段階のアニールプロセス
２チャンバ堆積及びアニールプロセスの別の実施形態では、金属層が、ここに述べるプロセスに基づき、堆積チャンバにおいて約２００℃以下、好ましくは、約０℃から約１００℃で堆積される。次いで、基板は、堆積チャンバにおいて、上述したアニールプロセスに基づいてアニールされる。次いで、基板は、第２のアニールプロセスのために図２の移送チャンバ５０に配置されたＲＴＡチャンバへ移送される。
【００６６】
ＲＴＡアニールチャンバにおけるアニール動作は、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）及びその組合せを約４％以下の水素（Ｈ２）と共に含むプロセスガスを、２０リッター／分より多いプロセスガス流量で導入して、酸素含有量を１００ｐｐｍ未満に制御し、ほぼ周囲圧力のチャンバ圧力を維持し、更に、基板を約６００℃から約９００℃の温度に約５秒間から約３００秒間加熱して、金属ケイ化物層を生成することにより実行される。基板は、ＲＴＡアニールチャンバにおいて８００℃で約３０秒間アニールされるのが好ましい。
【００６７】
３つのチャンバにおける低温堆積及び２段階のアニールプロセス
別の実施形態では、金属層がチャンバ３６においてシリコン基板上に堆積され、システム３５の同じ移送チャンバ４８に配置された真空アニールチャンバのような第１アニールチャンバへ移送され、第１温度で第１時間周期中アニールされ、システム３５の第２アニールチャンバ、例えば、チャンバ４１へ移送され、更に、第２温度で第２時間周期中アニールされて、真空を中断せずに金属ケイ化物層を生成する。
【００６８】
金属堆積は、堆積チャンバにおいて、上述したプロセスに基づき、約２００℃以下の基板温度、好ましくは、約０℃から約１００℃で実行される。アニールプロセスのこの実施形態の第１段階は、処理システムに配置された第１の高真空アニールチャンバにおいて、不活性ガスを０ｓｃｃｍから約１５ｓｃｃｍの流量でアニールチャンバへ導入し、チャンバの圧力を約０ミリトルから約２ミリトルに維持し、更に、基板を約４００℃から約６００℃の温度に約５秒間から約３００秒間加熱することにより、その場で実行される。
【００６９】
基板は、堆積チャンバにおいて、約５００℃で約６０秒間から約１２０秒間アニールされるのが好ましい。この第１アニール段階は、ＣｏＳｉのような耐酸素膜を生成すると考えられる。
【００７０】
基板は、処理システムの第２の高真空アニールチャンバへ移送することによりその場でアニールされる。この第２のアニール段階は、チャンバの圧力を約２ミリトル以下に維持し、更に、基板を約６００℃から約９００℃の温度に約５秒間から約３００秒間の時間周期中加熱して、金属ケイ化物層を生成することにより実行される。基板は、アニールチャンバにおいて、約８００℃で約６０秒間から約１２０秒間アニールされるのが好ましい。
【００７１】
或いは又、基板は、移送チャンバ又は処理システムの外部に配置された第２のアニールチャンバ、例えば、大気圧ＲＴＡチャンバへ移送されてもよい。ＲＴＡアニールチャンバにおけるアニール動作は、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）及びその組合せを約４％以下の水素（Ｈ２）と共に含むプロセスガスを、２０リッター／分より多いプロセスガス流量で導入して、酸素含有量を１００ｐｐｍ未満に制御し、ほぼ周囲圧力のチャンバ圧力を維持し、更に、基板を約４００℃から約９００℃の温度に約５秒間から約３００秒間加熱して、金属ケイ化物層を生成することにより実行される。基板は、ＲＴＡアニールチャンバにおいて８００℃で約３０秒間アニールされるのが好ましい。
【００７２】
高温堆積及びアニールプロセス
金属は、高い堆積温度で堆積することができる。堆積プロセスは、例えば、アルゴンのような不活性ガスを約５ｓｃｃｍから約３０ｓｃｃｍの流量でチャンバへ導入し、チャンバの圧力を約０．２ミリトルから約１．０ミリトルに維持し、約０ボルトから約１０００ボルトの負のバイアスをターゲット１４２に印加して、ガスをプラズマ状態へと励起し、バックサイドガスを付与することにより基板をほぼアニール温度、即ち約４００℃から約６００℃に維持し、更に、２００ｍｍ基板の場合に基板表面からターゲットを約１００ｍｍから約３００ｍｍ離間させることを含む。バックサイドガスの不存在中で基板を加熱することにより温度が約２００℃に維持されてもよい。このプロセスを使用して、コバルトを約３００Å／分から約２０００Å／分の率でシリコン材料上に堆積することができる。
【００７３】
次いで、プラズマを終了させ、堆積プロセスに使用された同じ加熱レベルで基板を約４００℃から６００℃の温度に加熱することにより、堆積チャンバにおいてアニールプロセスを実行することができる。このアニールプロセスは、約４００℃から約６００℃の温度で約５秒間から約３００秒間実行される。基板は、堆積チャンバにおいて、約５００℃で約６０秒間から約１２０秒間アニールされるのが好ましい。
【００７４】
次いで、第２のアニール段階が、真空を中断せずにアニールチャンバにおいて実行されるか、或いは個別の移送チャンバ又は処理システムに配置されたアニールチャンバにおいて実行される。第２のアニール段階は、基板を約６００℃から約９００℃の温度に約５秒間から約３００秒間の時間周期中加熱して、金属ケイ化物層を生成することを含む。基板は、約８００℃で約６０秒間から約１２０秒間アニールされるのが好ましい。
【００７５】
コバルト、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、白金、ニッケル、鉄、ニオブ、及びパラジウムのケイ化物、並びにその組み合せを含む金属ケイ化物材料が、図８に示すＭＯＳデバイスの形成に使用される。図示されたＭＯＳ構造では、Ｎ＋ソース及びドレイン領域４０２及び４０４がＰ型シリコン基板４００においてフィールド酸化物部分４０６の付近に形成される。ゲート酸化物層４０８及びポリシリコンゲート電極４１０が、ソース領域４０２とドレイン領域４０４との間でシリコン基板４００上に形成され、ポリシリコンゲート電極４１０の側壁には酸化物スペーサ４１２が形成される。
【００７６】
ＭＯＳ構造体の上、より詳細には、ソース及びドレイン領域４０２及び４０４の露出したシリコン表面、並びにポリシリコンゲート電極４１０の露出した上面に、ここに述べるプロセスによりコバルト層が堆積される。コバルト材料は、４０２及び４０４におけるその下のシリコンとのその後の反応に充分な量のコバルトを与えるために約１０００Å以下の厚みに堆積される。コバルトは、シリコン材料上に約５０Åから約５００Åの厚みに堆積される。次いで、コバルト層がここに述べるようにその場でアニールされ、ケイ化コバルトを生成する。
【００７７】
未反応コバルトが基板表面から除去されて、ケイ化コバルトが、ポリシリコンゲート電極４１０の上並びにシリコン基板４００のソース及びドレイン領域４０２及び４０４の上に各々形成された均一厚みのケイ化コバルト（ＣｏＳｉ２）部分４１４、４１６及び４１８として残る。このようにして形成された構造体上に誘電体材料を堆積して、デバイスにコンタクト画成部４２０を形成するようにエッチングしてもよい。
【００７８】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の基本的な範囲から逸脱せずに本発明の他の実施形態及び更に別の実施形態が案出できるであろうから、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって限定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】半導体基板に従順なＰＶＤ層を堆積するのに適すると共に、その堆積された層をアニールするのに適した一体化された多チャンバ装置の一実施形態を示す概略上面図である。
【図２】半導体基板に従順なＰＶＤ層を堆積するのに適すると共に、その堆積された層をアニールするのに適した一体化された多チャンバ装置の別の実施形態を示す概略上面図である。
【図３】本発明に包含されるスパッタリングチャンバの一実施形態を示す断面図である。
【図４】ターゲット付近のシールドの上部エリアを含む図３の拡大図である。
【図５】リングコリメータの一実施形態を示す平面図である。
【図６】ハニカムコリメータの一実施形態を示す部分平面図である。
【図７Ａ】基板をアニールするためのペデスタルの一実施形態を示す断面図である。
【図７Ｂ】基板をアニールするためのペデスタルの別の実施形態を示す断面図である。
【図８】トランジスタとのコンタクトとして使用されるケイ化物材料の簡単な断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
３５…処理プラットホーム、３６…物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバ、３８、４０…付加的な処理チャンバ、４１…アニールチャンバ、４２…前清掃チャンバ、４４…脱ガスチャンバ、４６…ロードロックチャンバ、４８、５０…移送チャンバ、４９、５１…移送ロボット、５４…マイクロプロセッサコントローラ、１１０…リングコリメータ、１１１、１１４、１１６…同心的管状区分、１２４…ハニカムコリメータ、１４２…ターゲット、１４４…アダプタ、１４６…誘電体アイソレータ、１４８…ＤＣ電源、１５２…基板支持ペデスタル、１５４…半導体基板、１５６…ＲＦ電源、１５８…ベロー、１６２…ガスソース、１６４…マスフローコントローラ、１７０…回転可能なマグネトロン、１７２…蹄鉄形磁石、１７４…ベースプレート、１７６…回転シャフト、１８０…下部シールド、１８２…上部フランジ、１８４…張出部、１８６…ダークスペースシールド、１８８…ギャップ、１９０…下方に突出したチップ、１９４、１９６…管状部分、２１０…加熱部分、２２０…熱伝導性材料、２３０…電極、２４０…ベース、２４５…シャフト、２５０…加熱素子、２６０…温度センサ、２７５…基板支持面、２９０…流体チャンネル、２９４…流体ソース。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロードロックチャンバと、
上記ロードロックチャンバに結合された中間基板移送領域であって、第１基板移送チャンバ及び第２基板移送チャンバで構成され、上記第１基板移送チャンバが上記ロードロックチャンバに結合され、上記第２基板移送チャンバが上記第１基板移送チャンバに結合されるような中間基板移送領域と、
上記第１基板移送チャンバに配置された物理的気相堆積（ＰＶＤ）処理チャンバと、
上記第２基板移送チャンバに配置されたアニールチャンバと、
を備えた基板処理システム。
【請求項２】
上記中間基板移送領域及び各々の上記処理チャンバと連通する複数の真空ポンプを更に備え、該複数のポンプは、装置を横切って上記ロードロックチャンバから上記処理チャンバへ圧力の増加する真空勾配を確立する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
上記第２移送チャンバは、上記第１基板移送チャンバよりチャンバ圧力が高い。請求項１に記載の装置。
【請求項４】
上記ＰＶＤ処理チャンバには、アニールペデスタルが配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
上記ＰＶＤ処理チャンバは、コバルト、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、白金、ニッケル、鉄、ニオブ、パラジウム及びその組合せのグループから選択された材料のターゲットを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
上記ＰＶＤ処理チャンバには、コバルトターゲット及びアニールペデスタルが配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
上記アニールチャンバは、急速加熱アニールチャンバを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
上記第１基板移送チャンバ、上記第２基板移送チャンバ又はその組合体に配置された化学的気相堆積チャンバを更に備えた、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
上記装置は、コバルトターゲット及びアニールペデスタルが配置された２つのＰＶＤ処理チャンバが上記第１移送領域に配置されると共に、２つのアニール処理チャンバが上記第２移送チャンバに配置され、上記第２移送チャンバは、上記第１移送チャンバより運転温度が高い、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
上記物理的気相堆積（ＰＶＤ）処理チャンバは、
スパッタリングソースを包囲するチャンバと、
上記スパッタリングソースのスパッタリング面にほぼ平行に配置された基板支持部材であって、基板を受け入れるように構成されたほぼ平らな基板受け入れ面、上記基板支持部材に配置された電気抵抗加熱素子、及び流体供給源に接続されてコントローラにより調整される流体チャンネルを含むような基板支持部材と、
上記スパッタリングソースと上記基板支持部材との間に取り付けられるコリメータと、
を備えた、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
上記基板支持部材は、
電極と、該電極上に配置されて基板を受け入れるように構成されたほぼ平らな基板受け入れ面を有する電気的アイソレータとを有する静電チャックと、
上記静電チャックに配置された電気抵抗加熱素子と、
流体供給源に接続されてコントローラにより調整される流体チャンネルと、
を備えた、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
上記電気抵抗加熱素子を電圧源に接続するための導電性リードを更に備えた、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
上記基板支持部材に結合された少なくとも１つの温度センサを更に備えた、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
上記支持ペデスタルに配置されたチャンネルに結合されたガスソースを更に備え、上記チャンネルは、上記ガスソースを上記平らな基板受け入れ面に結合する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
上記コリメータは、上面及び下面を有し、その少なくとも一方の面は、凸面である、請求項１１に記載の装置。
【請求項１６】
シリコン材料が配置された基板を、金属ターゲットが設けられた堆積チャンバに配置された基板支持体上に配置するステップと、
上記基板支持体に電流を付与して上記基板を第１温度に加熱するステップと、
上記堆積チャンバに不活性ガスを導入するステップと、
上記不活性ガスの環境中で金属ターゲットと上記基板支持体との間にバイアスを印加することによりプラズマを発生して、上記金属ターゲットから材料をスパッタリングするステップと、
上記スパッタリングされた材料を少なくとも上記シリコン材料に堆積するステップと、
上記基板ペデスタルと上記基板との間にバックサイドガスを供給するステップと、
上記第１温度より高い第２温度において上記基板をその場でアニールして、金属ケイ化物層を形成するステップと、
を備えた基板にケイ化物層を形成する方法。
【請求項１７】
上記基板は、上記ターゲットから約９０ｍｍから約４００ｍｍのところに配置される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
上記金属材料は、コバルト、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、白金、ニッケル、鉄、ニオブ、パラジウム及びその組合せのグループから選択される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
上記スパッタリングされた材料をコリメートするステップを更に備えた、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
上記第１温度は、約２００℃以下である、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
上記基板を第２温度においてその場でアニールする上記ステップは、上記基板支持体上で上記基板を約３００℃から約９００℃の温度でアニールする段階を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
上記基板は、約１０秒間から約６００秒間アニールされる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
上記基板をその場でアニールする上記ステップは、上記基板を上記堆積チャンバ内で第２温度において第１時間周期中アニールする段階と、上記基板をアニールチャンバへ移送する段階と、処理システム内で真空を中断せずに上記基板を上記第２温度より高い第３温度で第２時間周期中アニールする段階とを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
上記第２温度は、約３００℃から約５００℃であり、上記第３温度は、約４００℃から約９００℃である、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
上記第１時間周期は、約５秒から約３００秒であり、上記第２時間周期は、約５秒から約３００秒である、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
上記基板をその場でアニールする上記ステップは、上記基板を第１アニールチャンバ内で上記第１温度より高い第２温度においてアニールする段階と、上記基板を第２アニールチャンバへ移送する段階と、処理システム内で真空を中断せずに上記基板を上記第２温度より高い第３温度で第２時間周期中アニールする段階とを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
上記基板の面は、上記基板を上記堆積チャンバ内で第１温度において第１時間周期中アニールし、上記基板を熱アニールチャンバへ移送し、次いで、処理システム内で真空を中断せずに上記基板を第２温度で第２時間周期中アニールすることにより処理される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
シリコン材料が配置された基板をロードロックに導入するステップと、
上記ロードロックと真空密連通する第１移送チャンバへ上記基板を移送するステップと、
上記第１移送チャンバと真空密連通する物理的気相堆積チャンバ内の加熱ペデスタルに上記基板を配置するステップと、
シリコン材料に金属層を堆積するステップと、
アニールチャンバが配置された第２移送チャンバへ上記基板を移送する前に上記基板をアニールするステップであって、上記第２移送チャンバは、上記第１移送チャンバと真空密連通されるようなステップと、
上記アニールチャンバ内で上記基板をアニールして、金属ケイ化物層を生成するステップと、
を備えた基板処理方法。
【請求項２９】
上記基板を移送する前に上記基板をアニールする上記ステップは、上記物理的気相堆積処理チャンバにおいて上記基板をアニールすることを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
上記第１移送チャンバと真空密連通する真空アニールチャンバを更に備えた、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
上記アニールチャンバ内で上記基板をアニールする上記ステップは、上記真空アニールチャンバにおいて上記基板をアニールすることを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
上記基板をアニールする上記ステップは、真空を中断せずに約３００℃から約９００℃の温度で上記基板をアニールすることを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
金属層を堆積する上記ステップは、約２００℃以下の基板温度で金属ターゲットをスパッタリングすることを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３４】
上記第２移送チャンバは、上記第１基板移送チャンバよりチャンバ圧力が高い、請求項２８に記載の方法。
【請求項３５】
上記金属ターゲットは、コバルト、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、白金、ニッケル、鉄、ニオブ、パラジウム及びその組合せのグループから選択された材料で構成される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３６】
上記物理的気相堆積処理チャンバには、コバルトターゲット及びアニールペデスタルが配置されている、請求項２８に記載の装置。
【請求項１】
ロードロックチャンバと、
上記ロードロックチャンバに結合された中間基板移送領域であって、第１基板移送チャンバ及び第２基板移送チャンバで構成され、上記第１基板移送チャンバが上記ロードロックチャンバに結合され、上記第２基板移送チャンバが上記第１基板移送チャンバに結合されるような中間基板移送領域と、
上記第１基板移送チャンバに配置された物理的気相堆積（ＰＶＤ）処理チャンバと、
上記第２基板移送チャンバに配置されたアニールチャンバと、
を備えた基板処理システム。
【請求項２】
上記中間基板移送領域及び各々の上記処理チャンバと連通する複数の真空ポンプを更に備え、該複数のポンプは、装置を横切って上記ロードロックチャンバから上記処理チャンバへ圧力の増加する真空勾配を確立する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
上記第２移送チャンバは、上記第１基板移送チャンバよりチャンバ圧力が高い。請求項１に記載の装置。
【請求項４】
上記ＰＶＤ処理チャンバには、アニールペデスタルが配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
上記ＰＶＤ処理チャンバは、コバルト、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、白金、ニッケル、鉄、ニオブ、パラジウム及びその組合せのグループから選択された材料のターゲットを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
上記ＰＶＤ処理チャンバには、コバルトターゲット及びアニールペデスタルが配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
上記アニールチャンバは、急速加熱アニールチャンバを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
上記第１基板移送チャンバ、上記第２基板移送チャンバ又はその組合体に配置された化学的気相堆積チャンバを更に備えた、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
上記装置は、コバルトターゲット及びアニールペデスタルが配置された２つのＰＶＤ処理チャンバが上記第１移送領域に配置されると共に、２つのアニール処理チャンバが上記第２移送チャンバに配置され、上記第２移送チャンバは、上記第１移送チャンバより運転温度が高い、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
上記物理的気相堆積（ＰＶＤ）処理チャンバは、
スパッタリングソースを包囲するチャンバと、
上記スパッタリングソースのスパッタリング面にほぼ平行に配置された基板支持部材であって、基板を受け入れるように構成されたほぼ平らな基板受け入れ面、上記基板支持部材に配置された電気抵抗加熱素子、及び流体供給源に接続されてコントローラにより調整される流体チャンネルを含むような基板支持部材と、
上記スパッタリングソースと上記基板支持部材との間に取り付けられるコリメータと、
を備えた、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
上記基板支持部材は、
電極と、該電極上に配置されて基板を受け入れるように構成されたほぼ平らな基板受け入れ面を有する電気的アイソレータとを有する静電チャックと、
上記静電チャックに配置された電気抵抗加熱素子と、
流体供給源に接続されてコントローラにより調整される流体チャンネルと、
を備えた、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
上記電気抵抗加熱素子を電圧源に接続するための導電性リードを更に備えた、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
上記基板支持部材に結合された少なくとも１つの温度センサを更に備えた、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
上記支持ペデスタルに配置されたチャンネルに結合されたガスソースを更に備え、上記チャンネルは、上記ガスソースを上記平らな基板受け入れ面に結合する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
上記コリメータは、上面及び下面を有し、その少なくとも一方の面は、凸面である、請求項１１に記載の装置。
【請求項１６】
シリコン材料が配置された基板を、金属ターゲットが設けられた堆積チャンバに配置された基板支持体上に配置するステップと、
上記基板支持体に電流を付与して上記基板を第１温度に加熱するステップと、
上記堆積チャンバに不活性ガスを導入するステップと、
上記不活性ガスの環境中で金属ターゲットと上記基板支持体との間にバイアスを印加することによりプラズマを発生して、上記金属ターゲットから材料をスパッタリングするステップと、
上記スパッタリングされた材料を少なくとも上記シリコン材料に堆積するステップと、
上記基板ペデスタルと上記基板との間にバックサイドガスを供給するステップと、
上記第１温度より高い第２温度において上記基板をその場でアニールして、金属ケイ化物層を形成するステップと、
を備えた基板にケイ化物層を形成する方法。
【請求項１７】
上記基板は、上記ターゲットから約９０ｍｍから約４００ｍｍのところに配置される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
上記金属材料は、コバルト、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、白金、ニッケル、鉄、ニオブ、パラジウム及びその組合せのグループから選択される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
上記スパッタリングされた材料をコリメートするステップを更に備えた、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
上記第１温度は、約２００℃以下である、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
上記基板を第２温度においてその場でアニールする上記ステップは、上記基板支持体上で上記基板を約３００℃から約９００℃の温度でアニールする段階を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
上記基板は、約１０秒間から約６００秒間アニールされる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
上記基板をその場でアニールする上記ステップは、上記基板を上記堆積チャンバ内で第２温度において第１時間周期中アニールする段階と、上記基板をアニールチャンバへ移送する段階と、処理システム内で真空を中断せずに上記基板を上記第２温度より高い第３温度で第２時間周期中アニールする段階とを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
上記第２温度は、約３００℃から約５００℃であり、上記第３温度は、約４００℃から約９００℃である、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
上記第１時間周期は、約５秒から約３００秒であり、上記第２時間周期は、約５秒から約３００秒である、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
上記基板をその場でアニールする上記ステップは、上記基板を第１アニールチャンバ内で上記第１温度より高い第２温度においてアニールする段階と、上記基板を第２アニールチャンバへ移送する段階と、処理システム内で真空を中断せずに上記基板を上記第２温度より高い第３温度で第２時間周期中アニールする段階とを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
上記基板の面は、上記基板を上記堆積チャンバ内で第１温度において第１時間周期中アニールし、上記基板を熱アニールチャンバへ移送し、次いで、処理システム内で真空を中断せずに上記基板を第２温度で第２時間周期中アニールすることにより処理される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
シリコン材料が配置された基板をロードロックに導入するステップと、
上記ロードロックと真空密連通する第１移送チャンバへ上記基板を移送するステップと、
上記第１移送チャンバと真空密連通する物理的気相堆積チャンバ内の加熱ペデスタルに上記基板を配置するステップと、
シリコン材料に金属層を堆積するステップと、
アニールチャンバが配置された第２移送チャンバへ上記基板を移送する前に上記基板をアニールするステップであって、上記第２移送チャンバは、上記第１移送チャンバと真空密連通されるようなステップと、
上記アニールチャンバ内で上記基板をアニールして、金属ケイ化物層を生成するステップと、
を備えた基板処理方法。
【請求項２９】
上記基板を移送する前に上記基板をアニールする上記ステップは、上記物理的気相堆積処理チャンバにおいて上記基板をアニールすることを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
上記第１移送チャンバと真空密連通する真空アニールチャンバを更に備えた、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
上記アニールチャンバ内で上記基板をアニールする上記ステップは、上記真空アニールチャンバにおいて上記基板をアニールすることを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
上記基板をアニールする上記ステップは、真空を中断せずに約３００℃から約９００℃の温度で上記基板をアニールすることを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
金属層を堆積する上記ステップは、約２００℃以下の基板温度で金属ターゲットをスパッタリングすることを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３４】
上記第２移送チャンバは、上記第１基板移送チャンバよりチャンバ圧力が高い、請求項２８に記載の方法。
【請求項３５】
上記金属ターゲットは、コバルト、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、白金、ニッケル、鉄、ニオブ、パラジウム及びその組合せのグループから選択された材料で構成される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３６】
上記物理的気相堆積処理チャンバには、コバルトターゲット及びアニールペデスタルが配置されている、請求項２８に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【公表番号】特表２００６−５００４７２（Ｐ２００６−５００４７２Ａ）
【公表日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００３−５７８６１０（Ｐ２００３−５７８６１０）
【出願日】平成１４年７月２５日（２００２．７．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００２／０２３５７８
【国際公開番号】ＷＯ２００３／０８０８８７
【国際公開日】平成１５年１０月２日（２００３．１０．２）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１４年７月２５日（２００２．７．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００２／０２３５７８
【国際公開番号】ＷＯ２００３／０８０８８７
【国際公開日】平成１５年１０月２日（２００３．１０．２）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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