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発明の名称 半導体装置の製造方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平9−7950
公開日 平成9年(1997)1月10日
出願番号 特願平7−180956
出願日 平成7年(1995)6月23日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】土屋 勝
発明者 監物 秀憲
要約 目的
反応性スパッタ法においてターゲット自体や反応室の内壁等から化合物膜が剥離するのを防止して、高品質の半導体装置を高い歩留りで製造する。

構成
半導体ウェハ11上にTiN膜を堆積させた後、半導体ウェハ11とTiターゲット12との間に遮蔽体13で配置した状態で、Arのみから成る雰囲気中でスパッタリングを行う。これによって、TiN膜以外の膜を半導体ウェハ11上に堆積させることなく、Tiターゲット12に付着しているTiN膜14を除去すると共に、反応室の内壁等に付着していて密着性の劣るTiN膜14を密着性の優れたTi膜で覆う。
特許請求の範囲
【請求項1】 反応性ガスを含む雰囲気中でターゲットをスパッタリングして、前記ターゲットを形成している物質と前記反応性ガスとの化合物膜を半導体ウェハ上に堆積させる半導体装置の製造方法において、前記半導体ウェハと前記ターゲットとの間に遮蔽体を配置した状態で、不活性ガスのみから成る雰囲気中で前記ターゲットをスパッタリングする工程を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項2】 前記遮蔽体を配置した状態における前記スパッタリングを各枚葉の前記半導体ウェハ毎に行うことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
【請求項3】 前記ターゲットに付着した前記化合物膜が除去されるまで、前記遮蔽体を配置した状態における前記スパッタリングを行うことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
【請求項4】 前記ターゲットを形成している物質がTiであり、前記反応性ガスがN2 であり、前記不活性ガスがArであることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、反応性スパッタ法によって半導体ウェハ上に化合物膜を堆積させる半導体装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体装置では、SiとAl配線との間の反応防止バリア膜や、Al配線をパターニングする際のリソグラフィ工程における反射防止膜等として、TiN膜が用いられている。TiN膜は反応性スパッタ法で形成されることが多く、この反応性スパッタ法では、N2 雰囲気またはN2 +Ar雰囲気中でTiターゲットをスパッタリングする。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、反応性スパッタ法によるTiN膜は、半導体ウェハ上に堆積するのみならず、Tiターゲット自体や反応室の内壁等にも付着する。ところが、TiN膜はTi膜に比べて密着性が劣っているので、TiN膜はTiターゲットや反応室の内壁等から剥離し易い。このため、従来は、剥離したTiN膜が塵埃として半導体ウェハに付着して、半導体装置の品質や歩留りを低下させていた。
【0004】これに対しては、反応室の内壁等を覆う遮蔽体に凹凸を付して、TiN膜の密着性を改善する試みが行われてきた。しかし、この試みによっても、剥離に至るまでのTiN膜の積算膜厚がある程度まで厚くなるだけであり、根本的な解決にはならなかった。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1の半導体装置の製造方法は、反応性ガスを含む雰囲気中でターゲットをスパッタリングして、前記ターゲットを形成している物質と前記反応性ガスとの化合物膜を半導体ウェハ上に堆積させる半導体装置の製造方法において、前記半導体ウェハと前記ターゲットとの間に遮蔽体を配置した状態で、不活性ガスのみから成る雰囲気中で前記ターゲットをスパッタリングする工程を具備することを特徴としている。
【0006】請求項2の半導体装置の製造方法は、請求項1の半導体装置の製造方法において、前記遮蔽体を配置した状態における前記スパッタリングを各枚葉の前記半導体ウェハ毎に行うことを特徴としている。
【0007】請求項3の半導体装置の製造方法は、請求項1の半導体装置の製造方法において、前記ターゲットに付着した前記化合物膜が除去されるまで、前記遮蔽体を配置した状態における前記スパッタリングを行うことを特徴としている。
【0008】請求項4の半導体装置の製造方法は、請求項1の半導体装置の製造方法において、前記ターゲットを形成している物質がTiであり、前記反応性ガスがN2 であり、前記不活性ガスがArであることを特徴としている。
【0009】
【作用】本発明による半導体装置の製造方法では、半導体ウェハとターゲットとの間に遮蔽体を配置した状態で、不活性ガスのみから成る雰囲気中でターゲットをスパッタリングする工程を具備しているので、所望の化合物膜以外の膜を半導体ウェハ上に堆積させることなく、ターゲット自体に付着している化合物膜を除去し、且つ、反応室の内壁等に付着していて密着性の劣る化合物膜を、ターゲットを形成している物質のみから成っていて密着性の優れた膜で覆うことができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の第1及び第2実施例を、図1を参照しながら説明する。第1実施例は、半導体ウェハ上にTiN膜を堆積させる方法である。この第1実施例では、図1に示す様に、半導体ウェハ11及びTiターゲット12を収容可能であるのみならず、開閉操作によって半導体ウェハ11とTiターゲット12とを対向させること半導体ウェハ11とTiターゲット12との間に遮蔽体13を配置することとができる反応室を用いる。
【0011】そして、図1(a)に示す様に、まず、下記の条件の第1段階のスパッタリングで、1枚の半導体ウェハ11上にTiN膜(図示せず)を堆積させる。
【0012】TiN膜の堆積条件遮蔽体 : 開ガス種 : N2 100%ガス圧力 : 8mtorr直流電力 : 6kW加熱温度 : 150℃膜厚 : 100nm【0013】次に、図1(b)に示す様に、半導体ウェハ11及びTiターゲット12を反応室内に残したまま、続けて下記の条件の第2段階のスパッタリングを行う。なお、この第2段階のスパッタリングでは、半導体ウェハ11とTiターゲット12との間に遮蔽体13を配置しているので半導体ウェハ11上には新たな膜は堆積せず、300nmという膜厚は、半導体ウェハ11とTiターゲット12とを対向させておけば堆積するであろう膜厚を示している。
【0014】Tiターゲットのクリーニング等の条件遮蔽体 : 閉ガス種 : Ar100%ガス圧力 : 2mtorr直流電力 : 6kW加熱温度 : 150℃膜厚 : 300nm【0015】上述の第1段階及び第2段階のスパッタリングを1枚の半導体ウェハ11に対して行った後、この半導体ウェハ11を反応室内から取り出す。そして、次の半導体ウェハ11を反応室内に装填して、再び上述の第1段階及び第2段階のスパッタリングをこの次の半導体ウェハ11に対して行う。つまり、上述の第1段階及び第2段階のスパッタリングを各枚葉の半導体ウェハ11毎に行う。
【0016】以上の様な第1実施例でも、第1段階のスパッタリングでは、図1(a)に示した様に、既述の従来例と同様に、半導体ウェハ11上にTiN膜が堆積するのみならず、Tiターゲット12自体や反応室の内壁(図示せず)等の少なくとも一部の領域にもTiN膜14が付着する。
【0017】しかし、この第1実施例では、第2段階のスパッタリングによって、図1(b)に示した様に、Tiターゲット12に付着していたTiN膜14が除去されて表面がTiのみになると共に、反応室の内壁等に付着していたTiN膜14がTi膜(図示せず)で覆われる。そして、Ti膜はTiN膜14よりも密着性が優れている。
【0018】このため、Tiターゲット12自体や反応室の内壁等に付着していたTiN膜14が剥離し、剥離したTiN膜14が塵埃として半導体ウェハ11に付着することが防止される。つまり、第2段階のスパッタリングは、Tiターゲット12に対するクリーニング等を行っていることになる。
【0019】なお、Tiターゲット12自体に付着したTiN膜14の膜厚には不均一性があるので、このTiN膜14を完全に剥離するためには、半導体ウェハ11上に堆積したTiN膜14の膜厚の少なくとも2倍以上の膜厚分だけ第2段階のスパッタリングを行う必要があり、この第1実施例では、3倍にしている。
【0020】次に、半導体ウェハ上にTi膜とTiN膜とを連続的に形成する第2実施例を説明する。この第2実施例でも、上述の第1実施例で用いた反応室と同様の反応室を用いる。そして、まず、下記の条件の第1段階のスパッタリングで、1枚の半導体ウェハ11上にTi膜(図示せず)を堆積させる。
【0021】Ti膜の堆積条件遮蔽体 : 開ガス種 : Ar100%ガス圧力 : 2mtorr直流電力 : 6kW加熱温度 : 150℃膜厚 : 30nm【0022】次に、図1(a)に示す様に、半導体ウェハ11及びTiターゲット12を反応室内に残したまま、続けて下記の条件の第2段階のスパッタリングを行って、Ti膜上に更にTiN膜(図示せず)を堆積させる。
【0023】TiN膜の堆積条件遮蔽体 : 開ガス種 : N2 100%ガス圧力 : 8mtorr直流電力 : 6kW加熱温度 : 150℃膜厚 : 70nm【0024】次に、図1(b)に示す様に、半導体ウェハ11及びTiターゲット12を反応室内に残したまま、更に続けて下記の条件の第3段階のスパッタリングを行う。
【0025】Tiターゲットのクリーニング等の条件遮蔽体 : 閉ガス種 : Ar100%ガス圧力 : 2mtorr直流電力 : 6kW加熱温度 : 150℃膜厚 : 300nm【0026】上述の第1段階〜第3段階のスパッタリングを1枚の半導体ウェハ11に対して行った後、この半導体ウェハ11を反応室内から取り出す。そして、次の半導体ウェハ11を反応室内に装填して、再び上述の第1段階〜第3段階のスパッタリングをこの次の半導体ウェハ11に対して行う。つまり、上述の第1段階〜第3段階のスパッタリングを各枚葉の半導体ウェハ11毎に行う。
【0027】Ti膜とTiN膜とを連続的に形成するこの第2実施例でも、上述の第1実施例と同様の効果を奏することができる。
【0028】なお、以上の第1及び第2実施例では、Tiターゲット12と反応性ガスとしてのN2 とを用いて化合物膜としてTiN膜14を形成したが、反応性ガスとしてO2 等を用いてもよく、化合物膜としてWN膜やTiWN膜等を形成してもよい。
【0029】
【発明の効果】本発明による半導体装置の製造方法では、ターゲット自体に付着している化合物膜を除去し、且つ、反応室の内壁等に付着していて密着性の劣る化合物膜を、ターゲットを形成している物質のみから成っていて密着性の優れた膜で覆うことができる。このため、ターゲット自体や反応室の内壁等から化合物膜が剥離し、剥離した化合物膜が塵埃として半導体ウェハに付着することを防止することができて、高品質の半導体装置を高い歩留りで製造することができる。




 

 


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