JP2500268B2 - 突起状部分を有する半導体ウエハ上にアルミニウム層を形成する多段階スパッタリング法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体ウエハ上にアルミ
ニウム層を形成する改良スパッタリング法に関する。更
に詳しくは、本発明は近接し個々に突起状をなす部分を
もつ半導体表面にアルミニウム層を蒸着する多段階式ス
パッタリング法に関する。

【０００２】

【従来の技術】突起状の表面に対してアルミニウムを蒸
着する場合にスパッタリングによりアルミニウム層を形
成する方法では、例えば、ある集積回路構造体が互いに
間隔をもつライン、溝状凹部、及び／あるいは管すなわ
ち接点穴などを半導体ウエハ表面にもつている場合、し
かもこれらの間隔が小さくて例えばライン間隔あるいは
溝壁間間隔が1.６μｍ以下であるとか、あるいは管径が
1.６μｍ以下である場合には、従来のスパッタリング法
により形成されたアルミニウム層は平坦でないばかりか
近接した個別に突起状を呈する部分間においては、すな
わち突起間、または溝壁間あるいは管上部分において
は、このようなアルミニウム層は厚さが薄くなってい
る。

【０００３】この現象は陰影効果に依ると考えられ、こ
の効果においては、狭隘部分の何れの側であっても突起
状部分はスパッタされた原子がこのような領域に達する
ことを阻止するのであって、これら原子がウエハにほと
んど垂直な経路をたどってウエハに達するのでなければ
このような阻止が起る。すなわち、ウエハをめがけてあ
る角度で走行するスパッターされた原子は突起部分ある
いは溝壁または管にぶつかりそしてウエハ上に蒸着する
がこのような近接した、あるいは狭められた間隔をもつ
突起部分間のウエハ上の下方の領域には到達しないまま
である。

【０００４】第１図は従来技術に依って得られた結果を
示しているが、この図は半導体ウエハ上の突起が近接し
ている場合に生ずる陰影効果を示したものである。半導
体ウエハ１０には突起１１、１２及び１３がありこれら
の突起はスパッタリングによるアルミニウム層２０の形
成以前からある。アルミニウム層２０は近接した個別の
突起１１と１２との間の狭い領域１４を満たしていない
が、むしろ薄層部分２２だけが形成されこの層２２はア
ルミニウム層２０の残余部分よりも薄くその理由は領域
１４が隣接の高い突起１１及び１２の陰影をうけるから
である。これと対照的に、突起１２と１３との間の広い
領域１６は、近接していないのでアルミニウムで完全に
充填され、２４で分るように残余の層２０よりも薄くな
く、これは領域１４における場合のような陰影効果がな
いためと考えられる。

【０００５】領域１４と同１６とにおけるそれぞれのア
ルミニウム蒸着層間の厚さの差に加えて、注目されるこ
とは、アルミニウム層２０は狭い領域１４の側壁上の２
６において薄層を形成するということ、そしてアルミニ
ウム層２０は次第に内方に斜行し、すなわち、いわゆる
「負の斜面」を下り、従来技術を示す第１図の２８にお
いてアルミニウム層２０のたれ下りすなわち内方狭隘化
を形成するということである。この陰影効果はまた第１
図の領域１６上の２４におけるアルミニウム層２０にお
いても若干注意を引くがこのような広い領域における同
効果はほとんど問題にならない。しかし、第１図の領域
１４上におけるように、半導体ウエハ上の近接し個別に
突起状をなす部分間の領域におけるこの負の斜面効果は
アルミニウム層内にボイド（微小な空隙）を形成する結
果となり、これは丁度、領域１４中へのスパッターした
アルミニウムの経路を更に陰蔽することを陰影効果に加
える場合に生ずる現象と同じである。

【０００６】半導体ウエハ上に形成される集積回路構造
体は一層細いライン、一層小さいラインピッチそして一
層小さい接点穴をもつ一層微細化された形態をもちどん
どん細小化されているので、この陰影効果ならびに半導
体ウエハの近接した個別に突起状をなす部分間の低位領
域におけるアルミニウムの負の斜面への蒸着現象を解決
可能であることが重要である；そして、集積回路構造体
の近接し個別に突起状をなす部分間の領域に上述のよう
な薄膜もしくは薄層を形成せず、むしろ半導体ウエハの
近接し個別に突起状をなす部分間の低位領域内を実質的
に完全に充填し、しかもアルミニウム蒸着工程中に負の
斜面を形成しない、そのような、近接し個別に突起状を
なす部分を包有するウエハ表面に対するアルミニウム層
のスパッタリングを可能とすることが重要である。

【０００７】

【発明の概要と目的】従って、本発明の目的は、ウエハ
上の近接し個別に突起状をなす部分間の低位領域に実質
的に完全な充填をなしそしてアルミニウム蒸着中に決し
て負の斜面を形成しない、そのようなスパッタリング法
であって、近接し個別に突起状をなす部分をもつ半導体
ウエハ上にアルミニウム層をスパッタリングするための
改良方法を提供することである。

【０００８】本発明のもう１つの目的は、多段階法を用
いて、近接し個別に突起状をなす部分をもつ半導体ウエ
ハ上にアルミニウム層をスパッタリングするための改良
方法を提供することであって、この改良方法において、
第１段階においてウエハ上に約２０００Å以下の厚さの
アルミニウムをスパッタリングすると共にウエハ温度を
約２５０℃以下に保持し、またプラズマ電力水準を約１
ｋＷから約１６ｋＷの間に保持し；しかる後、第２スパ
ッタリング段階では、プラズマ電力水準は約１４ｋＷか
ら約２０ｋＷの範囲内に変え、ウエハに直流または交流
バイアス電圧を印加し、そしてアルミニウム・スパッタ
リングを約２０秒から約４５秒の間の秒数の時間だけ継
続するか、あるいはウエハの温度が５００℃を超えない
ある温度に達するまで継続し、かくしてウエハ上の近接
し個別に突起状をなす部分間の低位領域が実質的に完全
に充填されしかも負の斜面が決して形成されない結果を
生ずる。

【０００９】本発明の更にもう１つの目的は、多段階法
を用いて、近接し個別に突起状をなす部分をもつ半導体
ウエハ上にアルミニウム層をスパッタリングするための
改良方法を提供することであって、この改良方法におい
ては、第１段階において厚さ約２０００Åを超えないア
ルミニウムがウエハ上にスパッタリングされると共にウ
エハを約２５０℃を超えない温度に保持しそしてプラズ
マ電力水準を１ｋＷから１６ｋＷの間の範囲内に保持
し；しかる後、第２スパッタリング段階においてはプラ
ズマ電力水準を約１４ｋＷから約２０ｋＷの間に変え、
約１００ボルトから約１５０ボルトの間の直流バイアス
電圧もしくはピークからピークまで約３００ボルトから
約５００ボルトの交流バイアス電圧がウエハに印加さ
れ、そしてアルミニウムスパッタリングは約２０秒ない
し約４５秒の間の秒数の時間だけ継続され、あるいはウ
エハ温度が５００℃を超えない温度にまで達するに到る
まで継続し、かくして、ウエハ上の近接し個別に突起状
をなす部分間の低位領域が実質的に完全充填され、負の
斜面が決して形成されない結果を生ずる。

【００１０】本発明の更に目的は、多段階法を用いて、
近接し個別に突起状をなす部分をもつ半導体ウエハ上に
アルミニウム層をスパッタリングするための改良方法を
提供することであって、この改良方法においては、第１
段階においてウエハ上に厚さが約２０００Åを超えない
アルミニウム層がスパッタリングされ、同時にウエハを
約２５０℃を超えない温度に維持ししかもプラズマ電力
水準を約１ｋＷから約１６ｋＷの間に維持し；しかる
後、第２スパッタリング段階においてプラズマ電力水準
を約１４ｋＷから約２０ｋＷの間に変え、約１００ボル
トから約１５０ボルトの間の直流バイアス電圧、もしく
は約３００ボルトから約５００ボルトのピークからピー
クへの交流バイアス電圧とそして約４００ワットから約
１０００ワットの間の電力水準をウエハに与え、かくし
てアルミニウムスパッタリングを約２０ないし約４５の
間の秒数の時間だけ継続し、あるいはウエハ温度が約５
００℃を超えない温度に達するまで継続し、かくして、
ウエハ上の近接し個別に突起状をなす部分間の低位領域
が実質的に完全充填されしかも負の斜面を決して生じな
い結果を生ずる。

【００１１】本発明の更に目的は、多段階法を用いて、
近接し個別に突起状をなす部分をもつ半導体ウエハ上に
アルミニウム層をスパッタリングするための改良方法を
提供することであって、この改良方法においては、第１
段階においてウエハ上に厚さが約２０００Åを超えない
アルミニウム層をスパッターすると同時にウエハを約２
５０℃を超えない温度に保持しまたプラズマ電力水準を
約１ｋＷから約１６ｋＷの間に維持し；しかる後、第２
スパッタリング段階では、プラズマ電力水準を約１４ｋ
Ｗから約２０ｋＷの範囲内に変え、約１００ボルトから
約１５０ボルトの範囲内の直流バイアス電圧、もしくは
約３００ボルトから約５００ボルトの間のピークからピ
ークまでの交流バイアス電圧をウエハに印加し、かくし
てアルミニウムスパッタリングを約２０ないし約４５の
間の秒数の時間だけ継続するかあるいはウエハ温度が約
５００℃を超えない温度にまで上昇するまで継続し、こ
の時点で、第３段階で、ウエハの裏側を熱伝導性ガスに
接触させてウエハをウエハ保持体に熱的に継合させてウ
エハの温度を安定化すると同時に、任意にアルミニウム
スパッタリングを更に０ないし４５秒間だけ追加して継
続実施し、かくしてウエハ上の近接し個別に突起状をな
す部分間の低位領域が実質的に完全に充填されしかも負
の斜面が決して形成されないという結果を生ずる。

【００１２】

【発明の構成・効果】本発明に依り、多段階方式を用い
て半導体ウエハ表面にアルミニウム層がスパッターさ
れ、図２の２２′で示すように、ウエハ上の近接し個別
に存在する突起間の領域は実質的に完全に充填されこれ
は図１に示す従来技術の方法による結果と対照的に異っ
ている。更にアルミニウム層の蒸着は、図１に２６で示
すような負の斜面をもった表面を生じないし、形成しな
いが、むしろアルミニウムは実質的に平坦な層から図２
において２４′と２６′で示すような正の斜面に到る範
囲の層を形成するように蒸着する筈である。

【００１３】「近接し個別に突起状をなす部分」という
用語を用いて、本明細書では、持ち上った形状の線と
か、溝の相対する壁面とかあるいは管状部分の側壁とい
った、半導体ウエハ上に持ち上った形状をもつ部分の意
味としているのであって、ここでは、これら持ち上った
部分もしくは壁面間の低位領域の幅に対する、これら持
ち上った部分もしくは壁面の高さとの縦横比は、約0.６
２５（＝１／1.６ないし少くとも約１の範囲内にあり、
壁にテーパーがついている場合など２に等しい位高い値
となる。

【００１４】本発明により半導体ウエハ上にスパッター
されたアルミニウム層の表面を説明する場合に本明細書
中で用いている「負の斜面」及び「正の斜面」という用
語は、ウエハの近接し個別に突起状をなす部分間の半導
体ウエハの低位領域の上のアルミニウム層の表面がアル
ミニウム層の表面の残余部分に関して決める角度を指定
する用語である。図１及び図１Ａにおける２６で示すよ
うに、この角度が９０°以上あれば、この斜面は「負の
斜面」と指定され、一方この角度が、図２及び図２Ａに
見るように９０°より小さければ「負の斜面」と指定さ
れる。

【００１５】本発明の方法で形成されたスパッターされ
たアルミニウム層は、例えば９9.９重量％のアルミニウ
ムから成る純アルミニウムであるかあるいは約1.５wt.
％以下のけい素または約２wt. ％以下の銅あるいはこれ
らの規定成分値以内にあるこれらけい素及び銅の混合物
を含有するアルミニウムである。従って、この明細書で
用いる「アルミニウム」という用語は、純アルミニウム
の場合と、けい素もしくは銅、あるいはこれら両元素を
上記限界値だけ含有するアルミニウム合金の双方を含む
ことを意図している。

【００１６】本発明の方法を実施するために用いる標準
的なスパッタリング装置は図３及び図４に示してある。
ウエハ３０は当初、上部壁４２と側壁４８から成るスパ
ッタリング室４０の中に挿入され、図３及び図４に示す
円筒状または環状の保持部材５０のようなウエハ保持部
材上に置かれ、この保持部材５０はウエハ３０に対する
保持体となるのに適当な寸法の直径をもつ拡大上部フラ
ンジ５２をもつ。保持部材５０はピンとかブラケット５
６を用いて室４０の壁に装着できる。

【００１７】室４０は更に図示してないアルゴンのよう
なスパッタリング用ガス源に連結されたスパッタリング
ガス入口４６を有し、このスパッタリングガスは、毎分
約３０cm³(sccm) ないし約３００sccmの範囲内の流量で
室４０中に流入される。室４０の出口４８は、図示して
ない真空ポンプ手段に連結されてスパッタリング室４０
の中の圧力を約1.33×10^-3ミリバール（１ミリトール）
から約 10.64×10^-3ミリバール（８ミリトール）の範囲
内に維持する。

【００１８】室４０の上部壁４２にはアルミニウムター
ゲット６０が装着されていてこのものは絶縁体６２によ
り室４０の接地壁４８とは絶縁されている。ターゲット
６０の調節可能な（すなわち再セット可能な）電力水準
をもつ電源６６のマイナス端子に電気的に連結される。
ターゲット６０を取囲みそして室４０の上部壁４２に装
着されている円筒状遮蔽部材７０は、下方フランジすな
わち肩７２と上方に伸びる内部唇７４とを有し、この唇
７４はウエハ３０の上面縁と噛み合う締付け環８０を有
する、そしてウエハが上昇されスパッタリング位置まで
もって来られると、ウエハを円形のウエハ保持台１００
に対して封止し、その目的については以下に説明すると
おりである。

【００１９】ウエハ保持台１００は図３に示すが、室１
０の中にウエハ３０を最初に装着し易くするようにウエ
ハ３０の下の位置にある。しかし、図４に示すように、
台１００はウエハ３０をウエハ保持部材５０から離して
上昇させ遮蔽体７０の中でターゲット６０の下の位置に
入れるのに用いられその結果ウエハ３０上にアルミニウ
ム層のスパッタ蒸着をさせるようになる。ウエハ保持台
１００はまた加熱手段、熱安定化手段ならびにウエハ３
０の偏向手段として働く。

【００２０】台１００は当初ある位置まで持ち上げら
れ、この位置で台はウエハを、持ち上げ手段１１０を介
して円筒形保持体５０から持ち上げ、この持ち上げ手段
は、例えば中空軸すなわち棒１１４を介して台１００に
継合された流体力円筒から成る。台１００はまた、中空
軸１１４を介して加熱器電源１２４に電気的に連結され
た電気抵抗加熱器から成る。加熱器手段１２０は、スパ
ッタ蒸着法が開始されると当初にウエハ３０を加熱す
る。台１００は更に水冷却コイル（図示してない）のよ
うな冷却手段を具備していて台１００の温度の一層の安
定化をはかる。

【００２１】本発明のスパッタリング法の一部を実施中
にウエハ３０の温度を安定化するために、台１００は更
に台１００の凸形上面１０２の縁に隣合う弓形凸部（ク
ラウン）１０４を有し、この台１００は締付け環８０と
連合して台１００の上面１０２に対してウエハ３０の裏
面の縁を封止し、そうすることによって、ウエハ３０の
裏面と上面１０２との間にあって約１μｍと約２μｍと
の間の厚さをもつ封止室を形成し、この封止室の中には
アルゴンなどの熱伝導性ガスが、以下に説明する工程の
一部を実施中に、上面１０２内の開口部１０６を介して
流入される。

【００２２】中空軸１１４を通してガス供給源１０８ら
供給される熱伝導性ガスはウエハ３０を台１００に対し
て熱的に結合させる役を果たす。スパッタリング工程中
にウエハ３０内に過剰な熱が発生するので、このような
熱はガスを介してウエハ３０から、ウエハよりも遙に質
量の大きい台１００へと伝達され、従って大きい熱シン
クとして働き、追加の熱をその発生状態のまま吸収す
る。

【００２３】ウエハは、またバイアス電源から台１００
および締付け環８０を介して、接地された室に対して電
気的にバイアスしてもよい。このバイアスは以下に説明
するようにウエハ３０に印加する直流または交流バイア
スにすることができる。本発明に係る多段階スパッタリ
ング法は、厚さが約２００Åから約２０００Åの範囲内
にある立上り時のアルミニウム蒸着層を生成するのに充
分な時間だけアルミニウムをウエハ表面に先ずスパッタ
リングすることから始められる。この段階の目的は電導
性表面を半導体表面に形成することであって、この半導
体表面にはアルミニウム層がスパッターされていて、ウ
エハ表面に対して続いて以下に説明するように第２蒸着
段階中に、交流もしくは直流バイアスにより電気的バイ
アスがかけられるようにすることである。もしアルミニ
ウムからなる電導性層がこのような交流または直流バイ
アスの後続使用に先行する段階において形成されなけれ
ば、直流バイアスを用いることにより、電弧が発生し交
流バイアスにより不連続性の蒸着膜が形成される。この
ように第１蒸着段階は単に後続の蒸着段階の１段階また
は数段階が所望のやり方で機能するように充分な厚さの
導電性材料からなる層を形成する作用をもっているだけ
である。

【００２４】この第１蒸着段階中は、ウエハの温度は約
５０℃ないし約２５０℃の温度範囲の中に維持され、好
ましくは約５０℃から約２００℃の間、最も好ましくは
約５０℃から約１５０℃の間に維持される。ターゲット
用電力供給は、約−４００ないし約−６００ボルトの間
に、更に好ましくは約−４５０ないし約−５５０ボルト
の間に、そして最も好ましくは約−５００ボルトに設定
し；電力水準は約１ｋＷから約１６ｋＷの間とする。

【００２５】この第１蒸着段階中のスパッタリング室の
中の圧力は、この蒸着工程の残りの工程を通じてこれと
同様に、約1.33×10^-3ミリバール（１ミリトール）から
約 10.64×10^-3ミリバール（８ミリトール）の範囲内に
維持され、これと同時に、アルゴンのようなスパッタリ
ングガスは、スパッタリング室の中に約３０cm³ ／分(s
ccm) ないし約３００sccmの範囲内の流量で流入され
る。

【００２６】本発明のスパッタリング蒸着方法の第１段
階を実施するには、ウエハは、当初ロードロック真空室
から支持環５０上に挿入され、そして室４０は少なくと
も約1.33×10^-10 バール（１０^-7トール）になるまで排
気される。ウエハ３０を室４０内に入れる前に、台１０
０内の加熱器手段１２０はすでに台１００を約２５０℃
から約４５０℃の間の温度に加熱している。ウエハ３０
を室４０の中に入れ、そして環５０上に挿入した後、そ
して台１００を持ち上げる前に、輻射によるウエハ３０
の当初の加熱をするのに０秒から６０秒の間の時間が用
いられる。

【００２７】次いで台１００は持ち上げられてウエハ３
０に接触し、ウエハ３０を環５０から取り外し図４に示
す位置にまで動かす。台はウエハ３０との接触を約５秒
ないし約１２０秒の間の時間だけ保持され、ウエハ温度
は、第１蒸着段階の開始に先立って台１００の中の加熱
器からの輻射により所望の温度範囲にまで上昇させる。

【００２８】ここで注意されねばならないことは、この
工程段階においては、ウエハ保持台１００の上面１０２
とウエハの裏面との間に規定される領域に流入する熱伝
導性ガスはないということであって、その理由は、工程
中のこの段階において熱伝導性ガスが利用されるなら
ば、発生する筈のウエハと加熱器との間の一層効率的な
熱移動が原因で、この事実がウエハ温度を所望の温度よ
り一層高い温度にまで上昇させるからである。

【００２９】本工程中の第１段階実施中、所望のウエハ
温度よりも高い温度に加熱器が維持される理由は、この
工程における後続の各段階の経過中に加熱器温度はもっ
と高い温度になければならないし、そして加熱器を工程
の第１段階実施中により低い温度に維持しその後本発明
の各段階の速さが与えられている第２もしくは第３の段
階実施に先行して加熱器を更に加熱することは不可能で
あろうということである。かくして、加熱器は、むしろ
同一温度に、すなわち、約２５０℃から約４５０℃の間
に、全工程を通じ、また第１段階実施中短時間接触を通
じて、維持され、これはウエハの温度を第１蒸着段階に
おいては、この工程中第１段階以外の残余の段階中のウ
エハ温度よりも低く保持するという所望の目的を達成す
る伝熱性継手もしくは伝達よりも、むしろ輻射熱伝達を
用いるのと同様である。

【００３０】この蒸着方法の第１段階は、アルゴンのよ
うなスパッタリングガスを前に論じた流量範囲内で室の
中に流入させて、開始され、そしてターゲット６０とタ
ーゲット６０に曝されている室４０の接地された部分、
すなわち主として遮蔽体７０との間のプラズマを点火
し、一方では室４０を所望の圧力範囲すなわち約1.33×
10^-3ミリバール（１ミリトール）から約 10.64×10^-3ミ
リバール（８ミリトール）の範囲内に維持される。この
第１蒸着段階は次いでウエハ上にアルミニウムの所望の
初期蒸着厚さ、約２００Åないし約約２０００Åが得ら
れるまで実施される。

【００３１】第２蒸着段階は約１５秒ないし約４５秒の
範囲内の時間実施される。この蒸着段階は基本的には、
時間や電力水準よりもむしろウエハ温度、すなわち約５
００℃を超えない温度、そして好ましくは約４００℃を
超えない最大ウエハ温度をもつウエハ温度により制限さ
れる。従って、約１４ｋＷから約２０ｋＷまでの範囲の
プラズマ電力水準は最大ウエハ温度の限界値を超えない
限り用いられる。プラズマ電力供給で用いられる電圧水
準は第１段階における場合と同様に維持できる。ウエハ
温度が、スパッタリングの進行するにつれて最大ウエハ
温度に接近するならば、この第２段階は終了し第３段階
が始められる。

【００３２】本発明によれば、ウエハ表面に、ウエハの
近接し個別に突起状をなす部分間の低位領域も含めてス
パッタリングによる均一な蒸着層を提供するには、ウエ
ハ支持台１００と締付け環８０の双方を介してウエハ３
０に連結されているウエハバイアス電源１３０を使い蒸
着室４０と遮蔽体７０の接地壁に対してバイアス電圧を
ウエハに印加する。

【００３３】ウエハ３０に印加されるバイアスは直流バ
イアスかまたは交流バイアスか何れでもよい。直流バイ
アスがウエハ３０に印加されると、約−１００ボルトな
いし−１５０ボルトの負のバイアスが、約４００Ｗない
し約１０００ワットの範囲内の電力水準においてウエハ
３０に印加される。交流バイアスがウエハ３０に印加さ
れると、約３００ないし約５００ボルトの範囲内のピー
クからピークへの電圧が、再び約４００ないし１０００
Ｗの範囲内の電力水準において約５０kHz ないし約５０
０kHz の範囲内の周波数で用いられる。電力水準に関し
ては、注目すべきことは、ウエハ上のバイアスは、接地
室壁４８と遮蔽体７０、それに室内のイオン化ガスを介
するウエハ３０と締付け環８０を含むスパッタリング室
の接地部分間に電流を流させるということである。従っ
て、ウエハ及び／または締付け環の大きさの変化と同様
に、室及び／または遮蔽体の形状の変化は全電流に影響
を及ぼし、従って、ウエハ３０のバイアス印加により消
費される電力量にも影響を及ぼす。

【００３４】ウエハ温度が約５００℃に、好ましくは約
４００℃に達すると、本発明のスパッタリング工程の第
２段階が終了する。第２段階のこの終点はウエハ温度を
監視するかあるいは、ウエハ温度が最大５００℃を決し
て超えることのない温度になるように経験的に決定した
前述の時間長さ内にある予め設定した時点にて終るよう
にこの第２段階を時間計測するか何れかによって決定で
きる。

【００３５】本発明のスパッタリング工程の第２段階が
終了すると、第３段階が開始されるのであって、この段
階では、アルゴンのような熱伝導性ガスをウエハ３０と
台１００の表面１０２の間の遮蔽領域の中へ流すことが
含まれる。このウエハ３０を台１００に熱的に結合する
ことによって、ウエハ温度がこれ以上上昇するのを制限
する。このようにしてスパッタリング工程は随意に継続
され、追加の０ないし約４５秒間において同一の電力水
準とウエハバイアスにより実施される。

【００３６】この工程の第３段階はまた、第２段階に対
して設定された最大温度を再び超えることのない最大ウ
エハ温度をもつウエハによって制御されあるいは規制さ
れる。必要があれば、電力水準はこの第３段階中に低減
されてウエハ温度を引用した限界値内に維持する。しか
し一般には電力水準はこの第３段階においては約１４ｋ
Ｗ以下に落すことはない。

【００３７】注目すべきことは、もしウエハ温度、蒸着
速さなどの一層正確な制御を望むならば、ウエハのスパ
ッタリング電力及びバイアス電圧は共に第２及び第３の
各段階中に調節できる。第３段階中に、すなわちウエハ
の裏面を台に熱的に結合するためにウエハの裏面に対し
てガス流を流し始めた後に、随意的に更に蒸着させたア
ルミニウム層に対して、ウエハ上にスパッタされるアル
ミニウムの全量は、ある程度蒸着層の下のウエハの表面
形態に依存して決める。ウエハの近接し個別に突起状を
成す部分間のウエハの低位領域上の蒸着アルミニウム層
の全厚さは管あるいは溝の深さあるいはウエハ上の線の
高さの８０％以上、好ましくは約１００乃至２００％の
間とすべきである。

【００３８】上記の工程手順によりアルミニウム層が蒸
着されるがこの層は平均層厚が約0.６ないし約２ミクロ
ンであり、下層をなす半導体ウエハの最も高い部分の上
部に平均値的に1.０ミクロンの厚さとなるのが普通であ
る。この点に関して注目すべきことは、本発明の工程を
用いることによって、1.２５（高さ／幅比）に等しい高
い値をもつ縦横比をもつ、近接し個別に垂直方向に突起
状をなす線間の直線壁溝や領域は、前に論じた従来技術
によるアルミニウム蒸着層の薄肉化を経験せずに満足に
アルミニウムにより充填することができ、そして壁がも
し水平に対して約８０°もしくはそれ以内の角度だけ下
降しテーパーをもっているならば、２に等しい高い縦横
比（これら突起状をなす線間の溝もしくは領域の底部に
おいて測った場合の値）をもつ突起状をなす線間の溝な
らびに領域は、本発明に係る工程を駆使してアルミニウ
ムが満足のいくように充填される。

【００３９】同様に、縦横比が１である直線壁管は本発
明に係る方法で満足のいくように充填され、一方、水平
に対して７０°あるいはそれ以下の角度をなす壁面をも
つテーパーのついた管は、その縦横比が２と高くても本
発明により満足に充填される。本発明の工程を更に図解
するため、厚さ0.６mmのシリコンウエハが前述したよう
なスパッタリング室の中に装入された。このウエハはそ
の上に一連の高さが１μｍで幅が１μｍの段階を有し各
段階間の間隔は約１μｍとなっている。

【００４０】スパッタリング室はかくしてポンプにより
約4.39×10^-11 バール（3.3 ×１０^-8トール）まで減圧
された。ターゲット用電源は直流ターゲット電圧−４２
８ボルトを印加して、２０００Ｗに設定された。加熱器
温度は３００℃であった。ウエハを室に挿入後、約１分
以内に台が持ち上げられ、ウエハがスパッタリング位置
まで移動された。次いでアルゴンガスが１００sccmで室
を通じて流された。次いでプラズマが発生し、ウエハは
この電力水準で約１０秒間にわたりスパッタリングが施
された。

【００４１】ターゲット電源の電力水準は次いで１８ｋ
Ｗに再設定され、直流電圧で−１２０ボルトのウエハバ
イアスが支持台及び締付け環を介してウエハに印加され
た。ウエハは次いで追加の３０秒間スパッタリングを施
され、その後アルゴンガスが、ウエハの裏側とウエハ保
持体との間の領域に流入されウエハ温度を制御する。ス
パッタリング工程はかくして、電力水準が１５ｋＷで、
ウエハバイアス電圧が直流−１４０ボルトでもって追加
の４０秒間にわたって続行される。ターゲット用電力供
給はこのようにして工程停止のため閉止される。

【００４２】かくしてウエハは室から除かれ、截断され
走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で調査される。近接し個別に
突起状をなす段階間の低位領域はアルミニウムで完全に
満たされ目視可能なボイド（小空隙）の証拠も見当ら
ず、また低位領域におけるアルミニウム蒸着層の斜面は
正の斜面であった。かくして、本発明では新規なアルミ
ニウムスパッタリング方法を提供するのであって、この
方法において、半導体ウエハ上の近接し個別に突起状を
なす部分間の領域はアルミニウムによって実質的に完全
に充填され、しかもウエハ上の近接し個別に突起状をな
す部分間の低位領域の上のアルミニウム蒸着層の負の斜
面が回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】近接し個別に突起状をなす部分をもつ半導体ウ
エハ上に従来技術によりアルミニウム層をスパッター状
態の部分断面立面図である。図１Ａは図１の一部を示す
部分断面立面図であって、明白化のため数字が除いてあ
り、９０°よりも大きい角度を示してあり、この角度は
図１の低位領域１４内のアルミニウム層が、「負の斜
面」として指示されるアルミニウム層の残余部分により
形成される角度である。

【図２】近接し個別に突起状をなす部分をもつ半導体ウ
エハ上に本発明に係る方法によりスパッターされたアル
ミニウム層の部分断面立面図である。図２Ａは図２の一
部を示す部分断面立面図であって、明白化のため数字が
除いてあり、９０°よりも小さく角度を示してあり、こ
の角度は図２の低位領域１４内のアルミニウム層が、
「負の斜面」として指示されるアルミニウム層の残余部
分により形成される角度である。

【図３】本発明に係る方法で用いられるスパッタリング
室の垂直断面立面図であって、ウエハを室内に装入直後
であってしかもウエハをスパッタリング位置まで上昇さ
せる直前の状態を示す図である。

【図４】図３に示す室と同じスパッタリング室だがスパ
ッタリング法を開始可能な位置にまでウエハを持ち上げ
た状態を示す垂直断面図である。

【図５】本発明に係る工程を図解する流れ図である。

【符号の説明】

１０ 半導体ウエハ １１，１２，１３ 突起状部分 １４，１６ 低位領域 ２０，２４，２２′ アルミニウム層 ２２，２６，２８ 薄層部分 ２４′，２６′ 正の斜面 ３０ ウエハ ４０ スパッタリング室 ４２ 上壁 ４６ 入口 ４８ 側壁 ５０ 支持部材 ５２ 上部フランジ ５６ ブラケット ６０ アルミニウムターゲット ６２ 絶縁体 ６６ 電源 ７０ 円筒形遮蔽体 ７２ 肩 ７４ 内部唇 ８０ 締付け環 １００ ウエハ支持台 １１０ 持ち上げ手段 １１４ 中空軸 １２０ 加熱手段 １２４ 電源 １３０ バイアス電源

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 突起状部分を有する半導体ウエハ上にア
   ルミニウム層を形成するスパッタリング法であって、 (a) 第１蒸着段階において、前記半導体ウエハ上にター
   ゲットから約２００Åないし約２０００Åの厚さのアル
   ミニウムをスパッタリングすると同時に前記ターゲット
   の電力水準を約１ｋＷから約１６ｋＷの間に維持し、 (b) 第２蒸着段階において、電力水準を約１４ｋＷ以上
   にまで変化させて更に追加の２５ないし４５秒間か、あ
   るいは前記半導体ウエハの温度が約５００℃に達するか
   何れかが最初に起るまでアルミニウムのスパッタリング
   を続けると共に直流もしくは交流バイアスを前記半導体
   ウエハに印加し、且つ (c) 次いで第３蒸着段階において、前記半導体ウエハの
   裏側を熱伝導性ガスに接触させて前記ウエハを約５００
   ℃を越えない温度に保持し、それと同時に更に追加の０
   ないし４５秒間前記半導体ウエハに対して随意に追加の
   アルミニウム・スパッタリングを施すことを特徴とする
   スパッタリング法。
2. 【請求項２】 前記バイアスは、約−１００ボルトから
   約−１５０ボルトの範囲の直流バイアスかあるいはピー
   クからピークまで約３００ボルトないし約５００ボルト
   の範囲にわたる交流バイアスの何れかであることを特徴
   とする請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 前記第１段階が実施されると同時にウエ
   ハ温度が約５０℃から約２５０℃の間の温度に維持され
   ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 【請求項４】 ターゲット電圧は本法を通じて約−４０
   ０ボルトから約−６００ボルトの範囲内に保ち、スパッ
   タリング室の圧力は本法全工程を通じて約1.33×10^-3ミ
   リバール（１ミリトール）から約 10.64×10 ^-3 ミリバ
   ール（８ミリトール）の間に維持されることを特徴とす
   る請求項１に記載の方法。
5. 【請求項５】 前記半導体ウエハの温度は前記第２段階
   を通じて約４００℃を越えないことを特徴とする請求項
   １に記載の方法。
6. 【請求項６】 前記第３段階中に前記半導体ウエハの温
   度を制御するために前記熱伝導性ガスが前記半導体ウエ
   ハを約４５０℃以下の温度に保持した加熱器に熱的に結
   合することを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 【請求項７】 前記加熱器はウエハ保持台に配置され、
   前記加熱器と前記保持台とは前記第１段階に先行して約
   ２５０℃から約４５０℃の範囲の温度まで当初は加熱さ
   れ、前記第３段階実施中に前記半導体ウエハの温度を制
   御するために、前記熱伝導性ガスを前記ウエハ保持台の
   上表面と前記半導体ウエハの裏面との間の封止領域に対
   して前記第２段階終了後に流入させることを特徴とする
   請求項６に記載の方法。
8. 【請求項８】 近接し個々に突起状部分をもつ半導体ウ
   エハ上にアルミニウム層をスパッタリングする方法であ
   って、 (a) スパッタリング室内の半導体ウエハ保持台を約２５
   ０℃ないし約４５０℃の範囲内の温度まで加熱し、 (b) 次いで加熱された前記保持台を持ち上げて前記半導
   体ウエハに接触させ、そして前記半導体ウエハと前記保
   持台とを動かして前記室内のスパッタリング場所まで移
   送し、 (c) 第１蒸着段階において、前記半導体ウエハ上のアル
   ミニウムの厚さが約２００Åから約２０００Åとなるの
   に充分な時間をかけてターゲットからのアルミニウムを
   前記半導体ウエハ上にスパッタリングすると共に前記タ
   ーゲットの電力水準を約１ｋＷから約１６ｋＷに維持
   し、 (d) 第２蒸着段階において、電力水準を約１４ｋＷから
   約２０ｋＷの範囲内にまで変化させ更に追加の２５乃至
   ４５秒かあるいは前記半導体ウエハが約５００℃以下の
   温度に達するか何れかが初めに起るまでアルミニウムの
   スパッタリングを続けると共に直流もしくは交流のバイ
   アスを前記半導体ウエハに印加し、且つ (e) 次いで第３蒸着段階において、前記半導体ウエハの
   裏側を熱伝導性ガスに接触させて前記半導体ウエハの温
   度を制御すると同時に更に追加の０ないし４５秒間を前
   記半導体ウエハに対して追加のアルミニウムをスパッタ
   リングすることを特徴とするスパッタリング方法。
9. 【請求項９】 前記第２おび第３の各蒸着段階におい
   て、前記半導体ウエハに印加する前記バイアスは、約−
   １００ボルトないし約−１５０ボルトの直流バイアスで
   あるか、またはピークからピークまで約３００ボルトか
   ら５００ボルトまでの範囲内にある交流バイアスである
   か何れかであることを特徴とする請求項８に記載の方
   法。
10. 【請求項１０】 密接し個々に突起状部分をもつ半導体
    ウエハ上で実質的に平坦面から正の斜面に至る範囲の表
    面をもつアルミニウム層をスパッタリングする方法であ
    って、 (a) スパッタリング室内の半導体ウエハ保持台を約２５
    ０℃ないし約４５０℃の範囲内の温度まで加熱し、 (b) 次いで加熱された前記保持台を持ち上げて前記半導
    体ウエハに接触させ、そして前記半導体ウエハと前記保
    持台とを動かして前記室内のスパッタリング場所まで移
    送し、 (c) 第１蒸着段階において、前記半導体ウエハ上のアル
    ミニウムの厚さが約２００Åから約２０００Åとなるの
    に充分な時間をかけてターゲットからのアルミニウムを
    前記半導体ウエハ上にスパッタリングすると共に前記タ
    ーゲットの電力水準を約１ｋＷから約１６ｋＷに維持
    し、それと同時にターゲット電圧を約−４００ボルトか
    ら約−６００ボルトの間に維持し、 (d) 第２蒸着段階において、電力水準を約１４ｋＷから
    約２０ｋＷの範囲内にまで変化させ更に追加の２５乃至
    ４５秒か、あるいは前記半導体ウエハが約５００℃に達
    するか何れかが初めに起るまでアルミニウムのスパッタ
    リングを続けると共に約−１００ボルトないし約−１５
    ０ボルトの直流バイアスかあるいはピークからピークま
    で約３００ボルトないし約５００ボルトの交流バイアス
    の何れかを印加し、且つ (e) 次いで第３蒸着段階において、前記半導体ウエハの
    裏側を熱伝導性ガスに接触させて前記半導体ウエハの温
    度を制御すると共に更に０ないし４５秒間追加して前記
    半導体ウエハに対して任意の追加のアルミニウムのスパ
    ッタリングを施すと同時になおも前記半導体ウエハの前
    記バイアスを維持することを特徴とするスパッタリング
    方法。