JPH01312851A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH01312851A
JPH01312851A JP63141507A JP14150788A JPH01312851A JP H01312851 A JPH01312851 A JP H01312851A JP 63141507 A JP63141507 A JP 63141507A JP 14150788 A JP14150788 A JP 14150788A JP H01312851 A JPH01312851 A JP H01312851A
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Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要］ 半導体装置の製造方法に関し、特に大規模集積回路（Ｌ
ＳＩ）などの金属配線構造に用いるアルミニュウム配線
層を、スパッタリング法により形成する方法に関し、 良好な膜質を持ったアルミニュウムなどの薄膜を安定に
、かつ高い装置稼働効率で得ることができるスパッタリ
ング法による半導体装置の製造方法を提供することを目
的とし、 真空チャンバー内にガスを導入しスパッタリングにより
薄膜を形成する半導体装置の製造方法において、前記真
空チャンバー内に導入するガス流量を周期的に増減させ
、該真空チャンバー内の圧力を相対的に低真空状態と高
真空状態とに交番することを特徴とする半導体装置の製
造方法を含み構成する。
（産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に大規模集
積回路（ＬＳＩ）などの金属配線構造に用いるアルミニ
ュウム配線層を、スパッタリング法により形成する方法
に関する。
（従来の技術］ 近年の半導体素子の高集積化・高密度化に伴い、素子の
信頼性についても従来以上に厳しい性能が要求されてき
ている。とりわけ、素子の微細化が進むにつれて、配線
に用いるアルミニュウム薄膜の膜質が素子の信頼性に及
ぼす影響については、最近特に問題になってきている。
従来、アルミニュウム配線層に用いるアルミニュウム薄
膜の形成は、通常マグネトロン・スパッタリング法で行
われている。このスパッタリング法により、信頼性の高
い半導体素子を歩留りよく製造するためには、スパッタ
リング装置の状態の管理が重要となっている。
すなわち、薄膜形成を行う真空装置（スパンター・チャ
ンバー）内での残留ガス（Ｎ２０，０□、Ｎ２が主成分
）量に対して、アルミニュウム薄膜の膜質は敏感に影響
される。例えば、上記の残留ガスが多い場合には、アル
ミニュウム薄膜の表面が白濁（微小凹凸の形成による）
したり、エレクトロ・マイグレーション耐性が劣化し、
素子の信頼性が低下する。このため、真空装置にリーク
が無いことは必須であり、またスパッター・チャンバー
を大気に曝した場合には、薄膜形成前に装置内壁の焼出
しを含め高真空になるまで装置内を必ず排気しなければ
ならない。
一方、上記の様な残留ガス成分は、装置内からだけでは
なく、薄膜を被着する半導体基板からも持ち込まれる。
すなわち、通常アルミニュウム薄膜を被着させる下地は
リンシリケートガラス（ＰＳＧ）などの絶縁膜であるが
、このＰＳＧ膜はリン濃度が高い程吸湿し易くなる。従
って、アルミニュウム薄膜形成中にも装置内部における
発生・残留ガスを十分に排気・除去できるように、装置
の排気能力を大きく保つことが必要である。
従来のスパッタリング装置では、アルミニュウム薄膜の
形成を約１０−　”Ｔｏｒｒ　（ｍｍＴｏｒｒ）のオー
ダーのアルゴン圧力で行うことが多いが、この圧力は下
記のいずれかの方法を用いて設定している。
（Ａ）排気系の能力とバランスするだけの多量のアルゴ
ンを導入する。
（Ｂ）補助的な手段を用いて排気系の能力を低下させ、
少量のアルゴン流量でバランスさせる。
ところが、上記（Ａ）の場合には、多量のアルゴンを流
しているため、排気系に用いているクライオ・ポンプの
寿命が短くなり、再生頻度が高くなる。一方、上記（Ｂ
）の場合には、真空排気系のコンダクタンスを小さくし
ているため、装置内部での発生・残留ガスに対して排気
系の能力が小さくなり、良好な膜質が安定して得られな
くなる。
〔発明が解決しようとする課題〕
従って、従来のスパッタリング法による薄膜形成方法で
は、ｍｍＴｏｒｒのオーダーにスパッタリング装置の圧
力を設定して、配線層に用いるアルミニュウム薄膜を成
長させるときに、良好な膜質を安定にかつ高い装置稼働
率で得ることができないといった問題点があった。
そこで本発明は、良好な膜質を持ったアルミニュウムな
どの薄膜を安定に、かつ高い装置稼働効率で得ることが
できるスパッタリング法による半導体装置の製造方法を
提供することを目的とする。
〔課題を解決する手段］ 上記課題は、真空チャンバー内にガスを導入しスパッタ
リングにより薄膜を形成する半導体装置の製造方法にお
いて、前記真空チャンバー内に導入するガス流量を周期
的に増減させ、該真空チャンバー内の圧力を相対的に低
真空状態と高真空状態とに交番することを特徴とする半
導体装置の製造方法によって解決される。
〔作用］ 第１図は本発明の原理説明図である。同図は、成膜時間
と真空チャンバーに導入するアルゴン流量との関係を示
しており、横軸は成膜時間であり、縦軸はアルゴン流量
を示している。すなわち、装置の排気能力を高く維持し
た状態に保ち、短時間多流量のアルゴンを流す時間領域
（Ｔ、）及び長時間小流量のアルゴンを流す時間領域（
Ｔ２）を周回的に繰り返すことにより、成膜時に流す全
アルゴン量を減少させて、装置稼働時間を伸ばすように
する。
本発明では、第１図を参照すると、長時間小流量のアル
ゴンを流す時間領域（Ｔ２）に対応する真空チャンバー
内のガス圧力は、ｍｍＴｏｒｒオーダー以下となり、通
常のマグネトロン・スパッター法では放電を維持するこ
とができない。この理由は、ｍｍＴｏｒｒ以下のガス圧
力ではアルゴンを放電させるための電圧が高くなると同
時に、アルゴン原子の密度が小さくグロー放電を維持さ
せにくいためである。しかし、低真空で一旦放電を開始
させた後、そのまま系を高真空側に移行すれば、放電を
維持させることは可能である。従って、本発明では低真
空領域（アルゴン流量多い）と高真空領域（アルゴン流
量少ない）を繰り返すことにより、安定放電させること
ができる。低真空領域の時間（ＴＩ）が高真空領域の時
間（Ｔ２）に比べて短くなるように、各々の数値を設定
することで、放電を継続させ、良好なＭ質を持った薄膜
を安定に、かつ高い装置稼働効率で得ることができる。
〔実施例］ 以下、本発明を図示の一実施例により具体的に説明する
。
第２図は本発明実施例のスパッタリング装置の構成図で
ある。同図において、１１はスパッター・チャンバー、
１２ａ及び１２ｂは後述するマス・フローメーターを介
してアルゴン・ボンベに接続されたアルゴンガス導入口
、１３はスパッター・チャンバー１１と真空排気系とを
仕切るゲート・バルブ、１４は気体を十分に低い温度の
固体表面に吸着または凝縮させ高真空を得るクライオ・
ポンプがら成る主排気系、１５はスパッター・チャンバ
ーｌｌ内の圧力を測定するための圧力測定子である。（
従来の方法では、排気系の能力を低下させるために、上
記のゲート・バルブ１４と排気系１４との間にコンダク
タンス可変バルブを設けている。）上記スパッタリング
装置による本発明を実施するスパッター条件の一例を、
次に示す。
ターゲット：Ａｌ−１χＳｉ　　（直径２９０ｍｍ、純
度５Ｎ）基板　　　：Ｓｉ基板（直径１２５ｍｍ）ター
ゲット・基板間距離二〜５５ｍｍ ターゲット投入電カニ　ｌ０ＫＷ スパッター時間：４０〜５０（ｓｅｃ、）成膜した薄膜
の膜厚：１；Ｏ（μ） 第３図は本発明の一実施例構成図である。図中の各パラ
メーターの代表的な設定値は、次の通りである。
低真空領域：時間Ｔ、＝０．２〜０．５＜ｓｅｃ、）　
、流ＭＬ　ｐ　＋＝８０〜１００１００（ｓｃ　、圧力
Ｐ　、　＝２〜５　（ｍｍＴｏｒｒ）高真空領域二時間
Ｔｚ＝１０〜３０（ｓｅｃ、）、流量ｐ　ｚ　＝２０〜
５０（ｓｃｃｍ）、圧力Ｐｚ＝０．５〜１．０（ｍｍＴ
ｏｒｒ）第４図は第３図で示した構成を実現するための
ガス配管系統図である。同図において、２１は高流量ガ
ス・ライン、２２は低流量ガス・ラインであり、並列に
配置されている。高流量ガス・ライン２１及び低流量ガ
ス・ライン２２は、それぞれマス・フロメーター２１ａ
、２２ａと各々のガス・ラインの開閉を行う電磁弁２１
ｂ、２２ｂとから構成される。
また第５図は第３図で示した構成を実現するための他の
ガス配管系統図である。同図において、高流量ガス・ラ
イン２１及び低流量ガス・ライン２２は、直列に配置さ
れ、高流量ガス・ライン２１側にバイパス用の配管が設
けられている。
上記方法によれば、第４図または第５図に示すガス配管
系統図において、低流量ガス・ライン２２の電磁弁２２
ｂを開いた状態で、高流量ガスラインを開閉することに
より第３図で示した低真空領域と高真空領域を繰り返す
ことができる。これにより、アルゴン流量多い低真空領
域とアルゴン流量少ない高真空領域をパルス的に繰り返
すことにより、低真空で一旦放電を開始させた後、その
まま系を高真空側に移行し安定放電させることができる
。従って、低真空領域の時間（Ｔ１）が高真空領域の時
間（Ｔ２）に比べて短くなるように、各々の数値を設定
することで、スパッタリング装置に具備された真空排気
系１４の排気能力を成膜時に低下させることなく、高真
空でも安定に放電を維持できる。
従って、アルミニュウム薄膜形成中にも装置内部での発
生・残留ガスを十分に排気・排除でき、良好な膜質を持
ったアルミニュウム薄Ｈｆｆを安定にかつ高い装置稼働
率で得ることができる。また、アルゴン流量も全体とし
て少なくなり、クライオ・ボンブの寿命も従来よりも数
倍長くなる。
さらに、本実施例では、高真空領域でアルミニュウム薄
膜を形成することによって、下記のような副次的な効果
が得られる。
（ａ）放電電圧が上昇するため、アルミニュウム・ター
ゲットのスパンター率が増加する。従って、膜形成速度
が太き（なり、スループントの向上及びターゲット使用
効率の向上が図れる。
（ｂ）スパンター粒子の平均自由工程が長くなるため、
スパンター粒子は処理基板に対して垂直な方向から入射
しやすくなる。従って、この処理ｆ板内に設けられた段
差に対するアルミニュウム薄膜の被覆性（ステップ・カ
バレージ）が改善される。
第６図は本発明の他の実施例構成図である。この実施例
では、アルゴン流量が成膜時間に対して周期的に繰り返
され、その変化が連続的に行われる。このようなガス配
管系統は、例えば、ピエゾ素子を用いたガス・フローバ
ルブを外部掃引電圧で駆動して行うことができる。
この方法によれば、上記実施例と同様に良好な膜質を持
ったアルミニュウム薄膜を安定にかつ高い装置稼働率で
得ることができ、クライオ・ポンプの寿命も長くなる。
なお、本発明においては、ガス流量を周期的に増減させ
、真空チャンバー内の圧力を低真空状態と高真空状態と
を周期的に繰り返すようにすればよく、この周期は低真
空状態での放電が高真空状態において維持できる程度の
圧力、ガス流量、時間が適宜法められる。
〔発明の効果〕
以上説明した様に本発明によれば、スパックリングによ
る薄膜形成において、装置に導入するガスをパルス状に
変化させることにより、この装置に具備された真空排気
系の排気能力を成膜時に低下させることなく、高真空で
も安定に放電を維持できる。従って、アルミニュウム薄
膜形成中にも装置内部での発生・残留ガスを十分に排気
・排除でき、良好な膜質を持ったアルミ薄膜を安定にか
つ高い装置稼働率で得ることができるために、半導体素
子の信頼性の向上及び歩留りの向上に寄与するところが
大きい。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の原理説明図、 第２図は本発明実施例のスパックリング装置の構成図、 第３図は本発明の一実施例構成図、 第４図は第３図で示した構成を実現するガス配管系統図
、 第５図は第３図で示した構成を実現する他のガス配管系
統図、 第６図は本発明の他の実施例構成図である。 図中、 １１はスパッター・チャンバー、 １２ａ及び１２ｂはアルゴンガス導入口、１３はゲート
・バルブ、 １４は主排気系、 １５は圧力測定子、 ２１は高流量ガス・ライン、 ２２は低流量ガス・ライン、 ２１ａ、２２ａはマス・フロメーター、２］、ｂ、２２
ｂは電磁弁 を示す。 特許出願人　　　富士通株式会社 代理人弁理士　　久木元　　　彰 同　　大菅義之

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 　真空チャンバー（１１）内にガスを導入しスパッタリ
    ングにより薄膜を形成する半導体装置の製造方法におい
    て、 前記真空チャンバー（１１）内に導入するガス流量を周
    期的に増減させ、該真空チャンバー（１１）内の圧力を
    相対的に低真空状態と高真空状態とに交番することを特
    徴とする半導体装置の製造方法。
JP63141507A 1988-06-10 1988-06-10 半導体装置の製造方法 Granted JPH01312851A (ja)

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