JPH04324655A - 薄膜の製造方法 - Google Patents
薄膜の製造方法Info
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- JPH04324655A JPH04324655A JP9417491A JP9417491A JPH04324655A JP H04324655 A JPH04324655 A JP H04324655A JP 9417491 A JP9417491 A JP 9417491A JP 9417491 A JP9417491 A JP 9417491A JP H04324655 A JPH04324655 A JP H04324655A
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Landscapes
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体素子用の薄膜
の製造方法に関するものである。
の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】例えば馬来国弼「薄膜の内部応力の推定法
と発生原因」応用物理、１９８８年１２号Ｐ１８５６に
示されているように半導体素子の製造プロセスで用いら
れる薄膜のなかでも、タングステンやモリブデンなどの
耐熱性金属や、ＷＳｉ２ ，ＭｏＳｉ２ ，ＴａＳｉ２
，ＴｉＳｉ２ などのシリサイド、ＴｉＮやＺｒＮな
どのナイトライドはそれ自身で大きな内部応力をもって
いる。この大きな内部応力は、その膜にクラックを発生
させたり、その膜の剥離の原因となるばかりでなく、そ
の下のシリコンやＧａＡｓなどの基板に欠陥を生じさせ
たり、この基板に作られたトランジスタやＭＯＳＦＥＴ
の特性を劣化させたりすることがある。
と発生原因」応用物理、１９８８年１２号Ｐ１８５６に
示されているように半導体素子の製造プロセスで用いら
れる薄膜のなかでも、タングステンやモリブデンなどの
耐熱性金属や、ＷＳｉ２ ，ＭｏＳｉ２ ，ＴａＳｉ２
，ＴｉＳｉ２ などのシリサイド、ＴｉＮやＺｒＮな
どのナイトライドはそれ自身で大きな内部応力をもって
いる。この大きな内部応力は、その膜にクラックを発生
させたり、その膜の剥離の原因となるばかりでなく、そ
の下のシリコンやＧａＡｓなどの基板に欠陥を生じさせ
たり、この基板に作られたトランジスタやＭＯＳＦＥＴ
の特性を劣化させたりすることがある。
【０００３】そこでその内部応力を低い値に制御する必
要が生じるがたとえばタングステン薄膜の応力は上記文
献の図５に示されるように、スパッタリング法を行なう
際のアルゴンの圧力を制御することで低い値とする事が
可能となる。
要が生じるがたとえばタングステン薄膜の応力は上記文
献の図５に示されるように、スパッタリング法を行なう
際のアルゴンの圧力を制御することで低い値とする事が
可能となる。
【０００４】しかしながら、その応力はこのアルゴンの
圧力ばかりでなくスパッタリング時の投入パワーにも強
く依存するから、投入パワーの微少な変化によって大き
く変化することが知られている。従って低応力の膜を、
その応力を希望の値に制御して作製するのには、膜形成
時の形成条件を精密に制御する必要がある。
圧力ばかりでなくスパッタリング時の投入パワーにも強
く依存するから、投入パワーの微少な変化によって大き
く変化することが知られている。従って低応力の膜を、
その応力を希望の値に制御して作製するのには、膜形成
時の形成条件を精密に制御する必要がある。
【０００５】一方応力の測定は、一定膜厚の薄膜を形成
したのち、上記文献に示されるように、基板のそりを測
定し応力を算出する方法などによって行なわれているの
が現状である。従ってスパッタ法により低応力の例えば
タングステン薄膜を形成しようとすると、あらかじめア
ルゴンの圧力と投入パワーを変化させて各条件での基準
となる膜応力を得、そのデータに従って形成条件を制御
しつつ、形成を行なうこととなる。
したのち、上記文献に示されるように、基板のそりを測
定し応力を算出する方法などによって行なわれているの
が現状である。従ってスパッタ法により低応力の例えば
タングステン薄膜を形成しようとすると、あらかじめア
ルゴンの圧力と投入パワーを変化させて各条件での基準
となる膜応力を得、そのデータに従って形成条件を制御
しつつ、形成を行なうこととなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな形成方法によれば、膜の応力の決定は形成後の測定
によってのみ可能であるため、形成条件の制御は実質上
あまり精密には行なうことが出来ず、またスパッタ装置
の内壁などに形成されるタングステン膜のために形成条
件が実質上変化してしまう、等の不具合が生じた場合に
もそれに対する対応が遅れてしまう。
うな形成方法によれば、膜の応力の決定は形成後の測定
によってのみ可能であるため、形成条件の制御は実質上
あまり精密には行なうことが出来ず、またスパッタ装置
の内壁などに形成されるタングステン膜のために形成条
件が実質上変化してしまう、等の不具合が生じた場合に
もそれに対する対応が遅れてしまう。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は低応力膜形成の
際の制御性の問題点を解決するために、膜形成装置に、
成膜過程と同時に膜の応力を測定する手段およびその応
力が希望の値となるよう形成条件を自動的に制御できる
手段をもうけることで膜応力を精密に制御できる薄膜の
製造方法を提供する。
際の制御性の問題点を解決するために、膜形成装置に、
成膜過程と同時に膜の応力を測定する手段およびその応
力が希望の値となるよう形成条件を自動的に制御できる
手段をもうけることで膜応力を精密に制御できる薄膜の
製造方法を提供する。
【０００８】
【作用】この膜応力測定手段としてＸ線回折を利用し、
測定値により成膜中の薄膜の応力を得、これにより成膜
パラメータを制御することにより、薄膜の応力を常時精
密制御する。
測定値により成膜中の薄膜の応力を得、これにより成膜
パラメータを制御することにより、薄膜の応力を常時精
密制御する。
【０００９】
【実施例】図１はこの発明の装置の一実施例を概略的に
示しており、これはマグネトロンスパッターによりタン
グステン薄膜を形成する場合を示してある。
示しており、これはマグネトロンスパッターによりタン
グステン薄膜を形成する場合を示してある。
【００１０】図１においてアルゴンを含みシールされた
チャンバ１０内に回転可能に支持されるアノード電極１
２の上に半導体基板１４を固定し、同じくこのチャンバ
１０内にこのアノード電極１２に対向させてカソート電
極１６を配置し、このカソート電極１６のアノード電極
に対向する面上にタングステンターゲット１８を配置し
てある。カソート電極１６の反対側表面に近接して永久
磁石２０が配置してあり、このカソート電極には無線周
波電極２２がマッチボックス２４を介して高周波電力が
供給され直交電磁具による高密度プラズマをターゲット
１８から発生させて基板１４にタングステン薄膜を形成
する。
チャンバ１０内に回転可能に支持されるアノード電極１
２の上に半導体基板１４を固定し、同じくこのチャンバ
１０内にこのアノード電極１２に対向させてカソート電
極１６を配置し、このカソート電極１６のアノード電極
に対向する面上にタングステンターゲット１８を配置し
てある。カソート電極１６の反対側表面に近接して永久
磁石２０が配置してあり、このカソート電極には無線周
波電極２２がマッチボックス２４を介して高周波電力が
供給され直交電磁具による高密度プラズマをターゲット
１８から発生させて基板１４にタングステン薄膜を形成
する。
【００１１】このように構成される通常のマグネストロ
ンスパッタ装置にＸ線回折装置を取り付けた構成となっ
ており、Ｘ線回折を測定しつつタングステン膜の形成を
行なう。Ｘ線回折装置はＸ線源２６とＸ線検出器２８で
形成される。Ｘ線源２６からＸ線が基板１４の表面に垂
線に対し角度φをもって向けられ、回折線をＸ線検出器
２８で測定する。基板１４上に形成されるタングステン
膜の応力は図２に示すように、スパッタリング中のアル
ゴン圧力及びＲＦ電源２２の出力により制御することが
できる。ＲＦ電源２２の出力により制御することができ
る。ＲＦ電源２２の出力を一定としアルゴン圧力を変化
させると形成されるタングステン膜の応力を圧縮応力（
−符号）から引張応力（＋符号）に大きく変化させるこ
とが出来る。
ンスパッタ装置にＸ線回折装置を取り付けた構成となっ
ており、Ｘ線回折を測定しつつタングステン膜の形成を
行なう。Ｘ線回折装置はＸ線源２６とＸ線検出器２８で
形成される。Ｘ線源２６からＸ線が基板１４の表面に垂
線に対し角度φをもって向けられ、回折線をＸ線検出器
２８で測定する。基板１４上に形成されるタングステン
膜の応力は図２に示すように、スパッタリング中のアル
ゴン圧力及びＲＦ電源２２の出力により制御することが
できる。ＲＦ電源２２の出力により制御することができ
る。ＲＦ電源２２の出力を一定としアルゴン圧力を変化
させると形成されるタングステン膜の応力を圧縮応力（
−符号）から引張応力（＋符号）に大きく変化させるこ
とが出来る。
【００１２】一方成膜速度は図３に示すようにアルゴン
圧力にあまり依存せず１０〜４０ｍＴｏｒｒの圧力範囲
ではほぼ一定でＲＦ出力のみの関数となる。
圧力にあまり依存せず１０〜４０ｍＴｏｒｒの圧力範囲
ではほぼ一定でＲＦ出力のみの関数となる。
【００１３】一方膜の応力はＸ線回折の回折ピークのシ
フト量により算出される。ここでは、１つの回折面から
の回折に注目し、回折ピークの応力０のときの値からの
ずれを、Ｘ線の入射角中の関数として測定し周知の関係
フト量により算出される。ここでは、１つの回折面から
の回折に注目し、回折ピークの応力０のときの値からの
ずれを、Ｘ線の入射角中の関数として測定し周知の関係
【００１４】
【数１】
【００１５】から応力σを算出する方法を用いる。ここ
で、ａφは入射角中のときの測定された格子面間隔、ａ
０ ，ａｎ はそれぞれ応力σが０のときの格子面間隔
、表面に垂直方向の格子面間隔、Ｅｆ 及びＶｆ はこ
こではタングステンのヤング率及びポアリン比である。
で、ａφは入射角中のときの測定された格子面間隔、ａ
０ ，ａｎ はそれぞれ応力σが０のときの格子面間隔
、表面に垂直方向の格子面間隔、Ｅｆ 及びＶｆ はこ
こではタングステンのヤング率及びポアリン比である。
【００１６】成膜は、一定の膜厚を形成後上記のように
応力を測定し成膜条件を調整後再度膜形成を行なうプロ
セスを繰り返し行なう事で平均として希望する応力をも
つタングステン膜を形成する事が可能となる。
応力を測定し成膜条件を調整後再度膜形成を行なうプロ
セスを繰り返し行なう事で平均として希望する応力をも
つタングステン膜を形成する事が可能となる。
【００１７】今平均応力が０となるタングステン膜を１
μｍの膜厚で形成する場合を考える。あらかじめ測定し
てあるデータによれば２ｋＷのとき２１ｍｔｏｒｒ で
σ＝０となる。最初に０．１μｍの膜を、この条件で形
成後そのσを測定し、σ１の値を得たとする。これは何
らかの条件の変化により応力対アルゴン圧力の関係がず
れたことによる応力の変化である。従ってこれからσ＝
０となるアルゴン圧力ＰＡｒは予測できない。そこで単
調増加の依存性からＰ２ Ａｒ（＜２１ｍｔｏｒｒ）を
予測し、この条件で０．１μｍ厚の膜をさらに形成後応
力を測定し、
μｍの膜厚で形成する場合を考える。あらかじめ測定し
てあるデータによれば２ｋＷのとき２１ｍｔｏｒｒ で
σ＝０となる。最初に０．１μｍの膜を、この条件で形
成後そのσを測定し、σ１の値を得たとする。これは何
らかの条件の変化により応力対アルゴン圧力の関係がず
れたことによる応力の変化である。従ってこれからσ＝
０となるアルゴン圧力ＰＡｒは予測できない。そこで単
調増加の依存性からＰ２ Ａｒ（＜２１ｍｔｏｒｒ）を
予測し、この条件で０．１μｍ厚の膜をさらに形成後応
力を測定し、
【００１８】
【数２】
【００１９】応力（Ｘ線回折により得られる値）、σｉ
及びｔｉは各ステップで形成された応力及び膜厚である
。この値よりσｉ＝σｉ（ＰＡｒｉ ） を算出する事
ができる。このステップを数回くりかえすことにより現
状でのσ＝σ（ＰＡｒ）の関係を得る事ができ、この関
係よりバーσ＝０となる条件を予測し最終的にバーσ＝
０，厚み１μｍのタングステン膜を得る事ができる。こ
のステップを自動的にくり返すためには、アルゴン圧力
とＲＦ出力を自動的に制御し、又自動的にＸ線回折を測
定して応力を算出して応力を予測するようになった自動
制御装置が必要である。図１ではこれはＸ線源２６，Ｘ
線検出器２８およびパラメータ算出／制御装置３０で構
成されている。
及びｔｉは各ステップで形成された応力及び膜厚である
。この値よりσｉ＝σｉ（ＰＡｒｉ ） を算出する事
ができる。このステップを数回くりかえすことにより現
状でのσ＝σ（ＰＡｒ）の関係を得る事ができ、この関
係よりバーσ＝０となる条件を予測し最終的にバーσ＝
０，厚み１μｍのタングステン膜を得る事ができる。こ
のステップを自動的にくり返すためには、アルゴン圧力
とＲＦ出力を自動的に制御し、又自動的にＸ線回折を測
定して応力を算出して応力を予測するようになった自動
制御装置が必要である。図１ではこれはＸ線源２６，Ｘ
線検出器２８およびパラメータ算出／制御装置３０で構
成されている。
【００２０】又Ｘ線源を強力なシンクロトン放射光とす
る事でＸ線回折測定の時間を極端に短縮し、実質上成膜
と同時測定による制御が可能となる。
る事でＸ線回折測定の時間を極端に短縮し、実質上成膜
と同時測定による制御が可能となる。
【００２１】またここではスパッタ法によりタングステ
ン膜を形成する場合についてのみ述べたが、真空蒸着や
ＣＶＤ法などにより成膜する場合にも、本発明は適用可
能である。
ン膜を形成する場合についてのみ述べたが、真空蒸着や
ＣＶＤ法などにより成膜する場合にも、本発明は適用可
能である。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
薄膜の成膜装置にＸ線回折により膜の応力が測定できる
手段をもうけ、成膜条件を薄膜形成中に精密に制御でき
るので、所望の応力をもつ薄膜を形成することが可能と
なる。
薄膜の成膜装置にＸ線回折により膜の応力が測定できる
手段をもうけ、成膜条件を薄膜形成中に精密に制御でき
るので、所望の応力をもつ薄膜を形成することが可能と
なる。
【図１】本発明の方法を実施するための装置の概略図。
【図２】不活性ガス圧力に対する応力の関係を示すグラ
フ。
フ。
【図３】高周波電力に対する成膜速度の関係を示すグラ
フ。
フ。
１０ チャンバ
１２ アノード電極
１４ 半導体基板
１６ カソート電極
１８ ターゲット
２０ 永久磁石
２２ 高周波電源
２４ マッチングボックス
２６ Ｘ線源
２８ Ｘ線検出器
Claims (2)
- 【請求項１】 薄膜形成装置内に基板を配置し、前記
基板上に形成される薄膜によるＸ線回折を測定し、その
Ｘ線回折の測定結果より該薄膜の膜応力を算出し、その
結果を用いて膜応力が所望の値となるように薄膜形成装
置の形成条件を制御する事を特徴とする薄膜の製造方法
。 - 【請求項２】 前記薄膜の形成はマグネトロンスパッ
タリングにより行い、前記形成条件は不活性ガスの圧力
そしてまたは高周波電力である請求項１記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9417491A JPH04324655A (ja) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | 薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9417491A JPH04324655A (ja) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | 薄膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04324655A true JPH04324655A (ja) | 1992-11-13 |
Family
ID=14102978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9417491A Pending JPH04324655A (ja) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | 薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04324655A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR960039456A (ko) * | 1995-04-28 | 1996-11-25 | 알. 제이. 보토스 | 응력 감소 텅스텐 피착 방법 |
| JP2005020032A (ja) * | 2004-10-15 | 2005-01-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置の製造方法及びその製造装置 |
| KR101310548B1 (ko) * | 2011-11-04 | 2013-09-23 | 포항공과대학교 산학협력단 | 스퍼터링 장치 |
-
1991
- 1991-04-24 JP JP9417491A patent/JPH04324655A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR960039456A (ko) * | 1995-04-28 | 1996-11-25 | 알. 제이. 보토스 | 응력 감소 텅스텐 피착 방법 |
| JP2005020032A (ja) * | 2004-10-15 | 2005-01-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置の製造方法及びその製造装置 |
| KR101310548B1 (ko) * | 2011-11-04 | 2013-09-23 | 포항공과대학교 산학협력단 | 스퍼터링 장치 |
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