JPH0826889A - 金属膜の形成方法および配線用金属膜 - Google Patents
金属膜の形成方法および配線用金属膜Info
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- JPH0826889A JPH0826889A JP16352394A JP16352394A JPH0826889A JP H0826889 A JPH0826889 A JP H0826889A JP 16352394 A JP16352394 A JP 16352394A JP 16352394 A JP16352394 A JP 16352394A JP H0826889 A JPH0826889 A JP H0826889A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】工程数を増加することなく下地との密着性を高
め、且つ導電性の低下を可及的に抑えることを目的とす
る。 【構成】酸素を混入した状態の雰囲気中で気相成長によ
る金属膜形成を開始し、金属膜形成を続行しながら徐々
に酸素の混入量を減じ、酸素の混入を停止した後も一定
の膜厚に達するまで気相成長による金属膜形成を続行す
る。
め、且つ導電性の低下を可及的に抑えることを目的とす
る。 【構成】酸素を混入した状態の雰囲気中で気相成長によ
る金属膜形成を開始し、金属膜形成を続行しながら徐々
に酸素の混入量を減じ、酸素の混入を停止した後も一定
の膜厚に達するまで気相成長による金属膜形成を続行す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、回路基板の配線導体、
電磁シールドなどとして利用される金属膜の形成方法に
関する。
電磁シールドなどとして利用される金属膜の形成方法に
関する。
【０００２】電子機器の小型軽量化及び多機能化に伴っ
て、回路基板では配線の高密度化が進んでおり、また配
線パターンを立体構造とする多層配線方法が多用される
ようになった。このため、配線層と基板や絶縁層などの
下地との密着性の向上が望まれている。
て、回路基板では配線の高密度化が進んでおり、また配
線パターンを立体構造とする多層配線方法が多用される
ようになった。このため、配線層と基板や絶縁層などの
下地との密着性の向上が望まれている。
【０００３】
【従来の技術】一般に、多層配線板の層間絶縁材料とし
ては、アルミナや二酸化珪素などのセラミックス、又は
エポキシ系やポリイミド系の絶縁性樹脂が用いられてい
る。
ては、アルミナや二酸化珪素などのセラミックス、又は
エポキシ系やポリイミド系の絶縁性樹脂が用いられてい
る。
【０００４】これらの材料の下地の上に例えば銅（Ｃ
ｕ）からなる配線パターンを設ける場合には、下地と銅
膜との密着性を高めるために、サンドブラストやエッチ
ングによる下地表面の粗面化、又は密着用中間層として
金属（Ｔｉ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、Ａｌ、Ｔａなど）の成膜
が行われている。
ｕ）からなる配線パターンを設ける場合には、下地と銅
膜との密着性を高めるために、サンドブラストやエッチ
ングによる下地表面の粗面化、又は密着用中間層として
金属（Ｔｉ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、Ａｌ、Ｔａなど）の成膜
が行われている。
【０００５】また、従来において、気相成長法の一種で
あるスパッタリングによって金属膜を形成する際に、初
期の段階で真空槽内に酸素を導入し、酸化金属膜を設け
た後、引き続いて金属膜を成長させる方法が提案されて
いる（特開平４−２２１０６８号）。この方法は、一般
に金属に比べてその酸化物（酸化金属）が下地との密着
性に優れることを利用したものである。
あるスパッタリングによって金属膜を形成する際に、初
期の段階で真空槽内に酸素を導入し、酸化金属膜を設け
た後、引き続いて金属膜を成長させる方法が提案されて
いる（特開平４−２２１０６８号）。この方法は、一般
に金属に比べてその酸化物（酸化金属）が下地との密着
性に優れることを利用したものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述のように酸化金属
膜を介在させて密着性を高める方法は、粗面化や密着用
金属の成膜による方法に比べて、密着性を高めるための
別工程が不要であり、工程数の増加がない。また、特に
密着用金属を設ける場合のように、パターニングに際し
てエッチャントの選択や工程管理に苦慮する必要がな
い。
膜を介在させて密着性を高める方法は、粗面化や密着用
金属の成膜による方法に比べて、密着性を高めるための
別工程が不要であり、工程数の増加がない。また、特に
密着用金属を設ける場合のように、パターニングに際し
てエッチャントの選択や工程管理に苦慮する必要がな
い。
【０００７】ところで、酸化金属膜を介在させる場合に
おいて、その膜厚は原理的には１００Å程度でよい。た
だし、実際には気相成長の制御を容易とし再現性を確保
する上で、１００ｎｍ（０．１μｍ）以上が適当であ
る。
おいて、その膜厚は原理的には１００Å程度でよい。た
だし、実際には気相成長の制御を容易とし再現性を確保
する上で、１００ｎｍ（０．１μｍ）以上が適当であ
る。
【０００８】従来では、酸化金属膜が金属膜に比べて高
抵抗であることから、膜全体の導電性が低下してしまう
という問題があった。膜厚方向の導電性の低下は、多層
配線の場合における各段の配線層間のコンタクト抵抗の
増大を招き、回路規模が大きくなるほどその弊害が顕著
となる。面方向の導電性の低下は、高周波特性の低下を
招く。
抵抗であることから、膜全体の導電性が低下してしまう
という問題があった。膜厚方向の導電性の低下は、多層
配線の場合における各段の配線層間のコンタクト抵抗の
増大を招き、回路規模が大きくなるほどその弊害が顕著
となる。面方向の導電性の低下は、高周波特性の低下を
招く。
【０００９】また、従来の形成方法による金属膜では、
酸化部と非酸化部とからなる２層構造であり、膜厚方向
に酸素濃度（含有量）が極端に変化するので、温度衝撃
が繰り返し加わった場合などにおいて、膜質の境界付近
で膜破壊の生じるおそれがあるという問題もあった。
酸化部と非酸化部とからなる２層構造であり、膜厚方向
に酸素濃度（含有量）が極端に変化するので、温度衝撃
が繰り返し加わった場合などにおいて、膜質の境界付近
で膜破壊の生じるおそれがあるという問題もあった。
【００１０】本発明は、これらの問題に鑑みてなされた
もので、工程数を増加することなく下地との密着性を高
め、且つ導電性の低下を可及的に抑えることを目的とし
ている。
もので、工程数を増加することなく下地との密着性を高
め、且つ導電性の低下を可及的に抑えることを目的とし
ている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の方法
は、上述の課題を解決するため、酸素を混入した状態の
雰囲気中で気相成長による金属膜形成を開始し、金属膜
形成を続行しながら徐々に前記酸素の混入量を減じるも
のである。
は、上述の課題を解決するため、酸素を混入した状態の
雰囲気中で気相成長による金属膜形成を開始し、金属膜
形成を続行しながら徐々に前記酸素の混入量を減じるも
のである。
【００１２】請求項２の発明の方法は、前記酸素の混入
を停止した後、一定の膜厚に達するまで気相成長による
金属膜形成を続行するものである。請求項３の発明の配
線用金属膜は、膜厚方向に徐々に酸素濃度が減少する導
電性の亜酸化部と、実質的に酸素を含まない非酸化部と
の積層構造を有する。
を停止した後、一定の膜厚に達するまで気相成長による
金属膜形成を続行するものである。請求項３の発明の配
線用金属膜は、膜厚方向に徐々に酸素濃度が減少する導
電性の亜酸化部と、実質的に酸素を含まない非酸化部と
の積層構造を有する。
【００１３】
【作用】下地と接する下層部は、完全には酸化されてい
ない金属酸化物が存在する亜酸化部となり、膜厚が増大
するにつれて、金属酸化物の酸化の程度が減少して実質
的に酸素を含まない非酸化部に近づく。
ない金属酸化物が存在する亜酸化部となり、膜厚が増大
するにつれて、金属酸化物の酸化の程度が減少して実質
的に酸素を含まない非酸化部に近づく。
【００１４】
【実施例】以下、気相成長による成膜手法としてスパッ
タリングを用いた例を説明する。気相成長の基板とし
て、表面をポリイミド樹脂で被覆した直径４インチのシ
リコンウエハを用意した。
タリングを用いた例を説明する。気相成長の基板とし
て、表面をポリイミド樹脂で被覆した直径４インチのシ
リコンウエハを用意した。
【００１５】高周波マグネトロン型スパッタ装置の減圧
用チャンバ内の所定位置にシリコンウエハを配置し、チ
ャンバの内部を２×１０-6Ｔｏｒｒ程度まで排気した。
その後、スパッタガスとしてアルゴン（Ａｒ）を５５ｓ
ｃｃｍの流量で導入するとともに、酸素（Ｏ2 ）を１０
ｓｃｃｍの流量で導入した。なお、チャンバの容積は
０．２ｍ3 である。また、酸素に代えてオゾン（Ｏ3 ）
を導入してもよい。
用チャンバ内の所定位置にシリコンウエハを配置し、チ
ャンバの内部を２×１０-6Ｔｏｒｒ程度まで排気した。
その後、スパッタガスとしてアルゴン（Ａｒ）を５５ｓ
ｃｃｍの流量で導入するとともに、酸素（Ｏ2 ）を１０
ｓｃｃｍの流量で導入した。なお、チャンバの容積は
０．２ｍ3 である。また、酸素に代えてオゾン（Ｏ3 ）
を導入してもよい。
【００１６】チャンバ内を１０-3Ｔｏｒｒ台の圧力に保
った状態で、純度４ＮのＣｕターゲットに５００Ｗの高
周波電力を供給し、スパッタリング（Ｃｕ膜形成）を開
始した。このとき、基板とターゲットとの距離（電極間
距離）は１０ｃｍとし、基板温度は２００℃とした。
った状態で、純度４ＮのＣｕターゲットに５００Ｗの高
周波電力を供給し、スパッタリング（Ｃｕ膜形成）を開
始した。このとき、基板とターゲットとの距離（電極間
距離）は１０ｃｍとし、基板温度は２００℃とした。
【００１７】アルゴンについては流量を５５ｓｃｃｍに
保ち、酸素については１ｓｃｃｍ／ｍｉｎの割合で流量
を減じながらスパッタリングを続行した。そして、スパ
ッタリングの開始から１０分が経過して酸素の導入を停
止した後は、チャンバの内部を１０-3Ｔｏｒｒ台の圧力
に保った状態で、Ｃｕターゲットに酸素導入中の２倍の
１０００Ｗの高周波電力を供給し、膜厚が５００ｎｍに
達するまで約８０分にわたってスパッタリングを続行し
た。
保ち、酸素については１ｓｃｃｍ／ｍｉｎの割合で流量
を減じながらスパッタリングを続行した。そして、スパ
ッタリングの開始から１０分が経過して酸素の導入を停
止した後は、チャンバの内部を１０-3Ｔｏｒｒ台の圧力
に保った状態で、Ｃｕターゲットに酸素導入中の２倍の
１０００Ｗの高周波電力を供給し、膜厚が５００ｎｍに
達するまで約８０分にわたってスパッタリングを続行し
た。
【００１８】以上のスパッタリングにより、密着性に優
れ且つ導電性の良好なＣｕ膜が得られた。図１は本発明
に係るＣｕ膜１の構造を示す図である。
れ且つ導電性の良好なＣｕ膜が得られた。図１は本発明
に係るＣｕ膜１の構造を示す図である。
【００１９】Ｃｕ膜１は、膜厚方向に徐々に酸素濃度が
減少する導電性の亜酸化部１０と、亜酸化部１０の上層
である実質的に酸素を含まない非酸化部２０とからな
る。上述の成膜条件の場合には、亜酸化部１０の膜厚は
１００ｎｍであり、非酸化部２０の膜厚は４００ｎｍで
ある。ただし、亜酸化部１０及び非酸化部２０は連続的
に積層されるので、これらの間には層構造上の境界はな
い。したがって、ここで示した膜厚の値は、亜酸化部１
０については、酸素の導入を停止した時点で成膜を中止
し、触針膜厚計で測定した値であり、非酸化部２０につ
いては、同一条件で成膜をやり直し、酸素の導入を停止
した後も成膜を続行し、最終的に得られたＣｕ膜１の全
体の膜厚から別の成膜時に測定した亜酸化部１０の膜厚
（厳密には推定値）を差し引いた値である。
減少する導電性の亜酸化部１０と、亜酸化部１０の上層
である実質的に酸素を含まない非酸化部２０とからな
る。上述の成膜条件の場合には、亜酸化部１０の膜厚は
１００ｎｍであり、非酸化部２０の膜厚は４００ｎｍで
ある。ただし、亜酸化部１０及び非酸化部２０は連続的
に積層されるので、これらの間には層構造上の境界はな
い。したがって、ここで示した膜厚の値は、亜酸化部１
０については、酸素の導入を停止した時点で成膜を中止
し、触針膜厚計で測定した値であり、非酸化部２０につ
いては、同一条件で成膜をやり直し、酸素の導入を停止
した後も成膜を続行し、最終的に得られたＣｕ膜１の全
体の膜厚から別の成膜時に測定した亜酸化部１０の膜厚
（厳密には推定値）を差し引いた値である。
【００２０】導電性の比較例として、酸素を導入しない
点を除いて上述の実施例と同一条件で膜厚５００ｎｍの
Ｃｕ膜を形成するとともに、酸素の導入量を変化させな
い点を除いて上述の実施例と同一条件で１００ｎｍの亜
酸化部と４００ｎｍの非酸化部とからなるＣｕ膜を形成
した。これらのＣｕ膜及び本発明を適用したＣｕ膜１の
膜厚方向の抵抗率を表１に示す。
点を除いて上述の実施例と同一条件で膜厚５００ｎｍの
Ｃｕ膜を形成するとともに、酸素の導入量を変化させな
い点を除いて上述の実施例と同一条件で１００ｎｍの亜
酸化部と４００ｎｍの非酸化部とからなるＣｕ膜を形成
した。これらのＣｕ膜及び本発明を適用したＣｕ膜１の
膜厚方向の抵抗率を表１に示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】表１から明らかなように、酸素濃度勾配を
有したＣｕ膜１では、酸素濃度が一定の亜酸化部を有し
たＣｕ膜と比べて、抵抗率が約１／３であった。一方、
密着性を評価するために、ポリイミド基板、ガラス基
板、及びアルミナ基板をそれぞれ下地材料として用い、
上述のスパッタリング条件で酸素濃度勾配を有したＣｕ
膜を形成した。ただし、酸素の導入を停止した後、膜厚
が１０００ｎｍになるまで成膜を続行した。
有したＣｕ膜１では、酸素濃度が一定の亜酸化部を有し
たＣｕ膜と比べて、抵抗率が約１／３であった。一方、
密着性を評価するために、ポリイミド基板、ガラス基
板、及びアルミナ基板をそれぞれ下地材料として用い、
上述のスパッタリング条件で酸素濃度勾配を有したＣｕ
膜を形成した。ただし、酸素の導入を停止した後、膜厚
が１０００ｎｍになるまで成膜を続行した。
【００２３】また、比較例として、各下地の上に酸素を
導入しない点を除いて同一条件で膜厚１０００ｎｍのＣ
ｕ膜を形成するとともに、酸素の導入量を変化させない
点を除いて同一条件で１００ｎｍの亜酸化部と９００ｎ
ｍの非酸化部とからなるＣｕ膜を形成した。
導入しない点を除いて同一条件で膜厚１０００ｎｍのＣ
ｕ膜を形成するとともに、酸素の導入量を変化させない
点を除いて同一条件で１００ｎｍの亜酸化部と９００ｎ
ｍの非酸化部とからなるＣｕ膜を形成した。
【００２４】評価試験は、形成したＣｕ膜の表面と垂直
に一定長さのピンを立て、はんだ付けによって固定し、
ピンの先端をＣｕ膜の面方向に引っ張るピン引倒し法に
よって行った。測定ポイント数を１００とし、Ｃｕ膜と
下地とが剥離したときの引っ張り力を測定した。ピン引
倒し強度が１００ｇｆを越えたポイント数を表２にまと
めて示す。
に一定長さのピンを立て、はんだ付けによって固定し、
ピンの先端をＣｕ膜の面方向に引っ張るピン引倒し法に
よって行った。測定ポイント数を１００とし、Ｃｕ膜と
下地とが剥離したときの引っ張り力を測定した。ピン引
倒し強度が１００ｇｆを越えたポイント数を表２にまと
めて示す。
【００２５】
【表２】
【００２６】表２から明らかなように、成膜の初期段階
で酸素を導入することにより、大幅に密着性を高めるこ
とができ、酸素濃度勾配をもつ本発明のＣｕ膜の密着性
は、酸素濃度が一定の亜酸化部を有したＣｕ膜と同程度
であって劣ることはない。
で酸素を導入することにより、大幅に密着性を高めるこ
とができ、酸素濃度勾配をもつ本発明のＣｕ膜の密着性
は、酸素濃度が一定の亜酸化部を有したＣｕ膜と同程度
であって劣ることはない。
【００２７】上述の実施例において、スパッタリングに
先立って、Ｏ2 又はＯ3 によるプラズマ処理を施し、真
空を破らずにスパッタリングを開始すれば、下地の粗面
化によるアンカー効果及び下地表面の活性化によるダン
グリングボンド（未結合手）効果が現れ、密着強度がよ
り高まる。
先立って、Ｏ2 又はＯ3 によるプラズマ処理を施し、真
空を破らずにスパッタリングを開始すれば、下地の粗面
化によるアンカー効果及び下地表面の活性化によるダン
グリングボンド（未結合手）効果が現れ、密着強度がよ
り高まる。
【００２８】なお、本発明は、銅を主体とする合金を含
む他の金属からなる膜の形成に適用することができる。
また、成膜手法はスパッタリングに限られず、真空蒸着
法や昇華法などのＰＶＤ法、及び各種のＣＶＤ法を用い
ることも可能である。
む他の金属からなる膜の形成に適用することができる。
また、成膜手法はスパッタリングに限られず、真空蒸着
法や昇華法などのＰＶＤ法、及び各種のＣＶＤ法を用い
ることも可能である。
【００２９】
【発明の効果】請求項１及び請求項２の発明によれば、
工程数を増加することなく下地との密着性を高めること
ができ、且つ導電性の低下を可及的に抑えることができ
る。
工程数を増加することなく下地との密着性を高めること
ができ、且つ導電性の低下を可及的に抑えることができ
る。
【００３０】請求項３の発明によれば、配線の密着性に
優れ且つ電気特性の良好な回路基板を構成することがで
きる。
優れ且つ電気特性の良好な回路基板を構成することがで
きる。
【図１】本発明に係るＣｕ膜の構造を示す図である。
１ Ｃｕ膜（金属膜） １０ 亜酸化部 ２０ 非酸化部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０５Ｋ 3/38 Ａ 7511−4Ｅ 9/00 Ｒ
Claims (3)
- 【請求項１】酸素を混入した状態の雰囲気中で気相成長
による金属膜形成を開始し、金属膜形成を続行しながら
徐々に前記酸素の混入量を減じることを特徴とする金属
膜の形成方法。 - 【請求項２】前記酸素の混入を停止した後、一定の膜厚
に達するまで気相成長による金属膜形成を続行すること
を特徴とする請求項１記載の金属膜の形成方法。 - 【請求項３】膜厚方向に徐々に酸素濃度が減少する導電
性の亜酸化部と、実質的に酸素を含まない非酸化部との
積層構造を有した配線用金属膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16352394A JPH0826889A (ja) | 1994-07-15 | 1994-07-15 | 金属膜の形成方法および配線用金属膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16352394A JPH0826889A (ja) | 1994-07-15 | 1994-07-15 | 金属膜の形成方法および配線用金属膜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0826889A true JPH0826889A (ja) | 1996-01-30 |
Family
ID=15775494
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16352394A Withdrawn JPH0826889A (ja) | 1994-07-15 | 1994-07-15 | 金属膜の形成方法および配線用金属膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0826889A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1994
- 1994-07-15 JP JP16352394A patent/JPH0826889A/ja not_active Withdrawn
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