JPS61193441A - 金属薄膜の形成方法およびその形成装置 - Google Patents
金属薄膜の形成方法およびその形成装置Info
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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
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は金属薄膜の形成方法およびその形成装置に関
するもので、特に半導体集積回路（ＩＣ）で用いられて
いる配線金属膜の形成方法およびその形成装置に関する
ものである。
するもので、特に半導体集積回路（ＩＣ）で用いられて
いる配線金属膜の形成方法およびその形成装置に関する
ものである。
［従来の技術］
第４図は、従来のスパッタリンクによりＩＣの内部配線
に用いられるＡＱ薄膜を゛Ｓ１ウェハ上に形成する場合
のスパッタリング装置を示す図である。この装置の構成
について説明すると、図において、真空層１の内部には
、□陽電極３と負電極２が対向しかつ間隔を隔てて設け
られている。この負電極２は形成すべき△麩薄膜と同一
材質からなっておりＡｌｌｌｌターゲラ１〜呼ばれてい
る。陽電＃１３上に３ｉウエハ４が置かれており、６は
ＳＩウェハ４上に形成された△α薄膜である。陽電極３
と負Ｎ極２間には直流電源５が接続されており、この直
流電源５により陽電極３と負電極２間に電圧が印加され
ている。陽電極３の下部にはヒータ７が設けられており
、Ｓ１ウエハ４はヒータ７によって加熱される。８はヒ
ータ７を発熱させるための交流電源である。真空槽１の
槽壁には、スパッタリングを起こさせるために必要な不
活性ガスＡｒを真空槽１内部に導入するだめの真空バル
ブ９が設けられている。
に用いられるＡＱ薄膜を゛Ｓ１ウェハ上に形成する場合
のスパッタリング装置を示す図である。この装置の構成
について説明すると、図において、真空層１の内部には
、□陽電極３と負電極２が対向しかつ間隔を隔てて設け
られている。この負電極２は形成すべき△麩薄膜と同一
材質からなっておりＡｌｌｌｌターゲラ１〜呼ばれてい
る。陽電＃１３上に３ｉウエハ４が置かれており、６は
ＳＩウェハ４上に形成された△α薄膜である。陽電極３
と負Ｎ極２間には直流電源５が接続されており、この直
流電源５により陽電極３と負電極２間に電圧が印加され
ている。陽電極３の下部にはヒータ７が設けられており
、Ｓ１ウエハ４はヒータ７によって加熱される。８はヒ
ータ７を発熱させるための交流電源である。真空槽１の
槽壁には、スパッタリングを起こさせるために必要な不
活性ガスＡｒを真空槽１内部に導入するだめの真空バル
ブ９が設けられている。
次に、３ｉウエハ上への金属薄膜の形成について説明す
る。まず、真空槽１内の陽電極３上にＳ１ウエハ４を置
く。それから真空槽１を真空ポンプにより一旦１０’Ｔ
ｏｒｒ程度に排気した後、真空バルブ９を聞けてＡｒガ
スを真空槽１内部に導入し、真空Ｗ１１内部を１０−２
〜１Ｏ−８ＴＯｒｒ程度の真空度になるように調整する
。次に、直流電源５により陽電極３と陰電極２間に電圧
を印加してＡｒガスのグロー放電を起こさせ、八ｒを電
離してＡｒ＋を発生させる。このとき、Ａ、 ｒ ＋は
負電極（Ａ耗ターゲッ！〜〉２に引かれてこれに衝突す
ることによりＡσ原子を弾き出すいわゆるスパッタリン
グが起こり、これによって対向する陽電極３十に置かれ
たＳｌつＪハ４上にＡ鉦原子を堆積させることができ、
八〇Ｉ６を形成することかできる。
る。まず、真空槽１内の陽電極３上にＳ１ウエハ４を置
く。それから真空槽１を真空ポンプにより一旦１０’Ｔ
ｏｒｒ程度に排気した後、真空バルブ９を聞けてＡｒガ
スを真空槽１内部に導入し、真空Ｗ１１内部を１０−２
〜１Ｏ−８ＴＯｒｒ程度の真空度になるように調整する
。次に、直流電源５により陽電極３と陰電極２間に電圧
を印加してＡｒガスのグロー放電を起こさせ、八ｒを電
離してＡｒ＋を発生させる。このとき、Ａ、 ｒ ＋は
負電極（Ａ耗ターゲッ！〜〉２に引かれてこれに衝突す
ることによりＡσ原子を弾き出すいわゆるスパッタリン
グが起こり、これによって対向する陽電極３十に置かれ
たＳｌつＪハ４上にＡ鉦原子を堆積させることができ、
八〇Ｉ６を形成することかできる。
このようにして形成したＡ［！４６は、多結晶体の集合
体からなることはよく知られているが、通常用いられる
Ａｕ薄膜６のｖＡ厚は０．５−・２゜０ｕｍと非常に博
いので、八αの結晶粒の大きさとＡＱｉｌ＃６の膜厚が
ほぼ同程度になり、その微細４間造【Ｊ、第５図の模式
断面図に示づように、結晶粒１２がＡＡｌｌｌＩ６を横
断する形状となっている。なお、結晶粒１２間は結晶粒
界１３により区別される。また１０はＳｉつ■ハ４上に
形成された酸化膜である。
体からなることはよく知られているが、通常用いられる
Ａｕ薄膜６のｖＡ厚は０．５−・２゜０ｕｍと非常に博
いので、八αの結晶粒の大きさとＡＱｉｌ＃６の膜厚が
ほぼ同程度になり、その微細４間造【Ｊ、第５図の模式
断面図に示づように、結晶粒１２がＡＡｌｌｌＩ６を横
断する形状となっている。なお、結晶粒１２間は結晶粒
界１３により区別される。また１０はＳｉつ■ハ４上に
形成された酸化膜である。
［発明が解決１）ようとする問題点］
ところで、従来、Ａ ｕｌｌｌ！６の結晶粒１２は大き
い方がエレク１へロマイグレーションに強く信頼性が高
いことから、第４図のヒータ７により３ｉウエハ４を加
熱しへＵ原子の移動を促進して結晶粒１２を大きくする
努力が払われてきたこともあり、を述の△Ｌｌ！ｌ！Ｊ
６の結晶粒１２径がＡｉ薄膜６の膜厚より大きくなるの
が通例であった。しかしながら、ＩＣのパターンの微細
化が進むにつれ、結晶粒１２径が小言い方が微細なＡ’
Ａ配線をエツチングにより形成する場合の加工精度が優
れていること、また長期的に見た場合のクリープ強度も
強いことなどが判明１ノできた。さらに一方では、Ａ誌
に微量のＣＩｌ 、Ｔｉ 、ＭＯなどの不純物を添加す
ることにより、エレクトロマイグレーション耐量が大幅
に向上することが判明してきており、Ａｆｌｉ４１！６
の結晶粒１２径を大きくする必要はなくなってきた。
い方がエレク１へロマイグレーションに強く信頼性が高
いことから、第４図のヒータ７により３ｉウエハ４を加
熱しへＵ原子の移動を促進して結晶粒１２を大きくする
努力が払われてきたこともあり、を述の△Ｌｌ！ｌ！Ｊ
６の結晶粒１２径がＡｉ薄膜６の膜厚より大きくなるの
が通例であった。しかしながら、ＩＣのパターンの微細
化が進むにつれ、結晶粒１２径が小言い方が微細なＡ’
Ａ配線をエツチングにより形成する場合の加工精度が優
れていること、また長期的に見た場合のクリープ強度も
強いことなどが判明１ノできた。さらに一方では、Ａ誌
に微量のＣＩｌ 、Ｔｉ 、ＭＯなどの不純物を添加す
ることにより、エレクトロマイグレーション耐量が大幅
に向上することが判明してきており、Ａｆｌｉ４１！６
の結晶粒１２径を大きくする必要はなくなってきた。
この発明は１記のような事情に鑑みてなされたもので、
基板上に微細な結晶粒径の金属薄膜を再現性良く形成す
ることができる金属薄膜の形成方法ｄ５よびその形成装
置を提供することを目的とする。
基板上に微細な結晶粒径の金属薄膜を再現性良く形成す
ることができる金属薄膜の形成方法ｄ５よびその形成装
置を提供することを目的とする。
ｒ問題点を解決するだめの手段］
第１の発明に係る金属薄膜の形成方法は、基板上への金
属薄膜の成長途中の予め定める期間に、金属薄膜と反応
性を有するガスを微量に金属薄膜の形成雰囲気中に導入
しながら、基板上に金属薄膜を形成するようにしたもの
である。第２の発明に係る金属薄膜の形成装置は、塁根
を入れる容器と、基板表面に金属薄膜の材料を微粒子状
で付着するための付着手段と、金属薄膜の成長途中の予
め定める期間に、金属Ｎ膜と反応性を有するガスを微量
に容器内の金属薄膜の形成雰囲気中に導入するガス導入
手段とから構成されている。
属薄膜の成長途中の予め定める期間に、金属薄膜と反応
性を有するガスを微量に金属薄膜の形成雰囲気中に導入
しながら、基板上に金属薄膜を形成するようにしたもの
である。第２の発明に係る金属薄膜の形成装置は、塁根
を入れる容器と、基板表面に金属薄膜の材料を微粒子状
で付着するための付着手段と、金属薄膜の成長途中の予
め定める期間に、金属Ｎ膜と反応性を有するガスを微量
に容器内の金属薄膜の形成雰囲気中に導入するガス導入
手段とから構成されている。
［作用］
第１の発明においては、金属ｉ１膜の成長途中の予め定
める期間に、金属薄膜と反応性を有するガスがＷ間に金
属薄膜の形成雰囲気中に導入され、金属薄膜と反応性ガ
スから生じた反応層が金属薄膜内に形成されて、微細な
結晶粒径の金属薄膜が形成される。第２の発明において
は、ガス導入手段により、金属ＩＩＩの成長途中の予め
定める期間に、金属薄膜と反応性を有するガスをＷｌ聞
に金属ｗＪＩ！ｉ！の形成雰囲気中に導入でき、これに
よって金属１１１１＊中に金属薄Ｍψと反応性ガスから
生じた反応層を形成して金属薄膜の結晶粒の成長を妨げ
る。
める期間に、金属薄膜と反応性を有するガスがＷ間に金
属薄膜の形成雰囲気中に導入され、金属薄膜と反応性ガ
スから生じた反応層が金属薄膜内に形成されて、微細な
結晶粒径の金属薄膜が形成される。第２の発明において
は、ガス導入手段により、金属ＩＩＩの成長途中の予め
定める期間に、金属薄膜と反応性を有するガスをＷｌ聞
に金属ｗＪＩ！ｉ！の形成雰囲気中に導入でき、これに
よって金属１１１１＊中に金属薄Ｍψと反応性ガスから
生じた反応層を形成して金属薄膜の結晶粒の成長を妨げ
る。
［実施例］
以下、この発明の実施例を図について説明する。
なお、この実施例の説明において、従来の技術の説明と
重複Ｊ−る部分については適宜その説明を省略する。
重複Ｊ−る部分については適宜その説明を省略する。
第１図は、この発明の実施例である、スパッタリングに
より３ｉウエハ上にＡｆｌ薄膜を形成する場合のスパッ
タリング装置を示す図である。この装置の構成が第４図
の従来のスパッタリング装置の構成と異なる点は、真空
槽１の槽壁に０２ガス導入用の真空バルブ１１を設けた
点である。この真空バルブ１１はＡｒガス導入用の真空
バルブ９に連結せしめた構造であってもよい。
より３ｉウエハ上にＡｆｌ薄膜を形成する場合のスパッ
タリング装置を示す図である。この装置の構成が第４図
の従来のスパッタリング装置の構成と異なる点は、真空
槽１の槽壁に０２ガス導入用の真空バルブ１１を設けた
点である。この真空バルブ１１はＡｒガス導入用の真空
バルブ９に連結せしめた構造であってもよい。
次に、Ｓｉウェハ上への金属ＷＩ膜の形成について説明
する。まず、陽電極３上にＳ１ウエハ４を置き、Ａｒガ
スを用いてＡｕのスパッタリングを行なってＳ１ウエハ
４上にＡ［ｌｌ＊６−を形成してゆく。次に、このスパ
ッタリング途中の予め定める期間に、第２図に示すよう
に、真空バルブ１１を間欠的に開いて微量の０□ガスを
真空１１中に導入する。この０２ガスの導入により、Ａ
Ｑ薄１１６−の表面には、その成長過程の途中において
、第３図に示されるように、Ａ１１ｌと０□ガスの反応
により生じた反応層（Ａｌ２０．が主体）１４゜１４−
が形成され、Ａｌｌの結晶粒１２−の成長を妨げる。そ
の結果、第３図の各反応＠１４．１４−以上の高さには
結晶粒１２−が成長せず、ＡＱ薄膜６−には微細な結晶
粒１２−が形成されることになる。ここで、１３−は結
晶粒１２−の結晶粒界であり、１０はＳ１ウエハ４１に
形成された酸化膜である。
する。まず、陽電極３上にＳ１ウエハ４を置き、Ａｒガ
スを用いてＡｕのスパッタリングを行なってＳ１ウエハ
４上にＡ［ｌｌ＊６−を形成してゆく。次に、このスパ
ッタリング途中の予め定める期間に、第２図に示すよう
に、真空バルブ１１を間欠的に開いて微量の０□ガスを
真空１１中に導入する。この０２ガスの導入により、Ａ
Ｑ薄１１６−の表面には、その成長過程の途中において
、第３図に示されるように、Ａ１１ｌと０□ガスの反応
により生じた反応層（Ａｌ２０．が主体）１４゜１４−
が形成され、Ａｌｌの結晶粒１２−の成長を妨げる。そ
の結果、第３図の各反応＠１４．１４−以上の高さには
結晶粒１２−が成長せず、ＡＱ薄膜６−には微細な結晶
粒１２−が形成されることになる。ここで、１３−は結
晶粒１２−の結晶粒界であり、１０はＳ１ウエハ４１に
形成された酸化膜である。
このような方法によれば、真空槽１への０２がスの導入
間隔を変えることにより、Ａα＃ＩＩ６−−８＝ の結晶粒１２−の大きさを自由に変えることができ、ま
たこの０２がスの導入期間、量などを正確に制御するこ
とにより、Ａｌｌ！Ｊ６−の結晶粒１２−径の再現性の
良い制御が可能となる。
間隔を変えることにより、Ａα＃ＩＩ６−−８＝ の結晶粒１２−の大きさを自由に変えることができ、ま
たこの０２がスの導入期間、量などを正確に制御するこ
とにより、Ａｌｌ！Ｊ６−の結晶粒１２−径の再現性の
良い制御が可能となる。
従来のスパッタリング装置においては、真空槽１中にＡ
ｒガスなどを導入するために真空バルブを複￥１１１Ｕ
保右しているものＩよ珍しいごとではなく、この発明の
実施例である第１図の構成はそれ自体゛では新規ではな
い。この発明の主張するどころは、真空槽１△、の反応
性ガスの導入を間欠的に行なうというぬと、そのように
真空バルブ］１が制御されるような構成になっている点
である。
ｒガスなどを導入するために真空バルブを複￥１１１Ｕ
保右しているものＩよ珍しいごとではなく、この発明の
実施例である第１図の構成はそれ自体゛では新規ではな
い。この発明の主張するどころは、真空槽１△、の反応
性ガスの導入を間欠的に行なうというぬと、そのように
真空バルブ］１が制御されるような構成になっている点
である。
なお、上記実施例ではΔ支のスパッタリングの場合につ
いて）ホべたが、ＡＱ、Ｓｉ 、Ａ見３ｉにＵな′どの
Ａｌ１合金、さらにはＱｕ 、 Ｃｒ 、ＡＩなどの他
の金属あるいはそれらの合金のスパッタリングの場合に
ついても上記実施例と同様の効果を奏する。
いて）ホべたが、ＡＱ、Ｓｉ 、Ａ見３ｉにＵな′どの
Ａｌ１合金、さらにはＱｕ 、 Ｃｒ 、ＡＩなどの他
の金属あるいはそれらの合金のスパッタリングの場合に
ついても上記実施例と同様の効果を奏する。
また、金属薄膜の結晶粒の成長を妨げる目的で導入する
反応性ガスとしては、０２ガス以外にＮ２ガス、ＣＯ２
ガス、Ｎｏ２ガス、Ｈ２０ガス。
反応性ガスとしては、０２ガス以外にＮ２ガス、ＣＯ２
ガス、Ｎｏ２ガス、Ｈ２０ガス。
あるいはそれらの混合ガスなどであってもよく、またこ
れら反応性ガスの導入期間９周期は、定期的であっても
不定期的であっち構わない。
れら反応性ガスの導入期間９周期は、定期的であっても
不定期的であっち構わない。
また、上記実施例ではスパッタリングによりＳｉつ■ハ
上に金属薄膜を形成する場合について述べたが、この発
明は真空蒸着法、化学気相成長法。
上に金属薄膜を形成する場合について述べたが、この発
明は真空蒸着法、化学気相成長法。
イオンビームスパッタリング法あるいはクラスタイオン
蒸着法などにも適用可能である。
蒸着法などにも適用可能である。
［発明の効果］
、 以上のように、この第１の発明によれば、基板上
に金属薄膜を形成する場合において、金属薄膜の成長途
中の予め定める期間に、金属薄膜と反応性を有するガス
を微１に金属薄膜の形成雰囲気中に導入しながら金属薄
膜を形成するようにしたので、Ｓ１ウエハ上に微細な結
晶粒径の金属薄膜を再現性良く形成できる。また、この
第２の発明によれば、基板を入れる容器と、基板表面（
金属薄膜の材料を微粒子状で付着するための付着手段と
、金属薄膜の成長途中の予め定める期間に、金属薄膜と
反応性を有するガスを微量に容器内の金属薄膜の形成雰
囲気中に導入するガス導入手段とを備えるようにしたの
で、３ｉウエハ上に微細な結晶粒径の金属薄膜を再現性
良く形成できる装置を得ることができる。
に金属薄膜を形成する場合において、金属薄膜の成長途
中の予め定める期間に、金属薄膜と反応性を有するガス
を微１に金属薄膜の形成雰囲気中に導入しながら金属薄
膜を形成するようにしたので、Ｓ１ウエハ上に微細な結
晶粒径の金属薄膜を再現性良く形成できる。また、この
第２の発明によれば、基板を入れる容器と、基板表面（
金属薄膜の材料を微粒子状で付着するための付着手段と
、金属薄膜の成長途中の予め定める期間に、金属薄膜と
反応性を有するガスを微量に容器内の金属薄膜の形成雰
囲気中に導入するガス導入手段とを備えるようにしたの
で、３ｉウエハ上に微細な結晶粒径の金属薄膜を再現性
良く形成できる装置を得ることができる。
第１図は、この発明の実施例である、スパッタリングに
より３ｉウエハ上に△α薄膜を形成する場合のスパッタ
リング装置を示す図である。 第２図は、この発明の実施例である金属薄膜の形成方法
における、真空槽への０２ガス導入のシーケンス図であ
る。゛ 第３図は、この発明の実施例である金属薄膜の形成方法
によりＳ１ウエハ上に形成されたＡＱ［膜の模式断面図
である。 第４図は、従来のスパッタリングによりＳ１ウエハ上に
Ａｆｌｉ！膜を形成する場合のスパッタリング装置を示
す図である。 第５図は、従来の金属薄膜の形成方法によりＳ１ウエハ
上に形成された△琵薄膜の模式断面図である。 図において、１は真空槽、２は負電極、３は陽電極、４
はＳ１ウエハ、５は直流電源、６，６−はＡ ｐ、薄膜
、７はヒータ、８は交流電源、９，１１は真空バルブ、
１０は酸化膜、１２．１２−は結晶粒、１３．１３”は
結晶粒界、１４．１４−は△旦と０２ガスとの反応層で
ある。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 代 理 人 大 岩 増 雄幻 Ｑ し
より３ｉウエハ上に△α薄膜を形成する場合のスパッタ
リング装置を示す図である。 第２図は、この発明の実施例である金属薄膜の形成方法
における、真空槽への０２ガス導入のシーケンス図であ
る。゛ 第３図は、この発明の実施例である金属薄膜の形成方法
によりＳ１ウエハ上に形成されたＡＱ［膜の模式断面図
である。 第４図は、従来のスパッタリングによりＳ１ウエハ上に
Ａｆｌｉ！膜を形成する場合のスパッタリング装置を示
す図である。 第５図は、従来の金属薄膜の形成方法によりＳ１ウエハ
上に形成された△琵薄膜の模式断面図である。 図において、１は真空槽、２は負電極、３は陽電極、４
はＳ１ウエハ、５は直流電源、６，６−はＡ ｐ、薄膜
、７はヒータ、８は交流電源、９，１１は真空バルブ、
１０は酸化膜、１２．１２−は結晶粒、１３．１３”は
結晶粒界、１４．１４−は△旦と０２ガスとの反応層で
ある。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 代 理 人 大 岩 増 雄幻 Ｑ し
Claims (4)
- （１）基板上に金属薄膜を形成する場合において、前記
金属薄膜の成長途中の予め定める期間に、前記金属薄膜
と反応性を有するガスを微量に前記金属薄膜の形成雰囲
気中に導入しながら、前記金属薄膜を形成することを特
徴とする金属薄膜の形成方法。 - （２）前記金属薄膜は、スパッタリング、真空蒸着、ま
たは化学気相成長で形成されることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の金属薄膜の形成方法。 - （３）その表面に金属薄膜を形成すべき基板を入れる容
器と、 前記容器内において、前記基板の前記表面に、前記金属
薄膜の材料を微粒子状で付着するための付着手段と、 前記金属薄膜の成長途中の予め定める期間に、前記金属
薄膜と反応性を有するガスを微量に前記容器内の前記金
属薄膜の形成雰囲気中に導入するガス導入手段とを備え
たことを特徴とする金属薄膜形成装置。 - （４）前記金属薄膜は、スパッタリング、真空蒸着、ま
たは化学気相成長で形成されることを特徴とする特許請
求の範囲第３項記載の金属薄膜形成装置。
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|---|---|---|---|
| JP60033725A JPH0799739B2 (ja) | 1985-02-20 | 1985-02-20 | 金属薄膜の形成方法 |
| US06/811,885 US4726983A (en) | 1985-02-20 | 1985-12-20 | Homogeneous fine grained metal film on substrate and manufacturing method thereof |
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| JP60033725A JPH0799739B2 (ja) | 1985-02-20 | 1985-02-20 | 金属薄膜の形成方法 |
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|---|---|---|---|
| JP60033725A Expired - Lifetime JPH0799739B2 (ja) | 1985-02-20 | 1985-02-20 | 金属薄膜の形成方法 |
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1986
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Patent Citations (2)
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