JP2602276B2 - スパツタリング方法とその装置 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、イオン衝撃による薄膜形成方法と薄膜形成
装置およびその応用製品に係る。本発明は特にラージ・
スケール・インテグレーテツド・サーキツトのバリヤ層
或いは配線膜に適用するのに好適である。
装置およびその応用製品に係る。本発明は特にラージ・
スケール・インテグレーテツド・サーキツトのバリヤ層
或いは配線膜に適用するのに好適である。
ラージ・スケール・インテグレーテツド・サーキツト
（LSI）或いはベーリ・ラージ・スケール・インテグレ
ーテツド・サーキツト（VLSI）の集積度が進むと、シリ
コン基板とアルミニウム配線間のコンタクトホールやア
ルミニウム配線間のスルーホール径が大きくなり、第21
図に示すアスペクト比が大きくなつてくる。一般に用い
られているマグネトロンスパツタ法では、アスペクト比
が１に近づいてくると配線材料のスパツタ付着時のシヤ
ドーイング効果により、第21図に示すステツプカバレツ
ジが悪くなり、配線抵抗の増大やエレクトロマイグレー
シヨンなどによる断線が発生しやすくなる。これを改善
するため、特開昭61−261472号公報に示すように、ター
ゲツトと基板に負の電圧を印加しながら膜形成するバイ
アススパツタ法が開発された。第16図はその一例で直流
マグネトロンバイアススパツタ法の原理を示している。
ターゲツト６にスパツタ用直流電源12,基板８にはバイ
アス（逆スパツタ）用直流電源11が接続されている。こ
れらの電極には第17図の波形の模式図が示すように膜形
成時には常時負の電圧が印加されているため、基板８は
Arイオン衝撃（逆スパツタ）を受けながら膜が形成され
ていく。このため、バイアスなしのスパツタ法に比べス
テツプカバレツジを改善できる。なお符号７はマグネツ
ト、10は絶縁物、17は真空容器が示している。
（LSI）或いはベーリ・ラージ・スケール・インテグレ
ーテツド・サーキツト（VLSI）の集積度が進むと、シリ
コン基板とアルミニウム配線間のコンタクトホールやア
ルミニウム配線間のスルーホール径が大きくなり、第21
図に示すアスペクト比が大きくなつてくる。一般に用い
られているマグネトロンスパツタ法では、アスペクト比
が１に近づいてくると配線材料のスパツタ付着時のシヤ
ドーイング効果により、第21図に示すステツプカバレツ
ジが悪くなり、配線抵抗の増大やエレクトロマイグレー
シヨンなどによる断線が発生しやすくなる。これを改善
するため、特開昭61−261472号公報に示すように、ター
ゲツトと基板に負の電圧を印加しながら膜形成するバイ
アススパツタ法が開発された。第16図はその一例で直流
マグネトロンバイアススパツタ法の原理を示している。
ターゲツト６にスパツタ用直流電源12,基板８にはバイ
アス（逆スパツタ）用直流電源11が接続されている。こ
れらの電極には第17図の波形の模式図が示すように膜形
成時には常時負の電圧が印加されているため、基板８は
Arイオン衝撃（逆スパツタ）を受けながら膜が形成され
ていく。このため、バイアスなしのスパツタ法に比べス
テツプカバレツジを改善できる。なお符号７はマグネツ
ト、10は絶縁物、17は真空容器が示している。
しかし、このようなバイアススパツタ法では、結晶
（111）配向性が著しく低下することが明らかとなつて
きた。結晶粒の配向性とエレクトロマイグレーシヨン，
ストレスマイグレーシヨンとは関連があり、配向性が良
い程、エレクトロマイグレーシヨン，ストレスマイグレ
ーシヨンの耐性が向上することが知られている。そこ
で、本発明の目的は、膜質とステツプカバレツジの両方
を満足できる膜形成方法および装置を提供するにある。
（111）配向性が著しく低下することが明らかとなつて
きた。結晶粒の配向性とエレクトロマイグレーシヨン，
ストレスマイグレーシヨンとは関連があり、配向性が良
い程、エレクトロマイグレーシヨン，ストレスマイグレ
ーシヨンの耐性が向上することが知られている。そこ
で、本発明の目的は、膜質とステツプカバレツジの両方
を満足できる膜形成方法および装置を提供するにある。
本発明の他の目的は、かかる方法によつて形成された
膜を具備する集積回路装置を提供するにある。
膜を具備する集積回路装置を提供するにある。
上記の目的を達成するために、本発明による膜形成方
法は、ターゲツトと基板の両方に負の電圧を印加してス
イツチングし、膜形成と逆スパツタを交互に複数回行う
ことにある。
法は、ターゲツトと基板の両方に負の電圧を印加してス
イツチングし、膜形成と逆スパツタを交互に複数回行う
ことにある。
又、ターゲツトと基板の両方にいずれもベース電圧を
含む負のパルス電圧を印加してスイツチングすることに
ある。
含む負のパルス電圧を印加してスイツチングすることに
ある。
本発明は、真空容器内に対向して配置されたスパッタ
用ターゲットと基板とに負のパルス電圧を印加してスパ
ッタリングと逆スパッタリングを交互に複数回くり返し
て前記基板上に前記ターゲットの物質を堆積する方法で
あって、前記ターゲットに印加する電圧を前記基板に印
加する電圧より高くすることを特徴とするスパッタリン
グ方法にある。
用ターゲットと基板とに負のパルス電圧を印加してスパ
ッタリングと逆スパッタリングを交互に複数回くり返し
て前記基板上に前記ターゲットの物質を堆積する方法で
あって、前記ターゲットに印加する電圧を前記基板に印
加する電圧より高くすることを特徴とするスパッタリン
グ方法にある。
更に、本発明は、前記真空容器をアースとし、前記基
板と前記ターゲットの両方にパルスのピーク値よりも低
いベース電圧を含む負のパルス電圧を印加するものであ
る。
板と前記ターゲットの両方にパルスのピーク値よりも低
いベース電圧を含む負のパルス電圧を印加するものであ
る。
また、本発明は、前記ターゲットと前記基板との間に
コイルを設置し高周波電圧を印加してプラズマを発生さ
せることを特徴とする。
コイルを設置し高周波電圧を印加してプラズマを発生さ
せることを特徴とする。
本発明は、真空容器内に対向させてターゲットと基板
とを配置し、イオン源より発生させたイオンを加速して
前記ターゲットに衝突させて該ターゲットの物質を前記
基板に堆積させるスパッタリングと前記基板上に堆積し
た前記物質をスパッタリングする逆スパッタリングとを
交互に複数回くり返して前記基板上に前記ターゲットの
物質を所望の厚さに堆積させることを特徴とするスパッ
タリング方法にある。
とを配置し、イオン源より発生させたイオンを加速して
前記ターゲットに衝突させて該ターゲットの物質を前記
基板に堆積させるスパッタリングと前記基板上に堆積し
た前記物質をスパッタリングする逆スパッタリングとを
交互に複数回くり返して前記基板上に前記ターゲットの
物質を所望の厚さに堆積させることを特徴とするスパッ
タリング方法にある。
本発明は、真空容器内にスパッタ用ターゲットと基板
とを対向させて配置し、前記スパッタ用ターゲットと基
板とに負のパルス電圧を印加してスパッタと逆スパッタ
とを交互に複数回行い、基板上にターゲット物質の薄膜
を形成する薄膜形成装置であって、任意の二つのパルス
波形信号を発生する任意波形発生器と、この任意波形発
生器からの夫々の波形信号を受けて該夫々の波形信号に
対応する波形のスパッタ電圧及びバイアス電圧を独立に
夫々発生する波形制御電源とを備え、前記スパッタ電力
における電圧をバイアス電力における電圧より高く印加
する手段を有することを特徴とする薄膜形成装置にあ
る。
とを対向させて配置し、前記スパッタ用ターゲットと基
板とに負のパルス電圧を印加してスパッタと逆スパッタ
とを交互に複数回行い、基板上にターゲット物質の薄膜
を形成する薄膜形成装置であって、任意の二つのパルス
波形信号を発生する任意波形発生器と、この任意波形発
生器からの夫々の波形信号を受けて該夫々の波形信号に
対応する波形のスパッタ電圧及びバイアス電圧を独立に
夫々発生する波形制御電源とを備え、前記スパッタ電力
における電圧をバイアス電力における電圧より高く印加
する手段を有することを特徴とする薄膜形成装置にあ
る。
更に、本発明は、真空容器内に基板と電子ビームの照
射によって前記基板上に蒸着物を堆積させる蒸発源を対
向させて配置し、前記基板に負のパルス電圧を印加し、
蒸着と逆スパッタリングを交互に複数回くり返して前記
基板上に前記蒸着物を堆積させる薄膜形成装置であっ
て、任意の三つの波形を発生する任意波形発生器と、こ
の任意波形発生器からの夫々の波形信号を受けて、該夫
々の波形に対応する波形のバイアス電圧，電子ビーム蒸
発源の熱電子加速電圧及び電子ビームを偏向する電圧を
夫々独立に発生する波形制御電源好ましくはアナログ波
形電源を備え、前記バイアス電圧，熱電子加速電圧及び
偏向電圧を、夫々基板，熱電子発生フィラメント，偏向
コイルに印加する手段を有することを特徴とする薄膜形
成装置にある。
射によって前記基板上に蒸着物を堆積させる蒸発源を対
向させて配置し、前記基板に負のパルス電圧を印加し、
蒸着と逆スパッタリングを交互に複数回くり返して前記
基板上に前記蒸着物を堆積させる薄膜形成装置であっ
て、任意の三つの波形を発生する任意波形発生器と、こ
の任意波形発生器からの夫々の波形信号を受けて、該夫
々の波形に対応する波形のバイアス電圧，電子ビーム蒸
発源の熱電子加速電圧及び電子ビームを偏向する電圧を
夫々独立に発生する波形制御電源好ましくはアナログ波
形電源を備え、前記バイアス電圧，熱電子加速電圧及び
偏向電圧を、夫々基板，熱電子発生フィラメント，偏向
コイルに印加する手段を有することを特徴とする薄膜形
成装置にある。
本発明は更に以下の要件を有するのが好ましい。
真空容器内に導入したアルゴンガス又はヘリウムガス
をイオン化してターゲットと基板に交互に衝突させるこ
と。
をイオン化してターゲットと基板に交互に衝突させるこ
と。
前記ターゲットのパルス電圧印加時間を前記基板のパ
ルス電圧印加時間より長くすること。
ルス電圧印加時間より長くすること。
スパッタ電力と逆スパッタ電力を脈流にし、少なくと
もスパッタ電力の脈流は電力値の差の大きい波形とな
し、且つスパッタ電力の脈流と逆スパッタ電力の脈流の
位相を互いにずらすこと。
もスパッタ電力の脈流は電力値の差の大きい波形とな
し、且つスパッタ電力の脈流と逆スパッタ電力の脈流の
位相を互いにずらすこと。
前記真空容器内にアルゴンガスを導入してイオン化し
てスパッタリングを行うと共に、該真空容器の雰囲気圧
力を10-3Torrよりも低くすること。
てスパッタリングを行うと共に、該真空容器の雰囲気圧
力を10-3Torrよりも低くすること。
コイルに印加する高周波電圧（電力）を変えることに
より、バイアス電流を可変できるようにすること。
より、バイアス電流を可変できるようにすること。
コイルに印加する高周波電圧（電力），ターゲット電
圧（電力），バイアス電圧を独立に変えても互いに干渉
されず、常に設定された値になるように自己制御するこ
と。
圧（電力），バイアス電圧を独立に変えても互いに干渉
されず、常に設定された値になるように自己制御するこ
と。
ターゲットと基板に印加する電圧を直流と直流，直流
と高周波，高周波と直流，高周波と高周波のいずれか一
つとすること。
と高周波，高周波と直流，高周波と高周波のいずれか一
つとすること。
前記基板に負の電圧を印加して逆スパッタリングを行
っている間に、前記蒸発物質を予熱しておくこと。
っている間に、前記蒸発物質を予熱しておくこと。
電子ビームにより加熱して蒸発させ、この際、熱電子
加速電圧に同期して熱電子偏向コイルの出力を変化させ
て電子ビームの集点ずれを防止すること。
加速電圧に同期して熱電子偏向コイルの出力を変化させ
て電子ビームの集点ずれを防止すること。
アルゴンと窒素とを酸素を含む反応性ガス雰囲気中
で、ターゲットにチタンを用いてスパッタリングと逆ス
パッタリングを交互にくり返して窒化チタン膜を形成す
ること。
で、ターゲットにチタンを用いてスパッタリングと逆ス
パッタリングを交互にくり返して窒化チタン膜を形成す
ること。
スパッタリングと逆スパッタリングのスイッチング周
期と通電比の少なくとも一方を変えることにより、粒状
晶と柱状晶の層状組織或いは混合組織を有する窒化チタ
ン膜を形成すること。
期と通電比の少なくとも一方を変えることにより、粒状
晶と柱状晶の層状組織或いは混合組織を有する窒化チタ
ン膜を形成すること。
集積回路を有するシリコン基板上にバリヤ層を介して
アルミニウム配線膜を具備する集積回路装置において、
前記バリヤ層が粒状晶と柱状晶の層状組織或いは混合組
織を有する窒化チタン膜からなること。
アルミニウム配線膜を具備する集積回路装置において、
前記バリヤ層が粒状晶と柱状晶の層状組織或いは混合組
織を有する窒化チタン膜からなること。
前記アルミニウム配線膜の（111）面のＸ線回折強度
のピーク値が150Xcps以上であること。
のピーク値が150Xcps以上であること。
凹みを有する基板表面にスパッタリング又は蒸着によ
って形成された薄膜を有する物品において、前記基板の
表面に形成された膜厚（L1）と前記基板の凹みのエッジ
部分に形成された膜厚（L2）との比（L2/L1）が0.3以上
よりなること。
って形成された薄膜を有する物品において、前記基板の
表面に形成された膜厚（L1）と前記基板の凹みのエッジ
部分に形成された膜厚（L2）との比（L2/L1）が0.3以上
よりなること。
前記凹みの底面及び側壁面に位置する膜面が該底面及
び側壁面に対してほぼ平行であり、前記凹みのエッジ部
分に位置する膜面が上拡がりの傾斜を有し、前記基板表
面に位置する膜面が該表面に対してほぼ平行であるこ
と。
び側壁面に対してほぼ平行であり、前記凹みのエッジ部
分に位置する膜面が上拡がりの傾斜を有し、前記基板表
面に位置する膜面が該表面に対してほぼ平行であるこ
と。
基板とターゲットの間にコイルを配置し、これに高周
波を印加しプラズマを発生させる高周波電源とバイアス
電流を検出するセンサーを備え、任意波形発生器からの
信号とバイアス電流センサーからの信号とを比較し、常
に設定されたバイアス電流になるようコイルに印加する
高周波電力を制御すること。
波を印加しプラズマを発生させる高周波電源とバイアス
電流を検出するセンサーを備え、任意波形発生器からの
信号とバイアス電流センサーからの信号とを比較し、常
に設定されたバイアス電流になるようコイルに印加する
高周波電力を制御すること。
結晶粒の配向に及ぼす因子として、真空容器内に残留
するO2,N2,H2Oなどの不純物ガスがある。これらがスパ
ツタ粒子に混入すると、結晶方位の異なる結晶核を発生
させることと、成長過程で堆積欠陥を成長させるため膜
質が低下する。
するO2,N2,H2Oなどの不純物ガスがある。これらがスパ
ツタ粒子に混入すると、結晶方位の異なる結晶核を発生
させることと、成長過程で堆積欠陥を成長させるため膜
質が低下する。
第18図は従来法のDCマグネトロンバイアススパツタ法
の膜形成メカニズムを模式的に示したものである。第16
図，第17図に示すように基板８とターゲツト６に負の電
圧が常に印加されているため、基板に付着したAlと不純
物の一部が逆スパツタされる。逆スパツタされた不純物
は原子状に解離され活性化している。これがターゲツト
から飛来してくるAlのスパツタ粒子に再混入するため、
さらに膜質が低下する。そこで、本発明では第２図に示
す波形の模式図のように、ターゲツトと基板に印加する
電圧を交互にスイツチングすることにより、上記の問題
点を解決した。第４図，第５図に本発明の膜形成メカニ
ズムを示す。ターゲツトに負の電圧を印加しAlのスパツ
タ粒子を基板に付着させる。このとき、真空容器内の残
留不純物ガスも基板表面の膜内部に混入する。次にター
ゲツトに印加されている電圧をOFFにし、基板に負の電
圧を印加すると基板に付着したAlと不純物の一部はArイ
オン衝撃により逆スパツタされ、膜は清浄化され且つ整
形される。この動作を連続してくり返して膜を形成して
行くため配向性とステツプカバレツジの良い膜が形成さ
れる。これが本発明の基本的な考えである。しかし、ス
パツタとバイアス電圧を交互にスイツチングし、完全に
電圧を０にすると、成膜放電範囲が限定される。なぜな
ら、第１図の本発明の装置が示すようにターゲツトには
マグネツト７が設置されており、これがプラズマを集束
させ10-3Torr台でスパツタ放電を可能にしている。しか
し、基板８にはマグネツトは設置されていないため、基
板に負の電圧を印加しても放電できない。したがつて基
板は逆スパツタされない。しかし、本発明ではターゲツ
ト６と基板８の間にコイル５を設置し、これに高周波を
印加しプラズマを発生させることにより、高真空域での
放電を安定に接続できるようにしてある。本発明によれ
ばAr雰囲気圧力を10-3Torrよりも低くすることができ
る。そのため、ターゲツト６とアースされた真空容器17
間の放電が完全に０になつても、基板に電圧が印加され
れば、基板と真空容器アース間で放電することができ
る。しかし、成膜条件によつては、まだ放電（バイアス
電流）が不十分な場合もある。そこで、本発明は第３図
の波形の模式図が示すように、電圧をターゲツトから基
板に切り換えるとき、スパツタ電圧（電力）を完全に０
にしないで、スパツタ（膜形成時）の時より電圧（電
力）を低くしてスパツタ放電を接続させておく。これに
より、Arイオンの一部は基板に流れ込み基板は逆スパツ
タされる。しかし、この電圧を高くすると不純物の再混
入が多くなるため適正値を設定しなければならない。ま
た、上記の因子の他に、スイツチング周期，バイアスと
スパツタの通電比などの因子を適切に選ぶことにより、
膜特性とステツプカバレツジを大幅に改善できる。
の膜形成メカニズムを模式的に示したものである。第16
図，第17図に示すように基板８とターゲツト６に負の電
圧が常に印加されているため、基板に付着したAlと不純
物の一部が逆スパツタされる。逆スパツタされた不純物
は原子状に解離され活性化している。これがターゲツト
から飛来してくるAlのスパツタ粒子に再混入するため、
さらに膜質が低下する。そこで、本発明では第２図に示
す波形の模式図のように、ターゲツトと基板に印加する
電圧を交互にスイツチングすることにより、上記の問題
点を解決した。第４図，第５図に本発明の膜形成メカニ
ズムを示す。ターゲツトに負の電圧を印加しAlのスパツ
タ粒子を基板に付着させる。このとき、真空容器内の残
留不純物ガスも基板表面の膜内部に混入する。次にター
ゲツトに印加されている電圧をOFFにし、基板に負の電
圧を印加すると基板に付着したAlと不純物の一部はArイ
オン衝撃により逆スパツタされ、膜は清浄化され且つ整
形される。この動作を連続してくり返して膜を形成して
行くため配向性とステツプカバレツジの良い膜が形成さ
れる。これが本発明の基本的な考えである。しかし、ス
パツタとバイアス電圧を交互にスイツチングし、完全に
電圧を０にすると、成膜放電範囲が限定される。なぜな
ら、第１図の本発明の装置が示すようにターゲツトには
マグネツト７が設置されており、これがプラズマを集束
させ10-3Torr台でスパツタ放電を可能にしている。しか
し、基板８にはマグネツトは設置されていないため、基
板に負の電圧を印加しても放電できない。したがつて基
板は逆スパツタされない。しかし、本発明ではターゲツ
ト６と基板８の間にコイル５を設置し、これに高周波を
印加しプラズマを発生させることにより、高真空域での
放電を安定に接続できるようにしてある。本発明によれ
ばAr雰囲気圧力を10-3Torrよりも低くすることができ
る。そのため、ターゲツト６とアースされた真空容器17
間の放電が完全に０になつても、基板に電圧が印加され
れば、基板と真空容器アース間で放電することができ
る。しかし、成膜条件によつては、まだ放電（バイアス
電流）が不十分な場合もある。そこで、本発明は第３図
の波形の模式図が示すように、電圧をターゲツトから基
板に切り換えるとき、スパツタ電圧（電力）を完全に０
にしないで、スパツタ（膜形成時）の時より電圧（電
力）を低くしてスパツタ放電を接続させておく。これに
より、Arイオンの一部は基板に流れ込み基板は逆スパツ
タされる。しかし、この電圧を高くすると不純物の再混
入が多くなるため適正値を設定しなければならない。ま
た、上記の因子の他に、スイツチング周期，バイアスと
スパツタの通電比などの因子を適切に選ぶことにより、
膜特性とステツプカバレツジを大幅に改善できる。
「実施例１」 第１図，第３図を参照して、本発明による薄膜形成装
置の実施例を示す。第３図は本発明の波形の模式図であ
る。ここで、PWはスパツタピーク電力、BWはスパツタベ
ース電力、PVはバイアスピーク電圧、BVはバイアスベー
ス電圧、BW/PWはスパツタベース電力比、T2/（T1＋T2）
はバイアス比、（T1＋T2）はスイツチング周期とする。
第１図において、２はスパツタ電力波形制御電源、１は
逆スパツタ定電圧波形制御電源、４はバイアス電流検出
センサー、５はプラズマを発生するための高周波コイ
ル、３はバイアス電流制御と高真空域で安定に放電でき
るようにするためのバイアス電流制御高周波電源、17は
膜形成を行う真空容器、８は基板（たとえばSi基板）、
６はターゲツト、10は絶縁物、９はCPUなどから構成さ
れている任意波形発生器でスパツタ，バイアス，バイア
ス電流の波形の設定とプログラム制御を行うものであ
る。このように構成された薄膜形成装置において、ま
ず、任意波形発生器９で、スパツタ電力波形およびバイ
アス電圧波形（逆スパツタ）とバイアス電流を設定す
る。設定されたそれぞれの信号は、スパツタ電力波形制
御電源2,逆スパツタ定電圧波形制御電源1,バイアス電流
制御高周波電源３に供給される。これらの電源は負荷な
どが変動しても、常に設定された波形になるようにフイ
ードバツクされている。このため設定値を独立に変えて
も他の因子には影響を及ぼさない。本発明の特徴の一つ
であるバイアス電流の制御方式について詳細に説明す
る。バイアス電流は、バイアス電圧PVを例えば150Vに設
定しても、スパツタ電力などを変えれば大きく変動す
る。これを防止するためバイアス電流検出センサー４で
バイアス電流を検出し、任意波形発生器９からの設定信
号と比較し常に設定された値になるように高周波コイル
５に供給する高周波電力をバイアス電流制御高周波電源
３により制御し一定に保持している。また、これらの動
作は高真空域で安定に放電を接続させるのにも役だつて
いる。以下、第１図に示した薄膜形成装置による薄膜形
成について第６図〜第10図を用いて説明する。以下の説
明で共通条件としてターゲツトにはAl−１重量％Si合
金、基板にはSiウエハーを用い、真空到達圧力は３×10
-7Torr、放電圧力はArガス雰囲気で５×10-4Torrとし
た。まず、スパツタ放電持続に及ぼす高周波電力（コイ
ルに印加する）とAr雰囲気圧力との関係を第６図に示
す。スパツタ電力を500Wの一定にし、コイルに印加する
高周波電力を０〜200Wに変えた場合である。高周波電力
が0Wの時、放電限界圧力は９×10-4Torrであるが、高周
波電力が増加するにしたがつて放電限界圧力は低下して
行く。しかし、高周波電力が100W付近になると低下は少
なくほぼ一定となり、これ以上高周波電力をコイルに供
給しても放電限界圧力は８×10-5Torrである。このよう
に本発明は、従来法のDCマグネトロンスパツタ法に比べ
１桁以上高真空域で放電できるため膜質の向上に役だつ
ている。第７図はスイツチング周期（T1＋T2）を１秒、
バイアスピーク電圧PVを150V、バイアスベース電圧BVを
50V、バイアス電流を0.3Aにし、スパツタベース電力比
（BW/PW）を０〜１に変えＸ線回折強度（111）に及ぼす
スパツタベース電力比の影響を調べたものである。スパ
ツタベース電力比が０〜0.3付近で370Kcpsの最大値を示
しているが、これ以上、スパツタベース電力比が大きく
なると回折強度は大きく低下し、スパツタベース電力比
１で130Kcpsになる。すなわち、スパツタベース電力比
が１に近づくにしたがつてＸ線回折強度が低下するのは
スパツタ電力が従来法と同じく連続放電に近づくため真
空容器内の不純物ガス（N2,O2,H2O）が膜内に混入して
行くためである。なお、同一条件における従来法の回折
強度は8Kcpsであつた。本発明は従来法の約50倍の回折
強度があり、いかに、結晶粒の配向性が優れているかが
わかる。
置の実施例を示す。第３図は本発明の波形の模式図であ
る。ここで、PWはスパツタピーク電力、BWはスパツタベ
ース電力、PVはバイアスピーク電圧、BVはバイアスベー
ス電圧、BW/PWはスパツタベース電力比、T2/（T1＋T2）
はバイアス比、（T1＋T2）はスイツチング周期とする。
第１図において、２はスパツタ電力波形制御電源、１は
逆スパツタ定電圧波形制御電源、４はバイアス電流検出
センサー、５はプラズマを発生するための高周波コイ
ル、３はバイアス電流制御と高真空域で安定に放電でき
るようにするためのバイアス電流制御高周波電源、17は
膜形成を行う真空容器、８は基板（たとえばSi基板）、
６はターゲツト、10は絶縁物、９はCPUなどから構成さ
れている任意波形発生器でスパツタ，バイアス，バイア
ス電流の波形の設定とプログラム制御を行うものであ
る。このように構成された薄膜形成装置において、ま
ず、任意波形発生器９で、スパツタ電力波形およびバイ
アス電圧波形（逆スパツタ）とバイアス電流を設定す
る。設定されたそれぞれの信号は、スパツタ電力波形制
御電源2,逆スパツタ定電圧波形制御電源1,バイアス電流
制御高周波電源３に供給される。これらの電源は負荷な
どが変動しても、常に設定された波形になるようにフイ
ードバツクされている。このため設定値を独立に変えて
も他の因子には影響を及ぼさない。本発明の特徴の一つ
であるバイアス電流の制御方式について詳細に説明す
る。バイアス電流は、バイアス電圧PVを例えば150Vに設
定しても、スパツタ電力などを変えれば大きく変動す
る。これを防止するためバイアス電流検出センサー４で
バイアス電流を検出し、任意波形発生器９からの設定信
号と比較し常に設定された値になるように高周波コイル
５に供給する高周波電力をバイアス電流制御高周波電源
３により制御し一定に保持している。また、これらの動
作は高真空域で安定に放電を接続させるのにも役だつて
いる。以下、第１図に示した薄膜形成装置による薄膜形
成について第６図〜第10図を用いて説明する。以下の説
明で共通条件としてターゲツトにはAl−１重量％Si合
金、基板にはSiウエハーを用い、真空到達圧力は３×10
-7Torr、放電圧力はArガス雰囲気で５×10-4Torrとし
た。まず、スパツタ放電持続に及ぼす高周波電力（コイ
ルに印加する）とAr雰囲気圧力との関係を第６図に示
す。スパツタ電力を500Wの一定にし、コイルに印加する
高周波電力を０〜200Wに変えた場合である。高周波電力
が0Wの時、放電限界圧力は９×10-4Torrであるが、高周
波電力が増加するにしたがつて放電限界圧力は低下して
行く。しかし、高周波電力が100W付近になると低下は少
なくほぼ一定となり、これ以上高周波電力をコイルに供
給しても放電限界圧力は８×10-5Torrである。このよう
に本発明は、従来法のDCマグネトロンスパツタ法に比べ
１桁以上高真空域で放電できるため膜質の向上に役だつ
ている。第７図はスイツチング周期（T1＋T2）を１秒、
バイアスピーク電圧PVを150V、バイアスベース電圧BVを
50V、バイアス電流を0.3Aにし、スパツタベース電力比
（BW/PW）を０〜１に変えＸ線回折強度（111）に及ぼす
スパツタベース電力比の影響を調べたものである。スパ
ツタベース電力比が０〜0.3付近で370Kcpsの最大値を示
しているが、これ以上、スパツタベース電力比が大きく
なると回折強度は大きく低下し、スパツタベース電力比
１で130Kcpsになる。すなわち、スパツタベース電力比
が１に近づくにしたがつてＸ線回折強度が低下するのは
スパツタ電力が従来法と同じく連続放電に近づくため真
空容器内の不純物ガス（N2,O2,H2O）が膜内に混入して
行くためである。なお、同一条件における従来法の回折
強度は8Kcpsであつた。本発明は従来法の約50倍の回折
強度があり、いかに、結晶粒の配向性が優れているかが
わかる。
第８図は第７図で最大の回折強度が得られたスパツタ
ベース電力比を0.3にし、スイツチング周期（T1＋T2）
を0.1〜100秒に変え、回折強度に及ぼすスイツチング周
期の影響を調べたものである。スイツチング周期が0.1
〜10秒の範囲では、ほぼ一定であるが、100秒になると
大幅に低下する。このように、スイツチング周期も重要
な因子であり、材料や使用目的によつてスイツチング周
期を変える必要がある。第９図は（111）配向面のＸ線
回折強度とエレクトロマイグレーシヨンによる配線寿命
との関係を調べたものである。Si基板上に厚さ0.5μｍ
成膜後、幅0.8μｍ、長さ2mmのストライプパターンを加
工し、450℃×60分の熱処理をした。これに保護膜とし
て厚さ１μｍのSiO2膜をCVD法で形成した。試験温度は1
50℃、電流密度は２×106A/cm2で行ない配線が判断する
までの時間を測定した。第９図においてＸ線回折強度が
8Kcps〜70Kcpsに増加すると断線時間も40〜510時間と大
幅に伸びＸ線回折強度（配向性）と耐マイグレーシヨン
性は相関関係があることがわかる。また、従来法のDCマ
グネトロンバイアススパツタ法で成膜したものは同図に
示してあるように回折強度は8Kcpsである。このときの
断線時間は40時間、本発明の最大回折強度37Kcpsでは51
0時間であるから、本発明は従来法に比べ約14倍耐マイ
グレーシヨン性が向上した。第10図はステツプカバレツ
ジに及ぼすバイアス比（T2/（T1＋T2））の影響を示
す。スイツチング周期（T1＋T2）は1sec、スパツタベー
ス電力比（BW/PW）は0.3、バイアスピーク電圧（PV）は
150Vの成膜条件にし、スルーホール径が0.8μｍ、アス
ペクト比が１のパターンをSi基板に形成し、これに膜形
成してステツプカパレツジの状況をSEM観察で調べた。
ステツプカバレンジはバイアス比が0.3で60％の最大値
を示すが、これよりも、バイアス比が増減してもステツ
プカバレツジは低下する。また、同図に示してあるスル
ーホール断面の膜形状が示すようにバイアス比を変える
ことにより膜形状を制御することができる。例えば成膜
初期にはバイアス比を大きくし時間と共にバイアス比を
小さくして行けば、より一層ステツプカバレツジを向上
させることが可能である。また、本発明と同じバイアス
電圧150Vで成膜した、従来法DCマグネトロンバイアスス
パツタ法のステツプカバレツジは22％であつた。本発明
はバイアス比を変えることにより膜形状を変えることが
できるが、従来法はバイアス電圧を固定してしまえば変
える因子がないためステツプカバレツジは向上しない。
なお、従来法でバイアス電圧を高くするとイオンの運動
エネルギーが大きくなるため、ステツプカバレツジは多
少改善できる。しかし、イオン衝撃により基板の損傷が
生じ膜質はさらに低下する。
ベース電力比を0.3にし、スイツチング周期（T1＋T2）
を0.1〜100秒に変え、回折強度に及ぼすスイツチング周
期の影響を調べたものである。スイツチング周期が0.1
〜10秒の範囲では、ほぼ一定であるが、100秒になると
大幅に低下する。このように、スイツチング周期も重要
な因子であり、材料や使用目的によつてスイツチング周
期を変える必要がある。第９図は（111）配向面のＸ線
回折強度とエレクトロマイグレーシヨンによる配線寿命
との関係を調べたものである。Si基板上に厚さ0.5μｍ
成膜後、幅0.8μｍ、長さ2mmのストライプパターンを加
工し、450℃×60分の熱処理をした。これに保護膜とし
て厚さ１μｍのSiO2膜をCVD法で形成した。試験温度は1
50℃、電流密度は２×106A/cm2で行ない配線が判断する
までの時間を測定した。第９図においてＸ線回折強度が
8Kcps〜70Kcpsに増加すると断線時間も40〜510時間と大
幅に伸びＸ線回折強度（配向性）と耐マイグレーシヨン
性は相関関係があることがわかる。また、従来法のDCマ
グネトロンバイアススパツタ法で成膜したものは同図に
示してあるように回折強度は8Kcpsである。このときの
断線時間は40時間、本発明の最大回折強度37Kcpsでは51
0時間であるから、本発明は従来法に比べ約14倍耐マイ
グレーシヨン性が向上した。第10図はステツプカバレツ
ジに及ぼすバイアス比（T2/（T1＋T2））の影響を示
す。スイツチング周期（T1＋T2）は1sec、スパツタベー
ス電力比（BW/PW）は0.3、バイアスピーク電圧（PV）は
150Vの成膜条件にし、スルーホール径が0.8μｍ、アス
ペクト比が１のパターンをSi基板に形成し、これに膜形
成してステツプカパレツジの状況をSEM観察で調べた。
ステツプカバレンジはバイアス比が0.3で60％の最大値
を示すが、これよりも、バイアス比が増減してもステツ
プカバレツジは低下する。また、同図に示してあるスル
ーホール断面の膜形状が示すようにバイアス比を変える
ことにより膜形状を制御することができる。例えば成膜
初期にはバイアス比を大きくし時間と共にバイアス比を
小さくして行けば、より一層ステツプカバレツジを向上
させることが可能である。また、本発明と同じバイアス
電圧150Vで成膜した、従来法DCマグネトロンバイアスス
パツタ法のステツプカバレツジは22％であつた。本発明
はバイアス比を変えることにより膜形状を変えることが
できるが、従来法はバイアス電圧を固定してしまえば変
える因子がないためステツプカバレツジは向上しない。
なお、従来法でバイアス電圧を高くするとイオンの運動
エネルギーが大きくなるため、ステツプカバレツジは多
少改善できる。しかし、イオン衝撃により基板の損傷が
生じ膜質はさらに低下する。
第22図は、第１図に示す膜形成装置を用いて本発明の
方法によりSi基板上にAl膜を形成したときの（111）配
向性に及ぼすAr雰囲気圧力の影響を、従来の各種の方法
と比較して示したものである。
方法によりSi基板上にAl膜を形成したときの（111）配
向性に及ぼすAr雰囲気圧力の影響を、従来の各種の方法
と比較して示したものである。
本発明のAl膜形成条件は、スパツタリングと逆スパツ
タリングのスイツチング周期を１秒、バイアスピーク電
圧を150V、バイアス比を0.3、スパツタベース電力比を
0.3とした。
タリングのスイツチング周期を１秒、バイアスピーク電
圧を150V、バイアス比を0.3、スパツタベース電力比を
0.3とした。
従来法においてスパツタ法とは逆スパツタを行なわな
い方法であり、バイアススパツタ法とは基板に負の電圧
を印加しながらスパツタする方法であり、波形制御交流
スパツタ法とは交流を用いてスパツタし且つ電圧の波形
を制御した方法（特願昭61−169590号に記載の方法）で
ある。本発明によれば10-3Torrよりも低い圧力で膜形成
できるようになりＸ線回折強度を従来法にくらべて著し
く高くすることができる。
い方法であり、バイアススパツタ法とは基板に負の電圧
を印加しながらスパツタする方法であり、波形制御交流
スパツタ法とは交流を用いてスパツタし且つ電圧の波形
を制御した方法（特願昭61−169590号に記載の方法）で
ある。本発明によれば10-3Torrよりも低い圧力で膜形成
できるようになりＸ線回折強度を従来法にくらべて著し
く高くすることができる。
これに対して、従来法ではAr雰囲気圧力を10-3よりも
低くすることはできずＸ線回折強度も100Kcpsが限界で
ある。本発明はAl膜の（111）面のＸ線回折強度を150Kc
ps以上にできる唯一の方法である。
低くすることはできずＸ線回折強度も100Kcpsが限界で
ある。本発明はAl膜の（111）面のＸ線回折強度を150Kc
ps以上にできる唯一の方法である。
「実施例２」 実施例１はターゲツトが導電性のものには有効である
が、ターゲツトが絶縁物では放電することができない。
そこで第１図のスパツタ電力波形制御電源2,逆スパツタ
定電圧波形制御電源１を13.5MHz程度の高周波電源に
し、第11図の波形の模式図のようにすることによりター
ゲツトが絶縁物でも放電ができるようにしたものであ
る。実施例１の方法でAlを成形しパターニング後、多層
配線の層間絶縁膜としてSiO2を成膜したが、段差部の密
着も良く、また、表面の段差がなくなり平坦化できた。
が、ターゲツトが絶縁物では放電することができない。
そこで第１図のスパツタ電力波形制御電源2,逆スパツタ
定電圧波形制御電源１を13.5MHz程度の高周波電源に
し、第11図の波形の模式図のようにすることによりター
ゲツトが絶縁物でも放電ができるようにしたものであ
る。実施例１の方法でAlを成形しパターニング後、多層
配線の層間絶縁膜としてSiO2を成膜したが、段差部の密
着も良く、また、表面の段差がなくなり平坦化できた。
「実施例３」 コンタクトホールが１μｍ以下になるとコンタクト抵
抗は急激に増加する。これはSi基板からAl配線部に析出
してくるSiの粒径が１μｍを超すものがあるからであ
る。これを防止する一つの方式としてバリヤメタルがあ
る。バリヤメタルには種々のものがあるが、TiNはAlとS
iの反応をおさえる点で最も優れているといわれてい
る。しかし、TiNはDCマグネトロンスパツタ法で、ター
ゲツトにTiを用いAr＋N2＋O2雰囲気で膜形成すると、第
20図の膜断面が示すように結晶は柱状晶に成長する。こ
の膜特性は膜に残留する応力は少なく、亀裂などの欠陥
は生じずバリヤ効果が大きい。しかし、比抵抗は1000〜
2000μΩ・cmと大きい欠点がある。一方、基板に負のバ
イアス（逆スパツタ）を与えながら膜形成したものは第
19図に示すように結晶は微細化し粒状化している。この
膜の比抵抗は上記のものに比べ50〜200μΩ・cmとなり
大幅に低下する。しかし膜の残留応力が大きく亀裂が発
生しやすく、また，バリヤ効果が少ない欠点がある。バ
リヤ材としては比抵抗ができるだけ小さくバリヤ効果の
大きいものが良い。しかし、いずれの方法も相反するも
のであり、実用化の障害になつている。すなわち、スパ
ツタと逆スパツタを交互にスイツチングして膜形成すれ
ば第12図のように柱状晶と粒状晶の層状膜となり、それ
ぞれの特長がいかされた膜が形成であるものと考えた。
そこでスイツチング周期を10sec、バイアス比を0.5、ス
パツタベース電力比を0.3、ターゲツトをTiとし、Ar
（7.5）＋N2（２）＋O2（0.5）の雰囲気で膜形成した。
その結果、比抵抗は180〜250μΩ・cmが得られ、450℃
の熱処理を行なつてもバリヤ層を破壊しAl配線部にSiが
析出したり、膜に亀裂が発生することはなかつた。この
ように、本発明は反応性スパツタに応用し複合膜を形成
することができる。
抗は急激に増加する。これはSi基板からAl配線部に析出
してくるSiの粒径が１μｍを超すものがあるからであ
る。これを防止する一つの方式としてバリヤメタルがあ
る。バリヤメタルには種々のものがあるが、TiNはAlとS
iの反応をおさえる点で最も優れているといわれてい
る。しかし、TiNはDCマグネトロンスパツタ法で、ター
ゲツトにTiを用いAr＋N2＋O2雰囲気で膜形成すると、第
20図の膜断面が示すように結晶は柱状晶に成長する。こ
の膜特性は膜に残留する応力は少なく、亀裂などの欠陥
は生じずバリヤ効果が大きい。しかし、比抵抗は1000〜
2000μΩ・cmと大きい欠点がある。一方、基板に負のバ
イアス（逆スパツタ）を与えながら膜形成したものは第
19図に示すように結晶は微細化し粒状化している。この
膜の比抵抗は上記のものに比べ50〜200μΩ・cmとなり
大幅に低下する。しかし膜の残留応力が大きく亀裂が発
生しやすく、また，バリヤ効果が少ない欠点がある。バ
リヤ材としては比抵抗ができるだけ小さくバリヤ効果の
大きいものが良い。しかし、いずれの方法も相反するも
のであり、実用化の障害になつている。すなわち、スパ
ツタと逆スパツタを交互にスイツチングして膜形成すれ
ば第12図のように柱状晶と粒状晶の層状膜となり、それ
ぞれの特長がいかされた膜が形成であるものと考えた。
そこでスイツチング周期を10sec、バイアス比を0.5、ス
パツタベース電力比を0.3、ターゲツトをTiとし、Ar
（7.5）＋N2（２）＋O2（0.5）の雰囲気で膜形成した。
その結果、比抵抗は180〜250μΩ・cmが得られ、450℃
の熱処理を行なつてもバリヤ層を破壊しAl配線部にSiが
析出したり、膜に亀裂が発生することはなかつた。この
ように、本発明は反応性スパツタに応用し複合膜を形成
することができる。
なお第23図は、集積回路を有するSi基板上に上記方法
によつてTiN膜を形成し、その上にAl配線膜を形成し、
更にその上をSiO2よりなる保護膜で被つた構造を示して
いる。保護膜はSiO2に限るものではない。
によつてTiN膜を形成し、その上にAl配線膜を形成し、
更にその上をSiO2よりなる保護膜で被つた構造を示して
いる。保護膜はSiO2に限るものではない。
「実施例４」 実施例１では第１図の装置構成図が示すようにターゲ
ツトを用い真空容器のアースとターゲツト間に発生する
イオンによりスパツタで膜形成をしていたが、この蒸発
源を電子ビーム蒸着，抵抗加熱蒸着，高周波加熱蒸着と
しても良い。第13図は蒸発源を電子ビーム蒸発源とした
実施例である。フイラメント13で熱電子を発生させ、熱
電子加速電圧波形制御電源11で熱電子を加速し、その熱
電子を偏向コイル16で蒸発物質14に集中するように制御
して蒸発させている。符号12はフイラメント加熱電源、
符号15はるつぼである。この動作と基板８に印加する電
圧を交互にスイツチングすることにより膜形成すること
を基本としている。しかし、電子ビームをパルス的に蒸
発物質14に与えても熱慣性があるためすぐには蒸発しな
い。これを防止するため、第14図の各部の波形の膜式図
が示すように、基板８に負の電圧が印加され逆スパツタ
されている期間は電子ビーム（熱電子加速電圧）を完全
にOFFすることなく、ベースの電子ビームを流してお
く。このベースの電子ビームにより蒸発物質は予熱され
ているので蒸発物質14の蒸発の応答性と制御性が改善さ
れる。また、電子ビームの出力を変化させる熱電子加速
電圧波形制御電源の波形出力を変えると電子ビームの集
点がずれてしまう。これを防止するため偏向コイル16に
印加する電圧を熱電子波形出力（電圧）に同期させて集
点ずれを防止している。次に本装置を用い種々の実験を
行なつた結果、Al膜の結晶配向性（111）は実施例１に
比べＸ線回折強度で30％減、膜形成速度は３倍となつ
た。
ツトを用い真空容器のアースとターゲツト間に発生する
イオンによりスパツタで膜形成をしていたが、この蒸発
源を電子ビーム蒸着，抵抗加熱蒸着，高周波加熱蒸着と
しても良い。第13図は蒸発源を電子ビーム蒸発源とした
実施例である。フイラメント13で熱電子を発生させ、熱
電子加速電圧波形制御電源11で熱電子を加速し、その熱
電子を偏向コイル16で蒸発物質14に集中するように制御
して蒸発させている。符号12はフイラメント加熱電源、
符号15はるつぼである。この動作と基板８に印加する電
圧を交互にスイツチングすることにより膜形成すること
を基本としている。しかし、電子ビームをパルス的に蒸
発物質14に与えても熱慣性があるためすぐには蒸発しな
い。これを防止するため、第14図の各部の波形の膜式図
が示すように、基板８に負の電圧が印加され逆スパツタ
されている期間は電子ビーム（熱電子加速電圧）を完全
にOFFすることなく、ベースの電子ビームを流してお
く。このベースの電子ビームにより蒸発物質は予熱され
ているので蒸発物質14の蒸発の応答性と制御性が改善さ
れる。また、電子ビームの出力を変化させる熱電子加速
電圧波形制御電源の波形出力を変えると電子ビームの集
点がずれてしまう。これを防止するため偏向コイル16に
印加する電圧を熱電子波形出力（電圧）に同期させて集
点ずれを防止している。次に本装置を用い種々の実験を
行なつた結果、Al膜の結晶配向性（111）は実施例１に
比べＸ線回折強度で30％減、膜形成速度は３倍となつ
た。
「実施例５」 第15図の実施例は、ターゲツト６を衝撃するイオン源
と基板を衝撃するイオン源を独立に持ち、それぞれのイ
オン源を交互にスイツチングすることにより膜形成と逆
スパツタを行う方法である。イオン源はマイクロ波方
式，高周波方式，熱電子方式とすることができる。第15
図の実施例はマイクロ波方式の例である。任意波形発生
器９からの信号によりそれぞれ波形制御されたマイクロ
波を波形制御マイクロ波電源19で発生させ導波管22でプ
ラズマ発生室24に導き、プラズマを発生させる。それぞ
れのプラズマ発生室にはメツシユ電極でできたイオン引
き出し電極21についている。これに波形制御イオン引き
出し電源20で負の電圧を印加することにより、真空容器
17内にイオンを引き出し、それぞれのイオン源により、
ターゲツトと基板を交互にスイツチングして膜形成と逆
スパツタを行なう方法である。この方式の特長はマイク
ロ波出力、あるいはイオン引き出し電圧を変えることに
よりイオンエネルギーを任意に可変できる。また、イオ
ン源が独立しているため互いに干渉することはない。ま
た、膜形成室とイオン源がメツシユ電極でしきられてい
るので、イオン源より１〜２桁高真空域で膜形成するこ
とができる。したがつて適正範囲が広く膜質も実施例１
に比べて優れている。しかし、実施例１に比べ膜形成速
度は40％減となる。
と基板を衝撃するイオン源を独立に持ち、それぞれのイ
オン源を交互にスイツチングすることにより膜形成と逆
スパツタを行う方法である。イオン源はマイクロ波方
式，高周波方式，熱電子方式とすることができる。第15
図の実施例はマイクロ波方式の例である。任意波形発生
器９からの信号によりそれぞれ波形制御されたマイクロ
波を波形制御マイクロ波電源19で発生させ導波管22でプ
ラズマ発生室24に導き、プラズマを発生させる。それぞ
れのプラズマ発生室にはメツシユ電極でできたイオン引
き出し電極21についている。これに波形制御イオン引き
出し電源20で負の電圧を印加することにより、真空容器
17内にイオンを引き出し、それぞれのイオン源により、
ターゲツトと基板を交互にスイツチングして膜形成と逆
スパツタを行なう方法である。この方式の特長はマイク
ロ波出力、あるいはイオン引き出し電圧を変えることに
よりイオンエネルギーを任意に可変できる。また、イオ
ン源が独立しているため互いに干渉することはない。ま
た、膜形成室とイオン源がメツシユ電極でしきられてい
るので、イオン源より１〜２桁高真空域で膜形成するこ
とができる。したがつて適正範囲が広く膜質も実施例１
に比べて優れている。しかし、実施例１に比べ膜形成速
度は40％減となる。
以上のように、膜形成イオン衝撃（逆スパツタ）を交
互にスイツチングして膜形成することにより、結晶粒の
配向性とステツプカバレツジを大幅に向上させることが
できる。また、配向性が良いことは耐エレクトロマイグ
レーシヨン性を高め、VLSIのAl又はAl合金配線の寿命を
伸ばし信頼性を著しく向上させる。ステツプカバレツジ
の改善は、ますます微細化して行くVLSIの配線プロセス
に対応できるばかりでなく、現有VLSIに対しては、より
信頼性を向上させることができる。また、反応性ガス雰
囲気で膜形成することによりスパツタ法、従来のバイア
ススパツタ法では得られないすぐれた特性の複合膜を合
成することができる。
互にスイツチングして膜形成することにより、結晶粒の
配向性とステツプカバレツジを大幅に向上させることが
できる。また、配向性が良いことは耐エレクトロマイグ
レーシヨン性を高め、VLSIのAl又はAl合金配線の寿命を
伸ばし信頼性を著しく向上させる。ステツプカバレツジ
の改善は、ますます微細化して行くVLSIの配線プロセス
に対応できるばかりでなく、現有VLSIに対しては、より
信頼性を向上させることができる。また、反応性ガス雰
囲気で膜形成することによりスパツタ法、従来のバイア
ススパツタ法では得られないすぐれた特性の複合膜を合
成することができる。
第１図は本発明による薄膜形成装置の一実施例の構成
図、第２図及び第３図はその作動の例示図、第４図及び
第５図は本発明の膜形成のメカニズムを示す説明図、第
６図は放電限界圧力を示す特性図、第７図及び第８図は
スイツチング因子と、Ｘ線回折強度との関係を示す特性
図、第９図はAl配線の破断寿命とＸ線回折強度との関係
を示す特性図、第10図はバイアス比とステツプカバレツ
ジとの関係を示す特性図、第11図はスパツタとバイアス
に高周波を用いた場合の波形の模式図、第12図は本発明
によるTiN膜の組織の模式図、第13図は本発明による薄
膜形成装置の他の実施例の構成図、第14図はその作動の
例示図。第15図は本発明による薄膜形成装置の更に他の
実施例の構成図、第16図は従来法のDCマグネトロンバイ
アススパツタ装置の構成図、第17図はその作動を示す例
示図、第18図は第16図および第17図における膜形成メカ
ニズムを示す説明図、第19図は従来法のDCマグネトロン
バイアススパツタ法におけるTiN膜組織の模式図、第20
図はバイアスなしのDCマグネトロンスパツタ法における
TiN膜組織の模式図、第21図はアスペクト比とステツプ
カバレツジの説明図、第22図はAl膜形成におけるAr雰囲
気圧力とＸ線回折強度との関係を示す特性図、第23図は
本発明の一つの応用例を示す集積回路装置の一部の断面
図である。 １……逆スパツタ定電圧波形制御電源、２……スパツタ
電力波形制御電源、３……バイアス電流制御高周波電
源、４……バイアス電流検出センサー、５……コイル、
６……ターゲツト、７……マグネツト、８……基板、10
……絶縁物、11……熱電子加速電圧波形制御電源、12…
…フイラメント加熱電源、13……フイラメント、14……
蒸発物質、15……るつぼ、16……偏向コイル、17……真
空容器、18……偏向電圧波形制御電源、19……波形制御
マイクロ波電源、20……波形制御イオン引き出し電源、
21……イオン引き出し電極、22……導波管、23……コイ
ル、24……プラズマ発生室。
図、第２図及び第３図はその作動の例示図、第４図及び
第５図は本発明の膜形成のメカニズムを示す説明図、第
６図は放電限界圧力を示す特性図、第７図及び第８図は
スイツチング因子と、Ｘ線回折強度との関係を示す特性
図、第９図はAl配線の破断寿命とＸ線回折強度との関係
を示す特性図、第10図はバイアス比とステツプカバレツ
ジとの関係を示す特性図、第11図はスパツタとバイアス
に高周波を用いた場合の波形の模式図、第12図は本発明
によるTiN膜の組織の模式図、第13図は本発明による薄
膜形成装置の他の実施例の構成図、第14図はその作動の
例示図。第15図は本発明による薄膜形成装置の更に他の
実施例の構成図、第16図は従来法のDCマグネトロンバイ
アススパツタ装置の構成図、第17図はその作動を示す例
示図、第18図は第16図および第17図における膜形成メカ
ニズムを示す説明図、第19図は従来法のDCマグネトロン
バイアススパツタ法におけるTiN膜組織の模式図、第20
図はバイアスなしのDCマグネトロンスパツタ法における
TiN膜組織の模式図、第21図はアスペクト比とステツプ
カバレツジの説明図、第22図はAl膜形成におけるAr雰囲
気圧力とＸ線回折強度との関係を示す特性図、第23図は
本発明の一つの応用例を示す集積回路装置の一部の断面
図である。 １……逆スパツタ定電圧波形制御電源、２……スパツタ
電力波形制御電源、３……バイアス電流制御高周波電
源、４……バイアス電流検出センサー、５……コイル、
６……ターゲツト、７……マグネツト、８……基板、10
……絶縁物、11……熱電子加速電圧波形制御電源、12…
…フイラメント加熱電源、13……フイラメント、14……
蒸発物質、15……るつぼ、16……偏向コイル、17……真
空容器、18……偏向電圧波形制御電源、19……波形制御
マイクロ波電源、20……波形制御イオン引き出し電源、
21……イオン引き出し電極、22……導波管、23……コイ
ル、24……プラズマ発生室。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大貫 仁 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 河渕 靖 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 板垣 達夫 東京都小平市上水本町1450番地 株式会 社日立製作所武蔵工場内 (56)参考文献 特開 昭61−153275（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−13608（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−264174（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−147870（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−183467（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−500291（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−190070（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−8408（ＪＰ，Ａ)
Claims (7)
- 【請求項１】真空容器内に対向して配置されたスパッタ
用ターゲットと基板とに負のパルス電圧を印加してスパ
ッタリングと逆スパッタリングを交互に複数回くり返し
て前記基板上に前記ターゲットの物質を堆積する方法で
あって、前記ターゲットに印加する電圧を前記基板に印
加する電圧より高くすることを特徴とするスパッタリン
グ方法。 - 【請求項２】真空容器内に対向して配置されたスパッタ
用ターゲットと基板とに負のパルス電圧を印加してスパ
ッタリングと逆スパッタリングを交互に複数回くり返し
て前記基板上に前記ターゲットの物質を堆積する方法で
あって、前記真空容器をアースとし、前記基板と前記タ
ーゲットの両方にパルスのピーク値よりも低いベース電
圧を含む負のパルス電圧を印加するとともに、前記ター
ゲットの印加する電圧を前記基板に印加する電圧よりも
高くすることを特徴とするスパッタリング方法。 - 【請求項３】真空容器内に対向して配置されたスパッタ
用ターゲットと基板とに負のパルス電圧を印加してスパ
ッタリングと逆スパッタリングとを交互に複数回くり返
して前記基板上に前記ターゲットの物質を堆積する方法
であって、前記ターゲットに印加する電圧を前記基板に
印加する電圧より高くするとともに、前記ターゲットと
前記基板との間にコイルを設置し高周波電圧を印加して
プラズマを発生させることを特徴とするスパッタリング
方法。 - 【請求項４】真空容器内に対向させてターゲットと基板
とを配置し、イオン源より発生させたイオンを加速して
前記ターゲットに衝突させて該ターゲットの物質を前記
基板に堆積させるスパッタリングと前記基板上に堆積し
た前記物質をスパッタリングする逆スパッタリングとを
交互に複数回くり返して前記基板上に前記ターゲットの
物質を所望の厚さに堆積させることを特徴とするスパッ
タリング方法。 - 【請求項５】真空容器内の蒸発物質を蒸発させて基板に
堆積する蒸着方法において、前記蒸着と前記基板に負の
電圧を印加してイオン衝撃により前記基板上に堆積した
蒸着物質をスパッタリングさせる逆スパッタリングとを
交互に複数回くり返して基板上に前記蒸発物質を堆積す
ることを特徴とする蒸着方法。 - 【請求項６】真空容器内にスパッタ用ターゲットと基板
とを対向させて配置し、前記スパッタ用ターゲットと基
板とに負のパルス電圧を印加してスパッタと逆スパッタ
とを交互に複数回行い、基板上にターゲット物質の薄膜
を形成する薄膜形成装置であって、任意の二つのパルス
波形信号を発生する任意波形発生器と、この任意波形発
生器からの夫々の波形信号を受けて該夫々の波形信号に
対応する波形のスパッタ電圧及びバイアス電圧を独立に
夫々発生する波形制御電源とを備え、前記スパッタ電力
における電圧をバイアス電力における電圧より高く印加
する手段を有することを特徴とする薄膜形成装置。 - 【請求項７】真空容器内に基板と電子ビームの照射によ
って前記基板上に蒸着物を堆積させる蒸発源を対向させ
て配置し、前記基板に負のパルス電圧を印加し、蒸着と
逆スパッタリングを交互に複数回くり返して前記基板上
に前記蒸着物を堆積させる薄膜形成装置であって、任意
の三つの波形を発生する任意波形発生器と、この任意波
形発生器からの夫々の波形信号を受けて、該夫々の波形
に対応する波形のバイアス電圧，電子ビーム蒸発源の熱
電子加速電圧及び電子ビームを偏向する電圧を夫々独立
に発生する波形制御電源を備え、前記バイアス電圧，熱
電子加速電圧及び偏向電圧を、夫々基板，熱電子発生フ
ィラメント，偏向コイルに印加する手段を有することを
特徴とする薄膜形成装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63060421A JP2602276B2 (ja) | 1987-06-30 | 1988-03-16 | スパツタリング方法とその装置 |
| EP88110281A EP0297502B1 (en) | 1987-06-30 | 1988-06-28 | Method of and apparatus for sputtering |
| DE3852912T DE3852912T2 (de) | 1987-06-30 | 1988-06-28 | Verfahren und Gerät zur Kathodenzerstäubung. |
| US07/213,136 US4999096A (en) | 1987-06-30 | 1988-06-29 | Method of and apparatus for sputtering |
| KR1019880007995A KR970009212B1 (ko) | 1987-06-30 | 1988-06-30 | 스퍼터링 방법과 장치 및 집적회로장치 |
| US07/574,770 US5175608A (en) | 1987-06-30 | 1990-08-30 | Method of and apparatus for sputtering, and integrated circuit device |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16309287 | 1987-06-30 | ||
| JP62-163092 | 1987-06-30 | ||
| JP63060421A JP2602276B2 (ja) | 1987-06-30 | 1988-03-16 | スパツタリング方法とその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02138456A JPH02138456A (ja) | 1990-05-28 |
| JP2602276B2 true JP2602276B2 (ja) | 1997-04-23 |
Family
ID=26401494
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63060421A Expired - Fee Related JP2602276B2 (ja) | 1987-06-30 | 1988-03-16 | スパツタリング方法とその装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4999096A (ja) |
| EP (1) | EP0297502B1 (ja) |
| JP (1) | JP2602276B2 (ja) |
| KR (1) | KR970009212B1 (ja) |
| DE (1) | DE3852912T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11269643A (ja) * | 1998-03-20 | 1999-10-05 | Toshiba Corp | 成膜装置およびそれを用いた成膜方法 |
Families Citing this family (141)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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