JP2689931B2 - スパッタ方法 - Google Patents
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
- H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
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Description
【０００１】本発明は、ＴｉＮのスパッタ方法に関し、
特に、窒素を含む雰囲気下でＴｉスパッタタ−ゲットを
スパッタしてＴｉＮを形成するスパッタ方法に関する。
特に、窒素を含む雰囲気下でＴｉスパッタタ−ゲットを
スパッタしてＴｉＮを形成するスパッタ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近の半導体装置では、素子が形成され
た半導体基板と配線材料であるＡｌ合金との間にＴｉＮ
層を形成することが多い。このＴｉＮ層は、半導体基板
のＳｉと配線材料であるＡｌ合金中のＡｌとが相互拡散
してＡｌにより半導体素子が破壊されるのを防止するた
めのバリアメタルとして、主に用いられている。
た半導体基板と配線材料であるＡｌ合金との間にＴｉＮ
層を形成することが多い。このＴｉＮ層は、半導体基板
のＳｉと配線材料であるＡｌ合金中のＡｌとが相互拡散
してＡｌにより半導体素子が破壊されるのを防止するた
めのバリアメタルとして、主に用いられている。
【０００３】また、最先端の半導体装置においては、半
導体素子と配線との間の層間絶縁膜に設けられた接続孔
(コンタクトホ−ル)が微細となり、しかも深くなってき
ている。そのため、スパッタ法で形成したＡｌ合金で
は、接続が困難となってきている。
導体素子と配線との間の層間絶縁膜に設けられた接続孔
(コンタクトホ−ル)が微細となり、しかも深くなってき
ている。そのため、スパッタ法で形成したＡｌ合金で
は、接続が困難となってきている。
【０００４】そこで、減圧化学気相成長法(ＬＰＣＶＤ
法)により成長したタングステン(Ｗ)は、段差被覆性が
良好であるため、コンタクトホ−ルの埋め込みに広く使
われるようになってきた。このＷは、絶縁膜との密着性
が悪く剥がれやすいため、ＴｉＮをスパッタ法で形成
し、その上にＷを成長することが多い。
法)により成長したタングステン(Ｗ)は、段差被覆性が
良好であるため、コンタクトホ−ルの埋め込みに広く使
われるようになってきた。このＷは、絶縁膜との密着性
が悪く剥がれやすいため、ＴｉＮをスパッタ法で形成
し、その上にＷを成長することが多い。
【０００５】また、Ｗ成長の際の原料ガスであるＷＦ6
と基板のＳｉが反応し、素子が破壊されることがある
が、これを防ぐためには、コンタクトホ−ルの底に最低
10ｎｍ程度のＴｉＮ膜が必要である。しかしながら、コ
ンタクトホ−ルの深さを径で割ったアスベクト比が大き
くなると、通常のスパッタ法ではコンタクトホ−ルの底
に10ｎｍ以上のＴｉＮを形成するのは困難である。
と基板のＳｉが反応し、素子が破壊されることがある
が、これを防ぐためには、コンタクトホ−ルの底に最低
10ｎｍ程度のＴｉＮ膜が必要である。しかしながら、コ
ンタクトホ−ルの深さを径で割ったアスベクト比が大き
くなると、通常のスパッタ法ではコンタクトホ−ルの底
に10ｎｍ以上のＴｉＮを形成するのは困難である。
【０００６】ところで、コンタクトホ−ルでの被覆性を
改善する手段として、一般に、基板に対して垂直に近い
方向で入射するスパッタ粒子のみで膜を形成する方法が
知られている。この方法を実施するための１例として、
スパッタタゲ−トと基板との間に多数の孔を設けたフィ
ルタ−の役割を果たす板(コリメ−ト板)を設置する方法
が提案されている(例えば特開平1−116070号公報、特開
平1−184276号公報参照)。
改善する手段として、一般に、基板に対して垂直に近い
方向で入射するスパッタ粒子のみで膜を形成する方法が
知られている。この方法を実施するための１例として、
スパッタタゲ−トと基板との間に多数の孔を設けたフィ
ルタ−の役割を果たす板(コリメ−ト板)を設置する方法
が提案されている(例えば特開平1−116070号公報、特開
平1−184276号公報参照)。
【０００７】このようなコリメ−ト板を用いたコリメ−
トスパッタ法は、Ｔｉ膜の形成においては、スパッタパ
ワ−を大きくすることで実用的な速度が得られるため、
徐々に実用化されつつある。しかし、ＴｉＮ膜の形成に
おいては、通常、窒素を含む雰囲気下でＴｉタ−ゲット
をスパッタする反応性スパッタ法で形成するため、この
Ｔｉタ−ゲットの表面までも窒化され、該表面にＴｉＮ
が形成する。
トスパッタ法は、Ｔｉ膜の形成においては、スパッタパ
ワ−を大きくすることで実用的な速度が得られるため、
徐々に実用化されつつある。しかし、ＴｉＮ膜の形成に
おいては、通常、窒素を含む雰囲気下でＴｉタ−ゲット
をスパッタする反応性スパッタ法で形成するため、この
Ｔｉタ−ゲットの表面までも窒化され、該表面にＴｉＮ
が形成する。
【０００８】このようにタ−ゲット表面にＴｉＮが形成
されると、ＴｉＮのスパッタ率は小さいので、Ｔｉをス
パッタ法で形成する場合に比して、ＴｉＮの成長速度
は、同じスパッタパワ−では３分の１以下に低下してし
まう。なお、コリメ−トスパッタ法でＴｉＮを形成する
場合、通常のスパッタ法に比べて、より一層ＴｉＮの成
長速度が低下してしまうので実用的ではない。
されると、ＴｉＮのスパッタ率は小さいので、Ｔｉをス
パッタ法で形成する場合に比して、ＴｉＮの成長速度
は、同じスパッタパワ−では３分の１以下に低下してし
まう。なお、コリメ−トスパッタ法でＴｉＮを形成する
場合、通常のスパッタ法に比べて、より一層ＴｉＮの成
長速度が低下してしまうので実用的ではない。
【０００９】この問題を解決するため、タ−ゲット表面
は窒化されないようにスパッタし、基板表面で初めて窒
化させてＴｉＮを形成する方法が提案されている。例え
ば「1993年のブイ・エル・エス・アイ マルチレベル イ
ンタ−コネクション カンファレンスの予稿集」(Procce
eding of 1993 VLSI Multilevel Interconection Confe
rence)の433〜435頁や同じく439〜441頁等に記載されて
いる。また、この概念は、前掲の特開平1−116070号公
報の中にも記載されている。
は窒化されないようにスパッタし、基板表面で初めて窒
化させてＴｉＮを形成する方法が提案されている。例え
ば「1993年のブイ・エル・エス・アイ マルチレベル イ
ンタ−コネクション カンファレンスの予稿集」(Procce
eding of 1993 VLSI Multilevel Interconection Confe
rence)の433〜435頁や同じく439〜441頁等に記載されて
いる。また、この概念は、前掲の特開平1−116070号公
報の中にも記載されている。
【００１０】従来のスパッタ法でＴｉＮを形成する場
合、タ−ゲット表面を窒化させるような条件でないと基
板上にも良好なＴｉＮが形成できなかった。このような
条件下でスパッタする場合、Ｔｉスパッタタ−ゲットの
配向性で成膜速度が変化し、Ｔｉスパッタタ−ゲットの
(001)面のタ−ゲットの法線方向への配向率が低いほど
成膜速度は遅いが、膜特性は良好であることが知られて
いる(例えば特開平5−13368号公報参照)。
合、タ−ゲット表面を窒化させるような条件でないと基
板上にも良好なＴｉＮが形成できなかった。このような
条件下でスパッタする場合、Ｔｉスパッタタ−ゲットの
配向性で成膜速度が変化し、Ｔｉスパッタタ−ゲットの
(001)面のタ−ゲットの法線方向への配向率が低いほど
成膜速度は遅いが、膜特性は良好であることが知られて
いる(例えば特開平5−13368号公報参照)。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従来の前記した「タ−
ゲットの表面を窒化させず、基板表面で初めて窒化させ
てＴｉＮを形成する方法」では、不活性ガスであるＡｒ
と反応性ガスである窒素との流量を正確に制御しなけれ
ばならない。
ゲットの表面を窒化させず、基板表面で初めて窒化させ
てＴｉＮを形成する方法」では、不活性ガスであるＡｒ
と反応性ガスである窒素との流量を正確に制御しなけれ
ばならない。
【００１２】図４に、従来技術によりＡｒと窒素の流量
を変化させた場合の膜形成状態を示す。具体的には、直
径：30ｍｍのタ−ゲット［Ｔｉスパッタタ−ゲットの(0
01)面の配向率が70％のタ−ゲット］を用い、スパッタ
パワ−10ｋＷでコリメ−トスパッタを行った場合のＡｒ
と窒素の流量をそれぞれ変化させた時にできる膜を示
す。なお、この時のコリメ−ト板の厚みを10ｍｍとし、
また、コリメ−ト板に設けた開孔の直径も10ｍｍとし
た。
を変化させた場合の膜形成状態を示す。具体的には、直
径：30ｍｍのタ−ゲット［Ｔｉスパッタタ−ゲットの(0
01)面の配向率が70％のタ−ゲット］を用い、スパッタ
パワ−10ｋＷでコリメ−トスパッタを行った場合のＡｒ
と窒素の流量をそれぞれ変化させた時にできる膜を示
す。なお、この時のコリメ−ト板の厚みを10ｍｍとし、
また、コリメ−ト板に設けた開孔の直径も10ｍｍとし
た。
【００１３】図４から、窒素の流量が少なすぎると、Ｔ
ｉＮが形成されず、ＴｉあるいはＴｉ2Ｎ等が混ざりあ
った膜が形成される。逆に、窒素を多く流すと、ＴｉＮ
は形成されるが、タ−ゲット表面も窒化されてＴｉＮが
形成されるため、成膜速度が小さくなってしまう。さら
に、図４から明らかなように、Ｔｉタ−ゲットの表面を
窒化させずに基板表面で窒化させてＴｉＮを形成できる
窒素流量の範囲は狭く、約５sccm程度の幅しかないこと
が認められる。
ｉＮが形成されず、ＴｉあるいはＴｉ2Ｎ等が混ざりあ
った膜が形成される。逆に、窒素を多く流すと、ＴｉＮ
は形成されるが、タ−ゲット表面も窒化されてＴｉＮが
形成されるため、成膜速度が小さくなってしまう。さら
に、図４から明らかなように、Ｔｉタ−ゲットの表面を
窒化させずに基板表面で窒化させてＴｉＮを形成できる
窒素流量の範囲は狭く、約５sccm程度の幅しかないこと
が認められる。
【００１４】スパッタ条件によりこの窒素流量の絶対値
は変化するが、このプロセスにおける可能な窒素流量の
範囲幅は、殆ど変化せず狭い(図４参照)。従って、従来
技術では、窒素流量又はスパッタ中のガス圧力、あるい
は基板の温度等のわずかな相違により、ＴｉＮが形成さ
れなかったり、あるいは成膜速度が変化し、基板上の膜
厚が大きく違ってしまったりするという問題があった。
は変化するが、このプロセスにおける可能な窒素流量の
範囲幅は、殆ど変化せず狭い(図４参照)。従って、従来
技術では、窒素流量又はスパッタ中のガス圧力、あるい
は基板の温度等のわずかな相違により、ＴｉＮが形成さ
れなかったり、あるいは成膜速度が変化し、基板上の膜
厚が大きく違ってしまったりするという問題があった。
【００１５】本発明は、上記のような問題点に鑑み成さ
れたものであって、その目的とするところは、 ・第１に、Ｔｉスパッタタ−ゲットの表面を窒化させず
に基板上にＴｉＮ膜を形成するスパッタ法を提供するこ
と、 ・第２に、混合ガス中の窒素流量を多くしても、Ｔｉス
パッタタ−ゲットの表面を窒化させずに基板上にＴｉＮ
膜の形成が可能なスパッタ法を提供すること、 ・第３に、窒素流量の変化やガス圧力の変化、さらには
コリメ−ト板の使用などの影響を受けず、高速で安定し
て良好なＴｉＮ膜を基板上に形成し得るスパッタ法を提
供することにある。
れたものであって、その目的とするところは、 ・第１に、Ｔｉスパッタタ−ゲットの表面を窒化させず
に基板上にＴｉＮ膜を形成するスパッタ法を提供するこ
と、 ・第２に、混合ガス中の窒素流量を多くしても、Ｔｉス
パッタタ−ゲットの表面を窒化させずに基板上にＴｉＮ
膜の形成が可能なスパッタ法を提供すること、 ・第３に、窒素流量の変化やガス圧力の変化、さらには
コリメ−ト板の使用などの影響を受けず、高速で安定し
て良好なＴｉＮ膜を基板上に形成し得るスパッタ法を提
供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、Ｔｉスパッタ
タ−ゲットとして、Ｔｉスパッタタ−ゲットの面方位の
うち(001)面の軸がタ−ゲット表面の法線から30゜以内
に90％以上有するタ−ゲットを用いることを特徴とし、
これにより前記した第１〜第３の目的とするスパッタ法
を提供するものである。
タ−ゲットとして、Ｔｉスパッタタ−ゲットの面方位の
うち(001)面の軸がタ−ゲット表面の法線から30゜以内
に90％以上有するタ−ゲットを用いることを特徴とし、
これにより前記した第１〜第３の目的とするスパッタ法
を提供するものである。
【００１７】即ち、本発明は、「Ｔｉスパッタタ−ゲッ
トをＡｒと窒素の混合ガスによりスパッタを行い、基板
上にＴｉＮ膜を形成するスパッタ法において、前記Ｔｉ
スパッタタ−ゲットの面方位のうち(001)面の軸が、タ
−ゲット表面の法線から30°以内に90％以上有するＴｉ
スパッタタ−ゲットを用いることを特徴とするスパッタ
方法。」(請求項１)を要旨とする。
トをＡｒと窒素の混合ガスによりスパッタを行い、基板
上にＴｉＮ膜を形成するスパッタ法において、前記Ｔｉ
スパッタタ−ゲットの面方位のうち(001)面の軸が、タ
−ゲット表面の法線から30°以内に90％以上有するＴｉ
スパッタタ−ゲットを用いることを特徴とするスパッタ
方法。」(請求項１)を要旨とする。
【００１８】また、本発明は、上記スパッタ方法におい
て、さらにＴｉスパッタタ−ゲットの表面を窒化させ
ず、基板にＴｉＮを形成する方法として、 ・Ｔｉスパッタタ−ゲットの表面が窒素により窒化され
る前にスパッタが進行す るスパッタパワ−(すなわち、
比較的高いスパッタパワ−)で前記スパッタタ−ゲット
をスパッタし、かつ基板上への成膜速度を低下させる手
段を採用すること(請求項２)、を本発明の好ましい実施
態様とする。
て、さらにＴｉスパッタタ−ゲットの表面を窒化させ
ず、基板にＴｉＮを形成する方法として、 ・Ｔｉスパッタタ−ゲットの表面が窒素により窒化され
る前にスパッタが進行す るスパッタパワ−(すなわち、
比較的高いスパッタパワ−)で前記スパッタタ−ゲット
をスパッタし、かつ基板上への成膜速度を低下させる手
段を採用すること(請求項２)、を本発明の好ましい実施
態様とする。
【００１９】また、本発明は、上記基板上への成膜速度
を低下させる手段として、 ・Ｔｉスパッタタ−ゲットと基板の間に多数の開孔を有
する板(コリメ−ト板)を設置し、基板の法線方向の近傍
に進行するスパッタ粒子のみを通過させるようにするこ
と(請求項３)、 ・Ｔｉスパッタタ−ゲットと基板の距離を、Ｔｉスパッ
タタ−ゲットの直径あるいは１辺の長さよりも長くする
こと(請求項４)、を本発明の好ましい実施態様とする。
を低下させる手段として、 ・Ｔｉスパッタタ−ゲットと基板の間に多数の開孔を有
する板(コリメ−ト板)を設置し、基板の法線方向の近傍
に進行するスパッタ粒子のみを通過させるようにするこ
と(請求項３)、 ・Ｔｉスパッタタ−ゲットと基板の距離を、Ｔｉスパッ
タタ−ゲットの直径あるいは１辺の長さよりも長くする
こと(請求項４)、を本発明の好ましい実施態様とする。
【００２０】さらに、本発明は、 ・Ａｒと窒素の混合ガスのうち、少なくとも窒素を基板
の近傍から導入すること(請求項５)、を本発明の好まし
い実施態様とする。
の近傍から導入すること(請求項５)、を本発明の好まし
い実施態様とする。
【００２１】
【実施例】次に、本発明の実施例を挙げて本発明を具体
的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定される
ものではない。
的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定される
ものではない。
【００２２】（実施例１）図１は、本発明の一実施例
(実施例１)で使用するスパッタ装置の概略図であって、
このスパッタ装置は、真空室１、マグネトロンスパッタ
電極２、該マグネトロンスパッタ電極２に裏板３を介し
て配設したＴｉスパッタタ−ゲット４、防着シ−ルド板
５、コリメ−ト板６、基板ホルダ−７に取り付けられた
基板８、ガス導入口９から主として構成されている。
(実施例１)で使用するスパッタ装置の概略図であって、
このスパッタ装置は、真空室１、マグネトロンスパッタ
電極２、該マグネトロンスパッタ電極２に裏板３を介し
て配設したＴｉスパッタタ−ゲット４、防着シ−ルド板
５、コリメ−ト板６、基板ホルダ−７に取り付けられた
基板８、ガス導入口９から主として構成されている。
【００２３】このスパッタ装置について更に詳細に説明
すると、この装置は、真空室１に周知のプレ−ナマグネ
トロンスパッタ電極２が取り付けられている。このマグ
ネトロンスパッタ電極２には、磁気極性を有する磁石と
その外周に逆の極性を持つド−ナツ状の磁石が配置され
ている。上記マグネトロンスパッタ電極２には、裏板３
を介して、後記するが本発明の特徴とする“Ｔｉスパッ
タタ−ゲット４”が取り付けられており、そして、この
Ｔｉスパッタタ−ゲット４には、図示してないが直流電
源が接続されている。
すると、この装置は、真空室１に周知のプレ−ナマグネ
トロンスパッタ電極２が取り付けられている。このマグ
ネトロンスパッタ電極２には、磁気極性を有する磁石と
その外周に逆の極性を持つド−ナツ状の磁石が配置され
ている。上記マグネトロンスパッタ電極２には、裏板３
を介して、後記するが本発明の特徴とする“Ｔｉスパッ
タタ−ゲット４”が取り付けられており、そして、この
Ｔｉスパッタタ−ゲット４には、図示してないが直流電
源が接続されている。
【００２４】一方、真空室１内に基板８が基板ホルダ−
７に取り付けられており、この基板８とＴｉスパッタタ
−ゲット４との間に直径10ｍｍの多数の孔を有する厚さ
10ｍｍのコリメ−ト板６が配置されている。また、真空
室１の内側に防着シ−ルド板５を配設し、この防着シ−
ルド板５により真空室１の壁に膜が付着するのを防止し
ている。
７に取り付けられており、この基板８とＴｉスパッタタ
−ゲット４との間に直径10ｍｍの多数の孔を有する厚さ
10ｍｍのコリメ−ト板６が配置されている。また、真空
室１の内側に防着シ−ルド板５を配設し、この防着シ−
ルド板５により真空室１の壁に膜が付着するのを防止し
ている。
【００２５】上記スパッタ装置において、Ｔｉスパッタ
タ−ゲット４としては、“タ−ゲット表面の法線に対し
てＴｉスパッタターゲットを構成する結晶のうち〈00
1〉軸のなす角を30°以内とする結晶が、全体の90％占
める”ものを用いた。
タ−ゲット４としては、“タ−ゲット表面の法線に対し
てＴｉスパッタターゲットを構成する結晶のうち〈00
1〉軸のなす角を30°以内とする結晶が、全体の90％占
める”ものを用いた。
【００２６】以下、上記スパッタ装置を用いて、基板８
上にＴｉＮ膜を形成する本発明の一実施例(実施例１)に
ついて説明する。但し、本実施例１では、Ｔｉスパッタ
タ−ゲット４として、上記したタ−ゲットを用い、その
大きさ及び形状としては、直径300ｍｍの円形のものを
用いた。なお、本発明は、このような形状や寸法に限定
されるものではなく、“タ−ゲット表面の法線に対して
Ｔｉスパッタターゲットを構成する結晶のうち(001)面
の〈001〉軸のなす角を30°以内とする結晶が、全体の9
0％以上を占める”のものであれば、例えば四角形など
任意の形状や寸法のものを使用することができる。
上にＴｉＮ膜を形成する本発明の一実施例(実施例１)に
ついて説明する。但し、本実施例１では、Ｔｉスパッタ
タ−ゲット４として、上記したタ−ゲットを用い、その
大きさ及び形状としては、直径300ｍｍの円形のものを
用いた。なお、本発明は、このような形状や寸法に限定
されるものではなく、“タ−ゲット表面の法線に対して
Ｔｉスパッタターゲットを構成する結晶のうち(001)面
の〈001〉軸のなす角を30°以内とする結晶が、全体の9
0％以上を占める”のものであれば、例えば四角形など
任意の形状や寸法のものを使用することができる。
【００２７】本実施例１では、まず、ガス導入口９から
Ａｒと窒素をそれぞれ20sccm程度導入し、真空室１内の
圧力を２mTorr程度に保持する。次に、直流電源(図示せ
ず)によりＴｉタ−ゲット４に負の電圧を印加する。投
入パワ−は、10kWとした。
Ａｒと窒素をそれぞれ20sccm程度導入し、真空室１内の
圧力を２mTorr程度に保持する。次に、直流電源(図示せ
ず)によりＴｉタ−ゲット４に負の電圧を印加する。投
入パワ−は、10kWとした。
【００２８】この10kWのパワ−を印加することにより放
電が開始し、スパッタによる基板８上への成膜が開始す
る。このとき、(1)Ｔｉスパッタタ−ゲット４の大きさ
(直径300ｍｍの円形のもの)に対して投入パワ−が10kW
と大きいため、Ｔｉスパッタタ−ゲット４の表面は、窒
素により窒化される前にスパッタが進行するようにな
り、また、(2)スパッタされて飛び出したＴｉ粒子の数
に比べて窒素の量が20sccmと少ないため、基板８や防着
シ−ルド板５などに被着したＴｉを窒化するのに大部分
の窒素が消費されるようになり、この(1)及び(2)の事実
から、使用したＴｉスパッタタ−ゲット４の表面は、常
にＴｉに保たれている。
電が開始し、スパッタによる基板８上への成膜が開始す
る。このとき、(1)Ｔｉスパッタタ−ゲット４の大きさ
(直径300ｍｍの円形のもの)に対して投入パワ−が10kW
と大きいため、Ｔｉスパッタタ−ゲット４の表面は、窒
素により窒化される前にスパッタが進行するようにな
り、また、(2)スパッタされて飛び出したＴｉ粒子の数
に比べて窒素の量が20sccmと少ないため、基板８や防着
シ−ルド板５などに被着したＴｉを窒化するのに大部分
の窒素が消費されるようになり、この(1)及び(2)の事実
から、使用したＴｉスパッタタ−ゲット４の表面は、常
にＴｉに保たれている。
【００２９】ここで、本実施例１を含む本発明のスパッ
タ法について、従来のスパッタ法と比較して説明する。
従来のＴｉスパッタタ−ゲットの結晶の配向性、すなわ
ち、(001)面と垂直な方向の〈001〉軸は、タ−ゲット表
面の法線に対して30゜以内の傾きにあるものが60〜80％
程度の配向性である。
タ法について、従来のスパッタ法と比較して説明する。
従来のＴｉスパッタタ−ゲットの結晶の配向性、すなわ
ち、(001)面と垂直な方向の〈001〉軸は、タ−ゲット表
面の法線に対して30゜以内の傾きにあるものが60〜80％
程度の配向性である。
【００３０】ところで、六方晶であるＴｉの最稠密面は
(001)面であり、この面の配向率が高いと、タ−ゲット
表面は窒素により窒化されにくく、例えば(001)面の配
向率が20％増加すると、15％程度窒素流量を増加させて
もＴｉスパッタタ−ゲット表面は窒化されない。また、
(001)面の配向率が高いほどスパッタ率が低下する。例
えば(001)面の配向率が20％増加すると、20％程度Ｔｉ
の成膜速度は低下する。そのため、スパッタされるＴｉ
粒子が少ない分若干窒素の流量が少なくてもＴｉＮが基
板上に形成される。
(001)面であり、この面の配向率が高いと、タ−ゲット
表面は窒素により窒化されにくく、例えば(001)面の配
向率が20％増加すると、15％程度窒素流量を増加させて
もＴｉスパッタタ−ゲット表面は窒化されない。また、
(001)面の配向率が高いほどスパッタ率が低下する。例
えば(001)面の配向率が20％増加すると、20％程度Ｔｉ
の成膜速度は低下する。そのため、スパッタされるＴｉ
粒子が少ない分若干窒素の流量が少なくてもＴｉＮが基
板上に形成される。
【００３１】図３に、本実施例１によりＡｒと窒素の流
量を変化させた場合の膜形成状態を示す。この図３と前
記従来法による図４とを比較すると、本発明によるＴｉ
スパッタタ−ゲットの(001)面の配向率(タ−ゲット表面
の法線に対して〈001〉軸の傾斜角が30゜以内に入る割
合)が90％の場合(実施例１)、Ｔｉスパッタタ−ゲット
の表面が窒化することなく基板上にＴｉＮが形成できる
範囲は、Ｔｉスパッタタ−ゲットの(001)面の配向率が7
0％の時の図４に比べ、広くなっていることが分かっ
た。
量を変化させた場合の膜形成状態を示す。この図３と前
記従来法による図４とを比較すると、本発明によるＴｉ
スパッタタ−ゲットの(001)面の配向率(タ−ゲット表面
の法線に対して〈001〉軸の傾斜角が30゜以内に入る割
合)が90％の場合(実施例１)、Ｔｉスパッタタ−ゲット
の表面が窒化することなく基板上にＴｉＮが形成できる
範囲は、Ｔｉスパッタタ−ゲットの(001)面の配向率が7
0％の時の図４に比べ、広くなっていることが分かっ
た。
【００３２】前掲の特開平5−13368号公報に記載されて
いるように、タ−ゲット表面を窒化させることにより基
板上にＴｉＮを形成するスパッタ法では、Ｔｉスパッタ
タ−ゲットの(001)面の配向率を低くしたほうが、Ｔｉ
Ｎの成膜速度は若干低下するが、膜特性が良好であるの
に対し、本実施例１では、逆に(001)面の配向率の高い
Ｔｉスパッタタ−ゲットを用いることで基板上に安定し
てＴｉＮを形成でき、膜特性も問題がないことを確認し
た。
いるように、タ−ゲット表面を窒化させることにより基
板上にＴｉＮを形成するスパッタ法では、Ｔｉスパッタ
タ−ゲットの(001)面の配向率を低くしたほうが、Ｔｉ
Ｎの成膜速度は若干低下するが、膜特性が良好であるの
に対し、本実施例１では、逆に(001)面の配向率の高い
Ｔｉスパッタタ−ゲットを用いることで基板上に安定し
てＴｉＮを形成でき、膜特性も問題がないことを確認し
た。
【００３３】本実施例１では、前記図１に示したよう
に、基板８とＴｉスパッタタ−ゲット４との間に多数の
孔を有するコリメ−ト板６を配置し、この孔を通してス
パッタ粒子を通過させる構造とし、一方、ガス導入口９
からＡｒと窒素を導入する例であるが、本発明は、これ
に限定されるものではない。例えば、上記と同様、基板
８とＴｉスパッタタ−ゲット４との間を、コリメ−ト板
６の孔を通してのみ接続する構造とするが、Ａｒと窒素
を導入する際“少なくとも窒素ガスを基板８側に導入す
る”場合(実施例１の前記変形例)も本発明に包含するも
のであり、この場合のほうがより好ましい。
に、基板８とＴｉスパッタタ−ゲット４との間に多数の
孔を有するコリメ−ト板６を配置し、この孔を通してス
パッタ粒子を通過させる構造とし、一方、ガス導入口９
からＡｒと窒素を導入する例であるが、本発明は、これ
に限定されるものではない。例えば、上記と同様、基板
８とＴｉスパッタタ−ゲット４との間を、コリメ−ト板
６の孔を通してのみ接続する構造とするが、Ａｒと窒素
を導入する際“少なくとも窒素ガスを基板８側に導入す
る”場合(実施例１の前記変形例)も本発明に包含するも
のであり、この場合のほうがより好ましい。
【００３４】その理由は、真空室１に導入した窒素ガス
が自由にどこからでもＴｉスパッタタ−ゲット４側に流
れる構造では、タ−ゲット表面が窒化され易くなるから
である。また、防着シ−ルド板５に付着したＴｉの窒化
に多くの窒素が消費され、基板８上に付着したＴｉの窒
化がされにくくなり、基板８の面上で窒化が不均一とな
ったりする問題が生じ易いからである。
が自由にどこからでもＴｉスパッタタ−ゲット４側に流
れる構造では、タ−ゲット表面が窒化され易くなるから
である。また、防着シ−ルド板５に付着したＴｉの窒化
に多くの窒素が消費され、基板８上に付着したＴｉの窒
化がされにくくなり、基板８の面上で窒化が不均一とな
ったりする問題が生じ易いからである。
【００３５】これに対して、実施例１の前記変形例のよ
うに、基板８側にのみ窒素を導入し、コリメ−ト板６の
開孔を通してしかＴｉスパッタタ−ゲット４側には流れ
ない構造であれば、導入した窒素は、主として基板８面
に付着したＴｉを窒化するのに殆ど消費され、残りの窒
素のみがＴｉスパッタタ−ゲット４側に流れるので、タ
−ゲット表面は窒化されにくく、一方、基板８面に均一
性良くＴｉＮを形成させることができるので有利であ
る。
うに、基板８側にのみ窒素を導入し、コリメ−ト板６の
開孔を通してしかＴｉスパッタタ−ゲット４側には流れ
ない構造であれば、導入した窒素は、主として基板８面
に付着したＴｉを窒化するのに殆ど消費され、残りの窒
素のみがＴｉスパッタタ−ゲット４側に流れるので、タ
−ゲット表面は窒化されにくく、一方、基板８面に均一
性良くＴｉＮを形成させることができるので有利であ
る。
【００３６】（実施例２）図２は、本発明の他の実施例
(実施例２)で使用するスパッタ装置の概略図である。こ
の装置は、前記図１に示したスパッタ装置と比較して、 ・コリメ−ト板６を配設しない点、 ・Ｔｉスパッタタ−ゲット４と基板８との距離を長くし
た点、 ・ガス導入口９以外にさらに第２のガス導入口１０を配
設した点、 で相違し、この３点以外は前記図１と同様な構造からな
る。なお、図２において、前記図１との共通部分に同一
符号を付したので、その説明を省略する。
(実施例２)で使用するスパッタ装置の概略図である。こ
の装置は、前記図１に示したスパッタ装置と比較して、 ・コリメ−ト板６を配設しない点、 ・Ｔｉスパッタタ−ゲット４と基板８との距離を長くし
た点、 ・ガス導入口９以外にさらに第２のガス導入口１０を配
設した点、 で相違し、この３点以外は前記図１と同様な構造からな
る。なお、図２において、前記図１との共通部分に同一
符号を付したので、その説明を省略する。
【００３７】前記実施例１では、基板８上への成膜速度
を低下させる手段として、Ｔｉスパッタタ−ゲット４と
基板８の間にコリメ−ト板６を配設した装置を用いた
が、本実施例２では、コリメ−ト板を設けない代わり
に、図２に示すように、基板８とＴｉスパッタタ−ゲッ
ト４との距離を広げた構造からなるスパッタ装置を使用
した。
を低下させる手段として、Ｔｉスパッタタ−ゲット４と
基板８の間にコリメ−ト板６を配設した装置を用いた
が、本実施例２では、コリメ−ト板を設けない代わり
に、図２に示すように、基板８とＴｉスパッタタ−ゲッ
ト４との距離を広げた構造からなるスパッタ装置を使用
した。
【００３８】即ち、本実施例２では、Ｔｉスパッタタ−
ゲット４として、前記実施例１と同様の“Ｔｉスパッタ
タ−ゲットの面方位のうち(001)面の軸がＴｉスパッタ
タ−ゲットの表面の法線方向から30゜以内に90％有する
もの”で円形のものを用いたが、コリメ−ト板を配設せ
ず、上記Ｔｉスパッタタ−ゲット４と基板８との間を、
使用した円形状Ｔｉスパッタタ−ゲット４の直径よりも
長くした。本実施例２においても、コリメ−ト板を用い
た実施例１と同様、Ｔｉスパッタタ−ゲットの(001)面
の配向率を90％と高くすることで、基板８上に安定して
ＴｉＮが形成されることを確認した。
ゲット４として、前記実施例１と同様の“Ｔｉスパッタ
タ−ゲットの面方位のうち(001)面の軸がＴｉスパッタ
タ−ゲットの表面の法線方向から30゜以内に90％有する
もの”で円形のものを用いたが、コリメ−ト板を配設せ
ず、上記Ｔｉスパッタタ−ゲット４と基板８との間を、
使用した円形状Ｔｉスパッタタ−ゲット４の直径よりも
長くした。本実施例２においても、コリメ−ト板を用い
た実施例１と同様、Ｔｉスパッタタ−ゲットの(001)面
の配向率を90％と高くすることで、基板８上に安定して
ＴｉＮが形成されることを確認した。
【００３９】本実施例２では、コリメ−ト板のように基
板８とＴｉスパッタタ−ゲット４の間を仕切るものがな
いため、窒素ガスがタ−ゲット４側に流れやすく、この
タ−ゲット４側で多くの窒素が消費されてしまうので、
コリメ−ト板を使う場合に比べ、窒素ガスはできるだけ
基板８の近傍から流したほうが好ましい。このため、本
実施例２では、ガス導入口９以外に更に、図２に示すよ
うに基板ホルダ−７の中を通した「窒素ガス導入用の第
２のガス導入口１０」を配設し、直接基板８の周囲から
窒素ガスを導入するようにした。これにより、基板８の
全面にわたり均一に窒化され、良好なＴｉＮが形成され
ることを確認した。
板８とＴｉスパッタタ−ゲット４の間を仕切るものがな
いため、窒素ガスがタ−ゲット４側に流れやすく、この
タ−ゲット４側で多くの窒素が消費されてしまうので、
コリメ−ト板を使う場合に比べ、窒素ガスはできるだけ
基板８の近傍から流したほうが好ましい。このため、本
実施例２では、ガス導入口９以外に更に、図２に示すよ
うに基板ホルダ−７の中を通した「窒素ガス導入用の第
２のガス導入口１０」を配設し、直接基板８の周囲から
窒素ガスを導入するようにした。これにより、基板８の
全面にわたり均一に窒化され、良好なＴｉＮが形成され
ることを確認した。
【００４０】本発明において、上記実施例２のようにコ
リメ−ト板を配設しない場合、基板とＴｉスパッタタ−
ゲットとの距離を、Ｔｉスパッタタ−ゲットの直径ある
いは１辺の長さよりも長くする必要がある。例えば、Ｔ
ｉスパッタタ−ゲットが円形の場合、前記したように、
その直径よりも長くし、また、四角形の場合には、その
一辺の長さよりも長くする。そして、このように長く
(広く)することにより、従来のスパッタ法に比べ、成膜
速度を10分の1以下に低下させることができ、本発明の
効果を有効に発揮させることができる。
リメ−ト板を配設しない場合、基板とＴｉスパッタタ−
ゲットとの距離を、Ｔｉスパッタタ−ゲットの直径ある
いは１辺の長さよりも長くする必要がある。例えば、Ｔ
ｉスパッタタ−ゲットが円形の場合、前記したように、
その直径よりも長くし、また、四角形の場合には、その
一辺の長さよりも長くする。そして、このように長く
(広く)することにより、従来のスパッタ法に比べ、成膜
速度を10分の1以下に低下させることができ、本発明の
効果を有効に発揮させることができる。
【００４１】
【発明の効果】本発明は、以上詳記したとおり、Ｔｉス
パッタタ−ゲットをＡｒと窒素の混合ガスによりスパッ
タを行い、基板上にＴｉＮ膜を形成するスパッタ法にお
いて、Ｔｉスパッタタ−ゲットの面方位のうち(001)面
の軸がタ−ゲット表面の法線から30°以内に90％以上有
するＴｉスパッタタ−ゲットを用いることを特徴とし、
これにより該Ｔｉスパッタタ−ゲットの表面が窒化され
にくくなる効果が生じる。
パッタタ−ゲットをＡｒと窒素の混合ガスによりスパッ
タを行い、基板上にＴｉＮ膜を形成するスパッタ法にお
いて、Ｔｉスパッタタ−ゲットの面方位のうち(001)面
の軸がタ−ゲット表面の法線から30°以内に90％以上有
するＴｉスパッタタ−ゲットを用いることを特徴とし、
これにより該Ｔｉスパッタタ−ゲットの表面が窒化され
にくくなる効果が生じる。
【００４２】即ち、本発明は、従来から使用されている
ような(001)面の配向率が60〜80％程度のＴｉスパッタ
タ−ゲットの場合に比べて、Ｔｉスパッタタ−ゲットの
表面が窒化されずに基板上にＴｉＮを形成できる効果が
生じる。また、本発明によれば、「タ−ゲットの表面は
窒化されず、基板上にＴｉＮ形成」ができる窒素流量の
範囲が広がるため(前記図３参照)、窒素流量の変化やガ
ス圧力の変化、あるいはコリメ−ト板の使用等の影響が
受けにくい効果が生じ、その結果、基板間あるいは基板
内さらにはロット間で膜厚や膜質の差がなく、高アスペ
クト比のコンタクトホ−ルの底にＴｉＮ膜を、高速で安
定して形成させ得るという顕著な効果を有する。
ような(001)面の配向率が60〜80％程度のＴｉスパッタ
タ−ゲットの場合に比べて、Ｔｉスパッタタ−ゲットの
表面が窒化されずに基板上にＴｉＮを形成できる効果が
生じる。また、本発明によれば、「タ−ゲットの表面は
窒化されず、基板上にＴｉＮ形成」ができる窒素流量の
範囲が広がるため(前記図３参照)、窒素流量の変化やガ
ス圧力の変化、あるいはコリメ−ト板の使用等の影響が
受けにくい効果が生じ、その結果、基板間あるいは基板
内さらにはロット間で膜厚や膜質の差がなく、高アスペ
クト比のコンタクトホ−ルの底にＴｉＮ膜を、高速で安
定して形成させ得るという顕著な効果を有する。
【図１】本発明の一実施例(実施例１)で使用するスパッ
タ装置の概略図。
タ装置の概略図。
【図２】本発明の他の実施例(実施例２)で使用するスパ
ッタ装置の概略図。
ッタ装置の概略図。
【図３】本発明の方法でＡｒと窒素の流量を変化させた
場合における膜形成状態を示す図。
場合における膜形成状態を示す図。
【図４】従来法でＡｒと窒素の流量を変化させた場合に
おける膜形成状態を示す図。
おける膜形成状態を示す図。
１ 真空室 ２ マグネトロンスパッタ電極 ３ 裏板 ４ Ｔｉスパッタタ−ゲット ５ 防着シ−ルド板 ６ コリメ−ト板 ７ 基板ホルダ− ８ 基板 ９ ガス導入口 １０ 第２のガス導入口
Claims (5)
- 【請求項１】 Ｔｉスパッタタ−ゲットをＡｒと窒素の
混合ガスによりスパッタを行い、基板上にＴｉＮ膜を形
成するスパッタ法において、前記Ｔｉスパッタタ−ゲッ
トとして、該Ｔｉスパッタタ−ゲットの面方位のうち(0
01)面の軸が、タ−ゲット表面の法線から30°以内に90
％以上有するＴｉスパッタタ−ゲットを用いることを特
徴とするスパッタ方法。 - 【請求項２】 前記Ｔｉスパッタタ−ゲットの表面が窒
素により窒化される前にスパッタが進行するスパッタパ
ワ−でスパッタし、かつ前記基板への成膜速度を低下さ
せる手段を有していることを特徴とする請求項１に記載
のスパッタ方法。 - 【請求項３】 前記基板への成膜速度を低下させる手段
として、前記Ｔｉスパッタタ−ゲットと前記基板の間に
多数の開孔を有する板を設け、該基板の法線方向の近傍
に進行するスパッタ粒子のみを通過させるようにするこ
とを特徴とする請求項２に記載のスパッタ方法。 - 【請求項４】 前記基板への成膜速度を低下させる手段
として、前記基板と前記Ｔｉスパッタタ−ゲットとの距
離を、該Ｔｉスパッタタ−ゲットの直径あるいは１辺の
長さよりも長くすることを特徴とする請求項２に記載の
スパッタ方法。 - 【請求項５】 Ａｒと窒素の混合ガスのうち少なくとも
窒素は、前記基板の近傍から導入することを特徴とする
請求項１、２、３又は４に記載のスパッタ方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6338703A JP2689931B2 (ja) | 1994-12-29 | 1994-12-29 | スパッタ方法 |
| GB9526445A GB2296505B (en) | 1994-12-29 | 1995-12-22 | Reactive sputtering system for and process of depositing titanium nitride layer |
| US08/580,393 US5643422A (en) | 1994-12-29 | 1995-12-28 | Reactive sputtering system for depositing titanium nitride without formation of titanium nitride on titanium target and process of depositing titanium nitride layer |
| KR1019950067069A KR100203034B1 (ko) | 1994-12-29 | 1995-12-29 | 티탄 타겟상에 질화티탄을 형성하지 않고 질화티탄을 증착하는 반응성 스퍼터링 시스템과 질화티탄층을 증착하는 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6338703A JP2689931B2 (ja) | 1994-12-29 | 1994-12-29 | スパッタ方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08188870A JPH08188870A (ja) | 1996-07-23 |
| JP2689931B2 true JP2689931B2 (ja) | 1997-12-10 |
Family
ID=18320677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6338703A Expired - Fee Related JP2689931B2 (ja) | 1994-12-29 | 1994-12-29 | スパッタ方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5643422A (ja) |
| JP (1) | JP2689931B2 (ja) |
| KR (1) | KR100203034B1 (ja) |
| GB (1) | GB2296505B (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JP3332840B2 (ja) * | 1997-02-19 | 2002-10-07 | キヤノン株式会社 | 反応性スパッタリング装置及びそれを用いた薄膜形成法 |
| JP3332839B2 (ja) * | 1997-02-19 | 2002-10-07 | キヤノン株式会社 | 薄膜形成装置及びそれを用いた薄膜形成法 |
| US7294242B1 (en) * | 1998-08-24 | 2007-11-13 | Applied Materials, Inc. | Collimated and long throw magnetron sputtering of nickel/iron films for magnetic recording head applications |
| US6627056B2 (en) * | 2000-02-16 | 2003-09-30 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for ionized plasma deposition |
| US6342133B2 (en) * | 2000-03-14 | 2002-01-29 | Novellus Systems, Inc. | PVD deposition of titanium and titanium nitride layers in the same chamber without use of a collimator or a shutter |
| GB0108782D0 (en) | 2001-04-07 | 2001-05-30 | Trikon Holdings Ltd | Methods and apparatus for forming precursors |
| US7910218B2 (en) | 2003-10-22 | 2011-03-22 | Applied Materials, Inc. | Cleaning and refurbishing chamber components having metal coatings |
| US7670436B2 (en) | 2004-11-03 | 2010-03-02 | Applied Materials, Inc. | Support ring assembly |
| US8617672B2 (en) | 2005-07-13 | 2013-12-31 | Applied Materials, Inc. | Localized surface annealing of components for substrate processing chambers |
| US7762114B2 (en) | 2005-09-09 | 2010-07-27 | Applied Materials, Inc. | Flow-formed chamber component having a textured surface |
| US9127362B2 (en) | 2005-10-31 | 2015-09-08 | Applied Materials, Inc. | Process kit and target for substrate processing chamber |
| US8647484B2 (en) | 2005-11-25 | 2014-02-11 | Applied Materials, Inc. | Target for sputtering chamber |
| US7981262B2 (en) | 2007-01-29 | 2011-07-19 | Applied Materials, Inc. | Process kit for substrate processing chamber |
| US7942969B2 (en) | 2007-05-30 | 2011-05-17 | Applied Materials, Inc. | Substrate cleaning chamber and components |
| US8968536B2 (en) | 2007-06-18 | 2015-03-03 | Applied Materials, Inc. | Sputtering target having increased life and sputtering uniformity |
| US7901552B2 (en) * | 2007-10-05 | 2011-03-08 | Applied Materials, Inc. | Sputtering target with grooves and intersecting channels |
| US20090308739A1 (en) * | 2008-06-17 | 2009-12-17 | Applied Materials, Inc. | Wafer processing deposition shielding components |
| EP2487275B1 (en) * | 2011-02-11 | 2016-06-15 | SPTS Technologies Limited | Composite shielding |
| US8802578B2 (en) * | 2012-07-13 | 2014-08-12 | Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences | Method for forming tin by PVD |
| US10400327B2 (en) | 2015-01-31 | 2019-09-03 | Applied Materials, Inc. | Counter based time compensation to reduce process shifting in reactive magnetron sputtering reactor |
| US9926622B2 (en) | 2015-11-12 | 2018-03-27 | Uchicago Argonne, Llc | Methods for forming pitting resistant carbon coating |
| JP6653383B2 (ja) * | 2016-05-16 | 2020-02-26 | 株式会社アルバック | 内部応力制御膜の形成方法 |
Family Cites Families (11)
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|---|---|---|---|---|
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| US4895765A (en) * | 1985-09-30 | 1990-01-23 | Union Carbide Corporation | Titanium nitride and zirconium nitride coating compositions, coated articles and methods of manufacture |
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