JP2894279B2 - 金属薄膜形成方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】本発明は、金属薄膜形成方法
に関し、特に半導体装置製造工程において用いられるコ
リメータスパッタ法による金属薄膜形成方法に関する。
に関し、特に半導体装置製造工程において用いられるコ
リメータスパッタ法による金属薄膜形成方法に関する。
【０００１】
【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化、デバイス
構造の立体化がますます進展しつつある。この結果、半
導体基板上表面に形成された導電体領域と電気的接続を
得るための接続孔（コンタクトホール）のアスペクト比
（接続孔の深さ／開口径）は、上昇の一途をたどってい
る。このため、通常のスパッタ法で形成されたアルミニ
ウム主体の金属膜では、接続孔側壁においてこの金属膜
の段切れが生じ、良好な電気的接続が得られなくなっ
た。
構造の立体化がますます進展しつつある。この結果、半
導体基板上表面に形成された導電体領域と電気的接続を
得るための接続孔（コンタクトホール）のアスペクト比
（接続孔の深さ／開口径）は、上昇の一途をたどってい
る。このため、通常のスパッタ法で形成されたアルミニ
ウム主体の金属膜では、接続孔側壁においてこの金属膜
の段切れが生じ、良好な電気的接続が得られなくなっ
た。
【０００２】この問題を解決し、さらに接続孔を埋設し
平坦化する技術として、ブランケットＷＣＶＤ法が広く
用いられている。この方法では、導電体領域とのコンタ
クト抵抗の低下やＷ膜の密着性、ソースガスＷＦ６に対
するバリヤ性の確保のため下地膜が必要である。この下
地膜としてはスパッタ法によるＷ膜が用いられる場合も
あるが、一般的には特殊な成膜前処理を必要とせず、膜
応力も小さいＴｉＮ膜、Ｔｉ膜の積層膜が広く用いられ
ている。Ｔｉ膜は下層に用いられ、半導体基板上に形成
された導電体領域とのコンタクト抵抗を低下させる働き
を持ち、その上層に形成されるＴｉＮ膜は、バリヤ性、
密着性を確保する役目を持つ。
平坦化する技術として、ブランケットＷＣＶＤ法が広く
用いられている。この方法では、導電体領域とのコンタ
クト抵抗の低下やＷ膜の密着性、ソースガスＷＦ６に対
するバリヤ性の確保のため下地膜が必要である。この下
地膜としてはスパッタ法によるＷ膜が用いられる場合も
あるが、一般的には特殊な成膜前処理を必要とせず、膜
応力も小さいＴｉＮ膜、Ｔｉ膜の積層膜が広く用いられ
ている。Ｔｉ膜は下層に用いられ、半導体基板上に形成
された導電体領域とのコンタクト抵抗を低下させる働き
を持ち、その上層に形成されるＴｉＮ膜は、バリヤ性、
密着性を確保する役目を持つ。
【０００３】最近の接続孔のアスペクト比のさらなる上
昇は、このスパッタによるＴｉＮ膜、Ｔｉ膜の積層膜形
成に大きな問題を引き起こしている。図２に示すよう
に、従来スパッタ法による上記チタン膜の接続孔底部に
おける被覆率（＝ボトムカバレッジ、接続孔底部におけ
る膜厚／絶縁膜上における膜厚）は低く、しかもアスペ
クト比の上昇ともに急激に低下する。
昇は、このスパッタによるＴｉＮ膜、Ｔｉ膜の積層膜形
成に大きな問題を引き起こしている。図２に示すよう
に、従来スパッタ法による上記チタン膜の接続孔底部に
おける被覆率（＝ボトムカバレッジ、接続孔底部におけ
る膜厚／絶縁膜上における膜厚）は低く、しかもアスペ
クト比の上昇ともに急激に低下する。
【０００４】そして、絶縁膜上のチタン膜厚は、以下の
ような理由により１００ｎｍ以上とすることは困難であ
る。絶縁膜上のチタン膜を厚膜化すると、接続孔開口部
がチタン膜で小さくなってしまいＷの埋め込みに支障を
きたす。また、チタンはエッチングにおいて、レジスト
との選択比が低いため、チタンが厚膜化すると、配線パ
ターン形成時のエッチングが困難になる。
ような理由により１００ｎｍ以上とすることは困難であ
る。絶縁膜上のチタン膜を厚膜化すると、接続孔開口部
がチタン膜で小さくなってしまいＷの埋め込みに支障を
きたす。また、チタンはエッチングにおいて、レジスト
との選択比が低いため、チタンが厚膜化すると、配線パ
ターン形成時のエッチングが困難になる。
【０００５】絶縁膜上のチタン膜厚は、１００ｎｍ以下
に制限されるため、接続孔底部において、コンタクト抵
抗を十分低下安定化させるための膜厚、１０ｎｍを確保
するには、１０％以上のボトムカバレッジが必要とな
る。しかしながら、図２のように、従来の通常のスパッ
タ法によるチタン膜のボトムカバレッジは、アスペクト
比２未満で１０％以下となる。このため、アスペクト比
２以上の接続孔において、良好なコンタクト特性を確保
する事が困難になった。
に制限されるため、接続孔底部において、コンタクト抵
抗を十分低下安定化させるための膜厚、１０ｎｍを確保
するには、１０％以上のボトムカバレッジが必要とな
る。しかしながら、図２のように、従来の通常のスパッ
タ法によるチタン膜のボトムカバレッジは、アスペクト
比２未満で１０％以下となる。このため、アスペクト比
２以上の接続孔において、良好なコンタクト特性を確保
する事が困難になった。
【０００６】この問題の解決手段として、ターゲットと
半導体基板の間にコリメータとよばれる、多数の孔を有
する板を配置するコリメータスパッタ法がある（例え
ば、特公平６−６０３９１、特開平１−１１６０７
０）。成膜時、コリメータはターゲットの法線方向から
大きくずれた方向（コリメータ板各孔の長さ：径が、
１：１の場合はコリメータ板法線方向±０．７９ｒａｄ
方向）に飛散するスパッタ粒子を捕獲する。このため、
高アスペクト比の接続孔底部に到達できるスパッタ粒子
の割合が上昇し、ボトムカバレッジが向上する。
半導体基板の間にコリメータとよばれる、多数の孔を有
する板を配置するコリメータスパッタ法がある（例え
ば、特公平６−６０３９１、特開平１−１１６０７
０）。成膜時、コリメータはターゲットの法線方向から
大きくずれた方向（コリメータ板各孔の長さ：径が、
１：１の場合はコリメータ板法線方向±０．７９ｒａｄ
方向）に飛散するスパッタ粒子を捕獲する。このため、
高アスペクト比の接続孔底部に到達できるスパッタ粒子
の割合が上昇し、ボトムカバレッジが向上する。
【０００７】図２に、コリメータスパッタを用いた場合
のボトムカバレッジのアスペクト比依存性を示す。この
場合のコリメータのアスペクト比（コリメータ各孔の長
さ／各孔の直径）は１である。また、後に詳しく説明す
るが、ターゲットは（００２）面高配向のチタンターゲ
ットである。
のボトムカバレッジのアスペクト比依存性を示す。この
場合のコリメータのアスペクト比（コリメータ各孔の長
さ／各孔の直径）は１である。また、後に詳しく説明す
るが、ターゲットは（００２）面高配向のチタンターゲ
ットである。
【０００８】コンタクトホールのアスペクト比２におけ
るボトムカバレッジは、約１５％である。従って、高ア
スペクト比の接続孔においても、絶縁膜上のチタン膜厚
を１００ｎｍ以上とすることなく、接続孔底部に十分な
厚さ、１０ｎｍのチタン膜を形成することが可能とな
る。
るボトムカバレッジは、約１５％である。従って、高ア
スペクト比の接続孔においても、絶縁膜上のチタン膜厚
を１００ｎｍ以上とすることなく、接続孔底部に十分な
厚さ、１０ｎｍのチタン膜を形成することが可能とな
る。
【０００９】また、より高いアスペクト比のコリメータ
を用いれば、より半導体基板法線方向に近いスパッタ粒
子のみが半導体基板に入射する事になるのでより高いボ
トムカバレッジが得られ、より高アスペクト比のコンタ
クトホールに対応する事ができる。
を用いれば、より半導体基板法線方向に近いスパッタ粒
子のみが半導体基板に入射する事になるのでより高いボ
トムカバレッジが得られ、より高アスペクト比のコンタ
クトホールに対応する事ができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の問題点は、
従来のコリメータスパッタ法では、高い生産性と、アス
ペクト比２．５以上のコンタクトホールで良好な電気特
性を得るために必要なボトムカバレッジを得ることの両
立が不可能な事である。
従来のコリメータスパッタ法では、高い生産性と、アス
ペクト比２．５以上のコンタクトホールで良好な電気特
性を得るために必要なボトムカバレッジを得ることの両
立が不可能な事である。
【００１１】その理由は、以下のとうりである。
【００１２】コリメータのアスペクトが１の場合は、図
２に示すように、接続孔のアスペクト比２．５でのボト
ムカバレッジは１０％以下である。（３−２．従来の技
術）で述べたとおり、この場合は接続孔底部において、
十分なチタン膜厚を確保することはできない。
２に示すように、接続孔のアスペクト比２．５でのボト
ムカバレッジは１０％以下である。（３−２．従来の技
術）で述べたとおり、この場合は接続孔底部において、
十分なチタン膜厚を確保することはできない。
【００１３】コリメータスパッタにおけるボトムカバレ
ッジは、コリメータのアスペクトを上げることにより容
易に上昇させることが可能で粒子のみを通過させるよう
になるためである。しかしながら、このことは、より多
くのスパッタ粒子がコリメータに捕捉される事を意味す
る。例えば、コリメータのアスペクト比を１から１．５
に上げると、スパッタ粒子の基板到達率は１／２とな
る。この結果、単位パワー当たりの成膜速度は、１／２
となり、ターゲット、コリメータの交換頻度は２倍にな
る。
ッジは、コリメータのアスペクトを上げることにより容
易に上昇させることが可能で粒子のみを通過させるよう
になるためである。しかしながら、このことは、より多
くのスパッタ粒子がコリメータに捕捉される事を意味す
る。例えば、コリメータのアスペクト比を１から１．５
に上げると、スパッタ粒子の基板到達率は１／２とな
る。この結果、単位パワー当たりの成膜速度は、１／２
となり、ターゲット、コリメータの交換頻度は２倍にな
る。
【００１４】従来のコリメータスパッタ法において、コ
リメータのアスペクト比に対して、十分に高いボトムカ
バレッジが得られないのは、以下のような理由による。
リメータのアスペクト比に対して、十分に高いボトムカ
バレッジが得られないのは、以下のような理由による。
【００１５】従来のコリメータスパッタ法において用い
られているチタンターゲットは、通常スパッタ（コリメ
ータ無しでのスパッタ）で用いられているターゲットと
同一である。特に、コリメータスパッタに適合するよう
に工夫されたものではない。このチタンターゲットは、
スパッタ面が（００２）面に強く配向した結晶配向とな
っている。
られているチタンターゲットは、通常スパッタ（コリメ
ータ無しでのスパッタ）で用いられているターゲットと
同一である。特に、コリメータスパッタに適合するよう
に工夫されたものではない。このチタンターゲットは、
スパッタ面が（００２）面に強く配向した結晶配向とな
っている。
【００１６】スパッタされた粒子のコリメータ通過率
は、スパッタ粒子のコリメータ板入射角度に依存する。
コリメータ板法線方向を０ｒａｄ方向とすると、スパッ
タ粒子の通過率は、通過限界角度（アスペクト比１のコ
リメータの場合、０．７９ｒａｄ）まで、単調に減少す
る。アスペクト比１のコリメータの場合、０．２５ｒａ
ｄ付近で通過率は、０ｒａｄの場合の約５０％となる。
アスペクト比１のコリメータの場合は０から０．２５ｒ
ａｄまでが主として、スパッタ粒子を通過させる方向と
考えられる。スパッタチャンバー内において、ターゲッ
ト板とコリメータ板は平行に配置されるので、上記の角
度範囲にターゲットから放出された粒子が、主としてコ
リメータを通過することになる。
は、スパッタ粒子のコリメータ板入射角度に依存する。
コリメータ板法線方向を０ｒａｄ方向とすると、スパッ
タ粒子の通過率は、通過限界角度（アスペクト比１のコ
リメータの場合、０．７９ｒａｄ）まで、単調に減少す
る。アスペクト比１のコリメータの場合、０．２５ｒａ
ｄ付近で通過率は、０ｒａｄの場合の約５０％となる。
アスペクト比１のコリメータの場合は０から０．２５ｒ
ａｄまでが主として、スパッタ粒子を通過させる方向と
考えられる。スパッタチャンバー内において、ターゲッ
ト板とコリメータ板は平行に配置されるので、上記の角
度範囲にターゲットから放出された粒子が、主としてコ
リメータを通過することになる。
【００１７】前述のように、従来のコリメータスパッタ
法で用いられているチタンターゲットは、スパッタ面が
（００２）面に強く配向している。この（００２）面を
スパッタ面とした場合の、スパッタ粒子の放出角度分布
は、図１のようになっている。この図は、発明者らによ
るシミュレーション結果である。この図においても、タ
ーゲット法線方向を０ｒａｄ方向としている。（００
２）面の放出角度分布は、１：１のコリメータにおける
スパッタ粒子の通過率が高い方向、すなわち０ｒａｄか
ら０．２５ｒａｄ方向に特に高い放出確率を持っていな
い。このため、十分に高いボトムカバレッジが得られな
い。
法で用いられているチタンターゲットは、スパッタ面が
（００２）面に強く配向している。この（００２）面を
スパッタ面とした場合の、スパッタ粒子の放出角度分布
は、図１のようになっている。この図は、発明者らによ
るシミュレーション結果である。この図においても、タ
ーゲット法線方向を０ｒａｄ方向としている。（００
２）面の放出角度分布は、１：１のコリメータにおける
スパッタ粒子の通過率が高い方向、すなわち０ｒａｄか
ら０．２５ｒａｄ方向に特に高い放出確率を持っていな
い。このため、十分に高いボトムカバレッジが得られな
い。
【００１８】
【発明の目的】本発明の目的は、コリメートスパッタ法
において、生産性低下を伴わない方法で、良好なコンタ
クト形成が可能な接続孔のアスペクト比の範囲が拡大す
るように、チタン膜のボトムカバレッジを向上させるこ
とである。
において、生産性低下を伴わない方法で、良好なコンタ
クト形成が可能な接続孔のアスペクト比の範囲が拡大す
るように、チタン膜のボトムカバレッジを向上させるこ
とである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明は、チャンバー内
に設けられた金属ターゲットと基板ホルダーとの間に、
スパッタ粒子の進行方向を制限するコリメータを設け、
前記基板ホルダーに保持された半導体基板上に金属薄膜
を形成する金属薄膜形成方法において、前記金属ターゲ
ットが、単結晶チタンからなり、ターゲットスパッタ面
が（１０３）面であることを特徴とする。
に設けられた金属ターゲットと基板ホルダーとの間に、
スパッタ粒子の進行方向を制限するコリメータを設け、
前記基板ホルダーに保持された半導体基板上に金属薄膜
を形成する金属薄膜形成方法において、前記金属ターゲ
ットが、単結晶チタンからなり、ターゲットスパッタ面
が（１０３）面であることを特徴とする。
【００２０】また、本発明は、 チャンバー内に設けら
れた金属ターゲットと基板ホルダーとの間に、スパッタ
粒子の進行方向を制限するコリメータを設け、前記基板
ホルダーに保持された半導体基板上に金属薄膜を形成す
る金属薄膜形成方法において、前記金属ターゲットが、
多結晶チタンからなり、ターゲットスパッタ面が（１０
３）面高配向である事を特徴とする。
れた金属ターゲットと基板ホルダーとの間に、スパッタ
粒子の進行方向を制限するコリメータを設け、前記基板
ホルダーに保持された半導体基板上に金属薄膜を形成す
る金属薄膜形成方法において、前記金属ターゲットが、
多結晶チタンからなり、ターゲットスパッタ面が（１０
３）面高配向である事を特徴とする。
【００２１】
【作用】コリメータスパッタにおいて、スパッタ粒子の
コリメータ通過率の高い角度範囲に高放出確率を持つタ
ーゲットを用いることにより、コリメータによるスパッ
タ粒子の進行方向制御の効率を上昇させる。このことに
より、コリメータのアスペクト比を上昇させることな
く、ボトムカバレッジが上昇する。コリメータのアスペ
クト比は、変えていないので、生産性が低下することは
ない。
コリメータ通過率の高い角度範囲に高放出確率を持つタ
ーゲットを用いることにより、コリメータによるスパッ
タ粒子の進行方向制御の効率を上昇させる。このことに
より、コリメータのアスペクト比を上昇させることな
く、ボトムカバレッジが上昇する。コリメータのアスペ
クト比は、変えていないので、生産性が低下することは
ない。
【００２２】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【００２３】本発明において用いる、コリメータ通過率
が高い角度範囲に高放出確率を持つチタンターゲット
は、以下のようにして作製することができる。
が高い角度範囲に高放出確率を持つチタンターゲット
は、以下のようにして作製することができる。
【００２４】まず、チタンの単結晶バルク材を作製す
る。この単結晶バルク材は、径が５ｃｍ程度の大きさの
棒状のものでよい。次に、結晶面をＸ線回折等の手法に
より確認し、（１０３）面が表面となるように、等間隔
で、この単結晶バルクを板上に切り出す。この板を例え
ば、辺が４ｃｍの正方形の板に切りそろえる。そして、
バッキングプレート（ターゲット裏板）上にすき間が生
じないようにこのチタン単結晶の正方形の板を並べる。
バッキングプレートの材質としては、熱伝導率が高いた
め、スパッタの際に発生する熱を効率良く逃がし、しか
も、軽く取り扱いに便利なアルミニウム合金が望まし
い。
る。この単結晶バルク材は、径が５ｃｍ程度の大きさの
棒状のものでよい。次に、結晶面をＸ線回折等の手法に
より確認し、（１０３）面が表面となるように、等間隔
で、この単結晶バルクを板上に切り出す。この板を例え
ば、辺が４ｃｍの正方形の板に切りそろえる。そして、
バッキングプレート（ターゲット裏板）上にすき間が生
じないようにこのチタン単結晶の正方形の板を並べる。
バッキングプレートの材質としては、熱伝導率が高いた
め、スパッタの際に発生する熱を効率良く逃がし、しか
も、軽く取り扱いに便利なアルミニウム合金が望まし
い。
【００２５】その後、拡散接合によりバッキングプレー
トと（１０３）面スパッタ面としたチタン板の接合、及
びチタン板どうしの接合を行なう。コリメータスパッタ
においては、１５ｋＷ以上の成膜パワーが用いられる事
があるため、従来広く用いられていたメタルボンディン
グでは、スパッタ時の熱によりターゲットが剥がれる可
能性が大きい。このため、バッキングプレート、チタン
板の接合には、拡散接合を用いる必要がある。
トと（１０３）面スパッタ面としたチタン板の接合、及
びチタン板どうしの接合を行なう。コリメータスパッタ
においては、１５ｋＷ以上の成膜パワーが用いられる事
があるため、従来広く用いられていたメタルボンディン
グでは、スパッタ時の熱によりターゲットが剥がれる可
能性が大きい。このため、バッキングプレート、チタン
板の接合には、拡散接合を用いる必要がある。
【００２６】上記の方法では、単結晶バルク材を用いる
ことにより、ターゲット主面（ターゲットスパッタ面）
を完全に、（１０３）面とした。この手法では、高度な
結晶面の制御が可能であるが、製造工程が煩雑である。
ことにより、ターゲット主面（ターゲットスパッタ面）
を完全に、（１０３）面とした。この手法では、高度な
結晶面の制御が可能であるが、製造工程が煩雑である。
【００２７】本発明の効果は、単結晶を用い、スパッタ
面を完全に（１０３）面としなくとも得ることができ
る。一般的に用いられているチタンターゲットは、すべ
て多結晶のターゲットであるが、この多結晶チタンター
ゲットにおいても、スパッタ面の（１０３）面の配向率
を上昇させれば、本発明の効果を得ることができる。
面を完全に（１０３）面としなくとも得ることができ
る。一般的に用いられているチタンターゲットは、すべ
て多結晶のターゲットであるが、この多結晶チタンター
ゲットにおいても、スパッタ面の（１０３）面の配向率
を上昇させれば、本発明の効果を得ることができる。
【００２８】多結晶チタンターゲットにおける、スパッ
タ面の（１０３）面配向率は以下のような方法により上
昇させることが可能である。通常、チタンターゲット製
造工程には、チタンインゴットを板状に加工するための
圧延工程、その後に、チタンを再結晶させるための熱処
理工程がある。このチタンターゲット製造工程におけ
る、熱処理工程の温度は、通常、チタンの再結晶温度よ
りもかなり高い温度が用いられている。この温度を再結
晶温度に近づけ、通常より低温で再結晶させると、スパ
ッタ面の（１０３）面配向率が上昇する。この方法によ
りスパッタ面の（１０３）面配向率を６０％程度にまで
上昇させることが可能である。
タ面の（１０３）面配向率は以下のような方法により上
昇させることが可能である。通常、チタンターゲット製
造工程には、チタンインゴットを板状に加工するための
圧延工程、その後に、チタンを再結晶させるための熱処
理工程がある。このチタンターゲット製造工程におけ
る、熱処理工程の温度は、通常、チタンの再結晶温度よ
りもかなり高い温度が用いられている。この温度を再結
晶温度に近づけ、通常より低温で再結晶させると、スパ
ッタ面の（１０３）面配向率が上昇する。この方法によ
りスパッタ面の（１０３）面配向率を６０％程度にまで
上昇させることが可能である。
【００２９】図３は、本発明を説明するためのスパッタ
装置の断面図である。チャンバー３０１に、コリメータ
３０３、基板ホルダー３０４、マスフロー３０６、ガス
導入口３０７、絶縁体３０８、バッキングプレート（タ
ーゲット裏板）３０９、マグネット３１０、防着シール
ド３１２、排気口３１３、及び本発明のスパッタ面を
（１０３）面としたチタンターゲット３０２が配置され
ている。コリメータは、アスペクト比１のものを用い
る。半導体基板ホルダー３０４により半導体基板３０５
が保持される。スパッタ電源３１１は、図のように接続
される。チタンターゲット３０２と半導体基板３０５の
距離は１００ｍｍ程度、ターゲット３０２とコリメータ
３０３の距離は６０ｍｍ程度とする。
装置の断面図である。チャンバー３０１に、コリメータ
３０３、基板ホルダー３０４、マスフロー３０６、ガス
導入口３０７、絶縁体３０８、バッキングプレート（タ
ーゲット裏板）３０９、マグネット３１０、防着シール
ド３１２、排気口３１３、及び本発明のスパッタ面を
（１０３）面としたチタンターゲット３０２が配置され
ている。コリメータは、アスペクト比１のものを用い
る。半導体基板ホルダー３０４により半導体基板３０５
が保持される。スパッタ電源３１１は、図のように接続
される。チタンターゲット３０２と半導体基板３０５の
距離は１００ｍｍ程度、ターゲット３０２とコリメータ
３０３の距離は６０ｍｍ程度とする。
【００３０】ターゲットに、スパッタ面を（１０３）面
としたチタンターゲットを用いる点以外は、従来のコリ
メータスパッタのチャンバー構成と同じである。
としたチタンターゲットを用いる点以外は、従来のコリ
メータスパッタのチャンバー構成と同じである。
【００３１】次に図３のチャンバー３０１の運用につい
て述べる。チャンバー３０１のベースプレッシャー（ス
パッタ時以外の圧力）は、クライオポンプにより１０−
８Ｔｏｒｒ台とすることにより酸素の影響を防いでい
る。
て述べる。チャンバー３０１のベースプレッシャー（ス
パッタ時以外の圧力）は、クライオポンプにより１０−
８Ｔｏｒｒ台とすることにより酸素の影響を防いでい
る。
【００３２】スパッタ時は、スパッタガスとしてＡｒを
ガス導入口３０７を介してチャンバー内に供給する。マ
スフロー３０６によりＡｒ流量を調整することにより、
チャンバー内のＡｒ圧力を設定する。チャンバー３０１
内のＡｒ圧力は、０．３ｍＴｏｒｒから３ｍＴｏｒｒと
する。０．３ｍＴｏｒｒ以上とするのは、０．３ｍＴｏ
ｒｒ以下の圧力領域ではグロー放電を生じさせにくく、
スパッタが困難であるためである。３ｍＴｏｒｒ以下と
するのは、以下の理由による。３ｍＴｏｒｒにおけるス
パッタ粒子の平均自由工程は、３ｃｍ程度である。この
ため、この圧力以上では、平均自由工程がコリメータと
半導体基板の距離以上となり、コリメータによって与え
られたスパッタ粒子の方向性が低下してしまい、コリメ
ータの効果の低減が大きい。
ガス導入口３０７を介してチャンバー内に供給する。マ
スフロー３０６によりＡｒ流量を調整することにより、
チャンバー内のＡｒ圧力を設定する。チャンバー３０１
内のＡｒ圧力は、０．３ｍＴｏｒｒから３ｍＴｏｒｒと
する。０．３ｍＴｏｒｒ以上とするのは、０．３ｍＴｏ
ｒｒ以下の圧力領域ではグロー放電を生じさせにくく、
スパッタが困難であるためである。３ｍＴｏｒｒ以下と
するのは、以下の理由による。３ｍＴｏｒｒにおけるス
パッタ粒子の平均自由工程は、３ｃｍ程度である。この
ため、この圧力以上では、平均自由工程がコリメータと
半導体基板の距離以上となり、コリメータによって与え
られたスパッタ粒子の方向性が低下してしまい、コリメ
ータの効果の低減が大きい。
【００３３】チャンバー内の圧力が安定した後、スパッ
タ用電源３１１により５００Ｖ程度の電圧を印加する。
これにより、グロー放電が誘起され、スパッタが開始さ
れる。このようにして、半導体基板３０５上にチタンの
成膜を行う。
タ用電源３１１により５００Ｖ程度の電圧を印加する。
これにより、グロー放電が誘起され、スパッタが開始さ
れる。このようにして、半導体基板３０５上にチタンの
成膜を行う。
【００３４】本発明においては、コリメータスパッタに
おいて、スパッタ面を（１０３）面とするチタンターゲ
ットを用いる。（００２）面、（１０３）面をスパッタ
面とした場合のスパッタ粒子の放出角度分布は、図１に
示すシミュレーション結果のようになっている。
おいて、スパッタ面を（１０３）面とするチタンターゲ
ットを用いる。（００２）面、（１０３）面をスパッタ
面とした場合のスパッタ粒子の放出角度分布は、図１に
示すシミュレーション結果のようになっている。
【００３５】全角度範囲にわたって観ると、従来の（０
０２）面をターゲット面とした場合のほうが、ターゲッ
ト法線方向（０ｒａｄ方向）近くへのスパッタ粒子の放
出が多いようにみえる。（１０３）面の場合は、１．４
ｒａｄ付近に２番目に大きいピークを持っているが、
（００２）面の場合のこの角度付近は、低放出確率にな
っている。
０２）面をターゲット面とした場合のほうが、ターゲッ
ト法線方向（０ｒａｄ方向）近くへのスパッタ粒子の放
出が多いようにみえる。（１０３）面の場合は、１．４
ｒａｄ付近に２番目に大きいピークを持っているが、
（００２）面の場合のこの角度付近は、低放出確率にな
っている。
【００３６】しかしながら、アスペクト比１のコリメー
タにおいて、コリメータ通過率の高い角度範囲、０から
０．２５ｒａｄでは、（１０３）面が（００２）面より
も高放出確率になっている。
タにおいて、コリメータ通過率の高い角度範囲、０から
０．２５ｒａｄでは、（１０３）面が（００２）面より
も高放出確率になっている。
【００３７】（１０３）面をスパッタ面とした場合は、
このコリメートスパッタにおいて、コリメータ通過率の
高い角度範囲に高放出確率を持つため、（００２）面を
スパッタ面とした場合よりも、高いボトムカバレッジが
得られる。この様子を図４に示す。コリメータのアスペ
クト比は１で、実線はシミュレーション、ポイントは実
測を示している。アスペクト比３においても、１０％以
上のボトムカバレッジが得られている。つまり、（１０
３）面をスパッタ面とすることにより、生産性を犠牲に
することなく、アスペクト比３のコンタクトホールで
も、良好なコンタクト形成が可能となる。
このコリメートスパッタにおいて、コリメータ通過率の
高い角度範囲に高放出確率を持つため、（００２）面を
スパッタ面とした場合よりも、高いボトムカバレッジが
得られる。この様子を図４に示す。コリメータのアスペ
クト比は１で、実線はシミュレーション、ポイントは実
測を示している。アスペクト比３においても、１０％以
上のボトムカバレッジが得られている。つまり、（１０
３）面をスパッタ面とすることにより、生産性を犠牲に
することなく、アスペクト比３のコンタクトホールで
も、良好なコンタクト形成が可能となる。
【００３８】上述の実施例でのコリメータのアスペクト
比は、１であった。コリメータのアスペクト比として
は、厳密にこれに限定する必要はない。コリメータのア
スペクト比が０．８から１．３程度であれば、前記と同
様の理由により、本発明の効果が得られる。
比は、１であった。コリメータのアスペクト比として
は、厳密にこれに限定する必要はない。コリメータのア
スペクト比が０．８から１．３程度であれば、前記と同
様の理由により、本発明の効果が得られる。
【００３９】すなわち、コリメータのアスペクト比を向
上させることなく、ボトムカバレッジを向上させること
ができる。
上させることなく、ボトムカバレッジを向上させること
ができる。
【００４０】また、上記実施例では、コリメータ通過率
の高い角度範囲に、スパッタ粒子の高放出確率を持つタ
ーゲットとして、ターゲットスパッタ面の（１０３）面
の割合を上昇させたターゲット、もしくは、単結晶を用
いる事により１００％（１０３）面としたターゲットを
使用した。
の高い角度範囲に、スパッタ粒子の高放出確率を持つタ
ーゲットとして、ターゲットスパッタ面の（１０３）面
の割合を上昇させたターゲット、もしくは、単結晶を用
いる事により１００％（１０３）面としたターゲットを
使用した。
【００４１】本発明で用いるターゲットとしては、この
（１０３）面をスパッタ面とするターゲットに限定する
必要はない。コリメータ通過率の高い角度範囲に、スパ
ッタ粒子の高放出確率を持つターゲットであれば、本発
明の効果を得ることが可能である。シミュレーションに
より、（１１０）面をスパッタ面とした場合において
も、０から０．２５ｒａｄの角度範囲において、（００
２）面をスパッタ面としたターゲットよりも、やや高い
放出確率を示す事が明らかになっている。
（１０３）面をスパッタ面とするターゲットに限定する
必要はない。コリメータ通過率の高い角度範囲に、スパ
ッタ粒子の高放出確率を持つターゲットであれば、本発
明の効果を得ることが可能である。シミュレーションに
より、（１１０）面をスパッタ面とした場合において
も、０から０．２５ｒａｄの角度範囲において、（００
２）面をスパッタ面としたターゲットよりも、やや高い
放出確率を示す事が明らかになっている。
【００４２】（１０３）面、（１１０）面をスパッタ面
とした場合は、０から０．２５ｒａｄの角度範囲におい
て高放出確率となったため、アスペクト１程度のコリメ
ータにおいて効果が得られた。その他、前記以外のター
ゲットにおいて、高放出確率となる角度範囲が異なれ
ば、当然、効果の大きいアスペクト比の範囲も異なって
くる。
とした場合は、０から０．２５ｒａｄの角度範囲におい
て高放出確率となったため、アスペクト１程度のコリメ
ータにおいて効果が得られた。その他、前記以外のター
ゲットにおいて、高放出確率となる角度範囲が異なれ
ば、当然、効果の大きいアスペクト比の範囲も異なって
くる。
【００４３】また上記実施例では、ターゲットを構成す
る元素として、チタンを用いる場合を述べた。これ以外
の金属の場合でも、本発明の効果を得ることが可能であ
る。すなわち、コリメータ通過率の高い角度範囲に、ス
パッタ粒子の高放出確率を持つターゲットであれば、タ
ーゲットを構成する元素によらず、コリメータのアスペ
クト比を上昇させることなく、すなわち、生産性を低下
させることなく、ボトムカバレッジを向上させることが
可能である。
る元素として、チタンを用いる場合を述べた。これ以外
の金属の場合でも、本発明の効果を得ることが可能であ
る。すなわち、コリメータ通過率の高い角度範囲に、ス
パッタ粒子の高放出確率を持つターゲットであれば、タ
ーゲットを構成する元素によらず、コリメータのアスペ
クト比を上昇させることなく、すなわち、生産性を低下
させることなく、ボトムカバレッジを向上させることが
可能である。
【発明の効果】本発明の効果は、生産性を低下させる事
無く、コリメータスパッタ法によるチタン膜のボトムカ
バレッジを向上させ、良好な電気特性が得られるアスペ
クト比の範囲を広げることにある。
無く、コリメータスパッタ法によるチタン膜のボトムカ
バレッジを向上させ、良好な電気特性が得られるアスペ
クト比の範囲を広げることにある。
【００４４】その理由は、スパッタ粒子のコリメータ通
過率の高い角度範囲に、高放出確率を持つスパッタター
ゲットを用いるため、生産性の低下を伴うコリメータの
アスペクト比上昇によることなく、ボトムカバレッジを
向上させることが可能であるからである。
過率の高い角度範囲に、高放出確率を持つスパッタター
ゲットを用いるため、生産性の低下を伴うコリメータの
アスペクト比上昇によることなく、ボトムカバレッジを
向上させることが可能であるからである。
【図１】スパッタ粒子の放出角度分布
【図２】チタン膜ボトムカバレッジのアスペクト比依存
性
性
【図３】本発明のターゲットを用いたスパッタチャンバ
ー断面図
ー断面図
【図４】ボトムカバレッジのターゲット結晶面依存性
３０１ チャンバー ３０２ 排気口 ３０３ 基板ホルダー ３０４ マスフロー ３０５ ガス導入口 ３０６ 絶縁体 ３０７ マグネット ３０８ 防着シールド ３０９ スパッタ用高電圧電源 ３１０ マグネット ３１１ スパッタ電源 ３１２ 防着シールド ３１３ 排気口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/44 - 21/445 C23C 14/00 - 14/58
Claims (3)
- 【請求項１】 チャンバー内に設けられた金属ターゲッ
トと基板ホルダーとの間に、スパッタ粒子の進行方向を
制限するコリメータを設け、前記基板ホルダーに保持さ
れた半導体基板上に金属薄膜を形成する金属薄膜形成方
法において、前記金属ターゲットが、単結晶チタンから
なり、ターゲットスパッタ面が（１０３）面であること
を特徴とする金属薄膜形成方法。 - 【請求項２】 チャンバー内に設けられた金属ターゲッ
トと基板ホルダーとの間に、スパッタ粒子の進行方向を
制限するコリメータを設け、前記基板ホルダーに保持さ
れた半導体基板上に金属薄膜を形成する金属薄膜形成方
法において、前記金属ターゲットが、多結晶チタンから
なり、ターゲットスパッタ面が（１０３）面高配向であ
る事を特徴とする金属薄膜形成方法。 - 【請求項３】 スパッタ時のスパッタチャンバー内ガス
圧力が０．３ｍＴｏｒｒ以上、３ｍＴｏｒｒ以下である
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の金属薄
膜形成方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8146992A JP2894279B2 (ja) | 1996-06-10 | 1996-06-10 | 金属薄膜形成方法 |
| US08/752,930 US6113750A (en) | 1996-06-10 | 1996-11-20 | Method of forming thin metal films |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8146992A JP2894279B2 (ja) | 1996-06-10 | 1996-06-10 | 金属薄膜形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09330890A JPH09330890A (ja) | 1997-12-22 |
| JP2894279B2 true JP2894279B2 (ja) | 1999-05-24 |
Family
ID=15420167
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8146992A Expired - Fee Related JP2894279B2 (ja) | 1996-06-10 | 1996-06-10 | 金属薄膜形成方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6113750A (ja) |
| JP (1) | JP2894279B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11158615A (ja) * | 1997-11-27 | 1999-06-15 | Nec Corp | スパッタリング装置及びそれを使用した半導体装置の製造方法 |
| US6362097B1 (en) * | 1998-07-14 | 2002-03-26 | Applied Komatsu Technlology, Inc. | Collimated sputtering of semiconductor and other films |
| US6733513B2 (en) | 1999-11-04 | 2004-05-11 | Advanced Bioprosthetic Surfaces, Ltd. | Balloon catheter having metal balloon and method of making same |
| US6936066B2 (en) * | 1999-11-19 | 2005-08-30 | Advanced Bio Prosthetic Surfaces, Ltd. | Complaint implantable medical devices and methods of making same |
| US7335426B2 (en) | 1999-11-19 | 2008-02-26 | Advanced Bio Prosthetic Surfaces, Ltd. | High strength vacuum deposited nitinol alloy films and method of making same |
| US8458879B2 (en) * | 2001-07-03 | 2013-06-11 | Advanced Bio Prosthetic Surfaces, Ltd., A Wholly Owned Subsidiary Of Palmaz Scientific, Inc. | Method of fabricating an implantable medical device |
| AU2003270817B2 (en) | 2002-09-26 | 2009-09-17 | Vactronix Scientific, Llc | High strength vacuum deposited nitionol alloy films, medical thin film graft materials and method of making same |
| ES2338560T3 (es) | 2003-05-07 | 2010-05-10 | Advanced Bio Prosthetic Surfaces, Ltd. | Implantes metalicos implantables y procedimientos para fabricarlos. |
| EP1710324B1 (en) * | 2005-04-08 | 2008-12-03 | STMicroelectronics S.r.l. | PVD process and chamber for the pulsed deposition of a chalcogenide material layer of a phase change memory device |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4824544A (en) * | 1987-10-29 | 1989-04-25 | International Business Machines Corporation | Large area cathode lift-off sputter deposition device |
| US5635036A (en) * | 1990-01-26 | 1997-06-03 | Varian Associates, Inc. | Collimated deposition apparatus and method |
| JP2725944B2 (ja) * | 1991-04-19 | 1998-03-11 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイション | 金属層堆積方法 |
| JPH0660391A (ja) * | 1992-08-13 | 1994-03-04 | Toshiba Corp | 光ディスク装置 |
| US5772860A (en) * | 1993-09-27 | 1998-06-30 | Japan Energy Corporation | High purity titanium sputtering targets |
| JP3623001B2 (ja) * | 1994-02-25 | 2005-02-23 | 住友電気工業株式会社 | 単結晶性薄膜の形成方法 |
| US5711858A (en) * | 1994-04-12 | 1998-01-27 | International Business Machines Corporation | Process for depositing a conductive thin film upon an integrated circuit substrate |
| JP2689931B2 (ja) * | 1994-12-29 | 1997-12-10 | 日本電気株式会社 | スパッタ方法 |
-
1996
- 1996-06-10 JP JP8146992A patent/JP2894279B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1996-11-20 US US08/752,930 patent/US6113750A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09330890A (ja) | 1997-12-22 |
| US6113750A (en) | 2000-09-05 |
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|---|---|---|---|
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