JP2907267B2 - コリメータスパッタ法及び装置 - Google Patents
コリメータスパッタ法及び装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属薄膜の形成方法に
関し、特に半導体装置製造工程におけるコリメータスパ
ッタ法による金属薄膜の形成方法、及びコリメータスパ
ッタ装置に関する。
関し、特に半導体装置製造工程におけるコリメータスパ
ッタ法による金属薄膜の形成方法、及びコリメータスパ
ッタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化、デバイス
構造の３次元化に伴い、半導体基板上に設けられた導電
体領域と電気的接続を得るための接続孔のアスペクト比
（接続孔の深さ／開口径）が高くなってきている。ＤＲ
ＡＭ等の半導体装置製造過程において、チタン膜はスパ
ッタ等の方法により形成されている。このチタン膜は熱
処理時、接続孔底部にチタンシリサイドを形成し、コン
タクト抵抗を低下、安定化する働きを持っている。
構造の３次元化に伴い、半導体基板上に設けられた導電
体領域と電気的接続を得るための接続孔のアスペクト比
（接続孔の深さ／開口径）が高くなってきている。ＤＲ
ＡＭ等の半導体装置製造過程において、チタン膜はスパ
ッタ等の方法により形成されている。このチタン膜は熱
処理時、接続孔底部にチタンシリサイドを形成し、コン
タクト抵抗を低下、安定化する働きを持っている。
【０００３】しかしながら図２に示すように、従来スパ
ッタによる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
低下する。高アスペクト比の接続孔底部に充分なチタン
膜厚、コンタクト抵抗を十分低下安定化させるための膜
厚、１０ｎｍを確報すると次のような問題を生じるよう
になった。すなわち絶縁膜上のチタン膜を厚膜化し、接
続孔底部のチタン膜厚を確保しようとすると図３のよう
に接続孔開口部がチタン膜で小さくなってしまいタング
ステンの埋め込みに支障をきたすようになった。さらに
高アスペクト比の接続孔では、接続孔開口部がチタン膜
が塞がるほど、絶縁膜上のチタン膜を厚膜化しても接続
孔底部に充分なチタン膜厚を確保できず良好なコンタク
トが得られなくなった。
ッタによる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
低下する。高アスペクト比の接続孔底部に充分なチタン
膜厚、コンタクト抵抗を十分低下安定化させるための膜
厚、１０ｎｍを確報すると次のような問題を生じるよう
になった。すなわち絶縁膜上のチタン膜を厚膜化し、接
続孔底部のチタン膜厚を確保しようとすると図３のよう
に接続孔開口部がチタン膜で小さくなってしまいタング
ステンの埋め込みに支障をきたすようになった。さらに
高アスペクト比の接続孔では、接続孔開口部がチタン膜
が塞がるほど、絶縁膜上のチタン膜を厚膜化しても接続
孔底部に充分なチタン膜厚を確保できず良好なコンタク
トが得られなくなった。
【０００４】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号公報又は特開平１−１１６
０７０号公報参照）。コリメータスパッタ法において
は、コリメータがターゲットの法線方向から大きくずれ
た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。また、
より高いアスペクト比（この場合は、コリメータ各孔の
長さ／各孔の直径）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が
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
れる。図２にコリメータスパッタを用いた場合のボトム
カバレッジを示す。
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号公報又は特開平１−１１６
０７０号公報参照）。コリメータスパッタ法において
は、コリメータがターゲットの法線方向から大きくずれ
た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。また、
より高いアスペクト比（この場合は、コリメータ各孔の
長さ／各孔の直径）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が
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
れる。図２にコリメータスパッタを用いた場合のボトム
カバレッジを示す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来のコリメータスパ
ッタ法は、ターゲットからのスパッタ粒子の飛散角度分
布がこの手法に適合するように十分検討がなされていな
かった。ターゲットの法線方向に近い成分が多く、斜め
成分が少なくなるように放電状態が工夫されていなかっ
た。つまりスパッタ時の放電電圧が、５００Ｖ〜６００
Ｖ（例えば特公平６−６０３９０号公報参照）であっ
た。図４に示すように放電電圧が低い場合の飛散角度分
布は、ターゲットの法線方向に近い成分が少なく、斜め
成分が多くなっている。例えば放電電圧５００Ｖの場
合、４５度方向成分と０度方向（ターゲット法線方向）
成分の比は約５：３で４５度方向成分が多くなってい
る。
ッタ法は、ターゲットからのスパッタ粒子の飛散角度分
布がこの手法に適合するように十分検討がなされていな
かった。ターゲットの法線方向に近い成分が多く、斜め
成分が少なくなるように放電状態が工夫されていなかっ
た。つまりスパッタ時の放電電圧が、５００Ｖ〜６００
Ｖ（例えば特公平６−６０３９０号公報参照）であっ
た。図４に示すように放電電圧が低い場合の飛散角度分
布は、ターゲットの法線方向に近い成分が少なく、斜め
成分が多くなっている。例えば放電電圧５００Ｖの場
合、４５度方向成分と０度方向（ターゲット法線方向）
成分の比は約５：３で４５度方向成分が多くなってい
る。
【０００６】この結果、コリメータを通過できず、コリ
メータに吸着されるスパッタ粒子の割合が高く、半導体
基板に到達する粒子の割合が低くかった。コリメータ各
孔と径と長さの比が１：１のコリメータ、アスペクト比
１のコリメータを用いた場合、半導体基板に到達する粒
子の割合１／５程度に減少した。半導体基板に成膜を行
っているというよりは、コリメータに成膜を行っている
といったほうが適切な状況であった。このため、ターゲ
ットの利用効率が低く、交換頻度が高いという問題があ
った。
メータに吸着されるスパッタ粒子の割合が高く、半導体
基板に到達する粒子の割合が低くかった。コリメータ各
孔と径と長さの比が１：１のコリメータ、アスペクト比
１のコリメータを用いた場合、半導体基板に到達する粒
子の割合１／５程度に減少した。半導体基板に成膜を行
っているというよりは、コリメータに成膜を行っている
といったほうが適切な状況であった。このため、ターゲ
ットの利用効率が低く、交換頻度が高いという問題があ
った。
【０００７】また、コリメータの各孔の内壁に付着した
スパッタ粒子は、コリメータの孔の直径を狭めるため、
コリメータスパッタにおける成膜速度はコリメータの使
用量とともに低下してゆく。このため、コリメータを頻
繁に交換しなければならず、コリメータの寿命が短かい
という問題があった。
スパッタ粒子は、コリメータの孔の直径を狭めるため、
コリメータスパッタにおける成膜速度はコリメータの使
用量とともに低下してゆく。このため、コリメータを頻
繁に交換しなければならず、コリメータの寿命が短かい
という問題があった。
【０００８】そして、コリメータを通過できないスパッ
タ粒子の割合が高いため、単位成膜パワーあたりの成膜
速度が低いという問題があった。
タ粒子の割合が高いため、単位成膜パワーあたりの成膜
速度が低いという問題があった。
【０００９】上記問題は、より高いボトムカバレッジを
得るためにより高いアスペクト比の孔を有するコリメー
タを用いると、捕獲される粒子の割合が増加するために
より大きな問題となっていた。
得るためにより高いアスペクト比の孔を有するコリメー
タを用いると、捕獲される粒子の割合が増加するために
より大きな問題となっていた。
【００１０】その上、ターゲット法線方向に近い角度範
囲、スパッタ粒子がコリメータを通過しうる角度範囲に
おいては、飛散角度分布のコリメータスパッタに対する
非適合性が保存される。このため、同じアスペクト比の
コリメータを用いても、ボトムカレッジが低いという問
題があった。
囲、スパッタ粒子がコリメータを通過しうる角度範囲に
おいては、飛散角度分布のコリメータスパッタに対する
非適合性が保存される。このため、同じアスペクト比の
コリメータを用いても、ボトムカレッジが低いという問
題があった。
【００１１】ターゲットからのスパッタ粒子の飛散角度
分布を制御するという思想はすでに、特開平０５−０２
９２５７号公報に述べられている。ここに示されている
のは、飛散角度分布を制御する事により、微細パターン
におけるスパッタ粒子の堆積形状を改善するという考え
方であり、コリメータスパッタにおけるターゲットの交
換頻度、コリメータ寿命、成膜速度等の問題を解決しよ
うとするいうものではない。
分布を制御するという思想はすでに、特開平０５−０２
９２５７号公報に述べられている。ここに示されている
のは、飛散角度分布を制御する事により、微細パターン
におけるスパッタ粒子の堆積形状を改善するという考え
方であり、コリメータスパッタにおけるターゲットの交
換頻度、コリメータ寿命、成膜速度等の問題を解決しよ
うとするいうものではない。
【００１２】また、特開昭５９−１０４４７６号公報に
スパッタ中における放電電圧を制御するという思想が述
べられている。ここに示されているのは、プラズマ、及
び成膜速度を安定させるために、放電電圧を一定に保つ
というものである。よって、この方向では、上記コリメ
ータスパッタにおける諸問題に対応できない。
スパッタ中における放電電圧を制御するという思想が述
べられている。ここに示されているのは、プラズマ、及
び成膜速度を安定させるために、放電電圧を一定に保つ
というものである。よって、この方向では、上記コリメ
ータスパッタにおける諸問題に対応できない。
【００１３】それ故に本発明の課題は、ターゲットの利
用効率を上昇させ、コリメータの寿命を延ばし、単位成
膜パワーあたりの成膜速度を上昇させ、ボトムカバレッ
ジを向上させるコリメータスパッタ法及び装置を提供す
ることにある。
用効率を上昇させ、コリメータの寿命を延ばし、単位成
膜パワーあたりの成膜速度を上昇させ、ボトムカバレッ
ジを向上させるコリメータスパッタ法及び装置を提供す
ることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、コリメ
ータ開孔の径に対する長さの比が１以上であるコリメー
タを用い、スパッタ粒子のうちスパッタターゲットの法
線方向とこれと近似の方向に飛散するもののみを前記コ
リメータにより選別して基板に入射させるコリメータス
パッタ法において、スパッタ時の放電状態を制御して前
記開孔の側面と平行に飛散するスパッタ粒子の割合を増
加させることを特徴とするコリメータスパッタ法が得ら
れる。
ータ開孔の径に対する長さの比が１以上であるコリメー
タを用い、スパッタ粒子のうちスパッタターゲットの法
線方向とこれと近似の方向に飛散するもののみを前記コ
リメータにより選別して基板に入射させるコリメータス
パッタ法において、スパッタ時の放電状態を制御して前
記開孔の側面と平行に飛散するスパッタ粒子の割合を増
加させることを特徴とするコリメータスパッタ法が得ら
れる。
【００１５】
【００１６】前記放電状態の制御は放電電圧の値を選ぶ
事により行うとよい。
事により行うとよい。
【００１７】前記放電電圧は１０００Ｖ〜４０００Ｖの
範囲内で選ばれる得る。
範囲内で選ばれる得る。
【００１８】
【００１９】前記放電電圧を前記ターゲットの裏のマグ
ネットと前記ターゲットとの距離の調整により得ること
は好ましい。
ネットと前記ターゲットとの距離の調整により得ること
は好ましい。
【００２０】前記距離の調整は、前記マグネットと前記
ターゲットとの距離を遠ざける事により行うことができ
る。
ターゲットとの距離を遠ざける事により行うことができ
る。
【００２１】なお前記スパッタはスパッタガス中で行わ
れ、前記スパッタガスの圧力は高くとも１ｍＴｏｒｒに
されることが望ましい。
れ、前記スパッタガスの圧力は高くとも１ｍＴｏｒｒに
されることが望ましい。
【００２２】また本発明によれば、コリメータ開孔の径
に対する長さの比が１以上であるコリメータを用い、ス
パッタ粒子のうちスパッタターゲットの法線方向とこれ
と近似の方向に飛散するもののみを前記コリメータによ
り選別して基板に入射させるコリメータスパッタ装置に
おいて、スパッタ時の放電状態を制御して前記開孔の側
面と平行に飛散するスパッタ粒子の割合を増加させるこ
とを特徴とするコリメータスパッタ装置が得られる。
に対する長さの比が１以上であるコリメータを用い、ス
パッタ粒子のうちスパッタターゲットの法線方向とこれ
と近似の方向に飛散するもののみを前記コリメータによ
り選別して基板に入射させるコリメータスパッタ装置に
おいて、スパッタ時の放電状態を制御して前記開孔の側
面と平行に飛散するスパッタ粒子の割合を増加させるこ
とを特徴とするコリメータスパッタ装置が得られる。
【００２３】
【作用】放電電圧の上昇ともに、スパッタ粒子の法線方
向成分が増加するという現象は、Ｙ．ＹＡＭＡＭＵＲＡ
により次式のように表現されている。
向成分が増加するという現象は、Ｙ．ＹＡＭＡＭＵＲＡ
により次式のように表現されている。
【００２４】Ｓ（Ｅ，θ）＝0.042 ＊α（Ｍ1 ／Ｍ2 ）
／Ｕs ＊COS θ＊［１−１／２（Ｅth／Ｅ）1/2 ＊γ
（θ）］ θが小さい範囲（ターゲット法線方向に近い範囲）にお
いては、 Ｓ（Ｅ，θ）＝0.042 ＊α（Ｍ1 ／Ｍ2 ）／Ｕs ＊COS
θ＊［１−（Ｅth／Ｅ）1/2 ｛１＋（５／３)cos
2 θ｝］ 上式において、Ｓ（Ｅ，θ）はターゲット法線方向より
エネルギーＥを持つ粒子が入射した際、ターゲット法線
方向とθの角度をなす方向にスパッタされる粒子のｆｌ
ｕｘであり、α（Ｍ1 ／Ｍ2 ）はターゲットに入射する
粒子の質量Ｍ1とスパッタされる粒子の質量Ｍ2 に比の
関数で、入射粒子のエネルギーＥとは独立しており、Ｕ
s はターゲット材における表面結合エネルギーであり、
Ｅthはスパッタのしきい値エネルギーであり、γ（θ）
はターゲット法線方向とスパッタ粒子飛散方向のなす角
θの関数で、入射粒子のエネルギーＥとは独立している
（Ｙ．ＹＡＭＡＭＵＲＡ Ｒｄｉａｔｉｏｎ Ｅｆｆｅ
ｃｔｓ，１９８１，Ｖｏｌ．５５，ｐｐ４９−５６参
照）。
／Ｕs ＊COS θ＊［１−１／２（Ｅth／Ｅ）1/2 ＊γ
（θ）］ θが小さい範囲（ターゲット法線方向に近い範囲）にお
いては、 Ｓ（Ｅ，θ）＝0.042 ＊α（Ｍ1 ／Ｍ2 ）／Ｕs ＊COS
θ＊［１−（Ｅth／Ｅ）1/2 ｛１＋（５／３)cos
2 θ｝］ 上式において、Ｓ（Ｅ，θ）はターゲット法線方向より
エネルギーＥを持つ粒子が入射した際、ターゲット法線
方向とθの角度をなす方向にスパッタされる粒子のｆｌ
ｕｘであり、α（Ｍ1 ／Ｍ2 ）はターゲットに入射する
粒子の質量Ｍ1とスパッタされる粒子の質量Ｍ2 に比の
関数で、入射粒子のエネルギーＥとは独立しており、Ｕ
s はターゲット材における表面結合エネルギーであり、
Ｅthはスパッタのしきい値エネルギーであり、γ（θ）
はターゲット法線方向とスパッタ粒子飛散方向のなす角
θの関数で、入射粒子のエネルギーＥとは独立している
（Ｙ．ＹＡＭＡＭＵＲＡ Ｒｄｉａｔｉｏｎ Ｅｆｆｅ
ｃｔｓ，１９８１，Ｖｏｌ．５５，ｐｐ４９−５６参
照）。
【００２５】放電電圧が数１００Ｖ以上の場合は、入射
粒子は、ターゲット法線方向より入射するとして良いの
で、上式が適用できる。上式において、入射粒子のエネ
ルギーＥは放電電圧に比例して増大する。また、γ
（θ）、ｃｏｓ2 θは、θが小さいところで大きな値を
持つ。高放電電圧では、１／２（Ｅth／Ｅ）1/2 ＊γ
（θ）の項もしくは（Ｅth／Ｅ）1/2 ｛１＋（５／３）
ｃｏｓ2 θ｝の項が小さくなるため、スパッタ粒子飛散
角度分布の縦が長くなり、横が短くなる事を上式は表し
ている。
粒子は、ターゲット法線方向より入射するとして良いの
で、上式が適用できる。上式において、入射粒子のエネ
ルギーＥは放電電圧に比例して増大する。また、γ
（θ）、ｃｏｓ2 θは、θが小さいところで大きな値を
持つ。高放電電圧では、１／２（Ｅth／Ｅ）1/2 ＊γ
（θ）の項もしくは（Ｅth／Ｅ）1/2 ｛１＋（５／３）
ｃｏｓ2 θ｝の項が小さくなるため、スパッタ粒子飛散
角度分布の縦が長くなり、横が短くなる事を上式は表し
ている。
【００２６】
＜実施例１＞次に、本発明の第一の実施例について図面
を参照して説明する。
を参照して説明する。
【００２７】図１に示すように、チャンバー１に、チタ
ン製の金属ターゲット２、コリメータ３、基板ホルダー
４、マスフロー６、ガス導入口７、絶縁体８、バッキン
グプレート９、マグネット１０、防着シート１２、排気
口１３を配置する。半導体基板ホルダー４により半導体
基板５を保持する。スパッタ用高電圧電源１１を図のよ
うに接続する。なお金属ターゲット２と半導体基板５の
距離は１００ｍｍ程度とする。
ン製の金属ターゲット２、コリメータ３、基板ホルダー
４、マスフロー６、ガス導入口７、絶縁体８、バッキン
グプレート９、マグネット１０、防着シート１２、排気
口１３を配置する。半導体基板ホルダー４により半導体
基板５を保持する。スパッタ用高電圧電源１１を図のよ
うに接続する。なお金属ターゲット２と半導体基板５の
距離は１００ｍｍ程度とする。
【００２８】チャンバー１のベースプレッシャーは、ク
ライオポンプにより１０-8Ｔｏｒｒ台とすることにより
酸素の影響を減らす。スパッタ時は、スパッタガスとし
てＡｒをガス導入口７を介してチャンバー内に供給す
る。マスフロー６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。チャンバー内
のＡｒ圧力は、スパッタ用高電圧電源１１により数千Ｖ
の電圧を与えることにより、プラズマが誘起され、１０
Ａ程度の放電電流が流れるような低圧力、例えば、０．
３ｍＴｏｒｒとする。この状態で例えば１５００Ｖの放
電電圧で、スパッタを行なうことにより半導体基板５上
に成膜を行う。
ライオポンプにより１０-8Ｔｏｒｒ台とすることにより
酸素の影響を減らす。スパッタ時は、スパッタガスとし
てＡｒをガス導入口７を介してチャンバー内に供給す
る。マスフロー６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。チャンバー内
のＡｒ圧力は、スパッタ用高電圧電源１１により数千Ｖ
の電圧を与えることにより、プラズマが誘起され、１０
Ａ程度の放電電流が流れるような低圧力、例えば、０．
３ｍＴｏｒｒとする。この状態で例えば１５００Ｖの放
電電圧で、スパッタを行なうことにより半導体基板５上
に成膜を行う。
【００２９】ここで放電電圧は、最低でも６００Ｖ以
上、望ましくは１０００Ｖ以上とする。これは、この放
電電圧以下では図４に示すように斜め成分が多く、本発
明の効果を十分には発揮する事ができないからである。
放電電圧５００Ｖの場合は、４５度方向成分と０度方向
（ターゲット法線方向）成分の比は約５：３で４５度方
向成分が多くなっている。１０００Ｖでは、この成分比
がほぼ１：１になっている。
上、望ましくは１０００Ｖ以上とする。これは、この放
電電圧以下では図４に示すように斜め成分が多く、本発
明の効果を十分には発揮する事ができないからである。
放電電圧５００Ｖの場合は、４５度方向成分と０度方向
（ターゲット法線方向）成分の比は約５：３で４５度方
向成分が多くなっている。１０００Ｖでは、この成分比
がほぼ１：１になっている。
【００３０】一方上限は、４０００Ｖ以下とする。これ
は、放電電圧が高いほど金属ターゲットの法線方向に近
い成分を増加させる事ができるが、安定したスパッタ成
膜に不可欠な異常グロー放電（放電が陰極全面に広がっ
たグロー放電）が得にくく、かつ装置の絶縁が問題とな
るからである。
は、放電電圧が高いほど金属ターゲットの法線方向に近
い成分を増加させる事ができるが、安定したスパッタ成
膜に不可欠な異常グロー放電（放電が陰極全面に広がっ
たグロー放電）が得にくく、かつ装置の絶縁が問題とな
るからである。
【００３１】また、用いるコリメータのアスペクト比が
１未満の場合は、放電電圧を１５００Ｖ以上とする。こ
れは、アスペクト比が小さいコリメータでは、規制する
角度範囲も小さいため、より高電圧を用いないとコリメ
ータを通過する粒子の割合が充分に上昇しないためであ
る。
１未満の場合は、放電電圧を１５００Ｖ以上とする。こ
れは、アスペクト比が小さいコリメータでは、規制する
角度範囲も小さいため、より高電圧を用いないとコリメ
ータを通過する粒子の割合が充分に上昇しないためであ
る。
【００３２】圧力が１ｍＴｏｒｒの場合、スパッタ粒子
の平均自由工程は８０ｍｍ程度であり、通常ターゲット
と半導体基板の距離は５０ｍｍ〜１００ｍｍなので、こ
の粒子は、半導体基板に到達するまでほとんどＡｒによ
る散乱の影響を受けない。このため圧力が１ｍＴｏｒｒ
以下では図４に示すように、垂直方向にスパッタされる
成分が増加するような高放電電圧を選択した場合は、コ
リメータに捕獲されるスパッタ粒子の割合が低い。この
結果、ターゲットの利用効率が高く、コリメータの交換
頻度が小さい。上記スパッタチャンバーを用い、コリメ
ータのアスペクト比を１とした場合、放電電圧を５００
Ｖから１５００Ｖに上昇させると、スパッタ粒子のコリ
メータ通過率およそ５０％増加した。これにともないタ
ーゲットの利用効率は５０％増加し、コリメータの交換
頻度は７／８倍となった。
の平均自由工程は８０ｍｍ程度であり、通常ターゲット
と半導体基板の距離は５０ｍｍ〜１００ｍｍなので、こ
の粒子は、半導体基板に到達するまでほとんどＡｒによ
る散乱の影響を受けない。このため圧力が１ｍＴｏｒｒ
以下では図４に示すように、垂直方向にスパッタされる
成分が増加するような高放電電圧を選択した場合は、コ
リメータに捕獲されるスパッタ粒子の割合が低い。この
結果、ターゲットの利用効率が高く、コリメータの交換
頻度が小さい。上記スパッタチャンバーを用い、コリメ
ータのアスペクト比を１とした場合、放電電圧を５００
Ｖから１５００Ｖに上昇させると、スパッタ粒子のコリ
メータ通過率およそ５０％増加した。これにともないタ
ーゲットの利用効率は５０％増加し、コリメータの交換
頻度は７／８倍となった。
【００３３】また、高電圧スパッタ時におけるスパッタ
粒子飛散角度分布の改善は接続孔底部におけるボトムカ
バレッジの改善につながる。従来、コリメータスパッタ
においてはコリメータが半導体基板に入射するスパッタ
粒子の角度分布を制限するため、ターゲットからの粒子
の角度分布の制限は、ボトムカバレッジに影響を与えな
いと考えられていた。しかし、コリメータは、ターゲッ
トに完全に垂直な成分のみを通過させるわけではなく、
法線方向からある角度以上ずれた成分のみを規制するの
である。この角度は、コリメータのアスペクト比に依存
し、アスペクト比１のコリメータの場合では法線方向か
ら４５度以上ずれた粒子をカットする。従って、この場
合法線方向＋４５度範囲におけるスパッタ粒子の角度分
布が変化すれば当然ボトムカバレッジも変化する。
粒子飛散角度分布の改善は接続孔底部におけるボトムカ
バレッジの改善につながる。従来、コリメータスパッタ
においてはコリメータが半導体基板に入射するスパッタ
粒子の角度分布を制限するため、ターゲットからの粒子
の角度分布の制限は、ボトムカバレッジに影響を与えな
いと考えられていた。しかし、コリメータは、ターゲッ
トに完全に垂直な成分のみを通過させるわけではなく、
法線方向からある角度以上ずれた成分のみを規制するの
である。この角度は、コリメータのアスペクト比に依存
し、アスペクト比１のコリメータの場合では法線方向か
ら４５度以上ずれた粒子をカットする。従って、この場
合法線方向＋４５度範囲におけるスパッタ粒子の角度分
布が変化すれば当然ボトムカバレッジも変化する。
【００３４】図５に、放電電圧３００Ｖ、６００Ｖ、及
び１２００Ｖでアスペクト比１のコリメータを用いコリ
メータスパッタを行った場合のボトムカバレッジを示
す。接続孔のアスペクト比が２以下の領域ではボトムカ
バレッジの上昇率は小さい。しかしながら、コリメータ
スパッタが威力を発揮するアスペクト比３以上の領域で
は、放電電圧３００Ｖと１２００Ｖを比較するとボトム
カバレッジは３倍になっている。
び１２００Ｖでアスペクト比１のコリメータを用いコリ
メータスパッタを行った場合のボトムカバレッジを示
す。接続孔のアスペクト比が２以下の領域ではボトムカ
バレッジの上昇率は小さい。しかしながら、コリメータ
スパッタが威力を発揮するアスペクト比３以上の領域で
は、放電電圧３００Ｖと１２００Ｖを比較するとボトム
カバレッジは３倍になっている。
【００３５】１０００Ｖ以上の放電電圧では、放電電圧
に比例してスパッタ率が上昇しないため、コリメータを
用いない従来スパッタ法においては、単位成膜パワー当
たりの成膜速度が低下することが知られている。しかし
ながら、コリメータスパッタにおいては、コリメータを
通過する粒子の割合が上昇するため、高放電電圧により
単位成膜パワー当たりの成膜速度は上昇する。５００Ｖ
と１５００Ｖを比較した場合、単位成膜パワー当たりの
成膜速度は２０％程度、１５００Ｖの方が高かった。
に比例してスパッタ率が上昇しないため、コリメータを
用いない従来スパッタ法においては、単位成膜パワー当
たりの成膜速度が低下することが知られている。しかし
ながら、コリメータスパッタにおいては、コリメータを
通過する粒子の割合が上昇するため、高放電電圧により
単位成膜パワー当たりの成膜速度は上昇する。５００Ｖ
と１５００Ｖを比較した場合、単位成膜パワー当たりの
成膜速度は２０％程度、１５００Ｖの方が高かった。
【００３６】上記実施例１では金属ターゲット２として
はチタンを用いたが、これ以外の金属を用いても、本発
明の効果を失うことはない。金属ターゲット２として、
タングステン、銅等、チタン同様、単一金属からなるも
のを用いてもよいし、Ａｌ−１．０％Ｓｉ−０．５％Ｃ
ｕや、Ａｌ−０．５％Ｃｕのような合金ターゲットを用
いても良い。飛散角度分布は、ターゲットを構成する金
属の種類、金属結晶配向により異なったものとなる。し
かしながら放電電圧を上昇させる事により、金属ターゲ
ットに入射するＡｒイオンのエネルギーを増大させ、法
線方向近くの方向にスパッタされる粒子の割合を増加さ
せることができる。この現象には、前述したような理論
式も与えられている。
はチタンを用いたが、これ以外の金属を用いても、本発
明の効果を失うことはない。金属ターゲット２として、
タングステン、銅等、チタン同様、単一金属からなるも
のを用いてもよいし、Ａｌ−１．０％Ｓｉ−０．５％Ｃ
ｕや、Ａｌ−０．５％Ｃｕのような合金ターゲットを用
いても良い。飛散角度分布は、ターゲットを構成する金
属の種類、金属結晶配向により異なったものとなる。し
かしながら放電電圧を上昇させる事により、金属ターゲ
ットに入射するＡｒイオンのエネルギーを増大させ、法
線方向近くの方向にスパッタされる粒子の割合を増加さ
せることができる。この現象には、前述したような理論
式も与えられている。
【００３７】＜実施例２＞実施例１においては、チャン
バー１内のＡｒ圧力を通常ＤＣマグネトロンスパッタに
おいて用いられる数ｍＴｏｒｒ〜数十ｍＴｏｒｒよりも
かなり低いＡｒ圧力を用いる事により所望の放電電圧、
放電電流の関係を得た。マスフロー容量、排気速度等、
装置の構成上、コンマ数ｍＴｏｒｒの圧力を安定させに
くい場合は、以下のようにしても所定の放電電圧、放電
電流特性を得る事ができる。すなわちマグネット１０と
金属ターゲット２の距離を通常の場合よりも長くする。
マグネット１０として弱い磁力のものを用いる等の方法
を用い、金属ターゲットチャンバー側表面近傍における
磁束密度を低下させたものである。この方法を用いれ
ば、コンマ数ｍＴｏｒｒとする事なく、スパッタ用高電
圧電源１１により数千Ｖの電圧を与えることにより、プ
ラズマが誘起され、１０Ａ程度の放電電流が流す事が可
能である。この他の点については、実施例１と同様にし
てスパッタを行う。
バー１内のＡｒ圧力を通常ＤＣマグネトロンスパッタに
おいて用いられる数ｍＴｏｒｒ〜数十ｍＴｏｒｒよりも
かなり低いＡｒ圧力を用いる事により所望の放電電圧、
放電電流の関係を得た。マスフロー容量、排気速度等、
装置の構成上、コンマ数ｍＴｏｒｒの圧力を安定させに
くい場合は、以下のようにしても所定の放電電圧、放電
電流特性を得る事ができる。すなわちマグネット１０と
金属ターゲット２の距離を通常の場合よりも長くする。
マグネット１０として弱い磁力のものを用いる等の方法
を用い、金属ターゲットチャンバー側表面近傍における
磁束密度を低下させたものである。この方法を用いれ
ば、コンマ数ｍＴｏｒｒとする事なく、スパッタ用高電
圧電源１１により数千Ｖの電圧を与えることにより、プ
ラズマが誘起され、１０Ａ程度の放電電流が流す事が可
能である。この他の点については、実施例１と同様にし
てスパッタを行う。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、放電状
態を制御してスパッタ粒子のうちコリメータに依存する
所定角度範囲に飛散するものの割合を増加させるように
スパッタを行う。従って、コリメータを通過できるスパ
ッタ粒子の割合が高くなり、かつ通過した成分において
もターゲットの法線方向の成分を多くすることができ
る。この結果、コリメータスパッタにおけるターゲット
の利用効率が高く、コリメータ寿命は長く、成膜パワー
あたりの成膜速度が高く、そしてボトムカバレッジは高
い、という効果を有する。
態を制御してスパッタ粒子のうちコリメータに依存する
所定角度範囲に飛散するものの割合を増加させるように
スパッタを行う。従って、コリメータを通過できるスパ
ッタ粒子の割合が高くなり、かつ通過した成分において
もターゲットの法線方向の成分を多くすることができ
る。この結果、コリメータスパッタにおけるターゲット
の利用効率が高く、コリメータ寿命は長く、成膜パワー
あたりの成膜速度が高く、そしてボトムカバレッジは高
い、という効果を有する。
【図１】本発明によるコリメータスパッタ法の第一の実
施例を説明するためのチャンバー構成図。
施例を説明するためのチャンバー構成図。
【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】チタン膜を厚膜化した場合の接続孔断面図。
【図４】スパッタ粒子の飛散角度成分の放電電圧依存性
の一例。
の一例。
【図５】チタン膜ボトムカバレッジの放電電圧依存性。
【符号の説明】 １ チャンバー ２ 金属ターゲット ３ コリメータ ４ 基板ホルダー ５ 半導体基板 ６ マスフロー ７ ガス導入口 ８ 絶縁体 ９ パッキングプレート １０ マグネット １１ スパッタ用高電圧電源 １２ 防着シールド １３ 排気口 ３１ 半導体基板 ３２ 絶縁膜 ３３ チタン膜 ３４ 窒化チタン膜 ３５ タングステン膜
Claims (7)
- 【請求項１】 コリメータ開孔の径に対する長さの比が
１以上であるコリメータを用い、スパッタ粒子のうちス
パッタターゲットの法線方向とこれと近似の方向に飛散
するもののみを前記コリメータにより選別して基板に入
射させるコリメータスパッタ法において、スパッタ時の
放電状態を制御して前記開孔の側面と平行に飛散するス
パッタ粒子の割合を増加させることを特徴とするコリメ
ータスパッタ法。 - 【請求項２】 前記放電状態の制御は放電電圧の値を選
ぶ事により行う請求項１記載のコリメータスパッタ法。 - 【請求項３】 前記放電電圧が１０００Ｖ〜４０００Ｖ
の範囲内で選ばれた値である請求項２記載のコリメータ
スパッタ法。 - 【請求項４】 前記放電電圧を前記ターゲットの裏のマ
グネットと前記ターゲットとの距離の調整により得る請
求項２又は３記載のコリメータスパッタ法。 - 【請求項５】 前記距離の調整は、前記マグネットと前
記ターゲットとの距離を遠ざける事により行う請求項４
記載のコリメータスパッタ法。 - 【請求項６】 前記スパッタはスパッタガス中で行わ
れ、前記スパッタガスの圧力が高くとも１ｍＴｏｒｒで
ある請求項１〜５のいずれか一つに記載のコリメータス
パッタ法。 - 【請求項７】 コリメータ開孔の径に対する長さの比が
１以上であるコリメータを用い、スパッタ粒子のうちス
パッタターゲットの法線方向とこれと近似の方向に飛散
するもののみを前記コリメータにより選別して基板に入
射させるコリメータスパッタ装置において、スパッタ時
の放電状態を制御して前記開孔の側面と平行に飛散する
スパッタ粒子の割合を増加させることを特徴とするコリ
メータスパッタ装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7016618A JP2907267B2 (ja) | 1995-02-03 | 1995-02-03 | コリメータスパッタ法及び装置 |
| US08/595,823 US6030511A (en) | 1995-02-03 | 1996-02-02 | Collimated sputtering method and system used therefor |
| KR1019960002638A KR100221348B1 (ko) | 1995-02-03 | 1996-02-03 | 콜리메이트 스퍼터링 방법과 이를 위한 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7016618A JP2907267B2 (ja) | 1995-02-03 | 1995-02-03 | コリメータスパッタ法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08209342A JPH08209342A (ja) | 1996-08-13 |
| JP2907267B2 true JP2907267B2 (ja) | 1999-06-21 |
Family
ID=11921333
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7016618A Expired - Fee Related JP2907267B2 (ja) | 1995-02-03 | 1995-02-03 | コリメータスパッタ法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2907267B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| 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 |
| US6458694B2 (en) * | 2000-01-24 | 2002-10-01 | Ebara Corporation | High energy sputtering method for forming interconnects |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH051372A (ja) * | 1991-06-25 | 1993-01-08 | Canon Inc | 薄膜形成装置 |
| JPH0529257A (ja) * | 1991-07-24 | 1993-02-05 | Tokyo Electron Ltd | スパツタリング方法 |
-
1995
- 1995-02-03 JP JP7016618A patent/JP2907267B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08209342A (ja) | 1996-08-13 |
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|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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