JP3714485B2 - ＴｉＮ薄膜の形成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、半導体等の電子デバイスにおいて、異種材料間の拡散を防止するために用いられるＴｉＮ薄膜の形成方法に係り、特にデバイスの特性や歩留まりに重大な影響を及ぼすプロセス異物の発生を抑制する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は例えば「スパッタリング現象」（１９８５年東京大学出版会発行）に記載された従来のスパッタリング装置の構成を示す概略図であり、ＴｉＮ薄膜はこの種スパッタリング装置によって形成されている。
図において、１は内部に冷却水が流れる第１の電極で、電源２により負の高電圧が印加される。３は第１の電極１に保持されたＴｉ材でなるターゲットである。
【０００３】
４は第１の電極１と対向する位置に配設された第２の電極、５はこの第２の電極４上に載置された基板、６はターゲット３と基板４との間を遮るように配置されたシャッタ、７は第１の電極１およびターゲット３を囲繞するように配設されたシールド板、８はこれら１〜７を収容する成膜室としての容器、９はこの容器８内に放電ガスとしてのＡｒおよびＮの混合ガスを導入するためのガス導入管、１０は一端が容器８に連結され、他端が図示されない真空ポンプに接続された排気管である。
【０００４】
次いで、上記のように構成されたスパッタリング装置によって行われる従来のＴｉＮ薄膜の形成方法について説明する。
まず、真空ポンプを作動させ排気管１０を介して容器８内をほぼ１０-6Ｔｏｒｒ以下の高真空に排気した後、ガス導入管９からＮ2ガスを含むＡｒガスを放電用ガスとして内部に導入し、１０-3Ｔｏｒｒ程度に調整する。そして、この状態で両電極１、４間、すなわちターゲット３と基板５との間に、電源２により所定の高電圧を印加し、容器８内に導入されたガスを電離させてプラズマを発生させる。
【０００５】
これによりイオン化した放電ガス（Ａｒ＋、Ｎ2＋、Ｎ＋など）は、陰極であるターゲット３に引き寄せられて加速しターゲット３に衝突する。そして、このイオンの衝突によりターゲット３の表面のＴｉ原子は弾き飛ばされる。この現象がスパッタであり、弾き飛ばされたＴｉ原子はターゲット３の表面と対向する位置に配設された基板５の方向に飛んでいき、基板５の表面に付着・堆積する。又、イオン化されず電気的に中性なガスも容器８内を分子運動により飛び回り、ターゲット３や基板５に衝突する。そして、この飛び回っているガスの内、Ｎ2ガスはターゲット３の表面ならびに基板５の表面に付着、堆積されたＴｉを窒化してＴｉＮ薄膜を形成する。
【０００６】
次に、このＴｉＮ薄膜の成膜の過程を図７について説明する。図７は放電ガスのガス流量と成膜速度との関係を示す特性曲線図である。
図において、ガス流量の他に成膜速度に影響を及ぼす因子である放電パワー、Ｎ2ガスおよびＡｒガスの混合比は一定にしている。まず、ガス流量を低流量領域から徐々に増加していくと、図に示すようにある臨界点の流量まではＴｉ薄膜のみが形成されＴｉＮ薄膜の形成は見られず、又、Ｔｉのスパッタ率が高いことを反映して成膜速度も大きい。
【０００７】
ところが、ある臨界点をガス流量が越えると、急激に成膜速度が低下し、Ｔｉ薄膜の形成は停止されてＴｉＮ薄膜の形成が始まる。したがって、従来はそれぞれのスパッタリング装置に応じてこの臨界点を見極め、これよりもガス流量の大きな領域でＴｉＮ薄膜を形成するようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＴｉＮ薄膜の形成方法は以上のようになされているので、図８に示すように、ターゲット３から弾き飛ばされたＴｉ原子は、放電ガスと衝突して散乱されるため、基板５以外の例えば容器８の内壁やシールド７等にも付着する。
そして、これら付着されたもののうち、ターゲット３から見て蔭になる部分（裏側）に付着した堆積物は、幾度も散乱されて到達した粒子から形成されており付着力が弱いため、剥離して異物となり基板５の表面に飛来して付着することにより膜質を損ない、又、半導体等の微細パターンにこの異物が付着すると、回路のショートや断線を来す等して、製品としての信頼性を低下させるという問題点があった。
【０００９】
この発明は上記のような問題点を解消するために成されたもので、異物の発生を抑制して、製品の信頼性の向上を図ることが可能なＴｉＮ薄膜の形成方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係るＴｉＮ薄膜の形成方法は、放電ガスとしてＡｒおよびＮ2、ターゲットとしてＴｉをそれぞれ用い基板上にＴｉＮ薄膜を形成するＴｉＮ薄膜の形成方法において、ターゲット表面を所定の速度で窒化する第１の工程と、第１の工程における窒化速度より遅く且つ第１の工程で形成されたターゲット表面の窒化層を維持し得る範囲内の所望の窒化速度で基板上に成膜を行う第２の工程とを包含するものである。
【００１１】
又、この発明の請求項２に係るＴｉＮ薄膜の形成方法は、放電ガスとしてＡｒおよびＮ2、ターゲットとしてＴｉをそれぞれ用い基板上にＴｉＮ薄膜を形成するＴｉＮ薄膜の形成方法において、放電ガスの所定のガス流量より大きいガス流量でターゲットの表面を窒化させる第１の工程と、所定のガス流量より小さく且つ第１の工程で形成されたターゲット表面の窒化層を維持し得る範囲内の所望のガス流量で基板上に成膜を行う第２の工程とを包含するものである。
【００１２】
又、この発明の請求項３に係るＴｉＮ薄膜の形成方法は、請求項２において、所定のガス流量の値を予め設定しておくようにしたものである。
【００１３】
又、この発明の請求項４に係るＴｉＮ薄膜の形成方法は、請求項２において、排気ポンプ側のゲートバルブの開度調節によりガス流量を制御するようにしたものである。
【００１４】
又、この発明の請求項５に係るＴｉＮ薄膜の形成方法は、放電ガスとしてＡｒおよびＮ2、ターゲットとしてＴｉをそれぞれ用い基板上にＴｉＮ薄膜を形成するＴｉＮ薄膜の形成方法において、ターゲットの表面を窒化し得る最大の投入パワーより小さい所定の投入パワーでターゲットの表面を窒化させる第１の工程と、所定の投入パワーより大きく且つ最大の投入パワーより小さい所望の投入パワーで基板上に成膜を行う第２の工程とを包含するものである。
【００１５】
又、この発明の請求項６に係るＴｉＮ薄膜の形成方法は、請求項５において、所定の投入パワーの値を予め設定しておくようにしたものである。
【００１６】
又、この発明の請求項７に係るＴｉＮ薄膜の形成方法は、放電ガスとしてＡｒおよびＮ2、ターゲットとしてＴｉをそれぞれ用い基板上にＴｉＮ薄膜を形成するＴｉＮ薄膜の形成方法において、放電ガスのＡｒに対するＮ2の混合比をターゲットの表面を窒化し得る最小の混合比より高い所定の混合比でターゲットの表面を窒化させる第１の工程と、所定の混合比より低く且つ第１の工程で形成されたターゲット表面の窒化層を維持し得る範囲内の所望の混合比で基板上に成膜を行う第２の工程とを包含するものである。
【００１７】
又、この発明の請求項８に係るＴｉＮ薄膜の形成方法は、請求項７において、所定の混合比の値を予め設定しておくようにしたものである。
【００１８】
【作用】
この発明の請求項１におけるＴｉＮ薄膜の形成方法は、第１の工程によりターゲット表面を所定の速度で窒化するとともに、第２の工程により第１の工程における窒化速度よりも遅く、且つ第１の工程で形成されたターゲット表面の窒化層を維持し得る範囲内の所望の窒化速度で基板上に成膜を行うことにより、放電ガス圧を低くして異物の発生を抑制する。
【００１９】
又、この発明の請求項２におけるＴｉＮ薄膜の形成方法は、第１の工程によりターゲット表面を放電ガスの所定のガス流量より大きなガス流量で窒化するとともに、第２の工程により所定のガス流量より小さく且つ第１の工程で形成されたターゲット表面の窒化層を維持し得る範囲内の所望のガス流量で基板上に成膜を行うことにより、放電ガス圧を低くして異物の発生を抑制する。
【００２０】
又、この発明の請求項３におけるＴｉＮ薄膜の形成方法は、第１の工程において、予め設定された所定のガス流量より大きなガス流量でターゲット表面を窒化させる。
【００２１】
又、この発明の請求項４におけるＴｉＮ薄膜の形成方法は、排気ポンプ側のゲートバルブの開度を調節して放電ガスのガス流量を制御する。
【００２２】
又、この発明の請求項５におけるＴｉＮ薄膜の形成方法は、第１の工程によりターゲット表面を、このターゲット表面を窒化し得る最大の投入パワーより小さい所定の投入パワーで窒化するとともに、第２の工程により所定の投入パワーより大きく且つ最大の投入パワーより小さい所望の投入パワーで基板上に成膜を行うことにより、放電ガス圧を低くして異物の発生を抑制する。
【００２３】
又、この発明の請求項６におけるＴｉＮ薄膜の形成方法は、第１の工程において、予め設定された所定の投入パワーでターゲット表面を窒化させる。
【００２４】
又、この発明の請求項７におけるＴｉＮ薄膜の形成方法は、第１の工程によりターゲット表面を、放電ガスのＡｒに対するＮ2の混合比をターゲットの表面を窒化し得る最小の混合比より高い所定の混合比で窒化するとともに、第２の工程により所定の混合比より低く且つ第１の工程で形成されたターゲット表面の窒化層を維持し得る範囲内の所望の混合比で基板上に成膜を行うことにより、放電ガス圧を低くして異物の発生を抑制する。
【００２５】
又、この発明の請求項８におけるＴｉＮ薄膜の形成方法は、第１の工程において、予め設定された所定の混合比でターゲットの表面を窒化させる。
【００２６】
【実施例】
実施例１．
以下、この発明の実施例を図について説明する。図１はＮ2ガスをＡｒガスに混合して放電ガスとする反応性スパッタリングにおいて、Ｔｉ、ＴｉＮ薄膜の形成状態を放電ガスのガス流量Ｑをパラメータとして実験により求めた状態図である。
図において、成膜速度が大きい領域ではＴｉ薄膜が形成され、成膜速度が小さい領域ではＴｉＮ薄膜が形成される。この成膜速度とガス流量Ｑとの関係においては、図から明らかなように、成膜速度はヒステリシスを持つという著しい特徴が実験事実として認められる。
【００２７】
即ち、放電パワーおよび放電ガスの混合比Ｎ2：Ａｒを一定として放電ガスのガス流量Ｑを順次増加させると、最初は、基板上にはＴｉ薄膜のみが形成される。さらにガス流量Ｑを増加させると、ある臨界のガス流量（図中Ｑ1で示す）を境界として、図中曲線Ａで示すように急激に成膜速度が低下（約１／３）し、この時点からＴｉＮ薄膜が形成され始める。すでに述べたように、従来のＴｉＮ薄膜の形成方法は、この領域でＴｉＮ薄膜を形成しているのである。
【００２８】
ところで、一旦ＴｉＮ薄膜が形成され始めた後に、今度は逆にガス流量Ｑを順次低下させると、臨界点（ガス流量Ｑ1の位置）を過ぎてもＴｉＮ薄膜を安定に形成できる領域が存在する。そして、さらにひき続きガス流量Ｑを低下させると、前記臨界点よりも小さいある臨界点（ガス流量Ｑ2の位置）を境界として、図中曲線Ｂで示すように急激に成膜速度が増大し同時にＴｉ薄膜が形成され始める。すなわち、ガス流量の増減に対して成膜速度は、一本の曲線上を往復せずに両曲線Ａ、Ｂ上を移動しヒステリシスを描く。
【００２９】
次に、上記のようにガス流量Ｑの増減に対して、成膜速度がヒステリシスを有している理由を詳しく説明する。
まず、ターゲットの表面におけるスパッタエロージョン速度と窒化速度との大小を比較し、窒化速度がスパッタエロージョン速度より大きい場合に、基板上にＴｉＮ薄膜が形成されると考える。ここで、スパッタエロージョン速度は、放電パワーに比例しパワーが大きくなればこの速度も大きくなる。なお、ガス流量Ｑの変化にはあまり影響を受けないので、ガス流量Ｑに対しては一定と考えても良い。
一方、窒化速度は、ターゲットを叩くＮ2ガスの個数に比例するから窒素分圧Ｐに比例する。そして、この窒素分圧Ｐはガス流量Ｑを排気速度Ａで除したものとして与えられる。
【００３０】
さて、この発明は排気速度Ａを詳しく考察した点にその特徴がある。つまり、蒸着膜の持つガス吸蔵能力に着目し、ポンプの排気能力にこのガス吸蔵能力を加えた実効の排気速度を考慮したことである。そして、このガス吸蔵能力はＴｉＮ薄膜に比べてＴｉ薄膜の方が著しく大きい。これはＴｉがサブリメーションポンプのガス吸蔵板として実用に供されていることからも理解される。よって、Ｔｉ薄膜、ＴｉＮ薄膜の吸着排気速度をＡＴｉ、ＡＴｉＮとすると、ＡＴｉ＞ＡＴｉＮと表される。又、ポンプの排気速度はＡＰと表しここでは一定と考える。
【００３１】
したがって、図１においてガス流量Ｑを増加させたときに、Ｔｉ成膜領域からＴｉＮ成膜領域に切り替わる点（ガス流量Ｑ1に対応）までは、成膜室の内壁に付着したＴｉが有効なポンプとして働く。そして、この状態におけるターゲット表面の窒化速度は、この時の窒素分圧Ｐ1に比例し、この窒素分圧Ｐ1は下記式（１）で与えられる。
Ｐ1＝Ｑ1／（ＡＰ＋ＡＴｉ）・・・・・（１）
一方、図１においてＴｉＮ成膜領域を出発点としてガス流量Ｑを減少させたときに、ＴｉＮ成膜領域からＴｉ成膜領域に切り替わる点（ガス流量Ｑ2に対応）における窒素分圧Ｐ2は下記式（２）で与えられる。
Ｐ2＝Ｑ2／（ＡＰ＋ＡＴｉＮ）・・・・・（２）
【００３２】
さて、Ｔｉ成膜領域とＴｉＮ成膜領域との切り替えが起る臨界点（ガス流量Ｑ1、Ｑ2に対応）では、放電パワーおよびガス混合比Ｎ2：Ａｒを一定とした場合、表面が窒化されたターゲットのスパッタエロージョン速度はある一定値をとるから、これと等しくなる窒化速度もまたある一定値となる。そして、この一定の窒化速度は当然ある一定の窒素分圧Ｐ0のみ、すなわち上記式１および式２におけるＰ1、Ｐ2が等しい値で実現されるべきである。ところが、上述のように蒸着膜の吸着排気速度を加味した実効の排気速度にＡＰ＋ＡＴｉ＞ＡＰ＋ＡＴｉＮの大小関係があるため、Ｐ1＝Ｐ2であるためにはＱ1、Ｑ2が異なる値をとることになり、ヒステリシスを持つことが理解できる。
【００３３】
したがって、実施例１においては、第１の工程で従来と同様に所定の速度（Ｑ1以上の流量）でターゲット表面を窒化し、その後第２の工程で、第１の工程における窒化速度よりも遅く、且つ第１の工程で形成されたターゲット表面の窒化層を維持し得る範囲内の所望の窒化速度（Ｑ2、Ｑ1間の流量）で基板上に成膜を行う。すなわち、このようにすれば、ＴｉＮ薄膜の形成を維持しつつスパッタ時の圧力を低くすることができるので、図５に示すようにガスによるＴｉ粒子の回り込みを防止することができ、付着力の小さな堆積物が少なくなり異物の発生を抑制することが可能になる。
【００３４】
実施例２．
図２はこの発明の実施例２におけるＴｉＮ薄膜の形成方法を説明するためのもので、ＴｉＮ成膜のガス流量依存性を示す図である。
実施例２において、予め実験等により求めてターゲット表面を窒化し得る所定のガス流量を設定しておき、第１の工程でこの予め設定された所定のガス流量より大きいガス流量でターゲット表面を窒化し、その後第２の工程で、第１の工程におけるガス流量よりも小さく、且つ第１の工程で形成されたターゲット表面の窒化層を維持し得る範囲内の、図中▲２▼で示す所望のガス流量で基板上に成膜を行う。
【００３５】
すなわち、このようにすれば、上記実施例１と同様にＴｉＮ薄膜の形成を維持しつつスパッタ時の圧力を低くすることができるので、図５に示すようにガスによるＴｉ粒子の回り込みを防止することができ、付着力の小さな堆積物が少なくなり異物の発生を抑制することが可能であることは勿論のこと、ターゲット表面を窒化し得る所定のガス流量を予め設定するようにしているので、第１の工程におけるガス流量の制御が容易となり、作業時間の短縮を図ることができる。
【００３６】
実施例３．
尚、上記実施例２では、ガス流量の制御については述べなかったが、排気ポンプ側のゲートバルブの開度を調節することによって行っても良く、この場合は、第１の工程におけるゲートバルブの開度は小さく、第２の工程においては第１の工程における開度より大きくすれば良く、上記実施例２におけると同様の効果を発揮し得ることは言うまでもない。
【００３７】
実施例４．
又、上記実施例２では、所定のガス流量を実験等で求めて予め設定しておく場合について説明したが、ガス流量を漸次増加させて、Ｔｉ成膜領域からＴｉＮ成膜領域に切り替わった時点以降のあるガス流量を、所定のガス流量と決めても良く、この発明の趣旨を逸脱するものではない。
【００３８】
実施例５．
図３はこの発明の実施例５におけるＴｉＮ薄膜の形成方法を説明するためのもので、ＴｉＮ成膜の放電パワー依存性を示す図である。
図において、Ｎ2：Ａｒの混合比は一定としてある。実施例１でも述べたように、ターゲットのスパッタエロージョン速度は放電パワーに比例する。よって成膜速度のヒステリシスは、放電パワーが大きいと図中実線で示すように右方向に移り、放電パワーが小さいと図中破線で示すように左方向に移る。
【００３９】
そこで、実施例５においては、ターゲット表面を窒化し得る最大の投入パワー（図中▲１▼で示す）より小さい値の所定の投入パワー（図中▲２▼で示す）を、実験等によって予め設定しておき、第１の工程で図中破線で示すように、この所定の投入パワーでターゲット表面を窒化させ、その後第２の工程で、この所定の投入パワーより大きな値で、且つ上記最大の投入パワーより小さい値の所望の投入パワー（図中▲３▼で示す）で基板上に成膜を行う。
【００４０】
すなわち、このようにすれば、上記実施例１と同様にＴｉＮ薄膜の形成を維持しつつスパッタ時の圧力を低くすることができるので、図５に示すようにガスによるＴｉ粒子の回り込みを防止することができ、付着力の小さな堆積物が少なくなり異物の発生を抑制することが可能であることは勿論のこと、ターゲット表面を窒化する所定の投入パワーを予め設定するようにしているので、第１の工程における投入パワーの制御が容易となり、作業時間の短縮を図ることができる。
【００４１】
実施例６．
又、上記実施例５では、所定の投入パワーを実験等で求めて予め設定しておく場合について説明したが、投入パワーを漸次増加させて、Ｔｉ成膜領域からＴｉＮ成膜領域に切り替わり得る最大の投入パワーより小さいある値の投入パワーを、所定の投入パワーと決めても良く、この発明の趣旨を逸脱するものではない。
【００４２】
実施例７．
図４はこの発明の実施例７におけるＴｉＮ薄膜の形成方法を説明するためのもので、ＴｉＮ成膜のＮ2ガス依存性を示す図である。
図において、放電パワーは一定としてある。実施例１でも述べたように、ターゲットの窒化速度はターゲットに衝突する窒素ガスの個数、すなわち窒素分圧に比例する。よって成膜速度のヒステリシスは、窒素分圧すなわちＡｒガスに対するＮ2ガスの混合比が高いと図中破線で示すように左方向に移り、逆にＮ2ガスの混合比が低いと図中実線で示すように右方向に移る。
【００４３】
そこで、実施例５においては、放電ガスのＡｒに対するＮ2の混合比を、ターゲット表面を窒化し得る最小の混合比（図中▲１▼で示す）より高い所定の混合比（図中▲２▼で示す）を、実験等によって求めて予め設定しておき、第１の工程で図中破線で示すように、この所定の混合比でターゲット表面を窒化させ、その後第２の工程で、この所定の混合比より低く、且つ第１の工程で形成されたターゲット表面の窒化層を維持し得る範囲内の、所望の混合比（図中▲３▼で示す）で基板上に成膜する。
【００４４】
すなわち、このようにすれば、上記実施例１と同様にＴｉＮ薄膜の形成を維持しつつスパッタ時の圧力を低くすることができるので、図５に示すようにガスによるＴｉ粒子の回り込みを防止することができ、付着力の小さな堆積物が少なくなり異物の発生を抑制することが可能であることは勿論のこと、ターゲット表面を窒化するＮ2の所定の混合比を予め設定するようにしているので、第１の工程における混合比の制御が容易となり、作業時間の短縮を図ることができる。
【００４５】
実施例８．
又、上記実施例７では、Ｎ2の所定の混合比を実験等で求めて予め設定しておく場合について説明したが、Ｎ2の混合比を漸次低下させて、Ｔｉ成膜領域からＴｉＮ成膜領域に切り替わり得る最小の混合比より高いある比率の混合比を、所定の混合比と決めても良く、この発明の趣旨を逸脱するものではない。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項１によれば、放電ガスとしてＡｒおよびＮ2、ターゲットとしてＴｉをそれぞれ用い基板上にＴｉＮ薄膜を形成するＴｉＮ薄膜の形成方法において、ターゲット表面を所定の速度で窒化する第１の工程と、第１の工程における窒化速度より遅く且つ第１の工程で形成されたターゲット表面の窒化層を維持し得る範囲内の所望の窒化速度で基板上に成膜を行う第２の工程とを包含するようにしたので、異物の発生を抑制して、製品の信頼性の向上を図ることが可能なＴｉＮ薄膜の形成方法を提供することができる。
【００４７】
又、この発明の請求項２によれば、放電ガスとしてＡｒおよびＮ2、ターゲットとしてＴｉをそれぞれ用い基板上にＴｉＮ薄膜を形成するＴｉＮ薄膜の形成方法において、放電ガスの所定のガス流量より大きいガス流量でターゲットの表面を窒化させる第１の工程と、所定のガス流量より小さく且つ第１の工程で形成されたターゲット表面の窒化層を維持し得る範囲内の所望のガス流量で基板上に成膜を行う第２の工程とを包含するようにしたので、異物の発生を抑制して、製品の信頼性の向上を図ることが可能なＴｉＮ薄膜の形成方法を提供することができる。
【００４８】
又、この発明の請求項３によれば、請求項２において、所定のガス流量を予め設定しておくようにしたので、異物の発生を抑制して、製品の信頼性の向上を図ることが可能であることは勿論のこと、作業時間の短縮を図ることが可能なＴｉＮ薄膜の形成方法を提供することができる。
【００４９】
又、この発明の請求項４によれば、請求項２において、排気ポンプ側のゲートバルブの開度調節によりガス流量を制御するようにしたので、異物の発生を抑制して、製品の信頼性の向上を図ることが可能であることは勿論のこと、作業時間の短縮を図ることが可能なＴｉＮ薄膜の形成方法を提供することができる。
【００５０】
又、この発明の請求項５によれば、放電ガスとしてＡｒおよびＮ2、ターゲットとしてＴｉをそれぞれ用い基板上にＴｉＮ薄膜を形成するＴｉＮ薄膜の形成方法において、ターゲットの表面を窒化し得る最大の投入パワーより小さい所定の投入パワーでターゲットの表面を窒化させる第１の工程と、所定の投入パワーより大きく且つ最大の投入パワーより小さい所望の投入パワーで基板上に成膜を行う第２の工程とを包含するようにしたので、異物の発生を抑制して、製品の信頼性の向上を図ることが可能なＴｉＮ薄膜の形成方法を提供することができる。
【００５１】
又、この発明の請求項６によれば、請求項５において、所定の投入パワーの値を予め設定しておくようにしているので、異物の発生を抑制して、製品の信頼性の向上を図ることが可能であることは勿論のこと、作業時間の短縮を図ることが可能なＴｉＮ薄膜の形成方法を提供することができる。
【００５２】
又、この発明の請求項７によれば、放電ガスとしてＡｒおよびＮ2、ターゲットとしてＴｉをそれぞれ用い基板上にＴｉＮ薄膜を形成するＴｉＮ薄膜の形成方法において、放電ガスのＡｒに対するＮ2の混合比をターゲットの表面を窒化し得る最小の混合比より高い所定の混合比でターゲットの表面を窒化させる第１の工程と、所定の混合比より低く且つ第１の工程で形成されたターゲット表面の窒化層を維持し得る範囲内の所望の混合比で基板上に成膜を行う第２の工程とを包含するようにしたので、異物の発生を抑制して、製品の信頼性の向上を図ることが可能なＴｉＮ薄膜の形成方法を提供することができる。
【００５３】
又、この発明の請求項８によれば、請求項７において、所定の混合比の値を予め設定しておくようにしたので、異物の発生を抑制して、製品の信頼性の向上を図ることが可能であることは勿論のこと、作業時間の短縮を図ることが可能なＴｉＮ薄膜の形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 Ｎ2ガスをＡｒガスに混合して放電ガスとする反応性スパッタリングにおいて、Ｔｉ、ＴｉＮ薄膜の形成状態を放電ガスのガス流量Ｑをパラメータとして実験により求めた状態図である。
【図２】 この発明の実施例２におけるＴｉＮ薄膜の形成方法を説明するためのＴｉＮ成膜のガス流量依存性を示す図である。
【図３】 この発明の実施例３におけるＴｉＮ薄膜の形成方法を説明するためのＴｉＮ成膜の放電パワー依存性を示す図である。
【図４】 この発明の実施例７におけるＴｉＮ薄膜の形成方法を説明するためのＴｉＮ成膜のＮ2ガス依存性を示す図である。
【図５】 この発明におけるＴｉＮ薄膜の形成方法でスパッタリングした場合のＴｉ原子の散乱状態を示す模式図である。
【図６】 従来のスパッタリング装置の構成を示す概略図である。
【図７】 放電ガスのガス流量と成膜速度との関係を示す特性曲線図である。
【図８】 従来のスパッタリング装置でスパッタリングした場合のＴｉ原子の散乱状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 第１の電極、２ 電源、３ ターゲット、４ 第２の電極、５ 基板、
６ シャッタ、７ シールド板、８ 容器、９ ガス導入管、１０ 排気管。
【産業上の利用分野】
この発明は、半導体等の電子デバイスにおいて、異種材料間の拡散を防止するために用いられるＴｉＮ薄膜の形成方法に係り、特にデバイスの特性や歩留まりに重大な影響を及ぼすプロセス異物の発生を抑制する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は例えば「スパッタリング現象」（１９８５年東京大学出版会発行）に記載された従来のスパッタリング装置の構成を示す概略図であり、ＴｉＮ薄膜はこの種スパッタリング装置によって形成されている。
図において、１は内部に冷却水が流れる第１の電極で、電源２により負の高電圧が印加される。３は第１の電極１に保持されたＴｉ材でなるターゲットである。
【０００３】
４は第１の電極１と対向する位置に配設された第２の電極、５はこの第２の電極４上に載置された基板、６はターゲット３と基板４との間を遮るように配置されたシャッタ、７は第１の電極１およびターゲット３を囲繞するように配設されたシールド板、８はこれら１〜７を収容する成膜室としての容器、９はこの容器８内に放電ガスとしてのＡｒおよびＮの混合ガスを導入するためのガス導入管、１０は一端が容器８に連結され、他端が図示されない真空ポンプに接続された排気管である。
【０００４】
次いで、上記のように構成されたスパッタリング装置によって行われる従来のＴｉＮ薄膜の形成方法について説明する。
まず、真空ポンプを作動させ排気管１０を介して容器８内をほぼ１０-6Ｔｏｒｒ以下の高真空に排気した後、ガス導入管９からＮ2ガスを含むＡｒガスを放電用ガスとして内部に導入し、１０-3Ｔｏｒｒ程度に調整する。そして、この状態で両電極１、４間、すなわちターゲット３と基板５との間に、電源２により所定の高電圧を印加し、容器８内に導入されたガスを電離させてプラズマを発生させる。
【０００５】
これによりイオン化した放電ガス（Ａｒ＋、Ｎ2＋、Ｎ＋など）は、陰極であるターゲット３に引き寄せられて加速しターゲット３に衝突する。そして、このイオンの衝突によりターゲット３の表面のＴｉ原子は弾き飛ばされる。この現象がスパッタであり、弾き飛ばされたＴｉ原子はターゲット３の表面と対向する位置に配設された基板５の方向に飛んでいき、基板５の表面に付着・堆積する。又、イオン化されず電気的に中性なガスも容器８内を分子運動により飛び回り、ターゲット３や基板５に衝突する。そして、この飛び回っているガスの内、Ｎ2ガスはターゲット３の表面ならびに基板５の表面に付着、堆積されたＴｉを窒化してＴｉＮ薄膜を形成する。
【０００６】
次に、このＴｉＮ薄膜の成膜の過程を図７について説明する。図７は放電ガスのガス流量と成膜速度との関係を示す特性曲線図である。
図において、ガス流量の他に成膜速度に影響を及ぼす因子である放電パワー、Ｎ2ガスおよびＡｒガスの混合比は一定にしている。まず、ガス流量を低流量領域から徐々に増加していくと、図に示すようにある臨界点の流量まではＴｉ薄膜のみが形成されＴｉＮ薄膜の形成は見られず、又、Ｔｉのスパッタ率が高いことを反映して成膜速度も大きい。
【０００７】
ところが、ある臨界点をガス流量が越えると、急激に成膜速度が低下し、Ｔｉ薄膜の形成は停止されてＴｉＮ薄膜の形成が始まる。したがって、従来はそれぞれのスパッタリング装置に応じてこの臨界点を見極め、これよりもガス流量の大きな領域でＴｉＮ薄膜を形成するようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＴｉＮ薄膜の形成方法は以上のようになされているので、図８に示すように、ターゲット３から弾き飛ばされたＴｉ原子は、放電ガスと衝突して散乱されるため、基板５以外の例えば容器８の内壁やシールド７等にも付着する。
そして、これら付着されたもののうち、ターゲット３から見て蔭になる部分（裏側）に付着した堆積物は、幾度も散乱されて到達した粒子から形成されており付着力が弱いため、剥離して異物となり基板５の表面に飛来して付着することにより膜質を損ない、又、半導体等の微細パターンにこの異物が付着すると、回路のショートや断線を来す等して、製品としての信頼性を低下させるという問題点があった。
【０００９】
この発明は上記のような問題点を解消するために成されたもので、異物の発生を抑制して、製品の信頼性の向上を図ることが可能なＴｉＮ薄膜の形成方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係るＴｉＮ薄膜の形成方法は、放電ガスとしてＡｒおよびＮ2、ターゲットとしてＴｉをそれぞれ用い基板上にＴｉＮ薄膜を形成するＴｉＮ薄膜の形成方法において、ターゲット表面を所定の速度で窒化する第１の工程と、第１の工程における窒化速度より遅く且つ第１の工程で形成されたターゲット表面の窒化層を維持し得る範囲内の所望の窒化速度で基板上に成膜を行う第２の工程とを包含するものである。
【００１１】
又、この発明の請求項２に係るＴｉＮ薄膜の形成方法は、放電ガスとしてＡｒおよびＮ2、ターゲットとしてＴｉをそれぞれ用い基板上にＴｉＮ薄膜を形成するＴｉＮ薄膜の形成方法において、放電ガスの所定のガス流量より大きいガス流量でターゲットの表面を窒化させる第１の工程と、所定のガス流量より小さく且つ第１の工程で形成されたターゲット表面の窒化層を維持し得る範囲内の所望のガス流量で基板上に成膜を行う第２の工程とを包含するものである。
【００１２】
又、この発明の請求項３に係るＴｉＮ薄膜の形成方法は、請求項２において、所定のガス流量の値を予め設定しておくようにしたものである。
【００１３】
又、この発明の請求項４に係るＴｉＮ薄膜の形成方法は、請求項２において、排気ポンプ側のゲートバルブの開度調節によりガス流量を制御するようにしたものである。
【００１４】
又、この発明の請求項５に係るＴｉＮ薄膜の形成方法は、放電ガスとしてＡｒおよびＮ2、ターゲットとしてＴｉをそれぞれ用い基板上にＴｉＮ薄膜を形成するＴｉＮ薄膜の形成方法において、ターゲットの表面を窒化し得る最大の投入パワーより小さい所定の投入パワーでターゲットの表面を窒化させる第１の工程と、所定の投入パワーより大きく且つ最大の投入パワーより小さい所望の投入パワーで基板上に成膜を行う第２の工程とを包含するものである。
【００１５】
又、この発明の請求項６に係るＴｉＮ薄膜の形成方法は、請求項５において、所定の投入パワーの値を予め設定しておくようにしたものである。
【００１６】
又、この発明の請求項７に係るＴｉＮ薄膜の形成方法は、放電ガスとしてＡｒおよびＮ2、ターゲットとしてＴｉをそれぞれ用い基板上にＴｉＮ薄膜を形成するＴｉＮ薄膜の形成方法において、放電ガスのＡｒに対するＮ2の混合比をターゲットの表面を窒化し得る最小の混合比より高い所定の混合比でターゲットの表面を窒化させる第１の工程と、所定の混合比より低く且つ第１の工程で形成されたターゲット表面の窒化層を維持し得る範囲内の所望の混合比で基板上に成膜を行う第２の工程とを包含するものである。
【００１７】
又、この発明の請求項８に係るＴｉＮ薄膜の形成方法は、請求項７において、所定の混合比の値を予め設定しておくようにしたものである。
【００１８】
【作用】
この発明の請求項１におけるＴｉＮ薄膜の形成方法は、第１の工程によりターゲット表面を所定の速度で窒化するとともに、第２の工程により第１の工程における窒化速度よりも遅く、且つ第１の工程で形成されたターゲット表面の窒化層を維持し得る範囲内の所望の窒化速度で基板上に成膜を行うことにより、放電ガス圧を低くして異物の発生を抑制する。
【００１９】
又、この発明の請求項２におけるＴｉＮ薄膜の形成方法は、第１の工程によりターゲット表面を放電ガスの所定のガス流量より大きなガス流量で窒化するとともに、第２の工程により所定のガス流量より小さく且つ第１の工程で形成されたターゲット表面の窒化層を維持し得る範囲内の所望のガス流量で基板上に成膜を行うことにより、放電ガス圧を低くして異物の発生を抑制する。
【００２０】
又、この発明の請求項３におけるＴｉＮ薄膜の形成方法は、第１の工程において、予め設定された所定のガス流量より大きなガス流量でターゲット表面を窒化させる。
【００２１】
又、この発明の請求項４におけるＴｉＮ薄膜の形成方法は、排気ポンプ側のゲートバルブの開度を調節して放電ガスのガス流量を制御する。
【００２２】
又、この発明の請求項５におけるＴｉＮ薄膜の形成方法は、第１の工程によりターゲット表面を、このターゲット表面を窒化し得る最大の投入パワーより小さい所定の投入パワーで窒化するとともに、第２の工程により所定の投入パワーより大きく且つ最大の投入パワーより小さい所望の投入パワーで基板上に成膜を行うことにより、放電ガス圧を低くして異物の発生を抑制する。
【００２３】
又、この発明の請求項６におけるＴｉＮ薄膜の形成方法は、第１の工程において、予め設定された所定の投入パワーでターゲット表面を窒化させる。
【００２４】
又、この発明の請求項７におけるＴｉＮ薄膜の形成方法は、第１の工程によりターゲット表面を、放電ガスのＡｒに対するＮ2の混合比をターゲットの表面を窒化し得る最小の混合比より高い所定の混合比で窒化するとともに、第２の工程により所定の混合比より低く且つ第１の工程で形成されたターゲット表面の窒化層を維持し得る範囲内の所望の混合比で基板上に成膜を行うことにより、放電ガス圧を低くして異物の発生を抑制する。
【００２５】
又、この発明の請求項８におけるＴｉＮ薄膜の形成方法は、第１の工程において、予め設定された所定の混合比でターゲットの表面を窒化させる。
【００２６】
【実施例】
実施例１．
以下、この発明の実施例を図について説明する。図１はＮ2ガスをＡｒガスに混合して放電ガスとする反応性スパッタリングにおいて、Ｔｉ、ＴｉＮ薄膜の形成状態を放電ガスのガス流量Ｑをパラメータとして実験により求めた状態図である。
図において、成膜速度が大きい領域ではＴｉ薄膜が形成され、成膜速度が小さい領域ではＴｉＮ薄膜が形成される。この成膜速度とガス流量Ｑとの関係においては、図から明らかなように、成膜速度はヒステリシスを持つという著しい特徴が実験事実として認められる。
【００２７】
即ち、放電パワーおよび放電ガスの混合比Ｎ2：Ａｒを一定として放電ガスのガス流量Ｑを順次増加させると、最初は、基板上にはＴｉ薄膜のみが形成される。さらにガス流量Ｑを増加させると、ある臨界のガス流量（図中Ｑ1で示す）を境界として、図中曲線Ａで示すように急激に成膜速度が低下（約１／３）し、この時点からＴｉＮ薄膜が形成され始める。すでに述べたように、従来のＴｉＮ薄膜の形成方法は、この領域でＴｉＮ薄膜を形成しているのである。
【００２８】
ところで、一旦ＴｉＮ薄膜が形成され始めた後に、今度は逆にガス流量Ｑを順次低下させると、臨界点（ガス流量Ｑ1の位置）を過ぎてもＴｉＮ薄膜を安定に形成できる領域が存在する。そして、さらにひき続きガス流量Ｑを低下させると、前記臨界点よりも小さいある臨界点（ガス流量Ｑ2の位置）を境界として、図中曲線Ｂで示すように急激に成膜速度が増大し同時にＴｉ薄膜が形成され始める。すなわち、ガス流量の増減に対して成膜速度は、一本の曲線上を往復せずに両曲線Ａ、Ｂ上を移動しヒステリシスを描く。
【００２９】
次に、上記のようにガス流量Ｑの増減に対して、成膜速度がヒステリシスを有している理由を詳しく説明する。
まず、ターゲットの表面におけるスパッタエロージョン速度と窒化速度との大小を比較し、窒化速度がスパッタエロージョン速度より大きい場合に、基板上にＴｉＮ薄膜が形成されると考える。ここで、スパッタエロージョン速度は、放電パワーに比例しパワーが大きくなればこの速度も大きくなる。なお、ガス流量Ｑの変化にはあまり影響を受けないので、ガス流量Ｑに対しては一定と考えても良い。
一方、窒化速度は、ターゲットを叩くＮ2ガスの個数に比例するから窒素分圧Ｐに比例する。そして、この窒素分圧Ｐはガス流量Ｑを排気速度Ａで除したものとして与えられる。
【００３０】
さて、この発明は排気速度Ａを詳しく考察した点にその特徴がある。つまり、蒸着膜の持つガス吸蔵能力に着目し、ポンプの排気能力にこのガス吸蔵能力を加えた実効の排気速度を考慮したことである。そして、このガス吸蔵能力はＴｉＮ薄膜に比べてＴｉ薄膜の方が著しく大きい。これはＴｉがサブリメーションポンプのガス吸蔵板として実用に供されていることからも理解される。よって、Ｔｉ薄膜、ＴｉＮ薄膜の吸着排気速度をＡＴｉ、ＡＴｉＮとすると、ＡＴｉ＞ＡＴｉＮと表される。又、ポンプの排気速度はＡＰと表しここでは一定と考える。
【００３１】
したがって、図１においてガス流量Ｑを増加させたときに、Ｔｉ成膜領域からＴｉＮ成膜領域に切り替わる点（ガス流量Ｑ1に対応）までは、成膜室の内壁に付着したＴｉが有効なポンプとして働く。そして、この状態におけるターゲット表面の窒化速度は、この時の窒素分圧Ｐ1に比例し、この窒素分圧Ｐ1は下記式（１）で与えられる。
Ｐ1＝Ｑ1／（ＡＰ＋ＡＴｉ）・・・・・（１）
一方、図１においてＴｉＮ成膜領域を出発点としてガス流量Ｑを減少させたときに、ＴｉＮ成膜領域からＴｉ成膜領域に切り替わる点（ガス流量Ｑ2に対応）における窒素分圧Ｐ2は下記式（２）で与えられる。
Ｐ2＝Ｑ2／（ＡＰ＋ＡＴｉＮ）・・・・・（２）
【００３２】
さて、Ｔｉ成膜領域とＴｉＮ成膜領域との切り替えが起る臨界点（ガス流量Ｑ1、Ｑ2に対応）では、放電パワーおよびガス混合比Ｎ2：Ａｒを一定とした場合、表面が窒化されたターゲットのスパッタエロージョン速度はある一定値をとるから、これと等しくなる窒化速度もまたある一定値となる。そして、この一定の窒化速度は当然ある一定の窒素分圧Ｐ0のみ、すなわち上記式１および式２におけるＰ1、Ｐ2が等しい値で実現されるべきである。ところが、上述のように蒸着膜の吸着排気速度を加味した実効の排気速度にＡＰ＋ＡＴｉ＞ＡＰ＋ＡＴｉＮの大小関係があるため、Ｐ1＝Ｐ2であるためにはＱ1、Ｑ2が異なる値をとることになり、ヒステリシスを持つことが理解できる。
【００３３】
したがって、実施例１においては、第１の工程で従来と同様に所定の速度（Ｑ1以上の流量）でターゲット表面を窒化し、その後第２の工程で、第１の工程における窒化速度よりも遅く、且つ第１の工程で形成されたターゲット表面の窒化層を維持し得る範囲内の所望の窒化速度（Ｑ2、Ｑ1間の流量）で基板上に成膜を行う。すなわち、このようにすれば、ＴｉＮ薄膜の形成を維持しつつスパッタ時の圧力を低くすることができるので、図５に示すようにガスによるＴｉ粒子の回り込みを防止することができ、付着力の小さな堆積物が少なくなり異物の発生を抑制することが可能になる。
【００３４】
実施例２．
図２はこの発明の実施例２におけるＴｉＮ薄膜の形成方法を説明するためのもので、ＴｉＮ成膜のガス流量依存性を示す図である。
実施例２において、予め実験等により求めてターゲット表面を窒化し得る所定のガス流量を設定しておき、第１の工程でこの予め設定された所定のガス流量より大きいガス流量でターゲット表面を窒化し、その後第２の工程で、第１の工程におけるガス流量よりも小さく、且つ第１の工程で形成されたターゲット表面の窒化層を維持し得る範囲内の、図中▲２▼で示す所望のガス流量で基板上に成膜を行う。
【００３５】
すなわち、このようにすれば、上記実施例１と同様にＴｉＮ薄膜の形成を維持しつつスパッタ時の圧力を低くすることができるので、図５に示すようにガスによるＴｉ粒子の回り込みを防止することができ、付着力の小さな堆積物が少なくなり異物の発生を抑制することが可能であることは勿論のこと、ターゲット表面を窒化し得る所定のガス流量を予め設定するようにしているので、第１の工程におけるガス流量の制御が容易となり、作業時間の短縮を図ることができる。
【００３６】
実施例３．
尚、上記実施例２では、ガス流量の制御については述べなかったが、排気ポンプ側のゲートバルブの開度を調節することによって行っても良く、この場合は、第１の工程におけるゲートバルブの開度は小さく、第２の工程においては第１の工程における開度より大きくすれば良く、上記実施例２におけると同様の効果を発揮し得ることは言うまでもない。
【００３７】
実施例４．
又、上記実施例２では、所定のガス流量を実験等で求めて予め設定しておく場合について説明したが、ガス流量を漸次増加させて、Ｔｉ成膜領域からＴｉＮ成膜領域に切り替わった時点以降のあるガス流量を、所定のガス流量と決めても良く、この発明の趣旨を逸脱するものではない。
【００３８】
実施例５．
図３はこの発明の実施例５におけるＴｉＮ薄膜の形成方法を説明するためのもので、ＴｉＮ成膜の放電パワー依存性を示す図である。
図において、Ｎ2：Ａｒの混合比は一定としてある。実施例１でも述べたように、ターゲットのスパッタエロージョン速度は放電パワーに比例する。よって成膜速度のヒステリシスは、放電パワーが大きいと図中実線で示すように右方向に移り、放電パワーが小さいと図中破線で示すように左方向に移る。
【００３９】
そこで、実施例５においては、ターゲット表面を窒化し得る最大の投入パワー（図中▲１▼で示す）より小さい値の所定の投入パワー（図中▲２▼で示す）を、実験等によって予め設定しておき、第１の工程で図中破線で示すように、この所定の投入パワーでターゲット表面を窒化させ、その後第２の工程で、この所定の投入パワーより大きな値で、且つ上記最大の投入パワーより小さい値の所望の投入パワー（図中▲３▼で示す）で基板上に成膜を行う。
【００４０】
すなわち、このようにすれば、上記実施例１と同様にＴｉＮ薄膜の形成を維持しつつスパッタ時の圧力を低くすることができるので、図５に示すようにガスによるＴｉ粒子の回り込みを防止することができ、付着力の小さな堆積物が少なくなり異物の発生を抑制することが可能であることは勿論のこと、ターゲット表面を窒化する所定の投入パワーを予め設定するようにしているので、第１の工程における投入パワーの制御が容易となり、作業時間の短縮を図ることができる。
【００４１】
実施例６．
又、上記実施例５では、所定の投入パワーを実験等で求めて予め設定しておく場合について説明したが、投入パワーを漸次増加させて、Ｔｉ成膜領域からＴｉＮ成膜領域に切り替わり得る最大の投入パワーより小さいある値の投入パワーを、所定の投入パワーと決めても良く、この発明の趣旨を逸脱するものではない。
【００４２】
実施例７．
図４はこの発明の実施例７におけるＴｉＮ薄膜の形成方法を説明するためのもので、ＴｉＮ成膜のＮ2ガス依存性を示す図である。
図において、放電パワーは一定としてある。実施例１でも述べたように、ターゲットの窒化速度はターゲットに衝突する窒素ガスの個数、すなわち窒素分圧に比例する。よって成膜速度のヒステリシスは、窒素分圧すなわちＡｒガスに対するＮ2ガスの混合比が高いと図中破線で示すように左方向に移り、逆にＮ2ガスの混合比が低いと図中実線で示すように右方向に移る。
【００４３】
そこで、実施例５においては、放電ガスのＡｒに対するＮ2の混合比を、ターゲット表面を窒化し得る最小の混合比（図中▲１▼で示す）より高い所定の混合比（図中▲２▼で示す）を、実験等によって求めて予め設定しておき、第１の工程で図中破線で示すように、この所定の混合比でターゲット表面を窒化させ、その後第２の工程で、この所定の混合比より低く、且つ第１の工程で形成されたターゲット表面の窒化層を維持し得る範囲内の、所望の混合比（図中▲３▼で示す）で基板上に成膜する。
【００４４】
すなわち、このようにすれば、上記実施例１と同様にＴｉＮ薄膜の形成を維持しつつスパッタ時の圧力を低くすることができるので、図５に示すようにガスによるＴｉ粒子の回り込みを防止することができ、付着力の小さな堆積物が少なくなり異物の発生を抑制することが可能であることは勿論のこと、ターゲット表面を窒化するＮ2の所定の混合比を予め設定するようにしているので、第１の工程における混合比の制御が容易となり、作業時間の短縮を図ることができる。
【００４５】
実施例８．
又、上記実施例７では、Ｎ2の所定の混合比を実験等で求めて予め設定しておく場合について説明したが、Ｎ2の混合比を漸次低下させて、Ｔｉ成膜領域からＴｉＮ成膜領域に切り替わり得る最小の混合比より高いある比率の混合比を、所定の混合比と決めても良く、この発明の趣旨を逸脱するものではない。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項１によれば、放電ガスとしてＡｒおよびＮ2、ターゲットとしてＴｉをそれぞれ用い基板上にＴｉＮ薄膜を形成するＴｉＮ薄膜の形成方法において、ターゲット表面を所定の速度で窒化する第１の工程と、第１の工程における窒化速度より遅く且つ第１の工程で形成されたターゲット表面の窒化層を維持し得る範囲内の所望の窒化速度で基板上に成膜を行う第２の工程とを包含するようにしたので、異物の発生を抑制して、製品の信頼性の向上を図ることが可能なＴｉＮ薄膜の形成方法を提供することができる。
【００４７】
又、この発明の請求項２によれば、放電ガスとしてＡｒおよびＮ2、ターゲットとしてＴｉをそれぞれ用い基板上にＴｉＮ薄膜を形成するＴｉＮ薄膜の形成方法において、放電ガスの所定のガス流量より大きいガス流量でターゲットの表面を窒化させる第１の工程と、所定のガス流量より小さく且つ第１の工程で形成されたターゲット表面の窒化層を維持し得る範囲内の所望のガス流量で基板上に成膜を行う第２の工程とを包含するようにしたので、異物の発生を抑制して、製品の信頼性の向上を図ることが可能なＴｉＮ薄膜の形成方法を提供することができる。
【００４８】
又、この発明の請求項３によれば、請求項２において、所定のガス流量を予め設定しておくようにしたので、異物の発生を抑制して、製品の信頼性の向上を図ることが可能であることは勿論のこと、作業時間の短縮を図ることが可能なＴｉＮ薄膜の形成方法を提供することができる。
【００４９】
又、この発明の請求項４によれば、請求項２において、排気ポンプ側のゲートバルブの開度調節によりガス流量を制御するようにしたので、異物の発生を抑制して、製品の信頼性の向上を図ることが可能であることは勿論のこと、作業時間の短縮を図ることが可能なＴｉＮ薄膜の形成方法を提供することができる。
【００５０】
又、この発明の請求項５によれば、放電ガスとしてＡｒおよびＮ2、ターゲットとしてＴｉをそれぞれ用い基板上にＴｉＮ薄膜を形成するＴｉＮ薄膜の形成方法において、ターゲットの表面を窒化し得る最大の投入パワーより小さい所定の投入パワーでターゲットの表面を窒化させる第１の工程と、所定の投入パワーより大きく且つ最大の投入パワーより小さい所望の投入パワーで基板上に成膜を行う第２の工程とを包含するようにしたので、異物の発生を抑制して、製品の信頼性の向上を図ることが可能なＴｉＮ薄膜の形成方法を提供することができる。
【００５１】
又、この発明の請求項６によれば、請求項５において、所定の投入パワーの値を予め設定しておくようにしているので、異物の発生を抑制して、製品の信頼性の向上を図ることが可能であることは勿論のこと、作業時間の短縮を図ることが可能なＴｉＮ薄膜の形成方法を提供することができる。
【００５２】
又、この発明の請求項７によれば、放電ガスとしてＡｒおよびＮ2、ターゲットとしてＴｉをそれぞれ用い基板上にＴｉＮ薄膜を形成するＴｉＮ薄膜の形成方法において、放電ガスのＡｒに対するＮ2の混合比をターゲットの表面を窒化し得る最小の混合比より高い所定の混合比でターゲットの表面を窒化させる第１の工程と、所定の混合比より低く且つ第１の工程で形成されたターゲット表面の窒化層を維持し得る範囲内の所望の混合比で基板上に成膜を行う第２の工程とを包含するようにしたので、異物の発生を抑制して、製品の信頼性の向上を図ることが可能なＴｉＮ薄膜の形成方法を提供することができる。
【００５３】
又、この発明の請求項８によれば、請求項７において、所定の混合比の値を予め設定しておくようにしたので、異物の発生を抑制して、製品の信頼性の向上を図ることが可能であることは勿論のこと、作業時間の短縮を図ることが可能なＴｉＮ薄膜の形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 Ｎ2ガスをＡｒガスに混合して放電ガスとする反応性スパッタリングにおいて、Ｔｉ、ＴｉＮ薄膜の形成状態を放電ガスのガス流量Ｑをパラメータとして実験により求めた状態図である。
【図２】 この発明の実施例２におけるＴｉＮ薄膜の形成方法を説明するためのＴｉＮ成膜のガス流量依存性を示す図である。
【図３】 この発明の実施例３におけるＴｉＮ薄膜の形成方法を説明するためのＴｉＮ成膜の放電パワー依存性を示す図である。
【図４】 この発明の実施例７におけるＴｉＮ薄膜の形成方法を説明するためのＴｉＮ成膜のＮ2ガス依存性を示す図である。
【図５】 この発明におけるＴｉＮ薄膜の形成方法でスパッタリングした場合のＴｉ原子の散乱状態を示す模式図である。
【図６】 従来のスパッタリング装置の構成を示す概略図である。
【図７】 放電ガスのガス流量と成膜速度との関係を示す特性曲線図である。
【図８】 従来のスパッタリング装置でスパッタリングした場合のＴｉ原子の散乱状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 第１の電極、２ 電源、３ ターゲット、４ 第２の電極、５ 基板、
６ シャッタ、７ シールド板、８ 容器、９ ガス導入管、１０ 排気管。
Claims (8)
- 放電ガスとしてＡｒおよびＮ2、ターゲットとしてＴｉをそれぞれ用い基板上にＴｉＮ薄膜を形成するＴｉＮ薄膜の形成方法において、ターゲット表面を所定の速度で窒化する第１の工程と、上記第１の工程における窒化速度より遅く且つ上記第１の工程で形成されたターゲット表面の窒化層を維持し得る範囲内の所望の窒化速度で上記基板上に成膜を行う第２の工程とを包含することを特徴とするＴｉＮ薄膜の形成方法。
- 放電ガスとしてＡｒおよびＮ2、ターゲットとしてＴｉをそれぞれ用い基板上にＴｉＮ薄膜を形成するＴｉＮ薄膜の形成方法において、上記放電ガスの所定のガス流量より大きいガス流量で上記ターゲットの表面を窒化させる第１の工程と、上記所定のガス流量より小さく且つ上記第１の工程で形成されたターゲット表面の窒化層を維持し得る範囲内の所望のガス流量で上記基板上に成膜を行う第２の工程とを包含することを特徴とするＴｉＮ薄膜の形成方法。
- 所定のガス流量の値は予め設定されていることを特徴とする請求項２記載のＴｉＮ薄膜の形成方法。
- 排気ポンプ側のゲートバルブの開度調節によりガス流量を制御するようにしたことを特徴とする請求項２記載のＴｉＮ薄膜の形成方法。
- 放電ガスとしてＡｒおよびＮ2、ターゲットとしてＴｉをそれぞれ用い基板上にＴｉＮ薄膜を形成するＴｉＮ薄膜の形成方法において、上記ターゲットの表面を窒化し得る最大の投入パワーより小さい所定の投入パワーで上記ターゲットの表面を窒化させる第１の工程と、上記所定の投入パワーより大きく且つ上記最大の投入パワーより小さい所望の投入パワーで上記基板上に成膜を行う第２の工程とを包含することを特徴とするＴｉＮ薄膜の形成方法。
- 所定の投入パワーの値は予め設定されていることを特徴とする請求項５記載のＴｉＮ薄膜の形成方法。
- 放電ガスとしてＡｒおよびＮ2、ターゲットとしてＴｉをそれぞれ用い基板上にＴｉＮ薄膜を形成するＴｉＮ薄膜の形成方法において、上記放電ガスのＡｒに対するＮ2の混合比を上記ターゲットの表面を窒化し得る最小の混合比より高い所定の混合比で上記ターゲットの表面を窒化させる第１の工程と、上記所定の混合比より低く且つ上記第１の工程で形成されたターゲット表面の窒化層を維持し得る範囲内の所望の混合比で上記基板上に成膜を行う第２の工程とを包含することを特徴とするＴｉＮ薄膜の形成方法。
- 所定の混合比の値は予め設定されていることを特徴とする請求項７記載のＴｉＮ薄膜の形成方法。
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1994
- 1994-11-21 JP JP28649894A patent/JP3714485B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| JPH08144057A (ja) | 1996-06-04 |
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