JPH02138456A - スパツタリング方法と装置および応用製品 - Google Patents
スパツタリング方法と装置および応用製品Info
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- JPH02138456A JPH02138456A JP63060421A JP6042188A JPH02138456A JP H02138456 A JPH02138456 A JP H02138456A JP 63060421 A JP63060421 A JP 63060421A JP 6042188 A JP6042188 A JP 6042188A JP H02138456 A JPH02138456 A JP H02138456A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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・インテグレーテッド・サーキットのバリヤ層或
いは配線膜に適用するのに好適である。
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・インテグレーテッド・サーキットのバリヤ層或
いは配線膜に適用するのに好適である。
ラージ・スケール・インテグレーテッド・サーキット（
ＬＳＩ）或いはベーリ・ラージ・スケール・インテグレ
ーテッド・サーキット（ＶＬＳＩ）の集積度が進むと、
シリコン基板上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小さくなり、
第２１図に示すアスペクト比が大きくなってくる。一般
に用いられているマグネトロンスパッタ法では、アスペ
クト比が１に近づいてくると配線材料のスパッタ付着時
のシャドーイング効果により、第２１図に示すステップ
カバレッジが悪くなり、配線抵抗の増大やエレクトロマ
イグレーショ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、ターゲッ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ッタ法が開発された。第１６
図はその一例で直流マグネトロンバイアススパッタ法の
原理を示している。ターゲット６にスパッタ用直流電源
１２、基板８にはバイアス（逆スパッタ）用直流電源１
１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模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（逆スパッタ
）を受けながら膜が形成されていく。このため、バイア
スなしのスパッタ法に比ベステップ力バレツジを改善で
きる。
ＬＳＩ）或いはベーリ・ラージ・スケール・インテグレ
ーテッド・サーキット（ＶＬＳＩ）の集積度が進むと、
シリコン基板上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小さくなり、
第２１図に示すアスペクト比が大きくなってくる。一般
に用いられているマグネトロンスパッタ法では、アスペ
クト比が１に近づいてくると配線材料のスパッタ付着時
のシャドーイング効果により、第２１図に示すステップ
カバレッジが悪くなり、配線抵抗の増大やエレクトロマ
イグレーショ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、ターゲッ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ッタ法が開発された。第１６
図はその一例で直流マグネトロンバイアススパッタ法の
原理を示している。ターゲット６にスパッタ用直流電源
１２、基板８にはバイアス（逆スパッタ）用直流電源１
１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模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（逆スパッタ
）を受けながら膜が形成されていく。このため、バイア
スなしのスパッタ法に比ベステップ力バレツジを改善で
きる。
なお符号７はマグネット、１０は絶縁物、１７は真空容
器を示している。
器を示している。
しかし、このようなバイアススパッタ法では。
結晶（１１１）配向性が著しく低下することが明らかと
なってきた。結晶粒の配向性とエレクトロマイグレーシ
ョン、ストレスマイグレーションとは関連があり、配向
性が良い程、エレク１へロマイグレーション、ストレス
マイグレーションの耐性が同士することが知られている
。そこで、本発明の目的は、膜質とステップカバレッジ
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。
なってきた。結晶粒の配向性とエレクトロマイグレーシ
ョン、ストレスマイグレーションとは関連があり、配向
性が良い程、エレク１へロマイグレーション、ストレス
マイグレーションの耐性が同士することが知られている
。そこで、本発明の目的は、膜質とステップカバレッジ
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、かかる方法によって形成された膜
を具備する集積回路装置を提供するにある。
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、ターゲットと基板の両方に負の電圧を印加してスイ
ッチングし、膜形成と逆スパッタを交互に行うことにあ
る。
は、ターゲットと基板の両方に負の電圧を印加してスイ
ッチングし、膜形成と逆スパッタを交互に行うことにあ
る。
又、ターゲッ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ッチングすることにあ
る。
む負のパルス電圧を印加してスイッチングすることにあ
る。
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０２．Ｎ２．Ｎ２０などの不純ガスがある。これらが
スパッ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、成長過程に堆積欠陥を成長させるた
め膜質が低下する。
る０２．Ｎ２．Ｎ２０などの不純ガスがある。これらが
スパッ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、成長過程に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ッタ
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とターゲット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Ａ
Ｑと不純物の一部が逆スパッタされる。逆スパッタされ
た不純物は原子状に解離され活性化している。これがタ
ーゲットから飛来してくるＡｌ１のスパッタ粒子に再混
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、ターゲットと基
板に印加する電圧を交互にスイッ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。
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とターゲット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Ａ
Ｑと不純物の一部が逆スパッタされる。逆スパッタされ
た不純物は原子状に解離され活性化している。これがタ
ーゲットから飛来してくるＡｌ１のスパッタ粒子に再混
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、ターゲットと基
板に印加する電圧を交互にスイッ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。
ターゲットに負の電圧を印加しＡＱのスパッタ粒子を基
板に付着させる。このとき、真空容器内の残留不純ガス
も基板表面の膜内部に混入する。次にターゲットに印加
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ＡＱと不純物の一部はＡｒイオン衝
撃により逆スパッタされ、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
め配向性とステップカバレッジの良い膜が形成される。
板に付着させる。このとき、真空容器内の残留不純ガス
も基板表面の膜内部に混入する。次にターゲットに印加
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ＡＱと不純物の一部はＡｒイオン衝
撃により逆スパッタされ、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
め配向性とステップカバレッ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、スパッタ
とバイアス電圧を交互にスイッチングし、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
】−図の本発明の装置が示すようにターゲットにはマグ
ネット７が設置されており、これがプラズマを集束させ
ｌ Ｏ−３Ｔｏｒｒ台でスパッタ放電を可能にしている
。しかし、基板８にはマグネッ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
って基板は逆スパッタされない。しかし、本発明ではタ
ーゲット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持続できるようにしである。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、ターゲット６とアースさ
れた真空容器１７間の放電が完全にＯになっても、基板
に電圧が印加されれば、基板上真空容器アース間で放電
することができる。しかし、成膜条件によっては、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５電圧をタ
ーゲットから基板に切り換えるとき、スパッタ電圧（電
力）を完全にＯにしないで、スパッタ（膜形成時）の時
より電圧（ｆｌ！力）を低くしてスパッタ放電を持続さ
せておく。これにより、Ａｒイオンの一部は基板に流れ
込み基板は逆スパッタされる。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、スイッチン
グ周期、バイアスとスパッタの通電比などの因子を適切
に選ぶことにより、膜特性とステップカバレッジを大幅
に改善できる。
とバイアス電圧を交互にスイッチングし、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
】−図の本発明の装置が示すようにターゲットにはマグ
ネット７が設置されており、これがプラズマを集束させ
ｌ Ｏ−３Ｔｏｒｒ台でスパッタ放電を可能にしている
。しかし、基板８にはマグネッ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
って基板は逆スパッタされない。しかし、本発明ではタ
ーゲット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持続できるようにしである。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、ターゲット６とアースさ
れた真空容器１７間の放電が完全にＯになっても、基板
に電圧が印加されれば、基板上真空容器アース間で放電
することができる。しかし、成膜条件によっては、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５電圧をタ
ーゲットから基板に切り換えるとき、スパッタ電圧（電
力）を完全にＯにしないで、スパッタ（膜形成時）の時
より電圧（ｆｌ！力）を低くしてスパッタ放電を持続さ
せておく。これにより、Ａｒイオンの一部は基板に流れ
込み基板は逆スパッタされる。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、スイッチン
グ周期、バイアスとスパッタの通電比などの因子を適切
に選ぶことにより、膜特性とステップカバレッジを大幅
に改善できる。
「実施例１」
第１図、第３図を参照して、本発明による膜厚形成装置
の実施例を示す６第３図は本発明の波形の模式図である
。ここで、ＰＷはスパッタピーク電力、ＢＷはスパッタ
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はスパッタベース電力比、Ｔ
２／（Ｔ１＋Ｔ２）はバイアス比、（Ｔ１＋Ｔ２）はス
イッチング周期とする。第１図において、２はスパッタ
電力波形制御電源、１は逆スパッ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はターゲット、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
でスパッタ、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
パッタ電力波形およびバイアス電圧波形（逆スパッタ）
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、スパッタ電力波形制御型源２．逆スパッタ定電圧波
形制御世源ｌ、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ィードバックされている。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、スパッタ電
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
電を持続させるのにも役だっている。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１
０図を用いて説明する。以下の説明で共通条件としてタ
ーゲットにはＡＱ−１重量％Ｓｉ合金、基板にはＳｉウ
ェハーを用い、真空到達圧力は３ Ｘ １０−７Ｔｏｒ
ｒ、放電圧力はＡｒガス雰囲気で５ Ｘ １０−’Ｔｏ
ｒｒとした。まず、スパッ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。スパッタ電力を５００Ｗの一定にし、コイ
ルに印加する高周波電力をＯ〜２００Ｗに変えた場合で
ある。高周波電力がＯＷの時、放電限界圧力は９ Ｘ
Ｉ Ｏ−’Ｔｏｒｒであるが、高周波電力が増加するに
したがっ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８Ｘ １０−３Ｔｏｒｒである。このように本
発明は、従来法のＤＣマグネトロンスパッタ法に比べ１
桁以上高真空域で放電できるため膜質の向上に役だって
いる。第７図はスイッチング周期（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Ｂ’Ｖを５０Ｖ、バイアス電流を０．３Ａにし、
スパッタベース電力比（ＢＷ／ＰＷ）を０〜１に変えＸ
線回折強度（１１１）に及ぼすスパッタベース電力比の
影響を調べたものである。
の実施例を示す６第３図は本発明の波形の模式図である
。ここで、ＰＷはスパッタピーク電力、ＢＷはスパッタ
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はスパッタベース電力比、Ｔ
２／（Ｔ１＋Ｔ２）はバイアス比、（Ｔ１＋Ｔ２）はス
イッチング周期とする。第１図において、２はスパッタ
電力波形制御電源、１は逆スパッ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はターゲット、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
でスパッタ、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
パッタ電力波形およびバイアス電圧波形（逆スパッタ）
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、スパッタ電力波形制御型源２．逆スパッタ定電圧波
形制御世源ｌ、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ィードバックされている。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、スパッタ電
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
電を持続させるのにも役だっている。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１
０図を用いて説明する。以下の説明で共通条件としてタ
ーゲットにはＡＱ−１重量％Ｓｉ合金、基板にはＳｉウ
ェハーを用い、真空到達圧力は３ Ｘ １０−７Ｔｏｒ
ｒ、放電圧力はＡｒガス雰囲気で５ Ｘ １０−’Ｔｏ
ｒｒとした。まず、スパッ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。スパッタ電力を５００Ｗの一定にし、コイ
ルに印加する高周波電力をＯ〜２００Ｗに変えた場合で
ある。高周波電力がＯＷの時、放電限界圧力は９ Ｘ
Ｉ Ｏ−’Ｔｏｒｒであるが、高周波電力が増加するに
したがっ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８Ｘ １０−３Ｔｏｒｒである。このように本
発明は、従来法のＤＣマグネトロンスパッタ法に比べ１
桁以上高真空域で放電できるため膜質の向上に役だって
いる。第７図はスイッチング周期（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Ｂ’Ｖを５０Ｖ、バイアス電流を０．３Ａにし、
スパッタベース電力比（ＢＷ／ＰＷ）を０〜１に変えＸ
線回折強度（１１１）に及ぼすスパッタベース電力比の
影響を調べたものである。
スパッタベース電力比がＯ〜０．３付近で３７０Ｋ ｃ
ｐｓの最大値を示しているが、これ以上、スパッタベー
ス電力比が大きくなると回折強度は大きく低下し、スパ
ッタベース電力比１で１３０Ｋｃｐｓになる。すなわち
、スパッタベース電力比が１に近づくにしたがってＸ線
回折強度が低下するのはスパッ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 （Ｎｚ、０２．ＨｚＯ）が膜内に混入して行くためであ
る。
ｐｓの最大値を示しているが、これ以上、スパッタベー
ス電力比が大きくなると回折強度は大きく低下し、スパ
ッタベース電力比１で１３０Ｋｃｐｓになる。すなわち
、スパッタベース電力比が１に近づくにしたがってＸ線
回折強度が低下するのはスパッ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 （Ｎｚ、０２．ＨｚＯ）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８ Ｋｃｐ
ｓであった。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。
ｓであった。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ノ（ツタ
ベース電力比を０．３ にし、スイッチング周期（Ｔ
１＋Ｔ２）を０．１〜１００秒に変え、回折強度に及ぼ
すスイッチング周期の影響を調べたものである。スイッ
チング周期が０．１ 〜１０秒の範囲では、はぼ一定で
あるが、１００秒になると大幅に低下する。このように
、スイッチング周期も重要な因子であり、材料や使用目
的によってスイッ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
グレーショ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０．５ μｍ成膜後、幅０，８
μｍ、長さ２ｍのストライプパターンを加工し、４
５０℃Ｘ６０分の熱処理をした。これに保護膜として厚
さ１μｍの５ｉＯｚ膜をＣＶＤ法で形成した。試験温度
は１５０℃、電流密度は２Ｘ１０’Ａ／ｃ！ｌｌ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〜７０ Ｋｃｐｓ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）と耐マイグレーショ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
アススパッタ法で成膜したものは同図に示しであるよう
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３７ Ｋｃｐｓでは５
１０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図はステップカ
バレッジに及ぼすバイアス比（Ｔ ２／（Ｔ ｌ ＋Ｔ
２））の影響を示す。
ベース電力比を０．３ にし、スイッチング周期（Ｔ
１＋Ｔ２）を０．１〜１００秒に変え、回折強度に及ぼ
すスイッチング周期の影響を調べたものである。スイッ
チング周期が０．１ 〜１０秒の範囲では、はぼ一定で
あるが、１００秒になると大幅に低下する。このように
、スイッチング周期も重要な因子であり、材料や使用目
的によってスイッ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
グレーショ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０．５ μｍ成膜後、幅０，８
μｍ、長さ２ｍのストライプパターンを加工し、４
５０℃Ｘ６０分の熱処理をした。これに保護膜として厚
さ１μｍの５ｉＯｚ膜をＣＶＤ法で形成した。試験温度
は１５０℃、電流密度は２Ｘ１０’Ａ／ｃ！ｌｌ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〜７０ Ｋｃｐｓ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）と耐マイグレーショ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
アススパッタ法で成膜したものは同図に示しであるよう
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３７ Ｋｃｐｓでは５
１０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図はステップカ
バレッジに及ぼすバイアス比（Ｔ ２／（Ｔ ｌ ＋Ｔ
２））の影響を示す。
スイッチング周期（Ｔ１＋Ｔ２）は１ｓｅｃ、スパッタ
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０．８ μｍ、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ップカバ（フッソ
の状況をＳＥＭＩＩ！で調べた。ステップカバレッジは
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ップカバレッジは低
下する。
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０．８ μｍ、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ップカバ（フッソ
の状況をＳＥＭＩＩ！で調べた。ステップカバレッジは
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ップカバレッジは低
下する。
また、同図に示しで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
層ステップカバレッジを向上させることが可能である。
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
層ステップカバレッ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ッタ法のステップ
カバレッジは２２％であった。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
めステップカバレッジは向上しない。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、ステップカバレッ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。
従来法ＤＣマグネトロンバイアススパッタ法のステップ
カバレッジは２２％であった。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
めステップカバレッジは向上しない。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、ステップカバレッ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ＡＱ膜を形成したときの（１１
１）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ＡＱ膜を形成したときの（１１
１）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ＡＱ膜形成条件は、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を１秒、バイアスピーク電
圧を１５０■、バイアス比を０．３、スパッタベース電
力比をＯ６３とした。
タリングのスイッチング周期を１秒、バイアスピーク電
圧を１５０■、バイアス比を０．３、スパッタベース電
力比をＯ６３とした。
従来法においてスパッタ法とは逆スパッタを行なわない
方法であり、バイアススパッタ法とは基板に負の電圧を
印加しながらスパッタする方法であり、波形制御交流ス
パッタ法とは交流を用いてスパッ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−’Ｔｏｒｒ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。
方法であり、バイアススパッタ法とは基板に負の電圧を
印加しながらスパッタする方法であり、波形制御交流ス
パッタ法とは交流を用いてスパッ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−’Ｔｏｒｒ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−ａよ
りも低くすることはできずＸ線回折強度も１００ Ｘｃ
ｐｓが限界である。本発明はＡＭ膜の（１１１）面のＸ
線回折強度を１５０ Ｘｃｐｓ以上にできる唯一の方法
である。
りも低くすることはできずＸ線回折強度も１００ Ｘｃ
ｐｓが限界である。本発明はＡＭ膜の（１１１）面のＸ
線回折強度を１５０ Ｘｃｐｓ以上にできる唯一の方法
である。
「実施例２」
実施例１はターゲットが導電性のものには有効であるが
、ターゲットが絶縁物では放電することができない、そ
こで第１図のスパッタ電力波形制御室′ｇ２．逆スパッ
タ定電圧波形制御電ｇ１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
よりターゲッ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Ａｆｉ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。
、ターゲットが絶縁物では放電することができない、そ
こで第１図のスパッタ電力波形制御室′ｇ２．逆スパッ
タ定電圧波形制御電ｇ１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
よりターゲッ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Ａｆｉ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ノ
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ＡＱ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６バリヤメタルには種々のものがあるが、ＴｉＮは
ＡρとＳｉ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マグネトロンスパッタ
法で、ターゲットにＴｉを用いＡｒ＋Ｎｘ＋Ｏｘ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・備と大きい欠
点がある。一方、基板に負のバイアス（逆スパッタ）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・ｌとなり大幅に低下する。
は急激に増加する。これはＳｉ基板からＡＱ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６バリヤメタルには種々のものがあるが、ＴｉＮは
ＡρとＳｉ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マグネトロンスパッタ
法で、ターゲットにＴｉを用いＡｒ＋Ｎｘ＋Ｏｘ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・備と大きい欠
点がある。一方、基板に負のバイアス（逆スパッタ）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・ｌ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、実用化の障害になっている。すなわち、ス
パッタと逆スパッタを交互にスイッ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きるものと考え
た。そこでスイッチング周期を１０ｓｅｃ、バイアス比
を０．５．スパッタベース電力比を０．３、ターゲット
をＴｉとし、Ａｒ （７，５） 十Ｎｚ （２）＋０ｘ
（０，５）の雰囲気で膜形成した。その結果、比抵抗は
１８０〜２５０μΩ・国が得られ、４５０℃の熱処理を
行なってもバリヤ層を破壊しＡＱ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った。このように
、本発明は反応性スパッタに応用し複合膜を形成するこ
とができる。
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、実用化の障害になっている。すなわち、ス
パッタと逆スパッタを交互にスイッ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きるものと考え
た。そこでスイッチング周期を１０ｓｅｃ、バイアス比
を０．５．スパッタベース電力比を０．３、ターゲット
をＴｉとし、Ａｒ （７，５） 十Ｎｚ （２）＋０ｘ
（０，５）の雰囲気で膜形成した。その結果、比抵抗は
１８０〜２５０μΩ・国が得られ、４５０℃の熱処理を
行なってもバリヤ層を破壊しＡＱ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った。このように
、本発明は反応性スパッ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
法によってＴｉＮ膜を形成し、その上にＡＱ配線膜を形
成し、更にその上を５ｉＯｚよりなる保護膜で被った構
造を示している。保護膜はＳ ｉ Ｏｘに限るものでは
ない。
法によってＴｉＮ膜を形成し、その上にＡＱ配線膜を形
成し、更にその上を５ｉＯｚよりなる保護膜で被った構
造を示している。保護膜はＳ ｉ Ｏｘに限るものでは
ない。
「実施例４ノ
実施例１では第１図の装置構成図が示すようにターゲッ
トを用い真空容器のアースとターゲット間に発生するイ
オンによりスパッ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。
トを用い真空容器のアースとターゲット間に発生するイ
オンによりスパッ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。
フィラメント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はフィラメント加熱電源、符号
１５はるつぼである。
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はフィラメント加熱電源、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ッチング
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図の各部の波形の模式図が示すように、基板
８に負の電圧が印加され逆スパッ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。
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図の各部の波形の模式図が示すように、基板
８に負の電圧が印加され逆スパッ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った結果、ＡＱ膜の
結晶粒配向性（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倍となった。
結晶粒配向性（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倍となった。
「実施例５」
第１５図の実施例は、ターゲット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。
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ッチングすることによ
り膜形成と逆スパッタを行う方法である。
り膜形成と逆スパッ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
れ波形制御されたクイクロ波を波形制御マイクロ波′Ｗ
３．ｇ１９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
生室にはメツシュ電極でできたイオン引き出し電極２１
がついている。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、ターゲッ
トと基板を交互にスイッチングして膜形成と逆スパッタ
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ュ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。したがって適正範囲が広く膜質も実施例１に比べ優
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。
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
れ波形制御されたクイクロ波を波形制御マイクロ波′Ｗ
３．ｇ１９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
生室にはメツシュ電極でできたイオン引き出し電極２１
がついている。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、ターゲッ
トと基板を交互にスイッチングして膜形成と逆スパッタ
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ュ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。したがって適正範囲が広く膜質も実施例１に比べ優
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（逆スパッタ）を交互
にスイッチングして膜形成することにより、結晶粒の配
向性とステップカバレッジを大幅に向上させることがで
きる６また、配向性が良いことは耐エレクトロマイグレ
ーション性を高め、ｖｌ、ＳｌのＡｕ又はＡＱ合金配線
の寿命を伸ばし信頼性を著しく向上させる。ステップカ
バレッジの改善は、ますます微細化して行＜ＶＬＳ Ｉ
の配線プロセスに対応できるばかりでなく、現有ＶＬＳ
Ｉに対しては、より信頼性を向上させることができる。
にスイッチングして膜形成することにより、結晶粒の配
向性とステップカバレッジを大幅に向上させることがで
きる６また、配向性が良いことは耐エレクトロマイグレ
ーション性を高め、ｖｌ、ＳｌのＡｕ又はＡＱ合金配線
の寿命を伸ばし信頼性を著しく向上させる。ステップカ
バレッジの改善は、ますます微細化して行＜ＶＬＳ Ｉ
の配線プロセスに対応できるばかりでなく、現有ＶＬＳ
Ｉ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ッ
タ法、従来のバイアススパッ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。
タ法、従来のバイアススパッ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図はスイッチング因子と、Ｘ線回折強度との関係
を示す特性図、第９図はＡＱ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
テップカバレッジとの関係を示す特性図、第１１図はス
パッ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ッタ装置の構
成図、第１７図はその作動を示す例示図、第１８図は第
］−６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
ススパッタ法におけるＴｉＮ膜組織の模式図、第２０図
はバイアスなしのＤＣマグネトロンスパッタ法における
ＴｉＮ膜組織の模式図、第２１図はアスペクト比とステ
ップカバレッジの説明図、第２２図はＡＱ膜形成におし
づるＡｒｎ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・・・逆スパッタ定電圧波形制御電源、２・・・スパ
ッ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・・・ターゲット、７・・・マグネット、８・
・・基板、１０・・・絶縁物、１１・・・熱電子加速電
圧波形制御電源、１２・・・フィラメント加熱電源、１
３・・・フィラメント、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 第 幻 Ｏ・室を較←精なに一奸統物 スＩマソタ 逆スハ０ンク ス／Ｙンタ 逆スパッタ 第 ■ 第 凹 第 阻 スノＶ／り公 スｔ、力ｒ乙＜Ｆ３Ｗ／ＦＷ） 第 δ 凹 スイツナング岡閂 （Ｓｅ（Ｊ Ｘ線回折強度 （ｋｃＦ３−） 第 ／３ 第 ／４ 第 口 ／ＶイアスＦヒ （Ｔ２／ （丁ｔｔｌｚ）つ 第 第 ■ ２２・・・導浅賃 第 ステップ°ｇｔ＼゛ ｐｙジ： （Ｌ２／Ｌ＋）ｘ １
０（Ｋ５）アスＮりＦＬｔ：Ｓｚ／Ｓ。 第 ２３図 Ｏ２保咥膜 ＼
、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図はスイッチング因子と、Ｘ線回折強度との関係
を示す特性図、第９図はＡＱ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
テップカバレッジとの関係を示す特性図、第１１図はス
パッ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ッタ装置の構
成図、第１７図はその作動を示す例示図、第１８図は第
］−６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
ススパッタ法におけるＴｉＮ膜組織の模式図、第２０図
はバイアスなしのＤＣマグネトロンスパッタ法における
ＴｉＮ膜組織の模式図、第２１図はアスペクト比とステ
ップカバレッジの説明図、第２２図はＡＱ膜形成におし
づるＡｒｎ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・・・逆スパッタ定電圧波形制御電源、２・・・スパ
ッ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・・・ターゲット、７・・・マグネット、８・
・・基板、１０・・・絶縁物、１１・・・熱電子加速電
圧波形制御電源、１２・・・フィラメント加熱電源、１
３・・・フィラメント、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 第 幻 Ｏ・室を較←精なに一奸統物 スＩマソタ 逆スハ０ンク ス／Ｙンタ 逆スパッタ 第 ■ 第 凹 第 阻 スノＶ／り公 スｔ、力ｒ乙＜Ｆ３Ｗ／ＦＷ） 第 δ 凹 スイツナング岡閂 （Ｓｅ（Ｊ Ｘ線回折強度 （ｋｃＦ３−） 第 ／３ 第 ／４ 第 口 ／ＶイアスＦヒ （Ｔ２／ （丁ｔｔｌｚ）つ 第 第 ■ ２２・・・導浅賃 第 ステップ°ｇｔ＼゛ ｐｙジ： （Ｌ２／Ｌ＋）ｘ １
０（Ｋ５）アスＮりＦＬｔ：Ｓｚ／Ｓ。 第 ２３図 Ｏ２保咥膜 ＼
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、真空容器内に対向して配置されたスパッタ用ターゲ
ットと基板との間で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基板上にターゲット物質を堆積する
方法において、前記ターゲットと前記基板の両方に負の
電圧を印加してスイッチングすることを特徴とするスパ
ッタリング方法。 ２、真空容器内の基板とスパッタ用ターゲットとに交互
にイオンを衝撃してスパッタリングと逆スパッタリング
をくり返すことにより基板上にターゲット物質を堆積す
る方法において、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負の電圧を印加してスイッチ
ングすることを特徴とするスパッタリング方法。 ３、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撃させる
ことによりスパッタリングと逆スパッタリングをくり返
して基板上にターゲット物質を堆積する方法において、
前記ターゲットと前記基板の両方に負の電圧を印加して
スイッチングすることを特徴とするスパッタリング方法
。 ４、真空容器内の基板に負の電圧を印加した状態でター
ゲットをイオンによりスパッタして基板上に堆積させる
バイアススパッタリング方法において、前記基板と前記
ターゲットの両方に交互に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くり返すことを特徴とす
るバイアススパッタリング方法。 ５、真空容器内の基板に負の電圧を印加した状態でター
ゲットをイオンによりスパッタして基板上に堆積させる
バイアススパッタリング方法において、前記基板と前記
ターゲットの両方に交互にパルス電圧を印加すると共に
該パルス電圧の印加中に他方に該パルス電圧よりも小さ
い負のベース電圧を印加しておくことを特徴とするバイ
アススパッタリング方法。 ６、真空容器内に対向して配置したスパッタ用ターゲッ
トと基板との間でスパッタリングと逆スパッタリングを
交互にくり返して基板上にターゲット物質を堆積する方
法において、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してスイッチングす
ることを特徴とするバイアススパッタリング方法。 ７、請求項１において、前記真空容器をアースとし、タ
ーゲットと前記基板の両方に負のパルス電圧を印加して
スイッチングすることを特徴とするスパッタリング方法
。 ８、請求項７において、前記ターゲットに印加するパル
スのピーク値を前記基板に印加するパルスのピーク値よ
りも高くしたことを特徴とするスパッタリング方法。 ９、請求項７において前記ターゲットに負のパルス電圧
を印加する時間を前記基板に負のパルス電圧を印加する
時間よりも長くしたことを特徴とするスパッタリング方
法。 １０、請求項５において、前記ターゲットのベース電圧
を前記基板のベース電圧よりも高くしたことを特徴とす
るバイアススパッタリング方法。 １１、請求項４において、前記ターゲットに印加するパ
ルスのピーク値を前記基板に印加するパルスのピーク値
よりも高くしたことを特徴とするバイアススパッタリン
グ方法。 １２、請求項４において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も長くした
ことを特徴とするバイアススパッタリング方法。 １３、チャンバー内にターゲットと基板を対向させて配
置し、スパッタおよび逆スパッタにより基板上にターゲ
ット物質の薄膜を形成する薄膜形成方法において、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
いにずらせてスパッタと逆スパッタとを交互に行うこと
を特徴とする薄膜形成方法。 １４、真空容器内のスパッタ用ターゲットと基板との間
でスパッタリングと逆スパッタリングを交互にくり返し
て基板上にターゲット物質を堆積する方法において、前
記ターゲットと前記基板の両方に負のパルス電圧を印加
してスイッチングすると共に、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。 １５、請求項１４において、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
りも低くしたことを特徴とするスパッタリング方法。 １６、真空容器内の基板に負の電圧を印加した状態でタ
ーゲットをイオンによりスパッタして基板上に堆積させ
るバイアススパッタリング方法において、前記基板と前
記ターゲットの両方に交互に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くり返すと共に、前記
ターゲットと前記基板との間にコイルを設置して高周波
電圧を印加しプラズマを発生させることを特徴とするバ
イアススパッタリング方法。 １７、請求項１６において、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
りも低くしたことを特徴とするバイアススパッタリング
方法。 １８、請求項１６において、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
きるようにしたことを特徴とするバイアススパッタリン
グ方法。 １９、請求項１６において、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を特徴とするバイアススパ
ッタリング方法。 ２０、請求項１において、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を特徴とするスパ
ッタリング方法。 ２１、請求項４において、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を特徴とするバイ
アススパッタリング方法。 ２２、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逆スパッタリングすることと
を交互にくり返して基板上に蒸発物質を堆積することを
特徴とする蒸着方法。 ２３、請求項２２において、前記基板に負のパルス電圧
を印加することを特徴とする蒸着方法。 ２４、請求項２２において、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を特徴とする蒸着方法。 ２５、請求項２２において、前記蒸発物質を電子ビーム
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を特徴とする蒸着方法。 ２６、スパッタリングを発生させるイオンをイオン源で
つくり、そこからイオンをとり出し、加速して、別のチ
ャンバー内におかれたターゲットに衝突させて、ターゲ
ット物質を基板に堆積させるイオンビームスパッタリン
グ方法において、前記基板をイオン衝撃する別個のイオ
ン源を設け、ターゲットの衝撃と基板の衝撃を交互にス
イッチングすることを特徴とするイオンビームスパッタ
リング方法。 ２７、請求項１において、反応性ガス雰囲気でスパッタ
リングと逆スパッタリングを交互にくり返すことにより
、層状或いは混合組織の膜を形成することを特徴とする
膜形成方法。 ２８、請求項４において、反応性ガス雰囲気でスパッタ
リングと逆スパッタリングを交互にくり返すことにより
、層状或いは混合組織の膜を形成することを特徴とする
膜形成方法。 ２９、請求項４において、アルゴンと窒素と酸素を含む
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を特徴とする窒化チタン膜の
形成方法。 ３０、請求項２９において、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を特徴と
する窒化チタン膜の形成方法。 ３１、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を特徴とする集
積回路装置。 ３２、請求項３１において、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１５０Ｘｃｐ
ｓ以上であることを特徴とする集積回路装置。 ３３、（１１１）面のＸ線回折強度のピーク値が１５０
Ｘｃｐｓ以上よりなることを特徴とするアルミニウム膜
。 ３４、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（Ｌｉ）と前記基板の凹みの
エッヂ部分に形成された膜厚（Ｌ２）との比（Ｌ２／Ｌ
１）が０．３以上よりなることを特徴とする薄膜を具備
する物品。 ３５、請求項３４において、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、前記凹みのエッヂ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を特徴とする薄膜を具備する
物品。 ３６、真空容器内にターゲットと基板を対向させて配置
し、スパッタと逆スパッタとを交互に行ない、基板上に
ターゲット物質の薄膜を形成する薄膜形成方法において
、任意の二つの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力、バイアス
電力を独立に夫々発生する波形制御電源を備え、上記ス
パッタ電力、バイアス電圧を、夫々ターゲット、基板に
印加するようにしたことを特徴とする薄膜形成装置。 ３７、請求項３６において、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を
特徴とする薄膜形成装置。 ３８、真空容器内に基板と電子ビーム蒸発源を対向させ
て配置し、基板に負の電圧を印加し、蒸着と逆スパッタ
を交互にスイッチングして膜形成する薄膜形成装置にお
いて、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、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、上記バイアス
電圧、熱電子加速電圧、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ようにしたこ
とを特徴とする薄膜形成装置。 ３９、真空容器内にターゲットと基板を対向させて配置
し、スパッタおよび逆スパッタにより基板上にターゲッ
ト物質の薄膜を形成する薄膜形成装置において、任意の
二つの波形信号を発生する任意波形信号発生器と、この
任意波形信号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力および逆ス
パッタ電力を独立に夫々発生するアナログ波形制御電源
とを備え、上記スパッタ電力および逆スパッタ電力を夫
々ターゲットおよび基板に印加するようにしたことを特
徴とする薄膜形成装置。 ４０、基板上に粒状晶と柱状晶の層状組織のスパッタ膜
或いは蒸着膜を有することを特徴とする薄膜を具備する
物品。
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 |
| DE3852912T DE3852912T2 (de) | 1987-06-30 | 1988-06-28 | Verfahren und Gerät zur Kathodenzerstäubung. |
| EP88110281A EP0297502B1 (en) | 1987-06-30 | 1988-06-28 | Method of and apparatus for sputtering |
| 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 |
|---|---|---|---|
| JP62-163092 | 1987-06-30 | ||
| JP16309287 | 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 true JPH02138456A (ja) | 1990-05-28 |
| JP2602276B2 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 (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04159680A (ja) * | 1990-10-24 | 1992-06-02 | Seiko Instr Inc | 強誘電体薄膜素子 |
| JPH1129865A (ja) * | 1997-04-23 | 1999-02-02 | Applied Materials Inc | スパッタリングチャンバのマグネット |
| US6348238B1 (en) | 1999-03-12 | 2002-02-19 | Anelva Corporation | Thin film fabrication method and thin film fabrication apparatus |
| WO2002021572A1 (fr) * | 2000-09-07 | 2002-03-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Procede de production de film mince et ampoule electrique presentant un tel film mince |
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