JPH03156920A - 薄膜形成方法とその装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、被堆積基板に薄膜を形成する場合のステン
プカバレージ（段差被膜性）を向上できる薄膜形成方法
とその装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、被堆積基板に電極を形成する配線形成技術におい
て、被堆積基板のコン・タクトホールに電極材料を埋め
込む場合、スパッタリング法および真空蒸着法などを用
いて、金属薄膜を堆積させていた。

スパッタリング法は、真空容器中で雰囲気ガス（アルゴ
ンガス等）に電界を印加し、グロー放電を起こしてプラ
ズマ化し、陰極のターゲットに衝突させることによって
、このターゲット（アルミニウム等）より堆積原子を飛
散させ、陽極近傍の被堆積基板上に堆積させるものであ
る。

また真空容器中の雰囲気ガスに印加される電界と直交す
る磁界を配置し、この直交電磁界によって、真空容器中
のグロー放電によって生じる雰囲気ガスのプラズマをタ
ーゲットの近傍の空間に高密度に閉じ込めることによっ
て、効率良く堆積原子を飛散させるマグネトロンスパッ
タ法がある。

第３図は従来のマグネトロンスパッタ装置（ブレーナ型
）を示す概念図である。第３図に示すように従来のマグ
ネトロンスパッタ装置１９は、陽極２０に被堆積基板６
が配置され、陰極２にターゲット３が配置される。

ターゲット３の裏側には永久磁石（または電磁石）４が
配置される。このような陽極２０．陰極２、被堆積基板
６．ターゲツト３、永久磁石（または電磁石）４は真空
容器１５内に収められる。

また１１は雰囲気ガス導入口、１２は排気口、１４は電
源である。

このようなマグネトロンスパッタ装置１９は、先ず真空
容器１５内に雰囲気ガス導入口１１よりアルゴンガスを
供給し、電源１４により、陽極２０陰極２間のアルゴン
ガスに電界を印加する。するとこの電界によりアルゴン
ガスがグロー放電を起こしプラズマ化する。このプラズ
マ化したアルゴンガスの・うちアルゴンイオンを陰極２
のターゲット３に加速衝突させることによって、ターゲ
ット３の表面より堆積原子（被スパツタリング粒子）を
離脱させる。この堆積原子の被堆積基板６上への堆積に
より、被堆積基板６に電極を形成するものである。

なおこのマグネトロンスパッタ装置１９は、永久磁石（
または電磁石）４によってアルゴンガスに印加される電
界と直交した磁界すなわち直交電磁界を発生させ、この
直交電磁界によってターゲット３の表面でのプラズマ密
度を高めることにより効率良く堆積原子を被堆積基板６
上に飛散させることができる。

近年、このようなスパッタリング装置において、被堆積
基板６の表面の微小段差部分での堆積膜のステップカバ
レージ（段差被膜性）の改善のために、陽極２０近傍の
被堆積基板６にもバイアス電位を印加してアルゴンイオ
ンを衝突させ、膜堆積とスパッタエツチングとを同時に
行って堆積膜の平坦化を行うバイアススパッタ法、また
堆積膜の融点付近に被堆積基板６の温度を保持し、被堆
積基板６０表面での堆積原子の運動を促進し、堆積膜の
平坦化を行う高温スバンタ法が用いられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら上記バイアススパッタ法によるステップカ
バレージの改善方法では、アルゴンイオンを被堆積基板
６に加速衝突させるため、被堆積基板６に形成されてい
る素子に損傷を生じたり、堆積膜中にアルゴンイオンが
侵入して、堆積膜の膜質が劣化するという問題点がある
。また高温スパッタ法によるステップカバレージの改善
方法では、被堆積基板６を均一に加熱することが困難で
あり、堆積膜の平坦化も困難である。さらにシリコン基
板（図示せず）上にアルミニウム膜を堆積した場合、堆
積中のシリコン基板の温度上昇によりアルミニウムスパ
イクを生じ、接合の突き抜けが生しる。またこのアルミ
ニウムスパイクの発生を防止するため、シリコン含有の
アルミニウム合金を堆積膜として用いた場合、半導体基
板上のコンタクトホールの底部にシリコンが析出し、コ
ンタクト抵抗が増大するという問題がある。そこで堆積
膜として高融点金属のパリアメクル（窒化チタニウム、
タングステン等）を用いる方法があるが、このようなバ
リアメタルを用いた場合、製造工程数の増大、ドライエ
ツチング時の微小加工性の劣化、腐食などの問題点を避
けることはできない。

第４図は従来のマグネトロンスパッタ装置を用いて被堆
積基板上に薄膜形成を行った様子を示す概念図である。

第４図に示すように、被堆積基板６上には酸化膜１６と
微小段差であるコンタクトホール１７が形成されている
。なおコンタクトボール１７は幅０．１μｍ、高さ１．
０μｍとする。

このようなコンタクトホール１７の内部に第３図に示す
従来のマグネトロンスパッタ装置１９を用いて、シリコ
ン１％含有のアルミニウム合金膜を堆積膜２１として形
成した場合、堆積膜２１の堆積膜厚が０．２５μｍ以下
の場合は、コンタクトホール１７の内部に比較的均一に
堆積膜２１が形成されるが、堆積膜２１の堆積膜厚が０
．２５μｍを超えるとターゲット３から飛散した堆積原
子が被堆積基板６上で表面運動をすることにより、堆積
膜２１はコンタクトホール１７の内側へ庇状に突出する
よう形成され、この突出した堆積膜２１のためにターゲ
ット３から飛散する堆積原子がコンタクトホール１７の
底部に到達しにくくなる。

いわゆる自己斜影効果が生じるのである。そのため、コ
ンタクトホール１７の底部での堆積膜２１の膜厚が薄く
なり、第４図に示すようにコンタクトホール１７の底部
での堆積膜２１の膜厚はわずか０．１μｍである。また
コンタクトポール１７の底部の周辺部分で堆積膜２１が
くびれてしまい、特に角部Ａ部で膜厚が薄くなってしま
う。

その結果、被堆積基板上のコンタクトホール等の段差部
分に電極として形成した金属薄膜のステンプカハレージ
（段差被膜性）率が極めて悪化し、表面に形成された電
極の断線等を引き起こす原因となるという問題があった
。

この発明の目的は、上記問題点に鑑み、被堆積基板上の
微小段差部分のステンプカバレージ（段差被膜性）の良
好な薄膜形成方法とその装置を供給することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段］ 請求項（１）記載の薄膜形成方法は、堆積原子の運動を
抑制する温度以下に被堆積基板を冷却し、スパッタリン
グ法によりこの被堆積基板に金属薄膜を形成するもので
ある。

請求項（２）記載の薄膜形成装置は、液体窒素を流入し
て被堆積基板を冷却する基板ホルダを備えたものである
。

〔作用〕

この発明の薄膜形成方法によれば、堆積原子の運動を抑
制する温度以下に被堆積基板を冷却し、スパッタリング
法によりこの被堆積基板に金属薄膜を形成するため、被
堆積基板上での堆積原子の表面運動を抑制し、この堆積
原子の表面運動が原因となって生じる庇状に突出した堆
積膜の形成を防ぐことができる。

〔実施例〕

この発明の一実施例を第１図ないし第２図に基づいて説
明する。

第１図はこの発明の一実施例の薄膜形成装置を示す概念
図である。

第１図に示すように、陰極２にはターゲット３を配置し
、このターゲット３の裏側には、永久磁石（または電磁
石）４を配置する。また陽極５には、金属薄膜を形成す
べき被堆積基板６を配置する。そしてさらに基板ホルダ
７には、被堆積基板６を冷却するための液体窒素を導入
する液体窒素配管８．基体ボルダ７の温度を測定するた
めの熱電対９．および冷却効率を上げるための雰囲気ガ
ス噴出口ＩＯを設置する。また１１は雰囲気ガスの導入
口、１２は排気口、１３はヒータ、１４は電源である。

なお陰極２．ターゲット３．永久磁石（または電磁石）
４．陽極６．被堆積基板６．基板ホルダ７、液体窒素配
管８．熱電対９．雰囲気ガス噴出口１０．ヒータ１３は
真空容器１５内に収める。

またこの薄膜形成装置１は、永久磁石（または電磁石）
４によって雰囲気ガスに印加される電界と直交した磁界
すなわち直交電磁界を発生させ、この直交電磁界によっ
てターゲット３の表面でのプラズマ密度を高めることに
より効率良く堆積原子を被堆積基板６上に飛散させるこ
とができる。

このような薄膜形成装置１を用いて、６０秒間液体窒素
を液体窒素配管８に導入することにより被堆積基板６を
温度−４０°Ｃに冷却した後、ターゲット３をプラズマ
化した雰囲気ガスでスパッタさせることにより堆積原子
を飛散させ、被堆積基板６の表面に堆積させて以下の条
件で金属薄膜（図示せず）を形成した。

ターゲット３としてシリコン１％含有のアルミニウム合
金を用いた。また雰囲気ガスとしてアルゴンガス１０ｍ
Ｔｏｒｒを用いた。またターゲット３への投入電力１５
．０ｗ／ｃ＋ｔとした。また堆積速度は１．０μｍ／ｍ
ｉｎである。

第２図は実施例の薄膜形成装置１を用いて、被堆積基板
６上に薄膜形成を行った様子を示す概念図である。第２
図に示すように、酸化膜１６および幅１．０μｍ、深さ
１．０μｍのコンタクトボール１７が形成された被堆積
基板６の表面にシリコン１％含有のアルミニウム合金膜
を金属薄膜１８として形成した。

実施例によれば、金属薄膜１８の堆積中、液体窒素によ
り被堆積基板６が冷却されているため、被堆積基板６上
での堆積原子の運動が抑制され、その結果、従来のよう
な庇状に突出した堆積膜２１の形成を抑制し、コンタク
トホール１７の底部にもターゲット３から飛散する堆積
原子を到達させ０ ることができた。したがってコンタクトホール１７の底
部の膜厚を従来の約２倍の膜厚的０．２μｍの金属薄膜
１８を形成することができた。

なおこの実施例では、金属薄膜１８の結晶粒径を非常に
小さくそろえることができ、結晶の表面反射率を低下さ
せるため、ホトリソグラフィ工程において顕著となる金
属薄膜１８上のレジストパターンの細りも生じにくくな
る。

〔発明の効果］ この発明の薄膜形成方法によれば、堆積源子の運動を抑
制する温度以下に被堆積基板を冷却し、スパッタリング
法によりこの被堆積基板に金属薄膜を形成するため、被
堆積基板の表面での堆積原子の運動が原因となって生じ
る庇状に突出した堆積膜の形成を防ぐことができる。そ
の結果、被堆積基板への金属薄膜などの薄膜形成におけ
るステップカバレージを極めて良質にすることができ、
コンタクトホールなどの微小段差部分へも堆積原子を効
率良く堆積することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の薄膜形成装置を示す概念
図、第２図は実施例の薄膜形成装置を用いて被堆積基板
に薄膜形成を行った様子を示す概念図、第３図は従来の
マグネトロンスパッタ装置を示す概念図、第４図は従来
のマグネトロンスパック装置を用いて被堆積基板に薄膜
形成を行った様子を示す概念図である。 １・・・薄膜形成装置、６・・・被堆積基板、７・・・
基板ホルダ、１８・・・金属薄膜 １ ２

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）堆積原子の運動を抑制する温度以下に被堆積基板
   を冷却し、スパッタリング法により前記被堆積基板に金
   属薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成方法。
2. （２）液体窒素を流入して被堆積基板を冷却する基板ホ
   ルダを備えた薄膜形成装置。