JPH04225224A - 突起状部分を有する半導体ウエハ上にアルミニウム層を形成する多段階スパッタリング法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体ウエハ上にアルミ
ニウム層を形成する改良スパッタリング法に関する。更
に詳しくは、本発明は近接し個々に突起状をなす部分を
もつ半導体表面にアルミニウム層を蒸着する多段階式ス
パッタリング法に関する。

【０００２】

【従来の技術】段階状表面に対してアルミニウムを蒸着
する場合にスパッタリングによりアルミニウム層を形成
する方法では、例えば、ある集積回路構造体が互いに間
隔をもつライン、溝状凹部、及び／あるいは管すなわち
接点穴などを半導体ウエハ表面にもつている場合、しか
もこれらの間隔が小さくて例えばライン間隔あるいは溝
壁間間隔が１．６μｍ以下であるとか、あるいは管径が
１．６μｍ以下である場合には、従来のスパッタリング
法により形成されたアルミニウム層は平坦でないばかり
か近接した個別に突起状を呈する部分間においては、す
なわち段階間、または溝壁間あるいは管上部分において
は、このようなアルミニウム層は厚さが薄くなっている
。

【０００３】この現象は陰影効果に依ると考えられ、こ
の効果においては、狭隘部分の何れの側であっても突起
状部分もしくは段階状部分はスパッタされた原子がこの
ような領域に達することを阻止するのであって、これら
原子がウエハにほとんど垂直な経路をたどってウエハに
達するのでなければこのような阻止が起る。すなわち、
ウエハをめがけてある角度で走行するスパッターされた
原子は突起部分あるいは溝壁または管にぶつかりそして
ウエハ上に蒸着するがこのような近接した、あるいは狭
められた間隔をもつ突起部分間のウエハ上の下方の領域
には到達しないままである。

【０００４】第１図は従来技術に依って得られた結果を
示しているが、この図は半導体ウエハ上の段階が近接し
ている場合に生ずる陰影効果を示したものである。半導
体ウエハ１０には段階１１、１２及び１３がありこれら
の段階はスパッタリングによるアルミニウム層２０の形
成以前からある。アルミニウム層２０は近接した個別の
段階１１と１２との間の狭い領域１４を満たしていない
が、むしろ薄層部分２２だけが形成されこの層２２はア
ルミニウム層２０の残余部分よりも薄くその理由は領域
１４が隣接の高い段階１１及び１２の陰影をうけるから
である。これと対照的に、段階１２と１３との間の広い
領域１６は、近接していないのでアルミニウムで完全に
充填され、２４で分るように残余の層２０よりも薄くな
く、これは領域１４における場合のような陰影効果がな
いためと考えられる。

【０００５】領域１４と同１６とにおけるそれぞれのア
ルミニウム蒸着層間の厚さの差に加えて、注目されるこ
とは、アルミニウム層２０は狭い領域１４の側壁上の２
６において薄層を形成するということ、そしてアルミニ
ウム層２０は次第に内方に斜行し、すなわち、いわゆる
「負の斜面」を下り、従来技術を示す第１図の２８にお
いてアルミニウム層２０のたれ下りすなわち内方狭隘化
を形成するということである。この陰影効果はまた第１
図の領域１６上の２４におけるアルミニウム層２０にお
いても若干注意を引くがこのような広い領域における同
効果はほとんど問題にならない。しかし、第１図の領域
１４上におけるように、半導体ウエハ上の近接し個別に
突起状をなす部分間の領域におけるこの負の斜面効果は
アルミニウム層内にボイド（微小な空隙）を形成する結
果となり、これは丁度、領域１４中へのスパッターした
アルミニウムの経路を更に陰蔽することを陰影効果に加
える場合に生ずる現象と同じである。

【０００６】半導体ウエハ上に形成される集積回路構造
体は一層細いライン、一層小さいラインピッチそして一
層小さい接点穴をもつ一層微細化された形態をもちどん
どん細小化されているので、この陰影効果ならびに半導
体ウエハの近接した個別に突起状をなす部分間の低位領
域におけるアルミニウムの負の斜面への蒸着現象を解決
可能であることが重要である；そして、集積回路構造体
の近接し個別に突起状をなす部分間の領域に上述のよう
な薄膜もしくは薄層を形成せず、むしろ半導体ウエハの
近接し個別に突起状をなす部分間の低位領域内を実質的
に完全に充填し、しかもアルミニウム蒸着工程中に負の
斜面を形成しない、そのような、近接し個別に突起状を
なす部分を包有するウエハ表面に対するアルミニウム層
のスパッタリングを可能とすることが重要である。

【０００７】

【発明の概要と目的】従って、本発明の目的は、ウエハ
上の近接し個別に突起状をなす部分間の低位領域に実質
的に完全な充填をなしそしてアルミニウム蒸着中に決し
て負の斜面を形成しない、そのようなスパッタリング法
であって、近接し個別に突起状をなす部分をもつ半導体
ウエハ上にアルミニウム層をスパッタリングするための
改良方法を提供することである。

【０００８】本発明のもう１つの目的は、多段階法を用
いて、近接し個別に突起状をなす部分をもつ半導体ウエ
ハ上にアルミニウム層をスパッタリングするための改良
方法を提供することであって、この改良方法において、
第１段階においてウエハ上に約２０００Å以下の厚さの
アルミニウムをスパッタリングすると共にウエハ温度を
約２５０℃以下に保持し、またプラズマ電力水準を約１
ｋＷから約１６ｋＷの間に保持し；しかる後、第２スパ
ッタリング段階では、プラズマ電力水準は約１４ｋＷか
ら約２０ｋＷの範囲内に変え、ウエハに直流または交流
バイアス電圧を印加し、そしてアルミニウム・スパッタ
リングを約２０秒から約４５秒の間の秒数の時間だけ継
続するか、あるいはウエハの温度が５００℃を超えない
ある温度に達するまで継続し、かくしてウエハ上の近接
し個別に突起状をなす部分間の低位領域が実質的に完全
に充填されしかも負の斜面が決して形成されない結果を
生ずる。

【０００９】本発明の更にもう１つの目的は、多段階法
を用いて、近接し個別に突起状をなす部分をもつ半導体
ウエハ上にアルミニウム層をスパッタリングするための
改良方法を提供することであって、この改良方法におい
ては、第１段階において厚さ約２０００Åを超えないア
ルミニウムがウエハ上にスパッタリングされると共にウ
エハを約２５０℃を超えない温度に保持しそしてプラズ
マ電力水準を１ｋＷから１６ｋＷの間の範囲内に保持し
；しかる後、第２スパッタリング段階においてはプラズ
マ電力水準を約１４ｋＷから約２０ｋＷの間に変え、約
１００ボルトから約１５０ボルトの間の直流バイアス電
圧もしくはピークからピークまで約３００ボルトから約
５００ボルトの交流バイアス電圧がウエハに印加され、
そしてアルミニウムスパッタリングは約２０秒ないし約
４５秒の間の秒数の時間だけ継続され、あるいはウエハ
温度が５００℃を超えない温度にまで達するに到るまで
継続し、かくして、ウエハ上の近接し個別に突起状をな
す部分間の低位領域が実質的に完全充填され、負の斜面
が決して形成されない結果を生ずる。

【００１０】本発明の更に目的は、多段階法を用いて、
近接し個別に突起状をなす部分をもつ半導体ウエハ上に
アルミニウム層をスパッタリングするための改良方法を
提供することであって、この改良方法においては、第１
段階においてウエハ上に厚さが約２０００Åを超えない
アルミニウム層がスパッタリングされ、同時にウエハを
約２５０℃を超えない温度に維持ししかもプラズマ電力
水準を約１ｋＷから約１６ｋＷの間に維持し；しかる後
、第２スパッタリング段階においてプラズマ電力水準を
約１４ｋＷから約２０ｋＷの間に変え、約１００ボルト
から約１５０ボルトの間の直流バイアス電圧、もしくは
約３００ボルトから約５００ボルトのピークからピーク
への交流バイアス電圧とそして約４００ワットから約１
０００ワットの間の電力水準をウエハに与え、かくして
アルミニウムスパッタリングを約２０ないし約４５の間
の秒数の時間だけ継続し、あるいはウエハ温度が約５０
０℃を超えない温度に達するまで継続し、かくして、ウ
エハ上の近接し個別に突起状をなす部分間の低位領域が
実質的に完全充填されしかも負の斜面を決して生じない
結果を生ずる。

【００１１】本発明の更に目的は、多段階法を用いて、
近接し個別に突起状をなす部分をもつ半導体ウエハ上に
アルミニウム層をスパッタリングするための改良方法を
提供することであって、この改良方法においては、第１
段階においてウエハ上に厚さが約２０００Åを超えない
アルミニウム層をスパッターすると同時にウエハを約２
５０℃を超えない温度に保持しまたプラズマ電力水準を
約１ｋＷから約１６ｋＷの間に維持し；しかる後、第２
スパッタリング段階では、プラズマ電力水準を約１４ｋ
Ｗから約２０ｋＷの範囲内に変え、約１００ボルトから
約１５０ボルトの範囲内の直流バイアス電圧、もしくは
約３００ボルトから約５００ボルトの間のピークからピ
ークまでの交流バイアス電圧をウエハに印加し、かくし
てアルミニウムスパッタリングを約２０ないし約４５の
間の秒数の時間だけ継続するかあるいはウエハ温度が約
５００℃を超えない温度にまで上昇するまで継続し、こ
の時点で、第３段階で、ウエハの裏側を熱伝導性ガスに
接触させてウエハをウエハ保持体に熱的に継合させてウ
エハの温度を安定化すると同時に、任意にアルミニウム
スパッタリングを更に０ないし４５秒間だけ追加して継
続実施し、かくしてウエハ上の近接し個別に突起状をな
す部分間の低位領域が実質的に完全に充填されしかも負
の斜面が決して形成されないという結果を生ずる。

【００１２】

【発明の構成・効果】本発明に依り、多段階方式を用い
て半導体ウエハ表面にアルミニウム層がスパッターされ
、図２の２２′で示すように、ウエハ上の近接し個別に
存在する段階間の領域は実質的に完全に充填されこれは
図１に示す従来技術の方法による結果と対照的に異って
いる。更にアルミニウム層の蒸着は、図１に２６で示す
ような負の斜面をもった表面を生じないし、形成しない
が、むしろアルミニウムは実質的に平坦な層から図２に
おいて２４′と２６′で示すような正の斜面に到る範囲
の層を形成するように蒸着する筈である。

【００１３】「近接し個別に突起状をなす部分」という
用語を用いて、本明細書では、持ち上った形状の線とか
、溝の相対する壁面とかあるいは管状部分の側壁といっ
た、半導体ウエハ上に持ち上った形状をもつ部分の意味
としているのであって、ここでは、これら持ち上った部
分もしくは壁面間の低位領域の幅に対する、これら持ち
上った部分もしくは壁面の高さとの縦横比は、約０．６
２５（＝１／１．６ないし少くとも約１の範囲内にあり
、壁にテーパーがついている場合など２に等しい位高い
値となる。

【００１４】本発明により半導体ウエハ上にスパッター
されたアルミニウム層の表面を説明する場合に本明細書
中で用いている「負の斜面」及び「正の斜面」という用
語は、ウエハの近接し個別に突起状をなす部分間の半導
体ウエハの低位領域の上のアルミニウム層の表面がアル
ミニウム層の表面の残余部分に関して決める角度を指定
する用語である。図１及び図１Ａにおける２６で示すよ
うに、この角度が９０°以上あれば、この斜面は「負の
斜面」と指定され、一方この角度が、図２及び図２Ａに
見るように９０°より小さければ「負の斜面」と指定さ
れる。

【００１５】本発明の方法で形成されたスパッターされ
たアルミニウム層は、例えば９９．９重量％のアルミニ
ウムから成る純アルミニウムであるかあるいは約１．５
ｗｔ．　％以下のけい素または約２ｗｔ．　％以下の銅
あるいはこれらの規定成分値以内にあるこれらけい素及
び銅の混合物を含有するアルミニウムである。従って、
この明細書で用いる「アルミニウム」という用語は、純
アルミニウムの場合と、けい素もしくは銅、あるいはこ
れら両元素を上記限界値だけ含有するアルミニウム合金
の双方を含むことを意図している。

【００１６】本発明の方法を実施するために用いる標準
的なスパッタリング装置は図３及び図４に示してある。 ウエハ３０は当初、上部壁４２と側壁４８から成るスパ
ッタリング室４０の中に挿入され、図３及び図４に示す
円筒状または環状の保持部材５０のようなウエハ保持部
材上に置かれ、この保持部材５０はウエハ３０に対する
保持体となるのに適当な寸法の直径をもつ拡大上部フラ
ンジ５２をもつ。保持部材５０はピンとかブラケット５
６を用いて室４０の壁に装着できる。

【００１７】室４０は更に図示してないアルゴンのよう
なスパッタリング用ガス源に連結されたスパッタリング
ガス入口４６を有し、このスパッタリングガスは、毎分
約３０ｃｍ３（ｓｃｃｍ）　ないし約３００ｓｃｃｍの
範囲内の流量で室４０中に流入される。室４０の出口４
８は、図示してない真空ポンプ手段に連結されてスパッ
タリング室４０の中の圧力を約１ないし約８ミリトール
の範囲内に維持する。

【００１８】室４０の上部壁４２にはアルミニウムター
ゲット６０が装着されていてこのものは絶縁体６２によ
り室４０の接地壁４８とは絶縁されている。ターゲット
６０の調節可能な（すなわち再セット可能な）電力水準
をもつ電源６６のマイナス端子に電気的に連結される。 ターゲット６０を取囲みそして室４０の上部壁４２に装
着されている円筒状遮蔽部材７０は、下方フランジすな
わち肩７２と上方に伸びる内部唇７４とを有し、この唇
７４はウエハ３０の上面縁と噛み合う締付け環８０を有
する、そしてウエハが上昇されスパッタリング位置まで
もって来られると、ウエハを円形のウエハ保持台１００
に対して封止し、その目的については以下に説明すると
おりである。

【００１９】ウエハ保持台１００は図３に示すが、室１
０の中にウエハ３０を最初に装着し易くするようにウエ
ハ３０の下の位置にある。しかし、図４に示すように、
台１００はウエハ３０をウエハ保持部材５０から離して
上昇させ遮蔽体７０の中でターゲット６０の下の位置に
入れるのに用いられその結果ウエハ３０上にアルミニウ
ム層のスパッタ蒸着をさせるようになる。ウエハ保持台
１００はまた加熱手段、熱安定化手段ならびにウエハ３
０の偏向手段として働く。

【００２０】台１００は当初ある位置まで持ち上げられ
、この位置で台はウエハを、持ち上げ手段１１０を介し
て円筒形保持体５０から持ち上げ、この持ち上げ手段は
、例えば中空軸すなわち棒１１４を介して台１００に継
合された流体力円筒から成る。台１００はまた、中空軸
１１４を介して加熱器電源１２４に電気的に連結された
電気抵抗加熱器から成る。加熱器手段１２０は、スパッ
タ蒸着法が開始されると当初にウエハ３０を加熱する。 台１００は更に水冷却コイル（図示してない）のような
冷却手段を具備していて台１００の温度の一層の安定化
をはかる。

【００２１】本発明のスパッタリング法の一部を実施中
にウエハ３０の温度を安定化するために、台１００は更
に台１００の凸形上面１０２の縁に隣合う弓形凸部（ク
ラウン）１０４を有し、この台１００は締付け環８０と
連合して台１００の上面１０２に対してウエハ３０の裏
面の縁を封止し、そうすることによって、ウエハ３０の
裏面と上面１０２との間にあって約１μｍと約２μｍと
の間の厚さをもつ封止室を形成し、この封止室の中には
アルゴンなどの熱伝導性ガスが、以下に説明する工程の
一部を実施中に、上面１０２内の開口部１０６を介して
流入される。

【００２２】中空軸１１４を通してガス供給源１０８か
ら供給される熱伝導性ガスはウエハ３０を台１００に対
して熱的に継合させる役を果す。スパッタリング工程中
にウエハ３０内に過剰熱が生成するので、このような熱
はガスを介してウエハ３０から、ウエハよりも遥かに質
量の大きい台１００へと伝達され、従って大きい熱シン
クとして働き追加の熱をその発生状態のまま吸収する。

【００２３】ウエハはまた、バイアス電源から、台１０
０及び締付け環８０を介して、接地室に対して電気的に
バイアスできる。このバイアスは以下に説明するように
ウエハ３０に印加する直流または交流のバイアスでよい
。本発明に係る多段階スパッタリング法は、厚さが約２
００Åから約２０００Åの範囲内にある立上り時のアル
ミニウム蒸着層を生成するのに充分な時間だけアルミニ
ウムをウエハ表面に先づスパッタリングすることから始
められる。この段階の目的は電導性表面を半導体表面に
形成することであって、この半導体表面にはアルミニウ
ム層がスパッターされていてウエハ表面に対して続いて
、以下に説明するように第２蒸着段階中に、交流もしく
は直流のバイアスにより電気的バイアスがかけられるよ
うにすることである。もしアルミニウムから成る電導性
層がこのような交流または直流バイアスの後続使用に先
行する段階において形成されなければ、直流バイアスを
用いることにより電弧が発生し交流バイアスにより不連
続性の蒸着膜が形成される。このように第１蒸着段階は
単に後続の蒸着段階の１段階または数段階が所望のやり
方で機能するように充分な厚さの導電性材料から成る層
を形成する作用をもつているだけである。

【００２４】この第１蒸着段階中は、ウエハの温度は約
５０℃ないし約２５０℃の温度範囲の中に維持され、好
ましくは約５０℃から約２００℃の間、最も好ましくは
約５０℃から約１５０℃の間に維持される。ターゲット
用電力供給は、約−４００ないし約−６００ボルトの間
に、更に好ましくは約−４５０ないし約−５５０ボルト
の間に、そして最も好ましくは約−５００ボルトに設定
し；電力水準は約１ｋＷから約１６ｋＷの間とする。

【００２５】この第１蒸着段階中のスパッタリング室の
中の圧力は、この蒸着工程の残余の工程を通じてこれと
同様に、約１ミリトールないし約８ミリトールの範囲内
に維持され、これと同時に、アルゴンのようなスパッタ
リングガスは、スパッタリング室の中に約３０ｃｍ３　
／分（ｓｃｃｍ）　ないし約３００ｓｃｃｍの範囲内の
流量で流入される。

【００２６】本発明のスパッタリング蒸着方法の第１段
階を実施するには、ウエハは、当初、ロードロック真空
室から支持環５０上に装入され、そして室４０は約１０
−７トール以上になるまで排気される。ウエハ３０を室
４０内に入れる前に、台１００内の加熱器手段１２０は
すでに台１００を約２５０℃から約４５０℃の間の温度
に加熱している。ウエハ３０を室４０の中に入れそして
環５０の上に挿入した後、そして、台１００を持ち上げ
る前に、輻射によるウエハ３０の当初の加熱をするのに
０秒から６０秒の間の時間が用いられる。

【００２７】次いで台１００は持ち上げられてウエハ３
０に接触し、ウエハ３０を環５０から取り外し図４に示
す位置にまで動かす。台はウエハ３０との接触を約５秒
ないし約１２０秒の間の時間だけ保持され、ウエハ温度
は、第１蒸着段階の開始に先立って台１００の中の加熱
器からの輻射により所望の温度範囲にまで上昇させる。

【００２８】ここで注意されねばならないことは、この
工程段階においては、ウエハ保持台１００の上面１０２
とウエハの裏面との間に規定される領域に流入する熱伝
導性ガスはないということであって、その理由は、工程
中のこの段階において熱伝導性ガスが利用されるならば
、発生する筈のウエハと加熱器との間の一層効率的な熱
移動が原因で、この事実がウエハ温度を所望の温度より
一層高い温度にまで上昇させるからである。

【００２９】本工程中の第１段階実施中、所望のウエハ
温度よりも高い温度に加熱器が維持される理由は、この
工程における後続の各段階の経過中に加熱器温度はもっ
と高い温度になければならないし、そして加熱器を工程
の第１段階実施中により低い温度に維持しその後本発明
の各段階の速さが与えられている第２もしくは第３の段
階実施に先行して加熱器を更に加熱することは不可能で
あろうということである。かくして、加熱器は、むしろ
同一温度に、すなわち、約２５０℃から約４５０℃の間
に、全工程を通じ、また第１段階実施中短時間接触を通
じて、維持され、これはウエハの温度を第１蒸着段階に
おいては、この工程中第１段階以外の残余の段階中のウ
エハ温度よりも低く保持するという所望の目的を達成す
る伝熱性継手もしくは伝達よりも、むしろ輻射熱伝達を
用いるのと同様である。

【００３０】この蒸着方法の第１段階は、かくして、ア
ルゴンのようなスパッタリングガスを、以前に論じた流
量範囲の中にある室の中に流入させて開始され、そして
ターゲット６０と、そしてターゲット６０に暴露されて
いる室４０の接地部分、すなわち主として遮蔽体７０と
の間のプラズマを点火し、一方では室４０を所望の圧力
範囲すなわち約１ミリトールから約８ミリトールの範囲
内に保持する。この第１蒸着段階は次いでウエハ上にア
ルミニウムの所望の初期蒸着厚さ、約２００Åないし約
２０００Åが得られるまで実施される。

【００３１】第２蒸着段階は約１５秒ないし約４５秒の
範囲内の時間実施される。この蒸着段階は基本的には、
時間や電力水準よりもむしろウエハ温度、すなわち約５
００℃を超えない温度、そして好ましくは約４００℃を
超えない最大ウエハ温度をもつウエハ温度により制限さ
れる。従って、約１４ｋＷから約２０ｋＷまでの範囲の
プラズマ電力水準は最大ウエハ温度の限界値を超えない
限り用いられる。プラズマ電力供給で用いられる電圧水
準は第１段階における場合と同様に維持できる。ウエハ
温度が、スパッタリングの進行するにつれて最大ウエハ
温度に接近するならば、この第２段階は終了し第３段階
が始められる。

【００３２】本発明によれば、ウエハ表面に、ウエハの
近接し個別に突起状をなす部分間の低位領域も含めてス
パッタリングによる均一な蒸着層を提供するには、ウエ
ハ支持台１００と締付け環８０の双方を介してウエハ３
０に連結されているウエハバイアス電源１３０を使い蒸
着室４０と遮蔽体７０の接地壁に対してバイアス電圧を
ウエハに印加する。

【００３３】ウエハ３０に印加されるバイアスは直流バ
イアスかまたは交流バイアスか何れでもよい。直流バイ
アスがウエハ３０に印加されると、約−１００ボルトな
いし−１５０ボルトの負のバイアスが、約４００Ｗない
し約１０００ワットの範囲内の電力水準においてウエハ
３０に印加される。交流バイアスがウエハ３０に印加さ
れると、約３００ないし約５００ボルトの範囲内のピー
クからピークへの電圧が、再び約４００ないし１０００
Ｗの範囲内の電力水準において約５０ｋＨｚ　ないし約
５００ｋＨｚ　の範囲内の周波数で用いられる。電力水
準に関しては、注目すべきことは、ウエハ上のバイアス
は、接地室壁４８と遮蔽体７０、それに室内のイオン化
ガスを介するウエハ３０と締付け環８０を含むスパッタ
リング室の接地部分間に電流を流させるということであ
る。従って、ウエハ及び／または締付け環の大きさの変
化と同様に、室及び／または遮蔽体の形状の変化は全電
流に影響を及ぼし、従って、ウエハ３０のバイアス印加
により消費される電力量にも影響を及ぼす。

【００３４】ウエハ温度が約５００℃に、好ましくは約
４００℃に達すると、本発明のスパッタリング工程の第
２段階が終了する。第２段階のこの終点はウエハ温度を
監視するかあるいは、ウエハ温度が最大５００℃を決し
て超えることのない温度になるように経験的に決定した
前述の時間長さ内にある予め設定した時点にて終るよう
にこの第２段階を時間計測するか何れかによって決定で
きる。

【００３５】本発明のスパッタリング工程の第２段階が
終了すると、第３段階が開始されるのであって、この段
階では、アルゴンのような熱伝導性ガスをウエハ３０と
台１００の表面１０２の間の遮蔽領域の中へ流すことが
含まれる。このウエハ３０を台１００に熱的に継合する
ことによってウエハ温度がこれ以上上昇するのを制限す
る。このようにしてスパッタリング工程は随意に継続さ
れ、追加の０ないし約４５秒間において同一の電力水準
とウエハバイアスにより実施される。

【００３６】この工程の第３段階はまた、第２段階に対
して設定された最大温度を再び超えることのない最大ウ
エハ温度をもつウエハによって制御されあるいは規制さ
れる。必要があれば、電力水準はこの第３段階中に低減
されてウエハ温度を引用した限界値内に維持する。しか
し一般には電力水準はこの第３段階においては約１４ｋ
Ｗ以下に落すことはない。

【００３７】注目すべきことは、もしウエハ温度、蒸着
速さなどの一層正確な制御を望むならば、ウエハのスパ
ッタリング電力及びバイアス電圧は共に第２及び第３の
各段階実施中に調節できる。第３段階中に、すなわちウ
エハの裏面を台に熱的に継合するためにウエハの裏面に
対してガス流を流し始めた後に、随意的に更に蒸着させ
たアルミニウム層に対して、ウエハ上にスパッタされる
アルミニウムの全量は、ある程度蒸着層の下のウエハの
表面形態に依存して決る。ウエハの近接し個別に突起状
をなす部分間のウエハの低位領域上の蒸着アルミニウム
層の全厚さは管あるいは溝の深さあるいはウエハ上の線
の高さの８０％以上、好ましくは約１００ないし２００
％の間とすべきである。

【００３８】上記の工程手順によりアルミニウム層が蒸
着されるがこの層は平均層厚が約０．６ないし約２ミク
ロンであり、下層をなす半導体ウエハの最も高い部分の
上部に平均値的に１．０ミクロンの厚さとなるのが普通
である。この点に関して注目すべきことは、本発明の工
程を用いることによって、１．２５（高さ／幅比）に等
しい高い値をもつ縦横比をもつ、近接し個別に垂直方向
に突起状をなす線間の直線壁溝や領域は、前に論じた従
来技術によるアルミニウム蒸着層の薄肉化を経験せずに
満足にアルミニウムにより充填することができ、そして
壁がもし水平に対して約８０°もしくはそれ以内の角度
だけ下降しテーパーをもっているならば、２に等しい高
い縦横比（これら突起状をなす線間の溝もしくは領域の
底部において測った場合の値）をもつ突起状をなす線間
の溝ならびに領域は、本発明に係る工程を駆使してアル
ミニウムが満足のいくように充填される。

【００３９】同様に、縦横比が１である直線壁管は本発
明に係る方法で満足のいくように充填され、一方、水平
に対して７０°あるいはそれ以下の角度をなす壁面をも
つテーパーのついた管は、その縦横比が２と高くても本
発明により満足に充填される。本発明の工程を更に図解
するため、厚さ０．６ｍｍのシリコンウエハが前述した
ようなスパッタリング室の中に装入された。このウエハ
はその上に一連の高さが１μｍで幅が１μｍの段階を有
し各段階間の間隔は約１μｍとなっている。

【００４０】スパッタリング室はかくしてポンプにより
約３．３×１０−８トールまで減圧された。ターゲット
用電源は直流ターゲット電圧−４２８ボルトを印加して
２０００Ｗに設定された。加熱器温度は３００℃であっ
た。 ウエハを室に装入後、約１分以内に、台が持ち上げられ
ウエハがスパッタリング位置にまで移動された。次いで
アルゴンガスが１００ｓｃｃｍで室を通じて流された。 次いでプラズマが発生しウエハは、この電力水準で約１
０秒間にわたりスパッタリングを施された。

【００４１】ターゲット電源の電力水準は次いで１８ｋ
Ｗに再設定され、直流電圧で−１２０ボルトのウエハバ
イアスが支持台及び締付け環を介してウエハに印加され
た。ウエハは次いで追加の３０秒間スパッタリングを施
され、その後アルゴンガスが、ウエハの裏側とウエハ保
持体との間の領域に流入されウエハ温度を制御する。ス
パッタリング工程はかくして、電力水準が１５ｋＷで、
ウエハバイアス電圧が直流−１４０ボルトでもって追加
の４０秒間にわたって続行される。ターゲット用電力供
給はこのようにして工程停止のため閉止される。

【００４２】かくしてウエハは室から除かれ、截断され
走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で調査される。近接し個別に
突起状をなす段階間の低位領域はアルミニウムで完全に
満たされ目視可能なボイド（小空隙）の証拠も見当らず
、また低位領域におけるアルミニウム蒸着層の斜面は正
の斜面であった。かくして、本発明では新規なアルミニ
ウムスパッタリング方法を提供するのであって、この方
法において、半導体ウエハ上の近接し個別に突起状をな
す部分間の領域はアルミニウムによって実質的に完全に
充填され、しかもウエハ上の近接し個別に突起状をなす
部分間の低位領域の上のアルミニウム蒸着層の負の斜面
が回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】近接し個別に突起状をなす段階をもつ半導体ウ
エハ上に従来技術によりアルミニウム層をスパッター状
態の部分断面立面図である。図１Ａは図１の一部を示す
部分断面立面図であって、明白化のため数字が除いてあ
り、９０°よりも大きい角度を示してあり、この角度は
図１の低位領域１４内のアルミニウム層が、「負の斜面
」として指示されるアルミニウム層の残余部分により形
成される角度である。

【図２】近接し個別に突起状をなす段階をもつ半導体ウ
エハ上に本発明に係る方法によりスパッターされたアル
ミニウム層の部分断面立面図である。図２Ａは図２の一
部を示す部分断面立面図であって、明白化のため数字が
除いてあり、９０°よりも小さく角度を示してあり、こ
の角度は図２の低位領域１４内のアルミニウム層が、「
負の斜面」として指示されるアルミニウム層の残余部分
により形成される角度である。

【図３】本発明に係る方法で用いられるスパッタリング
室の垂直断面立面図であって、ウエハを室内に装入直後
であってしかもウエハをスパッタリング位置まで上昇さ
せる直前の状態を示す図である。

【図４】図３に示す室と同じスパッタリング室だがスパ
ッタリング法を開始可能な位置にまでウエハを持ち上げ
た状態を示す垂直断面図である。

【図５】本発明に係る工程を図解する流れ図である。

【符号の説明】

１０　　半導体ウエハ １１，１２，１３　　段階 １４，１６　　低位領域 ２０，２４，２２′　　アルミニウム層２２，２６，２
８　　薄層部分 ２４′，２６′　　正の斜面 ３０　　ウエハ ４０　　スパッタリング室 ４２　　上壁 ４６　　入口 ４８　　側壁 ５０　　支持部材 ５２　　上部フランジ ５６　　ブラケット ６０　　アルミニウムターゲット ６２　　絶縁体 ６６　　電源 ７０　　円筒形遮蔽体 ７２　　肩 ７４　　内部唇 ８０　　締付け環 １００　　ウエハ支持台 １１０　　持ち上げ手段 １１４　　中空軸 １２０　　加熱手段 １２４　　電源 １３０　　バイアス電源

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　段階状半導体上にアルミニウム層を形
   成するスパッタリング法であって； （ａ）　第１蒸着段階において前記ウエハ上にターゲッ
   トから約２００Åないし約２０００Åの厚さのアルミニ
   ウムをスパッタリングすると同時に前記ターゲットの電
   力水準を約１ｋＷから約１６ｋＷの間に維持し；（ｂ）
   　第２蒸着段階において電力水準を約１４ｋＷ以上にま
   で変化させて更に追加の２５ないし４５秒間かあるいは
   ウエハの温度が約５００℃に達するか何れか最初に起る
   までアルミニウムのスパッタリングを続けると共に直流
   もしくは交流バイアスをウエハに印加し；そして、（ｃ
   ）　次いで第３蒸着段階において、ウエハの裏側を熱伝
   導性ガスに接触させて前記ウエハを約５００℃を超えな
   い温度に保持し、それと同時に更に追加の０ないし４５
   秒間前記ウエハに対して随意に追加のアルミニウム・ス
   パッタリングを施すことを特徴とするスパッタリング法
   。
2. 【請求項２】　　前記バイアスは、約−１００ボルトか
   ら約−１５０ボルトの範囲の直流バイアスかあるいはピ
   ークからピークまで約３００ボルトないし約５００ボル
   トの範囲にわたる交流バイアスの何れかであることを特
   徴とする請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】　　前記第１段階が実施されると同時にウ
   エハ温度が約５０℃から約２５０℃の間の温度に維持さ
   れることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 【請求項４】　　ターゲット電圧は本法を通じて約−４
   ００ボルトから約−６００ボルトの範囲内に保ち、前記
   スパッタリング室の圧力は本法全工程を通じて約１ミリ
   トールから約８ミリトールの間に維持されることを特徴
   とする請求項１に記載の方法。
5. 【請求項５】　　前記ウエハ温度は前記第２段階を通じ
   て約４００℃を超えることは許されないことを特徴とす
   る請求項１に記載の方法。
6. 【請求項６】　　前記第３段階中に前記ウエハ温度を制
   御するために前記熱伝導性ガスが前記ウエハを約４５０
   ℃以下の温度に保持した加熱器に結合することを特徴と
   する請求項１に記載の方法。
7. 【請求項７】　　前記加熱器はウエハ保持台に配置され
   、前記加熱器と支持台とは前記第１段階に先行して約２
   ５０℃から約４５０℃の範囲の温度にまで頭初は加熱さ
   れ、前記第３蒸着段階実施中にウエハ温度を制御するた
   めに、前記熱伝導性ガスを前記ウエハ保持台の上表面と
   前記ウエハの裏面との間の封止領域に対して前記第２段
   階終了後に流入させることを特徴とする請求項２に記載
   の方法。
8. 【請求項８】　　近接し個々に突起状をなす部分をもつ
   半導体ウエハ上にアルミニウム層をスパッタリングする
   方法であって； （ａ）　スパッタリング室内のウエハ保持台を約２５０
   ℃ないし約４５０℃の範囲内の温度にまで加熱し；（ｂ
   ）　次いで前記加熱された保持台を持ち上げて前記ウエ
   ハに接触させそして前記ウエハと前記台とを動かして前
   記室内のスパッタリング場所までもつてきて；（ｃ）　
   第１蒸着段階において前記ウエハ上のアルミニウムの厚
   さが約２００Åから約２０００Åとなるに充分な時間を
   かけてターゲットからのアルミニウムを前記ウエハ上に
   スパッタリングすると共に前記ターゲットの電力水準を
   約１ｋＷから約１６ｋＷに維持し；（ｄ）　第２蒸着段
   階において電力水準を約１４ｋＷから約２００ｋＷの範
   囲内にまで変化させ更に追加の２５ないし４５秒かある
   いは前記ウエハが約５００℃以下の温度に達するか何れ
   か初めに起るまでアルミニウムのスパッタリングを続け
   ると共に直流もしくは交流のバイアスをウエハに印加し
   ；そして、 （ｅ）　次いで第３蒸着段階においてウエハの裏側を熱
   伝導性ガスに接触させて前記ウエハ温度を制御すると同
   時に更に追加の０ないし４５秒間を前記ウエハに対して
   追加のアルミニウムをスパッタリングすることを特徴と
   するスパッタリング法。
9. 【請求項９】　　前記第２および第３の各蒸着段階にお
   いて前記ウエハに印加する前記バイアスは、約−１００
   ボルトないし約−１５０ボルトの直流バイアスであるか
   またはピークからピークまで約３００ボルトから５００
   ボルトまでの範囲内にある交流バイアスであるか何れか
   であることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 【請求項１０】　　密接し個々に突起状を呈する部分を
    もつ半導体ウエハ上で実質的に平坦面から正角度斜面に
    到る範囲の表面をもつアルミニウム層をスパッタリング
    する方法であって； （ａ）　スパッタリング室内のウエハ保持台を約２５０
    ℃から約４５０℃の範囲内の温度にまで加熱し；（ｂ）
    　次いで前記加熱された保持台を持ち上げて前記ウエハ
    に接触させそして前記ウエハと前記台とを動かして前記
    室内のスパッタリング場所までもつてきて；（ｃ）　第
    １蒸着段階において前記ウエハ上のアルミニウムの厚さ
    が約２００Åから約２０００Åとなるのに充分な時間を
    かけてターゲットからのアルミニウムを前記ウエハ上に
    スパッタリングすると共に前記ターゲットの電力水準を
    約１ｋＷから約１６ｋＷの間に維持しそれと同時にター
    ゲット電圧を約−４００ボルトから約−６００ボルトの
    間に維持し； （ｄ）　第２蒸着段階において、電力水準を約１４ｋＷ
    から約２０ｋＷの範囲内にまで変化させ更に追加の２５
    ないし４５秒間かあるいは前記ウエハが約５００℃に達
    すか何れか初めに起るまでアルミニウムのスパッタリン
    グを続けると共に約−１００ボルトないし約−１５０ボ
    ルトの直流バイアスかあるいはピークからピークまで約
    ３００ボルトないし約５００ボルトの交流バイアスの何
    れかを印加し；そして、 （ｅ）　次いで第３蒸着段階において、ウエハの裏側を
    熱伝導性ガスに接触させて前記ウエハの温度を制御する
    と共に更に０ないし４５秒間追加して前記ウエハに対し
    て任意の追加のアルミニウムのスパッタリングを施すと
    同時になおも前記ウエハ上の前記バイアスを維持して成
    ることを特徴とするスパッタリング法。