JPH05195211A - Sputtering method of al or al alloy - Google Patents

Sputtering method of al or al alloy

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JPH05195211A
JPH05195211A JP34240191A JP34240191A JPH05195211A JP H05195211 A JPH05195211 A JP H05195211A JP 34240191 A JP34240191 A JP 34240191A JP 34240191 A JP34240191 A JP 34240191A JP H05195211 A JPH05195211 A JP H05195211A
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JP
Japan
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sputtering
atoms
film
substrate
target
Prior art date
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Pending
Application number
JP34240191A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takuya Naonaga
卓也 直永
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To prevent reduction of coverage of a metal film in a hole part. CONSTITUTION:Sputtering is performed in a chamber 2 equipped with a discharge port 8, Ar gas inlet, and He gas inlet, while controlling the ventilation performance and flow rates of Ar and He to adjust the sputtering pressure to several mTorr. The compsn. of the mixture gas used is, for example, Ar:He=50%:50%. Even when sputtered atoms from the target collide with He atoms till the sputtered atoms reach the substrate 6, sputtered atoms maintain the straight movement and reach the bottom part of a contact hole or through-hole. Thus, the obtd. Al film or Al alloy film 14a shows no reduction of coverage performance in steps.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路装置を製
造するプロセスで、メタル配線に用いるAl(アルミニ
ウム)又はAl合金膜を形成するスパッタリング方法に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sputtering method for forming an Al (aluminum) or Al alloy film used for metal wiring in a process for manufacturing a semiconductor integrated circuit device.

【0002】[0002]

【従来の技術】スパッタリング方法では、図2(A)に
示されるように、チャンバ2内でターゲット4とメタル
膜を堆積しようとする基板6とを対向して配置し、チャ
ンバ2内にスパッタリングガスとしてAr(アルゴン)
を導入し、排気口8から排気してチャンバ2内を所定の
圧力に調節する。ターゲット4を陰極側とし、基板6を
陽極側として、チャンバ2内で放電を起こさせ、Arイ
オンでターゲット4をスパッタリングし、ターゲット4
からのスパッタ原子を基板6上に堆積させてAl膜又は
Al合金膜を形成する。
2. Description of the Related Art In the sputtering method, as shown in FIG. 2A, a target 4 and a substrate 6 on which a metal film is to be deposited are placed in a chamber 2 so as to face each other, and a sputtering gas is placed in the chamber 2. As Ar (argon)
Is introduced and exhausted from the exhaust port 8 to adjust the pressure in the chamber 2 to a predetermined pressure. With the target 4 on the cathode side and the substrate 6 on the anode side, a discharge is generated in the chamber 2, and the target 4 is sputtered with Ar ions to produce the target 4
The sputtered atoms are deposited on the substrate 6 to form an Al film or an Al alloy film.

【0003】ターゲットに入射するイオンのスパッタ率
を測定した結果によれば、原子量が大きくなるに従って
スパッタ率も大きくなる傾向を示すが、特に不活性ガス
でスパッタ率が大きくなる。そのため、スパッタリング
ガスとしてはNe(ネオン)、Ar、Kr(クリプト
ン)、Xe(キセノン)などを用いることができるが、
主としてArが主として用いられている。ArはKrや
Xeに比べて存在率が高く、そのため安価である。He
(ヘリウム)は原子量が小さすぎてスパッタ率が0に近
い。NeはArと比べると、スパッタ率が半分程度と小
さく、イオン化率も低い。このように、Arは不活性ガ
スであること、スパッタ率が高いこと、安価であるこ
と、及びイオン化が容易であることから、主としてスパ
ッタリングガスとして用いられているのである。スパッ
タリングには反応性スパッタリングがあり、これはスパ
ッタリングガスのArに加えてN2(窒素)やO2(酸
素)を添加するものである。N2やO2はターゲットを直
接にスパッタリングするのではなく、被スパッタ物(タ
ーゲット材)と反応して合金を成膜させるためのもので
ある。
According to the result of measuring the sputter rate of the ions incident on the target, the sputter rate tends to increase as the atomic weight increases, but the sputter rate increases especially with an inert gas. Therefore, Ne (neon), Ar, Kr (krypton), Xe (xenon), etc. can be used as the sputtering gas.
Predominantly Ar is used. Ar has a higher abundance than Kr and Xe, and is therefore inexpensive. He
The atomic weight of (helium) is too small and the sputtering rate is close to zero. Ne has a sputtering rate as small as about half that of Ar, and has a low ionization rate. Thus, Ar is mainly used as a sputtering gas because it is an inert gas, has a high sputtering rate, is inexpensive, and is easily ionized. Sputtering includes reactive sputtering, in which N 2 (nitrogen) and O 2 (oxygen) are added in addition to Ar as a sputtering gas. N 2 and O 2 do not directly sputter the target but react with the object to be sputtered (target material) to form an alloy film.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】半導体集積回路装置の
メタル配線として用いられるAlやAlにシリコンなど
を僅かに含有させたAl合金は、Arをスパッタリング
ガスに用いたスパッタリング法により形成されている
が、Ar原子は原子量が39.94であり、Al原子の
原子量が26.98であるのに比べて重いため、スパッ
タリングされたAl原子が基板に到達するまでに1回で
もちArイオンやAr原子と衝突すると、Al原子の直
進性を損う。衝突して散乱したAl原子が他のAl原子
やArイオンゆAr原子と衝突を繰り返し、基板付近で
は直進するAl原子が非常に少なくなる。その様子は、
図2(B)に模式的に示すような状態である。図2
(B)で、黒丸はAl原子、白丸はArイオン又はAr
原子を表わしている。その結果、コンタクトホール部や
スルーホール部ではホールの底部へ入り込むスパッタ原
子が減り、ホール上部でオーバーハング状態に被着す
る。その結果、ホール底部へのスパッタ原子の入り込み
がますます減少し、ホール底部及び側部での成膜率が低
下して、図2(C)のような薄膜14が形成され、その
後のメタル配線でのエレクトロマイグレーションなどに
よる断線の原因となる。なお、図2(B),(C)で、
10はメタル配線を形成しようとする基板、12は層間
絶縁膜であり、コンタクトホールが形成されている状態
を表わしている。aはメタル膜のオーバハング状の部分
を表わしている。
The Al or Al alloy used as the metal wiring of the semiconductor integrated circuit device and containing a slight amount of silicon in Al is formed by the sputtering method using Ar as the sputtering gas. , Ar atoms have an atomic weight of 39.94, which is heavier than Al atoms having an atomic weight of 26.98, so that the sputtered Al atoms can be retained only once until they reach the substrate. When it collides with, the straightness of Al atoms is impaired. The Al atoms that have collided and scattered repeatedly collide with other Al atoms, Ar ions, and Ar atoms, and the number of Al atoms that go straight in the vicinity of the substrate is extremely small. The situation is
The state is as schematically shown in FIG. Figure 2
In (B), black circles are Al atoms and white circles are Ar ions or Ar.
Represents an atom. As a result, in the contact hole portion and the through hole portion, the number of sputtered atoms entering the bottom portion of the hole is reduced and the upper portion of the hole is overhanged. As a result, the penetration of sputtered atoms into the bottom of the hole is further reduced, the film formation rate at the bottom and the side of the hole is reduced, and the thin film 14 as shown in FIG. 2C is formed. It may cause a disconnection due to electromigration in the. 2 (B) and 2 (C),
Reference numeral 10 is a substrate on which metal wiring is to be formed, and 12 is an interlayer insulating film, showing a state in which a contact hole is formed. a represents an overhang-like portion of the metal film.

【0005】スパッタ原子とArイオンやAr原子との
衝突の確率を減らすために、Arガス圧を低下させるこ
とが試みられているが、1mTorr以下では放電が安定せ
ず、スパッタリングが困難になる。本発明はAl又はA
l合金のスパッタ原子の直進性を維持することにより、
コンタクトホールやスルーホールでのメタル膜のステッ
プカバレッジの低下を防止することのできるスパッタリ
ング方法を提供することを目的とするものである。
Attempts have been made to reduce the Ar gas pressure in order to reduce the probability of collision of sputtered atoms with Ar ions or Ar atoms, but if the pressure is less than 1 mTorr, the discharge will not be stable and sputtering will be difficult. The present invention is Al or A
By maintaining the straightness of the sputtered atoms of the 1-alloy,
An object of the present invention is to provide a sputtering method capable of preventing the step coverage of a metal film from decreasing in a contact hole or a through hole.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明のスパッタリング
方法では、スパッタリングのためにチャンバに導入する
不活性ガスとして、ArとAr以外の不活性ガスとの混
合ガスを用いる。Ar以外の不活性ガスは、Alより原
子量の小さい元素が好ましく、具体的にはHe又はNe
である。成膜を効率的に行なうためには、ターゲットに
対向して配置された基板形状とスパッタリング経過時間
の一方又は両方に応じてチャンバ内の不活性ガスの組成
を調節すればよい。本発明の方法は、ダイオードスパッ
タリング法、多極スパッタリング法、マグネトロンスパ
ッタリング法など、種々の方式のスパッタリング方法に
適用することができる。
In the sputtering method of the present invention, a mixed gas of Ar and an inert gas other than Ar is used as the inert gas introduced into the chamber for sputtering. The inert gas other than Ar is preferably an element having a smaller atomic weight than Al, specifically He or Ne.
Is. In order to perform film formation efficiently, the composition of the inert gas in the chamber may be adjusted according to one or both of the shape of the substrate arranged facing the target and the elapsed sputtering time. The method of the present invention can be applied to various types of sputtering methods such as a diode sputtering method, a multipolar sputtering method, and a magnetron sputtering method.

【0007】[0007]

【作用】HeやNeはArに比べてスパッタ率が低く、
スパッタリング用としては主にArが作用し、HeやN
eはガスの圧力を調節する作用をする。ArにHeやN
eを混合することにより、チャンバ内の圧力を数mTorr
程度にして放電を行なわせることができ、放電が安定す
る。放電が始まりスパッタリングが開始されると、スパ
ッタ原子がターゲットと対向した基板方向へ飛ぶ。スパ
ッタ原子が基板に到達するまでにHe原子やNe原子と
衝突しても、HeやNeの原子量がAlより小さいた
め、スパッタ原子は直進性を損うことなく基板へ到達す
ることができる。直進性を失っていないスパッタ原子
は、コンタクトホールやスルーホールの底部に容易に到
達する。
[Function] He and Ne have a lower sputtering rate than Ar,
For sputtering, Ar mainly acts, and He and N
e acts to regulate the pressure of the gas. He or N for Ar
By mixing e, the pressure in the chamber can be increased to several mTorr.
The discharge can be performed in a certain degree, and the discharge becomes stable. When discharge starts and sputtering starts, sputtered atoms fly toward the substrate facing the target. Even if the sputtered atoms collide with He atoms or Ne atoms before reaching the substrate, the atomic weight of He or Ne is smaller than Al, so that the sputtered atoms can reach the substrate without impairing the straightness. Sputtered atoms that have not lost their straightness can easily reach the bottoms of contact holes and through holes.

【0008】[0008]

【実施例】図1(A)は本発明が適用されるスパッタリ
ング装置を概略的に表わしたものである。図2と同じ部
分には同じ符号を用いる。チャンバ2内でターゲット2
に対向して基板6が配置され、ターゲット4が陰極側、
基板6が陽極側に接続される。チャンバ2には排気口8
と、アルゴンガス導入口とHeガス導入口が設けられて
いる。排気能力とAr流量及びHe流量の調節により、
スパッタリング圧力を数mTorr程度に調節する。チャン
バ内の混合ガスの組成は、例えばAr:He=50%:
50%(モル%)である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT FIG. 1A schematically shows a sputtering apparatus to which the present invention is applied. The same reference numerals are used for the same parts as in FIG. Target 2 in chamber 2
The substrate 6 is disposed so as to face the
The substrate 6 is connected to the anode side. Exhaust port 8 in chamber 2
An argon gas inlet and a He gas inlet are provided. By adjusting the exhaust capacity and Ar flow rate and He flow rate,
Adjust the sputtering pressure to about a few mTorr. The composition of the mixed gas in the chamber is, for example, Ar: He = 50%:
It is 50% (mol%).

【0009】放電を起こさせ、スパッタリングを開始さ
せる。スパッタ原子がターゲット4から基板6へ到達す
るまでにHe原子と衝突することがあっても、スパッタ
原子は直進性を維持し、コンタクトホールやスルーホー
ルの底部に到達する。この様子は図1(B)に模式的に
表わされている。図1(B)で、黒丸はAl原子、大き
い白丸はArイオン又はAr原子、小さい白丸はHeイ
オン又はHe原子を表わしている。その結果、図1
(C)に示されるように、ステップカバレッジが低下し
ないAl膜又はAl合金膜14aが形成される。図1
で、Arガスと混合するガスをNeガスとしても、同様
の効果を得ることができる。
A discharge is caused to start sputtering. Even if the sputtered atoms collide with He atoms before reaching the substrate 4 from the target 4, the sputtered atoms maintain their straightness and reach the bottoms of the contact holes and through holes. This state is schematically shown in FIG. In FIG. 1B, black circles represent Al atoms, large white circles represent Ar ions or Ar atoms, and small white circles represent He ions or He atoms. As a result,
As shown in (C), an Al film or Al alloy film 14a is formed in which the step coverage is not lowered. Figure 1
Then, even if the gas mixed with the Ar gas is Ne gas, the same effect can be obtained.

【0010】チャンバ内の混合ガスの組成を変えること
により、スパッタ速度と、堆積した薄膜の特性が変わ
る。Arと混合するHeやNeの割合を大きくすると、
コンタクトホールやスルーホールへの薄膜のステップカ
バレッジはよくなるが、スパッタ速度は低下する。逆
に、HeゃNeを少なくすると、ステップカバレッジは
悪くなるが、スパッタ速度は大きくなる。そのため、ス
パッタリングの初期の段階ではHeやNeの割合を多く
して膜質を向上させ、途中からHeやNeの割合を少な
くしてスパッタ速度を上げるようにすることができる。
By changing the composition of the mixed gas in the chamber, the sputtering rate and the characteristics of the deposited thin film are changed. If the ratio of He and Ne mixed with Ar is increased,
The step coverage of the thin film on the contact hole or through hole is improved, but the sputter rate is reduced. On the contrary, when He or Ne is decreased, the step coverage is deteriorated, but the sputter rate is increased. Therefore, in the initial stage of sputtering, the proportion of He or Ne can be increased to improve the film quality, and the proportion of He or Ne can be decreased halfway to increase the sputtering rate.

【0011】メタル膜を形成しようとする基板の形状に
よっても不活性ガスの組成を変えることができる。例え
ば、垂直な側壁のコンタクトホールやスルーホールをも
つ基板では、HeゃNeの割合を多くしてステップカバ
レッジのよいメタル膜を堆積させ、すり鉢状のコンタク
トホールなどではHeゃNeの割合を少なくしてもステ
ップカバレッジが悪くならないので、すり鉢状のコンタ
クトホールをもつ基板ではHeゃNeの割合を少なくし
てスパッタリングを行なえば、スパッタ速度を大きくす
ることができる。このように、基板の形状やスパッタリ
ングの経過時間に合わせてチャンバ内の不活性ガスの混
合比を調節すれば、ステップカバレッジの低下を防止し
ながら効率よく成膜を行なうことができる。
The composition of the inert gas can be changed depending on the shape of the substrate on which the metal film is to be formed. For example, in a substrate having vertical side wall contact holes and through holes, a metal film with good step coverage is deposited by increasing the ratio of He and Ne, and a mortar-shaped contact hole and the like is decreased in the ratio of He and Ne. However, since the step coverage is not deteriorated, the sputtering speed can be increased by reducing the He / Ne ratio in the substrate having the mortar-shaped contact holes and performing the sputtering. In this way, by adjusting the mixing ratio of the inert gas in the chamber according to the shape of the substrate and the elapsed time of sputtering, it is possible to efficiently perform film formation while preventing a decrease in step coverage.

【0012】[0012]

【発明の効果】本発明ではAl膜又はAl合金膜を形成
する際、チャンバ内のガスとしてArにHeやNeなど
のAlより原子量の小さい不活性ガスを混合したので、
スパッタ原子の直進性を維持し、ステップカバレッジの
優れたメタル膜を形成することができる。また、基板の
形状やスパッタリング経過時間に応じて不活性ガスの組
成を調節すれば、ステップカバレッジの低下を防止しな
がら、効率よくメタル膜を形成することができる。
According to the present invention, when forming an Al film or an Al alloy film, Ar is mixed with an inert gas having a smaller atomic weight than Al such as He or Ne as a gas in the chamber.
It is possible to maintain the straightness of sputtered atoms and form a metal film having excellent step coverage. In addition, by adjusting the composition of the inert gas according to the shape of the substrate and the elapsed sputtering time, it is possible to efficiently form the metal film while preventing the step coverage from decreasing.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明を示す図であり、(A)はスパッタリン
グ装置の一例を概略的に示す図、(B)はコンタクトホ
ールへのスパッタ原子の飛来の状態を示す断面図、
(C)は得られるメタル膜を示す断面図である。
1A and 1B are views showing the present invention, FIG. 1A is a view schematically showing an example of a sputtering apparatus, and FIG. 1B is a cross-sectional view showing a state where sputtered atoms come into a contact hole;
(C) is a cross-sectional view showing the obtained metal film.

【図2】従来のスパッタリング方法を示す図であり、
(A)はスパッタリング装置の一例を概略的に示す図、
(B)はコンタクトホールへのスパッタ原子の飛来の状
態を示す断面図、(C)は得られるメタル膜を示す断面
図である。
FIG. 2 is a diagram showing a conventional sputtering method,
(A) is a diagram schematically showing an example of a sputtering apparatus,
(B) is a cross-sectional view showing a state in which sputtered atoms fly into the contact hole, and (C) is a cross-sectional view showing the obtained metal film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 チャンバ 4 ターゲット 6 基板 8 排気口 10 シリコン基板 12 層間絶縁膜 14a アルミニウム膜 2 chamber 4 target 6 substrate 8 exhaust port 10 silicon substrate 12 interlayer insulating film 14a aluminum film

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成4年12月18日[Submission date] December 18, 1992

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Name of item to be amended] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【特許請求の範囲】[Claims]

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 不活性ガスイオンをAl又はAl合金の
ターゲットに入射させ、ターゲットからのスパッタ原子
をターゲットに対向して配置された基板上に堆積させて
Al膜又はAl合金膜を形成する方法において、前記不
活性ガスとしてArとAr以外の不活性ガスとの混合ガ
スを用いることを特徴とするスパッタリング方法。
1. A method of forming an Al film or an Al alloy film by injecting an inert gas ion into a target of Al or Al alloy and depositing sputtered atoms from the target on a substrate arranged facing the target. 2. The sputtering method, wherein a mixed gas of Ar and an inert gas other than Ar is used as the inert gas.
【請求項2】 Ar以外の不活性ガスはAlより原子量
の小さい元素である請求1に記載のスパッタリング方
法。
2. The sputtering method according to claim 1, wherein the inert gas other than Ar is an element having a smaller atomic weight than Al.
【請求項3】 ターゲットに対向して配置された基板形
状とスパッタリング経過時間の一方又は両方に応じて前
記混合ガスの組成を調節する請求項1に記載のスパッタ
リング方法。
3. The sputtering method according to claim 1, wherein the composition of the mixed gas is adjusted according to one or both of the shape of the substrate arranged facing the target and the elapsed sputtering time.
JP34240191A 1991-11-30 1991-11-30 Sputtering method of al or al alloy Pending JPH05195211A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006037172A (en) * 2004-07-28 2006-02-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd The sputtering method
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