JPH05263226A - 薄膜形成方法 - Google Patents
薄膜形成方法Info
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- JPH05263226A JPH05263226A JP5871192A JP5871192A JPH05263226A JP H05263226 A JPH05263226 A JP H05263226A JP 5871192 A JP5871192 A JP 5871192A JP 5871192 A JP5871192 A JP 5871192A JP H05263226 A JPH05263226 A JP H05263226A
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- film
- stress
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、薄膜形成方法に関し、スパッタガ
スの圧力を高くすることなく、タングステン膜の実用的
な成長速度を維持して、膜応力及び比抵抗の小さいタン
グステン膜をスパッタ法により形成することを目的とす
る。 【構成】 スパッタガスとしてキセノン（Ｘｅ）とアル
ゴン（Ａｒ）とのガスの組成比を０．１≦Ａｒ／（Ａｒ
＋Ｘｅ）≦０．４の範囲の割合で混合し、そのスパッタ
ガスを用いて、タングステン薄膜を形成するように構成
する。
スの圧力を高くすることなく、タングステン膜の実用的
な成長速度を維持して、膜応力及び比抵抗の小さいタン
グステン膜をスパッタ法により形成することを目的とす
る。 【構成】 スパッタガスとしてキセノン（Ｘｅ）とアル
ゴン（Ａｒ）とのガスの組成比を０．１≦Ａｒ／（Ａｒ
＋Ｘｅ）≦０．４の範囲の割合で混合し、そのスパッタ
ガスを用いて、タングステン薄膜を形成するように構成
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜形成方法に関し、
特に半導体装置基板上の配線材料、あるいはＸ線露光用
マスクの吸収体としてのタングステンの薄膜形成方法に
関するものである。近年、半導体装置の配線材料として
は、主としてアルミ又はアルミ合金が用いられている
が、配線の微細化が進むにつれてエレクトロマイグレー
ションやストレスマイグレーション等による断線不良の
問題が深刻化している。このため、アルミ以外の金属と
しては、例えばタングステンやモリブデン等を配線に使
う試みがなされている。中でもタングステンは、そのバ
ルクの比抵抗が５．５μΩ・ｃｍと比較的低いため、最
も注目されている。また、タングステン薄膜は、Ｘ線露
光技術においてもマスクの吸収体として検討されてい
る。
特に半導体装置基板上の配線材料、あるいはＸ線露光用
マスクの吸収体としてのタングステンの薄膜形成方法に
関するものである。近年、半導体装置の配線材料として
は、主としてアルミ又はアルミ合金が用いられている
が、配線の微細化が進むにつれてエレクトロマイグレー
ションやストレスマイグレーション等による断線不良の
問題が深刻化している。このため、アルミ以外の金属と
しては、例えばタングステンやモリブデン等を配線に使
う試みがなされている。中でもタングステンは、そのバ
ルクの比抵抗が５．５μΩ・ｃｍと比較的低いため、最
も注目されている。また、タングステン薄膜は、Ｘ線露
光技術においてもマスクの吸収体として検討されてい
る。
【０００２】しかし、このタングステン薄膜の形成方法
としては、現在スパッタ法やＣＶＤ法等があるが、ＣＶ
Ｄ法によるタングステン薄膜は、酸化膜に対する密着性
が極度に悪いため、ＴｉＮ等の密着層（Ｇｌｕｅ Ｌａ
ｙｅｒ）が必要になるという問題がある。一方、スパッ
タ法によるタングステン薄膜は、酸化膜に対する密着性
は良好なものの、大きな応力を持つことが知られてい
る。
としては、現在スパッタ法やＣＶＤ法等があるが、ＣＶ
Ｄ法によるタングステン薄膜は、酸化膜に対する密着性
が極度に悪いため、ＴｉＮ等の密着層（Ｇｌｕｅ Ｌａ
ｙｅｒ）が必要になるという問題がある。一方、スパッ
タ法によるタングステン薄膜は、酸化膜に対する密着性
は良好なものの、大きな応力を持つことが知られてい
る。
【０００３】そこで、半導体装置の配線材料又はＸ線露
光用マスクの吸収体として、できるだけ低い応力を持つ
タングステンの薄膜をスパッタ法を使って形成する薄膜
形成方法が要請されている。
光用マスクの吸収体として、できるだけ低い応力を持つ
タングステンの薄膜をスパッタ法を使って形成する薄膜
形成方法が要請されている。
【０００４】
【従来の技術】従来、タングステン膜をスパッタ法によ
って形成する場合は、通常はスパッタガスとしてアルゴ
ン（Ａｒ）が用いられていた。もちろん、アルゴン以外
のクリプトン（Ｋｒ）やキセノン（Ｘｅ）等は、希ガス
類としてスパッタ法に使用することができるが、高価で
あることなどの理由により、実際にはほとんど使われて
いなかった。そして、これらのスパッタガスをスパッタ
法に使用する場合は、それぞれ単体で用いられていた。
って形成する場合は、通常はスパッタガスとしてアルゴ
ン（Ａｒ）が用いられていた。もちろん、アルゴン以外
のクリプトン（Ｋｒ）やキセノン（Ｘｅ）等は、希ガス
類としてスパッタ法に使用することができるが、高価で
あることなどの理由により、実際にはほとんど使われて
いなかった。そして、これらのスパッタガスをスパッタ
法に使用する場合は、それぞれ単体で用いられていた。
【０００５】そして、スパッタ法により形成されたタン
グステン膜は、膜に応力が生じ問題となっていた。そこ
で、膜応力の制御法については、以下に述べるような報
告がなされている。例えば、タングステン膜の応力は、
基板温度が高くなるにつれて圧縮応力が小さくなり、所
定温度以上では引っ張り応力となることが報告されてい
る。アール・シー・サン著「ジャーナル・オブ・アプラ
イド・フィジックス」４６巻、１１２頁、１９７５年
（Ｒ．Ｃ．Ｓｕｎ“Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．”Ｖｏ
ｌ．４６，ｐ１１２，１９７５）。
グステン膜は、膜に応力が生じ問題となっていた。そこ
で、膜応力の制御法については、以下に述べるような報
告がなされている。例えば、タングステン膜の応力は、
基板温度が高くなるにつれて圧縮応力が小さくなり、所
定温度以上では引っ張り応力となることが報告されてい
る。アール・シー・サン著「ジャーナル・オブ・アプラ
イド・フィジックス」４６巻、１１２頁、１９７５年
（Ｒ．Ｃ．Ｓｕｎ“Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．”Ｖｏ
ｌ．４６，ｐ１１２，１９７５）。
【０００６】また、タングステン膜の応力は、スパッタ
に用いるアルゴンガスの圧力に対して敏感であることが
知られている。一般に、高融点金属を用いたスパッタ膜
の場合は、スパッタガスの圧力が低い領域では圧縮応力
となり、スパッタガスの圧力が高くなるにつれて引っ張
り応力に変わることが知られている。ディー・ダブリュ
・ホフマン及びジェイ・エイ・ソーントン著「スィン・
ソリッド・フィルムズ」４５巻、３８７頁、１９７７年
（Ｄ．Ｗ．Ｈｏｆｆｍａｎ ａｎｄ Ｊ．Ａ．Ｔｏｒｎ
ｔｏｎ“Ｔｈｉｎ ｓｏｌｉｄ ｆｉｌｍｓ”ｖｏｌ．
４５，ｐ３８７，１９７７）。
に用いるアルゴンガスの圧力に対して敏感であることが
知られている。一般に、高融点金属を用いたスパッタ膜
の場合は、スパッタガスの圧力が低い領域では圧縮応力
となり、スパッタガスの圧力が高くなるにつれて引っ張
り応力に変わることが知られている。ディー・ダブリュ
・ホフマン及びジェイ・エイ・ソーントン著「スィン・
ソリッド・フィルムズ」４５巻、３８７頁、１９７７年
（Ｄ．Ｗ．Ｈｏｆｆｍａｎ ａｎｄ Ｊ．Ａ．Ｔｏｒｎ
ｔｏｎ“Ｔｈｉｎ ｓｏｌｉｄ ｆｉｌｍｓ”ｖｏｌ．
４５，ｐ３８７，１９７７）。
【０００７】また、タングステン膜以外のモリブデン薄
膜では、この圧縮応力から引っ張り応力へ遷移するスパ
ッタガスの圧力は、スパッタガスの原子量が、ネオン
（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キ
セノン（Ｘｅ）と大きくなるにつれて低くなることが報
告されている。ディー・ダブリュ・ホフマン及びジェイ
・エイ・ソーントン著「ジャーナル・バキューム・アン
ド・サイエンス・テクノロジー」１７巻、３８０頁、１
９８０年（Ｄ．Ｗ．Ｈｏｆｆｍａｎ ａｎｄ Ｊ．Ａ．
Ｔｏｒｎｔｏｎ“Ｊ． Ｖａｃ． Ｓｃｉ． Ｔｅｃｈ
ｎｏｌ．”ｖｏｌ．１７，ｐ３８０，１９８０）。
膜では、この圧縮応力から引っ張り応力へ遷移するスパ
ッタガスの圧力は、スパッタガスの原子量が、ネオン
（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キ
セノン（Ｘｅ）と大きくなるにつれて低くなることが報
告されている。ディー・ダブリュ・ホフマン及びジェイ
・エイ・ソーントン著「ジャーナル・バキューム・アン
ド・サイエンス・テクノロジー」１７巻、３８０頁、１
９８０年（Ｄ．Ｗ．Ｈｏｆｆｍａｎ ａｎｄ Ｊ．Ａ．
Ｔｏｒｎｔｏｎ“Ｊ． Ｖａｃ． Ｓｃｉ． Ｔｅｃｈ
ｎｏｌ．”ｖｏｌ．１７，ｐ３８０，１９８０）。
【０００８】このように、従来のスパッタ法により形成
された膜の応力制御は、スパッタガスの圧力や基板温度
等の条件を制御することによって行われ、また、上記以
外には、スパッタパワーを制御することによっても膜応
力の制御を行うことができる。
された膜の応力制御は、スパッタガスの圧力や基板温度
等の条件を制御することによって行われ、また、上記以
外には、スパッタパワーを制御することによっても膜応
力の制御を行うことができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
のタングステンの薄膜形成方法にあっては、通常はアル
ゴンがスパッタガスとして単体で用いられていた。そこ
で、このような条件下でスループットを向上させるため
には、スパッタパワーを上げてタングステン膜の成長速
度を速める必要があった。ところが、スパッタパワーを
上げると、タングステン膜の圧縮応力が強くなってしま
うという問題があった。
のタングステンの薄膜形成方法にあっては、通常はアル
ゴンがスパッタガスとして単体で用いられていた。そこ
で、このような条件下でスループットを向上させるため
には、スパッタパワーを上げてタングステン膜の成長速
度を速める必要があった。ところが、スパッタパワーを
上げると、タングステン膜の圧縮応力が強くなってしま
うという問題があった。
【００１０】図８はスパッタガスにアルゴンを用いてタ
ングステン膜を形成した場合の膜応力とスパッタパワー
との関係線図である。図８に示すように、スパッタパワ
ーを０．５ｋＷ→１．５ｋＷ→３ｋＷと上げるにつれ
て、最初は３２５ＭＰａ程度の引っ張り応力であったも
のが、１．１３ｋＷ付近で応力が「０」となり、それ以
降は圧縮応力が増加して−１０００ＭＰａ程度の圧縮応
力を持ったタングステン膜が形成されることがわかる。
ングステン膜を形成した場合の膜応力とスパッタパワー
との関係線図である。図８に示すように、スパッタパワ
ーを０．５ｋＷ→１．５ｋＷ→３ｋＷと上げるにつれ
て、最初は３２５ＭＰａ程度の引っ張り応力であったも
のが、１．１３ｋＷ付近で応力が「０」となり、それ以
降は圧縮応力が増加して−１０００ＭＰａ程度の圧縮応
力を持ったタングステン膜が形成されることがわかる。
【００１１】ところが、上記のように応力のあるタング
ステン膜をシリコン基板上などに形成した場合は、基板
が反ってしまい、フォトリソグラフィ技術などにより
基板上で露光する際に焦点がずれたり、基板自体に応
力が生じて基板との接合面に欠陥が入ったり、タング
ステン膜の応力で膜自体の剥離が起こったりするという
問題が発生するため、できるだけ膜応力を小さくするこ
とが行われている。
ステン膜をシリコン基板上などに形成した場合は、基板
が反ってしまい、フォトリソグラフィ技術などにより
基板上で露光する際に焦点がずれたり、基板自体に応
力が生じて基板との接合面に欠陥が入ったり、タング
ステン膜の応力で膜自体の剥離が起こったりするという
問題が発生するため、できるだけ膜応力を小さくするこ
とが行われている。
【００１２】そこで、スパッタパワーを下げて成膜すれ
ば、応力の小さいタングステン膜が得られるが、実用的
な膜の成長速度である３０００Å／ｍｉｎ程度を得よう
とすると、どうしても３ｋＷ程度のスパッタパワーが必
要となる。このように、膜応力と膜の成長速度という相
反する２つの要請を共に満足させるには、他の膜応力の
低下要因を考慮する必要がある。
ば、応力の小さいタングステン膜が得られるが、実用的
な膜の成長速度である３０００Å／ｍｉｎ程度を得よう
とすると、どうしても３ｋＷ程度のスパッタパワーが必
要となる。このように、膜応力と膜の成長速度という相
反する２つの要請を共に満足させるには、他の膜応力の
低下要因を考慮する必要がある。
【００１３】そこで、図９はスパッタガスにアルゴンを
用いてタングステン膜を形成した場合の膜応力とスパッ
タガス圧力との関係線図である。図９に示すように、ス
パッタガスの圧力を高くすれば、タングステン膜の圧縮
応力を小さくできることがわかる。ところが、スパッタ
ガスの圧力を高くして形成したタングステン膜は、膜の
密度が低下しており、例えば上記したＸ線露光用マスク
の吸収体には適さなくなってしまうという問題がある。
用いてタングステン膜を形成した場合の膜応力とスパッ
タガス圧力との関係線図である。図９に示すように、ス
パッタガスの圧力を高くすれば、タングステン膜の圧縮
応力を小さくできることがわかる。ところが、スパッタ
ガスの圧力を高くして形成したタングステン膜は、膜の
密度が低下しており、例えば上記したＸ線露光用マスク
の吸収体には適さなくなってしまうという問題がある。
【００１４】その上、図１０に示すスパッタガスにアル
ゴンを用いてタングステン膜を形成した場合の比抵抗と
スパッタガス圧力との関係線図を見ると、スパッタガス
の圧力が高くなるに従って、バルクの比抵抗も高くな
り、配線材料としても適当でなくなるという問題があ
る。そこで、本発明は、このような従来の課題に鑑みて
なされたものであり、スパッタガスの圧力を高くするこ
となく、タングステン膜の実用的な成長速度を維持し
て、膜応力の小さいタングステン膜をスパッタ法により
形成することが可能な薄膜形成方法を提供することを目
的とする。
ゴンを用いてタングステン膜を形成した場合の比抵抗と
スパッタガス圧力との関係線図を見ると、スパッタガス
の圧力が高くなるに従って、バルクの比抵抗も高くな
り、配線材料としても適当でなくなるという問題があ
る。そこで、本発明は、このような従来の課題に鑑みて
なされたものであり、スパッタガスの圧力を高くするこ
となく、タングステン膜の実用的な成長速度を維持し
て、膜応力の小さいタングステン膜をスパッタ法により
形成することが可能な薄膜形成方法を提供することを目
的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明によ
る半導体装置は、上記目的を達成するため、スパッタガ
スとしてキセノンとアルゴンを混合し、該スパッタガス
を用いてスパッタ法によりタングステン薄膜を形成する
ものである。請求項２記載の発明による半導体装置は、
上記目的を達成するため、前記スパッタガスのキセノン
とアルゴンのガス組成比が、次式の範囲の割合で混合さ
れたものである。０．１≦Ａｒ／（Ａｒ＋Ｘｅ）≦０．
４
る半導体装置は、上記目的を達成するため、スパッタガ
スとしてキセノンとアルゴンを混合し、該スパッタガス
を用いてスパッタ法によりタングステン薄膜を形成する
ものである。請求項２記載の発明による半導体装置は、
上記目的を達成するため、前記スパッタガスのキセノン
とアルゴンのガス組成比が、次式の範囲の割合で混合さ
れたものである。０．１≦Ａｒ／（Ａｒ＋Ｘｅ）≦０．
４
【００１６】
【作用】本発明によれば、従来はスパッタガスとして単
体で用いられていたアルゴンと、高価なためにスパッタ
ガスとしてはほとんど使われていなかったキセノンとを
適当な組成比で混合したスパッタガスを構成し、そのス
パッタガスを使ってマグネトロンスパッタ装置によりタ
ングステン薄膜を形成するようにしたため、スパッタガ
ス圧力を高くすることなく、タングステン膜の実用的な
成長速度を維持しながら、膜応力や比抵抗の小さいタン
グステン膜を形成することができた。
体で用いられていたアルゴンと、高価なためにスパッタ
ガスとしてはほとんど使われていなかったキセノンとを
適当な組成比で混合したスパッタガスを構成し、そのス
パッタガスを使ってマグネトロンスパッタ装置によりタ
ングステン薄膜を形成するようにしたため、スパッタガ
ス圧力を高くすることなく、タングステン膜の実用的な
成長速度を維持しながら、膜応力や比抵抗の小さいタン
グステン膜を形成することができた。
【００１７】より詳しくは、本発明者らは、上記発明を
創作するにあたって、スパッタガスとして単体のキセノ
ンを使ってタングステン膜をスパッタ法により形成し、
膜応力とスパッタガス圧力との関係（図６参照）及び比
抵抗とスパッタガス圧力との関係（図７参照）を調べた
結果、以下のようなことがわかった。なお、スパッタパ
ワーや基板温度条件等は、従来の図９、１０と同じ条件
で行っている。
創作するにあたって、スパッタガスとして単体のキセノ
ンを使ってタングステン膜をスパッタ法により形成し、
膜応力とスパッタガス圧力との関係（図６参照）及び比
抵抗とスパッタガス圧力との関係（図７参照）を調べた
結果、以下のようなことがわかった。なお、スパッタパ
ワーや基板温度条件等は、従来の図９、１０と同じ条件
で行っている。
【００１８】すなわち、図６に示すスパッタガスにキセ
ノンを用いてタングステン膜を形成した場合の膜応力と
スパッタガス圧力との関係線図を見ると、スパッタガス
圧を増加させると非常に大きな引っ張り応力を有する膜
となることが分かった。また、図７に示すスパッタガス
にキセノンを用いてタングステン膜を形成した場合の比
抵抗とスパッタガス圧力との関係線図を見ると、その比
抵抗は、図１０に示すスパッタガスにアルゴンのみを用
いた従来の場合よりは低くなることがわかった。
ノンを用いてタングステン膜を形成した場合の膜応力と
スパッタガス圧力との関係線図を見ると、スパッタガス
圧を増加させると非常に大きな引っ張り応力を有する膜
となることが分かった。また、図７に示すスパッタガス
にキセノンを用いてタングステン膜を形成した場合の比
抵抗とスパッタガス圧力との関係線図を見ると、その比
抵抗は、図１０に示すスパッタガスにアルゴンのみを用
いた従来の場合よりは低くなることがわかった。
【００１９】このため、上記結果に基づいて本発明者ら
は、アルゴンを単体で用いてスパッタ法により形成した
タングステン膜の圧縮応力と比抵抗を低下させる要因と
して、従来はそれぞれ単体で使われていた上記キセノン
をアルゴンと適当な組成比で混合させることを思い到っ
た。そして、その適正な組成比を調べた結果、図１に示
すように、実用的な成長速度（３０００Å／ｍｉｎ）を
維持するために必要な３ｋＷ程度のスパッタパワーを用
いて、膜密度や比抵抗に支障の無い例えば５ｍＴｏｒｒ
程度のスパッタガス圧力とし、シリコン基板等に好適な
３００℃の基板温度条件下において、アルゴンとキセノ
ンとを、０．１≦Ａｒ／（Ａｒ＋Ｘｅ）≦０．４の範囲
のガス組成比としたことにより、膜応力がプラス・マイ
ナス１５０ＭＰａ以下となり、より好ましくはＡｒ／
（Ａｒ＋Ｘｅ）＝０．２の場合に膜応力が１００ＭＰａ
以下となることがわかった。
は、アルゴンを単体で用いてスパッタ法により形成した
タングステン膜の圧縮応力と比抵抗を低下させる要因と
して、従来はそれぞれ単体で使われていた上記キセノン
をアルゴンと適当な組成比で混合させることを思い到っ
た。そして、その適正な組成比を調べた結果、図１に示
すように、実用的な成長速度（３０００Å／ｍｉｎ）を
維持するために必要な３ｋＷ程度のスパッタパワーを用
いて、膜密度や比抵抗に支障の無い例えば５ｍＴｏｒｒ
程度のスパッタガス圧力とし、シリコン基板等に好適な
３００℃の基板温度条件下において、アルゴンとキセノ
ンとを、０．１≦Ａｒ／（Ａｒ＋Ｘｅ）≦０．４の範囲
のガス組成比としたことにより、膜応力がプラス・マイ
ナス１５０ＭＰａ以下となり、より好ましくはＡｒ／
（Ａｒ＋Ｘｅ）＝０．２の場合に膜応力が１００ＭＰａ
以下となることがわかった。
【００２０】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１は本発明の一実施例に係るスパッタガスのアルゴンと
キセノンとの組成比と膜応力との関係を示す線図であ
り、図２は本発明の一実施例で用いたマグネトロンスパ
ッタ装置の構成断面図であり、図３はアルゴンとキセノ
ンとを混合させてスパッタガスとした場合のスパッタガ
ス圧力と膜応力との関係を示す線図であり、図４はアル
ゴンとキセノンとを混合させてスパッタガスとした場合
のスパッタガス圧力と比抵抗との関係を示す線図であ
り、図５は本実施例のスパッタガスと従来のアルゴンの
みを用いたスパッタガスとを比較してスパッタパワーと
成長速度との関係を示す線図である。
１は本発明の一実施例に係るスパッタガスのアルゴンと
キセノンとの組成比と膜応力との関係を示す線図であ
り、図２は本発明の一実施例で用いたマグネトロンスパ
ッタ装置の構成断面図であり、図３はアルゴンとキセノ
ンとを混合させてスパッタガスとした場合のスパッタガ
ス圧力と膜応力との関係を示す線図であり、図４はアル
ゴンとキセノンとを混合させてスパッタガスとした場合
のスパッタガス圧力と比抵抗との関係を示す線図であ
り、図５は本実施例のスパッタガスと従来のアルゴンの
みを用いたスパッタガスとを比較してスパッタパワーと
成長速度との関係を示す線図である。
【００２１】図２において、１はスパッタガスを導入し
て反応を起こさせるチャンバ、２はチャンバ１内にスパ
ッタガスを導入するガス導入口、３はチャンバ１からス
パッタガスを排気するクライオ真空ポンプ、３ａは排気
コンダクタンスの調整のためのバルブ、４はチャンバ１
内に設けられてスパッタ膜を形成する材料（ここではタ
ングステン）を載せるターゲット、５はターゲット４に
平行な磁力線（平行磁場）６を発生させるマグネット、
７はターゲット４でスパッタされた原子、８はタングス
テン膜を形成するシリコン基板である。
て反応を起こさせるチャンバ、２はチャンバ１内にスパ
ッタガスを導入するガス導入口、３はチャンバ１からス
パッタガスを排気するクライオ真空ポンプ、３ａは排気
コンダクタンスの調整のためのバルブ、４はチャンバ１
内に設けられてスパッタ膜を形成する材料（ここではタ
ングステン）を載せるターゲット、５はターゲット４に
平行な磁力線（平行磁場）６を発生させるマグネット、
７はターゲット４でスパッタされた原子、８はタングス
テン膜を形成するシリコン基板である。
【００２２】まず、本実施例のマグネトロンスパッタ装
置は、図２に示すように、チャンバ１内のマグネット５
により、ターゲット４に対して平行磁場６を形成する。
ここで、ガス導入口２からスパッタガスが導入される
と、前記平行磁場６にスパッタガスによる非常に強いプ
ラズマが形成される。本実施例のスパッタガスは、アル
ゴンとキセノンの組成比をＡｒ／（Ａｒ＋Ｘｅ）＝０．
２、すなわちＡｒ：Ｘｅ＝１：４の流量比で導入するよ
うにしたものである。このため、平行磁場６にアルゴン
（Ａｒ+ ）とキセノン（Ｘｅ+ ）のプラスのイオンがで
きる。そして、図示しない電極によりターゲット４を直
流の２００〜６００Ｖ程度の負電圧を印加してマイナス
としたため、Ａｒ+ とＸｅ+ とがターゲット４に当たっ
てタングステンをスパッタし、ターゲット原子を叩き出
す。
置は、図２に示すように、チャンバ１内のマグネット５
により、ターゲット４に対して平行磁場６を形成する。
ここで、ガス導入口２からスパッタガスが導入される
と、前記平行磁場６にスパッタガスによる非常に強いプ
ラズマが形成される。本実施例のスパッタガスは、アル
ゴンとキセノンの組成比をＡｒ／（Ａｒ＋Ｘｅ）＝０．
２、すなわちＡｒ：Ｘｅ＝１：４の流量比で導入するよ
うにしたものである。このため、平行磁場６にアルゴン
（Ａｒ+ ）とキセノン（Ｘｅ+ ）のプラスのイオンがで
きる。そして、図示しない電極によりターゲット４を直
流の２００〜６００Ｖ程度の負電圧を印加してマイナス
としたため、Ａｒ+ とＸｅ+ とがターゲット４に当たっ
てタングステンをスパッタし、ターゲット原子を叩き出
す。
【００２３】このＡｒ+ とＸｅ+ とがターゲット４に当
たる際のエネルギーは、ターゲット４に印加した電圧に
応じて、３００Ｖを印加していれば３００ｅＶ程度のエ
ネルギーを持っている。そして、Ａｒ+ とＸｅ+ は、こ
のエネルギーによって加速されてターゲット４に当たる
が、全ての粒子がスパッタを行うのではなく、一部のＡ
ｒ+ とＸｅ+ はターゲット４に当たると中性粒子となっ
て跳ね返って、シリコン基板８上に形成するタングステ
ン膜に入り込んでしまい、タングステン膜に圧縮応力を
形成することになる。この中性粒子がシリコン基板８側
に飛んでくる割合を少なくするには、ターゲット４側に
印加する電圧を下げればよいが、この電圧を下げるとタ
ングステン薄膜の形成速度が低下して、スループットが
悪くなる。
たる際のエネルギーは、ターゲット４に印加した電圧に
応じて、３００Ｖを印加していれば３００ｅＶ程度のエ
ネルギーを持っている。そして、Ａｒ+ とＸｅ+ は、こ
のエネルギーによって加速されてターゲット４に当たる
が、全ての粒子がスパッタを行うのではなく、一部のＡ
ｒ+ とＸｅ+ はターゲット４に当たると中性粒子となっ
て跳ね返って、シリコン基板８上に形成するタングステ
ン膜に入り込んでしまい、タングステン膜に圧縮応力を
形成することになる。この中性粒子がシリコン基板８側
に飛んでくる割合を少なくするには、ターゲット４側に
印加する電圧を下げればよいが、この電圧を下げるとタ
ングステン薄膜の形成速度が低下して、スループットが
悪くなる。
【００２４】ところが、本実施例のスパッタガスは、従
来のアルゴン以外に原子量の大きいキセノンが多く混合
されているため、必ずしも明らかではないが、電圧を上
げてもターゲット４に跳ね返ってシリコン基板８まで届
くキセノンの中性粒子のエネルギーは、Ａｒの場合と比
べて小さく、タングステン膜中への付着確率が小さいと
考えられる。従って、圧縮応力の発生に関してスパッタ
パワーの依存性がアルゴンに比べて少ないと推測され
る。
来のアルゴン以外に原子量の大きいキセノンが多く混合
されているため、必ずしも明らかではないが、電圧を上
げてもターゲット４に跳ね返ってシリコン基板８まで届
くキセノンの中性粒子のエネルギーは、Ａｒの場合と比
べて小さく、タングステン膜中への付着確率が小さいと
考えられる。従って、圧縮応力の発生に関してスパッタ
パワーの依存性がアルゴンに比べて少ないと推測され
る。
【００２５】このため、図３に示すように、スパッタガ
スの組成比がＡｒ／（Ａｒ＋Ｘｅ）＝０．２の場合は、
３ｋＷ程度のスパッタパワーを使い、３００℃の基板温
度条件下において、スパッタ法を用いてタングステン薄
膜を形成すると、スパッタガス圧力が１〜７．５ｍＴｏ
ｒｒの広いガス圧力範囲で、１００ＭＰａ以下の引っ張
り応力を有するタングステン薄膜とすることができる。
スの組成比がＡｒ／（Ａｒ＋Ｘｅ）＝０．２の場合は、
３ｋＷ程度のスパッタパワーを使い、３００℃の基板温
度条件下において、スパッタ法を用いてタングステン薄
膜を形成すると、スパッタガス圧力が１〜７．５ｍＴｏ
ｒｒの広いガス圧力範囲で、１００ＭＰａ以下の引っ張
り応力を有するタングステン薄膜とすることができる。
【００２６】また、図１に示すように、スパッタガスの
組成比が０．１≦Ａｒ／（Ａｒ＋Ｘｅ）≦０．４の場合
は、応力が１５０ＭＰａ以下のタングステン薄膜を得る
ことができる。また、キセノンは、上記図７で示したよ
うに、アルゴン（図１０）の単体の場合と比べて比抵抗
を小さくすることができる。このため、キセノンとアル
ゴンを混合したスパッタガスを用いた場合は、図４に示
すように、スパッタガス圧が７ｍＴｏｒｒ以下であれ
ば、配線層として使用できる１０μΩ・ｃｍ以下の比抵
抗を持ったタングステン薄膜が得られる。
組成比が０．１≦Ａｒ／（Ａｒ＋Ｘｅ）≦０．４の場合
は、応力が１５０ＭＰａ以下のタングステン薄膜を得る
ことができる。また、キセノンは、上記図７で示したよ
うに、アルゴン（図１０）の単体の場合と比べて比抵抗
を小さくすることができる。このため、キセノンとアル
ゴンを混合したスパッタガスを用いた場合は、図４に示
すように、スパッタガス圧が７ｍＴｏｒｒ以下であれ
ば、配線層として使用できる１０μΩ・ｃｍ以下の比抵
抗を持ったタングステン薄膜が得られる。
【００２７】ところで、図２に示すチャンバ１内のスパ
ッタガス圧力を上げると、スパッタガスの原子が増加す
るため、ターゲット４に当たって跳ね返った中性粒子が
チャンバ１内に増えた他の原子と衝突して、基板８側へ
到達し難くなることから、圧縮応力を低下させることが
できる。しかし、上記のようにチャンバ１内のスパッタ
ガスの圧力を上げる場合は、通常、３ａのコンダクタン
スバルブを調整して排気能力を落とすことによって行わ
れるため、チャンバ１内の不純物（水、酸素等）を排気
する能力も低下し、これらの不純物がタングステン膜内
に取り込まれ易くなる。このことから、前述したよう
に、形成されるタングステン薄膜の比抵抗が上がった
り、膜の密度が悪くなると考えられている。
ッタガス圧力を上げると、スパッタガスの原子が増加す
るため、ターゲット４に当たって跳ね返った中性粒子が
チャンバ１内に増えた他の原子と衝突して、基板８側へ
到達し難くなることから、圧縮応力を低下させることが
できる。しかし、上記のようにチャンバ１内のスパッタ
ガスの圧力を上げる場合は、通常、３ａのコンダクタン
スバルブを調整して排気能力を落とすことによって行わ
れるため、チャンバ１内の不純物（水、酸素等）を排気
する能力も低下し、これらの不純物がタングステン膜内
に取り込まれ易くなる。このことから、前述したよう
に、形成されるタングステン薄膜の比抵抗が上がった
り、膜の密度が悪くなると考えられている。
【００２８】このように、チャンバ１内のスパッタガス
圧力を上げて圧縮応力を小さくする方法は、採用するこ
とが難しく、本実施例のようにガス圧力を上げることな
く応力の低下が図れる方法が望ましい。さらに、図５は
本実施例のスパッタガスを用いた場合と従来のアルゴン
のみを用いたスパッタガスとでタングステン薄膜を形成
した場合に、それぞれ印加したスパッタパワーに対して
膜の成長速度がどの程度違ってくるかを比較したもので
ある。図５に示されるように、アルゴンとキセノンを混
合した本実施例の場合は、スパッタパワーを３ｋＷとす
ると、３６００Å／ｍｉｎ程度と成長速度が速いため、
２．５ｋＷ程度までスパッタパワーを下げても３０００
Å／ｍｉｎ程度の成長速度が得られ、圧縮応力などをさ
らに小さくすることができる。
圧力を上げて圧縮応力を小さくする方法は、採用するこ
とが難しく、本実施例のようにガス圧力を上げることな
く応力の低下が図れる方法が望ましい。さらに、図５は
本実施例のスパッタガスを用いた場合と従来のアルゴン
のみを用いたスパッタガスとでタングステン薄膜を形成
した場合に、それぞれ印加したスパッタパワーに対して
膜の成長速度がどの程度違ってくるかを比較したもので
ある。図５に示されるように、アルゴンとキセノンを混
合した本実施例の場合は、スパッタパワーを３ｋＷとす
ると、３６００Å／ｍｉｎ程度と成長速度が速いため、
２．５ｋＷ程度までスパッタパワーを下げても３０００
Å／ｍｉｎ程度の成長速度が得られ、圧縮応力などをさ
らに小さくすることができる。
【００２９】これに比べて、従来のアルゴンのみの場合
は、スパッタパワーを３ｋＷとすると、３１００Å／ｍ
ｉｎとなり、これ以上スパッタパワーを下げると実用的
な成長速度である３０００Å／ｍｉｎを下回ってしまう
ことになる。なお、図５に示す条件下において、単体の
アルゴンでスパッタ法で形成したタングステン薄膜は、
−５００ＭＰａの圧縮応力が生じ（図８参照）、比抵抗
も１４μΩ・ｃｍとなるため（図１０参照）、このまま
では使用することが出来ないものである。
は、スパッタパワーを３ｋＷとすると、３１００Å／ｍ
ｉｎとなり、これ以上スパッタパワーを下げると実用的
な成長速度である３０００Å／ｍｉｎを下回ってしまう
ことになる。なお、図５に示す条件下において、単体の
アルゴンでスパッタ法で形成したタングステン薄膜は、
−５００ＭＰａの圧縮応力が生じ（図８参照）、比抵抗
も１４μΩ・ｃｍとなるため（図１０参照）、このまま
では使用することが出来ないものである。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
タングステン薄膜をスパッタ法により形成する際に、ス
パッタガスとしてアルゴンとキセノンの混合ガスを用い
ることにより、広いスパッタガス圧力の範囲がとれ、応
力が低く、かつ低抵抗な膜を形成することが可能であ
る。このため、本発明の薄膜形成方法は、信頼性が高く
安定した半導体装置の配線を形成したり、Ｘ線露光用マ
スクの吸収体を形成する場合に好適に用いることができ
る。
タングステン薄膜をスパッタ法により形成する際に、ス
パッタガスとしてアルゴンとキセノンの混合ガスを用い
ることにより、広いスパッタガス圧力の範囲がとれ、応
力が低く、かつ低抵抗な膜を形成することが可能であ
る。このため、本発明の薄膜形成方法は、信頼性が高く
安定した半導体装置の配線を形成したり、Ｘ線露光用マ
スクの吸収体を形成する場合に好適に用いることができ
る。
【図１】本発明の一実施例に係るスパッタガスのアルゴ
ンとキセノンとの組成比と膜応力との関係を示す線図で
ある。
ンとキセノンとの組成比と膜応力との関係を示す線図で
ある。
【図２】本発明の一実施例で用いたマグネトロンスパッ
タ装置の構成断面図である。
タ装置の構成断面図である。
【図３】アルゴンとキセノンとを混合させてスパッタガ
スとした場合のスパッタガス圧力と膜応力との関係を示
す線図である。
スとした場合のスパッタガス圧力と膜応力との関係を示
す線図である。
【図４】アルゴンとキセノンとを混合させてスパッタガ
スとした場合のスパッタガス圧力と比抵抗との関係を示
す線図である。
スとした場合のスパッタガス圧力と比抵抗との関係を示
す線図である。
【図５】本実施例のスパッタガスと従来のアルゴンのみ
を用いたスパッタガスとを比較してスパッタパワーと成
長速度との関係を示す線図である。
を用いたスパッタガスとを比較してスパッタパワーと成
長速度との関係を示す線図である。
【図６】スパッタガスにキセノンを用いてタングステン
膜を形成した場合の膜応力とスパッタガス圧力との関係
線図である。
膜を形成した場合の膜応力とスパッタガス圧力との関係
線図である。
【図７】スパッタガスにキセノンを用いてタングステン
膜を形成した場合の比抵抗とスパッタガス圧力との関係
線図である。
膜を形成した場合の比抵抗とスパッタガス圧力との関係
線図である。
【図８】スパッタガスにアルゴンを用いてタングステン
膜を形成した場合の膜応力とスパッタパワーとの関係線
図である。
膜を形成した場合の膜応力とスパッタパワーとの関係線
図である。
【図９】スパッタガスにアルゴンを用いてタングステン
膜を形成した場合の膜応力とスパッタガス圧力との関係
線図である。
膜を形成した場合の膜応力とスパッタガス圧力との関係
線図である。
【図１０】スパッタガスにアルゴンを用いてタングステ
ン膜を形成した場合の比抵抗とスパッタガス圧力との関
係線図である。
ン膜を形成した場合の比抵抗とスパッタガス圧力との関
係線図である。
１ チャンバ ２ ガス導入口 ３ クライオ真空ポンプ ４ ターゲット ５ マグネット ６ 磁力線（平行磁場） ８ シリコン基板
Claims (2)
- 【請求項１】スパッタガスとしてキセノンとアルゴンを
混合し、 該スパッタガスを用いてスパッタ法によりタングステン
薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成方法。 - 【請求項２】前記スパッタガスのキセノンとアルゴンの
ガス組成比が、次式の範囲の割合で混合されてなること
を特徴とする請求項１記載の薄膜形成方法。 ０．１≦Ａｒ／（Ａｒ＋Ｘｅ）≦０．４
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5871192A JPH05263226A (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | 薄膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5871192A JPH05263226A (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | 薄膜形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05263226A true JPH05263226A (ja) | 1993-10-12 |
Family
ID=13092082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5871192A Withdrawn JPH05263226A (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | 薄膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05263226A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6614083B1 (en) | 1999-03-17 | 2003-09-02 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Wiring material and a semiconductor device having wiring using the material, and the manufacturing method |
| US6661096B1 (en) | 1999-06-29 | 2003-12-09 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Wiring material semiconductor device provided with a wiring using the wiring material and method of manufacturing thereof |
| JP2004270035A (ja) * | 2003-03-11 | 2004-09-30 | Trikon Technol Ltd | タングステン又はタングステン含有薄膜を形成する方法 |
| US7010837B2 (en) | 2002-04-09 | 2006-03-14 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Method for manufacturing an electronic component |
| WO2006049328A1 (ja) * | 2004-11-05 | 2006-05-11 | Ulvac, Inc. | プラズマ発生方法及び装置並びに該方法及び装置を利用した低圧マグネトロンスパッタリング方法及び装置 |
| US7245018B1 (en) | 1999-06-22 | 2007-07-17 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Wiring material, semiconductor device provided with a wiring using the wiring material and method of manufacturing thereof |
| WO2022080011A1 (ja) * | 2020-10-14 | 2022-04-21 | 日東電工株式会社 | 金属層、タッチセンサ、調光素子、光電変換素子、熱線制御部材、アンテナ、電磁波シールド部材、画像表示装置および金属層の製造方法 |
-
1992
- 1992-03-17 JP JP5871192A patent/JPH05263226A/ja not_active Withdrawn
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7411259B2 (en) | 1999-03-17 | 2008-08-12 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Wiring material and a semiconductor device having a wiring using the material, and the manufacturing method thereof |
| US7663238B2 (en) | 1999-03-17 | 2010-02-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Wiring material and a semiconductor device having a wiring using the material, and the manufacturing method thereof |
| US7189604B2 (en) | 1999-03-17 | 2007-03-13 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Wiring material and a semiconductor device having a wiring using the material, and the manufacturing method thereof |
| US6614083B1 (en) | 1999-03-17 | 2003-09-02 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Wiring material and a semiconductor device having wiring using the material, and the manufacturing method |
| US9660159B2 (en) | 1999-06-22 | 2017-05-23 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Wiring material, semiconductor device provided with a wiring using the wiring material and method of manufacturing thereof |
| US8357611B2 (en) | 1999-06-22 | 2013-01-22 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Wiring material, semiconductor device provided with a wiring using the wiring material and method of manufacturing thereof |
| US7906429B2 (en) | 1999-06-22 | 2011-03-15 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Wiring material, semiconductor device provided with a wiring using the wiring material and method of manufacturing thereof |
| US7245018B1 (en) | 1999-06-22 | 2007-07-17 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Wiring material, semiconductor device provided with a wiring using the wiring material and method of manufacturing thereof |
| US7226822B2 (en) | 1999-06-29 | 2007-06-05 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Wiring material, semiconductor device provided with a wiring using the wiring material and method of manufacturing thereof |
| US7816191B2 (en) | 1999-06-29 | 2010-10-19 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Wiring material, semiconductor device provided with a wiring using the wiring material and method of manufacturing thereof |
| US6661096B1 (en) | 1999-06-29 | 2003-12-09 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Wiring material semiconductor device provided with a wiring using the wiring material and method of manufacturing thereof |
| US7010837B2 (en) | 2002-04-09 | 2006-03-14 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Method for manufacturing an electronic component |
| JP2004270035A (ja) * | 2003-03-11 | 2004-09-30 | Trikon Technol Ltd | タングステン又はタングステン含有薄膜を形成する方法 |
| WO2006049328A1 (ja) * | 2004-11-05 | 2006-05-11 | Ulvac, Inc. | プラズマ発生方法及び装置並びに該方法及び装置を利用した低圧マグネトロンスパッタリング方法及び装置 |
| WO2022080011A1 (ja) * | 2020-10-14 | 2022-04-21 | 日東電工株式会社 | 金属層、タッチセンサ、調光素子、光電変換素子、熱線制御部材、アンテナ、電磁波シールド部材、画像表示装置および金属層の製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990518 |