JPH05283411A - 薄膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、結晶配向性が良好でストレスマイグ
レーションやエレクトロマイグレーションに対する耐性
の高い配線形成が可能で、かつ表面平滑性の優れた薄膜
の形成方法を提供しようとするものである。 【構成】半導体基板１２上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に導電材料を所望の間隔をおいて断続的に
蒸着する工程とを具備したことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜の形成方法に関
し、特に配線形成に適した薄膜の形成方法に係わる。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置には、半導体基板の拡散層を
表面側に引出したり、拡散層を相互に接続したりする等
の目的で多数の配線が形成されている。この配線形成に
用いられる薄膜は、通常、物理的蒸着法により形成され
ている。前記物理的蒸着法は、半導体基板上の絶縁膜お
よび前記絶縁膜に開口されたコンタクトの両者に薄膜を
形成できる利点を有する。

【０００３】ところで、従来の配線形成用の薄膜は半導
体基板上の非晶質絶縁膜に物理的蒸着法により導電材料
を蒸着した後、熱処理を施すことにより形成される。し
かしながら、かかる方法により形成された薄膜は結晶配
向性の劣る多結晶になる。このため、前記薄膜をリソグ
ラフィ技術によりパターニングすると、粒界が多数存在
する配線が形成される。特に、近年の半導体装置におけ
る高集積化の要請から配線加工幅が狭くなる傾向にある
が、前記薄膜から微細幅の配線を形成すると、前記多数
の粒界箇所が膜応力に起因するストレスマイグレーショ
ンや高電流密度通電に起因するエレクトロマイグレーシ
ョンの起点になって断線を生じ、半導体装置の信頼性を
著しく低下させる。

【０００４】前記各現象は、配線用のアルミニウム薄膜
において詳細に検討、解析されている。前記ストレスマ
イグレーションについては、Ｈ．Ｋａｎｅｋｏらは“２
７ｔｈ Ａｎｎｕａｌ Ｐｒｏｃ．ＩＲＰＳ”ｐｐ１９
４−１９９の中で次のような内容を報告している。すな
わち、Ｈ．Ｋａｎｅｋｏらは隣り合う結晶の最稠密面
（ｆｃｃ構造の場合（１１１）面）が対向する粒界にお
いてスリット状の欠損を生じ断線に至るとし、（１１
１）、（１００）のアルミニウム配向膜では前記粒界を
排除できるため、断線に至らないことを報告している。
前記エレクトロマイグレーションについては、Ｓ．Ｖａ
ｉｄｙａらは“Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ”Ｖ
ｏｌ．７５ｐｐ２５３−２５９の中で、（１１１）配向
性が強く粒界の大きなアルミニウムからなる配線ほど寿
命が長いことを報告している。

【０００５】一方、ＳｉＯ₂ 上の薄膜はＡｌに限定した
場合、イオンビームスパッタを始めとするスパッタ膜は
（１１１）以外の指数の結晶粒が極めて少ないために非
常に良好な配向性を示す。しかしながら、（１１１）の
みに限った場合、例えばＸ線でΘスキャンを行い（１１
１）の配向度を基板垂直方位からのずれを見ると、半値
幅で６〜１０数度の幅を持った薄膜であり、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耐性の向
上を図ることが不十分であり、さらに高配向膜の形成方
法が望まれている。

【０００６】また、エネルギーの高い粒子が連続的に飛
来すると、ＳｉＯ₂ 基板表面の温度が上昇し、飛来粒子
との化学的反応が促進され、界面の平滑性が失われ、配
向性が悪化するため、基板表の温度上昇を極力避ける必
要が生じる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、結晶
配向性が良好でストレスマイグレーションやエレクトロ
マイグレーションに対する耐性の高い配線形成が可能な
薄膜の形成方法を提供しようとするものである。

【０００８】本発明の別の目的は、結晶配向性が良好で
ストレスマイグレーションやエレクトロマイグレーショ
ンに対する耐性の高い配線形成が可能で、かつ表面平滑
性の優れた薄膜の形成方法を提供しようとするものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前述したようにストレス
マイグレーションは配線とパッシベーション膜との熱膨
張率の差に起因した熱応力を緩和する過程で生じる配線
欠陥であり、その発生箇所は結晶粒界である。また、配
線電流密度に制限を与えているエレクトロマイグレーシ
ョン耐性に関してはエレクトロマイグレーション耐性の
低い粒界三重点が減少した現在、バンブー構造配線のエ
レクトロマイグレーションおよびストレスマイグレーシ
ョンによる断線を防ぐためには、結晶粒界で対向する結
晶粒の最稠密面同士が平行に近い状態を取らない形態が
望ましい。例えば、ｆｃｃ結晶構造材の場合であれば、
（１１１）または（１００）高配向の膜を成膜すること
がその一つの形態である。

【００１０】本発明は、前述した電極、配線のエレクト
ロマイグレーション耐性、ストレスマイグレーション耐
性の向上を目的としてなされたものであり、アモルファ
スでボロンまたはリンがドープされたＳｉＯ₂ 上、ＴＥ
ＯＳまたはポリイミド等の上に高配向の薄膜を形成する
ものである。

【００１１】本発明は、従来から行われていたような連
続して成膜を行う方法ではなく、成膜を不連続に行うこ
とを特徴とし、さらにその不連続成膜工程としては成
膜、非成膜のサイクルが同じ成膜速度、時間間隔、供給
原子量が同じものを繰り返し所望の膜厚を得るもの、ま
たは１サイクルの成膜量が一定でない方法等がある。こ
れらの不連続な成膜を行う場合、所望の膜質を得るため
には適宜諸条件を定めればよい。

【００１２】いずれの場合も１回の成膜原子の供給量を
最稠密面積層換算で５０オングストローム（以下Ａと称
す）以下、供給速度が同様な膜厚規定で１０Ａ／ｓｅ
ｃ、非成膜時の時間は飛来粒子の熱平衡化を図るために
１秒間以上であることが好ましく、これを１サイクルと
し、またより好ましくは非成膜時間が１０秒間以上であ
ることがよい。

【００１３】前述したように所望の膜厚はこれを繰り返
すことにより得ることができるし、また島状膜が連続化
した後に連続的に成膜を行うことでも得ることができ、
さらに成膜速度を一定にして成膜時間を回数毎に変化さ
せることもできる。また、成膜時間を一定にして成膜速
度を回数毎に変化させることもできる。さらに、成膜方
法を途中で切り替えることも可能である。成膜量は、回
数を増やすに従って徐々に増加させることが望ましい。

【００１４】前記成膜方法は、スパッタ蒸着法、抵抗加
熱蒸着法を初めとした物理的蒸着法に加え、各種ＣＶＤ
法などを問わず、また非連続に成膜する方法としては飛
来粒子を機械的に例えばシャッタなどで遮る方法でも、
電気的に蒸着源の電力を制御することも可能である。ま
た、非成膜時の成膜量は必ずしも０でなくてもよく、５
Ａ／ｓｅｃ以下であれば実質的に非連続と同等であり、
許容される。

【００１５】成膜する物質としては、例えばＳｉ、Ｍｏ
Ｓｉ、純Ａｌ、Ａｌ合金、純Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｗ、Ａ
ｇ、Ａｕいずれでもよい。なお、Ａｌ合金としては、特
にＡｌ−Ｃｕ合金、Ａｌ−Ｃｒ合金、Ａｌ−Ｍｇ合金が
望ましい。また、これらの物質を積層状に成膜すること
も可能である。さらに、ＣＶＤ法の場合にはＳｉ、Ｃｕ
等を成膜中にソースガス中に混入させたり、成膜後にイ
オンインプランテーションまたはスパッタ等で積層し、
熱処理することにより合金化することも許容する。

【００１６】また、非成膜時において蒸着粒子の緩和過
程の促進の目的でエネルギーを波状的に供給することが
望ましい。この時のエネルギー源としては、不活性ガス
の照射が望ましい。その方法としては、イオンガスによ
るイオン照射、スパッタ成膜の場合、基板バイアス印加
による基板バイアススパッタまたはレーザなどの熱線の
照射もよい。しかしながら、この時の供給エネルギーと
しては２０ｅＶ以下が望ましい。

【００１７】なお、本発明に係わる薄膜の形成方法は半
導体薄膜の形成にも適用することができる。

【００１８】本発明に係わる別の薄膜の形成方法は、半
導体基板上に非晶質絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁
膜上に化学気相成長法により固有の結晶晶壁を有するア
ルミニウム微結晶を堆積する工程と、前記アルミニウム
微結晶層上に物理的蒸着法により所望の厚さのアルミニ
ウム薄膜を蒸着する工程とを具備したことを特徴とする
ものである。

【００１９】前記非晶質絶縁膜としては、例えばシリコ
ン酸化膜、シリコン窒化膜等を挙げることができる。

【００２０】前記化学気相成長法としては、例えばＣＶ
Ｄ法を採用することができる。特に、原料ガスとしてト
リイソブチルアルミニウムを用いる熱ＣＶＤ法が好適で
ある。また、前記熱ＣＶＤ法において前記半導体基板を
予熱することが好ましい。

【００２１】前記化学気相成長法により固有の結晶晶壁
を有するアルミニウム微結晶は、例えばＡｌ（１１１）
ロッキングカーブの半値幅で１゜以下にすることが望ま
しい。

【００２２】前記物理的蒸着法としては、例えば真空蒸
着法、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法等を採用す
ることができる。この物理的蒸着法は、前記非晶質絶縁
膜に予め堆積したアルミニウム微結晶層の固有の結晶晶
壁を崩さないようにするために、前記半導体基板の温度
が２００℃以下になる条件で行うことが望ましい。

【００２３】前記アルミニウム微結晶の堆積工程から前
記アルミニウム薄膜の蒸着工程に半導体基板を搬送する
には、高真空状態を保持しながら行うか、高純度の不活
性ガス中で行うことが望ましい。

【００２４】本発明に係わるさらに別の薄膜の形成方法
は、半導体基板上に非晶質絶縁膜を形成する工程と、前
記絶縁膜上に化学気相成長法により固有の結晶晶壁を有
するアルミニウム微結晶を堆積する工程と、前記半導体
基板の温度を下げた後、前記アルミニウム微結晶層上に
化学気相成長法により所望の厚さのアルミニウム薄膜を
堆積する工程と、前記アルミニウム薄膜に低エネルギー
のイオンを照射する工程とを具備したことを特徴とする
前記非晶質絶縁膜としては、例えばボロン、リンなどの
不純物をドープしたシリコン酸化膜、ＴＥＯＳ膜、ポリ
イミド膜等を挙げることができる。

【００２５】前記化学気相成長法としては、例えばＣＶ
Ｄ法を採用することができる。特に、原料ガスとしてト
リイソブチルアルミニウムを用いる熱ＣＶＤ法が好適で
ある。また、前記固有の結晶晶壁を有するアルミニウム
微結晶を堆積する時には、前記半導体基板を予熱した状
態で前記熱ＣＶＤ法を行うことが好ましい。

【００２６】前記化学気相成長法により固有の結晶晶壁
を有するアルミニウム微結晶は、例えばＡｌ（１１１）
ロッキングカーブの半値幅で１゜以下にすることが望ま
しい。

【００２７】前記アルミニウム薄膜の堆積に先立つ前記
半導体基板の温度降下は、前記非晶質絶縁膜に予め堆積
したアルミニウム微結晶層の固有の結晶晶壁を崩さない
ようにする観点から、２００℃以下にすることが望まし
い。

【００２８】前記低エネルギーのイオンの照射は、例え
ばＡｒ、Ｈｅなどの不活性ガスのグロー放電により行う
ことが好ましい。前記不活性ガスのエネルギーは、予め
堆積されたアルミニウム薄膜の急激なスパッタリングを
防止するために５００ｅＶ以下にすることが望ましい。

【００２９】

【作用】本発明方法によれば、半導体基板上に絶縁膜を
形成し、前記絶縁膜上に導電材料を所望の間隔をおいて
断続的に蒸着し、結晶配向性が良好で表面平滑性の優れ
た薄膜の形成することができる。

【００３０】すなわち、本発明者らは導電材料の蒸着を
間欠的に行うことにより結晶配向性が向上する現象を詳
細に検討したところ、ストレスマイグレーションやエレ
クトロマイグレーションに対する耐性の高い配線を形成
できる。

【００３１】さらに、前記薄膜は前記絶縁膜との界面粗
さをその界面粗さの平均線と界面のなす角度で５度以下
にすることができ、これによってもストレスマイグレー
ションやエレクトロマイグレーションに対する耐性の高
い配線形成材料として利用できる。

【００３２】本発明の別の方法によれば、半導体基板上
に非晶質絶縁膜を形成し、前記絶縁膜上に化学気相成長
法により固有の結晶晶壁を有するアルミニウム微結晶を
堆積した後、前記アルミニウム微結晶層上に物理的蒸着
法により所望の厚さのアルミニウム薄膜を蒸着すること
によって、結晶配向性が良好な薄膜の形成することがで
きる。

【００３３】すなわち、本発明者らは例えばトリイソブ
チルアルミニウムを原料ガスとする熱ＣＶＤ法により半
導体基板上の非晶質シリコン酸化膜にアルミニウム薄膜
を形成し、アルミニウム薄膜の成長過程を詳細に調べ
た。その結果、アルミニウムは成長初期段階において特
定の結晶晶壁によって囲まれた互いに孤立した微結晶構
造を有していた。また、その結晶配向性をＸ線回折法に
より調べたところ、（１１１）回折ピークのみを有する
（１１１）配向状態であることが明らかになった。さら
に、前記（１１１）回折ピークのロッキングカーブを測
定し、半値幅を求めたところ、１゜以下という非常に配
向生が高い状態であることが確認された。ところが、そ
の後熱ＣＶＤ法によりアルミニウムの成長を続行すると
前記配向性が次第に悪化し、ある膜厚まで堆積すると配
向性が崩れ、多結晶のアルミニウム膜になってしまう。

【００３４】このようなことから、本発明者らは（１１
１）半値幅が十分に小さい特定の結晶晶壁を有するアル
ミニウム微結晶の状態においてアルミニウムの堆積を一
旦停止し、ひきつづき物理的蒸着法によりアルミニウム
を所望の厚さになるまで堆積したところ、前記アルミニ
ウム微結晶の結晶配向性を維持した（１１１）高配向性
アルミニウム薄膜を形成できることを見出だした。前記
物理的蒸着を半導体基板の温度を２００℃以下で行え
ば、アルミニウムの再結晶化を抑制することができる。

【００３５】また、前記アルミニウム微結晶の堆積工程
から前記アルミニウム薄膜の蒸着工程に半導体基板を搬
送するには、高真空状態を保持しながら行うか、高純度
の不活性ガス中で行えば、アルミニウム微結晶表面の酸
化を効果的に抑制することができる。

【００３６】したがって、前記薄膜を例えばリソグラフ
ィ技術によりパターニングすることによってストレスマ
イグレーションやエレクトロマイグレーションに対する
耐性の高い高信頼性の配線を形成できる本発明のさらに
別の方法によれば、半導体基板上に非晶質絶縁膜を形成
し、前記絶縁膜上に化学気相成長法により固有の結晶晶
壁を有するアルミニウム微結晶を堆積し、前記半導体基
板の温度を下げた後、前記アルミニウム微結晶層上に化
学気相成長法により所望の厚さのアルミニウム薄膜を堆
積し、さらに前記アルミニウム薄膜に低エネルギーのイ
オンを照射することによって、結晶配向性が良好で表面
平滑性の優れた薄膜の形成することができる。

【００３７】すなわち、本発明者らは例えばトリイソブ
チルアルミニウムを原料ガスとする熱ＣＶＤ法により半
導体基板上の非晶質シリコン酸化膜にアルミニウム薄膜
を形成し、アルミニウム薄膜の成長過程を詳細に調べ
た。その結果、アルミニウムは成長初期段階において特
定の結晶晶壁によって囲まれた互いに孤立した微結晶構
造を有していた。また、その結晶配向性をＸ線回折法に
より調べたところ、（１１１）回折ピークのみを有する
（１１１）配向状態であることが明らかになった。さら
に、前記（１１１）回折ピークのロッキングカーブを測
定し、半値幅を求めたところ、１゜以下という非常に配
向生が高い状態であることが確認された。ところが、そ
の後熱ＣＶＤ法によりアルミニウムの成長を続行すると
前記配向性が次第に悪化し、ある膜厚まで堆積すると配
向性が崩れ、多結晶のアルミニウム膜になってしまう。

【００３８】このようなことから、本発明者らは（１１
１）半値幅が十分に小さい特定の結晶晶壁を有するアル
ミニウム微結晶の状態においてアルミニウムの堆積を一
旦停止し、半導体基板温度を例えば２００℃以下まで不
連続的に下げ、その後熱ＣＶＤ法によりアルミニウムを
所望の厚さになるまで堆積したところ、前記アルミニウ
ム微結晶の結晶配向性を維持した（１１１）高配向性ア
ルミニウム薄膜を形成できることを見出だした。かかる
工程で形成されたアルミニウム薄膜は、成長初期のアル
ミニウム微結晶の晶壁を反映しているため、表面平滑性
が劣り、微細加工を行うには問題がある。

【００３９】そこで、本発明者らは前記アルミニウム薄
膜に低エネルギーのイオンを照射することにより表面を
平滑化できることを見出だした。かかるアルミニウム薄
膜の平滑化は、前記低エネルギーのイオンを照射により
前記アルミニウム薄膜表面の結晶が再配列されることに
よるものと考えられる。したがって、前記薄膜を例えば
リソグラフィ技術によりパターニングすることによって
ストレスマイグレーションやエレクトロマイグレーショ
ンに対する耐性の高い配線を形成できると共に、パッシ
ベーション膜の形成後において前記配線と前記パッシベ
ーション膜の界面に空洞（ボイド）等が発生するのを回
避でき、信頼性を著しく向上できる。

【００４０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。

【００４１】実施例１ 図１は、実施例１の薄膜の形成方法に使用されるスパッ
タ装置を示す概略図である。真空チャンバ１には、スパ
ッタガス導入管２が連結されている。マスフローコント
ローラ３は、前記導入管２に介装されている。排気管４
は、前記真空チャンバ１の下部付近の側壁に連結されて
いる。図示しない真空ポンプは、前記排気管４に連結さ
れている。ターゲット５は、前記真空チャンバ１内の下
部付近に配置されている。ＲＦ電源６は、前記ターゲッ
ト５に接続されている。直流電源７は、前記ターゲット
５にローパスフィルタ８を通して接続されている。な
お、前記ＲＦ電源６およびＤＣ電源７の他端側は接地さ
れている。サセプタ９は、前記真空チャンバ１内に前記
ターゲット５と対向するように配置されている。ヒータ
１０は、前記真空チャンバ１内の前記サセプタ９上方に
近接して位置するように配置されている。シャッタ１１
は、真空チャンバ１内に前記ターゲット５と前記サセプ
タ９の間に位置するように配置されている。なお、前記
真空チャンバの上部には図示しない磁石が配置されてい
る。

【００４２】次に、前述したスパッタ装置を用いてアル
ミニウム薄膜を形成する方法を説明する。

【００４３】まず、６インチのウェハ表面に１０００オ
ングストローム（以下Ａと記す）の酸化膜を形成した
後、洗浄処理を施して表面の不純物を除去した。つづい
て、スパッタにより成膜した。この時のスパッタ条件を
下記に示す。

【００４４】 （スパッタ条件） スパッタ方式；ＲＦマグネトロン方式 ウェハ温度；室温 ガス圧力；１ｍｍＴｏｒｒ ターゲットバイアス；２００Ｖ ターゲット印加電力；３Ｗ／ｃｍ² 膜堆積速度；１．０×１０¹⁵ａｔｍｓ／ｃｍ² ・ｓｅｃ 前述したスパッタ蒸着をシャッタ１１を１ｓｅｃの間隔
で開閉する操作より間欠的に行い、６００Ａのアルミニ
ウム薄膜を形成した。なお、前記アルミニウム薄膜はオ
ージェスペクトルで前記ウェハ１２表面の酸化膜が検出
されなくなることにより連続した膜になる膜厚から求め
た。つづいて、前記シャッタ１１を開放した状態でスパ
ッタ蒸着を連続的に行ってトータル膜厚が４０００Ａの
アルミニウム薄膜を形成した。

【００４５】実施例２〜５、比較例１ スパッタ蒸着に際しての膜堆積速度、間欠的な蒸着によ
るアルミニウム薄膜の膜厚を下記表１に示す条件で行っ
た以外、実施例１と同様な方法によりトータル膜厚が４
０００Ａのアルミニウム薄膜をウェハの酸化膜上に形成
した。

【００４６】本実施例１〜５および比較例１により形成
されたアルミニウム膜につい、走査型電子顕微鏡により
表面観察を行って表面平滑性を評価した。また、前記各
アルミニウム薄膜について、次のような手順によりエレ
クトロマイグレーション耐性を評価した。

【００４７】シリコンウェハの酸化膜上のアルミニウム
薄膜へのレジスト膜の形成、マスクを用いた露光、現
像、エッチング等の一連のリソグラフィ技術により図２
に示すように酸化膜１３上に形成された一対の電極１４
ａ、１４ｂと前記酸化膜１３上に形成され、前記各電極
１４ａ、１４ｂに接続された長さ１０００μｍ、幅０．
８μｍの配線１５とを具備した試験基板１６を作製し
た。この試験基板１６の配線１５に対して２００℃の温
度下で、２×１０⁶ アンペア／ｃｍ² に相当する電流を
流し平均事故時間からエレクトロマイグレーション耐性
を評価した。

【００４８】このような表面平滑性およびエレクトロマ
イグレーション耐性を下記表１に併記した。なお、表１
中のエレクトロマイグレーション耐性において、平均事
故時間（Ｔ）が連続膜と同等以下の場合は×、同時間
（Ｔ）が１〜２倍の場合は△、同時間（Ｔ）が２〜１０
倍の場合は○、１０倍以上の場合は◎として示した。

【００４９】

【表１】 前記表１から明らかなように間欠的に蒸着した後、連続
時に蒸着を行うことにより形成された実施例１〜６のア
ルミニウム薄膜は、表面平滑性が良好で、かつ結晶配向
性の向上によってエレクトロマイグレーション耐性に優
れていることがわかる。

【００５０】なお、前記実施例１〜５における間欠的な
蒸着はシャッタの開閉により行ったがこの方式に限定さ
れない、例えば、チョッパーを用いる方法、蒸着源（例
えばターゲット）上でウェハを回転させる方法、蒸着源
を間欠的にスイッチングする方法によっても同様な目的
を達成することができる。

【００５１】実施例６ 図３は、本実施例６のアルミニウム薄膜の形成に使用さ
れる膜形成装置を示す概略図である。第１真空チャンバ
２１は、下部付近の側壁に排気管２２が連結されてい
る。図示しない真空ポンプは、前記排気管２２に連結さ
れている。トリイソブチルアルミニウムを収容した原料
ガスボンベ２３は、前記真空チャンバ２１の下方に配置
されている。Ａｒガス供給管２４は、前記ボンベ２３の
下部付近に連結されている。加熱ヒータ２５を有する原
料ガス予備加熱室２６は、前記真空チャンバ２１の底部
からその内部に挿着されている。前記予備加熱室２６
は、前記ボンヘ２３にバルブ２７を介して連結されてい
る。第１サセプタ２８は、前記真空チャンバ１内の上部
に前記予備加熱室２６と対向するように配置されてい
る。ヒータ２９は、前記真空チャンバ１内の前記サセプ
タ２８上方に近接して位置するように配置されている。

【００５２】第２真空チャンバ３０は、前記第１真空チ
ャンバ２１に隣接して配置されていると共に、ゲートバ
ルブ３１を介して前記第１真空チャンバ２１に連結され
ている。排気管３２は、前記真空チャンバ３０下部付近
の側壁に連結されている。図示しない真空ポンプは、前
記排気管３２に連結されている。アルミニウム粒子３３
を収納したルツボ３４は、前記第２真空チャンバ３０内
の底部に配置されている。第２サセプタ３５は、前記真
空チャンバ３０内の上部にルツボ３４と対向するように
配置されている。ヒータ３６は、前記真空チャンバ３０
内の前記サセプタ３５上方に近接して配置されている。
シャッタ３７は、前記真空チャンバ３０内の前記ルツボ
３４と前記サセプタ３５の間に位置するように配置され
ている。なお、図示しない搬送機構は前記第１真空チャ
ンバ２１内の前記サセプタ２８に保持されたウェハを前
記第２真空チャンバ３０内の前記第２サセプタ３５に搬
送するために前記第１、第２真空チャンバ２１、３０に
亘って配置されている。

【００５３】次に、前述した膜形成装置を用いてアルミ
ニウム薄膜を形成する方法を説明する。

【００５４】まず、６インチのウェハ表面に１０００Ａ
の酸化膜を形成した後、洗浄処理を施して表面の不純物
を除去した。つづいて、前述した膜形成装置の第１真空
チャンバ２１内の第１サセプタ２８に前記処理を施した
ウェハ３８を保持させ、ヒータ２９により前記ウェハ３
７を４００℃に加熱した。ひきつづき、図示しない真空
ポンプを作動して前記チャンバ２１内のガスを排気し
た。排気を続行しながらバルブ２７を開いた後、ガス供
給管２４からＡｒガスを２０ｓｃｃｍの流量で原料ガス
ボンベ２３に供給してその中のトリイソブチルアルミニ
ウムをバブリングさせ、加熱ヒータ２５により２００℃
に予備加熱された原料ガス予備加熱室２６を通して前記
チャンバ２１内に供給して前記ウェハ３７の酸化膜上に
アルミニウムを堆積させる、熱ＣＶＤを行った。

【００５５】前述した熱ＣＶＤにおけるアルミニウム堆
積時間に対する結晶配向性をＡｌ（１１１）ロッキング
カーブの半値幅として図４に示す。このような図４のア
ルミニウム堆積時間と結晶配向性性の関係から、前記熱
ＣＶＤを堆積されたＡｌ薄膜のＡｌ（１１１）半値幅が
０．５゜になった時に停止させた。

【００５６】次いで、ゲートバルブ３１を開き、第１、
第２の真空チャンバ２１、３０内を１０^-8Ｔｏｒｒより
高真空にした状態で図示しない搬送機構により前記第１
サセプタ２８のウェハ３８を前記ゲートバルブ３１を通
して第２サセプタ３５に搬送した。前記ゲートバルブ３
１を閉じた後、ヒータ３６により前記第２サセプタ３５
のウェハス３８を２００℃に加熱した。排気管３２を通
して排気する操作を続行しながら、ルツボ３４のアルミ
ニウム粒子３３を溶融、蒸発させた。アルミニウムの蒸
発が安定した時にシャッタ３７を開いて前記第２サセプ
タ３５のウェハ３８にアルミニウムを蒸着し、トータル
膜厚が４０００Ａのアルミニウム薄膜を形成した。

【００５７】実施例７、８、参照例１ 熱ＣＶＤの停止を下記表２に示すＡｌ（１１１）ロッキ
ングカーブの半値幅になった時に行った以外、実施例６
と同様な方法によりトータル膜厚が４０００Ａのアルミ
ニウム薄膜をウェハの酸化膜上に形成した。

【００５８】本実施例６〜８および参照例１により形成
されたアルミニウム膜につい、Ａｌ（１１１）ロッキン
グカーブの半値幅を測定した。また、前記各アルミニウ
ム薄膜について、実施例１と同様な方法によりエレクト
ロマイグレーション耐性を評価した。これらの結果を下
記表２に併記した。なお、表２には全工程を熱ＣＶＤに
よりアルミニウム薄膜を形成する方法を比較例２として
併記した。

【００５９】

【表２】 前記表２から明らかなように本実施例６〜８アルミニウ
ム薄膜は熱ＣＶＤ工程での微結晶の晶壁をほぼ反映し、
良好な結晶配向性を有することがわかる。また、本実施
例６〜８アルミニウム薄膜から形成された配線は前記結
晶構造から優れたエレクトロマイグレーション耐性を有
することがわかる。

【００６０】実施例９ 図５は、本実施例９のアルミニウム薄膜の形成に使用さ
れる膜形成装置を示す概略図である。第１真空チャンバ
４１は、下部付近の側壁に排気管４２が連結されてい
る。図示しない真空ポンプは、前記排気管４２に連結さ
れている。トリイソブチルアルミニウムを収容した原料
ガスボンベ４３は、前記真空チャンバ４１の下方に配置
されている。Ａｒガス供給管４４は、前記ボンベ４３の
下部付近に連結されている。加熱ヒータ４５を有する原
料ガス予備加熱室４６は、前記真空チャンバ４１の底部
からその内部に挿着されている。前記予備加熱室４６
は、前記ボンヘ４３にバルブ４７を介して連結されてい
る。第１サセプタ４８は、前記真空チャンバ１内の上部
に前記予備加熱室４６と対向するように配置されてい
る。ヒータ４９は、前記真空チャンバ１内の前記サセプ
タ４８上方に近接して位置するように配置されている。

【００６１】第２真空チャンバ５０は、前記第１真空チ
ャンバ４１に隣接して配置されていると共に、ゲートバ
ルブ５１を介して前記第１真空チャンバ４１に連結され
ている。排気管５２は、前記真空チャンバ５０下部付近
の側壁に連結されている。図示しない真空ポンプは、前
記排気管５２に連結されている。陰極を兼ねる第２サセ
プタ５３は、前記真空チャンバ５０内の上部に配置され
ている。陽極５４は、前記真空チャンバ５０内に前記サ
セプタ５３と対向するように配置されている。Ａｒガス
導入管５５は、前記真空チャンバ３０底部に連結されて
いる。なお、図示しない搬送機構は前記第１真空チャン
バ４１内の前記サセプタ４８に保持されたウェハを前記
第２真空チャンバ５０内の前記第２サセプタ５３に搬送
するために前記第１、第２真空チャンバ４１、５０に亘
って配置されている。

【００６２】次に、前述した膜形成装置を用いてアルミ
ニウム薄膜を形成する方法を説明する。

【００６３】まず、６インチのウェハ表面に１０００Ａ
の酸化膜を形成した後、洗浄処理を施して表面の不純物
を除去した。つづいて、前述した膜形成装置の第１真空
チャンバ４１内の第１サセプタ４８に前記処理を施した
ウェハ５５を保持させ、ヒータ４９により前記ウェハ５
５を４００℃に加熱した。ひきつづき、図示しない真空
ポンプを作動して前記チャンバ４１内のガスを排気し
た。排気を続行しながらバルブ４７を開いた後、ガス供
給管４４からＡｒガスを２０ｓｃｃｍの流量で原料ガス
ボンベ４３に供給してその中のトリイソブチルアルミニ
ウムをバブリングさせ、加熱ヒータ４５により２００℃
に予備加熱された原料ガス予備加熱室４６を通して前記
チャンバ４１内に供給して前記ウェハ５５の酸化膜上に
アルミニウムを堆積させる、第１熱ＣＶＤを行った。

【００６４】前述した第１熱ＣＶＤを前述した図４のア
ルミニウム堆積時間と結晶配向性性の関係から、堆積さ
れたＡｌ薄膜のＡｌ（１１１）半値幅が０．５゜になっ
た時に停止させた。

【００６５】次いで、前記ヒータ４９による前記ウェハ
５５の温度を２００℃まで下げ、前述した操作と同様な
熱ＣＶＤ（第２熱ＣＶＤ）を行ってトータル膜厚が４０
００Ａのアルミニウム薄膜を形成した。

【００６６】次いで、ゲートバルブ５１を開き、図示し
ない搬送機構により前記第１サセプタ４８のウェハ５５
を前記ゲートバルブ５１を通して第２真空チャンバ５０
内の第２サセプタ５３に搬送した。前記ゲートバルブ５
１を閉じた後、図示しない真空ポンプを作動して前記チ
ャンバ５０内のガスを排気しながらガス供給管５５から
Ａｒガスを前記チャンバ５０に供給した。つづいて、陰
極を兼ねる第２サセプタ５３と陽極５４に所定の直流電
圧を印加してそれらの間でグロー放電を行うことにより
前記第２サセプタ５３のウェハ５６表面のアルミニウム
薄膜に低エネルギーイオンを照射した。

【００６７】実施例１０、１１、参照例２、３ 第１熱ＣＶＤの停止を下記表３に示すＡｌ（１１１）ロ
ッキングカーブの半値幅になった時に行ない、第２熱Ｃ
ＶＤのウェハ温度を同表３に設定した以外、実施例９と
同様な方法によりトータル膜厚が４０００Ａのアルミニ
ウム薄膜の形成、低エネルギーイオンの照射を行った。

【００６８】本実施例９〜１１および参照例２、３の第
２熱ＣＶＤにより形成されたアルミニウム薄膜につい、
Ａｌ（１１１）ロッキングカーブの半値幅を測定した。
また、低エネルギーイオン照射後の各アルミニウム薄膜
について、実施例１と同様な方法により表面平滑性、エ
レクトロマイグレーション耐性を評価した。これらの結
果を下記表３に併記した。

【００６９】

【表３】 前記表３から明らかなように本実施例９〜１１のアルミ
ニウム薄膜は第１熱ＣＶＤ工程での微結晶の晶壁をほぼ
反映し、良好な結晶配向性を有することがわかる。ま
た、本実施例９〜１１のアルミニウム薄膜は平滑性が良
好で、かつ前記アルミニウム薄膜から形成された配線は
前記結晶構造から優れたエレクトロマイグレーション耐
性を有することがわかる。

【００７０】実施例１２ （１００）Ｓｉ基板に１０００Ａの熱酸化膜を形成した
後、下記条件のスパッタ蒸着によりＡｌ膜を成膜した。

【００７１】（スパッタ条件） スパッタ装置；配管、成膜室は電解研磨仕上げで不純物
の影響を極力取り除いたものを使用 到達真空度；２×１０^-10 Ｔｏｒｒ ターゲット；６Ｎ純度の純Ａｌ スパッタガス；Ａｒ（水分濃度３０ｐｐｂ） 成膜時Ａｒ圧力；１×１０^-3Ｔｏｒｒ 成膜速度；最稠密面積層換算で５Ａ／秒、１０Ａ／秒、
２０Ａ／秒、５０Ａ／秒、１００Ａ／秒 成膜サイクル；成膜時間（１秒または２秒）と非成膜時
間（０．５秒、１秒、１０秒）の組み合わせを１サイク
ルとする 成膜厚さ；４０００Ａ（前記サイクルの繰り返しによ
る） 前記スパッタによりＡｌ膜を成膜した試料をフォーミン
グガス（Ｎ₂ ：Ｈ₂ ＝９：１）中で４５０℃、１５分間
の熱処理を施した後、配線幅１μｍ、配線長さ１ｍのＴ
ＥＧ（Ｔｅｓｔ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｇｒｏｕｐ）に加工
し、さらに厚さ４０００ＡのＢＰＳＧ膜、厚さ７５００
ＡのプラズマＳｉ膜を成膜し、１５０℃、１０００時間
の熱処理を行ない、耐ストレスマイグレーション性を調
べた。１サイクルの成膜時間が１秒の場合を下記表４
に、１サイクルの成膜時間が２秒の場合を下記表５にそ
れぞれ示す。なお、表４、表５の評価は前述した表１に
準じる。また、表４および表５中には連続膜を比較例と
して併記した。

【００７２】

【表４】

【００７３】

【表５】 前記表４および表５から明らかなように本発明によれば
優れたストレスマイグレーション耐性を有するＡｌ薄膜
を形成できることがわかる。

【００７４】また、１サイクルの成膜時間が１秒、成膜
速度が５０Ａ／秒、非成膜時間が１０秒の条件により成
膜したＡｌ膜についてエレクトロマイグレーション試験
を行った。試験は、配線幅１μｍ、配線長さ１０ｍｍに
加工した後、２５０℃、２×１０⁶ アンペア／ｃｍ² の
通電試験を行った。その結果、不良時間が連続成膜した
比較例の１０倍であった。

【００７５】実施例１３ （１００）Ｓｉ基板に１０００Ａの熱酸化膜を形成した
後、１０００ＡのＴｉＮ膜を反応スパッタにより成膜し
た。この後、実施例１と同様なスパッタにより下記表６
に示す条件にて高純度のＡｌを成膜した。この時、非成
膜時のみ基板に−３０Ｖのバイアス電圧を印加した。ま
た、成膜後のＡｌ膜のＡｒ量をＲＢＳで分析したとこ
ろ、非成膜時のみバイアスを印加した試料からはＡｒは
検出されなかった。これに対し、成膜中もバイアスを印
加した試料はＡｒが０．１％検出された。

【００７６】前記スパッタによりＡｌ膜を成膜した試料
をフォーミングガス（Ｎ₂ ：Ｈ₂ ＝９：１）中で４５０
℃、１５分間の熱処理を施した後、配線幅１μｍ、配線
長さ１ｍのＴＥＧ（Ｔｅｓｔ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｇｒｏ
ｕｐ）に加工し、さらに厚さ４０００ＡのＢＰＳＧ膜、
厚さ７５００ＡのプラズマＳｉ膜を成膜し、１５０℃、
１０００時間の熱処理を行ない、耐ストレスマイグレー
ション性を調べた。その結果を下記表６に示す。なお、
表６の評価は前述した表１に準じる。

【００７７】

【表６】 実施例１４ （１００）Ｓｉ基板に１０００Ａの熱酸化膜を形成した
後、下記条件のスパッタ蒸着によりＡｌ膜を成膜した。

【００７８】（スパッタ条件） スパッタ装置；配管、成膜室は電解研磨仕上げで不純物
の影響を極力取り除いたものを使用 到達真空度；２×１０^-10 Ｔｏｒｒ ターゲット；６Ｎ純度の純Ａｌ スパッタガス；Ａｒ（水分濃度３０ｐｐｂ） 成膜時Ａｒ圧力；１×１０^-3Ｔｏｒｒ 成膜速度；最稠密面積層換算で１０Ａ／秒、２０Ａ／
秒、３０Ａ／秒、５０Ａ／秒、１００Ａ／秒 成膜サイクル；成膜時間と非成膜時間（０．５秒、１
秒、１０秒）の組み合わせを１サイクルとし、第１サイ
クル〜第ｎサイクルの成膜時間をｍ秒（ｍはサイクル回
数に対応して１，２，３…）とした 成膜厚さ；４０００Ａ（前記サイクルの繰り返しによ
る） 前記スパッタによりＡｌ膜を成膜した試料をフォーミン
グガス（Ｎ₂ ：Ｈ₂ ＝９：１）中で４５０℃、１５分間
の熱処理を施した後、配線幅１μｍ、配線長さ１ｍのＴ
ＥＧ（Ｔｅｓｔ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｇｒｏｕｐ）に加工
し、さらに厚さ４０００ＡのＢＰＳＧ膜、厚さ７５００
ＡのプラズマＳｉ膜を成膜し、１５０℃、１０００時間
の熱処理を行ない、耐ストレスマイグレーション性を調
べた。その結果を下記表７に示す。なお、表７の評価は
前述した表１に準じる。また、表７中には連続膜を比較
例として併記した。

【００７９】

【表７】

【００８０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば結
晶配向性が良好でストレスマイグレーションやエレクト
ロマイグレーションに対する耐性の高い配線形成が可能
な薄膜の形成方法を提供できる。また、本発明によれば
結晶配向性が良好でかつ表面平滑性の優れ、ストレスマ
イグレーションやエレクトロマイグレーションに対する
耐性が高く、サブミクロンの配線形成が可能な薄膜の形
成方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１で使用したスパッタ装置を示
す概略図。

【図２】本発明の実施例におけるエレクトロマイグレー
ション耐性の評価に用いた試験基板を示す平面図。

【図３】本発明の実施例６で使用した膜形成装置を示す
概略図。

【図４】アルミニウム堆積時間と堆積されたアルミニウ
ム薄膜のＡｌ（１１１）ロッキングカーブの半値幅との
関係を示す特性図。

【図５】本発明の実施例９で使用した膜形成装置を示す
概略図。

【符号の説明】

１、２１、３０、４１、５０…真空チャンバ、５…ター
ゲット、６…ＲＦ電源、９、２８、３５、４８、５３…
サセプタ、１０、２９、３６、４９…ヒータ、１２、３
８、５６…ウェハ、２３…原料ガスボンベ、３１、５１
…ゲートバルブ、３４…ルツボ、５４…陽極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梶田 明広 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に導電体薄膜を形成する薄
   膜の形成方法において、前記導電体薄膜の成膜を不連続
   に行うことを特徴とする薄膜の形成方法。
2. 【請求項２】 半導体基板上に絶縁膜を形成する工程
   と、前記絶縁膜上に導電材料を所望の間隔をおいて断続
   的に蒸着し、ひきつづき前記導電材料を連続的に蒸着す
   る工程とを具備したことを特徴とする薄膜の形成方法。
3. 【請求項３】 半導体基板上に非晶質絶縁膜を形成する
   工程と、前記絶縁膜上に化学気相成長法により固有の結
   晶晶壁を有するアルミニウム微結晶を堆積する工程と、
   前記アルミニウム微結晶層上に物理的蒸着法により所望
   の厚さのアルミニウム薄膜を蒸着する工程とを具備した
   ことを特徴とする薄膜の形成方法。
4. 【請求項４】 半導体基板上に非晶質絶縁膜を形成する
   工程と、前記絶縁膜上に化学気相成長法により固有の結
   晶晶壁を有するアルミニウム微結晶を堆積する工程と、
   前記半導体基板の温度を下げた後、前記アルミニウム微
   結晶層上に化学気相成長法により所望の厚さのアルミニ
   ウム薄膜を堆積する工程と、前記アルミニウム薄膜に低
   エネルギーのイオンを照射する工程とを具備したことを
   特徴とする薄膜の形成方法。