JPH0577329B2 - - Google Patents

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JPH0577329B2
JPH0577329B2 JP63141507A JP14150788A JPH0577329B2 JP H0577329 B2 JPH0577329 B2 JP H0577329B2 JP 63141507 A JP63141507 A JP 63141507A JP 14150788 A JP14150788 A JP 14150788A JP H0577329 B2 JPH0577329 B2 JP H0577329B2
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    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/34Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies not provided for in groups H01L21/0405, H01L21/0445, H01L21/06, H01L21/16 and H01L21/18 with or without impurities, e.g. doping materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/56Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • C23C14/564Means for minimising impurities in the coating chamber such as dust, moisture, residual gases
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C14/34Sputtering

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 半導体装置の製造方法に関し、特に大規模集積
回路(LSI)などの金属配線構造に用いるアルミ
ニユウム配線層を、スパツタリング法により形成
する方法に関し、 良好な膜質を持つたアルミニユウムなどの薄膜
を安定に、かつ高い装置稼働効率で得ることがで
きるスパツタリング法による半導体装置の製造方
法を提供することを目的とし、 真空チヤンバー内にガスを導入しスパツタリン
グにより薄膜を形成する半導体装置の製造方法に
おいて、前記真空チヤンバー内に導入するガス流
量を周期的に増減させ、該真空チヤンバー内の圧
力を相対的に低真空状態と高真空状態とに交番す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法を含み
構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に
大規模集積回路(LSI)などの金属配線構造に用
いるアルミニユウム配線層を、スパツタリング法
により形成する方法に関する。
〔従来の技術〕
近年の半導体素子の高集積化・高密度化に伴
い、素子の信頼性についても従来以上に厳しい性
能が要求されてきている。とりわけ、素子の微細
化が進むにつれて、配線に用いるアルミニユウム
薄膜の膜質が素子の信頼性に及ぼす影響について
は、最近特に問題となつてきている。
従来、アルミニユウム配線層に用いるアルミニ
ユウム薄膜の形成は、通常マグネトロン・スパツ
タリング法で行われている。このスパツタリング
法により、信頼性の高い半導体素子を歩留りよく
製造するためには、スパツタリング装置の状態の
管理が重要となつている。
すなわち、薄膜形成を行う真空装置(スパツタ
ー・チヤンバー)内での残留ガス(H2O、O2
N2が主成分)量に対して、アルミニユウム薄膜
の膜質は敏感に影響される。例えば、上記の残留
ガスが多い場合には、アルミニユウム薄膜の表面
が白濁(微小凹凸の形成による)したり、エレク
トロ・マイグレーシヨン耐性が劣化し、素子の信
頼性が低下する。このため、真空装置にリークが
無いことは必須であり、またスパツター・チヤン
バーを大気に曝した場合には、薄膜形成前に装置
内壁の焼出しを含め高真空になるまで装置内を必
ず排気しなければならない。
一方、上記の様な残留ガス成分は、装置内から
だけではなく、薄膜を被着する半導体基板からも
持ち込まれる。すなわち、通常アルミニユウム薄
膜を被着させる下地はリンシリケートガラス
(PSG)などの絶縁膜であるが、このPSG膜はリ
ン濃度が高い程吸湿し易くなる。従つて、アルミ
ニユウム薄膜形成中にも装置内部における発生・
残留ガスを十分に排気・除去できるように、装置
の排気能力を大きく保つことが必要である。
従来のスパツタリング装置では、アルミニユウ
ム薄膜の形成を約10-3Torr(mmTorr)のオーダー
のアルゴン圧力を行うことが多いが、この圧力は
下記のいずれかの方法を用いて設定している。
(A) 排気系の能力とバランスするだけの多量のア
ルゴンを導入する。
(B) 補助的な手段を用いて排気系の能力を低下さ
せ、少量のアルゴン流量でバランスさせる。
ところが、上記(A)の場合には、多量のアルゴン
を流しているため、排気系に用いているクライ
オ・ポンプの寿命が短くなり、再生頻度が高くな
る。一方、上記(B)の場合には、真空排気系のコン
ダクタンスを小さくしているため、装置内部での
発生・残留ガスに対して排気系の能力が小さくな
り、良好な膜質が安定して得られなくなる。
〔発明が解決しようとする課題〕
従つて、従来のスパツタリング法による薄膜形
成方法では、mmTorrのオーダーにスパツタリン
グ装置の圧力を設定して、配線層に用いるアルミ
ニユウム薄膜を成長させるときに、良好な膜質を
安定にかつ高い装置稼働率で得ることができない
といつた問題点があつた。
そこで本発明は、良好な膜質を持つたアルミニ
ユウムなどの薄膜を安定に、かつ高い装置稼働効
率で得ることができるスパツタリング法による半
導体装置の製造方法を提供することを目的とす
る。
〔課題を解決する手段〕
上記課題は、真空チヤンバー内にガスを導入し
スパツタリングにより薄膜を形成する半導体装置
の製造方法において、前記真空チヤンバー内に導
入するガス流量を周期的に増減させ、該真空チヤ
ンバー内の圧力を相対的に低真空状態と高真空状
態とに交番することを特徴とする半導体装置の製
造方法によつて解決される。
〔作 用〕
第1図は本発明の原理説明図である。同図は、
成膜時間と真空チヤンバーに導入するアルゴン流
量との関係を示しており、横軸は成膜時間であ
り、縦軸はアルゴン流量を示している。すなわ
ち、装置の排気能力を高く維持した状態に保ち、
短時間多流量のアルゴンを流す時間領域T1及び
長時間小流量のアルゴンを流す時間領域T2を周
期的に繰り返すことにより、成膜時に流す全アル
ゴン量を減少させて、装置稼働時間を伸ばすよう
にする。
本発明では、第1図を参照すると、長時間小流
量のアルゴンを流す時間領域T2に対応する真空
チヤンバー内のガス圧力は、mmTorrオーダー以
下となり、通常のマグネトロン・スパツター法で
は放電を維持することができない。この理由は、
mmTorr以下のガス圧力ではアルゴンを放電させ
るための電圧が高くなると同時に、アルゴン原子
の密度が小さくグロー放電を維持させにくいため
である。しかし、低真空で一旦放電を開始させた
後、そのまま系を高真空側に移行すれば、放電を
維持させることは可能である。従つて、本発明で
は低真空領域(アルゴン流量多いうと高真空領域
(アルゴン流量少ない)を繰り返すことにより、
安定放電させることができる。低真空領域の時間
T1が高真空領域の時間T2に比べて短くなるよう
に、各々の数値を設定することで、放電を継続さ
せ、良好な勝質を持つた薄膜を安定に、かつ高い
装置稼働効率で得ることができる。
〔実施例〕
以下、本発明を図示の一実施例により具体的に
説明する。
第2図は本発明実施例のスパツタリング装置の
構成図である。同図において、11はスパツタ
ー・チヤンバー、12a及び12bは後述するマ
ス・フローメーターを介してアルゴン・ボンベに
接続されたアルゴンガス導入口、13はスパツタ
ー・チヤンバー11と真空排気系とを仕切るゲー
ト・バルブ、14は気体を十分に低い温度の固体
表面に吸着または凝縮させ高真空を得るクライ
オ・ポンプから成る主排気系、15はスパツタ
ー・チヤンバー11内の圧力を測定するための圧
力測定子である。(従来の方法では、排気系の能
力を低下させるために、上記のゲート・バルブ1
4と排気系14との間にコンダクタンス可変バル
ブを設けている。) 上記スパツタリング装置による本発明を実施す
るスパツター条件の一例を、次に示す。
ターゲツト:Al−1%Si(直径290mm、純度5N) 基板 :Si基板(直径125mm) ターゲツト・基板間距離:〜55mm ターゲツト投入電力:10KW スパツター時間:40〜50(sec.) 成膜した薄膜の膜厚:1.0(μ) 第3図は本発明の一実施例構成図である。図中
の各パラメーターの代表的な設定値は、次の通り
である。
低真空領域:時間T1=0.2〜0.5(sec.)、流量F1
=80〜100(sccm)、圧力P1=2〜5(mmTorr) 高真空領域:時間T2=10〜30(sec.)、流量F2
20〜50(sccm)、圧力P2=0.5〜1.0(mmTorr) 第4図は第3図で示した構成を実現するための
ガス配管系統図である。同図において、21は高
流量ガス・ライン、22は低流量ガス・ラインで
あり、並列に配置されている。高流量ガス・ライ
ン21及び低流量ガス・ライン22は、それぞれ
マス・フロメーター21a,22aと各々のガ
ス・ラインの開閉を行う電磁弁21b,22bと
から構成される。
また第5図は第3図で示した構成を実現するた
めの他のガス配管系統図である。同図において、
高流量ガス・ライン21及び低流量ガス・ライン
22は、直列に配置され、高流量ガス・ライン2
1側にバイパス用の配管が設けられている。
上記方法によれば、第4図または第5図に示す
ガス配管系統図において、低流量ガス・ライン2
2の電磁弁22bを開いた状態で、高流量ガスラ
インを開閉することにより第3図で示した低真空
領域と高真空領域を繰り返すことができる。これ
により、アルゴン流量多い低真空領域とアルゴン
流量少ない高真空領域をパルス的に繰り返すこと
により、低真空で一旦放電を開始させた後、その
まま系を高真空側に移行し安定放電させることが
できる。従つて、低真空領域の時間T1が高真空
領域の時間T2に比べて短くなるように、各々の
数値を設定することで、スパツタリング装置に具
備された真空排気系14の排気能力を成膜時に低
下させることなく、高真空でも安定に放電を維持
できる。従つて、スパツタリング薄膜形成中にも
装置内部での発生・残留ガスを十分に排気・排除
でき、良好な膜質を持つたアルミニユウム薄膜を
安定にかつ高い装置稼働率で得ることができる。
また、アルゴン流量も全体として少なくなり、ク
ライオ・ポンプの寿命も従来よりも数倍長くな
る。
さらに、本実施例では、高真空領域でアルミニ
ユウム薄膜を形成することによつて、下記のよう
な副次的な効果が得られる。
(a) 放電電圧が上昇するため、アルミニユウム・
ターゲツトのスパツター率が増加する。従つ
て、膜形速度が大きくなり、スループツトの向
上及びターゲツト使用効率の向上が図れる。
(b) スパツター粒子の平均自由工程が長くなるた
め、スパツター粒子は処理基板に対して垂直な
方向から入射しやすくなる。従つて、この処理
基板内に設けられた段差に対するアルミニユウ
ム薄膜の被覆性(ステツプ・ガバレージ)が改
善される。
第6図は本発明の他の実施例構成図である。こ
の実施例では、アルゴン流量が成膜時間に対して
周期的に繰り返され、その変化が連続的に行われ
る。このようなガス配管系統は、例えば、ピエゾ
素子を用いたガス・フローバルブを外部掃引電圧
で駆動して行うことができる。
この方法によれば、上記実施例と同様に良好な
膜質を持つたアルミニユウム薄膜を安定にかつ高
い装置稼働率で得ることができ、クライオ・ポン
プの寿命も長くなる。
なお、本発明においては、ガス流量を周期的に
増減させ、真空チヤンバー内の圧力を低真空状態
と高真空状態とを周期的に繰り返すようにすれば
よく、この周期は低真空状態での放電が高真空状
態において維持できる程度の圧力、ガス流量、時
間が適宜決められる。
〔発明の効果〕
以上説明した様に本発明によれば、スパツタリ
ングによる薄膜形成において、装置に導入するガ
スをパルス状に変化させることにより、この装置
に具備された真空排気系の排気能力を成膜時に低
下させることなく、高真空でも安定に放電を維持
できる。従つて、アルミニユウム薄膜形成中にも
装置内部での発生・残留ガスを十分に排気・排除
でき、良好な膜質を持つたアルミ薄膜を安定にか
つ高い装置稼働率で得ることができるために、半
導体素子の信頼性の向上及び歩留りの向上に寄与
するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理説明図、第2図は本発明
実施例のスパツタリング装置の構成図、第3図は
本発明の一実施例構成図、第4図は第3図で示し
た構成を実現するガス配管系統図、第5図は第3
図で示した構成を実現する他のガス配管系統図、
第6図は本発明の他の実施例構成図である。 図中、11はスパツター・チヤンバー、12a
及び12bはアルゴンガス導入口、13はゲー
ト・バルブ、14は主排気系、15は圧力測定
子、21は高流量ガス・ライン、22は低流量ガ
ス・ライン、21a,22aはマス・フローメー
ター、21b,22bは電磁弁を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 真空チヤンバ11内にガスを導入しスパツタ
    リングにより薄膜を形成する半導体装置の製造方
    法において、 前記真空チヤンバー11内に導入するガス流量
    を周期的に増減させ、該真空チヤンバー11内の
    圧力を相対的に低真空状態と高真空状態とに交番
    することを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP63141507A 1988-06-10 1988-06-10 半導体装置の製造方法 Granted JPH01312851A (ja)

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