JPH06132248A

JPH06132248A - 金属薄膜の成膜方法及びスパッタ装置

Info

Publication number: JPH06132248A
Application number: JP30595492A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Taguchi; 充田口
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-10-21
Filing date: 1992-10-21
Publication date: 1994-05-13

Abstract

(57)【要約】【目的】コリメート・スパッタ法のステップ・カバレー
ジの向上といった利点を活かした上で、金属薄膜の良好
な埋め込み性を達成し得る金属薄膜の成膜方法を提供す
る。【構成】金属薄膜の成膜方法は、（イ）段差部を有する
基材１０上にコリメート・スパッタ法にて第１の下地層
２０を形成し、（ロ）次いで、第１の下地層２０上にス
パッタ法にて第２の下地層２２を形成し、（ハ）その
後、スパッタ法あるいはコリメート・スパッタ法にて金
属又は金属化合物から成る薄膜２６を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属薄膜の成膜方法、
及びかかる方法の実施に適したスパッタ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置内の半導体素子の微細化に伴
い、微細なコンタクトホール、ビヤホールやスルーホー
ル（以下、総称して接続孔ともいう）の形成技術が重要
な課題となっている。接続孔を形成するためには、通
常、拡散層が形成された半導体基板や下層配線層上に層
間絶縁層を形成し、次いで、層間絶縁層に開口部を形成
し、その後、開口部へ金属配線材料を埋め込む。

【０００３】微細接続孔の形成技術の１つに、アルミニ
ウム又はアルミニウム合金（以下、単に、Ａｌ等ともい
う）の高温スパッタ法が検討されている。この高温スパ
ッタ法は、基板を数百度に加熱した状態でＡｌ等をスパ
ッタ法にて基板上に成膜することにより、Ａｌ等をリフ
ローさせ、Ａｌ等で開口部を埋め込み且つ平坦化する技
術である。

【０００４】高温スパッタ法におけるＡｌ等の埋め込み
特性は、基板上に形成された下地層に大きく影響され
る。下地層の材料として、Ａｌ等との濡れ性が良いチタ
ン（Ｔｉ）等を用いた場合、スパッタ法によるＡｌ等の
成膜中に、Ａｌ等とＴｉとの界面にＡｌ−Ｔｉ合金層が
形成される。この合金層の形成によって、開口部内にＡ
ｌ等が引き込まれ、良好な埋め込みが達成される。この
状態を、半導体素子の模式的な一部断面図である図９の
（Ａ）、及び図９の（Ａ）の円で囲んだ領域を拡大した
拡大図である図９の（Ｂ）に示す。尚、図９中、１０は
半導体基板、１４は層間絶縁層、１６は開口部、１００
はＴｉから成る下地層、１１０はＡｌ等から成る金属材
料配線層、１０２はＡｌ−Ｔｉ合金層である。

【０００５】一方、コンタクトホールの形成にＡｌ等の
高温スパッタ法を適用する場合には、拡散層１２へのＡ
ｌ等の突き抜けを防止するために、Ａｌ等の下地層とし
てＴｉＯＮ等から成るバリアメタル層が必要とされる。
Ａｌ等とＴｉＯＮとは濡れ性が悪いために、ＴｉＯＮ等
から成るバリアメタル層上に直接Ａｌ等の成膜を行う
と、Ａｌ等を開口部に充分に埋め込むことが困難とな
る。これに対処するために、ＴｉＯＮ等から成るバリア
メタル層上に更にＴｉから成る下地層を形成し、Ａｌ等
と下地層との濡れ性を改善する必要がある。

【０００６】実際には拡散層とのオーミック・コンタク
トを得るために、ＴｉＯＮ等から成るバリアメタル層の
下にもＴｉから成るコンタクト層が必要である。従っ
て、接続孔内には、図９の（Ｃ）に示すように半導体基
板１０側から、Ｔｉ（コンタクト層）１０４／ＴｉＯＮ
（バリアメタル層）１０６／Ｔｉ（下地層）１００／Ａ
ｌ等（金属配線材料層）１１０といった積層構造が形成
される。通常、これらの積層構造はスパッタ法にて形成
される。

【０００７】ところで高温スパッタ法をアスペクト比の
より高い接続孔の形成に適用する場合、下地層のステッ
プ・カバレージ不足に起因する種々の問題点が生じる。
その１つに、Ｔｉから成る下地層のステップ・カバレー
ジ不足に起因して、開口部内におけるＡｌ等の埋め込み
が困難になるという問題が挙げられる。開口部のアスペ
クト比が増大するに従い、下地層をスパッタ法にて形成
する際、所謂シャドウイング効果により開口部内にはス
パッタ粒子が十分に入り込まなくなり、特に、開口部１
６底部近傍の側壁に形成される下地層が非常に薄くな
る。

【０００８】また、Ａｌ等の高温スパッタ時、図９の
（Ａ）に示す構造においてはＳｉＯ₂から成る層間絶縁
膜１４中の酸素が、また図９の（Ｃ）に示す構造におい
てはＴｉＯＮから成るバリアメタル層１０６中の酸素
が、それぞれＴｉから成る下地層１００中に或る程度拡
散するが、Ｔｉから成る下地層１００が非常に薄い部分
では、これらの酸素は下地層の表面にまで到達する。従
って、開口部１６底部近傍の側壁に形成された下地層１
００の表面が酸化され、Ａｌ等との濡れ性が劣化し、Ａ
ｌ等の埋め込み性が低下する（図１０の（Ａ）参照）。

【０００９】更に、図９の（Ｃ）に示した構造の場合、
スパッタ時のＴｉＯＮ自体のシャドウイング効果によ
り、ＴｉＯＮが十分開口部内に入り込まず、開口部１６
底部におけるＴｉＯＮから成るバリアメタル層１０６の
膜厚が不足する。その結果、Ａｌ等の成膜中若しくはそ
の後の半導体装置製造プロセスにおける加熱により、Ａ
ｌ等の拡散層への突き抜けが発生する可能性がある（図
１０の（Ｂ）参照）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】これらの問題を解決す
るためには、Ｔｉから成る下地層やＴｉＯＮ等から成る
バリアメタル層のステップ・カバレージを改善する必要
がある。このための一手段として、コリメート・スパッ
タ法が検討されている。コリメート・スパッタ法とは、
スパッタ装置のターゲットと基板の間に、多数の貫通孔
を形成した板上のコリメーターを配置することにより、
基板の法線方向を中心に限定された或る角度範囲で基板
に入射するスパッタ粒子以外のスパッタ粒子をコリメー
ターによって遮蔽し、スパッタ粒子のステップ・カバレ
ージを向上させる技術である。コリメーター４０の模式
的な平面図を図５の（Ａ）に示す。コリメーターの詳細
な説明は後述する。

【００１１】コリメート・スパッタ法にて下地層やバリ
アメタル層を形成した場合、これらの層のステップ・カ
バレージは改善されるが、コリメート・スパッタ法にて
成膜されたＴｉから成る下地層上では、むしろＡｌ等の
埋め込み性が低下するという問題がある。コリメート・
スパッタ法においては、ターゲットからスパッタされた
粒子の大部分はコリメーターで遮蔽される。その結果、
必然的に成膜速度が低下する。成膜速度は、スパッタ装
置のカソード構造やコリメーター自体の形状等により異
なるため一概には言えないが、通常、コリメーターを配
置していない場合と比較して、１／５〜１／１０以下に
低下する。

【００１２】成膜速度の低下に伴い、基板に到達するス
パッタ粒子にはより多くの装置内残留ガス（主に水分
等）が吸着する。その結果、多くの不純物を含んだ膜が
下地層上に成膜される。即ち、コリメート・スパッタ法
においては、原理的には、ステップ・カバレージを向上
させるほど、成膜された膜中に混入する不純物が増大す
る。また、コリメーター自体から脱着したガスも、下地
層中に混入する不純物を増大させる要因となる。このよ
うな不純物を多く含む下地層に対するＡｌ等の濡れ性は
悪く、結果としてＡｌ等の埋め込み不良が発生する。

【００１３】従って、本発明の目的は、コリメート・ス
パッタ法のステップ・カバレージの向上といった利点を
活かした上で、金属薄膜の良好な埋め込み性を達成し得
る金属薄膜の成膜方法、及びかかる成膜方法の実施に適
したスパッタ装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の金属薄膜の成膜
方法は、上記の目的を達成するために、（イ）段差部を
有する基材上にコリメート・スパッタ法にて第１の下地
層を形成し、（ロ）次いで、第１の下地層上にスパッタ
法にて第２の下地層を形成し、（ハ）その後、スパッタ
法あるいはコリメート・スパッタ法にて金属又は金属化
合物から成る薄膜を形成することを特徴とする。尚、以
下の本明細書において、単に「スパッタ法」あるいは
「通常のスパッタ法」という場合、コリメーターを使用
しない通常のスパッタ法を意味する。

【００１５】スパッタ法としては、二極スパッタ方式、
三極又は四極スパッタ方式、マグネトロンスパッタ方
式、高周波スパッタ方式、リアクティブスパッタ方式、
バイアススパッタ方式、非対称交流スパッタ方式、ゲッ
タスパッタ方式等を挙げることができる。

【００１６】本発明の成膜方法の好ましい態様において
は、金属又は金属化合物から成る薄膜はアルミニウム又
はアルミニウム合金から成り、第２の下地層はチタンか
ら成る。更に好ましい態様においては、第１の下地層
は、チタン又はチタン化合物から成る。この場合、第１
の下地層は複数の層から成っていてもよい。

【００１７】上記の目的を達成するための、ターゲット
及び基材支持部を少なくとも備えている本発明のスパッ
タ装置は、ターゲットと基材支持部の間に、可動式のコ
リメーターを備え、コリメート・スパッタ法による成膜
時、ターゲットと基材支持部の間にコリメーターが配置
され、スパッタ法による成膜時、ターゲットと基材支持
部の間からコリメーターが除かれることを特徴とする。

【００１８】

【作用】本発明の金属薄膜の成膜方法においては、第２
の下地層は通常のスパッタ法にて形成されるので、第２
の下地層の成膜速度は早い。従って、第２の下地層に不
純物が含まれる可能性が低く、第２の下地層とその上に
形成される薄膜との間の濡れ性が低下することを防ぐこ
とができる。

【００１９】第１の下地層はコリメート・スパッタ法に
て形成されるので、かかる第１の下地層のステップ・カ
バレッジは良好である。

【００２０】本発明のスパッタ装置においては、コリメ
ーターが可動であり、連続して効率よく下地層及び薄膜
を成膜することができる。

【００２１】

【実施例】以下、図面を参照して、実施例に基づき本発
明を説明する。

【００２２】先ず、本発明の金属薄膜の成膜方法の実施
に適したスパッタ装置の概要を図４〜図８を参照して説
明する。本発明の金属薄膜の成膜方法の実施において
は、コリメート・スパッタ法から通常のスパッタ法へ切
り替えるために、コリメーターが可動式になったスパッ
タ装置を用いることが好ましい。

【００２３】図５の（Ａ）にコリメーターの平面図を、
図５の（Ｂ）に断面図を示す。コリメーター４０には、
複数の貫通孔４２が規則正しく配列されている。貫通孔
は、同心円状に配列することができ、あるいは又、三角
形、四角形、六角形等の多角形、正多角形、平行四辺形
の稜（頂点）に配置すればよい。コリメーターの厚さ方
向における貫通孔の断面形状は多角柱、円柱、切頭多角
錐、切頭円錐、階段状とすることができる。これらの貫
通孔の形状においては、薄膜を成膜すべき基材に面する
側における貫通孔の開口面積は、反対側の貫通孔の開口
面積と等しいか、あるいは小さい。貫通孔の開口面積
は、コリメーターに設けられた貫通孔の位置に応じて変
化させることもできる。また、貫通孔の軸線は、コリメ
ーターの表面に対して垂直であっても、コリメーターに
設けられた貫通孔の位置に応じてコリメーターの表面に
対する角度を適宜変化させることもできる。

【００２４】コリメーターは、厚さ１０乃至１５ｍｍ程
度のステンレススチール、アルミニウム、その他の金属
材料や、セラミック、樹脂等の成型加工可能な材料に貫
通孔を設けることによって作製することができる。ある
いは又、例えばステンレススチール等の金属材料から成
る、三角柱状、四角柱状、六角柱状等の中空ハニカムを
複数個スポット溶接することによって作製することもで
きる。コリメーターの有効面積は、薄膜加工すべき基材
の大きさに依存して適宜決定する。

【００２５】本発明の金属薄膜の成膜方法の実施で使用
するコリメーター４０においては、貫通孔４２の配列状
態を正六角形とした。図６に斜視図を示す、ステンレス
スチール製の正六角形の中空のハニカムを複数個スポッ
ト溶接して、コリメーター４０を作製した。ハニカムの
外接円の直径は９．５３ｍｍ（３／８インチ）、高さは
１２．７ｍｍ（１／２インチ）である。８インチの半導
体ウエハをスパッタリングする場合、直径約１２インチ
のコリメーターを使用した。貫通孔のアスペクト比は
１．３３である。

【００２６】図７の（Ａ）に示す角度γより大きい角度
でコリメーター４０の貫通孔４２に入射するスパッタ粒
子は、コリメーター４０によって遮蔽され、基材に到達
しない。これによって、スパッタ粒子の基材に対する入
射角度は、基材の法線を中心に或る角度範囲、即ち０乃
至γ度に制限される。その結果、シャドウイング効果の
防止、優れたステップカバレッジを達成することができ
る。

【００２７】図５に示したコリメーターを使用したスパ
ッタ装置３０の概要を図４に示す。図４において、４０
はコリメーター、３２は例えばＴｉから成るターゲッ
ト、３４Ａは薄膜を成膜すべき基材、３４は基材を支持
するための基材支持部、３６は基材を加熱するためのヒ
ーターブロックである。コリメーター４０にはＲＦバイ
アスを印加し得ることが望ましい。

【００２８】コリメーター４０は、ターゲット３２と基
材支持部３４の間に配置されている。コリメーター４０
は、例えば、回転軸４４及び回転軸４４に取り付けられ
たコリメーター取付部４６から成るコリメーター取付装
置に取り付けられている。そして、回転軸４４に取り付
けられたモータ４８によってコリメーター４０を回動さ
せることができる。これによって、コリメート・スパッ
タ法による成膜時、ターゲット３２と基材支持部３４の
間にコリメーター４０は配置され、スパッタ法による成
膜時、ターゲット３２と基材支持部３４の間からコリメ
ーター４０が除かれる。

【００２９】スパッタ装置としては、コリメーターを備
えた、二極スパッタ装置、三極又は四極スパッタ装置、
マグネトロンスパッタ装置、高周波スパッタ装置、リア
クティブスパッタ装置、バイアススパッタ装置、非対称
交流スパッタ装置、ゲッタスパッタ装置等を挙げること
ができる。

【００３０】図５に示したコリメーター４０とは別の複
数のコリメーター４０Ａの平面図を図８の（Ａ）に示
す。また、図８の（Ｂ）に、かかるコリメーター４０Ａ
を備えたスパッタ装置５０の一部断面図を示す。２つの
コリメーター４０Ａはステンレススチール製であり、各
々のコリメーター４０Ａには、コリメーターの厚さ方向
における断面形状が六角柱状の貫通孔４２が設けられて
いる。尚、コリメーターは３つ以上であってもよい。コ
リメーター４０Ａの中心部は回転軸４４に取り付けら
れ、回転軸４４にはモータ４８が取り付けられている。
コリメーター４０Ａは回転軸４４から放射状に延びるコ
リメーター取付部４６に取り付けられている。

【００３１】図８の（Ｂ）に示したスパッタ装置５０に
は、コリメーター交換部６０が更に設けられている。コ
リメーター交換部６０は、スパッタチャンバ５２とコリ
メーター交換部６０との間の連通を遮断可能なシール手
段６２，６４を備えている。シール手段６２，６４は、
例えばコリメーター４０Ａが図８の（Ｂ）に示す位置に
来たとき、図示していない移動機構により上昇及び下降
させられ、コリメーター４０Ａを真空シールできる構造
を有する。こうして、コリメーター４０Ａをシール手段
６２，６４によって真空シールしてコリメーター交換部
６０とスパッタチャンバ５２との連通を遮断した後、コ
リメーター交換部６０のみを大気に解放し、図示してい
ない交換ドアを開けて目詰まりしたコリメーターを交換
する。この後、コリメーター交換部６０を真空引きし、
シール手段６２，６４を下降及び上昇させる。これによ
りスパッタチャンバ５２を大気に解放することなく、目
詰まりしたコリメーターを交換できるので、コリメータ
ー交換後の真空引き時間を大幅に短縮することができ
る。

【００３２】以下、本発明の金属薄膜の成膜方法を、実
施例−１〜実施例−３に基づき、図１、図２及び図３を
参照して説明する。

【００３３】（実施例１）実施例１においては、基板に
接続孔を形成する。基板は半導体基板から構成されてい
る。第１の下地層はコリメート・スパッタ法にて形成さ
れたＴｉから成り、第２の下地層は通常のスパッタ法に
て形成されたＴｉから成り、薄膜は通常のスパッタ法に
て形成されたＡｌ合金から成る。

【００３４】［工程−１００］先ず、半導体基板１０か
ら成る基板上に、例えばＣＶＤ法にてＳｉＯ₂から成る
層間絶縁層１４を形成する。次いで、フォトリソグラフ
ィ技術及びドライエッチング技術によって、層間絶縁層
１４に開口部１６を形成する（図１の（Ａ）参照）。層
間絶縁層１４の厚さを８００ｎｍ、開口部の直径を０．
４μｍとした。開口部１６が段差に相当する。

【００３５】［工程−１１０］次に、コリメーター４０
を配置したマグネトロンスパッタ装置３０（図４参照）
により、Ｔｉから成る第１の下地層２０をコリメート・
スパッタ法にて全面に形成する（図１の（Ｂ）参照）。
第１の下地層２０の厚さを層間絶縁層１４上で５０ｎｍ
とした。コリメーター４０、ターゲット３２及び基板３
４Ａの位置関係を、例えば以下のとおりとした。ターゲットと基板との間の距離：１１ｃｍコリメーターと基板との間の距離：５ｃｍ第１の下地層２０を、例えば以下の条件で形成すること
ができる。ＤＣパワー：８ｋＷプロセスガス：Ａｒスパッタ圧力：０．４Ｐａ基板加熱温度：１５０゜Ｃ

【００３６】［工程−１２０］次に、コリメーターを使
用しない通常のスパッタ法により、Ｔｉから成る第２の
下地層２２を全面に形成する（図１の（Ｃ）参照）。そ
のために、スパッタ装置３０に配備されたモータ４８を
回転させて、基板３４Ａとターゲット３２の間からコリ
メーター４０を除く。層間絶縁層１４の上の第１の下地
層２０の上における第２の下地層の厚さを５０ｎｍとし
た。第２の下地層２２の形成は、第１の下地層２０の形
成に続いて真空中で行われることが望ましい。第２の下
地層２２は、次の工程でＡｌ合金を開口部１６に埋め込
む際に、Ａｌ合金の濡れ性を促進するための層となる。
Ｔｉから成る第２の下地層２２を、例えば以下の条件で
形成することができる。ＤＣパワー：４ｋＷプロセスガス：Ａｒ１００sccm スパッタ圧力：０．４Ｐａ基板加熱温度：１５０゜Ｃ

【００３７】［工程−１３０］次に、真空中で続いて、
全面にＡｌ合金から成る薄膜２４を高温スパッタ法にて
形成する（図１の（Ｄ）参照）。ここでは、Ａｌ合金と
してＡｌ−１％Ｓｉを用いたが、純Ａｌ、あるいはＡｌ
−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｇｅ等のＡｌ合金を
用いてもよい。スパッタ法は通常のスパッタ法とした。
以下にＡｌ合金の形成条件の一例を示す。尚、層間絶縁
層１４の上方におけるＡｌ合金から成る薄膜２４の厚さ
を８００ｎｍとした。ＤＣパワー：１０ｋＷ成膜速度：０．６μｍ／分プロセスガス：Ａｒ１００sccm スパッタ圧力：０．４Ｐａ基板加熱温度：５００゜Ｃ尚、薄膜２４の形成は、通常のスパッタ法の代わりに、
コリメート・スパッタ法を採用してもよい。また、Ａｌ
合金から成る薄膜２４を、以下に例示する２ステップの
通常の高温スパッタ法にて形成することも可能である。
この２ステップにより、Ａｌ合金の開口部への埋め込み
性を一層向上させることができる。第１のステップから
第２のステップへの切り替えは連続的に行われる。［第１のステップ］Ａｌ合金の膜厚：１００ｎｍＤＣパワー：２０ｋＷ成膜速度：１．２μｍ／分プロセスガス：Ａｒ１００sccm スパッタ圧力：０．４Ｐａ基板加熱状態：無加熱［第２のステップ］Ａｌ合金の膜厚：７００ｎｍＤＣパワー：１０ｋＷ成膜速度：０．６μｍ／分プロセスガス：Ａｒ１００sccm スパッタ圧力：０．４Ｐａ基板加熱温度：５００゜Ｃ薄膜のいずれの形成においても、高温スパッタ中に４０
０Ｖ程度の基板バイアスを併用することができる。

【００３８】実施例１では、第１の下地層２０をコリメ
ート・スパッタ法にて形成する。Ｔｉから成る厚さ１０
０ｎｍの下地層を通常のスパッタ法のみによって形成す
る場合と比較して、開口部１６底部近傍の側壁に形成さ
れる第１の下地層２０の膜厚を厚くすることができる。
それ故、前述したＳｉＯ₂から成る層間絶縁膜１４から
の酸素拡散による第２の下地層表面の酸化を防止でき
る。更にＴｉから成る第２の下地層２２を通常のスパッ
タ法により形成しているので、前述したコリメート・ス
パッタ法に伴う膜質の劣化を防止することができ、Ａｌ
合金の開口部への埋め込み性が良好となる。

【００３９】（実施例２）実施例２においては、本発明
の金属薄膜の成膜方法をシリコン基板に形成された拡散
層におけるコンタクトホールの形成に適用した。基板は
拡散層１２の形成されたシリコン半導体基板１０から構
成されている。第１の下地層は、コリメート・スパッタ
法にて形成されたＴｉ及びＴｉＯＮの２層構成から成
り、第２の下地層は通常のスパッタ法にて形成されたＴ
ｉから成り、薄膜は通常のスパッタ法にて形成されたＡ
ｌ合金から成る。

【００４０】［工程−２００］先ず、拡散層１２が形成
された半導体基板１０から成る基板上に、例えばＣＶＤ
法にてＳｉＯ₂から成る層間絶縁層１４を形成する。次
いで、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技
術によって、層間絶縁層１４に開口部１６を形成する
（図２の（Ａ）参照）。層間絶縁層１４の厚さを８００
ｎｍ、開口部の直径を０．４μｍとした。

【００４１】［工程−２１０］次に、コリメーター４０
を配置したマグネトロンスパッタ装置３０（図４参照）
により、第１の下地層を全面に形成する。第１の下地層
は、拡散層１２とのオーミック・コンタクトを得るため
のコンタクト層として機能するＴｉから成る下層２０
Ａ、及びバリアメタル層として機能するＴｉＯＮから成
る上層２０Ｂの２層から構成される（図２の（Ｂ）参
照）。

【００４２】層間絶縁層１４上のＴｉから成る下層２０
Ａの厚さを３０ｎｍ、その上に形成されたＴｉＯＮから
成る上層２０Ｂの厚さを１００ｎｍとした。コリメータ
−の配置及び構造等は実施例１と同一とすることができ
る。Ｔｉから成る下層２０Ａの成膜条件を、例えば以下
のとおりとした。ＤＣパワー：８ｋＷプロセスガス：Ａｒスパッタ圧力：０．４Ｐａ基板加熱温度：１５０゜Ｃまた、ＴｉＯＮから成る上層２０Ｂの成膜条件を、例え
ば以下のとおりとした。ＤＣパワー：８ｋＷプロセスガス：Ａｒ４０sccm Ｎ₂−６％Ｏ₂ ７０sccm スパッタ圧力：０．４Ｐａ基板加熱温度：１５０゜Ｃ

【００４３】［工程−２２０］次に、コリメーターを使
用しない通常のスパッタ法により、Ｔｉから成る第２の
下地層２２を全面に形成する（図２の（Ｃ）参照）。第
２の下地層２２の成膜条件は、実施例１の［工程−１２
０］と同様とすることができる。尚、第１の下地層２０
Ａ，２０Ｂの形成及び第２の下地層２２の形成を、真空
中で続けて行ってもよく、あるいは又、第１の下地層の
上層２０Ｂの形成後、基板を一旦大気に曝した後、第２
の下地層２２の形成を行ってもよい。

【００４４】［工程２３０］真空中で続いて、全面にＡ
ｌ合金から成る薄膜２４を高温スパッタ法にて全面に形
成する（図２の（Ｄ）参照）。Ａｌ合金の成膜条件を、
実施例１の［工程−１３０］と同様とすることができ
る。

【００４５】実施例２の場合、Ｔｉ及びＴｉＯＮから成
る第１の下地層はコリメート・スパッタ法にて形成され
ているので、それぞれの層を、通常のスパッタ法にて形
成した場合と比較して、開口部底部に厚く成膜すること
ができる。これにより、コンタクト抵抗が低減し、バリ
ア性が向上する。一方、Ｔｉから成る第２の下地層２２
は通常のスパッタ法にて形成されるので、コリメート・
スパッタ法に伴う膜質劣化が無く、良好なＡｌ合金の埋
め込み性が達成できる。

【００４６】（実施例３）実施例３は実施例２の変形で
ある。実施例３においては、Ａｌ等の埋め込み性を一層
向上させる目的で、第２の下地層２２と第１の下地層の
上層２０Ｂとの間にコリメート・スパッタ法にて成膜さ
れたＴｉから成る第３の下地層２６を形成する。

【００４７】［工程−３００］〜［工程−３１０］これ
らの［工程−３００］〜［工程−３１０］は、実施例２
の［工程−２００］〜［工程−２１０］と同様とするこ
とができる。これによって、拡散層１２が形成されたシ
リコン半導体基板１０に形成された開口部１６を含む層
間絶縁層１４上にＴｉ及びＴｉＯＮから成る第１の下地
層２０Ａ，２０Ｂが形成される。

【００４８】［工程−３２０］次に、Ｔｉから成る第３
の下地層２６を全面に形成する。第３の下地層２６は、
コリメート・スパッタ法にて形成され、Ｔｉから成る。
コリメート・スパッタ法による第３の下地層２６の成膜
条件を、例えば、以下のとおりとすることができる。
尚、層間絶縁層１４上方における第３の下地層２６の厚
さを５０ｎｍとした。ＤＣパワー：８ｋＷプロセスガス：Ａｒスパッタ圧力：０．４Ｐａ基板加熱温度：１５０゜Ｃ

【００４９】［工程−３３０］次に、コリメーターを使
用しない通常のスパッタ法により、Ｔｉから成る第２の
下地層２２を全面に形成する。層間絶縁層１４上方にお
ける第２の下地層２２の厚さを５０ｎｍとした。第２の
下地層２２の形成は、第３の下地層２６の形成に続いて
真空中で行われることが望ましい。通常のスパッタ法に
よる、Ｔｉから成る第２の下地層２２を、例えば以下の
条件で形成することができる。ＤＣパワー：４ｋＷプロセスガス：Ａｒ１００sccm スパッタ圧力：０．４Ｐａ基板加熱温度：１５０゜Ｃ

【００５０】［工程−３４０］真空中で連続して、全面
にＡｌ合金から成る薄膜２４を高温スパッタ法にて全面
に形成する。Ａｌ合金の成膜条件を、実施例１の［工程
−１３０］と同様とすることができる。こうして図３に
示す構造の半導体素子を作製することができる。

【００５１】実施例３の場合、実施例２と同様の理由に
よって、コンタクト抵抗が低減し、バリア性が向上す
る。しかも、第３の下地層２６をコリメート・スパッタ
法にて形成するので、Ｔｉを１００ｎｍ通常のスパッタ
法のみによって成膜する場合と比較して、開口部１６底
部近傍の側壁に形成される第３の下地層２６の膜厚を厚
くすることができる。これによって、ＴｉＯＮからの酸
素拡散による第２の下地層２２表面の酸化を効果的に防
止することができ、実施例２に比べて、一層良好なＡｌ
等の埋め込みを達成することができる。

【００５２】（実施例４）実施例４は、実施例２の変形
である。実施例２においては、第１の下地層の上層２０
ＢはＴｉＯＮから構成したが、実施例４においてはＴｉ
Ｎから構成する。

【００５３】［工程−４００］この工程は実施例２の
［工程−２００］と同様とすることができる。

【００５４】［工程−４１０］次に、コリメーター４０
を配置したマグネトロンスパッタ装置３０（図４参照）
により、第１の下地層を全面に形成する。第１の下地層
は、拡散層とのオーミック・コンタクトを得るためのコ
ンタクト層として機能するＴｉから成る下層２０Ａ、及
びバリアメタル層として機能するＴｉＮから成る上層２
０Ｂの２層から構成される。

【００５５】層間絶縁層１４上のＴｉから成る下層２０
Ａの厚さを３０ｎｍ、その上に形成されたＴｉＮから成
る上層２０Ｂの厚さを１００ｎｍとした。コリメータ−
の配置及び構造等は実施例２と同一とすることができ
る。Ｔｉから成る下層２０Ａの成膜条件を、実施例２と
同様とすることができる。また、ＴｉＮから成る上層２
０Ｂの成膜条件を、例えば以下のとおりとした。ＤＣパワー８ｋＷプロセスガスＡｒ／Ｎ₂＝４０／７０sccm スパッタ圧力０．４Ｐａ基板加熱温度１５０°Ｃ

【００５６】［工程−４２０］〜［工程−４３０］これ
らの工程は、実施例２の［工程−２２０］〜［工程−２
３０］と同様とすることができる。

【００５７】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。段差部として、他にもラインアンドスペー
スを例示することができる。本発明の金属薄膜の成膜方
法は、コンタクトホールの形成だけでなく、下層配線層
と上層配線層を接続するためのビヤホールあるいはスル
ーホールの形成にも適用することができる。第２の下地
層は、Ｔｉの代わりにＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｔｉ−Ａｌ等の
Ｔｉ系合金、ポリシリコン、シリコン等から形成するこ
とも可能である。薄膜の材料として、ＡｌあるいはＡｌ
合金の代わりにタングステン等の金属あるいは金属化合
物を用いることができる。第１の下地層が複数層から成
る場合、通常のスパッタ法により形成された層を含んで
いてもよい。

【００５８】

【発明の効果】本発明の金属薄膜の成膜方法によれば、
第２の下地層を通常のスパッタ法にて形成するので、コ
リメート・スパッタ法に伴う膜質の劣化を防止すること
ができ、金属あるいは金属化合物から成る薄膜の埋め込
み性やステップカバレッジを向上させることができる。
また、第１の下地層（及び、場合によっては、第３の下
地層）をコリメート・スパッタ法にて形成するので、膜
厚の厚い均一な厚さの下地層を形成することができ、金
属あるいは金属化合物から成る薄膜の埋め込み性やステ
ップカバレッジを向上させることができる。

【００５９】本発明の金属薄膜の成膜方法をコンタクト
ホールの形成に適用した場合、コンタクト抵抗の低下、
及びバリア性の向上を図れると同時に、薄膜の埋め込み
特性が向上する。それ故、０．３５μｍルールのコンタ
クトホールを形成するために、Ａｌ等の高温スパッタ法
を適用することができる。

【００６０】本スパッタ装置を用いることにより、１つ
のスパッタチャンバでコリメート・スパッタ法による成
膜と通常のスパッタ法による成膜の両方が行える。それ
故、スパッタ装置構造の簡略化、設置スペースの縮小化
等が可能となる。また、コリメート・スパッタ法から通
常のスパッタ法への切り替えが迅速に行えるので、スル
ープットが向上するという利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の金属薄膜の成膜方法の実施例１の各工
程を説明するための半導体素子の模式的な一部断面図で
ある。

【図２】本発明の金属薄膜の成膜方法の実施例２の各工
程を説明するための半導体素子の模式的な一部断面図で
ある。

【図３】本発明の金属薄膜の成膜方法の実施例３により
作製された半導体素子の模式的な一部断面図である。

【図４】本発明のスパッタ装置の概要を示す図である。

【図５】コリメーターの模式的な平面図及び断面図であ
る。

【図６】コリメーターの１つの構成要素を示す図であ
る。

【図７】コリメーターに設けられた貫通孔を通過するス
パッタ粒子の基板に対する最大入射角を説明するための
図である。

【図８】本発明のスパッタ装置及びコリメーターの別の
例を示す図である。

【図９】従来の高温スパッタ法を説明するための半導体
素子の模式的な断面図である。

【図１０】従来の高温スパッタ法の問題点を説明するた
めの半導体素子の模式的な断面図である。

【符号の説明】

１０半導体基板１２拡散層１４層間絶縁層１６開口部２０第１の下地層２０Ａ第１の下地層の下層２０Ｂ第１の下地層の上層２２第２の下地層２４薄膜２６第３の下地層３０，５０スパッタ装置３２ターゲット３４基材支持部３４Ａ基板３６ヒーターブロック４０コリメーター４２貫通孔４４回転軸４６コリメーター取付部４８モータ５２スパッタチャンバ６０コリメーター交換部６２，６４シール手段１００下地層１０２Ａｌ−Ｔｉ合金層１０４Ｔｉ（コンタクト層）１０６ＴｉＯＮ（バリアメタル層）１１０金属材料配線層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 // Ｈ０１Ｌ 21/3205

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（イ）段差部を有する基材上にコリメート
・スパッタ法にて第１の下地層を形成し、（ロ）次いで、第１の下地層上にスパッタ法にて第２の
下地層を形成し、（ハ）その後、スパッタ法あるいはコリメート・スパッ
タ法にて金属又は金属化合物から成る薄膜を形成するこ
とを特徴とする金属薄膜の成膜方法。
【請求項２】前記金属又は金属化合物から成る薄膜はア
ルミニウム又はアルミニウム合金から成り、前記第２の
下地層はチタンから成ることを特徴とする請求項１に記
載の成膜方法。
【請求項３】前記第１の下地層は、チタン又はチタン化
合物から成ることを特徴とする請求項２に記載の成膜方
法。
【請求項４】前記第１の下地層は複数の層から成ること
を特徴とする請求項３に記載の成膜方法。
【請求項５】ターゲット及び基材支持部を少なくとも備
えているスパッタ装置であって、ターゲットと基材支持部の間に、可動式のコリメーター
を備え、コリメート・スパッタ法による成膜時、ターゲットと基
材支持部の間にコリメーターが配置され、スパッタ法に
よる成膜時、ターゲットと基材支持部の間からコリメー
ターが除かれることを特徴とするスパッタ装置。