JPH06158299A - 薄膜形成法及び装置並びに集積回路装置 - Google Patents

薄膜形成法及び装置並びに集積回路装置

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JPH06158299A
JPH06158299A JP30998692A JP30998692A JPH06158299A JP H06158299 A JPH06158299 A JP H06158299A JP 30998692 A JP30998692 A JP 30998692A JP 30998692 A JP30998692 A JP 30998692A JP H06158299 A JPH06158299 A JP H06158299A
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JP
Japan
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film
bias
coverage
substrate
target
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JP30998692A
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English (en)
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Masayasu Nihei
正恭 二瓶
Hitoshi Onuki
仁 大貫
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】高密度集積回路のコンタクトホール等のカバレ
ッジを大幅に改善できるバイアススパッタ法及び装置を
提供すること。 【構成】本発明は、カバレッジとホール底部のダメージ
を改善する手段としてターゲットと基板間の距離を従来
のスパッタ法,バイアススパッタ法より長くし、圧力の
低い条件で膜形成することにより基板に対し垂直スパッ
タ粒子を多くし、ホール底部に多く膜を堆積させホール
底部のダメージを防止すると共にカバレッジを改善する
バイアススパッタ法である。 【効果】アスペクト比1.5 以上の高密度集積回路のコ
ンタクトホール等のカバレッジを大幅に改善できるので
高密度集積回路の信頼性を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は薄膜形成法と薄膜形成装
置及び半導体装置に係る。本発明は高密度集積回路の配
線膜形成に適用される。
【0002】
【従来の技術】VLSI(高密度集積回路)の集積度が
進むと、シリコン基板とアルミニウム配線間のコンタク
トホールやアルミニウム配線間のスルホール径が小さく
なり、アスペクト比が大きくなってくる。一般に用いら
れているDCマグネトロンスパッタ法では、アスペクト
比が1に近づいてくると配線材料のスパッタ付着のシヤ
ドーイング効果により、ステップカバレッジが低下し、
配線抵抗の増大やエレクトロンマイグレーション(EM
D)などによる断線が発生しやすくなる。また高密度集
積回路のコンタクトホール等のカバレッジは30%必要
とされているが、アスペクト比が1.5 以上(16MD
RAM相当)になるとカバレッジは30%を割り信頼性
に問題がある。また、カバレッジが改善できるバイアス
スパッタ法はアスペクト比が約1.2 以上になるとホー
ル底部のカバレッジが低下し基板にダメージが発生する
などの問題がある。
【0003】従来技術としては、例えば、特開昭61−26
1472号公報,米国(4,999,096)を挙げることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
に示した問題点を解決し、配線幅が狭く高アスペクト比
でもカバレッジ良く膜が形成できる薄膜形成法(バイア
ススパッタ法)及び装置を提供するにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明によるバイアススパッタ法は、カバレッジと
ホール底部のダメージを改善する手段としてターゲット
と基板間の距離を従来のスパッタ法,バイアススパッタ
法より長くし、圧力の低い条件で膜形成することにより
基板に対し垂直スパッタ粒子を多くし、ホール底部に多
く膜を堆積させホール底部のダメージを防止すると共に
カバレッジを改善することを特徴とするバイアススパッ
タ法である。また上記動作を制御する手段を備えたこと
を特徴とする薄膜形成装置。
【0006】
【作用】ターゲットと基板間距離を従来スパッタ法より
長くし、膜形成圧力を低い条件で膜形成すると図1に示
すようにホール底部に多く膜が堆積する。これはターゲ
ットと基板間距離を長くすると斜から基板に到達するス
パッタ粒子が少なく、また圧力が低いためスパッタ粒子
の散乱が少ないためホール底部に多く膜が付着する。し
かし従来スパッタ法は、アスペクト比の大きいホールに
膜形成すると図8のようにホール底部にほとんど膜は形
成されない。このような従来スパッタ法の条件にバイア
スを印加して膜形成すると図9のようにダメージが発生
してしまう。これはホール底部と表面のバイアスによる
逆スパッタ速度はほぼ同じなので膜厚の薄い底部の膜が
消滅してしまうためである。しかし、本発明のバイアス
無しのスパッタ法で膜を形成すると底部に多く膜が付着
する。これに適度なバイアス電圧を基板に印加して膜形
成すると図2に示すように底部にダメージを与えること
なくカバレッジを改善することができる。また、スパッ
タとバイアスを交互に行うバイアススパッタ法の膜形成
メカニズムを図3に示す。ターゲットと基板間距離を従
来スパッタ法より長くし、膜形成圧力を低い条件で膜形
成すると、図3−(a)のように底部にも多くの膜が形成
される。次にバイアス(図3−(b))を与えると底部に
堆積した膜の一部は逆スパッタされ側壁に付着する。こ
の動作を交互に連続して行うことによりカバレッジを改
善することができる。この動作から底部に厚く膜を形成
することができればよりカバレッジを改善できる。
【0007】
【実施例】
実施例1 以下、本発明の実施例の膜形成装置と膜形成法について
図を用いて詳細に説明する。図4は本発明の膜形成装置
概略構成を示す図である。ここで、1は基板、2は基板
電極、3は基板1にバイアス電圧を与えるためのバイア
ス電源、4はターゲット、5はターゲット電極、6はタ
ーゲットにスパッタ電力を供給するためのスパッタ電
源、7はバイアス電圧,スパッタ電力を制御するための
設定値信号発生制御装置、8はターゲット4と基板間距
離を変えるために必要なベローズ、9は膜形成室、10
は絶縁体、11は排気装置、12はガス圧制御装置など
から構成されている。まず、ターゲットと基板間距離を
設定し、次に排気装置11で膜形成室を排気した後、ガ
ス圧制御装置12で膜形成に必要なAr雰囲気圧力にす
る。また設定値信号発生制御装置7で膜を形成するため
のスパッタ電力,バイアス電圧を設定する。これらの信
号をスパッタ電源6,バイアス電源3に与える。それぞ
れの装置は各々の信号を受けて各々の信号に対応する出
力を発生できるようになっている。以下、図4の薄膜形
成装置による薄膜形成について説明する。本発明ではホ
ール底部のダメージ防止とカバレッジ改善にはできるだ
け底部に膜を堆積する条件を見いだす必要がある。そこ
で、ターゲットと基板間距離を75〜200mm,膜形成
室のAr雰囲気圧力は66mPa〜660mPa,基板
はアスペクト比1.5,ターゲットはAl−1重量%S
i−0.5重量%Cuの条件で膜形成した結果を図5に
示す。なお、一般的にスパッタ法あるいはバイアススパ
ッタ法で膜を形成する場合ターゲットと基板間距離は5
0〜80mm以内に固定されている。図5において膜形成
圧力66mPaと660mPaのいずれの場合も、ター
ゲットと基板間距離75mmの従来域で膜形成した底部と
側壁カバレッジは約12〜17%ある。しかし、電極間
を長くしていくと底部のカバレッジは電極間距離の増加
と共に大きくなり、電極間距離が200mmで圧力が66
0mPaで82%,660mPaで98%になり大幅に改
善される。なお、側壁のカバレッジは従来域で形成した
ものとほとんど変わらない。しかし、本発明のバイアス
スパッタ法は底部に堆積した膜をバイアスにより逆スパ
ッタし側壁に付着させカバレッジを改善することにある
ため、側壁のカバレッジは小さくても良い。むしろ側壁
のカバレッジが大きいと底部に堆積するのを阻害してし
まう。次に図6に連続バイアスとスパッタとバイアスを
交互に行うバイアススパッタ法(スイッチングバイアス
とする)のカバレッジに及ぼすターゲットと基板間距離
との関係を示す。ここでのカバレッジはホール内の最小
膜厚のカバレッジである。膜形成条件はAr雰囲気圧力
を660mPaとスパッタ電力を6KWの一定とし、バ
イアス電圧,スイッチングバイアスではスパッタとバイ
アスの時間比をかえることによりそれぞれのターゲット
と基板間距離で最大カバレッジが得られる条件で膜形成
した。図6において、ターゲットと基板間距離が75mm
の従来例で膜形成したカバレッジは7%程度である。し
かし、ターゲットと基板間距離が増加するにしたがって
大幅にカバレッジは増加し200mmでスイッチングバイ
アスで65%,連続バイアスで43%にもなる。高密度
集積回路のホール部のカバレッジは30%以上必要とさ
れているが、30%をクリヤーできるターゲットと基板
間距離は連続バイアスで125mm、スイッチングバイア
スで115mm以上にすればよい。また、膜形成Ar雰囲
気圧力の影響について調べたが圧力が低い程カバレッジ
は向上する。しかし圧力の高い660mPaではターゲ
ットと基板間距離を150mm以上にすればカバレッジは
30%以上得られることがわかった。
【0008】実施例2 高密度集積回路の配線膜はAr合金の他にCVD−W膜
が用いられている。これはCVDであるため周り込みよ
く、ほぼ100%のカバレッジが得られるのとエレクト
ロマイグレーションがないためである。しかし、CVD
単独で膜を形成するとSiにダメージを与えてしまう。
これを防止するためバイアス無しのスパッタ法で膜形成
した後、CVDでW膜を形成する2層構造としている。
しかしアスペクト比が1.5 以上にもなるとスパッタ法
では十分なカバレッジが得られず信頼性が低下してい
る。CVDによるダメージを防止するにはホール底部に
厚く膜を付着させればよい。そこで、本法を適用した結
果図7に示すように底部のカバレッジ(t2/T)が2
5%以上,側壁のカバレッジ(t1/T)を15%以上
にすれば歩留まりを大幅に改善できることがわかった。
なお、CVDのダメージ防止にはWばかりでなくWT
i,TiNでもほぼ同じ効果が得られた。
【0009】
【発明の効果】以上のように、本発明によるバイアスス
パッタ法は、基板とターゲット電極間距離を>=115
mm,膜形成圧力=<660mPaの条件で膜形成するこ
とによりアスペクト比1.5 以上の高密度集積回路の微
細なホール底部にダメージを与えることなくカバレッジ
=>30%を得ることができる。また、本発明をCVD
のダメージ防止下地膜として適用すれば高密度集積回路
の信頼性を大幅に改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のバイアス無しで膜形成したホール部の
膜形状を示す図である。
【図2】本発明のバイアス有りで膜形成したホール部の
膜形状を示す図である。
【図3】本発明のスパッタとバイアスを交互に行う膜形
成のメカニズムを示す図である。
【図4】本発明の装置構成を示す図である。
【図5】本発明のバイアス無しにおけるカバレッジに及
ぼすターゲットと基板間距離の影響を示す図である。
【図6】本発明のバイアス有りにおけるカバレッジに及
ぼすターゲットと基板間距離の影響を示す図である。
【図7】本発明のCVD−W膜との複合膜の一例を示す
図である。
【図8】従来法のホール部の膜形状を示す図である。
【図9】従来法のホール部の膜形状を示す図である。
【符号の説明】
1…基板、2…基板電極、3…バイアス電源、4…ター
ゲット、5…ターゲット電極、6…スパッタ電源、7…
設定値信号発生制御装置、8…ベローズ、9…膜形成
室、10…絶縁体、11…排気装置、12…ガス圧制御
装置。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スパッタ法,バイアススパッタ法,バイア
    スとスパッタを交互に行うバイアススパッタ法におい
    て、ターゲットと基板間距離を115mm以上,膜形成圧
    力を660mPa以下で膜形成することを特徴とする薄
    膜形成法。
  2. 【請求項2】集積回路を有する基板上に、請求項1で形
    成された膜を具備することを特徴とする集積回路装置。
  3. 【請求項3】微細なホールを有する集積回路装置におい
    て第1層を請求項1で形成されたW膜,WTi,TiN
    等とし、第2層をCVD−W膜とすることを特徴とする
    集積回路装置。
  4. 【請求項4】請求項3において第1層のW膜,WTi,
    TiN等のホール底部のカバレッジを=>25%,側壁
    のカバレッジを=>15%とすることを特徴とする集積
    回路装置。
  5. 【請求項5】内部を真空にすることのできる容器,その
    内部に膜を形成するためのターゲット電極,基板にバイ
    アスを与えるためのバイアス電極,ターゲットとバイア
    ス電極の距離を変えることのできる手段を備え、バイア
    スとスパッタを単独、またはスパッタとバイアスを交互
    にそれぞれの電極に印加し制御できる手段、前記真空容
    器の内部を排気する手段及び気体を導入し制御する手段
    を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
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