JPH07258827A - 金属薄膜，その形成方法，半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体装置の製造方法において、実用的な方
法で、従来より低抵抗の金属薄膜を形成する。 【構成】 クリプトン（Ｋｒ）を用いて金属ターゲット
５をスパッタすることにより、基板４上に低抵抗の金属
薄膜を形成する。 【効果】 大きな堆積速度をもって、膜厚が均一で、か
つ抵抗率の低い金属薄膜が得られる。

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，その形成方
法，半導体装置およびその製造方法に関し、特に半導体
装置の製造工程のうちの、配線または電極の形成工程に
用いる、スパッタ法による金属薄膜の形成方法に関し、
低抵抗の金属薄膜を形成する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路における配線あるいは電
極に用いられる金属薄膜には、(1) 低抵抗であること、
例えば、抵抗率が１０^-5Ωｃｍ以下となること、(2) 下
地の段差に対する被覆性が良好であること、の２点が主
に要求されている。

【０００３】特に、高い集積度をもつ半導体集積回路の
製造においては、金属薄膜の形成工程において、薄膜を
被着させるべき基板の表面には大きな段差や、アスペク
ト比の大きなコンタクト孔が多数存在する。

【０００４】このような凹凸に富んだ基板表面に対して
金属薄膜を一様な膜厚で被着させるためには、段差被覆
性に優れた成膜方法であるスパッタ法が多く用いられ
る。なお、この段差被覆性は平坦部と段差部での膜厚比
が１に近いほど「良好」と言えるものである。

【０００５】ところで、一般に、スパッタ法は、加速さ
れた粒子が固体表面に衝突した時、相手の原子，分子を
弾き飛ばすスパッタリング現象を利用するものである。
また、スパッタ法はアルゴン（Ａｒ）雰囲気中でグロー
放電を行い、このグロー放電中のアルゴン（Ａｒ）イオ
ンをターゲットに当て、出てきた粒子を基板上に堆積す
る方法として用いられるのが一般的であり、ＣＶＤ(che
mical vapor deposition) ，真空蒸着と並び薄膜形成に
多く用いられている。

【０００６】スパッタ法が真空蒸着と大きく異なるの
は、(1) 固体ソースを用いること、(2) ガス圧力が大き
いこと、(3) プラズマ雰囲気中で膜形成を行うこと、の
３点である。

【０００７】グロー放電の電位と正イオン，電子の密度
分布を図９に示す。また、図１０にＡｒイオンによるス
パッタリングを示す。

【０００８】まず、陰極近傍の電位差で加速されたＡｒ
イオン１００が陰極のターゲット１０１に当たる。する
と、このターゲット１０１からはＡｒイオンの衝突によ
ってターゲットを構成する原子あるいは分子１０２が弾
き飛ばされる。スパッタ率はこの原子あるいは分子の弾
き飛ばされやすさの程度を表し、これはイオンの種類，
イオンのエネルギー，イオンのターゲットへの入射角
度，ターゲットの種類等で決まる。

【０００９】このスパッタ法の特徴としては、(1) 基板
がプラズマにさらされ、またスパッタされた粒子のエネ
ルギーが大きいため膜の付着力が大きく、(2) また、面
ソースを用い、０．１〜１Ｐａ程度のガス圧力で堆積を
行うのでステップカバレッジがよく、(3) 固体ソースで
電気的に制御するので、堆積速度が安定している、(4)
金属，合金，絶縁物とほとんどの物質の膜を形成でき
る、こと等があげられる。

【００１０】スパッタ法は従来、ＩＣの製造用として、
Ｐｔ，Ｔｉ，Ｔａ，ＴｉＷ，ＭｏやＳｉＯ2 等の膜形成
に用いられてきたが、堆積速度が遅いという欠点があ
り、堆積速度の大きいマグネトロンスパッタリングの開
発により超ＬＳＩ用Ａｌ合金膜形成に広く用いられるよ
うになった。

【００１１】スパッタリング条件は形成する膜と用途，
スパッタリング方式と装置により大きく異なる。

【００１２】一般的には基板を加熱脱ガスして残留ガス
圧力の小さい状態で高純度のＡｒガスを用いてスパッタ
リングを行う。とくにＡｌは不純物ガスの影響を受けや
すく、Ｏ2,Ｎ2,Ｈ2 Ｏ（水）の混入により膜の性質が変
わり、例えば、鏡面反射率は図１１のように低下する。
また、合金や石英のような無機化合物ではターゲット組
成と堆積した膜の性質が異なることがある。

【００１３】次に、半導体集積回路の配線材料に用いる
金属薄膜について述べると、例えばＧａＡｓ，ＩｎＰ等
の化合物半導体を用いた半導体集積回路においては、そ
れを構成するトランジスタの電極に、金あるいは金を含
有する合金が用いられるため、電極とその上層の配線と
の接合部を安定して形成するために、電極材料と相性の
よい配線材料として金が多く用いられている。

【００１４】また、シリコンを用いた半導体集積回路に
おいても、近年サブミクロン化やハーフミクロン化さら
にはクオータミクロン化等の配線幅の微細化が要求され
るに従って、エレクトロマイグレーションに対する信頼
性に優れた配線材料である金の適用が検討されている。
なお、エレクトロマイグレーションとは、高温，大電流
密度下で、電流担体としての電子と金属イオンとの間で
運動量が交換されることにより、金属イオンの移動が起
こり、局所的なボイドが発生するため配線の抵抗が増大
したり、断線したりする現象であり、温度，電流密度，
金属中の不純物，配線幅，グレインサイズ，配線上の保
護膜の種類などに依存するものである。

【００１５】しかしながら、スパッタ法で成膜したＡｕ
薄膜は、真空蒸着法等のガスを用いない成膜方法により
成膜したＡｕ薄膜に比べて、下地に対する段差被覆性が
よいという特徴をもつ反面、抵抗率が高いという問題が
ある。

【００１６】例えば、真空蒸着法で形成したＡｕ薄膜の
抵抗率は３．０μΩｃｍ以下であるのに比べ、スパッタ
法により成膜したＡｕ薄膜の抵抗率は４．５μΩｃｍ以
上となり、高い値を示す。このため、Ａｒガスを用いた
スパッタ法によってＡｕ薄膜を形成すると、下地に対す
る段差被覆性に優れているという利点があるが、低抵抗
であるというＡｕの材料としての特長が十分に生かされ
ないという問題がある。

【００１７】このＡｒガスを用いてスパッタしたＡｕ薄
膜の抵抗率が高くなる原因を以下に示す。図１２に、電
力，ガス圧，基板温度等のスパッタ条件を変化させて成
膜したＡｕ薄膜について、その抵抗率と膜中に含まれる
Ａｒ原子の濃度（原子数比）とを蛍光Ｘ線分析により測
定した結果を示す。この図１２から明らかであるよう
に、スパッタ法で成膜したＡｕ薄膜においては、膜中に
含まれるＡｒ原子の濃度が高い膜ほど、高い抵抗率を示
すことがわかる。これは、Ａｒガスによるスパッタ法で
成膜したＡｕ薄膜の抵抗率が高い原因は、成膜時にＡｒ
原子が膜中に混入することにある，ということを示すも
のである。従って、スパッタ法で成膜したＡｕ薄膜が高
抵抗であるという問題は、成膜時の膜中へのスパッタガ
ス原子の混入を抑制すれば解決すると考えられる。

【００１８】特開平２−１９１８号公報に示された半導
体装置の製造方法は、この問題点に対する解決策とし
て、Ａｒより原子量の大きい不活性ガスであるキセノン
（Ｘｅ）ガスを用いて金ターゲットをスパッタすること
により低抵抗の金薄膜を形成するようにしたものであ
る。

【００１９】図１３は、この特開平２−１９１８号公報
の第１図に示された半導体装置の製造方法に適用される
従来のスパッタ装置を示すものである。図１３におい
て、２１１は基板、２１２は金ターゲット、２１３は真
空チャンバ、２１４は周波数13.56MHzの高周波電源、２
１５はスパッタガスであるキセノンガスの流入口、２１
６は排気口である。

【００２０】その処理法は次の通りである。即ち、キセ
ノンガス流入口２１５からＸｅガスを導入し、排気口２
１６から真空排気して真空チャンバ２１３の内部を５×
１０^-3Torrの減圧下にし、高周波電源を印加して金膜を
スパッタする。

【００２１】この従来例は、不活性ガスのなかで最も原
子量の大きいキセノンガスを用いてＡｕをスパッタすれ
ば、原子量が大きいイオンほど結晶へのイオン注入効果
が小さいのと同様に、原子量の大きい不活性ガスほどス
パッタ膜中へのガスの混入が減って結晶Ａｕに近づき、
抵抗率が低下して、導電性が良くなるという推察に基づ
くものである。

【００２２】ところが、上述のように、スパッタ法によ
る金薄膜の形成においてスパッタガスにＸｅガスを用い
た場合、以下に述べるような実用上の問題点がある。ま
ず、第一に、スパッタ装置内においてスパッタガス雰囲
気中でプラズマを発生させた際、スパッタガスがＸｅで
あった場合、プラズマ中のイオン電流と電位勾配の関係
から、例えば５０００オングストローム／分以上の所望
の堆積速度を確保することが可能であるような、例えば
１Ａ以上の大きなイオン電流を得るためには、例えば１
ｋＶ以上の極めて高い電圧を印加しなければならない。

【００２３】また、第二に、成膜を行うために真空チャ
ンバ内にＸｅガスを導入すると、処理を終了してＸｅガ
スの導入を中止した後に、真空チャンバ内にＸｅガスが
残留するため、チャンバ内真空度が回復せず、到達真空
度を十分に確保するためにはチャンバの内壁を例えば一
昼夜等の長時間にわたって３００℃以上に加熱すること
が必要になるという新たな問題が生じる。これはＸｅ原
子はＡｒ原子に比べその質量が大きいため、固体表面に
対する吸着エネルギーが大きいということに起因する。

【００２４】以上に述べたような二つの問題のため、Ｘ
ｅをスパッタガスとして用いたスパッタ法では、低抵抗
のＡｕ薄膜が得られるが、これを実際の半導体集積回路
等の製造工程に適用するのは実用的ではない。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
に、スパッタ法ではＡｒガスを用いることが一般的であ
り、これはＡｒガスが安価であることによるが、Ａｒガ
スは成膜された金属中に混入するために、その抵抗が増
大し、特に配線金属として金を用いる場合には、低抵抗
であるという金の特徴を充分に活かすことができないも
のである。

【００２６】また、Ｘｅをスパッタガスとして用いたス
パッタ法では、低抵抗のＡｕ薄膜が得られるが、真空チ
ャンバ内にＸｅガスが残留するため、チャンバ内の真空
度が回復せず、到達真空度を十分に確保するためにはチ
ャンバの内壁を長時間にわたって加熱することが必要に
なり、実際に半導体集積回路等の製造工程に適用するに
は実用的ではない。

【００２７】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、実際の半導体装置の製造工程に適用可能なスパ
ッタ法であり、かつ、成膜されたＡｕ薄膜中へのスパッ
タガスの混入が少なく、かつ低抵抗のＡｕ薄膜の形成が
可能であるような金属薄膜，その形成方法，半導体装置
およびその製造方法を提供することを目的としている。

【００２８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る金属薄膜
によれば、不純物として、０．１％以下のクリプトン
（Ｋｒ）を含有するようにしたものである。また、この
発明に係る金属薄膜によれば、金を主成分とする金属薄
膜が０．１％以下のクリプトン（Ｋｒ）を含有するよう
にしたものである。

【００２９】また、この発明に係る金属薄膜の形成方法
によれば、クリプトン（Ｋｒ）を用いてターゲットをス
パッタし、少なくともクリプトン以上の原子量を有する
金属の薄膜を形成するようにしたものである。また、こ
の発明に係る金属薄膜の形成方法によれば、上記ターゲ
ットとして金（Ａｕ）ターゲットを用いるようにしたも
のである。

【００３０】また、この発明に係る半導体装置によれ
ば、不純物として、０．１％以下のクリプトン（Ｋｒ）
を含有する金属薄膜を配線として有するようにしたもの
である。また、この発明に係る半導体装置によれば、上
記配線を金を主成分とするものとしたものである。

【００３１】また、この発明に係る半導体装置の製造方
法によれば、クリプトン（Ｋｒ）を用いてターゲットを
スパッタし、少なくともクリプトン以上の原子量を有す
る金属の薄膜を形成する工程を、その配線形成工程にお
いて含むようにしたものである。

【００３２】さらに、この発明に係る半導体装置の製造
方法によれば、クリプトン（Ｋｒ）を用いて金ターゲッ
トをスパッタし、金の薄膜を形成する工程を、その配線
形成工程において含むようにしたものである。

【００３３】

【作用】この発明においては、上述のように、不純物と
してクリプトン（Ｋｒ）を０．１％以下の含有量で含有
するので、不活性ガスの混入により増加する金属薄膜の
抵抗の増加が最小限に止まる。

【００３４】また、この発明においては、上述のよう
に、金を主成分とする金属薄膜が０．１％以下のクリプ
トン（Ｋｒ）を含有するようにしたので、金の抵抗の増
大が最小限に止まる。

【００３５】また、この発明においては、上述のよう
に、ＡｒガスではなくＫｒガスによりスパッタを行なう
ようにしており、このスパッタガスに用いるＫｒはＡｒ
に比べ原子量が大きいため、同一のエネルギーでターゲ
ットに入射した場合、Ａｒに比べターゲットで反射され
たガス原子のエネルギーが小さくなると考えられ、薄膜
中に取り込まれるスパッタガスの量が少なくなる。この
ため、Ｋｒガスをスパッタガスとして使用することで、
スパッタガスの混入が少なく低抵抗の金属薄膜が得られ
る金属薄膜の製造方法が実現される。また、Ｋｒ原子は
Ａｒ原子に比べ質量は大きいがＸｅ原子よりは質量が小
さいため、固体表面に対する吸着エネルギーはＸｅ原子
よりは小さく、従ってＸｅガスを用いる場合に比べチャ
ンバ内の真空度を容易に回復できる金属薄膜の製造方法
が実現される。

【００３６】また、この発明においては、上述のよう
に、ターゲットとして金を用いるようにしたので、金が
本来持っている低抵抗という特徴を活かしつつ段差被覆
性のよい薄膜形成が可能なスパッタを実行できる金属薄
膜の製造方法が実現される。

【００３７】また、この発明においては、上述のよう
に、不純物として、０．１％以下のクリプトン（Ｋｒ）
を含有する金属薄膜を配線として使用するようにしたの
で、配線の抵抗の増加を最小限に抑えた半導体装置が得
られる。

【００３８】また、この発明においては、上述のよう
に、配線が金を主成分とするものであるので、元々抵抗
の低い金の特徴を活かした配線を有する半導体装置が得
られる。

【００３９】また、この発明においては、上述のよう
に、Ｋｒガスによりスパッタを行なう金属薄膜の形成方
法をその配線形成工程において実行するようにしたの
で、配線形成工程において抵抗の少ない配線が形成でき
る半導体装置の製造方法が得られる。

【００４０】さらに、この発明においては、上述のよう
に、配線形成工程において使用するターゲットとして金
ターゲットを使用するようにしたので、配線形成工程に
おいて抵抗の少ない金配線が形成できる半導体装置の製
造方法が得られる。

【００４１】

【実施例】

実施例１．以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１は本発明の一実施例による金属薄膜の
製造方法に使用する直流マグネトロンスパッタ装置の一
例の概要を示す。図において、１は内部を気密に保持可
能であるような真空チャンバであり、その中に陽極２，
及び陰極３の２つの電極を対向配置し、陽極２には金属
薄膜を被着すべき基板４を、陰極３には被着すべき金属
薄膜の材料よりなる金属ターゲット５をそれぞれ支持し
ている。そして、上記陽極２，及び陰極３には例えば１
００ないし１０００Ｖの高圧の直流電源６を接続し、ま
た陰極３には陰極３の近傍に磁界を発生させる例えば
０．０１〜０．１Ｔの永久磁石７を配置する。

【００４２】一方、上記真空チャンバ１にはスパッタガ
スであるＫｒガスの流入口８，及び真空ポンプに接続さ
れた排気口９を開設している。

【００４３】このスパッタ装置を用いた本実施例の方法
は、まず真空チャンバ１を排気口９より排気することに
より１×１０^-7Torr程度にまで排気した後、Ｋｒガス流
入口８よりスパッタガスであるＫｒを導入し、真空チャ
ンバ１の内部を１０^-3Torr〜１０^-2Torrの所定の真空度
に設定する。

【００４４】次に、直流電源６を用いて陽極２，及び陰
極３に例えは１００Ｖないし１ｋＶの直流電圧を印加す
る。これにより、陽極２と陰極３との間にＫｒプラズマ
が発生し、プラズマの作用により金属ターゲット５から
ターゲット５の成分である金属原子が飛散する。この金
属原子は上記陽極２上の基板４に向かって飛散し、基板
４の表面に被着され、その結果、基板４表面に金属薄膜
が形成される。

【００４５】次に、スパッタガスにＫｒを用いることに
よる効果について説明する。図２に、上記実施例によ
り、金属ターゲット５に金ターゲットを用いて成膜した
金（Ａｕ）薄膜と、従来技術であるＡｒガスを用いたス
パッタ法により成膜したＡｕ薄膜との，抵抗率，Ａｕ薄
膜の堆積速度，及び直径３インチ円形基板での面内の膜
厚の均一性を比較した例を示す。

【００４６】この図２により明らかなように、本実施例
のようにＫｒガスを用いたスパッタ法により成膜された
Ａｕ薄膜の抵抗率は、従来の方法であるＡｒガスを用い
たスパッタ法により成膜したＡｕ薄膜の抵抗率の約６０
％であることがわかる。また、Ｋｒガスを用いたスパッ
タ法は、従来のＡｒガスを用いたスパッタ法に比べてＡ
ｕ薄膜の堆積速度が大きく、また膜厚の基板面内の均一
性も良好であることも明らかである。

【００４７】ここで、スパッタガスとしてＫｒガスを用
いることにより、上述のように抵抗率が減少する理由に
ついて述べる。即ち、上述のように、Ａｒガスによるス
パッタで成膜された金属薄膜では、膜中にＡｒ原子が取
り込まれることによりその抵抗率が高くなる。膜中に混
入するスパッタガス原子は、ターゲット表面で反射され
た高エネルギーの原子であると考えられる。ここに、タ
ーゲット表面でのガス原子の反射はガス原子とターゲッ
ト原子との間の弾性衝突によると考えると、反射された
ガス原子のエネルギーＥ1 と、入射するガス原子のエネ
ルギーＥ2 との関係は、ガス原子の原子量をｍ，ターゲ
ット原子の原子量をＭとして、 Ｅ1 ／Ｅ0 ＝［（Ｍ−ｍ）／（Ｍ＋ｍ）］² ……(1) で与えられる。但し、Ｍ，ｍの間にはＭ＞ｍの関係が成
り立つものとする。

【００４８】図３に、種々の不活性ガスがＡｕターゲッ
トの表面で反射されたときの、反射された原子のエネル
ギーと入射エネルギーとの比Ｅ1 ／Ｅ0 を、式(1) によ
り求めた結果を示す。Ｅ1 ／Ｅ0 の値はスパッタガスの
原子量が大きいほど小さくなる、すなわち例えば数百ｅ
Ｖ程度の同じエネルギーで入射した場合の反射されたガ
ス原子のエネルギーは小さいということが導かれる。こ
のことから、スパッタガスにＡｒに比べて原子量の大き
い不活性ガスであるＫｒ，Ｘｅを用いることにより、Ａ
ｕ膜中に取り込まれるスパッタガスの量が低減され、ひ
いては成膜されたＡｕ薄膜の抵抗率はＡｒを用いた場合
と比べて低減されることが予想される。そして、式(1)
から特にＡｕのように原子量の大きな金属においては、
本発明の効果が大きいことがわかる。

【００４９】図４および図５にＡｒ，Ｋｒ，およびＸｅ
の３種のガスをスパッタガスとして、同等のスパッタ条
件にて成膜したＡｕ薄膜の抵抗率、膜中のスパッタガス
含有率を示す。

【００５０】このように、スパッタガスとしてＫｒを用
いて成膜したＡｕ薄膜においては、膜中に含まれるスパ
ッタガスの濃度が例えば０．１％（原子数比％）に低減
されるため抵抗率が低減されること、また、スパッタガ
スとしてＸｅを用いた場合もＫｒを用いた場合と同様の
効果は得られるが、その抵抗率の低下の改善度はＫｒを
用いたときとほぼ同程度であることがわかる。以上のよ
うにスパッタガスにＫｒを用いることにより、従来のＡ
ｒを用いた方法に比べて低抵抗のＡｕ薄膜の作製が可能
となる。

【００５１】また、Ｋｒガスは、Ｘｅガスに比べ比較的
低電圧の７００Ｖで１Ａの十分なイオン電流が得られる
ため広い圧力範囲で高電力でのスパッタが可能な上、Ｘ
ｅガスに比べ真空チャンバの内壁への吸着が弱く、チャ
ンバ内の到達真空度は処理後直ちに処理前の状態に復帰
するため、実際の半導体装置の製造工程での実用性が高
い成膜方法を得ることができる。

【００５２】実施例２．なお、上記実施例１では、直流
マグネトロンスパッタ装置において、クリプトンをスパ
ッタガスとして用いるものを示したが、ＲＦマグネトロ
ンスパッタ装置においてクリプトンを使用することも勿
論可能である。

【００５３】図６は本発明の第２の実施例による金属薄
膜の製造方法に使用するＲＦマグネトロンスパッタ装置
の一例の概要を示す。図６において、１１は基板、１２
は金ターゲット、１３は真空チャンバ、１４は周波数1
3.56MHzの高周波電源、１５はスパッタガスであるクリ
プトンガスの流入口、１６は排気口である。

【００５４】その処理法は次の通りである。即ち、クリ
プトンガス流入口１５からＫｒガスを導入し、排気口１
６から真空排気して真空チャンバ１３の内部を５×１０
^-3Torrの減圧下にし、高周波電源を印加して金膜をスパ
ッタする。

【００５５】このように、ＲＦマグネトロンスパッタ装
置を使用してスパッタを行なう際にも、クリプトンをス
パッタガスとして用いることによって、上記実施例１と
同様に低抵抗かつ段差被覆性のよい金薄膜を形成するこ
とが可能であり、従来のＡｒを用いた方法に比べて低抵
抗のＡｕ薄膜の作製が可能となる。

【００５６】また、Ｋｒガスは、Ｘｅガスに比べ比較的
低電圧の７００Ｖで１Ａの十分なイオン電流が得られる
ため広い圧力範囲で高電力でのスパッタが可能な上、Ｘ
ｅガスに比べ真空チャンバの内壁への吸着が弱く、チャ
ンバ内の到達真空度は処理後直ちに処理前の状態に復帰
するため、実際の半導体装置の製造工程での実用性が高
い成膜方法を得ることができる。

【００５７】実施例３．さらに、上記実施例１では、直
流マグネトロンスパッタ装置において、クリプトンをス
パッタガスとして用いるものを示したが、ＥＣＲスパッ
タ装置においてクリプトンをスパッタガスとして使用す
ることも可能である。

【００５８】図７は本発明の第３の実施例による金属薄
膜の製造方法に使用するＥＣＲスパッタ装置の一例とし
てのバイアスＥＣＲスパッタ装置の概要を示す。図７に
おいて、３１はＫｒガス導入口、３２はマイクロ波導入
口、３３は高周波電力電源、３４はプラズマ生成室、３
５は電磁石コイル、３６は反応室、３７は基板、３８は
ターゲット、３９は直流電源、４０は高周波電力電源、
４１は排気口である。なお、ＥＣＲスパッタ装置の場
合、基板３７に接続された高周波電力電源４０は必ずし
も必要なものではない。

【００５９】その処理法は次の通りである。まず、電磁
石コイル３５に通電して磁界を発生するとともに、プラ
ズマ生成室３４にマイクロ波導入口３３よりマイクロ波
を導入するとともに高周波電力電源３２からの高周波電
力を印加し、かつＫｒガス導入口３１よりＫｒガスを導
入してＫｒのプラズマを発生する。このＫｒのプラズマ
は直流電源３９によりバイアスされているターゲット３
８に引き寄せられ、ターゲット３８をスパッタする。そ
してそのスパッタ粒子は高周波電力電源４０によりバイ
アスされている基板３７に引き寄せられ、基板３７上で
成膜が行われる。

【００６０】このように、ＥＣＲスパッタ装置を使用し
てスパッタを行なう際にも、クリプトンをスパッタガス
として用いることによって、上記実施例１と同様に低抵
抗かつ段差被覆性のよい金薄膜を形成することが可能で
あり、従来のＡｒを用いた方法に比べて低抵抗のＡｕ薄
膜の作製が可能となる。

【００６１】また、Ｋｒガスは、Ｘｅガスに比べ比較的
低電圧の７００Ｖで１Ａの十分なイオン電流が得られる
ため広い圧力範囲で高電力でのスパッタが可能な上、Ｘ
ｅガスに比べ真空チャンバの内壁への吸着が弱く、チャ
ンバ内の到達真空度は処理後直ちに処理前の状態に復帰
するため、実際の半導体装置の製造工程での実用性が高
い成膜方法を得ることができる。

【００６２】実施例４．なお、上記実施例１ないし３の
方法により製造された金属薄膜を配線として用いること
により、低抵抗かつ段差被覆性に優れた配線をもつ半導
体装置およびその製造方法が得られる。

【００６３】図８は上記実施例１ないし実施例３の方法
により製造される金属薄膜を配線として使用する半導体
装置の２層配線の形成プロセスを、ガリウム砒素集積回
路を例にとって示す図である。

【００６４】図８において、５０は半絶縁性ガリウム・
砒素基板、５１は図中右側のＭＥＳＦＥＴのソース領域
となるｎ⁺ 領域、５２は図中右側のＭＥＳＦＥＴのドレ
イン領域となり、図中左側のＭＥＳＦＥＴのソース領域
となるｎ⁺ 領域、５３は図中左側のＭＥＳＦＥＴのドレ
イン領域となるｎ⁺ 領域、５４は図中右側のＭＥＳＦＥ
Ｔのゲート電極、５５は図中左側のＭＥＳＦＥＴのゲー
ト電極、５６，５７，５８，５９はスペーサ膜、６１，
６２は層間絶縁膜、６３は図中右側のＭＥＳＦＥＴのゲ
ート電極上のスペーサ膜および層間絶縁膜に形成された
スルーホール、６４は例えば上記実施例１ないし３のい
ずれかの方法で形成された第１層配線、６５はこの第１
層配線６４上を左右のＭＥＳＦＥＴ上に形成された層間
絶縁膜、６６はこの層間絶縁膜６５上の一部およびこの
層間絶縁膜６５に形成されたスルーホール内に形成され
た第２層配線、６７はこの第２層配線６６および層間絶
縁膜６５上を覆うように形成されたパッシベーション膜
である。

【００６５】まず、周知のＭＥＳＦＥＴ形成工程によ
り、ＭＥＳＦＥＴが基板上に形成されているものとす
る。次に、図８(a) に示すように、選択的エッチングに
より、図中右側のＭＥＳＦＥＴのゲート電極６０上のス
ペーサ膜および層間絶縁膜を開口し、スルーホール６３
を形成する。

【００６６】次に、図８(b) に示すように、このスルー
ホール内および層間絶縁膜上およびスペーサ膜上に、第
１層配線６４を形成する。この第１層配線６４はこれを
形成する際、上記実施例１ないし実施例３のいずれかの
方法により形成するようにすればよく、これによりスル
ーホール付近の段差部においても被覆性よく形成でき、
かつ低抵抗の金配線を形成することができる。

【００６７】そして、図８(c) に示すように、配線６４
を含む全面に層間絶縁膜６５を形成し、図中右側のＭＥ
ＳＦＥＴのソース領域側および左側のＭＥＳＦＥＴのド
レイン領域側にそれぞれスルーホールを形成する。

【００６８】そして、図８(d) に示すように、図８(c)
で形成された層間絶縁膜６５上の一部およびスルーホー
ル内に第２層配線６６を形成する。この第２層配線６６
もこれを形成する際、上記実施例１ないし実施例３のい
ずれかの方法により形成するようにすればよく、これに
よりスルーホール付近の段差部においても被覆性よく形
成でき、かつ低抵抗の金配線を形成することができる。

【００６９】そして、図８(e) に示すように、この第２
層配線６６および層間絶縁膜６５上の全面にパッシベー
ション膜を形成し、その後周知のパッケージング工程を
実行することにより、ガリウム砒素集積回路を得ること
ができる。

【００７０】このように、本実施例４によれば、ガリウ
ム砒素集積回路の配線を形成する際に、Ｋｒをスパッタ
ガスとしてスパッタを行うことにより形成した金薄膜を
配線として使用するようにしたので、段差被覆性がよ
く、かつ低抵抗の配線を有するガリウム砒素集積回路が
得られる。

【００７１】また、Ｋｒガスは配線工程で使用する真空
チャンバの真空度の回復が容易なため、配線工程におい
て高い生産性が得られるガリウム砒素集積回路の製造方
法がが得られる。

【００７２】なお、上記実施例１〜３ではＡｕターゲッ
トを用いてＡｕ薄膜を形成する場合を例にとって説明し
たが、タングステン（Ｗ），白金（Ｐｔ）等の高融点金
属やＷＳｉ，ＴｉＷ等の合金をターゲットとして用いる
ようにしてもよく、これにより、タングステン（Ｗ），
白金（Ｐｔ）等の薄膜やＷＳｉ，ＴｉＷ等の薄膜を形成
する場合にも適用でき、上記実施例と同様の効果を奏す
る。

【００７３】また、上記実施例４では半導体集積回路と
してモノリシックマイクロ波ＩＣやデジタルＩＣ等のガ
リウム砒素集積回路を形成する場合を例にとって説明し
たが、通常のシリコンプロセスによる集積回路に適用す
るようにしてもよく、上記実施例と同様の効果を奏す
る。

【００７４】なお、Ａｒより原子量の大きい不活性ガス
を用いてスパッタを行うことにより金属薄膜を形成する
方法として、特開昭６１−２８７１２１号公報に示され
た半導体集積回路の製造方法がある。これは、ウエハの
大口径化に伴って半導体１枚毎に金属膜を付着形成する
枚葉式が主流になりつつあるが、枚葉式スパッタリング
装置では基板が自転，公転することはなく、しかもスパ
ッタ速度を上げるためにこの半導体基板とターゲット間
の距離が短く設定されており、スパッタ原子はＡｒガス
分子と僅かの回数しか衝突しないため、金属原子が広範
囲の入射角をもって半導体基板の段差部に入射すること
ができず、このため基板の段差部において形成される金
属膜の被覆性が低下するという問題の解決を図ったもの
である。

【００７５】しかしながら、この先行技術は、この問題
を解決するために、放電ガスとしてＸｅ等のより原子量
の大きい不活性ガスを用いることにより、金属原子の平
均自由行程を短縮して、衝突回数を増し、半導体基板の
段差部に入射する金属原子の入射角に分布を持たせて、
段差被覆性を改善しようとするものであり、これは成膜
時のスパッタガスの混入を減少させて、配線抵抗を低減
しようとするものではない。

【００７６】また、不活性ガスを用いて金属薄膜を形成
する方法として、例えば特開昭５９−１６８６３５号公
報に示された半導体装置があり、これはスパッタ法では
なく真空蒸着法において段差部上を通る配線を欠陥なく
形成しようとするもので、具体的には、１〜１０×１０
^-3Torrの不活性ガス雰囲気中で金属を蒸着することによ
り段差部の被覆性を改善することができるものである。
一般的な真空蒸着法により段差部のカバレージ性を向上
させる場合には、真空度を〜１０^-6Torr以下に完全に抑
え込む必要があるが、通常の真空蒸着装置において、こ
の真空度を維持しようとすると、スループットの低下に
つながるものであり、この特開昭５９−１６８６３５号
公報の方法は、この問題を解決するため、比較的低真空
の不活性ガス雰囲気中で段差部上を通る配線を蒸着によ
り形成するものである。

【００７７】しかしながら、この特開昭５９−１６８６
３５号公報の方法は、真空蒸着により基板に垂直に入射
する金属蒸気を不活性ガスにより散乱させることで段差
部に入射する金属蒸気の入射角度に分布を持たせること
により段差被覆性の向上を図っているものと思われ、こ
の方法も成膜時のスパッタガスの混入を減少させて、配
線抵抗を低減しようとするものではない。また、この特
開昭５９−１６８６３５号公報の方法は成膜の方式が真
空蒸着であるので、スパッタ法ほどの成膜速度を得るこ
とができず、緻密な膜が得られるものでもない。

【００７８】

【発明の効果】以上のように、この発明に係る金属薄膜
によれば、不純物として、０．１％以下のクリプトン
（Ｋｒ）を含有するようにしたので、不活性ガスの混入
により増加する金属薄膜の抵抗の増加が最小限に止まる
という効果がある。

【００７９】また、この発明に係る金属薄膜によれば、
金を主成分とする金属薄膜が０．１％以下のクリプトン
（Ｋｒ）を含有するようにしたので、金の抵抗の増大を
最小限に止まるという効果がある。

【００８０】また、この発明に係る金属薄膜の形成方法
によれば、クリプトン（Ｋｒ）を用いてターゲットをス
パッタし、少なくともクリプトン以上の原子量を有する
金属の薄膜を形成するようにしたので、スパッタガスの
混入が少なく低抵抗の金属薄膜が得られれ、また、その
製造に使用するチャンバ内の真空度を容易に回復できる
金属薄膜の形成方法を実現できる効果がある。

【００８１】また、この発明に係る金属薄膜の形成方法
によれば、上記ターゲットとして金（Ａｕ）ターゲット
を用いるようにしたので、金が本来持っている低抵抗と
いう特徴を活かしつつ段差被覆性のよい薄膜形成が可能
なスパッタを実行できる金属薄膜の形成方法を実現でき
る効果がある。

【００８２】また、この発明に係る半導体装置によれ
ば、不純物として、０．１％以下のクリプトン（Ｋｒ）
を含有する金属薄膜を配線として有するようにしたの
で、配線の抵抗の増加を最小限に止めた半導体装置が得
られる効果がある。

【００８３】また、この発明に係る半導体装置によれ
ば、上記配線を金を主成分とするものとしたので、元々
抵抗の低い金の特徴を活かした配線を有する半導体装置
が得られる効果がある。

【００８４】また、この発明に係る半導体装置の製造方
法によれば、クリプトン（Ｋｒ）を用いてターゲットを
スパッタし、少なくともクリプトン以上の原子量を有す
る金属の薄膜を形成する工程を、その配線形成工程にお
いて含むようにしたので、配線形成工程において抵抗の
少ない配線が形成できる半導体装置の製造方法が得られ
る効果がある。

【００８５】さらに、この発明に係る半導体装置の製造
方法によれば、クリプトン（Ｋｒ）を用いて金ターゲッ
トをスパッタし、金の薄膜を形成する工程を、その配線
形成工程において含むようにしたので、配線形成工程に
おいて抵抗の少ない金配線が形成できる半導体装置の製
造方法が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による金属薄膜の形成方
法を実施するためのスパッタ装置の一例を示す図であ
る。

【図２】上記実施例における金属薄膜の形成方法により
形成したＡｕ薄膜と、従来の方法により形成したＡｕ薄
膜との，抵抗率，基板面内の膜厚均一性，及び堆積速度
を示す図である。

【図３】種々の不活性ガスがＡｕターゲットの表面で反
射されたときの、反射された原子のエネルギーと入射エ
ネルギーとの比，Ｅ1 ／Ｅ0 を示す図である。

【図４】スパッタガスの種類による、Ａｕ薄膜の抵抗
率，スパッタガス含有率の違いを示した表を示すす図で
ある。

【図５】スパッタガスの種類による、Ａｕ薄膜の抵抗
率，スパッタガス含有率の違いを示したグラフを示す図
である。

【図６】本発明の第２の実施例による金属薄膜の形成方
法を実施するためのスパッタ装置の一例を示す図であ
る。

【図７】本発明の第３の実施例による金属薄膜の形成方
法を実施するためのスパッタ装置の一例を示す図であ
る。

【図８】本発明の第４の実施例によるガリウム砒素集積
回路の製造工程を示す図である。

【図９】スパッタリングにおけるグロー放電の電位と正
イオン，電子の密度分布を示す図である。

【図１０】Ａｒイオンによるスパッタリングを示す図で
ある。

【図１１】不純物ガスの影響による鏡面反射率の一例を
示す図である。

【図１２】従来技術であるＡｒを用いたスパッタにより
成膜したＡｕ薄膜における膜中に含有するＡｒ濃度と膜
の抵抗率の関係を示す図である。

【図１３】特開平２−１９１８号に示された、従来の金
属薄膜の形成方法を実施するためのスパッタ装置の一例
を示す図である。

【符号の説明】

１ 真空チャンバ ２ 陽極 ３ 陰極 ４ 基板 ５ 金属ターゲット ６ 直流電源 ７ 永久磁石 ８ ガス流入口 ９ 排気口

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年１２月１６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４４】次に、直流電源６を用いて陽極２，及び陰
極３に例えば１００Ｖないし１ｋＶの直流電圧を印加す
る。これにより、陽極２と陰極３との間にＫｒプラズマ
が発生し、プラズマの作用により金属ターゲット５から
ターゲット５の成分である金属原子が飛散する。この金
属原子は上記陽極２上の基板４に向かって飛散し、基板
４の表面に被着され、その結果、基板４表面に金属薄膜
が形成される。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４７】ここで、スパッタガスとしてＫｒガスを用
いることにより、上述のように抵抗率が減少する理由に
ついて述べる。即ち、上述のように、Ａｒガスによるス
パッタで成膜された金属薄膜では、膜中にＡｒ原子が取
り込まれることによりその抵抗率が高くなる。膜中に混
入するスパッタガス原子は、ターゲット表面で反射され
た高エネルギーの原子であると考えられる。ここに、タ
ーゲット表面でのガス原子の反射はガス原子とターゲッ
ト原子との間の弾性衝突によると考えると、反射された
ガス原子のエネルギーＥ1 と、入射するガス原子のエネ
ルギーＥ0 との関係は、ガス原子の原子量をｍ，ターゲ
ット原子の原子量をＭとして、 Ｅ1 ／Ｅ0 ＝［（Ｍ−ｍ）／（Ｍ＋ｍ）］² ……(1) で与えられる。但し、Ｍ，ｍの間にはＭ＞ｍの関係が成
り立つものとする。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５８】図７は本発明の第３の実施例による金属薄
膜の製造方法に使用するＥＣＲスパッタ装置の一例とし
てのバイアスＥＣＲスパッタ装置の概要を示す。図７に
おいて、３１はＫｒガス導入口、３２は高周波電力電
源、３３はマイクロ波導入口、３４はプラズマ生成室、
３５は電磁石コイル、３６は反応室、３７は基板、３８
はターゲット、３９は直流電源、４０は高周波電力電
源、４１は排気口である。なお、ＥＣＲスパッタ装置の
場合、基板３７に接続された高周波電力電源４０は必ず
しも必要なものではない。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６９】そして、図８(e) に示すように、この第２
層配線６６および層間絶縁膜６５上の全面にパッシベー
ション膜６７を形成し、その後周知のパッケージング工
程を実行することにより、ガリウム砒素集積回路を得る
ことができる。

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１３】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/3205

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 不純物として、０．１％以下のクリプト
   ン（Ｋｒ）を含有することを特徴とする金属薄膜。
2. 【請求項２】 請求項１記載の金属薄膜において、 金を主成分とすることを特徴とする金属薄膜。
3. 【請求項３】 クリプトン（Ｋｒ）を用いてターゲット
   をスパッタし、少なくともクリプトン以上の原子量を有
   する金属の薄膜を形成することを特徴とする金属薄膜の
   形成方法。
4. 【請求項４】 請求項３記載の金属薄膜の形成方法にお
   いて、 上記ターゲットとして金（Ａｕ）ターゲットを用いるこ
   とを特徴とする金属薄膜の形成方法。
5. 【請求項５】 請求項１記載の金属薄膜を配線として有
   することを特徴とする半導体装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の半導体装置において、 上記配線は金を主成分とするものであることを特徴とす
   る半導体装置。
7. 【請求項７】 請求項３記載の金属薄膜の形成方法を、
   その配線形成工程において含むことを特徴とする半導体
   装置の製造方法。
8. 【請求項８】 請求項７記載の半導体装置の製造方法に
   おいて、 上記配線形成工程において使用するターゲットとして金
   （Ａｕ）ターゲットを用いることを特徴とする半導体装
   置の製造方法。