JPH0799739B2 - 金属薄膜の形成方法 - Google Patents

金属薄膜の形成方法

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JPH0799739B2
JPH0799739B2 JP60033725A JP3372585A JPH0799739B2 JP H0799739 B2 JPH0799739 B2 JP H0799739B2 JP 60033725 A JP60033725 A JP 60033725A JP 3372585 A JP3372585 A JP 3372585A JP H0799739 B2 JPH0799739 B2 JP H0799739B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は金属薄膜の形成方法およびその形成装置に関
するもので、特に半導体集積回路（IC）で用いられてい
る配線金属膜の形成方法に関するものである。
［従来の技術］ 第４図は、従来のスパッタリングによりICの内部配線に
用いられるAl薄膜をSiウエハ上に形成する場合のスパッ
タリング装置を示す図である。この装置の構成について
説明すると、図において、真空槽１の内部には、陽電極
３と負電極２が対向しかつ間隔を隔てて設けられてい
る。この負電極２は形成すべきAl薄膜と同一材質からな
っておりAlターゲットとも呼ばれている。陽電極３上に
Siウエハ４が置かれており、６はSiウエハ４上に形成さ
れたAl薄膜である。陽電極３と負荷極２間には直流電源
５が接続されており、この直流電源５により陽電極３と
負電極２間に電圧が印加されている。陽電極３の下部に
はヒータ７が設けられており、Siウエハ４はヒータ７に
よって加熱される。８はヒータ７は発熱させるための交
流電源である。真空槽１の槽壁には、スパッタリングを
起こさせるために必要な不活性ガスArを真空槽１内部に
導入するための真空バルブ９が設けられている。
次に、Siウエハ上への金属薄膜の形成について説明す
る。まず、真空槽１内の陽電極３上にSiウエハ４を置
く。それから真空槽１を真空ポンプにより一旦10-7Torr
程度に排気した後、真空バルブ９を開けてArガスを真空
槽１内部に導入し、真空槽１内部を10-2〜10-3Torr程度
の真空度になるように調整する。次に、直流電源５によ
り陽電極３と陰電極２間に電圧を印加してArガスのグロ
ー放電を起こさせ、Arを電離してAr+を発生させる。こ
のとき、Ar+は負電極（Alターゲット）２に引かれてこ
れに衝突することによりAl原子を弾き出すいわゆるスパ
ッタリングが起こり、これによって対向する陽電極３上
に置かれたSiウエハ４上にAl原子を堆積させることがで
き、Al薄膜６を形成することができる。
このようにして形成されたAl薄膜６は、多結晶体の集合
体からなることはよく知られているが、通常用いられる
Al薄膜６の膜厚は0.5〜2.0μｍと非常に薄いので、Alの
結晶粒の大きさとAl薄膜６の膜厚がほぼ同程度になり、
その微細構造は、第５図の模式断面図に示すように、結
晶粒12がAl薄膜６が横断する形状となっている。なお、
結晶粒12間は結晶粒界13により区別される。また10はSi
ウエハ４上に形成された酸化膜である。
［発明が解決しようとする問題点］ ところで、従来、Al薄膜６の結晶粒12は大きい方がエレ
クトロマイグレーションに強く信頼性が高いことから、
第４図のヒータ７によりSiウエハ４を加熱しAlの原子の
移動を促進して結晶粒12を大きくする努力が払われてき
たこともあり、上述のAl薄膜６の結晶粒12径がAl薄膜６
の膜厚より大きくなるのが通例であった。しかしなが
ら、ICのパターンの微細化が進むにつれ、結晶粒12径が
小さい方が微細なAl配線をエッチングにより形成する場
合の加工精度が優れていること、また長期的に見た場合
のクリープ強度も強いことなどが判明してきた。さらに
一方では、Alに微量のCu,Ti,Mgなどの不純物を添加する
ことにより、エレクトロマイグレーション耐量が大幅に
向上することが判明してきており、Al薄膜６の結晶粒12
径を大きくする必要はなくなってきた。
このための対応として、従来技術の一つである特開昭57
−711311号公報記載の発明では、Al電極導体の膜厚をｔ
としたときに、このAl電極動態の形成をt/nずつｎ回の
蒸着で行ない、１回の蒸着毎にAl表面を大気に晒す方法
をとり、Alの粒子の粗大化を防止することが記載されて
いる。
この発明では、さらに基板上に微細な結晶粒径の金属薄
膜を再現性良く形成することができる金属薄膜の形成方
法およびその形成装置を提供することを目的とする。
［問題点を解決するための手段］ この発明に係る金属薄膜の形成方法は、基板上への多結
晶体からなる金属薄膜の成長途中の予め定める期間に、
金属薄膜と反応して結晶粒の成長を妨げる反応層を形成
する微量のO2ガス、N2ガス、CO2ガス、NO2ガス、H2Oガ
スあるいはそれらの混合ガスを、金属薄膜の形成雰囲気
中に所定の量、所定の間隔で間欠的に導入しながら、基
板上に金属薄膜を形成するようにしたものである。
［作用］ この発明においては、金属薄膜の成長途中の予め定める
期間に、金属薄膜と反応して結晶粒の成長を妨げる反応
層を形成する微量のガスが金属薄膜の形成雰囲気中に、
所定の量、所定の間隔で間欠的に導入され、金属薄膜と
ガスとが反応して生じた反応層が金属薄膜内に形成され
て結晶粒の成長が妨げられ、微細な結晶粒径の金属薄膜
が再現性良く形成される。
［実施例］ 以下、この発明の実施例を図について説明する。なお、
この実施例の説明において、従来の技術の説明と重複す
る部分については適宜その説明を省略する。
第１図は、この発明の実施例に係る、スパッタリングに
よりSiウエハ上にAl薄膜を形成する場合のスパッタリン
グ装置を示す図である。この装置の構成が第４図の従来
のスパッタリング装置の構成と異なる点は、真空槽１の
槽壁にO2ガス導入用の真空バルブ11を設けた点である。
この真空バルブ11はArガス導入用の真空バルブ９に連結
せしめた構造であってもよい。
次に、この発明の一実施であるSiウエハ上のへの金属薄
膜の形成について説明する。まず、陽電極３上にSiウエ
ハ４を置き、Arガスを用いてAlのスパッタリングを行な
ってSiウエハ４上にAl薄膜６′を形成してゆく。次に、
このスパッタリング途中の予め定める期間に、第２図に
示すように、真空バルブ11を間欠的に開いて微量のO2ガ
スを真空槽１中に導入する。このO2ガスの導入により、
Al薄膜６′の表面には、その成長過程の途中において、
第３図に示さるように、AlとO2ガスの反応により生じた
反応層（Al2O3が主体）14,14′が形成され、Alの結晶粒
12′の成長を妨げる。その結果、第３図の各反応層14,1
4′以上の高さには結晶粒12′が成長せず、Al薄膜６′
には微細な結晶粒12′が形成されることになる。ここ
で、13′は結晶粒12′の結晶粒界であり、10はSiウエハ
４上に形成された酸化膜である。
このような方法によれば、真空槽１へのO2ガスの導入間
隔を変えることにより、Al薄膜６′の結晶粒12′の大き
さを自由に変えることができ、またこのO2ガスの導入期
間，量などを正確に制御することにより、Al薄膜６′の
結晶粒12′径の再現性の良い制御が可能となる。
従来のスパッタリング装置においては、真空槽１中にAr
ガスなどを導入するために真空バルブを複数個保有して
いるものは珍らしいことではなく、この発明の実施例に
係る第１図の構成はそれ自体では新規ではない。この発
明の主張するところは、真空槽１への反応性ガスの導入
を間欠的に行なうという点で、そのように真空バルブ11
が制御されるような構成になっている装置を使用する点
である。
なお、上記実施例ではAlのスパッタリングの場合につい
て述べたが、AlSi,AlSiCuなどのAl合金、さらにはCu,C
r,Auなどの他の金属あるいはそれらの合金のスパッタリ
ングの場合についても上記実施例と同様の効果を奏す
る。
また、金属薄膜の結晶粒の成長を妨げる目的で導入する
反応性ガスとしては、O2ガス以外にN2ガス,CO2ガス,NO2
ガス,H2Oガス，あるいはそれらの混合ガスなどであって
もよく、またこれら反応性ガスの導入期間，周期は、定
期的であっても不定期的であっも構わない。
また、上記実施例ではスパッタリングによりSiウエハ上
に金属薄膜を形成する場合について述べたが、この発明
は真空蒸着法，化学気相成長法，イオンビームスパッタ
リング法あるいはクラスタイオン蒸着法などにも適用可
能である。
［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、基板上に金属薄膜を
形成する場合において、金属薄膜の成長途中の予め定め
る期間に、金属薄膜と反応して結晶粒の成長を妨げる反
応層を形成する微量のガスを、所定の量、所定の間隔で
間欠的に、金属薄膜の形成雰囲気中に導入しながら金属
薄膜を形成するようにしたので、Siウエハ上に微細な結
晶粒径の金属薄膜を再現性良く形成できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の実施例に係る、スパッタリングに
よりSiウエハ上にAl薄膜を形成する場合のスパッタリン
グ装置を示す図である。 第２図は、この発明の実施例である金属薄膜の形成方法
における、真空槽へのO2ガス導入のシーケンス図であ
る。 第３図は、この発明の実施例である金属薄膜の形成方法
によりSiウエハ上に形成されたAl薄膜の模式断面図であ
る。 第４図は、従来のスパッタリングによりSiウエハ上にAl
薄膜を形成する場合のスパッタリング装置を示す図であ
る。 第５図は、従来の金属薄膜の形成方法によりSiウエハ上
に形成されたAl薄膜の模式断面図である。 図において、１は真空槽、２は負電極、３は陽電極、４
はSiウエハ、５は直流電源、6,6′はAl薄膜、７はヒー
タ、８は交流電源、9,11は真空バルブ、10は酸化膜、1
2,12′は結晶粒、13,13′は結晶粒界、14,14′はAlとO2
ガスとの反応層である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土佐 雅宣 兵庫県伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電機 株式会社北伊丹製作所内 (56)参考文献 特開 昭57−71131（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−158918（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】密閉容器内に基板を配設し、この基板上に
    形成する金属薄膜の原材料となる金属微粒子を前記密閉
    容器内に遊離させ、この金属微粒子を前記基板上に積層
    させることにより、基板上に多結晶体からなる金属薄膜
    を形成する方法において、 前記金属薄膜の成長途中の予め定める期間に、前記金属
    薄膜と反応して結晶粒の成長を妨げる反応層を形成する
    微量のO2ガス、N2ガス、CO2ガス、NO2ガス、H2Oガスあ
    るいはそれらの混合ガスを、前記金属薄膜の形成雰囲気
    中に所定の量、所定の間隔で間欠的に導入しながら、前
    記金属薄膜を形成することを特徴とする金属薄膜の形成
    方法。
  2. 【請求項２】前記金属薄膜は、スパッタリング、真空蒸
    着、または化学気相成長で形成されることを特徴とする
    特許請求の範囲第１項記載の金属薄膜の形成方法。
JP60033725A 1985-02-20 1985-02-20 金属薄膜の形成方法 Expired - Lifetime JPH0799739B2 (ja)

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