JPH09279336A - 薄膜形成方法 - Google Patents
薄膜形成方法Info
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- JPH09279336A JPH09279336A JP8293178A JP29317896A JPH09279336A JP H09279336 A JPH09279336 A JP H09279336A JP 8293178 A JP8293178 A JP 8293178A JP 29317896 A JP29317896 A JP 29317896A JP H09279336 A JPH09279336 A JP H09279336A
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Classifications
-
- H01L21/203—
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/0021—Reactive sputtering or evaporation
- C23C14/0036—Reactive sputtering
- C23C14/0057—Reactive sputtering using reactive gases other than O2, H2O, N2, NH3 or CH4
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ステップカバレッジが優れた薄膜形成方法を
提供すること。 【解決手段】 ターゲットと反応して、ターゲットを原
子状態にする不活性ガスと、ターゲットと反応して、分
子状態の副生成物を生成する反応性エッチングガスを注
入し、かつ上記原子状態のターゲットおよび分子状態の
副産物と反応して、ウェーハ上に薄膜を生成する反応性
スパッタガスを供給する。ガス等とターゲットの物質と
の反応を行い、上記ウェーハ上に薄膜を形成する。
提供すること。 【解決手段】 ターゲットと反応して、ターゲットを原
子状態にする不活性ガスと、ターゲットと反応して、分
子状態の副生成物を生成する反応性エッチングガスを注
入し、かつ上記原子状態のターゲットおよび分子状態の
副産物と反応して、ウェーハ上に薄膜を生成する反応性
スパッタガスを供給する。ガス等とターゲットの物質と
の反応を行い、上記ウェーハ上に薄膜を形成する。
Description
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、薄膜形成方法に関
するもので、特に高温で薄膜を堆積する、反応性スパッ
タによる堆積方法に関する。
するもので、特に高温で薄膜を堆積する、反応性スパッ
タによる堆積方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般的にスパッタリング技術は、ウェー
ハに金属薄膜と絶縁体を積層する方法である。スパッタ
リングは、約100〜500VのRF電圧または、DC
電圧によって形成されたプラズマ内の、高いエネルギー
を有しているガスイオンが、ターゲット表面に衝突し
て、ターゲットから堆積しようとする粒子等が飛び出て
基板に堆積する工程である。すなわち、陰極の表面に堆
積させるターゲット物質を取り付けておき、堆積物質の
特性に影響を与えないヘリウム(He)、アルゴン(A
r)のような不活性気体を利用して、陽極に置かれた基
板上に飛び出たターゲット物質が堆積されることをい
う。
ハに金属薄膜と絶縁体を積層する方法である。スパッタ
リングは、約100〜500VのRF電圧または、DC
電圧によって形成されたプラズマ内の、高いエネルギー
を有しているガスイオンが、ターゲット表面に衝突し
て、ターゲットから堆積しようとする粒子等が飛び出て
基板に堆積する工程である。すなわち、陰極の表面に堆
積させるターゲット物質を取り付けておき、堆積物質の
特性に影響を与えないヘリウム(He)、アルゴン(A
r)のような不活性気体を利用して、陽極に置かれた基
板上に飛び出たターゲット物質が堆積されることをい
う。
【0003】スパッタリング方法は、一般的に3つの方
法がある。第1の方法は、ダイオードDCスパッタリン
グ、ダイオードRFスパッタリング方法である。このシ
ステムでは、ターゲットは負電位に連結され、反応室内
の陽極は正電位になる。陰電荷のターゲットが電子を発
生させると、電子は陽極に加速される間、アルゴンガス
とぶつかってイオン化される。陽電荷にイオン化された
アルゴン原子は、ターゲットに加速されてスパッタリン
グを始める。イオン化されたアルゴンとターゲットは、
ダイオードを形成するので、ダイオード・スパッタリン
グと呼ばれる場合もある。
法がある。第1の方法は、ダイオードDCスパッタリン
グ、ダイオードRFスパッタリング方法である。このシ
ステムでは、ターゲットは負電位に連結され、反応室内
の陽極は正電位になる。陰電荷のターゲットが電子を発
生させると、電子は陽極に加速される間、アルゴンガス
とぶつかってイオン化される。陽電荷にイオン化された
アルゴン原子は、ターゲットに加速されてスパッタリン
グを始める。イオン化されたアルゴンとターゲットは、
ダイオードを形成するので、ダイオード・スパッタリン
グと呼ばれる場合もある。
【0004】第2の方法は、トライオード・スパッタリ
ング方法である。このシステムは、ガスをイオン化させ
るに必要な電子を出すために、別の高電流フィラメント
を有している。この方法の長所は、低い真空度でも使え
るということである。
ング方法である。このシステムは、ガスをイオン化させ
るに必要な電子を出すために、別の高電流フィラメント
を有している。この方法の長所は、低い真空度でも使え
るということである。
【0005】第3方法は、マグネトロン・スパッタリン
グ方法である。このシステムは、ターゲットの後または
前に磁石を設置して、イオン化され、プラズマ放電に寄
与せず、漂う電子をターゲットの辺りに閉じ込めて置
く。従って、イオン化されたアルゴン原子のターゲット
への衝突によって発生するイオン電流が高く、他のシス
テムより、より早く膜が堆積される。
グ方法である。このシステムは、ターゲットの後または
前に磁石を設置して、イオン化され、プラズマ放電に寄
与せず、漂う電子をターゲットの辺りに閉じ込めて置
く。従って、イオン化されたアルゴン原子のターゲット
への衝突によって発生するイオン電流が高く、他のシス
テムより、より早く膜が堆積される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のスパッ
タリングは、下記のような問題点がある。第1は、大き
い運動量を有するアルゴンイオンが、セラミック物質の
ような柔軟性がなく、電気伝導度が低いターゲット物質
と衝突すると、ターゲット表面に機械的または静電気的
なストレスが起こって、パーティクル(particle)を引き
起こす。
タリングは、下記のような問題点がある。第1は、大き
い運動量を有するアルゴンイオンが、セラミック物質の
ような柔軟性がなく、電気伝導度が低いターゲット物質
と衝突すると、ターゲット表面に機械的または静電気的
なストレスが起こって、パーティクル(particle)を引き
起こす。
【0007】第2は、大きいバイアス電圧がかかるスパ
ッタリングにおいては、反応性ガスの陰イオンが逆に、
基板を再スパッタリングして、膜の組成を変化させるこ
ともある。第3は、メタルターゲットに対して反応性ス
パッタリングする場合、スパッタリングされたメタル原
子がターゲット表面でのコサイン分布による散乱され、
堆積された層のステップカバレッジが優れていない。
ッタリングにおいては、反応性ガスの陰イオンが逆に、
基板を再スパッタリングして、膜の組成を変化させるこ
ともある。第3は、メタルターゲットに対して反応性ス
パッタリングする場合、スパッタリングされたメタル原
子がターゲット表面でのコサイン分布による散乱され、
堆積された層のステップカバレッジが優れていない。
【0008】本発明は、このような問題点を解決するた
めのものであって、ステップカバレッジが優れた薄膜形
成方法を提供することが目的である。本発明の他の目的
は、スパッタリング・バイアス電圧を落とすことができ
る薄膜形成方法を提供することである。本発明のまた他
の目的は、ターゲット表面の機械的、静電気的なストレ
スを減少させることができる薄膜形成方法を提供するこ
とでる。本発明のまた他の目的は、反応性ガスによって
基板に影響を与える再スパッタリング効果を減少させる
薄膜形成方法を提供することである。
めのものであって、ステップカバレッジが優れた薄膜形
成方法を提供することが目的である。本発明の他の目的
は、スパッタリング・バイアス電圧を落とすことができ
る薄膜形成方法を提供することである。本発明のまた他
の目的は、ターゲット表面の機械的、静電気的なストレ
スを減少させることができる薄膜形成方法を提供するこ
とでる。本発明のまた他の目的は、反応性ガスによって
基板に影響を与える再スパッタリング効果を減少させる
薄膜形成方法を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の薄膜形成方法
は、チャンバ内にチャンバとウェーハを装着するステッ
プと、ターゲットと反応してターゲットを原子状態にす
る不活性ガスと、ターゲットと反応して分子状態の副生
成物を作るた反応性エッチングガスと、原子状態のター
ゲットおよび分子状態の副生成物と反応して、ウェーハ
上に薄膜を生成するための反応性スパッタガスとを供給
するステップと、これらのガスとターゲット物質との反
応を遂行して、ウェーハ上に薄膜を形成するステップと
を含んでいる。
は、チャンバ内にチャンバとウェーハを装着するステッ
プと、ターゲットと反応してターゲットを原子状態にす
る不活性ガスと、ターゲットと反応して分子状態の副生
成物を作るた反応性エッチングガスと、原子状態のター
ゲットおよび分子状態の副生成物と反応して、ウェーハ
上に薄膜を生成するための反応性スパッタガスとを供給
するステップと、これらのガスとターゲット物質との反
応を遂行して、ウェーハ上に薄膜を形成するステップと
を含んでいる。
【0010】
【発明の実施の形態】このような本発明の薄膜形成方法
を、添付図面を参照して、より詳細に説明する。図1の
図示のように、スパッタ装置のチャンバ上には、電源供
給装置に連結されているターゲット(1)と、高温工程
時、ウェーハ(2)を固定させるサセプタ(3)と、薄
膜堆積のためのガスを流入させ、排出させる流入口(4
a、4b、4c、4d)と排気口(5)を備えている。
このとき、ターゲット物質は、セラミックまたはメタル
のいずれかにする。セラミックは、BSTO、STO、
PLZT、LSCO、YBCO、Y1 のいずれかを使用
する。メタルは、Ti、Ta、W、Alのいずれかを使
用する。
を、添付図面を参照して、より詳細に説明する。図1の
図示のように、スパッタ装置のチャンバ上には、電源供
給装置に連結されているターゲット(1)と、高温工程
時、ウェーハ(2)を固定させるサセプタ(3)と、薄
膜堆積のためのガスを流入させ、排出させる流入口(4
a、4b、4c、4d)と排気口(5)を備えている。
このとき、ターゲット物質は、セラミックまたはメタル
のいずれかにする。セラミックは、BSTO、STO、
PLZT、LSCO、YBCO、Y1 のいずれかを使用
する。メタルは、Ti、Ta、W、Alのいずれかを使
用する。
【0011】このように構成されたスパッタ装置のチャ
ンバ内において、ウェーハに薄膜を形成する工程を説明
する。まず、ターゲット(1)が装着されたスパッタ装
置のチャンバ内にウェーハ(2)を設置する前、ウェー
ハ(2)をきれいに洗浄する。堆積が確実に行われるた
めには、きれいなウェーハ(2)が必須的であるためで
ある。そのウェーハ(2)をサセプタ(3)にローディ
ングした後、チャンバ内の空気を抜き、真空状態にす
る。
ンバ内において、ウェーハに薄膜を形成する工程を説明
する。まず、ターゲット(1)が装着されたスパッタ装
置のチャンバ内にウェーハ(2)を設置する前、ウェー
ハ(2)をきれいに洗浄する。堆積が確実に行われるた
めには、きれいなウェーハ(2)が必須的であるためで
ある。そのウェーハ(2)をサセプタ(3)にローディ
ングした後、チャンバ内の空気を抜き、真空状態にす
る。
【0012】薄膜を堆積させるため、流入口(4a、4
b、4c、4d)へガスを注入し、ウェーハを加熱す
る。流入口(4a)には、ターゲット(1)と反応する
不活性ガスを注入する。それにより、ターゲット(1)
を原子状態にする。他の流入口(4b)には、ターゲッ
ト(1)と反応する反応性エッチングガスを注入して、
分子状態の副生成物を生成する。また他の流入口(4
c、4d)には、原子状態のターゲット(1)および分
子状態の副産物と反応して、ウェーハ(2)上に薄膜を
生成させるための反応性スパッタガスを注入する。
b、4c、4d)へガスを注入し、ウェーハを加熱す
る。流入口(4a)には、ターゲット(1)と反応する
不活性ガスを注入する。それにより、ターゲット(1)
を原子状態にする。他の流入口(4b)には、ターゲッ
ト(1)と反応する反応性エッチングガスを注入して、
分子状態の副生成物を生成する。また他の流入口(4
c、4d)には、原子状態のターゲット(1)および分
子状態の副産物と反応して、ウェーハ(2)上に薄膜を
生成させるための反応性スパッタガスを注入する。
【0013】不活性ガスとしては、アルゴン(Ar)を
使用し、反応性エッチングガスとしては、HBr、Cl
2 のいずれか1つを使用する。反応性スパッタガスは、
O2、N2 のいずれか1つを使用する。加熱されるウェ
ーハ(1)は、反応性スパッタガスに活性エネルギーを
提供する役割をする。
使用し、反応性エッチングガスとしては、HBr、Cl
2 のいずれか1つを使用する。反応性スパッタガスは、
O2、N2 のいずれか1つを使用する。加熱されるウェ
ーハ(1)は、反応性スパッタガスに活性エネルギーを
提供する役割をする。
【0014】堆積物質の特性に影響を与えない不活性気
体のアルゴンは、ターゲット(1)の表面に衝突して、
堆積しようとする原子状態のターゲット物質を放出させ
る。反応性エッチングガスは、ターゲット物質と反応し
て、分子状態のターゲット物質を放出させる。アルゴン
によって放出された原子状態のターゲット物質と、反応
性エッチングガスによって放出された分子状態のターゲ
ット物質は、ウェーハ(2)で反応性スパッタガスと反
応して、安定した物質を形成しながら、ウェーハ(2)
に薄膜が堆積される。
体のアルゴンは、ターゲット(1)の表面に衝突して、
堆積しようとする原子状態のターゲット物質を放出させ
る。反応性エッチングガスは、ターゲット物質と反応し
て、分子状態のターゲット物質を放出させる。アルゴン
によって放出された原子状態のターゲット物質と、反応
性エッチングガスによって放出された分子状態のターゲ
ット物質は、ウェーハ(2)で反応性スパッタガスと反
応して、安定した物質を形成しながら、ウェーハ(2)
に薄膜が堆積される。
【0015】この時、反応性スパッタガスは、反応性エ
ッチングガスより活性エネルギーがより大きく与えられ
る。すなわち、アルゴンが放出させた原子状態のターゲ
ット物質は、反応性スパッタガスと反応して、ウェーハ
(2)にスパッタが堆積されるとともに、反応性エッチ
ングガスが放出させた分子状態のターゲット物質は、反
応性スパッタガスと反応してウェーハ(2)に、化学気
相堆積(CVD)のように薄膜が堆積される。ウェーハ
(2)の薄膜が、所望の厚さに達すると、ガスは排気口
(5)を通じて抜け出る。そして、ウェーハ(2)が取
り出される。
ッチングガスより活性エネルギーがより大きく与えられ
る。すなわち、アルゴンが放出させた原子状態のターゲ
ット物質は、反応性スパッタガスと反応して、ウェーハ
(2)にスパッタが堆積されるとともに、反応性エッチ
ングガスが放出させた分子状態のターゲット物質は、反
応性スパッタガスと反応してウェーハ(2)に、化学気
相堆積(CVD)のように薄膜が堆積される。ウェーハ
(2)の薄膜が、所望の厚さに達すると、ガスは排気口
(5)を通じて抜け出る。そして、ウェーハ(2)が取
り出される。
【0016】上記に説明したウェーハの薄膜形成工程を
より詳細に説明する。本発明において非常に重要な点は
2つである。第1は、反応性エッチングガスは、ターゲ
ット物質と、反応性スパッタガスにしたがって適切に使
用されなければならないということである。第2は、反
応性エッチングガスは、ターゲット物質と、反応性スパ
ッタガスとに反応して、化学気相堆積(CVD)のよう
な効果を得ることができるということである。たとえ
ば、ターゲット物質がTiメタルの場合、反応性スパッ
タガスとしてはNH3 、H2 が注入され、反応性エッチ
ングガスとしてはCl2 が注入されなければならない。
従って、反応式は、 TiClX+NH3+H2→TiN+HCl(排出) であって、TiNがウェーハに堆積される。ターゲット
物質がセラミックの場合、反応性エッチングガスはHB
r、Cl2 のいずれか1つを使用し、反応性スパッタガ
スはO2 かN2 の1つを使用する。セラミックとして
は、BSTO、STO、PLZT、LSCO、YBC
O、Y1 のいずれか1つを使用する。メタルはTi以外
に、Ta、W、Alのいずれかを使用できる。
より詳細に説明する。本発明において非常に重要な点は
2つである。第1は、反応性エッチングガスは、ターゲ
ット物質と、反応性スパッタガスにしたがって適切に使
用されなければならないということである。第2は、反
応性エッチングガスは、ターゲット物質と、反応性スパ
ッタガスとに反応して、化学気相堆積(CVD)のよう
な効果を得ることができるということである。たとえ
ば、ターゲット物質がTiメタルの場合、反応性スパッ
タガスとしてはNH3 、H2 が注入され、反応性エッチ
ングガスとしてはCl2 が注入されなければならない。
従って、反応式は、 TiClX+NH3+H2→TiN+HCl(排出) であって、TiNがウェーハに堆積される。ターゲット
物質がセラミックの場合、反応性エッチングガスはHB
r、Cl2 のいずれか1つを使用し、反応性スパッタガ
スはO2 かN2 の1つを使用する。セラミックとして
は、BSTO、STO、PLZT、LSCO、YBC
O、Y1 のいずれか1つを使用する。メタルはTi以外
に、Ta、W、Alのいずれかを使用できる。
【0017】
【発明の効果】本発明の薄膜形成方法の効果は以下のと
おりである。第1は、反応性スパッタ堆積と化学気相堆
積が加えられて薄膜が形成されるので、薄膜表面の移動
度が増加し、ステップカバレッジが向上する。第2は、
アルゴンによるスパッタリングと、反応性エッチングガ
スによる反応性エッチングを共に利用して、ターゲット
からターゲット物質を取り去るので、スパッタリング・
バイアス電圧を落とすことができる。第3は、ターゲッ
ト物質としてセラミックを用いた場合、軟性がないセラ
ミックターゲット表面の機械的、静電気的ストレスをア
ルゴンにより減少させることができる。第4は、セラミ
ックターゲットの使用時、機械的、静電気的ストレスに
よるパーティクル特性を改善する。第5は、アルゴンに
よるスパッタリングと反応性エッチングガスによる反応
性エッチングを共に利用するので、スパッタリング率が
増加する。第6は、反応性スパッタガスの陰イオンが、
逆に基板に影響を与える再スパッタリング現象を減らす
ことができる。
おりである。第1は、反応性スパッタ堆積と化学気相堆
積が加えられて薄膜が形成されるので、薄膜表面の移動
度が増加し、ステップカバレッジが向上する。第2は、
アルゴンによるスパッタリングと、反応性エッチングガ
スによる反応性エッチングを共に利用して、ターゲット
からターゲット物質を取り去るので、スパッタリング・
バイアス電圧を落とすことができる。第3は、ターゲッ
ト物質としてセラミックを用いた場合、軟性がないセラ
ミックターゲット表面の機械的、静電気的ストレスをア
ルゴンにより減少させることができる。第4は、セラミ
ックターゲットの使用時、機械的、静電気的ストレスに
よるパーティクル特性を改善する。第5は、アルゴンに
よるスパッタリングと反応性エッチングガスによる反応
性エッチングを共に利用するので、スパッタリング率が
増加する。第6は、反応性スパッタガスの陰イオンが、
逆に基板に影響を与える再スパッタリング現象を減らす
ことができる。
【図1】 チャンバを有するスパッタ装置内において、
薄膜形成を示す構造断面図である。
薄膜形成を示す構造断面図である。
1: ターゲット 2: ウェーハ 3: サセプタ 4a、4b、4c、4d: 流入口 5: 排気口
Claims (8)
- 【請求項1】 チャンバ内にターゲットとウェーハを装
着するステップと、 上記ターゲットと反応して、ターゲットを原子状態にす
る不活性ガスと、上記ターゲットと反応して、分子状態
の副生成物を作り出す反応性エッチングガスと、上記原
子状態のターゲットおよび、分子状態の副生成物と反応
して、上記ウェーハ上に薄膜を生成するための反応性ス
パッタガスを供給するステップと、 上記ガスとターゲットの物質との反応を遂行して、上記
ウェーハ上に薄膜を形成するステップとを備えることを
特徴とする、チャンバを有するスパッタ装置を利用した
薄膜形成方法。 - 【請求項2】 反応性エッチングガスは、HBr、Cl
2 のいずれか1つを使用することを特徴とする請求項1
記載のチャンバを有するスパッタ装置を利用した薄膜形
成方法。 - 【請求項3】 不活性ガスは、アルゴンを使用すること
を特徴とする請求項1または2記載のチャンバを有する
スパッタ装置を利用した薄膜形成方法。 - 【請求項4】 反応性スパッタガスは、O2、N2のいず
れか1つを使用することを特徴とする請求項1、2また
は3記載のチャンバを有するスパッタ装置を利用した薄
膜形成方法。 - 【請求項5】 ターゲットは、セラミックまたはメタル
のいずれか1つを使用することを特徴とする請求項1〜
4のいずれかに記載の、チャンバを有するスパッタ装置
を利用した薄膜形成方法。 - 【請求項6】 セラミックは、BSTO、STO、PL
ZT、LSCO、YBCO、Y1 のいずれか1つを使用
することを特徴とする請求項5に記載のチャンバを有す
るスパッタ装置を利用した薄膜形成方法。 - 【請求項7】 メタルは、Ti、Ta、W、Alのいず
れか1つを使用することを特徴とする請求項5に記載の
チャンバを有するスパッタ装置を利用した薄膜形成方
法。 - 【請求項8】 反応性スパッタガスの活性エネルギー
は、反応性エッチングガスの活性エネルギーより大きい
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のスパ
ッタ装置を利用した薄膜形成方法。
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