JPS5957423A - 金属導体層の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体集積回路（ＩＣ）、表示装置等の１Ｂ
極として好適な金属導体層の形成方法に関するものであ
る。

金属薄膜（例えばＭ膜、Ｃｒ膜）は特にＩＣや表示装置
等の電極又は配線として広く用いられており、その形成
方法として真空蒸着法、スパッタ法が知られている。

こうした電極には相反する２つの要求が課せられるが、
その１つは薄膜形成後の所定パターンへのエツチング加
工棺度を良くするために薄くなければならず、他の１つ
は電極又は配線の発熱を抑えて応答性（動作速度）を上
げるために低抵抗でなければならない。同一の膜厚で抵
抗を下げるだめの要件は主に次の２点が挙げられる。

（１）薄膜の結晶性が高い（グレインサイズが大きい）
こと。

（２）酸素等を含捷ない（金属酸化物が含有されない）
こと。

上記（１）を満たすには、例えば蒸着時の基板温度を上
げ、できるだけ低い製膜速度で堆積させる必要がある。

しかしこの場合には、長時間に亘って堆積面が真空槽内
の残留ガス（特に酸素）に暴されるだめに、酸素が金属
膜中に混入し易くなシ、酸素含有量が増えて電気抵抗の
増大又はばらつきを招くことになる。従って通常は、拡
散ポンプとロータリーポンプとの組合せからなる排気装
置を用い、比較的長時間かけて真空引きを行ない、１０
−７〜１Ｏ−６Ｔｏｒｒの高真空にしてから金属の製膜
操作を行なっている。場合によっては、炭素の残留も不
都合であるから、排気装置のオイルの侵入を防ぐために
コールドトラップが使用され、またオ・ｆルフリーのｉ
ｔ！高ｊ’ｊ空装置で１０　”　〜１０−”、Ｉ’ｏｒ
ｒの高真空化を得るために６〜１０時間も真空引きが行
なわれる。

金属型（・３へ材料の中で、Ｃｒ　、　Ｗ、　Ｍｎ等の
高融点金属、酸化性金属は、製膜時の真空度によって著
しく影響を受け、１０＝　Ｔｏｒｒ以下の真空度、ＩＸ
／ｓｅｃ以上の堆積速度では影響が少ないが、１Ｏ−７
Ｔｏｒｒ以上の場合には堆積速度もさることなから〕′
Ｇ空空席大きく左右され、数倍の抵抗値変化が生じるこ
ともある。

本発明ｔよ、こうした状況に鑑み、薄い膜厚であるにも
拘らず電気抵抗の低い金属導体膜を生産性良く形成でき
る方法を提供するものであって、イオン化又は活性化さ
れた水素の存在下で、金属導体層の形成月料を飛翔せし
めて基体上に堆積させることを特徴どする金属導体層の
形成方法に係るものである。

本発明の方法によれば、イオン化又は活性化された（以
後、単に「活性化された」と称する）水素ガスを堆積槽
内に存在させた中で、金属元老′、を基板に向って飛翔
せしめて当該ノ、（板−ヒに堆積せしめている。従って
、金属導体層の形成材料が飛翔する空間において存在す
る酸素、炭素、窒素等の有害不純物が、活性化された水
素と反応し−Ｃ無害化され、排気系により除去されるの
で、堆積槽内に微量に存在する有害不純物は勿論、比較
的多く存在する場合でも、実用上支障のない程度に有害
不純物を除去できる。又、表面が、還元性のある活性化
した水素にさらされるので、吸着ガスが排除されるとい
う効果もある。この結果、堆積槽の材質、構造及び排気
系を簡略化し、安ＧＩＴｉな（ｌ′９造としても、高純
度で結晶性の良い導体層を形成することができる。例え
ば、通當の排気系（拡散ポンプとロータリーポンプの組
合せ）を用いても背圧が１０−７〜１０’−６Ｔｏｒｒ
に排気して赴けば、良好な金属導体層が１停られ、かつ
また排気に要する時間も１〜３時間と非常に短縮できる
。

他方、本発明の方法に反し、水素ガスとして活性化され
ていないものを用いた場合、上記した如き有害ガスの除
去効果は期待できないか、若しくはきわめて低い。これ
は、活性化されていない水素は有害ガス成分との反応性
が著しく乏しいからであり、堆積する金属導体層への有
害成分の混入を防ぎ得ないからである。

本発明の方法はまた、れ７膜形成材料が槽内空間を飛Ｆ
ｌｉさせ、基板−ヒに堆積させて薄膜を形成するもので
あるから、前記形成材料の純度の高いものが使用できる
と共に、製膜速度を格段に高くすることができ、生産能
率の点からも、又膜質の点からも著しくすぐれたものと
することができる。

本発明の薄膜形成方法としては、例えば分子線エピタキ
シー性、真空蒸着法、スパッタ法等が利用でき、その際
堆積槽内に活性水素を存在させる方法として種々の態様
をとることができる。

例えば、先に本出願人が提案した特願昭５４−１５２４
５６号明細書に記載されるような水素放電管、特願昭５
６−１（３８５６３号明細書に記載されるよりなＲｆガ
ス放電器（１＜ｆイオン銃）、特願昭５６−１９２７３
２−ｑＩｙｌ細ＭＳ’ニ記載さＪ’Ｔ、　２）ようなマ
グネトロン型ガス放電器（１）　Ｃイオン銃）等を活性
水素生成源として用いることができ、これらの生成源を
堆積槽内又は槽外に設け、好ましくは基板面に指向する
ように生成した活性水素を槽内に導入するようにする。

さらには特願昭５７−８９２８７号明Ｘｆｌｌ宵に記載
されるような熱電子発生器により電子線を発生させ、こ
の電子線を水素ガスの存在下に基板面に照射して当該水
素ガスを活性化するようにｌプＣもよい。

本発明の薄膜形成方法に基いて？’Ｖ膜を形成する際、
槽内への活性化水素又は活性化されるべき水素の導入量
は、本発明の目的を達成するうえで極めて重要であり、
排気系の排気速Ｉｆ１００１７分〜１００００１７分の
ときに流量５　ｍｅ　／分〜５００　ｍｅ　７分、好ま
しくは１−０ｍ１！／分〜２００　ｍ６１分とするのが
よい。

流量が５　ｍｌ　７分より少ないときは有害不ＰＩｌ物
の除去が不充分となシ、良質の金属薄膜を形成すること
が困！・ＩＬとｆ（１）、又５００　ｍｌよシ多いと薄
膜の緻密ｉＳが７ンくなり機械的強度が低下する。水素
量はガス圧にして５　Ｘ　］Ｏ−”　Ｔｏｒｓ以下とす
るのが、金属Ｊｌｉ：Ｉの月？、￥小ｔ′ｒ５を１３−
くする」二で望ましい。

なお、本発明に利用される真空蒸着法については、本出
願人が先に提案した！Ｆ１願昭５４−６９７６５号明ｉ
！１１書に記載されるようなＲｆイオンブレーティング
法、特願昭５４−８９４４０号明細書に記載されるよう
なりＣイオンブレーティング法、特願昭５４　１５２４
５５号明細書に記載されるよう２ｉ真真空蓋法、特開昭
５６−１０４４７７号公報に記載される蒸着法等が包含
される。

スパッタ法としては、例えば通常のスパッタ装置や、本
山に、ｌ″ｉ人が先に提案した特願昭５６−１５１４２
４号明細宵に記載されるようなマグネトロンスパッタ装
置等が使用可能である。

又、分子線エネルギ−的については、例えば「Ａ、ｐｐ
ｌ、　ＰＩ＋ｙｓ、　Ｌｃｔｔ、　３３（１２）、１５
　Ｄｅｃｅｍｂｅｒ　１９７８　Ｊに記１１１（されて
いる。

以下、本発明の実施例に基き、真空蒸着法を用いてＣｒ
薄膜を形成する方法を説明する。

第１図において、金属製ペルジャー１内−ヒ方に基板２
を配し、その下方にＣｒ３を容器５に収容しておく。次
に、ペルジャー１内をバタフライバルブ８を有する排気
路１０に介して真空ポンプ（図示せず）に接続し、これ
によシ当該ペルジャー１内を１０−５〜１０−’　Ｔ　
ｏ　ｒ　ｒの真空状態になるよう１００１／分〜１００
００　Ａ　／分の排気速度で排気する。かかる排気中の
ペルジャー１内に水素ガス放電管９により、活性化され
た水素を１０ｍ１／分〜２００ｍ１／分の流量で基板に
向って導入しつつ、基板２を室温とする（必要あればヒ
ーター７で加熱する）と共に、Ｃｒ３を加熱してその蒸
気を基板２に向って飛翔せしめ、基板上にＣｒ膜を形成
せしめる。

ペルジャー１の真空度は１．０　’　Ｔｏｒｒ　〜１．
０　’　Ｔｏｒｒ程度に維持するように活性水素を供給
するのがよい。また、堆積膜中への水素の混入を避ける
には、基板温度を１５０℃以」：、特に２００〜１００
０℃に保持するが、これは高い程に効果がある。

例えば、基板２の温度を室温どし、ペルジャー１の排気
量を１０００６　／分で排気しつつ、６００■の直流電
圧を印加した水素放電管９により活性化した水素を１Ｏ
分８０　ｍＩｌ！の速度で一６００Ｖの電圧が印加され
た基板２に向って流入せしめて、Ｃｒを加熱蒸発−１）
”しめ、約１２００ＡのＣｒ薄膜を形成した。活性水素
は貞電位の４Ｎ板２へ効果的に吸引されるから、堆積膜
に対する不純物混入防止効果は十分なものとなる。とこ
で前記水素放電管としては第２図に示されるものを用い
た。即ち、ガス人口２１を有する筒状の一方の電極部材
２２と、この一方の電極部材２２を一端に設けた、放電
空間器を囲繞する例えを、［筒状ガラス製の放電空間部
材別と、この放′ｊ［５空間部材２４の他端に設けた、
出口部を有するリング状の他方の’ｆ［７，極部材２６
とより成り、前記一方の電極部材２２と他方の電極部月
２６との間に直流又は交流の電圧が印加されることによ
シ、ガス人口２１を介して供給された水素ガスが放電空
間器においてグロー放電を生じ、これにより電子エネル
ギー的に賦活された水素原子若しくは分子より成る活性
水素及びイオン化された水素イオンが出口５より排出さ
れろ。この図示のｆｌｌの放電空間部材２４は二重管４
１ニア造てを）って冷却水を流過ぜし、めイ））る第１
°４成庖イｊし、２７、四が冷ｈＩ′ｌ水入［１八び出
（′］を示す。

２Ｓ）は一方の電極部材２２の冷却用フィンでちる。−
１−記の水素ガス放電管７における正極開田ｐ：ｆＵ　
ｌ’−１：　、１（１−。

１５ｃ１Ｌでｈｈ、印加電圧は５００　＝　８００　Ｖ
、放市１空間器の圧力は１Ｏ−２Ｔｏｒ＊程度とされる
。

又、前記Ｃｒ蒸発源の加に□Ｊ（ｐよ、例えば土１［抗
ｊ、＋ｕ　？・へ誘導加熱又は雷、子銃加熱等の種々の
方法イＣとりつる。

次に、本発明に基い°（Ｃｒを真空蒸着で堆ｆｊ１させ
た具体例を超高真空、通常蒸着（活性水ネ使用せず）の
場合と比較して次表に示す。

この結果から、本発明に基き活性水素の存在下でＣｒを
蒸着した場合、堆積膜（Ｃｒ膜）の電気抵抗は通常の蒸
着に比べて大幅に低く（超高真空の場合に匹敵）なり、
しかも通常の蒸着と同程度に排気時間が短かく、作業性
に優れたものとなる。

また、上記の真空蒸着方法を活性化されていない水素雰
囲気中で実施したところ、上記通常蒸着と同程度の結果
しか得られないことが分っている。

また、上述したＣｒに代えて、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、■、Ｎ
ｉ、Ｃｕ、Ｔａ等を活性水素の存在下で蒸着したどきに
も、上記表に示したシート抵抗に比べ２０チ程度の誤差
はあっても、上記表に示したと同様の傾向がみられ、本
発明の優位性が確認された。

更に、本発明をＣｒ、　Ｗ、　Ｍｎ、　Ｔｉ、■、Ｎｉ
。

Ｃｕ、Ｔａのスパッタリングに適用した場合、Ａｒのみ
を用いた場合に比べ、本発明に基きＡｒ＋活性水素（１
０〜８０　ａ　ｔｏｍｉ　ｃチ）を用いたところ、上記
表に示したと同様の傾向がみられ、金属膜の低抵抗化を
実現できた。

第３図はスパッタ装置を示すが、ペルジャー１内には接
地された基板２と高周波電圧の印加される金属板６とが
配され、両者間に高周波電圧によるグロー放電を生ぜし
めた状態で導入管４１よシアルボンと未活性の水素との
混合ガス（水素ｔよ場合によっては別の箇所から導入し
てよい。）を供給する。これはＲｆスパッタと称され、
」二記放電によりイオン化したアルゴンをターゲットと
しての金属６にたたきつけ、はじき出されたターゲット
金属を近傍の基板２上に堆積させる。この際、導入され
た水素も自動的に放電で活性化され、上述したと同様に
効果的な作用をなし、基板２上に所望の金属膜を形成す
ることができる。

なお、第３図のＲｆスパッタに代え−ｒ：　Ｄ、　Ｃ，
スパッタを適用することもてきる。

第４図シＬ、スパッタリングに用いる他の装（Ｑを示し
、真空僧を形成するペルジャー１にバタフラ・ｆバルブ
；３を有する排気路３を介して真空ポンプ（［イ１示せ
ず）を接続し、毎分１００１〜１００００　ｌの排気速
度で排気して当該ペルジャー１内を１０−５〜１０　’
　Ｔｉ１　ｒ　ｒの真空状態にしておき、第５図に示さ
、ｌするＲｆイメン銃４０により活性化された水素（活
性化されていなくてもよい）を毎分５　ｎｒ、ｅ〜５０
ＯＮ、好ましくけ１０〃ノｅ〜２００１１＋ｌ、他方の
導入管４１」：り分圧がほぼ】０−シ〜１０”−’　Ｔ
ｎｒｒとなるようアルゴンガスを導入しながら、慶、−
板２と対向するよう前記ベル・ンヤー１内に配置した陰
極ターゲットがＣｒより成るマグネトロンスパッタ装置
′１３を動作−１＝　シめ、以って基板２」−にＣｒ薄
月１°冬を形成せしめる。

ここに用いるマグネトロンスパッタ装置１３は、第６図
の如く、り１方に拡開する円錐面状の内周面を有する陰
極ターゲット５１と、この陰極ターゲソ）・５】の中央
底部に配置した陽極板５２と、前記陰極ターゲット５】
の外周或いは更に背後に配置した永久磁石５３とよシ成
るもので、高周波電圧若しくは直流電圧が印加されて陰
極ターゲット５１と陽極ターゲット５２との間で生ずる
グロー放電のプラズマが永久磁石５３の磁力によって陰
極ターゲット５１の表面近傍に拘束されるように成り、
その結果プラズマ中に高密度に存在するアルゴンイオン
により陰極ターゲット５１のＣｒ粒子が高い効率で叩き
出され、さらに前記永久磁石５３の磁界の作用も加わっ
て、陰極ターゲット５１の内周面の延長によって包囲さ
れた空間内において高い効率でスパッタが遂行されるよ
うになる。具体的にはバリアン社（米国）製のマグネト
ロンスパッタ装置「Ｓ−ガン」を好ましい例として挙げ
ることができる。

なお、ここで用いるｌ（ｆガス放電管は第５図に示され
、一端に活性水素放出口４２を有し他端に水素ガス導入
口４４を有する管状ガラスより成る放電空間囲繞部材４
５と、この放電空間囲繞部材４５の外周面上において互
いに分離して配置した各々断面弧状の一対の電極板４６
．４６と、この電極板４６．４６に高周波電圧を印加す
る高周波電源４３と、前記放電空間ｌ７Ｉｌ繞部材４５
に連結した、アースされた金属管・１９とより成り、前
記イオン放出口４２は、前記ペルジャー１の開口１４に
前記蒸着基板２を指向するよう接続される。４７は前記
イオン放出口４２の近傍に設けた引出し電極である。こ
こに前記高周波電源４３としてシ」１、例えば周波数１
３．５６　ＭＨｚのものが用いられ、又引出し電極４７
には電源４８によシ１０〜ｓｏｏ　ｖの直流負電圧が印
加される。尚通常前記放電空間開綿部材４５には冷却水
流通機構が設けられるが図では省略する。

次に上記した方法に基く具体的な実験結果を説明する。

第４図に示した装置において、ペルジャー１内を毎分１
０００１の排気速度で排気し、１Ｏ−６Ｔｏｒｒの真空
度とし、石英ガラス基板２をヒーター７により５００℃
に加熱すると共に直流電源１１により一５００Ｖを印加
する。Ｒｆガス放電管４０には水素ガスを２０ｍ／！／
分の流量で供給しながら電極４Ｇに１３．５６　ＭＩ−
Ｉｚの高周波電圧を印加し、引出し電極４７には一６０
０■の直流電圧を印加してガス放電を生ぜしめ、併せて
ペルジャー１内に分圧１Ｏ−２Ｔｏｒ　ｒとなるよう導
入管４１よりアルゴンガスを導入下に、Ｃｒより成る陰
極ターゲット５１を具えたマグネト１７ンスバツタ装置
Ｓ−ガン５０の陰（至ターゲット５１ど陽極板５２との
間に高周波電圧を印加して作動せしめた。かくしてＣｒ
を１時間に亘ってスパッタせしめ、以って基板２上に厚
さ５０００　Ｘ。

のＺｎＳ薄膜を形成した。

なお、堆積膜の結晶性の面では上述した蒸着法が適して
いるが、結晶性は多結晶であ一つでも差支えなく、むし
ろ膜純度の点ではスパック法も有効である。スパッタ法
ではＡ、ｒに対する活性水素の導入比率は１０〜８０　
ａｔｏｍｉｃ　％が適当であり、水素を増やすとスパッ
タ速度は低下するが残留ガス成分の膜中への混入防止効
果は向上する。

以上本発明を例示したが、上述の例ｅ、を本発明の技術
的思想に基いて種々の変形が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は真空蒸着法により金属薄膜を形成するのに用い
る真空蒸着装置の概略断面図、 第２図は水素ガス放電管の断面図、 第３図は通常のスパッタ装置を用いた金属薄膜形成装置
の概略断面図、 第４図はマグネトロンスパッタ装置を用いた金属薄膜形
成装置の概略断面図、 第５図はＲｆガス放電管の断面図、 第６図はマグネトロンスパッタ装置の断面図である。 なお、図面に示された符号において ２・・・・・・・・・基板 ３．６・・・金ＩＮ ９・・・・・・・・水素放電管 １３・・・・・・・・・マグネトロンスパッタ装置４０
・・・・・・・・・ｒ？ｆガス放電管４１・・・・・・
・・・アルゴン導入管である。 代理人　弁理士　逢　坂　　　宏

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、イオン化又は活性化された水素の存在下で、金属導
   体層の形成拐料を飛翔せしめて基体上に堆積させること
   を特徴とする金属導体層の形成方法。 ２、金属を真空蒸着法又はスパッタ法に基いて基体上に
   堆積させる、特許請求の範囲の第１項に記載した方法。