JPS63152146A - 層形成物質の付着および平坦化方法ならびにその装置 - Google Patents
層形成物質の付着および平坦化方法ならびにその装置Info
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- JPS63152146A JPS63152146A JP62288283A JP28828387A JPS63152146A JP S63152146 A JPS63152146 A JP S63152146A JP 62288283 A JP62288283 A JP 62288283A JP 28828387 A JP28828387 A JP 28828387A JP S63152146 A JPS63152146 A JP S63152146A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分牙］
本発明は、基材表面上に材料層を付着しそして平坦化す
るための方法および装置に関する。本発明の好ましい態
様の方法および装置は、特に超小形電子デバイスの製作
に有用である。
るための方法および装置に関する。本発明の好ましい態
様の方法および装置は、特に超小形電子デバイスの製作
に有用である。
［従来の技術およびその問題点］
超小形電子デバイスは、通常、超小形電子素子およびこ
れらの素子を覆う絶縁材料からなる一般に平坦な層を含
む、層構造体を含有する。これらのデバイスの製造にお
いて、絶縁材料の層は小さい孔を有するように形成され
、そして金属は核化を貫通して電子素子と接触するよう
に該絶縁層の上に付着される。次に金属層は腐蝕されて
、種々の電子素子へ延びる分離した導線を形成する。典
型的には、蒸発、気相反応工程又は最も典型的にはスパ
ッタリングにより、気相から絶縁層上に付着される。
れらの素子を覆う絶縁材料からなる一般に平坦な層を含
む、層構造体を含有する。これらのデバイスの製造にお
いて、絶縁材料の層は小さい孔を有するように形成され
、そして金属は核化を貫通して電子素子と接触するよう
に該絶縁層の上に付着される。次に金属層は腐蝕されて
、種々の電子素子へ延びる分離した導線を形成する。典
型的には、蒸発、気相反応工程又は最も典型的にはスパ
ッタリングにより、気相から絶縁層上に付着される。
スパッタリングにおいて、イオンはスパッター源又は“
ターゲット”の方に押し出されて該源の原子（”吸着原
子（ａｄａｔｏｍｓ）”ということがある）を追い出し
、次に該原子は被覆すべき基材上に付着して層を形成す
る。通常、その工程は、ガスイオンと遊離電子のプラズ
マ又は混合物を作りそして該イオンを電界の影響下にあ
るスパッター源に導くことにより、非常に低い減圧下で
行われる。電界は、典型的には負の直流（ＤＣ）電圧又
は無線周波数（”ＲＦ″）励起信号をスパッター源に適
用することにより発生させる。ＲＦ励起信号がスパッタ
ー源に当てられた場合、スパッター源もまた負に荷電さ
れる。何故なら、当業界で良く知られているように、プ
ラズマとスパッター源との間の境界は整流器として作用
するからである。ＲＦスパッタリングはほぼ世界共通に
、いわゆる°ＩＳＭ”周波数（工業的、科学的および医
学的周波数）と呼ばれる１３．５６ Ｍ）Ｉｚおよびそ
れより高い１３Ｍ周波数でのＲＦ励起を用いて行われる
。装置からの漂遊（ｓｔｒａｙ）無線周波数放出を管理
する調整は、１３Ｍ周波数に対してはその他の周波数に
対するよりもはるかに厳格でない。
ターゲット”の方に押し出されて該源の原子（”吸着原
子（ａｄａｔｏｍｓ）”ということがある）を追い出し
、次に該原子は被覆すべき基材上に付着して層を形成す
る。通常、その工程は、ガスイオンと遊離電子のプラズ
マ又は混合物を作りそして該イオンを電界の影響下にあ
るスパッター源に導くことにより、非常に低い減圧下で
行われる。電界は、典型的には負の直流（ＤＣ）電圧又
は無線周波数（”ＲＦ″）励起信号をスパッター源に適
用することにより発生させる。ＲＦ励起信号がスパッタ
ー源に当てられた場合、スパッター源もまた負に荷電さ
れる。何故なら、当業界で良く知られているように、プ
ラズマとスパッター源との間の境界は整流器として作用
するからである。ＲＦスパッタリングはほぼ世界共通に
、いわゆる°ＩＳＭ”周波数（工業的、科学的および医
学的周波数）と呼ばれる１３．５６ Ｍ）Ｉｚおよびそ
れより高い１３Ｍ周波数でのＲＦ励起を用いて行われる
。装置からの漂遊（ｓｔｒａｙ）無線周波数放出を管理
する調整は、１３Ｍ周波数に対してはその他の周波数に
対するよりもはるかに厳格でない。
付着した金属は絶縁層内の孔を完全に充たしてなく、従
って完成デバイスに信頼性のある導電性経路を与えない
かもしれない。核化の全表面積は絶縁層上部表面の面上
の孔の開口部の面積よりも大きいので（穴は側面を有す
る）、単位表面積当りの孔内に付着した材料の平均ｍは
平坦な上部表面上に付着した該材料の平均ｍよりも少な
い。更に、開口部の近くに付着した材料は孔壁面のより
深い部分をマスクする傾向があり、壁面は特に彼注度が
低くなりそして付着材料中で空洞およびアンダーカット
が形成される結果となる。絶縁層から離れた層である金
属層の上部表面は通常、絶縁層内に初めから存在した孔
の上に位置する領域で、でこぼこ又はへこみを有する。
って完成デバイスに信頼性のある導電性経路を与えない
かもしれない。核化の全表面積は絶縁層上部表面の面上
の孔の開口部の面積よりも大きいので（穴は側面を有す
る）、単位表面積当りの孔内に付着した材料の平均ｍは
平坦な上部表面上に付着した該材料の平均ｍよりも少な
い。更に、開口部の近くに付着した材料は孔壁面のより
深い部分をマスクする傾向があり、壁面は特に彼注度が
低くなりそして付着材料中で空洞およびアンダーカット
が形成される結果となる。絶縁層から離れた層である金
属層の上部表面は通常、絶縁層内に初めから存在した孔
の上に位置する領域で、でこぼこ又はへこみを有する。
かかるでこぼこは、デバイスの組立て中に他の居が金属
層上に付着するにつれて、更に激しいでこぼこを発生さ
せる傾向がある。不均一な付着によって生じる空洞又は
アンダーカットはまた、後の組立て工程で加工上の問題
を引き起こす。孔により生じる問題と同様に、不完全な
充填およびでこぼこな上部表面構造の間層が、気相蒸着
層により被覆しようとする層中の溝のような、その他の
非平坦特性がある場合に生じる。これらの問題はまた、
金属以外の材料の層を付着する場合にも起こる。
層上に付着するにつれて、更に激しいでこぼこを発生さ
せる傾向がある。不均一な付着によって生じる空洞又は
アンダーカットはまた、後の組立て工程で加工上の問題
を引き起こす。孔により生じる問題と同様に、不完全な
充填およびでこぼこな上部表面構造の間層が、気相蒸着
層により被覆しようとする層中の溝のような、その他の
非平坦特性がある場合に生じる。これらの問題はまた、
金属以外の材料の層を付着する場合にも起こる。
これらの問題は、超小形電子器具の製造およびデザイン
のその他の領域において特に、次第に重大となってきた
。これらの問題の全ては、孔および溝のような特性の寸
法が減少するにつれて、そして層構造の厳格さが増大す
るにつれて（即ち、被覆すべき基材層中の孔、溝等の壁
面が基材層の平面に対してほぼ垂直になるにつれて）、
悪化する。しかしながら、半導体デバイスを更に小形化
するためには、ますますより小さい孔、溝等を用いそし
てますますよりｙ＆洛な層構造を用いることが必要であ
る。従って、上記の問題は超小形電子技術の進歩に重大
な障害を生じてい１こ。
のその他の領域において特に、次第に重大となってきた
。これらの問題の全ては、孔および溝のような特性の寸
法が減少するにつれて、そして層構造の厳格さが増大す
るにつれて（即ち、被覆すべき基材層中の孔、溝等の壁
面が基材層の平面に対してほぼ垂直になるにつれて）、
悪化する。しかしながら、半導体デバイスを更に小形化
するためには、ますますより小さい孔、溝等を用いそし
てますますよりｙ＆洛な層構造を用いることが必要であ
る。従って、上記の問題は超小形電子技術の進歩に重大
な障害を生じてい１こ。
従って、当業界は付着層を“平坦化する（ｐｌａｎａ−
ｒｉｚｅ）”ことができる方法、即ち、付着層が下の基
材層中の孔およびへこみをより完全に充填することがで
きそして付着層上により滑らかな上部表面を付与する方
法、を追求した。平坦化は単に付着した金属又はその他
の層を溶融することにより達成できる、ということが今
まで知られている。例えば、スパッタリング法において
は、スパッター材料の吸着原子が層と合体するにつれて
、金属又はその他のスパッター付着層にかなりのエネル
ギーが移行され得る。このエネルギーの大部分は典型的
には熱に変換される。層全体の温度はスパッター材料の
固相線温度（最低溶融温度）より高く上昇し得るので、
該材料の内部流動が起こる。かかる内部流動は効果的に
孔を充填し、スパッタ一層上に平らな上部表面を付与す
る。しかしながら、合金属から元素の分離、層内での金
属粒の成長、下部の電子素子の熱損傷等のような望まし
くない％ｊ Ｑにより、殆んどの半導体への適用におい
て、溶融は望ましくない。
ｒｉｚｅ）”ことができる方法、即ち、付着層が下の基
材層中の孔およびへこみをより完全に充填することがで
きそして付着層上により滑らかな上部表面を付与する方
法、を追求した。平坦化は単に付着した金属又はその他
の層を溶融することにより達成できる、ということが今
まで知られている。例えば、スパッタリング法において
は、スパッター材料の吸着原子が層と合体するにつれて
、金属又はその他のスパッター付着層にかなりのエネル
ギーが移行され得る。このエネルギーの大部分は典型的
には熱に変換される。層全体の温度はスパッター材料の
固相線温度（最低溶融温度）より高く上昇し得るので、
該材料の内部流動が起こる。かかる内部流動は効果的に
孔を充填し、スパッタ一層上に平らな上部表面を付与す
る。しかしながら、合金属から元素の分離、層内での金
属粒の成長、下部の電子素子の熱損傷等のような望まし
くない％ｊ Ｑにより、殆んどの半導体への適用におい
て、溶融は望ましくない。
提案されている他の方法は、スパッタリング法において
付着層のイオン衝撃および／又は”再スパッタリング（
ｒｅｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）＋に依存している。
付着層のイオン衝撃および／又は”再スパッタリング（
ｒｅｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）＋に依存している。
」”、ジャーナルオブエレクトローケミカルソサイエテ
ィ、第１３２巻、Ｎｏ、６．１４６６〜１４７２頁（１
９８５年）、に開示されているように、スパッタリング
によるアルミニウム層の付着工程の間、ＲＦ励起を基材
並びにターゲット又はスパッター源に適用することがで
きる。従来のスパッタリングと全く同じように、再スパ
ッタリングにおいて約１３．５６ＭＨｚの周波数でＲＦ
励起が適用される。実際には、基材表面上に付着した金
属層は別のスパッター源又はターゲットとなる。プラズ
マからのイオンは該層に衝突しそして付着金属の原子を
該層の上部表面から追い出す。追い出された物質のいく
らかは孔又はその他の表面不整を充填しそして付着層の
低い部分を充填する傾向がある。
ィ、第１３２巻、Ｎｏ、６．１４６６〜１４７２頁（１
９８５年）、に開示されているように、スパッタリング
によるアルミニウム層の付着工程の間、ＲＦ励起を基材
並びにターゲット又はスパッター源に適用することがで
きる。従来のスパッタリングと全く同じように、再スパ
ッタリングにおいて約１３．５６ＭＨｚの周波数でＲＦ
励起が適用される。実際には、基材表面上に付着した金
属層は別のスパッター源又はターゲットとなる。プラズ
マからのイオンは該層に衝突しそして付着金属の原子を
該層の上部表面から追い出す。追い出された物質のいく
らかは孔又はその他の表面不整を充填しそして付着層の
低い部分を充填する傾向がある。
溶融法の悪影響の少なくともいくつかは、再スパッタリ
ング法を用いることにより回避又は緩和される。しかし
ながら、再スパッタリングは金属付着工程を著しく遅延
する。金属がこの主要なスパッタリング工程により層に
付着されるが、金属のいくらかは再スパッタリングによ
り除去される。
ング法を用いることにより回避又は緩和される。しかし
ながら、再スパッタリングは金属付着工程を著しく遅延
する。金属がこの主要なスパッタリング工程により層に
付着されるが、金属のいくらかは再スパッタリングによ
り除去される。
中程度の基材層構造体を用いても良好な平坦化を達成す
るためには、約５０％ないし約７０％の再スパッタリン
グ率が必要と考えられる。言い換えると、所定の時間内
に付着した金属の５０％は再スパッタリングにより失わ
れる。従って、正味の付着率は著しく減少し、スパッタ
リング設備の生産性はひどく削減される。更に、層に衝
突するイオンは該層を加熱する傾向がある。層への全熱
入量を限界内に維持しそして層の溶融を回避するために
、スパック−された吸着原子により供給される熱大量を
減少させてこの作用を埋め合わせなければならない３．
従って、木質的なスパッタリング率自体は、再スパッタ
リングを用いずに行った場合よりも低くなる。この因子
により、再スパッタリングにより引起こされる損失と組
合わされて、正味の付着率は再スパッタリングを用いな
い場合に達成され得る付着率に対して約１０％以下とな
る。言い換えると、工程時間、従って工程コストは、Ｒ
Ｆ再スパッタリング法を用いると１０倍に増大する。
るためには、約５０％ないし約７０％の再スパッタリン
グ率が必要と考えられる。言い換えると、所定の時間内
に付着した金属の５０％は再スパッタリングにより失わ
れる。従って、正味の付着率は著しく減少し、スパッタ
リング設備の生産性はひどく削減される。更に、層に衝
突するイオンは該層を加熱する傾向がある。層への全熱
入量を限界内に維持しそして層の溶融を回避するために
、スパック−された吸着原子により供給される熱大量を
減少させてこの作用を埋め合わせなければならない３．
従って、木質的なスパッタリング率自体は、再スパッタ
リングを用いずに行った場合よりも低くなる。この因子
により、再スパッタリングにより引起こされる損失と組
合わされて、正味の付着率は再スパッタリングを用いな
い場合に達成され得る付着率に対して約１０％以下とな
る。言い換えると、工程時間、従って工程コストは、Ｒ
Ｆ再スパッタリング法を用いると１０倍に増大する。
スケリー（Ｓｋｅｌｌｙ）等による Ｊ、Ｖａｃ、Ｓｃ
ｉ、Ｔｅｃｈｎｏ１人、第４巻、Ｎｏ、３．４５７−４
６０頁（１９８６年５月７６月）に教示される他の方法
は、基材にＤＣバイアスを適用する方法であり、同様に
その間スパッタリング工環において基材はプラズマの近
くにある。ＤＣバイアスはまたプラズマからのイオンに
よる層への衝突を引き起こす。これはある程度平坦化を
もたらすといわれている。しかしながら、平坦化効果は
主として該工程をかなり長い時間操業した後に起こるの
で、平坦化効果は少なくとら部分的には該工程中に層内
に発生した熱により引き起こされることを示している。
ｉ、Ｔｅｃｈｎｏ１人、第４巻、Ｎｏ、３．４５７−４
６０頁（１９８６年５月７６月）に教示される他の方法
は、基材にＤＣバイアスを適用する方法であり、同様に
その間スパッタリング工環において基材はプラズマの近
くにある。ＤＣバイアスはまたプラズマからのイオンに
よる層への衝突を引き起こす。これはある程度平坦化を
もたらすといわれている。しかしながら、平坦化効果は
主として該工程をかなり長い時間操業した後に起こるの
で、平坦化効果は少なくとら部分的には該工程中に層内
に発生した熱により引き起こされることを示している。
従って、ＤＣバイアス法は層材料の内部溶融を包含する
ので、上記の単純な溶融法に伴うある種の欠点を有する
。ＤＣバイアスを用いた、ｍ位面積当りのイオン束又は
衝突イオン数は′ラングミュア効果”によりＺ然的に制
限されるので、工程効率を損う。更に、ＤＣバイアス法
は典型的にはその上、再スパッタリングを典型的には約
１０％ないし約３０％の再スパッタリング率となるよう
にする。従って、ＤＣバイアス法はスパッタリング操作
の生産性をかなり低減しそしてそのコストを増大させる
。
ので、上記の単純な溶融法に伴うある種の欠点を有する
。ＤＣバイアスを用いた、ｍ位面積当りのイオン束又は
衝突イオン数は′ラングミュア効果”によりＺ然的に制
限されるので、工程効率を損う。更に、ＤＣバイアス法
は典型的にはその上、再スパッタリングを典型的には約
１０％ないし約３０％の再スパッタリング率となるよう
にする。従って、ＤＣバイアス法はスパッタリング操作
の生産性をかなり低減しそしてそのコストを増大させる
。
［問題点を解決するための手段］
本発明の一つの側面は、約５ＫＨｚから約１！ＩＩ）＋
２、好ましくは約５０ＫＨｚから約４５０ＫＨｚ、そし
て最も好ましくは約１００Ｋｔｌｚから約２５０ Ｋ
１１ ｚの特定の周波数範囲での基材ＲＦ励起を用いる
ことにより、著しく優れた結果が達成できることの発見
を含む。本発明のこの側面による方法において、層形成
性物質、最も好ましくは金属、は気相から基材表面上に
付着して層を形成し、該層はプラズマに暴露され、そし
て上述した周波数範囲内でのＲＦ励起が基材に適用され
る。基材に適用されたＲＦ励起は基材上にバイアスを誘
導するので、気相からの付着により層が形成されるにつ
れて、プラズマからのイオンが該層を衝撃する。好まし
くは、ＲＦ励起の振幅は、バイアス電圧が約１００から
約５００ボルトの間、更に好ましくは約１００から約４
００ボルトの間になるように選択する。本発明に従って
好ましい周波数範囲で基材をＲＦ励起すると、衝撃イオ
ンは層の表面上に付着した物質を該表面からすっかり追
い出すのではなく移動させる傾向がある。従って、実質
的な表面移動がわずかな量の再スパッタリングで達成す
ることができる。本発明の好ましい操作においては、再
スパッタリング率又は衝撃イオンにより追い出される層
の物質の割合は、該物質が層に付着する割合の約１０％
未満である。
２、好ましくは約５０ＫＨｚから約４５０ＫＨｚ、そし
て最も好ましくは約１００Ｋｔｌｚから約２５０ Ｋ
１１ ｚの特定の周波数範囲での基材ＲＦ励起を用いる
ことにより、著しく優れた結果が達成できることの発見
を含む。本発明のこの側面による方法において、層形成
性物質、最も好ましくは金属、は気相から基材表面上に
付着して層を形成し、該層はプラズマに暴露され、そし
て上述した周波数範囲内でのＲＦ励起が基材に適用され
る。基材に適用されたＲＦ励起は基材上にバイアスを誘
導するので、気相からの付着により層が形成されるにつ
れて、プラズマからのイオンが該層を衝撃する。好まし
くは、ＲＦ励起の振幅は、バイアス電圧が約１００から
約５００ボルトの間、更に好ましくは約１００から約４
００ボルトの間になるように選択する。本発明に従って
好ましい周波数範囲で基材をＲＦ励起すると、衝撃イオ
ンは層の表面上に付着した物質を該表面からすっかり追
い出すのではなく移動させる傾向がある。従って、実質
的な表面移動がわずかな量の再スパッタリングで達成す
ることができる。本発明の好ましい操作においては、再
スパッタリング率又は衝撃イオンにより追い出される層
の物質の割合は、該物質が層に付着する割合の約１０％
未満である。
更に、この高められた表面移動度は、フィルム内での望
ましくない溶融、粒成長および分離が防止されるように
、形成された層の内部温度か、付着した物質の固相線温
度より低い、十分に低い価に維持されていても達成され
る。言い換えると、本発明の好ましい態様による工程は
、層の内部溶融なく、層を平坦化するに十分な表面移動
度を与える。最も好ましくは、層の内部温度は、基材の
温度を制御するなどにより工程の量制御して、層内部温
度を層に付着した物質の固相線温度よりも十分低く保持
する。好ましくは該物質はスパッタリングにより層に付
着する。このように、スパッター源をプラズマに＆露し
、そして層物質の吸着原子をスパッター源の侵食表面か
ら基材表面上にスパッターする。スパッター源は基材と
並べて置いてもよく、これにより両者は同時にプラズマ
に暴露される。スパッター源から基材表面へのスパッタ
リングは、ＲＦ励起又はＤＣバイアスをスパッター源に
適用することにより生じさせることができる。
ましくない溶融、粒成長および分離が防止されるように
、形成された層の内部温度か、付着した物質の固相線温
度より低い、十分に低い価に維持されていても達成され
る。言い換えると、本発明の好ましい態様による工程は
、層の内部溶融なく、層を平坦化するに十分な表面移動
度を与える。最も好ましくは、層の内部温度は、基材の
温度を制御するなどにより工程の量制御して、層内部温
度を層に付着した物質の固相線温度よりも十分低く保持
する。好ましくは該物質はスパッタリングにより層に付
着する。このように、スパッター源をプラズマに＆露し
、そして層物質の吸着原子をスパッター源の侵食表面か
ら基材表面上にスパッターする。スパッター源は基材と
並べて置いてもよく、これにより両者は同時にプラズマ
に暴露される。スパッター源から基材表面へのスパッタ
リングは、ＲＦ励起又はＤＣバイアスをスパッター源に
適用することにより生じさせることができる。
不発明の好まし態様による方法は、物質を気相から基材
表面上に付着させて層を形成し、その間該層を該物質の
固相線温度未満の内部温度に維持しそして該層にイオン
を衝撃させることにより該層の表面上の該物質を実質的
に移動させ、そしてこれにより、イオン衝撃により引き
起こされる層物質の再スパッター率を付着率の約１０％
以下または未ｌ：Ｑに維持しながら平坦化を促進するこ
とを特徴とする。移動の程度は”表面移動パラメーター
”で示される。本願明細書に用いられてジ）るように、
”表面移動パラメーター”の用語は原子が表面に沿って
動く平均距離を意味する。表面移動パラメーターは、層
の上部表面上の固相と気相との間の界面での原子の運動
エネルギー又は温度と直接関連する。本願の方法におい
て、この表面温度は典型的には層の内部温度、即ち上部
表面から離ｎた層の温度、と異なる。好ましくは、本発
明の方法は約１マイクロメートル又はそれ以上、好まし
くは約１．５マイクロメートル以上に相当する表面移動
ｌパラメーターを与える。かかる表面移動度パラメータ
ーは、層物質の溶融温度範囲よりら十分高い温度範囲を
意味する。本発明の好ましい方法は、層の内部温度が溶
融範囲よりも十分低い（即ち該物質の固相線温度よりも
低い）場合でさえも、このような高い表面移動パラメー
ターを与える。言い換えると、本発明の好ましい方、法
は、表面温度と内部温度との間に実質的な差を生じさせ
る。
表面上に付着させて層を形成し、その間該層を該物質の
固相線温度未満の内部温度に維持しそして該層にイオン
を衝撃させることにより該層の表面上の該物質を実質的
に移動させ、そしてこれにより、イオン衝撃により引き
起こされる層物質の再スパッター率を付着率の約１０％
以下または未ｌ：Ｑに維持しながら平坦化を促進するこ
とを特徴とする。移動の程度は”表面移動パラメーター
”で示される。本願明細書に用いられてジ）るように、
”表面移動パラメーター”の用語は原子が表面に沿って
動く平均距離を意味する。表面移動パラメーターは、層
の上部表面上の固相と気相との間の界面での原子の運動
エネルギー又は温度と直接関連する。本願の方法におい
て、この表面温度は典型的には層の内部温度、即ち上部
表面から離ｎた層の温度、と異なる。好ましくは、本発
明の方法は約１マイクロメートル又はそれ以上、好まし
くは約１．５マイクロメートル以上に相当する表面移動
ｌパラメーターを与える。かかる表面移動度パラメータ
ーは、層物質の溶融温度範囲よりら十分高い温度範囲を
意味する。本発明の好ましい方法は、層の内部温度が溶
融範囲よりも十分低い（即ち該物質の固相線温度よりも
低い）場合でさえも、このような高い表面移動パラメー
ターを与える。言い換えると、本発明の好ましい方、法
は、表面温度と内部温度との間に実質的な差を生じさせ
る。
表面移動性、従って平坦化効果は、付着層の内部温度を
室温よりも高い温度に維持することにょリ、更に高める
ことができる。表面温度と内部温度との差が一定の場合
、表面温度、従って表面移動度は直接的に内部温度に従
って変化する。本発明の好ましい態様に従って達成され
る、表面温度と内部温度との著しい差により、比較的低
い内部温度においてさえも高い表面移動！パラメーター
が与えられるが、それでも層の内部温度を室温以上、特
に約１５０℃以上であって付着材料の固相線温度未満の
温度に維持するのが好ましい。金属および金属合金、そ
して特にアルミニウム又はアルミニウム系合金（約５０
％より多くのアルミニウムを含む合金）の付着において
は、層の内部温度が約１５０°から約５２５℃１最も好
ましくは約４７５°から約５２５℃の間の場合に、最も
良い結果が達成される。層の内部温度と基材の温度は典
型的には互いに近い。何故なら、層と基材との間に良好
な伝熱があるからである。層の内部温度は、工程中に基
材から熱を抜き出すことにより、或いは付着速度を制御
することにより付着した層材料による層および基材への
熱付与速度を制御することにより、制御することができ
る。層の内部温度もまた一時的に工程を中断し、中断中
に基材から熱を抜き出しそして次に工程を再開すること
によっても制限することができる。この方法は、基材か
らの伝熱速度が制限されている場合に特に有意義である
。
室温よりも高い温度に維持することにょリ、更に高める
ことができる。表面温度と内部温度との差が一定の場合
、表面温度、従って表面移動度は直接的に内部温度に従
って変化する。本発明の好ましい態様に従って達成され
る、表面温度と内部温度との著しい差により、比較的低
い内部温度においてさえも高い表面移動！パラメーター
が与えられるが、それでも層の内部温度を室温以上、特
に約１５０℃以上であって付着材料の固相線温度未満の
温度に維持するのが好ましい。金属および金属合金、そ
して特にアルミニウム又はアルミニウム系合金（約５０
％より多くのアルミニウムを含む合金）の付着において
は、層の内部温度が約１５０°から約５２５℃１最も好
ましくは約４７５°から約５２５℃の間の場合に、最も
良い結果が達成される。層の内部温度と基材の温度は典
型的には互いに近い。何故なら、層と基材との間に良好
な伝熱があるからである。層の内部温度は、工程中に基
材から熱を抜き出すことにより、或いは付着速度を制御
することにより付着した層材料による層および基材への
熱付与速度を制御することにより、制御することができ
る。層の内部温度もまた一時的に工程を中断し、中断中
に基材から熱を抜き出しそして次に工程を再開すること
によっても制限することができる。この方法は、基材か
らの伝熱速度が制限されている場合に特に有意義である
。
本発明により達成される平坦化は、スパッター源と基材
との間の特定の幾何学的関係により更に高めることがで
きる。殆んどの典型的な適用において、基材表面は一般
に平坦（即ち、大部分の面積又は領域が特定の平面内に
あり、切欠き、黄、孔および該平面から外れたその他の
へこみは僅かな面積を占める表面）である。平坦化は、
一般に平坦な侵食表面を宵するスパッター源を使用し、
そしてスパッター源と基材表面とを、侵食表面の平面と
基材表面の平面が鋭角、好ましくは約１０”ないし約４
５°、そして最も好ましくは約３０°、をなすように位
置させることによって、高められる。
との間の特定の幾何学的関係により更に高めることがで
きる。殆んどの典型的な適用において、基材表面は一般
に平坦（即ち、大部分の面積又は領域が特定の平面内に
あり、切欠き、黄、孔および該平面から外れたその他の
へこみは僅かな面積を占める表面）である。平坦化は、
一般に平坦な侵食表面を宵するスパッター源を使用し、
そしてスパッター源と基材表面とを、侵食表面の平面と
基材表面の平面が鋭角、好ましくは約１０”ないし約４
５°、そして最も好ましくは約３０°、をなすように位
置させることによって、高められる。
従って、侵食表面からスパッターされる吸着原子は、基
材表面に垂直の方向に対して斜めに向かう傾向がある。
材表面に垂直の方向に対して斜めに向かう傾向がある。
従って、吸着原子は該表面の平面に沿っていくらかの運
動量を与え、これにより層材料が表面に沿って再分布す
るのを更に増進する。
動量を与え、これにより層材料が表面に沿って再分布す
るのを更に増進する。
平坦化は、工程中に基材をスパッター源に対して相対的
に動かすことにより、例えば基材を基材表面の平面に垂
直な軸の周りに回転させることにより、更に高めること
ができる。
に動かすことにより、例えば基材を基材表面の平面に垂
直な軸の周りに回転させることにより、更に高めること
ができる。
本発明はまた、本発明の方法を実施するための装置を提
供する。該装置は好ましくは、基材を保持するための手
段および物質を基材から基材表面上に付着させて該物質
の層を形成するための手段を含む。該装置はまた好まし
くは、付着手段の作・層中に基材表面の近くでプラズマ
を与えるための手段、およびＲＦ励起を約５ Ｋ Ｈｚ
ないし約ＩＭｔｌｚの周波数で基材に適用するためのＲ
Ｆ出力手段（ＲＦ ｐｏｗｅｒｍｅａｎｓ）を含む。典
型的には該付着手段は、侵食可能な表面が一般に基材に
面するように、基材の近くに該侵食性表面を有するスパ
ッター源を保持するための手段、および該侵食性表面か
ら物質を基材表面上にスパッターさせるためにスパッタ
ー源にバイアスをかけるためのスパづター輝由カニ陛（
ｐｏｗｅｒ ｍｅａｎｓ）を含む。この配置において、
プラズマ−出力手段はスパッター源出力手段を含んでも
よい。先の好ましい工程の記述かられかるように、基材
ＲＦ出力手段は、基材に特定の励起周波数を供給し、こ
の供給が平坦化を促進する。
供する。該装置は好ましくは、基材を保持するための手
段および物質を基材から基材表面上に付着させて該物質
の層を形成するための手段を含む。該装置はまた好まし
くは、付着手段の作・層中に基材表面の近くでプラズマ
を与えるための手段、およびＲＦ励起を約５ Ｋ Ｈｚ
ないし約ＩＭｔｌｚの周波数で基材に適用するためのＲ
Ｆ出力手段（ＲＦ ｐｏｗｅｒｍｅａｎｓ）を含む。典
型的には該付着手段は、侵食可能な表面が一般に基材に
面するように、基材の近くに該侵食性表面を有するスパ
ッター源を保持するための手段、および該侵食性表面か
ら物質を基材表面上にスパッターさせるためにスパッタ
ー源にバイアスをかけるためのスパづター輝由カニ陛（
ｐｏｗｅｒ ｍｅａｎｓ）を含む。この配置において、
プラズマ−出力手段はスパッター源出力手段を含んでも
よい。先の好ましい工程の記述かられかるように、基材
ＲＦ出力手段は、基材に特定の励起周波数を供給し、こ
の供給が平坦化を促進する。
本発明が更に十分に理解されるために、添付図面を参照
して記述する。
して記述する。
本発明の一態様による装置はプロセス室ＩＯを含む。基
材ホルダー１２が該室１０内に、鎖車の側壁内の絶縁さ
れた回転貫通端子１６を貫通して延びたシャフト１４上
に取り付けられている。シャフト１４および基材ホルダ
ー１２は鎖車１０の壁面と同様に導電性金属成分からな
るが、シャフトおよび基材支持具は貫通端子１６により
鎖車の壁面から電気的に絶縁されている。シャフト１４
はモーター１８に連結されているので、該シャフトはそ
の軸の周りで回転することができる。基材ホルダー１２
には電気抵抗加熱素子２０および冷却コイル２２が設け
られ、該素子および該コイルは適当な加熱出力源および
冷却源（図示されていない）に連結されている。基材ホ
ルダーは一般に平坦な前表面２４、および前表面２４上
に半導体ウェーハーのような平坦な被加工物を保持する
ためのクランプ２６を有する。？ヤフト１４の軸は一般
に水平であり、そして前表面２４は実質的に垂直な平面
内にある。
材ホルダー１２が該室１０内に、鎖車の側壁内の絶縁さ
れた回転貫通端子１６を貫通して延びたシャフト１４上
に取り付けられている。シャフト１４および基材ホルダ
ー１２は鎖車１０の壁面と同様に導電性金属成分からな
るが、シャフトおよび基材支持具は貫通端子１６により
鎖車の壁面から電気的に絶縁されている。シャフト１４
はモーター１８に連結されているので、該シャフトはそ
の軸の周りで回転することができる。基材ホルダー１２
には電気抵抗加熱素子２０および冷却コイル２２が設け
られ、該素子および該コイルは適当な加熱出力源および
冷却源（図示されていない）に連結されている。基材ホ
ルダーは一般に平坦な前表面２４、および前表面２４上
に半導体ウェーハーのような平坦な被加工物を保持する
ためのクランプ２６を有する。？ヤフト１４の軸は一般
に水平であり、そして前表面２４は実質的に垂直な平面
内にある。
ノヤフト１４および基材ホルダー１２は、ＤＣ−ブロッ
クコンデンサー２８およびインピーダンス整合ネットワ
ーク３０を通じて低周波数基材ＲＦ出力源３２に電気的
に連結されている。ＲＦ出力源は約５ＫＨｚないし約１
ＭＨｚの範囲の周波数でＲＦ励起を与えるように配置さ
れており、これらの励起の振幅および周波数は制御手段
３４により制御可能である。
クコンデンサー２８およびインピーダンス整合ネットワ
ーク３０を通じて低周波数基材ＲＦ出力源３２に電気的
に連結されている。ＲＦ出力源は約５ＫＨｚないし約１
ＭＨｚの範囲の周波数でＲＦ励起を与えるように配置さ
れており、これらの励起の振幅および周波数は制御手段
３４により制御可能である。
平面形状のマグネトロンスパッター源アセンブリー３６
もまたプロセス室１０内に設けられている。
もまたプロセス室１０内に設けられている。
スパッター源アセンブリー３６は、平板状のスパッター
源４０を保持するために配置されたターゲット又はスパ
ッター源ホルダー３８、およびスパッター源４０の付近
に一般にアーチ状の磁界を与えるように配置された磁石
４２を含む。平面形状のマグネトロンの構造および操作
は慣用でありそしてスパッタリング業界で良く知られて
いるので、詳しく記述する必要はない。本発明の好まし
い形態において、スパッター源ホルダーは、スパッター
源４０の前面又は侵食表面４２が室１０内で一般に垂直
方向に広がり、そして侵食表面４２が基材ホルダー１２
の平坦な前表面に対して鋭角となって配置されるように
、スパッター源４０を維持するために配置される。
源４０を保持するために配置されたターゲット又はスパ
ッター源ホルダー３８、およびスパッター源４０の付近
に一般にアーチ状の磁界を与えるように配置された磁石
４２を含む。平面形状のマグネトロンの構造および操作
は慣用でありそしてスパッタリング業界で良く知られて
いるので、詳しく記述する必要はない。本発明の好まし
い形態において、スパッター源ホルダーは、スパッター
源４０の前面又は侵食表面４２が室１０内で一般に垂直
方向に広がり、そして侵食表面４２が基材ホルダー１２
の平坦な前表面に対して鋭角となって配置されるように
、スパッター源４０を維持するために配置される。
スパッター源アセンブリー３６もまた、室１０の壁面か
ら電気的に絶縁されたスパッター源又はターゲット４０
を維持するための適当な手段、およびスパッター源４０
をスパッター源ＲＦ出力供給源４４に連結するための導
線を含む。出力供給源４４は、ＲＦ励起を励起周波数１
３．５６ＭＨｚでスパッター源４０に適用するように設
置されている。これらの励起の振幅は制御手段３４によ
り制御可能である。慣用の真室ポンプ集成装置４６およ
び不活性ガス供給手段４８もまた室１０の内部に連結さ
れている。慣用の機器４９もまた、室１０内の圧力およ
び該室内の目的物の温度を監視するために該室内に連結
されている。
ら電気的に絶縁されたスパッター源又はターゲット４０
を維持するための適当な手段、およびスパッター源４０
をスパッター源ＲＦ出力供給源４４に連結するための導
線を含む。出力供給源４４は、ＲＦ励起を励起周波数１
３．５６ＭＨｚでスパッター源４０に適用するように設
置されている。これらの励起の振幅は制御手段３４によ
り制御可能である。慣用の真室ポンプ集成装置４６およ
び不活性ガス供給手段４８もまた室１０の内部に連結さ
れている。慣用の機器４９もまた、室１０内の圧力およ
び該室内の目的物の温度を監視するために該室内に連結
されている。
本発明の一態様による方法において、基材５０はホルダ
ー１２の一般に平坦な前表面２４上に設けられる。第２
図で最も良くわかるように、基材５０は多層半導体構造
を含む半導体ウェーハーである。該構造体は電気絶縁性
の裏面層５２、活性な半導体デバイス領域又は素子５４
および電気絶縁性の前面層５６を含む。前面層５６は平
らな共面領域５９を含む一般に平らな前表面５８、およ
び領域５８の平面に垂直に基村内を活性半導体デバイス
５４まで延びている通路孔（ｖｉａ ｈｏｌｅ）６０を
有する。理解されるように、これらの特徴の大きさは第
２図で大きく誇張されている。典型的には、各層は厚さ
が２ミクロメートさｄは約１ミクロンであってもよい。
ー１２の一般に平坦な前表面２４上に設けられる。第２
図で最も良くわかるように、基材５０は多層半導体構造
を含む半導体ウェーハーである。該構造体は電気絶縁性
の裏面層５２、活性な半導体デバイス領域又は素子５４
および電気絶縁性の前面層５６を含む。前面層５６は平
らな共面領域５９を含む一般に平らな前表面５８、およ
び領域５８の平面に垂直に基村内を活性半導体デバイス
５４まで延びている通路孔（ｖｉａ ｈｏｌｅ）６０を
有する。理解されるように、これらの特徴の大きさは第
２図で大きく誇張されている。典型的には、各層は厚さ
が２ミクロメートさｄは約１ミクロンであってもよい。
本明細書で孔に関して用いられる“アスペクト比”の用
語は、孔の深さを孔の直径で割ったものを意味する。孔
６０は約０．５又はそれ以上、そして特に釡しい表面状
態を有するウェーハーにおいては約１．０又はそれ以上
のアスペクト比を有し得る。また、穴の周辺壁は領域５
９の平面に実質的に垂直に広がり得る。
語は、孔の深さを孔の直径で割ったものを意味する。孔
６０は約０．５又はそれ以上、そして特に釡しい表面状
態を有するウェーハーにおいては約１．０又はそれ以上
のアスペクト比を有し得る。また、穴の周辺壁は領域５
９の平面に実質的に垂直に広がり得る。
また理解されるように、基材５０全体は数千の活性半導
体デバイス５４および数千の通路孔６０を含む。
体デバイス５４および数千の通路孔６０を含む。
また基材の前表面は、領域５９から基材内部に延びた溝
、切欠き等のその他のくぼみを含み得る。
、切欠き等のその他のくぼみを含み得る。
工程において、スパッター源４０はスパッター源ホルダ
ー３８に取り付けられ、そして基材５０はホルダー１２
の前表面２４上に保持具２６により取り付けられるので
、スパッター源および基材の夫々の前表面４２および５
８は室１０内で垂直方向に延び、そして基材の前表面５
８は一般にスパッター源の前表面４２に而している。ス
パッター源および基材の夫々の前表面４２および５８は
両面間で鋭角を成す。この角度は好ましくは約１０°か
ら約４５°そして最も好ましくは約３０°である。スパ
ッター源４０は基材上に付看させる材料から成る。例示
された方法において、スパッター源は約９４％のアルミ
ニウムと約６％の銅の合金から形成されている。
ー３８に取り付けられ、そして基材５０はホルダー１２
の前表面２４上に保持具２６により取り付けられるので
、スパッター源および基材の夫々の前表面４２および５
８は室１０内で垂直方向に延び、そして基材の前表面５
８は一般にスパッター源の前表面４２に而している。ス
パッター源および基材の夫々の前表面４２および５８は
両面間で鋭角を成す。この角度は好ましくは約１０°か
ら約４５°そして最も好ましくは約３０°である。スパ
ッター源４０は基材上に付看させる材料から成る。例示
された方法において、スパッター源は約９４％のアルミ
ニウムと約６％の銅の合金から形成されている。
真空ポンプ４６および不活性ガス源４８は室内を脱気し
、鎖車を実質的に純粋なアルゴンで５４だし、そして該
室内を内部圧力的５ＸＩＯ−’トル未満、好ましくはそ
れより低い圧力にするように作動する。従って、該層は
高度に希薄化された、実質的に純粋なアルゴン雰囲気を
含む。ヒーター２０は、基材ホルダー１２、従って基材
５０を約１５０℃から約４５０℃、最も好ましくは約２
５０℃から約３５０℃の予備加熱温度に予備加熱するよ
うに作動する。スパッター源ＲＦ出力手段４４はスパッ
ター源又はターゲット４０にＲＦ励起を適用するように
作動する。ＲＦ励起はスパッター源４Ｇの侵食表面４２
と室１０の壁面との間に自己持続性放電を生じさせ、こ
れにより室内の希薄化されたアルゴンガスをプラズマに
変換する。磁石４２は、用いた低ガス圧にて自己持続性
グロー放電の発生を助ける。
、鎖車を実質的に純粋なアルゴンで５４だし、そして該
室内を内部圧力的５ＸＩＯ−’トル未満、好ましくはそ
れより低い圧力にするように作動する。従って、該層は
高度に希薄化された、実質的に純粋なアルゴン雰囲気を
含む。ヒーター２０は、基材ホルダー１２、従って基材
５０を約１５０℃から約４５０℃、最も好ましくは約２
５０℃から約３５０℃の予備加熱温度に予備加熱するよ
うに作動する。スパッター源ＲＦ出力手段４４はスパッ
ター源又はターゲット４０にＲＦ励起を適用するように
作動する。ＲＦ励起はスパッター源４Ｇの侵食表面４２
と室１０の壁面との間に自己持続性放電を生じさせ、こ
れにより室内の希薄化されたアルゴンガスをプラズマに
変換する。磁石４２は、用いた低ガス圧にて自己持続性
グロー放電の発生を助ける。
グロー放電により発生したプラズマは、正に荷電したア
ルゴンイオンと遊離電子とを含む。スパッター源に適用
されたＲＦ励起は強い負のバイアスを誘発するので、プ
ラズマからのアルゴンイオンはスパッター源の侵食性表
面４２に衝突して、アルミニウムおよび銅原子の非荷電
吸着原子６２を追い出す。これらの追い出された原子６
２は気相状態にあり、基材５０の上部表面５８の方へ進
む。遊離した金属の吸着原子６２は一般に、表面４２か
ら５８へと真直な線状の経路をたどらない。また、該吸
着原子は表面５８に多くの種々の方向に指向した速度で
到達する。しかしながら、これらの種々の速度全体のベ
クトル合計は一般に表面４２に垂直な方向に沿っている
。
ルゴンイオンと遊離電子とを含む。スパッター源に適用
されたＲＦ励起は強い負のバイアスを誘発するので、プ
ラズマからのアルゴンイオンはスパッター源の侵食性表
面４２に衝突して、アルミニウムおよび銅原子の非荷電
吸着原子６２を追い出す。これらの追い出された原子６
２は気相状態にあり、基材５０の上部表面５８の方へ進
む。遊離した金属の吸着原子６２は一般に、表面４２か
ら５８へと真直な線状の経路をたどらない。また、該吸
着原子は表面５８に多くの種々の方向に指向した速度で
到達する。しかしながら、これらの種々の速度全体のベ
クトル合計は一般に表面４２に垂直な方向に沿っている
。
該吸着原子６２は基材の表面上に到着しそして基材の前
表面５８上の付着層６４に蓄積する。到着する吸着原子
６２は上部表面５８に平行な方向にかなりの速度成分を
有するので、該層の前に付着した部分に突き当たった吸
着原子は、該層と蒸気相との界面で該材料を基材前表面
に平行な方向に移動させる傾向がある。また、付着工程
中、モーター１８が作動してシャフト１４を回転させ、
従って基材５ｏを上部表面５８に垂直な軸の周りで回転
する。好ましくは回転速度は、基材ホルダーの一回転中
に居の１％未満が付着するように、そして回転速度が少
なくとも約５Ｏｒｐｍとなるように選ばれる。吠為フ、
シにより付与される運動量は、−回転中に異なる時点で
基材前表面に平行な種々の方向に向くであろう。
表面５８上の付着層６４に蓄積する。到着する吸着原子
６２は上部表面５８に平行な方向にかなりの速度成分を
有するので、該層の前に付着した部分に突き当たった吸
着原子は、該層と蒸気相との界面で該材料を基材前表面
に平行な方向に移動させる傾向がある。また、付着工程
中、モーター１８が作動してシャフト１４を回転させ、
従って基材５ｏを上部表面５８に垂直な軸の周りで回転
する。好ましくは回転速度は、基材ホルダーの一回転中
に居の１％未満が付着するように、そして回転速度が少
なくとも約５Ｏｒｐｍとなるように選ばれる。吠為フ、
シにより付与される運動量は、−回転中に異なる時点で
基材前表面に平行な種々の方向に向くであろう。
基材ＲＦ供給手段３２はＤＣ制御ＲＦ励起をシャフト１
４に、従って基材ホルダー１２および基材５０に供給す
るように作動する。基材に適用されたＲＦ励起は、基材
の上部表面５８上に負のＤＣ１ｉ位又はバイアスを誘発
する。このバイアスの強さは、典型的にはＲＦ励起のピ
ークピーク電圧の約１７２である。振動するＲＦ励起電
位およびＤＣバイアスの影響下で、アルゴンイオン６６
（第２図）は基材の方向へ加速され、従って成長層ら４
を衝撃する。これらのアルゴンイオンは、成長層の表面
でアルミニウムおよび銅吸着原子６２と相互に作用する
。理解されるように、第２図はかかる相互作用の理想化
された理論的概念を示すもので、本発明はかかる作用理
論に限定されない。作用機÷１■に関係なく、成長層を
衝撃するアルゴンイオンは付着した層材料を５動化し、
従って付芒材料は層内の低い箇所、即ち基材上部表面５
８内の通路孔６０およびその他のへこみ（図示されてい
ない）、の中に広がる。５動化材料はかかるへこみ内を
充填しそして第３図に示されるように、付着層上に実質
的に平らな上部表面を与える傾向がある。また、本発明
はいかなる作用理論によって限定されるものではないが
、この効果は一部は遮へい現象から生じるものと思われ
る。従って、低い箇所又はへこみ内に配置された材料は
、ある程度衝突アルゴンイオンから遮へいされる。
４に、従って基材ホルダー１２および基材５０に供給す
るように作動する。基材に適用されたＲＦ励起は、基材
の上部表面５８上に負のＤＣ１ｉ位又はバイアスを誘発
する。このバイアスの強さは、典型的にはＲＦ励起のピ
ークピーク電圧の約１７２である。振動するＲＦ励起電
位およびＤＣバイアスの影響下で、アルゴンイオン６６
（第２図）は基材の方向へ加速され、従って成長層ら４
を衝撃する。これらのアルゴンイオンは、成長層の表面
でアルミニウムおよび銅吸着原子６２と相互に作用する
。理解されるように、第２図はかかる相互作用の理想化
された理論的概念を示すもので、本発明はかかる作用理
論に限定されない。作用機÷１■に関係なく、成長層を
衝撃するアルゴンイオンは付着した層材料を５動化し、
従って付芒材料は層内の低い箇所、即ち基材上部表面５
８内の通路孔６０およびその他のへこみ（図示されてい
ない）、の中に広がる。５動化材料はかかるへこみ内を
充填しそして第３図に示されるように、付着層上に実質
的に平らな上部表面を与える傾向がある。また、本発明
はいかなる作用理論によって限定されるものではないが
、この効果は一部は遮へい現象から生じるものと思われ
る。従って、低い箇所又はへこみ内に配置された材料は
、ある程度衝突アルゴンイオンから遮へいされる。
金属原子間の相互作用等のその他の効果もまた役割を果
し得る。
し得る。
基材５０に適用されたＲＦ励起の周波数および振幅は、
達成された異動化効果に影響を及ぼし、そしてまたその
他の望ましくない効果にも影響する。
達成された異動化効果に影響を及ぼし、そしてまたその
他の望ましくない効果にも影響する。
上記のように、基材ＲＦ励起周波数は約５Ｋｔ（ｚがら
約ＩＭＨｚ（７）間、好ましくは約５０ Ｋ Ｈｚから
約４５０ＫＨｚ（７）間、そして最も好ましくは約１０
０ Ｋ ｔｌ ｚから約２５０ＫＨｚの間にすべきであ
る。好ましくは、ＲＦ励起の振幅はプラズマに関して約
１００ないし約５００ボルト、より好ましくは約１００
ないし約４００ボルトの基材娶バイアス電圧を与えるよ
うに選択する。従って、基材に適用されるＲＦ励起信号
のピークピーク↑４％は、約２００ないし１０００ボル
ト、好ましくは約２００ないし約８００ボルトにすべき
である。基材のＲＦ励起は、好ましくは基材５０および
付着層６４を通過してプラズマに電力束を、基材前表面
面積１平方センチメートル当たり約１，５ワット未満、
より好ましくは約１３ワツト／ｃｍ”未満、最も好まし
くは約０．５ないし約１．３ワット／ａｍ２付与する。
約ＩＭＨｚ（７）間、好ましくは約５０ Ｋ Ｈｚから
約４５０ＫＨｚ（７）間、そして最も好ましくは約１０
０ Ｋ ｔｌ ｚから約２５０ＫＨｚの間にすべきであ
る。好ましくは、ＲＦ励起の振幅はプラズマに関して約
１００ないし約５００ボルト、より好ましくは約１００
ないし約４００ボルトの基材娶バイアス電圧を与えるよ
うに選択する。従って、基材に適用されるＲＦ励起信号
のピークピーク↑４％は、約２００ないし１０００ボル
ト、好ましくは約２００ないし約８００ボルトにすべき
である。基材のＲＦ励起は、好ましくは基材５０および
付着層６４を通過してプラズマに電力束を、基材前表面
面積１平方センチメートル当たり約１，５ワット未満、
より好ましくは約１３ワツト／ｃｍ”未満、最も好まし
くは約０．５ないし約１．３ワット／ａｍ２付与する。
上記の特定の周波数において、アルゴンイオンと吸着原
子との間の層表面における相互作用は、再スパッタリン
グよりはむしろ易動化を促進する傾向がある。このよう
にして、十分な平坦化を非常に低い再スパッタリング率
で、典型的には約１０％未満の再スパッタリング率で達
成することができる。即ち、好ましい周波数範囲でのＲ
Ｆ励起から生じる衝撃イオンは、イオン運動エネルギー
を再スパッタリング（即ち、層表面から材料を完全に蒸
気相に追い出すこと）よりはむしろ移動に変換するのに
有利な特定のエネルギー分布を有する傾向がある。ＲＦ
励起の影響下で表面を衝撃するプラズマか；のイオンの
エネルギー分布を予測し、そしてバイアス電圧を励起振
幅と関係づける式は、良く知られている。これらの式は
例えば、”ＲＦスパッタリングにおけるイオン衝撃エネ
ルギーの計算およびその分布”、フィズイカル レビュ
ー、第１６８巻、Ｎｏ、１．１９６８年４月５日、第１
０７〜１１３頁、Ｒ，Ｔ、Ｃ，ツイ（Ｔｓｕｉ）著、の
文献に記載されている。
子との間の層表面における相互作用は、再スパッタリン
グよりはむしろ易動化を促進する傾向がある。このよう
にして、十分な平坦化を非常に低い再スパッタリング率
で、典型的には約１０％未満の再スパッタリング率で達
成することができる。即ち、好ましい周波数範囲でのＲ
Ｆ励起から生じる衝撃イオンは、イオン運動エネルギー
を再スパッタリング（即ち、層表面から材料を完全に蒸
気相に追い出すこと）よりはむしろ移動に変換するのに
有利な特定のエネルギー分布を有する傾向がある。ＲＦ
励起の影響下で表面を衝撃するプラズマか；のイオンの
エネルギー分布を予測し、そしてバイアス電圧を励起振
幅と関係づける式は、良く知られている。これらの式は
例えば、”ＲＦスパッタリングにおけるイオン衝撃エネ
ルギーの計算およびその分布”、フィズイカル レビュ
ー、第１６８巻、Ｎｏ、１．１９６８年４月５日、第１
０７〜１１３頁、Ｒ，Ｔ、Ｃ，ツイ（Ｔｓｕｉ）著、の
文献に記載されている。
この文献の開示を本明細書に参考用として含める。
ツイの文献に更に詳しく述べられているように、表面を
衝撃するイオンは、ＲＦ励起により誘発されるバイアス
電圧に対応した所定の中心エネルギーレベルＶｏを中心
とするエネルギー分布を有する傾向があり、その電圧は
ＲＦ励起のピークピーク振幅のほぼ１／２に等しい。約
１３．５６Ｍｔｌｚの励起周波数を用いると、エネルギ
ー分布はｖＯの周りに接近して集まる。従って、イオン
エネルギー分布は、同じ電圧ＶｏのＤＣバイアスから生
じるエネルギー分布と実質的に同じである。しかしなが
ら、本発明で用いられる好ましい範囲の励起周波数につ
いては、イオンエネルギー分布はより幅広くなり、比較
的低いエネルギーのイオンをかなりの部分で含む。
衝撃するイオンは、ＲＦ励起により誘発されるバイアス
電圧に対応した所定の中心エネルギーレベルＶｏを中心
とするエネルギー分布を有する傾向があり、その電圧は
ＲＦ励起のピークピーク振幅のほぼ１／２に等しい。約
１３．５６Ｍｔｌｚの励起周波数を用いると、エネルギ
ー分布はｖＯの周りに接近して集まる。従って、イオン
エネルギー分布は、同じ電圧ＶｏのＤＣバイアスから生
じるエネルギー分布と実質的に同じである。しかしなが
ら、本発明で用いられる好ましい範囲の励起周波数につ
いては、イオンエネルギー分布はより幅広くなり、比較
的低いエネルギーのイオンをかなりの部分で含む。
更に、本発明はいかなる作用機構理論によっても限定さ
れないが、本発明で好ましいＲＦ励起の影響下で成長層
上に衝突する比較的低エネルギーのイオンのかなりの数
のイオンが移動にかなり寄与するが、しかし評価できる
程の再スパッタリングを引き起こさないと確信される。
れないが、本発明で好ましいＲＦ励起の影響下で成長層
上に衝突する比較的低エネルギーのイオンのかなりの数
のイオンが移動にかなり寄与するが、しかし評価できる
程の再スパッタリングを引き起こさないと確信される。
特定の基材に対する特定の励起周波数は、二つの重要な
効果を考慮して選択することができる。
効果を考慮して選択することができる。
第一に、前に説明したように、より低い周波数はより幅
広い衝撃イオンエネルギー分布を与える傾向があり、従
って移動に寄与するが再スパッタリングには認知できる
程は寄与しない衝撃イオンの割合が大きくなる傾向があ
る。しかしながら、基材が用いた条件下にてかなりの容
量性リアクタンスを有する電気絶縁体である場合、ＲＦ
励起は基材を貫いて交流電位差を誘発する傾向がある。
広い衝撃イオンエネルギー分布を与える傾向があり、従
って移動に寄与するが再スパッタリングには認知できる
程は寄与しない衝撃イオンの割合が大きくなる傾向があ
る。しかしながら、基材が用いた条件下にてかなりの容
量性リアクタンスを有する電気絶縁体である場合、ＲＦ
励起は基材を貫いて交流電位差を誘発する傾向がある。
従って、一定の瞬間において、基材の前表面５８は基材
ホルダー１２と接触している裏表面と僅かに異なる電位
にあり得る。これらの電位差は、基材の端部および基材
の特徴（欠陥）において、望ましくない、予想できない
電界を発生させ得る。これらの電界は次に、平坦化を妨
げ得る衝撃イオンを焦点に合せるか或いは焦点から外し
得る。
ホルダー１２と接触している裏表面と僅かに異なる電位
にあり得る。これらの電位差は、基材の端部および基材
の特徴（欠陥）において、望ましくない、予想できない
電界を発生させ得る。これらの電界は次に、平坦化を妨
げ得る衝撃イオンを焦点に合せるか或いは焦点から外し
得る。
これらの影響を実質的に除去するために、基材に適用さ
れるＲＦ励起の周波数は、容母性効果により生じる基材
および成長層を貫く最大電圧差がＲＦ励起により誘発さ
れるバイアス電圧の約５％未満、好ましくは約１０ボル
ト未満そして最も好ましくは約５ボルト未満、となる程
度に十分高いのが好ましい。 ５０Ｈ１ｚ〜４５０ＫＨ
ｚの範囲、そして特に１００〜２５０Ｋ １１ ｚ （
７）範囲の周波数は、約０．０１０〜０．０４０−１”
ｙチ厚、特に約００２０インチ厚のオーダーのケイ素お
よび二酸化ケイ素系の基材、並びに単位面積当り同程度
のキャパシタンスを有するその他の基材について、これ
らの競合する考慮すべき事項をうまくつり合わせる。単
位面積当りもっと大きいキャパシタンスを有する基材に
ついては、好ましい周波数範囲の下限は若干上方に移り
、−万単位面積当りもっと小さいキャパシタンスを有す
る基材については、好ましい周波数範囲の下限は幾分誠
少し得る。数学的に述べると、基材を貫く容量性電圧の
降下は次式で与えられる。
れるＲＦ励起の周波数は、容母性効果により生じる基材
および成長層を貫く最大電圧差がＲＦ励起により誘発さ
れるバイアス電圧の約５％未満、好ましくは約１０ボル
ト未満そして最も好ましくは約５ボルト未満、となる程
度に十分高いのが好ましい。 ５０Ｈ１ｚ〜４５０ＫＨ
ｚの範囲、そして特に１００〜２５０Ｋ １１ ｚ （
７）範囲の周波数は、約０．０１０〜０．０４０−１”
ｙチ厚、特に約００２０インチ厚のオーダーのケイ素お
よび二酸化ケイ素系の基材、並びに単位面積当り同程度
のキャパシタンスを有するその他の基材について、これ
らの競合する考慮すべき事項をうまくつり合わせる。単
位面積当りもっと大きいキャパシタンスを有する基材に
ついては、好ましい周波数範囲の下限は若干上方に移り
、−万単位面積当りもっと小さいキャパシタンスを有す
る基材については、好ましい周波数範囲の下限は幾分誠
少し得る。数学的に述べると、基材を貫く容量性電圧の
降下は次式で与えられる。
上記式中、
■は基材を貫く電圧降下であり；
φは基材上表面の単位面積当りの出力密度であり。
Ｘｃは基材の容量性リアクタンスであり；そして
Ａは基材上表面の面積である。
Ｘｃ ｅｉ
（上記式中、
ｄは基材の平均厚であり：
ｆは基材に適用されるＲＦ励起の周波数であり：には基
材材料の誘電率であり：そして ｃｏは自由空間の誘電率である。） であるので、従って 上記式中、 ｆｍｉｎは最低ＲＦ励起周波数であり、そしてＶｍａｘ
は基材を貫く最大の所望電圧降下である。
材材料の誘電率であり：そして ｃｏは自由空間の誘電率である。） であるので、従って 上記式中、 ｆｍｉｎは最低ＲＦ励起周波数であり、そしてＶｍａｘ
は基材を貫く最大の所望電圧降下である。
成長中の層６４の表面に到着しそして該層と合体する金
属吸着原子はかなりのエネルギーを該層に与える。典型
的には、吸着原子は、約３０，０００’ Ｋの温度のア
ルミニウム蒸気原子の運動エネルギーに相当する速度お
よび運動エネルギーを有する。
属吸着原子はかなりのエネルギーを該層に与える。典型
的には、吸着原子は、約３０，０００’ Ｋの温度のア
ルミニウム蒸気原子の運動エネルギーに相当する速度お
よび運動エネルギーを有する。
このエネルギーは金属原子が該層と合体する際に該層内
で熱に変換する。また、衝撃イオンにより該層の前表面
にて金属原子に付与されたエネルギーは、終局的には該
層内で熱に変換される。従って、工程中にかなりの熱が
該層に注入される。付着金属層は基材の前表面と密接に
接触しておりそして基材の種々の要素が互いに密接に接
触しているので、層から基材および基材全体への良好な
伝熱があり、従って基材５８の温度は層６４の内部温度
をたどる傾向があり、そして基材は成長層の”熱溜め”
として作用する。しかしながら、基材の熱容量は制限さ
れているので、基材の温度もまた工程中に増大する傾向
がある。層を融解しないようにしそして基材を熱損傷か
ら保護するために、適当な手段を用いて基材および層の
内部温度を制御する。従って、工程中、基材および／ま
たは成長層から熱を抜き出すために適当な手段がとられ
る。
で熱に変換する。また、衝撃イオンにより該層の前表面
にて金属原子に付与されたエネルギーは、終局的には該
層内で熱に変換される。従って、工程中にかなりの熱が
該層に注入される。付着金属層は基材の前表面と密接に
接触しておりそして基材の種々の要素が互いに密接に接
触しているので、層から基材および基材全体への良好な
伝熱があり、従って基材５８の温度は層６４の内部温度
をたどる傾向があり、そして基材は成長層の”熱溜め”
として作用する。しかしながら、基材の熱容量は制限さ
れているので、基材の温度もまた工程中に増大する傾向
がある。層を融解しないようにしそして基材を熱損傷か
ら保護するために、適当な手段を用いて基材および層の
内部温度を制御する。従って、工程中、基材および／ま
たは成長層から熱を抜き出すために適当な手段がとられ
る。
プロセス室１０の壁は典型的には基材よりも温度が低い
ので、基材および層から膣壁への幾分の伝熱がある。従
って、壁は基材および層から幾分かの熱を抜き取るのに
役立つ。膣壁は相対的に大きいので、通常該壁の温度は
該工程中にそれほど上昇することはない。しかしながら
、所望により、膣壁に冷却コイル等の適当な冷却要素を
取り付けることかできるっ 基材ホルダー１２もまた基材から熱を抜き取るのに役立
つ。好ましくは、基材ホルダー１２は、該工程において
到達される基材および付着層の所望の最高温度より実質
的に低い温度に推持される。従って、基材ホルダー１２
を予備加熱する温度は、基材および層の所望の最高温度
よりも低くずへきである。通常、基材ホルダー１２は十
分な大きさと比熱を有するので、基材ホルダー自体の温
度は該工程中にそれほど上昇することはない。しかしな
がら、所望により、該工程において、冷却コイル２２お
よび冷却用流体の外部源のような追加の冷却手段により
、基材ホルダーから熱を抜き出すことができる。
ので、基材および層から膣壁への幾分の伝熱がある。従
って、壁は基材および層から幾分かの熱を抜き取るのに
役立つ。膣壁は相対的に大きいので、通常該壁の温度は
該工程中にそれほど上昇することはない。しかしながら
、所望により、膣壁に冷却コイル等の適当な冷却要素を
取り付けることかできるっ 基材ホルダー１２もまた基材から熱を抜き取るのに役立
つ。好ましくは、基材ホルダー１２は、該工程において
到達される基材および付着層の所望の最高温度より実質
的に低い温度に推持される。従って、基材ホルダー１２
を予備加熱する温度は、基材および層の所望の最高温度
よりも低くずへきである。通常、基材ホルダー１２は十
分な大きさと比熱を有するので、基材ホルダー自体の温
度は該工程中にそれほど上昇することはない。しかしな
がら、所望により、該工程において、冷却コイル２２お
よび冷却用流体の外部源のような追加の冷却手段により
、基材ホルダーから熱を抜き出すことができる。
基材底部層５２と基材ホルダー１２との向き合う表面は
両方と（名目上は平坦であるか、これらの両表面に平坦
から僅かに逸脱した所があり得、従ってこれらの向い合
う両表面間で小さな間隙７０（第２図）があり得る。該
工程で用いられる圧力は非常に低いので、伝熱に関する
限り、間隙７０は有効な真空空間である。従って、これ
らの間隙を通過する伝達および対流は無視てき、基材か
ら基材ホルダーへの伝熱の大部分は基材から基材ホルダ
ーへの輻射により通常進行する。基材から基材ホルダー
への伝熱速度は、基材の周辺で基材を基材ホルダーに密
封しそして気体のような流体をかなりの絶対圧で基材と
基材ホルダーとの間に導入するなどの技術により、増大
させることができる。しかしながら、これらの技術は工
程および装置にかなりの複雑さを付は加えるので、好ま
しくない。更に本発明による好ましい方法によって層お
よび基材に中位のエネルギー人力を用いるだけで良好な
平坦化および比較的高速度の層形成を達成できるので、
かかる技術は通常不必要である。
両方と（名目上は平坦であるか、これらの両表面に平坦
から僅かに逸脱した所があり得、従ってこれらの向い合
う両表面間で小さな間隙７０（第２図）があり得る。該
工程で用いられる圧力は非常に低いので、伝熱に関する
限り、間隙７０は有効な真空空間である。従って、これ
らの間隙を通過する伝達および対流は無視てき、基材か
ら基材ホルダーへの伝熱の大部分は基材から基材ホルダ
ーへの輻射により通常進行する。基材から基材ホルダー
への伝熱速度は、基材の周辺で基材を基材ホルダーに密
封しそして気体のような流体をかなりの絶対圧で基材と
基材ホルダーとの間に導入するなどの技術により、増大
させることができる。しかしながら、これらの技術は工
程および装置にかなりの複雑さを付は加えるので、好ま
しくない。更に本発明による好ましい方法によって層お
よび基材に中位のエネルギー人力を用いるだけで良好な
平坦化および比較的高速度の層形成を達成できるので、
かかる技術は通常不必要である。
層形成前の基材の表面形状が特別厳しく、従って衝撃イ
オンにより付与される易動性および移動エネルギーに特
別の大きな要請がある場合、或いは層および／又は基材
の温度を特別低い値に制限しなければならない場合など
の特に困難な状況においては、スパッター付着および衝
撃段階において前に述べたように基材および／又は層か
ら熱を抜き取り、熱抜き取り工程を継続しながら付着お
よびイオン衝撃を中断し、そして付着およびイオン衝撃
工程を再開することにより、温度を制御することができ
る。この一連の工程は、必要に応じて多数回繰返すこと
ができる。この配列においては、中断中の層および基材
からの熱抜き取りは、スパッター付着およびイオン衝撃
工程中の熱抜き取りを補助するものである。中断中にの
み熱抜き取りすることも可能であるが、明らかに好まし
くない。
オンにより付与される易動性および移動エネルギーに特
別の大きな要請がある場合、或いは層および／又は基材
の温度を特別低い値に制限しなければならない場合など
の特に困難な状況においては、スパッター付着および衝
撃段階において前に述べたように基材および／又は層か
ら熱を抜き取り、熱抜き取り工程を継続しながら付着お
よびイオン衝撃を中断し、そして付着およびイオン衝撃
工程を再開することにより、温度を制御することができ
る。この一連の工程は、必要に応じて多数回繰返すこと
ができる。この配列においては、中断中の層および基材
からの熱抜き取りは、スパッター付着およびイオン衝撃
工程中の熱抜き取りを補助するものである。中断中にの
み熱抜き取りすることも可能であるが、明らかに好まし
くない。
スパッター源ＲＦ出力供給手段４４の制御などによるス
パッター付着速度の制御もまた、基材への熱を制御する
ので基材および層の内部温度の制御に寄与する。しかし
ながら、本発明の好ましい態様による方法における金属
層の基材上への付着速度は、非平坦化方法における付着
速度と実質的に同じであり得る。従って、アルミニウム
又はアルミニウム系合金を用いて、５．０００オングス
トロ一ム／分を越え、典型的には約１０．０００オング
ストロ一ム／分の基材前表面上への正味、の付着速度が
本願方法で達成でき、同時に所望の低い内部温度を＜４
１％しそしてまた実質的に完全な平坦化が達成される。
パッター付着速度の制御もまた、基材への熱を制御する
ので基材および層の内部温度の制御に寄与する。しかし
ながら、本発明の好ましい態様による方法における金属
層の基材上への付着速度は、非平坦化方法における付着
速度と実質的に同じであり得る。従って、アルミニウム
又はアルミニウム系合金を用いて、５．０００オングス
トロ一ム／分を越え、典型的には約１０．０００オング
ストロ一ム／分の基材前表面上への正味、の付着速度が
本願方法で達成でき、同時に所望の低い内部温度を＜４
１％しそしてまた実質的に完全な平坦化が達成される。
典型的には１０％未満、最も典型的には約７％ないし約
９％の、本発明の好ましい方法において用いられる非常
に低い再スパッタリング率は、比較的高い正味付着速度
での操作を容易にする。異常に厳しい表面形状を有する
構造体、例えば周辺の壁部が基材の前表面（陵部表面）
に実質的に垂直であり、約１，５マイクロメーター又は
それ以下の直径を有しそしてアスペクト比が約０．５．
０゜７５、又はそれより幾分大きい通路孔を含む構造体
、であっても実質的に完全な平坦化が達成できる。従っ
て、かかる基材を覆う層は、通路孔６０全体を金属で完
全に充填するまで平坦化することができ、これにより第
３図に例示するように、下側に在る半導体デバイスの活
性構造体５４との良好な接触が与えられる。更にこの完
全な平坦化は、ささいな邪魔にならない量の粒成長をも
たらすだけで、即ち、粒径を約７，０００オングストロ
一ム未満そして好ましくは約５，０００オングストロ一
ム未満に維持しながら、達成することができる。層材料
中に検知可能な程の元素の分離は起こらない。従って、
銅又はケイ素のような元素がアルミニウムのほかに含ま
れる場合、これらの元素は層全体に均一に分布したまま
である。当業界の通常の熟練者が容易に理解するように
、上述のような通路孔は、平坦化工程に異常に厳しい問
題を堤供する。先細の通路孔、スロット等のようなもっ
と厳しくない表面の特徴（欠陥）は、上記の方法を用い
ることにより、平坦化された層で完全に覆いそして充填
することができる。
９％の、本発明の好ましい方法において用いられる非常
に低い再スパッタリング率は、比較的高い正味付着速度
での操作を容易にする。異常に厳しい表面形状を有する
構造体、例えば周辺の壁部が基材の前表面（陵部表面）
に実質的に垂直であり、約１，５マイクロメーター又は
それ以下の直径を有しそしてアスペクト比が約０．５．
０゜７５、又はそれより幾分大きい通路孔を含む構造体
、であっても実質的に完全な平坦化が達成できる。従っ
て、かかる基材を覆う層は、通路孔６０全体を金属で完
全に充填するまで平坦化することができ、これにより第
３図に例示するように、下側に在る半導体デバイスの活
性構造体５４との良好な接触が与えられる。更にこの完
全な平坦化は、ささいな邪魔にならない量の粒成長をも
たらすだけで、即ち、粒径を約７，０００オングストロ
一ム未満そして好ましくは約５，０００オングストロ一
ム未満に維持しながら、達成することができる。層材料
中に検知可能な程の元素の分離は起こらない。従って、
銅又はケイ素のような元素がアルミニウムのほかに含ま
れる場合、これらの元素は層全体に均一に分布したまま
である。当業界の通常の熟練者が容易に理解するように
、上述のような通路孔は、平坦化工程に異常に厳しい問
題を堤供する。先細の通路孔、スロット等のようなもっ
と厳しくない表面の特徴（欠陥）は、上記の方法を用い
ることにより、平坦化された層で完全に覆いそして充填
することができる。
更に理解されるように、上記の特徴の多くの変形および
組合せを用いることができる。例えば、プラズマを形成
するのにアルゴンを用いる必要はない、ネオン、キセノ
ン等のような他の不活性ガスをスパッタリング工程で用
いることができる。
組合せを用いることができる。例えば、プラズマを形成
するのにアルゴンを用いる必要はない、ネオン、キセノ
ン等のような他の不活性ガスをスパッタリング工程で用
いることができる。
更に、アルミニウムおよびアルミニウム系合金以外の金
属を、本発明に従って付着および平坦化することができ
る。典型的には、成長層の表面上で特定の金属又は金属
合金を移動させるのに要する衝撃イオンエネルギーは、
該材料の融点に直接関係する。従って、ＲＦ励起におい
て基材に適用される出力は、融点に従って調節すること
ができる。
属を、本発明に従って付着および平坦化することができ
る。典型的には、成長層の表面上で特定の金属又は金属
合金を移動させるのに要する衝撃イオンエネルギーは、
該材料の融点に直接関係する。従って、ＲＦ励起におい
て基材に適用される出力は、融点に従って調節すること
ができる。
また、金属以外の材料を本発明に従って付着および平坦
化することができる。注目すべきことに、比較的低融点
のガラス組成物を、本発明に従ってスパッター付着しそ
して平坦化することができる。
化することができる。注目すべきことに、比較的低融点
のガラス組成物を、本発明に従ってスパッター付着しそ
して平坦化することができる。
粒成長は典型的にはガラス層の付着および平坦化におい
て問題とはならないが、本発明の好ましい方法で用いら
れる比較的低い層内部温度は、ガラス層とその下の基材
との間の界面における熱的応力を最小にする傾向がある
。このような熱的応力が相対的に少ないことが、金属層
の場合においても有利である。
て問題とはならないが、本発明の好ましい方法で用いら
れる比較的低い層内部温度は、ガラス層とその下の基材
との間の界面における熱的応力を最小にする傾向がある
。このような熱的応力が相対的に少ないことが、金属層
の場合においても有利である。
上記の好ましい方法において、層に付着される物質は、
スパッター源又はターゲット４０からのスパッタリング
により蒸気相へ注入される。かかるスパッタリング付着
は本発明の方法で好ましいが、他の層形成物質付着法を
用いることができる。例えば、アルミニウムおよびアル
ミニウム系合金のような金属を源からスパッターするの
ではなく源から蒸発させることができる。かかる蒸発操
作は基材の近くでプラズマを用いて衝撃イオンを生じさ
せるのが好ましい。蒸発したアルミニウム原子は、本願
の好ましい方法におけるスパッターされたアルミニウム
原子と実質的に同じように、プラズマを通過しそして基
材表面上に付着するであろう。また、付着しそして層内
で平坦化されるべき物質は、プラズマ自体、即ち、プラ
ズマによる化学蒸着操作において、プラズマ自体から導
くことができる。ここでもまた、衝撃イオンの源として
プラズマを用い、該イオンをプラズマから基材のＲＦ励
起により引き出すことが好ましいであろう。
スパッター源又はターゲット４０からのスパッタリング
により蒸気相へ注入される。かかるスパッタリング付着
は本発明の方法で好ましいが、他の層形成物質付着法を
用いることができる。例えば、アルミニウムおよびアル
ミニウム系合金のような金属を源からスパッターするの
ではなく源から蒸発させることができる。かかる蒸発操
作は基材の近くでプラズマを用いて衝撃イオンを生じさ
せるのが好ましい。蒸発したアルミニウム原子は、本願
の好ましい方法におけるスパッターされたアルミニウム
原子と実質的に同じように、プラズマを通過しそして基
材表面上に付着するであろう。また、付着しそして層内
で平坦化されるべき物質は、プラズマ自体、即ち、プラ
ズマによる化学蒸着操作において、プラズマ自体から導
くことができる。ここでもまた、衝撃イオンの源として
プラズマを用い、該イオンをプラズマから基材のＲＦ励
起により引き出すことが好ましいであろう。
しかしながら、本発明の最も広い範囲においては、本発
明はまた、基材を衝撃するイオンがプラズマから導かれ
るのではなく、その代りに基材の方に向けられたイオン
ガンのようなその他の源から導かれる系も考慮する。容
易に理解されるように、本発明の好ましい方法により達
成される５動化および平坦化効果と同様のこ゛れらの効
果が、イオンガンからのイオンが上記の好ましい方法に
おける基材および成長層を衝撃するプラズマイオンと実
質的に同じエネルギー分布をもって基材を衝撃するよう
に、イオンガン又はその他のイオン源を操作することに
より、達成できる。しかしながら、当業界の通常の熟練
者も理解するように、イオンガンは典型的には限られた
イオン衝撃速度を与えることができるにすぎず、従って
かなりの面積の露出基材表面を処理する場合には明らか
に好ましくない。
明はまた、基材を衝撃するイオンがプラズマから導かれ
るのではなく、その代りに基材の方に向けられたイオン
ガンのようなその他の源から導かれる系も考慮する。容
易に理解されるように、本発明の好ましい方法により達
成される５動化および平坦化効果と同様のこ゛れらの効
果が、イオンガンからのイオンが上記の好ましい方法に
おける基材および成長層を衝撃するプラズマイオンと実
質的に同じエネルギー分布をもって基材を衝撃するよう
に、イオンガン又はその他のイオン源を操作することに
より、達成できる。しかしながら、当業界の通常の熟練
者も理解するように、イオンガンは典型的には限られた
イオン衝撃速度を与えることができるにすぎず、従って
かなりの面積の露出基材表面を処理する場合には明らか
に好ましくない。
特許請求の範囲に規定された本発明から逸脱することな
く、上記の特徴を変更および組合せて用いることができ
る。上記の好ましい態様の記載は、本発明を制限するも
のではなく例示のためのものである。
く、上記の特徴を変更および組合せて用いることができ
る。上記の好ましい態様の記載は、本発明を制限するも
のではなく例示のためのものである。
第１図は、本発明の一熊様による装置の模式図である。
第２図は、本発明による方法において、第１図の装置の
一部分および基材を大きく拡大して描い１こ、理想化し
た部分模式図である。 第３図は、工程の終了後の基材を示す、第２図と同様の
模式図である。 １０：プロセス室、 １２ 基材ホルダー、３２：基
材ＲＦ出力源、４０ニスバツター源、４４；スパッター
源ＲＦ出力供給Ｊ、、５０：基材、６０：通路孔、６２
：吸着原子、６４：付着層。 代理人（弁理士）篠１）連子（ほか１名）手続補正書 昭和６３年１月２７日
一部分および基材を大きく拡大して描い１こ、理想化し
た部分模式図である。 第３図は、工程の終了後の基材を示す、第２図と同様の
模式図である。 １０：プロセス室、 １２ 基材ホルダー、３２：基
材ＲＦ出力源、４０ニスバツター源、４４；スパッター
源ＲＦ出力供給Ｊ、、５０：基材、６０：通路孔、６２
：吸着原子、６４：付着層。 代理人（弁理士）篠１）連子（ほか１名）手続補正書 昭和６３年１月２７日
Claims (27)
- （１）基材表面上に層形成物質の層を付着させ、そして
平坦化する方法であり、 （ａ）該物質を気相から基材表面上に付着させて層を形
成し； （ｂ）該付着工程において該層をプラズマに暴露し：そ
して（ｃ）該基材に約５ＫＨｚないし約１ＭＨｚにてＲ
Ｆ励起を適用して該ＲＦ励起により該プラズマに関して
該基材上にバイアス電圧を誘発させ、これにより該付着
工程において該プラズマからのイオンが該層を衝撃しそ
して該物質を該層上で移動させる工程を特徴とする、上
記の層形成物質の付着および平坦化方法。 - （２）該衝撃イオンによる該層からの上記の物質の再ス
パッタリングの割合が、基材表面上への該物質の付着率
の約１０％未満である、特許請求の範囲第１項の方法。 - （３）上記のＲＦ励起により誘発されるバイアスが約１
００ないし約５００ボルトである、特許請求の範囲第１
、又は第２項の方法。 - （４）上記のＲＦ励起の周波数が、基材を貫く容量性電
圧降下が約１０ボルト未満となるように選ばれる、特許
請求の範囲第１、第２又は第３項の方法。 - （５）上記のＲＦ励起の周波数が約５０ＫＨｚから約４
５０ＫＨｚである、特許請求の範囲第１〜４項のいずれ
かの方法。 - （６）上記の物質が金属又は金属合金である、特許請求
の範囲第１〜５項のいずれかの方法。 - （７）上記の金属又は金属合金が少なくとも約５０％の
アルミニウムを含み、そして上記の層の内部温度が付着
工程中約５２５℃未満に維持されることを特徴とする、
特許請求の範囲第６項の方法。 - （８）上記の層の内部温度が衝撃工程中低くとも約１５
０℃に維持されることを特徴とする、特許請求の範囲第
７項の方法。 - （９）付着工程前に上記の基材を約１５０℃ないし約４
００℃に予備加熱する工程を更に特徴とする、特許請求
の範囲第８項の方法。 - （１０）付着工程中に上記の層の内部温度が上記物質の
固相線温度未満に維持される、特許請求の範囲第１〜９
項のいずれかの方法。 - （１１）上記の層の内部温度を維持する工程が、付着工
程中に上記物質から熱を抜き出す工程を含む、特許請求
の範囲第１０項の方法。 - （１２）上記の付着工程を中断し、その中断中に上記の
物質から熱を抜き出し、そして中断後に付着工程を再び
始める工程を含む、特許請求の範囲第１項の方法。 - （１３）上記の付着工程が、上記の物質の吸着原子を上
記の表面の方へ、該表面に垂直な方向に傾斜した角度に
て導く工程を含む、特許請求の範囲第１〜１２項のいず
れかの方法。 - （１４）上記の付着工程がスパッター源の侵食性表面か
ら上記の物質の吸着原子をスパッターする工程を含む、
特許請求の範囲第１〜１３項のいずれかの方法。 - （１５）上記の侵食性表面および上記基材の表面が両者
とも全般的に平坦であり、そして上記の付着工程中で該
侵食性表面が該基材の表面に対して約１０°ないし約４
５°の角度で配置されている、特許請求の範囲第１４項
の方法。 - （１６）上記の侵食性表面および基材表面が上記の付着
工程において実質的に垂直に維持される、特許請求の範
囲第１５項の方法。 - （１７）上記の基材を該基材の表面に垂直な軸の周りに
回転させる工程を更に含む、特許請求の範囲第１６項の
方法。 - （１８）上記の基材の表面が平坦な領域、および直径が
約２マイクロメーター未満であってアスペクト比が約０
．５を越える孔を含み、そして上記の物質が付着工程中
に該孔を実質的に充填する、特許請求の範囲第１〜１７
項のいずれかの方法。 - （１９）上記の基材が半導体ウェーハーである、特許請
求の範囲第１〜１８項のいずれかの方法。 - （２０）上記のイオン衝撃工程が上記物質の表面移動度
パラメーターを付着工程中少なくとも約１ミクロンに維
持するように行われる、特許請求の範囲第１〜１９項の
いずれかの方法。 - （２１）基材の表面上に物質の層を付着および平坦化す
るための装置であって、 （ａ）該基材を保持する手段： （ｂ）上記の表面上に該物質を気相から付着させること
により、該表面上に該物質の層を形成させるための手段
； （ｃ）該付着手段の作動中に該表面の近くにプラズマを
供給するための手段：および （ｄ）該基材に約５ＫＨｚないし約１ＭＨｚの周波数で
ＲＦ励起を適用するための基材ＲＦ出力手段、を含むこ
とを特徴とする、上記の装置。 - （２２）上記の付着手段の作動中に上記の層の内部温度
を制御して該内部温度を上記物質の固相線温度より低く
維持するための温度制御手段を含む、特許請求の範囲第
２１項の装置。 - （２３）上記の付着手段が、上記の侵食性表面が一般に
基材およびプラズマの方に向くように、該侵食性表面を
有するスパッター源を、上記の物質の近くに保持するた
めの手段：および上記のスパッター源にバイアスを適用
し、これにより該侵食性表面から該物質のスパッタリン
グを引き起こすスパッター源出力手段を含む、特許請求
の範囲第２１又は第２２項の方法。 - （２４）スパッター源を保持する手段が、一般に平坦な
侵食性表面を有するスパッター源を保持するように作動
し得、そして上記の基材を保持する手段が、一般に平坦
な前表面が該侵食性表面に対して約１０°ないし約４５
°の角度で配置されるように、該前表面を有する基材を
保持するための手段を含む、特許請求の範囲第２１〜２
３項のいずれかの装置。 - （２５）上記の温度制御手段が付着手段の操作を制御す
るための手段を含み、これにより上記の物質が上記の層
に付着する際に、該物質による該層への熱付加が制限さ
れる、特許請求の範囲第２２項の装置。 - （２６）上記の温度制御手段が、付着手段の作動中に基
材がら熱を抜き出すための手段を含む、特許請求の範囲
第２２項又は第２５項の装置。 - （２７）上記の温度制御手段が付着手段の作動中に、層
の内部温度を低くとも約１５０℃の高温で且つ上記の固
相線温度よりも低い温度に維持するように作動し得る制
御手段である、特許請求の範囲第２２、第２５又は第２
６項の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/938,043 US4756810A (en) | 1986-12-04 | 1986-12-04 | Deposition and planarizing methods and apparatus |
| US938043 | 2001-08-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63152146A true JPS63152146A (ja) | 1988-06-24 |
| JPH0365013B2 JPH0365013B2 (ja) | 1991-10-09 |
Family
ID=25470774
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62288283A Granted JPS63152146A (ja) | 1986-12-04 | 1987-11-13 | 層形成物質の付着および平坦化方法ならびにその装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4756810A (ja) |
| EP (1) | EP0273550A1 (ja) |
| JP (1) | JPS63152146A (ja) |
| KR (1) | KR900008070B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02219225A (ja) * | 1989-02-20 | 1990-08-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 膜堆積装置および膜堆積方法 |
Families Citing this family (101)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5198034A (en) * | 1987-03-31 | 1993-03-30 | Epsilon Technology, Inc. | Rotatable substrate supporting mechanism with temperature sensing device for use in chemical vapor deposition equipment |
| JP2602276B2 (ja) * | 1987-06-30 | 1997-04-23 | 株式会社日立製作所 | スパツタリング方法とその装置 |
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| US5591267A (en) * | 1988-01-11 | 1997-01-07 | Ohmi; Tadahiro | Reduced pressure device |
| US4963239A (en) * | 1988-01-29 | 1990-10-16 | Hitachi, Ltd. | Sputtering process and an apparatus for carrying out the same |
| US5283087A (en) * | 1988-02-05 | 1994-02-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Plasma processing method and apparatus |
| US4874493A (en) * | 1988-03-28 | 1989-10-17 | Microelectronics And Computer Technology Corporation | Method of deposition of metal into cavities on a substrate |
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| US5789086A (en) * | 1990-03-05 | 1998-08-04 | Ohmi; Tadahiro | Stainless steel surface having passivation film |
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| US5017439A (en) * | 1989-07-19 | 1991-05-21 | Seagate Technology, Inc. | Micro-contamination-free coating for die-cast component in magnetic disk drive |
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