JPH05195211A - Ａｌ又はＡｌ合金のスパッタリング方法 - Google Patents
Ａｌ又はＡｌ合金のスパッタリング方法Info
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- JPH05195211A JPH05195211A JP34240191A JP34240191A JPH05195211A JP H05195211 A JPH05195211 A JP H05195211A JP 34240191 A JP34240191 A JP 34240191A JP 34240191 A JP34240191 A JP 34240191A JP H05195211 A JPH05195211 A JP H05195211A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ホール部でのメタル膜のカバレッジの低下を
防止する。 【構成】 チャンバ２には排気口８と、アルゴンガス導
入口とＨｅガス導入口が設けられており、排気能力とＡ
ｒ流量及びＨｅ流量の調節により、スパッタリング圧力
を数ｍTorr程度に調節する。混合ガスの組成を例えばＡ
ｒ：Ｈｅ＝５０％：５０％とする。スパッタ原子がター
ゲット４から基板６へ到達するまでにＨｅ原子と衝突す
ることがあっても、スパッタ原子は直進性を維持し、コ
ンタクトホールやスルーホールの底部に到達して、ステ
ップカバレッジの低下しないＡｌ膜又はＡｌ合金膜１４
ａが形成される。
防止する。 【構成】 チャンバ２には排気口８と、アルゴンガス導
入口とＨｅガス導入口が設けられており、排気能力とＡ
ｒ流量及びＨｅ流量の調節により、スパッタリング圧力
を数ｍTorr程度に調節する。混合ガスの組成を例えばＡ
ｒ：Ｈｅ＝５０％：５０％とする。スパッタ原子がター
ゲット４から基板６へ到達するまでにＨｅ原子と衝突す
ることがあっても、スパッタ原子は直進性を維持し、コ
ンタクトホールやスルーホールの底部に到達して、ステ
ップカバレッジの低下しないＡｌ膜又はＡｌ合金膜１４
ａが形成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路装置を製
造するプロセスで、メタル配線に用いるＡｌ（アルミニ
ウム）又はＡｌ合金膜を形成するスパッタリング方法に
関するものである。
造するプロセスで、メタル配線に用いるＡｌ（アルミニ
ウム）又はＡｌ合金膜を形成するスパッタリング方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】スパッタリング方法では、図２（Ａ）に
示されるように、チャンバ２内でターゲット４とメタル
膜を堆積しようとする基板６とを対向して配置し、チャ
ンバ２内にスパッタリングガスとしてＡｒ（アルゴン）
を導入し、排気口８から排気してチャンバ２内を所定の
圧力に調節する。ターゲット４を陰極側とし、基板６を
陽極側として、チャンバ２内で放電を起こさせ、Ａｒイ
オンでターゲット４をスパッタリングし、ターゲット４
からのスパッタ原子を基板６上に堆積させてＡｌ膜又は
Ａｌ合金膜を形成する。
示されるように、チャンバ２内でターゲット４とメタル
膜を堆積しようとする基板６とを対向して配置し、チャ
ンバ２内にスパッタリングガスとしてＡｒ（アルゴン）
を導入し、排気口８から排気してチャンバ２内を所定の
圧力に調節する。ターゲット４を陰極側とし、基板６を
陽極側として、チャンバ２内で放電を起こさせ、Ａｒイ
オンでターゲット４をスパッタリングし、ターゲット４
からのスパッタ原子を基板６上に堆積させてＡｌ膜又は
Ａｌ合金膜を形成する。
【０００３】ターゲットに入射するイオンのスパッタ率
を測定した結果によれば、原子量が大きくなるに従って
スパッタ率も大きくなる傾向を示すが、特に不活性ガス
でスパッタ率が大きくなる。そのため、スパッタリング
ガスとしてはＮｅ（ネオン）、Ａｒ、Ｋｒ（クリプト
ン）、Ｘｅ（キセノン）などを用いることができるが、
主としてＡｒが主として用いられている。ＡｒはＫｒや
Ｘｅに比べて存在率が高く、そのため安価である。Ｈｅ
（ヘリウム）は原子量が小さすぎてスパッタ率が０に近
い。ＮｅはＡｒと比べると、スパッタ率が半分程度と小
さく、イオン化率も低い。このように、Ａｒは不活性ガ
スであること、スパッタ率が高いこと、安価であるこ
と、及びイオン化が容易であることから、主としてスパ
ッタリングガスとして用いられているのである。スパッ
タリングには反応性スパッタリングがあり、これはスパ
ッタリングガスのＡｒに加えてＮ2（窒素）やＯ2（酸
素）を添加するものである。Ｎ2やＯ2はターゲットを直
接にスパッタリングするのではなく、被スパッタ物（タ
ーゲット材）と反応して合金を成膜させるためのもので
ある。
を測定した結果によれば、原子量が大きくなるに従って
スパッタ率も大きくなる傾向を示すが、特に不活性ガス
でスパッタ率が大きくなる。そのため、スパッタリング
ガスとしてはＮｅ（ネオン）、Ａｒ、Ｋｒ（クリプト
ン）、Ｘｅ（キセノン）などを用いることができるが、
主としてＡｒが主として用いられている。ＡｒはＫｒや
Ｘｅに比べて存在率が高く、そのため安価である。Ｈｅ
（ヘリウム）は原子量が小さすぎてスパッタ率が０に近
い。ＮｅはＡｒと比べると、スパッタ率が半分程度と小
さく、イオン化率も低い。このように、Ａｒは不活性ガ
スであること、スパッタ率が高いこと、安価であるこ
と、及びイオン化が容易であることから、主としてスパ
ッタリングガスとして用いられているのである。スパッ
タリングには反応性スパッタリングがあり、これはスパ
ッタリングガスのＡｒに加えてＮ2（窒素）やＯ2（酸
素）を添加するものである。Ｎ2やＯ2はターゲットを直
接にスパッタリングするのではなく、被スパッタ物（タ
ーゲット材）と反応して合金を成膜させるためのもので
ある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】半導体集積回路装置の
メタル配線として用いられるＡｌやＡｌにシリコンなど
を僅かに含有させたＡｌ合金は、Ａｒをスパッタリング
ガスに用いたスパッタリング法により形成されている
が、Ａｒ原子は原子量が３９．９４であり、Ａｌ原子の
原子量が２６．９８であるのに比べて重いため、スパッ
タリングされたＡｌ原子が基板に到達するまでに１回で
もちＡｒイオンやＡｒ原子と衝突すると、Ａｌ原子の直
進性を損う。衝突して散乱したＡｌ原子が他のＡｌ原子
やＡｒイオンゆＡｒ原子と衝突を繰り返し、基板付近で
は直進するＡｌ原子が非常に少なくなる。その様子は、
図２（Ｂ）に模式的に示すような状態である。図２
（Ｂ）で、黒丸はＡｌ原子、白丸はＡｒイオン又はＡｒ
原子を表わしている。その結果、コンタクトホール部や
スルーホール部ではホールの底部へ入り込むスパッタ原
子が減り、ホール上部でオーバーハング状態に被着す
る。その結果、ホール底部へのスパッタ原子の入り込み
がますます減少し、ホール底部及び側部での成膜率が低
下して、図２（Ｃ）のような薄膜１４が形成され、その
後のメタル配線でのエレクトロマイグレーションなどに
よる断線の原因となる。なお、図２（Ｂ），（Ｃ）で、
１０はメタル配線を形成しようとする基板、１２は層間
絶縁膜であり、コンタクトホールが形成されている状態
を表わしている。ａはメタル膜のオーバハング状の部分
を表わしている。
メタル配線として用いられるＡｌやＡｌにシリコンなど
を僅かに含有させたＡｌ合金は、Ａｒをスパッタリング
ガスに用いたスパッタリング法により形成されている
が、Ａｒ原子は原子量が３９．９４であり、Ａｌ原子の
原子量が２６．９８であるのに比べて重いため、スパッ
タリングされたＡｌ原子が基板に到達するまでに１回で
もちＡｒイオンやＡｒ原子と衝突すると、Ａｌ原子の直
進性を損う。衝突して散乱したＡｌ原子が他のＡｌ原子
やＡｒイオンゆＡｒ原子と衝突を繰り返し、基板付近で
は直進するＡｌ原子が非常に少なくなる。その様子は、
図２（Ｂ）に模式的に示すような状態である。図２
（Ｂ）で、黒丸はＡｌ原子、白丸はＡｒイオン又はＡｒ
原子を表わしている。その結果、コンタクトホール部や
スルーホール部ではホールの底部へ入り込むスパッタ原
子が減り、ホール上部でオーバーハング状態に被着す
る。その結果、ホール底部へのスパッタ原子の入り込み
がますます減少し、ホール底部及び側部での成膜率が低
下して、図２（Ｃ）のような薄膜１４が形成され、その
後のメタル配線でのエレクトロマイグレーションなどに
よる断線の原因となる。なお、図２（Ｂ），（Ｃ）で、
１０はメタル配線を形成しようとする基板、１２は層間
絶縁膜であり、コンタクトホールが形成されている状態
を表わしている。ａはメタル膜のオーバハング状の部分
を表わしている。
【０００５】スパッタ原子とＡｒイオンやＡｒ原子との
衝突の確率を減らすために、Ａｒガス圧を低下させるこ
とが試みられているが、１ｍTorr以下では放電が安定せ
ず、スパッタリングが困難になる。本発明はＡｌ又はＡ
ｌ合金のスパッタ原子の直進性を維持することにより、
コンタクトホールやスルーホールでのメタル膜のステッ
プカバレッジの低下を防止することのできるスパッタリ
ング方法を提供することを目的とするものである。
衝突の確率を減らすために、Ａｒガス圧を低下させるこ
とが試みられているが、１ｍTorr以下では放電が安定せ
ず、スパッタリングが困難になる。本発明はＡｌ又はＡ
ｌ合金のスパッタ原子の直進性を維持することにより、
コンタクトホールやスルーホールでのメタル膜のステッ
プカバレッジの低下を防止することのできるスパッタリ
ング方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のスパッタリング
方法では、スパッタリングのためにチャンバに導入する
不活性ガスとして、ＡｒとＡｒ以外の不活性ガスとの混
合ガスを用いる。Ａｒ以外の不活性ガスは、Ａｌより原
子量の小さい元素が好ましく、具体的にはＨｅ又はＮｅ
である。成膜を効率的に行なうためには、ターゲットに
対向して配置された基板形状とスパッタリング経過時間
の一方又は両方に応じてチャンバ内の不活性ガスの組成
を調節すればよい。本発明の方法は、ダイオードスパッ
タリング法、多極スパッタリング法、マグネトロンスパ
ッタリング法など、種々の方式のスパッタリング方法に
適用することができる。
方法では、スパッタリングのためにチャンバに導入する
不活性ガスとして、ＡｒとＡｒ以外の不活性ガスとの混
合ガスを用いる。Ａｒ以外の不活性ガスは、Ａｌより原
子量の小さい元素が好ましく、具体的にはＨｅ又はＮｅ
である。成膜を効率的に行なうためには、ターゲットに
対向して配置された基板形状とスパッタリング経過時間
の一方又は両方に応じてチャンバ内の不活性ガスの組成
を調節すればよい。本発明の方法は、ダイオードスパッ
タリング法、多極スパッタリング法、マグネトロンスパ
ッタリング法など、種々の方式のスパッタリング方法に
適用することができる。
【０００７】
【作用】ＨｅやＮｅはＡｒに比べてスパッタ率が低く、
スパッタリング用としては主にＡｒが作用し、ＨｅやＮ
ｅはガスの圧力を調節する作用をする。ＡｒにＨｅやＮ
ｅを混合することにより、チャンバ内の圧力を数ｍTorr
程度にして放電を行なわせることができ、放電が安定す
る。放電が始まりスパッタリングが開始されると、スパ
ッタ原子がターゲットと対向した基板方向へ飛ぶ。スパ
ッタ原子が基板に到達するまでにＨｅ原子やＮｅ原子と
衝突しても、ＨｅやＮｅの原子量がＡｌより小さいた
め、スパッタ原子は直進性を損うことなく基板へ到達す
ることができる。直進性を失っていないスパッタ原子
は、コンタクトホールやスルーホールの底部に容易に到
達する。
スパッタリング用としては主にＡｒが作用し、ＨｅやＮ
ｅはガスの圧力を調節する作用をする。ＡｒにＨｅやＮ
ｅを混合することにより、チャンバ内の圧力を数ｍTorr
程度にして放電を行なわせることができ、放電が安定す
る。放電が始まりスパッタリングが開始されると、スパ
ッタ原子がターゲットと対向した基板方向へ飛ぶ。スパ
ッタ原子が基板に到達するまでにＨｅ原子やＮｅ原子と
衝突しても、ＨｅやＮｅの原子量がＡｌより小さいた
め、スパッタ原子は直進性を損うことなく基板へ到達す
ることができる。直進性を失っていないスパッタ原子
は、コンタクトホールやスルーホールの底部に容易に到
達する。
【０００８】
【実施例】図１（Ａ）は本発明が適用されるスパッタリ
ング装置を概略的に表わしたものである。図２と同じ部
分には同じ符号を用いる。チャンバ２内でターゲット２
に対向して基板６が配置され、ターゲット４が陰極側、
基板６が陽極側に接続される。チャンバ２には排気口８
と、アルゴンガス導入口とＨｅガス導入口が設けられて
いる。排気能力とＡｒ流量及びＨｅ流量の調節により、
スパッタリング圧力を数ｍTorr程度に調節する。チャン
バ内の混合ガスの組成は、例えばＡｒ：Ｈｅ＝５０％：
５０％（モル％）である。
ング装置を概略的に表わしたものである。図２と同じ部
分には同じ符号を用いる。チャンバ２内でターゲット２
に対向して基板６が配置され、ターゲット４が陰極側、
基板６が陽極側に接続される。チャンバ２には排気口８
と、アルゴンガス導入口とＨｅガス導入口が設けられて
いる。排気能力とＡｒ流量及びＨｅ流量の調節により、
スパッタリング圧力を数ｍTorr程度に調節する。チャン
バ内の混合ガスの組成は、例えばＡｒ：Ｈｅ＝５０％：
５０％（モル％）である。
【０００９】放電を起こさせ、スパッタリングを開始さ
せる。スパッタ原子がターゲット４から基板６へ到達す
るまでにＨｅ原子と衝突することがあっても、スパッタ
原子は直進性を維持し、コンタクトホールやスルーホー
ルの底部に到達する。この様子は図１（Ｂ）に模式的に
表わされている。図１（Ｂ）で、黒丸はＡｌ原子、大き
い白丸はＡｒイオン又はＡｒ原子、小さい白丸はＨｅイ
オン又はＨｅ原子を表わしている。その結果、図１
（Ｃ）に示されるように、ステップカバレッジが低下し
ないＡｌ膜又はＡｌ合金膜１４ａが形成される。図１
で、Ａｒガスと混合するガスをＮｅガスとしても、同様
の効果を得ることができる。
せる。スパッタ原子がターゲット４から基板６へ到達す
るまでにＨｅ原子と衝突することがあっても、スパッタ
原子は直進性を維持し、コンタクトホールやスルーホー
ルの底部に到達する。この様子は図１（Ｂ）に模式的に
表わされている。図１（Ｂ）で、黒丸はＡｌ原子、大き
い白丸はＡｒイオン又はＡｒ原子、小さい白丸はＨｅイ
オン又はＨｅ原子を表わしている。その結果、図１
（Ｃ）に示されるように、ステップカバレッジが低下し
ないＡｌ膜又はＡｌ合金膜１４ａが形成される。図１
で、Ａｒガスと混合するガスをＮｅガスとしても、同様
の効果を得ることができる。
【００１０】チャンバ内の混合ガスの組成を変えること
により、スパッタ速度と、堆積した薄膜の特性が変わ
る。Ａｒと混合するＨｅやＮｅの割合を大きくすると、
コンタクトホールやスルーホールへの薄膜のステップカ
バレッジはよくなるが、スパッタ速度は低下する。逆
に、ＨｅゃＮｅを少なくすると、ステップカバレッジは
悪くなるが、スパッタ速度は大きくなる。そのため、ス
パッタリングの初期の段階ではＨｅやＮｅの割合を多く
して膜質を向上させ、途中からＨｅやＮｅの割合を少な
くしてスパッタ速度を上げるようにすることができる。
により、スパッタ速度と、堆積した薄膜の特性が変わ
る。Ａｒと混合するＨｅやＮｅの割合を大きくすると、
コンタクトホールやスルーホールへの薄膜のステップカ
バレッジはよくなるが、スパッタ速度は低下する。逆
に、ＨｅゃＮｅを少なくすると、ステップカバレッジは
悪くなるが、スパッタ速度は大きくなる。そのため、ス
パッタリングの初期の段階ではＨｅやＮｅの割合を多く
して膜質を向上させ、途中からＨｅやＮｅの割合を少な
くしてスパッタ速度を上げるようにすることができる。
【００１１】メタル膜を形成しようとする基板の形状に
よっても不活性ガスの組成を変えることができる。例え
ば、垂直な側壁のコンタクトホールやスルーホールをも
つ基板では、ＨｅゃＮｅの割合を多くしてステップカバ
レッジのよいメタル膜を堆積させ、すり鉢状のコンタク
トホールなどではＨｅゃＮｅの割合を少なくしてもステ
ップカバレッジが悪くならないので、すり鉢状のコンタ
クトホールをもつ基板ではＨｅゃＮｅの割合を少なくし
てスパッタリングを行なえば、スパッタ速度を大きくす
ることができる。このように、基板の形状やスパッタリ
ングの経過時間に合わせてチャンバ内の不活性ガスの混
合比を調節すれば、ステップカバレッジの低下を防止し
ながら効率よく成膜を行なうことができる。
よっても不活性ガスの組成を変えることができる。例え
ば、垂直な側壁のコンタクトホールやスルーホールをも
つ基板では、ＨｅゃＮｅの割合を多くしてステップカバ
レッジのよいメタル膜を堆積させ、すり鉢状のコンタク
トホールなどではＨｅゃＮｅの割合を少なくしてもステ
ップカバレッジが悪くならないので、すり鉢状のコンタ
クトホールをもつ基板ではＨｅゃＮｅの割合を少なくし
てスパッタリングを行なえば、スパッタ速度を大きくす
ることができる。このように、基板の形状やスパッタリ
ングの経過時間に合わせてチャンバ内の不活性ガスの混
合比を調節すれば、ステップカバレッジの低下を防止し
ながら効率よく成膜を行なうことができる。
【００１２】
【発明の効果】本発明ではＡｌ膜又はＡｌ合金膜を形成
する際、チャンバ内のガスとしてＡｒにＨｅやＮｅなど
のＡｌより原子量の小さい不活性ガスを混合したので、
スパッタ原子の直進性を維持し、ステップカバレッジの
優れたメタル膜を形成することができる。また、基板の
形状やスパッタリング経過時間に応じて不活性ガスの組
成を調節すれば、ステップカバレッジの低下を防止しな
がら、効率よくメタル膜を形成することができる。
する際、チャンバ内のガスとしてＡｒにＨｅやＮｅなど
のＡｌより原子量の小さい不活性ガスを混合したので、
スパッタ原子の直進性を維持し、ステップカバレッジの
優れたメタル膜を形成することができる。また、基板の
形状やスパッタリング経過時間に応じて不活性ガスの組
成を調節すれば、ステップカバレッジの低下を防止しな
がら、効率よくメタル膜を形成することができる。
【図１】本発明を示す図であり、（Ａ）はスパッタリン
グ装置の一例を概略的に示す図、（Ｂ）はコンタクトホ
ールへのスパッタ原子の飛来の状態を示す断面図、
（Ｃ）は得られるメタル膜を示す断面図である。
グ装置の一例を概略的に示す図、（Ｂ）はコンタクトホ
ールへのスパッタ原子の飛来の状態を示す断面図、
（Ｃ）は得られるメタル膜を示す断面図である。
【図２】従来のスパッタリング方法を示す図であり、
（Ａ）はスパッタリング装置の一例を概略的に示す図、
（Ｂ）はコンタクトホールへのスパッタ原子の飛来の状
態を示す断面図、（Ｃ）は得られるメタル膜を示す断面
図である。
（Ａ）はスパッタリング装置の一例を概略的に示す図、
（Ｂ）はコンタクトホールへのスパッタ原子の飛来の状
態を示す断面図、（Ｃ）は得られるメタル膜を示す断面
図である。
２ チャンバ ４ ターゲット ６ 基板 ８ 排気口 １０ シリコン基板 １２ 層間絶縁膜 １４ａ アルミニウム膜
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年１２月１８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
Claims (3)
- 【請求項１】 不活性ガスイオンをＡｌ又はＡｌ合金の
ターゲットに入射させ、ターゲットからのスパッタ原子
をターゲットに対向して配置された基板上に堆積させて
Ａｌ膜又はＡｌ合金膜を形成する方法において、前記不
活性ガスとしてＡｒとＡｒ以外の不活性ガスとの混合ガ
スを用いることを特徴とするスパッタリング方法。 - 【請求項２】 Ａｒ以外の不活性ガスはＡｌより原子量
の小さい元素である請求１に記載のスパッタリング方
法。 - 【請求項３】 ターゲットに対向して配置された基板形
状とスパッタリング経過時間の一方又は両方に応じて前
記混合ガスの組成を調節する請求項１に記載のスパッタ
リング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34240191A JPH05195211A (ja) | 1991-11-30 | 1991-11-30 | Ａｌ又はＡｌ合金のスパッタリング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34240191A JPH05195211A (ja) | 1991-11-30 | 1991-11-30 | Ａｌ又はＡｌ合金のスパッタリング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05195211A true JPH05195211A (ja) | 1993-08-03 |
Family
ID=18353440
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34240191A Pending JPH05195211A (ja) | 1991-11-30 | 1991-11-30 | Ａｌ又はＡｌ合金のスパッタリング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05195211A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006037172A (ja) * | 2004-07-28 | 2006-02-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | スパッタリング方法 |
| KR100701365B1 (ko) * | 2003-12-12 | 2007-03-28 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | Ｐｖｄ 시 플라즈마 소스에 따른 스퍼터링 효과 개선 방법및 장치 |
| US20210404053A1 (en) * | 2018-08-14 | 2021-12-30 | Viavi Solutions Inc. | Argon-helium based coating |
-
1991
- 1991-11-30 JP JP34240191A patent/JPH05195211A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100701365B1 (ko) * | 2003-12-12 | 2007-03-28 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | Ｐｖｄ 시 플라즈마 소스에 따른 스퍼터링 효과 개선 방법및 장치 |
| JP2006037172A (ja) * | 2004-07-28 | 2006-02-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | スパッタリング方法 |
| US20210404053A1 (en) * | 2018-08-14 | 2021-12-30 | Viavi Solutions Inc. | Argon-helium based coating |
| US12331390B2 (en) * | 2018-08-14 | 2025-06-17 | Via Vi Solutions Inc. | Argon-helium based coating |
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