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JPH0521428A - Formation method of conductive thin film - Google Patents

Formation method of conductive thin film

Info

Publication number
JPH0521428A
JPH0521428A JP17514991A JP17514991A JPH0521428A JP H0521428 A JPH0521428 A JP H0521428A JP 17514991 A JP17514991 A JP 17514991A JP 17514991 A JP17514991 A JP 17514991A JP H0521428 A JPH0521428 A JP H0521428A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
thin film
film
conductive thin
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP17514991A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Toyoda
啓 豊田
Masahiko Hasunuma
正彦 蓮沼
Yoshiko Kobanawa
佳子 小塙
Takashi Kawanoue
孝 川ノ上
Hisafumi Kaneko
尚史 金子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP17514991A priority Critical patent/JPH0521428A/en
Publication of JPH0521428A publication Critical patent/JPH0521428A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enhance the orientation property of the conductive thin film by a method wherein the temperature of a semiconductor substrate and the deposition speed of a conductive material are set within a specific range when the conductive material is vapor-deposited and formed on the substrate via an amorphous film or a polycrystalline film. CONSTITUTION:The following are installed inside a vacuum chamber 1: a substrate 2 provided with a substrate temperature regulator 3; and a target 4 which is provided with an RF power supply 5, a low-pass filter 6 and a DC power supply 7. A sputtering gas is introduced into the vacuum chamber 1 from a sputtering-gas introduction port via a mass-flow controller 10 and a gas- temperature control device 9; it is discharged from an evacuation port 11. hen a conductive thin film is formed on the substrate via an amorphous film or a polycrystalline film by using this apparatus, the temperature of the substrate is set at 50 deg.C or lower and the deposition speed of a conductive material is set at 1.5X10<6> atoms/cm<2>.sec or higher and 1.0X10<18> atoms/cm<2>.sec or lower. Thereby, it is possible to form the conductive thin film whose orientation property and crystallinity are good.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、結晶性の良好な導電性
薄膜の形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a conductive thin film having good crystallinity.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体基板上のアモルファス絶縁膜また
は多結晶絶縁膜上に導電性薄膜を形成する方法として、
これまで、スパッタリング法等の物理蒸着法やCVD法
等の化学蒸着法が多く用いられている。
2. Description of the Related Art As a method for forming a conductive thin film on an amorphous insulating film or a polycrystalline insulating film on a semiconductor substrate,
Heretofore, physical vapor deposition methods such as sputtering methods and chemical vapor deposition methods such as CVD methods have been widely used.

【0003】しかし、従来の方法によってアモルファス
絶縁膜または多結晶絶縁膜上に形成された導電性薄膜
は、薄膜を形成した後の熱処理により配向性の低い多結
晶体となるため、たとえばこのような薄膜を半導体装置
の配線に適用した場合、この配線内に粒界が多数存在し
ていた。
However, a conductive thin film formed on an amorphous insulating film or a polycrystalline insulating film by a conventional method becomes a polycrystal having a low orientation by a heat treatment after the thin film is formed. When the thin film was applied to the wiring of a semiconductor device, many grain boundaries existed in this wiring.

【0004】ところで近年、半導体装置の集積度の向上
とともに配線加工幅が狭くなるに従い、薄膜の応力に起
因するストレスマイグレーションや高い電流密度に起因
するエレクトロマイグレーションによる配線の断線が半
導体装置の信頼性を低下させる要因となっている。この
配線の断線は、前記薄膜の配線内に多数存在している粒
界との関係で大きな問題となっている。たとえば、配線
用のアルミニウム薄膜についてストレスマイグレーショ
ンやエレクトロマイグレーションの現象を解析した次の
報告がある。
By the way, in recent years, as the integration width of semiconductor devices has been improved and the wiring width has been narrowed, the disconnection of the wiring due to stress migration due to the stress of the thin film or electromigration due to the high current density will increase the reliability of the semiconductor device. It is a factor that lowers the price. This disconnection of the wiring is a serious problem in relation to the grain boundaries existing in large numbers in the thin film wiring. For example, the following reports have analyzed the phenomena of stress migration and electromigration in an aluminum thin film for wiring.

【0005】H.KANEKOらは27th Annual Proc.IRPS, pp1
94-199 の中でストレスマイグレーションでは(11
1)面が対向する粒界においてスリット状の欠損を生じ
ることを報告し、(111)配向膜ではこのような粒界
を排除できるため断線に至らないことを明らかにしてい
る。またエレクトロマイグレーションについては、S.VA
IDYAらはThin Solid Films, VOL.75 pp253-259の中で
(111)面の配向性が強く、粒径の大きな配線ほど寿
命の長いことを報告している。
H.KANEKO et al. 27th Annual Proc.IRPS, pp1
In 94-199, stress migration (11
It has been reported that slit-like defects are generated at grain boundaries where (1) faces face each other, and it is clarified that such a grain boundary can be eliminated in a (111) oriented film, so that no wire breakage occurs. Regarding electromigration, S.VA
IDYA et al. Have reported that in Thin Solid Films, VOL.75 pp253-259, the orientation of the (111) plane is strong and the larger the grain size, the longer the life.

【0006】以上の報告は、アモルファス絶縁膜または
多結晶絶縁膜上で、たとえば、アルミニウムの場合(1
11)配向性の高い導電性薄膜を形成することができれ
ば、ストレスマイグレーションやエレクトロマイグレー
ションに対する耐性を高めることができることを示して
いる。
[0006] The above report shows that, for example, in the case of aluminum on an amorphous insulating film or a polycrystalline insulating film (1
11) It has been shown that if a conductive thin film with high orientation can be formed, resistance to stress migration and electromigration can be increased.

【0007】しかしながら、アモルファス絶縁膜または
多結晶絶縁膜上に配向性の高い導電性薄膜を形成するこ
とは、従来、困難であった。特に、単結晶膜上にエピタ
キシャルに配向膜を形成するときに一般的な基板温度が
高く、蒸着粒子の堆積速度が遅い条件では配向性の低い
薄膜となり易かった。
However, it has been difficult to form a highly oriented conductive thin film on an amorphous insulating film or a polycrystalline insulating film. In particular, when an alignment film is epitaxially formed on a single crystal film, a substrate having a high substrate temperature and a low deposition rate of vapor deposition particles is likely to be a thin film having low orientation.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の従来の
問題点を解決するために成されたもので、アモルファス
または多結晶膜上で配線等に用いる導電性薄膜の配向性
を向上させ、信頼性の高い導電性薄膜の形成方法を提供
することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and improves the orientation of a conductive thin film used for wiring or the like on an amorphous or polycrystalline film, An object is to provide a method for forming a highly reliable conductive thin film.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の導電性薄膜の形
成方法は、基板上にアモルファス膜または多結晶膜を介
し、導電性材料を蒸着する導電性薄膜の形成方法におい
て、前記基板の温度が50℃以下であり、前記導電性材料
の蒸着粒子の堆積速度が 1.5×1016atoms/cm2 ・sec 以
上、 1.0×1018atoms/cm2 ・sec 以下であることを特徴
とする。
The method for forming a conductive thin film according to the present invention is a method for forming a conductive thin film in which a conductive material is deposited on a substrate through an amorphous film or a polycrystalline film. Is 50 ° C. or lower, and the deposition rate of vapor-deposited particles of the conductive material is 1.5 × 10 16 atoms / cm 2 · sec or more and 1.0 × 10 18 atoms / cm 2 · sec or less.

【0010】前記導電性材料としては、導電性が高いと
共に配向性の強い金属または合金を挙げることができ
る。特に、アルミニウム若しくはアルミニウムを主成分
とする合金または銅若しくは銅を主成分とする合金であ
ることが好ましい。アルミニウムおよび銅とも(11
1)面を最稠密面とする面心立方構造を有している。
The conductive material may be a metal or alloy having high conductivity and strong orientation. In particular, aluminum or an alloy containing aluminum as a main component or copper or an alloy containing copper as a main component is preferable. Both aluminum and copper (11
1) It has a face-centered cubic structure in which the plane is the densest plane.

【0011】本発明に係わる導電性薄膜の蒸着方法とし
ては、真空蒸着法、スパッタリング法、電子ビーム蒸着
法などの物理蒸着法およびCVD法などの化学蒸着法を
挙げることができる。これらの中でもスパッタリング法
は、蒸気圧が低く真空蒸着が困難な物質でも薄膜化可能
であることや膜堆積速度が大きいなどの利点があること
から、特に好ましい方法である。
Examples of the vapor deposition method of the conductive thin film according to the present invention include physical vapor deposition methods such as vacuum vapor deposition method, sputtering method, electron beam vapor deposition method and chemical vapor deposition methods such as CVD method. Among them, the sputtering method is a particularly preferable method because it has the advantages that it can form a thin film of a substance having a low vapor pressure and which is difficult to be vacuum-deposited, and has a high film deposition rate.

【0012】本発明の導電性薄膜の形成方法に使用する
のに特に好ましいスパッタリング装置を図1に示す。
FIG. 1 shows a sputtering apparatus particularly preferable for use in the method for forming a conductive thin film of the present invention.

【0013】真空チャンバ1内に基板温度調節器3を備
えた基板2とRF電源5、ローパスフィルタ6およびD
C電源7を備えたターゲット4とが設置されている。ス
パッタガスは、マスフローコントローラ10およびガス
温度制御装置9を経てスパッタガス導入口8より真空チ
ャンバ1内に導入され、排気口11より排出される。ス
パッタリング時の真空チャンバ1内のガス圧を高く保つ
ことができるように排気口11のコンダクタンスは低く
設定する。この理由は、プラズマ中に存在するガス原子
の密度を向上させることによりスパッタ粒子の平均自由
行程を小さくするためである。平均自由行程が小さくな
ることにより、スパッタ粒子とガス原子との衝突回数が
多くなるため、スパッタ粒子はエネルギーを失うことに
なる。また、スパッタ粒子とガス原子との衝突回数を多
くするために、基板2とターゲット4との距離も大きく
できるようになっている。スパッタガスの温度はガス温
度制御装置9により基板温度とは独立に設定できる。ガ
ス温度制御装置9の内部を図2に示す。ガスパイプ12
が恒温槽内部13でループ状になっており、スパッタガ
スはこの中を通過する間に設定温度となる。
A substrate 2 provided with a substrate temperature controller 3 in a vacuum chamber 1, an RF power source 5, a low-pass filter 6 and D.
A target 4 having a C power source 7 is installed. The sputter gas is introduced into the vacuum chamber 1 through the sputter gas inlet 8 through the mass flow controller 10 and the gas temperature controller 9, and is exhausted through the exhaust port 11. The conductance of the exhaust port 11 is set low so that the gas pressure in the vacuum chamber 1 during sputtering can be kept high. The reason for this is that the mean free path of sputtered particles is reduced by increasing the density of gas atoms present in the plasma. Since the mean free path becomes smaller, the number of collisions between the sputtered particles and the gas atoms increases, so that the sputtered particles lose energy. In addition, the distance between the substrate 2 and the target 4 can be increased in order to increase the number of collisions between sputtered particles and gas atoms. The temperature of the sputtering gas can be set independently of the substrate temperature by the gas temperature control device 9. The inside of the gas temperature control device 9 is shown in FIG. Gas pipe 12
Has a loop shape inside the constant temperature chamber 13, and the sputtering gas reaches the set temperature while passing through the inside.

【0014】図1の装置においては、スパッタ粒子は基
板2に到達するまでにほぼスパッタガス温度と同じ程度
のエネルギーしか持っておらず、基板の温度上昇や損傷
といった現象を起こさない上、エネルギーが非常に均一
に揃っている。このためのスパッタガス圧力としては、
1×10-2 Torr 以上が望ましい。また基板2とターゲッ
ト4との距離は100mm 以上が望ましい。スパッタ粒子の
エネルギーは、スパッタガスの温度を制御することによ
り変化させることができる。
In the apparatus of FIG. 1, the sputtered particles have almost the same energy as the temperature of the sputter gas until reaching the substrate 2, and the phenomena such as temperature rise and damage of the substrate do not occur, and the energy is increased. Very uniform. The sputtering gas pressure for this is
1 × 10 -2 Torr or more is preferable. The distance between the substrate 2 and the target 4 is preferably 100 mm or more. The energy of sputtered particles can be changed by controlling the temperature of the sputtering gas.

【0015】前記導電性薄膜を蒸着するときの基板温度
は、50℃以下である。この理由は、50℃を越えると、た
とえば導電性材料がアルミニウムの場合、(200)面
等の(111)面以外の面が出現するようになるため配
向性が低下するからである。なお、基板温度の下限は、
通常のスパッタリング法で行われている最低の温度で、
たとえば-196℃である。
The substrate temperature when depositing the conductive thin film is 50 ° C. or lower. The reason for this is that when the temperature exceeds 50 ° C., for example, when the conductive material is aluminum, a plane other than the (111) plane such as the (200) plane appears and the orientation decreases. The lower limit of the substrate temperature is
At the lowest temperature used in normal sputtering,
For example, -196 ° C.

【0016】前記導電性材料の蒸着粒子の堆積速度は
1.5×1016atoms/cm2 ・sec 以上、1.0×1018atoms/cm2
・sec 以下である。 1.5×1016atoms/cm2 ・sec 未満で
は(111)面が優先配向するものの、結晶性が十分で
なく、また 1.0×1018atoms/cm2 ・ secを越えると蒸着
粒子の持っているエネルギーによるアモルファスまたは
多結晶絶縁膜の温度上昇が顕著となり、好ましくない。
より好ましい堆積速度の範囲は 1.0×1017atoms/cm2
sec 〜 8.0×1017atoms/cm2 ・sec である。このため、
前記スパッタリング装置は蒸着粒子を 1.0×1016atoms/
cm2 ・sec 以上の速度で堆積できるものであることが必
要である。
The deposition rate of the vapor deposition particles of the conductive material is
1.5 × 10 16 atoms / cm 2 sec or more, 1.0 × 10 18 atoms / cm 2
・ It is less than sec. If it is less than 1.5 × 10 16 atoms / cm 2 · sec, the (111) plane is preferentially oriented, but the crystallinity is not sufficient, and if it exceeds 1.0 × 10 18 atoms / cm 2 · sec, the energy of the vapor deposition particles is large. As a result, the temperature rise of the amorphous or polycrystalline insulating film becomes remarkable, which is not preferable.
A more preferable range of deposition rate is 1.0 × 10 17 atoms / cm 2 ·
sec ~ 8.0 × 10 17 atoms / cm 2 · sec. For this reason,
The sputtering apparatus uses 1.0 × 10 16 atoms /
It must be able to be deposited at a rate of cm 2 · sec or more.

【0017】なお、蒸着粒子の堆積速度はターゲット印
加電力を変化させることにより、調節する。たとえば、
前記の 1.5×1016atoms/cm2 ・sec 以上、 1.0×1018at
oms/cm2 ・sec 以下の範囲の堆積速度を得るためには、
0.1 〜 10 W/cm2 のターゲット印加電力が必要とな
る。
The deposition rate of the vapor deposition particles is adjusted by changing the power applied to the target. For example,
1.5 × 10 16 atoms / cm 2 · sec or more, 1.0 × 10 18 at
To obtain a deposition rate in the range of oms / cm 2 · sec or less,
A target applied power of 0.1 to 10 W / cm 2 is required.

【0018】[0018]

【作用】基板が単結晶の場合には基板温度をある程度高
くすることにより、基板表面と蒸着粒子の相互作用を活
性化し、基板と類似の配向性を得ることは広く行われて
いる。しかし基板がアモルファスの場合には、自由な運
動を行なう蒸着粒子と基板との面方位に関する相互作用
がないため、蒸着粒子は基板との界面エネルギーの低い
状態に落ち着こうとする。このためアルミニウム、銅等
の面心立方構造では最も安定な面である(111)面が
優先的に配向するが、基板温度を高くするとかえって面
による界面エネルギーの差が小さくなり、他の面(たと
えば(200)面)が出現する。
When the substrate is a single crystal, it is widely practiced to raise the substrate temperature to some extent to activate the interaction between the surface of the substrate and the vapor-deposited particles and obtain an orientation similar to that of the substrate. However, when the substrate is amorphous, there is no interaction between the vapor-deposited particles that move freely and the plane orientation of the substrate, and the vapor-deposited particles tend to settle in a state where the interface energy with the substrate is low. For this reason, the (111) plane, which is the most stable plane in the face-centered cubic structure of aluminum, copper, or the like, is preferentially oriented, but when the substrate temperature is raised, the difference in interfacial energy between the planes becomes small and other planes ( For example, (200) plane appears.

【0019】図1の装置を用いて、熱酸化膜のついたシ
リコン基板上にアルミニウムをスパッタリングしたとき
の基板温度とアルミニウム薄膜のX線回折による(11
1)ピークと(200)ピークの強度の変化を図3に示
す。このように基板温度が50℃以下では(111)ピー
ク以外は見られないのに対し、50℃を越えると(20
0)ピークが次第に現れてくる。
Using the apparatus shown in FIG. 1, the substrate temperature when aluminum is sputtered on a silicon substrate having a thermal oxide film and the X-ray diffraction of the aluminum thin film (11)
The change in intensity of the 1) peak and the (200) peak is shown in FIG. As described above, when the substrate temperature is 50 ° C. or lower, only the (111) peak is observed, whereas when the substrate temperature is higher than 50 ° C. (20
0) The peak gradually appears.

【0020】膜堆積速度は、基板が単結晶の場合には基
板上で蒸着粒子が十分運動し、基板との相互作用で安定
点に堆積するように比較的堆積速度を小さくするのが普
通である。たとえば、従来の真空蒸着法では膜堆積速度
が1012atoms/cm2 ・sec 程度、スパッタリング法におい
ても1014atoms/cm2 ・sec 程度である。
When the substrate is a single crystal, the film deposition rate is usually set to a relatively low rate so that the vapor deposition particles move sufficiently on the substrate and interact with the substrate to deposit at a stable point. is there. For example, the film deposition rate is about 10 12 atoms / cm 2 · sec in the conventional vacuum deposition method, and about 10 14 atoms / cm 2 · sec in the sputtering method.

【0021】これに比べて本発明の方法によれば、膜堆
積速度は数桁大きい値で薄膜の配向性、結晶性が著しく
向上することを見いだした。
On the other hand, according to the method of the present invention, it was found that the film deposition rate was several orders of magnitude higher and the orientation and crystallinity of the thin film were significantly improved.

【0022】図4は室温における膜堆積速度と導電性薄
膜のX線回折による(111)ピークの強度を示した図
である。膜堆積速度が 1.5×1016atoms/cm2 ・sec より
小さい領域では(111)ピークは優先配向するが、結
晶性が悪いためピーク強度が小さい。膜堆積速度が 1.5
×1016atoms/cm2 ・ secより大きい条件ではピーク強度
も大きくなり、薄膜の配向性および結晶性が著しく向上
していることがわかる。 この理由は次のように考えら
れる。
FIG. 4 is a diagram showing the film deposition rate at room temperature and the intensity of the (111) peak by X-ray diffraction of the conductive thin film. In the region where the film deposition rate is smaller than 1.5 × 10 16 atoms / cm 2 · sec, the (111) peak is preferentially oriented, but the peak intensity is small due to poor crystallinity. Film deposition rate is 1.5
Under the condition of more than × 10 16 atoms / cm 2 · sec, the peak intensity also becomes large, and it can be seen that the orientation and crystallinity of the thin film are significantly improved. The reason for this is considered as follows.

【0023】薄膜の配向性は薄膜形成時、すなわち核が
発生した後成長して島となり、その島が繋がって連続膜
が形成された時点で決定される。
The orientation of the thin film is determined at the time of forming the thin film, that is, at the time when the island grows into an island and the island is connected to form a continuous film.

【0024】膜の堆積する下地がアモルファスの場合に
は、核の発生するサイトといったものは存在せず、粒子
同士の衝突によって核が形成される。膜堆積速度を増大
させると単位時間あたりに基板表面に到達する粒子の数
が増えて衝突頻度が向上するため、核発生密度が高くな
る。これらの核は粒子を捕獲して島を形成するが、島は
数十原子からなり、内部には結晶が存在して界面エネル
ギーの低い状態に落ち着く傾向を示すようになる。本発
明の導電性薄膜の形成方法のように膜堆積速度が数桁大
きいと、核発生密度の向上とともに島の密度も高くな
り、膜形成段階の早い時期から結晶性の島が高密度に形
成される。
When the base on which the film is deposited is amorphous, there are no sites where nuclei are generated, and nuclei are formed by collision of particles. When the film deposition rate is increased, the number of particles that reach the surface of the substrate per unit time is increased and the collision frequency is improved, so that the nucleus generation density is increased. These nuclei capture particles to form islands, and the islands consist of several tens of atoms, and crystals are present inside and tend to settle in a state of low interfacial energy. When the film deposition rate is several orders of magnitude higher as in the method for forming a conductive thin film of the present invention, the density of islands increases as the nucleus generation density increases, and crystalline islands are formed at high density from the early stage of the film formation step. To be done.

【0025】さらに本発明の方法によれば、島が高密度
に形成されることにより島と島の間隔が小さくなるた
め、表面の凹凸の少ない平滑性に優れた薄膜となる。
Further, according to the method of the present invention, since the islands are formed at a high density and the distance between the islands is reduced, a thin film having less surface irregularities and excellent in smoothness is obtained.

【0026】しかし膜堆積速度が 1.0×1018atoms/cm2
・sec を越えると蒸着粒子の持つエネルギーにより下地
の温度上昇が顕著となり、好ましくない。
However, the film deposition rate is 1.0 × 10 18 atoms / cm 2
・ If it exceeds sec, the temperature rise of the base becomes remarkable due to the energy of the vapor deposition particles, which is not preferable.

【0027】また基板が多結晶の場合でも、前記のよう
に基板温度が十分に低く設定されていれば、膜堆積速度
を大きくしてアモルファスと同様に扱うことができる。
Further, even when the substrate is polycrystal, if the substrate temperature is set sufficiently low as described above, the film deposition rate can be increased and it can be treated in the same manner as amorphous.

【0028】[0028]

【実施例】以下に本発明の実施例を詳細に説明する。EXAMPLES Examples of the present invention will be described in detail below.

【0029】図1の装置を用いスパッタリング法により
導電性薄膜を形成した。基板は表面に1000オングストロ
ームの厚さの熱酸化膜のついた 6インチのシリコン基板
を用いた。表面の不純物を取り除くため十分な洗浄処理
を行った後、導電性材料としてアルミニウムを以下の条
件でスパッタした。
A conductive thin film was formed by the sputtering method using the apparatus shown in FIG. The substrate used was a 6-inch silicon substrate with a 1000 angstrom thick thermal oxide film on the surface. After performing a sufficient cleaning treatment to remove impurities on the surface, aluminum was sputtered as a conductive material under the following conditions.

【0030】 スパッタ方式:RFマグネトロン方式 ターゲット: 140mmφのアルミニウム(Al)板 基板温度:室温(25℃) 基板−ターゲット間距離:150mm スパッタガス:アルゴン(Ar) ガス圧力: 1×10-2Torr ターゲットバイアス: 200V ターゲット印加電力: 5W/cm2 膜厚: 4000 オングストローム ターゲットバイアスを一定にしてターゲットに印加する
RF電力を変化させることにより膜堆積速度を制御し
た。ターゲット印加電力 5W/cm2で膜堆積速度は、 1.
0×1017atoms/cm2・sec であった。スパッタ時間は膜厚
が4000オングストロームとなるように選んだ。こうして
作成した導電性薄膜は、X線回折により配向性および結
晶性を評価したところ(111)面のみが配向してい
た。
Sputtering method: RF magnetron method Target: 140 mmφ aluminum (Al) plate Substrate temperature: room temperature (25 ° C.) Substrate-target distance: 150 mm Sputtering gas: Argon (Ar) gas pressure: 1 × 10 -2 Torr target Bias: 200 V Target applied power: 5 W / cm 2 Film thickness: 4000 Å The film deposition rate was controlled by changing the RF power applied to the target while keeping the target bias constant. When the target applied power is 5 W / cm 2 , the film deposition rate is 1.
It was 0 × 10 17 atoms / cm 2 · sec. The sputtering time was chosen so that the film thickness was 4000 Å. When the orientation and crystallinity of the conductive thin film thus prepared were evaluated by X-ray diffraction, only the (111) plane was oriented.

【0031】この導電性薄膜を実際に配線に加工し、エ
レクトロマイグレーション試験を行った。試験片は以下
の工程で作成した。前記酸化膜上に形成したアルミニウ
ム薄膜に対し、所定部分へのレジスト塗布、マスクを用
いた露光、現像、エッチング等の一連の操作により図5
に示すように陽極14、陰極15、およびこれらの各電
極間を接続し 0.8μm の配線幅を有する配線部16を具
備した試験基板17を作成した。この試験基板17の配
線部16に対し、試験温度を 200℃とし、電流密度が 2
×106 A/cm2 に相当する電流を流し、その平均故障時
間を測定した。その結果を図6に、薄膜作成時の膜堆積
速度を変化させた比較例と共に示す。この図より膜堆積
速度が 1.5×1016atoms/cm2 ・sec より大きい条件で平
均故障時間が長くなり、配向性および結晶性が向上した
効果が現れていることがわかる。
This electroconductive thin film was actually processed into wiring and an electromigration test was conducted. The test piece was prepared by the following steps. The aluminum thin film formed on the oxide film is subjected to a series of operations such as resist coating on a predetermined portion, exposure using a mask, development, and etching, as shown in FIG.
A test substrate 17 having an anode 14, a cathode 15, and a wiring portion 16 having a wiring width of 0.8 μm connecting the respective electrodes as shown in FIG. With respect to the wiring portion 16 of the test board 17, the test temperature is set to 200 ° C. and the current density is set to 2
A current corresponding to × 10 6 A / cm 2 was passed and the average failure time was measured. The results are shown in FIG. 6 together with a comparative example in which the film deposition rate at the time of forming a thin film was changed. From this figure, it can be seen that the average failure time becomes longer under the condition that the film deposition rate is higher than 1.5 × 10 16 atoms / cm 2 · sec, and the effect of improving the orientation and the crystallinity appears.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
アモルファス膜や多結晶膜の上に、良好な配向性および
結晶性を有する導電性薄膜を形成することができ、この
ような導電性薄膜は、ストレスマイグレーションやエレ
クトロマイグレーションといった劣化現象に対する耐性
に優れ、サブミクロン配線においても信頼性の高い配線
に適用できる。さらに本発明の方法により形成された導
電性薄膜は、表面平滑性も改善される。
As described in detail above, according to the present invention,
A conductive thin film having good orientation and crystallinity can be formed on an amorphous film or a polycrystalline film, and such a conductive thin film has excellent resistance to deterioration phenomena such as stress migration and electromigration, It can be applied to highly reliable wiring even in submicron wiring. Further, the conductive thin film formed by the method of the present invention also has improved surface smoothness.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に使用するスパッタリング装置を示す図
である。
FIG. 1 is a diagram showing a sputtering apparatus used in the present invention.

【図2】ガス温度制御装置9の内部を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the inside of a gas temperature control device 9.

【図3】薄膜作成時の基板温度と薄膜のX線回折による
(111)ピークと(200)ピークの強度を示した図
である。
FIG. 3 is a diagram showing a substrate temperature at the time of forming a thin film and the intensities of a (111) peak and a (200) peak by X-ray diffraction of the thin film.

【図4】室温における膜堆積速度と薄膜のX線回折によ
る(111)ピークの強度を示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing a film deposition rate at room temperature and an intensity of a (111) peak by X-ray diffraction of a thin film.

【図5】本発明の方法によって配線部を形成した試験基
板を示した図である。
FIG. 5 is a diagram showing a test substrate on which a wiring portion is formed by the method of the present invention.

【図6】薄膜作成時の膜堆積速度と平均故障時間との関
係を示した図である。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a film deposition rate and a mean failure time when forming a thin film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1………真空チャンバ、2………基板、3………基板温
度調節器、4………ターゲット、5………RF電源、6
………ローパスフィルタ、7………DC電源、8………
スパッタガス導入口、9………ガス温度制御装置、10
………マスフローコントローラ、11………排気口、1
2………ガスパイプ、13………恒温槽内部、14……
…陽極、15………陰極、16………配線部、17……
…試験基板
1 ... Vacuum chamber, 2 ... Substrate, 3 ... Substrate temperature controller, 4 ... Target, 5 ... RF power supply, 6
……… Low-pass filter, 7 ……… DC power supply, 8 ………
Sputtering gas inlet, 9 ... Gas temperature control device, 10
……… Mass flow controller, 11 ……… Exhaust port, 1
2 ... Gas pipe, 13 ... Inside constant temperature bath, 14 ...
… Anode, 15 ………… Cathode, 16 ………… Wiring section, 17 ……
… Test board

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川ノ上 孝 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 金子 尚史 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝総合研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Takashi Kawanoue, 1 Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture, Toshiba Research Institute Ltd. (72) Inventor Naofumi Kaneko Komukai, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Toshiba Town No. 1 Inside Toshiba Research Institute, Inc.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 基板上にアモルファス膜または多結晶膜
を介し、導電性材料を蒸着する導電性薄膜の形成方法に
おいて、前記基板の温度が50℃以下であり、前記導電性
材料の蒸着粒子の堆積速度が 1.5×1016atoms/cm2 ・se
c 以上、 1.0×1018atoms/cm2 ・sec 以下であることを
特徴とする導電性薄膜の形成方法。
Claim: What is claimed is: 1. A method of forming a conductive thin film, comprising depositing a conductive material on a substrate through an amorphous film or a polycrystalline film, wherein the temperature of the substrate is 50 ° C. or lower, Deposition rate of vapor-deposited particles of a conductive material is 1.5 × 10 16 atoms / cm 2 · se
A method of forming a conductive thin film, characterized in that it is not less than c and not more than 1.0 × 10 18 atoms / cm 2 · sec.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6117784A (en) * 1997-11-12 2000-09-12 International Business Machines Corporation Process for integrated circuit wiring

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US6117784A (en) * 1997-11-12 2000-09-12 International Business Machines Corporation Process for integrated circuit wiring

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