JPS63137158A - アルミ薄膜の作製方法 - Google Patents
アルミ薄膜の作製方法Info
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- JPS63137158A JPS63137158A JP61283808A JP28380886A JPS63137158A JP S63137158 A JPS63137158 A JP S63137158A JP 61283808 A JP61283808 A JP 61283808A JP 28380886 A JP28380886 A JP 28380886A JP S63137158 A JPS63137158 A JP S63137158A
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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】
プ技術分野
この発明は、結晶性の良好なアルミ薄膜の作製方法に関
する。
する。
半導体集積回路に於て、単位素子の間を電気的に接続す
る配線の材料としてアルミ薄膜が多用される。
る配線の材料としてアルミ薄膜が多用される。
アルミは比較的安価であり、電気伝導率が高い。
また蒸着しやすいという利点があるからである。
さらに、腐蝕などに対しても比較的強い。
半導体に限らず、誘電体などの基板にもアルミ薄膜全形
成する事はよくある事である。
成する事はよくある事である。
(イ)従来技術
半導体基板、又は絶縁体基板の上に、アルミ薄膜を形成
するには、従来、真空蒸着法が用いられてきた。
するには、従来、真空蒸着法が用いられてきた。
10 〜10 Torr程度の真空に引いた容器の中
で、基板を適当な温度に加熱しておき、アルミ材料全加
熱溶融させて、蒸発させる。アルミの蒸気が基板に当た
ると、ここで冷却固化されて薄い膜となる。
で、基板を適当な温度に加熱しておき、アルミ材料全加
熱溶融させて、蒸発させる。アルミの蒸気が基板に当た
ると、ここで冷却固化されて薄い膜となる。
これは、多結晶のアルミである。
アルミ材料全加熱するにはヒータによる抵抗加熱、或は
電子ビーム加熱が用いられる。
電子ビーム加熱が用いられる。
このようにして製作されたアルミ薄膜は、未だ結晶性に
問題がある。
問題がある。
ここで結晶性というのは、結晶粒の大きさ、結晶粒界の
状態、結晶の方向、不純物、特に酸素の混入、膜の平坦
性などをいう。
状態、結晶の方向、不純物、特に酸素の混入、膜の平坦
性などをいう。
これらを含めて結晶性というが、従来の蒸着法で作られ
たアルミ薄膜は、機械的、化学的に不安定であって、厳
しい使用条件に対しては耐えられないことがある。
たアルミ薄膜は、機械的、化学的に不安定であって、厳
しい使用条件に対しては耐えられないことがある。
配線として利用されると、アルミ薄膜に電流が流される
。電流の作用によって、不安定な構造の中のアルミ原子
が移動することがある。これをエレクトロマイグレーシ
ョンという。Si半導体の配線パターン−の問題として
、これはよく知られている。エレクトロマイグレーショ
ンが起こると、抵抗が局部的に高まったり、配線が断線
したりする。
。電流の作用によって、不安定な構造の中のアルミ原子
が移動することがある。これをエレクトロマイグレーシ
ョンという。Si半導体の配線パターン−の問題として
、これはよく知られている。エレクトロマイグレーショ
ンが起こると、抵抗が局部的に高まったり、配線が断線
したりする。
さらに、Si半導体基板にアルミ配線を形成した後、基
板全体を加熱する事がある。この時、アルミ配線が局所
的に盛り上ることがある。これをヒロックという。ヒロ
ックが生じると、隣接配線間が電気的に接続されること
がある。
板全体を加熱する事がある。この時、アルミ配線が局所
的に盛り上ることがある。これをヒロックという。ヒロ
ックが生じると、隣接配線間が電気的に接続されること
がある。
つまり、ヒロックによって、隣接配線間の絶縁が破壊さ
れる惧れがある。
れる惧れがある。
これらはいずれも、蒸着膜が物理的、化学的に不安定で
ある事から起こるのである。多結晶であって、粒界が不
安定で動きやすい、結晶粒が小さい、という事などが原
因である。
ある事から起こるのである。多結晶であって、粒界が不
安定で動きやすい、結晶粒が小さい、という事などが原
因である。
このような困難を解決するため、アルミに不純物を添加
する、という研究が行なわれている。不純物を添加する
ことにより、物理的により安定なものにすることができ
るからである。
する、という研究が行なわれている。不純物を添加する
ことにより、物理的により安定なものにすることができ
るからである。
あるいは、シリコンと金属の合金であるシリサイドを配
線材料とするための研究も行なわれている。
線材料とするための研究も行なわれている。
しかし、いずれの方法によっても、配線抵抗がアルミの
場合よりも大きくなる。このため、微細化の進行著しい
集積回路にとっては好ましいとはいえない。配線幅はよ
り狭くなる傾向にあり、配線材料の比抵抗はできるだけ
少なくなければならない。
場合よりも大きくなる。このため、微細化の進行著しい
集積回路にとっては好ましいとはいえない。配線幅はよ
り狭くなる傾向にあり、配線材料の比抵抗はできるだけ
少なくなければならない。
秒)発明が解決しようとする問題点
比抵抗、価格などの点で、配線材料として最も望ましい
ものは、アルミニウムであり続けるものと考えられる。
ものは、アルミニウムであり続けるものと考えられる。
配線材料以外にも、アルミニウム薄膜は多くの用途を持
っている。
っている。
そうすると、任意の基板の上へ、アルミニウムをより強
固に付着させる工夫が強く要望されることになる。
固に付着させる工夫が強く要望されることになる。
蒸着した後、基板を高熱に保持し、アルミニウム薄膜を
アニールする、という事が第1 K考えられるであろう
。
アニールする、という事が第1 K考えられるであろう
。
しかし、基板自体が高温に耐えない場合がある。
たとえ、基板は高熱に耐えても、基板の上に形成された
電子デバイスが熱によって劣化するものである場合も多
い。
電子デバイスが熱によって劣化するものである場合も多
い。
このような理由で、Al薄膜を高温状態でアニールする
、という方法が可能でない場合が多い。
、という方法が可能でない場合が多い。
低温のまま、強固なアルミニウムの薄膜を形成する、と
いう事が望ましいのである。
いう事が望ましいのである。
に)イオン蒸着薄膜形成装置
本出願人は、イオン照射と蒸着とを同時に行なう事によ
り薄膜を形成する装置を既に製作している。
り薄膜を形成する装置を既に製作している。
これは、蒸着装置とイオンビーム打込装置とをひとつの
真空装置の中へ合体させたようなものである。
真空装置の中へ合体させたようなものである。
イオンビームの成分と、蒸着材料の成分とを同時に基板
へ当てることができる。こうして両者の化合物の薄膜を
形成できるのである。
へ当てることができる。こうして両者の化合物の薄膜を
形成できるのである。
イオンとして、例えばt、C” 、Ar+、 *、+の
ようなイオンを用いる。
ようなイオンを用いる。
蒸発物としてはTi、 Si、 B、 kl ・・な
ど全周いる。
ど全周いる。
イオン照射と蒸着と全同時に行なうことにより、例えば
TiN SBN 、 AIN、・・などの薄膜を形成す
る事ができる。蒸発物としては金属の選ばれる事が多い
が、Fe、Moを蒸発物とし、イオンを−とすると、F
exN、 MoN などの薄膜ができる。ここでサフ
ィックスのXは、いくつかの原子価のFeが混在してい
ることを示す。
TiN SBN 、 AIN、・・などの薄膜を形成す
る事ができる。蒸発物としては金属の選ばれる事が多い
が、Fe、Moを蒸発物とし、イオンを−とすると、F
exN、 MoN などの薄膜ができる。ここでサフ
ィックスのXは、いくつかの原子価のFeが混在してい
ることを示す。
これらは、物理的、化学的に安定な化合物薄膜である。
基板は金属、゛合金である事が多い。
イオン蒸着薄膜形成装置は公知であるので、第1図によ
って、簡単に説明する。
って、簡単に説明する。
イオン蒸着室1は蒸着系Aと、イオン照射系Φを備えた
真空排気可能な空間である。イオン蒸着という蒸着法が
あるというのではナク、イオン照射と蒸着なのである。
真空排気可能な空間である。イオン蒸着という蒸着法が
あるというのではナク、イオン照射と蒸着なのである。
誤解を招きやすい新造語であるが、誤解してはならない
。
。
イオン蒸着室1の一方の側には、予備室2が設けられる
。これは、試料を着装、離脱するための空間である。ゲ
ートパルプ3によって、予備室2とイオン蒸着室1とを
仕切ることができる。
。これは、試料を着装、離脱するための空間である。ゲ
ートパルプ3によって、予備室2とイオン蒸着室1とを
仕切ることができる。
イオン蒸着室1の下方には、蒸着第八が設けられる。こ
れは蒸発源4と、蒸発源容器5、ペーパーシャッタ6、
シャツタ軸7などよりなっている。
れは蒸発源4と、蒸発源容器5、ペーパーシャッタ6、
シャツタ軸7などよりなっている。
蒸発源4は、通常の蒸着材料と同じものである。
Ti、5i1B、その他多くの金属が蒸発源として可能
である。
である。
ただし、材料の物性によって、蒸着させるための加熱方
法、容器5などは異なる。
法、容器5などは異なる。
抵抗加熱法、電子ビーム加熱法のいずれでもよい。抵抗
加熱の場合、蒸発源容器5はTa、Mo、Wなどのヒー
タである。
加熱の場合、蒸発源容器5はTa、Mo、Wなどのヒー
タである。
電子ビーム加熱の場合、蒸発源容器5はルツボである。
ただし、この他に電子線発生装置と、電子線を曲げて蒸
発源4に当てる磁石が必要である。
発源4に当てる磁石が必要である。
第1図は略図であるから、これらの図示全路している。
イオン蒸着室1の斜め上方に試料系統がある。
試料9はホルダ8に固定されて斜め下方を向いている。
ホルダ8は試料軸10により支持されている。
試料軸10は回転することができる。さらに、軸方向に
進退できる。
進退できる。
蒸着工程に於て、試料軸10全回転し、膜形成の均一性
と高めることができる。
と高めることができる。
また、試料9の着脱の際は、試料軸10全後退させ、ゲ
ートバルブ3t−閉じる。予備室2?イオン蒸着室1か
ら切り離し、イオン蒸着室1の真空を破らないようにす
る。この後、開閉軸11のまわりに予備室2の壁面を開
く。こうしてホルダ8、試料9を大気中へとりだすこと
ができる。
ートバルブ3t−閉じる。予備室2?イオン蒸着室1か
ら切り離し、イオン蒸着室1の真空を破らないようにす
る。この後、開閉軸11のまわりに予備室2の壁面を開
く。こうしてホルダ8、試料9を大気中へとりだすこと
ができる。
さらに、試料系統には、試料シャッタ12と、試料シャ
ツタ軸13がある。このシャッタ12は、イオン流、蒸
発物流を試料9に当て、或は遮るために必要である。
ツタ軸13がある。このシャッタ12は、イオン流、蒸
発物流を試料9に当て、或は遮るために必要である。
さらに、試料9の近傍には、膜厚モニタ18が設けられ
る。
る。
さらに、イオン蒸着室1)′Cは、真空排気システム1
4が接続されている。これにより、イオン蒸着室の内部
全真空に引くことができる。
4が接続されている。これにより、イオン蒸着室の内部
全真空に引くことができる。
予備室2にも、独立の真空排気装置全段けることもある
。
。
次に、イオン照射系Φについて説明する。
イオン蒸着室1の斜下方に、パケット型イオン源19が
設置されている。これは、スクリーン状の電極20.2
1.22と、イオン発生室30、及び電源装置とよりな
る。
設置されている。これは、スクリーン状の電極20.2
1.22と、イオン発生室30、及び電源装置とよりな
る。
イオン発生室30の中には、フィラメント32が複数個
設けられている。これKは、フィラメント電源23から
給電される。
設けられている。これKは、フィラメント電源23から
給電される。
イオン発生室30の中へは、ガスボンベ27からイオン
源となるガスが、バルブ28、ガス流入口29を通って
導かれる。
源となるガスが、バルブ28、ガス流入口29を通って
導かれる。
アーク電源24とフィラメント電源23により、イオン
発生室30の内部でアーク放電が起こる。
発生室30の内部でアーク放電が起こる。
フィラメント32から多くの熱電子が放出され、これが
陽極へ向って飛ぶ。この間にイオン発生室30のガスに
電子が衝突する。ガスの分子は励起状態に上る。一部は
化学結合が外れて、イオンになる。
陽極へ向って飛ぶ。この間にイオン発生室30のガスに
電子が衝突する。ガスの分子は励起状態に上る。一部は
化学結合が外れて、イオンになる。
たとえば、鱈イオン全作りたい場合は、アンモニアNH
,ガスをイオン発生室30へ導入する。たとえば−イオ
ンを作る場合は、メタンCH,を導入する。
,ガスをイオン発生室30へ導入する。たとえば−イオ
ンを作る場合は、メタンCH,を導入する。
もともと単体でイオンが得られる場合は、そのイオンの
原子のガスが導入される。酸素02 や不活性ガスN
o、Ar%Heなとは、このままのガスに導入する。
原子のガスが導入される。酸素02 や不活性ガスN
o、Ar%Heなとは、このままのガスに導入する。
しかし、不活性ガスの化合物を作る必要があることは少
ないから、No1Ar1Heなどを導入することは少な
い。
ないから、No1Ar1Heなどを導入することは少な
い。
電子衝突によって1作られたイオンがイオン発生室30
の中に充満する。引出電源25によって、イオンはイオ
ン発生室30から引出される。
の中に充満する。引出電源25によって、イオンはイオ
ン発生室30から引出される。
さらに、減速電源26と、電極20.21によってイオ
ンは適当な速さに減速される。
ンは適当な速さに減速される。
電極20〜22t−通過したイオンは、はぼ平行な流れ
となって、試料9に向って飛ぶことになる。
となって、試料9に向って飛ぶことになる。
パケット型イオン源19の図示に於て、壁面に隙間があ
るように図示しであるが、これは電気的に絶縁されてい
るという事を示しているのである。
るように図示しであるが、これは電気的に絶縁されてい
るという事を示しているのである。
空間的には気密であって、真空度が上らないということ
はない。
はない。
引出電源25とアーク電源24とは抵抗31で接続され
、アーク電源24、フィラメント電源23のレベルが浮
かないようにしである。
、アーク電源24、フィラメント電源23のレベルが浮
かないようにしである。
イオンビームの加速電圧はIQKV〜4QKVである。
つまりイオンはl Q KeV〜40KaV の運動
エネルギー1−持つ高速の流れになる。
エネルギー1−持つ高速の流れになる。
真空度は10 〜10 Torr 程度で、イオン照
射、蒸着を行なう。
射、蒸着を行なう。
イオン電流は数mA /%−IQmA程度である。
ビームサイズは30Mφ〜150輸φである。電極20
〜22により、ビームサイズの大きさは任意に限定する
ことができる。
〜22により、ビームサイズの大きさは任意に限定する
ことができる。
蒸発源のパワーは、蒸発材料の物性によるが、パワーの
最大は2KV〜l0KV程度である。
最大は2KV〜l0KV程度である。
以上が、本出願人によって製造されたイオン蒸着薄膜形
成装置の大略の構成である。
成装置の大略の構成である。
試料軸10t−引上げ、ゲートバルブ3を閉じて、蓋を
開く。そしてホルダ8に試料9を着装する。
開く。そしてホルダ8に試料9を着装する。
試料は、金属、誘電体、半導体基板など任意である。
例えばTiNの被膜を作るには、N2ガス又はNH3ガ
ス全イオン発生室に導入し、鱈イオンを発生させる。蒸
発源からはTiを飛ばす。
ス全イオン発生室に導入し、鱈イオンを発生させる。蒸
発源からはTiを飛ばす。
MoNの被膜を作るには、鱈イオンHMト、N。
の蒸着とを同時に行なう。
FexN 、 AIM SBNの被膜の場合も同様であ
る。
る。
鱈イオンと、Fe、Al、Bの蒸着により、これらの強
固な被膜を形成する事ができる。
固な被膜を形成する事ができる。
このように、イオン蒸着薄膜形成法は、次のような優れ
た利点がある。
た利点がある。
(1)新材料を形成することができる。
優れた制御性があるので、イオン照射と蒸発とを個別に
動作させることができる。
動作させることができる。
各元素全任意1z選択することが可能である〇さらに、
各種イオン、蒸発物を同時にまたは交互に、試料面に当
てることができる。
各種イオン、蒸発物を同時にまたは交互に、試料面に当
てることができる。
これらにより、新材料の薄膜を形成することができるの
である。 1(11)
密着性に優れた膜を形成する事ができる。
である。 1(11)
密着性に優れた膜を形成する事ができる。
10〜4QKaVの高エネルギーをもったイオンによっ
て、試料へイオン照射するから、イオン自身、蒸発元素
を基板試料へ押込むことができる。
て、試料へイオン照射するから、イオン自身、蒸発元素
を基板試料へ押込むことができる。
基板と薄膜材料の間にミキシング層が形成される。この
ため密着性がよい。強固な薄膜になる。
ため密着性がよい。強固な薄膜になる。
この点が単なる蒸着と異なる。蒸着の場合、基板の表面
は殆ど変形せず、そのままであり、この上に蒸着元素の
多結晶がのってゆく。
は殆ど変形せず、そのままであり、この上に蒸着元素の
多結晶がのってゆく。
ところが、この方法によると、高速イオンが基板の構造
を一部破壊し、基板の元素とイオン、蒸発物の元素が混
合した遷移的な層を作る。これをミキシング層という。
を一部破壊し、基板の元素とイオン、蒸発物の元素が混
合した遷移的な層を作る。これをミキシング層という。
ミキシング層の上に、イオンと蒸発物元素の化合物薄膜
が形成される。
が形成される。
ミキシング層の上に化合物薄膜が付くのであるから、密
着性が高まる。
着性が高まる。
これは、イオンの運動エネルギーが10 KeV〜40
KeVと、高いことから得られる効果である。
KeVと、高いことから得られる効果である。
11i)大面積の面イオンビームであるから、均一な膜
を形成することができる。
を形成することができる。
パケット型イオン源で、マルチフィラメント、多孔電極
(Multi Aperture )を採用している。
(Multi Aperture )を採用している。
大面積のイオンビームであっても、均一性は±15%以
内となる。
内となる。
QO目 的
半導体基板の上の配線として用いられる時、電流電流す
ことによるエレクトロマイグレーションを生じない安定
したアルミ薄膜形成法を提供することが本発明の目的で
ある。
ことによるエレクトロマイグレーションを生じない安定
したアルミ薄膜形成法を提供することが本発明の目的で
ある。
(2)本発明の方法
前述のイオン蒸着薄膜形成法は、イオン原子Aと、蒸着
原子Bの化合物ABの薄膜を強固に形成するものであっ
た。
原子Bの化合物ABの薄膜を強固に形成するものであっ
た。
このように、化合物になるのは、AとBが化合物全形成
する原子である、という事がひとつの条件である。しか
し、その他に、イオンのエネルギーが高いという条件が
ある。実際10 KeV〜40KeVというのはかなり
高いエネルギーである。
する原子である、という事がひとつの条件である。しか
し、その他に、イオンのエネルギーが高いという条件が
ある。実際10 KeV〜40KeVというのはかなり
高いエネルギーである。
例えば、質量数が14であるNの場合、l Q Kev
の加速エネルギーとして、速度は37QKm/seaに
なる。
の加速エネルギーとして、速度は37QKm/seaに
なる。
このように、高い運動エネルギーを持っているから、ミ
キシング層ができるし、化合物ABが安定な状態で形成
されるのである。
キシング層ができるし、化合物ABが安定な状態で形成
されるのである。
本発明者は、この装置を異なる方法で用いて、Alの蒸
着膜全改良できないかと考えた。
着膜全改良できないかと考えた。
Agを蒸着するのであって、Alの化合物を形成するの
ではない。
ではない。
このようにするため、イオンとしては、反応性の乏しい
物質を選ぶことが有望であると考えられる。
物質を選ぶことが有望であると考えられる。
しかし、それだけでは足りない。
打ち込みのエネルギーが高ければ、反応性の乏しい原子
であっても、薄膜の中へ埋没してしまう。
であっても、薄膜の中へ埋没してしまう。
A5の薄膜から打は出ることができない。
温度全十分に高くすれば、反応性の乏しい原子は、弾性
衝突するようになるから、薄膜から完全に抜けることが
できるかもしれない。しかし、先程も述べたように、試
料の温度を上げないでおく、という事が重要なのである
。
衝突するようになるから、薄膜から完全に抜けることが
できるかもしれない。しかし、先程も述べたように、試
料の温度を上げないでおく、という事が重要なのである
。
本発明者は、このような考察と実験とによって、不活性
ガスのイオンを低エネルギーで照射すると、Al蒸着膜
をより強固にできる、という事を見出した。
ガスのイオンを低エネルギーで照射すると、Al蒸着膜
をより強固にできる、という事を見出した。
ここでより強固にできるというのは、結晶性を高めると
いう事である。つまり、結晶粒を大きくし、しかも配向
を揃えるという事である。
いう事である。つまり、結晶粒を大きくし、しかも配向
を揃えるという事である。
さらに、不活性ガスイオンの最適エネルギーを求めろと
、100ev〜1000eVであることが分った。
、100ev〜1000eVであることが分った。
従来のイオン蒸着法がLOKeV〜40KeV であ
るのに比べると、1/10〜1/400である。
るのに比べると、1/10〜1/400である。
このように、イオンのエネルギーが低い、という事が重
要である。
要である。
不活性ガスとして使用できるものはNe1Ar。
Heである。この他にAl自身のイオンも用いることが
できる。A4イオン全用いると、薄膜の中に異種元素が
残留する可能性がない、という利点がある。
できる。A4イオン全用いると、薄膜の中に異種元素が
残留する可能性がない、という利点がある。
またイオンの入射角は、試料の面に立てた法線に対して
、θ〜60’であればよい。
、θ〜60’であればよい。
この方法によって、アルミ薄膜を強化できるが、試料の
温度は室温〜800℃で十分であった。300℃という
のは十分低温であって、基板の上に形成された電子デバ
イスを劣化させることがない。
温度は室温〜800℃で十分であった。300℃という
のは十分低温であって、基板の上に形成された電子デバ
イスを劣化させることがない。
結局、本発明の方法は、次のように定義する事ができる
。
。
アルミを真空蒸着するのと同時に不活性ガスイオン或は
アルミイオンを試料に照射する。条件は、(1)イオン
エネルギーは100e”/ 〜1oooev(11)イ
オン入射角は法線に対し0〜60’010イオン照射量
Qは基板に飛来するアルミ原子の蒸着量Wに対し、0.
5%〜30% (110基板の温度T0は室温〜300℃である。
アルミイオンを試料に照射する。条件は、(1)イオン
エネルギーは100e”/ 〜1oooev(11)イ
オン入射角は法線に対し0〜60’010イオン照射量
Qは基板に飛来するアルミ原子の蒸着量Wに対し、0.
5%〜30% (110基板の温度T0は室温〜300℃である。
このような条件でアルミを蒸着すると、エレクトロマイ
グレーションが起こりにくりする。これは、結晶粒が大
きくなり、しかも物理的に安定になったという事である
。エレクトロマイグレーションについては後に述べる。
グレーションが起こりにくりする。これは、結晶粒が大
きくなり、しかも物理的に安定になったという事である
。エレクトロマイグレーションについては後に述べる。
前記条件の(I)、Oii〕についてさらに説明する。
まずイオンエネルギーEt = 100eV 〜too
oeV という事である。質inの一価イオンがVボ
ルトで加速されると、初速をOとし、 −Lmv” = eV (1)の
関係がある。Vは最終速度である。
oeV という事である。質inの一価イオンがVボ
ルトで加速されると、初速をOとし、 −Lmv” = eV (1)の
関係がある。Vは最終速度である。
質量数がMであるイオンの場合
ここでm0= 1.66 X 10 Kgで1原子量
の質量である。6 = 1.6 X 10 ”Cである
〇となる。Ne、 Ar、 Heは質量数が20.2.
40.0.4.0テアルカラ、v=too、10006
’/に当る速さは、 Ne 3Q、7Km7BeC97Xm/5eCAr
21.8にm/sec 59Xm/5eaHe
69 Km7sec 218Kmlsecで
あって、遅い速度である。
の質量である。6 = 1.6 X 10 ”Cである
〇となる。Ne、 Ar、 Heは質量数が20.2.
40.0.4.0テアルカラ、v=too、10006
’/に当る速さは、 Ne 3Q、7Km7BeC97Xm/5eCAr
21.8にm/sec 59Xm/5eaHe
69 Km7sec 218Kmlsecで
あって、遅い速度である。
A7は質量数が27であるから、
All 26..6Km/sea g4.QKm
/secである。同様に極めて遅い速さである。
/secである。同様に極めて遅い速さである。
加速電圧がtoooevより高いと1.これらのイオン
がA、5薄膜の中に入り、埋没してしまう。Alの中に
不活性気体の原子が深く入りこみ抜はすくすってしまう
。不活性気体のためにAlの電気伝導度が低下する。配
線材料°としては劣ったものとなる。
がA、5薄膜の中に入り、埋没してしまう。Alの中に
不活性気体の原子が深く入りこみ抜はすくすってしまう
。不活性気体のためにAlの電気伝導度が低下する。配
線材料°としては劣ったものとなる。
加速電圧が100vより低いと、A/蒸着膜の結晶性を
向上させる効果がない。
向上させる効果がない。
次にイオン流のフラックスflux と、蒸発成分の
7ラツクスの比Tについて説明する。前記01i)の条
件である。イオン/蒸着比率Tは T=冬 (4) によって定義する。01Dの条件は0.005≦T≦0
.3という事を要求している。
7ラツクスの比Tについて説明する。前記01i)の条
件である。イオン/蒸着比率Tは T=冬 (4) によって定義する。01Dの条件は0.005≦T≦0
.3という事を要求している。
Ag固体の密度tρ、蒸着の速さをv1アボガドロ数t
Lo s ’(lの質量数をM。とすると、蒸発成分
のフラックスWは、 によって与えられる。イオン流のフラックスQは、イオ
ン電流を11イオンの電荷をq、イオン流の断面積をS
として、 によって与えられる。イオン/蒸着比率Tは、イオンの
電荷qは、−価イオンとすれば、q=1.6 X 10
Gである。ρ= 2.7g/d%L、 = 6.0
2X 10”、 M、= 27.0 1’を人tルト、
である。例えば、I=4mA1v=5人7sec 、
s =30dとすれば T = 0.28 = 28% (9)と
なる。
Lo s ’(lの質量数をM。とすると、蒸発成分
のフラックスWは、 によって与えられる。イオン流のフラックスQは、イオ
ン電流を11イオンの電荷をq、イオン流の断面積をS
として、 によって与えられる。イオン/蒸着比率Tは、イオンの
電荷qは、−価イオンとすれば、q=1.6 X 10
Gである。ρ= 2.7g/d%L、 = 6.0
2X 10”、 M、= 27.0 1’を人tルト、
である。例えば、I=4mA1v=5人7sec 、
s =30dとすれば T = 0.28 = 28% (9)と
なる。
01i)の条件は結局、
!
48 ≦■≦2880 (C/d) (10)という
事になる。Tが0.005つまり0.5%より小さいと
、イオンビームが少なすぎて、結晶化が改善されない。
事になる。Tが0.005つまり0.5%より小さいと
、イオンビームが少なすぎて、結晶化が改善されない。
Tが0.3つまり30%より大きいと、不活性ガスがA
l薄膜に残る可能性がある。それで0゜5%≦T≦80
%なのである。
l薄膜に残る可能性がある。それで0゜5%≦T≦80
%なのである。
本発明によって作られるA4薄膜の厚みの範囲は、50
0人〜数μm程度であって、通常、薄膜といわれる範囲
であれば、適用することができる。
0人〜数μm程度であって、通常、薄膜といわれる範囲
であれば、適用することができる。
十μtat−こえると、剥離しやすくなるので、望まし
くない。
くない。
(至)エレクトロマイグレーションの評価Al薄膜に通
電するとエレクトロマイグレーションが起こる。これ−
によって薄膜が劣化し、有限の寿命を持つ。エレクトロ
マイグレーションによる平均寿命MTFは、結晶性に深
い関係がある。
電するとエレクトロマイグレーションが起こる。これ−
によって薄膜が劣化し、有限の寿命を持つ。エレクトロ
マイグレーションによる平均寿命MTFは、結晶性に深
い関係がある。
X線回折によってA/薄膜の結晶性を調べる事ができる
。多結晶であるから、さまざまな配向の結晶粒が存在す
る。
。多結晶であるから、さまざまな配向の結晶粒が存在す
る。
面指数が111m1”の面の面間隔dはによって与えら
nる。またX線の波長をλとすると、ブラッグ回折の条
件 2dSIno = λ (1
2)とから、(1mn)の面に対する回折角0(lrn
n)が決まる。この回折角に対する回折X線の強度を、
1(,5mn) と書く。
nる。またX線の波長をλとすると、ブラッグ回折の条
件 2dSIno = λ (1
2)とから、(1mn)の面に対する回折角0(lrn
n)が決まる。この回折角に対する回折X線の強度を、
1(,5mn) と書く。
この強度が大きいという事は、l’mn)面全もつ結晶
粒が多数あるという事である。
粒が多数あるという事である。
そこで、0に対する回折強度I(O)1測定する。
θと(1mn)の対応は、(11ン、(12)によって
なされる。そこでr(1mn )がX線回折の結果から
求めることができる。
なされる。そこでr(1mn )がX線回折の結果から
求めることができる。
エレクトロマイグレーションの劣化によって決まる寿命
MTFは によってほぼ評価できる。kは定数である。
MTFは によってほぼ評価できる。kは定数である。
つまりI(111,)が強くなれば、エレクトロマイグ
レーションが起こり難いという事である。
レーションが起こり難いという事である。
そこで、I(111)/IC200)を、結晶性の評価
に用いることができる。これが大きいとエレクトロマイ
グレーションが起こりにくい。つまり、物理化学的に安
定なわけである。
に用いることができる。これが大きいとエレクトロマイ
グレーションが起こりにくい。つまり、物理化学的に安
定なわけである。
通常、蒸着によって作られたアルミ薄膜のI(111)
/I(200)比は約2である、といわれている。
/I(200)比は約2である、といわれている。
(13)は経験式である。エレクトロマイグレーション
の評価のために、通常よく使われる。
の評価のために、通常よく使われる。
(2)実施例I
Siの(100)ウェハ面上に、本発明の方法によって
、アルミt v=5人7secの速さで堆積させた。
、アルミt v=5人7secの速さで堆積させた。
アルミは、電子ビーム加熱により蒸発させた。ウェハは
室温に保持した。
室温に保持した。
イオン照射系Φに於ては、200eV、 500eVに
加速されたNeイオン全発生させ、Siウェハに照射し
た。イオンはウェハ面に対して垂直入射(θ=0)させ
た。イオンビーム電流r)、t、 Oll、4.8mA
とした。
加速されたNeイオン全発生させ、Siウェハに照射し
た。イオンはウェハ面に対して垂直入射(θ=0)させ
た。イオンビーム電流r)、t、 Oll、4.8mA
とした。
イオンビームの拡がりSは55dとした。
作製されたAl薄膜にX線全当てて、回折光強度を測定
した。そして、I(111)とIC200,1の強度比
を求めた。
した。そして、I(111)とIC200,1の強度比
を求めた。
この結果全第3図に示す。横軸がイオンビーム電流Iで
ある。縦軸がI(111)/IC200)である。
ある。縦軸がI(111)/IC200)である。
200elVの加速電圧に対応するデータを○で示す。
500eVの加速電圧に対応するデータ全φで示す。
イオンビームのために、I(111)/I(200)比
が2以上になっている、ということが分る。
が2以上になっている、ということが分る。
ケ)実施例■
SiO□基板の上に同じ条件でA!!薄膜全形成した。
すなわち、蒸着速度、加速電圧は等しく、垂直入射であ
る。基板は室温とした。
る。基板は室温とした。
v=5人7sec
V = 200V 、 500V
θ=O,5=55d
i=Q、1.4.8mA
そして、同様に、アルミ薄膜t−X線回折によって構造
全調ぺた。I(111)とI(200)の強度比を求め
た。この結果を第3図に示す。
全調ぺた。I(111)とI(200)の強度比を求め
た。この結果を第3図に示す。
200eVの加速エネルギーに対応するものを口によっ
て示す。500eVの加速エネルギーに対応するものt
−gによって示す。
て示す。500eVの加速エネルギーに対応するものt
−gによって示す。
Siウェハ上へ形成したものよりも、 Sin、 の
上へ形成したアルミの方が、I(111)/IC200
)比が、一般に大きくなる。また、この比が従来の平均
値である2よりも大きくなっている。
上へ形成したアルミの方が、I(111)/IC200
)比が、一般に大きくなる。また、この比が従来の平均
値である2よりも大きくなっている。
イオンビームによって、Atl薄膜がエレクトロマイグ
レーションに対して強くなったという事ができる。
レーションに対して強くなったという事ができる。
以上の実施例111[はイオンビームの垂直入射に於け
る効果を見るための実験である。
る効果を見るための実験である。
室温で行なっているが、加速電圧が500eVで、イオ
ンビームが8mAの場合、アルミ薄膜の中にNe原子が
少し残留しているということが認められた。
ンビームが8mAの場合、アルミ薄膜の中にNe原子が
少し残留しているということが認められた。
分量は数%程度であって、Al薄膜の抵抗率は殆ど増え
ない。
ない。
しかし、イオン電流、加速電圧をこれ以上、大きくする
と、Neの残留が無視できない量となる。
と、Neの残留が無視できない量となる。
これは望ましくない事である。
これらの例に於てI = gmAは、イオン/蒸着比率
T=0.3にあたる。従って、Tは0.3以下でなけれ
ばならないということが分る。
T=0.3にあたる。従って、Tは0.3以下でなけれ
ばならないということが分る。
もつとも、これは室温に於けるものにすぎない。
基板温度を300℃にして同様の実験全行なうと、I
= 8mA、 V = 5QQVであっても、No原子
はA/薄膜の中に残留していなかった。
= 8mA、 V = 5QQVであっても、No原子
はA/薄膜の中に残留していなかった。
ケ)実施例■
入射角eを変えて同様の実験を行なった。ここで入射角
というのは、試料基板面に立てに法線と、イオンビーム
の入射方向のなす角である。
というのは、試料基板面に立てに法線と、イオンビーム
の入射方向のなす角である。
(100)Siウェハに対して行なった。条件はイオン
Ne イオン電流 4mA イオン加熱エネルギーv 200evアルミ蒸着速
度v 5人71960基板温度 室
温 である。第2図にその結果を示す。
Ne イオン電流 4mA イオン加熱エネルギーv 200evアルミ蒸着速
度v 5人71960基板温度 室
温 である。第2図にその結果を示す。
第2図に於て、横軸は入射角θである。縦軸はX線回折
の結果によるI(111)/IC200ン比である。O
が測定結果を表わしている。
の結果によるI(111)/IC200ン比である。O
が測定結果を表わしている。
(ロ)実施例■
Sin、基板に対し、同様に入射角e音度えて実験を行
なった。条件は同様であって、 イオン Ne イオン電流I 4mA イオン加速エネルギー 200eVアルミ蒸着速度
v 5人7sec基板温度 室温 第2図にその結果を口によって示す。
なった。条件は同様であって、 イオン Ne イオン電流I 4mA イオン加速エネルギー 200eVアルミ蒸着速度
v 5人7sec基板温度 室温 第2図にその結果を口によって示す。
Siウェハに於ても、Sin、に於ても、垂直入射θ=
0が最適の条件でないことが分る。最適角度は20〜8
0°程度である。この時垂直入射の場合より、I(11
1,1/I(200)比が10倍以上になる。
0が最適の条件でないことが分る。最適角度は20〜8
0°程度である。この時垂直入射の場合より、I(11
1,1/I(200)比が10倍以上になる。
また10〜40°であれば、かなり良い比の値になる。
しかし、一般にO〜60’であれば効果があるという事
が分る。
が分る。
さらに、Siウェハより、5i02の上の方が、良好な
A/薄膜が得られる。
A/薄膜が得られる。
団効 果
(1)物理的、化学的に安定したA/蒸着膜を得ること
ができる。I(111)の強度が増えるという事は、(
1目づ面を表面にもつ結晶粒が増加したか、(111)
面全表面にもつ結晶粒の大きさが増加したか、或はこれ
らの結晶粒の配向が揃ったか、という事である。いずれ
にしても、結晶性が改善されたということになる。
ができる。I(111)の強度が増えるという事は、(
1目づ面を表面にもつ結晶粒が増加したか、(111)
面全表面にもつ結晶粒の大きさが増加したか、或はこれ
らの結晶粒の配向が揃ったか、という事である。いずれ
にしても、結晶性が改善されたということになる。
比較的低温で、安定したA/蒸着it−形成できるから
、用途は広い。
、用途は広い。
(2) エレクトロマイグレーションによる劣化によ
って決まる寿命は、I(111)/IC200)比によ
って評価できる。この値が大きくなったので、エレクト
ロマイグレーションは起こり難くなっている。
って決まる寿命は、I(111)/IC200)比によ
って評価できる。この値が大きくなったので、エレクト
ロマイグレーションは起こり難くなっている。
配線材料として好適である。
(3)不純物を殆ど含まないアルミ薄膜であるから、抵
抗率が上らない。
抗率が上らない。
シ考 察
不活性ガスイオン、或はAfiイオンを照射しながら、
Alt真空蒸着することにより、なぜ、Al薄膜の質が
改善されるのか?という事について本発明者は考察した
が、その原因は未だ詳らかでない。
Alt真空蒸着することにより、なぜ、Al薄膜の質が
改善されるのか?という事について本発明者は考察した
が、その原因は未だ詳らかでない。
以下の理由によるものかと推測されるが、未だ断定はで
きない。
きない。
(1)雰囲気からの、0!、N2、H2o7!トノ吸着
カスがイオンで弾きとばされる。試料の表面が清浄に保
たれる。
カスがイオンで弾きとばされる。試料の表面が清浄に保
たれる。
(2)試料表面の原子に、イオンが衝突するので、原子
が励起状態へより、活性化される。試料表面原子とAg
原子のエネルギー交換によって、 A/原子が表面で移
動しやすくなり、自由エネルギーを最小にするように動
きやすい。
が励起状態へより、活性化される。試料表面原子とAg
原子のエネルギー交換によって、 A/原子が表面で移
動しやすくなり、自由エネルギーを最小にするように動
きやすい。
(3)表面でのイオンとAl原子のエネルギー交換によ
り、Al原子はエネルギー全得、表面を拡散しやすくな
る。
り、Al原子はエネルギー全得、表面を拡散しやすくな
る。
第1図は本出願人が完成したイオン蒸着薄膜形成装置の
略断面図。この構成は公知であるが、本発明はこの装置
を用いて実行することができる。 第2図は本発明のアルミニウム薄膜形成に於て、イオン
の入射角音度えた場合の、Al薄膜の結晶構造の変化全
示すグラフ。横軸は入射角、縦軸はI(111)/I(
200)比である。 第3図は本発明のアルミニウム薄膜形成に於て、イオン
ビーム電流を変えた場合の、 A5薄膜の結晶構造の変
化全示すグラフ。横軸はイオンビーム電流、縦軸はX線
回折強度のI(111)/I(200)比である。 1 ・・・・イオン蒸着室 2・・・・予 備 室 3 ・・・・ ゲートバルブ 4・・・・蒸発源 5・・・・蒸発源容器 6 ・・・・ ペーパーシャッタ 7 ・・・・シャツタ軸 8・・・・ホ ル ダ 9・・・・試 料 10・・試料軸 11・・開 閉 軸 12 ・・試料シャッタ 13 ・・ 試料シャツタ軸 14 ・・ 真空排気システム 18 ・・戻厚モニタ 19 ・・ パケット型イオン源 20〜22・・電 極 23 ・・ フィラメント電源 24 ・・アーク電源 25・・引出電源 26・・減速電源 28・・バ ル プ 29 ・・ガス流入口 A・・蒸着系 Φ ・・イオン照射系 発 明 者 安 東 端 典
緒 方 潔 第 2 図 Ion : N。 第 3 図
略断面図。この構成は公知であるが、本発明はこの装置
を用いて実行することができる。 第2図は本発明のアルミニウム薄膜形成に於て、イオン
の入射角音度えた場合の、Al薄膜の結晶構造の変化全
示すグラフ。横軸は入射角、縦軸はI(111)/I(
200)比である。 第3図は本発明のアルミニウム薄膜形成に於て、イオン
ビーム電流を変えた場合の、 A5薄膜の結晶構造の変
化全示すグラフ。横軸はイオンビーム電流、縦軸はX線
回折強度のI(111)/I(200)比である。 1 ・・・・イオン蒸着室 2・・・・予 備 室 3 ・・・・ ゲートバルブ 4・・・・蒸発源 5・・・・蒸発源容器 6 ・・・・ ペーパーシャッタ 7 ・・・・シャツタ軸 8・・・・ホ ル ダ 9・・・・試 料 10・・試料軸 11・・開 閉 軸 12 ・・試料シャッタ 13 ・・ 試料シャツタ軸 14 ・・ 真空排気システム 18 ・・戻厚モニタ 19 ・・ パケット型イオン源 20〜22・・電 極 23 ・・ フィラメント電源 24 ・・アーク電源 25・・引出電源 26・・減速電源 28・・バ ル プ 29 ・・ガス流入口 A・・蒸着系 Φ ・・イオン照射系 発 明 者 安 東 端 典
緒 方 潔 第 2 図 Ion : N。 第 3 図
Claims (1)
- 真空中に保持された試料基板に対し、その表面にアルミ
ニウム薄膜を蒸着する際、不活性ガスイオン或はアルミ
イオンを試料表面に照射しながら、アルミニウム蒸発を
行なうこととし、イオンのエネルギーは100eV〜1
000eV、イオンビームの試料表面に対する入射角は
0〜600、イオン照射量Qはアルミ蒸着量wに対して
、0.5〜30%とし、基板試料は室温〜300℃に保
持されている事を特徴とするアルミ薄膜の作製方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61283808A JPS63137158A (ja) | 1986-11-27 | 1986-11-27 | アルミ薄膜の作製方法 |
EP87117495A EP0269111A3 (en) | 1986-11-27 | 1987-11-26 | Method of forming a thin aluminium film |
US07/126,014 US4828870A (en) | 1986-11-27 | 1987-11-27 | Method of forming a thin aluminum film |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61283808A JPS63137158A (ja) | 1986-11-27 | 1986-11-27 | アルミ薄膜の作製方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63137158A true JPS63137158A (ja) | 1988-06-09 |
Family
ID=17670413
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61283808A Pending JPS63137158A (ja) | 1986-11-27 | 1986-11-27 | アルミ薄膜の作製方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4828870A (ja) |
EP (1) | EP0269111A3 (ja) |
JP (1) | JPS63137158A (ja) |
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-
1986
- 1986-11-27 JP JP61283808A patent/JPS63137158A/ja active Pending
-
1987
- 1987-11-26 EP EP87117495A patent/EP0269111A3/en not_active Withdrawn
- 1987-11-27 US US07/126,014 patent/US4828870A/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
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EP0269111A3 (en) | 1990-03-07 |
US4828870A (en) | 1989-05-09 |
EP0269111A2 (en) | 1988-06-01 |
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