JPS63137158A - アルミ薄膜の作製方法 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

イオンとして、例えばｔ、Ｃ”　、Ａｒ＋、　＊、＋の
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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

さらに、試料９の近傍には、膜厚モニタ１８が設けられ
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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

真空度は１０　〜１０　　Ｔｏｒｒ　程度で、イオン照
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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

十μｔａｔ−こえると、剥離しやすくなるので、望まし
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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

分量は数％程度であって、Ａｌ薄膜の抵抗率は殆ど増え
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。

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。

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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

（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。

【図面の簡単な説明】

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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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。