JPH02164030A - 光ｃｖｄによる金属膜形成方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光化学反応を用いて被処理基板上に金属膜を
形成する方法に係り、とくにＬＳＩの多層配線における
スルーホール乃至はコンタクトホール内に金属膜を選択
性良く堆積するのに好適な金属膜形成方法に関する。

〔従来技術〕 ＬＳＩが高集積化するにつれて、素子の多層化が進んで
いる。多層構造のＬＳＩを製造するための重要なプロセ
ス技術の一つにメタライゼーションがあり、これに於て
は誘電体（Ｓ　ｉ　０２など）中に形成されたバイアホ
ールを通して各種の導体（金属）間で導通がとられる。

このようなバイアホール（スルーホールあるいはコンタ
クトホール）については、素子の高集積化が進展するに
つれて、径が微細化すると共にホール径とホール深さの
比（アスペクト比）が大きくなっている。そしてこのよ
うな微細化するスルーホールあるいはコンタクトホール
に金属を埋め込む為の新しいメタライゼーション技術の
開発が急務となっている。つまり、従来の物理的気成長
法（ＡＱスパッタ法）ではバイアスホールの段差部で堆
積層の厚みが均一でなく、薄層化が生じるという問題点
が顕在化している。そしてこのことがＡＱ配線全体の抵
抗値を顕しく増大させる原因になると共に断線を引き起
こす要因ともなっている。またバイアホールが微細化す
るにつれて蒸着膜がオーバーハング現象を起こすことも
解決すべき重要な問題点である。

ここでのべたように段差被覆性の問題点を解消すると共
にデバイス製造プロセスで生じるトポグラフィのうねり
を除去して表面を平坦化するメタライゼーション技術は
超高密度デバイスを実現する為には不可欠となっている
。それと同時に将来の超高密度デバイスを指向したメタ
ライゼーション技術は低温プロセスであることも兼ね備
えなければならない状況にある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的はスルーホールやコンタクトホールなどの
パイヤホールに金属膜を埋め込むに当り段差部における
堆積層が薄膜化する現象やオーバーハング現象などの段
差被覆性の問題を解消するメタライゼーション法を提供
することにある。

本発明の他の目的はＬＳＩデバイス裏造裏口プロセスじ
るトポグラフィのうねりを除去して表面を平坦化するに
適したメタライゼーション法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は将来の超高密度デバイス製造プ
ロセスとして不可欠とされている低温プロセス（光励起
プロセス）を用いてバイヤーホールに金属を埋め込むメ
タライゼーション法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的は、スルーホール乃至はコンタクトホールを
有する被処理基板を室内に設置する工程と、前記スルー
ホール乃至はコンタクトホール内に所望の金属を堆積す
る為の反応ガスを前記反応室に導入する工程と、前記被
処理基板上に前記反応ガスの光吸収バンドに該当する光
を照射する工程を有する光ＣＶＤ法による金属膜形成方
法に於て、前記光吸収バンドに該当する光として、偏光
方向を規定した光を使用すると共に前記偏光方向を規定
した光を前記スルーホール乃至はコンタクトホールを形
成する段差の側面に照射することにより達成される６ 〔作用〕 一般に固体表面に光が入射した場合には、入射光と反射
光との干渉のために、表面における光工ネルギー密度は
、入射光の所定の波長における固体材質の複素屈折率及
び入射光の入射角と偏光方向によって変化する。この光
エネルギー密度の入射角程依存性の一般的傾向について
は、入射光の偏光面が入射面（基板面の法線と入射光の
進行方向とを含む面）に平行な場合（以下これをティー
エム：ＴＭ波と称する）と垂直な場合（以下これをティ
ーイー：ＴＥ波と称する）に分けて考えることができ、
これについては本発明者らの先願発明（公開特許公報昭
６２−４５０３５）にて示した。それによればＴＥ波の
光エネルギー密度は入射角が大きくなるに従い単調に減
少するのに対して、ＴＭ波の光エネルギー密度は、入射
角が約５０〜８０°の範囲で最大となる。その結果、例
えばシリコン基板表面に２４８ｎｍの光が４５゜の入射
角で入射した場合を例にとると、基板表面におけるＴＭ
波とＴＥ波の光エネルギー密度の比（ＴＭ／ＴＥ）は約
１４となる。このことはシリコン基板にＴＭモードの２
４８ｎｍの光を入射角４５°で照射して光誘起化学反応
を進行させた場合、同一条件でＴＥモードの光を照射し
たときと比較して約１４倍早く反応が進行することとを
意味している。

このような性質を利用してスルーホールやコンタクトホ
ールの段差を形成する側面に偏光状態を規定した光を特
定の入射角で照射するとホール側面での光化学反応を他
の部分よりも優先的に進行させることができる。その結
果、この方法を光ＣＶＤによる金属膜の堆積に応用した
場合、スルーホールやコンタクトホール内で優先的に膜
形成反応が進行し、上記の本発明の目的を達成すること
ができる。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図は本発明を実施する装置の基本構成を示している。図
に於て１は光化学反応に関与する光を供給する光源、２
は光源１から発せられる光の偏光方向を一定にする偏光
素子、３は光の偏光面を水平面において回転させて光の
偏光方向を調整する偏光面回転器、４は光学窓、５は反
応容器、６は反応ガス供給装置、７はスルーホール又は
コンタクトホールをもつ基板、８は基板７が載置され、
かつ該基板の位置調整、および該基板を水平方向に回転
させて基板面に入射する光の偏光方向を調整する基板位
置ｖＲ１１台、９はガス排気装置である。

このような装置構成に於て、反応容器５内をガス排気装
置９により排気し、反応ガス供給装置６による光化学反
応に関与する所定の反応ガスを反応容器５内に導入する
０次に、光源１から発せられ、偏光素子２により偏光方
向が規定された光が偏光面回転器３を経たのち反応容器
５内の基板７に形成されたコンタクトホール乃至はスル
ーホールの段差を形成する側面に照射する。

第２図は基板に形成されたパイヤホールの段差を形成す
る側面に偏光状態を規定した光を照射している様子を示
している。同図（Ａ）ではテーパーエツチングで形成し
たバイヤーホールの側面に、同図（Ｂ）では垂直エツチ
ングで形成したバイヤーホールの側面にそれぞれ偏光状
態を規定した光を照射している０図（Ｂ）に於ては、基
板面に垂直な側面が形成されているので、側面部に所定
の入射角で偏光方向を規定した光を入射させるために、
基板位置調整台を若干傾斜させている。

第２図に於て、１０はシリコン、１１は５ｉｎ２、−１
２は偏光方向を規定した光ビームであり、紙面に対して
平行な方向に偏光した光（ＴＭ波）を照射していると仮
定する。図から明らかなように側面１３に入射する光ビ
ーム１２の入射角θ（光ビーム１２の進行方向と斜面１
３の法線１４とのなす角）は、光エネルギー密度が最大
となる５０〜８０”の範囲に設定可能である。したがっ
て側面１３における光エネルギー密度をＳｉｎ、１１の
表面１５やシリコン１０の露出した表面１６における光
エネルギー密度より大幅に高めることができる。

コンタクトホールやスルーホールをつくる場合通常正方
形の開口部をもつマスクを介してドライエツチング法が
適用される。その為エツチングされた基板の形状は、マ
スクパターンに対して忠実な正方形を呈している。しか
しながら、ＬＳＩの高集積化が進展し、サブミクロンレ
ベルのコンタクトホールやスルーホールが形成されるよ
うになると、ドライエツチング後のホールの形状は円形
に近いものとなっている。

第３図はそのようなホールの形状の例を示したものであ
り、（Ａ）は正方形を（Ｂ）は円形をしたホールを示し
ている。このようなスルーホールやコンタクトホールの
側面に偏光方向を規定した光を照射する場合に於ては、
側面が一方向に直線状に伸びた形状では無いために、側
面の部位でそれぞれ異った光エネルギー密度分布が生じ
るようになる。例えば第３図（Ａ）を例に取れば、辺１
７を含む側面１９に対して、ＴＭモードに偏光した光ビ
ームをコンタクトホールの真上から照射したとすると、
側面１９面上での光エネルギー密度は、例えばＴＥモー
ドの光ビームを照射したときより１０数倍高めることは
容易である。一方。

前記の側面１９にとってはＴＭモードの光を照射した場
合でも、辺１８を含む側面２０にとっては状況が異って
くる。つまり側面１９に対しては、光の入射面（光の進
行方向と側面１９の法線を含む面）に対して平行な偏光
成分の光（ＴＭ波）が、９０°位置がズした側面１８に
対しては、入射面に対して垂直な偏光成分の光（−）−
まりＴＥ波）となって側面１８を照射する。したがって
側面１８における光エネルギー密度は、場合によっては
。

側面１９におけるエネルギー密度の１０数分の１に低下
することになる。このような光エネルギー密度の差異は
、コンタクトホールの形状が矩形である場合に限らず、
第３図（Ｂ）のような円形の場合にも生じる。例えば中
心１ｉＡ２１を含む側面２３上に於てはＴＭ波であって
も、９０’位置がズした中心線２２を含む斜面上ではＴ
Ｅ波となる。

したがって、このような形状のコンタクトホールやスル
ーホールの側面に偏光状態を規定した光を照射して光化
学反応をさせる場合、斜面の異なった部位では、異なっ
た速度で反応が進行する。

第４図はそのような例を示したものであり、コンタクト
ホールやスルーホールに光ＣＶＤ法で金属膜を形成した
ときの中間段階における堆積状況の一例である。この例
は、第３図（Ｂ）の中心線２１を含む側面２３に対して
ＴＭ波（１９３ｎｍのＡｒＦレーザー光）を照射してタ
ングステン膜を形成した模様を示す。反応ガスとしては
ＷＦ。

とＨ２の混合ガスを使用した。第４図は、タングステン
膜の形成がある程度進んだ段階において反応を中断させ
たとき、中心線２４上でどのような膜堆積が進んだかを
模式的に示したものである。

前述したように、中心線２１を含む斜面上では光エネル
ギー密度が他より高くなる為膜堆積が早く進行するのに
対して、中心線２２を含む斜面上での膜堆積は遅くなる
。その結果、第４図に示すよに楕円形を呈した堆積形状
が得られる。

コンタクトホールやスルーホールに金属膜を堆積する場
合、ホール内を金属膜で完全に埋めると共に、堆積後の
基板表面の形状は平端であることが望ましい。その為に
は、第４図に示したような不均一な膜成長は望ましくな
い。これを解消するためには、ホールの側面に均一な光
エネルギーを照射することが必要になる。その手段とし
ては、第３図（Ａ）のような形状の場合は、側面１９に
ＴＭ波を最初に照射したのち、続いて基板を９０°回転
して側面１８にＴＭ波を取射する方法を採ることができ
る。別の方法としては、基板は固定しておき、第１図に
示した偏光面回転器７を利用して偏光面を９０°回転さ
せる方法も利用できる。また第３図（Ｂ）のような円形
状の場合は、基板位置調整装置（第１図の８）により、
基板を一定速度で回転させる方法も有効である。更に又
、基板の位置は固定しておき偏光面回転器７を利用して
、偏光面を一定の速度で回転させてもよい。

このような手段を利用することにより、スルーホールや
コンタクトホール内での金属膜の堆積を均一に促進させ
ることが可能となる。このようにホールの側面の個々の
部位に於ては、照射される光のエネルギー密度は変動す
るが、一定時間照射した段階では各部位での膜厚は均一
となり、ホール内は金属膜で埋まる。一方晶板表面（例
えば第２図の１５）では光の入射角が小さく（例えば第
２図（Ａ）ではゼロ度、（Ｂ）では２０〜３０°）かつ
一定であり、膜堆積の速度は抑制される。その結果、ホ
ール内の金属膜の穴埋めが完了した後の膜形成速度は急
速に低下し表面の平端化が実現できるようになる。

尚第２図（Ｂ）の実施例では、基板位置調整装置を若干
傾斜させる形態を示したが、基板を水平に保ち、光ビー
ム１２の照射形態を変更してもよい。その場合、基板面
の垂直方向から若干雅れた傾斜角方向から光ビーム１２
が照射されることになる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、コンタクトホールやスルーホールを形
成する側面での金属膜堆積速度を、基板表面より格段に
早くすることができる。その結果、ホールに金属膜の穴
埋めを行なったのちの基板表面の平端化に対しても効果
が大であり、表面トポグラフィのうねりの改善にも有効
である。

本発明によれば、素子の微細化が進展してアスペクト比
が大きいスルーホールやコンタクトホールに対しても、
オーバーハング現象などを誘起することなく、金暦膜の
穴埋めを行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する装置の基本構成図、第２図は
パイヤホールへの光の照射方式を示す説明図、第３図は
バイヤホールの形状を示す説明図、第４図はパイヤホー
ルへの金属膜の堆積状況を示す説明図である。 符号の説明 １・・・光源、２・・・偏光素子、３・・・偏光面回転
器、４・・・光学窓、５・・・反応容器、６・・・反応
ガス供給装置、７・・・基板、８・・・基板位置調整装
置、９・・・排気装置、１ｏ・・・シリコン、１１・・
・Ｓｉｎ、、１２・・・光ビーム、１３，１９，２３・
・・側面、１４・・・法線、１５．１６・・・表面、１
７．１８・・・辺、２１．２２・・・中心線。 第１凶 第３目 第４目 ３：埼火向巳祁４　７：４脹 ノ３：茅す　匍 ２ｚ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、スルーホール乃至はコンタクトホールを有する被処
   理基板を反応室内に設置する工程と、前記スルーホール
   乃至はコンタクトホール内に所望の金属を堆積する為に
   前記所望の金属を含有する反応ガスを前記反応室に導入
   する工程と、前記被処理基板上に前記反応ガスの光吸収
   バンドに該当する光を照射する工程を有する金属膜形成
   方法に於て、前記光吸収バンドに該当する光として、偏
   光方向を規定した光を使用すると共に前記偏光を規定し
   た光を前記スルーホール乃至はコンタクトホールを形成
   する段差の側面に照射することを特徴とする光ＣＶＤに
   よる金属膜形成方法。 ２、前記スルーホール乃至はコンタクトホールを形成す
   る段差に金属膜を埋める過程に於て、前記段差の側面を
   照射する光ビームの偏光成分を一定の時間々隔で変更す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の金属膜
   形成方法。 ３、前記光ビームの偏光成分を一定の時間々隔で変更す
   る手段として前記基板を回転することにより実現するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項及び第２項記載の
   金属膜形成方法。 ４、前記光ビームの偏光成分を一定の時間々隔で変更す
   る手段として、前記反応容器に入射する光ビームの偏光
   状態を回転することにより実現することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項及び第２項記載の金属膜形成方法。 ５、前記スルーホール乃至はコンタクトホールを形成す
   る段差の側面が基板面に対して垂直な形状乃至は傾斜し
   たテーパーを有するホールに対して前記偏光方向規定し
   た光を照射することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   乃至第４項記載の金属膜形成方法。 ６、前記スルーホール乃至はコンタクトホールの表面形
   状が概ね正方形乃至は円形を呈するホールに対して前記
   偏光方向を規定した光を照射することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項乃至第５項記載の金属膜形成方法。 ７、前記偏光方向を規定した光としてレーザー光を使用
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第６項
   記載の金属膜形成方法。 ８、前記スルーホール乃至はコンタクトホールを形成す
   る段差の側面が基板面に対して垂直な形状を有する基板
   に前記偏光方向を規定した光を入射するに当り、前記基
   板を傾斜させるか、前記基板面の垂直方向から離れた傾
   斜角方向から光ビームを照射することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項乃至第７図記載の金属膜形成方法。