JPH04171923A - 薄膜形成装置および薄膜形成方法 - 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〕 この発明は、粉体粒子を用いて薄膜を形成する薄膜形成
装置および薄膜形成方法に関し、特に被堆積基板表面に
段差がある場合の薄膜の段差被覆性の向上方法および膜
質改善方法に関するものである。

〔従来の技術〕

集積回路装置の配線形成工程等では、薄膜堆積方法とし
てスパッタ法が用いられることが多かった。しかし近年
、集積回路装置の微細化が進んだため、スパッタ法では
、堆積原子が微小段差部分底部へ到達することを妨げる
自己射影効果によって、微小段差部分開口部に堆積した
薄膜の段差被覆性の劣化が顕著となっている。

上記のような単原子から数原子を堆積するスパッタ法に
比べ、重い数十個ないし数百側からなる粉体粒子を用い
て薄膜形成を行うと、堆積する粒子の直進性が著しく改
善され、段差被覆性が良好となることから、粉体粒子を
用いた薄膜堆積技術が注目されている。

粉体粒子を用いた薄膜形成方法と′しては、従来より蒸
発−凝縮法およびガスデポジション法等か知られている
。

ここで、蒸発−凝縮法とは、真空中または不活性ガス中
で堆積材料を加熱蒸発させて、形成した粉体粒子を冷や
した被堆積基板上に凝縮・堆積すると直径数１００人〜
数１０００人の粉体粒子からなる薄膜が得られるという
薄膜形成方法である。

また、ガスデポジション法とは、低真空中または不活性
ガス中で堆積材料を加熱蒸発させて、形成した粉体粒子
を、さらに圧力の低い薄膜堆積室内へ、エアロゾル状に
してノズルより噴出させて、被堆積基板上に堆積すると
いう薄膜形成方法である。　　　− また、誘導加熱等によって、ノズル中の搬送ガスおよび
粉体粒子を加熱し、堆積膜の電気抵抗の低下および密着
強度の向上を図る場合もある（搬送ガス加熱式ガスデポ
ジション法）。

以下、従来の粉体粒子を用いた薄膜形成装置の例として
搬送ガス加熱式デポジション法を用いた薄膜形成装置に
ついて第３図を参照して説明する。

第３図は、搬送ガス加熱式ガスデポジション法による薄
膜形成装置の構造を示す概略図である。

なお、ここでは２元素の堆積の場合を例としている。同
図において、１は第１の粉体粒子形成室、２は第１のガ
ス導入口、３は第１の粉体粒子源、４は第１のるつぼ、
５は第１のるつぼ加熱用高周波誘導加熱コイル、６は第
１のるつぼ加熱用高周波誘導加熱コイル電源、７は第１
の搬送管、８は第１の真空ポンプ、９は第２の粉体粒子
形成室、１０は第２のガス導入口、１１は第２の粉体粒
子源、１２は第２のるつぼ、１３は第２のるつぼ加熱用
高周波誘導加熱コイル、１４は第２のるつは加熱用高周
波誘導加熱コイル電源、■５は第２の搬送管、１６は第
２の真空ポンプ、Ｉ７は差動排気室、１８は差動排気室
用真空ポンプ、１９は第３の搬送管、２０は薄膜堆積室
、２Ｉはノズル、２２はノズル加熱用高周波誘導加熱コ
イル、２３はノズル加熱用高周波誘導加熱コイル電源、
２４は薄膜堆積室２０のガス導入口、２５は被堆積基板
ホルダ、２６はＸ−Ｙ移動ステージ、３０は薄膜堆積室
用排気ポンプ、３１は被堆積基板、３２は粉体粒子、３
３は被堆積基板３１を加熱する加熱用電熱線である。

以下、第３図を用いて、従来の薄膜形成装置の動作、な
らびに従来の粉体粒子を用いた薄膜形成方法である搬送
ガス加熱式ガスデポジション法を説明する。第１の粉体
粒子形成室１において、Ｚ４５ＧＨｚの第１のるつぼ加
熱用高周波誘導加熱コイル電源６より第１のるつぼ加熱
用高周波誘導加熱コイル５に供給されたＺ４５ＧＨｚの
高周波によって第１のるつぼ４および第１のるつぼ４中
の粉体粒子源３が８００℃に加熱される。ここでは、粉
体粒子源３としては、Ａ／（アルミニウム）を用いた。

加熱することによって、蒸発したＡｌは、第１のガス導
入口２より供給された圧力５　Ｔｏｒｒの不活性ガスで
あるアルゴンガス（雰囲気ガス）中で急激に冷却され、
粉体粒子となる。この粉体粒子は、直径２００人〜５０
０人であり、−度雰囲気ガス中に浮遊するとエアロゾル
状になり、重力による沈降が生じにくく、搬送ガスの流
れによって容易に搬送することができる。また、このと
き薄膜堆積室２０は圧力１０ｍＴｏｒｒのアルゴンガス
が満たされている。

第１の粉体粒子形成室ｌと薄膜堆積室２０との間に圧力
差があるために、第１の粉体粒子形成室１で形成された
粉体粒子は、第１の搬送管７．第２の搬送管１５．差動
排気室１７．第３の搬送管１９を経てノズル２１より噴
出する。このとき、ノズル加熱用高周波誘導加熱コイル
２２．ノズル加熱用高周波コイル電源２３からなる２、
４５ＧＨｚの誘導加熱法によってノズル２１内の搬送ガ
スが加熱されるとともに粉体粒子３２も加熱される。

また、同時に、第２の粉体粒子形成室９において、２−
４５Ｇ）ｔｚの第２のるつぼ加熱用高周波誘導加熱コイ
ル電源１４より第２のるつぼ加熱用高周波誘導加熱コイ
ル１３に供給された２、４５ＧＨｚの高周波によって、
第２のるつぼ１２および第２のるつぼ１２中の粉体粒子
源１１が１１００°Ｃに加熱される。ここでは、粉体粒
子源１１としては、Ｃｕ（銅）を用いた。加熱すること
によって蒸発したＣｕは、第２のガス導入口１０より供
給された圧力３　Ｔｏｒｒの不活性ガスであるアルゴン
ガス（雰囲気ガス）中で急激に冷却され、粉体粒子とな
る。この粉体粒子は、直径２００人〜３００人であり、
−度雰囲気ガス中に浮遊するとエアロゾル状になり、重
力による沈降が生じにくく、搬送ガスの流れによって容
易に搬送することができ、第２の搬送管１５．差動排気
室１７．第３の搬送管１９を経てノズル２１より噴出す
る。このとき、誘導加熱法によってノズル２１内の搬送
ガスが加熱されるとともに粉体粒子３２も加熱される。

その結果、被堆積基板３１上に溶融したｌとＣｕの粉体
粒子を堆積することができる。さらに、被堆積基板ホル
ダ２５を保持するＸ−Ｙ移動ステージ２６を移動させる
ことによって、ＡＡとＣｕからなる合金薄膜形成か可能
となる。

つぎに、第４図を用いて段差被覆性の堆積膜厚依存性を
説明する。第４図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ１において
、４０はシリコン基板からなる被堆積基板、４１は厚さ
１００００人の酸化膜、４２は厚さ１０００人のＡｆと
Ｃｕの粉体粒子からなる薄膜、４３は開口寸法１０００
０人の段差部分（孔）、４４は厚さ２５００人のＡｌと
Ｃｕの粉体粒子からなる薄膜、４５は厚さ５０００人の
ＡＩとＣｕの粉体粒子からなる薄膜である。４６はＡｌ
７の粉体粒子、４７はＣｕの粉体粒子である。

第４図（ａ）は堆積膜厚１０００人の場合の段差被覆性
を示す。粉体粒子は、堆積時に直進性よく到達するため
に、段差部分底部へも比較的厚く堆積している。第４図
（ｂｌ、　（Ｃ）は堆積膜厚２５００人および５０００
人の場合の段差被覆性を示す。ここては、前記したよう
にノズル２１内で、搬送ガスとともに、ＡｌとＣｕ原子
も加熱されているために、被堆積基板４０上で流動して
、段差部分を覆う。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前記したような従来の薄膜形成装置では
、被堆積基板３１上で溶融した粉体粒子が急冷されるた
め、緻密な膜が得られにくいという問題を有していた。

また、被堆積基板４０上での粉体粒子の流動性が十分で
なく、膜厚か薄い場合に、完全に段差部分を覆うことが
できないという問題があった。

したがって、この発明の目的は、膜厚が小さい場合の段
差被覆性を良好にできるとともに、緻密な薄膜を形成で
きる薄膜形成装置および薄膜形成方法を提供することで
ある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の薄膜形成装置は、被堆積基板を内部に配した
真空容器と、前記真空容器内へ雰囲気ガスを導入する手
段と、前記雰囲気ガス中で堆積材料を蒸発させて粉体粒
子を発生させる手段と、前記粉体粒子を前記被堆積基板
上に堆積する手段と、前記被堆積基板上にレーザー光を
照射して前記被堆積基板上の粉体粒子を溶融させる手段
とを備えている。

また、薄膜形成方法は、雰囲気ガス中で堆積材料を蒸発
させて粉体粒子を発生させる工程と、被堆積基板を内部
に配した真空容器の内部へ前記粉体粒子を含んだ雰囲気
ガスを加熱しなから導入することにより前記粉体粒子を
前記被堆積基板上に堆積させる工程と、前記被堆積基板
上への前記粉体粒子の堆積と同時にまたは堆積後に前記
被堆積基板上にレーザー光を照射して前記粉体粒子を溶
融させる工程とを含む。

〔作　　　用〕

この発明の構成によれば、粉体粒子を被堆積基板上に堆
積する場合に、被堆積基板上にレーザー光を照射し、粉
体粒子を加熱して溶融させることによって被堆積基板上
で粉体粒子を流動させる。

この結果、形成される薄膜の段差被覆性が向上し、また
薄膜の緻密性が向上する。

〔実　施　例〕

以下、この発明の実施例を図面を参照しながら説明する
。

第１図はこの発明の一実施例の搬送ガス加熱式デポジシ
ョン法を用いた薄膜形成装置の構造を示す概略図である
。この実施例ては、２元素の堆積の場合を例としている
。同図において、１は第１の粉体粒子形成室、２は第１
のガス導入口、３は第１の粉体粒子源、４は第１のるつ
ぼ、５は第１のるつぼ加熱用高周波誘導加熱コイル、６
は第１のるつぼ加熱用高周波誘導加熱コイル電源、７は
第１の搬送管、８は第１の真空ポンプ、９は第２の粉体
粒子形成室、ｌＯは第２のガス導入口、】１は第２の粉
体粒子源、１２は第２のるつぼ、１３は第２のるつぼ加
熱用高周波誘導加熱コイル、１４は第２のるつぼ加熱用
高周波誘導加熱コイル電源、１５は第２の搬送管、１６
は第２の真空ポンプ、１７は差動排気室、１８は差動排
気室用真空ポンプ、１９は第３の搬送管、２０は薄膜堆
積室、２１はノズル、２２はノズル加熱用高周波誘導加
熱コイル、２３はノズル加熱用高周波誘導加熱コイル電
源、２４は薄膜堆積室２０のガス導入口、２５は被堆積
基板ホルダ、２６はＸ−Ｙ移動ステージ、２７はＡｒＦ
エキシマレーサー光源（波長１９３ｎｍ）、２８はレー
ザー光照射窓（ＺｎＳｅ製）、２９はレーザー光、３０
は薄膜堆積室用排気ポンプ、３１は被堆積基板、３２は
粉体粒子である。

以上のように構成されたこの実施例の薄膜形成装置の動
作、ならびに薄膜形成方法について述へる。第１の粉体
粒子形成室ｌにおいて、２．４５Ｇ七の第１のるつぼ加
熱用高周波誘導加熱コイル電源６より第１のるつぼ加熱
用高周波誘導加熱コイル５に供給されたＺ４５Ｇ）［ｚ
の高周波によって、第１のるつぼ４および第１のるつぼ
４中の粉体粒子源３が８００°Ｃに加熱される。ここで
は、粉体粒子源３としては、Ａｆ（アルミニウム）を用
いた。加熱することによって蒸発したｌは、第１のガス
導入口２より供給された圧力５　Ｔｏｒｒの不活性ガス
であるアルゴンガス中で急激に冷却され、粉体粒子とな
る。この粉体粒子は、直径２００人〜５００人であり、
−度雰囲気ガス中に浮遊するとエアロゾル状になり、重
力による沈降が生じにくく、ガスの流れによって容易に
搬送することかできる。

またこのとき、薄膜堆積室２０は圧力１０　ｍＴｏｒｒ
のアルゴンガスが満たされている。第１の粉体粒子形成
室１と薄膜堆積室２０との間に圧力差があるために、第
１の粉体粒子形成室１で形成された粉体粒子は、第１の
搬送管７．第２の搬送管、差動排気室１７．第３の搬送
管１９を経てノズル２１より噴出する。このとき、ノズ
ル加熱用高周波誘導加熱コイル２２．ノズル加熱用高周
波誘導加熱コイル電源２３からなる誘導加熱法によって
ノズル２１内の搬送ガスが加熱されるとともにＡｌの粉
体粒子も加熱される。

また同時に、第２の粉体粒子形成室９において、Ｚ４５
Ｇ＆の第２のるつぼ加熱用高周波誘導加熱コイル電源１
４より第２のるつぼ加熱用高周波誘導加熱コイル１３に
供給された２、４５ＧＨｚの高周波によって、第２のる
つぼ１２および第２のるつぼ１２中の粉体粒子源１１が
１１００℃に加熱される。ここでは、粉体粒子源１１と
しては、Ｃｕ（銅）を用いた。加熱することによって、
蒸発したＣｕは、第２のガス導入口ｌＯより供給された
圧力３　Ｔｏｒｒの不活性ガスであるアルゴンガス中で
急激に冷却され、粉体粒子となる。この粉体粒子は、直
径２００人〜３００人であり、−度雰囲気ガス中に浮遊
するとエアロゾル状になり、重力による沈降が生じにく
く、ガスの流れによって容易に搬送することができるＣ
ｕ（銅）の粉体粒子を形成し、ノズル２１より噴出する
。このとき、Ｃｕの粉体粒子が加熱される。

その結果、被堆積基板３１上に粉体粒子が堆積する。こ
のとき、ＡｒＦエキシマレーザ−光源２７において発生
させたレーザー光２９をレーザー光照射窓２８を経て被
堆積基板３１上に照射している（強度０．５　Ｊ／ｄ＞
、これにより、被堆積基板３Ｉ上に堆積した粉体粒子を
溶融し、流動させることができる。また、このとき、レ
ーザー光照射時間をパルス状にしてパルス時間幅を１０
０ｎｓｅｃ以下にすることによって、ＡｌとＳｔ（シリ
コン）の反応層の厚みを０．２μｍ以下とすることがで
き、被堆積基板３１がシリコン基板である場合、シリコ
ン基板上に形成されたジャンクション部の破壊を防ぐこ
とができた。さらに、被堆積基板３１を保持するＸ−Ｙ
移動ステージ２６を用いることによって、Ａ［とＣｕか
らなる合金薄膜形成が可能となる。

なお、上記のレーザー光の２９の照射は、粉体粒子の堆
積と同時に行っても、また堆積後に行っても、またその
両方でもよい。

つぎに、第２図に、段差被覆性の堆積膜厚依存性を説明
する図を示す。第２図（ａｌ、　（ｂｌ、　（Ｃ１にお
いて、２０はシリコン基板からなる被堆積基板、２１は
厚さ１００００人の酸化膜、２２は厚さ１０００人のＡ
ＩとＣｕの粉体粒子からなる薄膜、２３は開口寸法１０
０００人の段差部分（孔）、２４は厚さ２５００人のＡ
ＩとＣｕの粉体粒子からなる薄膜、２５は厚さ５０００
人のＡｆとＣｕの粉体粒子からなる薄膜である。２６は
レーザー光、２７は／ｌの粉体粒子、２８はＣｕの粉体
粒子である。

第２図ｆａｌは堆積膜厚１０００人の場合の段差被覆性
を示す。粉体粒子は、堆積時に、直進性よく到達するた
めに、段差部分底部へも比較的厚く堆積している。第２
図（ｂｌ、　（Ｃ１は、堆積膜厚２５００人および５０
００人の場合の段差被覆性を示す。ここでは、被堆積基
板３１上にｌとＣｕの粉体粒子か堆積する際にレーザー
光２６を照射すると、粉体粒子か溶融して粉体粒子の加
熱流動か促進されて、段差部分を被覆性よく覆い、かつ
薄膜の緻密性か向上する。

なお、この発明では、ｌとＣｕからなる合金としたが、 ■　３成分以上の多成分からなる薄膜を形成すること、 ■　−度薄膜を形成した後、引続き繰り返して薄膜を形
成することによって、多層薄膜を形成すること、 ■　雰囲気ガスに反応性ガスを用いて、表面に粉体粒子
層の内部と異なる異質層を形成すること、■　堆積材料
を蒸発させる方法として誘導加熱方法の他に電子ビーム
加熱、スパッタリングを用いること 等が可能である。

また、２層の薄膜を形成する場合において、第１の粉体
粒子を発生し、第１の粉体粒子をノズルから吹き出す際
に加熱して被堆積基板に堆積し、この後第２の粉体粒子
を発生し、第２の粉体粒子を被堆積基板に堆積する場合
において、第２の粉体粒子を堆積すると同時または堆積
した後に、被堆積基板上にレーザー光を照射することも
実施例として挙げられる。この場合、第２の粉体粒子に
ついてはノズルから吹き出す際の加熱は行わなくてもよ
い。

〔発明の効果〕

この発明によれば、被堆積基板の表面にレーザー光を照
射して、被堆積基板上に堆積した粉体粒子を加熱溶融す
るので、粉体粒子が被堆積基板上を流動することになり
、被堆積基板の表面に段差が存在する場合でも、段差被
覆性のよい緻密な膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の薄膜形成装置の構造を示
す概略図、第２図は第１図の実施例の段差被覆性を説明
する説明図、第３図は従来の薄膜形成装置の構成を示す
概略図、第４図は従来の薄膜形成装置の段差被覆性を説
明する説明図である。 １・・・第１の粉体粒子形成室、２・・・第１のガス導
入口、３・・・第１の粉体粒子源、４・・・第１のるつ
ぼ、５・・・第１のるつぼ加熱用高周波誘導加熱コイル
、６・・・第１のるつぼ加熱用高周波誘導加熱コイル電
源、７・・・第１の搬送管、８・・・第１の真空ポンプ
、９・・・第２の粉体粒子形成室、ｌＯ・・・第２のガ
ス導入口、１１・・・第２の粉体粒子形成室、１２・・
・第２のるつぼ、１３・・・第２のるつぼ加熱用高周波
誘導加熱コイル、１４・・・第２のるつぼ加熱用高周波
誘導加熱コイル電源、１５・・・第２の搬送管、１６・
・・第２の真空ポンプ、１７・・・差動排気室、１８・
・・差動排気室用ポンプ、１９・・・第３の搬送管、２
０・・・薄膜形成室、２１・・・ノズル、２２・・・ノ
ズル加熱用高周波誘導加熱コイル、２３・・・ノズル加
熱用高周波誘導加熱コイル電源、２４・・・薄膜堆積室
ガス導入口、２５・・・被堆積基板ホルダ、２６・・・
Ｘ−Ｙ移動ステージ、２７・・・ＡｒＦエキシマレーサ
ー光源、２８・・・レーザー光照射窓、２９・・・レー
ザー光、３０・・・薄膜堆積室用ポンプ、３１・・・被
堆積基板、３２・・・粉体粒子 特許出願人　　松下電子工業株式会社 呻どら＝ （ｂ） （ｃ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）被堆積基板を内部に配した真空容器と、前記真空
   容器内へ雰囲気ガスを導入する手段と、前記雰囲気ガス
   中で堆積材料を蒸発させて粉体粒子を発生させる手段と
   、前記粉体粒子を前記被堆積基板上に堆積する手段と、
   前記被堆積基板上にレーザー光を照射して前記被堆積基
   板上の粉体粒子を溶融させる手段とを備えた薄膜形成装
   置。
2. （２）レーザー光はパルス時間幅が１００ｎｓｅｃ以下
   のパルスレーザー光である請求項（１）記載の薄膜形成
   装置。
3. （３）雰囲気ガス中で堆積材料を蒸発させて粉体粒子を
   発生させる工程と、被堆積基板を内部に配した真空容器
   の内部へ前記粉体粒子を含んだ雰囲気ガスを加熱しなが
   ら導入することにより前記粉体粒子を前記被堆積基板上
   に堆積させる工程と、前記被堆積基板上への前記粉体粒
   子の堆積と同時にまたは堆積後に前記被堆積基板上にレ
   ーザー光を照射して前記粉体粒子を溶融させる工程とを
   含む薄膜形成方法。
4. （４）レーザー光はパルス時間幅が１００ｎｓｅｃ以下
   のパルスレーザー光である請求項（１）記載の薄膜形成
   方法。