JPH07331424A - 半導体薄膜形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高いアスペクト比を有する微細コンタクトホ
ール、スルーホールに対して段差被覆性および穴埋め性
を良好とする。 【構成】 ３１はるつぼ６０、加熱フィラメント６１お
よびイオン化機構６２からなる蒸着イオンビーム源で、
コンタクトホールを有する基板２に対向している。そし
て、蒸着イオンビーム源３１に対応してビーム制御部３
４が設けられ、基板２に入射する蒸着物質のビームの入
射角を制御している。また、基板駆動機構３３ａによ
り、基板２を公転、自転、往復運動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＳＩの超高集積化に
ともない設計ルールがサブミクロン程度になった場合に
おける、高アスペクト比を有するコンタクトホール、ス
ルーホールを有する半導体配線膜を形成する際に用いる
半導体薄膜形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１５はジャナル・オブ・バキュームサ
イエンスアンドテクノロジィー(Journal of Vacuum Sci
ence and Technology A Volume 3,No.2,1985) に示され
た従来のマグネトロン型スパッタ装置を示す概略構成図
である。同図に基づいて従来技術を説明すると、１は真
空槽、２は基板、３はターゲット、４は排気系、５はア
ルゴン等ガス導入系、６はシャッター、７は磁石が収納
されたターゲットホルダーである。このような構成にお
いて、次に動作について説明する。まず真空槽１内を排
気系４により排気した後、ガス導入系５によって窒素ガ
スおよびアルゴン等のガスを導入し、しかる後チタン等
の蒸着材料で形成されているターゲット３に対して、配
線用バリア膜が被覆される基板２に直流もしくは高周波
電圧（図示せず）を印加すると、ターゲット３と基板２
間にプラズマが形成される。このとき、ターゲットホル
ダー７中の磁石は、プラズマ中の電子を螺旋回転させ、
プラズマ生成を促進する。このプラズマ中で生成される
アルゴンイオンは、バイアス電圧によって加速され、タ
ーゲット３に衝突してターゲット材料がスパッタされ、
窒素ガス雰囲気中で、基板２上に付着して窒化チタン配
線用バリア膜が形成される。

【０００３】図１６は前述した従来のマグネトロン型ス
パッタ装置により高アスペクト（穴径に対する深さの比
が大きい）コンタクトホールにアルミニウムを蒸着した
場合の断面を示すもので、同図において、１００は穴径
０．５μｍ、深さ２．０μｍのコンタクトホール、１０
１、１０２および１０３はそれぞれチタン、窒化チタン
およびアルミニウム合金によって、蒸着形成された配線
密着層、配線バリア層および配線層である。同図に示す
ように、コンタクトホール１００の底部における膜厚
は、コンタクトホールエッジ部に成長するオーバーハン
グ部の影響により、コンタクトホール１００以外の平坦
部の膜厚と比較して、薄くなっている。このように現在
実用されているマグネトロン型スパッタ装置の段差被覆
性（コンタクトホールの底部の周端部における被覆性）
およびボトムカバレッジ性（ウエハの表面膜厚に対する
コンタクトホール底部に蒸着された膜厚の比）はコンタ
クトホール穴径およびアスペクト比の面から限界にきて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
製造方法で形成されたＬＳＩの微細配線膜では、コンタ
クトホールのアスペクト比が４以上になると、段差被覆
ができなくなったり、ホール底部に配線用バリア膜の穴
埋めができなくなるという問題があった。また、イオン
ビーム法を用いた場合、指向性が良く、ボトムに対して
カバレッジ性が良好に形成できるが、６インチあるいは
８インチ基板全面に蒸着する場合、蒸着イオンビーム源
からの入射ビームの基板に対する入射角が大きくなる影
響でボトムカバレッジ率に基板内分布が生じる。また、
アルミニウム配線膜形成のように膜厚が厚くなると、同
様に、蒸着イオンビーム源からの入射ビームの基板に対
する入射角が大きくなる影響でオーバーハング（図１６
中ア部）が生じるため、穴埋め性が不十分となるなどの
問題点があった。

【０００５】したがって、本発明は上述した従来の問題
点に鑑みてなされたもので、高アスペクト比を有する微
細コンタクトホールに、蒸着イオンビーム源から基板に
入射するビーム角を制御すること及び基板駆動機構によ
り、基板全面のコンタクトホールに入射する蒸着物質の
ビームのホールに対する入射方向成分を均一にすること
により、成膜時に発生する段差被覆不良、オーバーハン
グなどを抑制することができ、基板全面にわたって、穴
埋め性良く半導体配線膜を形成することができる半導体
薄膜形成装置を得ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明に係る半導体薄膜形成装置は、所定の真空度
に保持された真空槽内に基板を配置し、この基板に対向
して蒸着イオンビーム源を設けた半導体薄膜形成装置で
あって、前記基板を駆動する基板駆動機構と、前記基板
と前記蒸着イオンビーム源との間にイオンビームの入射
ビーム角を制限する入射ビーム角制限機構とを備えたも
のである。

【０００７】本発明の請求項２に係る半導体薄膜形成装
置は、蒸着イオンビーム源を１台とするとともに、基板
駆動機構として、基板にその中心を回転中心とする自転
運動と往復運動を行わせるようにしたものである。

【０００８】本発明の請求項３に係る半導体薄膜形成装
置は、蒸着イオンビーム源を複数個備え、基板駆動機構
として、基板の中心以外を回転中心とする公転運動を行
わせるようにしたものである。

【０００９】本発明の請求項４に係る半導体薄膜形成装
置は、蒸着イオンビーム源を複数個備え、前記基板駆動
機構として、基板の往復運動としたものである。

【００１０】本発明の請求項５に係る半導体薄膜形成装
置は、複数個の蒸着イオンビーム源を基板の移動方向に
対して位置をずらして配置したものである。

【００１１】本発明の請求項６に係る半導体薄膜形成装
置は、公転運動または往復運動をする基板駆動機構に、
基板の中心軸回転による自転運動を加えたものである。

【００１２】本発明の請求項７に係る半導体薄膜形成装
置は、入射ビーム角制限機構を昇降自在とする昇降調節
機構を備えたものである。

【００１３】本発明の請求項８に係る半導体薄膜形成装
置は、基板駆動機構により同時に複数の基板を移動さ
せ、これら複数の基板全面に半導体薄膜を形成したもの
である。

【００１４】

【作用】本発明によれば、ビーム指向性の良い蒸着イオ
ンビーム源を用いるとともに、基板と蒸着イオンビーム
源との間に入射ビーム角を制限する機構を設けることに
より、蒸着イオンビーム源からの入射ビームの基板に対
する入射角が大きい成分を除去することができ、また、
基板駆動機構により、基板全面のコンタクトホールに入
射する蒸着物質のビームのホールに対する入射方向成分
を均一にすることができるので、高アスペクト比のコン
タクトホールに対してもオーバーハングの成長を抑制す
ることができ、基板全面にわたって穴埋め性及び段差被
覆性の良好な配線膜を均一な面内ボトム膜厚分布で形成
することができる。

【００１５】本発明の請求項２における半導体薄膜形成
装置によれば、基板駆動機構として、基板にその中心を
回転中心とする自転運動と往復運動により、高アスペク
トコンタクトホールを有する基板全面に穴埋め性及び段
差被覆性の良好な配線膜を形成することができる。ま
た、基板面内でのコンタクトホールボトムの膜厚分布を
均一にすることができる。

【００１６】本発明の請求項３における半導体薄膜形成
装置によれば、基板駆動機構として、基板中心軸以外の
軸による公転運動としたことにより、高アスペクトコン
タクトホールを有する基板全面に穴埋め性及び段差被覆
性の良好な配線膜を形成することができる。また、複数
の蒸着イオンビーム源を用いることにより、基板面内で
のコンタクトホールボトムの膜厚分布の均一化および生
産性の向上が可能になる。

【００１７】本発明の請求項４における半導体薄膜形成
装置によれば、基板駆動機構として、基板の往復運動と
したことにより、高アスペクトコンタクトホールを有す
る基板全面に穴埋め性及び段差被覆性の良好な配線膜を
形成することができる。また、複数の蒸着イオンビーム
源を用いることにより、基板面内でのコンタクトホール
ボトムの膜厚分布の均一化および生産性の向上が可能に
なる。

【００１８】本発明の請求項５における半導体薄膜形成
装置によれば、複数個の蒸着イオンビーム源を基板の移
動方向に対して位置をずらして配置したので、基板に対
してのビームの投射の均一化を図れ、高アスペクトコン
タクトホールを有する基板全面に穴埋め性及び段差被覆
性の良好な配線膜を形成することができる。また、複数
の蒸着イオンビーム源を用いることにより、基板面内で
のコンタクトホールボトムの膜厚分布の均一化および生
産性の向上が可能になる。

【００１９】本発明の請求項６における半導体薄膜形成
装置によれば、公転運動または往復運動をする基板駆動
機構に、基板の中心軸回転による自転運動を加えたこと
により、高アスペクトコンタクトホールを有する基板全
面に穴埋め性及び段差被覆性のより良好な配線膜を形成
することができる。また、複数の蒸着イオンビーム源を
用いることにより、基板面内でのコンタクトホールボト
ムの膜厚分布の均一化および生産性の向上が可能にな
る。

【００２０】本発明の請求項７における半導体薄膜形成
装置によれば、入射ビーム角制限機構に昇降機構を備え
ているので、コンタクトホールのアスペクト比に対応し
て基板に入射するビーム角を変更でき、蒸着効率を改善
することができる。また、蒸着中に基板に入射するビー
ム角を制御できるので、蒸着膜厚に対応して入射ビーム
角を制御することにより、オーバーハングの抑制効果を
さらに向上させることができる。

【００２１】本発明の請求項８における半導体薄膜形成
装置によれば、基板駆動機構により同時に複数の基板を
移動させ、これら複数の基板全面に半導体薄膜を形成し
たことにより、より生産性の向上を図ることができる。

【００２２】

【実施例】

実施例１ 以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。図１は
本発明の一実施例における半導体薄膜形成装置の構成を
示すものである。同図において、２は排気系（図示せ
ず）により排気され、所定の真空度に保持された真空槽
（図示せず）内に配置された基板、３１は前記基板２に
対向して設けられたクラスターイオンビーム（ＩＣＢ）
装置、イオンプレーティング装置、イオン化機構を有す
る分子線エピタキシー（ＭＢＥ）装置、イオン化機構を
有する電子ビーム（ＥＢ）型蒸発源などの蒸着イオンビ
ーム源であり、ここでは、蒸着物質を充填したるつぼ６
０とこのるつぼ６０を加熱するフィラメント６１および
イオン化機構６２から構成された蒸着イオンビーム源を
示している。３２ａは前記基板２と前記蒸着イオンビー
ム源３１の間に設けられた入射ビーム角制限機構、３３
ａは基板駆動機構を示し、基板駆動機構による基板の運
動軌道としては、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向への往復運
動、および基板中心軸まわりの自転運動および公転運動
の組み合わせたものである。

【００２３】図２は、入射ビーム角制限機構３２の一例
の断面図を示すもので、同図において、θは蒸着イオン
ビーム源３１から基板への最大入射ビーム角、θ１は他
の蒸着イオンビーム源からの入射ビームの干渉を受ける
最大ビーム角、ｃ１は入射ビーム角制限機構３２のビー
ム制御部３４を通過する照射径、ｄは入射ビーム角制限
機構３２の長さ、ｈ１は基板２と入射ビーム角制限機構
３２との距離、ｈ２は他の蒸着イオンビーム源からの入
射ビームの影響を遮るための蒸着イオンビーム源３１と
入射ビーム角制限機構３２の最大距離、ｈ０は蒸着イオ
ンビーム源３１と基板２との距離であり、ｈ０＝ｈ１＋
ｈ２＋ｄである。また、ｋはビーム制御部３４の開口部
の中心軸８０間の距離であり、各蒸着イオンビーム源３
１の中心軸と各ビーム制御部３４の開口部の中心軸８０
は一致している。

【００２４】蒸着イオンビーム源３１から基板への最大
入射ビーム角θは、式（１）で表される。隣接する蒸着
イオンビーム源３１からの入射ビームの干渉を受ける最
大ビーム角θ１は式（２）で表される。他の蒸着イオン
ビーム源３１からの入射ビームの影響を遮るための蒸着
イオンビーム源３１と入射ビーム角制限機構３２の最大
距離ｈ２は式（３）で表され、他の蒸着イオンビーム源
３１からの入射ビームの影響を遮るためにはこの値より
小さくする必要がある。

【００２５】

【数１】

【００２６】また、入射ビーム角制限機構３２の長さｄ
は、ｄ＝ｈ０−（ｈ１＋ｈ２）であり、他の蒸着イオン
ビーム源からの入射ビームの影響を遮るためにはこの値
より大きくする必要がある。ここで、入射ビーム角制限
機構としては、平面円盤と円筒を組み合わせた構造とし
たが、基板に入射するビーム角度を制御できれば、その
構造は如何なるものでもよい。なお、最大入射ビーム角
θは、例えばアスペクト比が４の場合には、５°以内に
すれば良好な蒸着特性が得られる。

【００２７】このような構成において、以下、動作につ
いて説明する。排気系により真空槽を高真空に排気し、
所定の真空度に保持された真空槽内に配置された蒸着イ
オンビーム源３１において、フィラメント６１により加
熱されたるつぼ６０から噴出した蒸着物質の蒸気はイオ
ン化機構６２によりイオン化を行った後、蒸着イオンビ
ーム源３１から基板２に対して噴出される。この噴出さ
れた蒸着物質のビームは複数のビーム制御部３４ａより
構成される入射ビーム角制限機構３２ａにより、入射ビ
ームが通過する開口径と距離との関係で決定される最大
入射ビーム角以上のビーム成分が除去された後、基板２
へ照射される。この際、基板２は、基板駆動機構３３ａ
により、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向への往復運動、および
基板中心軸まわりの自転運動と公転軸まわりの公転運動
を組み合わせた運動をすることにより、基板全面のコン
タクトホールに入射する蒸着物質ビームのホールに対す
る入射方向成分を均一にすることができる。

【００２８】ここで、アスペクト比４の場合、最大入射
角５°以内とすることにより、良好な蒸着特性が得られ
る理由を図３に基いて説明する。イオンビーム蒸着法で
は、通常の蒸着の場合、成膜中の真空度が１×１０^-6〜
１×１０^-7（Torr）と高真空であるため、蒸着粒子の平
均自由行程が、５０〜５００（ｍ）と直進性に優れてお
り、反応性蒸着の場合でも、１×１０^-4〜１×１０
^-5（Torr）で平均自由行程は０．５〜５（ｍ）である。
このビームの直進性を利用して微細ホールに対する穴埋
めを行うものである。蒸着物質の入射ビーム角θはある
範囲（例えばθ＝０°〜５°，０°〜１０°，０°〜１
５°）を有しているが、入射ビーム角の影響を明確にす
るために入射ビーム角をθ＝５°（あるいは１０°，１
５°）に限定して説明を行う。最大入射角θを５°とし
た場合には、図３（ａ）に示すように、底部の直径を１
とした場合、未蒸着部αは約０．３５となり、コンタク
トホール２００の底部の一方側の端部Ｂに対して良好な
蒸着形成が可能なことがわかる。次に、基板の移動（回
転等）により、コンタクトホール２００の位置が同図
（ｂ）となるので、底部での未蒸着部が無くなるととも
に、底部の他方側の端部Ａに対しても良好な蒸着形成が
可能で、段差被膜性の良好な配線膜を形成することがで
きる。

【００２９】次に、最大入射角θを１０°とすると、図
４（ａ）に示すように、未蒸着部βは約０．７１とな
る。したがって、基板の移動（回転等）により、コンタ
クトホール２００の位置が同図（ｂ）となった場合に
も、底部の中心部には、γで示す未蒸着部が発生する。
さらに、最大入射角θを１５°とすると、ビームが底部
の端部ＡおよびＢにも到達しないので、段差被膜性の良
好な配線膜を形成することができなくなる。以上より、
入射ビーム角θが大きくなると、ホール底部に到達する
蒸着ビームの割合が減少し、相対的に他の部分の成長速
度が大きくなる。特に、ホール入口部における膜成長
（オーバーハング）はホール内への入射ビームを遮るた
め、ホール底部に到達する蒸着ビームの割合を著しく減
少させる。したがって、ホール入口部でのオーバーハン
グを抑制しホール内に効率よく蒸着ビームを入射するに
は、蒸着ビームの入射ビーム角が有する入射角度範囲か
ら大きな入射ビーム角成分を除去すればよい。

【００３０】また、基板駆動機構により、基板全面の分
布するすべてのコンタクトホールに入射する蒸着物質の
ビームのホールに対する入射方向成分を均一にすること
ができる。これを図５に基づいて説明すると、同図
（ａ）においては、基板２中央に位置するコンタクトホ
ール２００ａに対しては、イオンビーム蒸着源３１から
の入射ビーム角θはθ₀ で、基板２端部に位置するコン
タクトホール２００ｂに対しては、入射ビーム角θはθ
₁ である。次に、基板駆動機構により基板２を水平方向
にＲだけ等速度移動させると、同図（ｂ）に示すよう
に、コンタクトホール２００ａに対しては、イオンビー
ム蒸着源３１からの入射ビーム角θはθ₁ となり、コン
タクトホール２００ｂに対しては、入射ビーム角θはθ
₀ となり、両コンタクトホール２００ａ、２００ｂは、
共にθ＝θ₀〜θ₁の範囲の入射ビーム角を同程度もつこ
ととなる。このように、基板２を移動させることによ
り、基板２全面に分布するすべてのコンタクトホール２
００に対して、入射ビーム角θをある範囲（本実施例で
はθ＝０〜５°）とすることにより、すべてのコンタク
トホールボトムの膜厚の均一化を図ることができる。し
たがって、図１４に示すように高アスペクト比（アスペ
クト比４）を有するコンタクトホールに対して、基板全
面にわたって穴埋め性及び段差被覆性の良好な配線膜を
形成することができる。なお、図１４において、２００
はコンタクトホール、２０１、２０２、２０３は各々配
線密着層、配線バリア層、配線層を示す。

【００３１】実施例２ 図６は本発明に係る半導体薄膜形成装置の第２の実施例
を示すもので、１台の蒸着イオンビーム源３１から噴出
した蒸着物質のビームは入射ビーム角制限機構３２ｃに
より、入射ビームが通過する開口径と距離との関係で決
定される最大入射ビーム角以上のビーム成分を除去され
た後、半径Ｒの基板２へ照射される。ここで、蒸着イオ
ンビーム源３１の中心軸とビーム制御部３４ｃの開口部
の中心軸４１は一致する。

【００３２】基板駆動機構３３ｃとしては、水平往復運
動と基板回転運動とを組み合わせたもので、水平往復運
動としては、基板の水平往復運動の軸４０が、ビーム制
御部３４ｃの開口部の中心軸４１を通る軌道で、移動距
離が入射ビーム角制限機構の開口部の中心軸４１より最
小移動距離±Ｒであるような水平往復運動である。ま
た、基板回転運動としては、基板中心軸４３まわりの回
転運動である。このように、本実施例では１つの蒸着ビ
ーム源と、駆動機構が一方向の並進運動と、１つの回転
運動とで構成できるので、装置の構造を簡素化すること
ができるとともに、生産性を向上させることができる。

【００３３】実施例３ 図７は本発明に係る半導体薄膜形成装置の第３の実施例
を示すもので、５台の蒸着イオンビーム源３１と５個の
ビーム制御部３４ｄから構成される入射ビーム角制限機
構３２ｄを用い、ビーム制御部３４ｄの配置としては、
３個のビーム制御部３４ｄの開口部の中心軸７３が直線
７１上と交わるように一列に並べるともに、２個のビー
ム制御部３４ｄの開口部の中心軸７３が直線７２と交わ
るように一列に並べる。直線７１と直線７２は公転軸７
０と交わり、直線７１と直線７２のなす角度はδであ
る。なお、本実施例ではδ＝９０°としたが、５個のビ
ーム制御部が重ならない範囲であればδは任意の角度で
よい。

【００３４】また、直線７１と交わる３個のビーム制御
部３４ｄの開口部の中心軸７３ａ、７３ｂ、７３ｃはそ
れぞれ公転軸７０よりＳ、Ｓ＋Ｒ、Ｓ＋２Ｒの距離にあ
る。一方、直線７２と交わる２個のビーム制御部３４ｄ
の開口部の中心軸７３ｄ、７３ｅはそれぞれ公転軸７０
よりＳ＋（Ｒ／２）、Ｓ＋（３Ｒ／２）の距離にあり、
前記中心軸７３ａ、７３ｂ、７３ｃに対して基板２の回
転方向に沿って、Ｒ／２づつ位置をずらしている。こう
することにより、公転する基板２全面のコンタクトホー
ルに入射する蒸着物質のビームのホールに対する入射量
を均一にすることができる。ここで、各蒸着イオンビー
ム源３１の中心軸と各ビーム制御部３４ｄの開口部の中
心軸７３は一致する。

【００３５】基板駆動機構３３ｄとしては、公転運動機
構であり、基板中心軸４３から距離Ｓ＋Ｒだけ離れた位
置の公転軸７０まわりに公転運動する。上述の入射ビー
ム角制限機構３２ｄにより半径Ｒの基板２に入射する蒸
着物質のビームの入射角を制御でき、また、基板駆動機
構３３ｄにより、基板全面のコンタクトホールに入射す
る蒸着物質のビームのホールに対する入射方向成分を均
一にすることができ、複数の蒸着イオンビーム源を用い
ることにより、基板面内でのコンタクトホールボトムの
膜厚分布の均一化および生産性の向上が可能になる。

【００３６】実施例４ 図８は本発明に係る半導体薄膜形成装置の第４の実施例
を示すもので、上述した実施例３の基板駆動機構に基板
の中心軸まわりの自転運動を加えたもので、図７と同様
に、入射ビーム角制限機構３２ｅにより半径Ｒの基板２
に入射する蒸着物質のビームの入射角を制御でき、ま
た、基板駆動機構３３ｅにより、基板全面のコンタクト
ホールに入射する蒸着物質のビームのホールに対する入
射方向成分を均一にすることができ、高アスペクト比を
有するコンタクトホールに対して、基板全面にわたって
穴埋め性及び段差被覆性の良好な配線膜を形成すること
ができる。また、基板中心軸まわりの自転運動により、
基板面内でのコンタクトホールボトムの膜厚分布の均一
性がさらに向上する。

【００３７】実施例５ 図９は本発明に係る半導体薄膜形成装置の第５の実施例
を示すもので、５台の蒸着イオンビーム源３１と５個の
ビーム制御部３４ｆから構成される入射ビーム角制限機
構３２ｆを用い、ビーム制御部３４ｆの配置としては、
５個のビーム制御部３４ｆを３個と２個の２列に並べ、
各列のビーム制御部３４ｆの開口部の中心軸５３はそれ
ぞれ直線５１、５２と交わり、かつ、直線５１と直線５
２は平行とし、また、各ビーム制御部３４ｆの開口部の
中心軸５３のｘ方向の距離がＲ／２であるような配置と
する。また、直線５１と交わる３個のビーム制御部３４
ｆに対して直線５２と交わる２個のビーム制御部３４ｆ
とは、基板２の移動方向に対してＲ／２位置がずれて配
置されている。こうすることにより、基板２全面のコン
タクトホールに入射する蒸着物質のビームのホールに対
する入射量を均一にすることができる。ここで、各蒸着
イオンビーム源３１の中心軸と各ビーム制御部３４ｆの
開口部の中心軸５３は一致する。

【００３８】基板駆動機構３３ｆとしては、基板の水平
往復運動であり、水平運動軸５０は、直線５１と交わる
３個のビーム制御部３４ｆの中央の開口部の中心軸と交
わり、直線５１、５２と直交し、移動距離としては、基
板中心軸４３が直線５１、５２よりそれぞれＲだけ移動
する２Ｒ＋Ｔである。上述の入射ビーム角制限機構３２
ｆにより半径Ｒの基板２に入射する蒸着物質のビームの
入射角を制御でき、また、基板駆動機構３３ｆにより、
基板全面のコンタクトホールに入射する蒸着物質のビー
ムのホールに対する入射方向成分を均一にすることがで
き、高アスペクト比を有するコンタクトホールに対し
て、基板全面にわたって穴埋め性及び段差被覆性の良好
な配線膜を形成することができる。また、複数の蒸着イ
オンビーム源を用いることにより、基板面内でのコンタ
クトホールボトムの膜厚分布の均一化および生産性の向
上が可能になる。

【００３９】実施例６ 図１０は本発明に係る半導体薄膜形成装置の第６の実施
例を示すもので、上述した実施例５の基板駆動機構に基
板の中心軸まわりの自転運動を加えたもので、図６と同
様に、入射ビーム角制限機構３２ｇにより半径Ｒの基板
２に入射する蒸着物質のビームの入射角を制御でき、ま
た、基板駆動機構３３ｇにより、基板全面のコンタクト
ホールに入射する蒸着物質のビームのホールに対する入
射方向成分を均一にすることができ、高アスペクト比を
有するコンタクトホールに対して、基板全面にわたって
穴埋め性及び段差被覆性の良好な配線膜を形成すること
ができる。また、基板中心軸まわりの自転運動により、
基板面内でのコンタクトホールボトムの膜厚分布の均一
性がさらに向上する。

【００４０】実施例７ 図１１は本発明に係る半導体薄膜形成装置の第７の実施
例を示すもので、入射ビーム角制限機構の昇降機構１２
０により、入射ビーム角制限機構３２ｈを真空中、なら
びに蒸着中に移動させることができる。入射ビーム角の
制御としては、入射ビーム角制限機構３２ｈを＋ｚ方向
に移動することにより、基板に入射する最大入射角 を
小さくすることができ、逆に−ｚ方向に移動することに
より、基板に入射する最大入射角を大きくすることがで
きる。前記入射ビーム角制限機構の昇降機構１２０によ
り、コンタクトホールのアスペクト比に対応して基板２
に入射するビーム角を変更でき、蒸着効率を改善するこ
とができる。例えば、アスペクト比４の場合、入射ビー
ム角θを５°以内にすれば、良好な蒸着特性が得られ
る。また、蒸着中に基板に入射するビーム角を制御で
き、例えば、蒸着中に基板に入射するビーム角を蒸着膜
厚に対応して高角度成分を除去する方向＋ｚ方向に移動
させることにより、オーバーハングの抑制効果をさらに
向上させることができる。

【００４１】実施例８ 図１２は本発明に係る半導体薄膜形成装置の第８の実施
例を示すもので、上述した第３の実施例の基板２を４枚
として、これら４枚の基板２の全面に半導体薄膜を形成
できる機構を備えたものである。すなわち、複数の半径
Ｒの基板２の配置としては、各基板の中心軸４３が公転
軸７０より半径（Ｓ＋Ｒ）の円周上にある配置である。
また、基板駆動機構３３ｄとしては、第３の実施例の場
合と同様に、公転運動機構であり、基板中心軸４３から
距離Ｓ＋Ｒだけ離れた位置の公転軸７０まわりに公転運
動する。

【００４２】以下、第３の実施例と同様に、入射ビーム
角制限機構３２ｄにより半径Ｒの基板２に入射する蒸着
物質のビームの入射角を制御でき、また、基板駆動機構
３３ｄにより、基板全面のコンタクトホールに入射する
蒸着物質のビームのホールに対する入射方向成分を均一
にすることができ、高アスペクト比を有するコンタクト
ホールに対して、基板全面にわたって穴埋め性及び段差
被覆性の良好な配線膜を形成することができる。また、
複数の蒸着イオンビーム源を用いることにより、基板面
内でのコンタクトホールボトムの膜厚分布の均一化およ
び生産性の向上が可能になるなどの効果に加え、複数の
基板を同時に処理することができるので、生産性をさら
に高めることできる。

【００４３】実施例９ 図１３は、本発明に係る半導体薄膜形成装置の第９の実
施例を示すもので、上述した第５の実施例における基板
２を３枚とし、これら３枚の基板全面に半導体薄膜を形
成できる機構を備えたものである。すなわち、複数の半
径Ｒの基板２の配置としては、各基板の中心軸４３が水
平運動軸５０上にある配置である。また、基板駆動機構
３３ｆとしては、基板の水平往復運動であり、水平運動
軸５０は、直線５１と交わる３個のビーム制御部３４ｆ
の中央の開口部の中心軸上と交わり、直線５１、５２と
直交し、移動距離としては、＋ｙ方向へは、左端の基板
２ａの中心軸４３ａが直線５２より＋ｙ方向に距離Ｒ移
動し、逆に、−ｙ方向へは、右端の基板２ｂの中心軸４
３ｂが直線５１より−ｙ方向に距離Ｒ移動する。

【００４４】以下、第５の実施例と同様に、入射ビーム
角制限機構３２ｆにより半径Ｒの基板２に入射する蒸着
物質のビームの入射角を制御でき、また、基板駆動機構
３３ｆにより、基板全面のコンタクトホールに入射する
蒸着物質のビームのホールに対する入射方向成分を均一
にすることができ、高アスペクト比を有するコンタクト
ホールに対して、基板全面にわたって穴埋め性及び段差
被覆性の良好な配線膜を形成することができる。また、
複数の蒸着イオンビーム源を用いることにより、基板面
内でのコンタクトホールボトムの膜厚分布の均一化およ
び生産性の向上が可能になるなどの効果に加え、複数の
基板を同時に処理することができるので、生産性をさら
に高めることできる。

【００４５】

【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１記載
の半導体薄膜形成装置によれば、入射ビーム角制限機構
により基板に入射する蒸着物質のビームの入射角を制限
でき、また、基板駆動機構により、基板全面のコンタク
トホールに入射する蒸着物質のビームのホールに対する
入射方向成分を均一にすることができるので、高アスペ
クト比を有するコンタクトホールに対して、基板全面に
わたって穴埋め性及び段差被覆性の良好な配線膜を均一
な面内ボトム膜厚分布で形成することができる。このた
め、超ＬＳＩの微細配線膜を信頼性高く製造することが
できる。

【００４６】また、請求項２記載の半導体薄膜形成装置
によれば、蒸着イオンビーム源を１台とするとともに、
前記基板駆動機構として、基板にその中心を回転中心と
する自転運動と往復運動を行わせるようにしたので、構
造簡易にもかかわらず、高アスペクト比を有するコンタ
クトホールに対して、基板全面にわたって穴埋め性及び
段差被覆性の良好な配線膜を均一な面内ボトム膜厚分布
で形成することができる。

【００４７】また、請求項３記載の半導体薄膜形成装置
によれば、蒸着イオンビーム源を複数個備えたので、生
産性が向上するとともに、基板駆動機構として、基板の
中心以外を回転中心とする公転運動を行わせるようにし
たので、基板全面のコンタクトホールに入射する蒸着物
質のビームのホールに対する入射方向成分を均一にする
ことができ、このため高アスペクトコンタクトホールを
有する基板全面に穴埋め性及び段差被覆性の良好な配線
膜を均一な面内ボトム膜厚分布で形成することができ
る。

【００４８】また、請求項４記載の半導体薄膜形成装置
によれば、蒸着イオンビーム源を複数個備えので、生産
性が向上するとともに、基板の往復運動からなる基板駆
動機構により、基板全面のコンタクトホールに入射する
蒸着物質のビームのホールに対する入射方向成分を均一
にすることができるので、高アスペクトコンタクトホー
ルを有する基板全面に穴埋め性及び段差被覆性の良好な
配線膜を均一な面内ボトム膜厚分布で形成することがで
きる。

【００４９】また、請求項５記載の半導体薄膜形成装置
によれば、複数個の蒸着イオンビーム源を基板の移動方
向に対して位置をずらして配置したことにより、基板全
面のコンタクトホールに入射する蒸着物質のビームのホ
ールに対する入射量を均一にすることができ、高アスペ
クトコンタクトホールを有する基板全面に穴埋め性及び
段差被覆性の良好な配線膜を均一な面内ボトム膜厚分布
で形成することができる。

【００５０】また、請求項６記載の半導体薄膜形成装置
によれば、公転運動または水平往復運動をする基板駆動
機構に、基板の中心を回転中心とする自転運動を加えた
ので、高アスペクトコンタクトホールを有する基板全面
に穴埋め性及び段差被覆性のより良好な配線膜を均一な
面内ボトム膜厚分布で形成することができる。

【００５１】また、請求項７記載の半導体薄膜形成装置
によれば、入射ビーム角制限機構を昇降する昇降機構を
備えているので、コンタクトホールのアスペクト比に対
応して基板に入射するビーム角を変更でき、蒸着効率を
改善することができる。また、蒸着中に基板に入射する
ビーム角を制御できるので、蒸着膜厚に対応して入射ビ
ーム角を制御することにより、オーバーハングの抑制効
果をさらに向上させることができる。このため、超ＬＳ
Ｉの微細配線膜を信頼性高く製造することができる。

【００５２】また、請求項８記載の半導体薄膜形成装置
によれば、基板駆動機構により同時に複数の基板を移動
させ、これら複数の基板全面に半導体薄膜を形成したの
で、生産性をさらに高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の半導体薄膜形成装置の一実施例を示
す模式図である。

【図２】 本発明の半導体薄膜形成装置の入射ビーム角
制限機構の一実施例を示す断面図である。

【図３】 本発明の半導体薄膜形成装置におけるアスペ
クト比４のホールに対する最大入射角５°の場合の蒸着
特性を示す模式図である。

【図４】 本発明の半導体薄膜形成装置におけるアスペ
クト比４のホールに対する最大入射角１０°の場合の蒸
着特性を示す模式図である。

【図５】 本発明の半導体薄膜形成装置における基板駆
動機構により、基板全面の分布するすべてのコンタクト
ホールに対するビームの入射角の変化を示す模式図であ
る。

【図６】 本発明の半導体薄膜形成装置の第２の実施例
を示す模式図である。

【図７】 本発明の半導体薄膜形成装置の第３の実施例
を示す模式図である。

【図８】 本発明の半導体薄膜形成装置の第４の実施例
を示す模式図である。

【図９】 本発明の半導体薄膜形成装置の第５の実施例
を示す模式図である。

【図１０】 本発明の半導体薄膜形成装置の第６の実施
例を示す模式図である。

【図１１】 本発明の半導体薄膜形成装置の第７の実施
例を示す模式図である。

【図１２】 本発明の半導体薄膜形成装置の第８の実施
例を示す模式図である。

【図１３】 本発明の半導体薄膜形成装置の第９の実施
例を示す模式図である。

【図１４】 本発明の半導体薄膜形成装置によるコンタ
クトホールへの埋め込み状態を示す断面図である。

【図１５】 従来の半導体薄膜形成装置の一例を示す断
面図である。

【図１６】 従来の半導体薄膜形成装置によるコンタク
トホールへの埋め込み状態を示す断面図である。

【符号の説明】

２ 基板、３１ 蒸着イオンビーム源、３２ 入射ビー
ム角制限機構、３３ 基板駆動機構、３４ ビーム制御
部、６０ るつぼ、６１ 加熱用フィラメント、６２
イオン化機構、２００ コンタクトホール、２０１ 配
線密着層、２０２ 配線バリア層、２０３ 配線層。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の真空度に保持された真空槽内に基
   板を配置し、この基板に対向して蒸着イオンビーム源を
   設けた半導体薄膜形成装置において、前記基板を駆動す
   る基板駆動機構と、前記基板と前記蒸着イオンビーム源
   との間にイオンビームの入射ビーム角を制限する入射ビ
   ーム角制限機構とを備えたことを特徴とする半導体薄膜
   形成装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体薄膜形成装置にお
   いて、前記蒸着イオンビーム源を１台とするとともに、
   前記基板駆動機構として、基板にその中心を回転中心と
   する自転運動と往復運動を行わせるようにしたことを特
   徴とする半導体薄膜形成装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の半導体薄膜形成装置にお
   いて、前記蒸着イオンビーム源を複数個備え、前記基板
   駆動機構として、基板の中心以外を回転中心とする公転
   運動を行わせるようにしたことを特徴とする半導体薄膜
   形成装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の半導体薄膜形成装置にお
   いて、前記蒸着イオンビーム源を複数個備え、前記基板
   駆動機構として、基板の往復運動としたことを特徴とす
   る半導体薄膜形成装置。
5. 【請求項５】 請求項３または請求項４記載の半導体薄
   膜形成装置において、前記複数個の蒸着イオンビーム源
   を基板の移動方向に対して位置をずらして配置したこと
   を特徴とする半導体薄膜形成装置。
6. 【請求項６】 請求項３または請求項４記載の半導体薄
   膜形成装置において、前記基板駆動機構に、基板の中心
   を回転中心とする自転運動を加えたことを特徴とする半
   導体薄膜形成装置。
7. 【請求項７】 請求項１記載の半導体薄膜形成装置にお
   いて、前記入射ビーム角制限機構を昇降自在とする昇降
   調節機構を備えたことを特徴とする半導体薄膜形成装
   置。
8. 【請求項８】 請求項１記載の半導体薄膜形成装置にお
   いて、前記基板駆動機構により同時に複数の基板を移動
   させ、これら複数の基板全面に半導体薄膜を形成したこ
   とを特徴とする半導体薄膜形成装置。