JPH08293470A

JPH08293470A - 成膜装置および成膜方法

Info

Publication number: JPH08293470A
Application number: JP9693295A
Authority: JP
Inventors: Hideharu Nakajima; 英晴中嶋
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-04-21
Filing date: 1995-04-21
Publication date: 1996-11-05

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、堆積に寄与する粒子数を増やすこ
とで成膜効率の向上を図るとともに、粒子の飛行方向を
揃えることでコンタクトホールのような段差部における
成膜のカバリッジ性の向上を図る。【構成】ターゲット11をスパッタリングして発生した
粒子61を試料90の表面に堆積させて堆積膜を形成する成
膜装置1 において、ターゲット11から発生した粒子61の
ほぼ飛行方向に、粒子61に電荷を与える帯電部21を設
け、そこで帯電した粒子61のほぼ飛行方向にその粒子61
からなる粒子束62に対して内向きの電界を形成する方向
制御部31を設けものであり、その成膜装置1 の帯電部21
と方向制御部31との間に帯電した粒子61に速度を与える
ための電位差を持つ加速部41を設け、さらに方向制御部
31と試料90との間に粒子61のうち一定方向に飛行する粒
子61のみを通過させるコリメータ51を設けてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、成膜装置および成膜方
法に関し、特には半導体装置の製造工程でスパッタリン
グによって金属膜や金属化合物膜等を形成する成膜装置
および成膜方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の設計ルールの微細化
にともなって、半導体装置に形成される配線のピッチも
縮小されてきている。そのため、コンタクトホール径も
微細化が進み、それにともなってコンタクトホールのア
スペクト比は高まっている。

【０００３】そこで従来のスパッタリング装置では、ス
パッタリング粒子の飛行方向を揃えるとともに試料に対
してほぼ垂直に入射するようにするために、ターゲット
と試料との距離を十分に離して、試料表面に対するスパ
ッタリング粒子の入射角を小さくしている。または試料
の成膜面側上方に、大きな入射角を有するスパッタリン
グ粒子をトラップして、試料表面に対してほぼ垂直入射
するスパッタリング粒子のみを通過させるコリメータを
設けている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ターゲ
ットと試料との距離を十分に離したり、コリメータを設
けたりした成膜装置では、成膜に寄与する粒子数が大幅
に減少するため、堆積速度が遅くなり成膜工程の生産性
が非常に悪くなる。

【０００５】また、通常のスパッタリングによって高ア
スペクト比のコンタクトホール内に金属からなる配線層
を成膜しようとすると、コンタクトホールの底部に対す
る成膜が不十分になる。すなわち、図８の（１）に示す
ように、基板２１１上の絶縁膜２１２に設けたコンタク
トホール２１３には、スパッタリングによって発生した
粒子２０１の飛行方向が様々であるため、その粒子２０
１の飛来量は、開口２１４周辺のほうが底部２１５より
も多くなる。そのため、開口２１４周辺には全ての方向
から飛来する粒子２０１が付着する可能性があり、一
方、底部２１５には開口２１４のエッジ部と対角になる
底部２１５の角部とを結ぶ経路２０２（１点鎖線で示
す）よりも基板２１１の表面に対して垂直方向に飛来す
る粒子２０１のみしか到達できない。

【０００６】その結果、図８の（２）に示すように、コ
ンタクトホール２１３の開口２１４周辺に粒子（２０
１）が多く付着し、コンタクトホール２１３の底部２１
５における付着量は少なくなるので、堆積膜２１７には
いわゆるオーバハング２１８が生じる。それによって、
底部２１５への粒子（２０１）の飛来可能な経路がさら
に基板２１１の表面に対して垂直方向に移行するため、
底部２１５に到達する粒子（２０１）の量はさらに減少
することになる。この結果、オーバハング２１８はます
ます大きく成長する。

【０００７】上記ような繰り返しによって、微細な径の
コンタクトホールの底部に堆積される粒子の被着形状は
ますます悪化することになり、それにともなって、以下
のような課題が発生する。

【０００８】図９に示すように、コンタクトホール２１
３の底部２１５におけるバリアメタル層２１９のカバリ
ッジが悪化するので、上層の堆積膜（例えばアルミニウ
ム系金属膜）２１７からの金属の突き抜けを防止するこ
とが十分にできない。その結果、基板２１１（シリコン
基板）に形成された接合部２２０を貫くいわゆる金属ス
パイク２２１が発生することになるので、この接合部２
２０における電流の整流性が無くなって接合の破壊が起
こる。よって、歩留りの低下や信頼性の低下を来すこと
になる。

【０００９】また、スパッタリングによるコンタクトホ
ールの底部や側壁における金属（または金属化合物、半
導体等）の堆積膜厚が不十分な場合には、コンタクト部
から配線層への引き出し部における配線抵抗が上昇し
て、見掛け上のコンタクト抵抗が上昇する。この結果、
デバイスの動作速度の低下や消費電力の増大を来すこと
になる。

【００１０】さらに、コンタクトホールの側壁における
堆積膜が薄くなると、この部分での電流密度は高くな
る。その結果、コンタクト部に電流を流すときに生じる
いわゆるコンタクトエレクトロマイグレーションが悪化
する。このため、デバイスにおける信頼性の低下が発生
する。またエレクトロマイグレーションを防止するため
には、コンタクトホールを大きく形成する必要がある
が、それによってデバイスの微細化はできなくなる。

【００１１】本発明は、スパッタリングによって発生さ
せた粒子の飛行方向を揃えることで、堆積に寄与する粒
子数を増やして成膜効率の向上を図るとともにコンタク
トホールのような段差部における成膜のカバリッジ性の
向上を図るのに優れた成膜装置および成膜方法を提供す
ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされた成膜装置および成膜方法である。
成膜装置は、ターゲットをスパッタリングすることによ
ってターゲットから粒子を発生させ、該粒子を試料表面
に堆積させて膜を形成するものにおいて、ターゲットか
ら発生した粒子に電荷を与えるための帯電部を粒子のほ
ぼ飛行方向に設け、かつ帯電した粒子からなる粒子束の
外側から内側に向かう電界を形成する方向制御部を帯電
した粒子のほぼ飛行方向に設けたものである。

【００１３】成膜方法は、ターゲットをスパッタリング
して発生させた粒子を試料表面に堆積して膜を形成する
成膜方法において、ターゲットをスパッタリングして発
生させた粒子が試料表面に到達するまでの間に、粒子に
電荷を与える帯電工程と、帯電した粒子からなる粒子束
の外側から内側に向かう電界をかけて帯電した粒子の飛
行方向を一定方向に揃える方向制御工程とを備えた方法
である。

【００１４】

【作用】上記構成の成膜装置では、ターゲットから発生
した粒子に電荷を与えるための帯電部を粒子のほぼ飛行
方向に設けたことから、粒子は帯電して電荷を持つ。そ
して、帯電した粒子からなる粒子束の外側から内側に向
かう電界を形成する方向制御部を帯電した粒子のほぼ飛
行方向に設けたことから、帯電した粒子の飛行方向はほ
ぼ一定方向に揃う。

【００１５】上記成膜方法では、ターゲットをスパッタ
リングして発生させた粒子が試料表面に到達するまでの
間に、粒子に電荷を与える帯電工程と、帯電した粒子か
らなる粒子束の外側から内側に向かう電界をかけて帯電
した粒子の飛行方向を一定方向に揃える方向制御工程と
を備えたことから、帯電した粒子の飛行方向はほぼ一定
方向に揃えられた状態になって、試料に照射される。

【００１６】

【実施例】本発明の成膜装置に係わる実施例を図１の概
略構成断面図により説明する。

【００１７】図１に示すように、成膜装置１は以下のよ
うな構成になっている。すなわち、真空容器２が備えら
れ、この真空容器２は、例えば試料台３とチェンバー４
とから構成されている。この真空容器２の試料台３側に
は排気部５が設けられている。そして上記真空容器１の
内部でかつ上部にはターゲット１１が設けられている。
このターゲット１１は成膜成分となる材料からなるもの
で、例えば、金属，金属化合物（例えば合金、シリサイ
ド、酸化物、窒化物等），半導体等で形成されている。
またターゲット１１のスパッタリング面側には、例えば
環状に形成された電極１２が設けられている。そしてタ
ーゲット１１と電極１２との間には、スパッタリングガ
スを導入するためのガス導入部１３がチェンバー４に設
けられ、さらにターゲット１１と電極１２との間の真空
度を調整するための排気部１４がチェンバー４に設けら
れている。

【００１８】上記ターゲット１１からスパッタリングさ
れて発生する粒子６１の飛行方向（各矢印方向）には、
粒子６１に電荷を与える帯電部２１が設けられている。
この帯電部２１は、例えば電子銃からなり、飛行してく
る粒子６１に電子を供給する。したがって、粒子６１に
は負の電荷が与えられることになるので、以下の説明で
は、粒子６１は、電子が与えられて負に帯電したもので
あるとする。なお、当然のことながら、粒子６１に正電
荷を与えることも可能であり、その場合には、以下の説
明においては極性の正負を逆転させればよい。

【００１９】さらに上記帯電部２１を通過して帯電した
粒子６１の飛行方向には、粒子６１からなる粒子束６２
に対して外側から内側に向けた電界Ｅを発生させる方向
制御部３１が設けられている。上記方向制御部３１は、
基準電位に対して粒子６１と同一極性の電位（ここでは
負電位）が印加される円筒３２と、その円筒３２の内部
でその軸心に設けた接地電極３３とから構成されてい
る。この接地電極３３は、例えば棒状に形成されてい
る。そしてこの円筒３２は電気伝導性を有する材料、例
えば金属からなり、上記試料台３に載置される試料９０
の上方に設置されている。また接地電極３３は基準電位
（例えば接地電位）に保持される。また円筒３２には負
電位を印加する電源３４が接続されている。このため、
電界Ｅは円筒３２の内側から接地電極３３に向けて発生
する。

【００２０】そして上記円筒３２の電位は以下のように
設定される。負電位に帯電した粒子６１は、上記円筒３
２内を通過するとき、円筒３２より斥力を受ける。この
斥力は粒子６１の飛行方向に対して垂直方向に、すなわ
ち粒子６１が集束する方向に働く。このとき粒子６１同
士の間でも斥力が作用する。そのため、粒子６１間の斥
力により粒子６１が散乱しようとする以上の力が働くよ
うに円筒３２の電位は設定される。

【００２１】上記帯電部２１を通った低速で電荷を持っ
た粒子６１は発散し易い性質を有している。そのため、
粒子６１の集束性を高めるために粒子６１を加速させる
必要がある。そこで上記帯電部２１と上記方向制御部３
１との間に、帯電部２１を通過した粒子６１に所望の速
度を与えるためのもので帯電した粒子６１の飛行方向に
電位差を有する加速部４１が設けられている。上記加速
部４１は、電位差を有する２枚の金属製の網４２，４３
からなり、初めに粒子６１が通過するグリッド４２の電
位はもう一つのグリッド４３の電位に対して負電位とな
るように設定されている。なお加速部４１に電位を与え
る電源の図示は省略した。そのため、グリッド４２，４
３間を通過した粒子６１は加速されて所望の速度にな
る。なお、加速部４１は、ターゲット１１に対して電位
差を有する１枚のグリッド（図示省略）で形成してもよ
い。

【００２２】さらに、方向制御部３１を通過した粒子の
飛行方向をより揃えるために、方向制御部３１と試料台
３との間に、方向制御部３１を通過した粒子６１のうち
一定方向に飛行する粒子６１のみを通過させるためのコ
リメータ５１を設ける。上記コリメータ５１は、例えば
粒子６１の飛行方向に所定幅を持った金属製の格子で形
成される。またコリメータ５１には電源５２が接続さ
れ、この電源５２から所定の電位が印加される。上記コ
リメータ５１は、その所定幅が長くなるほど小さい入射
角の粒子６１をもトラップするため、粒子６１の飛行方
向が一層揃うことになる。このようにして、上記方向制
御部３１を通った粒子６１のうち、一定方向成分の粒子
６１のみを選別することになる。ここでは、試料台３に
載置された試料９０の表面に対してほぼ垂直方向以外の
方向成分を有する粒子６１を除去するものである。

【００２３】上記構成の成膜装置１では、ターゲット１
１と電極１２とが設けられていることから、ターゲット
１１と電極１２との間に放電を発生させ、電極１２から
ターゲット１１に向けて例えばアルゴン原子６３を照射
して、ターゲット１１をスパッタリングし、ターゲット
１１からなる粒子６１を発生させる。この粒子６１は、
例えば、ターゲット１１の原子またはその原子が数個集
まったクラスター等で構成されている。

【００２４】この粒子６１の飛行方向には帯電部２１が
設けられていることから、このようにスパッタリングに
よって発生した粒子６１は、例えば電子線ｅ^-中を通過
することによって負の電位に帯電する。

【００２５】そして上記帯電した粒子６１の飛行方向に
は加速部４１が設けられていることから、帯電した粒子
６１は加速部４１のグリッド４２，４３間でグリッド４
３側に強く引っ張られるため加速され、所望の速度にな
る。

【００２６】さらに粒子６１の飛行方向に方向制御部３
１が設けられていることから、加速された粒子６１は方
向制御部３１中を通過する。そのとき、粒子６１は円筒
３２の内壁面から粒子６１の進行方向に対して垂直方向
の電界Ｅによって力を受ける。また、粒子６１同士はそ
れ自体が持っている電荷の極性が同じために、互いに排
斥しあう。この円筒３２からの力と粒子６１同士の斥力
とが釣り合うように円筒３２の電位を調整することで、
粒子６１の発散を抑え、その飛行方向性を同一に揃え
る。このようにして、この粒子６１の飛行方向を一定の
方向に制御する。このため、粒子６１は試料９０の表面
に対してほぼ垂直に照射される。

【００２７】その結果を図２によって説明する。図に示
すように、試料９０の絶縁膜９１に形成されたコンタク
トホール９２の上部とその底部とにおける粒子６１の被
着確率の差が少なくなり、コンタクトホール９２の底部
とその上部とにおける堆積膜９３の膜厚差はほとんどな
い状態になる。そのため、粒子６１の堆積によって形成
される堆積膜９３のカバリッジ性が改善され、良好なも
のになる。ここで上記絶縁膜９１は基板９４上に形成さ
れており、コンタクトホール９２の底部側の基板９４に
は接合部９５が形成され、さらにコンタクトホール９２
の内部および絶縁膜９１の表面にはバリアメタル層９６
が形成されている。

【００２８】なお、帯電した粒子６１は負に帯電した方
向制御部（３１）の円筒（３２）を通過した後は、粒子
６１同士の斥力のみが作用する状態となるため、再度発
散する方向に飛行し続ける。そこでコンタクトホール９
２の側壁にも粒子６１が堆積されることになる。この場
合はコンタクトホール９２の底部の堆積膜厚はコンタク
トホール９２の上部より僅かに減少することとなる。上
記粒子６１の発散の程度は方向制御部（３１）から試料
９０までの距離で決定されるため、その距離を調整する
ことによってコンタクトホール９２の側壁に形成される
堆積膜９３の膜厚や底部に形成される堆積膜９３の膜厚
を自由に設定することが可能になる。

【００２９】一方、上記コリメータ５１（図１参照）に
よって以下のような作用が得られる。上記帯電部２１で
の粒子６１への帯電量の差や、粒子６１の物理量および
粒子６１の運動量（速度）により、方向制御部３１での
電界による粒子６１の飛行方向への寄与が異なってく
る。そのため、粒子６１の集束の過程で、集束が不十分
な粒子および集束し過ぎの粒子が存在する可能性があ
る。例えば、粒子の帯電量が多いとか粒子の質量が小さ
いという場合には、方向制御部３１での電界Ｅにより走
行軌道が大きく変化して集束し過ぎの状態となる。一
方、粒子の帯電量が少ないとか粒子の質量が大きいとい
う場合には、方向制御部３１での電界Ｅによっても走行
軌道の変化量が小さく集束に至らず発散状態となる。こ
れらの集束が不十分および過剰な粒子は、その粒子が試
料９０に到達するまでに、コリメータ５１にトラップさ
れる。その結果、試料９０には非常に方向性の揃った粒
子６１だけが到達するするようになる。

【００３０】上述のように、集束が不十分および過剰な
粒子がコリメータ５１にトラップされるため、これが装
置内でダストとなる可能性がある。しかし、垂直成分以
外の大多数の方向性の揃っていない粒子をコリメータ５
１にトラップさせる構成と比較し、上記構成では、方向
制御部３１によって大多数の粒子の方向性を揃えておく
ことができるため、従来のコリメータ５１のみを使用し
た装置と比較して、成膜装置１の真空容器２内ではコリ
メータ５１への粒子の付着が大幅に低減される。そのた
め、パーティクルの発生は大幅に低減される。したがっ
て、コリメータ５１を用いても形成される膜の品質の低
下を招くことはない。

【００３１】次に、上記方向制御部３１の別の構成例を
図３の概略構成図によって説明する。図３の（１）に示
す方向制御部３１は、グリッド３４と真球体３５とから
なり、グリッド３４には帯電した粒子６１と同極の電圧
が印加され、球体３５は接地されているものである。こ
の構成では、グリッド３４から真球体３５に向かって電
界Ｅが発生するため、負電位に帯電した粒子６１は集束
する方向に力を受ける。そのため、グリッド３４に印加
する電圧を調整することで、粒子６１の飛行方向をほぼ
同一方向に揃えることが可能になる。

【００３２】また図３の（２）に示す方向制御部３１
は、チェンバー４を接地電位に保持し、チェンバー４に
中心軸に帯電した粒子６１の極性とは反対の極性の電圧
を印加した電極３６を設けたものである。この電極３６
は、例えば棒状に形成されている。この構成では、チェ
ンバー４側から電極３６方向に電界が発生するため、負
電位に帯電した粒子６１は電極３６側に集束する方向に
力を受ける。そのため、電極３６に印加する電圧を調整
することで、粒子６１の飛行方向をほぼ同一方向に揃え
ることが可能になる。

【００３３】上記説明した方向制御部３１は、一例であ
って、上記構成に限定されることはない。すなわち、粒
子６１を集束させる方向に電界が作用するような構成で
あれば、いかなる構成であってもよい。例えば、上記図
１で説明した円筒３２のかわりに、短冊状または棒状の
電極（図示省略）を略円筒状に配置したものであっても
よい。この構成でも上記配置した電極の中央部には接地
電極を設ける。また例えば、正の電位を印加した短冊状
または棒状の電極（図示省略）と接地電位にした短冊状
または棒状の電極（図示省略）とを交互に略円筒状に配
置したものであってもよい。

【００３４】次に、上記成膜装置１を用いて、コンタク
トホール内に膜を形成する方法を説明する。一例として
図４に示すように、負に帯電した円筒３２（図１参照）
の電位を時間経過とともに連続的または段階的に変化さ
せることにより、試料９０に向かう粒子６１の飛行方向
を図４の（１）に示した状態から（２）に示した状態に
変化させる。すなわち、図４の（１）に示すように、堆
積の初期は粒子６１同士が平行になるように試料９０に
照射する。これにより基板９４上の絶縁膜９１に設けら
れたコンタクトホール９２の底部に堆積膜９３が必要な
膜厚を有する状態に形成される。

【００３５】その後、円筒（３２）の電位を基準電位に
近づけることで、図４の（２）に示すように、粒子６１
を発散方向とする。これによりコンタクトホール９２の
側壁への堆積を促進させることが可能になる。このきの
粒子６１の入射角度は、コンタクトホール９２の上部と
その対角に位置するコンタクトホール９２の底部とを結
ぶ線よりも垂直に近い方向とすることが望ましい。この
結果、コンタクトホール９２の側壁にも堆積膜９３が必
要な厚さに形成される。

【００３６】上記のように成膜することで、コンタクト
エレクトロマイグレーションのさらなる強化のための最
適化ができるようになる。なお、ここで使用する発散性
の粒子の通過を許容する範囲内に上記図１によって説明
したようなコリメータ（５１）を設定することで、予想
を超える過剰発散および過剰集束の粒子を除去すること
は可能である。

【００３７】次にコンタクトホールの側壁の堆積膜厚を
積極的に厚く形成する方法を図５の（１），（２）によ
って説明する。図５の（１）に示すように、粒子６１を
堆積する前に試料９０の絶縁膜９１の表面に電極１０１
を接触させることによって、飛来する粒子６１が持つ電
荷と同じ極性の電位を電極１０１から試料９０の表面に
与える。この状態で堆積を開始すると、微小膜厚の堆積
膜９３が形成されたときにコンタクトホール９２内の表
面は電極１０１の電位になる。

【００３８】通常、絶縁膜９１は基板９４上に形成さ
れ、絶縁膜９１に形成されたコンタクトホール９２の底
部の基板９４には接合部（例えば拡散層）９５が形成さ
れている。そこで、基板９４の裏面に電極１０２を接続
し、基板９４を基準電位または粒子６１の極性とは反対
の極性の電位になるような電圧を電極１０２に印加す
る。それによって、電極１０２から電流が流れまたは接
合の容量結合によって試料９０の表面の電位に比較しコ
ンタクトホール９２の底部に向かうにしたがって、コン
タクトホール９２内の電位が粒子６１の電荷と逆の極性
の方向に近づく。この状態でさらに堆積を続けると、粒
子６１はコンタクトホール９２の上部を絶縁膜９１の表
面に対してほぼ垂直方向に通過した後、コンタクトホー
ル９２の底部に近づくにつれて散乱する状態となる。

【００３９】そのため、図５の（２）に示すように、従
来の技術で付着し易かったコンタクトホール９２の上部
では粒子６１の堆積が進まず、従来の堆積では形成する
ことが困難であったコンタクトホール９２の底部に近づ
く程、粒子６１の堆積が進むようになる。その結果、コ
ンタクトホール９２の底部に向かうにしたがって、膜厚
が厚くなるように堆積膜９３を形成することが可能にな
る。

【００４０】上記のように堆積した場合、図６の（１）
に示すように、接合部９５が基板９４に対して順方向と
なるような電位が電極１０１に印加されている場合に
は、粒子６１が持つ電荷（この場合は電子ｅ^-）も堆積
膜９３から基板９４（接合部９５）に流れる。そのた
め、接合部９５では電荷の蓄積もなく粒子６１を堆積し
て堆積膜９３を形成している間、コンタクトホール９２
内の電位分布は変化しないので問題は起きない。

【００４１】しかし、図６の（２）に示すように、接合
部９５が基板９４に対して逆バイアスとなる場合には、
接合部９５の容量に電荷（この場合には電子ｅ^-）が蓄
積されてしまい、これが続くとコンタクトホール９２の
底部の電位が上昇して粒子６１と同電位になる。そのよ
うになると、コンタクトホール９２の表面の堆積膜９３
と粒子６１との間に斥力が働くため、コンタクトホール
９２の側面への堆積が得られなくなる。

【００４２】そこで、そのような場合には、粒子６１に
与える電荷、加速部４１（図１参照）の電位、円筒３２
（図１参照）の電位および試料９０の表面の電極１０
１、以上の電荷／電位の極性を一度に変えて堆積を続け
ればよい。この方法では、粒子６１への帯電の極性を正
負逆とすることで接合部９５に帯電する極性が変わる。
つまり、粒子６１に電子が帯電している場合にはＰ⁺型
の接合部に電荷が蓄電される。一方、粒子６１にホール
が帯電している場合にはＮ⁺型の接合部に電荷が帯電す
る。これらのことを利用して、極性の変換を交互に行う
ことでデバイス内に存在するＮ⁺型の接合部およびＰ⁺
型の接合部ともに帯電を起こすことなく、当初の良好な
堆積膜９３をコンタクトホール９２にカバリッジ性よく
形成することが可能となる。

【００４３】なお、この粒子６１への帯電の極性を変換
すると、加速部４１（図１参照）や円筒３２（図１参
照）への電位の与え方が前記説明したのとは逆になるこ
とを考慮する必要がある。また、電極１０１，１０２を
用いる方法においても、コリメータ５１（図１参照）を
用いることは差し支えない。

【００４４】次に本発明の成膜方法に係わる実施例を図
７の成膜方法の説明図によって示す。なお、図では、上
記図１で説明した構成部品と同様の構成部品には同一符
号を付す。

【００４５】図７に示すように、成膜方法は、ターゲッ
トをスパッタリングしてターゲットから粒子を発生させ
るスパッタリング工程、その粒子に電荷を与える帯電工
程、帯電した粒子の飛行方向を一定方向に揃える方向制
御工程、飛行方向を揃えた粒子を試料表面に堆積して薄
膜を形成する成膜工程とからなる。

【００４６】上記スパッタリング工程では、従来のスパ
ッタリングと同様にして、例えば、ターゲット１１と電
極１２との間に放電を発生させ、電極１２からターゲッ
ト１１に向けて例えばアルゴン原子６３を照射して、タ
ーゲット１１をスパッタリングし、ターゲット１１から
なる粒子６１を発生させる。この粒子６１は、例えば、
ターゲット１１の原子またはその原子が数個集まったク
ラスター等で構成される。

【００４７】次いで帯電工程を行う。この帯電工程で
は、例えば粒子６１に電子流８２を照射して、負電位に
帯電させる。

【００４８】その後、図に示すように、上記帯電した粒
子６１を所望の速度に加速する加速工程を行う。この加
速工程は、例えば電位差が生じている領域８１に上記帯
電した粒子６１を通過させることにより行う。今、粒子
６１は負電位に帯電しているので、領域８１の電位は粒
子６１の入射側電位が射出側の電位よりも負電位になる
ように設定される。このような電位差を生じさせるに
は、例えば電位差を有する２枚のグリッドを用いること
で形成できる。なお、スパッタリングによって発生した
粒子６１が発散するような低速ではなく、十分な速度を
有するものであれば、この加速工程は行う必要はない。

【００４９】続いて方向制御工程を行う。この工程で
は、帯電した粒子６１からなる粒子束６２に対してその
粒子束６２の外側から内側に向かう電界Ｅをかける。そ
れによって、負電位に帯電している粒子６１は、粒子束
６２の内側方向に斥力を受ける。この斥力は粒子６１の
飛行方向に対して垂直方向に、すなわち粒子６１が集束
する方向に働く。このとき粒子６１同士の間でも斥力が
作用する。そのため、粒子６１間の斥力により粒子６１
が散乱しようとする以上の力が働くように電界を発生さ
せる。

【００５０】その後、方向制御を行った粒子６１をさら
に選択して、飛行方向をさらに揃える粒子選択工程を行
う。粒子６１は、個々の粒子６１の帯電量の差や物理量
および運動量（速度）の差により、方向制御工程で十分
に粒子６１の飛行方向を揃えることができない場合があ
る。例えば、粒子の帯電量が多いとか粒子の質量が小さ
いという場合には、方向制御工程で走行軌道が大きく変
化して集束し過ぎの状態となる。一方、粒子の帯電量が
少ないとか粒子の質量が大きいという場合には、方向制
御工程で走行軌道の変化量が小さく集束に至らず発散状
態となる。そこで、この粒子選択工程で、これらの集束
が不十分な粒子６１ｎを試料９０に到達する前までに排
除する。その方法としては、例えば試料９０の上方にコ
リメータ５１を設けて、このコリメータ５１に排除した
い粒子６１ｎをトラップさせればよい。その結果、試料
９０には非常に方向性の揃った粒子６１だけが到達する
ようになる。

【００５１】このように、集束の不十分な粒子をコリメ
ータ５１にトラップされる方法では、トラップされた粒
子が成膜雰囲気内でダストとなる可能性がある。しか
し、従来よりもコリメータ５１に入射する粒子の大多数
は方向性が揃っているので、コリメータ５１への粒子の
付着は大幅に低減される。そのため、ダストの発生は大
幅に低減されるので、形成される膜の品質の低下を招く
ことはない。なお、方向制御工程で、粒子６１の方向制
御を十分に揃えることができれば、この粒子選択工程は
行う必要はない。

【００５２】そして成膜工程を行う。この工程では、飛
行方向を一定方向に揃えた粒子６１を試料９０の表面に
照射して、試料９０の表面に粒子６１を堆積することで
堆積膜９３を形成する。

【００５３】上記成膜方法では、ターゲット１１をスパ
ッタリングして発生させた粒子６１が試料９０の表面に
到達するまでの間に、粒子６１に電荷を与える帯電工程
と、帯電した粒子６１からなる粒子束６２の外側から内
側に向かう電界をかけて帯電した粒子６１の飛行方向を
一定方向に揃える方向制御工程とを備えたことから、試
料９０に照射される帯電した粒子６１の飛行方向はほぼ
一定方向に揃った状態になる。

【００５４】また帯電工程と方向制御工程との間で粒子
６１に速度を与えて加速させる加速工程を備えたことか
ら、粒子６１の速度は所望の速度に加速されるので、低
速飛行による粒子６１の発散が防げる。さらに方向制御
工程後に一定方向に飛行する粒子６１のみを選択する粒
子選択工程を備えたことから、集束角度が大きい粒子や
発散角度が大きい粒子６１ｎは排除され、飛行方向がほ
ぼ揃った粒子６１のみが選択的に試料９０の表面に照射
されることになる。

【００５５】上記成膜装置１および成膜方法の説明で
は、コンタクトホール内に堆積膜を形成する実施例を説
明したが、本発明は段差の上部，下部およびその段差の
側壁に堆積膜を形成する場合に適用することができる。

【００５６】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の成膜装置
によれば、ターゲットからスパッタリングされた粒子の
飛行方向に、その粒子に電荷を与える帯電部とその粒子
の粒子束に対して外側から内側に向かう電界を形成する
方向制御部とを設けたので、スパッタリングされた粒子
は、帯電した後電界によって飛行方向がほぼ一定方向に
揃えることができる。このため、スパッタリングによっ
て発生させた粒子のほとんどを試料の被成膜面に供給で
きるので、高い成膜効率が得られる。また、コンタクト
ホールのような段差部にも成膜に寄与する粒子を十分に
供給することができるので、カバリッジ性に優れた成膜
ができる。

【００５７】また本発明の成膜方法によれば、ターゲッ
トをスパッタリングして発生させた粒子が試料表面に到
達するまでの間に、粒子に電荷を与える帯電工程と、帯
電した粒子からなる粒子束にその外側から内側に向かう
電界をかけて帯電した粒子の飛行方向を一定方向に揃え
る方向制御工程とを備えたので、試料表面に照射される
帯電した粒子の飛行方向をほぼ一定方向に揃えることが
できる。このため、スパッタリングによって発生させた
粒子のほとんどを成膜に寄与させることができるので成
膜効率は高まる。よって、生産性の向上が図れる。ま
た、コンタクトホールのような段差部にも成膜に寄与す
る粒子を十分に供給できるので、カバリッジ性に優れた
成膜を行うことが可能になる。よって、段差部における
堆積膜の信頼性の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の成膜装置に係わる実施例の概略構成断
面図である。

【図２】成膜例の説明図である。

【図３】別の方向制御部の概略構成図である。

【図４】コンタクトホール内への成膜方法の説明図であ
る。

【図５】コンタクトホール側壁への厚膜形成の説明図で
ある。

【図６】成膜時における接合部の帯電回避例の説明図で
ある。

【図７】本発明の成膜方法に係わる実施例の説明図であ
る。

【図８】成膜時のオーバハングに係わる課題の説明図で
ある。

【図９】金属の突き抜けに係わる課題の説明図である。

【符号の説明】

１成膜装置１１ターゲット２１帯電部３１方向制御部４１加速部５１コリメータ６１粒子９０試料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/285 Ｈ０１Ｌ 21/285 Ｓ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ターゲットをスパッタリングすることに
よってターゲットから粒子を発生させ、該粒子を試料表
面に堆積させて膜を形成する成膜装置において、前記ターゲットから発生した粒子のほぼ飛行方向に設け
たもので該粒子に電荷を与えるための帯電部と、前記帯電した粒子のほぼ飛行方向に設けたもので該帯電
した粒子からなる粒子束の外側から内側に向かう電界を
形成する方向制御部とを備えたことを特徴とする成膜装
置。
【請求項２】請求項１記載の成膜装置において、前記帯電部と前記方向制御部との間に前記帯電した粒子
に速度を与えるためのもので該帯電した粒子の飛行方向
に電位差を有する加速部を設けたことを特徴とする成膜
装置。
【請求項３】請求項１記載の成膜装置において、前記方向制御部と前記試料との間に前記方向制御部を通
過した帯電した粒子のうち一定方向に飛行する帯電した
粒子のみを通過させるためのコリメータを設けたことを
特徴とする成膜装置。
【請求項４】請求項２記載の成膜装置において、前記方向制御部と前記試料との間に前記方向制御部を通
過した帯電した粒子のうち一定方向に飛行する帯電した
粒子のみを通過させるためのコリメータを設けたことを
特徴とする成膜装置。
【請求項５】ターゲットをスパッタリングして発生さ
せた粒子を試料表面に堆積して膜を形成する成膜方法に
おいて、ターゲットをスパッタリングして発生させた粒子が試料
表面に到達するまでの間に、前記粒子に電荷を与える帯電工程と、前記帯電した粒子からなる粒子束の外側から内側に向か
う電界をかけて該帯電した粒子の飛行方向を一定方向に
揃える方向制御工程とを備えたことを特徴とする成膜方
法。
【請求項６】請求項５記載の成膜方法において、前記帯電工程と前記方向制御工程との間に、帯電した粒
子に速度を与える加速工程を備えたことを特徴とする成
膜方法。
【請求項７】請求項６記載の成膜方法において、前記方向制御工程後に、一定方向に飛行する帯電した粒
子のみを選択する粒子選択工程を備えたことを特徴とす
る成膜方法。
【請求項８】請求項６記載の成膜方法において、前記方向制御工程後に、一定方向に飛行する帯電した粒
子のみを選択する粒子選択工程を備えたことを特徴とす
る成膜方法。