JPH0855821A - 薄膜形成装置および薄膜形成方法 - Google Patents
薄膜形成装置および薄膜形成方法Info
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- JPH0855821A JPH0855821A JP19261094A JP19261094A JPH0855821A JP H0855821 A JPH0855821 A JP H0855821A JP 19261094 A JP19261094 A JP 19261094A JP 19261094 A JP19261094 A JP 19261094A JP H0855821 A JPH0855821 A JP H0855821A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】高真空下で方向制御された粒子によりコンタク
ト孔内に充分な厚さの薄膜を形成する。 【構成】レーザー光１２によってターゲット物質を蒸発
させ、基板１５上に薄膜を形成する薄膜形成装置で、第
１の鏡１７と第２の鏡１８とからなるレーザー光反射手
段をＡｌターゲット１４と基板１５にはさまれた空間の
外部に設け、更に基板１５にはバイアス電圧が印加でき
るようにバイアス電源１９を設ける。
ト孔内に充分な厚さの薄膜を形成する。 【構成】レーザー光１２によってターゲット物質を蒸発
させ、基板１５上に薄膜を形成する薄膜形成装置で、第
１の鏡１７と第２の鏡１８とからなるレーザー光反射手
段をＡｌターゲット１４と基板１５にはさまれた空間の
外部に設け、更に基板１５にはバイアス電圧が印加でき
るようにバイアス電源１９を設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造工程で
用いられる薄膜形成装置および薄膜形成方法に関し、特
にレーザー光によってターゲット物質を蒸発させ、基板
上に薄膜を形成する薄膜形成装置および薄膜形成方法に
関する。
用いられる薄膜形成装置および薄膜形成方法に関し、特
にレーザー光によってターゲット物質を蒸発させ、基板
上に薄膜を形成する薄膜形成装置および薄膜形成方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体装置製造工程において、半
導体基板や絶縁膜等に形成された微細孔や微細溝内に薄
膜を形成する方法としてスパッタ法や真空蒸着法等の物
理成膜法、あるいは化学気相成長法が広く用いられてお
り、レーザー光を用いた薄膜形成方法は、ほとんど用い
られることがなかった。
導体基板や絶縁膜等に形成された微細孔や微細溝内に薄
膜を形成する方法としてスパッタ法や真空蒸着法等の物
理成膜法、あるいは化学気相成長法が広く用いられてお
り、レーザー光を用いた薄膜形成方法は、ほとんど用い
られることがなかった。
【０００３】半導体装置以外の製造方法としてのレーザ
ー光を用いた薄膜形成法・装置には例えば、特開平１−
１７７３６７号公報の技術がある。これはレーザー光
を、基板とターゲットの間に配置された反射鏡によって
反射させてターゲット表面を走査照射し、蒸発したター
ゲット物質を基板上に被着せしめ薄膜を形成するもので
ある。
ー光を用いた薄膜形成法・装置には例えば、特開平１−
１７７３６７号公報の技術がある。これはレーザー光
を、基板とターゲットの間に配置された反射鏡によって
反射させてターゲット表面を走査照射し、蒸発したター
ゲット物質を基板上に被着せしめ薄膜を形成するもので
ある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】半導体基板表面に穿た
れた微細な溝やコンタクト孔内、特にコンタクト孔の底
部に一定以上の厚さの金属薄膜を形成して安定なコンタ
クト電気特性を得るためには、段差被覆性の良好な成膜
方法が必須であるが、上述した従来の薄膜形成方法では
以下の理由で対応が困難である。
れた微細な溝やコンタクト孔内、特にコンタクト孔の底
部に一定以上の厚さの金属薄膜を形成して安定なコンタ
クト電気特性を得るためには、段差被覆性の良好な成膜
方法が必須であるが、上述した従来の薄膜形成方法では
以下の理由で対応が困難である。
【０００５】（１）スパッタ法を用いた場合 最近、微細コンタクト底部にＴｉ等のコンタクトメタル
を形成する方法としてコリメータを用いたスパッタ法が
用いられているが、この方法で安定な成膜が行えるコン
タクト孔のアスペクト比は４以下である。これ以上のア
スペクト比では、層間絶縁膜上での成膜厚に比較してコ
ンタクト底部の膜厚が極端に低下し（〈１０％）実用性
がない。また、高温でアルミ（Ａｌ）をスパッタし、そ
のリフローによりコンタクト孔を埋め込む方法も、アス
ペクト比が２を越えると困難になる。
を形成する方法としてコリメータを用いたスパッタ法が
用いられているが、この方法で安定な成膜が行えるコン
タクト孔のアスペクト比は４以下である。これ以上のア
スペクト比では、層間絶縁膜上での成膜厚に比較してコ
ンタクト底部の膜厚が極端に低下し（〈１０％）実用性
がない。また、高温でアルミ（Ａｌ）をスパッタし、そ
のリフローによりコンタクト孔を埋め込む方法も、アス
ペクト比が２を越えると困難になる。
【０００６】（２）真空蒸着法を用いた場合 真空蒸着法では基板と蒸着源の距離を充分とれば、成膜
粒子がほぼ直進するとみなせるので層間絶縁膜上の膜厚
とコンタクト孔底部の膜厚をほぼ等しくすることが可能
であるが、そのためには基板と蒸着源の距離を極めて長
くする必要があり、基板全面に均一な成膜を行うために
は複数の蒸着源を設け、基板自身を機械的に走査する等
の方法を組み合わせねばならない。これは、今後の基板
の大口径化にそぐわず、実用性は低いと考えられてい
る。なお、本方法で（１）にあげたアルミのリフロー法
による埋め込みは極めて困難である。
粒子がほぼ直進するとみなせるので層間絶縁膜上の膜厚
とコンタクト孔底部の膜厚をほぼ等しくすることが可能
であるが、そのためには基板と蒸着源の距離を極めて長
くする必要があり、基板全面に均一な成膜を行うために
は複数の蒸着源を設け、基板自身を機械的に走査する等
の方法を組み合わせねばならない。これは、今後の基板
の大口径化にそぐわず、実用性は低いと考えられてい
る。なお、本方法で（１）にあげたアルミのリフロー法
による埋め込みは極めて困難である。
【０００７】（３）化学気相成長法を用いた場合 化学気相成長法を用いれば、スパッタ方法に比較して遥
かに良好な底部被覆性が得られるが、現在コンタクトメ
タルとして有望なＴｉを本方法で実用的に満足できるほ
ど良好に成膜することは極めて困難である。例え成膜で
きたとしても、コンタクト孔側壁にも相当厚い膜が推積
することになる。Ｔｉはその電気抵抗から埋め込み用金
属としては適当でないので側壁への推積膜厚が大きくな
ると、その分、微細なコンタクトの低抵抗金属による埋
め込み断面積が減少し、埋め込み部分の抵抗を低くでき
なくなる。また、化学気相成長法により平坦で実用性の
あるアルミ薄膜を成膜する方法は現在のところ見出され
ていない。
かに良好な底部被覆性が得られるが、現在コンタクトメ
タルとして有望なＴｉを本方法で実用的に満足できるほ
ど良好に成膜することは極めて困難である。例え成膜で
きたとしても、コンタクト孔側壁にも相当厚い膜が推積
することになる。Ｔｉはその電気抵抗から埋め込み用金
属としては適当でないので側壁への推積膜厚が大きくな
ると、その分、微細なコンタクトの低抵抗金属による埋
め込み断面積が減少し、埋め込み部分の抵抗を低くでき
なくなる。また、化学気相成長法により平坦で実用性の
あるアルミ薄膜を成膜する方法は現在のところ見出され
ていない。
【０００８】（４）レーザー光による成膜法を用いた場
合 上記成膜法の欠点を解消するには、基板面積に応じた極
めて多数の蒸着源を用いた蒸着法が考えられるが、通常
の蒸着法でこのような巨大蒸着源を設置することは不可
能である。この代替法として、大型のターゲット表面を
瞬間加熱してターゲット材料を蒸発させるレーザー蒸着
法が考えられる。しかし特開平１−１７７３６７号公報
に記載された方法では以下の問題点がある。
合 上記成膜法の欠点を解消するには、基板面積に応じた極
めて多数の蒸着源を用いた蒸着法が考えられるが、通常
の蒸着法でこのような巨大蒸着源を設置することは不可
能である。この代替法として、大型のターゲット表面を
瞬間加熱してターゲット材料を蒸発させるレーザー蒸着
法が考えられる。しかし特開平１−１７７３６７号公報
に記載された方法では以下の問題点がある。
【０００９】第１に、ターゲットと基板との間に配置さ
れたレーザー光の反射手段が、ターゲットを離脱して基
板方向に直進するターゲット物質のビームを遮る為、成
膜均一性を損なう。この欠点を回避するために反射手段
を機械的に移動させるには、移動機構が生ずる影まで考
慮せねばならず、極めて複雑で実用に供しえない。あえ
てこの技術を適用するためにはその実施例に記載された
ように、多数枚の基板に一度に成膜するバッチ構成と
し、基板のほうも移動することが考えられる。しかし現
在Ｓｉ半導体に用いられ始めた８インチあるいは近い将
来用いられる１２インチ以上の直径を有するウエハを対
象とする成膜装置では枚様式の成膜法が主流であり、バ
ッチ式の多数成膜法が用いられることはない。これは、
一度に多数枚を処理するバッチ式の装置は装置の大型
化、運転コストの上昇の点から嫌われるためである。ま
た大型ウエハを用いたＡＳＩＣ等の多品種少量生産で
は、ウエハ１枚が１ロットの構成になり、１枚ごとに異
なる成膜条件を用いねばならない。この結果、必然的に
バッチ処理は不可能となる。
れたレーザー光の反射手段が、ターゲットを離脱して基
板方向に直進するターゲット物質のビームを遮る為、成
膜均一性を損なう。この欠点を回避するために反射手段
を機械的に移動させるには、移動機構が生ずる影まで考
慮せねばならず、極めて複雑で実用に供しえない。あえ
てこの技術を適用するためにはその実施例に記載された
ように、多数枚の基板に一度に成膜するバッチ構成と
し、基板のほうも移動することが考えられる。しかし現
在Ｓｉ半導体に用いられ始めた８インチあるいは近い将
来用いられる１２インチ以上の直径を有するウエハを対
象とする成膜装置では枚様式の成膜法が主流であり、バ
ッチ式の多数成膜法が用いられることはない。これは、
一度に多数枚を処理するバッチ式の装置は装置の大型
化、運転コストの上昇の点から嫌われるためである。ま
た大型ウエハを用いたＡＳＩＣ等の多品種少量生産で
は、ウエハ１枚が１ロットの構成になり、１枚ごとに異
なる成膜条件を用いねばならない。この結果、必然的に
バッチ処理は不可能となる。
【００１０】第２に反射手段（鏡）がターゲットと基板
の間に置かれているため、ターゲットから飛翔した粒子
が付着する。上記公報ではこの付着物もレーザー光によ
り再蒸発し、鏡の表面は清浄に保たれるとしているが、
これは不可能である。なぜなら、付着物がレーザー光に
よって加熱されればその一部は蒸発するが、加熱された
付着物と鏡表面との化学反応あるいは加熱された付着物
からの伝熱による鏡表面の蒸発・破損などにより鏡の反
射率が急激に低下し、短時間で使用不可能になるからで
ある。
の間に置かれているため、ターゲットから飛翔した粒子
が付着する。上記公報ではこの付着物もレーザー光によ
り再蒸発し、鏡の表面は清浄に保たれるとしているが、
これは不可能である。なぜなら、付着物がレーザー光に
よって加熱されればその一部は蒸発するが、加熱された
付着物と鏡表面との化学反応あるいは加熱された付着物
からの伝熱による鏡表面の蒸発・破損などにより鏡の反
射率が急激に低下し、短時間で使用不可能になるからで
ある。
【００１１】第３に、基板面に垂直に穿たれた微細な孔
中に膜を形成するためには、ターゲットから離脱する粒
子の飛翔方向分布は基板面に垂直な成分が多いほど良い
が、この方法では実際の方向分布が充分にこれを満たし
ていない。またターゲット物質全てが推積される為高純
度の薄膜が形成できないという問題もある。
中に膜を形成するためには、ターゲットから離脱する粒
子の飛翔方向分布は基板面に垂直な成分が多いほど良い
が、この方法では実際の方向分布が充分にこれを満たし
ていない。またターゲット物質全てが推積される為高純
度の薄膜が形成できないという問題もある。
【００１２】本発明の第１の目的は、コンタクト孔内に
充分な厚さの薄膜を容易に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にある。本発明の第２の
目的は、高純度の薄膜を容易に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にある。
充分な厚さの薄膜を容易に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にある。本発明の第２の
目的は、高純度の薄膜を容易に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にある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】第１の発明の薄膜形成装
置は、レーザ発振器と、このレーザ発振器からのレーザ
光を導入する為の光入射窓を有する成膜室と、この成膜
室内に設けられたターゲットと、このターゲットに対向
して設けられ基板を保持する為の基板ホルダと、前記タ
ーゲットと前記基板ホルダとがはさむ空間の外部に設置
され導入された前記レーザ光を反射させ前記ターゲット
の表面を走査し照射する為の光走査手段と、前記基板に
正又は負の直流電圧あるいは対称又は非対称波形を持つ
交番電圧をバイアス電圧として印加する手段とを含むこ
とを特徴とするものである。
置は、レーザ発振器と、このレーザ発振器からのレーザ
光を導入する為の光入射窓を有する成膜室と、この成膜
室内に設けられたターゲットと、このターゲットに対向
して設けられ基板を保持する為の基板ホルダと、前記タ
ーゲットと前記基板ホルダとがはさむ空間の外部に設置
され導入された前記レーザ光を反射させ前記ターゲット
の表面を走査し照射する為の光走査手段と、前記基板に
正又は負の直流電圧あるいは対称又は非対称波形を持つ
交番電圧をバイアス電圧として印加する手段とを含むこ
とを特徴とするものである。
【００１４】第２の発明の薄膜形成方法は、レーザ光の
照射によって成膜室内のターゲット表面を蒸発させ、こ
のターゲットに対向する基板ホルダに保持された基板上
に薄膜を形成する方法において、前記ターゲットと前記
基板にはさまれた空間の外部に配置された複数の鏡によ
って前記レーザー光を走査して前記ターゲット表面に照
射しターゲット表面を蒸発させプラズマを生成させると
ともに、前記基板にバイアス電圧を印加しイオン化され
た前記ターゲット構成物質の原子，分子あるいはクラス
ターを選別又は加速させることを特徴とするものであ
る。
照射によって成膜室内のターゲット表面を蒸発させ、こ
のターゲットに対向する基板ホルダに保持された基板上
に薄膜を形成する方法において、前記ターゲットと前記
基板にはさまれた空間の外部に配置された複数の鏡によ
って前記レーザー光を走査して前記ターゲット表面に照
射しターゲット表面を蒸発させプラズマを生成させると
ともに、前記基板にバイアス電圧を印加しイオン化され
た前記ターゲット構成物質の原子，分子あるいはクラス
ターを選別又は加速させることを特徴とするものであ
る。
【００１５】第３の発明の薄膜形成方法は、レーザー光
の照射によって成膜室内のターゲット表面を蒸発させ、
このターゲットに対向する基板ホルダに保持された基板
上に薄膜を形成する方法において、前記ターゲットと前
記基板にはさまれた空間の外部に配置された複数の鏡に
よって前記レーザ光を走査して前記ターゲット表面に照
射しターゲット表面を蒸発させプラズマを生成させると
ともに、前記基板近傍に特定のガスを導入し、前記基板
上に飛来するターゲットの構成物質イオンを該ガスと反
応させ、前記ターゲットの物質と前記ガスの反応生成物
を前記基板上に推積させることを特徴とするものであ
る。
の照射によって成膜室内のターゲット表面を蒸発させ、
このターゲットに対向する基板ホルダに保持された基板
上に薄膜を形成する方法において、前記ターゲットと前
記基板にはさまれた空間の外部に配置された複数の鏡に
よって前記レーザ光を走査して前記ターゲット表面に照
射しターゲット表面を蒸発させプラズマを生成させると
ともに、前記基板近傍に特定のガスを導入し、前記基板
上に飛来するターゲットの構成物質イオンを該ガスと反
応させ、前記ターゲットの物質と前記ガスの反応生成物
を前記基板上に推積させることを特徴とするものであ
る。
【００１６】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明の第１の実施例の薄膜形成装
置の構成図である。
て説明する。図１は本発明の第１の実施例の薄膜形成装
置の構成図である。
【００１７】図１において薄膜形成装置は、ＣＯ2 レー
ザー１１と、このレーザーから発生したレーザ光１２を
導入する為の光入射窓１３を有する成膜室１０と、この
成膜室１０内に設けられたＡｌターゲット１４と、この
Ａｌターゲット１４に対向して設けられ半導体基板１５
を保持する為の基板ホルダ１６と、Ａｌターゲット１４
と基板ホルダ１６とがはさむ空間の外部に設置され導入
されたレーザー光１２を反射しＡｌターゲット１４の表
面を均一に照射するように構成された第１の鏡１７と第
２の鏡１８からなる光走査手段と、半導体基板１５に正
（又は負）の直流電圧を印加するバイアス電源１９と、
必要に応じて成膜室１０内にガスを導入する為のガス導
入菅２０と、排気ポンプ等からなる排気系２１とから主
に構成されている。尚、第１の鏡１７は移動・回転機構
により移動・回転可能に構成されレーザー光１２を走査
して第２の鏡に導く。第２の鏡１８は凹面形状を有し、
その反射面の形状はＡｌターゲット１４表面上の任意の
点におけるレーザー光１２のスポット面積がほぼ一定に
なるように調整されている。
ザー１１と、このレーザーから発生したレーザ光１２を
導入する為の光入射窓１３を有する成膜室１０と、この
成膜室１０内に設けられたＡｌターゲット１４と、この
Ａｌターゲット１４に対向して設けられ半導体基板１５
を保持する為の基板ホルダ１６と、Ａｌターゲット１４
と基板ホルダ１６とがはさむ空間の外部に設置され導入
されたレーザー光１２を反射しＡｌターゲット１４の表
面を均一に照射するように構成された第１の鏡１７と第
２の鏡１８からなる光走査手段と、半導体基板１５に正
（又は負）の直流電圧を印加するバイアス電源１９と、
必要に応じて成膜室１０内にガスを導入する為のガス導
入菅２０と、排気ポンプ等からなる排気系２１とから主
に構成されている。尚、第１の鏡１７は移動・回転機構
により移動・回転可能に構成されレーザー光１２を走査
して第２の鏡に導く。第２の鏡１８は凹面形状を有し、
その反射面の形状はＡｌターゲット１４表面上の任意の
点におけるレーザー光１２のスポット面積がほぼ一定に
なるように調整されている。
【００１８】このように構成された薄膜形成装置によれ
ば、レーザー光１２により加熱されたＡｌターゲット１
４の表面は急激な温度上昇により蒸発しＡｌのプラズマ
が生成され、プラズマ中のＡｌイオンはバイアス電源１
９により加速されて基板１５に達しＡｌ膜が形成され
る。
ば、レーザー光１２により加熱されたＡｌターゲット１
４の表面は急激な温度上昇により蒸発しＡｌのプラズマ
が生成され、プラズマ中のＡｌイオンはバイアス電源１
９により加速されて基板１５に達しＡｌ膜が形成され
る。
【００１９】次に本発明の第２の実施例を説明する。第
２の実施例は第１の実施例で説明した装置により、例え
ばＳｉ基板上の絶縁膜に穿たれた微細なコンタクト孔内
にＡｌ膜を成膜する方法に適用できる。Ａｌターゲット
１４表面のレーザー光１２の入射点近傍が急激な温度上
昇により蒸発し、Ａｌのプラズマが生成されるために
は、成膜室１０内の圧力を１０-3Ｐａ以下、Ａｌターゲ
ット１４表面での光強度を、１０7 Ｗ／ｃｍ2 以上に設
定する必要がある。本実施例ではターゲット表面での光
強度が５×１０7 Ｗ／ｃｍ2 となるようにＣＯ2 レーザ
ー１１の出力を調整した。この光強度下では、実験によ
れば、ターゲットから離脱したＡｌ+ イオンの運動エネ
ルギのピーク値は約５０ｅＶであった。生成されたＡｌ
+ イオンは、基板に加えられた約２００Ｖの負のバイア
ス電圧により加速されて基板１５に到達し、Ａｌ膜が形
成される。バイアス電圧によって加速されているため、
Ａｌ+ イオンの運動方向分布は基板に垂直方向にそろっ
た成分が大勢を占める。この結果、Ａｌ+ イオンは、基
板上に穿たれた微細孔の内部まで到達し、微細孔底部を
ふくめた孔内への均一な成膜が可能になる。
２の実施例は第１の実施例で説明した装置により、例え
ばＳｉ基板上の絶縁膜に穿たれた微細なコンタクト孔内
にＡｌ膜を成膜する方法に適用できる。Ａｌターゲット
１４表面のレーザー光１２の入射点近傍が急激な温度上
昇により蒸発し、Ａｌのプラズマが生成されるために
は、成膜室１０内の圧力を１０-3Ｐａ以下、Ａｌターゲ
ット１４表面での光強度を、１０7 Ｗ／ｃｍ2 以上に設
定する必要がある。本実施例ではターゲット表面での光
強度が５×１０7 Ｗ／ｃｍ2 となるようにＣＯ2 レーザ
ー１１の出力を調整した。この光強度下では、実験によ
れば、ターゲットから離脱したＡｌ+ イオンの運動エネ
ルギのピーク値は約５０ｅＶであった。生成されたＡｌ
+ イオンは、基板に加えられた約２００Ｖの負のバイア
ス電圧により加速されて基板１５に到達し、Ａｌ膜が形
成される。バイアス電圧によって加速されているため、
Ａｌ+ イオンの運動方向分布は基板に垂直方向にそろっ
た成分が大勢を占める。この結果、Ａｌ+ イオンは、基
板上に穿たれた微細孔の内部まで到達し、微細孔底部を
ふくめた孔内への均一な成膜が可能になる。
【００２０】Ｓｉ基板上に形成したＳｉＯ2 膜に穿たれ
た開口径０．３μｍ深さ１．２μｍのコンタクト孔内に
８０ｎｍのＡｌ膜を形成した結果、ＳｉＯ2 膜上でのＡ
ｌ膜厚にたいするコンタクト孔底でのＡｌ膜厚の比が８
０％以上となった。この値は通常のスパッタ法を用いた
場合では数％程度が一般的であり、本方法による微細孔
底への成膜法の優位性が示された。基板を４５０℃以上
に加熱しながら本実施例によりＡｌ膜を形成すれば、Ａ
ｌ原子のマイグレーションにより微細孔内をＡｌで埋め
こむことが可能である。また微細孔のみならず、例え
ば、幅０．２μｍ、深さ０．５μｍの微細な溝内をＡｌ
膜で埋めこむことも可能である。絶縁膜中に形成された
溝をＡｌ膜で埋めこんだ後、化学機械研磨法により絶縁
膜上のＡｌ膜を研磨除去することにより溝内のみにＡｌ
膜を残し、ＬＳＩ用の微細配線を形成することもできる なお、光走査を行う第１及び第２の鏡１７，１８はＡｌ
ターゲット１４と基板１５がはさむ空間の外部に配置さ
れているため、Ａｌターゲット１４から飛翔したＡｌ粒
子が鏡およびその移動機構により遮られることはなく、
基板１５上への成膜均一性に支障は生じない。本第２の
実施例によれば、Ａｌ膜以外にＴｉやＳｉ膜等も微細孔
中に同様に推積することができる。
た開口径０．３μｍ深さ１．２μｍのコンタクト孔内に
８０ｎｍのＡｌ膜を形成した結果、ＳｉＯ2 膜上でのＡ
ｌ膜厚にたいするコンタクト孔底でのＡｌ膜厚の比が８
０％以上となった。この値は通常のスパッタ法を用いた
場合では数％程度が一般的であり、本方法による微細孔
底への成膜法の優位性が示された。基板を４５０℃以上
に加熱しながら本実施例によりＡｌ膜を形成すれば、Ａ
ｌ原子のマイグレーションにより微細孔内をＡｌで埋め
こむことが可能である。また微細孔のみならず、例え
ば、幅０．２μｍ、深さ０．５μｍの微細な溝内をＡｌ
膜で埋めこむことも可能である。絶縁膜中に形成された
溝をＡｌ膜で埋めこんだ後、化学機械研磨法により絶縁
膜上のＡｌ膜を研磨除去することにより溝内のみにＡｌ
膜を残し、ＬＳＩ用の微細配線を形成することもできる なお、光走査を行う第１及び第２の鏡１７，１８はＡｌ
ターゲット１４と基板１５がはさむ空間の外部に配置さ
れているため、Ａｌターゲット１４から飛翔したＡｌ粒
子が鏡およびその移動機構により遮られることはなく、
基板１５上への成膜均一性に支障は生じない。本第２の
実施例によれば、Ａｌ膜以外にＴｉやＳｉ膜等も微細孔
中に同様に推積することができる。
【００２１】次に本発明の第３の実施例を説明する。本
第３の実施例もＡｌのターゲットを用いているが、目的
とするのは基板上に高純度のＡｌ膜を形成することであ
る。使用する装置の概要は第１の実施例と同様である
が、レーザー光強度は１０8 Ｗ／ｃｍ2 以上である。こ
の光強度下ではターゲットから離脱したＡｌ+ イオンの
運動エネルギは９０および４００ｅＶ付近に２つのピー
クを持つ。一方ターゲット中およびその表面に不純物と
して含まれる酸素原子がターゲットから離脱する運動エ
ネルギは１価、２価イオンとも１００ｅＶ以下にピーク
を持つ。そこで本第３の実施例では、基板に印加するバ
イアス電圧を１００ｅＶ〜３００ｅＶに設定することに
より、Ａｌ+ イオンと酸素イオンを分離し、Ａｌ+ イオ
ンのみを選別して基板に到達させ、高純度のＡｌ膜を形
成した。
第３の実施例もＡｌのターゲットを用いているが、目的
とするのは基板上に高純度のＡｌ膜を形成することであ
る。使用する装置の概要は第１の実施例と同様である
が、レーザー光強度は１０8 Ｗ／ｃｍ2 以上である。こ
の光強度下ではターゲットから離脱したＡｌ+ イオンの
運動エネルギは９０および４００ｅＶ付近に２つのピー
クを持つ。一方ターゲット中およびその表面に不純物と
して含まれる酸素原子がターゲットから離脱する運動エ
ネルギは１価、２価イオンとも１００ｅＶ以下にピーク
を持つ。そこで本第３の実施例では、基板に印加するバ
イアス電圧を１００ｅＶ〜３００ｅＶに設定することに
より、Ａｌ+ イオンと酸素イオンを分離し、Ａｌ+ イオ
ンのみを選別して基板に到達させ、高純度のＡｌ膜を形
成した。
【００２２】本第３の実施例によれば、バイアス電圧を
負にした場合に比べＡｌ膜中の酸素濃度を１／１０にで
きる、しかしＡｌ+ イオンの運動方向が揃っていないの
で、微細孔内への成膜には適さず、配線用の高純度Ａｌ
膜形成に適している。なお、Ｔｉ、Ｓｉを用いた場合も
同様の運動エネルギ分布を持つので、本第３の実施例に
より高純度の膜が形成できる。
負にした場合に比べＡｌ膜中の酸素濃度を１／１０にで
きる、しかしＡｌ+ イオンの運動方向が揃っていないの
で、微細孔内への成膜には適さず、配線用の高純度Ａｌ
膜形成に適している。なお、Ｔｉ、Ｓｉを用いた場合も
同様の運動エネルギ分布を持つので、本第３の実施例に
より高純度の膜が形成できる。
【００２３】次に本発明の第４の実施例について説明す
る。使用する装置および光照射条件は前実施例とほぼ同
様である。本第４の実施例は、例えば開口径０．２μ
ｍ、深さ１．２μｍのコンタクト孔底部にＴｉとＴｉＮ
の２層膜を形成し低抵抗のコンタクトを得るのに利用で
きる。
る。使用する装置および光照射条件は前実施例とほぼ同
様である。本第４の実施例は、例えば開口径０．２μ
ｍ、深さ１．２μｍのコンタクト孔底部にＴｉとＴｉＮ
の２層膜を形成し低抵抗のコンタクトを得るのに利用で
きる。
【００２４】まずＴｉ膜を形成するために基板１５に印
加するバイアス電圧は、たとえば図２に示すように上下
非対称の交番電圧を用いる。正負のピーク電圧は各々１
５０Ｖ、−２００Ｖ、周期は１００μ秒とした、位相が
負の期間はイオンの基板方向への加速を行い、正の期間
は成膜にかかわるイオンと不純物イオンとの選別を行
う。正負の期間及び電圧を調節することにより膜中の不
純物を制御し、かつイオンの平均的な運動方向を揃える
ことにより、微細孔内へ高純度の膜推積を可能にする。
本第４の実施例では１周期中の正電圧印加時間を４０μ
秒に設定した。この方法でコンタクト孔底部に厚さ５μ
ｍのＴｉ膜を形成した。
加するバイアス電圧は、たとえば図２に示すように上下
非対称の交番電圧を用いる。正負のピーク電圧は各々１
５０Ｖ、−２００Ｖ、周期は１００μ秒とした、位相が
負の期間はイオンの基板方向への加速を行い、正の期間
は成膜にかかわるイオンと不純物イオンとの選別を行
う。正負の期間及び電圧を調節することにより膜中の不
純物を制御し、かつイオンの平均的な運動方向を揃える
ことにより、微細孔内へ高純度の膜推積を可能にする。
本第４の実施例では１周期中の正電圧印加時間を４０μ
秒に設定した。この方法でコンタクト孔底部に厚さ５μ
ｍのＴｉ膜を形成した。
【００２５】続いてこのＴｉ膜上へＴｉＮ膜を形成す
る。光照射条件はＴｉ膜の場合と同様であるが、バイア
ス電圧は−２００Ｖに固定する。ガス導入管２０で基板
１５の近傍に導入するガスはＮ2 で導入圧力は０．１〜
１０ｍＴｏｒｒの範囲で設定した。この条件でターゲッ
トから飛来するＴｉイオンは基板近傍でＮ2 と反応しＴ
ｉＮとなる。形成膜厚は２０ｎｍとした。
る。光照射条件はＴｉ膜の場合と同様であるが、バイア
ス電圧は−２００Ｖに固定する。ガス導入管２０で基板
１５の近傍に導入するガスはＮ2 で導入圧力は０．１〜
１０ｍＴｏｒｒの範囲で設定した。この条件でターゲッ
トから飛来するＴｉイオンは基板近傍でＮ2 と反応しＴ
ｉＮとなる。形成膜厚は２０ｎｍとした。
【００２６】以上でＴｉとＴｉＮの２層膜の形成は完了
するが、コンタクトの最終構造を形成するには、さらに
ＴｉＮ膜の上にＣＶＤ法によるタングステン膜を形成
し、コンタクト孔を埋めこむのが一般的である。この
際、本第４の実施例で形成したＴｉＮ膜は、ＣＶＤタン
グステン膜の密着層として極めて優秀なだけでなく、タ
ングステンＣＶＤの原料ガスであるＷＦ6 ガスあるいは
Ｗ膜そのものに対する良好なバリヤ膜として機能し、安
定なコンタクト構造を実現できる。一方、本第４の実施
例で形成した高純度のＴｉ膜は、Ｓｉに対する優秀なコ
ンタクトメタルとして機能する。このような構造の多層
膜をスパッタ法とタングステンＣＶＤ法の組合せで実現
することは、スパッタ法の段差被覆性の悪さにより極め
て困難である。
するが、コンタクトの最終構造を形成するには、さらに
ＴｉＮ膜の上にＣＶＤ法によるタングステン膜を形成
し、コンタクト孔を埋めこむのが一般的である。この
際、本第４の実施例で形成したＴｉＮ膜は、ＣＶＤタン
グステン膜の密着層として極めて優秀なだけでなく、タ
ングステンＣＶＤの原料ガスであるＷＦ6 ガスあるいは
Ｗ膜そのものに対する良好なバリヤ膜として機能し、安
定なコンタクト構造を実現できる。一方、本第４の実施
例で形成した高純度のＴｉ膜は、Ｓｉに対する優秀なコ
ンタクトメタルとして機能する。このような構造の多層
膜をスパッタ法とタングステンＣＶＤ法の組合せで実現
することは、スパッタ法の段差被覆性の悪さにより極め
て困難である。
【００２７】上述した各実施例においては第１の鏡１７
に移動・回転する平面鏡をそして第２の鏡１８に固定さ
れた凹面鏡を用いたが、この組合せを例えば図３のよう
に、第１の鏡１７Ａに３つの平面を有する回転ポリゴン
ミラーを用いても良い。また、成膜均一の基準があまり
厳しくない場合には、図４のように第２の鏡１８Ａに複
雑な形状を持つ凹面鏡１８ではなく、多くの平面鏡から
構成された多面鏡を用いることも可能である。
に移動・回転する平面鏡をそして第２の鏡１８に固定さ
れた凹面鏡を用いたが、この組合せを例えば図３のよう
に、第１の鏡１７Ａに３つの平面を有する回転ポリゴン
ミラーを用いても良い。また、成膜均一の基準があまり
厳しくない場合には、図４のように第２の鏡１８Ａに複
雑な形状を持つ凹面鏡１８ではなく、多くの平面鏡から
構成された多面鏡を用いることも可能である。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、成膜室内
にターゲットと基板ホルダを設け、このターゲットと基
板ホルダの対向する空間の外部に光走査手段を設け、こ
の光走査手段によりレーザー光をターゲットに照射し、
基板にバイアス電圧を印加できるように構成することに
より、基板に垂直な方向にターゲット物質が加速されて
到達する為、コンタクト孔内に充分な厚さの薄膜を容易
に形成できる。更に交番電圧をバイアス電圧として用い
ることにより不純物を除去できる為、高純度の薄膜を形
成できる。
にターゲットと基板ホルダを設け、このターゲットと基
板ホルダの対向する空間の外部に光走査手段を設け、こ
の光走査手段によりレーザー光をターゲットに照射し、
基板にバイアス電圧を印加できるように構成することに
より、基板に垂直な方向にターゲット物質が加速されて
到達する為、コンタクト孔内に充分な厚さの薄膜を容易
に形成できる。更に交番電圧をバイアス電圧として用い
ることにより不純物を除去できる為、高純度の薄膜を形
成できる。
【図１】本発明の第１の実施例の薄膜形成装置の構成
図。
図。
【図２】本発明の第４の実施例に用いるバイアス電圧の
波形図。
波形図。
【図３】本発明の薄膜形成装置の他の光走査手段を説明
する為の鏡の構成図。
する為の鏡の構成図。
【図４】本発明の薄膜形成装置の他の光走査手段を説明
する為の鏡の構成図。
する為の鏡の構成図。
１０ 成膜室 １１ ＣＯ2 レーザー １２ レーザー光 １３ 光入射窓 １４ Ａｌターゲット １５ 半導体基板 １６ 基板ホルダ １７，１７Ａ 第１の鏡 １８，１８Ａ 第２の鏡 １９ バイアス電源 ２０ ガス導入菅 ２１ 排気系 ２２ Ａｌ+ イオン
Claims (9)
- 【請求項１】 レーザ発振器と、このレーザ発振器から
のレーザ光を導入する為の光入射窓を有する成膜室と、
この成膜室内に設けられたターゲットと、このターゲッ
トに対向して設けられ基板を保持する為の基板ホルダ
と、前記ターゲットと前記基板ホルダとがはさむ空間の
外部に設置され導入された前記レーザ光を反射させ前記
ターゲットの表面を走査し照射する為の光走査手段と、
前記基板に正又は負の直流電圧あるいは対称又は非対称
波形を持つ交番電圧をバイアス電圧として印加する手段
とを含むことを特徴とする薄膜形成装置。 - 【請求項２】 レーザ光の反射手段か少なくとも一つの
移動又は回転可能な鏡を含む複数の鏡から構成されてい
る請求項１記載の薄膜形成装置。 - 【請求項３】 少なくとも一つの鏡の反射面は凹状又は
凸状に形成されている請求項２記載の薄膜形成装置。 - 【請求項４】 少なくとも一つの鏡は平面鏡の組み合わ
せからなる多面体から構成されている請求項２記載の薄
膜形成装置。 - 【請求項５】 成膜室にはガス導入管が具備されている
請求項１記載の薄膜形成装置。 - 【請求項６】 レーザ光の照射によって成膜室内のター
ゲット表面を蒸発させ、このターゲットに対向する基板
ホルダに保持された基板上に薄膜を形成する方法におい
て、前記ターゲットと前記基板にはさまれた空間の外部
に配置された複数の鏡によって前記レーザー光を走査し
て前記ターゲット表面に照射しターゲット表面を蒸発さ
せプラズマを生成させるとともに、前記基板にバイアス
電圧を印加しイオン化された前記ターゲット構成物質の
原子，分子あるいはクラスターを選別又は加速させるこ
とを特徴とする薄膜形成方法。 - 【請求項７】 基板に印加するバイアス電圧を正又は負
電圧とし、イオン化されたターゲット構成物質のうちの
特定の原子，分子あるいはクラスターを選別又は加速し
て基板上に到達させる請求項６記載の薄膜形成方法。 - 【請求項８】 基板に印加するバイアス電圧を正負対称
又は非対称の交流電圧とし、イオン化されたターゲット
構成物質のうちの特定の原子，分子あるいはクラスター
を選別又は加速して基板上に到達させる請求項６記載の
薄膜形成方法。 - 【請求項９】 レーザー光の照射によって成膜室内のタ
ーゲット表面を蒸発させ、このターゲットに対向する基
板ホルダに保持された基板上に薄膜を形成する方法にお
いて、前記ターゲットと前記基板にはさまれた空間の外
部に配置された複数の鏡によって前記レーザ光を走査し
て前記ターゲット表面に照射しターゲット表面を蒸発さ
せプラズマを生成させるとともに、前記基板近傍に特定
のガスを導入し、前記基板上に飛来するターゲットの構
成物質イオンを該ガスと反応させ、前記ターゲットの物
質と前記ガスの反応生成物を前記基板上に推積させるこ
とを特徴とする薄膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19261094A JPH0855821A (ja) | 1994-08-16 | 1994-08-16 | 薄膜形成装置および薄膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19261094A JPH0855821A (ja) | 1994-08-16 | 1994-08-16 | 薄膜形成装置および薄膜形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0855821A true JPH0855821A (ja) | 1996-02-27 |
Family
ID=16294129
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19261094A Pending JPH0855821A (ja) | 1994-08-16 | 1994-08-16 | 薄膜形成装置および薄膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0855821A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000256845A (ja) * | 1999-03-12 | 2000-09-19 | Anelva Corp | 薄膜作成方法および薄膜作成装置 |
| JP2010519051A (ja) * | 2007-02-23 | 2010-06-03 | ピコデオン・リミテッド・オサケユキテュア | 設備 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61261472A (ja) * | 1985-05-13 | 1986-11-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | バイアススパツタ法およびその装置 |
| JPH01177367A (ja) * | 1988-01-06 | 1989-07-13 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | レーザ光または強光を用いた成膜装置 |
| JPH05287518A (ja) * | 1992-04-09 | 1993-11-02 | Hitachi Ltd | 薄膜形成法及び装置 |
-
1994
- 1994-08-16 JP JP19261094A patent/JPH0855821A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61261472A (ja) * | 1985-05-13 | 1986-11-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | バイアススパツタ法およびその装置 |
| JPH01177367A (ja) * | 1988-01-06 | 1989-07-13 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | レーザ光または強光を用いた成膜装置 |
| JPH05287518A (ja) * | 1992-04-09 | 1993-11-02 | Hitachi Ltd | 薄膜形成法及び装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000256845A (ja) * | 1999-03-12 | 2000-09-19 | Anelva Corp | 薄膜作成方法および薄膜作成装置 |
| JP2010519051A (ja) * | 2007-02-23 | 2010-06-03 | ピコデオン・リミテッド・オサケユキテュア | 設備 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19970805 |