JPH10229053A

JPH10229053A - 埋立方法及びその装置並びに半導体素子製造装置

Info

Publication number: JPH10229053A
Application number: JP3365297A
Authority: JP
Inventors: Takashi Obara; 隆小原; Mutsuki Yamazaki; 六月山崎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-02-18
Filing date: 1997-02-18
Publication date: 1998-08-25

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、半導体基板のコンタクトホールの入
口が塞がったりその中に空洞ができることなくコンタク
トホール内を導電性材料で埋め込む。【解決手段】チャンバ１０内の導電性材料５を含む固体
原料１１に対し、パルスレーザ発振器１６から波長２４
８ｎｍのエキシマレーザ光を照射し、固体原料１１を蒸
発させて半導体基板１１のコンタクトホールの中に導電
性材料５の埋立てを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体メモ
リ等の集積回路を製造するもので、複数の素子が多層に
形成された半導体基板のコンタクトホールと呼ばれる穴
に導電性材料を埋める埋立方法及びその装置並びに半導
体素子製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータに必要不可欠なＤＲＡＭな
どの素子が集積された電子部品は、限られた面積で多く
のメモリ容量を得るために年々集積度が高くしようとし
て開発されている。

【０００３】このような電子部品を構成する素子は、リ
ソグラフィー技術を基にＳｉなどの半導体基板内におい
て限られた領域の抵抗を制御したり、又、薄膜を積層し
た後、微細加工を行うことで形成されている。

【０００４】そして、集積度が高くなるに伴って微細加
工により作られたパターンの幅は狭くなり１ＭｂｉｔＤ
ＲＡＭでは、最も細い線の幅が１μｍ以下になってい
る。さらに、大きな集積度の半導体メモリを作製するに
は、さらに高度な微細加工技術が必要になるが、リソグ
ラフィーに用いる光源の波長、レジストの特性などから
限界に近いところまできている。

【０００５】そこで、基板上に複数の面内（すなわち多
層）に半導体メモリ等の素子を作製することで三次元的
に積み重ねて集積度を高くしている。この場合、複数の
面内に形成された各素子間を導電材料で配線して接続す
る必要がある。

【０００６】これら素子間の接続方法としては、複数の
面内（すなわち多層）に素子を作製した後、基板にコン
タクトホールと呼ばれる穴を開け、この穴内にＡｌやＣ
ｕなどの導電性材料を埋め込み、その上の面内に作製し
た素子と接続している。

【０００７】このＡｌやＣｕなどの導電性材料を埋め込
む方法は、ＣＶＤ、スパッタリング、真空蒸着などの方
法によりＡｌやＣｕを原子状態或いはクラスター状にし
て穴の中に供給することで行っている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
スパッタリング、真空蒸着などの物理蒸着法により作製
すると、穴の中の方までＡｌやＣｕが到達せず、穴の入
口付近に多く付着してしまい、穴入口が塞がりその中に
空洞ができてしまう。

【０００９】図１２はスパッタリングにより穴（凹部）
中に成膜した一例を示しており、半導体基板１上には絶
縁膜２が形成され、その上面にＴｉＮなどのバリアメタ
ル３が形成されている。

【００１０】先ず、同図(a) に示すように半導体基板１
上の絶縁膜２に穴（以下、コンタクトホールととして説
明する）４が形成され、この後に、同図(b) に示すよう
に絶縁膜２及びコンタクトホール４内にスパッタリング
により導電性材料５が堆積されていく。

【００１１】しかしながら、蒸着粒子が各方向からコン
タクトホール４に堆積するので、導電性材料５の堆積後
は、同図(c) に示すようにコンタクトホール４の入口は
塞がりその中に空洞ができてしまう。

【００１２】このため、電気抵抗が高く必要な電流を流
そうとすると、発熱量が多くなり、素子が破壊されると
いう不具合が生じる。一方、ＣＶＤでコンタクトホール
４中に成膜する場合は、スパッタリングのように素子が
破壊されるという不具合は生じないが、成膜時の処理温
度が高く、ドーピング元素及び各層間での相互拡散など
が起こることを考慮しなくてはならない。

【００１３】又、これら物理蒸着法、ＣＶＤによる方法
で作製する場合、コンタクトホール４の開いていない部
分にもＡｌやＣｕなどの導電性材料が付着するので全て
の素子がショートしてしまう可能性が高い。

【００１４】このため、コンタクトホール４を埋めた
後、不要な部分に付着したＡｌやＣｕなどの導電性材料
は、化学的処理によって取り除いている。これにより、
複数の層間の各素子を接続するためには、少なくとも１
つ以上の工程が増えるという不具合がある。

【００１５】そこで本発明は、穴の入口が塞がったりそ
の中に空洞ができることなく穴を埋め込むことができる
埋立方法及びその装置を提供することを目的とする。
又、本発明は、半導体基板のコンタクトホール入口のみ
が塞がったりコンタクトホール中に空洞ができることな
くコンタクトホールを導電性材料で埋め込むことができ
る半導体素子製造装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、複数
の素子が多層に積み重ねられた基体に穴を形成し、この
穴の中に基体と異なる材料を埋める埋立方法において、
基体と異なる材料を含む固体原料に対し、所定波長以下
のレーザ光を照射し、固体原料を蒸発させて基体の前記
穴の中へ基体と異なる材料を埋立てる埋立方法である。

【００１７】請求項２によれば、請求項１記載の埋立方
法において、レーザ光は、４００ｎｍ以下の波長であ
る。請求項３によれば、請求項１記載の埋立方法におい
て、基体と固体原料との間隔は、１０ｃｍ以下である。

【００１８】請求項４によれば、請求項１記載の埋立方
法において、物理蒸着による基体の穴の中への成膜を１
０^-6Torr以上の高真空下、又は１０^-5Torr以上５Torr以
下の不活性ガス雰囲気中で行う。

【００１９】請求項５によれば、請求項１記載の埋立方
法において、レーザ光の繰り返し周波数を、１０Ｈｚ以
上で固体原料に照射する。請求項６によれば、請求項１
記載の埋立方法において、レーザ光の平均のフルーエン
スは、０．５Ｊ／ｃｍ² 以上２．０Ｊ／ｃｍ² 以下に調
整されている。

【００２０】請求項７によれば、請求項１記載の埋立方
法において、固体原料に照射するレーザ光の領域の所定
割合が重複するようにレーザ光の走査速度及び固体原料
の移動速度を制御する。

【００２１】請求項８によれば、複数の素子が多層に積
み重ねられた基体に穴を形成し、この穴の中に基体と異
なる材料を埋める埋立装置において、高真空又は不活性
ガス雰囲気のチャンバと、このチャンバ内に配置された
基体と異なる材料を含む固体原料と、所定波長以下のレ
ーザ光を出力するパルスレーザ発振器と、このパルスレ
ーザ発振器から出力されたレーザ光を固体原料に対して
所定のビーム形状に形成して照射する光学系とを備え、
固体原料を蒸発させて基体の前記穴の中に基体と異なる
材料により埋立てを行う埋立装置である。

【００２２】請求項９によれば、請求項８記載の埋立装
置において、チャンバ内は、１０^-6Torr以上の高真空
下、又は１０^-5Torr以上５Torr以下の不活性ガス雰囲気
中である。

【００２３】請求項１０によれば、請求項８記載の埋立
装置において、パルスレーザ発振器は、４００ｎｍ以下
の波長、１０Ｈｚ以上の繰り返し周波数、０．５Ｊ／ｃ
ｍ²以上２．０Ｊ／ｃｍ² 以下の平均フルーエンスに調
整されたレーザ光を出力する。

【００２４】請求項１１によれば、請求項８記載の埋立
装置において、基体と固体原料との間隔は、１０ｃｍ以
下に設定されている。請求項１２によれば、請求項８記
載の埋立装置において、固体原料に照射されるレーザ光
の照射領域の所定割合が重複するようにレーザ光を走査
する走査手段を備えた。

【００２５】請求項１３によれば、複数の素子が多層に
積み重ねられた半導体基板に穴を形成し、この穴の中に
導電性材料を埋め込んで各素子間を接続する半導体素子
製造装置において、高真空又は不活性ガス雰囲気のチャ
ンバと、このチャンバ内に配置された導電性材料を含む
固体原料と、波長４００ｎｍ以下のレーザ光を出力する
パルスレーザ発振器と、このパルスレーザ発振器から出
力されたレーザ光を固体原料に対して所定のビーム形状
に形成して照射する光学系とを備え、固体原料と半導体
基板との間隔を１０ｃｍ以下にし、固体原料を蒸発させ
て穴の中に導電性材料の埋立てを行う半導体素子製造装
置である。

【００２６】請求項１４によれば、複数の素子が多層に
積み重ねられた基体に穴を形成し、固体原料を蒸発させ
て穴の中に基体と異なる材料を埋める埋立方法におい
て、基体表面を構成する物質に対して励起エネルギーを
与える埋立方法である。

【００２７】請求項１５によれば、請求項１４記載の埋
立方法において、固体原料に対してイオンビーム又はレ
ーザ光を照射して固体原料を蒸発させる。請求項１６に
よれば、請求項１４記載の埋立方法において、励起エネ
ルギーとしては、イオンビーム又はレーザ光を基体面に
対して６０度以下の角度で照射する。

【００２８】請求項１７によれば、請求項１４記載の埋
立方法において、励起エネルギーとしては、不活性ガス
雰囲気に高周波電力を供給してプラズマを発生させる。
請求項１８によれば、請求項１５記載の埋立方法におい
て、イオンビーム又はレーザ光は、基体へ蒸着される固
定原料が蒸発した粒子の持つ運動エネルギーの少なくと
も１．２倍以上のエネルギーを持つ。

【００２９】請求項１９によれば、請求項１４記載の埋
立方法において、基体の穴の中への埋立てを１０^-5Torr
以下の減圧下、又は０．１Torr以下の不活性ガス雰囲気
中で行う。

【００３０】請求項２０によれば、請求項１４記載の埋
立方法において、基体に対するイオンビーム又はレーザ
光の照射タイミング、及びプラズマの発生タイミング
は、穴の深さの１％以上５０％以下の厚さまで堆積した
後である。

【００３１】請求項２１によれば、請求項１４記載の埋
立方法において、基体に照射するイオンビーム又はレー
ザ光の停止タイミング、及びプラズマ発生の停止タイミ
ングは、穴が完全に埋まるのに要する時間の６０％以上
経過したときである。

【００３２】請求項２２によれば、複数の素子が多層に
積み重ねられた基体に穴を形成し、固体原料を蒸発させ
て穴の中に基体と異なる材料を埋める埋立装置におい
て、高真空又は不活性ガス雰囲気のチャンバと、固体原
料にイオンビーム又はレーザ光を照射して固体原料を蒸
発させるビーム出力手段と、基体表面を構成する物質に
対して励起エネルギーを与える励起エネルギー手段と、
を備えた埋立装置である。

【００３３】請求項２３によれば、請求項２２記載の埋
立装置において、励起エネルギー手段は、イオンビーム
を出力するイオン源、レーザ光を出力するレーザ発振
器、又は不活性ガス雰囲気に高周波電力を供給してプラ
ズマを発生させる機能を有する。

【００３４】請求項２４によれば、請求項２３記載の埋
立装置において、イオン源から出力されるイオンビーム
又はレーザ発振器から出力されるレーザ光は、基体へ蒸
着される固体原料が蒸発した粒子の持つ運動エネルギー
の少なくとも１．２倍以上のエネルギーを持つ。

【００３５】請求項２５によれば、請求項２２記載の埋
立装置において、チャンバ内は、１０^-5Torr以下の減圧
下、又は０．１Torr以下の不活性ガス雰囲気である。請
求項２６によれば、請求項２２記載の埋立装置におい
て、イオンビーム又はレーザ光の基体に対する照射及び
プラズマの発生タイミングは、穴の深さの１％以上５０
％以下の厚さまで堆積した後に制御し、一方、停止タイ
ミングは、穴が完全に埋まるのに要する時間の６０％以
上経過したときに制御する制御手段を備えた。

【００３６】請求項２７によれば、複数の素子が多層に
積み重ねられた半導体基板に穴を形成し、固体原料を蒸
発させて穴の中に導電性材料を埋め込んで各素子間を接
続する半導体素子製造装置において、高真空又は不活性
ガス雰囲気のチャンバと、固体原料にイオンビーム又は
レーザ光を照射して固体原料を蒸発させるビーム出力手
段と、半導体基板表面を構成する物質に対して励起エネ
ルギーを与える励起エネルギー手段と、を備えた半導体
素子製造装置である。

【００３７】請求項２８によれば、請求項２７記載の半
導体素子製造装置において、励起エネルギー手段は、イ
オンビームを出力するイオン源、レーザ光を出力するレ
ーザ発振器、又は不活性ガス雰囲気に高周波電力を供給
してプラズマを発生させる機能を有する。

【００３８】

【発明の実施の形態】

(1) 以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参
照して説明する。本発明の埋立方法は、複数の素子が多
層に積み重ねられた基体、例えば半導体基板に穴（コン
タクトホール）を形成し、このコンタクトホールの中に
半導体基板と異なる材料、例えば複数の素子間を接続す
るための導電性材料を埋める埋立方法において、導電性
材料を含む固体原料に対し、レーザ蒸着法を用い、所定
波長以下、例えば波長４００ｎｍ以下のレーザ光を照射
し、この固体原料を蒸発させて物理蒸着により半導体基
板のコンタクトホールの中に導電性材料の成膜を行うも
のである。

【００３９】図１はかかる埋立方法を適用した半導体素
子製造装置の構成図である。気密可能なチャンバ１０内
は、１０^-6Torr以上の高真空下、又は１０^-5Torr以上５
Torrの不活性ガス雰囲気となっている。

【００４０】このチャンバ１０内は、１０^-6Torr以上の
高真空下に調整してもよいが、１０^-5Torr以上５Torr以
下、好ましくは０．５Torr以下、さらに好ましくは０．
０５Torr以下のＡｒ等の不活性ガス雰囲気に調整しても
よい。

【００４１】このような不活性ガス雰囲気の場合、後述
する固体原料１４からたたき出された電子により導入ガ
スのプラズマが発生し、その熱が固体原料１４からの蒸
発を促進させるので、蒸発速度が速くなるという利点が
ある。なお、圧力が５Torr以上になると、蒸発した原子
等の平均自由行程が短くなり、Ａｒ原子との衝突により
運動エネルギーが小さくなり過ぎるので好ましくない。

【００４２】このチャンバ内には、半導体基板１１を保
持して移動させる基板ホルダー１２を備えた移動機構１
３が設けられている。この半導体基板１１は、上記の如
く半導体メモリなどの複数の素子が多層に積み重ねられ
たもので、これら各層間の各素子を接続するためのコン
タクトホール４が形成されている。このコンタクトホー
ル４は、例えば直径１μｍ、深さ３μｍに開けられてい
る。

【００４３】又、チャンバ１０内には、例えば円筒状の
固体原料（ターゲット）１４がターゲット駆動装置１５
に連結されている。このターゲット駆動装置１５は、円
筒状の固体原料１４の軸方向を回転中心として矢印
（イ）方向に、所定の回転速度例えば１００ｍｍ／sec
で、一定の角度ごとにステップ回転させる機能を有して
いる。

【００４４】円筒状の固体原料１４は、半導体基板１１
のコンタクトホール４を埋める導電性材料、例えばＣｕ
から形成されている。なお、コンタクトホール４を埋め
る導電性材料は、Ｃｕに限らず、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐ
ｔなどの導電率の高い材料でもよく、又Ｒｅ、Ｒｕなど
の酸化物、或いはＲｕ、Ｓｒからなる酸化物或いはＷ、
Ｓｉからなる導電性セラミクスでもよい。

【００４５】なお、固体原料１４は、円筒状に限らず、
板状に形成してもよい。この板状の固体原料であれば、
蒸着時に平行移動させて、エキシマレーザ光が板状の固
体原料の全面に走査されるようにする。

【００４６】一方、チャンバ１０の外部には、パルスレ
ーザ発振器１６が設けられている。このパルスレーザ発
振器１６は、波長が４００ｎｍ以下、レーザ光の繰り返
し周波数が１０Ｈｚ以上で、レーザ光の平均のフルーエ
ンスが０．５Ｊ／ｃｍ² 以上２．０Ｊ／ｃｍ² 以下、好
ましくは０．８Ｊ／ｃｍ² 以上１．５Ｊ／ｃｍ² 以下に
調整されている。

【００４７】より具体的には、ＫｒＦエキシマパルスレ
ーザ発振器（以下、エキシマレーザ発振器と称する）１
６が用いられ、このパルスレーザ発振器１６からは、波
長２４８ｎｍ、エキシマレーザ光の繰り返し周波数が１
００Ｈｚ、エキシマレーザ光の平均のフルーエンスが１
Ｊ／ｃｍ² に調整されている。

【００４８】すなわち、エキシマレーザ光の繰り返し周
波数が１００Ｈｚに調整されているのは、固体原料１４
にエキシマレーザ光が照射されたときの蒸発速度がエキ
シマレーザ光の繰り返し周波数と固体原料１４の移動速
度によっても変化するからであり、このうちエキシマレ
ーザ光の繰り返し周波数は高い方が速くなり、１０Ｈｚ
以上、好ましくは１００Ｈｚ以上で照射することが望ま
れる。

【００４９】この理由は、単に照射回数が増えるから蒸
発速度が速くなるだけでなく、照射のインターバルが短
いと、前の照射により形成されたプラズマの熱により温
度が高くなった固体原料１４の表面に次のエキシマレー
ザ光を照射できるので、１パルスでの蒸発量が増えると
いうことである。

【００５０】又、エキシマレーザ光の平均のフルーエン
スが０．５Ｊ／ｃｍ² 以上２．０Ｊ／ｃｍ² 以下、好ま
しくは０．８Ｊ／ｃｍ² 以上１．５Ｊ／ｃｍ² 以下に調
整されているのは、最も効率よく蒸着できるからであ
る。

【００５１】すなわち、このフルーエンスが０．５Ｊ／
ｃｍ² 以下では蒸着速度が極端に遅くなる。又、２．０
Ｊ／ｃｍ² 以上では蒸発した原子等の粒子の持つエネル
ギーが高すぎて、半導体基板１１にこの粒子が付着せず
反射される割合が高くなり、蒸着速度はむしろ遅くな
る。このように事情に基づき上記範囲のフルーエンスを
持つエキシマレーザ光が用いられる。

【００５２】このエキシマレーザ発振器１６から出力さ
れるエキシマレーザ光路上には、各ミラー１７、１８及
び合成石英製レンズ１９が配置されている。このうち合
成石英製レンズ１９は、エキシマレーザ光がチャンバ１
０のレーザ導入窓１０ａを通して固体原料１４に照射さ
れたときの照射面積が幅２ｍｍ、長さ４ｍｍになるよう
に集光する作用を有している。

【００５３】この場合、エキシマレーザ光を固体原料１
４に照射する角度は、浅い方がレーザ導入窓１０ａの汚
れによって透過光が遮られる割合が少ないので好まし
く、例えば４５度以下、好ましくは３０度以下に設定す
るのがよい。

【００５４】なお、エキシマレーザ発振器１６、レーザ
導入窓１０ａ、レーザ導入に必要な各ミラー１７、１８
及び合成石英製レンズ１９など光学系Ｑは、半導体基板
１１よりも下方に配置する方が半導体基板１１を連続処
理するのには好ましい。

【００５５】ところで、このような光学系Ｑの配置がで
きない場合は、図２に示すようにエキシマレーザ光の入
射方向に対して垂直方向から半導体基板１１を前処理
（ａ₁）から埋め込み（ａ₂ ）の蒸着エリアに移動し、
この後、エキシマレーザ光の入射方向と反対方向に移動
させて次の工程（ａ₃ ）に移るようにしてもよい。

【００５６】又、同図に示すようにエキシマレーザ光の
入射方向の反対方向の前処理（ａ₁）から半導体基板１
１を埋め込み（ｂ₂ ）の蒸着エリアに移動し、この後、
エキシマレーザ光の入射方向に対して垂直方向に移動さ
せて次の工程（ｂ₃ ）に移るようにしてもよい。

【００５７】さらに、図３に示すようにエキシマレーザ
光の入射方向と交わる方向に半導体基板１１を移動させ
てもよい。この場合、半導体基板１１は自転させる。た
だし、固体原料１４の長手方向が移動方向と交差する場
合は、光学系Ｑが複雑化するが、半導体基板１１の自転
は不要とすることができる。

【００５８】又、チャンバ１０内の半導体基板１１と固
体原料１４との間隔は１０ｃｍ以下、好ましくは５ｃｍ
以下に設定されている。このような半導体基板１１と固
体原料１４との間隔では、蒸発した原子等の粒子の運動
エネルギーが高く、コンタクトホール４の内壁に衝突し
た後、反射して中に入っていく場合があるからである。

【００５９】制御装置２０は、固体原料１４に照射する
各パルスのインターバルにおいてエキシマレーザ光の照
射面積の１０％以上９８％以下、好ましくは３０％以上
９０％以下の照射面積が重複するように固体原料１４の
回転速度を制御し、かつエキシマレーザ発振器１６の発
振を制御する機能を有している。

【００６０】このように固体原料１４を回転制御する理
由は、固体原料１４を動かさなければ、固体原料１４の
一部分だけが深く掘れ、いずれそのコンタクトホール４
の側壁にエキシマレーザ光が照射されるようになる。

【００６１】そうすると、蒸発した原子等の粒子は、通
常エキシマレーザ光の照射面に対してほぼ垂直方向に飛
び出すので、固体原料１４面に対してではなくコンタク
トホール４の壁に対して垂直に飛び出すようになり、半
導体基板１１に蒸発した原子等の粒子が蒸着されなくな
る。

【００６２】このような事から、固体原料１４の一部分
だけが深く掘れることを防ぐために固体原料１４上の照
射位置が変わるように固体原料１４を移動させることが
必要となる。ただし、固体原料１４の移動速度が速く、
初めのレーザ照射位置から離れた位置に次のエキシマレ
ーザ光が照射されると、そこでは初めのエキシマレーザ
光照射により形成されたプラズマによる熱の蓄積がない
ため蒸発速度は速くならない。

【００６３】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。チャンバ１０内が例えば１０^-5Torr以下
まで減圧された後、エキシマレーザ発振器１６からは、
波長２４８ｎｍ、エキシマレーザ光の繰り返し周波数１
００Ｈｚ、固体原料１４に照射されたときのエキシマレ
ーザ光の平均のフルーエンス１Ｊ／ｃｍ² のエキシマレ
ーザ光が出力される。

【００６４】このエキシマレーザ光は、各ミラー１７、
１８で反射し、合成石英製レンズ１９により固体原料１
４の照射位置で幅２ｍｍ、長さ４ｍｍの照射面積となる
ように整形される。

【００６５】固体原料１４は、ターゲット駆動装置１５
の駆動により固体原料１４の軸方向を回転中心として矢
印（イ）方向に、所定の回転速度にて例えば１００ｍｍ
／sec で、一定の角度ごとにステップ回転する。

【００６６】このように回転している固体原料１４にエ
キシマレーザ光が照射されるので、固体原料１４に照射
されるエキシマレーザ光の照射面積は、エキシマレーザ
光の各パルスのインターバルにおいてその照射面積の３
０％以上９０％以下の範囲、例えば５０％の照射面積が
重複する。

【００６７】固体原料１４にエキシマレーザ光が照射さ
れると、そのエキシマレーザ光のエネルギーにより固体
原料１４は蒸発し、Ｃｕ原子又はイオンが飛び出し、蒸
着領域が形成される。

【００６８】このように固体原料１４にエキシマレーザ
光を照射したときには、指向性の強い高エネルギーの蒸
発した原子等の粒子が得られるが、通常このような粒子
の飛び出す際の立体角は９０度以下で、１パルスのエキ
シマレーザ光照射で蒸発する量の８０％は６０度以下の
立体角を持つ空間を通過する。

【００６９】この状態に半導体基板１１は、移動機構１
３の駆動によりエキシマレーザ光の照射方向に対して垂
直方向に移動する。これにより、プルーム（エキシマレ
ーザ光によって固体原料１４から蒸発した原子等がプラ
ズマ状態となった部分）の直上付近にある半導体基板１
１のコンタクトホール４の入口付近に蒸発した原子等の
粒子が付着することはなく、コンタクトホール４の底ま
で到達する確率が高い。

【００７０】又、仮に運動エネルギーの高い小さな粒子
がコンタクトホール４の内壁に一旦付着しても、半導体
基板１１を移動させプルームの直上付近に配置されたと
きに、高い運動エネルギーの蒸着粒子によって弾き飛ば
されコンタクトホール４の中に落ちるので、空洞ができ
ずにコンタクトホール４を埋め込むことが可能となる。

【００７１】図４はレーザ蒸着法によりコンタクトホー
ル４の中に埋立てした一例を示しており、半導体基板１
１上には絶縁膜２が形成され、その上面にバリアメタル
３が形成されている。

【００７２】先ず、同図(a) に示すように半導体基板１
１上の絶縁膜２にコンタクトホール４が形成され、この
後に、同図(b) に示すように絶縁膜２及びコンタクトホ
ール４内にレーザ蒸着法により導電性材料５が堆積され
ていく。このとき、蒸着粒子は、絶縁膜２及びコンタク
トホール４に対してほぼ垂直方向に堆積していくので、
コンタクトホール４の底から空洞を形成することなくコ
ンタクトホール４の全体に堆積する。

【００７３】このとき、蒸発した粒子は高い運動エネル
ギーと強い指向性を持っているだけでなく、半導体基板
１１の温度は、僅かに上昇するだけ加熱されないので、
上記の如く固体原料１４と半導体基板１１との間隔を２
〜１０ｃｍに近付けることができ、この粒子の多くが半
導体基板１１の面に対してほぼ垂直方向に入射し、コン
タクトホール４の底まで蒸着される。

【００７４】そうして、導電性材料５の堆積後は、同図
(c) に示すように半導体基板１１のコンタクトホール４
の入口が塞がったりその中に空洞ができることなくコン
タクトホール４内が導電性材料５で埋め込まれる。

【００７５】又、半導体基板１１の温度は、僅かに上昇
するだけなので、コンタクトホール４の作製に使用した
レジストの剥離を行わずに蒸着し、その後レジストを有
機溶媒で溶かすと、不要なＣｕを簡単に除去できる。こ
のようにしてコンタクトホール４をＣｕで埋めれば、コ
ンタクトホール１４の内部の空洞なく良質の配線が得ら
れる。

【００７６】このように上記第１の実施の形態において
は、導電性材料５を含む固体原料１１に対し、波長２４
８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光を照射し、固体原料１
１を蒸発させて物理蒸着により半導体基板１１のコンタ
クトホール４の中に導電性材料５の成膜を行うので、半
導体基板１１のコンタクトホール４の入口が塞がったり
その中に空洞ができることなくコンタクトホール４を導
電性材料５で埋め込むことができる。

【００７７】又、上記埋立方法により次の電気部材を作
製できる。図５(a) はかかる電気部材を上から見た図で
あり、同図(b) はその断面構成図である。基板３０に
は、溝３１が形成されている。この溝３１は、断面の寸
法が幅１０μｍ、深さ２０μｍで連続して、１０μｍの
ピッチで渦巻状に形成されている。なお、この渦巻状の
溝３１の両端には、それぞれコンタクトホール３２、３
３が形成されている。

【００７８】この溝３１内に、上記レーザ蒸着法を用い
た埋立方法によりＣｕ、Ａｌなどの導電性材料を埋め込
むことで、例えば直径１ｍｍの小さなコイルが作製でき
る。又、このコイルを同一平面内に無い他の素子とコン
タクトホール３２又は３３を通して接続することもでき
る。これにより、コンデンサなどと接続した共振回路を
作製でき、小型でゲインの高いアンテナ或いはフィルタ
を得ることができる。又、コイルで発生した磁場が他の
素子に印加されるような構成にすることもできる。

【００７９】なお、上記第１の実施の形態は、次の通り
変形してもよい。上記レーザ蒸着法を用いた埋立方法で
は、融点に関係なく固体原料１４を蒸発させることがで
き、むしろエキシマレーザ光の反射率が低いセラミクス
の方が速く蒸発させることができるので好適である。

【００８０】この場合、チャンバ１０内には、酸素、窒
素などの反応ガスを導入した方が比抵抗を低くすること
ができ、５×１０^-5Torr以上、好ましくは０．０１Torr
以上、さらに好ましくは０．１Torr以上でかつ５Torr以
下が望まれる。 (2) 次に本発明の第２の実施の形態について説明する。
なお、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい
説明は省略する。

【００８１】図６は本発明の埋立方法を適用した半導体
素子製造装置の構成図である。チャンバ１０内には、直
径１００ｍｍの半導体基板４０が移動機構４１上により
エキシマレーザ光の照射方向に対して垂直方向に移動
し、かつこの移動とともに半導体基板４０を自転させる
ようになっている。

【００８２】一方、エキシマレーザ発振器１６は、波長
２４８ｎｍ、エキシマレーザ光の繰り返し周波数１００
Ｈｚ、エキシマレーザ光の平均のフルーエンス１Ｊ／ｃ
ｍ²に調整されている。

【００８３】このエキシマレーザ発振器１６から出力さ
れるエキシマレーザ光路上には、シリンドリカルレンズ
４２、４３が配置されている。図７はこれらシリンドリ
カルレンズ４２、４３を含む光学系の概略構成図であ
り、これらシリンドリカルレンズ４２、４３は、エキシ
マレーザ光がチャンバ１０のレーザ導入窓１０ａを通し
て固体原料１４に照射されたときの照射面積が幅０．５
ｍｍ、長さ１００ｍｍの線状になるように整形する作用
を有している。

【００８４】なお、円筒状の固体原料１４の長さは、エ
キシマレーザ光の長さと同じか、又は短い方が固体原料
１４の両端に未蒸発部分が残らないので好ましい。又、
使用中に固体原料１４が次第に細くなり、照射位置での
エキシマレーザ光の焦点がずれることがないようにその
照射位置を一定に保つ機構を備えてもよい。

【００８５】ターゲット駆動装置１５は、円筒状の固体
原料１４の軸方向を回転中心として矢印（イ）方向に、
所定の回転速度例えば２５ｍｍ／sec で回転させる機能
を有している。

【００８６】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。チャンバ１０内が例えば１０^-5Torr以下
まで減圧された後、エキシマレーザ発振器１６からはエ
キシマレーザ光が出力され、このエキシマレーザ光は、
各ミラー１７、１８で反射し、シリンドリカルレンズ４
２、４３により固体原料１４の照射位置で幅０．５ｍ
ｍ、長さ１００ｍｍの照射面積となるように整形され
る。

【００８７】そして、このエキシマレーザ光がレーザ導
入窓１０ａを通して回転している固体原料１４にエキシ
マレーザ光が照射されると、この照射面積は、エキシマ
レーザ光の各パルスのインターバルにおいてその照射面
積の３０％以上９０％以下の範囲、例えば５０％の照射
面積が重複する。

【００８８】このように固体原料１４にエキシマレーザ
光が照射されると、そのエキシマレーザ光のエネルギー
により固体原料１４は蒸発し、Ｃｕ原子又はイオンが飛
び出し、蒸着領域が形成される。

【００８９】この状態に半導体基板４０は、移動機構１
３の駆動により自転しながらエキシマレーザ光の照射方
向に対して垂直方向に移動する。そうすると、固体原料
１４から蒸発した原子等の粒子は、上記第１の実施の形
態の作用と同様に、半導体基板４０上のコンタクトホー
ル４に対してほぼ垂直方向に堆積していくので、コンタ
クトホール４の底から空洞を形成することなくコンタク
トホール４の全体に導電性材料５で埋めることができ
る。

【００９０】このように上記第２の実施の形態において
は、エキシマレーザ光をシリンドリカルレンズ４２、４
３を通して固体原料１４に照射し、かつ半導体基板４０
を自転させながら移動させるので、上記第１の実施の形
態と同様に、すなわち半導体基板４０のコンタクトホー
ル４の入口が塞がったりその中に空洞ができることなく
コンタクトホール４を導電性材料５で埋め込むことがで
きる。

【００９１】又、上記図５に示すように溝３１内に、上
記レーザ蒸着法を用いた埋立方法によりＣｕ、Ａｌなど
の導電性材料を埋め込むことで、例えば直径１ｍｍの小
さなコイルが作製できる。 (3) 次に本発明の第３の実施の形態について説明する。
なお、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい
説明は省略する。

【００９２】図８は本発明の埋立方法を適用した半導体
素子製造装置の主要構成図である。エキシマレーザ発振
器１６は、波長２４８ｎｍ、エキシマレーザ光の繰り返
し周波数１００Ｈｚ、エキシマレーザ光の平均のフルー
エンス１Ｊ／ｃｍ² に調整されている。

【００９３】このエキシマレーザ発振器１６から出力さ
れるエキシマレーザ光の光路上には、ミラー５０が配置
され、その反射光路上に多面体のレーザスキャナ５１が
配置されている。

【００９４】このレーザスキャナ５１は、回転すること
で、エキシマレーザ光を直径１００ｍｍ、長さ５００ｍ
ｍの円筒状の固体原料１４の表面上に走査するものとな
っている。

【００９５】この場合、固体原料１４は、連続的に回転
させなくてもよい。すなわち、固体原料１４の一端から
他端までエキシマレーザ光を走査する間、固体原料１４
は停止させ、次の走査が始まるまでの間に回転させれば
よい。

【００９６】なお、レーザスキャナ５１の走査経路上に
は、レンズ５２が配置され、エキシマレーザ光のビーム
形状を整形し、固体原料１４の表面上での照射面積が所
定の面積となるようにしている。

【００９７】一方、チャンバ１０内の固体原料１４の上
方には、直径１００ｍｍの半導体基板４０が１列５枚づ
つ配列されて、移動機構によりエキシマレーザ光の走査
方向に対して垂直方向に移動するものとなっている。

【００９８】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。チャンバ１０内が例えば１０^-5Torr以下
まで減圧された後、エキシマレーザ発振器１６からはエ
キシマレーザ光が出力され、このエキシマレーザ光は、
各ミラー５０で反射し、レーザスキャナ５１により走査
される。

【００９９】このエキシマレーザ光は、レーザ導入窓１
０ａを通して回転している固体原料１４上に走査され
る。このように固体原料１４にエキシマレーザ光が照射
されると、そのエキシマレーザ光のエネルギーにより固
体原料１４は蒸発し、Ｃｕ原子又はイオンが飛び出し、
蒸着領域が形成される。

【０１００】この状態に１列５枚配置された各半導体基
板４０は、移動機構１３の駆動によりエキシマレーザ光
の照射方向に対して垂直方向に移動する。そうすると、
固体原料１４からの蒸発した原子等の粒子は、上記第１
の実施の形態の作用と同様に、半導体基板４０上のコン
タクトホール４に対してほぼ垂直方向に堆積していくの
で、コンタクトホール４の底から、空洞を形成すること
なくコンタクトホール４の全体に導電性材料５で埋める
ことができる。

【０１０１】このように上記第３の実施の形態において
は、円筒状の固体原料１４にエキシマレーザ光をレーザ
スキャナ５１により走査し、かつ１列５枚に配置した複
数の半導体基板４０を固体原料１４の蒸着領域に移動さ
せるので、上記第１の実施の形態と同様の効果を奏する
ばかりでなく、一度に多くの半導体基板４０のコンタク
トホール４に、空洞を形成することなく良質の導電性材
料５で埋めることができる。 (4) 次に本発明の第４の実施の形態について図面を参照
して説明する。

【０１０２】本発明の埋立方法は、複数の素子が多層に
積み重ねられた基体、例えば半導体基板にコンタクトホ
ールを形成し、固体原料をＡｒイオンビームの照射によ
り蒸発させた物理蒸着によりコンタクトホールの中に半
導体基板と異なる材料、例えば導電性材料を埋める埋立
方法において、半導体基板の表面に存在する原子やイオ
ンに対して励起エネルギーを与えるものである。

【０１０３】図９は本発明の埋立方法を適用した半導体
素子製造装置の構成図である。気密可能なチャンバ６０
内には、半導体基板６１が被成膜面を下方を向いて、回
転軸６２に取り付けられている。

【０１０４】この半導体基板６１は、上記の如く半導体
メモリなどの複数の素子が多層に積み重ねられたもの
で、これら各層間の各素子を接続するためのコンタクト
ホール４が形成されている。このコンタクトホール４
は、例えば直径１μｍ、深さ３μｍに開けられている。

【０１０５】この半導体基板６１の面と対向する位置に
は、Ｃｕから成る固体原料（ターゲット）６３が傾斜し
て設けられている。この固体原料６３の斜め上方には、
第１のイオン源６４が配置されている。この第１のイオ
ン源６４は、Ａｒガスを導入して第１のＡｒイオンビー
ムを出力し、この第１のＡｒイオンビームを固体原料６
３に照射してＣｕ原子又はイオンを飛び出させ、固体原
料６３に対向配置されている半導体基板６１に蒸着させ
るものである。

【０１０６】一方、チャンバ１０内には、第２のイオン
源６５が配置されている。この第２のイオン源６５は、
半導体基板６１に成膜する導電性材料を構成する元素Ｃ
ｕとは異なる元素から成る粒子Ａｒを出力して、半導体
基板６１にエネルギーを与えるもので、Ａｒガスを導入
して第２のＡｒイオンビームを出力し、この第２のＡｒ
イオンビームを回転している半導体基板６１の被成膜面
に対して６０度以下の角度、例えば４５度の角度で照射
するように設定されている。

【０１０７】この第２のイオン源６５から出力される第
２のＡｒイオンビームは、半導体基板６１に付着した導
電性材料の原子又はクラスターに衝突して、これらを弾
き飛ばす程度の運動エネルギー、具体的には半導体基板
６１への原子等の粒子の少なくとも１．２倍、好ましく
は１．５倍、さらに好ましくは２倍以上の運動エネルギ
ーを持っている。

【０１０８】このような第２のイオン源６５としては、
荷電粒子を電場により加速して供給することが望まし
く、例えばカウフマン型イオン源から出力されるイオン
ビームが用いられる。なお、荷電粒子を集積回路に照射
すると、電荷が作った電場により破壊される場合がある
ので、その場合には、加速されたイオンビームを熱電子
などにより中和するのがよい。

【０１０９】一方、チャンバ１０内は、スパッタリング
法を用いる場合、できる限り低いＡｒの圧力で行った方
がよく、０．１Torr以下、好ましくは０．０１Torr、さ
らに好ましくは０．００１Torr以下の圧力に維持されて
いる。

【０１１０】この理由は、圧力が高いと固体原料６３か
ら飛び出した原子等の粒子の平均自由行程が短く、Ａｒ
原子又イオンとの衝突が起こり、散乱されることがあ
る。この場合、この粒子の指向性がなくなり、半導体基
板６１のコンタクトホール４の中に入りにくくなる。こ
の上、半導体基板６１にＡｒイオンを照射する場合は、
圧力が高いとイオン源が動作しにくくなる。

【０１１１】又、スパッタリング法でもイオンビームス
パッタを用いる場合は、比較的圧力の低い条件で行うた
め粒子の平均自由行程が長く指向性が失われにくく、よ
り適している。

【０１１２】真空蒸着で行う場合、チャンバ６０内は、
一般的に１０^-5Torr以下の圧力まで減圧して行うので、
粒子の平均自由行程は長くなる。ところが、このように
圧力の低い場合でもイオン源が動作しにくくなるので、
イオン源付近の圧力を局所的に高くするのがよい。この
方法であれば、真空蒸着で作製した際に出来やすいクラ
スター状の塊も高エネルギーを持つ粒子の衝突により砕
かれ、これにより半導体基板６１のコンタクトホール４
の入口が塞がる現象は起こらなくなる。

【０１１３】制御装置６６は、第２のイオン源６５を動
作制御し、第２のＡｒイオンビームの半導体基板６１に
対する照射タイミングを、半導体基板６１のコンタクト
ホール４の深さの１％以上５０％以下、好ましくは５％
以上２０％以下の厚さまで導電性材料が堆積した後にす
る機能を有している。

【０１１４】又、制御装置６６は、第２のイオン源６５
を動作制御し、第２のＡｒイオンビームの半導体基板６
１に対する照射の停止タイミングを、半導体基板６１の
コンタクトホール４が導電性材料で完全に埋まるのに要
する実験的に得られた時間の６０％以上経過したときに
設定する機能を有している。

【０１１５】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。チャンバ６０内は、１０^-5Torr以下まで
減圧された後、第１のイオン源６４にＡｒガスが導入さ
れ、この第１のイオン源６４から第１のＡｒイオンビー
ムが出力される。

【０１１６】この第１のＡｒイオンビームは、Ｃｕから
成る固体原料６３に照射され、この固体原料６３からは
Ｃｕ原子又はイオンが飛び出し、これらが固体原料６３
に対向配置された回転している半導体基板６１に蒸着さ
れる。

【０１１７】この状態に、第２のイオン源６５にＡｒガ
スを導入すると、この第２のイオン源６５から第２のＡ
ｒイオンビームが出力され、これが半導体基板６１に照
射される。

【０１１８】この第２のＡｒイオンビームのエネルギー
は、蒸着粒子の１．５倍になるように第２のイオン源６
５の加速電圧が設定されている。又、第２のＡｒイオン
ビームの量は、蒸発粒子と同じかそれ以上、好ましくは
１．５倍以上にするのがよい。なお、第２のＡｒイオン
ビームの量が少ない場合は、半導体基板６１のコンタク
トホール４以外の場所にも薄いながら蒸着粒子が付着す
るので、後処理が必要となる。

【０１１９】さらに、第２のＡｒイオンビームのエネル
ギー及び量があまり大きいと、半導体基板６１の表面に
作製した半導体メモリ等の素子にダメージを与える虞が
あるので充分注意することが必要で、その意味では少な
目にした方が無難である。

【０１２０】又、第２のイオン源６５は、制御装置６６
の動作制御により、半導体基板６１のコンタクトホール
４の深さの１％以上５０％以下の厚さまで導電性材料が
堆積した後、第２のＡｒイオンビームを出力し、半導体
基板６１に照射する。

【０１２１】これは、蒸着開始と同時に、第２のＡｒイ
オンビームの照射を行うよりは、半導体基板６１の表面
にいくらか導電性材料が堆積してからの方が安全だから
である。

【０１２２】このように第１のＡｒイオンビームの照射
による半導体基板６１への蒸着と同時に、この半導体基
板６１に蒸着する導電性材料と異なる元素から成る第２
のＡｒイオンビームの照射を半導体基板６１に照射する
と、半導体基板６１のコンタクトホール４の中以外の場
所に一旦原子等の粒子が付着しても、この粒子は弾き飛
ばされてしまう。

【０１２３】又、半導体基板６１のコンタクトホール４
の入口付近に付着した原子等の粒子も第２のＡｒイオン
ビームの照射によって弾かれ、コンタクトホール４の中
に落ち込む。

【０１２４】従って、半導体基板６１のコンタクトホー
ル４には、重点的に原子等の粒子が堆積される。このと
き、第２のＡｒイオンビームによるエッチング速度は、
蒸着速度より速くすることがよい。例えば、半導体基板
６１のコンタクトホール４の深さの１０％の厚さの膜を
初めに堆積した場合、蒸着速度の約１．１倍にするのが
よい。

【０１２５】又、半導体基板６１のコンタクトホール４
を作製したときに使用したレジストの剥離を行わずに、
この埋立方法を行うと、素子へのダメージが少なくな
る。なお、直接第２のＡｒイオンビームが照射されずと
もチャージアップによる電場で破壊される場合があるの
で、薄いＣｕの膜で常に覆われている方がよい場合があ
り、素子によって使い分けることが望ましい。

【０１２６】薄い膜であれば、レジストを剥離するとき
に一緒に取れてしまうので、後処理は簡便になる。この
ように半導体基板６１のコンタクトホール４の中に導電
性材料を堆積し、ある深さまで堆積したところで第２の
Ａｒイオンビームの照射をとめた。

【０１２７】すなわち、第２のイオン源６５は、制御装
置６６の動作制御により、半導体基板６１のコンタクト
ホール４が導電性材料で完全に埋まるのに要する時間の
６０％以上経過したときに、半導体基板６１に対する第
２のＡｒイオンビームの照射を停止する。

【０１２８】なお、第２のＡｒイオンビームの半導体基
板６１に対する入射角が４５度の場合は、表面からコン
タクトホール４の径と同じ寸法の深さまで堆積したとこ
ろで停止する。

【０１２９】一般的には、穴径× tanα（α：入射角）
の深さまで堆積したときに第２のＡｒイオンビームの照
射を停止する。このようにして半導体基板６１のコンタ
クトホール４を導電性材料で堆積させると、空洞がなく
良質の配線が得られ、又、コンタクトホール４のないと
ころに付着したＣｕはコンタクトホール４の深さの１０
％以下の膜厚であったため後処理に要する時間も１０分
の１以下にすることができる。

【０１３０】このように上記第４の実施の形態において
は、固体原料６３の第１のＡｒイオンビームを照射して
その原子等の粒子を半導体基板６１に蒸着させ、これと
共に運動エネルギーを持った第２のＡｒイオンビームを
半導体基板６１に照射するので、半導体基板６１のコン
タクトホール４の中以外の場所に一旦原子等の粒子が付
着しても、この粒子を弾き飛ばし、又、半導体基板６１
のコンタクトホール４の入口付近に付着した粒子も弾か
れてコンタクトホール４の中に落ち、半導体基板６１の
コンタクトホール４に重点的に粒子を堆積でき、半導体
基板６１のコンタクトホール４入口が塞がったりその中
に空洞ができることなくコンタクトホール４を導電性材
料で埋め込むことができる。

【０１３１】又、半導体基板６１のコンタクトホール４
を埋めた後、不要な蒸着された原子等の粒子を削る工程
は必要なく、この工程があってもこの粒子の付着量が少
ないので短時間で済み、生産性に優れたものとなる。

【０１３２】さらに、かかる埋立方法により上記図５に
示す電気部材も作製できる。すなわち、図５に示す基板
３０には、溝３１が形成されている。この溝３１は、断
面の寸法が幅１０μｍ、深さ２０μｍで連続して、１０
μｍのピッチで渦巻状に形成されている。なお、この渦
巻状の溝３１の両端には、それぞれコンタクトホール３
２、３３が形成されている。

【０１３３】この溝３１内に、上記Ａｒイオンビームを
用いた蒸着方法によりＣｕ、Ａｌなどの導電性材料を埋
め込むことで、直径１ｍｍの小さなコイルが作製でき
る。又、このコイルを同一平面内に無い他の素子とコン
タクトホール３２又は３３をと押して接続することもで
きる。これにより、コンデンサなどと接続した共振回路
を作製でき、小型でゲインの高いアンテナ又はフィルタ
を得ることができる。又、コイルで発生した磁場が他の
素子に印加されるような構成にすることもできる。 (5) 次に本発明の第５の実施の形態について図面を参照
して説明する。

【０１３４】本発明の埋立方法は、複数の素子が多層に
積み重ねられた基体、例えば半導体基板にコンタクトホ
ールを形成し、固体原料をレーザ蒸着法による物理蒸着
によりコンタクトホールの中に半導体基板と異なる材
料、例えば導電性材料を埋める埋立方法において、半導
体基板の表面の原子やイオンに対してＡｒイオンビーム
により励起エネルギーを与えるものである。

【０１３５】図１０は本発明の埋立方法を適用した半導
体素子製造装置の構成図である。なお、図９と同一部分
には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。気密
可能なチャンバ７０の上部には、搬送機構７１が設けら
れ、この搬送機構７１に複数の半導体基板６１がその被
成膜面を下方を向かせて回転自在に設けられている。こ
の搬送機構７１は、複数の半導体基板６１をそれぞれ回
転させながら円筒状の固体原料７２の長手方向に対して
垂直方向に移動させる機能を有している。

【０１３６】又、チャンバ７０内の各半導体基板６１の
面と対向側には、Ｃｕから成る円筒状の上記固体原料
（ターゲット）７２が回転自在に設けられている。な
お、この固体原料７２は、円筒状に加工されているのに
限らず、板状に加工されたものでもよい。板状の固体原
料であれば、平行移動させることにより、固体原料の全
面にエキシマレーザ光が走査されるようにする。

【０１３７】一方、チャンバ７０の外部には、固体原料
７２にエキシマレーザ光を照射してＣｕを蒸発させるた
めのＫｒＦエキシマパルスレーザ発振器（以下、エキシ
マレーザ発振器と称する）７３が設けられている。

【０１３８】このエキシマレーザ発振器７３は、波長２
４８ｎｍ、繰り返し周波数５０Ｈｚで、固体原料７２に
エキシマレーザ光を照射したときの平均のフルーエンス
が０．５Ｊ／ｃｍ² 以上２．０Ｊ／ｃｍ² 以下、好まし
くは０．８Ｊ／ｃｍ² 以上１．５Ｊ／ｃｍ² 以下のエキ
シマレーザ光を出力するように調整されている。

【０１３９】このうち平均のフルーエンスを上記範囲に
設定したのは、最も効率良くＣｕを蒸着できるからであ
り、又、０．５Ｊ／ｃｍ² 以下では蒸着速度が極端に遅
くなり、２．０Ｊ／ｃｍ² 以上では蒸発粒子のエネルギ
ーが高すぎて、半導体基板６１に付着せずに反射される
割合が高くなり、蒸着速度はむしろ遅くなるからであ
る。

【０１４０】このエキシマレーザ発振器７３から出力さ
れるエキシマレーザ光路上には、各ミラー７４、７５及
び集光レンズ７６が配置され、エキシマレーザ光がこれ
らミラー７４、７５及び集光レンズ７６からチャンバ７
０のレーザ導入窓７０ａを通り、固体原料７２に照射さ
れるようになっている。

【０１４１】このエキシマレーザ光を固体原料７１に照
射する角度は、浅い方がレーザ導入窓７０ａの汚れが少
ないので好ましく、４５度以下、より好ましくは３０度
以下がよい。

【０１４２】又、エキシマレーザ発振器７３、レーザ導
入窓７０ａ、レーザ導入に必要な各ミラー７４、７５及
び集光レンズ７６など光学系Ｐは、半導体基板６１より
も下方に配置する方が半導体基板６１を連続処理するの
に好ましい。

【０１４３】このような光学系Ｐの配置ができない場合
は、半導体基板６１をエキシマレーザ光が入射してくる
方向と垂直方向から蒸着領域に供給し、蒸着の後、エキ
シマレーザ光の入射方向と反対方向に移動させればよ
く、又はエキシマレーザ光の入射方向と反対方向から半
導体基板６１を供給し、蒸着の後、エキシマレーザ光の
入射方向と垂直方向に移動させればよい。

【０１４４】さらに、半導体基板６１の寸法が大きかっ
たり、又は複数の半導体基板６１を同時に蒸着する場合
には、エキシマレーザ光の幅と長さの比を１０倍以上、
好ましくは１００倍以上の線状に整形して固体原料７２
に照射し、帯状の蒸着領域を得るように整形光学系を配
置すればよい。この場合、半導体基板６１は、回転させ
ながら蒸着領域を平行移動させればよい。

【０１４５】又、固体原料７２と各半導体基板６１との
間隔は、５〜１０ｃｍに近付けて設ける。これは、真空
蒸着と違って固体原料７２の蒸発時に半導体基板６１が
加熱されないためである。

【０１４６】一方、チャンバ７０内には、イオン源７７
が配置されている。このイオン源７７は、半導体基板６
１に成膜する導電性材料を構成する元素Ｃｕとは異なる
元素から成る粒子Ａｒを出力して、半導体基板６１表面
の原子やイオンなどに励起エネルギーを与えるもので、
Ａｒガスを導入してＡｒイオンビームを出力し、このＡ
ｒイオンビームを回転している半導体基板６１の被成膜
面に対して６０度以下の角度、例えば１５度の角度で照
射するように設定されている。

【０１４７】このイオン源７７から出力されるＡｒイオ
ンビームは、半導体基板６１に付着した導電性材料の原
子又はクラスターに衝突して、これらを弾き飛ばす程度
の運動エネルギー、具体的には半導体基板６１に蒸着す
る原子等の粒子の少なくとも１．２倍、好ましくは１．
５倍、さらに好ましくは２倍以上の運動エネルギーを持
っている。

【０１４８】このようなイオン源７７としては、荷電粒
子を電場により加速して供給することが望ましく、例え
ばカウフマン型イオン源から出力されるイオンビームが
用いられる。

【０１４９】なお、Ａｒイオンビームを半導体基板６１
に照射する角度は上記の通り１５度に設定しているが、
半導体基板６１のコンタクトホール４に埋まった粒子も
Ａｒイオンビームの高エネルギーを持つ粒子に弾き飛さ
れるので、ある深さ以上は埋まらない場合がある。

【０１５０】すなわち、半導体基板６１の面に対してＡ
ｒイオンビームの入射する角度が浅い場合は、ほとんど
完全に埋まるが、この角度が大きいと半導体基板６１の
表面からコンタクトホール４の径の８０％程度にあたる
寸法の深さまでしか埋まらない。

【０１５１】従って、Ａｒイオンビームの入射角度は、
好ましくは４５度以下で、さらに好ましくは３０度以下
にするのがよい。チャンバ７０内は、スパッタリング法
を用いる場合、できる限り低いＡｒ圧で行った方がよ
く、０．１Torr以下、好ましくは０．０１Torr、さらに
好ましくは０．００１Torr以下の圧力に維持されてい
る。

【０１５２】制御装置７８は、イオン源７７を動作制御
し、Ａｒイオンビームの半導体基板６１に対する照射タ
イミングを、半導体基板６１のコンタクトホール４の深
さの１％以上５０％以下、好ましくは５％以上２０％以
下の厚さまで導電性材料が堆積した後へと設定する機能
を有している。

【０１５３】又、制御装置７８は、イオン源７７を動作
制御し、Ａｒイオンビームの半導体基板６１に対する照
射の停止タイミングを、半導体基板６１のコンタクトホ
ール４が導電性材料で完全に埋まるのに要する時間の６
０％以上、好ましくは８０％以上経過したときにする機
能を有している。

【０１５４】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。チャンバ７０内は、Ａｒの圧力で、例え
ば０．００１Torr以下に維持され、この後、エキシマレ
ーザ発振器７３からエキシマレーザ光が出力され、この
エキシマレーザ光が各ミラー７４、７５及び集光レンズ
７６を通ってチャンバ７０のレーザ導入窓７０ａからＣ
ｕから成る固体原料７２に照射される。

【０１５５】この固体原料７２からはＣｕ原子又はイオ
ンが飛び出し、指向性の強い高エネルギーを持つ粒子が
得られ、これらが固体原料７２に対向配置された回転し
ている各半導体基板６１に蒸着される。

【０１５６】このとき、真空蒸着と違って固体原料７２
の蒸発時に半導体基板６１は加熱されないので、上記の
如く固体原料７２と各半導体基板６１との間隔は５〜１
０ｃｍに近付けることができ、蒸発粒子の多くは半導体
基板６１に対してほぼ垂直に入射する。これにより、半
導体基板６１のコンタクトホール４の底まで蒸着され
る。

【０１５７】これと共に、イオン源７７は、制御装置７
８の動作制御により、半導体基板６１のコンタクトホー
ル４の深さの５％以上２０％以下の厚さまで導電性材料
が堆積した後、Ａｒガスを導入して、蒸着される原子等
の粒子の少なくとも１．２倍、好ましくは１．５倍、さ
らに好ましくは２倍以上の運動エネルギーを持つＡｒイ
オンビームを半導体基板６１に対して入射角１５度で照
射する。

【０１５８】このように半導体基板６１への蒸着と同時
に、Ａｒイオンビームを照射するので、原子等の粒子
は、半導体基板６１のコンタクトホール４の中以外の場
所に一旦付着しても、この粒子は弾き飛ばされてしま
う。又、半導体基板６１のコンタクトホール４の入口付
近に付着した蒸着粒子もＡｒイオンビームの照射によっ
て弾かれ、コンタクトホール４の中に落ちる。従って、
半導体基板６１のコンタクトホール４には、重点的に粒
子が堆積される。

【０１５９】このように半導体基板６１のコンタクトホ
ール４の中に導電性材料を堆積し、ある深さまで堆積し
たところでＡｒイオンビームの照射をとめた。すなわ
ち、イオン源７７は、制御装置７８の動作制御により、
半導体基板６１のコンタクトホール４が導電性材料で完
全に埋まるのに要する時間の例えば６０％以上経過した
ときに、半導体基板６１に対するＡｒイオンビームの照
射を停止する。

【０１６０】なお、このように適当なタイミングでＡｒ
イオンビームの照射を停止し、プロセスの最後は導電性
材料の蒸着だけを行う場合は、後処理が必要になるが、
最後に付着した量を取り除くだけなので、Ａｒイオンビ
ームの照射を行わずに蒸着した場合よりも処理時間は大
幅に短縮できる。

【０１６１】このようにして半導体基板６１のコンタク
トホール４を導電性材料で堆積させると、コンタクトホ
ール４の内部での空洞がなく良質の配線が得られ、又、
コンタクトホール４のないところに付着したＣｕはコン
タクトホール４の深さの５％以下の膜厚であったため後
処理に要する時間も２０分の１以下にすることができ
た。

【０１６２】このように上記第５の実施の形態において
は、固体原料７２にエキシマレーザ光を照射してそこか
ら蒸発した原子等の粒子を半導体基板６１に蒸着させ、
これと共にエネルギーを持ったＡｒイオンビームを半導
体基板６１に照射するので、上記第４の実施の形態と同
様に、半導体基板６１のコンタクトホール４の中以外の
場所に一旦粒子が付着しても、この粒子を弾き飛ばし、
又、半導体基板６１のコンタクトホール４の入口付近に
付着した粒子も弾かれてコンタクトホール４の中に落
ち、半導体基板６１のコンタクトホール４に重点的に蒸
発した原子等の粒子を堆積でき、半導体基板６１のコン
タクトホール４入口が塞がったりその中に空洞ができる
ことなくコンタクトホール４を導電性材料で埋め込むこ
とができる。

【０１６３】又、半導体基板６１のコンタクトホール４
を埋めた後、蒸着された原子等からなる粒子の中で不要
な粒子を削る工程は必要なく、この工程があっても蒸着
粒子の付着量が少ないので短時間で済み、生産性に優れ
たものとなる。

【０１６４】さらに、かかる埋立方法により上記図５に
示す電気部材も作製できる。そして、第４及び第５の実
施の形態においては、Ａｒイオンビームの代わりにエネ
ルギーを与える手段としてレーザを用いることもでき
る。同様にエネルギービームの一種として取り扱うこと
ができるからである。 (6) 次に本発明の第６の実施の形態について図面を参照
して説明する。

【０１６５】本発明の埋立方法は、複数の素子が多層に
積み重ねられた基体、例えば半導体基板にコンタクトホ
ールを形成し、固体原料をレーザ蒸着法によりコンタク
トホールの中に半導体基板と異なる材料、例えば導電性
材料を埋める埋立方法において、半導体基板の表面の原
子やイオンに対してプラズマを発生させて励起エネルギ
ーを与えるものである。

【０１６６】図１１は本発明の埋立方法を適用した半導
体素子製造装置の構成図である。気密可能なチャンバ８
０内は、例えば圧力０．１TorrのＡｒ雰囲気に維持され
ている。

【０１６７】このチャンバ８０の上部には、半導体基板
８１が回転支持体８２に設けられている。この回転支持
体８２は、チャンバ８０に対して絶縁物８３を介してチ
ャンバ８０の外部と接続可能となっている。

【０１６８】半導体基板８１は、上記の如く半導体メモ
リなどの複数の素子が多層に積み重ねられたもので、こ
れら各層間の各素子を接続するためのコンタクトホール
４が形成されている。なお、このコンタクトホール４
は、例えば直径０．１μｍ以下に形成されている。

【０１６９】又、チャンバ８０内における半導体基板８
１の面と対向する位置には、Ｃｕから成る円筒状の固体
原料８４が回転自在に設けられている。一方、チャンバ
８０の外部には、固体原料８４にエキシマレーザ光を照
射してＣｕを蒸発させるためのＫｒＦエキシマパルスレ
ーザ発振器（以下、エキシマレーザ発振器と称する）８
５が設けられている。

【０１７０】このエキシマレーザ発振器８５は、波長２
４８ｎｍ、繰り返し周波数５０Ｈｚで、固体原料７２に
エキシマレーザ光を照射したときの平均のフルーエンス
が０．５Ｊ／ｃｍ² 以上２．０Ｊ／ｃｍ² 以下、好まし
くは０．８Ｊ／ｃｍ² 以上１．５Ｊ／ｃｍ² 以下のエキ
シマレーザ光を出力するように調整されている。

【０１７１】このエキシマレーザ発振器８５から出力さ
れるエキシマレーザ光路上には、各ミラー８６、８７及
び集光レンズ８８が配置され、エキシマレーザ光がこれ
らミラー８６、８７及び集光レンズ８８からチャンバ８
０のレーザ導入窓８０ａを通り、固体原料８４に照射さ
れるようになっている。

【０１７２】このエキシマレーザ光を固体原料８４に照
射する角度は、上記同様に、浅い方がレーザ導入窓８０
ａの汚れによる透過の遮蔽が少ないので好ましく、４５
度以下、より好ましくは３０度以下がよい。

【０１７３】又、エキシマレーザ発振器８５、レーザ導
入窓８０ａ、レーザ導入に必要な各ミラー８６、８７及
び集光レンズ８８など光学系Ｗは、半導体基板８１より
も下方に配置する方が半導体基板８１を連続処理するの
に度合いがよい。

【０１７４】一方、半導体基板８１を支持する回転支持
体８２には、マッチングボックス８９を介して高周波電
源９０が電気的に接続されている。この高周波電源９０
は、周波数１３．５６ＭＨｚ、電力１ｋＷの高周波電力
をマッチングボックス８９を介して半導体基板８１を支
持する回転支持体８２に供給し、０．１TorrのＡｒ雰囲
気中でＡｒのプラズマを発生させ、半導体基板８１に対
して運動エネルギーを持ったＡｒイオンを衝突させるも
のである。

【０１７５】このように半導体基板８１に対するレーザ
蒸着法においてプラズマを発生させる理由は、以下の通
りである。つまり上記の如く０．１Torrの圧力下で半導
体基板８１に直流又は高周波電力を供給してＡｒのプラ
ズマを発生させると、半導体基板８１又は半導体基板８
１上の物質はＡｒイオンによりスパッタエッチングされ
る。ただし、直流電力で放電させてＡｒのプラズマを発
生させる場合は、半導体基板８１がアースに対して負電
位となるようにする。

【０１７６】ところが、この圧力下で発生したＡｒのプ
ラズマ中のイオンは、直径０．１ｍｍ以下の半導体基板
８１のコンタクトホール４の中には入りにくいため、こ
のコンタクトホール４の中に入った導電性材料は、スパ
ッタエッチングされずに堆積する。

【０１７７】従って、上記圧力下でプラズマを発生させ
ながらレーザ蒸着を行うと、半導体基板８１のコンタク
トホール４の中だけに導電性材料が堆積し、それ以外の
ところには導電性材料が堆積しないのが理由である。

【０１７８】制御装置９１は、高周波電源９０を動作制
御し、Ａｒのプラズマを発生して半導体基板６１に与え
るタイミングを、半導体基板８１のコンタクトホール４
の深さの１％以上５０％以下、好ましくは５％以上２０
％以下の厚さまで導電性材料が堆積した後にする機能を
有している。

【０１７９】又、制御装置９１は、高周波電源９０を動
作制御し、半導体基板６１へのＡｒのプラズマの停止タ
イミングを、半導体基板８１のコンタクトホール４が導
電性材料で完全に埋まるのに要する時間の６０％以上、
好ましくは８０％以上経過したときにする機能を有して
いる。

【０１８０】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。チャンバ８０内は、例えば０．１Torrの
Ａｒ雰囲気に維持されている。この状態に、エキシマレ
ーザ発振器８５からエキシマレーザ光が出力されると、
このエキシマレーザ光は、各ミラー８６、８７及び集光
レンズ８８を通ってチャンバ８０のレーザ導入窓８０ａ
からＣｕから成る固体原料８４に照射される。

【０１８１】このように固体原料８４にエキシマレーザ
光が照射されると、この固体原料８４からはＣｕ原子又
はイオンが飛び出し、指向性の強い高エネルギーを持つ
蒸発した原子等の粒子が得られ、これらが固体原料８４
に対向配置された回転している半導体基板８１に蒸着さ
れる。

【０１８２】このとき、固体原料８４の蒸発時に半導体
基板８１は加熱されないので、上記の如く固体原料８４
と半導体基板８１との間隔を５〜１０ｃｍに近付けるこ
とができ、蒸発粒子の多くは半導体基板８１に対してほ
ぼ垂直に入射する。これにより、半導体基板８１のコン
タクトホール４の底まで蒸着される。

【０１８３】これと共に、制御装置９１は、半導体基板
８１のコンタクトホール４の深さの５％以上２０％以下
の厚さまで導電性材料が堆積すると、高周波電源９０に
動作信号を送出し、高周波電源９０を動作させる。

【０１８４】これにより、高周波電源９０からは、マッ
チングボックス８９を通して周波数１３．５６ＭＨｚ、
電力１ｋＷの高周波電力が半導体基板８１を支持する回
転支持体８２に供給される。

【０１８５】この高周波電力の供給により、０．１Torr
のＡｒ雰囲気中でＡｒのプラズマが発生し、半導体基板
８１に対して運動エネルギーを持ったＡｒイオンを衝突
させることができる。

【０１８６】このように半導体基板８１への蒸着と同時
に、Ａｒのプラズマを発生して半導体基板８１に与える
と、上記の如く半導体基板８１又は半導体基板８１上の
物質はＡｒイオンによりスパッタエッチングされる。

【０１８７】ところが、この圧力下で発生したＡｒのプ
ラズマ中のイオンは、直径０．１ｍｍ以下の半導体基板
８１のコンタクトホール４の中には入りにくいため、こ
のコンタクトホール４の中に入った導電性材料は、スパ
ッタエッチングされずに堆積する。

【０１８８】従って、上記圧力下でプラズマを発生させ
ながらレーザ蒸着を行うと、半導体基板８１のコンタク
トホール４の中だけに導電性材料が堆積し、それ以外の
ところに導電性材料は堆積しない。

【０１８９】このように半導体基板８１のコンタクトホ
ール４の中に導電性材料を堆積し、ある深さまで堆積し
たところでＡｒのプラズマの発生をとめる。すなわち、
制御装置９１は、半導体基板８１のコンタクトホール４
が導電性材料で完全に埋まるのに要する時間の例えば６
０％以上経過したときに、高周波電源９０に対して動作
停止信号を送出し、高周波電源９０をオフする。

【０１９０】このように適当なタイミングでプラズマの
発生を停止し、プロセスの最後は導電性材料の蒸着だけ
を行う場合は、後処理が必要になるが、最後に付着した
量を取り除くだけなので、プラズマの発生を行わずに蒸
着した場合よりも処理時間は大幅に短縮できる。

【０１９１】このようにして半導体基板８１のコンタク
トホール４を導電性材料で堆積させると、空洞がなく良
質の配線が得られ、又、コンタクトホール４のないとこ
ろに付着したＣｕはコンタクトホール４の深さの数％以
下の膜厚であったため後処理に要する時間も短縮するこ
とができる。

【０１９２】このように上記第６の実施の形態において
は、固体原料８４にエキシマレーザ光を照射してその蒸
着粒子を半導体基板８１に蒸着させ、これと共にＡｒの
プラズマを発生して半導体基板６１に与えるようにした
ので、Ａｒのプラズマ中のイオンは、直径０．１ｍｍ以
下の半導体基板８１のコンタクトホール４の中には入り
にくいため、このコンタクトホール４の中に入った導電
性材料は、スパッタエッチングされずに堆積するものと
なり、半導体基板８１のコンタクトホール４の中だけに
導電性材料が堆積し、それ以外のところに導電性材料は
堆積しない。

【０１９３】従って、半導体基板８１のコンタクトホー
ル４に蒸着粒子を堆積でき、半導体基板８１のコンタク
トホール４入口が塞がったりその中に空洞ができること
なくコンタクトホール４を導電性材料で埋め込むことが
でき、良質の配線を得ることができる。

【０１９４】又、半導体基板８１のコンタクトホール４
を埋めた後、不要な蒸着粒子を削る工程は必要なく、こ
の工程があっても蒸着粒子の付着量が少ないので短時間
で済み、生産性に優れたものとなる。

【０１９５】ただし、導電材料配線及び素子を構成する
材料の蒸着は、半導体基板８１の小さなコンタクトホー
ル４の中の物質がエッチングされないような比較的高い
圧力下で行われ、そのような条件下でも高い運動エネル
ギーと強い指向性を持った蒸発された原子等の粒子を得
ることが必要である。

【０１９６】これには、上記イオンビームスパッタ及び
レーザ蒸着法が適しており、特に蒸着速度とより高い圧
力下でも高いエネルギーと強い指向性を持った蒸発され
た原子等の粒子が得られる点で、レーザ蒸着法が最も適
している。

【０１９７】さらに、かかる埋立方法により上記図５に
示す電気部材も作製できる。なお、上記第６の実施の形
態では、半導体基板８１のコンタクトホール４の深さの
５％以上２０％以下の厚さまで導電性材料が堆積した後
に、高周波電源９０から高周波電力を半導体基板８１を
支持する回転支持体８２に供給してプラズマを発生して
いるが、例えば半導体基板８１のコンタクトホール４作
製時に使用したレジストを剥離せずに行う場合には、レ
ーザ蒸着と同時にプラズマを発生するようにしても半導
体基板８１又は素子がスパッタされることはない。この
方法によっても良質の配線を得ることができる。

【０１９８】又、本発明は、上記第１乃至第６の実施の
形態に限定されるものでなく、次の通り変形してもよ
い。例えば、埋め込むことのできる材料は、導電性材料
等の金属に限らず、Ｓｉ、金属の酸化物、窒化物、炭化
物、導電性セラミクスを得ることもできる。又、集積回
路の配線に限らず、口径が大きく、深いコンタクトホー
ル４を埋める技術として広く応用が可能である。

【０１９９】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、穴
の入口が塞がったりその中に空洞ができることなく穴を
埋め込むことができる埋立方法及びその装置を提供でき
る。又、本発明によれば、半導体基板のコンタクトホー
ル入口が塞がったりその中に空洞ができることなくコン
タクトホールを導電性材料で埋め込むことができる半導
体素子製造装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる埋立方法を適用した半導体素子
製造装置の第１の実施の形態を示す構成図。

【図２】半導体基板の移動経路を示す図。

【図３】半導体基板の移動経路を示す図。

【図４】レーザ蒸着法による導電性材料の堆積を示す
図。

【図５】上記埋立方法により作製した電気部材の構成
図。

【図６】本発明に係わる埋立方法を適用した半導体素子
製造装置の第２の実施の形態を示す構成図。

【図７】シリンドリカルレンズを含む光学系の概略構成
図。

【図８】本発明に係わる埋立方法を適用した半導体素子
製造装置の第３の実施の形態を示す主要構成図。

【図９】本発明に係わる埋立方法を適用した半導体素子
製造装置の第４の実施の形態を示す構成図。

【図１０】本発明に係わる埋立方法を適用した半導体素
子製造装置の第５の実施の形態を示す構成図。

【図１１】本発明に係わる埋立方法を適用した半導体素
子製造装置の第６の実施の形態を示す構成図。

【図１２】従来のスパッタリングによりコンタクトホー
ル中の成膜の一例を示す図。

【符号の説明】

４…コンタクトホール、１０，６０，７０，８０…チャンバ、１１，４０，６１，８１…半導体基板、１３…移動機構、１４，６３，７２，８４…固体原料（ターゲット）、１５…ターゲット駆動装置、１６，７３，８５…ＫｒＦエキシマパルスレーザ発振
器、２０，６６，７８，９１…制御装置、４２，４３…シリンドリカルレンズ、５１…レーザスキャナ、６４…第１のイオン源、６５…第２のイオン源、７１…搬送機構、７７…イオン源、８２…回転支持体、９０…高周波電源。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の素子が多層に積み重ねられた基体
に穴を形成し、この穴の中に前記基体と異なる材料を埋
める埋立方法において、前記基体と異なる材料を含む固体原料に対し、所定波長
以下のレーザ光を照射し、前記固体原料を蒸発させて前
記基体の前記穴の中へ前記基体と異なる材料を埋立てる
ことを特徴とする埋立方法。
【請求項２】前記レーザ光は、４００ｎｍ以下の波長
であることを特徴とする請求項１記載の埋立方法。
【請求項３】前記基体と前記固体原料との間隔は、１
０ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の埋立
方法。
【請求項４】前記物理蒸着による前記基体の前記穴の
中への成膜を１０^-6Torr以上の高真空下、又は１０^-5To
rr以上５Torr以下の不活性ガス雰囲気中で行うことを特
徴とする請求項１記載の埋立方法。
【請求項５】前記レーザ光の繰り返し周波数を、１０
Ｈｚ以上で前記固体原料に照射することを特徴とする請
求項１記載の埋立方法。
【請求項６】前記レーザ光の平均のフルーエンスは、
０．５Ｊ／ｃｍ² 以上２．０Ｊ／ｃｍ² 以下に調整され
ていることを特徴とする請求項１記載の埋立方法。
【請求項７】前記固体原料に照射する前記レーザ光の
領域の所定割合が重複するように前記レーザ光の走査速
度及び前記固体原料の移動速度を制御することを特徴と
する請求項１記載の埋立方法。
【請求項８】複数の素子が多層に積み重ねられた基体
に穴を形成し、この穴の中に前記基体と異なる材料を埋
める埋立装置において、高真空又は不活性ガス雰囲気のチャンバと、このチャンバ内に配置された前記基体と異なる材料を含
む固体原料と、所定波長以下のレーザ光を出力するパルスレーザ発振器
と、このパルスレーザ発振器から出力されたレーザ光を前記
固体原料に対して所定のビーム形状に形成して照射する
光学系とを備え、前記固体原料を蒸発させ前記基体の前記穴の中に前記基
体と異なる材料により埋立てを行うことを特徴とする埋
立装置。
【請求項９】前記チャンバ内は、１０^-6Torr以上の高
真空下、又は１０^-5Torr以上５Torr以下の不活性ガス雰
囲気中であることを特徴とする請求項８記載の埋立装
置。
【請求項１０】前記パルスレーザ発振器は、４００ｎ
ｍ以下の波長、１０Ｈｚ以上の繰り返し周波数、０．５
Ｊ／ｃｍ² 以上２．０Ｊ／ｃｍ² 以下の平均フルーエン
スに調整されたレーザ光を出力することを特徴とする請
求項８記載の埋立装置。
【請求項１１】前記基体と前記固体原料との間隔は、
１０ｃｍ以下に設定されたことを特徴とする請求項８記
載の埋立装置。
【請求項１２】前記固体原料に照射される前記レーザ
光の照射領域の所定割合が重複するように前記レーザ光
を走査する走査手段を備えたことを特徴とする請求項８
記載の埋立装置。
【請求項１３】複数の素子が多層に積み重ねられた半
導体基板に穴を形成し、この穴の中に導電性材料を埋め
込んで前記各素子間を接続する半導体素子製造装置にお
いて、高真空又は不活性ガス雰囲気のチャンバと、このチャンバ内に配置された前記導電性材料を含む固体
原料と、波長４００ｎｍ以下のレーザ光を出力するパルスレーザ
発振器と、このパルスレーザ発振器から出力されたレーザ光を前記
固体原料に対して所定のビーム形状に形成して照射する
光学系とを備え、前記固体原料と前記半導体基板との間隔を１０ｃｍ以下
にし、前記固体原料を蒸発させて前記穴の中に前記導電
性材料の埋立てを行うことを特徴とする半導体素子製造
装置。
【請求項１４】複数の素子が多層に積み重ねられた基
体に穴を形成し、固体原料を蒸発させて前記穴の中に前
記基体と異なる材料を埋める埋立方法において、前記基体表面を構成する物質に対して励起エネルギーを
与えることを特徴とする埋立方法。
【請求項１５】前記固体原料に対してイオンビーム又
はレーザ光を照射して前記固体原料を蒸発させることを
特徴とする請求項１４記載の埋立方法。
【請求項１６】前記励起エネルギーとしては、前記イ
オンビーム又は前記レーザ光を前記基体面に対して６０
度以下の角度で照射することを特徴とする請求項１４記
載の埋立方法。
【請求項１７】前記励起エネルギーとしては、不活性
ガス雰囲気に高周波電力を供給してプラズマを発生させ
ることを特徴とする請求項１４記載の埋立方法。
【請求項１８】前記イオンビーム又は前記レーザ光
は、前記基体へ蒸着される前記固体原料が蒸発した粒子
の持つ運動エネルギーの少なくとも１．２倍以上のエネ
ルギーを持つことを特徴とする請求項１５記載の埋立方
法。
【請求項１９】前記基体の穴の中への埋立てを１０^-5
Torr以下の減圧下、又は０．１Torr以下の不活性ガス雰
囲気中で行うことを特徴とする請求項１４記載の埋立方
法。
【請求項２０】前記基体に対する前記イオンビーム又
は前記レーザ光の照射タイミング、及び前記プラズマの
発生タイミングは、前記穴の深さの１％以上５０％以下
の厚さまで堆積した後であることを特徴とする請求項１
４記載の埋立方法。
【請求項２１】前記基体に照射する前記イオンビーム
又は前記レーザ光の停止タイミング、及び前記プラズマ
発生の停止タイミングは、前記穴が完全に埋まるのに要
する時間の６０％以上経過したときであることを特徴と
する請求項１４記載の埋立方法。
【請求項２２】複数の素子が多層に積み重ねられた基
体に穴を形成し、固体原料を蒸発させて前記穴の中に前
記基体と異なる材料を埋める埋立装置において、高真空又は不活性ガス雰囲気のチャンバと、前記固体原料にイオンビーム又はレーザ光を照射して前
記固体原料を蒸発させるビーム出力手段と、前記基体表面を構成する物質に対して励起エネルギーを
与える励起エネルギー手段と、を具備したことを特徴とする埋立装置。
【請求項２３】前記励起エネルギー手段は、イオンビ
ームを出力するイオン源、レーザ光を出力するレーザ発
振器、又は前記不活性ガス雰囲気に高周波電力を供給し
てプラズマを発生させる機能を有することを特徴とする
請求項２２記載の埋立装置。
【請求項２４】前記イオン源から出力されるイオンビ
ーム又は前記レーザ発振器から出力されるレーザ光は、
前記基体へ蒸着される前記固体原料が蒸発した粒子の持
つ運動エネルギーの少なくとも１．２倍以上のエネルギ
ーを持つことを特徴とする請求項２３記載の埋立装置。
【請求項２５】前記チャンバ内は、１０^-5Torr以下の
減圧下、又は０．１Torr以下の不活性ガス雰囲気である
ことを特徴とする請求項２２記載の埋立装置。
【請求項２６】前記イオンビーム又は前記レーザ光の
前記基体に対する照射及び前記プラズマの発生タイミン
グは、前記穴の深さの１％以上５０％以下の厚さまで堆
積した後に制御し、一方、停止タイミングは、前記穴が
完全に埋まるのに要する時間の６０％以上経過したとき
に制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項２
２記載の埋立装置。
【請求項２７】複数の素子が多層に積み重ねられた半
導体基板に穴を形成し、固体原料を蒸発させて前記穴の
中に導電性材料を埋め込んで前記各素子間を接続する半
導体素子製造装置において、高真空又は不活性ガス雰囲気のチャンバと、前記固体原料にイオンビーム又はレーザ光を照射して前
記固体原料を蒸発させるビーム出力手段と、前記半導体基板表面を構成する物質に対して励起エネル
ギーを与える励起エネルギー手段と、を具備したことを
特徴とする半導体素子製造装置。
【請求項２８】前記励起エネルギー手段は、イオンビ
ームを出力するイオン源、レーザ光を出力するレーザ発
振器、又は前記不活性ガス雰囲気に高周波電力を供給し
てプラズマを発生させる機能を有することを特徴とする
請求項２７記載の半導体素子製造装置。