JPH10335320A

JPH10335320A - 半導体装置の製造装置及び製造方法

Info

Publication number: JPH10335320A
Application number: JP14065997A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Okamura; 浩志岡村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-05-29
Filing date: 1997-05-29
Publication date: 1998-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】プラズマ化されたガスを用いてウエハ処理を行
う半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法に関
し、成膜速度、成膜効率、成膜粒子の配向性を高めた埋
め込み特性の改善と、形成膜への異種元素の混入を防ぐ
ことが出来る半導体装置の製造装置及び製造方法の提供
を目的とする。【解決手段】成膜粒子をプラズマ化し、被処理体である
ウエハが載置されているウエハ載置台の電位をプラズマ
化された粒子によって調整することで埋め込み特性を改
善する。成膜速度と成膜効率は、イオン引き出し装置に
より、効率よく成膜粒子をウエハに導くことにより改善
される。形成される膜への異種元素の混入防止は質量分
析期により直接モニタリングすることで達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ化された
ガスを用いてウエハ処理を行う半導体装置の製造装置及
び半導体装置の成膜方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＤＲＡＭをはじめとする半導体装
置の微細化、高集積化に伴い、高アスペクトコンタクト
ホールや狭いポリスペース等への埋め込みが困難になっ
てきている。このため、成膜物質の配向性を高める技術
が要望されている。

【０００３】図５は、従来例のコリメートを用いたスパ
ッタ装置の構成図で、図中の符号５１６はターゲット、
５１７はウエハ、５１８はコリメートである。

【０００４】上記スパッタ装置のターゲット５１６とウ
エハ５１７の間にコリメート５１８をはさむことで、図
中において横方向成分の大きなスパッタ粒子はウエハ５
１７に到達できず、横方向成分の小さなスパッタ粒子の
みがウエハ５１７に到達できる。結果として配向性が高
まり、埋め込み特性が向上する。同様の考え方で、ロン
グスロー法を用いたスパッタ装置がある。これは、図５
において、コリメート５１８を除き、ターゲット５１６
とウエハ５１７の距離を大きく取ってあることを特徴と
し、配向性を向上させた装置である。

【０００５】その他に、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法
等といったプラズマ反応を利用した成膜装置がある。図
６は、従来例のプラズマ反応を用いたスパッタ装置の構
成図で、６１９は真空槽、６２０は一方の電極を兼ねた
成膜物質からなるターゲット、６２１は一方の電極であ
るターゲット６２０と対向するもう一方の電極となり、
かつ成膜されるウエハ６２２を載置するウエハ載置台、
６２３は高圧電源、６２４はガス排気口、６２５はガス
導入口である。

【０００６】上記スパッタ装置を用いたスパッタは、ス
パッタ粒子がプラズマによりイオン化し、電極のウエハ
載置台６２１におかれたウエハ６２２上に、電界により
引っ張られて堆積するために、成膜速度が改善される。

【０００７】形成される膜への異種元素の混入を防止す
る方法として、特開平５−６５６５４号公報がある。

【０００８】これは、チャンバの横にガス分析室を設け
てイオン種をモニタリングするものであり、形成される
膜への異種元素の混入を間接的に防止している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のコリメート法及
びロングスロー法を用いたスパッタは、横方向成分が大
きなスパッタ粒子がカットされるため、成膜速度が落
ち、効率が悪いという欠点がある。また、上記のプラズ
マを用いたＣＶＤ法及びスパッタ法では、プラズマ中の
構成イオン種が同定できず、形成される膜への異種元素
の混入を防止することが出来ない。さらに、上記特開平
５−６５６５４号公報の方法では、スパッタされた粒子
は電界によって引っ張られるが、ウエハに到達せずに排
気される粒子も多くなり、成膜効率が悪い。また、異種
元素の混入の防止も間接的にモニタリングしているの
で、完全に防止出来ているとは言えない。

【００１０】以上に述べた如く、従来の成膜方法では高
アスペクトホールやポリスペース等への埋め込み特性、
成膜速度、成膜効率等の改善と、形成される膜への異種
元素混入の防止を同時に達成することは困難である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

（手段１）本発明の半導体装置の製造装置は、被処理体
への成膜物質をプラズマ化する手段と、プラズマ化され
た粒子を導入できるように設けられた質量分析器、電極
を兼ねた被処理体の載置台を有することを特徴とする。

【００１２】（手段２）本発明の半導体装置の製造装置
は、前記のプラズマ化された粒子の導入において、磁場
と電界をかけることを特徴とする。

【００１３】（手段３）本発明の半導体装置の製造装置
は、請求項１又は２記載の半導体装置の製造装置におい
て、成膜粒子の経路を変えることを特徴とする。

【００１４】（手段４）本発明の半導体装置の製造方法
は、手段１又は手段２又は手段３記載の半導体装置の製
造装置を用いて、前記被処理体を処理することを特徴と
する。

【００１５】

【作用】手段１の半導体装置の製造装置によれば、プラ
ズマ化された粒子を質量分析器により、直接モニタリン
グすることが出来るため、形成される膜への異種元素の
混入を完全に防止するという効果を奏する。また、電極
を兼ねた被処理体の載置台の電位を調整することで成膜
粒子の配向性が高められ、埋め込み特性が改善される。

【００１６】手段２の半導体装置の製造装置によれば、
プラズマ化された粒子に磁場と電界をかけて、方々に飛
んでいく粒子を効率よく被処理体に導くことが出来るた
め、成膜速度と成膜効率が改善するという効果を奏す
る。

【００１７】手段３の半導体装置の製造装置によれば、
目的の成膜粒子だけが被処理体に到達できるために、形
成される膜への異種元素の混入を防止するという効果を
奏する。

【００１８】手段４の半導体装置の製造方法によれば、
成膜粒子の配向性が高められ、効率よく粒子を被処理体
に導くことが出来、形成される膜への異種元素の混入を
防止することが出来るために、埋め込み特性、成膜速
度、成膜効率、膜質の改善という効果を奏する。

【００１９】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）図１は、本発明の請求項１又は請求項
３記載のプラズマ反応を用いたスパッタ装置について説
明する構成図である。その構成を説明すると、１０１は
真空槽、１０２は成膜元素からなる一方の電極を兼ねた
ターゲット、１０３は、ウエハ（被処理体）１０４が載
置されるウエハ載置台であり、かつもう一方の電極を兼
ねている。１０５は真空槽１０１へ処理ガス（主にはＡ
ｒガス）を導入するガス導入口、１０６は真空槽１０１
からのガス排気口、１０７はスパッタされた粒子をプラ
ズマ化するためのメッシュ電極、１０８は形成される膜
への異種元素の混入を防ぐ質量分析器、１０９は電圧源
である。

【００２０】上記のスパッタ装置では、質量分析器をス
パッタ粒子の経路上に置くことにより、ウエハ等被処理
体への成膜元素を直接モニタリングしているために、特
開平５−６５６５４号公報における装置のように成膜元
素を間接的にモニタリングしているものでは成しえない
異種元素の混入の防止を完全に達成することが出来る。

【００２１】尚、上記の実施の形態１では、本発明をス
パッタ装置に適用しているが、プラズマ反応を利用する
他の半導体装置の製造装置、プラズマＣＶＤ装置やＥＣ
ＲＣＶＤ装置等にも適用することが出来る。以下、実施
の形態２についても同様である。

【００２２】（実施例１）次に、本発明の実施例を説明
する。

【００２３】請求項１又は請求項３記載の半導体装置の
製造装置を用いてウエハ１０４上に絶縁膜（ＳｉＯ_２、
Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴＥＯＳ等）や導電膜（Ｔｉ、ＴｉＮ、
Ｗ、Ａｌ、Ｃｕ等）等を形成する、請求項４記載の半導
体装置の製造方法について説明する。

【００２４】まず、ウエハ１０４をウエハ載置台１０３
に載せて真空槽１０１内を排気して減圧し、ガス導入口
よりＡｒイオンガスを導入し、真空槽内の圧力を１０
^−３〜１０^−１Torrに保持する。

【００２５】Ａｒイオンによってスパッタされた粒子を
メッシュ電極１０７によりプラズマ化し、質量分析器１
０８を通し、成膜に必要な元素のみを選択し、ウエハ１
０４に堆積させる。尚、メッシュ電極１０７間の電圧は
１００Ｖ〜５００Ｖ、特に３００Ｖ前後が望ましく、質
量分析にはマグネットもしくは電磁石を用いる。また、
ウエハ載置台１０３に印加する電圧は、ターゲット１０
２とウエハ載置台１０３の電圧差でプラズマを発生させ
る物ではないから、高電圧に設定する必要が無く、メッ
シュ電極１０７間の電圧の１００分の１から５０分の１
程度、特に６０分の１前後が望ましい。また、成膜粒子
の電荷が正か負かによって、電圧源１０９に接続されて
いるウエハ載置台１０３の電極を陰極か陽極に換えるこ
とが出来る。

【００２６】上記実施例１により、成膜粒子の電荷の種
類によらず、ウエハ載置台１０３に静電気力により引っ
張られるために配向性が高まり埋め込み特性が改善さ
れ、実際にアスペクト比３、ホール径０．２５μｍのコ
ンタクトホールにＴｉ膜をコンフォーマルに形成するこ
とが出来た（図４）。さらに形成される膜への異種元素
の混入を防ぐことも可能である。

【００２７】（実施の形態２）図２は請求項２記載の半
導体装置の製造装置で上記実施の形態１においてイオン
引き出し装置２１０を備えた場合の該装置２１０付近の
構成図である。

【００２８】質量分析器１０８に到達しないスパッタ粒
子を効率よく取り込み、成膜速度、成膜効率を改善する
ために、メッシュ電極１０７と質量分析器１０８との間
に、イオン引き出し装置２１０を設ける。

【００２９】図３はイオン引き出し装置２１０の構成の
詳細図である。対向する２組は、まず１組が電極３１１
で電界を作り、もう１組はマグネットもしくは電磁石３
１２で磁場を作る。これにより、横方向成分の大きかっ
たスパッタ粒子もイオン引き出し装置２１０によって配
向性が高まり、質量分析器１０８に効率よく導入され
る。イオン引き出し装置２１０の対向する電極３１１間
の電圧はウエハ載置台１０３に印加する電圧の絶対値と
同様にすることが望ましい。

【００３０】上記実施の形態２により、前記実施の形態
１よりも更に成膜速度、成膜効率を改善することが出来
る。

【００３１】前記実施の形態２において、メッシュ電極
１０７の役割を、イオン引き出し装置２１０の対向する
電極３１１に持たせる。この場合、メッシュ電極は必要
なくなり、対向する電極３１１間の電圧は、前記実施の
形態１においてメッシュ電極１０７にかける電圧と同様
である。この場合、前記実施の形態２において、メッシ
ュ電極１０７を省略した分だけ装置がコンパクトになる
という利点がある。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、本発明により、高アスペ
クトホールやポリスペース等への埋め込み特性、成膜速
度、成膜効率等の改善と、形成される膜への異種元素混
入の防止を同時に達成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１のスパッタ装置について
説明する構成図である。

【図２】本発明の実施の形態２におけるスパッタ装置
の、イオン引き出し装置付近について説明する構成図で
ある。

【図３】本発明の実施の形態２におけるイオン引き出し
装置について説明する構成の詳細図である。

【図４】本発明の実施例１においてウエハ上にＴｉ膜を
形成したときの断面図である。

【図５】従来例のコリメートを用いたスパッタ装置につ
いて説明する概略図である。

【図６】従来例のスパッタ装置について説明する構成図
である。

【符号の説明】

１０１真空槽１０２ターゲット（一方の電極）１０３ウエハ載置台（もう一方の電極）１０４ウエハ（被処理体）１０５ガス導入口１０６ガス排気口１０７メッシュ電極１０８質量分析器１０９電圧源２１０イオン引き出し装置３１１電極３１２マグネットもしくは電磁石４１３Ｔｉ膜４１４絶縁膜４１５拡散層５１６ターゲット５１７ウエハ５１８コリメート６１９真空槽６２０ターゲット（一方の電極）６２１ウエハ載置台（もう一方の電極）６２２ウエハ６２３高電圧源６２４ガス排気口６２５ガス導入口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理体への成膜物質をプラズマ化する手
段と、プラズマ化された粒子を導入できるように設けら
れた質量分析器、電極を兼ねた被処理体の載置台を有す
ることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項２】前記のプラズマ化された粒子の導入におい
て、磁場と電界をかけることを特徴とする半導体装置の
製造装置。
【請求項３】請求項１又は請求項２記載の半導体装置の
製造装置において、成膜粒子の経路を変えることを特徴
とする半導体装置の製造装置。
【請求項４】請求項１又は請求項２又は請求項３記載の
半導体装置の製造装置を用いて、前記被処理体を処理す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。