JPS6130053A - 段差の被覆方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は１段差の被覆方法に関するもので、４ｖに多層
薄膜構造の形成方法あるいは微細な開孔部の側面など急
峻な段差を持つ表面に導体膜全形成する方法に関するも
のである。

（従来技術とその問題点） 例えば半導体装置において配線を行う場合には、微細な
開孔部を有する下地絶縁膜上に導体膜を被着することに
よりなされる。この時、従来のスパッタ法あるいは蒸着
法によれば開孔部の段差の肩部分で配線が切れたシ薄く
なったりし易（、ＬＳＩの製造歩留まりや信頼性が著し
く低下していた。

こうした欠点を防ぐため、＠細な開孔部の側面をテーパ
ー形状として傾斜を持えせ導体膜が均一に被着するよう
な形状が用いられるようになってきているが、微細な開
孔部の側面に傾斜を持たせることはＬＳＩの高集積化ｔ
−阻害することになり、好ましい改善法ではない。その
ため急峻で探い段差に対して段差被覆性の良い状態で導
体膜を被着する方法が提案されておシ、そのうちの１つ
としてアルミニウム減圧ＣＶＤ法がある。アルミニウム
膜全減圧ＣＶＤ法によ膜被着することによシ段差被覆性
の良い膜が形成されることはＭ　、　Ｊ　、　Ｃｏｏｋ
ｅ氏らによりソリッド・ステイト・テクノロジー（５ｏ
ｌｉｄ　５ｔａｔｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　）誌第２
５巻第１２号６２頁々６５頁に報告されている。しかし
多層配線構造においては段差被覆性の良い膜形成法を用
いても、段差の累積に伴い上層はどパターンの寸法加工
精度が悪くなるという欠点がある。

ＬＳＩあるいはＶＬＳＩの配線のような多層薄膜構造で
の微細な開孔部上への導体膜被着においてＭ要なことは
、１つは微細な開孔部全被着膜にマイクロクラックを生
じず埋めること、もう１つは微細な開孔部を埋めるよう
に導体膜が被着された後、表面が平坦になることの２つ
である。特にＬＳＩの高集積化、多層化を計シ、高い信
頼性を得るためにはこの２つは極めて重要である。しか
しながら上記のような多層薄膜構造全従来のスパッタ法
や蒸着法で実現しようとすると開孔部の埋め込み工程と
導体膜の平坦化工程とを分離した工程数の多い、また多
くの装置を必要とする複雑なものにならざるを得なかっ
た。このようなパターン間の平坦な埋め込みの方法の１
つとして、リフトオフ法を用いた方法が提案されている
。レジストを用いたり７トオフ法は第１図（ａ）〜斜）
に示すようにしてなされる。まず第１図（ａ）において
１０１はシリコン基板、１０２はシリコン基板上に形成
されたシリコン酸化膜で、その上面にレジスト１０３を
塗布しパターニングした後、第１図（ｂ）に示すように
通常のドライエツチングによってシリコン酸化膜１０２
ｔ−垂直にエツチングし、開孔部を形成する。次いで、
第１図（ｅ）に示すように基板上に導体膜な膜厚だけ被
着する。このようなリフトオフ法では絶縁膜の開孔部を
被着膜にマイクロクラックを生じず導体膜で埋め込むこ
ととレジスト剥離のためにレジスト側面にできるだけ導
体膜が被着しないことが必要でアシ、そのため導体膜の
被着方法あるいは被着条件が重要である。通常、絶＃膜
の開孔部をマイクロクラックがなく導体膜で埋め込むた
めには従来の蒸着方法やスパッタ方法では膜被着を段差
被覆性の良い条件で行うかあるいは膜被着指向性の良い
蒸着方法で行うかのどちらかであった。しかし被着指向
性の良い蒸着方法たとえば電子ビーム蒸着法では膜被着
は第２図に示すような膜断面形状となシ、被着腹にマイ
クロクラ、りを生じずに絶縁膜の開孔部を埋め込むこと
ができない。また段差核種性の良い被着条件での蒸着方
法あるいはスパッタ方法等では第３図に示すようにレジ
スト側面が導体膜でおおわれてレジストを溶解できなく
な９リフトオフできなくなる。

このようにリフトオフ法を用いたパターン間の平坦な埋
め込みは、開孔部の埋め込み工程と導体膜の平坦化工程
と全分離した数多くの工程と技術的困ｓ’ｉ持っている
。

（発明の目的） 本発明の目的社以上述べたごとき、従来の段差の被覆方
法の問題点に関して特に微細な開孔部全被着導体膜にマ
イクロクラックを生じずかつ平坦に導体膜で埋め込む微
細な段差の被覆方法を提供することにある。

（発明の構成） 本発明によれば１表面に絶縁膜のパターンが形成された
基板に対して、イオンビームデポジション法を用いて前
記絶縁膜のパターンを導体膜で埋め込む場合、被着導体
膜にマイクロクラ、りを生じずかつ下地基板においてパ
ターン段差の底部に沿って溝が生じない膜被着条件で導
体膜を少なくとも前記絶縁膜の膜厚以上の厚さまで被着
する工程と表面平坦部における照射イオンの自己スパッ
タ率がほぼ１となシ、表面傾斜部では実効的に工、チン
グが生じる膜被着条件で前記導体膜を選択エツチングし
１表面を平坦にする工程とを含むこロン法において使用
されていなかった大きなイオン加速電圧（たとえばアル
ミニウムでは０，５〜２ＫＶ）即ち入射イオンエネルギ
ー（たとえばアルミニウムではＯ１５〜２ｋｅマ）の領
域が使用されている。

イオンビームデポジション法においては膜被着とスパッ
タエツチングが同時進行していて、入射イオンエネルギ
ーが９．５ｋｅマ以上になると照射イオンの自己スパッ
タ効果が犬きくなシ、膜の被着速度が極めて遅くなる、
例えばＷ、Ｈ，Ｈａｗａｒｄ氏らによシジャーナル・オ
ブ・アプライド・フィジクス（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　
Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙａｉｅｓ　）　１第４０巻第７
号２９１１頁〜２９１６頁に示されているようにアルミ
ニウムにおいては入射イオンエネルギーが約０．５ｋｅ
ｙで照射イオンの自己スパッタ率が１となシ、それ以上
の入射イオンエネルギーを用いると被着膜のエツチング
が生じてしまう。よって、従来のイオンビームデポジシ
ョン法では、入射イオンエネルギーが０．５〜２　ｋｅ
ｙ以上の領域は、膜被着が極めて遅いか全く生じない実
用性の低い領域と考えられていた。しかしながら一般的
に知られているように金属や半導体や絶縁体には第４図
に定性的に示すように堆積速度（ｐ）とエツチング速度
（ト））にイオン入射角依存性がるることを利用すると
。

イオンビームデポジション法を用いて１表面に微細な凹
凸がある基板上に膜被着を行う場合には、基板表面凹凸
の傾斜面の入射イオンビームに対する角度によって、そ
れぞれの傾斜面における膜のエツチング速度あるいは被
着速度が異なる。第４図の例では平坦面では堆積とエツ
チングが平衡し、傾斜面ではエツチングが生じているこ
とになる。

第５図（ｃ）　、（ｄ）に示すように絶縁膜のパターン
を埋面では実効的にスパッタエツチングが進行する。

その結果、絶縁膜のパターン上に被着した導体膜のみが
パターン段差上に当初形成されていた傾斜面からスパッ
タエツチングでれて平坦化が行われ、凹凸を有する基板
上に平坦な導体膜が形成されるのである。

（実施例） 以下１本発明について実施例を用いて説明する。

第５図（ａ）〜（ｄ）は一実施例を工程を追りて順次−
、クシた模式的断面図である。第５図（ａ）は平坦な表
面を持つシリコン基板５０１上にシリコン酸化膜５０２
會厚さ約１μｍｃＶＤ法で被着した後１通常のホト・レ
ジスト工程とドライエツチング工程を経て開孔部５０３
全形成した状態を示す。

次いで第５図ｔｍに示すように、開孔部内に導体膜がマ
イクロクラックを生じずに被着しかつ下地シリコン基板
において開孔部の段差の底部に沿って溝が生じない低い
入射イオンエネルギー条件（入射イオンエネルギー約０
．１ｋｅマ）でのイオンビームデポジションで、アルミ
ニウム膜５０４ｔ−少なくともシリコン酸化膜５０２の
厚さ以上被着する。この時、アルミニウム膜５０４は開
孔部５０３内部でマイクロクラックを生じない。

さらに第５図（ｅ）に示すように基板上水平面での照射
イオンの自己スパッタ率が１となる入射イオンエネルギ
ー条件（入射イオンエネルギー約０．５ｋｅマ）でイオ
ンビームデポジションを行う。この条件では基板上水平
面ではアルミニウム膜の被着とエツチングが平衡し膜厚
に変化は生じないが。

基板上傾斜面ではすべてエツチングが進行する。

その為、開孔部５０３０段差上に形成された被着アルミ
ニウム膜の傾斜面５０５ではエツチングが進行する。

最終的には第５図（ｄ）Ｋ示すようにシリコン酸化膜５
０２上のアルミニウム膜５０４のみが選択工。

チングされて基板パターン上のアルミニウム膜は殆ど平
坦になる。

以上説明したように、本発明は導体膜の膜被着工程と平
坦化工程と全入射イオンエネルギーを２段階に切）替え
たイオンビームデポジション法によシ行うものである。

特に平坦化工程においては従来イオンビームデポジショ
ン法で実用的ではないとされていた入射イオンエネルギ
ー領域（アルミニウムでは０．５〜２ｋｅマ）を用い、
基板上の傾斜面のみを選択エツチングすることによシ平
坦化を可能とした。

前記実施例においてはアルミニウム膜を被着したが、何
もこれに限る必要はなく、モリブデン等の他の金属、不
純物をドープした多結晶シリコンやシリサイド等の合金
も用いることができる。

（発明の効果） 以上説明したごとく１本発明によれば急峻な側面を持つ
開孔部においてもシャドー効果音生じることなく、開孔
部ｔマイクロクラ、りがなく埋め込み、絶縁膜のパター
ン上に導体膜を平坦にしかも同一真空系内で形成するこ
とができる。その結果多層薄膜構造では、後に形成され
る高次の薄膜の段切れ、接触不良１寸法加工粉度の悪化
が回避でき、それ’１ＬｓＩに使用した場合、信頼性、
集積度を飛躍的に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｅ）はレジストを用いたリフトオフ法
による平坦な導体膜の形成を説明する模式的断面図、第
２図は被着指向性の良い蒸着法によシ、パターンを導体
膜で埋め込んだ構造の模式的断面図。 第３図は段差被覆性の良い蒸着法によシバターンを導体
膜で埋め込んだ構造の模式的断面図、第４図、第５図（
ａ）〜（ｄ）は本発明の方法の一実施例を説明するため
の模式的断面図である。 １０１．２０１，３０１，５０１・・・シリコン基板。 １０２．２０２，３０２．５０２・・・シリコン酸化膜
等の絶縁膜。 １０３．２０３．３０３・・・レジスト。 １０４．１０５，２０４，３０４・・・導体膜。 ５０３・・・絶縁膜の開孔部。 ５０４・・・アルミニウム膜。 ５０５・・・アルミニウム膜の傾斜面。 工業技術院長 （ｂ） （Ｃ） （ｄ） ７２図 第３図 第４　図 イオン入射角θ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　表面に絶縁膜のパターンが形成された基板に対して、
   イオンビームデポジション法を用いて前記絶縁膜のパタ
   ーンを導体膜で埋め込む場合、被着導体膜にマイクロク
   ラックを生じずかつ下地基板においてパターン段差の底
   部に沿って溝が生じない膜被着条件で導体膜を少なくと
   も前記絶縁膜の膜厚以上の厚さまで被着する工程と、表
   面平坦部における照射イオンの自己スパッタ率がほぼ１
   となり表面傾斜部では実効的にエッチングが生じる膜被
   着条件で前記導体膜を選択エッチングし、表面を平坦に
   する工程とを含むことを特徴とする段差の被覆方法。