JPS634612A - 成膜方法及び成膜装置 - 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〕 本発明は半導体装置における成膜方法及び成膜装置に関
し、特にステップカバレジ性の良好な成膜を行うための
方法及びその装置に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に半導体装置の製造工程では、半導体基板上に形成
した導電性薄膜をパターニングして電機。

配線を形成している。そして、近年の半導体装置では、
素子の微細化、高集積化に伴って多層配線構造が採用さ
れており、第１の導電性膜で所定の電極、配線を形成し
た上に眉間絶縁膜を被着し、この眉間絶縁膜の必要箇所
にスルーホールを開設した上で第２の導電性膜を被着し
かつこれをパターニングして多層配線構造を構成してい
る。

ところで、この導電性薄膜の形成に際しては、従来から
スパッタ法、真空蒸着法等で代表される物理的成膜法が
用いられており、例えばスパッタ法でアルミニウム膜を
形成する場合には、低圧に保ったチャンバ内に半導体基
板とともにアルミニウムのターゲットを載置し、このタ
ーゲットから飛散されるアルミニウム原子を半導体基板
の表面に被着させる方法が採られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この物理的な成膜法では、飛散された原子が半導体基板
に被着し、これが堆積して所要の膜厚の膜を形成するこ
とになるが、この種の原子は化学的成膜法の場合と異な
って中性に保持され、また比較的低温で形成されるため
、所謂マイグレーション効果が生じない。このマイグレ
ーション効果は、原子が半導体基板に被着した後に基板
表面に沿って移動する現象であり、この効果が生じてい
れば、半導体基板に一旦被着された原子が被着の際に陰
とされていた基板表面の段差部に移動され、この段差部
においても膜を形成することができる。

しかしながら、このマイグレーション効果の得られない
物理的成膜方法では、これら段差部の陰になる部位にお
ける原子の堆積が少なく或いは堆積が全く行われず、こ
の部位の膜が薄くなり或いは膜が形成されない状態が生
じ、成膜のステップカバレジ性が極めて悪いものとなる
。このため、半導体装置の微細化に伴ってスルーホール
や配線幅が低減されてその段差が益々急峻なものとされ
る場合には、このような物理的な成膜方法を利用して多
層配線構造を構成することが困難になり、半導体装置の
高集積化を実現する上での障害になっている。

本発明の目的は、物理的な成膜方法におけるステップカ
バレジ性を改善して、微細な段差への電極、配線の形成
を可能とし、これにより高集積な半導体装置の製造を可
能とする成膜方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、ステップカバレジ性の良好
な物理的成膜方法を実現可能とする成膜装置を提供する
ことにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

ｃ問題点を解決するための手段〕 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、物理的成膜方法を行うに際し、基板に向かっ
て飛散される成膜原子に光、電子線等のエネルギ線を照
射してこの原子をイオン化し、基板に被着して成膜を行
う工程を含んでいる。

また、成膜を行う基板と、成膜材料としての成膜原子を
発生する手段とを内装するチャンバに、チャンバ内に向
けて光、電子線等のエネルギ線を照射する手段を配設し
た構成を備えている。

〔作用〕

上記した方法によれば、イオン化された原子は基板に被
着した後に、原子間のクーロン力によって互いに反発し
、この反発作用によるマイグレーション効果によって基
板表面における原子の偏りを防止し、基板表面に原子を
均一に分布させて均一な膜厚の成膜を実現する。

上記した装置によれば、成膜原子発生源から基板に対し
て飛散される原子に対して光や電子線を照射でき、この
光や電子線のエネルギによって原子をイオン化し、原子
間にクーロン力を生じさせることができる。

〔実施例１〕 第１図は本発明の第１実施例の説明するための成膜装置
の断面図であり、ここではプラズマスパッタ法に本発明
を適用した例を示している。

内部を気密に保持可能なチャンバ１内には、上部電極２
と下部電極３とを対向配置し、上部電極２には成膜を行
うためのシリコンウェハＷを支持し、下部電極３には成
膜材料としてのアルミニウムのターゲットＴを支持して
いる。そして、これら上、下の各電極２．３には直流電
源４を接続している。

また、前記チャンバ１の上部にはアルゴンガス源５に連
通したガス供給口６を開設するとともに、下部にはチャ
ンバ１内を所定の圧力に減圧させる排気ロアを開設しポ
ンプ８を配設している。

更に、前記チャンバ１の側面の一部は遇明な窓９として
構成し、この窓９の外側にはエネルギ照射手段としての
光を照射する発光器１０を配設している。この窓９は前
記上部電極２と下部電極３との間に配設しており、発光
器１０からの光は、チャンバ１内の上、下電極２，３間
の領域に照射される。

この成膜装置によれば、ガス供給口６からチャンバ１内
にアルゴンガスを導入するとともに、排気ロアでチャン
バ１内の排気を行って内部を０．０１〜０．００１Ｔｏ
ｒｒ程度に設定し、その上で直流電源４により画電極２
，３間に高電圧を印加する。これにより画電極２．３間
にプラズマが発生し、このプラズマによって下部電極３
上のアルミニウムのターゲットＴからアルミニウム原子
が飛散される。

このアルミニウム原子は上部電極２上のシリコンウェハ
Ｗに向かって飛散され、シリコンウェハＷの表面に衝突
して被着される。

このとき、発光器１０では高いエネルギで光照射を行い
、この光を窓９を通してチャンバ１内で飛散されている
アルミニウム原子に対して照射しているので、アルミニ
ウム原子は光エネルギを受け、イオン化され帯電する。

したがって、各アルミニウム原子は同様にイオン化され
、この状態でシリコンウェハＷに被着されるため、各ア
ルミニウム原子はシリコンウェハＷの表面において互い
に反発し、マイグレーション効果が発生して表面−部で
の集中が防止されて均一化される。このため、シリコン
ウェハＷの表面に段差が生じている場合でも、表面の全
てに均一にアルミニウム膜を成長させ、ステップカバレ
ジ性の良好なアルミニウム膜を形成できる。

〔実施例２〕 第２図は本発明の他の実施例を示す断面図で、真空蒸着
法に本発明を適用した実施例である。

図において、チャンバｌｌ内の下部にはアルミニウム蒸
発手段１２を配設し、上部にはウェハ支持板１３を配設
している。アルミニウム蒸発手段１２は図外の加熱手段
によって加熱され、ここからアルミニウムが蒸発されて
アルミニウム原子が飛散される。また、ウェハ支持板１
３には複数枚のシリコンウェハＷが支持され、回転モー
タ１４によって自転される。

前記チャンバ１１の一部には排気口１５を開設してチャ
ンバ１１内を低圧に設定できる。

また、前記チャンバ１１の側面には、前記ウェハ支持板
１３を包囲するように複数個の電子銃１６を配設してい
る。エネルギ照射手段としてのこの電子銃１６からはチ
ャンバ１の中央に向けて電子が射出され、前記アルミニ
ウム蒸発手段１２から飛散されるアルミニウム原子に電
子を照射させることができる。

この成膜装置によれば、チャンバ１内を低圧に設定した
上でアルミニウム蒸発手段１２がらアルミニウム原子を
蒸発させ、このアルミニウム原子をウェハ支持板１３の
シリコンウェハＷの表面に被着させ、アルミニウム膜を
成長させる。このとき、電子銃１６からチャンバｌ内に
電子線を射出させることにより、アルミニウム原子は電
子に衝突し、帯電してイオン化される。

したがって、アルミニウム原子はシリコンウェハＷの表
面において相互に反発してマイグレーシコン効果が発生
し、−・部への集中が防出され、均一に分布して均一な
厚さの膜を形成することができる。

上述した実施例によれば次の効果を得ることができる。

（１）プラズマスパッタ法によるアルミニウムの成膜に
際し、アルミニウム原子に光を照射してこれをイオン化
しているので、ウェハ上に被着したアルミニウム原子は
クーロン力によって相互に反発してウェハ上の一部への
集中が防止され、均一に被着して均一厚さの膜を形成で
き、特に段差部におけるステップカバレジ性を向上でき
る。

（２）真空蒸着法によるアルミニウムの成膜に際し、ア
ルミニウム原子に電子を照射してこれをイオン化してい
るので、ウェハ上に被着したアルミニウム原子はクーロ
ン力によって相互に反発し、均一に被着して均一厚さの
膜を形成でき、そのステップカバレジ性を向上できる。

（３）従来のスパッタ法や真空蒸着法による成膜を行い
ながら、アルミニウム原子に光や電子を照射するだりで
ステップカバレジ性の良好な成膜を行うことができる。

（４）上記（１）〜（３）により、微細な段差部におい
ても均一な厚さの膜を形成でき、半導体装置の微細化及
び高集積化を達成できる。

（５）従来のプラズマスパッタ装置や真空蒸着装置に、
光照射手段や電子銃を付設するだけで、ステップカバレ
ジの良好な成膜を行うことができ、成膜装置の簡易化を
達成できる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。例えば、プラズマスパ
ッタ装置に電子銃を付設した構成としてもよく、また真
空蒸着装置に光照射手段を付設する構成としてもよい。

また、光照射手段や電子銃はチャンバとは別体に構成し
てこれを付設する構成としてもよい。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるアルミニウム膜を形
成する場合に適用した場合について説明したが、それに
限定されるものではなく、タングステン、チタン等の他
の金属膜を形成する場合にも同様に適用できる。また、
プラズマスパッタ法や真空蒸着法に限られず物理的な成
膜法を用いる方法の全てに適用できる。

また、成膜装置の具体的な構成も前記実施例に限定され
るものではなく、エネルギ線照射手段も光、電子線以外
のエネルギ線を照射するものを適用することができる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

すなわち、物理的成膜方法を行うに際し、基板に向かっ
て飛散される成膜原子に光、電子線等のエネルギ線を照
射してこの原子をイオン化して成膜を行う工程を含んで
いるので、イオン化された原子は基板に被着した後に、
原子間のクーロン力によって互いに反発し、この反発作
用によるマイグレーション効果によって基板表面におけ
る原子の偏りを防止し、基板表面に原子を均一に分布さ
せて均一な膜厚の成膜を実現できる。

また、成膜を行う基板と、成膜材料としての成膜原子を
発生する手段とを内装するチャンバ内に向けて光、電子
線等のエネルギ線を照射する手段を配設した構成を備え
ているので、成膜原子発生源から基板に対して飛散され
る原子に対してエネルギ線を照射でき、このエネルギに
よって原子をイオン化し、原子間にクーロン力を生じさ
せて均一厚さの成膜を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の断面図、第２図は本発明
の第２実施例の断面図である。 １・・・チャンバ、２・・・上部電極、３・・・下部電
極、４・・・直流電源、５・・・アルゴンガス源、６・
・・ガス供給口、７・・・排気口、８・・・ポンプ、９
・・・窓、ｌＯ・・・光照射手段（発光器）、１１・・
・チャンバ、１２・・・アルミニウム蒸発源、１３・・
・ウェハ支持板、１４・・・モータ、１５・・・排気口
、１６・・・電子銃、Ｗ・・・シリコンウェハ（基板）
、Ｔ・・・ターゲット。 代理人　弁理士　　　小　川　勝　男′−ゝ＼、！、、
、、′、、　　ノ゛ 第　　１　　図 第　　２　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、物理的成膜方法を行うに際し、基板に向かって飛散
   される成膜原子に光、電子線等のエネルギ線を照射して
   前記成膜原子をイオン化し、基板に被着した成膜原子間
   にクーロン力によるマイグレーション効果を生じさせて
   成膜を行う工程を含むことを特徴とする成膜方法。 ２、プラズマスパッタ法において、スパッタされる成膜
   原子に光又は電子線を照射してなる特許請求の範囲第１
   項記載の成膜方法。 ３、真空蒸着法において、蒸発される成膜原子に光又は
   電子線を照射してなる特許請求の範囲第１項記載の成膜
   方法。 ４、成膜を行う基板と、成膜材としての成膜原子を発生
   する手段とを内装するチャンバに、成膜原子に向けて光
   、電子線等のエネルギ線を照射する手段を配設したこと
   を特徴とする成膜装置。 ５、チャンバの側面に透明窓を形成し、この透明窓に臨
   んで光エネルギ照射手段としての発光器を配設してなる
   特許請求の範囲第４項記載の成膜装置。 ６、チャンバの側面にチャンバ内部に臨んで電子エネル
   ギ照射手段としての電子銃を配設してなる特許請求の範
   囲第４項記載の成膜装置。 ７、プラズマスパッタ装置に光照射手段を付設してなる
   特許請求の範囲第５項記載の成膜装置。 ８、真空蒸着装置に電子線照射手段を配設してなる特許
   請求の範囲第６項記載の成膜装置。