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技術 多層金属配線の蒸着装置

出願人 沖電気工業株式会社
発明者 大島知之
出願日 1997年6月4日 (23年2ヶ月経過) 出願番号 1997-163413
公開日 1998年12月15日 (21年7ヶ月経過) 公開番号 1998-330940
状態 未査定
技術分野 物理蒸着 半導体の電極
主要キーワード 被着領域 被着粒子 蒸発対象 距離調整機構 ガード板 相対的距離 蒸着対象 ガード部材
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1998年12月15日)のものです。
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図面 (16)

課題

金属配線側壁形状を制御できる蒸着装置を提供する。

解決手段

複数のウェハ(W)が取り付けられて自転するプラネタリ(104)の回転中心(106)に対してずれた位置に蒸着ソース(M)が収納されるるつぼ(108)を配置する。さらに,このるつぼ(108)に対して所定間隔を置いてプラネタリの回転軸に略平行な回転軸(110a,110b)周りを回転自在なガード板(112a,112b)を配する。ガード板の回転角度を調整することにより,その影となる部分に向かう入射角度の大きい蒸着粒子(P)の量を調整し,配線側壁の形状を制御する。

概要

背景

半導体装置多層金属配線形成法として蒸着法が広く用いられている。蒸着法は,真空チャンバ内において金属を蒸発させ,蒸着粒子半導体基板上に被着させる方法であり,異なる金属を順次,被着させることにより所望の金属配線を形成することが可能である。

ここで,従来の多層金属配線の形成方法について,図15を参照しながら,説明すると,まず,図15(a)に示すように,基板10上にホトレジスト11を塗布して,所定のホトリソグラフィエッチング工程により,図15(b)に示すような逆テーパ形状の開口部12を形成する。次いで,図15(c)に示すように,第1の配線構成金属13と第2の配線構成金属14を順次被着させ,最後に,所定のアッシング洗浄工程やエッチング工程により,不要なホトレジストや第1及び第2の配線構成金属13,14を除去してやることにより,図15(d)に示すような多層金属配線構造を形成することができる。

ところが,従来の多層金属配線の形成方法では,基板上に形成される配線側壁形状を制御することが困難であったため,図15(c),(d)に示すように,第1の配線構成金属13を覆うように第2の配線構成金属14が構成され,基板10に第2の配線構成金属14が直接接触してしまうことがある。かかる場合に,第2の配線構成金属14の基板10に対する拡散速度が高いと,第2の配線構成金属14と基板10とが直接接触する部分から好ましくない拡散が進行し,デバイスの特性を劣化させることがあり問題となっていた。

概要

金属配線の側壁形状を制御できる蒸着装置を提供する。

複数のウェハ(W)が取り付けられて自転するプラネタリ(104)の回転中心(106)に対してずれた位置に蒸着ソース(M)が収納されるるつぼ(108)を配置する。さらに,このるつぼ(108)に対して所定間隔を置いてプラネタリの回転軸に略平行な回転軸(110a,110b)周りを回転自在なガード板(112a,112b)を配する。ガード板の回転角度を調整することにより,その影となる部分に向かう入射角度の大きい蒸着粒子(P)の量を調整し,配線側壁の形状を制御する。

目的

本発明は,従来の多層金属配線の形成方法が有する上記のような問題点に鑑みて成されたものであり,配線の側壁形状を自在に制御することが可能な新規かつ改良された多層金属配線の形成装置を提供することを目的としている。

さらに,本発明の別の目的は,配線の側壁形状を自在に制御することにより,多層金属配線を形成する際に,下層の金属配線上にほぼ完全に乗り上げるように上層の金属配線を形成することを可能にし,好ましくないコンタクト部分の形成を回避することが可能であり,従って,プロセス設計の自由度を増すことが可能な新規かつ改良された多層金属配線の形成装置を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
3件

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請求項1

多層金属配線を形成するための蒸着装置において:複数の蒸着対象が取り付けられて自転するプラネタリと;前記プラネタリの回転中心に対してずれて配置され,蒸着ソース収納される蒸着ソース容器と;前記蒸着ソース容器に対して所定間隔を置いて配されると共に,前記プラネタリの回転軸に略平行な回転軸周りを回転自在なガード部材と;を備えたことを特徴とする,多層金属配線の蒸着装置。

請求項2

前記ガード部材の回転角度は,前記蒸着対象に形成される金属配線に応じて調整されることを特徴とする,請求項1に記載の多層金属配線蒸着装置。

請求項3

多層金属配線を形成するための蒸着装置において:複数の蒸着対象が取り付けられて自転するプラネタリと;蒸着ソースが収納される蒸着ソース容器と;前記蒸着対象の蒸着面と前記蒸着ソースとの間の相対距離を調整する距離調整機構と;を備えたことを特徴とする,多層金属配線の蒸着装置。

請求項4

記相対距離は,前記蒸着対象に形成される金属配線に応じて調整されることを特徴とする,請求項1に記載の多層金属配線の蒸着装置。

請求項5

前記距離調整機構は,前記プラネタリの昇降機構であることを特徴とする,請求項3または4に記載の多層金属配線の蒸着装置。

請求項6

前記距離調整機構は,前記蒸着ソース容器の昇降機構であることを特徴とする,請求項3,4または5のいずれかに記載の多層金属配線の蒸着装置。

技術分野

0001

本発明は,多層金属配線蒸着装置係り,さらに詳細には蒸着法により形成される多層金属配線の形状を制御する蒸着装置に関する。

背景技術

0002

半導体装置の多層金属配線形成法として蒸着法が広く用いられている。蒸着法は,真空チャンバ内において金属を蒸発させ,蒸着粒子半導体基板上に被着させる方法であり,異なる金属を順次,被着させることにより所望の金属配線を形成することが可能である。

0003

ここで,従来の多層金属配線の形成方法について,図15を参照しながら,説明すると,まず,図15(a)に示すように,基板10上にホトレジスト11を塗布して,所定のホトリソグラフィエッチング工程により,図15(b)に示すような逆テーパ形状の開口部12を形成する。次いで,図15(c)に示すように,第1の配線構成金属13と第2の配線構成金属14を順次被着させ,最後に,所定のアッシング洗浄工程やエッチング工程により,不要なホトレジストや第1及び第2の配線構成金属13,14を除去してやることにより,図15(d)に示すような多層金属配線構造を形成することができる。

0004

ところが,従来の多層金属配線の形成方法では,基板上に形成される配線側壁形状を制御することが困難であったため,図15(c),(d)に示すように,第1の配線構成金属13を覆うように第2の配線構成金属14が構成され,基板10に第2の配線構成金属14が直接接触してしまうことがある。かかる場合に,第2の配線構成金属14の基板10に対する拡散速度が高いと,第2の配線構成金属14と基板10とが直接接触する部分から好ましくない拡散が進行し,デバイスの特性を劣化させることがあり問題となっていた。

発明が解決しようとする課題

0005

本発明は,従来の多層金属配線の形成方法が有する上記のような問題点に鑑みて成されたものであり,配線の側壁形状を自在に制御することが可能な新規かつ改良された多層金属配線の形成装置を提供することを目的としている。

0006

さらに,本発明の別の目的は,配線の側壁形状を自在に制御することにより,多層金属配線を形成する際に,下層の金属配線上にほぼ完全に乗り上げるように上層の金属配線を形成することを可能にし,好ましくないコンタクト部分の形成を回避することが可能であり,従って,プロセス設計の自由度を増すことが可能な新規かつ改良された多層金属配線の形成装置を提供することである。

課題を解決するための手段

0007

上記課題を解決するために,本発明の第1の観点によれば,請求項1に記載のように,多層金属配線を形成するための蒸着装置は,複数の蒸着対象が取り付けられて自転するプラネタリと,前記プラネタリの回転中心に対してずれて配置され蒸着ソース収納される蒸着ソース容器と,前記蒸着ソース容器に対して所定間隔を置いて配されると共に前記プラネタリの回転軸に略平行な回転軸周りを回転自在なガード部材とを備えたことを特徴としている。かかる構成によれば,前記ガード部材の回転角度を調整することにより,前記プラネタリに取り付けられた蒸着対象に被着する蒸着粒子の入射角度を調整すること可能となり,所望の傾斜角度配線側壁形状を制御することが可能となる。

0008

そして,請求項2に記載のように,前記ガード部材の回転角度を前記蒸着対象に形成される金属配線に応じて調整すれば,配線側壁の傾斜角度を自在に制御できるので,例えば,下層の配線側壁の傾斜角度を上層の配線側壁の傾斜角度よりも大きくし,下層の配線金属上に上層の配線金属がほぼ完全に乗り上げた形状の配線構造を得ることが可能となる。

0009

また,本発明の第2の観点によれば,請求項3に記載のように,多層金属配線を形成するための蒸着装置は,複数の蒸着対象が取り付けられて自転するプラネタリと,蒸着ソースが収納される蒸着ソース容器と,前記蒸着対象の蒸着面と前記蒸着ソースとの間の相対距離を調整する距離調整機構とを備えたことを特徴としている。かかる構成によれば,前記蒸着対象の蒸着面と前記蒸着ソースとの間の前記相対距離を調整することにより,前記プラネタリに取り付けられた蒸着対象に被着する蒸着粒子の入射角度を調整すること可能となり,所望の傾斜角度に配線側壁形状を制御することが可能となる。

0010

そして,請求項4に記載のように,前記相対距離を前記蒸着対象に形成される金属配線に応じて調整すれば,配線側壁の傾斜角度を自在に制御できるので,例えば,下層の配線側壁の傾斜角度を上層の配線側壁の傾斜角度よりも大きくし,下層の配線構成金属上に上層の配線構成金属がほぼ完全に乗り上げた形状の配線構造を得ることが可能となる。

0011

なお,前記距離調整機構は,請求項5に記載のように,前記プラネタリの昇降機構として構成しても良いし,あるいは,請求項6に記載のように,前記蒸着ソース容器の昇降機構として構成しても良い。

発明を実施するための最良の形態

0012

以下に,添付図面を参照しながら,本発明に基づいて構成された多層金属配線の蒸着装置のいくつかの好適な実施形態について詳細に説明することにする。

0013

(第1の実施形態)まず,図1及び図2を参照しながら,本発明の第1の実施形態にかかる多層金属配線の蒸着装置について説明する。図示のように,この蒸着装置は,蒸着対象であるウェハWをセットするための複数のウェハホルダ102が略等間隔で配されたプラネタリ104を備えている。このプラネタリ104は,略パラソル形状をしており,回転軸106を中心に自転可能である。また,金属配線材料などの蒸着ソースMが収納された蒸着ソース容器としてのるつぼ108が,プラネタリ104の回転中心に対してずれた位置に配されている。

0014

さらに,本実施の形態に特徴的な点として,プラネタリ104の回転軸106に略平行な回転軸110a,110b周りを回転自在な第1及び第2のガード板112a,112bが,前記るつぼ108に対して所定間隔を置いて配されている。これらの第1及び第2のガード板112a,112bは,処理時に,るつぼ108から蒸発した蒸着粒子PのウェハWへの被着を防止するためのものであり,従って,蒸着ソースMと第1及び第2のガード板112a,112bとを結ぶ線上にあるウェハWに向かって飛ぶ蒸着粒子Pの行路を妨げるに十分な高さと幅を有する板状部材として構成されている。

0015

また,これらの第1及び第2のガード板112a,112bは,蒸着装置の外部からの操作によりその向きを自在に変えることが可能であり,その回転角度を調整することにより,蒸着ソースMと第1及び第2のガード板112a,112bとを結ぶ線上にあるウェハWに向かって飛ぶ蒸着粒子Pの量を調整することが可能なように構成されている。

0016

例えば,図3に示すように,蒸着ソースMからの蒸着粒子Pの飛翔方向を妨げるように第1及び第2のガード板112a,112bを回転させると,第1及び第2のガード板112a,112bの影となる領域Aに存在するウェハWに対して蒸着粒子Pは被着しない。これに対して,図4に示すように,蒸着ソースMからの蒸着粒子Pの飛翔方向を妨げないように第1及び第2のガード板112a,112bを回転させると,蒸着ソースMと第1及び第2のガード板112a,112bとを結ぶ線上にはほとんど影ができないので,プラネタリ104のほぼすべての領域に存在するウェハWに蒸着粒子Pが被着する。このように,本実施の形態によれば,第1及び第2のガード板112a,112bの影となる領域に存在するウェハWへの蒸着粒子Pの被着を防止することができるので,第1及び第2のガード板112a,112bの回転角度を調整して,その影の領域の大きさを調整することにより,被着粒子Pによって形成される配線金属の側壁の形状を制御することができる。

0017

次に,本実施の形態にかかる多層配線金属の蒸着装置により,金属配線の側壁形状を制御しながら,所望の側壁形状を有する配線パターンを形成する方法の一例について,図5を参照して説明する。

0018

まず,図5(a)に示すように,基板50上にホトレジスト52を塗布して,所定のホトリソグラフィ/エッチング工程により,図5(b)に示すような逆テーパ形状の開口部54を形成する。次いで,図6に示すように,配線パターンLの長手方向がプラネタリ104の回転中心に向くようにウェハWをセットする。そして,第1及び第2のガード板112a,112bを,図4に示すように,蒸着粒子Pの飛翔の妨げにならないように配置し,プラネタリ104を回転させながら,第1の配線構成金属56を蒸着する。次いで,第1及び第2のガード板112a,112bを,図3に示すように,領域Aの部分にその影ができるように配置し,プラネタリ104を回転させながら,第2の配線構成金属58を蒸着する。

0019

ここで,プラネタリ104の回転と蒸着粒子PのウェハWへの入射角との関係を見てみると,図6に模式的に示すように,各ウェハWは配線パターンLの長手方向がプラネタリ104の回転中心を向くようにセットされるので,蒸着粒子Pの配線パターンLへの入射角は,Aの領域で最大となる。

0020

ここで,図7及び図8は,図6に示すウェハWの配線パターンPをX−X線で切断した部分拡大図であり,基板80上のホトレジスト82に形成された逆テーパ形状の開口部84内に露出する基板80上に蒸着粒子Pを蒸着させて側壁の傾斜角度の異なる第1及び第2の金属配線86,88を形成する場合をそれぞれ示している。すでに説明したように,蒸着粒子Pの配線パターンLへの入射角ΘはAの領域において最大となるので,第1及び第2のガード板110a,110bを図4に示すようにセットして,Aの領域を通過させると,図7に示す第1の金属配線86のように,配線側壁の傾斜角度Θを大きくすることができる。一方,第1及び第2のガード板112a,112bを図3に示すようにセットして,Aの領域に蒸着粒子Pが飛翔しないようにすると,図8に示す第2の金属配線88のように,配線側壁の傾斜角度Θを小さくすることができる。

0021

従って,図5に示す工程では,第1及び第2のガード板112a,112bの角度を図3及び図4に示すように変化させてやれば,,図5(c)(d)に示すように,配線側壁の傾斜角Θが,第1の配線構成金属56では大きく,第2の配線構成金属58では小さくなるような,傾斜角が2段階に変化する多層金属配線を形成することができる。

0022

なお,図示の例では,第1及び第2のガード板112a,112bの回転角度を調整することにより,配線側壁の傾斜角度を調整する構成を示したが,本発明はかかる例に限定されない。配線側壁の傾斜角度は,ガード板の大きさや設置角度によって任意に制御することができる。例えば,図9に示すように,小さなガード板212a,212bを使用すれば,蒸着粒子Pが被着しない領域Aが狭まり,配線側壁の傾斜角度が大きくなる。これに対して,図10に示すように,大きなガード板312a,312bを使用すれば,蒸着粒子Pが被着しない領域Aが拡大し,配線側壁の傾斜角度が小さくなる。同様に,例えば,図11に示すように,第1及び第2のガード板412a,412bの設置角度を大きくとれば,蒸着粒子Pが被着しない領域Aが狭まり,配線側壁の傾斜角度が大きくなる。これに対して,例えば,図12に示すように,第1及び第2のガード板412a,412bの設置角度を小さくとれば,蒸着粒子Pが被着しない領域Aが拡大し,配線側壁の傾斜角度が小さくなる。

0023

また,本実施の形態では,2層構成の配線構造を形成する場合について説明したが,本発明はかかる例に限定されず,2層構成以上の配線構造についても,配線側壁の傾斜角度を変えたい時点で,ガード板の向きを調整することで,任意に傾斜角度を制御することが可能である。

0024

以上説明したように,本発明の第1の実施形態によれば,第1及び第2のガード板112a,112bの向きを調整することで,真空チャンバ内において,任意に配線の側壁形状を制御することができ,プロセス設計の自由度が増す,といった効果が期待できる。例えば,図5に示す工程において,第2の配線構成金属58の基板50に対する拡散速度が非常に高く,第2の配線構成金属58と基板50とが直接接触する部分があると,半導体装置の特性を劣化させるような場合がある。しかし,本実施の形態によれば,配線の側壁形状を制御することにより,第2の配線構成金属58が完全に第1の配線構成金属56上に乗り上げた形状の配線構成を得ることができる。そのため,第2の配線構成金属58と基板50とが直接接触することはないので,半導体装置の信頼性を向上させることができる。

0025

(第2の実施形態)次に,図13を参照しながら,本発明の第2の実施形態にかかる多層金属配線の蒸着装置について説明する。この蒸着装置の基本的構成は,第1の実施形態と同様であり,複数のウェハホルダ202が略等間隔で配されたパラソル形状のプラネタリ204が回転軸206を中心に回転するように構成されている。また,ウェハWに対向する側には,蒸着金属Mが収納されたるつぼ208が設置されている。なお,第1の実施形態においては,プラネタリ204の回転軸206とずれた位置にるつぼ208が配されたが,本実施の形態は,るつぼ208の位置に左右されないので,るつぼ208とプラネタリ204との回転中心とを一致させてもかまわない。ただし,本実施の形態では,プラネタリ204全体が,蒸着装置外部からの操作によって,上下に動く構成が採用されている。

0026

かかる構成によれば,プラネタリ204を図中(a)の位置から上下動させることにより,うるぼ208とプラネタリ204との相対的距離,すなわち,蒸着ソースである金属Mと蒸着対象であるウェハWの蒸着面との間の相対距離を調整することが可能である。そして,この相対距離を長くとれば(図中(b)の位置),ウェハWへの蒸着粒子Pの入射角度を小さくすることが可能であり,逆に,この相対距離を短くとれば(図中(c)の位置),ウェハWへの蒸着粒子Pの入射角度を大きくすることが可能である。

0027

従って,図5に示すような工程で,多層金属配線構造を形成する場合には,第1の配線構成金属56の蒸着処理をプラネタリ204が下げられた状態(図中(c)の位置)で行うことにより,配線金属の傾斜を大きくし,次いで,第2の配線構成金属58の蒸着処理をプラネタリ204が上げられた状態(図中(b)の位置)で行うことにより,配線金属の傾斜を小さくすることができる。このように,本実施の形態によっても,傾斜角が2段階に変化する多層金属配線を形成することができる。

0028

以上のように,第2の実施形態にかかる蒸着装置では,るつぼ208の中心位置とプラネタリ204の回転中心との関係は無視できるので,これらが一致した装置であっても,プラネタリ204を上下動させることにより,第1の実施形態と同様に,任意に配線の側壁形状を制御することができる。また,この第2の実施形態にかかる蒸着装置において,プラネタリ204の回転中心とずれた位置にるつぼ208を配置し,第1の実施形態にかかる蒸着装置と同様に,第1及び第2のガード板を配置して,その回転角度を調整すれば,配線側壁の傾斜角制御をより効果的にかつより広い範囲で行うことが可能である。

0029

また,図13に示した実施形態では,プラネタリ204を上下動させる構成を示したが,本実施の形態の要旨は,蒸着ソースである金属Mと蒸着対象であるウェハWの蒸着面との間の相対距離を調整することなので,図14に示すように,複数のウェハホルダ302が略等間隔に設けられて,回転軸306周りを回転するプラネタリ304を上下動させずに,蒸着源Mが収納されたるつぼ308を上下動可能に構成することによっても同様の効果が得られる。

0030

もちろん,図13に示す構成と図14に示す構成とを組み合わせて,プラネタリとるつぼの双方を上下動可能に構成して,制御の範囲を広げることも可能でああるし,これらに第1の実施形態にかかるガード板を組み合わせることも可能であることは言うまでもない。

0031

以上添付図面を参照しながら,本発明にかかる多層金属配線の蒸着装置の好適な実施形態について説明したが,本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば,特許請求の範囲に記載された技術的思想範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり,それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

0032

例えば,上記実施の形態では,2層配線を形成する工程を例として説明したが,本発明はかかる例に限定されず,3層以上の多層配線を形成する場合であっても,蒸着中の任意の段階でガード部材の向きを変えたり,あるいはプラネタリとるつぼとの相対距離を調整することにより,蒸発対象入射する蒸着粒子の入射角度を制御して,配線側壁形状を自在に制御することができる。

発明の効果

0033

以上説明したように,本発明の第1の観点によれば,蒸着粒子の特定方向への飛翔を妨げるガード部材の回転角度を調整することにより,ガード部材の影となる部分に存在する蒸着対象に被着する蒸着粒子の量を制御することができる。そのため,例えば,蒸着対象に大きな角度で入射する蒸着粒子の被着量を制御してやることにより,金属配線の側壁の形状を制御することが可能となる。従って,下層の金属配線からはみ出ることなく上層の金属配線を積層することが可能となるので,半導体装置の性能を向上させることができるとともに,その応用範囲を広げることができる。

0034

また本発明の第2の観点によれば,蒸着対象の蒸着面と蒸発源との相対的距離を調整することにより,蒸着対象に入射する蒸着粒子の入射角度を調整することができる。その結果,本発明の第1の観点にかかる構成と同様に,金属配線の側壁の形状を自在に制御することが可能となり,下層の金属配線からはみ出ることなく上層の金属配線を積層することが可能となるので,半導体装置の性能を向上させることができるとともに,その応用範囲を広げることができる。

図面の簡単な説明

0035

図1本発明にかかる多層金属配線の蒸着装置の第1の実施形態の概略構成を示す側面図である。
図2図1に示す多層金属配線の蒸着装置の略平面図である。
図3図2に示す多層金属配線の蒸着装置のガード板の向きと蒸着粒子の被着領域との関係を示す説明図である。
図4図2に示す多層金属配線の蒸着装置のガード板の向きと蒸着粒子の被着領域との関係を示す説明図である。
図5本発明にかかる多層金属配線の蒸着装置を用いて,2層構造の金属配線を製造する工程の一例を示す工程説明図である。
図6図2に示す多層金属配線の蒸着装置の蒸着対象に形成される配線パターンの向きと蒸着粒子の入射角との関係を説明する説明図である。
図7蒸着粒子の入射角と配線金属側壁の傾斜角との関係を示す説明図である。
図8蒸着粒子の入射角と配線金属側壁の傾斜角との関係を示す説明図である。
図9本実施の形態にかかる多層金属配線の蒸着装置の他の実施形態を示す略平面図であり,小さなガード部材を採用した場合を示している。
図10本実施の形態にかかる多層金属配線の蒸着装置の他の実施形態を示す略平面図であり,大きなガード部材を採用した場合を示している。
図11本実施の形態にかかる多層金属配線の蒸着装置の他の実施形態を示す略平面図であり,ガード部材の傾斜角を大きくした場合を示している。
図12本実施の形態にかかる多層金属配線の蒸着装置の他の実施形態を示す略平面図であり,ガード部材の傾斜角を小さくした場合を示している。
図13本発明にかかる多層金属配線の蒸着装置の第2の実施形態の概略構成を示す側面図である。
図14本発明にかかる多層金属配線の蒸着装置の第2の実施形態の変形例を示す側面図である。
図15従来の多層金属配線の蒸着装置により2層の金属配線構造を得る場合の工程説明図である。

--

0036

102ウェハホルダ
104プラネタリ
106回転軸
108るつぼ
110a 回転軸
110b 回転軸
112aガード板
112b ガード板
Wウェハ
M 蒸着ソース

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