JP2000144421A

JP2000144421A - 成膜装置および成膜方法

Info

Publication number: JP2000144421A
Application number: JP10317326A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kubo; 謙一久保; Banson Buzan; バンソンブザン; Kyoko Ikeda; 恭子池田; Hideki Yoshikawa; 秀樹吉川
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1998-11-09
Filing date: 1998-11-09
Publication date: 2000-05-26
Anticipated expiration: 2018-11-09
Also published as: JP4149051B2

Abstract

(57)【要約】【課題】被処理体にダメージを与えることなく良好な
膜質の金属膜を高い成膜速度で形成することができる成
膜装置および成膜方法を提供すること。【解決手段】半導体ウエハＷを収容するチャンバー１
と、チャンバー１内へ有機金属化合物を供給する有機金
属化合物供給系１４と、チャンバー１とは別個に設けら
れたプラズマ生成室１７と、プラズマ生成室に水素を供
給する水素供給系１９と、プラズマ生成室１７に電界を
印加してプラズマ生成室１７に導入された水素をプラズ
マ化するプラズマ生成手段２１と、プラズマ生成室１７
から前記チャンバーへ水素ラジカルを導く多数の水素ラ
ジカル導入路２２と、半導体ウエハＷを加熱して有機金
属化合物を分解させ、半導体ウエハＷに金属膜を堆積さ
せる加熱手段５とから成膜装置が形成される。水素ラジ
カル導入路２２の内壁は絶縁部材２３で形成されてお
り、水素ラジカルの消滅が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機金属化合物を
用いて金属膜を形成する成膜装置および成膜方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩの製造においては、シリコン等の
半導体ウエハ上に配線を形成するが、このようなＬＳＩ
の配線としては、ＡｌやＣｕが用いられており、従来こ
れらは主にスパッタリング法により成膜することにより
形成されている。

【０００３】しかしながら、配線の微細化が進んでいる
現在、スパッタリングでは要求される微細化レベルの配
線を得ることが困難となりつつある。このため、微細化
に対応可能なＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法
を用いて配線を形成することが求められており、種々の
検討がなされている。

【０００４】Ｃｕ配線をＣＶＤで成膜する場合には、例
えばＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳやＣｕ（ｈｆａｃ）ＡＴ
ＭＳ等の有機銅化合物が成膜原料として用いられ、これ
を気化器により気化させてチャンバー内に供給し、チャ
ンバー内に配置された半導体ウエハを加熱しつつ、その
上に有機銅化合物が分解して生成されたＣｕを堆積させ
る。

【０００５】しかし、このような熱ＣＶＤによりＣｕ膜
を形成する場合には、成膜速度が遅く、生産性が低いと
いう問題点がある。

【０００６】このような生産性が低いという問題点を解
決する技術として、特開平６−１５８３２０号公報に
は、有機金属化合物を供給してＣｕ等の金属をＣＶＤ成
膜するに際し、成膜面に水素原子または水素ラジカルを
供給して反応を促進させながら成膜を行う技術が開示さ
れており、ここでは、水素ラジカルを生成するためにプ
ラズマ発生装置を用いている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平６−１
５８３２０号公報のように、プラズマ発生装置により水
素のプラズマを形成すると、水素ラジカルの他、水素イ
オンや電子等の荷電粒子も生成され、これらが成膜対象
である半導体ウエハに衝突してダメージを与えるおそれ
がある。

【０００８】また、従来の有機金属化合物を用いて金属
膜を成膜する技術では、成膜した膜の表面が荒れていた
り、比抵抗が高いといった膜質面での問題もあるが、上
記技術ではこのような膜質面の問題を十分に解消するこ
とは困難である。

【０００９】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、被処理体にダメージを与えることなくＣＶＤ
により良好な膜質の金属膜を高い成膜速度で形成するこ
とができる成膜装置および成膜方法を提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】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、被処理体を収容する
チャンバーと、前記チャンバー内へ有機金属化合物を供
給する有機金属化合物供給系と、水素のプラズマを形成
するプラズマ生成手段と、形成された水素のプラズマか
ら水素ラジカルを選択的に前記チャンバーに導入する機
構と、前記被処理体を加熱して前記有機金属化合物を分
解させ、被処理体に金属膜を堆積させる加熱手段とを具
備することを特徴とする成膜装置が提供される。

【００１１】また、本発明の第２の観点によれば、被処
理体を収容するチャンバーと、前記チャンバー内へ有機
金属化合物を供給する有機金属化合物供給系と、前記チ
ャンバーとは別個に設けられたプラズマ生成室と、前記
プラズマ生成室に水素を供給する水素供給系と、前記プ
ラズマ生成室に電界を印加してプラズマ生成室に導入さ
れた水素をプラズマ化するプラズマ生成手段と、前記プ
ラズマ生成室から前記チャンバーへ水素ラジカルを導く
水素ラジカル導入路と、前記被処理体を加熱して前記有
機金属化合物を分解させ、被処理体に金属膜を堆積させ
る加熱手段とを具備し、前記水素ラジカル導入路の内壁
は絶縁体で形成されていることを特徴とする成膜装置が
提供される。

【００１２】この場合に、前記有機金属化合物供給系
は、前記チャンバーの上部に設けられ、前記チャンバー
内へ有機金属化合物を導入する導入孔を有するシャワー
ヘッドを有し、前記プラズマ生成室は前記チャンバーの
上方に設けられ、前記水素ラジカル導入路は前記プラズ
マ生成室から前記シャワーヘッドを貫通して設けられて
いるように構成することができる。前記水素ラジカル導
入路は、前記シャワーヘッドを貫通する貫通孔と、その
貫通孔にはめ込まれた筒状の絶縁部材とを有する構造を
採用することができる。前記水素ラジカル導入路は、プ
ラズマ生成室側の開口面積よりも、チャンバー側の開口
面積が小さくなるように形成されていることが好まし
い。

【００１３】さらに、本発明の第３の観点によれば、被
処理体を収容するチャンバー内へ気化された有機金属化
合物を供給する工程と、水素のプラズマを形成し、形成
された水素のプラズマから水素ラジカルを選択的に前記
有機金属化合物に添加する工程と、前記被処理体を加熱
して前記有機金属化合物を分解させ、被処理体に金属膜
を堆積させる工程とを具備することを特徴とする成膜方
法が提供される。

【００１４】本発明においては、チャンバー内へ有機金
属化合物を導入し、チャンバー内の被処理体を加熱する
ことにより有機金属化合物を分解して被処理体上に金属
膜を成膜するに際し、チャンバー外で形成された水素の
プラズマから水素ラジカルを選択的に前記チャンバーに
導入するので、水素ラジカルによる反応促進作用により
高い成膜速度で金属膜を形成することができるととも
に、水素イオンや電子等の荷電粒子によるダメージを受
けることなく良質の金属膜を得ることができる。

【００１５】具体的には、上記第２の観点のように、前
記チャンバーとは別個にプラズマ生成室を設け、プラズ
マ生成室に電界を印加して、その中で水素のプラズマを
形成し、水素ラジカル導入路によりプラズマ生成室から
チャンバーへ水素ラジカルを導くに際し、水素ラジカル
導入路の内壁を絶縁体で形成する。これにより、荷電粒
子はプラズマ生成室内の対向電極として機能する部分に
吸引されて消滅するのに対し、中性のラジカルは吸引さ
れずに直進し、水素ラジカル導入路に至る。この場合
に、水素ラジカル導入路の内壁が絶縁体で形成されてい
るので、水素ラジカルが消滅することなくチャンバーに
導入される。すなわち、水素ラジカルが選択的にチャン
バーに導入される。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発
明の一実施態様に係るＣＶＤ成膜装置を示す断面図であ
る。この成膜装置は、ＣＶＤによりＣｕを成膜するもの
であり、略円筒状をなし、真空排気可能に構成されたチ
ャンバー１を有している。チャンバー１の中には被処理
体である半導体ウエハＷを水平に支持するためのサセプ
ター２が支持部材３により支持された状態で配置されて
いる。サセプター２の外縁部には半導体ウエハＷをガイ
ドするためのガイドリング４が設けられている。また、
サセプター２にはヒーター５が埋め込まれており、この
ヒーター５は電源６から給電されることにより被処理体
である半導体ウエハＷを所定の温度に加熱する。電源６
にはコントローラー７が接続されており、これにより図
示しない温度センサーの信号に応じてヒーター５の出力
が制御される。

【００１７】チャンバー１の底壁１ｂには、排気ポート
８が形成されており、この排気ポート８には排気装置９
が接続されている。排気装置９によりチャンバー１内を
所定の真空度まで減圧することができる。また、排気路
には、自動的に排気量を制御するための自動圧力制御バ
ルブ１０が設けられている。

【００１８】チャンバー１の天壁１ａには、シャワーヘ
ッド１１が取り付けられている。このシャワーヘッド１
１の側壁には、原料導入ポート１２が形成されており、
この原料導入ポート１２には配管１３が接続されてい
る。配管１３の他端には原料供給源１４が設けられてお
り、この原料供給源１４からは成膜原料として液体であ
る金属銅化合物が送出され、この金属銅化合物は配管１
３の途中に設けられた気化器１５で気化されて原料導入
ポート１２を介してシャワーヘッド１１内に導入され
る。シャワーヘッド１１は内部に空間１１ａを有してお
り、下壁１１ｂに多数のガス吐出孔１６を有している。
したがって、配管１３を介してシャワーヘッド１１の内
部空間１１ａに導入された金属銅化合物ガスがガス吐出
孔１６から半導体ウエハＷに向けて吐出される。

【００１９】原料供給源２には、液体の有機銅化合物で
あるＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳまたはＣｕ（ｈｆａｃ）
ＡＴＭＳが貯留されており、適宜の手段でこのような液
体原料を配管１３を通って気化器１５に向けて送出す
る。

【００２０】シャワーヘッド１１の上方には、水素プラ
ズマを形成するためのプラズマ生成室１７が設けられて
いる。このプラズマ生成室１７の側壁には、水素ガス導
入ポート１８が形成されており、水素ガスが水素ガス供
給源１９から水素ガス導入ポート１８を介してプラズマ
生成室１７に導入される。

【００２１】プラズマ生成室１７の上壁１７ａの上には
渦巻き状のアンテナ２０が設けられており、このアンテ
ナ２０には高周波電源２１が接続されている。そして、
この高周波電源２１から例えば１３．５６ＭＨｚの高周
波がアンテナ２０に供給されることにより、プラズマ形
成室１７内には高周波電界が形成され、これにより水素
ガスのプラズマが形成される。

【００２２】プラズマ生成室１７は、その底壁が上記シ
ャワーヘッド１１の上壁１１ｃで構成されており、シャ
ワーヘッド１１の上壁１１ｃから下壁１１ｂを貫通する
ように多数の水素ラジカル導入路２２が形成されてい
る。そして、プラズマ生成室１７で生成されたプラズマ
の中から水素ラジカルのみが水素ラジカル導入路２２を
通ってチャンバー１内に導入される。

【００２３】具体的には図２に示すように、シャワーヘ
ッド１１を上下に貫通する多数の筒部材２３が設けら
れ、その内部に例えばセラミック材料からなる筒状の絶
縁部材２４がはめ込まれ、絶縁部材２４の内側に水素ラ
ジカル導入路２２が形成されている。絶縁部材２４の上
端にはフランジ２４ａが形成されている。水素ラジカル
導入路２２の下端、すなわちチャンバー側開口部は、上
端のプラズマ生成室側開口部よりも開口面積が小さくな
るように小径部２５が形成されている。この構成によ
り、プラズマ生成室から水素ラジカルを効率良く取り込
むことができるとともに、水素ラジカルのバックディフ
ュージョンを防止することができる。

【００２４】なお、この場合の寸法は、例えば、シャワ
ーヘッド１１の厚さが２５ｍｍ、水素ラジカル導入路２
２の上端開口部の径が５ｍｍ、小径部２５の径が０．５
〜１ｍｍ、水素ラジカル導入路２２同士の間隔が２０ｍ
ｍである。

【００２５】また、水素ラジカル導入路２２の入口（プ
ラズマ生成室側開口）の周囲は絶縁物（フランジ２４
ａ）で形成されているが、隣接するフランジ間の隙間に
は、シャワーヘッド上壁１１ｃを構成する導体（例えば
アルミニウム）が露出している。

【００２６】ガス吐出口１６および水素ラジカル導入路
２２のチャンバー側開口部はシャワーヘッド１１の底面
において、それぞれほぼ等間隔になるように、複数の同
心円状あるいはマトリクス状に配置される。さらに両者
は互いに間隔を埋めるように配置され、原料ガス（有機
銅化合物）、水素ラジカルとともに均一にチャンバー内
に導入される。

【００２７】このように構成される成膜装置においてＣ
ｕ膜を形成するに際しては、まず、チャンバー１内に半
導体ウエハＷを搬入し、サセプタ２の上に載置する。そ
して、排気装置９によりチャンバー１内を減圧しつつ、
原料供給源１４からの液体状の有機銅化合物原料を気化
器１５でガス化した原料ガスを原料導入ポート１２を介
してシャワーヘッド１１内に導入し、多数のガス吐出孔
１６からチャンバー１内へ導入する。

【００２８】一方、上記有機銅化合物原料の導入と同時
に、プラズマ生成室１７内に水素ガス供給源１９から水
素ガスを導入しつつ、高周波電源２１からアンテナ２０
に高周波を印加し、プラズマ生成室１７内に水素ガスの
プラズマを生成させる。

【００２９】プラズマ中には、水素イオン、電子、水素
ラジカルが共存しているが、図３に示すように、荷電粒
子である水素イオンおよび電子は、対向電極として機能
するシャワーヘッド１１の上壁１１ｃの表面部分に吸引
され消滅するが、中性である水素ラジカルは直進して水
素ラジカル導入路２２に対応する部分の水素ラジカルが
水素ラジカル導入路２２を通ってチャンバー内に導入さ
れる。したがって、水素ガスのプラズマの中で水素ラジ
カルのみが選択的にチャンバー１内に導入される。この
場合に、水素ラジカル導入路２２の内壁が絶縁部材２４
であるため、水素ラジカルが消滅せずにチャンバー１に
導入される。また、水素ラジカル導入路２２の先端部が
小径部２５となっているので、水素ラジカルのバックデ
ィフュージョンが防止され、水素ラジカルがシャワーヘ
ッド１１の下面に衝突して消耗することを防止すること
ができる。

【００３０】上述したように、チャンバー１内にＣｕ
（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳやＣｕ（ｈｆａｃ）ＡＴＭＳ等有
機銅化合物からなる原料ガスが供給されると、半導体ウ
エハＷはサセプタ２内に埋設されたヒーター５により、
原料ガスの分解温度以上に加熱されているため、半導体
ウエハＷの表面において原料ガスが分解され、半導体ウ
エハＷ上にＣｕ膜が成膜される。

【００３１】この成膜の際に、上述のようにしてチャン
バー１内に供給された水素ラジカルが、Ｃｕ（ｈｆａ
ｃ）ＴＭＶＳやＣｕ（ｈｆａｃ）ＡＴＭＳ等の分解反応
を促進させる。したがって、水素ラジカルの存在により
成膜レートが上昇し、効率良くＣｕ膜を形成することが
できる。このように水素ラジカルにより反応が促進され
るのは、水素ラジカルを用いない場合にＣｕまで分解さ
れず成膜に寄与しないＣｕ成分をも分解させ、膜成分と
することができるからである。

【００３２】また、このように水素ラジカルを導入する
ことにより反応が促進されるので、より低温で成膜する
ことが可能となる。具体的には、従来、Ｃｕ（ｈｆａ
ｃ）ＴＭＶＳまたはＣｕ（ｈｆａｃ）ＡＴＭＳを用いて
成膜する場合に１９０℃程度に加熱する必要があったの
が、水素ラジカルを導入することにより１７０℃程度に
まで低下させることができる。このように低温成膜が可
能なことにより、従来、Ｃｕ膜の膜厚が薄い場合に生じ
ていたマイグレーションによる比抵抗上昇の問題を解消
することができる。

【００３３】さらに、このように水素ラジカルのみを選
択的にチャンバー１内に導入することができるので、形
成されたＣｕ膜が水素イオンや電子などの荷電粒子によ
って、ダメージを受けることを防止することができる。
したがって、良好な膜質のＣｕ膜を得ることができる。

【００３４】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ことなく、種々変形可能である。例えば、上記実施形態
では、Ｃｕ原料としてＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳまたは
Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＡＴＭＳを用いたが、これに限るもの
ではない。

【００３５】また、本発明をＣｕのＣＶＤ成膜に適用し
た場合について示したが、成膜対象は必ずしもＣｕに限
らず、Ａｌ等、有機金属化合物を原料としてＣＶＤを行
うものであれば適用可能である。水素プラズマを形成す
る方法も上述の方法に限るものではない。

【００３６】さらに、上記実施形態では被処理体として
半導体ウエハを用いたが、これに限らずＬＣＤ基板等、
ＣＶＤで金属膜が形成される対象であればよい。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、チ
ャンバー内へ有機金属化合物を導入し、チャンバー内の
被処理体を加熱することにより有機金属化合物を分解し
て被処理体上に金属膜を成膜するに際し、チャンバー外
で形成された水素のプラズマから水素ラジカルを選択的
に前記チャンバーに導入して有機金属化合物に添加する
ので、水素ラジカルによる反応促進作用により高い成膜
速度で金属膜を形成することができるとともに、水素イ
オンや電子等の荷電粒子によるダメージを受けることな
く良質の金属膜を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るＣＶＤ成膜装置を示
す断面図。

【図２】図１に示した装置の水素ラジカル導入路の配置
部分を拡大して示す断面図。

【図３】プラズマ生成室からチャンバーへ水素ラジカル
のみ導入される原理を説明するために、水素ラジカル導
入路の配置部分を拡大して示す断面図。

【符号の説明】

１……チャンバー２……サセプター５……ヒーター１１……シャワーヘッド１４……原料供給源１７……水素プラズマ生成室２１……高周波電源（プラズマ生成手段）２２……水素ラジカル導入路２３……絶縁部材Ｗ……半導体ウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者池田恭子山梨県韮崎市穂坂町三ツ沢650 東京エレクトロン株式会社総合研究所内 (72)発明者吉川秀樹山梨県韮崎市穂坂町三ツ沢650 東京エレクトロン株式会社総合研究所内Ｆターム(参考） 4K030 AA11 AA17 BA01 BA02 EA05 EA06 FA04 FA10 KA30 KA46 4M104 BB04 DD44

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理体を収容するチャンバーと、前記チャンバー内へ有機金属化合物を供給する有機金属
化合物供給系と、水素のプラズマを形成するプラズマ生成手段と、形成された水素のプラズマから水素ラジカルを選択的に
前記チャンバーに導入する機構と、前記被処理体を加熱して前記有機金属化合物を分解さ
せ、被処理体に金属膜を堆積させる加熱手段とを具備す
ることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】被処理体を収容するチャンバーと、前記チャンバー内へ有機金属化合物を供給する有機金属
化合物供給系と、前記チャンバーとは別個に設けられたプラズマ生成室
と、前記プラズマ生成室に水素を供給する水素供給系と、前記プラズマ生成室に電界を印加してプラズマ生成室に
導入された水素をプラズマ化するプラズマ生成手段と、前記プラズマ生成室から前記チャンバーへ水素ラジカル
を導く水素ラジカル導入路と、前記被処理体を加熱して前記有機金属化合物を分解さ
せ、被処理体に金属膜を堆積させる加熱手段とを具備
し、前記水素ラジカル導入路の内壁は絶縁体で形成されてい
ることを特徴とする成膜装置。
【請求項３】前記有機金属化合物供給系は、前記チャ
ンバーの上部に設けられ、前記チャンバー内へ有機金属
化合物を導入する導入孔を有するシャワーヘッドを有
し、前記プラズマ生成室は前記チャンバーの上方に設け
られ、前記水素ラジカル導入路は前記プラズマ生成室か
ら前記シャワーヘッドを貫通して設けられていることを
特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】前記水素ラジカル導入路は、前記シャワ
ーヘッドを貫通する貫通孔と、その貫通孔にはめ込まれ
た筒状の絶縁部材とを有することを特徴とする請求項３
に記載の成膜装置。
【請求項５】前記水素ラジカル導入路は、プラズマ生
成室側の開口面積よりもチャンバー側の開口面積が小さ
くなるように形成されていることを特徴とする請求項２
ないし請求項４のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項６】被処理体を収容するチャンバー内へ気化
された有機金属化合物を供給する工程と、水素のプラズマを形成し、形成された水素のプラズマか
ら水素ラジカルを選択的に前記有機金属化合物に添加す
る工程と、前記被処理体を加熱して前記有機金属化合物を分解さ
せ、被処理体に金属膜を堆積させる工程とを具備するこ
とを特徴とする成膜方法。