JP2000248363A - 成膜装置およびそのクリーニング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 気化器の目詰まりを有効に解消することが可
能な成膜装置およびクリーニング方法を提供すること。 【解決手段】 成膜対象としての半導体ウエハＷを収容
するチャンバーと、液体状または固体状の金属化合物を
含む成膜原料をチャンバー１に向けて送出する成膜原料
供給源２１と、成膜原料供給源２１から前記チャンバー
へ成膜原料を供給する成膜原料供給路１８，１５と、成
膜原料供給路１８，１５の途中に設けられ、液体状また
は固体状の金属化合物を気化させてチャンバー内にガス
状の成膜原料を供給する気化器１７と、クリーニング物
質を前記気化器に供給するクリーニング物質供給系３０
と、チャンバー１内を排気する排気機構９，１２とによ
り成膜装置が構成され、気化器１７にクリーニング物質
が導入されることにより気化器１７がクリーニングされ
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、液体の金属化合物
を用いて金属膜を形成する成膜装置およびそのクリーニ
ング方法に関する。

【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、このような成膜装置においては、
成膜処理中に気化器にＣｕが堆積し、気化器内に目詰ま
りが生じ、成膜原料を有効にチャンバー内に導入するこ
とができない自体が生じてしまう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる事情に
鑑みてなされたものであって、気化器の目詰まりを有効
に解消することが可能な成膜装置およびクリーニング方
法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】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、液体状または
固体状の金属化合物を含む成膜原料を前記チャンバーに
向けて送出する成膜原料供給源と、前記成膜原料供給源
から前記チャンバーへ成膜原料を供給する成膜原料供給
路と、前記成膜原料供給路の途中に設けられ、前記液体
状の金属化合物を気化させてチャンバー内にガス状の成
膜原料を供給する気化器と、クリーニング物質を前記気
化器に供給するクリーニング物質供給系と、前記チャン
バー内を排気する排気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。

【０００８】また、本発明の第２の観点によれば、液体
状または固体状の金属化合物を含む成膜原料を気化器に
より気化させてチャンバー内に供給し、チャンバー内の
被処理体に金属膜を成膜する成膜装置におけるクリーニ
ング方法であって、前記気化器にクリーニング物質を導
入することを特徴とするクリーニング方法が提供され
る。

【０００９】本発明においては、液体状または固体状の
金属化合物を含む成膜原料を気化する気化器にクリーニ
ング物質を直接導入するので、気化器に付着した金属を
クリーニングすることができ、気化器の目詰まりを有効
に解消することができる。また、気化器を介してさらに
チャンバー内にもクリーニング物質を導入すれば、チャ
ンバー内をもクリーニングすることが可能である。

【００１０】上記成膜装置において、前記気化器からチ
ャンバーに至る供給路を加熱する供給路加熱手段をさら
に有するようにすれば、成膜原料またはクリーニング物
質をチャンバー内で確実に気体状態に維持することがで
きる。

【００１１】また、気化器から排気手段へバイパスする
バイパス路と、気化器からチャンバーへ至る供給路およ
びバイパス路のいずれかに切り換える切換手段をさらに
具備することにより、成膜処理の際には気化器で気化さ
れた成膜原料をチャンバー内に導入し、クリーニングの
際には気化器で生成されたクリーニング生成物をバイパ
ス路を介してチャンバー内を通らずに排出するようにす
ることができる。

【００１２】さらに、バイパス路を加熱するバイパス路
加熱装置をさらに有することにより、バイパス路を通過
するクリーニング生成物を気体状態に維持することがで
き、バイパス路にクリーニング生成物が付着することを
回避することができる。

【００１３】上記クリーニング方法において、クリーニ
ング物質を、Ｈ（ｈｆａｃ）またはＨ（ａｃａｃ）と、
ハロゲンガスとを含むものとすることにより、気化器に
付着した金属とＨ（ｈｆａｃ）との化合物を形成させて
気化器から金属を有効に除去することができる。また、
クリーニング物質として、Ｈ（ｈｆａｃ）またはＨ（ａ
ｃａｃ）と、ハロゲンガスと、水素ガスとを含むものを
用いることにより、金属とＨ（ｈｆａｃ）との化合物を
形成させて気化器から金属を有効に除去することができ
るとともに、水素が存在しない時に生じる固体の副生成
物、例えばＣｕＣｌ_２の生成を抑制することができ、ク
リーニング効果を一層高めることができる。この場合
に、ハロゲンガスとしては、Ｃｌ_２ガスまたはＦ_２ガス
を用いることが好ましい。

【００１４】また、クリーニング物質として、Ｈ（ｈｆ
ａｃ）と、Ｃｌ_２および／またはＡｌＣｌ_３とを含むも
のを用いることにより、気化器に付着した金属を有効に
除去することができるとともに、ＡｌＣｌ_３が存在する
場合には、副生成物として蒸気圧の低いＡｌＣｕＣｌ_２
を生成させることができるので、この副生成物を気体状
態で容易に排出することができる。

【００１５】

【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。

【００１６】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にはターボ分子
ポンプ９が接続されている。また、ターボ分子ポンプ９
に至る排気路には、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。ターボ分子ポ
ンプ９の下流側には、バルブ１１を介してドライポンプ
１２が接続されている。これらターボ分子ポンプ９およ
びドライポンプ１２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。

【００１７】チャンバー１の天壁１ａには、シャワーヘ
ッド１３が取り付けられている。シャワーヘッド１３
は、その内部に空間１３ａを有しており、またその下壁
には多数のガス吐出孔１３ｂを有している。このシャワ
ーヘッド１３の側壁には、原料導入ポート１４が形成さ
れており、この原料導入ポート１４には配管１５が接続
されている。配管１５はバルブ１６を介して気化器１７
に接続されている。

【００１８】気化器１７には配管１８を介して後述する
成膜原料供給系２０が接続されており、そこから供給さ
れる液体の有機銅化合物であるＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶ
ＳまたはＣｕ（ｈｆａｃ）ＡＴＭＳが気化器１７で気化
される。そして、気化器１７で気化された原料が配管１
５を介してシャワーヘッド１３のガス吐出孔１３ｂから
吐出され、ウエハＷ上にＣｕ膜が形成される。この場合
に、気化器１７内においてＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳま
たはＣｕ（ｈｆａｃ）ＡＴＭＳは６０℃程度に加熱され
るが、その際の熱伝達用のキャリアガス（例えば、Ｈｅ
ガス、Ｈ_２ガス）が配管５０を介して気化器１７に供給
される。なお、配管５０にはバルブ５１が設けられてい
る。

【００１９】一方、気化器１７には、配管１９を介し
て、気化器１７に付着した金属Ｃｕを除去するためのク
リーニング物質を気化器１７に供給するためのクリーニ
ング物質供給系３０が接続されている。

【００２０】成膜原料供給系２０は、図２に示すよう
に、成膜原料として、液体の有機銅化合物であるＣｕ
（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳまたはＣｕ（ｈｆａｃ）ＡＴＭＳ
が貯留された原料タンク（成膜原料供給源）２１を備え
ている。原料タンク２１には成膜原料を圧送するための
加圧管２２が接続されており、この加圧管２２にはバル
ブ２３が設けられている。一方、配管１８の気化器１７
と反対側の端部は、原料タンク２１内の原料に浸漬され
ており、加圧管２２からの加圧ガスによって加圧された
原料タンク２１内の液体原料は配管１８によって導かれ
る。配管１８には、上流側から、バルブ２４、液体マス
フローコントローラ（ＬＭＦＣ）２５、バルブ２６が設
けられている。

【００２１】クリーニング物質供給系３０は、図２に示
すように、配管１９から分岐するように、配管３４，４
２，４５，４８が設けられており、これら配管の他端側
には、それぞれ、Ｈ（ｈｆａｃ）またはＨ（ａｃａｃ）
を貯留するタンク３１、Ｈ_２ボンベ４１、Ｃｌ_２ボンベ
４４、ＡｌＣｌ_３ボンベ４７が接続されており、クリー
ニング物質として、Ｈ（ｈｆａｃ）またはＨ（ａｃａ
ｃ）、Ｈ_２ガス、Ｃｌ_２ガス、ＡｌＣｌ_３ガスが供給可
能となっている。そして、このクリーニング物質供給系
３０から気化器１７にこれらクリーニング物質を供給し
て気化器１７に付着したＣｕを除去するようになってい
る。

【００２２】上記タンク３１には加圧管３２が接続され
ており、この加圧管３２にはバルブ３３が設けられてい
る。一方、配管３４の端部はタンク３１内のＨ（ｈｆａ
ｃ）またはＨ（ａｃａｃ）に浸漬されており、これらが
加圧管３２からの加圧ガスによる加圧によって配管３４
に導かれる。配管３４には、上流側から、バルブ３５、
液体マスフローコントローラ（ＬＭＦＣ）３６、バルブ
３７、気化器３８、バルブ３９が設けられている。Ｈ
（ｈｆａｃ）またはＨ（ａｃａｃ）は気化器３８に気化
されるので、Ｈ（ｈｆａｃ）またはＨ（ａｃａｃ）をガ
ス状態にして気化器１７に導くことができる。なお、気
化器３８にも気化器１７と同様、熱伝達用のキャリアガ
スが導入される。また、上記配管４２，４５，４８の途
中には、それぞれ、バルブ４３，４６，４９が設けられ
ており、これらバルブを開閉することによりクリーニン
グ物質を所望の配合のものにすることができる。

【００２３】上記配管１５は、気化器１７から下流側に
延びシャワーヘッド１４に至るが、この配管１５から分
岐し、チャンバー１をバイパスしてドライポンプ１２に
至るバイパス管５３が設けられている。バイパス管５３
の分岐部分近傍にはバルブ５２が設けられており、この
バルブ５２と配管１５のバルブ１６のいずれかを開にす
ることにより、配管１５およびバイパス管５３のいずれ
かに気化器１７からのガスを流すことができる。そし
て、クリーニング物質により気化器１７をクリーニング
した際のクリーニング物質がバイパス管５３に流される
ようになっている。バイパス管５３のドライポンプ１２
近傍の下流側部分にはバルブ５４が設けられている。ま
た、チャンバー１の底壁１ｂの側壁近傍部分には、バイ
パス管５３のバルブ５４下流側の部分に接続される配管
５５が設けられている。この配管５５の途中にはバルブ
５６が設けられている。

【００２４】配管１５の周囲にはヒーター６１が巻回さ
れており、またシャワーヘッド１３の内壁にはヒータ６
２が設けられている。これらによって配管１５内および
シャワーヘッド１３内を加熱することにより、気化器１
７からチャンバー１に供給されるガスが液化されること
を防止するようになっている。また、バイパス管５３の
バルブ５４に至るまでの部分には、ヒーター６３が巻回
されており、これによってバイパス管５３内を加熱する
ことにより、気化器１７をクリーニングした際に生成す
るクリーニング生成物が液化または固化することを防止
して速やかに排気することができる。

【００２５】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、ターボ分子ポンプ９およびドライポンプ１２によ
りチャンバー１内を減圧しつつ、成膜原料供給系２０の
原料タンク（成膜原料供給源）２１から液体状の有機銅
化合物原料、例えば、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳまたは
Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＡＴＭＳを気化器１７でガス化して、
配管１５および原料導入ポート１４を介してシャワーヘ
ッド１３内に導入し、多数のガス吐出孔１３ａからチャ
ンバー１内へ導入する。なお、この場合には、成膜原料
をシャワーヘッド１３に導入可能なように、バルブ１６
を開き、バルブ５２は閉じている。また、ヒーター６
１，６２により成膜原料ガスが液化することが防止され
ている。

【００２６】このように、チャンバー１内にＣｕ（ｈｆ
ａｃ）ＴＭＶＳやＣｕ（ｈｆａｃ）ＡＴＭＳ等の有機銅
化合物からなる成膜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。

【００２７】このようにして成膜処理を繰り返すと、気
化器１７およびチャンバー１の内壁には、金属Ｃｕが付
着する。特に、気化器１７の内部に金属Ｃｕが付着する
と目詰まりを生じ、チャンバー１内に原料ガスを有効に
供給することができない事態が生じる。

【００２８】このため、本実施形態では、所定回数の成
膜処理が行われた後、チャンバー１内にウエハＷがない
状態で、上述したように、配管１９を介して気化器１７
に接続されたクリーニング物質供給系３０から適宜のク
リーニング物質を気化器１７内に供給して気化器１７内
の金属Ｃｕを除去する。

【００２９】ここでは、上述したように、タンク３１か
らは、Ｈ（ｈｆａｃ）またはＨ（ａｃａｃ）が気化器３
８で気化された状態で供給可能であり、Ｈ_２ボンベ４
１、Ｃｌ_２ボンベ４４、ＡｌＣｌ_３ボンベ４７から、そ
れぞれＨ_２ガス、Ｃｌ_２ガス、ＡｌＣｌ_３ガスが供給可
能となっている。そして、クリーニング物質としてＨ
（ｈｆａｃ）およびＣｌ_２ガスを用いた場合には、以下
の（１）式の反応が生じる。 2Cu＋2Cl_２＋2H(hfac)→Cu^＋＋(hfac)_２＋2HCl＋CuCl_２ ……(1) すなわち、気化器１７に付着したＣｕがクリーニング生
成物であるＣｕ^＋＋（ｈｆａｃ）_２となって除去され
る。

【００３０】上記の場合には、Ｃｕは除去されるが、固
体の副生成物であるＣｕＣｌ_２ が残留するおそれがあ
る。これを残留させないためには、クリーニング物質と
してＨ（ｈｆａｃ）、Ｃｌ_２ガス、およびＨ_２ガスを用
いればよい。この場合には、以下の（２）式の反応が生
じる。 Cu＋Cl_２＋2H(hfac)＋2H^＊→Cu^＋＋(hfac)_２＋2HCl＋H_２ ……(2) この式に示すように、この場合には、実質的にＣｕＣｌ
_２ を生じさせずに気化器１７に付着した金属Ｃｕを除
去することができる。

【００３１】また、クリーニング物質としてＨ（ｈｆａ
ｃ）およびＣｌ_２ガスに加えて、またはＣｌ_２ガスの代
わりにＡｌＣｌ_３ガスを用いることにより、蒸気圧の高
いＣｕＣｌ_２ に代えて、蒸気圧の低いＡｌＣｕＣｌ_５
を生成させることができるので、クリーニング生成物と
ともに排出することができる。

【００３２】なお、Ｈ（ｈｆａｃ）の代わりにＨ（ａｃ
ａｃ）を用いても、Ｈ（ｈｆａｃ）と同様な反応が生
じ、同様の効果を得ることができる。

【００３３】このように気化器１７にクリーニング物質
を導入する際に、バルブ５２を開け、バルブ１６を閉じ
ることにより、クリーニング生成物および副生成物をチ
ャンバー１内を通らずにバイパス管５３を介してドライ
ポンプ１２により系外に排出することができる。すなわ
ち、チャンバー１に何等影響を与えることなく、気化器
１７のみをクリーニングすることができる。この場合
に、ヒーター６３によりバイパス管５３内を２００℃以
上に加熱することにより、クリーニング生成物であるＣ
ｕ^＋＋（ｈｆａｃ）_２を気体状態で排出させることがで
きる。

【００３４】また、バルブ１６を開けることにより、ク
リーニング物質を気化器１７から配管１５およびシャワ
ーヘッド１３を通ってチャンバー１内に導入することが
でき、気化器１７で未反応のクリーニング物質をチャン
バー１内のクリーニングに用いることもできる。この場
合に、ヒーター６１，６２、およびヒーター５により配
管１５およびシャワーヘッド１３の内部、ならびにサセ
プター２を２００℃以上に加熱することによってクリー
ニング生成物であるＣｕ^＋＋（ｈｆａｃ）_２を気体状態
で配管５５を介して排出させることができる。

【００３５】このように、本実施形態では、液体状の成
膜原料である有機銅化合物を気化する気化器１７にクリ
ーニング物質を直接導入するので、気化器１７に付着し
た金属Ｃｕを有効に除去することができ、気化器１７の
目詰まりを解消することができる。また、気化器１７を
介してさらにチャンバー１内にもクリーニング物質を導
入すれば、チャンバー１内をもクリーニングすることが
可能である。

【００３６】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。

【００３７】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、Ｃｕに限らず、Ａｌ、Ｔｉ等
他の金属膜を成膜する場合であっても適用可能である。

【００３８】さらに、上記実施形態では、クリーニング
物質の一つとしてＣｌ_２ガスを用いたが、これに限らず
Ｆ_２ガス等、他のハロゲンガスを用いても同様の効果を
得ることができる。

【００３９】さらに、上記実施形態では成膜対象として
半導体ウエハを用いた場合について示したが、本発明の
性質上、成膜対象によらないことは明らかであり、ＬＣ
Ｄ基板等、他の成膜対象の場合でも適用できることは言
うまでもない。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、液
体状または個体状の金属化合物を含む成膜原料を気化す
る気化器にクリーニング物質を直接導入するので、気化
器に付着した金属をクリーニングすることができ、気化
器の目詰まりを有効に解消することができる。また、気
化器を介してさらにチャンバー内にもクリーニング物質
を導入すれば、チャンバー内をもクリーニングすること
が可能である。

【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に示した装置の成膜原料供給系およびクリ
ーニング物質供給系を示す図。

【符号の説明】

１……チャンバー ２……サセプター ５……ヒーター １３……シャワーヘッド １５，１８……配管 １７……気化器 ２０……成膜原料供給系 ２１……原料タンク（成膜原料供給源） ３０……クリーニング物質供給系 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 BA01 CA04 DA06 EA01 EA11 KA25

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理体を収容するチャンバーと、 液体状または固体状の金属化合物を含む成膜原料を前記
   チャンバーに向けて送出する成膜原料供給源と、 前記成膜原料供給源から前記チャンバーへ成膜原料を供
   給する成膜原料供給路と、 前記成膜原料供給路の途中に設けられ、前記液体状また
   は固体状の金属化合物を気化させてチャンバー内にガス
   状の成膜原料を供給する気化器と、 クリーニング物質を前記気化器に供給するクリーニング
   物質供給系と、 前記チャンバー内を排気する排気手段とを具備すること
   を特徴とする成膜装置。
2. 【請求項２】 前記気化器からチャンバーに至る供給路
   を加熱する供給路加熱手段をさらに有することを特徴と
   する請求項１に記載の成膜装置。
3. 【請求項３】 前記気化器から前記排気手段へバイパス
   するバイパス路と、前記気化器からチャンバーへ至る供
   給路および前記バイパス路のいずれかに切り換える切換
   手段をさらに具備することを特徴とする請求項１または
   請求項２に記載の成膜装置。
4. 【請求項４】 前記バイパス路を加熱するバイパス路加
   熱装置をさらに有することを特徴とする請求項３に記載
   の成膜装置。
5. 【請求項５】 液体状または固体状の金属化合物を含む
   成膜原料を気化器により気化させてチャンバー内に供給
   し、チャンバー内の被処理体に金属膜を成膜する成膜装
   置におけるクリーニング方法であって、 前記気化器にクリーニング物質を導入することを特徴と
   するクリーニング方法。
6. 【請求項６】 前記クリーニング物質は、Ｈ（ｈｆａ
   ｃ）またはＨ（ａｃａｃ）と、ハロゲンガスとを含むこ
   とを特徴とする請求項５に記載のクリーニング方法。
7. 【請求項７】 前記クリーニング物質は、Ｈ（ｈｆａ
   ｃ）またはＨ（ａｃａｃ）と、ハロゲンガスと、水素ガ
   スとを含むことを特徴とする請求項５に記載のクリーニ
   ング方法。
8. 【請求項８】 前記ハロゲンガスは、Ｃｌ_２ガスまたは
   Ｆ_２ガスであることを特徴とする請求項６または請求項
   ７に記載のクリーニング方法。
9. 【請求項９】 前記クリーニング物質は、Ｈ（ｈｆａ
   ｃ）またはＨ（ａｃａｃ）と、Ｃｌ_２および／またはＡ
   ｌＣｌ_３とを含むことを特徴とする請求項５に記載のク
   リーニング方法。