JP2001152344A

JP2001152344A - 化学蒸着装置

Info

Publication number: JP2001152344A
Application number: JP33776399A
Authority: JP
Inventors: Noriyoshi Shimizu; 紀嘉清水; Nobuyuki Otsuka; 信幸大塚; Osamu Okada; 修岡田; Susumu Akiyama; 進秋山
Original assignee: Fujitsu Ltd; Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp; Fujitsu Ltd
Priority date: 1999-11-29
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2001-06-05
Anticipated expiration: 2019-11-29
Also published as: JP4635266B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】加熱された当該基板の表面に液体原料ガスを
供給する原料ガス供給系を備えている化学蒸着装置にお
いて、Ｃｕ膜上以外のＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ等の下地膜
上に、５００〜１０００オングストロームの比較的薄い
シード膜を形成する際、最終膜厚分布を決定してしまう
初期段階の均一な核形成を、基板全面に均一に進行させ
る。【解決手段】基板ホルダーに保持されている処理され
るべき基板の表面に原料ガスを供給する原料ガス供給系
の当該基板に対向して、なおかつその中心が当該基板の
中心と同軸上になる位置に配置されているガス導入口の
内径を，処理されるべき基板の直径の１／１２乃至１／
８にすると共に、原料ガス導入口に連設されて前記処理
されるべき基板側に向けて徐々に拡径しつつ開口してい
るガス供給室の前記基板に対向している内面に、複数の
孔が穿設されている円盤状ガス整流板を、前記基板に対
向して取り付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願の発明は、常温常圧で液
体である有機金属化合物を原料とし、これを気化させ、
反応性ガスの化学反応を利用してＣｕ（銅）薄膜を作製
する化学蒸着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】大規模集積回路（ＬＳＩ）や液晶ディス
プレイ（ＬＣＤ）等の製作においては、基板の表面に所
定の薄膜を作製する工程が存在する。このような薄膜の
作製においては、必要な組成の薄膜を比較的自由に作製
できることから、反応性ガスの化学反応を利用して薄膜
を作製する化学蒸着方法（ＣＶＤ）を用いることが広く
行われている。

【０００３】図４は、このような従来の化学蒸着装置の
構成を示した正面概略図である。図４に示す装置は、排
気系８を備えた真空容器１と、真空容器１内の所定の位
置に処理される基板２０を保持する基板ホルダー２と、
基板２０を所定温度に加熱する加熱手段３と、加熱され
た基板２０の表面に原料ガスを供給する原料ガス供給系
４とを備え、基板２０の表面又は表面近傍における化学
反応を利用して当該表面に所定の薄膜を作製するように
構成されている。

【０００４】最近の金属材料の成膜では、常温常圧で液
体である有機金属化合物を原料として使用するＣＶＤが
盛んに研究されている。例えば、配線用の金属材料の分
野では、高マイグレーション耐性で、低比抵抗を有する
銅（Ｃｕ）が次世代の配線材料として有力視されている
が、ＣｕのＣＶＤ成膜では、〔トリメチルビニルシリ
ル〕ヘキサフルオロアセチルアセトン酸塩銅（以下、Ｃ
ｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）と略す）等の常温常圧で液
体である有機金属化合物を原料として使用することがあ
る。

【０００５】図４には、このような液体原料を使用する
装置が例示されている。即ち、原料ガス供給系４は、液
体原料を溜めた原料容器４１から送液用配管４１１、バ
ルブ４１２を介して送られる液体原料を気化させる気化
器４２と、気化器４２で気化した原料ガスを真空容器１
に送るガス導入用配管４２１、バルブ４２２や、不図示
の流量調整器と、ガス導入用配管４２１の終端に接続す
るようにして真空容器１内に設けられたシャワーヘッド
４３とから主に構成されている。シャワーヘッド４３
は、ガス導入用配管４２１に連通した内部空間を有する
円盤状の部材である。このシャワーヘッド４３は、基板
ホルダー２に保持された基板２０に対向する面にガス吹
き出し孔４３０を多数有して、ガス吹き出し孔４３０か
ら原料ガスを吹き出させて真空容器１内に導入するよう
になっている。なお、原料ガス供給系４には、原料ガス
を真空容器１に効率良く導くために原料ガスに混合する
キャリアーガスを導入するキャリアーガス導入系５が接
続されている。また、真空容器１の外壁面には、原料ガ
スの液化を防止するヒータ７が設けられている。

【０００６】上記構成に係る従来の化学蒸着装置の動作
について、Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）を原料として
使用した銅のＣＶＤ成膜を例にとって説明する。まず、
基板２０を基板ホルダー２に支持させ、加熱手段３によ
り１００〜３００℃程度の温度に基板２を加熱する。こ
の状態で、Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）を気化器４２
により気化させ、キャリアーガスとして水素ガス等を混
合してシャワーヘッド４３のガス吹き出し孔４３０から
吹き出させて真空容器１内に導入する。導入されたＣｕ
（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）のガスは、基板２０に到達
し、分解を含む所定の反応が熱によって生じて基板２０
の表面にＣｕの膜が堆積する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記構成に係る従来の
化学蒸着装置においては、生産性の向上のため、成膜速
度を上げることが重要な課題となっている。ここで、一
般的に、化学蒸着装置において、化学反応は供給律速で
あり、薄膜を堆積する際の前駆体としての原料ガスの供
給量によって成膜速度は決まる。また、従来の化学蒸着
装置のように、常温常圧で液体の原料を使用する場合、
原料ガスの供給量は、液体原料を気化させる気化器の気
化効率に大きく依存している。

【０００８】気化効率を決める重要なパラメーターは、
気化器内部の圧力であり、圧力が低い場合には気化効率
は高いが、圧力が高くなるにつれて気化効率が低下す
る。従来の化学蒸着装置においては、このことが原料ガ
スの供給量を増加させることによって成膜速度を上げる
上での重要な問題となっていた。

【０００９】この点については、図４にあるような従来
のシャワーヘッドの方式から、特開平１０−６０６５０
号で提案された方式により、下地として、スパッタリン
グ法、又は、化学蒸着法のいずれかの手法で成膜された
Ｃｕ膜上に成膜する場合、原料ガスが均一に、しかも、
効率良く十分に供給できるようになったので、均一性の
良い銅薄膜を、しかも、高い成膜速度で作製することが
可能になった。特に、特開平１０−６０６５０号で提案
された方式によれば、半導体の配線構造におけるトレン
チ溝やビアホール等の埋め込み工程では、優れた特性が
発揮されることが確認されている。

【００１０】ところで、半導体のＣｕ配線の製造工程に
は、上記のようなＣＶＤ法による銅（Ｃｕ）の埋め込み
工程とは別に、ＴｉＮ、Ｔａ、もしくはＴａＮなどのよ
うなバリア膜上に、その後の工程となる電解メッキ等に
よる埋め込み工程を良好なものにするため、５００〜１
０００オングストロームの比較的薄いＣｕ膜（シード
膜、Ｓｅｅｄ膜）を形成させる工程がある。

【００１１】しかし、下地がＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ等の
バリア膜上に薄いシード膜を形成する場合、膜形成の初
期段階において、基板の周辺部においてＣｕの核の発生
密度が小さくなり、この初期段階における状態は、最終
的なＣｕ膜の膜厚分布を決定してしまい、結果的に良質
なシード膜としてのＣｕ膜を得られないという新たな不
具合が生じた。

【００１２】つまり、特開平１０−６０６５０号で提出
された方式は、原料ガスを基板上へ均一で大量に供給す
ることができるため、高速成膜実現の課題を解決した
が、Ｃｕ膜上以外のＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ等の下地膜上
に、５００〜１０００オングストロームの比較的薄いシ
ード膜を形成する場合には、最終膜厚分布を決定してし
まう初期段階の均一で高密度な核形成が困難であるとい
う新たな改善すべき課題が残った。

【００１３】本発明は、前記のように残された新たな改
善すべき課題の解決を目指すものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前述した特開平１０−６
０６５０号で提案されている基本的な構成の化学蒸着装
置において、基板ホルダーに保持されている処理される
べき基板の表面に原料ガスを供給する原料ガス供給系の
当該基板に対向して、なおかつその中心が当該基板の中
心と同軸上になる位置に配置されているガス導入口の内
径の、処理されるべき基板直径に対する好ましい比率を
定めると共に、原料ガス導入口に連設されて前記処理さ
れるべき基板側に向けて徐々に拡径しつつ開口している
ガス供給室の前記基板に対向している内面に、複数の孔
が穿設されている円盤状のガス整流板を、前記基板に対
向して取り付けることによって前記課題の解決を図った
ものである。

【００１５】すなわち、このようなＣｕ膜の高速成膜を
実現し得る構成を採用することによって、特開平１０−
６０６５０号で提案されているガス供給室内面の特徴的
な形状による作用とあいまって、ガス導入口から供給さ
れた原料ガスを、前記ガス整流板を通過した後、均一で
しかも一定な流速を有する原料ガス流として基板に衝突
させ、当該基板上で均一に、効率良く定着させて、基板
全面に、なおかつ均一で高密度な、初期の核形成を進行
させるようにしたのである。

【００１６】

【作用】すなわち、本発明が提案する化学蒸着装置は、
排気系を有する真空容器と、真空容器内の所定の位置に
処理される基板を保持する基板ホルダーと、当該基板を
所定温度に加熱する加熱手段と、当該基板に対向する位
置に原料ガス導入口を有していて、加熱された当該基板
の表面に原料ガスを供給する原料ガス供給系とを備えて
いる点、また、イ）原料ガス供給系の前記原料ガス導入
口は、その中心軸が前記処理される基板の中心と同軸上
になる位置に配置されており、当該原料ガス導入口に前
記処理される基板側に向けて徐々に拡径しつつ開口して
いるガス供給室が連設されており、ロ）当該ガス供給室
の前記基板に対向している内面は、前記原料ガス導入口
の中心軸上に頂点を有する円錐の傾斜面を成している、
あるいは、ロ）当該ガス供給室の前記基板に対向してい
る内面は、前記原料ガス導入口の中心軸上に頂点を有す
る円錐状の曲面を成して、当該内面の任意の点における
前記原料ガス導入口の中心軸からの距離をｒ、その点に
おける前記基板との距離をｈとしたとき、ｒとｈの積が
ｒの大きさにかかわらずほぼ一定である双曲線を、前記
原料ガス導入口の中心軸の回りに回転させて得られる回
転双曲面に形成されている構成を採用し、これらによっ
て、原料ガスを処理すべき基板上へ均一に、しかも大量
に供給できる構造としている点において、特開平１０−
６０６５０号で提出された方式と同様である。

【００１７】そして、本発明が提案する化学蒸着装置
は、このような構成の化学蒸着装置において、更に、
ハ）前記ガス導入口の内径の、処理される基板の直径に
対する比は１／１２乃至１／８であり、ニ）前記ガス供
給室の前記基板に対向している内面に、複数の孔が穿設
されている円盤状のガス整流板が、前記基板に対向して
取り付けられている、という特徴的な構成を具備してい
るものである。

【００１８】すなわち、本発明が提案する化学蒸着装置
は、ガス供給室の前記基板に対向している内面（以下
「対向面」という）が、流体力学の観点から設計された
円錐の傾斜面または円錐状の曲面を成している点で、特
開平１０−６０６５０号で提出された方式と同様であ
り、原料ガスを処理すべき基板へ均一にしかも大量に供
給できる構造は、特開平１０−６０６５０号で提案され
た考え方を採用したものである。

【００１９】本発明の化学蒸着装置に特徴的な、ガス供
給室の対向面に、基板に対向して取り付けられている、
複数の孔が穿設されている円盤状のガス整流板によっ
て、本発明の化学蒸着装置におけるガス供給室は、基板
に向かっている開口側が前記円盤状のガス整流板によっ
て塞がれている、いわば漏斗状の形状となっている（図
１）。ガス導入用配管の終端であるガス導入口から基板
ホルダー側に向かって、漏斗状に広がるガス供給室の対
向面が、基板と対向する位置で、複数の穴が穿設されて
いるガス整流板により仕切られるため、ガス供給室内に
充満する高濃度の原料ガスは、漏斗状形態の効果によ
り、ガス整流板を通過した後、均一でしかも一定な流速
を有する原料ガス流となって、基板に衝突する。その結
果、衝突した原料ガスは、基板上に、均一に効率良く定
着するため、基板全面に均一でしかも高密度な初期の核
形成を進行させることが可能になるのである。

【００２０】ここで、本発明の化学蒸着装置において、
ガス導入口の内径の、処理されるべき基板の直径に対す
る比を１／１２乃至１／８とする理由は、常温常圧で液
体の原料を気化する気化器の気化効率を低下させないと
共に、最適のコンダクタンス及び処理されるべき基板上
への均一で、一定な流速を有する原料ガス流を実現させ
る上で、好ましいからである。具体的には、前記比率の
下限は、気化器の気化効率を低下させないという観点か
ら定められ、２００ｍｍのＳｉ基板に成膜する場合に
は、ガス導入口の内径を１７ｍｍ以上、３００ｍｍのＳ
ｉ基板に成膜する場合には、ガス導入口の内径を２５ｍ
ｍ以上とすることが好ましい。一方、前記比率の上限
は、最適のコンダクタンス及び処理されるべき基板上へ
の均一で、一定な流速を有する原料ガス流を実現させる
という観点から定められ、２００ｍｍのＳｉ基板に成膜
する場合には、ガス導入口の内径を２５ｍｍ以下、３０
０ｍｍのＳｉ基板に成膜する場合には、ガス導入口の内
径を３７．５ｍｍ以下とすることが好ましい。

【００２１】なお、前記の本発明の化学蒸着装置におい
て、ガス整流板の直径の、ガス導入口の内径に対する比
は、常温常圧で液体の原料を気化する気化器の気化効率
を低下させないと共に、最適のコンダクタンス及び処理
されるべき基板上への均一で、一定な流速を有する原料
ガス流を実現させる上で、８乃至１２としておくことが
望ましい。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好ましい実施の形態を説明する。

【００２３】図１に示す装置は、排気系８を備えた真空
容器１と、真空容器１内の所定の位置に処理する基板２
０を保持する基板ホルダー２と、基板２０を所定温度に
加熱する加熱手段３と、加熱された基板２０の表面に原
料ガスを供給する原料ガス供給系４とを備え、基板２０
の表面における化学反応を利用して当該表面に所定の銅
薄膜を作製するよう構成されている。

【００２４】真空容器１は、不図示のゲートバルブ等を
備えた気密な容器である。真空容器１の外壁面にはヒー
タ７が付設されている。このヒータ７は、後述する原料
ガス供給系４により供給された原料ガスが真空容器１の
内壁面で結露しないよう、真空容器１を加熱するための
ものである。排気系８は、油拡散ポンプやターボ分子ポ
ンプなどの真空ポンプ（図示していない）を備えて、真
空容器１内を１×１０ ^−２Ｐａ程度以下の圧力まで排気
可能に構成されている。

【００２５】基板ホルダー２は、上面に基板２０を載置
して保持するものであり、静電気により基板２０を吸着
する不図示の静電吸着機構が必要に応じて設けられる。
加熱手段３は、例えば、抵抗加熱方式のものが使用さ
れ、所定の化学反応を生ずるのに必要な温度に基板２０
を加熱する。例えば、原料が、Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍ
ｖｓ）である場合、１５０℃〜２５０℃程度の範囲で加
熱する。

【００２６】図１図示の装置は、例えば、Ｃｕ（ｈｆａ
ｃ）（ｔｍｖｓ）のような常温常圧で液体である原料を
使用するものであり、原料ガス供給系４は、この液体の
原料を気化させて基板２０に供給するよう構成されてい
る。具体的には、原料ガス供給系４は、液体である原料
を溜めた原料容器４１と、原料容器４１から送液用配管
４１１、バルブ４１２を介して運ばれた液体原料を気化
させる気化器４２、気化器４２で気化させた原料をガス
導入用配管４２１、バルブ４２２を介して真空容器１内
に導く構成になっている。なお、送液用配管４１１、バ
ルブ４１２によって繋がれている原料容器４１と気化器
４２との間、ガス導入用配管４２１、バルブ４２２によ
って繋がれている気化器４２と真空容器１との間には、
それぞれ、不図示の液体流量調整器等を設けることがで
きる。また、原料ガス供給系４には、原料ガスを真空容
器１に効率良く導くために原料ガスに混合するキャリア
ーガスを導入するキャリアーガス導入系５が接続されて
いる。また、ガス導入用配管４２１には、ヒータ４２３
が付設されており、ガス導入用配管４２１の温度を所定
の温度に加熱して内部での原料ガスの液化を防止するよ
うになっている。

【００２７】ガス導入用配管４２１の終端であるガス導
入口４４１は、基板２０の中心と同軸上に位置し、この
ガス導入口４４１には、基板ホルダー２に向かって、漏
斗状に拡径しつつ開口するガス供給室４４が連設されて
いる。すなわち、ガス供給室４４の対向面４４２は、基
板の中心と同軸上に頂点を有する円錐の斜面、もしく
は、円錐状の曲面の一部を成す形状となっている。

【００２８】図１、図３図示の装置においては、ガス供
給室４４の対向面４４２は、基板の中心と同軸上に頂点
を有する円錐の斜面として形成され、図２図示の装置に
おいては、ガス供給室４４の対向面４４２は、円錐状の
曲面の一部を成す形状、すなわち、対向面４４２におけ
る任意の点（Ｐ）の基板中心軸（すなわち、ガス導入口
４４１の中心軸）からの距離をｒ、その点Ｐにおける基
板２０との距離をｈとしたとき、ｒとｈの積がｒの大き
さにかかわらずほぼ一定である双曲線を基板２０の中心
（すなわち、ガス導入口４４１の中心）と同軸上の回転
軸の回りに回転させて得られる回転双曲面になってい
る。

【００２９】以上説明した本発明の化学蒸着装置の基本
的な構成は、特開平１０−６０６５０号で提案されてい
る構成と同様である。

【００３０】本発明の化学蒸着装置に特徴的な構成は、
ガス導入口４４１の内径の、基板２０の直径に対する比
が１／１２乃至１／８に定められており、更に、ガス供
給室４４の内面の基板２０と対向する位置に、複数の穴
が穿設されたガス整流板６が取り付けられている点にあ
る。

【００３１】こうしてガス整流板６によって仕切られ
た、その下側（基板２０側）が薄膜形成領域２１にな
る。

【００３２】尚、本発明の化学蒸着装置を構成する材質
については、ガス整流板６を除いたガス供給室４４は、
ステンレスやアルミニウム、銅等の金属で形成され、表
面がアルマイト処理されていても構わない。ガス整流板
との接合性に問題が無ければ、石英製の場合もある。

【００３３】次に、図３を用いてガス整流板６について
説明する。図３は、ガス供給室４４の対向面４４２が、
基板の中心と同軸上に頂点を有する円錐の斜面として形
成されている実施例を表すものであるが、以下の説明
は、ガス供給室４４の対向面４４２が、原料ガス導入口
４４１の中心軸上に頂点を有する円錐状の曲面を成し
て、対向面４４２の任意の点における原料ガス導入口４
４１の中心軸からの距離をｒ、その点における基板２０
との距離をｈとしたとき、ｒとｈの積がｒの大きさにか
かわらずほぼ一定である双曲線を、原料ガス導入口４４
１の中心軸の回りに回転させて得られる回転双曲面に形
成されている場合にも適用されるものである。

【００３４】ガス整流板６の大きさ（直径＝２×半径：
Ｒ）は、基板２０の直径（２×半径：Ｗ）とほぼ同等で
ある。

【００３５】本願発明のようなガス整流板６を用いない
場合では、前述のとおり、下地がＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ
等のバリア膜上に薄いシード膜を形成するとき、Ｃｕ
（銅）膜形成の初期段階において、基板２０の周辺部の
Ｃｕの核発生密度が小さくなる。その原因については、
現在十分解明されていないが、次のように推定されてい
る。つまり、本願発明のようなガス整流板６を用いない
場合、ガス導入口４４１から噴出した高濃度の新しい原
料ガス流は、常に基板周辺部よりも先に基板中央部の表
面に衝突するため、基板中央部では周辺部に比べ、先に
核形成が進行してしまう。しかし、本願発明のようなガ
ス整流板６がある場合には、高濃度の原料ガスを均一
で、しかも一定の流速を有する原料ガス流の状態で基板
２０に衝突させることが可能となる。

【００３６】従って、基板全面への均一な原料ガス流の
供給が確保されることにより、ガス整流板６の大きさ
（直径）は、高価な原料ガスの最適な消費効率上、必要
以上に大口径にする必要がなく、前記の通り基板２０の
大きさ（直径）とほぼ同程度であればよい。

【００３７】ガス整流板６の厚さについては、構造的な
強度の面と後述のコンダクタンスとの関係で、５〜１５
ｍｍ程度で、材質については、熱伝導性の良い銅、もし
くは、アルミニウム、もしくはこれらを主成分とする合
金が望ましい。

【００３８】又、ガス整流板６は、不図示のクリーニン
グガス用のガス導入系により、ｉｎ−ｓｉｔｕで定期的
なクリーニングをすることが可能であるが、最も簡略な
ねじ止め方式等の、機械的にガス供給室４４から取り外
しが可能な構造を有することもできる。

【００３９】ガス整流板６に穿設される孔についてであ
るが、コンダクタンスの面からは、常温常圧で液体の原
料を気化する気化器の気化効率を低下させないと共に、
最適のコンダクタンス及び処理されるべき基板２０上へ
の均一で、一定な流速を有する原料ガス流を実現させる
という観点から、その内径の基板２０の直径に対する比
が１／１２乃至１／８に定められているガス導入口４４
１にガス供給室４４が接続されるのであるから、当該ガ
ス導入口４４１及びこれに接続されているガス導入用配
管４２１と同じコンダクタンスを持つように、ガス整流
板６に複数の孔を穿設すれば十分である。

【００４０】しかし、実際には、等コンダクタンスよ
り、少しコンダクタンスを小さめにして、僅かな圧力差
を持たせた方が、基板２０上に良好なＣｕの初期的な核
形成を実現できる。実際にはガス導入口４４１における
コンダクタンスに対して、１／２〜１／３ぐらいのコン
ダクタンスをガス整流板６が有するように、ガス整流板
６に穿設される孔を形成することが、基板２０上に良好
なＣｕの初期的な核形成を実現させる上で、望ましい。

【００４１】具体的には、ガス導入口４４１の内径の基
板２０直径に対する比が１／１２乃至１／８で（すなわ
ち、ガス導入口４４１の内径のガス整流板６の直径に対
する比が１／１２乃至１／８で）、ガス整流板６の厚み
が１０ｍｍであり、形状が円筒形を想定した場合、ガス
整流板６に設ける孔は、φ１．５ｍｍのとき、約５ｍｍ
間隔で、φ２．０ｍｍのとき、ほぼ８〜１０ｍｍ間隔で
配列させると、上述の所望のコンダクタンスが得られ
る。

【００４２】次に、本実施形態の装置の全体の動作を図
１、２により説明する。

【００４３】まず、不図示のゲートバルブを通して基板
２０を真空容器１内に搬入し、基板ホルダー２の表面に
載置して保持させる。この際、加熱手段３が、予め動作
して基板ホルダー２を加熱しており、基板２０は、基板
ホルダー２に載置されることで、１５０℃から２５０℃
程度の範囲の温度に加熱される。並行して、排気系８が
動作して真空容器１内を１×１０^−２Ｐａ程度まで排気
した後、原料ガス供給系４を動作させ、原料ガスを基板
２０に供給する。尚、真空容器１に、ロードロックチャ
ンバー等の補助チャンバーが配設される場合、補助チャ
ンバーと真空容器１内と同程度の圧力まで排気した後、
基板２０を補助チャンバーから真空容器１内に搬入し、
その後ゲートバルブを閉じて原料ガスを供給するように
する。

【００４４】このように、本実施形態の装置によれば、
図４図示の従来装置のようなシャワーヘッドを使用せ
ず、気化器４２による気化効率を低下させない十分な内
径を有するガス導入口４４１を使用することで、この近
傍の圧力上昇を防止することができる。このため、気化
器４２内の圧力が高くなることが抑制され、気化器４２
の気化効率を高く維持することができる。しかも、流体
力学的検討を基に設計された漏斗状のガス供給室４４、
および、その上で、ガス導入口４４１に繋がるガス導入
用配管のコンダクタンスとの関係を考慮して前述のよう
に定められているガス整流板６のコンダクタンスによ
り、ガス整流板６を通過する原料ガス流を、均一でしか
も一定な流速として、基板２０に衝突させることができ
る。その結果、基板２０上に衝突した原料ガスは、均一
に、効率良く定着するため、確実に高密度な初期の核形
成が進行する。

【００４５】尚、成膜の具体例について、原料ガスとし
て、上述したＣｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）を用いて銅
の薄膜を作製する場合を例にとって説明すると、Ｃｕ
（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）を０．１７ｇ／ｍｉｎ．の流
量で供給し、基板２０を温度１７０℃に設定し、成膜圧
力を２ｋＰａとした。初期段階の核形成の効果を確認す
るため、２００ｍｍのＳｉ基板に下地としてスパッタリ
ングにより２０００オングストロームのＴｉＮ膜を作製
し、その上に、銅（Ｃｕ）を比較的薄く５００オングス
トロームの厚みで成膜した。

【００４６】結果は、肉眼的にも明らかに、銅特有の金
属光沢を有する、均一な鏡面状の成膜ができていること
を確認できた。

【００４７】以上、添付図面を参照して本発明の好まし
い実施の形態を説明したが、本発明は、前述した実施形
態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載し
た技術的思想の創作の範囲内で種々の態様に変更可能で
ある。

【００４８】

【発明の効果】本発明の形態の装置によれば、最適なコ
ンダクタンスを得つつ、常温常圧で液体の原料を気化さ
せる気化器の気化効率を高く維持することができるた
め、原料ガスの供給量を高めることができ、しかも、流
体力学的に計算されて設計された「漏斗」状のガス供給
室と最適なコンダクタンスを有するガス整流板とを組み
合わせて使用することにより、均一で一定の流速を有す
る原料ガス流を対向する基板上に衝突させることがで
き、その結果、半導体製造工程における薄い銅（Ｃｕ）
のシード層形成のような、下地がＣｕ以外の基板上に対
しても、均一で高密度なＣｕの初期の核形成が可能とな
り、このシード層上に引き続きＣｕを堆積させた結果、
２００ｍｍＳｉ基板で最終膜厚分布（Ｃｕ膜厚：１５０
０オングストローム）を測定したところ、±５％前後の
良好な値を示した。しかも、銅の金属光沢を有する均一
な鏡面状のＣｕ膜を作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の化学蒸着装置の好ましい実施例の構
成を説明する正面概略図。

【図２】この発明の他の化学蒸着装置の好ましい実施例
に採用されたガス供給室の構成を説明する一部を破切
し、一部を省略した概略斜視図。

【図３】図１に示す装置に採用されたガス供給室の構成
及び作用を説明する模式図。

【図４】従来の化学蒸着装置の構成を説明する正面概略
図。

【符号の説明】

１真空容器２基板ホルダー３加熱手段４原料ガス供給系６ガス整流板８排気系２０基板４４ガス供給室４４１ガス導入口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大塚信幸神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番１号富士通株式会社内 (72)発明者岡田修東京都府中市四谷５丁目８番１号アネルバ株式会社内 (72)発明者秋山進東京都府中市四谷５丁目８番１号アネルバ株式会社内Ｆターム(参考） 4K030 AA11 BA01 EA05 EA06 KA12 4M104 BB04 BB30 DD44 DD45 FF13 HH00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気系を有する真空容器と、真空容器内
の所定の位置に処理される基板を保持する基板ホルダー
と、当該基板を所定温度に加熱する加熱手段と、当該基
板に対向する位置に原料ガス導入口を有していて、加熱
された当該基板の表面に原料ガスを供給する原料ガス供
給系とを備え、更に、以下の特徴を備えた液体原料を気
化して前記基板上に銅薄膜を形成する化学蒸着装置。イ）原料ガス供給系の前記原料ガス導入口は、その中心
軸が前記処理される基板の中心と同軸上になる位置に配
置されていて、当該原料ガス導入口に前記処理される基
板側に向けて徐々に拡径しつつ開口しているガス供給室
が連設されており、ロ）当該ガス供給室の前記基板に対向している内面は、
前記原料ガス導入口の中心軸上に頂点を有する円錐の傾
斜面を成し、ハ）前記ガス導入口の内径の、処理される基板の直径に
対する比は１／１２乃至１／８であり、ニ）前記ガス供給室の前記基板に対向している内面に、
複数の孔が穿設されている円盤状のガス整流板が、前記
基板に対向して取り付けられている。
【請求項２】排気系を有する真空容器と、真空容器内
の所定の位置に処理される基板を保持する基板ホルダー
と、当該基板を所定温度に加熱する加熱手段と、当該基
板に対向する位置に原料ガス導入口を有していて、加熱
された当該基板の表面に原料ガスを供給する原料ガス供
給系とを備え、更に、以下の特徴を備えた液体原料を気
化して前記基板上に銅薄膜を形成する化学蒸着装置。イ）原料ガス供給系の前記原料ガス導入口は、その中心
軸が前記処理される基板の中心と同軸上になる位置に配
置されていて、当該原料ガス導入口に前記処理される基
板側に向けて徐々に拡径しつつ開口しているガス供給室
が連設されており、ロ）当該ガス供給室の前記基板に対向している内面は、
前記原料ガス導入口の中心軸上に頂点を有する円錐状の
曲面を成して、当該内面の任意の点における前記原料ガ
ス導入口の中心軸からの距離をｒ、その点における前記
基板との距離をｈとしたとき、ｒとｈの積がｒの大きさ
にかかわらずほぼ一定である双曲線を、前記原料ガス導
入口の中心軸の回りに回転させて得られる回転双曲面に
形成されており、ハ）前記ガス導入口の内径の、処理される基板の直径に
対する比は１／１２乃至１／８であり、ニ）前記ガス供給室の前記基板に対向している内面に、
複数の孔が穿設されている円盤状のガス整流板が、前記
基板に対向して取り付けられている。
【請求項３】円盤状のガス整流板の直径の、前記ガス
導入口の内径に対する比が、８乃至１２であることを特
徴とする請求項１又は２記載の化学蒸着装置。