JP2002004048A - 成膜方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 銅等の成膜材料を基板の表面で凝集すること
なく、基板表面に均一に析出させるようにした成膜方法
及び装置を提供する。 【解決手段】 処理室１６内で基板Ｗを冷却しながら保
持する基板台座部１８と、基板台座部１８で保持した基
板Ｗの表面に沿って気相の有機金属化合物原料ガスを流
す原料ガス流路４６と、基板台座部１８で保持した基板
Ｗに対面するように配置され、有機金属化合物原料ガス
が気相中または基板の最表面で活性化するか、或いは熱
分解を促進するよう該有機金属化合物原料ガスを輻射加
熱するか、或いは紫外線により活性化させる活性化部６
６とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化学気相成長によ
る成膜方法及び装置に係り、特に半導体基板に形成され
た配線用の窪みに銅等の金属を充填する際の銅シード層
等を形成するのに使用される成膜方法及び装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板上に配線回路を形成するため
の材料としては、アルミニウムまたはアルミニウムを主
成分とした合金が一般に用いられているが、集積度の向
上に伴い、より電気伝導度の高い材料を配線材料に採用
することが要求されている。このため、基板にめっき処
理を施して、基板に形成された配線パターンに銅または
その合金を充填する方法が提案されている。

【０００３】図１０は、このような銅配線の作製例を工
程順に示すもので、半導体基板Ｗには、図１０（ａ）に
示すように、Ｌｏｗ−Ｋ材からなる絶縁膜１上に形成さ
れた配線１ａの上にＬｏｗ−Ｋ材からなる絶縁膜２が堆
積され、リソグラフィ・エッチング技術によりコンタク
トホール３が形成され、その上にＴｉＮ，ＴａＮ等から
なるバリア層５、更にその上に電解めっきの給電層とし
ての銅シード層７がＣＶＤ（化学的蒸着）やスパッタリ
ング等により形成される。

【０００４】そして、図１０（ｂ）に示すように、前記
半導体基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、コンタク
トホール３内に銅を充填させるとともに、絶縁膜２上に
銅層６を堆積させる。その後、化学的機械的研磨（ＣＭ
Ｐ）により、絶縁膜２上の銅層６を除去して、コンタク
トホール３に充填させた銅層６の表面と絶縁膜２の表面
とをほぼ同一平面にする。これにより、図１０（ｃ）に
示すように銅層６からなる配線が形成される。同様の工
程が、配線溝やコンタクトホールのみの場合やコンタク
トホールと配線溝を同時に形成するデュアルダマシン構
造でも採用されようとしている。

【０００５】図１１は、このような銅シード層７の成膜
を行う従来の一般的な気相成長装置の全体構成を示す図
であり、液体原料を気化させる気化器（ガス発生装置）
１１０の下流側に原料ガス搬送流路１１２を介して密閉
可能な成膜室１１４が設けられ、さらにその下流側の排
気流路１１８に真空ポンプ１１６が配置されている。成
膜室１１４には、例えば酸素や水素等の添加ガス等を供
給する添加ガス配管１２０が接続されている。

【０００６】このような構成により、基板Ｗを基板保持
・加熱台１２４上に載置し、基板Ｗを所定温度に維持し
つつガス噴射ヘッド１２８のノズル穴１２６から原料ガ
スと添加ガスとの混合ガスを基板Ｗに向けて噴射して、
基板Ｗの表面に薄膜を成長させる。この場合、原料ガス
を成膜室内の被成膜基板に向けて安定的に供給する必要
がある。原料ガスは、Ｃｕ(hfac)tmvs等の液体原料を気
化器で加熱して気化させることによって生成される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のように、基板を加熱しながら基板表面にＣＶＤで銅
を成膜する際、図１２に示すように、銅自体が凝集し銅
膜が部分的に薄くなったところが存在すると、めっき処
理時にその部分が溶解してしまい、その２次側へのめっ
き電流の供給が不十分あるいは不可能となって、最終的
に埋込み部分に空洞などのめっき欠陥を生じることがあ
るといった問題があった。これは、純度の高いＣｕ自体
が１００℃以上の高温では成膜初期時の核成長の時に凝
集してしまうという性質を持つために生じる問題であ
る。即ち、ＣＶＤの場合、基板加熱による成膜ガスの基
板の表面での反応により成膜を促進させるため、基板の
加熱が必須となり、銅が凝集するためであると考えられ
る。

【０００８】なお、スパッタリングで銅を成膜する場合
は、スパッタされた銅粒子が基板に衝突して、物理的に
銅が基板に結合するため、基板を加熱して成膜を促進さ
せる必要はない。そのため、基板を冷却することで銅の
凝集を抑えることができる。しかし上記の様に、銅をＣ
ＶＤで成膜する場合には、基板を冷却すると反応が生じ
なくなって成膜不能となってしまうので、銅の凝集に対
する対策が困難であった。

【０００９】また、上記のように、純粋な銅は加熱状態
で成膜すると凝集するという特性を有しているため、銅
のＣＶＤで凝集が問題とならない場合は、成膜中に銅の
中に不純物が混入し、それが凝集を防ぐ役割を果たして
いる場合が多いと考えられる。従って、これでは銅の電
気特性の劣化の原因となって、本質的な解決策とはなっ
ていない。

【００１０】本発明は上記事情に鑑みて為されたもの
で、銅等の成膜材料を基板の表面で凝集することなく、
基板表面に均一に析出させるようにした成膜方法及び装
置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、銅の薄膜を形成するためのＣＶＤのプロセスにおい
て、処理室内に搬入した基板を冷却しつつ、有機金属化
合物原料ガスを気相中、送気中または基板最表面で活性
化或いは熱分解して基板に付着させ銅の薄膜を基板表面
に析出させることを特徴とする成膜方法である。

【００１２】これにより、例えば原料ガスの供給速度が
小さかったり、原料ガスの供給速度は成膜には十分であ
るが、あまり活性化されておらず、従って、核の発生速
度が遅い場合であっても、基板を、例えば１００℃以下
程度に冷却して保持することで、銅が基板表面に析出し
て成長する際に核が移動して凝集してしまうことを防止
することができる。

【００１３】請求項２に記載の発明は、銅の薄膜を形成
するためのＣＶＤのプロセスにおいて、有機金属化合物
原料ガスを気相中、送気中または基板最表面で活性化或
いは熱分解して処理室内に搬入した基板に付着させ銅の
薄膜を基板表面に析出させることを特徴とする成膜方法
である。

【００１４】これにより、例えば原料ガスの供給速度が
十分速く、原料ガスが十分に活性化されている場合、つ
まり核の発生速度が十分速い場合に、銅が基板表面で直
ちに成膜することで、核が移動するよりも速く成膜する
ことが可能となり、凝集を伴うことなく、凹凸のない均
一な銅皮膜を得ることができる。

【００１５】請求項３に記載の発明は、処理室内で基板
を冷却しながら保持する基板台座部と、該基板台座部で
保持した基板の表面に沿って気相の有機金属化合物原料
ガスを流す原料ガス流路と、前記基板台座部で保持した
基板に対面するように配置され、前記有機金属化合物原
料ガスが気相中または基板最表面で活性化するか、或い
は熱分解を促進するよう該有機金属化合物原料ガスを輻
射加熱するか、或いは紫外線により活性化させる活性化
部とを有することを特徴とする銅の薄膜を形成する成膜
装置である。

【００１６】これにより、例えば有機金属化合物原料ガ
スとして、１価の銅原料であるＣｕ(hfac) tmvs や２価
の銅原料であるＣｕ(htac)_２ を使用して銅を成膜する
場合に、銅の原料ガスを、例えば１４０℃以上になるよ
うに輻射加熱して気相中或いは基板Ｗの最表面で予め活
性化（原料分子の分子振動を激しくする）しておくこと
で、例えば１００℃以下程度に冷却された基板であって
も、銅が基板表面に到達した時点で直ちに成膜反応を起
こすことが可能となる。従って、基板上で核の発生ポイ
ントの数も充分に増加した成膜が可能となり、そのこと
により、基板表面のいたる所から成膜が進行していくの
で、凹凸のない薄い成膜が可能となり、凝集を起こすこ
となく均一に成膜することができることになる。しか
も、基板の最表面を輻射加熱しながら成膜することで、
銅自体をアニールしながら成膜することになり、精度の
良い銅皮膜を得ることができる。なお、ここで、原料ガ
スが１４０℃以上となるとは、原料ガスが１４０℃の分
子振動を行っている状態になっていることをいう。

【００１７】請求項４に記載の発明は、処理室内で基板
を冷却しながら保持する基板台座部と、気相の有機金属
化合物原料ガスを前記処理室内に導入する原料ガス導入
路と、前記処理室及び／または原料ガス導入路内に配置
され前記有機金属化合物原料ガスが送気中に接触して活
性化するか、或いは熱分解を促進するよう該有機金属化
合物原料ガスを加熱する電熱線とを有することを特徴と
する銅の薄膜を形成する成膜装置である。

【００１８】これにより、例えば有機金属化合物原料ガ
スとして、１価の銅原料であるＣｕ(hfac) tmvs や２価
の銅原料であるＣｕ(htac)_２ を使用して銅を成膜する
場合に、例えば２００℃以上に加熱した電熱線（ホット
ワイヤ）を使用し該電熱線に原料ガスを接触させて活性
化（原料分子の分子振動を激しくする）しておくこと
で、例えば１００℃以下程度に冷却された基板であって
も、銅が基板表面に到達した時点で直ちに成膜反応を起
こすことが可能となる。

【００１９】ただし、Ｃｕ(htac)_２ やＣｕ(hfac) tmvs
は、２００℃で活性化のみならず熱分解を起こすこと
も可能だが、熱分解すると、電熱線にＣｕが付着してし
まう問題が生じる。そこで、電熱線の温度を１８００℃
程度まで加熱すれば、５Ｔｏｒｒ以下の成膜圧力であれ
ばＣｕは蒸気として揮発するので、付着の問題もなくし
かも原料ガスの分解を瞬時に行うこともできる。

【００２０】請求項５に記載の発明は、処理室内で基板
を保持する基板台座部と、気相の有機金属化合物原料ガ
スを前記処理室内に導入する原料ガス導入路と、有機金
属化合物原料ガスを気相中、送気中または基板最表面で
活性化或いは熱分解して処理室内に搬入した基板に付着
させる活性化手段とを有することを特徴とする銅の薄膜
を形成する成膜装置である。

【００２１】これにより、例えば原料ガスの供給速度が
十分大きく、且つ原料ガスが十分に活性化されている場
合、つまり核の発生速度が速い場合に、原料ガスが基板
に到達した時点で直ちに成膜して、成膜初期時に核の発
生ポイントの非常に多い成膜を行うことが可能となる。
従って、核の移動や凝集を伴うことなく、凹凸のない均
一な銅皮膜を得ることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図１乃至図９を参照して、
本発明の実施の形態を説明する。図１は、例えば、還元
ガス雰囲気で、銅配線用の銅シード層７（図１０参照）
を基板Ｗの表面に成長させる気相成長装置の全体構成を
示すもので、これは、例えば、１価の銅原料であるＣｕ
（hfac（ヘキサフルオルアセチルアセトン））tmvs（ト
リメチルビニシラン），tmvs（５％）及びＨ(hfac)を混
合した液体原料１０を貯蔵する容器１２と、液体原料１
０を、例えば５０〜７０℃に加熱し気化させて原料ガス
を生成する気化器１４と、成膜室（処理室）１６の内部
に搬入して基板台座部１８上に載置保持した基板Ｗの表
面に銅を成膜する成膜装置２０とを備えている。

【００２３】これにより、例えばＨｅ等で液面を加圧し
て液用流量調整器２２から気化器１４に液体原料１０を
送り、同時にＨｅ，Ｈ_２またはＡｒ等のキャリアガスを
ガス用流量調整器２４から気化器１４に送り、この気化
器１４で原料ガスを生成し、この原料ガスとＨ（hfa
c）、Ｈ_２，Ａｒ，Ｎ_２，Ｈｅ等の添加ガスとを成膜室
１６の内部に送って、基板台座部１８で保持した基板Ｗ
の表面に下記の反応式（１）及び（２）により銅を成膜
するようになっている。 Ｃｕ(hfac)tmvs→Ｃｕ(hfac）＋tmvs （１） ２Ｃｕ(hfac)→Ｃｕ(hfac)_２＋Ｃｕ↓ （２）

【００２４】ここで、反応式（１）は、図２に示すＣｕ
(hfac）と tmvs とが繋がっている部分Ｃ_１を切る吸熱
反応であり、あまり大きなエネルギを必要とせず、一般
的にも気相で反応させるのが良いと言われている。反応
式（２）は、銅元素と酸素元素とが繋がっている部分Ｃ
_２を切る反応である。

【００２５】なお、成膜後の hfac や tmvs を含む排
ガス及び原料ガスの一部は、トラップ２６ａ，２６ｂに
より一部の成分がトラップされ、真空ポンプ２８を経て
除害装置３０から外部に排気される。

【００２６】図３乃至図５は、図１に示す気相成長装置
に使用されている成膜装置２０を示すもので、この成膜
装置２０の成膜室１６内には、内部に冷媒流路３２ａを
有し冷却部として機能する基板台３２と該基板台３２の
上面に載置保持される基板ホルダ３４とからなる基板台
座部１８が上下動及び回転自在な軸３６の上端に固定さ
れて配置されている。基板ホルダ３４の上方は、例え
ば、透明な石英ガラス等からなり、下面に、例えば３本
の支持ピン３８を垂設したホルダカバー４０で覆われる
ようになっている。この基板台３２は、この内部の冷媒
流路３２ａに冷媒を流すことで、基板ホルダ３４上に載
置した基板Ｗを、成膜中に、例えば１００℃以下、−３
０℃程度まで冷却できる性能を有している。

【００２７】ここで、図３は、基板台座部１８が成膜位
置にある時の状態を示しているが、この時に原料ガス供
給口４２から基板ホルダ３４とホルダカバー４０との間
を流れて排ガス排出口４４に繋がる基板ホルダ３４に載
置された基板Ｗの表面に沿った原料ガス流路４６が形成
され、これによって、成膜室１６に原料ガス供給口４２
から導入された原料ガスが原料ガス流路４６内を均一に
流れて排ガス排出口４４から排出されるようになってい
る。

【００２８】この原料ガス流路４６内には、図５に示す
ように、原料ガス供給口４２の下流側に位置して原料ガ
ス流路４６の幅を拡大する整流板４８ａが、排ガス排出
口４４の上流側に位置して原料ガス流路４６の幅を縮小
する整流板４８ｂがそれぞれ配置されている。

【００２９】ここで、一般に気相成長における成膜速度
は拡散律速の時、拡散速度に相関し、 拡散速度＝Ｄ／δ（Ｐｂ−Ｐｓ） 但し、Ｄ：拡散係数 δ：境界層厚さ Ｐｂ：主流の処理ガス分圧 Ｐｓ：基板表面の処理ガス分圧 の関係がある。

【００３０】上式によれば、境界層厚さδが薄くなると
拡散速度（成膜速度）は速くなり、従って、流路幅Ａを
狭くすると主流の流速は速くなって境界層厚さδが小さ
くなる。しかしながら、流路幅Ａを狭くするにも限界が
ある。即ち、装置の構造上の段差が問題となり流れに乱
れが生じる時、基板中央と外周部とでの圧力差が大きく
なり、あるいは変化が直線的でなくなり、基板を回転し
ても均一性が得られなくなる時などである。このような
場合に、最適条件が得られるように流路幅Ａは調整可能
であることが好ましい。

【００３１】基板台３２の内部には、上下に貫通して該
基板台３２に保持した基板ホルダ３４の下面で開口する
第１貫通孔３２ｂと、基板ホルダ３４に設けられた貫通
孔に連通する第２貫通孔３２ｃがそれぞれ設けられてい
る。そして、基板台３２の下方に支持台５０が上下動自
在に配置され、この支持台５０の前記第１貫通孔３２ｂ
に対向する位置に基板ホルダ突上げピン５２が、第２貫
通孔３２ｃに対向する位置に前記基板ホルダ突上げピン
５２より長尺の基板突上げピン５４がそれぞれ突設され
ている。

【００３２】これにより、基板台３２に対して支持台５
０が相対的に上昇した時、先ず基板突上げピン５４が基
板ホルダ３４上に載置した基板Ｗの下面に当接してこれ
を持上げ、これにより、図４（ａ）に示すように、基板
Ｗを基板ホルダ３４から離隔した（浮いた）位置に保持
することができ、支持台５０が更に上昇した時、基板ホ
ルダ突上げピン５２が基板台３２上に保持した基板ホル
ダ３４と当接してこれをホルダカバー４０と共に持上げ
るようになっている。

【００３３】一方、成膜室１６の下方には、ロボットハ
ンド５６を介して基板Ｗの搬出入、及び基板ホルダ３４
のホルダカバー４０を伴った搬出入を行うゲートバルブ
５８を備えた搬出入口６０が設けられている。そして、
この搬出入口６０に対向する位置で、基板ホルダ３４上
に載置した基板Ｗを基板突上げピン５４で持ち上げた状
態で該基板Ｗのロボットハンド５６との受渡しを行い、
また、図４（ｂ）に示すように、基板台３２上に保持し
た基板ホルダ３４を基板ホルダ突上げピン５２で持上げ
た状態で基板ホルダ３４のホルダカバー４０を伴ったロ
ボットハンド５６との受渡しを行うようになっている。
基板ホルダ３４及びホルダカバー４０の搬出入は、別々
に行うようにしても良い。

【００３４】このように、成膜室１６の外部にホルダカ
バー４０等を搬出入できるようにすることで、原料ガス
による反応生成物がホルダカバー４０の内周面に付着し
ても、洗浄により容易に除去したり、適時交換すること
を可能となし、これによって、常に基板の周囲を清浄な
環境に維持したまま処理を継続できる。それ故、パーテ
ィクル汚染の少ない装置を提供でき、或いは装置全体の
クリーニングサイクルを長くでき、装置の稼働率を高め
ることができる。

【００３５】ホルダカバー４０の上部には、赤外線ラン
プ或いはハロゲンランプ等の加熱源（光源または熱源）
６２を有し、透明な石英ガラス等のランプカバー６４で
前面を覆った活性化部としての輻射加熱部６６が配置さ
れている。この輻射加熱部（活性化部）６６は、成膜中
に原料ガス流路４６を流れる原料ガスの温度が、例えば
１４０℃、つまり原料ガスが１４０℃の分子振動を起こ
している状態以上となるように該原料ガスを輻射加熱す
るためのもので、例えば１００℃／秒程度の被照射物の
温度上昇速度が得られるハロゲンヒータランプ等の、瞬
時に高温まで昇温可能なものを利用すると基板の加熱時
間を無視できるほど短くすることも可能となる。なお、
この輻射加熱部の代わりに、紫外線を照射して原料ガス
を活性化させるようにしても良い。

【００３６】そして、ホルダカバー４０が上昇位置にあ
る時に該ホルダカバー４０とランプカバー６４との間
に、例えばＮ_２等の付着防止ガスを流すガス流路６８が
区画形成されるようになっており、更に、成膜室１６の
上部には、上昇位置にあるホルダカバー４０の上面に沿
ってシールガスを流すシールガス流路７０が設けられて
いる。

【００３７】これにより、成膜室１６内に原料ガスを流
して成膜を行う際に、ガス流路６８に付着防止ガスを、
シールガス流路７０を介してホルダカバー４０の上面に
沿ってシールガスをそれぞれ流すことで、原料ガスをシ
ールガスでシールし、かつ洩れた原料ガスのランプカバ
ー６４等への付着を付着防止ガスで防止して、輻射加熱
部６６側を常に清浄に保つことができるようになってい
る。

【００３８】次に、この実施の形態における銅の成膜動
作について説明する。先ず、成膜室１６内に搬入した基
板Ｗを基板台座部１８の基板ホルダ３４で載置保持し、
これを上昇させて、図３に示すように、基板ホルダ３４
に載置保持した基板Ｗに沿った原料ガス流路４６を形成
した状態で、気化器１４で気化した原料ガスと添加ガス
を成膜室１６内に導入して原料ガス流路４６に沿って流
す。この時、原料ガスが基板Ｗに沿って平行に流れる場
合に、一般的にガスの流れ方向に沿った成膜速度は均一
とならず、膜厚にばらつきが生じる。このため、基板台
３２を回転させて、基板Ｗ上の膜厚分布を均一化するこ
とが好ましい。

【００３９】この原料ガス流路４６に沿って流れる原料
ガスに、輻射加熱部６６の輻射熱により、原料ガスの温
度が、例えば１４０℃、つまり１４０℃の分子振動をし
ている状態以上となるように加熱して、原料ガスを気相
中或いは基板Ｗの最表面で予め活性化（原料分子が分子
振動を激しくする）しておく。一方、このように原料ガ
スを加熱すると、基板ホルダ３４上に載置された基板Ｗ
も加熱されるが、基板台３２の内部に設けた冷媒流路３
２ａに冷媒を流すことで、基板ホルダ３４に載置した基
板を１００℃以下程度に保持するように冷却する。

【００４０】このように、原料ガスを予め活性化してお
くことで、１００℃以下程度に冷却された基板Ｗであっ
ても、銅が基板表面に到達した時点で直ちに成膜反応を
起こし基板上で核の発生ポイントの数が充分に増加した
成膜が可能となる。つまり、例え原料ガスの供給速度が
小さかったり、原料ガスが成膜には十分であるが、あま
り活性化されていない場合、つまり核の発生速度が遅い
場合であっても、図８（ａ）に示すように、核の移動や
それに伴い凝集を防止して、基板Ｗの表面における核Ｎ
の発生ポイント数が増加し、基板Ｗの表面のいたる所か
ら成膜が進行していくので、凹凸のない薄い成膜が可能
となり、凝集を起こすことなく均一に成膜することがで
きることになる。しかも、基板の最表面を輻射加熱しな
がら成膜することで、銅自体をアニールしながら成膜す
ることになり、精度の良い銅皮膜を得ることができる。
なお、図８（ｂ）は、原料ガスを予め活性化させていな
い時の状態を示している。

【００４１】つまり、前記反応式（１）及び（２）を気
相中或いは基板Ｗの最表面で行わせることで、図２に示
す銅原料（有機金属化合物）の部分Ｃ_１及びＣ_２を切離
して銅元素を生成する。この時、これらの部分Ｃ_１及び
Ｃ_２以外の場所での結合が切れると、膜中に不純物が混
入しやすいので、この部分Ｃ_１及びＣ_２のみが切れる温
度で加熱する必要があるが、図２に示す銅原料の結合に
おけるボンドストレングスは、部分Ｃ_１及びＣ_２が他と
較べて弱いと推定されるので、他の結合が切れずに、部
分Ｃ_１及びＣ_２の結合のみが切れる温度で成膜すれば、
銅のみが成膜されて、hfac や tmvs は成膜中に入らず
に排気されて、不純物の少ない銅の成膜が可能となる。

【００４２】同時に、ガス流路６８に付着防止ガスを、
シールガス流路７０を介してホルダカバー４０の上面に
沿ってシールガスをそれぞれ流すことで、原料ガスをシ
ールガスでシールし、かつ洩れた原料ガスのランプカバ
ー６４等への付着を付着防止ガスで防止する。

【００４３】なお、原料ガスの殆どはホルダカバー４０
と基板ホルダ３４との間の空間に流れ、成膜成分等の付
着物はその大部分が、基板Ｗの表面、基板ホルダ３４の
上面及びホルダカバー４０の下面に付着するが、ホルダ
カバー４０及び基板ホルダ３４は外部に搬出入すること
で、その洗浄が容易であり、定期的に洗浄を行うことで
常にパーティクル汚染を防止することができる程度の清
浄さを保つことができる。

【００４４】そして、例えばアニール処理を行う場合等
に、必要に応じて、図４（ａ）に示すように、基板Ｗを
基板台座部１８から浮いた状態とすることで、基板Ｗを
急速に加熱する。そして、成膜を終了した基板をロボッ
トハンド５６で外部に搬出する。

【００４５】なお、この例は、内部に冷媒流路３２ａを
有し冷却部として機能する基板台３２を備え、この基板
台３２を介して基板ホルダ３４上に載置保持した基板Ｗ
を冷却するようにした例を示しているが、基板を冷却し
ないようにしても良い。

【００４６】つまり、例えば原料ガスの供給速度が十分
大きく、且つ原料ガスが十分に活性化されている場合、
即ち核の発生速度が速い場合には、原料ガスが基板に到
達した時点で直ちに成膜して、成膜初期時に核の発生ポ
イントの非常に多い成膜を行うことが可能となり、これ
によって、凹凸のない均一な銅皮膜を得ることができ
る。つまり、このような場合には、核の移動やそれに伴
う銅の凝集という問題がないので、基板を冷却する必要
がなくなる。このことは、以下の各実施の形態にあって
も同様である。

【００４７】図６は、成膜装置の第２の実施の形態を示
すもので、これは、原料ガス供給口４２に原料ガス導入
路を構成する連結管７２に設置し、この連結管（原料ガ
ス導入路）７２の内部に、この連結管７２の内部を流れ
る原料ガスを接触させることで送気中に活性化させる
か、或いは熱分解を促進させる、例えば２００℃以上に
加熱する電熱線（ホットワイヤ）７４を配置し、更に、
基板台座部１８が図６に示す成膜位置にある時に、原料
ガス供給口４２から基板ホルダ３４と成膜室１６の天板
１６ａとの間を流れて排ガス排出口４４に繋がる基板ホ
ルダ３４に載置された基板Ｗの表面に沿った原料ガス流
路４６が形成されるようにしたものである。その他の構
成は、前記第１の実施の形態とほぼ同様である。

【００４８】ここで、前記Ｃｕの例のように還元性のガ
スを使用するプロセスでは、電熱線には、一般的に、タ
ングステンやタンタル線等が用いられる。しかしなが
ら、酸化性のプロセスガスを使用するプロセスの場合に
は電熱線が酸化され、劣化してしまうので、酸化物の電
熱線、または高温の酸化性雰囲気でも表面が酸化されな
い金属の電熱線、例えば金、白金、銀、レニウム、モリ
ブデン、炭化珪素、またはタングステン、あるいはタン
タル等の金属線をこれらで被覆したものを使用する必要
がある。これにより、酸化性あるいは腐食性のガス雰囲
気下においても、これらの電熱線が酸化されず触媒とし
ての機能を果たすことができると考えられる。

【００４９】つまり、金は、融点が１０６３℃であり、
比較的融点が低いので低温での使用が可能である。ま
た、酸化性のガスに限らずハロゲン性のガスにも耐性を
有し、殆どの処理ガスに対して高温で安定に使用でき
る。白金は、金と同様に耐腐食性を有し、且つ融点が１
７６９℃と比較的高いので更に高温用のプロセスに使用
可能である。また、酸化タングステンは、タングステン
の酸化物であるが、タングステン自体は通常４００℃以
上で酸化物を形成してしまうが、予め稠密に酸化させて
おくことで、８００〜９００℃でも殆どそれ以上酸化が
進行することなく使用することができる。ＷＯ_２．７〜
ＷＯ_２．９程度の酸化の度合いが好適であり、ＷＯ_３ま
で予め酸化すると、耐熱性は更に向上するが脆くなり使
用し難くなる。炭化珪素（ＳｉＣ）はそれ自体が発熱体
となるセラミックスであり、耐熱性も高く不純物も殆ど
発生しない。但し、非常に高温になるとカーボンが微量
に酸化してＣＯ_２を発生して劣化してしまうという問題
点があると考えられる。

【００５０】また、電熱線をガラスまたはセラミックス
等の非反応性の材料で被覆することも非還元性雰囲気で
の使用に有効である。被覆の方法としては、電熱線の素
線自体にコーティングする方法が考えられる。これは素
線とコーティング材の熱膨張率が相違すると両者は使用
時に剥離してしまうが、ほぼ同じ値であればこのような
問題を生ぜず、処理ガスを高温の被覆材に発熱材の負荷
の小さな状態で接触させ、これにより発熱材の酸化を防
止することができる。

【００５１】この実施の形態は、電熱線７４を、例えば
２００℃以上に加熱し、連結管７２内を流れる原料ガス
をこの加熱した電熱線に接触させることで活性化する
か、或いは熱分解を促進しておく。一方、このように原
料ガスを加熱すると、この原料ガスが原料ガス流路４６
に沿って流れる際に基板ホルダ３４上に載置された基板
Ｗも加熱されるが、基板台３２の内部に設けた冷媒流路
３２ａに冷媒を流すことで、基板台３２を基板ホルダ３
４上に載置した基板を１００℃以下程度に保持するよう
に冷却する。これにより、１００℃以下程度に冷却され
た基板Ｗであっても、銅が基板表面に到達した時点で直
ちに成膜反応を起こし基板上で核の発生ポイントの数が
充分に増加した成膜が可能となる。

【００５２】ただし、Ｃｕ(htac)_２ やＣｕ(hfac) tmvs
は、２００℃で活性化のみならず熱分解を起こすこと
も可能だが、熱分解すると、電熱線にＣｕが付着してし
まう問題が生じる。そこで、電熱線の温度を１８００℃
程度まで加熱すれば、５Ｔｏｒｒ以下の成膜圧力であれ
ばＣｕは蒸気として揮発するので、付着の問題もなくし
かも原料ガスの分解を瞬時に行うこともできる。

【００５３】なお、前記実施の形態にあっては、成膜原
料として１価の銅原料であるＣｕ(hfac) tmvs を使用し
た例を示しているが、銅との結合形態が同一の２価の銅
原料であるＣｕ(htac)_２ を使用しても良い。このよう
にＣｕ(htac)_２ を使用すると、熱分解温度を単一化さ
せて、成膜パラメータを絞り易くすることができるとい
うメリットがある。また、電熱線を使ったプロセスで
は、電熱線にタングステンを使用すると、Ｃｕ(hfac) t
mvs の原料では、tmvs 中のＳｉが電熱線の温度が１６
００℃以下程度でタングステンをシリサイド化してしま
うので、このような場合には、Ｃｕ(htac)_２ を使用し
た方が良い。

【００５４】図７は、成膜装置の第３の実施の形態を示
すもので、これは、第１の実施の形態と第２の実施の形
態とを組合せ、第１の実施の形態における原料ガス導入
路を構成する連結管７２の内部に、この連結管７２の内
部を流れる原料ガスを接触させることで送気中に活性化
させるか、或いは熱分解を促進させる、例えば２００℃
以上に加熱する電熱線（ホットワイヤ）７４を配置した
ものである。これにより、原料ガスを十分に活性化して
核の発生速度を高めることができる。

【００５５】図８は、成膜装置の第４の実施の形態を示
すもので、これは、成膜室１６の上部にこの内部に原料
ガスを導入する原料ガス導入路してのガス噴射ヘッド８
０を設置し、成膜室１６内のガス噴射ヘッド８０と基板
台座部１８との間に電熱線（ホットワイヤ）８２を配置
したものである。この基板台座部１８の構成は、前記各
実施の形態と同様である。

【００５６】この実施の形態によれば、原料ガスは、ガ
ス噴射ヘッド８０から噴射されて基板台座部１８の基板
ホルダ３４上に載置保持された基板Ｗに達するが、この
送気中に、例えば２００℃に加熱された電熱線で加熱さ
れて活性化するか、或いは熱分解が促進される。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、成膜材料としての銅を基板の表面で凝集することな
く、基板表面に均一に析出させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の成膜装置をを備えた気相
成長装置の全体構成を示す図である。

【図２】図１に示す気相成長装置に使用される原料ガス
の一例（銅原料）を示す分子構造図である。

【図３】図１に使用されている成膜装置の概略を示す断
面図である。

【図４】図３の成膜装置において、（ａ）は基板を基板
台座部から持上げた状態を示す図で、（ｂ）は基板ホル
ダをホルダカバーと共にロボットハンドにより搬出入す
る状態を示す図である。

【図５】図３の成膜装置における原料ガス流路を示す図
である。

【図６】本発明の第２の実施の形態の成膜装置の概略を
示す断面図である。

【図７】本発明の第３の実施の形態の成膜装置の概略を
示す断面図である。

【図８】本発明の第４の実施の形態の成膜装置の概略を
示す断面図である。

【図９】核発生ポイントの多少とめっき膜の膜厚の均一
性との関係の説明に付する図である。

【図１０】基板の表面に銅配線を形成する例を工程順に
示す図である。

【図１１】従来の気相成長蔵置の全体構成を示す図であ
る。

【図１２】従来の方法で銅を成膜して銅シード層を形成
した時の問題点の説明に付する断面図である。

【符号の説明】

１０ 液体原料 １４ 気化器 １６ 成膜室（処理室） １８ 基板台座部 ２０ 成膜装置 ３２ 基板台（冷却部） ３２ａ 冷媒流路 ３４ 基板ホルダ ３８ 支持ピン ４０ ホルダカバー ４２ 原料ガス供給口 ４４ 排ガス排出口 ４６ 原料ガス流路 ４８ａ，４８ｂ 整流板 ５０ 支持台 ６２ 加熱源 ６４ ランプカバー ６６ 輻射加熱部（活性化部） ６８ ガス流路 ７０ シールガス流路 ７２ 連結管（原料ガス導入路） ８０ ガス噴射ヘッド（原料ガス導入路） ７４，８２ 電熱線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 AA11 BA01 CA04 FA08 FA10 KA25 KA26 LA15 4M104 BB04 DD44 DD45 HH13 5F033 HH11 HH32 HH33 JJ11 JJ32 JJ33 MM12 MM13 NN06 NN07 PP02 PP09 PP27 XX02

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 銅の薄膜を形成するためのＣＶＤのプロ
   セスにおいて、 処理室内に搬入した基板を冷却しつつ、有機金属化合物
   原料ガスを気相中、送気中または基板最表面で活性化或
   いは熱分解して基板に付着させ銅の薄膜を基板表面に析
   出させることを特徴とする成膜方法。
2. 【請求項２】 銅の薄膜を形成するためのＣＶＤのプロ
   セスにおいて、 有機金属化合物原料ガスを気相中、送気中または基板最
   表面で活性化或いは熱分解して処理室内に搬入した基板
   に付着させ銅の薄膜を基板表面に析出させることを特徴
   とする成膜方法。
3. 【請求項３】 処理室内で基板を冷却しながら保持する
   基板台座部と、 該基板台座部で保持した基板の表面に沿って気相の有機
   金属化合物原料ガスを流す原料ガス流路と、 前記基板台座部で保持した基板に対面するように配置さ
   れ、前記有機金属化合物原料ガスが気相中または基板最
   表面で活性化するか、或いは熱分解を促進するよう該有
   機金属化合物原料ガスを輻射加熱するか、或いは紫外線
   により活性化させる活性化部とを有することを特徴とす
   る銅の薄膜を形成する成膜装置。
4. 【請求項４】 処理室内で基板を冷却しながら保持する
   基板台座部と、 気相の有機金属化合物原料ガスを前記処理室内に導入す
   る原料ガス導入路と、 前記処理室及び／または原料ガス導入路内に配置され前
   記有機金属化合物原料ガスが送気中に接触して活性化す
   るか、或いは熱分解を促進するよう該有機金属化合物原
   料ガスを加熱する電熱線とを有することを特徴とする銅
   の薄膜を形成する成膜装置。
5. 【請求項５】 処理室内で基板を保持する基板台座部
   と、 気相の有機金属化合物原料ガスを前記処理室内に導入す
   る原料ガス導入路と、 有機金属化合物原料ガスを気相中、送気中または基板最
   表面で活性化或いは熱分解して処理室内に搬入した基板
   に付着させる活性化手段とを有することを特徴とする銅
   の薄膜を形成する成膜装置。