JP2887240B2 - 薄膜成長方法および装置 - Google Patents

薄膜成長方法および装置

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JP2887240B2 JP3736591A JP3736591A JP2887240B2 JP 2887240 B2 JP2887240 B2 JP 2887240B2 JP 3736591 A JP3736591 A JP 3736591A JP 3736591 A JP3736591 A JP 3736591A JP 2887240 B2 JP2887240 B2 JP 2887240B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜成長方法および装
置に関するものであり、特に半導体集積回路の配線用に
適した金属の薄膜の成長方法および装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路において、従来の配線材
料であるアルミニウムに代り、マイグレーション(mi
gration)耐性が大きく、電気抵抗率の低い銅ま
たは金を化学気相成長法(CVD)によって堆積する方
法がいくつか提案されている。
【0003】これらは、原料として、銅または金のアセ
チルアセトナト,ヘキサフルオロアセチルアセトナト等
のベータケトナト(β−ketonato)系材料,シ
クロペンタジエニルトリエチルホスフィン等のシクロペ
ンタジェニル系材料,硝酸銅,塩化銅など無機化合物を
用い、この原料を熱,プラズマ,光等により分解して原
料中の金属を析出するというものである。
【0004】ベータケトナト系は、比較的蒸気圧が高
く、かつ室温で安定なので、これを用いた銅のCVDに
は多くの提案がある。
【0005】熱分解を用いたCVDとしては、以下の方
法が知られている。
【0006】アセチルアセトナトを、アルゴン,窒素,
二酸化炭素等の不活性ガス中で熱分解して銅を析出する
方法[(“METAL COATED DIELECT
RICS AND METHOD FOR PRODU
CING SAME”米国特許第2833676号、H
eibel等、1954年)および(“METHODO
F BONDING ARTICLES”米国特許第2
70261号、“GAS PLATING METAL
OBJECTS WITH COPPERASETY
LACETONATE”米国特許第2704728号、
Pawlyk等、1952年)]、ヘキサフルオロアセ
チルアセトナトを水素等の還元ガスで熱分解する方法
(“VAPOR−PLATING METALS FR
OM FLUOROCARBON KETO META
L COMPOUNDS”米国特許第335627号、
Moshier等、1964年)、ヘキサフルオロアセ
チルアセトナトの水和物を水素中で熱分解する方法
(“Vapor Deposition of Met
al by HydrogenReduction o
f Metal Chelates”Hemart
J.Electrochem.Soc.vol.11
2,No.11,p1123)等がある。
【0007】また、熱CVDで下地に対して金属を選択
的に堆積する方法として、以下の方法が知られている。
【0008】エッチングガスを加えることにより、堆積
反応とエッチング反応の競合を利用して選択成長を行う
方法(“METHOD OF SELECTIVE C
HEMICAL VAPOR DEPOSITION”
米国特許第3697342号、Cuomo等、1970
年)、減圧CVDにおいて条件を最適化することにより
エッチング反応を伴わずに下地の差のみによって選択成
長を行う方法(“PROCESS FOR GROWI
NG THIN METARIC FILMAND A
PPARATUS THEREFOR”特願平1−12
4445、粟屋等、U.S.Patent Appli
cation serialNo.07/354,15
8)がある。
【0009】また、プラズマによる反応を用いたものと
しては、ヘキサフルオロアセチルアセトナトを水素中で
グロー放電で分解して銅を析出する方法(“Thin
Copper Film by Plasma CVD
Using Copper−Hexafluoro−
Acetylacetonate”Oehr App
l.Phys.A45,1988,p.151−15
4)が提案されている。
【0010】また、光反応を用いた方法では、ヘキサフ
ルオロアセチルアセトナトまたはその水和物を集束した
アルゴンイオンレーザーで光と熱で分解する方法、およ
びヘキサフロオロアセチルアセトナトをアルコール雰囲
気の中で高圧水銀灯またはエキシマレーザーで光反応で
分解する方法[(“Process for depo
siting metallic copper”EU
ROPEAN PATENT APPLICATION
Publication number:0135
179 Al,Houle、1983年)、(“Sur
face processes leading to
carbon contamination of
photochemically deposited
copper films”Houle J.Va
c.Sci.Technol.A4(6),1986
p.2452−2458)、(“Photochemi
cal generation and deposi
tion of copper form a gas
phase precursor”Jones,Ap
pl.Phys.Lett.46(1),1985,
p.97−99)]が提案されている。
【0011】また、シクロペンタジエニル系材料を用い
たものとしては、シクロペンタジェニルトリエチルホス
フィンを熱分解して銅を析出させる方法およびレーザー
を用いて光により分解する方法(“Method fo
r chemical vapor depositi
on of copper,silver,and,g
old using a cyclopentadie
nyl metalcomplex”EUROPEAN
PATENT APPLICATIONPublic
ation number:0 297 348 Al
Bruce)が提案されている。
【0012】また、無機化合物を用いる方法としては、
硝酸銅を熱分解する方法(“DYNAMIC PYRO
LYTIC PLATING PROCESS”米国特
許第2576289号、1951年)と、硝酸銅が熱分
解またはプラズマにより分解する方法(“METHOD
OF FORMING A COPPER FILM
BY CHEMICAL VAPOR DEPOSI
TION”米国特許第4842891号、1989年)
が提案されている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】前記のベータケトナト
系材料を熱分解で分解して銅膜をつける方法は、原料が
比較的安定で扱い易く、また、下地材料による選択成長
ができる。そのため、この方法は、半導体集積回路の配
線のコンタクトホールやスルーホール等の微細な孔を完
全に充填することができる等、微細化に適した技術であ
る。
【0014】しかし、この方法では、用いる下地金属材
料によっては、結晶粒の凹凸や結晶粒界の隙間が発生
し、配線材料として用いる際に問題を生じる。また、こ
の方法では、選択成長を実現する条件での堆積速度は1
0nm/minと遅いため、実用的な集積回路の製造工
程に適用するのは難しい。さらに、この方法でヘキサフ
ルオロアセチルアセトナトの水和物を用いた場合は、良
好な膜質の堆積が得られるが、原料の水和物は蒸発温度
で徐々に分解するため、反応室への原料の安定な供給が
困難となる。したがって、この場合においても、この方
法を工業的な生産に用いるには問題がある。
【0015】これに対し、原料としてベータケトナト系
材料を用い、プラズマCVDまたは光と熱を併用して薄
膜成長させる方法では、堆積した膜は平滑で抵抗率の低
い膜形成が可能であるが、下地材料の差に基づいて選択
成長を行うことは困難であり、また段差における被覆性
も充分でない。そのため、このプラズマCVDを用いた
薄膜成長方法を微細な配線作製に応用するのは困難であ
る。
【0016】また、光反応のみを用いて薄膜成長させる
方法(具体的には、ヘキサフルオロアセチルアセトナト
をアルコール雰囲気中で光分解するか、ヘキサフルオロ
アセチルアセトナトのアルコラートを光分解して、金属
を堆積する方法)では、堆積膜はその中に10%以上の
炭素を含んだアモルファス膜であり、良好な金属膜を堆
積するに至っていない。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、原料と
してベータケトナト系材料を用い、熱を用いて薄膜成長
させる方法において、下地材料に対する金属成長の選択
性が良好な金属薄膜の成長方法を提供することにある。
【0018】本発明の他の目的は、原料としてベータケ
トナト系材料を用い、熱を用いて薄膜成長させる方法に
おいて、段差を有する金属下地上でも良好な被覆性を得
ることができる金属薄膜の成長方法を提供することにあ
る。
【0019】本発明のさらに他の目的は、熱分解反応の
有利な特性を失うことなく、プラズマを用いた時と同等
の膜質を得ることができる金属薄膜の成長方法を提供す
ることにある。
【0020】本発明のさらに他の目的は、さらに堆積速
度を向上させることができる金属薄膜の成長方法を提供
することにある。
【0021】本発明のさらに他の目的は、半導体集積回
路の配線の微細化、高性能化に適した金属薄膜を形成す
るに好適な金属薄膜の成長装置を提供することにある。
【0022】本発明方法の第1の形態は、金または銅の
ベータケトナト系金属錯体を原料とし、この原料に電子
を供与する形で結合して分子間化合物を形成する物質と
水素との混合ガスをキャリアガスとし、このキャリアガ
スにより前記原料を基体上に導き、化学気相成長法によ
って前記基体上に金または銅を成長させることを特徴と
する。
【0023】本発明方法の第2の形態は、前記分子間化
合物を形成する物質が、水蒸気および還元性を有する有
機物から選ばれた1種または2種以上であることを特徴
とする。
【0024】本発明方法の第3の形態は、前記分子間化
合物を形成する物質が水蒸気であり、この水蒸気のキャ
リアガス中への添加流量がキャリアガスの水素の0.2
%〜10%であることを特徴とする。
【0025】本発明方法の第4の形態は、前記還元性を
有する有機物が、アルコールまたはテトラビドロフラン
であることを特徴とする。
【0026】本発明方法の第5の形態は、前記分子間化
合物を形成する物質がイソプロピルアルコールであり、
このイソプロピルアルコールのキャリアガス中への添加
流量がキャリアガス0.5%〜8%であることを特徴と
する。
【0027】本発明方法の第6の形態は、前記有機金属
錯体が、ビスアセチルアセトナト銅,ビスヘキサフロロ
アセチルアセチナト銅,ビスジピバロイルメタナト銅,
ジメチル金ヘキサフロロアセチルアセトナト,ジメチル
金ヘキサフロロアセチルアセトナト,ジメチルアセトナ
ト金から選ばれた1種以上の材料であることを特徴とす
る。
【0028】また、本発明装置の第1の形態は、排気可
能な反応室と、前記反応室に設けられた試料を固定し、
かつ加熱するための試料保持手段と、原料を収納する原
料容器と、水蒸気を生成するための酸素と水素の燃焼手
段と、前記原料容器と連結し、前記原料ガスを還元性ガ
スと水蒸気とともに噴出させる噴出孔を有するガス噴射
手段と、前記噴射手段の前記噴射孔近傍に熱交換媒質を
循環させる熱交換手段と、を有することを特徴とする。
【0029】また、本発明装置の第2の形態は、排気可
能な反応室と、この反応室に設けられた試料を固定し、
かつ加熱するための試料保持手段と、原料を収納する原
料容器と、前記原料を蒸発させるための加熱手段と、前
記原料容器と連結し、前記原料ガスを還元性ガスと添加
剤とともに噴出させる噴出孔を有するガス噴射手段と、
前記添加剤を収納する容器と、前記添加剤の蒸気圧を上
げるために加熱する手段と、前記噴射手段の前記噴射孔
近傍に熱交換媒質を循環させる熱交換手段と、を有する
ことを特徴とする。
【0030】
【作用】本発明者らは、前記従来の問題点を解決するた
めに、様々な実験、検討を重ねた結果、使用した原料に
その製造工程で使用したアルコールや水が残留していた
場合に、堆積した金属膜がかえって良質であった、とい
う現象を発見するに至った。本発明は、このような知見
に基づいて、さらに実験、検討を重ねて導かれたもので
ある。
【0031】本発明では、既に出願した特許(“PRO
CESS FOR GROWINGTHIN META
RIC FILM AND APPARATUSTHE
REFOR”特願平1−124445、粟屋等、U.
S.Patent Application seri
al No.07/354,158)における場合と同
様に、銅または金のベータケトナト系金属錯体を原料と
し、還元ガスとして水素を用いる。しかし、本発明の特
徴は、さらに、使用する原料と結合して分子間化合物
(molecular compound)を形成する
ことのできる物質を、原料と接触させる前に、前記還元
ガスである水素と混合し、その混合ガスを原料のキャリ
アガスとすることにある。
【0032】したがって、本発明方法は、使用する原料
と分子間化合物を形成することのできるアルコール等の
物質を予めキャリアガス中に含有させておき、このキャ
リアガスにより原料を基体上に導き、化学気相成長法に
よって基体上に銅または金を成長させる方法である。
【0033】ここで、分子間化合物(または錯化合物:
complex compoundと呼称されている)
を形成する物質とは、原料であるベータケトナトに電子
を供与し、ベータケトナトと結合して分子間化合物を形
成する物質である。
【0034】この分子間化合物を形成する物質として
は、例えば、ベータケトナトとアルコラートを形成する
アルコール類、ベータケトナートと水和物を形成する水
蒸気、等のベータケトナトと分子間化合物をつくり易い
OH結合を有する材料や、テトラヒドロフランのように
極性を有する(水溶性)有機材料を用いるとよい。
【0035】銅(または金)の金属錯体(comple
x)では、最も活性度の高い電子が銅(または金)と酸
素の反結合のシグマボンドを形成する分子軌道に一つ存
在するSOMO(single ocupied mo
lecular orbital)を形成している。こ
の活性度の高い電子と下地金属の自由電子が相互作用す
ることで、銅(または金)と酸素の結合が弱まり、熱分
解により銅(または金)が析出し、条件を最適化するこ
とで選択CVDが可能となる。ここで、水素は、錯体か
ら分解したリガンドと反応することにより、リガンドを
下地表面上から脱離させ、堆積した膜中に炭素や酸素等
の不純物が混入するのを防ぐ。ベータケトナトに結合す
る水和物やアルコラート等の分子中の電子をベータケト
ナトに供給する形で分子間化合物を形成すると、銅(ま
たは金)と酸素間の結合は弱くなり、分解し易くなる。
実際に水和物に関しては、分解温度が低くなることが確
かめられている(“Physicochemical
Properties of Metalorgani
c Compounds for MOCVD ofO
xides Superconductors [I]
Cu(HFA)2 ”Yoshida、et al.第4
9回秋季応用物理学会学術講演会予行集第一分冊p.1
15、1988年)。このため、堆積初期における核生
成密度が上昇し、隣合った成長途中の結晶粒が容易に接
続して平滑な膜が形成される。また、堆積速度も向上さ
せることが可能である。
【0036】しかし、これら分子間化合物は、蒸発温度
である60℃程度で不安定であるため、比較的短時間内
に水やアルコールが抜けてしまう。そのため、原料容器
中の分子間化合物が時間を負うに従って減少し、それに
伴って膜製造プロセスの再現性が悪化する。この点が前
記発見から本発明に至るまでの難関であった。
【0037】分子間化合物を用いる場合に生じる上記再
現性の悪さを示す一例を図1に示す。この実験例では、
原料としてビスヘキサフルオロアセチルアセトナト銅の
水和物を150g 容器に充填して用いた。堆積条件は、
基板温度350℃、原料温度75℃、水素流量130c
c/min、全圧力2000Paであった。これらの条
件で、10分間堆積した時の実験回数毎の堆積速度(白
丸印)と、堆積した膜の抵抗率(黒三角印)を示したも
のが図1のグラフである。図から明らかなように、安定
した堆積速度としては2回、原料使用量としては5gか
ら10g程度しか続かなかった。
【0038】そこで、本発明では、分子間化合物を反応
室に供給する直前に調整することとした。具体的には、
水蒸気、アルコール等の原料と分子間化合物をつくる物
質を水素とともに原料容器を通すことで、分子間化合物
をその場で形成し、すぐに反応室に供給することとし
た。これにより、反応の安定化、再現性の向上を図るこ
とができる。さらに、この場合、水素は、既に説明した
ように、分解したリガンドの脱離を図るとともに、水蒸
気等による銅の酸化を防ぐ効果を有するので、安定した
薄膜成長が行える。
【0039】また、本発明においては、プラズマや光に
よって、原料ガスを分解するのと異なり、原料分子の熱
分解反応なので、活性な励起種などを生成することな
く、下地の性質に敏感性を保った状態の金属を供給でき
る。そのため、本発明によれば、選択成長が可能であ
り、また段差での付き回りも良好に行うことができる。
【0040】以上のように、本発明によれば、材料選択
性が良好で、段差を有する金属下地上においても良好な
被覆性を得ることができる、という熱分解反応に特有な
性質を失うことはない。それによって、本発明によれ
ば、プラズマを用いた時と同等の膜質を得ることがで
き、しかも堆積速度を向上させることができる。したが
って、本発明によれば、半導体集積回路の配線の微細化
および高性能化に適した金属薄膜を形成することが可能
である。
【0041】本発明の薄膜成長装置は、特願平1−12
445号(“PROCESS FOR GROWING
THIN METARIC FILM ANDAPP
ARATUS THEREFOR”Awaya,et
al.U.S.Patent Application
serial No.07/354,158)におい
て用いた装置に基づき、この装置を改良したものであ
る。図2に本装置の概略構成を示す。
【0042】反応室1は、排気孔2を通して図示しない
排気系により排気可能となっている。この反応室1内に
は基板ホルダ3が設けられている。この基板ホルダ3は
試料基板4を保持する板ばね5を有している。また、こ
の基板ホルダ3内にはヒータ6が内蔵され、基板4を所
定の温度に加熱することができる。原料容器7が反応室
1の外部に設置されている。この原料容器7には金また
は銅の有機錯体または有機金属化合物からなる原料8を
収容する。反応室1内に基板ホルダ3と対向してガス噴
射板9が設けられ、このガス噴射板9はパイプ10およ
びバルブ11を介して前記原料容器7に連結されてい
る。このガス噴射板9には多数の微細なガス噴射孔12
が設けられている。原料容器7、パイプ10およびバル
ブ11は、ヒータ13によって所定の温度に加熱するこ
とができ、一方、ガス噴射板9は、内蔵されているヒー
タ14によって所定の温度に加熱することができる。こ
のヒータ14は、油循環による熱交換器21による方式
が望ましい。パイプ15はキャリアガスを原料容器7に
送るためのもので、その一端にはマスフローコントロー
ラ17および18が接続されている。還元性のキャリア
ガス、例えば、水素ガスがマスフローコントローラ17
により流量を制御され、アルコール、テトラヒドロフラ
ンおよび水蒸気のうちの少なくとも1種(原料と結合し
て分子間化合物を形成する物質)がマスフローコントロ
ーラ18により流量を制御され、これらがパイプ15を
通って原料容器7内に導入される。マスフローコントロ
ーラ18と、原料と結合して分子間化合物を形成する物
質(添加剤)を入れておく添加剤容器19とは、添加剤
の蒸気圧を高めるため、ヒートバス20内に収容するの
が望ましい。また、添加剤として水蒸気を用いる場合
は、図3に示すように、水素と酸素を燃焼室24の中で
ヒーター23により加熱燃焼させて水蒸気を生成し、水
素とともに反応室に導入してもいい。また、ガス噴射板
9に熱交換器21を油パイプ22を介して接続し、温度
制御するようにしてもよい。なお、図中、符号16はO
−リングを示す。
【0043】このようにして、原料容器7内で加熱さ
れ、蒸発した原料ガスは、水素と添加剤(アルコール、
テトラヒドロフランおよび水蒸気のうちの少なくとも1
種)とからなるキャリアガスによって、ガス噴射口12
から噴射され、基板ホルダ3に固定された試料基板4の
表面上に供給される。
【0044】多くの実験の結果、前記原料ガスは、試料
基板4の表面の材質の種類によって、分解して金または
銅が成長する場合と、分解せず、その結果、金または銅
が成長しない場合とがあることが判明した。具体的に
は、前記原料ガスは、アルミニウム,チタン,クロム,
ジルコニウム,タングステン,モリブデン,タンタル,
バナジウムまたはそれらのシリサイドの上では、分解し
て金または銅が成長し、他の特定の材質,酸化シリコン
などの金属酸化物,窒化シリコン,窒化チタンなどの窒
化物の上では分解せず、その結果、金または銅が成長し
ないことが判明した。
【0045】これは原料ガスが還元性ガスによって還元
され、分解する反応に対する各種材質の触媒作用の差に
よるものである。したがって、試料基板表面の材質を選
ぶことによって、試料の全面に金または銅を成長させる
ことができる。さらに、試料表面の特定の位置の材質を
変化させることによって、その特定の位置上に金または
銅を選択的に成長させることもできる。その際、ガス噴
射口12、すなわち、ガス噴射板9の温度および試料基
板4の温度を正しく定めることが重要である。図4に、
ガス噴射口および試料基板の温度による金または銅の成
長状態の変化を、模式的に示す。
【0046】ガス噴射口12の温度が原料の固化析出温
度Tv以下の領域Aは、蒸発した原料ガスが噴射板9上
で固化し、ガス状で噴射されることはない。したがっ
て、この領域は試料基板の温度に関係なく、金または銅
の成長は生じない領域である。ガス噴射口12の温度が
原料ガスの分解温度Td以上の領域Bは、原料ガスが分
解し、金または銅が原子または分子状態となって試料基
板の表面に到達し、その結果、試料基板の表面の材質に
よらず、その全面に成長する領域である。それゆえ、ガ
ス噴射口12の温度は、原料の固化析出温度Tvより高
く、かつ蒸発した原料ガスの分解温度Tdより低くなけ
ればならない。
【0047】一方、試料基板の温度が、その上に金また
は銅を選択成長させるべき特定材質上での原料ガスの分
解温度Tsより低ければ、試料基板の表面に供給された
原料ガスは分解せず、その結果、金または銅は成長しな
い。領域Cはかかる温度領域を示す。ガス噴射口12の
温度が原料である有機錯体または有機金属の固化析出温
度Tvより高く、かつ分解温度Tdより低く、試料基板
の温度がその上に金または銅を選択成長させるべき材質
上での原料ガスの分解温度Ts以上である領域Dにおい
てのみ、金または銅を試料基板の表面の特定の個所に選
択成長させることができる。
【0048】なお、ガス噴射板9をアルミニウム、チタ
ンなどの金属製とすれば、上に述べた2つの分解温度が
高すぎ、TH を越えた領域Eでは、選択成長した金また
は銅の結晶粒が粗大化し、その表面が荒れるので、好ま
しくない。TH の値は厳密ではない。試料基板の温度は
Ts以上であり、かつTsを200℃程度以上越えない
ことが好ましい。特に、半導体集積回路の製造工程に本
発明の方法を組み込む場合は、試料の温度を高くするこ
とは好ましくない。析出金属の出発原料としては、ビス
アセチルアセトナト銅,ビスヘキサフロロアセチルアセ
チナト銅,ビスジピバロイルメタナト銅,ジメチル金ヘ
キサフロロアセチルアセトナト,ジメチル金ヘキサフロ
ロアセチルアセトナトなどの銅または金のβ−ジケトナ
ト化合物またはそれらの混合物を用いることができる。
【0049】
【実施例】(実施例1) 前記装置を使用し、析出金属原料として、ヘキサフロロ
アセチルアセトナト銅を用いるとともに、アルコールと
してイソプロピルアルコールを用いて、銅の薄膜を堆積
した。堆積条件の一例を以下に示す。基板としては、シ
リコン基板の表面に酸化シリコン膜を形成し、さらに通
常のリソグラフィとスパッタリング技術によって、部分
的に金属層(例えば、クロム)を形成したものを用い
た。原料容器温度72℃、ガス噴射部温度130℃に設
定した。そして、水素とともに、イソプロアルコールを
キャリアガスとして反応室内に導入した。
【0050】全圧力を2000Paに固定し、基板温度
350℃で水素流量100cc/100cc/min、
イソプロピルアルコール流量0cc/minにおいて
は、絶縁膜上では膜の成長が見られず、金属上のみに膜
の堆積が見られた。しかし、図5(堆積膜表面の走査電
子顕微鏡写真)に示すように、成長した膜の結晶粒は完
全に合体することなく、電気抵抗も膜厚300nmで4
μΩcmと高かった。
【0051】基板温度を320℃以下にすれば、表面が
平滑で、かつ低抵抗な堆積膜を得ることが可能である
が、堆積速度が遅くなり、実用上問題がある。
【0052】水素100cc/minとともにイソプロ
ピルアルコール1.8cc/minを導入した場合は選
択成長の性質は保ちながら、基板温度350℃で、結晶
粒は、図6に示すように、接続して平滑になり、膜厚3
00nmで、抵抗率は2.0μΩcmと低抵抗のものを
得ることができた。
【0053】上記の条件で最も良質な銅膜が得られた
が、イソプロピルアルコール添加の効果は、0.5cc
/minから8cc/minの広い範囲で得ることがで
きた。
【0054】原料容器の温度50〜150℃、ガス噴射
口の温度50〜200℃、試料の温度250〜450
℃、水素流量100〜1000ml/min、反応室内
の圧力200〜5000Paの範囲で銅の成長を行わせ
ることができた。
【0055】ヘキサフロロアセチルアセトナト銅の他
に、ピバロイルメタナト銅,ジメチル金ヘキサフロロア
セチルアセトナト等のベータケトナト系原料でも同様の
効果を得ることができる。
【0056】同様の効果はメチルアルコール等の他のア
ルコール類においても得ることができる。
【0057】(実施例2) 原料としてヘキサフロロアセチルアセトナト銅を用いる
とともに、この原料化合物と分子間化合物を形成する物
質としてテトラヒドロフランを用いて銅の薄膜を堆積し
た。堆積条件の一例を以下に示す。実施例1と同様な装
置および基板を用い、原料温度72℃、ガス噴射部温度
130℃に設定し、水素およびテトラヒドロフランをキ
ャリアガスとして反応室1に導入した。
【0058】全圧力を2000Paに固定し、基板温度
350℃で水素流量100cc/min、テトラヒドロ
フラン3cc/minをキャリアガスとして導入した場
合は、選択成長の性質を保ちながら、結晶粒は接続して
平滑になり、膜厚200nmで、2.0μΩcmと低抵
抗のものを得ることができた。
【0059】(実施例3) 前記実施例と同様の装置を使用し、原料としてヘキサフ
ロロアセチルアセトナト銅を用いるとともに、この原料
化合物と分子間化合物を形成する物質として水蒸気を用
いて銅の薄膜を堆積した。堆積条件の一例を以下に示
す。実施例1と同様な基板を用い、原料温度72℃、ガ
ス噴射部温度130℃に設定し、水素および水蒸気をキ
ャリアガスとして反応室に導入した。
【0060】全圧力を2000Paに固定し、基板温度
350℃で水素流量100cc/min、水蒸気0cc
/min〜4cc/minまで添加量を変化させてキャ
リアガスとして導入した。水蒸気の添加量が増大する
と、結晶粒は接続して平滑になり、膜厚200nmで、
2.0μΩcmと低抵抗のものを得ることができた。
【0061】次に、銅堆積膜の表面の平坦性に対する水
蒸気添加量の影響を調べた。基板としてクロムを用い、
他の条件は前記実施例の通りとし、水素の添加量を0〜
0.4cc/minの範囲で変化させて堆積した膜の反
射率を測定した。図7に堆積した膜の反射率の水素添加
量依存性を示す。測定に用いた光の波長は700nm
で、スパッタリングで堆積した銅の膜の反射率を100
%として規格化した値を示してある。水蒸気を添加しな
い場合は、反射率は10%と極めて低い値を示すが、水
蒸気0.2cc/minの添加で約70%と著しく改善
され、0.3cc/min以上添加した場合の反射率は
85%以上とスパッタで堆積した膜に近い平滑な膜が形
成されていることがわかる。
【0062】(実施例4) この実施例では、前記実施例3において、さらに、水蒸
気の添加量を増大した場合を示す。水蒸気の添加量を増
大すると、堆積速度を大きく増大させることができる。
基板温度350℃、原料容器温度75℃、水素キャリア
流量130cc/min水蒸気添加量を0.2cc/m
inから10cc/minまで変化させた時の堆積速度
(白丸印)と堆積した銅膜の抵抗率(黒三角印)を図8
に示す。
【0063】抵抗率は水蒸気流量0.5cc/minか
ら2.0μΩcmとなるが、堆積速度は水蒸気流量2c
c/minから増大し、4cc/minから10cc/
minの範囲で、17nm/minと水蒸気無添加の時
の2倍近くに増大する。
【0064】さらに、図9に示すように、水蒸気流量を
10cc/min、基板温度350℃に固定して、原料
容器温度を上昇させると、原料容器温度87℃で28n
m/minまで増加する。水蒸気無添加の時は原料供給
量の上昇とともに75℃付近で極大になった後、堆積速
度が減少するのに比べ、堆積速度向上の効果が著しい。
【0065】さらに、原料容器温度87℃で基板温度を
370℃まで上昇させると、50nm/minまで堆積
速度を上昇させることができる。水蒸気無添加の際には
本条件では基板温度上昇による堆積速度の増加は見られ
ない。
【0066】上記全ての水蒸気添加条件で堆積した膜の
抵抗率は、2.0から1.9μΩcmと良好な平滑膜を
形成し、また下地材料の選択性を維持し、絶縁膜上には
膜成長は見られず、金属上のみに選択的な成長が見られ
る。また、下地全面に金属を敷いた場合には、極めて良
好な被覆形状を示す。
【0067】(実施例5) 本発明では、添加物は以上の実施例で挙げた材料のう
ち、2種以上を用いてもよい。この実施例では、例え
ば、基板温度350℃、原料温度75℃、水素流量13
0cc/min、全圧力200Paで、水蒸気0.5c
c/minとエチルアルコール0.5cc/minと
を、水素と混合し、これをキャリアガスとした。これら
の条件で実施した場合も、膜質の向上の効果を得ること
ができ、200nmの膜厚で、抵抗率2.0μΩcmの
良質な膜を得ることができる。
【0068】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
熱を用いた金属薄膜の成長において、基体とする金属下
地材料に対する金属成長の選択性を良好とし、段差を有
する下地上でも良好な被覆性を得、熱分解反応の有利な
特性を失うことなく、プラズマを用いたときと同等の膜
質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】水和物の堆積速度および抵抗率の実験回数によ
る変化を示すグラフである。
【図2】本発明に使用する金属薄膜成長装置の一例を示
す断面図である。
【図3】本発明に使用する金属薄膜成長装置の他の一例
を示す断面図である。
【図4】本発明による選択成長が行われる条件を示す模
式図である。
【図5】イソプロピルアルコール無添加の場合の堆積し
た銅の結晶構造を示す走査電子顕微鏡写真である。
【図6】イソプロピルアルコール添加した場合の堆積し
た銅の結晶構造を示す走査電子顕微鏡写真である。
【図7】堆積膜の反射率の水蒸気添加量依存性を示す特
性図である。
【図8】水蒸気添加量を0.2cc/minから10c
c/minまで変化させた時の堆積速度と堆積した銅膜
の抵抗率を示すグラフである。
【図9】水蒸気流量を10cc/minに固定して、原
料容器温度を上昇させた時の堆積速度を示すグラフであ
る。
【符号の説明】
1 反応室 2 排気孔 3 基板ホルダ 4 試料基板 5 板ばね 6 ヒータ 7 原料容器 8 原料 9 ガス噴射板 10 パイプ 11 バルブ 12 ガス噴射板 13 ヒータ 14 ヒータ 15 パイプ 16 O−リング 17 マスフローコントローラ 18 マスフローコントローラ 19 添加剤容器 20 ヒートバス 21 熱交換器 22 油パイプ 23 ヒータ 24 燃焼室

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金または銅のベータケトナト系金属錯体を
    原料とし、この原料に電子を供与する形で結合して分子
    間化合物を形成する物質と水素との混合ガスをキャリア
    ガスとし、このキャリアガスにより前記原料を基体上に
    導き、化学気相成長法によって前記基体上に金または銅
    を成長させることを特徴とする薄膜成長方法。
  2. 【請求項2】前記分子間化合物を形成する物質が、水蒸
    気および還元性を有する有機物から選ばれた1種または
    2種以上であることを特徴とする請求項1に記載の薄膜
    成長方法。
  3. 【請求項3】前記分子間化合物を形成する物質が水蒸気
    であり、この水蒸気のキャリアガス中への添加流量がキ
    ャリアガスの水素の0.2%〜10%であることを特徴
    とする請求項2に記載の薄膜成長方法。
  4. 【請求項4】前記還元性を有する有機物が、アルコール
    またはテトラビドロフランであることを特徴とする請求
    項2に記載の薄膜成長方法。
  5. 【請求項5】前記分子間化合物を形成する物質がイソプ
    ロピルアルコールであり、このイソプロピルアルコール
    のキャリアガス中への添加流量がキャリアガスの水素の
    0.5%〜8%であることを特徴とする請求項4に記載
    の薄膜成長方法。
  6. 【請求項6】前記有機金属錯体が、ビスアセチルアセト
    ナト銅,ビスヘキサフロロアセチルアセチナト銅,ビス
    ジピバロイルメタナト銅,ジメチル金ヘキサフロロアセ
    チルアセトナト,ジメチル金ヘキサフロロアセチルアセ
    トナト,ジメチルアセトナト金から選ばれた1種以上の
    材料であることを特徴とする請求項1記載の薄膜成長方
    法。
  7. 【請求項7】排気可能な反応室と、前記反応室に設けら
    れた試料を固定し、かつ加熱するための試料保持手段
    と、原料を収納する原料容器と、水蒸気を生成するため
    の酸素と水素の燃焼手段と、前記原料容器と連結し、前
    記原料ガスを還元性ガスと水蒸気とともに噴出させる噴
    出孔を有するガス噴射手段と、前記噴射手段の前記噴射
    孔近傍に熱交換媒質を循環させる熱交換手段と、を有す
    ることを特徴とする薄膜成長装置。
  8. 【請求項8】排気可能な反応室と、前記反応室に設けら
    れた試料を固定し、かつ加熱するための試料保持手段
    と、原料を収納する原料容器と、前記原料を蒸発させる
    ための加熱手段と、添加剤を収納する容器と、前記添加
    剤の蒸気圧を上げるために加熱する手段と、前記原料容
    器と連結し、前記原料ガスを還元性ガスと添加剤ととも
    に噴出させる噴出孔を有するガス噴射手段と、前記噴射
    手段の前記噴射孔近傍に熱交換媒質を循環させる熱交換
    手段と、を有することを特徴とする薄膜成長装置。
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