JP4079591B2 - 金属被膜の化学蒸着法 - Google Patents
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Description
【０００１】
（技術分野）
一般的に言って、本発明は、半導体基体上への金属被膜（ｍｅｔａｌ ｆｉｌｍ）の化学蒸着（ＣＶＤ）に関し、更に詳細には、比較的なめらかでありかつ低抵抗率を有する金属被膜の被覆を有する基体表面を製造する方法に関する。
【０００２】
（背景技術）
集積回路（ＩＣ）の形成において、しばしば金属およびメタロイド元素を含む薄い被膜を半導体基体の表面上に蒸着させて回路の中におよびＩＣの種々なデバイス（ｄｅｖｉｃｅｓ）の間に導電性およびオーム接点を提供する。例えば、所望の金属の薄い被膜を、半導体基体上の接点の暴露表面に、または孔を介して、適用させてもよい。基体上の絶縁層を通して通過する被膜は、絶縁層を横切って内部連絡させる目的のための導電性物質のプラグ（ｐｌｕｇｓ）を提供する。
【０００３】
薄い金属被膜を付着させるための既知方法の１つに化学蒸着法（ＣＶＤ）がある。ＣＶＤにおいては、薄被膜は、基体の表面において、種々な付着または反応体ガスの間の化学反応を用いて蒸着される。反応体ガスを反応室内部の基体に近接してポンプで入れ、次いで基体表面において反応させ、暴露された基体表面上に被膜を形成する１種以上の反応副生成物となる。
【０００４】
化学蒸着法により基体上に蒸着された薄い金属被膜は、なめらかな鏡のような表面形態を有している。しかし、より多くの被膜が蒸着されるにつれて被膜の表面形態は、被膜の厚さに直接比例して粗くかつ曇ってくる。粗い表面は望ましくない。なぜなら、それは電気移動を生じ、それにより高電流密度下で電子を流すことによって発揮される力によって金属原子が粒界にそって移動するからである。その結果として、金属ライン（ｍｅｔａｌ ｌｉｎｅｓ）の一端においてボイド（ｖｏｉｄｓ）が形成され、そして他端において押し出し（ｅｘｔｒｕｓｉｏｎｓ）が形成される。これは、ボイドの領域において回路が破損される確率の増加へと導く。
【０００５】
なめらかな表面形態に加えて、銅被膜を蒸着させる場合には、被膜が純粋な銅金属の抵抗率である１．６８マイクロオーム−ｃｍ（μｏｈｍｓ−ｃｍ）のバルク抵抗率（ｂｕｌｋ ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ）に近い抵抗率を有することが半導体基体の商業的な製造のために望ましい。約２マイクロオーム−ｃｍより高い抵抗率を有する銅被膜は、製造技術としては実行可能性がより少ない。なぜなら、同様の高抵抗率を有する他の金属により銅を置き換えることができるからである。被膜の抵抗率に影響を与える因子には、被膜の厚さ、密度、純度、および粒子サイズ（ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ）が含まれる。
【０００６】
欧州特許出願０２８８７５４号公報には、シリコン基体上に厚く低応力のタングステンを蒸着させる方法が開示されている。その方法は、六フッ化タングステンのＣＶＤによりタングステン層を蒸着させることを包含する。基体のシリコンは、ＷＦ6と反応してフッ化シリコンおよびタングステンを形成する。次の工程は、プラズマ蒸着によるシリコン層の蒸着である。これらの２つの工程は、所望のタングステンの厚さが達成されるまで繰り返される。
Ｅｉｓｅｎｂｒａｕｎらの論文である“Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ Ｄｅｖｉｃｅ−Ｑｕａｌｉｔｙ Ｃｏｐｐｅｒ ｂｙ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｐｌａｓｍａ−Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ”Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．６０，Ｎｏ．２５，Ｊｕｎｅ １９９２，ｐａｇｅｓ ３１２６−３１２８には、水素プラズマを用いて１６０〜１７０℃の温度、１．３〜１．７Ｔｏｒｒ（１７３．３〜２２６．７Ｎ／ｍ2）の圧力及び１５〜３０Ｗの範囲の水素プラズマパワーで銅被膜が蒸着され得ることが記載されている。その被膜は緻密で高度に均一であると考えられている。
【０００７】
（発明の概要）
本発明の１つの目的は、基体の表面上に、実質的になめらかな表面形態を有する金属被膜を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、基体の表面上に、低抵抗率を有する金属被膜を提供することである。
【０００９】
本発明のさらに他の目的は、基体の表面上に、実質的になめらかな表面形態および低抵抗率を有する銅被膜を提供することである。
【００１０】
本発明のなおさらに他の目的は、実質的になめらかな表面形態および約２マイクロオーム−ｃｍより小さい抵抗率を有する約７５０Åより大きい厚さの銅被膜の被覆を有する基体を提供することである。
【００１１】
特に、本発明は、基体の表面上に、なめらかな表面形態および低抵抗率を有する金属被膜を蒸着する方法に指向される。更に詳細には、本発明は、基体の表面上に、なめらかな表面形態および約７５０Åより小さい厚さの銅被膜に匹敵する抵抗率を有する約７５０Åより大きい厚さを有する銅被膜を蒸着する方法に指向される。
【００１２】
本発明の原理により、化学蒸着によって基体の少なくとも１つの表面上に第１の金属被膜を蒸着し；基体上に蒸着された該第１の金属被膜を有する基体をプラズマに暴露し；そして第２の金属を含有するガスの化学蒸着によって基体表面上の第１の金属被膜の上面の上に第２の金属被膜を蒸着させる、諸工程を含む方法であって、該方法が、第１の金属被膜を蒸着する前に基体をプラズマに暴露する予備工程を含み、第２の金属被膜が、第１の金属被膜を該金属含有ガスに曝露することにより蒸着する、ことを特徴とする方法が提供される。追加の被膜の層を蒸着しそしてプラズマに暴露する連続サイクルを行って所望の厚さの被膜を造ってもよい。好ましい態様においては、プラズマは水素／アルゴンのプラズマであり、被膜は銅の被膜である。本発明の方法を使用して蒸着された銅の被膜は、純粋な銅金属のバルク抵抗率に近い抵抗率を示しかつ実質的になめらかな表面形態を有する。
【００１３】
それ故、前述したように、化学蒸着法により基体上に蒸着されたなめらかな表面形態および低抵抗率の厚い金属被膜を提供する方法が提供される。これらの目的およびその他の目的は、添付図面およびそれらの記載から明らかになるであろう。
【００１４】
（図面の簡単な説明）
第１図は、サセプタ−（ｓｕｓｃｅｐｔｅｒ）および基体の概略図である。
【００１５】
第２図は、銅ＣＶＤのための反応室の概略断面図である。
【００１６】
（図面の詳細な説明）
第１図に関し、銅ＣＶＤの間の半導体基体２２のためのサセプター２０が示される。典型的なサセプター２０は、その上面２６ａおよび側面２６ｂの上に自然酸化物層２４を有している。基体２２は、加工処理のためにサセプター２０の上に支持されている。基体２２は、その上面２８として、約１０Å〜約２０Åの厚さの自然酸化物層３０を有している。この上面層３０は、順番に、約５００Åの厚さのＴｉＮ層３２の上面にあり、ＴｉＮ層３２は、順番に、シリコン３４の層の上に被覆されている。
【００１７】
第２図に関し、化学蒸着法により半導体基体２２の表面２８上に銅を蒸着させるための反応器４５が例示される。反応器４５には、加工処理空間４８を囲む反応室４６が含まれる。サセプター２０の上に基体２２を含むように示されている反応室４６の中に、ＣＶＤのための反応体ガスが加工処理空間４８に供給される。米国特許第５，６２８，８２９号“Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ＣＶＤ ａｎｄ ＰＥＣＶＤ ｆｉｌｍｓ”（この特許は、本発明の譲り受け人に譲渡されており、かつそれにより、その明細書の記載は本明細書の記載の中に援用される）に記載されているようなガス供給系により、ＣＶＤ法のためのガスの適当な流れおよび分布が提供される。一般的に、ガス供給系には、反応室４６中に平らなシャワーヘッド５０のようなガス分散用要素が含まれる。シャワーヘッド５０は、導入される反応体ガスを反応室４６の加工処理空間４８の四方に散布してサセプター２０および基体２２に近いガスの均質な分布および流れを確保する。均質なガスの分布および流れは、均質な効率のよい蒸着法、密着したプラズマおよびなめらかな（均質な）蒸着被膜のために望ましい。
【００１８】
銅被膜の蒸着のためには、銅前駆体、銅Iヘキサフルオロアセチルアセトネートトリメチルビニルシラン（ＣｕI（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ））の２分子を反応させ、次の不均化反応において銅金属を生成させる：
２ＣｕI（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）−Ｃｕ0＋ＣｕII（ｈｆａｃ）2＋２（ｔｍｖｓ）
ｔｍｖｓ配位子は、その蒸発段階の間に前駆体を安定化し、そしてｈｆａｃ配位子は、前駆体を基体表面においてより高い金属化率の方へ活性化する。反応室４６における典型的な条件は次の如くである：基体温度は約１７０℃；反応圧力は約０．５ｔｏｒｒ〜約２．０ｔｏｒｒ（６６．６６〜２６６．６４Ｎ／ｍ2）；前駆体の流れは液体の約０．２ｍＬ／分〜約１．０ｍＬ／分（蒸気の約１６〜８０ｓｃｃｍに等しい）；および希釈剤の流れは約１００ｓｃｃｍ。
【００１９】
本発明の１つの態様によれば、反応器４５には、サセプター２０の上に加工処理のための基体２２を置く前に、または置いた後に、サセプター２０を水素／アルゴンのプラズマに暴露するためのプラズマ発生装置５１が装備される。サセプター２０を水素／アルゴンのプラズマに暴露するための装置５１は、係属中の米国特願第０８／７９７，３９７号“Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｕｎｇｓｔｅｎ ｏｎｔｏ ａ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｓｕｒｆａｃｅ”（この特許出願は、本発明の譲り受け人に譲渡されている）に記載されているタイプでよい。好ましくは、装置５１には、シャワーヘッド５０に取り付けられており４５０ＫＨｚを発生することが可能な高周波（ＲＦ）発生器５２が含まれる。
【００２０】
本発明方法において、サセプター２０の上に支持されている基体２２は、反応室４６内において水素／アルゴンのプラズマに暴露される。反応室４６における条件は次の如くである：室内圧力は約１ｔｏｒｒ（１３３．３２Ｎ／ｍ2）；パワーは約７５０Ｗ；周波数は約４５０ＫＨｚ；水素の流れは約２００ｓｃｃｍ；アルゴンの流れは約５０ｓｃｃｍ；時間は約１０秒；および基体温度は約１７０℃。
【００２１】
銅I（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）は、基体２２の上に化学蒸着法によって薄い層に蒸着され、薄い銅の被膜を形成する。好ましい態様に置いて、銅の被膜は約５００Åの厚さである。反応室４６における条件は次の如くである：基体温度は約１７０℃；室内圧力は約０．５〜２．０ｔｏｒｒ（６６．６６〜２６６．６４Ｎ／ｍ2）；前駆体の流速は約０．２〜１．０ｍＬ／分；および希釈剤の流速は約１００ｓｃｃｍ。
【００２２】
次いで、基体２２は、プラズマを暴露するための前述の条件と同じ条件下で水素／アルゴンのプラズマに暴露される。次いで、銅の第２の薄層は、銅を蒸着させるために前述したような反応室４６における条件下で第１層の上面の上に蒸着される。好ましくは、第２の銅被膜層は約３００Åの厚さである。プラズマへの暴露とそれに続く銅の蒸着の続く追加のサイクルを用いて所望の厚さの銅被膜を造ることができる。
【００２３】
本発明についてそれらの態様を記載することにより説明し、例示態様をかなり詳細に記載したが、追加の利点および変更は当業者にとって容易に分かるであろう。例えば、サセプター２０は、同時に出願された表題“Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇ ｅｄｇｅ ｅｆｆｅｃｔ ｉｎ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｍｅｔａｌ”の出願に記載されているように、基体２２上の周辺効果（ｅｄｇｅ ｅｆｆｅｃｔ）を排除するために金属被膜で前処理してもよい。
本発明に関して、更に以下の内容を開示する。
（１） （ａ）基体をプラズマに暴露し、
（ｂ）基体の少なくとも１つの表面上に第１の金属被膜を蒸着し、
（ｃ）基体上に蒸着された被膜を有する基体をプラズマに暴露し、そして
（ｄ）基体表面上の第１の金属被膜の上面の上に第２の金属被膜を蒸着させる、
諸工程を含む、化学蒸着法によって半導体基体表面上に金属被膜を蒸着する方法。
（２） 工程（ｃ）および（ｄ）を繰り返し、所望の被膜の厚さを達成させることをさらに含む、（１）の方法。
（３） 暴露工程（ａ）および（ｃ）は、基体を水素／アルゴンのプラズマに暴露することを含み、そして蒸着工程（ｂ）および（ｄ）は、銅の被膜を蒸着することを含む、（１）の方法。
（４） 工程（ｃ）および（ｄ）を繰り返し、所望の被膜の厚さを達成させることをさらに含む、（３）の方法。
（５） 蒸着工程を、約０．１〜１０ｔｏｒｒ（約１３．３３〜１３３３．２２Ｎ／ｍ ２ ）の範囲における圧力下、好ましくは約０．５〜２．０ｔｏｒｒ（約６６．６６〜２６６．６４Ｎ／ｍ ２ ）の範囲における圧力下の反応室内において行う、（３）の方法。
（６） 蒸着工程を、約０．０１ｍＬ／分〜約５ｍＬ／分の範囲における前駆体の流れ、好ましくは約０．２ｍＬ／分〜約１．０ｍＬ／分の範囲における前駆体の流れで反応室内において行う、（３）の方法。
（７） 蒸着工程を、約１０〜１５００ｓｃｃｍの範囲、好ましくは約１００ｓｃｃｍの水素流のもとで反応室内において行う、（３）の方法。
（８） 蒸着工程を、約１２０〜２８０℃の範囲、好ましくは約１７０℃のサセプター温度で反応室内において行う、（３）の方法。
（９） 暴露工程を、約０．１〜２５ｔｏｒｒ（約１３．３３〜３３３３．０５Ｎ／ｍ ２ ）の範囲、好ましくは約１ｔｏｒｒ（約１３３．３２Ｎ／ｍ ２ ）の圧力下で反応室内において行う、（３）の方法。
（１０） 暴露工程を、約５０〜１５００Ｗの範囲、好ましくは約７５０Ｗのパワーで反応室内において行う、（３）の方法。
（１１） 暴露工程を、約２５０〜５００ＫＨｚの範囲、好ましくは約４５０ＫＨｚの周波数で反応室内において行う、（３）の方法。
（１２） 暴露工程を、約５０〜５０００ｓｃｃｍの範囲、好ましくは約２００ｓｃｃｍの水素流のもとで反応室内において行う、（３）の方法。
（１３） 暴露工程を、約１０〜１５００ｓｃｃｍの範囲、好ましくは約５０ｓｃｃｍのアルゴン流のもとで反応室内において行う、（３）の方法。
（１４） 暴露工程を、約１２０〜２８０℃の範囲、好ましくは約１７０℃のサセプター温度で反応室内において行う、（３）の方法。
（１５） 暴露工程を、約２〜２４０秒の範囲、好ましくは約１０秒の時間、反応室内において行う、（３）の方法。
（１６） （ａ）サセプター上に支持された基体を水素／アルゴンのプラズマに暴露し、
（ｂ）基体の少なくとも１つの表面上に約５００Åの厚さの第１の銅被膜を蒸着し、
（ｃ）銅被膜を含む基体を水素／アルゴンのプラズマに暴露し、そして
（ｄ）基体の表面上の第１の銅被膜の上面の上に、約３００Åの厚さの第２の銅被膜を蒸着させる、
諸工程を含む、半導体基体上にＣＶＤ銅被膜を形成する方法。
（１７） 工程（ｃ）〜（ｄ）を繰り返し、所望の被膜の厚さを達成させることをさらに含む、（１６）の方法。
（１８） （１）の方法の生成物。
（１９） （２）の方法の生成物。
（２０） （３）の方法の生成物。
（２１） （４）の方法の生成物。
（２２） （１６）の方法の生成物。
（２３） （１７）の方法の生成物。
（２４） 基体表面上に、実質的になめらかな表面形態および低抵抗率を有する厚い金属被膜を形成する方法。基体をプラズマに暴露する。化学蒸着法により第１の薄い金属被膜を基体上に蒸着する。基体上に蒸着された被膜を有する基体をプラズマに暴露し、そして第２の薄い金属被膜を第１の被膜の上面の上に蒸着させる。次いで、所望の被膜の厚さが得られるまでプラズマに暴露および被膜の蒸着のサイクルにかけてもよい。得られた被膜はなめらかな表面形態および低抵抗率を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１図は、サセプターおよび基体の概略図である。
【図２】 第２図は、銅ＣＶＤのための反応室の概略断面図である。
（技術分野）
一般的に言って、本発明は、半導体基体上への金属被膜（ｍｅｔａｌ ｆｉｌｍ）の化学蒸着（ＣＶＤ）に関し、更に詳細には、比較的なめらかでありかつ低抵抗率を有する金属被膜の被覆を有する基体表面を製造する方法に関する。
【０００２】
（背景技術）
集積回路（ＩＣ）の形成において、しばしば金属およびメタロイド元素を含む薄い被膜を半導体基体の表面上に蒸着させて回路の中におよびＩＣの種々なデバイス（ｄｅｖｉｃｅｓ）の間に導電性およびオーム接点を提供する。例えば、所望の金属の薄い被膜を、半導体基体上の接点の暴露表面に、または孔を介して、適用させてもよい。基体上の絶縁層を通して通過する被膜は、絶縁層を横切って内部連絡させる目的のための導電性物質のプラグ（ｐｌｕｇｓ）を提供する。
【０００３】
薄い金属被膜を付着させるための既知方法の１つに化学蒸着法（ＣＶＤ）がある。ＣＶＤにおいては、薄被膜は、基体の表面において、種々な付着または反応体ガスの間の化学反応を用いて蒸着される。反応体ガスを反応室内部の基体に近接してポンプで入れ、次いで基体表面において反応させ、暴露された基体表面上に被膜を形成する１種以上の反応副生成物となる。
【０００４】
化学蒸着法により基体上に蒸着された薄い金属被膜は、なめらかな鏡のような表面形態を有している。しかし、より多くの被膜が蒸着されるにつれて被膜の表面形態は、被膜の厚さに直接比例して粗くかつ曇ってくる。粗い表面は望ましくない。なぜなら、それは電気移動を生じ、それにより高電流密度下で電子を流すことによって発揮される力によって金属原子が粒界にそって移動するからである。その結果として、金属ライン（ｍｅｔａｌ ｌｉｎｅｓ）の一端においてボイド（ｖｏｉｄｓ）が形成され、そして他端において押し出し（ｅｘｔｒｕｓｉｏｎｓ）が形成される。これは、ボイドの領域において回路が破損される確率の増加へと導く。
【０００５】
なめらかな表面形態に加えて、銅被膜を蒸着させる場合には、被膜が純粋な銅金属の抵抗率である１．６８マイクロオーム−ｃｍ（μｏｈｍｓ−ｃｍ）のバルク抵抗率（ｂｕｌｋ ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ）に近い抵抗率を有することが半導体基体の商業的な製造のために望ましい。約２マイクロオーム−ｃｍより高い抵抗率を有する銅被膜は、製造技術としては実行可能性がより少ない。なぜなら、同様の高抵抗率を有する他の金属により銅を置き換えることができるからである。被膜の抵抗率に影響を与える因子には、被膜の厚さ、密度、純度、および粒子サイズ（ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ）が含まれる。
【０００６】
欧州特許出願０２８８７５４号公報には、シリコン基体上に厚く低応力のタングステンを蒸着させる方法が開示されている。その方法は、六フッ化タングステンのＣＶＤによりタングステン層を蒸着させることを包含する。基体のシリコンは、ＷＦ6と反応してフッ化シリコンおよびタングステンを形成する。次の工程は、プラズマ蒸着によるシリコン層の蒸着である。これらの２つの工程は、所望のタングステンの厚さが達成されるまで繰り返される。
Ｅｉｓｅｎｂｒａｕｎらの論文である“Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ Ｄｅｖｉｃｅ−Ｑｕａｌｉｔｙ Ｃｏｐｐｅｒ ｂｙ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｐｌａｓｍａ−Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ”Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．６０，Ｎｏ．２５，Ｊｕｎｅ １９９２，ｐａｇｅｓ ３１２６−３１２８には、水素プラズマを用いて１６０〜１７０℃の温度、１．３〜１．７Ｔｏｒｒ（１７３．３〜２２６．７Ｎ／ｍ2）の圧力及び１５〜３０Ｗの範囲の水素プラズマパワーで銅被膜が蒸着され得ることが記載されている。その被膜は緻密で高度に均一であると考えられている。
【０００７】
（発明の概要）
本発明の１つの目的は、基体の表面上に、実質的になめらかな表面形態を有する金属被膜を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、基体の表面上に、低抵抗率を有する金属被膜を提供することである。
【０００９】
本発明のさらに他の目的は、基体の表面上に、実質的になめらかな表面形態および低抵抗率を有する銅被膜を提供することである。
【００１０】
本発明のなおさらに他の目的は、実質的になめらかな表面形態および約２マイクロオーム−ｃｍより小さい抵抗率を有する約７５０Åより大きい厚さの銅被膜の被覆を有する基体を提供することである。
【００１１】
特に、本発明は、基体の表面上に、なめらかな表面形態および低抵抗率を有する金属被膜を蒸着する方法に指向される。更に詳細には、本発明は、基体の表面上に、なめらかな表面形態および約７５０Åより小さい厚さの銅被膜に匹敵する抵抗率を有する約７５０Åより大きい厚さを有する銅被膜を蒸着する方法に指向される。
【００１２】
本発明の原理により、化学蒸着によって基体の少なくとも１つの表面上に第１の金属被膜を蒸着し；基体上に蒸着された該第１の金属被膜を有する基体をプラズマに暴露し；そして第２の金属を含有するガスの化学蒸着によって基体表面上の第１の金属被膜の上面の上に第２の金属被膜を蒸着させる、諸工程を含む方法であって、該方法が、第１の金属被膜を蒸着する前に基体をプラズマに暴露する予備工程を含み、第２の金属被膜が、第１の金属被膜を該金属含有ガスに曝露することにより蒸着する、ことを特徴とする方法が提供される。追加の被膜の層を蒸着しそしてプラズマに暴露する連続サイクルを行って所望の厚さの被膜を造ってもよい。好ましい態様においては、プラズマは水素／アルゴンのプラズマであり、被膜は銅の被膜である。本発明の方法を使用して蒸着された銅の被膜は、純粋な銅金属のバルク抵抗率に近い抵抗率を示しかつ実質的になめらかな表面形態を有する。
【００１３】
それ故、前述したように、化学蒸着法により基体上に蒸着されたなめらかな表面形態および低抵抗率の厚い金属被膜を提供する方法が提供される。これらの目的およびその他の目的は、添付図面およびそれらの記載から明らかになるであろう。
【００１４】
（図面の簡単な説明）
第１図は、サセプタ−（ｓｕｓｃｅｐｔｅｒ）および基体の概略図である。
【００１５】
第２図は、銅ＣＶＤのための反応室の概略断面図である。
【００１６】
（図面の詳細な説明）
第１図に関し、銅ＣＶＤの間の半導体基体２２のためのサセプター２０が示される。典型的なサセプター２０は、その上面２６ａおよび側面２６ｂの上に自然酸化物層２４を有している。基体２２は、加工処理のためにサセプター２０の上に支持されている。基体２２は、その上面２８として、約１０Å〜約２０Åの厚さの自然酸化物層３０を有している。この上面層３０は、順番に、約５００Åの厚さのＴｉＮ層３２の上面にあり、ＴｉＮ層３２は、順番に、シリコン３４の層の上に被覆されている。
【００１７】
第２図に関し、化学蒸着法により半導体基体２２の表面２８上に銅を蒸着させるための反応器４５が例示される。反応器４５には、加工処理空間４８を囲む反応室４６が含まれる。サセプター２０の上に基体２２を含むように示されている反応室４６の中に、ＣＶＤのための反応体ガスが加工処理空間４８に供給される。米国特許第５，６２８，８２９号“Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ＣＶＤ ａｎｄ ＰＥＣＶＤ ｆｉｌｍｓ”（この特許は、本発明の譲り受け人に譲渡されており、かつそれにより、その明細書の記載は本明細書の記載の中に援用される）に記載されているようなガス供給系により、ＣＶＤ法のためのガスの適当な流れおよび分布が提供される。一般的に、ガス供給系には、反応室４６中に平らなシャワーヘッド５０のようなガス分散用要素が含まれる。シャワーヘッド５０は、導入される反応体ガスを反応室４６の加工処理空間４８の四方に散布してサセプター２０および基体２２に近いガスの均質な分布および流れを確保する。均質なガスの分布および流れは、均質な効率のよい蒸着法、密着したプラズマおよびなめらかな（均質な）蒸着被膜のために望ましい。
【００１８】
銅被膜の蒸着のためには、銅前駆体、銅Iヘキサフルオロアセチルアセトネートトリメチルビニルシラン（ＣｕI（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ））の２分子を反応させ、次の不均化反応において銅金属を生成させる：
２ＣｕI（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）−Ｃｕ0＋ＣｕII（ｈｆａｃ）2＋２（ｔｍｖｓ）
ｔｍｖｓ配位子は、その蒸発段階の間に前駆体を安定化し、そしてｈｆａｃ配位子は、前駆体を基体表面においてより高い金属化率の方へ活性化する。反応室４６における典型的な条件は次の如くである：基体温度は約１７０℃；反応圧力は約０．５ｔｏｒｒ〜約２．０ｔｏｒｒ（６６．６６〜２６６．６４Ｎ／ｍ2）；前駆体の流れは液体の約０．２ｍＬ／分〜約１．０ｍＬ／分（蒸気の約１６〜８０ｓｃｃｍに等しい）；および希釈剤の流れは約１００ｓｃｃｍ。
【００１９】
本発明の１つの態様によれば、反応器４５には、サセプター２０の上に加工処理のための基体２２を置く前に、または置いた後に、サセプター２０を水素／アルゴンのプラズマに暴露するためのプラズマ発生装置５１が装備される。サセプター２０を水素／アルゴンのプラズマに暴露するための装置５１は、係属中の米国特願第０８／７９７，３９７号“Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｕｎｇｓｔｅｎ ｏｎｔｏ ａ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｓｕｒｆａｃｅ”（この特許出願は、本発明の譲り受け人に譲渡されている）に記載されているタイプでよい。好ましくは、装置５１には、シャワーヘッド５０に取り付けられており４５０ＫＨｚを発生することが可能な高周波（ＲＦ）発生器５２が含まれる。
【００２０】
本発明方法において、サセプター２０の上に支持されている基体２２は、反応室４６内において水素／アルゴンのプラズマに暴露される。反応室４６における条件は次の如くである：室内圧力は約１ｔｏｒｒ（１３３．３２Ｎ／ｍ2）；パワーは約７５０Ｗ；周波数は約４５０ＫＨｚ；水素の流れは約２００ｓｃｃｍ；アルゴンの流れは約５０ｓｃｃｍ；時間は約１０秒；および基体温度は約１７０℃。
【００２１】
銅I（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）は、基体２２の上に化学蒸着法によって薄い層に蒸着され、薄い銅の被膜を形成する。好ましい態様に置いて、銅の被膜は約５００Åの厚さである。反応室４６における条件は次の如くである：基体温度は約１７０℃；室内圧力は約０．５〜２．０ｔｏｒｒ（６６．６６〜２６６．６４Ｎ／ｍ2）；前駆体の流速は約０．２〜１．０ｍＬ／分；および希釈剤の流速は約１００ｓｃｃｍ。
【００２２】
次いで、基体２２は、プラズマを暴露するための前述の条件と同じ条件下で水素／アルゴンのプラズマに暴露される。次いで、銅の第２の薄層は、銅を蒸着させるために前述したような反応室４６における条件下で第１層の上面の上に蒸着される。好ましくは、第２の銅被膜層は約３００Åの厚さである。プラズマへの暴露とそれに続く銅の蒸着の続く追加のサイクルを用いて所望の厚さの銅被膜を造ることができる。
【００２３】
本発明についてそれらの態様を記載することにより説明し、例示態様をかなり詳細に記載したが、追加の利点および変更は当業者にとって容易に分かるであろう。例えば、サセプター２０は、同時に出願された表題“Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇ ｅｄｇｅ ｅｆｆｅｃｔ ｉｎ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｍｅｔａｌ”の出願に記載されているように、基体２２上の周辺効果（ｅｄｇｅ ｅｆｆｅｃｔ）を排除するために金属被膜で前処理してもよい。
本発明に関して、更に以下の内容を開示する。
（１） （ａ）基体をプラズマに暴露し、
（ｂ）基体の少なくとも１つの表面上に第１の金属被膜を蒸着し、
（ｃ）基体上に蒸着された被膜を有する基体をプラズマに暴露し、そして
（ｄ）基体表面上の第１の金属被膜の上面の上に第２の金属被膜を蒸着させる、
諸工程を含む、化学蒸着法によって半導体基体表面上に金属被膜を蒸着する方法。
（２） 工程（ｃ）および（ｄ）を繰り返し、所望の被膜の厚さを達成させることをさらに含む、（１）の方法。
（３） 暴露工程（ａ）および（ｃ）は、基体を水素／アルゴンのプラズマに暴露することを含み、そして蒸着工程（ｂ）および（ｄ）は、銅の被膜を蒸着することを含む、（１）の方法。
（４） 工程（ｃ）および（ｄ）を繰り返し、所望の被膜の厚さを達成させることをさらに含む、（３）の方法。
（５） 蒸着工程を、約０．１〜１０ｔｏｒｒ（約１３．３３〜１３３３．２２Ｎ／ｍ ２ ）の範囲における圧力下、好ましくは約０．５〜２．０ｔｏｒｒ（約６６．６６〜２６６．６４Ｎ／ｍ ２ ）の範囲における圧力下の反応室内において行う、（３）の方法。
（６） 蒸着工程を、約０．０１ｍＬ／分〜約５ｍＬ／分の範囲における前駆体の流れ、好ましくは約０．２ｍＬ／分〜約１．０ｍＬ／分の範囲における前駆体の流れで反応室内において行う、（３）の方法。
（７） 蒸着工程を、約１０〜１５００ｓｃｃｍの範囲、好ましくは約１００ｓｃｃｍの水素流のもとで反応室内において行う、（３）の方法。
（８） 蒸着工程を、約１２０〜２８０℃の範囲、好ましくは約１７０℃のサセプター温度で反応室内において行う、（３）の方法。
（９） 暴露工程を、約０．１〜２５ｔｏｒｒ（約１３．３３〜３３３３．０５Ｎ／ｍ ２ ）の範囲、好ましくは約１ｔｏｒｒ（約１３３．３２Ｎ／ｍ ２ ）の圧力下で反応室内において行う、（３）の方法。
（１０） 暴露工程を、約５０〜１５００Ｗの範囲、好ましくは約７５０Ｗのパワーで反応室内において行う、（３）の方法。
（１１） 暴露工程を、約２５０〜５００ＫＨｚの範囲、好ましくは約４５０ＫＨｚの周波数で反応室内において行う、（３）の方法。
（１２） 暴露工程を、約５０〜５０００ｓｃｃｍの範囲、好ましくは約２００ｓｃｃｍの水素流のもとで反応室内において行う、（３）の方法。
（１３） 暴露工程を、約１０〜１５００ｓｃｃｍの範囲、好ましくは約５０ｓｃｃｍのアルゴン流のもとで反応室内において行う、（３）の方法。
（１４） 暴露工程を、約１２０〜２８０℃の範囲、好ましくは約１７０℃のサセプター温度で反応室内において行う、（３）の方法。
（１５） 暴露工程を、約２〜２４０秒の範囲、好ましくは約１０秒の時間、反応室内において行う、（３）の方法。
（１６） （ａ）サセプター上に支持された基体を水素／アルゴンのプラズマに暴露し、
（ｂ）基体の少なくとも１つの表面上に約５００Åの厚さの第１の銅被膜を蒸着し、
（ｃ）銅被膜を含む基体を水素／アルゴンのプラズマに暴露し、そして
（ｄ）基体の表面上の第１の銅被膜の上面の上に、約３００Åの厚さの第２の銅被膜を蒸着させる、
諸工程を含む、半導体基体上にＣＶＤ銅被膜を形成する方法。
（１７） 工程（ｃ）〜（ｄ）を繰り返し、所望の被膜の厚さを達成させることをさらに含む、（１６）の方法。
（１８） （１）の方法の生成物。
（１９） （２）の方法の生成物。
（２０） （３）の方法の生成物。
（２１） （４）の方法の生成物。
（２２） （１６）の方法の生成物。
（２３） （１７）の方法の生成物。
（２４） 基体表面上に、実質的になめらかな表面形態および低抵抗率を有する厚い金属被膜を形成する方法。基体をプラズマに暴露する。化学蒸着法により第１の薄い金属被膜を基体上に蒸着する。基体上に蒸着された被膜を有する基体をプラズマに暴露し、そして第２の薄い金属被膜を第１の被膜の上面の上に蒸着させる。次いで、所望の被膜の厚さが得られるまでプラズマに暴露および被膜の蒸着のサイクルにかけてもよい。得られた被膜はなめらかな表面形態および低抵抗率を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１図は、サセプターおよび基体の概略図である。
【図２】 第２図は、銅ＣＶＤのための反応室の概略断面図である。
Claims (15)
- （ａ）化学蒸着によって基体（２２）の少なくとも１つの表面上に第１の金属被膜を蒸着し、
（ｂ）基体上に蒸着された該第１の金属被膜を有する基体をプラズマに暴露し、そして
（ｃ）第２の金属を含有するガスの化学蒸着によって基体表面上の第１の金属被膜の上面の上に第２の金属被膜を蒸着させる、
諸工程を含む半導体基体表面上に金属被膜を蒸着する方法であって、
該方法が、第１の金属被膜を蒸着する前に基体をプラズマに暴露する予備工程を含み、第２の金属被膜が、第１の金属被膜を該金属含有ガスに暴露することにより蒸着し、
しかも、前記半導体基体表面上に蒸着した金属被膜が、なめらかな表面形態および２マイクロオーム−ｃｍより小さい抵抗率を有する７５０Åより大きい厚さの銅被膜の被覆である、ことを特徴とする方法。 - （ａ）化学蒸着によって基体（２２）の少なくとも１つの表面上に第１の金属被膜を蒸着し、
（ｂ）基体上に蒸着された該第１の金属被膜を有する基体をプラズマに暴露し、そして
（ｃ）第２の金属を含有するガスの化学蒸着によって基体表面上の第１の金属被膜の上面の上に第２の金属被膜を蒸着させる、
諸工程を含む半導体基体表面上に金属被膜を蒸着する方法であって、
該方法が、第１の金属被膜を蒸着する前に基体をプラズマに暴露する予備工程を含み、第２の金属被膜が、第１の金属被膜を該金属含有ガスに暴露することにより蒸着し、
しかも、前記半導体基体表面上に蒸着した金属被膜が、なめらかな表面形態および２マイクロオーム−ｃｍより小さい抵抗率を有する７５０Åより大きい厚さの銅被膜の被覆であり、
暴露工程は、水素とアルゴンとを両方含むプラズマに基体を暴露することを含み、そして蒸着工程は、銅の被膜を蒸着することを含む、ことを特徴とする方法。 - 工程（ｂ）および（ｃ）を繰り返し、所望の被膜の厚さを達成させることをさらに含む、請求項１又は２の方法。
- 蒸着工程を、０．１〜１０ｔｏｒｒ（１３．３３〜１３３３．２２Ｎ／ｍ２）の範囲における圧力下の反応室（４６）内において行う、請求項１〜３のいずれか１項の方法。
- 蒸着工程を、０．０１ｍＬ／分〜５ｍＬ／分の範囲における前駆体の流れで反応室（４６）内において行う、請求項１〜４のいずれか１項の方法。
- 蒸着工程を、１０〜１５００ｓｃｃｍの範囲の水素流のもとで反応室（４６）内において行う、請求項１〜５のいずれか１項の方法。
- 蒸着工程を、１２０〜２８０℃の範囲のサセプター温度で反応室（４６）内において行う、請求項１〜６のいずれか１項の方法。
- 暴露工程を、０．１〜２５ｔｏｒｒ（１３．３３〜３３３３．０５Ｎ／ｍ2）の範囲の圧力下で反応室（４６）内において行う、請求項１〜７のいずれか１項の方法。
- 暴露工程を、５０〜１５００Ｗの範囲のパワーで反応室（４６）内において行う、請求項１〜８のいずれか１項の方法。
- 暴露工程を、２５０〜５００ＫＨｚの範囲の周波数で反応室（４６）内において行う、請求項１〜９のいずれか１項の方法。
- 暴露工程を、５０〜５０００ｓｃｃｍの範囲の水素流のもとで反応室（４６）内において行う、請求項１〜１０のいずれか１項の方法。
- 暴露工程を、１０〜１５００ｓｃｃｍの範囲のアルゴン流のもとで反応室（４６）内において行う、請求項１〜１０のいずれか１項の方法。
- 暴露工程を、１２０〜２８０℃の範囲のサセプター温度で反応室（４６）内において行う、請求項１〜１２のいずれか１項の方法。
- 暴露工程を、２〜２４０秒の範囲の時間、反応室（４６）内において行う、請求項１〜１３のいずれか１項の方法。
- 半導体基体；
前記基体をプラズマに暴露し、そして、化学蒸着によって前記基体の少なくとも１つの表面上に第１の金属被膜を蒸着させることにより形成された第１の金属被膜；及び
前記基体上に蒸着された該第１の金属被膜を有する前記基体をプラズマに暴露し、そして、第２の金属を含有するガスに該第１の金属被膜を暴露することによる該第２の金属を含有するガスの化学蒸着によって前記基体表面上の前記第１の金属被膜の上面の上に第２の金属被膜を蒸着させることにより形成された第２の金属被膜：
を含み、しかも、前記半導体基体表面上に蒸着した金属被膜が、なめらかな表面形態および２マイクロオーム−ｃｍより小さい抵抗率を有する７５０Åより大きい厚さの銅被膜の被覆である、請求項１〜１４のいずれか１項の方法により得られる生成物。
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