JPH09296269A - 銅薄膜の形成方法 - Google Patents

銅薄膜の形成方法

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JPH09296269A
JPH09296269A JP10974696A JP10974696A JPH09296269A JP H09296269 A JPH09296269 A JP H09296269A JP 10974696 A JP10974696 A JP 10974696A JP 10974696 A JP10974696 A JP 10974696A JP H09296269 A JPH09296269 A JP H09296269A
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JP
Japan
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gas
copper
thin film
tank
copper thin
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JP10974696A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Nishimura
博司 西村
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好な膜質を有し、かつ高速成膜が可能な銅
薄膜の形成方法を提供しようとするものである。 【解決手段】 β−ジケトン銅錯体ガスを熱分解させて
前記反応容器内に配置した基板上に銅薄膜を堆積する銅
薄膜の形成方法において、水素ガス、酸素ガス、これら
の混合ガスおよび水蒸気から選ばれる反応促進ガスを前
記β−ジケトン銅錯体ガスと共に前記反応容器内に導入
することを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、配線材料等に用い
られる銅薄膜の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置において配線材料とし
てアルミニウムに代わって低抵抗の銅を使用することが
試みられている。銅薄膜は、従来より真空蒸着法やスパ
ッタリング法により基板上に形成されている。しかしな
がら、これらの方法では銅の回り込み性が劣るために半
導体装置の配線間を接続するスルホールや回路基板のビ
アホール内に銅を埋め込むことが困難であった。
【0003】このようなことから、化学気相成長法を用
いて銅薄膜を形成することが検討されている。この化学
気相成長法は、銅の有機化合物であるβ−ジケトン錯体
溶液を気化したガスを反応容器内で熱分解することによ
り基板上に銅を堆積する方法である。このような化学気
相成長法では、原料ガスの熱分解により銅を堆積するた
め、前述したスパッタリング法に比べて堆積される銅の
回り込み性が良好で、前記コンタクトホールやビアホー
ル内にボイド等を生じることなく埋め込むことができ
る。しかしながら、この化学気相成長法は銅の成膜速度
が非常に遅いという問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、良好な膜質
を有し、かつ高速成膜が可能な銅薄膜の形成方法を提供
しようとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる銅薄膜の
形成方法は、β−ジケトン銅錯体ガスを熱分解させて前
記反応容器内に配置した基板上に銅薄膜を堆積する銅薄
膜の形成方法において、水素ガス、酸素ガス、これらの
混合ガスおよび水蒸気から選ばれる反応促進ガスを前記
β−ジケトン銅錯体ガスと共に前記反応容器内に導入す
ることを特徴とするものである。
【0006】
【発明に実施の形態】以下、本発明に係わる銅薄膜の形
成方法を図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発
明の銅薄膜の形成に用いられる成膜装置を示す概略図で
ある。反応容器1内には、ヒータ2が内蔵された基板載
置台3が配置されている。β−ジケトン銅錯体溶液4が
収容された第1槽5は、配管6を介して第1液体流量制
御器7に連結されている。なお、前記配管6の一端は、
前記第1槽5内の前記錯体溶液4に浸漬されている。不
活性ガス、例えばArガスの供給管8は、その先端が前
記第1槽5内の前記錯体溶液4上部空間に挿入されてい
る。前記第1液体流量制御器7は、配管9を介して気化
器10に連結されている。この気化器10には、導入管
11が連結されている。前記導入管11は、前記反応容
器1の上部に先端が前記載置台3の近傍に位置するよう
に挿入されている。水(H2 O)12が収容された第2
槽13は、配管14を介して第2液体流量制御器15に
連結されている。この第2液体流量制御器15は、反応
促進ガス供給管16を介して前記導入管11に連結され
ている。前記反応容器1には、排気管17が連結され、
かつこの排気管17の他端には図示しない真空ポンプが
連結されている。
【0007】なお、前記気化器10内、導入管11、反
応促進ガス供給管16、第2槽13、配管14および第
2液体流量制御器15の周囲には図示しないヒータが配
置されている。
【0008】次に、前述した成膜装置を用いて銅薄膜の
形成方法を説明する。まず、前記基板載置台3上に基板
18を載置する。つづいて、前記載置台3に内蔵したヒ
ータ2に通電して前記基板18を加熱した後、図示しな
い真空ポンプを作動して前記反応容器1内のガスを排気
管17を通して排気して所定の真空度に保持する。ひき
つづき、前記気化器10および導入管11に配置された
図示しないヒータに通電して前記気化器10および導入
管11を所定の温度に加熱した後、Ar供給管8からA
rガスを前記第1槽5内に供給して圧力を高めることに
より前記第1槽5内に収容されたβ−ジケトン銅錯体溶
液4を配管6を通して第1液体流量制御器7に供給す
る。β−ジケトン銅錯体溶液は、前記第1液体流量制御
器7で所望の流量に制御され、前記気化器10内に供給
されて一定量のβ−ジケトン銅錯体ガス(原料ガス)と
して前記導入管11に供給される。
【0009】一方、前記反応促進ガス供給管16、第2
槽13、配管14および第2液体流量制御器15の周囲
に配置した図示しないヒータに通電して所定の温度に加
熱することにより、前記第2槽13内の水が蒸気化さ
れ、発生した水蒸気は配管14を通して第2液体流量制
御器15に供給され、ここで流量調整され、さらに反応
促進ガス供給管16を通して前記導入管11に導入され
る。この導入管11で前記気化器10からのβ−ジケト
ン銅錯体ガス(原料ガス)と前記水蒸気(反応促進ガ
ス)とが混合され、混合ガスは前記反応容器1内に導入
される。混合ガスが前記反応容器1内に導入されると、
前記原料ガスが所定温度に加熱された前記基板18上で
速やかに分解されて銅が堆積され、銅薄膜が形成され
る。
【0010】前記β−ジケトン銅錯体としては、例えば
ヘキサフルオロアセチルアセトナト銅トリメチルビニル
シラン(C1013CuF62 Si)、ヘキサフルオロ
アセチルアセトナト銅ビストリメチルシリルエチレン
(C1321CuF62 Si2)、ヘキサフルオロアセ
チルアセトナト銅ジエチルアセチレン(C1111CuF
62 )等を用いることができる。
【0011】前記反応促進ガスは、水蒸気の他に、水素
ガス、酸素ガスまたはこれらの混合ガスを用いることが
できる。なお、反応促進ガスとして水蒸気を用いる場合
には成膜された銅薄膜中に酸化物が取り込まれるのを防
止する観点から反応容器内での分圧を1torr以下に
することが好ましい。また、反応促進ガスとして酸素ガ
スまたは酸素を含む混合ガスを用いる場合には成膜され
た銅薄膜中に酸化物が取り込まれるのを防止する観点か
ら反応容器内での酸素ガス分圧を3torr以下にする
ことが好ましい。ただし、反応促進ガスとして水素ガス
を用いる場合には特にその上限は制限されない。
【0012】前記基板の加熱温度は、120〜220℃
にすることが好ましい。前記基板の加熱温度を120℃
未満にすると、前記原料ガスの熱分解が進行せず、銅の
堆積(成膜)が困難になる。一方、前記基板の加熱温度
が220℃を越えると銅が粒状に前記基板に堆積されて
膜形成が困難になるばかりか、前記錯体の成分、例えば
炭素が取り込まれる恐れがある。
【0013】前記気化器10および導入管11の周囲、
並びに前記反応促進ガス供給管16、第2槽13、配管
14および第2液体流量制御器15の周囲は、40〜9
0℃に加熱することがことが好ましい。
【0014】以上説明した本発明によれば、β−ジケト
ン銅錯体溶液を気化させた原料ガスと水素ガス、酸素ガ
ス、これらの混合ガスおよび水蒸気から選ばれる反応促
進ガスとを反応容器内に導入することによって、前記反
応促進ガスがβ−ジケトン銅錯体ガスの熱分解を促進す
る触媒として作用するため、前記銅錯体を前記反応容器
内の加熱された基板近傍で速やかに分解でき、前記基板
表面に銅を高速で成膜して銅薄膜を形成することができ
る。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例を前述した図1の成膜
装置を参照して詳細に説明する。 (実施例1)まず、基板載置台3上に基板18を載置し
た。つづいて、前記載置台3に内蔵したヒータ2に通電
して前記基板18を所望の温度に加熱した後、図示しな
い真空ポンプを作動して前記反応容器1内のガスを排気
管17を通して排気して5×10-4Paの真空度に保持
した。ひきつづき、前記気化器10および導入管11に
配置された図示しないヒータに通電して前記気化器10
および導入管11を例えば70℃の温度に加熱した後、
Ar供給管8からArガスを前記第1槽5内に供給して
1kg/cm2 の圧力に保持することにより前記第1槽
5内に収容されたβ−ジケトン銅錯体(例えばヘキサフ
ルオロアセチルアセトナト銅ジエチルアセチレン)の溶
液4を配管6を通して第1液体流量制御器7に供給し
た。β−ジケトン銅錯体溶液は、前記第1液体流量制御
器7で0.1g/minの流量に制御され、前記気化器
10内に供給されて一定量のヘキサフルオロアセチルア
セトナト銅ジエチルアセチレン(原料ガス)として前記
導入管11に供給された。
【0016】一方、前記反応促進ガス供給管16、第2
槽13、配管14および第2液体流量制御器15の周囲
に配置した図示しないヒータに通電して例えば90℃の
温度に加熱することにより、前記第2槽13内の水が蒸
気化され、発生した水蒸気は配管14を通して第2液体
流量制御器15に供給され、ここで例えば0.1scc
mの流量に調整され、さらに反応促進ガス供給管16を
通して前記導入管11に導入された。
【0017】前記導入管11において前記気化器10か
らのヘキサフルオロアセチルアセトナト銅ジエチルアセ
チレン(原料ガス)と前記水蒸気(反応促進ガス)とが
混合され、混合ガスは前記反応容器1内に導入された。
混合ガスが前記反応容器1内に導入されると、前記原料
ガスが所定温度に加熱された前記基板18上で速やかに
分解されて銅が堆積され、銅薄膜が形成された。
【0018】(比較例1)反応促進ガスである水蒸気を
含まないヘキサフルオロアセチルアセトナト銅ジエチル
アセチレン(原料ガス)のみを導入管を通して反応容器
内に導入した以外、実施例1と同様な方法により基板上
に銅を堆積して銅薄膜を形成した。
【0019】このような実施例1および比較例1におけ
る銅の成膜工程において、基板温度に対する成膜速度を
調べた。その結果を図2に示す。図2から明らかなよう
に実施例1の方法は、比較例1の方法に比べて銅薄膜を
高速で成膜できることがわかる。
【0020】(実施例2)原料ガスとしてヘキサフルオ
ロアセチルアセトナト銅トリメチルビニルシランガスを
0.1g/minの流量、反応促進ガスとして水蒸気を
0.1sccmの流量で導入管を通して反応容器内に導
入した以外、実施例1と同様な方法により銅は薄膜を基
板上に成膜した。
【0021】(比較例2)原料ガスとしてヘキサフルオ
ロアセチルアセトナト銅トリメチルビニルシランガスの
みを0.1g/minの流量で導入管を通して反応容器
内に導入した以外、実施例1と同様な方法により銅は薄
膜を基板上に成膜した。
【0022】このような実施例2および比較例2におけ
る銅の成膜工程において、基板温度に対する成膜速度を
調べた。その結果を図3に示す。図3から明らかなよう
に実施例2の方法は、比較例2の方法に比べて銅薄膜を
高速で成膜できることがわかる。
【0023】(実施例3)基板温度を170℃とし、ヘ
キサフルオロアセチルアセトナト銅ジエチルアセチレン
(原料ガス)の流量を0.1g/minに一定にし、反
応促進ガスとして水蒸気の流量を変化させた以外、実施
例1と同様な方法により銅は薄膜を基板上に成膜した。
この時の成膜速度を調べた。その結果を図4に示す。
【0024】図4から明らかなように水蒸気両の増加に
伴って銅薄膜の成膜速度を高められることがわかる。な
お、実施例1〜3では反応促進ガスとして水蒸気を用い
たが、水素ガス、酸素ガスまたはこれらの混合ガスを用
いても同様な効果が達成された。
【0025】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係わる銅
薄膜の形成方法によれば良好な膜質を有し、かつ高速成
膜することができ、半導体装置の製造工程における配線
形成に有効に適用できる等顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる銅薄膜の形成に用いられる成膜
装置を示す概略図。
【図2】本発明の実施例1および比較例1における基板
温度と銅の成膜速度との関係を示す特性図。
【図3】本発明の実施例2および比較例2における基板
温度と銅の成膜速度との関係を示す特性図。
【図4】本発明の実施例3における反応促進ガスの流量
変化に対する銅の成膜速度の関係を示す特性図。
【符号の説明】
1…反応容器、 3…基板載置台、 4…β−ジケトン銅錯体溶液、 5…第1槽、 7、15…液体流量制御器、 10…気化器、 11…導入管、 12…水、 13…第2槽、 18…基板。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 β−ジケトン銅錯体ガスを熱分解させて
    前記反応容器内に配置した基板上に銅薄膜を堆積する銅
    薄膜の形成方法において、 水素ガス、酸素ガス、これらの混合ガスおよび水蒸気か
    ら選ばれる反応促進ガスを前記β−ジケトン銅錯体ガス
    と共に前記反応容器内に導入することを特徴とする銅薄
    膜の形成方法。
  2. 【請求項2】 前記基板は、120〜220℃に加熱さ
    れることを特徴とする請求項1記載の銅薄膜の形成方
    法。
  3. 【請求項3】 前記酸素ガスは、前記反応容器内に3t
    orr以下の分圧で供給されることを特徴とする請求項
    1記載の銅薄膜の形成方法。
  4. 【請求項4】 前記水蒸気は、前記反応容器内に1to
    rr以下の分圧で供給されることを特徴とする請求項1
    記載の銅薄膜の形成方法。
JP10974696A 1996-04-30 1996-04-30 銅薄膜の形成方法 Pending JPH09296269A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6110530A (en) * 1999-06-25 2000-08-29 Applied Materials, Inc. CVD method of depositing copper films by using improved organocopper precursor blend
KR100424388B1 (ko) * 2001-06-28 2004-03-25 동부전자 주식회사 구리 배선 방법
KR100479016B1 (ko) * 2001-03-27 2005-03-30 샤프 가부시키가이샤 탄탈륨질화물 기판상의 화학기상증착 구리박막의 높은 밀착성을 획득하는 방법
CN110735124A (zh) * 2018-07-20 2020-01-31 东京毅力科创株式会社 成膜装置、原料供给装置以及成膜方法
US10900123B2 (en) 2003-06-27 2021-01-26 Spts Technologies Limited Apparatus and method for controlled application of reactive vapors to produce thin films and coatings

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