(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高純度銅板を２００〜４００℃にし、塩素ガスを含むガスのプラズマに曝して前記銅板をエッチングして活性なＣｕxＣｌy（ｘ＝１〜３，ｙ＝１〜３）ガスを生成する工程と、
被処理基板表面に前記ＣｕxＣｌyガスを輸送し、前記被処理基板を１００〜２００℃とすることで、ＣｕxＣｌyガスの被処理基板への吸着を促すことによって、銅薄膜を成膜する工程と
を含むことを特徴とする銅薄膜の気相成長方法。
【請求項２】
高純度銅板を２００〜４００℃にし、塩化水素ガスを含むガスのプラズマに曝して前記銅板をエッチングして活性なＣｕxＣｌy（ｘ＝１〜３，ｙ＝１〜３）ガスを生成する工程と、
被処理基板表面に前記ＣｕxＣｌyガスを輸送し、前記被処理基板を１００〜２００℃とすることで、ＣｕxＣｌyガスの被処理基板への吸着を促すことによって、銅薄膜を成膜する工程と
を含むことを特徴とする銅薄膜の気相成長方法。
【請求項３】
高純度銅板を２００〜４００℃にし、塩素ガスおよび水素を含むガスのプラズマに曝して前記銅板をエッチングして活性なＣｕxＣｌy（ｘ＝１〜３，ｙ＝１〜３）ガスと水素を含む混合ガスを生成する工程と、
被処理基板表面に前記混合ガスを輸送し、前記被処理基板を１００〜２００℃とすることで、ＣｕxＣｌyガスの被処理基板への吸着を促すことによって、銅薄膜を成膜する工程と
を含むことを特徴とする銅薄膜の気相成長方法。
【請求項４】
被処理基板の温度を高純度銅板の設定温度よりも低くしてＣｕxＣｌyガスの被処理基板への吸着を促すことによって、銅薄膜を成膜する装置であって、
内部に前記被処理基板が配置される反応容器と、
前記反応容器内に前記被処理基板と対向して配置された前記高純度銅板と、
前記高純度銅板の温度を制御するための第１温度制御手段と、
前記被処理基板の温度を制御するための第２温度制御手段と、
前記反応容器内に挿入され、前記高純度銅板の近傍に塩素ガスまたは塩化水素ガスを含むガスを供給するためのガス供給管と、
前記反応容器内の前記高純度銅板近傍に塩素および水素のプラズマを発生するためのプラズマ発生手段と、
前記反応容器内のガスを排気するための排気手段と
を具備したことを特徴とする銅薄膜の気相成長装置。
【請求項５】
被処理基板の温度を高純度銅板の設定温度よりも低くしてＣｕxＣｌyガスの被処理基板への吸着を促すことによって、銅薄膜を成膜する装置であって、
内部に前記被処理基板が配置される反応容器と、
前記反応容器内に前記被処理基板と対向して配置された前記高純度銅板と、
前記高純度銅板の温度を制御するための第１温度制御手段と、
前記被処理基板の温度を制御するための第２温度制御手段と、
前記反応容器内に挿入され、前記高純度銅板の近傍に塩素を含むガスを供給するための第１ガス供給管と、
前記反応容器内に挿入され、前記高純度銅板の近傍に水素を供給するための第２ガス供給管と、
前記反応容器内の前記高純度銅板近傍に塩素および水素のプラズマを発生するためのプラズマ発生手段と、
前記反応容器内のガスを排気するための排気手段と
を具備したことを特徴とする銅薄膜の気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の配線材料膜の形成等に適用される銅薄膜の気相成長方法および気相成長装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、配線材料等として利用される銅（Ｃｕ）薄膜は、真空蒸着法、イオンプレーティング法、及びスパッタリング等の物理的成膜法と、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）とにより形成されている。特に、ＣＶＤ法は表面の被覆性に優れていることから、一般的に広く用いられる。
【０００３】
ＣＶＤ法による銅薄膜の形成方法としては、従来、銅・ヘキサフロロアセチルアセトナト・トリメチルビニルシランなどの液体の有機銅錯体を原料として用いる方法が知られている。また、特開平４−７２０６６号、特開平４−７４８６６号、特開平９−５３１７７号にはフッ素を含まない有機金属錯体を原料として用いる方法が開示されている。このような原料を昇華・輸送し、熱、光、プラズマ等により励起して被処理基板表面に銅薄膜を成膜する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の銅薄膜の形成方法は次のような問題がある。
【０００５】
（１）原料化合物が非常に高価であるため、成膜された銅薄膜のコストが高くなる。
【０００６】
（２）昇華に際しての制御が非常に難しいために、均質な銅薄膜を再現性よく成膜することが困難になる。
【０００７】
（３）炭素を含んだ有機化合物の場合、銅薄膜中に炭素が混入して電気特性等に悪影響を及ぼす。
【０００８】
本発明は、安価な高純度銅板と安価な塩素、塩化水素または塩素および水素とを原料ガスとして用いて炭素のような不純物を残留せず、かつ膜質が良好な銅薄膜を再現性よく形成することが可能な銅薄膜の気相成長方法を提供するものである。
【０００９】
本発明は、前述した特性を有する銅薄膜の成膜を実現することが可能な銅薄膜の気相成長装置を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る銅薄膜の気相成長方法は、高純度銅板を２００〜４００℃にし、塩素ガスを含むガスのプラズマに曝して前記銅板をエッチングして活性なＣｕxＣｌy（ｘ＝１〜３，ｙ＝１〜３）ガスを生成する工程と、
被処理基板表面に前記ＣｕxＣｌyガスを輸送し、前記被処理基板を１００〜２００℃とすることで、ＣｕxＣｌyガスの被処理基板への吸着を促すことによって、銅薄膜を成膜する工程と
を含むことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明に係る別の銅薄膜の気相成長方法は、高純度銅板を２００〜４００℃にし、塩化水素ガスを含むガスのプラズマに曝して前記銅板をエッチングして活性なＣｕxＣｌy（ｘ＝１〜３，ｙ＝１〜３）ガスを生成する工程と、
被処理基板表面に前記ＣｕxＣｌyガスを輸送し、前記被処理基板を１００〜２００℃とすることで、ＣｕxＣｌyガスの被処理基板への吸着を促すことによって、銅薄膜を成膜する工程と
を含むことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明に係るさらに別の銅薄膜の気相成長方法は、高純度銅板を２００〜４００℃にし、塩素ガスおよび水素を含むガスのプラズマに曝して前記銅板をエッチングして活性なＣｕxＣｌy（ｘ＝１〜３，ｙ＝１〜３）ガスと水素を含む混合ガスを生成する工程と、
被処理基板表面に前記混合ガスを輸送し、前記被処理基板を１００〜２００℃とすることで、ＣｕxＣｌyガスの被処理基板への吸着を促すことによって、銅薄膜を成膜する工程と
を含むことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明に係る銅薄膜の気相成長装置は、被処理基板の温度を高純度銅板の設定温度よりも低くしてＣｕxＣｌyガスの被処理基板への吸着を促すことによって、銅薄膜を成膜する装置であって、
内部に前記被処理基板が配置される反応容器と、
前記反応容器内に前記被処理基板と対向して配置された前記高純度銅板と、
前記高純度銅板の温度を制御するための第１温度制御手段と、
前記被処理基板の温度を制御するための第２温度制御手段と、
前記反応容器内に挿入され、前記高純度銅板の近傍に塩素ガスまたは塩化水素ガスを含むガスを供給するためのガス供給管と、
前記反応容器内の前記高純度銅板近傍に塩素および水素のプラズマを発生するためのプラズマ発生手段と、
前記反応容器内のガスを排気するための排気手段と
を具備したことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明に係る別の銅薄膜の気相成長装置は、被処理基板の温度を高純度銅板の設定温度よりも低くしてＣｕxＣｌyガスの被処理基板への吸着を促すことによって、銅薄膜を成膜する装置であって、
内部に前記被処理基板が配置される反応容器と、
前記反応容器内に前記被処理基板と対向して配置された前記高純度銅板と、
前記高純度銅板の温度を制御するための第１温度制御手段と、
前記被処理基板の温度を制御するための第２温度制御手段と、
前記反応容器内に挿入され、前記高純度銅板の近傍に塩素を含むガスを供給するための第１ガス供給管と、
前記反応容器内に挿入され、前記高純度銅板の近傍に水素を供給するための第２ガス供給管と、
前記反応容器内の前記高純度銅板近傍に塩素および水素のプラズマを発生するためのプラズマ発生手段と、
前記反応容器内のガスを排気するための排気手段と
を具備したことを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
図１は、この第１実施形態に係る銅薄膜の気相成長装置を示す概略図である。
【００２０】
底部に真空ポンプ等の排気部材１が連結された箱形をなす反応容器２内には、被処理基板が載置される第２温度制御手段、例えば平板状の加熱部材３が配置されている。高純度銅板４は、前記反応容器２内の上部に前記加熱部材３と対向するように配置されている。第１温度制御手段、例えば加熱冷却部材５は、前記高純度銅板４の前記加熱部材３との対向面とは反対側の面に配置されている。
【００２１】
塩素ガスを含むガス（または塩化水素ガスを含むガス）を導入するためのガス供給管６は、前記反応容器２の上部側壁に連結されている。流量制御器７は、前記反応容器２の外部に位置する前記ガス供給管６部分に介装されている。
【００２２】
ＲＦコイル８は、前記反応器２の上部側壁の周囲に配置されている。ＲＦ電源９は、前記ＲＦコイル８に接続され、１３．５６ＭＨｚのＲＦパワーを前記ＲＦコイル８に印加する。このようなプラズマ発生手段は、誘導結合型に限定されず、容量結合型でもよい。
【００２３】
なお、図１では反応容器２内に高純度銅板４を上部側に、被処理基板１０が載置される加熱部材３および排気部材１を下部側に、位置するようにそれぞれ配置したが、この配置を逆にしてもよい。
【００２４】
次に、前述した図１に示す銅薄膜の気相成長装置による銅薄膜の形成方法を説明する。
【００２５】
まず、被処理基板１０を反応容器２内の加熱部材３上に設置する。排気部材１を作動して前記反応容器２内のガス（空気）を排気して所定の真空度にする。
【００２６】
次いで、塩素（Ｃｌ2）を含むガスをガス供給管６を通して前記反応容器２内に供給する。この時、前記ガス供給管６に介装された流量制御器７により前記塩素を含むガスの流量を制御する。加熱冷却部材５により前記反応容器２の上部に配置した高純度銅板４の温度を制御する。この高純度銅板４の温度制御後に、ＲＦ電源９から１３．５６ＭＨｚのＲＦパワーをＲＦコイル８に印加することにより前記反応容器２内の前記高純度銅板４の下方近傍に塩素プラズマを発生させる。なお、塩素プラズマの生成に伴って前記高純度銅板４の温度が過度に上昇した場合には、前記加熱冷却部材５により前記高純度銅板４を目的とする温度に制御する。
【００２７】
このように前記反応容器２内に塩素プラズマを発生させることにより、前記高純度銅板４が励起塩素でエッチングされるとともに、反応してＣｕxＣｌy（ｘ＝１〜３，ｙ＝１〜３）ガスを生成し、そのＣｕxＣｌyフラックス１１は前記加熱部材３により加熱された前記被処理基板１０に輸送され、その表面上に銅膜１２を析出する。なお、ｘ，ｙは温度に依存して変化する。このような反応は、例えば次式で表される。
【００２８】
２Ｃｕ＋Ｃｌ2→２ＣｕＣｌ↑、２ＣｕＣｌ↑→Ｃｕ↓＋ＣｕＣｌ2↑
または
２Ｃｕ＋Ｃｌ2→２ＣｕＣｌ↑、２ＣｕＣｌ↑→２Ｃｕ↓＋Ｃｌ2↑
前記反応に関与しないガス及びエッチング生成物は、排気部材１により排気される。
【００２９】
前記塩素（Ｃｌ2）を含むガスとしては、例えば塩素ガス単独、または塩素ガスをヘリウム、アルゴンのような不活性ガスにより希釈した塩素濃度が≦５０％の希釈ガスを用いることができる。
【００３０】
前記加熱部材３による前記被処理基板１０の加熱は、実用的な銅の成膜速度を得るために銅板の設定温度より低くして、ＣｕxＣｌyガスの基板表面への吸着を促すことが好ましい。ただし、あまり低く設定しすぎると銅薄膜中に塩化物が生成される可能性がある。したがって、前記高純度銅板の設定温度を２００〜４００℃に設定した場合、前記被処理基板の温度を例えば１００〜２００℃に設定することが好ましい。
【００３１】
前記高純度銅板４を前記加熱冷却部材５により０〜６００℃の温度範囲で調節することにより、前記塩素プラズマの雰囲気においてその表面のエッチング速度及びエッチング形態を制御することが可能である。ここで、下限温度は塩素ガスが凝集しない温度、上限温度は高純度銅板４が溶解しない温度である。すなわち、前記温度範囲において温度を上昇させると、エッチング速度（ＣｕxＣｌy生成量）を増加させ、銅の成膜速度を向上させることができる。ただし、銅の膜質を考慮した場合、エッチング反応の急増を防ぐために２００〜４００℃の範囲で制御するのが好ましい。
【００３２】
前記反応容器２内の塩素ガスの圧力は、前述した高純度銅板のエッチング反応を真空雰囲気中で実用的な速度にて行なう観点から、０．１〜１０Ｔｏｒｒの範囲に制御するのことが好ましい。
【００３３】
以上第１実施形態によれば、安価な高純度銅板４が配置された反応容器２内に安価な塩素を含むガス（例えば塩素ガス）をガス供給管６を通して供給し、ＲＦ電源９およびＲＦコイル８により前記反応容器２内の前記高純度銅板４の下方近傍に塩素プラズマを発生させ、前記高純度銅板４を励起塩素でエッチングすると共に、反応させてＣｕxＣｌyガスを生成し、そのＣｕxＣｌyフラックス１１を被処理基板１０に輸送することによって、前記被処理基板１０上に銅薄膜１２を成膜することができる。
【００３４】
また、第１実施形態によれば高純度銅板の温度、塩素ガスの圧力及び流量、被処理基板の温度を独立に調節することが可能でるため、従来の昇華法による成膜と比べて制御パラメータの自由度を大きくすることができる。その結果、炭素のような不純物を残留せず、かつ膜質が良好な銅薄膜を被処理基板上に再現性よく形成することができる。
【００３５】
（第２実施形態）
前述した図１に示す銅薄膜の気相成長装置を用いてこの第２実施形態に係る銅薄膜の形成方法を説明する。
【００３６】
まず、被処理基板１０を反応容器２内の加熱部材３上に設置する。排気部材１を作動して前記反応容器２内のガス（空気）を排気して所定の真空度にする。
【００３７】
次いで、塩化水素塩素（ＨＣｌ）を含むガスをガス供給管６を通して前記反応容器２内に供給する。この時、前記ガス供給管６に介装された流量制御器７により前記塩化水素を含むガスの流量を制御する。加熱冷却部材５により前記反応容器２の上部に配置した高純度銅板４の温度を制御する。この高純度銅板４の温度制御後に、ＲＦ電源９から１３．５６ＭＨｚのＲＦパワーをＲＦコイル８に印加することにより前記反応容器２内の前記高純度銅板４の下方近傍に塩化水素プラズマを発生させる。なお、塩化水素プラズマの生成に伴って前記高純度銅板４の温度が過度に上昇した場合には、前記加熱冷却部材５により前記高純度銅板４を目的とする温度に制御する。
【００３８】
このように前記反応容器２内に塩化水素プラズマを発生させることにより、前記高純度銅板４が励起塩化水素でエッチングされるとともに、反応してＣｕxＣｌy（ｘ＝１〜３，ｙ＝１〜３）ガスを生成し、そのＣｕxＣｌyフラックス１１は前記加熱部材３により加熱された前記被処理基板１０に輸送され、その表面上に銅膜１２を析出する。なお、ｘ，ｙは温度に依存して変化する。このような反応は、例えば次式で表される。
【００３９】
２Ｃｕ＋２ＨＣｌ→２ＣｕＣｌ↑＋Ｈ2、２ＣｕＣｌ↑＋Ｈ2→Ｃｕ↓＋ＣｕＣｌ2＋Ｈ2
または２Ｃｕ＋２ＨＣｌ→２ＣｕＣｌ↑＋Ｈ2、２ＣｕＣｌ↑＋Ｈ2→２Ｃｕ↓＋２ＨＣｌ↑
前記反応に関与しないガス及びエッチング生成物は、排気部材１により排気される。
【００４０】
前記塩化水素（ＨＣｌ）を含むガスとしては、例えば塩化水素ガス単独、または塩化水素ガスをヘリウム、アルゴンのような不活性ガスにより希釈した塩素濃度が≦５０％の希釈ガスを用いることができる。
【００４１】
前記加熱部材３による前記被処理基板１０の加熱は、実用的な銅の成膜速度を得るために銅板の設定温度より低くして、ＣｕxＣｌyガスの基板表面への吸着を促すことが好ましい。ただし、あまり低く設定しすぎると銅薄膜中に塩化物が生成される可能性がある。したがって、前記高純度銅板の設定温度を２００〜４００℃に設定した場合、前記被処理基板の温度を例えば１００〜２００℃に設定することが好ましい。
【００４２】
前記高純度銅板４を前記加熱冷却部材５により０〜６００℃の温度範囲で調節することにより、前記塩化水素プラズマの雰囲気においてその表面のエッチング速度及びエッチング形態を制御することが可能である。ここで、下限温度は塩化水素ガスが凝集しない温度、上限温度は高純度銅板４が溶解しない温度である。すなわち、前記温度範囲において温度を上昇させると、エッチング速度（ＣｕxＣｌy生成量）を増加させ、銅の成膜速度を向上させることができる。ただし、銅の膜質を考慮した場合、エッチング反応の急増を防ぐために２００〜４００℃の範囲で制御するのが好ましい。
【００４３】
前記反応容器２内の塩化水素ガスの圧力は、前述した高純度銅板のエッチング反応を真空雰囲気中で実用的な速度にて行なう観点から、０．１〜１０Ｔｏｒｒの範囲で制御するのことが好ましい。
【００４４】
以上第２実施形態によれば、安価な高純度銅板４が配置された反応容器２内に安価な塩化水素を含むガス（例えば塩化水素）をガス供給管６を通して供給し、ＲＦ電源９およびＲＦコイル８により前記反応容器２内の前記高純度銅板４の下方近傍に塩化水素プラズマを発生させ、前記高純度銅板４を励起塩化水素でエッチングすると共に、反応させてＣｕxＣｌyガスを生成し、そのＣｕxＣｌyフラックス１１を被処理基板１０に輸送することによって、前記被処理基板１０上に銅薄膜１２を成膜することができる。
【００４５】
また、第２実施形態によれば高純度銅板の温度、塩化水素ガスの圧力及び流量、被処理基板の温度を独立に調節することが可能でるため、従来の昇華法による成膜と比べて制御パラメータの自由度を大きくすることができる。その結果、炭素のような不純物を残留せず、かつ膜質が良好な銅薄膜を被処理基板上に再現性よく形成することができる。
【００４６】
（第３実施形態）
図２は、この第３実施形態に係る銅薄膜の気相成長装置を示す概略図である。なお、図２において前述した図１と同様な部材は同符号を付して説明を省略する。
【００４７】
この気相成長装置は、反応容器２の上部側壁に連結された塩素を含むガスを導入するための第１ガス供給管１３と、この第１ガス供給管１３と反対側の反応容器２の上部側壁に連結された水素を導入するための第２ガス供給管１４を備えている。前記第１、第２のガス供給管１３，１４には、流量制御器１５，１６がそれぞれ介装されている。
【００４８】
なお、図２では反応容器２内に高純度銅板４を上部側に、被処理基板１０が載置される加熱部材３および排気部材１を下部側に、位置するようにそれぞれ配置したが、この配置を逆にしてもよい。
【００４９】
次に、前述した図２に示す銅薄膜の気相成長装置による銅薄膜の形成方法を説明する。
【００５０】
まず、被処理基板１０を反応容器２内の加熱部材３上に設置する。排気部材１を作動して前記反応容器２内のガス（空気）を排気して所定の真空度にする。
【００５１】
次いで、塩素（Ｃｌ2）を含むガスを第１ガス供給管１３を通して前記反応容器２内に供給し、水素を第２ガス供給管１４を通して前記反応容器２内に供給する。この時、前記各ガス供給管１３，１４に介装された流量制御器１５，１６により前記塩素を含むガスおよび水素の流量を制御する。加熱冷却部材５により前記反応容器２の例えば上部に配置した高純度銅板４の温度を制御する。この高純度銅板４の温度制御後に、ＲＦ電源９から１３．５６ＭＨｚのＲＦパワーをＲＦコイル８に印加することにより前記反応容器２内の前記高純度銅板４の下方近傍に塩素＋水素のプラズマを発生する。なお、塩素＋水素のプラズマの生成に伴って前記高純度銅板４の温度が過度に上昇した場合には、前記加熱冷却部材５により前記高純度銅板４を目的とする温度に制御する。
【００５２】
このように前記反応容器２内に塩素＋水素のプラズマを発生させことにより、前記高純度銅板４が励起塩素でエッチングされるとともに、水素の解離が生じてＣｕxＣｌy（ｘ＝１〜３，ｙ＝１〜３）＋Ｈのフラックス１７が生成され、このフラックス１７は前記加熱部材３により加熱された前記被処理基板１０に輸送され、その表面上に銅膜１２を析出する。なお、ｘ，ｙは温度に依存して変化する。このような反応は、例えば次式で表される。
【００５３】
２Ｃｕ＋Ｃｌ2＋Ｈ2→２ＣｕＣｌ↑＋Ｈ2、２ＣｕＣｌ↑＋Ｈ2→Ｃｕ↓＋ＣｕＣｌ2↑＋Ｈ2
または２Ｃｕ＋Ｃｌ2＋Ｈ2→２ＣｕＣｌ↑＋Ｈ2、２ＣｕＣｌ↑＋Ｈ2→２Ｃｕ↓＋２ＨＣｌ↑
前記反応に関与しないガス及びエッチング生成物は、排気部材１により排気される。
【００５４】
前記塩素（Ｃｌ2）を含むガスとしては、例えば塩素ガス単独、または塩素ガスをヘリウム、アルゴンのような不活性ガスにより希釈した塩素濃度が≦５０％の希釈ガスを用いることができる。
【００５５】
前記加熱部材３による前記被処理基板１０の加熱は、実用的な銅の成膜速度を得るために銅板の設定温度より低くして、ＣｕxＣｌyの基板表面への吸着を促すことが好ましい。ただし、あまり低く設定しすぎると銅薄膜中に塩化物が生成される可能性がある。したがって、前記高純度銅板の設定温度を２００〜４００℃に設定した場合、前記被処理基板の温度を例えば１００〜２００℃に設定することが好ましい。
【００５６】
前記高純度銅板４を前記加熱冷却部材５により０〜６００℃の温度範囲で調節することにより、前記塩素＋水素のプラズマの雰囲気においてその表面のエッチング速度及びエッチング形態を制御することが可能である。ここで、下限温度は塩素ガスが凝集しない温度、上限温度は高純度銅板４が溶解しない温度である。すなわち、前記温度範囲において温度を上昇させると、エッチング速度（ＣｕxＣｌy生成量）を増加させ、銅の成膜速度を向上させることができる。ただし、銅の膜質を考慮した場合、エッチング反応の急増を防ぐために３００〜４００℃の範囲で制御するのが好ましい。
【００５７】
前記反応容器２内の塩素ガスの圧力は、前述した高純度銅板のエッチング反応を真空雰囲気中で実用的な速度にて行なう観点から、０．１〜１０Ｔｏｒｒの範囲で制御することが好ましい。
【００５８】
前記反応容器２内の水素ガスの圧力は、還元反応による銅薄膜の析出（成膜）を効率的に行なうために、１〜１０Ｔｏｒｒの範囲で制御するのことが好ましい。
【００５９】
以上第３実施形態によれば、安価な高純度銅板４が配置された反応容器２内に安価な塩素を含むガス（例えば塩素ガス）と水素を第１、第２のガス供給管１３，１４を通して供給し、ＲＦ電源９およびＲＦコイル８により前記反応容器２内の前記高純度銅板４の下方近傍に塩素＋水素のプラズマを発生させ、前記高純度銅板４の励起塩素によるエッチングと水素の解離によりＣｕxＣｌy＋Ｈのフラックス１７を生成し、このフラックス１７を被処理基板１０に輸送することによって、前記被処理基板１０上に銅薄膜１２を成膜することができる。
【００６０】
また、第３実施形態によれば高純度銅板の温度、塩素ガス、水素の圧力および流量、被処理基板の温度を独立に調節することが可能でるため、従来の昇華法による成膜と比べて制御パラメータの自由度を大きくすることができる。その結果、炭素のような不純物を残留せず、かつ膜質が良好な銅薄膜を被処理基板上に再現性よく形成することができる。
【００６１】
【実施例】
以下、本発明の好ましい実施例を前述した図１、図２を参照して詳細に説明する。
【００６２】
（実施例１）
図１に示すように直径３００ｍｍの被処理基板１０を反応容器２内の加熱部材３上に設置し、この被処理基板１０を２００℃に加熱した。排気部材１を作動して前記反応容器２内のガス（空気）を排気して所定の真空度にした。
【００６３】
次いで、塩素（Ｃｌ2）をガス供給管６および流量制御器７を通して前記反応容器２内に１００ｓｃｃｍの流量で供給した。この時、反応容器２内の塩素の圧力は５Ｔｏｒｒとなった。加熱冷却部材５により前記反応容器２の上部に配置した高純度銅板４の温度を３００℃に制御した。この高純度銅板４の温度制御後に、ＲＦ電源９から１３．５６ＭＨｚのＲＦパワーをＲＦコイル８に印加することにより前記反応容器２内の前記高純度銅板４の下方近傍に塩素プラズマを発生させた。これにより前記高純度銅板４が励起塩素でエッチングされるとともに、反応してＣｕxＣｌyフラックス１１が生成され、前記被処理基板１０表面上に銅膜１２が析出された。反応に関与しないガス及びエッチング生成物を排気部材１により排気した。
【００６４】
以上の実施例１において、基板上に銅薄膜を１００ｎｍ／分の速度で、かつ３％以下のばらつきで均質に成膜できた。また、この銅薄膜はバルク銅の抵抗率と同等の特性を有していた。
【００６５】
（実施例２）
図１に示すように直径３００ｍｍの被処理基板１０を反応容器２内の加熱部材３上に設置し、この被処理基板１０を１７０℃に加熱した。排気部材１を作動して前記反応容器２内のガス（空気）を排気して所定の真空度にした。
【００６６】
次いで、塩化水素（ＨＣｌ）をガス供給管６および流量制御器７を通して前記反応容器２内に１００ｓｃｃｍの流量で供給した。この時、反応容器２内の塩化水素の圧力は５Ｔｏｒｒとなった。加熱冷却部材５により前記反応容器２の上部に配置した高純度銅板４の温度を３００℃に制御した。この高純度銅板４の温度制御後に、ＲＦ電源９から１３．５６ＭＨｚのＲＦパワーをＲＦコイル８に印加することにより前記反応容器２内の前記高純度銅板４の下方近傍に塩化水素プラズマを発生させた。これにより前記高純度銅板４が励起塩化水素でエッチングされるとともに、反応してＣｕxＣｌyフラックス１１が生成され、前記被処理基板１０表面上に銅膜１２が析出された。反応に関与しないガス及びエッチング生成物を排気部材１により排気した。
【００６７】
以上の実施例２において、基板上に銅薄膜を１００ｎｍ／分の速度で、かつ３％以下のばらつきで均質に成膜できた。また、この銅薄膜はバルク銅の抵抗率と同等の特性を有していた。
【００６８】
（実施例３）
図２に示すように直径３００ｍｍの被処理基板１０を反応容器２内の加熱部材３上に設置し、この被処理基板１０を１５０℃に加熱した。排気部材１を作動して前記反応容器２内のガス（空気）を排気して所定の真空度にした。
【００６９】
次いで、塩素ガスを第１ガス供給管１３および流量制御器１５を通して前記反応容器２内に１００ｓｃｃｍの流量で供給した。また、水素を第２ガス供給管１４および流量制御器１６を通して前記反応容器２内に５００ｓｃｃｍの流量で供給した。この時、反応容器２内の塩素ガスおよび水素の圧力はそれぞれ２．５Ｔｏｒｒ、５Ｔｏｒｒとなった。加熱冷却部材５により前記反応容器２の上部に配置した高純度銅板４の温度を３００℃に制御した。この高純度銅板４の温度制御後に、ＲＦ電源９から１３．５６ＭＨｚのＲＦパワーをＲＦコイル８に印加することにより前記反応容器２内の前記高純度銅板４の下方近傍に塩素＋水素のプラズマを発生させた。これによって励起塩素による前記高純度銅板４のエッチングと水素の解離によりＣｕxＣｌy＋Ｈのフラックス１７が生成され、前記被処理基板１０表面上に銅膜１２が析出された。反応に関与しないガス及びエッチング生成物を排気部材１により排気した。
【００７０】
以上の実施例３において、基板上に銅薄膜を１００ｎｍ／分の速度で、かつ３％以下のばらつきで均質に成膜できた。また、この銅薄膜はバルク銅の抵抗率と同等の特性を有していた。
【００７１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、安価な高純度銅板と安価な塩素、塩化水素または塩素および水素とを原料ガスとして用いて炭素のような不純物を残留せず、かつ膜質が良好な銅薄膜を再現性よく形成することが可能で、半導体装置、液晶表示装置の配線材料膜の形成等に有用な銅薄膜の気相成長方法を提供することができる。
【００７２】
また、本発明によれば前述した特性を有する銅薄膜の成膜を実現することが可能な銅薄膜の気相成長装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る銅薄膜の気相成長装置を示す概略図。
【図２】第３実施形態に係る銅薄膜の気相成長装置を示す概略図。
【符号の説明】
１…排気部材、
２…反応容器、
３…加熱部材、
４…高純度銅板、
５…加熱冷却部材、
６，１３，１４…ガス供給管、
８…ＲＦコイル、
１０…被処理基板、
１１…ＣｕxＣｌyフラックス、
１２…銅薄膜、
１７…ＣｕxＣｌy＋Ｈのフラックス。
【図１】
0003680029.tif 000002
【図２】
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