DE69309154T2

DE69309154T2 - Verfahren zur Abscheidung von Kupfer auf ein Substrat und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE69309154T2
Application number: DE1993609154
Authority: DE
Inventors: Claude Bernard; Roland Madar; Jean Palleau; Joaquim Torres
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; France Telecom SA
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Orange SA
Priority date: 1992-06-03
Filing date: 1993-06-02
Publication date: 1997-07-10
Anticipated expiration: 2013-06-03
Also published as: FR2691984B1; EP0573348B1; EP0573348A1; FR2691984A1; DE69309154D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Ablagerung von Kupfer in der Dampfphase auf einem Substrat, sowie eine Einrichtung für die Durchführung dieses Verfahrens.
Das Verfahren der chemischen Ablagerung von Metall in der Dampfphase (CVD) wird in großem Umfang dazu benutzt, dünne Schichten von Metall guter Qualität herzustellen; dieses Verfahren hat Anwendung in zahlreichen Industrien gefunden, und insbesondere in der Elektronikindustrie, gefunden.
In dieser letzteren Industrie werden Ablagerungen von Aluminium, von Chrom, von Kupfer, von Silber, von Gold oder von Nickel, etc ... in der Tat insbesondere bei der Verwirklichung von komplizierten Elektronikschaltungen oder Hybridelektronikschaltungen, ausgehend von mehreren "Chips", die auf einem gleichen Substrat aus Silizium zusammengebaut werden, und/oder für die Herstellung von Verbindungsleitungen verwendet.
In allgemeiner Weise werden diese Schichten gewöhnlich unter Vakuum durch Wärmeverdampfung oder auch durch Kathodenzerstäubung verwirklicht; die Ablagerung kann, sei es auf der gesamten Oberfläche des Substrats, danach geätzt, sei es durch eine Maske hindurch in der Weise, daß man dirket das gewünschte Muster erhält, ausgeführt werden.
In dem Maß, in welchem es auf diesem Gebiet bevorzugt wird, das Metall bei Temperaturen abzulagern, die genügend niedrig sind, insbesondere, um es zu ermöglichen, die Ablagerung in Gegenwart von Substraten zu realisieren, die temperaturempfindlich sind, sind solchen Situationen angepaßte CVDTechniken beschrieben worden.
Die europäische Patentanmeldung EP 297 348 von IBM beschreibt ein Verfahren zur chemischen Ablagerung von Kupfer in der Dampfphase (CVD-Technik), das als Ausgangsprodukt oder Vorstufe einen organometallischen Komplex des Typs Cyklopentadienylmetall, in Gasform und umfassend einen Cyklopentadienylkern, einen Liganden, der ein Spender von zwei Elektronen ist (trivalente Phosphine, Amine und Arsine) und ein Metall der Gruppe 1B in einem Oxydationszustand +1 verwendet.
Das Substrat, auf welchem die Ablagerung erfolgen soll, wird in der Art und Weise erhitzt, daß die Zersetzungsreaktion der Dämpfe der komplexen Vorstufe auf dem Niveau des genannten Substrats stattfindet und zur Ablagerung des Metalls (Gruppe 1B) auf dem Niveau des genannten Substrats führt.
Diese Reaktion, die bei niedriger Temperatur bewirkt wird, die Verwendung des Metalls in seinem Oxydationszustand +1 und die Dimerisation des Cyklopentadienylkerns in einem stabilen und flüchtigen Molekül sind die wesentlichen Kennzeichen, welche zu der Ablagerung des Metalls auf einem Substrat unter den Bedingungen führen, die in dieser Anmeldung EP 297 348 beschrieben ist.
Andere Dokumente beschreiben die Verwendung von anderen organometallischen Vorstufen, wie von Verbindungen des Typs Trifluoracetylaceton oder Hexafluoracetylacetonat.
Das US-Patent 4 842 891 von HITACHI LTD beschreibt ein Verfahren zur Bildung einer Schicht aus Kupfer durch CVD in welchem das Ausgangsprodukt Kupfernitrat ist. Der Dampf des Kupfernitrats wird mit einem reduzierenden Gas von geringem Molekulargewicht, wie Kohlenstoffmonoxyd, Wasserstoff, Methan, Ammoniak in der Weise reduziert, daß das metallische Kupfer auf der Oberfläche des Substrats, die auf einer Temperatur von 200 bis 650 ºC gehalten wird, präzipitiert wird. Die Bedingungen für die Reaktion sind spezieller beschreiben: Der Druck in der Reaktionskammer soll zwischen 0,1 Torr sein, und das Verhältnis Kupfernitrat/ reduzierendes Gas ist größer als ein stöchiometrisches Verhältnis.
Trotzdem weisen diese CVD-Techniken eine gewisse Anzahl von Nachteilen auf:
- die Ablagerung ist von schlechter Qualtiät und enthält insbesondere Verunreinigungen (Kohlenstoff, Sauerstoff ...); dies ist insbesondere der Fall in den CVD- Techniken, die als Ausgangsprokukt eine organometallische Verbindung verwenden, in welchen die Verunreinigungen, wie Kohlenstoff oder Sauerstoff, die während der Zersetzung der organometallischen Zusammensetzung - die sich außerdem als instabil erweisen kann - gebildet werden, in wesentlichen Mengen in der erhaltenen Schicht aus Metall und insbesondere aus Kupfer bleiben;
- und/oder die Reaktionstemperaturen sind übermäßig;
- und/oder die Geschwindigkeit der Ablagerung in der Größenordnung von 0,1 bis 0,5 µm/h ist zu gering.
Solche Techniken sind infolgedessen für die industrielle Anwendung weniger bequem.
Die ersten beschriebenen CVD-Techniken gebrauchen CuCl&sub2; (Oxidationszustand +2) bei Temperaturen, die zwischen 400 und 1 200 ºC liegen, und weisen den Nachteil auf, daß sie übermäßige Reaktionstemperaturen haben.
Der Artikel von C. LAMPE-ÖNNERUD et al., erschienen in J. Physik IV (Konferenz C&sub2;), Suppl. J. Physik II, 1991, 1, 881- 888 beschreibt ein Verfahren zur chemischen Ablagerung von Kupfer in der Dampfphase, das als Vorstufe CuCl verwendet; die Autoren dieses Artikels haben gezeigt, daß zum Erzielen einer Ablagerung von Kupfer auf einem Substrat die Verdampfung von CuCl, ausgehend von einem festen Produkt, wie einem Pulver, ein kritischer Schritt des Verfahrens ist.
Unter den in diesem Artikel beschriebenen Bedingungen ist das CuCl bei einer Temperatur, die zwischen 300 und 350 ºC liegt, verdampft worden, und die Ablagerungstemperaturen waren zwischen 350 und 500 ºC.
Die Variationen in dem Verdampfungsgrad sind aufgrund von zwei Faktoren wesentlich: Abweichung vom Gleichgewicht der Verdampfung und Bildung von Hydroxychlorid auf der Oberfläche des festen Produkts; die Autoren dieses Artikels haben geschlossen, daß eine reproduzierbare Ablagerung, ausgehend von CuCl nicht anders als durch eine geeignete Behandlung des festen Produkts erhalten werden kann.
Sie haben sonst mehr im besonderen zwei Substrate studiert: SiO&sub2; und Si (III).
Ablagerungen von Kupfer auf einem Substart SiO&sub2; (Verdampfungstemperatur: 350 ºC; Ablagerungstemperatur: 500 ºC; Partialdruck von CuCl: 1,2 Pa, in Gegenwart von Wasserstoff als reduzierendes Gas) von einer mittleren Dicke von 1,5 µm werden in 5 h abgelagert, was einer Ablagerungsgeschwindigkeit von ungefähr 0,3 µm/h entspricht.
Unter den in diesem Artikel beschriebenen Bedingungen wird Chlor auf der Oberfläche der abgelagerten Kupferteilchen detektiert; außerdem wird in dem Fall, in welchem das Substrat Si (III) ist, eine gewisse Instabilität der Ablagerung beobachtet.
Das in diesem Artikel dargestellte Verfahren weist den Nachteil auf, daß es eine Ablagerung von schlechter Qualität (Verunreinigungen) mit einer Geschwindigkeit, die für eine industrielle Anwendung zu gering (0,3 µm/h) ist, herbeiführt.
Aus diesem Dokument geht außerdem hervor, daß die prinzipielle Schwierigkeit im Gebrauchen von anorganischen Vorstufen, wie CuCl, auf dem schwachen Dampfdruck bzw. der schwachen Dampfspannung des letzteren bei Umgebungstemperatur und mithin auf der Schwierigkeit beruht, eine Konzentration in der Dampfphase zu erhalten, die groß genug ist, um zu Ablagerungsgeschwindigkeiten von einigen µm/min zu führen.
Dies zeigt, daß die Kupferhalogenidquellen mit Sublimation, ausgehend von der festen Phase, allgemein wenig zufriedenstellend sind, weil die Variationen der Oberflächeneigenschaften des Festkörpers im Verlauf der Sublimation zu wesentlichen Variationen der Sublimationgeschwindigkeit und mithin zu einer Variation der Liefermengen an gasförmigen Halogeniden führen.
Die Patentanmeldung EP-A-482 265 beschreibt ein Verfahren der Ablagerung einer dünnen Kupferschicht aus der Dampfphase auf einem Substrat durch Bildung eines Gasflusses im Äußeren der Reaktionskammer, der ein Kupferhalogenid enthält, durch Durchgang von HCl in einem Kupferrohr, das auf 1 000 ºC erhitzt ist, Einführung dieses Flusses in die Reaktionskammer und seine Reduktion durch Wasserstoff, der vorher mit Hilfe eines katalytischen metallischen Filaments, welches auf hoher Temperatur gehalten wird, aktiviert worden ist. Dieses Verfahren führt zu einer Ablagerungsgeschwindigkeit von 0,5 µm/h.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es infolgedessen, ein Verfahren zur Ablagerung von Metall in der Dampfphase vorzusehen, welches den Bedürfnissen der Praxis besser als die aktuell verwendeten Verfahren entspricht, indem es das Erhalten einer Ablagerunggeschwindigkeit von einigen Mikrometern pro Minute unter Druck- und Temperaturbedingungen, die den zu behandelnden Substraten besonders gut angepaßt sind, ermöglicht, sowie die homogene oder selektive Ablagerung einer Metallschicht von guter Qualität gestattet.
Die vorliegende Erfindung hat zum Gegenstand ein Verfahren zur Ablagerung von Kupfer in der Dampfphase auf einem Substrat durch Reduktion eines Kupferhalogenids im gasförmigen Zustand, dadurch gekennzeichnet, daß es folgendes umfaßt:
(a) die Herstellung des Kupferhalogenids in der Form CuCl in situ ausgehend von einem Herstellungsmittel (11), das in einer Reaktionskammer (10) eingeschlossen ist, die das Substrat enthält, durch Inkontaktbringen von gasförmigem Chlor mit festem Kupfer, das auf einer Temperatur, die zwischen 500 ºC und 700 ºC liegt, gehalten wird, und
(b) die Reduktion - in der Reaktionskammer, die auf einem Gesamtdruck erhalten wird, der zwischen 13,3 und 133,3 Pascal (0,1 und 1 Torr) liegt - des gasförmigen Kupferhalogenids, das im Verlauf des Schritts (a) hergestellt worden ist und dessen Partialdruck zwischen 1,33 und 13,3 Pascal (0,01 und 0,1 Torr) liegt, in Gegenwart von wenigstens einem Reduktionsgas, welches Gas einen Partialdruck in der Größenordnung desjenigen des Kupferhalogenids hat, zum Erhalten einer Ablagerung von reinem Metall mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von µm/min auf dem Substrat, das auf einer Temperatur gehalten wird, die zwischen 200 ºC und 400 ºC liegt.
Gemäß einer vorteilhaften Art und Weise des Durchführens des genannten Verfahrens wird das Reduktionsgas aus der Gruppe ausgewählt, die Wasserstoff, SiH&sub4;, Si&sub2;H&sub6;, Si&sub3;H&sub8;, SiH&sub2;Cl&sub2;, SiHCl&sub3;, SiH&sub3;Cl enthält.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Art und Weise des Durchführens des genannten Verfahrens wird das Substrat aus der Gruppe ausgewählt, welche Halbleitersubstrate, insbesondere auf der Basis von Silizium, und Substrate aus Kunststoff umfaßt.
Entsprechend der Struktur des Substrats kann die Ablagerung homogen oder selektiv sein.
Gemäß einer vorteilhaften Disposition dieser Art und Weise der Durchführung erhält man, wenn die Oberfläche des Substrats von homogener Art, Silizium oder Metall, ist, eine Ablagerung in homogener Schicht, in der Größenordnung von µm/min.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Disposition der genannten Art und Weise der Durchführung lagert sich, wenn die Oberfläche des Substrats Strukturen von unterschiedlichen Arten (d. h. Zonen von blankem Silizium und Zonen von Siliziumoxyd) aufweist, die genannte Metallschicht selektiv allein auf dem Niveau von gewissen Zonen bzw. in gewissen Zonen, Silizium oder Metall, ab.
Zum Beispiel beobachtet man, wenn man lokal die Art der Oberfläche eines Substrats aus oxydiertem Silizium durch eine Folge von Schritten der Fotolithographie und der Ätzung, die insbesondere Linien von blankgemachten Silizium bilden, ändert, eine Ablagerung von Metall (insbesondere Kupfer) allein in den Zonen von blanken Silizium, während sich das Metall nicht in den Zonen von oxydiertem Silizium ablagert. Eine solche Selektivität wird ebenfalls bei Substraten beobachtet, wo ein Teil der Oberfläche oxydiert ist, während der Rest der Oberfläche von einem Metall, Kupfer oder Chrom z. B., bedeckt ist.
Das gleiche gilt für Substrate, die Zonen von Kupfer und Zonen von organischem Isolationsmaterial aufweisen; in diesem Fall erhält man eine Ablagerung von Metall, ohne daß das Dielektrikum spuren einer metallischen Ablagerung aufweist.
Ein solches Verfahren ist insbesondere bei der Metallisierung der letzten Niveaus von Verbindungen bzw. Zusammenschaltungen von integrierten Schaltungen, bei der Realisierung von Verbundnetzen bzw. Verbindungsnetzen für Hybridschaltungen, sowie bei der Metallisierung von Kunststoffen vorteilhaft.
Gemäß einer anderen Art und Weise der vorteilhaften Ausführung des genannten Verfahrens werden die reaktiven Gase (Hallogen- und/oder Reduktionsgas) mit einem neutralen Trägergas vereinigt.
Das Vorhandensein dieses Trägergases, das vorteilhafterweise Argon sein kann, stellt den Transport der reaktiven Gase sicher und vermeidet eine Reaktion in homogener Phase; sein Partialdruck repräsentiert vorteilhafterweise ungefähr 80 % des Totaldrucks.
Die vorliegende Erfindung hat ebenfalls eine Einrichtung für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung von der Art zum Gegenstand, welche eine Reaktionskammer umfaßt, die ein Substrat einschließt, sowie Mittel für die Erhitzung des Substrats und wenigstens eine Reduktionsgasquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer außerdem ein Mittel für die Herstellung von gasförmigem Metallhalogenid in situ einschließt, welches wenigstens in Kombination folgendes umfaßt:
. eine Quelle von gasförmigem Halogen, die mit Mitteln für die Regulierung der Eintrittsmenge des Halogens verbunden ist;
. einen Träger der ein Metall in fester Form enthält;
. Mittel für die Homogenisierung des Flusses des Austritts des gebildeten gasförmigen Metallhalogenids nach dem Substrat hin; und
. Mittel für die Erhitzung und die Regulierung seiner Temperatur,
welches Mittel für die Herstellung von gasförmigen Metall-halogenid das Substrat umgibt und ein gleichförmiges radiales Injizieren des Halogenids auf das Substrats gestattet.
Vorteilhafterweise wird die Regulierung der Liefermengen des Gases durch Massen bzw. Mengendurchflußmesser sichergestellt.
Gemäß einer vorteilhaften Art und Weise der Realisierung der genannten Einrichtung umfaßt das genannte Mittel für die Herstellung von gasförmigem Metallhalogenid außerdem eine Trägergasquelle.
In vorteilhafter Weise ermöglicht es eine solche Einrichtung, z. B. im Fall von Kupfer, eine Quelle von gasförmigem CuCl mit einstellbarer Liefermenge zu realisieren, denn unter den Bedingungen der Temperatur und des Drucks, derart, wie sie in dem Verfahren gemäß der Erfindung definiert sind, ist die Kinetik der Bildung von CuCl ausgehend von dem gasförmigen Cl&sub2; und dem festen Kupfer, definiert und steuerbar; tatsächlich führt eine solche Vorrichtung, die ein radiales, mithin gleichförmiges Injizieren von Kupferhalogenid gestattet, zum Erhalten einer Konzentration in der Dampfphase, die genügend groß ist, um Ablagerungsgeschwindigkeiten des Metalls in der Größenordnung von Mikrometer pro Minute zu erhalten.
Außer den vorstehenden Vorkehrungen umfaßt die Erfindung noch andere Vorkehrungen, welche aus der folgenden Beschreibung hervorgehen, die sich auf Beispiele der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung und auf eine detaillierte Beschreibung der Einrichtung der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen bezieht, in denen:
- die Fig. 1 und 2 eine Art und Weise der Realisierung der Einrichtung gemäß der Erfindung im Längsschnitt darstellen, worin das Mittel für die Herstellung von Halogenid von Metall (Kupfer in der dargestellten Realisierung) in situ das Substrat umgibt (Ringform).
Es versteht sich trotzdem, daß die Zeichnungen und die entsprechenden beschreibenden Teile sowie die Beispiele nur zur Veranschaulichung des Gegenstands der Erfindung gegeben sind, für den sie jedoch in keiner Weise eine Beschränkung bilden.
Die Fig. 1 stellt eine Einrichtung gemäß der Erfindung im Längsschnitt dar, welche vorteilhafterweise eine Reaktionskammer 10 umfaßt, die zugleich ein Mittel 11 für die Herstellung von gasförmigen Kupferhalogenid und eine Zone 12 für die Ablagerung von Kupfer auf einem Substrat 30 einschließt.
Das Mittel 11 für die Herstellung von gasförmigem Kupferhalogenid umfaßt in der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Realisation:
. ein ringförmiges Schälchen bzw. Schiffchen bzw. Näpfchen (oder einen Träger 20) das durch einen perforierten Boden 25 abgeschlossen ist, worin ein Metall 26, insbesondere Kupfer infester Form, untergebracht sein kann. Mit dem Schälchen bzw. Näpfchen bzw. Schiffchen 20 sind Mittel 21 für die Erhitzung und die Regulierung der Temperatur verbunden, welche die Erhitzung der Gesamt-heit des Mittels für die Herstellung von Halogenid ge-statten, welche Mittel es gestatten, das Kupfer auf eine Temperatur von ungefähr 650 ºC zu bringen; in der dargestellten Realisierung sind diese Mittel 21 für die Erhitzung und die Regulierung der Temperatur durch einen Widerstand repräsentiert und können durch eine Reihe von Thermocoaxen realisiert sein, die in der Wand des Mittels für die Herstellung eingelassen sind und in der Temperatur durch eine Steuerung der in den Widerständen in Wärme umgesetzten elektrischen Leistung reguliert werden;
. das gasförmige Chlor wird durch das Zwischenglied der Leitung 22, welche ausgehend vom äußeren des Mittels 11 für die Herstellung unterhalb des perforierten Bodens 25 des Schälchens bzw. Näpfchens bzw. Schiffchens 20 auf dem erhitzten festen Kupfer 26 mündet, eingeleitet; der Fluß des genannten Halogens wird durch eine Reihe von Hindernissen, die in den Fig. 1 und 2 nicht dargestellt sind, homogenisiert; in der in den genannten Fig. 1 und 2 dargestellten Realisierung befördert die Leitung 22 außerdem das Trägergas, das insbesondere Argon sein kann.
. oberhalb des Schälchens bzw. Näpfchens bzw. Schiffchens 20 ist ein Ablenker 24, der in der Fig. 2 dargestellt ist, in der Form einer ringförmigen Platte angeordnet, welche die gebildeten Metallhalogeniddämpfe nach der Achse X-X (Fig. 2) der Reaktionskammer und nach dem Substrat 30 zuschickt; und
. die Wände 110 der Reaktionskammer 10 sind mit einem Mittel für die Erhitzung und die Regulierung bzw. Regelung der Temperatur verbunden, das es ermöglicht, die Temperatur dieser Wände auf ungefähr 250 ºC zu halten, um die Ablagerung von CuCl auf diesen letzteren zu vermeiden.
Dieses Mittel 11 zur Herstellung von gasförmigem Kupferhalogenid ermöglicht das Injizieren des genannten Halogenids in die eigentliche Reaktionskammer, und zwar in ihren zentralen Teil X-X, der ebenfalls auf einer Temperatur von ungefähr 250 ºC gehalten wird.
In der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Realisierung wird die Liefermenge von gasförmigen CuCl durch die Liefermenge von Chlor, das in das Mittel 11 eingeleitet wird, gesteuert.
Das gebildete CuCl befindet sich in der Nähe des Substrats 30 und wird in Kontakt mit einem Reduktionsgas oder einer Reduktionsgasmischung gebracht, das bzw. die durch das Zwischenglied der Leitung 23, welche ausgehend vom Äußeren der genannten Reaktionskammer 10 gerade oberhalb des Substrats 30 mündet, in die Reaktionskammer 10 eingeleitet wird; die eintretenden Mengen der Reduktionsgase werden mit Hilfe von Mengen- bzw. Massendurchflußmessern reguliert bzw. geregelt.
Die Reduktion des gasförmigen Metallhalogenids zu festem Metall erfolgt dann in der Ablagerungszone 12 des Kupfers, welche vorteilhafterweise in der in Fig. 1 dargestellten Realisie-rung folgendes umfaßt:
. ein Substrat 30 das mit Erhitzungsmitteln 34 verbunden ist, die in dieser Realisierungsart in nichtbeschränkender Weise von einer Halogenlampe repräsentiert werden, welche sich hinter einem Abschirmfenster 35 aus Quarz befindet, verbunden mit einer Heliumschicht 36, die sich unter dem Substrat 30 (z. B. einer Siliziumplatte) in der Art und Weise befindet, daß sie die Temperatur des genannten Substrats homogenisiert; auf dem Substrat 30 bildet sich unter den Bedingungen, die in dem Verfahren gemäß der Erfindung definiert sind, eine Schicht aus reinem Metall (Kupfer in der dargestellten Realisierung) mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von Mikrometern pro Minute; das genannte Substrat 30 wird von einem Träger 32 getragen, der gemäß einer vertikalen Achse in der Art und Weise verlagert werden kann, daß der Abstand zwischen der Quelle für die Herstellung von Metallhalogenid und dem Substrat reguliert werden kann, damit er in der Größenordnung von cm ist;
. Pumpmittel 31 für flüchtige Verbindungen, die während der Reaktion der Reduktion des CuCl gebildet werden; und
. eine abnehmbare Wand 33, welche die Beladung der Reaktionskammer 10 gestatt.
Die Einrichtung gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß sie eine mit der Reaktionskammer verbundene Quelle von Halogenid vorsieht, das in situ erzeugt wird.
In vorteilhafter Weise gestattet in der Einrichtung gemäß der Erfindung, welche eine Mittel für die Herstellung von Metallhalogenid in situ in der Nähe des Substrats einschließt, die Regulierung der Liefermenge an Chlor, das in das genannte Mittel injiziert wird, für Temperaturen oberhalb von 350 ºC eine präzise Steuerung der Liefermenge von Cu&sub3;Cl&sub3;, das in Kontakt mit dem Substrat gebracht wird, und mithin eine Konzentration dieses letzteren in der Dampfphase, die genügend groß ist, um Ablagerungsgeschwindigkeiten des Kupfers in der Größenordnung von Mikrometer pro Minute zu erhalten.
Ebenfalls wird in vorteilhafter Weise das Injizieren des Reaktantenprodukts (CuCl) auf dem Niveau der Zone 12 der Ablagerung des Kupfers durch eine Reihe von Öffnungen realisiert, die gleichförmig über den Umfang verteilt sind, der das Substrat 30 umgibt (in den Fig. 1 und 2 nicht dargestellt), welche die Verbindung zwischen dem Mittel 11 für die Herstellung von Halogenid und der Zone 12 für die Ablagerung sicherstellen.

BEISPIEL 1:

Durchführung des Verfahrens: Ablagerung von Kupfer auf einem Substrat in heterogenen Zonen in einer Einrichtung, wie sie in den Fig. 1 und 2 beschrieben ist.
Ein Substrat, das Zonen von Silizium und Zonen von Siliziumoxyd aufweist, ermöglicht es, unter den hier nachstehend definierten Bedingungen in selektiver Weise eine Ablagerung von Kupfer nur auf dem Silizium zu erhalten.
Das Kupferhalogenid wird in dem Mittel für die Herstellung von Halogenid (von ringförmiger Form) gebildet, welche das Substrat ergibt und sich ein bis zwei Zentimeter von dem genannten Substrat befindet, indem gasförmiges Chlor über Kupferbänder, die auf zwischen 500 ºC und 700 ºC, vorzugsweise auf 650 ºC, erhitzt sind, eingeleitet wird. Die Wände der Reaktionskammer 10 werden auf einer Temperatur > 250 ºC gehalten, was es ermöglicht, die Wiederkondensationen von CuCl auf diesen Wänden zu begrenzen. Außerdem ist die Erhitzung der Wände 27 des Schälchens bzw. Näpfchens bzw. Schiffchens 20 des Mittels 11 für die Herstellung von Halogenid wichtig, weil:
. die Spannung bzw. der Druck des Dampfes des CuCl zu gering bei niedriger Temperatur ist, um einen Transport in genügenden Mengen von CuCl in die Ablagerungszone des festen Metalls sicherzustellen;
. erst oberhalb von 250 ºC die Reaktion der Bildung von CuCl total bzw. vollständig ist und es ermöglicht, in der Reaktionskammer CuCl frei von restlichem Chlor zu erhalten; und
. unterhalb von 500 ºC die Kinetik der Bildung von CuCl zu langsam ist, um zu genügenden Liefermengen zu führen.
Die erhaltene Verbindung (Cu&sub3;Cl&sub3;), in welcher das Kupfer in einem Oxydationszustand +1 ist, reagiert in gasförmiger Phase mit einer Mischung von Reduktionsgasen (H&sub2; und SiH&sub4;) in Kontakt mit dem genannten Substrat, das auf 350 ºC gehalten wird, derart, daß der Totaldruck in der Reaktionskammer 10 100 Pascal ist, der Partialdruck der Reduktionsgase 1 Pascal (H&sub2;: 0,8 Pascal; SiH&sub4; : 0,2 Pascal) ist, und der Kupferhalogeniddruck 1 Pascal ist; man erhält dann eine Kupferablagerung mit einer Geschwindigkeit von 0,5 Mikron/Minute. Der gemessene Widerstandswert ist ungefährt 2 µOhm cm-1, ein Wert, der nahe jenem des massiven Kupfers ist. Dieses ist insbesondere so aufgrund der Abwesenheit von festen Reaktanten, die in dem Kupfer eingefangen sein können, sowie aufgrund dessen, daß die starke Spannung bzw. der starke Druck des Dampfs der gasförmigen Reaktanten durch Abpumpen ausgeschaltet worden ist.

BEISPIEL 2: Ablagerung von Kupfer auf einem homogenen Substrat

a) man wählt als Substrat ein Blättchen von Silizium;
b) das Substrat wird auf einem erhitzten Träger plaziert, der es ermöglicht, auf Temperaturen, die zwischen 200 ºC und 400 ºC liegen, hinaufzugehen;
c) das CuCl wird in einem Teil der Kammer gebildet, der dem Substrat sehr nahe ist, indem man Chlor über Kupferbänder schickt, die auf zwischen 500 ºC und 700 ºC erhitzt sind.
Die Fortsetzung des Protokolls ist identisch mit jenem des Beispiels 1.
Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, ist die Erfindung in keiner Weise auf jene ihrer Ausführungsarten, die Realisierung und die Anwendung beschränkt, welche eben in expliziterer Weise beschrieben worden sind, sie umfaßt im Gegenteil alle die Varianten, die dem Geist des Technikers auf dem Fachgebiet einfallen können, ohne weder von dem Rahmen noch von dem Bereich der vorliegenden Erfingung abzuschweifen.

Claims

1. Verfahren zur Ablagerung von Kupfer in der Dampfphase auf einem Substrat durch Reduktion eines Kupferhalogenids im gasförmigen Zustand, dadurch gekennzeichnet, daß es folgendes umfaßt:

(a) die Herstellung des Kupferhalogenids in der Form CuCl in situ ausgehend von einem Herstellungsmittel (11), das in einer Reaktionskammer (10) eingeschlossen ist, die das Substrat enthält, durch Inkontaktbringen von gasförmigem Chlor mit festem Kupfer, das auf einer Temperatur, die zwischen 500 ºC und 700 ºC liegt, gehalten wird, und

(b) die Reduktion - in der Reaktionskammer, die auf einem Gesamtdruck erhalten wird, der zwischen 13,3 und 133,3 Pascal (0,1 und 1 Torr) liegt - des gasförmigen Kupferhalogenids, das im Verlauf des Schritts (a) hergestellt worden ist und dessen Partialdruck zwischen 1,33 und 13,3 Pascal (0,01 und 0,1 Torr) liegt, in Gegenwart von wenigstens einem Reduktionsgas, welches Gas einen Partialdruck in der Größenordnung desjenigen des Kupferhallogenids hat, zum Erhalten einer Ablagerung von reinem Metall mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von µm/min auf dem Substrat, das auf einer Temperatur gehalten wird, die zwischen 200 ºC und 400 ºC liegt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsgas aus der Gruppe gewählt ist, die Wasserstoff, SiH&sub4;, Si&sub2;H&sub6;, Si&sub3;H&sub8;, SiH&sub2;Cl&sub2;, SiHCl&sub3;, SiH&sub3;Cl enthält.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus der Gruppe gewählt ist, welche Halbleitersubstrate, insbesondere auf der Basis von Silizium, und Substrate aus Kunststoff umfaßt.

4. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man, wenn die Oberfläche des Substrats von homogener Art, Silizium oder Metall, ist, eine Ablagerung in homogener Schicht, in der Größenordnung von µm/min erhält.

5. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich, wenn die Oberfläche des Substrats Strukturen von unterschiedlichen Arten aufweist, die Schicht aus Metall selektiv auf dem Niveau gewisser Zonen bzw. in gewissen Zonen ablagert.

6. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Halogen und/oder das Reduktionsgas mit einem neutralen Trägergas vereinigt werden.

7. Einrichtung für die Durchführung des Verfahrens gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, von der Art, welche eine Reaktionskammer (10) umfaßt, die ein Substrat (30) einschließt, sowie Mittel (34) für die Erhitzung des Substrats und wenigstens eine Reduktionsgasquelle (23), dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer außerdem ein Mittel (11) für die Herstellung von gasförmigem Metallhalogenid in situ einschließt, welches wenigstens in Kombination folgendes umfaßt:

. eine Quelle von gasförmigem Halogen (22), die mit Mitteln für die Regulierung der Eintrittsmenge des Halogens verbunden ist;

. einen Träger (20) der ein Metall in fester Form enthält;

. Mittel für die Homogenisierung des Flusses des Austritts des gebildeten gasförmigen Metallhalogenids nach dem Substrat hin; und

. Mittel (21) für die Erhitzung und die Regulierung seiner Temperatur,

welches Mittel (11) für die Herstellung von gasförmigem Metallhalogenid das Substrat umgibt und ein gleichförmiges radiales Injizieren des Halogenids auf das Substrat gestattet.

8. Einrichtung gemäß Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (11) für die Herstellung von gasförmigem Metallhalogenid außerdem eine Quelle für Trägergas umfaßt.