JP2000087244A

JP2000087244A - 成膜装置及び成膜方法

Info

Publication number: JP2000087244A
Application number: JP10274354A
Authority: JP
Inventors: Masahito Sugiura; 正仁杉浦; Hiroshi Jinriki; 博神力
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1998-09-10
Filing date: 1998-09-10
Publication date: 2000-03-28
Anticipated expiration: 2018-09-10
Also published as: TW440954B; JP3058152B2

Abstract

(57)【要約】【課題】金属含有原料ガスの噴射領域を狭くしてこの
噴射速度を高めることにより、膜中に含まれる反応副生
成物の量を抑制して絶縁耐圧特性等を向上させることが
できる成膜装置を提供する。【解決手段】金属含有原料ガスと酸化性ガスとを処理
容器１６内の天井部に設けたシャワーヘッド部６０へ供
給し、前記両ガスを前記シャワーヘッド部の下面のガス
噴射面６６に設けた原料ガス噴射孔６８及び酸化性ガス
噴射孔７０からそれぞれ前記処理容器内へ導入して、前
記処理容器内の載置台３０上に載置された被処理体Ｗの
表面に金属含有膜を形成する成膜装置において、前記原
料ガス噴射孔の形成領域８６を、前記載置台上の被処理
体の上面に対応する面積８４Ｗよりも小さく設定して前
記原料ガス噴射孔からの前記金属含有原料ガスの噴射速
度を高める。これにより、金属含有原料ガスの噴射領域
を狭くしてこの噴射速度を高め、膜中に含まれる反応副
生成物の量を抑制して絶縁耐圧特性等を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば酸化タンタ
ル等の絶縁膜に適する金属酸化膜を成膜する成膜装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体デバイスを製造するに
は、半導体ウエハに成膜処理やパターンエッチング処理
を繰り返し行なって所望のデバイスを製造するが、中で
も成膜技術は半導体デバイスが高密度化及び高集積化す
るに伴ってその仕様が年々厳しくなっており、例えばデ
バイス中のキャパシタの絶縁膜やゲート絶縁膜のように
非常に薄い酸化膜などに対しても更なる薄膜化が要求さ
れ、これと同時に更に高い絶縁性が要求されている。

【０００３】これらの絶縁膜としては、シリコン酸化膜
やシリコンナイトライド膜等を用いることができるが、
最近にあっては、より絶縁特性の良好な材料として、金
属酸化膜、例えば酸化タンタル（Ｔａ₂ Ｏ₅ ）等が用い
られる傾向にある。この金属酸化膜は、薄くても信頼性
の高い絶縁性を発揮できる。この金属酸化膜を形成する
には、例えば酸化タンタルを形成する場合を例にとって
説明すると、上記公報に開示されているように成膜用の
原料として、タンタルの金属アルコキシド（Ｔａ（ＯＣ
₂ Ｈ₅ ）₅ ）を用い、これをヘリウムガス等でバブリン
グしながら供給して半導体ウエハを例えば４００℃程度
のプロセス温度に維持し、真空雰囲気下でＣＶＤ（Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）に
より酸化タンタル膜（Ｔａ₂ Ｏ₅ ）を積層させている。

【０００４】図９は上記した酸化タンタル膜を形成する
時の従来の成膜装置を示す概略構成図であり、図１０は
図９の成膜装置内のシャワーヘッド部のガス噴射面を示
す平面図である。この成膜装置２は真空引き可能になさ
れた筒体状の処理容器４を有しており、この内部にはそ
の上面に半導体ウエハＷを載置する載置台６が設けられ
ると共にその上方には、この載置台６に対向させてシャ
ワーヘッド部８が設けられている。このシャワーヘッド
部８には、金属含有原料ガスとして例えば液状の有機金
属材料である金属アルコキシド、例えばＴａ（ＯＣ₂ Ｈ
₅ ）₅ をＨｅガス等によりバブリングすることにより気
化されたガスを導入すると共にまた、酸化性ガス、例え
ばＯ₂ ガスを導入している。そして、これらの各ガス
は、シャワーヘッド部８の下面のガス噴射面１０に設け
た原料ガス噴射孔１２Ａ及び酸化性ガス噴射孔１２Ｂか
らそれぞれ個別に処理容器４内に噴射され、この処理空
間Ｓにて混合される。この混合ガスがウエハ面上で反応
することによりウエハＷの表面に金属酸化膜としてＴａ
₂ Ｏ₅ 膜が形成されることになる。

【０００５】この時、図１０に示すように、シャワーヘ
ッド部８のガス噴射面１０には、直径が例えば０．８〜
１．０ｍｍ程度に大きくなされた原料ガス噴射孔１０Ａ
と直径が例えば０．２〜０．３ｍｍ程度に小さくなされ
た酸化性ガス噴射孔１０Ｂが略均等に略全面に渡って形
成されている。両噴射孔１０Ａ、１０Ｂの形成領域は、
供給ガス量の処理空間Ｓにおける均一性を確保するため
に一点鎖線で示されるウエハ面積ＷＳの大きさと同じ
か、これよりも少し大きくなるように設定されている。
図１０に示す図示例では、両噴射孔１０Ａ、１０Ｂの形
成領域は、ウエハ面積ＷＳよりも少し大きくなされた場
合を示す。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体デバ
イスに用いられる絶縁膜としては、薄くてもより耐圧特
性に優れたものが要求されるが、上記したようにＣＶＤ
により形成されたＴａ₂Ｏ₅ 膜中には、有機物であるＣ
Ｈ₃ ＣＨＯ等の反応副生成物が非常に僅かではあるが混
入することは避けられず、このため、混入した反応副生
成物の影響により絶縁耐圧特性等が劣化してしまうとい
う問題があった。本発明は、以上のような問題点に着目
し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本
発明の目的は、金属含有原料ガスの噴射領域を狭くして
この噴射速度を高めることにより、膜中に含まれる反応
副生成物の量を抑制して絶縁耐圧特性等を向上させるこ
とができる成膜装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に規定する発明
は、金属含有原料ガスと酸化性ガスとを処理容器内の天
井部に設けたシャワーヘッド部へ供給し、前記両ガスを
前記シャワーヘッド部の下面のガス噴射面に設けた原料
ガス噴射孔及び酸化性ガス噴射孔からそれぞれ前記処理
容器内へ導入して、前記処理容器内の載置台上に載置さ
れた被処理体の表面に金属含有膜を形成する成膜装置に
おいて、前記原料ガス噴射孔の形成領域を、前記載置台
上の被処理体の上面に対応する面積よりも小さく設定し
て前記原料ガス噴射孔からの前記金属含有原料ガスの噴
射速度を高めるようにしたものである。

【０００８】これにより、被処理体の表面の直上におけ
る反応副生成物の濃度が低下し、且つこの部分における
金属含有原料ガスの濃度が高くなって、膜中に取り込ま
れる反応副生成物の量を大幅に抑制することが可能とな
る。この場合、前記シャワーヘッド部内では、前記金属
含有原料ガスと前記酸化性ガスは区画分離された状態で
流れるようになされている。

【０００９】また、前記原料ガス噴射孔の形成領域の直
径は、前記被処理体の上面の直径の５／８〜７／８の範
囲内に設定されてる。

【００１０】上記両直径の比率が５／８よりも小さいと
被処理体の面上における原料ガス濃度の差が大きくなり
過ぎて膜厚の面内均一性が劣化してしまい、逆に、上記
比率が７／８よりも大きいと従来装置のように反応副生
成物の取り込みによって絶縁耐圧特性が劣化してしま
う。このような成膜工程においては、例えば前記金属含
有原料ガスは金属アルコキシド（Ｔａ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）
₅ ）であり、前記金属含有膜はＴａ₂ Ｏ₅ 膜であり、前
記酸化性ガスはＯ₂ ガスである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る成膜装置の
一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明
に係る成膜装置を示す構成図、図２は図１中に示すシャ
ワーヘッド部のガス噴射面を示す平面図である。ここで
は、金属含有原料ガスとして金属アルコキシド、例えば
Ｔａ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₅ を用い、且つ酸化性ガスとしてＯ
₂ガスを用いて、金属含有膜としてＴａ₂ Ｏ₅ 膜を成膜
する場合を例にとって説明する。この成膜装置１４は、
図示するように例えばアルミニウムにより筒体状に成形
された処理容器１６を有している。この処理容器１６の
底部１８の中心部には、給電線挿通孔２０が形成される
と共に周辺部には、真空引きポンプ、例えばターボ分子
ポンプ２２及びドライポンプ２４を介設した真空排気系
２６に接続された排気口２８が設けられており、容器内
部を真空引き可能としている。この排気口２８は、容器
底部１８に複数個、例えば等間隔で同一円周上に４個程
度設けられ、各排気口２８は、真空排気系２６により共
通に連通されている。

【００１２】この処理容器１６内には、非導電性材料、
例えばアルミナ製の円板状の載置台３０が設けられ、こ
の載置台３０の下面中央部には下方に延びる中空円筒状
の脚部３２が一体的に形成され、この脚部３２の下端は
上記容器底部１８の給電線挿通孔２０の周辺部にＯリン
グ等のシール部材３４を介在させてボルト３６等を用い
て気密に取り付け固定される。従って、この中空脚部３
２内は、外側に開放され、処理容器１６内に対して気密
状態となっている。上記載置台３０には、例えば、Ｓｉ
Ｃによりコーティングされたカーボン製の抵抗発熱体３
８が埋め込まれており、この上面側に載置される被処理
体としての半導体ウエハＷを所望の温度に加熱し得るよ
うになっている。この載置台３０の上部は、内部に銅な
どの導電板よりなるチャック用電極４０を埋め込んだ薄
いセラミックス製の静電チャック４２として構成されて
おり、この静電チャック４２が発生するクーロン力によ
り、この上面にウエハＷを吸着保持するようになってい
る。尚、この静電チャック４２の表面にＨｅガスなどの
バックサイドガスを流してウエハへの熱伝導性を向上さ
せたり、ウエハ裏面への成膜を防止するようにしてもよ
い。また、この静電チャック４２に代えてメカニカルク
ランプを用いるようにしてもよい。

【００１３】上記抵抗発熱体３８には、絶縁された給電
用のリード線４４が接続され、このリード線４４は、処
理容器１６内に晒すことなく円筒状の脚部３２内及び給
電線挿通孔２０を通って外へ引き出され、開閉スイッチ
４６を介して給電部４８に接続される。また、静電チャ
ック４２のチャック用電極４０には、絶縁された給電用
のリード線５０が接続され、このリード線５０も処理容
器１６内に晒すことなく円筒状の脚部３２内及び給電線
挿通孔２０を通って外へ引き出され、開閉スイッチ５２
を介して高圧直流電源５４に接続される。尚、ウエハを
加熱する手段として上記抵抗発熱体３８に代え、ハロゲ
ンランプ等の加熱ランプを用いて加熱するようにしても
よい。

【００１４】載置台３０の周辺部の所定の位置には、複
数のリフタ孔５６が上下方向に貫通させて設けられてお
り、このリフタ孔５６内に上下方向に昇降可能にウエハ
リフタピン５８が収容されており、ウエハＷの搬入・搬
出時に図示しない昇降機構によりリフタピン５８を昇降
させることにより、ウエハＷを持ち上げたり、持ち下げ
たりするようになっている。このようなウエハリフタピ
ン５８は、一般的にはウエハ周縁部に対応させて３本設
けられる。また、処理容器１６の天井部には、本発明の
特徴とするシャワーヘッド部６０が一体的に設けられた
天井板６２がＯリング等のシール部材６４を介して気密
に取り付けられており、上記シャワーヘッド部６０は載
置台３０の上面の略全面を、或いはこれよりも広く覆う
ように対向させて設けられ、載置台３０との間に処理空
間Ｓを形成している。このシャワーヘッド部６０は処理
容器１６内に成膜用の金属含有原料ガスと酸化性ガスを
シャワー状に導入するものであり、シャワーヘッド部６
０の下面のガス噴射面６６にはそれぞれのガスを個別に
噴出するための多数の原料ガス噴射孔６８と酸化性ガス
噴射孔７０がそれぞれ形成される。

【００１５】このシャワーヘッド部６０内は、原料ガス
用ヘッド空間７２と酸化性ガス用ヘッド空間７４とに２
つに区画分離されており、原料ガス用ヘッド空間７２に
連通されるガス導入ポート７６には図示しないバブリン
グ装置から延びる原料供給通路７８を接続して、例えば
Ｈｅガスによりバブリングされた気化状態のＴａ（ＯＣ
₂ Ｈ₅ ）₅ を導入するようになっている。また、酸化性
ガス用ヘッド空間７４に連通される酸化性ガス導入ポー
ト７９には前記ガス供給通路８０を接続してＯ₂ ガスを
導入するようになっている。そして、上記原料ガス用ヘ
ッド空間７２は上記各原料ガス噴射孔６８に連通されて
おり、また、酸化性ガス用ヘッド空間７４は各酸化性ガ
ス用噴射孔７０に連通されており、両噴射孔６８、７０
から噴出された原料ガスとＯ₂ ガスとを処理空間Ｓにて
混合して、いわゆるポストミックス状態で供給するよう
になっている。上記原料供給通路７８には、これに流れ
る原料ガスの再液化を防止するためのテープヒータ８２
を巻回して、これを液化温度以上に加熱している。

【００１６】ここで、上記原料ガス噴射孔６８と酸化性
ガス噴射孔７０は、従来装置にあっては図１０に示した
ように共にウエハＷの面積と同じ領域に、或いはそれよ
りも僅かに広い面積の領域に、略均等に分布させて設け
ていたが、本実施例にあっては図２に示すように酸化性
ガス噴射孔７０は、従来装置と略同じようにウエハＷの
面積と略同じ円形の領域８４Ｗ、或いはそれよりも僅か
に広い面積の領域に略均等に分布させて配置している
が、原料ガス噴射孔６８は、領域８４Ｗよりも狭い円形
の領域（形成領域）８６内に略均一に分布させてる配置
している。この場合、各噴射孔６８、７０の直径は従来
装置の場合と略同じであり、原料ガス噴射孔６８の直径
ｄ１は目詰まり防止のために０．８〜１．０ｍｍの範囲
に大きく設定され、酸化性ガス噴射孔７０の直径ｄ２は
０．２〜０．３ｍｍの範囲内に小さく設定されている。

【００１７】この場合、各噴射孔６８、７０の単位面積
当たりの分布密度は、従来装置の場合と略同じであり、
それぞれ１個／ｃｍ² 程度及び１〜３個／ｃｍ² 程度で
ある。このように、原料ガス噴射孔６８の形成領域８６
の面積を従来装置よりも狭く設定することにより、従来
の成膜工程と原料ガスの供給量を同じとした場合に面積
が狭くなった分だけ、原料ガス噴射孔６８からの原料ガ
スの噴射速度を上げるようになっている。

【００１８】また、シャワーヘッド部６０の側壁にはこ
の部分の温度を原料ガスの分解を防止するために、例え
ば１４０〜１７５℃程度に冷却するための冷却ジャケッ
ト９０が設けられており、これに６０℃程度の冷媒、例
えば温水を流すようになっている。尚、このシャワーヘ
ッド部６０と載置台３０との間の距離は略１０〜３０ｍ
ｍ程度に設定されている。また、処理容器１６の側壁に
は、壁面を冷却するために例えば冷媒を流す冷却ジャケ
ット９２が設けられており、これに例えば６０℃程度の
温水を冷媒として流し、側面を原料ガスが液化しない
で、且つ熱分解しない温度、例えば１４０〜１７０℃の
範囲内に維持するようになっている。また、この容器１
６の側壁の一部には、ウエハ搬出入口９４が設けられ、
ここに真空引き可能になされたロードロック室９６との
間を連通・遮断する前記ゲートバルブ９８を設けてい
る。尚、図示されていないがパージ用のＮ₂ ガスの供給
手段を設けているのは勿論である。

【００１９】次に、以上のように構成された成膜装置を
用いて行なわれる成膜処理について説明する。まず、真
空状態に維持された処理容器１６内に、ロードロック室
９６側からウエハ搬出入口９４を介して未処理の半導体
ウエハＷを搬入し、これを載置台３０上に載置して静電
チャック４２のクーロン力により吸着保持する。そし
て、抵抗発熱体３８によりウエハＷを所定のプロセス温
度に維持すると共に、処理容器１６内を真空引きして所
定のプロセス圧力に維持しつつ、原料ガスと酸化性ガス
をシャワーヘッド部６０から供給して成膜を開始する。
原料ガスとしては、液状の有機化合物のＴａ（ＯＣ₂ Ｈ
₅ ）₅ をＨｅガスでバブリングすることにより気化状態
で供給され、その供給量は、成膜レートにもよるが、例
えば数ｍｇ／ｍｉｎ程度と非常に少量である。シャワー
ヘッド部６０に到達した原料ガスは、原料ガス用ヘッド
空間７２に一旦流れ込み、これよりガス噴射面６６に設
けた直径の大きな原料ガス噴射孔６８から処理空間Ｓに
供給されることになる。

【００２０】一方、ガス導入通路８０内を流れてきたＯ
₂ ガスはシャワーヘッド部６０の酸化性ガス用ヘッド空
間７４に到達し、これよりガス噴射面６６に設けた直径
の小さな酸化性ガス噴射孔７０から処理空間Ｓに供給さ
れることになる。このように処理空間Ｓに噴出された原
料ガスとＯ₂ ガスは、この処理空間Ｓで混合されて反応
し、ウエハ表面にＣＶＤにより、例えば酸化タンタル膜
（Ｔａ₂ Ｏ₅ ）を堆積し、成膜すると同時に、ＣＨ₃ Ｃ
ＨＯ等の反応副生成物が生成されることになる。例え
ば、８インチサイズのウエハを処理する場合は、成膜プ
ロセス圧力は、０２〜０．３Ｔｏｒｒ程度、プロセス温
度は２５０〜４５０℃の範囲内、例えば４００℃に設定
する。また、原料ガスの供給量は１５ｍｇ／ｍｉｎ、Ｈ
ｅガスの供給量は３００ｓｃｃｍ、Ｏ₂ ガスの供給量は
１０００ｓｃｃｍ程度である。

【００２１】この場合、本実施例にあっては、原料ガス
噴射孔６８の形成領域８６の面積を従来装置よりも狭く
設定することにより、従来の成膜工程と原料ガスの供給
量を同じとした場合に、面積が狭くなった分だけ原料ガ
ス噴射孔６８からの原料ガスの噴射速度が上がってい
る。これにより、原料ガスが途中で熱分解されることな
くウエハ面に到達してウエハＷの表面の直上における原
料ガスの濃度を上げることができ、且つこの部分におけ
る反応副生成物のガス濃度を低下させることが可能とな
る。このようにウエハ面の直上におけるＣＨ₃ ＣＨＯ等
の反応副生成物の濃度が低くなると、これが成膜中に取
り込まれる確率が少なくなり、この膜の絶縁耐圧特性を
向上させることができる。

【００２２】この場合、原料ガス噴射孔６８の形成領域
８６の直径Ｄ１とウエハＷと同じ面積の領域Ｄ２との比
Ｄ１／Ｄ２は５／８〜７／８の範囲内になるように設定
する。この比が５／８よりも小さくてより狭い領域に原
料ガス噴射孔６８を形成すると、原料ガス噴射速度が更
に上昇して処理空間Ｓの中心部における原料ガス濃度が
高くなり過ぎてウエハ中心部における金属酸化膜の膜厚
が厚くなり過ぎ、ウエハ面内の膜厚均一性が劣化する。
また逆に、上記比が７／８よりも大きくて従来装置の構
成に近付くと、発明が解決しようとする課題の欄で説明
したように、金属酸化膜の絶縁耐圧特性が劣化してしま
う。尚、単に原料ガスの噴射速度を上げるだけならば、
原料ガスの供給圧を上げるなどすればよいが、この場合
には、原料ガスの供給量が大幅に増加するので、それに
付随して他のガス、例えばバブリング用のＨｅガスやＯ
₂ ガスの供給量も増大しなければならない。特に、ウエ
ハサイズが１２インチの場合には、全てのガスの増加量
がかなり多くなるので現実的ではない。

【００２３】ここで、本発明装置と従来装置を用いて絶
縁膜として成膜された酸化タンタルの評価を行なったの
で、その評価結果を図３に示す。ここでのシャワーヘッ
ド部６０の構造は、６インチサイズのウエハＷを処理す
るために、図２中の直径Ｄ２は６インチ、直径Ｄ１は
４．５インチに設定されている。図３中、□印で示され
る従来装置は直径Ｄ２の領域内に、両ガス噴射孔６８、
７０が均一に設けられ、○印で示される本発明装置は直
径Ｄ１の領域内に原料ガス噴射孔６８が設けられ、酸化
ガス噴射孔７０の分布は従来装置と同じである。この時
のプロセス条件は、ウエハ温度が４５０℃、圧力が０．
２２５Ｔｏｒｒ、原料ガス（Ｐｅｔ）の流量が１５ｍｇ
／ｍｉｎ、Ｏ₂ の流量が１０００ｓｃｃｍ、Ｈｅの流量
が２５０ｓｃｃｍである。このグラフから明らかなよう
に、膜厚に関係なく、従来装置による絶縁膜よりも本発
明装置による絶縁膜の方が高い絶縁耐圧を示しており、
特性が良好であることが判明する。特に、本発明装置の
絶縁膜は実効膜厚が２．３ｎｍ程度と非常に薄い場合に
も高い絶縁特性を示していることが判明する。

【００２４】次に、従来装置と本発明装置のシャワーヘ
ッド部の下方の原料ガス及び反応副生成物の濃度分布を
シミュレーションによって評価したので、その評価結果
を示す。図４は原料ガス（Ｔａ₂ （ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₅ ：Ｐ
ｅｔ）の濃度分布を示し、図５は反応副生成物（ＣＨ₃
ＣＨＯ）の濃度分布を示す。図４及び図５中、（Ａ）は
共に８インチサイズのウエハに対して、直径Ｄ１（図２
参照）が６インチの領域まで原料ガス噴射孔６８を設け
た本発明装置の場合を示し、（Ｂ）は共に直径Ｄ２が８
インチの領域まで原料ガス噴射孔を設けた従来装置の場
合を示す。まず、図４から明らかなように、原料ガスに
ついては、シャワーヘッド部６０からウエハＷの面上に
向かうに従って、濃度は次第に低下している。そして、
図４（Ａ）に示す本発明装置の場合には、ウエハＷの直
上における原料ガスの濃度は１．９〜２．０×１０^-6ｍ
ｏｌ／ｍ³ 程度であるのに対して、図４（Ｂ）に示す従
来装置の場合には１．７〜１．８×１０^-6ｍｏｌ／ｍ³
程度であり、本発明装置の場合の方がかなり高い濃度と
なっている。すなわち、本発明装置の場合には、噴射さ
れた原料ガスの内、多くの原料ガスが途中で分解される
ことなくウエハ面上に到達していることが判明する。

【００２５】これに対して、図５から明らかなように反
応副生成物については、シャワーヘッド部６０からウエ
ハＷの面上に向かうに従って濃度は次第に高くなってい
る。そして、図５（Ａ）に示す本発明装置の場合には、
ウエハＷの直上における反応副生成物の濃度は５０〜６
０×１０^-6ｍｏｌ／ｍ³ 程度であるのに対して、図５
（Ｂ）に示す従来装置の場合には７５〜８５×１０^-6ｍ
ｏｌ／ｍ³ 程度であり、本発明装置の場合の方がかなり
低い濃度となっている。すなわち、本発明装置の場合の
方が原料ガスの噴射速度が速いので、反応副生成物の排
除効率が高くなっていることが判明する。

【００２６】次に、図４及び図５に示した場合と同様
に、８インチサイズのウエハに対して成膜処理を行なう
際に、シャワーヘッド部の原料ガス噴射孔の形成領域の
直径Ｄ１（図２参照）を種々変更した時のシミュレーシ
ョンを行なったので、その時の評価結果について説明す
る。濃度測定は、ウエハ面の直上において原料ガス、Ｃ
Ｈ₃ ＣＨＯ（反応副生成物）についてそれぞれ行ない、
また、成膜レートについても測定を行なった。尚、酸化
性ガス噴射孔の形成領域の直径Ｄ１は図４及び図５に示
した場合と同様に８インチである。まず、図６はウエハ
面上における原料ガス濃度のシミュレーション結果を示
すグラフである。図中、曲線Ａ〜Ｄは原料ガス濃度を示
し、曲線Ｅ〜ＨはＯ₂ ガス濃度を示す。また、各曲線に
対応して記載された数値の内、左側の数値は原料ガス噴
射孔の形成領域Ｄ１の直径（インチ）を示し、右側の数
値はウエハサイズ或いは酸化性ガス噴射孔の形成領域Ｄ
２の直径（インチ）を示す。従って、例えば８−８の場
合には、従来装置のシャワーヘッド部を表し、６−８の
場合は本発明装置の典型例を表している。この表示方法
は、図７及び図８においても同様である。

【００２７】さて、図６において明らかなように原料ガ
スの濃度分布（曲線Ａ〜Ｄ）に関しては、ウエハ中心よ
り８０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内において急激に濃度が
低下している。また、ウエハ中心〜８０ｍｍの間では、
曲線Ｄ（従来装置）は濃度が低くて良好ではない。これ
に対して、曲線Ｃ、Ｂ、Ａの順で、すなわち直径Ｄ１が
小さくなる程、ウエハ面の直上における原料ガス濃度が
高くなって良好な結果を示している。図７はウエハ面上
における反応副生成物（ＣＨ₃ ＣＨＯ）濃度のシミュレ
ーション結果を示すグラフである。従来装置を示す曲線
Ｅ（８−８）にあっては全体的に反応副生成物の濃度は
７．０×１０^-7ｍｏｌ／ｍ³ 以上となって高く、あまり
良好な結果ではない。これに対して、本発明に係る曲線
Ｆ〜Ｈではウエハ中周部から中心部にかけて濃度は６．
０×１０^-7ｍｏｌ／ｍ³ 以下になって小さくなってお
り、また、この順序で反応副生成物の濃度が次第に小さ
くなっており、ウエハ周辺部にて濃度が次第に高くなっ
ている。従って、直径Ｄ１（図２参照）が小さくなる
程、原料ガスの噴射速度が大きくなるので、ウエハ中心
部及び周辺部における反応副生成物を排除する効果が増
大することが判明する。

【００２８】図８はウエハ面内の酸化タンタル膜の成膜
レートのシミュレーション結果を示すグラフである。こ
のグラフから明らかなように、従来装置を示す曲線Ｌ
（８−８）の場合には、ウエハ中心部では１．１０ｎｍ
／ｍｉｎ、ウエハ周辺部では０．９５ｎｍ／ｍｉｎであ
り、両者にそれ程成膜レートに差はなく、良好である。
また、本発明装置を示す曲線Ｋ〜Ｉは、前述のように原
料ガス濃度がウエハ中心部で高くなるので、上記順序で
ウエハ中心部における成膜レートが高くなり、最も成膜
レートが大きい曲線Ｉの場合には中心部の成膜レートが
１．２０ｎｍ／ｍｉｎになる。しかしながら、この場合
には、ウエハ周辺部での成膜レートである０．９５ｎｍ
／ｍｉｎとの差が０．２５ｎｍ／ｍｉｎであり、この程
度であるならば、成膜の面内均一性をそれ程劣化させる
こともなく、許容範囲内である。また、これ以上、ウエ
ハ中心部と周辺部との成膜レートとの差が大きくなる
と、成膜の面内均一性が劣化して好ましくない。従っ
て、以上の結果より図２中における直径Ｄ１とＤ２との
比Ｄ１／Ｄ２は５／８〜７／８の範囲内に設定すること
が必要であり、好ましくは６／８程度に設定するのがよ
いことが判明する。上記シミュレーションは８インチサ
イズのウエハを例にとって説明したが、この直径の比Ｄ
１／Ｄ２の適用範囲はウエハサイズに関係なく、１２イ
ンチサイズ、６インチサイズ或いはそれ以外のサイズの
ウエハを処理する場合にも適用できるのは勿論である。

【００２９】尚、上記実施例では、酸化性ガスとしてＯ
₂ を用いたが、これに限定されず、Ｏ₃ 、Ｎ₂ Ｏ、Ｎ
Ｏ、気化状態のアルコール等を用いてもよい。また、金
属含有膜としては、ＴｉＮ、ＷＮ等の金属窒化膜、或い
はＰｔ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｔｉ等の金属膜を成膜する場合に
も用いることができる。この場合、金属含有原料ガスと
して錯体化合物であるＴｒｉｓ（ｐｅｎｔａｎｅｄｉｏ
ｎａｔｏ）ｉｒｉｄｉｕｍ：Ｃ₅ Ｈ₇ Ｏ₂ ）₃ Ｉｒ、Ｔ
ｅｔｒａｋｉｓ（ｄｉｅｔｈｙｌａｍｉｄｏ）ｔｉｔａ
ｎｉｕｍ：［（ＣＨ₃ ＣＨ₂ ）₂ Ｎ］₄ Ｔｉ、Ｂｉｓ
（ｃｙｃｌｏｐｅｎｔａｄｉｅｎｙｌ）ｒｕｔｈｅｎｉ
ｕｍ：（Ｃ₅ Ｈ₅ ）₂ Ｒｕ、Ｍｅｔｈｙｌｃｙｃｌｏｐ
ｅｎｔａｄｉｅｎｙｌ（ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ）ｐｌａｔ
ｉｎｕｍ：（ＣＨ₃ Ｃ₃ Ｈ₄ ）（ＣＨ₃ ）₃ Ｐｔ等を用
いることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の成膜装置
によれば、次のように優れた作用効果を発揮することが
できる。原料ガス噴射孔の形成領域を被処理体の上面に
対応する面積よりも小さく設定して、その分原料ガスの
噴射速度を上げるようにしたので、被処理体の表面の直
上における原料ガス濃度を上げることができると共に、
反応副生成物の濃度を減少させることができる。従っ
て、成膜中に含まれる反応副生成物の量を抑制すること
ができるので、膜厚の面内均一性を劣化させることなく
この絶縁耐圧特性を向上させることができる。特に、原
料ガス噴射孔の形成領域の直径を、被処理体の上面の直
径の５／８〜７／８の範囲内に設定することにより、上
記した絶縁耐圧特性を一層高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る成膜装置を示す構成図である。

【図２】図１中に示すシャワーヘッド部のガス噴射面を
示す平面図である。

【図３】本発明装置と従来装置を用いて絶縁膜として成
膜された酸化タンタルの評価結果を示す図である。

【図４】原料ガス（Ｔａ₂ （ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₅ ：Ｐｅｔ）
の濃度分布を示す図である。

【図５】反応副生成物（ＣＨ₃ ＣＨＯ）の濃度分布を示
す図である。

【図６】原料ガスの濃度分布を示す図である。

【図７】ウエハ面上における反応副生成物（ＣＨ₃ ＣＨ
Ｏ）濃度のシミュレーション結果を示すグラフである。

【図８】ウエハ面内の酸化タンタル膜の成膜レートのシ
ミュレーション結果を示すグラフである。

【図９】酸化タンタル膜を形成する時の従来の成膜装置
を示す概略構成図である。

【図１０】図９の成膜装置内のシャワーヘッド部のガス
噴射面を示す平面図である。

【符号の説明】

１４成膜装置１６処理容器３０載置台６０シャワーヘッド部６６ガス噴射面６８原料ガス噴射孔７０酸化性ガス噴射孔７２原料ガス用ヘッド空間７４酸化性ガス用ヘッド空間８４Ｗ半導体ウエハと同じ面積の領域８６領域Ｗ半導体ウエハ（被処理体）

【手続補正書】

【提出日】平成１１年１０月８日（１９９９．１０．
８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の名称

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の名称】成膜装置及び成膜方法

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば酸化タンタ
ル等の絶縁膜に適する金属酸化膜を成膜する成膜装置及
び成膜方法に関する。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る成膜装置及
び成膜方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る成膜装置を示す構成図、図２は図１
中に示すシャワーヘッド部のガス噴射面を示す平面図で
ある。ここでは、金属含有原料ガスとして金属アルコキ
シド、例えばＴａ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₅ を用い、且つ酸化性
ガスとしてＯ₂ガスを用いて、金属含有膜としてＴａ₂
Ｏ₅ 膜を成膜する場合を例にとって説明する。この成膜
装置１４は、図示するように例えばアルミニウムにより
筒体状に成形された処理容器１６を有している。この処
理容器１６の底部１８の中心部には、給電線挿通孔２０
が形成されると共に周辺部には、真空引きポンプ、例え
ばターボ分子ポンプ２２及びドライポンプ２４を介設し
た真空排気系２６に接続された排気口２８が設けられて
おり、容器内部を真空引き可能としている。この排気口
２８は、容器底部１８に複数個、例えば等間隔で同一円
周上に４個程度設けられ、各排気口２８は、真空排気系
２６により共通に連通されている。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の成膜装置
及び成膜方法によれば、次のように優れた作用効果を発
揮することができる。原料ガス噴射孔の形成領域を被処
理体の上面に対応する面積よりも小さく設定して、その
分原料ガスの噴射速度を上げるようにしたので、被処理
体の表面の直上における原料ガス濃度を上げることがで
きると共に、反応副生成物の濃度を減少させることがで
きる。従って、成膜中に含まれる反応副生成物の量を抑
制することができるので、膜厚の面内均一性を劣化させ
ることなくこの絶縁耐圧特性を向上させることができ
る。特に、原料ガス噴射孔の形成領域の直径を、被処理
体の上面の直径の５／８〜７／８の範囲内に設定するこ
とにより、上記した絶縁耐圧特性を一層高めることがで
きる。

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属含有原料ガスと酸化性ガスとを処理
容器内の天井部に設けたシャワーヘッド部へ供給し、前
記両ガスを前記シャワーヘッド部の下面のガス噴射面に
設けた原料ガス噴射孔及び酸化性ガス噴射孔からそれぞ
れ前記処理容器内へ導入して、前記処理容器内の載置台
上に載置された被処理体の表面に金属含有膜を形成する
成膜装置において、前記原料ガス噴射孔の形成領域を、
前記載置台上の被処理体の上面に対応する面積よりも小
さく設定して前記原料ガス噴射孔からの前記金属含有原
料ガスの噴射速度を高めるようにしたことを特徴とする
成膜装置。
【請求項２】前記シャワーヘッド部内では、前記金属
含有原料ガスと前記酸化性ガスは区画分離された状態で
流れるようになされていることを特徴とする請求項１記
載の成膜装置。
【請求項３】前記原料ガス噴射孔の形成領域の直径
は、前記被処理体の上面の直径の５／８〜７／８の範囲
内に設定されていることを特徴とする請求項１または２
記載の成膜装置。
【請求項４】前記金属含有原料ガスは金属アルコキシ
ド（Ｔａ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₅ ）であり、前記金属含有膜は
Ｔａ₂ Ｏ₅ 膜であり、前記酸化性ガスはＯ₂ ガスである
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の成
膜装置。