JP2006037230A - Method and apparatus for producing metal nitride film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、窒化金属の薄膜の作製方法及び作製装置に関し、窒化金属の薄膜は、例えばバリアメタル膜、工具などの表面硬化処理、各種部品の装飾、耐食性を必要とする化学品用容器の表面処理膜等として利用される。 The present invention relates to a method and an apparatus for producing a metal nitride thin film. The metal nitride thin film is a surface of a chemical container that requires surface hardening treatment such as a barrier metal film or a tool, decoration of various parts, and corrosion resistance. Used as a treatment film.
近年、酸化金属および窒化金属の薄膜は様々な分野で利用されてきている。酸化金属の薄膜は、例えばその比誘電率の高さに着目して半導体等に利用される。一方、窒化金属の薄膜は、LSI等の銅配線における銅拡散防止を目的としたバリアメタル膜として、またその高い硬度を利用して工具などの表面処理に用いられている。これらの薄膜に十分な特性を付与するためには、高い結晶性や安定した組成で成膜する必要がある。 In recent years, metal oxide and metal nitride thin films have been used in various fields. A metal oxide thin film is used for a semiconductor or the like by paying attention to its high relative dielectric constant, for example. On the other hand, metal nitride thin films are used as barrier metal films for the purpose of preventing copper diffusion in copper interconnects such as LSIs, and are used for surface treatment of tools and the like by utilizing their high hardness. In order to impart sufficient characteristics to these thin films, it is necessary to form films with high crystallinity and a stable composition.
しかしながら、従来用いられてきた成膜方法は主としてスパッタ法等の物理的蒸着法であり、スパッタ法による成膜では成膜の際に薄膜の結晶性や組成が破壊され、所望の膜特性を得ることができなかった。 However, conventionally used film formation methods are mainly physical vapor deposition methods such as sputtering, and the film formation by sputtering destroys the crystallinity and composition of the thin film during film formation, thereby obtaining desired film characteristics. I couldn't.
本発明は、上記状況に鑑みてなされたもので、高い結晶性及び安定した組成を有する窒化金属膜を作製する方法及び装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method and an apparatus for producing a metal nitride film having high crystallinity and a stable composition.
上記目的を解決する第1の発明に係る窒化金属膜作製方法は、
基板が収容されるチャンバの内部に供給したハロゲンガスをプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させ、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成した被エッチング部材を前記ハロゲンガスプラズマでエッチングすることにより金属成分とハロゲンガスとの前駆体を形成し、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くすることにより前記前駆体の金属成分を前記基板に成膜させるときに、
更にチャンバ内に供給した窒素ガスをプラズマ化して窒素ガスプラズマを発生させ、前記基板に金属窒化物を成膜することを特徴とする。
The metal nitride film manufacturing method according to the first invention for solving the above object is as follows:
The halogen gas supplied into the chamber in which the substrate is accommodated is turned into plasma to generate halogen gas plasma,
A member to be etched formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide is etched with the halogen gas plasma to form a precursor of a metal component and a halogen gas,
When the metal component of the precursor is formed on the substrate by making the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
Further, the nitrogen gas supplied into the chamber is turned into plasma to generate nitrogen gas plasma, and a metal nitride film is formed on the substrate.
上記目的を解決する第2の発明に係る窒化金属膜作製方法は、
基板が収容されるチャンバの内部に供給したハロゲンガスをプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させ、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成した被エッチング部材を前記ハロゲンガスプラズマでエッチングすることにより金属成分とハロゲンガスとの前駆体を形成し、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くすることにより前記前駆体の金属成分を前記基板に成膜させるときに、
更にチャンバの内部に窒素ガスを供給し、前記基板に金属窒化物を成膜することを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing method according to a second invention for solving the above object is as follows:
The halogen gas supplied into the chamber in which the substrate is accommodated is turned into plasma to generate halogen gas plasma,
A member to be etched formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide is etched with the halogen gas plasma to form a precursor of a metal component and a halogen gas,
When the metal component of the precursor is formed on the substrate by making the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
Further, nitrogen gas is supplied into the chamber, and a metal nitride film is formed on the substrate.
上記目的を解決する第3の発明に係る窒化金属膜作製方法は、第1の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記窒素ガスプラズマが、以下のA工程、B工程、C工程のうち、少なくとも一つの工程を行うことにより前記基板に金属窒化物を成膜することを特徴とする。
A工程:前記基板上に既に成膜された金属成分を窒化する工程。
B工程:金属成分とハロゲンガスとの前記前駆体を窒化して金属成分と窒素ガスとの前駆体にする工程。
C工程:前記被エッチング部材をエッチングすることにより金属成分と窒素ガスとの前駆体を形成する工程。
A metal nitride film manufacturing method according to a third invention for solving the above object is the metal nitride film manufacturing method according to the first invention.
The nitrogen gas plasma forms metal nitride on the substrate by performing at least one of the following processes A, B, and C.
Step A: Step of nitriding a metal component already formed on the substrate.
Step B: A step of nitriding the precursor of the metal component and the halogen gas to form a precursor of the metal component and the nitrogen gas.
Step C: A step of forming a precursor of a metal component and nitrogen gas by etching the member to be etched.
上記目的を解決する第4の発明に係る窒化金属膜作製方法は、第2の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記窒素ガスが以下のA工程、B工程のうち、少なくとも一つの工程を行うことにより前記基板に金属窒化物を成膜することを特徴とする。
A工程:前記基板上に既に成膜された金属成分を窒化する工程。
B工程:金属成分とハロゲンガスとの前記前駆体を窒化して金属成分と窒素ガスとの前駆体にする工程。
A metal nitride film manufacturing method according to a fourth invention for solving the above object is the metal nitride film manufacturing method according to the second invention.
The nitrogen gas forms at least one of the following processes A and B to form a metal nitride film on the substrate.
Step A: Step of nitriding a metal component already formed on the substrate.
Step B: A step of nitriding the precursor of the metal component and the halogen gas to form a precursor of the metal component and the nitrogen gas.
上記目的を解決する第5の発明に係る窒化金属膜作製方法は、第1ないし第4の発明に係る窒化金属膜作製方法のいずれかにおいて、
前記ハロゲンガス及び窒素ガスを独立した供給手段からそれぞれチャンバの内部に供給することを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing method according to a fifth invention for solving the above object is any one of the metal nitride film manufacturing methods according to the first to fourth inventions.
The halogen gas and nitrogen gas are respectively supplied into the chamber from independent supply means.
上記目的を解決する第6の発明に係る窒化金属膜作製方法は、第1ないし第4の発明に係る窒化金属膜作製方法のいずれかにおいて、
前記ハロゲンガス及び窒素ガスを同じの一つの供給手段からチャンバの内部に供給することを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing method according to a sixth invention for solving the above object is any one of the metal nitride film manufacturing methods according to the first to fourth inventions.
The halogen gas and nitrogen gas are supplied into the chamber from the same one supply means.
上記目的を解決する第7の発明に係る窒化金属膜作製方法は、第5または第6の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
ハロゲンガスを供給した後に窒素ガスを供給することを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing method according to a seventh invention for solving the above object is the metal nitride film manufacturing method according to the fifth or sixth invention,
Nitrogen gas is supplied after the halogen gas is supplied.
上記目的を解決する第8の発明に係る窒化金属膜作製方法は、第5または第6の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
ハロゲンガスを供給した後に窒素ガスを供給する順序を交互に繰り返すことを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing method according to an eighth invention for solving the above object is the metal nitride film manufacturing method according to the fifth or sixth invention,
It is characterized in that the sequence of supplying nitrogen gas is alternately repeated after supplying halogen gas.
上記目的を解決する第9の発明に係る窒化金属膜作製方法は、第5または第6の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
ハロゲンガスと窒素ガスとを同時に供給することを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing method according to a ninth invention for solving the above object is the metal nitride film manufacturing method according to the fifth or sixth invention, wherein
A halogen gas and a nitrogen gas are supplied simultaneously.
上記目的を解決する第10の発明に係る窒化金属膜作製方法は、第1ないし第9の発明に係る窒化金属膜作製方法のいずれかにおいて、
前記ハロゲンガスプラズマまたは前記窒素ガスプラズマの少なくとも一方が誘導結合型プラズマであることを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing method according to a tenth aspect of the present invention for solving the above object is any one of the metal nitride film manufacturing methods according to the first to ninth aspects of the invention,
At least one of the halogen gas plasma and the nitrogen gas plasma is inductively coupled plasma.
上記目的を解決する第11の発明に係る窒化金属膜作製方法は、第1ないし第9の発明に係る窒化金属膜作製方法のいずれかにおいて、
前記ハロゲンガスプラズマまたは前記窒素ガスプラズマの少なくとも一方が容量結合型プラズマであることを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing method according to an eleventh invention for solving the above object is any one of the metal nitride film manufacturing methods according to the first to ninth inventions.
At least one of the halogen gas plasma and the nitrogen gas plasma is a capacitively coupled plasma.
上記目的を解決する第12の発明に係る窒化金属膜作製方法は、第1ないし第9の発明に係る窒化金属膜作製方法のいずれかにおいて、
前記ハロゲンガスプラズマまたは前記窒素ガスプラズマの少なくとも一方が誘導結合型プラズマと容量結合型プラズマとからなるハイブリッドプラズマであることを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing method according to a twelfth aspect of the present invention for solving the above object is any one of the metal nitride film manufacturing methods according to the first to ninth aspects of
At least one of the halogen gas plasma and the nitrogen gas plasma is a hybrid plasma composed of inductively coupled plasma and capacitively coupled plasma.
上記目的を解決する第13の発明に係る窒化金属膜作製方法は、第1ないし第12の発明に係る窒化金属膜作製方法のいずれかにおいて、
前記ハロゲンガスプラズマまたは前記窒素ガスプラズマの少なくとも一方が、予めチャンバの外部でプラズマ化されてチャンバ内に供給されたプラズマであることを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing method according to a thirteenth invention for solving the above object is any one of the metal nitride film manufacturing methods according to the first to twelfth inventions.
At least one of the halogen gas plasma and the nitrogen gas plasma is plasma that has been converted into plasma outside the chamber and supplied into the chamber in advance.
上記目的を解決する第14の発明に係る窒化金属膜作製方法は、第1ないし第13の発明に係る窒化金属膜作製方法のいずれかにおいて、
前記金属はタンタル、タングステン、チタン、シリコンからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属であることを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing method according to a fourteenth aspect of the present invention for solving the above object is any one of the metal nitride film manufacturing methods according to the first to thirteenth aspects of the present invention.
The metal is at least one metal selected from the group consisting of tantalum, tungsten, titanium, and silicon.
上記目的を解決する第15の発明に係る窒化金属膜作製方法は、第1ないし第14の発明に係る窒化金属膜作製方法のいずれかにおいて、
前記ハロゲンは塩素であることを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing method according to a fifteenth aspect of the invention for solving the above object is any one of the metal nitride film manufacturing methods according to the first to fourteenth aspects of the invention.
The halogen is chlorine.
上記目的を解決する第16の発明に係る窒化金属膜作製装置は、
基板が収容されるチャンバと、
前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる金属製の被エッチング部材と、
前記基板と前記被エッチング部材との間に窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段と、
前記チャンバの内部をプラズマ化して窒素ガスプラズマを発生させ、当該窒素ガスプラズマで前記被エッチング部材をエッチングすることにより前記被エッチング部材に含まれる金属成分と窒素ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くすることにより金属窒化物である前記前駆体を基板に成膜させる温度制御手段とを備えたことを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing apparatus according to a sixteenth aspect of the invention for solving the above object is as follows.
A chamber containing a substrate;
A metal member to be etched provided at a position facing the substrate in the chamber;
Nitrogen gas supply means for supplying nitrogen gas between the substrate and the member to be etched;
Plasma generation that generates nitrogen gas plasma by generating plasma inside the chamber and etching the member to be etched with the nitrogen gas plasma to generate a precursor of a metal component and nitrogen gas contained in the member to be etched. Means,
Temperature control means for forming the precursor, which is a metal nitride, on the substrate by making the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched.
上記目的を解決する第17の発明に係る窒化金属膜作製装置は、
基板が収容されるチャンバと、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成し、前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記基板と前記被エッチング部材との間にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記基板と前記被エッチング部材との間に窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段と、
前記チャンバの内部をプラズマ化してハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くさせる温度制御手段とを有し、
前記基板に金属窒化物を成膜することを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing apparatus according to a seventeenth invention for solving the above-described object is
A chamber containing a substrate;
A member to be etched, formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, and provided in a position facing the substrate in the chamber;
Halogen gas supply means for supplying a halogen gas between the substrate and the member to be etched;
Nitrogen gas supply means for supplying nitrogen gas between the substrate and the member to be etched;
Plasma generating means for generating halogen gas plasma and nitrogen gas plasma by plasmaizing the inside of the chamber;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
A metal nitride film is formed on the substrate.
上記目的を解決する第18の発明に係る窒化金属膜作製装置は、
基板が収容されるチャンバと、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成し、前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記基板と前記被エッチング部材との間にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記基板と前記被エッチング部材との間に窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段と、
前記チャンバの内部をプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くさせる温度制御手段とを有し、
前記基板に金属窒化物を成膜することを特徴とする。
An apparatus for producing a metal nitride film according to an eighteenth aspect of the invention for solving the above object is as follows:
A chamber containing a substrate;
A member to be etched, formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, and provided in a position facing the substrate in the chamber;
Halogen gas supply means for supplying a halogen gas between the substrate and the member to be etched;
Nitrogen gas supply means for supplying nitrogen gas between the substrate and the member to be etched;
Plasma generating means for generating halogen gas plasma by converting the inside of the chamber into plasma;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
A metal nitride film is formed on the substrate.
上記目的を解決する第19の発明に係る窒化金属膜作製装置は、
基板が収容されるチャンバと、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成し、前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記基板と前記被エッチング部材との間にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記基板と前記被エッチング部材との間に窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段と、
前記チャンバの内部をプラズマ化してハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマを発生させ、前記ハロゲンガスプラズマで前記被エッチング部材をエッチングすることにより前記被エッチング部材に含まれる金属成分とハロゲンガスとの第1の前駆体を生成し、前記窒素ガスプラズマで前記被エッチング部材をエッチングすることにより前記被エッチング部材に含まれる金属成分と窒素ガスとの第2の前駆体を生成すると共に、ハロゲン化金属である前記第1の前駆体を前記窒素ガスプラズマにより金属窒化物である前記第2の前駆体に変化させるプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くすることにより、前記第1の前駆体の金属成分及び前記第2の前駆体を前記基板に成膜させると共に、成膜された前記金属成分を前記窒素ガスプラズマにより金属窒化物に変化させる温度制御手段とを有し、
前記基板に金属窒化物を成膜することを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing apparatus according to a nineteenth invention for solving the above-described object is
A chamber containing a substrate;
A member to be etched, formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, and provided in a position facing the substrate in the chamber;
Halogen gas supply means for supplying a halogen gas between the substrate and the member to be etched;
Nitrogen gas supply means for supplying nitrogen gas between the substrate and the member to be etched;
The inside of the chamber is turned into plasma to generate halogen gas plasma and nitrogen gas plasma, and the member to be etched is etched with the halogen gas plasma, whereby a first component of the metal component and halogen gas contained in the member to be etched is obtained. A precursor is generated, and a second precursor of a metal component and nitrogen gas contained in the member to be etched is generated by etching the member to be etched with the nitrogen gas plasma, and the metal halide is the metal halide. Plasma generating means for changing the first precursor to the second precursor which is a metal nitride by the nitrogen gas plasma;
By making the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched, the metal component of the first precursor and the second precursor are formed on the substrate, and the formed metal component And a temperature control means for changing the metal nitride into a metal nitride by the nitrogen gas plasma,
A metal nitride film is formed on the substrate.
上記目的を解決する第20の発明に係る窒化金属膜作製装置は、
基板が収容されるチャンバと、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成し、前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記基板と前記被エッチング部材との間にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記基板と前記被エッチング部材との間に窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段と、
前記チャンバの内部をプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させ、前記ハロゲンガスプラズマで前記被エッチング部材をエッチングすることにより前記被エッチング部材に含まれる金属成分とハロゲンガスとの前駆体を生成し、ハロゲン化金属である前記前駆体を前記窒素ガスにより窒化して金属窒化物に変化させるプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くすることにより、前記前駆体の金属成分及び前記金属窒化物を前記基板に成膜させると共に、成膜された前記金属成分を前記窒素ガスにより金属窒化物に変化させる温度制御手段とを有し、
前記基板に金属窒化物を成膜することを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing apparatus according to a twentieth invention for solving the above-mentioned object is
A chamber containing a substrate;
A member to be etched, formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, and provided in a position facing the substrate in the chamber;
Halogen gas supply means for supplying a halogen gas between the substrate and the member to be etched;
Nitrogen gas supply means for supplying nitrogen gas between the substrate and the member to be etched;
The inside of the chamber is turned into plasma to generate halogen gas plasma, and the member to be etched is etched with the halogen gas plasma to generate a precursor of a metal component and a halogen gas contained in the member to be etched. Plasma generating means for nitriding the precursor which is a metal phosphide with the nitrogen gas to convert it into a metal nitride;
By making the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched, the metal component of the precursor and the metal nitride are formed on the substrate, and the formed metal component is formed by the nitrogen gas. Temperature control means for changing to metal nitride,
A metal nitride film is formed on the substrate.
上記目的を解決する第21の発明に係る窒化金属膜作製装置は、第17ないし第20の発明に係る窒化金属膜作製装置のいずれかにおいて、
前記ハロゲンガス供給手段及び前記窒素ガス供給手段は独立した供給手段であることを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing apparatus according to a twenty-first invention for solving the above object is any one of the metal nitride film manufacturing apparatuses according to the seventeenth to twentieth inventions.
The halogen gas supply means and the nitrogen gas supply means are independent supply means.
上記目的を解決する第22の発明に係る窒化金属膜作製装置は、第17ないし第20の発明に係る窒化金属膜作製装置のいずれかにおいて、
前記ハロゲンガス供給手段及び窒素ガス供給手段を一体にして一つの供給手段から前記ハロゲンガス及び窒素ガスを供給することを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing apparatus according to a twenty-second invention for solving the above object is any one of the metal nitride film manufacturing apparatuses according to the seventeenth to twentieth inventions.
The halogen gas supply unit and the nitrogen gas supply unit are integrated to supply the halogen gas and the nitrogen gas from one supply unit.
上記目的を解決する第23の発明に係る窒化金属膜作製装置は、第21または第22の発明に係る窒化金属膜作製装置において、
更に、前記ハロゲンガス供給手段によりハロゲンガスを第1所定時間供給した後に前記窒素ガス供給手段により窒素ガスを第2所定時間供給するガス供給制御手段を更に備えたことを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing apparatus according to a twenty-third invention for solving the above object is the metal nitride film manufacturing apparatus according to the twenty-first or twenty-second invention.
The apparatus further comprises gas supply control means for supplying nitrogen gas by the nitrogen gas supply means for a second predetermined time after the halogen gas is supplied by the halogen gas supply means for a first predetermined time.
上記目的を解決する第24の発明に係る窒化金属膜作製装置は、第21または第22の発明に係る窒化金属膜作製装置において、
更に、前記ハロゲンガス供給手段によりハロゲンガスを第1所定時間供給した後に前記窒素ガス供給手段により窒素ガスを第2所定時間供給する順序を交互に繰り返すガス供給制御手段を備えたことを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing apparatus according to a twenty-fourth invention for solving the above object is the metal nitride film manufacturing apparatus according to the twenty-first or twenty-second invention.
The apparatus further comprises gas supply control means for alternately repeating the order of supplying nitrogen gas for a second predetermined time by the nitrogen gas supply means after the halogen gas is supplied by the halogen gas supply means for a first predetermined time. .
上記目的を解決する第25の発明に係る窒化金属膜作製装置は、第21または第22の発明に係る窒化金属膜作製装置において、
更に、前記ハロゲンガスと前記窒素ガスとを同時に供給するガス供給制御手段を備えたことを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing apparatus according to a twenty-fifth invention for solving the above object is the metal nitride film manufacturing apparatus according to the twenty-first or twenty-second invention,
Further, the present invention is characterized in that gas supply control means for simultaneously supplying the halogen gas and the nitrogen gas is provided.
上記目的を解決する第26の発明に係る窒化金属膜作製装置は、
基板が収容されるチャンバと、
前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる金属製の被エッチング部材と、
前記チャンバの外部に設けられ、窒素ガスをプラズマ化して窒素ガスプラズマを発生させると共に当該窒素ガスプラズマをチャンバ内に供給するプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くさせる温度制御手段とを有し、
前記基板に金属窒化物を成膜することを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing apparatus according to a twenty-sixth aspect of the present invention for solving the above-described object is
A chamber containing a substrate;
A metal member to be etched provided at a position facing the substrate in the chamber;
Plasma generating means provided outside the chamber, generating nitrogen gas plasma by converting nitrogen gas into plasma, and supplying the nitrogen gas plasma into the chamber;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
A metal nitride film is formed on the substrate.
上記目的を解決する第27の発明に係る窒化金属膜作製装置は、
基板が収容されるチャンバと、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成し、前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記基板と前記被エッチング部材との間にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記チャンバの内部をプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させる第1のプラズマ発生手段と、
前記チャンバの外部に設けられ、窒素ガスをプラズマ化して窒素ガスプラズマを発生させると共に当該窒素ガスプラズマをチャンバ内に供給する第2のプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くさせる温度制御手段とを有し、
前記基板に金属窒化物を成膜することを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing apparatus according to a twenty-seventh aspect of the invention for solving the above-described object is
A chamber containing a substrate;
A member to be etched, formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, and provided in a position facing the substrate in the chamber;
Halogen gas supply means for supplying a halogen gas between the substrate and the member to be etched;
First plasma generating means for generating halogen gas plasma by converting the inside of the chamber into plasma;
A second plasma generating means provided outside the chamber for generating nitrogen gas plasma by converting nitrogen gas into plasma, and supplying the nitrogen gas plasma into the chamber;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
A metal nitride film is formed on the substrate.
上記目的を解決する第28の発明に係る窒化金属膜作製装置は、
基板が収容されるチャンバと、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成し、前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記基板と前記被エッチング部材との間に窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段と、
前記チャンバの内部をプラズマ化して窒素ガスプラズマを発生させる第1のプラズマ発生手段と、
前記チャンバの外部に設けられ、ハロゲンガスをプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させると共に当該ハロゲンガスプラズマをチャンバ内に供給する第2のプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くさせる温度制御手段とを有し、
前記基板に金属窒化物を成膜することを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing apparatus according to a twenty-eighth aspect of the present invention for solving the above object is
A chamber containing a substrate;
A member to be etched, formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, and provided in a position facing the substrate in the chamber;
Nitrogen gas supply means for supplying nitrogen gas between the substrate and the member to be etched;
First plasma generating means for generating nitrogen gas plasma by converting the inside of the chamber into plasma;
A second plasma generating means provided outside the chamber and generating halogen gas plasma by converting the halogen gas into plasma, and supplying the halogen gas plasma into the chamber;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
A metal nitride film is formed on the substrate.
上記目的を解決する第29の発明に係る窒化金属膜作製装置は、
基板が収容されるチャンバと、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成し、前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記チャンバの外部に設けられ、ハロゲンガスおよび窒素ガスをプラズマ化してハロゲンガスプラズマおよび窒素ガスプラズマを発生させると共に当該ハロゲンガスプラズマおよび窒素ガスプラズマをチャンバ内に供給するプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くさせる温度制御手段とを有し、
前記基板に金属窒化物を成膜することを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing apparatus according to a twenty-ninth aspect of the invention for solving the above-described object is
A chamber containing a substrate;
A member to be etched, formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, and provided in a position facing the substrate in the chamber;
Plasma generating means provided outside the chamber and generating halogen gas plasma and nitrogen gas plasma by converting the halogen gas and nitrogen gas into plasma, and supplying the halogen gas plasma and nitrogen gas plasma into the chamber;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
A metal nitride film is formed on the substrate.
上記目的を解決する第30の発明に係る窒化金属膜作製装置は、
基板が収容されるチャンバと、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成し、前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記チャンバの外部に設けられ、ハロゲンガスをプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させると共に当該ハロゲンガスプラズマをチャンバ内に供給する第1のプラズマ発生手段と、
前記チャンバの外部に設けられ、窒素ガスをプラズマ化して窒素ガスプラズマを発生させると共に当該窒素ガスプラズマをチャンバ内に供給する第2のプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くさせる温度制御手段とを有し、
前記基板に金属窒化物を成膜することを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing apparatus according to a thirtieth invention for solving the above object is as follows:
A chamber containing a substrate;
A member to be etched, formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, and provided in a position facing the substrate in the chamber;
A first plasma generating means provided outside the chamber for generating halogen gas plasma by converting the halogen gas into plasma, and supplying the halogen gas plasma into the chamber;
A second plasma generating means provided outside the chamber for generating nitrogen gas plasma by converting nitrogen gas into plasma, and supplying the nitrogen gas plasma into the chamber;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
A metal nitride film is formed on the substrate.
上記目的を解決する第31の発明に係る窒化金属膜作製装置は、
基板が収容されるチャンバと、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成し、前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記チャンバの外部に設けられ、ハロゲンガスをプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させると共に当該ハロゲンガスプラズマをチャンバ内に供給するプラズマ発生手段と、
前記基板と前記被エッチング部材との間に窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くさせる温度制御手段とを有し、
前記基板に金属窒化物を成膜することを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing apparatus according to a thirty-first invention for solving the above object is as follows:
A chamber containing a substrate;
A member to be etched, formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, and provided in a position facing the substrate in the chamber;
Plasma generating means provided outside the chamber, generating halogen gas plasma by converting the halogen gas into plasma, and supplying the halogen gas plasma into the chamber;
Nitrogen gas supply means for supplying nitrogen gas between the substrate and the member to be etched;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
A metal nitride film is formed on the substrate.
上記目的を解決する第32の発明に係る窒化金属膜作製装置は、第16ないし第25、第28、第31の発明に係る窒化金属膜作製装置のいずれかにおいて、
前記窒素ガス供給手段は、前記基板の周囲に配置されるリング状パイプのガス流路と、当該ガス流路に設けられ窒素ガスを基板に向かって噴射するノズルとからなることを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing apparatus according to a thirty-second invention for solving the above object is any one of the sixteenth to twenty-fifth, twenty-eighth, and thirty-first invention metal nitride film manufacturing apparatuses.
The nitrogen gas supply means includes a gas flow path of a ring-shaped pipe disposed around the substrate and a nozzle provided in the gas flow path for injecting nitrogen gas toward the substrate.
上記目的を解決する第33の発明に係る窒化金属膜作製装置は、第16、第17または第19の発明に係る窒化金属膜作製装置のいずれかにおいて、
前記窒素ガス供給手段は、前記基板の周囲に配置される導電体からなるリング状パイプのガス流路と、当該ガス流路に設けられ前記窒素ガスを基板に向かって噴射するノズルとからなると共に、給電により前記基板との間に容量結合型の窒素ガスプラズマを発生させることを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing apparatus according to a thirty-third invention for solving the above object is any one of the metal nitride film manufacturing apparatuses according to the sixteenth, seventeenth and nineteenth inventions.
The nitrogen gas supply means includes a gas flow path of a ring-shaped pipe made of a conductor disposed around the substrate, and a nozzle that is provided in the gas flow path and injects the nitrogen gas toward the substrate. In addition, a capacitively coupled nitrogen gas plasma is generated between the substrate and the substrate by feeding.
上記目的を解決する第34の発明に係る窒化金属膜作製装置は、第16、第17または第19の発明に係る窒化金属膜作製装置のいずれかにおいて、
前記窒素ガス供給手段は、前記基板の周囲に配置される導電体からなるリング状パイプのガス流路と、当該ガス流路に設けられ前記窒素ガスを基板に向かって噴射するノズルとからなると共に、前記リング状パイプの周方向の少なくとも一箇所が絶縁されると共に、給電により前記基板との間に誘導結合型の窒素ガスプラズマを発生させることを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing apparatus according to a thirty-fourth invention for solving the above object is any one of the metal nitride film manufacturing apparatuses according to the sixteenth, seventeenth, or nineteenth invention.
The nitrogen gas supply means includes a gas flow path of a ring-shaped pipe made of a conductor disposed around the substrate, and a nozzle that is provided in the gas flow path and injects the nitrogen gas toward the substrate. In addition, at least one place in the circumferential direction of the ring-shaped pipe is insulated, and inductively coupled nitrogen gas plasma is generated between the substrate and the substrate by feeding.
上記目的を解決する第35の発明に係る窒化金属膜作製装置は、第16ないし第34の発明に係る窒化金属膜作製装置のいずれかにおいて、
前記金属はタンタル、タングステン、チタン、シリコンからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属であることを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing apparatus according to a thirty-fifth aspect of the present invention for solving the above object is any one of the metal nitride film manufacturing apparatuses according to the sixteenth to thirty-fourth aspects of the present invention.
The metal is at least one metal selected from the group consisting of tantalum, tungsten, titanium, and silicon.
上記目的を解決する第36の発明に係る窒化金属膜作製装置は、第17ないし第35の発明に係る窒化金属膜作製装置のいずれかにおいて、
前記ハロゲンは塩素であることを特徴とする。
A metal nitride film production apparatus according to a thirty-sixth aspect of the present invention for solving the above object is any one of the metal nitride film production apparatuses according to the seventeenth to thirty-fifth aspects of the invention.
The halogen is chlorine.
上記目的を解決する第37の発明に係る窒化金属膜作製方法は、第1ないし第15の発明に係る窒化金属膜作製方法のいずれかにおいて、
前記金属は銅であることを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing method according to a thirty-seventh aspect of the present invention for solving the above object is any one of the metal nitride film manufacturing methods according to the first to fifteenth inventions.
The metal is copper.
上記目的を解決する第38の発明に係る窒化金属膜作製装置は、第16ないし第36の発明に係る窒化金属膜作製装置のいずれかにおいて、
前記金属は銅であることを特徴とする。
A metal nitride film manufacturing apparatus according to a thirty-eighth invention for solving the above object is any one of the metal nitride film manufacturing apparatuses according to the sixteenth to thirty-sixth inventions.
The metal is copper.
〔請求項1〕に記載する発明では、基板が収容されるチャンバの内部に供給したハロゲンガスをプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させ、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成した被エッチング部材を前記ハロゲンガスプラズマでエッチングすることにより金属成分とハロゲンガスとの前駆体を形成し、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くすることにより前記前駆体の金属成分を前記基板に成膜させるときに
更にチャンバ内に供給した窒素ガスをプラズマ化して窒素ガスプラズマを発生させ、前記基板に金属窒化物を成膜することとしたので、
高い結晶性及び組成が安定した均一な膜質を有する窒化金属膜を成膜することができる。また、所望の膜特性を有する窒化金属膜を成膜することができるため、例えばバリアメタル膜、工具などの表面硬化処理、各種部品の装飾、耐食性を必要とする化学品用容器の表面処理膜等として適用することができる。
In the invention described in [Claim 1], the halogen gas supplied into the chamber in which the substrate is accommodated is turned into plasma to generate halogen gas plasma,
A member to be etched formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide is etched with the halogen gas plasma to form a precursor of a metal component and a halogen gas,
By making the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched, when the metal component of the precursor is formed on the substrate, the nitrogen gas supplied into the chamber is further converted into plasma to generate nitrogen gas plasma. Since the metal nitride film is formed on the substrate,
A metal nitride film having a uniform film quality with high crystallinity and a stable composition can be formed. In addition, since a metal nitride film having desired film characteristics can be formed, for example, a surface treatment film of a chemical container that requires surface hardening treatment of a barrier metal film, a tool, decoration of various parts, and corrosion resistance Etc. can be applied.
〔請求項2〕に記載する発明では、基板が収容されるチャンバの内部に供給したハロゲンガスをプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させ、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成した被エッチング部材を前記ハロゲンガスプラズマでエッチングすることにより金属成分とハロゲンガスとの前駆体を形成し、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くすることにより前記前駆体の金属成分を前記基板に成膜させるときに、
更にチャンバの内部に窒素ガスを供給し、前記基板に金属窒化物を成膜することとしたので、
高い結晶性及び組成が安定した均一な膜質を有する窒化金属膜を成膜することができる。また、所望の膜特性を有する窒化金属膜を成膜することができるため、例えばバリアメタル膜、工具などの表面硬化処理、各種部品の装飾、耐食性を必要とする化学品用容器の表面処理膜等として適用することができる。更に、窒素をプラズマ化することなく窒化金属膜を成膜することができるため、成膜コストを低減することが可能である。
In the invention described in [Claim 2], the halogen gas supplied into the chamber in which the substrate is accommodated is turned into plasma to generate halogen gas plasma,
A member to be etched formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide is etched with the halogen gas plasma to form a precursor of a metal component and a halogen gas,
When the metal component of the precursor is formed on the substrate by making the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
Further, nitrogen gas was supplied into the chamber, and metal nitride was formed on the substrate.
A metal nitride film having a uniform film quality with high crystallinity and a stable composition can be formed. In addition, since a metal nitride film having desired film characteristics can be formed, for example, a surface treatment film of a chemical container that requires surface hardening treatment of a barrier metal film, a tool, decoration of various parts, and corrosion resistance Etc. can be applied. Furthermore, since the metal nitride film can be formed without turning nitrogen into plasma, the film formation cost can be reduced.
〔請求項3〕に記載する発明では、〔請求項1〕に記載する発明において、
前記窒素ガスプラズマが以下のA工程、B工程、C工程のうち、少なくとも一つの工程を行うことにより前記基板に金属窒化物を成膜することとしたので、
高い結晶性及び組成が安定した均一な膜質を有する窒化金属膜を成膜することができる。また、所望の膜特性を有する窒化金属膜を成膜することができるため、例えばバリアメタル膜、工具などの表面硬化処理、各種部品の装飾、耐食性を必要とする化学品用容器の表面処理膜等として適用することができる。
A工程:前記基板上に既に成膜された金属成分を窒化する工程。
B工程:金属成分とハロゲンガスとの前記前駆体を窒化して金属成分と窒素ガスとの前駆体にする工程。
C工程:前記被エッチング部材をエッチングすることにより金属成分と窒素ガスとの前駆体を形成する工程。
In the invention described in [Claim 3], in the invention described in [Claim 1],
Since the nitrogen gas plasma performs at least one of the following steps A, B, and C, a metal nitride film is formed on the substrate.
A metal nitride film having a uniform film quality with high crystallinity and a stable composition can be formed. In addition, since a metal nitride film having desired film characteristics can be formed, for example, a surface treatment film of a chemical container that requires surface hardening treatment of a barrier metal film, a tool, decoration of various parts, and corrosion resistance Etc. can be applied.
Step A: Step of nitriding a metal component already formed on the substrate.
Step B: A step of nitriding the precursor of the metal component and the halogen gas to form a precursor of the metal component and the nitrogen gas.
Step C: A step of forming a precursor of a metal component and nitrogen gas by etching the member to be etched.
〔請求項4〕に記載する発明では、〔請求項2〕に記載する発明において、
前記窒素ガスが以下のA工程、B工程のうち、少なくとも一つの工程を行うことにより前記基板に金属窒化物を成膜することとしたので、
高い結晶性及び組成が安定した均一な膜質を有する窒化金属膜を成膜することができる。また、所望の膜特性を有する窒化金属膜を成膜することができるため、例えばバリアメタル膜、工具などの表面硬化処理、各種部品の装飾、耐食性を必要とする化学品用容器の表面処理膜等として適用することができる。更に、窒素をプラズマ化することなく窒化金属膜を成膜することができるため、成膜コストを低減することが可能である。
A工程:前記基板上に既に成膜された金属成分を窒化する工程。
B工程:金属成分とハロゲンガスとの前記前駆体を窒化して金属成分と窒素ガスとの前駆体にする工程。
In the invention described in [Claim 4], in the invention described in [Claim 2],
Since the nitrogen gas forms at least one of the following steps A and B to form a metal nitride film on the substrate,
A metal nitride film having a uniform film quality with high crystallinity and a stable composition can be formed. In addition, since a metal nitride film having desired film characteristics can be formed, for example, a surface treatment film of a chemical container that requires surface hardening treatment of a barrier metal film, a tool, decoration of various parts, and corrosion resistance Etc. can be applied. Furthermore, since the metal nitride film can be formed without turning nitrogen into plasma, the film formation cost can be reduced.
Step A: Step of nitriding a metal component already formed on the substrate.
Step B: A step of nitriding the precursor of the metal component and the halogen gas to form a precursor of the metal component and the nitrogen gas.
〔請求項5〕に記載する発明では、〔請求項1〕ないし〔請求項4〕のいずれかに記載する発明において、
前記ハロゲンガス及び窒素ガスを独立した供給手段からそれぞれチャンバの内部に供給することとしたので、
各使用ガスの供給を高い精度で制御すると共に、各使用ガスの純度を保つことができる。
In the invention described in [Claim 5], in the invention described in any one of [Claim 1] to [Claim 4],
Since the halogen gas and nitrogen gas are supplied to the inside of the chamber from independent supply means,
The supply of each gas used can be controlled with high accuracy, and the purity of each gas used can be maintained.
〔請求項6〕に記載する発明では、〔請求項1〕ないし〔請求項4〕のいずれかに記載する発明において、
前記ハロゲンガス及び窒素ガスを同じの一つの供給手段からチャンバの内部に供給することとしたので、
ガス配管等の設備をコンパクトにして、装置まわりの自由度を向上させることができる。
In the invention described in [Claim 6], in the invention described in any one of [Claim 1] to [Claim 4],
Since the halogen gas and nitrogen gas are supplied into the chamber from the same one supply means,
Equipment such as gas piping can be made compact, and the degree of freedom around the device can be improved.
〔請求項7〕に記載する発明では、〔請求項5〕または〔請求項6〕に記載する発明において、
ハロゲンガスを供給した後に窒素ガスを供給することとしたので、
各使用ガスの供給を簡便に制御することができる。
In the invention described in [Claim 7], in the invention described in [Claim 5] or [Claim 6],
Since we decided to supply nitrogen gas after supplying halogen gas,
Supply of each use gas can be controlled easily.
〔請求項8〕に記載する発明では、〔請求項5〕または〔請求項6〕に記載する発明において、
ハロゲンガスを供給した後に窒素ガスを供給する順序を交互に繰り返すこととしたので、
〔請求項7〕に記載する発明の効果に加えて、更に、厚い膜厚を有する膜の成膜に対応することができる。
In the invention described in [Claim 8], in the invention described in [Claim 5] or [Claim 6],
Since the order of supplying nitrogen gas after supplying halogen gas was repeated alternately,
In addition to the effects of the invention described in [Claim 7], it is possible to cope with the formation of a film having a larger film thickness.
〔請求項9〕に記載する発明では、〔請求項5〕または〔請求項6〕に記載する発明において、
ハロゲンガスと窒素ガスとを同時に供給することとしたので、
成膜速度を向上させることができる。
In the invention described in [Claim 9], in the invention described in [Claim 5] or [Claim 6],
Because we decided to supply halogen gas and nitrogen gas at the same time,
The deposition rate can be improved.
〔請求項10〕に記載する発明では、〔請求項1〕ないし〔請求項9〕のいずれかに記載する発明において、
前記ハロゲンガスプラズマまたは前記窒素ガスプラズマの少なくとも一方を誘導結合型プラズマとしたので、
現状の装置構成を利用して本発明を実施することができる。
In the invention described in [Claim 10], in the invention described in any one of [Claim 1] to [Claim 9],
Since at least one of the halogen gas plasma or the nitrogen gas plasma is inductively coupled plasma,
The present invention can be implemented using the current apparatus configuration.
〔請求項11〕に記載する発明では、〔請求項1〕ないし〔請求項9〕のいずれかに記載する発明において、
前記ハロゲンガスプラズマまたは前記窒素ガスプラズマの少なくとも一方を容量結合型プラズマとしたので、
現状の装置構成を利用して本発明を実施することができる。
In the invention described in [Claim 11], in the invention described in any one of [Claim 1] to [Claim 9],
Since at least one of the halogen gas plasma or the nitrogen gas plasma is a capacitively coupled plasma,
The present invention can be implemented using the current apparatus configuration.
〔請求項12〕に記載する発明では、〔請求項1〕ないし〔請求項9〕のいずれかに記載する発明において、
前記ハロゲンガスプラズマまたは前記窒素ガスプラズマの少なくとも一方を誘導結合型プラズマと容量結合型プラズマとからなるハイブリッドプラズマとしたので、
現状の装置構成を利用して本発明を実施することができる。更に、誘導結合型プラズマの有する高い電子密度と電子温度及び容量結合型プラズマの有する低い電子密度と電子温度の中間状態のプラズマとすることができ、電子密度や電子温度等を制御したプラズマにより成膜することができる。
In the invention described in [Claim 12], in the invention described in any one of [Claim 1] to [Claim 9],
Since at least one of the halogen gas plasma or the nitrogen gas plasma is a hybrid plasma composed of inductively coupled plasma and capacitively coupled plasma,
The present invention can be implemented using the current apparatus configuration. Furthermore, the plasma can be in the intermediate state between the high electron density and electron temperature of the inductively coupled plasma and the low electron density and electron temperature of the capacitively coupled plasma. Can be membrane.
〔請求項13〕に記載する発明では、〔請求項1〕ないし〔請求項12〕のいずれかに記載する発明において、
前記ハロゲンガスプラズマまたは前記窒素ガスプラズマの少なくとも一方を、予めチャンバの外部でプラズマ化されてチャンバ内に供給されたプラズマとしたので、
チャンバ内に発生したプラズマによる薄膜の損傷を低減または防止することができる。
In the invention described in [Claim 13], in the invention described in any one of [Claim 1] to [Claim 12],
Since at least one of the halogen gas plasma or the nitrogen gas plasma is converted into plasma that has been converted into plasma outside the chamber and supplied into the chamber,
Damage to the thin film due to plasma generated in the chamber can be reduced or prevented.
〔請求項14〕に記載する発明では、〔請求項1〕ないし〔請求項13〕のいずれかに記載する発明において、
前記金属をタンタル、タングステン、チタン、シリコンからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属としたので、
所望の薄膜を作製し、例えばバリアメタル膜等に応用することが可能となる。
In the invention described in [Claim 14], in the invention described in any one of [Claim 1] to [Claim 13],
Since the metal is at least one metal selected from the group consisting of tantalum, tungsten, titanium, and silicon,
A desired thin film can be produced and applied to, for example, a barrier metal film.
〔請求項15〕に記載する発明では、〔請求項1〕ないし〔請求項14〕のいずれかに記載する発明において、
前記ハロゲンを塩素としたので、
成膜速度を向上させると共に成膜コストを低減することができる。
In the invention described in [Claim 15], in the invention described in any one of [Claim 1] to [Claim 14],
Since the halogen is chlorine,
The deposition rate can be improved and the deposition cost can be reduced.
〔請求項16〕に記載する発明では、基板が収容されるチャンバと、
前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる金属製の被エッチング部材と、
前記基板と前記被エッチング部材との間に窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段と、
前記チャンバの内部をプラズマ化して窒素ガスプラズマを発生させ、当該窒素ガスプラズマで前記被エッチング部材をエッチングすることにより前記被エッチング部材に含まれる金属成分と窒素ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くすることにより金属窒化物である前記前駆体を基板に成膜させる温度制御手段とを備えたこととしたので、
高い結晶性及び組成が安定した均一な膜質を有する窒化金属膜を成膜することができる。また、所望の膜特性を有する窒化金属膜を成膜することができるため、例えばバリアメタル膜、工具などの表面硬化処理、各種部品の装飾、耐食性を必要とする化学品用容器の表面処理膜等として適用することができる。
In the invention described in (Claim 16), a chamber in which the substrate is accommodated,
A metal member to be etched provided at a position facing the substrate in the chamber;
Nitrogen gas supply means for supplying nitrogen gas between the substrate and the member to be etched;
Plasma generation that generates nitrogen gas plasma by generating plasma inside the chamber and etching the member to be etched with the nitrogen gas plasma to generate a precursor of a metal component and nitrogen gas contained in the member to be etched. Means,
Since the temperature of the substrate is made lower than the temperature of the member to be etched, the temperature control means for forming the precursor, which is a metal nitride, on the substrate is provided.
A metal nitride film having a uniform film quality with high crystallinity and a stable composition can be formed. In addition, since a metal nitride film having desired film characteristics can be formed, for example, a surface treatment film of a chemical container that requires surface hardening treatment of a barrier metal film, a tool, decoration of various parts, and corrosion resistance Etc. can be applied.
〔請求項17〕に記載する発明では、基板が収容されるチャンバと、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成し、前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記基板と前記被エッチング部材との間にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記基板と前記被エッチング部材との間に窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段と、
前記チャンバの内部をプラズマ化してハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くさせる温度制御手段とを有し、
前記基板に金属窒化物を成膜することとしたので、
高い結晶性及び組成が安定した均一な膜質を有する窒化金属膜を成膜することができる。また、所望の膜特性を有する窒化金属膜を成膜することができるため、例えばバリアメタル膜、工具などの表面硬化処理、各種部品の装飾、耐食性を必要とする化学品用容器の表面処理膜等として適用することができる。
In the invention described in (Claim 17), a chamber in which the substrate is accommodated;
A member to be etched, formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, and provided in a position facing the substrate in the chamber;
Halogen gas supply means for supplying a halogen gas between the substrate and the member to be etched;
Nitrogen gas supply means for supplying nitrogen gas between the substrate and the member to be etched;
Plasma generating means for generating halogen gas plasma and nitrogen gas plasma by plasmaizing the inside of the chamber;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
Since metal nitride was deposited on the substrate,
A metal nitride film having a uniform film quality with high crystallinity and a stable composition can be formed. In addition, since a metal nitride film having desired film characteristics can be formed, for example, a surface treatment film of a chemical container that requires surface hardening treatment of a barrier metal film, a tool, decoration of various parts, and corrosion resistance Etc. can be applied.
〔請求項18〕に記載する発明では、基板が収容されるチャンバと、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成し、前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記基板と前記被エッチング部材との間にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記基板と前記被エッチング部材との間に窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段と、
前記チャンバの内部をプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くさせる温度制御手段とを有し、
前記基板に金属窒化物を成膜することとしたので、
高い結晶性及び組成が安定した均一な膜質を有する窒化金属膜を成膜することができる。また、所望の膜特性を有する窒化金属膜を成膜することができるため、例えばバリアメタル膜、工具などの表面硬化処理、各種部品の装飾、耐食性を必要とする化学品用容器の表面処理膜等として適用することができる。更に、窒素をプラズマ化することなく窒化金属膜を成膜することができるため、成膜コストを低減することが可能である。
In the invention described in (Claim 18), a chamber in which the substrate is accommodated;
A member to be etched, formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, and provided in a position facing the substrate in the chamber;
Halogen gas supply means for supplying a halogen gas between the substrate and the member to be etched;
Nitrogen gas supply means for supplying nitrogen gas between the substrate and the member to be etched;
Plasma generating means for generating halogen gas plasma by converting the inside of the chamber into plasma;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
Since metal nitride was deposited on the substrate,
A metal nitride film having a uniform film quality with high crystallinity and a stable composition can be formed. In addition, since a metal nitride film having desired film characteristics can be formed, for example, a surface treatment film of a chemical container that requires surface hardening treatment of a barrier metal film, a tool, decoration of various parts, and corrosion resistance Etc. can be applied. Furthermore, since the metal nitride film can be formed without turning nitrogen into plasma, the film formation cost can be reduced.
〔請求項19〕に記載する発明では、基板が収容されるチャンバと、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成し、前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記基板と前記被エッチング部材との間にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記基板と前記被エッチング部材との間に窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段と、
前記チャンバの内部をプラズマ化してハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマを発生させ、前記ハロゲンガスプラズマで前記被エッチング部材をエッチングすることにより前記被エッチング部材に含まれる金属成分とハロゲンガスとの第1の前駆体を生成し、前記窒素ガスプラズマで前記被エッチング部材をエッチングすることにより前記被エッチング部材に含まれる金属成分と窒素ガスとの第2の前駆体を生成すると共に、ハロゲン化金属である前記第1の前駆体を前記窒素ガスプラズマにより金属窒化物である前記第2の前駆体に変化させるプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くすることにより、前記第1の前駆体の金属成分及び前記第2の前駆体を前記基板に成膜させると共に、成膜された前記金属成分を前記窒素ガスプラズマにより金属窒化物に変化させる温度制御手段とを有し、
前記基板に金属窒化物を成膜することとしたので、
高い結晶性及び組成が安定した均一な膜質を有する窒化金属膜を成膜することができる。また、所望の膜特性を有する窒化金属膜を成膜することができるため、例えばバリアメタル膜、工具などの表面硬化処理、各種部品の装飾、耐食性を必要とする化学品用容器の表面処理膜等として適用することができる。
In the invention described in (Claim 19), a chamber in which the substrate is accommodated,
A member to be etched, formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, and provided in a position facing the substrate in the chamber;
Halogen gas supply means for supplying a halogen gas between the substrate and the member to be etched;
Nitrogen gas supply means for supplying nitrogen gas between the substrate and the member to be etched;
The inside of the chamber is turned into plasma to generate halogen gas plasma and nitrogen gas plasma, and the member to be etched is etched with the halogen gas plasma, whereby a first component of the metal component and halogen gas contained in the member to be etched is obtained. A precursor is generated, and a second precursor of a metal component and nitrogen gas contained in the member to be etched is generated by etching the member to be etched with the nitrogen gas plasma, and the metal halide is the metal halide. Plasma generating means for changing the first precursor to the second precursor which is a metal nitride by the nitrogen gas plasma;
By making the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched, the metal component of the first precursor and the second precursor are formed on the substrate, and the formed metal component And a temperature control means for changing the metal nitride into a metal nitride by the nitrogen gas plasma,
Since metal nitride was deposited on the substrate,
A metal nitride film having a uniform film quality with high crystallinity and a stable composition can be formed. In addition, since a metal nitride film having desired film characteristics can be formed, for example, a surface treatment film of a chemical container that requires surface hardening treatment of a barrier metal film, a tool, decoration of various parts, and corrosion resistance Etc. can be applied.
〔請求項20〕に記載する発明では、基板が収容されるチャンバと、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成し、前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記基板と前記被エッチング部材との間にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記基板と前記被エッチング部材との間に窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段と、
前記チャンバの内部をプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させ、前記ハロゲンガスプラズマで前記被エッチング部材をエッチングすることにより前記被エッチング部材に含まれる金属成分とハロゲンガスとの前駆体を生成し、ハロゲン化金属である前記前駆体を前記窒素ガスにより窒化して金属窒化物に変化させるプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くすることにより、前記前駆体の金属成分及び前記金属窒化物を前記基板に成膜させると共に、成膜された前記金属成分を前記窒素ガスにより金属窒化物に変化させる温度制御手段とを有し、
前記基板に金属窒化物を成膜することとしたので、
高い結晶性及び組成が安定した均一な膜質を有する窒化金属膜を成膜することができる。また、所望の膜特性を有する窒化金属膜を成膜することができるため、例えばバリアメタル膜、工具などの表面硬化処理、各種部品の装飾、耐食性を必要とする化学品用容器の表面処理膜等として適用することができる。更に、窒素をプラズマ化することなく窒化金属膜を成膜することができるため、成膜コストを低減することが可能である。
In the invention described in [Claim 20], a chamber in which the substrate is accommodated;
A member to be etched, formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, and provided in a position facing the substrate in the chamber;
Halogen gas supply means for supplying a halogen gas between the substrate and the member to be etched;
Nitrogen gas supply means for supplying nitrogen gas between the substrate and the member to be etched;
The inside of the chamber is turned into plasma to generate halogen gas plasma, and the member to be etched is etched with the halogen gas plasma to generate a precursor of a metal component and a halogen gas contained in the member to be etched. Plasma generating means for nitriding the precursor which is a metal phosphide with the nitrogen gas to convert it into a metal nitride;
By making the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched, the metal component of the precursor and the metal nitride are formed on the substrate, and the formed metal component is formed by the nitrogen gas. Temperature control means for changing to metal nitride,
Since metal nitride was deposited on the substrate,
A metal nitride film having a uniform film quality with high crystallinity and a stable composition can be formed. In addition, since a metal nitride film having desired film characteristics can be formed, for example, a surface treatment film of a chemical container that requires surface hardening treatment of a barrier metal film, a tool, decoration of various parts, and corrosion resistance Etc. can be applied. Furthermore, since the metal nitride film can be formed without turning nitrogen into plasma, the film formation cost can be reduced.
〔請求項21〕に記載する発明では、〔請求項17〕ないし〔請求項20〕のいずれかに記載する発明において、
前記ハロゲンガス供給手段及び前記窒素ガス供給手段を独立した供給手段としたので、
各使用ガスの供給を高い精度で制御すると共に、各使用ガスの純度を保つことができる。
In the invention described in [Claim 21], in the invention described in any one of [Claim 17] to [Claim 20],
Since the halogen gas supply means and the nitrogen gas supply means are independent supply means,
The supply of each gas used can be controlled with high accuracy, and the purity of each gas used can be maintained.
〔請求項22〕に記載する発明では、〔請求項17〕ないし〔請求項20〕のいずれかに記載する発明において、
前記ハロゲンガス供給手段及び窒素ガス供給手段を一体にして一つの供給手段から前記ハロゲンガス及び窒素ガスを供給することとしたので、
ガス配管等の設備をコンパクトにして、装置まわりの自由度を向上させることができる。
In the invention described in [Claim 22], in the invention described in any one of [Claim 17] to [Claim 20],
Since the halogen gas supply unit and the nitrogen gas supply unit are integrated to supply the halogen gas and the nitrogen gas from one supply unit,
Equipment such as gas piping can be made compact, and the degree of freedom around the device can be improved.
〔請求項23〕に記載する発明では、〔請求項21〕または〔請求項22〕に記載する発明において、
更に、前記ハロゲンガス供給手段によりハロゲンガスを第1所定時間供給した後に前記窒素ガス供給手段により窒素ガスを第2所定時間供給するガス供給制御手段を更に備えたこととしたので、
各使用ガスの供給を簡便に制御することができる。
In the invention described in [Claim 23], in the invention described in [Claim 21] or [Claim 22],
Furthermore, since the halogen gas is supplied by the halogen gas supply means for a first predetermined time, and further provided with a gas supply control means for supplying the nitrogen gas by the nitrogen gas supply means for a second predetermined time,
Supply of each use gas can be controlled easily.
〔請求項24〕に記載する発明では、〔請求項21〕または〔請求項22〕に記載する発明において、
更に、前記ハロゲンガス供給手段によりハロゲンガスを第1所定時間供給した後に前記窒素ガス供給手段により窒素ガスを第2所定時間供給する順序を交互に繰り返すガス供給制御手段を備えたこととしたので、
〔請求項23〕に記載する発明の効果に加えて、更に、厚い膜厚を有する膜の成膜に対応するこができる。
In the invention described in [Claim 24], in the invention described in [Claim 21] or [Claim 22],
Furthermore, since the halogen gas is supplied by the halogen gas supply means for a first predetermined time, the gas supply control means repeats the order of supplying the nitrogen gas by the nitrogen gas supply means for a second predetermined time.
In addition to the effects of the invention described in [Claim 23], it is possible to cope with the formation of a film having a larger film thickness.
〔請求項25〕に記載する発明では、〔請求項21〕または〔請求項22〕に記載する発明において、
更に、前記ハロゲンガスと前記窒素ガスとを同時に供給するガス供給制御手段を備えたこととしたので、
成膜速度を向上させることができる。
In the invention described in [Claim 25], in the invention described in [Claim 21] or [Claim 22],
Furthermore, since the gas supply control means for supplying the halogen gas and the nitrogen gas simultaneously is provided,
The deposition rate can be improved.
〔請求項26〕に記載する発明では、基板が収容されるチャンバと、
前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる金属製の被エッチング部材と、
前記チャンバの外部に設けられ、窒素ガスをプラズマ化して窒素ガスプラズマを発生させると共に当該窒素ガスプラズマをチャンバ内に供給するプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くさせる温度制御手段とを有し、
前記基板に金属窒化物を成膜することとしたので、
プラズマによる薄膜の損傷を低減または防止することができる。
In the invention described in (Claim 26), a chamber in which the substrate is accommodated;
A metal member to be etched provided at a position facing the substrate in the chamber;
Plasma generating means provided outside the chamber, generating nitrogen gas plasma by converting nitrogen gas into plasma, and supplying the nitrogen gas plasma into the chamber;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
Since metal nitride was deposited on the substrate,
Damage to the thin film due to plasma can be reduced or prevented.
〔請求項27〕に記載する発明では、基板が収容されるチャンバと、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成し、前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記基板と前記被エッチング部材との間にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記チャンバの内部をプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させる第1のプラズマ発生手段と、
前記チャンバの外部に設けられ、窒素ガスをプラズマ化して窒素ガスプラズマを発生させると共に当該窒素ガスプラズマをチャンバ内に供給する第2のプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くさせる温度制御手段とを有し、
前記基板に金属窒化物を成膜することとしたので、
チャンバ内に発生したプラズマによる薄膜の損傷を低減または防止することができる。
In the invention described in (Claim 27), a chamber in which the substrate is accommodated;
A member to be etched, formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, and provided in a position facing the substrate in the chamber;
Halogen gas supply means for supplying a halogen gas between the substrate and the member to be etched;
First plasma generating means for generating halogen gas plasma by converting the inside of the chamber into plasma;
A second plasma generating means provided outside the chamber for generating nitrogen gas plasma by converting nitrogen gas into plasma, and supplying the nitrogen gas plasma into the chamber;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
Since metal nitride was deposited on the substrate,
Damage to the thin film due to plasma generated in the chamber can be reduced or prevented.
〔請求項28〕に記載する発明では、基板が収容されるチャンバと、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成し、前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記基板と前記被エッチング部材との間に窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段と、
前記チャンバの内部をプラズマ化して窒素ガスプラズマを発生させる第1のプラズマ発生手段と、
前記チャンバの外部に設けられ、ハロゲンガスをプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させると共に当該ハロゲンガスプラズマをチャンバ内に供給する第2のプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くさせる温度制御手段とを有し、
前記基板に金属窒化物を成膜することとしたので、
チャンバ内に発生したプラズマによる薄膜の損傷を低減または防止することができる。
In the invention described in (Claim 28), a chamber in which the substrate is accommodated,
A member to be etched, formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, and provided in a position facing the substrate in the chamber;
Nitrogen gas supply means for supplying nitrogen gas between the substrate and the member to be etched;
First plasma generating means for generating nitrogen gas plasma by converting the inside of the chamber into plasma;
A second plasma generating means provided outside the chamber and generating halogen gas plasma by converting the halogen gas into plasma, and supplying the halogen gas plasma into the chamber;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
Since metal nitride was deposited on the substrate,
Damage to the thin film due to plasma generated in the chamber can be reduced or prevented.
〔請求項29〕に記載する発明では、基板が収容されるチャンバと、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成し、前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記チャンバの外部に設けられ、ハロゲンガスおよび窒素ガスをプラズマ化してハロゲンガスプラズマおよび窒素ガスプラズマを発生させると共に当該ハロゲンガスプラズマおよび窒素ガスプラズマをチャンバ内に供給するプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くさせる温度制御手段とを有し、
前記基板に金属窒化物を成膜することとしたので、
プラズマによる薄膜の損傷を低減または防止することができる。
In the invention described in (Claim 29), a chamber in which the substrate is accommodated;
A member to be etched, formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, and provided in a position facing the substrate in the chamber;
Plasma generating means provided outside the chamber and generating halogen gas plasma and nitrogen gas plasma by converting the halogen gas and nitrogen gas into plasma, and supplying the halogen gas plasma and nitrogen gas plasma into the chamber;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
Since metal nitride was deposited on the substrate,
Damage to the thin film due to plasma can be reduced or prevented.
〔請求項30〕に記載する発明では、基板が収容されるチャンバと、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成し、前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記チャンバの外部に設けられ、ハロゲンガスをプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させると共に当該ハロゲンガスプラズマをチャンバ内に供給する第1のプラズマ発生手段と、
前記チャンバの外部に設けられ、窒素ガスをプラズマ化して窒素ガスプラズマを発生させると共に当該窒素ガスプラズマをチャンバ内に供給する第2のプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くさせる温度制御手段とを有し、
前記基板に金属窒化物を成膜することとしたので、
プラズマによる薄膜の損傷を低減または防止することができる。更に、各使用ガスのプラズマを独立して制御することができる。
In the invention described in (Claim 30), a chamber in which the substrate is accommodated;
A member to be etched, formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, and provided in a position facing the substrate in the chamber;
A first plasma generating means provided outside the chamber for generating halogen gas plasma by converting the halogen gas into plasma, and supplying the halogen gas plasma into the chamber;
A second plasma generating means provided outside the chamber for generating nitrogen gas plasma by converting nitrogen gas into plasma, and supplying the nitrogen gas plasma into the chamber;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
Since metal nitride was deposited on the substrate,
Damage to the thin film due to plasma can be reduced or prevented. Furthermore, the plasma of each gas used can be controlled independently.
〔請求項31〕に記載する発明では、基板が収容されるチャンバと、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成し、前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記チャンバの外部に設けられ、ハロゲンガスをプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させると共に当該ハロゲンガスプラズマをチャンバ内に供給するプラズマ発生手段と、
前記基板と前記被エッチング部材との間に窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くさせる温度制御手段とを有し、
前記基板に金属窒化物を成膜することとしたので、
プラズマによる薄膜の損傷を低減または防止することができる。
In the invention described in (Claim 31), a chamber in which the substrate is accommodated,
A member to be etched, formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, and provided in a position facing the substrate in the chamber;
Plasma generating means provided outside the chamber, generating halogen gas plasma by converting the halogen gas into plasma, and supplying the halogen gas plasma into the chamber;
Nitrogen gas supply means for supplying nitrogen gas between the substrate and the member to be etched;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
Since metal nitride was deposited on the substrate,
Damage to the thin film due to plasma can be reduced or prevented.
〔請求項32〕に記載する発明では、〔請求項16〕ないし〔請求項25〕、〔請求項28〕、〔請求項31〕のいずれかに記載する発明において、
前記窒素ガス供給手段は、前記基板の周囲に配置されるリング状パイプのガス流路と、当該ガス流路に設けられ窒素ガスを基板に向かって噴射するノズルとからなることとしたので、
基板に成膜される薄膜に対して、効率よく窒化作用を及ぼすことができ、成膜される窒化金属膜の純度を向上させることができる。
In the invention described in [Claim 32], in the invention described in any one of [Claim 16] to [Claim 25], [Claim 28], [Claim 31],
Since the nitrogen gas supply means comprises a gas flow path of a ring-shaped pipe disposed around the substrate, and a nozzle that is provided in the gas flow path and injects nitrogen gas toward the substrate,
The thin film formed on the substrate can efficiently be nitrided, and the purity of the metal nitride film formed can be improved.
〔請求項33〕に記載する発明では、〔請求項16〕、〔請求項17〕または〔請求項19〕のいずれかに記載する発明において、
前記窒素ガス供給手段は、前記基板の周囲に配置される導電体からなるリング状パイプのガス流路と、当該ガス流路に設けられ前記窒素ガスを基板に向かって噴射するノズルとからなると共に、給電により前記基板との間に容量結合型の窒素ガスプラズマを発生させることとしたので、
〔請求項32〕に記載する発明の効果に加えて、窒素ガスプラズマを薄膜に直接作用させることができるため、成膜される窒化金属膜の純度を更に向上させることができる。
In the invention described in [Claim 33], in the invention described in any one of [Claim 16], [Claim 17] or [Claim 19],
The nitrogen gas supply means includes a gas flow path of a ring-shaped pipe made of a conductor disposed around the substrate, and a nozzle that is provided in the gas flow path and injects the nitrogen gas toward the substrate. Since the capacitively coupled nitrogen gas plasma is generated between the substrate and the power supply,
In addition to the effect of the invention described in [Claim 32], nitrogen gas plasma can be directly applied to the thin film, so that the purity of the metal nitride film to be formed can be further improved.
〔請求項34〕に記載する発明では、〔請求項16〕、〔請求項17〕または〔請求項19〕のいずれかに記載する発明において、
前記窒素ガス供給手段は、前記基板の周囲に配置される導電体からなるリング状パイプのガス流路と、当該ガス流路に設けられ前記窒素ガスを基板に向かって噴射するノズルとからなると共に、前記リング状パイプの周方向の少なくとも一箇所が絶縁されると共に、給電により前記基板との間に誘導結合型の窒素ガスプラズマを発生させることとしたので、
〔請求項32〕に記載する発明の効果に加えて、窒素ガスプラズマを薄膜に直接作用させることができるため、成膜される窒化金属膜の純度を更に向上させることができる。
In the invention described in [Claim 34], in the invention described in any one of [Claim 16], [Claim 17] or [Claim 19],
The nitrogen gas supply means includes a gas flow path of a ring-shaped pipe made of a conductor disposed around the substrate, and a nozzle that is provided in the gas flow path and injects the nitrogen gas toward the substrate. Since at least one place in the circumferential direction of the ring-shaped pipe is insulated and inductively coupled nitrogen gas plasma is generated between the substrate and the power supply,
In addition to the effect of the invention described in [Claim 32], nitrogen gas plasma can be directly applied to the thin film, so that the purity of the metal nitride film to be formed can be further improved.
〔請求項35〕に記載する発明では、〔請求項16〕ないし〔請求項34〕のいずれかに記載する発明において、
前記金属をタンタル、タングステン、チタン、シリコンからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属としたので、
所望の薄膜を作製し、例えばバリアメタル膜等に応用することが可能となる。
In the invention described in [Claim 35], in the invention described in any one of [Claim 16] to [Claim 34],
Since the metal is at least one metal selected from the group consisting of tantalum, tungsten, titanium, and silicon,
A desired thin film can be produced and applied to, for example, a barrier metal film.
〔請求項36〕に記載する発明では、〔請求項17〕ないし〔請求項35〕のいずれかに記載する発明において、
前記ハロゲンを塩素としたので、
成膜速度を向上させると共に成膜コストを低減することができる。
In the invention described in [Claim 36], in the invention described in any one of [Claim 17] to [Claim 35],
Since the halogen is chlorine,
The deposition rate can be improved and the deposition cost can be reduced.
〔請求項37〕に記載する発明では、〔請求項1〕ないし〔請求項15〕のいずれかに記載する発明において、
前記金属を銅としたので、所望の薄膜を成膜することができる。
In the invention described in [Claim 37], in the invention described in any one of [Claim 1] to [Claim 15],
Since the metal is copper, a desired thin film can be formed.
〔請求項38〕に記載する発明では、〔請求項16〕ないし〔請求項36〕のいずれかに記載する発明において、
前記金属を銅としたので、所望の薄膜を成膜することができる。
In the invention described in [Claim 38], in the invention described in any one of [Claim 16] to [Claim 36],
Since the metal is copper, a desired thin film can be formed.
以下、図面に基づいて本発明の実施形態に係る酸化金属膜作製方法及び酸化金属膜作製装置を説明する。本発明に係る酸化金属膜作製方法及び酸化金属膜作製装置は、本発明者らが以前提案したハロゲンガスプラズマを用いた金属膜を成膜する方法及び装置に対して更に酸素ガスプラズマ又は酸素ガスを応用し、更には酸素ガスプラズマのみを用いることにより、高い比誘電率(例えば10〜100)を有する例えば酸化ハフニウム、酸化イリジウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化タンタル等の酸化金属の薄膜を基板に成膜するようにしたものである。 Hereinafter, a metal oxide film manufacturing method and a metal oxide film manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The metal oxide film manufacturing method and the metal oxide film manufacturing apparatus according to the present invention further include oxygen gas plasma or oxygen gas in addition to the method and apparatus for forming a metal film using halogen gas plasma previously proposed by the present inventors. Further, by using only oxygen gas plasma, a thin film of metal oxide such as hafnium oxide, iridium oxide, titanium oxide, zirconium oxide, tantalum oxide having a high relative dielectric constant (for example, 10 to 100) is formed on the substrate. A film is formed on the substrate.
<第1の実施形態>
図1に基づいて第1の実施形態に係る酸化金属膜作製方法及び酸化金属膜作製装置を説明する。図1には本発明の第1の実施形態に係る酸化金属膜作製方法を実施する酸化金属膜作製装置の概略側面を示してある。
<First Embodiment>
A metal oxide film manufacturing method and a metal oxide film manufacturing apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a schematic side view of a metal oxide film production apparatus for performing a metal oxide film production method according to the first embodiment of the present invention.
図1に示すように、筒形状に形成された、例えば、セラミックス製(絶縁材料製)のチャンバ1の底部近傍には支持台2が設けられ、支持台2には基板3が載置される。支持台2にはヒータ4及び冷媒流通手段5を備えた温度制御手段6が設けられ、支持台2は温度制御手段6により所定温度(例えば、基板3が100℃〜200℃に維持される温度)に制御される。
As shown in FIG. 1, a support base 2 is provided in the vicinity of the bottom of a chamber 1 made of, for example, ceramics (made of an insulating material), and a substrate 3 is placed on the support base 2. . The support base 2 is provided with a temperature control means 6 including a
チャンバ1の上面は開口部とされ、開口部は高蒸気圧ハロゲン化物を形成しうる金属で形成される被エッチング部材7によって塞がれている。被エッチング部材7によって塞がれたチャンバ1の内部は真空装置8により所定の圧力に維持される。本実施形態では、被エッチング部材7の材料としてハフニウム(Hf)を用いたが、これに限られず成膜したい酸化膜に応じてイリジウム(Ir)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、タンタル(Ta)または銅(Cu)等で形成しても良い。 The upper surface of the chamber 1 is an opening, and the opening is closed by a member to be etched 7 formed of a metal capable of forming a high vapor pressure halide. The inside of the chamber 1 closed by the member 7 to be etched is maintained at a predetermined pressure by the vacuum device 8. In this embodiment, hafnium (Hf) is used as the material of the member 7 to be etched. However, the material is not limited to this, and iridium (Ir), titanium (Ti), zirconium (Zr), tantalum (depending on the oxide film to be formed) It may be formed of Ta) or copper (Cu).
チャンバ1の筒部の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ9が設けられ、プラズマアンテナ9には整合器10及び電源11が接続されて高周波電流が供給される。プラズマアンテナ9、整合器10及び電源11によりプラズマ発生手段が構成されている。
A
支持台2とほぼ同じ高さにおけるチャンバ1の筒部には、チャンバ1の内部にハロゲンガスとしての塩素ガスを含有する原料ガス(He,Ar等で塩素濃度が≦50%、好ましくは10%程度に希釈された塩素ガス)を供給する機能(ハロゲンガス供給手段)と酸素ガスを供給する機能(酸素ガス供給手段)を有するノズル12が接続されている。ノズル12は被エッチング部材7に向けて開口し、ノズル12には流量制御器13を介して原料ガス及び酸素ガスが送られる。原料ガス及び酸素ガスは、成膜時にチャンバ1内において壁面側に沿って基板3側から被エッチング部材7側に送られる。成膜に関与しないガス等は排気口17から排気される。
In the cylindrical portion of the chamber 1 at almost the same height as the support 2, a source gas containing chlorine gas as a halogen gas inside the chamber 1 (He, Ar, etc., the chlorine concentration is ≦ 50%, preferably 10%) A
なお、原料ガスに含有されるハロゲンとしては、フッ素(F2)、臭素(Br2)及びヨウ素(I2)などを適用することが可能である。また、流量制御器13はガス供給制御手段としての機能を有し、原料ガスを第1所定時間供給した後に酸素ガスを第2所定時間供給する機能、原料ガスを第1所定時間供給した後に酸素ガスを第2所定時間供給する順序で交互に各ガスを供給する機能及び原料がスと酸素ガスとを同時に供給する機能を有している。
Note that fluorine (F 2 ), bromine (Br 2 ), iodine (I 2 ), or the like can be used as the halogen contained in the source gas. Further, the
上述した酸化金属膜作製装置では、以下に詳説する方法でHfO2(酸化ハフニウム)薄膜16の成膜を行う。 In the metal oxide film manufacturing apparatus described above, the HfO 2 (hafnium oxide) thin film 16 is formed by the method described in detail below.
まず、チャンバ1の内部にノズル12から原料ガス及び酸素ガスを同時に供給すると共に、プラズマアンテナ9から電磁波をチャンバ1の内部に入射することで、原料ガス中の塩素ガス及び酸素ガスをイオン化して塩素ガスプラズマ及び酸素ガスプラズマを発生させる。これらのプラズマは、ガスプラズマ14で図示する領域に発生する。このときの反応は、次式で表すことができる。
Cl2 → 2Cl* ・・・・・・(1)
O2 → 2O* ・・・・・・(2)
ここで、Cl*は塩素ガスラジカル、O*酸素ガスラジカルを表す。
First, source gas and oxygen gas are simultaneously supplied into the chamber 1 from the
Cl 2 → 2Cl * (1)
O 2 → 2O * (2)
Here, Cl * represents a chlorine gas radical and an O * oxygen gas radical.
この塩素ガスプラズマ及び酸素ガスプラズマにより、被エッチング部材7が加熱されると共に、被エッチング部材7にエッチング反応が生じる。このときの反応は、次式で表される。
Hf(s)+2Cl*→ HfCl2(g) ・・・・(3)
Hf(s)+2O* → HfO2(g) ・・・・(4)
ここで、sは固体状態、gはガス状態を表す。式(3)は、被エッチング部材7のHf成分が塩素ガスプラズマによりエッチングされ、ガス化した状態を表す。式(4)は、被エッチング部材7のHf成分が酸素ガスプラズマによりエッチングされ、ガス化した状態を表す。前駆体15は、これらのガス化したHfCl2、HfO2及びこれらと組成比が異なる物質(HfX1ClY1、HfX2OY2)である。
The chlorine gas plasma and oxygen gas plasma heat the member 7 to be etched and cause an etching reaction in the member 7 to be etched. The reaction at this time is represented by the following formula.
Hf (s) + 2Cl * → HfCl 2 (g) (3)
Hf (s) + 2O * → HfO 2 (g) (4)
Here, s represents a solid state and g represents a gas state. Expression (3) represents a gasified state in which the Hf component of the member to be etched 7 is etched by chlorine gas plasma. Expression (4) represents a gasified state in which the Hf component of the member to be etched 7 is etched by oxygen gas plasma. The precursor 15 is these gasified HfCl 2 and HfO 2 and substances (Hf X1 Cl Y1 and Hf X2 O Y2 ) having a composition ratio different from those.
ガスプラズマ14が発生することにより被エッチング部材7は加熱され、更に温度制御手段により基板3が冷却されることにより、基板3の温度は被エッチング部材7の温度よりも低くなる。この結果、前駆体15は基板3に吸着される。このときの反応は、次式で表される。
HfCl2(g) → HfCl2(ad) ・・・・(5)
HfO2(g) → HfO2(ad) ・・・・(6)
ここで、adは吸着状態を表す。
When the
HfCl 2 (g) → HfCl 2 (ad) (5)
HfO 2 (g) → HfO 2 (ad) (6)
Here, ad represents an adsorption state.
基板3に吸着したHfO2(酸化ハフニウム)は、次式に示すようにそのままHfO2薄膜16を形成する一部となる。
HfO2(ad) → HfO2(s) ・・・・(7)
HfO 2 (hafnium oxide) adsorbed on the substrate 3 becomes a part of the HfO 2 thin film 16 as it is, as shown in the following equation.
HfO 2 (ad) → HfO 2 (s) (7)
一方、基板3に吸着したHfCl2(塩化ハフニウム)は、次に示す2つの反応を経てHfO2(酸化ハフニウム)となり、HfO2薄膜16を形成する一部となる。1つめの反応は、酸素ガスラジカルにより直接酸化されHfO2(酸化ハフニウム)となる。このときの反応は、次式で表される。
HfCl2(ad)+2O*→HfO2(s)+Cl2↑ ・・(8)
2つめの反応は、塩素ガスラジカルにより還元されてHf成分となった後、酸素ガスラジカルにより酸化されHfO2(酸化ハフニウム)となる。このときの反応は、次式で表される。
HfCl2(ad)+2Cl*→Hf(s)+Cl2↑ ・・(9)
Hf(s) + 2O* →HfO2(s) ・・(10)
On the other hand, HfCl 2 (hafnium chloride) adsorbed on the substrate 3 becomes HfO 2 (hafnium oxide) through the following two reactions, and becomes a part of forming the HfO 2 thin film 16. The first reaction is directly oxidized by oxygen gas radicals to become HfO 2 (hafnium oxide). The reaction at this time is represented by the following formula.
HfCl 2 (ad) + 2O * → HfO 2 (s) + Cl 2 ↑ (8)
The second reaction is reduced by chlorine gas radicals to become Hf components and then oxidized by oxygen gas radicals to become HfO 2 (hafnium oxide). The reaction at this time is represented by the following formula.
HfCl 2 (ad) + 2Cl * → Hf (s) + Cl 2 ↑ (9)
Hf (s) + 2O * → HfO 2 (s) (10)
更に、上式(3)において発生したガス化したHfCl2(塩化ハフニウム)の一部は、上式(5)に示すように基板3に吸着する前に、酸素ガスラジカルにより酸化されてガス状態のHfO2(酸化ハフニウム)となる。このときの反応は、次式で表される。
HfCl2(g)+2O*→HfO2(g)+Cl2↑ ・・(11)
この後、ガス状態のHfO2(酸化ハフニウム)は、上式(6)、(7)の反応により基板3に成膜され、HfO2薄膜16を形成する一部となる。
Further, a part of the gasified HfCl 2 (hafnium chloride) generated in the above equation (3) is oxidized by the oxygen gas radicals before being adsorbed to the substrate 3 as shown in the above equation (5), so that the gas state HfO 2 (hafnium oxide). The reaction at this time is represented by the following formula.
HfCl 2 (g) + 2O * → HfO 2 (g) + Cl 2 ↑ (11)
Thereafter, gaseous HfO 2 (hafnium oxide) is formed on the substrate 3 by the reactions of the above formulas (6) and (7), and becomes a part of forming the HfO 2 thin film 16.
得られたHfO2薄膜は安定した元素組成を有し、X線解析の結果、薄膜の結晶性については高い結晶性を有することが分かった。すなわち、本実施形態によれば、均一な膜質を有し、所望の膜特性を得ることができるHfO2薄膜16を成膜することができる。 The obtained HfO 2 thin film had a stable elemental composition, and as a result of X-ray analysis, it was found that the thin film had high crystallinity. That is, according to this embodiment, it is possible to form the HfO 2 thin film 16 having a uniform film quality and capable of obtaining desired film characteristics.
上記実施形態では、ガス供給制御手段により原料ガス(塩素ガス含有)及び酸素ガスを同時に供給した例を示したが、これに限られるものではない。 In the above embodiment, the example in which the source gas (containing chlorine gas) and the oxygen gas are simultaneously supplied by the gas supply control unit has been described, but the present invention is not limited to this.
すなわち、原料ガスを第1所定時間供給した後に酸素ガスを第2所定時間供給した場合でも、同様に均一な膜質を有するHfO2薄膜16を成膜することができる。この場合には、基本的にはHf薄膜が成膜された後に酸素ガスプラズマで酸化されて成膜されるHfO2薄膜(上式(10))と、酸素ガスプラズマによる被エッチング部材のエッチングにより成膜されるHfO2薄膜(上式(4)、(6)、(7)で示す反応)とからなるHfO2薄膜16が形成される。よって、式(11)に示すガス状態のHfCl2が酸素ガスラジカルにより酸化されて成膜される反応は生じないと考えられる。ただし、原料ガスを第1所定時間供給した後に酸素ガスを第2所定時間供給した場合には、第1所定時間を比較的短めにして第2所定時間を比較的長めにする必要がある。これは、第1所定時間を長くして成膜した厚い膜厚のHf薄膜の場合には、上式(10)で表す酸素ガスプラズマによるHf薄膜の酸化反応が薄膜の内部にまで及ばず、薄膜の内部にはHf単体金属が残留してしまうためである。 That is, even when the source gas is supplied for the first predetermined time and then the oxygen gas is supplied for the second predetermined time, the HfO 2 thin film 16 having a uniform film quality can be similarly formed. In this case, basically, an HfO 2 thin film (formula (10)) formed by oxidation with oxygen gas plasma after the Hf thin film is formed and etching of the member to be etched by oxygen gas plasma are performed. HfO 2 thin film formed is HfO 2 thin film 16 consisting a (the above equation (4), (6), the reactions shown in (7)) is formed. Therefore, it is considered that the reaction of forming a film by oxidizing HfCl 2 in the gas state represented by the formula (11) by the oxygen gas radical does not occur. However, when the oxygen gas is supplied for the second predetermined time after the source gas is supplied for the first predetermined time, it is necessary to make the first predetermined time relatively short and the second predetermined time relatively long. This is because, in the case of a thick Hf thin film formed by extending the first predetermined time, the oxidation reaction of the Hf thin film by the oxygen gas plasma represented by the above formula (10) does not reach the inside of the thin film. This is because the Hf single metal remains inside the thin film.
また、原料ガスを第1所定時間供給した後に酸素ガスを第2所定時間供給する順序で交互に各ガスを供給した場合でも、同様に均一な膜質を有するHfO2薄膜16を成膜することができる。前述した原料ガスを第1所定時間供給した後に酸素ガスを第2所定時間供給した場合には厚い膜厚の成膜に対応することができないのに対して、この場合には、薄い成膜を何度も繰り返すことによって結果的に厚い膜厚のHfO2薄膜16とすることができる。 Further, even when the respective gases are alternately supplied in the order in which the oxygen gas is supplied for the second predetermined time after the source gas is supplied for the first predetermined time, the HfO 2 thin film 16 having a uniform film quality can be similarly formed. it can. If the oxygen gas is supplied for the second predetermined time after the source gas is supplied for the first predetermined time, it is not possible to cope with the film formation with a thick film. By repeating the process many times, a thick HfO 2 thin film 16 can be obtained.
また、上記実施形態では、塩素ガスプラズマと酸素ガスプラズマとを発生させて成膜した例を示したが、これに限られるものではない。 Moreover, although the said embodiment showed the example which formed the film | membrane by generating chlorine gas plasma and oxygen gas plasma, it is not restricted to this.
すなわち、酸素ガスをプラズマ化せずに酸素ガスの状態で成膜に寄与させても、第1の実施形態と同様に均一な膜質を有するHfO2薄膜16を成膜することができる。この場合には、例えば、酸素ガスの供給方向を被エッチング部材7の方向ではなく、基板3に向けて供給する。このように、プラズマアンテナ9からのほとんど電磁波が及ばない領域に酸素ガスを供給して、酸素ガスのまま成膜反応に関与させる。酸素ガスを直接成膜反応に使用することで、以下の反応に基づいてHfO2薄膜16が成膜されると考えられる。
That is, the HfO 2 thin film 16 having a uniform film quality can be formed as in the first embodiment even if oxygen gas is not converted into plasma and contributes to film formation in the state of oxygen gas. In this case, for example, the supply direction of the oxygen gas is not directed toward the member 7 to be etched but toward the substrate 3. In this way, oxygen gas is supplied to a region where the electromagnetic wave from the
すなわち、塩素ガスラジカルにより被エッチング部材7がエッチングされて生成した前駆体のHfCl2(上式(3))は、一部は基板3に吸着し、他の一部は酸素ガスにより酸化されHfO2となって成膜される。このときの反応は、次式で表される。
HfCl2(g)+O2→HfO2(g)+Cl2↑ ・・(12)
HfO2(g)→HfO2(ad)→HfO2(s) ・・(13)
一方、基板に吸着したHfCl2は、一部は酸素ガスにより直接酸化されてHfO2となる。このときの反応は、次式で表される。
HfCl2(ad)+O2→HfO2(s)+Cl2↑ ・・(14)
他の一部は塩素ガスラジカルによる還元の後、酸素ガスにより酸化されてHfO2となり成膜される。このときの反応は、次式で表される。
HfCl2(ad)+2Cl*→Hf(s)+Cl2↑ ・・(15)
Hf(s) + O2 → HfO2(s) ・・(16)
That is, a part of the precursor HfCl 2 (formula (3)) generated by etching the member 7 to be etched by chlorine gas radicals is adsorbed on the substrate 3 and the other part is oxidized by oxygen gas to be HfO. 2 is formed. The reaction at this time is represented by the following formula.
HfCl 2 (g) + O 2 → HfO 2 (g) + Cl 2 ↑ (12)
HfO 2 (g) → HfO 2 (ad) → HfO 2 (s) (13)
On the other hand, a part of HfCl 2 adsorbed on the substrate is directly oxidized by oxygen gas to become HfO 2 . The reaction at this time is represented by the following formula.
HfCl 2 (ad) + O 2 → HfO 2 (s) + Cl 2 ↑ (14)
The other part is reduced by chlorine gas radicals and then oxidized by oxygen gas to become HfO 2 to form a film. The reaction at this time is represented by the following formula.
HfCl 2 (ad) + 2Cl * → Hf (s) + Cl 2 ↑ (15)
Hf (s) + O 2 → HfO 2 (s) (16)
この結果、酸素ガスをプラズマ化せずに酸素ガスとして成膜反応に寄与させても、同様に均一な膜質を有するHfO2薄膜16を成膜することができる。ただし、酸素ガスは酸素ガスプラズマに比べて反応性は低いため、例えば、基板3の温度を、被エッチング部材7よりも高くならない範囲で、第1の実施形態で説明した方法よりも比較的高めに設定しておくことで反応性を向上させることができる。 As a result, the HfO 2 thin film 16 having a uniform film quality can be similarly formed even if oxygen gas is converted into oxygen gas without being converted into plasma and contributed to the film formation reaction. However, since oxygen gas is less reactive than oxygen gas plasma, for example, the temperature of the substrate 3 is relatively higher than the method described in the first embodiment within a range that does not become higher than the member 7 to be etched. The reactivity can be improved by setting to.
また、塩素ガスプラズマを発生させずに(原料ガスを供給せずに)、酸素ガスプラズマのみで第1の実施形態と同様に均一な膜質を有するHfO2薄膜16を成膜することができる。この場合には、例えば、ノズル12から酸素ガスのみを供給してプラズマアンテナ9によりプラズマ化し、酸素ガスプラズマのみで被エッチング部材7のエッチング及び基板3への成膜を行う。このときの反応は、上式(2)、(4)、(6)、(7)で表される。なお、この場合には、塩素ガスプラズマが成膜反応に関与しないため、被エッチング部材7は高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属である必要はなく、酸化されうる金属であればどのような金属でも良い。
Further, the HfO 2 thin film 16 having a uniform film quality can be formed by using only oxygen gas plasma without generating chlorine gas plasma (without supplying raw material gas) as in the first embodiment. In this case, for example, only the oxygen gas is supplied from the
なお、原料ガスとして、He,Ar等で希釈された塩素ガスを例に挙げて説明したが、塩素ガスを単独で用いたり、HClガスを適用することも可能である。HClガスを適用した場合、原料ガスプラズマとしてはHClガスプラズマが生成されるが、被エッチング部材7のエッチングにより生成される前駆体はHfxClyである。従って、原料ガスは塩素を含有するガスであればよく、HClガスと塩素ガスとの混合ガスを用いることも可能である。もちろん、塩素ガスを希釈する際に、酸素ガスと混合することにより希釈しても良い。 In addition, although chlorine gas diluted with He, Ar etc. was mentioned as an example and demonstrated as source gas, it is also possible to use chlorine gas independently or to apply HCl gas. When HCl gas is applied, HCl gas plasma is generated as the source gas plasma, but the precursor generated by etching the member 7 to be etched is Hf x Cl y . Therefore, the source gas may be any gas containing chlorine, and a mixed gas of HCl gas and chlorine gas can also be used. Of course, when diluting chlorine gas, it may be diluted by mixing with oxygen gas.
次に、図2ないし図9に基づいて、本発明の第2ないし第9の実施形態に係る酸化金属膜作製方法及び酸化金属膜作製装置を説明する。以下に示した酸化金属膜作製方法及び酸化金属膜作製装置でも、塩素ガスと酸素ガスとを同時に供給しプラズマ化することで発生した塩素ガスプラズマ及び酸素ガスプラズマにより、被エッチング部材をエッチングして金属酸化物の薄膜を基板に成膜する。これにより、高い結晶性等の均一な膜質を有する金属酸化物の薄膜を成膜することが可能となる。 Next, based on FIG. 2 thru | or FIG. 9, the metal oxide film preparation method and metal oxide film preparation apparatus concerning the 2nd thru | or 9th embodiment of this invention are demonstrated. In the metal oxide film manufacturing method and metal oxide film manufacturing apparatus shown below, the member to be etched is etched by chlorine gas plasma and oxygen gas plasma generated by simultaneously supplying chlorine gas and oxygen gas into plasma. A metal oxide thin film is formed on a substrate. As a result, a metal oxide thin film having a uniform film quality such as high crystallinity can be formed.
図2ないし図9には、本発明の第2ないし第9の実施形態に係る酸化金属膜作製方法を実施する酸化金属膜作製装置の概略構成を示してある。なお、図1に示した酸化金属膜作製装置と同種部材には同一符号を付し、重複する説明は省略してある。 FIG. 2 to FIG. 9 show a schematic configuration of a metal oxide film manufacturing apparatus for performing the metal oxide film manufacturing method according to the second to ninth embodiments of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same kind member as the metal oxide film production apparatus shown in FIG. 1, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
<第2の実施形態>
図2に示した第2の実施形態に係る酸化金属膜作製装置では、チャンバ1の上面は開口部とされ、開口部は絶縁材製(例えば、セラミックス製)の板状の天井板25によって塞がれている。天井板25の上方にはチャンバ1の内部をプラズマ化するためのプラズマアンテナ27が設けられ、プラズマアンテナ27は天井板25の面と平行な平面リング状に形成されている。プラズマアンテナ27には整合器10及び電源11が接続されて高周波電流が供給される。
<Second Embodiment>
In the metal oxide film manufacturing apparatus according to the second embodiment shown in FIG. 2, the upper surface of the chamber 1 is an opening, and the opening is closed by a plate-like ceiling plate 25 made of an insulating material (for example, ceramic). It is peeling off. A plasma antenna 27 for converting the inside of the chamber 1 into plasma is provided above the ceiling plate 25, and the plasma antenna 27 is formed in a planar ring shape parallel to the surface of the ceiling plate 25. The plasma antenna 27 is connected to the
チャンバ1の上面の開口部と天井板25との間には、高蒸気圧ハロゲン化物を形成しうる金属で形成される被エッチング部材26が挟持されている。本実施形態では、被エッチング部材26の材料としてハフニウム(Hf)を用いたが、これに限られず成膜したい酸化膜に応じてイリジウム(Ir)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、タンタル(Ta)または銅(Cu)等で形成しても良い。
A member to be etched 26 made of a metal capable of forming a high vapor pressure halide is sandwiched between the opening on the upper surface of the chamber 1 and the ceiling plate 25. In this embodiment, hafnium (Hf) is used as the material of the
被エッチング部材26は、チャンバ1の内壁から径方向中心に向かうと共に円周方向に複数設けられる突起部からなり、突起部同士の間には切欠部(空間)が存在している。このため、プラズマアンテナ27に流れる電流の流れ方向に対して不連続状態となるように基板3と天井板25との間に配置されている。 The member to be etched 26 is composed of a plurality of protrusions that are provided in the circumferential direction from the inner wall of the chamber 1 and have a notch (space) between the protrusions. For this reason, it arrange | positions between the board | substrate 3 and the ceiling board 25 so that it may become a discontinuous state with respect to the flow direction of the electric current which flows into the plasma antenna 27. FIG.
本実施形態に係る酸化金属膜作製装置では、チャンバ1の内部にノズル12からハロゲンガスとしての塩素ガスを含有する原料ガス及び酸素ガスを供給し、プラズマアンテナ27から電磁波をチャンバ1の内部に入射することで、塩素ガス及び酸素ガスがイオン化されて塩素ガスプラズマまたは酸素ガスプラズマが発生する。これらのプラズマは、ガスプラズマ14で図示する領域に発生する。前記各プラズマにより、被エッチング部材26にエッチング反応が生じ、第1の実施形態と同じ作用によりHfO2薄膜16が成膜される。
In the metal oxide film manufacturing apparatus according to this embodiment, a source gas containing oxygen gas and a chlorine gas as a halogen gas is supplied into the chamber 1 from the
プラズマアンテナ27の下部には導電体である被エッチング部材26が存在しているが、被エッチング部材26はプラズマアンテナ27に流れる電流の流れ方向に対して不連続な状態で配置されているので、被エッチング部材26と基板3との間、すなわち、被エッチング部材26の下側に前記各ガスプラズマ14が安定して発生するようになっている。
A member to be etched 26, which is a conductor, exists below the plasma antenna 27, but the member to be etched 26 is disposed in a discontinuous state with respect to the flow direction of the current flowing through the plasma antenna 27. Each
<第3の実施形態>
図3に示した第3の実施形態に係る酸化金属膜作製装置では、図1に示した酸化金属膜作製装置と比較して、チャンバ1の筒部の周囲にはプラズマアンテナ9が設けられておらず、被エッチング部材7に整合器10及び電源11が接続されて被エッチング部材7に高周波電流が供給される。また、支持台2(基板3)はアースされている。
<Third Embodiment>
In the metal oxide film manufacturing apparatus according to the third embodiment shown in FIG. 3, a
本実施形態に係る酸化金属膜作製装置では、チャンバ1の内部にノズル12からハロゲンガスとしての塩素ガスを含有する原料ガス及び酸素ガスを供給し、被エッチング部材7からチャンバ1の内部に静電場を作用させることで、塩素ガス及び酸素ガスがイオン化されて、塩素ガスプラズマまたは酸素ガスプラズマが発生する。これらのプラズマは、ガスプラズマ14で図示する領域に発生する。前記各プラズマにより、被エッチング部材7にエッチング反応が生じ、第1の実施形態と同じ作用によりHfO2薄膜16が成膜される。
In the metal oxide film manufacturing apparatus according to this embodiment, a source gas containing oxygen gas and a chlorine gas as a halogen gas is supplied into the chamber 1 from the
本実施形態に係る酸化金属膜作製装置では、被エッチング部材7自身をプラズマ発生用の電極として適用しているので、チャンバ1の筒部の周囲にプラズマアンテナ9(図1参照)が不要となり、周囲の構成の自由度を増すことができる。 In the metal oxide film manufacturing apparatus according to the present embodiment, since the member to be etched 7 itself is applied as an electrode for plasma generation, the plasma antenna 9 (see FIG. 1) is not required around the cylindrical portion of the chamber 1, The degree of freedom of surrounding configuration can be increased.
<第4の実施形態>
図4に示した第4の実施形態に係る酸化金属膜作製装置では、チャンバ1の上面は開口部とされ、開口部は、例えば、セラミックス製(絶縁材料製)の天井板29によって塞がれている。天井板29の下面には高蒸気圧ハロゲン化物を形成しうる金属で形成される被エッチング部材30が設けられ、被エッチング部材30は四角錐形状となっている。
<Fourth Embodiment>
In the metal oxide film manufacturing apparatus according to the fourth embodiment shown in FIG. 4, the upper surface of the chamber 1 is an opening, and the opening is closed by a
本実施形態では、被エッチング部材30の材料としてハフニウム(Hf)を用いたが、これに限られず成膜したい酸化膜に応じてイリジウム(Ir)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、タンタル(Ta)または銅(Cu)等で形成しても良い。 In this embodiment, hafnium (Hf) is used as the material of the member 30 to be etched. However, the material is not limited to this, and iridium (Ir), titanium (Ti), zirconium (Zr), tantalum (depending on the oxide film to be formed) It may be formed of Ta) or copper (Cu).
被エッチング部材30とほぼ同じ高さにおけるチャンバ1の筒部の周囲には、スリット状の開口部31が形成され、開口部31には筒状の通路32の一端がそれぞれ固定されている。通路32の途中部には絶縁体製の筒状の励起室33が設けられ、励起室33の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ34が設けられ、プラズマアンテナ34は整合器10及び電源11に接続されて高周波電流が供給される。通路32の他端側には流量制御器20、13が接続され、流量制御器20を介して通路32内に酸素ガスが、流量制御器13を介して通路32内にハロゲンガスとしての塩素ガスを含有する原料ガスが供給される。開口部31と通路32と励起室33とプラズマアンテナ34と整合器10と電源11と流量制御器とから構成される部位を以下、「チャンバ外プラズマ発生室」と言う。
A slit-shaped
以下、原料ガスを例にして、被エッチング部材30に作用する仕組みを説明する。流量制御器13を介して通路32内に供給された原料ガスは、励起室33に送り込まれる。次に、プラズマアンテナ34から電磁波を励起室33の内部に入射することで、塩素ガスをイオン化して塩素ガスプラズマ(原料ガスプラズマ)35を発生させる。真空装置8によりチャンバ1内の圧力と励起室33の圧力とに所定の差圧が設定されているため、励起室33の塩素ガスプラズマ35の塩素ラジカルは開口部31からチャンバ1内の被エッチング部材30に送られる。この塩素ラジカルにより被エッチング部材30にエッチング反応が生じる。一方、酸素ガスも同様にして、ガスプラズマ35で図示する領域に酸素ガスプラズマが発生し、チャンバ1内に送られて被エッチング部材30をエッチングする。その後は第1の実施形態と同様の反応により、基板3にHfO2薄膜16が成膜される。
Hereinafter, the mechanism that acts on the member to be etched 30 will be described using the raw material gas as an example. The source gas supplied into the
本実施形態に係る酸化金属膜作製装置は、チャンバ1と隔絶した(チャンバ1の外部に設けた)励起室33で前記各ガスプラズマを発生させるようにしているので、基板3がプラズマに晒されることがなくなり、基板3にプラズマによる損傷が生じることがない。例えば、前工程で別材料の膜が成膜された基板3に更なる成膜を行う場合には、前工程で成膜された材料の膜を損傷させることなく次の成膜が可能である。なお、励起室33で前記各ガスプラズマを発生させる手段としては、マイクロ波、レーザ、電子線、放射光等を用いることも可能である。
In the metal oxide film manufacturing apparatus according to the present embodiment, each gas plasma is generated in the
なお、第1ないし第4の実施形態では、原料ガス(ハロゲンガス含有)を供給するハロゲンガス供給手段と酸素ガスを供給する酸素ガス供給手段とを一体にして一つの供給手段(例えば、図1ではノズル12から両ガスを供給)とした例を示したが、これに限られるものではない。例えば、原料ガスを供給するノズルと酸素ガスを供給するノズルとを別個に設置しても良い。この場合、第4の実施形態に係る装置では、後に詳説するように(図8に係る第8の実施形態)原料ガス専用の励起室と酸素ガス専用の励起室を設置する。両ガスの供給手段を別個に設置することにより、両ガスの供給制御を精度良く行うことができる。
In the first to fourth embodiments, the halogen gas supply means for supplying the source gas (containing halogen gas) and the oxygen gas supply means for supplying oxygen gas are integrated into one supply means (for example, FIG. 1). Shows an example in which both gases are supplied from the
<第5の実施形態>
図5に示した第5の実施形態に係る酸化金属膜作製装置では、図1に示す第1の実施形態を応用した一例であり、図1に示した酸化金属膜作製装置と比較して、酸素ガスを供給する酸素ガス供給手段と原料ガス(ハロゲンガス含有)を供給するハロゲンガス供給手段とが独立して設置されており、酸素ガスを供給する際には予めプラズマ化してチャンバ内に供給することができるようになっている点において異なる。
<Fifth Embodiment>
The metal oxide film manufacturing apparatus according to the fifth embodiment shown in FIG. 5 is an example to which the first embodiment shown in FIG. 1 is applied. Compared with the metal oxide film manufacturing apparatus shown in FIG. An oxygen gas supply means for supplying oxygen gas and a halogen gas supply means for supplying source gas (containing halogen gas) are installed independently, and when oxygen gas is supplied, it is converted into plasma and supplied into the chamber in advance. It is different in that it can be done.
本実施形態では、第4の実施例で説明した「チャンバ外プラズマ発生室」が酸素ガス専用として設置されており、酸素ガスがチャンバ1内に供給される前にプラズマ化され、酸素ガスプラズマとして基板3を覆うように供給されるようになっている。原料ガスはノズル12から酸素ガスプラズマとは別個にチャンバ1の内部に供給されるようになっており、プラズマアンテナ9から入射される電磁波の作用でプラズマ化される。
In this embodiment, the “outside-chamber plasma generation chamber” described in the fourth embodiment is installed exclusively for oxygen gas, and is converted into plasma before oxygen gas is supplied into the chamber 1 to generate oxygen gas plasma. It is supplied so as to cover the substrate 3. The source gas is supplied from the
<第6の実施形態>
図6に示した第6の実施形態に係る酸化金属膜作製装置では、図2に示す第2の実施形態を応用した一例であり、図2に示した酸化金属膜作製装置と比較して、酸素ガスを供給する酸素ガス供給手段と原料ガス(ハロゲンガス含有)を供給するハロゲンガス供給手段とが独立して設置されており、酸素ガスを供給する際には予めプラズマ化してチャンバ内に供給することができるようになっている点において異なる。
<Sixth Embodiment>
The metal oxide film manufacturing apparatus according to the sixth embodiment shown in FIG. 6 is an example to which the second embodiment shown in FIG. 2 is applied. Compared with the metal oxide film manufacturing apparatus shown in FIG. An oxygen gas supply means for supplying oxygen gas and a halogen gas supply means for supplying source gas (containing halogen gas) are installed independently, and when oxygen gas is supplied, it is converted into plasma and supplied into the chamber in advance. It is different in that it can be done.
本実施形態では、第4の実施例で説明した「チャンバ外プラズマ発生室」が酸素ガス専用として設置されており、酸素ガスがチャンバ1内に供給される前にプラズマ化され、酸素ガスプラズマとして基板3を覆うように供給されるようになっている。原料ガスはノズル12から酸素ガスプラズマとは別個にチャンバ1の内部に供給されるようになっており、プラズマアンテナ27から入射される電磁波の作用でプラズマ化される。
In this embodiment, the “outside-chamber plasma generation chamber” described in the fourth embodiment is installed exclusively for oxygen gas, and is converted into plasma before oxygen gas is supplied into the chamber 1 to generate oxygen gas plasma. It is supplied so as to cover the substrate 3. The source gas is supplied from the
<第7の実施形態>
図7に示した第7の実施形態に係る酸化金属膜作製装置では、図3に示す第3の実施形態を応用した一例であり、図3に示した酸化金属膜作製装置と比較して、酸素ガスを供給する酸素ガス供給手段と原料ガス(ハロゲンガス含有)を供給するハロゲンガス供給手段とが独立して設置されており、酸素ガスを供給する際には予めプラズマ化してチャンバ内に供給することができるようになっている点において異なる。
<Seventh Embodiment>
The metal oxide film manufacturing apparatus according to the seventh embodiment shown in FIG. 7 is an example to which the third embodiment shown in FIG. 3 is applied. Compared with the metal oxide film manufacturing apparatus shown in FIG. An oxygen gas supply means for supplying oxygen gas and a halogen gas supply means for supplying source gas (containing halogen gas) are installed independently, and when oxygen gas is supplied, it is converted into plasma and supplied into the chamber in advance. It is different in that it can be done.
本実施形態では、第4の実施例で説明した「チャンバ外プラズマ発生室」が酸素ガス専用として設置されており、酸素ガスがチャンバ1内に供給される前にプラズマ化され、酸素ガスプラズマとして基板3を覆うように供給されるようになっている。原料ガスはノズル12から酸素ガスプラズマとは別個にチャンバ1の内部に供給されるようになっており、被エッチング部材7から入射される静電場の作用でプラズマ化される。
In this embodiment, the “outside-chamber plasma generation chamber” described in the fourth embodiment is installed exclusively for oxygen gas, and is converted into plasma before oxygen gas is supplied into the chamber 1 to generate oxygen gas plasma. It is supplied so as to cover the substrate 3. The source gas is supplied from the
<第8の実施形態>
図8に示した第8の実施形態に係る酸化金属膜作製装置では、図4に示す第4の実施形態を応用した一例であり、図4に示した酸化金属膜作製装置と比較して、酸素ガスを供給する酸素ガス供給手段と原料ガス(ハロゲンガス含有)を供給するハロゲンガス供給手段とが独立して設置されている点において異なる。
<Eighth Embodiment>
The metal oxide film manufacturing apparatus according to the eighth embodiment shown in FIG. 8 is an example to which the fourth embodiment shown in FIG. 4 is applied. Compared with the metal oxide film manufacturing apparatus shown in FIG. The difference is that the oxygen gas supply means for supplying oxygen gas and the halogen gas supply means for supplying raw material gas (containing halogen gas) are installed independently.
本実施形態では、酸素ガス専用の「チャンバ外プラズマ発生室」と原料ガス専用の「チャンバ外プラズマ発生室」とが設置されており、酸素ガスが原料ガスとは別にプラズマ化され、基板3を覆うように酸素ガスプラズマが供給されるようになっている。原料ガスは励起室33においてプラズマ化され、被エッチング部材30に供給される。
In this embodiment, an “outside chamber plasma generation chamber” dedicated to oxygen gas and an “outside chamber plasma generation chamber” dedicated to source gas are installed, and oxygen gas is converted into plasma separately from source gas, and substrate 3 is Oxygen gas plasma is supplied so as to cover it. The source gas is turned into plasma in the
第5ないし第8の実施形態におけるHfO2薄膜16の成膜機構は、基本的にはそれぞれ第1ないし第4の実施形態で説明した成膜機構と同様である。しかしながら、酸素ガスが「チャンバ外プラズマ発生室」から酸素ガスプラズマとして基板3を覆うようにして供給されることにより、酸素ガスラジカルによる被エッチング部材7、26のエッチング(上式(4))及びそれ以降の成膜反応(上式(6)、(7))は発生しにくいと考えられる。一方、前駆体HfCl2の酸化反応(上式(11))、特に基板3付近で発生する基板3に吸着した前駆体HfCl2の酸化反応(上式(8))及びHf単体の酸化反応(上式(10))は発生する確率が高くなると考えられる。
The film forming mechanism of the HfO 2 thin film 16 in the fifth to eighth embodiments is basically the same as the film forming mechanism described in the first to fourth embodiments. However, when oxygen gas is supplied from the “outside chamber plasma generation chamber” so as to cover the substrate 3 as oxygen gas plasma, etching of the
第5ないし第8の実施形態では、塩素ガス及び酸素ガスの供給手段を別個に設置したことで、両ガスの供給制御を精度良く行うことができる。さらに、酸素ガスを予めプラズマ化し、基板3に直接吹き掛けるようにしたため、効率よく金属酸化物の薄膜を成膜することが可能となる。なお、プラズマアンテナ34’への給電を停止すれば酸素ガスのまま成膜反応に寄与させることができる。
In the fifth to eighth embodiments, the supply means for the chlorine gas and the oxygen gas is separately provided, so that the supply control of both gases can be performed with high accuracy. Furthermore, since oxygen gas is converted into plasma in advance and sprayed directly onto the substrate 3, a thin film of metal oxide can be efficiently formed. If power supply to the
<第9の実施形態>
図9に示した第9の実施形態に係る酸化金属膜作製装置では、図2に示す第2の実施形態を応用した一例であり、図2に示した酸化金属膜作製装置と比較して、酸素ガスを供給する酸素ガス供給手段(ガスリング40等)と原料ガス(ハロゲンガス含有)を供給するハロゲンガス供給手段(ノズル12等)とが独立して設置され、更に酸素ガス供給手段は基板の周囲に配置されたリング状のパイプとなっている点において異なる。
<Ninth Embodiment>
The metal oxide film manufacturing apparatus according to the ninth embodiment shown in FIG. 9 is an example to which the second embodiment shown in FIG. 2 is applied. Compared with the metal oxide film manufacturing apparatus shown in FIG. An oxygen gas supply means (gas ring 40, etc.) for supplying oxygen gas and a halogen gas supply means (
チャンバ1の内部における支持台2の周囲にはリング状パイプのガスリング40が設けられてガス流路が形成され、ガスリング40には装置外部から酸素ガスが送られるようになっている。なお、図9に示すガスリング40は側断面図であり、ガス流路となるパイプが輪切りとなって図示されている。ガスリング40にはガスノズルとしての噴出穴がリング内径側の周方向に多数設けられ、ガスリング40に酸素ガスが送られることで、噴出穴から酸素ガスが基板3に向かって噴出するようになっている。 A gas ring 40 of a ring-shaped pipe is provided around the support base 2 inside the chamber 1 to form a gas flow path, and oxygen gas is sent to the gas ring 40 from the outside of the apparatus. In addition, the gas ring 40 shown in FIG. 9 is a sectional side view, and the pipe which becomes a gas flow path is shown in a circular shape. The gas ring 40 is provided with a large number of ejection holes as gas nozzles in the circumferential direction on the inner diameter side of the ring, and oxygen gas is sent to the gas ring 40 so that oxygen gas is ejected from the ejection holes toward the substrate 3. ing.
さらに、ガスリング40は導電体製であり、整合器10を介して電源11から高周波電流が供給されるようになっている。一方、基板3は接地されており、ガスリング40に給電することによりガスリング40と基板3との間に静電場が生じるようになっている。
Further, the gas ring 40 is made of a conductor, and a high frequency current is supplied from the
本実施形態においては、ノズル12から被エッチング部材26に向けて供給された原料ガスは、第2の実施形態における原料ガスと同様の作用によりHfO2薄膜16の成膜に寄与する。一方、酸素ガスはガスリング40から基板3に向けて供給されると共に、ガスリング40への給電により発生する静電場の作用によりプラズマ化される結果、基板3の周辺は酸素ガスプラズマ(容量結合型プラズマ)で覆われることになる。これにより、HfO2薄膜16を効率的に成膜することができる。
In the present embodiment, the source gas supplied from the
本実施形態におけるHfO2薄膜16の成膜機構は、基本的には第2の実施形態と同様である。しかしながら、酸素ガスプラズマは基板3の周辺で発生するため、酸素ガスラジカルによる被エッチング部材26のエッチング(上式(4))及びそれ以降の成膜反応(上式(6)、(7))は発生しにくいと考えられる。一方、塩素ガスラジカルにより発生する前駆体HfCl2の酸化反応(上式(11))、特に基板3付近で発生する基板3に吸着した前駆体HfCl2の酸化反応(上式(8))及びHf単体の酸化反応(上式(10))は発生する確率が高くなると考えられる。
The film forming mechanism of the HfO 2 thin film 16 in this embodiment is basically the same as that in the second embodiment. However, since oxygen gas plasma is generated around the substrate 3, the etching of the
なお、ガスリング40に給電せずに酸素ガスを供給した場合は、酸素ガスはプラズマ化せずに酸素ガスとして成膜反応に関与することになる。この場合にも、第1の実施形態と同様に均一な膜質を有するHfO2薄膜16を成膜することができる。 In the case where oxygen gas is supplied without supplying power to the gas ring 40, the oxygen gas is not converted into plasma and is involved in the film forming reaction as oxygen gas. Also in this case, the HfO 2 thin film 16 having a uniform film quality can be formed as in the first embodiment.
また、ガスリング40の周方向の一箇所を絶縁し、絶縁部分を挟んで一方側を電源11側に接続すると共に他方側を接地しても、酸素ガスをプラズマ化することができる。この場合には、ガスリング40と基板3との間に誘導結合型の酸素ガスプラズマを発生させることができる。
Further, the oxygen gas can be converted into plasma even if one place in the circumferential direction of the gas ring 40 is insulated and one side is connected to the
更に、ハロゲンガス供給手段としてのノズル12の形状をガスリング40のようにして、チャンバ内にハロゲンガス(塩素ガス)を供給してもよい。この場合には、原料ガスから発生する塩素ガスプラズマが被エッチング部材26をエッチングできるように、リング内径側の周方向に設けられる噴出穴の向きを被エッチング部材の方向に向けておくことが好ましい。
Furthermore, the halogen gas (chlorine gas) may be supplied into the chamber by making the shape of the
以上、第2ないし第9の実施形態を詳細に説明したが、第2ないし第9の実施形態においても、第1の実施形態と同様に、得られたHfO2薄膜は安定した元素組成を有し、X線解析の結果、薄膜の結晶性については高い結晶性を有することが分かった。すなわち、第2ないし第9の実施形態によれば、均一な膜質を有し、所望の膜特性を得ることができるHfO2薄膜16を成膜することができる。 Although the second to ninth embodiments have been described in detail above, the obtained HfO 2 thin film has a stable elemental composition in the second to ninth embodiments as in the first embodiment. As a result of X-ray analysis, it was found that the thin film has high crystallinity. That is, according to the second to ninth embodiments, it is possible to form the HfO 2 thin film 16 having a uniform film quality and obtaining desired film characteristics.
また、第2ないし第9の実施形態においても、第1の実施形態と同様に、ガス供給制御手段により原料ガス(塩素ガス含有)及び酸素ガスを同時に供給した例を示したが、これに限られるものではない。すなわち、原料ガスを第1所定時間供給した後に酸素ガスを第2所定時間供給した場合や、原料ガスを第1所定時間供給した後に酸素ガスを第2所定時間供給する順序で交互に各ガスを供給した場合でも、同様に均一な膜質を有するHfO2薄膜16を成膜することができる。この場合のHfO2薄膜16が形成される機構は第1の実施形態で説明した通りである。 Also, in the second to ninth embodiments, as in the first embodiment, the example in which the source gas (containing chlorine gas) and the oxygen gas are simultaneously supplied by the gas supply control means has been described. It is not something that can be done. That is, when the source gas is supplied for the first predetermined time and then the oxygen gas is supplied for the second predetermined time, or after the source gas is supplied for the first predetermined time, the oxygen gas is supplied alternately for the second predetermined time. Even when supplied, the HfO 2 thin film 16 having a uniform film quality can be similarly formed. The mechanism for forming the HfO 2 thin film 16 in this case is as described in the first embodiment.
また、第2ないし第9(第4の実施形態を除く)の実施形態においても、第1の実施形態と同様に、塩素ガスプラズマと酸素ガスプラズマとを発生させて成膜した例を示したが、これに限られるものではない。すなわち、酸素ガスをプラズマ化せずに酸素ガスの状態で成膜に寄与させても、第1の実施形態と同様に均一な膜質を有するHfO2薄膜16を成膜することができる。第4の実施形態では、装置の性質上、酸素ガスをプラズマ化せずに、塩素ガスをプラズマ化してこれらを同時に供給することはできない。しかしながら、第4の実施形態に係る装置において酸素ガスと塩素ガスプラズマを供給するタイミングを変える場合にはプラズマ化させない酸素ガスを使用することが可能であり、第1の実施形態と同様に均一な膜質を有するHfO2薄膜16を成膜することができる。 Also, in the second to ninth embodiments (excluding the fourth embodiment), as in the first embodiment, an example was shown in which film formation was performed by generating chlorine gas plasma and oxygen gas plasma. However, it is not limited to this. That is, the HfO 2 thin film 16 having a uniform film quality can be formed as in the first embodiment even if oxygen gas is not converted into plasma and contributes to film formation in the state of oxygen gas. In the fourth embodiment, due to the nature of the apparatus, oxygen gas cannot be converted into plasma, and chlorine gas cannot be converted into plasma and these cannot be supplied simultaneously. However, in the apparatus according to the fourth embodiment, when the timing for supplying oxygen gas and chlorine gas plasma is changed, it is possible to use oxygen gas that is not converted to plasma and is uniform as in the first embodiment. The HfO 2 thin film 16 having a film quality can be formed.
また、第2ないし第9の実施形態においても、第1の実施形態と同様に、塩素ガスプラズマを発生させずに(原料ガスを供給せずに)、酸素ガスプラズマのみで第1の実施形態と同様に均一な膜質を有するHfO2薄膜16を成膜することができる。 Also in the second to ninth embodiments, as in the first embodiment, the chlorine gas plasma is not generated (the source gas is not supplied), and only the oxygen gas plasma is used in the first embodiment. Similarly, the HfO 2 thin film 16 having a uniform film quality can be formed.
また、第2ないし第9の実施形態においても、第1の実施形態と同様に、原料ガスとして、He,Ar等で希釈された塩素ガスを例に挙げて説明したが、塩素ガスを単独で用いたり、HClガスを適用することも可能である。原料ガスは塩素を含有するガスであればよく、HClガスと塩素ガスとの混合ガスを用いることも可能である。もちろん、塩素ガスを希釈する際に、酸素ガスと混合することにより希釈しても良い。 Also, in the second to ninth embodiments, as in the first embodiment, the chlorine gas diluted with He, Ar, etc. is described as an example of the source gas, but the chlorine gas is used alone. It is also possible to use or apply HCl gas. The source gas may be any gas containing chlorine, and a mixed gas of HCl gas and chlorine gas can also be used. Of course, when diluting chlorine gas, it may be diluted by mixing with oxygen gas.
次に、図面に基づいて本発明の実施形態に係る窒化金属膜作製方法及び窒化金属膜作製装置を説明する。本発明に係る窒化金属膜作製方法及び窒化金属膜作製装置は、本発明者らが以前提案したハロゲンガスプラズマを用いた金属膜を成膜する方法及び装置に対して更に窒素ガスプラズマ又は窒素ガスを応用し、更には窒素ガスプラズマのみを用いることにより、例えばバリアメタル膜等に適用される窒化金属の薄膜を基板に成膜するようにしたものである。 Next, a metal nitride film manufacturing method and a metal nitride film manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described based on the drawings. The metal nitride film manufacturing method and metal nitride film manufacturing apparatus according to the present invention are further improved by using nitrogen gas plasma or nitrogen gas as compared with the method and apparatus for forming a metal film using halogen gas plasma previously proposed by the present inventors. In addition, by using only nitrogen gas plasma, a metal nitride thin film applied to, for example, a barrier metal film or the like is formed on a substrate.
<第10の実施形態>
図10に基づいて第10の実施形態に係る窒化金属膜作製方法及び窒化金属膜作製装置を説明する。図10には本発明の第10の実施形態に係る窒化金属膜作製方法を実施する窒化金属膜作製装置の概略側面を示してある。
<Tenth Embodiment>
A metal nitride film manufacturing method and a metal nitride film manufacturing apparatus according to the tenth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10 shows a schematic side view of a metal nitride film production apparatus for performing the metal nitride film production method according to the tenth embodiment of the present invention.
図10に示すように、筒形状に形成された、例えば、セラミックス製(絶縁材料製)のチャンバ1の底部近傍には支持台2が設けられ、支持台2には基板3が載置される。支持台2にはヒータ4及び冷媒流通手段5を備えた温度制御手段6が設けられ、支持台2は温度制御手段6により所定温度(例えば、基板3が100℃〜200℃に維持される温度)に制御される。
As shown in FIG. 10, a support base 2 is provided in the vicinity of the bottom of a chamber 1 made of, for example, ceramics (made of an insulating material), and a substrate 3 is placed on the support base 2. . The support base 2 is provided with a temperature control means 6 including a
チャンバ1の上面は開口部とされ、開口部は高蒸気圧ハロゲン化物を形成しうる金属で形成される被エッチング部材7によって塞がれている。被エッチング部材7によって塞がれたチャンバ1の内部は真空装置8により所定の圧力に維持される。本実施形態では、被エッチング部材7の材料としてチタン(Ti)を用いたが、これに限られず成膜したい窒化膜に応じてタンタル(Ta)、タングステン(W)、シリコン(Si)または銅(Cu)等で形成しても良い。 The upper surface of the chamber 1 is an opening, and the opening is closed by a member to be etched 7 formed of a metal capable of forming a high vapor pressure halide. The inside of the chamber 1 closed by the member 7 to be etched is maintained at a predetermined pressure by the vacuum device 8. In this embodiment, titanium (Ti) is used as the material of the member 7 to be etched. However, the material is not limited to this, and tantalum (Ta), tungsten (W), silicon (Si), or copper (depending on the nitride film to be formed) Cu) or the like may be used.
チャンバ1の筒部の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ9が設けられ、プラズマアンテナ9には整合器10及び電源11が接続されて高周波電流が供給される。プラズマアンテナ9、整合器10及び電源11によりプラズマ発生手段が構成されている。
A
支持台2よりやや高い位置におけるチャンバ1の筒部には、チャンバ1の内部にハロゲンガスとしての塩素ガスを含有する原料ガス(He,Ar等で塩素濃度が≦50%、好ましくは10%程度に希釈された塩素ガス)を供給する機能(ハロゲンガス供給手段)を有するノズル12が接続されている。ノズル12は被エッチング部材7に向けて開口し、ノズル12には流量制御器13を介して原料ガスが送られる。原料ガスは、成膜時にチャンバ1内において壁面側に沿って基板3側から被エッチング部材7側に送られる。成膜に関与しないガス等は排気口17から排気される。
In the cylindrical portion of the chamber 1 at a position slightly higher than the support base 2, a source gas containing chlorine gas as a halogen gas inside the chamber 1 (He, Ar, etc., the chlorine concentration is ≦ 50%, preferably about 10%) A
基板3とほぼ同じ高さにおけるチャンバ1の筒部の周囲には、スリット状の開口部31が形成され、開口部31には筒状の通路32の一端がそれぞれ固定されている。通路32の途中部には絶縁体製の筒状の励起室33が設けられ、励起室33の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ34が設けられ、プラズマアンテナ34は整合器10及び電源11に接続されて高周波電流が供給される。通路32の他端側には流量制御器13’が接続され、流量制御器13’を介して通路32内に窒素ガスが供給される。開口部31と通路32と励起室33とプラズマアンテナ34と整合器10と電源11と流量制御器13’とから構成される部位を以下、「チャンバ外プラズマ発生室」と言う。
A slit-shaped
なお、原料ガスに含有されるハロゲンとしては、フッ素(F2)、臭素(Br2)及びヨウ素(I2)などを適用することが可能である。また、流量制御器13及び13’はガス供給制御手段としての機能を有し、連動することにより、原料ガスを第1所定時間供給した後に窒素ガスを第2所定時間供給する機能、原料ガスを第1所定時間供給した後に窒素ガスを第2所定時間供給する順序で交互に各ガスを供給する機能及び原料がスと窒素ガスとを同時に供給する機能を有している。
Note that fluorine (F 2 ), bromine (Br 2 ), iodine (I 2 ), or the like can be used as the halogen contained in the source gas. Further, the
上述した窒化金属膜作製装置では、以下に詳説する方法でTiN(窒化チタン)薄膜16の成膜を行う。 In the metal nitride film production apparatus described above, the TiN (titanium nitride) thin film 16 is formed by the method described in detail below.
まず、ノズル12からチャンバ1の内部に原料ガス、励起室33に窒素ガスを同時に供給する。次に、プラズマアンテナ9から電磁波をチャンバ1の内部に入射すると共に、プラズマアンテナ34から電磁波を励起室33の内部に入射することで、原料ガス中の塩素ガス及び窒素ガスをイオン化して塩素ガスプラズマ及び窒素ガスプラズマを発生させる。塩素ガスプラズマは、ガスプラズマ14で図示する領域に、窒素ガスプラズマは励起室33内に発生する。このときの反応は、次式で表すことができる。
Cl2 → 2Cl* ・・・・・・(21)
N2 → 2N* ・・・・・・(22)
ここで、Cl*は塩素ガスラジカル、N*窒素ガスラジカルを表す。
First, the source gas and the nitrogen gas are simultaneously supplied from the
Cl 2 → 2Cl * (21)
N 2 → 2N * (22)
Here, Cl * represents a chlorine gas radical and an N * nitrogen gas radical.
窒素ガスプラズマは、真空装置8によりチャンバ1内の圧力と励起室33の圧力とに所定の差圧が設定されているため、励起室33から開口部31を通過しチャンバ1内、特に基板3の周辺領域に送られる。
Since the nitrogen gas plasma has a predetermined differential pressure set between the pressure in the chamber 1 and the pressure in the
この塩素ガスプラズマ及び窒素ガスプラズマにより、被エッチング部材7が加熱されると共に、被エッチング部材7にエッチング反応が生じる。このときの反応は、次式で表される。
Ti(s)+4Cl*→ TiCl4(g) ・・・・(23)
Ti(s)+ N* → TiN(g) ・・・・(24)
ここで、sは固体状態、gはガス状態を表す。式(23)は、被エッチング部材7のTi成分が塩素ガスプラズマによりエッチングされ、ガス化した状態を表す。式(24)は、被エッチング部材7のTi成分が窒素ガスプラズマによりエッチングされ、ガス化した状態を表す。前駆体15は、これらのガス化したTiCl4、TiN及びこれらと組成比が異なる物質(TiX1ClY1、TiX2NY2)である。なお、本実施形態では窒素ガスプラズマは、特に基板3の周辺領域に送られるため、上式(23)と比較して上式(24)の反応はあまり起きないと考えられる。
The chlorine gas plasma and nitrogen gas plasma heat the member 7 to be etched and cause an etching reaction in the member 7 to be etched. The reaction at this time is represented by the following formula.
Ti (s) + 4Cl * → TiCl 4 (g) (23)
Ti (s) + N * → TiN (g) (24)
Here, s represents a solid state and g represents a gas state. Expression (23) represents a gasified state in which the Ti component of the member to be etched 7 is etched by chlorine gas plasma. Expression (24) represents a gasified state in which the Ti component of the member to be etched 7 is etched by nitrogen gas plasma. The precursor 15 is these gasified TiCl 4 and TiN and substances (Ti X1 Cl Y1 and Ti X2 N Y2 ) having a composition ratio different from those. In the present embodiment, since nitrogen gas plasma is sent to the peripheral region of the substrate 3 in particular, it is considered that the reaction of the above equation (24) does not occur much compared to the above equation (23).
ガスプラズマ14が発生することにより被エッチング部材7は加熱され、更に温度制御手段により基板3が冷却されることにより、基板3の温度は被エッチング部材7の温度よりも低くなる。この結果、前駆体15は基板3に吸着される。このときの反応は、次式で表される。
TiCl4(g) → TiCl4(ad) ・・・・(25)
TiN(g) → TiN(ad) ・・・・(26)
ここで、adは吸着状態を表す。
When the
TiCl 4 (g) → TiCl 4 (ad) (25)
TiN (g) → TiN (ad) (26)
Here, ad represents an adsorption state.
基板3に吸着したTiN(窒化チタン)は、次式に示すようにそのままTiN薄膜16を形成する一部となる。
TiN(ad) → TiN(s) ・・・・(27)
TiN (titanium nitride) adsorbed on the substrate 3 becomes a part of the TiN thin film 16 as it is as shown in the following equation.
TiN (ad) → TiN (s) (27)
一方、基板3に吸着したTiCl4(塩化チタン)は、次に示す2つの形態の反応を経てTiN(窒化チタン)となり、TiN薄膜16を形成する一部となる。1つめの反応は、窒素ガスラジカルにより直接窒化されTiN(窒化チタン)となる。このときの反応は、次式で表される。
TiCl4(ad)+N*→TiN(s)+2Cl2↑ ・・(28)
2つめの反応は、塩素ガスラジカルにより還元されてTi成分となった後、窒素ガスラジカルにより窒化されTiN(窒化チタン)となる。このときの反応は、次式で表される。
TiCl4(ad)+4Cl*→Ti(s)+4Cl2↑ ・(29)
Ti(s) + N* →TiN(s) ・・(30)
なお、本実施形態では窒素ガスプラズマは、特に基板3の周辺領域に送られるため、これら2つの形態によるTiN(窒化チタン)生成が頻繁に起きると考えられる。
On the other hand, TiCl 4 (titanium chloride) adsorbed on the substrate 3 becomes TiN (titanium nitride) through the following two forms of reaction, and becomes a part of forming the TiN thin film 16. The first reaction is directly nitrided by nitrogen gas radicals to become TiN (titanium nitride). The reaction at this time is represented by the following formula.
TiCl 4 (ad) + N * → TiN (s) + 2Cl 2 ↑ (28)
The second reaction is reduced by chlorine gas radicals to become Ti components, and then nitrided by nitrogen gas radicals to become TiN (titanium nitride). The reaction at this time is represented by the following formula.
TiCl 4 (ad) + 4Cl * → Ti (s) + 4Cl 2 ↑ (29)
Ti (s) + N * → TiN (s) (30)
In this embodiment, since nitrogen gas plasma is sent to the peripheral region of the substrate 3 in particular, it is considered that TiN (titanium nitride) generation by these two forms frequently occurs.
更に、上式(23)において発生したガス化したTiCl4(塩化チタン)の一部は、上式(25)に示すように基板3に吸着する前に、窒素ガスラジカルにより窒化されてガス状態のTiN(窒化チタン)となる。このときの反応は、次式で表される。
TiCl4(g)+N*→TiN(g)+2Cl2↑ ・・・(31)
この後、ガス状態のTiN(窒化チタン)は、上式(26)、(27)の反応により基板3に成膜され、TiN薄膜16を形成する一部となる。
Further, a part of the gasified TiCl 4 (titanium chloride) generated in the above equation (23) is nitrided by a nitrogen gas radical and adsorbed to the substrate 3 as shown in the above equation (25). TiN (titanium nitride). The reaction at this time is represented by the following formula.
TiCl 4 (g) + N * → TiN (g) + 2Cl 2 ↑ (31)
Thereafter, TiN (titanium nitride) in a gas state is formed on the substrate 3 by the reactions of the above formulas (26) and (27) and becomes a part of forming the TiN thin film 16.
得られたTiN薄膜は安定した元素組成を有し、X線解析の結果、薄膜の結晶性については高い結晶性を有することが分かった。すなわち、本実施形態によれば、均一な膜質を有し、所望の膜特性を得ることができるTiN薄膜16を成膜することができる。 The obtained TiN thin film had a stable elemental composition, and as a result of X-ray analysis, it was found that the thin film had high crystallinity. That is, according to the present embodiment, it is possible to form the TiN thin film 16 having a uniform film quality and capable of obtaining desired film characteristics.
本実施形態に係る窒化金属膜作製装置では、励起室33で窒素ガスプラズマを発生させる手段として、誘導コイルによる手段としたが、これに限られず、例えばマイクロ波、レーザ、電子線、放射光等を用いることも可能である。
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to the present embodiment, as means for generating nitrogen gas plasma in the
本実施形態では、ガス供給制御手段により原料ガス(塩素ガス含有)及び窒素ガスを同時に供給した例を示したが、これに限られるものではない。 In the present embodiment, the example in which the source gas (containing chlorine gas) and the nitrogen gas are simultaneously supplied by the gas supply control unit has been described, but the present invention is not limited thereto.
すなわち、原料ガスを第1所定時間供給した後に窒素ガスを第2所定時間供給した場合でも、同様に均一な膜質を有するTiN薄膜16を成膜することができる。この場合には、基本的にはTi薄膜が成膜された後に窒素ガスプラズマで窒化されて成膜されるTiN薄膜(上式(30))と、窒素ガスプラズマによる被エッチング部材のエッチングにより成膜されるTiN薄膜(上式(24)、(26)、(27)で示す反応)とからなるTiN薄膜16が形成される。よって、式(31)に示すガス状態のTiCl4が窒素ガスラジカルにより窒化されて成膜される反応は生じないと考えられる。ただし、原料ガスを第1所定時間供給した後に窒素ガスを第2所定時間供給した場合には、第1所定時間を比較的短めにして第2所定時間を比較的長めにする必要がある。これは、第1所定時間を長くして成膜した厚い膜厚のTi薄膜の場合には、上式(30)で表す窒素ガスプラズマによるTi薄膜の窒化反応が薄膜の内部にまで及ばず、薄膜の内部にはTi単体金属が残留してしまうためである。 That is, even when the source gas is supplied for the first predetermined time and then the nitrogen gas is supplied for the second predetermined time, the TiN thin film 16 having a uniform film quality can be similarly formed. In this case, basically, a TiN thin film (formula (30)) formed by nitriding with nitrogen gas plasma after forming a Ti thin film and etching of the member to be etched by nitrogen gas plasma are used. A TiN thin film 16 composed of the TiN thin film to be formed (reactions represented by the above formulas (24), (26), and (27)) is formed. Therefore, it is considered that there is no reaction in which TiCl 4 in the gas state represented by the formula (31) is nitrided by nitrogen gas radicals to form a film. However, when the nitrogen gas is supplied for the second predetermined time after the source gas is supplied for the first predetermined time, it is necessary to make the first predetermined time relatively short and the second predetermined time relatively long. This is because, in the case of a thick Ti thin film formed by extending the first predetermined time, the nitriding reaction of the Ti thin film by the nitrogen gas plasma represented by the above formula (30) does not reach the inside of the thin film, This is because the Ti simple metal remains in the thin film.
また、原料ガスを第1所定時間供給した後に窒素ガスを第2所定時間供給する順序で交互に各ガスを供給した場合でも、同様に均一な膜質を有するTiN薄膜16を成膜することができる。前述した原料ガスを第1所定時間供給した後に窒素ガスを第2所定時間供給した場合には厚い膜厚の成膜に対応することができないのに対して、この場合には、薄い成膜を何度も繰り返すことによって結果的に厚い膜厚のTiN薄膜16とすることができる。 Further, even when the respective gases are alternately supplied in the order in which the nitrogen gas is supplied for the second predetermined time after the source gas is supplied for the first predetermined time, the TiN thin film 16 having a uniform film quality can be similarly formed. . When nitrogen gas is supplied for the second predetermined time after supplying the above-mentioned source gas for the first predetermined time, it is not possible to cope with the film formation with a thick film. The TiN thin film 16 having a thick film can be obtained as a result by repeating the process many times.
また、本実施形態では、塩素ガスプラズマと窒素ガスプラズマとを発生させて成膜した例を示したが、これに限られるものではない。 In the present embodiment, an example is shown in which chlorine gas plasma and nitrogen gas plasma are generated to form a film, but the present invention is not limited to this.
すなわち、窒素ガスをプラズマ化せずに窒素ガスの状態で成膜に寄与させても、同様に均一な膜質を有するTiN薄膜16を成膜することができる。この場合には、プラズマアンテナ34への給電を中止し、励起室33内を窒素ガスのまま通過させて成膜反応に関与させる。窒素ガスを直接成膜反応に使用することで、以下の反応に基づいてTiN薄膜16が成膜されると考えられる。
That is, the TiN thin film 16 having a uniform film quality can be similarly formed even if nitrogen gas is allowed to contribute to film formation in a nitrogen gas state without being converted into plasma. In this case, power supply to the
すなわち、塩素ガスラジカルにより被エッチング部材7がエッチングされて生成した前駆体のTiCl4(上式(23))は、一部は基板3に吸着し、他の一部は窒素ガスにより窒化されTiNとなって成膜される。このときの反応は、次式で表される。
2TiCl4(g)+N2→2TiN(g)+4Cl2↑ ・・(32)
TiN(g) → TiN(ad) → TiN(s) ・・(33)
一方、基板に吸着したTiCl4は、一部は窒素ガスにより直接窒化されてTiNとなる。このときの反応は、次式で表される。
2TiCl4(ad)+N2→2TiN(s)+4Cl2↑・・(34)
他の一部は塩素ガスラジカルによる還元の後、窒素ガスにより窒化されてTiNとなり成膜される。このときの反応は、次式で表される。
TiCl4(ad)+4Cl*→Ti(s)+4Cl2↑・・(35)
2Ti(s) + N2 → 2TiN(s) ・・(36)
That is, a part of the precursor TiCl 4 (formula (23)) generated by etching the member 7 to be etched by chlorine gas radicals is adsorbed on the substrate 3, and the other part is nitrided by nitrogen gas and TiN. To form a film. The reaction at this time is represented by the following formula.
2TiCl 4 (g) + N 2 → 2TiN (g) + 4Cl 2 ↑ (32)
TiN (g) → TiN (ad) → TiN (s) (33)
On the other hand, part of TiCl 4 adsorbed on the substrate is directly nitrided with nitrogen gas to become TiN. The reaction at this time is represented by the following formula.
2TiCl 4 (ad) + N 2 → 2TiN (s) + 4Cl 2 ↑ (34)
The other part is reduced by chlorine gas radicals, and then is nitrided by nitrogen gas to form TiN. The reaction at this time is represented by the following formula.
TiCl 4 (ad) + 4Cl * → Ti (s) + 4Cl 2 ↑ (35)
2Ti (s) + N 2 → 2TiN (s) (36)
この結果、窒素ガスをプラズマ化せずに窒素ガスとして成膜反応に寄与させても、同様に均一な膜質を有するTiN薄膜16を成膜することができる。ただし、窒素ガスは窒素ガスプラズマに比べて反応性は低いため、例えば、基板3の温度を、被エッチング部材7よりも高くならない範囲で、第10の実施形態で説明した方法よりも比較的高めに設定しておくことで反応性を向上させることができる。 As a result, the TiN thin film 16 having a uniform film quality can be similarly formed even if nitrogen gas is converted into nitrogen gas and contributed to the film formation reaction. However, since nitrogen gas is less reactive than nitrogen gas plasma, for example, the temperature of the substrate 3 is relatively higher than the method described in the tenth embodiment within a range not to be higher than the member 7 to be etched. The reactivity can be improved by setting to.
また、塩素ガスプラズマを発生させずに(原料ガスを供給せずに)、窒素ガスプラズマのみで第10の実施形態と同様に均一な膜質を有するTiN薄膜16を成膜することができる。この場合には、例えば、ノズル12からの原料ガス供給を中止すると共に「チャンバ外プラズマ発生室」から噴出する窒素ガスプラズマを被エッチング部材7に向かうように設置し、窒素ガスプラズマのみで被エッチング部材7のエッチング及び基板3への成膜を行う。このときの反応は、上式(22)、(24)、(26)、(27)で表される。なお、この場合には、塩素ガスプラズマが成膜反応に関与しないため、被エッチング部材7は高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属である必要はなく、窒化されうる金属であればどのような金属でも良い。
Further, the TiN thin film 16 having a uniform film quality can be formed by using only nitrogen gas plasma without generating chlorine gas plasma (without supplying raw material gas) as in the tenth embodiment. In this case, for example, the supply of the source gas from the
なお、原料ガスとして、He,Ar等で希釈された塩素ガスを例に挙げて説明したが、塩素ガスを単独で用いたり、HClガスを適用することも可能である。HClガスを適用した場合、原料ガスプラズマとしてはHClガスプラズマが生成されるが、被エッチング部材7のエッチングにより生成される前駆体はTixClyである。従って、原料ガスは塩素を含有するガスであればよく、HClガスと塩素ガスとの混合ガスを用いることも可能である。もちろん、塩素ガスを希釈する際に、窒素ガスと混合することにより希釈しても良い。 In addition, although chlorine gas diluted with He, Ar etc. was mentioned as an example and demonstrated as source gas, it is also possible to use chlorine gas independently or to apply HCl gas. When applying the HCl gas, the raw material gas plasma is HCl gas plasma is generated, the precursor produced by etching of the etched member 7 is Ti x Cl y. Therefore, the source gas may be any gas containing chlorine, and a mixed gas of HCl gas and chlorine gas can also be used. Of course, when diluting chlorine gas, it may be diluted by mixing with nitrogen gas.
次に、図11ないし図13に基づいて、本発明の第11ないし第13の実施形態に係る窒化金属膜作製方法及び窒化金属膜作製装置を説明する。以下に示した窒化金属膜作製方法及び窒化金属膜作製装置でも、塩素ガスと窒素ガスとを同時に供給しプラズマ化する(プラズマ化する場所は異なる)ことで発生した塩素ガスプラズマ及び窒素ガスプラズマにより、被エッチング部材をエッチングして金属窒化物の薄膜を基板に成膜する。これにより、高い結晶性等の均一な膜質を有する金属窒化物の薄膜を成膜することが可能となる。 Next, a metal nitride film manufacturing method and a metal nitride film manufacturing apparatus according to the eleventh to thirteenth embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. Also in the metal nitride film manufacturing method and metal nitride film manufacturing apparatus shown below, chlorine gas and nitrogen gas are simultaneously supplied into plasma to generate plasma (where plasma generation is different). Then, the member to be etched is etched to form a metal nitride thin film on the substrate. Thereby, a thin film of metal nitride having a uniform film quality such as high crystallinity can be formed.
図11ないし図13には、本発明の第11ないし第13の実施形態に係る窒化金属膜作製方法を実施する窒化金属膜作製装置の概略構成を示してある。なお、図10に示した窒化金属膜作製装置と同種部材には同一符号を付し、重複する説明は省略してある。 FIG. 11 to FIG. 13 show a schematic configuration of a metal nitride film manufacturing apparatus for performing the metal nitride film manufacturing method according to the eleventh to thirteenth embodiments of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same kind member as the metal nitride film production apparatus shown in FIG. 10, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
<第11の実施形態>
図11に示した第11の実施形態に係る窒化金属膜作製装置では、チャンバ1の上面は開口部とされ、開口部は絶縁材製(例えば、セラミックス製)の板状の天井板25によって塞がれている。天井板25の上方にはチャンバ1の内部をプラズマ化するためのプラズマアンテナ27が設けられ、プラズマアンテナ27は天井板25の面と平行な平面リング状に形成されている。プラズマアンテナ27には整合器10及び電源11が接続されて高周波電流が供給される。
<Eleventh embodiment>
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to the eleventh embodiment shown in FIG. 11, the upper surface of the chamber 1 is an opening, and the opening is closed by a plate-like ceiling plate 25 made of an insulating material (for example, ceramic). It is peeling off. A plasma antenna 27 for converting the inside of the chamber 1 into plasma is provided above the ceiling plate 25, and the plasma antenna 27 is formed in a planar ring shape parallel to the surface of the ceiling plate 25. The plasma antenna 27 is connected to the
チャンバ1の上面の開口部と天井板25との間には、高蒸気圧ハロゲン化物を形成しうる金属で形成される被エッチング部材26が挟持されている。本実施形態では、被エッチング部材26の材料としてチタン(Ti)を用いたが、これに限られず成膜したい窒化膜に応じてタンタル(Ta)、タングステン(W)、シリコン(Si)または銅(Cu)等で形成しても良い。
A member to be etched 26 made of a metal capable of forming a high vapor pressure halide is sandwiched between the opening on the upper surface of the chamber 1 and the ceiling plate 25. In this embodiment, titanium (Ti) is used as the material of the
被エッチング部材26は、チャンバ1の内壁から径方向中心に向かうと共に円周方向に複数設けられる突起部からなり、突起部同士の間には切欠部(空間)が存在している。このため、プラズマアンテナ27に流れる電流の流れ方向に対して不連続状態となるように基板3と天井板25との間に配置されている。 The member to be etched 26 is composed of a plurality of protrusions that are provided in the circumferential direction from the inner wall of the chamber 1 and have a notch (space) between the protrusions. For this reason, it arrange | positions between the board | substrate 3 and the ceiling board 25 so that it may become a discontinuous state with respect to the flow direction of the electric current which flows into the plasma antenna 27. FIG.
本実施形態に係る窒化金属膜作製装置では、チャンバ1の内部にノズル12からハロゲンガスとしての塩素ガスを含有する原料ガスを供給し、プラズマアンテナ27から電磁波をチャンバ1の内部に入射することで、塩素ガスがイオン化されて塩素ガスプラズマが発生する。塩素ガスプラズマは、ガスプラズマ14で図示する領域に発生する。また、窒素ガスプラズマは第10の実施形態で説明したのと同様の機構で励起室33内に発生し、チャンバ1内、特に基板3の周辺領域に送られる。これらの各プラズマにより、被エッチング部材26にエッチング反応が生じ、第10の実施形態と同じ作用によりTiN薄膜16が成膜される。
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to the present embodiment, a raw material gas containing chlorine gas as a halogen gas is supplied from the
プラズマアンテナ27の下部には導電体である被エッチング部材26が存在しているが、被エッチング部材26はプラズマアンテナ27に流れる電流の流れ方向に対して不連続な状態で配置されているので、被エッチング部材26と基板3との間、すなわち、被エッチング部材26の下側にガスプラズマ14が安定して発生するようになっている。
A member to be etched 26, which is a conductor, exists below the plasma antenna 27, but the member to be etched 26 is disposed in a discontinuous state with respect to the flow direction of the current flowing through the plasma antenna 27. The
<第12の実施形態>
図12に示した第12の実施形態に係る窒化金属膜作製装置では、図10に示した窒化金属膜作製装置と比較して、チャンバ1の筒部の周囲にはプラズマアンテナ9が設けられておらず、被エッチング部材7に整合器10及び電源11が接続されて被エッチング部材7に高周波電流が供給される。また、支持台2(基板3)はアースされている。
<Twelfth Embodiment>
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to the twelfth embodiment shown in FIG. 12, a
本実施形態に係る窒化金属膜作製装置では、チャンバ1の内部にノズル12からハロゲンガスとしての塩素ガスを含有する原料ガスを供給し、被エッチング部材7からチャンバ1の内部に静電場を作用させることで、塩素ガスがイオン化されて塩素ガスプラズマが発生する。塩素ガスプラズマは、ガスプラズマ14で図示する領域に発生する。また、窒素ガスプラズマは第10の実施形態で説明したのと同様の機構で励起室33内に発生し、チャンバ1内、特に基板3の周辺領域に送られる。これらのプラズマにより、被エッチング部材7にエッチング反応が生じ、第10の実施形態と同じ作用によりTiN薄膜16が成膜される。
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to this embodiment, a raw material gas containing chlorine gas as a halogen gas is supplied from the
本実施形態に係る窒化金属膜作製装置では、被エッチング部材7自身をプラズマ発生用の電極として適用しているので、チャンバ1の筒部の周囲にプラズマアンテナ9(図10参照)が不要となり、周囲の構成の自由度を増すことができる。 In the metal nitride film manufacturing apparatus according to the present embodiment, the member to be etched 7 itself is applied as an electrode for plasma generation, so that the plasma antenna 9 (see FIG. 10) is not required around the cylindrical portion of the chamber 1, The degree of freedom of surrounding configuration can be increased.
<第13の実施形態>
図13に示した第13の実施形態に係る窒化金属膜作製装置では、チャンバ1の上面は開口部とされ、開口部は、例えば、セラミックス製(絶縁材料製)の天井板29によって塞がれている。天井板29の下面には高蒸気圧ハロゲン化物を形成しうる金属で形成される被エッチング部材30が設けられ、被エッチング部材30は四角錐形状となっている。
<13th Embodiment>
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to the thirteenth embodiment shown in FIG. 13, the upper surface of the chamber 1 is an opening, and the opening is closed by a
また、本実施形態に係る窒化金属膜作製装置は、図10に示した窒化金属膜作製装置と比較して、チャンバ1の筒部の周囲にはプラズマアンテナ9が設けられておらず、窒素ガス専用の「チャンバ外プラズマ発生室」に加えて、原料ガス専用の「チャンバ外プラズマ発生室」が設置されている点が異なっている。これにより、窒素ガスと原料ガスとが別々にプラズマ化され、基板3を覆うように窒素ガスプラズマが供給されると共に、原料ガスプラズマは被エッチング部材30に向けて供給される。
Further, in the metal nitride film manufacturing apparatus according to the present embodiment, the
以上、第11ないし第13の実施形態を詳細に説明したが、第11ないし第13の実施形態においても、第10の実施形態と同様に、得られたTiN薄膜は安定した元素組成を有し、X線解析の結果、薄膜の結晶性については高い結晶性を有することが分かった。すなわち、第11ないし第13の実施形態によれば、均一な膜質を有し、所望の膜特性を得ることができるTiN薄膜16を成膜することができる。 Although the eleventh to thirteenth embodiments have been described in detail above, in the eleventh to thirteenth embodiments as well, the obtained TiN thin film has a stable elemental composition as in the tenth embodiment. As a result of X-ray analysis, it was found that the thin film has high crystallinity. That is, according to the eleventh to thirteenth embodiments, the TiN thin film 16 having a uniform film quality and capable of obtaining desired film characteristics can be formed.
また、第11ないし第13の実施形態においても、第10の実施形態と同様に、ガス供給制御手段により原料ガス(塩素ガス含有)及び窒素ガスを同時に供給した例を示したが、これに限られるものではない。すなわち、原料ガスを第1所定時間供給した後に窒素ガスを第2所定時間供給した場合や、原料ガスを第1所定時間供給した後に窒素ガスを第2所定時間供給する順序で交互に各ガスを供給した場合でも、同様に均一な膜質を有するTiN薄膜16を成膜することができる。この場合のTiN薄膜16が形成される機構は第10の実施形態で説明した通りである。 Also, in the eleventh to thirteenth embodiments, as in the tenth embodiment, the example in which the source gas (containing chlorine gas) and the nitrogen gas are simultaneously supplied by the gas supply control means has been described. Is not something That is, when the source gas is supplied for the first predetermined time and then the nitrogen gas is supplied for the second predetermined time, or after the source gas is supplied for the first predetermined time and then the nitrogen gas is supplied for the second predetermined time, the respective gases are alternately supplied. Even when supplied, the TiN thin film 16 having a uniform film quality can be similarly formed. The mechanism for forming the TiN thin film 16 in this case is as described in the tenth embodiment.
また、第11ないし第13の実施形態においても、第10の実施形態と同様に、塩素ガスプラズマと窒素ガスプラズマとを発生させて成膜した例を示したが、これに限られるものではない。すなわち、窒素ガスをプラズマ化せずに窒素ガスの状態で成膜に寄与させても、第10の実施形態と同様に均一な膜質を有するTiN薄膜16を成膜することができる。なお、プラズマアンテナへの給電を停止すれば窒素ガスのまま成膜反応に寄与させることができる。 Also, in the eleventh to thirteenth embodiments, as in the tenth embodiment, an example of forming a film by generating chlorine gas plasma and nitrogen gas plasma has been shown, but the present invention is not limited to this. . That is, the TiN thin film 16 having a uniform film quality can be formed as in the tenth embodiment even if nitrogen gas is not converted into plasma and contributes to film formation in the state of nitrogen gas. If power supply to the plasma antenna is stopped, the nitrogen gas can be contributed to the film formation reaction.
また、第11ないし第13の実施形態においても、第10の実施形態と同様に、塩素ガスプラズマを発生させずに(原料ガスを供給せずに)、窒素ガスプラズマのみで第10の実施形態と同様に均一な膜質を有するTiN薄膜16を成膜することができる。 Also in the eleventh to thirteenth embodiments, as in the tenth embodiment, the tenth embodiment is performed using only nitrogen gas plasma without generating chlorine gas plasma (without supplying raw material gas). Similarly, a TiN thin film 16 having a uniform film quality can be formed.
また、第11ないし第13の実施形態においても、第10の実施形態と同様に、原料ガスとして、He,Ar等で希釈された塩素ガスを例に挙げて説明したが、塩素ガスを単独で用いたり、HClガスを適用することも可能である。原料ガスは塩素を含有するガスであればよく、HClガスと塩素ガスとの混合ガスを用いることも可能である。もちろん、塩素ガスを希釈する際に、窒素ガスと混合することにより希釈しても良い。 In the eleventh to thirteenth embodiments, as in the tenth embodiment, the chlorine gas diluted with He, Ar, or the like is described as an example of the source gas, but the chlorine gas is used alone. It is also possible to use or apply HCl gas. The source gas may be any gas containing chlorine, and a mixed gas of HCl gas and chlorine gas can also be used. Of course, when diluting chlorine gas, it may be diluted by mixing with nitrogen gas.
以上説明した、第10ないし第13の実施形態におけるTiN薄膜16の成膜機構では、窒素ガスが「チャンバ外プラズマ発生室」から窒素ガスプラズマとして基板3を覆うようにして供給されることにより、窒素ガスラジカルによる被エッチング部材7、26、30のエッチング(上式(24))及びそれ以降の成膜反応(上式(26)、(27))は発生しにくいと考えられる。一方、前駆体TiCl4の窒化反応(上式(31))、特に基板3付近で発生する基板3に吸着した前駆体TiCl4の窒化反応(上式(28))及びTi単体の窒化反応(上式(30))は発生する確率が高くなると考えられる。
In the film forming mechanism of the TiN thin film 16 in the tenth to thirteenth embodiments described above, nitrogen gas is supplied from the “outside chamber plasma generation chamber” so as to cover the substrate 3 as nitrogen gas plasma, It is considered that etching of the
第10ないし第13の実施形態では、窒素ガスを「チャンバ外プラズマ発生室」において予めプラズマ化した後、チャンバ内に供給する例を示したが、これに限られない。例えば、第1ないし第3の実施形態で説明するように、チャンバ内をプラズマ化するプラズマ発生手段により、チャンバ内においてプラズマ化しても同様に窒化金属膜を成膜することができる。また、第10ないし第13の実施形態では、ハロゲンガス供給手段と窒素ガス供給手段とを独立して設けた例を示したが、ハロゲンガス及び窒素ガスの供給手段を一体にして設置することにより、ガス配管をコンパクトにすることも可能であり、この場合にも同様に窒化金属膜を成膜することができる。 In the tenth to thirteenth embodiments, nitrogen gas is converted into plasma in the “outside chamber plasma generation chamber” and then supplied into the chamber, but the present invention is not limited to this. For example, as will be described in the first to third embodiments, a metal nitride film can be formed in the same manner even if plasma is generated in the chamber by plasma generating means for converting the chamber into plasma. In the tenth to thirteenth embodiments, an example in which the halogen gas supply means and the nitrogen gas supply means are provided independently has been described. However, by providing the halogen gas and nitrogen gas supply means integrally. The gas piping can also be made compact, and in this case as well, a metal nitride film can be similarly formed.
また、第10ないし第13の実施形態では、ハロゲンガス供給手段をノズル12で示す形状を例として説明し、窒素ガス供給手段を「チャンバ外プラズマ発生室」タイプとして説明したが、これに限られない。例えば、第9の実施形態で示すように、ハロゲンガス供給手段または窒素ガス供給手段を基板の周囲に配置されたリング状パイプとしても、同様に窒化金属膜を成膜することができる。さらに、リング状パイプのガスリングと基板との間に静電場を生じさせハロゲンガスまたは窒素ガスをプラズマ化(容量結合型プラズマ)して成膜反応に用いてもよい。また、リング状パイプのガスリングと基板との間に誘導電界を生じさせハロゲンガスまたは窒素ガスをプラズマ化(誘導結合型プラズマ)して成膜反応に用いてもよい。これらの場合にも、同様に窒化金属膜を成膜することができる。
In the tenth to thirteenth embodiments, the shape of the halogen gas supply means indicated by the
1 チャンバ
2 支持台
3 基板
4 ヒータ
5 冷媒流通手段
6 温度制御手段
7,26,30 被エッチング部材
8 真空装置
9,27,34,34’ プラズマアンテナ
10,10’ 整合器
11,11’ 電源
12 ノズル
13,20 流量制御器
14,35 ガスプラズマ
15 前駆体
16 HfO2薄膜
17 排気口
25,29 天井板
31,31’ 開口部
32,32’ 通路
33,33’ 励起室
40 ガスリング
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chamber 2 Support stand 3
Claims (38)
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成した被エッチング部材を前記ハロゲンガスプラズマでエッチングすることにより金属成分とハロゲンガスとの前駆体を形成し、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くすることにより前記前駆体の金属成分を前記基板に成膜させるときに、
更にチャンバ内に供給した窒素ガスをプラズマ化して窒素ガスプラズマを発生させ、前記基板に金属窒化物を成膜することを特徴とする窒化金属膜作製方法。 The halogen gas supplied into the chamber in which the substrate is accommodated is turned into plasma to generate halogen gas plasma,
A member to be etched formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide is etched with the halogen gas plasma to form a precursor of a metal component and a halogen gas,
When the metal component of the precursor is formed on the substrate by making the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
Further, a nitrogen nitride film supplied to the chamber is converted into plasma to generate nitrogen gas plasma, and a metal nitride film is formed on the substrate.
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成した被エッチング部材を前記ハロゲンガスプラズマでエッチングすることにより金属成分とハロゲンガスとの前駆体を形成し、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くすることにより前記前駆体の金属成分を前記基板に成膜させるにときに、
更にチャンバの内部に窒素ガスを供給し、前記基板に金属窒化物を成膜することを特徴とする窒化金属膜作製方法。 The halogen gas supplied into the chamber in which the substrate is accommodated is turned into plasma to generate halogen gas plasma,
A member to be etched formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide is etched with the halogen gas plasma to form a precursor of a metal component and a halogen gas,
When the metal component of the precursor is formed on the substrate by making the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
Furthermore, nitrogen gas is supplied into the chamber, and a metal nitride film is formed on the substrate.
前記窒素ガスプラズマが以下のA工程、B工程、C工程のうち、少なくとも一つの工程を行うことにより前記基板に金属窒化物を成膜することを特徴とする窒化金属膜作製方法。
A工程:前記基板上に既に成膜された金属成分を窒化する工程。
B工程:金属成分とハロゲンガスとの前記前駆体を窒化して金属成分と窒素ガスとの前駆体にする工程。
C工程:前記被エッチング部材をエッチングすることにより金属成分と窒素ガスとの前駆体を形成する工程。 In the method for producing a metal nitride film according to claim 1,
A method for producing a metal nitride film, wherein the nitrogen gas plasma forms at least one of the following steps A, B, and C to form a metal nitride on the substrate.
Step A: Step of nitriding a metal component already formed on the substrate.
Step B: A step of nitriding the precursor of the metal component and the halogen gas to form a precursor of the metal component and the nitrogen gas.
Step C: A step of forming a precursor of a metal component and nitrogen gas by etching the member to be etched.
前記窒素ガスが以下のA工程、B工程のうち、少なくとも一つの工程を行うことにより前記基板に金属窒化物を成膜することを特徴とする窒化金属膜作製方法。
A工程:前記基板上に既に成膜された金属成分を窒化する工程。
B工程:金属成分とハロゲンガスとの前記前駆体を窒化して金属成分と窒素ガスとの前駆体にする工程。 In the method for producing a metal nitride film according to claim 2,
A method for producing a metal nitride film, wherein the nitrogen gas forms at least one of the following steps A and B to form a metal nitride on the substrate.
Step A: Step of nitriding a metal component already formed on the substrate.
Step B: A step of nitriding the precursor of the metal component and the halogen gas to form a precursor of the metal component and the nitrogen gas.
前記ハロゲンガス及び窒素ガスを独立した供給手段からそれぞれチャンバの内部に供給することを特徴とする窒化金属膜作製方法。 In the method for producing a metal nitride film according to any one of [Claim 1] to [Claim 4],
A metal nitride film manufacturing method, wherein the halogen gas and the nitrogen gas are respectively supplied into the chamber from independent supply means.
前記ハロゲンガス及び窒素ガスを同じの一つの供給手段からチャンバの内部に供給することを特徴とする窒化金属膜作製方法。 In the method for producing a metal nitride film according to any one of [Claim 1] to [Claim 4],
A metal nitride film manufacturing method, characterized in that the halogen gas and nitrogen gas are supplied into the chamber from the same one supply means.
ハロゲンガスを供給した後に窒素ガスを供給することを特徴とする窒化金属膜作製方法。 In the metal nitride film manufacturing method according to [Claim 5] or [Claim 6],
A metal nitride film manufacturing method, wherein nitrogen gas is supplied after supplying halogen gas.
ハロゲンガスを供給した後に窒素ガスを供給する順序を交互に繰り返すことを特徴とする窒化金属膜作製方法。 In the metal nitride film manufacturing method according to [Claim 5] or [Claim 6],
A method for producing a metal nitride film, comprising alternately repeating the order of supplying nitrogen gas after supplying halogen gas.
ハロゲンガスと窒素ガスとを同時に供給することを特徴とする窒化金属膜作製方法。 In the metal nitride film manufacturing method according to [Claim 5] or [Claim 6],
A method for producing a metal nitride film, wherein a halogen gas and a nitrogen gas are supplied simultaneously.
前記ハロゲンガスプラズマまたは前記窒素ガスプラズマの少なくとも一方が誘導結合型プラズマであることを特徴とする窒化金属膜作製方法。 In the method for producing a metal nitride film according to any one of [Claim 1] to [Claim 9],
At least one of the halogen gas plasma and the nitrogen gas plasma is inductively coupled plasma.
前記ハロゲンガスプラズマまたは前記窒素ガスプラズマの少なくとも一方が容量結合型プラズマであることを特徴とする窒化金属膜作製方法。 In the method for producing a metal nitride film according to any one of [Claim 1] to [Claim 9],
At least one of the halogen gas plasma and the nitrogen gas plasma is a capacitively coupled plasma.
前記ハロゲンガスプラズマまたは前記窒素ガスプラズマの少なくとも一方が誘導結合型プラズマと容量結合型プラズマとからなるハイブリッドプラズマであることを特徴とする窒化金属膜作製方法。 In the method for producing a metal nitride film according to any one of [Claim 1] to [Claim 9],
A method for producing a metal nitride film, wherein at least one of the halogen gas plasma and the nitrogen gas plasma is a hybrid plasma comprising inductively coupled plasma and capacitively coupled plasma.
前記ハロゲンガスプラズマまたは前記窒素ガスプラズマの少なくとも一方が、予めチャンバの外部でプラズマ化されてチャンバ内に供給されたプラズマであることを特徴とする窒化金属膜作製方法。 In the method for producing a metal nitride film according to any one of [Claim 1] to [Claim 12],
At least one of the halogen gas plasma and the nitrogen gas plasma is a plasma that has been converted into plasma outside the chamber and supplied into the chamber in advance.
前記金属はタンタル、タングステン、チタン、シリコンからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属であることを特徴とする窒化金属膜作製方法。 In the method for producing a metal nitride film according to any one of [Claim 1] to [Claim 13],
The metal nitride film manufacturing method, wherein the metal is at least one metal selected from the group consisting of tantalum, tungsten, titanium, and silicon.
前記ハロゲンは塩素であることを特徴とする窒化金属膜作製方法。 In the method for producing a metal nitride film according to any one of [Claim 1] to [Claim 14],
A method for producing a metal nitride film, wherein the halogen is chlorine.
前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる金属製の被エッチング部材と、
前記基板と前記被エッチング部材との間に窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段と、
前記チャンバの内部をプラズマ化して窒素ガスプラズマを発生させ、当該窒素ガスプラズマで前記被エッチング部材をエッチングすることにより前記被エッチング部材に含まれる金属成分と窒素ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くすることにより金属窒化物である前記前駆体を基板に成膜させる温度制御手段とを備えたことを特徴とする窒化金属膜作製装置。 A chamber containing a substrate;
A metal member to be etched provided at a position facing the substrate in the chamber;
Nitrogen gas supply means for supplying nitrogen gas between the substrate and the member to be etched;
Plasma generation that generates nitrogen gas plasma by generating plasma inside the chamber and etching the member to be etched with the nitrogen gas plasma to generate a precursor of a metal component and nitrogen gas contained in the member to be etched. Means,
An apparatus for producing a metal nitride film, comprising: temperature control means for forming the precursor, which is a metal nitride, on the substrate by making the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched.
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成し、前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記基板と前記被エッチング部材との間にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記基板と前記被エッチング部材との間に窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段と、
前記チャンバの内部をプラズマ化してハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くさせる温度制御手段とを有し、
前記基板に金属窒化物を成膜することを特徴とする窒化金属膜作製装置。 A chamber containing a substrate;
A member to be etched, formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, and provided in a position facing the substrate in the chamber;
Halogen gas supply means for supplying a halogen gas between the substrate and the member to be etched;
Nitrogen gas supply means for supplying nitrogen gas between the substrate and the member to be etched;
Plasma generating means for generating halogen gas plasma and nitrogen gas plasma by plasmaizing the inside of the chamber;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
An apparatus for producing a metal nitride film, comprising depositing a metal nitride on the substrate.
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成し、前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記基板と前記被エッチング部材との間にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記基板と前記被エッチング部材との間に窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段と、
前記チャンバの内部をプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くさせる温度制御手段とを有し、
前記基板に金属窒化物を成膜することを特徴とする窒化金属膜作製装置。 A chamber containing a substrate;
A member to be etched, formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, and provided in a position facing the substrate in the chamber;
Halogen gas supply means for supplying a halogen gas between the substrate and the member to be etched;
Nitrogen gas supply means for supplying nitrogen gas between the substrate and the member to be etched;
Plasma generating means for generating halogen gas plasma by converting the inside of the chamber into plasma;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
An apparatus for producing a metal nitride film, comprising depositing a metal nitride on the substrate.
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成し、前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記基板と前記被エッチング部材との間にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記基板と前記被エッチング部材との間に窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段と、
前記チャンバの内部をプラズマ化してハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマを発生させ、前記ハロゲンガスプラズマで前記被エッチング部材をエッチングすることにより前記被エッチング部材に含まれる金属成分とハロゲンガスとの第1の前駆体を生成し、前記窒素ガスプラズマで前記被エッチング部材をエッチングすることにより前記被エッチング部材に含まれる金属成分と窒素ガスとの第2の前駆体を生成すると共に、ハロゲン化金属である前記第1の前駆体を前記窒素ガスプラズマにより金属窒化物である前記第2の前駆体に変化させるプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くすることにより、前記第1の前駆体の金属成分及び前記第2の前駆体を前記基板に成膜させると共に、成膜された前記金属成分を前記窒素ガスプラズマにより金属窒化物に変化させる温度制御手段とを有し、
前記基板に金属窒化物を成膜することを特徴とする窒化金属膜作製装置。 A chamber containing a substrate;
A member to be etched, formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, and provided in a position facing the substrate in the chamber;
Halogen gas supply means for supplying a halogen gas between the substrate and the member to be etched;
Nitrogen gas supply means for supplying nitrogen gas between the substrate and the member to be etched;
The inside of the chamber is turned into plasma to generate halogen gas plasma and nitrogen gas plasma, and the member to be etched is etched with the halogen gas plasma, whereby a first component of the metal component and halogen gas contained in the member to be etched is obtained. A precursor is generated, and a second precursor of a metal component and nitrogen gas contained in the member to be etched is generated by etching the member to be etched with the nitrogen gas plasma, and the metal halide is the metal halide. Plasma generating means for changing the first precursor to the second precursor which is a metal nitride by the nitrogen gas plasma;
By making the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched, the metal component of the first precursor and the second precursor are formed on the substrate, and the formed metal component And a temperature control means for changing the metal nitride into a metal nitride by the nitrogen gas plasma,
An apparatus for producing a metal nitride film, comprising depositing a metal nitride on the substrate.
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成し、前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記基板と前記被エッチング部材との間にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記基板と前記被エッチング部材との間に窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段と、
前記チャンバの内部をプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させ、前記ハロゲンガスプラズマで前記被エッチング部材をエッチングすることにより前記被エッチング部材に含まれる金属成分とハロゲンガスとの前駆体を生成し、ハロゲン化金属である前記前駆体を前記窒素ガスにより窒化して金属窒化物に変化させるプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くすることにより、前記前駆体の金属成分及び前記金属窒化物を前記基板に成膜させると共に、成膜された前記金属成分を前記窒素ガスにより金属窒化物に変化させる温度制御手段とを有し、
前記基板に金属窒化物を成膜することを特徴とする窒化金属膜作製装置。 A chamber containing a substrate;
A member to be etched, formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, and provided in a position facing the substrate in the chamber;
Halogen gas supply means for supplying a halogen gas between the substrate and the member to be etched;
Nitrogen gas supply means for supplying nitrogen gas between the substrate and the member to be etched;
The inside of the chamber is turned into plasma to generate halogen gas plasma, and the member to be etched is etched with the halogen gas plasma to generate a precursor of a metal component and a halogen gas contained in the member to be etched. Plasma generating means for nitriding the precursor which is a metal phosphide with the nitrogen gas to convert it into a metal nitride;
By making the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched, the metal component of the precursor and the metal nitride are formed on the substrate, and the formed metal component is formed by the nitrogen gas. Temperature control means for changing to metal nitride,
An apparatus for producing a metal nitride film, comprising depositing a metal nitride on the substrate.
前記ハロゲンガス供給手段及び前記窒素ガス供給手段は独立した供給手段であることを特徴とする窒化金属膜作製装置。 In the metal nitride film manufacturing apparatus according to any one of [Claim 17] to [Claim 20],
The metal nitride film manufacturing apparatus, wherein the halogen gas supply means and the nitrogen gas supply means are independent supply means.
前記ハロゲンガス供給手段及び窒素ガス供給手段を一体にして一つの供給手段から前記ハロゲンガス及び窒素ガスを供給することを特徴とする窒化金属膜作製装置。 In the metal nitride film manufacturing apparatus according to any one of [Claim 17] to [Claim 20],
An apparatus for producing a metal nitride film, wherein the halogen gas supply unit and the nitrogen gas supply unit are integrated to supply the halogen gas and the nitrogen gas from one supply unit.
更に、前記ハロゲンガス供給手段によりハロゲンガスを第1所定時間供給した後に前記窒素ガス供給手段により窒素ガスを第2所定時間供給するガス供給制御手段を更に備えたことを特徴とする窒化金属膜作製装置。 In the metal nitride film manufacturing apparatus according to [Claim 21] or [Claim 22],
The metal nitride film manufacturing method further comprises gas supply control means for supplying the nitrogen gas by the nitrogen gas supply means for a second predetermined time after the halogen gas is supplied by the halogen gas supply means for a first predetermined time. apparatus.
更に、前記ハロゲンガス供給手段によりハロゲンガスを第1所定時間供給した後に前記窒素ガス供給手段により窒素ガスを第2所定時間供給する順序を交互に繰り返すガス供給制御手段を備えたことを特徴とする窒化金属膜作製装置。 In the metal nitride film manufacturing apparatus according to [Claim 21] or [Claim 22],
The apparatus further comprises gas supply control means for alternately repeating the order of supplying nitrogen gas for a second predetermined time by the nitrogen gas supply means after the halogen gas is supplied by the halogen gas supply means for a first predetermined time. Metal nitride film production equipment.
更に、前記ハロゲンガスと前記窒素ガスとを同時に供給するガス供給制御手段を備えたことを特徴とする窒化金属膜作製装置。 In the metal nitride film manufacturing apparatus according to [Claim 21] or [Claim 22],
Furthermore, a metal nitride film manufacturing apparatus comprising gas supply control means for simultaneously supplying the halogen gas and the nitrogen gas.
前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる金属製の被エッチング部材と、
前記チャンバの外部に設けられ、窒素ガスをプラズマ化して窒素ガスプラズマを発生させると共に当該窒素ガスプラズマをチャンバ内に供給するプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くさせる温度制御手段とを有し、
前記基板に金属窒化物を成膜することを特徴とする窒化金属膜作製装置。 A chamber containing a substrate;
A metal member to be etched provided at a position facing the substrate in the chamber;
Plasma generating means provided outside the chamber, generating nitrogen gas plasma by converting nitrogen gas into plasma, and supplying the nitrogen gas plasma into the chamber;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
An apparatus for producing a metal nitride film, comprising depositing a metal nitride on the substrate.
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成し、前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記基板と前記被エッチング部材との間にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記チャンバの内部をプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させる第1のプラズマ発生手段と、
前記チャンバの外部に設けられ、窒素ガスをプラズマ化して窒素ガスプラズマを発生させると共に当該窒素ガスプラズマをチャンバ内に供給する第2のプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くさせる温度制御手段とを有し、
前記基板に金属窒化物を成膜することを特徴とする窒化金属膜作製装置。 A chamber containing a substrate;
A member to be etched, formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, and provided in a position facing the substrate in the chamber;
Halogen gas supply means for supplying a halogen gas between the substrate and the member to be etched;
First plasma generating means for generating halogen gas plasma by converting the inside of the chamber into plasma;
A second plasma generating means provided outside the chamber for generating nitrogen gas plasma by converting nitrogen gas into plasma, and supplying the nitrogen gas plasma into the chamber;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
An apparatus for producing a metal nitride film, comprising depositing a metal nitride on the substrate.
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成し、前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記基板と前記被エッチング部材との間に窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段と、
前記チャンバの内部をプラズマ化して窒素ガスプラズマを発生させる第1のプラズマ発生手段と、
前記チャンバの外部に設けられ、ハロゲンガスをプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させると共に当該ハロゲンガスプラズマをチャンバ内に供給する第2のプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くさせる温度制御手段とを有し、
前記基板に金属窒化物を成膜することを特徴とする窒化金属膜作製装置。 A chamber containing a substrate;
A member to be etched, formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, and provided in a position facing the substrate in the chamber;
Nitrogen gas supply means for supplying nitrogen gas between the substrate and the member to be etched;
First plasma generating means for generating nitrogen gas plasma by converting the inside of the chamber into plasma;
A second plasma generating means provided outside the chamber and generating halogen gas plasma by converting the halogen gas into plasma, and supplying the halogen gas plasma into the chamber;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
An apparatus for producing a metal nitride film, comprising depositing a metal nitride on the substrate.
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成し、前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記チャンバの外部に設けられ、ハロゲンガスおよび窒素ガスをプラズマ化してハロゲンガスプラズマおよび窒素ガスプラズマを発生させると共に当該ハロゲンガスプラズマおよび窒素ガスプラズマをチャンバ内に供給するプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くさせる温度制御手段とを有し、
前記基板に金属窒化物を成膜することを特徴とする窒化金属膜作製装置。 A chamber containing a substrate;
A member to be etched, formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, and provided in a position facing the substrate in the chamber;
Plasma generating means provided outside the chamber and generating halogen gas plasma and nitrogen gas plasma by converting the halogen gas and nitrogen gas into plasma, and supplying the halogen gas plasma and nitrogen gas plasma into the chamber;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
An apparatus for producing a metal nitride film, comprising depositing a metal nitride on the substrate.
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成し、前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記チャンバの外部に設けられ、ハロゲンガスをプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させると共に当該ハロゲンガスプラズマをチャンバ内に供給する第1のプラズマ発生手段と、
前記チャンバの外部に設けられ、窒素ガスをプラズマ化して窒素ガスプラズマを発生させると共に当該窒素ガスプラズマをチャンバ内に供給する第2のプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くさせる温度制御手段とを有し、
前記基板に金属窒化物を成膜することを特徴とする窒化金属膜作製装置。 A chamber containing a substrate;
A member to be etched, formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, and provided in a position facing the substrate in the chamber;
A first plasma generating means provided outside the chamber for generating halogen gas plasma by converting the halogen gas into plasma, and supplying the halogen gas plasma into the chamber;
A second plasma generating means provided outside the chamber for generating nitrogen gas plasma by converting nitrogen gas into plasma, and supplying the nitrogen gas plasma into the chamber;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
An apparatus for producing a metal nitride film, comprising depositing a metal nitride on the substrate.
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成し、前記チャンバ内において前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記チャンバの外部に設けられ、ハロゲンガスをプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させると共に当該ハロゲンガスプラズマをチャンバ内に供給するプラズマ発生手段と、
前記基板と前記被エッチング部材との間に窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くさせる温度制御手段とを有し、
前記基板に金属窒化物を成膜することを特徴とする窒化金属膜作製装置。 A chamber containing a substrate;
A member to be etched, formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide, and provided in a position facing the substrate in the chamber;
Plasma generating means provided outside the chamber, generating halogen gas plasma by converting the halogen gas into plasma, and supplying the halogen gas plasma into the chamber;
Nitrogen gas supply means for supplying nitrogen gas between the substrate and the member to be etched;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
An apparatus for producing a metal nitride film, comprising depositing a metal nitride on the substrate.
前記窒素ガス供給手段は、前記基板の周囲に配置されるリング状パイプのガス流路と、 当該ガス流路に設けられ窒素ガスを基板に向かって噴射するノズルとからなることを特徴とする窒化金属膜作製装置。 [Claim 16] to [Claim 25], [Claim 28], [Claim 31]
The nitrogen gas supply means includes a gas flow path of a ring-shaped pipe disposed around the substrate, and a nozzle that is provided in the gas flow path and injects nitrogen gas toward the substrate. Metal film production equipment.
前記窒素ガス供給手段は、前記基板の周囲に配置される導電体からなるリング状パイプのガス流路と、当該ガス流路に設けられ前記窒素ガスを基板に向かって噴射するノズルとからなると共に、給電により前記基板との間に容量結合型の窒素ガスプラズマを発生させることを特徴とする窒化金属膜作製装置。 In the metal nitride film production apparatus according to any one of [claim 16], [claim 17] or [claim 19],
The nitrogen gas supply means includes a gas flow path of a ring-shaped pipe made of a conductor disposed around the substrate, and a nozzle that is provided in the gas flow path and injects the nitrogen gas toward the substrate. An apparatus for producing a metal nitride film, wherein capacitively coupled nitrogen gas plasma is generated between the substrate and the substrate by feeding.
前記窒素ガス供給手段は、前記基板の周囲に配置される導電体からなるリング状パイプのガス流路と、当該ガス流路に設けられ前記窒素ガスを基板に向かって噴射するノズルとからなると共に、前記リング状パイプの周方向の少なくとも一箇所が絶縁されると共に、給電により前記基板との間に誘導結合型の窒素ガスプラズマを発生させることを特徴とする窒化金属膜作製装置。 In the metal nitride film production apparatus according to any one of [claim 16], [claim 17] or [claim 19],
The nitrogen gas supply means includes a gas flow path of a ring-shaped pipe made of a conductor disposed around the substrate, and a nozzle that is provided in the gas flow path and injects the nitrogen gas toward the substrate. An apparatus for producing a metal nitride film, wherein at least one portion in the circumferential direction of the ring-shaped pipe is insulated, and inductively coupled nitrogen gas plasma is generated between the substrate and the substrate by power feeding.
前記金属はタンタル、タングステン、チタン、シリコンからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属であることを特徴とする窒化金属膜作製装置。 [Claim 16] In the metal nitride film manufacturing apparatus according to any one of [Claim 34],
The metal nitride film manufacturing apparatus, wherein the metal is at least one metal selected from the group consisting of tantalum, tungsten, titanium, and silicon.
前記ハロゲンは塩素であることを特徴とする窒化金属膜作製装置。 In the metal nitride film manufacturing apparatus according to any one of [Claim 17] to [Claim 35],
The metal nitride film manufacturing apparatus, wherein the halogen is chlorine.
前記金属は銅であることを特徴とする窒化金属膜作製方法。 In the method for producing a metal nitride film according to any one of [Claim 1] to [Claim 15],
A metal nitride film manufacturing method, wherein the metal is copper.
前記金属は銅であることを特徴とする窒化金属膜作製装置。 [Claim 16] In the metal nitride film manufacturing apparatus according to any one of [Claim 36],
The metal nitride film manufacturing apparatus, wherein the metal is copper.
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