JP2006161071A - Apparatus and method for producing nitrided metal film, and nitrided metal film - Google Patents

Apparatus and method for producing nitrided metal film, and nitrided metal film Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitrided metal film; a production apparatus for the nitrided metal film; and a production method therefor. <P>SOLUTION: The method for forming the nitrided metal film 18 on a substrate 3 includes nitriding a tantalum component with nitrogen gas plasma obtained by converting nitrogen gas into plasma, when producing a precursor 17 of tantalum chloride gas by etching a member 14 made from tantalum to be etched in a chamber 1 which accommodates a substrate 3 mounted on a susceptor 2, with chlorine gas plasma 16 diluted with helium, by cooling the substrate 3 into a lower temperature than that of the member 14 and making the substrate 3 adsorb the precursor 17, and by reducing the adsorbed precursor 17 with the chlorine gas plasma to convert a tantalum component into a film on the substrate 3, wherein an atomic composition ratio N/M of nitrogen atoms to metallic atoms in the nitrided metal film 18 is controlled to a value larger than 0 but 1 or smaller, by controlling an amount of supplied nitrogen gas and controlling a flow ratio of nitrogen gas/halogen gas to a value more than 0 but 0.1 or less. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、窒化金属膜を作製する窒化金属膜作製装置、作製方法及び窒化金属膜に関し、当該窒化金属膜は、例えばトランジスタのゲート電極膜、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用いることができる。   The present invention relates to a metal nitride film manufacturing apparatus, a manufacturing method, and a metal nitride film for manufacturing a metal nitride film. It can be used as a surface treatment film of a chemical container that requires decoration and corrosion resistance.

近年、窒化金属膜は様々な分野で利用されており、例えばトランジスタのゲート電極膜として、また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用いられている。   In recent years, metal nitride films have been used in various fields, for example, as gate electrode films of transistors and as barrier metal films for the purpose of preventing copper diffusion in copper wirings such as LSIs.

これらの用途に用いる場合には、例えば仕事関数など様々な膜特性をコントロールした窒化金属膜とする必要があり、特性コントロールの手法として、例えば窒化金属膜における窒素原子と金属原子の原子組成比であるN/M比を制御する手法が挙げられる。   When used in these applications, it is necessary to use a metal nitride film in which various film characteristics such as work function are controlled. For example, the atomic composition ratio of nitrogen atoms to metal atoms in the metal nitride film can be used as a characteristic control technique. A method for controlling a certain N / M ratio can be mentioned.

更に、窒化金属膜の特性に影響を与える因子として、成膜温度や膜中に含まれる不純物量などが挙げられる。特に半導体などに用いられる窒化金属膜では、これらの因子に敏感であり、成膜温度を低温として成膜基板や膜自体などへのダメージを抑制したり、不純物量を少なくして膜の信頼性や膜特性の制御の容易性を向上させたりする必要がある。   Furthermore, factors affecting the characteristics of the metal nitride film include the film formation temperature and the amount of impurities contained in the film. In particular, metal nitride films used for semiconductors are sensitive to these factors, and the film deposition temperature is lowered to suppress damage to the film formation substrate and the film itself, and the amount of impurities is reduced to reduce film reliability. In addition, it is necessary to improve the controllability of film characteristics.

従来、窒化金属膜を作製する方法としては、化学的気相成長法(CVD法:下記、特許文献1を参照。)や反応性スパッタリング法などがある。CVD法は、有機金属ガスと還元ガスに窒素ガスを含有させ、これらのガスを例えばプラズマ化して励起することにより、基板上で反応させて、成膜される金属膜中に窒素原子を含有させる方法である。また、反応性スパッタリング法は、窒素ガスを含有させたスパッタリングガスにより金属ターゲットをスパッタリングし、成膜される金属膜中に窒素原子を含有させる方法である。   Conventionally, methods for forming a metal nitride film include a chemical vapor deposition method (CVD method: see Patent Document 1 below) and a reactive sputtering method. In the CVD method, an organic metal gas and a reducing gas contain nitrogen gas, and these gases are converted into plasma, for example, and excited to react, so that nitrogen atoms are contained in the metal film to be formed. Is the method. The reactive sputtering method is a method in which a metal target is sputtered with a sputtering gas containing nitrogen gas and nitrogen atoms are contained in the metal film to be formed.

しかしながら、CVD法は、有機金属ガスなどを成膜に用いるため、有機金属ガス中の炭素成分や水素成分などが不純物として窒化金属膜に含まれ、膜質が低下するおそれがある。通常、高温で成膜が行われるCVD法において、成膜温度による成膜基板や膜自体へのダメージを低減するために比較的低温で成膜した場合には、窒化金属膜に残留する不純物量が更に多くなり、この不純物が混入するおそれは特に問題となる。   However, since the CVD method uses an organic metal gas or the like for film formation, a carbon component, a hydrogen component, or the like in the organic metal gas is contained as an impurity in the metal nitride film, and the film quality may be deteriorated. Usually, in the CVD method in which film formation is performed at a high temperature, the amount of impurities remaining in the metal nitride film when the film is formed at a relatively low temperature in order to reduce damage to the film formation substrate and the film itself due to the film formation temperature. There is a particular problem that the amount of impurities increases and this impurity may be mixed.

また、CVD法では高温で成膜が行われ、熱平衡状態で成膜反応が進む結果、化学量論的に安定物質である窒化金属、例えば窒化タンタルでは窒素とタンタルが1:1の窒化金属の成膜が支配的となり、単に供給する窒素ガス量のコントロールのみではN/M比を制御(例えば、N/M比を1以下に制御)することが極めて困難であるという問題がある。   Further, in the CVD method, film formation is performed at a high temperature, and the film formation reaction proceeds in a thermal equilibrium state. As a result, a metal nitride that is a stoichiometrically stable material, for example, tantalum nitride has a 1: 1 ratio of nitrogen and tantalum. Film formation becomes dominant, and there is a problem that it is extremely difficult to control the N / M ratio (for example, to control the N / M ratio to 1 or less) only by controlling the amount of nitrogen gas supplied.

反応性スパッタリング法では、窒化金属膜を成膜する基板が成膜原理に由来して電気的損傷を受けるという問題や、下記特許文献1においても指摘されているとおり、段差被覆性(Step Coverage)が悪いため、複雑な形状への均一成膜が困難であるという問題がある。   In the reactive sputtering method, the substrate on which the metal nitride film is formed is electrically damaged due to the film formation principle, and as pointed out also in Patent Document 1 below, step coverage Therefore, there is a problem that uniform film formation in a complicated shape is difficult.

また、スパッタリングという物理的な成膜原理を利用しているため、金属(特に、高融点金属)の窒化反応は極めて反応性が乏しく、N/M比を自由に制御(例えば、N/M比を1以下に制御)した窒化金属膜を成膜することは極めて困難であるという問題や、安定した窒化反応ではないため膜質の信頼性が低下するというおそれがあった。   In addition, since the physical film forming principle called sputtering is used, the nitriding reaction of metals (particularly refractory metals) is extremely insensitive, and the N / M ratio can be freely controlled (for example, the N / M ratio). There is a problem that it is extremely difficult to form a metal nitride film in which the film quality is controlled to 1 or less, and there is a possibility that the reliability of the film quality is lowered because it is not a stable nitriding reaction.

これらの成膜方法に対して、本発明者らは、高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成された被エッチング部材をハロゲンガスプラズマによりエッチングしてハロゲン化金属からなる前駆体を生成し、基板付近で当該前駆体をハロゲンガスプラズマにより還元して金属成分を成膜する際に、窒素ガスプラズマにより金属成分を窒化することにより、窒化金属膜を成膜する方法を既に提案している(下記、特許文献2〜7を参照。)。   For these film formation methods, the present inventors etched a member to be etched formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide by halogen gas plasma to generate a precursor made of the metal halide. Have already proposed a method of forming a metal nitride film by nitriding a metal component with nitrogen gas plasma when the metal component is formed by reducing the precursor with halogen gas plasma in the vicinity of the substrate. (See Patent Documents 2 to 7 below.)

この窒化金属膜の成膜方法は、下記特許文献2〜7に記載されているとおり、不純物が含まれることによる膜質低下の問題や、複雑な形状への均一成膜が困難であるという問題を解決した成膜方法であり、その成膜原理から成膜基板や膜自体が電気的損傷を受けるというおそれはない成膜方法である。   As described in the following Patent Documents 2 to 7, this metal nitride film forming method has a problem of deterioration of film quality due to inclusion of impurities and a problem that it is difficult to uniformly form a complicated shape. This is a solved film formation method, and there is no fear that the film formation substrate or the film itself is electrically damaged from the film formation principle.

特開平5−47707号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-47707 特開2004−197192号公報JP 2004-197192 A 特開2004−83945号公報JP 2004-83945 A 特開2004−83946号公報JP 2004-83946 A 特開2003−213423号公報JP 2003-213423 A 特開2003−247071号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-247071 特開2004−197196号公報JP 2004-197196 A 特開2004−200560号公報JP 2004-200560 A

しかしながら、上記特許文献2〜7に記載されている成膜方法は、主としてバリアメタルとして用いる窒化金属膜を成膜する例や窒化金属膜を付着防止膜として成膜する例などであり、このため成膜される窒化金属膜のN/M比については考慮されていなかった。   However, the film forming methods described in Patent Documents 2 to 7 are examples of forming a metal nitride film mainly used as a barrier metal and examples of forming a metal nitride film as an adhesion preventing film. The N / M ratio of the metal nitride film to be formed was not considered.

これは、窒化金属膜をバリアメタルとして用いる場合には、膜の金属拡散防止性、緻密性、基板に対する密着性などが窒化金属膜に要求される膜特性とされており、これらの膜特性は、チャンバ内の圧力制御、成膜温度の制御、プラズマ条件、チャンバ内に供給するガスの流体力学的な検討や窒化金属膜と金属膜との積層形態の検討などで達成されていたためである。   This is because when a metal nitride film is used as a barrier metal, the metal diffusion preventing property, the denseness, the adhesion to the substrate, etc. of the film are the film characteristics required for the metal nitride film. This is because it has been achieved by controlling the pressure in the chamber, controlling the film formation temperature, plasma conditions, hydrodynamics of the gas supplied into the chamber, and examining the laminated form of the metal nitride film and the metal film.

また、窒化金属膜を成膜する際に、窒素ガスを窒素源として供給するのではなく、被エッチング部材の一部を固体窒化物として窒素源とした例も提案している(上記、特許文献8)。   In addition, when forming a metal nitride film, an example is proposed in which nitrogen gas is not supplied as a nitrogen source but a part of the member to be etched is used as a solid nitride as a nitrogen source (see the above-mentioned patent document). 8).

この成膜方法は、被エッチング部材を高蒸気圧ハロゲン化物を形成しうる金属の部分と固体窒化物の部分とから構成し、ハロゲンガスプラズマにより被エッチング部材のうち金属部分をエッチングしてハロゲン化金属からなる前駆体を形成すると共に、固体窒化物の部分をエッチングして窒素ラジカルを生成することにより、当該窒素ラジカルを成膜に関与させて窒化金属膜を成膜するという方法である。   In this film forming method, a member to be etched is composed of a metal portion capable of forming a high vapor pressure halide and a solid nitride portion, and the metal portion of the member to be etched is halogenated by etching with a halogen gas plasma. This is a method of forming a metal nitride film by forming a precursor made of metal and etching a solid nitride portion to generate nitrogen radicals so that the nitrogen radicals are involved in film formation.

しかしながら、この成膜方法では、被エッチング部材を複数のパーツから作製するため、被エッチング部材自体の作製が困難であるという問題や、チャンバ内の気密性が保てないおそれ、また各パーツによりエッチングの反応性が異なることによるN/M比の制御が難しいという問題がある。   However, in this film forming method, since the member to be etched is manufactured from a plurality of parts, there is a problem that it is difficult to manufacture the member to be etched itself, there is a fear that the airtightness in the chamber cannot be maintained, and etching is performed by each part. There is a problem that it is difficult to control the N / M ratio due to the difference in reactivity.

また、固体窒化物、例えば窒化珪素(SiN)をエッチングすることにより珪素などの不純物も生成するため、窒化金属膜に不純物が混入される問題や、被エッチング部材における固体窒化物の部分と金属の部分の構成比を自由に変更することができないため、自由にN/M比を制御することができない問題もある。   Further, etching of solid nitride, for example, silicon nitride (SiN) also generates impurities such as silicon, so that there is a problem that impurities are mixed into the metal nitride film, and the portion of the solid nitride in the member to be etched and the metal There is also a problem that the N / M ratio cannot be freely controlled because the component ratio of the portion cannot be freely changed.

本発明は、上記状況に鑑みてなされたもので、不純物混入のおそれや高温での成膜による窒化金属膜へのダメージをなくすと共に、N/M比を自由に制御した窒化金属膜、例えばN/M比を0より大きく1以下に制御した窒化金属膜、及び該窒化金属膜を作製する窒化金属膜作製装置及び作製方法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 eliminates the possibility of contamination by impurities and damage to the metal nitride film due to film formation at a high temperature, and also has a N / M ratio freely controlled. It is an object of the present invention to provide a metal nitride film in which the / M ratio is controlled to be greater than 0 and 1 or less, and a metal nitride film production apparatus and production method for producing the metal nitride film.

上記課題を解決する第1の発明(請求項1に対応)に係る窒化金属膜作成装置は、
基板が収容されるチャンバと、前記基板を載置する支持台と、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成され、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、
前記チャンバに窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段と、
前記ハロゲンガス及び窒素ガス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する温度制御手段とを有し、
前記ハロゲンガスプラズマにより前記被エッチング部材をエッチングしてハロゲン化金属からなる前駆体を生成し、当該前駆体の金属成分を前記基板に成膜する際に前記窒素ガスプラズマにより前記金属成分を窒化して、前記基板に窒化金属膜を成膜する窒化金属膜作製装置において、
前記窒化金属膜の窒素原子と金属原子の原子組成比であるN/M比が所定値となるように、前記窒素ガスの供給量を制御するガス供給量制御手段を設けたことを特徴とする窒化金属膜作製装置である。
A metal nitride film forming apparatus according to a first invention (corresponding to claim 1) that solves the above-described problem,
A chamber in which the substrate is accommodated, a support base on which the substrate is placed,
A member to be etched formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide and provided at a position facing the substrate;
Halogen gas supply means for supplying halogen gas to the chamber;
Nitrogen gas supply means for supplying nitrogen gas to the chamber;
Plasma generating means for generating halogen gas plasma and nitrogen gas plasma by converting the halogen gas and nitrogen gas into plasma;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
The member to be etched is etched with the halogen gas plasma to generate a precursor made of a metal halide, and the metal component is nitrided with the nitrogen gas plasma when the metal component of the precursor is formed on the substrate. In the metal nitride film manufacturing apparatus for forming a metal nitride film on the substrate,
Gas supply amount control means for controlling the supply amount of the nitrogen gas is provided so that an N / M ratio, which is an atomic composition ratio between nitrogen atoms and metal atoms of the metal nitride film, becomes a predetermined value. This is a metal nitride film manufacturing apparatus.

N/M比を自由に制御した窒化金属膜を成膜可能であることは、例えば仕事関数を自由に制御した窒化金属膜を成膜可能であることを意味する。したがって、例えばトランジスタのゲート電極に仕事関数を自由に制御した窒化金属膜を適用して、トランジスタ構造やトランジスタ特性によらずに最適なトランジスタを製造する。   The ability to form a metal nitride film whose N / M ratio is freely controlled means that, for example, a metal nitride film whose work function is freely controlled can be formed. Therefore, for example, by applying a metal nitride film whose work function is freely controlled to the gate electrode of the transistor, an optimum transistor is manufactured regardless of the transistor structure and transistor characteristics.

第2の発明(請求項2に対応)は、
第1の発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記チャンバの上面は絶縁部材により密閉され、
前記プラズマ発生手段は、前記絶縁部材の外方に配設した平面状コイルと当該コイルに給電する電源部とからなり、
前記被エッチング部材は、前記基板と前記絶縁部材との間に設置され、前記前駆体が前記基板に供給されうる形状に形成されたことを特徴とする窒化金属膜作製装置である。
The second invention (corresponding to claim 2)
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to the first invention,
The upper surface of the chamber is sealed with an insulating member,
The plasma generating means comprises a planar coil disposed outside the insulating member and a power supply unit for supplying power to the coil.
The member to be etched is an apparatus for producing a metal nitride film, wherein the member to be etched is disposed between the substrate and the insulating member, and is formed in a shape that allows the precursor to be supplied to the substrate.

前駆体が前記基板に供給されうる形状に形成された被エッチング部材としては、例えば基板と絶縁部材との間におけるチャンバの径方向に延びると共に平面状コイル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周方向に複数配置した棒部材からなる構造や、格子状、網目状などの構造が挙げられる。また、スリット状の切欠部(空間)を有する被エッチング部材でもよい。   The member to be etched formed in such a shape that the precursor can be supplied to the substrate, for example, extends in the radial direction of the chamber between the substrate and the insulating member and is discontinuous with respect to the flow direction of the current flowing in the planar coil. Examples include a structure composed of a plurality of rod members arranged in the circumferential direction so as to be in a state, and a structure such as a lattice shape or a mesh shape. Moreover, the to-be-etched member which has a slit-shaped notch part (space) may be sufficient.

第3の発明(請求項3に対応)は、
第1の発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記チャンバの上面は前記被エッチング部材により密閉され、
前記プラズマ発生手段は、前記チャンバの周囲に巻回したコイルと当該コイルに給電する電源部とからなることを特徴とする窒化金属膜作製装置である。
The third invention (corresponding to claim 3)
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to the first invention,
The upper surface of the chamber is sealed by the member to be etched,
The plasma generating means is a metal nitride film manufacturing apparatus comprising a coil wound around the chamber and a power supply unit for supplying power to the coil.

第4の発明(請求項4に対応)は、
第1の発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記支持台はアースされ、
前記チャンバの上面は前記被エッチング部材により密閉され、
前記プラズマ発生手段は、前記被エッチング部材と前記被エッチング部材に給電する電源部と前記アースされた支持台とからなり、前記被エッチング部材と前記支持台との間に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である。
The fourth invention (corresponding to claim 4)
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to the first invention,
The support is grounded;
The upper surface of the chamber is sealed by the member to be etched,
The plasma generating means includes the member to be etched, a power supply unit that supplies power to the member to be etched, and the grounded support base, and generates gas plasma between the member to be etched and the support base. This is a feature of a metal nitride film manufacturing apparatus.

被エッチング部材自身をプラズマ発生用の電極として用いることにより、チャンバの上部や、筒部の周囲におけるプラズマアンテナを不要とし、装置周囲の構成の自由度を増加させる。   By using the member to be etched itself as an electrode for plasma generation, a plasma antenna in the upper part of the chamber and around the cylindrical part is not required, and the degree of freedom of configuration around the apparatus is increased.

第5の発明(請求項5に対応)は、
第1の発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記被エッチング部材は、前記チャンバを上下の室に仕切るように設けられると共に上室から下室に連通する穴を有し、
前記ハロゲンガス供給手段は、前記上室に設けられ、
前記窒素ガス供給手段は、前記下室に設けられ、
前記プラズマ発生手段は、前記上室及び前記下室にそれぞれ設けられることを特徴とする窒化金属膜作製装置である。
The fifth invention (corresponding to claim 5)
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to the first invention,
The member to be etched is provided to partition the chamber into upper and lower chambers and has a hole communicating from the upper chamber to the lower chamber,
The halogen gas supply means is provided in the upper chamber,
The nitrogen gas supply means is provided in the lower chamber,
The plasma generating means is a metal nitride film manufacturing apparatus provided in each of the upper chamber and the lower chamber.

第6の発明(請求項6に対応)は、
第1の発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記チャンバの内部において前記支持台を昇降させる、昇降駆動手段を有することを特徴とする窒化金属膜作製装置である。
The sixth invention (corresponding to claim 6)
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to the first invention,
An apparatus for producing a metal nitride film, comprising elevating drive means for elevating and lowering the support base inside the chamber.

第7の発明(請求項7に対応)は、
第1の発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記プラズマ発生手段は、前記チャンバ本体の外部にて外部プラズマ発生手段として構成され、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、前記外部プラズマ発生手段に前記ハロゲンガス及び前記窒素ガスを供給し、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記外部プラズマ発生手段により、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記被エッチング部材の近傍に供給されることを特徴とする窒化金属膜作製装置である。
The seventh invention (corresponding to claim 7)
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to the first invention,
The plasma generation means is configured as an external plasma generation means outside the chamber body, and the halogen gas supply means and the nitrogen gas supply means supply the halogen gas and the nitrogen gas to the external plasma generation means. ,
In the metal nitride film manufacturing apparatus, the halogen gas plasma and the nitrogen gas plasma are previously converted into plasma outside the chamber body by the external plasma generating means and supplied to the vicinity of the member to be etched. is there.

第8の発明(請求項8に対応)は、
第1の発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記チャンバの上面は前記被エッチング部材により密閉され、
前記プラズマ発生手段は、前記チャンバに連通する筒状の通路と当該筒状の通路の周囲に巻回したコイルと当該コイルに給電する電源部とからなり、チャンバ本体の外部に設置された外部プラズマ発生手段として構成され、
前記ハロゲンガス供給手段は、前記筒状の通路にハロゲンガスを供給し、
前記窒素ガス供給手段は、前記筒状の通路に窒素ガスを供給し、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記外部プラズマ発生手段により、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記被エッチング部材の近傍に供給されるプラズマであることを特徴とする窒化金属膜作製装置である。
The eighth invention (corresponding to claim 8)
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to the first invention,
The upper surface of the chamber is sealed by the member to be etched,
The plasma generating means includes a cylindrical passage communicating with the chamber, a coil wound around the cylindrical passage, and a power supply unit that supplies power to the coil, and is an external plasma installed outside the chamber body. Configured as a generating means,
The halogen gas supply means supplies halogen gas to the cylindrical passage,
The nitrogen gas supply means supplies nitrogen gas to the cylindrical passage,
The halogen gas plasma and the nitrogen gas plasma are plasmas that are preliminarily converted into plasma outside the chamber body by the external plasma generating means and are supplied to the vicinity of the member to be etched. It is a manufacturing device.

チャンバと隔絶した外部プラズマ発生手段において、ガスプラズマを発生させることにより、基板が直接、プラズマに晒されるおそれを抑制して、プラズマによる損傷を抑制する。例えば、既に別材料の膜が成膜された基板に更に成膜を行う場合などには、既に成膜された材料の膜を損傷させることなく第2の成膜が可能である。   By generating gas plasma in the external plasma generation means isolated from the chamber, the risk of the substrate being directly exposed to the plasma is suppressed, and the plasma damage is suppressed. For example, in the case where film formation is further performed on a substrate on which a film of another material has already been formed, the second film formation can be performed without damaging the film of the material already formed.

第9の発明(請求項9に対応)は、
第1ないし第8のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記基板とほぼ同じ高さにおける前記チャンバの側壁に設けられる第2の外部プラズマ発生手段を有し、前記窒素ガス供給手段は前記第2の外部プラズマ発生手段に前記窒素ガスを供給し、
前記窒素ガスプラズマは、前記第2の外部プラズマ発生手段により、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記チャンバの内部における前記基板の上面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装置である。
The ninth invention (corresponding to claim 9)
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to any one of the first to eighth inventions,
A second external plasma generation unit provided on a side wall of the chamber at substantially the same height as the substrate; the nitrogen gas supply unit supplies the nitrogen gas to the second external plasma generation unit;
The nitrogen gas plasma is plasma that has been converted into plasma by the second external plasma generating means in advance outside the chamber body and supplied to the upper surface of the substrate inside the chamber. This is a metal film manufacturing apparatus.

第10の発明(請求項10に対応)は、
第1ないし第8のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記基板とほぼ同じ高さにおける前記チャンバの側壁に設けられ、前記チャンバに連通する筒状の通路と当該筒状の通路の周囲に巻回したコイルと当該コイルに給電する電源部とからなる第2の外部プラズマ発生手段を有し、
前記窒素ガス供給手段は、前記筒状の通路に窒素ガスを供給し、
前記窒素ガスプラズマは、前記第2の外部プラズマ発生手段により、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記チャンバの内部における前記基板の上面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装置である。
The tenth invention (corresponding to claim 10)
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to any one of the first to eighth inventions,
A first passage is provided on a side wall of the chamber at substantially the same height as the substrate, and includes a cylindrical passage communicating with the chamber, a coil wound around the cylindrical passage, and a power supply unit that supplies power to the coil. Two external plasma generating means,
The nitrogen gas supply means supplies nitrogen gas to the cylindrical passage,
The nitrogen gas plasma is plasma that has been converted into plasma by the second external plasma generating means in advance outside the chamber body and supplied to the upper surface of the substrate inside the chamber. This is a metal film manufacturing apparatus.

基板とほぼ同じ高さに設置した外部プラズマ発生手段から窒素ガスを窒素ガスプラズマとして基板の上面に供給することにより、窒素ラジカルによる被エッチング部材の不動態化のおそれをなくす。これにより、N/M比をさらに精度よく制御した窒化金属膜を成膜する。   By supplying nitrogen gas as nitrogen gas plasma to the upper surface of the substrate from an external plasma generating means installed at almost the same height as the substrate, there is no risk of passivation of the member to be etched by nitrogen radicals. Thereby, a metal nitride film in which the N / M ratio is controlled with higher accuracy is formed.

また、窒素ガスプラズマを基板の上面に供給する構成とすることにより、基板付近における窒化反応の発生率が高くなると考えられる。したがって、比較的N/M比が高い窒化金属膜を効率よく成膜したい場合に有利である。   Further, it is considered that the generation rate of the nitriding reaction in the vicinity of the substrate is increased by adopting a configuration in which nitrogen gas plasma is supplied to the upper surface of the substrate. Therefore, it is advantageous when it is desired to efficiently form a metal nitride film having a relatively high N / M ratio.

第11の発明(請求項11に対応)は、
第1ないし第10のいずれか発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記N/M比は、0より大きく1以下であることを特徴とする窒化金属膜作製装置である。
The eleventh invention (corresponding to claim 11) is
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to any one of the first to tenth inventions,
The N / M ratio is a metal nitride film forming apparatus characterized in that the N / M ratio is greater than 0 and 1 or less.

第12の発明(請求項12に対応)は、
第1ないし第11のいずれか発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記ガス供給量制御手段により制御される窒素ガスの供給量は、前記ハロゲンガスの供給量との比である窒素ガス/ハロゲンガス流量比が0より大きく0.1以下であることを特徴とする窒化金属膜作製装置である。
The twelfth invention (corresponding to claim 12)
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to any one of the first to eleventh inventions,
The supply amount of nitrogen gas controlled by the gas supply amount control means is such that a nitrogen gas / halogen gas flow rate ratio, which is a ratio to the supply amount of the halogen gas, is greater than 0 and less than or equal to 0.1. This is a metal nitride film manufacturing apparatus.

窒素ガス/ハロゲンガス流量比は、0より大きく0.05以下、0より大きく0.03以下の範囲で制御してもよい。窒素ガス/ハロゲンガス流量比を0.1以下、0.05以下または0.03以下で制御することによりN/M比を0より大きく1以下に自由に制御した窒化金属膜を成膜する。特に、窒素ガス/ハロゲンガス流量比を0.005以上、0.025以下の範囲内で制御することにより、窒素ガス/ハロゲンガス流量比とN/M比の直線的な対応関係を利用して、N/M比の精度を高めた成膜を行う。   The flow rate ratio of nitrogen gas / halogen gas may be controlled in the range of greater than 0 to 0.05 or less and greater than 0 to 0.03 or less. By controlling the flow rate ratio of nitrogen gas / halogen gas to 0.1 or less, 0.05 or less, or 0.03 or less, a metal nitride film in which the N / M ratio is freely controlled to be greater than 0 and 1 or less is formed. In particular, by controlling the nitrogen gas / halogen gas flow rate ratio within the range of 0.005 or more and 0.025 or less, the linear correspondence relationship between the nitrogen gas / halogen gas flow rate ratio and the N / M ratio can be utilized. Film formation is performed with high accuracy of the ratio.

第13の発明(請求項13に対応)は、
第1ないし第12のいずれか発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記ガス供給量制御手段は、成膜工程中に、前記窒素ガスの供給量と前記ハロゲンガスの供給量との比である窒素ガス/ハロゲンガス流量比を変更する機能を有し、
前記基板に成膜される窒化金属膜は、膜内部でN/M比が変化した窒化金属膜であることを特徴とする窒化金属膜作製装置である。
The thirteenth invention (corresponding to claim 13)
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to any one of the first to twelfth inventions,
The gas supply amount control means has a function of changing a nitrogen gas / halogen gas flow rate ratio, which is a ratio between the supply amount of the nitrogen gas and the supply amount of the halogen gas, during the film forming step,
The metal nitride film forming apparatus is characterized in that the metal nitride film formed on the substrate is a metal nitride film whose N / M ratio is changed inside the film.

窒化金属膜の窒素成分をガス状態として供給するという有利な特徴を利用して、窒素ガス流量を自由に制御することにより、例えば窒素ラジカル成分を固体窒化物から得るような成膜原理では実現不可能な、膜内部でN/M比が変化した窒化金属膜を成膜する。   By utilizing the advantageous feature of supplying the nitrogen component of the metal nitride film as a gas state, the flow rate of the nitrogen gas is freely controlled, so that it cannot be realized by a film forming principle in which, for example, the nitrogen radical component is obtained from solid nitride. A metal nitride film having a changeable N / M ratio inside the film is formed.

第14の発明(請求項14に対応)は、
第1ないし第13のいずれか発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属は、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、バナジウム、ニオブ、ジルコニウム又はハフニウムのいずれか一種であることを特徴とする窒化金属膜作製装置である。
The fourteenth invention (corresponding to claim 14)
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to any one of the first to thirteenth inventions,
The metal capable of generating the high vapor pressure halide is any one of tantalum, titanium, tungsten, molybdenum, vanadium, niobium, zirconium, and hafnium.

第15の発明(請求項15に対応)は、
第1ないし第14のいずれか発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記ハロゲンガスは、塩素ガスであることを特徴とする窒化金属膜作製装置である。
The fifteenth invention (corresponding to claim 15)
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to any one of the first to fourteenth inventions,
The metal nitride film manufacturing apparatus is characterized in that the halogen gas is chlorine gas.

ハロゲンガスとしては他に、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、ハロゲンガスは希釈されることが望ましく、ハロゲンガス濃度が50%以下、好ましくは10%程度に希釈する。このとき、ハロゲンガスを希釈するガスとしては、ヘリウムガス、アルゴンガスなどが挙げられる。 Besides the halogen gas, fluorine (F 2 ), bromine (Br 2 ), iodine (I 2 ), and the like can be applied. The halogen gas is desirably diluted, and the halogen gas concentration is diluted to 50% or less, preferably about 10%. At this time, helium gas, argon gas, etc. are mentioned as gas which dilutes halogen gas.

第16の発明(請求項16に対応)は、
第1ないし第15のいずれか発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段の代わりに、酸素又は炭素を供給する酸素供給手段又は炭素供給手段を有し、前記基板に酸化又は炭化金属膜を成膜することを特徴とする酸化又は炭化金属膜作製装置。
The sixteenth invention (corresponding to claim 16)
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to any one of the first to fifteenth inventions,
Instead of the nitrogen gas supply means for supplying the nitrogen gas, an oxygen supply means or a carbon supply means for supplying oxygen or carbon is provided, and an oxidation or metal carbide film is formed on the substrate. Metal carbide film production equipment.

上記課題を解決する第17の発明(請求項17に対応)に係る窒化金属膜作成方法は、
基板を支持台に載置してチャンバに収容し、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成され、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を、ハロゲンガスをプラズマ化して得られるハロゲンガスプラズマによりエッチングしてハロゲン化金属からなる前駆体を生成し、
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して前記前駆体の金属成分を前記基板に成膜する際に、窒素ガスをプラズマ化して得られる窒素ガスプラズマにより前記金属成分を窒化して、前記基板に窒化金属膜を成膜する窒化金属膜作製方法において、
前記窒化金属膜の窒素原子と金属原子の原子組成比であるN/M比が所定値となるように、前記窒素ガスの供給量を制御することを特徴とする窒化金属膜作製方法である。
A metal nitride film forming method according to a seventeenth invention (corresponding to claim 17) for solving the above-mentioned problems is
Place the substrate on the support and place it in the chamber,
A precursor made of a metal halide formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide and etched with a halogen gas plasma obtained by plasmaizing a halogen gas into a member to be etched provided at a position facing the substrate. Produces
When the temperature of the substrate is made lower than the temperature of the member to be etched and the metal component of the precursor is formed on the substrate, the metal component is nitrided by nitrogen gas plasma obtained by converting nitrogen gas into plasma. In the metal nitride film manufacturing method of forming a metal nitride film on the substrate,
In the metal nitride film manufacturing method, the supply amount of the nitrogen gas is controlled so that an N / M ratio, which is an atomic composition ratio between nitrogen atoms and metal atoms of the metal nitride film, becomes a predetermined value.

第18の発明(請求項18に対応)は、
第17の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記チャンバの上面を密封する絶縁部材の外方に配設した平面状コイルからの電磁波により、前記ハロゲンガス及び前記窒素ガスをプラズマ化して得られ、
前記被エッチング部材は、前記基板と前記絶縁部材との間に設置され、前記前駆体が前記基板に供給されうる形状に形成されたことを特徴とする窒化金属膜作製方法である。
The eighteenth invention (corresponding to claim 18)
In the metal nitride film manufacturing method according to the seventeenth invention,
The halogen gas plasma and the nitrogen gas plasma are obtained by converting the halogen gas and the nitrogen gas into plasma by electromagnetic waves from a planar coil disposed outside the insulating member that seals the upper surface of the chamber.
The metal nitride film manufacturing method is characterized in that the member to be etched is disposed between the substrate and the insulating member, and is formed into a shape that allows the precursor to be supplied to the substrate.

第19の発明(請求項19に対応)は、
第17の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記チャンバは、上面を前記被エッチング部材により密閉され、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記チャンバの周囲に巻回したコイルからの電磁波により、前記ハロゲンガス及び前記窒素ガスをプラズマ化して得られることを特徴とする窒化金属膜作製方法である。
The nineteenth invention (corresponding to claim 19) is
In the metal nitride film manufacturing method according to the seventeenth invention,
The chamber has an upper surface sealed by the member to be etched,
The halogen gas plasma and the nitrogen gas plasma are obtained by converting the halogen gas and the nitrogen gas into plasma by electromagnetic waves from a coil wound around the chamber.

第20の発明(請求項20に対応)は、
第17の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記支持台は、アースされ、
前記チャンバは、上面を前記被エッチング部材により密閉され、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記被エッチング部材と前記支持台との間に発生する電場により、前記ハロゲンガス及び前記窒素ガスをプラズマ化して得られることを特徴とする窒化金属膜作製方法である。
The twentieth invention (corresponding to claim 20) is
In the metal nitride film manufacturing method according to the seventeenth invention,
The support is grounded;
The chamber has an upper surface sealed by the member to be etched,
The method of producing a metal nitride film, wherein the halogen gas plasma and the nitrogen gas plasma are obtained by converting the halogen gas and the nitrogen gas into plasma by an electric field generated between the member to be etched and the support base. It is.

第21の発明(請求項21に対応)は、
第17の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記被エッチング部材は、前記チャンバを上下の室に仕切るように設けられると共に上室から下室に連通する穴を有し、
前記ハロゲンガスプラズマは、前記上室にて発生させ、
前記窒素ガスプラズマは、前記下室にて発生させることを特徴とする窒化金属膜作製方法である。
The twenty-first invention (corresponding to claim 21)
In the metal nitride film manufacturing method according to the seventeenth invention,
The member to be etched is provided to partition the chamber into upper and lower chambers and has a hole communicating from the upper chamber to the lower chamber,
The halogen gas plasma is generated in the upper chamber,
In the method of manufacturing a metal nitride film, the nitrogen gas plasma is generated in the lower chamber.

第22の発明(請求項22に対応)は、
第17の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記チャンバの内部において前記支持台を昇降させながら成膜することを特徴とする窒化金属膜作製方法である。
The twenty-second invention (corresponding to claim 22)
In the metal nitride film manufacturing method according to the seventeenth invention,
The metal nitride film manufacturing method is characterized in that a film is formed while raising and lowering the support base in the chamber.

第23の発明(請求項23に対応)は、
第17の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記被エッチング部材の近傍に供給されることを特徴とする窒化金属膜作製方法である。
The twenty-third invention (corresponding to claim 23)
In the metal nitride film manufacturing method according to the seventeenth invention,
In the method of manufacturing a metal nitride film, the halogen gas plasma and the nitrogen gas plasma are preliminarily converted into plasma outside the chamber body and supplied to the vicinity of the member to be etched.

第24の発明(請求項24に対応)は、
第17の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記チャンバは、上面を前記被エッチング部材により密閉され、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記チャンバに連通する筒状の通路の周囲に巻回したコイルからの電磁波により、前記通路の内部に供給されるハロゲンガス及び窒素ガスをプラズマ化することにより、予め前記チャンバの外部でプラズマ化されて、前記被エッチング部材の近傍に供給されるプラズマであることを特徴とする窒化金属膜作製方法である。
The twenty-fourth invention (corresponding to claim 24)
In the metal nitride film manufacturing method according to the seventeenth invention,
The chamber has an upper surface sealed by the member to be etched,
The halogen gas plasma and the nitrogen gas plasma are converted into plasma by halogen gas and nitrogen gas supplied to the inside of the passage by electromagnetic waves from a coil wound around a cylindrical passage communicating with the chamber. A method for producing a metal nitride film, characterized in that the plasma is plasmanized outside the chamber in advance and supplied to the vicinity of the member to be etched.

第25の発明(請求項25に対応)は、
第17ないし第24のいずれか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は、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記チャンバの内部における前記基板の上面に供給されるプラズマであることを特徴とする窒化金属膜作製方法である。
The twenty-fifth invention (corresponding to claim 25)
In the metal nitride film manufacturing method according to any one of the seventeenth to twenty-fourth inventions,
The method of producing a metal nitride film, wherein the nitrogen gas plasma is plasma that is preliminarily converted into plasma outside the chamber body and supplied to the upper surface of the substrate inside the chamber.

第26の発明(請求項26に対応)は、
第17ないし第24のいずれか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は、前記基板とほぼ同じ高さにおける前記チャンバの側壁に設けられ、前記チャンバに連通する筒状の通路の周囲に巻回したコイルからの電磁波により、前記通路の内部に供給される窒素ガスをプラズマ化することにより、予め前記チャンバの外部でプラズマ化されて、前記チャンバの内部における前記基板の上面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である。
The twenty-sixth invention (corresponding to claim 26)
In the metal nitride film manufacturing method according to any one of the seventeenth to twenty-fourth inventions,
The nitrogen gas plasma is provided on the side wall of the chamber at substantially the same height as the substrate, and is supplied to the inside of the passage by electromagnetic waves from a coil wound around a cylindrical passage communicating with the chamber. The method is a metal nitride film manufacturing method characterized in that the nitrogen gas is plasmatized in advance outside the chamber and supplied to the upper surface of the substrate inside the chamber.

第27の発明(請求項27に対応)は、
第17ないし第26のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記N/M比は、0より大きく1以下であることを特徴とする窒化金属膜作製方法である。
The twenty-seventh invention (corresponding to claim 27)
In the metal nitride film manufacturing method according to any one of the seventeenth to twenty-sixth inventions,
The N / M ratio is a method for producing a metal nitride film, wherein the N / M ratio is greater than 0 and 1 or less.

第28の発明(請求項28に対応)は、
第17ないし第27のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記窒素ガスの供給量は、前記ハロゲンガスの供給量との比である窒素ガス/ハロゲンガス流量比が0より大きく0.1以下であることを特徴とする窒化金属膜作製方法である。
The twenty-eighth invention (corresponding to claim 28)
In the metal nitride film manufacturing method according to any one of the seventeenth to twenty-seventh inventions,
The supply amount of the nitrogen gas is a metal nitride film manufacturing method characterized in that a nitrogen gas / halogen gas flow rate ratio, which is a ratio to the supply amount of the halogen gas, is greater than 0 and 0.1 or less.

第29の発明(請求項29に対応)は、
第17ないし第28のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製方法において、
成膜工程中に、前記窒素ガスの供給量と前記ハロゲンガスの供給量との比である窒素ガス/ハロゲンガス流量比を変更して、膜内部でN/M比が変化した窒化金属膜を成膜することを特徴とする窒化金属膜作製方法である。
The twenty-ninth invention (corresponding to claim 29)
In the metal nitride film manufacturing method according to any one of the seventeenth to twenty-eighth inventions,
During the film forming process, a nitrogen gas / halogen gas flow rate ratio, which is a ratio between the nitrogen gas supply amount and the halogen gas supply amount, is changed to obtain a metal nitride film in which the N / M ratio is changed inside the film. A metal nitride film manufacturing method characterized by forming a film.

第30の発明(請求項30に対応)は、
第17ないし第29のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属は、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、バナジウム、ニオブ、ジルコニウム又はハフニウムのいずれか一種であることを特徴とする窒化金属膜作製方法である。
The thirtieth invention (corresponding to claim 30) is
In the metal nitride film manufacturing method according to any one of the seventeenth to twenty-ninth inventions,
The metal capable of generating the high vapor pressure halide is any one of tantalum, titanium, tungsten, molybdenum, vanadium, niobium, zirconium, and hafnium.

第31の発明(請求項31に対応)は、
第17ないし第30のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記ハロゲンガスは、塩素ガスであることを特徴とする窒化金属膜作製方法である。
The thirty-first invention (corresponding to claim 31) is
In the metal nitride film manufacturing method according to any one of the seventeenth to thirtieth inventions,
In the method of manufacturing a metal nitride film, the halogen gas is chlorine gas.

第32の発明(請求項32に対応)は、
第17ないし第31のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記窒素ガスの代わりに、酸素又は炭素を供給し、前記基板に酸化又は炭化金属膜を成膜することを特徴とする酸化又は炭化金属膜作製方法である。
A thirty-second invention (corresponding to claim 32) is
In the metal nitride film manufacturing method according to any one of the seventeenth to thirty-first inventions,
In this method, an oxygen or carbon carbide film is formed by supplying oxygen or carbon instead of the nitrogen gas and forming an oxide or metal carbide film on the substrate.

上記課題を解決する第33の発明(請求項33に対応)に係る窒化金属膜は、
窒素原子と金属原子の原子組成比であるN/M比を制御した窒化金属膜である。
A metal nitride film according to a thirty-third invention (corresponding to claim 33) for solving the above-mentioned problems,
This is a metal nitride film in which the N / M ratio, which is the atomic composition ratio of nitrogen atoms and metal atoms, is controlled.

上記課題を解決する第34の発明(請求項34に対応)に係る窒化金属膜は、
窒素原子と金属原子の原子組成比であるN/M比を0より大きく1以下に制御した窒化金属膜である。
A metal nitride film according to a thirty-fourth aspect of the invention for solving the above problems (corresponding to claim 34),
This is a metal nitride film in which the N / M ratio, which is the atomic composition ratio of nitrogen atoms and metal atoms, is controlled to be greater than 0 and 1 or less.

第35の発明(請求項35に対応)は、
第33又は第34の発明に係る窒化金属膜において、
膜内部でN/M比が変化していることを特徴とする窒化金属膜である。
A thirty-fifth aspect of the invention (corresponding to claim 35) is
In the metal nitride film according to the thirty-third or thirty-fourth invention,
The metal nitride film is characterized in that the N / M ratio changes inside the film.

第36の発明(請求項36に対応)は、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成される被エッチング部材をハロゲンガスプラズマによりエッチングしてハロゲン化金属からなる前駆体を生成し、
当該前駆体の金属成分を基板に成膜する際に、供給量を制御した窒素ガスをプラズマ化して得られる窒素ガスプラズマにより前記金属成分を窒化して前記基板に成膜することを特徴とする第33ないし第35のいずれかの発明に係る窒化金属膜である。
A thirty-sixth aspect of the invention (corresponding to claim 36) is
A member to be etched formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide is etched with halogen gas plasma to generate a precursor made of a metal halide,
When forming the metal component of the precursor on the substrate, the metal component is nitrided by nitrogen gas plasma obtained by converting nitrogen gas with a controlled supply amount into plasma, and the substrate is formed on the substrate. A metal nitride film according to any one of the thirty-third to thirty-fifth inventions.

第1の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
基板が収容されるチャンバと、前記基板を載置する支持台と、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成され、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、
前記チャンバに窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段と、
前記ハロゲンガス及び窒素ガス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する温度制御手段とを有し、
前記ハロゲンガスプラズマにより前記被エッチング部材をエッチングしてハロゲン化金属からなる前駆体を生成し、当該前駆体の金属成分を前記基板に成膜する際に前記窒素ガスプラズマにより前記金属成分を窒化して、前記基板に窒化金属膜を成膜する窒化金属膜作製装置において、
前記窒化金属膜の窒素原子と金属原子の原子組成比であるN/M比が所定値となるように、前記窒素ガスの供給量を制御するガス供給量制御手段を設けたので、
第17の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、窒素ガス供給量を自由に制御して、N/M比を広範囲に亘り自由に制御することができる。
According to the metal nitride film forming apparatus of the first invention,
A chamber in which the substrate is accommodated, a support base on which the substrate is placed,
A member to be etched formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide and provided at a position facing the substrate;
Halogen gas supply means for supplying halogen gas to the chamber;
Nitrogen gas supply means for supplying nitrogen gas to the chamber;
Plasma generating means for generating halogen gas plasma and nitrogen gas plasma by converting the halogen gas and nitrogen gas into plasma;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
The member to be etched is etched with the halogen gas plasma to generate a precursor made of a metal halide, and the metal component is nitrided with the nitrogen gas plasma when the metal component of the precursor is formed on the substrate. In the metal nitride film manufacturing apparatus for forming a metal nitride film on the substrate,
Since the gas supply amount control means for controlling the supply amount of the nitrogen gas is provided so that the N / M ratio, which is the atomic composition ratio of nitrogen atoms and metal atoms of the metal nitride film, becomes a predetermined value,
The apparatus for carrying out the metal nitride film manufacturing method according to the seventeenth aspect of the invention can be provided, and the N / M ratio can be freely controlled over a wide range by freely controlling the supply amount of nitrogen gas.

N/M比を広範囲に亘り自由に制御した窒化金属膜を成膜可能であることは、例えば仕事関数を自由に制御した窒化金属膜を成膜可能であることを意味する。したがって、例えばトランジスタのゲート電極に仕事関数を自由に制御した窒化金属膜を用いることにより、トランジスタ構造やトランジスタ特性によらずに最適なトランジスタを製造することができる。   The ability to form a metal nitride film whose N / M ratio is freely controlled over a wide range means that, for example, a metal nitride film whose work function is freely controlled can be formed. Therefore, for example, by using a metal nitride film whose work function is freely controlled for the gate electrode of the transistor, an optimum transistor can be manufactured regardless of the transistor structure and transistor characteristics.

また、第1の発明に係る窒化金属膜作成装置は、その成膜原理から、不純物が含まれることによる膜質低下の問題や、複雑な形状への均一成膜が困難であるという問題を解決した成膜が可能であり、また成膜基板や膜自体に電気的損傷を与えるおそれをなくした成膜が可能である。   In addition, the metal nitride film forming apparatus according to the first invention has solved the problems of film quality deterioration due to the inclusion of impurities and the problem that uniform film formation in a complicated shape is difficult due to the film formation principle. It is possible to form a film, and it is possible to form a film without fear of causing electrical damage to the film formation substrate or the film itself.

第2の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
第1の発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記チャンバの上面は絶縁部材により密閉され、
前記プラズマ発生手段は、前記絶縁部材の外方に配設した平面状コイルと当該コイルに給電する電源部とからなり、
前記被エッチング部材は、前記基板と前記絶縁部材との間に設置され、前記前駆体が前記基板に供給されうる形状に形成されたので、
第18の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、第1の発明の奏する効果に加えて、更に、チャンバの筒部の周囲のスペースを確保することにより、例えばチャンバ側壁から内部へ各ガスを供給する場合に、ガス供給装置の設置スペースを十分確保することができる。又、被エッチング部材の面内に作用するプラズマを制御し、前駆体の生成を制御して、基板上に窒化金属膜を均一に成膜することができる。
According to the metal nitride film forming apparatus of the second invention,
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to the first invention,
The upper surface of the chamber is sealed with an insulating member,
The plasma generating means comprises a planar coil disposed outside the insulating member and a power supply unit for supplying power to the coil.
Since the member to be etched is installed between the substrate and the insulating member, and the precursor is formed in a shape that can be supplied to the substrate,
In addition to the effect of the first invention, it is possible to provide a device for carrying out the metal nitride film manufacturing method according to the eighteenth aspect of the invention. When each gas is supplied from the chamber side wall to the inside, a sufficient installation space for the gas supply device can be secured. Further, it is possible to uniformly form a metal nitride film on the substrate by controlling the plasma acting on the surface of the member to be etched and controlling the generation of the precursor.

第3の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
第1の発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記チャンバの上面は前記被エッチング部材により密閉され、
前記プラズマ発生手段は、前記チャンバの周囲に巻回したコイルと当該コイルに給電する電源部とからなるので、
第19の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、第1の発明の奏する効果に加えて、更に、チャンバの周囲に設置したコイルから電磁波を発生させることにより、被エッチング部材を複雑な形状とすることなく、チャンバ内部に供給されたガスをプラズマ化することができる。又、チャンバ上面の構成も簡略になり、例えば消耗部材である被エッチング部材の交換が簡単になるなど、保守性を向上することができる。
According to the metal nitride film creating apparatus of the third invention,
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to the first invention,
The upper surface of the chamber is sealed by the member to be etched,
Since the plasma generating means comprises a coil wound around the chamber and a power supply unit for supplying power to the coil.
In addition to the effect of the first invention, in addition to the effect produced by the metal nitride film manufacturing method according to the nineteenth invention, in addition, by generating electromagnetic waves from a coil installed around the chamber, The gas supplied into the chamber can be turned into plasma without making the member to be etched into a complicated shape. In addition, the configuration of the upper surface of the chamber is simplified, and maintenance can be improved, for example, replacement of a member to be etched which is a consumable member is simplified.

第4の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
第1の発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記支持台はアースされ、
前記チャンバの上面は前記被エッチング部材により密閉され、
前記プラズマ発生手段は、前記被エッチング部材と前記被エッチング部材に給電する電源部と前記アースされた支持台とからなり、前記被エッチング部材と前記支持台との間にガスプラズマを発生させるので、
第20の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、第1の発明の奏する効果に加えて、更に、被エッチング部材自身をプラズマ発生用の電極として用いることにより、チャンバの上部や、筒部の周囲におけるプラズマアンテナを不要とし、装置周囲の構成の自由度を増加させることができる。又、チャンバ上面の構成も簡略になり、例えば消耗部材である被エッチング部材の交換が簡単になるなど、保守性を向上することができる。
According to the metal nitride film forming apparatus of the fourth invention,
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to the first invention,
The support is grounded;
The upper surface of the chamber is sealed by the member to be etched,
The plasma generating means includes the member to be etched, a power supply unit that supplies power to the member to be etched, and the grounded support base, and generates gas plasma between the member to be etched and the support base.
In addition to the effect of the first invention, the member to be etched itself can be used as an electrode for plasma generation, in addition to the effect produced by the metal nitride film manufacturing method according to the twentieth invention. A plasma antenna in the upper part of the chamber and around the cylindrical part is not necessary, and the degree of freedom of the configuration around the apparatus can be increased. In addition, the configuration of the upper surface of the chamber is simplified, and maintenance can be improved, for example, replacement of a member to be etched which is a consumable member is simplified.

第5の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
第1の発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記被エッチング部材は、前記チャンバを上下の室に仕切るように設けられると共に上室から下室に連通する穴を有し、
前記ハロゲンガス供給手段は、前記上室に設けられ、
前記窒素ガス供給手段は、前記下室に設けられ、
前記プラズマ発生手段は、前記上室及び前記下室にそれぞれ設けられるので、
第21の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、第1の発明の奏する効果に加えて、更に、ハロゲンガスプラズマを一方の室内で発生させるので、基板に対するプラズマの影響を最小限に抑制することができる。
According to the metal nitride film creating apparatus of the fifth invention,
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to the first invention,
The member to be etched is provided to partition the chamber into upper and lower chambers and has a hole communicating from the upper chamber to the lower chamber,
The halogen gas supply means is provided in the upper chamber,
The nitrogen gas supply means is provided in the lower chamber,
Since the plasma generating means is provided in each of the upper chamber and the lower chamber,
In addition to the effect of the first invention, a halogen gas plasma is further generated in one chamber, so that the plasma for the substrate can be obtained. Can be minimized.

第6の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
第1の発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記チャンバの内部において前記支持台を昇降させる、昇降駆動手段を有するので、
第22の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、第1の発明の奏する効果に加えて、更に、支持台の昇降により、ハロゲンガスプラズマを発生させる状態と、ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマ、または、窒素ガスプラズマを発生させる状態とにチャンバ内の状態を変更させ、ハロゲンラジカル及び窒素ラジカルを的確に生成することができる。
According to the metal nitride film creating apparatus of the sixth invention,
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to the first invention,
Since it has an elevating drive means for elevating the support base inside the chamber,
In addition to the effect of the first invention, in addition to the effect of the first invention, a state in which halogen gas plasma is generated by raising and lowering the support base, and the metal nitride film manufacturing method according to the twenty-second invention, The state in the chamber is changed to a state in which halogen gas plasma and nitrogen gas plasma or nitrogen gas plasma is generated, so that halogen radicals and nitrogen radicals can be generated accurately.

第7の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
第1の発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記プラズマ発生手段は、前記チャンバ本体の外部にて外部プラズマ発生手段として構成され、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、前記外部プラズマ発生手段に前記ハロゲンガス及び前記窒素ガスを供給し、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記外部プラズマ発生手段により、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記被エッチング部材の近傍に供給されるので、
第23の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、第1の発明の奏する効果に加えて、更に、チャンバと隔絶した外部プラズマ発生手段においてガスプラズマを発生させることにより、基板が直接、プラズマに晒されるおそれを抑制して、プラズマによる損傷を抑制することができる。例えば、既に別材料の膜が成膜された基板に更に成膜を行う場合などには、既に成膜された材料の膜を損傷させることなく第2の成膜が可能である。又、チャンバ上面の構成も簡略になり、例えば消耗部材である被エッチング部材の交換が簡単になるなど、保守性を向上することができる。
According to the metal nitride film creating apparatus of the seventh invention,
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to the first invention,
The plasma generation means is configured as an external plasma generation means outside the chamber body, and the halogen gas supply means and the nitrogen gas supply means supply the halogen gas and the nitrogen gas to the external plasma generation means. ,
The halogen gas plasma and the nitrogen gas plasma are converted into plasma by the external plasma generating means in advance outside the chamber body, and supplied to the vicinity of the member to be etched.
In addition to the effect of the first invention, gas plasma can be generated in an external plasma generating means isolated from the chamber. Therefore, it is possible to suppress the possibility that the substrate is directly exposed to the plasma, thereby suppressing the damage caused by the plasma. For example, in the case where film formation is further performed on a substrate on which a film of another material has already been formed, the second film formation can be performed without damaging the film of the material already formed. In addition, the configuration of the upper surface of the chamber is simplified, and maintenance can be improved, for example, replacement of a member to be etched which is a consumable member is simplified.

第8の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
第1の発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記チャンバの上面は前記被エッチング部材により密閉され、
前記プラズマ発生手段は、前記チャンバに連通する筒状の通路と当該筒状の通路の周囲に巻回したコイルと当該コイルに給電する電源部とからなり、チャンバ本体の外部に設置された外部プラズマ発生手段として構成され、
前記ハロゲンガス供給手段は、前記筒状の通路にハロゲンガスを供給し、
前記窒素ガス供給手段は、前記筒状の通路に窒素ガスを供給し、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記外部プラズマ発生手段により、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記被エッチング部材の近傍に供給されるプラズマであるので、
第24の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、第1の発明の奏する効果に加えて、更に、チャンバと隔絶した外部プラズマ発生手段においてガスプラズマを発生させることにより、基板が直接、プラズマに晒されるおそれを抑制して、プラズマによる損傷を抑制することができる。例えば、既に別材料の膜が成膜された基板に更に成膜を行う場合などには、既に成膜された材料の膜を損傷させることなく第2の成膜が可能である。又、チャンバ上面の構成も簡略になり、例えば消耗部材である被エッチング部材の交換が簡単になるなど、保守性を向上することができる。
According to the metal nitride film creating apparatus of the eighth invention,
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to the first invention,
The upper surface of the chamber is sealed by the member to be etched,
The plasma generating means includes a cylindrical passage communicating with the chamber, a coil wound around the cylindrical passage, and a power supply unit that supplies power to the coil, and is an external plasma installed outside the chamber body. Configured as a generating means,
The halogen gas supply means supplies halogen gas to the cylindrical passage,
The nitrogen gas supply means supplies nitrogen gas to the cylindrical passage,
The halogen gas plasma and the nitrogen gas plasma are plasmas that are preliminarily converted to the outside of the chamber main body by the external plasma generating means and supplied to the vicinity of the member to be etched.
In addition to the effect achieved by the first invention, the apparatus can be used to perform the metal nitride film manufacturing method according to the twenty-fourth invention, and further, gas plasma can be generated in an external plasma generating means isolated from the chamber. Therefore, it is possible to suppress the possibility that the substrate is directly exposed to the plasma, thereby suppressing the damage caused by the plasma. For example, in the case where film formation is further performed on a substrate on which a film of another material has already been formed, the second film formation can be performed without damaging the film of the material already formed. In addition, the configuration of the upper surface of the chamber is simplified, and maintenance can be improved, for example, replacement of a member to be etched which is a consumable member is simplified.

第9の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
第1ないし第8のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記基板とほぼ同じ高さにおける前記チャンバの側壁に設けられる第2の外部プラズマ発生手段を有し、前記窒素ガス供給手段は前記第2の外部プラズマ発生手段に前記窒素ガスを供給し、
前記窒素ガスプラズマは、前記第2の外部プラズマ発生手段により、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記チャンバの内部における前記基板の上面に供給されたプラズマであるので、
第25の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、第1ないし第8のいずれかの発明の奏する効果に加えて、更に、基板とほぼ同じ高さに設置した第2の外部プラズマ発生手段から窒素ガスを窒素ガスプラズマとして基板の上面に供給することにより、窒素ラジカルによる被エッチング部材の不動態化のおそれをなくすことができる。これにより、N/M比をさらに精度よく制御した窒化金属膜を成膜することができる。
According to the metal nitride film creating apparatus of the ninth invention,
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to any one of the first to eighth inventions,
A second external plasma generation unit provided on a side wall of the chamber at substantially the same height as the substrate; the nitrogen gas supply unit supplies the nitrogen gas to the second external plasma generation unit;
The nitrogen gas plasma is plasma that has been converted into plasma by the second external plasma generation means in advance outside the chamber body and supplied to the upper surface of the substrate inside the chamber.
The metal nitride film manufacturing method according to the twenty-fifth aspect of the invention can be implemented, and in addition to the effects exhibited by any of the first to eighth aspects of the invention, the apparatus is further installed at substantially the same height as the substrate. By supplying nitrogen gas from the second external plasma generating means to the upper surface of the substrate as nitrogen gas plasma, it is possible to eliminate the possibility of passivation of the member to be etched by nitrogen radicals. Thereby, a metal nitride film in which the N / M ratio is controlled with higher accuracy can be formed.

また、窒素ガスプラズマを基板の上面に供給する構成とすることにより、基板付近における窒化反応の発生率を高めて、比較的N/M比が高い窒化金属膜を効率よく成膜することができる。   Further, by adopting a configuration in which nitrogen gas plasma is supplied to the upper surface of the substrate, the occurrence rate of nitriding reaction in the vicinity of the substrate can be increased, and a metal nitride film having a relatively high N / M ratio can be efficiently formed. .

第10の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
第1ないし第8のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記基板とほぼ同じ高さにおける前記チャンバの側壁に設けられ、前記チャンバに連通する筒状の通路と当該筒状の通路の周囲に巻回したコイルと当該コイルに給電する電源部とからなる第2の外部プラズマ発生手段を有し、
前記窒素ガス供給手段は、前記筒状の通路に窒素ガスを供給し、
前記窒素ガスプラズマは、前記第2の外部プラズマ発生手段により、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記チャンバの内部における前記基板の上面に供給されたプラズマであるので、
第26の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、第1ないし第8のいずれかの発明の奏する効果に加えて、更に、基板とほぼ同じ高さに設置した第2の外部プラズマ発生手段から窒素ガスを窒素ガスプラズマとして基板の上面に供給することにより、窒素ラジカルによる被エッチング部材の不動態化のおそれをなくすことができる。これにより、N/M比をさらに精度よく制御した窒化金属膜を成膜することができる。
According to the metal nitride film forming apparatus of the tenth invention,
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to any one of the first to eighth inventions,
A first passage is provided on a side wall of the chamber at substantially the same height as the substrate, and includes a cylindrical passage communicating with the chamber, a coil wound around the cylindrical passage, and a power supply unit that supplies power to the coil. Two external plasma generating means,
The nitrogen gas supply means supplies nitrogen gas to the cylindrical passage,
The nitrogen gas plasma is plasma that has been converted into plasma by the second external plasma generation means in advance outside the chamber body and supplied to the upper surface of the substrate inside the chamber.
The metal nitride film manufacturing method according to the twenty-sixth aspect of the invention can be provided, and in addition to the effects of any of the first to eighth aspects of the invention, the apparatus is further installed at substantially the same height as the substrate. By supplying nitrogen gas from the second external plasma generating means to the upper surface of the substrate as nitrogen gas plasma, it is possible to eliminate the possibility of passivation of the member to be etched by nitrogen radicals. Thereby, a metal nitride film in which the N / M ratio is controlled with higher accuracy can be formed.

また、窒素ガスプラズマを基板の上面に供給する構成とすることにより、基板付近における窒化反応の発生率を高めて、比較的N/M比が高い窒化金属膜を効率よく成膜することができる。   Further, by adopting a configuration in which nitrogen gas plasma is supplied to the upper surface of the substrate, the occurrence rate of nitriding reaction in the vicinity of the substrate can be increased, and a metal nitride film having a relatively high N / M ratio can be efficiently formed. .

第11の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
第1ないし第10のいずれか発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記N/M比は、0より大きく1以下であることにしたので、
第27の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、第1ないし第10のいずれか発明の奏する効果に加えて、更に、例えばトランジスタのゲート電極膜など、産業上利用可能性が高い窒化金属膜を成膜することができる。
According to the metal nitride film forming apparatus of the eleventh invention,
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to any one of the first to tenth inventions,
Since the N / M ratio is greater than 0 and less than or equal to 1,
The metal nitride film manufacturing method according to the twenty-seventh aspect of the invention can be provided as an apparatus, and in addition to the effects of any of the first to tenth aspects of the invention, for example, a gate electrode film of a transistor, etc. A metal nitride film with high availability can be formed.

第12の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
第1ないし第11のいずれか発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記ガス供給量制御手段により制御される窒素ガスの供給量は、前記ハロゲンガスの供給量との比である窒素ガス/ハロゲンガス流量比が0より大きく0.1以下であることにしたので、
第28の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、第1ないし第11のいずれか発明の奏する効果に加えて、更に、N/M比を0より大きく1以下に自由に制御した窒化金属膜を成膜することができる。
According to the metal nitride film creating apparatus of the twelfth invention,
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to any one of the first to eleventh inventions,
The supply amount of nitrogen gas controlled by the gas supply amount control means is such that the nitrogen gas / halogen gas flow rate ratio, which is the ratio to the supply amount of the halogen gas, is greater than 0 and less than or equal to 0.1.
In addition to the effect of any one of the first to eleventh inventions, the N / M ratio is more than 0 and 1 or less. A metal nitride film that is freely controlled can be formed.

なお、窒素ガスの供給量の制御としては、ハロゲンガスの供給量との比である窒素ガス/ハロゲンガス流量比が0より大きく0.1以下だけでなく、0より大きく0.05以下または0より大きく0.03以下の範囲で制御すればよく、当該範囲における制御によりN/M比を0より大きく1以下に自由に制御した窒化金属膜を成膜することができる。   The nitrogen gas supply amount is controlled not only by the nitrogen gas / halogen gas flow rate ratio being a ratio to the halogen gas supply amount being greater than 0 and not more than 0.1, but also greater than 0 and not more than 0.05 or 0. The metal nitride film can be formed in such a manner that the N / M ratio is freely controlled to be greater than 0 and less than or equal to 1 by controlling within this range.

特に、窒素ガス/ハロゲンガス流量比を0.005以上、0.025以下の範囲内で制御することにより、窒素ガス/ハロゲンガス流量比とN/M比の直線的な対応関係を利用して、N/M比の精度を高めた成膜を行うことができる。   In particular, by controlling the nitrogen gas / halogen gas flow rate ratio within the range of 0.005 or more and 0.025 or less, the linear correspondence relationship between the nitrogen gas / halogen gas flow rate ratio and the N / M ratio can be utilized. Film formation with higher ratio accuracy can be performed.

第13の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
第1ないし第12のいずれか発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記ガス供給量制御手段は、成膜工程中に、前記窒素ガスの供給量と前記ハロゲンガスの供給量との比である窒素ガス/ハロゲンガス流量比を変更する機能を有し、
前記基板に成膜される窒化金属膜は、膜内部でN/M比が変化した窒化金属膜であることにしたので、
第29の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、第1ないし第12のいずれか発明の奏する効果に加えて、更に、窒化金属膜の窒素成分をガス状態として供給するという有利な特徴を利用して、窒素ガス流量を自由に制御することにより、例えば窒素ラジカル成分を固体窒化物から得るような成膜原理では実現不可能な、膜内部でN/M比が変化した窒化金属膜を成膜することができる。例えば、窒化金属膜の内部において、N/M比を連続的、断続的または段階的に変化させた窒化金属膜を成膜することができる。
According to the metal nitride film forming apparatus of the thirteenth invention,
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to any one of the first to twelfth inventions,
The gas supply amount control means has a function of changing a nitrogen gas / halogen gas flow rate ratio, which is a ratio between the supply amount of the nitrogen gas and the supply amount of the halogen gas, during the film forming step,
Since the metal nitride film formed on the substrate is a metal nitride film having an N / M ratio changed inside the film,
In addition to the effect of any one of the first to twelfth inventions, the nitrogen component of the metal nitride film can be further changed to a gas state. By utilizing the advantageous feature of supplying the nitrogen gas flow rate freely, for example, the N / M ratio inside the film cannot be realized by the film forming principle in which the nitrogen radical component is obtained from solid nitride. It is possible to form a metal nitride film having a changed thickness. For example, a metal nitride film in which the N / M ratio is continuously, intermittently or stepwise changed can be formed inside the metal nitride film.

第14の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
第1ないし第13のいずれか発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属は、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、バナジウム、ニオブ、ジルコニウム又はハフニウムのいずれか一種であることにしたので、
第30の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、第1ないし第13のいずれか発明の奏する効果に加えて、更に、窒化タンタル、窒化チタン、窒化タングステン又は窒化モリブデンなどといった産業上利用可能性が高い窒化金属膜を成膜することができる。
According to the metal nitride film forming apparatus of the fourteenth invention,
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to any one of the first to thirteenth inventions,
Since the metal capable of generating the high vapor pressure halide is one of tantalum, titanium, tungsten, molybdenum, vanadium, niobium, zirconium or hafnium,
In addition to the effect of any one of the first to thirteenth inventions, a tantalum nitride, titanium nitride, tungsten nitride, or nitride can be provided. A metal nitride film having high industrial applicability such as molybdenum can be formed.

第15の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
第1ないし第14のいずれか発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記ハロゲンガスは、塩素ガスであることにしたので、
第31の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、第1ないし第14のいずれか発明の奏する効果に加えて、更に、反応性、製造コストなどのバランスを考慮したハロゲンガスを利用することにより、最適な成膜を行うことができる。
According to the metal nitride film forming apparatus of the fifteenth invention,
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to any one of the first to fourteenth inventions,
Since the halogen gas is chlorine gas,
An apparatus for carrying out the metal nitride film manufacturing method according to the thirty-first invention can be provided, and in addition to the effects exhibited by any of the first to fourteenth inventions, a balance of reactivity, manufacturing cost, etc. is further taken into consideration. By using the halogen gas, optimum film formation can be performed.

第16の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
第1ないし第15のいずれか発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段の代わりに、酸素又は炭素を供給する酸素供給手段又は炭素供給手段を有し、前記基板に酸化又は炭化金属膜を成膜することとしたので、
第32の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、第1ないし第15のいずれか発明の奏する効果に加えて、更に、酸素/金属比が制御された薄膜を成膜してゲート電極、キャパシタンス用誘電体、触媒(例えば、光触媒であるチタニア)、密着層等として使用したり、炭素/金属比が制御された薄膜を成膜して保護膜やエッチングストップ膜等として使用したりすることができる。
According to the metal nitride film forming apparatus of the sixteenth invention,
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to any one of the first to fifteenth inventions,
Instead of the nitrogen gas supply means for supplying the nitrogen gas, it has an oxygen supply means or a carbon supply means for supplying oxygen or carbon, and an oxide or metal carbide film is formed on the substrate.
In addition to the effect of any one of the first to fifteenth inventions, a thin film having a controlled oxygen / metal ratio can be obtained. Form a film to use as a gate electrode, a dielectric for capacitance, a catalyst (for example, titania as a photocatalyst), an adhesion layer, etc., or form a thin film with a controlled carbon / metal ratio to form a protective film or etching stop film And so on.

第17の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
基板を支持台に載置してチャンバに収容し、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成され、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を、ハロゲンガスをプラズマ化して得られるハロゲンガスプラズマによりエッチングしてハロゲン化金属からなる前駆体を生成し、
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して前記前駆体の金属成分を前記基板に成膜する際に、窒素ガスをプラズマ化して得られる窒素ガスプラズマにより前記金属成分を窒化して、前記基板に窒化金属膜を成膜する窒化金属膜作製方法において、
前記窒化金属膜の窒素原子と金属原子の原子組成比であるN/M比が所定値となるように、前記窒素ガスの供給量を制御することにしたので、
窒素ガス供給量を自由に制御して、N/M比を広範囲に亘り自由に制御することができる。
According to the method for producing a metal nitride film according to the seventeenth invention,
Place the substrate on the support and place it in the chamber,
A precursor made of a metal halide formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide and etched with a halogen gas plasma obtained by plasmaizing a halogen gas into a member to be etched provided at a position facing the substrate. Produces
When the temperature of the substrate is made lower than the temperature of the member to be etched and the metal component of the precursor is formed on the substrate, the metal component is nitrided by nitrogen gas plasma obtained by converting nitrogen gas into plasma. In the metal nitride film manufacturing method of forming a metal nitride film on the substrate,
Since the supply amount of the nitrogen gas is controlled so that the N / M ratio, which is the atomic composition ratio between nitrogen atoms and metal atoms of the metal nitride film, becomes a predetermined value,
The N / M ratio can be freely controlled over a wide range by freely controlling the nitrogen gas supply amount.

N/M比を広範囲に亘り自由に制御した窒化金属膜を成膜可能であることは、例えば仕事関数を自由に制御した窒化金属膜を成膜可能であることを意味する。したがって、例えばトランジスタのゲート電極に仕事関数を自由に制御した窒化金属膜を用いることにより、トランジスタ構造やトランジスタ特性によらずに最適なトランジスタを製造することができる。   The ability to form a metal nitride film whose N / M ratio is freely controlled over a wide range means that, for example, a metal nitride film whose work function is freely controlled can be formed. Therefore, for example, by using a metal nitride film whose work function is freely controlled for the gate electrode of the transistor, an optimum transistor can be manufactured regardless of the transistor structure and transistor characteristics.

また、第17の発明に係る窒化金属膜作成方法は、その成膜原理から、不純物が含まれることによる膜質低下の問題や、複雑な形状への均一成膜が困難であるという問題を解決した成膜が可能であり、また成膜基板や膜自体に電気的損傷を与えるおそれをなくした成膜が可能である。   In addition, the metal nitride film forming method according to the seventeenth invention has solved the problem of film quality deterioration due to the inclusion of impurities and the problem that uniform film formation in a complicated shape is difficult due to the film formation principle. It is possible to form a film, and it is possible to form a film without fear of causing electrical damage to the film formation substrate or the film itself.

第18の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
第17の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記チャンバの上面を密封する絶縁部材の外方に配設した平面状コイルからの電磁波により、前記ハロゲンガス及び前記窒素ガスをプラズマ化して得られ、
前記被エッチング部材は、前記基板と前記絶縁部材との間に設置され、前記前駆体が前記基板に供給されうる形状に形成されたので、
第17の発明の奏する効果に加えて、更に、チャンバの筒部の周囲のスペースを確保することにより、例えばチャンバ側壁から内部へ各ガスを供給する場合に、ガス供給装置の設置スペースを十分確保することができる。又、被エッチング部材の面内に作用するプラズマを制御し、前駆体の生成を制御して、基板上に窒化金属膜を均一に成膜することができる。
According to the metal nitride film forming method of the eighteenth aspect of the invention,
In the metal nitride film manufacturing method according to the seventeenth invention,
The halogen gas plasma and the nitrogen gas plasma are obtained by converting the halogen gas and the nitrogen gas into plasma by electromagnetic waves from a planar coil disposed outside the insulating member that seals the upper surface of the chamber.
Since the member to be etched is installed between the substrate and the insulating member, and the precursor is formed in a shape that can be supplied to the substrate,
In addition to the effects of the seventeenth aspect of the invention, by securing a space around the cylindrical portion of the chamber, for example, when each gas is supplied from the chamber side wall to the inside, a sufficient space for installing the gas supply device is secured. can do. Further, it is possible to uniformly form a metal nitride film on the substrate by controlling the plasma acting on the surface of the member to be etched and controlling the generation of the precursor.

第19の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
第17の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記チャンバは、上面を前記被エッチング部材により密閉され、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記チャンバの周囲に巻回したコイルからの電磁波により、前記ハロゲンガス及び前記窒素ガスをプラズマ化して得られることにしたので、
第17の発明の奏する効果に加えて、更に、チャンバの周囲に設置したコイルから電磁波を発生させることにより、被エッチング部材を複雑な形状とすることなく、チャンバ内部に供給されたガスをプラズマ化することができる。又、チャンバ上面の構成も簡略になり、例えば消耗部材である被エッチング部材の交換が簡単になるなど、本発明の方法を実施する装置についての保守性を向上することができる。
According to the metal nitride film forming method of the nineteenth invention,
In the metal nitride film manufacturing method according to the seventeenth invention,
The chamber has an upper surface sealed by the member to be etched,
The halogen gas plasma and the nitrogen gas plasma are obtained by converting the halogen gas and the nitrogen gas into plasma by electromagnetic waves from a coil wound around the chamber.
In addition to the effect of the seventeenth invention, the gas supplied into the chamber is converted into plasma without making the member to be etched into a complicated shape by generating electromagnetic waves from a coil installed around the chamber. can do. Further, the configuration of the upper surface of the chamber is simplified, and maintenance of an apparatus for performing the method of the present invention can be improved, for example, replacement of a member to be etched which is a consumable member is simplified.

第20の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
第17の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記支持台は、アースされ、
前記チャンバは、上面を前記被エッチング部材により密閉され、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記被エッチング部材と前記支持台との間に発生する電場により、前記ハロゲンガス及び前記窒素ガスをプラズマ化して得られることにしたので、
第17の発明の奏する効果に加えて、更に、被エッチング部材自身をプラズマ発生用の電極として用いることにより、チャンバの上部や、筒部の周囲におけるプラズマアンテナを不要とし、本発明を実施する装置周囲の構成の自由度を増加させることができる。又、チャンバ上面の構成も簡略になり、例えば消耗部材である被エッチング部材の交換が簡単になるなど、本発明の方法を実施する装置についての保守性を向上することができる。
According to the metal nitride film forming method of the twentieth invention,
In the metal nitride film manufacturing method according to the seventeenth invention,
The support is grounded;
The chamber has an upper surface sealed by the member to be etched,
Since the halogen gas plasma and the nitrogen gas plasma are obtained by converting the halogen gas and the nitrogen gas into plasma by an electric field generated between the member to be etched and the support base,
In addition to the effect exhibited by the seventeenth invention, the member to be etched itself is used as an electrode for plasma generation, thereby eliminating the need for a plasma antenna in the upper part of the chamber and around the cylindrical part, and implementing the present invention. The degree of freedom of surrounding configuration can be increased. Further, the configuration of the upper surface of the chamber is simplified, and maintenance of an apparatus for performing the method of the present invention can be improved, for example, replacement of a member to be etched which is a consumable member is simplified.

第21の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
第17の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記被エッチング部材は、前記チャンバを上下の室に仕切るように設けられると共に上室から下室に連通する穴を有し、
前記ハロゲンガスプラズマは、前記上室にて発生させ、
前記窒素ガスプラズマは、前記下室にて発生させるので、
第17の発明の奏する効果に加えて、更に、ハロゲンガスプラズマを一方の室内で発生させるので、基板に対するプラズマの影響を最小限に抑制することができる。
According to the metal nitride film forming method of the twenty-first invention,
In the metal nitride film manufacturing method according to the seventeenth invention,
The member to be etched is provided to partition the chamber into upper and lower chambers and has a hole communicating from the upper chamber to the lower chamber,
The halogen gas plasma is generated in the upper chamber,
Since the nitrogen gas plasma is generated in the lower chamber,
In addition to the effect exhibited by the seventeenth invention, the halogen gas plasma is generated in one chamber, so that the influence of the plasma on the substrate can be minimized.

第22の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
第17の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記チャンバの内部において前記支持台を昇降させながら成膜するので、
第17の発明の奏する効果に加えて、更に、支持台の昇降により、ハロゲンガスプラズマを発生させる状態と、ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマ、または、窒素ガスプラズマを発生させる状態とにチャンバ内の状態を変更させ、ハロゲンラジカル及び窒素ラジカルを的確に生成することができる。
According to the metal nitride film forming method of the twenty-second invention,
In the metal nitride film manufacturing method according to the seventeenth invention,
Since the film is formed while raising and lowering the support base inside the chamber,
In addition to the effect of the seventeenth invention, the chamber is further divided into a state in which halogen gas plasma is generated and a state in which halogen gas plasma and nitrogen gas plasma or nitrogen gas plasma are generated by raising and lowering the support base. The state can be changed, and a halogen radical and a nitrogen radical can be generated accurately.

第23の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
第17の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記被エッチング部材の近傍に供給されるので、
第17の発明の奏する効果に加えて、更に、チャンバと隔絶した外部においてガスプラズマを発生させることにより、基板が直接、プラズマに晒されるおそれを抑制して、プラズマによる損傷を抑制することができる。例えば、既に別材料の膜が成膜された基板に更に成膜を行う場合などには、既に成膜された材料の膜を損傷させることなく第2の成膜が可能である。又、チャンバ上面の構成も簡略になり、例えば消耗部材である被エッチング部材の交換が簡単になるなど、本発明の方法を実施する装置についての保守性を向上することができる。
According to the metal nitride film forming method of the twenty-third invention,
In the metal nitride film manufacturing method according to the seventeenth invention,
Since the halogen gas plasma and the nitrogen gas plasma are preliminarily converted into plasma outside the chamber body and supplied to the vicinity of the member to be etched,
In addition to the effects exhibited by the seventeenth aspect of the invention, further, by generating gas plasma outside the chamber, it is possible to suppress the possibility that the substrate is directly exposed to the plasma, thereby suppressing damage caused by the plasma. . For example, in the case where film formation is further performed on a substrate on which a film of another material has already been formed, the second film formation can be performed without damaging the film of the material already formed. Further, the configuration of the upper surface of the chamber is simplified, and maintenance of an apparatus for performing the method of the present invention can be improved, for example, replacement of a member to be etched which is a consumable member is simplified.

第24の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
第17の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記チャンバは、上面を前記被エッチング部材により密閉され、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記チャンバに連通する筒状の通路の周囲に巻回したコイルからの電磁波により、前記通路の内部に供給されるハロゲンガス及び窒素ガスをプラズマ化することにより、予め前記チャンバの外部でプラズマ化されて、前記被エッチング部材の近傍に供給されるプラズマであるので、
第17の発明の奏する効果に加えて、更に、チャンバと隔絶した外部においてガスプラズマを発生させることにより、基板が直接、プラズマに晒されるおそれを抑制して、プラズマによる損傷を抑制することができる。例えば、既に別材料の膜が成膜された基板に更に成膜を行う場合などには、既に成膜された材料の膜を損傷させることなく第2の成膜が可能である。又、チャンバ上面の構成も簡略になり、例えば消耗部材である被エッチング部材の交換が簡単になるなど、本発明の方法を実施する装置についての保守性を向上することができる。
According to the metal nitride film forming method of the twenty-fourth invention,
In the metal nitride film manufacturing method according to the seventeenth invention,
The chamber has an upper surface sealed by the member to be etched,
The halogen gas plasma and the nitrogen gas plasma are converted into plasma by halogen gas and nitrogen gas supplied to the inside of the passage by electromagnetic waves from a coil wound around a cylindrical passage communicating with the chamber. Since it is plasma that is preliminarily converted into plasma outside the chamber and supplied in the vicinity of the member to be etched,
In addition to the effects exhibited by the seventeenth aspect of the invention, further, by generating gas plasma outside the chamber, it is possible to suppress the possibility that the substrate is directly exposed to the plasma, thereby suppressing damage caused by the plasma. . For example, in the case where film formation is further performed on a substrate on which a film of another material has already been formed, the second film formation can be performed without damaging the film of the material already formed. Further, the configuration of the upper surface of the chamber is simplified, and maintenance of an apparatus for performing the method of the present invention can be improved, for example, replacement of a member to be etched which is a consumable member is simplified.

第25の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
第17ないし第24のいずれか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は、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記チャンバの内部における前記基板の上面に供給されるプラズマであるので、
第17ないし第24のいずれかの発明の奏する効果に加えて、更に、窒素ガスを窒素ガスプラズマとして基板の上面に供給することにより、窒素ラジカルによる被エッチング部材の不動態化のおそれをなくすことができる。これにより、N/M比をさらに精度よく制御した窒化金属膜を成膜することができる。
According to the metal nitride film forming method of the twenty-fifth invention,
In the metal nitride film manufacturing method according to any one of the seventeenth to twenty-fourth inventions,
Since the nitrogen gas plasma is plasma that is preliminarily formed outside the chamber body and is supplied to the upper surface of the substrate inside the chamber,
In addition to the effect of any one of the seventeenth to twenty-fourth inventions, by supplying nitrogen gas to the upper surface of the substrate as nitrogen gas plasma, the possibility of passivation of the member to be etched by nitrogen radicals is eliminated. Can do. Thereby, a metal nitride film in which the N / M ratio is controlled with higher accuracy can be formed.

また、窒素ガスプラズマを基板の上面に供給する構成とすることにより、基板付近における窒化反応の発生率を高めて、比較的N/M比が高い窒化金属膜を効率よく成膜することができる。   Further, by adopting a configuration in which nitrogen gas plasma is supplied to the upper surface of the substrate, the occurrence rate of nitriding reaction in the vicinity of the substrate can be increased, and a metal nitride film having a relatively high N / M ratio can be efficiently formed. .

第26の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
第17ないし第24のいずれか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は、前記基板とほぼ同じ高さにおける前記チャンバの側壁に設けられ、前記チャンバに連通する筒状の通路の周囲に巻回したコイルからの電磁波により、前記通路の内部に供給される窒素ガスをプラズマ化することにより、予め前記チャンバの外部でプラズマ化されて、前記チャンバの内部における前記基板の上面に供給されたプラズマであるので、
第17ないし第24のいずれかの発明の奏する効果に加えて、更に、基板とほぼ同じ高さから窒素ガスを窒素ガスプラズマとして基板の上面に供給することにより、窒素ラジカルによる被エッチング部材の不動態化のおそれをなくすことができる。これにより、N/M比をさらに精度よく制御した窒化金属膜を成膜することができる。
According to the metal nitride film forming method of the twenty-sixth aspect of the invention,
In the metal nitride film manufacturing method according to any one of the seventeenth to twenty-fourth inventions,
The nitrogen gas plasma is provided on the side wall of the chamber at substantially the same height as the substrate, and is supplied to the inside of the passage by electromagnetic waves from a coil wound around a cylindrical passage communicating with the chamber. By converting the nitrogen gas into plasma, it is plasma that has been converted into plasma outside the chamber and supplied to the upper surface of the substrate inside the chamber.
In addition to the effects exhibited by any one of the seventeenth to twenty-fourth inventions, the nitrogen gas is supplied to the upper surface of the substrate as nitrogen gas plasma from substantially the same height as the substrate, so that the member to be etched by nitrogen radicals can be prevented. The fear of mobilization can be eliminated. Thereby, a metal nitride film in which the N / M ratio is controlled with higher accuracy can be formed.

また、窒素ガスプラズマを基板の上面に供給する構成とすることにより、基板付近における窒化反応の発生率を高めて、比較的N/M比が高い窒化金属膜を効率よく成膜することができる。   Further, by adopting a configuration in which nitrogen gas plasma is supplied to the upper surface of the substrate, the occurrence rate of nitriding reaction in the vicinity of the substrate can be increased, and a metal nitride film having a relatively high N / M ratio can be efficiently formed. .

第27の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
第17ないし第26のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記N/M比は、0より大きく1以下であることにしたので、
第17ないし第26のいずれか発明の奏する効果に加えて、更に、例えばトランジスタのゲート電極膜など、産業上利用可能性が高い窒化金属膜を成膜することができる。
According to the metal nitride film forming method of the twenty-seventh aspect of the invention,
In the metal nitride film manufacturing method according to any one of the seventeenth to twenty-sixth inventions,
Since the N / M ratio is greater than 0 and less than or equal to 1,
In addition to the effects of any of the seventeenth to twenty-sixth inventions, a metal nitride film having high industrial applicability, such as a gate electrode film of a transistor, can be formed.

第28の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
第17ないし第27のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記窒素ガスの供給量は、前記ハロゲンガスの供給量との比である窒素ガス/ハロゲンガス流量比が0より大きく0.1以下であることにしたので、
第17ないし第27のいずれか発明の奏する効果に加えて、更に、N/M比を0より大きく1以下に自由に制御した窒化金属膜を成膜することができる。
According to the metal nitride film forming method of the twenty-eighth aspect of the invention,
In the metal nitride film manufacturing method according to any one of the seventeenth to twenty-seventh inventions,
Since the supply amount of the nitrogen gas is such that the nitrogen gas / halogen gas flow rate ratio, which is the ratio of the supply amount of the halogen gas, is greater than 0 and 0.1 or less,
In addition to the effects exhibited by any one of the seventeenth to twenty-seventh inventions, a metal nitride film can be formed in which the N / M ratio is freely controlled to be greater than 0 and less than or equal to 1.

なお、窒素ガスの供給量の制御としては、ハロゲンガスの供給量との比である窒素ガス/ハロゲンガス流量比が0より大きく0.1以下だけでなく、0より大きく0.05以下または0より大きく0.03以下の範囲で制御すればよく、当該範囲における制御によりN/M比を0より大きく1以下に自由に制御した窒化金属膜を成膜することができる。   The nitrogen gas supply amount is controlled not only by the nitrogen gas / halogen gas flow rate ratio being a ratio to the halogen gas supply amount being greater than 0 and not more than 0.1, but also greater than 0 and not more than 0.05 or 0. The metal nitride film can be formed in such a manner that the N / M ratio is freely controlled to be greater than 0 and less than or equal to 1 by controlling within this range.

特に、窒素ガス/ハロゲンガス流量比を0.005以上、0.025以下の範囲内で制御することにより、窒素ガス/ハロゲンガス流量比とN/M比の直線的な対応関係を利用して、N/M比の精度を高めた成膜を行うことができる。   In particular, by controlling the nitrogen gas / halogen gas flow rate ratio within the range of 0.005 or more and 0.025 or less, the linear correspondence relationship between the nitrogen gas / halogen gas flow rate ratio and the N / M ratio can be utilized. Film formation with higher ratio accuracy can be performed.

第29の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
第17ないし第28のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製方法において、
成膜工程中に、前記窒素ガスの供給量と前記ハロゲンガスの供給量との比である窒素ガス/ハロゲンガス流量比を変更して、膜内部でN/M比が変化した窒化金属膜を成膜することにしたので、
第17ないし第28のいずれか発明の奏する効果に加えて、更に、窒化金属膜の窒素成分をガス状態として供給するという有利な特徴を利用して、窒素ガス流量を自由に制御することにより、例えば窒素ラジカル成分を固体窒化物から得るような成膜原理では実現不可能な、膜内部でN/M比が変化した窒化金属膜を成膜することができる。例えば、窒化金属膜の内部において、N/M比を連続的、断続的または段階的に変化させた窒化金属膜を成膜することができる。
According to the metal nitride film forming method of the twenty-ninth invention,
In the metal nitride film manufacturing method according to any one of the seventeenth to twenty-eighth inventions,
During the film forming process, a nitrogen gas / halogen gas flow rate ratio, which is a ratio between the nitrogen gas supply amount and the halogen gas supply amount, is changed to obtain a metal nitride film in which the N / M ratio is changed inside the film. Since we decided to form a film,
In addition to the effect exhibited by any of the seventeenth to twenty-eighth inventions, the nitrogen gas flow rate can be freely controlled by utilizing the advantageous feature of supplying the nitrogen component of the metal nitride film as a gas state. For example, it is possible to form a metal nitride film having an N / M ratio changed inside the film, which cannot be realized by a film forming principle in which a nitrogen radical component is obtained from solid nitride. For example, a metal nitride film in which the N / M ratio is continuously, intermittently or stepwise changed can be formed inside the metal nitride film.

第30の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
第17ないし第29のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属は、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、バナジウム、ニオブ、ジルコニウム又はハフニウムのいずれか一種であることにしたので、
第17ないし第29のいずれか発明の奏する効果に加えて、更に、窒化タンタル、窒化チタン、窒化タングステン又は窒化モリブデンなどといった産業上利用可能性が高い窒化金属膜を成膜することができる。
According to the metal nitride film forming method of the thirtieth invention,
In the metal nitride film manufacturing method according to any one of the seventeenth to twenty-ninth inventions,
Since the metal capable of generating the high vapor pressure halide is one of tantalum, titanium, tungsten, molybdenum, vanadium, niobium, zirconium or hafnium,
In addition to the effects exhibited by any of the seventeenth to twenty-ninth inventions, a metal nitride film having a high industrial applicability, such as tantalum nitride, titanium nitride, tungsten nitride, or molybdenum nitride, can be formed.

第31の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
第17ないし第30のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記ハロゲンガスは、塩素ガスであることにしたので、
第17ないし第30のいずれか発明の奏する効果に加えて、更に、反応性、製造コストなどのバランスを考慮したハロゲンガスを利用することにより、最適な成膜を行うことができる。
According to the metal nitride film forming method of the thirty-first invention,
In the metal nitride film manufacturing method according to any one of the seventeenth to thirtieth inventions,
Since the halogen gas is chlorine gas,
In addition to the effects exhibited by any of the seventeenth to thirtieth inventions, optimum film formation can be performed by using a halogen gas that takes into account the balance of reactivity, manufacturing cost, and the like.

第32の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
第17ないし第31のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記窒素ガスの代わりに、酸素又は炭素を供給し、前記基板に酸化又は炭化金属膜を成膜することとしたので、
第17ないし第31のいずれか発明の奏する効果に加えて、更に、酸素/金属比が制御された薄膜を成膜してゲート電極、キャパシタンス用誘電体、触媒(例えば、光触媒であるチタニア)、密着層等として使用したり、炭素/金属比が制御された薄膜を成膜して保護膜やエッチングストップ膜等として使用したりすることができる。
According to the metal nitride film forming method of the thirty-second invention,
In the metal nitride film manufacturing method according to any one of the seventeenth to thirty-first inventions,
Since oxygen or carbon is supplied instead of the nitrogen gas, and an oxide or metal carbide film is formed on the substrate,
In addition to the effect of any one of the seventeenth to thirty-first aspects, a thin film with a controlled oxygen / metal ratio is further formed to form a gate electrode, a dielectric for capacitance, a catalyst (for example, titania which is a photocatalyst), It can be used as an adhesion layer or the like, or a thin film with a controlled carbon / metal ratio can be formed and used as a protective film or an etching stop film.

第33の発明に係る窒化金属膜によれば、
窒素原子と金属原子の原子組成比であるN/M比を制御したので、
例えば仕事関数を自由に制御した窒化金属膜とすることができ、例えばトランジスタのゲート電極に用いることにより、トランジスタ構造やトランジスタ特性によらずに最適なトランジスタを製造することができる。
According to the metal nitride film of the thirty-third invention,
Since the N / M ratio, which is the atomic composition ratio of nitrogen atoms and metal atoms, was controlled,
For example, a metal nitride film whose work function is freely controlled can be used. For example, by using it as a gate electrode of a transistor, an optimum transistor can be manufactured regardless of the transistor structure and transistor characteristics.

第34の発明に係る窒化金属膜によれば、
窒素原子と金属原子の原子組成比であるN/M比を0より大きく1以下に制御したので、
例えばトランジスタのゲート電極膜など、産業上利用可能性が高い窒化金属膜とすることができる。
According to the metal nitride film of the 34th invention,
Since the N / M ratio, which is the atomic composition ratio of nitrogen atoms and metal atoms, was controlled to be greater than 0 and less than or equal to 1,
For example, a metal nitride film having high industrial applicability such as a gate electrode film of a transistor can be used.

第35の発明に係る窒化金属膜によれば、
第33又は第34の発明に係る窒化金属膜において、
膜内部でN/M比が変化していることにしたので、
例えば窒素ラジカル成分を固体窒化物から得るような成膜原理では実現不可能な窒化金属膜とすることができる。
According to the metal nitride film according to the thirty-fifth aspect of the present invention,
In the metal nitride film according to the thirty-third or thirty-fourth invention,
Because the N / M ratio has changed inside the film,
For example, a metal nitride film that cannot be realized by a film forming principle in which a nitrogen radical component is obtained from solid nitride can be obtained.

第36の発明に係る窒化金属膜によれば、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成される被エッチング部材をハロゲンガスプラズマによりエッチングしてハロゲン化金属からなる前駆体を生成し、
当該前駆体の金属成分を基板に成膜する際に、供給量を制御した窒素ガスをプラズマ化して得られる窒素ガスプラズマにより前記金属成分を窒化して前記基板に成膜した第33ないし第35のいずれかの発明に係る窒化金属膜であることにしたので、
その成膜原理から、不純物が含まれることによる膜質低下の問題や、複雑な形状への均一成膜が困難であるという問題を解決した窒化金属膜とすることが可能であり、また成膜基板や膜自体に電気的損傷のおそれをなくした窒化金属膜とすることが可能である。
According to the metal nitride film according to the thirty-sixth aspect of the invention,
A member to be etched formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide is etched with halogen gas plasma to generate a precursor made of a metal halide,
When the metal component of the precursor is formed on the substrate, the metal component is nitrided by nitrogen gas plasma obtained by converting the supply amount of nitrogen gas into plasma, and is formed on the substrate. Since it was decided to be a metal nitride film according to any of the inventions,
Based on the principle of film formation, it is possible to obtain a metal nitride film that solves the problem of film quality deterioration due to the inclusion of impurities and the problem that uniform film formation in a complicated shape is difficult. It is possible to form a metal nitride film that eliminates the risk of electrical damage to the film itself.

本発明に係る窒化金属膜は、例えばトランジスタのゲート電極膜など、産業上の利用可能性が高く、膜内部でN/M比を変化させた窒化金属膜など、例えば窒素ラジカル成分を固体窒化物から得るような成膜原理では実現不可能な膜である。   The metal nitride film according to the present invention has high industrial applicability, such as a gate electrode film of a transistor, for example, a metal nitride film in which the N / M ratio is changed inside the film, such as a nitrogen radical component as a solid nitride This film cannot be realized by the film formation principle obtained from the above.

<第1の実施形態>
図1に基づいて、第1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1は、本発明の第1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内部構成図である。なお、同図には、窒化金属膜の成膜工程における成膜反応の概念の一部も示してある。
<First Embodiment>
A metal nitride film manufacturing method and a metal nitride film manufacturing apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic internal configuration diagram of a metal nitride film production apparatus for performing the metal nitride film production method according to the first embodiment of the present invention. In the figure, a part of the concept of the film formation reaction in the metal nitride film forming process is also shown.

<装置の全体構成について>
図1に示すように、筒形状に形成された、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及び冷媒流路5を備えた温度制御器6が設けられ、支持台2は温度制御器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。
<About the overall configuration of the device>
As shown in FIG. 1, a support base 2 is provided in the vicinity of the bottom of the chamber 1 formed in a cylindrical shape, and a substrate 3 is placed on the support base 2. The support table 2 is provided with a temperature controller 6 including a heater 4 and a refrigerant flow path 5. The support table 2 is set at a predetermined temperature (for example, a temperature at which the substrate 3 is maintained at 100 ° C. to 200 ° C.) by the temperature controller 6. ) Is controlled.

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7によって塞がれている。天井板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。   The upper surface of the chamber 1 is an opening, and the opening is closed by a plate-like ceiling plate 7 made of an insulating material (for example, made of ceramics). The inside of the chamber 1 closed by the ceiling plate 7 is maintained at a predetermined pressure by the vacuum device 8.

<プラズマ発生器について>
天井板7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9が設けられ、プラズマアンテナ9は天井板7の面と平行な平面状コイルである。平面状コイルとは、プラズマアンテナ9の平面形状が例えば渦巻状となっている形状を意味する。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であるプラズマ発生器が構成されている。
<About plasma generator>
A plasma antenna 9 for converting the inside of the chamber 1 into plasma is provided above the ceiling plate 7, and the plasma antenna 9 is a planar coil parallel to the surface of the ceiling plate 7. The planar coil means a shape in which the planar shape of the plasma antenna 9 is, for example, a spiral shape. A matching unit 10 and a power source 11 are connected to the plasma antenna 9 and supplied with a high frequency current. The plasma antenna 9, the matching unit 10, and the power source 11 constitute a plasma generator that is a plasma generating unit.

<ガスの供給について>
チャンバ1の側壁部の上方には、チャンバ1の内部にハロゲンガスとしての塩素ガスを供給する機能(ハロゲンガス供給手段)と窒素ガスを供給する機能(窒素ガス供給手段)とを有するノズル12が接続されている。チャンバ1の内部に供給される塩素ガスは、ヘリウムガスで希釈されている。チャンバ1の内部に供給され、成膜に関与しないガス等は排気口15から排気される。
<About gas supply>
Above the side wall of the chamber 1 is a nozzle 12 having a function of supplying chlorine gas as a halogen gas (halogen gas supply means) and a function of supplying nitrogen gas (nitrogen gas supply means) into the chamber 1. It is connected. Chlorine gas supplied into the chamber 1 is diluted with helium gas. A gas or the like that is supplied into the chamber 1 and does not participate in film formation is exhausted from the exhaust port 15.

なお、ハロゲンガスとしては、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、ハロゲンガスを希釈するガスとしては、ヘリウムガスの他にアルゴンガスなどでもよく、ハロゲンガス濃度が50%以下、好ましくは10%程度に希釈することが好ましい。 As the halogen gas, fluorine (F 2 ), bromine (Br 2 ), iodine (I 2 ), or the like can be used. The gas for diluting the halogen gas may be argon gas or the like in addition to helium gas, and the halogen gas concentration is preferably 50% or less, preferably about 10%.

ノズル12は、チャンバ1の円周方向に1個又は複数個、配置されると共にチャンバ1内部に向けて開口し、ノズル12には流量制御器13を介して希釈された塩素ガス及び窒素ガスが送られる。ノズル12の配置の仕方によっては、成膜される窒化金属膜18の膜厚分布等に影響があるため、ガス供給のバランス等を考慮した配置とすることが望ましい。   One or a plurality of nozzles 12 are arranged in the circumferential direction of the chamber 1 and open toward the inside of the chamber 1, and chlorine gas and nitrogen gas diluted via a flow rate controller 13 are supplied to the nozzle 12. Sent. Depending on the arrangement of the nozzles 12, the film thickness distribution of the metal nitride film 18 to be formed may be affected.

流量制御器13はガス供給量制御手段としての機能を有し、塩素ガスの供給量及び窒素ガスの供給量を独立に調整して、塩素ガスの供給量に対する窒素ガスの供給量であるN2/Cl2ガス流量比を制御する機能を有する。また、塩素ガスを希釈するヘリウムガスやアルゴンガス等の供給量も独立して調整できる機能を有する。 The flow rate controller 13 has a function as a gas supply amount control means, and independently adjusts the supply amount of chlorine gas and the supply amount of nitrogen gas, and N 2 which is the supply amount of nitrogen gas with respect to the supply amount of chlorine gas. / Cl 2 gas flow rate ratio is controlled. Moreover, it has the function which can adjust independently the supply amount of helium gas, argon gas, etc. which dilute chlorine gas.

なお、本実施形態では、同じノズル12から塩素ガス及び窒素ガスを共に供給する例を示したが、各ガス専用のノズルを設置してもよい。例えば、チャンバ1の円周方向に複数配置されるノズルを円周方向に向かって交互に各ガス専用のノズルとする構成などが挙げられる。   In the present embodiment, an example in which both chlorine gas and nitrogen gas are supplied from the same nozzle 12 is shown, but a nozzle dedicated to each gas may be installed. For example, a configuration in which a plurality of nozzles arranged in the circumferential direction of the chamber 1 are alternately used as nozzles dedicated to each gas in the circumferential direction can be mentioned.

<被エッチング部材について>
チャンバ1の上方(ノズル12よりも下方)には、高蒸気圧ハロゲン化物を形成しうる金属であるタンタル(Ta)からなる被エッチング部材14が保持され、被エッチング部材14はプラズマアンテナ9の電気の流れに対して基板3と天井板7の間に不連続状態で配置されている。
<About the member to be etched>
A member to be etched 14 made of tantalum (Ta), which is a metal capable of forming a high vapor pressure halide, is held above the chamber 1 (below the nozzle 12). The member to be etched 14 is electrically connected to the plasma antenna 9. It is arrange | positioned in the discontinuous state between the board | substrate 3 and the ceiling board 7 with respect to the flow of this.

例えば、被エッチング部材14は、図9に示すように、絶縁物で形成される環状のリング部材14aと、該リング部材14aの円周方向に複数設けられると共にリング部材14aの中心へ延びる複数の棒部材14bとからなり、棒部材14b同士の間に空間14cが形成されている。これにより、被エッチング部材14はプラズマアンテナ8の電気の流れ方向である周方向に対して構造的に不連続な状態とされている。   For example, as shown in FIG. 9, the member 14 to be etched is provided with an annular ring member 14a formed of an insulator, and a plurality of members 14a provided in the circumferential direction of the ring member 14a and extending to the center of the ring member 14a. The bar member 14b is formed, and a space 14c is formed between the bar members 14b. As a result, the member 14 to be etched is structurally discontinuous with respect to the circumferential direction, which is the electricity flow direction of the plasma antenna 8.

なお、プラズマアンテナ9の電気の流れに対して不連続状態にする構成としては、図9に示す形状に限られず、格子状の被エッチング部材としたり、網目状の被エッチング部材としたり、スリット状の切欠部(空間)を有する被エッチング部材としたりしてもよい。また、本実施形態では、被エッチング部材14の材料としてタンタル(Ta)を用いたが、これに限られず成膜したい窒化金属膜に応じてチタン(Ti)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、バナジウム、ニオブ、ジルコニウム又はハフニウム等で作製しても良い。   Note that the configuration of discontinuity with respect to the electric flow of the plasma antenna 9 is not limited to the shape shown in FIG. 9, but a lattice-like member to be etched, a mesh-like member to be etched, or a slit shape Or a member to be etched having a notch (space). In this embodiment, tantalum (Ta) is used as the material of the member 14 to be etched. However, the material is not limited to this, and titanium (Ti), tungsten (W), molybdenum (Mo) is used depending on the metal nitride film to be formed. , Vanadium, niobium, zirconium, hafnium, or the like.

<上記成膜装置を用いた窒化金属膜の成膜について>
図10は、本実施形態に係る窒化金属膜作製方法を実施する際の各ガス流量の制御方法を示す図である。同図には、横軸を時間軸とした各ガス流量の制御の様子を示してある。同図に示すように、本実施形態に係る窒化金属膜作製方法は、予備加熱工程と成膜工程とからなる。以下、上述した窒化金属膜作製装置によりN/M比の制御された窒化金属膜を成膜する方法について、図1、図9及び図10に基づいて詳細に説明する。
<Deposition of Metal Nitride Film Using the Deposition Apparatus>
FIG. 10 is a diagram illustrating a method for controlling each gas flow rate when the metal nitride film manufacturing method according to the present embodiment is performed. This figure shows the control of each gas flow rate with the horizontal axis as the time axis. As shown in the figure, the metal nitride film manufacturing method according to the present embodiment includes a preheating process and a film forming process. Hereinafter, a method for forming a metal nitride film having a controlled N / M ratio by the above-described metal nitride film manufacturing apparatus will be described in detail with reference to FIGS.

<予備加熱工程について>
まず、ノズル12からチャンバ1の内部に、流量制御器13を介して所定時間(時間ゼロから時間t1まで)、所定量のヘリウムガスを供給すると共に、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、ヘリウムガスを励起してヘリウムガスプラズマを発生させる。ヘリウムガスプラズマは、ガスプラズマ16で図示する領域に発生する。このときの反応は、次式で示すことができる。
<Preheating process>
First, a predetermined amount of helium gas is supplied into the chamber 1 from the nozzle 12 via the flow rate controller 13 for a predetermined time (from time zero to time t1), and electromagnetic waves are transmitted from the plasma antenna 9 into the chamber 1. When incident, helium gas is excited to generate helium gas plasma. Helium gas plasma is generated in the region shown by the gas plasma 16. The reaction at this time can be shown by the following formula.

He → He* ・・・・・・(1)
ここで、He*はヘリウムラジカルを示す。
He → He * (1)
Here, He * represents a helium radical.

発生したヘリウムガスプラズマにより、被エッチング部材14が加熱される。この工程は、ヘリウムガスプラズマにより被エッチング部材14を加熱して、後のエッチング反応を潤滑に行うための予備加熱工程である。   The member to be etched 14 is heated by the generated helium gas plasma. This step is a preheating step for heating the member 14 to be etched with helium gas plasma and performing a subsequent etching reaction to lubrication.

次に、予備加熱工程の後半(時間t1から時間t2まで)において、プラズマアンテナ9から電磁波を入射しつつ、ノズル12からチャンバ1の内部に、流量制御器13を介してガス流量を徐々に増加させながらヘリウムガス、塩素ガス及び窒素ガスを供給する。この結果、塩素ガス及び窒素ガスが励起されて、塩素ガスプラズマ及び窒素ガスプラズマが発生する。これらのガスプラズマは、ガスプラズマ16で図示する領域に発生する。このときの反応は、次式で示すことができる。   Next, in the second half of the preheating process (from time t1 to time t2), the gas flow rate is gradually increased from the nozzle 12 into the chamber 1 through the flow rate controller 13 while the electromagnetic wave is incident from the plasma antenna 9. Then, helium gas, chlorine gas and nitrogen gas are supplied. As a result, chlorine gas and nitrogen gas are excited, and chlorine gas plasma and nitrogen gas plasma are generated. These gas plasmas are generated in the region shown by the gas plasma 16. The reaction at this time can be shown by the following formula.

Cl2 → 2Cl* ・・・・・・(2)
2 → 2N* ・・・・・・(3)
ここで、Cl*は、塩素ラジカル、N*は窒素ラジカルを示す。
Cl 2 → 2Cl * (2)
N 2 → 2N * (3)
Here, Cl * represents a chlorine radical, and N * represents a nitrogen radical.

本実施形態では、時間t2においてヘリウムガス:塩素ガス:窒素ガスの流量比が約100:33:1(例えば、100sccm:33sccm:1sccm)となるように各ガス流量を徐々に増加させた。すなわち、後述する成膜工程において、供給する塩素ガスをヘリウムガスにより濃度約25%に希釈した塩素ガスとすると共に、N2/Cl2ガス流量比を0.03とした。 In this embodiment, the flow rate of each gas is gradually increased so that the flow rate ratio of helium gas: chlorine gas: nitrogen gas is about 100: 33: 1 (for example, 100 sccm: 33 sccm: 1 sccm) at time t2. That is, in the film-forming process described later, the supplied chlorine gas was a chlorine gas diluted with helium gas to a concentration of about 25%, and the N 2 / Cl 2 gas flow rate ratio was 0.03.

成膜工程におけるN2/Cl2ガス流量比は、0.03に限られず、下記詳細に説明するように、0より大きく0.1以下の範囲を自由に設定することができる。N2/Cl2ガス流量比を該範囲における所定の値に設定することで、成膜される窒化金属膜18のN/M比を0より大きく1以下において自由に制御することができる。 The N 2 / Cl 2 gas flow rate ratio in the film forming process is not limited to 0.03, and can be freely set within a range from 0 to 0.1 as will be described in detail below. By setting the N 2 / Cl 2 gas flow rate ratio to a predetermined value in this range, the N / M ratio of the deposited metal nitride film 18 can be freely controlled in the range from 0 to 1 or less.

この予備加熱工程の後半は、被エッチング部材14の予備加熱に加えて、成膜に必要とされるガス流量を調整する目的も兼ねている。予備加熱工程において供給するヘリウムガスの供給量及び供給時間は、被エッチング部材14が加熱されて所定温度となるように設定する。また、予備加熱工程の後半において供給する塩素ガス及び窒素ガスは、これらのガスプラズマによる被エッチング部材14の加熱に対する寄与や、ガス供給の安定性などの項目を考慮して、供給スピードをコントロールする。   In the second half of this preheating step, in addition to preheating the member 14 to be etched, it also serves the purpose of adjusting the gas flow rate required for film formation. The supply amount and supply time of the helium gas supplied in the preheating step are set so that the member to be etched 14 is heated to a predetermined temperature. Further, the chlorine gas and the nitrogen gas supplied in the second half of the preheating step control the supply speed in consideration of items such as the contribution to the heating of the member 14 to be etched by the gas plasma and the stability of the gas supply. .

<ファラデーシールドについて>
図1に示す窒化金属膜作製装置では、プラズマアンテナ9の下部には導電体である被エッチング部材14が存在している。しかしながら、以下の作用により、ガスプラズマ16が被エッチング部材14を安定に覆って、すなわち被エッチング部材14の下側にもガスプラズマ16が安定して発生するようになっている。この結果、発生した前駆体17を基板3に供給することができる。
<About Faraday Shield>
In the metal nitride film manufacturing apparatus shown in FIG. 1, a member 14 to be etched, which is a conductor, exists under the plasma antenna 9. However, the gas plasma 16 stably covers the member 14 to be etched, that is, the gas plasma 16 is stably generated also under the member 14 to be etched by the following action. As a result, the generated precursor 17 can be supplied to the substrate 3.

上述するように、被エッチング部材14の棒部材14bは、プラズマアンテナ9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7との間に配置されている(図9を参照。)。   As described above, the rod member 14b of the member 14 to be etched is disposed between the substrate 3 and the ceiling plate 7 so as to be discontinuous with respect to the flow direction of the current flowing through the plasma antenna 9 (FIG. 9).

平面状コイルのプラズマアンテナ9に電流が流れると、各棒部材14bにおけるプラズマアンテナ9に対向する面には、プラズマアンテナ9の電流の流れ方向とは逆方向の誘導電流が発生する。被エッチング部材14には空間14cが存在しているので、棒部材14bに発生した誘導電流は、それぞれの棒部材14bの下面(前記対向面の裏側の面)に流れる。したがって、該下面における誘導電流の流れ方向は、プラズマアンテナ9に流れる電流の流れ方向と同一方向となる(ファラデーシールド)。   When a current flows through the plasma antenna 9 having a planar coil, an induced current in a direction opposite to the current flow direction of the plasma antenna 9 is generated on the surface of each rod member 14b facing the plasma antenna 9. Since the space 14c exists in the member 14 to be etched, the induced current generated in the bar member 14b flows to the lower surface (the surface on the back side of the facing surface) of each bar member 14b. Therefore, the flow direction of the induced current on the lower surface is the same as the flow direction of the current flowing through the plasma antenna 9 (Faraday shield).

すなわち、基板3側から被エッチング部材14を見た場合、プラズマアンテナ9に流れる電流を打ち消す方向の誘導電流が存在しない状態になる。また、リング部材14aがアースされ、各棒部材14bが同電位に維持されている。この結果、導電体である被エッチング部材14が存在していても、プラズマアンテナ9から電磁波がチャンバ1内に確実に入射し、被エッチング部材14の下側にもガスプラズマ16が安定して発生するようになっている。この結果、発生した前駆体17を基板3に供給することができる。   That is, when the member 14 to be etched is viewed from the substrate 3 side, there is no induced current in a direction that cancels the current flowing through the plasma antenna 9. Further, the ring member 14a is grounded, and each bar member 14b is maintained at the same potential. As a result, even if the member 14 to be etched is present, the electromagnetic wave reliably enters the chamber 1 from the plasma antenna 9, and the gas plasma 16 is stably generated below the member 14 to be etched. It is supposed to be. As a result, the generated precursor 17 can be supplied to the substrate 3.

<成膜工程について>
次に、時間t2からの成膜工程では、時間t2で到達した各ガス流量比を維持して成膜を行う。すなわち、ヘリウムガス:塩素ガス:窒素ガスの流量比を約100:33:1に維持して成膜工程を行う。
<Deposition process>
Next, in the film formation process from time t2, film formation is performed while maintaining the respective gas flow rate ratios reached at time t2. That is, the film forming process is performed while maintaining the flow ratio of helium gas: chlorine gas: nitrogen gas at about 100: 33: 1.

上述するようにガスプラズマ16の示す領域に発生した塩素ガスプラズマにより、被エッチング部材14にエッチング反応が生じる。このときの反応は、次式で示すことができる。
Ta(s)+XCl* → TaClX(g) ・・・・(4)
ここで、sは固体状態、gはガス状態、Xは零より大きい数字(整数に限定されない。)を示す。式(4)は、被エッチング部材14のタンタル成分が塩素ラジカルによりエッチングされ、高蒸気圧ハロゲン化物である塩化タンタルガスを生成した状態を示す。この塩化タンタルガスが、前駆体17である。
As described above, the etching reaction occurs in the member 14 to be etched by the chlorine gas plasma generated in the region indicated by the gas plasma 16. The reaction at this time can be shown by the following formula.
Ta (s) + XCl * → TaCl x (g) (4)
Here, s represents a solid state, g represents a gas state, and X represents a number greater than zero (not limited to an integer). Expression (4) shows a state in which the tantalum component of the member to be etched 14 is etched by chlorine radicals to generate tantalum chloride gas that is a high vapor pressure halide. This tantalum chloride gas is the precursor 17.

ガスプラズマ16が発生することにより被エッチング部材14は加熱され、更に温度制御器6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14の温度よりも低くなる。また、チャンバ1の内部において、各ガスはノズル12から供給されて排気口15から排気されるため、各ガスの流れ方向はチャンバ1の上方から下方に向かう方向となる。これらの結果、前駆体17は基板3に吸着される。このときの反応は、次式で示すことができる。
TaClX(g) → TaClX(ad) ・・・・(5)
ここで、adは吸着状態を示す。
The member 14 to be etched is heated by the generation of the gas plasma 16, and the substrate 3 is cooled by the temperature controller 6, whereby the temperature of the substrate 3 becomes lower than the temperature of the member 14 to be etched. Further, since each gas is supplied from the nozzle 12 and exhausted from the exhaust port 15 inside the chamber 1, the flow direction of each gas is a direction from the upper side to the lower side of the chamber 1. As a result, the precursor 17 is adsorbed on the substrate 3. The reaction at this time can be shown by the following formula.
TaCl x (g) → TaCl x (ad) (5)
Here, ad indicates an adsorption state.

基板3に吸着した塩化タンタルは、塩素ラジカル及び窒素ラジカルにより還元・窒化されて窒化タンタルとなり、窒化金属膜18が形成される。このときの反応は、次式で示すことができる。
TaClX(ad)+XCl*+YN*→TaNY(s)+XCl2↑ ・・(6)
ここでYは零より大きい数字(整数に限定されない。)を示す。
The tantalum chloride adsorbed on the substrate 3 is reduced and nitrided by chlorine radicals and nitrogen radicals to become tantalum nitride, and a metal nitride film 18 is formed. The reaction at this time can be shown by the following formula.
TaCl X (ad) + XCl * + YN * → TaN Y (s) + XCl 2 ↑ (6)
Here, Y represents a number greater than zero (not limited to an integer).

なお、上式(6)の成膜反応は、次の2つの反応からなると考えられる。1つめの反応は、基板3に吸着した塩化タンタルが塩素ラジカルにより還元されてタンタル成分となった後、窒素ラジカルにより窒化され窒化タンタルとなる反応である。この反応は、次式で示すことができる。
TaClX(ad)+XCl*→Ta(s)+XCl2↑ ・・(7)
Ta(s) + YN* → TaNY(s) ・・・・・・(8)
The film formation reaction of the above formula (6) is considered to consist of the following two reactions. The first reaction is a reaction in which tantalum chloride adsorbed on the substrate 3 is reduced by chlorine radicals to become a tantalum component and then nitrided by nitrogen radicals to become tantalum nitride. This reaction can be shown by the following formula.
TaCl x (ad) + XCl * → Ta (s) + XCl 2 ↑ (7)
Ta (s) + YN * → TaN Y (s) (8)

2つめの反応は、基板3に吸着した塩化タンタルが窒素ラジカルにより直接窒化され窒化タンタルとなる反応である。この反応は、次式で示すことができる。
TaClX(ad)+YN* →TaNY(s)+X/2Cl2 ↑ ・・(9)
The second reaction is a reaction in which tantalum chloride adsorbed on the substrate 3 is directly nitrided by nitrogen radicals to become tantalum nitride. This reaction can be shown by the following formula.
TaCl X (ad) + YN * → TaN Y (s) + X / 2Cl 2 ↑ (9)

更に、上式(4)において発生した塩化タンタルガスの一部は、基板3に吸着する(上式(5)を参照。)前に、塩素ラジカルにより還元されてタンタル成分となった後、窒素ラジカルにより窒化されガス状態の窒化タンタルとなったり、直接窒素ラジカルにより窒化されてガス状態の窒化タンタルとなったりする場合もあると考えられる。このようにして生成したガス状態の窒化タンタルは、基板3に成膜されて、窒化金属膜18の一部を形成する。   Further, a part of the tantalum chloride gas generated in the above formula (4) is reduced to a tantalum component by being reduced by chlorine radicals before adsorbing to the substrate 3 (see the above formula (5)), and then nitrogen. It is considered that there are cases in which nitridation is caused by radicals to become gas tantalum nitride, or nitridation is directly caused by nitrogen radicals to become gas tantalum nitride. The gas-state tantalum nitride generated in this manner is deposited on the substrate 3 to form a part of the metal nitride film 18.

このようにして成膜された窒化タンタルの膜(窒化金属膜18)を分析すると、N/M比が1であることが分かった。   Analysis of the tantalum nitride film (metal nitride film 18) formed in this manner revealed that the N / M ratio was 1.

<窒素ガス/ハロゲンガス流量比を変化させた場合について>
次に、N2/Cl2ガス流量比を変化させて窒化金属膜18の成膜を行った。図11(a)は、N2/Cl2ガス流量比と成膜された窒化金属膜のN/M比の関係を示す図である。同図に示すように、N2/Cl2ガス流量比を変化させることにより、成膜される窒化金属膜18のN/M比を自由に制御できることが分る。同図において、横軸のGR1は0.03、GR2は0.005、GR3は0.025であり、縦軸のR1は1、R2は0.05、R3は0.95である。
<When the nitrogen gas / halogen gas flow ratio is changed>
Next, the metal nitride film 18 was formed by changing the N 2 / Cl 2 gas flow rate ratio. FIG. 11A is a diagram showing the relationship between the N 2 / Cl 2 gas flow rate ratio and the N / M ratio of the deposited metal nitride film. As shown in the figure, it can be seen that the N / M ratio of the metal nitride film 18 to be formed can be freely controlled by changing the N 2 / Cl 2 gas flow rate ratio. In the figure, GR 1 on the horizontal axis is 0.03, GR 2 is 0.005, and GR 3 is 0.025. R 1 on the vertical axis is 1, R 2 is 0.05, and R 3 is 0.95.

すなわち、N2/Cl2ガス流量比を0より大きく0.03以下の範囲内で制御することにより、N/M比を0より大きく1以下に自由に制御した窒化金属膜18を成膜することができる。特に、N2/Cl2ガス流量比が0.005以上、0.025以下の範囲内では、N2/Cl2ガス流量比とN/M比の関係が直線関係(ほぼ一次関数で表せる関係)にあるため、該範囲内で成膜することにより、N/M比制御の精度を高めた成膜が可能である。なお、N2/Cl2ガス流量比を0.005以上、0.025以下の範囲内とした場合には、N/M比を0.05以上、0.95以下に自由に制御した窒化金属膜18を成膜することができる。 That is, by controlling the N 2 / Cl 2 gas flow rate ratio within the range of greater than 0 and 0.03 or less, the metal nitride film 18 in which the N / M ratio is freely controlled to be greater than 0 and 1 or less is formed. be able to. In particular, when the N 2 / Cl 2 gas flow ratio is in the range of 0.005 or more and 0.025 or less, the relationship between the N 2 / Cl 2 gas flow ratio and the N / M ratio is a linear relationship (a relationship that can be expressed by a linear function). By forming a film within this range, it is possible to form a film with improved N / M ratio control accuracy. When the N 2 / Cl 2 gas flow rate ratio is in the range of 0.005 or more and 0.025 or less, the metal nitride film 18 in which the N / M ratio is freely controlled to 0.05 or more and 0.95 or less is formed. Can be membrane.

また、N2/Cl2ガス流量比を0.03よりも大きい範囲、例えば0.03より大きく0.1以下や、0.03より大きく0.05以下の範囲で制御してもよい。図11(a)に示すように、N2/Cl2ガス流量比を0.03より大きくしてもN/M比はほとんど変わらない。したがって、0.03以上の範囲は、N/M比が約1の窒化金属膜が得られる範囲である。 Further, the N 2 / Cl 2 gas flow ratio may be controlled in a range larger than 0.03, for example, in a range larger than 0.03 and 0.1 or less, or larger than 0.03 and 0.05 or less. As shown in FIG. 11A, even if the N 2 / Cl 2 gas flow rate ratio is made larger than 0.03, the N / M ratio hardly changes. Therefore, the range of 0.03 or more is a range in which a metal nitride film having an N / M ratio of about 1 can be obtained.

上述する本実施形態では、成膜工程においてN2/Cl2ガス流量比を一定に維持することにより、膜内において均一なN/M比を有する窒化金属膜18を成膜した例について説明したが、成膜工程中にN2/Cl2ガス流量比を変化させることにより、膜内においてN/M比を変化させた窒化金属膜18を成膜することもできる。 In the present embodiment described above, an example in which the metal nitride film 18 having a uniform N / M ratio is formed in the film by maintaining the N 2 / Cl 2 gas flow rate ratio constant in the film forming process has been described. However, by changing the N 2 / Cl 2 gas flow rate ratio during the film forming process, the metal nitride film 18 with the N / M ratio changed in the film can be formed.

このような成膜形態が可能であるのは、本発明における窒化金属膜の成膜原理が窒素成分をガス状態として供給するものであり、このガス流量を自由に制御してN/M比を変化させることができるためである。これに対して、例えば窒素ラジカル成分を固体窒化物から得るような成膜原理では、窒素ラジカル量を自由に制御することができず、自由度の低い成膜形態となる。   Such a film formation mode is possible because the metal nitride film formation principle in the present invention supplies a nitrogen component in a gas state, and the N / M ratio is controlled by freely controlling the gas flow rate. This is because it can be changed. On the other hand, for example, in the film forming principle in which the nitrogen radical component is obtained from solid nitride, the amount of nitrogen radicals cannot be freely controlled, resulting in a film forming form with a low degree of freedom.

<N/M比を自由に制御可能な意義について>
図11(b)は、成膜した窒化金属膜18のN/M比と仕事関数の関係を示す図である。同図には、横軸を成膜される窒化金属膜のN/M比(同図の右ほど比が大きい)とし、縦軸を窒化金属膜の仕事関数(同図の上ほど値が大きい)として示してある。同図から、N/M比を自由に制御した窒化金属膜を成膜可能であることは、仕事関数を自由に制御した窒化金属膜を成膜可能なことを意味することが分る。
<Significance of freely controlling the N / M ratio>
FIG. 11B is a diagram showing the relationship between the N / M ratio of the deposited metal nitride film 18 and the work function. In the figure, the horizontal axis represents the N / M ratio of the metal nitride film to be deposited (the ratio is larger toward the right in the figure), and the vertical axis represents the work function of the metal nitride film (the value is larger toward the top in the figure). ). From the figure, it can be seen that the ability to form a metal nitride film having a freely controlled N / M ratio means that a metal nitride film having a freely controlled work function can be formed.

例えば、トランジスタのゲート電極は、トランジスタ構造やトランジスタ特性によって、仕事関数を所定値に制御した薄膜とする必要がある。このとき、ゲート電極に窒化金属膜を適用した場合、仕事関数を自由に制御可能な窒化金属膜であれば、トランジスタ構造やトランジスタ特性によらず、該トランジスタを最適に製造することができる。したがって、本実施形態により成膜した窒化金属膜を適用することで、最適なトランジスタの製造が可能となる。   For example, the gate electrode of a transistor needs to be a thin film whose work function is controlled to a predetermined value depending on the transistor structure and transistor characteristics. At this time, when a metal nitride film is applied to the gate electrode, the transistor can be optimally manufactured regardless of the transistor structure and transistor characteristics as long as the work function can be freely controlled. Therefore, an optimum transistor can be manufactured by applying the metal nitride film formed according to this embodiment.

<応用例について>
なお、ハロゲンガスとして、ヘリウムなど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、塩酸ガス(HCl)を適用したりすることも可能である。塩酸ガスを適用した場合、ガスプラズマとしては塩酸ラジカルと水素ラジカルが生成されるが、被エッチング部材14のエッチングにより生成される前駆体は塩化タンタルガスである。したがって、ハロゲンガスとしては塩素を含有するガスであればよく、塩酸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。
<Application examples>
In addition, although chlorine gas diluted with helium etc. was mentioned as an example and demonstrated as halogen gas, it is also possible to use chlorine gas independently or to apply hydrochloric acid gas (HCl). When hydrochloric acid gas is applied, hydrochloric acid radicals and hydrogen radicals are generated as gas plasma, but the precursor generated by etching the member to be etched 14 is tantalum chloride gas. Accordingly, the halogen gas may be any gas containing chlorine, and a mixed gas of hydrochloric acid gas and chlorine gas may be used.

<第2ないし第4の実施形態について>
次に、図2ないし図4に基づいて、それぞれ本発明の第2ないし第4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。以下に説明する窒化金属膜作製方法及び窒化金属膜作製装置においても、第1の実施形態と同様に、N2/Cl2ガス流量比を制御して供給することにより、基板上にN/M比を自由に制御した窒化金属膜を成膜することができる。
<About 2nd thru | or 4th embodiment>
Next, a metal nitride film manufacturing method and a metal nitride film manufacturing apparatus according to second to fourth embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. Also in the metal film production method and metal nitride film production apparatus nitride described below as in the first embodiment, by supplying by controlling the N 2 / Cl 2 gas flow rate ratio, N / M on a substrate A metal nitride film having a freely controlled ratio can be formed.

図2ないし図4は、それぞれ本発明の第2ないし第4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内部構成図である。なお、図1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。   2 to 4 are schematic internal configuration diagrams of a metal nitride film manufacturing apparatus for performing the metal nitride film manufacturing methods according to the second to fourth embodiments of the present invention, respectively. The same members as those in the metal nitride film manufacturing apparatus shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

<第2の実施形態>
図2に示した第2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20によって塞がれている。被エッチング部材20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。
<Second Embodiment>
In the metal nitride 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 formed of a metal that can form a high vapor pressure halide. It is blocked by. The inside of the chamber 1 closed by the member to be etched 20 is maintained at a predetermined pressure by the vacuum device 8.

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21が設けられ、プラズマアンテナ21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21、整合器10及び電源11によりプラズマ発生手段であるプラズマ発生器が構成されている。   A coiled plasma antenna 21 is provided around the cylindrical portion of the chamber 1, and the matching device 10 and the power source 11 are connected to the plasma antenna 21 to supply a high-frequency current. The plasma antenna 21, the matching unit 10 and the power source 11 constitute a plasma generator which is a plasma generating means.

本実施形態に係る窒化金属膜作製装置では、成膜工程において、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及び窒素ガスを供給し、プラズマアンテナ21から電磁波をチャンバ1の内部に入射することにより、塩素ガス及び窒素ガスを励起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。   In the metal nitride film manufacturing apparatus according to the present embodiment, chlorine gas and nitrogen gas as halogen gases are supplied from the nozzle 12 into the chamber 1 in the film forming process, and electromagnetic waves are incident from the plasma antenna 21 into the chamber 1. Thus, chlorine gas and nitrogen gas are excited to generate chlorine gas plasma and nitrogen gas plasma.

これらのガスプラズマは、ガスプラズマ16で図示する領域に発生する。塩素ガスプラズマにより、被エッチング部材20にエッチング反応が生じ、第1の実施形態で説明した作用により窒化金属膜18が成膜される。第2の実施形態でも、N2/Cl2ガス流量比を所定の範囲内で制御することにより、N/M比を自由に制御した窒化金属膜18を成膜することができる。 These gas plasmas are generated in the region shown by the gas plasma 16. The etching reaction occurs in the member to be etched 20 by the chlorine gas plasma, and the metal nitride film 18 is formed by the action described in the first embodiment. Also in the second embodiment, the metal nitride film 18 with the N / M ratio freely controlled can be formed by controlling the N 2 / Cl 2 gas flow rate ratio within a predetermined range.

<第3の実施形態>
図3に示した第3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20によって塞がれている。被エッチング部材20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。被エッチング部材20には、整合器10及び電源11が接続され、被エッチング部材20に高周波電流が供給される。また、支持台2はアース22により接地されている。
<Third Embodiment>
In the metal nitride film manufacturing apparatus according to the third embodiment shown in FIG. 3, the upper surface of the chamber 1 is an opening, and the opening is made of a metal that can form a high vapor pressure halide. It is blocked by. The inside of the chamber 1 closed by the member to be etched 20 is maintained at a predetermined pressure by the vacuum device 8. The matching member 10 and the power source 11 are connected to the member to be etched 20, and a high frequency current is supplied to the member to be etched 20. The support base 2 is grounded by a ground 22.

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及び窒素ガスを供給し、被エッチング部材20からチャンバ1の内部に電場を作用させることにより、塩素ガス及び窒素ガスを励起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。   In the metal nitride film manufacturing apparatus according to this embodiment, chlorine gas and nitrogen gas as halogen gases are supplied into the chamber 1 from the nozzle 12, and an electric field is applied from the member to be etched 20 to the inside of the chamber 1. Chlorine gas plasma and nitrogen gas plasma are generated by exciting chlorine gas and nitrogen gas.

これらのガスプラズマは、ガスプラズマ16で図示する領域に発生する。塩素ガスプラズマにより、被エッチング部材20にエッチング反応が生じ、第1の実施形態で説明した作用により窒化金属膜18が成膜される。第3の実施形態でも、N2/Cl2ガス流量比を所定の範囲内で制御することにより、N/M比を自由に制御した窒化金属膜18を成膜することができる。 These gas plasmas are generated in the region shown by the gas plasma 16. The etching reaction occurs in the member to be etched 20 by the chlorine gas plasma, and the metal nitride film 18 is formed by the action described in the first embodiment. Also in the third embodiment, the metal nitride film 18 in which the N / M ratio is freely controlled can be formed by controlling the N 2 / Cl 2 gas flow rate ratio within a predetermined range.

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20自身をプラズマ発生用の電極として用いているので、チャンバ1の上部や、筒部の周囲にプラズマアンテナ9(図1を参照。)、プラズマアンテナ21(図2を参照。)が不要となり、装置周囲の構成の自由度を増加させることができる。   In the metal nitride film manufacturing apparatus according to the present embodiment, the member to be etched 20 itself is used as an electrode for plasma generation, and therefore the plasma antenna 9 (see FIG. 1) is provided above the chamber 1 and around the cylinder portion. The plasma antenna 21 (see FIG. 2) is not necessary, and the degree of freedom of configuration around the apparatus 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7によって塞がれている。天井板7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は円錐形状となっている。
<Fourth Embodiment>
In the metal nitride 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 ceiling plate 7 made of ceramics (made of an insulating material), for example. ing. A member to be etched 30 made of metal capable of forming a high vapor pressure halide is provided on the lower surface of the ceiling plate 7, and the member to be etched 30 has a conical shape.

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の側壁部には、複数の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が設けられており、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。   A plurality of slit-shaped openings 31 are formed in the side wall of the chamber 1 at substantially the same height as the member 30 to be etched, and one end of a cylindrical passage 32 is fixed to the opening 31. A cylindrical excitation chamber 33 made of an insulator is provided in the middle of the passage 32, and a coiled plasma antenna 34 is provided around the excitation chamber 33. The plasma antenna 34 includes the matching unit 10 and the power source 11. And a high frequency current is supplied.

通路32の他端側には流量制御器35、36が接続され、流量制御器35を介して通路32内にハロゲンガスとしての塩素ガスが、流量制御器36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とから構成される部位を以下、外部プラズマ発生器(外部プラズマ発生手段)と言う。   Flow rate controllers 35, 36 are connected to the other end side of the passage 32, and chlorine gas as a halogen gas enters the passage 32 via the flow rate controller 35, and nitrogen gas enters the passage 32 via the flow rate controller 36. Is supplied. Hereinafter, a part constituted by the opening 31, the passage 32, the excitation chamber 33, the plasma antenna 34, the matching unit 10, and the power source 11 is referred to as an external plasma generator (external plasma generation means).

以下、ガスプラズマが被エッチング部材30に作用する機構を説明する。流量制御器35を介して通路32内に供給された塩素ガスは、励起室33に送り込まれる。また、流量制御器36を介して通路32内に供給された窒素ガスは、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、塩素ガス及び窒素ガスを励起して、塩素ガスプラズマ及び窒素ガスプラズマを発生させる(ガスプラズマ37)。   Hereinafter, a mechanism in which the gas plasma acts on the member 30 to be etched will be described. The chlorine gas supplied into the passage 32 via the flow rate controller 35 is sent into the excitation chamber 33. Further, the nitrogen gas supplied into the passage 32 via the flow rate controller 36 is sent into the excitation chamber 33. Next, electromagnetic waves are incident on the inside of the excitation chamber 33 from the plasma antenna 34 to excite chlorine gas and nitrogen gas to generate chlorine gas plasma and nitrogen gas plasma (gas plasma 37).

真空装置8により、チャンバ1の内部の圧力と励起室33の内部の圧力とに所定の差圧が発生しているため、励起室33で発生したガスプラズマ37における塩素ラジカル及び窒素ラジカルは、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。この結果、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、第1の実施形態で説明した作用により窒化金属膜18が成膜される。第4の実施形態でも、N2/Cl2ガス流量比を所定の範囲内で制御することにより、N/M比を自由に制御した窒化金属膜18を成膜することができる。 Since the vacuum device 8 generates a predetermined differential pressure between the pressure inside the chamber 1 and the pressure inside the excitation chamber 33, chlorine radicals and nitrogen radicals in the gas plasma 37 generated in the excitation chamber 33 are opened. It is sent from the part 31 to the member 30 to be etched in the chamber 1. As a result, an etching reaction occurs in the member 30 to be etched due to chlorine radicals, and the metal nitride film 18 is formed by the action described in the first embodiment. Also in the fourth embodiment, the metal nitride film 18 with the N / M ratio freely controlled can be formed by controlling the N 2 / Cl 2 gas flow rate ratio within a predetermined range.

本実施形態に係る窒化金属膜作製装置は、チャンバ1と隔絶した(チャンバ1本体の外部に設けた)外部プラズマ発生器において、ガスプラズマ37を発生させるようにしているので、基板3が直接、プラズマに晒されるおそれを抑制することができ、プラズマによる損傷を抑制することができる。   In the metal nitride film manufacturing apparatus according to the present embodiment, the gas plasma 37 is generated in an external plasma generator that is isolated from the chamber 1 (provided outside the main body of the chamber 1). The risk of exposure to plasma can be suppressed, and damage due to plasma can be suppressed.

例えば、既に別材料の膜が成膜された基板3に更に成膜を行う場合などには、本実施形態に係る窒化金属膜作製装置を用いることにより、既に成膜された材料の膜を損傷させることなく第2の成膜が可能である。なお、外部プラズマ発生器でガスプラズマ37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。   For example, when further film formation is performed on the substrate 3 on which a film of another material is already formed, the film of the material already formed is damaged by using the metal nitride film manufacturing apparatus according to this embodiment. The second film formation can be performed without the above. As a means for generating the gas plasma 37 with an external plasma generator, a microwave, a laser, an electron beam, radiated light, or the like can be used.

<第1ないし第4の実施形態における応用例について>
なお、第1ないし第4の実施形態では、塩素ガスを供給する機能と窒素ガスを供給する機能とを一体にして一つのガス供給装置(例えば、図1ではノズル12から両ガスを供給する)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、塩素ガスを供給するノズルと窒素ガスを供給するノズルを別個に設置してもよい。
<Application Examples in the First to Fourth Embodiments>
In the first to fourth embodiments, the function of supplying chlorine gas and the function of supplying nitrogen gas are integrated into one gas supply device (for example, both gases are supplied from the nozzle 12 in FIG. 1). However, the present invention is not limited to this example. For example, a nozzle for supplying chlorine gas and a nozzle for supplying nitrogen gas may be installed separately.

この場合、第4の実施形態に係る窒化金属膜作製装置では、後述するように、塩素ガス専用の励起室と窒素ガス専用の励起室を設置する(図8に係る第8の実施形態)。両ガスの供給装置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 this case, in the metal nitride film manufacturing apparatus according to the fourth embodiment, as will be described later, an excitation chamber dedicated to chlorine gas and an excitation chamber dedicated to nitrogen gas are installed (eighth embodiment according to FIG. 8). By separately providing both gas supply devices, supply control of both gases can be performed with high accuracy.

<第5ないし第8の実施形態について>
次に、図5ないし図8に基づいて、それぞれ本発明の第5ないし第8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。以下に説明する窒化金属膜作製方法及び窒化金属膜作製装置においても、第1の実施形態と同様に、N2/Cl2ガス流量比を制御して供給することにより、基板上にN/M比を自由に制御した窒化金属膜を成膜することができる。
<About Fifth to Eighth Embodiments>
Next, a metal nitride film manufacturing method and a metal nitride film manufacturing apparatus according to fifth to eighth embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. Also in the metal film production method and metal nitride film production apparatus nitride described below as in the first embodiment, by supplying by controlling the N 2 / Cl 2 gas flow rate ratio, N / M on a substrate A metal nitride film having a freely controlled ratio can be formed.

図5ないし図8は、それぞれ本発明の第5ないし第8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内部構成図である。なお、図1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. 5 to FIG. 8 are schematic internal configuration diagrams of a metal nitride film manufacturing apparatus for performing the metal nitride film manufacturing method according to the fifth to eighth embodiments of the present invention, respectively. The same members as those in the metal nitride film manufacturing apparatus shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

<第5の実施形態>
図5に示した第5の実施形態に係る窒化金属膜作製装置は、図1に示す第1の実施形態を応用した一例である。図1に示した窒化金属膜作製装置と比較して、第5の実施形態では、窒素ガスを供給する供給装置と塩素ガスを供給する供給装置とが独立して設置されており、窒素ガスを供給する際には予めプラズマ化し、窒素ガスプラズマ38としてチャンバ1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 nitride 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 nitride film manufacturing apparatus shown in FIG. 1, in the fifth embodiment, a supply apparatus for supplying nitrogen gas and a supply apparatus for supplying chlorine gas are installed independently. It differs from the point that it can be plasmatized in advance and supplied into the chamber 1 as nitrogen gas plasma 38.

本実施形態では、第4の実施形態で説明した外部プラズマ発生器が窒素ガス専用のものとして、基板3とほぼ同じ高さにおけるチャンバ1の側壁に設置されており(第2の外部プラズマ発生手段)、窒素ガスがチャンバ1内に供給される前にプラズマ化され窒素ガスプラズマ38となり、基板3の上面に供給されるようになっている。塩素ガスはノズル12から窒素ガスプラズマ38とは別にチャンバ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 external plasma generator described in the fourth embodiment is dedicated to nitrogen gas, and is installed on the side wall of the chamber 1 at almost the same height as the substrate 3 (second external plasma generating means). ), Before the nitrogen gas is supplied into the chamber 1, the plasma is converted into nitrogen gas plasma 38 and supplied to the upper surface of the substrate 3. Chlorine gas is supplied from the nozzle 12 to the inside of the chamber 1 separately from the nitrogen gas plasma 38 and is converted into plasma by the action of electromagnetic waves incident from the plasma antenna 9.

<第6の実施形態>
図6に示した第6の実施形態に係る窒化金属膜作製装置は、図2に示す第2の実施形態を応用した一例である。図2に示した窒化金属膜作製装置と比較して、第6の実施形態では、窒素ガスを供給する供給装置と塩素ガスを供給する供給装置とが独立して設置されており、窒素ガスを供給する際には予めプラズマ化し、窒素ガスプラズマ38としてチャンバ1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 nitride 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 nitride film manufacturing apparatus shown in FIG. 2, in the sixth embodiment, the supply device for supplying nitrogen gas and the supply device for supplying chlorine gas are installed independently, It differs from the point that it can be plasmatized in advance and supplied into the chamber 1 as nitrogen gas plasma 38.

本実施形態では、第4の実施形態で説明した外部プラズマ発生器が窒素ガス専用のものとして、基板3とほぼ同じ高さにおけるチャンバ1の側壁に設置されており(第2の外部プラズマ発生手段)、窒素ガスがチャンバ1内に供給される前にプラズマ化され窒素ガスプラズマ38となり、基板3の上面に供給されるようになっている。塩素ガスはノズル12から窒素ガスプラズマ38とは別にチャンバ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21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 external plasma generator described in the fourth embodiment is dedicated to nitrogen gas, and is installed on the side wall of the chamber 1 at almost the same height as the substrate 3 (second external plasma generating means). ), Before the nitrogen gas is supplied into the chamber 1, the plasma is converted into nitrogen gas plasma 38 and supplied to the upper surface of the substrate 3. Chlorine gas is supplied from the nozzle 12 to the inside of the chamber 1 separately from the nitrogen gas plasma 38, and is converted into plasma by the action of electromagnetic waves incident from the plasma antenna 21.

<第7の実施形態>
図7に示した第7の実施形態に係る窒化金属膜作製装置は、図3に示す第3の実施形態を応用した一例である。図3に示した窒化金属膜作製装置と比較して、第7の実施形態では、窒素ガスを供給する供給装置と塩素ガスを供給する供給装置とが独立して設置されており、窒素ガスを供給する際には予めプラズマ化し、窒素ガスプラズマ38としてチャンバ1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 nitride 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 nitride film manufacturing apparatus shown in FIG. 3, in the seventh embodiment, the supply device for supplying nitrogen gas and the supply device for supplying chlorine gas are installed independently, It differs from the point that it can be plasmatized in advance and supplied into the chamber 1 as nitrogen gas plasma 38.

本実施形態では、第4の実施形態で説明した外部プラズマ発生器が窒素ガス専用のものとして、基板3とほぼ同じ高さにおけるチャンバ1の側壁に設置されており(第2の外部プラズマ発生手段)、窒素ガスがチャンバ1内に供給される前にプラズマ化され窒素ガスプラズマ38となり、基板3の上面に供給されるようになっている。塩素ガスはノズル12から窒素ガスプラズマ38とは別にチャンバ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20と支持台2との間に発生する電場の作用でプラズマ化される。   In this embodiment, the external plasma generator described in the fourth embodiment is dedicated to nitrogen gas, and is installed on the side wall of the chamber 1 at almost the same height as the substrate 3 (second external plasma generating means). ), Before the nitrogen gas is supplied into the chamber 1, the plasma is converted into nitrogen gas plasma 38 and supplied to the upper surface of the substrate 3. Chlorine gas is supplied from the nozzle 12 into the chamber 1 separately from the nitrogen gas plasma 38, and is converted into plasma by the action of an electric field generated between the member to be etched 20 and the support 2.

<第8の実施形態>
図8に示した第8の実施形態に係る窒化金属膜作製装置は、図4に示す第4の実施形態を応用した一例である。図4に示した窒化金属膜作製装置と比較して、第8の実施形態では、窒素ガスを供給する供給装置と塩素ガスを供給する供給装置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 nitride 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 nitride film manufacturing apparatus shown in FIG. 4, the eighth embodiment is different in that a supply device for supplying nitrogen gas and a supply device for supplying chlorine gas are independently installed.

本実施形態では、塩素ガス専用の外部プラズマ発生器が、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の側壁に設置されており、窒素ガス専用の外部プラズマ発生器(第2の外部プラズマ発生手段)が、基板3とほぼ同じ高さにおけるチャンバ1の側壁に設置されている。   In this embodiment, an external plasma generator dedicated to chlorine gas is installed on the side wall of the chamber 1 at almost the same height as the member 30 to be etched, and an external plasma generator dedicated to nitrogen gas (second external plasma generation) Means) is installed on the side wall of the chamber 1 at substantially the same height as the substrate 3.

すなわち、窒素ガス専用の外部プラズマ発生器として、基板3とほぼ同じ高さにおけるチャンバ1の側壁には、複数の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、通路32’の途中部には絶縁体製の筒状の励起室33’が設けられており、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ようになっている。通路32’の他端側には流量制御器36が接続され、流量制御器36を介して通路32’内に窒素ガスが供給される。   That is, as an external plasma generator dedicated to nitrogen gas, a plurality of slit-shaped openings 31 ′ are formed in the side wall of the chamber 1 at substantially the same height as the substrate 3, and a cylindrical passage is formed in the openings 31 ′. One end of each 32 'is fixed, and a cylindrical excitation chamber 33' made of an insulator is provided in the middle of the passage 32 '. A coiled plasma antenna 34' is provided around the excitation chamber 33 '. The plasma antenna 34 ′ is connected to the matching unit 10 ′ and the power source 11 ′ so that a high-frequency current is supplied. A flow rate controller 36 is connected to the other end of the passage 32 ′, and nitrogen gas is supplied into the passage 32 ′ through the flow rate controller 36.

この結果、塩素ガスは励起室33においてプラズマ化され、塩素ガスプラズマ39が被エッチング部材30に向かって供給され、窒素ガスは塩素ガスとは別に励起室33’においてプラズマ化され、窒素ガスプラズマ38が基板3の上面に供給されるようになっている。   As a result, the chlorine gas is converted into plasma in the excitation chamber 33, the chlorine gas plasma 39 is supplied toward the member 30 to be etched, and the nitrogen gas is converted into plasma in the excitation chamber 33 ′ separately from the chlorine gas. Is supplied to the upper surface of the substrate 3.

<第5ないし第8の実施形態に係る特有の効果>
第5ないし第8の実施形態における窒化金属膜18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、第5ないし第8の実施形態では、基板3とほぼ同じ高さに設置した外部プラズマ発生器(第2の外部プラズマ発生手段)から窒素ガスを窒素ガスプラズマ38として基板3の上面に供給することにより、窒素ラジカルによる被エッチング部材14,20,30の不動態化のおそれをなくすことができると考えられる。したがって、第5ないし第8の実施形態では、N2/Cl2ガス流量比を所定の範囲内で制御することにより、N/M比をさらに精度よく制御した窒化金属膜18を成膜することができる。
<Special Effects According to Fifth to Eighth Embodiments>
The film forming mechanism of the metal nitride film 18 in the fifth to eighth embodiments is basically the same as the film forming mechanism described in the first to fourth embodiments. However, in the fifth to eighth embodiments, nitrogen gas is supplied to the upper surface of the substrate 3 as nitrogen gas plasma 38 from an external plasma generator (second external plasma generating means) installed at substantially the same height as the substrate 3. By doing so, it is considered that the fear of passivation of the members 14, 20, 30 to be etched by nitrogen radicals can be eliminated. Therefore, in the fifth to eighth embodiments, the metal nitride film 18 in which the N / M ratio is more accurately controlled is formed by controlling the N 2 / Cl 2 gas flow rate ratio within a predetermined range. Can do.

また、窒素ガスプラズマを基板3の上面に供給する構成とすることにより、前駆体17である塩化タンタルの窒化反応、特に基板3付近で発生する、基板3に成膜されたタンタル単体の窒化反応(上式(8))及び基板3に吸着した塩化タンタルの窒化反応(上式(9))の発生率が高くなると考えられる。したがって、比較的N/M比が高い窒化金属膜を効率よく成膜したい場合に有利である。   Further, by adopting a configuration in which nitrogen gas plasma is supplied to the upper surface of the substrate 3, a nitridation reaction of tantalum chloride as the precursor 17, particularly a nitridation reaction of tantalum alone formed on the substrate 3 generated near the substrate 3. It is considered that the rate of occurrence of the nitridation reaction of tantalum chloride adsorbed on the substrate 3 (the above equation (8)) (the above equation (9)) is increased. Therefore, it is advantageous when it is desired to efficiently form a metal nitride film having a relatively high N / M ratio.

<第9の実施形態:チャンバ内を2つの室に分離させた例>
タンタル(Ta)製の被エッチング部材によりチャンバ内を上下の2つの室に仕切る。基板が存在しない一方の室にハロゲンである塩素ガスを供給すると共に誘導プラズマを発生させ、塩素ガスプラズマを発生させて塩素ラジカル(Cl*)を生成させる。塩素ラジカルで被エッチング部材をエッチングすることにより、タンタル成分と塩素成分とからなる前駆体(塩化タンタルガス)を生成させて、被エッチング部材に設けられた噴出穴から他方の室内に供給する。
<Ninth Embodiment: Example in which chamber is separated into two chambers>
The inside of the chamber is partitioned into two upper and lower chambers by a member to be etched made of tantalum (Ta). A chlorine gas, which is a halogen, is supplied to one chamber where no substrate exists and inductive plasma is generated to generate chlorine gas plasma to generate chlorine radicals (Cl * ). By etching the member to be etched with chlorine radicals, a precursor composed of a tantalum component and a chlorine component (tantalum chloride gas) is generated and supplied into the other chamber from an ejection hole provided in the member to be etched.

他方の室内に窒素ガスを供給すると共に誘導プラズマを発生させ、窒素ガスプラズマを発生させて窒素ラジカル(N*)を生成させる。基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くすることにより、前駆体を塩素ラジカルで還元してタンタル成分を生成し、当該タンタル成分を窒素ラジカルにより窒化して生成した窒化金属を基板の表面に吸着(堆積)させる。 Nitrogen gas is supplied into the other chamber and induction plasma is generated to generate nitrogen gas plasma to generate nitrogen radicals (N * ). By making the temperature on the substrate side lower than the temperature of the member to be etched, the precursor is reduced with chlorine radicals to produce a tantalum component, and the metal nitride produced by nitriding the tantalum component with nitrogen radicals is used as the surface of the substrate. To be adsorbed (deposited).

この結果、窒化金属を構成するタンタル成分と窒素成分との比率を所望の状態に制御して、窒化タンタルの薄膜を作製することができる。また、塩素ガスプラズマを一方の室内で発生させるので、基板に対するプラズマの影響を最小限に抑制することができる。   As a result, the tantalum nitride thin film can be produced by controlling the ratio of the tantalum component and the nitrogen component constituting the metal nitride to a desired state. Further, since chlorine gas plasma is generated in one chamber, the influence of the plasma on the substrate can be suppressed to a minimum.

このため、窒化タンタルの薄膜をトランジスタのゲート電極膜として適用した場合に、所望の仕事関数の状態の電極の薄膜を得ることができる。また、窒化タンタルの薄膜をバリアメタル膜に適用した場合には配線金属の密着性と耐拡散性とを最適に制御した状態の薄膜を得ることができる。従って、膜質の制御が可能な薄膜を作製することができる薄膜作製装置及び薄膜作製方法となる。なお、被エッチング部材としては、第1の実施形態と同様に、タンタル(Ta)に限定されず、銅など他の金属を適用することが可能である。   Therefore, when a tantalum nitride thin film is applied as a gate electrode film of a transistor, an electrode thin film having a desired work function can be obtained. Further, when a tantalum nitride thin film is applied to the barrier metal film, it is possible to obtain a thin film in which the adhesion and diffusion resistance of the wiring metal are optimally controlled. Accordingly, a thin film manufacturing apparatus and a thin film manufacturing method capable of manufacturing a thin film capable of controlling the film quality are obtained. The member to be etched is not limited to tantalum (Ta), as in the first embodiment, and other metals such as copper can be applied.

第9の本実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。図12は、本発明の第9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内部構成図である。同図に示すように、円筒状に形成されたチャンバ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。   The ninth embodiment will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 12 is a schematic internal configuration diagram of a metal nitride film production apparatus for performing the metal nitride film production method according to the ninth embodiment of the present invention. As shown in the figure, a support base 2 is provided in the vicinity of the bottom of a cylindrical chamber 1, and a substrate 3 is placed on the support base 2.

支持台2にはヒータ4及び冷媒流路5を備えた温度制御器6が設けられ、支持台2は温度制御器6により所定温度(例えば、基板3が100℃から300℃に維持される温度)に制御される。なお、チャンバの形状は円筒状に限らず、例えば、矩形状のチャンバを適用することも可能である。   The support table 2 is provided with a temperature controller 6 including a heater 4 and a refrigerant flow path 5. The support table 2 has a predetermined temperature (for example, a temperature at which the substrate 3 is maintained at 100 ° C. to 300 ° C.) by the temperature controller 6. ) Is controlled. The shape of the chamber is not limited to a cylindrical shape, and for example, a rectangular chamber can be applied.

チャンバ1の上面は開口部とされ、開口部は絶縁材料製(例えば、セラミックス製)の板状の天井板7によって塞がれている。また、チャンバ1はタンタル(Ta)製の被エッチング部材としての仕切板41により上室42と下室43の2つの室に仕切られ、仕切板41には多数の噴出穴44が形成されている。これにより、上室42により基板3が存在しない一方の室が構成され、下室43により基板3が存在する他方の室が構成されている。   The upper surface of the chamber 1 is an opening, and the opening is closed by a plate-like ceiling plate 7 made of an insulating material (for example, made of ceramics). The chamber 1 is partitioned into two chambers, an upper chamber 42 and a lower chamber 43, by a partition plate 41 as an etching member made of tantalum (Ta), and a plurality of ejection holes 44 are formed in the partition plate 41. . Thereby, the upper chamber 42 constitutes one chamber where the substrate 3 does not exist, and the lower chamber 43 constitutes the other chamber where the substrate 3 exists.

天井板7の上方には上室42の内部をプラズマ化するためのプラズマアンテナ9が設けられ、プラズマアンテナ9は天井板7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9には整合器10及び電源11が接続されて高周波が供給される。プラズマアンテナ9、整合器10及び電源11により誘導プラズマを発生させるプラズマ発生手段が構成されている。   A plasma antenna 9 for converting the inside of the upper chamber 42 into plasma is provided above the ceiling plate 7, and the plasma antenna 9 is formed in a planar ring shape parallel to the surface of the ceiling plate 7. A matching unit 10 and a power source 11 are connected to the plasma antenna 9 to supply a high frequency. Plasma generating means for generating induction plasma is constituted by the plasma antenna 9, the matching unit 10 and the power source 11.

また、下室43のチャンバ1の周囲には下室43の内部をプラズマ化するためのコイル状のプラズマアンテナ45が設けられ、プラズマアンテナ45には整合器10及び電源11が接続されて高周波が供給される。プラズマアンテナ45、整合器10及び電源11により誘導プラズマを発生させるプラズマ発生手段が構成されている。なお、プラズマアンテナ9により下室43に誘導プラズマを発生させることができれば、プラズマアンテナ45、アンテナ45に接続される整合器10及び電源11を省略することも可能である。   Further, a coiled plasma antenna 45 is provided around the chamber 1 of the lower chamber 43 to convert the inside of the lower chamber 43 into plasma. The matching device 10 and the power source 11 are connected to the plasma antenna 45 so that a high frequency is generated. Supplied. Plasma generating means for generating induction plasma is constituted by the plasma antenna 45, the matching unit 10 and the power source 11. If the plasma antenna 9 can generate induction plasma in the lower chamber 43, the plasma antenna 45, the matching unit 10 connected to the antenna 45, and the power source 11 can be omitted.

チャンバ1の上室42の筒部の周囲には上室42の内部にハロゲンとしての塩素ガスを供給するノズル12が周方向に等間隔で複数(例えば8箇所:図には2箇所を示してある)接続されている。ノズル12には流量及び圧力が制御される流量制御器35を介して塩素ガスが送られる。   Around the cylindrical portion of the upper chamber 42 of the chamber 1, there are a plurality of nozzles 12 for supplying chlorine gas as halogen into the upper chamber 42 at equal intervals in the circumferential direction (for example, eight locations: two locations are shown in the figure). Is connected). Chlorine gas is sent to the nozzle 12 via a flow rate controller 35 whose flow rate and pressure are controlled.

また、チャンバ1の下室43の内部に窒素ガスを供給するノズル46が周方向に等間隔で複数(例えば8箇所:図には2箇所を示してある)接続されている。ノズル46には流量及び圧力が制御される流量制御器47を介して窒素ガスが送られる。   A plurality of nozzles 46 for supplying nitrogen gas into the lower chamber 43 of the chamber 1 are connected at equal intervals in the circumferential direction (for example, eight locations: two locations are shown in the figure). Nitrogen gas is sent to the nozzle 46 via a flow rate controller 47 whose flow rate and pressure are controlled.

流量制御器35の流量、圧力などは制御器50に送られ、ノズル46に送られる窒素ガスの流量、圧力などは、流量制御器47を介して制御器50からの指令により制御される。つまり、塩素ガスの流量や圧力に応じて窒素ガスの流量、圧力が制御され、制御器50により塩素ガスと窒素ガスの供給バランスが制御される。なお、塩素ガスの流量、圧力などを窒素ガスの流量、圧力などに応じて制御することも可能である。   The flow rate and pressure of the flow rate controller 35 are sent to the controller 50, and the flow rate and pressure of the nitrogen gas sent to the nozzle 46 are controlled by a command from the controller 50 via the flow rate controller 47. That is, the flow rate and pressure of nitrogen gas are controlled according to the flow rate and pressure of chlorine gas, and the supply balance of chlorine gas and nitrogen gas is controlled by the controller 50. Note that the flow rate and pressure of chlorine gas can be controlled in accordance with the flow rate and pressure of nitrogen gas.

成膜に関与しないガス等は排気口15から排気される。天井板7によって塞がれたチャンバ1の内部は真空装置8によって所定の圧力に維持される。なお、ハロゲンガスとしては、フッ素、臭素及びヨウ素等を適用することが可能である。本実施形態に係る薄膜作製装置は、基板3が存在しない上室42内で塩素ガスプラズマを発生させるので、基板3に対する塩素ガスプラズマの影響を最小限に抑制することができる。また、上室42及び下室43に対応してそれぞれプラズマ発生手段が設けられているので、上室42と下室43で個別にプラズマの発生状態を的確に制御することができる。   Gases that are not involved in film formation are exhausted from the exhaust port 15. The inside of the chamber 1 closed by the ceiling plate 7 is maintained at a predetermined pressure by the vacuum device 8. Note that fluorine, bromine, iodine, or the like can be used as the halogen gas. Since the thin film production apparatus according to this embodiment generates chlorine gas plasma in the upper chamber 42 where the substrate 3 does not exist, the influence of the chlorine gas plasma on the substrate 3 can be suppressed to a minimum. Further, since the plasma generating means is provided corresponding to the upper chamber 42 and the lower chamber 43, the plasma generation state can be controlled individually in the upper chamber 42 and the lower chamber 43.

上述する各実施形態では、成膜工程においてN2/Cl2ガス流量比を一定に維持することにより、膜内において均一なN/M比を有する窒化金属膜18を成膜した例について説明したが、成膜工程中にN2/Cl2ガス流量比を変化させることにより、膜内においてN/M比を変化させた窒化金属膜18を成膜することもできる。 In each of the above-described embodiments, the example in which the metal nitride film 18 having a uniform N / M ratio is formed in the film by maintaining the N 2 / Cl 2 gas flow rate ratio constant in the film forming process has been described. However, by changing the N 2 / Cl 2 gas flow rate ratio during the film forming process, the metal nitride film 18 with the N / M ratio changed in the film can be formed.

このような成膜形態が可能であるのは、本発明における窒化金属膜の成膜原理が窒素成分をガス状態として供給するものであり、このガス流量を自由に制御してN/M比を変化させることができるためである。これに対して、例えば窒素ラジカル成分を固体窒化物から得るような成膜原理では、窒素ラジカル量を自由に制御することができず、自由度の低い成膜形態となる。以下、膜内においてN/M比を変化させた例について、図13,14,15に基づいて説明する。   Such a film formation mode is possible because the metal nitride film formation principle in the present invention supplies a nitrogen component in a gas state, and the N / M ratio is controlled by freely controlling the gas flow rate. This is because it can be changed. On the other hand, for example, in the film forming principle in which the nitrogen radical component is obtained from solid nitride, the amount of nitrogen radicals cannot be freely controlled, resulting in a film forming form with a low degree of freedom. Hereinafter, an example in which the N / M ratio is changed in the film will be described with reference to FIGS.

図13は、内部においてN/M比を変化させた薄膜を作製する際に、塩素ガスと窒素ガスの供給を交互に行うように制御した例を示す図である。図13に示した例は、塩素ガスと窒素ガスの供給が交互に行われるようにした例であり、前駆体の金属成分の成膜(塩素ラジカルCl*による還元でTaの析出)と窒素ラジカルによる窒化が交互に行われる。 FIG. 13 is a diagram illustrating an example in which the supply of chlorine gas and nitrogen gas is alternately performed when a thin film having an N / M ratio changed therein is manufactured. The example shown in FIG. 13 is an example in which supply of chlorine gas and nitrogen gas is performed alternately, film formation of precursor metal components (deposition of Ta by reduction with chlorine radical Cl * ) and nitrogen radicals. Nitriding is performed alternately.

すなわち、図13に示すように、希ガスとしてのHeガスを供給してプラズマを発生させることで予備加熱を行う。制御器50の制御により、成膜開始時t1から時間t2までの間は塩素ガスだけを供給し、窒素ガスの供給を停止した状態にする。時間t2から時間t3までの間は塩素ガスの供給を停止した状態にし、窒素ガスだけを供給する。時間t3から時間t4までの間は再び塩素ガスだけを供給し、窒素ガスの供給を停止した状態にし、時間t5、時間t6・・・と塩素ガスと窒素ガスの供給を交互に実施する。   That is, as shown in FIG. 13, preheating is performed by supplying He gas as a rare gas and generating plasma. Under the control of the controller 50, only the chlorine gas is supplied and the supply of the nitrogen gas is stopped between the film formation start time t1 and the time t2. Between time t2 and time t3, the supply of chlorine gas is stopped and only nitrogen gas is supplied. From time t3 to time t4, only the chlorine gas is supplied again, the supply of nitrogen gas is stopped, and the supply of chlorine gas and nitrogen gas is alternately performed at time t5, time t6.

塩素ガスと窒素ガスの供給を交互に実施することにより、塩素ガスだけが供給されている時間は前駆体の金属成分の成膜(塩素ラジカルCl*による還元でTaの析出)と窒素ラジカルによる窒化が交互に行われ、タンタル成分と窒化された窒化タンタル成分とが積層された状態の薄膜が得られる。このため、窒化タンタルの薄膜の膜厚の制御が容易となる。 By alternately supplying chlorine gas and nitrogen gas, the time during which only chlorine gas is supplied is the film formation of the precursor metal component (deposition of Ta by reduction with chlorine radical Cl * ) and nitridation by nitrogen radicals. Are alternately performed to obtain a thin film in which a tantalum component and a nitrided tantalum nitride component are stacked. This facilitates control of the film thickness of the tantalum nitride thin film.

次に、図14は、内部においてN/M比を変化させた薄膜を作製する際に、塩素ガスに対して窒素ガスの供給が漸減するように制御した例を示す図である。図14で示した例は、塩素ガスに対して窒素ガスの供給が漸減するようにした例であり、タンタル成分と窒素成分の比率が膜厚方向に変化したもの(窒化が漸減した状態で膜厚方向に比率が変化)が連続して成膜される。   Next, FIG. 14 is a diagram illustrating an example in which the supply of nitrogen gas is gradually decreased with respect to chlorine gas when a thin film having an N / M ratio changed therein is manufactured. The example shown in FIG. 14 is an example in which the supply of nitrogen gas is gradually decreased with respect to chlorine gas, and the ratio of the tantalum component and the nitrogen component is changed in the film thickness direction (the film with nitridation gradually decreased). (The ratio changes in the thickness direction) is continuously formed.

すなわち、図14に示すように、希ガスとしてのHeガスを供給してプラズマを発生させることで予備加熱を行う。成膜開始時t1の時点で、制御器50によって相対的に流量、圧力などが制御された塩素ガスと窒素ガスを供給し、時間の経過と共に窒素ガスの供給を漸減させる。   That is, as shown in FIG. 14, preheating is performed by supplying He gas as a rare gas to generate plasma. At the time t1 when film formation is started, chlorine gas and nitrogen gas whose flow rate and pressure are relatively controlled by the controller 50 are supplied, and the supply of nitrogen gas is gradually reduced as time passes.

窒素ガスの供給を漸減させることにより、成膜開始直後から、前駆体17のタンタル成分が窒素ラジカルにより窒化されてなる窒化金属が基板3側に吸着(堆積)され、時間の経過と共に窒化による窒素成分が減少して最終的には前駆体の金属成分の成膜(塩素ラジカルCl*による還元でTaの析出)となる。つまり、タンタル成分と窒素成分の比率が膜厚方向に変化したものが連続して成膜される。このため、応力が緩和された状態の窒化タンタルの薄膜を得ることができる。 By gradually reducing the supply of nitrogen gas, the metal nitride formed by nitriding the tantalum component of the precursor 17 with nitrogen radicals is adsorbed (deposited) on the substrate 3 side immediately after the start of film formation. The components are reduced to finally form a metal component film of the precursor (deposition of Ta by reduction with chlorine radical Cl * ). That is, a film in which the ratio of the tantalum component and the nitrogen component is changed in the film thickness direction is continuously formed. Therefore, a tantalum nitride thin film in which the stress is relaxed can be obtained.

次に、図15は、内部においてN/M比を変化させた薄膜を作製する際に、塩素ガスと窒素ガスの供給を行った後に窒素ガスの供給を停止するように制御した例を示す図である。図15に示した例は、塩素ガスと窒素ガスの供給を行った後に窒素ガスの供給を停止するようにした例であり、前駆体の金属成分(塩素ラジカルCl*による還元でTaの析出)の窒素ラジカルによる窒化により形成されるTax(1-x)(1>x)の成膜の後に、タンタル成分の成膜が行われる。 Next, FIG. 15 is a diagram showing an example in which the supply of nitrogen gas is stopped after supplying chlorine gas and nitrogen gas when a thin film having an N / M ratio changed therein is manufactured. It is. The example shown in FIG. 15 is an example in which supply of nitrogen gas is stopped after supply of chlorine gas and nitrogen gas, and the metal component of the precursor (deposition of Ta by reduction with chlorine radical Cl * ). After forming Ta x N (1-x) (1> x) formed by nitriding with nitrogen radicals, a tantalum component is formed.

すなわち、図15に示すように、希ガスとしてのHeガスを供給してプラズマを発生させることで予備加熱を行う。成膜開始時t1の時点で、制御器50によって相対的に流量、圧力などが制御された塩素ガスと窒素ガスを供給し、所定時間後の時間taの時点で窒素ガスの供給を停止する。   That is, as shown in FIG. 15, preheating is performed by supplying He gas as a rare gas and generating plasma. At the time of film formation start t1, chlorine gas and nitrogen gas whose flow rate and pressure are relatively controlled by the controller 50 are supplied, and supply of nitrogen gas is stopped at a time ta after a predetermined time.

時間taの時点で窒素ガスの供給を停止することにより、時間taまでは前駆体17(TaCl)のタンタル成分が窒素ラジカルにより窒化されてなる窒化金属が基板3側に吸着(堆積)され、時間ta以降は前駆体17(TaCl)のタンタル成分だけが吸着(堆積)される。このため、簡単な制御でタンタル膜を表面層とした窒化タンタルの薄膜を得ることができる。   By stopping the supply of nitrogen gas at time ta, metal nitride formed by nitriding the tantalum component of precursor 17 (TaCl) with nitrogen radicals is adsorbed (deposited) on the substrate 3 side until time ta. After ta, only the tantalum component of the precursor 17 (TaCl) is adsorbed (deposited). Therefore, a tantalum nitride thin film having a tantalum film as a surface layer can be obtained with simple control.

<第10の実施形態:支持台を昇降制御する例>
基板が載置される支持台を昇降制御することでタンタル(Ta)製の被エッチング部材が備えられたチャンバ内を上下の状態に分ける。すなわち、支持台が上昇しているときに、塩素ガスを供給すると共に誘導プラズマを発生させ、塩素ガスプラズマを発生させて塩素ラジカル(Cl*)を生成させる。塩素ラジカルで被エッチング部材をエッチングすることにより、タンタル成分と塩素成分とからなる前駆体(塩化タンタルガス)を生成させる。
<Tenth Embodiment: Example of Lifting Control of Supporting Base>
The chamber provided with the member to be etched made of tantalum (Ta) is divided into an up and down state by controlling the support on which the substrate is placed. That is, when the support is raised, chlorine gas is supplied and induction plasma is generated, and chlorine gas plasma is generated to generate chlorine radicals (Cl * ). By etching the member to be etched with chlorine radicals, a precursor (tantalum chloride gas) composed of a tantalum component and a chlorine component is generated.

一方、支持台が下降しているときに、窒素ガスを供給すると共に誘導プラズマを発生させ、窒素ガスプラズマを発生させて窒素ラジカル(N*)を生成させる。基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くすることにより、前駆体を塩素ラジカルで還元してタンタル成分を生成し、当該タンタル成分を窒素ラジカルにより窒化して生成した窒化金属を基板の表面に吸着(堆積)させる。 On the other hand, when the support is lowered, nitrogen gas is supplied and induction plasma is generated to generate nitrogen gas plasma to generate nitrogen radicals (N * ). By making the temperature on the substrate side lower than the temperature of the member to be etched, the precursor is reduced with chlorine radicals to produce a tantalum component, and the metal nitride produced by nitriding the tantalum component with nitrogen radicals is used as the surface of the substrate. To be adsorbed (deposited).

この結果、窒化金属を構成するタンタル成分と窒素成分との比率を所望の状態に制御して、窒化タンタルの薄膜を作製することができる。また、支持台の昇降により、塩素ガスプラズマを発生させる状態と、塩素ガスプラズマ及び窒素ガスプラズマ、または、窒素ガスプラズマを発生させる状態とにチャンバ内の状態を変更させ、塩素ラジカル及び窒素ラジカルを的確に生成することができる。   As a result, the tantalum nitride thin film can be produced by controlling the ratio of the tantalum component and the nitrogen component constituting the metal nitride to a desired state. Also, by raising and lowering the support base, the state in the chamber is changed to a state in which chlorine gas plasma is generated and a state in which chlorine gas plasma and nitrogen gas plasma or nitrogen gas plasma is generated, and chlorine radicals and nitrogen radicals are changed. It can be generated accurately.

このため、窒化タンタルの薄膜をトランジスタのゲート電極膜として適用した場合に、所望の仕事関数の状態の電極の薄膜を得ることができる。また、窒化タンタルの薄膜をバリアメタル膜に適用した場合には配線金属の密着性と耐拡散性とを最適に制御した状態の薄膜を得ることができる。なお、被エッチング部材としては、第1の実施形態例と同様に、タンタル(Ta)に限定されず・銅など他の金属を適用することが可能である。   Therefore, when a tantalum nitride thin film is applied as a gate electrode film of a transistor, an electrode thin film having a desired work function can be obtained. Further, when a tantalum nitride thin film is applied to the barrier metal film, it is possible to obtain a thin film in which the adhesion and diffusion resistance of the wiring metal are optimally controlled. The member to be etched is not limited to tantalum (Ta) as in the first embodiment, and other metals such as copper can be applied.

第10の本実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。図16,17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内部構成図である。これらの図に示すように、円筒状に形成されたチャンバ1の底部近傍には支持台61が昇降自在に設けられ、支持台61には基板3が載置される。   The tenth embodiment will be described in detail with reference to the drawings. 16 and 17 are schematic internal configuration diagrams of a metal nitride film production apparatus for performing the metal nitride film production method according to the tenth embodiment of the present invention. As shown in these drawings, a support base 61 is provided in the vicinity of the bottom portion of the chamber 1 formed in a cylindrical shape so as to be movable up and down, and the substrate 3 is placed on the support base 61.

支持台61にはヒータ4及び冷媒流路5を備えた温度制御器6が設けられ、支持台61は温度制御器6により所定温度(例えば、基板3が100℃から300℃に維持される温度)に制御される。なお、チャンバの形状は円筒状に限らず、例えば矩形状のチャンバを適用することも可能である。   The support base 61 is provided with a temperature controller 6 including the heater 4 and the refrigerant flow path 5, and the support base 61 has a predetermined temperature (for example, a temperature at which the substrate 3 is maintained at 100 ° C. to 300 ° C.) by the temperature controller 6. ) Is controlled. The shape of the chamber is not limited to a cylindrical shape, and for example, a rectangular chamber can be applied.

支持台61の下部には昇降支持柱62が取り付けられ、昇降支持柱62はチャンバ1の下部に一体に設けられた昇降チャンバ63内に収容されている。昇降チャンバ63には昇降支持柱62の昇降駆動を行う昇降駆動器64が設けられ、昇降駆動器64により昇降支持柱62が昇降駆動される。昇降支持柱62を昇降させることにより、支持台61がチャンバ1内を昇降してチャンバ1内が上下の状態に分けられるようになっている。   An elevating support column 62 is attached to the lower portion of the support base 61, and the elevating support column 62 is accommodated in an elevating chamber 63 provided integrally with the lower portion of the chamber 1. The elevating chamber 63 is provided with an elevating driver 64 for elevating and lowering the elevating support column 62, and the elevating support column 62 is driven up and down by the elevating driver 64. By raising and lowering the elevating support column 62, the support base 61 moves up and down in the chamber 1 so that the inside of the chamber 1 is divided into an upper and lower state.

チャンバ1の上面は開口部とされ、開口部は絶縁材料製(例えば、セラミックス製)の板状の天井板7によって塞がれている。天井板7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9が設けられ、プラズマアンテナ9は天井板7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9には整合器10及び電源11が接続されて高周波が供給される。プラズマアンテナ9、整合器10及び電源11により誘導プラズマを発生させるプラズマ発生手段が構成されている。   The upper surface of the chamber 1 is an opening, and the opening is closed by a plate-like ceiling plate 7 made of an insulating material (for example, made of ceramics). A plasma antenna 9 for converting the inside of the chamber 1 into plasma is provided above the ceiling plate 7, and the plasma antenna 9 is formed in a planar ring shape parallel to the surface of the ceiling plate 7. A matching unit 10 and a power source 11 are connected to the plasma antenna 9 to supply a high frequency. Plasma generating means for generating induction plasma is constituted by the plasma antenna 9, the matching unit 10 and the power source 11.

チャンバ1には金属製としてタンタル(Ta)製の被エッチング部材14が保持され、被エッチング部材14はプラズマアンテナ9の電気の流れに対して基板3と天井板7の間に不連続状態で配置されている。例えば、被エッチング部材14は、棒部材14bとリング部材14aとからなり、棒部材14bがチャンバ1の中心側に延びるようにリング部材14aに設けられている。   The chamber 1 holds a member to be etched 14 made of tantalum (Ta) as a metal, and the member to be etched 14 is disposed in a discontinuous state between the substrate 3 and the ceiling plate 7 with respect to the electric flow of the plasma antenna 9. Has been. For example, the member to be etched 14 includes a rod member 14 b and a ring member 14 a, and the rod member 14 b is provided on the ring member 14 a so as to extend toward the center side of the chamber 1.

これにより、被エッチング部材14はプラズマアンテナ9の電気の流れ方向である周方向に対して構造的に不連続な状態とされている。なお、プラズマアンテナ9の電気の流れに対して不連続状態にする構成としては、被エッチング部材を格子状に形成したり網目状に構成する等とすることも可能である。   Thus, the member 14 to be etched is structurally discontinuous with respect to the circumferential direction, which is the direction of electricity flow of the plasma antenna 9. In addition, as a structure which makes it a discontinuous state with respect to the electric flow of the plasma antenna 9, it is also possible to form a to-be-etched member in a grid | lattice form, or a mesh shape.

被エッチング部材14の上方におけるチャンバ1の筒部の周囲にはチャンバ1の内部にハロゲンとしての塩素ガスを供給するノズル12が周方向に等間隔で複数(例えば8箇所:図には2箇所を示してある)接続されている。ノズル12には流量及び圧力が制御される流量制御器13を介して塩素ガスが送られる。   Around the cylindrical portion of the chamber 1 above the member 14 to be etched, there are a plurality of nozzles 12 for supplying chlorine gas as halogen into the chamber 1 at equal intervals in the circumferential direction (for example, eight locations: two locations in the figure). Connected) Chlorine gas is sent to the nozzle 12 via a flow rate controller 13 whose flow rate and pressure are controlled.

支持台61が下降している状態(図16の状態)における支持台61上方のチャンバ1の筒部の周囲には、チャンバ1の内部に窒素ガスを供給するノズル46が周方向に等間隔で複数(例えば8箇所:図には2箇所を示してある)接続されている。ノズル46には流量及び圧力が制御される流量制御器47を介して窒素ガスが送られる。   Nozzles 46 for supplying nitrogen gas into the chamber 1 are arranged at equal intervals in the circumferential direction around the cylindrical portion of the chamber 1 above the support base 61 in a state where the support base 61 is lowered (state of FIG. 16). A plurality of connections (for example, 8 locations: 2 locations are shown in the figure) are connected. Nitrogen gas is sent to the nozzle 46 via a flow rate controller 47 whose flow rate and pressure are controlled.

流量制御器13の流量、圧力などは制御器50に送られ、ノズル46に送られる窒素ガスの流量、圧力などは、流量制御器47を介して制御器50からの指令により制御される。つまり、塩素ガスの流量や圧力に応じて窒素ガスの流量、圧力が制御され、制御器50により塩素ガスと窒素ガスの供給バランスが制御される。また、制御器50からの指令により昇降駆動器64が駆動される。なお、塩素ガスの流量、圧力などを窒素ガスの流量、圧力などに応じて制御することも可能である。   The flow rate and pressure of the flow rate controller 13 are sent to the controller 50, and the flow rate and pressure of the nitrogen gas sent to the nozzle 46 are controlled by a command from the controller 50 via the flow rate controller 47. That is, the flow rate and pressure of nitrogen gas are controlled according to the flow rate and pressure of chlorine gas, and the supply balance of chlorine gas and nitrogen gas is controlled by the controller 50. Further, the lift driver 64 is driven by a command from the controller 50. Note that the flow rate and pressure of chlorine gas can be controlled in accordance with the flow rate and pressure of nitrogen gas.

図18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際の、支持台の昇降状態とCl2ガス及びN2ガスの供給制御との関係を示す図である。同図に示すように、希ガスとしてのHeガスを供給してプラズマを発生させることで予備加熱を行う。制御器50の制御により、成膜開始時t1から時間t2までの間は支持台61を上昇させると共に塩素ガスだけを供給し、窒素ガスの供給を停止した状態にする。時間t2から時間t3までの間は支持台61を下降させると共に塩素ガスの供給を停止した状態にし、窒素ガスだけを供給する。時間t3から時間t4までの間は再び支持台61を上昇させると共に塩素ガスだけを供給し、窒素ガスの供給を停止した状態にし、時間t5、時間t6・・・と塩素ガスと窒素ガスの供給及び支持台61の昇降を交互に実施する。 FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the lifted state of the support base and the supply control of Cl 2 gas and N 2 gas when performing the metal nitride film manufacturing method according to the tenth embodiment of the present invention. As shown in the figure, preheating is performed by supplying He gas as a rare gas to generate plasma. Under the control of the controller 50, the support base 61 is raised and only the chlorine gas is supplied from the start of film formation t1 to the time t2, and the supply of nitrogen gas is stopped. From time t2 to time t3, the support 61 is lowered and the supply of chlorine gas is stopped, and only nitrogen gas is supplied. From time t3 to time t4, the support base 61 is raised again and only chlorine gas is supplied to stop supply of nitrogen gas, and supply of chlorine gas and nitrogen gas is performed at time t5, time t6. And the raising / lowering of the support stand 61 is implemented alternately.

成膜に関与しないガス等は排気口15から排気される。天井板7によって塞がれたチャンバ1の内部は真空装置8によって所定の圧力に維持される。なお、支持台61によってチャンバ1内を上下に気密状態に分けることも可能であり、この場合には、支持台61を挟んで上下の部位がそれぞれ真空装置によって所定の圧力に維持される。なお、ハロゲンとしては、フッ素、臭素及びヨウ素等を適用することが可能である。ハロゲンとして塩素を用いたことにより、安価な塩素ガスを用いて薄膜を作製することができる。   Gases that are not involved in film formation are exhausted from the exhaust port 15. The inside of the chamber 1 closed by the ceiling plate 7 is maintained at a predetermined pressure by the vacuum device 8. It is also possible to divide the inside of the chamber 1 into an airtight state vertically by the support table 61. In this case, the upper and lower parts are respectively maintained at a predetermined pressure by the vacuum device with the support table 61 interposed therebetween. Note that fluorine, bromine, iodine, or the like can be used as the halogen. By using chlorine as the halogen, a thin film can be manufactured using inexpensive chlorine gas.

<その他の応用例>
上述する各実施形態では、窒化金属膜を作製する例を示したが、窒素に代えて酸素及び炭素を適用して各種金属膜を作製することも可能である。酸素及び炭素を適用する場合、プラズマの発生手段としては、誘導プラズマを発生させる手段に限らず、平行平板を用いた容量結合プラズマを適用することも可能である。
<Other application examples>
In each of the above-described embodiments, an example in which a metal nitride film is formed has been described. However, various metal films can be formed by applying oxygen and carbon instead of nitrogen. When oxygen and carbon are applied, the means for generating plasma is not limited to means for generating induction plasma, and capacitively coupled plasma using parallel plates can also be applied.

酸素を適用する場合、酸素ガスや水蒸気を供給することができる。酸素を適用した酸化物とすることで、酸化金属が作製され、酸素/金属比が制御された薄膜となる。この薄膜は、ゲート電極、キャパシタンス用誘電体、触媒(例えば、光触媒であるチタニア)、密着層等として使用することができる。   When oxygen is applied, oxygen gas or water vapor can be supplied. By using an oxide to which oxygen is applied, a metal oxide is produced and a thin film with a controlled oxygen / metal ratio is obtained. This thin film can be used as a gate electrode, a dielectric for capacitance, a catalyst (for example, titania which is a photocatalyst), an adhesion layer, and the like.

炭素を適用する場合、炭素ガスやメタンガスを供給することができる。この場合、塩素と炭素との化合物を供給することができれば、エッチング用の塩素ガスを低減もしくは省略することも可能である。炭素を適用した炭化物とすることで、炭化金属が作製され、炭素/金属比が制御された薄膜となる。この薄膜は、保護膜やエッチングストップ膜等として使用することができる。   When carbon is applied, carbon gas or methane gas can be supplied. In this case, the chlorine gas for etching can be reduced or omitted if a compound of chlorine and carbon can be supplied. By using a carbide to which carbon is applied, a metal carbide is produced, and a thin film with a controlled carbon / metal ratio is obtained. This thin film can be used as a protective film, an etching stop film, or the like.

本発明の第1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内部構成図である。1 is a schematic internal configuration diagram of a metal nitride film manufacturing apparatus for performing a metal nitride film manufacturing method according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2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内部構成図である。It is a schematic internal block diagram of the metal nitride film preparation apparatus which implements the metal nitride film preparation method concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3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内部構成図である。It is a schematic internal block diagram of the metal nitride film preparation apparatus which enforces the metal nitride film preparation method concerning the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4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内部構成図である。It is a schematic internal block diagram of the metal nitride film preparation apparatus which enforces the metal nitride film preparation method which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5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内部構成図である。It is a schematic internal block diagram of the metal nitride film preparation apparatus which implements the metal nitride film preparation method concerning the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6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内部構成図である。It is a schematic internal block diagram of the metal nitride film preparation apparatus which implements the metal nitride film preparation method concerning the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7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内部構成図である。It is a schematic internal block diagram of the metal nitride film preparation apparatus which enforces the metal nitride film preparation method concerning the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第8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内部構成図である。It is a schematic internal block diagram of the metal nitride film preparation apparatus which implements the metal nitride film preparation method concerning the 8th Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る窒化金属膜作製装置に用いられる被エッチング部材の概略平面構造図である。It is a schematic plane structure figure of the member to be etched used for the metal nitride film preparation device concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る窒化金属膜作製方法を実施する際の各ガス流量の制御方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the control method of each gas flow rate at the time of enforcing the metal nitride film preparation method concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る窒化金属膜作製方法を実施する際のN2/Cl2ガス流量比と該方法で作製した窒化金属膜のN/M比の関係を示す図(a)と、窒化金属膜のN/M比と仕事関数の関係を示す図(b)である。FIG. 6A is a diagram showing the relationship between the N 2 / Cl 2 gas flow rate ratio when the metal nitride film manufacturing method according to the first embodiment of the present invention is performed and the N / M ratio of the metal nitride film manufactured by the method. FIG. 5B is a diagram showing the relationship between the N / M ratio of the metal nitride film and the work function. 本発明の第9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内部構成図である。It is a schematic internal block diagram of the metal nitride film preparation apparatus which enforces the metal nitride film preparation method concerning the 9th Embodiment of this invention. 内部においてN/M比を変化させた薄膜を作製する際に、Cl2ガスとN2ガスの供給を交互に行うように制御した例を示す図である。When a thin film with varying N / M ratio in the interior, is a diagram illustrating an example of control was to perform the supply of Cl 2 gas and N 2 gas alternately. 内部においてN/M比を変化させた薄膜を作製する際に、Cl2ガスに対してN2ガスの供給が漸減するように制御した例を示す図である。When a thin film with varying N / M ratio in the interior, is a diagram illustrating an example of control were as supplied the N 2 gas is gradually reduced with respect to the Cl 2 gas. 内部においてN/M比を変化させた薄膜を作製する際に、Cl2ガスとN2ガスの供給を行った後にN2ガスの供給を停止するように制御した例を示す図である。When a thin film with varying N / M ratio in the interior, is a diagram illustrating an example of control it was to stop the supply of the N 2 gas after the supply of Cl 2 gas and N 2 gas. 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内部構成図である。It is a schematic internal block diagram of the metal nitride film preparation apparatus which enforces the metal nitride film preparation method concerning the 10th Embodiment of this invention. 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内部構成図である。It is a schematic internal block diagram of the metal nitride film preparation apparatus which enforces the metal nitride film preparation method concerning the 10th Embodiment of this invention. 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際の、支持台の昇降状態とCl2ガス及びN2ガスの供給制御との関係を示す図である。In carrying out the tenth nitride metal film production method according to the embodiment of the present invention, it is a diagram showing the relationship between the supply control of the support of the lifting state and Cl 2 gas and N 2 gas.

符号の説明Explanation of symbols

1 チャンバ
2 支持台
3 基板
4 ヒータ
5 冷媒流路
6 温度制御器
7 天井板
8 真空装置
9 プラズマアンテナ
10 整合器
11 電源
12 ノズル
13 流量制御器
14 被エッチング部材
14a リング部材
14b 棒部材
14c 空間
15 排気口
16 ガスプラズマ
17 前駆体
18 窒化金属膜
20 被エッチング部材
21 プラズマアンテナ
22 アース
30 被エッチング部材
31,31’ 開口部
32,32’ 通路
33,33’ 励起室
34,34’ プラズマアンテナ
35,36 流量制御器
37 ガスプラズマ
38 窒素ガスプラズマ
39 塩素ガスプラズマ
41 仕切板
42 上室
43 下室
44 噴出穴
45 プラズマアンテナ
46 ノズル
47 流量制御器
48 ガスプラズマ
49 ガスプラズマ
50 制御器
61 支持台
62 昇降支持柱
63 昇降チャンバ
64 昇降駆動器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chamber 2 Support stand 3 Board | substrate 4 Heater 5 Refrigerant flow path 6 Temperature controller 7 Ceiling board 8 Vacuum apparatus 9 Plasma antenna 10 Matching device 11 Power supply 12 Nozzle 13 Flow controller 14 Etched member 14a Ring member 14b Bar member 14c Space 15 Exhaust port 16 Gas plasma 17 Precursor 18 Metal nitride film 20 Member to be etched 21 Plasma antenna 22 Ground 30 Member to be etched 31, 31 ′ Opening 32, 32 ′ Passage 33, 33 ′ Excitation chamber 34, 34 ′ Plasma antenna 35, 36 Flow controller 37 Gas plasma 38 Nitrogen gas plasma 39 Chlorine gas plasma 41 Partition plate 42 Upper chamber 43 Lower chamber 44 Ejection hole 45 Plasma antenna 46 Nozzle 47 Flow controller 48 Gas plasma 49 Gas plasma 50 Controller 61 Support base 62 Elevation Support pillar 63 Lifting chamber 64 Lifting drive

Claims (36)

基板が収容されるチャンバと、前記基板を載置する支持台と、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成され、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、
前記チャンバに窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段と、
前記ハロゲンガス及び窒素ガス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する温度制御手段とを有し、
前記ハロゲンガスプラズマにより前記被エッチング部材をエッチングしてハロゲン化金属からなる前駆体を生成し、当該前駆体の金属成分を前記基板に成膜する際に前記窒素ガスプラズマにより前記金属成分を窒化して、前記基板に窒化金属膜を成膜する窒化金属膜作製装置において、
前記窒化金属膜の窒素原子と金属原子の原子組成比であるN/M比が所定値となるように、前記窒素ガスの供給量を制御するガス供給量制御手段を設けたことを特徴とする窒化金属膜作製装置。
A chamber in which the substrate is accommodated, a support base on which the substrate is placed,
A member to be etched formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide and provided at a position facing the substrate;
Halogen gas supply means for supplying halogen gas to the chamber;
Nitrogen gas supply means for supplying nitrogen gas to the chamber;
Plasma generating means for generating halogen gas plasma and nitrogen gas plasma by converting the halogen gas and nitrogen gas into plasma;
Temperature control means for lowering the temperature of the substrate lower than the temperature of the member to be etched,
The member to be etched is etched with the halogen gas plasma to generate a precursor made of a metal halide, and the metal component is nitrided with the nitrogen gas plasma when the metal component of the precursor is formed on the substrate. In the metal nitride film manufacturing apparatus for forming a metal nitride film on the substrate,
Gas supply amount control means for controlling the supply amount of the nitrogen gas is provided so that an N / M ratio, which is an atomic composition ratio between nitrogen atoms and metal atoms of the metal nitride film, becomes a predetermined value. Metal nitride film production equipment.
請求項1に記載する窒化金属膜作製装置において、
前記チャンバの上面は絶縁部材により密閉され、
前記プラズマ発生手段は、前記絶縁部材の外方に配設した平面状コイルと当該コイルに給電する電源部とからなり、
前記被エッチング部材は、前記基板と前記絶縁部材との間に設置され、前記前駆体が前記基板に供給されうる形状に形成され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 1,
The upper surface of the chamber is sealed with an insulating member,
The plasma generating means comprises a planar coil disposed outside the insulating member and a power supply unit for supplying power to the coil.
The metal nitride film manufacturing apparatus, wherein the member to be etched is disposed between the substrate and the insulating member, and is formed in a shape that allows the precursor to be supplied to the substrate.
請求項1に記載する窒化金属膜作製装置において、
前記チャンバの上面は前記被エッチング部材により密閉され、
前記プラズマ発生手段は、前記チャンバの周囲に巻回したコイルと当該コイルに給電する電源部とからな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 claim 1,
The upper surface of the chamber is sealed by the member to be etched,
The plasma generating means comprises a coil wound around the chamber and a power supply for supplying power to the coil.
請求項1に記載する窒化金属膜作製装置において、
前記支持台はアースされ、
前記チャンバの上面は前記被エッチング部材により密閉され、
前記プラズマ発生手段は、前記被エッチング部材と前記被エッチング部材に給電する電源部と前記アースされた支持台とからなり、前記被エッチング部材と前記支持台との間に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 manufacturing apparatus according to claim 1,
The support is grounded;
The upper surface of the chamber is sealed by the member to be etched,
The plasma generating means includes the member to be etched, a power supply unit that supplies power to the member to be etched, and the grounded support base, and generates gas plasma between the member to be etched and the support base. An apparatus for producing a metal nitride film.
請求項1に記載する窒化金属膜作製装置において、
前記被エッチング部材は、前記チャンバを上下の室に仕切るように設けられると共に上室から下室に連通する穴を有し、
前記ハロゲンガス供給手段は、前記上室に設けられ、
前記窒素ガス供給手段は、前記下室に設けられ、
前記プラズマ発生手段は、前記上室及び前記下室にそれぞれ設けられ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 claim 1,
The member to be etched is provided to partition the chamber into upper and lower chambers and has a hole communicating from the upper chamber to the lower chamber,
The halogen gas supply means is provided in the upper chamber,
The nitrogen gas supply means is provided in the lower chamber,
The plasma generating means is provided in the upper chamber and the lower chamber, respectively.
請求項1に記載する窒化金属膜作製装置において、
前記チャンバの内部において前記支持台を昇降させる、昇降駆動手段を有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 claim 1,
An apparatus for producing a metal nitride film, comprising elevating drive means for elevating the support base in the chamber.
請求項1に記載する窒化金属膜作製装置において、
前記プラズマ発生手段は、前記チャンバ本体の外部にて外部プラズマ発生手段として構成され、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、前記外部プラズマ発生手段に前記ハロゲンガス及び前記窒素ガスを供給し、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記外部プラズマ発生手段により、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記被エッチング部材の近傍に供給され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 claim 1,
The plasma generation means is configured as an external plasma generation means outside the chamber body, and the halogen gas supply means and the nitrogen gas supply means supply the halogen gas and the nitrogen gas to the external plasma generation means. ,
The metal nitride film manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the halogen gas plasma and the nitrogen gas plasma are preliminarily converted into plasma outside the chamber main body by the external plasma generating means and supplied to the vicinity of the member to be etched.
請求項1に記載する窒化金属膜作製装置において、
前記チャンバの上面は前記被エッチング部材により密閉され、
前記プラズマ発生手段は、前記チャンバに連通する筒状の通路と当該筒状の通路の周囲に巻回したコイルと当該コイルに給電する電源部とからなり、チャンバ本体の外部に設置された外部プラズマ発生手段として構成され、
前記ハロゲンガス供給手段は、前記筒状の通路にハロゲンガスを供給し、
前記窒素ガス供給手段は、前記筒状の通路に窒素ガスを供給し、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記外部プラズマ発生手段により、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記被エッチング部材の近傍に供給されるプラズマ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 claim 1,
The upper surface of the chamber is sealed by the member to be etched,
The plasma generating means includes a cylindrical passage communicating with the chamber, a coil wound around the cylindrical passage, and a power supply unit that supplies power to the coil, and is an external plasma installed outside the chamber body. Configured as a generating means,
The halogen gas supply means supplies halogen gas to the cylindrical passage,
The nitrogen gas supply means supplies nitrogen gas to the cylindrical passage,
The halogen gas plasma and the nitrogen gas plasma are plasmas that are preliminarily converted into plasma outside the chamber body by the external plasma generating means and are supplied to the vicinity of the member to be etched. Production device.
請求項1ないし8のいずれかに記載する窒化金属膜作製装置において、
前記基板とほぼ同じ高さにおける前記チャンバの側壁に設けられる第2の外部プラズマ発生手段を有し、前記窒素ガス供給手段は前記第2の外部プラズマ発生手段に前記窒素ガスを供給し、
前記窒素ガスプラズマは、前記第2の外部プラズマ発生手段により、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記チャンバの内部における前記基板の上面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装置。
The metal nitride film manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 8,
A second external plasma generation unit provided on a side wall of the chamber at substantially the same height as the substrate; the nitrogen gas supply unit supplies the nitrogen gas to the second external plasma generation unit;
The nitrogen gas plasma is plasma that has been converted into plasma by the second external plasma generating means in advance outside the chamber body and supplied to the upper surface of the substrate inside the chamber. Metal film production equipment.
請求項1ないし8のいずれかに記載する窒化金属膜作製装置において、
前記基板とほぼ同じ高さにおける前記チャンバの側壁に設けられ、前記チャンバに連通する筒状の通路と当該筒状の通路の周囲に巻回したコイルと当該コイルに給電する電源部とからなる第2の外部プラズマ発生手段を有し、
前記窒素ガス供給手段は、前記筒状の通路に窒素ガスを供給し、
前記窒素ガスプラズマは、前記第2の外部プラズマ発生手段により、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記チャンバの内部における前記基板の上面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装置。
The metal nitride film manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 8,
A first passage is provided on a side wall of the chamber at substantially the same height as the substrate, and includes a cylindrical passage communicating with the chamber, a coil wound around the cylindrical passage, and a power supply unit that supplies power to the coil. Two external plasma generating means,
The nitrogen gas supply means supplies nitrogen gas to the cylindrical passage,
The nitrogen gas plasma is plasma that has been converted into plasma by the second external plasma generating means in advance outside the chamber body and supplied to the upper surface of the substrate inside the chamber. Metal film production equipment.
請求項1ないし10のいずれかに記載する窒化金属膜作製装置において、
前記N/M比は、0より大きく1以下であることを特徴とする窒化金属膜作製装置。
The metal nitride film manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 10,
The N / M ratio is greater than 0 and 1 or less.
請求項1ないし11のいずれかに記載する窒化金属膜作製装置において、
前記ガス供給量制御手段により制御される窒素ガスの供給量は、前記ハロゲンガスの供給量との比である窒素ガス/ハロゲンガス流量比が0より大きく0.1以下であることを特徴とする窒化金属膜作製装置。
The metal nitride film manufacturing apparatus according to claim 1,
The supply amount of nitrogen gas controlled by the gas supply amount control means is such that a nitrogen gas / halogen gas flow rate ratio, which is a ratio to the supply amount of the halogen gas, is greater than 0 and less than or equal to 0.1. Metal nitride film production equipment.
請求項1ないし12のいずれかに記載する窒化金属膜作製装置において、
前記ガス供給量制御手段は、成膜工程中に、前記窒素ガスの供給量と前記ハロゲンガスの供給量との比である窒素ガス/ハロゲンガス流量比を変更する機能を有し、
前記基板に成膜される窒化金属膜は、膜内部でN/M比が変化した窒化金属膜であることを特徴とする窒化金属膜作製装置。
The metal nitride film manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 12,
The gas supply amount control means has a function of changing a nitrogen gas / halogen gas flow rate ratio, which is a ratio between the supply amount of the nitrogen gas and the supply amount of the halogen gas, during the film forming step,
The metal nitride film forming apparatus, wherein the metal nitride film formed on the substrate is a metal nitride film having an N / M ratio changed inside the film.
請求項1ないし13のいずれかに記載する窒化金属膜作製装置において、
前記高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属は、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、バナジウム、ニオブ、ジルコニウム又はハフニウムのいずれか一種であることを特徴とする窒化金属膜作製装置。
The metal nitride film manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 13,
The metal nitride film forming apparatus, wherein the metal capable of generating the high vapor pressure halide is any one of tantalum, titanium, tungsten, molybdenum, vanadium, niobium, zirconium, and hafnium.
請求項1ないし14のいずれかに記載する窒化金属膜作製装置において、
前記ハロゲンガスは、塩素ガスであることを特徴とする窒化金属膜作製装置。
The metal nitride film manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 14,
The metal nitride film manufacturing apparatus, wherein the halogen gas is chlorine gas.
請求項1ないし15のいずれかに記載する窒化金属膜作製装置において、
前記窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段の代わりに、酸素又は炭素を供給する酸素供給手段又は炭素供給手段を有し、前記基板に酸化又は炭化金属膜を成膜することを特徴とする酸化又は炭化金属膜作製装置。
The metal nitride film manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 15,
Instead of the nitrogen gas supply means for supplying the nitrogen gas, an oxygen supply means or a carbon supply means for supplying oxygen or carbon is provided, and an oxidation or metal carbide film is formed on the substrate. Metal carbide film production equipment.
基板を支持台に載置してチャンバに収容し、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成され、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を、ハロゲンガスをプラズマ化して得られるハロゲンガスプラズマによりエッチングしてハロゲン化金属からなる前駆体を生成し、
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して前記前駆体の金属成分を前記基板に成膜する際に、窒素ガスをプラズマ化して得られる窒素ガスプラズマにより前記金属成分を窒化して、前記基板に窒化金属膜を成膜する窒化金属膜作製方法において、
前記窒化金属膜の窒素原子と金属原子の原子組成比であるN/M比が所定値となるように、前記窒素ガスの供給量を制御することを特徴とする窒化金属膜作製方法。
Place the substrate on the support and place it in the chamber,
A precursor made of a metal halide formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide and etched with a halogen gas plasma obtained by plasmaizing a halogen gas into a member to be etched provided at a position facing the substrate. Produces
When the temperature of the substrate is made lower than the temperature of the member to be etched and the metal component of the precursor is formed on the substrate, the metal component is nitrided by nitrogen gas plasma obtained by converting nitrogen gas into plasma. In the metal nitride film manufacturing method of forming a metal nitride film on the substrate,
A method for producing a metal nitride film, wherein the supply amount of the nitrogen gas is controlled so that an N / M ratio, which is an atomic composition ratio between nitrogen atoms and metal atoms of the metal nitride film, becomes a predetermined value.
請求項17に記載する窒化金属膜作製方法において、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記チャンバの上面を密封する絶縁部材の外方に配設した平面状コイルからの電磁波により、前記ハロゲンガス及び前記窒素ガスをプラズマ化して得られ、
前記被エッチング部材は、前記基板と前記絶縁部材との間に設置され、前記前駆体が前記基板に供給されうる形状に形成されたことを特徴とする窒化金属膜作製方法。
The method for producing a metal nitride film according to claim 17,
The halogen gas plasma and the nitrogen gas plasma are obtained by converting the halogen gas and the nitrogen gas into plasma by electromagnetic waves from a planar coil disposed outside the insulating member that seals the upper surface of the chamber.
The metal nitride film manufacturing method, wherein the member to be etched is disposed between the substrate and the insulating member, and is formed into a shape that allows the precursor to be supplied to the substrate.
請求項17に記載する窒化金属膜作製方法において、
前記チャンバは、上面を前記被エッチング部材により密閉され、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記チャンバの周囲に巻回したコイルからの電磁波により、前記ハロゲンガス及び前記窒素ガスをプラズマ化して得られることを特徴とする窒化金属膜作製方法。
The method for producing a metal nitride film according to claim 17,
The chamber has an upper surface sealed by the member to be etched,
The method for producing a metal nitride film, wherein the halogen gas plasma and the nitrogen gas plasma are obtained by converting the halogen gas and the nitrogen gas into plasma using electromagnetic waves from a coil wound around the chamber.
請求項17に記載する窒化金属膜作製方法において、
前記支持台は、アースされ、
前記チャンバは、上面を前記被エッチング部材により密閉され、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記被エッチング部材と前記支持台との間に発生する電場により、前記ハロゲンガス及び前記窒素ガスをプラズマ化して得られることを特徴とする窒化金属膜作製方法。
The method for producing a metal nitride film according to claim 17,
The support is grounded;
The chamber has an upper surface sealed by the member to be etched,
The method of producing a metal nitride film, wherein the halogen gas plasma and the nitrogen gas plasma are obtained by converting the halogen gas and the nitrogen gas into plasma by an electric field generated between the member to be etched and the support base. .
請求項17に記載する窒化金属膜作製方法において、
前記被エッチング部材は、前記チャンバを上下の室に仕切るように設けられると共に上室から下室に連通する穴を有し、
前記ハロゲンガスプラズマは、前記上室にて発生させ、
前記窒素ガスプラズマは、前記下室にて発生させることを特徴とする窒化金属膜作製方法。
The method for producing a metal nitride film according to claim 17,
The member to be etched is provided to partition the chamber into upper and lower chambers and has a hole communicating from the upper chamber to the lower chamber,
The halogen gas plasma is generated in the upper chamber,
The method of producing a metal nitride film, wherein the nitrogen gas plasma is generated in the lower chamber.
請求項17に記載する窒化金属膜作製方法において、
前記チャンバの内部において前記支持台を昇降させながら成膜することを特徴とする窒化金属膜作製方法。
The method for producing a metal nitride film according to claim 17,
A metal nitride film manufacturing method comprising forming a film while raising and lowering the support base in the chamber.
請求項17に記載する窒化金属膜作製方法において、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記被エッチング部材の近傍に供給されることを特徴とする窒化金属膜作製方法。
The method for producing a metal nitride film according to claim 17,
The method for producing a metal nitride film, wherein the halogen gas plasma and the nitrogen gas plasma are previously converted into plasma outside the chamber body and supplied to the vicinity of the member to be etched.
請求項17に記載する窒化金属膜作製方法において、
前記チャンバは、上面を前記被エッチング部材により密閉され、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記チャンバに連通する筒状の通路の周囲に巻回したコイルからの電磁波により、前記通路の内部に供給されるハロゲンガス及び窒素ガスをプラズマ化することにより、予め前記チャンバの外部でプラズマ化されて、前記被エッチング部材の近傍に供給されるプラズマであることを特徴とする窒化金属膜作製方法。
The method for producing a metal nitride film according to claim 17,
The chamber has an upper surface sealed by the member to be etched,
The halogen gas plasma and the nitrogen gas plasma are converted into plasma by halogen gas and nitrogen gas supplied to the inside of the passage by electromagnetic waves from a coil wound around a cylindrical passage communicating with the chamber. A method for producing a metal nitride film, characterized in that the plasma is plasmanized outside the chamber in advance and supplied to the vicinity of the member to be etched.
請求項17ないし24のいずれかに記載する窒化金属膜作製方法において、
前記窒素ガスプラズマは、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記チャンバの内部における前記基板の上面に供給されるプラズマであることを特徴とする窒化金属膜作製方法。
25. The method for producing a metal nitride film according to claim 17, wherein:
The method of producing a metal nitride film, wherein the nitrogen gas plasma is plasma that has been converted into plasma outside the chamber body and supplied to the upper surface of the substrate inside the chamber.
請求項17ないし24のいずれかに記載する窒化金属膜作製方法において、
前記窒素ガスプラズマは、前記基板とほぼ同じ高さにおける前記チャンバの側壁に設けられ、前記チャンバに連通する筒状の通路の周囲に巻回したコイルからの電磁波により、前記通路の内部に供給される窒素ガスをプラズマ化することにより、予め前記チャンバの外部でプラズマ化されて、前記チャンバの内部における前記基板の上面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。
25. The method for producing a metal nitride film according to claim 17, wherein:
The nitrogen gas plasma is provided on the side wall of the chamber at substantially the same height as the substrate, and is supplied to the inside of the passage by electromagnetic waves from a coil wound around a cylindrical passage communicating with the chamber. A method for producing a metal nitride film, characterized in that the nitrogen gas is plasmatized in advance outside the chamber and supplied to the upper surface of the substrate inside the chamber.
請求項17ないし26のいずれかに記載する窒化金属膜作製方法において、
前記N/M比は、0より大きく1以下であることを特徴とする窒化金属膜作製方法。
27. The method for producing a metal nitride film according to claim 17,
The method of manufacturing a metal nitride film, wherein the N / M ratio is greater than 0 and 1 or less.
請求項17ないし27のいずれかに記載する窒化金属膜作製方法において、
前記窒素ガスの供給量は、前記ハロゲンガスの供給量との比である窒素ガス/ハロゲンガス流量比が0より大きく0.1以下であることを特徴とする窒化金属膜作製方法。
The metal nitride film manufacturing method according to any one of claims 17 to 27,
The method for producing a metal nitride film, wherein the supply amount of the nitrogen gas is such that a nitrogen gas / halogen gas flow rate ratio, which is a ratio to the supply amount of the halogen gas, is greater than 0 and 0.1 or less.
請求項17ないし28のいずれかに記載する窒化金属膜作製方法において、
成膜工程中に、前記窒素ガスの供給量と前記ハロゲンガスの供給量との比である窒素ガス/ハロゲンガス流量比を変更して、膜内部でN/M比が変化した窒化金属膜を成膜することを特徴とする窒化金属膜作製方法。
The metal nitride film manufacturing method according to any one of claims 17 to 28,
During the film forming process, a nitrogen gas / halogen gas flow rate ratio, which is a ratio between the nitrogen gas supply amount and the halogen gas supply amount, is changed to obtain a metal nitride film in which the N / M ratio is changed inside the film. A metal nitride film manufacturing method characterized by forming a film.
請求項17ないし29のいずれかに記載する窒化金属膜作製方法において、
前記高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属は、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、バナジウム、ニオブ、ジルコニウム又はハフニウムのいずれか一種であることを特徴とする窒化金属膜作製方法。
The metal nitride film manufacturing method according to any one of claims 17 to 29,
The metal nitride film manufacturing method, wherein the metal capable of generating the high vapor pressure halide is any one of tantalum, titanium, tungsten, molybdenum, vanadium, niobium, zirconium, and hafnium.
請求項17ないし30のいずれかに記載する窒化金属膜作製方法において、
前記ハロゲンガスは、塩素ガスであることを特徴とする窒化金属膜作製方法。
The method for producing a metal nitride film according to any one of claims 17 to 30,
The metal nitride film manufacturing method, wherein the halogen gas is chlorine gas.
請求項17ないし31のいずれかに記載する窒化金属膜作製方法において、
前記窒素ガスの代わりに、酸素又は炭素を供給し、前記基板に酸化又は炭化金属膜を成膜することを特徴とする酸化又は炭化金属膜作製方法。
32. The method for producing a metal nitride film according to claim 17,
A method for producing an oxidized or metal carbide film, comprising supplying oxygen or carbon instead of the nitrogen gas and forming an oxidized or metal carbide film on the substrate.
窒素原子と金属原子の原子組成比であるN/M比を制御した窒化金属膜。   A metal nitride film in which the N / M ratio, which is the atomic composition ratio of nitrogen atoms and metal atoms, is controlled. 窒素原子と金属原子の原子組成比であるN/M比を0より大きく1以下に制御した窒化金属膜。   A metal nitride film in which the N / M ratio, which is the atomic composition ratio of nitrogen atoms and metal atoms, is controlled to be greater than 0 and 1 or less. 請求項33又は34に記載する窒化金属膜において、
膜内部でN/M比が変化していることを特徴とする窒化金属膜。
The metal nitride film according to claim 33 or 34,
A metal nitride film characterized in that the N / M ratio is changed inside the film.
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成される被エッチング部材をハロゲンガスプラズマによりエッチングしてハロゲン化金属からなる前駆体を生成し、
当該前駆体の金属成分を基板に成膜する際に、供給量を制御した窒素ガスをプラズマ化して得られる窒素ガスプラズマにより前記金属成分を窒化して前記基板に成膜することを特徴とする請求項33ないし35のいずれかに記載する窒化金属膜。
A member to be etched formed of a metal capable of generating a high vapor pressure halide is etched with halogen gas plasma to generate a precursor made of a metal halide,
When forming the metal component of the precursor on the substrate, the metal component is nitrided by nitrogen gas plasma obtained by converting nitrogen gas with a controlled supply amount into plasma, and the substrate is formed on the substrate. 36. The metal nitride film according to claim 33.
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