JP2010024513A - 成膜装置および成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成でありながら不要部分の成膜を回避することができる技術を提供すること。
【解決手段】基板Ｗに対する成膜処理を施すため、成膜の材料を有する第１の気体Ｇ１および反応を促進させるための材料を有する第２の気体Ｇ２を導入するチャンバ１０と、基板Ｗを配置するとともに、チャンバ１０内で一方側の電極となるサセプタ２０と、チャンバ１０内でサセプタ２０と対向して配置される上部電極３０と、チャンバ１０内で上部電極３０の背面側に取り付けられ、チャンバ１０内に供給される第１の気体Ｇ１を導入する第１の導入路１００と、第１の導入路１００とは分離して設けられ、第２の気体Ｇ２を導入する第２の導入路２００と、第１の導入路１００および第２の導入路２００とは分離して設けられ、第２の気体Ｇ２を上部電極３０とチャンバ１０との隙間に導く第３の導入路３００とを有する分離部４０とを有する成膜装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、チャンバ内に配置した基板に対し気体の反応によって成膜を行う成膜装置および成膜方法に関する。

半導体装置や液晶表示装置等のデバイスの製造工程は、ますます複雑かつ高性能が要求されるようになり、一つの反応容器内における成膜技術であっても、部分的に反応物（薄膜）の堆積を回避することが要求される場合もある。

例えば、特許文献１、２に記載の技術では、被成膜基板（ウェハ）の周辺部への膜の堆積を回避するために、ウェハ周辺にガイドリングをかぶせるように配している。また、その部分に単独に非反応性（不活性ガス）を導入することで、堆積回避部分への材料ガスの進入を防ぎ、膜の堆積が抑制される機構を採用している。この他に、これまで一般的に用いられてきた手法としては、堆積回避部に物理的にカバー（マスク）を施すものや、何らかの部材で埋めてしまうという技術もある。

米国特許第６５５０４８４号明細書 米国特許第６２０６９７６号明細書

しかし、物理的なカバーを施す手法の場合、カバーと基板などとの接触によって汚染や傷などの発生が懸念される。また、基板との接触による基板への傷付きや、接触による汚染物質がそれ以降の基板に転写される問題も生じる。

その一方、シールドガスを用いることで、カバー等の部材が接触することなく堆積回避部への膜の堆積を効果的に抑制できる技術もある。しかし、この技術では、シールドガスを導入する専用の特別な機構を設ける必要があり、装置構成を複雑化させることになる。

本発明は、簡単な構成でありながら不要部分の成膜を回避することができる技術の提供を目的とする。

本発明は、基板に対する成膜処理を施すため、成膜の材料を有する第１の気体および第１の気体に対する反応を促進させるための材料を有する第２の気体を導入するチャンバと、基板を配置するとともに、チャンバ内で一方側の電極となるサセプタと、チャンバ内でサセプタと対向して配置される他方側の電極と、チャンバ内で他方側の電極の背面側に取り付けられ、チャンバ内に供給される第１の気体を導入する第１の導入路と、第１の導入路とは分離して設けられ、第２の気体を導入する第２の導入路と、第１の導入路および第２の導入路とは分離して設けられ、第２の気体を他方側の電極とチャンバとの隙間に導く第３の導入路とを有する分離部とを有する成膜装置である。

このような本発明では、チャンバ内に第１の気体と第２の気体とを分離して導入する第１の導入路および第２の導入路を分離部に設けるとともに、これらとは別に第２の気体を導く第３の導入路を分離部に設けている。これにより、第２の気体が他方側の電極とチャンバとの隙間に導かれ、その部分だけ第１の気体の相対的な濃度が低下し、不要部分の成膜を回避できるようになる。

ここで、分離部における第３の導入路の出口は、他方側の電極の側面側に複数個設けられている態様もある。また、分離部における第３の導入路の出口は、他方側の電極の側面側における第１の導入路および第２の導入路の出口の領域を除く領域に設けられている態様もある。また、分離部における第３の導入路が、出口に向かうにしたがい幅広に設けられている態様もある。

さらに、分離部は、第１の導入路および第２の導入路の出口を他方側の電極の一端側とし、この一端側から他方側の電極と基板との間に流れた第１の気体および第２の気体を他方側の電極の他端側から他方側の電極の背面側に戻す流れを構成するものでもある。

また、本発明は、チャンバ内におけるサセプタ上に基板を配置する工程と、チャンバ内でサセプタと対向して配置される電極の背面側から基板の対向面側に、基板に対する処理のための材料を有する第１の気体を第１の導入路から導入する工程と、第１の気体を排出する工程と、第１の気体に対する反応を促進させるための材料を有する第２の気体を第１の導入路とは分離した第２の導入路から導入するとともに、第２の気体を第１の導入路および第２の導入路とは分離した第３の導入路から導入しつつ、チャンバ内で第１の気体と第２の気体とを反応させて成膜を行う工程とを有する成膜方法である。

このような本発明では、チャンバ内に第１導入路から第１の気体を導入し、第２の導入路から第２の気体を導入するとともに、これらの導入路とは分離して設けられた第３の導入路から第２の気体を電極とチャンバとの隙間に導入している。これにより、第２の気体が電極とチャンバとの隙間に導かれ、その部分だけ第１の気体の相対的な濃度が低下し、不要部分の成膜を回避できるようになる。

ここで、第３の導入路の出口が電極の側面側に複数個設けられている場合、この複数の出口から電極とチャンバとの隙間に第２の気体を送り込むようにする。また、第３の導入路の出口が電極の側面側における第１の導入路および第２の導入路の出口の領域を除く領域に設けられている場合、この出口から電極とチャンバとの隙間に第２の気体を送り込むようにする。

また、基板に対する成膜を行う間、第３の導入路から第２の気体を連続で導入するようにしてもよい。さらに、第１の導入路および第２の導入路の出口を電極の一端側とし、この一端側から電極と基板との間に流れた第１の気体および第２の気体を電極の他端側から電極の背面側に戻す流れを構成するものでもある。

本発明によれば、第３の導入路から導入される第２の気体によって基板とチャンバとの隙間にガスカーテンを形成でき、簡単な構成でありながら不要部分の成膜を回避することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。

＜成膜装置の構成＞
図１は、本実施形態に係る成膜装置を説明する模式断面図である。成膜装置は、チャンバ１０、サセプタ２０、上部電極３０および分離部４０を備えている。

チャンバ１０は、基板Ｗに対する処理を施すための反応空間を構成するもので、内部に所定の気体が取り込まれ、成膜のため高周波印加等によってプラズマが生成される。サセプタ２０は、基板Ｗを配置する基台であるとともに、チャンバ１０内でプラズマを生成するための一方側の電極（下部電極）としての役目を果たす。

上部電極３０は、チャンバ１０内でサセプタ２０と対向して配置される他方側の電極であり、サセプタ２０との間で高周波を印加し、チャンバ１０内における基板Ｗの上方空間にプラズマを発生させる役目を果たす。

分離部４０は、上部電極３０の背面側に取り付けられるもので、チャンバ１０内に導入する各種の気体（ガス）を分離して導入し、ガスの流れを作り出すものである。本実施形態では、特にこの分離部４０の構成に特徴がある。

分離部４０は、チャンバ１０内にガスを導入する通路として、第１の導入路１００、第２の導入路２００および第３の導入路３００を備えている。また、分離部４０は、チャンバ１０内からガスを排出するための排出路４００を備えている。

第１の導入路１００は、第１の気体Ｇ１を導入する通路である。第１の気体Ｇ１としては、基板Ｗの表面に成膜したい材料を有するガス（材料ガス）である。第１の導入路１００は、分離部４０の上面部分に形成された凹部によって構成され、チャンバ１０の上方から送られてきた第１の気体Ｇ１を上面の凹部内に沿って上部電極３０の一端側（図中左側）に送っていく。つまり、分離部４０の上面に設けられた凹部はチャンバ１０の上部内壁との間で通路を構成し、この通路に沿って第１の気体Ｇ１が流れていくことになる。この通路の出口が上部電極３０の一端側に設けられているため、第１の気体Ｇ１は上部電極３０の一端側からチャンバ１０の側部内壁に沿って下方に送られ、上部電極３０とサセプタ２０との間に送り込まれていく。

図２は、分離部の概略斜視図であり、第１の導入路による第１の気体Ｇ１の流れを示している。第１の導入路１００は、分離部４０の上面における図中左側に凹部１００ａが扇形に拡がって構成されている。

第１の気体Ｇ１は、第１の導入路１００の凹部１００ａにおける扇形の中心付近に流入し、凹部１００ａの形状に沿って分離部４０の外周方向へと拡がっていく（図中矢印ａ１参照）。そして、分離部４０の外周方向へ拡がった第１の気体Ｇ１は、分離部４０の外周端から下側へ送られる（図中矢印ａ２参照）。第１の導入路１００は、凹部１００ａにおける扇形の先端側が出口となり、出口における分離部４０の外周面とチャンバ１０（図１参照）との隙間から下側に送られることになる。

図１に示す第２の導入路２００は、第２の気体Ｇ２を導入する通路である。第２の気体Ｇ２としては、成膜したい材料を有する第１の気体（材料ガス）に対する反応を促進させるための材料を有するガス（反応ガス）である。第２の導入路２００は、分離部４０の上面中央から下面側に貫通する貫通孔と、この貫通孔を介して下面側に形成された凹部とによって構成されている。これにより、チャンバ１０の上方から送られてきた第２の気体Ｇ２を上面中央の貫通孔から下面側の凹部に導き、上部電極３０の一端側（図中左側）に送っていく。

分離部４０の下面に設けられた凹部は、上部電極３０の上面との間で通路を構成し、この通路に沿って第２の気体Ｇ２が流れていくことになる。この通路の出口が上部電極３０の一端側に設けられているため、第２の気体Ｇ２は上部電極３０の一端側からチャンバ１０の側部内壁に沿って上部電極３０とサセプタ２０との空間に送り込まれていく。この際、第２の導入路２００の出口部分では、流出する第２の気体Ｇ２と、先に説明した第１の導入路１００の出口から流出した第１の気体Ｇ１とが混合されることになる。

図３は、分離部の概略斜視図であり、第２の導入路による第２の気体Ｇ２の流れを示している。第２の導入路２００は、分離部４０の上面における中央に設けられる貫通孔２００ａと、貫通孔２００ａを介して分離部４０の下面側に設けられた凹部２００ｂとによって構成される。貫通孔２００ａは分離部４０の上面中央付近から下面側に設けられた孔であり、下面側の凹部２００ｂと繋がっている。凹部２００ｂは、図中左側に拡がる扇形に構成され、上部電極３０（図１参照）の上面との間で通路を構成している。

第２の気体Ｇ２は、チャンバ１０（図１参照）の上方から所定の配管を介して貫通孔２００ａに送られ、貫通孔２００ａから分離部４０の下面側の凹部２００ｂに送られる。そして、凹部２００ｂの形状に沿って分離部４０の外周方向へと拡がっていく（図中矢印ｂ１参照）。分離部４０の外周方向へ拡がった第２の気体Ｇ２は、分離部４０の外周端から下側へ送られる（図中矢印ｂ２参照）。

第２の導入路２００は、凹部における扇形の先端側が出口となり、出口における分離部４０の外周面とチャンバ１０（図１参照）との隙間から下側に送られることになる。これにより、第２の気体Ｇ２は、チャンバ内に導入されてから第２の導入路２００を介して出口より流出するまでの間、第１の気体Ｇ１とは分離した状態で供給されることになる。一方、出口より流出した第２の気体Ｇ２は、第１の導入路１００の出口より流出した第１の気体Ｇ１と流出量に応じた比率で混合され、上部電極３０とサセプタ２０との隙間の空間（基板Ｗの上の空間）に送り込まれることになる。

図１に示す第３の導入路３００は、第１の導入路１００および第２の導入路２００とは分離して設けられ、第２の気体Ｇ２を導入する通路である。すなわち、第３の導入路３００は、第２の気体Ｇ２の流入路の上流側、例えば第２の導入路２００の貫通孔２００ａ入り口部分で分岐され、上部電極３０とチャンバ１０との隙間に第２の気体Ｇ２を導く凹部を備えている。凹部は分離部４０の上面に設けられ、分離部４０の外周方向へ延びている。つまり、分離部４０の上面に設けられた凹部はチャンバ１０の上部内壁との間で通路を構成し、この通路に沿って第２の気体Ｇ２が流れていくことになる。

凹部の出口は第１の導入路１００および第２の導入路２００の出口とは異なる位置に設けられている。出口のバリエーションは後述する。第３の導入路３００の寸法、本数、断面積、吐出角度などは効果に応じて適宜設計、選定されるべきものである。

図４は、分離部の概略斜視図であり、第３の導入路による第２の気体Ｇ２の流れを示している。第３２の導入路３００は、分離部４０の上面における中央に設けられる貫通孔２００ａ入り口から分岐する分岐部３００ａと、分岐部３００ａを介して分離部４０の外周方向に沿って２方向に延びる凹部３００ｂとによって構成される。分岐部３００ａは、貫通孔２００ａ入り口部分から２つの凹部３００ｂの起点位置まで延びている。２つの凹部３００ｂは、第１の導入路１００の扇型の凹部１００ａの端部に沿って延設しており、分離部４０の外周端に各々出口が設けられている。

チャンバ１０（図１参照）の上方から送られる第２の気体Ｇ２は、第２の導入路２００の貫通孔２００ａに流入するとともに、第３の導入路３００の分岐部３００ａにも流入する。分岐部３００ａに流入した第２の気体Ｇ２は、ここから２つの凹部３００ｂに送られ、凹部３００ｂに沿って分離部４０の外周方向へ流れていく（図中矢印ｃ１参照）。分離部４０の外周方向へ送られた第２の気体Ｇ２は、凹部３００ｂの出口から流出し、分離部４０の外周端から上部電極３０（図１参照）の外周面とチャンバ１０（図１参照）の内壁との隙間へ送られる（図中矢印ｃ２参照）。

この第３の導入路３００の出口から上部電極３０の外周面とチャンバ１０の内壁との隙間に送られた第２の気体Ｇ２は、さらに下側へ送られることになる。これにより、この部分では第２の気体Ｇ２の濃度が相対的に上昇し、第１の気体Ｇ１の濃度が相対的に低下することになる。したがって、この部分において第１の気体Ｇ１の反応が抑制され、成膜が行われないことになる。

つまり、第３の導入路３００の出口から第２の気体Ｇ２が流出して、第２の気体Ｇ２の相対濃度が高まり、第１の気体Ｇ１の相対濃度が低くなる領域では、第２の気体Ｇ２がガスカーテンとなって成膜を抑制できることになる。

図１に示す排出路４００は、チャンバ１０内からチャンバ１０外へ排出するガスを流すための通路である。排出路４００は、分離部４０の上面部分における第１の導入路１００とは反対側の位置に形成された凹部によって構成され、下側から送られてきた気体を凹部に沿って導き、チャンバ１０の上部に設けられた排出口へ送る役目を果たす。

図５は、分離部の概略斜視図であり、排出路による気体の流れを示している。排出路４００は、分離部４０の上面における図中右側に凹部４００ａが扇形に拡がって構成されている。

分離部４０の下側、すなわち上部電極３０（図１参照）側から上方に送られてきた処理済みの気体は（図中矢印ｄ１参照）、排出路４００の扇形の凹部４００ａにおける扇形の外側から中心付近に送られる（図中矢印ｄ２参照）。凹部４００ａの扇形の中心付近には、チャンバ１０（図１参照）に設けられた排出口が設けられ、凹部４００ａの中心付近まで流れてきた気体は排出口からチャンバ１０の外へ排出される。

本実施形態の分離部４０では、先に説明した第１の導入路１００および第２の導入路２００の出口が分離部４０の図中左側に設けられ、排出路４００が図中右側に設けられていることから、第１の気体Ｇ１や第２の気体Ｇ２は、上部電極３０とサセプタ２０との隙間を一定方向（図１では、図中左から右）に流れ、分離部４０の上から排出されることになる。このような気体の流れとプラズマの発生とを制御することで、均一かつ薄膜の成形を実現している。

＜第３の導入路のバリエーション＞
図６〜図９は、第３の導入路のバリエーションを説明する分離部の上面図である。図６は、図２に示す第３の導入路３００の形状を示している。第３の挿入路３００は、分離部４０の中央部分から第１の導入路１００の方向へ延びる分岐部３００ａと、分岐部３００ａを起点として２方向に延びる凹部３００ｂとによって構成されている。凹部３００ｂの出口は、第１の導入路１００の出口付近に設けられ、ここから第２の気体が上部電極３０（図１参照）とチャンバ１０（図１参照）との隙間に送り出されていく。

図７は、第３の導入路３００の出口が複数箇所に設けられた形状である。第３の挿入路３００は、分離部４０の中央部分から第１の導入路１００の方向へ延びる分岐部３００ａと、分岐部３００ａを起点として２方向に延びる凹部３００ｂとを備えるとともに、２方向に延びる凹部３００ｂの出口付近から別の出口へ導く分岐部３００ｃを備えている。分岐部３００ｃは分離部４０の外周に沿った円弧状を成しており、途中において所定間隔で出口へと繋がっている。これにより、凹部３００ｂを流れてきた第２の気体は、そのまま出口へ進むものと、分岐部３００ｃを通って他の出口へ進むものとに分けられる。複数の出口から第２の気体が流出することで、第２の気体によるガスカーテンの効果を高めることができる。

図８は、第３の導入路３００の出口が複数箇所に設けられた形状の別の例である。第３の挿入路３００は、分離部４０の中央部分から第１の導入路１００の方向へ延びる分岐部３００ａと、分岐部３００ａを起点として２方向に延びる凹部３００ｂとを備えている。さらに、第３の導入路３００は、２方向に延びる凹部３００ｂの途中から別の出口へ導く複数の分岐部３００ｄを備えている。複数の分岐部３００ｄは、凹部３００ｂの途中において所定間隔で出口まで直線的に繋がっている。これにより、凹部３００ｂを流れてきた第２の気体は、そのまま出口へ進むものと、途中から複数の分岐部３００ｄを通って他の出口へ進むものとに分けられる。複数の出口から第２の気体が流出することで、第２の気体によるガスカーテンの効果を高めることができる。

図９は、第３の導入路３００の出口が拡がる形状に設けられた例である。第３の挿入路３００は、分離部４０の中央部分から第１の導入路１００の方向へ延びる分岐部３００ａと、分岐部３００ａを起点として２方向に延びる凹部３００ｂとを備えている。この凹部３００ｂが、出口に向かうに従い幅広となっている。

例えば、凹部３００ｂの幅は、起点部分から半分過ぎ程度まで一定となっているが、そこから先の出口に向かうにしたがい、凹部３００ｂの片方の壁面が曲線的に拡がっている。これにより、凹部３００ｂを流れてきた第２の気体は、出口部分で第１の導入路１００の出口および排出路４００の取り込み口以外の領域Ａまで拡がり、この領域Ａ全体から流出していくことになる。広い領域から第２の気体が流出することで、第２の気体によるガスカーテンの効果を高めることができる。

＜下流側に導入路を設ける例＞
図１０は、第２の気体の導入路の出口を下流側に設ける例を示す模式断面図である。先に説明した例と同様、成膜装置は、チャンバ１０、サセプタ２０、上部電極３０および分離部４０を備えている。

分離部４０は、チャンバ１０内にガスを導入する通路として、第１の導入路１００、第２の導入路２００を備えているとともに、チャンバ１０内からガスを排出するための排出路４００を備えている。また、図１０に示す例では、第２の導入路２００とは反対側、すなわち下流側（排出側）に向かう第４の導入路５００を備えている。

第１の導入路１００は、第１の気体Ｇ１を導入する通路であり、チャンバ１０の上方から送られてきた第１の気体Ｇ１を上面の凹部内に沿って上部電極３０の一端側（図中左側）に送っていく。これにより、第１の気体Ｇ１は上部電極３０の一端側からチャンバ１０の側部内壁に沿って上部電極３０とサセプタ２０との空間に送り込まれていく。

第２の導入路２００は、第２の気体Ｇ２を導入する通路であり、チャンバ１０の上方から送られてきた第２の気体Ｇ２を上面中央の貫通孔から下面側の凹部に導き、上部電極３０の一端側（図中左側）に送っていく。これにより、上部電極３０の一端側では、流出する第２の気体Ｇ２と、先に説明した第１の導入路１００の出口から流出した第１の気体Ｇ１とが混合される、上部電極３０とサセプタ２０との空間に送り込まれていく。

第４の導入路５００は、第２の導入路２００の貫通孔から第２の導入路２００の凹部と反対側に設けられた凹部を備えている。第４の導入路５００の凹部は、第２の導入路２００の凹部より上部電極３０との隙間が狭く設けられており、第２の導入路２００に流れる気体の量より少なくなるよう設定されている。第４の導入路５００の出口は気体の下流側、すなわち、排出路４００の取り込み口側となっている。これによって、気体の下流側となる上部電極３０の他端側近傍の空間に第２の気体Ｇ２を送り込み、ガスカーテンを構成する。

図１１は、図１０における側面矢印側から見た概略断面図である。第４の導入路５００は、分離部４０における下面側に設けられる凹部を備えており、上部電極３０の上面との間で通路を構成している。通路の出口は、分離部４０の上面側に設けられる排出路４００の取り込み口をほぼ同じ広さとなっている。なお、出口の幅は、排出路４０の取り込み口より広くした方がより効果的である。

図１２は、分離部の上面図である。この図では、第４の導入路５００は分離部４０の下面側に設けられていることから、図中破線で示されている。第４の導入路５００は、第２の導入路２００と反対側に設けられており、第２の導入路２００と同様な扇形の凹部５００ａによって構成されている。

第４の導入路５００の凹部５００ａは、第２の導入路２００の貫通孔２００ａと繋がっており、第２の導入路２００とは反対となる図中右側に扇形が拡がる形状となっている。これにより、第２の気体は、チャンバ１０（図１参照）の上方から貫通孔２００ａに送られ、貫通孔２００ａを介して分離部４０の下面側の第２の導入路２００に送られる。一方、貫通孔２００ａから第４の導入路５００の凹部５００ａにも送られ、この凹部５００ａの形状に沿って分離部４０の外周方向へ拡がっていく。凹部５００ａから分離部４０の外周方向へ拡がった第２の気体は、分離部４０における気体の下流側の外周端から流出し、この部分での第１の気体の相対的な濃度を下げ、成膜を抑制することになる。

なお、上記説明した第４の導入路５００は、単独で用いても、また、先に説明した第３の導入路３００と併用してもよい。第３の導入路３００と第４の導入路５００とを併用することで、気体の流入口である第１の導入路１００および第２の導入路２００の出口以外の領域（上部電極３０の外周端とチャンバ１０の内壁との隙間のうち上記出口以外となる領域）全体にわたり、第２の気体によるガスカーテンを構成でき、広い範囲で不要な成膜を抑制できるようになる。

＜成膜方法＞
本実施形態に係る成膜方法を説明する。先ず、チャンバ１０内におけるサセプタ２０上に基板Ｗを配置する。次いで、チャンバ１０内でサセプタ２０と対向して配置される上部電極３０の背面側から基板Ｗの対向面側に第１の気体Ｇ１を導入する。第１の気体Ｇ１は、先に説明した分離部４０の第１の導入路１００から導入する。この工程を、「材料ガス供給工程」と呼ぶ。

次に、材料ガス供給工程で導入した第１の気体を排出する処理を行う。これにより、基板Ｗの表面に付着した一部の第１の気体（材料ガス）を除き、基板Ｗ上方の余分な材料ガスが除去される。この工程を、「材料ガスパージ工程」と呼ぶ。

次に、第１の気体に対する反応を促進させるための材料を有する第２の気体Ｇ２を、第１の導入路１００とは分離した第２の導入路２００から導入する。この際、第２の気体Ｇ２を第１の導入路１００および第２の導入路２００とは分離した第３の導入路３００から導入する。

ここで、図７、図８に示すように、第３の導入路３００から第２の気体Ｇ２を導入するにあたり、出口が複数箇所設けられている場合には、複数の出口から第２の気体Ｇ２を流出させる。また、図９に示すように、第３の導入路３００の出口が第１の導入路１００および第２の導入路２００の出口の領域を除く領域Ａに設けられている場合、この出口から第２の気体Ｇ２を送り出すようにする。

そして、この状態で上部電極３０とサセプタ２０との間で高周波を印加し、チャンバ１０内でプラズマを発生させる。これにより、第１の気体と第２の気体との反応によって生成された膜が基板Ｗの表面に被着する。この工程を、「反応工程」と呼ぶ。

この反応工程では、先に説明した第３の導入路３００から第２の気体Ｇ２が上部電極３０の外周面とチャンバ１０の内壁との隙間に供給され、ガスカーテンとなってその部分だけ第１の気体Ｇ１の相対濃度が下がり、成膜反応を抑制している。したがって、その領域については反応が起こらず、不要な部分、例えば、基板Ｗの周縁や、上部電極３０の外周面、チャンバ１０の内壁に、成膜物質を付着させずに済むようになる。

反応工程によって成膜を行った後は、プラズマの排気を行う。この工程を、「プラズマパージ工程」と呼ぶ。上記「材料ガス供給工程」→「材料ガスパージ工程」→「反応工程」→「プラズマパージ工程」を１サイクルとして、これを繰り返すことで、所望の厚さの成膜を完成させることができる。

図１３は、１サイクルの工程の流れを示す模式図である。「材料ガス供給工程」で導入した第１の気体（材料ガス）は、基板Ｗの表面に付着する。「材料ガスパージ工程」では、基板Ｗ上方の余分な材料ガスが除去され、基板Ｗの表面に付着した材料だけ残る状態となる。「反応工程」では、第２の気体（反応ガス）が導入され、プラズマの発生によって反応生成物が基板Ｗの表面に形成される。その後、図示しない「プラズマパージ工程」を行う。この１サイクルの各工程を時分割で繰り返すことで、反応生成物を原子サイズレベルで積み上げていくことができる。

このような成膜方法では、上部電極３０と基板Ｗを配置するサセプタ２０との間に高周波を印加するため、これらの間の絶縁性を常に保ち、適切な放電が得られるようにする必要がある。

ここで、酸化による絶縁膜の成膜を行う場合、その余剰反応物がチャンバ１０内のどこに堆積しても、その堆積物は「絶縁物」であるため、上部電極３０とサセプタ２０との間の絶縁性に影響を及ぼすことはない。一方、導電膜の成膜を行う場合は、膜および余剰反応物そのものが導電性を有するため、上部電極３０とサセプタ２０との間に連続した電気伝導経路が生じないよう配慮する必要がある。

そこで、本実施形態では、上記説明したように、第３の導入路３００や必要に応じて第４の導入路５００を介して第２の気体（反応ガス）を上部電極３０とチャンバ１０との隙間に送り込み、ガスカーテンを構成して余剰反応による堆積物の生成を抑制している。特に、第２の気体（反応ガス）を利用してガスカーテンを構成するため、別途専用のガスを導入する必要がない。

＜具体例＞
図１４は、成膜サイクルに対応した具体的な材料および流量の導入タイミングの一例を示す図である。第１の気体である材料ガスとしては、Ｔａ系ではTBTDET（Tertiary Butylimido, Tris(Diethylamino) Tantalum）、TAIMATA（Tertiary amyl imido tris (dimethyl amino) tantalum）、Ｈｆ系ではTEMAH（Tetrakis[EthylMethylAmino]Hafnium）、TDEAH（Tetrakis[DiEthylAmino]Hafnium）、TDMAH（Tetrakis[DiMethylAmino]Hafnium）、Ｚｒ系ではTEMAZ（Tetrakis[EthylMethylAmino]Zirconium）、TDEAZ（Tetrakis[DiEthylAmino]zirconium）、TDMAZ（Tetrakis[DiMethylAmino]zirconium）、Ａｌ系ではTMA（Trimethylaluminum）が挙げられる。また、材料ガスのキャリアガスとしては、例えばＡｒが挙げられる。

また、第２の気体である反応ガスとしては、絶縁膜を形成する場合には、例えばＯ₂、キャリアガスとしてＡｒが用いられる。また、導電膜を形成する場合には、反応ガスとしてＯ₂の代わりに、Ｈ₂、ＮＨ₃、ヒドラジン（Ｎ₂Ｈ₄）等の還元性ガスが用いられる。

図１４に示す例では、第１の気体である材料ガスとしてTBTDET、キャリアガスとしてＡｒ、反応ガスとしてＯ₂、キャリアガスとしてＡｒを用いている。図１４では、先に説明した「材料ガス供給工程」→「材料ガスパージ工程」→「反応工程」→「プラズマパージ工程」の１サイクルについて、各ガスの導入タイミングを太線で示し、流量（ｓｃｃｍ）を数値で示している。また、その他の条件として、プラズマ発生のタイミングを太線で示し、高周波電力（Ｗ：ワット）を数値で示している。さらに、その他の条件として、チャンバ内圧力のタイミングを太線で示し、圧力値（Ｐａ：パスカル）を数値で示している。

また、材料ガスTBTDETは液体材料であるため、蒸気圧（内圧と液温で決定）、キャリアガス流量、気化効率によって供給量が決定される。したがって、この環境を正確に計測できないため、便宜的にキャリアガスであるＡｒの流量で示している。

先ず、「材料ガス供給工程」では、材料ガスとしてTBTDETを２００ｓｃｃｍ、キャリアガスＡｒを４５０ｓｃｃｍ、反応ガス側のキャリアガスＡｒを６００ｓｃｃｍの流量でチャンバ内に導入する。

次の「材料ガスパージ工程」では、材料ガスTBTDETの導入を停止し、キャリアガスＡｒの導入によって余剰の材料ガスを除去する。次いで、「反応工程」では、反応ガスＯ₂を２００ｓｃｃｍで導入し、上部電極とサセプタとの間に２５０Ｗの高周波を印加する。これによりプラズマを発生させ、反応生成物を基板表面に堆積させる。

その後、「プラズマパージ工程」では、反応ガスＯ₂の導入を停止するとともに高周波印加を停止し、キャリアガスＡｒの導入によってプラズマをチャンバ内から除去する。

この各工程を時分割で連続的に繰り返すことで、基板上への成膜を重ねていくことになる。

＜他の適用例＞

なお、上記実施形態では、主として分離部４０を加工することで第２の気体Ｇ２を堆積回避部に導入する例を示したが、上部電極３０やチャンバ１０を加工することで第３の導入路３００や第４の導入路４００と同様な通路を形成してもよい。

また、第１の気体（材料ガス）、第２の気体（反応ガス）に対する制約も無く、第２の気体（反応ガス）によるシールド効果で本来の反応に不足が生じる場合には、必要に応じて供給総量やガス比率などを調整するようにしてもよい。

さらには、本実施形態では、チャンバ内やチャンバ内部品への余剰反応物の抑制を中心に説明したが、同様の発想と機構により、成膜対象の基板上における一部に対して堆積を抑制したい場合も適用することが可能である。

また、本実施形態に係る成膜装置および成膜方法は、ＣＶＤ以外であっても、何らかのガスをチャンバ内に導入する成膜処理（例えば、スパッタ）にも適用することが可能である。

＜従来の具体的な問題点に対する実施形態の効果＞

（従来の具体的な問題点）
従来の技術では、基板上やチャンバ内において反応による余剰生成物が付着しないようにするため、付着させたくない部分にカバーを設けていくことが行われている。しかし、チャンバの容量が小さくなると、上部電極とチャンバやサセプタとの隙間が狭くなり、カバーを設ける空間の確保が困難となる。

特に、高周波放電を用いて導電膜を基板上に堆積するプロセスを考えた場合、常に電極間の絶縁性を保つ必要がある。しかし、実際のチャンバ内は導電性部材が多用されており、堆積が進むに従い、チャンバ内に余剰堆積した導電性物質が電気的パスを形成し、電極間の短絡を招くという問題が生じる。

この場合、上記のようなカバーを施すことも考えられるが、チャンバ内空間が狭いと、カバー上の堆積物を通じて短絡を招くこととなる。

そこで、カバーのような接触による堆積物回避ではなくシールドガスを導入し、カバー等の部材を接触させることなく堆積回避部への膜の堆積を効果的に抑制する技術がある。

しかし、この手法の課題の一つは、専用の特別な機構を必要とすることである。堆積回避部のリングとそれの昇降機構、回避部への非反応性ガスの導入に必要なガス配管、およびガスの制御機構など、非常に高価かつ複雑な機構が必要となる。

もう一つの課題は、シールド専用ガスの導入による反応への影響が挙げられる。従来では、リングの上面にシールドガスの排出口を設け、リング上面から周辺の排気口へガスを流すことにより、基板上への不必要な拡散を防ぐ工夫をしている。しかし、周辺からバランス良く均等に排気を取るためには排気口を基板支持台下に均等に配する必要があり、設備構成上の配慮や特別な設計が必要となる。

また、材料ガスや反応ガスの導入を層流（ラミナーフロー）方式（例えば、特表２００３−５０２５０１号公報）で行う場合、チャンバの空間が狭いことからその様な機構を設けることが困難である。また、導入したシールドガスがラミナーフロー方式によるプロセスに対して少なくとも何らかの悪影響を与えることになる。

（実施形態の効果）
本実施形態では、主に上記の２つの課題を同時に解決するもので、チャンバ内の堆積回避部に対して、材料ガスを除く反応ガスを、本来の導入口の手前で分岐させ、これをチャンバ内の既存の構成部品を利用して分配し、堆積回避部にシールドガスとして流用するものである。

本実施形態では、チャンバ内の余剰反応物を堆積させたくない部位に対して、チャンバ内に導入された第２の気体である反応ガスを、チャンバ内の部品（例えば、分離部）を一部改造することでシールドガスとして供給／吐出させている。これにより、反応ガスによるガスカーテン効果によって、材料ガスの相対濃度を著しく低下させ、ひいては余剰反応物の堆積を効果的に抑制することが可能となる。

ここで、シールドガスとして第２の気体である反応ガスを流用することにより、シールドガスのための専用のガス配管や制御系、さらには供給機構を別途設ける必要がなく、チャンバ内の部品を加工するだけで対応可能となる。

同様に、チャンバ内の部品を一部加工することで対応できるため、設備の基本設計が完了し、使用を開始した後にも変更／最適化が容易となる。

また、カーテンガスには実際の反応に使用する反応ガスを用いるため、反応ガスとガス種、比率が同じであり、一般的に用いられる手法である外部から別途不活性ガスを導入してガスカーテンを形成する場合と比較して、チャンバ内反応雰囲気に影響を与えずにすむ。また、吐出位置や流量等の条件によっては、カーテンガスとして利用した反応ガスをそのまま成膜のための反応ガスの一部として流用することも可能である。

本発明は、特に、材料ガスや反応ガスを層流（ラミナーフロー）方式で供給して原子レベルの成膜を行うPlasma Enhanced Atomic Layer Depositionにおいて好適である。

本実施形態に係る成膜装置を説明する模式断面図である。 第１の導入路による第１の気体の流れを説明する分離部の概略斜視図である。 第２の導入路による第２の気体の流れを説明する分離部の概略斜視図である。 第３の導入路による第２の気体の流れを説明する分離部の概略斜視図である。 分離部の概略斜視図である。 第３の導入路のバリエーションを説明する分離部の上面図（その１）である。 第３の導入路のバリエーションを説明する分離部の上面図（その２）である。 第３の導入路のバリエーションを説明する分離部の上面図（その３）である。 第３の導入路のバリエーションを説明する分離部の上面図（その４）である。 第２の気体の導入路の出口を下流側に設ける例を示す模式断面図である。 図１０における側面矢印側から見た概略断面図である。 分離部の上面図である。 １サイクルの工程の流れを示す模式図である。 成膜サイクルに対応した具体的な材料および流量の導入タイミングの一例を示す図である。

符号の説明

１０…チャンバ、２０…サセプタ、３０…上部電極、４０…分離部、１００…第１の導入路、２００…第２の導入路、３００…第３の導入路、４００…排出路、５００…第４の導入路、Ｗ…基板

Claims (10)

1. 基板に対する成膜処理を施すため、成膜の材料を有する第１の気体および前記第１の気体に対する反応を促進させるための材料を有する第２の気体を導入するチャンバと、
   前記基板を配置するとともに、前記チャンバ内で一方側の電極となるサセプタと、
   前記チャンバ内で前記サセプタと対向して配置される他方側の電極と、
   前記チャンバ内で前記他方側の電極の背面側に取り付けられ、前記チャンバ内に供給される前記第１の気体を導入する第１の導入路と、前記第１の導入路とは分離して設けられ、前記第２の気体を導入する第２の導入路と、前記第１の導入路および前記第２の導入路とは分離して設けられ、前記第２の気体を前記他方側の電極と前記チャンバとの隙間に導く第３の導入路とを有する分離部と
   を有する成膜装置。
2. 前記分離部における前記第３の導入路の出口は、前記他方側の電極の側面側に複数個設けられている
   請求項１記載の成膜装置。
3. 前記分離部における前記第３の導入路の出口は、前記他方側の電極の側面側における前記第１の導入路および前記第２の導入路の出口の領域を除く領域に設けられている
   請求項１または２記載の成膜装置。
4. 前記分離部における前記第３の導入路は、出口に向かうにしたがい幅広に設けられている
   請求項１から３のうちいずれか１項に記載の成膜装置。
5. 前記分離部は、前記第１の導入路および前記第２の導入路の出口を前記他方側の電極の一端側とし、当該一端側から前記他方側の電極と前記基板との間に流れた前記第１の気体および前記第２の気体を前記他方側の電極の他端側から前記他方側の電極の背面側に戻す流れを構成する
   請求項１から４のうちいずれか１項に記載の成膜装置。
6. チャンバ内におけるサセプタ上に基板を配置する工程と、
   前記チャンバ内で前記サセプタと対向して配置される電極の背面側から前記基板の対向面側に、前記基板に対する処理のための材料を有する第１の気体を第１の導入路から導入する工程と、
   前記第１の気体を排出する工程と、
   前記第１の気体に対する反応を促進させるための材料を有する第２の気体を前記第１の導入路とは分離した第２の導入路から導入するとともに、前記第２の気体を前記第１の導入路および前記第２の導入路とは分離した第３の導入路から導入しつつ、チャンバ内で前記第１の気体と前記第２の気体とを反応させて成膜を行う工程と
   を有する成膜方法。
7. 前記第３の導入路の出口が前記電極の側面側に複数個設けられており、この複数の出口から前記電極と前記チャンバとの隙間に前記第２の気体を送り込む
   請求項６記載の成膜方法。
8. 前記第３の導入路の出口が前記電極の側面側における前記第１の導入路および前記第２の導入路の出口の領域を除く領域に設けられており、当該出口から前記電極と前記チャンバとの隙間に前記第２の気体を送り込む
   請求項６または７記載の成膜方法。
9. 前記基板に対する成膜を行う間、前記第３の導入路から前記第２の気体を連続で導入する
   請求項６から８のうちいずれか１項に記載の成膜方法。
10. 前記第１の導入路および前記第２の導入路の出口を前記電極の一端側とし、当該一端側から前記電極と前記基板との間に流れた前記第１の気体および前記第２の気体を前記電極の他端側から前記電極の背面側に戻す流れを構成する
    請求項６から９のうちいずれか１項に記載の成膜方法。

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