JP2012054311A - 半導体装置の製造方法及び基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低温での成膜において基板の侵食を抑制する半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供する。
【解決手段】ウエハ１４を処理室９２に搬入する第１の工程と、第１の原料としての固体金属６６を収容する生成室６２に、第２の原料としての塩素含有物と第３の原料としての励起ガスを供給し、プラズマ励起して金属塩化物を生成する第２の工程と、前記第２の工程により生成した金属塩化物を前記処理室９２に供給する第３の工程と、第４の原料としての還元性ガスを前記処理室９２に供給する第４の工程と、ウエハ１４を前記処理室９２から搬出する第５の工程と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置の製造方法及び基板処理装置に関する。

４５ｎｍ世代以降のDRAM（Dynamic Random Access Memory）キャパシタの電極材料としては、チタン（Ti）や窒化チタン（TiN）、ルテニウム（Ru）、酸化ルテニウム（RuO₂）、ルテニウム酸ストロンチウム（SrRuO₃）等が検討されている。

従来、例えばRu膜の成膜には、原料としてエチルシクロペンタジエニルルテニウム（Ru(EtCp)₂）やオクタンジオナートルテニウム（Ru(OD)₃）等の有機化合物を使用するRuO₂-CVD（Chemical Vapor Deposition）法が用いられてきた。
しかし、RuO₂-CVD法では、成膜過程中に供給される酸素（O₂）又はRuO₂膜中の酸素原子（O）等による界面の酸化や、アニール後の表面状態（morphology）の劣化、ステップカバレッジの改善の困難性等の問題があった。

そこで、MCR-CVD（Metal Chloride Reduction Chemical Vapor Deposition）法が提案されている。MCR-CVC法は、塩素ラジカルを利用して成膜するため、膜中に酸素原子が含まれることがない。
また、MCR-CVD法では、基板との還元反応により金属膜を形成するため、金属膜形成後のアニールの必要がない。このため、アニールに伴う不純物の拡散が防止されるとともに、低温での成膜が可能である。

しかしながら、金属膜形成において基板との還元反応を用いると、基板が侵食されるという問題があった。

本発明は、低温での成膜において基板の侵食を抑制する半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴とするところは、基板を処理室に搬入する第１の工程と、第１の原料としての固体金属を収容する生成室に、第２の原料としての塩素含有物と第３の原料としての励起ガスを供給し、プラズマ励起して金属塩化物を生成する第２の工程と、前記第２の工程により生成した金属塩化物を前記処理室に供給する第３の工程と、第４の原料としての還元性ガスを前記処理室に供給する第４の工程と、基板を前記処理室から搬出する第５の工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法にある。

好ましくは、前記第３の工程及び前記第４の工程は、同時に行われる又は交互に繰り返される。

本発明の第２の特徴とするところは、プラズマを発生するプラズマ発生手段と、固体金属を収容する生成室と、前記生成室に塩素含有物を供給する第１のガス供給系と、前記生成室に励起ガスを供給する第２のガス供給系と、を備え、金属塩化物を生成する金属塩化物生成部と、前記金属塩化物生成部により生成された金属塩化物が供給され、基板を処理する処理室と、前記処理室に還元性ガスを供給する第３のガス供給系と、を有する基板処理装置にある。

本発明によれば、低温での成膜において基板の侵食を抑制する半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に用いられる基板処理装置の概略を示す斜視図である。 金属塩化物生成装置及びその周辺構造の概略図である。 処理炉及びその周辺構造の断面図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である。 基板処理工程のフロー図である。 図６（ａ）は、金属塩化物生成装置による金属塩化物生成工程のシーケンス図であり、図６（ｂ）は、処理炉において基板上に金属膜を成膜する工程のシーケンス図である。

本発明の理解を助けるために、基板としてのシリコン（Si）上に、塩素含有物として塩素（Cl₂）を用いて、金属膜としてニッケル（Ni）膜を成膜する場合を一例として説明する。

比較例における成膜の際の反応を表す反応式を以下に示す。
（１）Ni + Cl* → NiCl (gas)
（２）NiCl (gas) → NiCl (ad)
（３）NiCl (ad) + Si → Ni (ad) + SiCl (gas)
（４）Ni (ad) + Si → NiSi
（５）NiSi + Si → NiSi₂
Cl*は活性化された塩素、(gas)はガス状態、(ad)は吸着状態を示す。

比較例においては、まず、塩素（Cl₂）をプラズマ励起により活性化し、活性化された塩素（Cl*）が固体金属（Ni）表面と接触して金属塩化物（NiCl）を生成する（式（１））。この金属塩化物（NiCl）は、基板（Si）に吸着する（式（２））。吸着した金属塩化物（NiCl）は、基板（Si）と反応して金属原子（Ni）を生成するとともに、シリコン塩化物（SiCl）を生成し、このシリコン塩化物（SiCl）が脱離する（式（３））。金属原子（Ni）は、基板（Si）と反応して、シリサイド（ケイ化物）を生成する（式（４）、（５））。

一方、本発明の一実施形態における成膜の際の反応を表す反応式を以下に示す。
（６）Cl₂ + 2He* → 2Cl* + 2He*
（７）Ni + Cl* → NiCl (gas)
（８）NiCl (gas) → NiCl (ad)
（９）NiCl (ad) + H* → Ni (ad) + HCl (gas)
He*は活性化されたヘリウム、Cl*は活性化された塩素、H*は活性化された水素、(gas)はガス状態、(ad)は吸着状態を示す。

本発明の一実施形態においては、ヘリウム（He）をプラズマ励起により活性化し、活性化されたHe（He*）がCl₂と衝突して、活性化された塩素（Cl*）を生成する（式（６））。Cl*は、固体金属（Ni）と反応して、金属塩化物（NiCl）を生成する（式（７））。この金属塩化物（NiCl）は、基板（Si）に吸着する（式（８））。吸着した金属塩化物（NiCl）は、還元性ガス（活性化された水素：H*）と反応し、金属原子（Ni）を生成する（式（９））。
このように、本実施形態にかかる成膜の反応機構は、基板（Si）に吸着した金属塩化物（NiCl）と基板（Si）との反応によるものでなく、基板（Si）に吸着した金属塩化物（NiCl）と活性化した水素(H*)との還元反応によるものとなっている。

次に、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置１０の構成について、図に基づいて説明する。

［全体構成］
図１は、本発明の一実施形態としての基板処理装置１０の斜透視図である。
基板処理装置１０は筺体１２を備え、シリコン等からなるウエハ（基板）１４を収納したウエハキャリアとしてのカセット１６が使用される。筐体１２の正面壁１２ａの下方には、メンテナンス可能なように設けられた開口部としての正面メンテナンス口１８が開設され、この正面メンテナンス口１８を開閉する正面メンテナンス扉２０が建て付けられている。

正面メンテナンス扉２０には、カセット搬入搬出口（基板収容器搬入搬出口）２２が筐体１２内外を連通するように開設されており、このカセット搬入搬出口２２はフロントシャッタ（基板収容器搬入搬出口開閉機構）２４によって開閉されるようになっている。

カセット搬入搬出口２２の筐体１２内側には、カセットステージ（基板収容器受渡し台）２６が設置されている。カセット１６は、工程内搬送装置（非図示）によってカセットステージ２６上に搬入及び、このカセットステージ２６上から搬出されるようになっている。
カセット１６は、工程内搬送装置によって、このカセット１６内のウエハ１４が垂直姿勢となり、カセット１６のウエハ出し入れ口が上方向を向くようにカセットステージ２６上に載置される。カセットステージ２６は、このカセットステージ２６上のカセット１６を筐体１２の後方に縦方向９０°回転させ、このカセット１６内のウエハ１４が水平姿勢となり、カセット１６のウエハ出し入れ口が筐体１２の後方を向くように動作する構成となっている。

筐体１２内の前後方向の略中央部には、カセット棚（基板収容器載置棚）２８が設置されており、このカセット棚２８は複数段複数列にて複数個のカセット１６を保管するように構成されている。カセット棚２８には、後述するウエハ移載機構３６の搬送対象となるカセット１６が収納される移載棚３０が設けられている。
また、カセットステージ２６の上方には予備カセット棚３２が設けられ、予備的にカセット１６を保管するように構成されている。

カセットステージ２６とカセット棚２８との間には、カセット搬送装置（基板収容器搬送装置）３４が設置されている。カセット搬送装置３４は、カセット１６を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ（基板収容器昇降機構）３４ａと、搬送機構としてのカセット搬送機構（基板収容器搬送機構）３４ｂとで構成されている。カセット搬送装置３４は、カセットエレベータ３４ａとカセット搬送機構３４ｂとの連続動作により、カセットステージ２６、カセット棚２８、予備カセット棚３２との間で、カセット１６を搬送するように構成されている。

カセット棚２８の後方には、ウエハ移載機構（基板移載機構）３６が設置されている。ウエハ移載機構３６は、ウエハ１４を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置（基板移載装置）３６ａ及び、このウエハ移載装置３６ａを昇降させるためのウエハ移載装置エレベータ（基板移載装置昇降機構）３６ｂとで構成されている。ウエハ移載装置エレベータ３６ｂは、筐体１２の右側端部に設置されている。ウエハ移載機構３６は、ウエハ移載装置３６ａ及びウエハ移載装置エレベータ３６ｂの連続動作により、ウエハ移載装置３６ａのツイーザ（基板保持体）３６ｃをウエハ１４の載置部として、ボート（基板保持具）３８に対してウエハ１４を装填（チャージング）及び脱装（ディスチャージング）するように構成されている。

筐体１２の後部上方には、処理炉４０が設けられている。処理炉４０の下端部は、炉口シャッタ（炉口開閉機構）４２により開閉されるように構成されている。

処理炉４０の下方には、ボート３８を処理炉４０に昇降させる昇降機構としてのボートエレベータ（基板保持具昇降機構）４４が設けられている。ボートエレベータ４４の昇降台に連結された連結具としてのアーム４６には、蓋体としてのシールキャップ４８が水平に据え付けられており、このシールキャップ４８は、ボート３８を垂直に支持し、処理炉４０の下端部を閉塞可能なように構成されている。

ボート３８は複数本の保持部材を備えており、複数枚（例えば、５０枚〜１５０枚程度）のウエハ１４をその中心を揃えて垂直方向に整列させた状態で、それぞれ水平に保持するように構成されている。

カセット棚２８の上方には、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを供給するよう供給ファン及び防塵フィルタで構成されたクリーンユニット５０が設けられており、クリーンエアを筐体１２の内部に流通させるように構成されている。

ウエハ移載装置エレベータ３６ｂ及びボートエレベータ４４と対向する筐体１２の左側端部には、クリーンエアを供給するよう供給フアン及び防塵フィルタで構成されたクリーンユニット（非図示）が設置されている。このクリーンユニットから吹き出されたクリーンエアは、ウエハ移載装置３６ａ、ボート３８を流通した後に、真空ポンプ１３２（非図示）に吸い込まれて、筐体１２の外部に排気されるようになっている。

［金属塩化物生成装置構成］
次に、基板処理装置１０の金属塩化物生成装置６０について説明する。
図２は、金属塩化物生成装置６０及びその周辺構造の概略図を示す。金属塩化物生成装置６０は、金属塩化物（金属塩素化合物）を生成する生成室６２と、加熱装置であるヒータ６４と、を有する。生成室６２は、内部に金属原料としての固体金属６６を配置するようになっている。
生成室６２は、内壁に塩化物が付着するのを抑制するために、例えば２００〜３００℃に加熱されている。固体金属６６としては、例えばNiやRu等が用いられる。
また、生成室６２の内壁は、石英あるいはアルミナセラミックス等で構成されている。さらに、生成室６２の内壁を固体金属６６と同質の材料でコーティングするようにしてもよい。

生成室６２には、この生成室６２内に塩素含有物としての塩素（Cl₂）ガス及び励起ガスとしてのヘリウム（He）ガスを導入する導入部６８と、この導入部６８から導入されたガスをプラズマ励起させるプラズマ発生装置７０が設けられている。
Cl₂ガスに励起ガスを混合した場合、励起ガスを混合しない（Cl₂ガス単独）場合と比較して、発生する活性化された塩素（Cl*）の密度が増大する。

導入部６８から導入される混合ガス（Cl₂ガスとHeガス）の比率は、好ましくは、Cl₂：１〜５０％、Heガス：５０〜９９％であり、より好ましくは、Cl₂：１０％、Heガス：９０％である。混合ガスがこの比率である場合、この比率でない場合と比較して、活性化された塩素（Cl*）を高密度で発生させることができる。
なお、塩素含有物としては、Cl₂に代えて、塩化水素（HCl）を用いてもよい。また、励起ガスとしては、ヘリウム（He）に代えて、ネオン（Ne）、アルゴン（Ar）、窒素（N₂）等を用いてもよい。

導入部６８と対向する壁面には、生成された金属塩化物を処理炉４０に向けて排出する排出部７２が設けられている。排出部７２は、後述する第１のガス供給管１００ａに接続されている。
また、金属塩化物を搬送する排出部７２等は、内壁に金属塩化物が付着するのを抑制するために、例えば２００〜３００℃に加熱されている。

プラズマ発生装置７０の誘導アンテナ７０ａの下方には、この誘導アンテナ７０がCl₂ガス等により腐食するのを防止するための仕切板７４が設けられている。仕切板７４は、例えば石英で構成される。
誘導アンテナ７０ａは、固体金属６６との距離が５０ｍｍ以下である場合、この距離が５０ｍｍ以下でない場合と比較して、金属塩化物の生成量を増大することができる。また、固体金属６６を５００℃以上に加熱した場合、５００℃以上に加熱しない場合と比較して、金属塩化物の生成量を増大することができる。

[処理炉構成]
次に、基板処理装置１０の処理炉４０について説明する。
図３は、処理炉４０及びその周辺構造の断面図を示す。処理炉４０には加熱装置であるヒータ８２が設けられている。ヒータ８２の内側には、ウエハ１４を収容可能な反応管８４が設けられている。反応管８４は、例えば石英で構成されている。

反応管８４の下方には、例えばステンレス等よりなるマニホールド８６が設けられている。反応管８４の下部およびマニホールド８６の上部には、それぞれ環状のフランジが形成されている。反応管８４とマニホールド８６との各フランジ間にはＯリング８８が設けられており、反応管８４とマニホールド８６との間が気密にシールされている。マニホールド８６の下部は、Ｏリング８８を介して蓋体であるシールキャップ４８により気密に閉塞されている。
処理炉４０では、少なくとも、反応管８４、マニホールド８６及びシールキャップ４８によりウエハ１４を処理する処理室９２が形成されている。

シールキャップ４８には、ボート支持台９４を介してボート３８が立設される。ボート支持台９４はボート３８を保持する保持体となっている。ボート３８は、ボート支持台９４に支持された状態で反応管８４のほぼ中央部に配置されている。ボート３８には、バッチ処理される複数のウエハ１４が水平姿勢を保持しながら図３中上下方向に多段に積載されている。

処理室９２に収容されたウエハ１４は、ヒータ８２により所定の温度に加熱されるようになっている。ボート３８は、ボートエレベータ４４(図１参照)により図３において上下方向に昇降自在となっており、反応管８４に出入り(昇降)することができるようになっている。

ボート３８の下方には、処理の均一性を向上するようにボート３８を回転させるボート回転機構９６が設けられている。ボート回転機構９６により、ボート支持台９４に保持されたボート３８を回転させることができるようになっている。

処理室９２には、ガスを供給する第１のガス供給管１００ａ及び第２のガス供給管１００ｂが接続されている。

第１のガス供給管１００ａには、上流から順に、流量制御装置であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１０２ａ、開閉弁であるバルブ１０４ａが設けられている。
また、第１のガス供給管１００ａには、キャリアガスを供給する第１のキャリアガス供給管１１０ａが接続されている。第１のキャリアガス供給管１１０ａには、上流から順に、流量制御装置であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１１２ａ、開閉弁であるバルブ１１４ａが設けられている。

第１のガス供給管１００ａの端部は、石英製の第１のノズル１２０ａに接続されている。第１のノズル１２０ａは、処理室９２を構成している反応管８４の内壁とウエハ１４との間の円弧状の空間を、図３において上下方向に延在している。第１のノズル１２０ａの側面には、複数のガス供給孔１２２ａが形成されている。ガス供給孔１２２ａは互いに同一の開口面積を有し、下方から上方にわたり同一の開口ピッチで形成されている。

第２のガス供給管１００ｂには、上流から順に、流量制御装置であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１０２ｂ、開閉弁であるバルブ１０４ｂが設けられている。
また、第２のガス供給管１００ｂには、キャリアガスを供給する第２のキャリアガス供給管１１０ｂが接続されている。第２のキャリアガス供給管１１０ｂには、上流から順に、流量制御装置であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１１２ｂ、開閉弁であるバルブ１１４ｂが設けられている。

第１のキャリアガス供給管１１０ａ、第２のキャリアガス供給管１１０ｂから供給されるキャリアガスとしては、例えば、N₂、He、Ne、Ar等の不活性ガスが用いられる。

第２のガス供給管１００ｂの端部は、石英製の第２のノズル１２０ｂに接続されている。第２のノズル１２０ｂは、処理室９２を構成している反応管８４の内壁とウエハ１４との間の円弧状の空間を、図３において上下方向に延在している。第２のノズル１２０ｂの側面には、複数のガス供給孔１２２ｂが形成されている。ガス供給孔１２２ｂは互いに同一の開口面積を有し、下方から上方にわたり同一の開口ピッチで形成されている。

第３のガス供給管１００ｃには、上流から順に、流量制御装置であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１０２ｃ、開閉弁であるバルブ１０４ｃが設けられている。第３のガス供給管１００ｃは、下流で第２のガス供給管１００ｂと合流し、この第３のガス供給管１００ｃの端部は、第２のノズル１２０ｂに接続されている。

処理室９２には、この処理室９２内の雰囲気を排気するガス排気管１３０の一端部が接続されている。ガス排気管１３０の他端部は、真空ポンプ１３２に接続されており、処理室９２の内部を真空排気することができるようになっている。ガス排気管１３０には、処理室９２内を所定の圧力に制御するAPC（Auto Pressure Controller）等の圧力調整器１３４が設けられている。圧力調整器１３４は、弁を開閉して処理室９２の真空排気の起動・停止ができるとともに、弁開度を調節して圧力調整可能になっている。

処理室９２内には、プラズマを発生するプラズマ発生装置１４０の電極１４２ａ、１４２ｂが配置されている。

以上のＭＦＣ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１１２ａ、１１２ｂ、バルブ１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１１４ａ、１１４ｂ、圧力調整器１３４、ヒータ８２、真空ポンプ１３２、ボート回転機構９６、ボートエレベータ４４、プラズマ発生装置１４０等の基板処理装置１０を構成する部材は、制御部であるコントローラ１５０に接続されている。

コントローラ１５０は、ＭＦＣ１０２ａ、１０２ｂ、１１２ａ、１１２ｂの流量調整、バルブ１０４ａ、１０４ｂ、１１４ａ、１１４ｂの開閉動作、ヒータ８２の温度調節、真空ポンプ１３２の起動・停止、圧力調整器１３４の弁の開閉及び圧力調整動作、ボートエレベータ４４の昇降動作、ボート回転機構９６の回転速度調節、プラズマ発生装置１４０の起動・停止等を制御するようになっている。

図４は、図３のＡ−Ａ線断面図を示す。
処理室９２を構成する反応管８４の内壁の下部から上部には、ウエハ１４の積載方向に沿うようにして、バッファ管１５２が設けられている。

バッファ管１５２の外側に、第１のノズル１２０ａが設けられており、この第１のノズル１２０ａのガス供給孔１２２ａから、金属塩化物生成装置６０で生成された金属塩化物が供給される。

バッファ管１５２の内側に、第２のノズル１２０ｂが設けられており、この第２のノズル１２０ｂのガス供給孔１２２ｂから、還元性ガス及び励起ガスが供給される。還元性ガスとしては、例えば水素（H₂）等が用いられる。励起ガスとしては、上述のように例えばHe等が用いられる。

また、バッファ管１５２の内側に、プラズマ発生装置１４０の電極１４２ａ、１４２ｂが設けられている。プラズマ発生装置１４０は、電極１４２ａ、１４２ｂと、この電極１４２ａ、１４２ｂに接続された高周波電源１４４及び同調ユニット１４６と、電極１４２ａ、１４２ｂの汚染を防止するための保護管１４８ａ、１４８ｂを備える。電極１４２ａ、１４２ｂはそれぞれ、保護管１４８ａ、１４８ｂに覆われている。

したがって、バッファ管１５２内に供給された還元性ガス（例えばH₂）は、プラズマ発生装置１４０によって励起される。励起された還元性ガス（例えばH*）は、バッファ管排出孔１５４を通って、ウエハ１４に向かって供給される。
還元性ガス（例えばH₂）に励起ガスを混合した場合、励起ガスを混合しない（H₂単独）場合と比較して、励起した還元性ガス（例えばH*）の密度が増大する。

［半導体装置の製造方法］
次に、本発明の実施形態にかかる半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、基板処理装置１０を用いて基板上に金属膜を形成する基板処理工程について説明する。

以下、ウエハ１４上にNi膜を形成する場合を例に説明する。基板処理装置１０を構成する各部の動作は、コントローラ１５０によって制御される。
図５は、本発明の実施形態にかかる基板処理工程のフロー図を示す。図６（ａ）は、金属塩化物生成装置６０による金属塩化物生成工程のシーケンス図を示し、図６（ｂ）は、処理炉４０においてウエハ１４上にNi膜を成膜する工程のシーケンス図を示す。

＜基板搬入工程（Ｓ１０２）＞
ステップ（Ｓ１０２）において、ウエハ１４を処理炉４０に搬入する。
ウエハ１４を収納したカセット１６がカセットステージ２６に供給されるのに先立って、カセット搬入搬出口２２がフロントシャッタ２４によって開放される。次いで、カセット１６はカセット搬入搬出口２２から搬入され、カセットステージ２６上にウエハ１４が垂直姿勢であって、カセット１６のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。その後、カセット１６は、カセットステージ２６によって、カセット１６内のウエハ１４が水平姿勢となり、カセット１６のウエハ出し入れ口が筐体１２の後方を向けるように、筐体１２の後方に縦方向９０°回転させられる。

続いて、カセット１６は、カセット棚２８又は予備カセット棚３２の指定された棚位置へカセット搬送装置３４によって自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、カセット棚２８又は予備カセット棚３２からカセット搬送装置３４によって移載棚３０に移載されるか、もしくは直接移載棚３０に搬送される。

カセット１６が移載棚３０に移載されると、ウエハ１４はカセット１６からウエハ移載装置３６ａのツイーザ３６ｃによってウエハ出し入れ口を通じてピックアップされ、処理炉４０の下方にあるボート３８に装填（チャージング）される。ボート３８にウエハ１４を受け渡したウエハ移載装置３６ａはカセット１６に戻り、次のウエハ１４をボート３８に装填する。

予め指定された枚数のウエハ１４がボート３８に装填されると、炉口シャッタ４２によって閉じられていた処理炉４０の下端部が、炉口シャッタ４２によって、開放される。続いて、ウエハ１４群を保持したボート３８は、シールキャップ４８がボートエレベータ４４によって上昇されることにより、処理炉４０内へ搬入（ローディング）される。

＜昇温・圧力調整工程（Ｓ１０４）＞
ステップ１０４（Ｓ１０４）において、処理室９２（ウエハ１４）を昇温し、圧力を調整する。
ヒータ８２に供給する電力を調整し、ウエハ１４の温度を昇温させ、このウエハ１４の表面温度が所定の処理温度となるように制御する。また、圧力調整器１３４により、処理室９２内の圧力が所定の処理圧力となるように制御する。

処理室９２内の温度を０℃以上７００℃以下とした場合、温度がこの範囲にない場合と比較して、効率的にウエハ１４上に金属膜を形成することができる。処理室９２内の温度は、例えば３００℃なるように設定する。
また、処理室９２内の圧力を１Ｐａ以上１００００Ｐａ以下とした場合、圧力がこの範囲にない場合と比較して、効率的にウエハ１４上に金属膜を形成することができる。処理室９２内の圧力は、例えば１３３Ｐａとなるように設定する。
なお、真空ポンプ１３２は、少なくとも基板搬入工程（Ｓ１０２）から後述の基板搬出工程（Ｓ１１４）までの間は、常に作動させた状態とする。

＜金属塩化物生成工程（Ｓ１０６）＞
ステップ１０６（Ｓ１０６）において、金属塩化物生成装置６０により金属塩化物（NiCl (gas)）を生成する。
基板搬入工程（Ｓ１０２）、昇温工程（Ｓ１０４）の一方で、処理炉４０に供給する金属塩化物（NiCl (gas)）を生成する。

図６（ａ）に示すように、まず、固体金属６６（Ni）が配置された生成室６２を真空排気する。生成室６２内が所定の雰囲気となったら、圧力調整器１３４の弁を閉じ真空排気を停止し、Cl₂ガス及びHeガスを導入する。そして、プラズマ発生装置７０の誘導アンテナ７０ａに、例えば１３．５６MHzの高周波を印加する。
このようにして所定量の金属塩化物（NiCl (gas)）を生成したら、Cl₂ガスとHeガスの導入及びプラズマ発生装置７０の印加を停止し、生成室６２を真空排気する。
なお、金属塩化物金属塩化物（NiCl (gas)）生成後の真空排気は、少なくとも後述する繰り返し工程（Ｓ１１２）で繰り返される分を含む金属塩化物供給工程（Ｓ１０８）の終了以降に行うのが望ましい。

＜金属塩化物供給工程（Ｓ１０８）＞
ステップ１０８（Ｓ１０８）において、処理炉４０の処理室９２内に金属塩化物（NiCl (gas)）を供給する。
図６（ｂ）に示すように、圧力調整器１３４の弁を開いて、真空ポンプ１３２により処理室９２内を真空排気する。所定時間、真空排気したら、圧力調整器１３４の弁を閉じ真空排気を停止する。
続いて、バルブ１０４ａを開きＭＦＣ１０２ａで流量調整しながら、金属塩化物生成装置６０の排出部７２から第１のガス供給管１００ａを介して、金属塩化物（NiCl (gas)）を第１のノズル１２０ａに供給する。
このようにして、金属塩化物（NiCl (gas)）の処理室９２内への供給を開始する。

バルブ１０４ａを開いて金属塩化物（NiCl (gas)）の供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブ１０４ａを閉じ、処理室９２内への金属塩化物（NiCl (gas)）の供給を停止する。

そして、再度、圧力調整器１３４の弁を開いて、真空ポンプ１３２により処理室９２内を真空排気する。
これにより、ウエハ１４に吸着せずに処理室９２内に残留する金属塩化物（NiCl (gas)）が排気される。すなわち、ウエハ１４には、吸着した金属塩化物（NiCl (ad)）が所定量存在する状態となっている。
所定時間、真空排気したら、圧力調整器１３４の弁を閉じ真空排気を停止する。

＜還元性ガス供給工程（Ｓ１１０）＞
バルブ１０４ｂを開きＭＦＣ１０２ｂで流量調整しながら、第２のガス供給管１００ｂを介して、還元性ガスとしてのH₂ガスを第２のノズル１２０ｂに供給するとともに、バルブ１０４ｃを開きＭＦＣ１０２ｃで流量調整しながら、第３のガス供給管１００ｃを介して、励起ガスとしてのHeガスを第２のノズル１２０ｂに供給する。
このようにして、還元性ガス及び励起ガスの処理室９２内への供給を開始する。

この際、プラズマ発生装置１４０の電極１４２ａ、１４２ｂに高周波電源１４４から高周波を印加する。これにより、励起ガスとともにバッファ管１５２内に供給されるH₂はプラズマ励起され、活性化された水素（H*）が生成される。

活性化された水素（H*）は、ウエハ１４に吸着した金属塩化物（NiCl (ad)）と反応し、ウエハ１４上に金属原子（Ni）を生成する。

バルブ１０４ｂ、バルブ１０４ｃを開いてH₂ガス、Heガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブ１０４ｂ、バルブ１０４ｃを閉じ、処理室９２内へのH₂ガス、Heガスの供給を停止する。
この際、ウエハ１４に吸着している金属塩化物（NiCl (ad)）の実質的に全てを活性化された水素（H*）と反応させることが好ましい。

そして、圧力調整器１３４の弁を開いて、真空ポンプ１３２により処理室９２内を真空排気する。
これにより、処理室９２内に残留するH₂ガス、Heガスが排気される。すなわち、ウエハ１４には、Ni膜が形成された状態となっている。

＜繰り返し工程（Ｓ１１２）＞
工程Ｓ１０８、Ｓ１１０を１サイクルとして、このサイクルを所定回数繰り返すことにより、ウエハ１４上に所望膜厚のNi膜が形成される。
なお、必要に応じて、金属塩化物生成工程Ｓ１０６を行うようにしてもよい。

金属塩化物の供給（金属塩化物供給工程（Ｓ１０８））と還元性ガスの供給（還元性ガス供給工程（Ｓ１１０））とを交互に切り換える（サイクル）回数でウエハ１４上に成膜される膜厚を制御するようにすることもできる。

＜基板搬出工程（Ｓ１１４）＞
その後、上述した基板搬入工程（Ｓ１０２）に示した手順とは逆の手順により、所望膜厚のNi膜が形成された後のウエハ１４を、処理室９２内から搬出して、基板処理工程を完了する。

上記実施形態においては、金属塩化物を供給して真空排気した後、還元性ガスを供給する基板処理工程について説明したが、これに限らず、金属塩化物と還元性ガスを同時に処理室９２内に供給するようにしてもよい。すなわち、金属塩化物供給工程（Ｓ１０８）と還元性ガス供給工程（Ｓ１１０）を同時に行うようにしてもよい。

このように、本実施形態に係る半導体装置の製造方法及び基板処理装置は、（１）基板を処理する処理室と分離して設けられた生成室において、金属塩素化合物を生成すること、（２）金属膜形成の反応機構が、基板に吸着した金属塩化物と基板との反応によるものでなく、基板に吸着した金属塩化物と活性化した還元性ガス（例えば活性化された水素)との還元反応によるものであること、を特徴とする。

［本発明の好ましい態様］
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。

本発明の一態様によれば、基板を処理室に搬入する第１の工程と、第１の原料としての固体金属を収容する生成室に、第２の原料としての塩素含有物と第３の原料としての励起ガスを供給し、プラズマ励起して金属塩化物を生成する第２の工程と、前記第２の工程により生成した金属塩化物を前記処理室に供給する第３の工程と、第４の原料としての還元性ガスを前記処理室に供給する第４の工程と、基板を前記処理室から搬出する第５の工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。

好ましくは、前記第３の工程及び前記第４の工程は、同時に行われる又は交互に繰り返される。

好ましくは、第１の原料である固体金属としてルテニウム（Ru）、ニッケル（Ni）、チタン（Ti）、タンタル（Ta）、タングステン（W）及びアルミニウム（Al）のいずれかを用いる。

好ましくは、第２の原料である塩素化合物として塩素（Cl₂）又は塩化水素（HCl）を用いる。

好ましくは、第３の原料である励起用ガスとしてヘリウム（He）、ネオン（Ne）、アルゴン（Ar）及び窒素（N₂）のいずれかを用いる。

好ましくは、第４の原料である還元性ガスとして水素（H₂）又は活性化された水素若しくは活性化された塩素等の活性化されたハロゲン原料を用いる。

好ましくは、生成室に供給する第２の原料としての塩素化合物と第３の原料としての励起ガスとの比率は、第２の原料が１〜５０％、第３の原料が５０〜９９％である。
さらに好ましくは、上記比率は、第２の原料が１０％、第３の原料が９０％である。

好ましくは、生成室の内壁は、石英又はアルミナセラミックスからなる。

好ましくは、生成室の内壁は、第１の原料である固体金属と同等（同質）の材料でコーティングが施されている。

好ましくは、生成室の内壁の温度は、２００℃以上３００以下である。

好ましくは、生成室内の第１の原料である固体金属の温度は、５００℃以上である。

本発明の他の態様によれば、プラズマを発生するプラズマ発生手段と、固体金属を収容する生成室と、前記生成室に塩素含有物を供給する第１のガス供給系と、前記生成室に励起ガスを供給する第２のガス供給系と、を備え、金属塩化物を生成する金属塩化物生成部と、前記金属塩化物生成部により生成された金属塩化物が供給され、基板を処理する処理室と、前記処理室に還元性ガスを供給する第３のガス供給系と、を有する基板処理装置が提供される。

好ましくは、プラズマ発生手段は誘導性アンテナを備え、生成室には、誘導性アンテナとこの生成室内に収容された固体金属とを仕切る仕切板が設けられている。
さらに好ましくは、仕切板は石英からなる。

好ましくは、プラズマ発生手段は誘導性アンテナを備え、この誘導性アンテナと生成室内に収容された固体金属との距離が５０ｍｍ以内である。

好ましくは、金属塩化物生成部と処理室とを接続する接続部の温度は、２００℃以上３００℃以下である。

好ましくは、金属塩化物の供給と還元性ガスの供給とを交互に切り換え、この切り換える回数で膜厚を制御する。

好ましくは、処理室内の温度は、０℃以上７００℃以下である。

好ましくは、処理室内の圧力は、１Ｐａ以上１００００Ｐａ以下である。

１０ 基板処理装置
１２ 筺体
１４ ウエハ
２８ カセット棚
３０ 移載棚
３４ カセット搬送装置
３６ ウエハ移載機構
３８ ボート
４０ 処理炉
６０ 金属塩化物生成装置
６２ 生成室
６６ 固体金属
６８ 導入部
７０ａ 誘導アンテナ
７２ 排出部
７４ 仕切板
９２ 処理室
１００ａ 第１のガス供給管
１００ｂ 第２のガス供給管
１００ｃ 第３のガス供給管
１１０ａ 第１のキャリアガス供給管
１１０ｂ 第２のキャリアガス供給管
１１０ｂ ガス供給孔
１２０ａ 第１のノズル
１２０ｂ 第２のノズル
１３０ ガス排気管
１３２ 真空ポンプ
１３４ 圧力調整器
１４０ プラズマ発生装置
１５０ コントローラ

Claims (3)

1. 基板を処理室に搬入する第１の工程と、
   第１の原料としての固体金属を収容する生成室に、第２の原料としての塩素含有物と第３の原料としての励起ガスを供給し、プラズマ励起して金属塩化物を生成する第２の工程と、
   前記第２の工程により生成した金属塩化物を前記処理室に供給する第３の工程と、
   第４の原料としての還元性ガスを前記処理室に供給する第４の工程と、
   基板を前記処理室から搬出する第５の工程と、
   を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記第３の工程及び前記第４の工程は、同時に行われる又は交互に繰り返されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. プラズマを発生するプラズマ発生手段と、
   固体金属を収容する生成室と、
   前記生成室に塩素含有物を供給する第１のガス供給系と、
   前記生成室に励起ガスを供給する第２のガス供給系と、
   を備え、金属塩化物を生成する金属塩化物生成部と、
   前記金属塩化物生成部により生成された金属塩化物が供給され、基板を処理する処理室と、
   前記処理室に還元性ガスを供給する第３のガス供給系と、
   を有する基板処理装置。

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