JP2012184449A - Method for forming metal thin film, metal thin film, and device for forming metal thin film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属薄膜の製膜方法、金属薄膜、および金属薄膜の製膜装置に関する。 The present invention relates to a method for forming a metal thin film, a metal thin film, and a metal thin film forming apparatus.
近年、半導体素子やフラットパネルディスプレイ(FPD)、太陽電池といった技術分野での技術進歩は目覚しく、それらの電極やバリアメタル等として用いられる金属薄膜に関する研究開発も盛んに行われている。 In recent years, technological progress in the technical fields such as semiconductor elements, flat panel displays (FPD), and solar cells has been remarkable, and research and development on metal thin films used as electrodes, barrier metals, and the like have been actively conducted.
一般に、このような金属薄膜の材料としては遷移元素が用いられることが多く、製膜方法としては、PVD法(Physical Vapor Deposition)やCVD法(Chemical Vapor Deposition)といった技術が知られている。 In general, transition elements are often used as the material for such a metal thin film, and techniques such as PVD (Physical Vapor Deposition) and CVD (Chemical Vapor Deposition) are known as film forming methods.
PVD法は、物理気相成長法と呼ばれる製膜方法で、物理的な手段によって物質を蒸発させて薄膜を形成する点に特徴があり、スパッタリングや蒸着がこの方法に分類される。
PVD法には、高純度な膜を作ることができるというメリットがあるが、製膜条件として高真空以上の真空が必要なため、排気系に高額の設備投資が必要となる上、製膜した膜の段差被覆性が悪いという欠点がある。
The PVD method is a film forming method called a physical vapor deposition method, and is characterized in that a thin film is formed by evaporating a substance by physical means, and sputtering and vapor deposition are classified into this method.
The PVD method has the merit that a high-purity film can be produced. However, since a vacuum higher than a high vacuum is required as a film forming condition, a large capital investment is required for the exhaust system, and a film is formed. There is a drawback that the step coverage of the film is poor.
特に、半導体素子を製造する際には、この段差被覆性の悪さにより、金属薄膜の破れや空隙の発生といったトラブルが生じ、素子の信頼性を低下させるという問題があった。また、大面積のFPDや太陽電池への製膜では、装置が大型化するため、高額な設備投資が必要になるという問題があった。 In particular, when manufacturing a semiconductor element, there is a problem that due to the poor step coverage, troubles such as tearing of the metal thin film and generation of voids occur, and the reliability of the element is lowered. In addition, film formation on large-area FPDs and solar cells has a problem that an expensive equipment investment is required because the apparatus is enlarged.
CVD法は、化学気相成長法と呼ばれる製膜方法で、金属原料を気体状態で基板上に供給し、気相または基板表面における化学反応にて解離/反応させて所望の膜を形成する点に特徴がある。PVD法と比較すると、高い真空が必要とされないため、排気系の装置が安価になる傾向がある。CVD法に分類される方法としては、例えば熱CVD法、PECVD法、HWCVD法、ALD法などの製膜方法がある。 The CVD method is a film forming method called a chemical vapor deposition method, in which a metal raw material is supplied in a gaseous state onto a substrate, and a desired film is formed by dissociation / reaction by a chemical reaction on the gas phase or the substrate surface. There is a feature. Compared with the PVD method, since a high vacuum is not required, the exhaust system tends to be inexpensive. As a method classified into the CVD method, there are film forming methods such as a thermal CVD method, a PECVD method, a HWCVD method, and an ALD method.
熱CVD法は、金属原料を気体状態で基板表面に搬送し、加熱された基板上における熱分解もしくは表面反応を利用して製膜する方法である。表面反応の種類にも依存するが、一般的に付着率(Sticking Probability)は低いため、段差被覆性に優れている。 The thermal CVD method is a method in which a metal raw material is conveyed to a substrate surface in a gaseous state, and a film is formed using thermal decomposition or surface reaction on a heated substrate. Although it depends on the type of surface reaction, it is generally excellent in step coverage because it has a low sticking probability.
PECVD法は、金属原料をプラズマのエネルギーを用いて気相中で適度に分解してから、基板表面に搬送して製膜する方法である。金属原料として揮発性原料を用いる場合に、製膜できることが多い。 The PECVD method is a method in which a metal raw material is appropriately decomposed in a gas phase using plasma energy and then transported to the substrate surface to form a film. When a volatile raw material is used as the metal raw material, the film can often be formed.
HWCVD法は、Cat−CVD法とも呼ばれる方法で、触媒として機能するホットワイヤーに接触させることで金属原料を解離させ、その状態で基板表面に搬送して製膜する方法である。触媒としては、ワイヤーの代わりにメッシュ状の金属を用いることもある。HWCVD法には、排気系の装置が安価になるというメリットだけでなく、ワイヤーを延伸するだけで大面積化できるというメリットもある。 The HWCVD method is also called a Cat-CVD method, and is a method in which a metal raw material is dissociated by bringing it into contact with a hot wire functioning as a catalyst and transported to the substrate surface in that state to form a film. As a catalyst, a mesh-like metal may be used instead of a wire. The HWCVD method has not only the advantage that the exhaust system is inexpensive, but also the advantage that the area can be increased simply by stretching the wire.
ALD法(Atomic Layer Deposition)とは、原子層堆積法とも呼ばれる製膜方法であり、金属原料を基板表面に飽和吸着するまで搬送した後、残留ガスを排気してから反応ガスを基板表面に搬送して表面反応を促すことで、1原子層ないし数原子層ずつ堆積させて製膜する方法である。 The ALD method (Atomic Layer Deposition) is a film forming method also called atomic layer deposition method. After the metal material is transported until it is saturated and adsorbed on the substrate surface, the residual gas is exhausted and then the reaction gas is transported to the substrate surface. Then, the surface reaction is promoted to deposit one atomic layer or several atomic layers to form a film.
この際、金属原料のみを搬送しただけでは製膜されず、基板表面に吸着するだけなので、段差被覆性が良好になる傾向にあり、条件によっては高純度の製膜が可能である。
一般的なALD法は、熱CVD法と同様な反応機構を用いて製膜しているが、特許文献1には、HWCVD法と同様に、金属原料をホットワイヤーと接触させることで解離させる方法(以下、「HWALD法」という。)が開示されている。
At this time, since only the metal raw material is transported, the film is not formed but only adsorbed to the surface of the substrate, so that the step coverage tends to be good, and high-purity film formation is possible depending on the conditions.
A general ALD method forms a film using a reaction mechanism similar to that of a thermal CVD method. However, as in the HWCVD method, Patent Document 1 discloses a method of dissociating a metal raw material by bringing it into contact with a hot wire. (Hereinafter referred to as “HWARD method”).
なお、非特許文献1には、金属原料としてビスシクロペンタジエニルコバルト(コバルトセン)を用い、大気圧下で熱CVD法によって金属薄膜を製膜する技術が開示されている。 Non-Patent Document 1 discloses a technique for forming a metal thin film by thermal CVD at atmospheric pressure using biscyclopentadienyl cobalt (cobaltene) as a metal raw material.
しかしながら、熱CVD法には、反応副生成物などが膜中に含まれることも多く、高純度な膜を得にくく、バルク金属の抵抗率に比べて高抵抗化するという不都合があった。また、熱CVD法の製膜に利用できる金属原料およびその製膜条件は限られており、高純度で段差被覆性の良い金属薄膜を得られにくいという欠点があった。加えて、熱CVD法に用いられる金属原料の多くは酸素やハロゲンを含んでおり、これらが製膜した金属薄膜の膜質に悪影響を及ぼすという不都合があった。 However, the thermal CVD method often includes reaction by-products and the like, and it is difficult to obtain a high-purity film, and there is a disadvantage that the resistance is higher than the resistivity of bulk metal. In addition, metal raw materials that can be used for thermal CVD film formation and film formation conditions are limited, and it is difficult to obtain a metal thin film with high purity and good step coverage. In addition, many of the metal raw materials used in the thermal CVD method contain oxygen and halogen, which has the disadvantage of adversely affecting the film quality of the metal thin film formed.
またPECVD法は、ラジカル状の反応種のほかにイオン化された反応種も含むため、付着率が高く、段差被覆性が熱CVD法に比べて劣るという欠点があった。加えて、プラズマにより下地にダメージが及ぶという不都合や、熱CVD法以上に不純物を含みやすいという不都合もあった。 In addition, the PECVD method includes ionized reactive species in addition to the radical reactive species, and thus has a disadvantage that the adhesion rate is high and the step coverage is inferior to that of the thermal CVD method. In addition, there are inconveniences that the base is damaged by plasma and that impurities are more easily contained than in the thermal CVD method.
また、HWCVD法は、PECVD法と異なり、下地にダメージを及ぼすことはないが、金属原料を用いると、ワイヤー上やワイヤーのガイシ部分に金属種が堆積して短絡が生じるため、金属薄膜の製膜には向かないという欠点があった。 Also, unlike the PECVD method, the HWCVD method does not damage the underlayer, but if a metal raw material is used, a metal species is deposited on the wire or on the insulator portion of the wire, causing a short circuit. There was a disadvantage that it was not suitable for the membrane.
また、ALD法は、基本的には反応機構自体は熱CVD法と同様であるため、利用できる金属原料および製膜条件が限られるという不都合があった。
また、特許文献1に記載された方法では、金属原料として、酸素やハロゲンを含むタングステン原料を用いており、利用できる金属原料が限られているという不都合があった。加えて、金属原料に酸素やハロゲンが含まれているため、これらが製膜した金属薄膜の膜質に悪影響を及ぼすという不都合もあった。
なお、非特許文献1に記載された熱CVD法は、大気圧下で行われているため、製膜された金属薄膜の段差被覆性が悪いという不都合があった。
In addition, since the ALD method is basically the same as the thermal CVD method, there is a disadvantage that the metal raw materials and film forming conditions that can be used are limited.
In addition, the method described in Patent Document 1 uses a tungsten material containing oxygen or halogen as the metal material, and there is a disadvantage that the metal material that can be used is limited. In addition, since the metal raw material contains oxygen and halogen, there is a disadvantage that these adversely affect the film quality of the formed metal thin film.
In addition, since the thermal CVD method described in Non-Patent Document 1 is performed under atmospheric pressure, there is a disadvantage that the step coverage of the formed metal thin film is poor.
このような背景の下、低不純物で、段差被覆性がよく、高真空を使わずに金属薄膜を製膜する製膜方法が要望されていたが、有効適切なものが提供されていないのが実情であった。 Under such a background, there has been a demand for a film forming method for forming a metal thin film without using a high vacuum with low impurities, good step coverage, but an effective and appropriate method has not been provided. It was a fact.
そこで、上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用した。
すなわち、請求項1に係る発明は、有機金属化合物原料を真空チャンバー内に載置された製膜対象物上に搬送する原料搬送工程と、反応性ガスを、加熱された金属触媒体に接触させた後に、前記真空チャンバー内に載置された前記製膜対象物上に搬送する反応性ガス搬送工程と、を有することを特徴とする金属薄膜の製膜方法である。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following configuration.
That is, the invention according to claim 1 is a material transporting step for transporting an organometallic compound raw material onto a film forming object placed in a vacuum chamber, and a reactive gas is brought into contact with a heated metal catalyst body. And a reactive gas transporting step of transporting onto the film forming object placed in the vacuum chamber.
また、請求項2に係る発明は、前記有機金属化合物原料または/および前記反応性ガスが、炭素原子、窒素原子、水素原子、ケイ素原子、リン原子、ホウ素原子および金属原子から選択される1または2以上の原子のみからなることを特徴とする請求項1に記載の金属薄膜の製膜方法である。
The invention according to
また、請求項3に係る発明は、前記有機金属化合物原料が、下記化学式(1)で示される有機金属化合物を含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の金属薄膜の製膜方法である。ただし、化学式(1)において、M1はコバルト、ニッケル、鉄、マンガン、ルテニウムおよびクロムのいずれかであり、R1〜R5は水素またはnが1以上のCnH2n+1で表される炭化水素である。 The invention according to claim 3 is characterized in that the organometallic compound raw material contains an organometallic compound represented by the following chemical formula (1). Is the method. However, in the chemical formula (1), M 1 is any one of cobalt, nickel, iron, manganese, ruthenium and chromium, and R 1 to R 5 are hydrogen or carbonized represented by C n H 2n + 1 where n is 1 or more. Hydrogen.
また、請求項4に係る発明は、前記有機金属化合物原料が、下記化学式(2)で示される有機金属化合物を含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の金属薄膜の製膜方法である。ただし、化学式(2)において、M2はタングステン、モリブデンまたはチタンであり、R6〜R10は水素またはnが1以上のCnH2n+1で表される炭化水素であるである。 The invention according to claim 4 is characterized in that the organometallic compound raw material contains an organometallic compound represented by the following chemical formula (2). Is the method. However, in the chemical formula (2), M 2 is tungsten, a molybdenum or titanium is R 6 to R 10 is a hydrocarbon hydrogen or n is represented by 1 or more C n H 2n + 1.
また、請求項5に係る発明は、前記有機金属化合物原料が、下記化学式(3)で示される有機金属化合物を含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の金属薄膜の製膜方法である。ただし、化学式(3)において、M3は白金、ニオブ、ジルコニウムまたはチタンであり、R11〜R15は水素またはnが1以上のCnH2n+1で表される炭化水素であり、R16〜R18はnが1以上のCnH2n+1で表される炭化水素である。
The invention according to
また、請求項6に係る発明は、前記反応性ガスが、アンモニア、ジメチルヒドラジン、メチルアミン、ジメチルアミン、シラン、ジシランおよび水素のうち、少なくとも1つ以上を含むことを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の金属薄膜の製膜方法である。
The invention according to
また、請求項7に係る発明は、前記金属触媒体が、タングステン、白金、ロジウムおよびルテニウムのうち、少なくとも1つ以上を含むことを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の金属薄膜の製膜方法である。 The invention according to claim 7 is characterized in that the metal catalyst body contains at least one of tungsten, platinum, rhodium and ruthenium. It is a film-forming method of the metal thin film of description.
また、請求項8に係る発明は、前記反応性ガス搬送工程の間のみ、前記金属触媒体を通電によって加熱することを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の金属薄膜の製膜方法である。
The invention according to
また、請求項9に係る発明は、前記原料搬送工程と前記反応性ガス搬送工程を交互に繰り返すとともに、それぞれの工程の間において真空チャンバー内の残留ガスを除去するパージ工程を有することを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の金属薄膜の製膜方法である。
The invention according to
また、請求項10に係る発明は、前記反応性ガス搬送工程において、真空チャンバー内の圧力を1.33×102Pa以下にすることを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載の金属薄膜の製膜方法である。
The invention according to
また、請求項11に係る発明は、前記原料搬送工程において、前記有機金属化合物原料を2種類以上用い、同時または順次に製膜対象物上に搬送することを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載の金属薄膜の製膜方法である。
The invention according to
また、請求項12に係る発明は、請求項1ないし請求項11のいずれか1項に記載の金属薄膜の製膜方法によって製膜したことを特徴とする金属薄膜である。
The invention according to
また、請求項13に係る発明は、製膜対象物を内部に載置自在な真空チャンバーと、該真空チャンバー内に載置された製膜対象物上に、有機金属化合物原料を搬送可能な原料搬送手段と、前記真空チャンバー内に載置された製膜対象物上に、加熱された金属触媒体と接触した後の反応性ガスを搬送可能な反応性ガス搬送手段と、を有することを特徴とする金属薄膜の製膜装置である。
The invention according to
本発明によれば、低不純物で、段差被覆性がよく、高真空を使わずに金属薄膜を製膜することができる。 According to the present invention, a metal thin film can be formed without using a high vacuum with low impurities and good step coverage.
以下、本発明を適用した一実施形態である金属薄膜の製膜装置および金属薄膜の製膜方法について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a metal thin film forming apparatus and a metal thin film forming method according to an embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
<金属薄膜の製膜装置>
まず、本実施形態の金属薄膜の製膜装置について説明する。
本実施形態の金属薄膜の製膜装置は、HWALD法による金属薄膜の製膜が可能な装置である。
<Metal thin film deposition equipment>
First, the metal thin film forming apparatus of this embodiment will be described.
The metal thin film deposition apparatus of the present embodiment is an apparatus capable of depositing a metal thin film by the HWALD method.
具体的には、図1に示すように、製膜装置1は、減圧可能な真空チャンバー2と、有機金属化合物原料を搬送可能な原料搬送手段3と、反応性ガスを搬送可能な反応性ガス搬送手段4と、を有している。
Specifically, as shown in FIG. 1, a film forming apparatus 1 includes a
真空チャンバー2内には、載置台5が設けられており、この載置台5には基板6(製膜対象物)が自在に載置できるように構成されている。載置台5の内部にはヒーター(図示略)が設けられており、基板6を加熱できるように構成されている。
また、真空チャンバー2には、排気管(図示略)および開閉弁(図示略)を介して排気ポンプ7が接続されており、これにより排気可能なように構成されている。なお、真空チャンバー2内には、圧力計(図示略)が設けられており、これにより圧力が測定できるようになっている。
A mounting table 5 is provided in the
Further, an exhaust pump 7 is connected to the
また、真空チャンバー2内には、後述する反応性ガスが接触する金属触媒体8が設けられている。金属触媒体8としては、HWCVD法等に用いられる周知なものを用いてよく、単一元素からなる金属だけでなく、各種の合金でもよい。特に、実質的にタングステン、白金、ロジウムまたはルテニウムからなることが好ましい。これらの金属からなる金属触媒体8を用いることで、製膜温度を低温下することができることから、副反応の進行や基板中での物質拡散を抑制するとともに、段差被覆性を向上させることができる。
Further, in the
また、金属触媒体8は、電源9と接続されており、通電によって加熱されるように構成されている。この通電によって加熱された金属色媒体8と接触することで、反応性ガスは活性種に活性化される。
なお、金属触媒体8は、真空チャンバー2内に配置してもよいし、真空チャンバー2とはシャッター(図示略)によって仕切られた別の上流側のチャンバー(図示略)内に設置してもよい。
The
The
また、真空チャンバー2には、ガス噴出部10が設けられており、このガス噴出部10に、原料搬送手段3と反応性ガス搬送手段4が接続されている。
原料搬送手段3は、原料供給源11と、原料供給源11に接続された配管12と、配管12に取り付けられたバルブ13とから概略構成されており、配管12はガス噴出部10に接続されている。また、配管12は、バルブ13よりも上流側(原料供給源11側)において分岐しており、分岐した配管14は、バルブ15を介して配管16と接続されている。
Further, the
The raw material transport means 3 is generally composed of a raw
原料供給源11は、有機金属化合物原料を供給可能であれば、どのような構成でもよく、本実施形態では有機金属化合物が貯蔵されている原料貯液槽17と、原料貯液槽17の液相部分に接続された配管18と、原料貯液槽17の気相部分に接続された配管12から構成されている。この場合、配管18にヘリウムなどの不活性ガスを原料貯液槽17に導入すると、有機金属化合物原料を同伴して配管12から導出することができる。
The raw
なお、本実施形態では、有機金属化合物原料として常温で液体状のものを用いることを想定し、バブリングによる気化が可能な構成を採用したが、必ずしもこのような構成である必要はない。例えば、有機金属化合物原料として常温で気体状のものを原料として用いてもよく、また液体状のものを用いた場合も気化器による気化や加熱による気化によってガス化してもよい。 In the present embodiment, it is assumed that the organometallic compound raw material is liquid at room temperature, and a configuration capable of vaporization by bubbling is adopted. However, such a configuration is not necessarily required. For example, an organic metal compound raw material that is gaseous at normal temperature may be used as a raw material, and when a liquid material is used, it may be gasified by vaporization by a vaporizer or by vaporization by heating.
以上のように構成された原料搬送手段3によって、原料貯液槽17の気相部分から取り出されたガス化した有機金属化合物原料は、ガス噴出部10を介して真空チャンバー2内に導入されて、基板6上に搬送される。
The gasified organometallic compound raw material taken out from the gas phase portion of the
反応性ガス搬送手段4は、反応性ガス供給源21と、この反応性ガス供給源21と接続された配管22と、配管22に取り付けられたバルブ23とから概略構成されており、配管22はガス噴出部10に接続されている。反応性ガス供給源21は、反応性ガスを供給可能であるのならば、どのような構成であっても構わない。
また、配管22は、バルブ23よりも上流側(反応性ガス供給源21側)において分岐しており、分岐した配管24は、バルブ25を介して配管16と接続されている。
The reactive gas conveying means 4 is generally configured by a reactive
In addition, the
このように構成された反応性ガス搬送手段4によって、反応性ガス供給源21から導出した反応性ガスは、ガス噴出部10を介して真空チャンバー2内に導入し、金属触媒体8と接触した上で、基板6上に搬送される。
The reactive gas derived from the reactive
<金属薄膜の製膜方法>
次に、上記した製膜装置1を用いた金属薄膜の製膜方法について説明する。
本実施形態の金属薄膜の製膜方法は、原料搬送工程と、反応性ガス搬送工程とを有しており、まずこれらについて説明する。
<Method for forming metal thin film>
Next, a method for forming a metal thin film using the film forming apparatus 1 will be described.
The method for forming a metal thin film according to this embodiment includes a raw material transfer step and a reactive gas transfer step, which will be described first.
原料搬送工程は、具体的には有機金属化合物原料を真空チャンバー2内に載置された基板6上に搬送する工程である。
有機金属化合物原料としては、種々のものを用いることが可能であるが、炭素原子、窒素原子、水素原子、ケイ素原子、リン原子、ホウ素原子および金属原子から選択される1または2以上の原子のみからなることが好ましい。このような材料を選択することで、製膜された金属薄膜にハロゲンや酸素が含まれるのを防止することができ、膜質の低下を防止することができる。
Specifically, the raw material transporting process is a process of transporting the organometallic compound raw material onto the
As the organic metal compound raw material, various materials can be used, but only one or more atoms selected from a carbon atom, a nitrogen atom, a hydrogen atom, a silicon atom, a phosphorus atom, a boron atom and a metal atom are used. Preferably it consists of. By selecting such a material, it is possible to prevent halogen and oxygen from being contained in the formed metal thin film, and to prevent deterioration in film quality.
更に、有機金属化合物原料は、上記化学式(1)で示される有機金属化合物、または上記化学式(2)で示される有機金属化合物、または上記化学式(3)で示される有機金属化合物を含むことがより好ましい。ただし、化学式(1)において、M1はコバルト、ニッケル、鉄、マンガン、ルテニウムおよびクロムのいずれかであり、R1〜R5は水素またはnが1以上のCnH2n+1で表される炭化水素である。また、化学式(2)において、M2はタングステン、モリブデンまたはチタンであり、R6〜R10は水素またはnが1以上のCnH2n+1で表される炭化水素である。また、化学式(3)において、M3は白金、ニオブ、ジルコニウムまたはチタンであり、R11〜R15は水素またはnが1以上のCnH2n+1で表される炭化水素であり、R16〜R18はnが1以上のCnH2n+1で表される炭化水素である。 Furthermore, the organometallic compound raw material may contain an organometallic compound represented by the chemical formula (1), an organometallic compound represented by the chemical formula (2), or an organometallic compound represented by the chemical formula (3). preferable. However, in the chemical formula (1), M 1 is any one of cobalt, nickel, iron, manganese, ruthenium and chromium, and R 1 to R 5 are hydrogen or carbonized represented by C n H 2n + 1 where n is 1 or more. Hydrogen. In chemical formula (2), M 2 is tungsten, molybdenum, or titanium, and R 6 to R 10 are hydrogen or a hydrocarbon represented by C n H 2n + 1 where n is 1 or more. In the chemical formula (3), M 3 is platinum, niobium, zirconium or titanium, R 11 to R 15 are hydrogen or a hydrocarbon represented by C n H 2n + 1 where n is 1 or more, and R 16 to R 18 is a hydrocarbon represented by C n H 2n + 1 where n is 1 or more.
なお、化学式(1)または化学式(2)で示される有機金属原料は、ビスシクロペンタジエニル化合物(通称:メタロセン)であり、様々な金属で合成が報告されている。
このような材料を選択することで、より不純物の少ない金属薄膜を製膜することができる。加えて、メタロセンを用いた場合は、HWALD法を採用することで減圧下でも製膜することが可能であるため、段差被覆性の良い金属薄膜を得ることができる。
Note that the organometallic raw material represented by the chemical formula (1) or the chemical formula (2) is a biscyclopentadienyl compound (common name: metallocene), and its synthesis has been reported with various metals.
By selecting such a material, a metal thin film with fewer impurities can be formed. In addition, when metallocene is used, it is possible to form a film even under reduced pressure by adopting the HWARD method, so that a metal thin film with good step coverage can be obtained.
また、有機金属化合物原料は、常温で気体状であればそのまま用いることができ、液体状のものであれば、ヘリウムなどの不活性ガスを用いたバブリングによる気化、気化器による気化、または加熱による気化によってガス化して用いればよい。また、ヘリウムなどをキャリアガスとして、有機金属化合物原料と併せて用いてもよい。 Also, the organometallic compound raw material can be used as it is if it is gaseous at room temperature, and if it is liquid, it can be vaporized by bubbling using an inert gas such as helium, vaporized by a vaporizer, or heated. What is necessary is just to use gasified by vaporization. Further, helium or the like may be used as a carrier gas in combination with the organometallic compound raw material.
例えば、常温で液体状の有機金属化合物材料を、バブリングによって気化して用いる場合は、図1に示すように、配管18を介して有機金属化合物材料が貯蔵されている原料貯液槽17の液相部分に不活性ガスを導入する。その上で、原料貯液槽17の気相部分からガス化した有機金属化合物材料を、配管12を介して抜き出せばよい。
For example, when an organometallic compound material that is liquid at room temperature is vaporized by bubbling and used, the liquid in the
気化した有機金属化合物材料は、配管12を介してガス噴出部10に導入され、その後真空チャンバー2内に導入される。この際、バルブ15は閉じており、バルブ13は開いた状態となっている。
そして、真空チャンバー2内に導入された有機金属化合物材料は、基板6に搬送される。
以上のようにして、有機金属化合物原料は、真空チャンバー2内に載置された基板6上に搬送される。
The vaporized organometallic compound material is introduced into the
Then, the organometallic compound material introduced into the
As described above, the organometallic compound raw material is transferred onto the
なお、原料搬送工程においては、真空チャンバー2内に配置された金属触媒体8は、通電することなく、加熱していない状態で保っていることが好ましい。これにより、基板表面の温度上昇を抑制するほか、金属触媒体の劣化を防止する、消費電力を低減できるという効果が得られる。
In the raw material conveyance step, the
また、有機金属化合物原料は、1種類である必要はなく、2種類以上であっても構わない。2種類以上用いる場合は、同時または順次に基板6上に搬送すればよい。
Moreover, the organometallic compound raw material does not need to be one type, and may be two or more types. When two or more types are used, they may be transferred onto the
反応性ガス搬送工程は、具体的には反応性ガスを、加熱された金属触媒体8に接触させた後に、真空チャンバー2内に載置された基板6上に搬送する工程である。
反応性ガスとしては、種々のものを用いることができるが、炭素原子、窒素原子、水素原子、ケイ素原子、リン原子、ホウ素原子および金属原子から選択される1または2以上の原子のみからなることが好ましい。このような材料を選択することで、製膜された金属薄膜にハロゲンや酸素が含まれるのを防止することができ、膜質の低下を防止することができる。
Specifically, the reactive gas transporting step is a step of transporting the reactive gas onto the
A variety of reactive gases can be used, and the reactive gas consists of one or more atoms selected from carbon atoms, nitrogen atoms, hydrogen atoms, silicon atoms, phosphorus atoms, boron atoms, and metal atoms. Is preferred. By selecting such a material, it is possible to prevent halogen and oxygen from being contained in the formed metal thin film, and to prevent deterioration in film quality.
更に、反応性ガスは、アンモニア、ジメチルヒドラジン、メチルアミン、ジメチルアミン、シラン、ジシランおよび水素のうち、少なくとも1つ以上を含むことがより好ましい。このような材料を選択することで、より低不純物で、段差被覆性の良い金属薄膜を製膜することができる。 Furthermore, the reactive gas more preferably contains at least one of ammonia, dimethylhydrazine, methylamine, dimethylamine, silane, disilane, and hydrogen. By selecting such a material, it is possible to form a metal thin film with lower impurities and good step coverage.
特に、有機金属化合物材料としてメタロセンを採用した場合は、反応性ガスは窒素原子を含有するガスであることが好ましい。
メタロセンに含有される金属原子にHやNH2が結合していない場合は、金属原子を解離させるために多くのエネルギーが必要となる。これに対し、金属原子にHが結合している場合、金属原子を解離するためにはそれ程のエネルギーは必要とせず、特に、金属原子がNH2と結合している場合、金属原子を解離させるために必要とするエネルギーは小さくて済む。したがって、反応性ガスは窒素原子を含有するのが好ましい。
In particular, when metallocene is employed as the organometallic compound material, the reactive gas is preferably a gas containing nitrogen atoms.
When H or NH 2 is not bonded to the metal atom contained in the metallocene, a lot of energy is required to dissociate the metal atom. On the other hand, when H is bonded to a metal atom, not much energy is required to dissociate the metal atom. In particular, when the metal atom is bonded to NH 2 , the metal atom is dissociated. The energy required for this is small. Therefore, it is preferable that the reactive gas contains a nitrogen atom.
例えば、コバルトセン(上記化学式(1)のM1がコバルトのもの)の場合、図2(a)に示すように、コバルトにHやNH2が結合していない場合、コバルトセンからシクロペンタジエンを離脱させるのには50.5kcal/mol必要である。これに対し、図2(b)に示すように、コバルトにHが結合している場合、コバルトセンからシクロペンタジエンを離脱させるのには29.1kcal/molのみしか必要とせず、図2(c)に示すように、コバルトにNH2が結合している場合は、15.2kcal/mol程度しか必要とされない。
なお、反応性ガスは、他の不活性ガスを用いて希釈させることもできる。
For example, in the case of cobaltcene (M 1 in the above chemical formula (1) is cobalt), as shown in FIG. 2A, when H or NH 2 is not bonded to cobalt, cyclopentadiene is converted from cobaltcene. To dissociate, 50.5 kcal / mol is required. On the other hand, as shown in FIG. 2 (b), when H is bonded to cobalt, only 29.1 kcal / mol is required to release cyclopentadiene from cobaltcene, and FIG. ), When NH 2 is bonded to cobalt, only about 15.2 kcal / mol is required.
The reactive gas can also be diluted with other inert gas.
反応性ガス供給源21から供給される反応性ガスは、配管22を介してガス噴出部10に導入され、その後真空チャンバー2内に導入される。この際、バルブ25は閉じており、バルブ23は開いた状態となっている。また、反応性ガスを真空チャンバー2内に導入する際は、ガス噴出部10に設けられたシャワーヘッド26を介して導入してもよい。
The reactive gas supplied from the reactive
そして、真空チャンバー2内に導入された反応性ガスは、通電等によって加熱された金属触媒体8と接触した後に、基板6上に搬送される。
この加熱された金属触媒体8と接触することによって、反応性ガスが、NXnラジカル、SiXnラジカル(Xは水素または炭化水素、nは1から3の整数)およびHラジカルのうち少なくとも1つの活性種に活性化されていることが好ましい。
以上のようにして、反応性ガスは、加熱された金属触媒体8に接触させた後に、真空チャンバー2内に載置された基板6上に搬送される。
The reactive gas introduced into the
By contacting with the heated
As described above, the reactive gas is brought into contact with the heated
次に、原料搬送工程と、反応性ガス搬送工程の関係について説明する。
本実施形態の金属薄膜の製膜方法は、基本的にはHWALD法による製膜方法である。したがって、具体的には、基板6上に有機金属化合物原料を搬送し、基板6上に有機金属化合物原料を飽和吸着させた状態で、有機金属化合物原料の供給を止め、その後基板6上に反応性ガスを供給することで、有機金属化合物原料を基板6上に製膜する。この工程を1サイクルとして、基板6上に所望の膜厚の金属薄膜が製膜されるまで、当該サイクルを複数回行う。
Next, the relationship between a raw material conveyance process and a reactive gas conveyance process is demonstrated.
The metal thin film forming method of this embodiment is basically a film forming method by the HWALD method. Therefore, specifically, the organometallic compound raw material is transported onto the
この際、有機金属化合物原料を搬送しただけでは、基板6上に金属薄膜は製膜されず、反応性ガスを搬送して初めて製膜される。そして、基板6上に飽和吸着している有機金属化合物原料のみが製膜されるので、1原子ないし数原子単位で薄膜を製膜することになる。
At this time, the metal thin film is not formed on the
したがって、所望の膜厚とするためには、原料搬送工程と反応性ガス搬送工程を、それぞれ交互に繰り返すこととなるが、その際それぞれの工程の間において、真空チャンバー2内の残留ガスを除去するパージ工程を有することが好ましい。
このようなパージ工程を有することで、より精度よく金属薄膜を製膜することができる。
Therefore, in order to obtain a desired film thickness, the raw material transfer process and the reactive gas transfer process are alternately repeated. In this case, the residual gas in the
By having such a purge process, a metal thin film can be formed with higher accuracy.
原料搬送工程と反応性ガス搬送工程の切替は、バルブ13、23の開閉で制御すればよい。また、原料搬送工程中は、バルブ23を閉じバルブ25を開くことで、反応性ガス供給源21から導出する反応性ガスを配管24,16を介して系外に排出するようにしてもよい。また、逆に、反応性ガス搬送工程中は、バルブ13を閉じバルブ15を開くことで、有機金属化合物原料を配管14,16を介して系外に排出すれようにしてもよい。
以上のようにして、原料搬送工程と反応性ガス搬送工程を交互に行うことで、基板6上に金属薄膜が製膜される。
Switching between the raw material transfer process and the reactive gas transfer process may be controlled by opening and closing the
As described above, a metal thin film is formed on the
なお、真空チャンバー2内の圧力を、反応性ガス搬送工程において、1.33×102Pa(=1Torr)以下にすることが好ましく、製膜プロセスの全工程において、1.33×102Pa(=1Torr)以下にすることがより好ましく、製膜プロセスの全工程において6.65×10Pa(=0.5Torr)以下にすることが更に好ましい。
このような減圧下で製膜することによって、製膜された金属薄膜の段差被覆性がよりよくなる。
Incidentally, the pressure in the
By forming the film under such reduced pressure, the step coverage of the formed metal thin film is improved.
本実施形態の金属薄膜の製膜方法は、原料搬送工程と反応性ガス搬送工程を有するので、低不純物で、段差被覆性がよい金属薄膜を製膜することができる。
また、製膜プロセスにおいて、高真空が要求されないので、製造装置が高額にならない。加えて、原料搬送工程と反応性ガス搬送工程を交互に行うので、金属触媒体上で金属薄膜が堆積するのを防止することができる。
Since the method for forming a metal thin film according to this embodiment includes a raw material transfer step and a reactive gas transfer step, a metal thin film with low impurities and good step coverage can be formed.
Moreover, since a high vacuum is not required in the film forming process, the manufacturing apparatus is not expensive. In addition, since the raw material transfer step and the reactive gas transfer step are performed alternately, it is possible to prevent the metal thin film from being deposited on the metal catalyst body.
また、有機金属化合物原料または/および反応性ガスが、炭素原子、窒素原子、水素原子、ケイ素原子、リン原子、ホウ素原子および金属原子から選択される1または2以上の原子のみからなるので、製膜された金属薄膜にハロゲンや酸素が混入するのを防止することができ、良好な膜質の金属薄膜を製膜することができる。 In addition, since the organometallic compound raw material or / and the reactive gas consists of only one or more atoms selected from carbon atoms, nitrogen atoms, hydrogen atoms, silicon atoms, phosphorus atoms, boron atoms and metal atoms, It is possible to prevent halogen and oxygen from being mixed into the formed metal thin film, and to form a metal thin film with good film quality.
以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, it cannot be overemphasized that this invention can be variously changed in the range which is not limited to the said embodiment and does not deviate from the summary.
以下、本発明を実施例および比較例により、更に詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例等によって何ら限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
(実施例1)
実施例1では、図1に示した金属薄膜の製膜装置を用い、表1に示すように、基板を350℃に保ち、自動圧力制御器(APC)を用いて真空チャンバー内の圧力を2.66×10Pa(=0.2Torr)に保った。また、有機金属化合物原料としてビスシクロペンタジエニルコバルト(コバルトセン)を、反応性ガスとしてアンモニアを、金属触媒体としてタングステンワイヤーを用いた。
Example 1
In Example 1, the metal thin film forming apparatus shown in FIG. 1 was used, and as shown in Table 1, the substrate was maintained at 350 ° C., and the pressure in the vacuum chamber was set to 2 using an automatic pressure controller (APC). .66 × 10 Pa (= 0.2 Torr). Further, biscyclopentadienyl cobalt (cobaltene) was used as the organometallic compound raw material, ammonia was used as the reactive gas, and tungsten wire was used as the metal catalyst body.
製膜方法としては、まずコバルトセンの入った原料ボトルを50℃に加熱し、流量30sccmのヘリウムによって、原料蒸気を同伴させて真空チャンバー内に3秒間供給する。次いで、流量30sccmのヘリウムによるパージを行う。
その後、流量30sccmのアンモニアを真空チャンバー内に9秒間供給する。その間タングステンワイヤーに3Aの電流を通電させて赤熱するまで加熱する。
そして、流量30sccmのヘリウムによるパージを行う。
以上の工程を1サイクルとして、図3に示すように、原料供給、パージ、アンモニアの供給と通電、パージを繰り返した。
As a film forming method, a raw material bottle containing cobaltcene is first heated to 50 ° C., and supplied with a raw material vapor by helium at a flow rate of 30 sccm for 3 seconds. Next, purging with helium at a flow rate of 30 sccm is performed.
Thereafter, ammonia at a flow rate of 30 sccm is supplied into the vacuum chamber for 9 seconds. In the meantime, a current of 3 A is applied to the tungsten wire to heat it up red.
Then, purging with helium at a flow rate of 30 sccm is performed.
The above steps were taken as one cycle, and as shown in FIG. 3, supply of raw material, purge, supply of ammonia, energization, and purge were repeated.
その結果、実施例1では、表2に示すように、製膜速度は、0.04nm/サイクルであり、抵抗率は20μΩcmであった。また、製膜後、X線光電子分光法(XPS)によって得られた金属薄膜の組成を調べたところ、炭素、酸素、窒素ともに検出下限である1%以下であった。 As a result, in Example 1, as shown in Table 2, the film forming speed was 0.04 nm / cycle, and the resistivity was 20 μΩcm. Further, after the film formation, the composition of the metal thin film obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was examined, and all of carbon, oxygen, and nitrogen were 1% or less, which is the lower limit of detection.
(実施例2)
実施例2では、パージ工程においてヘリウムを流通させるのではなく、真空引きとし、表1に示すように、その他の条件は実施例1と同様の条件で金属薄膜を製膜した。
実施例2では、表2に示すように、製膜速度は、0.05nm/サイクルであり、抵抗率は20μΩcmであった。また、製膜後、X線光電子分光法(XPS)によって得られた金属薄膜の組成を調べたところ、炭素、酸素、窒素ともに検出下限である1%以下であった。
(Example 2)
In Example 2, helium was not circulated in the purge process, but vacuuming was performed. As shown in Table 1, a metal thin film was formed under the same conditions as in Example 1.
In Example 2, as shown in Table 2, the film formation rate was 0.05 nm / cycle, and the resistivity was 20 μΩcm. Further, after the film formation, the composition of the metal thin film obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was examined, and all of carbon, oxygen, and nitrogen were 1% or less, which is the lower limit of detection.
(実施例3〜5)
実施例3〜5では、有機金属化合物原料として、コバルトセンの代わりに、ニッケロセン、マンガノセン、フェロセンを用い、その他の条件は実施例1と同様の条件とした場合の製膜速度および金属薄膜の組成について、シミュレーションを行った。結果を表3に示す。
(Examples 3 to 5)
In Examples 3 to 5, the nickel metallocene, manganocene, and ferrocene were used in place of cobalt sen as the organometallic compound raw material, and the other conditions were the same as in Example 1, and the film formation rate and the composition of the metal thin film A simulation was conducted. The results are shown in Table 3.
(実施例6)
実施例6では、実施例1と同様な製膜装置を用い、基板を350℃に保ち、自動圧力制御器(APC)を用いて真空チャンバー内の圧力を2.66×10Pa(=0.2Torr)に保った。
有機金属化合物原料としては、ビスシクロペンタジエニルコバルト(コバルトセン)とビスシクロペンタジエニルタングステンステンジハイドライドの2種類を用い、反応性ガスとしてアンモニアを、金属触媒体としてタングステンワイヤーを用いた。
(Example 6)
In Example 6, the same film forming apparatus as in Example 1 was used, the substrate was kept at 350 ° C., and the pressure in the vacuum chamber was 2.66 × 10 Pa (= 0.2 Torr) using an automatic pressure controller (APC). ).
As the organic metal compound raw material, two kinds of biscyclopentadienyl cobalt (cobaltene) and biscyclopentadienyl tungsten stainless hydride were used, ammonia was used as a reactive gas, and tungsten wire was used as a metal catalyst.
製膜方法としては、2種類の有機金属化合物原料を同時に供給する方法を採用した。具体的には、まずコバルトセンの入った原料ボトルを50℃に加熱するとともに、ビスシクロペンタジエニルタングステンステンジハイドライドの入った原料ボトルを100℃に加熱した。その後、それぞれのボトルに対して流量30sccmのヘリウムを通気することで原料蒸気を同伴させ、コバルトセンおよびビスシクロペンタジエニルタングステンステンジハイドライドを同時に真空チャンバー内に3秒間供給する。次いで、流量30sccmのヘリウムによるパージを行う。 As a film forming method, a method of simultaneously supplying two kinds of organometallic compound raw materials was adopted. Specifically, first, a raw material bottle containing cobaltcene was heated to 50 ° C., and a raw material bottle containing biscyclopentadienyl tungsten stainless hydride was heated to 100 ° C. Thereafter, helium at a flow rate of 30 sccm is bubbled through each bottle to entrain the raw material vapor, and cobalt cene and biscyclopentadienyl tungsten stent hydride are simultaneously supplied into the vacuum chamber for 3 seconds. Next, purging with helium at a flow rate of 30 sccm is performed.
その後、流量30sccmのアンモニアを真空チャンバー内に9秒間供給する。その間タングステンワイヤーに3Aの電流を通電させて赤熱するまで加熱する。
そして、流量30sccmのヘリウムによるパージを行う。
以上の工程を1サイクルとして、図3に示すように、原料供給、パージ、アンモニアの供給と通電、パージを繰り返した。
Thereafter, ammonia at a flow rate of 30 sccm is supplied into the vacuum chamber for 9 seconds. In the meantime, a current of 3 A is applied to the tungsten wire to heat it up red.
Then, purging with helium at a flow rate of 30 sccm is performed.
The above steps were taken as one cycle, and as shown in FIG. 3, supply of raw material, purge, supply of ammonia, energization, and purge were repeated.
その結果、実施例6では、製膜速度は、0.04nm/サイクルであり、抵抗率は25μΩcmであった。また、製膜後、X線光電子分光法(XPS)によって得られた金属薄膜の組成を調べたところ、コバルト組成は95%、タングステン組成は5%、炭素、酸素、窒素ともに検出下限である1%以下であった。 As a result, in Example 6, the film forming speed was 0.04 nm / cycle, and the resistivity was 25 μΩcm. Further, after the film formation, the composition of the metal thin film obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was examined. As a result, the cobalt composition was 95%, the tungsten composition was 5%, and carbon, oxygen, and nitrogen were both lower detection limits. % Or less.
(実施例7)
実施例7では、実施例1と同様な製膜装置を用い、基板を350℃に保ち、自動圧力制御器(APC)を用いて真空チャンバー内の圧力を2.66×10Pa(=0.2Torr)に保った。
有機金属化合物原料としては、ビスシクロペンタジエニルコバルト(コバルトセン)とビスシクロペンタジエニルタングステンステンジハイドライドの2種類を用い、反応性ガスとしてアンモニアを、金属触媒体としてタングステンワイヤーを用いた。
(Example 7)
In Example 7, the same film forming apparatus as in Example 1 was used, the substrate was kept at 350 ° C., and the pressure in the vacuum chamber was 2.66 × 10 Pa (= 0.2 Torr) using an automatic pressure controller (APC). ).
As the organic metal compound raw material, two kinds of biscyclopentadienyl cobalt (cobaltene) and biscyclopentadienyl tungsten stainless hydride were used, ammonia was used as a reactive gas, and tungsten wire was used as a metal catalyst.
製膜する際は、2種類の有機金属化合物原料を順次に供給する方法を採用した。具体的には、まずコバルトセンの入った原料ボトルを50℃に加熱するとともに、ビスシクロペンタジエニルタングステンステンジハイドライドの入った原料ボトルを100℃に加熱した。その後、それぞれのボトルに対して流量30sccmのヘリウムを通気することで原料蒸気を同伴させて基板上に搬送させた。 When forming the film, a method of sequentially supplying two kinds of organometallic compound raw materials was adopted. Specifically, first, a raw material bottle containing cobaltcene was heated to 50 ° C., and a raw material bottle containing biscyclopentadienyl tungsten stainless hydride was heated to 100 ° C. Thereafter, helium at a flow rate of 30 sccm was vented to each bottle, and the raw material vapor was entrained and conveyed onto the substrate.
具体的には、まずコバルトセンを真空チャンバー内に3秒間供給する。次いで、流量30sccmのヘリウムによるパージを行う。その後、流量30sccmのアンモニアを真空チャンバー内に9秒間供給する。その間タングステンワイヤーに3Aの電流を通電させて赤熱するまで加熱する。そして、流量30sccmのヘリウムによるパージを行う。 Specifically, cobaltcene is first supplied into the vacuum chamber for 3 seconds. Next, purging with helium at a flow rate of 30 sccm is performed. Thereafter, ammonia at a flow rate of 30 sccm is supplied into the vacuum chamber for 9 seconds. In the meantime, a current of 3 A is applied to the tungsten wire to heat it up red. Then, purging with helium at a flow rate of 30 sccm is performed.
その後、ビスシクロペンタジエニルタングステンステンジハイドライドを真空チャンバー内に3秒間供給する。次いで、流量30sccmのヘリウムによるパージを行う。その後、流量30sccmのアンモニアを真空チャンバー内に9秒間供給する。その間タングステンワイヤーに3Aの電流を通電させて赤熱するまで加熱する。そして、流量30sccmのヘリウムによるパージを行う。 Thereafter, biscyclopentadienyl tungsten stainless hydride is supplied into the vacuum chamber for 3 seconds. Next, purging with helium at a flow rate of 30 sccm is performed. Thereafter, ammonia at a flow rate of 30 sccm is supplied into the vacuum chamber for 9 seconds. In the meantime, a current of 3 A is applied to the tungsten wire to heat it up red. Then, purging with helium at a flow rate of 30 sccm is performed.
以上の工程を1サイクルとして、図4に示すように、コバルトセンの供給、パージ、アンモニアの供給と通電、パージ、ビスシクロペンタジエニルタングステンステンジハイドライドの供給、パージ、アンモニアの供給と通電、パージを繰り返した。 The above process as one cycle, as shown in FIG. 4, supply of cobaltcene, purge, supply and energization of ammonia, purge, supply of biscyclopentadienyl tungsten stainless hydride, purge, supply and energization of ammonia, The purge was repeated.
その結果、実施例7では、製膜速度は、0.04nm/サイクルであり、抵抗率は25μΩcmであった。また、製膜後、X線光電子分光法(XPS)によって得られた金属薄膜の組成を調べたところ、コバルト組成は90%、タングステン組成は10%、炭素、酸素、窒素ともに検出下限である1%以下であった。 As a result, in Example 7, the film forming speed was 0.04 nm / cycle, and the resistivity was 25 μΩcm. Further, after the film formation, the composition of the metal thin film obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was examined. As a result, the cobalt composition was 90%, the tungsten composition was 10%, and carbon, oxygen, and nitrogen were both lower detection limits. % Or less.
(比較例1)
比較例1では、熱CVD法による実験を行った。具体的には、表4に示すように、基板を400℃に保ち、自動圧力制御器(APC)を用いて真空チャンバー内の圧力を3.99×102Pa(=3Torr)に保った。
そして、コバルトセンの入った原料ボトルを50℃に加熱し、流量30sccmのヘリウムによって、原料蒸気を同伴させて真空チャンバー内に供給すると同時に、水素ガスを流量30sccmで真空チャンバー内に供給した。
その結果、表5に示すように、60分間供給しても金属薄膜は製膜されなかった。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, an experiment by a thermal CVD method was performed. Specifically, as shown in Table 4, the substrate was kept at 400 ° C., and the pressure in the vacuum chamber was kept at 3.99 × 10 2 Pa (= 3 Torr) using an automatic pressure controller (APC).
The raw material bottle containing cobaltcene was heated to 50 ° C., and the raw material vapor was entrained by helium at a flow rate of 30 sccm and supplied into the vacuum chamber. At the same time, hydrogen gas was supplied into the vacuum chamber at a flow rate of 30 sccm.
As a result, as shown in Table 5, the metal thin film was not formed even when supplied for 60 minutes.
(比較例2)
水素ガスの代わりにアンモニアを用いた他は、表4に示すように、比較例1と同じ条件で、実験を行った。
その結果、表5に示すように、60分間供給しても金属薄膜は製膜されなかった。
(Comparative Example 2)
As shown in Table 4, an experiment was performed under the same conditions as in Comparative Example 1 except that ammonia was used instead of hydrogen gas.
As a result, as shown in Table 5, the metal thin film was not formed even when supplied for 60 minutes.
(比較例3)
比較例3では、PECVD法による実験を行った。具体的には、表4に示すように、基板を300℃に保ち、自動圧力制御器(APC)を用いて真空チャンバー内の圧力を3.99×102Pa(=3Torr)に保った。
そして、コバルトセンの入った原料ボトルを50℃に加熱し、流量30sccmのヘリウムによって、原料蒸気を同伴させて真空チャンバー内に供給すると同時に、水素ガスを流量30sccmで真空チャンバー内に供給した。
それと同時に、シャワーヘッドおよび基板ステージ(載置台)を電極として150WのRFを印加し、容量結合プラズマを発生させた。
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, an experiment by PECVD was performed. Specifically, as shown in Table 4, the substrate was kept at 300 ° C., and the pressure in the vacuum chamber was kept at 3.99 × 10 2 Pa (= 3 Torr) using an automatic pressure controller (APC).
The raw material bottle containing cobaltcene was heated to 50 ° C., and the raw material vapor was entrained by helium at a flow rate of 30 sccm and supplied into the vacuum chamber. At the same time, hydrogen gas was supplied into the vacuum chamber at a flow rate of 30 sccm.
At the same time, 150 W RF was applied using the shower head and the substrate stage (mounting table) as electrodes to generate capacitively coupled plasma.
その結果、表5に示すように、製膜速度は、2nm/minであり、抵抗率は250μΩcmであった。また、製膜後、X線光電子分光法(XPS)によって得られた金属薄膜の組成を調べたところ、酸素、窒素ともに検出下限である1%以下であったが、炭素は35%含まれていた。 As a result, as shown in Table 5, the film forming speed was 2 nm / min, and the resistivity was 250 μΩcm. Further, after the film formation, the composition of the metal thin film obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was examined. As a result, both oxygen and nitrogen were 1% or less, which is the lower detection limit, but 35% carbon was contained. It was.
(比較例4)
比較例4では、PEALD法による実験を行った。具体的には、表4に示すように、基板を250〜350℃に保ち、自動圧力制御器(APC)を用いて真空チャンバー内の圧力を2.66Pa(=0.02Torr)に保った。
そして、コバルトセンの入った原料ボトルを50℃に加熱し、流量30sccmのヘリウムによって、原料蒸気を同伴させて真空チャンバー内に3秒間供給する。次いで、流量30sccmのヘリウムによるパージを行う。
その後、流量30sccmのアンモニアを真空チャンバー内に6秒間供給する。その間アンモニア供給ポートにおいて誘導結合プラズマを発生させた。そして、流量30sccmのヘリウムによるパージを行う。
以上の工程を1サイクルとして、原料供給、パージ、アンモニアの供給とプラズマの発生、パージを繰り返した。
(Comparative Example 4)
In Comparative Example 4, an experiment by the PEALD method was performed. Specifically, as shown in Table 4, the substrate was kept at 250 to 350 ° C., and the pressure in the vacuum chamber was kept at 2.66 Pa (= 0.02 Torr) using an automatic pressure controller (APC).
Then, the raw material bottle containing cobaltcene is heated to 50 ° C., and the raw material vapor is accompanied by helium at a flow rate of 30 sccm and supplied into the vacuum chamber for 3 seconds. Next, purging with helium at a flow rate of 30 sccm is performed.
Thereafter, ammonia at a flow rate of 30 sccm is supplied into the vacuum chamber for 6 seconds. Meanwhile, inductively coupled plasma was generated at the ammonia supply port. Then, purging with helium at a flow rate of 30 sccm is performed.
The above steps were set as one cycle, and the material supply, purge, ammonia supply, plasma generation, and purge were repeated.
その結果、表5に示すように、製膜速度は、0.01nm/サイクルであり、抵抗率は50μΩcmであった。また、製膜後、X線光電子分光法(XPS)によって得られた金属薄膜の組成を調べたところ、酸素は検出下限である1%以下であったが、炭素は4%、窒素は10%含まれていた。 As a result, as shown in Table 5, the film formation rate was 0.01 nm / cycle, and the resistivity was 50 μΩcm. Further, after the film formation, the composition of the metal thin film obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was examined. As a result, oxygen was 1% or less, which is the lower limit of detection, but carbon was 4% and nitrogen was 10%. It was included.
(比較例5)
比較例5では、実施例1と略同様に実験を行ったが、表4に示すように、真空チャンバー内の圧力を2.66×102Pa(=2Torr)とした。その他の条件は実施例1と同様の条件で金属薄膜を製膜した。
その結果、表5に示すように金属薄膜は製膜されなかった。
(Comparative Example 5)
In Comparative Example 5, the experiment was performed in substantially the same manner as in Example 1. As shown in Table 4, the pressure in the vacuum chamber was set to 2.66 × 10 2 Pa (= 2 Torr). The other conditions were the same as in Example 1 to form a metal thin film.
As a result, no metal thin film was formed as shown in Table 5.
本発明は、金属薄膜を用いた製品を製造する製造業において幅広く利用することができる。 The present invention can be widely used in manufacturing industries that manufacture products using metal thin films.
1・・・製膜装置、2・・・真空チャンバー、3・・・原料搬送手段、4・・・反応性ガス搬送手段、5・・・載置台、6・・・基板、7・・・排気ポンプ、8・・・金属触媒体、9・・・電源、10・・・ガス噴出部、11・・・原料供給源、12,14,16,18,22,24・・・配管、13,15,23,25・・・バルブ、17・・・原料貯液槽、21・・・反応性ガス供給源、26・・・シャワーヘッド DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Film forming apparatus, 2 ... Vacuum chamber, 3 ... Raw material conveyance means, 4 ... Reactive gas conveyance means, 5 ... Mounting stand, 6 ... Substrate, 7 ... Exhaust pump, 8 ... metal catalyst body, 9 ... power source, 10 ... gas ejection part, 11 ... raw material supply source, 12, 14, 16, 18, 22, 24 ... piping, 13 , 15, 23, 25 ... valve, 17 ... raw material reservoir, 21 ... reactive gas supply source, 26 ... shower head
Claims (13)
反応性ガスを、加熱された金属触媒体に接触させた後に、前記真空チャンバー内に載置された前記製膜対象物上に搬送する反応性ガス搬送工程と、を有することを特徴とする金属薄膜の製膜方法。 A raw material transporting step for transporting an organometallic compound raw material onto a film forming object placed in a vacuum chamber;
A reactive gas carrying step of bringing the reactive gas into contact with a heated metal catalyst body and then carrying the reactive gas onto the film-forming target placed in the vacuum chamber. A method for forming a thin film.
該真空チャンバー内に載置された製膜対象物上に、有機金属化合物原料を搬送可能な原料搬送手段と、
前記真空チャンバー内に載置された製膜対象物上に、加熱された金属触媒体と接触した後の反応性ガスを搬送可能な反応性ガス搬送手段と、を有することを特徴とする金属薄膜の製膜装置。 A vacuum chamber in which a film-forming target can be placed inside;
A raw material transport means capable of transporting an organometallic compound raw material onto a film forming object placed in the vacuum chamber;
Reactive gas transport means capable of transporting the reactive gas after contacting the heated metal catalyst body on the film-forming object placed in the vacuum chamber. Film forming equipment.
Priority Applications (2)
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