JP4317077B2 - Metal film production equipment - Google Patents
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本発明は、例えば、高融点金属や貴金属を微細な穴に作製する金属膜作製装置に関する。 The present invention relates to a metal film production apparatus for producing a refractory metal or a noble metal in a fine hole, for example.
現在、半導体等の製造においては、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)装置を用いた成膜が知られている。プラズマCVD装置とは、チャンバ内に導入した膜の材料となる有機金属錯体等のガスを、高周波アンテナから入射する高周波によりプラズマ状態にし、プラズマ中の活性な励起原子によって基板表面の化学的な反応を促進して金属薄膜等を成膜する装置である。 Currently, in the manufacture of semiconductors and the like, film formation using a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus is known. A plasma CVD apparatus is a plasma reaction of a gas such as an organometallic complex that becomes a material of a film introduced into a chamber by a high frequency incident from a high frequency antenna, and a chemical reaction on the substrate surface by active excited atoms in the plasma. Is a device for forming a metal thin film or the like by promoting the above.
これに対し、本発明者等は、高蒸気圧ハロゲン化物を作る金属成分であって、成膜を望む金属成分からなる被エッチング部材をチャンバに設置し、前記被エッチング部材をハロゲンガスのプラズマによりエッチングすることで金属成分のハロゲン化物である前駆体を生成させるとともに、前駆体の金属成分のみを基板上に成膜するプラズマCVD装置(以下、新方式のプラズマCVD装置という)および成膜方法を開発した(例えば、下記、特許文献1参照。)。 On the other hand, the present inventors installed a member to be etched, which is a metal component that forms a high vapor pressure halide, and is made of a metal component desired to be formed into a film, and the member to be etched is formed by plasma of halogen gas. A plasma CVD apparatus (hereinafter referred to as a new type of plasma CVD apparatus) and a film forming method for forming a precursor which is a halide of a metal component by etching and forming only the metal component of the precursor on a substrate. Developed (for example, see Patent Document 1 below).
上記新方式のプラズマCVD装置では、成膜される金属源となる被エッチング部材の温度に対して基板の温度が低くなるように制御して基板に当該金属膜を成膜している。例えば、被エッチング部材の金属をM、ハロゲンガスをCl2とした場合、被エッチング部材を高温(例えば300°C〜700°C)に、また基板を低温(例えば200°C程度)に制御することにより、前記基板にM薄膜を形成することができる。これは、次のような反応によるものと考えられる。 In the above-described plasma CVD apparatus of the new type, the metal film is formed on the substrate by controlling the temperature of the substrate to be lower than the temperature of the member to be etched which is a metal source to be formed. For example, when the metal of the member to be etched is M and the halogen gas is Cl 2 , the member to be etched is controlled to a high temperature (for example, 300 ° C. to 700 ° C.) and the substrate is controlled to a low temperature (for example, about 200 ° C.). Thus, an M thin film can be formed on the substrate. This is thought to be due to the following reaction.
1)プラズマの解離反応;Cl2→2Cl*
2)エッチング反応;M+Cl*→MCl(g)
3)基板への吸着反応;MCl(g)→MCl(ad)
4)成膜反応;MCl(ad)+Cl* →M+Cl2↑ ・・・(1)
ここで、Cl*はClのラジカルであることを、(g)はガス状態であることを、(ad)は吸着状態であることをそれぞれ表している。
1) Plasma dissociation reaction; Cl 2 → 2Cl *
2) Etching reaction; M + Cl * → MCl (g)
3) Adsorption reaction on the substrate; MC1 (g) → MC1 (ad)
4) Film formation reaction: MCl (ad) + Cl * → M + Cl 2 ↑ (1)
Here, Cl * represents a Cl radical, (g) represents a gas state, and (ad) represents an adsorption state.
ところで、下記特許文献2にみられるように、FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory:強誘電体メモリ)に用いられるキャパシタは、例えば、酸化ケイ素(SiO2)上にイリジウム(Ir)や白金(Pt)等の貴金属を成膜した基板が用いられ、貴金属を成膜した基板に強誘電体が積層されている。近年、キャパシタの小型大容量化を図るため、強誘電体部分を立体構造にして小型化を図りつつ電荷を溜める面積を確保することが考えられている。この場合、基板に微細な穴を形成し、穴の内壁面に貴金属の膜が作製されることになる。 By the way, as seen in the following Patent Document 2, capacitors used in FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory) are, for example, iridium (Ir), platinum (Pt), etc. on silicon oxide (SiO 2 ). A substrate on which a noble metal is formed is used, and a ferroelectric is laminated on the substrate on which the noble metal is formed. In recent years, in order to reduce the size and capacity of a capacitor, it has been considered to secure an area for storing electric charges while reducing the size by making the ferroelectric portion a three-dimensional structure. In this case, a fine hole is formed in the substrate, and a noble metal film is formed on the inner wall surface of the hole.
前述した新方式のCVD装置においては、不純物の少ない金属薄膜を均一にしかも高速に作製することができる。この新方式のCVD装置を適用して基板上にイリジウム(Ir)や白金(Pt)等の貴金属を成膜することが検討されるようになってきている。 In the above-described new type CVD apparatus, a metal thin film with few impurities can be produced uniformly and at high speed. Application of this new type of CVD apparatus to form a noble metal such as iridium (Ir) or platinum (Pt) on a substrate has been studied.
上述した新方式のCVD装置においては、被エッチング部材をハロゲンガス(Cl2ガス)のプラズマによりエッチングすることで金属成分のハロゲン化物である前駆体を生成させている。このため、貴金属を成膜する場合には被エッチング部材として例えばIrを適用し、前駆体としてIrClを形成させることになる。Irは塩化物になり難い金属であるため、成膜に要するIrClを得るために、Cl2ガスを多く供給してIrClを形成する必要があった。しかし、Cl2ガスを多く供給するとClのラジカルであるCl*も多くなり、基板、特に微細な穴の底面にCl*によるダメージが生じてしまう。基板にダメージが生じた状態でIrを成膜すると、触媒作用により基板が腐食された状態になり、必要な特性のキャパシタを得ることができない虞があった。 In the above-described new type CVD apparatus, the member to be etched is etched by plasma of halogen gas (Cl 2 gas) to generate a precursor which is a metal component halide. For this reason, when a noble metal film is formed, for example, Ir is applied as the member to be etched, and IrCl is formed as the precursor. Since Ir is a metal that is unlikely to become a chloride, it was necessary to form IrCl by supplying a large amount of Cl 2 gas in order to obtain IrCl required for film formation. However, if a large amount of Cl 2 gas is supplied, Cl *, which is a Cl radical, increases, and damage to the substrate, particularly the bottom surface of a fine hole, is caused by Cl * . When Ir is deposited in a state where the substrate is damaged, the substrate is corroded by catalytic action, and there is a possibility that a capacitor having necessary characteristics cannot be obtained.
従って、新方式のCVD装置を用いることで理論的には不純物の少ない貴金属薄膜を均一にしかも高速に作製することが可能であるが、実際の製品とするための技術は確立されていないのが実情である。 Therefore, it is theoretically possible to produce a noble metal thin film with few impurities uniformly and at high speed by using a new type CVD apparatus, but the technology for making an actual product has not been established. It is a fact.
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、上述の如き新方式のCVD装置において、不純物の少ない貴金属薄膜を作製するため、ダメージを抑える金属膜を基板の、特に微細な穴の底面だけに均一にしかも高速に作製することができる金属膜作製装置及び金属膜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 situation. In order to produce a noble metal thin film with less impurities in the above-described CVD apparatus, a metal film for suppressing damage is applied only to the bottom surface of a substrate, particularly a fine hole. It is an object of the present invention to provide a metal film production apparatus and a metal film production method that can be produced uniformly and at high speed.
また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、上述の如き新方式のCVD装置において、基板の、特に微細な穴の壁面及び底面に、不純物の少ない貴金属薄膜を均一にしかも高速に作製することができる金属膜作製装置及び金属膜作製方法を提供することを目的とする。 In addition, the present invention has been made in view of the above situation, and in the CVD system of the new method as described above, a noble metal thin film with few impurities is uniformly and rapidly produced on the wall surface and bottom surface of a fine hole in the substrate. An object of the present invention is to provide a metal film manufacturing apparatus and a metal film manufacturing method that can be used.
また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、上述の如き新方式のCVD装置において、微細な穴の壁面及び底面に貴金属薄膜が形成された基板の穴の内部に強誘電体を均一にしかも高速に作製することができる金属膜作製装置及び金属膜作製方法を提供することを目的とする。 Further, the present invention has been made in view of the above situation, and in the above-described new type CVD apparatus, the ferroelectric material is uniformly distributed inside the hole of the substrate in which the noble metal thin film is formed on the wall surface and bottom surface of the fine hole. And it aims at providing the metal film preparation apparatus and metal film preparation method which can be produced at high speed.
また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、上述の如き新方式のCVD装置において、微細な穴の壁面及び底面に貴金属薄膜が形成された基板の穴の内部にトランジスタに接続される強誘電体を均一にしかも高速に作製することができるキャパシタ製造装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation. In the new CVD apparatus as described above, the transistor is connected to the inside of the hole of the substrate in which the noble metal thin film is formed on the wall surface and bottom surface of the fine hole. An object of the present invention is to provide a capacitor manufacturing apparatus capable of manufacturing a ferroelectric material uniformly and at high speed.
また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、上述の如き新方式のCVD装置において、微細な穴の壁面及び底面に貴金属薄膜が形成された基板の穴の内部にトランジスタに接続される強誘電体を均一にしかも高速に作製することができる強誘電体メモリ製造装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation. In the new CVD apparatus as described above, the transistor is connected to the inside of the hole of the substrate in which the noble metal thin film is formed on the wall surface and bottom surface of the fine hole. An object of the present invention is to provide a ferroelectric memory manufacturing apparatus capable of producing a ferroelectric material uniformly and at high speed.
上記目的を達成するための請求項1に係る本発明の金属膜作製装置は、
表面に微細穴が形成された基板が収容されるチャンバと、
基板が対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、
チャンバの内部にハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、
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の金属成分を基板側に成膜可能とすると共に前駆体の金属成分を表面の微細穴の底面だけに成膜させる制御調整手段と
を備え、
前記制御調整手段は、基板側の温度を低温側に制御することで、微細穴の(底面の金属被覆厚/壁面の金属被覆厚)である被覆率を1より大きくする機能
を備えていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a metal film manufacturing apparatus of the present invention according to claim 1 is provided.
A chamber in which a substrate having a fine hole formed on the surface is stored;
A metal member to be etched provided in a chamber at a position facing the substrate;
A source gas supply means for supplying a source gas containing halogen into the chamber;
Plasma generating means for generating a precursor of a metal component and a source gas contained in the member to be etched by generating a source gas plasma by etching the inside of the chamber and etching the member to be etched with the source gas plasma;
By adjusting the temperature on the substrate side to be lower than the temperature of the member to be etched, the metal component of the precursor can be deposited on the substrate side, and the metal component of the precursor is deposited only on the bottom surface of the fine hole on the surface. and means,
The control adjustment means functions to increase the coverage, which is (the metal coating thickness of the bottom surface / the metal coating thickness of the wall surface) of the fine holes, by controlling the temperature on the substrate side to the low temperature side.
Characterized in that it comprises a.
また、請求項2に係る本発明は、
請求項1に記載の金属膜作製装置において、
被エッチング部材は融点が1500℃以上の高融点金属である
ことを特徴とする。
The present invention according to claim 2
The metal film manufacturing apparatus according to claim 1 ,
The member to be etched is a refractory metal having a melting point of 1500 ° C. or higher.
上記目的を達成するための請求項3に係る本発明の金属膜作製装置は、
表面に微細穴が形成されると共に底面だけに高融点金属が成膜された基板が収容される
チャンバと、
基板が対向する位置におけるチャンバに設けられる貴金属製の被エッチング部材と、
チャンバの内部にハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる貴金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、
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の貴金属成分を基板側に成膜可能とすると共に前駆体の貴金属成分を表面の微細穴の底面及び壁面に成膜させる制御調整手段と
を備え、
前記制御調整手段は、基板側の温度を制御することで、微細穴の(底面の貴金属被覆厚/壁面の貴金属被覆厚)である被覆率を略1もしくは1にする機能
を備えていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a metal film manufacturing apparatus of the present invention according to
A chamber that accommodates a substrate in which a fine hole is formed on the surface and a refractory metal film is formed only on the bottom surface;
A member to be etched made of noble metal provided in a chamber at a position where the substrate faces;
A source gas supply means for supplying a source gas containing halogen into the chamber;
Plasma generating means for generating a precursor of a noble metal component contained in the member to be etched and a source gas by generating a source gas plasma by plasmaizing the inside of the chamber and etching the member to be etched with the source gas plasma;
By making the temperature on the substrate side lower than the temperature of the member to be etched, the noble metal component of the precursor can be deposited on the substrate side, and at the same time, the noble metal component of the precursor is deposited on the bottom surface and the wall surface of the fine holes on the surface. and an adjustment means,
The control / adjusting means controls the temperature on the substrate side so that the coverage of the fine holes (the thickness of the noble metal coating on the bottom surface / the thickness of the noble metal coating on the wall surface) is approximately 1 or 1.
Characterized in that it comprises a.
また、請求項4に係る本発明は、
請求項3に記載の金属膜作製装置において、
被エッチング部材は基板に対して触媒性の高い貴金属である
ことを特徴とする。
The present invention according to claim 4 provides
In the metal film production apparatus of
The member to be etched is a noble metal having a high catalytic property with respect to the substrate.
本発明によれば、貴金属薄膜を作製するため、ダメージを抑える金属膜(特に高融点金属)を基板の、特に微細な穴の底面だけに、均一にしかも高速に作製することができる金属膜作製装置を提供することができると共に、温度制御により微細な穴の底面だけに金属薄膜を作製することができる。 According to the present invention, in order to produce a noble metal thin film, a metal film (especially a refractory metal) for suppressing damage can be produced uniformly and at high speed only on the bottom surface of a substrate, particularly a fine hole. An apparatus can be provided, and a metal thin film can be formed only on the bottom surface of a fine hole by temperature control.
また被エッチング部材は融点が1500℃以上の高融点金属であることにより、融点が1500℃以上の高融点金属を微細な穴の底面だけに作製することができる。 Further, since the member to be etched is a refractory metal having a melting point of 1500 ° C. or higher, a refractory metal having a melting point of 1500 ° C. or higher can be produced only on the bottom surface of a fine hole.
また本発明によれば、基板の、特に微細な穴の壁面及び底面に、不純物の少ない貴金
属薄膜を均一にしかも高速に作製することができる金属膜作製装置を提供することができると共に、温度制御により微細な穴の壁面及び底面に貴金属薄膜を作製することができる。 Further, according to the present invention, it is possible to provide a metal film production apparatus capable of producing a noble metal thin film with few impurities uniformly and at high speed on the wall surface and bottom surface of a substrate, in particular, fine holes, and temperature control. Thus, a noble metal thin film can be formed on the wall surface and bottom surface of the fine hole.
また被エッチング部材が基板に対して触媒性の高い貴金属であることにより、触媒性の高い貴金属を作製することができる金属膜作製装置となる。 In addition, since the member to be etched is a noble metal having a high catalytic property with respect to the substrate, a metal film production apparatus capable of producing a noble metal having a high catalytic property is obtained.
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1実施形態例)
本実施形態例の対象となる基板には表面に微細穴(トレンチ)が形成され、トレンチにイリジウム(Ir)や白金(Pt)等の貴金属の膜を作製し、強誘電体であるPZT(鉛、亜鉛、タンタル)やSBT(ストロンチウム、ビスマス、タンタル)等の金属酸化物を貴金属の膜(電極)で挟んだ立体構造のキャパシタとされる。そして、キャパシタがトランジスタに接続されてFeRAM(Ferroelectric Random Access Memory:強誘電体メモリ)とされる。立体構造のキャパシタとして、極めて薄い膜厚の強誘電体とすることで、電荷を溜める面積を確保して小型化を達成することができる。
(First embodiment)
A fine hole (trench) is formed on the surface of the substrate that is the object of the present embodiment, and a film of a noble metal such as iridium (Ir) or platinum (Pt) is formed in the trench, and PZT (lead , Zinc, tantalum) and SBT (strontium, bismuth, tantalum) and other metal oxides sandwiched between noble metal films (electrodes). A capacitor is connected to the transistor to form a FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory). By using a very thin ferroelectric film as a three-dimensional capacitor, it is possible to secure an area for storing electric charges and achieve miniaturization.
トレンチにイリジウム(Ir)や白金(Pt)等の貴金属の膜を作製するに際し、新方式のCVD装置を用いてハロゲンガス(Cl2ガス)のプラズマにより貴金属製の被エッチング部材をエッチングすることで貴金属成分の塩化物である前駆体を生成させる。具体的には、被エッチング部材として例えばIrを適用し、前駆体としてIrClを形成させる。Irは塩化物になり難い金属であるため、成膜に要するIrClを得るために、Cl2ガスを多く供給してIrClを形成する必要があるが、Cl2ガスを多く供給するとClのラジカルであるCl*も多くなり、基板のトレンチの底面にCl*によるダメージが生じてしまう。このため、本実施形態例では、貴金属膜を作成する際にトレンチの底面にダメージが生じないようにトレンチの底面だけに高融点金属膜を作製するものである。 When a noble metal film such as iridium (Ir) or platinum (Pt) is formed in the trench, a new type CVD apparatus is used to etch the member to be etched made of noble metal by plasma of halogen gas (Cl 2 gas). A precursor that is a chloride of a noble metal component is produced. Specifically, for example, Ir is applied as the member to be etched, and IrCl is formed as the precursor. Because Ir is hard metal becomes chloride, to obtain a IrCl taken for deposition, it is necessary to form a IrCl by supplying a large amount of Cl 2 gas, at a Cl radical is supplied many Cl 2 gas A certain amount of Cl * also increases, and damage due to Cl * occurs on the bottom surface of the trench of the substrate. For this reason, in this embodiment, the refractory metal film is formed only on the bottom surface of the trench so that the bottom surface of the trench is not damaged when the noble metal film is formed.
以下本発明の第1実施形態例を図面に基づき詳細に説明する。図1には本発明の一実施形態例に係る金属膜作製方法を実施する金属膜作製装置の概略側面、図2には成膜状況を表す断面、図3には温度と被覆率との関係を表すグラフを示してある。また、図4にはCl濃度と穴の深さ位置との関係を表すグラフを示してある。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic side view of a metal film production apparatus for performing a metal film production method according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross section showing a film formation state, and FIG. 3 is a relationship between temperature and coverage. The graph showing is shown. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the Cl concentration and the depth position of the hole.
第1実施形態例は、融点が1500℃以上の高融点金属であるタンタル(Ta)製の被エッチング部材が備えられたチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスとしてのCl2ガスを供給し、被エッチング部材に対してプラズマを発生させCl2ガスで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれるTa成分とCl2ガスとの前駆体TaClを生成し、表面に微細穴(トレンチ)が形成された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TaClのTa成分を基板の表面に成膜可能とすると共に、トレンチの(底面の金属被覆厚/壁面の金属被覆厚)である被覆率を1より大きくするような状態にCl2ガス成分量を調整(具体的には基板側の温度を低下させてCl2ガスの絶対量を変えるのではなくCl2ガス成分量を制御した状態にする)することによりトレンチの底面だけにTa成分を成膜させる。 In the first embodiment, Cl 2 gas as a source gas containing halogen is supplied into a chamber provided with an etching target member made of tantalum (Ta), which is a refractory metal having a melting point of 1500 ° C. or higher. to form a precursor TaCl the Ta component and Cl 2 gas contained in the etched member by etching the etched member with Cl 2 gas plasma is generated against the etched member, the fine holes on the surface (trench) is By making the temperature of the formed substrate side lower than the temperature of the member to be etched, the Ta component of the precursor TaCl can be formed on the surface of the substrate, and the (metal coating thickness of the bottom surface / metal coating of the wall surface of the trench) Cl 2 gas component amount adjustment (by specifically lowering the temperature of the substrate side changing the absolute amount of Cl 2 gas in a state such that the thickness) of coverage greater than 1 Rather Cl 2 to a state of controlling the gas component amount) only the bottom surface of the trench is deposited Ta components by.
尚、高融点金属としては、タンタル(Ta)に限定されず、融点が1000℃以上のニッケルや銅を適用することも可能である。 The refractory metal is not limited to tantalum (Ta), and nickel or copper having a melting point of 1000 ° C. or higher can be applied.
図1に示すように、円筒状に形成された、例えば、セラミックス製(絶縁材製)のチャンバ1の底部近傍には支持台2が設けられ、支持台2には基板3が載置される。支持台2にはヒータ4及び冷媒流通手段5を備えた温度制御手段6が設けられ、支持台2は温度制御手段6により所定温度(例えば、基板3が100℃から300℃に維持される温度)に制御される。尚、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。
As shown in FIG. 1, a support base 2 is provided in the vicinity of the bottom of a cylindrical chamber 1 made of, for example, ceramic (made of an insulating material), and a
詳細は後述するが、基板3には表面に微細穴(トレンチ)が形成され、トレンチに、強誘電体であるPZT(鉛、亜鉛、タンタル)やSBT(ストロンチウム、ビスマス、タンタル)等の金属酸化物をイリジウム(Ir)や白金(Pt)等の貴金属の電極で挟んだ立体構造のキャパシタが形成される。そして、キャパシタがトランジスタに接続されてFeRAM(Ferroelectric Random Access Memory:強誘電体メモリ)とされる。立体構造のキャパシタとして、極めて薄い膜厚の強誘電体とすることで、電荷を溜める面積を確保して小型化を達成することができる。
Although details will be described later, a fine hole (trench) is formed on the surface of the
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8が設けられ、プラズマアンテナ8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8には整合器9及び電源10が接続されて高周波が供給される。プラズマアンテナ8、整合器9及び電源10により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, ceramic). A plasma antenna 8 for converting the inside of the chamber 1 into plasma is provided above the ceiling plate 7, and the plasma antenna 8 is formed in a planar ring shape parallel to the surface of the ceiling plate 7. A matching unit 9 and a
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11が保持され、被エッチング部材11はプラズマアンテナ8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11は、棒状の突起部12とリング部13とからなり、突起部12がチャンバ1の中心側に延びるようにリング部13が設けられている。これにより、被エッチング部材11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。
The chamber 1 holds a member to be etched 11 made of tantalum (Ta) as a metal, and the member to be etched 11 is disposed in a discontinuous state between the
尚、プラズマアンテナ8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。 In addition, as a structure which makes it a discontinuous state with respect to the electric flow of the plasma antenna 8, it is also possible to form a to-be-etched member in a grid | lattice form, or a mesh | network form.
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を含有する原料ガス(Cl2 ガス)21を供給する原料ガス供給手段としてのノズル14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14には流量制御器15を介してCl2 ガス21が送られる。成膜に関与しないガス等は排気口16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17によって所定の圧力に維持される。
Around the cylindrical portion of the chamber 1, a plurality of
尚、原料ガスに含有されるハロゲンとしては、フッ素、臭素及びヨウ素等を適用することが可能である。 Note that fluorine, bromine, iodine, and the like can be applied as the halogen contained in the source gas.
上述した薄膜作製装置では、チャンバ1の内部にノズル14からCl2 ガス21を供給する。プラズマアンテナ8から電磁波をチャンバ1の内部に入射することで、Cl2 ガス21をイオン化してCl2 ガスプラズマを発生させる。プラズマは、ガスプラズマ20で図示する領域に発生する。この時の反応は、次式で表すことができる。
Cl2→2Cl* ・・・・(1)
ここで、Cl*は塩素ラジカルを表す。
In the thin film manufacturing apparatus described above, the Cl 2 gas 21 is supplied from the
Cl 2 → 2Cl * (1)
Here, Cl * represents a chlorine radical.
ガスプラズマ20がTa製の被エッチング部材11に作用することにより、被エッチング部材11が加熱されると共に、Taにエッチング反応が生じる。この時の反応は、例えば、次式で表される。
Ta(s)+Cl* →TaCl(g) ・・・・(2)
ここで、sは固体状態、gはガス状態を表す。式(2)は、Taがガスプラズマ20によりエッチングされ、前駆体23とされた状態である。
When the gas plasma 20 acts on the etching target member 11 made of Ta, the etching target member 11 is heated and an etching reaction occurs in Ta. The reaction at this time is represented by the following formula, for example.
Ta (s) + Cl * → TaCl (g) (2)
Here, s represents a solid state and g represents a gas state. Formula (2) is a state in which Ta is etched by the gas plasma 20 to become a
ガスプラズマ20を発生させることにより被エッチング部材11を加熱し(例えば、300℃〜700℃)、更に、温度制御手段6により基板3の温度を被エッチング部材11の温度よりも低い温度(例えば、100℃〜300℃)に設定する。この結果、前駆体23は基板3に吸着(成膜)される。この時の反応は、例えば、次式で表される。
TaCl(g)→TaCl(ad) ・・・・(3)
The member to be etched 11 is heated by generating the gas plasma 20 (for example, 300 ° C. to 700 ° C.), and the temperature of the
TaCl (g) → TaCl (ad) (3)
基板3に吸着したTaClは、塩素ラジカルCl*により還元されてTa成分となることでTa薄膜が作製可能となる。この時の反応は、例えば、次式で表される。
TaCl(ad)+Cl*→Ta(s)+Cl2↑ ・・・・(4)
TaCl adsorbed on the
TaCl (ad) + Cl * → Ta (s) + Cl 2 ↑ (4)
更に、上式(2)において発生したガス化したTaCl(g)の一部は、基板3に吸着する(上式(3)参照)前に、塩素ラジカルCl*により還元されてガス状態のTaとなる。この時の反応は、例えば、次式で表される。
TaCl(g)+Cl*→Ta(g)+Cl2↑ ・・・・(5)
この後、ガス状態のTa成分は、基板3に成膜されてTa薄膜が作製可能となる。
Further, a part of the gasified TaCl (g) generated in the above formula (2) is reduced by the chlorine radical Cl * before being adsorbed to the substrate 3 (see the above formula (3)), and is in a gaseous state. It becomes. The reaction at this time is represented by the following formula, for example.
TaCl (g) + Cl * → Ta (g) + Cl 2 ↑ (5)
Thereafter, the Ta component in the gas state is formed on the
図2に示すように、Ta薄膜18は、基板3のトレンチ21の底面21aのみに成膜される。底面21aのみにTa薄膜18を成膜する場合、温度制御手段6により基板3の温度を被エッチング部材11の温度よりも低い温度(例えば、100℃〜300℃)に設定しているが、更に、低温側に基板3の温度を制御する(制御調整手段)。
As shown in FIG. 2, the Ta
上述した装置で基板3のトレンチに成膜を行う場合、パワー、圧力、時間等を最適にして、温度を変化させることで(底面の金属被覆厚/壁面の金属被覆厚)である被覆率を制御することができる。即ち、図3に示すように、基板3のトレンチ21における(底面21aの金属被覆厚Tb/壁面21bの金属被覆厚Tw)である被覆率は、温度が低い領域では被覆率の値が1より大きく底面21aの金属被覆厚Tbの値が大きくなり、温度を上昇させることで1に収束する、即ち、底面21aの金属被覆厚Tbと壁面21bの金属被覆厚Twが等しくなり、コンフォーマルな成膜が可能になる。
When the film is formed in the trench of the
このため、基板3のトレンチ21の底面21aのみにTa薄膜18を成膜させるため、低温側に基板3の温度を制御し、(底面21aの金属被覆厚Tb/壁面21bの金属被覆厚Tw)である被覆率を1より大きくして、トレンチ21の底面21aの金属被覆厚Tbの値を大きくする。これにより、トレンチ21の底面21aのみにTa薄膜18を成膜することができる。
For this reason, since the Ta
尚、基板3のトレンチ21の底面21aのみにTa薄膜18を成膜させる制御調整手段としては、Cl2 ガス21の供給量を制御することも可能である。具体的には、図4に示すように、トレンチ21の底面21a側(深さ下側)のCl濃度の値が小さくなるようにすると共に、トレンチ21の深さ上側のCl濃度の値が大きくなるようにすることで、即ち、初期にCl2 ガス21の供給量を多くして徐々にCl2 ガス21の供給量を減少させることで、トレンチ21の入り口側でのエッチングを促進すると共に、底面21a側での塩素ラジカルCl*によるエッチングを抑制して基板3のトレンチ21の底面21aのみにTa薄膜18を成膜させるようにしてもよい。
As a control adjustment means for forming the Ta
従って、イリジウム(Ir)や白金(Pt)等の貴金属薄膜を作製するため、塩素ラジカルCl*によるエッチングのダメージを抑えるTa薄膜18を基板3のトレンチ21の底面21aのみに、均一にしかも高速に作製することができる金属膜作製装置とすることができる。また、温度制御によりトレンチ21の底面21aだけにTa薄膜18を作製することができる。
Therefore, in order to produce a noble metal thin film such as iridium (Ir) or platinum (Pt), the Ta
(第2実施形態例)
図5に基づいて第2実施形態例を説明する。図5には第2実施形態例での成膜状況を表す断面を示してある。
(Second embodiment)
A second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a cross section showing a film formation state in the second embodiment.
第2実施形態例では、第1実施形態例においてトレンチ21の底面21aだけにTa薄膜18が作製された基板3が成膜対象の基板3となり、図1に示した装置に対して被エッチング部材が異なるものである。被エッチング部材として、貴金属であるイリジウム(Ir)製の被エッチング部材が適用され、その他の構成は同一である。このため、装置の構成の詳細な説明は省略してある。尚、貴金属としては、金や白金等の触媒作用のある貴金属を適用することも可能である。
In the second embodiment, the
即ち、図1を参照するように、触媒性の高いIr製の被エッチング部材が備えられたチャンバ1内にハロゲンを含有する原料ガスとしてのCl2ガスを供給し、被エッチング部材に対してプラズマを発生させCl2ガスで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれるIr成分とCl2ガスとの前駆体IrClを生成し、表面にトレンチ21が形成されると共に底面21aだけにTa薄膜18が作製された基板3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IrClのIr成分を基板3の表面に成膜可能とすると共に、トレンチ21の(底面の貴金属被覆厚/壁面の貴金属被覆厚)である被覆率を略1もしくは1にするような状態にCl2ガス成分量を調整(具体的には基板側の温度を調整してCl2ガスの絶対量を変えるのではなくCl2ガス成分量を制御した状態にする)することにより底面21aだけにTa薄膜18が作製された基板3のトレンチ21にIrをコンフォーマルに成膜させる。
That is, as shown in FIG. 1, Cl 2 gas as a source gas containing halogen is supplied into a chamber 1 provided with a highly catalytic Ir member to be etched, and plasma is applied to the member to be etched. to form a precursor IrCl the Ir component and Cl 2 gas contained in the etched member by etching the etched member with Cl 2 gas is generated, Ta only the
被エッチング部材をIr製とした場合の反応は、第1実施形態例における式(1)乃至(5)におけるTaをIrに置き換えたものである。図5に示すように、トレンチ21の底面21aのみにTa薄膜18が成膜された基板3のトレンチ21の底面及び壁面に対し、Ir薄膜25をコンフォーマルに成膜させる。Ir薄膜25をトレンチ21の底面及び壁面にコンフォーマルに成膜する場合、温度制御手段6により基板3の温度を制御する(制御調整手段)。
The reaction when the member to be etched is made of Ir is obtained by replacing Ta in the formulas (1) to (5) in the first embodiment with Ir. As shown in FIG. 5, an Ir
上述した装置で基板3のトレンチ21にコンフォーマルに成膜を行う場合、パワー、圧力、時間等を最適にして、温度を変化させることで図3に示したグラフから判るように、(底面の貴金属被覆厚/壁面の貴金属被覆厚)である被覆率を制御することができる。即ち、図3に示すように、基板3のトレンチ21における(底面21aの貴金属被覆厚Tb/壁面21bの貴金属被覆厚Tw)である被覆率は、温度が低い領域では被覆率の値が1より大きく底面21aの貴金属被覆厚Tbの値が大きくなり、温度を上昇させることで1に収束する、即ち、底面21aの貴金属被覆厚Tbと壁面21bの貴金属被覆厚Twが等しくなり、コンフォーマルな成膜が可能になる。
When the film is formed conformally in the
このため、底面21aのみにTa薄膜18が成膜された基板3のトレンチ21の底面及び壁面にコンフォーマルなIr薄膜25を成膜させるため、基板3の温度を制御し、(底面21aの貴金属被覆厚Tb/壁面21bの貴金属被覆厚Tw)である被覆率を略1もしくは1にする。これにより、底面21aのみにTa薄膜18が成膜された基板3のトレンチ21の底面及び壁面にコンフォーマルなIr薄膜25を成膜することができる。
For this reason, in order to form the conformal Ir
尚、底面21aのみにTa薄膜18が作製された基板3のトレンチ21の底面及び壁面にコンフォーマルなIr薄膜25を成膜させる制御調整手段としては、Cl2 ガス21の供給量を制御することも可能である。具体的には、第1実施形態例の状態とは逆に、初期にCl2 ガス21の供給量を少なくして徐々にCl2 ガス21の供給量を増加させることで、成膜初期に入り口付近での塩化物の膜厚を厚くし、成膜後期に入り口付近での多めに付けられた塩化物をエッチング過多にしながら底面21aの成膜を行い、結果として底面及び壁面の膜厚が等しくなるようにするようにしてもよい。
Incidentally, as a control adjustment means for forming a conformal Ir
従って、塩素ラジカルCl*によるエッチングのダメージを抑えるTa薄膜18が底面21aのみに成膜された基板3のトレンチ21の壁面及び底面に、不純物の少ないIr薄膜25を均一にしかも高速に作製することができる金属膜作製装置とすることができる。また、温度制御によりTa薄膜18が底面21aのみに成膜された基板3のトレンチ21の壁面及び底面にIr薄膜25を作製することができる。
Accordingly, the Ir
Ta薄膜18が底面21aのみに成膜された基板3のトレンチ21の壁面及び底面にIr薄膜25を作製した後、既存の研磨等により基板3の表面のIr薄膜25を除去してトレンチ21の壁面及び底面にのみIr薄膜25を存在させる。
After the Ir
(第3実施形態例)
図6に基づいて第3実施形態例を説明する。図6には第3実施形態例での成膜状況を表す断面を示してある。
(Third embodiment)
A third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows a cross section showing the film formation state in the third embodiment.
第3実施形態例では、第2実施形態例においてトレンチ21の底面21aにTa薄膜18が作製され、トレンチ21の壁面及び底面にのみIr薄膜25が作製された基板3が成膜対象の基板3となり、図1に示した装置に対して被エッチング部材が異なるものである。被エッチング部材として、強誘電体を構成する金属もしくは強誘電酸化物が適用され、その他の構成は同一である。このため、装置の構成の詳細な説明は省略してある。つまり、被エッチング部材として、PZTを構成する鉛、亜鉛、タンタルやSBTを構成するストロンチウム、ビスマス、タンタルが適用される。この場合、説明は省略するが、最終的に酸化物とするために成膜後に酸化処理が施される。または、被エッチング部材として、PZTやSBTそのものが適用される。以下実施形態例では、PZTを構成する鉛、亜鉛、タンタルやSBTを構成するストロンチウム、ビスマス、タンタル、または、PZTやSBTを被エッチング部材として強誘電体Sと総称する。
In the third embodiment, the
尚、PZTを構成する鉛、亜鉛、タンタルやSBTを構成するストロンチウム、ビスマス、タンタルを被エッチング部材とした場合、一つのチャンバに複数種類の金属の被エッチング部材を配置して酸化物の合金を成膜したり、異種の金属を積層して酸化物の合金を作成することが可能である。 When lead, zinc, tantalum constituting PZT, and strontium, bismuth, and tantalum constituting SBT are used as members to be etched, a plurality of kinds of metal members to be etched are arranged in one chamber to form an oxide alloy. It is possible to form an oxide alloy by forming a film or stacking different kinds of metals.
即ち、図1を参照するように、強誘電体S製の被エッチング部材が備えられたチャンバ1内にハロゲンを含有する原料ガスとしてのCl2ガスを供給し、被エッチング部材に対してプラズマを発生させCl2ガスで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる強誘電体S成分とCl2ガスとの前駆体SClを生成し、表面にトレンチ21が形成されると共に底面21aだけにTa薄膜18が作製され、トレンチ21の壁面及び底面にのみIr薄膜25が作製された基板3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SClのS成分を基板3の表面に成膜可能とすると共に、トレンチ21の(底面の強誘電体S被覆厚/壁面の強誘電体S被覆厚)である被覆率を略1もしくは1にするような状態にCl2ガス成分量を調整(具体的には基板側の温度を調整してCl2ガスの絶対量を変えるのではなくCl2ガス成分量を制御した状態にする)することにより基板3のトレンチ21に強誘電体Sをコンフォーマルに成膜させる。
That is, as shown in FIG. 1, Cl 2 gas as a source gas containing halogen is supplied into a chamber 1 provided with a member to be etched made of ferroelectric S, and plasma is generated on the member to be etched. to form a precursor SCl the ferroelectric S component and Cl 2 gas contained in the etched member by etching the etched member with Cl 2 gas is generated on the surface by the
被エッチング部材を強誘電体S製とした場合の反応は、第1実施形態例における式(1)乃至(5)におけるTaを強誘電体Sに置き換えたものである。図6に示すように、トレンチ21の底面21aのみにTa薄膜18が成膜され、トレンチ21の壁面及び底面にのみIr薄膜25が作製された基板3のトレンチ21の底面及び壁面に対し、強誘電体S薄膜26をコンフォーマルに成膜させる。強誘電体S薄膜26をトレンチ21の底面及び壁面にコンフォーマルに成膜する場合、温度制御手段6により基板3の温度を制御する(制御調整手段)。
The reaction when the member to be etched is made of the ferroelectric S is obtained by replacing Ta in the formulas (1) to (5) in the first embodiment with the ferroelectric S. As shown in FIG. 6, the Ta
上述した装置で基板3のトレンチ21にコンフォーマルに成膜を行う場合、パワー、圧力、時間等を最適にして、温度を変化させることで図3に示したグラフから判るように、(底面の強誘電体S被覆厚/壁面の強誘電体S被覆厚)である被覆率を制御することができる。即ち、図3に示すように、基板3のトレンチ21における(底面21aの強誘電体S被覆厚Tb/壁面21bの強誘電体S被覆厚Tw)である被覆率は、温度が低い領域では被覆率の値が1より大きく底面21aの強誘電体S被覆厚Tbの値が大きくなり、温度を上昇させることで1に収束する、即ち、底面21aの強誘電体S被覆厚Tbと壁面21bの強誘電体S被覆厚Twが等しくなり、コンフォーマルな成膜が可能になる。
When the film is formed conformally in the
このため、底面21aのみにTa薄膜18が成膜され、トレンチ21の壁面及び底面にのみIr薄膜25が作製された基板3のトレンチ21の底面及び壁面にコンフォーマルな強誘電体S薄膜26を成膜させるため、基板3の温度を制御し、(底面21aの強誘電体S被覆厚Tb/壁面21bの強誘電体S被覆厚Tw)である被覆率を略1もしくは1にする。これにより、底面21aのみにTa薄膜18が成膜され、トレンチ21の壁面及び底面にのみIr薄膜25が作製された基板3のトレンチ21の底面及び壁面にコンフォーマルな強誘電体S薄膜26を成膜することができる。
Therefore, the Ta
尚、コンフォーマルな強誘電体S薄膜26を成膜させる制御調整手段としては、前述同様に、Cl2 ガス21の供給量を制御することも可能である。具体的には、第1実施形態例の状態とは逆に、初期にCl2 ガス21の供給量を少なくして徐々にCl2 ガス21の供給量を増加させることで、成膜初期に入り口付近での塩化物の膜厚を厚くし、成膜後期に入り口付近での多めに付けられた塩化物をエッチング過多にしながら底面21aの成膜を行い、結果として底面及び壁面の膜厚が等しくなるようにするようにしてもよい。
As a control adjustment means for forming the conformal ferroelectric S
従って、塩素ラジカルCl*によるエッチングのダメージを抑えるTa薄膜18が底面21aのみに成膜され、トレンチ21の壁面及び底面にのみIr薄膜25が作製された基板3のトレンチ21の壁面及び底面に、不純物の少ない強誘電体S薄膜26を均一にしかも高速に作製することができる金属膜作製装置とすることができる。また、温度制御によりTa薄膜18が底面21aのみに成膜され、トレンチ21の壁面及び底面にのみIr薄膜25が作製された基板3のトレンチ21の壁面及び底面に強誘電体S薄膜26を作製することができる。
Therefore, a Ta
そして、キャパシタの断面を表す図7に示すように、図5に示した第2実施形態例の金属膜作製装置を用いて強誘電体S薄膜26の表面にIr薄膜25を作製し、強誘電体SをIr薄膜25(電極)で挟んだ立体構造のキャパシタ28とされる。尚、強誘電体S薄膜26の表面に作製するIr薄膜25は金属膜作製装置を用いるだけでなく、パターンニング等により作製することも可能である。
Then, as shown in FIG. 7 showing a cross section of the capacitor, an Ir
図8に示すように、上述した立体構造のキャパシタ28は、トランジスタ31に接続され、FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory:強誘電体メモリ)32とされる。立体構造のキャパシタ28として、極めて薄い膜厚の強誘電体とすることで、電荷を溜める面積を確保して小型化を達成することができる。
As shown in FIG. 8, the above-described three-
(第4実施形態例)
図9に基づいて第4実施形態例を説明する。第4実施形態例は、前述した実施形態例の金属膜作製装置を並設し、金属膜作製装置の間で基板を搬送する移動手段を設け、更に、それぞれの金属膜作製装置での成膜を連動して同時に行わせる制御手段を備え、移動手段及び制御手段を連動させることで基板に対する成膜を連続して行ってキャパシタ(強誘電体メモリ)を製造する強誘電体メモリ製造装置(キャパシタ製造装置)である。図9には強誘電体メモリ製造装置(キャパシタ製造装置)の概略平面状態を示してある。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment will be described with reference to FIG. In the fourth embodiment, the metal film production apparatuses of the above-described embodiment examples are arranged side by side, provided with a moving means for transporting the substrate between the metal film production apparatuses, and further, the film formation in each metal film production apparatus A ferroelectric memory manufacturing apparatus (capacitor) for manufacturing a capacitor (ferroelectric memory) by continuously performing film formation on a substrate by interlocking the moving means and the control means. Manufacturing equipment). FIG. 9 shows a schematic plan view of a ferroelectric memory manufacturing apparatus (capacitor manufacturing apparatus).
図に示すように、多角形型の真空チャンバ35には開閉アーム及び把持アームからなるアーム機構36が旋回自在に設けられ、真空チャンバ35には基板加工用チャンバ37が接続されている。基板加工用チャンバ37には金属膜が作製される基板3が搬入されたり、所望の成膜が完了した基板3が搬送されて所定の処理が施される。多角形型の真空チャンバ35の周囲には、第1実施形態例の金属膜作製装置、第2実施形態例の金属膜作製装置、第3実施形態例の金属膜作製装置、第1実施形態例の金属膜作製装置が順に配設され、移動手段としてのアーム機構36によって基板3が搬出入される。
As shown in the figure, a
金属膜作製装置は、制御手段38により動作が制御される。即ち、金属膜作製装置の成膜動作が連動して制御され、基板3に対する成膜が各金属膜作製で同時に行われる。そして、移動手段としてのアーム機構36の動作と制御手段とが連動され、基板3の成膜が連続して行われる。
The operation of the metal film manufacturing apparatus is controlled by the control means 38. That is, the film forming operation of the metal film manufacturing apparatus is controlled in conjunction with each other, and the film formation on the
基板加工用チャンバ37及び各金属膜作製装置の間でアーム機構36により基板3の搬出入を行い、搬送と成膜を制御手段38により連動させて同時の成膜を順次繰り返す。これにより、立体構造のキャパシタ28もしくはFeRAM32が構成された基板が効率よく作製される。従って、貴金属薄膜及び強誘電体を均一にしかも高速に作製することができるキャパシタ製造装置となる。また、貴金属薄膜及び強誘電体を均一にしかも高速に作製してトランジスタに接続されるキャパシタとし、強誘電体メモリとすることができる強誘電体メモリ製造装置となる。
The
(第5実施形態例)
金属膜作製装置の他の実施形態例を説明する。図10には本発明の他の実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。
(Fifth embodiment)
Another embodiment of the metal film manufacturing apparatus will be described. FIG. 10 shows a schematic side view of a metal film manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.
第5実施形態例の金属膜作製装置は、第1実施形態例乃至第3実施形態例に対して一部構成を追加したものである。被エッチング部材としては、高融点金属でありトレンチの底面にのみに成膜されるタルタンタル(Ta)、貴金属であるイリジウム(Ir)、PZTを構成する鉛、亜鉛、タンタルやSBTを構成するストロンチウム、ビスマス、タンタル、または、PZTやSBTそのものが適用可能である。このため、図1に示した部材と同一部材には同一符号を付し、被エッチング部材としては全ての材料を総称してMと記載して説明する。 The metal film manufacturing apparatus of the fifth embodiment is obtained by adding a part of the configuration to the first to third embodiments. Examples of the member to be etched include tantalum (Ta) which is a high melting point metal and is formed only on the bottom surface of the trench, iridium (Ir) which is a noble metal, lead, zinc which constitutes PZT, strontium which constitutes tantalum and SBT, Bismuth, tantalum, or PZT or SBT itself can be applied. Therefore, the same members as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and all materials as members to be etched are collectively described as M.
第5実施形態例の金属膜作製装置は、第1実施形態例乃至第3実施形態例で適用される金属材料で形成される被エッチング部材が備えられたチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給し、被エッチング部材に対して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、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基板に成膜させ、被エッチング部材に対応してハロゲンガスを励起したラジカルを供給し、基板に成膜された前駆体の金属成分を析出させて成膜を行うものである。 In the metal film manufacturing apparatus of the fifth embodiment, a source gas containing halogen is introduced into a chamber provided with an etched member formed of a metal material applied in the first to third embodiments. Supplying a source gas plasma to the member to be etched and etching the member to be etched with the source gas plasma to generate a precursor of the metal component and the source gas contained in the member to be etched, and the temperature on the substrate side The precursor is formed into a film on the substrate by lowering the temperature of the member to be etched, the radical excited by the halogen gas is supplied corresponding to the member to be etched, and the metal component of the precursor formed on the substrate is The film is formed by deposition.
図10に示すように、円筒状に形成された、例えば、セラミックス製(絶縁材製)のチャンバ1の底部近傍には支持台2が設けられ、支持台2には基板3が載置される。支持台2にはヒータ4及び冷媒流通手段5を備えた温度制御手段6が設けられ、支持台2は温度制御手段6により所定温度(例えば、基板3が100℃から300℃に維持される温度)に制御される。尚、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。
As shown in FIG. 10, for example, a support base 2 is provided near the bottom of a chamber 1 made of, for example, ceramics (made of an insulating material), and a
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8が設けられ、プラズマアンテナ8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8には整合器9及び電源10が接続されて高周波が供給される。プラズマアンテナ8、整合器9及び電源10により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, ceramic). A plasma antenna 8 for converting the inside of the chamber 1 into plasma is provided above the ceiling plate 7, and the plasma antenna 8 is formed in a planar ring shape parallel to the surface of the ceiling plate 7. A matching unit 9 and a
チャンバ1には所望の金属材料M製の被エッチング部材11が保持され、被エッチング部材11はプラズマアンテナ8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11は、棒状の突起部12とリング部13とからなり、突起部12がチャンバ1の中心側に延びるようにリング部13が設けられている。これにより、被エッチング部材11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。
The chamber 1 holds a member 11 to be etched made of a desired metal material M. The member 11 to be etched is disposed between the
尚、プラズマアンテナ8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。 In addition, as a structure which makes it a discontinuous state with respect to the electric flow of the plasma antenna 8, it is also possible to form a to-be-etched member in a grid | lattice form, or a mesh | network form.
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を含有する原料ガス(Cl2 ガス)21を供給する原料ガス供給手段としてのノズル14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14には流量制御器15を介してCl2 ガス21が送られる。成膜に関与しないガス等は排気口16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17によって所定の圧力に維持される。
Around the cylindrical portion of the chamber 1, a plurality of
尚、原料ガスに含有されるハロゲンとしては、フッ素、臭素及びヨウ素等を適用することが可能である。 Note that fluorine, bromine, iodine, and the like can be applied as the halogen contained in the source gas.
チャンバ1の筒部における被エッチング部材11の下部にはチャンバ1に開口するスリット状の開口部41が形成され、開口部41には筒状の通路42の一端が固定されている。通路42の途中には絶縁体で形成された筒状の励起室43が設けられ、励起室43の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ44が巻回されている。
A slit-
プラズマアンテナ44には整合器45及び電源46が接続されて給電が行われる。通路42の他端側には流量制御器47が接続され、流量制御器47を介して通路42内にCl* を得るためのCl2 ガスが供給される。これら、プラズマアンテナ44及び整合器45及び電源46及び流量制御器47によりハロゲンガスのラジカル供給手段が構成されている。 A matching unit 45 and a power source 46 are connected to the plasma antenna 44 to supply power. A flow rate controller 47 is connected to the other end side of the passage 42, and Cl 2 gas for obtaining Cl * is supplied into the passage 42 via the flow rate controller 47. The plasma antenna 44, the matching unit 45, the power source 46, and the flow rate controller 47 constitute a halogen gas radical supply means.
上述した薄膜作製装置では、チャンバ1の内部にノズル14からCl2 ガスを供給する。プラズマアンテナ8から電磁波をチャンバ1の内部に入射することで、Cl2 ガス21をイオン化してCl2 ガスプラズマを発生させる。プラズマは、ガスプラズマ20で図示する領域に発生する。この時の反応は、次式で表すことができる。
Cl2→2Cl* ・・・・(11)
ここで、Cl*は塩素ラジカルを表す。
In the thin film manufacturing apparatus described above, Cl 2 gas is supplied from the
Cl 2 → 2Cl * (11)
Here, Cl * represents a chlorine radical.
ガスプラズマ20がM製の被エッチング部材11に作用することにより、被エッチング部材11が加熱されると共に、Mにエッチング反応が生じる。この時の反応は、例えば、次式で表される。
M(s)+Cl* →MCl(g) ・・・・(12)
ここで、sは固体状態、gはガス状態を表す。式(12)は、Mがガスプラズマ20によりエッチングされ、前駆体51とされた状態である。
When the gas plasma 20 acts on the member 11 to be etched, the member 11 to be etched is heated and an etching reaction occurs in M. The reaction at this time is represented by the following formula, for example.
M (s) + Cl * → MCl (g) (12)
Here, s represents a solid state and g represents a gas state. Formula (12) is a state in which M is etched by the gas plasma 20 to be a precursor 51.
ガスプラズマ20を発生させることにより被エッチング部材11を加熱し(例えば、300℃〜700℃)、更に、温度制御手段6により基板3の温度を被エッチング部材11の温度よりも低い温度(例えば、100℃〜300℃)に設定する。この結果、前駆体51は基板3に吸着(成膜)される。この時の反応は、例えば、次式で表される。
MCl(g)→MCl(ad) ・・・・(13)
The member to be etched 11 is heated by generating the gas plasma 20 (for example, 300 ° C. to 700 ° C.), and the temperature of the
MC1 (g) → MC1 (ad) (13)
この状態で、ノズル14からのCl2 ガス21を停止すると同時に、通路42からチャンバ1の内部に塩素ラジカルCl*を供給する。基板3に吸着したMClは、塩素ラジカルCl*により還元されてM成分となることでM薄膜が作製可能となる。この時の反応は、例えば、次式で表される。
MCl(ad)+Cl*→M(s)+Cl2↑ ・・・・(14)
In this state, the Cl 2 gas 21 from the
MCl (ad) + Cl * → M (s) + Cl 2 ↑ (14)
更に、上式(12)において発生したガス化したMCl(g)の一部は、基板3に吸着する(上式(13)参照)前に、塩素ラジカルCl*により還元されてガス状態のMとなる。この時の反応は、例えば、次式で表される。
MCl(g)+Cl*→M(g)+Cl2↑ ・・・・(15)
この後、ガス状態のM成分は、基板3に成膜されてM薄膜が作製可能となる。
Further, a part of the gasified MCl (g) generated in the above formula (12) is reduced by the chlorine radical Cl * before being adsorbed on the substrate 3 (see the above formula (13)), and is in a gaseous state. It becomes. The reaction at this time is represented by the following formula, for example.
MCl (g) + Cl * → M (g) + Cl 2 ↑ (15)
Thereafter, the gaseous M component is deposited on the
上述した金属膜作製装置は、励起室43からの塩素ラジカルCl*を用いて基板3に吸着したMClを還元し、M薄膜が作製されるので、プラズマによる基板へのダメージを最小限に抑制することが可能になる。
In the metal film manufacturing apparatus described above, MCl adsorbed on the
本発明は、例えば、高融点金属や貴金属を微細な穴に作製する金属膜製装置及び金属膜作製方法の産業分野で利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used, for example, in the industrial field of a metal film production apparatus and a metal film production method for producing a refractory metal or a noble metal into fine holes.
また、本発明は、高融点金属や貴金属が微細な穴に作製された基板に強誘電体の膜を作製する金属膜作製装置及び金属膜作製方法の産業分野で利用することができる。 Further, the present invention can be used in the industrial field of a metal film manufacturing apparatus and a metal film manufacturing method for manufacturing a ferroelectric film on a substrate in which a refractory metal or a noble metal is formed in a fine hole.
また、本発明は、高融点金属や貴金属が積層された基板に強誘電体の膜を作製してキャパシタを製造するキャパシタ製造装置及びキャパシタとトランジスタを接続した強誘電体メモリを製造する強誘電体メモリ製造装置の産業分野で利用することができる。 The present invention also relates to a capacitor manufacturing apparatus for manufacturing a capacitor by manufacturing a ferroelectric film on a substrate on which a refractory metal or a noble metal is laminated, and a ferroelectric material for manufacturing a ferroelectric memory in which a capacitor and a transistor are connected. It can be used in the industrial field of memory manufacturing equipment.
1 チャンバ
2 支持台
3 基板
4 ヒータ
5 冷媒流通手段
6 温度制御手段
7 天井板
8 プラズマアンテナ
9 整合器
10 電源
11 被エッチング部材
12 突起部
13 リング部
14 ノズル
15 流量制御器
16 排気口
17 真空装置
18 Ta薄膜
21 トレンチ
25 Ir薄膜
26 強誘電体S薄膜
28 キャパシタ
31 トランジスタ
32 FeRAM
35 多角形型真空チャンバ
36 アーム機構
37 基板加工用チャンバ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chamber 2
35 Polygon
Claims (4)
基板が対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、
チャンバの内部にハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、
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の金属成分を基板側に成膜可能とすると共に前駆体の金属成分を表面の微細穴の底面だけに成膜させる制御調整手段と
を備え、
前記制御調整手段は、基板側の温度を低温側に制御することで、微細穴の(底面の金属被覆厚/壁面の金属被覆厚)である被覆率を1より大きくする機能
を備えていることを特徴とする金属膜作製装置。 A chamber in which a substrate having a fine hole formed on the surface is stored;
A metal member to be etched provided in a chamber at a position facing the substrate;
A source gas supply means for supplying a source gas containing halogen into the chamber;
Plasma generating means for generating a precursor of a metal component and a source gas contained in the member to be etched by generating a source gas plasma by etching the inside of the chamber and etching the member to be etched with the source gas plasma;
By adjusting the temperature on the substrate side to be lower than the temperature of the member to be etched, the metal component of the precursor can be deposited on the substrate side, and the metal component of the precursor is deposited only on the bottom surface of the fine hole on the surface. and means,
The control adjusting means functions to increase the coverage ratio, which is a fine hole (the thickness of the metal coating on the bottom surface / the thickness of the metal coating on the wall surface), from 1 by controlling the temperature on the substrate side to the low temperature side.
An apparatus for producing a metal film, comprising:
被エッチング部材は融点が1500℃以上の高融点金属である
ことを特徴とする金属膜作製装置。 The metal film manufacturing apparatus according to claim 1 ,
The member to be etched is a refractory metal having a melting point of 1500 ° C. or higher.
チャンバと、
基板が対向する位置におけるチャンバに設けられる貴金属製の被エッチング部材と、
チャンバの内部にハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エ
ッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる貴金属成分と原料
ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、
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の貴金属成分
を基板側に成膜可能とすると共に前駆体の貴金属成分を表面の微細穴の底面及び壁面に成
膜させる制御調整手段と
を備え、
前記制御調整手段は、基板側の温度を制御することで、微細穴の(底面の貴金属被覆厚/壁面の貴金属被覆厚)である被覆率を略1もしくは1にする機能
を備えていることを特徴とする金属膜作製装置。 A chamber that accommodates a substrate in which a fine hole is formed on the surface and a refractory metal film is formed only on the bottom surface;
A member to be etched made of noble metal provided in a chamber at a position where the substrate faces;
A source gas supply means for supplying a source gas containing halogen into the chamber;
Plasma generating means for generating a precursor of a noble metal component contained in the member to be etched and a source gas by generating a source gas plasma by plasmaizing the inside of the chamber and etching the member to be etched with the source gas plasma;
By making the temperature on the substrate side lower than the temperature of the member to be etched, the noble metal component of the precursor can be deposited on the substrate side, and at the same time, the noble metal component of the precursor is deposited on the bottom surface and the wall surface of the fine holes on the surface. and an adjustment means,
The control / adjusting means controls the temperature on the substrate side so that the coverage of the fine holes (the thickness of the noble metal coating on the bottom surface / the thickness of the noble metal coating on the wall surface) is approximately 1 or 1.
An apparatus for producing a metal film, comprising:
被エッチング部材は基板に対して触媒性の高い貴金属である
ことを特徴とする金属膜作製装置。 In the metal film production apparatus of Claim 3 ,
The metal film manufacturing apparatus, wherein the member to be etched is a noble metal having high catalytic properties with respect to the substrate.
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