JP4374332B2 - 薄膜作製装置及び薄膜作製方法 - Google Patents
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Description
本発明は、高蒸気圧ハロゲン化物を作る金属乃至これを含む複合金属で形成した被エッチング部材にハロゲンガスを作用させてそのハロゲン化物である前駆体を形成し、この前駆体を基板上に吸着させて所定の金属薄膜を形成する薄膜作製装置及び薄膜作製方法に関する。
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。
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内に設置し、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）。
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、被エッチング部材をＣｕ、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）に制御し、また基板を低温（例えば２００°Ｃ程度）に制御することにより、基板にＣｕ薄膜を形成することができる。
また、上記新方式のプラズマＣＶＤ装置において、被エッチング部材をエッチングして形成していた前駆体は、必ずしもハロゲンガスのプラズマを形成しなくても得ることができることが分かってきた。即ち、ハロゲンガスを高温の被エッチング部材に作用させるだけでもこの被エッチング部材がサーマルエッチングされる結果、所望の前駆体を得ることができる。そして、この前駆体を基板上に吸着させた後、ハロゲンを引き抜くことにより所望の金属の薄膜を基板上に析出させることができる。
上記新方式のプラズマＣＶＤ装置において、ハロゲンガスのプラズマを形成して被エッチング部材をエッチングする場合、及び、高温の被エッチング部材にハロゲンガスを作用させる場合のいずれにおいても、安定した成膜を行うためにはハロゲンガスを均一に供給する必要がある。一般的にプラズマＣＶＤ装置においては、チャンバの天井部分にプラズマ源となるアンテナ等が設置されているため、チャンバの側部からハロゲンの供給を行っているのが現状である。このため、供給ノズルをチャンバの中央部まで延設する等してハロゲンガスの供給の均一化を図っているが、均一化には限度がありハロゲンガスの供給の更なる均一化が臨まれているのが実情である。
本発明は、上述の如き新方式のプラズマＣＶＤ装置において、ハロゲンガスの供給を均一にして均等な薄膜を作成することができる薄膜作製装置及び薄膜作製方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための第１の態様の薄膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、前記チャンバの上面部に設けられ、ハロゲンガスが供給される流体室を有すると共に供給されたハロゲンガスをチャンバ内に向けて噴出させる多数の噴出孔が前記流体室の下面に形成されたシャワーヘッドと、高蒸気圧ハロゲン化物を生成し得る元素を含む材料で形成される被エッチング部材と、前記被エッチング部材を所定の温度に加熱することで加熱された前記被エッチング部材に前記シャワーヘッドから噴出されたハロゲンガスが接触した際に前記元素とハロゲンとの化合物である前駆体のガスを形成させる加熱手段と、前記チャンバの内部にハロゲンラジカルを供給するハロゲンラジカル供給手段と、前記基板の温度を相対的に低温の所定温度に制御して前記加熱手段により形成された前記前駆体のガスを前記基板に吸着させると共に前記基板に吸着状態となっている前記前駆体に前記ハロゲンラジカル供給手段から供給された前記ハロゲンラジカルを作用させて前記前駆体を還元することで前記前駆体の前記元素成分を析出させて所定の成膜を行う温度制御手段とを備えたことを特徴とする。
第１の態様では、加熱手段で加熱された被エッチング部材に対し、ハロゲンガスをシャワーヘッドから供給するので、ハロゲンガスの供給を均一にして前駆体のガスを均一に形成することができる。このため、均等な薄膜を作成することが可能になる。
上記目的を達成するための第２の態様の薄膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、前記チャンバの上面部に設けられ、ハロゲンガスが供給される流体室を有すると共に供給されたハロゲンガスをチャンバ内に向けて噴出させる多数の噴出孔が前記流体室の下面に形成されたシャワーヘッドと、高蒸気圧ハロゲン化物を生成し得る元素を含む材料で形成される被エッチング部材と、チャンバ内をプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させてハロゲンラジカルを生成し、前記被エッチング部材を前記ハロゲンラジカルでエッチングすることにより、前記元素と前記ハロゲンとの化合物である前駆体のガスを形成するプラズマ発生手段と、前記基板の温度を前記被エッチング部材側の温度よりも低くして前記前駆体のガスを前記基板に吸着させると共に前記基板に吸着状態となっている前記前駆体に前記プラズマ発生手段により生成された前記ハロゲンラジカルを作用させて前記前駆体を還元することで前記前駆体の前記元素成分を析出させて所定の成膜を行う温度制御手段とを備えたことを特徴とする。
第２の態様では、ハロゲンガスをシャワーヘッドから被エッチング部材に対して供給するので、均一な分布でハロゲンラジカルが生成されて前駆体のガスを均一に形成することができる。このため、均等な薄膜を作成することが可能になる。
上記目的を達成するための第３の態様の薄膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、前記チャンバの上面部に設けられ、ハロゲンガスが供給される流体室を有すると共に供給されたハロゲンガスをチャンバ内に向けて噴出させる多数の噴出孔が前記流体室の下面に形成されたシャワーヘッドと、高蒸気圧ハロゲン化物を生成し得る元素を含む材料で形成される被エッチング部材と、チャンバ内をプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させてハロゲンラジカルを生成し、前記ハロゲンラジカルにより前記温度維持手段により所定温度に維持された前記被エッチング部材をエッチングすることにより、前記元素と前記ハロゲンとの化合物である前駆体のガスを形成するプラズマ発生手段と、前記チャンバの内部にハロゲンラジカルを供給するハロゲンラジカル供給手段と、前記基板の温度を前記被エッチング部材側の温度よりも低くして前記前駆体のガスを前記基板に吸着させると共に前記基板に吸着状態となっている前記前駆体に前記ハロゲンラジカル供給手段から供給された前記ハロゲンラジカルを作用させて前記前駆体を還元することで前記前駆体の前記元素成分を析出させて所定の成膜を行う温度制御手段とを備えたことを特徴とする。
第３の態様では、ハロゲンガスをシャワーヘッドから被エッチング部材に対して供給するので、均一な分布でハロゲンラジカルが生成されて前駆体のガスを均一に形成することができる。このため、均等な薄膜を作成することが可能になる。
そして、第４の態様の薄膜作製装置は、第２の態様もしくは第３の態様のいずれかに記載の薄膜作製装置において、前記基板側にバイアス電圧を印加するバイアス手段を前記流体室と前記基板側との間に備えたことを特徴とする。
第４の態様では、バイアス手段により基板側にバイアス電圧を印加するので、前駆体やハロゲンラジカルが基板に引き込まれて、例えば、狭いホールなどに対しても効率的に薄膜を作成することができる。
また、第５の態様の薄膜作製装置は、第２の態様乃至第４の態様のいずれかに記載の薄膜作製装置において、前記被エッチング部材を所定の温度に加温する温度維持手段を備えたことを特徴とする。
第５の態様では、温度維持手段により被エッチング部材を加温することで、被エッチング部材を材料に応じた最適な温度に維持することができる。
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の薄膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、前記チャンバの上面部に設けられ、ハロゲンガスが供給される流体室を有すると共に供給されたハロゲンガスをチャンバ内に向けて噴出させる多数の噴出孔が前記流体室の下面に形成されたシャワーヘッドと、高蒸気圧ハロゲン化物を生成し得る元素を含む材料で形成される被エッチング部材と、前記被エッチング部材を所定の温度に加熱することで加熱された前記被エッチング部材に前記シャワーヘッドから噴出されたハロゲンガスが接触した際に前記元素とハロゲンとの化合物である前駆体のガスを形成させる加熱手段と、チャンバ内をプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させてハロゲンラジカルを生成し、前記ハロゲンラジカルで前記被エッチング部材をエッチングすることにより、前記元素と前記ハロゲンとの化合物である前駆体のガスを形成するプラズマ発生手段と、前記チャンバの内部にハロゲンラジカルを供給するハロゲンラジカル供給手段と、前記基板の温度を前記被エッチング部材側の温度よりも低くして、前記加熱手段により形成された前記前駆体のガスもしくは前記プラズマ発生手段により生成された前記前駆体のガスを前記基板に吸着させると共に、前記基板に吸着状態となっている前記前駆体に、前記ハロゲンラジカル供給手段から供給された前記ハロゲンラジカルもしくは前記プラズマ発生手段により生成された前記ハロゲンラジカルを作用させて前記前駆体を還元することで前記前駆体の前記元素成分を析出させて所定の成膜を行う温度制御手段と、前記加熱手段により形成された前記前駆体のガスを前記基板に吸着させて前記ハロゲンラジカル供給手段から供給された前記ハロゲンラジカルにより前記前駆体を還元する熱励起状態、もしくは、前記プラズマ発生手段により生成された前記前駆体のガスを前記基板に吸着させて前記プラズマ発生手段により生成された前記ハロゲンラジカルにより前記前駆体を還元するプラズマ励起状態を選択する選択手段とを備えたことを特徴とする。
請求項１に係る本発明では、加熱手段で加熱された被エッチング部材に対し、ハロゲンガスをシャワーヘッドから供給してハロゲンガスの供給を均一にして前駆体のガスを均一に形成する状態と、ハロゲンガスをシャワーヘッドから被エッチング部材に対して供給して均一な分布でハロゲンラジカルが生成されて前駆体のガスを均一に形成する状態とを、選択手段により選択することができるので、被エッチング部材の材料や処理時間の状況等に応じて熱励起状態での薄膜作製とプラズマ励起による薄膜作製とを使い分けることが可能になる。
そして、本発明の請求項２に係る薄膜作製装置は、請求項１に記載の薄膜作製装置において、前記選択手段は、プラズマ発生手段により発生するプラズマ領域の位置と前記プラズマ領域を外れた位置との間で前記被エッチング部材を相対的に移動させる移動手段であることを特徴とする。
請求項２に係る本発明では、被エッチング部材を相対的に移動させることにより熱励起状態での薄膜作製とプラズマ励起による薄膜作製とを使い分けることができる。
上記目的を達成するための第８の態様の薄膜作製方法は、チャンバ内で高蒸気圧ハロゲン化物を生成し得る元素を含む材料で形成される被エッチング部材を加熱し、加熱された前記被エッチング部材にシャワーヘッドから噴出されたハロゲンガスを接触させて前記元素とハロゲンとの化合物である前駆体のガスを形成し、チャンバの外部からハロゲンラジカルを供給し、基板の温度を相対的に低温の所定温度に制御して前記前駆体のガスを前記基板に吸着させると共に前記基板に吸着状態となっている前記前駆体に外部から供給された前記ハロゲンラジカルを作用させて前記前駆体を還元することで前記前駆体の前記元素成分を析出させて所定の成膜を行うことを特徴とする。
第８の態様では、加熱された被エッチング部材に対し、ハロゲンガスをシャワーヘッドから供給するので、ハロゲンガスの供給を均一にして前駆体のガスを均一に形成することができる。このため、均等な薄膜を作成することが可能になる。
上記目的を達成するための第９の態様の薄膜作製方法は、チャンバ内にシャワーヘッドからハロゲンガスを供給し、チャンバ内をプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させてハロゲンラジカルを生成し、前記温度維持手段で所定温度に維持された前記被エッチング部材をプラズマ励起による前記ハロゲンラジカルでエッチングすることにより前記元素と前記ハロゲンとの化合物である前駆体のガスを形成し、基板の温度を前記被エッチング部材側の温度よりも低くして前記前駆体のガスを前記基板に吸着させると共に前記基板に吸着状態となっている前記前駆体にプラズマ励起による前記ハロゲンラジカルを作用させて前記前駆体を還元することで前記前駆体の前記元素成分を析出させて所定の成膜を行うことを特徴とする。
第９の態様では、ハロゲンガスをシャワーヘッドから被エッチング部材に対して供給するので、均一な分布でハロゲンラジカルが生成されて前駆体のガスを均一に形成することができる。このため、均等な薄膜を作成することが可能になる。
上記目的を達成するための第１０の態様の薄膜作製方法は、チャンバ内にシャワーヘッドからハロゲンガスを供給し、チャンバ内をプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させてハロゲンラジカルを生成し、前記温度維持手段で所定温度に維持された前記被エッチング部材をプラズマ励起による前記ハロゲンラジカルでエッチングすることにより前記元素と前記ハロゲンとの化合物である前駆体のガスを形成する一方、チャンバの外部からハロゲンラジカルを供給し、基板の温度を前記被エッチング部材側の温度よりも低くして前記前駆体のガスを前記基板に吸着させると共に前記基板に吸着状態となっている前記前駆体に外部から供給された前記ハロゲンラジカルを作用させて前記前駆体を還元することで前記前駆体の前記元素成分を析出させて所定の成膜を行うことを特徴とする。
第１０の態様では、ハロゲンガスをシャワーヘッドから被エッチング部材に対して供給するので、均一な分布でハロゲンラジカルが生成されて前駆体のガスを均一に形成することができる。このため、均等な薄膜を作成することが可能になる。
そして、第１１の態様の薄膜作製方法は、第９の態様もしくは第１０の態様のいずれかの薄膜作製方法において、前記基板側にバイアス電圧を印加して前記前駆体のガス及び前記ハロゲンラジカルを前記基板に引き込むことを特徴とする。
第１１の態様では、基板側にバイアス電圧を印加するので、前駆体やハロゲンラジカルが基板に引き込まれて、例えば、狭いホールなどに対しても効率的に薄膜を作成することができる。
また、第１２の態様の薄膜作製方法は、第９の態様乃至第１１の態様のいずれかの薄膜作製方法において、前記被エッチング部材を所定の温度に加温することを特徴とする。
第１２の態様では、被エッチング部材を加温することで、被エッチング部材を材料に応じた最適な温度に維持することができる。
上記目的を達成するための第１３の態様の薄膜作製方法は、チャンバ内で高蒸気圧ハロゲン化物を生成し得る元素を含む材料で形成される被エッチング部材を加熱し、加熱された前記被エッチング部材にシャワーヘッドから噴出されたハロゲンガスを接触させて熱励起で前記元素とハロゲンとの化合物である前駆体のガスを形成し、もしくは、チャンバ内をプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させてハロゲンラジカルを生成し、前記ハロゲンラジカルにより前記温度維持手段により所定温度に維持された前記被エッチング部材をエッチングすることにより、プラズマ励起で前記元素と前記ハロゲンとの化合物である前駆体のガスを形成する一方、チャンバの外部からハロゲンラジカルを供給し、前記基板の温度を前記被エッチング部材側の温度よりも低くして、前記熱励起で形成された前記前駆体のガス、もしくは、前記プラズマ励起で生成された前記前駆体のガスを前記基板に吸着させると共に、前記基板に吸着状態となっている前記前駆体に、外部から供給された前記ハロゲンラジカル、もしくは、プラズマ励起で生成された前記ハロゲンラジカルを作用させて前記前駆体を還元することで前記前駆体の前記元素成分を析出させて所定の成膜を行うようにし、前記熱励起で形成された前記前駆体のガスを前記基板に吸着させて外部から供給された前記ハロゲンラジカルにより前記前駆体を還元する熱励起状態、もしくは、前記プラズマ励起で生成された前記前駆体のガスを前記基板に吸着させてプラズマ励起で生成された前記ハロゲンラジカルにより前記前駆体を還元するプラズマ励起状態を選択し、熱励起による成膜もしくはプラズマ励起による成膜を選択的に行うことを特徴とする。
第１３の態様では、加熱された被エッチング部材に対しハロゲンガスをシャワーヘッドから供給してハロゲンガスの供給を均一にして前駆体のガスを均一に形成する状態と、ハロゲンガスをシャワーヘッドから被エッチング部材に対して供給して均一な分布でハロゲンラジカルを生成して前駆体のガスを均一に形成した状態とを、選択することができるので、被エッチング部材の材料や処理時間の状況等に応じて熱励起状態での薄膜作製とプラズマ励起による薄膜作製とを使い分けることが可能になる。
そして、第１４の態様の薄膜作製方法は、第１３の態様の薄膜作製方法において、プラズマ励起時のプラズマ領域の位置と前記プラズマ領域を外れた位置との間で前記被エッチング部材を相対的に移動させて熱励起による成膜もしくはプラズマ励起による成膜を選択することを特徴とする。
第１４の態様では、被エッチング部材を相対的に移動させることにより熱励起状態での薄膜作製とプラズマ励起による薄膜作製とを使い分けることができる。
本発明の薄膜作製装置は、前述した新方式のプラズマＣＶＤ装置において、ハロゲンガスの供給を均一にして均等な薄膜を作成することができる薄膜作製装置となる。
また、本発明の薄膜作製方法は、前述した新方式のプラズマＣＶＤ装置において、ハロゲンガスの供給を均一にして均等な薄膜を作成することができる薄膜作製方法となる。
以下本発明の実施の形態に係る薄膜作製装置及び薄膜作製方法を図面に基づき詳細に説明する。
（第１実施形態例）
図１には本発明の第１実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面、図２には被エッチング部材の全体の斜視状態、図３には被エッチング部材の要部断面を示してある。
図１には本発明の第１実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面、図２には被エッチング部材の全体の斜視状態、図３には被エッチング部材の要部断面を示してある。
図１に示すように、円筒状に形成されたチャンバ１（例えば、アルミニウム製）の下部には支持台２が設けられ、支持台２には基板３が載置されている。支持台２にはヒータ４及び冷媒流通手段５からなる温度制御手段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。
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の中央部にはシャワーヘッド１１が設けられている。シャワーヘッド１１はハロゲンガスとしての塩素ガス（Ｃｌ２ガス）が供給される金属製（アルミニウム等）の流体室１２を有し、流体室１２の底面にはチャンバ１内を臨む多数の噴射孔１３が形成された噴射板１４が設けられている。流体室１２に供給されたＣｌ２ガスは噴射板１４の噴射孔１３からチャンバ１内に向けて噴射される。流体室１２の上部にはノズル１０が接続され、ノズル１０を介してＣｌ２ガスが流体室１２内に供給される。
シャワーヘッド１１からＣｌ２ガスをチャンバ１内に供給することで、Ｃｌ２ガスの供給を均一に行うことができ、後述する前駆体を均一に生成して均等な薄膜を作成することが可能になる。
シャワーヘッド１１の下部におけるチャンバ１には高蒸気圧ハロゲン化物を生成し得る元素を含む材料である銅（Ｃｕ）製の被エッチング部材１５が備えられ、被エッチング部材１５の上側（シャワーヘッド側）には加熱手段としてのヒータ手段１６が設けられている。被エッチング部材１５とヒータ手段１６は一体に構成されて材料供給手段１７とされ、被エッチング部材１５を所定の温度で加熱することにより、加熱された被エッチング部材１５と噴射孔１３から噴射されたＣｌ２ガスが接触してＣｕと塩素との化合物である前駆体のガス（ＣｕＣｌ）が形成される。
尚、チャンバ１には高蒸気圧ハロゲン化物を生成し得る元素を含む材料で形成される被エッチング部材としては、ハロゲン化物形成金属、好ましくは、塩化物形成金属であるＡｇ、Ａｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ等を適用することが可能である。
図２、図３に基づいて材料供給手段１７の構成を説明する。
図２、図３に示すように、材料供給手段１７は、チャンバ１に固定されるリング部１８を備え、リング部１８の内周側に被エッチング部材１５及びヒータ手段１６からなる長尺部材１９が備えられている。長尺部材１９はチャンバ１の中心部から放射状に半径方向に、例えば、８本形成されている。ヒータ手段１６には枠部材３１（例えば、絶縁体製）が備えられ、枠部材３１は下部が開放された状態の断面コ字型に形成されている。枠部材３１にはヒータ枠３３（例えば、石英製）が備えられ、枠部材３１とヒータ枠３３との間にヒータ棒３４が収められている。ヒータ枠３３の下面に長尺板状の被エッチング部材１５が取り付けられている。全てのヒータ棒３４は電気的に接続された状態にあり、電源３５を介して通電されることにより発熱して（抵抗加熱手段）被エッチング部材１５が加熱される。
尚、８本の長尺部材１９の少なくとも一箇所に異なる金属の被エッチング部材を配設し、その部位のヒータを独立に制御して被エッチング部材を加熱することも可能である。このようにすることで、異種の金属の前駆体のガスをチャンバ１内に供給することができる。被エッチング部材の種類を適宜選定し、加熱を独立して制御することで、合金を成膜したり、複数種の金属を積層して成膜することが可能になる。
また、材料供給手段１７に塩素ガスが流通する流路を設けて加熱された被エッチング部材１５に塩素ガスを接触させるようにし、塩素ガスの流路にチャンバ１内に開口する噴射孔１３を設け、材料供給手段とシャワーヘッドを一体にした構成にすることも可能である。
一方、材料供給手段１７の下側におけるチャンバ１の周囲（例えば、４箇所）には開口部２１が設けられ、開口部２１には筒状のラジカル通路２２の一端が固定されている。ラジカル通路２２の途中部には絶縁体製の筒状の励起室２３が設けられ、励起室２３の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ２４が設けられている。プラズマアンテナ２４には整合器２５及び電源２６が接続され、電源２６から給電が行われる。ラジカル通路２２にはハロゲンとしての塩素ガス（Ｃｌ２ガス）が供給され、プラズマアンテナ２４から電磁波を励起室２３の内部に入射することでＣｌ２ガスが励起されてハロゲンラジカルとしての塩素ラジカルＣｌ＊が形成される。励起室２３で形成された塩素ラジカルＣｌ＊は開口部２１からチャンバ１内に供給される（ハロゲンラジカル供給手段）。
チャンバ１内に前駆体ＣｕＣｌが形成されるとともに塩素ラジカルＣｌ＊が供給されることにより、相対的に低温（例えば、１００℃から３００℃）に維持された基板３にＣｕＣｌが吸着し、基板３に吸着状態となっているＣｕＣｌにＣｌ＊が作用してＣｕＣｌが還元され、基板３にＣｕ成分を析出させて成膜が行なわれる。尚、成膜に寄与しないガス等は排気口２７から真空装置２８を介して排気される。
上述した薄膜作製装置では、電源３５の電力を調整してヒータ棒３４の発熱量を制御し（例えば、１５００℃）、被エッチング部材１５を所望の温度（例えば、８００℃〜１０００℃）に加熱する。ノズル１０から流体室１２にＣｌ２ガスを供給することにより、Ｃｌ２ガスは噴射板１４の噴射孔１３からチャンバ１内に向けて噴射される。チャンバ１内にＣｌ２ガスが均一に供給され、加熱された被エッチング部材１５にＣｌ２ガスが接触してサーマルエッチングが行われる。所望温度を例えば、８００℃〜１０００℃としたことにより、成膜に必要な十分な量の前駆体ＣｕＣｌが生成される。噴射孔１３からチャンバ１内に向けて噴射されたＣｌ２ガスと接触して生成された前駆体ＣｕＣｌは均一な流れにより基板３側に供給される。
同時に、ラジカル通路２２に塩素ガス（Ｃｌ２ガス）が供給され、プラズマアンテナ２４から電磁波が励起室２３の内部に入射されてＣｌ＊が形成される。励起室２３で形成されたＣｌ＊は開口部２１からチャンバ１内に供給される。
温度制御手段６により基板３の温度が被エッチング部材１５の温度よりも低い温度（例えば、１００℃〜３００℃）に設定され、前駆体ＣｕＣｌが基板３に吸着(堆積)される。この時の反応は、例えば、次式で表される。
ＣｕＣｌ（ｇ）→ＣｕＣｌ（ａｄ）
ＣｕＣｌ（ｇ）→ＣｕＣｌ（ａｄ）
基板３に吸着したＣｕＣｌは、開口部２１からチャンバ１内に供給された塩素ラジカルＣｌ＊により還元されてＣｕ成分となる。この時の反応は、例えば、次式で表される。
ＣｕＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ＊→Ｃｕ（ｓ）＋Ｃｌ２↑
ＣｕＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ＊→Ｃｕ（ｓ）＋Ｃｌ２↑
更に、ガス化したＣｕＣｌ（ｇ）の一部は、基板３に吸着する前に、塩素ラジカルＣｌ＊により還元されてガス状態のＣｕとなる場合もあり、ガス状態のＣｕ成分が基板３に吸着される。これにより、基板３にＣｕの薄膜が作製される。
上述した薄膜作製装置では、噴射孔１３からチャンバ１内に向けてＣｌ２ガスを均一に噴射し、ヒータ棒３４の発熱量を制御して所望の温度に維持された被エッチング部材１５にＣｌ２ガスを接触させて前駆体ＣｕＣｌを均一な流れで生成して基板３に吸着させ、別途供給した塩素ラジカルＣｌ＊により還元して基板３にＣｕの薄膜を作製している。このため、被エッチング部材１５の温度制御が容易になり、前駆体ＣｕＣｌの流れが良好にされて、均等なＣｕ薄膜を作成することができる。
（第２実施形態例）
図４には本発明の第２実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面を示してある。第２実施形態例は、ハロゲンラジカルとしての塩素ラジカルＣｌ＊をプラズマ発生手段によりチャンバ内で形成するようにしたものである。このため、図１に示した第１実施形態例と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
図４には本発明の第２実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面を示してある。第２実施形態例は、ハロゲンラジカルとしての塩素ラジカルＣｌ＊をプラズマ発生手段によりチャンバ内で形成するようにしたものである。このため、図１に示した第１実施形態例と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
図４に示すように、チャンバ１の下部には支持台２が設けられ、支持台２には基板３が載置されている。支持台２には温度制御手段６が設けられ、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。チャンバ１の上面の天井板７にはシャワーヘッド１１が設けられ、ノズル１０からシャワーヘッド１１の流体室１２に供給されたＣｌ２ガスは噴射板１４の噴射孔１３からチャンバ１内に向けて噴射される。
シャワーヘッド１１からＣｌ２ガスをチャンバ１内に供給することで、第１実施形態例と同様に、Ｃｌ２ガスの供給を均一に行うことができ、後述する前駆体を均一に生成して均等な薄膜を作成することが可能になる。
シャワーヘッド１１の下部におけるチャンバ１には高蒸気圧ハロゲン化物を生成し得る元素を含む材料である銅（Ｃｕ）製の被エッチング部材１５が備えられ、被エッチング部材１５の上側（シャワーヘッド側）には温度維持手段としてのヒータ３７が設けられ、被エッチング部材１５はヒータ３７により所定の温度に維持される。
ヒータ３７を設けたことにより、材料に応じて被エッチング部材１５を最適な温度に維持することができる。特に、異種の材料からなる被エッチング部材を適用した場合、材料に応じてヒータを個別に制御することで材料に応じた温度制御が容易に行える。尚、ヒータ３７を省略することも可能である。
一方、ヒータ３７を備えた被エッチング部材１５の下側のチャンバ１の外周にはチャンバ１の内部をプラズマ化するコイルアンテナ３８が設けられ、コイルアンテナ３８には整合器３９及び電源４０が接続されて高周波電流が供給される（プラズマ発生手段）。コイルアンテナ３８に対応する部位のチャンバ１内には絶縁板４１（例えば、ＳｉＯ２）が設けられている。
第２実施形態例では、ノズル１０から流体室１２にＣｌ２ガスを供給することにより、Ｃｌ２ガスは噴射板１４の噴射孔１３からチャンバ１内に向けて噴射される。コイルアンテナ３８から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Ｃｌ２ガスをイオン化してＣｌ２ガスプラズマ４２を発生させる。Ｃｌ２ガスプラズマ４２を発生させて塩素ラジカルＣｌ＊を生じさせ、塩素ラジカルＣｌ＊により被エッチング部材１５にエッチング反応を生じさせることでチャンバ１内に前駆体ＣｕＣｌが生成される。また、チャンバ１内にはエッチング反応に用いられない塩素ラジカルＣｌ＊が形成される。
チャンバ１内にＣｕＣｌとＣｌ＊が生成されることにより、相対的に低温（例えば、１００℃から３００℃）に維持された基板３にＣｕＣｌが吸着（堆積）し、基板３に吸着状態となっているＣｕＣｌにＣｌ＊が作用してＣｕＣｌが還元され、基板３にＣｕ成分を析出させて成膜が行なわれる。尚、成膜に寄与しないガス等は排気口２７から真空装置２８を介して排気される。
上述した薄膜作製装置では、噴射孔１３からチャンバ１内に向けてＣｌ２ガスを均一に噴射し、プラズマ発生手段により塩素ラジカルＣｌ＊を形成して被エッチング部材１５をエッチングすることにより前駆体ＣｕＣｌを均一な流れで生成して基板３に吸着させ、プラズマ発生手段により形成した塩素ラジカルＣｌ＊により還元して基板３にＣｕの薄膜を作製している。このため、成膜速度を速くした状態で前駆体ＣｕＣｌの流れが良好にされて、均等なＣｕ薄膜を作成することができる。
（第３実施形態例）
図５には本発明の第３実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面を示してある。第３実施形態例は、ハロゲンラジカルとしての塩素ラジカルＣｌ＊をプラズマ発生手段によりチャンバ内で形成するようにした第２実施形態例に加え、基板側にバイアス電圧を印加するようにしたものである。このため、図４に示した第２実施形態例と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
図５には本発明の第３実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面を示してある。第３実施形態例は、ハロゲンラジカルとしての塩素ラジカルＣｌ＊をプラズマ発生手段によりチャンバ内で形成するようにした第２実施形態例に加え、基板側にバイアス電圧を印加するようにしたものである。このため、図４に示した第２実施形態例と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
図に示すように、金属製の流体室１２と支持台２との間にはバイアス電源４５が設けられ、成膜時にバイアス電源４５により基板３側にバイアス電圧が印加される。このため、前駆体ＣｕＣｌや塩素ラジカルＣｌ＊が基板３側に引き込まれ、例えば、狭いホールなどに対しても効率的に薄膜を作成することができる。
（第４実施形態例）
図６には本発明の第４実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面を示してある。第４実施形態例は、ハロゲンラジカルとしての塩素ラジカルＣｌ＊をプラズマ発生手段によりチャンバ内で形成し、塩素ラジカルＣｌ＊により被エッチング部材をエッチングすると共に、還元用の塩素ラジカルＣｌ＊を別途供給するようにしたものである。このため、図４に示した第２実施形態例と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。本実施形態例において、第３実施形態例と同様にバイアス電源４５を設けることも可能である。
図６には本発明の第４実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面を示してある。第４実施形態例は、ハロゲンラジカルとしての塩素ラジカルＣｌ＊をプラズマ発生手段によりチャンバ内で形成し、塩素ラジカルＣｌ＊により被エッチング部材をエッチングすると共に、還元用の塩素ラジカルＣｌ＊を別途供給するようにしたものである。このため、図４に示した第２実施形態例と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。本実施形態例において、第３実施形態例と同様にバイアス電源４５を設けることも可能である。
第４実施形態例では、ノズル１０から流体室１２にＣｌ２ガスを供給することにより、Ｃｌ２ガスは噴射板１４の噴射孔１３からチャンバ１内に向けて噴射される。コイルアンテナ３８から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Ｃｌ２ガスをイオン化してＣｌ２ガスプラズマ４２を発生させる。Ｃｌ２ガスプラズマ４２を発生させて塩素ラジカルＣｌ＊を生じさせ、塩素ラジカルＣｌ＊により被エッチング部材１５にエッチング反応を生じさせることでチャンバ１内に前駆体ＣｕＣｌが生成される。
一方、被エッチング部材１５の下側におけるチャンバ１の周囲（例えば、４箇所）には開口部２１が設けられ、開口部２１には筒状のラジカル通路２２の一端が固定されている。ラジカル通路２２の途中部には絶縁体製の筒状の励起室２３が設けられ、励起室２３の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ２４が設けられている。プラズマアンテナ２４には整合器２５及び電源２６が接続され、電源２６から給電が行われる。ラジカル通路２２にはハロゲンとしての塩素ガス（Ｃｌ２ガス）が供給され、プラズマアンテナ２４から電磁波を励起室２３の内部に入射することでＣｌ２ガスが励起されてハロゲンラジカルとしての塩素ラジカルＣｌ＊が形成される。励起室２３で形成された塩素ラジカルＣｌ＊は開口部２１からチャンバ１内に供給される（ハロゲンラジカル供給手段）。
チャンバ１内に前駆体ＣｕＣｌが生成されると共に塩素ラジカルＣｌ＊が供給されることにより、相対的に低温（例えば、１００℃から３００℃）に維持された基板３にＣｕＣｌが吸着（堆積）し、基板３に吸着状態となっているＣｕＣｌにＣｌ＊が作用してＣｕＣｌが還元され、基板３にＣｕ成分を析出させて成膜が行なわれる。尚、成膜に寄与しないガス等は排気口２７から真空装置２８を介して排気される。
還元用の塩素ラジカルＣｌ＊を別途供給するようにしたので、基板３に対するダメージを抑制してＣｕ成分を析出させて成膜を行うことができる。また、塩素ラジカルＣｌ＊による還元を確実に実施することができる。
（第５実施形態例）
図７には本発明の第５実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面を示してある。第５実施形態例は、塩素ガスを加熱された被エッチング部材に接触させて前駆体ＣｕＣｌを生成すると共にハロゲンラジカルとしての塩素ラジカルＣｌ＊をプラズマ発生手段によりチャンバ内で形成するようにしたものである（熱励起状態）。また、加熱せずに塩素ラジカルＣｌ＊をプラズマ発生手段によりチャンバ内で形成し、塩素ラジカルＣｌ＊により被エッチング部材をエッチングするようにしたものである（プラズマ励起状態）。そして、被エッチング部材の位置を変えて、熱励起状態とプラズマ励起状態を選択することができるようにしてある。このため、図１、図４に示した第１実施形態例、第２実施形態例と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。本実施形態例において、第３実施形態例と同様にバイアス電源４５を設けることも可能である。
図７には本発明の第５実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面を示してある。第５実施形態例は、塩素ガスを加熱された被エッチング部材に接触させて前駆体ＣｕＣｌを生成すると共にハロゲンラジカルとしての塩素ラジカルＣｌ＊をプラズマ発生手段によりチャンバ内で形成するようにしたものである（熱励起状態）。また、加熱せずに塩素ラジカルＣｌ＊をプラズマ発生手段によりチャンバ内で形成し、塩素ラジカルＣｌ＊により被エッチング部材をエッチングするようにしたものである（プラズマ励起状態）。そして、被エッチング部材の位置を変えて、熱励起状態とプラズマ励起状態を選択することができるようにしてある。このため、図１、図４に示した第１実施形態例、第２実施形態例と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。本実施形態例において、第３実施形態例と同様にバイアス電源４５を設けることも可能である。
図７に示すように、チャンバ１の下部には支持台２が設けられ、支持台２には基板３が載置されている。支持台２には温度制御手段６が設けられ、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。チャンバ１の上面の天井板７にはシャワーヘッド１１が設けられ、ノズル１０からシャワーヘッド１１の流体室１２に供給されたＣｌ２ガスは噴射板１４の噴射孔１３からチャンバ１内に向けて噴射される。
シャワーヘッド１１からＣｌ２ガスをチャンバ１内に供給することで、第１実施形態例と同様に、Ｃｌ２ガスの供給を均一に行うことができ、後述する前駆体を均一に生成して均等な薄膜を作成することが可能になる。
また、シャワーヘッド１１の下部におけるチャンバ１には高蒸気圧ハロゲン化物を生成し得る元素を含む材料である銅（Ｃｕ）製の被エッチング部材５１が備えられ、被エッチング部材５１の上側（シャワーヘッド側）には加熱手段としてのヒータ手段５２が設けられている。被エッチング部材５１とヒータ手段５２は一体に構成されて材料供給手段５３とされ、被エッチング部材１５を所定の温度で加熱することにより、加熱された被エッチング部材１５と噴射孔１３から噴射されたＣｌ２ガスが接触してＣｕと塩素との化合物である前駆体のガス（ＣｕＣｌ）が形成される（熱励起状態）。
一方、チャンバ１の外周にはチャンバ１の内部をプラズマ化するコイルアンテナ３８が設けられ、コイルアンテナ３８には整合器３９及び電源４０が接続されて高周波電流が供給される（プラズマ発生手段）。コイルアンテナ３８に対応する部位のチャンバ１内には絶縁板４１（例えば、ＳｉＯ２）が設けられている。コイルアンテナ３８から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Ｃｌ２ガスをイオン化してＣｌ２ガスプラズマ４２を発生させる。Ｃｌ２ガスプラズマ４２を発生させて塩素ラジカルＣｌ＊を生じさせ、塩素ラジカルＣｌ＊により被エッチング部材５１にエッチング反応を生じさせることでチャンバ１内に前駆体ＣｕＣｌが生成される（プラズマ励起状態）。
被エッチング部材５１とヒータ手段５２が一体に構成された材料供給手段５３は、選択手段としての昇降手段５４により、コイルアンテナ３８の上側の位置、即ち、プラズマ領域から外れた位置（図中実線で示してある）と、コイルアンテナ３８に対応する位置、即ち、プラズマ領域（Ｃｌ２ガスプラズマ４２の領域）とに位置決め昇降される。材料供給手段５３の具体的な構成は、第１実施形態例における材料供給手段１７のリング部１８を除いた構成と基本的に同一である。昇降手段としては、天井側から昇降装置を設けたりチャンバ１の下部から昇降装置を設けたりする構成を適用することができる。また、場合によってはコイルアンテナ３８側の部材を昇降させる構成とすることも可能である。
尚、材料供給手段５３に塩素ガスが流通する流路を設けて加熱された被エッチング部材５１に塩素ガスを接触させるようにし、塩素ガスの流路にチャンバ１内に向けて開口する噴射孔を設け、材料供給手段とシャワーヘッドを一体にした構成にすることも可能である。
上述した薄膜作製装置では、熱励起状態とプラズマ励起状態が被エッチング部材５１（材料供給手段５３）の昇降により適宜選択される。熱励起状態は、温度制御が良好に行われるため、成膜状態の制御が容易となる。プラズマ励起状態は、成膜速度を速くして成膜を行うことができる。特に、複数種類の金属の被エッチング部材を用いて合金を作製する場合に制御性の良い熱励起を適することが好適であり、単一金属の被エッチング部材の場合に高速で成膜ができるプラズマ励起を適用することが好適である。このため、一つの装置で形態が異なる成膜を実施することが可能になる。
熱励起状態の場合を説明する。
昇降手段により材料供給手段５３を図中実線に示す位置に位置決めし、被エッチング部材５１を所望の温度（例えば、８００℃〜１０００℃）に加熱する。ノズル１０から流体室１２にＣｌ２ガスを供給することにより、Ｃｌ２ガスは噴射板１４の噴射孔１３からチャンバ１内に向けて噴射される。チャンバ１内にＣｌ２ガスが均一に供給され、加熱された被エッチング部材５１にＣｌ２ガスが接触してサーマルエッチングが行われる。所望温度を例えば、８００℃〜１０００℃としたことにより、成膜に必要な十分な量の前駆体ＣｕＣｌが生成される。噴射孔１３からチャンバ１内に向けて噴射されたＣｌ２ガスと接触して生成された前駆体ＣｕＣｌは均一な流れにより基板３側に供給される。また、コイルアンテナ３８から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Ｃｌ２ガスをイオン化してＣｌ２ガスプラズマ４２を発生させ、塩素ラジカルＣｌ＊を形成する。
温度制御手段６により基板３の温度が被エッチング部材５１の温度よりも低い温度（例えば、１００℃〜３００℃）に設定され、前駆体ＣｕＣｌが基板３に吸着（堆積）される。基板３に吸着したＣｕＣｌは、塩素ラジカルＣｌ＊により還元されてＣｕ成分となる。これにより、制御性が良好にされた温度制御により基板３にＣｕの薄膜が作製される。
熱励起の場合、被エッチング部材５１の温度を任意に制御することができるので、複数種類の金属で被エッチング部材を構成し、金属の種類毎に温度制御を独立して行うことで、合金や積層金属膜の成膜が可能になる。
プラズマ励起状態の場合を説明する。
昇降手段により材料供給手段５３を図中点線に示す位置に位置決めし、ヒータ手段５２による加熱を停止する（所定の温度維持に使用することは可能）。ノズル１０から流体室１２にＣｌ２ガスを供給することにより、Ｃｌ２ガスは噴射板１４の噴射孔１３からチャンバ１内に向けて噴射される。コイルアンテナ３８から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Ｃｌ２ガスをイオン化してＣｌ２ガスプラズマ４２を発生させる。Ｃｌ２ガスプラズマ４２を発生させて塩素ラジカルＣｌ＊を生じさせ、塩素ラジカルＣｌ＊により被エッチング部材５１にエッチング反応を生じさせることでチャンバ１内に前駆体ＣｕＣｌを生成する。また、チャンバ１内にはエッチング反応に用いられない塩素ラジカルＣｌ＊が形成される。
温度制御手段６により基板３の温度が被エッチング部材５１の温度よりも低い温度（例えば、１００℃〜３００℃）に設定され、前駆体ＣｕＣｌが基板３に吸着（堆積）される。基板３に吸着したＣｕＣｌは、塩素ラジカルＣｌ＊により還元されてＣｕ成分となる。これにより、プラズマにより発生した塩素ラジカルＣｌ＊を用いて基板３にＣｕの薄膜が効率よく作製される。
本発明は、高蒸気圧ハロゲン化物を作る金属乃至これを含む複合金属で形成した被エッチング部材にハロゲンガスを作用させてそのハロゲン化物である前駆体を形成し、この前駆体を基板上に吸着させて所定の金属薄膜を形成する薄膜作製装置及び薄膜作製方法の産業分野で利用することができる。
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
１０ ノズル
１１ シャワーヘッド
１２ 流体室
１３ 噴出孔
１４ 噴射板
１５ 被エッチング部材
１６ ヒータ手段
１７ 材料供給装置
１８ リング部
１９ 長尺部材
２１ 開口部
２２ ラジカル通路
２３ 励起室
２４ プラズマアンテナ
２５ 整合器
２６ 電源
２７ 排気口
２８ 真空装置
３１ 枠部材
３３ ヒータ枠
３４ ヒータ棒
３５ 電源
３７ ヒータ
３８ コイルアンテナ
３９ 整合器
４０ 電源
４１ 絶縁板
４２ Ｃｌ２ガスプラズマ
４５ バイアス電源
５１ 被エッチング部材
５２ ヒータ手段
５３ 材料供給手段
５４ 昇降手段
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
１０ ノズル
１１ シャワーヘッド
１２ 流体室
１３ 噴出孔
１４ 噴射板
１５ 被エッチング部材
１６ ヒータ手段
１７ 材料供給装置
１８ リング部
１９ 長尺部材
２１ 開口部
２２ ラジカル通路
２３ 励起室
２４ プラズマアンテナ
２５ 整合器
２６ 電源
２７ 排気口
２８ 真空装置
３１ 枠部材
３３ ヒータ枠
３４ ヒータ棒
３５ 電源
３７ ヒータ
３８ コイルアンテナ
３９ 整合器
４０ 電源
４１ 絶縁板
４２ Ｃｌ２ガスプラズマ
４５ バイアス電源
５１ 被エッチング部材
５２ ヒータ手段
５３ 材料供給手段
５４ 昇降手段
Claims (2)
- 基板が収容されるチャンバと、
前記チャンバの上面部に設けられ、ハロゲンガスが供給される流体室を有すると共に供給されたハロゲンガスをチャンバ内に向けて噴出させる多数の噴出孔が前記流体室の下面に形成されたシャワーヘッドと、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成し得る元素を含む材料で形成される被エッチング部材と、
前記被エッチング部材を所定の温度に加熱することで加熱された前記被エッチング部材に前記シャワーヘッドから噴出されたハロゲンガスが接触した際に前記元素とハロゲンとの化合物である前駆体のガスを形成させる加熱手段と、
チャンバ内をプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させてハロゲンラジカルを生成し、前記ハロゲンラジカルで前記被エッチング部材をエッチングすることにより、前記元素と前記ハロゲンとの化合物である前駆体のガスを形成するプラズマ発生手段と、
前記チャンバの内部にハロゲンラジカルを供給するハロゲンラジカル供給手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材側の温度よりも低くして、前記加熱手段により形成された前記前駆体のガスもしくは前記プラズマ発生手段により生成された前記前駆体のガスを前記基板に吸着させると共に、前記基板に吸着状態となっている前記前駆体に、前記ハロゲンラジカル供給手段から供給された前記ハロゲンラジカルもしくは前記プラズマ発生手段により生成された前記ハロゲンラジカルを作用させて前記前駆体を還元することで前記前駆体の前記元素成分を析出させて所定の成膜を行う温度制御手段と、
前記加熱手段により形成された前記前駆体のガスを前記基板に吸着させて前記ハロゲンラジカル供給手段から供給された前記ハロゲンラジカルにより前記前駆体を還元する熱励起状態、もしくは、前記プラズマ発生手段により生成された前記前駆体のガスを前記基板に吸着させて前記プラズマ発生手段により生成された前記ハロゲンラジカルにより前記前駆体を還元するプラズマ励起状態を選択する選択手段と
を備えたことを特徴とする薄膜作製装置。 - 前記選択手段は、プラズマ発生手段により発生するプラズマ領域の位置と前記プラズマ領域を外れた位置との間で前記被エッチング部材を相対的に移動させる移動手段であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜作製装置。
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