JP4386873B2

JP4386873B2 - 薄膜作製装置

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Publication number: JP4386873B2
Application number: JP2005254157A
Authority: JP
Inventors: 基栄全; 義行大庭; 仁志坂本; 謙小椋; 隆之関根
Original assignee: Canon Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 2005-09-01
Filing date: 2005-09-01
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2025-09-01
Also published as: JP2007063651A

Description

本発明は、金属薄膜を作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に設置し、ハロゲンガスをプラズマ化して前記被エッチング部材をハロゲンのラジカル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、所定の低圧力下（例えば、０．１Ｔｏｒｒ〜０．２Ｔｏｒｒ）で、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Ｃｌ_２とした場合、被エッチング部材を高温（例えば３００℃〜７００℃）に、また基板を低温（例えば２００℃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。

(1)プラズマの解離反応；Ｃｌ_２→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＋Ｃｌ_２↑
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。

前述した新方式のＣＶＤ装置においては、ＭＣｌとＣｌ^＊との割合を適正に保つことで、成膜反応が適切に行われる。即ち、成膜条件として、Ｃｌ_２ガスの流量、圧力、パワー、基板及び被エッチング部材の温度、基板と被エッチング部材との距離等を適正に設定することで、ＭＣｌとＣｌ^＊との割合をほぼ等しく制御することができ、成膜速度を低下させることなく、しかも、基板に対してＣｌ^＊によるエッチング過多が生じることなくＭが析出される。

上述した新方式のＣＶＤ装置において、成膜が終了した際には、塩素ガスを停止すると共にプラズマを停止するが、この時、Ｃｌ_２ガス及びＭＣｌ、Ｃｌ^＊は排気されて徐々に減少していく。このため、プラズマを停止した後にもＣｌ^＊が残留することになり、残留するＣｌ^＊によって作製された薄膜がエッチングされる虞があった。プラズマの停止のタイミングやＣｌ_２ガスの供給停止のタイミング等の条件を適宜選定することで残留するＣｌ^＊の影響を最小限にすることが行われているが、金属の種類や使用するガスの種類、装置の形態等により一義的に条件を選定することは困難であり、残留するＣｌ^＊の影響を抑制する技術は確立されていないのが実情であった。

特開２００３−１４７５３４号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、成膜が終了した際に残留するハロゲンラジカルの影響を抑制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、前記基板が対向する位置における前記チャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、前記チャンバの内部にハロゲンを含有する作用ガスを供給する作用ガス供給手段と、成膜終了時に前記チャンバの内部に希ガスを供給する希ガス供給手段と、前記チャンバの内部をプラズマ化して作用ガスプラズマを発生させ、ハロゲンラジカルを生成して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被エッチング部材に含まれる金属成分とハロゲン成分とからなる前駆体を生成するプラズマ発生手段と、基板側の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くして前記前駆体の金属成分を前記基板側に成膜させると共に、成膜終了後にプラズマを停止させて前記希ガス供給手段から前記希ガスをチャンバ内に供給して残留する前記ハロゲンラジカルの影響を抑制する制御手段とを備えた薄膜作製装置であって、前記被エッチング部材はＡｌ製であり、前記プラズマ発生手段は、Ａｌ成分とハロゲンＸとからなる前駆体ＡｌＸ _３を生成し、前記制御手段は、流体の滞留時間を制御してＡｌＸ _２及びＡｌＸの中間体を介して前記前駆体ＡｌＸ _３のＡｌ成分を前記基板側に成膜させるものであることを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、プラズマを停止させた時に、供給される希ガスによりハロゲンラジカルを反応させてハロゲンガスとして排出することで、残留するハロゲンラジカルの影響を抑制することができる。

請求項１に係る本発明では、Ａｌの薄膜を作成した後に残留するハロゲンラジカルの影響を抑制することができる。

また、請求項２に係る本発明の薄膜作製装置は、請求項１に記載の薄膜作製装置において、希ガス供給手段は、作用ガスのハロゲンを希釈する希ガスを供給するものであり、制御手段には、成膜終了後にハロゲンの供給を停止すると共に希ガスの供給を継続する機能が備えられていることを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、成膜に用いられる作用ガスのハロゲンを停止することで希ガスを供給することができる。

また、請求項３に係る本発明の薄膜作製装置は、請求項１又は２に記載の薄膜作製装置において、希ガスはＨｅであることを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、作用ガスのハロゲンを希釈するＨｅを適用することができる。

また、請求項４に係る本発明の薄膜作製装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の薄膜作製装置において、作用ガスに含有されるハロゲンは塩素であることを特徴とする。

請求項４に係る本発明では、安価な塩素ガスを用いることができる。

本発明の薄膜作製装置は、残留するハロゲンラジカルの影響を抑制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、残留するハロゲンラジカルの影響を抑制することができる薄膜作製装置となる。

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。以下に示した実施形態例では、金属としてアルミニウム（Ａｌ）の薄膜を作製する場合を例に挙げて説明してあるが、金属としてはＡｌに限らず、銅、タンタル、チタン、貴金属等他の金属を適用することも可能である。

図１には本発明の一実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面、図２にはプラズマの発光状況を表すグラフ、図３には圧力と前駆体及び塩素ラジカルとの関係を表すグラフ、図４にはプラズマ密度と前駆体及び塩素ラジカルとの関係を表すグラフ、図５には本発明の他の実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面、図６にはプラズマの状況とチャンバ内の流体の状況との関係を経時的に表すグラフを示してある。

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。

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により誘導プラズマを発生させるプラズマ発生手段が構成されている。

チャンバ１には、アルミニウム製（Ａｌ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、格子状に形成されてプラズマアンテナ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。

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網目状に構成したり、リングの内周側に複数の長尺突起を形成する等の構成とすることも可能である。

被エッチング部材１１の上方におけるチャンバ１の筒部にはチャンバ１の内部にハロゲンとしての塩素を含有する作用ガス（Ｈｅにより所定の濃度に希釈されたガス：Ｃｌ_２ガス）１７を供給するガスノズル１４が１本設けられている。ガスノズル１４はチャンバ１の中心部まで延び、先端が上方に向けられてガス噴出口１５とされている。ＨｅとＣｌ_２ガスは流量制御器１６に個別に制御されて送られ、ガスノズル１４には流量及び圧力が制御される流量制御器１６を介してＨｅで希釈されたＣｌ_２ガス１７が送られる（作用ガス供給手段）。

尚、ガスノズル１４の形状及び配置は、例えば、チャンバ１の周方向に等間隔で複数（例えば８箇所）接続する等、図示の例に限られるものではない。また、作用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。ハロゲンとして塩素を用いたことにより、安価な塩素ガスを用いて薄膜を作製することができる。

また、チャンバ１の筒部には所望の成膜が終了した時点に基板３の表面近傍にＡｒガスを適宜供給するアルゴン添加手段としてのノズル２１が設けられている。ノズル２１からは流量制御器２３を介してＡｒガス２２がチャンバ１内に供給され、プラズマを発生させることにより基板３の近傍の電子温度を低下させて基板表面の輻射エネルギーを減少させる。このため、基板３の温度を低下させることができ、後述するＣｌラジカルにより作製された薄膜がエッチングされることを抑制することができる。

成膜に関与しないガス等は排気口１８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１９によって所定の圧力に維持される。真空装置１９の図示しないバルブは制御手段２０により制御され、バルブの調整によりチャンバ内が所望の圧力に制御される。

一方、制御手段２０により電源１０の出力が適宜調整され、ＲＦパワーが制御可能とされている。また、成膜の経時状況に応じて電源をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り換えてチャンバ１内のプラズマの発生が適宜制御されるようになっている。また、制御手段２０の制御により、電源のＯＮ・ＯＦＦの制御に連動して流量制御器１６、２３でのガスの流量状況が制御される。

また、チャンバ１の筒部にはプラズマの発光状況（例えば、波長に対する発光強度）を検出するプラズマ分光器２５が設けられ、分光データに基づいて後述するＣｌラジカル、ＡｌＸ_３、ＡｌＸ_２、ＡｌＸの状況（分光データ）を求めて分光データを制御手段２０に送る。

上述した薄膜作製装置では、塩素を含有する作用ガス１７をチャンバ１内に供給し、流体の滞留時間を制御して（長くして）、即ち、チャンバ１内の圧力を高くして、塩素ラジカルによりＡｌ製の被エッチング部材１１をエッチングして被エッチング部材に含まれるＡｌ成分とハロゲンＣｌとからなる前駆体ＡｌＣｌ_３を生成し、ＡｌＣｌ_２及びＡｌＣｌの中間体を介して前駆体ＡｌＣｌ_３のＡｌ成分を基板３側に成膜させる。

流体の滞留時間を長くすることでＡｌＣｌ_２及びＡｌＣｌの中間体が生成され、中間体を介して前駆体ＡｌＸ_３のＡｌ成分を基板３側に成膜させるので、Ｃｌラジカルによる還元が容易になりＡｌの薄膜を確実に作製することができる。

ここで、流体の滞留時間の制御はチャンバ１内の圧力を高くすることで行われる。流体の滞留時間ｔは、
ｔ＝Ｖ／ＱＴＰ
で表すことができる。

ここで、Ｑはガスの流量、Ｔは雰囲気の温度、Ｐは圧力｛７６０（Ｔｏｒｒ）／Ｐ（Ｔｏｔａｌ）｝、Ｖは反応雰囲気の容積である。このため、流体の滞留時間を長くしてＡｌＣｌ_２及びＡｌＣｌの中間体を生成するためには、圧力Ｐ（Ｔｏｔａｌ：Ｔｏｒｒ）を高くして圧力Ｐを小さい値にする、流量を減らす、温度を低くする、容積を大きくする、のいずれかにより達成することができる。本実施形態例では、制御性等を考慮して圧力Ｐ（Ｔｏｔａｌ：Ｔｏｒｒ）を高くすることで滞留時間を長くするようにしている。

通常、新方式のＣＶＤ装置を用いて金属薄膜を作製する場合、圧力Ｐ（Ｔｏｔａｌ：Ｔｏｒｒ）は０．１〜０．２（Ｔｏｒｒ）の範囲に設定されるが、本実施形態例では、例えば、圧力Ｐ（Ｔｏｔａｌ：Ｔｏｒｒ）を０．５〜１．０（Ｔｏｒｒ）の範囲に設定し、滞留時間を１.５倍程度に設定している。圧力Ｐの設定は真空装置１９の図示しないバルブの制御により行われている。

具体的な成膜の状況を以下に説明する。

０．５〜１．０（Ｔｏｒｒ）に制御されたチャンバ１の内部にガスノズル１４からＣｌ_２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、Ｃｌ_２ガス１７をイオン化してＣｌ_２ガスプラズマを発生させ、Ｃｌラジカルを生成する。プラズマは、ガスプラズマ１２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。
Ｃｌ_２→２Ｃｌ^＊
ここで、Ｃｌ^＊は塩素ラジカルを表す。

ガスプラズマ１２がＡｌ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、Ａｌ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。
ＡｌＣｌ_３→ＡｌＣｌ_２→ＡｌＣｌ
ＡｌＣｌ_３に塩素ラジカルＣｌ^＊が作用することにより、
ＡｌＣｌ_３＋Ｃｌ^＊→ＡｌＣｌ_２＋Ｃｌ_２↑の反応が生じてＡｌＣｌ_２となる。
また、ＡｌＣｌ_２に塩素ラジカルＣｌ^＊が作用することにより、
ＡｌＣｌ_２＋Ｃｌ^＊→ＡｌＣｌ＋Ｃｌ_２↑の反応が生じてＡｌＣｌとなる。
更に、ＡｌＣｌに塩素ラジカルＣｌ^＊が作用することにより、
ＡｌＣｌ＋Ｃｌ^＊→Ａｌ＋Ｃｌ_２↑の反応が生じてＡｌ成分となる。

これにより、還元し易いＡｌＣｌ_２及びＡｌＣｌの中間体が生成され、還元し易い（不安定な）中間体を介して前駆体ＡｌＣｌ_３のＡｌ成分を基板３側に成膜させるので、Ｃｌラジカルによる還元が容易になりＡｌの薄膜を確実に作製することができる。

上述したＡｌの薄膜の作製に際し、成膜中はプラズマ分光器２５によりプラズマの発光状況（例えば、波長に対する発光強度）を検出している。即ち、図２に示すように、ＡｌＣｌ_３、ＡｌＣｌ_２、ＡｌＣｌ、塩素ラジカルＣｌ^＊、Ａｌの発光強度は波長により異なるため、発光強度を検出することによりＡｌＣｌ_３、ＡｌＣｌ_２、ＡｌＣｌ、塩素ラジカルＣｌ^＊、Ａｌの状況を検出することができる。

プラズマ分光器２５での検出データは制御手段２０に送られ、前述した反応の過程において、ＡｌＣｌ_３、ＡｌＣｌ_２、ＡｌＣｌ、塩素ラジカルＣｌ^＊、Ａｌが所望状態に生成されているかをモニタする。モニタの結果、所望の生成物が得られていない場合（予め記憶された発光強度の状況と一致していない場合）、制御手段２０の指令により、真空装置１９の図示しないバルブの調整が行われてＡｌＣｌ_３、ＡｌＣｌ_２、ＡｌＣｌ、塩素ラジカルＣｌ^＊、Ａｌが所望状態に生成されるように圧力が制御される。

ところで、図３に示すように、圧力を高くすると、塩素ラジカルＣｌ^＊が減少してＡｌＣｌ_ｘとのバランスが不均衡になる虞がある。図４に示すように、塩素ラジカルＣｌ^＊及びＡｌＣｌ_ｘはプラズマ密度を高くすると増加するので、圧力を高くする動作に連動して制御手段２０により電源１０の出力を適宜調整してＲＦパワーを上げてプラズマ密度を高くしている。これにより、塩素ラジカルＣｌ^＊が増加し、圧力を高くしても塩素ラジカルＣｌ^＊が減少する虞がなくなり、ＡｌＣｌ_ｘとのバランスを維持することが可能になる。

尚、塩素ラジカルＣｌ^＊を増加させる構成としては、ＲＦパワーを上げること以外に別途塩素ラジカルＣｌ^＊を供給する構成としてもよい。

図５に基づいて塩素ラジカルＣｌ^＊を別途供給する構成の薄膜作製装置を説明する。図１に示した部材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に示した薄膜作製装置は、ラジカル補給手段を備えている。

ラジカル補給手段４０は、チャンバ１の周囲（例えば、４箇所）に開口部４１が設けられ、開口部４１には筒状のラジカル通路４２の一端が固定されている。ラジカル通路４２の途中部には絶縁体製の筒状の励起室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が設けられている。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、電源４６から給電が行われる。ラジカル通路４２にはハロゲンとしての塩素ガス（Ｃｌ_２ガス）が供給され、プラズマアンテナ４４から電磁波を励起室４３の内部に入射することでＣｌ_２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４３で形成された塩素ラジカルＣｌ^＊は開口部４１からチャンバ１内に供給される。

圧力を高くして塩素ラジカルＣｌ^＊が減少する虞が生じた場合、ラジカル補給手段４０によって塩素ラジカルＣｌ^＊をチャンバ１内に供給する。これにより、塩素ラジカルＣｌ^＊が増加し、圧力を高くしても塩素ラジカルＣｌ^＊が減少する虞がなくなり、ＡｌＣｌ_ｘとのバランスを維持することが可能になる。

図１、図５に示した薄膜作製装置では、基板３にＡｌの薄膜が作製されると（成膜の終盤）、流量制御器２３を介してノズル２１からＡｒガス２２がチャンバ１内に供給され、プラズマを発生させる。これにより、基板３の近傍の電子温度を低下させて基板表面の輻射エネルギーを減少させ、基板３の温度を低下させることができ、作製された薄膜がＣｌラジカルＣｌ^＊によりエッチングされることを抑制することができる。

更に、図１、図５に示した薄膜作製装置では、成膜終了時にプラズマを停止させた時に、Ｃｌ_２ガスだけを停止して希釈用のＨｅガス（希ガス）を流し続けるようになっている。Ｈｅガスを流し続けることで、プラズマを停止させた後に残留するＣｌラジカルＣｌ^＊とＨｅを反応させてＣｌ_２ガスとして排出する。これにより、成膜されたＡｌの薄膜が残留するＣｌラジカルＣｌ^＊によって影響を受けることがない。

図６に基づいてチャンバ１内の流体の状況を詳細に説明して本発明の薄膜作製方法を説明する。

図に示すように、ガスノズル１４（図１、図５参照）からＨｅガスで希釈されたＣｌ_２ガスを供給すると、プラズマをＯＮにするｔ１までＨｅとＣｌ_２を漸増させる。ｔ１でプラズマをＯＮすると共にガスノズル１４（図１、図５参照）の流量を一定にすることで、ＣｌラジカルＣｌ^＊が生成されると共に被エッチング部材１１（図１、図５参照）に対するエッチングによりＡｌＣｌ_ｘが生成される。

Ａｌの薄膜が作製された後ｔ２の時点でプラズマをＯＦＦ状態にし、Ｃｌ_２ガスだけを停止して希釈用のＨｅガス（希ガス）を流し続ける。この時、排気は続けて実施している。ｔ２の時点でプラズマをＯＦＦ状態にした後、Ｃｌ_２、ＣｌラジカルＣｌ^＊、ＡｌＣｌ_ｘが徐々に減少していく。残留するＣｌラジカルＣｌ^＊は成膜されたＡｌの薄膜に影響を及ぼす虞があるが、Ｈｅガスが供給されているため、残留するＣｌラジカルＣｌ^＊がＨｅと反応してＣｌ_２ガスとして排出される。

この時の反応は次式で表すことができる。
Ｃｌ^＊＋Ｃｌ^＊→Ｃｌ_２↑＋Ｈｅ

プラズマをＯＦＦ状態にした後もＨｅガス（希ガス）を流し続けることにより、残留するＣｌラジカルＣｌ^＊を排出することができ、成膜されたＡｌの薄膜が、残留するＣｌラジカルＣｌ^＊によって影響を受けることがない。

尚、本実施形態例では希釈用のＨｅガスを流し続けることで希ガスを供給する構成としたが、別途ノズルを設けてプラズマを停止した時にＨｅガスを供給する構成とすることも可能である。また、希ガスとしてはＡｒ、Ｘｅを適用することも可能である。Ａｒを適用する場合、ノズル２１からのＡｒガス２２を用いることができる。

上述した薄膜作製装置を用いてＡｌの薄膜を作製する他のプロセスの例を説明する。

塩素を含有する作用ガス１７をチャンバ１内に供給し、流体の滞留時間を制御して（長くして）、即ち、チャンバ１内の圧力を高くして、塩素ラジカルによりＡｌ製の被エッチング部材１１をエッチングして被エッチング部材に含まれるＡｌ成分とハロゲンＣｌとからなる前駆体ＡｌＣｌ_２を生成し、ＡｌＣｌ_２のハロゲン成分同士を反応させてＡｌ成分を基板３側に成膜させる。

流体の滞留時間を制御することでＡｌＣｌ_２が生成され、ＡｌＣｌ_２のハロゲン成分同士が反応してＡｌ成分が基板側に成膜され、前駆体ＡｌＸ_２のＡｌ成分の薄膜を確実に作製することができる。

前述同様に、圧力Ｐ（Ｔｏｔａｌ：Ｔｏｒｒ）を高くすることで滞留時間を長くし中間体ＡｌＣｌ（ＡｌＸ）を生成するようにしている。例えば、圧力Ｐ（Ｔｏｔａｌ：Ｔｏｒｒ）を１．０〜２．０（Ｔｏｒｒ）の範囲に設定して中間体ＡｌＸを生成する。圧力Ｐの設定は真空装置１９の図示しないバルブの制御により行われている。

図１を参照して具体的な成膜の状況を以下に説明する。

１．０〜２．０（Ｔｏｒｒ）に制御されたチャンバ１の内部にガスノズル１４からＣｌ_２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、Ｃｌ_２ガス２１をイオン化してＣｌ_２ガスプラズマを発生させ、Ｃｌラジカルを生成する。プラズマは、ガスプラズマ１２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。
Ｃｌ_２→２Ｃｌ^＊
ここで、Ｃｌ^＊は塩素ラジカルを表す。

ガスプラズマ１２がＡｌ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、Ａｌにエッチング反応が生じてＡｌＣｌ_２が生成される。生成されたＡｌＣｌ_２は、
ＡｌＣｌ_２＋ＡｌＣｌ_２→２Ａｌ↓＋Ｃｌ_２↑の反応が生じてＡｌの薄膜が作製される。即ち、ＡｌＣｌ_２のＣｌ_２成分同士が反応してＡｌ成分が基板側に成膜され、前駆体ＡｌＸ_２のＡｌ成分の薄膜が行われる。

この時、圧力条件を成膜中に変更することにより、ＡｌＣｌ_２に塩素ラジカルＣｌ^＊を作用させ、
ＡｌＣｌ_２＋Ｃｌ^＊→ＡｌＣｌ＋Ｃｌ_２↑の反応を生じさせてＡｌＣｌとし、更に、ＡｌＣｌに塩素ラジカルＣｌ^＊を作用させることにより、
ＡｌＣｌ＋Ｃｌ^＊→Ａｌ＋Ｃｌ_２↑の反応を生じさせてＡｌ成分とすることも可能である。

これにより、不安定なＡｌＣｌ_２を生成し、ＡｌＣｌ_２のＡｌ成分を基板３側に成膜させるので、Ａｌの薄膜を確実に作製することができる。

上述したＡｌの薄膜の作製に際し、成膜中はプラズマ分光器２５によりプラズマの発光状況（例えば、波長に対する発光強度）を検出している。即ち、ＡｌＣｌ_２、ＡｌＣｌ、塩素ラジカルＣｌ^＊、Ａｌの発光強度は波長により異なるため、発光強度を検出することによりＡｌＣｌ_２、ＡｌＣｌ、塩素ラジカルＣｌ^＊、Ａｌの状況を検出することができる。

プラズマ分光器２５での検出データは制御手段２０に送られ、前述した反応の過程において、ＡｌＣｌ_２、ＡｌＣｌ、塩素ラジカルＣｌ^＊、Ａｌが所望状態に生成されているかをモニタする。モニタの結果、所望の生成物が得られていない場合（予め記憶された発光強度の状況と一致していない場合）、制御手段２０の指令により、真空装置１９の図示しないバルブの調整が行われてＡｌＣｌ_２、ＡｌＣｌ、塩素ラジカルＣｌ^＊、Ａｌが所望状態に生成されるように圧力が制御される。

尚、前述したＡｌＣｌ_３から中間体としてＡｌＣｌ_２を生成する過程において、圧力条件を変更して、ＡｌＣｌ_２からＡｌＣｌ_２のＣｌ_２成分同士を反応させてＡｌ成分を基板側に成膜させるプロセスとすることも可能である。

製膜の終了時には、前述同様に、Ａｒガスを用いて基板３の近傍の電子温度を低下させて基板表面の輻射エネルギーを減少させる。また、プラズマをＯＦＦ状態にした後もＨｅガス（希ガス）を流し続けて、残留するＣｌラジカルＣｌ^＊を排出し、残留するＣｌラジカルＣｌ^＊によるＡｌの薄膜への影響をなくす。

上述した薄膜作製装置を用いた更に他の実施形態例に係る薄膜作成方法を説明する。

塩素を含有する作用ガス１７をチャンバ１内に供給し、流体の滞留時間を制御して（長くして）、即ち、チャンバ１内の圧力を高くして、塩素ラジカルによりＡｌ製の被エッチング部材１１をエッチングして被エッチング部材に含まれるＡｌ成分とハロゲンＣｌとからなる前駆体ＡｌＣｌを生成し、ＡｌＣｌと塩素ラジカルを反応させてＡｌ成分を基板３側に成膜させる。

流体の滞留時間を制御することでＡｌＣｌが生成され、ＡｌＣｌと塩素ラジカルが反応してＡｌ成分が基板側に成膜され、前駆体ＡｌＣｌ_３（ＡｌＸ）のＡｌ成分の薄膜を確実に作製することができる。

前述同様に、圧力Ｐ（Ｔｏｔａｌ：Ｔｏｒｒ）を高くすることで滞留時間を長くし中間体ＡｌＣｌ（ＡｌＸ）を生成するようにしている。例えば、圧力Ｐ（Ｔｏｔａｌ：Ｔｏｒｒ）を２．０（Ｔｏｒｒ）を超える範囲に設定してＡｌＸを生成する。圧力Ｐの設定は真空装置１９の図示しないバルブの制御により行われている。

図１を参照して具体的な成膜の状況を以下に説明する。

２．０（Ｔｏｒｒ）を超える圧力に制御されたチャンバ１の内部にガスノズル１４からＣｌ_２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、Ｃｌ_２ガス２１をイオン化してＣｌ_２ガスプラズマを発生させ、Ｃｌラジカルを生成する。プラズマは、ガスプラズマ１２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。
Ｃｌ_２→２Ｃｌ^＊
ここで、Ｃｌ^＊は塩素ラジカルを表す。

ガスプラズマ１２がＡｌ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、Ａｌにエッチング反応が生じてＡｌＣｌが生成される。生成されたＡｌＣｌは、
ＡｌＣｌ＋Ｃｌ^＊→Ａｌ＋Ｃｌ_２↑の反応が生じてＡｌ成分とされ、Ａｌの薄膜が作製される。

これにより、不安定なＡｌＣｌを生成し、ＡｌＣｌのＡｌ成分を基板３側に成膜させるので、Ａｌの薄膜を確実に作製することができる。

上述したＡｌの薄膜の作製に際し、成膜中はプラズマ分光器２５によりプラズマの発光状況（例えば、波長に対する発光強度）を検出している。即ち、ＡｌＣｌ、塩素ラジカルＣｌ^＊、Ａｌの発光強度は波長により異なるため、発光強度を検出することによりＡｌＣｌ、塩素ラジカルＣｌ^＊、Ａｌの状況を検出することができる。

プラズマ分光器２５での検出データは制御手段２０に送られ、前述した反応の過程においてＡｌＣｌ、塩素ラジカルＣｌ^＊、Ａｌが所望状態に生成されているかをモニタする。モニタの結果、所望の生成物が得られていない場合（予め記憶された発光強度の状況と一致していない場合）、制御手段２０の指令により、真空装置１９の図示しないバルブの調整が行われてＡｌＣｌ、塩素ラジカルＣｌ^＊、Ａｌが所望状態に生成されるように圧力が制御される。

従って、新方式のＣＶＤ装置を用いてＡｌの薄膜を確実に作製することができる薄膜作製装置及び薄膜作製方法とすることができる。

本発明は、本発明は、Ａｌ成分を成膜することができ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。

本発明の一実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面図である。プラズマの発光状況を表すグラフである。圧力と前駆体及び塩素ラジカルとの関係を表すグラフである。プラズマ密度と前駆体及び塩素ラジカルとの関係を表すグラフである。本発明の他の実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面図である。プラズマの状況とチャンバ内の流体の状況との関係を経時的に表すグラフである。

符号の説明

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ガスプラズマ
１４ガスノズル
１５ガス噴出口
１６流量制御器
１７作用ガス
１８排出口
１９真空装置
２０圧力制御手段
２１ノズル
２２Ａｒガス
２５プラズマ分光器
４０補給手段
４１開口部
４２ラジカル通路
４３励起室
４４プラズマアンテナ
４５整合器
４６電源

Claims

基板が収容されるチャンバと、
前記基板が対向する位置における前記チャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、
前記チャンバの内部にハロゲンを含有する作用ガスを供給する作用ガス供給手段と、
成膜終了時に前記チャンバの内部に希ガスを供給する希ガス供給手段と、
前記チャンバの内部をプラズマ化して作用ガスプラズマを発生させ、ハロゲンラジカルを生成して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被エッチング部材に含まれる金属成分とハロゲン成分とからなる前駆体を生成するプラズマ発生手段と、
基板側の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くして前記前駆体の金属成分を前記基板側に成膜させると共に、成膜終了後にプラズマを停止させて前記希ガス供給手段から前記希ガスをチャンバ内に供給して残留する前記ハロゲンラジカルの影響を抑制する制御手段とを備えた薄膜作製装置であって、
前記被エッチング部材はＡｌ製であり、

前記プラズマ発生手段は、Ａｌ成分とハロゲンＸとからなる前駆体ＡｌＸ_３を生成し、

前記制御手段は、流体の滞留時間を制御してＡｌＸ_２及びＡｌＸの中間体を介して前記前駆体ＡｌＸ_３のＡｌ成分を前記基板側に成膜させることを特徴とする薄膜作製装置。
前記希ガス供給手段は、作用ガスのハロゲンを希釈する希ガスを供給するものであり、

前記制御手段には、成膜終了後にハロゲンの供給を停止すると共に希ガスの供給を継続する機能が備えられていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜作製装置。
前記希ガスはＨｅであることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜作製装置。
前記作用ガスに含有されるハロゲンは塩素であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の薄膜作製装置。