JP4398802B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は一般に半導体装置の製造に係り、特に半導体装置の製造に使われる基板処理装置に関する。

一般に半導体装置の製造工程は、被処理基板表面に絶縁膜や半導体膜、あるいは金属膜を堆積する工程を含んでいる。特に金属膜を堆積する工程は、多層配線構造の形成や低抵抗シリサイド層の形成などにおいて非常に重要である。

金属膜の堆積は、スパッタなどのＰＶＤ法や気相原料の分解によるＣＶＤ法により行うことができるが、複雑な表面形状を有する被処理基板上への堆積はＣＶＤ法や、金属元素を含む気相原料分子を被処理基板表面に化学吸着させ、これを還元ガスにより還元させて所望の金属膜を得る、いわゆるＡＬＤ法など、ステップカバレッジに優れた方法により行うのが好ましい。特にＡＬＤ法や、気相原料分子の分解反応をプラズマ励起されたラジカルにより促進するプラズマＣＶＤ法は、低温での処理が可能であり、浅い接合を有する微細化された半導体装置の製造に適している。

特に最近の超微細化半導体装置の製造では、良質な金属膜を大きなアスペクト比を有する構造上に形成する必要があり、かかる成膜工程を、被処理基板にバイアスを印加することにより、加速されたイオンの作用で膜密度を向上できるプラズマプロセスにより行うのが好ましい。例えば、このような成膜プロセスをプラズマＣＶＤ法により、被処理基板に高周波バイアスを印加しながら行うことにより、微細なビアホールの底に形成された金属膜の膜密度を増大させ、比抵抗を低減することが可能である。

図１は、従来のプラズマＣＶＤ装置１００の構成を示す図である。

図１を参照するにプラズマＣＶＤ装置１００は、排気管１１９を介して排気装置１２０により排気されるプロセス空間１０１Ａを画成する処理容器１０１を有し、前記プロセス空間１０１Ａ中には被処理基板Ｗを保持するサセプタ１０２が納められている。前記サセプタ１０２にはヒータ１０３が埋め込まれ、前記ヒータ１０３を駆動電源１０４より駆動することにより、前記被処理基板Ｗが所定の温度に加熱される。また前記処理容器１０１の上部１０１ａには、前記サセプタ１０２上の被処理基板Ｗに対向するように、シャワーヘッド１３０が絶縁部材１０５を介して設けられている。

前記シャワーヘッド１３０の上面には、ＴｉＣｌ₄などの原料ガスを導入するためのガス導入口１０６と、Ｈ₂などの還元ガスを導入するためのガス導入口１０７とが形成されており、前記ガス導入口１０６は、シャワーヘッド１３０の内部において分岐された多数の原料ガス通路１０８と接続され、各々の原料ガス通路１０８は、対応する原料ガス吐出孔１０９に接続されている。一方前記導入口１０７は、シャワーヘッド１３０の内部において分岐された多数の還元ガス通路１１０に接続されており、各々の還元ガス通路１１０は、対応する還元ガス吐出孔１１１に接続されている。このような、いわゆるポストミックスタイプのシャワーヘッド１３０では、シャワーヘッド内部で原料ガスと還元ガスが混合されることがなく、したがってシャワーヘッド１３０内部において原料ガスの還元反応が生じることがない。

前記ガス導入口１０６には、バルブ１１５及びマスフローコントローラ１１６を介してＴｉＣｌ₄などの原料ガス供給源１１２とＡｒガスなどの不活性キャリアガス供給源１１３とが接続されており、前記原料ガス供給源１１２からの原料ガスがキャリアガス供給源１１３からのキャリアガスにより運搬され、前記処理容器１０１内のプロセス空間に供給される。また前記ガス導入口１０７には、バルブ１１５及びマスフローコントローラ１１６を介して還元ガス源１１４が接続されており、水素ガス源１１４からの水素ガスが前記処理容器１０１内に供給される。なお、図示はしていないが、プラズマＣＶＤ装置１００には、前記処理容器１０１内に窒素などの別の不活性ガスを供給するラインも設けられている。

さらに前記シャワーヘッド１３０には、整合器１１７及び周波数を制御するマッチャー１２１を介して高周波電源１１８が接続されており、前記高周波電源１１８から前記シャワーヘッド１３０に高周波電力を、前記マッチャー１２１を介して供給することにより、前記処理容器１０１中に供給されたガスがプラズマ励起され、これにより成膜反応が進行する。

例えば前記プラズマＣＶＤ装置１００によりシリコン基板表面にＴｉ膜を形成する場合、まず前記ヒータ１０３により前記サセプタ１０２を前記サセプタ１０２上にシリコン基板を載置しない状態において所定温度に加熱し、同時に前記排気装置１２０により処理容器１０１内のプロセス空間１０１Ａを排気する。次に前記ガス源１１３および１１４よりＡｒガス及びＨ₂ガスを前記処理容器１０１中に所定の流量比で導入し、前記プロセス空間１０１Ａのプロセス圧を所定値に設定する。さらに前記高周波電源１１８から前記シャワーヘッド１３０に高周波電力を供給し、前記プロセス空間１０１Ａ中にプラズマを生成させる。

次に、前記プラズマを維持した状態で、前記プロセス空間１０１Ａ中に所定流量でＴｉＣｌ_４ガスを供給し、前記処理容器１０１の内壁やシャワーヘッド１３０など、処理容器内部材の表面にプリコート処理を行う。

その後、前記処理容器１０１内にシリコン基板を前記被処理基板Ｗとして導入し、前記サセプタ１０２上に載置する。さらに前記ヒータ１０３を駆動することにより前記サセプタ１０２を加熱し、前記シリコン基板Ｗを所定温度に加熱する。次に前記プリコートと同じ条件のガスを供給し、Ｔｉ膜の成膜処理を所定時間行う。
特開２００２−３５６７７１号公報 特開２００３−１１９５６４号公報

ところでこのようなプラズマＣＶＤ装置を使って、例えば図２に示すようなラインアンドスペーサパターンなど、アスペクト比を有する構造を金属膜により覆う場合、特に膜質が不良となりやすい凹部において膜密度を向上させるため、図３に示すように、前記図１のプラズマＣＶＤ装置１００において前記サセプタ１０２を高周波バイアスが印加されるサセプタ１０２Ａに置き換えたプラズマＣＶＤ装置１００Ａを使い、前記サセプタ１０２Ａに高周波バイアスを印加しながら金属膜を堆積することが行われている。このような高周波バイアスにより、サセプタ１０２およびその上の被処理基板Ｗは負電位にバイアスされ、その結果、前記被処理基板Ｗ上に堆積した金属膜は、プラズマ中のＡｒ+イオンなどによりスパッタエッチング作用を受ける。このように堆積作用とスパッタエッチング作用が競合する条件下で形成された金属膜は膜密度が高く、比抵抗が低い好ましい特徴を有する。

図３を参照するに、前記サセプタ１０２Ａは典型的にはＡｌＮのような絶縁体より構成されており、前記ヒータ１０３の他に、電極１０２Ａが埋設されている。前記電極１０２Ａに高周波源１０２Ｂより前記高周波源１１８とは異なる周波数の高周波を整合器１０２Ｃを介して供給した場合、プラズマ中のイオンと電子の質量差に起因して前記被処理基板Ｗの表面にプラズマが排除されたプラズマシースが形成され、かかるプラズマシース中において生じる電位差により、プラズマ中のイオンが加速され、前記被処理基板Ｗの表面に堆積した金属膜に衝突する。図３のような従来のプラズマＣＶＤ装置１００Ａでは、サセプタ１０２Ａがスパッタエッチングを受けやすいＡｌＮより形成されているため、前記サセプタ１０２のうち、被処理基板Ｗで覆われない部分は、被処理基板Ｗと同程度の厚さの石英カバー１０２ａにより覆われている。

一方、図３の基板処理装置１００Aにおいて前記被処理基板Ｗに金属膜を堆積した場合、金属膜は被処理基板Ｗのみならず、前記石英カバー１０２ａ上にも堆積してしまい、このため頻繁なクリーニングを行って前記石英カバー１０２ａ上に堆積した金属膜を除去する必要が生じていた。前記石英カバー１０２ａの表面に金属膜が堆積したまま基板処理を継続すると、前記電極１０２Ａが基板Ｗおよび石英カバー１０２ａ上に堆積した金属膜により遮蔽されてしまい、所望のスパッタエッチング作用が得られなくなる。また基板処理を繰り返すうちに基板処理条件が変化してしまい、最初に処理された基板と後で処理された基板とで、金属膜の膜密度や比抵抗をはじめ、膜質に変化が生じてしまう。

本発明は上記の問題点を解決した、新規で有用な基板処理装置を提供することを概括的課題とする。

本発明は上記の課題を、排気装置により排気され、プロセス空間を画成する処理容器と、前記プロセス空間に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、前記プロセス空間内にプラズマを生成させるプラズマ源と、前記プロセス空間内に被処理基板を保持するように配設されたサセプタと、前記サセプタ中に埋設された電極と、前記電極に高周波電力を供給する高周波源とを備えた基板処理装置であって、前記サセプタ上には、前記被処理基板Ｗを保持する絶縁カバーが、前記サセプタ表面を覆うように形成されており、前記絶縁カバーは、前記被処理基板が載置される第１の領域と、前記第１の領域を囲む第２の領域とよりなり、前記第1の領域は、前記第２の領域よりも大きな厚みを有し、前記第２の領域は、前記高周波源より前記サセプタに高周波電力を供給した場合、前記第２の領域上に膜が形成されない２〜５ｍｍの厚さに形成されていることを特徴とする基板処理装置により、解決する。

本発明によれば、前記絶縁カバーの厚さを前記第２の領域において減少させることにより、この部分においてイオンの加速電界が増大し、スパッタエッチング作用が増大する。これにより、前記第1の領域において被処理基板上に所望の膜が堆積しても、前記第２の領域において膜の堆積が抑制され、エッチング条件のシフトなどの問題を生じることなく、メンテナンスの回数を削減でき、基板処理の効率を向上させることができる。

［原理］
図４は、本発明の原理を示す。ただし図４は、本発明によるサセプタ２２の構成を示す。

図４を参照するに、サセプタ２２はＡｌＮなどの絶縁性セラミックより構成された本体２２Ａよりなり、図１のサセプタ１０２と同様に前記本体２２Ａ内部には前記電極１０２Ａと同様な電極２２Ｂおよび前記ヒータ１０３と同様なヒータ２３が埋設されている。前記電極２２Ｂには図１の高周波源１０２Ｂに対応する高周波源２２Ｃより、１３．５６ＭＨｚの高周波パワーが供給され、被処理基板Ｗに基板バイアス（直流バイアス）を形成する。

前記本体２２Ａは平坦な表面を有し、さらに前記本体２２Ａ上には、石英ガラスカバー２２ａが装着されており、前記被処理基板Wはこの石英ガラスカバー２２ａ上に載置されている。

図４に示すように前記石英ガラスカバー２２ａは薄い外側領域２２ａ₁と前記外側領域２２ａ₁に囲まれ被処理基板Ｗを保持する厚い内側領域２２ａ₂とよりなり、前記内側領域２２ａ₂と外側領域２２ａ₁との間には３〜１０ｍｍの段差ｄが形成されている。また図示の例では前記内側領域２２ａ2は前記被処理基板Ｗと同一の大きさを有している。また基板がすれないように、ガイドを設けてもよい。

このようなサセプタ２２を図１のようなプラズマＣＶＤ装置中に導入し、プラズマを励起すると同時に前記高周波源２２Ｃより基板バイアスを電極２２Ｂに印加した場合、基板バイアスの効果により、前記サセプタ本体２２Ａ上には厚さがＤの、プラズマが排除されるシース領域２２Ｓが形成される。前記内側領域２２ａ₂よりも外側領域２２ａ₁の方が、厚さＤは大きい。前記厚さＤは１ｍｍ以下である。

図５（Ａ），（Ｂ）は、かかるシース領域２２Ｓにおける電位分布を、図４のモデル構造について示す図である。

図５（Ａ）を参照するに、図４の構造において前記シース領域２２Ｓは前記電極２２Ｂとプラズマとの間でキャパシタを形成し、前記石英ガラスカバー２２ａは、前記キャパシタ中に挿入された比誘電率がεqの誘電体として扱われる。

図５（Ｂ）は、前記プラズマシース２２Ｓ中において生じる電界、すなわち直流バイアス電圧Ｖdcの分布を示す。

図５（Ｂ）を参照するに、バイアス電圧Ｖdcは前記電極２２Ｂの位置において最大値Ｖ0をとり、前記プラズマの下端部に向かって、

に従って変化する。

すなわち、前記石英ガラスカバー２２ａの領域２２ａ₁においては、前記領域２２ａ₂におけるよりも大きなバイアス電界、したがってバイアス電圧が生じるのがわかる。

図６（Ａ）は、図１のプラズマＣＶＤ装置において生じるスパッタ率と基板バイアス電圧Ｖdcとの関係を、図６（Ｂ）は同じ堆積装置中における膜の堆積速度と基板バイアス電圧Ｖdcとの関係を示す。

図６（Ａ）を参照するに、基板バイアス電圧Ｖdcがある臨界値Ｖdc₀以下では、被処理基板W上に形成された膜にスパッタは生じないのに対し、前記臨海値Ｖdc₀を超えるとスパッタが生じ、基板バイアス電圧Ｖdc、すなわち前記高周波源２２Cが供給する高周波パターとともに、スパッタ率が増大するのがわかる。これに対応して、前記被処理基板W上に堆積する膜の堆積速度が、図６（Ｂ）に示すように減少する。

そこで本発明においては、前記石英カバー２２ａの段差ｄを、前記領域２２ａ₁におけるバイアス電圧Ｖｒが前記臨界値Ｖdc₀を超えるように、また前記領域２２ａ₂におけるバイアス電圧ＶWが前記臨界値Ｖdc₀以下になるように設定する。前記臨界値Ｖdc₀はＴｉ膜あるいはＴａ膜を堆積する場合、約−１０Ｖとなる。図４の段差ｄは、例えば７ｍｍに設定することができる。
［第１実施例］
図７は、本発明の第１実施例によるプラズマＣＶＤ装置２０の構成を示す。

図７を参照するに、プラズマＣＶＤ装置２０は、排気管３９を介して排気装置５０により排気されるプロセス空間２１Ａを画成する処理容器２１を有し、前記プロセス空間２１Ａ中には図４で説明したサセプタ２２が納められている。

すなわち前記サセプタ２２はＡｌＮよりなるサセプタ本体２２Ａを有し、前記サセプタ本体２２Ａ中には電極２２Ｂが埋設されている。前記電極２２Ｂは高周波源２２Ｃよりインピーダンス整合器２２Ｄを介して周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波を供給され、基板バイアスＶdcを発生する。また前記サセプタ本体２２Ａ上には被処理基板Wを保持する領域２２ａ2とその周囲を囲む、厚さがより小さな２〜５ｍｍの値を有する周辺領域２２ａ1とを有する石英ガラスカバー２２ａが被せられている。図示の例では、前記石英カバー２２ａの周辺領域２２ａ1は、さらに前記サセプタ本体２２Ａの側壁面をも覆っている。

一例を挙げると、前記石英カバー２２ａは前記周辺領域２２ａ₁において２ｍｍの厚さを有し、前記内側域２２ａ₂において１０ｍｍの厚さを有する。また前記電極２２Ｂから測った前記周辺領域２２ａ₁の高さｄｒは３ｍｍ、前記電極２２Ｂから測った前記内側領域２２ａ₂の高さｄＷは１１ｍｍに設定される。

前記サセプタ２２にはヒータ２３が埋め込まれ、前記ヒータ２３を駆動電源２４より駆動することにより、前記被処理基板Ｗが所定の温度に加熱される。また前記処理容器２１の上部２１ａには、前記サセプタ２２上の被処理基板Ｗに対向するように、金属部材（Ａｌ，Ｎｉ、その合金）よりなるシャワーヘッド４０が絶縁部材２５を介して設けられている。

前記シャワーヘッド４０の上面には、ＴｉＣｌ₄などの原料ガスを導入するためのガス導入口２６と、Ｈ₂などの還元ガスを導入するためのガス導入口２７とが形成されており、前記ガス導入口２６は、シャワーヘッド４０の内部において分岐された多数の原料ガス通路２８と接続され、各々の原料ガス通路２８は、対応する原料ガス吐出孔２９に接続されている。一方前記導入口２７は、シャワーヘッド４０の内部において分岐された多数の還元ガス通路３０に接続されており、各々の還元ガス通路３０は、対応する還元ガス吐出孔３１に接続されている。このような、いわゆるポストミックスタイプのシャワーヘッド４０では、シャワーヘッド内部で原料ガスと還元ガスが混合されることがなく、したがってシャワーヘッド４０内部において原料ガスの還元反応が生じることがない。

前記ガス導入口２６には、バルブ３５及びマスフローコントローラ３６を介してＴｉＣｌ₄などの原料ガス供給源３２とＡｒガスなどの不活性キャリアガス供給源３３とが接続されており、前記原料ガス供給源３２からの原料ガスがキャリアガス供給源３３からのキャリアガスにより運搬され、前記処理容器２１内のプロセス空間に供給される。また前記ガス導入口２７には、バルブ３５及びマスフローコントローラ３６を介して還元ガス源３４が接続されており、Ｈ₂源３４からのＨ₂ガスが前記処理容器２１内に供給される。なお、図示はしていないが、プラズマＣＶＤ装置２０には、前記処理容器２１内に窒素などの別の不活性ガスを供給するラインも設けられている。

さらに前記シャワーヘッド４０には、整合器３７及び周波数を制御するマッチャー４１を介して高周波電源３８が接続されており、前記高周波電源３８から前記シャワーヘッド４０に高周波電力を、前記マッチャー４１を介して供給することにより、前記処理容器２１中に供給されたガスがプラズマ励起され、これにより成膜反応が進行する。

前記プラズマＣＶＤ装置２０によりシリコン基板表面にＴｉ膜を形成する場合、まず前記ヒータ２３により前記サセプタ２２を前記サセプタ２２上にシリコン基板を載置しない状態において５８０℃の温度に加熱し、同時に前記排気装置５０により処理容器２１内のプロセス空間２１Ａを排気する。

次に前記ガス源３３および３４よりＡｒガス及びＨ₂ガスを前記処理容器２１中にそれぞれ３００ＳＣＣＭおよび１５０ＳＣＣＭの流量で導入し、前記プロセス空間２１Ａのプロセス圧を６６６Ｐａに設定する。

さらに前記高周波電源１１８から前記シャワーヘッド４０に周波数が４５０ｋＨｚの高周波電力を３５０Ｗのパワーで供給し、前記プロセス空間２１Ａ中にプラズマを生成する。さらに前記プラズマを維持した状態で、前記プロセス空間２１Ａ中にＴｉＣｌ_４ガスを５ＳＣＣＭの流量で供給し、前記処理容器２１の内壁やシャワーヘッド４０など、処理容器内部材の表面にプリコート処理を行う。

その後、前記ＴｉＣｌ₄ガスの供給を停止し、前記処理容器２１内にシリコン基板を前記被処理基板Ｗとして導入し、前記サセプタ２２を覆う石英カバー２２ａ上に載置する。

さらに前記ヒータ１０３を駆動することにより前記サセプタ１０２を加熱し、前記シリコン基板Ｗを所定温度に加熱するとともに、前記サセプタ２２に前記高周波源２２Ｃより周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波が１００Ｗのパワーで供給され、前記直流バイアスＶdcとして、−１０Ｖの電圧が印加される。

次に前記プリコートと同じ条件で前記ガス源３２よりＴｉＣｌ₄ガスを、前記ガス源３４からの水素ガスおよび前記ガス源３３からのＡｒキャリアガスとともに供給し、前記被処理基板Ｗ上にＴｉ膜の成膜処理を３０秒間行う。

このような工程では、前記内側領域２２ａ₂上に保持された被処理基板ＷにはＴｉ膜が堆積するのに対し、前記周辺領域２２ａ₁上にはＴｉ膜の堆積は生じない。

さらに前記基板Ｗは、様々な活性素子が形成され絶縁膜で覆われたシリコン基板、あるいはさらに多層配線構造が形成されたシリコン基板であってもよい。

図８は、図７のサセプタ２２の変形例を示す図である。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図８を参照するに、サセプタ２２は中央部の中空支柱２２Ｐにより支えられており、前記ヒータ２３を駆動するリード線２３Ｌ，２３Ｍが前記支柱２２Ｐ内を通される。

前記サセプタ本体２２Ａ中には電極２３Ｂが埋設されており、さらに前記本体２２Ａ，ヒータ２３、電極２２Ｂおよび石英ガラスカバー２２ａを貫通して、リフタピン２２Ｐを通される貫通孔２２Ｈが形成されている。前記リフタピン２２Ｐはアーム２２Ｎにより結合され、部材２２Ｍにより上下に駆動される。

［第２実施例］
図９は、本発明の第２実施例によるプラズマエッチング装置６０の構成を示す。

このようなプラズマエッチング装置６０においても、被処理基板Ｗ上の金属層をドライエッチングする場合、エッチングされた金属がサセプタ上に再堆積し、基板バイアスの効果を遮蔽する場合があり、このため従来はサセプタの頻繁なクリーニングを必要としていた。

図９を参照するに、プラズマエッチング装置６０は排気ポート６１Ａにおいてポンプ６２により排気される処理容器６１を有し、前記処理容器６１中には、冷熱媒通路６３ａを形成された略円柱状のサセプタ支持台６３Ａが、絶縁膜６３Ｉを介して形成される、さらに前記サセプタ支持台６３Ａ上には、直流電源６３ｄにより駆動され静電チャックを構成する電極板６３ｂを埋設されたサセプタ６３Ｂが形成される。なお図示の例では、前記サセプタ支持台６３Ａ上に前記サセプタ６３Ｂを囲むように、シリコンなどの導電性材料よりなるリング状のフォーカスリング６３Ｃが形成されている。

さらに前記サセプタ６３Ｂ上には、図７の実施例と同様な石英カバー６４が形成されており、被処理基板Ｗはかかる石英カバー６４上に保持される。

前記処理容器６１中には、さらに前記石英カバー６４上の被処理基板Ｗに対向するように上部電極６４が、前記処理容器６１から絶縁部材６１Ｂにより絶縁されて設けられており、前記上部電極のうち、前記被処理基板Ｗに対向する面には多数のガス吐出口６５ａを形成されたシャワーヘッド６５Ａが形成されている。

前記シャワーヘッド６５Ａには処理ガス源６６Ａより、ＭＦＣ６６Ｂおよびバルブ６６Ｃを介して、例えばＣ5Ｆ8やＣ4Ｆ8などのエッチングガスが、ＡｒやHeなどの希ガス、あるいは窒素ガスとともに供給される。

その際、前記上部電極２１に高周波源６７Ａから、整合器６７Ｂを介して周波数が５０〜１５０ＭＨｚ、例えば６０ＭＨｚの高周波を供給することにより、前記処理容器６１中に高周波プラズマを励起することができる。

さらに図９の構成では、前記サセプタ保持台６３Ａに高周波源６８Ａから整合器６８Ｂを介して周波数が１〜４ＭＨｚの高周波が供給され、これにより前記被処理基板Ｗには負のバイアス電圧が発生する。

本発明では先の実施例と同様に、石英カバー６４の周辺部に段差ｄを形成しているため、前記周辺部において強力なスパッタ作用が生じ、石英カバー６４の周辺部における金属膜の堆積を抑制することができる。

［第３実施例］
図１０は、本発明の第3実施例による基板処理装置の構成を示す。ただし図１０中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図１０を参照するに、本実施例では前記ＴｉＣｌ₄ガス、Ａｒガスおよび水素ガスの供給ラインに設けられたバルブ３５を制御する制御装置５１が設けられ、さらに前記制御装置５１は前記プラズマ源３８の駆動をも制御する。

図１１は、前記制御装置５１の制御下で行われるＴｉ膜の成膜工程を示す。

図１１を参照するに、最初にステップ１で前記処理容器２１内のプロセス空間２１ＡがＡｒガス源３３からのＡｒガスによりパージされ、次にステップ２において前記プロセス空間２１Ａ中にＴｉＣｌ₄ガス源３２からのＴｉＣｌ_４ガスが導入される。このようにして導入されたＴｉＣｌ₄ガスは前記被処理基板Ｗの表面に化学吸着し、非常に薄い、１〜数原子層の厚さのＴｉＣｌ₄膜が被処理基板Ｗの表面に形成される。

次にステップ３において前記プロセス空間２１Ａ中のＴｉＣｌ₄ガスは再びＡｒガスを導入することによりパージされ、ステップ４において前記水素ガス源３４より水素ガスが前記プロセス空間２１Ａ中に導入される。

ステップ４では同時に前記制御装置５１が前記プラズマ源３８を駆動し、これにより前記プロセス空間２１Ａには前記水素ガスの励起により水素ラジカルが形成される。このようにして形成された水素ラジカルは前記被処理基板Ｗの表面に吸着していたＴｉＣｌ4分子を還元し、１〜数原子層の厚さにＴｉ膜が形成される。

ステップ１〜４の工程において前記プラズマ源２２Ｃは前記電極２２Ｂに周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波を供給し続けており、前記ステップ４においてプラズマが前記プロセス空間２１Ａ中に形成されると、同時に形成されたＡｒなどのイオンが前記被処理基板Ｗ表面のＴｉ膜に衝突し、膜密度が向上する。

またこれと同時に、前記石英カバー２２ａの外側領域２２a₁に堆積したＴｉ膜が、先に説明したスパッタエッチングにより除去される。

前記ステップ４の後は、ステップ１〜４のプロセスが繰り返される。

本実施例によれば、高品質のＴｉ膜を少しずつ、理想的には１原子層ずつ形成することができ、膜密度の高い、比抵抗の低い優れたＴｉ膜が得られる。もちろん、本実施例において他の金属原料ガスを使うことにより、Ｔａ膜など、他の金属膜を形成することもできる。Ｔａ膜を形成する場合には、例えばＴａＣｌ₅を原料として使えばよい。

以上、本発明を平行平板型のプラズマ処理装置を例に説明したが、本発明は平行平板型の装置に限定されるものではなく、例えば図１２に示すようにベルジャー型の処理容器９１の外部に高周波コイル９２を巻回した誘導結合型プラズマ処理装置９０においても、あるいは図示は省略するが、外部のプラズマ源からプラズマを処理容器中に導入するＥＣＲ型のプラズマ処理装置においても有効である。

従来の平行平板型基板処理装置の構成を示す図である。 図１の基板処理装置において実行される金属膜の成膜プロセスの例を示す図である。 図１の基板処理装置において基板バイアスを行った例を示す図である。 本発明の原理を説明する図である。 （Ａ），（Ｂ）は、本発明の原理を説明する別の図である。 （Ａ），（Ｂ）は、本発明の原理を説明する別の図である。 本発明の第１実施例による基板処理装置の構成を示す図である。 一変形例によるサセプタの構成を示す図である。 本発明の第２実施例による基板処理装置の構成を示す図である。 本発明の第３実施例による基板処理装置の構成を示す図である。 本発明の第３実施例による基板処理プロセスを示す図である。 本発明の他の実施例を示す図である。

符号の説明

１０，２０，６０，８０，９０，１００，１００Ａ 基板処理装置
２１，９１，１０１ 処理容器
２１Ａ，１０１Ａ プロセス空間
２１ａ，１０１ａ 処理容器上部
２２ａ 絶縁カバー
２２ａ₁ 周辺領域
２２ａ₂ 内側領域
２２ サセプタ
２２Ａ サセプタ本体
２２Ｂ 電極
２２Ｃ 高周波電源
２２Ｄ 整合器
２３ ヒータ
２４ ヒータ電源
２５，１０５ 絶縁体
２６，２７，２８，２９，３０，３１、１０６，１０７，１０８，１０９，１１０，１１１ ガス通路
３２，３３，３４，１１２，１１３，１１４ ガス源
３５，１１５ バルブ
３６，１１６ ＭＦＣ
３７，１１７ 整合器
３８，１１８ 高周波源
３９，１１９ 排気管
４０，１３０ シャワーヘッド
４１，１２１ マッチャー
５０，１２０ 排気装置
５１ 制御装置
９２ 高周波コイル

Claims (13)

1. 排気装置により排気され、プロセス空間を画成する処理容器と、
   前記プロセス空間に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、
   前記プロセス空間内にプラズマを生成させるプラズマ源と、
   前記プロセス空間内に被処理基板を保持するように配設されたサセプタと、
   前記サセプタ中に埋設された電極と、
   前記電極に高周波電力を供給する高周波源と
   を備えた基板処理装置であって、
   前記サセプタ上には、前記被処理基板Ｗを保持する絶縁カバーが、前記サセプタ表面を覆うように形成されており、
   前記絶縁カバーは、前記被処理基板が載置される第１の領域と、前記第１の領域を囲む第２の領域とよりなり、
   前記第1の領域は、前記第２の領域よりも大きな厚みを有し、
   前記第２の領域は、前記高周波源より前記サセプタに高周波電力を供給した場合、前記第２の領域上に膜が形成されない２〜５ｍｍの厚さに形成されていることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記絶縁カバーは、石英ガラスよりなることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記サセプタ表面はＡｌＮよりなることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置。
4. 前記サセプタは平坦な表面を有し、前記絶縁カバーは前記第１の領域が上方に突出していることを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。
5. 前記高周波源は、前記電極に高周波パワーを、前記絶縁カバー表面において、前記絶縁カバー表面に堆積する膜にスパッタエッチングが生じるような条件で供給することを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。
6. 前記高周波源は、前記高周波パワーを、前記被処理基板表面に膜の堆積が生じるような条件で供給することを特徴とする請求項５記載の基板処理装置。
7. 前記処理ガスは、前記被処理基板表面に膜の堆積を生じるようなガスであることを特徴とする請求項１〜６のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。
8. 前記処理ガスは、前記被処理基板表面に金属膜の堆積を生じるようなガスであることを特徴とする請求項１〜７のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。
9. 前記さらに前記処理ガス供給機構と前記排気装置とを交互に作動させる制御系を備えたことを特徴とする請求項７または８記載の基板処理装置。
10. 前記処理ガスは、前記被処理基板表面をエッチングするようなガスであることを特徴とする請求項１〜６のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。
11. 前記プラズマ源は、前記サセプタ上の被処理基板に対向するように配設された電極を含むことを特徴とする請求項１〜１０のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。
12. 前記プラズマ源は、前記処理容器外部に巻回されたコイルを含むことを説く請求項１〜１０のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。
13. 前記第１の領域は、前記被処理基板と同一の大きさを有することを特徴とする請求項１〜１２のうち、いずれか一項記載の基板処理装置。

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