JP5778132B2 - 成膜装置 - Google Patents
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Description
また、これに加えて原料を有効に回収することができる成膜装置を提供することにある。
<第1の実施形態に係る成膜装置>
図1は本発明の第1の実施形態に係る成膜装置を示す概略構成図、図2は図1の成膜装置に用いられるバッフル板の一例を示す平面図、図3は図1の成膜装置に用いられる載置台を示す拡大断面図、図4は載置台の一部を示す部分拡大断面図、図5は載置台が降下した時の状態を示す図である。ここでは有機金属化合物の原料としてカルボニル系の有機金属化合物であるRu3(CO)12を用い、キャリアガスとしてCO(一酸化炭素)を用いてRu金属膜よりなる薄膜を成膜する場合を例にとって説明する。
Ru3(CO)12↑ ⇔ Ru3(CO)12−x↑+XCO↑
Ru3(CO)12−x↑+Q → 3Ru+(12−X)CO↑
Ru3(CO)12↑+Q → 3Ru+12CO↑
なお、上記化学式において”⇔”は可逆的であることを示し、”↑”はガス状態であることを示し、”↑”が付いていないものは固体状態であることを示し、”Q”は熱が加わることを示す。
次に、本発明の第2の実施形態に係る成膜装置について説明する。図8は本発明の第2の実施形態に係る成膜装置の一部を示す部分拡大断面図、図9は図8の成膜装置の載置台の部分を示す側面図である。なお、ここに図示されていない部分は第1の実施形態と同様の構成である。また、図8は第1の実施形態における図4に対応するものであり、図4に示す構成と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。
次に、以上のような第1の実施形態および第2の実施形態の成膜装置について評価実験を行った結果について説明する。なお、比較のためにオリフィス部を有しない従来の成膜装置(図7参照)についても実験を行った。
次に、本発明の第3の実施形態に係る成膜装置について説明する。図12は本発明の第3の実施形態に係る成膜装置の一部を示す部分拡大断面図である。なお、ここに図示されていない部分は第1の実施形態と同様の構成である。また、図12は第2の実施形態の図8に対応するものであり、図8に示す構成と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。
・ウエハ温度と成膜レートとの関係
この第3の実施形態において、実際にRu3(CO)12を原料として用いた時のウエハ温度と成膜レートとの関係を調査した結果について説明する。図14はRu3(CO)12を原料として用いた時のウエハ温度と成膜レートとの関係を示すグラフである。ここでは、キャリアガスとしてはCOガスを用い、ガス流量はCOガスの流量を100sccmに設定した。図14に示すように、ウエハ温度が140℃よりも低い場合には膜は堆積せず、140℃程度の時に成膜が開始される。そして、温度の上昇と共に、成膜レートは急激に上昇して行くことになる。そして、1nm/min以上の成膜レートが必要な場合にはウエハ温度は175℃以上に設定し、また2nm/min以上の成膜レートが必要な場合にはウエハ温度は190℃以上に設定することが必要であることがわかる。
次に、載置台本体の周辺部品であるシールドリング74′の温度と膜厚の面内均一性との関係とを調査した結果について説明する。図15は載置台本体の周辺部品であるシールドリング74′の温度と膜厚の面内均一性との関係を示すグラフである。ここではキャリアガスとしてはCOガスを用い、ガス流量は100sccmとした。またウエハ温度は190℃に設定している。図15に示すように、シールドリング74部材の温度が低い場合には、ウエハ表面に堆積した薄膜の膜厚の面内均一性は悪い傾向にあるが、シールドリング部材の温度を上昇させるに従って、膜厚の面内均一性は改善することがわかる。そして、シールドリング部材の温度が180℃程度の時に膜厚の面内均一性は6%程度まで改善し、その後はシールドリング部材の温度を上げても、膜厚の面内均一性はほぼ飽和して6%程度を維持している。従って、載置台本体50に最も近い周辺部品であるシールドリング部材74′の温度は180℃以上に設定するのが好ましいことがわかる。
次に、本実施形態の成膜装置を用いて実際にパージガスの流量を変化させて成膜した際のRu膜の膜厚および膜厚の面内均一性(1σ[%])を確認した結果について図16を参照して説明する。図16に示すようにパージガス流量を100sccmまで増加させても、Ru膜の膜厚および均一性には影響がなく、パージガス流量を大きくして不要な膜の堆積を抑制する効果を大きくできることがわかる。
次に、載置台本体の周辺部品であるカバーリング76の温度を変化させた時の原料の回収率と膜厚の面内均一性との関係を調査した結果について説明する。図17は載置台本体の周辺部品であるカバーリング76の温度を変化させた時の原料の回収率と膜厚の面内均一性との関係を示すグラフである。各試験においてウエハ温度は190℃に設定した。また本実施形態の成膜方法である試験1ではカバーリング76の温度を170℃に設定し、試験2ではカバーリング76の温度をウエハWと同じ温度である190℃に設定し、試験3ではカバーリング76の温度を80℃に設定した。また、各試験1〜3において、オリフィス形成部材116、内部区画壁90およびカバー部材164の温度を80℃に設定した。
次に、各種条件の成膜装置において原料回収率を調査した。図18は、特許文献3の成膜装置と第3の実施形態の成膜装置およびその中間段階の2つの成膜装置について、原料ガスの付着状況を確認した結果を示すグラフである。ここでは、載置台28の周辺リング部材(シールドリング74′、エッジリング58′)の温度を180〜190℃程度、カバーリング76の温度を170℃程度に高くすることを前提としており、Aはオリフィス形成部材116なし、パージガスなし、カバー部材164なしの特許文献3の成膜装置、Bはオリフィス形成部材116ありで、パージガスおよびカバー部材164なしの成膜装置、Cはオリフィス形成部材116およびパージガスありで、カバー部材164なしの成膜装置、Dは第3の実施形態の成膜装置である。
次に、本発明の第4実施形態に係る成膜装置について説明する。図19は本発明の第4の実施形態に係る成膜装置の一部を示す部分拡大断面図である。本実施形態は、第1の実施形態と第3の実施形態を合わせたものであり、それぞれの実施形態と同じものには同じ符号を付して説明を簡略化する。
Claims (23)
- 有機金属化合物からなる原料ガスを用いて被処理体の表面に薄膜を形成する成膜装置であって、
内部に被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内に収容され、被処理体を載置するとともに被処理体を加熱する加熱ヒータが設けられた載置台と、
前記載置台の上方に前記載置台に対向するように設けられ、前記載置台上の前記被処理体の外周端よりも外側の領域のみに直接的に原料ガスが放出され、被処理体の上面には直接的には原料ガスが流下されないように、前記原料ガスを導入するガス導入機構と、
前記載置台の上方の処理空間を囲み、その内外を区画するとともに、その下端部が前記載置台に接近するように設けられ、前記下端部と前記載置台の周縁部との間でガス出口を形成する内部区画壁と、
前記内部区画壁の下端部に前記載置台の半径方向の内方に向けて延在するように設けられ、前記載置台の周縁部との間で前記ガス出口に連通するオリフィス部を形成するオリフィス形成部材と
を備え、
前記オリフィス形成部材の内周端と、前記載置台上に載置された前記被処理体の外周端との水平距離は0〜10mmである成膜装置。 - 前記内部区画壁と前記オリフィス形成部材は、前記原料ガスの分解温度未満でかつ固化温度または液化温度以上の温度範囲に維持されている請求項1に記載の成膜装置。
- 前記ガス導入機構は、
前記処理容器内で前記載置台の上方に対向して配置されたバッフル板と、
前記バッフル板の周縁部に、前記載置台上に載置された前記被処理体の外周端よりも外側の領域に対応する位置に形成されたガス放出口とを有する請求項1または請求項2に記載の成膜装置。 - 前記載置台の周縁部は、前記原料ガスの分解温度未満でかつ固化温度または液化温度以上の温度範囲に維持されている請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の成膜装置。
- 前記有機金属化合物は、Ru3(CO)12、W(CO)6、Ni(CO)4、Mo(CO)6、Co2(CO)8、Rh4(CO)12、Re2(CO)10、Cr(CO)6、Os3(CO)12、Ta(CO)5、TEMAT(テトラキスエチルメチルアミノチタニウム)、TAIMATA、Cu(EDMDD)2、TaCl5、TMA(トリメチルアルミニウム)、TBTDET(ターシャリブチルイミド−トリ−ジエチルアミドタンタル)、PET(ペンタエトキシタンタル)、TMS(テトラメチルシラン)、TEH(テトラキスエトキシハフニウム)、Cp2Mn[=Mn(C5H5)2]、(MeCp)2Mn[=Mn(CH3C5H4)2]、(EtCp)2Mn[=Mn(C2H5C5H4)2]、(i−PrCp)2Mn[=Mn(C3H7C5H4)2]、MeCpMn(CO)3[=(CH3C5H4)Mn(CO)3]、(t−BuCp)2Mn[=Mn(C4H9C5H4)2]、CH3Mn(CO)5、Mn(DPM)3[=Mn(C11H19O2)3]、Mn(DMPD)(EtCp)[=Mn(C7H11C2H5C5H4)]、Mn(acac)2[=Mn(C5H7O2)2]、Mn(DPM)2[=Mn(C11H19O2)2]、Mn(acac)3[=Mn(C5H7O2)3]よりなる群から選択される材料からなる請求項1に記載の成膜装置。
- 有機金属化合物からなる原料ガスを用いて被処理体の表面に薄膜を形成する成膜装置であって、
内部に被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内に収容され、被処理体を載置するとともに被処理体を加熱する加熱ヒータが設けられた載置台と、
前記載置台の上方に前記載置台に対向するように設けられ、前記載置台上の前記被処理体の外周端よりも外側の領域に向けて前記原料ガスを導入するガス導入機構と、
前記載置台の上方の処理空間を囲み、その内外を区画するとともに、その下端部が前記載置台に接近するように設けられ、前記下端部と前記載置台の周縁部との間でガス出口を形成する内部区画壁と、
前記ガス出口に上側の隙間と下側の隙間とを形成するように介在されるとともに、その内周端が前記載置台の半径方向の内方に向けて延在するように設けられ、前記上側の隙間がオリフィス部を形成するオリフィス形成部材と
を備えた成膜装置。 - 前記オリフィス形成部材は、環状に形成されており、前記内部区画壁の下端部に、その周方向に沿って所定の間隔を隔てて配置された複数の支持アームによって支持されている請求項6に記載の成膜装置。
- 前記下側の隙間にパージガスを供給するパージガス供給機構をさらに備えた請求項6または請求項7に記載の成膜装置。
- 前記パージガスは、前記原料ガスの成膜反応を抑制するガスである請求項8に記載の成膜装置。
- 前記原料ガスは金属カルボニルガスであり、前記パージガスはCOガスである請求項9に記載の成膜装置。
- 前記オリフィス形成部材の内周端と、前記載置台上に載置された前記被処理体の外周端との水平距離は0〜10mmである請求項6から請求項10のいずれか1項に記載の成膜装置。
- 前記内部区画壁と前記オリフィス形成部材は、前記原料ガスの分解温度未満でかつ固化温度または液化温度以上の温度範囲に維持されている請求項6から請求項11のいずれか1項に記載の成膜装置。
- 前記ガス導入機構は、
前記処理容器内で前記載置台の上方に対向して配置されたバッフル板と、
前記バッフル板の周縁部に、前記載置台上に載置された前記被処理体の外周端よりも外側の領域に対応する位置に形成されたガス放出口とを有する請求項6から請求項12のいずれか1項に記載の成膜装置。 - 前記載置台の周縁部は、前記原料ガスの分解温度未満でかつ固化温度または液化温度以上の温度範囲に維持されている請求項6から請求項13のいずれか1項に記載の成膜装置。
- 前記有機金属化合物は、Ru3(CO)12、W(CO)6、Ni(CO)4、Mo(CO)6、Co2(CO)8、Rh4(CO)12、Re2(CO)10、Cr(CO)6、Os3(CO)12、Ta(CO)5、TEMAT(テトラキスエチルメチルアミノチタニウム)、TAIMATA、Cu(EDMDD)2、TaCl5、TMA(トリメチルアルミニウム)、TBTDET(ターシャリブチルイミド−トリ−ジエチルアミドタンタル)、PET(ペンタエトキシタンタル)、TMS(テトラメチルシラン)、TEH(テトラキスエトキシハフニウム)、Cp2Mn[=Mn(C5H5)2]、(MeCp)2Mn[=Mn(CH3C5H4)2]、(EtCp)2Mn[=Mn(C2H5C5H4)2]、(i−PrCp)2Mn[=Mn(C3H7C5H4)2]、MeCpMn(CO)3[=(CH3C5H4)Mn(CO)3]、(t−BuCp)2Mn[=Mn(C4H9C5H4)2]、CH3Mn(CO)5、Mn(DPM)3[=Mn(C11H19O2)3]、Mn(DMPD)(EtCp)[=Mn(C7H11C2H5C5H4)]、Mn(acac)2[=Mn(C5H7O2)2]、Mn(DPM)2[=Mn(C11H19O2)2]、Mn(acac)3[=Mn(C5H7O2)3]よりなる群から選択される材料からなる請求項6に記載の成膜装置。
- 有機金属化合物からなる原料ガスを用いて被処理体の表面に薄膜を形成する成膜装置であって、
内部に被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内に収容され、被処理体を載置するとともに被処理体を加熱する加熱ヒータが設けられた載置台と、
前記載置台の上方に前記載置台に対向するように設けられ、前記載置台上の前記被処理体の外周端よりも外側の領域に向けて前記原料ガスを導入するガス導入機構と、
前記載置台の上方の処理空間を囲み、その内外を区画するとともに、その下端部が前記載置台に接近するように設けられ、前記下端部と前記載置台の周縁部との間でガス出口を形成する内部区画壁と、
前記ガス出口に上側の隙間と下側の隙間とを形成するように介在されるとともに、その内周端が前記載置台の半径方向の内方に向けて延在するように設けられ、前記上側の隙間がオリフィス部を形成するオリフィス形成部材と、
前記下側の隙間にパージガスを供給するパージガス供給機構と、
前記載置台の周縁部の外側部分を覆うように設けられたカバー部材と
を備え、
前記内部区画壁と前記オリフィス形成部材と前記カバー部材は、前記原料ガスの分解温度未満でかつ固化温度または液化温度以上の温度範囲に維持され、前記載置台の周縁部の表面は、前記載置台上の被処理体の温度と同等またはそれよりも低い、被処理体の温度の近傍温度に維持される成膜装置。 - 前記パージガスは、前記原料ガスの成膜反応を抑制するガスである請求項16に記載の成膜装置。
- 前記原料ガスは金属カルボニルガスであり、前記パージガスはCOガスである請求項17に記載の成膜装置。
- 前記オリフィス形成部材の内周端と、前記載置台上に載置された前記被処理体の外周端との水平距離は0〜10mmである請求項16から請求項18のいずれか1項に記載の成膜装置。
- 前記ガス導入機構は、
前記処理容器内で前記載置台の上方に対向して配置されたバッフル板と、
前記バッフル板の周縁部に、前記載置台上に載置された前記被処理体の外周端よりも外側の領域に対応する位置に形成されたガス放出口とを有する請求項16から請求項19のいずれか1項に記載の成膜装置。 - 前記有機金属化合物は、Ru3(CO)12、W(CO)6、Ni(CO)4、Mo(CO)6、Co2(CO)8、Rh4(CO)12、Re2(CO)10、Cr(CO)6、Os3(CO)12、Ta(CO)5、TEMAT(テトラキスエチルメチルアミノチタニウム)、TAIMATA、Cu(EDMDD)2、TaCl5、TMA(トリメチルアルミニウム)、TBTDET(ターシャリブチルイミド−トリ−ジエチルアミドタンタル)、PET(ペンタエトキシタンタル)、TMS(テトラメチルシラン)、TEH(テトラキスエトキシハフニウム)、Cp2Mn[=Mn(C5H5)2]、(MeCp)2Mn[=Mn(CH3C5H4)2]、(EtCp)2Mn[=Mn(C2H5C5H4)2]、(i−PrCp)2Mn[=Mn(C3H7C5H4)2]、MeCpMn(CO)3[=(CH3C5H4)Mn(CO)3]、(t−BuCp)2Mn[=Mn(C4H9C5H4)2]、CH3Mn(CO)5、Mn(DPM)3[=Mn(C11H19O2)3]、Mn(DMPD)(EtCp)[=Mn(C7H11C2H5C5H4)]、Mn(acac)2[=Mn(C5H7O2)2]、Mn(DPM)2[=Mn(C11H19O2)2]、Mn(acac)3[=Mn(C5H7O2)3]よりなる群から選択される材料からなる請求項16に記載の成膜装置。
- 有機金属化合物からなる原料ガスを用いて被処理体の表面に薄膜を形成する成膜装置であって、
内部に被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内に収容され、被処理体を載置するとともに被処理体を加熱する加熱ヒータが設けられた載置台と、
前記載置台の上方に前記載置台に対向するように設けられ、前記載置台上の前記被処理体の外周端よりも外側の領域に向けて前記原料ガスを導入するガス導入機構と、
前記載置台の上方の処理空間を囲み、その内外を区画するとともに、その下端部が前記載置台に接近するように設けられ、前記下端部と前記載置台の周縁部との間でガス出口を形成する内部区画壁と、
前記内部区画壁の下端部に前記載置台の半径方向の内方に向けて延在するように設けられ、前記載置台の周縁部との間で前記ガス出口に連通するオリフィス部を形成し、原料ガスの分解温度よりも低く、かつその固化温度または液化温度よりも高い温度に維持されたオリフィス形成部材と
を備え、
前記載置台は、
前記加熱ヒータを有する載置台本体と、
前記載置台本体の周辺部に前記被処理体とは離れて設けられ、かつ前記載置台本体と部分的に接触して温度が調整された周辺リング部材と、
前記被処理体の周辺部に前記被処理体とは離れて設けられ、かつ前記周辺リング部材上に設けられるカバーリングと
を有する成膜装置。 - 前記周辺リング部材の外側部分を覆うように設けられたカバー部材をさらに備え、
前記載置台は、前記載置台本体の下に断熱部材を介して設けられ、前記原料ガスの分解温度よりも低く、かつその固化温度または液化温度よりも高い温度に維持される冷却ベースを有し、前記カバー部材は前記冷却ベースに接触するように設けられて前記原料ガスの分解温度よりも低く、かつその固化温度または液化温度よりも高い温度に維持される請求項22に記載の成膜装置。
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