JP6853355B2 - 薄膜の形成方法 - Google Patents
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Description
上記薄膜の形成方法において、水素を含む還元ガスの励起により生じた水素を含む活性種と前記還元ガスのキャリアガスとを前記成膜対象に供給して前記成膜材料を還元する第3状態から、前記還元ガスを供給することを前記第3状態から除いた第4状態に変える第2工程をさらに含み、前記第1工程と前記第2工程とを交互に繰り返す状態を含むことが好ましい。
上記薄膜の形成方法において、前記成膜材料は、水素化ジメチルアルミニウム、および、水素化ジエチルアルミニウムから構成される群から選択されるいずれか1つであってもよい。
上記構成によれば、成膜対象の表面に対して成膜材料を供給することによって、成膜対象の表面における反応により、炭化アルミニウム膜を形成する。そのため、表面が凹凸面であっても、表面における互いに異なる複数の部位間において、炭化アルミニウム膜の厚さに差が生じることが抑えられる。
上記構成によれば、導電性を有した表面に炭化アルミニウム膜を形成することによって、絶縁性を有した表面に炭化アルミニウム膜を形成する場合と比べて、成膜対象の表面に炭化アルミニウム膜が形成されるまでに必要とされる時間を短くすることができる。
上記構成によれば、第3工程が繰り返される分、炭化アルミニウム膜において、第1工程の繰り返しによって形成される炭化アルミニウム膜よりもアルミニウムの濃度が高い膜が占める割合を大きくすることができ、炭化アルミニウム膜におけるアルミニウムの濃度を高めることができる。
上記構成によれば、還元ガスから生成された励起種によって、成膜材料を還元することができる。
図1から図8を参照して、薄膜の形成方法を炭化アルミニウム膜の形成方法として具体化した第1実施形態を説明する。以下では、炭化アルミニウム膜の形成方法を実施するALD装置の概略構成、炭化アルミニウム膜の形成方法、および、試験例を順に説明する。
図1を参照してALD装置の概略構成を説明する。以下に説明するALD装置は、原子層堆積法(Atomic Layer Deposition)を用いた炭化アルミニウム膜の形成方法を実施するための装置である。
図2および図3を参照して炭化アルミニウム膜の形成方法を説明する。
炭化アルミニウム膜の形成方法は、第1工程と第2工程とを含んでいる。第1工程は、成膜対象Sの温度を200℃以上とするとともに、アルミニウムと炭素とを含む成膜材料Mと成膜材料Mのキャリアガスとを成膜対象Sに供給して成膜対象Sに成膜材料Mを付着させる第1状態から、成膜材料Mを供給することを第1状態から除いた第2状態に変える工程である。第2工程は、成膜対象Sの温度を200℃以上とするとともに、水素ガスと水素ガスのキャリアガスとを成膜対象Sに供給して成膜材料Mを還元する第3状態から、水素ガスを供給することを第3状態から除いた第4状態に変える工程である。
より詳しくは、図2が示すように、炭化アルミニウム膜の形成方法では、タイミングt1にて、成膜材料Mを含むアルゴンガスが第1配管21を通じて真空槽11に供給され、かつ、アルゴンガスが第2配管22を通じて真空槽11に供給される。第1配管21を通じて供給されるアルゴンガス、および、第2配管22を通じて供給されるアルゴンガスの両方が、成膜材料Mのキャリアガスとして機能する。第1配管21から供給されるアルゴンガスの流量は、所定の流量Favであり、第2配管22から供給されるアルゴンガスの流量は、所定の流量である第1流量Fa1である。第1流量Fa1は、第1キャリアガス供給部23によるアルゴンガスの流量Favよりも大きい。
炭化アルミニウム膜は、炭化アルミニウム膜における炭素原子の含有率が多いほど、炭化アルミニウム膜の比抵抗値が高くなる傾向を有する。そのため、炭化アルミニウム膜に含まれる炭素原子は、所定の範囲を超えないことが好ましい。この点で、水素化ジメチルアルミニウム、および、水素化ジエチルアルミニウムが成膜材料Mとして用いられれば、トリメチルアルミニウムおよびトリエチルアルミニウムに対して炭化水素基の数が少ないため、トリメチルアルミニウムおよびトリエチルアルミニウムが用いられる場合と比べて、成膜材料Mが含む炭素の数が過剰になりにくくなる。
これにより、導電性を有した表面Saに炭化アルミニウム膜を形成することによって、絶縁性を有した表面に炭化アルミニウム膜を形成する場合と比べて、成膜対象Sの表面Saに炭化アルミニウム膜が形成されるまでに必要とされる時間を短くすることができる。
図4から図8を参照して試験例を説明する。
[成膜対象の表面]
[試験例1]
シリコン基板と、シリコン基板の表面に形成した熱酸化膜、すなわちシリコン酸化膜とから構成される成膜対象を準備した。言い換えれば、絶縁性を有した酸化シリコンから形成される表面を含む成膜対象を準備した。成膜対象の表面に、以下の条件で炭化アルミニウム膜を形成した。
・キャリアガス アルゴンガス
・真空槽の圧力 380Pa以上400Pa以下
・成膜対象の温度 400℃
また、上述したタイミングt1からタイミングt2までの間を第1期間とし、タイミングt2からタイミングt3までの間を第2期間とし、タイミングt3からタイミングt4までの間を第3期間とし、タイミングt4からタイミングt5までの期間を第4期間とするとき、各期間を以下の時間にわたって継続した。
・第2期間 15秒
・第3期間 4秒
・第4期間 12秒
第1期間において、第1キャリアガス供給部から37℃に加熱したトリエチルアルミニウムを内蔵した貯蔵部に供給するアルゴンガスの流量を100sccmに設定した。第2期間において、第1キャリアガス供給部から貯蔵部をバイパスするように第1配管に供給するアルゴンガスの流量を300sccmに設定するとともに、第1配管における排気用のバルブを開放した。第3期間において、還元ガス供給部から真空槽に供給する水素ガスの流量を500sccmに設定した。第2キャリアガス供給部から真空槽に供給するアルゴンガスの流量を、第1期間から第3期間までにわたって3400sccmに設定し、第4期間において3800sccmに設定した。
シリコン基板、熱酸化膜、および、炭化チタンアルミニウム膜から構成される成膜対象を準備した。言い換えれば、導電性を有した炭化チタンアルミニウムから形成される表面を含む成膜対象を準備した。なお、炭化チタンアルミニウム膜は、ALD法を用いて形成し、サイクル数を10に設定した。そして、試験例1と同じ条件で、成膜対象の表面に炭化アルミニウム膜を形成した。これにより、試験例2のウエハを得た。
シリコン基板、熱酸化膜、および、炭化チタンアルミニウム膜から構成される成膜対象を準備し、これにより試験例3のウエハを得た。なお、試験例3の成膜対象における炭化チタンアルミニウム膜は、サイクル数を20に設定した以外は、試験例2と同様の条件で形成した。
試験例1から試験例3のウエハの各々について、XRF((株)リガク製、AZX400)を用いてアルミニウム原子の強度を測定した。
[試験例4]
以下の点を変更した以外は、試験例2と同じ条件で試験例4のウエハを作成した。すなわち、成膜材料の温度を46.5℃に設定し、シリコン基板、熱酸化膜、および、窒化チタン膜から構成された成膜対象を準備し、炭化アルミニウム膜を形成した後に、炭化アルミニウム膜の上に窒化チタン膜を形成した。
上述した試験例4のウエハにおいて、XPS法を用いてウエハの厚さ方向における原子濃度(原子%)を測定した。
図6から図8を参照して、炭化アルミニウム膜の厚さにおける均一性について説明する。なお、図6から図8は、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて試験例5のウエハの一部を撮像したTEM画像である。
以下の点を変更した以外は、試験例2と同じ条件で試験例5のウエハを作成した。
すなわち、図6が示すように、直径が130nmから180nmであり、深さが500nmである複数の凹部Hをシリコン基板に形成し、次いで、窒化シリコン膜を形成した。そして、窒化シリコン膜上に窒化チタン膜を形成することによって成膜対象を準備した。炭化アルミニウム膜を成膜対象の表面に形成した後に、炭化アルミニウム膜の上に窒化チタン膜を形成した。なお、以下に参照する図7は、図6における領域Aを撮像したTEM画像であり、図8は、図6における領域Bを撮像したTEM画像である。
図7が示すように、炭化アルミニウム膜のうち、領域Aに含まれる部分において厚さTを測定したところ、最小値が4.79nmであり、最大値が5.04nmであり、これらから算出される平均値が、4.92nmであることが認められた。
(1)成膜対象Sの表面Saに20原子%以上のアルミニウム原子を含む炭化アルミニウム膜を形成することができる。
・第2工程では、成膜対象Sの加熱を行うことに代えて、還元ガスと還元ガスのキャリアガスとからプラズマを生成することによって、成膜対象Sに水素を含む活性種を供給してもよい。この場合には、ALD装置10は、還元ガスとキャリアガスとからプラズマを生成するためのプラズマ生成部を備えていればよい。なお、第2工程では、成膜対象Sの加熱とプラズマの生成との両方を行うことによって、成膜対象Sに対して活性種を供給してもよい。
・第1状態、すなわちタイミングt1からタイミングt2までの間は、成膜材料Mとは異なる第2成膜材料を成膜材料Mとともに成膜対象Sに供給してもよい。この場合、成膜材料Mが第1成膜材料の一例である。第2成膜材料はアルミニウムを含む物質であって、1‐メチルピロリジンアラン(H3Al:N(CH3)(CH2)4)、トリメチルアミン水素化ホウ素アラン(AlH2(BH4):N(CH3)3)、および、ジメチルi‐プロポキシド((CH3)2Al(OC3H7))から構成される群から選択されるいずれか1つである。
(6)成膜対象Sの表面Saのうち、第2成膜材料が付着した部分では成膜材料Mが付着した部分に比べてアルミニウムの濃度が高められる。そのため、炭化アルミニウム膜の全体においてアルミニウムの濃度が高められる。
薄膜の形成方法を炭化アルミニウム膜の形成方法として具体化した第2実施形態を説明する。第2実施形態は、第1実施形態と比べて、炭化アルミニウム膜を形成する期間において、2種類の成膜材料を用いる点が異なっている。そのため、以下では、こうした相違点を詳しく説明し、第1実施形態と共通する事項についての説明を割愛する。
本実施形態の炭化アルミニウム膜の形成方法は、アルミニウムを含む第2成膜材料と第2成膜材料のキャリアガスとを成膜対象Sに供給して成膜対象Sに第2成膜材料を付着させる第5状態から、第2成膜材料を供給することを第5状態から除いた第6状態に変える第3工程をさらに含んでいる。
より詳しくは、上述したように、炭化アルミニウム膜の形成方法は、複数のサイクルから構成され、全てのサイクルのなかで、一部のサイクルが第1工程と第2工程とから構成される第1サイクルであり、残りのサイクルが第3工程と第2工程とから構成される第2サイクルである。全てのサイクルには、第1サイクルが繰り返される状態と、第2サイクルが繰り返される状態とが含まれている。
(7)第1サイクルが繰り返される間は、炭化アルミニウムの膜が形成され、第2サイクルが繰り返される間は、炭化アルミニウムの膜よりもアルミニウムの濃度が高い膜が形成される。そのため、第1サイクルと第2サイクルとが繰り返されることによって形成された炭化アルミニウム膜では、第1サイクルのみが繰り返されることによって形成された炭化アルミニウム膜と比べて、炭化アルミニウム膜におけるアルミニウムの濃度が高められる。
・第2サイクルにおいて第5状態が継続される期間は、第1サイクルにおいて第1状態が継続される期間とは異なる長さであってもよいし、第2サイクルにおいて第6状態が継続される期間は、第1サイクルにおいて第2状態が継続される期間とは異なる長さであってもよい。
(8)第3工程によれば、第1工程が繰り返される間に形成される炭化アルミニウムの膜よりもアルミニウムの濃度が高い膜が形成される。そのため、第1工程の繰り返しのみによって炭化アルミニウム膜が形成される場合と比べて、炭化アルミニウム膜におけるアルミニウムの濃度を高めることができる。
Claims (10)
- 成膜対象の温度を200℃以上とするとともに、
アルミニウムと炭素とを含む成膜材料と前記成膜材料のキャリアガスとを前記成膜対象に供給して前記成膜対象に前記成膜材料を付着させる第1状態から、前記成膜材料を供給することを前記第1状態から除いた第2状態に変える第1工程を含む薄膜の形成方法であって、
前記成膜材料は、Al(CxH2x+1)3、Al(CxH2x+1)2H、および、Al(CxH2x+1)2Clから構成される群であって、各一般式におけるXが1以上の整数である前記群から選択されるいずれか1つであり、
前記薄膜の形成方法は、前記第1工程を繰り返す状態を含むことによって、前記成膜対象の表面にアルミニウム原子の含有率が20原子%以上である炭化アルミニウム膜を形成し、
前記成膜材料は、第1成膜材料であり、
前記成膜対象の温度を200℃以上とするとともに、
アルミニウムを含む第2成膜材料と前記第2成膜材料のキャリアガスとを前記成膜対象に供給して前記成膜対象に前記第2成膜材料を付着させる第5状態から、前記第2成膜材料を供給することを前記第5状態から除いた第6状態に変える第3工程をさらに含み、
前記第2成膜材料は、1‐メチルピロリジンアラン、トリメチルアミン水素化ホウ素アラン、および、ジメチルアルミニウムi‐プロポキシドから構成される群から選択されるいずれか1つであり、
水素を含む還元ガスの励起により生じた水素を含む活性種と前記還元ガスのキャリアガスとを前記成膜対象に供給して前記成膜材料を還元する第3状態から、前記還元ガスを供給することを前記第3状態から除いた第4状態に変える第2工程をさらに含む
薄膜の形成方法。 - 成膜対象の温度を200℃以上とするとともに、
アルミニウムと炭素とを含む成膜材料と前記成膜材料のキャリアガスとを前記成膜対象に供給して前記成膜対象に前記成膜材料を付着させる第1状態から、前記成膜材料を供給することを前記第1状態から除いた第2状態に変える第1工程を含む薄膜の形成方法であって、
前記成膜材料は、Al(CxH2x+1)3、Al(CxH2x+1)2H、および、Al(CxH2x+1)2Clから構成される群であって、各一般式におけるXが1以上の整数である前記群から選択されるいずれか1つであり、
前記薄膜の形成方法は、前記第1工程を繰り返す状態を含むことによって、前記成膜対象の表面にアルミニウム原子の含有率が20原子%以上である炭化アルミニウム膜を形成し、
前記成膜材料は、第1成膜材料であり、
前記第1状態は、前記成膜対象にアルミニウムを含む第2成膜材料をさらに供給して前記成膜対象に前記第2成膜材料を付着させる状態であり、
前記第2状態は、前記第1成膜材料および前記第2成膜材料を供給することを前記第1状態から除いた状態であり、
前記第2成膜材料は、1‐メチルピロリジンアラン、トリメチルアミン水素化ホウ素アラン、および、ジメチルアルミニウムi‐プロポキシドから構成される群から選択されるいずれか1つであり、
水素を含む還元ガスの励起により生じた水素を含む活性種と前記還元ガスのキャリアガスとを前記成膜対象に供給して前記成膜材料を還元する第3状態から、前記還元ガスを供給することを前記第3状態から除いた第4状態に変える第2工程をさらに含む
薄膜の形成方法。 - 前記第1工程と前記第2工程とを交互に繰り返す状態を含む
請求項1または2に記載の薄膜の形成方法。 - 前記第1成膜材料は、水素化ジメチルアルミニウム、および、水素化ジエチルアルミニウムから構成される群から選択されるいずれか1つである
請求項1から3のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。 - 前記炭化アルミニウム膜の形成方法では、前記成膜対象が配置される真空槽内の圧力を50Pa以上1000Pa以下とし、かつ、前記成膜対象の温度を200℃以上500℃以下とすることによって、前記炭化アルミニウム膜におけるアルミニウム原子の含有率が、50原子%以上であるように前記炭化アルミニウム膜を形成する
請求項1から4のいずれか1項に記載の薄膜の形成方法。 - 前記成膜対象の前記表面は、凹凸面である
請求項1から5のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。 - 前記第1工程よりも前に、前記成膜対象の前記表面として導電性を有する前記表面を形成する形成工程を含む
請求項1から6のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。 - 前記第3工程を繰り返す状態を含む
請求項1に記載の薄膜の形成方法。 - 前記還元ガスは、水素ガス、ヒドラジン、および、有機ヒドラジンのうちの少なくとも1つを含む
請求項3に記載の薄膜の形成方法。 - 前記第3状態は、加熱された前記成膜対象に前記還元ガスと前記キャリアガスとを供給すること、または、前記還元ガスと前記キャリアガスとから生成されたプラズマを前記成膜対象に供給することによって、前記水素を含む活性種を前記成膜対象に供給する
請求項3に記載の薄膜の形成方法。
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