JPH07240379A - 薄膜形成法及びその装置 - Google Patents
薄膜形成法及びその装置Info
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Abstract
低い反応ガスの分圧の時間変化を適正に設定することが
でき、不純物の少ない高品質の薄膜を形成することがで
きる薄膜形成法とその装置を提供する。 【構成】 反応室内に薄膜の材料となる反応ガスをパル
ス的に供給し、反応室内に設置された電極間にパルス状
の放電電圧を印加してプラズマを生成し前記反応ガスを
分解すると共に、前記反応室内に設置された基板上で化
学反応を起こさせ該基板に堆積させる薄膜形成法におい
て、前記反応ガスの1つとして蒸気圧の低いガスを用
い、当該ガスの飽和蒸気圧がパルス供給時の当該ガスの
分圧の1/5以下になるように、当該ガスを捕捉しつつ
成膜を行なう。
Description
により分解・反応させ、例えばシリコンウエハ等の基板
上に薄膜を低温で形成する薄膜形成法及びその装置に関
するものである。
プラズマによる原料ガスの分解を気相中で行なうことが
でき、しかも通常の熱CVD法と比較して低温形成が可
能であることから半導体等の薄膜形成に用いられてい
る。中でも、放電と反応ガス供給をパルス化した、パル
スプラズマCVD法は、SiN薄膜等の形成温度を低下
させる利点がある。図14は例えば特開昭62−504
72号公報に示された従来のパルスプラズマCVD法が
適用された薄膜形成装置の概略構成図であり、図におい
て1,2は反応室内に対向配置された一対の電極、3は
アース側の電極2上に設置された基板、4,5はバイア
ス電極である。この装置では、電極1,2間にパルス状
のRF放電電圧を印加し、供給された反応ガスを基板3
上で分解・化学反応させて該基板3に所望の薄膜を形成
する。
RF電力と反応ガスの供給パターンを示す説明図であ
り、同図(a)はRF電力のパルスパターン、同図
(b)は窒素(N2 )、同図(c)はモノシラン(Si
H4 )、同図(d)はアルゴン(Ar)各々のパルス供
給を示している。この場合、各ガスのパルス供給に合わ
せてRF電力をパルス的に印加することによりパルスプ
ラズマを発生させている。ここでは、反応ガスを1パル
ス供給するごとにArを供給して、反応室内でのガスの
交換を促進している。
公報に示された従来のディジタルCVD法が適用された
薄膜形成装置の構成図であり、図において11はピエゾ
バルブ、12は一側面にバッファ13が設けられた同軸
型のマイクロ波放電室、14はエベンソン型のマイクロ
波放電室、15はラッパ状ノズル、16は直線状の石英
管、17は真空排気可能な反応室、18は温度制御機能
を有する基板ホルダーである。ここでは基板3としてS
iウエハを用いている。
ており、SiH4 をピエゾバルブ11を介してマイクロ
波放電室12に、またO2 をピエゾバルブ11を介して
マイクロ波放電室14にそれぞれ導き、SiH4 及びO
2 を活性種ラジカルとし、これらの活性種ラジカルを各
々ラッパ状ノズル15、石英管16によりSi基板19
上に交互にディジタル的に噴射して、SiO2 膜を形成
している。ガスの供給時間は、SiH4 が5ミリ秒、O
2 が1〜10秒で、双方のガスの供給間隔は1秒として
いる。この方法では、反応ガスの励起は反応室17とは
別の部分で行なっている。また、Si基板19の温度制
御はなされているものの、供給される活性種に合わせた
温度制御は行なわれていない。
CVD法による薄膜形成装置は以上のように構成されて
いるので、反応室の容積が大きくなればなる程十分なガ
スの置換を行なうために大量のArガスを短時間に供給
することが必要になるなどの問題点があった。この場
合、反応室内での圧力変化が大きくなり、次のパルス放
電に悪影響をもたらすとともに、ダストの発生原因とな
っており、こうした制御を行なっているにも関わらず、
反応室内でのガス交換は時間応答性よく行なうことがで
きなかった。また、このCVD法においては、膜の付き
まわり性についても十分でなく、さらに、このCVD法
でTi膜を形成した場合、TiCl4 を原料として用い
るため、不純物としてClが混入してしまい、その除去
のためNH3 を用いるとTiが窒化されてTiN膜がで
きたり、ダストの原因となる固体生成物NH4 Clが形
成されたり等の問題点があった。このため、半導体分野
で拡散バリア膜として用いられるTiN/Ti構造を、
CVD法により同一反応室内で連続形成することができ
ず、工程が複雑になる等の問題点があった。
交換する際、1秒ほど時間を設けており、ガス交換に時
間を要するなどの問題点があった。さらに、反応ガスの
励起のための放電室を各ガスごとに設ける必要があり、
装置の構造が複雑となるなどの問題点があった。
ためになされたもので、請求項1ないし3の発明は、残
留ガスや残留水分を低減し、かつ蒸気圧の低い反応ガス
の分圧の時間変化を適正に設定することができ、不純物
の少ない高品質の薄膜を形成することができ、特に半導
体の高密度集積回路を形成する際に求められるTiN/
Ti構造の高純度拡散バリア膜を低温で形成することが
できる薄膜形成法を提供することを目的としており、ま
た、請求項4の発明は、基板の表面で膜合成反応を行な
い付きまわりのよい膜形成ができる薄膜形成法を提供す
ることを目的としており、また、請求項5の発明は、蒸
気圧の低い反応ガスの分圧制御を、反応室内の圧力を大
きく乱すことなく、しかも時間応答性よく行なうことが
できる薄膜形成装置を提供することを目的とする。
る薄膜形成法は、反応ガスの1つとして蒸気圧の低いガ
スを用い、当該ガスの飽和蒸気圧がパルス供給時におけ
る当該ガスの分圧の1/5以下になるようにして、当該
ガスを捕捉しつつ成膜を行なうものである。
は、蒸気圧の低い前記ガスとして塩化物を用い、該塩化
物を反応室内にパルス的に供給し分解する供給・分解過
程と、該塩化物の供給を停止し、該塩化物を捕捉しなが
らプラズマ中で活性化された水素により塩素を引き抜く
引抜過程とにより成膜を行なうものである。
は、前記成膜を行なった後に、前記反応ガスの1つとし
て窒素ガスを用い、前記塩化物を反応室内にパルス的に
供給し分解する供給・分解過程と、該塩化物の供給を停
止し、該塩化物を捕捉しながらプラズマ中で活性化され
た水素により塩素を引き抜く引抜および窒化過程とによ
り窒化物を成膜するものである。
は、蒸気圧の低い前記ガスとして塩化物を用い、該塩化
物を低温に維持された前記基板上に導入し付着させる付
着過程と、該塩化物を捕捉または反応室から除去し、該
反応室内に不活性ガスをパルス的に供給しパルスプラズ
マを発生させて前記基板の表面を瞬間加熱する加熱過程
と、前記塩化物と異なる反応ガスを供給するとともにパ
ルスプラズマを発生させ活性化された水素により塩素を
引き抜く引抜過程とにより成膜するものである。
は、一対の前記電極の外側に設けられ蒸気圧の低い前記
反応ガスを捕捉する捕捉手段と、該捕捉手段に設けられ
該捕捉手段の温度を制御する温度制御手段とを備えたも
のである。
気圧の低い反応ガスの飽和蒸気圧がパルス供給時におけ
る当該ガスの分圧の1/5以下になるようにして前記ガ
スを捕捉しつつ成膜を行なうことにより、残留ガス及び
残留水分を低減し、蒸気圧の低い反応ガスの分圧の時間
変化を適正に設定する。したがって、成膜される薄膜中
の不純物が取り除かれ、高品質の膜となる。
ス供給時における当該ガス分圧の1/5以下とした理由
について説明する。通常のプラズマCVD法では、基板
温度の低下は反応ガスの分解不十分のため膜中の不純物
の増加につながる。一方、パルスプラズマCVD法で
は、主な不純物の発生要因となる反応ガスを十分分解す
るためそのガスを間欠供給、その停止期間中に活性な水
素等による不純物の引抜過程を設けることにより、低温
で高純度の膜形成を実現する。この引抜過程において、
分解しにくい反応ガスの分圧ができるだけ小さいこと
が、効率よく不純物を引き抜く上で望ましく、従って、
前記反応ガスの分圧を時間応答性よく制御することが必
要である。そこで、当該ガスの飽和蒸気圧をパルス供給
時の分圧の少なくとも1/5以下にすることにより、前
記反応ガスのパルス供給停止後、その分圧を急速に減少
することができ、効率よく膜中の不純物除去ができる。
は、蒸気圧の低い前記ガスとして塩化物を用い、該塩化
物を供給し分解する供給・分解過程と、該塩化物の供給
を停止し該塩化物を捕捉しながらプラズマ中で活性化さ
れた水素により塩素を引き抜く引抜過程とにより成膜を
行ない、残留ガス及び残留水分を低減し、前記塩化物の
分圧の時間変化を適正に設定することにより、O,Cl
等の不純物の少ない高品質の膜が形成できる。
は、前記成膜を行なった後に、前記反応ガスの1つとし
て窒素ガスを用い、前記塩化物を供給し分解する供給・
分解過程と、該塩化物の供給を停止し該塩化物を捕捉し
ながらプラズマ中で活性化された水素により塩素を引抜
く引抜および窒化過程とにより窒化物を成膜することに
より、基板上にCl等の不純物の少ない窒化物を含むヘ
テロ構造の多層膜を連続的に形成する。
は、蒸気圧の低い前記ガスとして塩化物を用い、該塩化
物を低温に維持された前記基板上に付着させる付着過程
と、該塩化物を捕捉あるいは反応室から除去し、該反応
室内に不活性ガスをパルス的に供給しパルスプラズマを
発生させて前記基板の表面を瞬間加熱する加熱過程と、
前記塩化物と異なる反応ガスを供給するとともにパルス
プラズマを発生させ活性化された水素により塩素を引き
抜く引抜過程により成膜することにより、前記基板の表
面で化学反応を生じさせて薄膜を合成するので、該薄膜
の付きまわり性が向上する。
置は、一対の前記電極の外側に設けられ蒸気圧の低い前
記反応ガスを捕捉する捕捉手段と、該捕捉手段に設けら
れ該捕捉手段の温度を制御する温度制御手段とを備えた
ことにより、反応室内の圧力を大きく乱すことなく、か
つ時間応答性よく、蒸気圧の低い前記反応ガスの分圧を
制御する。
する。図1において、21,22は反応室17内に対向
配置された一対の容量性放電電極、23は放電電極2
1,22の外側に設けられた円弧板状のトラップ(捕捉
手段)、24はトラップ23を低温に保ための冷却管
(温度制御手段)、25〜27は反応ガスを反応室17
内に供給するガス管(反応ガス供給管)、28は電気信
号によりパルス的に開閉するピエゾバルブ、29はバッ
ファタンク、30は流量計、31は周期、パルス幅、振
幅が可変のパルスRF電源、32は整合回路、33は冷
却管、34はヒーターである。
に適するように、円筒が周方向に等しく4分割されてお
り、放電に影響を与えない様、石英、窒化ホウ素(B
N)、炭化ケイ素(SiC)等の絶縁物により構成され
ている。このトラップ23は、少なくとも電極21,2
2の外周より外側に設置する必要がある。また冷却管2
4内を流動する冷媒としては、冷水、液体窒素等が好適
である。
り、図2において、41は反応ガスを液化しないように
加熱するヒーター、42〜44はバルブ、45は常温で
液体の原料、46は恒温槽、47はヒーターである。こ
の装置は、原料45を気化させ、反応ガスとして反応室
17内に供給するもので、バルブ42〜44を制御する
ことによりH2 等のキャリアガスgcを原料45中に供
給して該原料45の一部を気化させ、該気化した反応ガ
スgrをキャリアガスgcに混入した状態で供給する。
装置)の動作について説明する。このパルス放電電源3
1から出力するRF電力は整合回路32を介し、反応室
17内に設置された容量性放電電極21,22に印加さ
れる。反応ガスgrは、ガス管26に取り付けられた流
量計30を通してバッファタンク29に蓄えられた後、
ピエゾバルブ28を電気信号でパルス的に開閉すること
によりパルス的にガス導入口26aから反応室17内に
供給される。その際、電気信号を操作することにより、
供給する反応ガスgrの供給時間およびRF電力に対す
るタイミングを制御する。また、供給装置では、液体原
料45の入っている恒温槽46は、ヒーター47により
加熱し、その原料45の蒸気圧を制御して、液体原料4
5の供給量を制御している。さらに、蒸気圧の低い反応
ガスgrのガス管26は、管内で反応ガスgrが液化し
ないようヒーター41により加熱しておく必要がある。
蒸気圧の低い反応ガスgrは供給後即座にトラップ23
に捕捉されるため、反応室17内における反応ガスgr
の分圧制御を、反応室17内の圧力を大きく乱すことな
く、かつ時間応答性よく、しかも正確に行なうことがで
きる。
21,22の外側にトラップ23を設置する構成とした
が、反応室17の内壁をトラップ17としてもよい。
パルスプラズマCVD装置を示す構成図であり、51は
トラップ23を加熱するためのヒーター(温度制御手
段)、52は反応室17側壁を加熱するためのヒーター
である。トラップ23を低温に維持した状態で成膜を行
なうと、蒸気圧の低い反応ガスgrはトラップ23に捕
捉され、その量は次第に増加する。この結果、剥離等の
現象が生じ、この剥離した物質(反応ガスgr)が基板
3に付着すると製品不良の原因となる。そこで、トラッ
プ23を低温に維持して成膜した後、定期的にトラップ
23を加熱して、トラップ23に付着した物質の除去を
行なう。ただしこの際には、反応室17側壁もヒーター
52により同時に加熱して反応室17側壁への前記物質
の再堆積を防止する必要がある。この結果、成膜後トラ
ップ23を交換することなく成膜が続けられるため、装
置の保守が簡単になり、装置の稼働率が向上した。
パルスプラズマCVD装置を示す構成図であり、55は
周方向に等しく多分解されたトラップである。ここでは
8個に等分割されている。このようにトラップ55の分
割数を増加することによって、各トラップ55の熱容量
が小さくなる。この結果、トラップ55の温度の均一性
を向上させることができるとともに、その温度設定に要
する時間を短縮させることができる。
薄膜形成法に用いられるトリメチルアルミニウム(TM
A:Al(CH3 )3 )の飽和蒸気圧曲線を示す図であ
る。TMA(融点−45.5℃、沸点186.6℃)
は、蒸気圧の低い反応ガスとしてAlの薄膜形成に用い
られるものである。この薄膜形成法は、実施例1のパル
スプラズマCVD装置を用いて行なわれる。この方法で
は、TMAの飽和蒸気圧がパルス供給時におけるTMA
の分圧の、例えば1/10以下になるようにトラップ2
3の温度を制御する。例えば、パルス供給時におけるT
MAの分圧が0.1Torrであれば、210K以下に
維持しておく。
H2 、Arを用いた場合のRF電力と各反応ガスの供給
パターンを示している。TMAを10〜300sccm
のH2 キャリアガスを用いて、5〜25ms間隔のパル
ス供給をするとともに、他の反応ガスH2 、Arも同時
に供給する。ただし、各ガスの供給パルスのパルス幅は
異なってもよい。このTMAの供給パルスの立ち上がり
から、10〜20msほど遅れてパルス幅100〜15
0μs、ピーク電力40〜50kWのRF電力を投入し
てパルスプラズマを発生させる。続いて、TMAだけ供
給を停止して、上記のH2 、Arによるパルスプラズマ
を繰り返す過程を行ない、不純物としてのCを活性なH
を用いて除去する。上記の2つのパターンの繰り返しに
より成膜を進める。この結果、反応室内の残留Oを除去
できるとともに、TMAのパルス供給停止後、TMAの
分圧は時間応答性よく減少するため不純物Cの低減を効
率よく行うことができ、高純度のAl膜を低温で形成す
ることができる。
薄膜形成法のRF電力と各反応ガスの供給パターンを示
す説明図である。この方法では、蒸気圧の低い反応ガス
としてTMAを用い、基板3上にAlN膜を形成する。
この場合のトラップ23の温度制御方法は実施例4の方
法と同様である。
まず、TMAを10〜300sccmのH2 キャリアガ
スを用いて、5〜25ms間隔でパルス供給をするとと
もに、他の反応ガスN2 、H2 、Arも供給する。この
TMAの供給パルスの立ち上がりから、10〜20ms
ほど遅れてパルス幅100〜150μs、ピーク電力4
0〜50kWのRF電力を投入してパルスプラズマを発
生させる。続いて、TMAだけ供給を停止して、上記の
N2 、H2 、Arによるパルスプラズマを繰り返す過程
を行ない不純物としてのCを活性なHを用いて除去する
とともに窒化を行う。上記の2つのパターンの繰り返し
により成膜を進める。この結果、反応室内の残留Oを除
去できるとともに、TMAのパルス供給停止後、TMA
の分圧は時間応答性よく減少するため不純物Cの低減を
効率よく行うことができ、高純度のAlN膜を低温で形
成することができる。
薄膜形成法に用いられる塩化チタン(IV)(TiC
l4 )の飽和蒸気圧曲線を示す図である。TlCl
4 (IV)(融点−23℃、沸点136.4℃)は、蒸気
圧の低い反応ガスとしてTiの薄膜形成に用いられるも
のである。この方法では、TiCl4 の飽和蒸気圧がパ
ルス供給時におけるTiCl4 の分圧の、例えば1/1
0以下になるようにトラップ23の温度を制御する。例
えば、パルス供給時におけるTiCl4 の分圧がが0.
1Torrであれば、210K以下に維持しておく。
H2 、Arを用いた場合のRF電力と各反応ガスの供給
パターンを示している。TiCl4 を10〜300sc
cmのH2 キャリアガスを用いて、5〜25ms間隔で
パルス供給をするとともに、他の反応ガスH2 、Arも
供給する。このTiCl4 の供給パルスの立ち上がりか
ら、10〜20msほど遅れてパルス幅100〜150
μs、ピーク電力40〜50kWのRF電力を投入して
パルスプラズマを発生させる。続いて、TiCl4 だけ
供給を停止して、上記のH2 、Arによるパルスプラズ
マを繰り返す過程を行ない、不純物としてのClをHを
用いて除去する。上記の2つのパターンの繰り返しによ
り成膜を進める。この結果、反応室内の残留Oの除去で
きるともにTiCl4 のパルス供給後、TiCl4 の分
圧は時間応答性よく減少するため不純物としてのClの
低減を行なうことができ、高純度のTi膜を低温で形成
することができる。
の薄膜形成法のRF電力と各反応ガスの供給パターンを
示す説明図である。この方法では、Ti膜上に連続して
TiN膜を形成する。ここでは、トラップ23の温度は
実施例6と同様に制御を行ない、反応ガスとしては、T
iCl4 の他にH2 、N2 、Arを用いる。まず、Ti
Cl4 を10〜300sccmのH2 キャリアガスを用
いて、5〜25ms間隔でパルス供給をするとともに、
H2、Arも同時に供給する。このTiCl4 の供給パ
ルスの立ち上がりから、10〜20msほど遅れてパル
ス幅100〜150μs、ピーク電力40〜50kWの
RF電力を投入してパルスプラズマを発生させる。続い
て、TiCl4 だけ供給を停止して、上記のH2 、Ar
によるパルスプラズマを繰り返す過程を行ない、不純物
としてのClを活性なHを用いて除去する。上記の2つ
のパターンの繰り返しによりTi膜を形成する。こうし
て20〜100nmのTi膜を形成した後、さらに
H2 、ArとともにN2 も同時に供給して、上記のパル
スパターンを繰り返すことにより、TiN膜を上記Ti
膜上に連続的に成膜する。この結果、反応室内の残留O
の除去できるともにTiCl4 のパルス供給後、TiC
l4 の分圧は時間応答性よく減少するため不純物として
のClの低減を行なうことができたうえ、同一反応室1
7内でTi膜上に連続してTiN膜を形成することがで
き、高純度のTiN/Ti構造膜を低温で容易に形成す
ることができる。
の薄膜形成法のRF電力と各反応ガスの供給パターンを
示す説明図である。この方法では、蒸気圧の低い反応ガ
スとしてTiCl4 を用い、Ti膜を形成する。ここで
も、TiCl4 の飽和蒸気圧がパルス供給時におけるT
iCl4 の分圧の、例えば1/10以下になるようにト
ラップ23の温度を制御する。例えば、パルス供給時に
おけるTiCl4 の分圧が0.1Torrであれば、2
10K以下に維持しておく。また、基板3の温度も17
3〜293Kに保持する。
300sccmのH2 キャリアガスを用いて、5〜25
ms間隔でパルス供給し、低温に保持した基板3上に付
着させる。この後、TiCl4 の供給を停止し、このT
iCl4 を捕捉して反応室17内での分圧を十分小さく
して、不活性ガス、例えばArを5〜25ms間だけパ
ルス供給する。このArの供給パルスの立ち上がりか
ら、10〜20msほど遅れてパルス幅100〜150
μs、ピーク電力40〜50kWのRF電力を投入して
パルスプラズマを発生させ、基板3の表面を瞬間加熱す
る。このArのパルスプラズマを1〜2パルス発生さ
せ、基板3の表面に分子間力で形成される数層のTiC
l4 を形成する。続いて、H2 も加えてパルス供給し、
H2 、Arのパルスプラズマを発生させる。このH2 、
Arのパルスプラズマを10〜30パルス発生させ、不
純物としてのClを活性なHを用いて除去する反応を基
板3の表面で発生させる。十分にClを除去した後、再
度、TiCl4 を供給し、上記のパターンを繰り返すこ
とにより成膜を進める。この結果、不純物が少なく付き
まわり性のよいTi膜を低温で形成することができる。
の薄膜形成法のRF電力と各反応ガスの供給パターンを
示す説明図である。この方法では、蒸気圧の低い反応ガ
スとしてTiCL4 を用い、TiN膜を形成する。ここ
でも、TiCl4 の飽和蒸気圧がパルス供給時における
TiCl4 の分圧の、例えば1/10以下になるように
トラップ23の温度を制御する。例えば、パルス供給時
におけるTiCl4 の分圧が0.1Torrであれば、
210K以下に維持しておく。また、基板3の温度も1
73〜293Kに保持する。
300sccmのH2 キャリアガスを用いて、5〜25
ms間隔でパルス供給し、低温に保持した基板3上に付
着させる。この後、TiCl4 の供給を停止し、このT
iCl4 を捕捉して反応室17内での分圧を十分小さく
して、不活性ガス、例えばArを5〜25ms間だけパ
ルス供給する。このArの供給パルスの立ち上がりか
ら、10〜20msほど遅れてパルス幅100〜150
μs、ピーク電力40〜50kWのRF電力を投入して
パルスプラズマを発生させ、基板3の表面を瞬間加熱す
る。このArのパルスプラズマを1〜2パルス発生さ
せ、基板3の表面に分子間力で残る数層のTiCl4 を
形成する。続いて、N2 、H2 も加えてパルス供給し、
N2 、H2 、Arのパルスプラズマを発生させる。この
N2 、H2 、Arのパルスプラズマを10〜30パルス
発生させ、不純物としてのClを活性なHを用いて除去
する反応および窒化反応を基板3の表面で発生させる。
十分にClを除去した後、再度、TiCl4 を供給し、
上記のパターンを繰り返すことにより成膜を進める。こ
の結果、不純物が少なく付きまわり性のよいTiN膜を
低温で形成することができる。
10の薄膜形成法のRF電力と各反応ガスの供給パター
ンを示す説明図である。この方法では、蒸気圧の低い反
応ガスとしてTiCl4 を用い、TiN/Ti構造の薄
膜を形成する。ここでは、基板3としては、例えばホー
ル径0.5μm、深さ1.8〜2.0μm程度のコンタ
クトホールを用いる。ここでも、TiCl4 の飽和蒸気
圧がパルス供給時におけるTiCl4 の分圧の少なくと
も、1/10以下になるようにトラップ23の温度を制
御する。例えば、パルス供給時におけるTiCl4 の分
圧が0.1Torrであれば、210K以下に維持して
おく。また、基板3の温度も173〜293Kに保持す
る。
300sccmのH2 キャリアガスを用いて、5〜25
ms間隔でパルス供給し、低温に保持した基板3上に付
着させる。この後、TiCl4 の供給を停止し、このT
iCl4 を捕捉して反応室17内での分圧を十分小さく
して、不活性ガス、例えばArを5〜25ms間だけパ
ルス供給する。このArの供給パルスの立ち上がりか
ら、10〜20msほど遅れてパルス幅100〜150
μs、ピーク電力40〜50kWのRF電力を投入して
パルスプラズマを発生させ、基板3の表面を瞬間加熱す
る。このArのパルスプラズマを1〜2パルス発生さ
せ、基板3の表面に分子間力で残る数層のTiCl4 を
形成する。
H2 、Arのパルスプラズマを発生させる。このH2 、
Arのパルスプラズマを10〜30パルス発生させ、不
純物としてのClを活性なHを用いて除去する反応を基
板3表面で発生させる。十分にClを除去した後、再
度、TiCl4 を供給し、上記のパターンを繰り返すこ
とにより20〜50nm程度のTi膜を形成する。その
後、連続してH2 と同時にN2 もパルス供給し、Ti膜
上にTiN膜を50〜100nm程度形成する。この結
果、ホール径の0.5μm、深さ1.8〜2.0μm程
度のコンタクトホールに、付きまわり性のよい高純度の
TiN/Ti構造の薄膜を低温で形成することができ
る。
れば、前記反応ガスの1つとして蒸気圧の低いガスを用
い、当該ガスの飽和蒸気圧がパルス供給時における当該
ガスの分圧のパルス供給時における当該ガスの分圧の1
/5以下になるように、当該ガスを捕捉しつつ成膜を行
なうように構成したので、残留ガス及び残留水分を低減
することができ、蒸気圧の低い前記ガスの分圧の時間変
化を適正に設定することができ、したがって成膜された
薄膜に含まれる不純物を取り除くことができ、不純物の
少ない高品質の薄膜を得ることができる。
低い前記ガスとして塩化物を用い、該塩化物を供給し分
解する供給・分解過程と、該塩化物の供給を停止し該塩
化物を捕捉しながらプラズマ中で活性化された水素によ
り塩素を引き抜く引抜過程とにより成膜を行なうように
構成し、残留ガス及び残留水分を低減し、前記塩化物の
分圧を適正に設定できるようにしたので、Cl,O等の
不純物の少ない高品質の膜形成ができる。
を行なった後に、前記反応ガスの1つとして窒素ガスを
用い、前記塩化物を供給し分解する供給分解過程と、該
塩化物の供給を停止しプラズマ中で活性化された水素に
より塩素を引き抜く引抜および窒化過程とにより窒化物
を成膜するように構成したので、基板上に窒化物を含む
ヘテロ構造の多層膜を連続的に形成することができる。
さらに、成膜手順を簡単化することができ、装置の構造
も簡単にすることができ、スループットを向上させるこ
とができる。
低い前記ガスとして塩化物を用い、該塩化物を低温に維
持された前記基板上に付着させる付着過程と、該塩化物
を捕捉あるいは反応室から除去し、該反応室内に不活性
ガスをパルス的に供給しパルスプラズマを発生させて前
記基板の表面を瞬間加熱する加熱過程と、前記塩化物と
異なる反応ガスを供給するとともにパルスプラズマを発
生させ活性化された水素により塩素を引き抜く引抜過程
とにより成膜するように構成したので、前記基板の表面
で化学反応を生じさせて薄膜を合成することができ、該
薄膜の付きまわり性を向上させることができる。
記電極の外側に設けられ蒸気圧の低い前記反応ガスを捕
捉する捕捉手段と、該捕捉手段に設けられ該捕捉手段の
温度を制御する温度制御手段とを備えるように構成した
ので、反応室内の圧力を大きく乱すことなく、かつ時間
応答性よく、蒸気圧の低い前記反応ガスの分圧を制御す
ることができる。したがって、不純物の極めて少ない高
品質の薄膜を成膜することができる。
置を示す構成図である。
構成図である。
置を示す構成図である。
置を示す構成図である。
TMAの飽和蒸気圧曲線を示す図である。
各反応ガスの供給パターンを示す説明図である。
各反応ガスの供給パターンを示す説明図である。
TlCl4 (IV)の飽和蒸気圧曲線を示す図である。
各反応ガスの供給パターンを示す説明図である。
と各反応ガスの供給パターンを示す説明図である。
と各反応ガスの供給パターンを示す説明図である。
と各反応ガスの供給パターンを示す説明図である。
力と各反応ガスの供給パターンを示す説明図である。
薄膜形成装置の概略構成図である。
電力と各反応ガスの供給パターンを示す説明図である。
形成装置の構成図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 反応室内に薄膜の材料となる反応ガスを
パルス的に供給し、前記反応室内に設置された電極間に
パルス状の放電電圧を印加してプラズマを生成し前記反
応ガスを分解すると共に、前記反応室内に設置された基
板上で化学反応を起こさせ該基板に堆積させる薄膜形成
法において、前記反応ガスの1つとして蒸気圧の低いガ
スを用い、当該ガスの飽和蒸気圧がパルス供給時におけ
る当該ガスの分圧の1/5以下になるようにして、当該
ガスを捕捉しつつ成膜を行なうことを特徴とする薄膜形
成法。 - 【請求項2】 蒸気圧の低い前記ガスとして塩化物を用
い、該塩化物を供給し分解する供給・分解過程と、該塩
化物の供給を停止しプラズマ中で活性化された水素によ
り塩素を引き抜く引抜過程とにより成膜を行なうことを
特徴とする請求項1記載の薄膜形成法。 - 【請求項3】 前記成膜を行なった後に、前記反応ガス
の1つとして窒素ガスを用い、前記塩化物を供給し分解
する供給・分解過程と、該塩化物の供給を停止しプラズ
マ中で活性化された水素により塩素を引き抜く引抜およ
び窒化過程とにより窒化物を成膜することを特徴とする
請求項2記載の薄膜形成法。 - 【請求項4】 蒸気圧の低い前記ガスとして塩化物を用
い、該塩化物を低温に維持された前記基板上に付着させ
る付着過程と、該塩化物を反応室から除去し、該反応室
内に不活性ガスをパルス的に供給しパルスプラズマを発
生させて前記基板の表面を瞬間加熱する加熱過程と、前
記塩化物と異なる反応ガスを供給するとともにパルスプ
ラズマを発生させ活性化された水素により塩素を引き抜
く引抜過程とにより成膜することを特徴とする請求項1
記載の薄膜形成法。 - 【請求項5】 真空排気可能な反応室と、該反応室内に
反応ガスをパルス的に供給する複数の反応ガス供給管
と、前記反応室内に設けられた一対の電極と、これら電
極間にパルス状の放電電圧を印加する電源と、一対の前
記電極の外側に設けられ蒸気圧の低い前記反応ガスを捕
捉する捕捉手段と、該捕捉手段に設けられ該捕捉手段の
温度を制御する温度制御手段とを備えたことを特徴とす
る薄膜形成装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03060894A JP3224469B2 (ja) | 1994-02-28 | 1994-02-28 | 薄膜形成法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03060894A JP3224469B2 (ja) | 1994-02-28 | 1994-02-28 | 薄膜形成法及びその装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07240379A true JPH07240379A (ja) | 1995-09-12 |
JP3224469B2 JP3224469B2 (ja) | 2001-10-29 |
Family
ID=12308595
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP03060894A Expired - Fee Related JP3224469B2 (ja) | 1994-02-28 | 1994-02-28 | 薄膜形成法及びその装置 |
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3224469B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002212740A (ja) * | 2001-01-15 | 2002-07-31 | Nicca Chemical Co Ltd | ハイブリッドパルスプラズマ蒸着装置 |
JP5088363B2 (ja) * | 2007-03-15 | 2012-12-05 | 富士通セミコンダクター株式会社 | 化学気相成長装置、膜の形成方法及び半導体装置の製造方法 |
JP2014112697A (ja) * | 2014-01-15 | 2014-06-19 | Hitachi High-Technologies Corp | プラズマ処理方法 |
KR20140096370A (ko) * | 2011-11-15 | 2014-08-05 | 램 리써치 코포레이션 | 플라즈마 처리에서의 불활성-우세한 펄싱 |
-
1994
- 1994-02-28 JP JP03060894A patent/JP3224469B2/ja not_active Expired - Fee Related
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CN105489464A (zh) * | 2011-11-15 | 2016-04-13 | 朗姆研究公司 | 等离子体处理系统中的惰性主导脉冲 |
JP2014112697A (ja) * | 2014-01-15 | 2014-06-19 | Hitachi High-Technologies Corp | プラズマ処理方法 |
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