WO2006098260A1

WO2006098260A1 - 成膜装置及び成膜方法

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Inventors: Narishi Gonohe; Masamichi Harada; Nobuyuki Kato
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Abstract

成膜室４４及び基板Ｓに対向するよう設けられた触媒源４８を備えた触媒室４６からなる真空チャンバー４２において、成膜室４４と触媒室４６とが開口部４７を介して接続されており、成膜室内に載置される基板の周縁部と開口部の周縁部との最短距離を結ぶ直線が基板となす角度をωとし、基板の周縁部と触媒源の縁部との最短距離を結ぶ直線が基板となす角度をθとした場合に、触媒源が、ω≧θを満たす位置に配置されている。このような成膜装置を使用することにより触媒源で発生したラジカルの失活を防いで、原料ガスとラジカルとの反応を効率よく行って所望の膜を形成することができる。

Description

明細書

成膜装置及び成膜方法

技術分野

[0001] 本発明は、成膜装置及び成膜方法に関する。

背景技術

[0002] 近年、半導体デバイス製造分野における成膜技術として、 ALD (Atomic Layer Deposition)法が注目されてレ、る。

[0003] 通常、 ALD法では、原料ガスを真空チャンバ一内へ導入した後、原料ガスの前駆体を基板表面に原子層単位で吸着させ（吸着工程）、その状態で反応ガスを導入し、基板表面で前駆体と反応ガスとを反応させて (反応工程）、所望の膜を形成する。この前駆体の吸着工程と、吸着した前駆体と反応ガスとの反応工程とを多数回繰り返し、所望の厚さの膜を形成する。

[0004] ALD法では、上記反応ガスとして、通常の生ガス、プラズマ分解で生成したラジカルゃイオンなどが用いられている。しかし、これらを反応ガスとして用いても、所望の特性を有する膜を形成できるほどには、反応ガスと基板上の前駆体との間で十分な反応が生じない。そのため、不純物を多く含んだ膜や、比抵抗の高い膜ができ、また、下地層との密着性も悪いという問題が生じる。

[0005] 上記 ALD法と同じく原料ガスと反応ガスとの間の化学反応を利用する成膜方法として、触媒 CVD法がある。この CVD法は、反応ガスを触媒体に接触させてラジカルを発生させ、基板上でこのラジカルと原料ガスとを反応させて成膜するとレ、うものである（例えば、特許文献 1参照）。この方法によれば、大量のラジカルを発生させることができるので、ラジカルと原料ガスとの間で十分な反応が生じる。その結果、不純物が少ない所望の特性の膜を形成できる。また、ラジカルをプラズマによって発生させる場合と異なって、基板上の膜を傷つけるおそれもない。

[0006] そこで、 ALD法においても、触媒作用によって生成されたラジカルを反応ガスとして用いることが提案されている。

[0007] しかし、 ALD法では、通常、同一の真空チャンバ一内でラジカルの発生と原料ガスの導入とが行われているために、触媒作用によってラジカルを発生させると、ラジカルの発生に用いられる触媒源に原料ガスが付着し、その結果、触媒源と原料ガスとが反応して原料ガス中の金属が触媒源上に成膜するおそれがある。この場合、触媒源に原料ガスが付着しないように、触媒源を原料ガスの導入ロカ離して設置すると、ラジカルの輸送効率が低下して、すなわちラジカルが輸送中に失活して、所望の特性の膜を形成できない。

[0008] 触媒源に原料ガスが付着しないように構成された成膜装置として、例えば、図 1、図 2に示すような成膜装置が知られている。これらの成膜装置は、反応ガス供給手段 1 が接続され、内部に触媒源 2が設置された触媒室 3と、基板載置台 4が設置された成膜室 5とからなる。これらの装置は、触媒室 3と成膜室 5とがラジカル輸送路を介して接続されているから、触媒源 2が成膜室 5から離れて設置されており、その結果、原料ガスが触媒源に付着しに《なっている。このラジカル輸送路として、図 1の成膜装置では、 L字型のラジカル輸送路 6が設けられ、図 2の成膜装置では、 I字型のラジカル輸送路 7が設けられてレ、る。

[0009] 図 1、図 2に示した装置を用いてラジカルの輸送効率を以下のようにして調べた。

[0010] 成膜室 5内部の基板載置台 4上に基板 Sを載置し、触媒源 2を 1750°Cまで昇温した。ここで、基板 Sとして、熱酸化物膜が形成され、さらにその上に銅酸化物膜が形成された 8インチウェハを用いた。

[0011] その後、触媒室 3に反応ガス供給手段 1から、反応ガスとして Hガスを lOOsccmで

2

1分間導入し、この Hガスが触媒源 2に接触して発生した Hラジカルによって、銅酸

2

化物膜が還元されたかどうかを評価し、ラジカルの輸送効率を調べた。

[0012] この評価は、ラジカル照射前後の膜の絶対反射率を測定して行った。これは、銅酸化物膜にラジカルを照射すると、銅酸化物膜は還元されて、銅膜に変換されることに着目し、ラジカル照射後の膜の絶対反射率を測定して、還元の効率、すなわち、どの程度ラジカルが基板 Sまで輸送されたかとレ、う輸送効率を調べたものである。結果を図 3に示した。なお、銅酸化物膜の絶対反射率は 9%であり、銅膜の絶対反射率は 5 4%である。

[0013] 図 1の成膜装置を用いた場合、ラジカル照射後の膜の絶対反射率は 10%であった (図 3の点 A参照）。これは、銅酸化物膜の反射率である 9%とほぼ同程度であり、発生したラジカルが基板 S上の銅酸化物膜まで到達してレ、なレ、ことを示す。触媒室 3で生成されたラジカルのほとんど全て力基板 Sまで輸送される間に、 L字型輸送路 6の壁面等に衝突したりして失活してしまったためと思われる。

[0014] 図 2の成膜装置を用いた場合、ラジカル照射後の膜の絶対反射率は 38%であって

(図 3の点 B参照）、基板 Sの中央部のみが還元されていた。これは、発生したラジカルが、基板 S上の酸化物膜の中央部には到達したが、基板のその他の部分には到達していないことを示す。触媒室 3で生成されたラジカルのほとんど力 S、 I字型輸送路 7や触媒室等の壁面に衝突したりして失活してしまったためと思われる。

[0015] このように、従来は、ラジカルが輸送中に失活して、原料ガスと反応するのに十分な量のラジカルが基板上に到達せず、所望の膜を形成できなかった。

特許文献 1 :特開 2000— 243712 (特許請求の範囲等）

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0016] 本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、触媒源で生成されたラジカルが輸送中に失活することを防止して、原料ガスの前駆体とラジカルとの反応を効率よく行って所望の特性の膜を形成することができる成膜装置及び成膜方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0017] 本発明の成膜装置は、原料ガス供給手段及び基板載置台を備えた成膜室と、反応ガス供給手段及び基板に対向するように設けられた触媒源を備えた触媒室とを有する真空チャンバ一からなり、この成膜室と触媒室とが開口部を介して接続されている成膜装置において、基板載置台に載置される基板の周縁部と開口部の周縁部との最短距離を結ぶ直線が基板となす角度を ωとし、基板の周縁部と触媒源の縁部から一定の距離中心に向かった位置との最短距離を結ぶ直線が基板となす角度を δ とした場合に、触媒源が、 ω≥ δを満たす位置に配置されていることを特徴とする。

[0018] 一定の距離とは、触媒源の長さの 0〜35%をいう。基板の周縁部と触媒源の縁部との最短距離を結ぶ直線より内側が、触媒源で発生したラジカルの主要な輸送路になる。そのため、上記の角度条件 ω≥ 5をみたす場合には、ラジカルの主要な輸送路のほとんどが真空チャンバ一の内壁等によって阻まれることがなぐ反応に必要最低限の量のラジカルが基板に到達できる。

[0019] 本発明の成膜装置の好ましい態様は、上記触媒源の縁部からの一定の距離が 0である場合である。すなわち、原料ガス供給手段及び基板載置台を備えた成膜室と、反応ガス供給手段及び基板に対向するように設けられた触媒源を備えた触媒室とを有する真空チャンバ一からなり、この成膜室と触媒室とが開口部を介して接続されてレ、る成膜装置において、基板載置台に載置される基板の周縁部と開口部の周縁部との最短距離を結ぶ直線が基板となす角度を ωとし、基板の周縁部と触媒源の縁部との最短距離を結ぶ直線が基板となす角度を Θとした場合に、触媒源が、 ω≥ Θ、好ましくは ω > Θを満たす位置に配置されている場合である。

[0020] ω≥ Θを満たす位置に触媒源が設置されてレ、れば、触媒源で発生したラジカルは、真空チャンバ一の内壁等で失活することなぐ基板まで輸送され、基板に吸着してレ、る前駆体の全てと反応して所望の特性の膜を形成することができる。

[0021] このように、 ω≥ δ又は ω≥ Θという角度条件を満たせば、反応に必要な量のラジカルが基板まで失活することなく到達し、所望の特性を有する膜を形成できるので、従来技術のように必ずしも触媒源を基板より大きくする必要はない。

[0022] また、前記成膜室内に、中央に開口を有する原料ガス供給用のシャワーノズルを設置して、基板の周縁部とシャワーノズルの開口の縁部との最短距離を結ぶ直線が基板となす角度を Φとし、基板の周縁部と触媒源の縁部との最短距離を結ぶ直線が基板となす角度を Θとした場合に、シャワーノズルが、 φ≥ Θを満たす位置に配置されることが好ましい。この角度関係を満たす場合には、発生したラジカルがシャワーノズルに衝突して失活することなく基板まで輸送されるからである。

[0023] 前記触媒源と基板との距離が、基板径の 0. 5 - 1. 5倍の範囲になるように構成されることが好ましい。 0. 5倍未満であれば、原料ガスが触媒源と反応してしまい、 1. 5倍を超えれば、ラジカルの効果が薄れて所望の膜を形成できなレ、からである。

[0024] 前記触媒源が、螺旋状の高融点金属ワイヤーから構成されることが好ましい。螺旋状のワイヤーを用いると、直線状のワイヤーを用いる場合よりも反応ガスと接触する面積が増えるために、ラジカルが効率よく大量に発生し、所望の特性の膜を形成できる力である。さらに、前記高融点ワイヤーが、熱でたわまないようにすることが好ましい。たわむと、高融点ワイヤー同士が接触しまたは高融点ワイヤーと本装置の他の部品とが接触し、電気的にショートしてしまうという問題が生じるからである。たわまないためには、例えば、高融点ワイヤーを湾曲しないように適度の引張り力で保持して配置し、触媒源を構成する。高融点ワイヤーを湾曲して設置すると、熱でたわみやすいからである。

[0025] 前記開口部には、穴の開いた隔壁を設けてもよぐこの場合、前記隔壁の穴の総断面積が、隔壁の横断面積の 50%以上であることが好ましい。ラジカルの失活を防ぐためである。また、この開口部には触媒源に原料ガスが付着することを防止すベぐ開口部にアイソレーションバルブやシャッターを設けることが好ましい。

[0026] 前記成膜室の底部に真空排気手段を設けてもよい。底部に設けることで、発生したラジカルが基板方向へ誘導されやすぐ効率よくラジカルを基板まで輸送することができるからである。

[0027] 本発明の成膜装置は、触媒室内の温度を一定に保つベぐ前記触媒室の内部又は外部に冷却手段を備えることが好ましい。

[0028] また、本発明の成膜方法は、上記成膜装置を用いて成膜することを特徴とする。

発明の効果

[0029] 本発明の成膜装置によれば、触媒源で生成されたラジカルが輸送中に失活することを防止して、ラジカルと原料ガスとの反応を効率よく行って所望の特性を有する膜を形成することができるという効果を有する。

発明を実施するための最良の形態

[0030] はじめに本発明の成膜装置の概略構成図を図 4に示す。

[0031] 本発明の成膜装置は、真空排気手段 41を有する真空チャンバ一 42からなる。

[0032] この真空チャンバ一 42は、原料ガス供給手段 43を有する成膜室 44と、反応ガス供給手段 45を有する触媒室 46とからなる。

[0033] 前記成膜室 44内には、その底部に基板 Sを載置するための基板載置台 441が設けられている。 [0034] そして、成膜室 44は、その側壁に原料ガス導入口 442を有する。この原料ガス導入口 442から、原料ガス供給手段 43によって供給された原料ガスを配管 431を通じて成膜室 44に導入する。

[0035] この原料ガスの導入は、単管ノズルで行ってもょレ、が、基板 S上に均一に原料ガスの前駆体を吸着することができるように、図 4に示すようなシャワーノズル 443を触媒室 46と成膜室 44との間の開口部 47より下方に設けても良レ、。この場合のシャワーノズノレ 443は、真空チャンバ一 42内部のラジカルの輸送路を妨げることのないように、中央に開口 444を有する。

[0036] 成膜室 44と触媒室 46とは、開口部 47を介して接続されている。図 4においては、開口部 47の直径と触媒室 46の内径とが同一である力 S、開口部 47の直径を触媒室 4 6の内径より小さくしてもよい。例えば、図 6に示すように、開口部 47の周縁部に成膜室 44と触媒室 46とを隔てる仕切り部材 51を設けて、開口部 47の直径を調節すればよい。なお、この仕切り部材は真空チャンバ一と一体となっていてもよい。

[0037] 前記触媒室 46は、発生したラジカルの失活を防止すベぐその内壁を石英やアルミナなどで被覆することが好ましぐその上壁には反応ガス導入口 461が設けられている。反応ガス導入口 461と反応ガス供給手段 45とは、配管 451で接続されており、反応ガス供給手段 45から供給された反応ガスは、配管 451を通じて触媒室 46内に導入される。

[0038] また、触媒室 46内には、成膜室 44に載置される基板 Sと対向する位置に触媒源 4 8が設けられている。なお、この触媒源 48は、反応ガスの導入経路に対し垂直に設置され、反応ガスが垂直に触媒源に接触されるように構成されていることが好ましい。

[0039] 触媒源 48について、図 5を参照して説明する。なお、図 5において、図 4と同じ構成要素には同じ参照符号を付けてある。

[0040] 基板載置台 441に載置される基板 Sの周縁部と開口部 47の周縁部との最短距離を結ぶ直線が基板となす角度を ωとし、基板の周縁部と触媒源 48の縁部から一定の距離 Xだけ中心に向かった位置との最短距離を結ぶ直線が基板となす角度を δとした場合に、触媒源が、 ω≥ δを満たす位置に配置されている。この場合、 ω、 δはそれぞれ、各直線が基板の内径方向となす角度をいう。 [0041] 触媒源 48の好ましい設置態様について、図 6を参照して説明する。なお、図 6において、図 4と同じ構成要素には同じ参照符号を付けてある。この態様は、図 5における一定の距離 Xを 0とした場合であり、基板 Sの周縁部と開口部 47の周縁部との最短距離を結ぶ直線が基板 Sとなす角度を ωとし、基板の周縁部と触媒源 48の縁部との最短距離を結ぶ直線が基板となす角度を Θとした場合に、触媒源が、 ω≥ Θ、好ましくは ω > Θを満たす位置に配置されるものである。 ω > Θを満たす位置に触媒源を設置することが好ましいのは、 ω = Θの場合には、触媒室 46の内壁 Αなどにラジカルが衝突して失活する可能性があるからである。この場合、 Θは直線が基板の内径方向となす角度をいう。

[0042] この角度関係 ω≥ Θは、基板 S上の全ての位置から触媒源が見えるように、基板の周縁部の全ての点において成立していることが好ましい。例えば、開口部 47の径が触媒室 46の内径と等しいときは、触媒室 46の内壁 Αの周縁部 a (すなわち、開口部 4 7の周縁部）と基板 Sの周縁部との最短距離を結ぶ直線 L1が基板となす角度を ωとする。また、開口部 47の直径が触媒室 46の内径より小さい場合、言い換えると、開口部の周縁部に設けられた仕切り部材 51により成膜室 44と触媒室とが分離されている場合には、この仕切り部材の周縁部（すなわち、開口部の周縁部）と基板 Sの周縁部との最短距離を結ぶ直線 L2が基板となす角度を角度 ωとする。

[0043] いずれの場合においても、上記した ω≥ δ又は ω≥ Θという角度関係が成立していなければならなレ、。真空チャンバ一 42がどのような形状を持っていたとしても、また、開口部 47がどのような形状であっても、これらを満たしていなければ、発生したラジカルが真空チャンバ一の内壁等によって失活してしまうからである。

[0044] 成膜室 44内部にシャワーノズル 443を設置した場合について、図 7を参照して説明する。なお、図 7において、図 4と同じ構成要素には同じ参照符号を付けてある。基板 Sの周縁部とシャワーノズノレ 443の中央に設けられた開口 444の周縁部 bとの最短距離を結ぶ直線が基板となす角度を Φとし、基板の周縁部と触媒源 48の縁部との最短距離を結ぶ直線が基板となす角度を Θとした場合に、シャワーノズノレが φ≥ Θを満たす位置に配置されなければならない。この角度関係を満たさなければ、触媒源で発生したラジカル力シャワーノズル 443に衝突し失活してしまうからである。上記角度条件は、好ましくは φ > Θである。 φ = Θの場合、ラジカルが、開口 443の側壁 B に衝突し、失活してしまう可能性があるからである。

[0045] この触媒源 48は、高融点金属ワイヤーを一つ以上組み合わせて構成される。高融点金属としては、例えば、タングステン、モリブデン、ジルコニウム、タンタル、レニウム、オスミウム、イリジウムがあげられる。この高融点金属ワイヤーは、直線ワイヤーでもよいが、図 8に示すような螺旋状に巻かれたものが好ましい。

[0046] この組み合わせの形状は、特に制限はなレ、。たとえば、高融点金属ワイヤー 81を複数本用いて多角形状に並べてもよぐさらに、その内部に高融点金属ワイヤーを適宜の本数組み合わせて、触媒源 48の表面積を増大させてもよい。また、高融点金属ワイヤー 81をメッシュ状に組み合わせたものでもよレ、。図 8では、高融点金属ワイヤ一 81を 8本もちいて八角形状に並べ、その内部に高融点金属ワイヤーを 4本組み合わせ、さらにその内部に高融点金属ワイヤーを 4本組み合わせて四角形を形成している。なお、これらの高融点ワイヤー 81は、熱でたわまないように設置することが好ましい。

[0047] この触媒源 48は、電源（図示せず）に接続されており、電源を動作させ、触媒源に直流電流または交流電流を流すと、触媒源が高温に発熱するように構成されている。また、この触媒源 48の温度を一定に保つベぐ電流電圧をモニターし、フィードバックする制御機構（図示せず）が触媒源に設けられている。この触媒源 48からの放熱により触媒室 46は温度上昇することから、触媒室内の温度を一定に保つベぐ冷却手段（図示せず）が触媒室の外部または内部に設けられていることが好ましい。

[0048] 触媒源 48と基板 Sとの距離は、基板径の 0. 5〜： 1. 5倍以内の範囲になるように構成されることが好ましい。この距離を、絶対的な距離で設定せず、基板径を基準とした相対的な距離で設定したのは、ラジカルの流れ方が、基板径の大きさに対して常に一定になるようにするためである。

[0049] 上記条件を満たして触媒源 48を設置した場合には、ラジカルが輸送中に失活せずに反応に十分な量が基板 Sまで達して、所望の特性の膜を形成することができる。

[0050] また、触媒室 46は、原料ガスが触媒室内に拡散し、触媒源 48に付着するのを防止するためにパージガス供給手段（図示せず）を備えてレ、ることが好ましレ、。 [0051] 触媒室 46と成膜室 44との間の開口部 47に、シャワーノズノレのような穴のあいた隔壁を設けてもよい。この隔壁は、ラジカルの失活を効果的に防止すベぐ石英やアルミナで覆われていなければならなレ、。この隔壁の穴の総断面積は、隔壁の横断面積の半分以上でなければならなレ、。半分未満であると、ラジカルの大部分が隔壁にぶつかって失活してしまい、反応に必要な量のラジカルが基板に到達せず、所望の特性の膜を形成できなレ、からである。

[0052] さらに、この開口部 47には、原料ガスが触媒室 46に拡散しないようにシャッターやアイソレーションバルブを設けてもよレ、。アイソレーションバルブとしては、ゲートバルブを用いることが好ましい。

[0053] 真空排気手段 41は、図 4では成膜室 44の側壁に設けたが、成膜室 44の底部に設けてもよい。

[0054] 以下、本発明の成膜装置を用レ、た成膜方法について図 4を参照して説明する。

[0055] 本成膜装置を用いて、以下のように成膜前の前処理を行うこともできる。

[0056] はじめに、基板載置台 441上に基板 Sを載置し、触媒源 48に通電して発熱させる。

この触媒源 48への投入電力は、例えば、直流電圧 13. OV、 14. OAに設定されており、これによつて触媒源の温度は、約 1700°Cに昇温する。この温度を保った状態で、反応ガス供給手段 45から触媒室 48内部に反応ガスを 200_SCcmで 1分間供給する。同時に成膜室 44の真空排気手段 41により排気を行い、真空チャンバ一 42内の圧力を l〜60Paの範囲にする。

[0057] ここで、反応ガスとしては、 Hガス、 SiHガス、 NH NHガス、 NHガス、 H Oガス

2 4 2 2 3 2 等のような H原子含有ガスを用いることができ、これらを単独で用いても、複数で用いてもよい。

[0058] 反応ガスが触媒源 48に接触してラジカルが生成され、このラジカルが、基板 Sの表面に残留している金属酸化物を還元し、清浄な金属面を露出させる。たとえば、反応ガスが Hガスである場合には、 Hラジカルが生成され、反応性ガスが NHガスである

2 3 場合には、 NHや NH等のラジカルが生成される。

2

[0059] ラジカルは、非常に反応性に富んでいて還元性が高ぐ基板温度が 200°C以下でも基板表面の金属酸化物や、フッ化物、または炭化物などを容易に還元し、清浄な表面を露出させることができる。これにより、原料ガスの前駆体の核発生頻度や、得られた膜と下地層との密着性を改善することができる。

[0060] 上記前処理により、基板 Sの洗浄だけでなぐ真空チャンバ一 42内部の洗浄をすることちできる。

[0061] 続いて、上記前処理を行った基板 Sに本装置を用いて成膜する方法について説明する。

[0062] 前処理用に使用していた反応ガスの供給を止めた後、基板載置台 441の温度を上げて、基板の温度を 200°C〜300°Cの範囲に昇温させる。基板の温度が安定した後、パージガスを触媒室 46に導入する。ここで、パージガスとしては、 Ar、 Xe等の希ガスゃ、 N等の不活性ガスを用いることができる。

2

[0063] その後、パージガスを導入しながら、原料ガスを 0. 5gZminで成膜室 44内に導入し、原料ガスの前駆体を基板 Sに吸着させる。ここで、原料ガスの原料は、有機系金属化合物であれば特に制限はなぐ所望の膜の種類'性質に応じて選択でき、たとえば、 Ta[NC(CH ) C H ] [N (CH ) ] (TIMATA)、ペンタジメチルァミノタンタル（

3 2 2 5 2 2 3

PDMAT)、 tert-アミルイミドトリス (ジメチルアミド)タンタル（TAIMATA)、ペンタジェチルァミノタンタル（PEMAT)、 tert-ブチルイミドトリス（ジメチルアミド）タンタル（TB TDET)、 tert-ブチルイミドトリス（ェチルメチルアミド）タンタル（TBTEMT)、 TaX (

5

X：フッ素、塩素、臭素及びヨウ素から選ばれたハロゲン原子）を使用することができる

[0064] 10秒間原料ガスを導入したところで、原料ガスを停止する。パージガスはそのまま導入し続けて、残留している原料ガスを排気する。原料ガスを完全に排出した後、パージガスの導入を停止する。

[0065] 次に、反応ガスを反応ガス導入口 461から 200sccmで 10秒間導入する。反応ガスとしては、上記した H原子含有ガスを用いることができ、これらはいずれか単独で用いても、 2種以上を同時に用いてもよい。

[0066] 導入した反応ガスが触媒源 48に接触し、ラジカルを生成する。この生成したラジカルが、基板表面に吸着した前駆体と反応して、膜を形成する。例えば、 TIMATAを原料とした場合には TaN膜が形成される。 [0067] 上記工程を多数回繰り返して、所望の厚さの膜を得ることができる。

[0068] 以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定されるものではない。

実施例 1

[0069] 図 9に示した成膜装置を用いて、開口部 47の大きさを変化させた場合のラジカルの輸送効率について調べた。本成膜装置は、開口部 47に仕切り部材 51を設けてある。この仕切り部材 51の大きさを変化させて開口部 47の大きさを変えることにより、基板 Sの周縁部と開口部 47の周縁部との最短距離を結ぶ直線が触媒源 48と交わった点と、触媒源の縁部との距離 yを変化させることが可能である。触媒源 48を構成する高融点ワイヤー 81はタングステンからなり、その長さ zは 100mmである。なお、図 9において、図 4と同じ構成要素には同じ参照符号を付けてある。

[0070] 上記の構成を有する装置の仕切り部材 51の大きさを変化させることにより触媒源からの距離 yを 0、 35、 40、 45mmに変えて、それぞれの場合において以下のようにラジカルを生成して還元処理を行った。

[0071] まず、基板 Sとして、熱酸化物膜が形成され、さらにその上に銅酸化物膜が形成された 8インチウェハを基板載置台 441に載置し、次いで触媒源 48に通電して発熱させた。この触媒源 48への投入電力を直流電圧 13. 0V、 14. OAに設定し、これによつて、触媒源 48の温度を 1700〜： 1800°Cになるようにした。この温度を保った状態で、反応ガス供給手段から触媒室 46内部に反応ガスとして Hガスを 200sccmで 1

2

分間供給した。同時に成膜室 44の真空排気手段により排気して真空チャンバ一 42 内の圧力を lOPaにした。供給された Hガスは触媒源 48と接触し Hラジカルを生成し

2

た。このラジカルによって基板 S上の銅酸化物膜が還元されたか否かを、基板 S上の各点で相対反射率を測定して評価した。結果を図 10に示した。

[0072] 図 10において、横軸は、ラジカル照射後の基板 S上の膜の測定箇所と基板 Sの中心との距離を示している。縦軸は、銅膜の反射率を 100%とした場合のラジカル照射後の膜の相対反射率を示す。

[0073] 図 10によれば、距離 yが Ommの場合には、還元された銅酸化物膜の相対反射率は、基板上の全ての点において 100%であり、銅膜の反射率と同じだった。距離 yが 35mmの場合、すなわち、触媒源の端部からの距離 yが触媒源の長さの 35%である場合には、基板の中央部から 45mm以下の位置であれば、相対反射率は 100%であり、銅膜の反射率と同じだったが、基板の中央部から 45mmを超えた位置では、相対反射率は 100%未満であった。また、距離 yが 40、 45mmの場合には、基板上の全ての点において相対反射率は 100%未満であり、基板の中心から距離が離れるに従って相対反射率が急激に減少した。

[0074] このことから、触媒源の端部からの距離 yが触媒源の長さの 35。/₀以内であれば成膜に必要な量のラジカルが失活せずに基板に到達できることがわかった。

実施例 2

[0075] 図 4に示した成膜装置であってシャワーノズル 443を有していないものを用いて、ラジカルの輸送効率を調べた。本成膜装置は、開口部 47の径が触媒室 46の内径と一致するものである。基板 Sとして、熱酸化物膜が形成され、さらにその上に銅酸化物膜が形成された 8インチウェハーを用いた。この基板 Sを基板載置台 441に設置した。基板 Sの周縁部と開口部 47の周縁部との最短距離を結ぶ直線が基板となす角度 ωは、約 80度であった。

[0076] 触媒源 48は、ワイヤー直径 0. 5mm,長さ 350mmのタングステンからなる高融点金属ワイヤー 81を、図 8のように正八角形になるよう 8本配置し、その中に正四角形を形成するようにワイヤー直径 0. 5mm,長さ 300mmの高融点金属ワイヤー 81を 4 本、さらにその中に正四角形を形成するように直径 0. 5mm,長さ 300mmの高融点金属ワイヤー 81を 4本配置したものを用いた。この触媒源 48を基板 Sに対向し、かつ基板力、ら 400mmのところに設置した。基板 Sの周縁部と触媒源 48の縁部との最短距離を結ぶ直線が基板となす角度 Θは、 80度であった。したがって、当該装置は ω ≥ Θの角度関係を満たした。

[0077] 上記の構成を有する装置の触媒源 48に通電して発熱させた。この触媒源 48への投入電力は直流電圧 13. 0V、 14. OAに設定し、これによつて触媒源 48の温度は、 1700〜1800°Cになるようにした。この温度を保った状態で、反応ガス供給手段 45 力触媒室 46内部に反応ガスとして Hガスを 200sccmで 1分間供給した。同時に

2

成膜室 44の真空排気手段 41により排気して真空チャンバ一 42内の圧力を 10Paにした。

[0078] Hガスは触媒源 48に接触して Hラジカルを生成した。このラジカルは、ラジカル輸

2

送路を通つて基板 Sの表面に達して銅酸化物膜を還元した。結果を図 3に示す。

[0079] 図 3によれば、ラジカル処理後の膜の絶対反射率が、熱酸化物膜を有する基板 S 上に形成された銅膜の絶対反射率である 54%に一致した（図 3の点 C参照）。これは、発生したラジカルにより、基板上の銅酸化物膜がすべて還元されて銅膜が得られたことを示していた。このことから、本発明の成膜装置を用いれば、ラジカルが、輸送中に失活することなく効率よく基板 S上に照射されたことがわかった。

実施例 3

[0080] 図 4で示した成膜装置を用いて、 TaN膜の形成を行い、その膜質特性を評価した。なお、実施例 1と同一の 8インチウェハーを基板 Sとして使用した。

[0081] 最初に、基板 Sを成膜室 44に搬送し、基板載置台 441上に載置した。基板載置台

441の温度は 250°Cに設定した。基板温度を安定させたところで、触媒室 46にパージガスとして Nガスを 200sccm導入した。

2

[0082] パージガス導入から 5秒後、原料ガスとして TIMATAをシャワーノズノレ 443を介して 0. 5g/min導入した。

[0083] 原料ガスの前駆体を基板 S上に吸着させた後、原料ガスの導入を停止した。

[0084] 触媒室 44から導入されていたパージガスの導入を、原料ガス導入停止から数秒後に停止した。

[0085] ついで、触媒室 46に反応ガスとして Hガスを 200sccm導入し、触媒源 48に接触

2

させて Hラジカルを生成させ、基板 S上に吸着していた前駆体と反応させて膜を形成した。導入から 10秒後、 Hガスの導入を停止した。

2

[0086] 上記工程を 200回繰り返して得た膜厚 18nmの TaN膜の比抵抗を測定して図 11 に示した。また、比較例として、図 1、図 2のような ω≥ Θを満たさない構造を有する各成膜装置を用いた以外は全て同一条件で形成した場合の TaN膜の比抵抗を測定して、同じく図 11に示した。

[0087] 図 1、図 2のような構造を有する成膜装置で成膜した TaN膜の比抵抗は、 10⁶

Ω ' cm)程度であり（図 11の点 A、 B参照）、これは、触媒源 48で生成されたラジカルが輸送路で失活したため、基板まで到達できなかった結果、絶縁物に近い膜になつていたものと考えられる。

[0088] 一方、本発明の成膜装置を用いて成膜した TaN膜の比抵抗は 800 Ω ' cm)程度であり（図 11の点 C参照）、図 1、図 2の装置で形成された膜に比べてきわめて比抵抗が低かった。これは、本装置の場合、生成されたラジカルを効果的に基板上まで輸送させ、基板上に吸着した前駆体とラジカルが十分に反応した結果、比抵抗のきわめて低い膜が形成されたものと考えられる。

産業上の利用可能性

[0089] 本発明の成膜装置及び成膜方法によれば、触媒作用によって得られたラジカルを失活せずに効率よく基板まで輸送することができるので、所望の膜を形成できる。そのため、本発明は、半導体デバイス分野の薄膜形成プロセスに適用可能である。図面の簡単な説明

[0090] [図 1]L字型のラジカル輸送路を設けた成膜装置を模式的に示す構成図。

[図 2]1字型のラジカル輸送路を設けた成膜装置を模式的に示す構成図。

[図 3]ラジカル照射後の膜の絶対反射率を示すグラフ。

[図 4]本発明の成膜装置の実施態様を模式的に示す構成図。

[図 5]本発明の成膜装置に用いられる触媒源の設置位置を説明するための模式的構成図。

[図 6]本発明の成膜装置に用いられる触媒源の好ましい設置位置を説明するための模式的構成図。

[図 7]本発明の成膜装置に用レ、られるシャワーノズルの設置位置を説明するための模式的構成図。

[図 8]本発明の成膜装置に用いられる触媒源の形状を模式的に示す構成図。

[図 9]本発明の成膜装置の別の実施態様を模式的に示す構成図。

[図 10]図 9の成膜装置を用いて発生したラジカル照射後の膜の相対反射率を示すグラフ。

[図 11]図 1、 2、 4の各装置を用いて得られた TaN膜の比抵抗 _P ( /i Ω ' cm)を示すグラフ。符号の説明

41 真空排気手段 42 真空チャンバ一 43 原料ガス供給手段 44 成膜室 45 反応ガス供給手段 46 触媒室 47 開口部 48 触媒源

S 基板

Claims

請求の範囲

[1] 原料ガス供給手段及び基板載置台を備えた成膜室と、反応ガス供給手段及び基板に対向するように設けられた触媒源を備えた触媒室とを有する真空チャンバ一からなり、この成膜室と触媒室とが開口部を介して接続されている成膜装置において、基板載置台に載置される基板の周縁部と開口部の周縁部との最短距離を結ぶ直線が基板となす角度を ωとし、基板の周縁部と触媒源の縁部から一定の距離中心に向かつた位置との最短距離を結ぶ直線が基板となす角度を δとした場合に、触媒源が、 ω ≥ δを満たす位置に配置されていることを特徴とする成膜装置。

[2] 前記一定の距離が、触媒源の長さの 0〜35%であることを特徴とする請求項 1記載の発明。

[3] 原料ガス供給手段及び基板載置台を備えた成膜室と、反応ガス供給手段及び基板に対向するように設けられた触媒源を備えた触媒室とを有する真空チャンバ一からなり、この成膜室と触媒室とが開口部を介して接続されている成膜装置において、基板載置台に載置される基板の周縁部と開口部の周縁部との最短距離を結ぶ直線が基板となす角度を ωとし、基板の周縁部と触媒源の縁部との最短距離を結ぶ直線が基板となす角度を Θとした場合に、触媒源が、 ω≥ Θを満たす位置に配置されていることを特徴とする成膜装置。

[4] 前記触媒源と基板との距離が、基板径の 0. 5 - 1. 5倍の範囲になるように構成されていることを特徴とする請求項 1〜3のいずれかに記載の成膜装置。

[5] 前記触媒源が、螺旋状の高融点金属ワイヤー力構成されることを特徴とする請求項 1〜4のいずれかに記載の成膜装置。

[6] 前記高融点ワイヤーが、熱によってたわまないように設置されることを特徴とする請求項 5記載の成膜装置。

[7] 前記開口部に、穴の開いた隔壁を設けることを特徴とする請求項 1〜6のいずれかに記載の成膜装置。

[8] 前記隔壁の穴の総断面積が、隔壁の横断面積の 50%以上であることを特徴とする請求項 7記載の成膜装置。

[9] 前記成膜室内に、中央に開口を有する原料ガス供給用のシャワーノズノレを設置し、基板の周縁部とシャワーノズルの開口の縁部との最短距離を結ぶ直線が基板となす角度を Φとし、基板の周縁部と触媒源の縁部との最短距離を結ぶ直線が基板となす角度を Θとした場合に、シャワーノズル力 φ≥ Θを満たす位置に配置されることを特徴とする請求項:!〜 8のいずれかに記載の成膜装置。

[10] 前記成膜室の底部に真空排気手段を設けたことを特徴とする請求項 1〜9のいずれかに記載の成膜装置。

[11] 前記触媒室の内部又は外部に冷却手段を備えたことを特徴とする請求項 1〜： 10のいずれかに記載の成膜装置。

[12] 前記開口部にアイソレーションバルブを設けたことを特徴とする請求項 1〜： 11のいずれかに記載の成膜装置。

[13] 前記アイソレーションバルブ力 S、ゲートバルブであることを特徴とする請求項 12記載の成膜装置。

[14] 前記開口部にシャッターを設けたことを特徴とする請求項 1〜： 13のいずれかに記載の成膜装置。

[15] 請求項 1〜： 14のいずれかに記載の成膜装置を用いて成膜する方法。