WO2007026876A1

WO2007026876A1 - 薄膜作製装置及び薄膜作製方法

Info

Publication number: WO2007026876A1
Application number: PCT/JP2006/317335
Authority: WO
Inventors: Keeyoung Jun; Yoshiyuki Ooba; Hitoshi Sakamoto; Yuzuru Ogura; Takayuki Sekine
Original assignee: Phyzchemix Corporation
Priority date: 2005-09-01
Filing date: 2006-09-01
Publication date: 2007-03-08
Also published as: EP2196558A4; JP2007067302A; EP2196558A1; JP4845455B2

Abstract

　塩素を含有する作用ガス１７をチャンバ１内に供給し、窒素と水素の化合物であるＮＨ２を生成し、チャンバ１内の圧力を高くして滞留時間を長くし、塩素ラジカルによりＡｌ製の被エッチング部材１１をエッチングして被エッチング部材に含まれるＡｌ成分とハロゲンＣｌとからなる前駆体ＡｌＣｌ３を生成し、前駆体ＡｌＸ３からＡｌＸ２の中間体生成する一方、ＮＨ２とＡｌＸ２の反応により生じたＡｌＮ成分を基板３側に成膜させ、ＡｌＮの薄膜を低温の環境下で確実に作製する。

Description

明細書

薄膜作製装置及び薄膜作製方法

技術分野

[0001] 本発明は、 A1N成分を成膜することができる薄膜作製装置及び薄膜作製方法に関する。

背景技術

[0002] 現在、半導体等の製造にお!、ては、プラズマ CVD(Chemical Vapor Deposition)装置を用いた成膜が知られている。プラズマ CVD装置とは、チャンバ内に導入した膜の材料となる有機金属錯体等のガスを、高周波アンテナから入射する高周波によりプラズマ状態にし、プラズマ中の活性な励起原子によって基板表面の化学的な反応を促進して金属薄膜等を成膜する装置である。

[0003] これに対し、本発明者等は、高蒸気圧ハロゲン化物を作る金属成分であって、成膜を望む金属成分力なる被エッチング部材をチャンバに設置し、ハロゲンガスをブラズマ化して前記被エッチング部材をノヽロゲンのラジカルによりエッチングすることで金属成分のハロゲンィ匕物である前駆体を生成させるとともに、前駆体の金属成分のみを基板上に成膜するプラズマ CVD装置 (以下、新方式のプラズマ CVD装置とヽぅ）および成膜方法を開発した (例えば、下記特許文献 1参照)。

[0004] 上記新方式のプラズマ CVD装置では、所定の低圧力下（例えば、 0. ΙΤοπ：〜 0.

2Torr)で、成膜される金属源となる被エッチング部材の温度に対して基板の温度が低くなるように制御して基板に当該金属膜を成膜している。例えば、被エッチング部材の金属を M、ハロゲンガスを C1とした場合、被エッチング部材を高温 (例えば 300

2

°C〜700°C)に、また基板を低温 (例えば 200°C程度）に制御することにより、前記基板に M薄膜を形成することができる。これは、次のような反応によるものと考えられる。

[0005] (1)プラズマの解離反応； C1→2C1*

2

(2)エッチング反応； M + C1*→MC1 (g)

(3)基板への吸着反応； MCI (g)→MC1 (ad)

(4)成膜反応; MCI (ad) + CI*→M + CI † ここで、 CI*は CIのラジカルであることを、（g)はガス状態であることを、（ad)は吸着状態であることをそれぞれ表して、る。

[0006] 前述した新方式の CVD装置においては、 MC1と C1*との割合を適正に保つことで、成膜反応が適切に行われる。即ち、成膜条件として、 C1ガスの流量、圧力、パワー

2

、基板及び被エッチング部材の温度、基板と被エッチング部材との距離等を適正に設定することで、 MC1と C1*との割合をほぼ等しく制御することができ、成膜速度を低下させることなく、しカゝも、基板に対して C1*によるエッチング過多が生じることなく M が析出される。

[0007] 上述した新方式の CVD装置において、半導体材料等として窒化アルミニウム (A1 N)の薄膜を作成することが考えられて、る。被エッチング部材として A1を用いた場合、反応式中の MC1は A1Xとなるが、 A1Xは安定なもので C1*によるエッチング（還元

3 3

)反応が生じ難いのが現状である。このため、窒素の原料との適合性等の関係もあり

、新方式の CVD装置にぉ、ては A1Nの薄膜を確実に作製する技術は確立されてヽないのが実情であった。

[0008] 特許文献 1：特開 2003— 147534号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] 本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、新方式の CVD装置を用いて A1Nの薄膜を確実に作製することができる薄膜作製装置及び薄膜作製方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0010] 上記目的を達成するための請求項 1に係る本発明の薄膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板が対向する位置におけるチャンバに設けられる A1製の被ェツチング部材と、チャンバの内部にハロゲンを含有する作用ガスを供給する作用ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して、作用ガスプラズマを発生させてハロゲンラジカルを生成し、流体の滞留時間を制御してハロゲンラジカルで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる A1成分とハロゲン Xとからなる前駆体 A1Xを生成するプラズマ発生手段と、チャンバの内部に窒素と水素の化合物である NHを生成する生成手段と、基板側の温度を被エッチング部材の温度

2

よりも低くすると共に流体の滞留時間の制御により前駆体 A1Xから A1Xの中間体生

3 2 成する一方、生成手段で生成された NHと A1Xの反応により生じた A1N成分を基板

2 2

側に成膜させる制御手段とを備えたことを特徴とする。

[0011] このため、流体の滞留時間を制御することで A1Xの中間体を生成し、 NHと A1X

2 2 2 の反応により生じた A1N成分を基板側に成膜させるので、ハロゲンラジカルによる還元が容易になり低温で A1Nの薄膜を確実に作製することができる。

[0012] 上記目的を達成するための請求項 2に係る本発明の薄膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板が対向する位置におけるチャンバに設けられる A1製の被ェツチング部材と、チャンバの内部にハロゲンを含有する作用ガスを供給する作用ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して、作用ガスプラズマを発生させてハロゲンラジカルを生成し、流体の滞留時間を制御してハロゲンラジカルで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる A1成分とハロゲン Xとからなる前駆体 A1Xを生成するプラズマ発生手段と、チャンバの内部に窒素と水素の

3

化合物である NHを生成する生成手段と、基板側の温度を被エッチング部材の温度

2

3

成する一方、生成手段で生成された NHと A1Xとハロゲンラジカルとの反応により生

2

じた A1N成分を基板側に成膜させる制御手段とを備えたことを特徴とする。

[0013] このため、流体の滞留時間を制御することで A1Xの中間体を生成し、 NHと A1Xの

2 反応により生じた A1N成分を基板側に成膜させるので、ハロゲンラジカルによる還元が容易になり低温で A1Nの薄膜を確実に作製することができる。

[0014] そして、請求項 3に係る本発明の薄膜作製装置は、請求項 1または請求項 2に記載の薄膜作製装置において、生成手段は、アンモニア (NH )とハロゲンラジカルとを反

3

応させて NHを生成する機能を有していることを特徴とする。

2

[0015] このため、アンモニア（NH )を用いて NHを生成することができる。

3 2

[0016] また、請求項 4に係る本発明の薄膜作製装置は、請求項 1または請求項 2に記載の薄膜作製装置において、生成手段は、プラズマ中でアンモニア (NH )を NHと Hラ

3 2 ジカルにすることで NHを生成する機能を有して!/、ることを特徴とする。 [0017] このため、アンモニア（NH )を用いて NHを生成することができる。

3 2

[0018] また、請求項 5に係る本発明の薄膜作製装置は、請求項 1または請求項 2に記載の薄膜作製装置において、生成手段は、水素と窒素を解離反応させることで NHを生

2 成する機能を有して、ることを特徴とする。

[0019] このため、水素及び窒素を用いて NHを生成することができる。

2

[0020] また、請求項 6に係る本発明の薄膜作製装置は、請求項 1乃至請求項 5のいずれか一項に記載の薄膜作製装置において、生成手段には、前駆体 A1Xの状況に応じ

3

て NHの量を調整する機能が備えられ、制御手段には、 NHの量を所望状態に調

2 2

整して基板に A1成分と A1N成分を混在させる機能が備えられていることを特徴とする [0021] このため、 NHの量を所望状態に調整することにより基板に A1成分と A1N成分を混

2

在させて薄膜を作製することができる。

[0022] また、請求項 7に係る本発明の薄膜作製装置は、請求項 6に記載の薄膜作製装置において、制御手段における、 A1成分と A1N成分を混在させる機能は、 A1成分と A1

N成分を交互に積層させる機能であることを特徴とする。

[0023] このため、 A1成分と A1N成分を交互に積層させて薄膜を作製することができる。

[0024] また、請求項 8に係る本発明の薄膜作製装置は、請求項 1乃至請求項 7のいずれか一項に記載の薄膜作製装置において、滞留時間は、チャンバの容積を、作用ガスの流量と雰囲気温度とチャンバ内の圧力との積で除した値で導出され、プラズマ発生手段及び制御手段では、チャンバ内の圧力を高くすることで滞留時間を制御することを特徴とする。

[0025] このため、チャンバ内の圧力を高くして A1N成分を基板側に成膜させることができる

[0026] また、請求項 9に係る本発明の薄膜作製装置は、請求項 1乃至請求項 8のいずれか一項に記載の薄膜作製装置において、作用ガスに含有されるハロゲンは塩素であることを特徴とする。

[0027] このため、安価な塩素を用いることができる。

[0028] 上記目的を達成するための請求項 10に係る本発明の薄膜作製方法は、ハロゲンを含有する作用ガスをチャンバ内に供給すると共に、窒素と水素の化合物である NH を生成し、流体の滞留時間を制御して、ハロゲンラジカルにより A1製の被エッチング

2

部材をエッチングして被エッチング部材に含まれる A1成分とハロゲン Xとからなる前駆体 A1Xを生成し、前駆体 A1Xから A1Xの中間体生成する一方、 NHと A1Xの反

3 3 2 2 2 応により生じた A1N成分を基板側に成膜させることを特徴とする。

[0029] このため、流体の滞留時間を制御することで A1Xの中間体を生成し、 NHと A1X

[0030] 上記目的を達成するための請求項 11に係る本発明の薄膜作製方法は、ハロゲンを含有する作用ガスをチャンバ内に供給すると共に、窒素と水素の化合物である NH を生成し、流体の滞留時間を制御して、ハロゲンラジカルにより A1製の被エッチング

2

部材をエッチングして被エッチング部材に含まれる A1成分とハロゲン Xとからなる前駆体 A1Xを生成し、前駆体 A1Xから A1Xの中間体生成する一方、 NHと A1Xとハ

3 3 2 2 ロゲンラジカルとの反応により生じた A1N成分を基板側に成膜させることを特徴とする [0031] このため、流体の滞留時間を制御することで A1Xの中間体を生成し、 NHと A1Xの

[0032] そして、請求項 12に係る本発明の薄膜作製方法は、請求項 10または請求項 11に記載の薄膜作製方法において、 NHは、アンモニア (NH )とハロゲンラジカルとを

2 3

反応させて生成することを特徴とする。

[0033] このため、アンモニア（NH )を用いて A1Nの薄膜を作製することができる。

3

[0034] また、請求項 13に係る本発明の薄膜作製方法は、請求項 10または請求項 11に記載の薄膜作製方法において、 NHは、プラズマ中でアンモニア（NH )を NHと Hラ

2 3 2 ジカルにすることで生成することを特徴とする。

[0035] このため、アンモニア（NH )を用いて A1Nの薄膜を作製することができる。

3

[0036] また、請求項 14に係る本発明の薄膜作製方法は、請求項 10または請求項 11に記載の薄膜作製方法において、 NHは、水素と窒素を解離反応させることで NHを生成することを特徴とする。

[0037] このため、水素と窒素を用いて A1Nの薄膜を作製することができる。

[0038] また、請求項 15に係る本発明の薄膜作製方法は、請求項 10乃至請求項 14のいずれか一項に記載の薄膜作製方法において、前駆体 A1Xの状況に応じて NHの

3 2 量を調整して基板に A1成分と A1N成分を混在させて薄膜を作製することを特徴とする。

[0039] このため、 NHの量を調整することで A1成分と A1N成分を混在させた薄膜を基板

2

に作製することができる。

[0040] また、請求項 16に係る本発明の薄膜作製方法は、請求項 15に記載の薄膜作製方法において、 A1成分と A1N成分を混在させることにより、 A1成分と A1N成分を交互に積層させた薄膜を作製することを特徴とする。

[0041] このため、 A1成分と A1N成分を交互に積層させた薄膜を作製することができる。

[0042] また、請求項 17に係る本発明の薄膜作製方法は、請求項 15に記載の薄膜作製方法において、 A1成分と A1N成分を混在させることにより、 Al Oの薄膜が作製された

2 3

基板に A1N成分と A1成分とを積層させた薄膜を作製することを特徴とする。

[0043] このため、 Al Oの薄膜が作製された基板に A1N成分と A1成分とを積層させた薄

2 3

膜を作製することができ、高誘電率のゲートメタルとすることができる。

[0044] また、請求項 18に係る本発明の薄膜作製方法は、請求項 10乃至請求項 17のいずれか一項に記載の薄膜作製方法において、作用ガスに含有されるハロゲンは塩素であることを特徴とする。

[0045] このため、安価な塩素を用いることができる。

発明の効果

[0046] 本発明の薄膜作製装置は、新方式の CVD装置を用いて A1Nの薄膜を低温の環境下で確実に作製することができる薄膜作製装置となる。

また、本発明の薄膜作製方法は、新方式の CVD装置を用いて A1Nの薄膜を低温の環境下で確実に作製することができる薄膜作製方法となる。

図面の簡単な説明

[0047] [図 1]本発明の一実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面図である。 [図 2]プラズマの発光状況を表すグラフである。

発明を実施するための最良の形態

[0048] 以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。

[0049] 図 1には本発明の一実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面、図 2にはプラズマの発光状況を表すグラフを示してある。

[0050] 図 1に示すように、円筒状に形成された、例えば、セラミックス製 (絶縁材製)のチヤンバ 1の底部近傍には支持台 2が設けられ、支持台 2には基板 3が載置される。支持台 2にはヒータ 4及び冷媒流通手段 5を備えた温度制御手段 6が設けられ、支持台 2 は温度制御手段 6により所定温度 (例えば、基板 3が 100°Cから 300°Cに維持される温度）に制御される。尚、チャンバの形状は円筒状に限らず、例えば、矩形状のチヤンバを適用することも可能である。

[0051] チャンバ 1の上面は開口部とされ、開口部は絶縁材料製 (例えば、セラミックス製）の板状の天井板 7によって塞がれている。天井板 7の上方にはチャンバ 1の内部をプラズマ化するためのプラズマアンテナ 8が設けられ、プラズマアンテナ 8は天井板 7の面と平行な平面リング状に形成されてヽる。プラズマアンテナ 8には整合器 9及び電源 10が接続されて高周波が供給される。プラズマアンテナ 8、整合器 9及び電源 10 により誘導プラズマを発生させるプラズマ発生手段が構成されている。

[0052] チャンバ 1には、アルミニウム製 (A1製)の被エッチング部材 11が保持され、被エツチング部材 11はプラズマアンテナ 8の電気の流れに対して基板 3と天井板 7の間に不連続状態で配置されている。例えば、被エッチング部材 11は、格子状に形成されてプラズマアンテナ 8の電気の流れ方向である周方向に対して構造的に不連続な状態とされている。

[0053] 尚、プラズマアンテナ 8の電気の流れに対して不連続状態にする構成としては、被エッチング部材を網目状に構成したり、リングの内周側に複数の長尺突起を形成する等の構成とすることも可能である。

[0054] 被エッチング部材 11の上方におけるチャンバ 1の筒部にはチャンバ 1の内部にハロゲンとしての塩素を含有する作用ガス (Heにより所定の濃度に希釈されたガス: C1ガ

2 ス） 17を供給するガスノズル 14が 1本設けられている。ガスノズル 14はチャンバ 1の中心部まで延び、先端が上方に向けられてガス噴出口 15とされている。 Heと C1ガス

2 は流量制御器 16に個別に制御されて送られ、ガスノズル 14には流量及び圧力が制御される流量制御器 16を介して Heで希釈された C1作用ガス 17が送られる（作用ガ

2

ス供給手段)。

[0055] 尚、ガスノズル 14の形状及び配置は、例えば、チャンバ 1の周方向に等間隔で複数 (例えば 8箇所)接続する等、図示の例に限られるものではない。また、作用ガスに含有されるハロゲンとしては、フッ素、臭素及びヨウ素等を適用することが可能である。ノ、ロゲンとして塩素を用いたことにより、安価な塩素ガスを用いて薄膜を作製することがでさる。

[0056] また、チャンバ 1の筒部にはアンモニア（NH )を供給するノズル 21が設けられ、ノ

3

ズル 21からは流量制御器 23を介して NHがチャンバ 1内に供給される。チャンバ内

3

に供給された NHは、詳細は後述する力プラズマにより NHと水素ラジカル H*に

3 2

解離されて NHが生成される（生成手段)。または、塩素ラジカル C1*との反応により

2

NHと HC1とされて NHが生成される（生成手段)。

2 2

[0057] 成膜に関与しないガス等は排気口 18から排気される。天井板 7によって塞がれたチャンバ 1の内部は真空装置 19によって所定の圧力に維持される。真空装置 19の図示しないバルブは制御手段 20により制御され、ノレブの調整によりチャンバ内が所望の圧力に制御される。一方、制御手段 20により電源 10の出力が適宜調整され、 RFパワーが制御可能とされて、る。

[0058] また、チャンバ 1の筒部にはプラズマの発光状況 (例えば、波長に対する発光強度) を検出するプラズマ分光器 25が設けられ、分光データに基づいて後述する塩素ラジカル Cl*、 A1X、 A1X、 A1Xの状況 (分光データ）を求めて分光データを制御手段 2

3 2

0に送る。制御手段 20では、送られた分光データに基づいて作用ガス 17の流量、 N Hの流量が適宜制御される。

3

[0059] 上述した薄膜作製装置では、塩素を含有する作用ガス 17をチャンバ 1内に供給し、流体の滞留時間を制御して (長くして）、即ち、チャンバ 1内の圧力を高くして、塩素ラジカルにより A1製の被エッチング部材 11をエッチングして被エッチング部材に含まれる A1成分とハロゲン C1と力なる前駆体 A1C1を生成すると共に中間体である A1C1 及び (または) AlClと生成する。また、ノズル 21から NHをチャンバ 1内に供給し、プ

2 3

ラズマにより、または、塩素ラジカル C1*との反応により NHを生成する。そして、 A1C

2

1 (A1C1)と NH (及び塩素ラジカル C1*)との反応により A1N成分を基板 3側に成膜さ

2 2

せる。

[0060] 流体の滞留時間を長くすることで AlCl (A1C1)の中間体が生成され、中間体を NH

2

(及び塩素ラジカル C1*)と反応させて前駆体 A1Xの A1成分が A1Nとして基板 3側に

2 3

成膜されるので、 C1ラジカルによる還元が容易になり A1Nの薄膜を確実に作製することがでさる。

[0061] ここで、流体の滞留時間の制御はチャンバ 1内の圧力を高くすることで行われる。流体の滞留時間 tは、

t=V/QTP

で表すことができる。

[0062] ここで、 Qはガスの流量、 Tは雰囲気の温度、 Pは圧力 {760 (Torr) ZP (Total) }、 Vは反応雰囲気の容積である。このため、流体の滞留時間を長くして A1C1及び A1C

2

1の中間体を生成するためには、圧力 P (Total： Torr)を高くして Pを小さ!/、値にする、流量を減らす、温度を低くする、容積を大きくする、のいずれかにより達成することができる。本実施形態例では、制御性等を考慮して圧力 P (Tot_al_:Torr)を高くすることで滞留時間を長くするようにしている。

[0063] 通常、新方式の CVD装置を用いて金属薄膜を作製する場合、圧力 P (T₀tal_:T_OT r)は 0. 1〜0. 2 (Torr)の範囲に設定されるが、本実施形態例では、例えば、圧力 P (Total： Torr)を 0. 5〜1. 0 (Torr)の範囲に設定し、滞留時間を 1. 5倍程度に設定している。圧力 Pの設定は真空装置 19の図示しないバルブの制御により行われている。

[0064] 具体的な成膜の状況を以下に説明する。

[0065] 0. 5〜1. O (Torr)に制御されたチャンバ 1の内部にガスノズル 14から C1ノズル 21

2 を供給する。プラズマアンテナ 8から電磁波をチャンバ 1の内部に入射することで、 C1 ノズル 21をイオン化して C1ガスプラズマを発生させ、 C1ラジカルを生成する。プラズ

2 2

マは、ガスプラズマ 12で図示する領域に発生する。この時の反応は、次式で表すことができる。

CI→2C1*

2

ここで、 CI*は塩素ラジカルを表す。

[0066] ガスプラズマ 12が A1製の被エッチング部材 11に作用することにより、被エッチング部材 11が加熱されると共に、 A1にエッチング反応が生じる。この時の反応は、例えば、次式で表される。

A1C1→A1C1→A1C1

3 2

A1C1に塩素ラジカル CI*が作用することにより、

3

A1C1 +C1*→A1C1 +C1 †の反応が生じて A1C1となる（制御手段)。

3 2 2 2

また、 A1C1に塩素ラジカル C1*が作用することにより、

2

A1C1 +C1*→A1C1+C1 †の反応が生じて A1C1となる（制御手段)。

2 2

[0067] また、ノズル 21からアンモニア（NH )をチャンバ 1の内部に供給する。

3

NHはガスプラズマ 12により、

3

NH→NH +H*

3 2

の反応が生じて、即ち、 NHと水素ラジカル H*に解離されて NHが生成される。

2 2

[0068] また、 NHは塩素ラジカル C1*により、

3

NH +C1*→NH +HC1†

3 2

の反応が生じて、即ち、塩素ラジカル C1*との反応により NHと HC1とされて NH力 S

2 2 生成される。

[0069] そして、生成された NHと A1C1により、

2 2

A1C1 +NH→A1N + 2HC1†

2 2

の反応が生じて A1N成分が基板 3に成膜される。

[0070] また、 A1C1と生成された NHと A1C1及び塩素ラジカル C1*により、

2 2

A1C1+NH +C1*→A1N + 2HC1†

2

の反応が生じて A1N成分が基板 3に成膜される。

[0071] このようにして、還元し易、（不安定な）中間体を介して前駆体 A1Xの A1成分を N

3

Hと反応させて基板 3側に A1Nを成膜するので、 A1Nの薄膜を低温で確実に作製す

2

ることがでさる。 [0072] 尚、上述した実施形態例では、チャンバ 1の内部にアンモニア (NH )を供給して A1

3

Nの薄膜を作製するようにしたが、 H及び Nを独立して供給し、 A1Nの薄膜を作製

2 2

することも可能である。この場合、温度条件等を最適に設定することが必要である。

[0073] 上述した A1の薄膜の作製に際し、成膜中はプラズマ分光器 25によりプラズマの発光状況 (例えば、波長に対する発光強度）を検出している。即ち、図 2に示すように、 A1C1、 A1C1、 A1C1、塩素ラジカル Cl*、 A1の発光強度は波長により異なるため、発

3 2

光強度を検出することにより A1C1、 A1C1、 A1C1、塩素ラジカル Cl*、 A1の状況を検

3 2

出することができる。

[0074] プラズマ分光器 25での検出データは制御手段 20に送られ、前述した反応の過程において、 A1C1、 A1C1、 A1C1、塩素ラジカル Cl*、 A1が所望状態に生成されている

3 2

かをモニタする。モニタの結果、所望の生成物が得られていない場合 (予め記憶された発光強度の状況と一致していない場合)、制御手段 20の指令により、真空装置 19 の図示しないバルブの調整が行われて A1C1、 A1C1、 A1C1、塩素ラジカル Cl*、 A1

3 2

が所望状態に生成されるように圧力が制御される。

[0075] また、モニタの結果に基づ、て、 A1C1、 A1C1の状況に合ったアンモニア（NH )の

2 3 流量が決定され、流量制御器 23に流量調整の指令が出されてアンモニア (NH )の

3 流量が制御される。

[0076] 上述した A1C1は、塩素ラジカル C1*により

A1C1+C1*→A1+C1 †の反応が生じて A1成分となる。

2

また、 A1C1はプラズマ中で

2

A1C1 +A1C1→2A11 +C1 †の反応が生じて A1成分となる。

2 2 2

プラズマ分光器 25での検出データに基づ、てアンモニア (NH )の供給と停止を

3

繰り返すことにより、上記反応と A1Nの生成反応とを交互に行い、 A1と A1Nの積層膜を基板 3に作製することができる。

[0077] この時、アンモニア（NH )の流量を制御することで、 A1と A1Nの組成が傾斜した状

3

態の薄膜を基板 3に作製することもできる。更に、予め Al Oが作製された基板 3に A

2 3

1と A1Nの積層膜を作製することもできる。この場合、高誘電率のゲートメタルとして適用することができる。 [0078] ところで、圧力を高くすると、塩素ラジカル C1*が減少して AlCl_xとのバランスが不均衡になる虞がある。塩素ラジカル C1*及び A1C1はプラズマ密度を高くすると増加するので、圧力を高くする動作に連動して制御手段 20により電源 10の出力を適宜調整して RFパワーを上げてプラズマ密度を高くすることができる。これにより、塩素ラジカル C1*が増加し、圧力を高くしても塩素ラジカル C1*が減少する虞がなくなり、 A1C1とのノランスを維持することが可能になる。

[0079] 尚、塩素ラジカル C1*を増カロさせる構成としては、 RFパワーを上げること以外に別途塩素ラジカル C1*を供給する構成としてもよ!ヽ。

[0080] また、 A1Nの薄膜が作製された後基板 3側の温度が高、ままだと、塩素ラジカル C1 *により薄膜がエッチングされることが考えられる。これを抑制するため、成膜が終了した後、 Arガスをチャンバ 1内に供給してプラズマを発生させることにより、基板 3の近傍の電子温度を低下させて基板表面の輻射エネルギーを減少させることができる。

[0081] 更に、プラズマを停止させた後に残留する C1ラジカル C1*により A1Nの薄膜が影響を受けることが考えられる。これを抑制するため、プラズマを停止させた後に Heを流し続け、 Heを C1ラジカル C1*と反応させて C1ガスとして排出することができる。これに

2

より、成膜された A1Nの薄膜が残留する C1ラジカル C1*によって影響を受けることがなくなる。

[0082] 従って、新方式の CVD装置を用いて A1Nの薄膜を低温の環境下で確実に作製することができる薄膜作製装置及び薄膜作製方法とすることができる。

産業上の利用可能性

[0083] 本発明は、 A1Nの薄膜を成膜することができる薄膜作製装置及び薄膜作製方法の産業分野で利用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 基板が収容されるチャンバと、

基板が対向する位置におけるチャンバに設けられる A1製の被エッチング部材と、チャンバの内部にハロゲンを含有する作用ガスを供給する作用ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化して、作用ガスプラズマを発生させてハロゲンラジカルを生成し、流体の滞留時間を制御してハロゲンラジカルで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる A1成分とハロゲン Xとからなる前駆体 A1Xを生成するプラズマ発生手段と、

3

チャンバの内部に窒素と水素の化合物である NHを生成する生成手段と、

2

基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くすると共に流体の滞留時間の制御により前駆体 A1Xから A1Xの中間体生成する一方、生成手段で生成された N

3 2

Hと A1Xの反応により生じた A1N成分を基板側に成膜させる制御手段と

2 2

を備えたことを特徴とする薄膜作製装置。

[2] 基板が収容されるチャンバと、

3

2

基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くすると共に流体の滞留時間の制御により前駆体 A1Xから A1Xの中間体生成する一方、生成手段で生成された NH

3

と A1Xとハロゲンラジカルとの反応により生じた A1N成分を基板側に成膜させる制御

2

手段と

を備えたことを特徴とする薄膜作製装置。

[3] 請求項 1または請求項 2に記載の薄膜作製装置において、

生成手段は、アンモニア (NH )とハロゲンラジカルとを反応させて NHを生成する機能を有している

ことを特徴とする薄膜作製装置。

[4] 請求項 1または請求項 2に記載の薄膜作製装置において、

生成手段は、プラズマ中でアンモニア（NH )を NHと Hラジカルにすることで NH

3 2 2 を生成する機能を有して、る

ことを特徴とする薄膜作製装置。

[5] 請求項 1または請求項 2に記載の薄膜作製装置において、

生成手段は、水素と窒素を解離反応させることで NHを生成する機能を有している

2

ことを特徴とする薄膜作製装置。

[6] 請求項 1乃至請求項 5のいずれか一項に記載の薄膜作製装置において、

生成手段には、前駆体 A1Xの状況に応じて NHの量を調整する機能が備えられ、

3 2

制御手段には、 NHの量を所望状態に調整して基板に A1成分と A1N成分を混在さ

2

せる機能が備えられている

ことを特徴とする薄膜作製装置。

[7] 請求項 6に記載の薄膜作製装置において、

制御手段における、 A1成分と A1N成分を混在させる機能は、 A1成分と A1N成分を交互に積層させる機能である

ことを特徴とする薄膜作製装置。

[8] 請求項 1乃至請求項 7のいずれか一項に記載の薄膜作製装置において、

滞留時間は、チャンバの容積を、作用ガスの流量と雰囲気温度とチャンバ内の圧力との積で除した値で導出され、

プラズマ発生手段及び制御手段では、チャンバ内の圧力を高くすることで滞留時間を制御する

ことを特徴とする薄膜作製装置。

[9] 請求項 1乃至請求項 8のいずれか一項に記載の薄膜作製装置において、

作用ガスに含有されるハロゲンは塩素であることを特徴とする薄膜作製装置。

[10] ハロゲンを含有する作用ガスをチャンバ内に供給すると共に、窒素と水素の化合物である NHを生成し、流体の滞留時間を制御して、ハロゲンラジカルにより A1製の被エッチング部材をエッチングして被エッチング部材に含まれる Al成分とハロゲン Xとカゝらなる前駆体 A1Xを生成し、前駆体 A1Xから A1Xの中間体生成する一方、 NH

3 3 2 2 と A1Xの反応により生じた A1N成分を基板側に成膜させることを特徴とする薄膜作

2

製方法。

[11] ハロゲンを含有する作用ガスをチャンバ内に供給すると共に、窒素と水素の化合物である NHを生成し、流体の滞留時間を制御して、ハロゲンラジカルにより A1製の被

2

エッチング部材をエッチングして被エッチング部材に含まれる A1成分とハロゲン Xとカゝらなる前駆体 A1Xを生成し、前駆体 A1Xから A1Xの中間体生成する一方、 NH

3 3 2 2 と A1Xとハロゲンラジカルとの反応により生じた A1N成分を基板側に成膜させることを特徴とする薄膜作製方法。

[12] 請求項 10または請求項 11に記載の薄膜作製方法にぉ、て、

NHは、アンモニア（NH )とハロゲンラジカルとを反応させて生成することを特徴と

2 3

する薄膜作製方法。

[13] 請求項 10または請求項 11に記載の薄膜作製方法にぉ、て、

NHは、プラズマ中でアンモニア（NH )を NHと Hラジカルにすることで生成する

2 3 2

ことを特徴とする薄膜作製方法。

[14] 請求項 10または請求項 11に記載の薄膜作製方法にぉ、て、

NHは、水素と窒素を解離反応させることで NHを生成することを特徴とする薄膜

2 2

作製方法。

[15] 請求項 10乃至請求項 14の、ずれか一項に記載の薄膜作製方法にお!、て、前駆体 A1Xの状況に応じて NHの量を調整して基板に A1成分と A1N成分を混在

3 2

させて薄膜を作製することを特徴とする薄膜作製方法。

[16] 請求項 15に記載の薄膜作製方法において、

A1成分と A1N成分を混在させることにより、 A1成分と A1N成分を交互に積層させた薄膜を作製することを特徴とする薄膜作製方法。

[17] 請求項 15に記載の薄膜作製方法において、

A1成分と A1N成分を混在させることにより、 Al Oの薄膜が作製された基板に A1N

2 3

成分と A1成分とを積層させた薄膜を作製することを特徴とする薄膜作製方法。 [18] 請求項 10乃至請求項 17のいずれか一項に記載の薄膜作製方法において、作用ガスに含有されるハロゲンは塩素であることを特徴とする薄膜作製方法。