WO2007032218A1

WO2007032218A1 - 薄膜作製装置及び薄膜作製方法

Info

Publication number: WO2007032218A1
Application number: PCT/JP2006/317442
Authority: WO
Inventors: Keeyoung Jun; Yoshiyuki Ooba; Hitoshi Sakamoto; Yuzuru Ogura; Takayuki Sekine
Original assignee: Phyzchemix Corporation
Priority date: 2005-09-14
Filing date: 2006-09-04
Publication date: 2007-03-22
Also published as: EP2166129A4; JP2007077451A; JP4401340B2; EP2166129A1

Abstract

　塩素を含有する作用ガス１７をチャンバ１内に供給し、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、塩素ラジカルによる還元が容易なＡｌＣｌ２及びＡｌＣｌの中間体を介して前駆体ＡｌＣｌ３のＡｌ成分を基板３側に成膜させ、Ａｌの薄膜を確実に作製する。

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、 A1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 A1の薄膜を作成する場合、反応式中の MC1 は A1Xとなる。 A1Xは安定なもので C1*によるエッチング (還元)反応が生じ難いの

3 3

が現状である。また、 A1Xは昇華温度が 200°Cよりも低いため、温度制御を的確に

3

行わないと成膜反応時に吸着状態の A1Xが蒸発して成膜が困難になることが考えら

3

れる。このような状況から、新方式の CVD装置においては A1の薄膜を確実に作製する技術は確立されて、な、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 A1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、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 AIX及び AIXの中間体

2

を介して前駆体 A1Xの A1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

3

とする。

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

2

間体を介して前駆体 A1Xの A1成分を基板側に成膜させるので、ハロゲンラジカルに

3

よる還元が容易になり A1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、基板側の温度を被エッチング部

2

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 AIXの中間体を介して前駆体 A1Xの A1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。

2

[0013] このため、流体の滞留時間を制御することで A1Xのハロゲン成分同士を反応させ

2

て A1成分を基板側に成膜させるので、前駆体 A1Xの A1成分の薄膜を確実に作製す

2

ることができる。この場合、前駆体 A1Xから A1Xの中間体を生成し、中間体を介して

2

前駆体 A1Xの A1成分を基板側に成膜させることもできる。

2

[0014] 上記目的を達成するための請求項 3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、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の A1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。 [0015] このため、流体の滞留時間を制御することで前駆体 A1Xを生成し、ハロゲンラジカルと反応させて A1成分を基板側に成膜させるので、 A1の薄膜を確実に作製することができる。

[0016] そして、請求項 4に係る本発明の薄膜作製装置は、請求項 1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、チヤンバ内の圧力を調整して滞留時間を制御することで A1X及び A1Xの中間体を介し

2

て前駆体 A1Xの A1成分を基板側に成膜させることを特徴とする。

3

[0017] このため、チャンバ内の圧力を調整して前駆体 A1Xの A1成分を基板側に成膜させ

3

ることがでさる。

[0018] また、請求項 5に係る本発明の薄膜作製装置は、請求項 2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、 A1X

2 及び A1Xの中間体を生成する圧力よりも高い圧力にチャンバ内を調整して滞留時間を制御することで、 AIXの中間体を介して前駆体 A1Xの A1成分を基板側に成膜させ

2

ることを特徴とする。

[0019] このため、 A1X及び A1Xの中間体を生成する圧力よりも高い圧力にチャンバ内の

2

圧力を調整して前駆体 A1Xの A1成分を基板側に成膜させることができる。

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 3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、 A1X の中間体を生成する圧力よりも高、圧力にチャンバ内を調整して滞留時間を制御することで、前駆体 A1Xの A1成分を基板側に成膜させることを特徴とする。

[0021] このため、 A1Xの中間体を生成する圧力よりも高い圧力にチャンバ内を調整して前駆体 A1Xの A1成分を基板側に成膜させることができる。

[0022] また、請求項 7に係る本発明の薄膜作製装置は、請求項 4乃至請求項 6のいずれか一項に記載の薄膜作製装置において、滞留時間の制御のためにチャンバ内の圧力を調整した際にプラズマパワーを上げてハロゲンラジカルの密度を増加させるハロゲンラジカル密度増加手段を備えたことを特徴とする。

[0023] このため、圧力を高くしてもハロゲンラジカルの密度を増加させるため、ハロゲンラジカルのバランスを保つことができる。

[0024] また、請求項 8に係る本発明の薄膜作製装置は、請求項 4乃至請求項 6のいずれか一項に記載の薄膜作製装置において、滞留時間の制御のためにチャンバ内の圧力を調整した際にハロゲンラジカルをチャンバ内に供給するハロゲンラジカル供給手段を備えたことを特徴とする。

[0025] このため、圧力を高くしてもハロゲンラジカルを供給するため、ハロゲンラジカルのノランスを保つことができる。

[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、 A1成分が基板側に成膜された際に電子温度を低下させるためにアルゴンを添加するアルゴン添加手段を備えたことを特徴とする。

[0027] このため、アルゴンを添加して電子温度を下げることにより、 A1成分が基板側に成膜された基板の温度を低くすることができ、ハロゲンによる A1のエッチングを抑制して成膜速度を速くすることができる。

[0028] また、請求項 10に係る本発明の薄膜作製装置は、請求項 1乃至請求項 9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。

[0029] このため、安価な塩素を用いることができる。

[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 A1成分とハロゲン Xとカゝらなる前駆体 A1Xを生成し、 A1X及び A1Xの中間体を介し

3 2

3

[0031] このため、流体の滞留時間を制御することで A1X及び A1Xの中間体を生成し、中

2

3

よる還元が容易になり A1の薄膜を確実に作製することができる。 [0032] 上記目的を達成するための請求項 12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 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の A1成分を基板側

2 2

に成膜させることを特徴とする。

[0033] このため、流体の滞留時間を制御することで A1Xの A1成分を基板側に成膜させる

2

ので、 A1の薄膜を確実に作製することができる。

[0034] 上記目的を達成するための請求項 13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

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の A1成分を基板側に成膜させることを特徴とする。

[0035] このため、流体の滞留時間を制御することで A1Xとハロゲンラジカルを反応させて A

1成分を基板側に成膜させるので、 A1の薄膜を確実に作製することができる。

[0036] そして、請求項 14に係る本発明の薄膜作製方法は、請求項 11に記載の薄膜作製方法において、チャンバ内の圧力を高くすることで流体の滞留時間を長くし、 A1X

2及び A1Xの中間体を介して前駆体 A1Xの A1成分を基板側に成膜させることを特徴とす

3

る。

[0037] このため、チャンバ内の圧力を調整して前駆体 A1Xの A1成分を基板側に成膜させ

3

ることがでさる。

[0038] また、請求項 15に係る本発明の薄膜作製方法は、請求項 12に記載の薄膜作製方法において、チャンバ内の圧力を A1X及び A1Xを生成する圧力よりも高くすることで

2

流体の滞留時間を長くし、 A1Xの中間体を介して前駆体 A1Xの A1成分を基板側に

2

成膜させることを特徴とする。

[0039] このため、 A1X及び A1Xの中間体を生成する圧力よりも高い圧力にチャンバ内の

2

[0040] また、請求項 16に係る本発明の薄膜作製方法は、請求項 13に記載の薄膜作製方法において、 A1Xを生成する圧力よりもチャンバ内の圧力を高くすることで流体の滞留時間を長くし、前駆体 A1Xの A1成分を基板側に成膜させることを特徴とする。

[0041] このため、 A1Xの中間体を生成する圧力よりも高い圧力にチャンバ内を調整して前駆体 A1Xの A1成分を基板側に成膜させることができる。

[0042] また、請求項 17に係る本発明の薄膜作製方法は、請求項 11乃至請求項 16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。

[0043] このため、安価な塩素を用いることができる。

発明の効果

[0044] 本発明の薄膜作製装置は、新方式の CVD装置を用いて A1の薄膜を確実に作製することができる薄膜作製装置となる。

[0045] また、本発明の薄膜作製方法は、新方式の CVD装置を用いて A1の薄膜を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

[0046] [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。

[図 3]圧力と前駆体及び塩素ラジカルとの関係を表すグラフである。

[図 4]プラズマ密度と前駆体及び塩素ラジカルとの関係を表すグラフである。

[図 5]本発明の他の実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面図である。

[図 6]プラズマの状況とチャンバ内の流体の状況との関係を経時的に表すグラフである。

発明を実施するための最良の形態

[0047] 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。

[0048] 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、図 3には圧力と前駆体及び塩素ラジカルとの関係を表すグラフ、図 4にはプラズマ密度と前駆体及び塩素ラジカルとの関係を表すグラフ、図 5には本発明の他の実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面、図 6にはプラズマの状況とチャンバ内の流体の状況との関係を経時的に表すグラフを示してある。

[0049] 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。

[0050] 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。

[0051] 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。

[0052] 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。

[0053] 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ガス 17が送られる（作用ガス供

2

給手段)。

[0054] 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。

[0055] また、チャンバ 1の筒部には所望の成膜が終了した時点に基板 3の表面近傍に Ar ガスを適宜供給するアルゴン添カ卩手段としてのノズル 21が設けられて!/、る。ノズル 21 力ゝらは流量制御器 23を介して Arガス 22がチャンバ 1内に供給され、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。このため、基板 3の温度を低下させることができ、後述する C1ラジカルにより作製された薄膜がエッチングされることを抑制することができる。

[0056] 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。

[0057] 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いる。また、成膜の経時状況に応じて電源を ON状態力も OFF状態に切り換えてチャンバ 1内のプラズマの発生が適宜制御されるようになっている。また、制御手段 20の制御により、電源の ON.OFFの制御に連動して流量制御器 16、 23でのガスの流量状況が制御される。

[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 C1ラジカル、 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 20に送

3 2

る。

[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とからなる前駆体 A1C1を生成し、 A1C1及び A1C1の中間体

3 2

を介して前駆体 A1C1の A1成分を基板 3側に成膜させる。

3

[0060] 流体の滞留時間を長くすることで A1C1及び A1C1の中間体が生成され、中間体を介して前駆体 A1Xの A1成分が基板 3側に成膜されるので、 C1ラジカル〖こよる還元が

3

容易になり A1の薄膜を確実に作製することができる。

[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)を高くして圧力 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 (T₀tal_:T_0rr)を高くすることで滞留時間を長くするようにして、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、る。圧力 Pの設定は真空装置 19の図示しな!、バルブの制御により行われてヽる。

[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ガス 17を

2 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

2 ガス 17をイオンィ匕して C1ガスプラズマを発生させ、 C1ラジカルを生成する。プラズマ

2

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、 C1*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。

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。

2 2

更に、 A1C1に塩素ラジカル C1*が作用することにより、

A1C1+C1*→A1+C1 †の反応が生じて A1成分となる。

2

[0067] これにより、還元し易い A1C1及び A1C1の中間体が生成され、還元し易い（不安定

2

な）中間体を介して前駆体 A1Xの A1成分が基板 3側に成膜されるので、 C1ラジカル

3

による還元が容易になり制御性良く A1の薄膜を確実に作製することができる。

[0068] 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。

[0069] 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。

[0070] ところで、図 3に示すように、圧力を高くすると、塩素ラジカル C1*が減少して A1C1とのバランスが不均衡になる虞がある。図 4に示すように、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している。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とのバランスを維持することが可能になる。

[0071] 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 CI*を供給する構成としてもよ!ヽ。

[0072] 図 5に基づいて塩素ラジカル C1*を別途供給する構成の薄膜作製装置を説明する。図 1に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。図 5に示した薄膜作製装置は、ラジカル補給手段を備えている。

[0073] ラジカル補給手段 40は、チャンバ 1の周囲（例えば、 4箇所）に開口部 41が設けられ、開口部 41には筒状のラジカル通路 42の一端が固定されている。ラジカル通路 4 2の途中部には絶縁体製の筒状の励起室 43が設けられ、励起室 43の周囲にはコィル状のプラズマアンテナ 44が設けられて!/、る。プラズマアンテナ 44には整合器 45及び電源 46が接続され、電源 46から給電が行われる。ラジカル通路 42にはハロゲンとしての塩素ガス (C1ガス)が供給され、プラズマアンテナ 44から電磁波を励起室 43の

2

内部に入射することで C1ガスが励起されてハロゲンラジカルとしての塩素ラジカル C1

2

*が形成される。励起室 43で形成された塩素ラジカル C1*は開口部 41からチャンバ 1 内に供給される。

[0074] 圧力を高くして塩素ラジカル C1*が減少する虞が生じた場合、ラジカル補給手段 40 によって塩素ラジカル C1*をチャンバ 1内に供給する。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とのバランスを維持することが可能になる。

[0075] 図 1、図 5に示した薄膜作製装置では、基板 3に A1の薄膜が作製されると (成膜の終盤）、流量制御器 23を介してノズル 21から Arガス 22がチャンバ 1内に供給され、プラズマを発生させる。これにより、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、基板 3の温度を低下させることができ、作製された薄膜が C1ラジカル C1*によりエッチングされることを抑制することができる。

[0076] 更に、図 1、図 5に示した薄膜作製装置では、成膜終了時にプラズマを停止させた時に、 C1ガスだけを停止して希釈用の Heガス (希ガス）を流し続けるようになつてい

2

る。 Heガスを流し続けることで、プラズマを停止させた後に残留する C1ラジカル C1*と Heを反応させて C1ガスとして排出する。これにより、成膜された A1の薄膜が残留す

2

る C1ラジカル C1*によって影響を受けることがな!、。

[0077] 図 6に基づいてチャンバ 1内の流体の状況を詳細に説明する。 [0078] 図に示すように、ガスノズル 14 (図 1、図 5参照）から Heガスで希釈された C1ガスを

2 供給すると、プラズマを ONにする tlまで Heと C1を漸増させる。 tlでプラズマを ON

2

すると共にガスノズル 14 (図 1、図 5参照）の流量を一定にすることで、 C1ラジカル C1* が生成されると共に被エッチング部材 11 (図 1、図 5参照）に対するエッチングにより A1C1が生成される。

[0079] A1の薄膜が作製された後 t2の時点でプラズマを OFF状態にし、 C1ガスだけを停

2

止して希釈用の Heガス (希ガス）を流し続ける。この時、排気は続けて実施している。 t2の時点でプラズマを OFF状態にした後、 CI、 C1ラジカル Cl*、 A1C1が徐々に減

2

少して、く。残留する C1ラジカル C1*は成膜された A1の薄膜に影響を及ぼす虞がある力 Heガスが供給されているため、残留する C1ラジカル C1*が Heと反応して C1ガ

2 スとして排出される。

[0080] この時の反応は次式で表すことができる。

C1* +C1*→C1 † +He

2

[0081] プラズマを OFF状態にした後も Heガス (希ガス）を流し続けることにより、残留する C 1ラジカル C1*を排出することができ、成膜された A1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、。

[0082] 尚、本実施形態例では希釈用の Heガスを流し続けることで希ガスを供給する構成としたが、別途ノズルを設けてプラズマを停止した時に Heガスを供給する構成とすることも可能である。また、希ガスとしては Ar、 Xeを適用することも可能である。 Arを適用する場合、ノズル 21からの Arガス 22を用いることができる。

[0083] 上述した薄膜作製装置を用いた他の実施形態例に係る薄膜作成方法を説明する

[0084] 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とからなる前駆体 A1C1を生成し、 A1C1のハロゲン成分同士を反応させて A1成分を基板 3

2 2

側に成膜させる。

[0085] 流体の滞留時間を制御することで A1C1が生成され、 A1C1のハロゲン成分同士が反応して Al成分が基板側に成膜され、前駆体 A1Xの A1成分の薄膜を確実に作製

2

することができる。

[0086] 前述同様に、圧力 P (Total :Torr)を高くすることで滞留時間を長くし中間体 A1Xを生成するようにしている。例えば、圧力 P (Total:Torr)を 1. 0〜2. O (Torr)の範囲に設定して中間体 A1Xを生成する。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。

[0087] 図 1を参照して具体的な成膜の状況を以下に説明する。

[0088] 1. 0〜2. 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ガス 17を

2

CI→2C1*

2

ここで、 C1*は塩素ラジカルを表す。

[0089] 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て A1C1が生成される。生成

2

された A1C1は、

2

A1C1 +A1C1→2A11 +C1 †の反応が生じて Alの薄膜が作製される。即ち、

2 2 2

A1C1の C1成分同士が反応して A1成分が基板側に成膜され、前駆体 A1Xの A1成

2 2 2 分の薄膜が行われる。

[0090] この時、圧力条件を成膜中に変更することにより、 A1C1に塩素ラジカル C1*を作用

2

させ、

A1C1 +C1*→A1C1+C1 †の反応を生じさせて A1C1とし、更に、 A1C1に塩素ラ

2 2

ジカル C1*を作用させることにより、

A1C1+C1*→A1+C1 †の反応を生じさせて Al成分とすることも可能である。

2

[0091] これにより、不安定な A1C1を生成し、 A1C1の A1成分を基板 3側に成膜させるので

2 2

、膜質の良い A1の薄膜を確実に作製することができる。

[0092] 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、 A1C1、 A1C1、塩素

2

ラジカル Cl*、 A1の発光強度は波長により異なるため、発光強度を検出することにより A1C1、 A1C1、塩素ラジカル Cl*、 A1の状況を検出することができる。

2

[0093] 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、塩素ラジカル Cl*、 A1が所望状態に生成されているかをモ

2

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、塩素ラジカル Cl*、 A1が所望状態に

2

生成されるように圧力が制御される。

[0094] 尚、前述した A1C1力中間体として A1C1を生成する過程において、圧力条件を

3 2

変更して、 A1C1カゝら A1C1の C1成分同士を反応させて A1成分を基板側に成膜させ

2 2 2

るプロセスとすることも可會である。

[0095] 製膜の終了時には、前述同様に、 Arガスを用いて基板 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。また、プラズマを OFF状態にした後も Heガス (希ガス）を流し続けて、残留する C1ラジカル C1*を排出し、残留する C1ラジカル C1*による A1の薄膜への影響をなくす。

[0096] 上述した薄膜作製装置を用いた更に他の実施形態例に係る薄膜作成方法を説明する。

[0097] 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とからなる前駆体 A1C1を生成し、 A1C1と塩素ラジカルを反応させて A1成分を基板 3側に成膜させる。

[0098] 流体の滞留時間を制御することで A1C1が生成され、 A1C1と塩素ラジカルが反応して A1成分が基板側に成膜され、前駆体 A1Xの A1成分の薄膜を確実に作製することができる。

[0099] 前述同様に、圧力 P (Total :Torr)を高くすることで滞留時間を長くし中間体 A1Xを生成するようにしている。例えば、圧力 P (Total:Torr)を 2. 0 (Torr)を超える範囲に設定して A1Xを生成する。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。

[0100] 図 1を参照して具体的な成膜の状況を以下に説明する。

[0101] 2. O (Torr)を超える圧力に制御されたチャンバ 1の内部にガスノズル 14から C1ガ

2 ス 17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ガス 17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

2 2

ラズマは、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、 C1*は塩素ラジカルを表す。

[0102] 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て A1C1が生成される。生成された A1C1は、

A1C1+C1*→A1+C1 †の反応が生じて A1成分とされ、 A1の薄膜が作製される

2

[0103] これにより、不安定な A1C1を生成し、 A1C1の A1成分を基板 3側に成膜させるので、短時間に A1の薄膜を確実に作製することができる。

[0104] 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、 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、発光強度を検出することにより A1C1 、塩素ラジカル Cl*、 A1の状況を検出することができる。

[0105] 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、塩素ラジカル Cl*、 A1が所望状態に生成されているかをモニタする。モニタの結果、所望の生成物が得られて、な、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、塩素ラジカル Cl*、 A1が所望状態に生成されるように圧力が制御される。

[0106] 製膜の終了時には、前述同様に、 Arガスを用いて基板 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。また、プラズマを OFF状態にした後も Heガス (希ガス）を流し続けて、残留する C1ラジカル C1*を排出し、残留する C1ラジカル C1*による A1の薄膜への影響をなくす。

[0107] 従って、新方式の CVD装置を用いて A1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とすることができる。

産業上の利用可能性

[0108] 本発明は、 A1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

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 A1X及び A1Xの中間体を介して前駆体 A1Xの A1成分を基板側に成膜さ

2 3

せる制御手段と

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、

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、

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 A1Xの中間体を介して前駆体 A1Xの A1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] 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 Al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、

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の A1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薄膜作製装置。

[4] 請求項 1に記載の薄膜作製装置にお!、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調整して滞留時間を制御することで A1X及び A1Xの中間体を介して前駆体 A1Xの A1成分を基板側に成膜

2 3

させることを特徴とする薄膜作製装置。

[5] 請求項 2に記載の薄膜作製装置において、

プラズマ発生手段及び制御手段では、 A1X及び A1Xの中間体を生成する圧力より

2

も高い圧力にチャンバ内を調整して滞留時間を制御することで、 A1Xの中間体を介して前駆体 A1Xの A1成分を基板側に成膜させることを特徴とする薄膜作製装置。

2

[6] 請求項 3に記載の薄膜作製装置において、

プラズマ発生手段及び制御手段では、 A1Xの中間体を生成する圧力よりも高い圧力にチャンバ内を調整して滞留時間を制御することで、前駆体 A1Xの A1成分を基板側に成膜させることを特徴とする薄膜作製装置。

[7] 請求項 4乃至請求項 6のいずれか一項に記載の薄膜作製装置において、

滞留時間の制御のためにチャンバ内の圧力を調整した際にプラズマパワーを上げてハロゲンラジカルの密度を増加させるハロゲンラジカル密度増加手段を備えたことを特徴とする薄膜作製装置。

[8] 請求項 4乃至請求項 6のいずれか一項に記載の薄膜作製装置において、滞留時間の制御のためにチャンバ内の圧力を調整した際にハロゲンラジカルをチヤンバ内に供給するハロゲンラジカル供給手段を備えたことを特徴とする薄膜作製装置。

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、 A1成分が基板側に成膜された際に電子温度を低下させるためにアルゴンを添加するアルゴン添加手段を備えたことを特徴とする薄膜作製装置。

請求項 1乃至請求項 9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。ハロゲンを含有する作用ガスをチャンバ内に供給し、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 A1成分とハロゲン Xと力もなる前駆体 A1Xを生成し、 A1X及び A1Xの中

3 2

間体を介して前駆体 A1Xの A1成分を基板側に成膜させることを特徴とする薄膜作製

3

方法。

ハロゲンを含有する作用ガスをチャンバ内に供給し、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 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の A1成

2 2 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。

ハロゲンを含有する作用ガスをチャンバ内に供給し、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 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の A1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。

請求項 11に記載の薄膜作製方法にお!、て、

チャンバ内の圧力を高くすることで流体の滞留時間を長くし、 A1X及び A1Xの中間

2

体を介して前駆体 A1Xの A1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

3

法。

請求項 12に記載の薄膜作製方法において、

チャンバ内の圧力を A1X及び A1Xを生成する圧力よりも高くすることで流体の滞留

2

時間を長くし、 A1Xの中間体を介して前駆体 A1Xの A1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。

[16] 請求項 13に記載の薄膜作製方法において、

A1Xを生成する圧力よりもチャンバ内の圧力を高くすることで流体の滞留時間を長くし、前駆体 A1Xの A1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。

[17] 請求項 11乃至請求項 16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。