WO2022172757A1 - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

成膜装置及び成膜方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2022172757A1
WO2022172757A1 PCT/JP2022/002936 JP2022002936W WO2022172757A1 WO 2022172757 A1 WO2022172757 A1 WO 2022172757A1 JP 2022002936 W JP2022002936 W JP 2022002936W WO 2022172757 A1 WO2022172757 A1 WO 2022172757A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
processing
plasma generation
plasma
space
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/002936
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
純 山涌
Original Assignee
東京エレクトロン株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 東京エレクトロン株式会社 filed Critical 東京エレクトロン株式会社
Priority to KR1020237029292A priority Critical patent/KR20230133914A/ko
Publication of WO2022172757A1 publication Critical patent/WO2022172757A1/ja

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C23C16/45536—Use of plasma, radiation or electromagnetic fields
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/06—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material
    • C23C16/08—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material from metal halides
    • C23C16/14—Deposition of only one other metal element
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4412—Details relating to the exhausts, e.g. pumps, filters, scrubbers, particle traps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/45565—Shower nozzles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/505—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/505—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
    • C23C16/509—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges using internal electrodes
    • C23C16/5096—Flat-bed apparatus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244—Gas supply means
    • H01J37/32449—Gas control, e.g. control of the gas flow
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/0228—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition deposition by cyclic CVD, e.g. ALD, ALE, pulsed CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/332—Coating
    • H01J2237/3321—CVD [Chemical Vapor Deposition]

Definitions

  • the present disclosure relates to a film forming apparatus and a film forming method.
  • PEALD Pulsma Enhanced-ALD
  • ALD Atomic Layer Deposition
  • Patent Document 1 describes a technique for forming a film by activating a carrier gas of a film forming raw material and a reducing gas with plasma by supplying high-frequency power between a gas shower head and a lower electrode.
  • the present disclosure provides a technique for improving throughput in forming a film on a substrate by alternately supplying a first processing gas and a second processing gas activated by plasma to the substrate.
  • a film forming apparatus of the present disclosure includes a processing container in which a substrate is stored and which is evacuated so that an internal processing space becomes a vacuum atmosphere, and a first processing gas and a replacement for replacing the atmosphere of the processing space.
  • a plasma generation chamber including a plasma generation mechanism for activating the second processing gas; an exhaust mechanism for exhausting the plasma generation chamber; a first flow path provided in the processing vessel for supplying the first processing gas to the processing space; a second flow path that is partitioned from the first flow path so that its downstream end is open to the processing space and its upstream end is connected to the plasma generation chamber, and is not opened or closed by a valve;
  • the first process gas, the second process gas, and the replacement gas are supplied to the first flow path, the plasma generation chamber, and a replacement gas flow path for supplying
  • a second processing gas activated by the plasma is provided at an arbitrary position in an exhaust path connecting the plasma generation chamber and the exhaust mechanism, and a supply destination of the second processing gas activated by the plasma is downstream of the position in the exhaust path and the processing space. and a diverting valve that opens and closes during repetition of the cycle to switch between and.
  • the present disclosure it is possible to improve the throughput in forming a film on a substrate by alternately supplying the first processing gas and the second processing gas activated by plasma to the substrate.
  • FIG. 1 is a longitudinal side view showing a film forming apparatus according to one embodiment
  • FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram of a plasma generation chamber that constitutes the plasma generation unit of the first example
  • 4 is a timing chart showing timings of gas supply and the like in an example of film formation processing performed in a film formation apparatus
  • It is a longitudinal side view explaining the action of a film-forming apparatus.
  • It is a longitudinal side view explaining the action of a film-forming apparatus.
  • It is a longitudinal side view explaining the action of a film-forming apparatus.
  • FIG. 5 is a longitudinal side view showing a second example of a plasma forming portion
  • 1 is a longitudinal side view showing a first example of a gas showerhead;
  • FIG. 5 is a longitudinal side view showing a second example of the gas showerhead;
  • FIG. 11 is a longitudinal side view showing a third example of the gas showerhead;
  • FIG. 11 is a longitudinal side view showing a fourth example of the gas showerhead;
  • FIG. 11 is a longitudinal side view showing a fifth example of the gas showerhead;
  • FIG. 11 is a longitudinal side view showing a third example of the plasma forming portion;
  • FIG. 1 A film forming apparatus according to an embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • FIG. The film forming apparatus 1 of the present disclosure forms, for example, a Ti (titanium) film on a wafer W, which is a substrate, by PEALD (Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition).
  • the film forming apparatus 1 stores the wafer W and includes, for example, a circular processing container 11 forming a processing space 10 .
  • a mounting table 12 on which the wafer W is mounted is provided inside the processing container 11 , and a heater 13 for heating the wafer W to a processing temperature is embedded in the mounting table 12 .
  • an electrode 14 is embedded in the mounting table 12 of this example, and a high frequency power supply 16 is connected via a matching device 15 .
  • the high-frequency power source 16 is for applying high-frequency power (high-frequency bias) for attracting ions to the wafer W to the mounting table 12 .
  • the mounting table 12 is provided with an elevating mechanism (not shown) for the wafer W. As shown in FIG.
  • the ceiling of the processing container 11 is configured as a circular gas shower head 2 that supplies gas to the wafer W in a shower shape.
  • the gas shower head 2 is made of a conductive material and grounded.
  • a lower surface 20 of the gas shower head 2 is formed to be larger than, for example, the wafer W mounted on the mounting table 12 in plan view, and has a plurality of first wafers vertically formed so as to open to the processing space 10, respectively. and a plurality of second ejection holes 22 .
  • the first discharge holes 21 are distributed over the entire lower surface 20 of the gas shower head 2 . Further, inside the gas shower head 2 , a first gas diffusion space 23 common to each of the first ejection holes 21 is formed on the upstream side of the first ejection holes 21 . Therefore, all first discharge holes 21 are connected to the first gas diffusion space 23 .
  • the first flow path provided in the processing container 11 includes a first discharge hole 21 and a first gas diffusion space 23, and is a flow path for a first processing gas, which will be described later. It is also used as a flow path for the replacement gas.
  • the second discharge holes 22 are distributed over the entire lower surface 20 of the gas shower head 2 . Further, inside the gas shower head 2 , a second gas diffusion space 24 common to each of the second ejection holes 22 is formed on the upstream side of the second ejection holes 22 . Therefore, all the second discharge holes 22 are connected to the second gas diffusion space 24 .
  • the second flow path is configured with a second discharge hole 22 and a second gas diffusion space 24, and is provided so as to partition the first flow path.
  • the second gas diffusion space 24 is positioned above the first gas diffusion space 23 .
  • the first gas diffusion space 23 is connected to a first processing gas supply source 32 and a second processing gas supply source 33 via a first gas supply path 31, respectively.
  • the second gas diffusion space 24 is connected to a second processing gas supply source 33 by a second gas supply path 34 via a plasma generation chamber 40 which will be described later.
  • reference numerals 35, 36 and 37 indicate flow control valves, respectively.
  • the gas supply mechanism of the present disclosure includes a first process gas supply 32 , a second process gas supply 33 , a first gas supply 31 and a second gas supply 34 .
  • Ar gas is also used as the replacement gas, and the second processing gas and the replacement gas are configured to be supplied from the common supply source 33 .
  • the first processing gas and the replacement gas are discharged from the first discharge holes 21 into the processing space 10 via the first gas supply path 31 and the first gas diffusion space 23 .
  • the reaction gas activated by the plasma is discharged from the second discharge holes 22 into the processing space 10 via the second gas diffusion space 24 .
  • the description will be continued with the first processing gas as the material gas and the second processing gas as the reaction gas.
  • a plasma generation chamber 40 is stacked on the upper surface of the gas shower head 2 .
  • a plurality of plasma generation chambers 40 are combined to form a plasma forming section 4, and this plasma forming section 4 is a first example.
  • the plasma generation chamber 40 will be described with reference to FIG.
  • the plasma generation chamber 40 includes, for example, a tubular body 41 forming an annular space for forming plasma, and a plasma for generating a plasma current that flows when the gas is turned into plasma so as to circulate inside the tubular body 41. and a generation mechanism 5 .
  • the tubular body 41 has a metal wall.
  • the tubular body 41 is rectangular and has an upright annular shape, so that the aforementioned annular space is formed inside the tubular body 41 .
  • the tubular body 41 is provided in such a posture that the plane including the annular space is perpendicular to the horizontal direction. More specifically, the tubular body 41 has two parts (referred to as horizontal parts) extending horizontally along the upper surface of the gas shower head 2, and these horizontal parts are vertically separated from each other.
  • the tubular body 41 has two portions (referred to as vertical portions) extending in the vertical direction so as to connect both ends of the horizontal portions, respectively, and the vertical portions are provided laterally apart from each other. .
  • the tubular body 41 is formed with an inlet 42 for supplying reaction gas thereinto, and a first outlet 43 and a second outlet 44 for discharging the reaction gas activated by the plasma.
  • the first outlet 43 opens upward at one of the two vertical portions.
  • the second outlet 44 opens downward at the other vertical portion of the two.
  • the inlet 42 is opened to the side of the one vertical portion, for example.
  • the tube 41 has a dielectric 45 to prevent the plasma current formed in the annular space from dissipating along the walls.
  • each of the above horizontal portions has a configuration in which pipes are joined together via a dielectric 45 .
  • the plasma generation mechanism 5 is formed by spirally winding a copper wire around a ring-shaped magnetic core (yoke) 51 provided so as to surround a portion of the wall of the tubular body 41 and a portion of the yoke 51. It has a coil 52 and a high frequency power supply 54 (see FIG. 1) that supplies power to the coil 52 .
  • the electric current (1) flowing through the coil 52 generates an annular yoke magnetic field (2) so as to surround the inside of the yoke 51, that is, the circumference of the tubular body 41. .
  • reaction gas when supplied from the inlet 42 into the tubular body 41, it is turned into plasma by the yoke magnetic field (2), and a toroidal plasma current (3) circulating in the annular space within the tubular body 41 is generated.
  • Gases activated by plasma include radicals and ions. Then, the activated reaction gas is discharged from the first outlet 43 or the second outlet 44 as described later.
  • the plasma generating section 4 has a structure in which a plurality of plasma generating chambers 40 are installed. are arranged as The coil 52 of each plasma generating mechanism 5 is configured to be supplied with high frequency power of, for example, 400 kHz from a common high frequency power supply 54 .
  • Reference numeral 55 in FIG. 1 denotes a matching unit, and high-frequency power is supplied to each coil 52 from a common high-frequency power source 54 in the same phase.
  • the high-frequency power supply 54 for plasma generation is assumed to be the first high-frequency power supply
  • the high-frequency power supply 16 for bias power application is assumed to be the second high-frequency power supply.
  • each plasma generation chamber 40 is connected to the second processing gas supply source 33 through the second gas supply path 34 as described above. Furthermore, each plasma generation chamber 40 is provided such that its respective second outlet 44 is connected to the second gas diffusion space 24 formed in the gas showerhead 2 . In this way, the second flow path whose downstream end is open to the processing space 10 and whose upstream end is connected to the plasma generation chamber 40 has a configuration in which opening and closing by a valve is not performed.
  • an exhaust space (common exhaust space) 46 common to each plasma generation chamber 40 is provided above the plurality of plasma generation chambers 40, and each plasma generation chamber 40 has its first outlet 43. It is connected to the common exhaust space 46 via.
  • the common exhaust space 46 is connected to a first exhaust mechanism 63 via a first exhaust path 62 having a supply destination changing valve 61 .
  • the supply destination changing valve 61 is provided so as to be close to the common exhaust space 46 . More specifically, the supply destination changing valve 61 is stacked above the member forming the common exhaust space 46, for example.
  • the bottom of the processing container 11 is connected to a second exhaust mechanism 66 via a second exhaust path 65 having a valve 64 .
  • the first exhaust mechanism 63 and the second exhaust mechanism 66 are composed of vacuum pumps, for example.
  • the supply destination changing valve 61 is arranged so that the supply destination of the reactant gas activated by plasma is switched between the downstream side of the position where the supply destination changing valve 61 is provided in the first exhaust path 62 and the processing space 10 . It opens and closes at More specifically, the reaction gas is switched between being exhausted by the first exhaust mechanism 63 and being exhausted by the second exhaust mechanism 66 . As will be described later, the processing chamber 11 is evacuated by the second exhaust mechanism 66 so that the processing space 10 becomes a vacuum atmosphere during the film formation process. When the supply destination change valve 61 is opened in this state, the inside of the plasma generation chamber 40 is exhausted by the first exhaust mechanism 63, and the reaction gas activated by the plasma is supplied to the downstream side of the first exhaust path 62. become.
  • the balance between the exhaust amounts by the first exhaust mechanism 63 and the second exhaust mechanism 66 and the conductance of the flow path are set so as to form such a reaction gas flow.
  • the first exhaust mechanism 63 prevents the reaction gas from leaking from the second discharge hole 22 when the supply destination changing valve 61 is opened. more exhausted.
  • the supply destination changing valve 61 when the supply destination changing valve 61 is closed, the inside of the plasma generation chamber 40 is exhausted by the second exhaust mechanism 66 provided at the bottom of the processing container 11, so the reaction gas activated by the plasma is supplied to , becomes the processing space 10 .
  • the reactant gas activated by plasma is exhausted by the first exhaust mechanism 63 without passing through the processing space 10 when it is not necessary to supply it to the processing space 10. No valve is provided in the channel connecting the plasma generation chamber 40 and the processing space 10 to each other.
  • the first exhaust mechanism 63 exhausts gas from above the plasma generation chamber 40
  • the second exhaust mechanism 66 exhausts gas from the bottom of the processing container 11 . Therefore, the exhaust by the first exhaust mechanism 63 may be described as upper exhaust, and the exhaust by the second exhaust mechanism 66 may be described as lower exhaust.
  • a loading/unloading port (not shown) for loading/unloading the wafer W is formed in the side wall of the processing container 11 so as to be openable/closable by a gate valve.
  • the film forming apparatus 1 is provided with a control section 100 configured by a computer, and the control section 100 is provided with a program.
  • This program incorporates instructions so that a control signal can be sent from the control unit 100 to each unit of the film forming apparatus 1, and processing described later can be executed. Specifically, the operation of each valve such as the supply destination changing valve 61, the heater 13 of the mounting table 12, the high frequency power sources 16 and 54, the first and second exhaust mechanisms 63 and 66, etc. is controlled by the above program. be done.
  • This program is stored in a storage medium such as a compact disc, hard disk, memory card, DVD, etc. and installed in the control unit 100 .
  • FIG. 4 to 6 solid lines indicate the flow of the material gas, dashed lines indicate the flow of the reaction gas, and dashed lines indicate the flow of the replacement gas.
  • a gate valve (not shown) is opened, the wafer W is carried into the processing container 11 and mounted on the mounting table 12, and the mounting table 12 is heated by the heater 13 to a preset temperature.
  • the valve 37 is opened to supply the reaction gas (second processing gas) from the inlet 42 of each plasma generation chamber 40, and high frequency power is supplied from the first high frequency power source 54 to the coil 52 of each plasma generation mechanism 5.
  • the supply destination change valve 61 is opened and the first exhaust mechanism 63 performs upward exhaust.
  • the reaction gas When high-frequency power is supplied from the first high-frequency power supply 54 to each plasma generating mechanism 5, the reaction gas is activated by plasma in the tubular body 41 as described above. Then, the activated reaction gas is discharged from the first exhaust path 62 to the first exhaust mechanism 63 via the first outlet 43 because the supply destination changing valve 61 is open. As shown in FIG. 3, the supply of the reactive gas to the plasma forming section 4 and the application of the high frequency power from the first high frequency power supply 54 to the plasma forming section 4 are continuously performed during the film formation process. .
  • valve 36 is opened to start supplying the replacement gas
  • valve 64 is opened to start downward evacuation by the second evacuation mechanism 66, thereby evacuating the processing space 10 to a vacuum atmosphere. Thereafter, downward exhaust by the second exhaust mechanism 66 is continuously performed.
  • the replacement gas is supplied to the first gas diffusion space 23 of the gas shower head 2 and discharged from the first discharge holes 21 into the processing space 10 .
  • the valve 36 is closed to stop the supply of the replacement gas, while the valve 35 is opened to start the supply of the material gas (first processing gas).
  • the material gas is discharged into the processing space 10 from the first discharge holes 21 through the first gas diffusion space 23 of the gas shower head 2 .
  • the supply of the reaction gas and the application of the high frequency power from the first high frequency power supply 54 are continued.
  • exhaust is also performed by the first exhaust mechanism 63 in addition to the second exhaust mechanism 66 .
  • the pressure loss in the gas shower head 2 and the balance between the exhaust amounts of the upper exhaust and the lower exhaust are controlled so that the flow toward the plasma generation chamber 40 is suppressed.
  • the material gas and the reaction gas are prevented from reacting in the channels of the gas shower head 2 and the plasma generation chamber 40 and forming films on the walls of the channels and the plasma generation chamber 40 .
  • step S1 TiCl 4 as a film forming material is supplied into the processing space 10 and adsorbed on the entire surface of the wafer W (step S1).
  • the valve 35 is closed to stop the supply of the material gas, while the valve 36 is opened to start the supply of the replacement gas.
  • the replacement gas is supplied to the processing space 10 through the first discharge holes 21 of the gas shower head 2, thereby purging the inside of the processing container 11 and leaving a residual gas in the processing container 11. Eliminate the material gas to be used (step S2). Even when the replacement gas is supplied, the balance between the supply flow rate of the replacement gas and the exhaust is controlled so as to suppress the inflow of the replacement gas into the plasma generating chamber 40 .
  • the valve 36 is closed to stop the supply of the replacement gas
  • the supply destination changing valve 61 is closed to stop the upper exhaust by the first exhaust mechanism 63, and the reactant gas (second gas ) to the processing space 10.
  • the supply destination changing valve 61 is closed, the supply destination of the reaction gas is switched to the processing space 10 side as described above. That is, as shown in FIG. 6, it is discharged into the processing space 10 through the second discharge holes 22 .
  • reaction gas when the reaction gas is supplied to the processing chamber 11 , high-frequency power for high-frequency bias is applied by the second high-frequency power supply 16 , and an electric field is generated between the mounting table 12 and the lower surface 20 of the gas shower head 2 . is formed. Due to the formation of the electric field, ions contained in the reaction gas activated by the plasma are pulled into the wafer W. As shown in FIG. Therefore, the reactive gas activated by the plasma containing a relatively large number of ions reacts with the TiCl 4 gas adsorbed on the wafer W to reduce the TiCl 4 and form a Ti film on the wafer W (step S3). ).
  • the application of the high-frequency bias to the mounting table 12 is used for the purpose of controlling the amount of ions drawn into the wafer W according to the type of film forming process, and is not necessarily performed. It can be implemented as needed.
  • a surplus portion of the reaction gas supplied to the processing space 10 is exhausted from the processing space 10 by the second exhaust mechanism 66 .
  • the supply destination changing valve 61 is opened to start upward exhaust by the first exhaust mechanism 63, and the valve 36 is opened to start supplying the replacement gas.
  • the reaction gas in the plasma generation chamber 40 activated by the plasma is again exhausted by the first exhaust mechanism 63 through the first exhaust path 62, and only the replacement gas is discharged through the first discharge hole. 21 into the processing space 10 .
  • the replacement gas supplied into the processing space 10 is exhausted by the second exhaust mechanism 66 .
  • the inside of the processing container 11 is purged to remove the activated reaction gas remaining in the processing container 11 (step S4).
  • the reaction gas is constantly activated by plasma in the plasma generation chamber 40 during the film formation process, and the supply destination of the activated reaction gas is changed by the supply destination changing valve 61. It is switched between the downstream side of the valve 61 for processing and the processing space 10 . For this reason, the supply and interruption of the reaction gas to the processing space 10 can be controlled only by opening and closing the supply destination changing valve 61 during the repeated cycle of ALD. Therefore, compared to the case of activating the reaction gas with plasma each time the reaction gas is supplied, the time required for plasma ignition is eliminated, and throughput can be improved.
  • the reaction gas activated by the plasma in the plasma generation chamber 40 is supplied through the second discharge holes 22 of the gas shower head 2 .
  • the reactive gas is supplied to the surface of the wafer W with high uniformity and dispersion. Therefore, according to this embodiment, the film formation process with good in-plane uniformity of the wafer W can be performed.
  • the material gas is also supplied to the wafer W through the gas shower head 2, the film formation process can be performed with better in-plane uniformity of the wafer W more reliably.
  • the plasma generation chamber 40 is stacked on the gas shower head 2 and the second outlet 44 is connected to the gas shower head 2, plasma is generated near the wafer W placed in the processing container 11, It is quickly supplied to the processing space 10 . Therefore, even if the flow path of the gas shower head 2 is interposed between the plasma generation chamber 40 and the processing space 10, deactivation of the plasma is suppressed, and the film formation process of the wafer W is performed with high-density plasma. be able to.
  • the plasma generation unit 4 has a plurality of plasma generation chambers 40 arranged side by side, the uniformity of the density of the plasma supplied to each part of the second gas diffusion space 24 in the gas shower head 2 can be raised. Therefore, by arranging the plasma generation chamber 40 as described above, the uniformity of the plasma processing in each portion of the wafer W can be further improved.
  • a common exhaust space 46 is provided for a plurality of plasma generation chambers 40, and a common supply destination changing valve 61 is used to switch the supply destination of the reactant gas activated by plasma. Therefore, even when a plurality of plasma generation chambers 40 are provided, only one supply destination changing valve 61 is required, which facilitates switching control and simplifies the configuration. Further, in this example, a supply destination changing valve 61 is provided near the plasma generation chamber 40 . Therefore, when the supply destination changing valve 61 is switched from the closed state to the open state, the reactive gas can be rapidly discharged from the plasma generation chamber 40 to the first exhaust path 62 . That is, the flow direction of the reaction gas can be quickly changed, and the inflow into the processing space 10 when not required can be more reliably suppressed.
  • the mounting table 12 has a structure capable of applying a high-frequency bias, and the gas shower head 2 is grounded. For this reason, a plasma-activated reaction gas is supplied from the gas shower head 2 to the processing space 10, and depending on the type of film forming process, a high-frequency bias is applied to the mounting table 12 to draw ions into the wafer W. can be done.
  • the film forming process is not limited to the Ti film forming example described above. Depending on the type of film formation process, the introduction of ions may improve the quality of the film. Therefore, a configuration in which the supply of the activated reaction gas and the attraction of ions can be controlled independently of each other is effective. is.
  • the gas shower head 2 facing the entire surface of the wafer W is configured as a ground electrode, an electric field is formed over the entire surface of the wafer W when high-frequency power is supplied to the mounting table 12. is pulled in within the surface of the wafer W with high uniformity. Therefore, the uniformity of the processing within the surface of the wafer W is improved also from this point.
  • the plasma generating section 4A of this example is configured such that when a plurality of plasma generating chambers 40 are provided, each plasma generating chamber 40 is provided with a supply destination changing valve 61A.
  • the first outlet 43 of each plasma generation chamber 40 is connected to a common first exhaust mechanism 63 via each exhaust path 62A, and each exhaust path 62A is provided with a supply destination changing valve 61A.
  • illustration is omitted except for the configuration related to the plasma forming section 4A, the other members are configured in the same manner as in the first embodiment.
  • the opening and closing operations of the supply destination changing valves 61A of the respective plasma generation chambers 40 are performed in unison, and the opening and closing of these supply destination changing valves 61A are controlled by the control unit 100 as in the above-described first embodiment. similarly controlled.
  • the plasma generating section 4 does not necessarily have to be configured by arranging a plurality of plasma generating chambers 40 .
  • the configuration may be such that the plasma generation chamber 40 shown in FIG. 7 is used alone.
  • FIG. 8 is a longitudinal side view schematically showing an enlarged view of the gas shower head 2 described above.
  • a supplementary description of the second outlet holes 22 of the gas shower head 2 will be given.
  • Side walls 71 forming the first outlet holes 21 and the second outlet holes 22 extend in the vertical direction.
  • the side wall 71 forming the first discharge hole 21 is shown to form a constricted portion by protruding toward the center of the hole at its lower portion. Constriction may not be provided.
  • the gas showerhead 2 may be described as a first example.
  • the gas shower head 2A of this example differs from the gas shower head 2 of the first example in that the second discharge holes 221 (corresponding to the second discharge holes 22 of the first example) widen downward.
  • the second discharge holes 221 corresponding to the second discharge holes 22 of the first example
  • it has a tapered shape (that is, a tapered shape that narrows upward).
  • Others are configured in the same manner as the gas shower head 2 of the first example.
  • the radicals that make up the plasma are easily deactivated by colliding with the walls that form the flow path. Since the second ejection hole 221 has the shape described above, the radicals that have entered the second ejection hole 221 are directed toward the processing space 10 below, and the side wall 711 forming the second ejection hole 221 is removed. is less likely to collide with the second discharge hole 221 , the second discharge hole 221 is less likely to be deactivated.
  • the pressure loss of the second discharge hole 221 is determined by the portion with the smallest hole diameter. Since the second discharge hole 221 has the shape described above, the hole diameter on the upper side can be made relatively small. Therefore, the pressure loss of the gas flowing from the processing space 10 to the second discharge hole 221 is made relatively large, and the flow of the gas from the second discharge hole 221 to the second gas diffusion space 24 can be ensured. can be prevented. That is, according to the gas shower head 2A, deactivation of radicals can be suppressed and relatively high-density plasma can be supplied to the wafer W, and the material gas in the processing space 10 can be discharged through the second discharge holes 221. It is more reliably prevented from entering the gas shower head 2A and reacting with the reaction gas.
  • a third example of the gas showerhead will be described with reference to FIG.
  • the difference between the gas shower head 2B of this example and the gas shower head 2A of the second example is that the third discharge holes 25 for discharging gas are formed in the second discharge holes 221 .
  • the third discharge hole 25 opens in the side wall 711 forming the second discharge hole 221 .
  • the gas shower head 2B has a third gas diffusion space 72 between the first gas diffusion space 23 and the second gas diffusion space 24, and the third discharge holes 25 are located in this third gas diffusion space. It is connected to the gas diffusion space 72 .
  • the third discharge hole 25 is formed to discharge gas obliquely downward, and the opening direction of the third discharge hole 25 faces the side wall 711 . Therefore, the third discharge hole 25 in the side wall 711 discharges gas downward from its opening position.
  • the third gas diffusion space 72 is connected to the second process gas source 33 via a third gas supply line 30 having a valve 38 .
  • the third gas supply channel 30 and the third gas diffusion space 72 form a third channel separated from the first channel and the second channel. That is, the second processing gas supplied from the third gas supply path 30 to the gas shower head 2B is not supplied to the first gas diffusion space 23 and the second gas diffusion space 24, but is supplied to the third gas diffusion space. It is supplied to the diffusion space 72 and discharged from the third discharge hole 25 . In this manner, the gas is supplied to the third discharge holes 25 from the supply source 33 of the second processing gas.
  • this gas is used as a replacement gas (purge gas) and as a sealing gas for the ejection holes, but for the sake of convenience, it is described as a replacement gas.
  • the gas shower head 2B in addition to the first gas diffusion space 23 and the first discharge holes 21, the gas supply path 30, the third gas diffusion space 72 and the third discharge holes 25 also have passages for replacement gas. configured as
  • the material gas and the replacement gas are discharged from the first discharge holes 21 at the same timing as described in the steps S1 to S4, and the plasma is generated from the second discharge holes 221.
  • Activated reaction gas is discharged.
  • the replacement gas flows from the third discharge hole 25 into the second discharge hole 221 via the third gas diffusion space 72 . is discharged to During the period in which the supply destination changing valve 61 is closed and the reaction gas is supplied to the processing space 10, the discharge of the replacement gas from the third discharge hole 25 is stopped.
  • the second discharge hole 221 is sealed by the replacement gas discharged from the third discharge hole 25 when the supply destination changing valve 61 is opened and upward exhaust is performed. Therefore, the flow of the replacement gas prevents the reactant gas activated by the plasma from leaking into the processing space 10 and prevents the material gas from flowing into the plasma forming section 4 .
  • the third discharge hole 25 By forming the third discharge hole 25 to discharge gas downward, a gas flow of the replacement gas is formed from the plasma forming part 4 toward the processing container 11 . As a result, the material gas is pushed out toward the processing space 10 by this gas flow, and it is possible to further suppress the material gas from flowing toward the plasma forming section 4 .
  • the gas discharged from the third discharge holes 25 in this manner is exhausted through the processing space 10 . Therefore, the gas discharged from the third discharge hole 25 plays a role of sealing the second discharge hole 221 (forming a gas curtain) as described above during execution of steps S1, S2, and S4. Then, during execution of steps S2 and S4, it acts as a replacement gas for replacing the atmosphere in the processing container 10 together with the replacement gas discharged from the first discharge hole 21 .
  • the gas ejection from the third ejection holes 25 may be performed only when the step S1 is executed.
  • the gas discharged from the third discharge hole 25 may be used only for the purpose of sealing the second discharge hole 221 and may not be used as the replacement gas.
  • a fourth example of the gas showerhead will be described with reference to FIG.
  • the gas shower head 2C of this example differs from the gas shower head 2B of the third example in that the opening direction of the third ejection holes 251 corresponding to the third ejection holes 25 is horizontal. Since only the material gas is supplied to one gas diffusion space 23 , the replacement gas is supplied only to the third gas diffusion space 72 out of the first gas diffusion space 23 and the third gas diffusion space 72 . Is Rukoto. Accordingly, in the gas shower head 2C, the replacement gas is not discharged from the first discharge holes 21, unlike each example described above. Others are configured in the same manner as the gas shower head 2C of the third example. As described above, the opening direction of the third discharge hole is not limited to the downward direction. In order to quickly purge the processing space 10, it is preferable to direct it downward as in the third example.
  • the material gas is discharged from the first discharge holes 21 and the reactant gas activated by the plasma is discharged from the second discharge holes 221 in the above-described step S1.
  • the replacement gas flows from the third discharge hole 251 through the third gas diffusion space 72 to the second discharge hole. 221 is discharged.
  • the flow of the replacement gas prevents the activated reaction gas from leaking into the processing space 10 and also prevents the material gas from flowing into the plasma generating chamber 40 .
  • the replacement gas discharged from the third discharge holes 25 and 251 flows from the second gas diffusion space 24 into the processing space. Acts as a gas curtain to prevent reaction gas from leaking to 10 . Therefore, without providing the supply destination changing valve 61, the first exhaust path 62, and the first exhaust mechanism 63, the gas curtain suppresses the inflow of the reaction gas activated by the plasma into the processing space 10 side. good too.
  • the replacement gas is ejected from the third ejection holes 25 and 251, and this replacement gas Inflow of the reaction gas into the processing space 10 is suppressed.
  • the reactant gas activated by the plasma is stored in the flow path from the plasma generation chamber 40 to the second gas diffusion space 24 .
  • the step of supplying the reaction gas to the processing space 10 like the above-described step S3 ejection of the replacement gas from the third ejection holes 25 and 251 is stopped.
  • the stored reaction gas is discharged from the second discharge hole 22 into the processing space 20 .
  • the gas shower head 2D of this example differs from the gas shower heads 2 to 2C described above in that the second gas diffusion space 24 is provided with a regulation portion 200 .
  • the surface defining the lower end of the second gas diffusion space 24 is defined as the bottom surface 202 .
  • the restricting portion 200 is provided apart from the lower end and the upper end of the second gas diffusion space 24 , is configured as, for example, a plate-like body, and is provided horizontally so as to face the bottom surface 202 .
  • the restricting portion 200 includes through holes 201 formed in the vertical direction, more specifically, in the vertical direction, at positions not overlapping the second discharge holes 22 in plan view. Also, the restricting portion 200 in this example is made of a dielectric.
  • the gas shower head 2 of the first example is provided with the regulating portion 200 , and the rest of the configuration is similar to that of the gas shower head 2 .
  • the regulation part 200 is provided so as to overlap the second discharge hole 22 when viewed from the processing space 10 side.
  • a relatively small gap is formed between the bottom surface 202 and the lower surface of the regulating portion 200, and the passage is narrowed. Therefore, the pressure loss when the gas in the processing space 10 flows to the second gas diffusion space 24 is relatively large. Therefore, it is possible to more reliably prevent the material gas from flowing from the processing space 10 into the second gas diffusion space 24 and the plasma generation chamber 40 and reacting with the reaction gas.
  • Radicals in the reactive gas supplied from the plasma generation chamber 40 are bent by the provision of the regulation portion 200, and pass through the flow path including the relatively small gap to reach the second discharge hole. 22 and will be supplied to the processing space 10 . Therefore, by providing the regulation part 200, the pressure loss of the radicals also increases, and the flow rate toward the processing space 10 is restricted. By appropriately setting the distance between the regulating portion 200 and the bottom surface 202, the pressure loss of the radicals is made appropriate, the flow rate of the radicals is adjusted, and the quality of the film formed on the wafer W is optimized. can be done.
  • the regulating portion 200 since the regulating portion 200 is made of a dielectric, it has a function of trapping ions contained in the reactant gas activated by the plasma. Although the reaction gas contains radicals and ions as described above, the ions are removed by contact with the dielectric on the surface of the restricting portion 200 . Therefore, the amount of ions in the reaction gas can be controlled, and the quality of the film formed on the wafer W can be adjusted as desired. In order to trap ions in this manner, at least the surface of the restricting portion 200 should be made of a dielectric material. In the case where the regulating portion 200 traps ions, the second high-frequency power source 16 may or may not supply power to the mounting table 12 for bias formation.
  • the plasma forming section 4B of this example utilizes inductively coupled plasma (ICP).
  • the plasma generation unit 4B includes a plasma generation chamber 81 made of, for example, a dielectric cylinder with a bottom and a lid, and a coil 82 wound around the plasma generation chamber 81. It is configured to apply high frequency power.
  • the plasma generation mechanism 84 is configured with a coil 82 and a high frequency power source 83 .
  • the plasma generation chamber 81 is connected to the reaction gas supply source 33 via the second gas supply path 34 , and the reaction gas is supplied into the plasma generation chamber 81 by opening the valve 37 .
  • the plasma generation chamber 81 has a first outlet 85 and a second outlet 86 on its upper and lower surfaces, respectively.
  • a first outlet 85 is connected to the first exhaust mechanism 63 by a first exhaust path 62 having a supply destination diverting valve 61 , and a second outlet 86 is connected to the second gas diffusion space 24 of the gas showerhead 2 . configured to be connected to
  • the supply destination changing valve 61 is opened and the inside of the plasma generation chamber 81 is exhausted by the first exhaust mechanism 63 .
  • the high-frequency power is applied to the coil 82 from the high-frequency power supply 83 while the reaction gas is caused to flow.
  • a high voltage and a high frequency fluctuating magnetic field are obtained at the same time, an inductively coupled plasma is generated, and the reaction gas is activated by the plasma.
  • the rest of the configuration and the method of the film forming process are the same as those of the film forming apparatus 1 of the first embodiment, and even when this plasma forming section 4B is used, they are the same as those of the film forming apparatus 1 of the first embodiment. effect can be obtained.
  • the film forming apparatus 1 of the present disclosure can use various plasma generation sources with different generation methods as the plasma forming unit.
  • the time it takes for plasma to ignite and stabilize varies depending on the generation method, but in the technology of the present disclosure, plasma is constantly generated in the plasma generation chamber, and is activated by the plasma by opening and closing the valve for changing the supply destination. It is possible to control the supply and cutoff of the reactant gas to the processing space. Therefore, even if the time required for ignition and stabilization differs depending on the type of plasma, the supply time of the reaction gas activated by the plasma is not affected, so design of the film forming apparatus 1 is facilitated.
  • the combination with the second processing gas is not limited to this.
  • the second processing gas (reactive gas) other than Ar, other inert gas such as N 2 (nitrogen) gas or H 2 (hydrogen) gas may be used.
  • a gas obtained by combining Ar gas with an inert gas or H 2 gas may be used.
  • the deposition apparatus of the present disclosure is applicable to deposition of TiN film, W film, WN film, TaN film, and TaCN film in addition to Ti film.
  • the present invention may be applied to the deposition of films other than metal films, such as the deposition of films containing silicon.
  • the plasma generation chamber provided with the plasma generation mechanism is not limited to the above examples, and may be a high-frequency parallel plate type capacitive coupling or a VHF (Very High Frequency), microwaves or the like may be used to generate plasma.
  • VHF Very High Frequency
  • the supply destination changing valve 61 is not limited to being provided at the position described above, and can be provided at any position in the first exhaust passage 62 . However, if the plasma generation chamber 40 is too far away from the first exhaust mechanism 63 side, it may become difficult to quickly switch the flow direction of the exhaust gas in the plasma generation chamber 40 . are preferably spaced appropriately.
  • the first exhaust mechanism 63 and the second exhaust mechanism 66 are provided as the exhaust mechanism for upper exhaust and the exhaust mechanism for lower exhaust, respectively, but the exhaust mechanisms may be shared. Specifically, the downstream side of the valve 64 of the second exhaust path 65 is connected to the downstream side of the supply destination changing valve 61 of the first exhaust path 62, and each of the processing space 10 and the plasma generation chamber 40 is connected to the first exhaust path. may be exhausted by the exhaust mechanism 63 .
  • the configuration is not limited to supplying the reaction gas activated by the plasma in the plasma generation chamber 40 to the processing space 10 via the gas shower head 2 .
  • a nozzle may be provided on the top plate or side wall of the processing container 11, and the nozzle and the plasma generation chamber 40 may be connected by a pipe so that the activated reaction gas is discharged from the nozzle.
  • the reaction gas is continuously supplied to the plasma generation chamber 40 and the plasma is formed during the film formation process. , S2 and S4 for a short period of time.
  • continuous operation is preferable because the above-described problem of plasma ignition can be solved more reliably.

Abstract

【解決手段】本開示の装置は、内部の処理空間が真空雰囲気となるように排気される処理容器に、第１の処理ガス、置換ガス、プラズマにより活性化した第２の処理ガス、置換ガスの順番で各ガスを交互に供給して基板に成膜するにあたり、第２の処理ガスを活性化するためのプラズマ生成機構を備えるプラズマ生成室と、プラズマ生成室を排気する排気機構と、プラズマ生成室と排気機構とを接続する排気路に設けられ、プラズマにより活性化した第２の処理ガスの供給先が前記排気路の下流側と前記処理空間との間で切り替わるように、開閉する供給先変更用バルブと、を備える。

Description

成膜装置及び成膜方法
　本開示は、成膜装置及び成膜方法に関する。
　半導体製造工程では、例えば基板に対して、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）により成膜するにあたり、ガスを励起したプラズマを用いるＰＥＡＬＤ（Plasma Enhanced-ＡＬＤ）を行うことがある。特許文献１には、ガスシャワーヘッドと下部電極との間に高周波電力を供給することにより、成膜原料のキャリアガスや、還元性ガスをプラズマにより活性化して成膜する技術が記載されている。
特開２００５－２４８２３１号公報
　本開示は、基板に対して、第１の処理ガスとプラズマにより活性化した第２の処理ガスとを交互に供給して基板に成膜するにあたり、スループットの向上を図る技術を提供する。
　本開示の成膜装置は、基板が格納されると共に内部の処理空間が真空雰囲気となるように排気される処理容器を備え、第１の処理ガス、前記処理空間の雰囲気を置換するための置換ガス、プラズマにより活性化した第２の処理ガス、前記置換ガスの順番で各ガスを前記処理空間に供給するサイクルを複数回実施して前記基板に成膜する成膜装置において、
前記第２の処理ガスを活性化するためのプラズマ生成機構を備えるプラズマ生成室と、
前記プラズマ生成室を排気する排気機構と、
前記第１の処理ガスを前記処理空間に供給するために前記処理容器に設けられる第１の流路と、
下流端が前記処理空間に開放されると共に上流端が前記プラズマ生成室に接続されるように前記第１の流路に対して区画されて設けられ、バルブにより開閉されない第２の流路と、
前記第１の流路、前記プラズマ生成室、前記置換ガスを前記処理空間に供給するための置換ガス用の流路に、前記第１の処理ガス、前記第２の処理ガス、前記置換ガスを夫々供給するガス供給機構と、
前記プラズマ生成室と前記排気機構とを接続する排気路における任意の位置に設けられ、前記プラズマにより活性化した第２の処理ガスの供給先が前記排気路における前記位置の下流側と前記処理空間との間で切り替わるように、前記サイクルの繰り返しの実施中に開閉する供給先変更用バルブと、を備える。
　本開示によれば、基板に対して、第１の処理ガスとプラズマにより活性化した第２の処理ガスとを交互に供給して基板に成膜するにあたり、スループットの向上を図ることができる。
一実施形態に係る成膜装置を示す縦断側面図である。 第１の例のプラズマ形成部を構成するプラズマ生成室の説明図である。 成膜装置にて実施される成膜処理の一例におけるガス供給等のタイミングを示すタイミングチャートである。 成膜装置の作用を説明する縦断側面図である。 成膜装置の作用を説明する縦断側面図である。 成膜装置の作用を説明する縦断側面図である。 プラズマ形成部の第２の例を示す縦断側面図である。 ガスシャワーヘッドの第１の例を示す縦断側面図である。 ガスシャワーヘッドの第２の例を示す縦断側面図である。 ガスシャワーヘッドの第３の例を示す縦断側面図である。 ガスシャワーヘッドの第４の例を示す縦断側面図である。 ガスシャワーヘッドの第５の例を示す縦断側面図である。 プラズマ形成部の第３の例を示す縦断側面図である。
　＜成膜装置の第１の実施形態＞
　本開示の一実施形態に係る成膜装置について、図１及び図２を参照して説明する。本開示の成膜装置１はＰＥＡＬＤ（Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition）により、例えばＴｉ（チタン）膜を基板であるウエハＷに形成する。当該成膜装置１は、当該ウエハＷが格納され、処理空間１０を構成する例えば円形の処理容器１１を備えている。処理容器１１の内部には、ウエハＷが載置される載置台１２が設けられ、この載置台１２には、ウエハＷを処理温度に加熱するヒータ１３が埋設されている。また、この例の載置台１２には電極１４が埋め込まれ、整合器１５を介して高周波電源１６が接続されている。高周波電源１６は、ウエハＷにイオンを引き込むための高周波電力（高周波バイアス）を載置台１２に印加するためのものである。さらに、載置台１２にはウエハＷの昇降機構（不図示）が設けられる。
　処理容器１１の天井部は、ウエハＷにガスをシャワー状に供給する平面視円形のガスシャワーヘッド２として構成されている。ガスシャワーヘッド２は導電性材料により構成され、接地されている。ガスシャワーヘッド２の下面２０は、平面的に見て、例えば載置台１２に載置されるウエハＷより大きく形成され、夫々処理空間１０に開口するように縦方向に形成された複数の第１の吐出孔２１と、複数の第２の吐出孔２２と、を備えている。
　第１の吐出孔２１はガスシャワーヘッド２の下面２０全体に分散して設けられている。また、ガスシャワーヘッド２の内部には、これら第１の吐出孔２１の上流側に、当該各第１の吐出孔２１に共通の第１のガス拡散空間２３が形成されている。従って、全ての第１の吐出孔２１は、第１のガス拡散空間２３に接続されている。この例では、処理容器１１に設けられる第１の流路は、第１の吐出孔２１と第１のガス拡散空間２３と、を備えて構成され、後述する第１の処理ガス用の流路及び置換ガス用の流路として兼用される。
　第２の吐出孔２２はガスシャワーヘッド２の下面２０全体に分散して設けられている。また、ガスシャワーヘッド２の内部には、これら第２の吐出孔２２の上流側に、当該各第２の吐出孔２２に共通の第２のガス拡散空間２４が形成されている。従って、全ての第２の吐出孔２２は、第２のガス拡散空間２４に接続されている。この例では、第２の流路は、第２の吐出孔２２と第２のガス拡散空間２４と、を備えて構成され、第１の流路に対して区画して設けられている。なお、この例では第２のガス拡散空間２４は、第１のガス拡散空間２３の上方に位置している。
　第１のガス拡散空間２３は、第１のガス供給路３１を介して第１の処理ガスの供給源３２、第２の処理ガスの供給源３３に夫々接続されている。また、第２のガス拡散空間２４は、後述するプラズマ生成室４０を介して、第２のガス供給路３４により、第２の処理ガスの供給源３３に接続されている。図中、符号３５、３６、３７は、夫々流量調節バルブを指す。本開示のガス供給機構は、第１の処理ガスの供給源３２、第２の処理ガスの供給源３３、第１のガス供給路３１及び第２のガス供給路３４を含むものである。
　例えば第１の処理ガスとしては、材料ガスである四塩化チタン（ＴｉＣl４）、第２の処理ガスとしては、反応ガスであるアルゴン（Ａr）ガスを用いることができる。この例では、第２の処理ガス（反応ガス）及び置換ガス（パージガス）として、同種のガスを用いる。従って、置換ガスとしてもＡｒガスが用いられ、そして第２の処理ガスと置換ガスは、共通の供給源３３から供給されるように構成されている。こうして、第１の処理ガス及び置換ガスが第１のガス供給路３１、第１のガス拡散空間２３を介して第１の吐出孔２１から処理空間１０に吐出される。さらに、プラズマにより活性化した反応ガスが第２のガス拡散空間２４を介して第２の吐出孔２２から処理空間１０に吐出される。以下、第１の処理ガスを材料ガス、第２の処理ガスを反応ガスとして説明を続ける。
　ガスシャワーヘッド２の上面には、プラズマ生成室４０が積層して設けられている。この例では、複数のプラズマ生成室４０を組み合わせてプラズマ形成部４を構成しており、このプラズマ形成部４を第１の例とする。　
　続いて、プラズマ生成室４０について、図２を参照して説明する。プラズマ生成室４０は、例えばプラズマを形成するための環状の空間を構成する管体４１と、ガスがプラズマ化することにより流れるプラズマ電流を、管体４１内を周回するように生成するためのプラズマ生成機構５と、を有する。
　管体４１は、金属製の壁部を備える。管体４１は角型で起立した環状であり、従って当該管体４１の内部に既述の環状の空間が形成される。環状の空間を含む面が水平方向と直交する向きとなる姿勢で、管体４１は設けられている。さらに詳しく述べると、管体４１はガスシャワーヘッド２の上面に沿って水平に伸びる２つの部位（水平部位とする）を備え、これら水平部位は上下に離れて設けられている。そして、管体４１は、水平部位同士の両端部を各々接続するように鉛直方向に伸びる２つの部位（鉛直部位とする）を備えており、鉛直部位は横方向に互いに離れて設けられている。そして、管体４１には、その内部に反応ガスを供給する入口４２と、プラズマにより活性化された反応ガスを排出する第１の出口４３と第２の出口４４とが形成されている。第１の出口４３は２つのうちの一方の鉛直部位において、その上方へ向けて開口している。第２の出口４４は２つのうちの他方の鉛直部位において、その下方へ向けて開口している。また入口４２は、例えば上記の一方の鉛直部位の側方に開口している。さらに、管体４１は、環状の空間に形成されたプラズマ電流が壁部を伝って散逸することを防ぐための誘電体４５を備えている。補足すると、上記の各水平部位は、管同士が誘電体４５を介して繋ぎ合わされて形成された構成となっている。
　プラズマ生成機構５は、管体４１の一部の壁部を囲むように設けられた環状の磁性体コア（ヨーク）５１と、ヨーク５１の一部にらせん状に銅線を巻き付けて形成されたコイル５２と、コイル５２に電力を供給する高周波電源５４（図１参照）と、を有している。そして、コイル５２に高周波電源５４から電力を供給すると、コイル５２を流れる電流（１）により、ヨーク５１の内部、即ち管体４１の周囲を囲むように環状のヨーク磁場（２）が生成される。
　さらに、反応ガスを入口４２から管体４１内に供給すると、このヨーク磁場（２）によってプラズマ化し、管体４１内の環状の空間を周回するトロイダル型のプラズマ電流（３）が生成される。プラズマにより活性化されたガスには、ラジカル及びイオンが含まれる。そして、前記活性化された反応ガスは、後述するように第１の出口４３又は第２の出口４４から排出される。
　プラズマ形成部４は、図１に示すようにプラズマ生成室４０を複数設置した構造となっており、これら複数のプラズマ生成室４０は、ガスシャワーヘッド２の上面に横方向、例えば水平方向に並ぶように配列されている。　
　各プラズマ生成機構５のコイル５２には、共通の高周波電源５４から例えば４００ｋＨｚの高周波電力が供給されるように構成されている。なお、図１中の符号５５は整合器であり、各コイル５２には、共通の高周波電源５４から高周波電力が同じ位相で供給される。以下、この例では、プラズマ生成用の高周波電源５４を第１の高周波電源、バイアス電力印加用の高周波電源１６を第２の高周波電源として説明する。
　各プラズマ生成室４０の反応ガスの入口４２は、既述のように、第２のガス供給路３４を介して第２の処理ガスの供給源３３に夫々接続されている。さらに、各プラズマ生成室４０は、夫々の第２の出口４４がガスシャワーヘッド２に形成された第２のガス拡散空間２４に接続されるように設けられる。こうして、下流端が処理空間１０に開放され、上流端がプラズマ生成室４０に接続される第２の流路としては、バルブによる開閉が行われない構成となっている。
　また、複数のプラズマ生成室４０の上側には、各プラズマ生成室４０に共通の排気空間（共通排気空間）４６が設けられており、各プラズマ生成室４０は、夫々の第１の出口４３を介して、共通排気空間４６に接続される。共通排気空間４６は、供給先変更用バルブ６１を備えた第１の排気路６２を介して第１の排気機構６３に接続されている。この例では、供給先変更用バルブ６１は、共通排気空間４６に近接するように設けられる。より具体的には当該供給先変更用バルブ６１は、例えば共通排気空間４６を形成している部材の上側に積層されている。一方、処理容器１１の底部は、バルブ６４を備えた第２の排気路６５を介して第２の排気機構６６に接続される。第１の排気機構６３、第２の排気機構６６は例えば真空ポンプにより構成される。
　供給先変更用バルブ６１は、プラズマにより活性化した反応ガスの供給先が第１の排気路６２における当該供給先変更用バルブ６１が設けられる位置の下流側と処理空間１０との間で切り替わるように開閉するものである。さらに詳しく述べると、当該反応ガスについて、第１の排気機構６３により排気される状態と、第２の排気機構６６により排気される状態とで切り替わる。後述するように、成膜処理の間は、処理容器１１は第２の排気機構６６により処理空間１０が真空雰囲気となるように排気されている。この状態で供給先変更用バルブ６１を開くと、プラズマ生成室４０内が第１の排気機構６３により排気され、プラズマにより活性化した反応ガスの供給先は、第１の排気路６２の下流側になる。そのような反応ガスの流れが形成されるように、第１の排気機構６３及び第２の排気機構６６による各排気量のバランスと、流路のコンダクタンスとが設定されている。なお、材料ガスとの不要な反応が防止されるように、供給先変更用バルブ６１が開いた際には、反応ガスは第２の吐出孔２２から漏洩しないようにして第１の排気機構６３より排気される。
　一方、供給先変更用バルブ６１を閉じると、プラズマ生成室４０内は処理容器１１の底部に設けられた第２の排気機構６６により排気されるため、プラズマにより活性化した反応ガスの供給先は、処理空間１０になる。以上に述べたように、プラズマにより活性化した反応ガスについて、処理空間１０への供給が不要なときには処理空間１０を経由せずに第１の排気機構６３により排気されるため、既述したようにプラズマ生成室４０と処理空間１０とを接続する流路にはバルブが設けられていない。
　第１の排気機構６３による排気は、プラズマ生成室４０の上方からガスが排出され、第２の排気機構６６による排気は、処理容器１１の底部からガスが排出される。このため、第１の排気機構６３による排気を上排気、第２の排気機構６６による排気を下排気として説明する場合がある。なお、処理容器１１の側壁にはウエハＷを搬入出するための不図示の搬入出口が、ゲートバルブにより開閉自在に形成される。
　図１に示すように成膜装置１には、コンピュータによって構成される制御部１００が設けられており、制御部１００はプログラムを備えている。このプログラムには、制御部１００から成膜装置１の各部に制御信号を送り、後述する処理を実行することができるように命令が組み込まれている。具体的には、供給先変更用バルブ６１などの各バルブ、載置台１２のヒータ１３、高周波電源１６、５４、第１及び第２の排気機構６３、６６などの動作が、上記のプログラムによって制御される。このプログラムは例えば、コンパクトディスク、ハードディスク、メモリーカード、ＤＶＤなどの記憶媒体に格納されて制御部１００にインストールされる。
　続いて、本開示に係る成膜装置１を用いた成膜方法について、図３～図６を参照して説明する。なお、図４～図６では、材料ガスの流れを実線、反応ガスの流れを破線、置換ガスの流れを一点鎖線にて夫々示している。　
　先ず、図示しないゲートバルブを開き、ウエハＷを処理容器１１内へ搬入して載置台１２に載置し、ヒータ１３により載置台１２を予め設定された温度に加熱する。そして、バルブ３７を開いて、反応ガス（第２の処理ガス）を各プラズマ生成室４０の入口４２から供給しつつ、第１の高周波電源５４から各プラズマ生成機構５のコイル５２に高周波電力を印加する。また、供給先変更用バルブ６１を開き、第１の排気機構６３による上排気を実施する。
　第１の高周波電源５４から各プラズマ生成機構５に高周波電力が供給されると、既述のように管体４１内にて反応ガスがプラズマにより活性化する。そして、活性化された反応ガスは、供給先変更用バルブ６１が開かれているので、第１の出口４３を介して第１の排気路６２から第１の排気機構６３へ排出される。図３に示すように、プラズマ形成部４への反応ガスの供給と、プラズマ形成部４への第１の高周波電源５４からの高周波電力の印加は、成膜処理の間、継続して実施する。
　次いで、バルブ３６を開いて置換ガスの供給を開始すると共に、バルブ６４を開いて第２の排気機構６６による下排気を開始し、処理空間１０を真空雰囲気となるように排気する。これ以降、第２の排気機構６６による下排気を継続して実施する。置換ガスは、ガスシャワーヘッド２の第１のガス拡散空間２３に供給され、第１の吐出孔２１から処理空間１０に吐出される。
　続いて、バルブ３６を閉じて置換ガスの供給を停止する一方、バルブ３５を開き、材料ガス（第１の処理ガス）の供給を開始する。図４に示すように、材料ガスは、ガスシャワーヘッド２の第１のガス拡散空間２３を介して、第１の吐出孔２１から処理空間１０内に吐出される。この材料ガスの供給時においても、既述のように、反応ガスの供給及び第１の高周波電源５４からの高周波電力の印加は継続しているが、プラズマにより活性化した反応ガスは、既述のように、第１の排気路６２を介して第１の排気機構６３より排出される。
　このように、材料ガスの供給時には、第２の排気機構６６に加えて第１の排気機構６３による排気も行われるが、処理空間１０に吐出された材料ガスが第２の吐出孔２２を介してプラズマ生成室４０へ向けて流入することが抑制されるように、ガスシャワーヘッド２における圧力損失や、上排気及び下排気の各排気量のバランスが制御されている。それにより、材料ガスと反応ガスとがガスシャワーヘッド２における流路やプラズマ生成室４０で反応して当該流路の壁面やプラズマ生成室４０に成膜されてしまうことが防止される。
　こうして、成膜原料としてのＴｉＣｌ４を処理空間１０内に供給してウエハＷの表面の全体に吸着させる（工程Ｓ１）。次に、バルブ３５を閉じて材料ガスの供給を停止する一方、バルブ３６を開いて置換ガスの供給を開始する。　
　置換ガスは、図５に示すように、ガスシャワーヘッド２の第１の吐出孔２１を介して処理空間１０に供給され、これにより処理容器１１内をパージして、当該処理容器１１内に残存する材料ガスを排除する（工程Ｓ２）。置換ガスの供給時においても、置換ガスのプラズマ生成室４０への流入を抑制するように、置換ガスの供給流量と排気のバランスが制御されている。
　その後、バルブ３６を閉じて置換ガスの供給を停止すると共に、供給先変更用バルブ６１を閉じて第１の排気機構６３による上排気を停止し、プラズマにより活性化した反応ガス（第２のガス）の処理空間１０への供給を開始する。　
　供給先変更用バルブ６１を閉じると、既述のように、反応ガスの供給先が処理空間１０側へ切り替わる。つまり、図６に示すように、第２の吐出孔２２を介して処理空間１０内に吐出される。
　また、この例では、反応ガスを処理容器１１に供給するときには、第２の高周波電源１６により高周波バイアス用の高周波電力が印加され、載置台１２とガスシャワーヘッド２の下面２０との間に電界が形成される。当該電界の形成により、プラズマにより活性化した反応ガスに含まれるイオンが、ウエハＷに引き込まれる状態となる。従って、比較的多くのイオンを含むプラズマにより活性化した反応ガスと、ウエハＷに吸着したＴｉＣｌ４ガスとが反応してＴｉＣｌ４が還元され、ウエハＷにＴｉ膜が成膜される（工程Ｓ３）。この載置台１２への高周波バイアスの印加は、成膜処理の種別に応じて、ウエハＷへのイオンの引き込み量を制御する目的で補助的に使用するものであり、必ず実施するものではなく、必要に応じて実施すればよい。なお、処理空間１０に供給された反応ガスのうちの余剰分は、第２の排気機構６６により当該処理空間１０から排気される。
　続いて、供給先変更用バルブ６１を開いて第１の排気機構６３による上排気を開始すると共に、バルブ３６を開いて置換ガスの供給を開始する。これにより、プラズマにより活性化したプラズマ生成室４０内の反応ガスは再度、第１の排気路６２を介して第１の排気機構６３により排気される状態となり、置換ガスのみが第１の吐出孔２１を介して処理空間１０内に供給される。処理空間１０内に供給された置換ガスは第２の排気機構６６により排気される。こうして、処理容器１１内をパージし、処理容器１１内に残存する前記活性化した反応ガスを排除する（工程Ｓ４）。　
　このように、材料ガス、置換ガス、プラズマにより活性化した反応ガス、置換ガスの順番で各ガスを処理空間１０に供給する、工程Ｓ１～Ｓ４のサイクルを繰り返して、ＡＬＤによりウエハＷに目的の膜厚のＴｉ膜を成膜する。
　この実施形態によれば、成膜処理の間、常時、プラズマ生成室４０にて反応ガスをプラズマにより活性化し、供給先変更用バルブ６１により、前記活性化した反応ガスの供給先を供給先変更用バルブ６１の下流側と処理空間１０との間で切り替えている。このため、ＡＬＤの繰り返しサイクルの実施中に、供給先変更用バルブ６１の開閉のみで、処理空間１０への前記反応ガスの給断を制御できる。従って、反応ガスの供給時に、その都度反応ガスをプラズマにより活性化する場合に比べて、プラズマの着火に要する時間が不要となるため、スループットの向上を図ることができる。
　さらに詳しく説明すると、ＰＥＡＬＤのスループットの短縮化を図るために、プラズマにより活性化した反応ガスの供給時間を短縮化することが考えられ、そのためには密度が比較的高い（活性が比較的高い）反応ガスのプラズマを形成して反応性を高めることが有効である。密度の高いプラズマを生成する場合には、プラズマが着火し、安定するまである程度の時間を要するという傾向があり、ＡＬＤのようにプラズマにより活性化した反応ガスを繰り返して供給する処理では、着火に要する時間の積み重ねがスループットに影響を与える場合がある。従って、本例のように、成膜処理の間は常時プラズマを生成し、バルブの開閉により、必要なタイミングで前記反応ガスを供給する構成は、上記の着火に要する時間のスループットへの影響が無くなることで、当該スループットの向上に有意義である。
　ところで密度が比較的高いプラズマを形成しても、当該プラズマがウエハＷ上に偏在して作用すると、ウエハＷの面内での処理がばらついてしまう。しかし、本例ではプラズマ生成室４０にてプラズマにより活性化した反応ガスが、ガスシャワーヘッド２の第２の吐出孔２２を介して供給される構成である。そのようにガスシャワーヘッド２を介することで、反応ガスはウエハＷの面内に均一性高く分散して供給される。従って、この実施形態によればウエハＷの面内均一性が良好な成膜処理を実施することができる。なお、材料ガスもガスシャワーヘッド２を介してウエハＷに供給されるので、より確実にウエハＷの面内均一性が良好な成膜処理を実施することができる。
　さらに、プラズマ生成室４０はガスシャワーヘッド２に積層され、第２の出口４４がガスシャワーヘッド２に接続されるので、処理容器１１内に載置されたウエハＷの近くでプラズマが生成し、速やかに処理空間１０に供給される。このためプラズマ生成室４０と処理空間１０との間にガスシャワーヘッド２の流路が介在していても、プラズマの失活が抑えられ、密度の高いプラズマによりウエハＷの成膜処理を実施することができる。
　さらにまた、プラズマ形成部４は、複数のプラズマ生成室４０を横に並べて配置していることから、ガスシャワーヘッド２における第２のガス拡散空間２４の各部に供給されるプラズマの密度の均一性を高くすることができる。従って、このようなプラズマ生成室４０の配置により、ウエハＷの面内各部におけるプラズマ処理の均一性を、より高くすることができる。
　さらにまた、上述の実施形態では、複数のプラズマ生成室４０に共通の排気空間４６を設け、共通の供給先変更用バルブ６１により、プラズマにより活性化した反応ガスの供給先を切り替えている。このため、複数のプラズマ生成室４０を設ける場合であっても、供給先変更用バルブ６１が１つで済むので、切り替え制御が容易になると共に、構成の簡素化を図ることができる。また、この例では、供給先変更用バルブ６１をプラズマ生成室４０の近傍に設けている。そのため当該供給先変更用バルブ６１が閉じた状態から開いた状態に切り替わると、当該プラズマ生成室４０から前記反応ガスを第１の排気路６２に速やかに排出できる。つまり反応ガスの流れの方向を速やかに変更し、不要時の処理空間１０側への流入をより確実に抑制することができる。
　さらにまた、上述の実施形態では、載置台１２は高周波バイアスを印加可能な構造とし、ガスシャワーヘッド２を接地している。このため、ガスシャワーヘッド２からプラズマにより活性化した反応ガスを処理空間１０に供給すると共に、成膜処理の種別によっては、載置台１２に高周波バイアスを印加して、ウエハＷにイオンを引き込むことができる。後述のように成膜処理としては既述のＴｉ膜の成膜例に限られない。成膜処理の種別によっては、イオンの導入により膜質が向上する場合もあり、このため、前記活性化した反応ガスの供給と、イオンの引き込みを、互いに独立して制御することができる構成は有効である。そして、ウエハＷの表面全体に対向するガスシャワーヘッド２が接地電極として構成されるため、載置台１２への高周波電力の供給時には、ウエハＷの表面全体に亘って電界が形成されるので、イオンの引き込みはウエハＷの面内で均一性高く行われる。従って、この点からもウエハＷの面内での処理の均一性が高くなる。
　＜プラズマ形成部４の第２の例＞
　続いて、プラズマ形成部の第２の例について、図７を参照して説明する。この例のプラズマ形成部４Ａは、プラズマ生成室４０を複数設ける場合において、各プラズマ生成室４０に供給先変更用バルブ６１Ａを設けるように構成されている。各プラズマ生成室４０の第１の出口４３は、夫々の排気路６２Ａを介して共通の第１の排気機構６３に接続されており、各排気路６２Ａに供給先変更用バルブ６１Ａが配設される。プラズマ形成部４Ａに関する構成以外については図示を省略しているが、その他の部材は、第１の実施形態と同様に構成されている。　
　この構成においては、各プラズマ生成室４０の供給先変更用バルブ６１Ａの開閉動作は揃えて行われ、これら供給先変更用バルブ６１Ａの開閉については、制御部１００により、上述の第１実施形態と同様に制御される。
　また、プラズマ形成部４は、必ずしも複数のプラズマ生成室４０を配列して構成するものでなくてもよい。例えば図７に示すプラズマ生成室４０を単独で用いる構成であってもよい。
　ところで、図８は、既述したガスシャワーヘッド２を拡大して概略的に示した縦断側面図である。ガスシャワーヘッド２の第２の吐出孔２２に関して補足して説明すると、第１の吐出孔２１及び第２の吐出孔２２を形成する側壁７１は鉛直方向に沿っている。なお、第１の吐出孔２１をなす側壁７１について、図８に示す例では下部側が孔の中心部に向けて突出することで狭窄部を形成しているように示しているが、そのような狭窄部が設けられていなくてもよい。以降の説明で、ガスシャワーヘッド２を、第１の例として記載する場合が有る。
＜ガスシャワーヘッドの第２の例＞
　続いて、ガスシャワーヘッドの第２の例について、図９を参照して説明する。この例のガスシャワーヘッド２Ａが、第１の例のガスシャワーヘッド２と異なる点は、第２の吐出孔２２１（第１の例の第２の吐出孔２２に相当）が下方に向うにつれて拡径される形状（即ち上方へ向って細るテーパー形状）であることが挙げられる。その他については、第１の例のガスシャワーヘッド２と同様に構成されている。
　プラズマを構成するラジカルは、流路を形成する壁部に衝突することで失活しやすい。第２の吐出孔２２１は既述の形状とされているため、当該第２の吐出孔２２１に進入したラジカルは下方の処理空間１０に向うにあたり、当該第２の吐出孔２２１を形成する側壁７１１に衝突しにくいので、当該第２の吐出孔２２１において失活し難い。
　また、第２の吐出孔２２１の圧力損失は、最も孔径が小さい部分で決定される。第２の吐出孔２２１は既述した形状であるため、上部側の孔径を比較的小さくすることができる。従って、処理空間１０から第２の吐出孔２２１へ向うガスについての圧力損失を比較的大きいものとして、当該ガスの第２の吐出孔２２１から第２のガス拡散空間２４への流入をより確実に防止することができる。つまりこのガスシャワーヘッド２Ａによれば、ラジカルの失活を抑えて比較的密度が高いプラズマをウエハＷに供給することができ、且つ処理空間１０の材料ガスが第２の吐出孔２２１を介してガスシャワーヘッド２Ａ内へ進入して反応ガスと反応することがより確実に防止される。
＜ガスシャワーヘッドの第３の例＞
　続いて、ガスシャワーヘッドの第３の例について、図１０を参照して説明する。この例のガスシャワーヘッド２Ｂが、第２の例のガスシャワーヘッド２Ａと異なる点は、第２の吐出孔２２１内にガスを吐出する第３の吐出孔２５を形成したことである。この第３の吐出孔２５は、第２の吐出孔２２１を形成する側壁７１１に開口している。
　そして、ガスシャワーヘッド２Ｂは、第１のガス拡散空間２３と第２のガス拡散空間２４との間に第３のガス拡散空間７２を備えており、第３の吐出孔２５はこの第３のガス拡散空間７２に接続されている。第３の吐出孔２５は、斜め下向きにガスを吐出するように形成されており、当該第３の吐出孔２５の開口方向は側壁７１１に向う。従って、側壁７１１において第３の吐出孔２５は、その開口位置よりも下方位置に向かうようにガスを吐出する。
　第３のガス拡散空間７２は、バルブ３８を備えた第３のガス供給路３０を介して第２の処理ガスの供給源３３に接続されている。第３のガス供給路３０及び第３のガス拡散空間７２は、第１の流路及び第２の流路とは区画される第３の流路をなすものである。即ち、第３のガス供給路３０からガスシャワーヘッド２Ｂに供給される第２の処理ガスは、第１のガス拡散空間２３、第２のガス拡散空間２４には供給されずに第３のガス拡散空間７２に供給され、第３の吐出孔２５から吐出される。このように第２の処理ガスの供給源３３からガスが第３の吐出孔２５に供給される。このガスは後述するように置換ガス（パージガス）、且つ吐出孔のシール用ガスとして用いられるが、便宜上、置換ガスとして記載する。ガスシャワーヘッド２Ｂでは、第１のガス拡散空間２３、第１の吐出孔２１に加え、ガス供給路３０、第３のガス拡散空間７２及び第３の吐出孔２５についても置換ガス用の流路として構成される。
　このガスシャワーヘッド２Ｂにおいては、既述の工程Ｓ１～Ｓ４で説明したタイミングと同様のタイミングで、第１の吐出孔２１から材料ガス及び置換ガスが吐出され、第２の吐出孔２２１からプラズマにより活性化した反応ガスが吐出される。また、供給先変更用バルブ６１が開かれ、前記反応ガスが上排気される期間において、置換ガスが第３のガス拡散空間７２を介して第３の吐出孔２５から第２の吐出孔２２１内に吐出される。そして、供給先変更用バルブ６１が閉じられ、前記反応ガスが処理空間１０に供給される期間は、第３の吐出孔２５からの置換ガスの吐出は停止される。
　これにより、供給先変更用バルブ６１が開かれて上排気が実施されているときに、第２の吐出孔２２１が第３の吐出孔２５から吐出される置換ガスによりシールされる。このため、この置換ガスの流れにより、プラズマにより活性化した反応ガスの処理空間１０への漏洩が防止されると共に、材料ガスのプラズマ形成部４への流入が防止される。
　また、第３の吐出孔２５を下方に向けてガスを吐出するように形成することにより、プラズマ形成部４から処理容器１１に向けて、置換ガスによるガス流れが形成される。この結果、このガス流れにより材料ガスが処理空間１０側へ押し出され、より一層、材料ガスのプラズマ形成部４側への回り込みを抑制することができる。このように第３の吐出孔２５から吐出されるガスは処理空間１０を介して排気される。従って、第３の吐出孔２５から吐出されるガスは、工程Ｓ１、Ｓ２、Ｓ４の実行中において、上記のように第２の吐出孔２２１をシールする（ガスカーテンを形成する）役割を果たす。そして、工程Ｓ２、Ｓ４の実行中においては、第１の吐出孔２１から吐出される置換ガスと共に、処理容器１０内の雰囲気を置換する置換ガスとして作用することになる。ただし、この第３の吐出孔２５からのガス吐出は工程Ｓ１の実行時のみ行うようにしてもよい。つまり、当該第３の吐出孔２５から吐出されるガスについて、第２の吐出孔２２１をシールする目的でのみ用いられ、置換ガスとしては用いられなくてもよい。
＜ガスシャワーヘッドの第４の例＞
　ガスシャワーヘッドの第４の例について、図１１を参照して説明する。この例のガスシャワーヘッド２Ｃが、第３の例のガスシャワーヘッド２Ｂと異なる点は、第３の吐出孔２５に相当する第３の吐出孔２５１の開口方向が水平方向であることと、第１のガス拡散空間２３には材料ガスのみが供給されるために、置換ガスは第１のガス拡散空間２３及び第３のガス拡散空間７２のうち、第３のガス拡散空間７２のみに供給されることである。従って、ガスシャワーヘッド２Ｃでは、既述した各例と異なり第１の吐出孔２１から置換ガスは吐出されない。その他については、第３の例のガスシャワーヘッド２Ｃと同様に構成されている。
　このように第３の吐出孔の開口方向としては下方に向けることには限られないが、第２のガス拡散空間２４及びプラズマ生成室４０側に向けて流れる置換ガスの量が多くなるので、処理空間１０の速やかなパージを行うためには第３の例のように下方に向けることが好ましい。
　このガスシャワーヘッド２Ｃでは、既述の工程Ｓ１において、材料ガスは第１の吐出孔２１から吐出され、プラズマにより活性化した反応ガスは第２の吐出孔２２１から吐出される。そして、供給先変更用バルブ６１が開かれる、工程Ｓ１、Ｓ２、Ｓ４を実施する期間においては、置換ガスが第３のガス拡散空間７２を介して第３の吐出孔２５１から第２の吐出孔２２１に向けて吐出される。こうして、この置換ガスの流れにより、前記活性化した反応ガスの処理空間１０への漏洩が防止されると共に、材料ガスのプラズマ生成室４０への流入が防止される。
　ところで、第３の例及び第４の例のガスシャワーヘッド２Ｂ、２Ｃを用いる場合には、第３の吐出孔２５、２５１から吐出される置換ガスは、第２のガス拡散空間２４から処理空間１０への反応ガスの漏洩を防止するガスカーテンの役割を果たす。従って、供給先変更用バルブ６１、第１の排気路６２、第１の排気機構６３を設けずに、このガスカーテンによりプラズマにより活性化した反応ガスの処理空間１０側への流入を抑制してもよい。
　例えば、既述の工程Ｓ１、Ｓ２、Ｓ４のように材料ガスと、置換ガスを処理空間１０に供給する工程では、第３の吐出孔２５、２５１から置換ガスを吐出し、この置換ガスにより、前記反応ガスの処理空間１０側への流入を抑える。これにより、プラズマにより活性化した反応ガスがプラズマ生成室４０から第２のガス拡散空間２４に至る流路に貯留される。一方、既述の工程Ｓ３のように前記反応ガスを処理空間１０に供給する工程では、第３の吐出孔２５、２５１からの置換ガスの吐出を停止する。それにより、上記の貯留された反応ガスが第２の吐出孔２２から処理空間２０に放出される。
＜ガスシャワーヘッドの第５の例＞
　ガスシャワーヘッドの第５の例について、図１２を参照して説明する。この例のガスシャワーヘッド２Ｄが上述のガスシャワーヘッド２～２Ｃと異なる点は、第２のガス拡散空間２４に、規制部２００が設けられることである。　
　説明にあたって、第２のガス拡散空間２４の下端を画成している面を底面２０２とする。この規制部２００は、第２のガス拡散空間２４の下端及び上端から離れて設けられると共に、例えば板状体として構成され、底面２０２に対向するように水平に設けられている。そして規制部２００は、平面視第２の吐出孔２２と重ならない位置に、各々縦方向、より具体的には例えば鉛直方向に形成された貫通孔２０１を備えている。また、この例の規制部２００は誘電体により構成される。この例では、第１の例のガスシャワーヘッド２に規制部２００を設ける場合について説明しており、その他については、ガスシャワーヘッド２と同様に構成されている。
　規制部２００は、処理空間１０側から見ると、第２の吐出孔２２と重なるように設けられている。そのように規制部２００が設けられることで、底面２０２と規制部２００との下面との間には比較的小さい隙間が形成され、流路としては狭窄された構成となっている。従って、処理空間１０におけるガスが第２のガス拡散空間２４へ流れるにあたっての圧力損失は比較的大きい。そのため、材料ガスが処理空間１０から第２のガス拡散空間２４及びプラズマ生成室４０へ流入して反応ガスと反応してしまうことが、より確実に防止される。
　なお、プラズマ生成室４０から供給される反応ガス中のラジカルについては、規制部２００が設けられることで屈曲すると共に、上記の比較的小さい隙間を含む流路を通過することで第２の吐出孔２２に流入し、処理空間１０に供給されることになる。従って、規制部２００を設けることで、当該ラジカルについても圧力損失が大きくなり、処理空間１０へ向う流量が制限される。規制部２００と底面２０２との間隔を適切に設定することで、ラジカルの圧力損失を適切なものとして、上記のラジカルの流量を調整し、当該ウエハＷに形成される膜質の適切化を図ることができる。
　また、規制部２００は誘電体により構成されているので、プラズマにより活性化した反応ガスに含まれるイオンをトラップする役割を備える。前記反応ガスは既述のようにラジカルやイオンを含むが、規制部２００の表面の誘電体との接触によりイオンが除去される。このため、前記反応ガス中のイオン量を制御することができ、ウエハＷに形成される膜質が所望のものとなるように調整することができる。なお、このようにイオンをトラップするために、規制部２００については少なくとも表面が誘電体により構成されていればよい。　
　なお、上記の規制部２００によりイオンがトラップされる構成とした場合において、第２の高周波電源１６によるバイアス形成用の載置台１２への電力供給は行ってもよいし、行わなくてもよい。
　＜プラズマ形成部の第３の例＞
　プラズマ形成部の第３の例について、図１３を参照して説明する。この例のプラズマ形成部４Ｂは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）を利用するものである。プラズマ形成部４Ｂは、例えば誘電体製の有底、有蓋の円筒からなるプラズマ生成室８１と、このプラズマ生成室８１の周囲に巻回されたコイル８２を備え、当該コイル８２に高周波電源８３から高周波電力を印加するように構成されている。プラズマ生成機構８４は、コイル８２と、高周波電源８３と、を備えて構成される。
　プラズマ生成室８１は第２のガス供給路３４を介して、反応ガスの供給源３３に接続され、バルブ３７を開くことによりプラズマ生成室８１内に反応ガスが供給される。プラズマ生成室８１は上面と下面に、夫々第１の出口８５及び第２の出口８６を備えている。第１の出口８５は供給先変更用バルブ６１を備えた第１の排気路６２により第１の排気機構６３に接続され、第２の出口８６はガスシャワーヘッド２の第２のガス拡散空間２４に接続されるように構成されている。
　この例では、プラズマ生成室８１内に反応ガスを供給しながら、供給先変更用バルブ６１を開いて第１の排気機構６３により、プラズマ生成室８１内を排気する。こうして、反応ガスを通流させると共に、高周波電源８３からコイル８２に高周波電力を印加する。これにより、高電圧と高周波数の変動磁場が同時に得られて誘導結合プラズマが生成され、反応ガスがプラズマにより活性化される。その他の構成や、成膜処理の手法は、第１の実施形態の成膜装置１と同様であり、このプラズマ形成部４Ｂを用いた場合でも、第１の実施形態の成膜装置１と同様の効果を得ることができる。
　このように、本開示の成膜装置１は、プラズマ形成部として、生成手法の異なる種々のプラズマ発生源を用いることができる。プラズマは生成手法により、着火や安定するまでの時間が異なるが、本開示の技術では、プラズマ生成室にて常時プラズマを生成しており、供給先変更用バルブの開閉により、プラズマにより活性化された反応ガスの処理空間への給断を制御できる。このため、プラズマの種類により、着火や安定に要する時間が異なっていても、プラズマにより活性化された反応ガスの供給時間には影響を与えないので、成膜装置１の設計が容易となる。
　以上においては、第１の処理ガス（材料ガス）としてＴｉＣｌ４、第２の処理ガス（反応ガス）としてＡｒガスを用いてＴｉ膜を成膜する例を示したが、第１の処理ガスと第２の処理ガスとの組み合わせはこれに限るものではない。例えば第２の処理ガス（反応ガス）としてはＡｒ以外に、例えばＮ２（窒素）ガスなどの他の不活性ガスを用いてもよいし、Ｈ２（水素）ガスを用いてもよい。また、第２の処理ガスとして、Ａｒガスと、不活性ガスやＨ２ガスを組み合わせたガスを用いるようにしてもよい。さらにまた、本開示の成膜装置は、Ｔｉ膜の他、ＴｉＮ膜、Ｗ膜、ＷＮ膜、ＴａＮ膜、ＴａＣＮ膜の成膜にも適用可能である。また、金属膜以外の膜の成膜に適用してもよく、例えばシリコンを含有する膜の成膜に適用することができる。
　上述の実施形態は互いに組み合わせて構成することができ、本開示では、プラズマ生成機構を備えたプラズマ生成室は、上述の例に限らず、高周波の平行平板型の容量結合を用いたものやＶＨＦ（Very High Frequency）、マイクロ波などを用いてプラズマを生成する構成のものであってもよい。
　なお、供給先変更用バルブ６１については既述した位置に設けることには限られず、第１の排気路６２における任意の位置に設けることができる。ただし、プラズマ生成室４０から第１の排気機構６３側に離間しすぎるとプラズマ生成室４０における排気の流れの方向を速やかに切り替えることが難しくなるおそれが有るので、第１の排気機構６３に対して適切に離間させることが好ましい。
　また既述の例では、上排気の排気機構、下排気の排気機構として第１の排気機構６３、第２の排気機構６６が夫々設けられているが、排気機構は共通化されてもよい。具体的には第２の排気路６５のバルブ６４の下流側が、第１の排気路６２の供給先変更用バルブ６１の下流側に接続され、処理空間１０、プラズマ生成室４０の各々が第１の排気機構６３により排気される構成であってもよい。
　さらに、プラズマ生成室４０にてプラズマにより活性化した反応ガスが、ガスシャワーヘッド２を介して処理空間１０に供給される構成とすることには限られない。例えば処理容器１１の天板や側壁にノズルを設けると共に、このノズルとプラズマ生成室４０とを配管により接続し、当該ノズルから前記活性化した反応ガスが吐出される構成であってもよい。但し、均一性高くウエハＷに成膜を行う観点から、既述したように反応ガスはガスシャワーヘッドを介してウエハＷに供給されることが好ましい。
　また、既述の例では成膜処理中においてプラズマ生成室４０への反応ガスの供給及びプラズマの形成を継続して行っているが、例えば反応ガスを処理空間１０へ供給する必要が無いステップＳ１、Ｓ２、Ｓ４において僅かな時間の間、停止させてもよい。ただし、継続して行うことで既述したプラズマの着火の問題をより確実に解決することができるので好ましい。
＜他の適用＞
　なお、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更または組み合わせが行われてもよい。
Ｗ　　　　　　　　半導体ウエハ
１　　　　　　　　成膜装置
１０　　　　　　　処理空間
１１　　　　　　　処理容器
４０　　　　　　　プラズマ生成室
５　　　　　　　　プラズマ生成機構
６１　　　　　　　供給先変更用バルブ
６３　　　　　　　第１の排気機構

 

Claims (15)

  1. 基板が格納されると共に内部の処理空間が真空雰囲気となるように排気される処理容器を備え、第１の処理ガス、前記処理空間の雰囲気を置換するための置換ガス、プラズマにより活性化した第２の処理ガス、前記置換ガスの順番で各ガスを前記処理空間に供給するサイクルを複数回実施して前記基板に成膜する成膜装置において、
    前記第２の処理ガスを活性化するためのプラズマ生成機構を備えるプラズマ生成室と、
    前記プラズマ生成室を排気する排気機構と、
    前記第１の処理ガスを前記処理空間に供給するために前記処理容器に設けられる第１の流路と、
    下流端が前記処理空間に開放されると共に上流端が前記プラズマ生成室に接続されるように前記第１の流路に対して区画されて設けられ、バルブにより開閉されない第２の流路と、
    前記第１の流路、前記プラズマ生成室、前記置換ガスを前記処理空間に供給するための置換ガス用の流路に、前記第１の処理ガス、前記第２の処理ガス、前記置換ガスを夫々供給するガス供給機構と、
    前記プラズマ生成室と前記排気機構とを接続する排気路における任意の位置に設けられ、前記プラズマにより活性化した第２の処理ガスの供給先が前記排気路における前記位置の下流側と前記処理空間との間で切り替わるように、前記サイクルの繰り返しの実施中に開閉する供給先変更用バルブと、
    を備える成膜装置。
  2. 前記処理容器の天井部を構成するガスシャワーヘッドが設けられ、
    前記第１の流路は、前記処理空間に開口するように縦方向に形成された複数の第１の吐出孔と、前記各第１の吐出孔の上流側に設けられると共に当該各第１の吐出孔に共通の第１のガス拡散空間と、を備え、
    前記第２の流路は、前記処理空間に開口するように縦方向に形成された複数の第２の吐出孔と、前記各第２の吐出孔の上流側に設けられると共に当該各第２の吐出孔に共通の第２のガス拡散空間と、を備え、
    前記ガスシャワーヘッドに前記第１の吐出孔、前記第２の吐出孔、前記第１のガス拡散空間及び前記第２のガス拡散空間が設けられる請求項１記載の成膜装置。
  3. 前記プラズマ生成室は、前記ガスシャワーヘッドに積層されて設けられる請求項２記載の成膜装置。
  4. 前記第２の吐出孔は、下方に向うにつれて拡径される請求項２記載の成膜装置。
  5. 前記ガスシャワーヘッドには、前記第２の吐出孔を形成する壁面に開口し、当該第２の吐出孔内にガスを吐出する第３の吐出孔と、
    前記第３の吐出孔の上流側において前記第１の流路及び前記第２の流路に対して区画される第３の流路と、が設けられ、前記第１の流路に前記第１の処理ガスが供給される期間において、前記ガス供給機構は前記第２の吐出孔をシールするためのシール用ガスを前記第３の流路に供給する請求項２記載の成膜装置。
  6. 前記第３の吐出孔は、前記第２の吐出孔を形成する壁面における当該第３の吐出孔よりも下方の位置に向けて前記シール用ガスを吐出するように開口する請求項５記載の成膜装置。
  7. 前記シール用ガスは前記置換ガスとして兼用され、
    前記前記第３の流路は、前記置換ガス用の流路である請求項５記載の成膜装置。
  8. 前記置換ガス用の流路は前記第１の流路により構成され、
    前記供給先変更用バルブが開かれる期間において、前記第１の流路には、前記ガス供給機構から前記第１の処理ガス、前記置換ガスが順番に供給される請求項２記載の成膜装置。
  9. 前記第２のガス拡散空間には前記第２の吐出孔から当該第２のガス拡散空間へのガスの流入を防止するための規制部が、当該第２の拡散空間の下端から離れて設けられ、
    当該規制部は、平面視第２の吐出孔と重ならない位置に各々縦方向に形成された複数の貫通孔を備える請求項２記載の成膜装置。
  10. 前記プラズマにより活性化した第２の処理ガスに含まれるイオンの前記基板への供給を抑制するために、前記規制部の表面は誘電体により構成される請求項９記載の成膜装置。
  11. 前記プラズマ生成室は複数設けられ、
    当該各プラズマ生成室の上側に前記各プラズマ生成室に共通の排気空間が設けられ、
    前記排気路の上流側は当該排気空間に接続されている請求項１記載の成膜装置。
  12. 前記プラズマ生成室は複数設けられ、前記バルブは当該プラズマ生成室毎に設けられている請求項１記載の成膜装置。
  13. 前記プラズマ生成室は、環状の空間を形成する管体を備え、
    前記プラズマ生成機構は、前記管体の一部の壁部を囲む環状の磁性体と、
    高周波電源と、前記高周波電源から電力が供給されると共に前記磁性体に巻回されるコイルと、
    を備える請求項１記載の成膜装置。
  14. 前記プラズマ生成室は、誘電体により構成され、
    前記プラズマ生成機構は、
    高周波電源と、前記高周波電源から電力が供給されると共に前記プラズマ生成室に巻回されるコイルと、を備える請求項１記載の成膜装置。
  15. 第１の処理ガス、処理容器の内部の処理空間における雰囲気を置換するための置換ガス、プラズマにより活性化した第２の処理ガス、前記置換ガスの順番で各ガスを前記処理空間に供給するサイクルを複数回実施して、前記処理容器に格納された基板に成膜する成膜方法において、
    前記処理空間が真空雰囲気となるように排気する工程と、
    プラズマ生成機構を備えるプラズマ生成室において前記第２の処理ガスを活性化する工程と、
    排気機構により前記プラズマ生成室を排気する工程と、
    前記第１の処理ガスを前記処理空間に供給するために前記処理容器に設けられる第１の流路に、ガス供給機構より当該第１の処理ガスを供給する工程と、
    下流端が前記処理空間に開放されると共に上流端が前記プラズマ生成室に接続されるように前記第１の流路に対して区画されて設けられ、バルブにより開閉されない第２の流路に前記ガス供給機構より前記第２の処理ガスを供給する工程と、
    前記置換ガスを前記処理空間に供給するための置換ガス用の流路に前記ガス供給機構より前記置換ガスを供給する工程と、
    前記プラズマ生成室と前記排気機構とを接続する排気路における任意の位置に設けられる供給先変更用バルブを前記サイクルの繰り返しの実施中に開閉し、前記プラズマにより活性化した第２の処理ガスの供給先を前記排気路における前記位置の下流側と前記処理空間との間で切り替える工程と、
    を備える成膜方法。

     
PCT/JP2022/002936 2021-02-09 2022-01-26 成膜装置及び成膜方法 WO2022172757A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020237029292A KR20230133914A (ko) 2021-02-09 2022-01-26 성막 장치 및 성막 방법

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021019330A JP2022122171A (ja) 2021-02-09 2021-02-09 成膜装置及び成膜方法
JP2021-019330 2021-02-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022172757A1 true WO2022172757A1 (ja) 2022-08-18

Family

ID=82838703

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/002936 WO2022172757A1 (ja) 2021-02-09 2022-01-26 成膜装置及び成膜方法

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP2022122171A (ja)
KR (1) KR20230133914A (ja)
WO (1) WO2022172757A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2024030139A (ja) * 2022-08-23 2024-03-07 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理を行う装置、及びプラズマ処理を行う方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003273081A (ja) * 2002-03-14 2003-09-26 Shibaura Mechatronics Corp プラズマ処理装置
JP2005072371A (ja) * 2003-08-26 2005-03-17 Seiko Epson Corp プラズマ装置、薄膜の製造方法及び微細構造体の製造方法
JP2006052426A (ja) * 2004-08-10 2006-02-23 L'air Liquide Sa Pour L'etude & L'exploitation Des Procede S Georges Claude 窒化タンタル膜の形成方法
WO2011104803A1 (ja) * 2010-02-25 2011-09-01 シャープ株式会社 プラズマ生成装置
JP2020047640A (ja) * 2018-09-14 2020-03-26 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4651955B2 (ja) 2004-03-03 2011-03-16 東京エレクトロン株式会社 成膜方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003273081A (ja) * 2002-03-14 2003-09-26 Shibaura Mechatronics Corp プラズマ処理装置
JP2005072371A (ja) * 2003-08-26 2005-03-17 Seiko Epson Corp プラズマ装置、薄膜の製造方法及び微細構造体の製造方法
JP2006052426A (ja) * 2004-08-10 2006-02-23 L'air Liquide Sa Pour L'etude & L'exploitation Des Procede S Georges Claude 窒化タンタル膜の形成方法
WO2011104803A1 (ja) * 2010-02-25 2011-09-01 シャープ株式会社 プラズマ生成装置
JP2020047640A (ja) * 2018-09-14 2020-03-26 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022122171A (ja) 2022-08-22
KR20230133914A (ko) 2023-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4666912B2 (ja) プラズマで補強した原子層蒸着装置及びこれを利用した薄膜形成方法
US6820570B2 (en) Atomic layer deposition reactor
US9466524B2 (en) Method of depositing metals using high frequency plasma
WO2020017328A1 (ja) プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
WO2020022318A1 (ja) 成膜方法及び成膜装置
US20130263783A1 (en) Atomic layer deposition reactor
US7273526B2 (en) Thin-film deposition apparatus
KR101991574B1 (ko) 성막 장치, 및 그것에 이용하는 가스 토출 부재
US20070004186A1 (en) Film forming method
US20040026371A1 (en) Two-compartment chamber for sequential processing method
US20110039026A1 (en) Film deposition apparatus, film deposition method, and computer readable storage medium
US20060137608A1 (en) Atomic layer deposition apparatus
TW201216359A (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP2005089823A (ja) 成膜装置および成膜方法
KR100721504B1 (ko) 플라즈마 강화 원자층 증착 장치 및 이를 이용한 박막형성방법
US20160326651A1 (en) Substrate processing apparatus
WO2022172757A1 (ja) 成膜装置及び成膜方法
US6858085B1 (en) Two-compartment chamber for sequential processing
TW201437419A (zh) 薄膜沈積裝置與方法
US20240133031A1 (en) Film forming device and film forming method
WO2020246309A1 (ja) 基板処理方法及び基板処理装置
WO2022009746A1 (ja) 成膜装置及び成膜方法
WO2021199420A1 (ja) プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
JP2009152233A (ja) 半導体製造装置
JP2023116233A (ja) プラズマ処理を行う装置、及びプラズマ処理を行う方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22752586

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18275359

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20237029292

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1020237029292

Country of ref document: KR

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 22752586

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1