(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器と、前記反応容器内に設けられる基板保持手段と、前記基板保持手段を加熱する加熱手段と、前記基板保持手段に対向して配置され、前記反応容器内に反応ガスを供給する反応ガス供給手段とを備え、前記基板保持手段に配置された基板の表面に薄膜を形成するＣＶＤ装置において、
前記反応ガス供給手段の基板対向面に同心状に設けられた少なくとも２つの筒体を備え、前記反応ガス供給手段における前記各筒体の内側に位置する部分から前記反応ガスを供給することを特徴とするＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記反応ガス供給手段と前記基板保持手段に電力を供給する電力供給手段を設けたことを特徴とする請求項１記載のＣＶＤ装置。
【請求項３】
前記反応容器の上側と下側に配置された環状の磁石手段を設け、上側と下側の前記磁石手段の各々の対向する磁極部によってプラズマ空間を通る磁力線を生成したことを特徴とする請求項２記載のＣＶＤ装置。
【請求項４】
前記上側の環状磁石手段の中心部の位置に筒型磁石手段を設け、前記上側の環状磁石手段の反応容器側磁極部と前記筒型磁石手段の反応容器側磁極部との間にプラズマ空間を通る磁力線が生成されることを特徴とする請求項３記載のＣＶＤ装置。
【請求項５】
外側の前記筒体の周囲に配置されるコイルを設け、前記コイルに高周波電力を供給するようにしたことを特徴とする請求項１記載のＣＶＤ装置。
【請求項６】
前記基板保持手段に電力を供給する電力供給手段を設けたことを特徴とする請求項５記載のＣＶＤ装置。
【請求項７】
前記反応容器の上側と下側に環状の磁石手段を設け、上側と下側の前記磁石手段の各々の対向する磁極部によってプラズマ空間を通る磁力線を生成したことを特徴とする請求項５または６記載のＣＶＤ装置。
【請求項８】
前記上側の環状磁石手段の中心部の位置に筒型磁石手段を設け、前記上側の環状磁石手段の反応容器側磁極部と前記筒型磁石手段の反応容器側磁極部との間にプラズマ空間を通る磁力線が生成されることを特徴とする請求項７記載のＣＶＤ装置。
【請求項９】
前記基板保持手段と前記反応ガス供給手段との間隔を変化させるように、前記基板保持手段を移動するための可動手段を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のＣＶＤ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体装置製造工程で用いられるもので、化学反応に基づき気相成長を利用して薄膜を形成するＣＶＤ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の半導体装置製造の分野において素子の集積化と微細化はますます進んでいる。素子の微細化は、製造工程において新しい技術を要求する。例えば、微細ホール内への充分な膜の埋込、素子内の段差を軽減する工夫、および高電流密度を原因とした発熱やエレクトロマイグレーションによる断線の予防などの技術を要求する。かかる要求に応える新しい製造工程として、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）等の配線材料の下地膜であるＴｉやＴｉＮ等の成膜において、スパッタリング法に代わってＣＶＤ法（化学的気相成長法）が注目されている。タングステンに関しては、特にＷＦ６  （六沸化タングステン）ガスとＨ２  ガスを用いた熱ＣＶＤ法によるブランケットタングステン膜（以下Ｂ−Ｗ膜という）の形成が注目される。
【０００３】
上記のＣＶＤ法を使用すれば、ホール径０．５μｍ以下、アスペクト比２以上のホールにおいても充分な段差被覆性を得ることができ、素子内の平坦化やエレクトロマイグレーション防止の要求に応えることができる。
【０００４】
Ｂ−Ｗ膜ＣＶＤ装置の従来の基本構成を概説する。
【０００５】
反応容器内の上方位置に反応ガスを供給する反応ガス供給板が設けられ、基板を搭載する基板保持体が下方位置に設けられる。反応ガス供給板を介して供給された反応ガスによって基板表面に所望の薄膜が形成される。上記基板保持体はヒータにより加熱される。すなわち熱ＣＶＤ装置である。基板保持体の温度は内部に埋め込まれた熱電対によって測定され、その測定データはその後の温度制御に使用される。
【０００６】
基板保持体の中心部には差圧チャック排気部に接続される孔が設けられ、また基板保持体の基板配置面には上記孔に通じる差圧溝が形成される。基板を配置面に載置した後、孔および差圧溝を差圧チャック排気部で排気すると、基板の表と裏で生じる圧力の差によって基板は基板保持体上に固定される。なお差圧チャックの代わり静電チャックで基板を固定することも可能である。
【０００７】
また基板保持体の内部または周囲に設けられたスペース等を利用してＡｒ等のパージガスを供給する供給路を形成し、基板の下側または周囲に設けられた隙間からパージガスを吹出すことによって反応ガスの侵入を防ぎ、基板の裏面や基板保持体に成膜が生じるのを防止する。
【０００８】
上記のＢ−Ｗ膜ＣＶＤ装置における成膜に関する通常の成膜条件は、例えば、成膜初期の核生成段階として、反応ガスＷＦ６  は２〜１０ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４  は２〜１０ｓｃｃｍ、パージガスＡｒは１００〜５００ｓｃｃｍ、基板保持体の温度は４００〜５００℃、圧力０．５〜１０Ｔｏｒｒで成膜され、続いて、Ｈ２  の還元により厚膜が形成される成膜条件は、反応ガスＷＦ６  は１００〜２００ｓｃｃｍ、Ｈ２  は１０００〜２０００ｓｃｃｍ、パージガスＡｒは３００〜１０００ｓｃｃｍ、基板保持体の温度は４００〜５００℃、圧力は３０〜７０Ｔｏｒｒである。
【０００９】
またＣＶＤ装置の他の例としてのＴｉ膜ＣＶＤ装置の従来構成は、基本的には前述のＢ−Ｗ膜ＣＶＤ装置と同じであり、反応容器の内部に反応ガス供給板、基板保持体、パージガス供給路、基板保持体を加熱するヒータ、差圧チャック機構または静電チャック機構等を備える。Ｔｉ膜ＣＶＤ装置において、Ｂ−Ｗ膜ＣＶＤ装置と相違する点は、反応ガス供給板に電流導入端子より高周波電力が印加され、これにより反応ガス供給板と基板保持体の間にプラズマが生成されるように構成される点である。すなわち平行平板型プラズマＣＶＤ装置である。
【００１０】
かかるＴｉ膜ＣＶＤ装置の成膜に関する通常の成膜条件は、例えば、反応ガスＴｉＣｌ４  は１〜５０ｓｃｃｍ、Ｈ２  は２０〜２０００ｓｃｃｍ、パージガスＡｒは３００〜１０００ｓｃｃｍ、基板保持体の温度は４００〜６００℃、圧力は０．１〜１０Ｔｏｒｒ、高周波電力は１００〜６００Ｗである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来のＢ−Ｗ膜ＣＶＤ装置では、基板保持体が反応ガス供給板から離れているため、反応容器内に供給された反応ガスのうち基板に達しないで排気される反応ガスの割合が多い。このため反応ガス中に含まれるタングステンが基板上で成膜され膜となる割合、すなわち反応ガス利用効率が低いという問題点があった。
【００１２】
上記の問題を解決する１つの方法として、基板保持体と反応ガス供給板の間隔を狭くする方法がある。この解決方法によれば、反応ガス供給板が基板保持体の熱によって加熱され、その温度が上昇し、反応ガス供給板に成膜が生じる。基板以外の箇所に成膜が生じることは、パーティクルやダスト（塵）の発生の原因となり、歩留まりが低下するという問題を提起する。
【００１３】
反応ガス利用効率が低い問題を解決する他の方法として、基板および基板保持体を回転させる方法がある。しかし、この場合、回転に伴う周囲の反応ガス流れを安定にするための待ち時間（１０００ｒｐｍ  までに２０秒）を必要とし、これによって生産性が低減されるという問題を提起する。
【００１４】
また従来のＴｉ膜ＣＶＤ装置では、上記の問題に加え、基板保持体が反応ガス供給板から離れているため、プラズマ密度が低くなりやすいという問題を有する。このため、成膜速度が遅くなる。また未反応ガスや副生成物の膜中への残留が多くなるため、生産性が低くなり、歩留まりが低くなる。
【００１５】
従来のＴｉ膜ＣＶＤ装置の上記問題を解決する方法として、ＥＣＲ（電子エレクトロン共鳴）等の高密度プラズマ源を使用する方法があるが、装置が大型化するという問題を生じる。
【００１６】
本発明の第１の目的は、上記の問題を解決することにあり、反応ガス利用効率の高い成膜を行うことができ、高い生産性と高い歩留まりを有するＣＶＤ装置を提供することにある。
【００１７】
本発明の第２の目的は、さらに、装置を大型化することなく高い生産性と高い歩留まりを有するＣＶＤ装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明（請求項１）に係るＣＶＤ装置は、上記目的を達成するために、反応容器と、反応容器内に設けられる基板保持体と、基板保持体を加熱する加熱装置と、基板保持体に対向して配置され、反応容器内に反応ガスを供給する反応ガス供給板とを備え、基板保持体に配置された基板の表面に薄膜を形成する装置であり、反応ガス供給板の基板対向面に同心状に設けられた少なくとも２つの例えば円筒を備え、反応ガス供給板における各円筒の内側に位置する部分から反応ガスを供給するように構成される。
【００１９】
第２の本発明（請求項２）に係るＣＶＤ装置は、上記第１の発明において、反応ガス供給板と基板保持体に電力を供給する電力供給装置を設けるように構成される。
【００２０】
第３の本発明（請求項３）に係るＣＶＤ装置は、上記第２の発明において、反応容器の上側と下側に配置された環状の磁石を設け、上側と下側の各磁石の対向する磁極部によってプラズマ空間を通る磁力線を生成するように構成される。
【００２１】
第４の本発明（請求項４）に係るＣＶＤ装置は、上記第３の発明において、上側の環状の磁石の中心部の位置に筒型の他の磁石を設け、上側の環状磁石の反応容器側磁極部と前記筒型磁石の反応容器側磁極部との間にプラズマ空間を通る磁力線が生成されるように構成される。
【００２２】
第５の本発明（請求項５）に係るＣＶＤ装置は、上記第１の発明において、外側の円筒の周囲に配置されるコイルを設け、コイルに高周波電力を供給するように構成される。
【００２３】
第６の本発明（請求項６）に係るＣＶＤ装置は、上記第５の発明において、基板保持体に電力を供給する電力供給装置を設けるように構成される。
【００２４】
第７の本発明（請求項７）に係るＣＶＤ装置は、上記第５または第６の発明において、反応容器の上側と下側に環状の磁石を設け、上側と下側の各磁石の対向する磁極部によってプラズマ空間を通る磁力線を生成するように構成される。
【００２５】
第８の本発明（請求項８）に係るＣＶＤ装置は、上記第７の発明において、上側の環状磁石の中心部の位置に筒型磁石を設け、上側の環状磁石の反応容器側磁極部と筒型磁石の反応容器側磁極部との間にプラズマ空間を通る磁力線が生成されるように構成される。
【００２６】
第９の本発明（請求項９）に係るＣＶＤ装置は、上記第１〜第８の発明において、基板保持体と反応ガス供給板の間隔を変化させるように、基板保持体を移動するための可動装置（移動機構）を備えるように構成される。
【００２７】
【作用】
本発明では、ＣＶＤ装置において、基板保持体に対向して配置される反応ガス供給板の対向面に同心円状に設けた２つの円筒の各々の内部空間を利用して反応ガスを導入し、基板に対し反応ガスを誘導する。これによって、反応容器内に供給される反応ガスを効率よく利用する。
【００２８】
また本発明では、必要な電力が供給される反応ガス供給板と基板保持体の間に高い密度のプラズマが生成される。さらに、反応容器の上側部分および下側部分に配置された磁石によって当該プラズマ領域内に生成された磁力線で、プラズマ空間におけるプラズマ密度をさらに高める。
【００２９】
さらに本発明では、外側筒体の周囲に設けられ、高周波電流が供給されるコイルを利用してプラズマ空間におけるプラズマ密度をさらに高める。
【００３０】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
【００３１】
図１を参照して本発明に係るＣＶＤ装置の第１実施例を説明する。このＣＶＤ装置はＢ−Ｗ膜ＣＶＤ装置であり、本装置では、反応容器１１内の上方位置に反応ガス供給板１２が設けられ、下方位置に基板保持体１３が設けられる。基板保持体１３は例えばアルミニウムで形成され、基板保持体１３の上面に基板１５が配置される。基板保持体１３の平面形状は円形である。
【００３２】
反応ガス供給板１２の下面には所定位置に複数のガス吹出し孔１２ａが形成され、ガス供給管１４で供給された反応ガスがガス吹出し孔１２ａから吹出し、反応容器１１内に導入される。反応ガス供給板１２の下面は、基板保持体１３の上に配置された基板１５に対向している。反応ガス供給板１２の下面には同心円状に配置された径の小さい第１の円筒２０と、径の大きい第２の円筒２１が設けられる。円筒２０，２１の下端は基板１５の処理面の付近まで延設される。円筒２０，２１の軸方向の長さは図示例ではほぼ同じであるが、異ならせることも可能である。上記のガス吹出し孔１２ａは、図１および図２に示すように、反応ガス供給板１２の下面において円筒２０の内部の下面領域、および円筒２０と円筒２１の間の下面領域に設けられる。円筒２０内における反応ガス供給板１２の下面領域では全領域にガス吹出し孔１２ａが形成され、円筒２０と円筒２１の間における反応ガス供給板１２の下面領域では円筒２１の内周縁に沿った円環状領域にガス吹出し孔１２ａが形成される。反応ガス供給板１２で供給された反応ガスによって、基板１５の表面に所望の薄膜が形成される。反応容器１１内で生じた未反応ガスおよび副生成ガスは排気部１６によって排気される。
【００３３】
なお上記の孔１２ａは、直径が例えば０．５ｍｍ程度であり、例えば５ｍｍ程度のピッチで複数形成されている。
【００３４】
基板保持体１３の中心部には上下方向に貫通状態で形成された孔１７が設けられ、この孔１７は下方の差圧チャック排気部１８と連結される。差圧チャック排気部１８は、反応容器１１に付設された上記排気部１６とは別のものである。基板保持体１３の上面には、基板１５と接する部分に上記貫通孔１７と連結された差圧溝１９が設けられている。差圧溝１９は、径方向に向かう放射状の例えば８本の直線溝（図示せず）と、同心円状に配置された例えば２本の円周溝とからなる。差圧溝１９の深さは例えば１ｍｍ、幅は例えば１．５ｍｍである。基板１５が基板保持体１３の上面に載置された後に差圧溝１９を差圧チャック排気部１８によって真空に排気すると、基板１５の表面と差圧溝１９との間に圧力差が生じる。この圧力差によって、基板１５は基板保持体１３の上に固定される。この基板固定手段によれば、基板１５の成膜が行われる面に機械的な接触が直接的に行われず、基板１５の表面全面に成膜を行うことができる。通常、この固定方法は差圧チャックまたは真空チャックと呼ばれる。なお固定手段としては、静電チャック装置を用いることもできる。
【００３５】
上記の差圧溝１９の構造によって、基板１５を基板保持体１３に固定することができる。本実施例のＣＶＤ装置の構造によれば、基板１５の上面すなわち成膜面に対して直接に接触するものが存在しないために基板１５の表面の温度分布は、基板保持体１３の温度分布が均一ならば、基板１５と基板保持体１３の接触状態のみによって決定される。それ故に、基板１５が基板保持体１３上に均一に固定されるならば、基板１５は均一な温度分布を持つことになる。
【００３６】
反応容器１１の下壁１１ａには、内外二重の筒体２２が取り付けられる。筒体２２は基板保持体１３を支持する働きを有する。筒体２２の下部は閉じられ、上部には連結体２３が固設される。筒体２２の内側筒部２２ａは上記孔１７に通じる孔を形成し、筒体２２の下壁から外部に延設される。筒体２２の外側筒部２２ｂと内側筒部２２ａの間の空間にはパージガス導入部２４を介してパージガス（第１のパージガス）が供給される。上記連結体２３には、その中央部に上記の孔１７や内側筒部２２ａ内の孔に通じる孔２３ａが形成され、その周囲部に例えば１０本のパージガス供給路２５が形成される。
【００３７】
上記基板保持体１３は、連結体２３にネジ２６で固定され、上記筒体２２に取り付けられる。これによって基板保持体１３は、筒体２２に支持された状態で、反応容器１１の下側中央部に好ましくはほぼ水平状態で配置される。基板保持体１３と連結体２３と支持用筒体２２は一体的に形成される。この構造によって、差圧チャックを形成する孔１７等、バージガス供給路２５、反応容器１１の内部空間が互いに隔離される。なお、連結体２３と基板保持体１３との接触面には、パージガスが通路外に漏れるのを防止するためのシール材２７が設けられる。
【００３８】
基板保持体１３には、その表面に円形溝であるパージガス吹出し溝２８が形成され、さらにその内部に例えば１０本のパージガス通路２９が形成される。１０本のパージガス通路２９の各々は、連結体２３における対応するパージガス供給路２５と、基板保持体１３の上面に形成されたパージガス吹出し溝２８とを接続する。各パージガス通路２９は、パージガス導入部２４によって導入される第１のパージガスをパージガス吹出し溝２８に対して供給する。各パージガス通路２９は、好ましくは水平であって基板保持体１３の径方向を向いた径方向部と、好ましくは垂直であって基板保持体１３の軸方向を向いた軸方向部とによって形成される。各パージガス通路２９の径方向部は、等角度の間隔で放射状の位置に配置される。パージガス通路２９の径方向部は、図１中下側に位置して円形のパージガス吹出し溝２８の外壁面の半径よりも大きな長さを有する第１の径方向部と、図１中上側に位置してパージガス吹出し溝２８の外壁面にパージガス吐出口（出口部）が形成される第２の径方向部とがある。パージガス通路２９の形状は全体としてパージガス吹出し溝２８の半径よりも長くなるように径方向に延設され、かつその後に垂直な軸方向部を経由して基板保持体１３の中心部方向に折り返され、パージガス吹出し溝２８に対してその外側から接続される。
【００３９】
基板保持体１３内に形成されるパージガス通路２９は、実際には、それを形成する径方向部と軸方向部のそれぞれを個別に、基板保持体１３の外表面から孔を開け、それぞれを接続することによって作製される。径方向部と軸方向部の各孔を作製した後に、当該孔の開口部は栓を埋めることにより閉じられる。
【００４０】
また基板保持体１３の上面では、バージガス吹出し溝２８の内側に位置する表面すなわち基板配置面と、バージガス吹出し溝２８の外側に位置する表面との間に段差が設けられる。この段差は、例えば０．２ｍｍである。この段差が設けられることによって、基板１５を基板配置面に配置したとき、基板１５と基板保持体１３の間にパージガスを吹出すための隙間３０が形成される。
【００４１】
また反応容器１１の外面には、反応容器１１を冷却するための複数の水冷通路３１が設けられる。さらに基板保持体１３の周囲にシールド部材３２が配置される。このシールド部材３２は、基板保持体１３の側部周囲に位置する円筒部３２ａと、基板保持体１３の上面の基板周囲の面を被うリング板部３２ｂとからなる。シールド部材３２の円筒部３２ａは、反応容器１１の下壁１１ａに固定される。リング板部３２ｂと基板保持体１３との間の隙間は、室温では１mm程度の隙間として形成される。しかし、成膜温度のときには基板保持体１３が熱膨脹し、当該隙間は０．２mm程度になり、基板１５と基板保持体１３の間に形成される上記隙間３０とほぼ等しい隙間となる。従ってリング板部３２ｂの内周縁と基板１５の外周縁はほぼ同じ高さの位置に存在し、かつそれらの間に例えば１mm程度の隙間３３が形成される。シールド部材３２と基板保持体１３とによって、パージガス導入部１３４で導入される第２のパージガスを流す供給路が形成される。
【００４２】
第２のパージガスは、主に基板保持体１３への成膜を防ぐためのものであり、リング板部３２ｂを設け、このリング板部３２ｂと基板保持体１３との間に形成される隙間、およびリング板部３２ｂの内周縁と基板１５の外周縁との間の隙間３３を通して第２のパージガスを吹出すようにしている。
【００４３】
上記第２のパージガスは、基板保持体１３のパージガス通路２９およびパージガス吹出し溝２８を通して供給される第１のパージガスと、隙間３３付近で合流し、反応容器１１の内部に吹出る。この場合において、隙間３３の形成位置、第１および第２のパージガスの吹出し方向および合流作用によって、第２のパージガスは基板保持体１３の表面または基板１５に対してほぼ直角に吹出すことになる。第２のパージガスの吹出し作用によって、反応ガスが、基板保持体１３とリング板部３２ｂの間の隙間に侵入するのを防止することができる。さらに詳しくは、上方から隙間３３付近への反応ガスは、合流したパージガスによって濃度が薄められ、基板１５の裏面への反応ガスの侵入は隙間３０から吹出る第１のパージガスによって防止され、基板保持体１３とリング板部３２ｂの間の隙間への反応ガスの侵入は第２のパージガスによって防止される。
【００４４】
基板保持体１３は、基板１５を支持すると共に伝導作用によって基板１５に必要な熱を与える。基板保持体１３は、基板保持体１３と反応容器１１の下壁１１ａとの間に配置されたリング型平板状のセラミックヒータ３４の輻射熱によって加熱される。セラミックヒータ３４が配置される場所は、反応容器１１内におけるパージガスが供給される通路の内部である。
【００４５】
セラミックヒータ３４は、少なくとも３つのセラミック製支持部３５の上に、セラミック製ネジ３６を用いて固定される。セラミックヒータ３４の上面にはカーボンコーティング部３７が設けられる。カーボンコーティング部３７に、外部からの通電線３８および配線固定ネジ３９を経由して電流を供給することにより発熱作用を生じる。通電線３８はシール部４０を介して配線される。セラミックヒータ３４と基板保持体１３が近接して配置されるため、加熱効率が非常に良好となる。セラミックヒータ３４の下側にはタンタル（Ｔａ）等で形成された反射板４１が配置される。
【００４６】
基板保持体１３の温度は、内部に埋め込まれた熱電対４２によって測定され、その測定データは、その後、図示しない加熱制御系によって基板保持体１３の温度制御に使用される。
【００４７】
上記第１の円筒２０の寸法は例えば外径２８ｍｍ、長さ３６ｍｍ、厚さ１．５ｍｍであり、第２の円筒２１の寸法は例えば外径１５０ｍｍ、長さ３６ｍｍ、厚さ２ｍｍである。また各円筒２０，２１の下端と基板１５の表面との間隔はできるだけ小さいことが望ましいが、好ましくは例えば１５ｍｍである。当該間隔は、基板を基板保持体１３の上に配置する搬送系のアームを入れるため最小限必要な間隔である。上記寸法を有する円筒２０，２１に関し、円筒２０と円筒２１の間における反応ガス供給板１２の下面領域に形成されるガス吹出し孔１２ａが形成される領域は、反応ガス供給板１２の中心から６０〜７５ｍｍの距離を有する、円筒２１の内周縁に沿った円環状領域である。反応ガス供給板１２の基板対向面において上記のような形状の円筒２０，２１を設け、かつ円筒２０，２１の内部の所定の位置から反応ガスが供給されるようにガス吹出し孔１２ａを設けることによって、反応ガス供給板１２から出た反応ガスを基板１５の近くに集中させて導入できるようにしたため、これによって反応ガスの利用効率を向上することができる。なお円筒２０，２１については円筒の代わりに、同一の位置関係にある円形以外の他の形状の２つの筒体を用いることが可能である。
【００４８】
成膜は、セラミックヒータ３４で所定温度に保持された基板保持体１３上に直径が例えば１５０ｍｍの基板１５を差圧チャックによって固定した後、反応ガス供給板１２より反応ガスを導入して行われる。未反応ガスおよび副生成ガスは排気部１６より排気される。また成膜時に基板１５の裏面や基板保持体１３等の成膜を行わないように、第１および第２のパージガスを導入する。
【００４９】
上記実施例によるＣＶＤ装置の通常の成膜条件は、例えば、基板初期核形成の段階として、反応ガスＷＦ6は２〜１０sccm、ＳｉＨ4は２〜１０sccm、パージガス（Ａｒ）が１００〜５００sccm、基板保持体１３の温度は４００〜５００℃、圧力は０．５〜１０Torrであり、Ｈ2還元により厚膜が形成される段階として、反応ガスＷＦ6は５０〜２００sccm、Ｈ2は５００〜２０００sccm、パージガスは３００〜１０００sccm、基板保持体１３の温度は４００〜５００℃、圧力は３０〜７０Torrである。
【００５０】
本実施例では、特に、ＷＦ６  が５０ｓｃｃｍ、Ｈ２  が１０００ｓｃｃｍ、基板保持体温度が４４０℃、圧力が４０Ｔｏｒｒの条件で成膜を行い、成膜速度が０．５μｍ／分、基板面内分布（測定領域１４０ｍｍφ）の標準偏差が±２．７％という良好な結果を得ることができた。
【００５１】
一方、従来の同様なＣＶＤ装置では、ＷＦ6が１００sccm、Ｈ2が１０００sccm、基板保持体温度が４４０℃、圧力が４０Torrの条件で成膜を行うと、基板面内分布（測定領域１４０mmφ）の標準偏差が±９％という結果が得られた。
【００５２】
本実施例によるＣＶＤ装置では反応ガス利用効率は４２％となり、従来装置の反応ガス利用効率１３％に比較すると、大幅に改善することができた。
【００５３】
上記第１実施例の変形例として、第１実施例の上記構成に加え、図５に示すように基板保持体１３を上下に移動できるようにした移動機構（可動機構）を設けることもできる。この移動機構では、反応容器１１の下壁１１ａに形成された孔に筒体２２を密閉シールリング８１を介して回転自在および軸方向に移動自在に設けると共に、その外面に雄ネジ部８２を形成し、一方、反応容器１１の下壁１１ａの外側に雌ネジ部８３を備えた支持部材８４が取り付けられる。筒体２２の雄ネジ部８２と支持部材８４の雌ネジ部８３とはネジ結合された状態にある。また筒体２２の下部に設けられたギヤ８５は、モータ８６の出力軸に設けられたギヤ８７と噛み合った状態に設けられる。なお図５中、セラミックヒータ等の図示は省略されている。かかる移動機構において、モータ８６を回転駆動すると、上記のネジ結合部によって筒体２２が回転しながら上下動し、こうして基板保持体１３の上下動が行われる。かかる移動機構によって基板１５の表面と円筒２０，２１の先端との間隔を例えば１ｍｍとし、上記と同様な成膜を行った。この結果、成膜速度が０．７μｍ／分、基板面内分布（測定領域１４０ｍｍφ）の標準偏差が±２．５％という良好な結果が得られた。また反応ガス利用効率は６０％であった。
【００５４】
なお上記実施例ではＢ−Ｗ膜ＣＶＤ装置の例を説明したが、他のＣＶＤ装置、例えば、ＴｉＮ、Ｃｕ、Ａｌ等のＣＶＤ装置にも適用できる。
【００５５】
また上記実施例の他の効果として、基板保持体１３の側から供給されるパージガスが基板１５の表面に達するのを外側の円筒２１で抑制することによって、基板周辺での成膜レート低下を押えることができ、これにより良好な基板面内分布を得ることができる。
【００５６】
次に図３を参照して本発明に係るＣＶＤ装置の第２実施例について説明する。この実施例では、平行平板型のＴｉ膜プラズマＣＶＤ装置を示す。図３において、図１に示した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。以下、第１実施例の装置と相違する第２実施例の特徴的な構成、作用、効果を説明する。
【００５７】
反応ガス供給板１２には、反応容器１１の上壁に設けられた電流導入端子５１を経由して挿入される通電線５２が接続される。通電線５２の外側の端部は高周波電源に接続される。通電線５２は、反応ガス供給板１２と基板１５との間に高い密度のプラズマを生成するための高周波電流を供給する。
【００５８】
反応容器１１の上壁の外側には、例えば外径が１５５ｍｍで内径が１３５ｍｍの円環状の磁石５３と、例えば外径が２０ｍｍの円筒状磁石５４が設けられる。磁石５３の下面はＮ極、磁石５４の下面はＳ極となっている。また反応容器１１の下壁には、例えば外径１５５ｍｍ、内径１４５ｍｍの円環状で上面がＳ極の磁石５５が設けられる。これらの磁石５３，５４，５５における対向するまたは近接する磁極部によって生成される磁束（磁力線）は、前述のプラズマ中を通り、プラズマ密度を高めるように形成される。かかる構成によって、プラズマ中の電子が、生成された磁力線に沿って螺旋運動を行うために、磁場がなく電子が直進する場合に比較して、電子の走行距離が長くなり、プラズマ中の電子と衝突する頻度が増すので、反応ガス供給板１２と基板１５との間のプラズマの密度がいっそう高くなり、基板１５の表面での成膜速度が向上する。
【００５９】
また第２実施例のＣＶＤ装置では、基板保持体１３に載置される基板１５を固定するための手段として静電チャックが使用される。従って、第１実施例のごとく基板保持体１３に貫通孔１７は形成されず、差圧チャック排気部１８は設けられない。基板保持体１３を支持するための筒体５６は、二重構造ではない単純な筒体であり、第１のパージガスを導入するためのパージガス導入部２４が設けられる。さらに基板保持体１３の周囲に配置されるシールド部材５７は、反応容器１１の下壁に絶縁体５８を介して設けられ、その周囲にさらにリング部材５９が設けられる。
【００６０】
また基板保持体１３およびシールド部材５７には、反応容器１１の下壁に設けられた電流導入端子６２を経由して挿入される通電線６１が接続される。通電線６１の外側端子は高周波電源に接続される。通電線６１は、基板１５およびシールド部材５７にバイアスを加えるためのものである。通電線５２によって反応ガス供給板１２に高周波電流を供給し、通電線６１によって基板１５とシールド部材５７にバイアスを加えるという構成によって、反応ガス供給板１２と基板１５との間に高い密度のプラズマが生成される。
【００６１】
上記のごとく反応ガス供給板１２と基板保持体１３等の各々に所要の電力を供給することによって高密度のプラズマを発生させることができ、さらに磁石５３，５４，５５を所定位置に設けることによってプラズマの密度をいっそう高めることができる。
【００６２】
なお図３中では基板保持体１３を加熱するための加熱装置、および水冷通路の図示が省略される。その他の構成は、前述した第１実施例による装置の構成と同じである。加熱装置は基板保持体１３の内部に設けることもできる。特に、反応ガス供給板１２の下面に同心円状に配置された第１と第２の円筒２０，２１を設け、円筒２０の内部、および円筒２０と円筒２１の間に反応ガス吹出し孔１２ａを設けるようにした構成は、第１実施例と同様に第２実施例の特徴でもある。
【００６３】
成膜を行う工程は前述の第１実施例と基本的に同じである。上記第２実施例によるＣＶＤ装置の通常の成膜条件は、例えば反応ガスＴｉＣｌ4は１〜５０sccm、Ｈ2は２０〜２０００sccm、パージガス（Ａｒ）が３００〜１０００sccm、基板保持体１３の温度は４００〜６００℃、圧力は０．１〜１０Torrである。また反応ガス供給板１２に周波数６０ＭＨｚ、電力１００〜６００Ｗを供給する。周波数を６０ＭＨｚと高くしたため、電子の振幅が小さくなり、反応容器の壁部に衝突して電子が消失することが少なくなり、この結果、電子が消失するまでにプラズマ中の原子と衝突する頻度が増し、プラズマ密度が高くなり、成膜速度が向上する。また基板保持体１３には周波数１３．５６ＭＨｚ、電力１０〜２００Ｗを供給する。反応ガス供給板１２と基板保持体１３への電力供給は逆に接続することも、あるいは片方に電力を供給せず、接地することも可能である。
【００６４】
本実施例では、特に、ＴｉＣｌ４  が２ｓｃｃｍ、Ｈ２  が６０ｓｃｃｍ、基板保持体温度が６００℃、圧力が１Ｔｏｒｒ、反応ガス供給板１２への高周波周波数６０ＭＨｚ、電力６００Ｗ、基板保持体１３は接地の条件で成膜を行い、成膜速度が１０ｎｍ／分が得られた。
【００６５】
一方、従来のＴｉ膜ＣＶＤ装置では、ＴｉＣｌ４  が２ｓｃｃｍ、Ｈ２  が６０ｓｃｃｍ、基板保持体温度が６００℃、圧力が１Ｔｏｒｒ、反応ガス供給板１３への高周波周波数１３．５６ＭＨｚ、電力６００Ｗの条件で２時間成膜を行ったが、成膜を観測することができなかった。
【００６６】
上記第２実施例においても、第１実施例と同様に、移動機構によって基板保持体を上下し、基板１５の表面と円筒２０，２１の先端との間隔を変えるようにすることもできる。当該間隔を１ｍｍとすることにより、成膜速度１５ｎｍ／分を得ることができた。
【００６７】
次に、図４を参照して本発明に係るＴｉ膜ＣＶＤ装置の第３実施例について説明する。この実施例によるＣＶＤ装置は、第２実施例によるＣＶＤ装置の構成を変形したもので誘導結合型のプラズマＣＶＤ装置である。図４において、図１または図３に示した要素と実質的に同一要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００６８】
本実施例によるＣＶＤ装置では、反応ガス供給板１２と基板保持体１３の間に生成されるプラズマを高密度にするため、第２の円筒２１の周囲にコイル７１を複数巻きで巻き付けるようにした。このコイル７１は反応容器１１の上壁に設けられた電流導入端子７２，７３を介して外部に引き出される。なお第２実施例に示したように、反応ガス供給板１２に電流を与えるための構成部分は設けられない。その他の構成および作用は、第２実施例で説明したものと同じである。
【００６９】
コイル７１の巻き数は任意であって、一巻きであっても構わない。
【００７０】
成膜の工程では、基本的に第２実施例で説明されたものと同じである。相違する点は、コイル７１に、例えば、周波数１３．５６ＭＨｚ、電力１００〜６００Ｗを供給する点である。
【００７１】
本実施例では、特に、ＴｉＣｌ４  が２ｓｃｃｍ、Ｈ２  が６０ｓｃｃｍ、基板保持体温度が６００℃、圧力が０．５Ｔｏｒｒ、コイル７１への高周波電力６００Ｗ、基板保持体１３は接地の条件で成膜を行い、成膜速度が１０ｎｍ／分が得られた。
【００７２】
一方、従来のＴｉ膜ＣＶＤ装置では、ＴｉＣｌ４  が２ｓｃｃｍ、Ｈ２  が６０ｓｃｃｍ、基板保持体温度が６００℃、圧力が０．５Ｔｏｒｒ、反応ガス供給板１２の高周波周波数１３．５６ＭＨｚ、電力６００Ｗの条件で２時間成膜を行ったが、成膜を観測することができなかった。
【００７３】
上記第３実施例においても、第１実施例と同様に、移動機構によって基板保持体を上下し、基板１５の表面と円筒２０，２１の先端との間隔を変えるようにすることもできる。当該間隔を１ｍｍとすることにより、成膜速度１５ｎｍ／分を得ることができた。
【００７４】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、次の効果を奏する。
【００７５】
反応ガス供給板と、これに対向して配置される基板を保持する基板保持体を備えたＣＶＤ装置において、反応ガス供給板の基板対向面に同心円状に配置された内外二重の筒体を設けるようにし、この２つの筒体の内部空間を利用して反応ガスを誘導し、基板に対して導入するようにしたため、反応ガスを効率よく利用することができ、反応ガスの利用効率が高いＣＶＤ成膜を行うことができ、ＣＶＤ装置において高い生産性と高い歩留まりを達成することができる。
【００７６】
筒体と基板との間の間隔を変えるための構成を設けるようにしたため、最適な間隔を設定することができ、反応ガスの利用効率をＣＶＤ装置ごとに対応して最適なものにすることができる。
【００７７】
反応ガス供給板と基板保持体に所要の電力を供給することにより、高い密度のプラズマを生成することができ、高い生産性と高い歩留まりのＣＶＤ装置を実現することができる。さらに反応容器の上側部分および下側部分に所定形状の任意の個数の磁石を配置することにより反応容器内のプラズマ空間を通る磁力線を形成し、これによってプラズマ密度をさらに高めることができ、生産性と歩留まりを高めることができる。
【００７８】
また反応ガス供給板と基板対向面に設けられた外側筒体の周囲にコイルを設け、これに高周波電流を流すことにより生成されるプラズマの密度をさらに高めることができる。また基板保持体に所要の電力を供給する構造、あるいは反応容器の上側部分および下側部分に所定形状の任意の個数の磁石を配置する構造と組み合わせることにより、プラズマ密度をいっそう高めることができ、高い生産性と高い歩留まりのＣＶＤ装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＣＶＤ装置の第１実施例を説明するための縦断面図である。
【図２】図１中の反応ガス供給板の下面図である。
【図３】本発明に係るＣＶＤ装置の第２実施例を説明するための縦断面図である。
【図４】本発明に係るＣＶＤ装置の第３実施例を説明するための縦断面図である。
【図５】筒体を上下動させる移動機構の一例を示す一部断面側面図である。
【符号の説明】
１１                                    反応容器
１２                                    反応ガス供給板
１３                                    基板保持体
１５                                    基板
２０，２１                        円筒
１２ａ                                ガス吹出し孔
５３，５４，５５            磁石
７１                                    コイル
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図３】
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【図４】
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