(57)【要約】【課題】  後処理の工程を経ることなくＣｌの影響をなくして不純物層等が形成されることがない薄膜作製装置とする。【解決手段】  Ｃｕの薄膜を形成した後、Ｃｌ2 ガス２１の供給を停止すると共に、ガスノズル１８からＡｒガス２２を供給してＡｒ*を発生させ、基板３にＣｕ成分が成膜された後に残留するＣｌ*とＡｒ*とが置換される。これにより残留するＣｌ*が再反応してコンタミ層の形成やパーティクルの形成を抑えてＣｕ層の表面を清浄に保ち、被エッチング部材１１の表面を清浄に保つ。【選択図】        図１
2006009106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
還元ガスのラジカルによる還元作用により基板の表面に処理が施される表面処理装置において、
基板の表面に処理を施した後に不活性ガスのラジカルを生じさせ、不活性ガス成分と還元ガス成分とを置換し、基板の処理表面への還元ガス成分の影響を抑制して基板の処理表面を清浄にする処理表面清浄化手段
を備えたことを特徴とする表面処理装置。
【請求項２】
基板が収容されるチャンバと、
チャンバの内部に材料ガスを供給する材料ガス供給手段と、
チャンバの内部をプラズマ化して材料ガスプラズマを発生させ、基板の表面に還元作用により材料ガスの成分を析出させて薄膜を作製するプラズマ発生手段と、
薄膜を作製した後にチャンバの内部に不活性ガスを供給するガス供給手段と、
チャンバの内部をプラズマ化して不活性ガスプラズマを発生させ、還元反応で発生した還元ガス成分と不活性ガス成分を置換し、成膜表面への還元ガス成分の影響を抑制して成膜表面を清浄にする処理表面清浄化手段と
を備えたことを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項３】
基板が収容されるチャンバと、
基板が対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、
チャンバの内部にハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、
基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くすることにより前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段と、
金属成分を成膜させた後にチャンバの内部に不活性ガスを供給するガス供給手段と、
チャンバの内部をプラズマ化して不活性ガスプラズマを発生させ、原料ガス成分と不活性ガス成分を置換し、成膜表面への原料ガス成分の影響を抑制して成膜表面を清浄にする処理表面清浄化手段と
を備えたことを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項４】
請求項２もしくは請求項３のいずれか一項に記載の薄膜作製装置において、
ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスである
ことを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項５】
還元ガスのラジカルによる還元作用により基板の表面に処理が施される表面処理方法において、基板の表面に処理を施した後に不活性ガスのラジカルを生じさせ、不活性ガス成分と還元ガス成分とを置換し、基板の処理表面への還元ガス成分の影響を抑制して基板の処理表面を清浄にすることを特徴とする表面処理方法。
【請求項６】
基板が収容されたチャンバ内に材料ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して材料ガスプラズマを発生させ、基板の表面に還元作用により材料ガスの成分を析出させて薄膜を作製し、薄膜を作製した後にチャンバの内部に不活性ガスプラズマを発生させて還元反応で発生した還元ガス成分と不活性ガス成分を置換し、成膜表面への還元ガス成分の影響を抑制して成膜表面を清浄にすることを特徴とする薄膜作製方法。
【請求項７】
基板と金属製の被エッチング部材が備えられたチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給し、
チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、
基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くすることにより前駆体の金属成分を基板に成膜させ、
金属成分を成膜させた後にチャンバの内部に不活性ガスを供給し、
チャンバの内部をプラズマ化して不活性ガスプラズマを発生させ、原料ガス成分と不活性ガス成分を置換し、成膜表面への原料ガス成分の影響を抑制して成膜表面を清浄にする
ことを特徴とする薄膜作製方法。
【請求項８】
請求項７に記載の薄膜作製方法において、
前駆体の金属成分の基板への成膜終了時にハロゲンを含有する原料ガスの供給を漸減すると同時に、原料ガスの漸減開始時に不活性ガスの供給を漸増して開始し、チャンバ内のプラズマの発生を連続させることを特徴とする薄膜作製方法。
【請求項９】
請求項７に記載の薄膜作製方法において、
不活性ガスの成分を金属膜の金属結晶に作用させて柱状界面を乱すようにしたことを特徴とする薄膜作製方法。
【請求項１０】
請求項５乃至請求項９のいずれか一項に記載の薄膜作製方法において、
ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスである
ことを特徴とする薄膜作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の表面に金属薄膜を作製する際の表面処理装置及び表面処理方法に関する。
また、本発明は、基板の表面に金属薄膜を作製する薄膜作製装置及び薄膜作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体等の製造においては、プラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)装置を用いた成膜が知られている。プラズマＣＶＤ装置とは、チャンバ内に導入した膜の材料となる有機金属錯体等のガスを、高周波アンテナから入射する高周波によりプラズマ状態にし、プラズマ中の活性な励起原子によって基板表面の化学的な反応を促進して金属薄膜等を成膜する装置である。
【０００３】
これに対し、本発明者等は、高蒸気圧ハロゲン化物を作る金属成分であって、成膜を望む金属成分からなる被エッチング部材をチャンバに設置し、前記被エッチング部材をハロゲンガスのプラズマによりエッチングすることで金属成分のハロゲン化物である前駆体を生成させるとともに、前駆体の金属成分のみを基板上に成膜するプラズマＣＶＤ装置（以下、新方式のプラズマＣＶＤ装置という）および成膜方法を開発した（例えば、下記、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１４７５３４号公報
【０００５】
上記新方式のプラズマＣＶＤ装置では、成膜される金属源となる被エッチング部材の温度に対して基板の温度が低くなるように制御して基板に当該金属膜を成膜している。例えば、被エッチング部材の金属をＭ、ハロゲンガスをＣｌ2とした場合、被エッチング部材を高温（例えば３００°Ｃ〜７００°Ｃ）に、また基板を低温（例えば２００°Ｃ程度）に制御することにより、前記基板にＭ薄膜を形成することができる。これは、次のような反応によるものと考えられる。
【０００６】
１）プラズマの解離反応；Ｃｌ2→２Ｃｌ*
２）エッチング反応；Ｍ＋Ｃｌ*→ＭＣｌ（ｇ）
３）基板への吸着反応；ＭＣｌ（ｇ）→ＭＣｌ（ａｄ）
４）成膜反応；ＭＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ* →Ｍ＋Ｃｌ2↑
ここで、Ｃｌ*はＣｌのラジカルであることを、（ｇ）はガス状態であることを、（ａｄ）は吸着状態であることをそれぞれ表している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記新方式のＣＶＤ装置においては、不純物の少ない金属薄膜を均一にしかも高速に作製することができる。新方式のＣＶＤ装置では、基板にＭ薄膜を形成した後プラズマを停止させてＭ薄膜が形成された基板を搬出すると共に新たな基板を搬入するようにしている。プラズマを停止させた直後はＣｌ2ガスが残留しているため、基板の温度が低下しきらない状態でＣｌ*と金属Ｍが再反応(塩化)して不純物層（コンタミ層）が形成されていた。また、残留するＣｌ2ガスにより微粒子の汚染物質（パーティクル）が発生し基板の表面に付着することが生じていた。このため、Ｍ薄膜が形成された基板は後処理工程によりコンタミ層やパーティクルを除去していた。従って、後処理のための装置が必要となり後処理工程のためのコストが嵩んでいるのが現状であった。
【０００８】
このような問題は、還元ガスプラズマによって還元作用により基板の表面に所望の薄膜を作製するときにも発生している問題である。
【０００９】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、還元成分の影響をなくして不純物層等が形成されることがない表面処理装置及び表面処理方法を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、後処理の工程を経ることなく還元成分の影響をなくして不純物層等が形成されることがない薄膜作製装置及び薄膜作製方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の表面処理装置は、
還元ガスのラジカルによる還元作用により基板の表面に処理が施される表面処理装置において、
基板の表面に処理を施した後に不活性ガスのラジカルを生じさせ、不活性ガス成分と還元ガス成分とを置換し、基板の処理表面への還元ガス成分の影響を抑制して基板の処理表面を清浄にする処理表面清浄化手段
を備えたことを特徴とする。
【００１２】
上記目的を達成するための請求項２に係る本発明の薄膜作製装置は、
基板が収容されるチャンバと、
チャンバの内部に材料ガスを供給する材料ガス供給手段と、
チャンバの内部をプラズマ化して材料ガスプラズマを発生させ、基板の表面に還元作用により材料ガスの成分を析出させて薄膜を作製するプラズマ発生手段と、
薄膜を作製した後にチャンバの内部に不活性ガスを供給するガス供給手段と、
チャンバの内部をプラズマ化して不活性ガスプラズマを発生させ、還元反応で発生した還元ガス成分と不活性ガス成分を置換し、成膜表面への還元ガス成分の影響を抑制して成膜表面を清浄にする処理表面清浄化手段と
を備えたことを特徴とする。
【００１３】
上記目的を達成するための請求項３に係る本発明の薄膜作製装置は、
基板が収容されるチャンバと、
基板が対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、
チャンバの内部にハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、
基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くすることにより前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段と、
金属成分を成膜させた後にチャンバの内部に不活性ガスを供給するガス供給手段と、
チャンバの内部をプラズマ化して不活性ガスプラズマを発生させ、原料ガス成分と不活性ガス成分を置換し、成膜表面への原料ガス成分の影響を抑制して成膜表面を清浄にする処理表面清浄化手段と
を備えたことを特徴とする。
【００１４】
そして、請求項４の薄膜作製装置は、
請求項２もしくは請求項３のいずれか一項に記載の薄膜作製装置において、
ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスである
ことを特徴とする。
【００１５】
上記目的を達成するための請求項５に係る本発明の表面処理方法は、
還元ガスのラジカルによる還元作用により基板の表面に処理が施される表面処理方法において、基板の表面に処理を施した後に不活性ガスのラジカルを生じさせ、不活性ガス成分と還元ガス成分とを置換し、基板の処理表面への還元ガス成分の影響を抑制して基板の処理表面を清浄にすることを特徴とする。
【００１６】
上記目的を達成するための請求項６に係る本発明の薄膜作製方法は、
基板が収容されたチャンバ内に材料ガスを供給し、チャンバの内部をプラズマ化して材料ガスプラズマを発生させ、基板の表面に還元作用により材料ガスの成分を析出させて薄膜を作製し、薄膜を作製した後にチャンバの内部に不活性ガスプラズマを発生させて還元反応で発生した還元ガス成分と不活性ガス成分を置換し、成膜表面への還元ガス成分の影響を抑制して成膜表面を清浄にすることを特徴とする。
【００１７】
上記目的を達成するための請求項７に係る本発明の薄膜作製方法は、
基板と金属製の被エッチング部材が備えられたチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給し、
チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、
基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くすることにより前駆体の金属成分を基板に成膜させ、
金属成分を成膜させた後にチャンバの内部に不活性ガスを供給し、
チャンバの内部をプラズマ化して不活性ガスプラズマを発生させ、原料ガス成分と不活性ガス成分を置換し、成膜表面への原料ガス成分の影響を抑制して成膜表面を清浄にする
ことを特徴とする。
【００１８】
そして、請求項８の薄膜作製方法は、
請求項７に記載の薄膜作製方法において、
前駆体の金属成分の基板への成膜終了時にハロゲンを含有する原料ガスの供給を漸減すると同時に、原料ガスの漸減開始時に不活性ガスの供給を漸増して開始し、チャンバ内のプラズマの発生を連続させることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項９の薄膜作製方法は、
請求項７に記載の薄膜作製方法において、
不活性ガスの成分を金属膜の金属結晶に作用させて柱状界面を乱すようにしたことを特徴とする。
【００２０】
そして、請求項１０の薄膜作製方法は、
請求項５乃至請求項９のいずれか一項に記載の薄膜作製方法において、
ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスである
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の本発明では、還元ガス成分が不活性ガス成分に置換され、残留する還元ガス成分によるコンタミ層の形成やパーティクルの形成を防止することができる。このため、還元成分の影響をなくして不純物層等が形成されることがない表面処理装置とすることが可能になる。
【００２２】
請求項２の本発明では、成膜の終了時に還元ガス成分が不活性ガス成分に置換され、不安定状態の際に残留する還元ガス成分によるコンタミ層の形成やパーティクルの形成を防止することができる。このため、後処理の工程を経ることなく還元成分の影響をなくして不純物層等が形成されることがない薄膜作製装置とすることが可能になる。
【００２３】
請求項３の本発明では、成膜の終了時に還元ガス成分が不活性ガス成分に置換され、不安定状態の際に残留する還元ガス成分によるコンタミ層の形成やパーティクルの形成を防止することができる。このため、均一にしかも高速に薄膜が作製でき、後処理の工程を経ることなく還元成分の影響をなくして不純物層等が形成されることがない薄膜作製装置とすることが可能になる。
【００２４】
請求項４の本発明では、ハロゲンガスを含有する原料ガスとして塩素を含有するガスを適用したので、安価な塩素ガスを用いて後処理の工程を経ることなく還元成分の影響をなくして不純物層等が形成されることがない薄膜作製装置とすることが可能になる。
【００２５】
請求項５の本発明では、還元ガス成分が不活性ガス成分に置換され、残留する還元ガス成分によるコンタミ層の形成やパーティクルの形成を防止することができる。このため、還元成分の影響をなくして不純物層等が形成されることがない表面処理方法とすることが可能になる。
【００２６】
請求項６の本発明では、成膜の終了時に還元ガス成分が不活性ガス成分に置換され、不安定状態の際に残留する還元ガス成分によるコンタミ層の形成やパーティクルの形成を防止することができる。このため、後処理の工程を経ることなく還元成分の影響をなくして不純物層等が形成されることがない薄膜作製方法とすることが可能になる。
【００２７】
請求項７の本発明では、成膜の終了時に還元ガス成分が不活性ガス成分に置換され、不安定状態の際に残留する還元ガス成分によるコンタミ層の形成やパーティクルの形成を防止することができる。このため、均一にしかも高速に薄膜が作製でき、後処理の工程を経ることなく還元成分の影響をなくして不純物層等が形成されることがない薄膜作製方法とすることが可能になる。
【００２８】
請求項８の本発明では、チャンバ内のプラズマを連続させることができ、被エッチング部材の温度を保持することが可能になる。
【００２９】
請求項９の本発明では、薄膜をアモルファス化することができ、薄膜をバリアメタルとして適用した際にその後に成膜される膜の耐拡散性を向上させることができる。
【００３０】
請求項１０の本発明では、ハロゲンガスを含有する原料ガスとして塩素を含有するガスを適用したので、安価な塩素ガスを用いて後処理の工程を経ることなく還元成分の影響をなくして不純物層等が形成されることがない薄膜作製方法とすることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００３２】
(第１実施形態例)
図１には本発明の第１実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面、図２には薄膜表面の状況説明、図３には原料ガスと不活性ガスの供給状況を表すタイムチャート、図４には膜の深さに対するＣｌ量の関係を表すグラフを示してある。第１の実施形態例は、Ｃｕの薄膜を作製する薄膜作製装置に成膜後の表面を清浄にする処理を施す表面処理装置を備えた例を示してある。
【００３３】
図１に示すように、円筒状に形成された、例えば、セラミックス製(絶縁材製)のチャンバ１の底部近傍には支持台２が設けられ、支持台２には基板３が載置される。支持台２にはヒータ４及び冷媒流通手段５を備えた温度制御手段６が設けられ、支持台２は温度制御手段６により所定温度(例えば、基板３が１００℃から３００℃に維持される温度)に制御される。
【００３４】
チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部は絶縁材料製(例えば、セラミックス製)の板状の天井板７によって塞がれている。天井板７の上方にはチャンバ１の内部をプラズマ化するためのプラズマアンテナ８が設けられ、プラズマアンテナ８は天井板７の面と平行な平面リング状に形成されている。プラズマアンテナ８には整合器９及び電源１０が接続されて高周波が供給される。プラズマアンテナ８、整合器９及び電源１０によりプラズマ発生手段が構成されている。
【００３５】
チャンバ１には金属製としてＣｕ製の被エッチング部材１１が保持され、被エッチング部材１１はプラズマアンテナ８の電気の流れに対して基板３と天井板７の間に不連続状態で配置されている。例えば、被エッチング部材１１は、棒状の突起部１２とリング部１３とからなり、突起部１２がチャンバ１の中心側に延びるようにリング部１３が設けられている。これにより、被エッチング部材１１はプラズマアンテナ８の電気の流れ方向である周方向に対して構造的に不連続な状態とされている。
【００３６】
尚、プラズマアンテナ８の電気の流れに対して不連続状態にする構成としては、被エッチング部材を格子状に形成したり網目状に構成する等とすることも可能である。
【００３７】
チャンバ１の筒部の周囲にはチャンバ１の内部にハロゲンとしての塩素を含有する原料ガス（Ｃｌ2 ガス）２１を供給する原料ガス供給手段としてのノズル１４が周方向に等間隔で複数(例えば８箇所：図には２箇所を示してある)接続されている。ノズル１４には流量制御器１５を介してＣｌ2 ガス２１が送られる。成膜に関与しないガス等は排気口１６から排気される。天井板７によって塞がれたチャンバ１の内部は真空装置１７によって所定の圧力に維持される。
【００３８】
尚、原料ガスに含有されるハロゲンとしては、フッ素、臭素及びヨウ素等を適用することが可能である。
【００３９】
一方、チャンバ１の筒部にはチャンバ１の内部に不活性ガスとしてのアルゴンガス（Ａｒガス）を供給するガス供給手段としてのガスノズル１８が接続されている。ガスノズル１８には流量制御器１９を介してＡｒガス２２が送られる。成膜後、プラズマ発生手段によりＡｒガスプラズマが発生する（処理表面清浄化手段）。
【００４０】
上述した薄膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１４からＣｌ2 ガス２１を供給する。プラズマアンテナ８から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Ｃｌ2 ガス２１をイオン化してＣｌ2 ガスプラズマを発生させる。プラズマは、ガスプラズマ２０で図示する領域に発生する。この時の反応は、次式で表すことができる。
Ｃｌ2→２Ｃｌ*          ・・・・（１）
ここで、Ｃｌ*は塩素ラジカルを表す。
【００４１】
ガスプラズマ２０がＣｕ製の被エッチング部材１１に作用することにより、被エッチング部材１１が加熱されると共に、Ｃｕにエッチング反応が生じる。この時の反応は、例えば、次式で表される。
Ｃｕ（ｓ）＋Ｃｌ* →ＣｕＣｌ（ｇ）        ・・・・（２）
ここで、ｓは固体状態、ｇはガス状態を表す。式（２）は、Ｃｕがガスプラズマ２０によりエッチングされ、前駆体２３とされた状態である。
【００４２】
ガスプラズマ２０を発生させることにより被エッチング部材１１を加熱し（例えば、３００℃〜７００℃）、更に、温度制御手段６により基板３の温度を被エッチング部材１１の温度よりも低い温度（例えば、１００℃〜３００℃）に設定する。この結果、前駆体２３は基板３に吸着(成膜)される。この時の反応は、例えば、次式で表される。
ＣｕＣｌ（ｇ）→ＣｕＣｌ（ａｄ）        ・・・・（３）
【００４３】
基板３に吸着したＣｕＣｌは、塩素ラジカルＣｌ*により還元されてＣｕ成分となることでＣｕ薄膜が作製される。この時の反応は、例えば、次式で表される。
ＣｕＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ*→Ｃｕ（ｓ）＋Ｃｌ2↑        ・・・・（４）
【００４４】
更に、上式（２）において発生したガス化したＣｕＣｌ（ｇ）の一部は、基板３に吸着する(上式（３）参照)前に、塩素ラジカルＣｌ*により還元されてガス状態のＣｕとなる。この時の反応は、例えば、次式で表される。
ＣｕＣｌ（ｇ）＋Ｃｌ*→Ｃｕ（ｇ）＋Ｃｌ2↑        ・・・・（５）
この後、ガス状態のＣｕ成分は、基板３に成膜されてＣｕ薄膜が作製される。
【００４５】
Ｃｕの薄膜が形成されると、Ｃｌ2 ガス２１の供給を停止すると同時に、ガスノズル１８からＡｒガス２２を供給する。ガスノズル１８から供給されたＡｒガスは励起されてＡｒ*とされ、基板３にＣｕ成分が成膜された後に残留するＣｌ*と置換される（図２(a)から図２(b)、図２(c)の状態）。これにより残留するＣｌ*が再反応してコンタミ層の形成やパーティクルの形成を抑えてＣｕ層の表面を清浄に保つことができる。また、被エッチング部材１１の表面を清浄に保つことができる。
【００４６】
この時のＣｌ2ガス２１の供給及びＡｒガス２２の供給状況は、図３で示したように、パルス的に交互に行われる。Ｃｌ2ガス２１の供給停止とＡｒガス２２の供給開始のタイミングを合わせることにより、プラズマアンテナ８への電力供給を連続することができ、プラズマを発生させた状態を維持して被エッチング部材１１の温度を保持することができる。尚、Ｃｌ2ガス２１の供給停止とＡｒガス２２の供給開始にタイムラグを設けてプラズマの発生を断続させることも可能である。
【００４７】
Ｃｕの薄膜を形成した後にＡｒガス２２を供給し、残留するＣｌ*とＡｒ*とを置換することにより、図４に実線で示すように、Ｃｕ薄膜の表面のＣｌ量は、例えば１０20atom/ccとなる。Ｃｌ*とＡｒ*との置換を実施しない場合、図４に点線で示すように、Ｃｕ薄膜の表面のＣｌ量は、例えば１０21atom/ccとなる。これにより、残留するＣｌ*とＡｒ*との置換を行うことで、残留するＣｌ*の再反応が減少してコンタミ層の形成やパーティクルの形成を抑えることができることが判る。
【００４８】
従って、均一にしかも高速にＣｕ薄膜が作製でき、後処理の工程を経ることなくＣｌの影響をなくして不純物層等が形成されることがない薄膜作製装置とすることが可能になる。
【００４９】
(第２実施形態例)
図５には本発明の第２実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面、図６には原料ガスと不活性ガスの供給状況を表すタイムチャート、図７にはバリアメタル膜の状況を表す概念を示してある。第２の実施形態例は、薄膜としてＴａのバリアメタル膜を作製する薄膜作製装置に成膜後の表面を清浄にする処理を施す表面処理装置を備えた例を示してある。尚、本実施形態例の薄膜作製装置は、図１に示した薄膜作製装置に対し、被エッチング部材が異なる構成であり、その他の構成は同一である。このため、同一部材には同一符号を付してある。
【００５０】
図５に示すように、円筒状に形成された、例えば、セラミックス製(絶縁材製)のチャンバ１の底部近傍には支持台２が設けられ、支持台２には基板３が載置される。支持台２にはヒータ４及び冷媒流通手段５を備えた温度制御手段６が設けられ、支持台２は温度制御手段６により所定温度(例えば、基板３が１００℃から３００℃に維持される温度)に制御される。
【００５１】
チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部は絶縁材料製(例えば、セラミックス製)の板状の天井板７によって塞がれている。天井板７の上方にはチャンバ１の内部をプラズマ化するためのプラズマアンテナ８が設けられ、プラズマアンテナ８は天井板７の面と平行な平面リング状に形成されている。プラズマアンテナ８には整合器９及び電源１０が接続されて高周波が供給される。プラズマアンテナ８、整合器９及び電源１０によりプラズマ発生手段が構成されている。
【００５２】
チャンバ１には金属製としてＴａ製の被エッチング部材２５が保持され、被エッチング部材２５はプラズマアンテナ８の電気の流れに対して基板３と天井板７の間に不連続状態で配置されている。例えば、被エッチング部材２５は、棒状の突起部２６とリング部２７とからなり、突起部２６がチャンバ１の中心側に延びるようにリング部２７が設けられている。これにより、被エッチング部材２５はプラズマアンテナ８の電気の流れ方向である周方向に対して構造的に不連続な状態とされている。
【００５３】
尚、プラズマアンテナ８の電気の流れに対して不連続状態にする構成としては、被エッチング部材を格子状に形成したり網目状に構成する等とすることも可能である。
【００５４】
チャンバ１の筒部の周囲にはチャンバ１の内部にハロゲンとしての塩素を含有する原料ガス（Ｃｌ2 ガス）２１を供給する原料ガス供給手段としてのノズル１４が周方向に等間隔で複数(例えば８箇所：図には２箇所を示してある)接続されている。ノズル１４には流量制御器１５を介してＣｌ2 ガス２１が送られる。成膜に関与しないガス等は排気口１６から排気される。天井板７によって塞がれたチャンバ１の内部は真空装置１７によって所定の圧力に維持される。
【００５５】
尚、原料ガスに含有されるハロゲンとしては、フッ素、臭素及びヨウ素等を適用することが可能である。
【００５６】
一方、チャンバ１の筒部にはチャンバ１の内部に不活性ガスとしてのアルゴンガス（Ａｒガス）を供給するガス供給手段としてのガスノズル１８が接続されている。ガスノズル１８には流量制御器１９を介してＡｒガス２２が送られる。成膜後、プラズマ発生手段によりＡｒガスプラズマが発生する（処理表面清浄化手段）。
【００５７】
上述した薄膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１４からＣｌ2 ガス２１を供給する。プラズマアンテナ８から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Ｃｌ2 ガス２１をイオン化してＣｌ2 ガスプラズマを発生させる。プラズマは、ガスプラズマ２０で図示する領域に発生する。この時の反応は、次式で表すことができる。
Ｃｌ2→２Ｃｌ*          ・・・・（１）
ここで、Ｃｌ*は塩素ラジカルを表す。
【００５８】
ガスプラズマ２０がＴａ製の被エッチング部材２５に作用することにより、被エッチング部材２５が加熱されると共に、Ｔａにエッチング反応が生じる。この時の反応は、例えば、次式で表される。
xＴａ（ｓ）＋yＣｌ* →ＴａxＣｌy（ｇ）        ・・・・（６）
ここで、ｓは固体状態、ｇはガス状態を表し、x及びyは係数を表す。式（６）は、Ｔａがガスプラズマ２０によりエッチングされ、前駆体２８とされた状態である。
【００５９】
ガスプラズマ２０を発生させることにより被エッチング部材２５を加熱し（例えば、３００℃〜７００℃）、更に、温度制御手段６により基板３の温度を被エッチング部材２５の温度よりも低い温度（例えば、１００℃〜３００℃）に設定する。この結果、前駆体２８は基板３に吸着(成膜)される。この時の反応は、例えば、次式で表される。
ＴａxＣｌy（ｇ）→ＴａxＣｌy（ａｄ）        ・・・・（７）
【００６０】
基板３に吸着したＴａxＣｌy（ａｄ）は、塩素ラジカルＣｌ*により還元されてＴａ成分となることでバリアメタル膜が製される。この時の反応は、例えば、次式で表される。
ＴａxＣｌy（ａｄ）＋yＣｌ*→xＴａ（ｓ）＋yＣｌ2↑        ・・・・（８）
【００６１】
更に、上式（６）において発生したガス化したＴａＣｌ（ｇ）の一部は、基板３に吸着する(上式（７）参照)前に、塩素ラジカルＣｌ*により還元されてガス状態のＴａとなる。この時の反応は、例えば、次式で表される。
ＴａＣｌ（ｇ）＋Ｃｌ*→Ｔａ（ｇ）＋Ｃｌ2↑        ・・・・（９）
この後、ガス状態のＴａ成分は、基板３に成膜されてバリアメタルが作製される。
【００６２】
バリアメタルが形成されると、図６に示すように、Ｃｌ2 ガス２１の供給を漸減させて停止すると共に、Ｃｌ2 ガス２１の漸減開始と同時にガスノズル１８からＡｒガス２２を漸増させて供給する。この時、チャンバ１内にはＣｌ2 ガス２１及びＡｒガス２２が同時に供給された状態になっているため、プラズマアンテナ８への電力供給は連続されている。従って、プラズマを発生させた状態を維持して被エッチング部材１１の温度を保持することができる。
【００６３】
ガスノズル１８から供給されたＡｒガスは励起されてＡｒ*とされ、基板３にＴａ成分が成膜された後に残留するＣｌ*と置換される。これにより残留するＣｌ*が再反応してコンタミ層の形成やパーティクルの形成を抑えてＴａ層の表面を清浄に保つことができる。また、被エッチング部材２５の表面を清浄に保つことができる。
【００６４】
Ａｒ*と残留するＣｌ*とが置換されて１枚目の基板に対するバリアメタルの作製及び表面の清浄処理が終了すると、次の（２枚目）基板３が搬入されてＣｌ2 ガス２１が漸増状態で供給開始されると同時にＡｒガス２２が漸減状態で供給停止される。そして、再び前述したバリアメタルの作製及び表面の清浄処理が施される。
【００６５】
尚、前述した第１実施形態例ではＣｌ2 ガス２１の供給・供給停止とＡｒガス２２の供給・供給停止を交互に行ったが、Ｃｌ2 ガス２１を漸増・漸減させると共にＡｒガス２２を漸増・漸減させるようにすることも可能である。
【００６６】
ところで、Ｔａは融点が３００℃程度であるため、被エッチング部材２５の温度よりも低い温度(例えば、１００℃〜３００℃)に設定されている基板３に成膜される場合、図７に示すように、Ｔａの結晶は柱状となって成長して膜厚方向に柱状晶２９が存在するバリアメタル膜３０とされる。この状態で金属(例えばＣｕ)の膜を作製すると、柱状晶２９の界面を通してＣｕが基板３側に拡散してしまう。
【００６７】
本実施形態例では、表面の清浄処理を実施するためにＡｒガス２２が供給されてＡｒ*を発生させているので、Ａｒ*の一部がＴａの結晶に作用して柱状晶２９の柱状界面が乱される(アモルファス化)ようになっている。つまり、Ａｒ*によりＴａの柱状晶２９に拡散作用が生じ柱状界面が乱される。このため、膜厚方向の柱状晶２９が物理的に変化して柱状晶２９が壊された状態になり、単層で構成されるＴａのバリアメタル膜３０であっても金属の密着性と耐拡散性を両立させることができる。尚、Ａｒガス２２の流量は、流量制御器１９によって制御され、所望の表面部分のアモルファス化が可能となっている。
【００６８】
上述した薄膜作製装置では、残留するＣｌ*とＡｒ*との置換を行うことで、残留するＣｌ*の再反応が減少してコンタミ層の形成やパーティクルの形成を抑えることができる。従って、均一にしかも高速にバリアメタル膜が作製でき、後処理の工程を経ることなくＣｌの影響をなくして不純物層等が形成されることがない薄膜作製装置とすることが可能になる。また、表面の清浄処理に加えて表面のアモルファス化が行え、表面組織の改善を行うことができる。
【００６９】
(第３実施形態例)
図８には本発明の第３実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面を示してある。第３の実施形態例は、原料ガスと還元ガスをプラズマ化し、薄膜として窒化ホウ素（ＢＮ）膜を作製する薄膜作製装置に成膜後の表面を清浄にする処理を施す表面処理装置を備えた例を示してある。尚、図１及び図５に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。薄膜として作成される窒化ホウ素は一例であり、原料ガスや還元ガスとして種々のガスを用いる薄膜作製装置を適用することが可能である。
【００７０】
図８に示すように、円筒状に形成された、例えば、セラミックス製(絶縁材製)のチャンバ１の底部近傍には支持台２が設けられ、支持台２には基板３が載置される。支持台２にはヒータ４及び冷媒流通手段５を備えた温度制御手段６が設けられ、支持台２は温度制御手段６により所定温度(例えば、基板３が２００℃から４００℃に維持される温度)に制御される。
【００７１】
チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部は絶縁材料製(例えば、セラミックス製)の板状の天井板７によって塞がれている。天井板７の上方にはチャンバ１の内部をプラズマ化するためのプラズマアンテナ８が設けられ、プラズマアンテナ８は天井板７の面と平行な平面リング状に形成されている。プラズマアンテナ８には整合器９及び電源１０が接続されて高周波が供給される。プラズマアンテナ８、整合器９及び電源１０によりプラズマ発生手段が構成されている。
【００７２】
チャンバ１の筒部の周囲にはチャンバ１の内部に材料ガスとしての窒素ガス（Ｎ2ガス）４１を供給する材料ガスノズル(材料ガス供給手段)４２が設けられ、材料ガスノズル４２には流量制御器４３を介してＮ2ガス４１が送られる。
【００７３】
また、材料ガスノズル４２の下方におけるチャンバ１の筒部の周囲にはチャンバ１の内部に材料ガス４４を供給する材料ガスノズル(材料ガス供給手段)４５が設けられている。材料ガス４４は、Ｂ2Ｈ6ガスとなっている。材料ガスノズル４５には流量制御器４６を介して材料ガス４４が送られる。
【００７４】
一方、材料ガスノズル４２の下方におけるチャンバ１の筒部にはチャンバ１の内部に不活性ガスとしてのアルゴンガス（Ａｒガス）を供給するガス供給手段としてのガスノズル１８が接続されている。ガスノズル１８には流量制御器１９を介してＡｒガス２２が送られる。成膜後、プラズマ発生手段によりＡｒガスプラズマが発生する（処理表面清浄化手段）。
【００７５】
上述した薄膜作製装置では、材料ガスノズル４２からＮ2ガス４１が所定の流量で供給され、材料ガスノズル４５から材料ガス４４が所定の流量で供給される。プラズマアンテナ８から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、主にＮ2ガス４１が励起されてプラズマ状態となってガスプラズマ４８が発生し、Ｎ2ガス４１が励起された後、材料ガス４４が混合されて反応し、基板３上に窒化ホウ素（ＢＮ）膜４７が作製される。
【００７６】
チャンバ１内では、材料ガスノズル４２がプラズマアンテナ８側に設けられているために、主にＮ2ガス４１が励起されてプラズマ化して気体となり、プラズマ化した気体と材料ガス４４が反応する。この反応により、ホウ素と窒素が反応してＢＮとＨ2ガスが生成される。Ｈ2ガスが排気口１６から排気されてＢＮ膜４７が基板３に作製される。
【００７７】
ＢＮ膜４７が作製されると、Ｎ2ガス４１及び材料ガス４４の供給を停止すると同時に、ガスノズル１８からＡｒガス２２を供給する。ガスノズル１８から供給されたＡｒガスは励起されてＡｒ*とされ、基板３にＢＮが成膜された後に残留する還元成分と置換される。これにより残留する還元成分が再反応してコンタミ層の形成やパーティクルの形成を抑えてＢＮ膜４７の表面を清浄に保つことができる。
【００７８】
従って、均一にしかも高速にＢＮ膜４７が作製でき、後処理の工程を経ることなく還元成分の影響をなくして不純物層等が形成されることがない薄膜作製装置とすることが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は薄膜を作製する産業分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の第１実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面である。
【図２】薄膜表面の状況説明図である。
【図３】原料ガスと不活性ガスの供給状況を表すタイムチャートである。
【図４】膜の深さに対するＣｌ量の関係を表すグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面である。
【図６】原料ガスと不活性ガスの供給状況を表すタイムチャートである。
【図７】バリアメタル膜の状況を表す概念図である。
【図８】本発明の第３実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面である。
【符号の説明】
【００８１】
１,５１  チャンバ
２  支持台
３,５９  基板
４,６０  ヒータ
５,６１  冷媒流通手段
６,６２  温度制御手段
７  天井板
８,３２  プラズマアンテナ
９  整合器
１０  電源
１１,２５  被エッチング部材
１２,２６  突起部
１３,２７  リング部
１４  ノズル
１５,１９,４３,４６  流量制御器
１６  排気口
１７  真空装置
１８  ガスノズル
２０,４８  ガスプラズマ
２１  原料ガス
２２  Ａｒガス
２３,２８  前駆体
２９  柱状晶
３０  バリアメタル膜
４１  Ｎ2ガス
４２,４４  材料ガス
４５  材料ガスノズル
４７  窒化ホウ素膜
【図１】
2006009106.tif 000003
【図２】
2006009106.tif 000004
【図３】
2006009106.tif 000005
【図４】
2006009106.tif 000006
【図５】
2006009106.tif 000007
【図６】
2006009106.tif 000008
【図７】
2006009106.tif 000009
【図８】
2006009106.tif 000010