(57)【要約】      （修正有）【課題】窒化金属膜及び該窒化金属膜を作製する窒化金属膜作製装置及び作製方法を提供する。【解決手段】基板３を支持台２に載置して収容したチャンバ１の内部において、ヘリウムで希釈した塩素ガスプラズマ１６により、タンタルで形成した被エッチング部材１４をエッチングして塩化タンタルガスからなる前駆体１７を生成し、基板３の温度を被エッチング部材１４の温度よりも低くして前駆体１７を基板３に吸着させ、塩素ガスプラズマにより吸着した前駆体１７を還元してタンタル成分を基板３に成膜する際に、窒素ガスをプラズマ化して得られる窒素ガスプラズマによりタンタル成分を窒化して、基板３に窒化金属膜１８を成膜する窒化金属膜作製方法において、窒素ガスの供給量を制御して窒素ガス／ハロゲンガス流量比を０より大きく０．１以下とし、窒化金属膜１８の窒素原子と金属原子の原子組成比であるＮ／Ｍ比を０より大きく１以下となるようする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が収容されるチャンバと、前記基板を載置する支持台と、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成され、前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記チャンバにハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記チャンバに窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段と、
前記ハロゲンガス及び窒素ガスをプラズマ化してハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くする温度制御手段とを有し、
前記ハロゲンガスプラズマにより前記被エッチング部材をエッチングしてハロゲン化金属からなる前駆体を生成し、当該前駆体の金属成分を前記基板に成膜する際に前記窒素ガスプラズマにより前記金属成分を窒化して、前記基板に窒化金属膜を成膜する窒化金属膜作製装置において、
前記窒化金属膜の窒素原子と金属原子の原子組成比であるＮ／Ｍ比が所定値となるように、前記窒素ガスの供給量を制御するガス供給量制御手段を設けたことを特徴とする窒化金属膜作製装置。
【請求項２】
請求項１に記載する窒化金属膜作製装置において、
前記チャンバの上面は絶縁部材により密閉され、
前記プラズマ発生手段は、前記絶縁部材の外方に配設した平面状コイルと当該コイルに給電する電源部とからなり、
前記被エッチング部材は、前記基板と前記絶縁部材との間に設置され、前記前駆体が前記基板に供給されうる形状に形成されたことを特徴とする窒化金属膜作製装置。
【請求項３】
請求項１に記載する窒化金属膜作製装置において、
前記チャンバの上面は前記被エッチング部材により密閉され、
前記プラズマ発生手段は、前記チャンバの周囲に巻回したコイルと当該コイルに給電する電源部とからなることを特徴とする窒化金属膜作製装置。
【請求項４】
請求項１に記載する窒化金属膜作製装置において、
前記支持台はアースされ、
前記チャンバの上面は前記被エッチング部材により密閉され、
前記プラズマ発生手段は、前記被エッチング部材と前記被エッチング部材に給電する電源部と前記アースされた支持台とからなり、前記被エッチング部材と前記支持台との間にガスプラズマを発生させることを特徴とする窒化金属膜作製装置。
【請求項５】
請求項１に記載する窒化金属膜作製装置において、
前記被エッチング部材は、前記チャンバを上下の室に仕切るように設けられると共に上室から下室に連通する穴を有し、
前記ハロゲンガス供給手段は、前記上室に設けられ、
前記窒素ガス供給手段は、前記下室に設けられ、
前記プラズマ発生手段は、前記上室及び前記下室にそれぞれ設けられることを特徴とする窒化金属膜作製装置。
【請求項６】
請求項１に記載する窒化金属膜作製装置において、
前記チャンバの内部において前記支持台を昇降させる、昇降駆動手段を有することを特徴とする窒化金属膜作製装置。
【請求項７】
請求項１に記載する窒化金属膜作製装置において、
前記プラズマ発生手段は、前記チャンバ本体の外部にて外部プラズマ発生手段として構成され、前記ハロゲンガス供給手段及び前記窒素ガス供給手段は、前記外部プラズマ発生手段に前記ハロゲンガス及び前記窒素ガスを供給し、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記外部プラズマ発生手段により、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記被エッチング部材の近傍に供給されることを特徴とする窒化金属膜作製装置。
【請求項８】
請求項１に記載する窒化金属膜作製装置において、
前記チャンバの上面は前記被エッチング部材により密閉され、
前記プラズマ発生手段は、前記チャンバに連通する筒状の通路と当該筒状の通路の周囲に巻回したコイルと当該コイルに給電する電源部とからなり、チャンバ本体の外部に設置された外部プラズマ発生手段として構成され、
前記ハロゲンガス供給手段は、前記筒状の通路にハロゲンガスを供給し、
前記窒素ガス供給手段は、前記筒状の通路に窒素ガスを供給し、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記外部プラズマ発生手段により、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記被エッチング部材の近傍に供給されるプラズマであることを特徴とする窒化金属膜作製装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載する窒化金属膜作製装置において、
前記基板とほぼ同じ高さにおける前記チャンバの側壁に設けられる第２の外部プラズマ発生手段を有し、前記窒素ガス供給手段は前記第２の外部プラズマ発生手段に前記窒素ガスを供給し、
前記窒素ガスプラズマは、前記第２の外部プラズマ発生手段により、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記チャンバの内部における前記基板の上面に供給されたプラズマであることを特徴とする窒化金属膜作製装置。
【請求項１０】
請求項１ないし８のいずれかに記載する窒化金属膜作製装置において、
前記基板とほぼ同じ高さにおける前記チャンバの側壁に設けられ、前記チャンバに連通する筒状の通路と当該筒状の通路の周囲に巻回したコイルと当該コイルに給電する電源部とからなる第２の外部プラズマ発生手段を有し、
前記窒素ガス供給手段は、前記筒状の通路に窒素ガスを供給し、
前記窒素ガスプラズマは、前記第２の外部プラズマ発生手段により、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記チャンバの内部における前記基板の上面に供給されたプラズマであることを特徴とする窒化金属膜作製装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載する窒化金属膜作製装置において、
前記Ｎ／Ｍ比は、０より大きく１以下であることを特徴とする窒化金属膜作製装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかに記載する窒化金属膜作製装置において、
前記ガス供給量制御手段により制御される窒素ガスの供給量は、前記ハロゲンガスの供給量との比である窒素ガス／ハロゲンガス流量比が０より大きく０．１以下であることを特徴とする窒化金属膜作製装置。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれかに記載する窒化金属膜作製装置において、
前記ガス供給量制御手段は、成膜工程中に、前記窒素ガスの供給量と前記ハロゲンガスの供給量との比である窒素ガス／ハロゲンガス流量比を変更する機能を有し、
前記基板に成膜される窒化金属膜は、膜内部でＮ／Ｍ比が変化した窒化金属膜であることを特徴とする窒化金属膜作製装置。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれかに記載する窒化金属膜作製装置において、
前記高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属は、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、バナジウム、ニオブ、ジルコニウム又はハフニウムのいずれか一種であることを特徴とする窒化金属膜作製装置。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれかに記載する窒化金属膜作製装置において、
前記ハロゲンガスは、塩素ガスであることを特徴とする窒化金属膜作製装置。
【請求項１６】
請求項１ないし１５のいずれかに記載する窒化金属膜作製装置において、
前記窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段の代わりに、酸素又は炭素を供給する酸素供給手段又は炭素供給手段を有し、前記基板に酸化又は炭化金属膜を成膜することを特徴とする酸化又は炭化金属膜作製装置。
【請求項１７】
基板を支持台に載置してチャンバに収容し、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成され、前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材を、ハロゲンガスをプラズマ化して得られるハロゲンガスプラズマによりエッチングしてハロゲン化金属からなる前駆体を生成し、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くして前記前駆体の金属成分を前記基板に成膜する際に、窒素ガスをプラズマ化して得られる窒素ガスプラズマにより前記金属成分を窒化して、前記基板に窒化金属膜を成膜する窒化金属膜作製方法において、
前記窒化金属膜の窒素原子と金属原子の原子組成比であるＮ／Ｍ比が所定値となるように、前記窒素ガスの供給量を制御することを特徴とする窒化金属膜作製方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載する窒化金属膜作製方法において、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記チャンバの上面を密封する絶縁部材の外方に配設した平面状コイルからの電磁波により、前記ハロゲンガス及び前記窒素ガスをプラズマ化して得られ、
前記被エッチング部材は、前記基板と前記絶縁部材との間に設置され、前記前駆体が前記基板に供給されうる形状に形成されたことを特徴とする窒化金属膜作製方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載する窒化金属膜作製方法において、
前記チャンバは、上面を前記被エッチング部材により密閉され、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記チャンバの周囲に巻回したコイルからの電磁波により、前記ハロゲンガス及び前記窒素ガスをプラズマ化して得られることを特徴とする窒化金属膜作製方法。
【請求項２０】
請求項１７に記載する窒化金属膜作製方法において、
前記支持台は、アースされ、
前記チャンバは、上面を前記被エッチング部材により密閉され、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記被エッチング部材と前記支持台との間に発生する電場により、前記ハロゲンガス及び前記窒素ガスをプラズマ化して得られることを特徴とする窒化金属膜作製方法。
【請求項２１】
請求項１７に記載する窒化金属膜作製方法において、
前記被エッチング部材は、前記チャンバを上下の室に仕切るように設けられると共に上室から下室に連通する穴を有し、
前記ハロゲンガスプラズマは、前記上室にて発生させ、
前記窒素ガスプラズマは、前記下室にて発生させることを特徴とする窒化金属膜作製方法。
【請求項２２】
請求項１７に記載する窒化金属膜作製方法において、
前記チャンバの内部において前記支持台を昇降させながら成膜することを特徴とする窒化金属膜作製方法。
【請求項２３】
請求項１７に記載する窒化金属膜作製方法において、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記被エッチング部材の近傍に供給されることを特徴とする窒化金属膜作製方法。
【請求項２４】
請求項１７に記載する窒化金属膜作製方法において、
前記チャンバは、上面を前記被エッチング部材により密閉され、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記チャンバに連通する筒状の通路の周囲に巻回したコイルからの電磁波により、前記通路の内部に供給されるハロゲンガス及び窒素ガスをプラズマ化することにより、予め前記チャンバの外部でプラズマ化されて、前記被エッチング部材の近傍に供給されるプラズマであることを特徴とする窒化金属膜作製方法。
【請求項２５】
請求項１７ないし２４のいずれかに記載する窒化金属膜作製方法において、
前記窒素ガスプラズマは、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記チャンバの内部における前記基板の上面に供給されるプラズマであることを特徴とする窒化金属膜作製方法。
【請求項２６】
請求項１７ないし２４のいずれかに記載する窒化金属膜作製方法において、
前記窒素ガスプラズマは、前記基板とほぼ同じ高さにおける前記チャンバの側壁に設けられ、前記チャンバに連通する筒状の通路の周囲に巻回したコイルからの電磁波により、前記通路の内部に供給される窒素ガスをプラズマ化することにより、予め前記チャンバの外部でプラズマ化されて、前記チャンバの内部における前記基板の上面に供給されたプラズマであることを特徴とする窒化金属膜作製方法。
【請求項２７】
請求項１７ないし２６のいずれかに記載する窒化金属膜作製方法において、
前記Ｎ／Ｍ比は、０より大きく１以下であることを特徴とする窒化金属膜作製方法。
【請求項２８】
請求項１７ないし２７のいずれかに記載する窒化金属膜作製方法において、
前記窒素ガスの供給量は、前記ハロゲンガスの供給量との比である窒素ガス／ハロゲンガス流量比が０より大きく０．１以下であることを特徴とする窒化金属膜作製方法。
【請求項２９】
請求項１７ないし２８のいずれかに記載する窒化金属膜作製方法において、
成膜工程中に、前記窒素ガスの供給量と前記ハロゲンガスの供給量との比である窒素ガス／ハロゲンガス流量比を変更して、膜内部でＮ／Ｍ比が変化した窒化金属膜を成膜することを特徴とする窒化金属膜作製方法。
【請求項３０】
請求項１７ないし２９のいずれかに記載する窒化金属膜作製方法において、
前記高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属は、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、バナジウム、ニオブ、ジルコニウム又はハフニウムのいずれか一種であることを特徴とする窒化金属膜作製方法。
【請求項３１】
請求項１７ないし３０のいずれかに記載する窒化金属膜作製方法において、
前記ハロゲンガスは、塩素ガスであることを特徴とする窒化金属膜作製方法。
【請求項３２】
請求項１７ないし３１のいずれかに記載する窒化金属膜作製方法において、
前記窒素ガスの代わりに、酸素又は炭素を供給し、前記基板に酸化又は炭化金属膜を成膜することを特徴とする酸化又は炭化金属膜作製方法。
【請求項３３】
窒素原子と金属原子の原子組成比であるＮ／Ｍ比を制御した窒化金属膜。
【請求項３４】
窒素原子と金属原子の原子組成比であるＮ／Ｍ比を０より大きく１以下に制御した窒化金属膜。
【請求項３５】
請求項３３又は３４に記載する窒化金属膜において、
膜内部でＮ／Ｍ比が変化していることを特徴とする窒化金属膜。
【請求項３６】
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成される被エッチング部材をハロゲンガスプラズマによりエッチングしてハロゲン化金属からなる前駆体を生成し、
当該前駆体の金属成分を基板に成膜する際に、供給量を制御した窒素ガスをプラズマ化して得られる窒素ガスプラズマにより前記金属成分を窒化して前記基板に成膜することを特徴とする請求項３３ないし３５のいずれかに記載する窒化金属膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化金属膜を作製する窒化金属膜作製装置、作製方法及び窒化金属膜に関し、当該窒化金属膜は、例えばトランジスタのゲート電極膜、バリアメタル膜、工具などの表面硬化処理、各種部品の装飾、耐食性を必要とする化学品用容器の表面処理膜等として用いることができる。
【背景技術】
【０００２】
近年、窒化金属膜は様々な分野で利用されており、例えばトランジスタのゲート電極膜として、またＬＳＩ等の銅配線における銅拡散防止を目的としたバリアメタル膜として用いられている。
【０００３】
これらの用途に用いる場合には、例えば仕事関数など様々な膜特性をコントロールした窒化金属膜とする必要があり、特性コントロールの手法として、例えば窒化金属膜における窒素原子と金属原子の原子組成比であるＮ／Ｍ比を制御する手法が挙げられる。
【０００４】
更に、窒化金属膜の特性に影響を与える因子として、成膜温度や膜中に含まれる不純物量などが挙げられる。特に半導体などに用いられる窒化金属膜では、これらの因子に敏感であり、成膜温度を低温として成膜基板や膜自体などへのダメージを抑制したり、不純物量を少なくして膜の信頼性や膜特性の制御の容易性を向上させたりする必要がある。
【０００５】
従来、窒化金属膜を作製する方法としては、化学的気相成長法（ＣＶＤ法：下記、特許文献１を参照。）や反応性スパッタリング法などがある。ＣＶＤ法は、有機金属ガスと還元ガスに窒素ガスを含有させ、これらのガスを例えばプラズマ化して励起することにより、基板上で反応させて、成膜される金属膜中に窒素原子を含有させる方法である。また、反応性スパッタリング法は、窒素ガスを含有させたスパッタリングガスにより金属ターゲットをスパッタリングし、成膜される金属膜中に窒素原子を含有させる方法である。
【０００６】
しかしながら、ＣＶＤ法は、有機金属ガスなどを成膜に用いるため、有機金属ガス中の炭素成分や水素成分などが不純物として窒化金属膜に含まれ、膜質が低下するおそれがある。通常、高温で成膜が行われるＣＶＤ法において、成膜温度による成膜基板や膜自体へのダメージを低減するために比較的低温で成膜した場合には、窒化金属膜に残留する不純物量が更に多くなり、この不純物が混入するおそれは特に問題となる。
【０００７】
また、ＣＶＤ法では高温で成膜が行われ、熱平衡状態で成膜反応が進む結果、化学量論的に安定物質である窒化金属、例えば窒化タンタルでは窒素とタンタルが１：１の窒化金属の成膜が支配的となり、単に供給する窒素ガス量のコントロールのみではＮ／Ｍ比を制御（例えば、Ｎ／Ｍ比を１以下に制御）することが極めて困難であるという問題がある。
【０００８】
反応性スパッタリング法では、窒化金属膜を成膜する基板が成膜原理に由来して電気的損傷を受けるという問題や、下記特許文献１においても指摘されているとおり、段差被覆性（Step Coverage）が悪いため、複雑な形状への均一成膜が困難であるという問題がある。
【０００９】
また、スパッタリングという物理的な成膜原理を利用しているため、金属（特に、高融点金属）の窒化反応は極めて反応性が乏しく、Ｎ／Ｍ比を自由に制御（例えば、Ｎ／Ｍ比を１以下に制御）した窒化金属膜を成膜することは極めて困難であるという問題や、安定した窒化反応ではないため膜質の信頼性が低下するというおそれがあった。
【００１０】
これらの成膜方法に対して、本発明者らは、高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成された被エッチング部材をハロゲンガスプラズマによりエッチングしてハロゲン化金属からなる前駆体を生成し、基板付近で当該前駆体をハロゲンガスプラズマにより還元して金属成分を成膜する際に、窒素ガスプラズマにより金属成分を窒化することにより、窒化金属膜を成膜する方法を既に提案している（下記、特許文献２〜７を参照。）。
【００１１】
この窒化金属膜の成膜方法は、下記特許文献２〜７に記載されているとおり、不純物が含まれることによる膜質低下の問題や、複雑な形状への均一成膜が困難であるという問題を解決した成膜方法であり、その成膜原理から成膜基板や膜自体が電気的損傷を受けるというおそれはない成膜方法である。
【００１２】
【特許文献１】特開平５−４７７０７号公報
【特許文献２】特開２００４−１９７１９２号公報
【特許文献３】特開２００４−８３９４５号公報
【特許文献４】特開２００４−８３９４６号公報
【特許文献５】特開２００３−２１３４２３号公報
【特許文献６】特開２００３−２４７０７１号公報
【特許文献７】特開２００４−１９７１９６号公報
【特許文献８】特開２００４−２００５６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記特許文献２〜７に記載されている成膜方法は、主としてバリアメタルとして用いる窒化金属膜を成膜する例や窒化金属膜を付着防止膜として成膜する例などであり、このため成膜される窒化金属膜のＮ／Ｍ比については考慮されていなかった。
【００１４】
これは、窒化金属膜をバリアメタルとして用いる場合には、膜の金属拡散防止性、緻密性、基板に対する密着性などが窒化金属膜に要求される膜特性とされており、これらの膜特性は、チャンバ内の圧力制御、成膜温度の制御、プラズマ条件、チャンバ内に供給するガスの流体力学的な検討や窒化金属膜と金属膜との積層形態の検討などで達成されていたためである。
【００１５】
また、窒化金属膜を成膜する際に、窒素ガスを窒素源として供給するのではなく、被エッチング部材の一部を固体窒化物として窒素源とした例も提案している（上記、特許文献８）。
【００１６】
この成膜方法は、被エッチング部材を高蒸気圧ハロゲン化物を形成しうる金属の部分と固体窒化物の部分とから構成し、ハロゲンガスプラズマにより被エッチング部材のうち金属部分をエッチングしてハロゲン化金属からなる前駆体を形成すると共に、固体窒化物の部分をエッチングして窒素ラジカルを生成することにより、当該窒素ラジカルを成膜に関与させて窒化金属膜を成膜するという方法である。
【００１７】
しかしながら、この成膜方法では、被エッチング部材を複数のパーツから作製するため、被エッチング部材自体の作製が困難であるという問題や、チャンバ内の気密性が保てないおそれ、また各パーツによりエッチングの反応性が異なることによるＮ／Ｍ比の制御が難しいという問題がある。
【００１８】
また、固体窒化物、例えば窒化珪素（ＳｉＮ）をエッチングすることにより珪素などの不純物も生成するため、窒化金属膜に不純物が混入される問題や、被エッチング部材における固体窒化物の部分と金属の部分の構成比を自由に変更することができないため、自由にＮ／Ｍ比を制御することができない問題もある。
【００１９】
本発明は、上記状況に鑑みてなされたもので、不純物混入のおそれや高温での成膜による窒化金属膜へのダメージをなくすと共に、Ｎ／Ｍ比を自由に制御した窒化金属膜、例えばＮ／Ｍ比を０より大きく１以下に制御した窒化金属膜、及び該窒化金属膜を作製する窒化金属膜作製装置及び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】
【００２０】
上記課題を解決する第１の発明（請求項１に対応）に係る窒化金属膜作成装置は、
基板が収容されるチャンバと、前記基板を載置する支持台と、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成され、前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記チャンバにハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記チャンバに窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段と、
前記ハロゲンガス及び窒素ガスをプラズマ化してハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くする温度制御手段とを有し、
前記ハロゲンガスプラズマにより前記被エッチング部材をエッチングしてハロゲン化金属からなる前駆体を生成し、当該前駆体の金属成分を前記基板に成膜する際に前記窒素ガスプラズマにより前記金属成分を窒化して、前記基板に窒化金属膜を成膜する窒化金属膜作製装置において、
前記窒化金属膜の窒素原子と金属原子の原子組成比であるＮ／Ｍ比が所定値となるように、前記窒素ガスの供給量を制御するガス供給量制御手段を設けたことを特徴とする窒化金属膜作製装置である。
【００２１】
Ｎ／Ｍ比を自由に制御した窒化金属膜を成膜可能であることは、例えば仕事関数を自由に制御した窒化金属膜を成膜可能であることを意味する。したがって、例えばトランジスタのゲート電極に仕事関数を自由に制御した窒化金属膜を適用して、トランジスタ構造やトランジスタ特性によらずに最適なトランジスタを製造する。
【００２２】
第２の発明（請求項２に対応）は、
第１の発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記チャンバの上面は絶縁部材により密閉され、
前記プラズマ発生手段は、前記絶縁部材の外方に配設した平面状コイルと当該コイルに給電する電源部とからなり、
前記被エッチング部材は、前記基板と前記絶縁部材との間に設置され、前記前駆体が前記基板に供給されうる形状に形成されたことを特徴とする窒化金属膜作製装置である。
【００２３】
前駆体が前記基板に供給されうる形状に形成された被エッチング部材としては、例えば基板と絶縁部材との間におけるチャンバの径方向に延びると共に平面状コイルに流れる電流の流れ方向に対して不連続状態となるように周方向に複数配置した棒部材からなる構造や、格子状、網目状などの構造が挙げられる。また、スリット状の切欠部（空間）を有する被エッチング部材でもよい。
【００２４】
第３の発明（請求項３に対応）は、
第１の発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記チャンバの上面は前記被エッチング部材により密閉され、
前記プラズマ発生手段は、前記チャンバの周囲に巻回したコイルと当該コイルに給電する電源部とからなることを特徴とする窒化金属膜作製装置である。
【００２５】
第４の発明（請求項４に対応）は、
第１の発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記支持台はアースされ、
前記チャンバの上面は前記被エッチング部材により密閉され、
前記プラズマ発生手段は、前記被エッチング部材と前記被エッチング部材に給電する電源部と前記アースされた支持台とからなり、前記被エッチング部材と前記支持台との間にガスプラズマを発生させることを特徴とする窒化金属膜作製装置である。
【００２６】
被エッチング部材自身をプラズマ発生用の電極として用いることにより、チャンバの上部や、筒部の周囲におけるプラズマアンテナを不要とし、装置周囲の構成の自由度を増加させる。
【００２７】
第５の発明（請求項５に対応）は、
第１の発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記被エッチング部材は、前記チャンバを上下の室に仕切るように設けられると共に上室から下室に連通する穴を有し、
前記ハロゲンガス供給手段は、前記上室に設けられ、
前記窒素ガス供給手段は、前記下室に設けられ、
前記プラズマ発生手段は、前記上室及び前記下室にそれぞれ設けられることを特徴とする窒化金属膜作製装置である。
【００２８】
第６の発明（請求項６に対応）は、
第１の発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記チャンバの内部において前記支持台を昇降させる、昇降駆動手段を有することを特徴とする窒化金属膜作製装置である。
【００２９】
第７の発明（請求項７に対応）は、
第１の発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記プラズマ発生手段は、前記チャンバ本体の外部にて外部プラズマ発生手段として構成され、前記ハロゲンガス供給手段及び前記窒素ガス供給手段は、前記外部プラズマ発生手段に前記ハロゲンガス及び前記窒素ガスを供給し、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記外部プラズマ発生手段により、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記被エッチング部材の近傍に供給されることを特徴とする窒化金属膜作製装置である。
【００３０】
第８の発明（請求項８に対応）は、
第１の発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記チャンバの上面は前記被エッチング部材により密閉され、
前記プラズマ発生手段は、前記チャンバに連通する筒状の通路と当該筒状の通路の周囲に巻回したコイルと当該コイルに給電する電源部とからなり、チャンバ本体の外部に設置された外部プラズマ発生手段として構成され、
前記ハロゲンガス供給手段は、前記筒状の通路にハロゲンガスを供給し、
前記窒素ガス供給手段は、前記筒状の通路に窒素ガスを供給し、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記外部プラズマ発生手段により、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記被エッチング部材の近傍に供給されるプラズマであることを特徴とする窒化金属膜作製装置である。
【００３１】
チャンバと隔絶した外部プラズマ発生手段において、ガスプラズマを発生させることにより、基板が直接、プラズマに晒されるおそれを抑制して、プラズマによる損傷を抑制する。例えば、既に別材料の膜が成膜された基板に更に成膜を行う場合などには、既に成膜された材料の膜を損傷させることなく第２の成膜が可能である。
【００３２】
第９の発明（請求項９に対応）は、
第１ないし第８のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記基板とほぼ同じ高さにおける前記チャンバの側壁に設けられる第２の外部プラズマ発生手段を有し、前記窒素ガス供給手段は前記第２の外部プラズマ発生手段に前記窒素ガスを供給し、
前記窒素ガスプラズマは、前記第２の外部プラズマ発生手段により、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記チャンバの内部における前記基板の上面に供給されたプラズマであることを特徴とする窒化金属膜作製装置である。
【００３３】
第１０の発明（請求項１０に対応）は、
第１ないし第８のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記基板とほぼ同じ高さにおける前記チャンバの側壁に設けられ、前記チャンバに連通する筒状の通路と当該筒状の通路の周囲に巻回したコイルと当該コイルに給電する電源部とからなる第２の外部プラズマ発生手段を有し、
前記窒素ガス供給手段は、前記筒状の通路に窒素ガスを供給し、
前記窒素ガスプラズマは、前記第２の外部プラズマ発生手段により、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記チャンバの内部における前記基板の上面に供給されたプラズマであることを特徴とする窒化金属膜作製装置である。
【００３４】
基板とほぼ同じ高さに設置した外部プラズマ発生手段から窒素ガスを窒素ガスプラズマとして基板の上面に供給することにより、窒素ラジカルによる被エッチング部材の不動態化のおそれをなくす。これにより、Ｎ／Ｍ比をさらに精度よく制御した窒化金属膜を成膜する。
【００３５】
また、窒素ガスプラズマを基板の上面に供給する構成とすることにより、基板付近における窒化反応の発生率が高くなると考えられる。したがって、比較的Ｎ／Ｍ比が高い窒化金属膜を効率よく成膜したい場合に有利である。
【００３６】
第１１の発明（請求項１１に対応）は、
第１ないし第１０のいずれか発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記Ｎ／Ｍ比は、０より大きく１以下であることを特徴とする窒化金属膜作製装置である。
【００３７】
第１２の発明（請求項１２に対応）は、
第１ないし第１１のいずれか発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記ガス供給量制御手段により制御される窒素ガスの供給量は、前記ハロゲンガスの供給量との比である窒素ガス／ハロゲンガス流量比が０より大きく０．１以下であることを特徴とする窒化金属膜作製装置である。
【００３８】
窒素ガス／ハロゲンガス流量比は、０より大きく０．０５以下、０より大きく０．０３以下の範囲で制御してもよい。窒素ガス／ハロゲンガス流量比を０．１以下、０．０５以下または０．０３以下で制御することによりＮ／Ｍ比を０より大きく１以下に自由に制御した窒化金属膜を成膜する。特に、窒素ガス／ハロゲンガス流量比を0.005以上、0.025以下の範囲内で制御することにより、窒素ガス／ハロゲンガス流量比とＮ／Ｍ比の直線的な対応関係を利用して、Ｎ／Ｍ比の精度を高めた成膜を行う。
【００３９】
第１３の発明（請求項１３に対応）は、
第１ないし第１２のいずれか発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記ガス供給量制御手段は、成膜工程中に、前記窒素ガスの供給量と前記ハロゲンガスの供給量との比である窒素ガス／ハロゲンガス流量比を変更する機能を有し、
前記基板に成膜される窒化金属膜は、膜内部でＮ／Ｍ比が変化した窒化金属膜であることを特徴とする窒化金属膜作製装置である。
【００４０】
窒化金属膜の窒素成分をガス状態として供給するという有利な特徴を利用して、窒素ガス流量を自由に制御することにより、例えば窒素ラジカル成分を固体窒化物から得るような成膜原理では実現不可能な、膜内部でＮ／Ｍ比が変化した窒化金属膜を成膜する。
【００４１】
第１４の発明（請求項１４に対応）は、
第１ないし第１３のいずれか発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属は、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、バナジウム、ニオブ、ジルコニウム又はハフニウムのいずれか一種であることを特徴とする窒化金属膜作製装置である。
【００４２】
第１５の発明（請求項１５に対応）は、
第１ないし第１４のいずれか発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記ハロゲンガスは、塩素ガスであることを特徴とする窒化金属膜作製装置である。
【００４３】
ハロゲンガスとしては他に、フッ素（Ｆ2）、臭素（Ｂｒ2）及びヨウ素（Ｉ2）などを適用することが可能である。また、ハロゲンガスは希釈されることが望ましく、ハロゲンガス濃度が５０％以下、好ましくは１０％程度に希釈する。このとき、ハロゲンガスを希釈するガスとしては、ヘリウムガス、アルゴンガスなどが挙げられる。
【００４４】
第１６の発明（請求項１６に対応）は、
第１ないし第１５のいずれか発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段の代わりに、酸素又は炭素を供給する酸素供給手段又は炭素供給手段を有し、前記基板に酸化又は炭化金属膜を成膜することを特徴とする酸化又は炭化金属膜作製装置。
【００４５】
上記課題を解決する第１７の発明（請求項１７に対応）に係る窒化金属膜作成方法は、
基板を支持台に載置してチャンバに収容し、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成され、前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材を、ハロゲンガスをプラズマ化して得られるハロゲンガスプラズマによりエッチングしてハロゲン化金属からなる前駆体を生成し、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くして前記前駆体の金属成分を前記基板に成膜する際に、窒素ガスをプラズマ化して得られる窒素ガスプラズマにより前記金属成分を窒化して、前記基板に窒化金属膜を成膜する窒化金属膜作製方法において、
前記窒化金属膜の窒素原子と金属原子の原子組成比であるＮ／Ｍ比が所定値となるように、前記窒素ガスの供給量を制御することを特徴とする窒化金属膜作製方法である。
【００４６】
第１８の発明（請求項１８に対応）は、
第１７の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記チャンバの上面を密封する絶縁部材の外方に配設した平面状コイルからの電磁波により、前記ハロゲンガス及び前記窒素ガスをプラズマ化して得られ、
前記被エッチング部材は、前記基板と前記絶縁部材との間に設置され、前記前駆体が前記基板に供給されうる形状に形成されたことを特徴とする窒化金属膜作製方法である。
【００４７】
第１９の発明（請求項１９に対応）は、
第１７の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記チャンバは、上面を前記被エッチング部材により密閉され、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記チャンバの周囲に巻回したコイルからの電磁波により、前記ハロゲンガス及び前記窒素ガスをプラズマ化して得られることを特徴とする窒化金属膜作製方法である。
【００４８】
第２０の発明（請求項２０に対応）は、
第１７の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記支持台は、アースされ、
前記チャンバは、上面を前記被エッチング部材により密閉され、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記被エッチング部材と前記支持台との間に発生する電場により、前記ハロゲンガス及び前記窒素ガスをプラズマ化して得られることを特徴とする窒化金属膜作製方法である。
【００４９】
第２１の発明（請求項２１に対応）は、
第１７の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記被エッチング部材は、前記チャンバを上下の室に仕切るように設けられると共に上室から下室に連通する穴を有し、
前記ハロゲンガスプラズマは、前記上室にて発生させ、
前記窒素ガスプラズマは、前記下室にて発生させることを特徴とする窒化金属膜作製方法である。
【００５０】
第２２の発明（請求項２２に対応）は、
第１７の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記チャンバの内部において前記支持台を昇降させながら成膜することを特徴とする窒化金属膜作製方法である。
【００５１】
第２３の発明（請求項２３に対応）は、
第１７の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記被エッチング部材の近傍に供給されることを特徴とする窒化金属膜作製方法である。
【００５２】
第２４の発明（請求項２４に対応）は、
第１７の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記チャンバは、上面を前記被エッチング部材により密閉され、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記チャンバに連通する筒状の通路の周囲に巻回したコイルからの電磁波により、前記通路の内部に供給されるハロゲンガス及び窒素ガスをプラズマ化することにより、予め前記チャンバの外部でプラズマ化されて、前記被エッチング部材の近傍に供給されるプラズマであることを特徴とする窒化金属膜作製方法である。
【００５３】
第２５の発明（請求項２５に対応）は、
第１７ないし第２４のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記窒素ガスプラズマは、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記チャンバの内部における前記基板の上面に供給されるプラズマであることを特徴とする窒化金属膜作製方法である。
【００５４】
第２６の発明（請求項２６に対応）は、
第１７ないし第２４のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記窒素ガスプラズマは、前記基板とほぼ同じ高さにおける前記チャンバの側壁に設けられ、前記チャンバに連通する筒状の通路の周囲に巻回したコイルからの電磁波により、前記通路の内部に供給される窒素ガスをプラズマ化することにより、予め前記チャンバの外部でプラズマ化されて、前記チャンバの内部における前記基板の上面に供給されたプラズマであることを特徴とする窒化金属膜作製方法である。
【００５５】
第２７の発明（請求項２７に対応）は、
第１７ないし第２６のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記Ｎ／Ｍ比は、０より大きく１以下であることを特徴とする窒化金属膜作製方法である。
【００５６】
第２８の発明（請求項２８に対応）は、
第１７ないし第２７のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記窒素ガスの供給量は、前記ハロゲンガスの供給量との比である窒素ガス／ハロゲンガス流量比が０より大きく０．１以下であることを特徴とする窒化金属膜作製方法である。
【００５７】
第２９の発明（請求項２９に対応）は、
第１７ないし第２８のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製方法において、
成膜工程中に、前記窒素ガスの供給量と前記ハロゲンガスの供給量との比である窒素ガス／ハロゲンガス流量比を変更して、膜内部でＮ／Ｍ比が変化した窒化金属膜を成膜することを特徴とする窒化金属膜作製方法である。
【００５８】
第３０の発明（請求項３０に対応）は、
第１７ないし第２９のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属は、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、バナジウム、ニオブ、ジルコニウム又はハフニウムのいずれか一種であることを特徴とする窒化金属膜作製方法である。
【００５９】
第３１の発明（請求項３１に対応）は、
第１７ないし第３０のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記ハロゲンガスは、塩素ガスであることを特徴とする窒化金属膜作製方法である。
【００６０】
第３２の発明（請求項３２に対応）は、
第１７ないし第３１のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記窒素ガスの代わりに、酸素又は炭素を供給し、前記基板に酸化又は炭化金属膜を成膜することを特徴とする酸化又は炭化金属膜作製方法である。
【００６１】
上記課題を解決する第３３の発明（請求項３３に対応）に係る窒化金属膜は、
窒素原子と金属原子の原子組成比であるＮ／Ｍ比を制御した窒化金属膜である。
【００６２】
上記課題を解決する第３４の発明（請求項３４に対応）に係る窒化金属膜は、
窒素原子と金属原子の原子組成比であるＮ／Ｍ比を０より大きく１以下に制御した窒化金属膜である。
【００６３】
第３５の発明（請求項３５に対応）は、
第３３又は第３４の発明に係る窒化金属膜において、
膜内部でＮ／Ｍ比が変化していることを特徴とする窒化金属膜である。
【００６４】
第３６の発明（請求項３６に対応）は、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成される被エッチング部材をハロゲンガスプラズマによりエッチングしてハロゲン化金属からなる前駆体を生成し、
当該前駆体の金属成分を基板に成膜する際に、供給量を制御した窒素ガスをプラズマ化して得られる窒素ガスプラズマにより前記金属成分を窒化して前記基板に成膜することを特徴とする第３３ないし第３５のいずれかの発明に係る窒化金属膜である。
【発明の効果】
【００６５】
第１の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
基板が収容されるチャンバと、前記基板を載置する支持台と、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成され、前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材と、
前記チャンバにハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記チャンバに窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段と、
前記ハロゲンガス及び窒素ガスをプラズマ化してハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くする温度制御手段とを有し、
前記ハロゲンガスプラズマにより前記被エッチング部材をエッチングしてハロゲン化金属からなる前駆体を生成し、当該前駆体の金属成分を前記基板に成膜する際に前記窒素ガスプラズマにより前記金属成分を窒化して、前記基板に窒化金属膜を成膜する窒化金属膜作製装置において、
前記窒化金属膜の窒素原子と金属原子の原子組成比であるＮ／Ｍ比が所定値となるように、前記窒素ガスの供給量を制御するガス供給量制御手段を設けたので、
第１７の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、窒素ガス供給量を自由に制御して、Ｎ／Ｍ比を広範囲に亘り自由に制御することができる。
【００６６】
Ｎ／Ｍ比を広範囲に亘り自由に制御した窒化金属膜を成膜可能であることは、例えば仕事関数を自由に制御した窒化金属膜を成膜可能であることを意味する。したがって、例えばトランジスタのゲート電極に仕事関数を自由に制御した窒化金属膜を用いることにより、トランジスタ構造やトランジスタ特性によらずに最適なトランジスタを製造することができる。
【００６７】
また、第１の発明に係る窒化金属膜作成装置は、その成膜原理から、不純物が含まれることによる膜質低下の問題や、複雑な形状への均一成膜が困難であるという問題を解決した成膜が可能であり、また成膜基板や膜自体に電気的損傷を与えるおそれをなくした成膜が可能である。
【００６８】
第２の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
第１の発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記チャンバの上面は絶縁部材により密閉され、
前記プラズマ発生手段は、前記絶縁部材の外方に配設した平面状コイルと当該コイルに給電する電源部とからなり、
前記被エッチング部材は、前記基板と前記絶縁部材との間に設置され、前記前駆体が前記基板に供給されうる形状に形成されたので、
第１８の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、第１の発明の奏する効果に加えて、更に、チャンバの筒部の周囲のスペースを確保することにより、例えばチャンバ側壁から内部へ各ガスを供給する場合に、ガス供給装置の設置スペースを十分確保することができる。又、被エッチング部材の面内に作用するプラズマを制御し、前駆体の生成を制御して、基板上に窒化金属膜を均一に成膜することができる。
【００６９】
第３の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
第１の発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記チャンバの上面は前記被エッチング部材により密閉され、
前記プラズマ発生手段は、前記チャンバの周囲に巻回したコイルと当該コイルに給電する電源部とからなるので、
第１９の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、第１の発明の奏する効果に加えて、更に、チャンバの周囲に設置したコイルから電磁波を発生させることにより、被エッチング部材を複雑な形状とすることなく、チャンバ内部に供給されたガスをプラズマ化することができる。又、チャンバ上面の構成も簡略になり、例えば消耗部材である被エッチング部材の交換が簡単になるなど、保守性を向上することができる。
【００７０】
第４の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
第１の発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記支持台はアースされ、
前記チャンバの上面は前記被エッチング部材により密閉され、
前記プラズマ発生手段は、前記被エッチング部材と前記被エッチング部材に給電する電源部と前記アースされた支持台とからなり、前記被エッチング部材と前記支持台との間にガスプラズマを発生させるので、
第２０の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、第１の発明の奏する効果に加えて、更に、被エッチング部材自身をプラズマ発生用の電極として用いることにより、チャンバの上部や、筒部の周囲におけるプラズマアンテナを不要とし、装置周囲の構成の自由度を増加させることができる。又、チャンバ上面の構成も簡略になり、例えば消耗部材である被エッチング部材の交換が簡単になるなど、保守性を向上することができる。
【００７１】
第５の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
第１の発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記被エッチング部材は、前記チャンバを上下の室に仕切るように設けられると共に上室から下室に連通する穴を有し、
前記ハロゲンガス供給手段は、前記上室に設けられ、
前記窒素ガス供給手段は、前記下室に設けられ、
前記プラズマ発生手段は、前記上室及び前記下室にそれぞれ設けられるので、
第２１の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、第１の発明の奏する効果に加えて、更に、ハロゲンガスプラズマを一方の室内で発生させるので、基板に対するプラズマの影響を最小限に抑制することができる。
【００７２】
第６の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
第１の発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記チャンバの内部において前記支持台を昇降させる、昇降駆動手段を有するので、
第２２の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、第１の発明の奏する効果に加えて、更に、支持台の昇降により、ハロゲンガスプラズマを発生させる状態と、ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマ、または、窒素ガスプラズマを発生させる状態とにチャンバ内の状態を変更させ、ハロゲンラジカル及び窒素ラジカルを的確に生成することができる。
【００７３】
第７の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
第１の発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記プラズマ発生手段は、前記チャンバ本体の外部にて外部プラズマ発生手段として構成され、前記ハロゲンガス供給手段及び前記窒素ガス供給手段は、前記外部プラズマ発生手段に前記ハロゲンガス及び前記窒素ガスを供給し、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記外部プラズマ発生手段により、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記被エッチング部材の近傍に供給されるので、
第２３の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、第１の発明の奏する効果に加えて、更に、チャンバと隔絶した外部プラズマ発生手段においてガスプラズマを発生させることにより、基板が直接、プラズマに晒されるおそれを抑制して、プラズマによる損傷を抑制することができる。例えば、既に別材料の膜が成膜された基板に更に成膜を行う場合などには、既に成膜された材料の膜を損傷させることなく第２の成膜が可能である。又、チャンバ上面の構成も簡略になり、例えば消耗部材である被エッチング部材の交換が簡単になるなど、保守性を向上することができる。
【００７４】
第８の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
第１の発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記チャンバの上面は前記被エッチング部材により密閉され、
前記プラズマ発生手段は、前記チャンバに連通する筒状の通路と当該筒状の通路の周囲に巻回したコイルと当該コイルに給電する電源部とからなり、チャンバ本体の外部に設置された外部プラズマ発生手段として構成され、
前記ハロゲンガス供給手段は、前記筒状の通路にハロゲンガスを供給し、
前記窒素ガス供給手段は、前記筒状の通路に窒素ガスを供給し、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記外部プラズマ発生手段により、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記被エッチング部材の近傍に供給されるプラズマであるので、
第２４の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、第１の発明の奏する効果に加えて、更に、チャンバと隔絶した外部プラズマ発生手段においてガスプラズマを発生させることにより、基板が直接、プラズマに晒されるおそれを抑制して、プラズマによる損傷を抑制することができる。例えば、既に別材料の膜が成膜された基板に更に成膜を行う場合などには、既に成膜された材料の膜を損傷させることなく第２の成膜が可能である。又、チャンバ上面の構成も簡略になり、例えば消耗部材である被エッチング部材の交換が簡単になるなど、保守性を向上することができる。
【００７５】
第９の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
第１ないし第８のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記基板とほぼ同じ高さにおける前記チャンバの側壁に設けられる第２の外部プラズマ発生手段を有し、前記窒素ガス供給手段は前記第２の外部プラズマ発生手段に前記窒素ガスを供給し、
前記窒素ガスプラズマは、前記第２の外部プラズマ発生手段により、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記チャンバの内部における前記基板の上面に供給されたプラズマであるので、
第２５の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、第１ないし第８のいずれかの発明の奏する効果に加えて、更に、基板とほぼ同じ高さに設置した第２の外部プラズマ発生手段から窒素ガスを窒素ガスプラズマとして基板の上面に供給することにより、窒素ラジカルによる被エッチング部材の不動態化のおそれをなくすことができる。これにより、Ｎ／Ｍ比をさらに精度よく制御した窒化金属膜を成膜することができる。
【００７６】
また、窒素ガスプラズマを基板の上面に供給する構成とすることにより、基板付近における窒化反応の発生率を高めて、比較的Ｎ／Ｍ比が高い窒化金属膜を効率よく成膜することができる。
【００７７】
第１０の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
第１ないし第８のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記基板とほぼ同じ高さにおける前記チャンバの側壁に設けられ、前記チャンバに連通する筒状の通路と当該筒状の通路の周囲に巻回したコイルと当該コイルに給電する電源部とからなる第２の外部プラズマ発生手段を有し、
前記窒素ガス供給手段は、前記筒状の通路に窒素ガスを供給し、
前記窒素ガスプラズマは、前記第２の外部プラズマ発生手段により、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記チャンバの内部における前記基板の上面に供給されたプラズマであるので、
第２６の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、第１ないし第８のいずれかの発明の奏する効果に加えて、更に、基板とほぼ同じ高さに設置した第２の外部プラズマ発生手段から窒素ガスを窒素ガスプラズマとして基板の上面に供給することにより、窒素ラジカルによる被エッチング部材の不動態化のおそれをなくすことができる。これにより、Ｎ／Ｍ比をさらに精度よく制御した窒化金属膜を成膜することができる。
【００７８】
また、窒素ガスプラズマを基板の上面に供給する構成とすることにより、基板付近における窒化反応の発生率を高めて、比較的Ｎ／Ｍ比が高い窒化金属膜を効率よく成膜することができる。
【００７９】
第１１の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
第１ないし第１０のいずれか発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記Ｎ／Ｍ比は、０より大きく１以下であることにしたので、
第２７の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、第１ないし第１０のいずれか発明の奏する効果に加えて、更に、例えばトランジスタのゲート電極膜など、産業上利用可能性が高い窒化金属膜を成膜することができる。
【００８０】
第１２の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
第１ないし第１１のいずれか発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記ガス供給量制御手段により制御される窒素ガスの供給量は、前記ハロゲンガスの供給量との比である窒素ガス／ハロゲンガス流量比が０より大きく０．１以下であることにしたので、
第２８の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、第１ないし第１１のいずれか発明の奏する効果に加えて、更に、Ｎ／Ｍ比を０より大きく１以下に自由に制御した窒化金属膜を成膜することができる。
【００８１】
なお、窒素ガスの供給量の制御としては、ハロゲンガスの供給量との比である窒素ガス／ハロゲンガス流量比が０より大きく０．１以下だけでなく、０より大きく０．０５以下または０より大きく０．０３以下の範囲で制御すればよく、当該範囲における制御によりＮ／Ｍ比を０より大きく１以下に自由に制御した窒化金属膜を成膜することができる。
【００８２】
特に、窒素ガス／ハロゲンガス流量比を0.005以上、0.025以下の範囲内で制御することにより、窒素ガス／ハロゲンガス流量比とＮ／Ｍ比の直線的な対応関係を利用して、Ｎ／Ｍ比の精度を高めた成膜を行うことができる。
【００８３】
第１３の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
第１ないし第１２のいずれか発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記ガス供給量制御手段は、成膜工程中に、前記窒素ガスの供給量と前記ハロゲンガスの供給量との比である窒素ガス／ハロゲンガス流量比を変更する機能を有し、
前記基板に成膜される窒化金属膜は、膜内部でＮ／Ｍ比が変化した窒化金属膜であることにしたので、
第２９の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、第１ないし第１２のいずれか発明の奏する効果に加えて、更に、窒化金属膜の窒素成分をガス状態として供給するという有利な特徴を利用して、窒素ガス流量を自由に制御することにより、例えば窒素ラジカル成分を固体窒化物から得るような成膜原理では実現不可能な、膜内部でＮ／Ｍ比が変化した窒化金属膜を成膜することができる。例えば、窒化金属膜の内部において、Ｎ／Ｍ比を連続的、断続的または段階的に変化させた窒化金属膜を成膜することができる。
【００８４】
第１４の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
第１ないし第１３のいずれか発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属は、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、バナジウム、ニオブ、ジルコニウム又はハフニウムのいずれか一種であることにしたので、
第３０の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、第１ないし第１３のいずれか発明の奏する効果に加えて、更に、窒化タンタル、窒化チタン、窒化タングステン又は窒化モリブデンなどといった産業上利用可能性が高い窒化金属膜を成膜することができる。
【００８５】
第１５の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
第１ないし第１４のいずれか発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記ハロゲンガスは、塩素ガスであることにしたので、
第３１の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、第１ないし第１４のいずれか発明の奏する効果に加えて、更に、反応性、製造コストなどのバランスを考慮したハロゲンガスを利用することにより、最適な成膜を行うことができる。
【００８６】
第１６の発明に係る窒化金属膜作成装置によれば、
第１ないし第１５のいずれか発明に係る窒化金属膜作製装置において、
前記窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段の代わりに、酸素又は炭素を供給する酸素供給手段又は炭素供給手段を有し、前記基板に酸化又は炭化金属膜を成膜することとしたので、
第３２の発明に係る窒化金属膜作製方法を実施する装置とすることができると共に、第１ないし第１５のいずれか発明の奏する効果に加えて、更に、酸素／金属比が制御された薄膜を成膜してゲート電極、キャパシタンス用誘電体、触媒（例えば、光触媒であるチタニア）、密着層等として使用したり、炭素／金属比が制御された薄膜を成膜して保護膜やエッチングストップ膜等として使用したりすることができる。
【００８７】
第１７の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
基板を支持台に載置してチャンバに収容し、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成され、前記基板に対向する位置に設けられる被エッチング部材を、ハロゲンガスをプラズマ化して得られるハロゲンガスプラズマによりエッチングしてハロゲン化金属からなる前駆体を生成し、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くして前記前駆体の金属成分を前記基板に成膜する際に、窒素ガスをプラズマ化して得られる窒素ガスプラズマにより前記金属成分を窒化して、前記基板に窒化金属膜を成膜する窒化金属膜作製方法において、
前記窒化金属膜の窒素原子と金属原子の原子組成比であるＮ／Ｍ比が所定値となるように、前記窒素ガスの供給量を制御することにしたので、
窒素ガス供給量を自由に制御して、Ｎ／Ｍ比を広範囲に亘り自由に制御することができる。
【００８８】
Ｎ／Ｍ比を広範囲に亘り自由に制御した窒化金属膜を成膜可能であることは、例えば仕事関数を自由に制御した窒化金属膜を成膜可能であることを意味する。したがって、例えばトランジスタのゲート電極に仕事関数を自由に制御した窒化金属膜を用いることにより、トランジスタ構造やトランジスタ特性によらずに最適なトランジスタを製造することができる。
【００８９】
また、第１７の発明に係る窒化金属膜作成方法は、その成膜原理から、不純物が含まれることによる膜質低下の問題や、複雑な形状への均一成膜が困難であるという問題を解決した成膜が可能であり、また成膜基板や膜自体に電気的損傷を与えるおそれをなくした成膜が可能である。
【００９０】
第１８の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
第１７の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記チャンバの上面を密封する絶縁部材の外方に配設した平面状コイルからの電磁波により、前記ハロゲンガス及び前記窒素ガスをプラズマ化して得られ、
前記被エッチング部材は、前記基板と前記絶縁部材との間に設置され、前記前駆体が前記基板に供給されうる形状に形成されたので、
第１７の発明の奏する効果に加えて、更に、チャンバの筒部の周囲のスペースを確保することにより、例えばチャンバ側壁から内部へ各ガスを供給する場合に、ガス供給装置の設置スペースを十分確保することができる。又、被エッチング部材の面内に作用するプラズマを制御し、前駆体の生成を制御して、基板上に窒化金属膜を均一に成膜することができる。
【００９１】
第１９の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
第１７の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記チャンバは、上面を前記被エッチング部材により密閉され、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記チャンバの周囲に巻回したコイルからの電磁波により、前記ハロゲンガス及び前記窒素ガスをプラズマ化して得られることにしたので、
第１７の発明の奏する効果に加えて、更に、チャンバの周囲に設置したコイルから電磁波を発生させることにより、被エッチング部材を複雑な形状とすることなく、チャンバ内部に供給されたガスをプラズマ化することができる。又、チャンバ上面の構成も簡略になり、例えば消耗部材である被エッチング部材の交換が簡単になるなど、本発明の方法を実施する装置についての保守性を向上することができる。
【００９２】
第２０の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
第１７の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記支持台は、アースされ、
前記チャンバは、上面を前記被エッチング部材により密閉され、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記被エッチング部材と前記支持台との間に発生する電場により、前記ハロゲンガス及び前記窒素ガスをプラズマ化して得られることにしたので、
第１７の発明の奏する効果に加えて、更に、被エッチング部材自身をプラズマ発生用の電極として用いることにより、チャンバの上部や、筒部の周囲におけるプラズマアンテナを不要とし、本発明を実施する装置周囲の構成の自由度を増加させることができる。又、チャンバ上面の構成も簡略になり、例えば消耗部材である被エッチング部材の交換が簡単になるなど、本発明の方法を実施する装置についての保守性を向上することができる。
【００９３】
第２１の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
第１７の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記被エッチング部材は、前記チャンバを上下の室に仕切るように設けられると共に上室から下室に連通する穴を有し、
前記ハロゲンガスプラズマは、前記上室にて発生させ、
前記窒素ガスプラズマは、前記下室にて発生させるので、
第１７の発明の奏する効果に加えて、更に、ハロゲンガスプラズマを一方の室内で発生させるので、基板に対するプラズマの影響を最小限に抑制することができる。
【００９４】
第２２の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
第１７の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記チャンバの内部において前記支持台を昇降させながら成膜するので、
第１７の発明の奏する効果に加えて、更に、支持台の昇降により、ハロゲンガスプラズマを発生させる状態と、ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマ、または、窒素ガスプラズマを発生させる状態とにチャンバ内の状態を変更させ、ハロゲンラジカル及び窒素ラジカルを的確に生成することができる。
【００９５】
第２３の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
第１７の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記被エッチング部材の近傍に供給されるので、
第１７の発明の奏する効果に加えて、更に、チャンバと隔絶した外部においてガスプラズマを発生させることにより、基板が直接、プラズマに晒されるおそれを抑制して、プラズマによる損傷を抑制することができる。例えば、既に別材料の膜が成膜された基板に更に成膜を行う場合などには、既に成膜された材料の膜を損傷させることなく第２の成膜が可能である。又、チャンバ上面の構成も簡略になり、例えば消耗部材である被エッチング部材の交換が簡単になるなど、本発明の方法を実施する装置についての保守性を向上することができる。
【００９６】
第２４の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
第１７の発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記チャンバは、上面を前記被エッチング部材により密閉され、
前記ハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマは、前記チャンバに連通する筒状の通路の周囲に巻回したコイルからの電磁波により、前記通路の内部に供給されるハロゲンガス及び窒素ガスをプラズマ化することにより、予め前記チャンバの外部でプラズマ化されて、前記被エッチング部材の近傍に供給されるプラズマであるので、
第１７の発明の奏する効果に加えて、更に、チャンバと隔絶した外部においてガスプラズマを発生させることにより、基板が直接、プラズマに晒されるおそれを抑制して、プラズマによる損傷を抑制することができる。例えば、既に別材料の膜が成膜された基板に更に成膜を行う場合などには、既に成膜された材料の膜を損傷させることなく第２の成膜が可能である。又、チャンバ上面の構成も簡略になり、例えば消耗部材である被エッチング部材の交換が簡単になるなど、本発明の方法を実施する装置についての保守性を向上することができる。
【００９７】
第２５の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
第１７ないし第２４のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記窒素ガスプラズマは、予め前記チャンバ本体の外部でプラズマ化されて、前記チャンバの内部における前記基板の上面に供給されるプラズマであるので、
第１７ないし第２４のいずれかの発明の奏する効果に加えて、更に、窒素ガスを窒素ガスプラズマとして基板の上面に供給することにより、窒素ラジカルによる被エッチング部材の不動態化のおそれをなくすことができる。これにより、Ｎ／Ｍ比をさらに精度よく制御した窒化金属膜を成膜することができる。
【００９８】
また、窒素ガスプラズマを基板の上面に供給する構成とすることにより、基板付近における窒化反応の発生率を高めて、比較的Ｎ／Ｍ比が高い窒化金属膜を効率よく成膜することができる。
【００９９】
第２６の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
第１７ないし第２４のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記窒素ガスプラズマは、前記基板とほぼ同じ高さにおける前記チャンバの側壁に設けられ、前記チャンバに連通する筒状の通路の周囲に巻回したコイルからの電磁波により、前記通路の内部に供給される窒素ガスをプラズマ化することにより、予め前記チャンバの外部でプラズマ化されて、前記チャンバの内部における前記基板の上面に供給されたプラズマであるので、
第１７ないし第２４のいずれかの発明の奏する効果に加えて、更に、基板とほぼ同じ高さから窒素ガスを窒素ガスプラズマとして基板の上面に供給することにより、窒素ラジカルによる被エッチング部材の不動態化のおそれをなくすことができる。これにより、Ｎ／Ｍ比をさらに精度よく制御した窒化金属膜を成膜することができる。
【０１００】
また、窒素ガスプラズマを基板の上面に供給する構成とすることにより、基板付近における窒化反応の発生率を高めて、比較的Ｎ／Ｍ比が高い窒化金属膜を効率よく成膜することができる。
【０１０１】
第２７の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
第１７ないし第２６のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記Ｎ／Ｍ比は、０より大きく１以下であることにしたので、
第１７ないし第２６のいずれか発明の奏する効果に加えて、更に、例えばトランジスタのゲート電極膜など、産業上利用可能性が高い窒化金属膜を成膜することができる。
【０１０２】
第２８の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
第１７ないし第２７のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記窒素ガスの供給量は、前記ハロゲンガスの供給量との比である窒素ガス／ハロゲンガス流量比が０より大きく０．１以下であることにしたので、
第１７ないし第２７のいずれか発明の奏する効果に加えて、更に、Ｎ／Ｍ比を０より大きく１以下に自由に制御した窒化金属膜を成膜することができる。
【０１０３】
なお、窒素ガスの供給量の制御としては、ハロゲンガスの供給量との比である窒素ガス／ハロゲンガス流量比が０より大きく０．１以下だけでなく、０より大きく０．０５以下または０より大きく０．０３以下の範囲で制御すればよく、当該範囲における制御によりＮ／Ｍ比を０より大きく１以下に自由に制御した窒化金属膜を成膜することができる。
【０１０４】
特に、窒素ガス／ハロゲンガス流量比を0.005以上、0.025以下の範囲内で制御することにより、窒素ガス／ハロゲンガス流量比とＮ／Ｍ比の直線的な対応関係を利用して、Ｎ／Ｍ比の精度を高めた成膜を行うことができる。
【０１０５】
第２９の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
第１７ないし第２８のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製方法において、
成膜工程中に、前記窒素ガスの供給量と前記ハロゲンガスの供給量との比である窒素ガス／ハロゲンガス流量比を変更して、膜内部でＮ／Ｍ比が変化した窒化金属膜を成膜することにしたので、
第１７ないし第２８のいずれか発明の奏する効果に加えて、更に、窒化金属膜の窒素成分をガス状態として供給するという有利な特徴を利用して、窒素ガス流量を自由に制御することにより、例えば窒素ラジカル成分を固体窒化物から得るような成膜原理では実現不可能な、膜内部でＮ／Ｍ比が変化した窒化金属膜を成膜することができる。例えば、窒化金属膜の内部において、Ｎ／Ｍ比を連続的、断続的または段階的に変化させた窒化金属膜を成膜することができる。
【０１０６】
第３０の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
第１７ないし第２９のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属は、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、バナジウム、ニオブ、ジルコニウム又はハフニウムのいずれか一種であることにしたので、
第１７ないし第２９のいずれか発明の奏する効果に加えて、更に、窒化タンタル、窒化チタン、窒化タングステン又は窒化モリブデンなどといった産業上利用可能性が高い窒化金属膜を成膜することができる。
【０１０７】
第３１の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
第１７ないし第３０のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記ハロゲンガスは、塩素ガスであることにしたので、
第１７ないし第３０のいずれか発明の奏する効果に加えて、更に、反応性、製造コストなどのバランスを考慮したハロゲンガスを利用することにより、最適な成膜を行うことができる。
【０１０８】
第３２の発明に係る窒化金属膜作成方法によれば、
第１７ないし第３１のいずれかの発明に係る窒化金属膜作製方法において、
前記窒素ガスの代わりに、酸素又は炭素を供給し、前記基板に酸化又は炭化金属膜を成膜することとしたので、
第１７ないし第３１のいずれか発明の奏する効果に加えて、更に、酸素／金属比が制御された薄膜を成膜してゲート電極、キャパシタンス用誘電体、触媒（例えば、光触媒であるチタニア）、密着層等として使用したり、炭素／金属比が制御された薄膜を成膜して保護膜やエッチングストップ膜等として使用したりすることができる。
【０１０９】
第３３の発明に係る窒化金属膜によれば、
窒素原子と金属原子の原子組成比であるＮ／Ｍ比を制御したので、
例えば仕事関数を自由に制御した窒化金属膜とすることができ、例えばトランジスタのゲート電極に用いることにより、トランジスタ構造やトランジスタ特性によらずに最適なトランジスタを製造することができる。
【０１１０】
第３４の発明に係る窒化金属膜によれば、
窒素原子と金属原子の原子組成比であるＮ／Ｍ比を０より大きく１以下に制御したので、
例えばトランジスタのゲート電極膜など、産業上利用可能性が高い窒化金属膜とすることができる。
【０１１１】
第３５の発明に係る窒化金属膜によれば、
第３３又は第３４の発明に係る窒化金属膜において、
膜内部でＮ／Ｍ比が変化していることにしたので、
例えば窒素ラジカル成分を固体窒化物から得るような成膜原理では実現不可能な窒化金属膜とすることができる。
【０１１２】
第３６の発明に係る窒化金属膜によれば、
高蒸気圧ハロゲン化物を生成しうる金属で形成される被エッチング部材をハロゲンガスプラズマによりエッチングしてハロゲン化金属からなる前駆体を生成し、
当該前駆体の金属成分を基板に成膜する際に、供給量を制御した窒素ガスをプラズマ化して得られる窒素ガスプラズマにより前記金属成分を窒化して前記基板に成膜した第３３ないし第３５のいずれかの発明に係る窒化金属膜であることにしたので、
その成膜原理から、不純物が含まれることによる膜質低下の問題や、複雑な形状への均一成膜が困難であるという問題を解決した窒化金属膜とすることが可能であり、また成膜基板や膜自体に電気的損傷のおそれをなくした窒化金属膜とすることが可能である。
【０１１３】
本発明に係る窒化金属膜は、例えばトランジスタのゲート電極膜など、産業上の利用可能性が高く、膜内部でＮ／Ｍ比を変化させた窒化金属膜など、例えば窒素ラジカル成分を固体窒化物から得るような成膜原理では実現不可能な膜である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１１４】
＜第１の実施形態＞
図１に基づいて、第１の実施形態に係る窒化金属膜作製方法及び窒化金属膜作製装置を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る窒化金属膜作製方法を実施する窒化金属膜作製装置の概略内部構成図である。なお、同図には、窒化金属膜の成膜工程における成膜反応の概念の一部も示してある。
【０１１５】
＜装置の全体構成について＞
図１に示すように、筒形状に形成された、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及び冷媒流路５を備えた温度制御器６が設けられ、支持台２は温度制御器６により所定温度（例えば、基板３が１００℃〜２００℃に維持される温度）に制御される。
【０１１６】
チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部は絶縁材製（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によって塞がれたチャンバ１の内部は真空装置８により所定の圧力に維持される。
【０１１７】
＜プラズマ発生器について＞
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９が設けられ、プラズマアンテナ９は天井板７の面と平行な平面状コイルである。平面状コイルとは、プラズマアンテナ９の平面形状が例えば渦巻状となっている形状を意味する。プラズマアンテナ９には整合器１０及び電源１１が接続されて高周波電流が供給される。プラズマアンテナ９、整合器１０及び電源１１によりプラズマ発生手段であるプラズマ発生器が構成されている。
【０１１８】
＜ガスの供給について＞
チャンバ１の側壁部の上方には、チャンバ１の内部にハロゲンガスとしての塩素ガスを供給する機能（ハロゲンガス供給手段）と窒素ガスを供給する機能（窒素ガス供給手段）とを有するノズル１２が接続されている。チャンバ１の内部に供給される塩素ガスは、ヘリウムガスで希釈されている。チャンバ１の内部に供給され、成膜に関与しないガス等は排気口１５から排気される。
【０１１９】
なお、ハロゲンガスとしては、フッ素（Ｆ2）、臭素（Ｂｒ2）及びヨウ素（Ｉ2）などを適用することが可能である。また、ハロゲンガスを希釈するガスとしては、ヘリウムガスの他にアルゴンガスなどでもよく、ハロゲンガス濃度が５０％以下、好ましくは１０％程度に希釈することが好ましい。
【０１２０】
ノズル１２は、チャンバ１の円周方向に１個又は複数個、配置されると共にチャンバ１内部に向けて開口し、ノズル１２には流量制御器１３を介して希釈された塩素ガス及び窒素ガスが送られる。ノズル１２の配置の仕方によっては、成膜される窒化金属膜１８の膜厚分布等に影響があるため、ガス供給のバランス等を考慮した配置とすることが望ましい。
【０１２１】
流量制御器１３はガス供給量制御手段としての機能を有し、塩素ガスの供給量及び窒素ガスの供給量を独立に調整して、塩素ガスの供給量に対する窒素ガスの供給量であるＮ2／Ｃｌ2ガス流量比を制御する機能を有する。また、塩素ガスを希釈するヘリウムガスやアルゴンガス等の供給量も独立して調整できる機能を有する。
【０１２２】
なお、本実施形態では、同じノズル１２から塩素ガス及び窒素ガスを共に供給する例を示したが、各ガス専用のノズルを設置してもよい。例えば、チャンバ１の円周方向に複数配置されるノズルを円周方向に向かって交互に各ガス専用のノズルとする構成などが挙げられる。
【０１２３】
＜被エッチング部材について＞
チャンバ１の上方（ノズル１２よりも下方）には、高蒸気圧ハロゲン化物を形成しうる金属であるタンタル（Ｔａ）からなる被エッチング部材１４が保持され、被エッチング部材１４はプラズマアンテナ９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。
【０１２４】
例えば、被エッチング部材１４は、図９に示すように、絶縁物で形成される環状のリング部材１４ａと、該リング部材１４ａの円周方向に複数設けられると共にリング部材１４ａの中心へ延びる複数の棒部材１４ｂとからなり、棒部材１４ｂ同士の間に空間１４ｃが形成されている。これにより、被エッチング部材１４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。
【０１２５】
なお、プラズマアンテナ９の電気の流れに対して不連続状態にする構成としては、図９に示す形状に限られず、格子状の被エッチング部材としたり、網目状の被エッチング部材としたり、スリット状の切欠部（空間）を有する被エッチング部材としたりしてもよい。また、本実施形態では、被エッチング部材１４の材料としてタンタル（Ｔａ）を用いたが、これに限られず成膜したい窒化金属膜に応じてチタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、バナジウム、ニオブ、ジルコニウム又はハフニウム等で作製しても良い。
【０１２６】
＜上記成膜装置を用いた窒化金属膜の成膜について＞
図１０は、本実施形態に係る窒化金属膜作製方法を実施する際の各ガス流量の制御方法を示す図である。同図には、横軸を時間軸とした各ガス流量の制御の様子を示してある。同図に示すように、本実施形態に係る窒化金属膜作製方法は、予備加熱工程と成膜工程とからなる。以下、上述した窒化金属膜作製装置によりＮ／Ｍ比の制御された窒化金属膜を成膜する方法について、図１、図９及び図１０に基づいて詳細に説明する。
【０１２７】
＜予備加熱工程について＞
まず、ノズル１２からチャンバ１の内部に、流量制御器１３を介して所定時間（時間ゼロから時間ｔ１まで）、所定量のヘリウムガスを供給すると共に、プラズマアンテナ９から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、ヘリウムガスを励起してヘリウムガスプラズマを発生させる。ヘリウムガスプラズマは、ガスプラズマ１６で図示する領域に発生する。このときの反応は、次式で示すことができる。
【０１２８】
Ｈｅ  →  Ｈｅ*        ・・・・・・（１）
ここで、Ｈｅ*はヘリウムラジカルを示す。
【０１２９】
発生したヘリウムガスプラズマにより、被エッチング部材１４が加熱される。この工程は、ヘリウムガスプラズマにより被エッチング部材１４を加熱して、後のエッチング反応を潤滑に行うための予備加熱工程である。
【０１３０】
次に、予備加熱工程の後半（時間ｔ１から時間ｔ２まで）において、プラズマアンテナ９から電磁波を入射しつつ、ノズル１２からチャンバ１の内部に、流量制御器１３を介してガス流量を徐々に増加させながらヘリウムガス、塩素ガス及び窒素ガスを供給する。この結果、塩素ガス及び窒素ガスが励起されて、塩素ガスプラズマ及び窒素ガスプラズマが発生する。これらのガスプラズマは、ガスプラズマ１６で図示する領域に発生する。このときの反応は、次式で示すことができる。
【０１３１】
Ｃｌ2  →  ２Ｃｌ*        ・・・・・・（２）
Ｎ2    →  ２Ｎ*          ・・・・・・（３）
ここで、Ｃｌ*は、塩素ラジカル、Ｎ*は窒素ラジカルを示す。
【０１３２】
本実施形態では、時間ｔ２においてヘリウムガス：塩素ガス：窒素ガスの流量比が約１００：３３：１（例えば、１００sccm：３３sccm：１sccm）となるように各ガス流量を徐々に増加させた。すなわち、後述する成膜工程において、供給する塩素ガスをヘリウムガスにより濃度約２５％に希釈した塩素ガスとすると共に、Ｎ2／Ｃｌ2ガス流量比を０．０３とした。
【０１３３】
成膜工程におけるＮ2／Ｃｌ2ガス流量比は、０．０３に限られず、下記詳細に説明するように、０より大きく０．１以下の範囲を自由に設定することができる。Ｎ2／Ｃｌ2ガス流量比を該範囲における所定の値に設定することで、成膜される窒化金属膜１８のＮ／Ｍ比を０より大きく１以下において自由に制御することができる。
【０１３４】
この予備加熱工程の後半は、被エッチング部材１４の予備加熱に加えて、成膜に必要とされるガス流量を調整する目的も兼ねている。予備加熱工程において供給するヘリウムガスの供給量及び供給時間は、被エッチング部材１４が加熱されて所定温度となるように設定する。また、予備加熱工程の後半において供給する塩素ガス及び窒素ガスは、これらのガスプラズマによる被エッチング部材１４の加熱に対する寄与や、ガス供給の安定性などの項目を考慮して、供給スピードをコントロールする。
【０１３５】
＜ファラデーシールドについて＞
図１に示す窒化金属膜作製装置では、プラズマアンテナ９の下部には導電体である被エッチング部材１４が存在している。しかしながら、以下の作用により、ガスプラズマ１６が被エッチング部材１４を安定に覆って、すなわち被エッチング部材１４の下側にもガスプラズマ１６が安定して発生するようになっている。この結果、発生した前駆体１７を基板３に供給することができる。
【０１３６】
上述するように、被エッチング部材１４の棒部材１４ｂは、プラズマアンテナ９に流れる電流の流れ方向に対して不連続状態となるように基板３と天井板７との間に配置されている（図９を参照。）。
【０１３７】
平面状コイルのプラズマアンテナ９に電流が流れると、各棒部材１４ｂにおけるプラズマアンテナ９に対向する面には、プラズマアンテナ９の電流の流れ方向とは逆方向の誘導電流が発生する。被エッチング部材１４には空間１４ｃが存在しているので、棒部材１４ｂに発生した誘導電流は、それぞれの棒部材１４ｂの下面（前記対向面の裏側の面）に流れる。したがって、該下面における誘導電流の流れ方向は、プラズマアンテナ９に流れる電流の流れ方向と同一方向となる（ファラデーシールド）。
【０１３８】
すなわち、基板３側から被エッチング部材１４を見た場合、プラズマアンテナ９に流れる電流を打ち消す方向の誘導電流が存在しない状態になる。また、リング部材１４ａがアースされ、各棒部材１４ｂが同電位に維持されている。この結果、導電体である被エッチング部材１４が存在していても、プラズマアンテナ９から電磁波がチャンバ１内に確実に入射し、被エッチング部材１４の下側にもガスプラズマ１６が安定して発生するようになっている。この結果、発生した前駆体１７を基板３に供給することができる。
【０１３９】
＜成膜工程について＞
次に、時間ｔ２からの成膜工程では、時間ｔ２で到達した各ガス流量比を維持して成膜を行う。すなわち、ヘリウムガス：塩素ガス：窒素ガスの流量比を約１００：３３：１に維持して成膜工程を行う。
【０１４０】
上述するようにガスプラズマ１６の示す領域に発生した塩素ガスプラズマにより、被エッチング部材１４にエッチング反応が生じる。このときの反応は、次式で示すことができる。
Ｔａ（ｓ）＋ＸＣｌ*  →  ＴａＣｌX（ｇ）  ・・・・（４）
ここで、ｓは固体状態、ｇはガス状態、Ｘは零より大きい数字（整数に限定されない。）を示す。式（４）は、被エッチング部材１４のタンタル成分が塩素ラジカルによりエッチングされ、高蒸気圧ハロゲン化物である塩化タンタルガスを生成した状態を示す。この塩化タンタルガスが、前駆体１７である。
【０１４１】
ガスプラズマ１６が発生することにより被エッチング部材１４は加熱され、更に温度制御器６により基板３が冷却されることにより、基板３の温度は被エッチング部材１４の温度よりも低くなる。また、チャンバ１の内部において、各ガスはノズル１２から供給されて排気口１５から排気されるため、各ガスの流れ方向はチャンバ１の上方から下方に向かう方向となる。これらの結果、前駆体１７は基板３に吸着される。このときの反応は、次式で示すことができる。
ＴａＣｌX（ｇ）  →  ＴａＣｌX（ａｄ）  ・・・・（５）
ここで、ａｄは吸着状態を示す。
【０１４２】
基板３に吸着した塩化タンタルは、塩素ラジカル及び窒素ラジカルにより還元・窒化されて窒化タンタルとなり、窒化金属膜１８が形成される。このときの反応は、次式で示すことができる。
ＴａＣｌX（ａｄ）＋ＸＣｌ*＋ＹＮ*→ＴａＮY（ｓ）＋ＸＣｌ2↑  ・・（６）
ここでＹは零より大きい数字（整数に限定されない。）を示す。
【０１４３】
なお、上式（６）の成膜反応は、次の２つの反応からなると考えられる。１つめの反応は、基板３に吸着した塩化タンタルが塩素ラジカルにより還元されてタンタル成分となった後、窒素ラジカルにより窒化され窒化タンタルとなる反応である。この反応は、次式で示すことができる。
ＴａＣｌX（ａｄ）＋ＸＣｌ*→Ｔａ（ｓ）＋ＸＣｌ2↑  ・・（７）
Ｔａ（ｓ）  ＋  ＹＮ*  →  ＴａＮY（ｓ）  ・・・・・・（８）
【０１４４】
２つめの反応は、基板３に吸着した塩化タンタルが窒素ラジカルにより直接窒化され窒化タンタルとなる反応である。この反応は、次式で示すことができる。
ＴａＣｌX（ａｄ）＋ＹＮ*  →ＴａＮY（ｓ）＋X/2Ｃｌ2  ↑  ・・（９）
【０１４５】
更に、上式（４）において発生した塩化タンタルガスの一部は、基板３に吸着する（上式（５）を参照。）前に、塩素ラジカルにより還元されてタンタル成分となった後、窒素ラジカルにより窒化されガス状態の窒化タンタルとなったり、直接窒素ラジカルにより窒化されてガス状態の窒化タンタルとなったりする場合もあると考えられる。このようにして生成したガス状態の窒化タンタルは、基板３に成膜されて、窒化金属膜１８の一部を形成する。
【０１４６】
このようにして成膜された窒化タンタルの膜（窒化金属膜１８）を分析すると、Ｎ／Ｍ比が１であることが分かった。
【０１４７】
＜窒素ガス／ハロゲンガス流量比を変化させた場合について＞
次に、Ｎ2／Ｃｌ2ガス流量比を変化させて窒化金属膜１８の成膜を行った。図１１（ａ）は、Ｎ2／Ｃｌ2ガス流量比と成膜された窒化金属膜のＮ／Ｍ比の関係を示す図である。同図に示すように、Ｎ2／Ｃｌ2ガス流量比を変化させることにより、成膜される窒化金属膜１８のＮ／Ｍ比を自由に制御できることが分る。同図において、横軸のＧＲ1は０．０３、ＧＲ2は0.005、ＧＲ3は0.025であり、縦軸のＲ1は１、Ｒ2は０．０５、Ｒ3は０．９５である。
【０１４８】
すなわち、Ｎ2／Ｃｌ2ガス流量比を０より大きく０．０３以下の範囲内で制御することにより、Ｎ／Ｍ比を０より大きく１以下に自由に制御した窒化金属膜１８を成膜することができる。特に、Ｎ2／Ｃｌ2ガス流量比が0.005以上、0.025以下の範囲内では、Ｎ2／Ｃｌ2ガス流量比とＮ／Ｍ比の関係が直線関係（ほぼ一次関数で表せる関係）にあるため、該範囲内で成膜することにより、Ｎ／Ｍ比制御の精度を高めた成膜が可能である。なお、Ｎ2／Ｃｌ2ガス流量比を0.005以上、0.025以下の範囲内とした場合には、Ｎ／Ｍ比を０．０５以上、０．９５以下に自由に制御した窒化金属膜１８を成膜することができる。
【０１４９】
また、Ｎ2／Ｃｌ2ガス流量比を０．０３よりも大きい範囲、例えば０．０３より大きく０．１以下や、０．０３より大きく０．０５以下の範囲で制御してもよい。図１１（ａ）に示すように、Ｎ2／Ｃｌ2ガス流量比を０．０３より大きくしてもＮ／Ｍ比はほとんど変わらない。したがって、０．０３以上の範囲は、Ｎ／Ｍ比が約１の窒化金属膜が得られる範囲である。
【０１５０】
上述する本実施形態では、成膜工程においてＮ2／Ｃｌ2ガス流量比を一定に維持することにより、膜内において均一なＮ／Ｍ比を有する窒化金属膜１８を成膜した例について説明したが、成膜工程中にＮ2／Ｃｌ2ガス流量比を変化させることにより、膜内においてＮ／Ｍ比を変化させた窒化金属膜１８を成膜することもできる。
【０１５１】
このような成膜形態が可能であるのは、本発明における窒化金属膜の成膜原理が窒素成分をガス状態として供給するものであり、このガス流量を自由に制御してＮ／Ｍ比を変化させることができるためである。これに対して、例えば窒素ラジカル成分を固体窒化物から得るような成膜原理では、窒素ラジカル量を自由に制御することができず、自由度の低い成膜形態となる。
【０１５２】
＜Ｎ／Ｍ比を自由に制御可能な意義について＞
図１１（ｂ）は、成膜した窒化金属膜１８のＮ／Ｍ比と仕事関数の関係を示す図である。同図には、横軸を成膜される窒化金属膜のＮ／Ｍ比（同図の右ほど比が大きい）とし、縦軸を窒化金属膜の仕事関数（同図の上ほど値が大きい）として示してある。同図から、Ｎ／Ｍ比を自由に制御した窒化金属膜を成膜可能であることは、仕事関数を自由に制御した窒化金属膜を成膜可能なことを意味することが分る。
【０１５３】
例えば、トランジスタのゲート電極は、トランジスタ構造やトランジスタ特性によって、仕事関数を所定値に制御した薄膜とする必要がある。このとき、ゲート電極に窒化金属膜を適用した場合、仕事関数を自由に制御可能な窒化金属膜であれば、トランジスタ構造やトランジスタ特性によらず、該トランジスタを最適に製造することができる。したがって、本実施形態により成膜した窒化金属膜を適用することで、最適なトランジスタの製造が可能となる。
【０１５４】
＜応用例について＞
なお、ハロゲンガスとして、ヘリウムなどで希釈された塩素ガスを例に挙げて説明したが、塩素ガスを単独で用いたり、塩酸ガス（ＨＣｌ）を適用したりすることも可能である。塩酸ガスを適用した場合、ガスプラズマとしては塩酸ラジカルと水素ラジカルが生成されるが、被エッチング部材１４のエッチングにより生成される前駆体は塩化タンタルガスである。したがって、ハロゲンガスとしては塩素を含有するガスであればよく、塩酸ガスと塩素ガスとの混合ガスを用いることも可能である。
【０１５５】
＜第２ないし第４の実施形態について＞
次に、図２ないし図４に基づいて、それぞれ本発明の第２ないし第４の実施形態に係る窒化金属膜作製方法及び窒化金属膜作製装置を説明する。以下に説明する窒化金属膜作製方法及び窒化金属膜作製装置においても、第１の実施形態と同様に、Ｎ2／Ｃｌ2ガス流量比を制御して供給することにより、基板上にＮ／Ｍ比を自由に制御した窒化金属膜を成膜することができる。
【０１５６】
図２ないし図４は、それぞれ本発明の第２ないし第４の実施形態に係る窒化金属膜作製方法を実施する窒化金属膜作製装置の概略内部構成図である。なお、図１に示した窒化金属膜作製装置と同種部材には同一符号を付し、重複する説明は省略してある。
【０１５７】
＜第２の実施形態＞
図２に示した第２の実施形態に係る窒化金属膜作製装置では、チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部は高蒸気圧ハロゲン化物を形成しうる金属で形成される被エッチング部材２０によって塞がれている。被エッチング部材２０によって塞がれたチャンバ１の内部は真空装置８により所定の圧力に維持される。
【０１５８】
チャンバ１の筒部の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ２１が設けられ、プラズマアンテナ２１には整合器１０及び電源１１が接続されて高周波電流が供給される。プラズマアンテナ２１、整合器１０及び電源１１によりプラズマ発生手段であるプラズマ発生器が構成されている。
【０１５９】
本実施形態に係る窒化金属膜作製装置では、成膜工程において、チャンバ１の内部にノズル１２からハロゲンガスとしての塩素ガス及び窒素ガスを供給し、プラズマアンテナ２１から電磁波をチャンバ１の内部に入射することにより、塩素ガス及び窒素ガスを励起して塩素ガスプラズマ及び窒素ガスプラズマを発生させる。
【０１６０】
これらのガスプラズマは、ガスプラズマ１６で図示する領域に発生する。塩素ガスプラズマにより、被エッチング部材２０にエッチング反応が生じ、第１の実施形態で説明した作用により窒化金属膜１８が成膜される。第２の実施形態でも、Ｎ2／Ｃｌ2ガス流量比を所定の範囲内で制御することにより、Ｎ／Ｍ比を自由に制御した窒化金属膜１８を成膜することができる。
【０１６１】
＜第３の実施形態＞
図３に示した第３の実施形態に係る窒化金属膜作製装置では、チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部は高蒸気圧ハロゲン化物を形成しうる金属で形成される被エッチング部材２０によって塞がれている。被エッチング部材２０によって塞がれたチャンバ１の内部は真空装置８により所定の圧力に維持される。被エッチング部材２０には、整合器１０及び電源１１が接続され、被エッチング部材２０に高周波電流が供給される。また、支持台２はアース２２により接地されている。
【０１６２】
本実施形態に係る窒化金属膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１２からハロゲンガスとしての塩素ガス及び窒素ガスを供給し、被エッチング部材２０からチャンバ１の内部に電場を作用させることにより、塩素ガス及び窒素ガスを励起して塩素ガスプラズマ及び窒素ガスプラズマを発生させる。
【０１６３】
これらのガスプラズマは、ガスプラズマ１６で図示する領域に発生する。塩素ガスプラズマにより、被エッチング部材２０にエッチング反応が生じ、第１の実施形態で説明した作用により窒化金属膜１８が成膜される。第３の実施形態でも、Ｎ2／Ｃｌ2ガス流量比を所定の範囲内で制御することにより、Ｎ／Ｍ比を自由に制御した窒化金属膜１８を成膜することができる。
【０１６４】
本実施形態に係る窒化金属膜作製装置では、被エッチング部材２０自身をプラズマ発生用の電極として用いているので、チャンバ１の上部や、筒部の周囲にプラズマアンテナ９（図１を参照。）、プラズマアンテナ２１（図２を参照。）が不要となり、装置周囲の構成の自由度を増加させることができる。
【０１６５】
＜第４の実施形態＞
図４に示した第４の実施形態に係る窒化金属膜作製装置では、チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部は、例えば、セラミックス製（絶縁材料製）の天井板７によって塞がれている。天井板７の下面には高蒸気圧ハロゲン化物を形成しうる金属で形成される被エッチング部材３０が設けられ、被エッチング部材３０は円錐形状となっている。
【０１６６】
被エッチング部材３０とほぼ同じ高さにおけるチャンバ１の側壁部には、複数のスリット状の開口部３１が形成され、開口部３１には筒状の通路３２の一端がそれぞれ固定されている。通路３２の途中部には絶縁体製の筒状の励起室３３が設けられており、励起室３３の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ３４が設けられ、プラズマアンテナ３４は整合器１０及び電源１１に接続されて高周波電流が供給される。
【０１６７】
通路３２の他端側には流量制御器３５、３６が接続され、流量制御器３５を介して通路３２内にハロゲンガスとしての塩素ガスが、流量制御器３６を介して通路３２内に窒素ガスが供給される。開口部３１と通路３２と励起室３３とプラズマアンテナ３４と整合器１０と電源１１とから構成される部位を以下、外部プラズマ発生器（外部プラズマ発生手段）と言う。
【０１６８】
以下、ガスプラズマが被エッチング部材３０に作用する機構を説明する。流量制御器３５を介して通路３２内に供給された塩素ガスは、励起室３３に送り込まれる。また、流量制御器３６を介して通路３２内に供給された窒素ガスは、励起室３３に送り込まれる。次に、プラズマアンテナ３４から電磁波を励起室３３の内部に入射することで、塩素ガス及び窒素ガスを励起して、塩素ガスプラズマ及び窒素ガスプラズマを発生させる（ガスプラズマ３７）。
【０１６９】
真空装置８により、チャンバ１の内部の圧力と励起室３３の内部の圧力とに所定の差圧が発生しているため、励起室３３で発生したガスプラズマ３７における塩素ラジカル及び窒素ラジカルは、開口部３１からチャンバ１内の被エッチング部材３０に送られる。この結果、塩素ラジカルにより、被エッチング部材３０にエッチング反応が生じ、第１の実施形態で説明した作用により窒化金属膜１８が成膜される。第４の実施形態でも、Ｎ2／Ｃｌ2ガス流量比を所定の範囲内で制御することにより、Ｎ／Ｍ比を自由に制御した窒化金属膜１８を成膜することができる。
【０１７０】
本実施形態に係る窒化金属膜作製装置は、チャンバ１と隔絶した（チャンバ１本体の外部に設けた）外部プラズマ発生器において、ガスプラズマ３７を発生させるようにしているので、基板３が直接、プラズマに晒されるおそれを抑制することができ、プラズマによる損傷を抑制することができる。
【０１７１】
例えば、既に別材料の膜が成膜された基板３に更に成膜を行う場合などには、本実施形態に係る窒化金属膜作製装置を用いることにより、既に成膜された材料の膜を損傷させることなく第２の成膜が可能である。なお、外部プラズマ発生器でガスプラズマ３７を発生させる手段としては、マイクロ波、レーザ、電子線、放射光等を用いることも可能である。
【０１７２】
＜第１ないし第４の実施形態における応用例について＞
なお、第１ないし第４の実施形態では、塩素ガスを供給する機能と窒素ガスを供給する機能とを一体にして一つのガス供給装置（例えば、図１ではノズル１２から両ガスを供給する）とした例を示したが、これに限られるものではない。例えば、塩素ガスを供給するノズルと窒素ガスを供給するノズルを別個に設置してもよい。
【０１７３】
この場合、第４の実施形態に係る窒化金属膜作製装置では、後述するように、塩素ガス専用の励起室と窒素ガス専用の励起室を設置する（図８に係る第８の実施形態）。両ガスの供給装置を別個に設置することにより、両ガスの供給制御を精度良く行うことができる。
【０１７４】
＜第５ないし第８の実施形態について＞
次に、図５ないし図８に基づいて、それぞれ本発明の第５ないし第８の実施形態に係る窒化金属膜作製方法及び窒化金属膜作製装置を説明する。以下に説明する窒化金属膜作製方法及び窒化金属膜作製装置においても、第１の実施形態と同様に、Ｎ2／Ｃｌ2ガス流量比を制御して供給することにより、基板上にＮ／Ｍ比を自由に制御した窒化金属膜を成膜することができる。
【０１７５】
図５ないし図８は、それぞれ本発明の第５ないし第８の実施形態に係る窒化金属膜作製方法を実施する窒化金属膜作製装置の概略内部構成図である。なお、図１に示した窒化金属膜作製装置と同種部材には同一符号を付し、重複する説明は省略してある。
【０１７６】
＜第５の実施形態＞
図５に示した第５の実施形態に係る窒化金属膜作製装置は、図１に示す第１の実施形態を応用した一例である。図１に示した窒化金属膜作製装置と比較して、第５の実施形態では、窒素ガスを供給する供給装置と塩素ガスを供給する供給装置とが独立して設置されており、窒素ガスを供給する際には予めプラズマ化し、窒素ガスプラズマ３８としてチャンバ１内に供給することができるようになっている点において異なる。
【０１７７】
本実施形態では、第４の実施形態で説明した外部プラズマ発生器が窒素ガス専用のものとして、基板３とほぼ同じ高さにおけるチャンバ１の側壁に設置されており（第２の外部プラズマ発生手段）、窒素ガスがチャンバ１内に供給される前にプラズマ化され窒素ガスプラズマ３８となり、基板３の上面に供給されるようになっている。塩素ガスはノズル１２から窒素ガスプラズマ３８とは別にチャンバ１の内部に供給されるようになっており、プラズマアンテナ９から入射される電磁波の作用でプラズマ化される。
【０１７８】
＜第６の実施形態＞
図６に示した第６の実施形態に係る窒化金属膜作製装置は、図２に示す第２の実施形態を応用した一例である。図２に示した窒化金属膜作製装置と比較して、第６の実施形態では、窒素ガスを供給する供給装置と塩素ガスを供給する供給装置とが独立して設置されており、窒素ガスを供給する際には予めプラズマ化し、窒素ガスプラズマ３８としてチャンバ１内に供給することができるようになっている点において異なる。
【０１７９】
本実施形態では、第４の実施形態で説明した外部プラズマ発生器が窒素ガス専用のものとして、基板３とほぼ同じ高さにおけるチャンバ１の側壁に設置されており（第２の外部プラズマ発生手段）、窒素ガスがチャンバ１内に供給される前にプラズマ化され窒素ガスプラズマ３８となり、基板３の上面に供給されるようになっている。塩素ガスはノズル１２から窒素ガスプラズマ３８とは別にチャンバ１の内部に供給されるようになっており、プラズマアンテナ２１から入射される電磁波の作用でプラズマ化される。
【０１８０】
＜第７の実施形態＞
図７に示した第７の実施形態に係る窒化金属膜作製装置は、図３に示す第３の実施形態を応用した一例である。図３に示した窒化金属膜作製装置と比較して、第７の実施形態では、窒素ガスを供給する供給装置と塩素ガスを供給する供給装置とが独立して設置されており、窒素ガスを供給する際には予めプラズマ化し、窒素ガスプラズマ３８としてチャンバ１内に供給することができるようになっている点において異なる。
【０１８１】
本実施形態では、第４の実施形態で説明した外部プラズマ発生器が窒素ガス専用のものとして、基板３とほぼ同じ高さにおけるチャンバ１の側壁に設置されており（第２の外部プラズマ発生手段）、窒素ガスがチャンバ１内に供給される前にプラズマ化され窒素ガスプラズマ３８となり、基板３の上面に供給されるようになっている。塩素ガスはノズル１２から窒素ガスプラズマ３８とは別にチャンバ１の内部に供給されるようになっており、被エッチング部材２０と支持台２との間に発生する電場の作用でプラズマ化される。
【０１８２】
＜第８の実施形態＞
図８に示した第８の実施形態に係る窒化金属膜作製装置は、図４に示す第４の実施形態を応用した一例である。図４に示した窒化金属膜作製装置と比較して、第８の実施形態では、窒素ガスを供給する供給装置と塩素ガスを供給する供給装置とが独立して設置されている点において異なる。
【０１８３】
本実施形態では、塩素ガス専用の外部プラズマ発生器が、被エッチング部材３０とほぼ同じ高さにおけるチャンバ１の側壁に設置されており、窒素ガス専用の外部プラズマ発生器（第２の外部プラズマ発生手段）が、基板３とほぼ同じ高さにおけるチャンバ１の側壁に設置されている。
【０１８４】
すなわち、窒素ガス専用の外部プラズマ発生器として、基板３とほぼ同じ高さにおけるチャンバ１の側壁には、複数のスリット状の開口部３１’が形成され、開口部３１’には筒状の通路３２’の一端がそれぞれ固定され、通路３２’の途中部には絶縁体製の筒状の励起室３３’が設けられており、励起室３３’の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ３４’が設けられ、プラズマアンテナ３４’は整合器１０’及び電源１１’に接続されて高周波電流が供給されるようになっている。通路３２’の他端側には流量制御器３６が接続され、流量制御器３６を介して通路３２’内に窒素ガスが供給される。
【０１８５】
この結果、塩素ガスは励起室３３においてプラズマ化され、塩素ガスプラズマ３９が被エッチング部材３０に向かって供給され、窒素ガスは塩素ガスとは別に励起室３３’においてプラズマ化され、窒素ガスプラズマ３８が基板３の上面に供給されるようになっている。
【０１８６】
＜第５ないし第８の実施形態に係る特有の効果＞
第５ないし第８の実施形態における窒化金属膜１８の成膜機構は、基本的にはそれぞれ第１ないし第４の実施形態で説明した成膜機構と同様である。しかしながら、第５ないし第８の実施形態では、基板３とほぼ同じ高さに設置した外部プラズマ発生器（第２の外部プラズマ発生手段）から窒素ガスを窒素ガスプラズマ３８として基板３の上面に供給することにより、窒素ラジカルによる被エッチング部材１４，２０，３０の不動態化のおそれをなくすことができると考えられる。したがって、第５ないし第８の実施形態では、Ｎ2／Ｃｌ2ガス流量比を所定の範囲内で制御することにより、Ｎ／Ｍ比をさらに精度よく制御した窒化金属膜１８を成膜することができる。
【０１８７】
また、窒素ガスプラズマを基板３の上面に供給する構成とすることにより、前駆体１７である塩化タンタルの窒化反応、特に基板３付近で発生する、基板３に成膜されたタンタル単体の窒化反応（上式（８））及び基板３に吸着した塩化タンタルの窒化反応（上式（９））の発生率が高くなると考えられる。したがって、比較的Ｎ／Ｍ比が高い窒化金属膜を効率よく成膜したい場合に有利である。
【０１８８】
＜第９の実施形態：チャンバ内を２つの室に分離させた例＞
タンタル（Ｔａ）製の被エッチング部材によりチャンバ内を上下の２つの室に仕切る。基板が存在しない一方の室にハロゲンである塩素ガスを供給すると共に誘導プラズマを発生させ、塩素ガスプラズマを発生させて塩素ラジカル（Ｃｌ*）を生成させる。塩素ラジカルで被エッチング部材をエッチングすることにより、タンタル成分と塩素成分とからなる前駆体（塩化タンタルガス）を生成させて、被エッチング部材に設けられた噴出穴から他方の室内に供給する。
【０１８９】
他方の室内に窒素ガスを供給すると共に誘導プラズマを発生させ、窒素ガスプラズマを発生させて窒素ラジカル（Ｎ*）を生成させる。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、前駆体を塩素ラジカルで還元してタンタル成分を生成し、当該タンタル成分を窒素ラジカルにより窒化して生成した窒化金属を基板の表面に吸着（堆積）させる。
【０１９０】
この結果、窒化金属を構成するタンタル成分と窒素成分との比率を所望の状態に制御して、窒化タンタルの薄膜を作製することができる。また、塩素ガスプラズマを一方の室内で発生させるので、基板に対するプラズマの影響を最小限に抑制することができる。
【０１９１】
このため、窒化タンタルの薄膜をトランジスタのゲート電極膜として適用した場合に、所望の仕事関数の状態の電極の薄膜を得ることができる。また、窒化タンタルの薄膜をバリアメタル膜に適用した場合には配線金属の密着性と耐拡散性とを最適に制御した状態の薄膜を得ることができる。従って、膜質の制御が可能な薄膜を作製することができる薄膜作製装置及び薄膜作製方法となる。なお、被エッチング部材としては、第１の実施形態と同様に、タンタル（Ｔａ）に限定されず、銅など他の金属を適用することが可能である。
【０１９２】
第９の本実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１２は、本発明の第９の実施形態に係る窒化金属膜作製方法を実施する窒化金属膜作製装置の概略内部構成図である。同図に示すように、円筒状に形成されたチャンバ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。
【０１９３】
支持台２にはヒータ４及び冷媒流路５を備えた温度制御器６が設けられ、支持台２は温度制御器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。なお、チャンバの形状は円筒状に限らず、例えば、矩形状のチャンバを適用することも可能である。
【０１９４】
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。また、チャンバ１はタンタル（Ｔａ）製の被エッチング部材としての仕切板４１により上室４２と下室４３の２つの室に仕切られ、仕切板４１には多数の噴出穴４４が形成されている。これにより、上室４２により基板３が存在しない一方の室が構成され、下室４３により基板３が存在する他方の室が構成されている。
【０１９５】
天井板７の上方には上室４２の内部をプラズマ化するためのプラズマアンテナ９が設けられ、プラズマアンテナ９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９には整合器１０及び電源１１が接続されて高周波が供給される。プラズマアンテナ９、整合器１０及び電源１１により誘導プラズマを発生させるプラズマ発生手段が構成されている。
【０１９６】
また、下室４３のチャンバ１の周囲には下室４３の内部をプラズマ化するためのコイル状のプラズマアンテナ４５が設けられ、プラズマアンテナ４５には整合器１０及び電源１１が接続されて高周波が供給される。プラズマアンテナ４５、整合器１０及び電源１１により誘導プラズマを発生させるプラズマ発生手段が構成されている。なお、プラズマアンテナ９により下室４３に誘導プラズマを発生させることができれば、プラズマアンテナ４５、アンテナ４５に接続される整合器１０及び電源１１を省略することも可能である。
【０１９７】
チャンバ１の上室４２の筒部の周囲には上室４２の内部にハロゲンとしての塩素ガスを供給するノズル１２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１２には流量及び圧力が制御される流量制御器３５を介して塩素ガスが送られる。
【０１９８】
また、チャンバ１の下室４３の内部に窒素ガスを供給するノズル４６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４６には流量及び圧力が制御される流量制御器４７を介して窒素ガスが送られる。
【０１９９】
流量制御器３５の流量、圧力などは制御器５０に送られ、ノズル４６に送られる窒素ガスの流量、圧力などは、流量制御器４７を介して制御器５０からの指令により制御される。つまり、塩素ガスの流量や圧力に応じて窒素ガスの流量、圧力が制御され、制御器５０により塩素ガスと窒素ガスの供給バランスが制御される。なお、塩素ガスの流量、圧力などを窒素ガスの流量、圧力などに応じて制御することも可能である。
【０２００】
成膜に関与しないガス等は排気口１５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８によって所定の圧力に維持される。なお、ハロゲンガスとしては、フッ素、臭素及びヨウ素等を適用することが可能である。本実施形態に係る薄膜作製装置は、基板３が存在しない上室４２内で塩素ガスプラズマを発生させるので、基板３に対する塩素ガスプラズマの影響を最小限に抑制することができる。また、上室４２及び下室４３に対応してそれぞれプラズマ発生手段が設けられているので、上室４２と下室４３で個別にプラズマの発生状態を的確に制御することができる。
【０２０１】
上述する各実施形態では、成膜工程においてＮ2／Ｃｌ2ガス流量比を一定に維持することにより、膜内において均一なＮ／Ｍ比を有する窒化金属膜１８を成膜した例について説明したが、成膜工程中にＮ2／Ｃｌ2ガス流量比を変化させることにより、膜内においてＮ／Ｍ比を変化させた窒化金属膜１８を成膜することもできる。
【０２０２】
このような成膜形態が可能であるのは、本発明における窒化金属膜の成膜原理が窒素成分をガス状態として供給するものであり、このガス流量を自由に制御してＮ／Ｍ比を変化させることができるためである。これに対して、例えば窒素ラジカル成分を固体窒化物から得るような成膜原理では、窒素ラジカル量を自由に制御することができず、自由度の低い成膜形態となる。以下、膜内においてＮ／Ｍ比を変化させた例について、図１３，１４，１５に基づいて説明する。
【０２０３】
図１３は、内部においてＮ／Ｍ比を変化させた薄膜を作製する際に、塩素ガスと窒素ガスの供給を交互に行うように制御した例を示す図である。図１３に示した例は、塩素ガスと窒素ガスの供給が交互に行われるようにした例であり、前駆体の金属成分の成膜（塩素ラジカルＣｌ*による還元でＴａの析出）と窒素ラジカルによる窒化が交互に行われる。
【０２０４】
すなわち、図１３に示すように、希ガスとしてのＨｅガスを供給してプラズマを発生させることで予備加熱を行う。制御器５０の制御により、成膜開始時ｔ１から時間ｔ２までの間は塩素ガスだけを供給し、窒素ガスの供給を停止した状態にする。時間ｔ２から時間ｔ３までの間は塩素ガスの供給を停止した状態にし、窒素ガスだけを供給する。時間ｔ３から時間ｔ４までの間は再び塩素ガスだけを供給し、窒素ガスの供給を停止した状態にし、時間ｔ５、時間ｔ６・・・と塩素ガスと窒素ガスの供給を交互に実施する。
【０２０５】
塩素ガスと窒素ガスの供給を交互に実施することにより、塩素ガスだけが供給されている時間は前駆体の金属成分の成膜（塩素ラジカルＣｌ*による還元でＴａの析出）と窒素ラジカルによる窒化が交互に行われ、タンタル成分と窒化された窒化タンタル成分とが積層された状態の薄膜が得られる。このため、窒化タンタルの薄膜の膜厚の制御が容易となる。
【０２０６】
次に、図１４は、内部においてＮ／Ｍ比を変化させた薄膜を作製する際に、塩素ガスに対して窒素ガスの供給が漸減するように制御した例を示す図である。図１４で示した例は、塩素ガスに対して窒素ガスの供給が漸減するようにした例であり、タンタル成分と窒素成分の比率が膜厚方向に変化したもの（窒化が漸減した状態で膜厚方向に比率が変化）が連続して成膜される。
【０２０７】
すなわち、図１４に示すように、希ガスとしてのＨｅガスを供給してプラズマを発生させることで予備加熱を行う。成膜開始時ｔ１の時点で、制御器５０によって相対的に流量、圧力などが制御された塩素ガスと窒素ガスを供給し、時間の経過と共に窒素ガスの供給を漸減させる。
【０２０８】
窒素ガスの供給を漸減させることにより、成膜開始直後から、前駆体１７のタンタル成分が窒素ラジカルにより窒化されてなる窒化金属が基板３側に吸着（堆積）され、時間の経過と共に窒化による窒素成分が減少して最終的には前駆体の金属成分の成膜（塩素ラジカルＣｌ*による還元でＴａの析出）となる。つまり、タンタル成分と窒素成分の比率が膜厚方向に変化したものが連続して成膜される。このため、応力が緩和された状態の窒化タンタルの薄膜を得ることができる。
【０２０９】
次に、図１５は、内部においてＮ／Ｍ比を変化させた薄膜を作製する際に、塩素ガスと窒素ガスの供給を行った後に窒素ガスの供給を停止するように制御した例を示す図である。図１５に示した例は、塩素ガスと窒素ガスの供給を行った後に窒素ガスの供給を停止するようにした例であり、前駆体の金属成分（塩素ラジカルＣｌ*による還元でＴａの析出）の窒素ラジカルによる窒化により形成されるＴａxＮ(1-x)（１＞ｘ）の成膜の後に、タンタル成分の成膜が行われる。
【０２１０】
すなわち、図１５に示すように、希ガスとしてのＨｅガスを供給してプラズマを発生させることで予備加熱を行う。成膜開始時ｔ１の時点で、制御器５０によって相対的に流量、圧力などが制御された塩素ガスと窒素ガスを供給し、所定時間後の時間ｔａの時点で窒素ガスの供給を停止する。
【０２１１】
時間ｔａの時点で窒素ガスの供給を停止することにより、時間ｔａまでは前駆体１７（ＴａＣｌ）のタンタル成分が窒素ラジカルにより窒化されてなる窒化金属が基板３側に吸着（堆積）され、時間ｔａ以降は前駆体１７（ＴａＣｌ）のタンタル成分だけが吸着（堆積）される。このため、簡単な制御でタンタル膜を表面層とした窒化タンタルの薄膜を得ることができる。
【０２１２】
＜第１０の実施形態：支持台を昇降制御する例＞
基板が載置される支持台を昇降制御することでタンタル（Ｔａ）製の被エッチング部材が備えられたチャンバ内を上下の状態に分ける。すなわち、支持台が上昇しているときに、塩素ガスを供給すると共に誘導プラズマを発生させ、塩素ガスプラズマを発生させて塩素ラジカル（Ｃｌ*）を生成させる。塩素ラジカルで被エッチング部材をエッチングすることにより、タンタル成分と塩素成分とからなる前駆体（塩化タンタルガス）を生成させる。
【０２１３】
一方、支持台が下降しているときに、窒素ガスを供給すると共に誘導プラズマを発生させ、窒素ガスプラズマを発生させて窒素ラジカル（Ｎ*）を生成させる。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、前駆体を塩素ラジカルで還元してタンタル成分を生成し、当該タンタル成分を窒素ラジカルにより窒化して生成した窒化金属を基板の表面に吸着（堆積）させる。
【０２１４】
この結果、窒化金属を構成するタンタル成分と窒素成分との比率を所望の状態に制御して、窒化タンタルの薄膜を作製することができる。また、支持台の昇降により、塩素ガスプラズマを発生させる状態と、塩素ガスプラズマ及び窒素ガスプラズマ、または、窒素ガスプラズマを発生させる状態とにチャンバ内の状態を変更させ、塩素ラジカル及び窒素ラジカルを的確に生成することができる。
【０２１５】
このため、窒化タンタルの薄膜をトランジスタのゲート電極膜として適用した場合に、所望の仕事関数の状態の電極の薄膜を得ることができる。また、窒化タンタルの薄膜をバリアメタル膜に適用した場合には配線金属の密着性と耐拡散性とを最適に制御した状態の薄膜を得ることができる。なお、被エッチング部材としては、第１の実施形態例と同様に、タンタル（Ｔａ）に限定されず・銅など他の金属を適用することが可能である。
【０２１６】
第１０の本実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１６，１７は、本発明の第１０の実施形態に係る窒化金属膜作製方法を実施する窒化金属膜作製装置の概略内部構成図である。これらの図に示すように、円筒状に形成されたチャンバ１の底部近傍には支持台６１が昇降自在に設けられ、支持台６１には基板３が載置される。
【０２１７】
支持台６１にはヒータ４及び冷媒流路５を備えた温度制御器６が設けられ、支持台６１は温度制御器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。なお、チャンバの形状は円筒状に限らず、例えば矩形状のチャンバを適用することも可能である。
【０２１８】
支持台６１の下部には昇降支持柱６２が取り付けられ、昇降支持柱６２はチャンバ１の下部に一体に設けられた昇降チャンバ６３内に収容されている。昇降チャンバ６３には昇降支持柱６２の昇降駆動を行う昇降駆動器６４が設けられ、昇降駆動器６４により昇降支持柱６２が昇降駆動される。昇降支持柱６２を昇降させることにより、支持台６１がチャンバ１内を昇降してチャンバ１内が上下の状態に分けられるようになっている。
【０２１９】
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９が設けられ、プラズマアンテナ９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９には整合器１０及び電源１１が接続されて高周波が供給される。プラズマアンテナ９、整合器１０及び電源１１により誘導プラズマを発生させるプラズマ発生手段が構成されている。
【０２２０】
チャンバ１には金属製としてタンタル（Ｔａ）製の被エッチング部材１４が保持され、被エッチング部材１４はプラズマアンテナ９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１４は、棒部材１４ｂとリング部材１４ａとからなり、棒部材１４ｂがチャンバ１の中心側に延びるようにリング部材１４ａに設けられている。
【０２２１】
これにより、被エッチング部材１４はプラズマアンテナ９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。なお、プラズマアンテナ９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。
【０２２２】
被エッチング部材１４の上方におけるチャンバ１の筒部の周囲にはチャンバ１の内部にハロゲンとしての塩素ガスを供給するノズル１２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１２には流量及び圧力が制御される流量制御器１３を介して塩素ガスが送られる。
【０２２３】
支持台６１が下降している状態（図１６の状態）における支持台６１上方のチャンバ１の筒部の周囲には、チャンバ１の内部に窒素ガスを供給するノズル４６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４６には流量及び圧力が制御される流量制御器４７を介して窒素ガスが送られる。
【０２２４】
流量制御器１３の流量、圧力などは制御器５０に送られ、ノズル４６に送られる窒素ガスの流量、圧力などは、流量制御器４７を介して制御器５０からの指令により制御される。つまり、塩素ガスの流量や圧力に応じて窒素ガスの流量、圧力が制御され、制御器５０により塩素ガスと窒素ガスの供給バランスが制御される。また、制御器５０からの指令により昇降駆動器６４が駆動される。なお、塩素ガスの流量、圧力などを窒素ガスの流量、圧力などに応じて制御することも可能である。
【０２２５】
図１８は、本発明の第１０の実施形態に係る窒化金属膜作製方法を実施する際の、支持台の昇降状態とＣｌ2ガス及びＮ2ガスの供給制御との関係を示す図である。同図に示すように、希ガスとしてのＨｅガスを供給してプラズマを発生させることで予備加熱を行う。制御器５０の制御により、成膜開始時ｔ１から時間ｔ２までの間は支持台６１を上昇させると共に塩素ガスだけを供給し、窒素ガスの供給を停止した状態にする。時間ｔ２から時間ｔ３までの間は支持台６１を下降させると共に塩素ガスの供給を停止した状態にし、窒素ガスだけを供給する。時間ｔ３から時間ｔ４までの間は再び支持台６１を上昇させると共に塩素ガスだけを供給し、窒素ガスの供給を停止した状態にし、時間ｔ５、時間ｔ６・・・と塩素ガスと窒素ガスの供給及び支持台６１の昇降を交互に実施する。
【０２２６】
成膜に関与しないガス等は排気口１５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８によって所定の圧力に維持される。なお、支持台６１によってチャンバ１内を上下に気密状態に分けることも可能であり、この場合には、支持台６１を挟んで上下の部位がそれぞれ真空装置によって所定の圧力に維持される。なお、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。ハロゲンとして塩素を用いたことにより、安価な塩素ガスを用いて薄膜を作製することができる。
【０２２７】
＜その他の応用例＞
上述する各実施形態では、窒化金属膜を作製する例を示したが、窒素に代えて酸素及び炭素を適用して各種金属膜を作製することも可能である。酸素及び炭素を適用する場合、プラズマの発生手段としては、誘導プラズマを発生させる手段に限らず、平行平板を用いた容量結合プラズマを適用することも可能である。
【０２２８】
酸素を適用する場合、酸素ガスや水蒸気を供給することができる。酸素を適用した酸化物とすることで、酸化金属が作製され、酸素／金属比が制御された薄膜となる。この薄膜は、ゲート電極、キャパシタンス用誘電体、触媒（例えば、光触媒であるチタニア）、密着層等として使用することができる。
【０２２９】
炭素を適用する場合、炭素ガスやメタンガスを供給することができる。この場合、塩素と炭素との化合物を供給することができれば、エッチング用の塩素ガスを低減もしくは省略することも可能である。炭素を適用した炭化物とすることで、炭化金属が作製され、炭素／金属比が制御された薄膜となる。この薄膜は、保護膜やエッチングストップ膜等として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２３０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る窒化金属膜作製方法を実施する窒化金属膜作製装置の概略内部構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る窒化金属膜作製方法を実施する窒化金属膜作製装置の概略内部構成図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る窒化金属膜作製方法を実施する窒化金属膜作製装置の概略内部構成図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る窒化金属膜作製方法を実施する窒化金属膜作製装置の概略内部構成図である。
【図５】本発明の第５の実施形態に係る窒化金属膜作製方法を実施する窒化金属膜作製装置の概略内部構成図である。
【図６】本発明の第６の実施形態に係る窒化金属膜作製方法を実施する窒化金属膜作製装置の概略内部構成図である。
【図７】本発明の第７の実施形態に係る窒化金属膜作製方法を実施する窒化金属膜作製装置の概略内部構成図である。
【図８】本発明の第８の実施形態に係る窒化金属膜作製方法を実施する窒化金属膜作製装置の概略内部構成図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る窒化金属膜作製装置に用いられる被エッチング部材の概略平面構造図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係る窒化金属膜作製方法を実施する際の各ガス流量の制御方法の一例を示す図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態に係る窒化金属膜作製方法を実施する際のＮ2／Ｃｌ2ガス流量比と該方法で作製した窒化金属膜のＮ／Ｍ比の関係を示す図（ａ）と、窒化金属膜のＮ／Ｍ比と仕事関数の関係を示す図（ｂ）である。
【図１２】本発明の第９の実施形態に係る窒化金属膜作製方法を実施する窒化金属膜作製装置の概略内部構成図である。
【図１３】内部においてＮ／Ｍ比を変化させた薄膜を作製する際に、Ｃｌ2ガスとＮ2ガスの供給を交互に行うように制御した例を示す図である。
【図１４】内部においてＮ／Ｍ比を変化させた薄膜を作製する際に、Ｃｌ2ガスに対してＮ2ガスの供給が漸減するように制御した例を示す図である。
【図１５】内部においてＮ／Ｍ比を変化させた薄膜を作製する際に、Ｃｌ2ガスとＮ2ガスの供給を行った後にＮ2ガスの供給を停止するように制御した例を示す図である。
【図１６】本発明の第１０の実施形態に係る窒化金属膜作製方法を実施する窒化金属膜作製装置の概略内部構成図である。
【図１７】本発明の第１０の実施形態に係る窒化金属膜作製方法を実施する窒化金属膜作製装置の概略内部構成図である。
【図１８】本発明の第１０の実施形態に係る窒化金属膜作製方法を実施する際の、支持台の昇降状態とＣｌ2ガス及びＮ2ガスの供給制御との関係を示す図である。
【符号の説明】
【０２３１】
１  チャンバ
２  支持台
３  基板
４  ヒータ
５  冷媒流路
６  温度制御器
７  天井板
８  真空装置
９  プラズマアンテナ
１０  整合器
１１  電源
１２  ノズル
１３  流量制御器
１４  被エッチング部材
１４ａ  リング部材
１４ｂ  棒部材
１４ｃ  空間
１５  排気口
１６  ガスプラズマ
１７  前駆体
１８  窒化金属膜
２０  被エッチング部材
２１  プラズマアンテナ
２２  アース
３０  被エッチング部材
３１，３１’  開口部
３２，３２’  通路
３３，３３’  励起室
３４，３４’  プラズマアンテナ
３５，３６  流量制御器
３７  ガスプラズマ
３８  窒素ガスプラズマ
３９  塩素ガスプラズマ
４１  仕切板
４２  上室
４３  下室
４４  噴出穴
４５  プラズマアンテナ
４６  ノズル
４７  流量制御器
４８  ガスプラズマ
４９  ガスプラズマ
５０  制御器
６１  支持台
６２  昇降支持柱
６３  昇降チャンバ
６４  昇降駆動器
【図１】
2006161071.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2006161071.tif 000010
【図９】
2006161071.tif 000011
【図１０】
2006161071.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2006161071.tif 000017
【図１６】
2006161071.tif 000018
【図１７】
2006161071.tif 000019
【図１８】
2006161071.tif 000020