(57)【要約】【課題】成膜時において処理温度の低減、膜へのプラズマダメージの低減を図るとともに膜中へのカーボンの混入を回避した窒化タンタル膜を低温で形成できる。【解決手段】（ａ）チャンバ内に被処理基板を収納する工程；（ｂ）１）０．１〜１００Ｔｏｒｒの減圧下、２５０〜４００℃の基板温度にてチャンバ内に不活性ガスを供給してチャンバ内のガスを一掃する、２）同減圧および同温度の下でチャンバ内にハロゲン化タンタルガスを供給し、被処理基板上にハロゲン化タンタルを吸着させる、３）同減圧および同温度の下でチャンバ内の未吸着ハロゲン化タンタルを不活性ガスにより一掃する、４）同減圧および同温度の下でチャンバ内に予めラジカル化された水素およびアンモニアの混合ラジカル化ガスを供給し、被処理基板上に吸着されたハロゲン化タンタルと反応させて窒化タンタルを生成する、工程；（ｃ）前記１）〜４）の工程を繰り返す工程；を含む。【選択図】図１
2006052426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）チャンバ内に被処理基板を収納する工程；
（ｂ）前記チャンバ内で次の工程を行う工程；
１）０．１〜１００Ｔｏｒｒの減圧下、２５０〜４００℃の基板温度にてチャンバ内に不活性ガスを供給してチャンバ内のガスを一掃する、
２）同減圧および同温度の下でチャンバ内にハロゲン化タンタルガスを供給し、前記被処理基板上にハロゲン化タンタルを吸着させる、
３）同減圧および同温度の下でチャンバ内の未吸着ハロゲン化タンタルを不活性ガスにより一掃する、
４）同減圧および同温度の下でチャンバ内に予めラジカル化された水素およびアンモニアの混合ラジカル化ガスを供給し、前記被処理基板上に吸着されたハロゲン化タンタルと反応させて窒化タンタルを生成する、
（ｃ）前記１）〜４）の工程を繰り返して前記被処理基板上に所望厚さの窒化タンタルを成膜する工程；
を含むことを特徴とする窒化タンタル膜の形成方法。
【請求項２】
前記予めラジカル化された水素およびアンモニアの混合比（ＮＨ3／Ｈ2）は、０．１〜１０であることを特徴とする請求項１記載の窒化タンタル膜の形成方法。
【請求項３】
前記不活性ガスは、前記１）〜４）の工程中にチャンバ内に常に供給することを特徴とする請求項１または２記載の窒化タンタル膜の形成方法。
【請求項４】
前記１）〜４）の工程において、不活性ガスを遠隔プラズマ発生手段に供給してプラズマを発生させる待機状態とし、前記４）の工程のときに水素およびアンモニアの混合ガスを前記待機状態の遠隔プラズマ発生手段に供給して水素およびアンモニアをラジカル化して前記チャンバ内に供給し、この工程以外では遠隔プラズマ発生手段での発生ガスを外部に排出すると共に、遠隔プラズマ発生手段とは別の系統から不活性ガスを前記チャンバ内に供給することを特徴とする請求項３記載窒化タンタル膜の形成方法。
【請求項５】
前記１）〜４）の工程において、遠隔プラズマ発生手段で水素およびアンモニアを不活性ガスの共存下にてラジカル化して混合ラジカル化ガスを発生する待機状態とし、前記４）の工程のときに混合ラジカル化ガスを前記チャンバ内に供給し、この工程以外では混合ラジカル化ガスを外部に排出すると共に、遠隔プラズマ発生手段とは別の系統から不活性ガスを前記チャンバ内に供給することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の窒化タンタル膜の形成方法。
【請求項６】
（ａ）チャンバ内に被処理基板を収納する工程；
（ｂ）前記チャンバ内で次の工程を行う工程；
１）０．１〜１００Ｔｏｒｒの減圧下、２５０〜４００℃の基板温度にてチャンバ内にハロゲン化タンタルガスを供給し、前記被処理基板上にハロゲン化タンタルを吸着させる、
２）同減圧および同温度の下でチャンバ内に予めラジカル化され、水素およびアンモニアの混合比（ＮＨ3／Ｈ2）が０．１〜１０の混合ラジカル化ガスを供給し、前記被処理基板上に吸着されたハロゲン化タンタルと反応させて窒化タンタルを生成する、
（ｃ）前記１）〜２）の工程を繰り返して前記被処理基板上に所望厚さの窒化タンタルを成膜する工程；
を含み、
前記１）〜２）の工程において、不活性ガスを遠隔プラズマ発生手段に供給してプラズマを発生させる待機状態とし、前記２）の工程のときに水素およびアンモニアの混合ガスを前記待機状態の遠隔プラズマ発生手段に供給して水素およびアンモニアをラジカル化して前記チャンバ内に供給し、この工程以外では遠隔プラズマ発生手段での発生ガスを外部に排出することを特徴とする窒化タンタル膜の形成方法。
【請求項７】
（ａ）チャンバ内に被処理基板を収納する工程；および
（ｂ）前記チャンバ内で次の工程を行う工程；
１）０．１〜１００Ｔｏｒｒの減圧下、２５０〜４００℃の基板温度にてチャンバ内に不活性ガスを供給してチャンバ内のガスを一掃する、
２）同減圧および同温度の下でチャンバ内に不活性ガスを供給しながら、ハロゲン化タンタルガスを供給し、前記被処理基板上にハロゲン化タンタルを吸着させる、
３）同減圧および同温度の下でチャンバ内の未吸着ハロゲン化タンタルを不活性ガスにより一掃する、
４）同減圧および同温度の下でチャンバ内に不活性ガスを供給しながら、予めラジカル化され、水素およびアンモニアの混合比（ＮＨ3／Ｈ2）が０．１〜１０の混合ラジカル化ガスを供給し、前記被処理基板上に吸着されたハロゲン化タンタルと反応させて窒化タンタルを生成する、
を含み、
前記１）〜４）の工程において、不活性ガスを遠隔プラズマ発生手段に供給してプラズマを発生させる待機状態とし、前記４）の工程のときに水素およびアンモニアの混合ガスを前記待機状態の遠隔プラズマ発生手段に供給して水素およびアンモニアをラジカル化して前記チャンバ内に供給し、この工程以外では遠隔プラズマ発生手段での発生ガスを外部に排出すると共に、遠隔プラズマ発生手段とは別の系統から不活性ガスを前記チャンバ内に供給することを特徴とする窒化タンタル膜の形成方法。
【請求項８】
チャンバ；
前記チャンバ内に配置され、加熱手段を内蔵し、被処理基板が載置される基板載置台；
前記チャンバ内のガスを排気するための排気手段；
前記チャンバに連結手段により連結され、成膜工程中にプラズマを発生させる待機状態とする遠隔プラズマ発生手段；
前記チャンバおよび前記遠隔プラズマ発生手段に不活性ガスをそれぞれ供給するための不活性ガス供給手段；
前記チャンバ内にハロゲン化タンタルガスを供給するためのハロゲン化タンタルガス供給手段；および
前記遠隔プラズマ発生手段に水素およびアンモニアの混合ガスを供給するための混合ガス供給手段；
を具備し、
前記チャンバと遠隔プラズマ発生手段との連結手段は、前記遠隔プラズマ発生手段で水素およびアンモニアをラジカル化し、その混合ラジカル化ガスを前記チャンバ内に供給するとき以外、遠隔プラズマ発生手段の発生ガスを外部に排出する弁機構および配管系統を有することを特徴とする窒化タンタル膜の成膜装置。
【請求項９】
前記遠隔プラズマ発生手段での発生ガスは、プラズマ発生に用いた不活性ガスであることを特徴とする請求項８記載の窒化タンタル膜の成膜装置。
【請求項１０】
前記遠隔プラズマ発生手段での発生ガスは、不活性ガスを含む混合ラジカル化ガスであることを特徴とする請求項８記載の窒化タンタル膜の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化タンタル膜の形成方法に関し、特にＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法により窒化タンタル膜を形成する方法に係わる。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の設計において配線としてアルミニウムの代わりにより低抵抗の銅を用いることが検討または一部実施されている。例えば埋込み配線を絶縁膜（例えばＬｏｗ−ｋ膜）上に形成した場合、銅が絶縁膜等に拡散して半導体装置の動作に悪影響を及ぼす。このため、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＮ、ＴｉＳｉＮなどのバリア膜を前記絶縁膜と埋込み銅配線の界面に形成して銅が絶縁膜等に拡散するのを防ぐことが行われている。
【０００３】
特許文献１には、前記バリア膜(例えば窒化タンタル膜)をフッ素を含む前駆体を用いる熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤで成膜することが開示されている。例えば、原料ガスとしてＴａＦ5とＮ2／Ｈ2を用いてＰＥＣＶＤ法で窒化タンタル膜を成膜すること、原料ガスとしてＴａＦ5とＮＨ3を用いて熱ＣＶＤ法で窒化タンタル膜を成膜することが記載されている。
【０００４】
しかしながら、ＰＥＣＶＤ法では成膜中に窒化タンタル膜がプラズマによるダメージを受け、膜質の低下を招く。また、熱ＣＶＤ法では４００℃を超える比較的高い温度で成膜する必要があり、例えば半導体装置のバリア膜の形成に適用した場合には、半導体装置のプロセスを制約することになる。
【０００５】
前記ＰＥＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法に代わる成膜技術として気相反応を起こさないＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法が注目されている。このＡＬＤ法は、良好なステップカバレージおよび品位等を有する薄膜を成膜できる特徴を有する。
【０００６】
前記ＡＬＤ法により原料ガスとして無機系タンタル化合物(例えばハロゲン化タンタル）を用いて窒化タンタル膜を成膜する場合、被処理基板の表面に吸着させた前記ハロゲン化タンタルを所望の成分に還元しながら窒化することが困難である点がネックになっていた。
【０００７】
このようなことから、特許文献２にはチャンバ内に金属前駆体ガス(例えばＴａＣｌ5ガス）を供給してそのチャンバ内に設置した被処理基板上にＴａＣｌ5を原子層状態で堆積する工程と、未反応ＴａＣｌ5ガスを不活性ガスを用いてパージする工程と、チャンバ内に水素ラジカルを導入して前記ＴａＣｌ5を還元する工程と、前記チャンバ内に窒素ラジカル、ＮＨまたはＮＨ2ラジカルを導入して窒化して窒化タンタルを原子層状態で生成する工程を含むＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法により窒化タンタル膜の成膜方法が開示されている。
【０００８】
しかしながら、特許文献２には各ガスをラジカル化するための具体的な方法が記載されていない。また、特許文献２では被処理基板上のＴａＣｌ5の還元処理と窒化処理とを別つに行うために成膜操作が煩雑になる。
【０００９】
一方、タンタル前駆体ガスとしてタンタルの有機化合物を用いてＡＬＤ法により窒化タンタル膜を成膜することが知られている。しかしながら、この方法では有機物に由来するフリーカーボンが窒化タンタル膜中に混入して抵抗値を高くする等の問題があった。
【特許文献１】米国特許第６，１３９，９２２明細書
【特許文献２】米国特許第６，２００，８９３明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、成膜時において処理温度の低減、膜へのプラズマダメージの低減を図るとともに膜中へのカーボンの混入を回避することが可能な窒化タンタル膜の形成方法および窒化タンタル膜の成膜装置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】
本発明によると、
（ａ）チャンバ内に被処理基板を収納する工程；
（ｂ）前記チャンバ内で次の工程を行う工程；
１）０．１〜１００Ｔｏｒｒの減圧下、２５０〜４００℃の基板温度にてチャンバ内に不活性ガスを供給してチャンバ内のガスを一掃する、
２）同減圧および同温度の下でチャンバ内にハロゲン化タンタルガスを供給し、前記被処理基板上にハロゲン化タンタルを吸着させる、
３）同減圧および同温度の下でチャンバ内の未吸着ハロゲン化タンタルを不活性ガスにより一掃する、
４）同減圧および同温度の下でチャンバ内に予めラジカル化された水素およびアンモニアの混合ラジカル化ガスを供給し、前記被処理基板上に吸着されたハロゲン化タンタルと反応させて窒化タンタルを生成する、
（ｃ）前記１）〜４）の工程を繰り返して前記被処理基板上に所望厚さの窒化タンタルを成膜する工程；
を含むことを特徴とする窒化タンタル膜の形成方法が提供される。
【００１２】
本発明に係る窒化タンタル膜の形成方法において、前記１）〜４）の工程中にチャンバ内に不活性ガスを常に供給することが好ましい。
【００１３】
本発明に係る窒化タンタル膜の形成方法において、前記１）〜４）の工程において、不活性ガスを遠隔プラズマ発生手段に供給してプラズマを発生させる待機状態とし、前記４）の工程のときに水素およびアンモニアの混合ガスを前記待機状態の遠隔プラズマ発生手段に供給して水素およびアンモニアをラジカル化して前記チャンバ内に供給し、この工程以外では遠隔プラズマ発生手段での発生ガスを外部に排出すると共に、遠隔プラズマ発生手段とは別の系統から不活性ガスを前記チャンバ内に供給することを許容する。
【００１４】
本発明に係る窒化タンタル膜の形成方法において、前記１）〜４）の工程において、遠隔プラズマ発生手段で水素およびアンモニアを不活性ガスの共存下にてラジカル化して混合ラジカル化ガスを発生する待機状態とし、前記４）の工程のときに混合ラジカル化ガスを前記チャンバ内に供給し、この工程以外では混合ラジカル化ガスを外部に排出すると共に、遠隔プラズマ発生手段とは別の系統から不活性ガスを前記チャンバ内に供給することを許容する。
【００１５】
また本発明によると、
（ａ）チャンバ内に被処理基板を収納する工程；
（ｂ）前記チャンバ内で次の工程を行う工程；
１）０．１〜１００Ｔｏｒｒの減圧下、２５０〜４００℃の基板温度にてチャンバ内にハロゲン化タンタルガスを供給し、前記被処理基板上にハロゲン化タンタルを吸着させる、
２）同減圧および同温度の下でチャンバ内に予めラジカル化され、水素およびアンモニアの混合比（ＮＨ3／Ｈ2）が０．１〜１０の混合ラジカル化ガスを供給し、前記被処理基板上に吸着されたハロゲン化タンタルと反応させて窒化タンタルを生成する、
（ｃ）前記１）〜２）の工程を繰り返して前記被処理基板上に所望厚さの窒化タンタルを成膜する工程；
を含み、
前記１）〜２）の工程において、不活性ガスを遠隔プラズマ発生手段に供給してプラズマを発生させる待機状態とし、前記２）の工程のときに水素およびアンモニアの混合ガスを前記待機状態の遠隔プラズマ発生手段に供給して水素およびアンモニアをラジカル化して前記チャンバ内に供給し、この工程以外では遠隔プラズマ発生手段での発生ガスを外部に排出することを特徴とする窒化タンタル膜の形成方法が提供される。
【００１６】
さらに本発明によると、
（ａ）チャンバ内に被処理基板を収納する工程；および
（ｂ）前記チャンバ内で次の工程を行う工程；
１）０．１〜１００Ｔｏｒｒの減圧下、２５０〜４００℃の基板温度にてチャンバ内に不活性ガスを供給してチャンバ内のガスを一掃する、
２）同減圧および同温度の下でチャンバ内に不活性ガスを供給しながら、ハロゲン化タンタルガスを供給し、前記被処理基板上にハロゲン化タンタルを吸着させる、
３）同減圧および同温度の下でチャンバ内の未吸着ハロゲン化タンタルを不活性ガスにより一掃する、
４）同減圧および同温度の下でチャンバ内に不活性ガスを供給しながら、予めラジカル化され、水素およびアンモニアの混合比（ＮＨ3／Ｈ2）が０．１〜１０の混合ラジカル化ガスを供給し、前記被処理基板上に吸着されたハロゲン化タンタルと反応させて窒化タンタルを生成する、
を含み、
前記１）〜４）の工程において、不活性ガスを遠隔プラズマ発生手段に供給してプラズマを発生させる待機状態とし、前記４）の工程のときに水素およびアンモニアの混合ガスを前記待機状態の遠隔プラズマ発生手段に供給して水素およびアンモニアをラジカル化して前記チャンバ内に供給し、この工程以外では遠隔プラズマ発生手段での発生ガスを外部に排出すると共に、遠隔プラズマ発生手段とは別の系統から不活性ガスを前記チャンバ内に供給することを特徴とする窒化タンタル膜の形成方法が提供される。
【００１７】
さらに本発明によると、
チャンバ；
前記チャンバ内に配置され、加熱手段を内蔵し、被処理基板が載置される基板載置台；
前記チャンバ内のガスを排気するための排気手段；
前記チャンバに連結手段により連結され、成膜工程中にプラズマを発生させる待機状態とする遠隔プラズマ発生手段；
前記チャンバおよび前記遠隔プラズマ発生手段に不活性ガスをそれぞれ供給するための不活性ガス供給手段；
前記チャンバ内にハロゲン化タンタルガスを供給するためのハロゲン化タンタルガス供給手段；および
前記遠隔プラズマ発生手段に水素およびアンモニアの混合ガスを供給するための混合ガス供給手段；
を具備し、
前記チャンバと遠隔プラズマ発生手段との連結手段は、前記遠隔プラズマ発生手段で水素およびアンモニアをラジカル化し、その混合ラジカル化ガスを前記チャンバ内に供給するとき以外、遠隔プラズマ発生手段の発生ガスを外部に排出する弁機構および配管系統を有することを特徴とする窒化タンタル膜の成膜装置が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、プラズマダメージが低減され、かつカーボンの混入のない高品質で低抵抗の窒化タンタル膜を低温で形成する方法および成膜装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る窒化タンタル膜の形成方法および成膜装置を図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、この第１実施形態に係るＡＬＤ法に適用される成膜装置（不活性ガスのパージ時における各制御弁の開閉状態を併記）を示す概略図、図２および図３は図１と同じ成膜装置でそれぞれ塩化タンタルガスのパルス時における各制御弁の開閉状態、ＮＨ3ラジカル／Ｈ2ラジカルパルス時における各制御弁の開閉状態を示す概略図である。
【００２１】
成膜容器１は、被処理基板（例えば半導体ウェハ）を収納し、処理するための処理空間を規定する気密なチャンバ２を有する。この成膜容器１は、例えばステンレス鋼から作られている。ヒータとクーラを組合わせた温度調節器３を内蔵した載置台４は、前記成膜容器１のチャンバ２内底部に配置されている。排気管５は、前記成膜容器１の底部に連結されている。この排気管５には、前記成膜容器１側から圧力制御弁６およびチャンバ２内のガスを排気するとともに所望の真空度に維持する真空ポンプ７がこの順序で介装されている。
【００２２】
不活性ガス、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスのボンベ８には、第１ガス供給管９が連結され、この第１ガス供給管９は第１、第２の分岐ガス供給管１０ａ，１０ｂ分岐されている。第１分岐ガス供給管１０ａの他端は、前記成膜容器１の上部に連結され、第２分岐ガス供給管１０ｂは後述する遠隔プラズマ発生手段の真空容器に連結されている。この第１分岐ガス供給管１０ａには、前記アルゴンガスボンベ８側から圧力制御弁１１およびマスフローコントローラ１２がこの順次で介装されている。なお、不活性ガスはアルゴンガスの他にヘリウムガスなどのアルゴンガス以外の希ガスまたは窒素ガスを用いることができる。
【００２３】
ハロゲン化タンタル（例えば塩化タンタル；ＴａＣｌ5）ガスを生成するための気化器１３は、例えば固体状（例えば粒状）の塩化タンタルを収納する両端封じ円筒状の密封容器１４と、この密封容器１４の外周に配置され、前記粒状塩化タンタルを加熱して気化するためのヒータ１５と、前記密封容器１４の底部に連結され、不活性ガス（例えばアルゴンガス）を導入するための導入管１６とを備えている。なお、導入管１６にはアルゴンガスの供給側から圧力制御弁１７およびマスフローコントローラ１８がこの順序で介装されている。気化器１３は、第２ガス供給管１９を通して前記成膜容器１とマスフローコントローラ１２の間に位置する前記第１分岐ガス供給管１０ａに連結されている。この第２ガス供給管１９には、制御弁２０が介装されている。第１ガス排出管２１は、前記気化器１３と制御弁２０の間に位置する前記第２ガス供給管１９部分から分岐され、かつ制御弁２２が介装されている。なお、前記第２ガス供給管１９および第１ガス排出管２１にそれぞれ介装された制御弁２０、２２は、それら制御弁２０、２２を同期的に開閉するプログラムが入力された図示しないマイクロコンピュータにより自動開閉される。
【００２４】
このような気化器１３を備えた塩化タンタルガス供給系において、導入管１６の圧力制御弁１７を開き、不活性ガス（例えばアルゴンガス）を粒状塩化タンタルが収納された密閉容器１４に導入管１６を通して導入するとともに、マスフローコントローラ１８でその導入流量を調整する。ヒータ１５により密閉容器１４内の粒状塩化タンタルを加熱して気化させることにより、塩化タンタルガスが導入されたアルゴンガスと共に第２ガス供給管１９に流出される。このとき、前記塩化タンタルガスを成膜容器１のチャンバ２内に供給する場合には、第１ガス排出管２１の制御弁２２を閉じ、同時に第２ガス供給管１９の制御弁２０を開くことによって、前記塩化タンタルガスは第２ガス供給管１９、第１分岐ガス供給管１０ａを通してチャンバ２内に供給される。一方、前記塩化タンタルガスを成膜容器１のチャンバ２内に供給させない場合には、第２ガス供給管１９の制御弁２０を閉じ、同時に第１ガス排出管２１の制御弁２２を開くことによって、前記塩化タンタルガスは第１ガス排出管２１を通して外部に排出される。したがって、ハロゲン化タンタルガス供給手段である例えば塩化タンタルガス供給系は塩化タンタルガスを不活性ガスと共に前記成膜容器１のチャンバ２内に供給するとき以外、外部に排出する弁機構である制御弁２０，２２および配管系統である第２ガス供給管１９、第１ガス排出管２１を備えた構成になっている。なお、必要に応じて気化器１３と第１ガス排出管２１の分岐部の間に位置する第２ガス供給管１９部分に密閉容器１４の内部圧力を調節するための背圧制御弁を介装してもよい。
【００２５】
真空容器２３は、前記成膜容器１に対して離れた位置に配置されている。図示しないマイクロ波導波管は、前記真空容器２３に取り付けられ、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を真空容器２３内に導入する。この真空容器２３は、真空排気される成膜容器１と後述するように第４ガス供給管３７を通して連結されている。このような真空容器２３、導波管等により予めラジカル化された水素およびアンモニアの混合ラジカル化ガスを生成するための遠隔プラズマ発生手段を構成している。前記アルゴンガスボンベ８のガス供給管９から分岐された第２分岐ガス供給管１０ｂは、前記真空容器２３に連結されている。この第２分岐ガス供給管１０ｂには、前記第１供給管９側から圧力制御弁２４およびマスフローコントローラ２５がこの順次で介装されている。アンモニア（ＮＨ3）および水素（Ｈ2）の混合器２６は、第３ガス供給管２７を通して前記真空容器２３に連結されている。アンモニア（ＮＨ3）ガスの導入管２８は、前記混合器２６に連結されている。この導入管２８には、そのＮＨ3ガスの供給側から圧力制御弁２９およびマスフローコントローラ３０がこの順序で介装されている。水素（Ｈ2）の導入管３１は、前記混合器２６に連結されている。この導入管３１には、そのＨ2ガス供給側から圧力制御弁３２およびマスフローコントローラ３３がこの順序で介装されている。前記第３ガス供給管２７には、制御弁３４が介装されている。第２ガス排出管３５は、前記混合器２６と前記制御弁３４の間に位置する前記第３ガス供給管２７から分岐され、かつ制御弁３６が介装されている。なお、前記第３ガス供給管２７および第２ガス排出管３５にそれぞれ介装された制御弁３４，３６は、それら制御弁３４，３６を同期的に開閉するプログラムが入力された前述したマイクロコンピュータ（図示せず）により自動開閉される。
【００２６】
前記真空容器２３は、第４ガス供給管３７を通して前記成膜容器１に連結されている。この第４ガス供給管３７には、制御弁３８が介装されている。第３ガス排出管３９は、前記真空容器２３と制御弁３８の間に位置する前記第４ガス供給管３７から分岐され、かつ制御弁４０が介装されている。なお、前記第４ガス供給管３７および第３ガス排出管３９にそれぞれ介装された制御弁３８，４０は、それら制御弁３８，４０を同期的に開閉するプログラムが入力された前述したマイクロコンピュータ（図示せず）により自動開閉される。
【００２７】
このような混合ガス供給手段である混合ガス供給系において、導入管２８、３１の圧力制御弁２９、３２を開いた状態でアンモニアガスおよび水素ガスを導入管２８、３１を通して混合器２６内にそれぞれ供給すると共に、マスフローコントローラ３０，３３でそれぞれの供給流量を調整し、それらガスを混合され、第３ガス供給管２７に流出される。このとき、混合ガスを真空容器２３に供給する場合には第２ガス排出管３５の制御弁３６を閉じ、同時に第３ガス供給管２７の制御弁３４を開くことによって、混合ガスは第３ガス供給管２７を通して真空容器２３内に供給される。一方、混合ガスを真空容器２３内に供給させない場合には第３ガス供給管２７の制御弁３４を閉じ、同時に第２ガス排出管３５の制御弁３６を開くことによって混合ガスは前記第２ガス排出管３５を通して外部に排出される。したがって、混合ガス供給系は混合ガスを前記遠隔プラズマ発生手段の真空容器２３に供給するとき以外、外部に排出する弁機構である制御弁３４，３６および配管系統である第３ガス供給管２７、第２ガス排出管３５を備えた構成になっている。
【００２８】
また、前記遠隔プラズマ発生手段において、アルゴンガスボンベ８からアルゴンガスを第１ガス供給管９および第２分岐ガス供給管１０ｂを通して真空容器２３内に供給すると共に、マスフローコントローラ２５でその供給流量を調整する。第２ガス排出管３５の制御弁３６を閉じ、同時に第３ガス供給管２７の制御弁３４を開くことによって、混合器２６からＮＨ3／Ｈ2が所望の流量および比率で混合された混合ガスを第３ガス供給管２７を通して真空容器２３内に供給する。このとき、前記真空容器２３は第４ガス供給管３７を通して成膜容器１に連結され、その成膜容器１内を真空ポンプ７により排気することにより同様に排気される。なお、第４ガス供給管３７の制御弁３８を閉じ、第３ガス排出管３９の制御弁４０を開いて真空容器２３を成膜容器１に対する連通を断つ場合には、真空容器２３内のガス排気は第３ガス排出管３９を通してなされる。このような排気、アルゴンガスおよびＮＨ3／Ｈ2の混合ガスの供給により真空容器２３内を所望の真空度にする。真空容器２３内の真空度が安定した後、マイクロ波導波管から例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を真空容器２３に導入することにより、アルゴンガスの存在によりプラズマが発生されると共に、ＮＨ3／Ｈ2が活性化されてＮＨ3ラジカル／Ｈ2ラジカル（混合ラジカル化ガス）が生成される。生成した混合ラジカル化ガスは、アルゴンガスと共に第４ガス供給管３７に流出される。
【００２９】
前記真空容器２３内の混合ラジカル化ガスを成膜容器１のチャンバ２内に供給する場合には第３ガス排出管３９の制御弁４０を閉じ、同時に第４ガス供給管３７の制御弁３８を開くことによって、前記混合ラジカル化ガスは第４ガス供給管３７を通してチャンバ２内に供給される。一方、真空容器２３内の混合ラジカル化ガス（またはプラズマ下で活性化されたアルゴンガス）のような発生ガスをチャンバ２内に供給させない場合には、第４ガス供給管３７の制御弁３８を閉じ、同時に第３ガス排出管３９の制御弁４０を開くことによって、前記発生ガスは第３ガス排出管３９を通して外部に排出される。したがって、前記チャンバ２と遠隔プラズマ発生手段とを連結するための手段の一形態は前記遠隔プラズマ発生手段の真空容器２３で水素およびアンモニアをラジカル化し、その混合ラジカル化ガスを前記チャンバ２内に供給するとき以外、真空容器２３の発生ガスを外部に排出する弁機構である制御弁３８，４０および配管系統である第４ガス供給管３７、第３ガス排出管３９を備えた構成になっている。
【００３０】
次に、前述した図１〜図３に示す成膜装置を用いて第１実施形態に係るＡＬＤ法による窒化タンタル膜の形成方法を説明する。
【００３１】
１）アルゴンガスパージ
図１に示すように被処理基板、例えば半導体ウェハ４１を載置台４上に載置し、その載置台４に内蔵された温度調節器３によりウェハ４１を加熱する。第２ガス供給管１９、第３ガス供給管２７および第３ガス排出管３９の制御弁２０、３４、４０を閉じ、これ以外の制御弁を全て開放する。なお、図１において閉鎖した制御弁を黒で塗りつぶし、開放された制御弁を白抜きとして表示する。また、以下の説明における制御弁の開閉状態も同様に表示する。
【００３２】
次いで、真空ポンプ７を作動して成膜容器１内のガスを排気管５を通して排気しながら、アルゴンガスボンベ８からアルゴンガスを第１ガス供給管９および第１分岐ガス供給管１０ａを通して成膜容器１内に供給すると共に、マスフローコントローラ１２でその供給流量を調整する。同時に、遠隔プラズマ発生手段において前述した操作で真空容器２３内にプラズマを発生させる。ただし、この工程ではＮＨ3／Ｈ2の混合ガスを供給せず、アルゴンガスのみを真空容器２３に供給し、プラズマを発生するために導入したアルゴンガスを真空容器２３から第４ガス供給管３７を通して前記成膜容器１内に供給する。このような成膜容器１内のガスの排気、アルゴンガスの成膜容器１内への供給により所望の真空度でアルゴンガスパージがなされ、成膜容器１内がアルゴンガスで置換される。
【００３３】
なお、前記アルゴンガスパージの工程以降において、前述したように気化器１３を備えた塩化タンタルガス供給系で塩化タンタルガスの生成がなされる。ただし、アルゴンガスパージの工程およびＮＨ3ラジカル／Ｈ2ラジカルのパルス工程では第２ガス供給管１９の制御弁２０を閉じ、第１ガス排出管２１の制御弁２２を開くことにより、アルゴンガスと共に塩化タンタルガスは図１の矢印で示すようにこの第１ガス排出管２１から排出される。
【００３４】
また、同アルゴンガスパージの工程以降において前述したように混合器２６でＮＨ3／Ｈ2を所望の比率で混合した混合ガスが調製される。ただし、同アルゴンガスパージの工程および塩化タンタルガスのパルス工程では第３ガス供給管２７の制御弁３４を閉じ、第２ガス排出管３５の制御弁３６を開くことにより、混合ガスは図１の矢印で示すようにこの第２ガス排出管３５から排出される。
【００３５】
２）塩化タンタルガスのパルス
図１に示す状態から図２に示すように第１ガス排出管２１の制御弁２２を閉じ、それと同時に第２ガス供給管１９の制御弁２０を開き、所望時間この状態を保つことによって、既に気化器１３を備えた塩化タンタルガス供給系で生成した塩化タンタルガスをアルゴンガスと一緒に第１分岐ガス供給管１０ａ（アルゴンガスが流通）に所望量供給する。第１分岐ガス供給管１０ａに供給された塩化タンタルガスは、アルゴンガスと一緒に成膜容器１のチャンバ２内に供給され、チャンバ２内の載置台４に載置され、所望温度に加熱された半導体ウェハ４１表面に塩化タンタルが単分子層または単分子層に近い状態で吸着される。
【００３６】
３）アルゴンガスパージ
第２ガス供給管１９の制御弁２０を閉じると同時に、第１ガス排出管２１の制御弁２２を開くことにより、図２に示す状態から前述した図１に示すアルゴンガスパージを行う。このとき、成膜容器１のチャンバ２内に残留した未反応の塩化タンタルがアルゴンガスにより排出され、チャンバ２内が再びアルゴンガスで置換される。
【００３７】
４）ＮＨ3ラジカル／Ｈ2ラジカルのパルス
図１に示す状態から図３に示すように第２ガス排出管３５の制御弁３６を閉じ、それと同時に第３ガス供給管２７の制御弁３４を開き、所望時間この状態を保つことによって、アルゴンの供給およびマイクロ波の導入によりプラズマが発生された真空容器２３内に混合器２６からＮＨ3／Ｈ2の混合ガスを所望量供給する。真空容器２３に供給されたＮＨ3／Ｈ2の混合ガスは、プラズマにより活性化され、ＮＨ3ラジカル／Ｈ2ラジカル（混合ラジカル化ガス）が生成される。生成した混合ラジカル化ガスは、アルゴンガスと共に第４ガス供給管３７を通して成膜容器１のチャンバ２内に供給され、所望温度に加熱された半導体ウェハ４１表面に吸着された塩化タンタルに対して還元および窒化を同時になすため、窒化タンタル膜が単分子層または単分子層に近い状態で成膜される。また、混合ラジカル化ガスは成膜容器１で生成されるのではなく、遠隔プラズマ発生手段の真空容器２３内で生成され、成膜容器１のチャンバ２内に輸送されるため、プラズマに起因する窒化タンタル膜へのダメージが抑制される。
【００３８】
このような１）アルゴンガスパージ、２）塩化タンタルガスのパルス、３）アルゴンガスパージおよび４）ＮＨ3ラジカル／Ｈ2ラジカルのパルスの工程を繰り返すことによって、半導体ウェハ４１表面に所望厚さの窒化タンタル膜を形成する。なお、前記１）のアルゴンガスパージにおいては成膜容器１のチャンバ２内に残留した未反応のＮＨ3ラジカル／Ｈ2ラジカルおよび反応副生物がアルゴンガスにより排出され、チャンバ２内が再びアルゴンガスで置換される。
【００３９】
前記１）〜４）の工程を１サイクルとするＡＬＤ法による窒化タンタルの成膜において、被処理基板である半導体ウェハの温度を２５０〜４００℃にする。半導体ウェハの温度が４００℃を超えると、窒化タンタル膜を再現性よく成膜することが困難になるばかりか、窒化タンタル膜の表面が荒れたり、膜中に不純物が混入したりする。
【００４０】
前記１）〜４）の工程を１サイクルとするＡＬＤ法による窒化タンタルの成膜において、成膜容器のチャンバ内の圧力を０．１〜１００Ｔｏｒｒにする。このチャンバ内の圧力を０．１Ｔｏｒｒ未満にすると、特に塩化タンタルのパルス工程において半導体ウェハ表面への塩化タンタルの吸着量が低下する。一方、前記チャンバ内の圧力が１００Ｔｏｒｒを超えると、塩化タンタルのパルス工程において半導体ウェハ表面への塩化タンタルの吸着量が増大するものの、成膜された窒化タンタル膜の面内均一性が損なわれる。また、アルゴンガスパージ工程での置換効率が低下し、その結果例えば置換が完了するまでの時間が長くなり、スループットが低下する虞がある。さらに、前記４）の工程において成膜容器１のチャンバ２内に導入されたＮＨ3ラジカル／Ｈ2ラジカルを半導体ウェハ４１表面に吸着された塩化タンタルと十分な還元および窒化を行うために必要なラジカル状態に維持することが困難になる。より好ましい前記チャンバ内の圧力は０．３〜１０Ｔｏｒｒである。
【００４１】
前記塩化タンタルガスのパルス工程において、塩化タンタルガスに代えてフッ化タンタル、臭化タンタル、ヨウ化タンタルのような他のハロゲン化タンタルのガスを用いることができる。これらの他のハロゲン化タンタルも塩化タンタルと同様に常温下で固体状であるため、図１で説明したのと同様な気化器を用いてハロゲン化タンタルガスを発生させる。
【００４２】
前記ＮＨ3ラジカル／Ｈ2ラジカルのパルス工程に用いられる混合ガスのＮＨ3／Ｈ2比率（体積比率）は、０．１〜１０にすることが好ましい。前記混合比率を０．１未満にすると、ＮＨ3ラジカル／Ｈ2ラジカルのパルス工程において窒素源であるＮＨ3ラジカル量が不足して所定の窒化タンタル膜の成膜が困難になるばかりか、場合によってＴａの金属膜が成膜される虞がある。一方、前記混合比率が１０を超えると、パルス工程においてＨ2ラジカルによる還元が十分になされず、所定の窒化タンタル膜の成膜が困難になる虞がある。より好ましい混合ガスのＮＨ3／Ｈ2比率（体積比率）は、１〜５である。なお、混合ガス中のＮＨ3／Ｈ2比率の調整は前述した図１におけるアンモニアガスの導入管２８および水素ガスの導入管３１のマスフローコントローラ３０、３３による流量の調節によって行うことができる。
【００４３】
遠隔プラズマ発生手段は、前述した真空容器にマイクロ波導波管を取り付けた形態の他に、例えば真空容器内に平行平板電極を配置し、これら電極の一方に高周波電力が供給し、他方の電極を接地する形態、または接地される真空容器内に高周波電力が供給される電極を配置する形態にしてもよい。
【００４４】
以上、第１実施形態によればプラズマダメージが低減され、かつカーボンの混入のない高品質で低抵抗の窒化タンタル膜を低温で形成することができる。
【００４５】
また、前記ＮＨ3ラジカル／Ｈ2ラジカルのパルス工程において混合ガスのＮＨ3／Ｈ2比率（体積比率）を０．１〜１０にすれば、半導体ウェハ４１表面に吸着された塩化タンタルに対する還元および窒化のバランスが良好になり、所望の元素比を持つ窒化タンタル膜を効率的にかつ安定的に成膜することができる。
【００４６】
（第２実施形態）
前述した図３および図４、図５に示す成膜装置を用いて第２実施形態に係る窒化タンタル膜の形成方法を説明する。図４は、前述した第１実施形態で用いたのと同様な成膜装置を示し、この第２実施形態に係るＡＬＤ法の適用に際してのパージ時における制御弁の開閉状態を示す概略図、図５は前述した第１実施形態で用いたのと同様な成膜装置を示し、この第２実施形態に係るＡＬＤ法の適用に際しての塩化タンタルのパルス時における制御弁の開閉状態を示す概略図である。
【００４７】
１）アルゴンガスパージ
図４に示すように被処理基板、例えば半導体ウェハ４１を載置台４上に載置し、その載置台４に内蔵された温度調節器３によりウェハ４１を加熱する。第２ガス供給管１９、第３ガス供給管２７および第４ガス供給管３７の制御弁２０、３４、３８を閉じ、これ以外の制御弁を全て開放する。つづいて、真空ポンプ７を作動して成膜容器１内のガスを排気管５を通して排気しながら、アルゴンガスボンベ８からアルゴンガスを第１ガス供給管９および第１分岐ガス供給管１０ａを通して成膜容器１内に供給すると共に、マスフローコントローラ１２でその供給流量を調整する。同時に、遠隔プラズマ発生手段において前述した第１実施形態と同様に真空容器２３内にアルゴンガスのみを供給し、プラズマを発生させる。このプラズマを発生するために導入したアルゴンガスは、前記成膜容器１内に供給せず、第３ガス排出管３９を通して外部に排出する。このような成膜容器１内のガスの排気、アルゴンガスボンベ８からアルゴンガスを第１ガス供給管９および第１分岐ガス供給管１０ａを経由するアルゴンガスのみの成膜容器１内への供給により所望の真空度でアルゴンガスパージがなされ、成膜容器１内がアルゴンガスで置換される。なお、成膜容器１内へのアルゴンガスの供給は第１分岐ガス供給管１０ａを経由するアルゴンガスのみでなされるため、第１実施形態に比べてその供給量が不足する場合には第１分岐ガス供給管１０ａに介装されたマスフローコントローラ１２で流量制御を行ってアルゴンガスの供給量を増大してもよい。
【００４８】
２）塩化タンタルガスのパルス
図４に示す状態から図５に示すように第１ガス排出管２１の制御弁２２を閉じ、それと同時に第２ガス供給管１９の制御弁２０を開き、所望時間この状態を保つことによって、既に気化器１３を備えた塩化タンタルガス供給系で生成した塩化タンタルガスをアルゴンガスと一緒に第１分岐ガス供給管１０ａ（アルゴンガスが流通）に所望量供給し、前述した第１実施形態と同様に所望温度に加熱された半導体ウェハ４１表面に塩化タンタルを吸着する。このとき、遠隔プラズマ発生手段の真空容器２３内にプラズマを発生するために導入したアルゴンガスは、前記成膜容器１内に供給せず、第３ガス排出管３９を通して外部に排出する。
【００４９】
３）アルゴンガスパージ
第２ガス供給管１９の制御弁２０を閉じると同時に、第１ガス排出管２１の制御弁２２を開くことにより、図５に示す状態から前述した図４に示すように第１ガス供給管９および第１分岐ガス供給管１０ａを経由するアルゴンガスのみでアルゴンガスパージを行い、成膜容器１のチャンバ２内に残留した未反応の塩化タンタルがアルゴンガスにより排出し、チャンバ２内を再びアルゴンガスで置換する。
【００５０】
４）ＮＨ3ラジカル／Ｈ2ラジカルのパルス
図４に示す状態から前記第１実施形態で説明した図３に示すように第３ガス排出管３９の制御弁４０を閉じ、それと同時に第４ガス供給管３７の制御弁３８を開くと共に、第２ガス排出管３５の制御弁３６を閉じ、それと同時に第３ガス供給管２７の制御弁３４を開き、所望時間この状態を保つことによって、アルゴンの供給およびマイクロ波の導入によりプラズマが発生された真空容器２３内に混合器２６からＮＨ3／Ｈ2の混合ガスを所望量供給する。このとき、前述した第１実施形態１と同様に真空容器２３で供給されたＮＨ3／Ｈ2の混合ガスがプラズマにより活性化され、生成したＮＨ3ラジカル／Ｈ2ラジカルは、アルゴンガスと共に第４ガス供給管３７を通して成膜容器１のチャンバ２内に供給され、所望温度に加熱された半導体ウェハ４１表面に吸着された塩化タンタルに対し還元および窒化を同時になすため、窒化タンタル膜が成膜される。また、ＮＨ3ラジカル／Ｈ2ラジカルは成膜容器１で生成されるのではなく、遠隔プラズマ発生手段の真空容器２３内で生成され、成膜容器１のチャンバ２内に輸送されるため、プラズマに起因する窒化タンタル膜へのダメージが抑制される。
【００５１】
このような１）アルゴンガスパージ、２）塩化タンタルガスのパルス、３）アルゴンガスパージおよび４）ＮＨ3ラジカル／Ｈ2ラジカルのパルスの工程を繰り返すことによって、半導体ウェハ４１表面に所望厚さの窒化タンタル膜を形成する。
【００５２】
以上、第２実施形態によればプラズマダメージが低減され、かつカーボンの混入のない高品質で低抵抗の窒化タンタル膜を低温で形成することができる。
【００５３】
また、前記１）〜４）の工程において、アルゴンガスを第１ガス供給管８および第２分岐ガス供給管１０ｂを通して遠隔プラズマ発生手段の真空容器２３に供給してプラズマを発生させる待機状態とし、前記４）のＮＨ3ラジカル／Ｈ2ラジカルのパルス工程のときに水素およびアンモニアの混合ガスを前記待機状態の遠隔プラズマ発生手段の真空容器２３に第３ガス供給管２７を通して供給して水素およびアンモニアをラジカル化し、これを前記成膜容器１のチャンバ２内に第４ガス供給管３７を通して供給し、この工程以外では遠隔プラズマ発生手段の真空容器２３で活性化されたアルゴンガスを成膜容器１内に導入せず、第３ガス排出管３９を通して外部に排出すると共に、遠隔プラズマ発生手段とは別の系統（第１分岐ガス供給管１０ａ）から不活性ガスを前記成膜容器１のチャンバ２内に供給する。その結果、塩化タンタルのパルス工程において成膜容器１のチャンバ２内の半導体ウェハ４１表面に塩化タンタルを吸着させる際に半導体ウェハ４１表面および吸着すべき塩化タンタルが活性化されたアルゴンガスの影響を受けるのを回避できる。しかも、塩化タンタルのパルス後のアルゴンガスパージ工程において半導体ウェハ４１表面に吸着された塩化タンタルが活性化されたアルゴンガスの影響を受けるのを回避できる。その結果、前述した第１実施形態に比べてより良好な膜質を有する窒化タンタル膜を形成することができる。
（第３実施形態）
前述した図３および図６、図７に示す成膜装置を用いて第３実施形態に係る窒化タンタル膜の形成方法を説明する。図６は、前述した第１実施形態で用いたのと同様な成膜装置を示し、この第３実施形態に係るＡＬＤ法の適用に際してのパージ時における制御弁の開閉状態を示す概略図、図７は前述した第１実施形態で用いたのと同様な成膜装置を示し、この第３実施形態に係るＡＬＤ法の適用に際しての塩化タンタルのパルス時における制御弁の開閉状態を示す概略図である。
【００５４】
１）アルゴンガスパージ
図６に示すように被処理基板、例えば半導体ウェハ４１を載置台４上に載置し、その載置台４に内蔵された温度調節器３によりウェハ４１を加熱する。第２ガス供給管１９、第２ガス排出管３５および第４ガス供給管３７の制御弁２０、３６、３８を閉じ、これ以外の制御弁を全て開放する。つづいて、真空ポンプ７を作動して成膜容器１内のガスを排気管５を通して排気しながら、アルゴンガスボンベ８からアルゴンガスを第１ガス供給管９および第１分岐ガス供給管１０ａを通して成膜容器１内に供給すると共に、マスフローコントローラ１２でその供給流量を調整する。同時に、遠隔プラズマ発生手段において前述した第１実施形態と同様に真空容器２３内にアルゴンガスを供給してプラズマを発生させ、かつ混合器２６からＮＨ3／Ｈ2の混合ガスを供給し、ＮＨ3／Ｈ2の混合ガスをプラズマにより活性化し、ＮＨ3ラジカル／Ｈ2ラジカル（混合ラジカル化ガス）を生成する。生成した混合ラジカル化ガスは、前記成膜容器１内に供給せず、アルゴンガスと共に第３ガス排出管３９を通して外部に排出する。このような成膜容器１内のガスの排気、アルゴンガスボンベ８からアルゴンガスを第１ガス供給管９および第１分岐ガス供給管１０ａを経由するアルゴンガスのみの成膜容器１内への供給により所望の真空度でアルゴンガスパージがなされ、成膜容器１内がアルゴンガスで置換される。なお、成膜容器１内へのアルゴンガスの供給は第１分岐ガス供給管１０ａを経由するアルゴンガスのみでなされるため、第１実施形態に比べてその供給量が不足する場合には第１分岐ガス供給管１０ａに介装されたマスフローコントローラ１２で流量制御を行ってアルゴンガスの供給量を増大してもよい。
【００５５】
２）塩化タンタルガスのパルス
図６に示す状態から図７に示すように第１ガス排出管２１の制御弁２２を閉じ、それと同時に第２ガス供給管１９の制御弁２０を開き、所望時間この状態を保つことによって、既に気化器１３を備えた塩化タンタルガス供給系で生成した塩化タンタルガスをアルゴンガスと一緒に第１分岐ガス供給管１０ａ（アルゴンガスが流通）に所望量供給し、前述した第１実施形態と同様に所望温度に加熱された半導体ウェハ４１表面に塩化タンタルを吸着する。このとき、遠隔プラズマ発生手段の真空容器２３内で生成したＮＨ3ラジカル／Ｈ2ラジカルは、前記成膜容器１内に供給せず、アルゴンガスと共に第３ガス排出管３９を通して外部に排出する。
【００５６】
３）アルゴンガスパージ
第２ガス供給管１９の制御弁２０を閉じると同時に、第１ガス排出管２１の制御弁２２を開くことにより、図７に示す状態から前述した図６に示すように第１ガス供給管９および第１分岐ガス供給管１０ａを経由するアルゴンガスのみでアルゴンガスパージを行い、成膜容器１のチャンバ２内に残留した未反応の塩化タンタルがアルゴンガスにより排出し、チャンバ２内を再びアルゴンガスで置換する。
【００５７】
４）ＮＨ3ラジカル／Ｈ2ラジカルのパルス
図６に示す状態から前記第１実施形態で説明した図３に示すように第３ガス排出管３９の制御弁４０を閉じ、それと同時に第４ガス供給管３７の制御弁３８を開き、所望時間この状態を保つことによって、既に遠隔プラズマ発生手段の真空容器２３内で生成したＮＨ3ラジカル／Ｈ2ラジカル（混合ラジカル化ガス）をアルゴンガスと共に第４ガス供給管３７を通して成膜容器１のチャンバ２内に所望量供給する。このとき、供給された混合ラジカル化ガスは、所望温度に加熱された半導体ウェハ４１表面に吸着された塩化タンタルに対し還元および窒化を同時になすため、窒化タンタル膜が成膜される。また、混合ラジカル化ガスは成膜容器１で生成されるのではなく、遠隔プラズマ発生手段の真空容器２３内で生成され、成膜容器１のチャンバ２内に輸送されるため、プラズマに起因する窒化タンタル膜へのダメージが抑制される。
【００５８】
このような１）アルゴンガスパージ、２）塩化タンタルガスのパルス、３）アルゴンガスパージおよび４）ＮＨ3ラジカル／Ｈ2ラジカルのパルスの工程を繰り返すことによって、半導体ウェハ４１表面に所望厚さの窒化タンタル膜を形成する。
【００５９】
以上、第３実施形態によればプラズマダメージが低減され、かつカーボンの混入のない高品質で低抵抗の窒化タンタル膜を低温で形成することができる。
【００６０】
また、前記１）〜４）の工程において、遠隔プラズマ発生手段の真空容器２３にアルゴンガスを第１ガス供給管８および第２分岐ガス供給管１０ｂを通して供給してプラズマを発生させ、かつ混合器２６からＮＨ3／Ｈ2の混合ガスを供給し、ＮＨ3／Ｈ2の混合ガスをプラズマにより活性化し、ＮＨ3ラジカル／Ｈ2ラジカルが生成する待機状態とし、前記４）のＮＨ3ラジカル／Ｈ2ラジカルのパルス工程のときに遠隔プラズマ発生手段の真空容器２３の混合ラジカル化ガスを第４ガス供給管３７を通して前記成膜容器１のチャンバ２内に供給し、この工程以外では遠隔プラズマ発生手段の真空容器２３で生成した混合ラジカル化ガスを成膜容器１内に導入せず、第３ガス排出管３９を通して外部に排出すると共に、遠隔プラズマ発生手段とは別の系統（第１分岐ガス供給管１０ａ）から不活性ガスを前記チャンバ２内に供給する。
【００６１】
その結果、塩化タンタルのパルス工程において成膜容器１のチャンバ２内の半導体ウェハ４１表面に塩化タンタルを吸着させる際に第１実施形態のように半導体ウェハ４１表面および吸着すべき塩化タンタルが活性化されたアルゴンガスの影響を受けるのを回避できる。しかも、塩化タンタルのパルス後のアルゴンガスパージ工程においても第１実施形態のように半導体ウェハ４１表面に吸着された塩化タンタルが活性化されたアルゴンガスの影響を受けるのを回避できる。その結果、前述した第１実施形態に比べてより良好な膜質を有する窒化タンタル膜を形成することができる。
さらに、前述した第１、第２の実施形態ではＮＨ3ラジカル／Ｈ2ラジカルのパルス工程の直前でプラズマが発生された真空容器２３内に混合器２６からＮＨ3／Ｈ2の混合ガスを所望量供給し、ＮＨ3ラジカル／Ｈ2ラジカルを生成し、これを成膜容器１内に供給するため、それらラジカルの混合比率等が複数回のＮＨ3ラジカル／Ｈ2ラジカルのパルス工程間でばらつく虞がある。
【００６２】
この第３実施形態では、前記１）〜４）の工程において、遠隔プラズマ発生手段の真空容器２３でＮＨ3ラジカル／Ｈ2ラジカル（混合ラジカル化ガス）を生成する待機状態とすることによって、ＮＨ3ラジカル／Ｈ2ラジカルのパルス時において、ＮＨ3ラジカル／Ｈ2ラジカルの混合比率等を常に安定させた状態で第４ガス供給管３７を通して成膜容器１内に供給できるため、前記１）〜４）工程を１サイクルとするＡＬＤ法で半導体ウェハ４１表面に成膜される各窒化タンタル膜間の膜質、組成を均一化でき、より一層良好な特性を有する窒化タンタル膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＡＬＤ法に適用される成膜装置（不活性ガスのパージ時における各制御弁の開閉状態を併記）を示す概略図。
【図２】図１と同じ成膜装置を示し、第１実施形態に係るＡＬＤ法の適用に際しての塩化タンタルガスのパルス時における各制御弁の開閉状態を示す概略図。
【図３】図１と同じ成膜装置を示し、第１〜第３の実施形態に係るＡＬＤ法の適用に際してのＮＨ3ラジカル／Ｈ2ラジカルのパルス時における各制御弁の開閉状態を示す概略図。
【図４】第１実施形態で用いたのと同様な成膜装置を示し、本発明の第２実施形態に係るＡＬＤ法の適用に際してのパージ時における制御弁の開閉状態を示す概略図。
【図５】第１実施形態で用いたのと同様な成膜装置を示し、第２実施形態に係るＡＬＤ法の適用に際しての塩化タンタルのパルス時における制御弁の開閉状態を示す概略図。
【図６】第１実施形態で用いたのと同様な成膜装置を示し、本発明の第３実施形態に係るＡＬＤ法の適用に際してのパージ時における制御弁の開閉状態を示す概略図。
【図７】第１実施形態で用いたのと同様な成膜装置を示し、第３実施形態に係るＡＬＤ法の適用に際しての塩化タンタルのパルス時における制御弁の開閉状態を示す概略図。
【符号の説明】
【００６４】
１…成膜容器、２…チャンバ、４…載置台、７…真空ポンプ、８…アルゴンガスボンベ、９…第１ガス供給管、１０ａ，１０ｂ…分岐ガス供給管、２０，２２，３４，３６，３８，４０…制御弁、１３…気化器、１１，１７，２４，２９，３２…圧力制御弁、１９…第２ガス供給管、２１…第１ガス排出管、２３…真空容器、２６…混合器、２７…第３ガス供給管、３５…第２ガス排出管、３７…第４ガス供給管、３９…第３ガス排出管、４１…半導体ウェハ（被処理基板）。
【図１】
2006052426.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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