(57)【要約】【課題】  成膜速度が速く、成膜時のダメージが小さい金属系膜の作製方法及び作製装置及び積層膜作製装置を提供する。【解決手段】  圧力制御可能なチャンバ１に基板３を設置し、チャンバ１内に配設され、３ｄ遷移金属からなる被エッチング部材１０の上方から、Ｂ又はＳｉを含有するハロゲン系の原料ガスを供給すると共に、原料ガスのプラズマ１９を発生させて、ハロゲンのラジカルを生成し、ハロゲンのラジカルにより、被エッチング部材１０をエッチングして、被エッチング部材に含まれる３ｄ遷移金属成分の前駆体２０を生成し、被エッチング部材１０より低い温度に制御された基板３に、前駆体２０を成膜させると共に、成膜された前駆体２０をハロゲンのラジカルにより還元して、基板３上に３ｄ遷移金属、又は、Ｂ若しくはＳｉを含有する３ｄ遷移金属の金属系膜を作製する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力制御可能なチャンバに基板を設置し、
前記チャンバ内に配設され、３ｄ遷移金属からなる被エッチング部材の上方から、ボロン又はシリコンを含有するハロゲン系の原料ガスを供給すると共に、前記原料ガスのプラズマを発生させて、前記ハロゲンのラジカルを生成し、
前記ハロゲンのラジカルにより、前記被エッチング部材をエッチングして、前記被エッチング部材に含まれる前記３ｄ遷移金属成分の前駆体を生成し、
前記被エッチング部材より低い温度に制御された前記基板に、前記前駆体を成膜させると共に、成膜された前記前駆体を前記ハロゲンのラジカルにより還元して、前記基板上に前記３ｄ遷移金属、又は、ボロン若しくはシリコンを含有する前記３ｄ遷移金属の金属系膜を作製することを特徴とする金属系膜の作製方法。
【請求項２】
請求項１記載の金属系膜の作製方法において、
前記３ｄ遷移金属を、ニッケル又はニッケル−鉄とすることを特徴とする金属系膜の作製方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の金属系膜の作製方法において、
前記ボロン又はシリコンを含有するハロゲン系の原料ガスを、ボロン又はシリコンが添加された塩素ガスとすることを特徴とする金属系膜の作製方法。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の金属系膜の作製方法において、
前記ボロン又はシリコンを含有するハロゲン系の原料ガスを、トリクロロボロンガス又はテトラクロロシランガスとすることを特徴とする金属系膜の作製方法。
【請求項５】
圧力制御可能なチャンバと、
前記チャンバの底部に設けられ、基板が設置されると共に前記基板を低い温度に制御可能な支持台と、
前記基板の上方に対向して設けられ、３ｄ遷移金属からなる被エッチング部材と、
前記チャンバの上部に複数設けられ、前記被エッチング部材の上方側から、ボロン又はシリコンを含有するハロゲン系の原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
前記チャンバの上方に設けられ、前記原料ガスのプラズマを発生させて、前記ハロゲンのラジカルを生成すると共に、前記被エッチング部材をエッチングして、前記被エッチング部材に含まれる前記３ｄ遷移金属成分の前駆体を生成するプラズマ発生手段とを備え、
前記基板上に前記３ｄ遷移金属、又は、ボロン若しくはシリコンを含有する前記３ｄ遷移金属の金属系膜を作製することを特徴とする金属系膜の作製装置。
【請求項６】
請求項５記載の金属系膜の作製方法において、
前記３ｄ遷移金属を、ニッケル又はニッケル−鉄としたことを特徴とする金属系膜の作製装置。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の金属系膜の作製方法において、
前記ボロン又はシリコンを含有するハロゲン系の原料ガスを、ボロン又はシリコンが添加された塩素ガスとしたことを特徴とする金属系膜の作製装置。
【請求項８】
請求項５又は請求項６に記載の金属系膜の作製方法において、
前記ボロン又はシリコンを含有するハロゲン系の原料ガスを、トリクロロボロンガス又はテトラクロロシランガスとしたことを特徴とする金属系膜の作製装置。
【請求項９】
圧力制御可能な他のチャンバと、
前記他のチャンバの底部に設けられ、基板が設置されると共に前記基板を低い温度に制御可能な他の支持台と、
前記基板の上方に対向して設けられた他の被エッチング部材と、
前記他のチャンバの上部に複数設けられ、前記他の被エッチング部材の上方側から、ハロゲンを含有する他の原料ガスを供給する他の原料ガス供給手段と、
前記他のチャンバの上方に設けられ、前記他の原料ガスのプラズマを発生させて、前記ハロゲンのラジカルを生成すると共に、前記他の被エッチング部材をエッチングして、前記他の被エッチング部材に含まれる成分の他の前駆体を生成する他のプラズマ発生手段とを有し、
前記基板上に前記他の前駆体を成膜させると共に、成膜された前記他の前駆体を前記ハロゲンのラジカルにより還元して、前記他の被エッチング部材に含まれる成分の他の薄膜を作製する作製装置を複数有すると共に、
請求項５乃至請求項８のいずれかに記載の金属系膜の作製装置と、
前記複数の作製装置及び前記金属系膜の作製装置との間で基板を搬送する搬送手段と、
前記複数の作製装置、前記金属系膜の作製装置及び前記搬送手段を制御する制御手段とを備え、
前記基板に前記金属系膜及び前記他の薄膜を積層することを特徴とする積層膜作製装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長法による純金属、合金等の金属系膜の作製方法及び作製装置に関し、又、その金属系膜の作製装置を用いた積層膜作製装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＴ(Information Technology)の発達にともない、コンピュータや携帯電話等の情報・通信機器に使われる電子部品に対する高機能化、小型化、低コスト化等の要求は益々大きいものになっている。電子部品には様々な機能の材料が用いられているが、中でも、金属系材料は欠くことのできない重要な要素の一つである。例えば、磁気記録装置では、磁気記録層にＮｉ系の金属系材料の合金膜が用いられており、主に、スパッタ法により成膜が行われている。又、この他に、Ｎｉ塩化物を水素還元するＣＶＤ法（以下、水素還元ＣＶＤ法と呼ぶ。）によりＮｉ系合金膜の成膜を行うものもある。近年、金属のターゲット材から塩素ラジカルにより塩化物を生成し、生成された塩化物を還元することで成膜を行う塩素化金属還元法という新しいＣＶＤ法（以下、ＭＣＲ(Metal Chloride Reduction)−ＣＶＤ法と呼ぶ。）が開発されており、上記金属系材料への適用が検討されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平０６−３２５９６５号公報
【特許文献２】特開平０８−１７２０２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
Ｎｉ系合金膜を成膜する場合、上記スパッタ法による成膜では、下地への物理ダメージが大きく、成膜速度が遅いという問題があり、又、上記水素還元ＣＶＤ法では、処理温度が高く、熱ダメージが大きいという問題があった。
【０００５】
又、ＭＣＲ−ＣＶＤ法においては、Ｎｉ塩化物の化学的安定性が非常に高いため、純Ｎｉ金属の還元、析出が困難であり、成膜速度が遅く、膜中にＮｉ塩化物が残留するという問題があり、又、基板上に成膜する際に、多量の塩素ラジカルが必要となるので、下地へのダメージが避けられないという問題もあった。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、成膜速度が速く、成膜時のダメージが小さい金属系膜の作製方法及び金属系膜の作製装置及び積層膜作製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】
【０００７】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係る金属系膜の作製方法は、
圧力制御可能なチャンバに基板を設置し、
前記チャンバ内に配設され、３ｄ遷移金属からなる被エッチング部材の上方から、ボロン（Ｂ）又はシリコン（Ｓｉ）を含有するハロゲン系の原料ガスを供給すると共に、前記原料ガスのプラズマを発生させて、前記ハロゲンのラジカルを生成し、
前記ハロゲンのラジカルにより、前記被エッチング部材をエッチングして、前記被エッチング部材に含まれる前記３ｄ遷移金属成分の前駆体を生成し、
前記被エッチング部材より低い温度に制御された前記基板に、前記前駆体を成膜させると共に、成膜された前記前駆体を前記ハロゲンのラジカルにより還元して、前記基板上に前記３ｄ遷移金属、又は、Ｂ若しくはＳｉを含有する前記３ｄ遷移金属の金属系膜を作製することを特徴とする。
つまり、ＭＣＲ−ＣＶＤ法において、Ｂ又はＳｉを添加したハロゲン系の原料ガスを用いることで、従来、還元析出が難しかった３ｄ遷移金属、例えば、ニッケル（Ｎｉ）等を容易に還元析出することが可能となる。又、プロセス条件により、還元析出した３ｄ遷移金属の膜中のＢ又はＳｉの量を制御することも可能である。
【０００８】
上記課題を解決する本発明の請求項２に係る金属系膜の作製方法は、
上記金属系膜の作製方法において、
前記３ｄ遷移金属を、ニッケル（Ｎｉ）又はニッケル−鉄（Ｎｉ−Ｆｅ）とすることを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決する本発明の請求項３に係る金属系膜の作製方法は、
上記金属系膜の作製方法において、
前記Ｂ又はＳｉを含有するハロゲン系の原料ガスを、Ｂ又はＳｉが添加された塩素ガス（Ｃｌ2）とすることを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する本発明の請求項４に係る金属系膜の作製方法は、
上記金属系膜の作製方法において、
前記Ｂ又はＳｉを含有するハロゲン系の原料ガスを、トリクロロボロンガス（ＢＣｌ3）又はテトラクロロシランガス（ＳｉＣｌ4）とすることを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する本発明の請求項５に係る金属系膜の作製装置は、
圧力制御可能なチャンバと、
前記チャンバの底部に設けられ、基板が設置されると共に前記基板を低い温度に制御可能な支持台と、
前記基板の上方に対向して設けられ、３ｄ遷移金属からなる被エッチング部材と、
前記チャンバの上部に複数設けられ、前記被エッチング部材の上方側から、ボロン（Ｂ）又はシリコン（Ｓｉ）を含有するハロゲン系の原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
前記チャンバの上方に設けられ、前記原料ガスのプラズマを発生させて、前記ハロゲンのラジカルを生成すると共に、前記被エッチング部材をエッチングして、前記被エッチング部材に含まれる前記３ｄ遷移金属成分の前駆体を生成するプラズマ発生手段とを有し、
前記基板上に前記前駆体を成膜させると共に、成膜された前記前駆体を前記ハロゲンのラジカルにより還元して、前記３ｄ遷移金属、又は、Ｂ若しくはＳｉを含有する前記３ｄ遷移金属の金属系膜を作製することを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する本発明の請求項６に係る金属系膜の作製装置は、
上記金属系膜の作製装置において、
前記３ｄ遷移金属を、ニッケル（Ｎｉ）又はニッケル−鉄（Ｎｉ−Ｆｅ）としたことを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する本発明の請求項７に係る金属系膜の作製装置は、
上記金属系膜の作製装置において、
前記Ｂ又はＳｉを含有するハロゲン系の原料ガスを、Ｂ又はＳｉが添加された塩素ガス（Ｃｌ2）としたことを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する本発明の請求項８に係る金属系膜の作製装置は、
上記金属系膜の作製装置において、
前記Ｂ又はＳｉを含有するハロゲン系の原料ガスを、トリクロロボロンガス（ＢＣｌ3）又はテトラクロロシランガス（ＳｉＣｌ4）としたことを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決する本発明の請求項９に係る積層膜作製装置は、
圧力制御可能な他のチャンバと、
前記他のチャンバの底部に設けられ、基板が設置されると共に前記基板を低い温度に制御可能な他の支持台と、
前記基板の上方に対向して設けられた他の被エッチング部材と、
前記他のチャンバの上部に複数設けられ、前記他の被エッチング部材の上方側から、ハロゲンを含有する他の原料ガスを供給する他の原料ガス供給手段と、
前記他のチャンバの上方に設けられ、前記他の原料ガスのプラズマを発生させて、前記ハロゲンのラジカルを生成すると共に、前記他の被エッチング部材をエッチングして、前記他の被エッチング部材に含まれる成分の他の前駆体を生成する他のプラズマ発生手段とを有し、
前記基板上に前記他の前駆体を成膜させると共に、成膜された前記他の前駆体を前記ハロゲンのラジカルにより還元して、前記他の被エッチング部材に含まれる成分の他の薄膜を作製する作製装置を複数有すると共に、
請求項５乃至請求項８のいずれかに記載の金属系膜の作製装置と、
前記複数の作製装置及び前記金属系膜の作製装置との間で基板を搬送する搬送手段と、
前記複数の作製装置、前記金属系膜の作製装置及び前記搬送手段を制御する制御手段とを備え、
前記基板に前記金属系膜及び前記他の薄膜を積層することを特徴とする。
なお、複数の作製装置においては、少なくとも被エッチング部材を構成する材料が各々異なる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、Ｂ又はＳｉを添加したハロゲン系の原料ガスを用いたので、３ｄ遷移金属の還元析出を容易にすることができ、３ｄ遷移金属の金属系膜、例えば、Ｎｉ、ＮｉＢ、ＮｉＳｉ等の薄膜の成膜速度を大きく向上させることができる。又、成膜速度が向上するため、多量のハロゲンラジカルも不要となり、下地へのダメージが防止できると共に、プロセス温度も低下できるため、熱ダメージも防止することができる。その結果、３ｄ遷移金属の金属系膜のみの成膜だけでなく、他の薄膜と積層する場合にも、他の薄膜への影響を低減でき、品質のよい積層膜を形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１〜図３を参照して、本発明に係る金属系膜の作製方法の基本原理を説明する。
なお、図及び以下の説明の中で、（ｓ）は固体状態を、（ｇ）はガス状態を表す。
【００１８】
図１は、従来の金属系膜の作製方法における反応系の状態図である。
具体的には、ＭＣＲ−ＣＶＤ法におけるＮｉ−Ｃｌ系の平衡状態を算出したものである。計算条件としては、真空度Ｐ＝１３Ｐａ、Ｎｉ＝２ｍｏｌ、Ｃｌ＝５ｍｏｌ、Ｈｅ＝１ｍｏｌとし、温度変化による各物質の存在比を求めた。
【００１９】
図１から明らかなように、従来のＭＣＲ−ＣＶＤ法の反応系では、８００〜８５０Ｋを境界にして、低温側ではＮｉＣｌ2（ｓ）の存在比が高く、高温側では気相のＮｉ塩化物の存在比が高い。そして、いずれの場合でも、気相中のＮｉの存在比が極めて低く、従来のＭＣＲ−ＣＶＤ法では、Ｎｉ金属膜の成膜が難しいことがわかる。
【００２０】
そこで、本発明者等は、塩素ガスに所定の材料を添加することで、ＭＣＲ−ＣＶＤ法において、Ｎｉ（ｓ）の存在比を改善できるという知見を得た。
【００２１】
図２は、本発明に係る金属系膜の作製方法において、実施形態の一例となる反応系の状態図である。
【００２２】
ここでは、塩素ガスにＢを添加しており、その条件に基づいて、Ｎｉ−Ｂ−Ｃｌ系の平衡状態を算出した。計算条件としては、真空度Ｐ＝１３Ｐａ、Ｎｉ＝２ｍｏｌ、Ｂ＝１．５ｍｏｌ、Ｃｌ＝５ｍｏｌ、Ｈｅ＝１ｍｏｌとし、温度変化による各物質の存在比、つまり、温度依存性を求めて、図２（ａ）に示した。
【００２３】
図２（ａ）から明らかなように、本発明に係る金属系膜の作製方法において、Ｂを１．５ｍｏｌ添加すると、６００Ｋ≦Ｔ≦１１００Ｋ超では、Ｎｉ（ｓ）の存在比が最も多く、Ｎｉ（ｓ）が最も安定に存在するので、純Ｎｉが析出しやすくなり、Ｎｉ金属膜の成膜が容易であることがわかる。但し、Ｔ＜６００Ｋとなると、ＮｉＣｌ2（ｓ）及びＢ3Ｎｉ4（ｓ）の存在比が多くなり、これらの化合物が膜中の不純物となるおそれがある。
【００２４】
ここで、温度Ｔ＝９００Ｋと一定にして、Ｂの添加量の変化による各物質の存在比、つまり、Ｂ添加量依存性を示すＮｉ−Ｂ−Ｃｌ系の平衡状態を求めて、図２（ｂ）に図示した。計算条件としては、温度Ｔ＝９００Ｋ、真空度Ｐ＝１３Ｐａ、Ｎｉ＝２ｍｏｌ、Ｃｌ＝１ｍｏｌ、Ｈｅ＝１ｍｏｌとした。
【００２５】
図２（ｂ）から明らかなように、Ｔ＝９００Ｋにおいて、Ｎｉ（ｓ）の存在比は、Ｂの添加量の増加と共に増加し、Ｂの添加量が０．３３ｍｏｌ以上になると、ほぼ純Ｎｉの析出が得られることがわかる。なお、Ｎｉ（ｓ）の存在比の増加量（図２（ｂ）中のグラフの傾き）は、プロセス時におけるプラズマ状態を制御することで、変化させることができる。
【００２６】
図３は、本発明に係る金属系膜の作製方法において、実施形態の他の一例となる反応系の状態図である。
【００２７】
図２では、Ｂを添加した場合を示したが、ここでは、Ｂの替わりにＳｉを塩素ガスに添加している。その条件に基づいて、Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｌ系の平衡状態を算出した。計算条件としては、真空度Ｐ＝１３Ｐａ、Ｎｉ＝２ｍｏｌ、Ｓｉ＝０．１ｍｏｌ、Ｃｌ＝１ｍｏｌ、Ｈｅ＝１ｍｏｌとし、温度変化による各物質の存在比、つまり、温度依存性を求めて、図３（ａ）に示した。
【００２８】
図３（ａ）から明らかなように、本発明に係る金属系膜の作製方法において、Ｓｉを０．１ｍｏｌ添加すると、３００〜１３００Ｋの全温度領域で、Ｎｉ（ｓ）の存在比が最も多く、Ｎｉ（ｓ）が最も安定に存在するので、純Ｎｉが析出しやすくなり、Ｎｉ金属膜の成膜が容易であることがわかる。つまり、Ｓｉ添加の場合は、温度依存性が少ない。
【００２９】
ここで、温度Ｔ＝９００Ｋと一定にして、Ｓｉの添加量の変化による各物質の存在比、つまり、Ｓｉ添加量依存性を示すＮｉ−Ｓｉ−Ｃｌ系の平衡状態を求めて、図３（ｂ）に図示した。計算条件としては、温度Ｔ＝９００Ｋ、真空度Ｐ＝１３Ｐａ、Ｎｉ＝２ｍｏｌ、Ｃｌ＝１ｍｏｌ、Ｈｅ＝１ｍｏｌとした。
【００３０】
図３（ｂ）から明らかなように、Ｔ＝９００Ｋにおいて、Ｎｉ（ｓ）の存在比は、Ｓｉの添加量の増加と共に増加し、Ｓｉの添加量が０．２５ｍｏｌ以上になると、ほぼ純Ｎｉの析出が得られることがわかる。なお、Ｎｉ（ｓ）の存在比の増加量（図３（ｂ）中のグラフの傾き）は、プロセス時におけるプラズマ状態を制御することで、変化させることができる。
【００３１】
Ｂ及びＳｉは、Ｎｉと比べて、Ｃｌと結合し易く、より安定な化合物であるＢＣｌ3（ｇ）、ＳｉＣｌ4（ｇ）を形成するので、Ｎｉ塩化物（ＮｉＣｌ2）中に含まれるＣｌとＢ、Ｓｉが反応し、化合物ガス（ＢＣｌ3（ｇ）、ＳｉＣｌ4（ｇ））となって排出されるため、図２、図３に示すような特性を示すものと考えられる。
【００３２】
つまり、Ｂ、Ｓｉを添加することで、ＭＣＲ−ＣＶＤ法が本来持っている金属の還元析出効果に、還元析出をアシストする効果を加えることができ、成膜速度を向上させることが可能となる。又、Ｂ、Ｓｉを添加しない場合と比較して、Ｂ、Ｓｉを添加する場合は、低いプロセス温度で、しかも、少ない塩素ラジカル量でも還元析出反応が進むため、下地への影響を抑制することができ、下地のダメージを低減することが可能である。このような特性は、Ｃｏ等、他の３ｄ遷移金属でも同等と考えられる。
【００３３】
なお、本実施例においては、ハロゲン系ガスとして、塩素系ガスを用いるが、本発明は塩素系ガスに限らず、フッ素（Ｆ）系ガス、ヨウ素（Ｉ）系ガス、臭素（Ｂｒ）系ガス等でも代用可能である。
【００３４】
このような特性を利用した作製方法、製造装置及び適用例を以下に示し、図４〜図９を用いて、その詳細を説明する。
【実施例１】
【００３５】
図４は、本発明に係る金属系膜の作製装置の実施形態の一例を示す構成図である。
【００３６】
図４に示すように、本発明に係る金属系膜の作製装置（成膜装置３０）は、セラミクス等の絶縁材により円筒状に形成されたチャンバ１と、チャンバ１の底部近傍に設けられた支持台２とを有しており、支持台２には基板３が設置される。又、支持台２にはヒータ４及び冷媒流通手段５が設けられ、図示しない温度制御手段により所定温度に制御される。基板３の温度は、例えば、被エッチング部材１０より低温に制御され、基板３に前駆体２０を吸着し易くすると共に、還元による成膜反応が促進されやすいようにしてある。
【００３７】
チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部はセラミクス等の絶縁材製の板状の天井板６によって塞がれている。天井板６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７が設けられ、プラズマアンテナ７は天井板６の面と平行な平面リング状に形成されている。又、プラズマアンテナ７には整合器８及び電源９が接続されて高周波（ＲＦ）が供給され、これらのプラズマアンテナ７、整合器８及び電源９によりプラズマ発生手段が構成される。
【００３８】
チャンバ１内には、３ｄ遷移金属であるＮｉ製の被エッチング部材１０が基板３の上方に対向して配置され、加熱手段１４により任意の温度に制御可能である。被エッチング部材１０の温度は、例えば、基板３より高温に制御され、被エッチング部材１０のエッチング反応が促進され易いようにしてある。なお、被エッチング部材１０は、成膜の面内分布等、成膜時の特性に応じて、様々な形状に加工可能であり、又、成膜中にプラズマにさらされる表面積を変更できるように構成してもよい。
【００３９】
チャンバ１の上部には、被エッチング部材１０の上方側から、原料ガスを供給するノズル１５（原料ガス供給手段）が、周方向に等間隔に複数(例えば、８箇所)設けられており、ノズル１５には流量制御器１６を介して、原料ガスが送られる。成膜に関与しないガス等は排気口１７から排気されると共に、チャンバ１の内部は真空装置１８によって所定の圧力に制御される。ここでは、原料ガスとして、ＢＣｌ3（又はＢを添加したＣｌ2）、ＳｉＣｌ4（又はＳｉを添加したＣｌ2）等のＢ又はＳｉを含有するハロゲン系ガスを用いる。
【００４０】
上記成膜装置３０においてプロセスを行う場合、チャンバ１の内部にノズル１５から原料ガスを供給し、プラズマアンテナ７から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、原料ガスをイオン化して原料ガスのプラズマを発生させる。このプラズマは、ガスプラズマ１９で図示する領域に発生し、この領域に配置された被エッチング部材１０をエッチングすることで、金属系膜形成のための前駆体２０が生成される。なお、被エッチング部材１０の近傍は基板３より温度が高く、又、プラズマの影響を強く受けるため、原料ガスは原子状に分解され、被エッチング部材１０はＣｌによるエッチング反応が優先となる。又、成膜時におけるプロセス条件は、例えば、プラズマアンテナ７に印加するＲＦパワーや原料ガスの流量等を、図示しない制御手段により適切に制御することで行っている。
【００４１】
ここで、上記成膜装置３０でのプロセスを反応式を用いて示し、その詳細な説明を行う。
ここでは、Ｎｉ製の被エッチング部材１０に対して、原料ガスとして、ＢＣｌ3を用いた。なお、Ｃｌ*は塩素ラジカル、（ｓ）は固体状態、（ｇ）はガス状態、（ａｄ）は吸着状態を表す。
【００４２】
（１）プラズマの解離反応
ＢＣｌ3→Ｂ＋３Ｃｌ*
【００４３】
プラズマアンテナ７からチャンバ１の内部に入射された電磁波により、原料ガス（ＢＣｌ3）が解離され、イオン化して、ガスプラズマ１９が発生する。
【００４４】
（２）エッチング反応
Ｎｉ（ｓ）＋Ｂ＋３Ｃｌ*→ＮｉＣｌ2（ｇ）＋Ｂ＋Ｃｌ*
【００４５】
ガスプラズマ１９がＮｉ製の被エッチング部材１０に作用することにより、被エッチング部材１０が加熱されると共に、Ｎｉのエッチング反応が生じ、エッチングによる前駆体２０（ＮｉＣｌ2（ｇ））が生成される。なお、被エッチング部材１０は加熱手段１４により適切な温度に制御されている。又、前駆体２０としては、ＮｉＣｌ2だけでなく、組成比の異なるＮｉaＣｌbも生成されるが、ここでは代表的な生成種のみを示して、説明を簡潔にした。
【００４６】
（３）基板への吸着反応
ＮｉＣｌ2（ｇ）→ＮｉＣｌ2（ａｄ）
【００４７】
加熱された被エッチング部材１０に対して、基板３の温度は、冷媒流通手段５等により被エッチング部材１０の温度よりも低い温度に設定されており、この結果、前駆体２０（ＮｉＣｌ2（ｇ））は基板３に吸着される。
【００４８】
（４）成膜反応
【００４９】
ＮｉＣｌ2（ａｄ）＋Ｂ＋３Ｃｌ*→Ｎｉ（ｓ）＋ＢＣｌ3（ｇ）＋Ｃｌ2↑
基板３に吸着されたＮｉＣｌ2（ａｄ）は、塩素ラジカルＣｌ*により還元され、解離されたＣｌがより化学的安定性の高いＢと結合することで、Ｎｉが析出し、Ｎｉ膜が形成される。又、ガス状態のＮｉＣｌ2（ｇ）の一部でも、同じ反応が起こり、基板３に吸着する前に、塩素ラジカルＣｌ*により還元されてガス状態のＮｉとなり、この後、ガス状態のＮｉが基板３に成膜されてＮｉ膜が形成される。
【００５０】
又、被エッチング部材１０の温度、基板３の温度、ＲＦパワー、原料ガスの流量等、プロセス条件を変更することで、Ｎｉのみの析出だけでなく、ＮｉＢも析出するようにすることも可能である。その場合、成膜反応としては、下記反応式で表される反応も同時に起こっている。
【００５１】
ＮｉＣｌ2（ａｄ）＋Ｂ＋２Ｃｌ*→ＮｉＢ（ｓ）＋２Ｃｌ2↑
【００５２】
ここでは、基板３に吸着されたＮｉＣｌ2（ａｄ）が、塩素ラジカルＣｌ*により還元され、還元されたＮｉがＢと結合することで、ＮｉＢが析出し、ＮｉＢ膜が形成される。
【００５３】
このようにして成膜されたＮｉ膜は、後述する図６、図７に示すＭＯＳトランジスタのゲート電極層５４、同じく後述する図８に示す積層コンデンサの密着層７３として用いられる。又、ＮｉＢ膜は磁性特性が安定している材料であるため，磁性材料として磁気記録層や磁気ヘッド等に用いられている。
【実施例２】
【００５４】
図４に示した成膜装置３０において、Ｎｉ製の被エッチング部材１０に対して、原料ガスとして、ＳｉＣｌ4を用いた場合、実施例１と同等のプロセスを行うことが可能である。このプロセスも反応式を用いて示し、その詳細な説明を行う。
【００５５】
（１）プラズマの解離反応
ＳｉＣｌ4→Ｓｉ＋４Ｃｌ*
【００５６】
プラズマアンテナ７からチャンバ１の内部に入射された電磁波により、原料ガス（ＳｉＣｌ4）が解離され、イオン化して、ガスプラズマ１９が発生する。
【００５７】
（２）エッチング反応
Ｎｉ（ｓ）＋Ｓｉ＋４Ｃｌ*→ＮｉＣｌ2（ｇ）＋Ｓｉ＋２Ｃｌ*
【００５８】
適切な温度に制御されたＮｉ製の被エッチング部材１０に、ガスプラズマ１９が作用することにより、被エッチング部材１０が加熱されると共に、Ｎｉのエッチング反応が生じ、エッチングによる前駆体２０（ＮｉＣｌ2（ｇ））が生成される。なお、前駆体２０としては、ＮｉＣｌ2だけでなく、組成比の異なるＮｉaＣｌbも生成される。
【００５９】
（３）基板への吸着反応
ＮｉＣｌ2（ｇ）→ＮｉＣｌ2（ａｄ）
【００６０】
加熱された被エッチング部材１０に対して、より低い温度に制御された基板３に、前駆体２０（ＮｉＣｌ2（ｇ））が吸着される。
【００６１】
（４）成膜反応
ＮｉＣｌ2（ａｄ）＋Ｓｉ＋４Ｃｌ*→Ｎｉ（ｓ）＋ＳｉＣｌ4（ｇ）＋Ｃｌ2↑
【００６２】
基板３に吸着されたＮｉＣｌ2（ａｄ）は、塩素ラジカルＣｌ*により還元され、解離されたＣｌがより化学的安定性の高いＳｉと結合することで、Ｎｉが析出し、Ｎｉ膜が形成される。又、ガス状態のＮｉＣｌ2（ｇ）の一部も、塩素ラジカルＣｌ*により還元され、ガス状態のＮｉが基板３に成膜されてＮｉ膜が形成される。
【００６３】
又、被エッチング部材１０の温度、ＲＦパワー、原料ガスの流量等、プロセス条件を変更することで、Ｎｉのみの析出だけでなく、ＮｉＳｉを析出するようにすることも可能である。その場合、成膜反応としては、下記反応式で表される反応も同時に起こっている。
【００６４】
ＮｉＣｌ2（ａｄ）＋Ｓｉ＋４Ｃｌ*→ＮｉＳｉ（ｓ）＋３Ｃｌ2↑
【００６５】
ここでは、基板３に吸着されたＮｉＣｌ2（ａｄ）が、塩素ラジカルＣｌ*により還元され、還元されたＮｉがＳｉと結合することで、ＮｉＳｉが析出し、ＮｉＳｉ膜が形成される。
【００６６】
例えば、成膜時におけるＮｉＳｉ膜中のＳｉ量は、ガスプラズマ生成時に印加するＲＦパワーやＳｉＣｌ4の流量により制御可能である。具体的には、ＳｉＣｌ4の分解率は、図５（ａ）に示すように、プラズマアンテナ７に印加するＲＦパワーに左右され、ＳｉＣｌ4が完全に分解する場合の分解率を１とすると、所定のＲＦパワーまでは分解率がほとんど０であるが、所定パワーを超えると、急激に分解率が上昇し、他の所定パワーにおいて、分解率が１に到達する。このような特性を利用し、ＳｉＣｌ4の分解率を制御することで、ＮｉＳｉ膜中のＳｉ量を所望の量に制御することができる。なお、分解率が急激に上昇する所定パワーの値は、他のプロセス条件、例えば、プロセス時の温度、圧力等の条件によって、変化させることができる。
【００６７】
又、ＳｉＣｌ4の分解率を１とした場合、図５（ｂ）に示すように、原料ガスとして用いるＳｉＣｌ4の流量が多いほど、ＮｉＳｉ膜中のＳｉ量が減少する。このような特性を利用し、ＳｉＣｌ4の流量を制御することで、ＮｉＳｉ膜中のＳｉ量を所望の量に制御することもできる。
【００６８】
図６は、本発明に係る金属系膜の作製方法、作製装置を用いて作製した電子部品の一例を示す図である。
【００６９】
図６は、所謂、ＭＯＳ構造のトランジスタを示すものであり、Ｐ型の半導体基板５１にＮ型半導体となる２つのＮ型領域５２を形成し、２つのＮ型領域５２に跨るようにゲート絶縁層５３が形成され、その上層側にゲート電極層５４が形成された構成である。ここでは、Ｎｉ製の被エッチング部材１０とＳｉＣｌ4（又はＳｉが添加されたＣｌ2）の原料ガスを用いた本発明に係る金属系膜の作製方法、作製装置により、ＮｉＳｉからなるゲート電極層５４を形成しており、低ダメージで被覆性のよいゲート電極層５４とすることができる。
【００７０】
図７は、本発明に係る金属系膜の作製方法、作製装置を用いて作製した電子部品の他の一例を示す図である。
【００７１】
図７に示すものも、基本的には図６に示したものと同等のＭＯＳ構造のトランジスタであるが、図６とはゲート電極層５４の構成が大きく異なるものである。具体的には、ゲート電極層５４がＮｉ層５５及びその上層のＣＮＴ（カーボンナノチューブ）層５６から構成されている。ここでは、Ｎｉ製の被エッチング部材１０とＳｉＣｌ4（又はＳｉが添加されたＣｌ2）又はＢＣｌ3（又はＢが添加されたＣｌ2）の原料ガスを用いた本発明に係る金属系膜の作製方法、作製装置により、Ｎｉ層５５の成膜を行っている。これは、ＣＮＴ層５６とＳｉＯ2等のゲート絶縁層５３との密着性が悪いため、この間にＮｉ層５５を挟みこむように形成することで、密着性を改善するためである。この構成により、ＣＮＴ自体が低抵抗であるため、ゲート電極層５４自体の低抵抗化を実現することができる。
【００７２】
図８は、本発明に係る金属系膜の作製方法、作製装置を用いて作製した電子部品の更なる他の一例を示す図である。
【００７３】
図８は、エキポシ等のプリント基板７１へ表面実装された積層コンデンサ７２を示すものであり、これは、例えば、携帯電話等の小型情報機器の電子部品として用いられているものである。図８に示した積層コンデンサ７２は、２つの電極層７４及びこれらの電極層７４に挟まれた誘電体層７５とからなるコンデンサ部分が、密着層７３によりプリント基板７１へ実装された構成である。ここでは、Ｎｉ製の被エッチング部材１０とＳｉＣｌ4（又はＳｉが添加されたＣｌ2）又はＢＣｌ3（又はＢが添加されたＣｌ2）の原料ガスを用いた本発明に係る金属系膜の作製方法、作製装置により、密着層７３となるＮｉ層を形成している。
【実施例３】
【００７４】
図９は、本発明に係る積層膜作製装置の実施形態の一例を示す図である。
図４に示した成膜装置３０は、図６〜図８に示した電子部品の中の１つの金属系膜を成膜するために用いているが、本発明に係る積層膜作製装置では、図４に示すような成膜装置３０と同等の成膜装置を複数備え、各々異なるプロセス条件、特に、被エッチング部材１０や原料ガスを変更することで、１つの金属系膜だけでなく、異なる材料、例えば、絶縁系膜や有機系膜の成膜を含めた積層膜の形成を行うことが可能となる。
【００７５】
具体的には、図９に示すように、本発明に係る積層膜作製装置は、複数の成膜装置３０Ａ〜３０Ｃを備え、これらの成膜装置３０Ａ〜３０Ｃが、搬送アーム３１（搬送手段）を有する多角形状の搬送チャンバ３２の周囲に配置されている。搬送チャンバ３２の一角には、複数の基板３を装置内へ搬入するためのロードロックチャンバ３３が設けられており、ロードロックチャンバ３３に搬入された基板３は、搬送チャンバ３２の中心軸を中心に回転及び伸縮動作が可能な搬送アーム３１により、例えば、図中の矢印に示すように、各成膜装置３０Ａ〜３０Ｃへ搬送され、そして、各々の成膜装置３０Ａ〜３０Ｃで各々異なる種類の成膜が行われる。このような搬送動作及び各成膜装置３０Ａ〜３０Ｃでのプロセス制御は、制御装置３４（制御手段）により連動するように行われる。このような構成の作製装置は、所謂、クラスターツールと呼ばれるものであり、成膜装置のみを用いて構成するだけでなく、エッチング装置や熱処理装置等とも組み合わせることで、複雑な構成の電子部品等を、効率よく作製することが可能である。
【００７６】
例えば、多層の磁気記録層を形成する際には、成膜装置３０Ａにおいて、被エッチング部材１０をＮｉで構成し、原料ガスをＢＣｌ3とすると、Ｎｉ層又はＮｉＢ層を成膜することができ、成膜装置３０Ｂにおいて、被エッチング部材１０をＮｉ−Ｆｅで構成し、原料ガスをＢＣｌ3とすると、Ｎｉ−Ｆｅ層又はＮｉ−Ｂ−Ｆｅ層を成膜することができ、これらを繰り返し積層することで、多層の磁気記録層を形成することができる。
【００７７】
例えば、図６に示したＭＯＳ構造のデバイスを作製する際には、成膜装置３０Ａにおいて、被エッチング部材１０をＳｉ又はＨｆで構成し、原料ガスをＣｌ2及びＯ2とすると、ゲート絶縁膜５３となるＳｉＯ2又はＨｆＯ2を成膜することができる。このプロセスの主な反応の反応式を以下に示す。なお、Ｈｆも同等の反応式となるので、ここでは省略する。
【００７８】
（１）プラズマの解離反応
Ｃｌ2→２Ｃｌ*
Ｏ2→＋２Ｏ*
（２）エッチング反応
Ｓｉ（ｓ）＋ＸＣｌ*→ＳｉＣｌx（ｇ）
（３）基板への吸着反応
ＳｉＣｌx（ｇ）→ＳｉＣｌx（ａｄ）
（４）成膜反応
ＳｉＣｌx（ａｄ）＋２Ｏ*→ＳｉＯ2（ｓ）＋２／ＸＣｌ2↑
及び
ＳｉＣｌx（ａｄ）＋ＸＣｌ*→Ｓｉ（ｓ）＋ＸＣｌ2↑
Ｓｉ（ｓ）＋２Ｏ*→ＳｉＯ2（ｓ）
なお、上記反応式において、Ｏ*は酸素ラジカルを表し、Ｘは１〜４の任意の数である。
【００７９】
又、成膜装置３０Ｂにおいて、被エッチング部材１０をＮｉで構成し、原料ガスをＳｉＣｌ4（又はＳｉが添加されたＣｌ2）とすると、ゲート電極５４となるＮｉＳｉを成膜することができる。
【００８０】
例えば、図７に示したＭＯＳ構造のデバイスを作製する際には、成膜装置３０Ａにおいて、被エッチング部材１０をＳｉ又はＨｆで構成し、原料ガスをＣｌ2及びＯ2とすると、ゲート絶縁膜５３となるＳｉＯ2又はＨｆＯ2を成膜することができる。
【００８１】
又、成膜装置３０Ｂにおいて、被エッチング部材１０をＮｉで構成し、原料ガスをＳｉＣｌ4（又はＳｉが添加されたＣｌ2）又はＢＣｌ3（又はＢが添加されたＣｌ2）とすると、ゲート電極層５４を構成するプＮｉ層５５を成膜することができる。
【００８２】
加えて、成膜装置３０Ｃにおいて、被エッチング部材１０をグラファイト（Ｃ）で構成し、原料ガスをＣｌ2とすると、ゲート電極層５４を構成するＣＮＴ層５６を成膜することができる。このプロセスの主な反応の反応式を以下に示す。
【００８３】
（１）プラズマの解離反応
Ｃｌ2→２Ｃｌ*
（２）エッチング反応
Ｃ（ｓ）＋Ｃｌ*→ＣＣｌ（ｇ）
（３）基板への吸着反応
ＣＣｌ（ｇ）→ＣＣｌ（ａｄ）
（４）成膜反応
ＣＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ*→Ｃ（ｓ）＋Ｃｌ2↑
【００８４】
例えば、図８に示した積層コンデンサを作製する際には、成膜装置３０Ａにおいて、被エッチング部材１０をＮｉで構成し、原料ガスをＳｉＣｌ4（又はＳｉが添加されたＣｌ2）又はＢＣｌ3（又はＢが添加されたＣｌ2）とすると、密着層７２となるＮｉを成膜することができる。
【００８５】
又、成膜装置３０Ｂにおいて、被エッチング部材１０をＣｕで構成し、原料ガスをＣｌ2とすると、電極層７３となるＣｕを成膜することができる。このプロセスの主な反応の反応式を以下に示す。
【００８６】
（１）プラズマの解離反応
Ｃｌ2→２Ｃｌ*
（２）エッチング反応
Ｃｕ（ｓ）＋Ｃｌ*→ＣｕＣｌ（ｇ）
（３）基板への吸着反応
ＣｕＣｌ（ｇ）→ＣｕＣｌ（ａｄ）
（４）成膜反応
ＣｕＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ*→Ｃｕ（ｓ）＋Ｃｌ2↑
【００８７】
加えて、成膜装置３０Ｃにおいて、被エッチング部材１０をＴａで構成し、原料ガスをＣｌ2及びＯ2とすると、誘電体層７４となるＴａ2Ｏ5を成膜することができる。このプロセスの主な反応の反応式を以下に示す。
【００８８】
（１）プラズマの解離反応
Ｃｌ2→２Ｃｌ*
Ｏ2→＋２Ｏ*
（２）エッチング反応
Ｔａ（ｓ）＋Ｃｌ*→ＴａＣｌ（ｇ）
（３）基板への吸着反応
ＴａＣｌ（ｇ）→ＴａＣｌ（ａｄ）
（４）成膜反応
２ＴａＣｌ（ａｄ）＋５Ｏ*→Ｔａ2Ｏ5（ｓ）＋Ｃｌ2↑
及び
ＴａＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ*→Ｔａ（ｓ）＋Ｃｌ2↑
２Ｔａ（ｓ）＋５Ｏ*→Ｔａ2Ｏ5（ｓ）
【産業上の利用可能性】
【００８９】
上記実施例においては、主に、Ｎｉ製の被エッチング部材を用いて、Ｎｉ又はＮｉ系合金の成膜について説明してきたが、本発明は、Ｆｅ、Ｃｏ等、他の３ｄ遷移金属を被エッチング部材とした金属系膜の成膜にも応用できるものであり、又、Ｎｉ−Ｆｅ等の合金を被エッチング部材とした金属系膜の成膜にも応用できるものと考えられる。
【００９０】
又、上記実施例で示した材料、例えば、ゲート電極として用いたＮｉ、ＮｉＳｉ、ＣＮＴ、ゲート絶縁膜として用いたＨｆＯ2等は、次世代（６５ｎｍ、４５ｎｍルール）の半導体デバイスの材料として期待されているものである。本発明を用いることで、ゲート電極となるＮｉ、ＮｉＳｉの実用的な作製技術の確立が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】従来の金属系膜の作製方法を説明する状態図である。
【図２】本発明に係る金属系膜の作製方法の実施形態の一例を説明する状態図である。
【図３】本発明に係る金属系膜の作製方法の実施形態の他の一例を説明する状態図である。
【図４】本発明に係る金属系膜の作製装置の実施形態の一例を示す図である。
【図５】本発明に係る金属系膜の作製方法の実施形態の他の一例を説明するグラフである。
【図６】本発明に係る金属系膜の作製方法、作製装置を用いて作製した電子部品の一例を示す図である。
【図７】本発明に係る金属系膜の作製方法、作製装置を用いて作製した電子部品の他の一例を示す図である。
【図８】本発明に係る金属系膜の作製方法、作製装置を用いて作製した電子部品の他の一例を示す図である。
【図９】本発明に係る積層膜作製装置の実施形態の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
１    チャンバ
２    支持台
３    基板
４    ヒータ
５    冷媒流通手段
６    天井板
７    プラズマアンテナ
８    整合器
９    電源
１０  被エッチング部材
１４  加熱手段
１５  ノズル
１６  流量制御器
１７  排気口
１８  真空装置
１９  ガスプラズマ
２０  前駆体
３０  成膜装置
３０Ａ〜３０Ｄ  成膜装置
３１  搬送アーム
３２  搬送チャンバ
３３  ロードロックチャンバ
３４  制御装置
【図１】
2006002197.tif 000003
【図２】
2006002197.tif 000004
【図３】
2006002197.tif 000005
【図４】
2006002197.tif 000006
【図５】
2006002197.tif 000007
【図６】
2006002197.tif 000008
【図７】
2006002197.tif 000009
【図８】
2006002197.tif 000010
【図９】
2006002197.tif 000011