(57)【要約】本発明は、薄膜蒸着方法を提供する。ウェーハブロック上に基板をローディングする基板ローディングステップと、基板ローディング後に第１反応ガス及び熱的に活性化された第２反応ガスを、第１噴射孔及び第２噴射孔を介して基板上に噴射することによって薄膜を蒸着する薄膜蒸着ステップと、薄膜蒸着ステップ以後、水素原子を含む熱処理ガスを流して、薄膜内に含まれた不純物の含量を減らす後処理ステップと、後処理ステップ以後、薄膜が蒸着された基板をウェーハブロックでアンローディングするアンローディングステップと、を含み、ここで、第２反応ガスは、ガス加熱流路部を経る前にＴ１の温度を、そして、そのガス加熱流路部を経た後にＴ２の温度を有するとき、Ｔ２が前記Ｔ１より大きく、熱処理ガスは、ガス加熱流路部を経る前のＴ１の温度を、そして、そのガス加熱流路部を経た後にＴ３の温度を有するとき、Ｔ３がＴ１と同じであるか、または大きいことを特徴とする。
2007504357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器と、該反応容器は、チャンバの内部に位置してローディングされた基板を所定温度に加熱するウェーハブロック、前記チャンバを覆って密封する蓋部、及び前記基板にそれぞれ第１反応ガス及び第２反応ガスを噴射する第１噴射孔及び第２噴射孔が形成され、前記蓋部の下部に結合されたシャワーヘッドを有することと、前記反応容器に第１反応ガス及び第２反応ガスを供給する反応ガス供給部と、前記反応容器と前記反応ガス供給部を連結する第１移送ライン及び第２移送ラインのうち第２移送ラインに設置されて、それを通過するガスを加熱するためのガス加熱流路部とを備える薄膜蒸着装置を利用する薄膜蒸着方法であって、
前記ウェーハブロック上に基板をローディングする基板ローディングステップと、
前記基板ローディング後に第１反応ガス及び熱的に活性化された第２反応ガスを、前記第１噴射孔及び第２噴射孔を介して前記基板上に噴射することによって薄膜を蒸着する薄膜蒸着ステップと、
前記薄膜蒸着ステップ以後、水素原子からなる熱処理ガスを流して、薄膜内に含まれた不純物の含量を減らす後処理ステップと、
前記後処理ステップ以後、前記薄膜が蒸着された基板を前記ウェーハブロックでアンローディングするアンローディングステップとを備え、
前記第２反応ガスは、前記ガス加熱流路部を経る前にＴ１の温度を、及びそのガス加熱流路部を経た後にＴ２の温度を有するとき、前記Ｔ２が前記Ｔ１より高く、
前記熱処理ガスは、前記ガス加熱流路部を経る前のＴ１の温度を、及びそのガス加熱流路部を経た後にＴ３の温度を有するとき、前記Ｔ３が前記Ｔ１と同じであるか、またはＴ１よりも高いことを特徴とする薄膜蒸着方法。
【請求項２】
前記反応ガス供給部から供給される第２反応ガスは第２移送ラインに流入されると直ちにＴ０の温度を有し、その第２反応ガスが前記蓋部に流入される前にＴ２' の温度を有するとき、前記Ｔ２' は、前記Ｔ２よりは低いが、前記Ｔ０より高くなるように、前記ガス加熱流路部が前記蓋部の近傍に連結されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項３】
前記Ｔ２' がＴ２＞Ｔ２' ＞Ｔ０である関係を満足するとき、前記Ｔ２' 〜Ｔ０は、少なくとも２０℃以上であることを特徴とする請求項２に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項４】
前記薄膜蒸着ステップは、前記第２反応ガスを第２噴射孔を介して基板上に持続的に噴射しつつ、前記第１反応ガスを、第１噴射孔を介して周期的かつ反復的に噴射してフィーディングするステップと、前記第１反応ガスのフィーディングの間に、パージガスを、第１噴射孔２１を介して噴射するステップと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項５】
前記薄膜蒸着ステップは、前記第１反応ガスと第２反応ガスとを周期的かつ交互的に噴射してフィーディングするステップと、前記第１反応ガス及び第２反応ガスのフィーディングの間に、パージガスを、第１噴射孔及び／または第２噴射孔を介して噴射するステップと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項６】
前記パージガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ２からなる群から選択された何れか一つであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項７】
前記第１反応ガスは、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗのような転移金属元素を含む前駆体であり、前記第２反応ガスは、Ｎ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４からなる群から選択された一つのガスであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項８】
前記第１反応ガスは、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗのような転移金属元素を含む前駆体であり、前記第２反応ガスは、Ｈを含むガスであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項９】
前記ガス加熱流路部は、少なくとも２００℃以上にセッティングされたことを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項１０】
前記後処理ステップにおいて噴射される水素原子からなる熱処理ガスは、Ｈ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４からなる群から選択された一つ以上のガスを含んでなることを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項１１】
反応容器と、該反応容器は、チャンバの内部に位置してローディングされた基板を所定温度に加熱するウェーハブロック、前記チャンバを覆って密封する蓋部、及び前記基板にそれぞれ第１反応ガス及び第２反応ガスを噴射する第１噴射孔及び第２噴射孔が形成され、前記蓋部の下部に結合されたシャワーヘッドを有するとともに、前記蓋部またはシャワーヘッドの内部に流体を循環させ得る流体流路が設置されていることと、前記反応容器に第１反応ガス及び第２反応ガスを供給する反応ガス供給部と、前記反応容器と前記反応ガス供給部とを連結する複数の移送ラインに設置されて、それを通過するガスを加熱するためのガス加熱流路部と、を備える薄膜蒸着装置を利用する薄膜蒸着方法であって、
前記ウェーハブロック上に基板をローディングする基板ローディングステップと、
前記基板ローディング後に転移元素を含む第１反応ガスと熱的に活性化された第２反応ガスを、前記第１噴射孔及び第２噴射孔を通じて前記基板上に噴射することによって薄膜を蒸着する薄膜蒸着ステップと、
前記薄膜が蒸着された基板をウェーハブロックでアンローディングする基板アンローディングステップとを備え、
前記第２反応ガスは、前記ガス加熱流路部を経る前にＴ１の温度を、及び、そのガス加熱流路部を経た後にＴ２の温度を有するとき、前記Ｔ２が前記Ｔ１より高く、
前記流体流路に流体を流すことによって前記シャワーヘッドの表面温度を制御することを特徴とする薄膜蒸着方法。
【請求項１２】
前記シャワーヘッドまたは蓋部には、そのシャワーヘッドの温度を測定するための熱電対が設置され、前記熱電対から発生する信号に基づいて前記流体流路の流量を可変させることによって、前記シャワーヘッドの最下部表面のいかなる地点でも、任意の地点の温度の最大値−最小値を±２５°以内に維持させることを特徴とする請求項１１に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項１３】
前記蓋部の上部には表面ヒーターが設置され、前記熱電対及び流体流路と互いに連結されてシャワーヘッドの表面温度を許容される範囲内で一定に維持することを特徴とする請求項１１に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項１４】
前記薄膜蒸着ステップは、前記第２反応ガスを、第２噴射孔を介して基板上に持続的に噴射しつつ、前記第１反応ガスを、第１噴射孔を介して周期的かつ反復的に噴射してフィーディングするステップと、前記第１反応ガスのフィーディングの間にパージガスを、第１噴射孔を介して噴射するステップと、を含むことを特徴とする請求項１１に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項１５】
前記薄膜蒸着ステップは、前記第１反応ガス及び第２反応ガスを周期的かつ交互的に噴射してフィーディングするステップと、前記第１反応ガス及び第２反応ガスのフィーディングの間にパージガスを、第１噴射孔及び第２噴射孔のうちの少なくとも１つを介して噴射するステップと、を含むことを特徴とする請求項１１に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項１６】
前記パージガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ２からなる群から選択された何れか一つであることを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項１７】
反応容器と、該反応容器は、チャンバの内部に位置してローディングされた基板を所定温度に加熱するウェーハブロック、前記チャンバを覆って密封する蓋部、及び前記基板にそれぞれ第１反応ガス及び第２反応ガスを噴射する第１噴射孔及び第２噴射孔が形成され前記蓋部の下部に結合されたシャワーヘッドを有するとともに、前記蓋部またはシャワーヘッドの内部に流体を循環させ得る流体流路が設置されていることと、前記反応容器に第１反応ガス及び第２反応ガスを供給する反応ガス供給部と、前記反応容器と前記反応ガス供給部とを連結する第１移送ラインに設置されて、それを通過するガスを加熱するための第１ガス加熱流路部と、前記反応容器と前記反応ガス供給部とを連結する第２移送ラインに設置されて、それを通過するガスを加熱するための第２ガス加熱流路部と、を備える薄膜蒸着装置を利用する薄膜蒸着方法であって、
前記ウェーハブロック上に基板をローディングする基板ローディングステップと、
前記基板ローディング後、熱的に活性化された第１反応ガス及び熱的に活性化された第２反応ガスを、前記第１噴射孔及び第２噴射孔を介して前記基板上に噴射することによって薄膜を蒸着する薄膜蒸着ステップと、
前記薄膜が蒸着された基板をウェーハブロックでアンローディングする基板アンローディングステップとを備え、
前記第１反応ガスは、前記第１ガス加熱流路部を経る前にＴ１の温度を、及び、その第１ガス加熱流路部を経た後にＴ２の温度を有するとき、前記Ｔ２は、前記第１反応ガスの分解温度未満であり、
前記第２反応ガスは、前記第２ガス加熱流路部を経る前にＴ３の温度を、及び、その第２ガス加熱流路部を経た後にＴ４の温度を有するとき、前記Ｔ４は、前記第２反応ガスの分解温度以上であり、及び
前記流体流路に流体を流すことによって、前記シャワーヘッドの表面温度を制御することを特徴とする薄膜蒸着方法。
【請求項１８】
前記シャワーヘッドには、そのシャワーヘッドの温度を測定するための熱電対が設置され、前記熱電対から発生する信号に基づいて、前記流体流路の流量を可変させることによって、前記シャワーヘッドの最下部表面のいかなる地点でも、任意の地点の温度の最大値−最小値を±２５°以内に維持させることを特徴とする請求項１７に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項１９】
前記蓋部の上部には表面ヒーターが設置され、前記熱電対及び流体流路と相互に連結されてシャワーヘッドの表面温度を許容される範囲内で一定に維持することを特徴とする請求項１７に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項２０】
前記薄膜蒸着ステップは、前記第２反応ガスを、第２噴射孔を介して基板上に持続的に噴射しつつ、前記第１反応ガスを、第１噴射孔を介して周期的かつ反復的に噴射してフィーディングするステップと、前記第１反応ガスのフィーディングの間にパージガスを、第１噴射孔を介して噴射するステップと、を含むことを特徴とする請求項１７に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項２１】
前記薄膜蒸着ステップは、前記第１反応ガス及び第２反応ガスを周期的かつ交互的に噴射してフィーディングするステップと、前記第１反応ガス及び第２反応ガスのフィーディングの間にパージガスを、第１噴射孔及び第２噴射孔のうちの少なくとも１つを介して噴射するステップと、を含むことを特徴とする請求項１７に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項２２】
前記パージガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ２からなる群から選択された何れか一つであることを特徴とする請求項２０または請求項２１に記載の薄膜蒸着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜蒸着方法に係り、さらに詳細には、低温でも基板に薄膜を蒸着するだけでなく、蒸着される薄膜内に不純物を減少させ得る薄膜蒸着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学反応に基づいた薄膜蒸着装置を利用して薄膜を蒸着する方法としては、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方法またはＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ
Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方法などがある。このようなＣＶＤ方法またはＡＬＤ方法を行うにあたり、半導体素子メーカーは、生産性を高めるために、基板の大口径化、回路線幅の超微細化をさらに競争的に追求しており、さらに、基板に蒸着される薄膜の優秀性だけでなく、薄膜蒸着装置の価格、設備稼働率、維持費、そして時間当り基板処理枚数など、多様なものが総合的に検討されている。前記側面を総合して簡単に示す指標の一つがＣｏＯ（Ｃｏｓｔ  ｏｆ  Ｏｗｎｅｒｓｈｉｐ）であり、前記ＣｏＯを下げることは、生産性の向上に非常に重要な要素である。このうち、ＣｏＯを下げるための要素として、特に、線幅の超微細化及び基板の大口径化を指向しており、一方、これと共に、素子特性低下の防止のために、概して薄膜蒸着のための工程温度を下げねばならなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、前記問題を解決するためになされたものであって、さらに低い基板温度でも薄膜を蒸着でき、その蒸着される薄膜内に不純物の濃度を下げ得る薄膜蒸着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】
【０００４】
前記目的を達成するために、本発明に係る薄膜蒸着方法の第１実施形態は、チャンバの内部に位置して、ローディングされた基板を所定温度に加熱するウェーハブロック、前記チャンバを覆って密封する蓋部、及び前記蓋部の下部に結合されたものであって、前記基板にそれぞれ第１反応ガス及び第２反応ガスを噴射する第１噴射孔及び第２噴射孔が形成されたシャワーヘッドを有する反応容器と、前記反応容器に第１反応ガス及び第２反応ガスを供給する反応ガス供給部と、前記反応容器と前記反応ガス供給部とを連結する第１移送ライン及び第２移送ラインのうち第２移送ラインに設置されて、それを通過するガスを加熱するためのガス加熱流路部を備える薄膜蒸着装置を利用するものであって、前記ウェーハブロック上に基板をローディングする基板ローディングステップと、前記基板ローディング後に第１反応ガス及び熱的に活性化された第２反応ガスを、前記第１噴射孔及び第２噴射孔を介して前記基板上に噴射することによって薄膜を蒸着する薄膜蒸着ステップと、前記薄膜蒸着ステップ以後、水素原子を含む熱処理ガスを流して、薄膜内に含まれた不純物の含量を減らす後処理ステップと、前記後処理ステップ以後、前記薄膜が蒸着された基板を前記ウェーハブロックでアンローディングするアンローディングステップと、を含み、ここで、前記第２反応ガスは、前記ガス加熱流路部を経る前にＴ１の温度を、そして、そのガス加熱流路部を経た後にＴ２の温度を有するとき、前記Ｔ２が前記Ｔ１より大きくて、前記熱処理ガスは、前記ガス加熱流路部を経る前のＴ１の温度を、そして、そのガス加熱流路部を経た後にＴ３の温度を有するとき、前記Ｔ３が前記Ｔ１と同じであるか、または大きいことを特徴とする。
【０００５】
本発明において、前記反応ガス供給部から供給される第２反応ガスが第２移送ラインに流入されるやいなやＴ０の温度を有し、その第２反応ガスが前記蓋部に流入される前にＴ２' の温度を有するとき、前記Ｔ２' は、前記Ｔ２よりは低いが、前記Ｔ０よりは大きい
ように、前記ガス加熱流路部が前記蓋部に近く連結される。
【０００６】
本発明において、前記Ｔ２' がＴ２＞Ｔ２' ＞Ｔ０である関係を満足するとき、前記Ｔ２' 〜Ｔ０は、少なくとも２０℃以上である。
本発明において、前記後処理ステップにおいて噴射される水素原子からなる熱処理ガスは、Ｈ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４からなる群から選択された一つ以上のガスを含んでなる。
【０００７】
前記のような目的を達成するために、本発明に係る薄膜蒸着方法の第２実施形態は、チャンバの内部に位置して、ローディングされた基板を所定温度に加熱するウェーハブロック、前記チャンバを覆って密封する蓋部、及び前記蓋部の下部に結合されたものであって、前記基板にそれぞれ第１反応ガス及び第２反応ガスを噴射する第１噴射孔及び第２噴射孔が形成されたシャワーヘッドを有し、前記蓋部またはシャワーヘッドの内部に流体を循環させ得る流体流路が設置された反応容器と、前記反応容器に第１反応ガス及び第２反応ガスを供給する反応ガス供給部と、前記反応容器と前記反応ガス供給部とを連結する複数の移送ラインに設置されて、それを通過するガスを加熱するためのガス加熱流路部と、を備える薄膜蒸着装置を利用するものであって、前記ウェーハブロック上に基板をローディングする基板ローディングステップと、前記基板ローディング後に転移元素を含む第１反応ガスと熱的に活性化された第２反応ガスを、前記第１噴射孔及び第２噴射孔を通じて前記基板上に噴射することによって薄膜を蒸着する薄膜蒸着ステップと、前記薄膜が蒸着された基板をウェーハブロックでアンローディングする基板アンローディングステップと、を含み、ここで、前記第２反応ガスは、前記ガス加熱流路部を経る前にＴ１の温度を、そして、そのガス加熱流路部を経た後にＴ２の温度を有するとき、前記Ｔ２が前記Ｔ１より大きく、前記流体流路に流体を流して前記シャワーヘッドの表面温度を制御することを特徴とする。
【０００８】
本発明において、前記シャワーヘッドまたは蓋部には、そのシャワーヘッドの温度を測定するための熱電対が設置され、前記熱電対から発生する信号に基づいて前記流体流路の流量を可変させることによって、前記シャワーヘッドの最下部表面のいかなる地点でも、任意の地点の温度の最大値−最小値を±２５°以内に維持させる。
【０００９】
前記のような目的を達成するために、本発明に係る薄膜蒸着方法の第３実施形態は、チャンバの内部に位置して、ローディングされた基板を所定温度に加熱するウェーハブロック、前記チャンバを覆って密封する蓋部、及び前記蓋部の下部に結合されたものであって、前記基板にそれぞれ第１反応ガス及び第２反応ガスを噴射する第１噴射孔及び第２噴射孔が形成されたシャワーヘッドを有し、前記蓋部またはシャワーヘッドの内部に流体を循環させ得る流体流路が設置された反応容器と、前記反応容器に第１反応ガス及び第２反応ガスを供給する反応ガス供給部と、前記反応容器と前記反応ガス供給部とを連結する第１移送ラインに設置されて、それを通過するガスを加熱するための第１ガス加熱流路部と、前記反応容器と前記反応ガス供給部とを連結する第２移送ラインに設置されて、それを通過するガスを加熱するための第２ガス加熱流路部と、を備える薄膜蒸着装置を利用するものであって、前記ウェーハブロック上に基板をローディングする基板ローディングステップと、前記基板ローディング後、熱的に活性化された第１反応ガス及び熱的に活性化された第２反応ガスを、前記第１噴射孔及び第２噴射孔を介して前記基板上に噴射することによって薄膜を蒸着する薄膜蒸着ステップと、前記薄膜が蒸着された基板をウェーハブロックでアンローディングする基板アンローディングステップと、を含み、ここで、前記第１反応ガスは、前記第１ガス加熱流路部を経る前にＴ１の温度を、そして、その第１ガス加熱流路部を経た後にＴ２の温度を有するとき、前記Ｔ２は、前記第１反応ガスの分解温度未満であることを特徴とし、前記第２反応ガスは、前記第２ガス加熱流路部を経る前にＴ３の温度を、そして、その第２ガス加熱流路部を経た後にＴ４の温度を有するとき、前記Ｔ４は、前記第２反応ガスの分解温度以上であることを特徴とし、前記流体流路に流体を
流すことによって、前記シャワーヘッドの表面温度を制御することを特徴とする。
【００１０】
本発明において、前記シャワーヘッドには、そのシャワーヘッドの温度を測定するための熱電対が設置され、前記熱電対から発生する信号に基づいて、前記流体流路の流量を可変させることによって、前記シャワーヘッドの最下部表面のいかなる地点でも、任意の地点の温度の最大値−最小値を±２５°以内に維持させる。
【００１１】
本発明の第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態において、前記薄膜蒸着ステップは、前記第２反応ガスを、第２噴射孔を介して基板上に持続的に噴射しつつ、前記第１反応ガスを、第１噴射孔を介して周期的かつ反復的に噴射してフィーディングするステップと、前記第１反応ガスのフィーディングの間にパージガスを、第１噴射孔を介して噴射するステップと、を含む。
【００１２】
本発明の第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態において、前記薄膜蒸着ステップは、前記第１反応ガス及び第２反応ガスを周期的かつ交互的に噴射してフィーディングするステップと、前記第１反応ガス及び第２反応ガスのフィーディングの間にパージガスを、第１噴射孔及び／または第２噴射孔を介して噴射するステップと、を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る薄膜蒸着方法を、添付された図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の薄膜蒸着方法を行うための薄膜蒸着装置の第１実施形態の概略的構成図であり、図２は、図１の薄膜蒸着装置に採用されるガス加熱流路部の一実施形態の構成図であり、図３は、図１の薄膜蒸着装置に採用されるガス加熱流路部の他の実施形態の構成図である。
【００１４】
図１に示すように、薄膜蒸着装置の第１実施形態は、薄膜が蒸着される反応容器１００と、その反応容器１００に供給される反応ガスを生成する反応ガス供給部２００と、を備える。このとき、反応容器１００と反応ガス供給部２００との間を連結する移送ラインＰ１，Ｐ２のうち第２反応ガスを移送する移送ラインＰ２には、ガス加熱流路部３００が設置される。
【００１５】
反応容器１００は、チャンバ１０の内部に位置して、ローディングされた基板ｗを所定温度に加熱するウェーハブロック２０と、チャンバ１０を覆って密封する蓋部３０と、蓋部３０の下部にその蓋部３０と結合されたものであって、基板ｗ上に第１反応ガス及び第２反応ガスをそれぞれ噴射するシャワーヘッド４０と、を備える。このとき、シャワーヘッド４０の底面には、基板ｗと平行した噴射面が形成されており、その噴射面には、前記第１反応ガスと第２反応ガスとを噴射するための複数の第１噴射孔２１、第２噴射孔２２が、シャワーヘッドの内部で互いに出合わないように形成されている。
【００１６】
反応ガス供給部２００は、薄膜の主成分となる液体原料が含まれたキャニスタ（図示せず）から蒸気状態で流量制御される第１反応ガスを、移送ラインＰ１を通じて反応容器１００に流入させる。一方、ガスソースの第２反応ガスは、第２移送ラインＰ２を通じて反応容器１００に流入させる。
【００１７】
ガス加熱流路部３００の一実施形態は、図２に示すように、ハウジング３１０の内部にガスが通る曲線または直線の管路３２０が形成されており、その管路３２０の周りには、公知のカートリッジヒーター３３０が設置されるか、熱線が管路を巻くように設置された構造を有し、管路３２０を通過するガスは、例えば、少なくとも２００℃以上に加熱する。また、ハウジング３１０には、ガス加熱流路部３００の温度を測定するための熱電対３４０が設置され、熱電対３４０から発生する温度情報に基づいてヒーター３３０の温度を
制御する温度制御ユニット３５０が連結される。  ガス加熱流路部３００' の他の実施形態は、図３に示すように、その内部に管路３２０' が形成されたジャケットヒータ３３０' を採用する構造を有し、管路３２０' を通過するガスを少なくとも２００℃以上に加熱する。また、ジャケットヒータ３３０' には、ガス加熱流路部３００' の温度を測定するための熱電対３４０' が設置され、熱電対３４０' から発生する温度情報に基づいて、ジャケットヒータ３３０' の温度を制御する温度制御ユニット３５０' が連結される。
【００１８】
前記ガス加熱流路部の実施形態において、図面には直接的に図示していないが、安全上、ハウジング３１０の最外側部に冷却ブロックを装着し、冷却ブロックに水、空気または油などの冷媒を流し得る。この場合、ガス加熱流路部３００，３００' に手が触られても焼けどしない。他の方法で安全カバーを覆って手の接触を不可能にする方法もある。
【００１９】
最近、半導体装置業界で好むブロック化されたガスラインまたは以前の伝統的な方法で配管されたガスラインは、多様な技術的な理由によってガスラインを１５０℃以上に加熱させ難い。たとえ、反応ガス供給部と反応容器とを連結させる移送ラインが約３０ｃｍ以上であり、１５０℃前後に加熱される温度ゾーンを形成するとしても、ガスが非常に速い速度で流れるため、ガスを加熱させることは難しかった。すなわち、反応ガスが移送ラインを出発するときの温度と、反応容器に流入されるときの温度との差がほとんどない。したがって、前記薄膜蒸着装置では、流れるガスを熱的に活性化される状態または分解状態にするために、管路３２０，３２０' 及びヒーター３３０，３３０' から構成されるガス加熱流路部３００，３００' を採用した。このようなガス加熱流路部３００は、温度効率を極大化するために、蓋部３０の真上に設置することが望ましい。
【００２０】
図４は、本発明の薄膜蒸着方法を行うための薄膜蒸着装置の第２実施形態の概略的な構成図である。ここで、図１で同じ参照符号は、同じ機能を行う同じ部材であり、図２及び図３に示すガス加熱流路部を採用する。
【００２１】
図４に示すように、薄膜蒸着装置の第２実施形態は、薄膜が蒸着される反応容器１００と、その反応容器１００に供給される反応ガスを生成する反応ガス供給部２００と、を備える。反応容器１００と反応ガス供給部２００とを連結する移送ラインＰ１，Ｐ２のうち第２反応ガスを移送する移送ラインＰ２には、ガス加熱流路部３００が設置される。
【００２２】
反応容器１００は、チャンバ１０の内部に位置して、ローディングされた基板ｗを所定温度に加熱するウェーハブロック２０と、チャンバ１０を覆って密封する蓋部３０と、蓋部３０の下部にその蓋部３０と結合されたものであって、基板ｗ上に第１反応ガス及び第２反応ガスをそれぞれ噴射するシャワーヘッド４０と、を備える。ここで、シャワーヘッド４０は、価格的な側面または加工性の側面を考慮する場合には、アルミニウムが好ましい。腐食性をさらに考慮すると、ニッケル材質も可能である。
【００２３】
ところが、アルミニウム材質からなるシャワーヘッドは、薄膜蒸着工程が行われる間に、そのシャワーヘッドの最下部の表面温度が約３２０℃を超えれば、大半漸進的な反り現象が発生し、蒸着される薄膜による腐食作用が発生する。また、このような高温は、パーチクル発生の直接的な原因となることもある。したがって、シャワーヘッドの反り現象または腐食作用、パーチクルの発生を減らすために、蓋部３０またはシャワーヘッド４０の内部に流体を循環させ得る流体流路４６を形成し、シャワーヘッドの温度を測定するための熱電対４７を採用する。
【００２４】
熱電対４７は、シャワーヘッド４０の温度を測定し、その温度に基づいて流体流路４６を制御する信号を発生させ、その信号によって流体の流量を可変させることによって、シャワーヘッド４０温度を過熱させずに一定の範囲に維持させる。このようにすることで、
シャワーヘッド４０の最下部表面のいかなる一地点でも任意の地点の温度の最大値−最小値が±２５°以内に維持させ得る。
【００２５】
一方、シャワーヘッドの温度をさらに円滑に制御するために、蓋部３０の上部に表面ヒーター３５を設置しても良い。表面ヒーター３５は、熱電対４７、流体流路４６と互いに連結されて、シャワーヘッド４０の表面温度を許容される範囲内で一定に維持させる。
【００２６】
図５は、本発明の薄膜蒸着方法を行うための薄膜蒸着装置の第３実施形態の概略的な構成図である。ここで、図１、図２で同じ参照符号は、同じ機能を行う同じ部材であり、図２及び図３に示すガス加熱流路部を採用する。
【００２７】
図５に示すように、薄膜蒸着装置の第３実施形態は、薄膜が蒸着される反応容器１００と、その反応容器１００に供給される反応ガスを生成する反応ガス供給部２００と、反応容器１００と反応ガス供給部２００とを連結する第１移送ラインＰ１に設置されて、それを通過するガスを加熱するための第１ガス加熱流路部４００と、前記反応容器１００と前記反応ガス供給部２００とを連結する第２移送ラインＰ２に設置されて、それを通過するガスを加熱するための第２ガス加熱流路部５００と、を備える。
【００２８】
反応容器１００は、チャンバ１０の内部に位置して、ローディングされた基板ｗを所定温度に加熱するウェーハブロック２０と、チャンバ１０を覆って密封する蓋部３０と、蓋部３０の下部にその蓋部３０と結合されたものであって、基板ｗ上に第１反応ガス及び第２反応ガスをそれぞれ噴射するシャワーヘッド４０と、を備える。このとき、蓋部３０またはシャワーヘッド４０の内部には、薄膜蒸着装置の第２実施形態と同様に、流体流路４６が形成されており、熱電対４７、表面ヒーター３５などが採用されるが、これらの詳細な構成は既に説明したため省略する。
【００２９】
薄膜蒸着装置の第３実施形態が、第２実施形態と異なる点は、第２移送ラインＰ２だけでなく、第１移送ラインＰ１にもガス加熱流路部を形成するという点である。すなわち、第１移送ラインＰ１には第１ガス加熱流路部４００を設置し、第２移送ラインＰ２には第２ガス加熱流路部５００を設置することによって、第２反応ガスだけでなく、第１反応ガスも加熱する。薄膜蒸着装置の第３実施形態は、ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  ＣＶＤ）またはＰｕｌｓｅｄ  Ｐｌａｓｍａ  ＡＬＤレベルの化学反応性を、第１ガス加熱流路部４００及び第２ガス加熱流路部５００を利用して得るためのものである。
【００３０】
次いで、本発明に係る薄膜蒸着方法を、前記薄膜蒸着装置を採用して説明する。
本願の薄膜蒸着方法の第１実施形態は、薄膜蒸着装置の第１実施形態を使用して行う。
このような薄膜蒸着方法の第１実施形態は、ウェーハブロック２０上に基板ｗをローディングする基板ローディングステップＳ１と、基板ローディング後の転移元素を含む第１反応ガスと、ガス加熱流路部３００によって熱的に活性化された第２反応ガスとを第１噴射孔２１及び第２噴射孔２２を通じて基板ｗ上に噴射することによって薄膜を蒸着する薄膜蒸着ステップＳ２と、薄膜蒸着ステップＳ２以後、水素原子を含む熱処理ガスを流して薄膜内に含まれた不純物の含量を減らす後処理ステップＳ３と、後処理ステップＳ３以後、前記薄膜が蒸着された基板ｗをウェーハブロック２０でアンローディングするアンローディングステップＳ４と、を含む。
【００３１】
ここで、第２反応ガスは、ガス加熱流路部３００を経る前にＴ１の温度を有し、ガス加熱流路部３００を経た後にＴ２の温度を有するとき、Ｔ２をＴ１より大きくしなければならない。また、熱処理ガスは、ガス加熱流路部３００を経る前にＴ１の温度を有し、ガス加熱流路部３００を経た後にＴ３の温度を有するとき、Ｔ３がＴ１と同じであるか、また
は大きくなければならない。
【００３２】
前記ガス加熱流路部３００は、一例として少なくとも２００℃以上にセッティングされなければならない。反応ガス供給部２００から供給される第２反応ガスが第２移送ラインＰ２に流入されるやいなやＴ０の温度を有し、その第２反応ガスが蓋部３０に流入される前にＴ２' の温度を有するとき、Ｔ２' はＴ２よりは低いが、Ｔ０よりは大きいように、ガス加熱流路部３００を蓋部２０に近く連結せねばならない。
【００３３】
一方、Ｔ２' がＴ２＞Ｔ２' ＞Ｔ０である関係を満足するとき、Ｔ２' 〜Ｔ０は、少なくとも２０℃以上でなければならない。
基板ローディングステップＳ１、薄膜蒸着ステップＳ２、後処理ステップＳ３、基板アンローディングステップＳ４は、基板ｗ上に薄膜を蒸着する一連のステップであって、特に、薄膜蒸着ステップＳ２で第１噴射孔２１及び第２噴射孔２２を通じて第１反応ガスと第２反応ガスとがウェーハブロック２０上の基板ｗに噴射されつつ、基板ｗ上に薄膜が蒸着される。
【００３４】
このとき、噴射される方式として、薄膜蒸着ステップＳ２の一実施形態は、図６に示すように、第２反応ガスを第２噴射孔２２を介して基板ｗ上に持続的に噴射しつつ、第１反応ガスを第１噴射孔２１を介して周期的かつ反復的に噴射してフィーディングするステップと、第１反応ガスのフィーディングの間にパージガスを第１噴射孔２１を介して噴射するステップと、を含む。
【００３５】
すなわち、前記第２反応ガスは、一例として、少なくとも２００℃以上に加熱されるガス加熱流路部３００を経つつ熱的に活性化された状態、または分解されて完全に原子化されたガス状態となった後、反応容器１００にフィーディングされる。しかし、第１反応ガスは、周期的なパルス形態で反応容器１００の内部に流入される。その理由は、通常的に蒸気状態で噴射される第１反応ガスまで完全に熱分解されれば、薄膜蒸着のための熱分解の置換反応自体が成り立たないためである。
【００３６】
このような薄膜蒸着ステップＳ２の一実施形態は、ＡＬＤ方法とＣＶＤ方法とを混用する形態を有している。すなわち、第２反応ガスは、ＣＶＤ方法のように持続的に反応容器に噴射しつつ、第１反応ガスのみ周期的なパルシングを行う。この方法は、ＣＶＤ方法よりは蒸着速度が遅いが、ＡＬＤ方法よりは蒸着速度が速い。すなわち、この方法は、反応ガスの熱分解の置換反応によって薄膜が成長し、また、反応副産物が薄膜の表面から放出される効率がＣＶＤ方法より高いので、一般的なＣＶＤ方法より良い薄膜純度を有し、一般的なＡＬＤ方法より速い薄膜蒸着速度が得られるという利点がある。
【００３７】
一方、薄膜蒸着ステップＳ２の他の実施形態は、図７に示すように、第１反応ガスと第２反応ガスとを周期的かつ交互に噴射してフィーディングするステップと、第１反応ガス及び第２反応ガスのフィーディングの間にパージガスを、第１噴射孔２１及び／または第２噴射孔２２を介して噴射するステップと、を含む典型的なＡＬＤ方法である。このステップで、第２反応ガスは、一般的なＡＬＤ方法より熱的にさらに活性化された状態であるか、または完全に分解された状態である。一方、第１反応ガスは、通常的なＡＬＤ方法のように適切に加熱された状態で反応容器の内部に流入させ、第２反応ガスのように、場合によって完全に分解された状態ではない。
【００３８】
前記薄膜蒸着方法において、パージガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ２からなる群から選択された何れか一つである。
また、第１反応ガスは、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗのような転移金属元素を含む前駆体であり、第２反応ガスは、Ｎ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４からなる群から選択された一つのガスであるとき
、蒸着される薄膜は、転移金属窒化膜、すなわち、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＮなどとなる。
【００３９】
一方、第１反応ガスは、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗのような転移金属元素を含む前駆体であり、第２反応ガスが、Ｈを含むガスであるとき、蒸着される薄膜は、転移金属薄膜、すなわちＴｉ、Ｔａ、Ｗとなる。
【００４０】
そして、後処理ステップＳ３において、噴射される水素原子を含む熱処理ガスは、Ｈ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４からなる群から選択された一つ以上のガスを利用する。
次いで、前記薄膜蒸着装置を利用した薄膜蒸着方法の第２実施形態を説明する。
【００４１】
本願の薄膜蒸着方法の第２実施形態は、薄膜蒸着装置の第２実施形態を使用して行う。このような薄膜蒸着方法の第２実施形態は、ウェーハブロック２０上に基板ｗをローディングする基板ローディングステップＳ１と、基板ローディング後、転移元素を含む第１反応ガスとガス加熱流路部３３０によって熱的に活性化または分解された第２反応ガスとを、前記第１噴射孔２１及び第２噴射孔２２を介して前記基板ｗ上に噴射することによって薄膜を蒸着する薄膜蒸着ステップＳ２と、薄膜が蒸着された基板ｗをウェーハブロック２０でアンローディングする基板アンローディングステップＳ４と、を含む。
【００４２】
ここで、第２反応ガスは、ガス加熱流路部３００を経る前にＴ１の温度を、そして、そのガス加熱流路部３００を経た後にＴ２の温度を有するとき、Ｔ２をＴ１より大きくしなければならない。そして、流体流路４６に流体を流して前記シャワーヘッド４０の表面温度を制御する。
【００４３】
シャワーヘッド４０または蓋部３０には、そのシャワーヘッドの温度を測定するための熱電対４７が設置され、熱電対４７から発生する信号に基づいて流体流路の流量を可変させる。このようにすることで、シャワーヘッド４０' の最下部表面のいかなる地点でも任意の地点の温度の最大値−最小値を±２５°以内に維持させる。
【００４４】
一方、蓋部３０の上部には、表面ヒーター３５が設置され、熱電対４７及び流体流路４６と互いに結合されて、シャワーヘッド４０の表面温度を許容範囲内で一定に維持する。
基板ローディングステップＳ１、薄膜蒸着ステップＳ２、基板アンローディングステップＳ４は、基板ｗ上に薄膜を蒸着する一連の基本ステップであって、特に、薄膜蒸着ステップＳ２で、第１噴射孔２１及び第２噴射孔２２を介して第１反応ガス及び第２反応ガスがウェーハブロック２０上の基板ｗに噴されつつ、基板ｗ上に薄膜が蒸着される。
【００４５】
このとき、噴射される方式として、薄膜蒸着ステップＳ２の一実施形態は、図６に示すように、第２反応ガスを第２噴射孔２２を介して基板ｗ上に持続的に噴射しつつ、第１反応ガスを第１噴射孔２１を介して周期的かつ反復的に噴射してフィーディングするステップと、第１反応ガスのフィーディングの間にパージガスを第１噴射孔２１を介して噴射するステップと、を含む。
【００４６】
一方、噴射される方式として、薄膜蒸着ステップＳ２の他の実施形態は、図７に示すように、第１反応ガス及び第２反応ガスを周期的かつ交互的に噴射してフィーディングするステップと、第１反応ガス及び第２反応ガスのフィーディングの間にパージガスを、第１噴射孔２１及び／または第２噴射孔２２を介して噴射するステップと、を含む典型的なＡＬＤ方法である。
【００４７】
前記薄膜蒸着ステップの実施形態については、薄膜蒸着方法の第１実施形態で既に説明したため、その詳細な説明を省略する。
前記薄膜蒸着方法において、パージガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ２からなる群から選択され
た何れか一つである。
【００４８】
また、第１反応ガスは、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗのような転移金属元素を含む前駆体であり、第２反応ガスは、Ｎ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４からなる群から選択された一つのガスであるとき、蒸着される薄膜は転移金属窒化膜となる。
【００４９】
一方、第１反応ガスは、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗのような転移金属元素を含む前駆体であり、第２反応ガスは、Ｈを含むガスであるとき、蒸着される薄膜は転移金属薄膜となる。
前記薄膜蒸着装置を利用した薄膜蒸着方法の第３実施形態を説明すれば、次の通りである。
【００５０】
本願の薄膜蒸着方法の第３実施形態は、薄膜蒸着装置の第３実施形態を使用して行う。このような薄膜蒸着方法の第２実施形態は、ウェーハブロック２０上に基板ｗをローディングする基板ローディングステップＳ１と、基板ローディング後、第１ガスが、熱流路部４００によって熱的に活性化された第１反応ガスと、第２ガス加熱流路部５００によって熱的に活性化または分解された第２反応ガスとを、第１噴射孔２１及び第２噴射孔２２を介して基板ｗ上に噴射することによって薄膜を蒸着する薄膜蒸着ステップＳ２と、薄膜が蒸着された基板ｗをウェーハブロック２０でアンローディングする基板アンローディングステップＳ４と、を含む。
【００５１】
ここで、前記第１反応ガスは、第１ガス加熱流路部４００を経る前にＴ１の温度を、そして、その第１ガス加熱流路部４００を経た後にＴ２の温度を有するとき、Ｔ２は、第１反応ガスの分解温度未満である。また、第２反応ガスは、第２ガス加熱流路部５００を経る前にＴ３の温度を、そしてそ、の第２ガス加熱流路部５００を経た後にＴ４温度を有するとき、Ｔ４は、第２反応ガスの分解温度以上である。そして、流体流路４６に流体を流すことによって、シャワーヘッド４０の表面温度を制御する。
【００５２】
シャワーヘッド４０または蓋部３０には、そのシャワーヘッドの温度を測定するための熱電対４７が設置され、熱電対４７から発生する信号に基づいて、流体流路の流量を可変させる。このようにすることで、シャワーヘッド４０' の最下部表面のいかなる地点でも任意の地点の温度の最大値−最小値を±２５°以内に維持させる。
【００５３】
一方、蓋部３０の上部には、表面ヒーター３５が設置され、熱電対４７、流体流路４６と互いに連結されてシャワーヘッド４０の表面温度を許容される範囲内で一定に維持する。
【００５４】
基板ローディングステップＳ１、薄膜蒸着ステップＳ２、基板アンローディングステップＳ４は、基板ｗ上に薄膜を蒸着する一連のステップであって、特に、薄膜蒸着ステップＳ２で、第１噴射孔２１及び第２噴射孔２２を介して第１反応ガス及び第２反応ガスがウェーハブロック２０上の基板ｗに噴射されつつ、基板ｗ上に薄膜が蒸着される。このとき、噴射される方式は、薄膜蒸着ステップの第１実施形態及び第２実施形態で説明された通りである。
【００５５】
前記薄膜蒸着方法において、パージガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ２からなる群から選択された何れか一つである。
また、第１反応ガスは、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗのような転移金属元素を含む前駆体であり、第２反応ガスは、Ｎ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４からなる群から選択された一つのガスであるとき、蒸着される薄膜は、転移金属窒化膜となる。
【００５６】
一方、第１反応ガスは、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗのような転移金属元素を含む前駆体であり、第
２反応ガスは、Ｈを含むガスであるとき、蒸着される薄膜は、転移金属薄膜となる。
このように、ガス加熱流路部を利用した本願の技術は、既存のＮＦ３リモートプラズマクリーニング方法の代用として使用可能である。すなわち、ガス加熱流路部は、薄膜蒸着時には反応ガスを熱的に活性化または分解されるほどにのみ加熱して使用するが、ドライクリーニングをする場合には、ガス加熱流路部の温度をさらに上げて設定する。それにより、ガス加熱流路部を経るＮＦ３ガス分子を熱的に活性化させることによって、反応性の非常に高い活性ラジカル状態にすることができ、このラジカル状態のＮＦ３ガスを不活性ガスと適切に希釈させて反応容器に流せばよい。このとき、ウェーハブロックまたはチャンバ表面の温度は、損傷防止のために所定の温度に下げることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の薄膜蒸着方法を行うための薄膜蒸着装置の第１実施形態の概略的な構成図である。
【図２】図１の薄膜蒸着装置に採用されるガス加熱流路部の一実施形態の構成図である。
【図３】図１の薄膜蒸着装置に採用されるガス加熱流路部の他の実施形態の構成図である。
【図４】本発明の薄膜蒸着方法を行うための薄膜蒸着装置の第２実施形態の概略的な構成図である。
【図５】本発明の薄膜蒸着方法を行うための薄膜蒸着装置の第３実施形態の概略的な構成図である。
【図６】本発明の薄膜蒸着方法において、技術的な構成である薄膜蒸着ステップの一実施形態を示すグラフである。
【図７】本発明の薄膜蒸着方法において、技術的な構成である薄膜蒸着ステップの他の実施形態を示すグラフである。
【図１】
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【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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【国際調査報告】
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