(57)【要約】【課題】ＡＬＤ法による真空成膜において、成膜室の頻繁なメンテナンスが不要で効率良く成膜しうる装置を提供する。【解決手段】原料ガス吸着室１と反応性ガス照射室２とを基板交換室３を挟んで設置し、原料ガス吸着室１と反応性ガス照射室２とに基板４を交互に入れながら、基板４に原料ガスを吸着させる工程と、基板４が吸着した原料に反応性ガスを反応させる工程とを繰り返してＡＬＤ法により真空成膜を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に薄膜を形成するＡＬＤ装置であって、
少なくとも一種類の原料ガスを基板に吸着させる原料ガス吸着室と、
少なくとも一種類の反応性ガスを基板に照射する反応性ガス照射室と、
上記原料ガス吸着室と反応性ガス照射室との間で基板を入れ替える手段と、
を有することを特徴とするＡＬＤ装置。
【請求項２】
反応性ガス照射室が、リモートプラズマにおいて用いられるラジカル源を備えている請求項１に記載のＡＬＤ装置。
【請求項３】
反応性ガス照射室が、ＣＡＴ−ＣＶＤ法において用いられるホットワイヤを備えている請求項１に記載のＡＬＤ装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のＡＬＤ装置を用い、原料ガス吸着室と反応性ガス照射室とに１枚の基板を交互に入れ、原料ガス吸着室において少なくとも一種類の原料ガスを基板に吸着させる工程と、反応性ガス照射室において少なくとも一種類の反応性ガスを基板に照射する工程とを交互に行うことを特徴とする成膜方法。
【請求項５】
基板を最初に反応性ガス照射室に入れて行う請求項４に記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡＬＤ（原子層堆積；Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により真空成膜を行うＡＬＤ装置と、該装置を用いた成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＶＤ（化学気相成長；Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法による真空成膜の一形態として、ＡＬＤ（原子層堆積；Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が知られている。ＡＬＤ法は、原料ガスと反応性ガスを交互に基板に供給して成膜を行う方法である。例えば、ＡＬＤ法によりＴｉＮ膜を成膜する場合、原料ガスとしてＴｉＣｌ4ガスを、反応性ガスとしてＮＨ3ガスを用い、さらにパージ用Ａｒガスを用いる。先ず、適当な温度の基板にＴｉＣｌ4ガスを照射して吸着させ、次いで、Ａｒガスを導入してパージを行い、ＮＨ3ガスに切り替えて基板に吸着したＴｉＣｌ4分子と反応させ、再びＡｒガスでパージを行う工程を、複数回繰り返して成膜する。この時、Ｃｌなどの膜の残留不純物を低減するため、或いは、膜特性の向上のため、ＮＨ3プラズマを照射する、或いは、ＮＨ3から生成されるラジカルを照射する方法も知られている。また、水素プラズマや水素ラジカルを用いると、ＴｉやＴａ、Ｃｕなどの金属膜の成膜も可能であることが知られている。
【０００３】
特許文献１には、金属アルコラートを吸着させる工程と、基板に吸着させた金属アルコラートを酸化させる工程とを繰り返して低温で成膜するＡＬＤ法が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１−１７９４２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のＡＬＤ装置においては、成膜室の壁面にも成膜されてしまうという問題があった。この成膜は、基板への成膜と同等程度の成膜速度を持ち、成膜工程を繰り返すことで堆積が進行し、堆積膜が厚くなってしまう。厚い堆積膜は膜剥がれを起こし、パーティクルを形成して基板上に成膜される膜に欠陥を形成するという問題を引き起こす。
【０００６】
特に、反応性ガスとしてプラズマやラジカルを用いた場合には、反応性が高いため膜形成が広い範囲で強力に進行し、プラズマやラジカルの生成が不安定になるという問題があった。このような問題を抑制するべく、広い面積に高い密度のプラズマやラジカルを生成することや、プラズマによるダメージを制御することは困難であった。
【０００７】
従って、従来のＡＬＤ装置においては、成膜室の壁面に堆積した膜を除去するためのメンテナンスが頻繁に必要であり、成膜効率の向上を阻む一因となっていた。
【０００８】
本発明の課題は、ＡＬＤ法による真空成膜において、成膜室の頻繁なメンテナンスが不要で効率良く成膜しうる装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１は、基板上に薄膜を形成するＡＬＤ装置であって、
少なくとも一種類の原料ガスを基板に吸着させる原料ガス吸着室と、
少なくとも一種類の反応性ガスを基板に照射する反応性ガス照射室と、
上記原料ガス吸着室と反応性ガス照射室との間で基板を入れ替える手段と、
を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明のＡＬＤ装置においては、上記反応性ガス照射室がリモートプラズマにおいて用いられるラジカル源を備えている、或いは、ＣＡＴ−ＣＶＤ法において用いられるワイヤを備えていることが好ましい。
【００１１】
本発明の第２は、上記本発明の第１のＡＬＤ装置を用い、原料ガス吸着室と反応性ガス照射室とに１枚の基板を交互に入れ、原料ガス吸着室において少なくとも一種類の原料ガスを基板に吸着させる工程と、反応性ガス照射室において少なくとも一種類の反応性ガスを基板に照射する工程とを交互に行うことを特徴とする成膜方法である。
【００１２】
本発明の成膜方法においては、基板を最初に反応性ガス照射室に入れて行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明においては、必要な工程毎に成膜室を分けたことにより、原料ガス吸着室、反応性ガス照射室のいずれにおいても、室内の壁面に成膜されることがなく、従来のような成膜室のメンテナンスが不要になる。また、成膜室を分けたことにより、反応性の高いラジカルを有効に使うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、従来の成膜室を二つに分け、一方を原料ガス吸着室、他方を反応性ガス照射室とし、基板をこれらの二室に交互に入れて原料ガスを基板に吸着させる工程と、基板に吸着させた原料に反応性ガスを反応させる工程とを繰り返すことに特徴を有する。
【００１５】
本発明は、例えば、Ｓｉやガラスなどの基板上に、ＴｉＮなどの薄膜を真空成膜する際に用いられる。以下に、ＴｉＮ膜を形成する場合を例に挙げて本発明を具体的に説明する。
【００１６】
図１は、本発明のＡＬＤ装置の好ましい一例の概略構成図であり、１は原料ガス吸着室、２は反応性ガス照射室、３は基板交換室、４は基板、５はゲートバルブ、１ａ，２ａは基板ホルダー、２ｂはＷホットワイヤである。
【００１７】
原料ガス吸着室１には、原料ガスとしてテトラ（ジエチルアミノ）チタン（ＴＤＥＡＴ）がＡｒガスをキャリアガスとして導入される。基板４は基板ホルダー１ａ上に設置され、１５０から２００℃の範囲の一定温度に制御される。
【００１８】
反応性ガス照射室２には、反応性ガスとしてＮＨ3ガスが供給される。本例では、反応をより劇的にするため、Ｗ（タングステン）ワイヤ２ｂを１８００℃に加熱してＮＨxラジカルを形成し、基板４に照射する。基板温度は原料ガス吸着室１とほぼ同じ温度に制御される。
【００１９】
原料ガス吸着室１と反応性ガス照射室２とは基板交換室３を挟んで設置され、基板交換室３内に組み込まれた基板搬送ロボット（図示しない）によって、基板４が二つの部屋に交互に挿入される。
【００２０】
原料ガス吸着室１、反応性ガス照射室２の圧力は、例えば１０Ｐａ程度が適している。基板交換室３の圧力は１０-4Ｐａ以下に保たれる。原料ガス吸着室１、反応性ガス照射室２はそれぞれの工程後、１０-3Ｐａ以下まで排気してからゲートバルブ５を開き、基板４の交換を行う。
【００２１】
上記条件で、原料ガスの吸着時間は０．５ｓｅｃから２ｓｅｃ程度、反応ガスの照射時間は０．５ｓｅｃから３ｓｅｃ程度が適当である。基板の交換時間としては約１０ｓｅｃ必要である。従って、１サイクルに要する時間は約２０ｓｅｃである。１サイクルで１．５Å成膜できるとすると、５０Åの成膜を行うためには６６０ｓｅｃ必要である。２室に各１枚ずつ、２枚の基板を平行して処理できるので、基板１枚当たり３３０ｓｅｃとなる。従って、５０Å程度の薄膜であれば、１時間当たり約１０枚のスループットである。Ｃｕ微細配線のバリア膜やゲート酸化膜などは必要膜厚が５０Åとか１０Åであるので、その用途には実用的な装置となる。スループットを向上させるには、室数を２倍、３倍とすることで対応できる。
【００２２】
基板交換室３は、図２に示すようにロードロック室６を設けることでＡＬＤ専用装置とすることができる。或いは、図３に示すように、新たな基板交換室８を設けることによって、他のプロセスモジュール７と一緒にクラスタ装置を構成することも可能である。
【００２３】
上記においては、ＴＤＥＡＴとＷホットワイヤを用いてＮＨxラジカルによりＴｉＮ膜を成膜する例を述べたが、本発明はこの材料系に限定されるものではなく、ＡＬＤが可能であれば他の材料系にも好ましく適用される。
【００２４】
また、反応性ガスとしては好ましくはプラズマやラジカルが用いられる。プラズマの形成には、従来から知られている平行平板型、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）型、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）型などが用いられる。しかしながらイオン衝撃が大きい場合には、先に基板に吸着した分子が飛ばされてしまうので、好ましくない。望ましい形態は、いわゆるリモートプラズマである。より望ましくはＲＳ（Ｒａｄｉｃａｌ  Ｓｈｏｗｅｒ）−ＣＶＤ法のラジカル源やＣＡＴ（Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）−ＣＶＤ法のホットワイヤによるラジカルである。これらのラジカルはプラズマを含まず、イオン衝撃が全く存在せず、ラジカル量も大きい。また、広い面積に均一にラジカルを供給できるため、本発明には最適である。
【００２５】
ＡＬＤにおいては、最初の一層を形成することが重要であるが、本発明において反応性ガス照射室を基板の表面の初期化に用いることができる。即ち、ＴｉＮ膜の成膜工程において、最初に基板を反応性ガス照射室に入れ、基板の表面を水素ラジカル処理するなどにより、表面クリーニングする。これにより、最初の一層の成膜を良好に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のＡＬＤ装置の一例の概略構成図である。
【図２】本発明のＡＬＤ装置をＡＬＤ専用装置として構成した場合の平面模式図である。
【図３】本発明のＡＬＤ装置を他のプロセスモジュールと組み合わせてクラスタ装置を構成した場合の平面模式図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  原料ガス吸着室
２  反応性ガス照射室
１ａ，２ａ  基板ホルダー
２ｂ  Ｗホットワイヤ
３  基板交換室
４  基板
５  ゲートバルブ
６  ロードロック室
７  ＡＬＤ以外のプロセスモジュール
８  基板交換室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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