(57)【要約】【課題】ケイ素と金属とが所望割合で結合したシリサイド膜を得る。【解決手段】本発明の成膜方法によれば、蒸着材料の粒子のうち、電荷質量比の大きい微小荷電粒子８３のみが処理対象物５２に到達する。そのような荷電粒子８３は反応ガスとの反応性が非常に高く、反応ガスとの結合反応効率が高いので、反応ガスの濃度が高いほどケイ素濃度の高いシリサイド膜が成膜されることになる。従って、蒸着材料３１の種類と、反応ガスの種類等の成膜条件毎に、反応ガスの分圧と、ケイ素と金属との結合比率を求めておき、その結果に基づいて反応ガスの分圧を制御すれば、所望の結合比率のシリサイド膜を得ることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽内に蒸着材料と、アノード電極と、処理対象物とを配置し、
前記真空槽内に真空雰囲気を形成した後、前記真空槽内に反応ガスを供給しながら、前記蒸着材料と前記アノード電極との間にアーク放電を発生させてアーク電流を流し、
前記蒸着材料から前記蒸着材料の荷電粒子を放出させ、
前記アーク電流によって生じた磁界で、前記処理対象物が配置された方向に荷電粒子の進行方向を曲げ、
前記荷電粒子を前記処理対象物表面に到達させ、前記荷電粒子と前記反応ガスとを反応させ、前記処理対象物表面に膜を形成するアーク放電による成膜方法であって、
前記蒸着材料として金属を用い、
前記反応ガスとして下記化学式（１）、
ＳｉｘＨ２ｘ＋２……（１）
（上記化学式（１）中、ｘは１以上３以下の整数を示す）
で表されるシランガスを用いてシリサイド膜を成膜する成膜方法。
【請求項２】
前記蒸着材料を構成する金属として、タングステン又はタンタルのいずれか一方又は両方を用いる請求項１記載の成膜方法。
【請求項３】
前記反応ガスとして下記化学式（２）
ＳｉＨ４……（２）
で表されるモノシランガスを用いる請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の成膜方法。
【請求項４】
前記真空槽内の圧力を６．５×１０−７Ｐａ以下にした後、前記アーク放電を発生させる請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は成膜方法に関し、特に、シリサイド膜を成膜する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、記憶装置としてＳＲＡＭ（Ｓａｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）が広く用いられている。
ＳＲＡＭでは、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型ＩＣのゲート電極は、中抵抗のポリシリコン膜の表面に、低抵抗のシリサイド（金属ケイ化物）膜が形成されて構成されており、従来技術ではシリサイド膜は、シリサイドからなるターゲットを用いたスパッタリング法により成膜されている。
【０００３】
しかし、スパッタリング法では成膜されるシリサイド膜の金属とケイ素との結合比率を制御することが困難であった。ゲート電極の膜厚が３０ｎｍ〜５０ｎｍと薄くなると、シリサイド膜中の金属とケイ素の結合比率の精度が要求されるため、そのようなシリサイド膜を従来の成膜方法で形成することは困難であった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１５０２３８号公報  （第６−７頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、シリサイド膜を成膜するに当たり、金属とケイ素の結合比率を制御可能な成膜方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、真空槽内に蒸着材料と、アノード電極と、処理対象物とを配置し、前記真空槽内に真空雰囲気を形成した後、前記真空槽内に反応ガスを供給しながら、前記蒸着材料と前記アノード電極との間にアーク放電を発生させてアーク電流を流し、前記蒸着材料から前記蒸着材料の荷電粒子を放出させ、前記アーク電流によって生じた磁界で、前記処理対象物が配置された方向に荷電粒子の進行方向を曲げ、前記荷電粒子を前記処理対象物表面に到達させ、前記荷電粒子と前記反応ガスとを反応させ、前記処理対象物表面に膜を形成するアーク放電による成膜方法であって、前記蒸着材料として金属を用い、前記反応ガスとして下記化学式（１）、
【０００７】
ＳｉｘＨ２ｘ＋２……（１）
（上記化学式（１）中、ｘは１以上３以下の整数を示す）
で表されるシランガスを用いてシリサイド膜を成膜する成膜方法である。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の成膜方法であって、前記蒸着材料を構成する金属としてタングステン又はタンタルのいずれか一方又は両方を用いる成膜方法である。
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の成膜方法であって、前記反応ガスとして下記化学式（２）
【０００９】
ＳｉＨ４……（２）
【００１０】
で表されるモノシランガスを用いる成膜方法である。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の成膜方法であって、前記真空槽内の圧力を６．５×１０−７Ｐａ以下にした後、前記アーク放電を発生させる成膜方法である。
【００１１】
本発明は上記のように構成されており、蒸着材料は金属などの導電性材料で構成されているので、蒸着材料の近傍にトリガ電極を配置し、アノード電極と蒸着材料との間に電圧を印加すると、トリガ電極と蒸着材料との間にトリガ放電が発生する。
【００１２】
トリガ放電によって蒸着材料から蒸着材料の粒子が放出されると、アノード電極と蒸着材料との間の圧力が高くなり、蒸着材料とアノード電極との間の絶縁耐圧が低下してアノード電極と蒸着材料の表面との間にアーク放電が発生する。このとき、アーク放電を維持するアーク電流を、処理対象物から遠ざかる方向に流すと、その電流によって誘起される磁界は、蒸着材料の表面から放出された正電荷の粒子に対して、処理対象物方向に曲げる力を及ぼす。
【００１３】
蒸着材料の表面から放出される粒子には、中性粒子と、正電荷の荷電粒子がある。中性粒子と正電荷の荷電粒子のうち、電荷質量比（電荷／質量）の小さい荷電粒子は、磁界で曲げられる率が少ないので、処理対象物方向には飛行しない。ここでアノード電極を筒状にし、蒸着材料を円柱状にし、蒸着材料の側面周囲をアノード電極で覆えば中性粒子と電荷質量比の大きい荷電粒子はアノード電極の内周面に付着するので、処理対象物には到達しない。
【００１４】
即ち、処理対象物に到達する荷電粒子は電荷質量比が大きく、化学的活性の高いイオンだけである。従って、反応ガスとしてシランガスを用いた場合、処理対象物に到達する荷電粒子とシランガスとの反応性が非常に高く、シランガスとの結合反応効率が高いので、真空槽内のシランガス濃度が高い程、ケイ素濃度が高いシリサイド膜が得られることになる。
【００１５】
例えば、モノシランガスを用いてタングステンシリサイド膜を形成する場合、Ａ個のタングステンとＢ個のモノシランが全て反応し、タングステンとケイ素の結合比がＡ：Ｂのシリサイド膜が形成されるとすると、タングステンの数Ａが一定である場合、Ｂは真空槽内のシランガスの分圧に比例する。
【００１６】
従って、蒸着材料から放出される荷電粒子の数を変えなくても、真空槽内のシランガスの分圧を変えることで、シリサイド膜中のケイ素と金属との結合比率を変えることができる。また、真空槽内の圧力を６．５×１０−７Ｐａ以下にしておけば、酸素等の不純物が混入しないので、純度が高いシリサイド膜が得られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下で図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１の符号１は本発明の成膜方法に用いられる成膜装置を示している。この成膜装置１は、真空槽２と、蒸着源３と、基板ホルダ５０と、ノズル６３とを有している。
【００１８】
蒸着源３は真空槽２の底壁側に配置され、基板ホルダ５０は真空槽２の天井側に配置されている。ノズル６３は基板ホルダ５０と蒸着源３との間の位置であって、基板ホルダ５０の近傍位置に配置されている。
【００１９】
蒸着源３は、取り付け板３７と、アノード電極３２と、蒸着材料３１と、トリガ電極３４と、アーク電極３９とを有している。真空槽２の底壁には孔が形成され、取り付け板３７はその孔を気密に塞ぐように水平に取りつけられている。
【００２０】
アノード電極３２は円筒形であり、取り付け板３７の真空槽２の内部側に立設されている。アノード電極３２内部には棒状の取り付け部材３６が挿通されており、その下端部は取り付け板３７上に固定され、上部にはトリガ電極３４が、第一の絶縁部材３５を介して取り付けられている。
【００２１】
蒸着材料３１は、トリガ電極３４の上部に配置された第二の絶縁部材３３を介して、取り付け部材３６の先端位置に取り付けられている。この蒸着材料３１は、アノード電極３２の上端部分の開口３８よりも下側の位置、即ち、アノード電極３２内部に位置している。
【００２２】
蒸着材料３１はアノード電極３２の内径よりも小径の円柱状に形成されており、かつ、蒸着材料３１はアノード電極３２の中心軸線８上に置かれている。従って、アノード電極３２の内周面と、蒸着材料３１の側面との間には隙間がある。
アーク電極３９は棒状であり、隙間に配置され、上端は蒸着材料３１に接続され、また、下端は取り付け板３７の絶縁材料４１を介して真空槽２の外部に気密に導出され、真空槽２外に配置された電源装置４０に電気的に接続されている。
【００２３】
トリガ電極３４も、真空槽２の外部に電気的に導出されており、同じ電源装置４０に接続されている。他方、アノード電極３２と真空槽２はそれぞれ接地電位に接続されている。
【００２４】
真空槽２と、トリガ電極３４と、蒸着材料３１と、アノード電極３２は、第一、第二の絶縁部材３３、３５によって互いに絶縁されており、電源装置４０を起動すると蒸着材料３１には所定の大きさの負電圧が印加され、トリガ電極３４には蒸着材料３１よりも大きい負電圧が印加されるようになっている。
【００２５】
基板ホルダ５０の中心は、アノード電極３２の中心軸線８上に位置しており、基板ホルダ５０の真空槽２の底壁側の面に後述する処理対象物を配置したとき、処理対象物がアノード電極３２の開口３８と対向するようになっている。
【００２６】
ノズル６３は真空槽２内に配置され、その先端の噴出口は処理対象物の近傍に配置されており、ノズル６３は真空槽２外に配置されたガス導入系６１のボンベに接続されている。ボンベには反応ガスとしてモノシランガス（ＳｉＨ４）のようなシランガスが充填されており、ノズルの噴出口から処理対象物に向けてそのシランガスを噴出できるように構成されている。
【００２７】
真空槽２の外壁にはヒータ６８と、冷水管６９が巻き回されており、後述する成膜の工程で、真空槽２内の温度が所定温度に維持されるようになっている。
上記成膜装置１を用いて処理対象物にシリサイド膜を成膜する工程について説明する。処理対象物５２として、片面に後述するポリシリコン膜が形成された状態の基板を用意する。
【００２８】
真空槽２に接続された真空排気系６２を起動し、真空槽２の内部に６．５×１０−７Ｐａ以下の真空雰囲気を形成した後、該真空雰囲気を維持しながら、処理対象物５２を真空槽２内に搬入し、ポリシリコン膜を下側に向けた状態で、処理対象物５２を基板ホルダ５０に保持させると、ポリシリコン膜の表面がアノード電極３２の開口３８に向けられる。
【００２９】
ノズル６３の噴出口からシランガスを噴出させ、真空排気を続けながらシランガスの流量を調整し、真空槽２内のシランガスの分圧が所定圧力になったところで、電源装置４０を起動し、アノード電極３２と蒸着材料３１との間に１００Ｖ程度の電圧を印加した状態で、トリガ電極３４にパルス状の電圧（ここでは３．４ｋＶ）を印加する。
【００３０】
ここでは、蒸着材料３１はタングステン（Ｗ）やタンタル（Ｔａ）のような高融点金属の円柱で構成され、その底面が略水平になるように配置されている。即ち、蒸着材料３１の側面はアノード電極３２の内周面と互いに向かいあっているので、トリガ放電によって蒸着材料３１の側面から高融点金属の粒子が放出され、アノード電極３２内の圧力が上昇し、絶縁耐性が低下すると、アノード電極３２と蒸着材料３１との間にアーク放電が誘起される。
【００３１】
電源装置４０には大容量のコンデンサが装備されており、そのコンデンサは予め充電されているので、アノード電極３２と蒸着材料３１との間にアーク放電が誘起されると、コンデンサの放電によってアーク電流が供給される。アーク電流はアーク放電直後に最大値となり、その最大値を尖頭電流値とすると、ここでは、コンデンサの容量は８８００μＦであり、尖頭電流値は１２００Ａ以上１４００Ａ以下である。
【００３２】
アーク電極３９はアノード電極３２の中心軸線８に平行に、且つ中心軸線８の近傍に配置されており、アーク電流はアーク電極３９を蒸着材料３１から真空槽２の底面方向に向けて流れ、中心軸線８を中心とした磁界を形成する。
【００３３】
他方、アーク放電によって蒸着材料３１にアーク電流が流れると、蒸着材料３１の側面が溶融し、トリガ放電の各パルス毎に一定量の高融点金属の粒子が放出される。放出された高融点金属の粒子には、正又は負の荷電粒子と中性粒子がある。
【００３４】
図２の符号８１は中性粒子を示し、符号８４は質量に比べ電荷の小さい（電荷質量比の小さい）巨大荷電粒子を示し、符号８２、８４は質量に比べ電荷の大きい（電荷質量比の大きい）微小荷電粒子を示している。
【００３５】
これらのうち、中性粒子８１と巨大荷電粒子８４はアノード電極３２と蒸着材料３１との間の電界の影響を受けず、蒸着材料３１から放出されると、アノード電極３２に向けて直線的に飛行し、アノード電極３２の内周面に衝突するとそこに付着する。
【００３６】
他方、微小荷電粒子８２、８４のうち、負電荷を有する微小荷電粒子８２（電子を含む）は、蒸着材料３１と反発し、且つ、正電圧のアノード電極３２に引きつけられ、蒸着材料３１からアノード電極３２に向かって飛行する。このとき、アーク電流が形成する磁界によって開口３８方向に向う力を受け、その飛行方向が開口３８方向に曲げられ、処理対象物５２に向かって飛行する。
【００３７】
また、正電荷を有する正の微小荷電粒子８３は、蒸着材料３１から放出され、アノード電極３２に向う途中で、正電圧のアノード電極３２によって押し戻され、負電圧の蒸着材料３１に引き寄せられて、蒸着材料３１の方向に向って逆向きに飛行する。
【００３８】
この逆向きの飛行のとき、正の微小荷電粒子８３は、アーク電流が形成する磁界から開口３８方向に向う力を受けるとともに、処理対象物５２に向かって飛行する負の微小荷電粒子８２に吸引され、その飛行方向が開口３８方向に曲げられる。
【００３９】
飛行方向が開口３８方向に曲げられた正の微小荷電粒子８３は、開口３８から処理対象物５２に向かって放出され、処理対象物５２の表面に到達する。従って、本願発明の成膜方法では電荷質量比の大きく、反応性が高い微小荷電粒子８３だけが処理対象物５２に到達することになる。
【００４０】
処理対象物５２はポリシリコン膜が形成された面が開口３８に向けられており、上述したようにシランガスが処理対象物５２に噴出されているので、ポリシリコン膜の表面に到達した微小荷電粒子８３はシランガスと反応し、シリサイド膜であるタングステンシリサイドの膜が成長する。
【００４１】
薄膜成長中は、不図示の移動手段によって基板ホルダ５０がアノード電極３２の開口３８に対して相対的に回転しており、基板ホルダ５０と共に処理対象物５２も回転するので、結果として、ポリシリコン膜の表面に膜厚分布が均一な金属ケイ化物の膜（シリサイド膜）が成長する。
【００４２】
図３の符号５７は、処理対象物５２上に形成されたシリサイド膜の一例を示しており、ポリシリコン膜５６とシリサイド膜５７とで積層体５５が構成されている。タングステンシリサイドのような金属ケイ化物で構成されたシリサイド膜は、ポリシリコン膜のような中抵抗膜に比べて電気抵抗が小さくなっている。従って、この積層体５５のポリシリコン膜５６側の面をゲート絶縁膜の表面に密着させれば、その積層体５５をゲート電極として用いることができる。
【００４３】
次に、本発明の成膜方法についてより具体的に説明する。
＜ケイ素濃度＞
反応ガスとしてモノシランガスを用い、成膜前の真空槽２内の反応ガスの分圧を変えてシリサイド膜を成膜した。尚、真空槽２内のに反応ガスを供給する直前の成膜前到達圧力は１×１０−９Ｔｏｒｒ（１．３３×１０−７Ｐａ）であった。
【００４４】
各シリサイド膜についてオージェ分析を行い、シリサイド膜に含まれるケイ素の原子濃度を測定した。その測定結果を図４に示す。
図４のグラフの横軸はモノシランガスの分圧を示し、縦軸はケイ素の原子濃度を示している。図４から明らかなようにモノシランガスの分圧が高くなるほど、シリサイド膜のケイ素濃度が高くなっており、反応ガスであるシランガスの分圧とケイ素濃度が比例することが確認された。
【００４５】
従って、反応ガスの種類と蒸着材料等の成膜条件毎に、反応ガスの分圧とケイ素濃度との関係を求めておき、その関係に基づいて反応ガスの分圧を設定すれば、所望の結合比率のシリサイド膜が得られることが分かる。
【００４６】
＜オージェ分析＞
真空槽２中のモノシランガスの分圧が５×１０−３Ｔｏｒｒ（６．６５×１０−１Ｐａ）の条件でシリサイド膜を形成し、このシリサイド膜についてオージェ分析を行い、シリサイド膜の深さ方向の元素分布を求めた。その結果を図５に示す。
【００４７】
図５の縦軸は原子濃度を示し、横軸はスパッタ時間（エッチング時間）を示している。図５の符号Ａと、Ｂと、Ｃはそれぞれポリシリコン膜のケイ素と、シリサイド膜のケイ素と、シリサイド膜のタングステンを示している。
図５から分かるように、シリサイド膜がエッチング除去され、ポリシリコン膜のケイ素が検出され始める深さまでは、シリサイド膜のケイ素とタングステンとの比率がほぼ一定になっている。
【００４８】
このことから、ポリシリコン膜の表面に微小荷電粒子８３が付着し始めたときから、タングステンがケイ素と結合してケイ化され、深さに対して元素の構成比が一定なシリサイド膜が得られることがわかる。
【００４９】
以上は反応ガスとしてモノシランガスを用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上述した化学式（１）に示したシランガスであれば、例えばジシランガス（Ｓｉ２Ｈ６）、トリシランガス（Ｓｉ３Ｈ８）を用いることが可能である。これらのシランガスは単独で用いても良いし、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００５０】
蒸着材料の構成材料もタングステンに限定されるものではなく、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）等種々の高融点金属を用い、タンタルシリサイドやチタンシリサイド等種々のシリサイド膜を形成することができる・
アノード電極３２の形状は円筒形に限定されるものではなく、中空の直方体等種々の形状のものを用いることができる。蒸着材料３１の形状も円柱に限定されず、直方体等種々の形状のものを用いることができる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明ではイオン化した蒸着材料の粒子のみが処理対象物表面に到達する。そのような粒子は反応性が非常に高く、反応ガスであるシランガスの濃度が高いほどケイ素と金属との結合比率は大きくなる。従って、真空雰囲気の反応ガスの分圧を制御することによって、所望も結合比率で結合した金属シリサイド膜を得ることができる。また、イオン化した蒸着材料の粒子は、処理対象物を加熱しなくても反応ガスと反応するので、処理対象物が加熱によりダメージを受けなることがない。処理対象物や真空槽を加熱しなければ、真空槽の内壁に付着している水が分解されることがなく、水の分解物である酸素や水素が発生せず、そのような不純物が成膜中の薄膜に混入されないので、不純物濃度の低いシリサイド膜が得られる。また、膜厚はトリガ放電のパルス数で制御できることから、膜厚の制御が容易であり、膜厚が１０ｎｍ〜５０ｎｍ程度の薄いシリサイド膜を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成膜方法に用いられる成膜装置の一例を示す断面図
【図２】本発明の成膜装置に用いられる蒸着源の原理を説明する断面図
【図３】本発明の成膜方法により成膜されたシリサイド膜を説明するための断面図
【図４】反応ガスの分圧と、シリサイド膜中のケイ素濃度との関係を示すグラフ
【図５】シリサイド膜の深さ方向の原子濃度分布を示すグラフ
【符号の説明】
１……成膜装置    ２……真空槽    ３……蒸着源    ３２……アノード電極３８……開口    ３１……蒸着材料    ３４……トリガ電極    ５２……処理対象物    ５５……積層体    ５６……ポリシリコン膜    ５７……シリサイド膜    ８３……正の荷電粒子
【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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