(57)【要約】【課題】  成膜速度を遅くすることなく基板に対するダメージを抑制する。【解決手段】  タンタル（Ｔａ）製の被エッチング部材１１が備えられたチャンバ１内にハロゲンを含有する原料ガスとしてのＣｌ2ガスを供給し、被エッチング部材１１に対してプラズマを発生させＣｌ2ガスで被エッチング部材１１をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれるＴａ成分とＣｌ2ガスとの前駆体ＴａＣｌを生成し、Ｃｌ2ガス成分と反応する水素成分を含有する水蒸気３１をチャンバ１の内部に供給し、水素と塩素を反応させて前駆体ＴａＣｌに対する塩素成分の量を減少させ、Ｔａ成分を析出させるための塩素成分を確保して基板３に対する塩素成分によるエッチングを抑制する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が収容されるチャンバと、
基板が対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、
チャンバの内部にハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、
原料ガス成分と反応する成分を含有する補助流体をチャンバの内部に供給して原料ガス成分と反応させ前駆体に対する原料ガス成分の量を減少させる補助流体供給手段と、
基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くすることにより原料ガス成分による基板側への影響を抑制した状態で前駆体の金属成分を基板側に成膜させる制御手段と
を備えたことを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項２】
請求項１に記載の金属膜作製装置において、
原料ガス成分の量を導出する原料ガス成分量導出手段と、
原料ガス成分量導出手段で導出された原料ガス成分量に基づいて補助流体供給手段から供給される補助流体の量を所望量に制御する流量制御手段と
を備えたことを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項３】
請求項１もしくは請求項２のいずれかに記載の金属膜作製装置において、
補助流体供給手段から供給される補助流体は、水素もしくは水素を含有する補助流体である
ことを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項４】
請求項３に記載の金属膜作製装置において、
水素を含有する補助流体には、酸素もしくはシリコンもしくは窒素もしくはホウ素もしくは炭素もしくはフッ素のいずれかを含む
ことを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の金属膜作製装置において、
ハロゲンを含有する原料ガスは塩素を含有する原料ガスである
ことを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の金属膜作製装置において、
被エッチング部材はハロゲン化物形成金属であるタンタルもしくは銅である
ことを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項７】
金属製の被エッチング部材が備えられたチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給し、被エッチング部材に対してプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成すると共に、
原料ガス成分と反応する成分を含有する補助流体をチャンバの内部に供給し、原料ガス成分と反応させ前駆体に対する原料ガス成分の量を減少させて基板に対する原料ガス成分による影響を抑制し、
基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くすることにより原料ガス成分による基板側への影響を抑制した状態で前駆体の金属成分を基板側に成膜させる
ことを特徴とする金属膜作製方法。
【請求項８】
請求項７に記載の金属膜作製方法において、
原料ガス成分の量を導出し、導出された原料ガス成分量に基づいて補助流体の量を所望量に制御することで、基板に対する原料ガス成分による影響を抑制しつつ成膜速度を維持する
ことを特徴とする金属膜作製方法。
【請求項９】
請求項８に記載の金属膜作製方法において、
原料ガス成分の導出は、チャンバ内の原料ガス成分量を直接検出し、
原料ガス成分量が所望量になる検出量となるように補助流体の流量を制御する
ことを特徴とする金属膜作製方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の金属膜作製方法において、
原料ガス成分の導出は、予め成膜条件に応じて設定された諸条件を検出し、諸条件の検出結果に基づいて原料ガス成分量を推定し、
原料ガス成分量が所望推定量となるように補助流体の流量を制御する
ことを特徴とする金属膜作製方法。
【請求項１１】
請求項７乃至請求項１０のいずれか一項に記載の金属膜作製方法において、
供給される補助流体は、水素もしくは水素を含有する補助流体である
ことを特徴とする金属膜作製方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の金属膜作製方法において、
水素を含有する補助流体には、酸素もしくはシリコンもしくは窒素もしくはホウ素もしくは炭素もしくはフッ素のいずれかを含む
ことを特徴とする金属膜作製方法。
【請求項１３】
請求項７乃至請求項１２のいずれか一項に記載の金属膜作製方法において、
ハロゲンを含有する原料ガスは塩素を含有する原料ガスである
ことを特徴とする金属膜作製方法。
【請求項１４】
請求項７乃至請求項１３のいずれか一項に記載の金属膜作製方法において、
被エッチング部材はハロゲン化物形成金属であるタンタルもしくは銅である
ことを特徴とする金属膜作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の表面に金属膜を作製する際に、成膜速度を低下させることなく基板に対するダメージを抑制して金属膜を作製することができる金属膜作製装置及び金属膜作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体等の製造においては、プラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)装置を用いた成膜が知られている。プラズマＣＶＤ装置とは、チャンバ内に導入した膜の材料となる有機金属錯体等のガスを、高周波アンテナから入射する高周波によりプラズマ状態にし、プラズマ中の活性な励起原子によって基板表面の化学的な反応を促進して金属薄膜等を成膜する装置である。
【０００３】
これに対し、本発明者等は、高蒸気圧ハロゲン化物を作る金属成分であって、成膜を望む金属成分からなる被エッチング部材をチャンバに設置し、前記被エッチング部材をハロゲンガスのプラズマによりエッチングすることで金属成分のハロゲン化物である前駆体を生成させるとともに、前駆体の金属成分のみを基板上に成膜するプラズマＣＶＤ装置（以下、新方式のプラズマＣＶＤ装置という）および成膜方法を開発した（例えば、下記、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１４７５３４号公報
【０００５】
上記新方式のプラズマＣＶＤ装置では、成膜される金属源となる被エッチング部材の温度に対して基板の温度が低くなるように制御して基板に当該金属膜を成膜している。例えば、被エッチング部材の金属をＭ、ハロゲンガスをＣｌ2とした場合、被エッチング部材を高温（例えば３００°Ｃ〜７００°Ｃ）に、また基板を低温（例えば２００°Ｃ程度）に制御することにより、前記基板にＭ薄膜を形成することができる。これは、次のような反応によるものと考えられる。
【０００６】
1)プラズマの解離反応；Ｃｌ2→２Ｃｌ*
2)エッチング反応；Ｍ＋Ｃｌ*→ＭＣｌ（ｇ）
3)基板への吸着反応；ＭＣｌ（ｇ）→ＭＣｌ（ａｄ）
4)成膜反応；ＭＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ* →Ｍ＋Ｃｌ2↑  ・・・（１）
ここで、Ｃｌ*はＣｌのラジカルであることを、（ｇ）はガス状態であることを、（ａｄ）は吸着状態であることをそれぞれ表している。
【０００７】
前述した新方式のＣＶＤ装置においては、ＭＣｌとＣｌ*との割合を適正に保つことで、成膜反応が適切に行われる。即ち、成膜条件として、Ｃｌ2ガスの流量、圧力、パワー、基板及び被エッチング部材の温度、基板と被エッチング部材との距離等を適正に設定することで、ＭＣｌとＣｌ*との割合をほぼ等しく制御することができ、成膜速度を低下させることなく、しかも、基板に対してＣｌ*によるエッチング過多が生じることなくＭが析出される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した新方式のＣＶＤ装置においては、成膜条件を適正に設定することで成膜速度の維持と基板に対するダメージの抑制を両立させている。成膜条件の一つとして、例えば、パワーを上げることで、ＭＣｌとＣｌ*との割合はＣｌ*が多くなり、逆にパワーを下げることで、ＭＣｌの割合が多くなる。相対的にＣｌ*が多くなると成膜反応が促進されて成膜速度が速くなる一方、Ｃｌ*によるエッチング反応により基板に対するダメージが大きくなってしまう。相対的にＭＣｌが多くなると基板に対してＣｌ*によるエッチング反応が抑制されて基板に対するダメージをなくすことができる一方、成膜反応が抑制されて成膜速度が遅くなってしまう。
【０００９】
例えば、適正なパワーの範囲は非常に狭く、少しでもパワーが大きくなると相対的にＣｌ*が多くなってしまう。Ｃｌ2ガスの流量を多くした場合、圧力を低くした場合、基板及び被エッチング部材の温度を高くした場合、基板と被エッチング部材との距離を近づけた場合も、相対的にＣｌ*が多くなる傾向になり、適正な条件の範囲は狭いものである。基板に対するダメージは製品の信頼性につながるため、従来では、成膜速度を遅くしても基板に対するダメージをなくすように成膜条件を設定しているのが現状であった。適正な成膜条件のためのパワー等の設定範囲は非常に狭いため、基板に対するダメージを確実になくす条件とした場合には、成膜速度が遅くなる条件になってしまうのが実情であった。
【００１０】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、上述の如き新方式のＣＶＤ装置において、成膜速度を遅くすることなく基板に対するダメージを抑制することができる金属膜作製装置及び金属膜作製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】
【００１１】
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の金属膜作製装置は、
基板が収容されるチャンバと、
基板が対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、
チャンバの内部にハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、
原料ガス成分と反応する成分を含有する補助流体をチャンバの内部に供給して原料ガス成分と反応させ前駆体に対する原料ガス成分の量を減少させる補助流体供給手段と、
基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くすることにより原料ガス成分による基板側への影響を抑制した状態で前駆体の金属成分を基板側に成膜させる制御手段と
を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項１に係る本発明の金属膜作製装置では、原料ガス成分と反応する成分を含有する補助流体を原料ガス成分と反応させ前駆体に対する原料ガス成分の量を減少させ、基板に対する原料ガス成分による影響を抑制した状態で前駆体の金属成分を基板側に成膜させることができる。このため、成膜速度を遅くすることなく基板に対するダメージを抑制することができる金属膜作製装置となる。
【００１３】
そして、請求項２に係る本発明は、
請求項１に記載の金属膜作製装置において、
原料ガス成分の量を導出する原料ガス成分量導出手段と、
原料ガス成分量導出手段で導出された原料ガス成分量に基づいて補助流体供給手段から供給される補助流体の量を所望量に制御する流量制御手段と
を備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２に係る本発明では、原料ガス成分量導出手段で導出された原料ガス成分量に基づいて補助流体供給手段から供給される補助流体の量を所望量に制御することができ、基板に対する原料ガス成分による影響を確実に抑制した状態で前駆体の金属成分を基板側に成膜させることができる。
【００１５】
また、請求項３に係る本発明は、
請求項１もしくは請求項２のいずれかに記載の金属膜作製装置において、
補助流体供給手段から供給される補助流体は、水素もしくは水素を含有する補助流体である
ことを特徴とする。
【００１６】
請求項３に係る本発明では、水素のハロゲン化物として原料ガス成分を反応させることができる。
【００１７】
また、請求項４に係る本発明は、
請求項３に記載の金属膜作製装置において、
水素を含有する補助流体には、酸素もしくはシリコンもしくは窒素もしくはホウ素もしくは炭素もしくはフッ素のいずれかを含む
ことを特徴とする。
【００１８】
請求項４に係る本発明では、シリコンを含む化合物として原料ガス成分を反応させることで電極材に適用可能となり、窒素を含む化合物として原料ガス成分を反応させることで窒化物に適用可能となり、ホウ素を含む化合物として原料ガス成分を反応させることで磁性材に適用可能となり、炭素を含む化合物として原料ガスを反応させることでカーボン被覆材として適用可能となり、フッ素を含む化合物として原料ガス成分を反応させることで蛍光剤として適用可能となる。
【００１９】
また、請求項５に係る本発明は、
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の金属膜作製装置において、
ハロゲンを含有する原料ガスは塩素を含有する原料ガスである
ことを特徴とする。
【００２０】
請求項５に係る本発明では、ハロゲンを含有する原料ガスとして塩素を含有するガスを適用したので、安価な塩素ガスを用いて金属膜を得ることができる。
【００２１】
また、請求項６に係る本発明は、
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の金属膜作製装置において、
被エッチング部材はハロゲン化物形成金属であるタンタルもしくは銅である
ことを特徴とする。
【００２２】
請求項６に係る本発明では、タンタルもしくは銅、または、タンタルもしくは銅を含む金属膜を得ることができる。
【００２３】
上記目的を達成するための請求項７に係る本発明の金属膜作製方法は、
金属製の被エッチング部材が備えられたチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給し、被エッチング部材に対してプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成すると共に、
原料ガス成分と反応する成分を含有する補助流体をチャンバの内部に供給し、原料ガス成分と反応させ前駆体に対する原料ガス成分の量を減少させて基板に対する原料ガス成分による影響を抑制し、
基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くすることにより原料ガス成分による基板側への影響を抑制した状態で前駆体の金属成分を基板側に成膜させる
ことを特徴とする。
【００２４】
請求項７に係る本発明の金属膜作製方法では、原料ガス成分と反応する成分を含有する補助流体を原料ガス成分と反応させ前駆体に対する原料ガス成分の量を減少させ、基板に対する原料ガス成分による影響を抑制した状態で前駆体の金属成分を基板側に成膜させることができる。このため、成膜速度を遅くすることなく基板に対するダメージを抑制することができる金属膜作製方法となる。
【００２５】
そして、請求項８に係る本発明は、
請求項７に記載の金属膜作製方法において、
原料ガス成分の量を導出し、導出された原料ガス成分量に基づいて補助流体の量を所望量に制御することで、基板に対する原料ガス成分による影響を抑制しつつ成膜速度を維持する
ことを特徴とする。
【００２６】
請求項８に係る本発明では、導出された原料ガス成分量に基づいて補助流体の量を所望量に制御することができ、基板に対する原料ガス成分による影響を確実に抑制した状態で前駆体の金属成分を基板側に成膜させることができる。
【００２７】
また、請求項９に係る本発明は、
請求項８に記載の金属膜作製方法において、
原料ガス成分の導出は、チャンバ内の原料ガス成分量を直接検出し、
原料ガス成分量が所望量になる検出量となるように補助流体の流量を制御する
ことを特徴とする。
【００２８】
請求項９に係る本発明では、直接検出された原料ガス成分量に基づいて補助流体の量を所望量に制御することができ、基板に対する原料ガス成分による影響を確実に抑制した状態で前駆体の金属成分を基板側に成膜させることができる。
【００２９】
また、請求項１０に係る本発明は、
請求項８に記載の金属膜作製方法において、
原料ガス成分の導出は、予め成膜条件に応じて設定された諸条件を検出し、諸条件の検出結果に基づいて原料ガス成分量を推定し、
原料ガス成分量が所望推定量となるように補助流体の流量を制御する
ことを特徴とする。
【００３０】
請求項１０に係る本発明では、成膜条件に応じて設定された諸条件の検出結果に基づいて推定された原料ガス成分量に基づいて補助流体の量を所望量に制御することができ、基板に対する原料ガス成分による影響を確実に抑制した状態で前駆体の金属成分を基板側に成膜させることができる。
【００３１】
また、請求項１１に係る本発明は、
請求項７乃至請求項１０のいずれか一項に記載の金属膜作製方法において、
供給される補助流体は、水素もしくは水素を含有する補助流体である
ことを特徴とする。
【００３２】
請求項１１に係る本発明では、水素のハロゲン化物として原料ガス成分を反応させることができる。
【００３３】
また、請求項１２に係る本発明は、
請求項１１に記載の金属膜作製方法において、
水素を含有する補助流体には、酸素もしくはシリコンもしくは窒素もしくはホウ素もしくは炭素もしくはフッ素のいずれかを含む
ことを特徴とする。
【００３４】
請求項１２に係る本発明では、シリコンを含む化合物として原料ガス成分を反応させることで電極材に適用可能となり、窒素を含む化合物として原料ガス成分を反応させることで窒化物に適用可能となり、ホウ素を含む化合物として原料ガス成分を反応させることで磁性材に適用可能となり、炭素を含む化合物として原料ガスを反応させることでカーボン被覆材として適用可能となり、フッ素を含む化合物として原料ガス成分を反応させることで蛍光剤として適用可能となる。
【００３５】
また、請求項１３に係る本発明は、
請求項７乃至請求項１２のいずれか一項に記載の金属膜作製方法において、
ハロゲンを含有する原料ガスは塩素を含有する原料ガスである
ことを特徴とする。
【００３６】
請求項１３に係る本発明では、ハロゲンを含有する原料ガスとして塩素を含有するガスを適用したので、安価な塩素ガスを用いて金属膜を得ることができる。
【００３７】
また、請求項１４に係る本発明は、
請求項７乃至請求項１３のいずれか一項に記載の金属膜作製方法において、
被エッチング部材はハロゲン化物形成金属であるタンタルもしくは銅である
ことを特徴とする。
【００３８】
請求項１４に係る本発明では、タンタルもしくは銅、または、タンタルもしくは銅を含む金属膜を得ることができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明の金属膜作製装置は、成膜速度を遅くすることなく基板に対するダメージを抑制することができる金属膜作製装置とすることができる。
【００４０】
本発明の金属膜作製方法は成膜速度を遅くすることなく基板に対するダメージを抑制することができる金属膜作製方法とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００４２】
図１には本発明の一実施形態例に係る金属膜作製方法を実施する金属膜作製装置の概略側面、図２にはタンタル成分の成膜状況を表す概念、図３にはＴａＣｌ/Ｃｌとパワーとの関係を示してある。
【００４３】
本実施形態例は、タンタル（Ｔａ）製の被エッチング部材が備えられたチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスとしてのＣｌ2ガスを供給し、プラズマを発生させてＣｌ2ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれるＴａ成分とＣｌ2ガス成分との前駆体ＴａＣｌを生成し、基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くすることにより前駆体ＴａＣｌのＴａ成分を基板の表面に成膜させる。この時、Ｃｌ2ガス成分と反応する成分である水素成分を含有する水蒸気（補助流体）をチャンバの内部に供給し、水素と塩素を反応させて前駆体ＴａＣｌに対する塩素成分の量を減少させ、Ｔａ成分を析出させるための塩素成分を確保して基板に対する塩素成分によるエッチングを抑制する。このため、成膜速度を遅くすることなく基板に対するダメージを抑制することができる
【００４４】
尚、被エッチング部材としては、タンタル（Ｔａ）に限定されず、銅等他の金属を適用することが可能である。また、補助流体としては、水蒸気に限定されず、水素ガス、窒素を含む流体（例えば、アンモニア）、シリコンを含む流体（例えば、SiH4）、ホウ素を含む流体（例えば、B2H6）、炭素を含む流体（例えば、CH4,C2H6,C2H8）、フッ素を含む流体（HF）等を適用することが可能である。
【００４５】
図１に示すように、円筒状に形成された、例えば、セラミックス製(絶縁材製)のチャンバ１の底部近傍には支持台２が設けられ、支持台２には基板３が載置される。支持台２は昇降機構（図示省略）により昇降自在にされ、基板３と後述する被エッチング部材との位置が所定間隔に設定される。支持台２にはヒータ４及び冷媒流通手段５を備えた温度制御手段６が設けられ、支持台２は温度制御手段６により所定温度(例えば、基板３が１００℃から３００℃に維持される温度)に制御される。尚、チャンバの形状は円筒状に限らず、例えば、矩形状のチャンバを適用することも可能である。
【００４６】
チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部は絶縁材料製(例えば、セラミックス製)の板状の天井板７によって塞がれている。天井板７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８が設けられ、プラズマアンテナ８は天井板７の面と平行な平面リング状に形成されている。プラズマアンテナ８には整合器９及び電源１０が接続されて高周波が供給される。プラズマアンテナ８、整合器９及び電源１０によりプラズマ発生手段が構成されている。
【００４７】
チャンバ１には金属製としてタンタル（Ｔａ）製の被エッチング部材１１が保持され、被エッチング部材１１はプラズマアンテナ８の電気の流れに対して基板３と天井板７の間に不連続状態で配置されている。例えば、被エッチング部材１１は、棒状の突起部１２とリング部１３とからなり、突起部１２がチャンバ１の中心側に延びるようにリング部１３が設けられている。これにより、被エッチング部材１１はプラズマアンテナ８の電気の流れ方向である周方向に対して構造的に不連続な状態とされている。
【００４８】
尚、プラズマアンテナ８の電気の流れに対して不連続状態にする構成としては、被エッチング部材を格子状に形成したり網目状に構成する等とすることも可能である。
【００４９】
チャンバ１の筒部の周囲にはチャンバ１の内部にハロゲンとしての塩素を含有する原料ガス（Ｃｌ2ガス）２１を供給する原料ガス供給手段としてのノズル１４が周方向に等間隔で複数(例えば８箇所：図には２箇所を示してある)接続されている。ノズル１４には流量制御器１５を介してＣｌ2 ガス２１が送られる。成膜に関与しないガス等は排気口１６から排気される。天井板７によって塞がれたチャンバ１の内部は真空装置１７によって所定の圧力に維持される。
【００５０】
尚、原料ガスに含有されるハロゲンとしては、フッ素、臭素及びヨウ素等を適用することが可能である。
【００５１】
一方、チャンバ１の筒部にはチャンバ１の内部に補助流体としての水蒸気（H2O）３１を供給するノズル３２が接続されている。ノズル３１には流量制御器３３を介して水蒸気が送られる。ノズル３１及び流量制御器３３により補助流体供給手段が構成されている。水蒸気３１の水素（H）成分がＣｌ2ガスのClと反応する成分であり、HとClを反応させることにより、後述する前駆体に対するClの量を減少させる。
【００５２】
また、チャンバ１の内部のプラズマ中の原料ガス成分の量（Cl量）を検出する原料ガス成分量導出手段としての検出手段３５が設けられ、検出手段３５の検出結果は流量制御手段３６に送られる。流量制御手段３５からは、検出結果に基づいて（Cl量に応じて）流量制御器３３に水蒸気３１の流出量の指令が送られ、Cl量に応じた所望量の水蒸気３１がノズル３２からチャンバ１内に送られる。
【００５３】
上述した薄膜作製装置では、チャンバ１の内部にノズル１４からＣｌ2 ガス２１を供給する。プラズマアンテナ８から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Ｃｌ2 ガス２１をイオン化してＣｌ2 ガスプラズマを発生させる。プラズマは、ガスプラズマ２０で図示する領域に発生する。この時の反応は、次式で表すことができる。
Ｃｌ2→２Ｃｌ*          ・・・・（１）
ここで、Ｃｌ*は塩素ラジカルを表す。
【００５４】
ガスプラズマ２０がＴａ製の被エッチング部材１１に作用することにより、被エッチング部材１１が加熱されると共に、Ｔａにエッチング反応が生じる。この時の反応は、例えば、次式で表される。
Ｔａ（ｓ）＋Ｃｌ* →ＴａＣｌ（ｇ）        ・・・・（２）
ここで、ｓは固体状態、ｇはガス状態を表す。式（２）は、Ｔａがガスプラズマ２０によりエッチングされ、前駆体２３とされた状態である。
【００５５】
ガスプラズマ２０を発生させることにより被エッチング部材１１を加熱し（例えば、３００℃〜７００℃）、更に、温度制御手段６により基板３の温度を被エッチング部材１１の温度よりも低い温度（例えば、１００℃〜３００℃）に設定する。この結果、前駆体２３は基板３に吸着(成膜)される。この時の反応は、例えば、次式で表される。
ＴａＣｌ（ｇ）→ＴａＣｌ（ａｄ）        ・・・・（３）
【００５６】
図２(a)に示すように、基板３に吸着したＴａＣｌは、塩素ラジカルＣｌ*により還元されてＴａ成分となることでＴａ薄膜が作製可能となる。この時の反応は、例えば、次式で表される。
ＴａＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ*→Ｔａ（ｓ）＋Ｃｌ2↑        ・・・・（４）
【００５７】
更に、図２(b)に示すように、上式（２）において発生したガス化したＴａＣｌ（ｇ）の一部は、基板３に吸着する(上式（３）参照)前に、塩素ラジカルＣｌ*により還元されてガス状態のＴａとなる。この時の反応は、例えば、次式で表される。
ＴａＣｌ（ｇ）＋Ｃｌ*→Ｔａ（ｇ）＋Ｃｌ2↑        ・・・・（５）
この後、ガス状態のＴａ成分は、基板３に成膜されてＴａ薄膜が作製可能となる。
【００５８】
上述した装置では、ＴａＣｌとＣｌ*の量が略等しい状態で適切な還元反応が生じて短時間での成膜が可能になる。ＴａＣｌとＣｌの割合は、成膜条件である、Ｃｌ2ガスの流量、圧力、パワー、基板及び被エッチング部材の温度、基板３と被エッチング部材１１との距離等を適正に設定することで、ＴａＣｌとＣｌ*との割合をほぼ等しく制御することができ、成膜速度を低下させることなく、しかも、基板３に対してＣｌ*によるエッチング過多が生じることなくＴａが析出される。
【００５９】
図３に示すように、成膜条件の一つとして、例えば、パワーを上げることで、ＴａＣｌとＣｌ*との割合はＣｌ*が多くなり（ＴａＣｌ/Ｃｌが１より小さくなる）、逆にパワーを下げることで、ＭＣｌの割合が多くなる（ＴａＣｌ/Ｃｌが１以上になる）。相対的にＣｌ*が多くなると成膜反応が促進されて成膜速度が速くなる一方、Ｃｌ*によるエッチング反応により基板３に対するダメージが大きくなってしまう。相対的にＴａＣｌが多くなると基板３に対してＣｌ*によるエッチング反応が抑制されて基板３に対するダメージをなくすことができる一方、成膜反応（還元反応）が抑制されて成膜速度が遅くなってしまう。適正なパワーの範囲（図３中最適値P0を挟んだP1とP2の間）は非常に狭く、少しでもパワーが大きくなると相対的にＣｌ*が多くなってしまう。
【００６０】
Ｃｌ2ガスの流量を多くした場合、圧力を低くした場合、基板３及び被エッチング部材１１の温度を高くした場合、基板３と被エッチング部材１１との距離を近づけた場合も、相対的にＣｌ*が多くなる傾向になり、適正な条件の範囲は狭いものである。
【００６１】
基板３に対するダメージは製品の信頼性につながるため、Ｃｌ*が過多になることは避ける必要がある。全ての成膜条件をＴａＣｌ/Ｃｌが略１になるように設定することは不可能であるため、成膜条件の設定制御だけでＣｌ*の量を制御することは困難である。そこで、本実施形態例では、Ｃｌ*が過多にならないように水素（H）を供給してHとClを反応させることにより、前駆体２３に対するClの量を減少させてＣｌ*が過多になることを抑制している。
【００６２】
即ち、チャンバ１の内部のプラズマ中の原料ガス成分の量（Cl量）が検出手段３５で検出され、検出手段３５の検出結果は流量制御手段３６に送られる。流量制御手段３５からは、検出結果に基づいて（Cl量に応じて）流量制御器３３に水蒸気３１の流出量の指令が送られ、Cl量に応じた所望量の水蒸気３１がノズル３２からチャンバ１内に送られる。つまり、Ｃｌ*の量が多くなる状態で水蒸気３１が多めに供給され、還元反応に用いられるＣｌ*を除いてＣｌがＨと反応してＨＣｌとなる。これにより、成膜速度を低下させることなくＣｌ*の量を減少させることができ、基板３に対するエッチングがなくなる。図２(b)に示すように、
【００６３】
この時の反応は、基板３に吸着したＴａＣｌが還元されるときの、
ＴａＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ*→Ｔａ（ｓ）＋Ｃｌ2↑        ・・・・（４）
（４）式に加え、次式で表される（図２(a)参照）。
ＴａＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ*＋Ｈ*→ＴａＣｌ（ｓ）＋ＨＣｌ↑        ・・（４a）
【００６４】
また、図２(b)に示すように、ガス化したＴａＣｌ（ｇ）が還元される時の、
ＴａＣｌ（ｇ）＋Ｃｌ*→Ｔａ（ｇ）＋Ｃｌ2↑        ・・・・（５）
（５）式に加え、次式で表される（図２(b)参照）。
Ｔａ（ｇ）＋Ｃｌ*＋Ｈ*→Ｔａ（ｇ）＋ＨＣｌ↑        ・・・・（５a）
【００６５】
従って、水素と塩素を反応させて前駆体ＴａＣｌに対する塩素成分の量を減少させ、Ｔａ成分を析出させるための塩素成分を確保して基板３に対する塩素成分によるエッチングを抑制することができる。このため、成膜速度を遅くすることなく基板３に対するダメージを抑制した状態で金属膜を作製することができる金属膜作製装置となる。上述した実施形態例では、水素を供給する補助流体として水蒸気３１を用いたので、酸化金属を成膜する際に水蒸気３１の酸素も有効に用いることができ好適である。
【００６６】
上述した実施形態例では、原料ガス成分量導出手段としてプラズマ中の原料ガス成分の量（Cl量）を検出する検出手段３５を設けた例を挙げて説明したが、成膜条件であるＣｌ2ガスの流量、圧力、パワー、基板及び被エッチング部材の温度、基板３と被エッチング部材１１との距離等によりCl量を導出する手段を用いることも可能である。
【００６７】
補助流体の他の例を説明する。
【００６８】
水蒸気３１に代えて水素ガスを用いることで、純金属の成膜に用いて好適である。
【００６９】
水蒸気３１に代えて窒素を含む流体（例えば、NH3）を用いることで、窒化金属（窒化物）の成膜に用いて好適である。
【００７０】
水蒸気３１に代えてシリコンを含む流体（例えば、SiH4）を用いることで、シリコンが含有された金属の成膜に用いて好適である。用途としては電極材等が挙げられる。
【００７１】
水蒸気３１に代えてホウ素を含む流体（例えば、B2H6）を用い、被エッチング部材としてニッケルや鉄を用いることで、ホウ素が含有された金属（ニッケル、鉄）の成膜に用いて好適である。用途としては磁性材等が挙げられる。
【００７２】
水蒸気３１に代えて炭素を含む流体（例えば、CH4,C2H6,C2H8）を用いることで、炭素が含有された金属の成膜に用いて好適である。用途としては工具被覆等が挙げられる。
【００７３】
水蒸気３１に代えてフッ素を含む流体（例えば、HF）を用いることで、フッ素が含有された金属の成膜に用いて好適である。用途としては蛍光剤等が挙げられる。
【００７４】
図４乃至図６に基づいて本発明を適用することができる金属膜作製装置の他の例を説明する。図４乃至図６には本発明を適用することができる他の実施形態例に係る金属膜作製装置の概略構成を示してある。尚、いずれの装置にも補助流体を供給するノズル等の図示は省略してあるが、上述した実施形態例と同様に、水蒸気等の補助流体が供給可能になっている。
【００７５】
図４に示した装置は、天井板６０を被エッチング部材で構成し、チャンバ１の筒部の側壁外周囲にコイル状のプラズマアンテナ６２を設置してプラズマを発生させる構成としたものである。
【００７６】
図５に示した装置は、天井板６５を被エッチング部材で構成し、基板３側をアースすると共に天井板６５に給電を行って容量型のプラズマを発生させる構成としたものである。
【００７７】
図６に示した装置は、チャンバ１の内部に連通する筒状の通路（外部プラズマ発生室）６６を設け、通路６６の周囲にコイル状のプラズマアンテナ６７を設置し、チャンバ１の外部でプラズマを発生させ、外部で生成された原料ガスラジカルをチャンバ１に供給して成膜を行う構成としたものである。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、基板の表面に金属膜を作製する際に、成膜速度を低下させることなく基板に対するダメージを抑制して金属膜を作製することができる金属膜作製装置及び金属膜作製方法の産業分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の一実施形態例に係る金属膜作製方法を実施する金属膜作製装置の概略側面図である。
【図２】タンタル成分の成膜状況を表す概念図である。
【図３】ＴａＣｌ/Ｃｌとパワーとの関係を表すグラフである。
【図４】本発明を適用することができる他の実施形態例に係る金属膜作製装置の概略構成図である。
【図５】本発明を適用することができる他の実施形態例に係る金属膜作製装置の概略構成図である。
【図６】本発明を適用することができる他の実施形態例に係る金属膜作製装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００８０】
１  チャンバ
２  支持台
３  基板
４  ヒータ
５  冷媒流通手段
６  温度制御手段
７  天井板
８  プラズマアンテナ
９  整合器
１０  電源
１１  被エッチング部材
１２  突起部
１３  リング部
１４  ノズル
１５  流量制御器
１６  排気口
１７  真空装置
２３  前駆体
３１  水蒸気
３２  ノズル
３３  流量制御器
３５  検出手段
３６  流量制御手段
【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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