(57)【要約】【課題】  貴金属薄膜を作製するため、ダメージを抑える金属膜（特に高融点金属）を基板の、特に微細な穴の底面だけに、均一にしかも高速に作製することができる金属膜作製装置とする。【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、表面に微細穴（トレンチ）が形成された基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くし、トレンチの（底面の金属被覆厚/壁面の金属被覆厚）である被覆率を１より大きくするような状態にＣｌ2ガス成分量を調整してトレンチの底面だけにＴａ成分を成膜させる。【選択図】        図１
2005320565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に微細穴が形成された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、
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の金属成分を基板側に成膜可能とすると共に前駆体の金属成分を表面の微細穴の底面だけに成膜させる制御調整手段と
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、
制御調整手段は、基板側の温度を低温側に制御することで、微細穴の（底面の金属被覆厚/壁面の金属被覆厚）である被覆率を１より大きくする機能
を備えている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融点が１５００℃以上の高融点金属である
ことを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項４】
表面に微細穴が形成されると共に底面だけに高融点金属が成膜された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貴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貴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、
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の貴金属成分を基板側に成膜可能とすると共に前駆体の貴金属成分を表面の微細穴の底面及び壁面に成膜させる制御調整手段と
を備えたことを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項５】
請求項４に記載の金属膜作製装置において、
制御調整手段は、基板側の温度を制御することで、微細穴の（底面の貴金属被覆厚/壁面の貴金属被覆厚）である被覆率を略１もしくは１にする機能
を備えていることを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項６】
請求項４もしくは請求項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基板に対して触媒性の高い貴金属である
ことを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項７】
表面に微細穴が形成され、底面だけに高融点金属が成膜されると共に、微細穴の底面及び壁面に貴金属が成膜された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強誘電体を構成する金属製もしくは強誘電酸化物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強誘電体を構成する金属成分もしくは強誘電酸化物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、
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の強誘電体を構成する金属成分もしくは強誘電酸化物成分を基板側に成膜可能とすると共に前駆体の強誘電体を構成する金属成分もしくは強誘電酸化物成分を表面の微細穴内に成膜させてキャパシタとする制御調整手段と
を備えたことを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項８】
表面に微細穴が形成され、底面だけに高融点金属が成膜されると共に、微細穴の底面及び壁面に貴金属が成膜された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強誘電体を構成する金属製もしくは強誘電酸化物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強誘電体を構成する金属成分もしくは強誘電酸化物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、
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の強誘電体を構成する金属成分もしくは強誘電酸化物成分を基板側に成膜可能とすると共に前駆体の強誘電体を構成する金属成分もしくは強誘電酸化物成分を表面の微細穴内に成膜させてトランジスタに接続されるキャパシタとし、強誘電体メモリとする制御調整手段と
を備えたことを特徴とする金属膜作製装置。
【請求項９】
請求項１、請求項４及び請求項７に記載の金属膜作製装置を並設し、
金属膜作製装置の間で基板を搬送する移動手段を設け、
それぞれの金属膜作製装置での成膜を連動して同時に行わせる制御手段備え、
移動手段及び制御手段を連動させることで基板に対する成膜を連続して行ってキャパシタを製造する
ことを特徴とするキャパシタ製造装置。
【請求項１０】
請求項１、請求項４及び請求項８に記載の金属膜作製装置を並設し、
金属膜作製装置の間で基板を搬送する移動手段を設け、
それぞれの金属膜作製装置での成膜を連動して同時に行わせる制御手段備え、
移動手段及び制御手段を連動させることで基板に対する成膜を連続して行って強誘電体メモリを製造する
ことを特徴とする強誘電体メモリ製造装置。
【請求項１１】
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し、表面に微細穴が形成された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の金属成分を基板の表面に成膜可能とすると共に、微細穴の（底面の金属被覆厚/壁面の金属被覆厚）である被覆率を１より大きくするように原料ガス成分量を調整することにより微細穴の底面だけに金属成分を成膜させる
ことを特徴とする金属膜作製方法。
【請求項１２】
貴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、貴金属製の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貴金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、
表面に微細穴が形成されると共に底面だけに高融点金属が成膜された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の貴金属成分を基板の表面に成膜可能とすると共に、微細穴の（底面の貴金属被覆厚/壁面の貴金属被覆厚）である被覆率を略１もしくは１にするように原料ガス成分量を調整することにより微細穴の底面及び壁面に貴金属成分をコンフォーマルに成膜させる
ことを特徴とする金属膜作製方法。
【請求項１３】
強誘電体を構成する金属製もしくは強誘電酸化物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、強誘電体を構成する金属製もしくは強誘電酸化物製の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強誘電体を構成する金属成分もしくは強誘電酸化物成分と原料ガスとの前駆体を生成し、
表面に微細穴が形成され、底面だけに高融点金属が成膜されると共に、微細穴の底面及び壁面に貴金属が成膜された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の強誘電体を構成する金属成分もしくは強誘電酸化物成分を基板の表面に成膜可能とすると共に、前駆体の強誘電体を構成する金属成分もしくは強誘電酸化物成分を表面の微細穴内に成膜させる
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、例えば、高融点金属や貴金属を微細な穴に作製する金属膜作製装置及び金属膜作製方法に関する。
【０００２】
また、本発明は、例えば、高融点金属や貴金属が微細な穴に作製された基板に強誘電体の膜を作製する金属膜作製装置及び金属膜作製方法に関する。
【０００３】
また、本発明は、高融点金属や貴金属が積層された基板に強誘電体の膜を作製してキャパシタを製造するキャパシタ製造装置及びキャパシタとトランジスタを接続した強誘電体メモリを製造する強誘電体メモリ製造装置に関する。
【背景技術】
【０００４】
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。
【０００５】
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。）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１４７５３４号公報
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
ところで、下記特許文献２にみられるように、ＦｅＲＡＭ（Ferroelectric Random Access Memory:強誘電体メモリ）に用いられるキャパシタは、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）上にイリジウム（Ｉｒ）や白金（Ｐｔ）等の貴金属を成膜した基板が用いられ、貴金属を成膜した基板に強誘電体が積層されている。近年、キャパシタの小型大容量化を図るため、強誘電体部分を立体構造にして小型化を図りつつ電荷を溜める面積を確保することが考えられている。この場合、基板に微細な穴を形成し、穴の内壁面に貴金属の膜が作製されることになる。
【００１０】
前述した新方式のＣＶＤ装置においては、不純物の少ない金属薄膜を均一にしかも高速に作製することができる。この新方式のＣＶＤ装置を適用して基板上にイリジウム（Ｉｒ）や白金（Ｐｔ）等の貴金属を成膜することが検討されるようになってきている。
【００１１】
【特許文献２】特開平１１−１２１７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述した新方式のＣＶＤ装置においては、被エッチング部材をハロゲンガス（Ｃｌ2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ている。このため、貴金属を成膜する場合には被エッチング部材として例えばＩｒを適用し、前駆体としてＩｒＣｌを形成させることになる。Ｉｒは塩化物になり難い金属であるため、成膜に要するＩｒＣｌを得るために、Ｃｌ2ガスを多く供給してＩｒＣｌを形成する必要があった。しかし、Ｃｌ2ガスを多く供給するとＣｌのラジカルであるＣｌ*も多くなり、基板、特に微細な穴の底面にＣｌ*によるダメージが生じてしまう。基板にダメージが生じた状態でＩｒを成膜すると、触媒作用により基板が腐食された状態になり、必要な特性のキャパシタを得ることができない虞があった。
【００１３】
従って、新方式のＣＶＤ装置を用いることで理論的には不純物の少ない貴金属薄膜を均一にしかも高速に作製することが可能であるが、実際の製品とするための技術は確立されていないのが実情である。
【００１４】
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、不純物の少ない貴金属薄膜を作製するため、ダメージを抑える金属膜を基板の、特に微細な穴の底面だけに均一にしかも高速に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を提供することを目的とする。
【００１５】
また、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、基板の、特に微細な穴の壁面及び底面に、不純物の少ない貴金属薄膜を均一にしかも高速に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を提供することを目的とする。
【００１６】
また、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、微細な穴の壁面及び底面に貴金属薄膜が形成された基板の穴の内部に強誘電体を均一にしかも高速に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を提供することを目的とする。
【００１７】
また、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、微細な穴の壁面及び底面に貴金属薄膜が形成された基板の穴の内部にトランジスタに接続される強誘電体を均一にしかも高速に作製することができるキャパシタ製造装置を提供することを目的とする。
【００１８】
また、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、微細な穴の壁面及び底面に貴金属薄膜が形成された基板の穴の内部にトランジスタに接続される強誘電体を均一にしかも高速に作製することができる強誘電体メモリ製造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】
【００１９】
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、
表面に微細穴が形成された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、
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の金属成分を基板側に成膜可能とすると共に前駆体の金属成分を表面の微細穴の底面だけに成膜させる制御調整手段と
を備えたことを特徴とする。
【００２０】
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、
制御調整手段は、基板側の温度を低温側に制御することで、微細穴の（底面の金属被覆厚/壁面の金属被覆厚）である被覆率を１より大きくする機能
を備えていることを特徴とする。
【００２１】
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融点が１５００℃以上の高融点金属である
ことを特徴とする。
【００２２】
上記目的を達成するための請求項４に係る本発明の金属膜作製装置は、
表面に微細穴が形成されると共に底面だけに高融点金属が成膜された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貴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貴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、
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の貴金属成分を基板側に成膜可能とすると共に前駆体の貴金属成分を表面の微細穴の底面及び壁面に成膜させる制御調整手段と
を備えたことを特徴とする。
【００２３】
そして、請求項５に係る本発明は、
請求項４に記載の金属膜作製装置において、
制御調整手段は、基板側の温度を制御することで、微細穴の（底面の貴金属被覆厚/壁面の貴金属被覆厚）である被覆率を略１もしくは１にする機能
を備えていることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項６に係る本発明は、
請求項４もしくは請求項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基板に対して触媒性の高い貴金属である
ことを特徴とする。
【００２５】
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装置は、
表面に微細穴が形成され、底面だけに高融点金属が成膜されると共に、微細穴の底面及び壁面に貴金属が成膜された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強誘電体を構成する金属製もしくは強誘電酸化物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強誘電体を構成する金属成分もしくは強誘電酸化物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、
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の強誘電体を構成する金属成分もしくは強誘電酸化物成分を基板側に成膜可能とすると共に前駆体の強誘電体を構成する金属成分もしくは強誘電酸化物成分を表面の微細穴内に成膜させてキャパシタとする制御調整手段と
を備えたことを特徴とする。
【００２６】
上記目的を達成するための請求項８に係る本発明の金属膜作製装置は、
表面に微細穴が形成され、底面だけに高融点金属が成膜されると共に、微細穴の底面及び壁面に貴金属が成膜された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強誘電体を構成する金属製もしくは強誘電酸化物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強誘電体を構成する金属成分もしくは強誘電酸化物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、
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の強誘電体を構成する金属成分もしくは強誘電酸化物成分を基板側に成膜可能とすると共に前駆体の強誘電体を構成する金属成分もしくは強誘電酸化物成分を表面の微細穴内に成膜させてトランジスタに接続されるキャパシタとし、強誘電体メモリとする制御調整手段と
を備えたことを特徴とする。
【００２７】
上記目的を達成するための請求項９に係る本発明のキャパシタ製造装置は、
請求項１、請求項４及び請求項７に記載の金属膜作製装置を並設し、
金属膜作製装置の間で基板を搬送する移動手段を設け、
それぞれの金属膜作製装置での成膜を連動して同時に行わせる制御手段備え、
移動手段及び制御手段を連動させることで基板に対する成膜を連続して行ってキャパシタを製造する
ことを特徴とする。
【００２８】
上記目的を達成するための請求項１０に係る本発明の強誘電体メモリ製造装置は、
請求項１、請求項４及び請求項８に記載の金属膜作製装置を並設し、
金属膜作製装置の間で基板を搬送する移動手段を設け、
それぞれの金属膜作製装置での成膜を連動して同時に行わせる制御手段備え、
移動手段及び制御手段を連動させることで基板に対する成膜を連続して行って強誘電体メモリを製造する
ことを特徴とする。
【００２９】
上記目的を達成するための請求項１１に係る本発明の金属膜作製方法は、
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し、
表面に微細穴が形成された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の金属成分を基板の表面に成膜可能とすると共に、微細穴の（底面の金属被覆厚/壁面の金属被覆厚）である被覆率を１より大きくするように原料ガス成分量を調整することにより微細穴の底面だけに金属成分を成膜させる
ことを特徴とする。
【００３０】
上記目的を達成するための請求項１２に係る本発明の金属膜作製方法は、
貴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、貴金属製の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貴金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、
表面に微細穴が形成されると共に底面だけに高融点金属が成膜された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の貴金属成分を基板の表面に成膜可能とすると共に、微細穴の（底面の貴金属被覆厚/壁面の貴金属被覆厚）である被覆率を略１もしくは１にするように原料ガス成分量を調整することにより微細穴の底面及び壁面に貴金属成分をコンフォーマルに成膜させる
ことを特徴とする。
【００３１】
上記目的を達成するための請求項１３に係る本発明の金属膜作製方法は、
強誘電体を構成する金属製もしくは強誘電酸化物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、強誘電体を構成する金属製もしくは強誘電酸化物製の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強誘電体を構成する金属成分もしくは強誘電酸化物成分と原料ガスとの前駆体を生成し、
表面に微細穴が形成され、底面だけに高融点金属が成膜されると共に、微細穴の底面及び壁面に貴金属が成膜された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の強誘電体を構成する金属成分もしくは強誘電酸化物成分を基板の表面に成膜可能とすると共に、前駆体の強誘電体を構成する金属成分もしくは強誘電酸化物成分を表面の微細穴内に成膜させる
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
請求項１の本発明では、貴金属薄膜を作製するため、ダメージを抑える金属膜（特に高融点金属）を基板の、特に微細な穴の底面だけに、均一にしかも高速に作製することができる金属膜作製装置となる。
【００３３】
請求項２の本発明では、温度制御により微細な穴の底面だけに金属薄膜を作製することができる。
【００３４】
請求項３の本発明では、融点が１５００℃以上の高融点金属を微細な穴の底面だけに作製することができる。
【００３５】
請求項４の本発明では、基板の、特に微細な穴の壁面及び底面に、不純物の少ない貴金属薄膜を均一にしかも高速に作製することができる金属膜作製装置となる。
【００３６】
請求項５の本発明では、温度制御により微細な穴の壁面及び底面に貴金属薄膜を作製することができる。
【００３７】
請求項６の本発明では、触媒性の高い貴金属を作製することができる金属膜作製装置となる。
【００３８】
請求項７の本発明では、微細な穴の壁面及び底面に貴金属薄膜が形成された基板の穴の内部に強誘電体を均一にしかも高速に作製することができる金属膜作製装置となる。
【００３９】
請求項８の本発明では、微細な穴の壁面及び底面に貴金属薄膜が形成された基板の穴の内部に強誘電体メモリとなる強誘電体を均一にしかも高速に作製することができる金属膜作製装置となる。
【００４０】
請求項９の本発明では、貴金属薄膜及び強誘電体を均一にしかも高速に作製することができるキャパシタ製造装置となる。
【００４１】
請求項１０の本発明では、貴金属薄膜及び強誘電体を均一にしかも高速に作製してトランジスタに接続されるキャパシタとし、強誘電体メモリとすることができる強誘電体メモリ製造装置となる。
【００４２】
請求項１１の本発明では、貴金属薄膜を作製するため、ダメージを抑える金属膜（特に高融点金属）を基板の、特に微細な穴の底面だけに、均一にしかも高速に作製することができる金属膜作製方法となる。
【００４３】
請求項１２の本発明では、基板の、特に微細な穴の壁面及び底面に、不純物の少ない貴金属薄膜を均一にしかも高速に作製することができる金属膜作製方法となる。
【００４４】
請求項１３の本発明では、微細な穴の壁面及び底面に貴金属薄膜が形成された基板の穴の内部に強誘電体を均一にしかも高速に作製することができる金属膜作製方法となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
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。
【００４６】
(第１実施形態例)
本実施形態例の対象となる基板には表面に微細穴（トレンチ）が形成され、トレンチにイリジウム（Ｉｒ）や白金（Ｐｔ）等の貴金属の膜を作製し、強誘電体であるＰＺＴ（鉛、亜鉛、タンタル）やＳＢＴ（ストロンチウム、ビスマス、タンタル）等の金属酸化物を貴金属の膜（電極）で挟んだ立体構造のキャパシタとされる。そして、キャパシタがトランジスタに接続されてＦｅＲＡＭ（Ferroelectric Random Access Memory:強誘電体メモリ）とされる。立体構造のキャパシタとして、極めて薄い膜厚の強誘電体とすることで、電荷を溜める面積を確保して小型化を達成することができる。
【００４７】
トレンチにイリジウム（Ｉｒ）や白金（Ｐｔ）等の貴金属の膜を作製するに際し、新方式のＣＶＤ装置を用いてハロゲンガス（Ｃｌ2ガス）のプラズマにより貴金属製の被エッチング部材をエッチングすることで貴金属成分の塩化物である前駆体を生成させる。具体的には、被エッチング部材として例えばＩｒを適用し、前駆体としてＩｒＣｌを形成させる。Ｉｒは塩化物になり難い金属であるため、成膜に要するＩｒＣｌを得るために、Ｃｌ2ガスを多く供給してＩｒＣｌを形成する必要があるが、Ｃｌ2ガスを多く供給するとＣｌのラジカルであるＣｌ*も多くなり、基板のトレンチの底面にＣｌ*によるダメージが生じてしまう。このため、本実施形態例では、貴金属膜を作成する際にトレンチの底面にダメージが生じないようにトレンチの底面だけに高融点金属膜を作製するものである。
【００４８】
以下本発明の第１実施形態例を図面に基づき詳細に説明する。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には成膜状況を表す断面、図３には温度と被覆率との関係を表すグラフを示してある。また、図４にはＣｌ濃度と穴の深さ位置との関係を表すグラフを示してある。
【００４９】
第１実施形態例は、融点が１５００℃以上の高融点金属であるタンタル（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、被エッチング部材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、表面に微細穴（トレンチ）が形成された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可能とすると共に、トレンチの（底面の金属被覆厚/壁面の金属被覆厚）である被覆率を１より大きくするような状態にＣｌ2ガス成分量を調整（具体的には基板側の温度を低下させてＣｌ2ガスの絶対量を変えるのではなくＣｌ2ガス成分量を制御した状態にする）することによりトレンチの底面だけにＴａ成分を成膜させる。
【００５０】
尚、高融点金属としては、タンタル（Ｔａ）に限定されず、融点が１０００℃以上のニッケルや銅を適用することも可能である。
【００５１】
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。
【００５２】
詳細は後述するが、基板３には表面に微細穴（トレンチ）が形成され、トレンチに、強誘電体であるＰＺＴ（鉛、亜鉛、タンタル）やＳＢＴ（ストロンチウム、ビスマス、タンタル）等の金属酸化物をイリジウム（Ｉｒ）や白金（Ｐｔ）等の貴金属の電極で挟んだ立体構造のキャパシタが形成される。そして、キャパシタがトランジスタに接続されてＦｅＲＡＭ（Ferroelectric Random Access Memory:強誘電体メモリ）とされる。立体構造のキャパシタとして、極めて薄い膜厚の強誘電体とすることで、電荷を溜める面積を確保して小型化を達成することができる。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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）
【００６１】
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）
【００６２】
更に、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。
【００６３】
図２に示すように、Ｔａ薄膜１８は、基板３のトレンチ２１の底面２１aのみに成膜される。底面２１aのみにＴａ薄膜１８を成膜する場合、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℃）に設定しているが、更に、低温側に基板３の温度を制御する（制御調整手段）。
【００６４】
上述した装置で基板３のトレンチに成膜を行う場合、パワー、圧力、時間等を最適にして、温度を変化させることで（底面の金属被覆厚／壁面の金属被覆厚）である被覆率を制御することができる。即ち、図３に示すように、基板３のトレンチ２１における（底面２１aの金属被覆厚Ｔｂ／壁面２１ｂの金属被覆厚Ｔｗ）である被覆率は、温度が低い領域では被覆率の値が１より大きく底面２１aの金属被覆厚Ｔｂの値が大きくなり、温度を上昇させることで１に収束する、即ち、底面２１aの金属被覆厚Ｔｂと壁面２１ｂの金属被覆厚Ｔｗが等しくなり、コンフォーマルな成膜が可能になる。
【００６５】
このため、基板３のトレンチ２１の底面２１aのみにＴａ薄膜１８を成膜させるため、低温側に基板３の温度を制御し、（底面２１aの金属被覆厚Ｔｂ／壁面２１ｂの金属被覆厚Ｔｗ）である被覆率を１より大きくして、トレンチ２１の底面２１aの金属被覆厚Ｔｂの値を大きくする。これにより、トレンチ２１の底面２１aのみにＴａ薄膜１８を成膜することができる。
【００６６】
尚、基板３のトレンチ２１の底面２１aのみにＴａ薄膜１８を成膜させる制御調整手段としては、Ｃｌ2 ガス２１の供給量を制御することも可能である。具体的には、図４に示すように、トレンチ２１の底面２１a側（深さ下側）のＣｌ濃度の値が小さくなるようにすると共に、トレンチ２１の深さ上側のＣｌ濃度の値が大きくなるようにすることで、即ち、初期にＣｌ2 ガス２１の供給量を多くして徐々にＣｌ2 ガス２１の供給量を減少させることで、トレンチ２１の入り口側でのエッチングを促進すると共に、底面２１a側での塩素ラジカルＣｌ*によるエッチングを抑制して基板３のトレンチ２１の底面２１aのみにＴａ薄膜１８を成膜させるようにしてもよい。
【００６７】
従って、イリジウム（Ｉｒ）や白金（Ｐｔ）等の貴金属薄膜を作製するため、塩素ラジカルＣｌ*によるエッチングのダメージを抑えるＴａ薄膜１８を基板３のトレンチ２１の底面２１aのみに、均一にしかも高速に作製することができる金属膜作製装置とすることができる。また、温度制御によりトレンチ２１の底面２１aだけにＴａ薄膜１８を作製することができる。
【００６８】
(第２実施形態例)
図５に基づいて第２実施形態例を説明する。図５には第２実施形態例での成膜状況を表す断面を示してある。
【００６９】
第２実施形態例では、第１実施形態例においてトレンチ２１の底面２１aだけにＴａ薄膜１８が作製された基板３が成膜対象の基板３となり、図１に示した装置に対して被エッチング部材が異なるものである。被エッチング部材として、貴金属であるイリジウム（Ｉｒ）製の被エッチング部材が適用され、その他の構成は同一である。このため、装置の構成の詳細な説明は省略してある。尚、貴金属としては、金や白金等の触媒作用のある貴金属を適用することも可能である。
【００７０】
即ち、図１を参照するように、触媒性の高いＩｒ製の被エッチング部材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Ｉｒ成分とＣｌ2ガスとの前駆体ＩｒＣｌを生成し、表面にトレンチ２１が形成されると共に底面２１aだけにＴａ薄膜１８が作製された基板３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ＩｒＣｌのＩｒ成分を基板３の表面に成膜可能とすると共に、トレンチ２１の（底面の貴金属被覆厚/壁面の貴金属被覆厚）である被覆率を略１もしくは１にするような状態にＣｌ2ガス成分量を調整（具体的には基板側の温度を調整してＣｌ2ガスの絶対量を変えるのではなくＣｌ2ガス成分量を制御した状態にする）することにより底面２１aだけにＴａ薄膜１８が作製された基板３のトレンチ２１にＩｒをコンフォーマルに成膜させる。
【００７１】
被エッチング部材をＩｒ製とした場合の反応は、第１実施形態例における式（１）乃至（５）におけるＴａをＩｒに置き換えたものである。図５に示すように、トレンチ２１の底面２１aのみにＴａ薄膜１８が成膜された基板３のトレンチ２１の底面及び壁面に対し、Ｉｒ薄膜２５をコンフォーマルに成膜させる。Ｉｒ薄膜２５をトレンチ２１の底面及び壁面にコンフォーマルに成膜する場合、温度制御手段６により基板３の温度を制御する（制御調整手段）。
【００７２】
上述した装置で基板３のトレンチ２１にコンフォーマルに成膜を行う場合、パワー、圧力、時間等を最適にして、温度を変化させることで図３に示したグラフから判るように、（底面の貴金属被覆厚／壁面の貴金属被覆厚）である被覆率を制御することができる。即ち、図３に示すように、基板３のトレンチ２１における（底面２１aの貴金属被覆厚Ｔｂ／壁面２１ｂの貴金属被覆厚Ｔｗ）である被覆率は、温度が低い領域では被覆率の値が１より大きく底面２１aの貴金属被覆厚Ｔｂの値が大きくなり、温度を上昇させることで１に収束する、即ち、底面２１aの貴金属被覆厚Ｔｂと壁面２１ｂの貴金属被覆厚Ｔｗが等しくなり、コンフォーマルな成膜が可能になる。
【００７３】
このため、底面２１aのみにＴａ薄膜１８が成膜された基板３のトレンチ２１の底面及び壁面にコンフォーマルなＩｒ薄膜２５を成膜させるため、基板３の温度を制御し、（底面２１aの貴金属被覆厚Ｔｂ／壁面２１ｂの貴金属被覆厚Ｔｗ）である被覆率を略１もしくは１にする。これにより、底面２１aのみにＴａ薄膜１８が成膜された基板３のトレンチ２１の底面及び壁面にコンフォーマルなＩｒ薄膜２５を成膜することができる。
【００７４】
尚、底面２１aのみにＴａ薄膜１８が作製された基板３のトレンチ２１の底面及び壁面にコンフォーマルなＩｒ薄膜２５を成膜させる制御調整手段としては、Ｃｌ2 ガス２１の供給量を制御することも可能である。具体的には、第１実施形態例の状態とは逆に、初期にＣｌ2 ガス２１の供給量を少なくして徐々にＣｌ2 ガス２１の供給量を増加させることで、成膜初期に入り口付近での塩化物の膜厚を厚くし、成膜後期に入り口付近での多めに付けられた塩化物をエッチング過多にしながら底面２１aの成膜を行い、結果として底面及び壁面の膜厚が等しくなるようにするようにしてもよい。
【００７５】
従って、塩素ラジカルＣｌ*によるエッチングのダメージを抑えるＴａ薄膜１８が底面２１aのみに成膜された基板３のトレンチ２１の壁面及び底面に、不純物の少ないＩｒ薄膜２５を均一にしかも高速に作製することができる金属膜作製装置とすることができる。また、温度制御によりＴａ薄膜１８が底面２１aのみに成膜された基板３のトレンチ２１の壁面及び底面にＩｒ薄膜２５を作製することができる。
【００７６】
Ｔａ薄膜１８が底面２１aのみに成膜された基板３のトレンチ２１の壁面及び底面にＩｒ薄膜２５を作製した後、既存の研磨等により基板３の表面のＩｒ薄膜２５を除去してトレンチ２１の壁面及び底面にのみＩｒ薄膜２５を存在させる。
【００７７】
(第３実施形態例)
図６に基づいて第３実施形態例を説明する。図６には第３実施形態例での成膜状況を表す断面を示してある。
【００７８】
第３実施形態例では、第２実施形態例においてトレンチ２１の底面２１aにＴａ薄膜１８が作製され、トレンチ２１の壁面及び底面にのみＩｒ薄膜２５が作製された基板３が成膜対象の基板３となり、図１に示した装置に対して被エッチング部材が異なるものである。被エッチング部材として、強誘電体を構成する金属もしくは強誘電酸化物が適用され、その他の構成は同一である。このため、装置の構成の詳細な説明は省略してある。つまり、被エッチング部材として、ＰＺＴを構成する鉛、亜鉛、タンタルやＳＢＴを構成するストロンチウム、ビスマス、タンタルが適用される。この場合、説明は省略するが、最終的に酸化物とするために成膜後に酸化処理が施される。または、被エッチング部材として、ＰＺＴやＳＢＴそのものが適用される。以下実施形態例では、ＰＺＴを構成する鉛、亜鉛、タンタルやＳＢＴを構成するストロンチウム、ビスマス、タンタル、または、ＰＺＴやＳＢＴを被エッチング部材として強誘電体Ｓと総称する。
【００７９】
尚、ＰＺＴを構成する鉛、亜鉛、タンタルやＳＢＴを構成するストロンチウム、ビスマス、タンタルを被エッチング部材とした場合、一つのチャンバに複数種類の金属の被エッチング部材を配置して酸化物の合金を成膜したり、異種の金属を積層して酸化物の合金を作成することが可能である。
【００８０】
即ち、図１を参照するように、強誘電体Ｓ製の被エッチング部材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強誘電体Ｓ成分とＣｌ2ガスとの前駆体ＳＣｌを生成し、表面にトレンチ２１が形成されると共に底面２１aだけにＴａ薄膜１８が作製され、トレンチ２１の壁面及び底面にのみＩｒ薄膜２５が作製された基板３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ＳＣｌのＳ成分を基板３の表面に成膜可能とすると共に、トレンチ２１の（底面の強誘電体Ｓ被覆厚/壁面の強誘電体Ｓ被覆厚）である被覆率を略１もしくは１にするような状態にＣｌ2ガス成分量を調整（具体的には基板側の温度を調整してＣｌ2ガスの絶対量を変えるのではなくＣｌ2ガス成分量を制御した状態にする）することにより基板３のトレンチ２１に強誘電体Ｓをコンフォーマルに成膜させる。
【００８１】
被エッチング部材を強誘電体Ｓ製とした場合の反応は、第１実施形態例における式（１）乃至（５）におけるＴａを強誘電体Ｓに置き換えたものである。図６に示すように、トレンチ２１の底面２１aのみにＴａ薄膜１８が成膜され、トレンチ２１の壁面及び底面にのみＩｒ薄膜２５が作製された基板３のトレンチ２１の底面及び壁面に対し、強誘電体Ｓ薄膜２６をコンフォーマルに成膜させる。強誘電体Ｓ薄膜２６をトレンチ２１の底面及び壁面にコンフォーマルに成膜する場合、温度制御手段６により基板３の温度を制御する（制御調整手段）。
【００８２】
上述した装置で基板３のトレンチ２１にコンフォーマルに成膜を行う場合、パワー、圧力、時間等を最適にして、温度を変化させることで図３に示したグラフから判るように、（底面の強誘電体Ｓ被覆厚／壁面の強誘電体Ｓ被覆厚）である被覆率を制御することができる。即ち、図３に示すように、基板３のトレンチ２１における（底面２１aの強誘電体Ｓ被覆厚Ｔｂ／壁面２１ｂの強誘電体Ｓ被覆厚Ｔｗ）である被覆率は、温度が低い領域では被覆率の値が１より大きく底面２１aの強誘電体Ｓ被覆厚Ｔｂの値が大きくなり、温度を上昇させることで１に収束する、即ち、底面２１aの強誘電体Ｓ被覆厚Ｔｂと壁面２１ｂの強誘電体Ｓ被覆厚Ｔｗが等しくなり、コンフォーマルな成膜が可能になる。
【００８３】
このため、底面２１aのみにＴａ薄膜１８が成膜され、トレンチ２１の壁面及び底面にのみＩｒ薄膜２５が作製された基板３のトレンチ２１の底面及び壁面にコンフォーマルな強誘電体Ｓ薄膜２６を成膜させるため、基板３の温度を制御し、（底面２１aの強誘電体Ｓ被覆厚Ｔｂ／壁面２１ｂの強誘電体Ｓ被覆厚Ｔｗ）である被覆率を略１もしくは１にする。これにより、底面２１aのみにＴａ薄膜１８が成膜され、トレンチ２１の壁面及び底面にのみＩｒ薄膜２５が作製された基板３のトレンチ２１の底面及び壁面にコンフォーマルな強誘電体Ｓ薄膜２６を成膜することができる。
【００８４】
尚、コンフォーマルな強誘電体Ｓ薄膜２６を成膜させる制御調整手段としては、前述同様に、Ｃｌ2 ガス２１の供給量を制御することも可能である。具体的には、第１実施形態例の状態とは逆に、初期にＣｌ2 ガス２１の供給量を少なくして徐々にＣｌ2 ガス２１の供給量を増加させることで、成膜初期に入り口付近での塩化物の膜厚を厚くし、成膜後期に入り口付近での多めに付けられた塩化物をエッチング過多にしながら底面２１aの成膜を行い、結果として底面及び壁面の膜厚が等しくなるようにするようにしてもよい。
【００８５】
従って、塩素ラジカルＣｌ*によるエッチングのダメージを抑えるＴａ薄膜１８が底面２１aのみに成膜され、トレンチ２１の壁面及び底面にのみＩｒ薄膜２５が作製された基板３のトレンチ２１の壁面及び底面に、不純物の少ない強誘電体Ｓ薄膜２６を均一にしかも高速に作製することができる金属膜作製装置とすることができる。また、温度制御によりＴａ薄膜１８が底面２１aのみに成膜され、トレンチ２１の壁面及び底面にのみＩｒ薄膜２５が作製された基板３のトレンチ２１の壁面及び底面に強誘電体Ｓ薄膜２６を作製することができる。
【００８６】
そして、キャパシタの断面を表す図７に示すように、図５に示した第２実施形態例の金属膜作製装置を用いて強誘電体Ｓ薄膜２６の表面にＩｒ薄膜２５を作製し、強誘電体ＳをＩｒ薄膜２５（電極）で挟んだ立体構造のキャパシタ２８とされる。尚、強誘電体Ｓ薄膜２６の表面に作製するＩｒ薄膜２５は金属膜作製装置を用いるだけでなく、パターンニング等により作製することも可能である。
【００８７】
図８に示すように、上述した立体構造のキャパシタ２８は、トランジスタ３１に接続され、ＦｅＲＡＭ（Ferroelectric Random Access Memory:強誘電体メモリ）３２とされる。立体構造のキャパシタ２８として、極めて薄い膜厚の強誘電体とすることで、電荷を溜める面積を確保して小型化を達成することができる。
【００８８】
(第４実施形態例)
図９に基づいて第４実施形態例を説明する。第４実施形態例は、前述した実施形態例の金属膜作製装置を並設し、金属膜作製装置の間で基板を搬送する移動手段を設け、更に、それぞれの金属膜作製装置での成膜を連動して同時に行わせる制御手段を備え、移動手段及び制御手段を連動させることで基板に対する成膜を連続して行ってキャパシタ（強誘電体メモリ）を製造する強誘電体メモリ製造装置（キャパシタ製造装置）である。図９には強誘電体メモリ製造装置（キャパシタ製造装置）の概略平面状態を示してある。
【００８９】
図に示すように、多角形型の真空チャンバ３５には開閉アーム及び把持アームからなるアーム機構３６が旋回自在に設けられ、真空チャンバ３５には基板加工用チャンバ３７が接続されている。基板加工用チャンバ３７には金属膜が作製される基板３が搬入されたり、所望の成膜が完了した基板３が搬送されて所定の処理が施される。多角形型の真空チャンバ３５の周囲には、第１実施形態例の金属膜作製装置、第２実施形態例の金属膜作製装置、第３実施形態例の金属膜作製装置、第１実施形態例の金属膜作製装置が順に配設され、移動手段としてのアーム機構３６によって基板３が搬出入される。
【００９０】
金属膜作製装置は、制御手段３８により動作が制御される。即ち、金属膜作製装置の成膜動作が連動して制御され、基板３に対する成膜が各金属膜作製で同時に行われる。そして、移動手段としてのアーム機構３６の動作と制御手段とが連動され、基板３の成膜が連続して行われる。
【００９１】
基板加工用チャンバ３７及び各金属膜作製装置の間でアーム機構３６により基板３の搬出入を行い、搬送と成膜を制御手段３８により連動させて同時の成膜を順次繰り返す。これにより、立体構造のキャパシタ２８もしくはＦｅＲＡＭ３２が構成された基板が効率よく作製される。従って、貴金属薄膜及び強誘電体を均一にしかも高速に作製することができるキャパシタ製造装置となる。また、貴金属薄膜及び強誘電体を均一にしかも高速に作製してトランジスタに接続されるキャパシタとし、強誘電体メモリとすることができる強誘電体メモリ製造装置となる。
【００９２】
(第５実施形態例)
金属膜作製装置の他の実施形態例を説明する。図１０には本発明の他の実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。
【００９３】
第５実施形態例の金属膜作製装置は、第１実施形態例乃至第３実施形態例に対して一部構成を追加したものである。被エッチング部材としては、高融点金属でありトレンチの底面にのみに成膜されるタルタンタル（Ｔａ）、貴金属であるイリジウム（Ｉｒ）、ＰＺＴを構成する鉛、亜鉛、タンタルやＳＢＴを構成するストロンチウム、ビスマス、タンタル、または、ＰＺＴやＳＢＴそのものが適用可能である。このため、図１に示した部材と同一部材には同一符号を付し、被エッチング部材としては全ての材料を総称してＭと記載して説明する。
【００９４】
第５実施形態例の金属膜作製装置は、第１実施形態例乃至第３実施形態例で適用される金属材料で形成される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を基板に成膜させ、被エッチング部材に対応してハロゲンガスを励起したラジカルを供給し、基板に成膜された前駆体の金属成分を析出させて成膜を行うものである。
【００９５】
図１０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。
【００９６】
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。
【００９７】
チャンバ１には所望の金属材料Ｍ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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
チャンバ１の筒部における被エッチング部材１１の下部にはチャンバ１に開口するスリット状の開口部４１が形成され、開口部４１には筒状の通路４２の一端が固定されている。通路４２の途中には絶縁体で形成された筒状の励起室４３が設けられ、励起室４３の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ４４が巻回されている。
【０１０２】
プラズマアンテナ４４には整合器４５及び電源４６が接続されて給電が行われる。通路４２の他端側には流量制御器４７が接続され、流量制御器４７を介して通路４２内にＣｌ* を得るためのＣｌ2 ガスが供給される。これら、プラズマアンテナ４４及び整合器４５及び電源４６及び流量制御器４７によりハロゲンガスのラジカル供給手段が構成されている。
【０１０３】
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*          ・・・・（１１）
ここで、Ｃｌ*は塩素ラジカルを表す。
【０１０４】
ガスプラズマ２０がＭ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、Ｍ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。
Ｍ（ｓ）＋Ｃｌ* →ＭＣｌ（ｇ）        ・・・・（１２）
ここで、ｓは固体状態、ｇはガス状態を表す。式（１２）は、Ｍがガスプラズマ２０によりエッチングされ、前駆体５１とされた状態である。
【０１０５】
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５１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。
ＭＣｌ（ｇ）→ＭＣｌ（ａｄ）        ・・・・（１３）
【０１０６】
この状態で、ノズル１４からのＣｌ2 ガス２１を停止すると同時に、通路４２からチャンバ１の内部に塩素ラジカルＣｌ*を供給する。基板３に吸着したＭＣｌは、塩素ラジカルＣｌ*により還元されてＭ成分となることでＭ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。
ＭＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ*→Ｍ（ｓ）＋Ｃｌ2↑        ・・・・（１４）
【０１０７】
更に、上式（１２）において発生したガス化したＭＣｌ（ｇ）の一部は、基板３に吸着する(上式（１３）参照)前に、塩素ラジカルＣｌ*により還元されてガス状態のＭとなる。この時の反応は、例えば、次式で表される。
ＭＣｌ（ｇ）＋Ｃｌ*→Ｍ（ｇ）＋Ｃｌ2↑        ・・・・（１５）
この後、ガス状態のＭ成分は、基板３に成膜されてＭ薄膜が作製可能となる。
【０１０８】
上述した金属膜作製装置は、励起室４３からの塩素ラジカルＣｌ*を用いて基板３に吸着したＭＣｌを還元し、Ｍ薄膜が作製されるので、プラズマによる基板へのダメージを最小限に抑制することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明は、例えば、高融点金属や貴金属を微細な穴に作製する金属膜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。
【０１１０】
また、本発明は、高融点金属や貴金属が微細な穴に作製された基板に強誘電体の膜を作製す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。
【０１１１】
また、本発明は、高融点金属や貴金属が積層された基板に強誘電体の膜を作製してキャパシタを製造するキャパシタ製造装置及びキャパシタとトランジスタを接続した強誘電体メモリを製造する強誘電体メモリ製造装置の産業分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【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】成膜状況を表す断面図である。
【図３】温度と被覆率との関係を表すグラフである。
【図４】Ｃｌ濃度と穴の深さ位置との関係を表すグラフである。
【図５】第２実施形態例での成膜状況を表す断面図である。
【図６】第３実施形態例での成膜状況を表す断面図である。
【図７】キャパシタの断面図である。
【図８】ＦｅＲＡＭの概略断面図である。
【図９】強誘電体メモリ製造装置（キャパシタ製造装置）の概略平面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面図である。
【符号の説明】
【０１１３】
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
１８  Ｔａ薄膜
２１  トレンチ
２５  Ｉｒ薄膜
２６  強誘電体Ｓ薄膜
２８  キャパシタ
３１  トランジスタ
３２  ＦｅＲＡＭ
３５  多角形型真空チャンバ
３６  アーム機構
３７  基板加工用チャンバ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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