(57)【要約】【課題】  被エッチング部材をエッチングしてその金属成分の金属膜を基板上に生成させる場合において、被エッチング部材の温度を基板の温度とは独立に制御し得る金属膜作製装置を提供する。【解決手段】  チャンバ１の上部を隔絶板９で仕切って構成するプラズマ空間１０に供給したＣｌ2ガスをプラズマアンテナ１１が発生する電界でプラズマ化する一方、プラズマにより解離したラジカルを前記隔絶板９に多数分散させて形成する孔９ａを介して流出するラジカルにより被エッチング部材１８をエッチングしてＣｕを含む前躯体１９を形成するとともに、この被エッチング部材１８の温度をヒータ２０で独立に所定の温度に制御するようにした。【選択図】        図１
2005054247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が収容される筒状のチャンバと、
このチャンバ内にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記ハロゲンガス供給手段を介してハロゲンガスが供給されるとともにプラズマ発生手段が発生する高周波数の電界により前記ハロゲンガスのプラズマが形成されるよう前記チャンバの一部を仕切ってプラズマ空間を形成する一方、前記プラズマにより解離したハロゲンガスのラジカルを流出させるための孔を有する隔絶板と、
前記チャンバ内で前記基板に対向する位置に配設するとともに少なくとも一種類の高蒸気圧ハロゲン化物を生成し得る元素を含む材料で形成する一方、前記隔絶板の前記孔を介して前記プラズマ空間から流出するラジカルによりエッチングされる被エッチング部材と、
この被エッチング部材の温度を前記基板の温度よりも高温の所定の温度に制御する第１の温度制御手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低い所定の温度に制御して前記ラジカルが被エッチング部材をエッチングすることにより得る前駆体から少なくとも一種類の元素成分を基板に析出させて成膜を行う第２の温度制御手段とを有することを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項２】
請求項１に記載する薄膜作製装置において、
前記プラズマ発生手段は、前記チャンバの周囲に巻回したコイルであるプラズマアンテナに高周波電流を供給し、これにより形成する電界の作用でハロゲンガスをプラズマ化するものであることを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項３】
請求項１に記載する薄膜作製装置において、
前記プラズマ発生手段は、前記チャンバの一端部を閉塞するよう天井板の上面に配設した渦巻き状のコイルであるプラズマアンテナに高周波電流を供給し、これにより形成する電界の作用でハロゲンガスをプラズマ化するものであることを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載する薄膜作製装置において、
前記基板に吸着状態となっている前記前駆体からハロゲンを引き抜くよう、別途前記ハロゲンガスのラジカルを前記チャンバ内に補給するラジカル補給手段を追加したことを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項５】
請求項４に記載する薄膜作製装置において、
ラジカル補給手段は、前記チャンバ内に連通してハロゲンガスを流通させる筒状の通路の周囲に巻回したコイルに高周波電流を供給し、これにより形成する電界の作用でハロゲンガスをプラズマ化するものであることを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項６】
請求項４に記載する薄膜作製装置において、
ラジカル補給手段は、前記チャンバ内に連通してハロゲンガスを流通させる筒状の通路にマイクロ波供給手段を有し、このマイクロ波供給手段が発生するマイクロ波により前記ハロゲンガスをプラズマ化するものであることを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項７】
請求項４に記載する薄膜作製装置において、
ラジカル補給手段は、前記チャンバ内に連通する筒状の通路を流通するハロゲンガスを加熱してこのハロゲンガスを熱的に解離する加熱手段を有することを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項８】
請求項４に記載する薄膜作製装置において、
ラジカル補給手段は、前記チャンバ内に連通する筒状の通路を流通するハロゲンガスにレーザ光又は電子線等の電磁波を供給してこの原料ガスを解離させる電磁波発生手段を有することを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項９】
請求項４に記載する薄膜作製装置において、
ラジカル補給手段は、前記チャンバ内に連通する筒状の通路を流通するハロゲンガスを、触媒作用により解離させる触媒金属を有するものであることを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載する薄膜作製装置において、
前記基板に吸着状態となっている前記前駆体における前記ハロゲンガスの解離率が増大するよう、ハロゲンガスの他に、質量がＮｅ以上の希ガスを前記チャンバ内に供給する希ガス供給手段を有することを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載する薄膜作製装置において、
前記基板に吸着状態となっている前記前駆体における前記ハロゲンガスの解離率が増大するよう、さらに前記チャンバ内に電磁波を供給して成膜反応に伴い発生するハロゲンガスを解離させる電磁波発生手段を有することを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１の何れか一つに記載する薄膜作製装置において、
前記前駆体の量と前記ラジカル又は前記ハロゲンガスの量とに基づき両者の比率を検出する比率検出手段と、
この比率検出手段で検出する比率が予め定めた値になるように前記被エッチング部材の温度を制御する温度制御手段とを有することを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載する薄膜作製装置において、
前記比率検出手段は、前記前駆体の量と前記ラジカル又は前記ハロゲンガスの量との検出を被エッチング部材の近傍の反応空間の試料を抽出して質量分析により行う質量分析手段を有することを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載する薄膜作製装置において、
前記比率検出手段は、前記前駆体の量と前記ラジカル又は前記ハロゲンガスの量との検出を、被エッチング部材の近傍の反応空間にレーザ光を照射し、これに伴う発光を分析することにより行う分光分析手段を有することを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１４の何れか一つに記載する薄膜作製装置において、
被エッチング部材は、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｗ、Ｔｉ等の高蒸気圧ハロゲン化物を生成し得る金属の単体で形成したことを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項１６】
請求項１乃至請求項１４の何れか一つに記載する薄膜作製装置において、
被エッチング部材は、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｗ、Ｔｉ等の高蒸気圧ハロゲン化物を生成し得る金属の複数種類を成分とする複合金属で形成したことを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項１７】
請求項１乃至請求項１４の何れか一つに記載する薄膜作製装置において、
被エッチング部材は、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｗ、Ｔｉ等の高蒸気圧ハロゲン化物を生成し得る金属と、Ｓｅ、Ｓ等の非金属とを成分とする複合金属で形成したことを特徴とする薄膜作製装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は薄膜作製装置に関し、特にハロゲンガスのラジカルで高蒸気圧ハロゲン化物の元素を生成する被エッチング部材をエッチングしてその前駆体を生成し、この前駆体を基板に吸着させて前記元素の薄膜を作製する場合に適用して有用なものである。
【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、被エッチング部材をＣｕ、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Ｃｕ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；Ｃｕ＋Ｃｌ* →ＣｕＣｌ（ｇ）
３）基板への吸着反応；ＣｕＣｌ（ｇ）→ＣｕＣｌ（ａｄ）
４）成膜反応；ＣｕＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ* →Ｃｕ＋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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記新方式のＣＶＤ装置においては、被エッチング部材と基板との温度の関係を所定通りに維持することが肝要である。このため、基板の温度はヒータ等の加熱手段を用いて所定の温度に制御している。
【０００８】
これに対し、被エッチング部材は、その近傍の空間に発生するプラズマにより加熱している。したがって、被エッチング部材の温度は、目標値を定め、だいたいその温度になるようにプラズマの発生を制御してこれによる加熱制御を行っている。
【０００９】
これに対し、さらなる成膜速度の向上、成膜品質の向上を目指して成膜速度、膜質等の成膜条件をきめ細かく、高精度に制御することができる装置の出現が待望されてきている。
【００１０】
さらに、上式（１）で十分にＣｌ* が存在すれば同式の右側への反応が進み、良好にＣｕ膜を析出させることができる。しかし、Ｃｌガスプラズマの中には、Ｃｌ2 、Ｃｌ* 等が混在し、Ｃｌ*が優先的に発生する訳ではない。したがって、一意に上式（１）の反応が進む訳ではなく、逆に左側へ進む反応も同時に発生する。
【００１１】
また、ＣｕＣｌ（ａｄ）からＣｌ2 を十分引き抜けなくて次の反応が発生することがある。
ＣｕＣｌ（ａｄ）→ＣｕＣｌ（ｓ）
すなわちＣｕＣｌの固体を形成してしまう。このＣｕＣｌ（ｓ）は絶縁体である。したがって、Ｃｕ膜中におけるＣｕＣｌ（ｓ）の存在は、生成したＣｕ膜の導電率を低下させる原因となり、膜質のさらなる改善を目指す場合には、かかる問題も同時に解消し得るものとすることが望ましい。
【００１２】
そこで、上記新方式のＣＶＤ装置による成膜を良好に実施するとともに、膜質をさらに向上させ、同時に成膜速度もさらに向上させるためには、第１に、チャンバ内に十分な量のＣｌ* が存在するよう、このＣｌ* を別途補給してやれば良い。これは、チャンバよりも容積が小さい別の空間で高密度のＣｌ* を発生させてこれを供給するようにすれば良い。容積が小さい空間の方が、Ｃｌ* が発生するようプラズマ条件を調整することが容易であるからである。
【００１３】
一方、もう一つの成膜反応として次式（２）で表される反応も起こっていると考えられる。
２ＣｕＣｌ（ａｄ）→２Ｃｕ＋Ｃｌ2 ・・・・・・・・・（２）
【００１４】
上式（２）は、ＣｕＣｌ（ａｄ）が熱的なエネルギーを貰ってＣｕを析出させ、Ｃｌ2 ガスを放出する反応であるが、熱平衡的にはあり得る可逆的な反応である。上式（２）において、Ｃｌ2 の量を減らせばその反応が右側に行くが、このためには、Ｃｌ2 ガスを解離してやれば良い。
【００１５】
そこで、上述の如き知見に基づく金属膜作製方法を良好に実現するとともに、膜質をさらに向上させ、同時に成膜速度もさらに向上させるためには、第２に、成膜反応に伴って発生するＣｌ2 ガスの量が減少するようその解離率を増加させれば良い。
【００１６】
本発明は、上述の如き新方式のＣＶＤ装置の改良点及び当該新方式のＣＶＤ装置に関する新たな知見に鑑み、被エッチング部材と基板との温度条件を所定通り維持しつつ被エッチング部材をエッチングしてその元素成分の薄膜を基板上に生成させる場合において、被エッチング部材の温度を基板の温度とは独立に制御し得る薄膜作製装置を提供することを主目的とする。また、上記主目的を達成すると同時に、さらに成膜反応を促進し得る薄膜作製方法及び薄膜作製装置を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成する本発明の構成は、次の点を特徴とする。
【００１８】
１）  基板が収容される筒状のチャンバと、
このチャンバ内にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記ハロゲンガス供給手段を介してハロゲンガスが供給されるとともにプラズマ発生手段が発生する高周波数の電界により前記ハロゲンガスのプラズマが形成されるよう前記チャンバの一部を仕切ってプラズマ空間を形成する一方、前記プラズマにより解離したハロゲンガスのラジカルを流出させるための孔を有する隔絶板と、
前記チャンバ内で前記基板に対向する位置に配設するとともに少なくとも一種類の高蒸気圧ハロゲン化物を生成し得る元素を含む材料で形成する一方、前記隔絶板の前記孔を介して前記プラズマ空間から流出するラジカルによりエッチングされる被エッチング部材と、
この被エッチング部材の温度を前記基板の温度よりも高温の所定の温度に制御する第１の温度制御手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低い所定の温度に制御して前記ラジカルが被エッチング部材をエッチングすることにより得る前駆体から少なくとも一種類の元素成分を基板に析出させて所定の成膜を行う第２の温度制御手段とを有すること。
【００１９】
２）  上記１）に記載する薄膜作製装置において、
前記プラズマ発生手段は、前記チャンバの周囲に巻回したコイルであるプラズマアンテナに高周波電流を供給し、これにより形成する電界の作用でハロゲンガスをプラズマ化するものであること。
【００２０】
３）  上記１）に記載する薄膜作製装置において、
前記プラズマ発生手段は、前記チャンバの一端部を閉塞するよう天井板の上面に配設した渦巻き状のコイルであるプラズマアンテナに高周波電流を供給し、これにより形成する電界の作用でハロゲンガスをプラズマ化するものであること。
【００２１】
４）  上記１）乃至３）の何れか一つに記載する薄膜作製装置において、
前記基板に吸着状態となっている前記前駆体からハロゲンを引き抜くよう、別途前記ハロゲンガスのラジカルを前記チャンバ内に補給するラジカル補給手段を追加したこと。
【００２２】
５）  上記４）に記載する薄膜作製装置において、
ラジカル補給手段は、前記チャンバ内に連通してハロゲンガスを流通させる筒状の通路の周囲に巻回したコイルに高周波電流を供給し、これにより形成する電界の作用でハロゲンガスをプラズマ化するものであること。
【００２３】
６）  上記４）に記載する薄膜作製装置において、
ラジカル補給手段は、前記チャンバ内に連通してハロゲンガスを流通させる筒状の通路にマイクロ波供給手段を有し、このマイクロ波供給手段が発生するマイクロ波により前記ハロゲンガスをプラズマ化するものであること。
【００２４】
７）  上記４）に記載する薄膜作製装置において、
ラジカル補給手段は、前記チャンバ内に連通する筒状の通路を流通するハロゲンガスを加熱してこのハロゲンガスを熱的に解離する加熱手段を有すること。
【００２５】
８）  上記４）に記載する薄膜作製装置において、
ラジカル補給手段は、前記チャンバ内に連通する筒状の通路を流通するハロゲンガスにレーザ光又は電子線等の電磁波を供給してこの原料ガスを解離させる電磁波発生手段を有すること。
【００２６】
９）  上記４）に記載する薄膜作製装置において、
ラジカル補給手段は、前記チャンバ内に連通する筒状の通路を流通するハロゲンガスを、触媒作用により解離させる触媒金属を有するものであること。
【００２７】
１０）  上記１）乃至３）の何れか一つに記載する薄膜作製装置において、
前記基板に吸着状態となっている前記前駆体における前記ハロゲンガスの解離率が増大するよう、ハロゲンガスの他に、質量がＮｅ以上の希ガスを前記チャンバ内に供給する希ガス供給手段を有すること。
【００２８】
１１）  上記１）乃至３）の何れか一つに記載する薄膜作製装置において、
前記基板に吸着状態となっている前記前駆体における前記ハロゲンガスの解離率が増大するよう、さらに前記チャンバ内に電磁波を供給して成膜反応に伴い発生するハロゲンガスを解離させる電磁波発生手段を有すること。
【００２９】
１２）  上記１）乃至１１）の何れか一つに記載する薄膜作製装置において、
前記前駆体の量と前記ラジカル又は前記ハロゲンガスの量とに基づき両者の比率を検出する比率検出手段と、
この比率検出手段で検出する比率が予め定めた値になるように前記被エッチング部材の温度を制御する温度制御手段とを有すること。
【００３０】
１３）  上記１２）に記載する薄膜作成装置において、
前記比率検出手段は、前記前駆体の量と前記ラジカル又は前記ハロゲンガスの量との検出を被エッチング部材の近傍の反応空間の試料を抽出して質量分析により行う質量分析手段を有すること。
【００３１】
１４）  上記１２）に記載する薄膜作製装置において、
前記比率検出手段は、前記前駆体の量と前記ラジカル又は前記ハロゲンガスの量との検出を、被エッチング部材の近傍の反応空間にレーザ光を照射し、これに伴う発光を分析することにより行う分光分析手段を有すること。
【００３２】
１５）  上記１）乃至１４）の何れか一つに記載する薄膜作製装置において、
被エッチング部材は、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｗ、Ｔｉ等の高蒸気圧ハロゲン化物を生成し得る金属の単体で形成したこと。
【００３３】
１６）  上記１）乃至１４）の何れか一つに記載する薄膜作製装置において、
被エッチング部材は、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｗ、Ｔｉ等の高蒸気圧ハロゲン化物を生成し得る金属の複数種類を成分とする複合金属で形成したこと。
【００３４】
１７）  上記１）乃至１４）の何れか一つに記載する薄膜作製装置において、
被エッチング部材は、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｗ、Ｔｉ等の高蒸気圧ハロゲン化物を生成し得る金属と、Ｓｅ、Ｓ等の非金属とを成分とする複合金属で形成したこと。
【発明の効果】
【００３５】
以上実施の形態とともに具体的に説明した通り、
請求項１に記載する発明は、上述の如き構成要件を有するので、
被エッチング部材はプラズマの熱に影響されることなく、独自にその温度制御を行うことができる。また、ラジカルの量もプラズマ条件（原料ガスであるハロゲンガスの供給量、プラズマ発生用の電力量等）を独立に制御することにより容易に制御し得る。さらに、基板温度も独立に制御し得る。すなわち、成膜条件のパラメータとなり得る３種の制御量を独立且つ任意に制御することができる。
この結果、本発明によれば、所望の膜質の薄膜を、被エッチング部材の温度等を細かく、高精度に制御することにより容易に形成することができる。
【００３６】
請求項２に記載する発明は、上述の如き構成要件を有するので、
請求項１に記載する作用・効果をＩＣＰ方式の装置で実現し得る。
【００３７】
請求項３に記載する発明は、上述の如き構成要件を有するので、
請求項１に記載する作用・効果をＩＣＰ方式の装置で実現し得る点は、請求項２に記載する発明と同様であるが、この発明に係る装置よりもより大型化に適した装置となる。
【００３８】
請求項４に記載する発明は、上述の如き構成要件を有するので、
請求項１乃至請求項３に記載する発明に加え、さらに基板に吸着状態となっている前駆体からハロゲンを引き抜くことができる。
この結果、請求項１に記載する作用・効果に加え、成膜速度の向上及び膜質のさらなる向上を図ることができる。
【００３９】
請求項５に記載する発明は、上述の如き構成要件を有するので、
請求項４に記載する発明の効果を簡単な装置で得ることができる。
【００４０】
請求項６に記載する発明は、上述の如き構成要件を有するので、
請求項５に記載する発明よりも高い周波数の電磁波を用いることができ、その分ハロゲンのラジカルを高密度且つ高効率に得ることができる。
【００４１】
請求項７に記載する発明は、上述の如き構成要件を有するので、
請求項４に記載する発明の効果を最も安価に得ることができる。
【００４２】
請求項８に記載する発明は、上述の如き構成要件を有するので、
電磁波の波長を選択、固定することにより、所望のラジカルを選択的に高効率で得ることができる。この結果、請求項４に記載する発明の効果を顕著なものとすることができる。
【００４３】
請求項９に記載する発明は、上述の如き構成要件を有するので、
触媒金属の触媒作用を利用して請求項３に記載する発明の効果を最も簡易に得ることができる。
【００４４】
請求項１０に記載する発明は、上述の如き構成要件を有するので、
希ガスが解離率を増大させる触媒として機能し、ハロゲンガスの解離率の増大により成膜を促進してその速度を向上させることができるが、かかる効果を最も容易に実現し得る。
【００４５】
請求項１１に記載する発明は、上述の如き構成要件を有するので、
電磁波のエネルギーによりハロゲンガスの解離を高効率なものとすることができ、その解離率の増大により成膜を促進してその速度を向上させることができる。
【００４６】
請求項１２に記載する発明は、上述の如き構成要件を有するので、
被エッチング部材の温度を制御して前記比率を一定制御することで所望の膜質の薄膜を自動的に得ることができる。
【００４７】
請求項１３に記載する発明は、上述の如き構成要件を有するので、
請求項１２に記載する発明の効果を、チャンバ内の試料の質量分析を行うことにより実現し得る。
【００４８】
請求項１４に記載する発明は、上述の如き構成要件を有するので、
請求項１２に記載する発明の効果を、チャンバ内の試料の分光分析を行うことにより実現し得る。
【００４９】
請求項１５に記載する発明は、上述の如き構成要件を有するので、
被エッチング部材に対応する所望の単一の金属薄膜を形成することができる。
【００５０】
請求項１６に記載する発明は、上述の如き構成要件を有するので、
被エッチング部材に対応する複数種類の金属が複合した所望の複合薄膜を形成することができる。
【００５１】
請求項１７に記載する発明は、上述の如き構成要件を有するので、
被エッチング部材に対応する所望の金属と非金属との複合薄膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
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。
【実施例１】
【００５３】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る薄膜（金属膜）作製装置の概略側面図である。同図に示すように、円筒状に形成されたチャンバ１の底部近傍には支持台２が設けられ、この支持台２には基板３が載置されている。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℃乃至３００℃に維持される温度）に制御される。
【００５４】
チャンバ１は、その上端の開口部が、天井板７によって閉塞してある。この結果形成される密閉空間であるチャンバ１の内部は真空装置８により真空引きして所定の低圧に維持するようになっている。
【００５５】
隔絶板９はチャンバ１の上部の空間を仕切ってプラズマ空間１０を形成する。前記プラズマ空間１０に位置的に対応するチャンバ１の外周面には、このチャンバ１の軸方向に亘りプラズマアンテナ１１がコイル状に巻回してある。このプラズマアンテナ１１には、整合器１２、及び電源１３が接続されて給電が行われる。これら、プラズマアンテナ１１、整合器１２及び電源１３でプラズマ発生手段を構成している。ここで、プラズマ空間１０をより速く真空引きしたり、そのガス圧を調整するために、このプラズマ空間１０に連通する真空装置（図示せず。）を接続しても良い。
【００５６】
一方、前記プラズマ空間１０にはノズル１４の開口端が臨んでおり、塩素を含有する原料ガスであるハロゲンガス（本形態の場合には、Ｈｅで塩素濃度が≦５０％、好ましくは１０％程度に希釈されたＣｌ2ガス）が流量制御器１５を介して供給される。プラズマアンテナ１１に通電した場合、プラズマ空間１０には高周波数の電界が形成されるが、この電界により前記ハロゲンガスのプラズマ１６が形成される。この結果、Ｃｌ2ガスが解離してそのラジカルＣｌ*が発生する。
【００５７】
ここで、前記隔絶板９は、その厚さ方向（垂直方向）に貫通する多数の孔９ａを有しており、この孔９ａを介して前記Ｃｌ*が隔絶板９の下方の空間であるチャンバ１内の反応空間１７に至るようになっている。すなわち、隔絶板９は、前記反応空間１７をプラズマ１６の熱から隔絶する遮熱板として機能するとともに、Ｃｌ*の流れを整流する整流板としても機能する。また、この隔絶板９は、Ｃｌ*によりエッチングされない非エッチング部材で形成する必要がある。例えば、Ａｌ2Ｏ3が好適である。
【００５８】
前記反応空間１７には、基板３に対向してＣｕ製の被エッチング部材１８が配設してある。この被エッチング部材１８は、図１のＩ−Ｉ矢視図である図２にこの部分を抽出して詳細に示すように、チャンバ１の筒部に直接固着されるリング部１８ａ、このリング部１８ａから径方向に伸びる複数本のアーム部１８ｂ及び複数本のアーム部１８ｂが集合する円盤状のボス部１８ｃからなる。この結果、周方向で隣接するアーム部１８ｂ同士の間は空間部１８ｄとなっている。かくして、被エッチング部材１８は、プラズマ空間１０で形成され隔絶板９の孔９ａを介して下降してきたＣｌ*によりエッチングされて所定の前駆体１９を形成する。
【００５９】
被エッチング部材１８には、ヒータ２０が埋設してある。このヒータ２０は電源２１（図２参照。）から供給する電力量を調整することにより、その発熱量を制御して被エッチング部材１８を所定の温度（３００°Ｃ乃至７００°Ｃ）に制御する。この温度制御は、温度制御手段６を用いる基板３の温度制御とは、独立に行うことができる。
【００６０】
チャンバ１の筒部における基板３の斜め上方の位置には、スリット状の開口部２３が形成され、この開口部２３には筒状の通路２４の一端がそれぞれ固定してある。通路２４の途中には絶縁体で形成した筒状の励起室２５が設けられ、この励起室２５の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ２６が巻回してある。このプラズマアンテナ２６には整合器２７及び電源２８が接続されて給電を行うようになっている。ここで、開口部２３、これに伴う通路２４及び励起室２５等は、チャンバ１の同一高さ位置で、このチャンバ１の周囲４箇所（図には２箇所のみを示す。）に配設してある。但し、配設箇所の数に特別な制限はない。通路２４の他端側には流量制御器２９が接続され、この流量制御器２９を介して通路２４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２６、整合器２７、電源２８及び流量制御器２９でハロゲンガスのラジカル補給手段を構成している。
【００６１】
かかるラジカル補給手段において、流量制御器２９を介して励起室２５内にＣｌ2 ガスを供給しつつ、プラズマアンテナ２６から電磁波を励起室２５の内部に入射することで、Ｃｌ* を形成する。このとき、励起室２５内ではＣｌ* を高密度で形成することができるようプラズマ条件を調整してある。このようにして形成したＣｌ* は、成膜時に通路２４を介してチャンバ１内に供給される。このＣｌ* は、基板３上に吸着状態となっているＣｕＣｌ（ａｄ）からＣｌ2 ガスを解離して当該成膜反応を促進させる。すなわち、上式（１）に示す成膜反応を促進させる。
【００６２】
同時に、チャンバ１には、その反応空間１７内にＡｒガス等の希ガスを供給するノズル３０が接続されている。ここで、Ａｒガス等の希ガスは、流量制御器３１で流量を制御されて上式（２）に示す成膜反応におけるＣｌ2 ガスの解離率を向上させ、成膜反応を促進するためのものである。ここで、Ｃｌ2 ガスの解離率を向上させるという触媒作用は、タングステン等の高融点金属（触媒）上でのＣｌ2 ガスの解離吸着反応と考えられる。本形態の場合には、かかる触媒作用を有すると同時に、Ｃｕ及びＣｌ2の何れとも反応しないという性質が要求される。したがって、Ｃｌ2ガスに希釈ガスとして含まれているＨｅガスを除き、質量がＮｅ以上の希ガスは、Ｃｌ2 ガスの解離率を向上させて成膜反応を促進するガスとして利用し得る。ただ、解離率を向上させる、いわば触媒としての機能を考慮すれば、Ａｒガス乃至Ｋｒガスが好適であり、さらにコスト面を考慮すればＡｒガスが最適である。
【００６３】
質量分析装置３２は、チャンバ１内における被エッチング部材１８と基板３との間の反応空間の試料を抽出して質量分析により前駆体１９の量と、ラジカルの量とに基づき両者の比率を検出する。
【００６４】
なお、図示はしないが、本形態に係る金属膜作製装置は、温度制御手段を有しており、この温度制御手段で、前記質量分析装置３２で検出した比率が、予め定めた値になるように、被エッチング部材１８の温度を制御するようになっている。すなわち、この温度制御手段は、生成される膜質、膜厚等の成膜条件のデータと、これに対応する被エッチング部材１８の温度データとを対応させたデータべースを有しており、このデータベースのデータに基づき温度制御手段６を介して基板３の温度を制御すると同時に、ヒータ２０を介して被エッチング部材１８の温度を独立に制御する。
【００６５】
かかる金属膜作製装置における成膜時の態様は次の通りである。
【００６６】
先ず、ノズル１３を介してチャンバ１のプラズマ空間１０内にＣｌ2ガスを供給しつつ、プラズマアンテナ１１から電磁波をプラズマ空間１０の内部に入射することでＣｌ2ガスのプラズマを発生させる。この結果、Ｃｌ2ガスが解離されそのラジカルであるＣｌ*を生成する。
【００６７】
生成したＣｌ*は、隔絶板９の孔９ａを貫通して流通する間にその流れが整流されて反応空間１７に至る。この結果、反応空間１７ではＣｌ*による被エッチング部材１８のエッチング反応が生じ、前駆体（CuxCly）１９が生成される。このとき、被エッチング部材１８はヒータ２０により基板３よりも高い所定の高温に制御される。
【００６８】
反応空間１７で生成された前駆体（CuxCly）１９は、被エッチング部材１８よりも低い温度に制御された基板３に搬送される。基板３に搬送されてこれに吸着された前駆体（CuxCly）１９は、成膜反応を表す前記式（１）及び（２）の反応により基板３上にＣｕを析出させる。かくして、基板３の表面にCu薄膜２２が生成される。
【００６９】
このとき、励起室２５では、Ｃｌ* を高効率で形成してこれをチャンバ１内に補給することにより、前記式（１）におけるＣｌを解離して成膜反応を促進させる。また、ノズル３０からは、Ａｒガスをチャンバ１内に供給して前記式（２）におけるＣｌ2 ガスを解離して成膜反応を促進させる。
【００７０】
本形態に係る金属膜作製装置においては、被エッチング部材１８はプラズマ１６の熱に影響されることなく、独自にその温度制御を行うことができる。また、Ｃｌ*の量もプラズマ条件（原料ガスであるハロゲンガスの供給量、ハロゲンガスの圧力、プラズマ発生用の電力量等）を独立に制御することにより容易に制御し得る。さらに、基板温度も独立に制御し得る。すなわち、成膜条件のパラメータとなり得る３種の制御量を独立且つ任意に制御することができる。
【００７１】
また、隔絶板９の多数の孔９ａの分布を工夫することにより、生成するCu薄膜２２の面方向の膜厚を均一にすることもできる。すなわち、チャンバ１内の真空引きに伴う流速は、通常基板３の周辺部分が大きいので、この場合には隔絶板９の周辺部の孔９ａの分布密度を密、基板３の上方に位置する中央部の分布密度を疎にすることにより、排気速度に対して平坦な前駆体１９の分布を実現することができ、このことにより面方向に関してCu薄膜２２を均一に生成させることができる。
【００７２】
ここで、被エッチング部材１８の形状は、本形態のものに限る必要はない。Ｃｌ*及び前駆体１９等の流通を許容する空間である通路が確保されていれば任意の形状とすることができる。例えば格子状のものが好適な他の例として考えられる。この際、基板３の上方部分の反応空間の前駆体１９の密度を高くすべく、中央部程密度が大きくなるような形状とすることもできる。
【実施例２】
【００７３】
図３は本発明の第２の実施の形態に係る金属膜作製装置の概略側面図である。同図に示すように、本形態に係る金属膜作製装置は、図１に示す金属膜作製装置に対し、プラズマアンテナ３５を天井板７の上面に配置した点が異なる。かかる構成上の差異は、本質的なものではない。すなわち、何れにしてもＩＣＰ（誘導結合プラズマ）方式の装置である。ただ、本形態に係る金属膜作製装置の方が、必然的にプラズマアンテナ３５の大型化を伴う当該装置の大型化に対処し易いという利点はある。プラズマアンテナは、チャンバ１の周囲に固定するよりも、天井板７に載置して固定する場合の固定構造が、重量物の固定構造としてはより適切であるばかりでなく、チャンバ１内の径方向に亘りより均一な電界を形成することができ、その分生成されるプラズマ密度の均一化も達成し得るからである。
【００７４】
ただ、他の部分は同様の構成となっている。そこで、図１と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００７５】
本形態に係る金属膜作製装置においては、プラズマアンテナ３５に対する電力の供給によりプラズマ空間１０にプラズマ１６が形成され、第１の実施の形態に係る金属膜作製装置と同様の作用でCu薄膜２２が形成される。
【００７６】
上記第１及び第２の実施の形態において、被エッチング部材１８はＣｕ板を用いたが、これに限定するものではない。高蒸気圧ハロゲン化物を生成し得る元素であれば他の材料でも良い。例えば、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｃｄ等がある。
【００７７】
さらに、被エッチング部材１８は、例えばＩｎとＣｕとの合金のように高蒸気圧ハロゲン化物を生成し得る複数種類の金属を複合したもの、又は例えばＣｕＩｎＳｅ2 、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ等の合金のように前記金属にＳ、Ｓｅ等の非金属元素を含むものであっても良い。生成したい薄膜の種類に応じ、前述の如き複合金属を適宜選択して用いることができる。少なくとも、高蒸気圧ハロゲン化物を生成し得る元素を含んでいれば良い。この場合、上記実施の形態に係る金属膜作製装置は、一般的な薄膜作製装置として使用し得る。また、原料ガスとしてはＣｌ2ガスに限らず、ハロゲンガスであれば一般に用いることができる。
【００７８】
ここで、被エッチング部材１８を、例えばＩｎとＣｕとからなる複合金属、又は例えばＣｕＩｎＳｅ２ 、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ等の複合金属とし、複合金属の薄膜を作製する場合について説明しておく。
【００７９】
前述したＣｕ薄膜の作製と同様に複合金属の薄膜の作製（例えば、ＩｎＣｕ薄膜）においても、次の様な反応が起こっていると考えられる。
１）プラズマの解離反応；Ｃｌ2 →２Ｃｌ*
２）エッチング反応    ；Ｃｕ＋Ｃｌ* →ＣｕＣｌ（ｇ）
Ｉｎ＋Ｃｌ* →ＩｎＣｌ（ｇ）
３）基板への吸着反応  ；ＣｕＣｌ（ｇ）→ＣｕＣｌ（ａｄ）
ＩｎＣｌ（ｇ）→ＩｎＣｌ（ａｄ）
４）成膜反応；ＣｕＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ* →Ｃｕ＋Ｃｌ2 ↑  ・・・（３）
ＩｎＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ* →Ｉｎ＋Ｃｌ2 ↑  ・・・（４）
ここで、Ｃｌ* はＣｌのラジカル、（ｇ）はガス状態、（ａｄ）は吸着状態をそれぞれ表している。
【００８０】
また、もう一つの成膜反応として、Ｃｕ薄膜の作製の際に予想された式（２）に対応して、以下の反応も同様に起こっていることが予想される。
２ＣｕＣｌ（ａｄ）→２Ｃｕ＋Ｃｌ2     ・・・・・（５）
２ＩｎＣｌ（ａｄ）→２Ｉｎ＋Ｃｌ2     ・・・・・（６）
【００８１】
同様に、非金属元素を含有するＣｕＩｎＳｅ2 、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ等の複合金属の場合も、複合金属中の非金属元素はＣｌ* によりハロゲン化されると考えられる。すなわち、Ｃｌ* によるエッチングの結果、Ｓｅ、Ｓ等の非金属元素はハロゲン化物を形成し前駆体となり、基板３へ搬送されて薄膜の構成元素となる。
【００８２】
このように、第１及び第２の実施の形態に係る金属膜作製装置における被エッチング部材１８の材質を適宜選択することで、ハロゲンガスのラジカルによる被エッチング部材１８のエッチング作用、このエッチング作用による前駆体１９の生成、この前駆体１９の基板３に対する吸着等を経て所望の薄膜を形成することができる。
【００８３】
上記各実施の形態におけるラジカル補給手段は、筒状の励起室２５の周囲に巻回したコイル状のプラズマアンテナ２６で、この励起室２５内にＣｌ* を形成し、このＣｌ* をチャンバ１等の内部に補給するように構成したが、これに限るものではない。ハロゲンガス（例えば、Ｃｌ2 ガス）のラジカル（例えば、Ｃｌ* ）を別途形成してこれをチャンバ１等の内部に補給することができるようになっていれば良い。例えば、次の様な構成のラジカル補給手段が考えられる。
【００８４】
１）  チャンバ内に連通して原料ガスであるハロゲンガスを流通させる筒状の通路にマイクロ波供給手段を有し、このマイクロ波供給手段が発生するマイクロ波により前記原料ガスをプラズマ化するもの。これは、例えばマグネトロンを利用することにより容易に構成することができる。この場合、周波数は２．４５（ＧＨｚ）程度のものを使用することができる。ちなみに、上記各実施の形態でプラズマアンテナ２６に供給する周波数は１３．５６（ＭＨｚ）を代表として、低周波から高高周波まで利用できるが、高高周波より周波数が一桁高いので、マイクロ波を用いた場合がより高密度の原料ガスラジカルを形成することができる。
【００８５】
２）  チャンバ内に連通する筒状の通路を流通する原料ガスであるハロゲンガスを加熱してこのハロゲンガスを熱的に解離する加熱手段を有するもの。かかる加熱手段としては、フィラメントで形成したヒータが考えられるが、かかるヒータで熱解離に必要な１５００度以上の温度は容易に得られる。したがって、最も安価に原料ガスラジカル補給手段を構成することができる。
【００８６】
３）  チャンバ内に連通する筒状の通路を流通する原料ガスであるハロゲンガスにレーザ光又は電子線等の電磁波を供給してこのハロゲンガスを解離させる電磁波発生手段を有するもの。これは、レーザ光又は電子線の波長を特定のものに固定することにより、所望のラジカル（例えばＣｌ* ）を高効率で発生させることかできる。すなわち、所望のラジカルを選択的に高効率で発生させることができる。
【００８７】
４）  チャンバ内に連通する筒状の通路を流通する原料ガスであるハロゲンガスを、触媒金属に接触させてその触媒作用によりラジカルを得るもの。すなわち、触媒金属で形成したフィラメントを前記筒状の通路に配設するとともに所定の高温に加熱し、ハロゲンガスをチャンバ内に供給するに際し、前記フィラメントにハロゲンガスを接触させるように構成する。この結果、接触に伴う触媒金属（例えばＣｕ）の触媒作用によりハロゲンガスのラジカルを得る。
【００８８】
また、上記各実施の形態において上式（２）及び（５）、（６）の成膜反応を促進させるべくＣｌ２ ガスの解離率を向上させる手段として、希ガス供給手段を設けたが、この代わりにチャンバ１等の内部に電磁波を供給してＣｌ2 ガスを解離するようにしても良い。すなわち、基板３の上方で原料ガス（例えばＣｌ2 ）が解離するような波長の電磁波、例えば２００ｎｍ〜３５０ｎｍのレーザ光を供給するように構成すれば良い。かかる構成は、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザ等の紫外域のレーザ光を照射するレーザ発振装置を利用することにより容易に構成することができる。
【００８９】
さらに、上式（２）及び（５）、（６）の成膜反応を促進させるべく、解離率を増加するには次の様なプラズマ条件の制御が有効である。
【００９０】
１）  原料ガスであるハロゲンガス（例えばＣｌ2 ガス）の供給量を減じる。この場合は、その前駆体の量も減るので成膜レートを多少犠牲にする必要がある。ただ、原理的には可能である。例えば、上記各実施の形態の場合で考えると、成膜レートとの兼ね合いから、標準供給量の１０％減程度が適当である。すなわち、Ｃｌ2 ガスの標準供給量が５０（ｓｃｃｍ）の場合、４５（ｃｃｍ）程度に減じるのが適当である。
【００９１】
２）  プラズマ空間にプラズマを発生させるプラズマ発生手段への高周波電力の電力量を増加させる。例えば、標準電力が２２（Ｗ／ｃｍ2）の場合、これを３０（Ｗ／ｃｍ2）とする。
【００９２】
上記各実施の形態に係る金属膜作製装置は、上式（１）及び（３）、（４）による成膜反応を促進する要件及び上式（２）及び（５）、（６）による成膜反応を促進する要件の両方を同時に充足する装置として説明したが、勿論何れか一方の成膜反応を促進するような装置として構成しても良い。また、上式（２）及び（５）、（６）による成膜反応を促進すべく解離率を向上させるため、別途Ａｒガスを供給するようにしたが、これは原料ガス（例えばＣｌ2 ガス）の希釈ガスとしてＨｅガスを使用している場合には、このＨｅガスに代えて用いることもできる。この場合には、原料ガスの希釈ガスとしての機能と、前記解離率を向上をさせるための成膜促進用ガスとしての機能とを兼備することとなる。
【００９３】
上記各実施の形態では、質量分析装置３２を用いて前駆体の量とラジカルの量とを検出して両者の比率を検出するようにしたが、同様のことは分光分析装置を用いても実現することができる。この場合には、チャンバ１等の内部の反応空間にレーザ光を照射して特定波長の光の光強度を検出する。また、当該比率は、原理的には、前駆体とラジカルとの量比に限る必要はない。前駆体と、ハロゲンガスとの比率であっても良い。ただし、この場合には供給したハロゲンガスの量を別途把握しておく必要がある。
【００９４】
また、上記各実施の形態では何れも原料ガスのラジカルを補給する場合について説明したが、成膜条件等によっては必ずしも前記ラジカルを補給する必要はない。ただ、このように別途形成したラジカルを補給することにより、成膜速度の向上及び膜質の向上を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明は、半導体産業において薄膜を作成する場合に利用して有用なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る金属膜作製装置を示す概略側面図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ線矢視図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る金属膜作製装置を示す概略側面図である。
【符号の説明】
【００９７】
１        チャンバ
３        基板
６        温度制御手段
９        隔絶板
９ａ      孔
１０        プラズマ空間
１１、３５        プラズマアンテナ
１６        プラズマ
１７        反応空間
１８        被エッチング部材
１９        前駆体
２０        ヒータ
２２        Cu薄膜
２４        通路
２５        励起室
２６        プラズマアンテナ
３２        質量分析装置
【図１】
2005054247.tif 000003
【図２】
2005054247.tif 000004
【図３】
2005054247.tif 000005