(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が収容されるチャンバと、
基板を保持するための基板支持台が対向する位置におけるチャンバに設けられるＡｌ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作用ガスを供給する作用ガス供給手段と、
チャンバの内部をプラズマ化し、作用ガスプラズマを発生させてハロゲンラジカルを生成し、流体の滞留時間を制御してハロゲンラジカル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Ａｌ成分とハロゲンＸとからなる前駆体ＡｌＸ３を生成するプラズマ発生手段と、
チャンバの内部に酸素及び水素を供給する供給手段と、
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と共に、流体の滞留時間を制御して前記ハロゲンラジカルと前記前駆体ＡｌＸ３とを反応させて前記前駆体ＡｌＸ３からＡｌＸ２の中間体を生成する一方、供給手段から供給された酸素及び水素と前記生成されたＡｌＸ２との反応により生じたＡｌ２Ｏ３膜を成膜させる制御手段と
を備えたことを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項２】
基板が収容されるチャンバと、
基板を保持するための基板支持台が対向する位置におけるチャンバに設けられるＡｌ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作用ガスを供給する作用ガス供給手段と、
チャンバの内部をプラズマ化し、作用ガスプラズマを発生させてハロゲンラジカルを生成し、流体の滞留時間を制御してハロゲンラジカル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Ａｌ成分とハロゲンＸとからなる前駆体ＡｌＸ３を生成するプラズマ発生手段と、
チャンバの内部に酸素及び水素を供給する供給手段と、
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と共に、流体の滞留時間を制御して前記ハロゲンラジカルと前記前駆体ＡｌＸ３とを反応させて前記前駆体ＡｌＸ３からＡｌＸの中間体を生成する一方、供給手段から供給された酸素及び水素と前記生成されたＡｌＸとの反応により生じたＡｌ２Ｏ３膜を成膜させる制御手段と
を備えたことを特徴とする薄膜作製装置。
【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薄膜作製装置において、
供給手段には、前駆体ＡｌＸ３の状況に応じて酸素及び水素の量を調整する機能が備えられ、
制御手段には、酸素及び水素の量を所望状態に調整して基板にＡｌ成分と酸化Ａｌ成分を混在させる機能が備えられていることを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項４】
基板が収容されるチャンバと、
基板を保持するための基板支持台が対向する位置におけるチャンバに設けられるＡｌ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作用ガスを供給する作用ガス供給手段と、
チャンバの内部をプラズマ化し、作用ガスプラズマを発生させてハロゲンラジカルを生成し、流体の滞留時間を制御してハロゲンラジカル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Ａｌ成分とハロゲンＸとからなる前駆体ＡｌＸ３を生成するプラズマ発生手段と、
チャンバの内部にＨ２Ｏを供給する供給手段と、
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と共に、流体の滞留時間を制御して前記ハロゲンラジカルと前記前駆体ＡｌＸ３とを反応させて前記前駆体ＡｌＸ３からＡｌＸ２の中間体を生成する一方、供給手段から供給されたＨ２Ｏと前記生成されたＡｌＸ２との反応により生じたＡｌ２Ｏ３膜を成膜させる制御手段と
を備えたことを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項５】
基板が収容されるチャンバと、
基板を保持するための基板支持台が対向する位置におけるチャンバに設けられるＡｌ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作用ガスを供給する作用ガス供給手段と、
チャンバの内部をプラズマ化し、作用ガスプラズマを発生させてハロゲンラジカルを生成し、流体の滞留時間を制御してハロゲンラジカル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Ａｌ成分とハロゲンＸとからなる前駆体ＡｌＸ３を生成するプラズマ発生手段と、
チャンバの内部にＨ２Ｏを供給する供給手段と、
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と共に、流体の滞留時間を制御して前記ハロゲンラジカルと前記前駆体ＡｌＸ３とを反応させて前記前駆体ＡｌＸ３からＡｌＸの中間体を生成する一方、供給手段から供給されたＨ２Ｏと前記生成されたＡｌＸとの反応により生じたＡｌ２Ｏ３膜を成膜させる制御手段と
を備えたことを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項６】
請求項４もしくは請求項５のいずれかに記載の薄膜作製装置において、
供給手段には、前駆体ＡｌＸ３の状況に応じてＨ２Ｏの量を調整する機能が備えられ、
制御手段には、Ｈ２Ｏの量を所望状態に調整して基板にＡｌ成分と酸化Ａｌ成分を混在させる機能が備えられていることを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項７】
請求項３もしくは請求項６のいずれかに記載の薄膜作製装置において、
制御手段における、Ａｌ成分と酸化Ａｌ成分を混在させる機能は、Ａｌ成分と酸化Ａｌ成分を交互に積層させる機能であることを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の薄膜作製装置において、
滞留時間は、チャンバの容積を、作用ガスの流量と雰囲気温度とチャンバ内の圧力との積で除した値で導出され、
プラズマ発生手段及び制御手段では、チャンバ内の圧力を高くすることで滞留時間を制御することを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項９】
請求項３、請求項６もしくは請求項７のいずれか一項に記載の薄膜作製装置において、
チャンバの内部に水素と水素の化合物であるＮＨ２を生成するＮＨ２生成手段と、
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と共に流体の滞留時間の制御により前駆体ＡｌＸ３からＡｌＸ２の中間体を生成する一方、生成手段で生成されたＮＨ２とＡｌＸ２の反応により生じたＡｌＮ成分を基板側に成膜させるＡｌＮ作製制御手段とを備え、
制御手段には、酸化Ａｌ成分を成膜させた後の基板にＡｌＮの薄膜を作製する機能が備えられていることを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項１０】
ハロゲンを含有する作用ガスをチャンバ内に供給すると共に酸素及び水素をチャンバ内に供給する工程と、
流体の滞留時間を制御して、ハロゲンラジカルによりＡｌ製の被エッチング部材をエッチングして被エッチング部材に含まれるＡｌ成分とハロゲンＸとからなる前駆体ＡｌＸ３を生成する工程と、
流体の滞留時間を制御して前記ハロゲンラジカルと前記前駆体ＡｌＸ３とを反応させて前駆体ＡｌＸ３からＡｌＸ２の中間体を生成する工程と、
前記供給された、酸素及び水素と前記生成されたＡｌＸ２との反応により生じたＡｌ２Ｏ３膜を成膜させる工程と
を有することを特徴とする薄膜作製方法。
【請求項１１】
ハロゲンを含有する作用ガスをチャンバ内に供給すると共に酸素及び水素をチャンバ内に供給する工程と、
流体の滞留時間を制御して、ハロゲンラジカルによりＡｌ製の被エッチング部材をエッチングして被エッチング部材に含まれるＡｌ成分とハロゲンＸとからなる前駆体ＡｌＸ３を生成する工程と、
流体の滞留時間を制御して前記ハロゲンラジカルと前記前駆体ＡｌＸ３とを反応させて前駆体ＡｌＸ３からＡｌＸの中間体を生成する工程と、
前記供給された、酸素及び水素と前記生成されたＡｌＸとの反応により生じたＡｌ２Ｏ３膜を成膜させる工程と
を有することを特徴とする薄膜作製方法。
【請求項１２】
ハロゲンを含有する作用ガスをチャンバ内に供給すると共にＨ２Ｏをチャンバ内に供給する工程と、
流体の滞留時間を制御して、ハロゲンラジカルによりＡｌ製の被エッチング部材をエッチングして被エッチング部材に含まれるＡｌ成分とハロゲンＸとからなる前駆体ＡｌＸ３を生成する工程と、
流体の滞留時間を制御して前記ハロゲンラジカルと前記前駆体ＡｌＸ３とを反応させて前駆体ＡｌＸ３からＡｌＸ２の中間体を生成する工程と、
前記供給されたＨ２Ｏと前記生成されたＡｌＸ２との反応により生じたＡｌ２Ｏ３膜を成膜させる工程と
を有することを特徴とする薄膜作製方法。
【請求項１３】
ハロゲンを含有する作用ガスをチャンバ内に供給すると共にＨ２Ｏをチャンバ内に供給する工程と、
流体の滞留時間を制御して、ハロゲンラジカルによりＡｌ製の被エッチング部材をエッチングして被エッチング部材に含まれるＡｌ成分とハロゲンＸとからなる前駆体ＡｌＸ３を生成する工程と、
流体の滞留時間を制御して前記ハロゲンラジカルと前記前駆体ＡｌＸ３とを反応させて前駆体ＡｌＸ３からＡｌＸの中間体を生成する工程と、
前記供給されたＨ２Ｏと前記生成されたＡｌＸとの反応により生じたＡｌ２Ｏ３膜を成膜させる工程と
を有することを特徴とする薄膜作製方法。
【請求項１４】
請求項１０乃至請求項１３のいずれか一項に記載の薄膜作製方法において、
Ａｌ２Ｏ３の薄膜を作製し、Ａｌ２Ｏ３の薄膜が作製された基板にＡｌＮ成分とＡｌ成分とを積層させた薄膜を作製することを特徴とする薄膜作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化Ａｌ成分を成膜することができる薄膜作製装置及び薄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、ハロゲンガスをプラズマ化して前記被エッチング部材をハロゲンのラジカル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】
上記新方式のプラズマＣＶＤ装置では、所定の低圧力下（例えば、０．１Ｔｏｒｒ〜０．２Ｔｏｒｒ）で、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℃〜７００℃）に、また基板を低温（例えば２００℃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。
【０００５】
(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↑
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。
【０００６】
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。
【０００７】
上述した新方式のＣＶＤ装置において、半導体材料用の用途等として酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の薄膜を作成することが考えられている。被エッチング部材としてＡｌを用いた場合、反応式中のＭＣｌはＡｌＸ３となるが、ＡｌＸ３は安定なものでＣｌ＊によるエッチング（還元）反応が生じ難いのが現状である。このため、酸素の原料との適合性等の関係もあり、新方式のＣＶＤ装置においては酸化アルミニウムの薄膜を確実に作製する技術は確立されていないのが実情であった。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１４７５３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、新方式のＣＶＤ装置を用いて酸化Ａｌの薄膜を確実に作製することができる薄膜作製装置及び薄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】
【００１０】
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の薄膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板を保持するための基板支持台が対向する位置におけるチャンバに設けられるＡｌ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作用ガスを供給する作用ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化し、作用ガスプラズマを発生させてハロゲンラジカルを生成し、流体の滞留時間を制御してハロゲンラジカル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Ａｌ成分とハロゲンＸとからなる前駆体ＡｌＸ３を生成するプラズマ発生手段と、チャンバの内部に酸素及び水素を供給する供給手段と、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と共に、流体の滞留時間を制御して前記ハロゲンラジカルと前記前駆体ＡｌＸ３とを反応させて前記前駆体ＡｌＸ３からＡｌＸ２の中間体を生成する一方、供給手段から供給された酸素及び水素と前記生成されたＡｌＸ２との反応により生じたＡｌ２Ｏ３膜を成膜させる制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項１に係る本発明では、流体の滞留時間を制御することでＡｌＸ２の中間体を生成し、酸素及び水素とＡｌＸ２の反応により生じた酸化Ａｌ成分を基板側に成膜させるので、ハロゲンラジカルによる還元が容易になり低温で酸化Ａｌの薄膜を確実に作製することができる。
【００１２】
上記目的を達成するための請求項２に係る本発明の薄膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板を保持するための基板支持台が対向する位置におけるチャンバに設けられるＡｌ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作用ガスを供給する作用ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化し、作用ガスプラズマを発生させてハロゲンラジカルを生成し、流体の滞留時間を制御してハロゲンラジカル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Ａｌ成分とハロゲンＸとからなる前駆体ＡｌＸ３を生成するプラズマ発生手段と、チャンバの内部に酸素及び水素を供給する供給手段と、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と共に、流体の滞留時間を制御して前記ハロゲンラジカルと前記前駆体ＡｌＸ３とを反応させて前記前駆体ＡｌＸ３からＡｌＸの中間体を生成する一方、供給手段から供給された酸素及び水素と前記生成されたＡｌＸとの反応により生じたＡｌ２Ｏ３膜を成膜させる制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係る本発明では、流体の滞留時間を制御することでＡｌＸの中間体を生成し、酸素及び水素とＡｌＸの反応により生じた酸化Ａｌ成分を基板側に成膜させるので、ハロゲンラジカルによる還元が容易になり低温で酸化Ａｌの薄膜を確実に作製することができる。
【００１４】
そして、請求項３に係る本発明の薄膜作製装置は、請求項１もしくは請求項２のいずれかに記載の薄膜作製装置において、供給手段には、前駆体ＡｌＸ３の状況に応じて酸素及び水素の量を調整する機能が備えられ、制御手段には、酸素及び水素の量を所望状態に調整して基板にＡｌ成分と酸化Ａｌ成分を混在させる機能が備えられていることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に係る本発明では、酸素及び水素の量を所望状態に調整することにより基板にＡｌ成分と酸化Ａｌ成分を混在させて薄膜を作製することができる。
【００１６】
上記目的を達成するための請求項４に係る本発明の薄膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板を保持するための基板支持台が対向する位置におけるチャンバに設けられるＡｌ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作用ガスを供給する作用ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化し、作用ガスプラズマを発生させてハロゲンラジカルを生成し、流体の滞留時間を制御してハロゲンラジカル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Ａｌ成分とハロゲンＸとからなる前駆体ＡｌＸ３を生成するプラズマ発生手段と、チャンバの内部にＨ２Ｏを供給する供給手段と、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と共に、流体の滞留時間を制御して前記ハロゲンラジカルと前記前駆体ＡｌＸ３とを反応させて前記前駆体ＡｌＸ３からＡｌＸ２の中間体を生成する一方、供給手段から供給されたＨ２Ｏと前記生成されたＡｌＸ２との反応により生じたＡｌ２Ｏ３膜を成膜させる制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
請求項４に係る本発明では、流体の滞留時間を制御することでＡｌＸ２の中間体を生成し、Ｈ２ＯとＡｌＸ２の反応により生じた酸化Ａｌ成分を基板側に成膜させるので、ハロゲンラジカルによる還元が容易になり低温で酸化Ａｌの薄膜を確実に作製することができる。
【００１８】
上記目的を達成するための請求項５に係る本発明の薄膜作製装置は、基板が収容されるチャンバと、基板を保持するための基板支持台が対向する位置におけるチャンバに設けられるＡｌ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作用ガスを供給する作用ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化し、作用ガスプラズマを発生させてハロゲンラジカルを生成し、流体の滞留時間を制御してハロゲンラジカル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Ａｌ成分とハロゲンＸとからなる前駆体ＡｌＸ３を生成するプラズマ発生手段と、チャンバの内部にＨ２Ｏを供給する供給手段と、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と共に、流体の滞留時間を制御して前記ハロゲンラジカルと前記前駆体ＡｌＸ３とを反応させて前記前駆体ＡｌＸ３からＡｌＸの中間体を生成する一方、供給手段から供給されたＨ２Ｏと前記生成されたＡｌＸとの反応により生じたＡｌ２Ｏ３膜を成膜させる制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
請求項５に係る本発明では、流体の滞留時間を制御することでＡｌＸの中間体を生成し、Ｈ２ＯとＡｌＸの反応により生じた酸化Ａｌ成分を基板側に成膜させるので、ハロゲンラジカルによる還元が容易になり低温で酸化Ａｌの薄膜を確実に作製することができる。
【００２０】
そして、請求項６に係る本発明の薄膜作製装置は、請求項４もしくは請求項５のいずれかに記載の薄膜作製装置において、供給手段には、前駆体ＡｌＸ３の状況に応じてＨ２Ｏの量を調整する機能が備えられ、制御手段には、Ｈ２Ｏの量を所望状態に調整して基板にＡｌ成分と酸化Ａｌ成分を混在させる機能が備えられていることを特徴とする。
【００２１】
請求項６に係る本発明では、Ｈ２Ｏの量を所望状態に調整することにより基板にＡｌ成分と酸化Ａｌ成分を混在させて薄膜を作製することができる。
【００２２】
また、請求項７に係る本発明の薄膜作製装置は、請求項３もしくは請求項６のいずれかに記載の薄膜作製装置において、制御手段における、Ａｌ成分と酸化Ａｌ成分を混在させる機能は、Ａｌ成分と酸化Ａｌ成分を交互に積層させる機能であることを特徴とする。
【００２３】
請求項７に係る本発明では、Ａｌ成分と酸化Ａｌ成分を交互に積層させて薄膜を作製することができる。
【００２４】
また、請求項８に係る本発明の薄膜作製装置は、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の薄膜作製装置において、滞留時間は、チャンバの容積を、作用ガスの流量と雰囲気温度とチャンバ内の圧力との積で除した値で導出され、プラズマ発生手段及び制御手段では、チャンバ内の圧力を高くすることで滞留時間を制御することを特徴とする。
【００２５】
請求項８に係る本発明では、チャンバ内の圧力を高くして酸化Ａｌ成分を基板側に成膜させることができる。
【００２８】
請求項９に係る本発明の薄膜作製装置は、請求項３、請求項６もしくは請求項７のいずれか一項に記載の薄膜作製装置において、チャンバの内部に水素と水素の化合物であるＮＨ２を生成するＮＨ２生成手段と、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と共に流体の滞留時間の制御により前駆体ＡｌＸ３からＡｌＸ２の中間体を生成する一方、生成手段で生成されたＮＨ２とＡｌＸ２の反応により生じたＡｌＮ成分を基板側に成膜させるＡｌＮ作製制御手段とを備え、制御手段には、酸化Ａｌ成分を成膜させた後の基板にＡｌＮの薄膜を作製する機能が備えられていることを特徴とする。
【００２９】
請求項９に係る本発明では、酸化Ａｌ成分を成膜させた後にＡｌＮの薄膜を作製することができ、高誘電率のゲートメタルとすることができる。
【００３０】
上記目的を達成するための請求項１０に係る本発明の薄膜作製方法は、ハロゲンを含有する作用ガスをチャンバ内に供給すると共に酸素及び水素をチャンバ内に供給する工程と、流体の滞留時間を制御して、ハロゲンラジカルによりＡｌ製の被エッチング部材をエッチングして被エッチング部材に含まれるＡｌ成分とハロゲンＸとからなる前駆体ＡｌＸ３を生成する工程と、流体の滞留時間を制御して前記ハロゲンラジカルと前記前駆体ＡｌＸ３とを反応させて前駆体ＡｌＸ３からＡｌＸ２の中間体を生成する工程と、前記供給された、酸素及び水素と前記生成されたＡｌＸ２との反応により生じたＡｌ２Ｏ３膜を成膜させる工程とを有することを特徴とする。
【００３１】
請求項１０に係る本発明では、流体の滞留時間を制御することでＡｌＸ２の中間体を生成し、酸素及び水素とＡｌＸ２の反応により生じた酸化Ａｌ成分を基板側に成膜させるので、ハロゲンラジカルによる還元が容易になり低温で酸化Ａｌの薄膜を確実に作製することができる。
【００３２】
上記目的を達成するための請求項１１に係る本発明の薄膜作製方法は、ハロゲンを含有する作用ガスをチャンバ内に供給すると共に酸素及び水素をチャンバ内に供給する工程と、流体の滞留時間を制御して、ハロゲンラジカルによりＡｌ製の被エッチング部材をエッチングして被エッチング部材に含まれるＡｌ成分とハロゲンＸとからなる前駆体ＡｌＸ３を生成する工程と、流体の滞留時間を制御して前記ハロゲンラジカルと前記前駆体ＡｌＸ３とを反応させて前駆体ＡｌＸ３からＡｌＸの中間体を生成する工程と、前記供給された、酸素及び水素と前記生成されたＡｌＸとの反応により生じたＡｌ２Ｏ３膜を成膜させる工程とを有することを特徴とする。
【００３３】
請求項１１に係る本発明では、流体の滞留時間を制御することでＡｌＸの中間体を生成し、酸素及び水素とＡｌＸの反応により生じた酸化Ａｌ成分を基板側に成膜させるので、ハロゲンラジカルによる還元が容易になり低温で酸化Ａｌの薄膜を確実に作製することができる。
【００３４】
上記目的を達成するための請求項１２に係る本発明の薄膜作製方法は、ハロゲンを含有する作用ガスをチャンバ内に供給すると共にＨ２Ｏをチャンバ内に供給する工程と、流体の滞留時間を制御して、ハロゲンラジカルによりＡｌ製の被エッチング部材をエッチングして被エッチング部材に含まれるＡｌ成分とハロゲンＸとからなる前駆体ＡｌＸ３を生成する工程と、流体の滞留時間を制御して前記ハロゲンラジカルと前記前駆体ＡｌＸ３とを反応させて前駆体ＡｌＸ３からＡｌＸ２の中間体を生成する工程と、前記供給されたＨ２Ｏと前記生成されたＡｌＸ２との反応により生じたＡｌ２Ｏ３膜を成膜させる工程とを有することを特徴とする。
【００３５】
請求項１２に係る本発明では、流体の滞留時間を制御することでＡｌＸ２の中間体を生成し、Ｈ２ＯとＡｌＸ２の反応により生じた酸化Ａｌ成分を基板側に成膜させるので、ハロゲンラジカルによる還元が容易になり低温で酸化Ａｌの薄膜を確実に作製することができる。
【００３６】
上記目的を達成するための請求項１３に係る本発明の薄膜作製方法は、ハロゲンを含有する作用ガスをチャンバ内に供給すると共にＨ２Ｏをチャンバ内に供給する工程と、流体の滞留時間を制御して、ハロゲンラジカルによりＡｌ製の被エッチング部材をエッチングして被エッチング部材に含まれるＡｌ成分とハロゲンＸとからなる前駆体ＡｌＸ３を生成する工程と、流体の滞留時間を制御して前記ハロゲンラジカルと前記前駆体ＡｌＸ３とを反応させて前駆体ＡｌＸ３からＡｌＸの中間体を生成する工程と、前記供給されたＨ２Ｏと前記生成されたＡｌＸとの反応により生じたＡｌ２Ｏ３膜を成膜させる工程とを有することを特徴とする。
【００３７】
請求項１３に係る本発明では、流体の滞留時間を制御することでＡｌＸの中間体を生成し、Ｈ２ＯとＡｌＸの反応により生じた酸化Ａｌ成分を基板側に成膜させるので、ハロゲンラジカルによる還元が容易になり低温で酸化Ａｌの薄膜を確実に作製することができる。
【００４２】
また、請求項１４に係る本発明の薄膜作製方法は、請求項１０乃至請求項１３のいずれか一項に記載の薄膜作製方法において、Ａｌ２Ｏ３の薄膜を作製し、Ａｌ２Ｏ３の薄膜が作製された基板にＡｌＮ成分とＡｌ成分とを積層させた薄膜を作製することを特徴とする。
【００４３】
請求項１４に係る本発明では、Ａｌ２Ｏ３を成膜させた後にＡｌＮの薄膜を作製することができ、高誘電率のゲートメタルとすることができる。
【発明の効果】
【００４６】
本発明の薄膜作製装置は、新方式のＣＶＤ装置を用いて酸化Ａｌの薄膜を低温の環境下で確実に作製することができる薄膜作製装置となる。
【００４７】
また、本発明の薄膜作製方法は、新方式のＣＶＤ装置を用いて酸化Ａｌの薄膜を低温の環境下で確実に作製することができる薄膜作製方法となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
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。
【００４９】
図１には本発明の一実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面、図２にはプラズマの発光状況を表すグラフを示してある。
【００５０】
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。
【００５１】
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により誘導プラズマを発生させるプラズマ発生手段が構成されている。
【００５２】
チャンバ１には、アルミニウム製（Ａｌ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、格子状に形成されてプラズマアンテナ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。
【００５３】
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網目状に構成したり、リングの内周側に複数の長尺突起を形成する等の構成とすることも可能である。
【００５４】
被エッチング部材１１の上方におけるチャンバ１の筒部にはチャンバ１の内部にハロゲンとしての塩素を含有する作用ガス（Ｈｅにより所定の濃度に希釈されたガス：Ｃｌ２ガス）１７を供給するガスノズル１４が１本設けられている。ガスノズル１４はチャンバ１の中心部まで延び、先端が上方に向けられてガス噴出口１５とされている。ＨｅとＣｌ２ガスは流量制御器１６に個別に制御されて送られ、ガスノズル１４には流量及び圧力が制御される流量制御器１６を介してＨｅで希釈されたＣｌ２ガス１７が送られる（作用ガス供給手段）。
【００５５】
尚、ガスノズル１４の形状及び配置は、例えば、チャンバ１の周方向に等間隔で複数（例えば８箇所）接続する等、図示の例に限られるものではない。また、作用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。ハロゲンとして塩素を用いたことにより、安価な塩素ガスを用いて薄膜を作製することができる。
【００５６】
チャンバ１の筒部には酸素（Ｏ２）を供給するノズル２１が設けられ、ノズル２１からは流量制御器２３を介してＯ２ガス２２がチャンバ１内に供給される（供給手段）。また、チャンバ１の筒部には水素（Ｈ２）を供給するノズル４１が設けられ、ノズル４１からは流量制御器４３を介してＨ２ガス４２がチャンバ１内に供給される（供給手段）。
【００５７】
成膜に関与しないガス等は排気口１８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１９によって所定の圧力に維持される。真空装置１９の図示しないバルブは制御手段２０により制御され、バルブの調整によりチャンバ内が所望の圧力に制御される。一方、制御手段２０により電源１０の出力が適宜調整され、ＲＦパワーが制御可能とされている。
【００５８】
また、チャンバ１の筒部にはプラズマの発光状況（例えば、波長に対する発光強度）を検出するプラズマ分光器２５が設けられ、分光データに基づいて後述する塩素ラジカルＣｌ＊、ＡｌＸ３、ＡｌＸ２、ＡｌＸの状況（分光データ）を求めて分光データを制御手段２０に送る。制御手段２０では、送られた分光データに基づいて作用ガス１７の流量、ＮＨ３の流量が適宜制御される。
【００５９】
上述した薄膜作製装置では、塩素を含有する作用ガス１７をチャンバ１内に供給し、流体の滞留時間を制御して（長くして）、即ち、チャンバ１内の圧力を高くして、塩素ラジカルによりＡｌ製の被エッチング部材１１をエッチングして被エッチング部材に含まれるＡｌ成分とハロゲンＣｌとからなる前駆体ＡｌＣｌ３を生成すると共に中間体であるＡｌＣｌ２及び（または）ＡｌＣｌを生成する。また、ノズル２１からＯ２ガス２２をチャンバ１内に供給すると共に、ノズル４１からＨ２ガス４２をチャンバ１内に供給し、プラズマ中で、ＡｌＣｌ２及び（または）ＡｌＣｌと反応させてＡｌ２Ｏ３として基板３側に成膜させる。
【００６０】
流体の滞留時間を長くすることでＡｌＣｌ２（ＡｌＣｌ）の中間体が生成され、中間体をＯ２、Ｎ２（及び塩素ラジカルＣｌ＊）と反応させて前駆体ＡｌＸ３のＡｌ成分がＡｌ２Ｏ３として基板３側に成膜されるので、Ｃｌラジカルによる還元が容易になり酸化Ａｌの薄膜を確実に作製することができる。また、水素Ｈ２により還元作用が得られるため、少ない塩素ガス量でＡｌ２Ｏ３を成膜することができる。
【００６１】
ここで、流体の滞留時間の制御はチャンバ１内の圧力を高くすることで行われる。流体の滞留時間ｔは、
ｔ＝Ｖ／ＱＴＰ
で表すことができる。
【００６２】
ここで、Ｑはガスの流量、Ｔは雰囲気の温度、Ｐは圧力｛７６０（Ｔｏｒｒ）／Ｐ（Ｔｏｔａｌ）｝、Ｖは反応雰囲気の容積である。このため、流体の滞留時間を長くしてＡｌＣｌ２及びＡｌＣｌの中間体を生成するためには、圧力Ｐ（Ｔｏｔａｌ：Ｔｏｒｒ）を高くして圧力Ｐを小さい値にする、流量を減らす、温度を低くする、容積を大きくする、のいずれかにより達成することができる。本実施形態例では、制御性等を考慮して圧力Ｐ（Ｔｏｔａｌ：Ｔｏｒｒ）を高くすることで滞留時間を長くするようにしている。
【００６３】
通常、新方式のＣＶＤ装置を用いて金属薄膜を作製する場合、圧力Ｐ（Ｔｏｔａｌ：Ｔｏｒｒ）は０．１〜０．２（Ｔｏｒｒ）の範囲に設定されるが、本実施形態例では、例えば、圧力Ｐ（Ｔｏｔａｌ：Ｔｏｒｒ）を０．５〜１．０（Ｔｏｒｒ）の範囲に設定し、滞留時間を１.５倍程度に設定している。圧力Ｐの設定は真空装置１９の図示しないバルブの制御により行われている。
【００６４】
具体的な成膜の状況を以下に説明する。
【００６５】
０．５〜１．０（Ｔｏｒｒ）に制御されたチャンバ１の内部にガスノズル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、Ｃｌラジカルを生成する。プラズマは、ガスプラズマ１２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＊
ここで、Ｃｌ＊は塩素ラジカルを表す。
【００６６】
ガスプラズマ１２がＡｌ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、Ａｌ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。
ＡｌＣｌ３→ＡｌＣｌ２→ＡｌＣｌ
ＡｌＣｌ３に塩素ラジカルＣｌ＊が作用することにより、  
ＡｌＣｌ３＋Ｃｌ＊→ＡｌＣｌ２＋Ｃｌ２↑の反応が生じてＡｌＣｌ２となる（制御手段）。
また、ＡｌＣｌ２に塩素ラジカルＣｌ＊が作用することにより、            
ＡｌＣｌ２＋Ｃｌ＊→ＡｌＣｌ＋Ｃｌ２↑の反応が生じてＡｌＣｌとなる（制御手段）。
【００６７】
また、ノズル２１からＯ２ガス２２をチャンバ１内に供給すると共に、ノズル４１からＨ２ガス４２をチャンバ１内に供給する。プラズマ中で、
４ＡｌＣｌ２＋３Ｏ２＋２Ｈ２→２Ａｌ２Ｏ３＋８Ｃｌ２↑の反応が生じて
Ａｌ２Ｏ３として基板３に成膜される。
また、プラズマ中で、
４ＡｌＣｌ＋３Ｏ２＋２Ｈ２→２Ａｌ２Ｏ３＋４Ｃｌ２↑の反応が生じて
Ａｌ２Ｏ３として基板３に成膜される。
【００６８】
このようにして、還元し易い（不安定な）中間体を介して前駆体ＡｌＸ３のＡｌ成分をＯ２及びＨ２と反応させて基板３側にＡｌ２Ｏ３を成膜するので、Ａｌ２Ｏ３の薄膜を低温で確実に作製することができる。しかも、Ｈ２ガスを使用しているので還元反応が得られ、還元のための塩素ガスの量を減らすことができる。
【００６９】
上述したＡｌの薄膜の作製に際し、成膜中はプラズマ分光器２５によりプラズマの発光状況（例えば、波長に対する発光強度）を検出している。即ち、図２に示すように、ＡｌＣｌ３、ＡｌＣｌ２、ＡｌＣｌ、塩素ラジカルＣｌ＊、Ａｌの発光強度は波長により異なるため、発光強度を検出することによりＡｌＣｌ３、ＡｌＣｌ２、ＡｌＣｌ、塩素ラジカルＣｌ＊、Ａｌの状況を検出することができる。
【００７０】
プラズマ分光器２５での検出データは制御手段２０に送られ、前述した反応の過程において、ＡｌＣｌ３、ＡｌＣｌ２、ＡｌＣｌ、塩素ラジカルＣｌ＊、Ａｌが所望状態に生成されているかをモニタする。モニタの結果、所望の生成物が得られていない場合（予め記憶された発光強度の状況と一致していない場合）、制御手段２０の指令により、真空装置１９の図示しないバルブの調整が行われてＡｌＣｌ３、ＡｌＣｌ２、ＡｌＣｌ、塩素ラジカルＣｌ＊、Ａｌが所望状態に生成されるように圧力が制御される。
【００７１】
また、モニタの結果に基づいて、ＡｌＣｌ２、ＡｌＣｌの状況に合ったＯ２ガス量及びＨ２ガス量が決定され、流量制御器２３、４３に流量調整の指令が出されてＯ２ガス及びＨ２ガスの流量が制御される。
【００７２】
上述したＡｌＣｌは、塩素ラジカルＣｌ＊により
ＡｌＣｌ＋Ｃｌ＊→Ａｌ＋Ｃｌ２↑の反応が生じてＡｌ成分となる。
また、ＡｌＣｌ２はプラズマ中で
ＡｌＣｌ２＋ＡｌＣｌ２→２Ａｌ↓＋Ｃｌ２↑の反応が生じてＡｌ成分となる。
プラズマ分光器２５での検出データに基づいてＯ２ガス及びＨ２ガスの供給と停止を繰り返すことにより、上記反応とＡｌ２Ｏ３の生成反応とを交互に行い、ＡｌとＡｌ２Ｏ３の積層膜として基板３に作製することができる。
【００７３】
この時、Ｏ２ガス及びＨ２ガスの流量を制御することで、ＡｌとＡｌ２Ｏ３の組成が傾斜した状態の薄膜を基板３に作製することもできる。
【００７４】
更に、予めＡｌ２Ｏ３が作製された基板３にＡｌとＡｌＮの積層膜を作製することもできる。この場合、高誘電率のゲートメタルとして適用することができる。この場合、チャンバ１内に別途アンモニア（ＮＨ３）を供給するノズルを備える等の装置を用いることができる。
【００７５】
ＡｌとＡｌＮの積層膜を作製するための薄膜作製装置を図３に基づいて説明する。尚、図１に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００７６】
即ち、図３に示すように、チャンバ１の筒部にはアンモニア（ＮＨ３）を供給するノズル６１が設けられ、ノズル６１からは流量制御器６３を介してＮＨ３ガス６２がチャンバ１内に供給される。チャンバ１内に供給されたＮＨ３ガス６２は、プラズマによりＮＨ２と水素ラジカルＨ＊に解離されてＮＨ２が生成される。または、塩素ラジカルＣｌ＊との反応によりＮＨ２とＨＣｌとされてＮＨ２が生成される。
【００７７】
つまり、ＮＨ３はガスプラズマ１２により、
ＮＨ３→ＮＨ２＋Ｈ＊
の反応が生じて、即ち、ＮＨ２と水素ラジカルＨ＊に解離されてＮＨ２が生成される。
【００７８】
また、ＮＨ３は塩素ラジカルＣｌ＊により、
ＮＨ３＋Ｃｌ＊→ＮＨ２＋ＨＣｌ↑
の反応が生じて、即ち、塩素ラジカルＣｌ＊との反応によりＮＨ２とＨＣｌとされてＮＨ２が生成される。
【００７９】
そして、生成されたＮＨ２とＡｌＣｌ２により、
ＡｌＣｌ２＋ＮＨ２→ＡｌＮ＋２ＨＣｌ↑
の反応が生じてＡｌＮ成分が基板３に成膜される。
【００８０】
また、生成されたＮＨ２とＡｌＣｌ及び塩素ラジカルＣｌ＊により、
ＡｌＣｌ＋ＮＨ２＋Ｃｌ＊→ＡｌＮ＋２ＨＣｌ↑
の反応が生じてＡｌＮ成分が基板３に成膜される。
【００８１】
これにより、予めＡｌ２Ｏ３が作製された基板３にＡｌとＡｌＮの積層膜を作製することができる。
【００８２】
ところで、圧力を高くすると、塩素ラジカルＣｌ＊が減少してＡｌＣｌｘとのバランスが不均衡になる虞がある。塩素ラジカルＣｌ＊及びＡｌＣｌｘはプラズマ密度を高くすると増加するので、圧力を高くする動作に連動して制御手段２０により電源１０の出力を適宜調整してＲＦパワーを上げてプラズマ密度を高くすることができる。これにより、塩素ラジカルＣｌ＊が増加し、圧力を高くしても塩素ラジカルＣｌ＊が減少する虞がなくなり、ＡｌＣｌｘとのバランスを維持することが可能になる。
【００８３】
尚、塩素ラジカルＣｌ＊を増加させる構成としては、ＲＦパワーを上げること以外に別途塩素ラジカルＣｌ＊を供給する構成としてもよい。
【００８４】
また、ＡｌＮの薄膜が作製された後、基板３側の温度が高いままだと、塩素ラジカルＣｌ＊により薄膜がエッチングされることが考えられる。これを抑制するため、成膜が終了した後、Ａｒガスをチャンバ１内に供給してプラズマを発生させることにより、基板３の近傍の電子温度を低下させて基板表面の輻射エネルギーを減少させることができる。
【００８５】
更に、プラズマを停止させた後に残留するＣｌラジカルＣｌ＊によりＡｌＮの薄膜が影響を受けることが考えられる。これを抑制するため、プラズマを停止させた後にＨｅを流し続け、ＨｅをＣｌラジカルＣｌ＊と反応させてＣｌ２ガスとして排出することができる。これにより、成膜されたＡｌＮの薄膜が残留するＣｌラジカルＣｌ＊によって影響を受けることがなくなる。
【００８６】
従って、新方式のＣＶＤ装置を用いてＡｌ２Ｏ３の薄膜、及び、予めＡｌ２Ｏ３が作製された基板３にＡｌとＡｌＮの積層膜を低温の環境下で確実に作製することができる薄膜作製装置及び薄膜作製方法とすることができる。
【００８７】
図４に基づいて本発明の他の実施形態例を説明する。図４には本発明の他の実施形態例に係る薄膜作製装置の概略構成を示してある。尚、図１に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。本実施形態例は、Ｏ２ガス及びＨ２ガスをチャンバ１内に供給する代わりに、水蒸気（Ｈ２Ｏ）をチャンバ１内に供給するようになっている。
【００８８】
チャンバ１の筒部には水蒸気（Ｈ２Ｏ）５２を供給するノズル５１が設けられ、ノズル５１からは流量制御器５３を介して水蒸気（Ｈ２Ｏ）５２がチャンバ１内に供給される（供給手段）。塩素を含有する作用ガス１７をチャンバ１内に供給し、流体の滞留時間を制御して(長くして)、即ち、チャンバ１内の圧力を高くして、塩素ラジカルによりＡｌ製の被エッチング部材１１をエッチングして被エッチング部材に含まれるＡｌ成分とハロゲンＣｌとからなる前駆体ＡｌＣｌ３を生成すると共に中間体であるＡｌＣｌ２及び（または）ＡｌＣｌを生成する。また、ノズル５１から水蒸気（Ｈ２Ｏ）５２をチャンバ１内に供給し、プラズマ中で、塩素ラジカルＣｌ＊と共にＡｌＣｌ２及び（または）ＡｌＣｌと反応させてＡｌ２Ｏ３として基板３側に成膜させる。
【００８９】
この時の反応は以下に示したとおりである。
【００９０】
プラズマ中で、
２ＡｌＣｌ２＋３Ｈ２Ｏ＋２Ｃｌ＊→Ａｌ２Ｏ３＋６ＨＣｌ↑の反応が生じて
Ａｌ２Ｏ３として基板３に成膜される。
また、プラズマ中で、
４ＡｌＣｌ＋３Ｈ２Ｏ＋２Ｃｌ＊→２Ａｌ２Ｏ３＋６ＨＣｌ↑の反応が生じて
Ａｌ２Ｏ３として基板３に成膜される。
【００９１】
このようにして、還元し易い（不安定な）中間体を介して前駆体ＡｌＸ３のＡｌ成分をＯ２及びＨ２と反応させて基板３側にＡｌ２Ｏ３を成膜するので、Ａｌ２Ｏ３の薄膜を低温で確実に作製することができる。しかも、ＯＨ基が存在するため密着性に優れたＡｌ２Ｏ３の薄膜が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、酸化Ａｌの薄膜を成膜することができる薄膜作製装置及び薄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】
【００９３】
【図１】本発明の一実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面図である。
【図２】プラズマの発光状況を表すグラフである。
【図３】本発明の他の実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面図である。
【図４】本発明の他の実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面図である。
【符号の説明】
【００９４】
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  ガスプラズマ
１４  ガスノズル
１６、２３、４３、５３、６３  流量制御器
１７  作用ガス
１８  排出口
１９  真空装置
２０  制御手段
２１、４１、５１、６１  ノズル
２２  酸素（Ｏ２）ガス
２５  プラズマ分光器
４２  水素（Ｈ２）ガス
【図１】
0004401338.tif 000002
【図２】
0004401338.tif 000003
【図３】
0004401338.tif 000004
【図４】
0004401338.tif 000005