(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容可能なチャンバに接続されチャンバ内に薄膜の材料となるガスの供給及び薄膜析出のためのラジカルの供給を行う材料供給装置であって、
加熱手段と、
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される被エッチング部材と、
前記加熱手段により所定の温度に加熱された前記被エッチング部材にハロゲンガスを接触させて前記元素とハロゲンとの化合物である前駆体のガスを形成して前記チャンバ内に供給する材料通路と、
ハロゲンガスを前記加熱手段により加熱してハロゲンガスラジカルを得て前記チャンバ内に供給するラジカル通路と
を備えたことを特徴とする材料供給装置。
【請求項２】
請求項１に記載の材料供給装置において、
前記ラジカル通路を形成する外筒を備えると共に前記外筒の内周に同芯状の内筒を備え、前記外筒と前記内筒の間に加熱手段としてのホットワイヤを設け、前記内筒の内周に筒状に形成された前記被エッチング部材を設け、前記外筒と前記内筒の間及び前記内筒の内側にハロゲンガスを供給することで、前記前駆体のガスを前記チャンバ内に供給する前記内筒を材料通路とし、ハロゲンガスラジカルを前記チャンバ内に供給する前記外筒と前記内筒の間をラジカル通路としたことを特徴とする材料供給装置。
【請求項３】
請求項２に記載の材料供給装置において、
前記外筒の外周に同芯状の第２外筒を備え、
作用ガスを流通させて作用ガスラジカルを得て前記チャンバ内に供給する作用ガスラジカル通路を前記外筒と前記第２外筒の間に形成したことを特徴とする材料供給装置。
【請求項４】
請求項２に記載の材料供給装置において、
前記外筒の外周に同芯状の第２外筒を備え、
前記外筒と前記第２外筒の間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される第２被エッチング部材を備え、
前記加熱手段により所定の温度に加熱された前記第２被エッチング部材にハロゲンガスを接触させて前記元素とハロゲンとの化合物である前駆体のガスを形成して前記チャンバ内に供給する第２材料通路を備え、
前記第２材料通路を前記外筒と前記第２外筒の間に形成したことを特徴とする材料供給装置。
【請求項５】
基板を収容可能な筒状のチャンバと、
請求項１または請求項２に記載の材料供給装置と、
前記基板の温度を相対的に低温の所定温度に制御して前記材料供給装置からの前駆体のガスを前記基板に吸着させると共に前記基板に吸着状態となっている前記前駆体にハロゲンラジカルを作用させて前記前駆体を還元することで前記前駆体の前記元素成分を析出させて所定の成膜を行う温度制御手段と
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５に記載の薄膜作製装置において、前記材料供給装置を複数対備え、それぞれの対における被エッチング部材の元素成分を異ならせ、それぞれの対に対して独立してハロゲンガスを選択的に供給して異なる前記元素成分を積層状態で析出させる制御手段を備えたことを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項７】
請求項５に記載の薄膜作製装置において、前記材料供給装置を複数対備え、それぞれの対における被エッチング部材の元素成分を異ならせ、それぞれの対に対して独立した供給量でハロゲンガスを供給して異なる前記元素成分を傾斜割合の状態で析出させる制御手段を備え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】
本発明は材料供給装置及び薄膜作製装置に関し、特に高蒸気圧ハロゲン化物を作る金属乃至これを含む複合金属で形成した被エッチング部材にハロゲンガスを作用させてそのハロゲン化物である前駆体を形成し、この前駆体を基板上に吸着させて所定の金属薄膜を形成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。
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内に設置し、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。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１４７５３４号公報
【０００４】
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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、最近の研究により、上記新方式のプラズマＣＶＤ装置において、被エッチング部材をエッチングして形成していた前記前駆体は、必ずしもハロゲンガスのプラズマを形成しなくても得ることができることが分かってきた。すなわち、ハロゲンガスを高温の被エッチング部材に作用させるだけでもこの被エッチング部材がサーマルエッチングされる結果、所望の前駆体を得ることができる。そして、この前駆体を基板上に吸着させた後、ハロゲンを引き抜くことにより所望の金属の薄膜を基板上に析出させることができる。
この場合、基板の温度を適切に制御することは当然のこととして、基板上に吸着された前駆体からハロゲンを引き抜き、所望の金属の薄膜を十分な製膜速度及び膜質を確保しつつ容易に析出させるためには、吸着された前駆体にハロゲンのラジカルを作用させることが重要であることも分かってきた。この場合の反応は次のように表すことができる。
１）  エッチング反応；２ｎＣｕ＋ｎＣｌ2 →２ＣｕnＣｌn（ｇ）
２）  基板への吸着反応；ＣｕnＣｌn（ｇ）→ｎＣｕＣｌ（ａｄ）
３）  成膜反応；ＣｕＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ* →Ｃｕ＋Ｃｌ2 ↑・・・（１）
ここで、ｎは自然数、Ｃｌ* はＣｌのラジカル、（ｇ）はガス状態、（ａｄ）は吸着状態であることをそれぞれ表している。
上式（１）の成膜反応に本質的に重要な要素は、基板表面上での前駆体（例えばＣｕＣｌ）の流束、還元用のハロゲンラジカル（例えばＣｌ*）の流束及び基板温度である。さらに、被エッチング部材の温度は前駆体（例えばＣｕＣｌ）の流束を制御する要素としてこれを適切に制御することが重要である。
上述の如くハロゲンガスによる被エッチング部材のサーマルエッチングにより前駆体を得る場合には、成膜条件の制御が簡単になる。被エッチング部材のエッチングのためにプラズマを発生させる必要がなく、プラズマによる熱的影響を考慮する必要がないからである。このことは、成膜反応に寄与する各要素を独立に制御して成膜条件の最適制御を実現し得ることを示唆している。
【０００６】
本発明は、上述の如き新方式のＣＶＤ装置に関する新たな知見に鑑み、被エッチング部材の温度を独立して容易に制御することができ、成膜条件の最適化を容易に実現することができる材料供給装置及び薄膜作製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】
【０００８】
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の材料供給装置は、
基板を収容可能なチャンバに接続されチャンバ内に薄膜の材料となるガスの供給及び薄膜析出のためのラジカルの供給を行う材料供給装置であって、加熱手段と、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される被エッチング部材と、前記加熱手段により所定の温度に加熱された前記被エッチング部材にハロゲンガスを接触させて前記元素とハロゲンとの化合物である前駆体のガスを形成して前記チャンバ内に供給する材料通路と、ハロゲンガスを前記加熱手段により加熱してハロゲンガスラジカルを得て前記チャンバ内に供給するラジカル通路とを備えたことを特徴とする。
請求項１に係る本発明では、材料通路内で所定の温度に制御された被エッチング部材に対してハロゲンガスを接触させることができるので、前駆体のガスの供給精度を高めることができると共に、ラジカル通路からハロゲンガスラジカルをチャンバ内に供給することができる。このため、前駆体のガスの供給精度を高めることができると共に、チャンバ外からのハロゲンガスラジカルの供給が可能になり、プラズマによる輻射の影響をなくすことができる。
【０００９】
そして、請求項２に係る本発明は、
請求項１において、
前記ラジカル通路を形成する外筒を備えると共に前記外筒の内周に同芯状の内筒を備え、前記外筒と前記内筒の間に加熱手段としてのホットワイヤを設け、前記内筒の内周に筒状に形成された前記被エッチング部材を設け、前記外筒と前記内筒の間及び前記内筒の内側にハロゲンガスを供給することで、前記前駆体のガスを前記チャンバ内に供給する前記内筒を材料通路とし、ハロゲンガスラジカルを前記チャンバ内に供給する前記外筒と前記内筒の間をラジカル通路としたことを特徴とする。
請求項２の本発明では、同芯状のノズルから前駆体のガスとハロゲンガスラジカルを供給することが可能になり、ノズルの長さ及びハロゲンガスの濃度を制御することで前駆体のガスの濃度制御が容易に行える。また、ホットワイヤからの輻射がノズルの軸方向のみであるため、ホットワイヤの輻射の影響を最小限に抑えることができる。
【００１０】
また、請求項３に係る本発明は、
請求項２において、
前記外筒の外周に同芯状の第２外筒を備え、作用ガスを流通させて作用ガスラジカルを得て前記チャンバ内に供給する作用ガスラジカル通路を前記外筒と前記第２外筒の間に形成したことを特徴とする。
請求項３の本発明では、作用ガスラジカル通路から作用ガスラジカルをチャンバ内に供給することができるので、例えば、酸化、窒化処理のための酸素ラジカルや窒素ラジカルを一つのノズルから供給することが可能になる。
【００１１】
また、請求項４に係る本発明は、
請求項２において、
前記外筒の外周に同芯状の第２外筒を備え、前記外筒と前記第２外筒の間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される第２被エッチング部材を備え、前記加熱手段により所定の温度に加熱された前記第２被エッチング部材にハロゲンガスを接触させて前記元素とハロゲンとの化合物である前駆体のガスを形成して前記チャンバ内に供給する第２材料通路を備え、前記第２材料通路を前記外筒と前記第２外筒の間に形成したことを特徴とする。
請求項４の本発明では、第２材料通路から第２被エッチング部材から形成される前駆体のガスを供給することができるので、異種の元素の前駆体を一つのノズルから供給することが可能になる。
【００１３】
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、基板を収容可能な筒状のチャンバと、請求項１または請求項２に記載の材料供給装置と、前記基板の温度を相対的に低温の所定温度に制御して前記材料供給装置からの前駆体のガスを前記基板に吸着させると共に前記基板に吸着状態となっている前記前駆体にハロゲンラジカルを作用させて前記前駆体を還元することで前記前駆体の前記元素成分を析出させて所定の成膜を行う温度制御手段とを備えたことを特徴とする。
請求項５に係る本発明では、ガスの供給精度が高められた状態の前駆体と、チャンバ外のラジカル通路からのハロゲンガスラジカルとがチャンバに供給され、温度制御手段による温度制御を複雑にすることなく、プラズマによる輻射の影響をなくして前駆体の元素成分を基板に析出させて成膜を行うことができる。
【００１５】
また、請求項６に係る本発明は、
請求項５において、前記材料供給装置を複数対備え、それぞれの対における被エッチング部材の元素成分を異ならせ、それぞれの対に対して独立してハロゲンガスを選択的に供給して異なる前記元素成分を積層状態で析出させる制御手段を備えたことを特徴とする。
請求項６に係る本発明では、制御手段による選択的な供給制御により、異なる元素成分を積層状態で析出させた薄膜を作製することが可能になる。
【００１６】
また、請求項７に係る本発明は、
請求項５において、前記材料供給装置を複数対備え、それぞれの対における被エッチング部材の元素成分を異ならせ、それぞれの対に対して独立した供給量でハロゲンガスを供給して異なる前記元素成分を傾斜割合の状態で析出させる制御手段を備えたことを特徴とする。
請求項７に係る本発明では、制御手段による独立した供給量の供給制御により、異なる元素成分を傾斜割合の状態で析出させた薄膜を作製することが可能になる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の材料供給装置は、ガスの供給精度を高めて前駆体の供給を行うことができる材料供給装置となる。また、ガスの供給精度を高めて前駆体の供給を行うと共に、ハロゲンラジカルの供給を行うことができる材料供給装置となる。
【００１８】
本発明の薄膜作製装置は、ガスの供給精度が高められ状態の前駆体がチャンバに供給され、温度制御手段による温度制御を複雑にすることなく前駆体の元素成分を基板に析出させて成膜を行うことができる薄膜作製装置となる。また、ガスの供給精度が高められた状態の前駆体と、チャンバ外のラジカル通路からのハロゲンガスラジカルとがチャンバに供給され、温度制御手段による温度制御を複雑にすることなく、プラズマによる輻射の影響をなくして前駆体の元素成分を基板に析出させて成膜を行うことができる薄膜作製装置となる。
このため、被エッチング部材の温度を独立して容易に制御することができ、成膜条件の最適化を容易に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
<第１実施形態例>
図１には本発明の第１実施形態例に係る材料供給装置を備えた薄膜作製装置の概略側面、図２には材料供給装置の断面、図３には図２中のIII−III線矢視を示してある。
【００２１】
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の下部にはサセプタ２が設けられ、サセプタ２には基板３が載置されている。サセプタ２にはヒータ４が設けられ、サセプタ２はヒータ４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。
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５によって塞がれている。天井板５には複数（図示例では３つ）の材料供給装置６が設けられ、材料供給装置６から薄膜の材料となる前駆体のガス及び薄膜析出のためのラジカルがチャンバ１内に供給される。材料供給装置６を複数設けたことにより、前駆体のガス及びラジカルを均一な状態でチャンバ１内に供給することができる。
【００２２】
詳細は後述するが、材料供給装置６からは、基板３に吸着される前駆体のガス｛例えば、高蒸気圧ハロゲン化物を形成し得る元素である銅（Ｃｕ）とハロゲンとしての塩素(Ｃｌ2)との化合物の前駆体のガス：ＣｕＣｌ｝と、基板３に吸着状態となっているＣｕＣｌに作用してＣｕＣｌを還元するハロゲンラジカルとしてのＣｌラジカル（Ｃｌ*）がチャンバ１内に供給される。
チャンバ１内にＣｕＣｌとＣｌ*が供給されることにより、相対的に低温（例えば、１００℃から３００℃）に維持された基板３にＣｕＣｌが吸着し、基板３に吸着状態となっているＣｕＣｌにＣｌ*が作用してＣｕＣｌが還元され、基板３にＣｕ成分を析出させて成膜が行なわれる。
【００２３】
図２、図３に基づいて材料供給装置６を説明する。
図に示すように、材料供給装置６は、同芯状に配される、例えば、石英製の内筒１１及び外筒１２を備えている。外筒１２と内筒１１の間には加熱手段としての、例えば、タングステン製のホットワイヤ１３が配され、内筒１１の内周には筒状に形成された被エッチング部材１４が設けられている。被エッチング部材１４は成膜したい金属成分を含む高蒸気圧ハロゲン化物を生成し得る金属で形成してある。即ち、例えば、Ｃｕ薄膜を形成する場合には、Ｃｕを含む前駆体ＣｕＣｌが形成されるようになっている。
内筒１１の内側が材料通路１６とされ、内筒１１と外筒１２の間のホットワイヤ１３が設けられた通路がラジカル通路１７とされている。材料通路１６及びラジカル通路１７には、ハロゲンガスである塩素ガス（Ｃｌ2ガス：Ｈｅで塩素濃度が５０％以下、好ましくは１０％程度に希釈されたＣｌ2ガス）が供給される。
【００２４】
ラジカル通路１７の内部のホットワイヤ１３は電源１５に供給する電力量を調整することにより、その発熱量が制御（例えば、１５００℃）され、被エッチング部材１４を所望の温度（例えば、４００℃〜１０００℃）に加熱されるようになっている。被エッチング部材１４が所望の温度に加熱されることにより、加熱された被エッチング部材１４にＣｌ2ガスが接触してサーマルエッチングが行われる。所望温度を例えば、４００℃〜１０００℃としたことにより、成膜に必要な十分な量の前駆体ＣｕＣｌが生成される。
被エッチング部材１４の温度は、基板３の温度とは独立してホットワイヤ１３によって制御されているので、細かく高精度に温度制御されて供給精度を高くすることができる。従って、基板３側を相対的に低温に制御する場合、サセプタ２側に単純な加熱装置を用いるだけでよく、サセプタ２の温度制御機能を簡素化することができる。
また、ラジカル通路１７では、ホットワイヤ１３にＣｌ2ガスが接触して熱解離によりＣｌ2→２Ｃｌ*の反応が生じ、Ｃｌ*が形成される。
このように、材料供給装置６で生成された前駆体ＣｕＣｌ及びＣｌ*はチャンバ１内に供給される。
【００２５】
上述した材料供給装置６では、内筒１１と外筒１２の間のラジカル通路１７に発熱量が制御されるホットワイヤ１３を設け、ラジカル通路１７にＣｌ2ガスを供給したことにより、Ｃｌ2ガスとホットワイヤ１３との接触が確実に行われ、Ｃｌ2ガスの解離率を高くすることができる。また、２重管の材料供給装置６としたので、同芯状のノズルから前駆体ＣｕＣｌのガスとＣｌ*を供給することが可能になり、チャンバ１外からのＣｌ*の供給が可能になり、プラズマによる輻射の影響をなくすことができる。また、ノズルの長さ及びＣｌ2ガスの濃度を制御することで前駆体ＣｕＣｌの濃度制御が容易に行える。また、ホットワイヤ１３からの輻射がノズルの軸方向のみであるため、ホットワイヤ１３の輻射の影響を最小限に抑えることができる。
【００２６】
上述した薄膜作製装置における成膜時の態様は以下の通りである。
図示しない流量制御装置によって所定の状態に調整されたＣｌ2ガスが複数の材料供給装置６に送られる。ラジカル通路１７の内部のホットワイヤ１３により被エッチング部材１４が所望の温度に加熱されているため、材料通路１６では、加熱された被エッチング部材１４にＣｌ2ガスが接触し、サーマルエッチングが行われて前駆体ＣｕＣｌが生成される。また、ラジカル通路１７では、ホットワイヤ１３にＣｌ2ガスが接触して熱解離によりＣｌ*が形成される。
材料供給装置６で生成された前駆体ＣｕＣｌ及びＣｌ*はチャンバ１内に供給され、被エッチング部材１４よりも低い温度に制御された基板３に前駆体ＣｕＣｌが搬送されて基板３に吸着される。チャンバ１内に供給されたＣｌ*は基板３に吸着された前駆体ＣｕＣｌに作用し、ＣｕＣｌが還元されて基板３上にＣｕが析出される。
従って、供給精度が高められた状態の前駆体ＣｕＣｌと、チャンバ１外のラジカル通路１７からのＣｌ*とがチャンバ１に供給され、温度制御を複雑にすることなく（ヒータ４で加熱制御するだけで）、プラズマによる輻射の影響をなくしてＣｕＣｌのＣｕ成分を基板３に析出させて成膜を行うことができる。
【００２７】
<第２実施形態例>
図４には本発明の第２実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面、図５には天井部材の外観状態を示してある。尚、図１乃至図３に示した第１実施形態例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。
【００２８】
図に示すように、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)の扁平円柱状の天井部材１０によって塞がれている。天井部材１０には第１実施形態例と同一構成の複数の材料供給装置６が一体状態に設けられ、天井部材１０の厚さと材料供給装置６のノズル長は同一寸法となっている。その他の構成及び成膜のプロセスは第１実施形態例と同一である。
天井部材１０に材料供給装置６を一体に設けたことにより、大面積の基板３に対して成膜を行う場合であっても均一な処理が可能となる。また、材料供給装置６のメンテナンスや交換を行う場合には、天井部材１０を取り外すことで簡単に行うことができる。また、異なる金属を成膜する場合であっても天井部材１０を交換することで、材料供給装置６を一斉に交換することができ、短時間の段取りで他の処理を実施することができる。
【００２９】
<第３実施形態例>
図６には本発明の第３実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図１乃至図３に示した第１実施形態例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。
【００３０】
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５によって塞がれている。天井板５には第１実施形態例と同一構成の複数（図示例では３つ）の材料供給装置６が設けられ、材料供給装置６から薄膜の材料となる前駆体のガス及び薄膜析出のためのラジカルがチャンバ１内に供給される。材料供給装置６は、図２、図３に示した被エッチング部材１４を備えた装置６の対と、材料が異なる被エッチング部材を備えた装置６Ａの対とが備えられている。
【００３１】
材料供給装置６からは、第１実施形態例と同様に、基板３に吸着される前駆体のガス｛例えば、高蒸気圧ハロゲン化物を形成し得る元素である銅（Ｃｕ）とハロゲンとしての塩素(Ｃｌ2)との化合物の前駆体のガス：ＭＣｌと称する｝と、基板３に吸着状態となっているＭＣｌに作用してＭＣｌを還元するハロゲンラジカルとしてのＣｌラジカル（Ｃｌ*）がチャンバ１内に供給される。また、材料供給装置６ＡにはＣｕ製の被エッチング部材１４に代えて異種の被エッチング部材（元素ｍ）が設けられ、材料供給装置６Ａからは、基板３に吸着される前駆体のガス｛例えば、高蒸気圧ハロゲン化物を形成し得る他の元素ｍとハロゲンとしての塩素(Ｃｌ2)との化合物の前駆体のガス：ｍＣｌ｝と、基板３に吸着状態となっているｍＣｌに作用してｍＣｌを還元するハロゲンラジカルとしてのＣｌラジカル（Ｃｌ*）がチャンバ１内に供給される。
【００３２】
材料供給装置６の対に対しては、制御手段としてのノズルスイッチ２１を介してＣｌ2ガスが供給され、材料供給装置６Ａの対に対しては、制御手段としてのノズルスイッチ２２を介してＣｌ2ガスが供給される。ノズルスイッチ２１、２２は選択的にオン・オフされ、Ｃｌ2ガスが材料供給装置６、６Ａに選択的に供給されるようになっている。
その他の構成及び成膜のプロセスは第１実施形態例と同一である。
上述した薄膜作製装置では、ノズルスイッチ２１、２２が選択的にオン・オフされることにより、Ｍ薄膜とｍ薄膜が積層状態で交互に析出される。このため、異なる元素成分を積層状態で析出させた合金の薄膜を作製することが可能になる。
【００３３】
<第４実施形態例>
図７には本発明の第４実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図１乃至図３に示した第１実施形態例及び図６に示した第３実施形態例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。
【００３４】
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５によって塞がれている。天井板５には第１実施形態例と同一構成の複数（図示例では３つ）の材料供給装置６が設けられ、材料供給装置６から薄膜の材料となる前駆体のガス及び薄膜析出のためのラジカルがチャンバ１内に供給される。材料供給装置６は、図２、図３に示した被エッチング部材１４を備えた装置６の対と、材料が異なる被エッチング部材を備えた装置６Ａの対とが備えられている。
【００３５】
材料供給装置６からは、第１実施形態例と同様に、基板３に吸着される前駆体のガス｛例えば、高蒸気圧ハロゲン化物を形成し得る元素である銅（Ｃｕ）とハロゲンとしての塩素(Ｃｌ2)との化合物の前駆体のガス：ＭＣｌと称する｝と、少なくとも基板３に吸着状態となっているＭＣｌに作用してＭＣｌを還元するハロゲンラジカルとしてのＣｌラジカル（Ｃｌ*）がチャンバ１内に供給される。また、材料供給装置６ＡにはＣｕ製の被エッチング部材１４に代えて異種の被エッチング部材（元素ｍ）が設けられ、材料供給装置６Ａからは、基板３に吸着される前駆体のガス｛例えば、高蒸気圧ハロゲン化物を形成し得る他の元素ｍとハロゲンとしての塩素(Ｃｌ2)との化合物の前駆体のガス：ｍＣｌ｝と、少なくとも基板３に吸着状態となっているｍＣｌに作用してｍＣｌを還元するハロゲンラジカルとしてのＣｌラジカル（Ｃｌ*）がチャンバ１内に供給される。
【００３６】
材料供給装置６の対に対しては、制御手段としての流量制御器２５を介してＣｌ2ガスが供給され、材料供給装置６Ａの対に対しては、制御手段としての流量制御器２６を介してＣｌ2ガスが供給される。流量制御器２５、２６は制御手段としてのコントローラ２７の指令によりＣｌ2ガスの流量が任意に制御され、Ｃｌ2ガスが材料供給装置６、６Ａに独立した供給量で供給されるようになっている。
その他の構成及び成膜のプロセスは第１実施形態例と同一である。
上述した薄膜作製装置では、コントローラ２７の指令により流量制御器２５、２６が任意に制御されることによりＣｌ2ガスの流量が独立した供給量に制御され、Ｍ薄膜とｍ薄膜が任意の傾斜割合の状態で析出される。このため、異なる元素成分を傾斜割合で析出させた合金の薄膜を作製することが可能になる。
【００３７】
<第５実施形態例>
図８には本発明の他の実施形態例に係る材料供給装置の断面を示してある。尚、図２、図３に示した材料供給装置６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。
【００３８】
本実施形態例の材料供給装置３１は、図２、図３に示した材料供給装置６の外筒１２の外周に同芯状の第２外筒３２を備えた構成となっている。そして、外筒１２と第２外筒３２の間に作用ガスラジカル通路３３が形成される。作用ガスラジカル通路３３内はホットワイヤ１３で加熱され、作用ガスラジカル通路３３には作用ガスとして酸素を含めたガスまたは窒素を含めたガスが供給されて熱解離によりＯ*またはＮ*が形成される。尚、作用ガスラジカル通路３３に作用ガスを熱解離させるためのホットワイヤを独立に設けることも可能である。
【００３９】
材料供給装置３１からは、第１実施形態例と同様に、前駆体ＣｕＣｌと、ラジカル通路１７からのＣｌ*とが供給されると共に、Ｏ*またはＮ*が作用ガスラジカル通路３３から供給され、基板３（図１参照）に析出されたＣｕ成分に対してＯ*またはＮ*を作用させて酸化膜または窒化膜を作製することができる。
従って、作用ガスラジカル通路３３から作用ガスラジカル（Ｏ*またはＮ*）をチャンバ内に供給することができるので、酸素ラジカルや窒素ラジカルを一つのノズルから供給することが可能になる。
【００４０】
尚、図８に点線で示したように、作用ガスラジカル通路３３を第２材料通路として作用させ、第２材料通路に被エッチング部材１４と異なる元素成分を含む第２被エッチング部材３４を備え、第２材料通路にＣｌ2ガスを供給してホットワイヤ１３により加熱された第２被エッチング部材３４にＣｌ2ガスを接触させて化合物の前駆体のガスを形成するようにすることも可能である。
これにより、第２材料通路から第２被エッチング部材３４から形成される前駆体のガスを供給することができるので、異種の元素の前駆体を一つのノズルから供給することが可能になる。
尚、第２被エッチング部材３４の加熱を独立して行う加熱手段を第２外筒３２の外側に設けたり、被エッチング部材１４及び第２被エッチング部材３４が所望の温度に加熱されるようにホットワイヤ１３の配置を外筒１２側に変える等することが可能である。
【００４１】
<第６実施形態例>
図９には本発明の他の実施形態例に係る材料供給装置を備えた薄膜作製装置の概略側面、図１０には材料供給装置の断面を示してある。尚、図１乃至図３に示した第１実施形態例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。
【００４２】
図９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の下部にはサセプタ３５が設けられ、サセプタ３５には基板３が載置されている。サセプタ２にはヒータ３６及び冷媒流通手段３７を備えた温度制御手段３８が設けられ、サセプタ２は温度制御手段３８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。
【００４３】
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５によって塞がれている。天井板５には複数（図示例では５つ）の材料供給装置４１が設けられ、材料供給装置４１から薄膜の材料となる前駆体のガスがチャンバ１内に供給される。材料供給装置４１を複数設けたことにより、前駆体のガスを均一な状態でチャンバ１内に供給することができる。
【００４４】
詳細は後述するが、材料供給装置４１からは、基板３に吸着される前駆体のガス｛例えば、高蒸気圧ハロゲン化物を形成し得る元素である銅（Ｃｕ）とハロゲンとしての塩素(Ｃｌ2)との化合物の前駆体のガス：ＣｕＣｌ｝がチャンバ１内に供給される。
一方、サセプタ３５に近いチャンバ１の外周にはコイル状のプラズマアンテナ５０が設けられ、プラズマアンテナ５０には整合器５１及び電源５２が接続されて給電が行われる。チャンバ１内には塩素ガス（Ｃｌ2ガス：Ｈｅで塩素濃度が５０％以下、好ましくは１０％程度に希釈されたＣｌ2ガス）が供給され、プラズマアンテナ５０に給電が行われることによりＣｌ2ガスプラズマが発生してハロゲンラジカルとしてのＣｌラジカル（Ｃｌ*）が生成される（ハロゲンラジカル生成手段）。
【００４５】
チャンバ１内にＣｕＣｌが供給されることにより、相対的に低温（例えば、１００℃から３００℃）に維持された基板３にＣｕＣｌが吸着し、チャンバ１内にＣｌ*が生成されることにより、基板３に吸着状態となっているＣｕＣｌにＣｌ*が作用してＣｕＣｌが還元され、基板３にＣｕ成分を析出させて成膜が行なわれる。
尚、チャンバ１のＣｌ2ガスの供給口の上部にシャワーヘッドを設け、ＣｕＣｌを均一に基板３側に搬送させるようにすることも可能である。シャワーヘッドを設けることにより、材料供給手段６の数を減らして一つの材料供給手段６から多量のＣｕＣｌを供給してもＣｕＣｌを均一に供給することができる。
【００４６】
図１０に基づいて材料供給装置４１を説明する。
図に示すように、材料供給装置４１は、筒状のガス導入管４３を備え、ガス導入管４３の内周が材料導入通路となっている。ガス導入管４３の内周には筒状の被エッチング部材４２が設けられている。被エッチング部材４２は成膜したい金属成分を含む高蒸気圧ハロゲン化物を生成し得る金属で形成してある。ガス導入管４３の内部には加熱手段としての抵抗ヒータ４４が設けられ、電源４５に供給する電力量を調整することにより、その発熱量が制御（例えば、１５００℃）され、被エッチング部材４２を所望の温度（例えば、４００℃〜１０００℃）に加熱されるようになっている。材料導入通路にはハロゲンガスである塩素ガス（Ｃｌ2ガス：Ｈｅで塩素濃度が５０％以下、好ましくは１０％程度に希釈されたＣｌ2ガス）が供給される。
【００４７】
被エッチング部材４２が所望の温度に加熱されることにより、材料導入通路にＣｌ2ガスを供給すると、加熱された被エッチング部材４２にＣｌ2ガスが接触してサーマルエッチングが行われる。所望温度を例えば、４００℃〜１０００℃としたことにより、成膜に必要な十分な量の前駆体ＣｕＣｌが生成される。被エッチング部材４２の長さと塩素の濃度を変更することで、材料の濃度制御が行える。
材料供給装置４１は、被エッチング部材４２の温度が、基板３の温度とは独立して抵抗ヒータ４４によって制御されているので、細かく高精度に温度制御されて供給精度を高くすることができる。このため、材料供給通路内で所定の温度に制御された被エッチング部材４２に対してＣｌ2ガスを接触させることができるので、ＣｕＣｌの供給精度を高めることができ、相対的に温度制御される基板３側の温度制御も容易となる。また、２重管構造となっているため、被エッチング部材４２の交換が容易になる。
【００４８】
上述した薄膜作製装置における成膜時の態様は以下の通りである。
図示しない流量制御装置によって所定の状態に調整されたＣｌ2ガスが複数の材料供給装置４１に送られる。材料供給通路の内部で抵抗ヒータ４４により被エッチング部材４２が所望の温度に加熱されているため、材料供給通路（ガス導入管４３の内部）では、加熱された被エッチング部材４２にＣｌ2ガスが接触し、サーマルエッチングが行われて前駆体ＣｕＣｌが生成される。
一方、チャンバ１内にはＣｌ2ガスが供給され、プラズマアンテナ５０に給電が行われることによりＣｌ2ガスプラズマが発生してハロゲンラジカルとしてのＣｌラジカル（Ｃｌ*）が生成される。
材料供給装置４１で生成された前駆体ＣｕＣｌはチャンバ１内に供給され、被エッチング部材４２よりも低い温度に制御された基板３に前駆体ＣｕＣｌが搬送されて基板３に吸着される。チャンバ１内に生成されたＣｌ*は基板３に吸着された前駆体ＣｕＣｌに作用し、ＣｕＣｌが還元されて基板３上にＣｕが析出される。
従って、独立して温度制御された被エッチング部材４２による前駆体ＣｕＣｌがチャンバ１に供給されるので、供給精度が高められた前駆体ＣｕＣｌを得ることができる。また、前駆体ＣｕＣｌの生成部と還元及び成膜部を分離したことにより、制御性のよい簡単な機構の装置とすることが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、特に高蒸気圧ハロゲン化物を作る金属乃至これを含む複合金属で形成した被エッチング部材にハロゲンガスを作用させてそのハロゲン化物である前駆体を形成し、この前駆体を基板上に吸着させて所定の金属薄膜を形成する場合の材料供給装置及び薄膜作製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】
【００５０】
【図１】本発明の第１実施形態例に係る材料供給装置を備えた薄膜作製装置の概略側面図である。
【図２】材料供給装置の断面図である。
【図３】図２中のIII−III線矢視図である。
【図４】本発明の第２実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面図である。
【図５】天井部材の外観図である。
【図６】本発明の第３実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面図である。
【図７】本発明の第４実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面図である。
【図８】本発明の他の実施形態例に係る材料供給装置の断面図である。
【図９】本発明の他の実施形態例に係る材料供給装置を備えた薄膜作製装置の概略側面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態例に係る材料供給装置の断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  チャンバ
２、３５  サセプタ
３  基板
４、３６  ヒータ
５  天井板
６、３１、４１  材料供給装置
１０  天井部材
１１  内筒
１２  外筒
１３  ホットワイヤ
１４、４２  被エッチング部材
１５、４５  電源
１６  材料供給路
１７  ラジカル通路
２１、２２  ノズルスイッチ
２５、２６  流量制御器
２７  コントローラ
３２  第２外筒
３３  作用ガスラジカル通路
３４  第２被エッチング部材
３７  冷媒流通手段
３８  温度制御手段
４３  ガス導入管
４４  抵抗ヒータ
【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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