(57)【要約】  【課題】  本発明の課題は、段差被覆性、密着性に優れ、成膜レートが早く、生産性の高い、プラズマダメージの少ない半導体装置の製造方法および基板処理装置を提供することにある。  【解決手段】  原料ガスを供給する工程に引き続き、プラズマにより励起した反応ガスを供給して基板上に薄膜を成膜する工程を、1ステップとして、それを繰り返す、いわゆるCVD(Chemical Vapor Deposition)法、あるいは、ALD(Atomic Layer Chemical Vapor Deposition)法による半導体装置の製造方法において、前記プラズマ生成部を、被成膜基板と対向して、原料ガスおよび反応ガスの前記被成膜基板への直接の供給口と同じ位置、あるいは、前記供給口よりも被成膜基板に近い位置に配置し、対向する少なくとも一組以上の電極間に印加された高周波により生成されるプラズマを使用するようにした。【選択図】  図１
2007059735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスを供給する工程に引き続き、プラズマにより励起した反応ガスを供給して基板上
に薄膜を成膜する工程を、1ステップとして、それを繰り返す、いわゆるCVD(Chemical Va
por Deposition)法、あるいは、ALD(Atomic Layer Chemical Vapor Deposition)法による
半導体装置の製造方法において、前記プラズマ生成部は、被成膜基板と対向して、原料ガ
スおよび反応ガスの前記被成膜基板への直接の供給口と同じ位置、あるいは、前記供給口
よりも被成膜基板に近い位置に配置され、対向する少なくとも一組以上の電極間に印加さ
れた高周波により生成されるプラズマを使用することを特徴とする半導体装置の製造方法
。
【請求項２】
前記原料ガスがAl, Si, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Sr, Y, Zr, Nb, 
Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, In, I, Ba, La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Pb, Bi, Ce, Pr
, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu からなる群から選択される元素を少な
くとも一つ以上含む、少なくとも一種類以上の気体であり、前記反応ガスがH, He, N, O,
F, Ne, Cl, Ar, Kr, Xe からなる群から選択される元素を少なくとも一つ以上含む、少
なくとも一種類以上の気体であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法
。
【請求項３】
原料ガスを供給する工程に引き続き、プラズマにより励起した反応ガスを供給して基板上
に薄膜を成膜する工程を、1ステップとして、それを繰り返す、いわゆるCVD(Chemical Va
por Deposition)法、あるいは、ALD(Atomic Layer Chemical Vapor Deposition)法による
基板処理装置において、前記プラズマ生成部は、被成膜基板と対向して、原料ガスおよび
反応ガスの前記被成膜基板への直接の供給口と同じ位置、あるいは、前記供給口よりも被
成膜基板に近い位置に配置され、対向する少なくとも一組以上の電極間に印加された高周
波により生成されるプラズマを使用することを特徴とする基板処理装置。
【請求項４】
前記原料ガスがAl, Si, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Sr, Y, Zr, Nb, 
Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, In, I, Ba, La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Pb, Bi, Ce, Pr
, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu からなる群から選択される元素を少な
くとも一つ以上含む、少なくとも一種類以上の気体であり、前記反応ガスがH, He, N, O,
F, Ne, Cl, Ar, Kr, Xe からなる群から選択される元素を少なくとも一つ以上含む、少
なくとも一種類以上の気体であることを特徴とする請求項３記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板上に薄膜を形成するための半導体装置の製造方法及び基板処理装置に関
するものである。
【背景技術】
【０００２】
DRAMのキャパシタは微細化に伴う蓄積電荷容量を確保するために、容量絶縁膜の高誘電率
化、下部電極または上部電極の金属化の研究が活発化している。
これらの材料としては高い誘電率を持つAl2O3, ZrO2, HfO2, Y2O3, La2O3, STO(SrTiO3),
Ta2O5、BST（（Ba、Sr）TiO3）、PZT（（Pb、Zr）TiO3）等が容量絶縁膜として、Ti, Hf
, Zr, Al, Ru, Pt, Irの金属、SRO(SrRuO3), RuO2等の酸化物、あるいは、TiN, HfN, ZrN
などの窒化物が電極としての候補となっている。
電極形状は高アスペクト比のシンリンダ型が主流となっており、場合によってはバリアメ
タル膜であるTiN、TaN等を含めた上記の全ての膜が段差被覆性に優れている必要がある。
膜の形成方法としては従来のスパッタリング法から段差被覆性に優れているCVD法へと移
行しており、有機金属液体原料と酸素含有ガス、水素含有ガスまたは窒素含有ガスの反応
が利用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
CVD法において段差被覆性を向上するために低温化は避けることはできない。低温化によ
り有機液体原料中の炭素や水素が不純物として膜中に多く残り、電気特性を劣化させる。
また、後工程の熱処理により不純物がガス脱離して膜はがれが生じることがある。さらに
は、幾つかの有機液体原料についてはインキュベーションタイムが増大するという報告が
あり、生産性が劣るといった問題がある。そこで、段差被覆性が向上するCVD条件で、数
〜数十Åの成膜とプラズマによる膜質改質を繰り返すCVDが検討されている。
また、有機液体原料を気化したガスのみ基板に供給、吸着させた後に、プラズマにより励
起した水素、又は、アンモニアを供給し膜を形成する方法、いわゆるＡＬＤ(Atomic Laye
r Chemical Vapor Deposition)法も利用されている。これらの、プラズマ源としては、ウ
ェハに均一にプラズマガスを供給するため、平行平板方式の容量結合型放電プラズマ（CC
P）が用いられている。しかし、本方式では、被成膜対象基板とプラズマ源の間に電界が
かかり、プラズマ中に存在するイオン、あるいは、電子が、ダイレクトに前記被成膜対象
基板に衝突するため、形成しようとしている薄膜の下地にダメージを与えてしまう問題が
あった。
【０００４】
したがって本発明の課題は、段差被覆性のよいCVD条件での数〜十数Åの成膜とプラズマ
による膜質改善を繰り返すCVD法、プラズマを用いたALD法などのプラズマを用いた成膜法
において、段差被覆性、密着性に優れ、成膜レートが早く、生産性の高い、プラズマダメ
ージの少ない半導体装置の製造方法および基板処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の特徴とするところは、原料ガスを供給する工程に引き続き、プラズマによ
り励起した反応ガスを供給して基板上に薄膜を成膜する工程を、1ステップとして、それ
を繰り返す、いわゆるCVD(Chemical Vapor Deposition)法、あるいは、ALD(Atomic Layer
Chemical Vapor Deposition)法による半導体装置の製造方法において、前記プラズマ生
成部は、被成膜基板と対向して、原料ガスおよび反応ガスの前記被成膜基板への直接の供
給口と同じ位置、あるいは、前記供給口よりも被成膜基板に近い位置に配置され、対向す
る少なくとも一組以上の電極間に印加された高周波により生成されるプラズマを使用する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法にある。
【０００６】
本発明の第２の特徴とするところは、第１の特徴において、前記原料ガスがAl, Si, Ti, 
V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, In, I,
Ba, La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Pb, Bi, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, 
Ho, Er, Tm, Yb, Lu からなる群から選択される元素を少なくとも一つ以上含む、少なく
とも一種類以上の気体であり、前記反応ガスがH, He, N, O, F, Ne, Cl, Ar, Kr, Xe か
らなる群から選択される元素を少なくとも一つ以上含む、少なくとも一種類以上の気体で
あることを特徴とする半導体装置の製造方法にある。
【０００７】
本発明の第３の特徴とするところは、原料ガスを供給する工程に引き続き、プラズマによ
り励起した反応ガスを供給して基板上に薄膜を成膜する工程を、1ステップとして、それ
を繰り返す、いわゆるCVD(Chemical Vapor Deposition)法、あるいは、ALD(Atomic Layer
Chemical Vapor Deposition)法による基板処理装置において、前記プラズマ生成部は、
被成膜基板と対向して、原料ガスおよび反応ガスの前記被成膜基板への直接の供給口と同
じ位置、あるいは、前記供給口よりも被成膜基板に近い位置に配置され、対向する少なく
とも一組以上の電極間に印加された高周波により生成されるプラズマを使用することを特
徴とする基板処理装置にある。
【０００８】
本発明の第４の特徴とするところは、第３の特徴において、前記原料ガスがAl, Si, Ti
, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, In, 
I, Ba, La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Pb, Bi, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy
, Ho, Er, Tm, Yb, Lu からなる群から選択される元素を少なくとも一つ以上含む、少な
くとも一種類以上の気体であり、前記反応ガスがH, He, N, O, F, Ne, Cl, Ar, Kr, Xe 
からなる群から選択される元素を少なくとも一つ以上含む、少なくとも一種類以上の気体
であることを特徴とする基板処理装置にある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、段差被覆性、密着性に優れ、生産性が高く、プラズマダメージがない半
導体装置の製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１１】
まず図１、図２を用いて、本発明が実施される基板処理装置の構成概念を説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る基板処理装置であるダイレクトプラズマユニットが組込
まれた枚葉式処理装置の一例の構成概念を示す断面図である。図２は本発明の実施の形態
に係る基板処理装置のダイレクトプラズマユニットの一例の構成を示す平面図である。
【００１２】
図１に示すように成膜を行う反応室1は、排気口１０に接続されている真空ポンプ（図示
せず）により排気され、真空に保たれており、被成膜対象である基板2は、成膜面を原料
ガス供給口４および反応ガス供給口３と対向して配置させる。プラズマを発生させるため
の対向電極ユニット5は、図２に示すように、一組の電極6と7が交互に対向するように配
置されたユニットとして構成されている。すなわち電極６と７は何れも櫛歯型に構成され
、それぞれの櫛歯に相当する部分同士が互い違いに隣り合う（対向する）ように配置され
ている。換言すると、一方の電極の櫛歯と櫛歯の間に他方の電極の櫛歯が１本ずつ挿入さ
れている。なお、電極６と７は同一平面上に配置される。対向電極ユニット5は、前記基
板2と対向して、原料ガスおよび反応ガスの前記基板への直接の供給口であるシャワー穴
８と同じ位置に配置する。
【００１３】
次に、この装置を用いた、ALD成膜法について説明する。
まず、(１)原料ガスを含む気体ガスを、供給口４を通して、基板２に供給して、前記原料
ガスを基板表面に吸着させる。続いて、(２) Ar、HeやN2などの不活性ガスを供給口４か
ら導入して、反応室に残る余分な原料ガスや、反応炉内面に吸着したガスを脱離・排気す
る。（３）反応ガスを供給口３から供給するとともに、前記対向電極６と７の間に高周波
を印加してプラズマを発生させる。すると、図5に示す位置１８にプラズマが発生する。
また、直接の原料供給口であるシャワー穴８の中にもプラズマが発生する。プラズマ中に
は反応ガスの構成元素、分子のイオン、ラジカルが含まれており、これが、反応ガスの流
れとともに基板表面へ供給され、基板表面に吸着している原料ガスの分子と化学反応を起
して基板上に薄膜が成膜される。また、その際に生成された不純物と反応し、膜表面から
脱離させる。(４)次に、不活性ガスを供給口３から導入し、基板２の表面に吸着している
不純物を脱離させる。この、（１）〜（４）を目標の膜厚になるまで繰り返す。
【００１４】
成膜初期段階においては基板表面に原料が吸着した状態で反応する表面反応となるため、
インキュベーションタイムは発生しないで膜形成が進行する。また、図２に示すように、
2組以上の対向する電極間には電界が発生し、プラズマ中に存在するイオンや電子が電極
に激しく衝突しようとするが、基板とプラズマ発生電極との間には電界がかかっていない
ので、プラズマ中のイオン、電子は電界に加速されて基板に衝突することはなく、ガスの
流れに運ばれて基板に衝突するので、プラズマダメージが発生することはない。
このように、本装置を用いた原料ガスとプラズマにより活性化した反応ガスの供給を繰り
返すことにより、段差被覆性、密着性に優れ、生産性が高く、プラズマダメージのない半
導体装置の製造方法が提供できる。
【００１５】
ただし、プラズマを用いたALD法で金属膜を成膜する場合、図2に示す対向電極ユニットに
表面に金属膜が成膜されると、対向電極間に伸びる電界が成膜された金属膜で遮蔽される
ためプラズマが発生しなくなる恐れがある。この場合、図３に示すように、前記シャワー
穴８を含むシャワーヘッド１２よりも被成膜基板２に近い位置に対向電極ユニット５を配
置し、図４に示すように、石英電極管１６に覆われた、対向電極６および７の一つ一つが
空間を保って配置することにより、これら対向電極の表面に金属膜が成膜されても、対向
電極６と７の間に空間容量が保たれ、図６に示すようにプラズマを生成させ続けることが
出来る。なお、１９はプラズマ発生箇所を示している。よって、前記の成膜ステップ（１
）から（４）で示した、本装置を用いた原料ガスとプラズマ活性化した反応ガスの供給を
繰り返すことにより、段差被覆性、密着性に優れ、生産性が高く、プラズマダメージのな
い半導体装置の製造方法が提供できる。
【００１６】
次に、図７を用いて、本発明が実施される基板処理装置の一例を説明する。
図７は本発明の実施の形態に係る基板処理装置であるダイレクトプラズマユニットが組込
まれた枚葉式処理装置の処理炉の一例を示す概略断面図である。
【００１７】
図７に示すように、反応室１には、被成膜対象であるシリコンウェーハ、ガラス基板等の
基板２を支持する処理台２０が設けられる。該支持台２０の上部には、支持体の一部を構
成し、基板が載置される載置板としてのサセプタ２１が設けられる。前記支持台の内部に
は、加熱手段としてのヒータ２２が設けられ、該ヒータ２２によって前記サセプタ２１上
に載置される基板２を加熱するようになっている。前記ヒータ２２は基板２の温度が所定
の温度となるように温度コントローラ２３により制御される。
【００１８】
前記反応室１の外部には、昇降機構２４が設けられ、該昇降機構２４により、前記支持台
２０が前記反応室１内で昇降可能となっている。
【００１９】
前記反応室１の前記支持台２０の上部には、ガス噴出手段として多数のシャワー穴８を有
し、かつ、プラズマを発生させるための高周波を印加する少なくとも一組以上の対向電極
６および７が埋め込まれた対向電極ユニット5が、前記サセプタ２１に対向するように設
けられる。対向電極ユニット5は、図２に示すような構成となっており、対向電極ユニッ
ト５は、絶縁物、たとえば、石英などで形成されており、その中に、対向電極が挿入でき
るような電極挿入穴９が設けられている。該対向電極は、導電性の高い金属、たとえば、
AlやNiなどの棒状のものである。前記対向電極６および７は該電極挿入穴９に埋め込まれ
、これらの該対向電極６および７は、それぞれまとめて接続され、絶縁トランス１１に接
続される。該絶縁トランス１１に高周波電源ユニット１３を用い、高周波電圧を印加する
ことにより、図５に示すように、プラズマが、対向電極ユニット５の表面に発生する。す
なわち、反応室１の天井壁と対向電極ユニット５との間の空間における対向電極ユニット
５の上面付近、および、対向電極ユニット５と基板２との間の空間における対向電極ユニ
ット５の下面付近にプラズマが発生する。また、供給口４および供給口３から、それぞれ
、供給される原料ガスおよび反応ガスを、対向電極ユニット５のシャワー穴８により、そ
れぞれ別々に、あるいは、同時に、基板２に対してシャワー状に噴出できるようになって
いる。
【００２０】
前記反応室１の外部には、液体原料を供給する原料供給ユニット２５が設けられており、
液体原料供給管２６、液体原料供給量を制御する流量コントローラとしての液体原料流量
制御装置２９を介して、液体原料を気化する気化器３０に接続されている。該原料供給ユ
ニット２５には、液体原料２８が蓄えられており、圧送ライン２７から供給されるHeある
いはAr等の不活性ガスの圧力により、前記液体原料２８が気化器３０へ供給される。該気
化器３０には、原料ガス供給管３１が接続されており、該原料ガス供給管３１は、バルブ
３２を介して前記原料ガス供給口４に接続されている。液体原料としては、たとえば、常
温で液体の有機金属材料、即ち有機金属液体原料を用いる。あるいは、常温では固体でも
、数十度程度に加熱すれば液体になるような原料であれば、前記原料供給ユニット２５、
液体原料供給管２６および液体原料流量制御装置２９を数十度程度に加熱するヒータを各
々に設けて使用することが可能である。
【００２１】
前記反応室１の外部には、不活性ガス供給ユニット３３が設けられ、該不活性ガス供給ユ
ニット３３には、非反応性ガスとしての不活性ガスを気化器３０へキャリアガスとして供
給するためのキャリアガス供給管３４が接続されている。該キャリアガス供給管３４は、
キャリアガスの供給流量を制御する流量コントローラとしてのガス流量制御装置３５を介
して、前記気化器３０に接続されている。前記気化器３０内部では、液体原料２８を前記
キャリアガスとともに噴出することにより、気化効率を上げている。不活性ガスとしては
、たとえば、Ar、He、N2等が用いられる。
【００２２】
前記不活性ガス供給ユニット３３には、非反応性ガスとしての不活性ガスを前記原料ガス
供給管３１へパージガスとして供給するためのパージガス供給管３６が接続されている。
該パージガス供給管３６は、パージガスの供給流量を制御する流量コントローラとしての
ガス流量制御装置３７、バルブ３８を介して、前記原料ガス供給管３１に接続されている
。
【００２３】
前記気化器３０で気化した原料ガスを、前記原料ガス供給管３１から前記原料ガス供給口
４に供給しない場合には、バルブ３２を閉じ、バルブ３９を開き、原料ガスバイパス管４
０に原料ガスを流す。このとき、前記バルブ３８を開くことにより、前記パージガス供給
管３６から不活性ガスを供給することにより、前記原料ガス供給管３１のバルブ３２から
原料ガス供給口４の配管、前記対向電極ユニット５および反応室１の表面に吸着している
原料ガスを取り除くことが可能になる。
【００２４】
前記反応室１の外部には、反応ガスを供給する反応ガス供給ユニット４１が設けられてお
り、反応ガス供給管４２へ供給される。該反応ガス供給管４２は、ガス供給量を制御する
流量コントローラとしてのガス流量制御装置４３、バルブ４４を介して前記反応ガス供給
口３に接続されている。
【００２５】
前記不活性ガス供給ユニット３３には、非反応性ガスとしての不活性ガスを前記反応ガス
供給管４２へパージガスとして供給するためのパージガス供給管４５が接続されている。
該パージガス供給管４５は、パージガスの供給流量を制御する流量コントローラとしての
ガス流量制御装置４６にバルブ４７を介して、前記反応ガス供給管４２に接続されている
。
【００２６】
反応ガスを、前記反応ガス供給管４２から前記反応ガス供給口３に供給しない場合には、
バルブ４４を閉じ、バルブ４８を開き、反応ガスバイパス管４９に反応ガスを流す。この
とき、前記バルブ４７を開くことにより、前記パージガス供給管４５から不活性ガスを供
給することにより、前記反応ガス供給管４２のバルブ４４から反応ガス供給口３の配管、
前記対向電極ユニット５および反応室１の表面に吸着している反応ガスを取り除くことが
可能になる。
【００２７】
前記反応室１の外部には、クリーニングガスを供給するクリーニングガス供給ユニット５
０が設けられており、クリーニングガス供給管５１へ供給される。該クリーニングガス供
給管５１は、ガス供給量を制御する流量コントローラとしてのガス流量制御装置５２、バ
ルブ５３を介して前記反応料ガス供給口３に接続されている。
【００２８】
前記反応炉１の側壁下部には排気口１０が設けられ、該排気口１０、真空ポンプ５４、原
料回収トラップ５７および除害装置（図示せず）が排気管５６でつながれている。また、
該排気管５６には、反応室１の圧力を調整する圧力コントローラ５５が設けられる。
【００２９】
前記反応室１の前記排気口１０と反対側の側面には、基板搬入搬出口５９が設けられ、該
基板搬入搬出口５９は、真空基板移載室５８との仕切り弁としてのゲートバルブ６０によ
って開閉され、前記基板搬入搬出口５９から基板２を前記処理室１に搬入搬出し得る様に
構成されている。
【００３０】
図７では、対向電極ユニット５そのものがシャワーヘッドになっているものを用いた事例
を示したが、図８にはシャワーヘッド１２と対向電極ユニット５が独立した場合を示した
。該シャワーヘッド１２と対向電極ユニット５以外の部分は、図7と同様である。
【００３１】
プラズマを発生させるための高周波を印加する少なくとも一組以上の対向電極が、被成膜
基板２と対向して、原料ガスおよび反応ガスの被成膜基板への直接の供給口８より近い位
置に存在する場合の構成例を以下に図８および図９を用いて説明する。この場合、原料ガ
スおよび反応ガスの被成膜基板２への直接の供給口８を複数持つシャワーヘッド１２と対
向電極ユニット５は、被成膜基板２と対向するように配置される。具体的には、シャワー
ヘッド１２は対向電極ユニット５と対向するように配置され、対向電極ユニット５は被成
膜基板２と対向するように配置される。図９に示すように、対向電極ユニット５は、中央
に円形の開口（貫通孔）１４ａを有する保持用の電極プレート１４の側面に穴（貫通孔）
１５を形成し、この中に石英のような絶縁物から構成される電極管１６を挿入し、この管
の中に、AlやNiなどの材質で構成される棒状の電極６および７を埋め込み、設けられる。
反応室1を、真空に保つために、電極プレート１４の穴１５の内壁に対し、電極管１６は
、Oリング１７を用いて、真空封じ込みを行う。前記対向電極６および７は、それぞれま
とめて接続され、絶縁トランス１１に接続される。前記絶縁トランス１１に高周波電源ユ
ニット１３により高周波電圧を印加することにより、図６に示すようにプラズマが、対向
電極ユニット５の表面に発生する。すなわち、シャワーヘッド１２と対向電極ユニット５
との間の空間における対向電極ユニット５の上面付近、および、対向電極ユニット５と基
板２との間の空間における対向電極ユニット５の下面付近にプラズマが発生する。
【００３２】
次に、上述のような構成の基板処理装置を用いて半導体装置の製造工程の一工程として基
板に薄膜を堆積する方法について説明する。
【００３３】
以下、常温で液体である有機金属液体原料を用いて、CVD（Chemical Vapor Deposition）
法、特に、MOCVD（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、または、ALD（Atomi
c Layer Deposition）法により基板上に薄膜を形成する場合を、図８を用いて説明する。
なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はメインコントローラ６
１により制御される。
【００３４】
前記支持台２０が基板搬送位置まで下降した状態で、前記ゲートバルブ６０が開かれ、前
記基板搬入搬出口が開放されると、図示しない基板移載機により基板２が前記処理室１内
に搬入される。このとき、前記支持台２０は、昇降機構により移載位置にある。該移載位
置では、前記支持台２０表面よりも基板突き上げピン６２の先端が高い位置になり、搬入
された基板２は、該基板突き上げピンの上に移載される(基板搬入工程)。  基板2が前記
反応室１内に搬入された後、前記ゲートバルブ６０が閉じられる。前記支持台２０が移載
位置から上方の基板処理位置まで上昇する。その間に、基板２は前記サセプタ２１上に載
置される（基板載置工程）。
【００３５】
前記支持台２０が基板処理位置に到達すると、前記ヒータ２２に電力が供給され基板２は
所定の温度になるように均一に加熱される（基板昇温工程）。同時に、前記反応室１は、
前記真空ポンプ５４により真空排気され、所定の圧力になるように制御される（圧力調整
工程）。なお、基板２の搬送時、基板加熱時および圧力調整時においては、前記不活性ガ
ス供給管３６および４５に設けられた前記バルブ３８および４７は開いた状態とされ、前
記不活性ガス供給ユニット３３より、前記反応室１に不活性ガスが常に流される。これに
より、パーティクルや金属汚染物の基板２への付着を防ぐことが出来る。
【００３６】
基板２の温度、前記処理室１内の圧力が、それぞれ所定の処理温度、所定の処理圧力に到
達して安定すると、前記処理室１内に原料ガスが供給される。即ち、前記原料供給ユニッ
ト２８から供給された有機金属液体原料の液体が、前記液体流量制御装置２９で流量制御
され、前記不活性ガス供給ユニット３３から供給されガス流量制御装置３５で流量制御さ
れたキャリアガスと伴に、前記気化器３０へ供給されて気化される。このとき、気化され
た原料ガスは、前記バルブ３２は閉じ、前期バルブ３９は開いた状態で、原料ガスバイパ
ス管４０に流れているが、気化量が安定すると、バルブ３９が閉じられ、バルブ３２が開
かれ、気化された原料ガスは、前記原料ガス供給管３１を通って、反応室１内に導入され
、シャワーヘッド１２上に導かれ、多数のシャワー穴８で分散され、基板２上に均一な濃
度で供給される。（原料ガス供給工程）
【００３７】
原料ガスの供給が所定時間行われた後、前記バルブ３２は閉じられ、原料ガスの基板２へ
の供給が停止されると伴に、バルブ３８が開かれ、パージガスとしての不活性ガスが、前
記原料ガス供給管３１を通って、反応室１に導入される。これにより、前記原料ガス供給
管３１および反応室１が不活性ガスによりパージされ、残留ガスが除去される。（原料ガ
スパージ工程）
【００３８】
なお、この際、前記原料ガスバイパス管４０に設けられた、前記バルブ３９を開き、原料
ガスを前記ガスバイパス管４０より前記反応室１をバイパスするように排気し、前記気化
器３０からの原料ガスを停止しないようにするのが好ましい。液体原料を気化して、気化
した原料ガスを安定供給するまでには時間がかかるので、前記気化器３０からの原料ガス
の供給を停止することなく、前記反応室１をバイパスするように流しておくと、次の原料
ガス供給工程では、流れを切り替えるだけで、直ちに原料ガスを基板２へ供給できる。
【００３９】
ただし、有機金属液体原料が非常に高価な場合、特にPt, Ir, Ruのような貴金属の場合は
、前記反応室１をバイパスしている時間、原料を無駄に捨てていることになるため、こま
めに気化器からの気化動作を停止させ、液体原料の無駄な使用を止めることが望ましい場
合がある。この場合には、前記原料ガスバイパス管４０に設けられた、前記バルブ３９を
開き、原料ガスを前記ガスバイパス管４０より前記反応室１をバイパスするように排気し
た後、前記気化器３０内のバルブ（図示せず）を閉じ、キャリアガスだけを流した状態に
する。（原料消費節約型原料パージ工程）
【００４０】
次の原料ガス供給工程では、流れを切り替えるだけで、直ちに原料ガスを基板２へ供給で
きるようにするためには、後述する反応ガスパージ工程中で、キャリアガスだけが前記反
応室１をバイパスしている状態で、前記気化器３０内のバルブを開き、気化状態が安定化
するようにしておく。
【００４１】
前記反応室１のパージが所定時間行われた後、該反応室１に反応ガスが供給される。即ち
、前記バルブ４８が開かれ４４が閉じた状態で、反応ガスが反応室１をバイパスした状態
から、前記バルブ４８を閉じ４４が開かれ、反応室１に反応ガスが供給され、シャワーヘ
ッド１２上に導かれ、多数のシャワー穴８で分散され、対向電極ユニット上に均一な濃度
で供給されたのち、対向電極６と７の間に高周波が印加され、プラズマが印加される。反
応ガス、ここでは、水素ガスの流れに従って、原子状の水素や水素イオンなどの活性種が
基板２上に供給される。（反応ガス供給工程）
【００４２】
反応ガスの供給が所定時間行われた後、前記バルブ４４が閉じられ、反応ガスの基板２へ
の供給が停止されると伴に、バルブ４７が開かれ、パージガスとしての不活性ガスが、前
記反応ガス供給管４２を通って、反応室１に導入される。これにより、前記反応ガス供給
管４２および反応室１が不活性ガスによりパージされ、残留ガスが除去される。（反応ガ
スパージ工程）
【００４３】
なお、この際、前記反応ガスバイパス管４９に設けられた、前記バルブ４８を開き、反応
ガスを前記ガスバイパス管４９より前記反応室１をバイパスするように排気し、前記ガス
流量制御装置４３の反応ガス流量をゼロにしないようにするのが好ましい。反応ガス流量
をゼロから所定流量に安定化するまでには時間がかかるので、前記反応ガス供給ユニット
４１からの反応ガスの供給を停止することなく、前記反応室１をバイパスするように流し
ておくと、次の反応ガス供給工程では、流れを切り替えるだけで、直ちに反応ガスを基板
２へ供給できる。
【００４４】
Pt, Ir, Ru膜などの貴金属の成膜においては、前述したように、次の原料ガス供給工程で
は、流れを切り替えるだけで、直ちに原料ガスを基板２へ供給できるようにするために、
反応ガスパージ工程の終了時間の数〜十数秒前に、前記キャリアガス供給管からのキャリ
アガスだけが前記反応室１をバイパスしている状態で、前記気化器３０内のバルブを開き
気化器内に液体原料を流し、気化を開始し、気化状態を安定化させる。なぜなら、気化器
３０の気化状態を安定化させるためには、数〜数十秒必要とするからである。
【００４５】
前記反応室１のパージが所定時間行われた後、前記バルブ３９が閉じられ、バルブ３２が
開かれ、あらかじめ安定流量気化されるように準備された原料ガスは、前記原料ガス供給
管３１を通って、反応室１に導入され、原料ガス供給工程が行われる。
【００４６】
以上のような、原料ガス供給工程、原料消費節約型原料パージ工程、反応ガス供給工程、
反応ガスパージ工程を、1サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すサイクル処理
により、基板2上に所定膜厚の薄膜を形成することが出来る。（薄膜成膜工程）
【００４７】
基板２への薄膜成膜処理終了後、処理済基板２は、基板搬入工程と逆の手順で、前記反応
室１外へ搬出される。（基板搬出工程）
【００４８】
なお、薄膜形成工程をCVD法により行う場合には、基板温度を原料ガスが自己分解する程
度の温度帯域となるように制御する。この場合、原料ガス供給工程においては、原料ガス
が熱分解し、基板２上に数〜十数Å（2，3〜数原子層）程度の薄膜が形成される。反応ガ
ス供給工程においては、プラズマ化した反応ガスの活性種により、基板２上に形成された
数〜十数Å程度の薄膜から炭素原子（C）水素原子（H）などの不純物が除去される。
【００４９】
また、薄膜形成工程をALD法により行う場合には、基板温度を原料ガスが自己分解しない
程度の温度帯域となる様に制御する。この場合、原料供給工程においては、原料ガスは熱
分解することなく基板２上に吸着する。反応ガス供給工程においては、基板２上に吸着し
た原料と反応ガスがプラズマにより活性化した活性種と反応することにより、基板２上に
1Å以下（1原子層以下）程度の薄膜が形成される。なお、このとき、反応ガスの活性種に
より、薄膜中に混入する炭素原子（C）および水素原子（H）等の不純物を脱離することが
出来る。
【００５０】
なお、本発明の実施形態における反応炉にて、CVD法により、基板を処理する際の処理条
件としては、たとえば、HfO2膜を成膜する場合は、処理温度350〜500℃、処理圧力50〜20
0Paにて、有機金属液体原料としてHf(MMP)4  (Hf(OC(CH3)2CH2OCH3)4：テトラキス(1-メ
トキシ-2-メチル-2-フ゜ロホ゜キシ)-ハフニウム)、供給流量0.01〜0.1sccm を、反応ガ
スとしてO2 、供給流量500〜1500sccmを用いる場合が例示される。
【００５１】
また、本発明の実施形態における反応炉にて、ALD法により、基板を処理する際の処理条
件としては、たとえば、Ru膜を成膜する場合は、処理温度150〜300℃、処理圧力10〜200P
aにて、有機金属液体原料としては、DER (2,4-Dimethylpentadienyl Ethylcyclopentadie
nyl  Ruthenium, (2,4シ゛メチルヘ゜ンタシ゛エニルエチルシクロヘ゜ンタシ゛エニルル
テニウム)) 、供給流量0.01〜0.1sccmを、反応性ガスとしては、水素、酸素、あるいは、
アンモニアなどを供給流量500 〜1500sccm用いる場合が例示される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態におけるシャワーヘッドと対向電極ユニットが一体化した場合の反応炉の構成概念を示す縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるシャワーヘッドと対向電極ユニットが一体化した場合の対向電極ユニットの構成を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるシャワーヘッドと対向電極ユニットが独立している場合の反応炉の構成概念を示す縦断面図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるシャワーヘッドと対向電極ユニットが独立している場合の対向電極ユニットの構成を示す平面図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるシャワーヘッドと対向電極ユニットが一体化した場合の反応室内でのプラズマ発生イメージを示す概念図である。
【図６】本発明の実施の形態におけるシャワーヘッドと対向電極ユニットが独立している場合の反応室内でのプラズマ発生イメージを示す概念図である。
【図７】本発明の実施の形態におけるシャワーヘッドと対向電極ユニットが一体化した場合の反応炉の構成を示す縦断面図である。
【図８】本発明の実施の形態におけるシャワーヘッドと対向電極ユニットが独立している場合の反応炉の構成を示す縦断面図である。
【図９】本発明の実施の形態におけるシャワーヘッドと対向電極ユニットが独立している場合の対向電極ユニットの図３におけるC方向からの矢視図である。
【符号の説明】
【００５３】
１    反応室
２    基板
３    反応ガス供給口
４    原料ガス供給口
５    対向電極ユニット
６    電極
７    電極
８    シャワー穴
９    電極挿入穴
１０  排気口
１１  絶縁トランス
１２  シャワーヘッド
１３  高周波電源ユニット
１４  対向電極ユニット
１５  石英管挿入穴
１６  石英電極管
１７  Oリング
１８  プラズマ発生箇所
１９  プラズマ発生箇所
２０  支持台
２１  サセプタ
２２  ヒータ
２３  温度コントローラ
２４  昇降機構
２５  原料供給ユニット
２６  液体原料供給管
２７  圧送ライン
２８  液体原料
２９  液体原料流量制御装置
３０  気化器
３１  原料ガス供給管
３２  バルブ
３３  不活性ガス供給ユニット
３４  キャリアガス供給管
３５  ガス流量制御装置
３６  パージガス供給管
３７  ガス流量制御装置
３８  バルブ
３９  バルブ
４０  原料ガスバイパス管
４１  反応ガス供給ユニット
４２  反応ガス供給管
４３  ガス流量制御装置
４４  バルブ
４５  パージガス供給管
４６  ガス流量制御装置
４７  バルブ
４８  バルブ
４９  反応ガスバイパス管
５０  クリーニングガス供給ユニット
５１  クリーニングガス供給管
５２  ガス流量制御装置
５３  バルブ
５４  真空ポンプ
５５  圧力コントローラ
５６  排気管
５７  原料回収トラップ
５８  真空基板移載室
５９  基板搬入搬出口
６０  ゲートバルブ
６１  メインコントローラ
６２  基板突き上げピン
【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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