(57)【要約】      （修正有）【課題】２００℃以下の温度で、ＡＬＤ法を適用して基板上に膜を形成する場合であっても、基板上に良質な膜を生成することができる成膜方法および成膜装置を提供する。【解決手段】２００℃以下の温度で、原子層成長方法により、基板表面に原料ガスと酸化ガスとを交互に供給して、基板上に原子層単位で酸化膜を形成する工程を所定回数行って所定厚さの膜を形成し、原子層成長法による成膜工程が完了した後、酸化ガスないし不活性ガスを用いてプラズマを発生し、発生されたプラズマを基板上に形成された膜の表面に照射してプラズマ処理する。【選択図】図２
2009206312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２００℃以下の温度で、原子層成長方法により、基板表面に原料ガスと酸化ガスとを交互に供給して、前記基板上に原子層単位で酸化膜を形成する工程を所定回数行って所定厚さの膜を形成し、原子層成長法による成膜工程が完了した後、酸化ガスないし不活性ガスを用いてプラズマを発生し、前記発生されたプラズマを前記基板上に形成された膜の表面に照射してプラズマ処理することを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
２００℃以下の温度で、原子層成長方法により、基板表面に原料ガスと窒化ガスとを交互に供給して、前記基板上に原子層単位で窒化膜を形成する工程を所定回数行って所定厚さの膜を形成し、原子層成長法による成膜工程が完了した後、窒化ガスないし不活性ガスを用いてプラズマを発生し、前記発生されたプラズマを前記基板上に形成された膜の表面に照射してプラズマ処理することを特徴とする成膜方法。
【請求項３】
ＥＣＲ方式のプラズマ源を用いて、前記基板上に形成された膜の表面をプラズマ処理することを特徴とする請求項１または２に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記基板上に原子層単位で膜を所定回数形成する毎に前記基板上に形成された膜の表面をプラズマ処理することを１セットとして、前記セットを２回以上繰り返して、前記基板上に所定厚さの膜を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の成膜方法。
【請求項５】
２００℃以下の温度で、原子層成長方法により、基板表面に原料ガスと酸化ガスとを交互に供給して、前記基板上に原子層単位で酸化膜を形成する工程を所定回数行って所定厚さの膜を形成する原子層成長装置と、酸化ガスないし不活性ガスを用いてプラズマを発生し、前記発生されたプラズマを前記原子層成長装置により前記基板上に形成された膜の表面に照射してプラズマ処理するプラズマ処理装置と、前記原子層成長装置により前記基板上に膜を形成し、原子層成長法による成膜工程が完了した後、前記プラズマ処理装置により前記基板上に形成された膜の表面をプラズマ処理するように制御する制御装置とを備えることを特徴とする成膜装置。
【請求項６】
２００℃以下の温度で、原子層成長方法により、基板表面に原料ガスと窒化ガスとを交互に供給して、前記基板上に原子層単位で窒化膜を形成する工程を所定回数行って所定厚さの膜を形成する原子層成長装置と、窒化ガスないし不活性ガスを用いてプラズマを発生し、前記発生されたプラズマを前記原子層成長装置により前記基板上に形成された膜の表面に照射してプラズマ処理するプラズマ処理装置と、前記原子層成長装置により前記基板上に膜を形成し、原子層成長法による成膜工程が完了した後、前記プラズマ処理装置により前記基板上に形成された膜の表面をプラズマ処理するように制御する制御装置とを備えることを特徴とする成膜装置。
【請求項７】
前記原子層成長装置と前記プラズマ処理装置とは別個に構成されており、
前記プラズマ処理装置は、ＥＣＲ方式のプラズマ源を用いて、前記基板上に形成された膜の表面をプラズマ処理するものであることを特徴とする請求項５または６に記載の成膜装置。
【請求項８】
前記原子層成長装置と前記プラズマ処理装置は一体型に構成されており、
前記制御装置は、前記原子層成長装置により前記基板上に原子層単位で膜を所定回数形成する毎に前記プラズマ処理装置により前記基板上に形成された膜の表面をプラズマ処理することを１セットとして、前記セットを２回以上繰り返して、前記基板上に所定厚さの膜を形成するように制御することを特徴とする請求項５または６に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜対象基板上に原子層単位で成膜する工程を所定回数行って所定厚さの膜を形成する成膜方法および成膜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子層成長（以下、省略してＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）ともいう）法は、２種類の成膜ガスを基板上に交互に供給し、基板上に原子層単位で膜を形成する工程を所定回数行って所定厚さの膜を形成する薄膜形成技術である。例えば、基板上にＳｉＯ2膜（酸化膜）を形成する場合、Ｓｉを含む原料ガスとＯを含む酸化ガスが用いられる。また、基板上に窒化膜を形成する場合、酸化ガスの代わりに窒化ガスが用いられる。
【０００３】
ＡＬＤ法では、原料ガスを供給している間に１層あるいは数層の原料ガスだけが基板表面に吸着され、余分な原料ガスは成長に寄与しない。これを、成長の自己停止作用（セルフリミット機能）という。
【０００４】
ＡＬＤ法は、一般的なＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法と比較して高い段差被覆性と膜厚制御性を併せ持ち、メモリ素子のキャパシタや、「high-kゲート」と呼ばれる絶縁膜の形成への実用化が期待されている。また、３００℃程度の低温で絶縁膜が形成可能であるため、液晶ディスプレイなどのように、ガラス基板を用いる表示装置の薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の形成への適用なども期待されている。
【０００５】
以下、従来のＡＬＤ装置について説明する。
【０００６】
図５は、従来のＡＬＤ装置の構成を表す一例の概略図である。同図に示すＡＬＤ装置７０は、成膜容器（成膜チャンバ）１２と、ガス供給部１４と、排気部１６とによって構成されている。
【０００７】
成膜容器１２は、金属製の中空箱形であり、接地されている。成膜容器１２の内部には、上壁側に複数のアンテナ素子２６からなるアンテナアレイ２８が配設され、下壁側にヒータ３０を内蔵する基板ステージ３２が配設されている。
【０００８】
アンテナ素子２６は、図６に上方からの平面図を示すように、高周波電力（ＲＦ電力）の波長の（２ｎ＋１）／４倍（ｎは０または正の整数）の長さの導電体からなる棒状のモノポールアンテナ（アンテナ本体）３９が、誘電体からなる円筒部材４０に収納されたものである。高周波電力供給部３４で発生された高周波電力が分配器３６で分配され、各々のインピーダンス整合器３８を介して各々のアンテナ素子２６に供給されると、アンテナ素子２６の周囲にプラズマが発生される。
【０００９】
各々のアンテナ素子２６は、本出願人が特許文献１で提案したものであり、図５中、紙面に垂直な方向に延びるように、電気的に絶縁されて成膜容器１２の側壁に取り付けられている。各々のアンテナ素子２６は、互いに平行に、かつ、基板ステージ３２の上面に対しても平行に配設されており、隣接するアンテナ素子２６間の給電位置が互いに対向する側壁になるように配設されている。また、複数のアンテナ素子２６の配列方向は基板ステージ３２に対して平行である。
【００１０】
次に、ＡＬＤ装置７０の成膜時の動作を説明する。
【００１１】
成膜時には、基板ステージ３２上面に基板４２が載置される。また、基板ステージ３２がヒータ３０で加熱され、基板ステージ３２上に載置された基板４２は、成膜が終了するまで所定の温度に保持される。
【００１２】
例えば、基板表面にＳｉＯ2膜を形成する場合、成膜容器１２内が排気部１６により水平方向に真空引きされた後、Ｓｉ成分を含む原料ガスが、ガス供給部１４から、供給管１８ａ、成膜容器１２の左壁に形成された供給孔２０ａを介して成膜容器１２内へ水平方向に供給される。これにより、基板４２表面に原料ガスが供給され、吸着される。なお、この時、アンテナ素子２６によりプラズマは発生されない。
【００１３】
続いて、原料ガスの供給が停止され、基板４２表面に吸着された原料ガス以外の余剰の原料ガスが、排気部１６により、成膜容器１２から、成膜容器１２の右壁に形成された排気孔２４、排気管２２を介して水平方向へ排気される。
【００１４】
続いて、酸化ガスが、ガス供給部１４から、供給管１８ｂ、成膜容器１２の左壁に形成された供給孔２０ｂを介して成膜容器１２内に水平方向に供給される。この時同時に、高周波電力供給部３４から高周波電力が各々のアンテナ素子２６に供給される。これにより、各々のアンテナ素子２６の周囲に酸化ガスを用いてプラズマが発生され、基板４２表面に吸着された原料ガスが酸化される。
【００１５】
その後、酸化ガスの供給およびアンテナ素子２６への高周波電力の供給が停止され、酸化に寄与しない余剰の酸化ガスや反応生成物が、排気部１６により、成膜容器１２の右壁に形成された排気孔２４、排気管２２を介して水平方向に排気される。
【００１６】
以上のように、原料ガスの供給→余剰原料ガスの排気→酸化ガスの供給→余剰酸化ガスの排気からなる一連の工程により、基板４２上にＳｉＯ2膜が原子層単位で形成される。この工程を数回繰り返すことにより、基板４２上に所定膜厚のＳｉＯ2膜が形成される。
【００１７】
ここで、本発明に関連性があると思われる先行技術文献として、例えば、特許文献２がある。
【００１８】
特許文献２は、薄膜の形成方法に関するものである。同文献には、例えば、プラズマを用いる原子層蒸着装置の反応器内において基板上に金属酸化物膜を形成する方法であって、前記反応器内に金属原料化合物を供給する段階と、前記反応器内に酸素ガスを供給する段階と、前記反応器内に所定時間中に酸素プラズマを生じさせる段階と、を含む金属酸化物膜の形成方法が開示されている。
【００１９】
【特許文献１】特開２００３−８６５８１号公報
【特許文献２】特開２００５−２７７４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
従来のプラズマＡＬＤ装置では、前述の通り、原料ガスの供給、排気、酸化ガスの供給およびプラズマの印加、排気を１工程（１サイクル）のＡＬＤ処理として基板上に原子層単位で成膜し、このＡＬＤ処理を所定回数繰り返して所定厚さの膜を形成する。
【００２１】
しかし、基板の融点が低く、２００℃以下の温度での処理を必要とする場合、例えば、１３０℃の低温で基板上に成膜する必要がある場合、高周波電力を抑えてプラズマを印加すると、良質（緻密性、均一性等）な膜を得ることができないという問題があった。これに対し、膜質を向上させるために電力を上げてプラズマを印加すると、基板温度が１３０℃を超え、基板に悪影響（変形等）を与える虞があるという問題があった。
【００２２】
本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解消し、２００℃以下の温度で、ＡＬＤ法を適用して基板上に膜を形成する場合であっても、基板上に良質な膜を生成することができる成膜方法および成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するために、本発明は、２００℃以下の温度で、原子層成長方法により、基板表面に原料ガスと酸化ガスとを交互に供給して、前記基板上に原子層単位で酸化膜を形成する工程を所定回数行って所定厚さの膜を形成し、原子層成長法による成膜工程が完了した後、酸化ガスないし不活性ガスを用いてプラズマを発生し、前記発生されたプラズマを前記基板上に形成された膜の表面に照射してプラズマ処理することを特徴とする成膜方法を提供するものである。
【００２４】
また、本発明は、２００℃以下の温度で、原子層成長方法により、基板表面に原料ガスと窒化ガスとを交互に供給して、前記基板上に原子層単位で窒化膜を形成する工程を所定回数行って所定厚さの膜を形成し、原子層成長法による成膜工程が完了した後、窒化ガスないし不活性ガスを用いてプラズマを発生し、前記発生されたプラズマを前記基板上に形成された膜の表面に照射してプラズマ処理することを特徴とする成膜方法を提供する。
【００２５】
ここで、ＥＣＲ方式のプラズマ源を用いて、前記基板上に形成された膜の表面をプラズマ処理することが好ましい。
【００２６】
また、前記基板上に原子層単位で膜を所定回数形成する毎に前記基板上に形成された膜の表面をプラズマ処理することを１セットとして、前記セットを２回以上繰り返して、前記基板上に所定厚さの膜を形成することが好ましい。
【００２７】
また、本発明は、２００℃以下の温度で、原子層成長方法により、基板表面に原料ガスと酸化ガスとを交互に供給して、前記基板上に原子層単位で酸化膜を形成する工程を所定回数行って所定厚さの膜を形成する原子層成長装置と、酸化ガスないし不活性ガスを用いてプラズマを発生し、前記発生されたプラズマを前記原子層成長装置により前記基板上に形成された膜の表面に照射してプラズマ処理するプラズマ処理装置と、前記原子層成長装置により前記基板上に膜を形成し、原子層成長法による成膜工程が完了した後、前記プラズマ処理装置により前記基板上に形成された膜の表面をプラズマ処理するように制御する制御装置とを備えることを特徴とする成膜装置を提供する。
【００２８】
また、本発明は、２００℃以下の温度で、原子層成長方法により、基板表面に原料ガスと窒化ガスとを交互に供給して、前記基板上に原子層単位で窒化膜を形成する工程を所定回数行って所定厚さの膜を形成する原子層成長装置と、窒化ガスないし不活性ガスを用いてプラズマを発生し、前記発生されたプラズマを前記原子層成長装置により前記基板上に形成された膜の表面に照射してプラズマ処理するプラズマ処理装置と、前記原子層成長装置により前記基板上に膜を形成し、原子層成長法による成膜工程が完了した後、前記プラズマ処理装置により前記基板上に形成された膜の表面をプラズマ処理するように制御する制御装置とを備えることを特徴とする成膜装置を提供する。
【００２９】
ここで、前記原子層成長装置と前記プラズマ処理装置とは別個に構成されており、
前記プラズマ処理装置は、ＥＣＲ方式のプラズマ源を用いて、前記基板上に形成された膜の表面をプラズマ処理するものであることが好ましい。
【００３０】
また、前記原子層成長装置と前記プラズマ処理装置は一体型に構成されており、
前記制御装置は、前記原子層成長装置により前記基板上に原子層単位で膜を所定回数形成する毎に前記プラズマ処理装置により前記基板上に形成された膜の表面をプラズマ処理することを１セットとして、前記セットを２回以上繰り返して、前記基板上に所定厚さの膜を形成するように制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明では、原子層成長方法により基板上に膜を形成し、原子層成長法による成膜工程が完了した後、基板上に形成された膜の表面にプラズマを照射してプラズマ処理することで基板上に形成された膜の表面が活性化される。これにより、２００℃以下の低温であっても、良質な膜を形成できる。また、成膜装置とプラズマ処理装置を一体型に構成することで装置を小型化でき、コストダウンできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の成膜方法および成膜装置を詳細に説明する。
【００３３】
図１は、本発明の成膜装置の構成を表す一実施形態の概略図である。同図に示す成膜装置１０は、２００℃以下の温度で、ＡＬＤ法により、２種類の成膜ガス（原料ガス、および、酸化ガスないし窒化ガス）を成膜対象基板上に交互に供給する。その時、反応活性を高めるためにプラズマを生成して基板上に原子層単位で成膜する。この工程を所定回数行って所定厚さの膜を形成した後、基板上に形成された膜の表面をプラズマ処理する。
【００３４】
ここで、所定厚さの膜とは、成膜ガスの分圧や成膜温度、上記工程回数等の成膜条件によって膜の厚さが変化するが、この成膜条件を一定としたとき、事前に計測された、あるいは予測される膜厚をいう。
【００３５】
成膜装置１０は、ＡＬＤ装置兼プラズマ処理装置４４と、制御装置４６とによって構成されている。
【００３６】
ＡＬＤ装置兼プラズマ処理装置４４は、ＡＬＤ法により基板４２上に原子層単位で膜を形成するＡＬＤ装置と、基板上に形成された膜の表面をプラズマ処理するプラズマ処理装置とが一体型に構成されたものである。ＡＬＤ装置兼プラズマ処理装置４４は、成膜容器１２と、ガス供給部１４と、真空ポンプなどの排気部１６とによって構成されている。以下、基板４２上に酸化膜（ＳｉＯ2膜）を形成する場合を例に挙げて説明するが、窒化膜の場合も同様である。
【００３７】
ここで、ガス供給部１４は、それぞれ、供給管１８ａ、１８ｂを介して、成膜容器１２の左壁に形成された供給孔２０ａ、２０ｂに接続されている。ガス供給部１４は、ＡＬＤ装置兼プラズマ処理装置４４がＡＬＤ装置として使用される場合には、供給管１８ａおよび供給孔２０ａを介して、成膜容器１２内に原料ガスを水平方向に供給する、ないしは、供給管１８ｂおよび供給孔２０ｂを介して、成膜容器１２内に、例えば、酸素ガスやオゾンガスなどの酸化ガスを水平方向に供給する。原料ガスと酸化ガスの供給は交互に行われる。また、ガス供給部１４は、ＡＬＤ装置兼プラズマ処理装置４４がプラズマ処理装置として使用される場合には、供給管１８ｂおよび供給孔２０ｂを介して、成膜容器１２内に酸化ガスないしＡｒ（アルゴン）ガス等の不活性ガスを水平方向に供給する。
【００３８】
一方、排気部１６は、排気管２２を介して、成膜容器１２の右壁に形成された排気孔２４に接続されている。排気部１６は、排気孔２４および排気管２２を介して、成膜容器１２内に供給されたガスを水平方向に排気する。
【００３９】
図示省略しているが、供給管１８ａ、１８ｂの途中には、ガス供給部１４と成膜容器１２との導通を制御する開閉弁（例えば、電磁弁）が設けられ、排気管２２の途中には、排気部１６と成膜容器１２との導通を制御する開閉弁が設けられている。ガス供給部１４から成膜容器１２内にガスを供給する場合には供給管１８ａ、１８ｂのいずれかの開閉弁が開放され、成膜容器１２内にガスを供給する。
【００４０】
成膜容器１２は、金属製の中空箱形であり、接地されている。成膜容器１２の内部には、上壁側に、棒状の複数のアンテナ素子２６からなるアンテナアレイ２８が配設され、下壁側に、ヒータ３０を内蔵する基板ステージ３２が配設されている。
【００４１】
アンテナアレイ２８は、酸化ガスないし不活性ガスを用いてプラズマを発生するものであり、図１中、成膜容器１２の左右の側壁の間で、かつ、成膜容器１２の上壁と基板ステージ３２の上面（基板４２の載置面）との間に、複数のアンテナ素子２６の配列方向（左右方向）が基板ステージ３２の上面と平行となるように配設されている。各々のアンテナ素子２６は、所定の間隔で平行に、かつ、基板ステージ３２の上面に対しても平行に配設されている。
【００４２】
図６に上方からの平面図を示すように、高周波電力供給部３４で発生されたＶＨＦ帯（例えば、８０ＭＨｚ）の高周波電力（高周波電流）が分配器３６で分配され、インピーダンス整合器３８を介して、各々のアンテナ素子２６に供給される。インピーダンス整合器３８は、高周波電源供給部３４が発生する高周波電力の周波数の調整とともに用いられ、プラズマの生成中にアンテナ素子２６の負荷の変化によって生じるインピーダンスの不整合を是正する。
【００４３】
アンテナ素子２６は、例えば、銅、アルミニウム、白金等の導電体からなる、棒状のモノポールアンテナ（アンテナ本体）３９が、例えば、石英やセラミックスなどの誘電体からなる円筒部材４０に収納されて構成されている。アンテナ本体３９を誘電体で覆うことにより、アンテナとしての容量とインダクタンスが調整され、その長手方向に沿って高周波電力を効率よく伝播させることができ、アンテナ素子２６から周囲に電磁波を効率よく放射させることができる。
【００４４】
各々のアンテナ素子２６は、本出願人が特許文献１で提案したものであり、図１中、紙面に垂直な方向（図６中、上下方向）に延びるように、電気的に絶縁されて成膜容器１２の側壁に取り付けられている。また、図６に示すように、隣接するアンテナ素子２６間の給電位置が互いに対向する側壁になるように（給電方向が互いに逆向きになるように）配設されている。これにより、電磁波は、複数のアンテナ素子２６の配列方向にわたって均一に形成される。
【００４５】
アンテナ素子２６の長手方向の電界強度は、高周波電力の供給端でゼロ、先端部（供給端の逆端）で最大となる。従って、隣接するアンテナ素子２６間の給電位置が互いに対向する側壁になるように配設し、それぞれのアンテナ素子２６に、互いに反対方向から高周波電力を供給することにより、それぞれのアンテナ素子２６から放射される電磁波が合成されて均一なプラズマが形成され、膜厚が均一な膜を形成することができる。
【００４６】
例えば、アンテナ本体３９の直径は約６ｍｍ、隣接するアンテナ素子２６間の間隔は約５０ｍｍである。成膜容器１２内の圧力が２０Ｐａ程度の場合、高周波電力供給部３４から約１５００Ｗの高周波電力を供給すると、アンテナ素子２６のアンテナ長が、高周波電力の波長の（２ｎ＋１）／４倍（ｎは０または正の整数）に等しい場合に定在波が生じて共振し、各々のアンテナ素子２６の周囲にプラズマが発生される。
【００４７】
続いて、基板ステージ３２は、例えば、矩形の金属板である。基板ステージ３２は、成膜容器１２内に水平に配設されている。
【００４８】
次に、制御装置４６は、ＡＬＤ装置兼プラズマ処理装置４４と接続されている。制御装置４６は、ＡＬＤ装置兼プラズマ処理装置４４の動作（ガスの供給、排気、ヒータ温度、ＡＬＤ法による成膜工程、プラズマ処理工程等）を制御するものである。
【００４９】
制御装置４６は、例えば、ＡＬＤ装置兼プラズマ処理装置４４において、２００℃以下の温度で、ＡＬＤ法により、所定の処理条件（基板温度、圧力、ガス流量、処理時間等）で、基板４２表面に原料ガスと酸化ガスとを交互に供給して、基板４２上に原子層単位で酸化膜を形成する工程を所定回数行って所定厚さの膜を形成し、その後、ＡＬＤ法による成膜工程での処理条件とは少なくとも一部が異なる処理条件で、酸化ガスないし不活性ガスを用いてプラズマを発生し、発生されたプラズマを基板４２上に形成された膜の表面に照射してプラズマ処理するように制御する。
【００５０】
次に、本発明の成膜方法に従って、成膜装置１０の成膜時の動作を説明する。
以下の説明は、縦３７０ｍｍ×横４７０ｍｍ角の基板４２表面にＳｉＯ2膜を形成した場合の例である。
【００５１】
成膜時には、基板ステージ３２上面に基板４２が載置される。また、制御装置４６の制御の下で、基板ステージ３２がヒータ３０で加熱され、基板ステージ３２上に載置された基板４２は、成膜が終了するまで所定の温度、例えば、約１３０℃に保持される。
【００５２】
まず、ＡＬＤ装置兼プラズマ処理装置４４はＡＬＤ装置として使用される。制御装置４６の制御の下で、排気部１６により、成膜容器１２内が水平方向に真空引きされて、２〜３Ｐａ程度の圧力とされた後、ガス供給部１４から成膜容器１２内に、Ｓｉを含む原料ガスが約１秒間水平方向へ供給され、２０Ｐａ程度の圧力とされる。これにより、基板４２表面に原料ガスが吸着される。なお、この時、アンテナアレイ２８によりプラズマは発生されない。
【００５３】
続いて、原料ガスの供給が停止され、基板４２表面に吸着された原料ガス以外の余剰の原料ガスが、排気部１６により、成膜容器１２から約１秒間水平方向へ排気される。この時、ガス供給部１４から供給管１８ａおよび供給孔２０ａを介して成膜容器１２内にパージガス（不活性ガス）を供給しながら、排気部１６により、成膜容器１２内に供給された原料ガスを排気しても良い。
【００５４】
続いて、ガス供給部１４から成膜容器１２内部へ酸化ガスが約１秒間水平方向へ供給される。この時同時に、高周波電力供給部３４から各々のアンテナ素子２６に約１５００Ｗの高周波電力が供給される。これにより、各々のアンテナ素子２６の周囲に酸化ガスが供給され、各々のアンテナ素子２６の周囲に酸化ガスを用いてプラズマが発生される。これにより、プラズマから発生される酸素ラジカルにより基板４２表面に吸着された原料ガスが酸化されてＳｉＯ2膜が形成される。
【００５５】
その後、酸化ガスの供給およびアンテナ素子２６への高周波電力の供給（すなわち、プラズマの発生）が停止され、排気部１６により、酸化に寄与しない余剰の酸化ガスや反応生成物等が成膜容器１２から約１秒間水平方向に排気される。この時、ガス供給部１４から供給管１８ｂおよび供給孔２０ｂを介して成膜容器１２内にパージガスを供給しながら、排気部１６により、成膜容器１２内の酸化ガス等を排気しても良い。
【００５６】
以上のように、ＡＬＤ法を適用して、原料ガスの供給→余剰原料ガスの排気→酸化ガスの供給およびプラズマの発生→余剰酸化ガスの排気およびプラズマの停止、からなる一連のＡＬＤ工程（１サイクル）を行うことにより、ＳｉＯ2膜が原子層単位で基板４２上に形成される。また、上記のＡＬＤ工程を所定の回数（複数サイクル）繰り返すことにより、基板４２上に所定膜厚のＳｉＯ2膜が形成される。以上で、ＡＬＤ法による成膜工程が完了する。
【００５７】
ここで、ＡＬＤ法による成膜工程が完了した状態とは、所定厚さの膜が形成された後、排気部１６により、酸化に寄与しない余剰の酸化ガスや反応生成物等が成膜容器１２から排気された状態をいう。
【００５８】
その後、ＡＬＤ装置兼プラズマ処理装置４４がプラズマ処理装置として使用され、プラズマ処理工程が開始される。制御装置４６の制御の下で、１３０℃の温度を超えない範囲で、各々のアンテナ素子２６に供給される高周波電力が増大され、各々のアンテナ素子２６の周囲に、ガス供給部１４から供給される酸化ガスないし不活性ガスを用いて高密度なプラズマが発生され、基板４２上に形成されたＳｉＯ2膜の表面に、発生されたプラズマが照射されてプラズマ処理される。これにより、ＳｉＯ2膜の表面が活性化され、緻密化、均一化される。
【００５９】
プラズマ処理を行う場合、酸化ガスを用いて酸素プラズマを発生させると、ＳｉＯ2膜の表面の酸化が促進される。一方、不活性ガスを用いて不活性ガスのプラズマを発生させると、ＳｉＯ2膜の表面にエネルギーが与えられて活性化される。
【００６０】
ここで、ＡＬＤ成膜時とプラズマ処理時における処理条件は、基本的に以下の通りである。
【００６１】
基板温度  ：  特に違いなし
圧力      ：  プラズマ処理時≧ＡＬＤ成膜時
ガス流量  ：  プラズマ処理時≧ＡＬＤ成膜時
処理時間  ：  プラズマ処理時＞ＡＬＤ成膜時
投入電力  ：  プラズマ処理時＞ＡＬＤ成膜時
【００６２】
上記の通り、ＡＬＤ処理時よりもプラズマ処理時の方が、投入電力は大きくなり、処理時間は長くなる。なお、投入電力を大きくした方（つまり、プラズマ処理時の方）が、一般的にプラズマ密度は高くなると考えられる。
【００６３】
成膜装置１０では、ＡＬＤ装置兼プラズマ処理装置４４がＡＬＤ装置として使用されて基板４２上にＳｉＯ2膜が形成された後、プラズマ処理装置として使用されて基板４２上に形成されたＳｉＯ2膜の表面が活性化される。これにより、成膜装置１０では、２００℃以下の低温であっても、良質（緻密で均一）な膜を形成できる。また、ＡＬＤ装置とプラズマ処理装置が一体型に構成されているので装置を小型化でき、コストダウンできる。
【００６４】
なお、ＡＬＤ装置兼プラズマ処理装置４４をＡＬＤ装置として使用する場合、反応活性を高めるためにプラズマを生成することは必須ではなく、酸化ガスとしてオゾンガスを用いたり、基板４２を加熱したりすることによって反応活性を高めることができる。また、プラズマ源は、図１に示すモノポールアンテナ方式に限らず、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）方式、平行平板方式など、どのようなプラズマ源でも使用できる。この場合、ＡＬＤ装置とプラズマ処理装置は一体型に限らず、後述する図４の例のように、別体で構成される場合もある。
【００６５】
また、上記例のように、ＡＬＤ装置兼プラズマ処理装置４４をＡＬＤ装置として使用して所定厚さの膜を形成した後にプラズマ処理装置として使用するのではなく、ＡＬＤ装置兼プラズマ処理装置４４をＡＬＤ装置として使用して基板４２上に原子層単位で数層のＳｉＯ2膜を形成し、数層のＳｉＯ2膜を形成する毎にプラズマ処理装置として使用してプラズマ処理をすることを１セットとして、このセットを所定厚さのＳｉＯ2膜が得られるまで２回以上繰り返し行ってもよい。
【００６６】
例えば、所定膜厚のＳｉＯ2膜を得るためにＡＬＤ工程を１００回繰り返し行う必要がある場合、ＡＬＤ装置兼プラズマ処理装置４４をＡＬＤ装置として使用して、ＡＬＤ工程を５回（５サイクル）繰り返して５回分の厚さのＳｉＯ2膜を形成し、５回分の厚さのＳｉＯ2膜を形成する毎にＡＬＤ装置兼プラズマ処理装置４４をプラズマ処理装置として使用して、ＳｉＯ2膜をプラズマ処理することを、２０回繰り返して所定膜厚のＳｉＯ2膜を得る。
【００６７】
なお、所定膜厚のＳｉＯ2膜を得るために必要なＡＬＤ工程の回数ａと、プラズマ処理を行う工程の回数ｂとの関係はａ＞ｂであれば何ら制限はなく、必要に応じて適宜決定すればよい。
【００６８】
以下に、図２および図３に示すフローチャートを参照しながら、上記本実施形態の工程で基板４２上に酸化タンタル膜を形成した場合（実施例）と、従来の工程で基板４２上に酸化タンタル膜を形成した場合（比較例）を例に挙げて説明する。
【００６９】
（実施例）
図２のフローチャートに示すように、基板を成膜容器内に搬入し（ステップＳ１１）、基板４２の温度を１３０℃に保持した（ステップＳ１２）。
【００７０】
続いて、原料ガスとして、ターシャリーブチルイミド・トリス（ジメチルアミノ）タンタル（ＴＢＴＤＥＴ）を成膜容器１２内の圧力１００Ｐａの条件下で０．２秒間供給し（ステップＳ１３）、Ｎ2を成膜容器１２内の圧力３００Ｐａの条件下で１秒間供給して排気（パージ）した（ステップＳ１４）。これにより、基板４２表面にＴＢＴＤＥＴが吸着される。
【００７１】
続いて、酸素ガスを成膜容器内の圧力３００Ｐａの条件下で０．２秒間供給し（ステップＳ１５）、その後、高周波電力（ＲＦ電力）１０００Ｗを１秒間印加して酸素プラズマを発生させ（ステップＳ１６）、Ｎ2を成膜容器１２内の圧力３００Ｐａの条件下で１秒間供給して排気した（ステップＳ１７）。これにより、酸素プラズマから発生される酸素ラジカルにより基板４２表面に吸着されたＴＢＴＤＥＴが酸化されて酸化タンタル膜が形成される。
【００７２】
上記ステップＳ１３〜Ｓ１７を１サイクルとして、これを５サイクル繰り返した。
【００７３】
その後、酸素ガスを成膜容器１２内の圧力３００Ｐａの条件下で０．２秒間供給し、高周波電力２０００Ｗを３秒間印加して酸素プラズマを発生させ、基板４２上に形成された酸化タンタル膜の表面をプラズマ処理した（ステップＳ１８）。
【００７４】
ステップＳ１３〜Ｓ１７×５回＋ステップＳ１８を、所定回数繰り返して基板４２上に所定膜厚の酸化タンタル膜を形成した。
【００７５】
（比較例）
図３のフローチャートに示すように、上記の実施例と同様にして、ステップＳ２１，Ｓ２２を行い、その後、ステップＳ２３〜Ｓ２７を、所定回数繰り返して基板４２上に所定膜厚の酸化タンタル膜を生成した。
【００７６】
その後、実施例および比較例で酸化タンタル膜が生成された基板の２５点において、ＫＯＨ溶液でエッチング（ＫＯＨ溶液の濃度＝３７．５ｗｔ％、温度＝８０℃、浸漬時間＝１分）を行い、２５点平均のエッチング速度を算出した。その結果、実施例および比較例で形成された酸化タンタル膜のエッチング速度は、それぞれ、６．２ｎｍ／ｍiｎおよび８．０ｎｍ／ｍiｎであり、実施例の方がエッチング速度が遅く、プラズマ処理で活性化された効果が現れていることが確認できた。
【００７７】
次に、ＡＬＤ装置とプラズマ処理装置を別個に用いて構成された成膜装置について説明する。
【００７８】
図４は、本発明の成膜装置の構成を表す別の実施形態の概略図である。同図に示す成膜装置１１は、ＡＬＤ装置４８と、プラズマ処理装置５０と、制御装置４６とによって構成されている。ＡＬＤ装置４８とプラズマ処理装置５０は、ＡＬＤ装置４８からプラズマ処理装置５０に基板４２を搬送するための搬送手段５２によって接続されている。なお、図４では、図面の煩雑さを避ける目的から省略しているが、ＡＬＤ装置４８は、図１に示すガス供給部１４と排気部１６を備えている。
【００７９】
ＡＬＤ装置４８の構成は、図１に示すＡＬＤ装置兼プラズマ処理装置４４と全く同じであり、その作用も、図１に示すＡＬＤ装置兼プラズマ処理装置４４をＡＬＤ装置として使用する場合と全く同じであるから、繰り返しの説明は省略する。
【００８０】
プラズマ処理装置５０は、制御装置４６の制御の下で、搬送手段５２により、ＡＬＤ装置４８からプラズマ処理装置５０に搬送されてきた基板４２の表面に形成されたＳｉＯ2膜の表面を、ＥＣＲ方式のプラズマ源を用いてプラズマ処理するものである。プラズマ処理装置５０は、プラズマ処理容器５４と、磁界発生コイル５６と、マイクロ波発生部５８と、ガス供給部６０と、排気部６２と、基板ステージ６４とによって構成されている。
【００８１】
基板４２は、プラズマ処理容器５４内の基板ステージ６４上に載置される。プラズマ処理時には、ガス供給部６０から酸化ガスないし不活性ガスが供給されつつ、排気部６２から排気され、プラズマ処理容器５４内が所定圧力とされる。マイクロ波発生部５８から発生される、例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波と磁界発生コイル５６により発生される磁界とによって電子サイクロトロン波が発生される。この電子サイクロトロン波によりプラズマが発生され、基板４２表面に形成されたＳｉＯ2膜の表面がプラズマ処理される。
【００８２】
なお、基板４２に対してプラズマを斜め上から照射するようにしても良い。これにより、ＥＣＲプラズマ源により照射される面積を増大させることができ、大面積の基板４２にも対応できる。プラズマを斜め上から照射することによりプラズマ密度にむらが生じる場合には、例えば、基板ステージ６４を回転させることによって基板４２に照射されるプラズマの密度を均一化できる。
【００８３】
本発明において、基板上に形成される膜種は何ら限定されない。また、原料ガスは、形成される膜に応じて適宜決定すべきものである。また、基板上に膜を形成する場合、成膜容器内の圧力、温度（２００℃以下であればよい）、処理時間、ガス流量などは、形成する膜の膜種、成膜容器および基板の寸法等に応じて適宜決定すべきものであり、上記実施形態に限定されない。
【００８４】
基板上に酸化膜を形成する場合、反応ガスの１つとしてＯを含む酸化ガスが用いられ、窒化膜を形成する場合、反応ガスの１つとしてＮを含む窒化ガスが用いられる。原料ガスは、酸化膜を形成する場合、形成する酸化膜を構成する元素のうち、Ｏ以外の元素を主成分とする反応ガスである。また、原料ガスは、窒化膜を形成する場合、形成する窒化膜を構成する元素のうち、Ｎ以外の元素を主成分とする反応ガスである。
【００８５】
モノポールアンテナ方式のプラズマ源を用いる場合、アンテナ素子の本数に制限はないが、発生されるプラズマの均一性を考慮して、隣接するアンテナ素子間で給電位置が互いに対向する側壁になるように配設することが望ましい。アンテナ素子の配置、寸法等も特に制限はない。
【００８６】
本発明は、基本的に以上のようなものである。
以上、本発明の成膜方法および成膜装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の成膜装置の構成を表す一実施形態の概略図である。
【図２】本発明の成膜方法を適用して成膜する工程を表すフローチャートである。
【図３】従来の成膜方法を適用して成膜する工程を表すフローチャートである。
【図４】本発明の成膜装置の構成を表す別の実施形態の概略図である。
【図５】従来の原子層成長装置の構成を表す一例の概略図である。
【図６】図５に示すアンテナアレイの構成を表す平面概略図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０、１１  成膜装置
１２  成膜容器
１４、６０  ガス供給部
１６、６２  排気部
１８  供給管
２０ａ、２０ｂ  供給孔
２２  排気管
２４  排気孔
２６  アンテナ素子
２８  アンテナアレイ
３０  ヒータ
３２、６４  基板ステージ
３４  高周波電力供給部
３６  分配器
３８  インピーダンス整合器
３９  アンテナ本体
４０  円筒部材
４２  成膜対象基板（基板）
４４  ＡＬＤ装置兼プラズマ処理装置
４６  制御装置
４８  ＡＬＤ装置
５０  プラズマ処理装置
５２  搬送手段
５４  プラズマ処理容器
５６  磁界発生コイル
５８  マイクロ波発生部
７０  原子層成長装置（ＡＬＤ装置）
【図１】
2009206312.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2009206312.tif 000006
【図５】
2009206312.tif 000007
【図６】
2009206312.tif 000008