(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハロゲン元素を含有する原料ガスを金属製の穴開き板を有する導入容器内に供給するステップと、該原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを生成するステップと、該原料ガスプラズマで穴開き板をエッチングすることによって、該穴開き板に含まれる金属成分と原料ガス中のハロゲン元素との前駆体を生成するステップと、還元性ガスをプラズマ化して還元性ガスプラズマを発生させるステップと、上記前駆体を導入容器から排出したのち回転磁場中を通すことによって、前駆体を基板に向けて加速させて走行させるステップと、上記前駆体を還元性ガスプラズマ中に通すことによって、前駆体からハロゲン元素を除去し、金属イオン又は中性金属にして基板に当てることにより、基板上に金属薄膜を生成するステップとを含んでなる金属薄膜の作製方法。
【請求項２】
ハロゲン元素を含有する原料ガスを金属製の穴開き板を有する導入容器内に供給するステップと、該原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを生成するステップと、該原料ガスプラズマで上記穴開き板をエッチングすることによって、該穴開き板に含まれる金属成分と原料ガス中のハロゲン元素との前駆体を生成するステップと、前駆体が挿通可能な開口を有する電極に高周波電流を通すことにより、還元性ガスをプラズマ化して還元性ガスプラズマを発生させるステップと、該還元性ガスプラズマ中に前駆体を通すことによって、該前駆体からハロゲン元素を除去し、金属イオン又は中性金属にして基板に当て、該基板上に金属薄膜を生成するステップとを含んでなる金属薄膜の作製方法。
【請求項３】
ハロゲン元素を含有する原料ガスを金属製の穴開き板を有する導入容器内に供給するステップと、該原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを生成するステップと、該原料ガスプラズマで穴開き板をエッチングすることによって、該穴開き板に含まれる金属成分と原料ガス中のハロゲン元素との前駆体を生成するステップと、穴開き板と基板との間に、還元性ガスを高温に加熱して原子状還元ガスを発生させるステップと、上記前駆体を導入容器から排出したのち原子状還元ガス中に通すことによって、前駆体からハロゲン元素を除去し、金属イオン又は中性金属にして基板に当てることにより、基板上に金属薄膜を生成するステップとを含んでなる金属薄膜の作製方法。
【請求項４】
ハロゲン元素を含有する原料ガスを高温の金属製フィラメントに接触させ、該フィラメントを原料ガスでエッチングさせることによって、該フィラメントに含まれる金属成分と原料ガス中のハロゲン元素との前駆体を生成するステップと、還元性ガスを高温に加熱して原子状還元ガスにするステップと、この原子状還元ガス中に上記前駆体を通すことによって、前駆体からハロゲン元素を除去し、金属イオン又は中性金属にして基板に当てることにより、基板上に金属薄膜を生成するステップとを含んでなる金属薄膜の作製方法。
【請求項５】
ハロゲン元素を含有する原料ガスを高温の金属製フィラメントに接触させ、該フィラメントを原料ガスでエッチングさせることによって、該フィラメントに含まれる金属成分と原料ガス中のハロゲン元素との前駆体を生成するステップと、前駆体が挿通可能な開口を有する電極に高周波電流を通すことにより、還元ガスをプラスマ化して還元性ガスプラズマを発生させるステップと、該還元性ガスプラズマ中に前駆体を通すことによって、該前駆体からハロゲン元素を除去し、金属イオン又は中性金属にして基板に当て、該基板上に金属薄膜を生成するステップとを含んでなる金属薄膜の作製方法。
【請求項６】
上記穴開き板又はフィラメントを銅元素を含み、上記前駆体がCuxClyであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の金属薄膜の作製方法。
【請求項７】
上記原料ガスを導入容器内に供給するステップと、原料ガスプラズマを生成するステップと、前駆体を生成するステップとが、
液体の有機金属錯体を輸送用ガスによってバブリングしたのち、気化させるステップと、この気化した有機金属錯体を金属製の穴開き板を有する導入容器内に供給するステップと、この気化した有機金属錯体を前駆体として導入容器から排出するステップとであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の金属薄膜の作製方法。
【請求項８】
噴射穴が穿設された金属製の穴開き板を有すると共に、その内部に原料ガスを供給する導入容器と、該導入容器の内部に収容された原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを生成する第１プラズマ発生装置と、上記導入容器及び基板を収容した反応容器と、上記穴開き板及び基板の間に回転磁場を発生させる回転磁場発生装置と、反応容器内に供給する還元性ガスをプラズマ化する第２プラズマ発生装置とを備えたことを特徴とする金属薄膜の作製装置。
【請求項９】
噴射穴が穿設された金属製の穴開き板を有すると共に、その内部に原料ガスを供給する導入容器と、該導入容器の内部に収容された原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを生成する第１プラズマ発生装置と、上記導入容器及び基板を収容した反応容器と、反応容器内に供給する還元性ガスをプラズマ化するために高周波電力を印加する電極とを備えたことを特徴とする金属薄膜の作製装置。
【請求項１０】
噴射穴が穿設された金属製の穴開き板を有すると共に、その内部に原料ガスを供給する導入容器と、該導入容器の内部に収容された原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを生成するプラズマ発生装置と、上記導入容器及び基板を収容した反応容器と、反応容器内に供給する還元性ガスを加熱する還元性ガス加熱装置とを備えたことを特徴とする金属薄膜の作製装置。
【請求項１１】
原料ガスを高温の金属製フィラメントに接触させて前駆体にしてから反応容器内に供給する前駆体供給装置と、基板を収容した反応容器と、反応容器内に供給する還元性ガスを加熱する還元性ガス加熱装置とを備えたことを特徴とする金属薄膜の作製装置。
【請求項１２】
噴射穴が穿設された金属製の穴開き板を有すると共に、その内部に前駆体が供給される導入容器と、液体の有機金属錯体を輸送用ガスのバブリングののち気化させ、この気化した有機金属錯体から前駆体を生成して上記導入容器内に供給する前駆体供給装置と、上記導入容器及び基板を収容した反応容器と、上記導入容器と上記基板との間の空間に回転磁場を発生させる回転磁場発生装置と、反応容器内に供給する還元性ガスをプラズマ化する第２プラズマ発生装置とを備えたことを特徴とする金属薄膜の作製装置。
【請求項１３】
噴射穴が穿設された金属製の穴開き板を有すると共に、その内部に前駆体が供給される導入容器と、液体の有機金属錯体を輸送用ガスのバブリングののち気化させ、この気化した有機金属錯体から前駆体を生成して上記導入容器内に供給する前駆体供給装置と、上記導入容器及び基板を収容した反応容器と、上記導入容器と上記基板との間に設けられ、反応容器内に供給する還元性ガスをプラズマ化するために高周波電力を印加すると共に、上記前駆体が挿通可能な開口を有する電極とを備えたことを特徴とする金属薄膜の作製装置。
【請求項１４】
噴射穴が穿設された金属製の穴開き板を有すると共に、その内部に前駆体が供給される導入容器と、液体の有機金属錯体を輸送用ガスのバブリングののち気化させ、この気化した有機金属錯体から前駆体を生成して上記導入容器内に供給する前駆体供給装置と、上記導入容器及び基板を収容した反応容器と、上記導入容器と上記基板との間に原子状還元性ガスを発生させるために、反応容器内に供給する還元性ガスを加熱する還元性ガス加熱装置とを備えたことを特徴とする金属薄膜の作製装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ気相成長法による貴金属薄膜の作製方法及びその作製装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、気相成長法により貴金属薄膜を作製する場合、例えば、銅・ヘキサフロロアセチルアセトナト・トリメチルビニルシラン（以下、Cu(hfac)(tmvs)という。）などの液体の有機金属錯体を原料として用い、熱的な反応を利用して成膜している。
【０００３】
図１０は従来の貴金属薄膜気相成長装置１００を示す概略図である。この装置１００を用いて基板１１５の上に貴金属の薄膜１４１を生成する方法を説明する。まず、原料容器１２１内に液体原料１２２としてCu(hfac)(tmvs)を封入し、Heガスを輸送用ガスとしてバブリングを行なう。このバブリングによって蒸気化した原料と還元反応用H2を流量制御器１０３，１０６によってそれぞれ流量を制御し、気化器１２０を有する導入容器１１１内で完全に気化した後に、反応容器１０１の内部に穴開き板１１２を通して前駆体１１３として導入する。基板１１５は、ヒーター１１６に載置された状態で穴開き板１１２の直下に配設されている。このとき、原料１２２及び還元反応用H2の流量と成長温度を制御することにより、成長速度と膜質の改善を図っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術においては、以下の３つの問題点があった。
第１に、基板１１５を加熱することによって起こる、基板表面上での熱的反応を利用した成膜方法のため、成膜速度の向上を図ることが困難であった。
第２に、原料となる有機金属錯体、例えばCu(hfac)(tmvs)のコストが高かった。
第３に、Cu(hfac)(tmvs)のうち、Cuに付随しているヘキサフロロアセチルアセトナト（hfac）及びトリメチルビニルシラン（tmvs）が薄膜１４１であるCu薄膜中に不純物として残留するため、膜質の向上を図ることが困難であった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決し、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、薄膜に不純物が残留しない貴金属薄膜の作製方法及びその作製装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る金属薄膜の作製方法は、上記目的を達成するため、ハロゲン元素を含有する原料ガスを金属製の穴開き板を有する導入容器内に供給するステップと、該原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを生成するステップと、該原料ガスプラズマで穴開き板をエッチングすることによって、該穴開き板に含まれる金属成分と原料ガス中のハロゲン元素との前駆体を生成するステップと、還元性ガスをプラズマ化して還元性ガスプラズマを発生させるステップと、上記前駆体を導入容器から排出したのち回転磁場中を通すことによって、前駆体を基板に向けて加速させて走行させるステップと、上記前駆体を還元性ガスプラズマ中に通すことによって、前駆体からハロゲン元素を除去し、金属イオン又は中性金属にして基板に当てることにより、基板上に金属薄膜を生成するステップとを含んでなる方法である。
【０００７】
上記金属イオンは、金属原子が電子を放出してイオン化されているものであり、中性金属とは、イオン化されていない状態の金属原子をいう。
上記穴開き板としては、Cuや、Ag,Au,Ptなどの貴金属から成るものが好ましく、例えばCu製の穴開き板を用いた場合は、上記前駆体としてCuxClyが生成されるため、Cuイオンが基板に当たって基板上にCu薄膜が形成される。
この方法によれば、原料ガスプラズマと還元性ガスプラズマという２つのプラズマを用いるため、反応効率が大幅に向上して、成膜速度が大きくなる。また、原料ガスには塩素を含有したガスを、還元性ガスには水素を含有したガスを用いているため、コストが大幅に減少する。さらに、還元反応を独立に高めることができるため、薄膜中に塩素等の不純物の残留が少なくなり、高品質な薄膜を生成することができる。
【０００８】
本発明に係る金属薄膜の作製方法の別の態様は、上記目的を達成するため、ハロゲン元素を含有する原料ガスを金属製の穴開き板を有する導入容器内に供給するステップと、該原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを生成するステップと、該原料ガスプラズマで穴開き板をエッチングすることによって、該穴開き板に含まれる金属成分と原料ガス中のハロゲン元素との前駆体を生成するステップと、還元性ガスをプラズマ化して還元性ガスプラズマを発生させるステップと、上記前駆体を還元性ガスプラズマ中に通すことによって、前駆体からハロゲン元素を除去し、金属イオン又は中性金属にして基板に当てることにより、基板上に金属薄膜を生成するステップとを含んでなる方法である。
【０００９】
上記穴開き板としては、Cuや、Ag,Au,Ptなどの貴金属から成るものが好ましく、例えばCu製の穴開き板を用いた場合は、上記前駆体としてCuxClyが生成されるため、Cuイオンが基板に当たって基板上にCu薄膜が形成される。
また上記還元性ガスプラズマを発生させる方法としては、高周波電力を電極に印加することによって行なう方法がある。例えば、基板に対向して配設された電極の全面にプラズマを発生させることによって、上記基板に拡散している前駆体を還元することができる。
この方法によれば、原料ガスプラズマと還元性ガスプラズマという２つのプラズマを用いるため、反応効率が大幅に向上して成膜速度が大きくなる。また、原料ガスにはハロゲン元素を含有したガスを、還元性ガスには水素を含有したガスを用いているため、コストが大幅に減少する。さらに、還元反応を独立に高めることができるため、薄膜中に塩素等の不純物の残留が少なくなり、高品質な薄膜を生成することができる。
【００１０】
また、本発明に係る金属薄膜の作製方法の別の態様は、ハロゲン元素を含有する原料ガスを金属製の穴開き板を有する導入容器内に供給するステップと、該原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを生成するステップと、該原料ガスプラズマで穴開き板をエッチングすることによって、該穴開き板に含まれる金属成分と原料ガス中のハロゲン元素との前駆体を生成するステップと、穴開き板と基板との間に、還元性ガスを高温に加熱して原子状還元ガスを発生させるステップと、上記前駆体を導入容器から排出したのち原子状還元ガス中に通すことによって、前駆体からハロゲン元素を除去して金属イオン又は中性金属にしてから基板に当てることにより、基板上に金属薄膜を生成するステップとを含んでなる方法である。
【００１１】
この方法によれば、反応効率が大幅に向上して、成膜速度が大きくなる。また、原料ガスにはハロゲン元素を含有したガスを、還元性ガスには水素を含有したガスを用いているため、コストが大幅に減少する。さらに、還元反応を独立に高めることができるため、薄膜中に塩素等の不純物の残留が少なくなり、高品質な薄膜を生成することができる。
【００１２】
さらに、本発明に係る金属薄膜の作製方法の別の態様は、ハロゲン元素を含有する原料ガスを高温の金属製フィラメントに接触させ、該フィラメントを原料ガスでエッチングさせることによって、該フィラメントに含まれる金属成分と原料ガス中のハロゲン元素との前駆体を生成させるステップと、還元性ガスを高温に加熱して原子状還元性ガスにするステップと、この原子状還元ガス中に上記前駆体を通すことによって、前駆体からハロゲン元素を除去して金属イオン又は中性金属にしてから基板に当てることによって、基板上に金属薄膜を生成するステップとを含んでなる方法である。
【００１３】
上記方法によれば、反応効率が大幅に向上して、成膜速度が大きくなる。また、原料ガスにはハロゲン元素を含有したガスを、還元性ガスには水素を含有したガスを用いているため、コストが大幅に減少する。さらに、還元反応を独立に高めることができるため、薄膜中に塩素等の不純物の残留が少なくなり、高品質な薄膜を生成することができる。
【００１４】
さらに、本発明に係る金属薄膜の作製方法の別の態様は、ハロゲン元素を含有する原料ガスを高温の金属製フィラメントに接触させ、該フィラメントを原料ガスでエッチングさせることによって、該フィラメントに含まれる金属成分と原料ガス中のハロゲン元素との前駆体を生成するステップと、還元性ガスをプラズマ化して還元性ガスプラズマを発生させる方法として高周波電力を利用するステップと、上記前駆体を還元性ガスプラズマ中に通すことによって、前駆体からハロゲン元素を除去し、金属イオン又は中性金属にして基板に当てることにより、基板上に金属薄膜を生成するステップとを含んでなる方法である。
【００１５】
上記方法によれば、反応効率が大幅に向上して、成膜速度が大きくなる。また、原料ガスにはハロゲン元素を含有したガスを、還元性ガスには水素を含有したガスを用いているため、コストが大幅に減少する。さらに、還元反応を独立に高めることができるため、薄膜中に塩素等の不純物の残留が少なくなり、高品質な薄膜を生成することができる。
【００１６】
そして、本発明に係る金属薄膜の作製方法では、上記原料ガスとして、ハロゲンガス、ハロゲン化水素ガス、又はこれらの混合ガスを用いている。例えば、フッソガス、塩素ガス、臭素ガス、ヨウ素ガスや、これらのハロゲンが水素に化合したハロゲン化水素ガスなどを用いることができる。また、これらのガスのうち、塩化水素ガスのほうが塩素ガスよりも反応効率が大きいので、還元性ガスの量が少なくてすみ、コスト低減が図れる。
【００１７】
さらに、上述した原料ガスの供給から前駆体の生成までのステップを、液体の有機金属錯体をHe等の輸送用ガスによってバブリングし蒸気化させるステップと、この蒸気化した有機金属錯体を気化器等により気化させた後に反応容器に導入するステップとを含んでなる方法に置き換えることも可能である。
この方法によれば、還元性ガスプラズマが原料ガスに含まれるハロゲン化合物や炭素化合物等の不純物を分解するため、金属薄膜中への不純物の残留が少なくなる。
【００１８】
また、本発明に係る金属薄膜の作製装置は、噴射穴が穿設された金属製の穴開き板を有すると共に、その内部に原料ガスを供給する導入容器と、該導入容器の内部に収容された原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを生成する第１プラズマ発生装置と、上記導入容器及び基板を収容した反応容器と、上記穴開き板及び基板の間に回転磁場を発生させる回転磁場発生装置と、反応容器内に供給する還元性ガスをプラズマ化する第２プラズマ発生装置とを備えている。
上記回転磁場発生装置としては、例えば反応容器の側部に回転磁場コイルを配設し、該回転磁場コイルに高い電流を流す装置を用いることができる。
【００１９】
また、本発明に係る金属薄膜の作製装置の別の態様は、噴射穴が穿設された金属製の穴開き板を有すると共に、その内部に原料ガスを供給する導入容器と、該導入容器の内部に収容された原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを生成する第１プラズマ発生装置と、上記導入容器及び基板を収容した反応容器と、反応容器内に供給する還元性ガスをプラズマ化するための高周波電力を印加するメッシュ形状、梯子形状、櫛形形状の電極とを備えている。
このように電極面に孔や隙間を設けることによって、基板に向かう前駆体の行路を妨げることなく、前駆体フラックスに均等に還元反応を起こさせることができる。
【００２０】
さらに、本発明に係る金属薄膜の作製装置の別の態様は、噴射穴が穿設された金属製の穴開き板を有すると共に、その内部に原料ガスを供給する導入容器と、該導入容器の内部に収容された原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを生成するプラズマ発生装置と、上記導入容器及び基板を収容した反応容器と、反応容器内に供給する還元性ガスを加熱する還元性ガス加熱装置とを備えている。
上記還元性ガス加熱装置としては、例えば、高い電流を流して高温に加熱したタングステン製フィラメントを好適に用いることができ、このフィラメント中に還元性ガスを流すと、原子状還元ガスが生成される。
【００２１】
更に、本発明に係る金属薄膜の作製装置の別の態様は、原料ガスを高温の金属製フィラメントに接触させて前駆体にしてから反応容器内に供給する前駆体供給装置と、基板を収容した反応容器と、反応容器内に供給する還元性ガスを加熱する還元性ガス加熱装置とを備えている。
【００２２】
更に、本発明に係る金属薄膜の作製装置の別の態様は、液体の有機金属錯体を輸送用ガスのバブリングによって蒸気化させ前駆体にしてから反応容器内に供給する前駆体供給装置と、基板を収容した反応容器と、基板上部の空間に回転磁場を発生させる回転磁場発生装置と、反応容器内に供給する還元性ガスをプラズマ化する第２プラズマ発生装置とを備えている。
【００２３】
更に、本発明に係る金属薄膜の作製装置の別の態様は、液体の有機金属錯体を輸送用ガスのバブリングによって蒸気化させ前駆体にしてから反応容器内に供給する前駆体供給装置と、基板を収容した反応容器と、反応容器内に供給する還元性ガスをプラズマ化するために高周波電力を印加するメッシュ形状、梯子形状、櫛型形状の電極とを備えている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００２５】
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る貴金属薄膜作製に用いるプラズマ励起気相成長装置を示す概略図である。
このプラズマ励起気相成長装置５１は、箱形に形成された反応容器１と、該反応容器１の上下に配設された第１及び第２プラズマ発生装置５２，５３と、反応容器１の側部に配設された回転磁場コイル４，４とを備えている。
【００２６】
また、上記反応容器１の上部には、原料ガス５５を収容する導入容器１１が配設されている。この導入容器１１の側部には流量制御器３及びノズル２が接続され、底部には複数の穴１２ａが穿設されたＣｕ製の穴開き板１２が配設されている。さらに、反応容器１の側部に配設された回転磁場コイル４，４によって反応容器１内部の下方には回転磁場が形成されており、この回転磁場によってCuなどの金属は基板１５側に向いた力が加わり、加速されて走行する。上記反応容器１の底部には、穴開き板１２から間隔を隔ててヒーター１６が配設されており、該ヒーター１６の上部には基板１５が載置されている。そして、反応容器１の下端部で回転磁場コイル４の下部には、還元ガス６０である水素ガスを反応容器１の内部に送給する還元ガス流量制御器６及び還元ガス導入ノズル５が配設されている。また、第１プラズマ発生装置５２は、反応容器１の上面５８に配設された絶縁板９、該絶縁板９に設けられた第１プラズマ用アンテナ８及び第１プラズマ用電源７によって構成されており、第２プラズマ発生装置５３も第１プラズマ発生装置５２と同一構造を有する。そして、反応容器１の底面５６には排気口５７が穿設されている。
【００２７】
上記構成を有するプラズマ励起気相成長装置５１による作用を以下に説明する。
まず、原料ガス５５であるCl2ガスを流量制御器３において流量制御したのち、ノズル２を介して導入容器１１内に導入する。次いで、第１プラズマ用電源７で第１プラズマ用アンテナ８を介して原料ガスであるCl2ガスをプラズマ化すると、原料ガスプラズマ１０であるCl2プラズマが導入容器１１の内部に発生する。ここで、穴開き板１２はその材質にCuを含んでいるため、このCl2プラズマによってCu製の穴開き板１２のエッチング反応が積極的に起こる結果、前駆体（CuxCly）１３が生成される。この前駆体（CuxCly）１３は穴開き板１２から複数の穴１２ａを通して下方に噴射される。こののち、回転磁場コイル４，４で形成された回転磁場によって、前駆体１３がヒーター１６上に設置した基板１５に向けて加速して送られる。前駆体１３が基板１５に到達する直前に、第２プラズマ用電源１９で第２プラズマ用アンテナ１８を介して発生させた還元ガスプラズマ１４であるH2プラズマ中を通過すると、上記前駆体１３が原子状水素による還元反応を起こして基板１５上にCu薄膜６２が生成される。このCu薄膜６２が成膜される範囲は回転磁場の均一さに依存する
【００２８】
なお、上記原料ガス５５としてHClガスを用いても良く、この場合は、原料ガスプラズマ１０はHClプラズマが生成されるが、Cu製の穴開き板１２のエッチング反応によって生成される前駆体１３は、CuxClyである。従って、原料ガス５５は、塩素を含有するガスであれば良く、HCl ガスとCl2 ガスとの混合ガスを用いることができる。また、安定した薄膜が生成できる範囲は回転磁場の均一さに依存している。
【００２９】
［第２の実施の形態］
図２は、第２の実施の形態に係る貴金属薄膜を作製するためのプラズマ励起気相成長装置６５の概略図である。この装置６５には、上記第１の実施の形態におけるプラズマ励起気相成長装置５１と構造が同じ部位があるため、その同一部位については、同一符号を付して説明を省略する。
第２の実施の形態におけるプラズマ励起気相成長装置６５は、箱形に形成された反応容器１と、該反応容器１の上部に配設された第１プラズマ発生装置５２と、水素ガス等の還元ガス５５を加熱して原子状ガスにする還元ガス加熱装置６６とを備えている。このプラズマ励起気相成長装置６５と上記第１の実施の形態におけるプラズマ励起気相成長装置５１とは、還元ガス加熱装置６６を設けた点において異なっている。
この還元ガス加熱装置６６は、還元ガス流量制御器６に還元ガス導入ノズル５を設け、該還元ガス導入ノズル５の内部にタングステンフィラメントを設け、その端部を直流電源２４に接続している。
【００３０】
上記構成を有するプラズマ励起気相成長装置６５による作用を以下に説明する。
まず、原料ガス５５であるCl2ガスを流量制御器３により流量制御してノズル２を通して導入容器１１内に導入すると、該Cl2ガスはプラズマ用電源７でプラズマ用アンテナ８を介して原料ガスプラズマ１０であるCl2プラズマとなる。このCl2プラズマによってCu製の穴開き板１２のエッチング反応が積極的に起こる結果、導入容器１１内部において前駆体（CuxCly）１３が生成される。この前駆体（CuxCly）１３は穴開き板１２から複数の穴１２ａを通して下方に噴射される。ここで、前駆体１３が基板１５に到達する直前に、還元ガス６０であるH2ガスを還元反応流量制御器６により流量制御し、直流電源２４でタングステンフィラメント２３を１８００℃に加熱し、原子状還元ガス２５である原子状水素を発生させ、還元ガス導入ノズル５より反応容器１内に照射する。これにより、前駆体１３に原子状水素による還元反応を起こさせて基板１５上にCu薄膜６２を生成する。
【００３１】
なお、上記原料ガス５５としてHClガスを用いても良く、この場合は、原料ガスプラズマ１０としてはHClプラズマが生成されるが、Cu製の穴開き板１２のエッチング反応によって生成される前駆体１３は、CuxClyである。従って、原料ガス５５は、塩素を含有するガスであれば良く、HCl ガスとCl2 ガスとの混合ガスを用いることもできる。
また、原子状還元ガス２５である原子状水素を比較的柔軟な配置が可能な還元ガス導入ノズル５のみで供給できるため、50mm×50mm程度までの面積の安定した成膜に対応できる。
【００３２】
［第３の実施の形態］
図３は、第３の実施の形態に係る貴金属薄膜を作製するためのプラズマ励起気相成長装置７０の概略図である。この装置７０は、上記第１及び第２の実施の形態におけるプラズマ励起気相成長装置５１，６５と構造が同じ部位があるため、その同一部位については、同一符号を付して説明を省略する。
第３の実施の形態におけるプラズマ励起気相成長装置７０は、箱形に形成された反応容器１と、該反応容器１の上部に配設された原料ガス加熱装置７１と、反応容器１の下部に配設された還元ガス加熱装置６６とを備えている。このプラズマ励起気相成長装置７０と上記第２の実施の形態におけるプラズマ励起気相成長装置６５とは、原料ガス加熱装置７１を設けた点において異なっている。
この原料ガス加熱装置７１は、流量制御器３にノズル２を設け、該ノズル２の内部に複数回巻いた状態の銅フィラメント２６を設け、該銅フィラメント２６の端部を直流電源２７に接続している。
【００３３】
上記構成を有するプラズマ励起気相成長装置７０による作用を以下に説明する。
まず、原料ガス５５であるCl2ガスを流量制御器３により流量制御して原料ガス導入ノズル２に送り込む。この原料ガス導入ノズル２の内部には、直流電源２７から電流を流して３００〜６００℃に加熱された銅フィラメント２６が設けられており、該銅フィラメント２６に上記Cl2ガスを効率良く接触させることによって、前駆体１３を発生させる。この前駆体１３を原料ガス導入ノズル２を介して反応容器１内に導入すると、該前駆体１３は下方に移動する。
【００３４】
ここで、還元ガス６０であるH2ガスを還元ガス流量制御器６により流量制御し、還元ガス導入ノズル５に送る。この還元ガス導入ノズル５の内部にはタングステンフィラメント２３が設けられており、該タングステンフィラメント２３に直流電源２４から電流を流して約１８００℃に加熱することによって、還元ガス６０から原子状還元ガス２５である原子状水素を発生させる。前駆体１３が基板１５に到達する直前に、該原子状水素を還元ガス導入ノズル５から反応容器１内に照射し、上記前駆体１３に原子状水素による還元反応を起こさせることによって、基板１５上にCu薄膜６２を生成する。
【００３５】
なお、上記原料ガス５５として塩素を含有するガスであれば良く、例えばHClガスやHCl ガスとCl2 ガスとの混合ガスであっても良い。
上記方法により、前駆体１３及び原子状水素を、比較的柔軟な配置が可能なガスノズル５のみで供給できるため、100mm×100mm程度までの面積の安定した成膜に対応できる。
【００３６】
［第４の実施の形態］
図４は、第４の実施の形態に係る貴金属薄膜を作製するためのプラズマ励起気相成長装置８５の概略図である。この装置８５は、上記第１の実施の形態におけるプラズマ励起気相成長装置５１と構造が同じ部位があるため、その同一部位については、同一符号を付して説明を省略する。
上記プラズマ励起気相成長装置８５は、第１の実施の形態に係るプラズマ励起気相成長装置５１において、還元プラズマを発生させるために高周波電力を利用したものである。具体的には、図１のプラズマ励起気相成長装置５１から、回転磁場コイル４、絶縁板１７、第２プラズマ用アンテナ１８、第２プラズマ用電源１９を除く一方、高周波電源に接続された電極を追加して配設したものであり、前駆体１３の発生、還元ガス６０である水素ガスの供給、基板１５を配設する各部分の構成に変更はない。
【００３７】
上記プラズマ励起気相成長装置８５は、反応容器１の内部において、穴開き板１２とヒーター１６との間に還元プラズマ発生用電極７１を配設すると共に、反応容器１の外部において、高周波電源７６、整合器７５、電流導入端子７３を配設している。これらの高周波電源７６、整合器７５及び電流導入端子７３とは、互いに同軸ケーブル７４によって接続されており、電流導入端子７３と還元プラズマ発生用電極７１とは給電線７２によって接続されている。
ここで、上記還元プラズマ発生用電極７１としては、基板１５へ向かう前駆体１３のフラックスの行路を妨げないように、多数の孔を有する平板状の電極を用いる。例えば、図５に示すような円形のメッシュ状電極７７である。該メッシュ状電極７７は、内周側に金属ワイヤーを網状にした金属メッシュ７７ａを配設し、該金属メッシュ７７ａの外周をメッシュ押さえ治具７７ｂで周囲が解れないように固定したものである。このメッシュ押さえ治具７７ｂは、例えば金属メッシュ７７ａと同じ材質の円環であり、該金属メッシュ７７ａを上下からサンドイッチ状に挟み込んで固定する。
【００３８】
また、上記還元プラズマ発生用電極７１は、基板１５へ向かう前駆体１３のフラックスを妨げない形状であればメッシュ状電極７７に限定されず、種々のものを用いることができる。
例えば、図６に示す梯子状電極７９、図７に示す櫛形電極８０、図８に示すパンチングボード状電極８１などを好適に用いることができる。
上記梯子状電極７９は、両側に縦状ワイヤー７９ａを配設し、該縦状ワイヤー７９ａ，７９ａの間に、横状ワイヤー７９ｂを複数配設したものである。上記櫛形電極８０は、１本の縦状ワイヤー８０ａに横状ワイヤー８０ｂを複数配設したもの２つ作製し、それらの複数の横状ワイヤー８０ｂが互い違いになるように配置させたものである。そして、上記パンチングボード状電極８１は、円形の金属製ボード８２に小さい穴８３を複数穿設したものである。
なお、上述した電極においては、メッシュ状電極７７における金属メッシュ７７ａを構成するワイヤーの径や数、メッシュ間のピッチ、梯子状電極７９における梯子段の径、数及び間隔、櫛形電極８０における縦状及び横状ワイヤー８０ａ，８０ｂの径や数、間隔及び櫛形を組み合せる数、パンチングボード状電極８１を構成するボード８２の孔の径、数及び孔の配置、そして、電極の開口率に特別な制限はないので、どのような還元作用を起こさせたいかによって形状を適宜に選択すればよい。
また、これら電極の材料は導電性材料を用いるが、反応容器内は塩素雰囲気であるため、腐食防止のためにステンレス等を用いることが望ましい。
【００３９】
上記構成を有するプラズマ励起気相成長装置８５による作用を以下に説明する。
まず、前駆体１３が穴開き板１２の穴１２ａから噴射されるまでの過程は、第１の実施の形態と同様である。ここで、還元プラズマ発生用電極７１に高周波電源７６から整合器７５、電流導入端子７３を介して高周波電力を印加すると、上記還元プラズマ発生用電極７１の全面に還元ガスプラズマ１４である水素プラズマが発生する。該水素プラズマ中を前駆体１３が通過すると、該前駆体１３が原子状水素によって還元反応を起こし、基板１５上にCu薄膜６２が形成される。
【００４０】
［第５の実施の形態］
図９は、第５の実施の形態に係る貴金属薄膜を作製するためのプラズマ励起気相成長装置９０の概略図である。この装置９０は、上記第４の実施の形態におけるプラズマ励起気相成長装置８５（図４を参照）と、従来の原料ガス供給方法（図１０を参照）とを組み合わせた形態のものであり、構造が同一の部位については、同一符号を付して説明を省略する。
上記プラズマ励起気相成長装置９０においては、原料容器１２１を流量制御器１０３を介して気化器１２０に接続しており、上記原料容器１２１に収容する液体原料１２２の蒸気を発生させるためにバブリング用の配管も設けている。また、図４に示すような高周波電力を利用して前駆体１３を還元ガスプラズマ１４によって還元反応を起こす装置を配設している。
【００４１】
上記構成を有するプラズマ励起気相成長装置９０による作用を以下に説明する。
まず、原料容器１２１内に液体原料１２２として例えば銅・ヘキサフロロアセチルアセトナト・トリメチルビニルシランCu(hfac)(tmvs)を封入し、Heを輸送用ガスとしてバブリングを行なう。液体原料１２２はこれに限らず液体の有機金属錯体で構わない。このバブリングによって蒸気化した原料の流量を流量制御器１０３によって制御し、気化器１２０内に導入する。該気化器１２０内において上記の原料を完全に気化した後に、反応容器１の内部に穴開き板１１２を通して前駆体１１３として導入する。ここで、第４の実施の形態の場合と同様に、高周波電力によって還元ガスプラズマ１４である水素プラズマが発生するため、該水素プラズマ中を上記前駆体１１３が通過すると、前駆体１１３に還元反応を起こさせることによって、基板１５上にCu薄膜６２を形成する。
【００４２】
【発明の効果】
本発明に係る金属薄膜の作製方法及び作製装置によれば、不純物の析出がない高品質の金属薄膜を安価なコストでかつ高速で生成させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に用いるプラズマ励起気相成長装置を示す概略図である。
【図２】第２の実施の形態に用いるプラズマ励起気相成長装置を示す概略図である。
【図３】第３の実施の形態に用いるプラズマ励起気相成長装置を示す概略図である。
【図４】第４の実施の形態に用いるプラズマ励起気相成長装置を示す概略図である。
【図５】第４の実施の形態に用いるメッシュ状電極を示す平面図である。
【図６】第４の実施の形態に用いる梯子状電極を示す平面図である。
【図７】第４の実施の形態に用いる櫛形電極を示す平面図である。
【図８】第４の実施の形態に用いるパンチングボード状電極を示す平面図である。
【図９】第５の実施の形態に用いるプラズマ励起気相成長装置を示す概略図である。
【図１０】従来の貴金属薄膜気相成長装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１  反応容器
２  原料ガス導入ノズル
３  原料ガス流量制御器
４  回転磁場コイル
５  還元性ガス導入ノズル
６  還元ガス流量制御器
７  第１プラズマ用電源
８  第１プラズマ用アンテナ
９，１７  絶縁板
１０  原料ガスプラズマ
１１  導入容器
１２，１１２  穴開き板
１３，１１３  前駆体
１４  還元ガスプラズマ
１５  基板
１６  ヒーター
１８  第２プラズマ用アンテナ
１９  第２プラズマ用電源
２３  タングステンフィラメント
２４，２７  直流電源
２５  原子状還元ガス
２６  銅フィラメント
５１，６５，７０，８５，９０  プラズマ励起気相成長装置
５２  第１プラズマ発生装置
５３  第２プラズマ発生装置
５６  底面
５７  排気口
５８  上面
６０  還元ガス
６６  還元ガス加熱装置
７１  還元プラズマ発生用電極
７２  給電線
７３  電流導入端子
７４  同軸ケーブル
７５  整合器
７６  高周波電源
７７  メッシュ状電極
７８  メッシュ押さえ治具
７９  梯子状電極
８０  櫛形電極
８１  パンチングボード状電極
８２  ボード
８３  穴
１０３  流量制御器
１２０  気化器
１２１  原料容器
１２２  液体原料
【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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