JP2006169598A - Thin film production device and thin film production method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一つのチャンバ内で合金の成膜を行うことができる薄膜作製装置及び薄膜作製方法に関する。 The present invention relates to a thin film manufacturing apparatus and a thin film manufacturing method capable of forming an alloy film in one chamber.
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。 Currently, in the manufacture of semiconductors and the like, film formation using a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus is known. A plasma CVD apparatus is a plasma reaction of a gas such as an organometallic complex that becomes a material of a film introduced into a chamber by a high frequency incident from a high frequency antenna, and a chemical reaction on the substrate surface by active excited atoms in the plasma. Is a device for forming a metal thin film or the like by promoting the above.
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、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。)。
On the other hand, the present inventors installed a member to be etched, which is a metal component that forms a high vapor pressure halide, and is made of a metal component desired to be formed into a film, and the member to be etched is formed by plasma of halogen gas. A plasma CVD apparatus (hereinafter referred to as a new type of plasma CVD apparatus) and a film forming method for forming a precursor which is a halide of a metal component by etching and forming only the metal component of the precursor on a substrate. Developed (for example, see
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°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。 In the above-described plasma CVD apparatus of the new type, the metal film is formed on the substrate by controlling the temperature of the substrate to be lower than the temperature of the member to be etched which is a metal source to be formed. For example, when the metal of the member to be etched is M and the halogen gas is Cl 2 , the member to be etched is controlled to a high temperature (for example, 300 ° C. to 700 ° C.) and the substrate is controlled to a low temperature (for example, about 200 ° C.). Thus, an M thin film can be formed on the substrate. This is thought to be due to the following reaction.
(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↑ ・・・(1)
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。
(1) Plasma dissociation reaction; Cl 2 → 2Cl *
(2) Etching reaction; M + Cl * → MCl (g)
(3) Adsorption reaction to the substrate; MC1 (g) → MC1 (ad)
(4) Film formation reaction; MCl (ad) + Cl * → M + Cl 2 ↑ (1)
Here, Cl * represents a Cl radical, (g) represents a gas state, and (ad) represents an adsorption state.
上記新方式のCVD装置においては、不純物の少ない金属薄膜を均一にしかも高速に作製することができる。この新方式のCVD装置を適用して合金の薄膜を作製することが検討されるようになってきている。金属の蒸気圧力の状態は種類によって様々であるため、合金の薄膜を作製するには成膜速度や成膜条件をきめ細かく制御する必要があり、確立された技術が存在しないのが現状である。 In the above-described new CVD apparatus, a metal thin film with few impurities can be produced uniformly and at high speed. The application of this new type of CVD apparatus has been studied to produce an alloy thin film. Since the state of the vapor pressure of metal varies depending on the type, it is necessary to finely control the deposition rate and deposition conditions in order to produce an alloy thin film, and there is no established technique at present.
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、上述の如き新方式のCVD装置において、不純物の少ない合金の金属薄膜を均一にしかも高速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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a thin film production apparatus and a thin film production method capable of producing a metal thin film of an alloy with few impurities uniformly and at high speed in the above-described CVD apparatus of the new method. The purpose is to do.
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、
基板に対向する位置におけるチャンバに配置可能に複数設けられそれぞれが異種の金属で形成される被エッチング部材と、
各被エッチング部材に対応して複数設けられ、チャンバの内部における被エッチング部材に対応する部位にハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
各被エッチング部材に対応して複数設けられ、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマ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金属成分との前駆体を生成するプラズマ発生手段と、
各被エッチング部材に対応して複数設けられ、基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低く制御することにより前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段と、
それぞれの原料ガス供給手段、それぞれのプラズマ発生手段、それぞれの温度制御手段を個別に制御して複数の被エッチング部材の金属成分を基板に積層させる積層制御手段と
を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a thin film manufacturing apparatus of the present invention according to
A chamber containing a substrate;
A plurality of members to be etched, each of which is formed of a dissimilar metal so as to be disposed in a chamber at a position facing the substrate;
A plurality of source gas supply means provided corresponding to each member to be etched, and supplying a source gas containing halogen to a portion corresponding to the member to be etched inside the chamber;
A plurality of members corresponding to each member to be etched are formed, and a precursor of a metal component contained in the member to be etched is obtained by generating a source gas plasma by plasmaizing the inside of the chamber and etching the member to be etched with the source gas plasma. Plasma generating means for generating;
A plurality of temperature control means corresponding to each member to be etched, and controlling the temperature on the substrate side lower than the temperature of the member to be etched to form a metal component of the precursor on the substrate;
Each of the source gas supply means, each of the plasma generation means, and each of the temperature control means is individually controlled to include a stacking control means for stacking the metal components of the plurality of members to be etched on the substrate.
そして、請求項2に係る本発明の薄膜作製装置は、
請求項1に記載の薄膜作製装置において、
基板は、各被エッチング部材に対応してそれぞれ設けられ、
基板をそれぞれの各被エッチング部材に対応する位置に移動させる移動手段を備え、
積層制御手段には、異種の金属をそれぞれの基板で同時に成膜した後に基板を異なる被エッチング部材に対応させるように移動手段を制御する機能が備えられている
ことを特徴とする。
And the thin-film manufacturing apparatus of the present invention according to claim 2 comprises:
The thin film manufacturing apparatus according to
The substrate is provided corresponding to each member to be etched,
A moving means for moving the substrate to a position corresponding to each member to be etched;
The stacking control means is characterized in that it has a function of controlling the moving means so that different kinds of metals are simultaneously formed on the respective substrates and the substrates are made to correspond to different members to be etched.
また、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のいずれか一項に記載の薄膜作製装置において、
ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスである
ことを特徴とする。
Moreover, the thin film manufacturing apparatus of the present invention according to claim 3 comprises:
In the thin film production apparatus according to any one of
The source gas containing halogen is a source gas containing chlorine.
また、請求項4に係る本発明の薄膜作製装置は、
請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の薄膜作製装置において、
被エッチング部材は、鉄及びニッケルであり、基板上には鉄とニッケルの合金であるパーマロイが作製される
ことを特徴とする。
Moreover, the thin film manufacturing apparatus of the present invention according to claim 4 comprises:
In the thin film production apparatus according to any one of
The member to be etched is iron and nickel, and a permalloy that is an alloy of iron and nickel is produced on the substrate.
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方法は、
それぞれが異種の金属で形成される被エッチング部材が備えられたチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給し、それぞれの被エッチング部材に対して個別に原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマ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金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、
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ことにより前駆体の金属成分を基板に成膜させ、
その後、異なる金属の被エッチング部材に基板を対向させて、前駆体の生成、金属成分の成膜を行い、
異なる金属成分の成膜を繰り返すことにより異種の金属を基板に積層させる
ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the thin film manufacturing method of the present invention according to
A source gas containing halogen is supplied into a chamber provided with a member to be etched formed of a different metal, and a source gas plasma is individually generated for each member to be etched. Etching the etching member to generate a precursor of the metal component and source gas contained in the member to be etched,
By making the temperature of the substrate side lower than the temperature of the member to be etched, the metal component of the precursor is formed on the substrate,
After that, the substrate is opposed to the member to be etched of different metal, the precursor is generated, the metal component is formed,
It is characterized by laminating different kinds of metals on a substrate by repeating film formation of different metal components.
そして、請求項6に係る本発明の薄膜作製方法は、
請求項5に記載の薄膜作製方法において、
各被エッチング部材に対応して基板が設けられ、
基板を移動させることで異なる金属の被エッチング部材に基板を対向させる
ことを特徴とする。
And the thin film preparation method of the present invention according to claim 6 comprises:
The thin film manufacturing method according to
A substrate is provided corresponding to each member to be etched,
The substrate is opposed to a member to be etched made of a different metal by moving the substrate.
また、請求項7に係る本発明の薄膜作製方法は、
請求項5もしくは請求項6のいずれか一項に記載の薄膜作製方法において、
ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスである
ことを特徴とする。
Moreover, the thin film manufacturing method of the present invention according to claim 7 comprises:
In the thin film production method according to any one of
The source gas containing halogen is a source gas containing chlorine.
また、請求項8に係る本発明の薄膜作製方法は、
請求項5乃至請求項7のいずれか一項に記載の薄膜作製方法において、
被エッチング部材は、鉄及びニッケルであり、基板には鉄とニッケルの合金であるパーマロイが作製される
ことを特徴とする。
Moreover, the thin film manufacturing method of the present invention according to claim 8 comprises:
In the thin film preparation method according to any one of
The member to be etched is iron and nickel, and permalloy which is an alloy of iron and nickel is produced on the substrate.
請求項1の本発明では、緻密な多元層膜構造が形成でき、各層の成膜条件が最適化でき、所望の特性の合金の金属薄膜を容易に得ることができる。このため、不純物の少ない合金の金属薄膜を均一にしかも高速に作製することができる薄膜作製装置となる。 In the first aspect of the present invention, a dense multi-layer film structure can be formed, the film forming conditions of each layer can be optimized, and an alloy metal thin film having desired characteristics can be easily obtained. For this reason, it becomes a thin film production apparatus which can produce the metal thin film of an alloy with few impurities uniformly and at high speed.
請求項2の本発明では、移動手段により基板を移動させることで基板を異なる被エッチング部材に対向させるので、容易に基板を移動させて金属成分を積層させることができる薄膜作製装置となる。 According to the second aspect of the present invention, since the substrate is opposed to a different member to be etched by moving the substrate by the moving means, the thin film manufacturing apparatus is capable of easily moving the substrate and laminating the metal components.
請求項3の本発明では、ハロゲンガスを含有する原料ガスとして塩素を含有するガスを適用したので、安価な塩素ガスを用いて合金の金属薄膜を得ることができる薄膜作製装置となる。 In the present invention of claim 3, since a gas containing chlorine is applied as a source gas containing a halogen gas, a thin film manufacturing apparatus capable of obtaining an alloy metal thin film using an inexpensive chlorine gas is obtained.
請求項4の本発明では、鉄とニッケルの合金であるパーマロイを容易に作製することができる薄膜作製装置となる。 According to the fourth aspect of the present invention, a thin film production apparatus capable of easily producing permalloy, which is an alloy of iron and nickel, is provided.
請求項5の本発明では、緻密な多元層膜構造が形成でき、各層の成膜条件が最適化でき、所望の特性の合金の金属薄膜を容易に得ることができる。このため、不純物の少ない合金の金属薄膜を均一にしかも高速に作製することができる薄膜作製方法となる。
In the present invention of
請求項6の本発明では、移動手段により基板を移動させることで基板を異なる被エッチング部材に対向させるので、容易に基板を移動させて金属成分を積層させることができる薄膜作製方法となる。 According to the sixth aspect of the present invention, since the substrate is opposed to a different member to be etched by moving the substrate by the moving means, the thin film manufacturing method is capable of easily moving the substrate and laminating the metal components.
請求項7の本発明では、ハロゲンガスを含有する原料ガスとして塩素を含有するガスを適用したので、安価な塩素ガスを用いて合金の金属薄膜を得ることができる薄膜作製方法となる。 In the present invention of claim 7, since a gas containing chlorine is applied as a source gas containing a halogen gas, a thin film manufacturing method capable of obtaining an alloy metal thin film using an inexpensive chlorine gas is provided.
請求項8の本発明では、鉄とニッケルの合金であるパーマロイを容易に作製することができる薄膜作製方法となる。 The present invention of claim 8 provides a thin film manufacturing method capable of easily manufacturing permalloy, which is an alloy of iron and nickel.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
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平面、図2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3には原料ガスの供給状況を表すタイムチャート、図4には金属膜の積層状況を表す説明を示してある。 FIG. 1 is a schematic plan view of a thin film production apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic side view of a thin film production apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. A time chart is shown, and FIG. 4 shows an explanation showing the lamination state of the metal films.
図1、図2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の底部には旋回テーブル2が備えられ、旋回テーブル2は駆動手段3によって割出旋回駆動される(移動手段)。チャンバ1の内部は仕切板4によって第1室5と第2室6とに仕切られている。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。
As shown in FIGS. 1 and 2, a swivel table 2 is provided at the bottom of a
尚、第1室5と第2室6とを必ずしも仕切板4で仕切る必要はない。また、移動手段としては、旋回テーブル2に限らず基板を搬送する手段を適用することが可能である。
Note that the
旋回テーブル2には第1室5に対応して第1支持台7が設けられると共に第2室6に対応して第2支持台8が設けられ、第1支持台7及び第2支持台8には基板(ガラス基板)9がそれぞれ載置される。第1支持台7及び第2支持台8にはヒータ10及び冷媒流通手段11を備えた温度制御手段12がそれぞれ設けられ、第1支持台7及び第2支持台8は温度制御手段12により所定温度(例えば、基板9が100℃から300℃に維持される温度)に制御される。
The turntable 2 is provided with a first support base 7 corresponding to the
チャンバ1の上面は開口部とされ、開口部は、例えば、セラミックス製(絶縁材製)の板上の天井板13によって塞がれている。密閉空間であるチャンバ1の内部は真空装置20により真空引きして所定の低圧に維持するようになっている。
The upper surface of the
第1室5と第2室6にそれぞれ対応して天井板13の上方にはプラズマアンテナ14、15がそれぞれ設けられ、プラズマアンテナ14、15によって第1室5及び第2室6の内部のガスがそれぞれプラズマ化される。プラズマアンテナ14、15はそれぞれ天井板13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14、15には整合器16、17及び電源18、19がそれぞれ接続されて高周波電流が供給される。プラズマアンテナ14、15及び整合器16、17及び電源18、19によりプラズマ発生手段が構成されている。
Plasma antennas 14 and 15 are provided above the ceiling plate 13 corresponding to the
第1室5における基板9とプラズマアンテナ14の間には、例えば、Fe製の被エッチング部材21が設けられ、第2室6における基板9とプラズマアンテナ15の間には、例えば、Ni製の被エッチング部材22が設けられている。被エッチング部材21、22はプラズマアンテナ14、15の電気の流れに対して基板9と天井板13の間に不連続状態で配置されている。
An etched
例えば、被エッチング部材21、22は棒状の突起部23とチャンバ1への支持部24とで構成され、突起部24がプラズマアンテナ14、15と基板9の間に配されている。これにより、被エッチング部材21、22はプラズマアンテナ14、15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。尚、プラズマアンテナ14、15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格子状に形成したり網目状に構成することも可能である。
For example, the members to be etched 21 and 22 are composed of a rod-
チャンバ1の筒部には第1室5と第2室6の内部にハロゲンガスとしての塩素を含有する原料ガス(Cl2 ガス)を供給するノズル26、27が接続され、ノズル26、27には流量制御器28、29を介してCl2 ガスが送られる。尚、原料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できる。尚、ノズル26、27は第1室5と第2室6に対してそれぞれ1個づつ図示しているが、チャンバ1の大きさ等により適宜均等に複数個設けることも可能である。
Nozzles 26 and 27 for supplying a source gas (Cl 2 gas) containing chlorine as a halogen gas are connected to the cylindrical portion of the
駆動手段3による旋回テーブル2の駆動時期、流量制御器28、29を介して供給されるCl2ガスの流量及び供給時期、プラズマアンテナ14、15への給電は、積層制御手段51により個別に制御される。これにより、以下で説明する作用により、基板9にFe及びNiが積層されて成膜され、基板9にFeとNiの合金であるパーマロイが作製される。
The stacking control means 51 individually controls the drive timing of the swivel table 2 by the drive means 3, the flow rate and supply timing of the Cl 2 gas supplied via the flow rate controllers 28 and 29, and the power supply to the plasma antennas 14 and 15. Is done. Thus, Fe and Ni are laminated on the
尚、被エッチング部材21、22の材料として、Fe及びNiを例に挙げて説明したが、Co及びNiを用いてCo/Ni合金を作製したり、Ta及びSiNを用いてTa/SiN合金を作製してバリアメタルに適用することも可能である。また、被エッチング部材21、22の材料として、Ti及びSiNを用いてTi/SiN合金を作製したり、Co及びSiを用いてCo/Si合金を作製して集積回路のゲート電極に適用することも可能である。
In addition, although Fe and Ni were mentioned as an example as a material of the to-
上述した薄膜作製装置では、第1室5の内部にノズル26からCl2ガスを供給する。プラズマアンテナ14から電磁波を第1室5の内部に入射することで、Cl2ガスをイオン化してCl2 ガスプラズマを発生させる。プラズマは、ガスプラズマ55で図示する領域に発生する。この時の反応式は次式で表すことができる。
Cl2→2Cl* ・・・・(1)
ここで、Cl*は塩素ラジカルを表す。
In the thin film manufacturing apparatus described above, Cl 2 gas is supplied from the nozzle 26 into the
Cl 2 → 2Cl * (1)
Here, Cl * represents a chlorine radical.
ガスプラズマ55がFe製の被エッチング部材21に作用することにより、被エッチング部材21が加熱されると共に、Fe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。
Fe(s)+Cl* →FeCl(g) ・・・・(2)
ここで、sは固体状態、gはガス状態を表す。式(2)は、Feがガスプラズマ55によりエッチングされ、前駆体57とされた状態である。
When the gas plasma 55 acts on the Fe member to be etched 21, the member to be etched 21 is heated and an etching reaction occurs in Fe. The reaction at this time is represented by the following formula, for example.
Fe (s) + Cl * → FeCl (g) (2)
Here, s represents a solid state and g represents a gas state. Formula (2) is a state in which Fe is etched by the gas plasma 55 to be a
ガスプラズマ55を発生させることにより被エッチング部材21を加熱し(例えば、300℃〜700℃)、更に、温度制御手段12により基板9の温度を被エッチング部材21の温度よりも低い温度(例えば、100℃〜300℃)に設定する。この結果、前駆体57は基板9に吸着(成膜)される。この時の反応は、例えば、次式で表される。
FeCl(g)→FeCl(ad) ・・・・(3)
The member to be etched 21 is heated by generating the gas plasma 55 (for example, 300 ° C. to 700 ° C.), and the temperature of the
FeCl (g) → FeCl (ad) (3)
基板9に吸着したFeClは塩素ガスラジカルCl*により還元されてFe成分となることでFe薄膜が作製可能となる。この時の反応式は、例えば、次式で表される。
FeCl(ad)+Cl*→Fe(s)+Cl2↑ ・・・・(4)
FeCl adsorbed on the
FeCl (ad) + Cl * → Fe (s) + Cl 2 ↑ (4)
更に、上式(2)において発生したガス化したFeCl(g)の一部は、基板9に吸着する(上式(3)参照)前に、塩素ガスラジカルCl*により還元されてガス状のFeとなる。この時の反応式は、例えば、次式で表される。
FeCl(g)+Cl*→Fe(g)+Cl2↑ ・・・・(5)
この後、ガス状態のFe成分は、基板9に成膜されてFe薄膜が作製可能となる。
Further, a part of the gasified FeCl (g) generated in the above formula (2) is reduced by the chlorine gas radical Cl * before being adsorbed on the substrate 9 (see the above formula (3)), and is in a gaseous state. Fe. The reaction formula at this time is represented by the following formula, for example.
FeCl (g) + Cl * → Fe (g) + Cl 2 ↑ (5)
Thereafter, the gaseous Fe component is deposited on the
この時のCl2ガスの供給状況は、図3で示した時間T1からt1までのように制御される。 The supply state of Cl 2 gas at this time is controlled from time T1 to t1 shown in FIG.
一方、第2室6では、第1室5と同一の原理で同時にNiの薄膜が成膜される。即ち、Cl2ガスの供給状況が、図3で示した時間T1からt1までのように制御される。
On the other hand, in the second chamber 6, a Ni thin film is simultaneously formed on the same principle as the
第2室6の内部にノズル27からCl2ガスを供給する。プラズマアンテナ15から電磁波を第2室6の内部に入射することで、Cl2ガスをイオン化してCl2 ガスプラズマを発生させる。プラズマは、ガスプラズマ56で図示する領域に発生する。この時の反応式は次式で表すことができる。
Cl2→2Cl* ・・・・(6)
ここで、Cl*は塩素ラジカルを表す。
Cl 2 gas is supplied from the nozzle 27 into the second chamber 6. By entering electromagnetic waves from the plasma antenna 15 into the second chamber 6, the Cl 2 gas is ionized to generate Cl 2 gas plasma. The plasma is generated in the region shown by the gas plasma 56. The reaction formula at this time can be expressed by the following formula.
Cl 2 → 2Cl * (6)
Here, Cl * represents a chlorine radical.
ガスプラズマ56がNi製の被エッチング部材22に作用することにより、被エッチング部材22が加熱されると共に、Ni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。
Ni(s)+Cl* →NiCl(g) ・・・・(7)
ここで、sは固体状態、gはガス状態を表す。式(7)は、Niがガスプラズマ56によりエッチングされ、前駆体58とされた状態である。
When the gas plasma 56 acts on the Ni member 22 to be etched, the member 22 to be etched is heated and an etching reaction occurs in Ni. The reaction at this time is represented by the following formula, for example.
Ni (s) + Cl * → NiCl (g) (7)
Here, s represents a solid state and g represents a gas state. Formula (7) is a state in which Ni is etched by the gas plasma 56 to form a
ガスプラズマ56を発生させることにより被エッチング部材22を加熱し(例えば、300℃〜700℃)、更に、温度制御手段12により基板9の温度を被エッチング部材22の温度よりも低い温度(例えば、100℃〜300℃)に設定する。この結果、前駆体58は基板9に吸着(成膜)される。この時の反応は、例えば、次式で表される。
NiCl(g)→NiCl(ad) ・・・・(8)
The member to be etched 22 is heated by generating the gas plasma 56 (for example, 300 ° C. to 700 ° C.), and the temperature control means 12 sets the temperature of the
NiCl (g) → NiCl (ad) (8)
基板9に吸着したNiClは塩素ガスラジカルCl*により還元されてNi成分となることで、例えば、1nm〜10nmの厚さのNi薄膜が作製可能となる。この時の反応式は、例えば、次式で表される。
NiCl(ad)+Cl*→Ni(s)+Cl2↑ ・・・・(9)
NiCl adsorbed on the
NiCl (ad) + Cl * → Ni (s) + Cl 2 ↑ (9)
更に、上式(7)において発生したガス化したNiCl(g)の一部は、基板9に吸着する(上式(8)参照)前に、塩素ガスラジカルCl*により還元されてガス状のNiとなる。この時の反応式は、例えば、次式で表される。
NiCl(g)+Cl*→Ni(g)+Cl2↑ ・・・・(10)
この後、ガス状態のNi成分は、基板9に成膜されてNi薄膜が作製可能となる。
Furthermore, a part of the gasified NiCl (g) generated in the above formula (7) is reduced by the chlorine gas radical Cl * before being adsorbed to the substrate 9 (see the above formula (8)), and is in a gaseous state. Ni. The reaction formula at this time is represented by the following formula, for example.
NiCl (g) + Cl * → Ni (g) + Cl 2 ↑ (10)
Thereafter, the Ni component in the gas state is formed on the
上述した薄膜作製装置でのFe層の成膜及びNi層の成膜は同時に実施され、Fe及びNiの蒸気圧力特性に応じて第1室5及び第2室6の温度状況が個別に制御される。Fe層及びNi層の成膜が終了した時点で、駆動手段3により旋回テーブル2を旋回駆動させてFe層が成膜された基板9を第2室6に配置すると共に、Ni層が成膜された基板9を第1室5に配置する(図3で示した時間t1からT2まで)。この状態で上述した成膜を実施する(図3で示した時間T2からt2まで)。Fe層及びNi層の成膜と旋回テーブル2の旋回を繰り返すことにより、図4に示すように、基板9にFe層とNi層が積層された、例えば、膜厚が50nmの合金60が作製される。
The film formation of the Fe layer and the film formation of the Ni layer in the thin film production apparatus described above are performed simultaneously, and the temperature conditions of the
合金60として、上述したパーマロイ(例えば、Fe:Niが2:8)を作製する場合には、Fe層及びNi層のそれぞれの厚さを、例えば、2:8の割合にして成膜することが可能である。また、同一厚さのFe層及びNi層の層数を、例えば、2:8の割合にして成膜することが可能である。尚、Fe層とNi層を積層する際に、適宜熱処理を実施して合金60とすることも可能である。
When the above-described permalloy (for example, Fe: Ni is 2: 8) is manufactured as the
上述した薄膜作製は、異種の金属製の被エッチング部材を備え、Cl2ガスをプラズマ化してそれぞれの被エッチング部材をエッチングした前駆体の金属成分を基板9に吸着させて金属薄膜を成膜し、基板を移動させて金属薄膜を積層することで合金を作製するようにしている。このため、蒸気圧特性が異なる異種金属であっても、それぞれ最適な条件を設定して薄膜を成膜して合金を作製することができる。
The thin film fabrication described above includes a member to be etched made of different kinds of metal, and a metal thin film is formed by adsorbing a metal component of a precursor obtained by plasmaizing Cl 2 gas and etching each member to be etched to the
従って、緻密な多元層膜構造が形成でき、各層の成膜条件が最適化でき、所望の特性の合金の金属薄膜を容易に得ることができ、不純物の少ない合金の金属薄膜を均一にしかも高速に作製することが可能になる。 Therefore, a dense multi-layer film structure can be formed, the film forming conditions of each layer can be optimized, an alloy metal thin film with desired characteristics can be easily obtained, and an alloy metal thin film with few impurities can be uniformly and at high speed. Can be produced.
本発明は一つのチャンバ内で合金の薄膜を作製する産業分野で利用することができる。 The present invention can be used in the industrial field of producing a thin film of an alloy in one chamber.
1 チャンバ
2 旋回テーブル
3 駆動手段
4 仕切板
5 第1室
6 第2室
7 第1支持台
8 第2支持台
9 基板
10 ヒータ
11 冷媒流通手段
12 温度制御手段
13 天井板
14、15 プラズマアンテナ
16、17 整合器
18、19 電源
20 真空装置
21、22 被エッチング部材
23 突起部
24 支持部
26、27 ノズル
28、29 流量制御手段
51 積層制御手段
55、56 ガスプラズマ
57、58 前駆体
60 合金
DESCRIPTION OF
Claims (8)
基板に対向する位置におけるチャンバに配置可能に複数設けられそれぞれが異種の金属で形成される被エッチング部材と、
各被エッチング部材に対応して複数設けられ、チャンバの内部における被エッチング部材に対応する部位にハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
各被エッチング部材に対応して複数設けられ、チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマ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金属成分との前駆体を生成するプラズマ発生手段と、
各被エッチング部材に対応して複数設けられ、基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低く制御することにより前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段と、
それぞれの原料ガス供給手段、それぞれのプラズマ発生手段、それぞれの温度制御手段を個別に制御して複数の被エッチング部材の金属成分を基板に積層させる積層制御手段と
を備えたことを特徴とする薄膜作製装置。 A chamber containing a substrate;
A plurality of members to be etched, each of which is formed of a dissimilar metal so as to be disposed in a chamber at a position facing the substrate;
A plurality of source gas supply means provided corresponding to each member to be etched, and supplying a source gas containing halogen to a portion corresponding to the member to be etched inside the chamber;
A plurality of members corresponding to each member to be etched are formed, and a precursor of a metal component contained in the member to be etched is obtained by generating a source gas plasma by plasmaizing the inside of the chamber and etching the member to be etched with the source gas plasma. Plasma generating means for generating;
A plurality of temperature control means corresponding to each member to be etched, and controlling the temperature on the substrate side lower than the temperature of the member to be etched to form a metal component of the precursor on the substrate;
A thin film comprising: stacking control means for individually stacking metal components of a plurality of members to be etched on a substrate by individually controlling each source gas supply means, each plasma generation means, and each temperature control means Production device.
基板は、各被エッチング部材に対応してそれぞれ設けられ、
基板をそれぞれの各被エッチング部材に対応する位置に移動させる移動手段を備え、
積層制御手段には、異種の金属をそれぞれの基板で同時に成膜した後に基板を異なる被エッチング部材に対応させるように移動手段を制御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。 The thin film manufacturing apparatus according to claim 1,
The substrate is provided corresponding to each member to be etched,
A moving means for moving the substrate to a position corresponding to each member to be etched;
The thin film forming apparatus, wherein the stacking control means is provided with a function of controlling the moving means so that different substrates are made to correspond to different members to be etched after different metals are simultaneously formed on each substrate.
ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスである
ことを特徴とする薄膜作製装置。 In the thin film production apparatus according to any one of claims 1 and 2,
A thin film manufacturing apparatus, wherein the halogen-containing source gas is a chlorine-containing source gas.
被エッチング部材は、鉄及びニッケルであり、基板上には鉄とニッケルの合金であるパーマロイが作製される
ことを特徴とする薄膜作製装置。 In the thin film production apparatus according to any one of claims 1 to 3,
A member to be etched is iron and nickel, and a permalloy that is an alloy of iron and nickel is formed on a substrate.
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ことにより前駆体の金属成分を基板に成膜させ、
その後、異なる金属の被エッチング部材に基板を対向させて、前駆体の生成、金属成分の成膜を行い、
異なる金属成分の成膜を繰り返すことにより異種の金属を基板に積層させる
ことを特徴とする薄膜作製方法。 A source gas containing halogen is supplied into a chamber provided with a member to be etched formed of a different metal, and a source gas plasma is individually generated for each member to be etched. Etching the etching member to generate a precursor of the metal component and source gas contained in the member to be etched,
By making the temperature of the substrate side lower than the temperature of the member to be etched, the metal component of the precursor is formed on the substrate,
After that, the substrate is opposed to the member to be etched of different metal, the precursor is generated, the metal component is formed,
A thin film manufacturing method characterized by laminating different kinds of metals on a substrate by repeating film formation of different metal components.
各被エッチング部材に対応して基板が設けられ、
基板を移動させることで異なる金属の被エッチング部材に基板を対向させる
ことを特徴とする薄膜作製方法。 The thin film manufacturing method according to claim 5,
A substrate is provided corresponding to each member to be etched,
A method for producing a thin film, characterized in that a substrate is opposed to a member to be etched made of a different metal by moving the substrate.
ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスである
ことを特徴とする薄膜作製方法。 In the thin film production method according to any one of claims 5 and 6,
A method for producing a thin film, characterized in that the source gas containing halogen is a source gas containing chlorine.
被エッチング部材は、鉄及びニッケルであり、基板には鉄とニッケルの合金であるパーマロイが作製される
ことを特徴とする薄膜作製方法。 In the thin film preparation method according to any one of claims 5 to 7,
The member to be etched is iron and nickel, and the substrate is made of permalloy which is an alloy of iron and nickel.
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