JP6087609B2 - 金属化合物膜の成膜方法、成膜装置、および電子製品の製造方法 - Google Patents
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Description
(1)Hf(ハフニウム)前駆体ガス(原料ガス)を供給し、基板上にHf層を形成する。
(1)Hf前駆体ガスおよびSi前駆体ガスを同時又は連続して供給し、Hf前駆体およびSi前駆体を基板上に吸着させる。なお、特許文献2の段落0020に、基板表面上に化学吸収及び/又は物理吸収とある。化学吸収とは化学吸着とのことであり、化学吸着された場合には、基板上にはHfSix(ハフニウムシリサイド)層が形成されるであろう。
この発明の第2の態様に係る金属化合物膜の成膜方法は、処理室内で、被処理体上に、金属化合物膜としてHfリッチの所定組成のHfSiOx膜を成膜する金属化合物膜の成膜方法であって、(1)前記処理室内にHfを含む原料ガスを供給して、前記被処理体上の吸着サイトに対して部分的にHfを吸着させるステップと、前記処理室内をパージするステップとを、HfおよびSiの組成比に応じて2回以上繰り返し、前記吸着サイトに所定量のHfを吸着させる段階と、(2)前記処理室内にSiを含む原料ガスを供給して、被処理体上の前記吸着サイトに部分的にSiを吸着させるステップと、前記処理室内をパージするステップとを、HfおよびSiの組成比に応じて1回または2回以上繰り返し、前記吸着サイトの残部に所定量のSiを吸着させる段階と、(3)前記(1)段階および(2)段階を行った後、前記処理室内にHfおよびSiを酸化する酸化剤を供給して、HfおよびSiを酸化させるステップと、前記処理室内をパージするステップとを1回または2回以上繰り返す段階とを含み、前記(1)〜(3)の段階により前記所定組成のHfSiOx膜を形成し、前記(1)〜(3)の段階を前記所定組成のHfSiOx膜が設計膜厚となるまで1回または2回以上の所定回数行う。
<成膜方法>
図1はこの発明の第1の実施形態に係る金属化合物膜の成膜方法の一例を概略的に示す流れ図、図2A〜図2Dはその主要な工程を概略的に示す断面図である。
原 料 ガ ス: TDMAH
原料ガス流 量: 1g/min
処 理 圧 力: 13.3Pa〜266Pa(0.1〜2Torr)
処 理 温 度: 250℃
処 理 時 間: 30sec
(なお、本明細書においては、1Torrを133Paと定義する。)
次に、図1のステップ3に示すように、ステップ2に続けて、ステップ2を行なった処理室内を排気した後、この処理室内を、不活性ガスを用いてパージする。不活性ガスの一例は窒素(以下N2)ガスである。
原 料 ガ ス: DIPAS
原料ガス流 量: 250sccm
処 理 圧 力: 13.3Pa〜13300Pa(0.1〜100Torr)
処 理 温 度: 250℃
処 理 時 間: 30sec
次に、図1のステップ6に示すように、ステップ5に続けて、ステップ5を行なった処理室内を排気した後、この処理室内を、不活性ガスを用いてパージする。不活性ガスの一例は窒素(以下N2)ガスである。
酸化剤 ガ ス: O3
酸化剤ガス流量: 10000sccm
処 理 圧 力: 13.3Pa〜266Pa(0.1〜2Torr)
処 理 温 度: 250℃
処 理 時 間: 60sec
次に、図1のステップ9に示すように、ステップ8に続けて、ステップ8を行なった処理室内を排気した後、この処理室内を、不活性ガスを用いてパージする。不活性ガスの一例は窒素(以下N2)ガスである。
図3A〜図3Eは、HfおよびSiの第1の吸着モードを模式的に示す図である。
まず、図3Aに示すように、例えば、ステップ2の1回で1原子層分のHf吸着層1が形成される、と仮定する。このステップ2を3回繰り返せば、図3Bおよび図3Cに示すように、Hf吸着層1は、Hf吸着層1−1〜1−3の3原子層分を得ることができる。
第1の吸着モードにおいては、Hf吸着層1(1−1〜1−3)の積層数およびSi吸着層2(2−1)の積層数を、目的とするHfとSiとの組成比に応じて設定した。第1の吸着モードは、HfSiOx膜の膜厚が厚い場合であっても適用できるモードである。
まず、図4Aに示すように、例えば、ステップ2の1回でシリコンウエハWの表面の吸着サイトのいくつかにHfが吸着される、と仮定する。このステップ2を、例えば3回繰り返していくと、図4Bおよび図4Cに示すように、HfをシリコンウエハWの表面の吸着サイトに、順次吸着させていくことができる。
= 90:10〜95:5のように、極めてHfリッチなHfSiOx膜を、極めて薄い膜厚で得ることが可能となる。
次に、この発明の第1の実施形態に係る金属化合物膜の成膜方法を実施することが可能な成膜装置の例を、この発明の第2の実施形態として説明する。
図5はこの発明の第2の実施形態に係る成膜装置の一例を概略的に示す断面図である。
次に、この発明の変形例のいくつかを、この発明の第3の実施形態として説明する。
まず、パージガスの変形例を説明する。
次に、ステップ8の変形例を説明する。
次に、金属に関する変形例を説明する。
TDMAH(テトラキス(ジメチルアミノ)ハフニウム)
TEMAH(テトラキス(エチルメチルアミノ)ハフニウム)
TDEAH(テトラキス(ジエチルアミノ)ハフニウム)
トリス(ジメチルアミノ)シクロペンタジエニルハフニウム
のいずれか一つを含むガスを選ぶことができる。
ハフニウム(Hf)
ジルコニウム(Zr)
チタン(Ti)
アルミニウム(Al)
の少なくともいずれか一つを選ぶことができる。
TEMAZ(テトラキス(エチルメチルアミノ)ジルコニウム)
トリス(ジメチルアミノ)シクロペンタジエニルジルコニウム
のいずれか一つを含むガスを選ぶことができる。
TiCl4(四塩化チタン)
ペンタメチルシクロペンタジエニルチタントリメトキシド
メチルシクロペンタジエニルトリスジメチルアミノチタン
のいずれか一つを含むガスを選ぶことができる。
TMA(トリメチルアルミニウム)
を含むガスを選ぶことができる。
第1の実施形態では、物質Aおよび物質のいずれかにSiを用いた。Si原料ガスとしては、
2DMAS(ビス(ジメチルアミノ)シラン)
3DMAS(トリス(ジメチルアミノ)シラン)
4DMAS(テトラキス(ジメチルアミノ)シラン)
DIPAS(ジイソプロピルアミノシラン)
のいずれか一つを含むガスを選ぶことができる。
次に、第1の実施形態に従って成膜された金属化合物膜の応用用途を説明する。
その他、この発明はその要旨を逸脱しない範囲で様々に変形することができる。
Claims (16)
- 処理室内で、被処理体上に、いずれか一方が金属である物質Aと物質Bとを含み、前記物質Aの割合が前記物質Bの割合よりも多い所定組成を有する金属化合物膜を成膜する金属化合物膜の成膜方法であって、
(1) 前記処理室内に前記物質Aを含む原料ガスを供給して、前記被処理体上の吸着サイトに部分的に前記物質Aを吸着させるステップと、前記処理室内をパージするステップとを、前記物質Aおよび前記物質Bの組成比に応じて2回以上繰り返し、前記吸着サイトに所定量の前記物質Aを吸着させる段階と、
(2) 前記(1)の段階の後、前記処理室内に前記物質Bを含む原料ガスを供給して、前記吸着サイトに部分的に前記物質Bを吸着させるステップと、前記処理室内をパージするステップとを、前記物質Aおよび前記物質Bの組成比に応じて1回または2回以上繰り返し、前記吸着サイトの残部に所定量の前記物質Bを吸着させる段階と、
(3) 前記(2)の段階の後、前記処理室内に前記物質A、Bとは異なる物質Cを供給して、前記物質A、Bに前記物質Cを化合させるステップと、前記処理室内をパージするステップとを1回または2回以上繰り返す段階と
を含み、
前記(1)〜(3)の段階により、前記所定組成の前記金属化合物膜を形成し、前記(1)〜(3)の段階を前記所定組成の前記金属化合物膜が設計膜厚となるまで1回または2回以上の所定回数行うことを特徴とする金属化合物膜の成膜方法。 - 前記(3)段階の前記物質Cを化合させるステップは、酸化、窒化、および酸窒化のいずれか一つであることを特徴とする請求項1に記載の金属化合物膜の成膜方法。
- 前記処理室内をパージするステップは、パージガスとして窒素ガスを用いることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の金属化合物膜の成膜方法。
- 前記物質Aおよび前記物質Bの一方に、
ハフニウム
ジルコニウム
チタン
アルミニウム
の少なくともいずれか一つが選ばれることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の金属化合物膜の成膜方法。 - 前記ハフニウムを含む原料ガスとして
TDMAH(テトラキス(ジメチルアミノ)ハフニウム)
TEMAH(テトラキス(エチルメチルアミノ)ハフニウム)
TDEAH(テトラキス(ジエチルアミノ)ハフニウム)
トリス(ジメチルアミノ)シクロペンタジエニルハフニウム
のいずれか一つを含むガスが選ばれ、
前記ジルコニウムを含む原料ガスとして
TEMAZ(テトラキス(エチルメチルアミノ)ジルコニウム)
トリス(ジメチルアミノ)シクロペンタジエニルジルコニウム
のいずれか一つを含むガスが選ばれ、
前記チタンを含むガスとして
TiCl4(四塩化チタン)
ペンタメチルシクロペンタジエニルチタントリメトキシド
メチルシクロペンタジエニルトリスジメチルアミノチタン
のいずれか一つを含むガスが選ばれ、
前記アルミニウムを含むガスとして
TMA(トリメチルアルミニウム)
を含むガスが選ばれることを特徴とする請求項4に記載の金属化合物膜の成膜方法。 - 前記物質Aおよび前記物質Bの他方に、
第IV族元素
の一つが選ばれることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の金属化合物膜の成膜方法。 - 前記第IV族元素が、シリコンであることを特徴とする請求項6に記載の金属化合物膜の成膜方法。
- 前記シリコンを含む原料ガスとして、
2DMAS(ビス(ジメチルアミノ)シラン)
3DMAS(トリス(ジメチルアミノ)シラン)
4DMAS(テトラキス(ジメチルアミノ)シラン)
DIPAS(ジイソプロピルアミノシラン)
のいずれか一つを含むガスが選ばれることを特徴とする請求項7に記載の金属化合物膜の成膜方法。 - 処理室内で、被処理体上に、金属化合物膜としてHfリッチの所定組成のHfSiOx膜を成膜する金属化合物膜の成膜方法であって、
(1) 前記処理室内にHfを含む原料ガスを供給して、前記被処理体上の吸着サイトに対して部分的にHfを吸着させるステップと、前記処理室内をパージするステップとを、HfおよびSiの組成比に応じて2回以上繰り返し、前記吸着サイトに所定量のHfを吸着させる段階と、
(2) 前記処理室内にSiを含む原料ガスを供給して、被処理体上の前記吸着サイトに部分的にSiを吸着させるステップと、前記処理室内をパージするステップとを、HfおよびSiの組成比に応じて1回または2回以上繰り返し、前記吸着サイトの残部に所定量のSiを吸着させる段階と、
(3) 前記(1)段階および(2)段階を行った後、前記処理室内にHfおよびSiを酸化する酸化剤を供給して、HfおよびSiを酸化させるステップと、前記処理室内をパージするステップとを1回または2回以上繰り返す段階と
を含み、
前記(1)〜(3)の段階により前記所定組成のHfSiOx膜を形成し、前記(1)〜(3)の段階を前記所定組成のHfSiOx膜が設計膜厚となるまで1回または2回以上の所定回数行うことを特徴とする金属化合物膜の成膜方法。 - 前記(1)の段階の繰り返し回数と、前記(2)の段階の繰り返し回数とを、HfSiOx膜の組成比がHf:Si=90:10〜95:5になるように設定することを特徴とする請求項9に記載の金属化合物膜の成膜方法。
- 前記処理室内をパージするステップは、パージガスとして窒素ガスを用いることを特徴とする請求項9又は請求項10に記載の金属化合物膜の成膜方法。
- 前記ハフニウムを含む原料ガスとして
TDMAH(テトラキス(ジメチルアミノ)ハフニウム)
TEMAH(テトラキス(エチルメチルアミノ)ハフニウム)
TDEAH(テトラキス(ジエチルアミノ)ハフニウム)
トリス(ジメチルアミノ)シクロペンタジエニルハフニウム
のいずれか一つを含むガスが選ばれ、
前記シリコンを含む原料ガスとして、
2DMAS(ビス(ジメチルアミノ)シラン)
3DMAS(トリス(ジメチルアミノ)シラン)
4DMAS(テトラキス(ジメチルアミノ)シラン)
DIPAS(ジイソプロピルアミノシラン)
のいずれか一つを含むガスが選ばれることを特徴とする請求項9から請求項11のいずれか一項に記載の金属化合物の成膜方法。 - 被処理体を収容し、収容した前記被処理体上に対して、いずれか一方が金属である物質Aと物質Bとを含んだ金属化合物膜を成膜する金属化合物膜の成膜装置であって、
前記金属化合物膜の成膜処理を施す処理室と、
前記処理室内に、前記物質Aを含むガスを供給する物質A原料ガス供給機構と、
前記処理室内に、前記物質Bを含むガスを供給する物質B原料ガス供給機構と、
前記処理室内に、前記物質A、Bとは異なった物質Cを供給する物質C原料ガス供給機構と、
前記処理室内に、パージガスとして不活性ガスを供給する不活性ガス供給機構と、
前記処理室内を排気する排気機構と、
前記成膜装置を制御する制御装置と、
を具備し、
前記制御装置が、請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の金属化合物膜の成膜方法を実施することを特徴とする成膜装置。 - 金属化合物膜を備えた電子部品の製造方法であって、前記金属化合物膜が、請求項1から請求項12のいずれか一項に記載の金属化合物膜の成膜方法に従って形成されることを特徴とする電子製品の製造方法。
- 前記電子製品は、半導体集積回路装置およびフラットパネルディスプレイのいずれかであることを特徴とする請求項14に記載の電子製品の製造方法。
- 前記金属化合物膜は、トランジスタのゲート絶縁膜、およびキャパシタの誘電体膜の少なくともいずれか一方に使用されることを特徴とする請求項15に記載の電子製品の製造方法。
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