JP2019062045A - Planarization method for boron-based film and formation method for boron-based film - Google Patents

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佳幸 近藤
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周平 米澤
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和也 土橋
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博一 上田
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Abstract

To provide a technique capable of planarizing a boron-based film so as to be applicable for a semiconductor device.SOLUTION: A planarization method for a boron-based film for the planarization of a surface of a boron-based film that is formed on a substrate and mainly made of boron includes the steps of: performing, on a boron-based film, plasma treatment in which processing gas including CF-based gas containing C and F and oxygen-containing gas is used; and, after a step of performing the plasma treatment, ashing residual carbon-based by-products.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本発明は、ボロン系膜の平坦化方法およびボロン系膜の形成方法に関する。   The present invention relates to a method of planarizing a boron-based film and a method of forming a boron-based film.

近時、半導体製造技術の発展により、半導体装置の微細化が進み、14nm以下、さらには10nm以下のものが出現している。また、さらなる半導体装置の集積化のために半導体素子を立体的に構築する技術が進められている。このため、半導体ウエハ上に形成する薄膜の積層数が増加し、例えば3次元NANDを用いたフラッシュメモリにおいては、酸化珪素(SiO)膜や窒化珪素(SiN)膜等を含む、厚さが1μm以上の厚い積層膜をドライエッチングにより微細加工する工程が必要となっている。 Recently, with the development of semiconductor manufacturing technology, miniaturization of semiconductor devices has been advanced, and devices of 14 nm or less, and further 10 nm or less have appeared. Further, in order to further integrate a semiconductor device, a technique for constructing a semiconductor element in three dimensions has been advanced. For this reason, the number of stacked thin films formed on a semiconductor wafer increases, and, for example, in a flash memory using a three-dimensional NAND, the thickness includes a silicon oxide (SiO 2 ) film, a silicon nitride (SiN) film, etc. A process is required to finely process a thick laminated film of 1 μm or more by dry etching.

微細加工を行うためのハードマスクとしては、従来、アモルファスシリコン膜やアモルファスカーボン膜が用いられているが、エッチング耐性が低い。したがって、これらの膜をハードマスクとして用いた場合は膜厚を厚くせざるを得ず、1μm以上もの厚い膜を形成する必要がある。   Conventionally, an amorphous silicon film or an amorphous carbon film is used as a hard mask for micro processing, but the etching resistance is low. Therefore, when these films are used as a hard mask, it is necessary to increase the film thickness, and it is necessary to form a film as thick as 1 μm or more.

さらに次世代のハードマスク材料として、アモルファスシリコン膜やアモルファスカーボン膜よりもエッチング耐性が高いタングステン等の金属材料膜が検討されている。しかし、非常にエッチング耐性が高いタングステン膜等の金属材料膜は、ドライエッチング加工後の剥離やメタル汚染等への対策が難しい。   Further, as a next-generation hard mask material, a metal material film such as tungsten having a higher etching resistance than an amorphous silicon film or an amorphous carbon film is being studied. However, a metal material film such as a tungsten film having a very high etching resistance is difficult to take measures against peeling after the dry etching process, metal contamination, and the like.

このため、アモルファスシリコン膜やアモルファスカーボン膜よりもドライエッチング耐性が高く、SiO膜等に対して高い選択比を有する新たなハードマスク材料としてボロン系膜が検討されている。特許文献1には、ハードマスクとしてボロン系膜をCVDにより成膜することが記載されている。 For this reason, a boron-based film has been studied as a new hard mask material having higher dry etching resistance than an amorphous silicon film or an amorphous carbon film and having a high selectivity to an SiO 2 film or the like. Patent Document 1 describes that a boron-based film is formed by CVD as a hard mask.

特表2013−533376号公報Japanese Patent Application Publication No. 2013-533376

ところで、ハードマスク材料としては、ボロン系膜の中でもボロン単独のボロン膜が優れた特性を有することがわかっているが、ボロン膜は、成膜した後の表面の凹凸が大きく、例えば平均面粗さ(Ra)や二乗平均粗さ(RMS)で表される表面粗さが2nm以上と大きい値を示す場合があり、これが14nm以下の微細パターンへの適用が制限される要因となる。また、ボロンに窒素(N)や炭素(C)等の他の元素を添加した他のボロン系膜についても同様に表面の凹凸が問題になる。半導体デバイスへの適用を考慮すると、RMSが1nm以下、さらには0.5nm以下のボロン系膜の平坦化技術が求められているが、このようなボロン系膜の平坦化技術は未だ確立されていない。   By the way, as a hard mask material, it is known that a boron film of boron alone has excellent characteristics among boron-based films, but the boron film has large surface irregularities after film formation, for example, an average surface roughness The surface roughness represented by the roughness (Ra) or the root mean square roughness (RMS) may show a large value of 2 nm or more, which may be a factor limiting the application to a fine pattern of 14 nm or less. In addition, as to other boron-based films in which other elements such as nitrogen (N) and carbon (C) are added to boron, the surface irregularities also become a problem. Considering application to semiconductor devices, planarization technology for boron-based films with an RMS of 1 nm or less, and even 0.5 nm or less is required, but such boron-based film planarization technology is still established. Absent.

したがって、本発明は、ボロン系膜を半導体デバイスに適用可能に平坦化することができる技術を提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a technique capable of planarizing a boron-based film so as to be applicable to a semiconductor device.

上記課題を解決するため、本発明の第1の観点は、基板上に形成されたボロンを主体とするボロン系膜の表面を平坦化するボロン系膜の平坦化方法であって、ボロン系膜に対し、CとFとを含有するCF系ガス、および酸素含有ガスを含む処理ガスを用いたプラズマ処理を行う工程を有することを特徴とするボロン系膜の平坦化方法を提供する。   In order to solve the above-mentioned problems, a first aspect of the present invention is a method of planarizing a boron-based film for planarizing the surface of a boron-based film mainly formed of boron formed on a substrate, which is a boron-based film And a step of performing plasma processing using a CF-based gas containing C and F, and a processing gas containing an oxygen-containing gas, to provide a method of planarizing a boron-based film.

前記プラズマ処理を行う工程の後、残留するカーボン系副生成物をアッシングする工程をさらに有してもよい。前記アッシング工程は、Oガスのプラズマにより行うことができる。前記アッシング工程の後、前記ボロン系膜が形成された基板をウエット洗浄する工程をさらに有してもよい。 After the step of performing the plasma treatment, the method may further include a step of ashing the remaining carbon by-product. The ashing process can be performed by plasma of O 2 gas. The method may further include the step of wet cleaning the substrate on which the boron-based film is formed after the ashing step.

前記CF系ガスは、CとFとを含有するガスのみ、CとFとHを含有するガスのみ、または、これらの両方であってよい。前記CF系ガスとして、C、C、CHからなる群から選択される少なくとも1種を用いることができる。前記プラズマ処理工程の際の前記酸素含有ガスとしてOガスを用いることができる。 The CF-based gas may be only a gas containing C and F, only a gas containing C, F and H, or both of them. As the CF-based gas, at least one selected from the group consisting of C 4 F 6 , C 4 F 8 , and CH 2 F 2 can be used. An O 2 gas can be used as the oxygen-containing gas in the plasma processing step.

前記プラズマ処理を行う工程は、平行平板型のプラズマ処理装置により行うことができる。前記プラズマ処理を行う工程は、前記ボロン系膜が形成された基板に、高周波バイアス電圧を印加してもよい。   The step of performing the plasma processing can be performed by a parallel plate plasma processing apparatus. In the step of performing the plasma processing, a high frequency bias voltage may be applied to the substrate on which the boron-based film is formed.

前記ボロン系膜は、ボロンと不可避的不純物を含むボロン膜であることが好ましい。前記ボロン系膜は、プラズマCVDにより成膜された膜であることが好ましく、マイクロ波プラズマCVDにより成膜された膜であることがより好ましい。   The boron-based film is preferably a boron film containing boron and unavoidable impurities. The boron-based film is preferably a film formed by plasma CVD, and more preferably a film formed by microwave plasma CVD.

本発明の第2の観点は、基板上にボロンを主体とするボロン系膜を成膜する工程と、前記ボロン系膜の表面を平坦化する工程とを有し、前記ボロン系膜の表面を平坦化する工程は、ボロン系膜に対し、CとFとを含有するCF系ガス、および酸素含有ガスを含む処理ガスを用いたプラズマ処理を行うことを特徴とするボロン系膜の形成方法を提供する。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a step of forming a boron-based film mainly composed of boron on a substrate, and a step of planarizing the surface of the boron-based film. In the step of planarizing, the boron-based film is subjected to plasma processing using a processing gas containing a CF-based gas containing C and F and an oxygen-containing gas. provide.

前記ボロン系膜を成膜する工程は、前記ボロン系膜として、ボロンと不可避的不純物を含むボロン膜を成膜するものであることが好ましい。前記ボロン系膜を成膜する工程は、ボロン含有ガスを用いてプラズマCVDにより行われることが好ましく、マイクロ波プラズマCVDにより行われることがより好ましい。   In the step of forming the boron-based film, it is preferable to form a boron film containing boron and unavoidable impurities as the boron-based film. The step of forming the boron-based film is preferably performed by plasma CVD using a boron-containing gas, and more preferably performed by microwave plasma CVD.

前記ボロン系膜を成膜する工程は、ボロン含有ガスとして、ジボランガス、三塩化ボロンガス、およびアルキルボランガスからなる群から選択されるガスを用いることができる。   In the step of forming the boron-based film, a gas selected from the group consisting of diborane gas, boron trichloride gas, and alkyl borane gas can be used as the boron-containing gas.

前記ボロン系膜を成膜する工程と、前記平坦化工程とは、in situで行うことが好ましい。また、前記ボロン系膜を成膜する工程と、前記平坦化工程とは、同一チャンバ内で行ってもよい。   The step of forming the boron-based film and the planarization step are preferably performed in situ. Further, the step of forming the boron-based film and the step of planarizing may be performed in the same chamber.

前記ボロン系膜を成膜する工程と、前記平坦化工程とを所定回数繰り返してもよい。この場合に、1回の膜厚を、前記平坦化処理により所望の平坦度が得られる程度の膜厚とすることが好ましい。   The step of forming the boron-based film and the planarization step may be repeated a predetermined number of times. In this case, it is preferable to set the film thickness of one time to such a thickness that a desired flatness can be obtained by the flattening process.

本発明によれば、CF系ガスのエッチング効果およびデポ効果、ならびに酸素含有ガスのプラズマによるイオンボンバードメント効果および酸化効果を併用することにより、エッチングしたくないボロン膜表面の凹部はカーボン系副生成物の堆積によりエッチングから保護され、エッチングしたい凸部は酸素含有ガスのプラズマによりカーボン系副生成物が除去されるとともに、CF系ガスから分解されたFおよび酸素含有ガスのイオンにより優先的にエッチングされ、結果的にボロン膜表面の平坦性が極めて高いものとなり、半導体装置に適用可能となる。   According to the present invention, by combining the etching effect and the deposition effect of the CF-based gas, and the ion bombardment effect and the oxidation effect by the plasma of the oxygen-containing gas, the depressions on the surface of the boron film which are not desired to be etched Of the protrusions that are to be protected from etching by deposition of metals and carbon by-products are removed by plasma of oxygen-containing gas while etching is preferentially etched by ions of F and oxygen-containing gas decomposed from CF-based gas As a result, the flatness of the surface of the boron film becomes extremely high, making it applicable to semiconductor devices.

基板上にマイクロ波プラズマCVDにより成膜されたas depoのボロン膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of a boron film of as depo formed by microwave plasma CVD on a substrate. 図1のボロン膜にHプラズマ処理、およびNFプラズマ処理を行った際のSEM写真である。 H 2 plasma treatment boron film of Figure 1, and NF 3 is an SEM picture of the plasma treatment. ボロン膜にHプラズマ処理を行った場合のボロン膜の状態を示す模式図である。It is a schematic diagram showing a state of boron film in the case of performing with H 2 plasma treatment boron film. ボロン膜にNFプラズマ処理を行った場合のボロン膜の状態を示す模式図である。It is a schematic diagram showing a state of boron film in the case of performing NF 3 plasma treatment boron film. (a)はas depoのボロン膜と、Oアニール処理、およびクリーニング処理後のボロン膜のSEM写真であり、(b)はas depoのボロン膜と、Oアニールプラズマ処理、およびクリーニング処理後のボロン膜のSEM写真である。(A) is an SEM photograph of the as depo boron film and the boron film after O 2 annealing treatment and cleaning treatment, and (b) is after the as depo boron film and O 2 annealing plasma treatment and cleaning treatment It is a SEM photograph of a boron film of ボロン膜にOアニール処理またはOプラズマ処理を行った場合のボロン膜の状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state of a boron film at the time of performing O 2 annealing processing or O 2 plasma processing to a boron film. 本発明の第1の実施形態に係るボロン膜の平坦化方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the planarization method of the boron film concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るボロン膜の平坦化方法におけるボロン膜の平坦化モデルを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the planarization model of the boron film in the planarization method of the boron film concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るボロン膜の平坦化方法を行うための処理装置の一例を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a processing apparatus for performing a boron film planarization method according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態の実験例の実験例1における各段階のSEM写真である。It is a SEM photograph of each step in Experimental example 1 of an experimental example of the first embodiment of the present invention. as depoのボロン膜と、実験例1〜4の平坦化処理を行った際のボロン膜表面のAFM写真である。It is an AFM photograph of the boron film of as depo, and the boron film surface at the time of performing the planarization process of Experimental example 1-4. as depoのボロン膜と、平坦化処理の際にOガス流量を変化させた実験例5、実験例1、実験例6のボロン膜表面のAFM写真である。It is an AFM photograph of the boron film surface of the as depo boron, the example 5 of an experiment, the example 1 of an experiment, and the example 6 of an experiment in which O 2 gas flow rate was changed at the time of planarization processing. 本発明の第2の実施形態に係るボロン膜の形成方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the formation method of the boron film concerning the 2nd Embodiment of this invention. ボロン膜の膜厚を600nmおよび1800nmにした場合のas depoのボロン膜のSEM写真およびAFM写真である。It is a SEM photograph and AFM photograph of the boron film of as depo when the film thickness of a boron film is 600 nm and 1800 nm. ボロン膜の膜厚を600nmおよび1800nmにした場合の平坦化処理後のボロン膜のSEM写真およびAFM写真である。It is a SEM photograph and AFM photograph of a boron film after planarization processing when the film thickness of a boron film is 600 nm and 1800 nm. 本発明の第2の実施形態に係るボロン膜の形成方法の他の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the other example of the formation method of the boron film concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るボロン膜の形成方法を行うための処理システムの一例を示す水平断面図である。It is a horizontal sectional view which shows an example of the processing system for performing the formation method of the boron film concerning a 2nd embodiment of the present invention. ボロン膜を成膜するための成膜装置の好適な例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the suitable example of the film-forming apparatus for forming a boron film into a film. ボロン膜の成膜と平坦化処理を同一チャンバ内で行える処理装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the processing apparatus which can perform film-forming and planarization process of a boron film | membrane in the same chamber.

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

<本発明に至った経緯>
最初に、本発明に至った経緯について説明する。
従来から、種々の材料について平坦化技術が提案されている。例えば、多結晶シリコンの平坦化技術として、プラズマエッチングを利用したものが知られている(例えば、特開平9−232285号公報、特開2007−266056号公報)。また、Ge膜の平坦化技術として、Oアニールを行った後、DHF洗浄を利用したものが知られている(IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL.36, NO.4, APRIL 2015)。これは酸素拡散を利用した技術である。
<Circumstances leading to the present invention>
First, the background of the present invention will be described.
Conventionally, planarization techniques have been proposed for various materials. For example, as planarization technology of polycrystalline silicon, one using plasma etching is known (for example, JP-A-9-232285, JP-A2007-266056). In addition, as a Ge film planarization technique, one using DHF cleaning after performing O 2 annealing is known (IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL. 36, NO. 4, APRIL 2015). This is a technology using oxygen diffusion.

このような平坦化技術を踏まえ、まず、基板上にマイクロ波プラズマCVDにより成膜されたボロン膜に対して、Hプラズマ処理、NFプラズマ処理による平坦化への影響について調査した。図1は、イニシャル(as depo)のボロン膜(ステージ温度:250℃、圧力:50mTorr、マイクロ波パワー:4kW、B:500sccm、時間:5min)のSEM写真である。図1に示すようにボロン膜の膜厚が180nmであり、表面粗さRMSは2.3nmであった。図2(a)および図2(b)は、それぞれHプラズマ処理(ステージ温度:250℃、圧力:20mTorr、H:60sccm、時間:90sec)を行った際、およびNFプラズマ処理(ステージ温度:150℃、圧力:50mTorr、NF:300sccm、時間:10sec)を行った際のSEM写真である。図2(a)に示すように、Hプラズマ処理ではボロン膜表面に変化が見られず、表面粗さRMSは2.3nmのままであった。なお、Heプラズマによるイオンスパッタリングも行ったが、その場合も同様であった。一方、図2(b)に示すように、NFプラズマ処理では、ボロン膜が120nmまでエッチングされ、表面粗さRMSは3.7nmとむしろ表面の平坦性が悪化した。 Based on such a planarization technique, first, with respect to a boron film formed by microwave plasma CVD on a substrate, the influence on the planarization by H 2 plasma processing and NF 3 plasma processing was investigated. FIG. 1 is an SEM photograph of an initial (as depo) boron film (stage temperature: 250 ° C., pressure: 50 mTorr, microwave power: 4 kW, B 2 H 6 : 500 sccm, time: 5 min). As shown in FIG. 1, the film thickness of the boron film was 180 nm, and the surface roughness RMS was 2.3 nm. 2 (a) and 2 (b) respectively show the case where H 2 plasma treatment (stage temperature: 250 ° C., pressure: 20 mTorr, H 2 : 60 sccm, time: 90 sec) and NF 3 plasma treatment (stage) temperature: 0.99 ° C., pressure: 50mTorr, NF 3: 300sccm, time: 10 sec) is a SEM photograph when performing the. As shown in FIG. 2A, no change was observed on the surface of the boron film in H 2 plasma treatment, and the surface roughness RMS remained at 2.3 nm. In addition, although ion sputtering by He plasma was also performed, it was the same in that case. On the other hand, as shown in FIG. 2 (b), in the NF 3 plasma treatment, the boron film was etched to 120 nm, and the surface roughness RMS was rather 3.7 nm and the flatness of the surface was rather deteriorated.

プラズマ処理の場合は、図3に模式的に示すように、水素イオンによる処理であるが、単純に水素イオンをボロン膜に供給しても水素イオンによって表面は変化しない。Heイオン等のイオン処理についても同様である。 In the case of the H 2 plasma processing, as schematically shown in FIG. 3, the processing is with hydrogen ions, but even if hydrogen ions are simply supplied to the boron film, the surface does not change due to the hydrogen ions. The same applies to ion processing such as He ion.

これに対し、NFプラズマ処理の場合は、図4に示すように、NFがFやNFに解離してボロン(B)と反応し、ボロン膜がエッチングされ、かえって表面が荒れたものと考えられる。 On the other hand, in the case of NF 3 plasma treatment, as shown in FIG. 4, NF 3 dissociates into F or NF and reacts with boron (B) to etch the boron film and to make the surface rougher. Conceivable.

次に、基板上にマイクロ波プラズマCVDにより成膜されたボロン膜(ステージ温度:300℃、圧力:50mTorr)に対して、Oアニール処理、Oプラズマ処理による平坦化への影響について調査した。図5(a)はイニシャル(as depo)のボロン膜と、Oアニール処理(酸素雰囲気、600℃、30min)、およびクリーニング処理(純水(DIW)+超音波処理:30min)後のボロン膜のSEM写真であり、図5(b)はイニシャル(as depo)のボロン膜と、Oアニールプラズマ処理(Oプラズマ10min)、およびクリーニング処理(純水(DIW)+超音波処理:30min)後のボロン膜のSEM写真である。これらのSEM写真から、Oアニール処理およびOプラズマ処理によって表面の平坦性はほとんど変化していないことがわかる。 Next, with respect to a boron film (stage temperature: 300 ° C., pressure: 50 mTorr) formed on a substrate by microwave plasma CVD, the influence on the planarization by O 2 annealing and O 2 plasma processing was investigated. . FIG. 5 (a) shows the initial (as depo) boron film, the boron film after O 2 annealing (oxygen atmosphere, 600 ° C., 30 min), and cleaning (pure water (DIW) + ultrasonic treatment: 30 min) FIG. 5 (b) is an initial (as depo) boron film, O 2 annealing plasma treatment (O 2 plasma 10 min), and cleaning treatment (pure water (DIW) + sonication: 30 min). It is a SEM photograph of boron film after. From these SEM photographs, it can be seen that the flatness of the surface is hardly changed by the O 2 annealing treatment and the O 2 plasma treatment.

これは、図6に示すように、Oアニール処理およびOプラズマ処理では、ボロン膜の表面が酸化されてエッチングされるが、全体的に酸化されるだけであり、クリーニングにより酸化膜を除去してもボロン膜表面の平坦性はほとんど変化しないためと考えられる。 This is because, as shown in FIG. 6, the surface of the boron film is oxidized and etched by O 2 annealing and O 2 plasma processing, but it is only oxidized as a whole, and the oxide film is removed by cleaning. However, it is considered that the flatness of the boron film surface hardly changes.

このことから、ボロン膜は、従来多結晶シリコン膜やGe膜で行っていたような平坦化手法では十分に平坦化できないことが判明した。これは、ボロン膜が、多結晶シリコン膜やGe膜とは異なり、アモルファスであることにも起因していると考えられる。   From this, it was found that the boron film can not be sufficiently planarized by the planarization method as conventionally performed with a polycrystalline silicon film or a Ge film. This is considered to be due to the fact that the boron film is amorphous unlike the polycrystalline silicon film or the Ge film.

そこで、ボロン膜の平坦化に適した方法を検討した結果、凹凸部を有するボロン膜表面において、凹部を保護し、凸部のみをエッチングできる方法が有効であることに想到した。   Therefore, as a result of examining a method suitable for flattening of the boron film, it was conceived that a method capable of protecting the concave portion and etching only the convex portion on the surface of the boron film having the concavo-convex portion is effective.

従来、プラズマエッチングでは、CF系ガスが用いられ、CF系ガスから分解されたFがエッチングに寄与し、CF系ガスから分解されたCがカーボン系副生成物(ポリマー)として側壁に堆積(デポ)して側壁保護層となることが知られており、このようなCF系ガスのエッチング効果およびデポ効果、ならびに酸素含有ガス(例えばOガス)のプラズマによるイオンボンバードメント効果および酸化効果を併用することにより、エッチングしたくないボロン膜表面の凹部はカーボン系副生成物の堆積によりエッチングから保護され、エッチングしたい凸部は酸素含有ガスのプラズマによりカーボン系副生成物が除去されるとともに、CF系ガスから分解されたFおよび酸素含有ガスのイオンにより優先的にエッチングされ、結果的に極めて高い平坦性が得られ、半導体装置に適用可能であることが見出された。 Conventionally, in plasma etching, a CF-based gas is used, F decomposed from the CF-based gas contributes to the etching, and C decomposed from the CF-based gas is deposited on the sidewall as a carbon-based by-product (polymer) ) Is known to be a side wall protective layer, and such etching and deposition effects of CF-based gas, and ion bombardment and oxidation effects by plasma of oxygen-containing gas (eg, O 2 gas) are used in combination. As a result, the depressions on the surface of the boron film which are not desired to be etched are protected from etching by the deposition of carbon-based by-products, and the projections to be etched are freed of carbon-based by-products by plasma of oxygen-containing gas. Etches preferentially by ions of F- and oxygen-containing gas decomposed from the system gas, resulting in It has been found that the semiconductor device has high flatness and is applicable to semiconductor devices.

<第1の実施形態>
次に、第1の実施形態について説明する。
本実施形態は、所定の方法で成膜されたボロン系膜を平坦化する平坦化方法である。
First Embodiment
Next, a first embodiment will be described.
The present embodiment is a planarization method of planarizing a boron-based film formed by a predetermined method.

本実施形態において平坦化の対象であるボロン系膜は、エッチング耐性が高いという特性を有しており、このような特性を生かした用途として典型的にはハードマスクに適用され、例えば、半導体基板上にエッチング対象膜を介して形成される。ボロン系膜は、ボロンを50at.%以上有するボロンを主体とする膜であり、ボロンおよび不可避不純物からなるボロン膜であってもよいし、ボロンに意図的に窒素(N)、炭素(C)、珪素(Si)等の他の元素を添加した膜であってもよい。ただし、高いエッチング耐性を得る観点からは、他の添加元素を含まないボロン膜が好ましい。   The boron-based film to be planarized in this embodiment has a characteristic of high etching resistance, and is typically applied to a hard mask as an application utilizing such characteristics, for example, a semiconductor substrate It is formed on top of the film to be etched. The boron-based film contains 50 at. % Or more and may be a film mainly composed of boron having a% or more, or may be a boron film consisting of boron and unavoidable impurities, or other boron such as nitrogen (N), carbon (C), silicon (Si), etc. It may be a film to which an element is added. However, from the viewpoint of obtaining high etching resistance, a boron film containing no other additive element is preferable.

ボロン系膜は、半導体装置の製造に用いられる一般的な薄膜形成技術によって形成されたものであればよく、熱CVD、プラズマCVD、ALD、PVDのいずれでもよいが、特に、膜質が良好なボロン系膜が得られるプラズマCVDで成膜されたものであることが好ましい。プラズマCVDの中では、低電子温度かつラジカル主体であり、低ダメージで高密度のプラズマを生成可能なマイクロ波プラズマCVDで成膜されたものが特に好ましい。CVDやALDで成膜されたボロン系膜は、膜中に成膜原料等に由来のする不純物として主に水素(H)が5〜15at%程度含まれている。   The boron-based film may be any film formed by a general thin film formation technique used in the manufacture of semiconductor devices, and may be any of thermal CVD, plasma CVD, ALD and PVD, but in particular, boron having a good film quality. It is preferable that the film is formed by plasma CVD to obtain a base film. Among the plasma CVD, a film formed by microwave plasma CVD which is low in electron temperature and mainly composed of radicals and which can generate high density plasma with low damage is particularly preferable. In a boron-based film formed by CVD or ALD, about 5 to 15 at% of hydrogen (H) is mainly contained in the film as an impurity derived from a film forming material or the like.

ボロン系膜は、上記いずれの成膜方法で形成されたものでも、成膜したまま(as depo)では表面粗さが大きく、表面粗さRMSが1nmを超え、プラズマCVDでは2nmを超えた値となる。最近のエッチング加工技術はダブルパターニングにより最終パターン寸法が10nm程度まで微細化しており、ハードマスクへの適用を考慮すると、表面粗さRMSが1nm以下、さらには0.5nm以下が求められる。   Even if the boron-based film is formed by any of the above film forming methods, the surface roughness is large as it is formed (as depo), the surface roughness RMS exceeds 1 nm, and the value exceeds 2 nm in plasma CVD. It becomes. In the recent etching processing technology, the final pattern dimension is miniaturized to about 10 nm by double patterning, and in consideration of application to a hard mask, the surface roughness RMS is required to be 1 nm or less, and further 0.5 nm or less.

このため、ボロン系膜の表面の平坦化処理が必要となる。図7は、第1の実施形態に係るボロン膜の平坦化方法を示すフローチャートである。本実施形態に係るボロン膜の平坦化方法は、ボロン系膜に対し、CF系ガスおよび酸素含有ガスを含む処理ガスを用いたプラズマ処理を行う工程(ステップ1)と、次いで、酸素含有ガスによるアッシングを行う工程(ステップ2)とを有する。   Therefore, it is necessary to planarize the surface of the boron-based film. FIG. 7 is a flowchart showing a method of planarizing a boron film according to the first embodiment. In the method of planarizing a boron film according to the present embodiment, the boron-based film is subjected to plasma processing using a processing gas containing a CF-based gas and an oxygen-containing gas (step 1), and then using an oxygen-containing gas And a step of performing ashing (step 2).

ステップ1に用いるCF系ガスは、CとFとを含有するガスであり、CやCのようなCとFのみからなるCで表されるガスであっても、CHのようなCとFの他にHを含有するCで表されるガスであってもよい。また、CF系ガスとしては、いずれか単独でも2種類以上混合してもよい。また、ステップ1で用いられる酸素含有ガスとしては、O、O、NO、HO等を用いることができる。これらの中ではOが好ましい。CF系ガスは、Fが多いほどエッチング性が高く、Cが多いほどデポ性が高くなる。これらを考慮してFとCとの比F/Cを1〜4(F:C=1:1〜4:1)の範囲にすることが好ましい。また、CF系ガスとO等の酸素含有ガスとの流量比CF/Oを1〜2(CF:O=1:1〜2:1)の範囲にすることが好ましい。CHのようなCガスは、分離したHラジカルが過剰なポリマーデポを抑制する効果も有する。 The CF-based gas used in Step 1 is a gas containing C and F, and is a gas represented by C x F y consisting of C and F such as C 4 F 6 and C 4 F 8. Also, it may be a gas represented by C x H y F z containing H in addition to C and F such as CH 2 F 2 . Further, as the CF-based gas, any one may be used alone, or two or more types may be mixed. In addition, as the oxygen-containing gas used in step 1, O 2 , O 3 , NO 2 , H 2 O or the like can be used. Among these, O 2 is preferred. As the CF-based gas has a larger amount of F, the etching property is higher, and as the amount of C is larger, the deposition property is higher. It is preferable to make ratio F / C of F and C into the range of 1-4 (F: C = 1: 1-4: 1) in consideration of these. Further, the flow rate ratio CF / O 2 with an oxygen-containing gas such as CF-based gas and O 2 1~2 (CF: O 2 = 1: 1~2: 1) is preferably in the range of. C x H y F z gas such as CH 2 F 2 also has the effect of suppressing the excess polymer depot separate H radicals.

プラズマ生成手段は、CF系ガスおよび酸素含有ガスを有効に解離することができれば特に限定されない。また、ボロン膜が形成された被処理基板、例えば半導体ウエハに高周波バイアスを印加してプラズマ中のイオンを被処理基板に引き込むことが好ましい。このときの高周波バイアスの周波数は3〜40MHzの範囲、パワーは200〜14000Wの範囲が好ましい。また、圧力は、1.33〜13.3Pa(10〜100mTorr)の範囲が好ましい。   The plasma generation means is not particularly limited as long as the CF-based gas and the oxygen-containing gas can be effectively dissociated. In addition, it is preferable to apply a high frequency bias to a substrate to be processed on which a boron film is formed, for example, a semiconductor wafer to draw ions in plasma into the substrate to be processed. The frequency of the high frequency bias at this time is preferably in the range of 3 to 40 MHz, and the power is preferably in the range of 200 to 14,000 W. Moreover, the pressure is preferably in the range of 1.33 to 13.3 Pa (10 to 100 mTorr).

ステップ2のアッシングは、ステップ1を行った後にボロン膜に残留したC(ポリマー)を除去する工程である。ただし、ボロン系膜の平坦化はステップ1で行われるので、残留したC(ポリマー)を除去する必要がなければ、ステップ2は行わなくてもよい。この際のアッシングは、通常のアッシングと同様に行われ、OプラズマやOガス等、励起された酸素含有ガスが用いられる。 The ashing in step 2 is a step of removing C (polymer) remaining in the boron film after performing step 1. However, since planarization of the boron-based film is performed in step 1, step 2 may not be performed if it is not necessary to remove remaining C (polymer). The ashing at this time is performed in the same manner as ordinary ashing, and an excited oxygen-containing gas such as O 2 plasma or O 3 gas is used.

なお、アッシングの後、希フッ酸(DHF)等によるウエット洗浄処理を行ってもよい。   Note that after ashing, wet cleaning with dilute hydrofluoric acid (DHF) or the like may be performed.

[平坦化メカニズム]
次に、本実施形態におけるボロン膜の平坦化メカニズムについて説明する。
図8は、本実施形態におけるボロン膜の平坦化モデルを説明するための模式図である。ここではボロン系膜としてボロン膜を用いた場合を示す。表面粗さが大きいボロン膜に、C、C、CH等のCF系ガス、Oガス等の酸素含有ガスを供給すると、プラズマにより、CF系ガスは、活性種であるCF、CF、CFに解離し、Oガス等の酸素含有ガスは酸素系イオン(O2+等)となってボロン膜に供給される(図8(a))。
[Flating mechanism]
Next, the planarization mechanism of the boron film in the present embodiment will be described.
FIG. 8 is a schematic view for explaining a planarization model of a boron film in the present embodiment. Here, the case where a boron film is used as the boron-based film is shown. When a CF film such as C 4 F 8 , C 4 F 6 , or CH 2 F 2 or an oxygen-containing gas such as O 2 gas is supplied to a boron film having a large surface roughness, the CF gas is activated by plasma. It is dissociated into species CF, CF 2 and CF 3 , and an oxygen-containing gas such as O 2 gas is supplied to the boron film as oxygen-based ions (O 2+ etc.) (FIG. 8A).

CF、CF、CFから分解されたCはカーボン系副生成物となってボロン膜に堆積(デポ)し、Fは化学的作用によりボロン膜をエッチングしてBFを生成する。また、酸素系イオンはイオンボンバードメント効果によりカーボン系副生成物を除去する。このとき、CF系ガスから分解したCによるカーボン系副生成物は、ボロン表面の凹部に堆積しやすく、カーボン系副生成物が堆積した部分は、その保護効果が大きくFの化学的作用によるボロン膜のエッチングが進行し難い。一方、ボロン表面の凸部においては、カーボン系副生成物は堆積し難く、堆積したカーボン系副生成物が酸素系イオンのイオンボンバードメント効果および酸化効果により除去されるとともに、Fの化学的作用によるボロンのエッチングが進行する。このように、ボロン膜表面は、エッチングしたくない凹部がカーボン系副生成物による保護によりエッチングが進行し難く、エッチングにより除去したい凸部が優先的にエッチングされ、ボロン膜表面は平坦化される(図8(b))。そして、ボロン膜表面に残留したカーボン系副生成物はアッシングにより除去される(図8(c))。 C decomposed from CF, CF 2 and CF 3 is deposited (deposited) on the boron film as a carbon-based by-product, and F etches the boron film by chemical action to form BF 3 . In addition, oxygen-based ions remove carbon-based by-products by the ion bombardment effect. At this time, the carbon-based by-product of C decomposed from the CF-based gas is likely to be deposited in the concave portion of the boron surface, and the portion where the carbon-based by-product is deposited has a large protective effect and boron by the chemical action of F. It is difficult for the film etching to proceed. On the other hand, carbon-based by-products are difficult to deposit in the convex portions of the boron surface, and the deposited carbon-based by-products are removed by the ion bombardment effect and oxidation effect of oxygen-based ions, and the chemical action of F Etching of boron proceeds. As described above, the surface of the boron film is not easily etched due to the protection by the carbon-based by-products in the concave portion which is not desired to be etched, and the convex portion to be removed by the etching is preferentially etched and the boron film surface is flattened. (FIG. 8 (b)). Then, carbon-based by-products remaining on the surface of the boron film are removed by ashing (FIG. 8C).

本実施形態の平坦化方法により、膜厚200nm程度までのボロン系膜の表面を、表面粗さRMSを1nm以下、さらには0.5nm以下という極めて高い平坦性を得ることができ、半導体装置に適用可能となる。   By the planarization method of the present embodiment, the surface of a boron-based film having a film thickness of about 200 nm can be obtained with extremely high flatness such that the surface roughness RMS is 1 nm or less, and further 0.5 nm or less. It becomes applicable.

[第1の実施形態の平坦化方法を行うための処理装置の一例]
次に、本実施形態の平坦化方法を行うための処理装置の一例について説明する。
図9は、本実施形態の平坦化方法を行うための処理装置の一例を示す断面図である。
[An example of a processing apparatus for performing the flattening method of the first embodiment]
Next, an example of a processing apparatus for performing the planarization method of the present embodiment will be described.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example of a processing apparatus for performing the planarization method of the present embodiment.

処理装置100は、チャンバ10内に載置台(ステージ)20とガスシャワーヘッド30とを対向配置した平行平板型(容量結合型)のプラズマエッチング装置として構成される。載置台20は下部電極として機能し、ガスシャワーヘッド30は上部電極として機能する。処理装置100は、さらに、ガス供給機構40、高周波電力供給装置50、および制御部60を有する。   The processing apparatus 100 is configured as a parallel plate type (capacitive coupling type) plasma etching apparatus in which a mounting table (stage) 20 and a gas shower head 30 are disposed opposite to each other in the chamber 10. The mounting table 20 functions as a lower electrode, and the gas shower head 30 functions as an upper electrode. The processing device 100 further includes a gas supply mechanism 40, a high frequency power supply device 50, and a control unit 60.

チャンバ10は、略円筒状を有し、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムで構成されており、電気的に接地されている。チャンバ10の底面には排気口11が形成されており、排気口11は排気配管12が接続されている。排気配管12には、真空ポンプや圧力制御バルブ等からなる排気装置13が接続されており、排気装置13によってチャンバ10内が排気されるとともに、チャンバ10内を所定の圧力(真空度)に制御する。チャンバ10の側壁にはボロン膜が形成された被処理基板である半導体ウエハW(以下単にウエハWと記す)を搬入出するためのウエハ搬入出口14が設けられており、ウエハ搬入出口14はゲートバルブGによって開閉される。そして、ゲートバルブGを開放した状態で、チャンバ10に対するウエハWの搬入および搬出が行われる。   The chamber 10 has a substantially cylindrical shape, and is made of, for example, aluminum whose surface is anodized, and is electrically grounded. An exhaust port 11 is formed on the bottom of the chamber 10, and an exhaust pipe 12 is connected to the exhaust port 11. The exhaust pipe 12 is connected to an exhaust device 13 including a vacuum pump, a pressure control valve, etc., and the inside of the chamber 10 is exhausted by the exhaust device 13 and the inside of the chamber 10 is controlled to a predetermined pressure (vacuum degree). Do. A wafer loading / unloading port 14 for loading / unloading a semiconductor wafer W (hereinafter, simply referred to as a wafer W), which is a substrate to be processed, on which a boron film is formed is provided on the side wall of the chamber 10. The valve G opens and closes. Then, with the gate valve G opened, loading and unloading of the wafer W to and from the chamber 10 are performed.

載置台20は、チャンバ10の底部に設置され、その上に、ウエハWが載置されるようになっている。載置台20は、例えば、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、炭化ケイ素(SiC)等から形成されている。載置台20の上面には、ウエハを静電吸着するための静電チャック22が設けられている。静電チャック22は、絶縁体22bの間にチャック電極22aを挟み込んだ構造になっている。チャック電極22aには直流電圧源23が接続され、直流電圧源23からチャック電極22aに直流電圧が印加されることにより、クーロン力等の静電吸着力によってウエハWが静電チャック22に吸着される。   The mounting table 20 is installed at the bottom of the chamber 10, and the wafer W is mounted thereon. The mounting table 20 is made of, for example, aluminum (Al), titanium (Ti), silicon carbide (SiC) or the like. An electrostatic chuck 22 for electrostatically attracting the wafer is provided on the upper surface of the mounting table 20. The electrostatic chuck 22 has a structure in which a chuck electrode 22a is sandwiched between insulators 22b. A direct current voltage source 23 is connected to the chuck electrode 22a, and a direct current voltage is applied from the direct current voltage source 23 to the chuck electrode 22a, whereby the wafer W is attracted to the electrostatic chuck 22 by electrostatic attraction force such as coulomb force. Ru.

載置台20は、支持体24により支持されている。支持体24の内部には、冷媒流路25が形成されている。冷媒流路25には、冷媒供給配管25aおよび冷媒排出配管25bが接続されており、これらはチラーユニット26に接続されている。そして、チラーユニット26から出力された冷媒(例えば冷却水やブライン等)は、冷媒供給配管25a、冷媒流路25、および冷媒排出配管25bを循環し、これにより載置台20および静電チャック22が冷却される。   The mounting table 20 is supported by a support 24. A refrigerant channel 25 is formed in the inside of the support 24. A refrigerant supply pipe 25 a and a refrigerant discharge pipe 25 b are connected to the refrigerant flow path 25, and these are connected to the chiller unit 26. Then, the refrigerant (for example, cooling water, brine, etc.) output from the chiller unit 26 circulates through the refrigerant supply pipe 25a, the refrigerant flow path 25, and the refrigerant discharge pipe 25b, whereby the mounting table 20 and the electrostatic chuck 22 are It is cooled.

静電チャック22には、その上のウエハWの裏面にヘリウムガス(He)やアルゴンガス(Ar)等の伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給ライン27が接続されており、伝熱ガス供給ライン27には、伝熱ガス供給源28から伝熱ガスが供給される。この伝熱ガスにより、冷媒の冷熱がウエハWに伝達され、ウエハWが所定温度に温度制御される。   The electrostatic chuck 22 is connected to a heat transfer gas supply line 27 for supplying a heat transfer gas such as helium gas (He) or argon gas (Ar) to the back surface of the wafer W thereon, thereby supplying the heat transfer gas. The heat transfer gas is supplied to the line 27 from the heat transfer gas supply source 28. The heat of the refrigerant is transferred to the wafer W by the heat transfer gas, and the temperature of the wafer W is controlled to a predetermined temperature.

なお、載置台20にはウエハ昇降ピン(図示せず)が静電チャックの表面に対し突没可能に設けられており、ウエハ昇降ピンを突出させた状態でウエハWを受け渡しが行われるようになっている。   A wafer elevating pin (not shown) is provided on the mounting table 20 so as to be able to protrude from or retract from the surface of the electrostatic chuck so that the wafer W can be delivered with the wafer elevating pin protruding. It has become.

ガスシャワーヘッド30は円板状をなし、チャンバ10の上部に設けられた円環状のリッド15に、絶縁体からなるシールドリング35を介して嵌め込まれており、チャンバ10の天井部を構成する。ガスシャワーヘッド30は、図示するように電気的に接地してもよいし、可変直流電源を接続して所定の直流(DC)電圧が印加されるようにしてもよい。   The gas shower head 30 has a disk shape, and is fitted into an annular lid 15 provided at the top of the chamber 10 via a shield ring 35 made of an insulator, and constitutes a ceiling portion of the chamber 10. The gas shower head 30 may be electrically grounded as illustrated, or a variable DC power supply may be connected to apply a predetermined direct current (DC) voltage.

ガスシャワーヘッド30は、本体31を有し、本体1の上部中央にはガスを導入するガス導入口33が形成されている。本体31の内部には、中央部に第1ガス拡散室31aおよびエッジ部に円環状の第2のガス拡散室31bが設けられている。ガス導入口33は第1ガス拡散室31aに接続され、ガス導入口33から分岐したガス導入路34が第2ガス拡散室31bに接続されている。本体31の底部には、第1ガス拡散室31aおよび第2ガス拡散室31bからチャンバ10内に臨むように多数のガス吐出孔32が形成されている。ガス導入口33には、後述するガス供給機構40のガス供給配管41が接続されており、ガス供給機構40からのガスが、ガス導入口33から第1ガス拡散室31aおよび第2ガス拡散室31bに導入され、ガス吐出孔32からチャンバ10内の載置台20に向けて吐出される。   The gas shower head 30 has a main body 31, and a gas inlet 33 for introducing a gas is formed at the upper center of the main body 1. Inside the main body 31, there are provided a first gas diffusion chamber 31a at the center and an annular second gas diffusion chamber 31b at the edge. The gas introduction port 33 is connected to the first gas diffusion space 31a, and the gas introduction path 34 branched from the gas introduction port 33 is connected to the second gas diffusion space 31b. A plurality of gas discharge holes 32 are formed at the bottom of the main body 31 so as to face the inside of the chamber 10 from the first gas diffusion space 31 a and the second gas diffusion space 31 b. A gas supply pipe 41 of a gas supply mechanism 40 to be described later is connected to the gas inlet 33, and the gas from the gas supply mechanism 40 is transmitted from the gas inlet 33 to the first gas diffusion chamber 31a and the second gas diffusion chamber. The gas is introduced into the chamber 31 b and discharged from the gas discharge holes 32 toward the mounting table 20 in the chamber 10.

ガス供給機構40は、CF系ガス供給源42と、酸素含有ガス供給源43と、これらガス供給源からそれぞれ延びる配管44および45と、配管44および45からのガスをシャワーヘッド30に導くガス供給配管41とを有する。配管44にはマスフローコントローラのような流量制御器46および開閉バルブ47が設けられ、配管45には流量制御器48および開閉バルブ49が設けられている。なお、CF系ガスは1種または複数種用いられ、CF系ガス供給源および配管は、そのガスの種類の数だけ設けられる。   The gas supply mechanism 40 supplies the gas from the CF-based gas supply source 42, the oxygen-containing gas supply source 43, the pipes 44 and 45 extending from these gas supply sources, and the pipes 44 and 45 to the shower head 30. And a piping 41. The pipe 44 is provided with a flow rate controller 46 such as a mass flow controller and an on-off valve 47, and the pipe 45 is provided with a flow rate controller 48 and an on-off valve 49. In addition, 1 type or multiple types of CF type gas are used, and CF type gas supply source and piping are provided only the number of the kind of the gas.

高周波電力供給装置50は、載置台20に2周波重畳の高周波電力を供給するものであり、プラズマ生成用の第1周波数の第1高周波電力を供給する第1高周波電源52と、バイアス電圧印加用の、第1周波数よりも低い第2周波数の第2高周波電力を供給する第2高周波電源54とを有する。第1高周波電源52は、第1整合器53を介して載置台20に電気的に接続される。第2高周波電源54は、第2整合器55を介して載置台20に電気的に接続される。第1高周波電源32は、例えば、40MHzの第1高周波電力を載置台20に印加する。第2高周波電源34は、例えば、3MHzの第2高周波電力を載置台20に印加する。なお、第1高周波電力は、ガスシャワーヘッド30に印加してもよい。   The high-frequency power supply device 50 supplies high-frequency power of two-frequency superposition to the mounting table 20, and a first high-frequency power supply 52 for supplying a first high-frequency power of a first frequency for plasma generation; And a second high frequency power supply 54 for supplying a second high frequency power of a second frequency lower than the first frequency. The first high frequency power supply 52 is electrically connected to the mounting table 20 via the first matching unit 53. The second high frequency power supply 54 is electrically connected to the mounting table 20 via the second matching unit 55. The first high frequency power supply 32 applies, for example, a first high frequency power of 40 MHz to the mounting table 20. The second high frequency power supply 34 applies, for example, a second high frequency power of 3 MHz to the mounting table 20. The first high frequency power may be applied to the gas shower head 30.

第1整合器53は、第1高周波電源52の内部(または出力)インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるもので、チャンバ10内にプラズマが生成されている時に第1高周波電源52の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。第2整合器55は、第2高周波電源54の内部(または出力)インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるもので、チャンバ10内にプラズマが生成されているときに第2高周波電源54の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。   The first matching unit 53 matches the load impedance to the internal (or output) impedance of the first high frequency power supply 52, and when the plasma is generated in the chamber 10, the output impedance and the load impedance of the first high frequency power supply 52 Acts to match up apparently. The second matching unit 55 matches the load impedance to the internal (or output) impedance of the second high frequency power supply 54, and when the plasma is generated in the chamber 10, the internal impedance and load of the second high frequency power supply 54 It functions to match the impedance apparently.

第1高周波電源52からの高周波電力は、例えばパルス状にパワー変調して印加してもよい。パルスの周期は5〜40kHz程度が好ましい。   The high frequency power from the first high frequency power supply 52 may be applied, for example, in the form of pulse power modulation. The period of the pulse is preferably about 5 to 40 kHz.

制御部60は、処理装置100の各構成部、例えばバルブ類、流量制御器、第1高周波電源52、第2高周波電源54、排気装置13、伝熱ガスの供給、冷媒の供給等を制御する。制御部60は、CPUを有する主制御部と、入力装置、出力装置、表示装置、および記憶装置を有している。記憶装置には、処理装置100で実行される処理を制御するためのプログラム、すなわち処理レシピが格納された記憶媒体がセットされ、主制御部は、記憶媒体に記憶されている所定の処理レシピを呼び出し、その処理レシピに基づいて処理装置100に所定の処理を行わせるように制御する。   The control unit 60 controls each component of the processing apparatus 100, for example, valves, a flow rate controller, a first high frequency power supply 52, a second high frequency power supply 54, an exhaust device 13, supply of heat transfer gas, supply of refrigerant, and the like. . The control unit 60 includes a main control unit having a CPU, an input device, an output device, a display device, and a storage device. In the storage device, a program for controlling processing to be executed by the processing apparatus 100, that is, a storage medium storing a processing recipe is set, and the main control unit executes a predetermined processing recipe stored in the storage medium. It calls up and controls the processing apparatus 100 to perform predetermined processing based on the processing recipe.

以上のように構成される処理装置100においては、まず、ゲートバルブGを開け、ウエハWをチャンバ10に搬入し、載置台20に載置するとともにゲートバルブGを閉じる。そして、チャンバ10内を排気装置13により排気するとともに、圧力調整バルブによりチャンバ10内を所定の真空度に圧力調整しつつ、直流電圧源23からチャック電極22aに直流電圧を印加することにより、ウエハWが静電チャック22に吸着され、保持される。   In the processing apparatus 100 configured as described above, first, the gate valve G is opened, the wafer W is carried into the chamber 10, and the wafer W is placed on the mounting table 20 and the gate valve G is closed. Then, the inside of the chamber 10 is exhausted by the exhaust device 13, and the pressure adjustment valve regulates the pressure in the chamber 10 to a predetermined degree of vacuum, and the direct current voltage is applied to the chuck electrode 22 a from the direct current voltage source 23. W is attracted to the electrostatic chuck 22 and held.

次いで、処理ガスである、C、C、CH等のCF系ガスおよびOガスのような酸素含有ガスをチャンバ10内に供給しつつ、第1高周波電源52からプラズマ生成用の第1高周波電力を載置台20に供給してプラズマを生成するとともに、第2高周波電源54からバイアス電圧印加用の第2高周波電力を載置台20に供給してウエハWにイオンを引き込み、上述したメカニズムのボロン系膜の平坦化のためのプラズマ処理を行う。このとき、CF系ガスのトータル流量は10〜100sccm、酸素含有ガス例えばOガスの流量は1〜100sccmが好ましく、圧力は1.33〜13.3Pa(10〜100mTorr)が好ましい。 Next, the first high-frequency power supply 52 is supplied with the oxygen-containing gas such as a CF-based gas such as C 4 F 8 , C 4 F 6 , or CH 2 F 2 and an O 2 gas as processing gases. The first high frequency power for plasma generation is supplied to the mounting table 20 to generate plasma, and the second high frequency power for bias voltage application is supplied from the second high frequency power supply 54 to the mounting table 20 to ion the wafer W. And perform plasma processing for planarization of the boron-based film of the mechanism described above. At this time, the total flow rate of the CF-based gas is preferably 10 to 100 sccm, the flow rate of the oxygen-containing gas such as O 2 gas is preferably 1 to 100 sccm, and the pressure is preferably 1.33 to 13.3 Pa (10 to 100 mTorr).

その後、チャンバ10内にOガス等を供給しつつプラズマを生成し、ボロン系膜に残留するC(ポリマー)をアッシングにより除去する。 Thereafter, plasma is generated while supplying an O 2 gas or the like into the chamber 10, and C (polymer) remaining in the boron-based film is removed by ashing.

以上のようなボロン系膜の平坦化処理の後、ウエハWの除電を行った後、ゲートバルブGを開いてウエハWを搬入出口14を介してチャンバ10から搬出する。   After the planarization process of the boron-based film as described above, the wafer W is discharged, and the gate valve G is opened to carry the wafer W out of the chamber 10 through the loading / unloading port 14.

[実験例]
次に、第1の実施形態の実験例について説明する。
ここでは、基板上に、ステージ温度:250℃、圧力:50mTorr、マイクロ波パワー:4.2kW、B流量:500sccm、時間:5minの条件で、マイクロ波プラズマ装置を用いたプラズマCVDにより、約150nmの厚さで形成されたボロン膜を、図9の処理装置を用いてステップ1のプラズマ処理工程、およびステップ2のアッシング工程を含む平坦化処理を行った。ステップ1のプラズマ処理工程においては、酸素含有ガスとしてOガスを用い、CF系ガスのガス種、およびOガスを含めたガス流量を以下の実験例1〜4のように変化させた。
[Example of experiment]
Next, an experimental example of the first embodiment will be described.
Here, on the substrate, plasma CVD using a microwave plasma apparatus under the conditions of stage temperature: 250 ° C., pressure: 50 mTorr, microwave power: 4.2 kW, B 2 H 6 flow rate: 500 sccm, time: 5 min. Then, the boron film formed to a thickness of about 150 nm was subjected to planarization processing including the plasma processing step of step 1 and the ashing step of step 2 using the processing apparatus of FIG. In the plasma processing step of step 1, an O 2 gas was used as the oxygen-containing gas, and the gas flow rate including the gas species of the CF-based gas and the O 2 gas was changed as in Experimental Examples 1 to 4 below.

(a)実験例1
・CF系ガス
:43sccm
:35sccm
CH :58sccm
・Oガス :95sccm
(b)実験例2
・CF系ガス
:43sccm
・Oガス :43sccm
(c)実験例3
・CF系ガス
:35sccm
・Oガス :17sccm
(d)実験例4
・CF系ガス
CH :58sccm
・Oガス :58sccm
(A) Experimental example 1
・ CF based gas C 4 F 6 : 43 sccm
C 4 F 8 : 35 sccm
CH 2 F 2 : 58 sccm
-O 2 gas: 95 sccm
(B) Experimental example 2
・ CF based gas C 4 F 6 : 43 sccm
-O 2 gas: 43 sccm
(C) Experimental example 3
・ CF based gas C 4 F 8 : 35 sccm
-O 2 gas: 17 sccm
(D) Experimental example 4
・ CF based gas CH 2 F 2 : 58 sccm
-O 2 gas: 58 sccm

ステップ1の他の条件は、いずれも以下の共通条件とした。
・圧力:20mTorr(2.7Pa)
・高周波パワー
第1高周波電源(40MHz):700W
第2高周波電源(3MHz):7800W
・プラズマパルス:あり(周波数10kHz)
・ステージ温度:60℃
All other conditions of step 1 were the following common conditions.
・ Pressure: 20mTorr (2.7Pa)
・ High frequency power 1st high frequency power supply (40 MHz): 700 W
Second high frequency power supply (3 MHz): 7800 W
・ Plasma pulse: Yes (frequency 10kHz)
Stage temperature: 60 ° C

また、ステップ2のアッシング工程の条件は、いずれも以下の通りとした。
・圧力:100mTorr(13.3Pa)
・高周波パワー
第1高周波電源(40MHz):600W
第2高周波電源(3MHz):50W
・Oガス流量:600sccm
・時間:60sec
The conditions for the ashing process in step 2 were as follows.
・ Pressure: 100 mTorr (13.3 Pa)
・ High frequency power 1st high frequency power supply (40 MHz): 600 W
Second high frequency power supply (3 MHz): 50 W
-O 2 gas flow rate: 600 sccm
・ Time: 60 seconds

これらの処理後のボロン膜の平坦性を確認した。なお、実験例1においては、アッシング工程の後、希フッ酸(100:1DFH):1min、純水(DIW):5minのウエット洗浄処理後の平坦性も確認した。   The flatness of the boron film after these treatments was confirmed. In Experimental Example 1, after the ashing step, the flatness after the wet cleaning treatment of dilute hydrofluoric acid (100: 1 DFH): 1 min and pure water (DIW): 5 min was also confirmed.

図10は、実験例1における各段階のSEM写真である。図10に示すように、イニシャル(as depo)のボロン膜の表面粗さRMSが2.4nmであったのに対し、実験例1のプラズマ処理工程で平坦化が進み、アッシング工程を経た後に実際に表面粗さを測定したところ、RMSが0.3nmという極めて高い平坦性が得られた。また、その後にウエット洗浄処理を行うことにより、RMSが0.2nmとなり、さらに平坦性が向上した。   FIG. 10 is a SEM photograph of each step in Experimental Example 1. As shown in FIG. 10, while the surface roughness RMS of the initial (as depo) boron film was 2.4 nm, the plasma processing step of Experimental Example 1 has progressed in planarization, and after passing through the ashing step, in fact The surface roughness was measured, and an extremely high flatness of 0.3 nm in RMS was obtained. Further, by performing a wet cleaning treatment thereafter, the RMS was 0.2 nm, and the flatness was further improved.

図11は、イニシャル(as depo)のボロン膜と、実験例1〜4の平坦化処理を行った際のボロン膜表面のAFM写真である。図11に示すように、実験例1〜4はいずれもRMSが1nm以下であり、良好な平坦性が得られた。これらの中では、CF系ガスとしてHを含むCHのみを用いた実験例4ではRMSが0.7nmであるのに対し、C、Cのいずれかまたは両方を用いた実験例1〜3ではRMSが0.3nmであった。 FIG. 11 is an AFM photograph of the boron film of initial (as depo) and the surface of the boron film when the planarization process of Experimental Examples 1 to 4 is performed. As shown in FIG. 11, in all of Experimental Examples 1 to 4, RMS was 1 nm or less, and good flatness was obtained. Among these, while Experimental Example 4 using only CH 2 F 2 containing H as a CF-based gas has an RMS of 0.7 nm, either or both of C 4 F 6 and C 4 H 8 are used. In Experimental Examples 1 to 3 used, the RMS was 0.3 nm.

次に、ステップ1のプラズマ処理におけるOガスの影響を確認した。
ここでは、実験例5および実験例6として、上記と同様の条件で成膜されたボロン膜に対し、実験例1におけるプラズマ処理におけるOガス流量のみを75sccm、115sccmと変化させ、他の条件は実験例1と全く同じ条件でプラズマ処理およびアッシング処理を行い、ボロン膜の平坦性を評価した。
Next, the influence of O 2 gas in the plasma processing of step 1 was confirmed.
Here, only the flow rate of O 2 gas in the plasma processing in experimental example 1 is changed to 75 sccm and 115 sccm with respect to the boron film formed under the same conditions as above as Experimental Example 5 and Experimental Example 6, and other conditions The plasma treatment and the ashing treatment were performed under the same conditions as in Experimental Example 1 to evaluate the flatness of the boron film.

その結果を図12に示す。図12は、イニシャル(as depo)のボロン膜と、Oガス流量を75sccmとした実験例5、Oガス流量を95sccmとした実験例1、Oガス流量を115sccmとした実験例6の平坦化処理を行った際のボロン膜表面のAFM写真である。図13に示すように、イニシャル(as depo)のボロン膜の表面粗さRMSが2.4nmであるのに対し、Oガス流量を75sccmとした実験例5ではRMS=1.0nm、Oガス流量を95sccmとした実験例1ではRMS=0.3nm、Oガス流量を115sccmとした実験例6ではRMS=0.2nmとなり、ステップ1のプラズマ処理におけるOガス流量が平坦性に寄与していることがわかる。すなわち、CF系ガスとOガスとの流量比を最適化して、Oプラズマによりカーボン系副生成物を適度に除去することによりボロン膜表面の平坦性が良好になるものと考えられる。 The results are shown in FIG. Figure 12 is a boron film initials (as depo), O 2 experimental examples the gas flow rate was 75 sccm 5, O 2 Experimental Example 1 the gas flow rate was 95 sccm, O 2 gas flow rate of Example 6 was 115sccm It is an AFM photograph of the boron film surface at the time of performing a planarization process. As shown in FIG. 13, while the surface roughness RMS of the initial (as depo) boron film is 2.4 nm, in the experimental example 5 in which the flow rate of O 2 gas is 75 sccm, RMS = 1.0 nm, O 2 In Experimental Example 1 in which the gas flow rate is 95 sccm, RMS = 0.3 nm, and in Experimental Example 6 in which the O 2 gas flow rate is 115 sccm, RMS is 0.2 nm, and the O 2 gas flow rate in the plasma processing in Step 1 contributes to flatness. You can see that That is, it is considered that the flatness of the surface of the boron film is improved by optimizing the flow ratio of the CF gas and the O 2 gas and appropriately removing the carbon by-product by the O 2 plasma.

<第2の実施形態>
次に、第2の実施形態について説明する。
図13は、第2の実施形態に係るボロン系膜の形成方法を示すフローチャートである。本実施形態に係るボロン系膜の形成方法は、基板上にボロン系膜を成膜する工程(ステップ11)と、成膜されたボロン系膜の表面を平坦化処理する工程(ステップ12)とを有する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment will be described.
FIG. 13 is a flowchart showing a method of forming a boron-based film according to the second embodiment. In the method of forming a boron-based film according to the present embodiment, a step of forming a boron-based film on a substrate (step 11), and a step of planarizing the surface of the formed boron-based film (step 12) Have.

ステップ11のボロン系膜の成膜は、半導体装置の製造に用いられる一般的な薄膜形成技術によって行うことができ、熱CVD、プラズマCVD、ALD、PVDのいずれでもよいが、特に、膜質が良好なボロン系膜が得られるプラズマCVDが好ましい。プラズマCVDの中では、低電子温度かつラジカル主体であり、低ダメージで高密度のプラズマを生成可能なマイクロ波プラズマCVDが特に好ましい。ボロン系膜は、ボロンを50at.%以上有するボロンを主体とする膜であり、ボロンおよび不可避不純物からなるボロン膜であってもよいし、ボロンに意図的に窒素(N)、炭素(C)、珪素(Si)等の他の元素を添加した膜であってもよい。高いエッチング耐性を得る観点からは、他の添加元素を含まないボロン膜が好ましい。CVDやALDでボロン系膜を成膜する場合は、膜中に成膜原料等に由来の不純物として主に水素(H)が5〜15at%程度含まれる。   The film formation of the boron-based film in step 11 can be performed by a general thin film formation technique used for manufacturing a semiconductor device, and any of thermal CVD, plasma CVD, ALD and PVD may be used, but in particular, the film quality is good. It is preferable to use plasma CVD which can provide a boron-based film. Among plasma CVD, microwave plasma CVD which is low in electron temperature and mainly composed of radicals, and which can generate high-density plasma with low damage is particularly preferable. The boron-based film contains 50 at. % Or more and may be a film mainly composed of boron having a% or more, or may be a boron film consisting of boron and unavoidable impurities, or other boron such as nitrogen (N), carbon (C), silicon (Si), etc. It may be a film to which an element is added. From the viewpoint of obtaining high etching resistance, a boron film containing no other additive element is preferable. In the case of forming a boron-based film by CVD or ALD, hydrogen (H) is mainly contained in the film as an impurity derived from a film forming raw material or the like at about 5 to 15 at%.

ステップ12の平坦化工程は第1の実施形態の平坦化方法と同様に行われる。すなわち、ステップ11で成膜されたボロン系膜に対し、第1の実施形態のステップ1と同様にCF系ガスおよび酸素含有ガスを含む処理ガスを用いたプラズマ処理を行い、引き続きステップ2と同様にアッシングを行う。また、第1の実施形態と同様、アッシングの後、希フッ酸(DHF)等によるウエット洗浄処理を行ってもよい。   The planarization process of step 12 is performed in the same manner as the planarization method of the first embodiment. That is, as in step 1 of the first embodiment, the boron-based film formed in step 11 is subjected to plasma processing using a processing gas containing a CF-based gas and an oxygen-containing gas, and then in the same manner as step 2. Do ashing on Also, as in the first embodiment, after ashing, wet cleaning with dilute hydrofluoric acid (DHF) or the like may be performed.

本実施形態により、200nm程度までの膜厚で、表面粗さRMSが1nm以下、さらには0.5nm以下という極めて高い平坦性を有するボロン系膜を形成することができる。   According to the present embodiment, it is possible to form a boron-based film having extremely high flatness, i.e., a surface roughness RMS of 1 nm or less, and further 0.5 nm or less, at a film thickness of up to about 200 nm.

ところで、成膜するボロン系膜が厚くなると、核の成長が進み、表面のうねり等が大きくなり、表面粗さは大きくなる傾向にある。例えば、上述した実験例1に示すように、プラズマCVDにより成膜したボロン膜(ステージ温度:250℃、圧力:50mTorr、マイクロ波パワー:4.2kW、B:500sccm、時間:5min)は、膜厚が150nmでは、as depoで表面粗さRMSが2.4nmであったが、成膜時間を長くして膜厚を600nm、1800nmと厚くすると、それぞれ図14(a)、(b)のSEM写真およびAFM写真に示すように、as depoでの表面粗さが全体的に粗くなり、膜厚が600nmではRMS=3.9nm、膜厚が1800nmではRMS=6.7nmとなった。 By the way, when the boron-based film to be formed is thick, the growth of nuclei proceeds, the surface waviness and the like become large, and the surface roughness tends to become large. For example, as shown in the above-mentioned experimental example 1, a boron film formed by plasma CVD (stage temperature: 250 ° C., pressure: 50 mTorr, microwave power: 4.2 kW, B 2 H 6 : 500 sccm, time: 5 min) When the film thickness is 150 nm, the surface roughness RMS is 2.4 nm in as depo, but when the film formation time is increased and the film thickness is increased to 600 nm and 1800 nm, respectively, as shown in FIGS. As shown in the SEM photograph and the AFM photograph of A), the surface roughness at as depo is generally rough, and when the film thickness is 600 nm, RMS = 3.9 nm and when the film thickness is 1800 nm, RMS = 6.7 nm. .

このため、膜厚が150nmでは平坦化処理後にRMS=0.3nmと極めて高い平坦性が得られたが、膜厚が600nm、1800nmでは、平坦化処理後の表面は、図15(a)、(b)のSEM写真およびAFM写真に示すように、微視的には非常に平坦ではあるものの、as depo状態の大きい凹凸が残ってしまい、膜厚が600nmではRMS=0.9nm、膜厚が1800nmではRMS=3.1nmと膜厚が150nmの場合の0.3nmと比べて粗くなってしまう。   Therefore, when the film thickness is 150 nm, an extremely high flatness of RMS = 0.3 nm is obtained after the planarization process, but with the film thickness of 600 nm and 1800 nm, the surface after the planarization process is as shown in FIG. As shown in the SEM photograph and AFM photograph of (b), although microscopically very flat, large irregularities in the as depo state remain, and when the film thickness is 600 nm, the RMS = 0.9 nm, the film thickness When the film thickness is 1800 nm, RMS = 3.1 nm and the film thickness become rough as compared with 0.3 nm in the case of 150 nm.

そこで、ボロン系膜の成膜と、平坦化処理とを所定回繰り返す。好ましくは、図16に示すように、基板上にボロン系膜を平坦化処理により所望の平坦度が得られる程度の膜厚で成膜する工程(ステップ21)と、成膜されたボロン系膜の表面を平坦化処理する工程(ステップ22)とを所定回数繰り返す。これにより、膜厚が厚く、かつ表面の平坦性が高いボロン系膜を形成することができる。   Therefore, the formation of the boron-based film and the planarization process are repeated a predetermined number of times. Preferably, as shown in FIG. 16, a step (step 21) of depositing a boron-based film on the substrate to a film thickness that can obtain a desired flatness by a planarization process; The step of planarizing the surface of the substrate (step 22) is repeated a predetermined number of times. Thus, a boron-based film having a large film thickness and high surface flatness can be formed.

このとき、連続性の良い膜を形成するために、アッシング処理で除去しきれなかったCやステップ22等で形成された酸化層の除去を目的としたウエット処理やプラズマ処理をステップ21の直前に行ってもよい。   At this time, in order to form a film with good continuity, wet processing or plasma processing for the purpose of removing the C that could not be removed by ashing processing or the oxide layer formed in step 22 etc. You may go.

[第2の実施形態のボロン系膜の形成方法を行うための処理システムの一例]
次に、本実施形態のボロン系膜の形成方法を行うための処理システムの一例について説明する。
図17は、本実施形態のボロン系膜の形成方法を行うための処理システムの一例を示す水平断面図である。
[An example of a processing system for performing the method of forming a boron-based film of the second embodiment]
Next, an example of a processing system for performing the method of forming a boron-based film of the present embodiment will be described.
FIG. 17 is a horizontal sectional view showing an example of a processing system for performing the method of forming a boron-based film according to the present embodiment.

図17に示すように、処理システム300は、平坦化処理のための処理装置100を2つ、ボロン系膜を成膜するための成膜装置200を2つ有している。処理装置100は、第1の実施形態の処理装置100と同じ構成を有する。これらは、平面形状が七角形をなす真空搬送室301の4つの壁部にそれぞれゲートバルブGを介して接続されている。真空搬送室301内は、真空ポンプにより排気されて所定の真空度に保持される。すなわち、処理システム300は、マルチチャンバータイプの真空処理システムであり、上述したステップ11の成膜工程とステップ12の平坦化処理工程とを、真空を破ることなく連続して行えるものである。   As shown in FIG. 17, the processing system 300 has two processing apparatuses 100 for planarization processing and two film forming apparatuses 200 for forming a boron-based film. The processing device 100 has the same configuration as the processing device 100 of the first embodiment. These are connected to the four walls of the vacuum transfer chamber 301 having a heptagonal shape in plan view via gate valves G, respectively. The inside of the vacuum transfer chamber 301 is evacuated by a vacuum pump and held at a predetermined degree of vacuum. That is, the processing system 300 is a multi-chamber type vacuum processing system, and can continuously perform the film forming process of step 11 and the planarization process of step 12 described above without breaking the vacuum.

成膜装置200は、通常用いられる薄膜形成手法を行える装置であればよく、上述したように、熱CVD、プラズマCVD、ALD、PVDのいずれを行う装置であってもよいが、特に、膜質が良好なボロン系膜が得られるプラズマCVD装置が好ましく、中でも、後述するようなマイクロ波プラズマCVD装置が好ましい。   The film forming apparatus 200 may be any apparatus that can perform a thin film forming method that is usually used, and as described above, may be any apparatus that performs thermal CVD, plasma CVD, ALD, or PVD. A plasma CVD apparatus capable of obtaining a good boron-based film is preferable, and a microwave plasma CVD apparatus as described later is preferable among them.

また、真空搬送室301の他の3つの壁部には3つのロードロック室302がゲートバルブG1を介して接続されている。ロードロック室302を挟んで真空搬送室301の反対側には大気搬送室303が設けられている。3つのロードロック室302は、ゲートバルブG2を介して大気搬送室303に接続されている。ロードロック室302は、大気搬送室303と真空搬送室301との間でシリコンウエハWを搬送する際に、大気圧と真空との間で圧力制御するものである。   Further, three load lock chambers 302 are connected to the other three walls of the vacuum transfer chamber 301 via a gate valve G1. An air transfer chamber 303 is provided on the opposite side of the vacuum transfer chamber 301 across the load lock chamber 302. The three load lock chambers 302 are connected to the atmosphere transfer chamber 303 via the gate valve G2. The load lock chamber 302 performs pressure control between atmospheric pressure and vacuum when transferring the silicon wafer W between the atmosphere transfer chamber 303 and the vacuum transfer chamber 301.

大気搬送室303のロードロック室302取り付け壁部とは反対側の壁部にはウエハWを収容するキャリア(FOUP等)Cを取り付ける3つのキャリア取り付けポート305を有している。また、大気搬送室303の側壁には、シリコンウエハWのアライメントを行うアライメントチャンバ304が設けられている。大気搬送室303内には清浄空気のダウンフローが形成されるようになっている。   On the wall opposite to the load lock chamber 302 mounting wall of the atmosphere transfer chamber 303, there are provided three carrier mounting ports 305 for mounting a carrier (FOUP or the like) C for storing the wafer W therein. Further, an alignment chamber 304 for aligning the silicon wafer W is provided on the side wall of the atmosphere transfer chamber 303. In the atmosphere transfer chamber 303, a downflow of clean air is formed.

真空搬送室301内には、搬送機構306が設けられている。搬送機構306は、酸化膜除去装置100、金属膜成膜装置200、ロードロック室302に対してシリコンウエハWを搬送する。搬送機構306は、独立に移動可能な2つの搬送アーム307a,307bを有している。   In the vacuum transfer chamber 301, a transfer mechanism 306 is provided. The transport mechanism 306 transports the silicon wafer W to the oxide film removal apparatus 100, the metal film deposition apparatus 200, and the load lock chamber 302. The transport mechanism 306 has two transport arms 307 a and 307 b which can move independently.

大気搬送室303内には、搬送機構308が設けられている。搬送機構308は、キャリアC、ロードロック室302、アライメントチャンバ304に対してシリコンウエハWを搬送するようになっている。   In the atmosphere transfer chamber 303, a transfer mechanism 308 is provided. The transport mechanism 308 transports the silicon wafer W to the carrier C, the load lock chamber 302, and the alignment chamber 304.

処理システム300は全体制御部310を有している。全体制御部310は、処理装置100および成膜装置200にそれぞれ設けられた制御部に制御指令を送るとともに、真空搬送室301の排気機構、ガス供給機構や搬送機構306、ロードロック室302の排気機構やガス供給機構、大気搬送室303の搬送機構308、ゲートバルブG、G1、G2の駆動系等を制御する。   The processing system 300 has an overall control unit 310. The general control unit 310 sends control commands to the control units provided in the processing apparatus 100 and the film forming apparatus 200, and also the exhaust mechanism of the vacuum transfer chamber 301, the gas supply mechanism and transfer mechanism 306, and the exhaust of the load lock chamber 302. A mechanism, a gas supply mechanism, a transport mechanism 308 of the atmosphere transport chamber 303, a drive system of the gate valves G, G1, G2, and the like are controlled.

このように構成される処理システム300においては、まず、搬送機構308により大気搬送室303に接続されたキャリアCから被処理基板であるウエハWを取り出し、アライメントチャンバ304を経由して、いずれかのロードロック室302内に搬入し、ロードロック室302内を真空排気した後、搬送機構306の搬送アーム307a,307bのいずれかによりロードロック室302からウエハWを取り出し、いずれかの成膜装置200に搬入し、ボロン系膜の成膜処理を行う。   In the processing system 300 configured as described above, first, the wafer W, which is a substrate to be processed, is taken out of the carrier C connected to the atmosphere transfer chamber 303 by the transfer mechanism 308 and any of the wafers W is transferred via the alignment chamber 304. After carrying in the load lock chamber 302 and evacuating the load lock chamber 302, the wafer W is taken out of the load lock chamber 302 by either of the transfer arms 307a and 307b of the transfer mechanism 306, and any film forming apparatus 200 To carry out film formation processing of a boron-based film.

成膜処理が終了後、搬送機構306の搬送アーム307a,307bのいずれかにより、その中のウエハWを搬出し、処理装置100に搬入してボロン系膜の平坦化処理を行う。   After completion of the film forming process, the wafer W contained therein is unloaded by one of the transfer arms 307a and 307b of the transfer mechanism 306, transferred into the processing apparatus 100, and the boron-based film is planarized.

ウエハWに対し、必要に応じて成膜装置200による成膜処理と、処理装置100による平坦化処理とを繰り返してもよい。   The film forming process by the film forming apparatus 200 and the planarization process by the processing apparatus 100 may be repeated on the wafer W as necessary.

搬送機構306の搬送アーム307a,307bのいずれかにより、処理後のウエハWをいずれかのロードロック室302内に搬送し、そのロードロック室302内を大気に戻し、搬送機構308にてロードロック室302内のウエハWをキャリアCに戻す。以上の処理をキャリアC内の全てのウエハWについて行う。   The processed wafer W is transferred into one of the load lock chambers 302 by one of the transfer arms 307 a and 307 b of the transfer mechanism 306, the load lock chamber 302 is returned to the atmosphere, and the load lock is performed by the transfer mechanism 308. The wafer W in the chamber 302 is returned to the carrier C. The above process is performed on all the wafers W in the carrier C.

この処理システム300によれば、ボロン膜の成膜と平坦化処理とをin situで行うことができる。   According to this processing system 300, film formation and planarization processing of a boron film can be performed in situ.

[成膜装置]
次に、ボロン系膜を成膜するための成膜装置200の一例について説明する。
図18は成膜装置200の一例を示す断面図である。成膜装置200は、ボロン系膜としてボロン膜を成膜するためのマイクロ波プラズマCVD装置として構成される。
[Deposition apparatus]
Next, an example of a film forming apparatus 200 for forming a boron-based film will be described.
FIG. 18 is a cross-sectional view showing an example of the film forming apparatus 200. As shown in FIG. The film forming apparatus 200 is configured as a microwave plasma CVD apparatus for forming a boron film as a boron-based film.

この成膜装置200は、気密に構成され、接地された略円筒状のチャンバ101を有している。処理容器101は、例えばアルミニウムおよびその合金等の金属材料によって構成されている。チャンバ101の上部にはマイクロ波プラズマ源120が設けられている。マイクロ波プラズマ源120は、例えばRLSA(登録商標)マイクロ波プラズマ源として構成される。   The film forming apparatus 200 has a substantially cylindrical chamber 101 which is airtight and grounded. The processing container 101 is made of, for example, a metal material such as aluminum and its alloy. At the top of the chamber 101, a microwave plasma source 120 is provided. The microwave plasma source 120 is configured, for example, as an RLSA (registered trademark) microwave plasma source.

チャンバ101の底壁の略中央部には円形の開口部110が形成されており、底壁にはこの開口部110と連通し、下方に向けて突出する排気室111が設けられている。   A circular opening 110 is formed substantially at the center of the bottom wall of the chamber 101, and the bottom wall is provided with an exhaust chamber 111 which communicates with the opening 110 and protrudes downward.

チャンバ101内にはウエハWを水平に支持するためのAlN等のセラミックスからなる円板状の載置台102が設けられている。この載置台102は、排気室111の底部中央から上方に延びる円筒状のAlN等のセラミックスからなる支持部材103により支持されている。また、載置台102には抵抗加熱型のヒーター105が埋め込まれており、このヒーター105はヒーター電源(図示せず)から給電されることにより載置台102が加熱され、ウエハWが所定の温度に加熱される。また、載置台102には電極107が埋め込まれており、電極107には整合器108を介してバイアス電圧印加用の高周波電源109が接続されている。   In the chamber 101, a disk-shaped mounting table 102 made of ceramics such as AlN for supporting the wafer W horizontally is provided. The mounting table 102 is supported by a support member 103 made of ceramic such as cylindrical AlN which extends upward from the center of the bottom of the exhaust chamber 111. In addition, a heater 105 of a resistance heating type is embedded in the mounting table 102. The heater 105 is supplied with power from a heater power supply (not shown) to heat the mounting table 102, and the wafer W is heated to a predetermined temperature. It is heated. Further, an electrode 107 is embedded in the mounting table 102, and a high frequency power source 109 for applying a bias voltage is connected to the electrode 107 via a matching unit 108.

載置台102には、ウエハWを支持して昇降させるためのウエハ支持ピン(図示せず)がサセプタ2の表面に対して突没可能に設けられている。   A wafer support pin (not shown) for supporting and elevating the wafer W is provided on the mounting table 102 so as to be able to protrude and retract with respect to the surface of the susceptor 2.

排気室111の側面には排気管123が接続されており、この排気管123には真空ポンプや自動圧力制御バルブ等を含む排気機構124が接続されている。排気機構124の真空ポンプを作動させることによりチャンバ1内のガスが、排気室111の空間111a内へ均一に排出され、排気管123を介して排気され、自動圧力制御バルブによりチャンバ101内を所定の真空度に制御可能となっている。   An exhaust pipe 123 is connected to a side surface of the exhaust chamber 111, and an exhaust mechanism 124 including a vacuum pump, an automatic pressure control valve, and the like is connected to the exhaust pipe 123. By operating the vacuum pump of the exhaust mechanism 124, the gas in the chamber 1 is uniformly discharged into the space 111a of the exhaust chamber 111, exhausted through the exhaust pipe 123, and the inside of the chamber 101 is specified by the automatic pressure control valve. The degree of vacuum is controllable.

チャンバ101の側壁には、成膜装置200に隣接する真空搬送室301との間でウエハWの搬入出を行うための搬入出口125が設けられており、この搬入出口125はゲートバルブGにより開閉される。   A loading / unloading port 125 for loading / unloading the wafer W between the vacuum transfer chamber 301 adjacent to the film forming apparatus 200 is provided on the side wall of the chamber 101, and the loading / unloading port 125 is opened and closed by the gate valve G. Be done.

チャンバ101の上部は開口部となっており、その開口部の周縁部がリング状の支持部127となっている。マイクロ波プラズマ源120はこの支持部127に支持される。   An upper portion of the chamber 101 is an opening, and a peripheral portion of the opening is a ring-shaped support portion 127. The microwave plasma source 120 is supported by the support portion 127.

マイクロ波プラズマ源120は、誘電体、例えば石英やAl等のセラミックスからなる円板状のマイクロ波透過板128と、複数のスロットを有する平面スロットアンテナ131と、遅波材133と、同軸導波管137と、モード変換部138と、導波管139と、マイクロ波発生器140とを有している。 The microwave plasma source 120 includes a disk-shaped microwave transmitting plate 128 made of a dielectric such as quartz or ceramic such as Al 2 O 3 , a planar slot antenna 131 having a plurality of slots, and a wave retarding member 133. A coaxial waveguide 137, a mode converter 138, a waveguide 139, and a microwave generator 140 are included.

マイクロ波透過板128は、支持部材127にシール部材129を介して気密に設けられている。したがって、チャンバ101は気密に保持される。   The microwave transmission plate 128 is airtightly provided on the support member 127 via the seal member 129. Therefore, the chamber 101 is kept airtight.

平面アスロットンテナ131は、マイクロ波透過板128に対応する円板状をなし、マイクロ波透過板128に密着するように設けられている。この平面スロットアンテナ131はチャンバ101の側壁上端に係止されている。平面アンテナ31は導電性材料からなる円板で構成されている。   The planar atron antenna 131 has a disk shape corresponding to the microwave transmission plate 128 and is provided so as to be in close contact with the microwave transmission plate 128. The planar slot antenna 131 is locked to the upper end of the side wall of the chamber 101. The planar antenna 31 is formed of a disc made of a conductive material.

平面アンテナ131は、例えば表面が銀または金メッキされた銅板またはアルミニウム板からなり、マイクロ波を放射するための複数のスロット132が所定パターンで貫通するように形成された構成となっている。スロット132のパターンは、マイクロ波が均等に放射されるように適宜設定される。例えば、パターンの例としては、T字状に配置された2つのスロット132を一対として複数対のスロット132が同心円状に配置されているものを挙げることができる。スロット132の長さや配列間隔は、マイクロ波の実効波長(λg)に応じて決定され、例えばスロット132は、それらの間隔がλg/4、λg/2またはλgとなるように配置される。なお、スロット132は、円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さらに、スロット132の配置形態は特に限定されず、同心円状のほか、例えば、螺旋状、放射状に配置することもできる。   The planar antenna 131 is made of, for example, a copper plate or an aluminum plate whose surface is plated with silver or gold, and has a configuration in which a plurality of slots 132 for radiating microwaves penetrate in a predetermined pattern. The pattern of the slots 132 is appropriately set so that the microwaves are radiated uniformly. For example, as an example of the pattern, it can be mentioned that a plurality of pairs of slots 132 are concentrically arranged with the two slots 132 arranged in a T-shape as a pair. The length and arrangement interval of the slots 132 are determined according to the effective wavelength (λg) of the microwaves, and for example, the slots 132 are arranged such that their interval is λg / 4, λg / 2 or λg. The slot 132 may have another shape such as a circular shape or an arc shape. Further, the arrangement form of the slots 132 is not particularly limited, and in addition to the concentric form, the form may be, for example, a spiral form or a radial form.

遅波材133は、平面アンテナ131の上面に密着して設けられている。遅波材133は、真空よりも大きい誘電率を有する誘電体、例えば石英、セラミックス(Al)、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミドなどの樹脂からなる。遅波材133はマイクロ波の波長を真空中より短くして平面アンテナ131を小さくする機能を有している。 The wave retarding material 133 is provided in close contact with the upper surface of the planar antenna 131. The wave retarding material 133 is made of a dielectric having a dielectric constant larger than that of vacuum, for example, a resin such as quartz, ceramics (Al 2 O 3 ), polytetrafluoroethylene, or polyimide. The wave retarding member 133 has a function of shortening the wavelength of the microwave than in vacuum to make the planar antenna 131 smaller.

マイクロ波透過板128および遅波材133の厚さは、遅波板133、平面スロットアンテナ131、マイクロ波透過板128、およびプラズマで形成される等価回路が共振条件を満たすように調整される。遅波材133の厚さを調整することにより、マイクロ波の位相を調整することができ、平面アンテナ131の接合部が定在波の「はら」になるように厚さを調整することにより、マイクロ波の反射が極小化され、マイクロ波の放射エネルギーが最大となる。また、遅波板133とマイクロ波透過板128を同じ材質とすることにより、マイクロ波の界面反射を防止することができる。   The thicknesses of the microwave transmission plate 128 and the retardation member 133 are adjusted such that the retardation plate 133, the planar slot antenna 131, the microwave transmission plate 128, and the equivalent circuit formed of plasma satisfy the resonance condition. By adjusting the thickness of the wave retarding material 133, the phase of the microwave can be adjusted, and by adjusting the thickness so that the junction of the planar antenna 131 becomes a "flapping" of the standing wave, The reflection of the microwaves is minimized and the radiant energy of the microwaves is maximized. In addition, by making the retardation plate 133 and the microwave transmission plate 128 of the same material, interface reflection of microwaves can be prevented.

なお、平面アンテナ131とマイクロ波透過板128との間、また、遅波材133と平面アンテナ131との間は、離間して配置されていてもよい。   The planar antenna 131 and the microwave transmitting plate 128 and the wave retarding member 133 and the planar antenna 131 may be spaced apart from each other.

チャンバ101の上面には、これら平面アンテナ131および遅波材133を覆うように、例えばアルミニウムやステンレス鋼、銅等の金属材からなる冷却ジャケット134が設けられている。冷却ジャケット134には、冷却水流路134aが形成されており、そこに冷却水を通流させることにより、遅波材133、平面アンテナ131、マイクロ波透過板128を冷却するようになっている。   A cooling jacket 134 made of a metal material such as aluminum, stainless steel, copper or the like is provided on the upper surface of the chamber 101 so as to cover the planar antenna 131 and the wave retarding material 133. A cooling water flow path 134 a is formed in the cooling jacket 134, and cooling water flows through the cooling water flow path 134 a to cool the wave retarding member 133, the planar antenna 131, and the microwave transmission plate 128.

同軸導波管137は、冷却ジャケット134の上壁の中央形成された開口部の上方から挿入されている。同軸導波管137は、中空棒状の内導体137aと円筒状の外導体137bが同心状に配置されてなる。内導体137aの下端は平面スロットアンテナ131に接続されている。同軸導波管137は上方に延びている。モード変換器138は、同軸導波管137の上端に接続されている。モード変換器138には、水平に延びる断面矩形状の導波管139の一端が接続されている。導波管139の他端にはマイクロ波発生器140が接続されている。導波管139にはマッチング回路141が介在されている。   The coaxial waveguide 137 is inserted from above the centrally formed opening of the upper wall of the cooling jacket 134. The coaxial waveguide 137 is formed by concentrically arranging a hollow rod-shaped inner conductor 137a and a cylindrical outer conductor 137b. The lower end of the inner conductor 137 a is connected to the planar slot antenna 131. The coaxial waveguide 137 extends upward. The mode converter 138 is connected to the upper end of the coaxial waveguide 137. Connected to the mode converter 138 is one end of a horizontally extending rectangular waveguide 139. The microwave generator 140 is connected to the other end of the waveguide 139. A matching circuit 141 is interposed in the waveguide 139.

マイクロ波発生器140は、例えば周波数が2.45GHzのマイクロ波を発生し、発生したマイクロ波はTEモードで導波管139を伝播し、モード変換器138でマイクロ波の振動モードがTEモードからTEMモードへ変換され、同軸導波管137を介して遅波材133に向けて伝播する。そして、マイクロ波は、遅波材133の内部を径方向外側に向かって放射状に広がり、平面スロットアンテナ131のスロット132から放射され、マイクロ波透過板128を透過してチャンバ101内のマイクロ波透過板128の直下領域に電界を生じさせ、マイクロ波プラズマを生成させる。マイクロ波透過1田128の下面の一部には、導入されたマイクロ波による定在波の発生を容易にするためのテーパ上に凹んだ環状の凹部128aが形成されており、マイクロ波プラズマが効率よく生成可能となっている。   The microwave generator 140 generates microwaves having a frequency of 2.45 GHz, for example, and the generated microwaves propagate in the waveguide 139 in the TE mode, and the vibration mode of the microwave is changed from the TE mode in the mode converter 138 The light is converted to the TEM mode and propagates toward the wave retarding member 133 via the coaxial waveguide 137. Then, the microwave radially spreads radially outward in the inside of the retardation member 133, is radiated from the slot 132 of the planar slot antenna 131, passes through the microwave transmission plate 128, and transmits the microwave in the chamber 101. An electric field is generated in the region directly below the plate 128 to generate microwave plasma. In a part of the lower surface of the microwave transmitting field 128, an annular recess 128a is formed on a taper to facilitate generation of a standing wave by the introduced microwave, and microwave plasma It can be generated efficiently.

なお、マイクロ波の周波数としては、2.45GHzの他、8.35GHz、1.98GHz、860MHz、915MHz等、種々の周波数を用いることができる。   In addition to 2.45 GHz, various frequencies such as 8.35 GHz, 1.98 GHz, 860 MHz, 915 MHz, and the like can be used as the microwave frequency.

成膜装置200は、ボロン含有ガスを含む処理ガスを供給するためのガス供給部106を有している。ボロン含有ガスとしては、ジボラン(B)ガス、三塩化ホウ素(BCl)ガス、アルキルボランガス、デカボランガス等を挙げることができる。アルキルボランガスとしては、トリメチルボラン(B(CH)ガス、トリエチルボラン(B(C)ガスや、B(R1)(R2)(R3)、B(R1)(R2)H、B(R1)H(R1,R2,R3はアルキル基)で表されるガス等を挙げることができる。これらの中ではBガスを好適に用いることができる。 The film forming apparatus 200 has a gas supply unit 106 for supplying a processing gas containing a boron-containing gas. Examples of the boron-containing gas include diborane (B 2 H 6 ) gas, boron trichloride (BCl 3 ) gas, alkyl borane gas, decaborane gas and the like. As the alkyl borane gas, trimethyl borane (B (CH 3 ) 3 ) gas, triethyl borane (B (C 2 H 5 ) 3 ) gas, B (R 1) (R 2) (R 3), B (R 1) (R 2) ) H, B (R1) H 2 (R1, R2, R3 may be given gas and the like represented by an alkyl group). Among these, B 2 H 6 gas can be suitably used.

また、処理ガスはプラズマ励起用の不活性ガスや水素(H)ガスを含んでおり、不活性ガスとしては、希ガス例えばHeガスやArガスなどが用いられる。Nガスを用いることもできるが、窒化ホウ素の生成を抑制する観点から、HeガスやArガスなどを用いることが好ましい。以下では、ボロン含有ガスとしてBガス、プラズマ励起用の不活性ガスとしてHeガスを含む反応ガスを用いる場合を例にして説明する。 Further, the processing gas contains an inert gas for plasma excitation or hydrogen (H 2 ) gas, and as the inert gas, a rare gas such as He gas or Ar gas is used. Although N 2 gas can be used, it is preferable to use He gas or Ar gas from the viewpoint of suppressing the formation of boron nitride. In the following, the case of using a reaction gas containing B 2 H 6 gas as a boron-containing gas and He gas as an inert gas for plasma excitation will be described as an example.

ガス供給部106は、ウエハWの中央に向かってガスを吐出する第1のガス供給部161と、ウエハWの外方からガスを吐出する第2のガス供給部162とを備えている。第1のガス供給部161は、モード変換器138および同軸導波管37の内導体37aの内部に形成されたガス流路163を含み、このガス流路163の先端のガス供給口164は、例えばマイクロ波透過板128の中央部において、チャンバ101内に開口している。ガス流路164には、配管165および166が接続されている。配管165にはボロン含有ガスであるBガスを供給するBガス供給源167が接続されており、配管166には不活性ガスであるHeガスを供給するHeガス供給源168が接続されている。配管165には、マスフローコントローラのような流量制御165aおよび開閉バルブ165bが設けられ、配管166には、流量制御器166aおよび開閉バルブ166bが設けられている。 The gas supply unit 106 includes a first gas supply unit 161 that discharges gas toward the center of the wafer W, and a second gas supply unit 162 that discharges gas from the outside of the wafer W. The first gas supply unit 161 includes a mode converter 138 and a gas flow path 163 formed inside the inner conductor 37 a of the coaxial waveguide 37, and the gas supply port 164 at the tip of the gas flow path 163 is For example, the central portion of the microwave transmission plate 128 is opened into the chamber 101. Piping lines 165 and 166 are connected to the gas flow path 164. The pipe 165 is connected to B 2 H 6 gas supply source 167 for supplying the B 2 H 6 gas is boron-containing gas, the pipe 166 for supplying the He gas is an inert gas, He gas supply source 168 Is connected. The pipe 165 is provided with a flow control 165a such as a mass flow controller and an on-off valve 165b, and the pipe 166 is provided with a flow controller 166a and an on-off valve 166b.

第2のガス供給部162は、処理容器1の内壁に沿ってリング状に設けられたシャワーリング170を備えている。シャワーリング170には、環状に設けられたバッファ室171と、バッファ室171から等間隔でチャンバ101内に臨むように設けられた複数のガス吐出口172とが設けられている。バッファ室171には、チャンバ101に向かうガス供給路173が形成されている。配管165および166からは、それぞれ配管174および175が分岐しており、配管174および175は合流してシャワーリング170のバッファ室171に接続されている。配管174には、流量制御174aおよび開閉バルブ174bが設けられ、配管175には、流量制御器175aおよび開閉バルブ175bが設けられている。   The second gas supply unit 162 includes a shower ring 170 provided in a ring shape along the inner wall of the processing container 1. The shower ring 170 is provided with a buffer chamber 171 provided annularly, and a plurality of gas discharge ports 172 provided so as to face the inside of the chamber 101 at equal intervals from the buffer chamber 171. In the buffer chamber 171, a gas supply path 173 toward the chamber 101 is formed. The pipes 174 and 175 are branched from the pipes 165 and 166, respectively, and the pipes 174 and 175 join together and are connected to the buffer chamber 171 of the shower ring 170. The pipe 174 is provided with a flow rate control 174 a and an on-off valve 174 b, and the pipe 175 is provided with a flow rate controller 175 a and an on-off valve 175 b.

本例では、第1のガス供給部161および第2のガス供給部162には、同じガス供給源167、168から同じ種類のボロン含有ガスや不活性ガスが、それぞれ流量を調整された状態で供給され、それぞれ、マイクロ波透過板128の中央およびチャンバ101の周縁からチャンバ101内に吐出される。なお、成膜処理の種別によっては、第1のガス供給部161および第2のガス供給部162から別個のガスを供給することもでき、それらの流量比等を個別に調整することもできる。   In this example, in the first gas supply unit 161 and the second gas supply unit 162, the flow rates of the boron-containing gas and the inert gas of the same type are adjusted from the same gas supply sources 167 and 168, respectively. The gas is supplied and discharged into the chamber 101 from the center of the microwave transmitting plate 128 and the periphery of the chamber 101, respectively. Note that, depending on the type of film formation process, separate gases can be supplied from the first gas supply unit 161 and the second gas supply unit 162, and the flow ratio or the like of them can be adjusted individually.

第1、第2のガス供給部161、162からは、例えば1000〜10000sccmの範囲、ボロン膜の成膜速度を向上させるため、好適には2000〜10000sccmの範囲の流量の処理ガスが供給される。   For example, a processing gas having a flow rate in the range of 1000 to 10000 sccm is preferably supplied from the first and second gas supply units 161 and 162, for example, in order to improve the deposition rate of the boron film. .

なお、ガス供給部106は、第1、第2のガス供給部161、162、Bガス供給源167、Heガス供給源168、配管、流量制御器、バルブ等を全て含む。 The gas supply unit 106 includes all of the first and second gas supply units 161 and 162, the B 2 H 6 gas supply source 167, the He gas supply source 168, piping, a flow rate controller, a valve, and the like.

成膜装置200は、制御部150を有している。制御部150は、成膜装置200の各構成部、例えばバルブ類、流量制御器、マイクロ波発生器140、ヒーター電源、高周波電源109等を制御する。制御部150は、CPUを有する主制御部と、入力装置、出力装置、表示装置、および記憶装置を有している。記憶装置には、成膜装置200で実行される処理を制御するためのプログラム、すなわち処理レシピが格納された記憶媒体がセットされ、主制御部は、記憶媒体に記憶されている所定の処理レシピを呼び出し、その処理レシピに基づいて成膜装置200に所定の処理を行わせるように制御する。   The film forming apparatus 200 has a control unit 150. The control unit 150 controls each component of the film forming apparatus 200, such as valves, a flow rate controller, a microwave generator 140, a heater power supply, a high frequency power supply 109, and the like. The control unit 150 includes a main control unit having a CPU, an input device, an output device, a display device, and a storage device. In the storage device, a program for controlling a process to be executed by the film forming apparatus 200, that is, a storage medium storing a processing recipe is set, and the main control unit determines a predetermined processing recipe stored in the storage medium. Are controlled to cause the film forming apparatus 200 to perform predetermined processing based on the processing recipe.

以上のように構成される成膜装置200においては、まず、ゲートバルブGを開け、ウエハWをチャンバ101に搬入し、載置台102に載置するとともにゲートバルブGを閉じる。そして、チャンバ10内を排気装置13により排気するとともに、圧力調整バルブによりチャンバ101内の圧力を例えば0.67Pa〜33.3Pa(5mTorr〜250mTorr)に調圧する。そして、載置台120内のヒーター105によりウエハWを成膜温度、例えば60℃〜500℃の範囲内の温度に安定化させる。   In the film forming apparatus 200 configured as described above, first, the gate valve G is opened, the wafer W is carried into the chamber 101, and the wafer W is placed on the mounting table 102 and the gate valve G is closed. Then, the inside of the chamber 10 is exhausted by the exhaust device 13, and the pressure in the chamber 101 is regulated to, for example, 0.67 Pa to 33.3 Pa (5 mTorr to 250 mTorr) by the pressure adjustment valve. Then, the wafer W is stabilized at the film forming temperature, for example, a temperature within the range of 60 ° C. to 500 ° C. by the heater 105 in the mounting table 120.

次いで、第1のガス供給部161および第2のガス供給部162から、Bガス(B濃度:10vol%、Heガス希釈)およびHeガスを、例えば各々200sccm、800sccmの流量でチャンバ101内に導入するとともに、マイクロ波プラズマ源120のマイクロ波発生器140からチャンバ101内に例えば2〜5kWのマイクロ波を導入する。このとき、高周波電源109から載置台102にバイアス電圧を印加する。 Next, B 2 H 6 gas (B 2 H 6 concentration: 10 vol%, He gas dilution) and He gas are flowed from the first gas supply unit 161 and the second gas supply unit 162 at, for example, 200 sccm and 800 sccm, respectively. , And introduce microwaves of, for example, 2 to 5 kW into the chamber 101 from the microwave generator 140 of the microwave plasma source 120. At this time, a bias voltage is applied from the high frequency power supply 109 to the mounting table 102.

誘電体窓41の下面の直下の領域はプラズマが生成されるプラズマ生成領域であり、その領域ではプラズマの電子温度が比較的高い。プラズマ生成領域のプラズマは、その下方側に拡散していき、プラズマ拡散領域が形成される。このプラズマ拡散領域は、プラズマの電子温度が比較的低い領域であり、載置台102上のウエハWはこの拡散領域に存在する。マイクロ波プラズマは本質的にラジカル主体で高密度のプラズマを生成可能であるから、ウエハWには低電子温度かつラジカル主体であり、低ダメージかつ高密度プラズマが作用し、良好なボロン膜を成膜することができる。   A region directly below the lower surface of the dielectric window 41 is a plasma generation region where plasma is generated, and the plasma electron temperature is relatively high in that region. The plasma in the plasma generation region diffuses downward to form a plasma diffusion region. The plasma diffusion region is a region where the plasma electron temperature is relatively low, and the wafer W on the mounting table 102 is present in the diffusion region. The microwave plasma is essentially radical-based and can generate a high-density plasma, so the wafer W has a low electron temperature and a radical-based, low damage and high-density plasma acting to form a good boron film. It can be membrane.

このとき、例えばBガスなどのボロン含有ガスを用い、当該ボロン含有ガスを不活性ガス(HeガスやArガス)、または水素ガスで希釈して反応ガスを構成すると、上述の成膜条件(成膜圧力、成膜温度)下でウエハWの表面に成膜されたボロン膜には、ボロンに加え、5〜15原子%程度の範囲内で不可避的に水素が含まれる。一方、酸素や窒素は、大気中に存在するこれらの成分が不可避成分として取り込まれる程度であり、ボロン膜中の原子濃度としては、1.0原子%未満となる。 At this time, when the reaction gas is formed by diluting the boron-containing gas with an inert gas (He gas or Ar gas) or hydrogen gas using a boron-containing gas such as B 2 H 6 gas, for example, the above-described film formation The boron film formed on the surface of the wafer W under the conditions (film forming pressure, film forming temperature) inevitably includes hydrogen in the range of about 5 to 15 atomic% in addition to boron. On the other hand, oxygen and nitrogen are in such an extent that these components present in the atmosphere are taken as unavoidable components, and the atomic concentration in the boron film is less than 1.0 atomic%.

所定厚さのボロン膜を成膜した後、ガス供給部106からのB2H6ガスの供給を停止し、チャンバ101内をHeガスによりパージする。続いて、処理容器2内を所定の圧力まで真空引きして、チャンバ101内を所定の真空雰囲気に設定し、ゲートバルブGを開き、搬入出口125を介してボロン膜が形成されたウエハWを搬出する。   After forming a boron film having a predetermined thickness, the supply of B 2 H 6 gas from the gas supply unit 106 is stopped, and the inside of the chamber 101 is purged with He gas. Subsequently, the inside of the processing container 2 is evacuated to a predetermined pressure, the inside of the chamber 101 is set to a predetermined vacuum atmosphere, the gate valve G is opened, and the wafer W on which the boron film is formed Take it out.

なお、ボロン含有ガスの他に他の添加ガスを供給して、ボロンの他に他の元素を意図的に添加したボロン系膜を成膜してもよい。また、成膜装置としては、以上のようなマイクロ波プラズマCVDを行う装置以外に、図10のような平行平板型のプラズマ処理装置を用い、ボロン含有ガスをプラズマ化してプラズマCVDを行うこともできる。   Note that another additive gas may be supplied in addition to the boron-containing gas to form a boron-based film in which another element is intentionally added in addition to boron. Further, as the film forming apparatus, in addition to the apparatus for performing microwave plasma CVD as described above, using a parallel plate type plasma processing apparatus as shown in FIG. it can.

[ボロン膜の成膜と平坦化処理を行える処理装置の例]
次に、ボロン膜の成膜と平坦化処理を同一チャンバ内で行える処理装置の例について説明する。
図19は、このような処理装置を示す断面図である。図19の処理装置400は、基本構成は図10の処理装置100と同様であり、図9の処理装置100と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。
[Example of processing apparatus capable of forming a boron film and planarizing treatment]
Next, an example of a processing apparatus capable of forming a boron film and performing planarization processing in the same chamber will be described.
FIG. 19 is a cross-sectional view showing such a processing apparatus. The basic configuration of the processing apparatus 400 of FIG. 19 is the same as that of the processing apparatus 100 of FIG. 10, and the same components as those of the processing apparatus 100 of FIG.

本例の処理装置400の処理装置100と異なるところは、ガス供給機構40の代わりに、CF系ガスと酸素含有ガスに加えて、ボロン含有ガス(Bガス)および不活性ガス(Heガス)を供給可能なガス供給機構410を有することである。 A different point from the processing apparatus 100 of the processing apparatus 400 of this example is that, in addition to the CF-based gas and the oxygen-containing gas, a boron-containing gas (B 2 H 6 gas) and an inert gas (He) Gas supply mechanism 410 capable of supplying gas).

すなわち、ガス供給機構410は、ガス供給機構40と同様、CF系ガス供給源42と、酸素含有ガス供給源43と、これらガス供給源からそれぞれ延びる配管44および45と、配管44に設けられた流量制御器46および開閉バルブ47と、配管45に設けられた流量制御器48および開閉バルブ49とを有する他、Bガス供給源411と、Heガス供給源412と、これらガス供給源からそれぞれ延びる配管413および414と、配管413に設けられた流量制御器415および開閉バルブ416と、配管414に設けられた流量制御器417および開閉バルブ418とを有している。 That is, like the gas supply mechanism 40, the gas supply mechanism 410 is provided in the CF-based gas supply source 42, the oxygen-containing gas supply source 43, the pipes 44 and 45 extending from these gas supply sources, and the pipe 44 Besides having a flow controller 46 and an on-off valve 47, a flow controller 48 and an on-off valve 49 provided in the pipe 45, a B 2 H 6 gas supply source 411, a He gas supply source 412, these gas supply sources The pipes 413 and 414 respectively extending therefrom, the flow controller 415 and the on-off valve 416 provided on the pipe 413, and the flow controller 417 and the on-off valve 418 provided on the pipe 414.

このような構成により、BガスおよびHeガスをチャンバ10内に供給しつつ第1高周波電源52から載置台20に高周波電力を印加して生成されるプラズマによりボロン膜を成膜し、次いでチャンバ10をパージした後、CF系ガスおよび酸素含有ガスを供給しつつ第1高周波電源52から載置台20に高周波電力を印加して生成されるプラズマにより平坦化処理を行うことができる。 With such a configuration, a boron film is formed by plasma generated by applying high frequency power from the first high frequency power supply 52 to the mounting table 20 while supplying B 2 H 6 gas and He gas into the chamber 10, Next, after the chamber 10 is purged, the planarization process can be performed by plasma generated by applying high-frequency power from the first high-frequency power supply 52 to the mounting table 20 while supplying CF-based gas and oxygen-containing gas.

処理装置400によれば、ボロン膜の成膜と平坦化処理を一つのチャンバで行うことができ、極めて高い効率により平坦性の良好なボロン膜を形成することができる。   According to the processing apparatus 400, the deposition of the boron film and the planarization process can be performed in one chamber, and the boron film with excellent flatness can be formed with extremely high efficiency.

<他の適用>
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく本発明の思想の範囲内で種々変形可能である。
<Other application>
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention can be variously deformed within the range of the thought of this invention, without being limited to the said embodiment.

例えば、上記実施形態では、ボロン系膜の用途としてハードマスクを示したが、これに限らず、薄膜用途では拡散防止用のバリア膜等の他の用途にも適用可能である。   For example, although the hard mask is shown as the application of the boron-based film in the above embodiment, the present invention is not limited to this, and the thin film application can also be applied to other applications such as a barrier film for diffusion prevention.

また、上記実施の形態においては、主にボロン膜について説明したが、本発明の原理上、ボロンに他の添加元素を意図的に加えたボロン系膜、例えばボロンリッチなBN膜やボロンリッチなBC膜であっても本発明により平坦性の良好な表面が得られることはいうまでもない。   In the above embodiments, the boron film has been mainly described, but in the principle of the present invention, a boron-based film in which another additive element is intentionally added to boron, such as a boron-rich BN film or a boron-rich film It is needless to say that even a BC film can provide a surface with good flatness according to the present invention.

さらに、上記実施の形態で説明した平坦化のための処理装置、ボロン系膜の成膜のための成膜装置、ボロン系膜の成膜および平坦化処理を行うための処理システムおよび処理装置は例示に過ぎず、他の種々の構成を有する装置により本発明を実施できることもいうまでもない。   Furthermore, the processing apparatus for planarization described in the above embodiment, the film formation apparatus for forming a boron-based film, the processing system for processing and forming a boron-based film, and the processing apparatus It goes without saying that the present invention can be practiced with devices having other various configurations, which are merely illustrative.

10,101;チャンバ
13,124;排気装置
20,102;載置台
30;シャワーヘッド
40;ガス供給機構
50;高周波電力供給装置
60,150;制御部
100,400;処理装置
106;ガス供給部
120;マイクロ波プラズマ源
200;成膜装置
300;処理システム
W;半導体ウエハ
10, 101; chamber 13, 124; exhaust device 20, 102; mounting table 30; shower head 40; gas supply mechanism 50; high frequency power supply device 60, 150; control unit 100, 400; processing device 106; gas supply unit 120 Microwave plasma source 200; film forming apparatus 300; processing system W; semiconductor wafer

Claims (21)

基板上に形成されたボロンを主体とするボロン系膜の表面を平坦化するボロン系膜の平坦化方法であって、
ボロン系膜に対し、CとFとを含有するCF系ガス、および酸素含有ガスを含む処理ガスを用いたプラズマ処理を行う工程を有することを特徴とするボロン系膜の平坦化方法。
A boron-based film planarization method for planarizing the surface of a boron-based film mainly composed of boron formed on a substrate, comprising:
What is claimed is: 1. A method of planarizing a boron-based film, comprising the step of performing plasma processing using a processing gas containing a CF-based gas containing C and F and an oxygen-containing gas to a boron-based film.
前記プラズマ処理を行う工程の後、残留するカーボン系副生成物をアッシングする工程をさらに有することを特徴とする請求項1に記載のボロン系膜の平坦化方法。   The method for planarizing a boron-based film according to claim 1, further comprising the step of ashing the remaining carbon-based by-product after the step of performing the plasma treatment. 前記アッシング工程は、Oガスのプラズマにより行うことを特徴とする請求項2に記載のボロン系膜の平坦化方法。 3. The method according to claim 2, wherein the ashing process is performed by plasma of O 2 gas. 前記アッシング工程の後、前記ボロン系膜が形成された基板をウエット洗浄する工程をさらに有することを特徴とする請求項2または請求項3に記載のボロン系膜の平坦化方法。   4. The method for planarizing a boron-based film according to claim 2, further comprising the step of wet-cleaning the substrate on which the boron-based film is formed after the ashing step. 前記CF系ガスは、CとFとを含有するガスのみ、CとFとHを含有するガスのみ、または、これらの両方であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のボロン系膜の平坦化方法。   The said CF type | system | group gas is only the gas containing C and F, only the gas containing C, F, and H, or these both, The any one of Claim 1 to 4 characterized by the above-mentioned. The planarization method of the boron-type film | membrane as described in a term. 前記CF系ガスは、C、C、CHからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項5に記載のボロン系膜の平坦化方法。 6. The method according to claim 5, wherein the CF gas is at least one selected from the group consisting of C 4 F 6 , C 4 F 8 , and CH 2 F 2. . 前記プラズマ処理工程の際の前記酸素含有ガスはOガスであることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のボロン系膜の平坦化方法。 The method for planarizing a boron-based film according to any one of claims 1 to 6, wherein the oxygen-containing gas in the plasma processing step is an O 2 gas. 前記プラズマ処理を行う工程は、平行平板型のプラズマ処理装置により行うことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のボロン系膜の平坦化方法。   8. The method of planarizing a boron-based film according to any one of claims 1 to 7, wherein the step of performing the plasma processing is performed by a parallel plate type plasma processing apparatus. 前記プラズマ処理を行う工程は、前記ボロン系膜が形成された基板に、高周波バイアス電圧を印加することを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のボロン系膜の平坦化方法。   9. The flat surface of a boron-based film according to any one of claims 1 to 8, wherein in the step of performing the plasma processing, a high frequency bias voltage is applied to a substrate on which the boron-based film is formed. Method. 前記ボロン系膜は、ボロンと不可避的不純物を含むボロン膜であることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に記載のボロン系膜の平坦化方法。   10. The method of planarizing a boron-based film according to any one of claims 1 to 9, wherein the boron-based film is a boron film containing boron and unavoidable impurities. 前記ボロン系膜は、プラズマCVDにより成膜された膜であることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか1項に記載のボロン系膜の平坦化方法。   11. The method of planarizing a boron-based film according to any one of claims 1 to 10, wherein the boron-based film is a film formed by plasma CVD. 前記ボロン系膜は、マイクロ波プラズマCVDにより成膜された膜であることを特徴とする請求項11に記載のボロン系膜の平坦化方法。   12. The method of claim 11, wherein the boron-based film is a film formed by microwave plasma CVD. 基板上にボロンを主体とするボロン系膜を成膜する工程と、
前記ボロン系膜の表面を平坦化する工程と
を有し、
前記ボロン系膜の表面を平坦化する工程は、ボロン系膜に対し、CとFとを含有するCF系ガス、および酸素含有ガスを含む処理ガスを用いたプラズマ処理を行うことを特徴とするボロン系膜の形成方法。
Forming a boron-based film mainly composed of boron on a substrate;
Planarizing the surface of the boron-based film;
The step of planarizing the surface of the boron-based film is characterized in that the boron-based film is subjected to plasma processing using a processing gas containing a CF-based gas containing C and F and an oxygen-containing gas. Method of forming a boron-based film.
前記ボロン系膜を成膜する工程は、前記ボロン系膜として、ボロンと不可避的不純物を含むボロン膜を成膜することを特徴とする請求項13に記載のボロン系膜の形成方法。   14. The method of forming a boron-based film according to claim 13, wherein the step of forming the boron-based film comprises forming a boron film containing boron and unavoidable impurities as the boron-based film. 前記ボロン系膜を成膜する工程は、ボロン含有ガスを用いてプラズマCVDにより行われることを特徴とする請求項13または請求項14に記載のボロン系膜の形成方法。   15. The method for forming a boron-based film according to claim 13, wherein the step of forming the boron-based film is performed by plasma CVD using a boron-containing gas. 前記ボロン系膜を成膜する工程は、マイクロ波プラズマCVDにより行われることを特徴とする請求項15に記載のボロン系膜の形成方法。   The method for forming a boron-based film according to claim 15, wherein the step of forming the boron-based film is performed by microwave plasma CVD. 前記ボロン系膜を成膜する工程は、ボロン含有ガスとして、ジボランガス、三塩化ボロンガス、およびアルキルボランガスからなる群から選択されるガスを用いることを特徴とする請求項15または請求項16に記載のボロン系膜の形成方法。   17. The process according to claim 15, wherein in the step of depositing the boron-based film, a gas selected from the group consisting of diborane gas, boron trichloride gas, and alkyl borane gas is used as a boron-containing gas. Of forming a boron-based film. 前記ボロン系膜を成膜する工程と、前記平坦化工程とは、in situで行われることを特徴とする請求項13から請求項17のいずれか1項に記載のボロン系膜の形成方法。   The method of forming a boron-based film according to any one of claims 13 to 17, wherein the step of forming the boron-based film and the step of planarizing are performed in situ. 前記ボロン系膜を成膜する工程と、前記平坦化工程とは、同一チャンバ内で行われることを特徴とする請求項18に記載のボロン系膜の形成方法。   The method for forming a boron-based film according to claim 18, wherein the step of forming the boron-based film and the step of forming the boron-based film are performed in the same chamber. 前記ボロン系膜を成膜する工程と、前記平坦化工程とを所定回数繰り返すことを特徴とする請求項13から請求項19のいずれか1項に記載のボロン系膜の形成方法。   The method for forming a boron-based film according to any one of claims 13 to 19, wherein the step of forming the boron-based film and the step of planarizing are repeated a predetermined number of times. 前記ボロン系膜を成膜する工程は、1回の膜厚を、前記平坦化処理により所望の平坦度が得られる程度の膜厚とすることを特徴とする請求項20に記載のボロン系膜の形成方法。   21. The boron-based film according to claim 20, wherein in the step of forming the boron-based film, the film thickness of one time is set to such a thickness that a desired flatness can be obtained by the planarization process. How it is formed.
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