JP2006200025A - Surface treatment apparatus, thin-film-forming apparatus, surface treatment method and thin-film-forming method - Google Patents

Surface treatment apparatus, thin-film-forming apparatus, surface treatment method and thin-film-forming method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin-film-forming apparatus which eliminates an effect of Cl atoms and does not form an impurity layer without needing a post-treatment step. <P>SOLUTION: This thin-film-forming method comprises the steps of: stopping the supply of Cl<SB>2</SB>gas 21 after having formed the thin film of Cu, and simultaneously supplying He gas 22 from a gas nozzle 18; turning a bias power supply 31 on to apply a biased power to a substrate 3; introducing He ions into the periphery of the substrate 3 to which the biased power is applied; and thereby applying energy due to ion bombardment onto the substrate 3 while keeping the substrate 3 at a low temperature to remove Cl atoms remaining in the Cu thin film. The thin-film-forming apparatus thus eliminates the effect of Cl atoms and does not form the impurity layer. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、基板の表面に金属薄膜を作製する際の表面処理装置及び表面処理方法に関する。
また、本発明は、基板の表面に金属薄膜を作製する薄膜作製装置及び薄膜作製方法に関する。
The present invention relates to a surface treatment apparatus and a surface treatment method for producing a metal thin film on a surface of a substrate.
The present invention also relates to a thin film production apparatus and a thin film production method for producing a metal thin film on the surface of a substrate.

現在、半導体等の製造においては、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)装置を用いた成膜が知られている。プラズマCVD装置とは、チャンバ内に導入した膜の材料となる有機金属錯体等のガスを、高周波アンテナから入射する高周波によりプラズマ状態にし、プラズマ中の活性な励起原子によって基板表面の化学的な反応を促進して金属薄膜等を成膜する装置である。   Currently, in the manufacture of semiconductors and the like, film formation using a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus is known. A plasma CVD apparatus is a plasma reaction of a gas such as an organometallic complex that becomes a material of a film introduced into a chamber by a high frequency incident from a high frequency antenna, and a chemical reaction on the substrate surface by active excited atoms in the plasma. Is a device for forming a metal thin film or the like by promoting the above.

これに対し、本発明者等は、高蒸気圧ハロゲン化物を作る金属成分であって、成膜を望む金属成分からなる被エッチング部材をチャンバに設置し、前記被エッチング部材をハロゲンガスのプラズマによりエッチングすることで金属成分のハロゲン化物である前駆体を生成させるとともに、前駆体の金属成分のみを基板上に成膜するプラズマCVD装置(以下、新方式のプラズマCVD装置という)および成膜方法を開発した(例えば、下記、特許文献1参照。)。   On the other hand, the present inventors installed a member to be etched, which is a metal component that forms a high vapor pressure halide, and is made of a metal component desired to be formed into a film, and the member to be etched is formed by plasma of halogen gas. A plasma CVD apparatus (hereinafter referred to as a new type of plasma CVD apparatus) and a film forming method for forming a precursor which is a halide of a metal component by etching and forming only the metal component of the precursor on a substrate. Developed (for example, see Patent Document 1 below).

特開2003−147534号公報JP 2003-147534 A

上記新方式のプラズマCVD装置では、成膜される金属源となる被エッチング部材の温度に対して基板の温度が低くなるように制御して基板に当該金属膜を成膜している。例えば、被エッチング部材の金属をM、ハロゲンガスをCl2とした場合、被エッチング部材を高温(例えば300°C〜700°C)に、また基板を低温(例えば200°C程度)に制御することにより、前記基板にM薄膜を形成することができる。これは、次のような反応によるものと考えられる。 In the above-described plasma CVD apparatus of the new type, the metal film is formed on the substrate by controlling the temperature of the substrate to be lower than the temperature of the member to be etched which is a metal source to be formed. For example, when the metal of the member to be etched is M and the halogen gas is Cl 2 , the member to be etched is controlled to a high temperature (for example, 300 ° C. to 700 ° C.) and the substrate is controlled to a low temperature (for example, about 200 ° C.). Thus, an M thin film can be formed on the substrate. This is thought to be due to the following reaction.

(1)プラズマの解離反応;Cl2→2Cl*
(2)エッチング反応;M+Cl*→MCl(g)
(3)基板への吸着反応;MCl(g)→MCl(ad)
(4)成膜反応;MCl(ad)+Cl*→M+Cl2
ここで、Cl*はClのラジカルであることを、(g)はガス状態であることを、(ad)は吸着状態であることをそれぞれ表している。
(1) Plasma dissociation reaction; Cl 2 → 2Cl *
(2) Etching reaction; M + Cl * → MCl (g)
(3) Adsorption reaction to the substrate; MC1 (g) → MC1 (ad)
(4) Film formation reaction; MCl (ad) + Cl * → M + Cl 2
Here, Cl * represents a Cl radical, (g) represents a gas state, and (ad) represents an adsorption state.

上記新方式のCVD装置においては、不純物の少ない金属薄膜を均一にしかも高速に作製することができる。新方式のCVD装置では、基板にM薄膜を形成した後プラズマを停止させてM薄膜が形成された基板を搬出すると共に新たな基板を搬入するようにしている。プラズマを停止させた直後はCl2ガスが残留しているため、基板の温度が低下しきらない状態でCl*と金属Mが再反応(塩化)して不純物層(コンタミ層)が形成されていた。また、残留するCl2ガスにより微粒子の汚染物質(パーティクル)が発生し基板の表面に付着することが生じていた。このため、M薄膜が形成された基板は後処理工程によりコンタミ層やパーティクルを除去していた。従って、後処理のための装置が必要となり後処理工程のためのコストが嵩んでいるのが現状であった。 In the above-described new CVD apparatus, a metal thin film with few impurities can be produced uniformly and at high speed. In the new type CVD apparatus, after forming the M thin film on the substrate, the plasma is stopped and the substrate on which the M thin film is formed is carried out and a new substrate is carried in. Immediately after the plasma is stopped, Cl 2 gas remains. Therefore, Cl * and metal M react again (salt) and the impurity layer (contamination layer) is formed without the temperature of the substrate being lowered. It was. In addition, the residual Cl 2 gas generates particulate contaminants (particles) and adheres to the surface of the substrate. For this reason, the substrate on which the M thin film is formed has removed contamination layers and particles in a post-processing step. Accordingly, an apparatus for post-processing is required, and the cost for the post-processing process is high at present.

このような問題は、還元ガスプラズマによって還元作用により基板の表面に所望の薄膜を作製するときにも発生している問題である。   Such a problem is also a problem that occurs when a desired thin film is formed on the surface of the substrate by a reducing action by reducing gas plasma.

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、還元成分の影響をなくして不純物層等が形成されることがない表面処理装置及び表面処理法方を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide a surface treatment apparatus and a surface treatment method in which an impurity layer or the like is not formed without the influence of a reducing component.

また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、後処理の工程を経ることなく還元成分の影響をなくして不純物層等が形成されることがない薄膜作製装置及び薄膜作製方法を提供することを目的とする。   In addition, the present invention has been made in view of the above situation, and provides a thin film manufacturing apparatus and a thin film manufacturing method in which an impurity layer or the like is not formed without the influence of a reducing component without undergoing a post-processing step. For the purpose.

上記目的を達成するための請求項1に係る本発明の表面処理装置は、
還元ガスのラジカルによる還元作用により基板の表面に処理が施される表面処理装置において、
基板の表面に処理を施した後に基板にバイアスを印加するバイアス印加手段と、
バイアス印加手段により基板にバイアスを印加することで不活性ガスのイオンを基板に引き込み、イオン衝撃により処理表面の不純物を除去する処理表面清浄化手段と
を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a surface treatment apparatus of the present invention according to claim 1 is provided.
In the surface treatment apparatus in which the surface of the substrate is treated by the reducing action of reducing gas radicals,
Bias applying means for applying a bias to the substrate after processing the surface of the substrate;
And a treatment surface cleaning means for drawing inactive gas ions to the substrate by applying a bias to the substrate by the bias application means and removing impurities on the treatment surface by ion bombardment.

上記目的を達成するための請求項2に係る本発明の薄膜作製装置は、
基板が収容されるチャンバと、
基板が対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、
チャンバの内部にハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、
基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くすることにより前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段と、
金属成分を成膜させた後にチャンバの内部に不活性ガスを供給するガス供給手段と、
金属成分を成膜させた後に基板にバイアスを印加するバイアス印加手段と、
チャンバの内部をプラズマ化して不活性ガスプラズマを発生させ、バイアス印加手段によりバイアスが印加された基板に不活性ガスイオンを引き込み、イオン衝撃により処理表面の原料ガス成分の不純物を除去する処理表面清浄化手段と
を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a thin film production apparatus of the present invention according to claim 2 is provided.
A chamber containing a substrate;
A metal member to be etched provided in a chamber at a position facing the substrate;
A source gas supply means for supplying a source gas containing halogen into the chamber;
Plasma generating means for generating a precursor of a metal component and a source gas contained in the member to be etched by generating a source gas plasma by etching the inside of the chamber and etching the member to be etched with the source gas plasma;
Temperature control means for forming a metal component of the precursor on the substrate by making the temperature on the substrate side lower than the temperature of the member to be etched;
A gas supply means for supplying an inert gas into the chamber after depositing the metal component;
Bias applying means for applying a bias to the substrate after forming the metal component;
The inside of the chamber is turned into plasma to generate an inert gas plasma, the inert gas ions are drawn into the substrate to which the bias is applied by the bias applying means, and the impurity of the source gas component on the processing surface is removed by ion bombardment. It is characterized by comprising the following means.

そして、請求項3に係る本発明は、
請求項2に記載の薄膜作製装置において、
ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスである
ことを特徴とする。
And this invention which concerns on Claim 3 is
The thin film manufacturing apparatus according to claim 2,
The source gas containing halogen is a source gas containing chlorine.

また、請求項4に係る本発明は、
請求項2もしくは請求項3に記載の薄膜作製装置において、
ガス供給手段から供給される不活性ガスは、原料ガス供給手段で供給される原料ガスにおけるハロゲンを希釈する不活性ガスであることを特徴とする。
The present invention according to claim 4 provides
In the thin film production apparatus according to claim 2 or claim 3,
The inert gas supplied from the gas supply means is an inert gas for diluting halogen in the source gas supplied by the source gas supply means.

上記目的を達成するための請求項5に係る本発明の表面処理方法は、
還元ガスのラジカルによる還元作用により基板の表面に処理が施される表面処理方法において、基板の表面に処理を施した後に基板にバイアスを印加し、不活性ガスのイオンを基板に引き込み、イオン衝撃により処理表面の不純物を除去することを特徴とする。
The surface treatment method of the present invention according to claim 5 for achieving the above object is as follows.
In the surface treatment method in which the surface of the substrate is treated by the reducing action of reducing gas radicals, a bias is applied to the substrate after the surface of the substrate is treated, and ions of the inert gas are drawn into the substrate, and ion bombardment is performed. To remove impurities on the treated surface.

上記目的を達成するための請求項6に係る本発明の薄膜作製方法は、
基板と金属製の被エッチング部材が備えられたチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給し、
チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、
基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くすることにより前駆体の金属成分を基板に成膜させ、
金属成分を成膜させた後にチャンバの内部に不活性ガスを供給すると共に基板にバイアスを印加し、
チャンバの内部をプラズマ化して不活性ガスプラズマを発生させ、不活性ガスのイオンを基板に引き込んでイオン衝撃により処理表面の不純物を除去する
ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the thin film manufacturing method of the present invention according to claim 6 comprises:
A source gas containing halogen is supplied into a chamber provided with a substrate and a metal member to be etched,
The inside of the chamber is turned into plasma to generate a source gas plasma, and the member to be etched is etched with the source gas plasma to generate a precursor of the metal component and source gas contained in the member to be etched,
By making the temperature of the substrate side lower than the temperature of the member to be etched, the metal component of the precursor is formed on the substrate,
After depositing the metal component, an inert gas is supplied into the chamber and a bias is applied to the substrate.
The inside of the chamber is converted into plasma to generate an inert gas plasma, and ions of the inert gas are drawn into the substrate, and impurities on the processing surface are removed by ion bombardment.

そして、請求項7に係る本発明は、
請求項6に記載の薄膜作製方法において、
ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスである
ことを特徴とする。
And this invention which concerns on Claim 7 is
In the thin film preparation method according to claim 6,
The source gas containing halogen is a source gas containing chlorine.

また、請求項8に係る本発明は、
請求項6もしくは請求項7に記載の薄膜作製方法において、
金属成分を成膜させた後に供給される不活性ガスは、原料ガスにおけるハロゲンを希釈する不活性ガスであることを特徴とする。
The present invention according to claim 8 provides:
In the thin film production method according to claim 6 or 7,
The inert gas supplied after depositing the metal component is an inert gas for diluting the halogen in the source gas.

請求項1の本発明では、イオン衝撃によって膜中に残留する還元ガス成分を離脱させることができる。このため、還元成分の影響をなくして不純物層等が形成されることがない表面処理装置とすることが可能になる。   According to the first aspect of the present invention, the reducing gas component remaining in the film can be released by ion bombardment. For this reason, it becomes possible to provide a surface treatment apparatus that eliminates the influence of the reducing component and does not form an impurity layer or the like.

請求項2の本発明では、成膜の終了時に基板を加熱することなく膜中に残留する還元ガス成分をイオン衝撃によって離脱させることができる。このため、均一にしかも高速に薄膜が作製でき、後処理の工程を経ることなく還元成分の影響をなくして不純物層等が形成されることがない薄膜作製装置とすることが可能になる。   In the present invention of claim 2, the reducing gas component remaining in the film can be separated by ion bombardment without heating the substrate at the end of film formation. For this reason, a thin film can be formed uniformly and at high speed, and it is possible to provide a thin film manufacturing apparatus in which an impurity layer or the like is not formed without the influence of a reducing component without passing through a post-processing step.

請求項3の本発明では、ハロゲンガスを含有する原料ガスとして塩素を含有するガスを適用したので、安価な塩素ガスによりコストダウンを図ることができる。又、プロセス上、100%の塩素ガスを用いることはなく、不活性ガス等により希釈して用いるので、更にコストダウンを図ることが可能となる。加えて、希釈用の不活性ガスとして、希ガスを用いれば、反応性の高い塩素ガスと希釈用ガスが互いに反応することはなく、主反応を安定的に実施可能となり、かつ、希ガス自身のバイアス効果も用いることができる。   In the present invention of claim 3, since the gas containing chlorine is applied as the source gas containing the halogen gas, the cost can be reduced by using an inexpensive chlorine gas. In addition, 100% chlorine gas is not used in the process, but it is diluted with an inert gas or the like, so that the cost can be further reduced. In addition, if a rare gas is used as an inert gas for dilution, the highly reactive chlorine gas and the dilution gas do not react with each other, the main reaction can be performed stably, and the rare gas itself The bias effect can also be used.

請求項4の本発明では、ハロゲンを希釈する不活性ガスを用いてイオン衝撃を与えるので、イオン衝撃を与えるためのガス供給手段を専用に設ける必要がなく、コストを抑制することができる。   In the present invention of claim 4, since the ion bombardment is performed using the inert gas for diluting the halogen, it is not necessary to provide a dedicated gas supply means for applying the ion bombardment, and the cost can be suppressed.

請求項5の本発明では、イオン衝撃によって膜中に残留する還元ガス成分を離脱させることができる。このため、還元成分の影響をなくして不純物層等が形成されることがない表面処理方法とすることが可能になる。   In the present invention of claim 5, the reducing gas component remaining in the film can be released by ion bombardment. For this reason, it becomes possible to set it as the surface treatment method which eliminates the influence of a reducing component and does not form an impurity layer or the like.

請求項6の本発明では、成膜の終了時に基板を加熱することなく膜中に残留する還元ガス成分をイオン衝撃によって離脱させることができる。このため、均一にしかも高速に薄膜が作製でき、後処理の工程を経ることなく還元成分の影響をなくして不純物層等が形成されることがない薄膜作製方法とすることが可能になる。   In the present invention of claim 6, the reducing gas component remaining in the film can be separated by ion bombardment without heating the substrate at the end of film formation. For this reason, a thin film can be formed uniformly and at high speed, and it is possible to provide a thin film manufacturing method in which an impurity layer or the like is not formed without the influence of the reducing component without passing through a post-processing step.

請求項7の本発明では、ハロゲンガスを含有する原料ガスとして塩素を含有するガスを適用したので、安価な塩素ガスを用いて後処理の工程を経ることなく還元成分の影響をなくして不純物層等が形成されることがない薄膜作製方法とすることが可能になる。   In the present invention of claim 7, since a gas containing chlorine is applied as a raw material gas containing a halogen gas, an impurity layer is formed by using an inexpensive chlorine gas and eliminating the influence of a reducing component without going through a post-treatment step. It becomes possible to set it as the thin film preparation method in which etc. are not formed.

請求項8の本発明では、ハロゲンを希釈する不活性ガスを用いてイオン衝撃を与えるので、イオン衝撃を与えるために専用の不活性ガスを供給する必要がなく、コストを抑制することができる。   In the present invention of claim 8, since the ion bombardment is performed using the inert gas for diluting the halogen, it is not necessary to supply a dedicated inert gas to provide the ion bombardment, and the cost can be suppressed.

以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1には本発明の一実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面、図2には薄膜表面の状況説明を示してある。   FIG. 1 shows a schematic side view of a thin film production apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG.

図1に示すように、円筒状に形成された、例えば、セラミックス製(絶縁材製)のチャンバ1の底部近傍には支持台2が設けられ、支持台2には基板3が載置される。支持台2にはヒータ4及び冷媒流通手段5を備えた温度制御手段6が設けられ、支持台2は温度制御手段6により所定温度(例えば、基板3が100℃から300℃に維持される温度)に制御される。   As shown in FIG. 1, a support base 2 is provided in the vicinity of the bottom of a cylindrical chamber 1 made of, for example, ceramic (made of an insulating material), and a substrate 3 is placed on the support base 2. . The support table 2 is provided with a temperature control means 6 including a heater 4 and a refrigerant flow means 5, and the support table 2 is set to a predetermined temperature (for example, a temperature at which the substrate 3 is maintained at 100 ° C. to 300 ° C.) by the temperature control means 6. ) Is controlled.

チャンバ1の上面は開口部とされ、開口部は絶縁材料製(例えば、セラミックス製)の板状の天井板7によって塞がれている。天井板7の上方にはチャンバ1の内部をプラズマ化するためのプラズマアンテナ8が設けられ、プラズマアンテナ8は天井板7の面と平行な平面リング状に形成されている。プラズマアンテナ8には整合器9及び電源10が接続されて高周波が供給される。プラズマアンテナ8、整合器9及び電源10によりプラズマ発生手段が構成されている。   The upper surface of the chamber 1 is an opening, and the opening is closed by a plate-like ceiling plate 7 made of an insulating material (for example, ceramic). A plasma antenna 8 for converting the inside of the chamber 1 into plasma is provided above the ceiling plate 7, and the plasma antenna 8 is formed in a planar ring shape parallel to the surface of the ceiling plate 7. A matching unit 9 and a power source 10 are connected to the plasma antenna 8 to supply a high frequency. Plasma generating means is constituted by the plasma antenna 8, the matching unit 9 and the power source 10.

チャンバ1には金属製としてCu製の被エッチング部材11が保持され、被エッチング部材11はプラズマアンテナ8の電気の流れに対して基板3と天井板7の間に不連続状態で配置されている。例えば、被エッチング部材11は、棒状の突起部12とリング部13とからなり、突起部12がチャンバ1の中心側に延びるようにリング部13が設けられている。これにより、被エッチング部材11はプラズマアンテナ8の電気の流れ方向である周方向に対して構造的に不連続な状態とされている。   The chamber 1 holds a member to be etched 11 made of Cu as a metal, and the member to be etched 11 is disposed in a discontinuous state between the substrate 3 and the ceiling plate 7 with respect to the electric flow of the plasma antenna 8. . For example, the member to be etched 11 includes a rod-shaped protrusion 12 and a ring part 13, and the ring part 13 is provided so that the protrusion 12 extends toward the center of the chamber 1. As a result, the member to be etched 11 is structurally discontinuous with respect to the circumferential direction, which is the flow direction of electricity of the plasma antenna 8.

尚、プラズマアンテナ8の電気の流れに対して不連続状態にする構成としては、被エッチング部材を格子状に形成したり網目状に構成する等とすることも可能である。   In addition, as a structure which makes it a discontinuous state with respect to the electric flow of the plasma antenna 8, it is also possible to form a to-be-etched member in a grid | lattice form, or a net | network form.

チャンバ1の筒部の周囲にはチャンバ1の内部にハロゲンとしての塩素を含有する原料ガス(不活性ガスであるHeガスで塩素が希釈されたCl2ガス)21を供給する原料ガス供給手段としてのノズル14が周方向に等間隔で複数(例えば8箇所:図には2箇所を示してある)接続されている。ノズル14には流量制御器15を介してCl2ガス21が送られる。成膜に関与しないガス等は排気口16から排気される。天井板7によって塞がれたチャンバ1の内部は真空装置17によって所定の圧力に維持される。 As a raw material gas supply means for supplying a raw material gas 21 containing chlorine as a halogen (Cl 2 gas obtained by diluting chlorine with He gas, which is an inert gas) 21 around the cylindrical portion of the chamber 1. A plurality of nozzles 14 are connected at equal intervals in the circumferential direction (for example, eight locations: two locations are shown in the figure). A Cl 2 gas 21 is sent to the nozzle 14 via the flow rate controller 15. Gases that are not involved in film formation are exhausted from the exhaust port 16. The inside of the chamber 1 closed by the ceiling plate 7 is maintained at a predetermined pressure by the vacuum device 17.

尚、原料ガスに含有されるハロゲンとしては、フッ素、臭素及びヨウ素等を適用することが可能である。   Note that fluorine, bromine, iodine, and the like can be applied as the halogen contained in the source gas.

一方、チャンバ1の筒部にはチャンバ1の内部に不活性ガスとしてのヘリウムガス(Heガス)を供給するガス供給手段としてのガスノズル18が接続されている。ガスノズル18には流量制御器19を介してHeガス22が送られる。成膜後、プラズマ発生手段によりHeガスプラズマが発生して、後述する基板3へのバイアスの印加によりHeイオンが基板3に引き込まれる(処理表面清浄化手段)。   On the other hand, a gas nozzle 18 serving as a gas supply means for supplying helium gas (He gas) as an inert gas into the chamber 1 is connected to the cylindrical portion of the chamber 1. A He gas 22 is sent to the gas nozzle 18 via a flow rate controller 19. After film formation, He gas plasma is generated by the plasma generating means, and He ions are drawn into the substrate 3 by applying a bias to the substrate 3 described later (processing surface cleaning means).

尚、ガスノズル18から供給する不活性ガスは、Arガス等他の不活性ガスを適用することも可能である。また、ガス供給手段として、ガスノズル18を設けずに、塩素を希釈するHeガスをノズル14から供給することも可能である。この場合、ノズル14が原料ガス供給手段及びガス供給手段となる。つまり、図1において、ガスノズル18が不要になる。   In addition, other inert gas, such as Ar gas, can also be applied to the inert gas supplied from the gas nozzle 18. Further, as a gas supply means, it is possible to supply He gas for diluting chlorine from the nozzle 14 without providing the gas nozzle 18. In this case, the nozzle 14 becomes a source gas supply means and a gas supply means. That is, in FIG. 1, the gas nozzle 18 becomes unnecessary.

一方、支持台2にはバイアス電源31が接続され、バイアス電源31をオン状態にして基板3にバイアスを印加することにより、Heイオンが基板3に引き込まれる。Heイオンを基板3に引き込んでイオン衝撃を与えることで、基板3を加熱することなく、後述する膜中に残留するClを離脱させることができる。   On the other hand, a bias power source 31 is connected to the support base 2, and He ions are attracted to the substrate 3 by turning on the bias power source 31 and applying a bias to the substrate 3. By attracting He ions to the substrate 3 and applying ion bombardment, Cl remaining in the film described later can be released without heating the substrate 3.

上述した薄膜作製装置では、チャンバ1の内部にノズル14からCl2ガス21を供給する。プラズマアンテナ8から電磁波をチャンバ1の内部に入射することで、Cl2ガス21をイオン化してCl2ガスプラズマを発生させる。プラズマは、ガスプラズマ20で図示する領域に発生する。この時の反応は、次式で表すことができる。
Cl2→2Cl* ・・・・(1)
ここで、Cl*は塩素ラジカルを表す。
In the thin film manufacturing apparatus described above, the Cl 2 gas 21 is supplied from the nozzle 14 into the chamber 1. By entering electromagnetic waves from the plasma antenna 8 into the chamber 1, the Cl 2 gas 21 is ionized to generate Cl 2 gas plasma. The plasma is generated in the region shown by the gas plasma 20. The reaction at this time can be expressed by the following formula.
Cl 2 → 2Cl * (1)
Here, Cl * represents a chlorine radical.

ガスプラズマ20がCu製の被エッチング部材11に作用することにより、被エッチング部材11が加熱されると共に、Cuにエッチング反応が生じる。この時の反応は、例えば、次式で表される。
Cu(s)+Cl*→CuCl(g) ・・・・(2)
ここで、sは固体状態、gはガス状態を表す。式(2)は、Cuがガスプラズマ20によりエッチングされ、前駆体23とされた状態である。
When the gas plasma 20 acts on the member to be etched 11 made of Cu, the member to be etched 11 is heated and an etching reaction occurs in Cu. The reaction at this time is represented by the following formula, for example.
Cu (s) + Cl * → CuCl (g) (2)
Here, s represents a solid state and g represents a gas state. Formula (2) is a state in which Cu is etched by the gas plasma 20 to be a precursor 23.

ガスプラズマ20を発生させることにより被エッチング部材11を加熱し(例えば、300℃〜700℃)、更に、温度制御手段6により基板3の温度を被エッチング部材11の温度よりも低い温度(例えば、100℃〜300℃)に設定する。この結果、前駆体23は基板3に吸着(成膜)される。この時の反応は、例えば、次式で表される。
CuCl(g)→CuCl(ad) ・・・・(3)
The member to be etched 11 is heated by generating the gas plasma 20 (for example, 300 ° C. to 700 ° C.), and the temperature of the substrate 3 is lower than the temperature of the member to be etched 11 by the temperature control means 6 (for example, 100 ° C. to 300 ° C.). As a result, the precursor 23 is adsorbed (deposited) on the substrate 3. The reaction at this time is represented by the following formula, for example.
CuCl (g) → CuCl (ad) (3)

基板3に吸着したCuClは、塩素ラジカルCl*により還元されてCu成分となることでCu薄膜が作製される。この時の反応は、例えば、次式で表される。
CuCl(ad)+Cl*→Cu(s)+Cl2↑ ・・・・(4)
CuCl adsorbed on the substrate 3 is reduced by the chlorine radical Cl * to become a Cu component, whereby a Cu thin film is produced. The reaction at this time is represented by the following formula, for example.
CuCl (ad) + Cl * → Cu (s) + Cl 2 ↑ (4)

更に、上式(2)において発生したガス化したCuCl(g)の一部は、基板3に吸着する(上式(3)参照)前に、塩素ラジカルCl*により還元されてガス状態のCuとなる。この時の反応は、例えば、次式で表される。
CuCl(g)+Cl*→Cu(g)+Cl2↑ ・・・・(5)
この後、ガス状態のCu成分は、基板3に成膜されてCu薄膜が作製される。
Furthermore, a part of the gasified CuCl (g) generated in the above formula (2) is reduced by the chlorine radical Cl * before being adsorbed to the substrate 3 (see the above formula (3)), and is in a gaseous state. It becomes. The reaction at this time is represented by the following formula, for example.
CuCl (g) + Cl * → Cu (g) + Cl 2 ↑ (5)
Thereafter, the Cu component in the gas state is deposited on the substrate 3 to produce a Cu thin film.

Cu薄膜が作製された場合、膜中にClが残留する。残留するClを離脱させるには基板3を加熱することが効果的であるが、上述した薄膜作製装置では、基板3の温度を被エッチング部材11の温度よりも低い温度に保って前駆体23を基板3に吸着させている。このため、基板3を加熱することなく残留するClを離脱させる必要がある。本実施形態例では、Cu薄膜が作製された後、以下の作用によって残留するClを離脱させる。   When a Cu thin film is produced, Cl remains in the film. It is effective to heat the substrate 3 in order to release the remaining Cl. However, in the thin film manufacturing apparatus described above, the precursor 23 is kept at a temperature lower than the temperature of the member 11 to be etched. Adsorbed on the substrate 3. For this reason, it is necessary to remove the remaining Cl without heating the substrate 3. In this embodiment, after the Cu thin film is formed, the remaining Cl is released by the following action.

Cuの薄膜が形成されると(図2(a)の状態)、Cl2ガス21の供給を停止すると同時に、ガスノズル18からHeガス22を供給する。この時、プラズマを発生させたままとし、バイアス電源31をオン状態にして基板3にバイアスを印加する。ガスノズル18から供給されたHeガスはHeイオンとされ、Heイオンはバイアスが印加された基板3に引き込まれる(図2(b)の状態)。基板3にイオンが引き込まれることによりイオン衝撃が与えられ、基板3の温度を低く保ったまま基板3にエネルギーが与えられる。これにより、Cu薄膜中に残留するClを離脱させることができる(図2(b)の状態)。 When the Cu thin film is formed (the state shown in FIG. 2A), the supply of the Cl 2 gas 21 is stopped, and at the same time, the He gas 22 is supplied from the gas nozzle 18. At this time, plasma is kept generated, the bias power supply 31 is turned on, and a bias is applied to the substrate 3. The He gas supplied from the gas nozzle 18 is converted into He ions, and the He ions are drawn into the substrate 3 to which a bias is applied (the state shown in FIG. 2B). Ions are bombarded by ions being drawn into the substrate 3, and energy is applied to the substrate 3 while keeping the temperature of the substrate 3 low. Thereby, Cl remaining in the Cu thin film can be separated (state shown in FIG. 2B).

従って、均一にしかも高速にCu薄膜が作製でき、後処理の工程を経ることなく残留するClを離脱させ、Clの影響をなくして不純物層等が形成されることがない薄膜作製装置とすることが可能になる。   Therefore, a thin film production apparatus capable of producing a Cu thin film uniformly and at a high speed, removing residual Cl without going through a post-processing step, and eliminating the influence of Cl to form an impurity layer or the like. Is possible.

尚、上述した表面処理方法を適用する薄膜作製装置は、上述した実施形態例における薄膜作製装置に限定されるものではなく、場合によっては、スパッタ装置等の薄膜作製装置に適用することも可能である。   Note that the thin film manufacturing apparatus to which the above-described surface treatment method is applied is not limited to the thin film manufacturing apparatus in the above-described embodiment, and in some cases, the thin film manufacturing apparatus can be applied to a thin film manufacturing apparatus such as a sputtering apparatus. is there.

本発明は薄膜を作製する産業分野で利用することができる。   The present invention can be used in the industrial field for producing thin films.

本発明の一実施形態例に係る薄膜作製装置の概略側面である。1 is a schematic side view of a thin film manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. 薄膜表面の状況説明図である。It is state explanatory drawing of the surface of a thin film.

符号の説明Explanation of symbols

1 チャンバ
2 支持台
3 基板
4 ヒータ
5 冷媒流通手段
6 温度制御手段
7 天井板
8 プラズマアンテナ
9 整合器
10 電源
11 被エッチング部材
12 突起部
13 リング部
14 ノズル
15 流量制御器
16 排気口
17 真空装置
18 ガスノズル
20 ガスプラズマ
21 原料ガス
22 Heガス
23 前駆体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chamber 2 Support stand 3 Substrate 4 Heater 5 Refrigerant distribution means 6 Temperature control means 7 Ceiling board 8 Plasma antenna 9 Matching device 10 Power supply 11 Member to be etched 12 Projection part 13 Ring part 14 Nozzle 15 Flow rate controller 16 Exhaust port 17 Vacuum apparatus 18 Gas nozzle 20 Gas plasma 21 Source gas 22 He gas 23 Precursor

Claims (8)

還元ガスのラジカルによる還元作用により基板の表面に処理が施される表面処理装置において、
基板の表面に処理を施した後に基板にバイアスを印加するバイアス印加手段と、
バイアス印加手段により基板にバイアスを印加することで不活性ガスのイオンを基板に引き込み、イオン衝撃により処理表面の不純物を除去する処理表面清浄化手段と
を備えたことを特徴とする表面処理装置。
In the surface treatment apparatus in which the surface of the substrate is treated by the reducing action of reducing gas radicals,
Bias applying means for applying a bias to the substrate after processing the surface of the substrate;
A surface treatment apparatus comprising: a treatment surface cleaning means for drawing inactive gas ions into the substrate by applying a bias to the substrate by a bias application means and removing impurities on the treatment surface by ion bombardment.
基板が収容されるチャンバと、
基板が対向する位置におけるチャンバに設けられる金属製の被エッチング部材と、
チャンバの内部にハロゲンを含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成するプラズマ発生手段と、
基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くすることにより前駆体の金属成分を基板に成膜させる温度制御手段と、
金属成分を成膜させた後にチャンバの内部に不活性ガスを供給するガス供給手段と、
金属成分を成膜させた後に基板にバイアスを印加するバイアス印加手段と、
チャンバの内部をプラズマ化して不活性ガスプラズマを発生させ、バイアス印加手段によりバイアスが印加された基板に不活性ガスイオンを引き込み、イオン衝撃により処理表面の原料ガス成分の不純物を除去する処理表面清浄化手段と
を備えたことを特徴とする薄膜作製装置。
A chamber containing a substrate;
A metal member to be etched provided in a chamber at a position facing the substrate;
A source gas supply means for supplying a source gas containing halogen into the chamber;
Plasma generating means for generating a precursor of a metal component and a source gas contained in the member to be etched by generating a source gas plasma by etching the inside of the chamber and etching the member to be etched with the source gas plasma;
Temperature control means for forming a metal component of the precursor on the substrate by making the temperature on the substrate side lower than the temperature of the member to be etched;
A gas supply means for supplying an inert gas into the chamber after depositing the metal component;
Bias applying means for applying a bias to the substrate after forming the metal component;
The inside of the chamber is turned into plasma to generate an inert gas plasma, the inert gas ions are drawn into the substrate to which the bias is applied by the bias applying means, and the impurity of the source gas component on the processing surface is removed by ion bombardment. And a thin film forming apparatus.
請求項2に記載の薄膜作製装置において、
ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスである
ことを特徴とする薄膜作製装置。
The thin film manufacturing apparatus according to claim 2,
A thin film manufacturing apparatus, wherein the halogen-containing source gas is a chlorine-containing source gas.
請求項2もしくは請求項3に記載の薄膜作製装置において、
ガス供給手段から供給される不活性ガスは、原料ガス供給手段で供給される原料ガスにおけるハロゲンを希釈する不活性ガスであることを特徴とする薄膜作製装置。
In the thin film production apparatus according to claim 2 or claim 3,
The thin film manufacturing apparatus, wherein the inert gas supplied from the gas supply means is an inert gas for diluting halogen in the source gas supplied by the source gas supply means.
還元ガスのラジカルによる還元作用により基板の表面に処理が施される表面処理方法において、基板の表面に処理を施した後に基板にバイアスを印加し、不活性ガスのイオンを基板に引き込み、イオン衝撃により処理表面の不純物を除去することを特徴とする表面処理方法。   In the surface treatment method in which the surface of the substrate is treated by the reducing action of reducing gas radicals, a bias is applied to the substrate after the surface of the substrate is treated, and ions of the inert gas are drawn into the substrate, and ion bombardment is performed. A surface treatment method characterized by removing impurities on the treated surface. 基板と金属製の被エッチング部材が備えられたチャンバ内にハロゲンを含有する原料ガスを供給し、
チャンバの内部をプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分と原料ガスとの前駆体を生成し、
基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くすることにより前駆体の金属成分を基板に成膜させ、
金属成分を成膜させた後にチャンバの内部に不活性ガスを供給すると共に基板にバイアスを印加し、
チャンバの内部をプラズマ化して不活性ガスプラズマを発生させ、不活性ガスのイオンを基板に引き込んでイオン衝撃により処理表面の不純物を除去する
ことを特徴とする薄膜作製方法。
A source gas containing halogen is supplied into a chamber provided with a substrate and a metal member to be etched,
The inside of the chamber is turned into plasma to generate a source gas plasma, and the member to be etched is etched with the source gas plasma to generate a precursor of the metal component and source gas contained in the member to be etched,
By making the temperature of the substrate side lower than the temperature of the member to be etched, the metal component of the precursor is formed on the substrate,
After depositing the metal component, an inert gas is supplied into the chamber and a bias is applied to the substrate.
A method for producing a thin film characterized in that the inside of a chamber is converted into plasma to generate an inert gas plasma, ions of the inert gas are drawn into the substrate, and impurities on the processing surface are removed by ion bombardment.
請求項6に記載の薄膜作製方法において、
ハロゲンを含有する原料ガスは、塩素を含有する原料ガスである
ことを特徴とする薄膜作製方法。
In the thin film preparation method according to claim 6,
A method for producing a thin film, characterized in that the source gas containing halogen is a source gas containing chlorine.
請求項6もしくは請求項7に記載の薄膜作製方法において、
金属成分を成膜させた後に供給される不活性ガスは、原料ガスにおけるハロゲンを希釈する不活性ガスであることを特徴とする薄膜作製方法。
In the thin film production method according to claim 6 or 7,
A method for producing a thin film, wherein the inert gas supplied after depositing the metal component is an inert gas for diluting halogen in the source gas.
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