JP2010242180A - Substrate processor and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板上に金属薄膜を形成する基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a substrate processing apparatus for forming a metal thin film on a substrate and a method for manufacturing a semiconductor device.
DRAM等の半導体装置の製造工程の一工程として、基板を収容した処理室内にハロゲン含有ガスを供給してプラズマ状態とし、プラズマ状態となったハロゲン含有ガスにより処理室内に設けられた金属部材をエッチングし、エッチングにより生成された金属ハロゲン化物(前駆体)を基板上に吸着させ、基板上に吸着している金属ハロゲン化物とプラズマ状態となったハロゲン含有ガスとを反応させて基板上に金属を析出させ、基板上に金属薄膜を形成する基板処理工程が行われてきた(例えば非特許文献1参照)。 As a process of manufacturing a semiconductor device such as a DRAM, a halogen-containing gas is supplied into a processing chamber containing a substrate to form a plasma state, and a metal member provided in the processing chamber is etched by the halogen-containing gas in a plasma state. Then, the metal halide (precursor) generated by the etching is adsorbed on the substrate, and the metal halide adsorbed on the substrate reacts with the halogen-containing gas in a plasma state to cause the metal on the substrate. A substrate processing step of depositing and forming a metal thin film on the substrate has been performed (see, for example, Non-Patent Document 1).
上述の基板処理工程は以下のように進行する。以下の説明では、ハロゲン含有ガスとして塩素ガス(Cl2)を、金属部材の構成材料として銅(Cu)を用いている。 The above-described substrate processing process proceeds as follows. In the following description, chlorine gas (Cl 2 ) is used as the halogen-containing gas, and copper (Cu) is used as the constituent material of the metal member.
Cl2 → 2Cl* ・・式(1)
Cu + Cl* → CuCl(ガス) ・・式(2)
CuCl(ガス)→ CuCl(吸着) ・・式(3)
CuCl(吸着) + Cl* → Cu(固体)+Cl2(ガス)↑・・式(4)
Cl 2 → 2Cl * ·· Formula (1)
Cu + Cl * → CuCl (gas) ・ ・ Formula (2)
CuCl (gas) → CuCl (adsorption) ・ ・ Formula (3)
CuCl (adsorption) + Cl * → Cu (solid) + Cl 2 (gas) ↑ ・ ・ Formula (4)
式(1)では、処理室内に供給した塩素ガスがプラズマ状態となることで塩素が分解され、ラジカル(Cl*)が生成される様子を示している。式(2)は、プラズマ状態となった塩素ガスに含まれるラジカル(Cl*)により、処理室内に設けられた銅(Cu)からなる金属部材がエッチングされ、金属ハロゲン化物としての塩化銅(CuCl)ガスが処理室内に生成される様子を示している。式(3)は、金属ハロゲン化物としての塩化銅ガスが基板上に吸着する様子を示している。式(4)は、基板上に吸着している塩化銅とプラズマ状態となった塩素ガス中のラジカルとが反応し、これにより銅(Cu)が基板上に析出すると共に、塩素(Cl)が塩素ガス(Cl2)として基板から脱離する様子を示している。 Expression (1) shows that chlorine gas supplied into the processing chamber is in a plasma state, whereby chlorine is decomposed and radicals (Cl * ) are generated. In formula (2), a metal member made of copper (Cu) provided in the processing chamber is etched by radicals (Cl * ) contained in chlorine gas in a plasma state, and copper chloride (CuCl) as a metal halide is etched. ) The gas is generated in the processing chamber. Formula (3) shows how the copper chloride gas as the metal halide is adsorbed on the substrate. In the formula (4), copper chloride adsorbed on the substrate reacts with radicals in chlorine gas in a plasma state, whereby copper (Cu) is deposited on the substrate and chlorine (Cl) is The state of desorption from the substrate as chlorine gas (Cl 2 ) is shown.
しかしながら、上述の基板処理工程において、式(4)に示す塩素の脱離反応が十分に進行せず、形成した金属薄膜中にハロゲン元素としての塩素(Cl)が残留し、金属薄膜の膜質が悪化してしまう場合があった。 However, in the above-described substrate processing step, the chlorine elimination reaction shown in Formula (4) does not proceed sufficiently, chlorine (Cl) as a halogen element remains in the formed metal thin film, and the film quality of the metal thin film is In some cases, it worsened.
本発明は、金属薄膜中へのハロゲン元素の残留を抑制し、金属薄膜の膜質を向上させることが可能な基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a substrate processing apparatus and a semiconductor device manufacturing method capable of suppressing the residual halogen element in the metal thin film and improving the film quality of the metal thin film.
本発明の一態様によれば、基板を処理する処理室と、ハロゲン含有ガス及び水素ガスを前記処理室内に供給するガス供給部と、前記処理室内に供給されたガスをプラズマ状態と
するプラズマ生成部と、前記処理室内を排気する排気部と、前記処理室内に設けられる被エッチング部材と、前記ガス供給部及び前記プラズマ生成部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ハロゲン含有ガスを前記ガス供給部から前記処理室内に供給し、前記処理室内に供給された前記ハロゲン含有ガスを前記プラズマ生成部によりプラズマ状態とし、プラズマ状態となった前記ハロゲン含有ガスによって前記被エッチング部材をエッチングし、エッチングにより生成された反応生成物を前記基板上に堆積させた後、前記排気部により前記処理室内を排気する第1のステップと、前記水素ガスを前記ガス供給部から前記処理室内に供給し、前記処理室内に供給された前記水素ガスを前記プラズマ生成部によりプラズマ状態とし、プラズマ状態となった前記水素ガスを前記基板上に供給して前記基板を処理した後、前記排気部により前記処理室内を排気する第2のステップと、を1サイクルとしてこのサイクルを繰り返す基板処理装置が提供される。
According to one embodiment of the present invention, a processing chamber for processing a substrate, a gas supply unit that supplies a halogen-containing gas and a hydrogen gas into the processing chamber, and plasma generation in which the gas supplied into the processing chamber is in a plasma state And a control unit that controls the gas supply unit and the plasma generation unit, wherein the control unit includes the halogen The gas to be etched is supplied from the gas supply unit into the processing chamber, the halogen-containing gas supplied into the processing chamber is changed to a plasma state by the plasma generation unit, and the halogen-containing gas in the plasma state causes the member to be etched. And the reaction product produced by the etching is deposited on the substrate, and then the processing chamber is exhausted by the exhaust unit. And the hydrogen gas supplied from the gas supply unit into the processing chamber, the hydrogen gas supplied into the processing chamber is changed into a plasma state by the plasma generation unit, and the hydrogen in the plasma state is supplied. A substrate processing apparatus is provided that repeats this cycle by supplying a second step of exhausting the processing chamber by the exhaust unit after supplying the gas onto the substrate and processing the substrate.
本発明の他の態様によれば、ハロゲン含有ガスをガス供給部から処理室内に供給し、前記処理室内に供給された前記ハロゲン含有ガスをプラズマ生成部によりプラズマ状態とし、プラズマ状態となった前記ハロゲン含有ガスによって前記処理室内に設けられた被エッチング部材をエッチングし、エッチングにより生成された反応生成物を前記基板上に堆積させた後、排気部により前記処理室内を排気する第1のステップと、水素ガスを前記ガス供給部から前記処理室内に供給し、前記処理室内に供給された前記水素ガスを前記プラズマ生成部によりプラズマ状態とし、プラズマ状態となった前記塩素ガス或いは前記水素ガスを前記基板上に供給して前記基板を処理した後、前記排気部により前記処理室内を排気する第2のステップと、を1サイクルとしてこのサイクルを繰り返す半導体装置の製造方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, the halogen-containing gas is supplied from the gas supply unit into the processing chamber, and the halogen-containing gas supplied into the processing chamber is changed to a plasma state by the plasma generation unit, and the plasma state is set. A first step of etching a member to be etched provided in the processing chamber with a halogen-containing gas, depositing a reaction product generated by the etching on the substrate, and then exhausting the processing chamber by an exhaust unit; Hydrogen gas is supplied into the processing chamber from the gas supply unit, the hydrogen gas supplied into the processing chamber is changed into a plasma state by the plasma generation unit, and the chlorine gas or the hydrogen gas in the plasma state is supplied into the plasma chamber. A second step of exhausting the processing chamber by the exhaust unit after supplying the substrate onto the substrate and processing the substrate; The method of manufacturing a semiconductor device and repeating this cycle is provided as a cycle.
本発明に係る基板処理装置及び半導体装置の製造方法によれば、金属薄膜中へのハロゲン元素の残留を抑制し、金属薄膜の膜質を向上させることが可能となる。 According to the substrate processing apparatus and the semiconductor device manufacturing method of the present invention, it is possible to suppress the halogen element from remaining in the metal thin film and improve the film quality of the metal thin film.
<本発明の第1の実施形態>
以下に、本発明の第1の実施形態について説明する。
<First Embodiment of the Present Invention>
The first embodiment of the present invention will be described below.
(1)基板処理装置の構成
まず、本実施形態に係る基板処理装置の構成について図1を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係る基板処理装置の側面断面図である。
(1) Configuration of Substrate Processing Apparatus First, the configuration of a substrate processing apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a side sectional view of the substrate processing apparatus according to the present embodiment.
(処理室)
本実施形態に係る基板処理装置は、密閉容器として構成された処理容器3を備えている。処理容器3内部には、基板としてのウエハ5を収容する処理室1が構成されている。処理容器3は、例えばSUS等の金属材料により構成されている。処理容器3は接地(アース)されている。処理容器3の側壁には、ウエハ搬送口20aと、ウエハ搬送口20aを開閉するゲート弁20とが設けられている。また、処理容器3内には、ベローズ31で処理容器3内の気密が確保されつつ昇降自在に構成されたウエハ支持ピン14が複数本設けられている。ゲート弁20の開閉動作、図示しない搬送装置によるウエハ5の搬送動作、ウエハ支持ピン14の昇降動作の協働により、処理室1内外へのウエハ5の搬送が実現されるように構成されている。
(Processing room)
The substrate processing apparatus according to this embodiment includes a
(上部電極、下部電極、及び電力供給部)
処理室1内には、処理室1内に収容されるウエハ5の上下側に上部電極34、下部電極35がそれぞれ設けられている。上部電極34の下面及び下部電極35の上面は略平行に対向しており、ウエハ5を上下側から挟むように構成されている。なお、基板処理の際には、ウエハ5は、下部電極35の上面上に載置されるように構成されている。なお、ウエハ5は、下部電極35上に設けられた石英(SiO2)等の非金属材料からなるサセプタ(図示せず)上に載置されるように構成してもよい。
(Upper electrode, lower electrode, and power supply unit)
In the
上部電極34は、上部絶縁部材44により処理容器3内の上部に固定されている。上部電極34は、上部絶縁部材44により処理容器3から電気的に絶縁された状態となっている。上部電極34の上部は、処理容器3の天井壁を貫通している。処理容器3の上方に突出した上部電極34の上端部には、高周波電力を供給する上部発振器25の二次側端子(出力端子)が、インピーダンス調整器として構成された上部整合器24を介して接続されている。上部発振器25の一次側端子は接地(アース)されている。
The
下部電極35は、下部絶縁部材45により処理容器3内の下部に固定されている。下部電極35は、下部絶縁部材45により処理容器3から電気的に絶縁された状態となっている。下部電極35の下部は、処理容器3の底面壁を貫通している。処理容器3の下方に突出した下部電極35の下端部には、高周波電力を供給する下部発振器37の二次側端子が、インピーダンス調整器として構成された下部整合器36を介して接続されている。下部発振器37の一次側端子は接地(アース)されている。
The
後述するガス供給部により処理室1内に塩素ガスとヘリウムガスとの混合ガス(ハロゲン含有ガス)が供給された状態で、上部発振器25から上部電極34に高周波電力を供給することで、塩素ガスとヘリウムガスとの混合ガスをプラズマ状態とすることが可能なように構成されている(図中符号2で示す)。このとき、下部発振器37から下部電極35に高周波電力を供給することで、処理室1内に生成したプラズマの密度を調整し、プラズマ中に含まれるラジカルの移動距離を制御することが可能なように構成されている。また、後述するガス供給部により処理室1内に水素ガスとヘリウムガスとの混合ガスが供給された状態で、下部発振器37から下部電極35に高周波電力を供給することで、水素ガスとヘリウムガスとの混合ガスをプラズマ状態とすることが可能なように構成されている。また、後述するガス供給部により処理室1内に塩素ガスとアルゴンガスとの混合ガスが供給された状態で、下部発振器37から下部電極35に高周波電力を供給することで、塩素ガスとアルゴンガスとの混合ガスをプラズマ状態とすることが可能なように構成されている。
By supplying high frequency power from the
上部電極34、下部電極35に供給する高周波電力の周波数は、例えば13.56[MHz]〜400[KHz]の範囲内から適宜選択することが可能なように構成されている。高周波電源の周波数の組合せを図10に例示する。
The frequency of the high frequency power supplied to the
主に、上部整合器24、下部整合器36、上部発振器25、下部発振器37により、本実施形態に係る電力供給部が構成される。また、上部整合器24、下部整合器36、上部発振器25、下部発振器37、上部電極34、下部電極35により、本実施形態に係るプラズマ生成部が構成される。
The power supply unit according to this embodiment is mainly configured by the
(ヒータ)
上部電極34内及び下部電極35内には、抵抗加熱ヒータ等として構成された上部電極ヒータ6及び下部電極ヒータ8が設けられている。上部電極ヒータ6、下部電極ヒータ8への通電量を調整することで、処理室1内に搬入されたウエハ5、上部電極34内下部電極35、後述する金属部材12等の温度を調整可能なように構成されている。主に、上部電極ヒータ6、下部電極ヒータ8により、本実施形態に係る加熱部が構成される。
(heater)
An upper electrode heater 6 and a
(ガス供給部)
上部電極34内にはガス供給路15が鉛直方向に沿って設けられている。ガス供給路15の下流端は、上部電極34の下面に開口している。ガス供給路15の上流端には、処理室1内にハロゲン含有ガス、希ガス、水素ガス等の各種ガスを供給するガス供給管100の下流端が接続されている。
(Gas supply part)
A
ガス供給管100には、塩素ガス供給管110、水素ガス供給管120、ヘリウムガス供給管130、アルゴンガス供給管140の下流端がそれぞれ接続されている。塩素ガス供給管110には、上流側から順に、塩素(Cl2)ガスを供給する塩素ガス供給源111、流量制御装置112、開閉バルブ113が設けられている。水素ガス供給管120には、上流側から順に、水素(H2)ガスを供給する水素ガス供給源121、流量制御装置122、開閉バルブ123が設けられている。ヘリウムガス供給管130には、上流側から順に、ヘリウム(He)ガスを供給するヘリウムガス供給源131、流量制御装置132、開閉バルブ133が設けられている。アルゴンガス供給管140には、上流側から順に、アルゴン(Ar)ガスを供給するアルゴンガス供給源141、流量制御装置142、開閉バルブ143が設けられている。流量制御装置112,132により流量制御しつつ、開閉バルブ113,133を開けることで、処理室1内にハロゲン含有ガスとしての塩素ガスとヘリウムガスとの混合ガスが供給されるように構成されている。また、流量制御装置112,142により流量制御しつつ、開閉バルブ123,143を開けることで、処理室1内に水素ガスとアルゴンガスとの混合ガスが供給されるように構成されている。
The
主に、ガス供給路15、ガス供給管100、塩素ガス供給管110、水素ガス供給管120、ヘリウムガス供給管130、アルゴンガス供給管140、塩素ガス供給源111、水素ガス供給源121、ヘリウムガス供給源131、アルゴンガス供給源141、流量制御装置112,122,132,142、開閉バルブ113,123,133,143により、本実施形態に係るガス供給部が構成されている。
Mainly,
(金属部材)
上部電極34とウエハ5との間には、被エッチング部材としての金属部材12が設けられている。即ち、ガス供給部が、金属部材21を介してウエハ5と対向するような位置関係に設定されている。金属部材12は、上部電極34の下面に取り付けられている。金属部材12は、ウエハ5に成膜する金属薄膜の原料となる金属材料、例えば銅(Cu)などにより構成されている。金属部材12には、ガス噴出口22が複数設けられている。ガス供給路15から処理室1内に供給されたガスは、上部電極34と金属部材12との間に形成されたバッファ空間で分散され、ウエハ5に向けてガス噴出口22から略均一の流量で供給されるように構成されている。
(Metal member)
Between the
上述のガス供給路15により処理室1内に塩素ガスとヘリウムガスとの混合ガス(ハロゲン含有ガス)を供給しつつ、上述の電力供給部により上部電極34に高周波電力が供給されてハロゲン含有ガスをプラズマ状態とすると、プラズマ状態となったハロゲン含有ガスや該ガスに含まれるラジカル(Cl*)により金属部材12がエッチングされ、金属ハロゲン化物としての例えば塩化銅(CuCl)ガスが処理室1内に生成されるように構成されている。エッチングにより生成された金属ハロゲン化物は、ウエハ5上に吸着して堆積するように構成されている。
While supplying a mixed gas (halogen-containing gas) of chlorine gas and helium gas into the
(排気部)
処理容器3の側方には排気口39が設けられている。排気口39には排気管41の上流端が接続されている。排気管41には、上流側から順に、図示しない圧力計、可変コンダクタンスバルブ11、真空ポンプ7が接続されている。真空ポンプ7を作動させ、可変コンダクタンスバルブ11の開度を調節することで、処理室1内の圧力を調整可能なように構成されている。主に、排気口39、図示しない圧力計、可変コンダクタンスバルブ11、真空ポンプ7により、本実施形態に係る排気部が構成される。
(Exhaust part)
An
(コントローラ)
流量制御装置112,122,132,142、開閉バルブ113,123,133,143、上部電極ヒータ6、下部電極ヒータ8、上部整合器24、下部整合器36、上部発振器25、下部発振器37、圧力計(図示しない)、可変コンダクタンスバルブ11、ゲート弁20、ウエハ支持ピン14は、制御部としてのコントローラ280に接続されている。コントローラ280は、流量制御装置112,122,132,142の流量制御動作、開閉バルブ113,123,133,143の開閉動作、上部電極ヒータ6及び下部電極ヒータ8への通電動作、上部整合器24及び下部整合器36のインピーダンス調整、上部発振器25及び下部発振器37の高周波電力供給動作、可変コンダクタンスバルブ11の開度調整動作、ゲート弁20の開閉動作、ウエハ支持ピン14の昇降動作を制御するように構成されている。
(controller)
(2)基板処理工程
次に、上述の基板処理装置により実施される本実施形態に係る基板処理工程について図1、図7を参照しながら説明する。本実施形態に係る基板処理工程は、基板上に金属薄膜を形成する第1のステップとしての成膜工程(S30)と、形成した金属薄膜にプラズマ状態となった水素ガスを供給して金属薄膜中に含まれるハロゲン元素を還元する第2のステップとしての還元工程(S31)と、を1サイクルとしてこのサイクルを繰り返すように構成されている。図7は、本実施形態に係る基板処理工程のガス供給シーケンスを示すタイミング図である。なお、以下の説明において、上述の基板処理装置の各部の動作は、コントローラ280により制御される。
(2) Substrate Processing Step Next, the substrate processing step according to the present embodiment performed by the above-described substrate processing apparatus will be described with reference to FIGS. The substrate processing process according to the present embodiment includes a film forming process (S30) as a first step of forming a metal thin film on the substrate, and a hydrogen gas in a plasma state is supplied to the formed metal thin film to form a metal thin film. The reduction process (S31) as the second step of reducing the halogen element contained therein is set as one cycle, and this cycle is repeated. FIG. 7 is a timing chart showing a gas supply sequence in the substrate processing process according to this embodiment. In the following description, the operation of each part of the substrate processing apparatus described above is controlled by the
(ウエハ搬入工程(S10))
まず、ウエハ支持ピン14を上昇させた状態でゲート弁20を開け、図示しない搬送装置により処理容器3内にウエハ5を搬入してウエハ支持ピン14上に載置する。そしてウエハ支持ピン14を降下させてウエハ5を下部電極35の上面の上に載置し、ゲート弁20を閉じる。
(Wafer carry-in process (S10))
First, the
(減圧・昇温工程(S20))
次に、真空ポンプ7を作動させ、可変コンダクタンスバルブ11の開度を調整し、処理室1内が所定の圧力(成膜圧力)になるように制御する。また、上部電極ヒータ6、下部電極ヒータ8を加熱し、上部電極34、下部電極35、金属部材12、ウエハ5がそれぞれ所定の温度(成膜温度)になるように制御する。
(Decompression / Temperature raising step (S20))
Next, the
(成膜工程(S30))
次に、流量制御装置112,132により流量制御しつつ、開閉バルブ113,133を開けることで、ハロゲン含有ガスとしての塩素ガスとヘリウムガスとの混合ガスの処理室1内への供給を開始する。ガス供給部から処理室1内に供給された塩素ガスとヘリウムガスとの混合ガスは、上部電極34と金属部材12との間に形成されたバッファ空間で分散され、ウエハ5に向けて各ガス噴出口22からそれぞれ略均一の流量で供給される。
(Film formation process (S30))
Next, the supply of the mixed gas of chlorine gas and helium gas as the halogen-containing gas into the
処理室1内に塩素ガスとヘリウムガスとの混合ガスを供給しつつ、上部発振器25から上部電極34に高周波電力を供給し、前記混合ガスをプラズマ状態とする。その結果、プラズマ状態となった混合ガスや該ガスに含まれるラジカル(Cl*)が金属部材12をエッチングし、金属ハロゲン化物(反応生成物、前駆体)としての例えば塩化銅(CuCl)ガスが生成される。エッチングにより生成された塩化銅(CuCl)ガスは、ウエハ5上に吸着して堆積する。
While supplying a mixed gas of chlorine gas and helium gas into the
上部電極34への高周波電力の供給と同時に、下部発振器37から下部電極35に高周波電力を供給して処理室1内に生成したプラズマの密度を調整し、プラズマ状態となった混合ガスに含まれるラジカル(Cl*)のウエハ5側への移動を促進させる。その結果、上述のラジカル(Cl*)とウエハ5上に吸着している塩化銅(CuCl)との反応が促進され、塩化銅(CuCl)の分解が促進される。ウエハ5上には銅(Cu)が析出し、Cuを主成分とする金属薄膜が形成される。なお、塩素(Cl)は、塩素ガス(Cl2)として金属薄膜中から解離する。
Simultaneously with the supply of the high frequency power to the
所定時間が経過して所望の膜厚の金属薄膜が形成されたら、上部電極34、下部電極35への電力供給を停止すると共に、開閉バルブ113,133を閉める。その後、処理室1内の残留ガスや反応生成物を排気する。
When a metal thin film having a desired film thickness is formed after a predetermined time has elapsed, power supply to the
なお、本実施形態に係る成膜工程(S30)における諸条件としては、例えば、
塩素ガスとヘリウムガスとの混合ガスの流量:2slm、
処理室1内の圧力:50Pa、
上部電極34の温度:500℃、
下部電極35の温度:350℃、
上部電極34に供給する高周波電力:1000W(13.56MHz)、
下部電極35に供給する高周波電力:200W(13.56MHz)
が例示される。
In addition, as conditions in the film-forming process (S30) which concerns on this embodiment, for example,
Flow rate of mixed gas of chlorine gas and helium gas: 2 slm,
Pressure in the processing chamber 1: 50 Pa,
The temperature of the lower electrode 35: 350 ° C.
High frequency power supplied to the upper electrode 34: 1000 W (13.56 MHz),
High frequency power supplied to the lower electrode 35: 200 W (13.56 MHz)
Is exemplified.
(還元工程(S31))
流量制御装置122,132により流量制御しつつ、開閉バルブ123,133を開けることで、処理室1内への水素ガスとヘリウムガスとの混合ガスの供給を開始する。ガス供給部から処理室1内に供給された水素ガスとヘリウムガスとの混合ガスは、上部電極34と金属部材12との間に形成されたバッファ空間で分散され、ウエハ5に向けて各ガス噴出口22からそれぞれ略均一の流量で供給される。
(Reduction process (S31))
The supply of the mixed gas of hydrogen gas and helium gas into the
処理室1内に水素ガスとヘリウムガスとの混合ガスを供給しつつ、下部発振器37から下部電極35に高周波電力を供給し、前記混合ガスをプラズマ状態とする。その結果、プラズマ状態となった混合ガスに含まれるラジカル(H*)が、金属薄膜中に含まれるClを還元させる。
While supplying a mixed gas of hydrogen gas and helium gas into the
所定時間が経過して金属薄膜のClの還元が完了したら、下部電極35への電力供給を停止すると共に、開閉バルブ123,133を閉めて処理室1内への水素ガスとヘリウムガスとの混合ガスの供給を停止する。その後、処理室1内の残留ガスや反応生成物を排気
する。
When the reduction of Cl of the metal thin film is completed after a predetermined time has elapsed, the power supply to the
なお、本実施形態に係る還元工程(S31)における諸条件としては、例えば、
水素ガスとヘリウムガスとの混合ガスの流量:1slm、
処理室1内の圧力:30Pa、
上部電極34の温度:500℃、
下部電極35の温度:350℃、
上部電極34に供給する高周波電力:0W、
下部電極35に供給する高周波電力:1000W(13.56MHz)、
処理時間:20秒
が例示される。
In addition, as conditions in the reduction | restoration process (S31) which concerns on this embodiment, for example,
Flow rate of mixed gas of hydrogen gas and helium gas: 1 slm,
Pressure in the processing chamber 1: 30 Pa,
The temperature of the lower electrode 35: 350 ° C.
High frequency power supplied to the upper electrode 34: 0 W,
High frequency power supplied to the lower electrode 35: 1000 W (13.56 MHz),
Processing time: 20 seconds is exemplified.
(繰り返し工程)
その後、成膜工程(S30)と還元工程(S31)とを1サイクルとしてこのサイクルを所定回数繰り返し、所望の膜厚の金属薄膜を形成する。
(Repeated process)
Thereafter, the film formation step (S30) and the reduction step (S31) are set as one cycle, and this cycle is repeated a predetermined number of times to form a metal thin film having a desired film thickness.
(ウエハ搬出工程(S40))
そして、図示しない不活性ガス供給手段から処理室1内にN2ガス等の不活性ガスを供給しつつ、可変コンダクタンスバルブ11の開度を調整して処理室1内を大気圧に復帰させる。そして、上述の工程を逆の工程により成膜済みのウエハ5を処理室1内から搬出する。
(Wafer unloading step (S40))
Then, while supplying an inert gas such as N 2 gas into the
(3)本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す1つ又は複数の効果を奏する。
(3) Effects according to the present embodiment According to the present embodiment, the following one or more effects are achieved.
本実施形態によれば、上述の成膜工程(S30)と、ウエハ5に形成した金属薄膜にプラズマ状態となった水素ガスを供給して金属薄膜中に含まれるハロゲン元素を還元する還元工程(S31)と、を1サイクルとしてこのサイクルを繰り返す。還元工程(S31)においては、プラズマ状態となった混合ガスに含まれるラジカル(H*)が、金属薄膜中に含まれる塩素(Cl)を還元させることから、金属薄膜中への塩素の残留をさらに抑制でき、金属薄膜の膜質を向上させることが出来る。 According to the present embodiment, the above-described film forming step (S30) and a reducing step (reducing halogen elements contained in the metal thin film by supplying hydrogen gas in a plasma state to the metal thin film formed on the wafer 5). This cycle is repeated with S31) as one cycle. In the reduction step (S31), radicals (H * ) contained in the mixed gas in a plasma state reduce chlorine (Cl) contained in the metal thin film, so that chlorine remains in the metal thin film. Further, it can be suppressed and the film quality of the metal thin film can be improved.
また、本実施形態によれば、成膜後に一括して還元処理を行うのではなく、成膜処理を複数のサイクルに分断し、サイクル毎に還元処理を行うようにしている。このように構成することで、金属薄膜中に含まれる塩素(Cl)の還元をより確実に行うことが可能となる。 In addition, according to the present embodiment, the reduction process is not performed collectively after the film formation, but the film formation process is divided into a plurality of cycles, and the reduction process is performed for each cycle. By comprising in this way, it becomes possible to perform the reduction | restoration of chlorine (Cl) contained in a metal thin film more reliably.
また、本実施形態に係るハロゲン元素を還元する還元工程(S31)では、上部電極34ではなく下部電極35に高周波電力を供給し、水素ガスとヘリウムガスとの混合ガスをプラズマ状態とする。このように、上部電極34ではなく、金属部材12から比較的離れた下部電極35に高周波電力を供給することで、金属部材12のダメージを低減させることが出来る。
In the reduction step (S31) for reducing the halogen element according to this embodiment, high-frequency power is supplied to the
また、本実施形態に係るハロゲン元素を還元する還元工程(S31)では、処理室1内に水素ガスを単独で供給するのではなく、水素ガスとヘリウムガスとの混合ガスを供給してプラズマ状態としている。このように水素ガス中にヘリウムガスを添加することで、ラジカル(H*)の寿命を増大させ、還元処理の効率を向上させ、金属薄膜の膜質をさらに向上させることが出来る。
Further, in the reduction step (S31) for reducing the halogen element according to this embodiment, the hydrogen gas is not supplied alone into the
また、本実施形態によれば、上部電極34への高周波電力の供給と同時に、下部発振器
37から下部電極35に高周波電力を供給して処理室1内に生成したプラズマの密度を調整する。その結果、プラズマ状態となった混合ガスに含まれるラジカル(Cl*)のウエハ5側への移動を促進でき、上述のラジカル(Cl*)とウエハ5上に吸着している塩化銅(CuCl)との反応を促進でき、塩化銅(CuCl)の分解を促進できる。これにより、金属薄膜の成膜速度を増大できる。また、金属薄膜中への塩素(Cl)の残留を抑制でき、金属薄膜の膜質をさらに向上させることが出来る。
Further, according to the present embodiment, simultaneously with the supply of the high frequency power to the
また、本実施形態によれば、被エッチング部材としての金属部材12は、上部電極34とウエハ5との間に設けられている。すなわち、金属ハロゲン化物(反応生成物、前駆体)が生成される領域と、ウエハ5とが近接して配置されている。これにより、金属ハロゲン化物をウエハ5へ効率的に供給することが可能になる。また、ウエハ5の表面に溝構造や段差構造が形成されていた場合であっても、溝の内部や段差側面に均一な厚さの金属薄膜を成膜することが可能となる。また、金属ハロゲン化物がウエハ5に吸着せずに処理室1の内壁等に吸着してしまうことを抑制でき、処理容器3内のクリーニング頻度を少なくさせることが可能となる。
Further, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、処理室1内に塩素ガスを単独で供給するのではなく、塩素ガスとヘリウムガスとの混合ガスを供給してプラズマ状態としている。このように、塩素ガス中にヘリウムガスを添加することで、ラジカル(Cl*)の寿命を増大させ、成膜処理の効率を向上させ、金属薄膜の膜質を改善させることが出来る。
Further, according to the present embodiment, the chlorine gas is not supplied into the
<本発明の第2の実施形態>
本実施形態に係る基板処理工程は、形成した金属薄膜の表面をエッチングして整形する第3のステップとしての整形工程(S32)をさらに実施する点が、第1の実施形態とは異なる。なお、第3のステップとしての整形工程(S32)は、第1のステップとしての成膜工程(S30)と第2のステップとしての還元工程(S31)とを1サイクルとしてこのサイクルを実施する毎、或いはこのサイクルを所定回数実施する毎に行う。その他は、上述の実施形態と同じである。
<Second Embodiment of the Present Invention>
The substrate processing step according to the present embodiment is different from the first embodiment in that a shaping step (S32) as a third step of shaping the surface of the formed metal thin film by etching is further performed. The shaping step (S32) as the third step is performed every time this cycle is performed with the film forming step (S30) as the first step and the reduction step (S31) as the second step as one cycle. Alternatively, it is performed every time this cycle is performed a predetermined number of times. Others are the same as the above-mentioned embodiment.
以下に、本実施形態に係る基板処理工程について、図8を参照しながら説明する。図8は、本実施形態に係る基板処理工程のガス供給シーケンスを示すタイミング図である。図8では、金属薄膜の表面をエッチングして整形する整形工程(S32)を数サイクル毎に行う場合について例示している。なお、以下の説明において、上述の基板処理装置の各部の動作は、コントローラ280により制御される。
Hereinafter, the substrate processing process according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a timing chart showing a gas supply sequence in the substrate processing process according to this embodiment. In FIG. 8, the case where the shaping process (S32) which etches and shapes the surface of a metal thin film is performed for every several cycles is illustrated. In the following description, the operation of each part of the substrate processing apparatus described above is controlled by the
(ウエハ搬入工程(S10))
まず、ウエハ支持ピン14を上昇させた状態でゲート弁20を開け、図示しない搬送装置により処理容器3内にウエハ5を搬入してウエハ支持ピン14上に載置する。そしてウエハ支持ピン14を降下させてウエハ5を下部電極35の上面の上に載置し、ゲート弁20を閉じる。
(Wafer carry-in process (S10))
First, the
(減圧・昇温工程(S20))
次に、真空ポンプ7を作動させ、可変コンダクタンスバルブ11の開度を調整し、処理室1内が所定の圧力(成膜圧力)になるように制御する。また、上部電極ヒータ6、下部電極ヒータ8を加熱し、上部電極34、下部電極35、金属部材12、ウエハ5がそれぞれ所定の温度(成膜温度)になるように制御する。
(Decompression / Temperature raising step (S20))
Next, the
(成膜工程(S30))
流量制御装置112,132により流量制御しつつ、開閉バルブ113,133を開けることで、処理室1内へのハロゲン含有ガスとしての塩素ガスとヘリウムガスとの混合ガ
スの供給を開始する。ガス供給部から処理室1内に供給された塩素ガスとヘリウムガスとの混合ガスは、上部電極34と金属部材12との間に形成されたバッファ空間で分散され、ウエハ5に向けて各ガス噴出口22からそれぞれ略均一の流量で供給される。
(Film formation process (S30))
Supplying a mixed gas of chlorine gas and helium gas as a halogen-containing gas into the
処理室1内に塩素ガスとヘリウムガスとの混合ガスを供給しつつ、上部発振器25から上部電極34に高周波電力を供給し、前記混合ガスをプラズマ状態とする。その結果、プラズマ状態となった混合ガスや該ガスに含まれるラジカル(Cl*)が金属部材12をエッチングし、金属ハロゲン化物(反応生成物、前駆体)としての例えば塩化銅(CuCl)ガスが生成される。エッチングにより生成された塩化銅(CuCl)ガスは、ウエハ5上に吸着して堆積する。
While supplying a mixed gas of chlorine gas and helium gas into the
上部電極34への高周波電力の供給と同時に、下部発振器37から下部電極35に高周波電力を供給して処理室1内に生成したプラズマの密度を調整し、プラズマ状態となった混合ガスに含まれるラジカル(Cl*)のウエハ5側への移動を促進させる。その結果、上述のラジカル(Cl*)とウエハ5上に吸着している塩化銅(CuCl)との反応が促進され、塩化銅(CuCl)の分解が促進される。ウエハ5上には銅(Cu)が析出し、Cuを主成分とする金属薄膜が形成される。なお、塩素(Cl)は塩素ガス(Cl2)として金属薄膜中から解離する。
Simultaneously with the supply of the high frequency power to the
所定時間が経過して所望の膜厚の金属薄膜が形成されたら、上部電極34、下部電極35への電力供給を停止すると共に、開閉バルブ113,133を閉めて処理室1内への塩素ガスとヘリウムガスとの混合ガスの供給を停止する。その後、処理室1内の残留ガスや反応生成物を排気する。
When a metal thin film having a desired film thickness is formed after a predetermined time has elapsed, power supply to the
なお、本実施形態に係る成膜工程(S30)における諸条件としては、例えば、
塩素ガスとヘリウムガスとの混合ガスの流量:2slm、
処理室1内の圧力:50Pa、
上部電極34の温度:500℃、
下部電極35の温度:350℃、
上部電極34に供給する高周波電力:1000W(13.56MHz)、
下部電極35に供給する高周波電力:200W(13.56MHz)、
処理時間:10秒
が例示される。
In addition, as conditions in the film-forming process (S30) which concerns on this embodiment, for example,
Flow rate of mixed gas of chlorine gas and helium gas: 2 slm,
Pressure in the processing chamber 1: 50 Pa,
The temperature of the lower electrode 35: 350 ° C.
High frequency power supplied to the upper electrode 34: 1000 W (13.56 MHz),
High frequency power supplied to the lower electrode 35: 200 W (13.56 MHz),
Processing time: 10 seconds is exemplified.
(還元工程(S31))
流量制御装置122,132により流量制御しつつ、開閉バルブ123,133を開けることで、処理室1内への水素ガスとヘリウムガスとの混合ガスの供給を開始する。ガス供給部から処理室1内に供給された水素ガスとヘリウムガスとの混合ガスは、上部電極34と金属部材12との間に形成されたバッファ空間で分散され、ウエハ5に向けて各ガス噴出口22からそれぞれ略均一の流量で供給される。
(Reduction process (S31))
The supply of the mixed gas of hydrogen gas and helium gas into the
処理室1内に水素ガスとヘリウムガスとの混合ガスを供給しつつ、下部発振器37から下部電極35に高周波電力を供給し、前記混合ガスをプラズマ状態とする。その結果、プラズマ状態となった混合ガスに含まれるラジカル(H*)が、金属薄膜中に含まれるClを還元する。
While supplying a mixed gas of hydrogen gas and helium gas into the
所定時間が経過して金属薄膜のClの還元が完了したら、下部電極35への電力供給を停止すると共に、開閉バルブ123,133を閉めて処理室1内への水素ガスとヘリウムガスとの混合ガスの供給を停止する。その後、処理室1内の残留ガスや反応生成物を排気する。
When the reduction of Cl of the metal thin film is completed after a predetermined time has elapsed, the power supply to the
なお、本実施形態に係る還元工程(S31)における諸条件としては、例えば、
水素ガスとヘリウムガスとの混合ガスの流量:1slm、
処理室1内の圧力:30Pa、
上部電極34の温度:500℃、
下部電極35の温度:350℃、
上部電極34に供給する高周波電力:0W、
下部電極35に供給する高周波電力:1000W(13.56MHz)、
処理時間:20秒
が例示される。
In addition, as conditions in the reduction | restoration process (S31) which concerns on this embodiment, for example,
Flow rate of mixed gas of hydrogen gas and helium gas: 1 slm,
Pressure in the processing chamber 1: 30 Pa,
The temperature of the lower electrode 35: 350 ° C.
High frequency power supplied to the upper electrode 34: 0 W,
High frequency power supplied to the lower electrode 35: 1000 W (13.56 MHz),
Processing time: 20 seconds is exemplified.
(繰り返し工程)
その後、成膜工程(S30)と還元工程(S31)とを1サイクルとしてこのサイクルを所定回数繰り返し、所望の膜厚の金属薄膜を形成する。
(Repeated process)
Thereafter, the film formation step (S30) and the reduction step (S31) are set as one cycle, and this cycle is repeated a predetermined number of times to form a metal thin film having a desired film thickness.
(整形工程(S32))
なお、上述のサイクル毎或いは数サイクル毎に、金属薄膜の表面をエッチングして整形する整形工程(S32)を実施する。該工程(S32)は、例えば成膜工程(S30)と還元工程(S31)との間に実施する。
(Shaping process (S32))
In addition, the shaping process (S32) which etches and shapes the surface of a metal thin film is implemented for every above-mentioned cycle or every several cycles. The step (S32) is performed, for example, between the film formation step (S30) and the reduction step (S31).
具体的には、流量制御装置112,142により流量制御しつつ、開閉バルブ113,143を開けることで、処理室1内への塩素ガスとアルゴンガスとの混合ガスの供給を開始する。ガス供給部から処理室1内に供給された塩素ガスとアルゴンガスとの混合ガスは、上部電極34と金属部材12との間に形成されたバッファ空間で分散され、ウエハ5に向けて各ガス噴出口22からそれぞれ略均一の流量で供給される。
Specifically, the supply of the mixed gas of chlorine gas and argon gas into the
処理室1内に塩素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを供給しつつ、下部発振器37から下部電極35に高周波電力を供給し、前記混合ガスをプラズマ状態とする。その結果、プラズマ状態となった混合ガスや該ガスに含まれるラジカル(Cl*)により、金属薄膜の表面がエッチングされて整形される。
While supplying a mixed gas of chlorine gas and argon gas into the
所定時間が経過して金属薄膜の表面の整形が完了したら、下部電極35への電力供給を停止すると共に、開閉バルブ123,133を閉めて処理室1内への塩素ガスとアルゴンガスとの混合ガスの供給を停止する。その後、処理室1内の残留ガスや反応生成物を排気する。
When the shaping of the surface of the metal thin film is completed after a predetermined time has elapsed, the power supply to the
なお、本実施形態に係る整形工程(S32)における諸条件としては、例えば、
塩素ガスとアルゴンガスとの混合ガスの流量:1slm、
処理室1内の圧力:30Pa、
上部電極34の温度:500℃、
下部電極35の温度:350℃、
上部電極34に供給する高周波電力:0W、
下部電極35に供給する高周波電力:1000W(13.56MHz)、
処理時間:10秒
が例示される。
In addition, as conditions in the shaping process (S32) concerning this embodiment, for example,
Flow rate of mixed gas of chlorine gas and argon gas: 1 slm,
Pressure in the processing chamber 1: 30 Pa,
The temperature of the lower electrode 35: 350 ° C.
High frequency power supplied to the upper electrode 34: 0 W,
High frequency power supplied to the lower electrode 35: 1000 W (13.56 MHz),
Processing time: 10 seconds is exemplified.
(ウエハ搬出工程(S40))
所望の膜厚の金属薄膜が形成されたら、図示しない不活性ガス供給手段から処理室1内にN2ガス等の不活性ガスを供給しつつ、可変コンダクタンスバルブ11の開度を調整して処理室1内を大気圧に復帰させる。そして、上述の工程の手順とは逆の手順により成膜
済みのウエハ5を処理室1内から搬出する。
(Wafer unloading step (S40))
When a metal thin film with a desired thickness is formed, the opening of the
(3)本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、上述の実施形態にて述べた効果に加え、以下に示す1つ又は複数の効果を奏する。
(3) Effects according to the present embodiment According to the present embodiment, in addition to the effects described in the above-described embodiments, the following one or more effects are exhibited.
金属薄膜を形成する下地であるウエハ5の表面に深溝が形成されていると、成膜条件によっては深溝の上部側壁付近の成膜速度が、深溝の底部付近の成膜速度よりも早いことがある。係る場合、上部の側壁付近の膜厚が厚くなり、やがては塞がってしまい、溝底部を覆う金属薄膜にボイドと呼ばれる空隙が形成されてしまうことがある。これに対し、本実施形態によれば、形成した金属薄膜の表面をエッチングして整形する整形工程(S32)を、成膜工程(S30)と還元工程(S31)とを1サイクルとしてこのサイクルを実施する毎、或いはこのサイクルを所定回数実施する毎に行うように構成されている。これにより、1サイクルあたりに成膜される上部の側壁付近の金属薄膜の膜厚が、1サイクルあたりに成膜される深溝の底部付近の金属薄膜の膜厚より厚くなってしまったとしても、金属薄膜の表面を1サイクル毎にエッチングして平滑化することができ、ボイドの発生を抑制することが出来る。
If a deep groove is formed on the surface of the
また、本実施形態に係る金属薄膜の表面をエッチングして整形する整形工程(S32)では、上部電極34ではなく下部電極35に高周波電力を供給し、塩素ガスとアルゴンガスとの混合ガスをプラズマ状態とする。このように、上部電極34ではなく、金属部材12から比較的離れた下部電極35に高周波電力を供給することで、金属部材12のダメージを低減させることが出来る。
Further, in the shaping step (S32) for etching and shaping the surface of the metal thin film according to the present embodiment, high frequency power is supplied to the
また、本実施形態に係る金属薄膜の表面をエッチングして整形する整形工程(S32)では、処理室1内に塩素ガスを単独で供給するのではなく、塩素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを供給してプラズマ状態としている。このように、塩素ガス中にアルゴンガスを添加することで、ラジカル(Cl*)の寿命を増大させ、整形処理の効率を向上させ、金属薄膜の膜質を改善させることが出来る。
Further, in the shaping step (S32) for etching and shaping the surface of the metal thin film according to the present embodiment, a chlorine gas and an argon gas mixed gas are not supplied into the
<本発明の第3の実施形態>
本実施形態に係る基板処理装置は、処理室1内に搬入されたウエハ5を回転自在に構成されている点が、上述の実施形態とは異なる。
<Third Embodiment of the Present Invention>
The substrate processing apparatus according to this embodiment is different from the above-described embodiment in that the
図2、図3に示すように、本実施形態に係る基板処理装置は、下部電極35の上面に、回転且つ昇降自在に構成されたペデスタル16と、ペデスタル16の外周を囲うように設けられた環状のサセプタ29とを備えている。ペデスタル16及びサセプタ29は、例えば炭化珪素(SiC)等の高純度で比較的熱伝導度の大きな材料構成されている。上述の成膜工程(S30)において、ウエハ5はペデスタル16及びサセプタ29上に載置されて処理される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the substrate processing apparatus according to this embodiment is provided on the upper surface of the
図4に例示するように、成膜工程(S30)の途中、ペデスタル16はウエハ5を持ち上げて360°以内の角度でウエハ5を間欠的に回転させるように構成されている。図4は、本実施形態に係る基板処理装置により回転させられるウエハ5の上面図である。図4では、ノッチ4の位置を参照すると分かるように、ウエハ5が右回りに90°間欠的に回転させられている。なお、回転角度や回転させるタイミングは、サイクル数、サイクルあたりに形成する金属薄膜の膜厚等を考慮して適宜決定する。例えば成膜する金属薄膜の膜厚が100nmである場合、成膜工程(S30)を20分割し(20サイクルとし)、金属薄膜の厚さが5nm増加するたびに回転させるように構成してもよい。また、ペデスタル16はウエハ5を間欠的に回転させる場合に限らず、連続的に回転させるように構成さ
れていても良い。
As illustrated in FIG. 4, during the film forming step (S30), the
本実施形態によれば、処理室1内におけるガス流速、流量、ガス濃度の不均衡による影響を低減させ、ウエハ5上に形成する金属薄膜の膜厚均一性を向上させることが可能となる。また、ペデスタル16によりウエハ5を昇降させることが可能となることから、上述のウエハ支持ピン14が不要となり、基板処理装置の構成を簡略化させることが可能となる。
According to the present embodiment, it is possible to reduce the influence of gas flow rate, flow rate, and gas concentration imbalance in the
<本発明の第4の実施形態>
本実施形態に係る基板処理装置は、上部電極34に供給される高周波電力と下部電極35に供給される高周波電力との位相差が所定の値となるように制御する点が、上述の実施形態と異なる。
<Fourth Embodiment of the Present Invention>
The substrate processing apparatus according to the present embodiment controls the phase difference between the high-frequency power supplied to the
図5は、本実施形態に係る基板処理装置の側面断面図である。図5によれば、本実施形態に係る基板処理装置では、上部発振器25と下部発振器37とはフェーズシフタ18にそれぞれ接続されている。フェーズシフタ18は、上述の成膜工程(S30)を実施する際、上部電極34に供給する高周波電力と、下部電極35に供給する高周波電力との位相差が所定の値となるように制御するよう構成されている。
FIG. 5 is a side sectional view of the substrate processing apparatus according to the present embodiment. According to FIG. 5, in the substrate processing apparatus according to the present embodiment, the
本実施形態によれば、上部電極34に供給する高周波電力と下部電極35に供給する高周波電力との位相差が所定の値になるよう制御でき、ウエハ5上に形成される金属薄膜の膜厚分布の均一性を向上させることが可能となる。
According to the present embodiment, the phase difference between the high frequency power supplied to the
<本発明の第5の実施形態>
本実施形態に係る基板処理装置は、上部電極34に供給される高周波電力と下部電極35に供給される高周波電力との位相差が180°になるよう制御する点が、上述の実施形態と異なる。
<Fifth Embodiment of the Present Invention>
The substrate processing apparatus according to this embodiment is different from the above-described embodiment in that the phase difference between the high-frequency power supplied to the
図6は、本実施形態に係る基板処理装置の側面断面図である。図6によれば、本実施形態に係る基板処理装置に係る電力供給部は、上部整合器24、下部整合器36、上部発振器25、下部発振器37を備える構成ではなく、高周波電力を供給する共有発振器43、インピーダンス調整器として構成された共有整合器42、及び絶縁トランス26を備えている。共有発振器43の一次側は接地(アース)されている。共有発振器43の二次側は共有整合器42を介して絶縁トランス26の一次側の一端子に接続されている。絶縁トランス26の一次側の他端子は接地(アース)されている。絶縁トランスの二次側の端子は、上部電極34、下部電極35にそれぞれ接続されている。
FIG. 6 is a side sectional view of the substrate processing apparatus according to the present embodiment. According to FIG. 6, the power supply unit according to the substrate processing apparatus according to the present embodiment is not configured to include the
本実施形態によれば、上部電極34に供給する高周波電力と下部電極35に供給する高周波電力との位相差を180°とすることが出来る。これにより、成膜工程(S30)において発生させるプラズマが、処理室1内において拡散してしまうことを抑制でき、上部電極34と下部電極35との間に局在させ易くなる。これにより、金属薄膜の成膜処理の生産性を向上させることが可能となる。また、金属ハロゲン化物の処理室1内壁への付着を抑制し、処理室1内壁への成膜を抑制し、処理室1内のメンテナンス頻度を低減させることが可能となる。
According to this embodiment, the phase difference between the high-frequency power supplied to the
<本発明のさらに他の実施形態>
以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
<Still another embodiment of the present invention>
As mentioned above, although embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, Various changes are possible in the range which does not deviate from the summary.
例えば、上述の実施形態では、上部電極34、下部電極35がウエハ5の上下側に平行
に設けられた平行平板型のプラズマ生成部を備えた基板処理装置について説明したが、本発明は係る形態に限定されない。すなわち、平行平板型に限らず、誘導結合型、ECRプラズマ型等のプラズマ生成部を備えた基板処理装置であっても、本発明は好適に適用可能である。
For example, in the above-described embodiment, the substrate processing apparatus including the parallel plate type plasma generation unit in which the
<本発明の好ましい態様>
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
<Preferred embodiment of the present invention>
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.
本発明の一態様によれば、
基板を処理する処理室と、
ハロゲン含有ガス及び水素ガスを前記処理室内に供給するガス供給部と、
前記処理室内に供給されたガスをプラズマ状態とするプラズマ生成部と、
前記処理室内を排気する排気部と、
前記処理室内に設けられる被エッチング部材と、
前記ガス供給部及び前記プラズマ生成部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記ハロゲン含有ガスを前記ガス供給部から前記処理室内に供給し、前記処理室内に供給された前記ハロゲン含有ガスを前記プラズマ生成部によりプラズマ状態とし、プラズマ状態となった前記ハロゲン含有ガスによって前記被エッチング部材をエッチングし、エッチングにより生成された反応生成物を前記基板上に堆積させた後、前記排気部により前記処理室内を排気する第1のステップと、
前記水素ガスを前記ガス供給部から前記処理室内に供給し、前記処理室内に供給された前記水素ガスを前記プラズマ生成部によりプラズマ状態とし、プラズマ状態となった前記水素ガスを前記基板上に供給して前記基板を処理した後、前記排気部により前記処理室内を排気する第2のステップと、
を1サイクルとしてこのサイクルを繰り返す
基板処理装置が提供される。
According to one aspect of the invention,
A processing chamber for processing the substrate;
A gas supply unit for supplying a halogen-containing gas and a hydrogen gas into the processing chamber;
A plasma generating unit that converts the gas supplied into the processing chamber into a plasma state;
An exhaust section for exhausting the processing chamber;
A member to be etched provided in the processing chamber;
A control unit for controlling the gas supply unit and the plasma generation unit,
The controller is
The halogen-containing gas is supplied from the gas supply unit into the processing chamber, the halogen-containing gas supplied into the processing chamber is changed to a plasma state by the plasma generation unit, and the halogen-containing gas in the plasma state is used as the target gas. A first step of etching the etching member, depositing a reaction product generated by etching on the substrate, and then exhausting the processing chamber by the exhaust unit;
The hydrogen gas is supplied from the gas supply unit into the processing chamber, the hydrogen gas supplied into the processing chamber is changed to a plasma state by the plasma generation unit, and the hydrogen gas in the plasma state is supplied onto the substrate. A second step of exhausting the processing chamber by the exhaust unit after processing the substrate;
A substrate processing apparatus that repeats this cycle as one cycle is provided.
好ましくは、
前記ガス供給部は、前記金属部材を介して前記基板と対向するように設けられる。
Preferably,
The gas supply unit is provided to face the substrate through the metal member.
また、好ましくは、
前記ガス供給部は、塩素ガスを前記処理室内に供給し、
前記制御部は、
前記塩素ガスを前記ガス供給部から前記処理室内に供給し、前記処理室内に供給された前記塩素ガスを前記プラズマ生成部によりプラズマ状態とし、プラズマ状態となった前記塩素ガスを前記基板上に供給して前記基板を処理した後、前記排気部により前記処理室内を排気する第3のステップを、前記サイクルを実施する毎、或いは前記サイクルを所定回数実施する毎に行う
基板処理装置が提供される。
Also preferably,
The gas supply unit supplies chlorine gas into the processing chamber,
The controller is
The chlorine gas is supplied from the gas supply unit into the processing chamber, the chlorine gas supplied into the processing chamber is changed to a plasma state by the plasma generation unit, and the chlorine gas in a plasma state is supplied onto the substrate. Then, after the substrate is processed, there is provided a substrate processing apparatus that performs the third step of exhausting the processing chamber by the exhaust unit every time the cycle is performed or every time the cycle is performed a predetermined number of times. .
本発明の更に他の態様によれば、
ハロゲン含有ガスをガス供給部から処理室内に供給し、前記処理室内に供給された前記ハロゲン含有ガスをプラズマ生成部によりプラズマ状態とし、プラズマ状態となった前記ハロゲン含有ガスによって前記処理室内に設けられた被エッチング部材をエッチングし、エッチングにより生成された反応生成物を前記基板上に堆積させた後、排気部により前記処理室内を排気する第1のステップと、
水素ガスを前記ガス供給部から前記処理室内に供給し、前記処理室内に供給された前記水素ガスを前記プラズマ生成部によりプラズマ状態とし、プラズマ状態となった前記水素ガスを前記基板上に供給して前記基板を処理した後、前記排気部により前記処理室内を排
気する第2のステップと、
を1サイクルとしてこのサイクルを繰り返す半導体装置の製造方法が提供される。
According to yet another aspect of the invention,
A halogen-containing gas is supplied from a gas supply unit into the processing chamber, the halogen-containing gas supplied into the processing chamber is brought into a plasma state by a plasma generation unit, and the halogen-containing gas in the plasma state is provided in the processing chamber. Etching the member to be etched, depositing a reaction product generated by etching on the substrate, and then exhausting the processing chamber by an exhaust unit;
Hydrogen gas is supplied from the gas supply unit into the processing chamber, the hydrogen gas supplied into the processing chamber is changed to a plasma state by the plasma generation unit, and the hydrogen gas in a plasma state is supplied onto the substrate. A second step of exhausting the processing chamber by the exhaust unit after processing the substrate;
A method for manufacturing a semiconductor device is provided in which this cycle is repeated.
好ましくは、
塩素ガスを前記ガス供給部から前記処理室内に供給し、前記処理室内に供給された前記塩素ガスを前記プラズマ生成部によりプラズマ状態とし、プラズマ状態となった前記塩素ガスを前記基板上に供給して前記基板を処理した後、前記排気部により前記処理室内を排気する第3のステップを、前記サイクルを実施する毎、或いは前記サイクルを所定回数実施する毎に行う。
Preferably,
Chlorine gas is supplied from the gas supply unit into the processing chamber, the chlorine gas supplied into the processing chamber is changed to a plasma state by the plasma generation unit, and the chlorine gas in the plasma state is supplied onto the substrate. Then, after the substrate is processed, a third step of exhausting the processing chamber by the exhaust unit is performed every time the cycle is performed or each time the cycle is performed a predetermined number of times.
本発明のさらに他の態様によれば、
ハロゲン含有ガス或いは水素ガスを前記処理室内に供給するガス供給部と、
前記基板の上下側に設けられる上部電極及び下部電極と、
前記上部電極及び前記下部電極に高周波電力を供給する電力供給部と、
前記上部電極と前記基板との間に設けられる金属部材と、
前記処理室内を排気する排気部と、
前記ガス供給部及び前記プラズマ生成部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記処理室内に前記ハロゲン含有ガスを供給し、前記上部電極に高周波電力を供給して前記ハロゲン含有ガスをプラズマ状態とし、プラズマ状態となった前記ハロゲン含有ガスにより前記金属部材をエッチングし、エッチングにより生成された金属ハロゲン化物を前記基板上に吸着させると共に、前記下部電極に高周波電力を供給してプラズマ状態となった前記ハロゲン含有ガスを前記基板側に移動させ、プラズマ状態となった前記ハロゲン含有ガスと前記基板上に吸着している前記金属ハロゲン化物とを反応させて前記基板上に金属を析出させ、前記基板上に金属薄膜を形成する第1のステップと、
前記水素ガスを前記処理室内に供給し、前記処理室内に供給された前記水素ガスを前記プラズマ生成部によりプラズマ状態とし、プラズマ状態となった前記水素ガスを前記基板上に供給して前記基板を処理した後、前記排気部により前記処理室内を排気する第2のステップと、
を1サイクルとしてこのサイクルを繰り返す
基板処理装置が提供される。
According to yet another aspect of the invention,
A gas supply unit for supplying a halogen-containing gas or hydrogen gas into the processing chamber;
An upper electrode and a lower electrode provided on the upper and lower sides of the substrate;
A power supply unit for supplying high-frequency power to the upper electrode and the lower electrode;
A metal member provided between the upper electrode and the substrate;
An exhaust section for exhausting the processing chamber;
A control unit for controlling the gas supply unit and the plasma generation unit,
The controller is
Supplying the halogen-containing gas into the processing chamber, supplying high-frequency power to the upper electrode to bring the halogen-containing gas into a plasma state, etching the metal member with the halogen-containing gas in a plasma state, and etching The generated metal halide is adsorbed on the substrate, and the halogen-containing gas in a plasma state is moved to the substrate side by supplying high-frequency power to the lower electrode, and the halogen-containing gas in a plasma state is moved to the substrate side. A first step of reacting a gas with the metal halide adsorbed on the substrate to deposit a metal on the substrate and forming a metal thin film on the substrate;
The hydrogen gas is supplied into the processing chamber, the hydrogen gas supplied into the processing chamber is changed to a plasma state by the plasma generation unit, and the hydrogen gas in a plasma state is supplied onto the substrate to A second step of exhausting the processing chamber by the exhaust unit after processing;
A substrate processing apparatus that repeats this cycle as one cycle is provided.
本発明のさらに他の態様によれば、
基板が収容された処理室内にハロゲン含有ガスを供給し、前記基板の上方に設けられた上部電極に高周波電力を供給して前記ハロゲン含有ガスをプラズマ状態とし、プラズマ状態となった前記ハロゲン含有ガスによって前記上部電極と前記基板との間に設けられた金属部材をエッチングし、エッチングにより生成された金属ハロゲン化物を前記基板上に吸着させると共に、前記基板の下方に設けられた下部電極に高周波電力を供給してプラズマ状態となった前記ハロゲン含有ガスを前記基板側に移動させ、プラズマ状態となった前記ハロゲン含有ガスと前記基板上に吸着している前記金属ハロゲン化物とを反応させて前記基板上に金属を析出させ、前記基板上に金属薄膜を形成する第1のステップと、
前記処理室内に前記水素ガスを供給し、前記下部電極に高周波電力を供給して前記処理室内に供給された前記水素ガスをプラズマ状態とし、プラズマ状態となった前記水素ガスにより前記金属薄膜中に含まれるハロゲン元素を還元する第2のステップと、
を1サイクルとしてこのサイクルを繰り返す
ことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
According to yet another aspect of the invention,
A halogen-containing gas is supplied into a processing chamber in which a substrate is accommodated, and high-frequency power is supplied to an upper electrode provided above the substrate to bring the halogen-containing gas into a plasma state. The metal member provided between the upper electrode and the substrate is etched by the method, and the metal halide generated by the etching is adsorbed on the substrate, and the lower electrode provided below the substrate is subjected to high frequency power. The halogen-containing gas in a plasma state is moved to the substrate side, and the halogen-containing gas in a plasma state is reacted with the metal halide adsorbed on the substrate. Depositing a metal thereon and forming a metal thin film on the substrate;
The hydrogen gas is supplied into the processing chamber, the high-frequency power is supplied to the lower electrode, the hydrogen gas supplied into the processing chamber is changed to a plasma state, and the hydrogen gas in the plasma state causes the hydrogen gas to enter the thin metal film. A second step of reducing the contained halogen element;
As a cycle, this cycle is repeated, and a method for manufacturing a semiconductor device is provided.
また、本発明の更に他の態様によれば、
反応室の中に設けた上部電極と下部電極で構成される平行平板電極の上部電極側に金属材料を取付け、減圧状態でハロゲンを含む混合ガスを流し、両電極に高周波電力を印加し
て生じたプラズマの作用で上部電極の金属材料をエッチングし、生じた金属材料成分を含む反応生成物の一部を下部電極側に載置した被処理基板の表面に堆積させて、活性化した塩素あるいは水素により還元して金属膜を成膜する半導体装置の製造方法が提供される。
According to still another aspect of the present invention,
Generated by attaching a metal material to the upper electrode side of the parallel plate electrode composed of the upper electrode and lower electrode provided in the reaction chamber, flowing a mixed gas containing halogen under reduced pressure, and applying high frequency power to both electrodes The metal material of the upper electrode is etched by the action of the plasma, and a part of the reaction product containing the generated metal material component is deposited on the surface of the substrate to be processed placed on the lower electrode side, and activated chlorine or Provided is a method for manufacturing a semiconductor device in which a metal film is formed by reduction with hydrogen.
好ましくは、
上部電極材料をハロゲンを含む混合ガスでプラズマエッチングすることで生じた金属成分を含む反応生成物の一部を、下部電極側に載置した被処理基板の表面に堆積させて金属膜を成膜する際に、成膜工程と、成膜された膜中に含まれる不純物を除去する工程を交互に行う。
Preferably,
A metal film is formed by depositing a part of the reaction product containing metal components generated by plasma etching of the upper electrode material with a mixed gas containing halogen on the surface of the substrate to be processed placed on the lower electrode side. In this case, the film forming step and the step of removing impurities contained in the formed film are alternately performed.
また好ましくは、
上部電極材料をハロゲンを含む混合ガスでプラズマエッチングすることで生じた金属成分を含む反応生成物の一部を、下部電極側に載置した被処理基板の表面に堆積させて金属膜を成膜する際に、成膜工程と、エッチング工程と、成膜された膜中に含まれる不純物を除去する工程を交互に、あるいは成膜工程と成膜された膜中に含まれる不純物を除去する工程を交互に複数回行った後に成膜工程、エッチング工程、成膜された膜中に含まれる不純物を除去する工程を行う。
Also preferably,
A metal film is formed by depositing a part of the reaction product containing metal components generated by plasma etching of the upper electrode material with a mixed gas containing halogen on the surface of the substrate to be processed placed on the lower electrode side. In this case, the film forming step, the etching step, and the step of removing impurities contained in the formed film are alternately performed, or the step of removing the impurities contained in the film forming step and the formed film is performed. After alternately performing a plurality of times, a film forming process, an etching process, and a process of removing impurities contained in the formed film are performed.
また好ましくは、
金属材料をRu,Ni,Ti,Zr,Hf,Nb,Ta,Mo,W,Al,Ga,In,Cuのいずれかとする。
Also preferably,
The metal material is any one of Ru, Ni, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W, Al, Ga, In, and Cu.
また好ましくは、
金属材料をプラズマエッチングするガスが塩素(Cl2)、塩化水素(HCl)を含む混合ガスである。
Also preferably,
A gas for plasma etching a metal material is a mixed gas containing chlorine (Cl 2 ) and hydrogen chloride (HCl).
また好ましくは、
金属膜形成工程における成膜された膜中に含まれる不純物を除去する為の還元性ガスとして、水素(H2)、水素ラジカルおよび塩素ラジカルなどのハロゲンガスラジカルを用いること、及び励起用ガスをしてヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、窒素(N2)の中の一種類あるいは2種類以上の組合せである。
Also preferably,
Use of halogen gas radicals such as hydrogen (H 2 ), hydrogen radicals and chlorine radicals as the reducing gas for removing impurities contained in the deposited film in the metal film forming step, and excitation gas One kind or a combination of two or more kinds of helium (He), neon (Ne), argon (Ar), and nitrogen (N 2 ).
また好ましくは、
金属材料をエッチング、あるいは被処理基板に成膜された膜中の不純物を除去する為の処理ガスを反応室に供給する際、金属材料に設けた複数の孔から供給する。
Also preferably,
When a processing gas for etching a metal material or removing impurities in a film formed on a substrate to be processed is supplied to the reaction chamber, the processing gas is supplied from a plurality of holes provided in the metal material.
また好ましくは、
被処理基板に金属膜を形成する際、反応室側壁の面積を小さくして壁に付着する反応生成物の量を可能な限り少なくするために、電極の直径と電極の間隔の比率を1/5以下にする。
Also preferably,
When forming the metal film on the substrate to be processed, the ratio of the electrode diameter to the electrode spacing is set to 1 / (2) in order to reduce the area of the reaction chamber side wall and to reduce the amount of reaction products adhering to the wall as much as possible. 5 or less.
また好ましくは、
被処理基板に金属膜を形成する際、その効率を向上するために上部電極と下部電極に180度位相のずれた高周波電力を反応室の壁やその他の部材と電気的に絶縁して供給する。
Also preferably,
When a metal film is formed on a substrate to be processed, high-frequency power that is 180 degrees out of phase is supplied to the upper electrode and the lower electrode in an electrically insulated manner from the reaction chamber wall and other members in order to improve the efficiency .
また好ましくは、
下部電極の上に回転可能にペデスタルを設け、金属膜の成膜の途中で被処理基板を持ち上げて360度より小さな角度で回転後再び下部電極に載置することを繰り返して金属膜を成膜する。
Also preferably,
A pedestal is rotatably provided on the lower electrode, and the metal film is formed by repeatedly lifting the substrate to be processed in the course of forming the metal film, rotating it at an angle smaller than 360 degrees, and placing it on the lower electrode again. To do.
また好ましくは、
反応室側壁を200℃から300℃に加温して上部電極で形成された金属膜前駆体が反応室側壁に付着しないようにして、下部電極上に載置した基板上へ金属膜形成が行われる。
Also preferably,
The reaction chamber side wall is heated from 200 ° C. to 300 ° C. so that the metal film precursor formed by the upper electrode does not adhere to the reaction chamber side wall, and the metal film is formed on the substrate placed on the lower electrode. Is called.
また好ましくは、
上部電極と下部電極の温度を同等か、上部電極の温度を下部電極の温度よりも上げて金属膜を形成する。
Also preferably,
The temperature of the upper electrode and the lower electrode is equal, or the temperature of the upper electrode is raised above the temperature of the lower electrode to form a metal film.
1 処理室
5 ウエハ(基板)
12 金属部材
34 上部電極
35 下部電極
280 コントローラ(制御部)
1 Processing
12
Claims (3)
ハロゲン含有ガス及び水素ガスを前記処理室内に供給するガス供給部と、
前記処理室内に供給されたガスをプラズマ状態とするプラズマ生成部と、
前記処理室内を排気する排気部と、
前記処理室内に設けられる被エッチング部材と、
前記ガス供給部及び前記プラズマ生成部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記ハロゲン含有ガスを前記ガス供給部から前記処理室内に供給し、前記処理室内に供給された前記ハロゲン含有ガスを前記プラズマ生成部によりプラズマ状態とし、プラズマ状態となった前記ハロゲン含有ガスによって前記被エッチング部材をエッチングし、エッチングにより生成された反応生成物を前記基板上に堆積させた後、前記排気部により前記処理室内を排気する第1のステップと、
前記水素ガスを前記ガス供給部から前記処理室内に供給し、前記処理室内に供給された前記水素ガスを前記プラズマ生成部によりプラズマ状態とし、プラズマ状態となった前記水素ガスを前記基板上に供給して前記基板を処理した後、前記排気部により前記処理室内を排気する第2のステップと、
を1サイクルとしてこのサイクルを繰り返す
ことを特徴とする基板処理装置。 A processing chamber for processing the substrate;
A gas supply unit for supplying a halogen-containing gas and a hydrogen gas into the processing chamber;
A plasma generating unit that converts the gas supplied into the processing chamber into a plasma state;
An exhaust section for exhausting the processing chamber;
A member to be etched provided in the processing chamber;
A control unit for controlling the gas supply unit and the plasma generation unit,
The controller is
The halogen-containing gas is supplied from the gas supply unit into the processing chamber, the halogen-containing gas supplied into the processing chamber is changed to a plasma state by the plasma generation unit, and the halogen-containing gas in the plasma state is used as the target gas. A first step of etching the etching member, depositing a reaction product generated by etching on the substrate, and then exhausting the processing chamber by the exhaust unit;
The hydrogen gas is supplied from the gas supply unit into the processing chamber, the hydrogen gas supplied into the processing chamber is changed to a plasma state by the plasma generation unit, and the hydrogen gas in the plasma state is supplied onto the substrate. A second step of exhausting the processing chamber by the exhaust unit after processing the substrate;
A substrate processing apparatus characterized by repeating this cycle as one cycle.
ことを特徴とする請求項1に記載の基板処理装置。 The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the gas supply unit is provided to face the substrate through the metal member.
水素ガスを前記ガス供給部から前記処理室内に供給し、前記処理室内に供給された前記水素ガスを前記プラズマ生成部によりプラズマ状態とし、プラズマ状態となった前記水素ガスを前記基板上に供給して前記基板を処理した後、前記排気部により前記処理室内を排気する第2のステップと、
を1サイクルとしてこのサイクルを繰り返す
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A halogen-containing gas is supplied from a gas supply unit into the processing chamber, the halogen-containing gas supplied into the processing chamber is brought into a plasma state by a plasma generation unit, and the halogen-containing gas in the plasma state is provided in the processing chamber. Etching the member to be etched, depositing a reaction product generated by etching on the substrate, and then exhausting the processing chamber by an exhaust unit;
Hydrogen gas is supplied from the gas supply unit into the processing chamber, the hydrogen gas supplied into the processing chamber is changed to a plasma state by the plasma generation unit, and the hydrogen gas in a plasma state is supplied onto the substrate. A second step of exhausting the processing chamber by the exhaust unit after processing the substrate;
A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that this cycle is repeated as one cycle.
Priority Applications (1)
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JP2009093096A JP2010242180A (en) | 2009-04-07 | 2009-04-07 | Substrate processor and method for manufacturing semiconductor device |
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WO2019073797A1 (en) * | 2017-10-10 | 2019-04-18 | 東京エレクトロン株式会社 | Film formation method |
-
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- 2009-04-07 JP JP2009093096A patent/JP2010242180A/en active Pending
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