JP2011157571A - Substrate processing apparatus - Google Patents

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JP2011157571A JP2010018383A JP2010018383A JP2011157571A JP 2011157571 A JP2011157571 A JP 2011157571A JP 2010018383 A JP2010018383 A JP 2010018383A JP 2010018383 A JP2010018383 A JP 2010018383A JP 2011157571 A JP2011157571 A JP 2011157571A
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博信 宮
Kazuyuki Toyoda
一行 豊田
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文彦 廣瀬
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate processing apparatus capable of enhancing the quality of a metal thin film even in the case of a high melting point metal, and a method for manufacturing a semi-conductor device. <P>SOLUTION: The substrate processing apparatus includes a processing chamber 1 having a substrate supporting part for supporting a member 18 to be etched and a substrate, a gas supply unit for supplying halogen gas so as to allow the member to be etched in the processing chamber to be exposed therewith, a plasma generation unit for making the supplied gas in a plasma state, and a power source for applying the DC current to a solid metal as the member to be etched. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、基板上に金属薄膜を形成する基板処理装置に関する。   The present invention relates to a substrate processing apparatus for forming a metal thin film on a substrate.

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)。   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 (for example, Non-Patent Document 1).

N.Oyama,Y.Ogura,Y.Mitake,Y.Tomita,H.Sakamoto,S.Nagase,M.Watanabe,N.Fujiwara,S.Ohshima, andF.Hirose,Jpn.J.Appl.Phys.,46(2007)pp.L506-L508N. Oyama, Y. Ogura, Y. Mitake, Y. Tomita, H. Sakamoto, S. Nagase, M. Watanabe, N. Fujiwara, S. Ohshima, and F. Hirose, Jpn. J. Appl. Phys., 46 (2007) pp.L506-L508

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(Cl)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.

Cl → 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)+Cl(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(Cl)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、被エッチング部材及び基板を支持する基板支持部を有する処理室と、前記処理室内の前記被エッチング部材にハロゲンガスを晒すように供給するガス供給部と、前記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、前記被エッチング部材である固体金属に直流電流を印加する電源とを有する基板処理装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, a processing chamber having a substrate support portion that supports a member to be etched and a substrate, a gas supply unit that supplies a halogen gas to the member to be etched in the processing chamber, and the supply There is provided a substrate processing apparatus having a plasma generation unit that converts the generated gas into a plasma state and a power source that applies a direct current to the solid metal that is the member to be etched.

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、項融点金属においても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 method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, it is possible to improve the film quality of a metal thin film even in a high melting point metal.

本発明の第1の実施形態に係る基板処理装置の側面断面図である。It is side surface sectional drawing of the substrate processing apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るガス供給シーケンスを説明した図である。It is a figure explaining the gas supply sequence which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る基板処理装置の側面断面図である。It is side surface sectional drawing of the substrate processing apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

<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100は、基板としてのウエハ3を収容する処理室1を有する。処理室1は、石英製の天井板7と、例えばSUS等の金属材料製の下容器5で構成されている。天井板7は下容器5とはOリングでシール、分離されている。下容器5は接地(アース)されている。処理室1の側壁には、図示しないウエハ搬送口、及びウエハ搬送口を開閉するゲート弁が設けられている。また、処理室1内には、ベローズで処理室1内の気密が確保されつつ昇降自在に構成された基板支持部としてのウエハ支持機構2が設けられている。ゲート弁の開閉動作、図示しない搬送装置によるウエハ3の搬送動作、ウエハ支持機構2の昇降動作の協働により、処理室1内外へのウエハ3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 100 according to this embodiment includes a processing chamber 1 that accommodates a wafer 3 as a substrate. The processing chamber 1 is composed of a quartz ceiling plate 7 and a lower container 5 made of a metal material such as SUS. The ceiling plate 7 is sealed and separated from the lower container 5 by an O-ring. The lower container 5 is grounded (earthed). A wafer transfer port (not shown) and a gate valve for opening and closing the wafer transfer port are provided on the side wall of the processing chamber 1. In the processing chamber 1, a wafer support mechanism 2 is provided as a substrate support portion configured to be movable up and down while ensuring airtightness in the processing chamber 1 with a bellows. The wafer 3 is transferred into and out of the processing chamber 1 by the cooperation of the opening / closing operation of the gate valve, the transfer operation of the wafer 3 by a transfer device (not shown), and the raising / lowering operation of the wafer support mechanism 2.

(プラズマ生成部)
ウエハ載置機構2の基板載置面から見て対向する位置に金属部材18が設けられ、処理室1の天井板7の外側には、プラズマ生成用アンテナが9が設けられている。即ち、プラズマ生成用アンテナ9とウエハ載置機構2の基板載置面との間に、金属部材18が設けられるよう構成される。プラズマ生成用アンテナ9は基板処理の際には、処理室1内に供給されたガスを、プラズマ状態とするものである。
(Plasma generator)
A metal member 18 is provided at a position facing the substrate placement surface of the wafer placement mechanism 2, and a plasma generation antenna 9 is provided outside the ceiling plate 7 of the processing chamber 1. That is, the metal member 18 is provided between the plasma generating antenna 9 and the substrate mounting surface of the wafer mounting mechanism 2. The plasma generating antenna 9 turns the gas supplied into the processing chamber 1 into a plasma state during substrate processing.

プラズマ生成用アンテナ9は、整合回路10を経由して、電力供給部である高周波電源11が接続され、更に高周波電源11は接地されている。高周波電源11は、13.56MHzの高周波を、プラズマ生成用アンテナ9へ印加する。   The plasma generating antenna 9 is connected to a high frequency power source 11 as a power supply unit via a matching circuit 10, and the high frequency power source 11 is grounded. The high frequency power supply 11 applies a high frequency of 13.56 MHz to the plasma generating antenna 9.

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、高周波電源11からプラズマ生成用アンテナ9に高周波電力を供給することで、被エッチング部材である金属材料18付近で、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。
プラズマ生成用アンテナ9、整合回路10、高周波電源11により、本実施形態に係るプラズマ生成部が構成される。
By supplying high-frequency power from the high-frequency power source 11 to the plasma generating antenna 9 in a state where a mixed gas (halogen-containing gas) of chlorine gas and helium gas is supplied into the processing chamber 1 by a gas supply unit described later, In the vicinity of the metal material 18 to be etched, a mixed gas of chlorine gas and helium gas can be brought into a plasma state.
The plasma generation antenna 9, the matching circuit 10, and the high frequency power source 11 constitute a plasma generation unit according to this embodiment.

(ヒータ)
ウエハ支持機構2内には、抵抗加熱ヒータ等として構成されたヒータ4が設けられている。ヒータ4への通電量を調整することで、ウエハ支持機構2の載置面に載置されたウエハ3、金属部材18等の温度を調整可能なように構成されている。
(heater)
A heater 4 configured as a resistance heater or the like is provided in the wafer support mechanism 2. By adjusting the energization amount to the heater 4, the temperature of the wafer 3, the metal member 18, and the like placed on the placement surface of the wafer support mechanism 2 can be adjusted.

(ガス供給部)
処理室1の側面には、ガスを供給するガス供給路が、ノズル12を経由して接続されている。ノズル12には、ガス供給路62a、62b、62c、62dが接続されている。
ガス供給路62aには、上流から、塩素(Cl2)ガス源32a、ガスの流量を調整するマスフローコントローラ(MFC)42a、ガス供給/停止する開閉バルブ52aが設けられている。同様に、ガス供給路62bには、上流から、ヘリウム(He)ガス源32b、マスフローコントローラ(MFC)42b、開閉バルブ52bが設けられている。ガス供給路62cには、上流から、水素(H2)ガス源32c、マスフローコントローラ(MFC)42c、開閉バルブ52cが設けられている。ガス供給路62dには、上流から、窒素(N2)ガス源32d、マスフローコントローラ(MFC)42d、開閉バルブ52dが設けられている。
(Gas supply part)
A gas supply path for supplying gas is connected to the side surface of the processing chamber 1 via a nozzle 12. Gas supply paths 62a, 62b, 62c, and 62d are connected to the nozzle 12.
From the upstream side, the gas supply path 62a is provided with a chlorine (Cl2) gas source 32a, a mass flow controller (MFC) 42a for adjusting the gas flow rate, and an open / close valve 52a for supplying / stopping the gas. Similarly, a helium (He) gas source 32b, a mass flow controller (MFC) 42b, and an open / close valve 52b are provided in the gas supply path 62b from the upstream. The gas supply path 62c is provided with a hydrogen (H2) gas source 32c, a mass flow controller (MFC) 42c, and an opening / closing valve 52c from the upstream. A nitrogen (N2) gas source 32d, a mass flow controller (MFC) 42d, and an open / close valve 52d are provided in the gas supply path 62d from the upstream.

マスフローコントローラ42a、42bにより流量制御しつつ、開閉バルブ52a、52b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、マスフローコントローラ42c,42dにより流量制御しつつ、開閉バルブ52c,52dを開けることで、処理室1内に水素ガスと窒素ガスの混合ガスが供給されるように構成されている。更に、マスフローコントローラ42dにより流量制御しつつ、開閉バルブ52dを開けることで、処理室1内に窒素ガスが供給されるように構成されている。 The flow rate is controlled by the mass flow controllers 42a and 42b, and the open / close valves 52a and 52b are opened to supply a mixed gas of chlorine gas and helium gas as a halogen-containing gas into the processing chamber 1. . Further, the mixed gas of hydrogen gas and nitrogen gas is supplied into the processing chamber 1 by opening the on-off valves 52c and 52d while controlling the flow rate by the mass flow controllers 42c and 42d. Further, the flow rate is controlled by the mass flow controller 42d, and the open / close valve 52d is opened to supply nitrogen gas into the processing chamber 1.

主に、ノズル12、ガス供給路62a、62b、62c、62dにより、本実施形態に係るガス供給部が構成されている。   The nozzle 12 and the gas supply paths 62a, 62b, 62c, and 62d mainly constitute the gas supply unit according to this embodiment.

(金属部材)
基板支持機構2と天井板7の間には被エッチング部材としての金属部材18が設けられている。金属部材18は、ウエハ3に成膜する金属薄膜の原料となる金属材料、例えばタングステン(W)などにより構成されている。金属部材18は網状であり、例えば0.1mm径で、1cm辺り30メッシュのタングステン金網で、幅30mm、長さ100mmで構成されている。金属部材18には直流電源20が接続され、直接通電可能である。通電することで、金属部材18全体が500℃以上、好ましくは750℃以上、金属がタングステンの場合800℃以上に等しく加熱される。
(Metal member)
Between the substrate support mechanism 2 and the ceiling plate 7, a metal member 18 as an etched member is provided. The metal member 18 is made of a metal material that is a raw material for the metal thin film formed on the wafer 3, such as tungsten (W). The metal member 18 has a net-like shape, for example, a tungsten wire net having a diameter of 0.1 mm and a mesh of 30 mesh per 1 cm, and has a width of 30 mm and a length of 100 mm. A DC power source 20 is connected to the metal member 18 and can be directly energized. By energizing, the entire metal member 18 is heated to 500 ° C. or higher, preferably 750 ° C. or higher, and equal to 800 ° C. or higher when the metal is tungsten.

金属部材18を加熱する方法として、シースヒータを金属部材18近傍に設け、それにより加熱することが考えられる。しかしながら、金属部材全体が均一に加熱され難く、またシースヒーター材質からの不純物元素の混入が危惧される。更に、金属部材をフローティング電位とした場合、室温から例えば500℃程度まで数分かけて上昇する傾向が見られ、その後金属部材18の温度は、500℃から545℃の範囲で変動を起こすため、温度が安定せず外部からシースヒーターで温度制御しようとしても金属部材の温度追従性が確保出来ず、安定した金属膜、即ち均一な膜厚や膜質の金属膜を形成できない。
以上のことから、上記のように金属部材18に直接通電し、加熱することが良い。
As a method of heating the metal member 18, it is conceivable to provide a sheath heater in the vicinity of the metal member 18 and heat it thereby. However, it is difficult for the entire metal member to be heated uniformly, and there is a risk of contamination by impurity elements from the sheath heater material. Furthermore, when the metal member is set to a floating potential, a tendency to increase from room temperature to, for example, about 500 ° C. over several minutes is seen, and then the temperature of the metal member 18 varies within a range of 500 ° C. to 545 ° C. Even if an attempt is made to control the temperature with a sheath heater from the outside because the temperature is not stable, the temperature followability of the metal member cannot be secured, and a stable metal film, that is, a metal film having a uniform film thickness or quality cannot be formed.
From the above, it is preferable that the metal member 18 is directly energized and heated as described above.

金属部材18は接地されており、反応室1の電位と同電位とし、また電位を固定している。同電位とすることで、金属部材18がプラズマに晒される際に、イオン照射により金属部材18が帯電を防ぐことが可能となる。これにより、帯電することによる基板3へのプラズマ量抑制を防ぐことができる。
また、電位を固定することで、プラズマに晒される際、金属部材18の電位がプラズマの電位に近づくことを抑制する。仮に電位を固定しなかった場合、金属部材18が帯電し、プラズマ中の塩素イオンの金属部材への輸送が妨げられ、十分な金属ハロゲン化物をウエハへ供給することが出来なくなる恐れがある。
尚、ここでは反応室1と金属部材18を同電位としたが、それに限るものではなく、金属部材18の電位を反応室1より低くしても良い。
The metal member 18 is grounded, and has the same potential as that of the reaction chamber 1 and the potential is fixed. By setting the same potential, the metal member 18 can be prevented from being charged by ion irradiation when the metal member 18 is exposed to plasma. Thereby, suppression of the plasma amount to the board | substrate 3 by charging can be prevented.
Further, fixing the potential prevents the potential of the metal member 18 from approaching the plasma potential when exposed to plasma. If the potential is not fixed, the metal member 18 is charged, the transport of chlorine ions in the plasma to the metal member is hindered, and there is a possibility that sufficient metal halide cannot be supplied to the wafer.
Here, the reaction chamber 1 and the metal member 18 have the same potential. However, the present invention is not limited to this, and the potential of the metal member 18 may be lower than that of the reaction chamber 1.

ガスを供給するノズル12の先端は金属部材18に向けられるよう構成されている。上述のノズル12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プラズマ生成用アンテナ9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18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タングステン(WCl)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3上に吸着して堆積するように構成されている。堆積時においては、金属部材18は網状であるので、生成されたプラズマが満遍なく網目を通過し、その結果、金属ハロゲン化合物を均一に基板上に堆積することが可能となる。 The tip of the nozzle 12 that supplies the gas is configured to face the metal member 18. While supplying a mixed gas (halogen-containing gas) of chlorine gas and helium gas into the processing chamber 1 by the nozzle 12 described above, high-frequency power is supplied to the plasma generating antenna 9 by the above-described power supply unit, so that the halogen-containing gas is supplied. Is in a plasma state, the metal member 18 is etched by the halogen-containing gas in the plasma state and radicals (Cl * ) contained in the gas, and, for example, tungsten chloride (WCl) gas as a metal halide is contained in the processing chamber 1. It is configured to be generated. The metal halide generated by the etching is configured to be adsorbed and deposited on the wafer 3. At the time of deposition, since the metal member 18 has a net shape, the generated plasma passes through the net uniformly, and as a result, the metal halide compound can be uniformly deposited on the substrate.

(排気部)
処理室1の下方には排気口17が設けられている。排気口17には上流側から順に、図示しない圧力計、排気バルブ44、真空ポンプ60が接続されている。真空ポンプ60を作動させ、排気バルブ44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17、図示しない圧力計、排気バルブ44、真空ポンプ60により、本実施形態に係る排気部が構成される。
(Exhaust part)
An exhaust port 17 is provided below the processing chamber 1. A pressure gauge, an exhaust valve 44 and a vacuum pump 60 (not shown) are connected to the exhaust port 17 in order from the upstream side. The pressure in the processing chamber 1 can be adjusted by operating the vacuum pump 60 and adjusting the opening degree of the exhaust valve 44. The exhaust part according to this embodiment is mainly configured by the exhaust port 17, a pressure gauge (not shown), the exhaust valve 44, and the vacuum pump 60.

(コントローラ)
ウエハ支持機構2、ヒーター4、マスフローコントローラ42a,42b,42c,42d、開閉バルブ52a,52b,52c,52d、整合器10、高周波電源11、圧力計(図示しない)、排気バルブ44、ゲート弁(図示しない)は、制御部としてのコントローラ70に接続されている。コントローラ70は、マスフローコントローラ42a,42b,42c,42dの流量制御動作、開閉バルブ52a,52b,52c,52dの開閉動作、ヒーター4、金属部材18への通電動作、整合器10のインピーダンス調整、高周波電源11、直流電源20への電力供給動作、排気バルブ44の開度調整動作、ゲート弁の開閉動作、ウエハ支持機構2の昇降動作を制御するように構成されている。
(controller)
Wafer support mechanism 2, heater 4, mass flow controllers 42a, 42b, 42c, 42d, open / close valves 52a, 52b, 52c, 52d, matching unit 10, high frequency power supply 11, pressure gauge (not shown), exhaust valve 44, gate valve ( (Not shown) is connected to a controller 70 as a control unit. The controller 70 controls the flow rate of the mass flow controllers 42a, 42b, 42c, and 42d, opens and closes the opening and closing valves 52a, 52b, 52c, and 52d, energizes the heater 4 and the metal member 18, adjusts the impedance of the matching unit 10, and performs high frequency. The power supply 11 and the DC power supply 20 are configured to control the power supply operation, the exhaust valve 44 opening adjustment operation, the gate valve opening / closing operation, and the wafer support mechanism 2 lifting / lowering operation.

(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2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、図2に記載のように、基板上に金属薄膜を形成する1ステップとしての成膜工程(S30)と、S30で使用した処理ガスの残ガスを排気する第2のステップとしての真空引き工程(S31)、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3のステップとしての還元工程(S32)と、S32で供給されたガスを排気する第4ステップとしてのパージ工程(S33)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。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70により制御される。
(2) Substrate Processing Step Next, a substrate processing step according to the present embodiment performed by the above-described substrate processing apparatus will be described with reference to FIGS. In the substrate processing step according to the present embodiment, as shown in FIG. 2, the film forming step (S30) as one step for forming a metal thin film on the substrate and the residual gas of the processing gas used in S30 are exhausted. A vacuuming step (S31) as a second step, a reducing step (S32) as a third step of reducing the halogen element contained in the metal thin film by supplying hydrogen gas in a plasma state to the formed metal thin film ) And the purge step (S33) as the fourth step for exhausting the gas supplied in S32, this cycle is repeated. In the following description, the operation of each part of the substrate processing apparatus described above is controlled by the controller 70.

(ウエハ搬入工程(S10))
まず、ウエハ支持機構2を上昇させた状態でゲート弁を開け、図示しない搬送装置により処理室1内にウエハ3を搬入してウエハ支持機構2上に載置する。そして、ゲート弁20を閉じる。
(Wafer carry-in process (S10))
First, the gate valve is opened while the wafer support mechanism 2 is raised, and the wafer 3 is loaded into the processing chamber 1 by a transfer device (not shown) and placed on the wafer support mechanism 2. Then, the gate valve 20 is closed.

(真空引き工程(S20))
次に、真空ポンプ60を作動させ、排気バルブ44の開度を調整し、処理室1内が1〜10000Paの内、所望の圧力(成膜圧力)になるように制御する。また、基板支持機構2内部のヒータ4、金属部材18、ウエハ3がそれぞれ所定の温度(成膜温度)になるように制御する。
ヒータ4は、室温〜1000℃の範囲の内所望の温度に設定し、金属部材18は800℃以上の内、所望の温度に設定する。
(Evacuation step (S20))
Next, the vacuum pump 60 is operated, the opening degree of the exhaust valve 44 is adjusted, and the processing chamber 1 is controlled so as to have a desired pressure (film forming pressure) within 1 to 10,000 Pa. In addition, the heater 4, the metal member 18, and the wafer 3 in the substrate support mechanism 2 are controlled so as to have a predetermined temperature (film formation temperature).
The heater 4 is set to a desired temperature within a range of room temperature to 1000 ° C., and the metal member 18 is set to a desired temperature within 800 ° C. or more.

(成膜工程(S30))
次に、マスフローコントローラ42a,42bにより流量制御しつつ、開閉バルブ52a,52bを開けることで、ハロゲン含有ガスとしての塩素ガスとプラズマ励起用の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、ノズル12を経由して処理室内、特に金属部材18の周囲に供給される。
尚、プラズマ励起用ガスとして、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、窒素(N2)を用いても良い。
(Film formation process (S30))
Next, the flow rate is controlled by the mass flow controllers 42a and 42b, and the open / close valves 52a and 52b are opened to supply a mixed gas of chlorine gas as a halogen-containing gas and helium gas for plasma excitation into the processing chamber 1. To start. A mixed gas of chlorine gas and helium gas supplied from the gas supply unit into the processing chamber 1 is supplied via the nozzle 12 into the processing chamber, particularly around the metal member 18.
Note that neon (Ne), argon (Ar), and nitrogen (N2) may be used as the plasma excitation gas.

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、高周波電源11からプラズマ生成用アンテナに高周波電力を供給し、更に直流電源20から金属部材18に直流電力を供給し、金属部材18を所望の温度に維持しつつ、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、後述の式(5)参照)が金属部材18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タングステン(WCl)ガスが生成される(後述の式(6)参照)。エッチングにより生成された塩化タングステン(WCl)ガスは、ウエハ3上に吸着して堆積する。このとき、金属部材18の温度を800℃以上とする。800℃以上とすることで、タングステン(W)のエッチングを促進することが可能となる。 While supplying a mixed gas of chlorine gas and helium gas into the processing chamber 1, high-frequency power is supplied from the high-frequency power source 11 to the plasma generating antenna, and DC power is supplied from the DC power source 20 to the metal member 18. The mixed gas is brought into a plasma state while maintaining the member 18 at a desired temperature. As a result, the mixed gas in the plasma state and radicals contained in the gas (Cl * , see formula (5) to be described later) etch the metal member 18 to form a metal halide (reaction product, precursor). For example, tungsten chloride (WCl) gas is generated (see formula (6) described later). The tungsten chloride (WCl) gas generated by the etching is adsorbed and deposited on the wafer 3. At this time, the temperature of the metal member 18 is set to 800 ° C or higher. By setting the temperature to 800 ° C. or higher, etching of tungsten (W) can be promoted.

ウエハ3上にはタングステン(W)が析出し、Wを主成分とする金属薄膜が形成される(後述する式(7)参照)。なお、塩素(Cl)は、塩素ガス(Cl)として金属薄膜中から解離する(後述する式(8)参照)。
求めている膜厚に応じて、3から40分の間、プラズマ状態の維持、金属材料18の温度の維持等の処理をする。
Tungsten (W) is deposited on the wafer 3 to form a metal thin film containing W as a main component (see formula (7) described later). Note that chlorine (Cl) is dissociated from the metal thin film as chlorine gas (Cl 2 ) (see formula (8) described later).
Depending on the desired film thickness, the plasma state is maintained and the temperature of the metal material 18 is maintained for 3 to 40 minutes.

上述の工程は次のように表される。
Cl2

e* → 2Cl*+e
・・式(5)
M

Cl* → MCl(ガス) ・・式(6)
MCl(ガス)→ MCl(吸着)
・・式(7)
MCl

Cl* → M(固体) + Cl2(ガス)↑ ・・式(8)
ここで、Mは金属原子を表している。式(6)から(8)は同一工程の中で同時に起きている現象である。
The above process is expressed as follows.
Cl 2
+
e * → 2Cl * + e
..Formula (5)
M
+
Cl * → MCl (gas) ・ ・ Formula (6)
MCl (gas) → MCl (adsorption)
..Formula (7)
MCl
+
Cl * → M (solid) + Cl 2 (gas) ↑ ・ ・ Formula (8)
Here, M represents a metal atom. Expressions (6) to (8) are phenomena that occur simultaneously in the same process.

形成する金属膜の一例としてタングステンを用いて説明したが、それに限るものではなく、他の金属部材でも可能である。例えば、ルテニウム(Ru), ニッケル(Ni),チタン(Ti), ジルコニウム(Zr),ハフニウム(Hf), ニオブ(Nb),タンタル(Ta),モリブデン(Mo),アルミニウム(Al),ガリウム(Ga),インジウム(In)がある。 Although description has been made using tungsten as an example of the metal film to be formed, the present invention is not limited to this, and other metal members are also possible. For example, ruthenium (Ru), nickel (Ni), titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), niobium (Nb), tantalum (Ta), molybdenum (Mo), aluminum (Al), gallium (Ga) ) And indium (In).

上記の内、ニッケル(Ni)や銅(Cu)の場合、Niの融点が1455℃であり、Cuは1083℃と比較的金属の融点が低い。蒸気圧が10-2Torrとなる温度を比較してみると、Niが1510℃、Cuが1273℃である。塩素ラジカルでエッチングする場合、金属部材18の温度を500℃以上600℃以下の範囲で可能となる。
これに対し、タングステンWのような融点が高い材料(Wの場合3382℃)に関しては、ニッケルや銅のような低温では金属膜形成をうまく行なうことが出来ない。式(6)が進行するためには被エッチング部材の温度をある程度上げておく必要があるが、蒸気圧が10-2Torrとなる温度は、Wでは3309℃となっており、塩素ラジカルでエッチングを行なう場合には金属部材18がタングステンの場合には800℃以上1000℃以下の範囲に設定する必要がある。
Among the above, in the case of nickel (Ni) and copper (Cu), the melting point of Ni is 1455 ° C., and Cu has a relatively low melting point of 1083 ° C. Comparing the temperatures at which the vapor pressure is 10 -2 Torr, Ni is 1510 ° C and Cu is 1273 ° C. When etching with chlorine radicals, the temperature of the metal member 18 can be in the range of 500 ° C. or more and 600 ° C. or less.
On the other hand, for a material having a high melting point such as tungsten W (3382 ° C. in the case of W), a metal film cannot be successfully formed at a low temperature such as nickel or copper. In order for Equation (6) to proceed, the temperature of the member to be etched needs to be raised to some extent, but the temperature at which the vapor pressure becomes 10 −2 Torr is 3309 ° C. for W and is etched with chlorine radicals. When the metal member 18 is tungsten, it is necessary to set the temperature in the range of 800 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.

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、高周波電源11、への電力供給を停止すると共に、開閉バルブ52a,52bを閉める。   When a metal thin film having a desired film thickness is formed after a predetermined time has elapsed, power supply to the high-frequency power supply 11 is stopped and the open / close valves 52a and 52b are closed.

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:133Pa、
ウエハ3の温度:280℃
金属部材18の温度:800℃、
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: 133 Pa,
Wafer 3 temperature: 280 ° C.
Metal member 18 temperature: 800 ° C.
Is exemplified.

(真空引き工程(S31))
上述のように、開閉バルブ52a,52bを閉め、塩素(Cl2)及びヘリウム(He)の供給を停止する。また、開閉バルブ52dを開として、マスフローコントローラ42cにより流量調整された、キャリアガスである窒素(N2)を処理室1内に供給する。このときガス排気管17の排気バルブ44は開状態を維持し、真空ポンプ60により処理室1内が20Pa以下となるよう、残ガスを排気する。
これにより、処理室1を窒素(N2)に置換する。
(Evacuation step (S31))
As described above, the on-off valves 52a and 52b are closed, and supply of chlorine (Cl2) and helium (He) is stopped. Further, the opening / closing valve 52d is opened, and nitrogen (N 2), which is a carrier gas, whose flow rate is adjusted by the mass flow controller 42c, is supplied into the processing chamber 1. At this time, the exhaust valve 44 of the gas exhaust pipe 17 is kept open, and the residual gas is exhausted by the vacuum pump 60 so that the inside of the processing chamber 1 becomes 20 Pa or less.
Thereby, the processing chamber 1 is replaced with nitrogen (N 2).

(還元工程(S32))
マスフローコントローラ42c,42dにより流量制御しつつ、開閉バルブ52c,52dを開けることで、処理室1内への水素ガスと窒素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、ウエハ3に向けてノズル12から供給される。
このとき、水素と窒素の割合は、水素を2%、窒素を98%とする。
(Reduction process (S32))
Supply of a mixed gas of hydrogen gas and nitrogen gas into the processing chamber 1 is started by opening the open / close valves 52c and 52d while controlling the flow rate by the mass flow controllers 42c and 42d. A mixed gas of hydrogen gas and helium gas supplied from the gas supply unit into the processing chamber 1 is supplied from the nozzle 12 toward the wafer 3.
At this time, the ratio of hydrogen to nitrogen is 2% for hydrogen and 98% for nitrogen.

処理室1内に水素ガスと窒素ガスとの混合ガスを供給しつつ、高周波電源11からプラズマ生成用アンテナ9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 nitrogen gas into the processing chamber 1, high frequency power is supplied from the high frequency power supply 11 to the plasma generating antenna 9, and the mixed gas is brought into a plasma state. As a result, radicals (H * ) contained in the mixed gas in the plasma state reduce Cl contained in the metal thin film.

所定時間が経過して金属薄膜のClの還元が完了したら、プラズマ生成用アンテナ9への電力供給を停止すると共に、開閉バルブ52cを閉めて処理室1内への水素ガスとの混合ガスの供給を停止する。
ここで所定時間とは、例えば、3から40分の間である。
When the reduction of Cl of the metal thin film is completed after a predetermined time has elapsed, the power supply to the plasma generating antenna 9 is stopped, and the open / close valve 52c is closed to supply the mixed gas with hydrogen gas into the processing chamber 1. To stop.
Here, the predetermined time is, for example, between 3 and 40 minutes.

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:133Pa、
ウエハ3の温度:280℃、
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: 133 Pa,
Wafer 3 temperature: 280 ° C.
Is exemplified.

(真空引き工程(S33))
上述のように、開閉バルブ52cを閉め、水素の供給を停止する。開閉バルブ52dは開を維持し、マスフローコントローラ42dにより流量調整された、キャリアガスである窒素(N2)を処理室1内に供給する。このときガス排気管17の排気バルブ44は開状態を維持し、真空ポンプ60により処理室1内が20Pa以下となるよう、残ガスを排気する。
これにより、処理室1を窒素(N2)に置換する。
(Evacuation step (S33))
As described above, the on-off valve 52c is closed and the supply of hydrogen is stopped. The on-off valve 52d is kept open, and nitrogen (N2), which is a carrier gas, whose flow rate is adjusted by the mass flow controller 42d, is supplied into the processing chamber 1. At this time, the exhaust valve 44 of the gas exhaust pipe 17 is kept open, and the residual gas is exhausted by the vacuum pump 60 so that the inside of the processing chamber 1 becomes 20 Pa or less.
Thereby, the processing chamber 1 is replaced with nitrogen (N 2).

(繰り返し工程)
その後、成膜工程(S30)から還元工程(S33)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 forming step (S30) to the reducing step (S33) 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))
開閉バルブ52dは開を維持し、マスフローコントローラ42dにより流量調整された、不活性ガスとしてのる窒素(N2)を処理室1内に供給する。排気バルブ44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、上述の工程の逆工程により成膜済みのウエハ3を処理室1内から搬出する。
(Wafer unloading step (S40))
The on-off valve 52d is kept open, and nitrogen (N2) as an inert gas, whose flow rate is adjusted by the mass flow controller 42d, is supplied into the processing chamber 1. The opening degree of the exhaust valve 44 is adjusted to return the inside of the processing chamber 1 to atmospheric pressure. Then, the film-formed wafer 3 is unloaded from the processing chamber 1 by the reverse process of the above process.

(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)において、金属部材を均一に加熱することができるので、プラズマによるエッチングの促進を図ることが可能となる。   According to this embodiment, since the metal member can be uniformly heated in the above-described film forming step (S30), it is possible to promote etching by plasma.

また、本実施形態によれば、上述の成膜工程(S30)において、金属部材を高温に加熱することができるので、タングステンなど高温状態にする必要がある金属においても、エッチングの促進を図ることができる。   In addition, according to the present embodiment, the metal member can be heated to a high temperature in the above-described film forming step (S30), so that etching can be promoted even for a metal that needs to be in a high temperature state such as tungsten. Can do.

また、金属部材18を反応室1と同電位、もしくはそれより低い電位としているので、金属部材への帯電を防ぎ、ハロゲン化物を効率よく生成することができる。   In addition, since the metal member 18 has the same potential as or lower than that of the reaction chamber 1, charging of the metal member can be prevented, and halide can be generated efficiently.

また、金属部材への帯電を防いでいるので、ハロゲン化物生成の持続、即ち成膜の持続を可能とする。   In addition, since the charging of the metal member is prevented, it is possible to continue the generation of halide, that is, the film formation.

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18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18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 lower electrode 35 instead of the upper electrode 34, and the mixed gas of hydrogen gas and helium gas is brought into a plasma state. In this way, damage to the metal member 18 can be reduced by supplying high-frequency power not to the upper electrode 34 but to the lower electrode 35 that is relatively far from the metal member 18.

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、水素ガスと窒素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窒素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 the present embodiment, a plasma state is generated by supplying a mixed gas of hydrogen gas and nitrogen gas instead of supplying hydrogen gas into the processing chamber 1 alone. It is said. Thus, by adding nitrogen gas to hydrogen gas, the lifetime of radical (H * ) can be increased, the efficiency of reduction treatment can be improved, and the film quality of the metal thin film can be further improved.

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 processing chamber 1 alone, but a mixed gas of chlorine gas and helium gas is supplied to form a plasma state. Thus, by adding helium gas to chlorine gas, the lifetime of the radical (Cl * ) can be increased, the efficiency of the film forming process can be improved, and the film quality of the metal thin film can be improved.

<本発明の第2の実施形態>
本実施形態に係る基板処理装置は、金属部材18の電位を制御するために、第2の直流電源である直流電源21がを設けた点が、上述の実施形態と異なる。
<Second Embodiment of the Present Invention>
The substrate processing apparatus according to this embodiment is different from the above-described embodiment in that a DC power source 21 that is a second DC power source is provided in order to control the potential of the metal member 18.

図3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3の説明において、図1と同様の番号の構成は、説明を省略する。
図1の構成において金属部材7はアース電位であるのに対して、図3では金属部材7は直流電源21により任意にその電位を変えることが出来る。金属部材をフローティング電位とした時には塩素ガスの一部はイオン化して金属部材周辺に集まり帯電する。このためイオン化した塩素ガスが金属部材に近づくことが出来ずエッチングは妨害される。直流電源21を設けた場合には金属部材の電位を変更してイオンによるエッチングを促進することが出来る。
FIG. 3 is a side sectional view of the substrate processing apparatus according to the present embodiment.
In the description of FIG. 3, the description of the same numbered configuration as in FIG. 1 is omitted.
In the configuration of FIG. 1, the metal member 7 is at ground potential, whereas in FIG. 3, the potential of the metal member 7 can be arbitrarily changed by the DC power source 21. When the metal member is set to a floating potential, part of the chlorine gas is ionized and collects around the metal member to be charged. For this reason, the ionized chlorine gas cannot approach the metal member and the etching is hindered. When the DC power supply 21 is provided, the etching of ions can be promoted by changing the potential of the metal member.

本実施形態によれば、金属部材18の電位を制御し、処理室1の電位より低くすることができるので、金属部材18がプラズマに晒される際に、イオン照射により金属部材18が帯電を防ぐことが可能となる。これにより、帯電することによる基板3へのプラズマ量抑制を防ぐことができる。 According to the present embodiment, since the potential of the metal member 18 can be controlled to be lower than the potential of the processing chamber 1, the metal member 18 is prevented from being charged by ion irradiation when the metal member 18 is exposed to plasma. It becomes possible. Thereby, suppression of the plasma amount to the board | substrate 3 by charging can be prevented.

<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、プラズマ生成用アンテナを有する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、誘導結合型に限らず、平行平板型、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 plasma generation unit having the plasma generation antenna has been described. However, the present invention is not limited to such a form. That is, the present invention can be suitably applied to a substrate processing apparatus including a plasma generation unit such as a parallel plate type or an ECR plasma type, without being limited to the inductive coupling type.

ここでは、金属部材の一例としてタングステンを用いて説明したが、それに限るものではなく、他の金属部材でも可能である。例えば、ルテニウム(Ru),
ニッケル(Ni),チタン(Ti), ジルコニウム(Zr),ハフニウム(Hf), ニオブ(Nb),タンタル(Ta),モリブデン(Mo),アルミニウム(Al),ガリウム(Ga),インジウム(In)がある。
ただし、タングステンのような融点温度の高い金属部材の場合、部材全体の温度を均一にし、且つ高温とする必要がある。
Here, description has been made using tungsten as an example of the metal member, but the present invention is not limited to this, and other metal members are also possible. For example, ruthenium (Ru),
Nickel (Ni), Titanium (Ti), Zirconium (Zr), Hafnium (Hf), Niobium (Nb), Tantalum (Ta), Molybdenum (Mo), Aluminum (Al), Gallium (Ga), Indium (In) is there.
However, in the case of a metal member having a high melting point temperature such as tungsten, it is necessary to make the temperature of the entire member uniform and high.

<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.

<付記1>
被エッチング部材及び基板を支持する基板支持部を有する処理室と、前記処理室内の前記被エッチング部材にハロゲンガスを晒すように供給するガス供給部と、前記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、前記被エッチング部材である固体金属に直流電流を印加する電源と、を有する基板処理装置。
<Appendix 1>
A processing chamber having a substrate support portion for supporting a member to be etched and a substrate, a gas supply portion for supplying a halogen gas to the member to be etched in the processing chamber, and a plasma in which the supplied gas is in a plasma state A substrate processing apparatus comprising: a generation unit; and a power source that applies a direct current to the solid metal that is the member to be etched.

<付記2>
前記固体金属は、Ru, Ni, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W, Al, Ga, Inの内、少なくとも一つの成分を有する付記1記載の基板処理装置。
<Appendix 2>
The substrate processing apparatus according to appendix 1, wherein the solid metal has at least one component of Ru, Ni, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W, Al, Ga, and In.

<付記3>
前記固体金属はタングステンであって、成膜工程では、前記固体金属を800℃以上1000℃以下とする付記1記載の基板処理装置。
<Appendix 3>
The substrate processing apparatus according to appendix 1, wherein the solid metal is tungsten, and the solid metal is 800 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower in the film forming step.

<付記4>
前記固体金属は、前記処理室と同電位、もしくは前記処理室の電位より低い請求項1記載の基板処理装置。
<Appendix 4>
The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the solid metal has the same potential as the processing chamber or lower than the potential of the processing chamber.

<付記5>
基板を収容するチャンバ内にハロゲンガス(ここでは塩素ガス)と希ガスを供給して外部より印加した高周波によりチャンバ内にプラズマを発生させて、被エッチング部材に含まれる金属成分とハロゲンとの前駆体を生成して基板に運び、該前駆体中のハロゲン同士の還元反応により、該前駆体から金属成分のみを生成して基板に成膜する。この時、被エッチング部材である固体金属に直接直流電流を印加して固体金属材料の温度制御をして金属膜を堆積することを特徴とする金属膜成膜方法及び装置。
<Appendix 5>
A halogen gas (in this case, chlorine gas) and a rare gas are supplied into a chamber containing a substrate, and plasma is generated in the chamber by a high frequency applied from the outside, so that a precursor of a metal component and a halogen contained in the member to be etched is generated. A body is generated and carried to the substrate, and only a metal component is generated from the precursor by a reduction reaction between halogens in the precursor, and a film is formed on the substrate. At this time, a metal film forming method and apparatus characterized in that a direct current is directly applied to a solid metal that is a member to be etched to control the temperature of the solid metal material to deposit the metal film.

<付記6>
少なくとも1枚の基板を処理室内に搬入する工程と、処理室内にハロゲンガスを供給し、高周波で励起したハロゲンガスプラズマと固体金属を反応させて金属塩化物を基板上に供給する工程と、基板上の金属塩化物前駆体とハロゲンガスラジカルの還元反応により金属膜を堆積させる工程と、基板を処理室内から搬出する工程を有することを特徴とする付記5記載の金属膜成膜方法及び装置。
<Appendix 6>
A step of carrying at least one substrate into the processing chamber, a step of supplying halogen gas into the processing chamber, reacting a halogen gas plasma excited at a high frequency with a solid metal, and supplying a metal chloride onto the substrate; 6. The method and apparatus for forming a metal film according to appendix 5, which includes a step of depositing a metal film by a reduction reaction of the metal chloride precursor and the halogen gas radical, and a step of unloading the substrate from the processing chamber.

<付記7>
固体金属材料をRu, Ni, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W, Al, Ga, Inなどを含む金属材料とすることを特徴とする付記5から6記載の金属膜成膜方法及び装置。
<Appendix 7>
The metal film deposition method according to appendix 5 to 6, wherein the solid metal material is a metal material containing Ru, Ni, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W, Al, Ga, In, or the like. And equipment.

<付記8>
固体金属材料をプラズマエッチングするハロゲンガスが塩素(Cl2)、塩化水素(HCl)を含むハロゲンガスであることを特徴とする付記5から7記載の金属膜成膜方法及び装置。
<Appendix 8>
The method and apparatus for forming a metal film according to appendices 5 to 7, wherein the halogen gas for plasma etching the solid metal material is a halogen gas containing chlorine (Cl 2 ) and hydrogen chloride (HCl).

<付記9>
金属膜中に含まれる不純物を除去するため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ガスラジカルを用いることを特徴とする付記5から8記載の金属膜成膜方法及び装置。
<Appendix 9>
The method for forming a metal film according to appendices 5 to 8, wherein a gas radical such as hydrogen (H 2 ), a hydrogen radical, and a chlorine radical is used as a reducing gas for removing impurities contained in the metal film, and apparatus.

<付記10>
励起用ガスとしてヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、窒素(N)を用いることを特徴とする付記5から9記載の金属膜成膜方法及び装置。
<Appendix 10>
The metal film deposition method and apparatus according to appendices 5 to 9, wherein helium (He), neon (Ne), argon (Ar), and nitrogen (N 2 ) are used as the excitation gas.

<付記11>
固体金属の温度を500℃以上、1000℃以下とすることを特徴とする付記5から10記載の金属膜成膜方法及び装置。
<Appendix 11>
The method and apparatus for forming a metal film according to appendices 5 to 10, wherein the temperature of the solid metal is 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.

<付記12>
堆積工程での処理室圧力を1Pa以上10,000Pa以下とすることを特徴とする付記5から11記載の金属膜成膜方法及び装置。
<Appendix 12>
The metal film deposition method and apparatus according to appendices 5 to 11, wherein the processing chamber pressure in the deposition step is 1 Pa or more and 10,000 Pa or less.

<付記13>
被エッチング部材の電位をチャンバー電位に対して同電位とするか、もしくはそれより低くすることを特徴とする付記5から12記載の金属膜成膜方法及び装置。
<Appendix 13>
13. The method and apparatus for forming a metal film according to appendices 5 to 12, wherein the potential of the member to be etched is set equal to or lower than the chamber potential.

1 処理室
2 ウエハ支持機構
3 ウェハ
4 ヒーター
5 下容器
7 天井板
9 プラズマ生成用アンテナ
10 整合器
11 電源
12 ノズル
17 排気口
18 金属部材(被エッチング部材)
19 リング部
20 第1の直流電源
21 第2の直流電源
32, 32a, 32b, 32c 32d ガス源
42a, 42b, 42c, 42d マスフローコントローラ
44 排気バルブ
52a, 52b, 52c, 52d 原料ガスバルブ
60 ポンプ
62a, 62b, 62c, 62d ガス供給路
70 コントローラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Processing chamber 2 Wafer support mechanism 3 Wafer 4 Heater 5 Lower container 7 Ceiling board 9 Plasma generating antenna 10 Matching device 11 Power supply 12 Nozzle 17 Exhaust port 18 Metal member (etched member)
19 ring unit 20 first DC power source 21 second DC power source 32, 32a, 32b, 32c 32d gas source 42a, 42b, 42c, 42d mass flow controller 44 exhaust valve 52a, 52b, 52c, 52d raw material gas valve 60 pump 62a, 62b, 62c, 62d Gas supply path 70 Controller

Claims (4)

被エッチング部材、及び基板を支持する基板支持部を有する処理室と、
前記処理室内の前記被エッチング部材にハロゲンガスを晒すように供給するガス供給部と、
前記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、
前記被エッチング部材である固体金属に直流電流を印加する電源と、
を有する基板処理装置。
A processing chamber having a member to be etched and a substrate supporting portion for supporting the substrate;
A gas supply section for supplying a halogen gas to the member to be etched in the processing chamber;
A plasma generating unit for bringing the supplied gas into a plasma state;
A power source for applying a direct current to the solid metal as the member to be etched;
A substrate processing apparatus.
前記固体金属は、Ru, Ni, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W, Al, Ga, Inの内、少なくとも一つの成分を有する請求項1記載の基板処理装置。   2. The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the solid metal has at least one component of Ru, Ni, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W, Al, Ga, and In. 前記固体金属はタングステンであって、成膜工程では、前記固体金属を800℃以上1000℃以下とする請求項1記載の基板処理装置。   The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the solid metal is tungsten, and the solid metal is set to 800 ° C. or more and 1000 ° C. or less in the film forming step. 前記固体金属は、前記処理室と同電位、もしくは前記処理室の電位より低い請求項1記載の基板処理装置。   The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the solid metal has the same potential as the processing chamber or lower than the potential of the processing chamber.
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