JP2013219146A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device manufacturing method which can reduce processes necessary for formation of a TSV.SOLUTION: A semiconductor device manufacturing method comprises: a ZrBO film formation process of forming a ZrBO film 64 on a surface of an upper side silicon substrate 63 having a through hole H extending in a thickness direction of the upper side silicon substrate 63, and on an inner surface of the through hole H; and an etching process of dry etching the ZrBO film 64 formed on a bottom face of the through hole H. In the ZrBO film formation process, Zr(BH)-containing gas and activated oxygen-containing gas are supplied to the heated upper side silicon substrate 63, the Zr(BH)-containing gas decomposed on the upper side silicon substrate 63 is oxidized by the oxygen-containing gas, and the ZrBO film 64 is formed on the upper side silicon substrate 63. Further, in the etching process, negative bias voltage is applied to the substrate S, and an etchant of the ZrBO film 64 is drawn to the surface of the upper side silicon substrate 63.

Description

本開示の技術は、半導体装置、特に、半導体基板に形成された絶縁膜としてZrBO膜を有した半導体装置を製造する半導体装置の製造方法に関する。ここで、ZrBO膜とは、硼化酸化ジルコニウム膜であって、例えばZr(BHの酸化窒化反応によって生成される膜である。 The technology of the present disclosure relates to a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a semiconductor device that manufactures a semiconductor device having a ZrBO film as an insulating film formed on a semiconductor substrate. Here, the ZrBO film is a zirconium boride oxide film, and is a film formed by, for example, an oxynitriding reaction of Zr (BH 4 ) 4 .

従来から、素子の形成されたシリコン基板である素子基板が三次元的に実装されることで、素子基板の実装面積を小さくしつつ、素子の集積度合いを高める試みが盛んに行われている。   2. Description of the Related Art Conventionally, many attempts have been made to increase the degree of element integration while reducing the mounting area of an element substrate by three-dimensionally mounting an element substrate, which is a silicon substrate on which elements are formed.

このような三次元実装では、例えば特許文献1に記載のように、シリコン基板を貫通する電極(シリコン貫通電極:Through Silicon Via (TSV))が、互いに異なる素子基板に形成された素子同士の接続に用いられつつある。TSVによれば、ワイヤボンディングによる接続と比べて、ワイヤを引き回すための面積を必要としない分、素子基板の実装面積を更に小さくすることが可能になる。   In such a three-dimensional mounting, as described in Patent Document 1, for example, an electrode that penetrates a silicon substrate (through silicon via (TSV)) is connected between elements formed on different element substrates. Is being used. According to TSV, it is possible to further reduce the mounting area of the element substrate as much as the area for drawing the wire is not required, compared to the connection by wire bonding.

特開2011−86850号公報JP 2011-86850 A

ところで、TSVの形成には、少なくとも以下の工程が必要になる。まず、シリコン基板の厚さ方向に延びる貫通孔が、例えば、フッ素含有ガスから生成されたプラズマを用いたドライエッチングによって形成される。そして、シリコン基板と貫通孔内に埋め込まれるTSVとを絶縁するSiO等からなる絶縁膜が、例えばCVD法によって形成される。次いで、TSVの端部とその接続先とを導通させるために、貫通孔の底面に形成された絶縁膜がエッチングされる。このときにも、貫通孔を形成するときと同様、例えばドライエッチングが用いられる。そして、バリアメタルが、例えばスパッタ法によって貫通孔の内表面に形成された後、TSVが、例えばめっき法によって貫通孔の内部に形成される。 By the way, formation of TSV requires at least the following steps. First, a through hole extending in the thickness direction of the silicon substrate is formed by, for example, dry etching using plasma generated from a fluorine-containing gas. Then, an insulating film made of SiO 2 or the like that insulates the silicon substrate and the TSV embedded in the through hole is formed by, for example, a CVD method. Next, the insulating film formed on the bottom surface of the through hole is etched in order to make the end of the TSV and the connection destination thereof conductive. At this time, for example, dry etching is used as in the case of forming the through hole. Then, after the barrier metal is formed on the inner surface of the through hole by, for example, sputtering, TSV is formed in the through hole by, for example, plating.

しかも、上述したドライエッチング時には、通常、エッチングの対象でない領域を保護するために、エッチングされる領域を除く他の領域に、マスクパターンが形成される。そのため、こうしたエッチング工程の度に、レジストの塗布、露光、及び現像がさらに必要となる。   Moreover, at the time of the dry etching described above, a mask pattern is usually formed in a region other than the region to be etched in order to protect the region not to be etched. Therefore, resist application, exposure, and development are further required for each etching step.

これに対し、ワイヤボンディングによる接続は、接続の対象となる素子基板の各々に電極パッドを形成した後、これら電極間をワイヤで接続することで、素子基板の電気的な接続が完了する。   On the other hand, the connection by wire bonding completes the electrical connection of the element substrate by forming electrode pads on each element substrate to be connected and then connecting the electrodes with wires.

このように、TSVによれば、素子基板の実装面積を小さくすることが可能であるとはいえ、素子基板間を接続するために必要な工程が大幅に増えてしまう。こうした工程数の増加は、1つの素子基板の実装あたりに必要な時間、及び費用の増加を招くことから、TSVの形成に必要な工程を減らすことが切望されている。   As described above, according to TSV, although it is possible to reduce the mounting area of the element substrates, the number of processes necessary for connecting the element substrates is greatly increased. Since such an increase in the number of processes leads to an increase in time and cost required for mounting one element substrate, it is desired to reduce the processes necessary for forming the TSV.

本開示の技術は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、TSVの形成に必要な工程を減らすことのできる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。   The technology of the present disclosure has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can reduce the steps necessary for forming a TSV.

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
本開示における一態様は、半導体基板の厚さ方向に延びる凹部を有した当該半導体基板の表面にZrBO膜が形成されるZrBO膜形成工程と、前記凹部の底面に形成された前記ZrBO膜がドライエッチングされるエッチング工程とを備え、前記ZrBO膜形成工程では、Zr(BH含有ガスと活性化された酸素含有ガスとが、加熱された前記半導体基板の表面全体に供給され、前記半導体基板上にて分解された前記Zr(BH含有ガスが前記酸素含有ガスによって酸化されることで、前記半導体基板上にZrBO膜が形成され、前記エッチング工程では、前記半導体基板に対して負のバイアス電圧が印加され、前記バイアス電圧により前記ZrBO膜のエッチャントが前記半導体基板の表面に引き込まれることで、前記ZrBO膜が直接エッチングされる。
Hereinafter, means for solving the above-described problems and the effects thereof will be described.
One aspect of the present disclosure includes a ZrBO film forming process in which a ZrBO film is formed on a surface of a semiconductor substrate having a recess extending in a thickness direction of the semiconductor substrate, and the ZrBO film formed on the bottom surface of the recess is dry. An etching step for etching, and in the ZrBO film forming step, a Zr (BH 4 ) 4 -containing gas and an activated oxygen-containing gas are supplied to the entire surface of the heated semiconductor substrate, and the semiconductor The Zr (BH 4 ) 4 -containing gas decomposed on the substrate is oxidized by the oxygen-containing gas, thereby forming a ZrBO film on the semiconductor substrate. In the etching step, the ZrBO film is formed on the semiconductor substrate. A negative bias voltage is applied, and the etchant of the ZrBO film is drawn into the surface of the semiconductor substrate by the bias voltage, rBO film is etched directly.

上述の態様によれば、ZrBO膜形成工程では、半導体基板の熱によって分解されたZr(BHに対して、酸素含有ガスが供給されることにより、熱分解されたZr(BHと酸素含有ガスとから、半導体基板の表面にZrBO膜が形成される。 According to the above-described aspect, in the ZrBO film forming process, the oxygen-containing gas is supplied to the Zr (BH 4 ) 4 decomposed by the heat of the semiconductor substrate, whereby the thermally decomposed Zr (BH 4 ). 4 and an oxygen-containing gas form a ZrBO film on the surface of the semiconductor substrate.

このように、ZrBO膜の成膜種は、Zr(BHの熱分解による分解生成物と酸素含有ガスとが反応することによって形成される。そのため、凹部の内表面を含む半導体基板の表面に沿う形状のZrBO膜が形成されることになる。つまり、ZrBO膜とは、気相中での反応によって形成された成膜種が基板上に堆積することによって形成される絶縁膜と比べて、段差被覆性の高い絶縁膜となる。 As described above, the ZrBO film is formed by reacting the decomposition product of the thermal decomposition of Zr (BH 4 ) 4 with the oxygen-containing gas. Therefore, a ZrBO film having a shape along the surface of the semiconductor substrate including the inner surface of the recess is formed. That is, the ZrBO film is an insulating film having a high step coverage as compared with an insulating film formed by depositing a film-forming species formed by a reaction in a gas phase on a substrate.

ここで、Zr(BHの入射確率は、凹部の内表面よりも半導体基板の表面で大きくなる。これにより、半導体基板の表面では、熱分解されるZr(BHが、凹部の内表面で熱分解されるZr(BHよりも多くなる。また、酸素含有ガスの入射確率も、凹部の内表面よりも半導体基板の表面で大きくなる。そのため、Zr(BHの分解生成物と酸素含有ガスとの反応は、半導体基板の表面で相対的に進みやすくなる。したがって、ZrBO膜は、半導体基板の表面、及び凹部の内表面に沿う形状に形成され、且つ、半導体基板の表面での膜厚が、凹部の内表面での膜厚よりも大きくなる。 Here, the incidence probability of Zr (BH 4 ) 4 is greater on the surface of the semiconductor substrate than on the inner surface of the recess. As a result, Zr (BH 4 ) 4 that is thermally decomposed on the surface of the semiconductor substrate is larger than Zr (BH 4 ) 4 that is thermally decomposed on the inner surface of the recess. In addition, the incidence probability of the oxygen-containing gas is larger on the surface of the semiconductor substrate than on the inner surface of the recess. Therefore, the reaction between the decomposition product of Zr (BH 4 ) 4 and the oxygen-containing gas is relatively easy to proceed on the surface of the semiconductor substrate. Therefore, the ZrBO film is formed in a shape along the surface of the semiconductor substrate and the inner surface of the recess, and the film thickness on the surface of the semiconductor substrate is larger than the film thickness on the inner surface of the recess.

また、凹部の底面に形成されたZrBO膜がエッチングされるときには、半導体基板に対して負のバイアス電圧を印加することで、ZrBO膜のエッチャントを半導体基板の表面に引き込む。そのため、凹部の側面に形成されたZrBO膜よりも、半導体基板の表面、及び凹部の底面に形成されたZrBO膜がエッチングされやすくなる。したがって、半導体基板の表面に形成されたZrBO膜と、凹部の側面に形成されたZrBO膜とを覆うマスクパターンが形成されることなく、ZrBO膜が直接エッチングされても、半導体基板の表面及び凹部の側面には、底面に形成されたZrBO膜のエッチング以後にも、ZrBO膜が維持されることになる。   In addition, when the ZrBO film formed on the bottom surface of the recess is etched, a negative bias voltage is applied to the semiconductor substrate to draw the etchant of the ZrBO film into the surface of the semiconductor substrate. Therefore, the surface of the semiconductor substrate and the ZrBO film formed on the bottom surface of the recess are more easily etched than the ZrBO film formed on the side surface of the recess. Therefore, even if the ZrBO film is directly etched without forming a mask pattern covering the ZrBO film formed on the surface of the semiconductor substrate and the ZrBO film formed on the side surface of the recess, the surface of the semiconductor substrate and the recess On the side surface, the ZrBO film is maintained even after the etching of the ZrBO film formed on the bottom surface.

結果として、上述の態様によれば、エッチング工程にてマスクパターンを用いなくとも、凹部の全体がZrBO膜にて覆われた状態を維持できることから、TSVの形成に必要な工程数を減らすことが可能になる。   As a result, according to the above-described aspect, it is possible to maintain the state where the entire recess is covered with the ZrBO film without using a mask pattern in the etching process, thereby reducing the number of processes necessary for forming the TSV. It becomes possible.

本開示における半導体装置の製造方法の別の態様は、前記Zr(BH含有ガスが、前記半導体基板に対する前記ZrBO膜の形成が行われる成膜室に対して第1供給孔から供給され、前記酸化含有ガスは、前記成膜室に対して前記第1供給孔とは独立する第2供給孔から供給される。 In another aspect of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present disclosure, the Zr (BH 4 ) 4 -containing gas is supplied from a first supply hole to a film formation chamber in which the ZrBO film is formed on the semiconductor substrate. The oxidation-containing gas is supplied to the film forming chamber from a second supply hole that is independent of the first supply hole.

上述の態様によれば、Zr(BH含有ガスと、酸素含有ガスとが、互いに独立する供給孔から、半導体基板に対してZrBO膜が形成される成膜室に対して供給される。そのため、成膜室の前段でのZr(BH含有ガスと酸化ガスとの混合を避けることによって、Zr(BH含有ガスと酸化ガスとが、半導体基板上に到達する以前に接触する機会を減らすことができる。これにより、Zr(BH含有ガスと酸化ガスとは、より半導体基板上にて反応する確率が高くなることから、凹部の内表面の全体にZrBO膜が形成されやすくなる。 According to the above-described aspect, the Zr (BH 4 ) 4 -containing gas and the oxygen-containing gas are supplied from the supply holes independent of each other to the film formation chamber in which the ZrBO film is formed on the semiconductor substrate. . Therefore, by avoiding mixing of the Zr (BH 4) 4 containing gas and the oxidation gas in the preceding stage of the film forming chamber, and the Zr (BH 4) 4 containing gas and the oxidizing gas, before reaching the semiconductor substrate The chance of contact can be reduced. As a result, the Zr (BH 4 ) 4 -containing gas and the oxidizing gas have a higher probability of reacting on the semiconductor substrate, so that the ZrBO film is easily formed on the entire inner surface of the recess.

本開示における半導体装置の製造方法の別の態様は、前記酸素含有ガスが、前記第2供給孔の前段に接続されたプラズマ源によって活性化される。
上述の態様によれば、酸素含有ガスの活性化が第2供給孔の前段にて行われる。そのため、酸素含有ガスの活性化時に、Zr(BH含有ガスも活性化されることを避けることができる。それゆえに、ZrBO膜の形成反応は、より半導体基板の表面にて起こりやすくなることから、半導体基板に形成された凹部の内表面の全体にZrBO膜が形成されるようになる。
In another aspect of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present disclosure, the oxygen-containing gas is activated by a plasma source connected to a front stage of the second supply hole.
According to the above-described aspect, the activation of the oxygen-containing gas is performed before the second supply hole. Therefore, it is possible to avoid activation of the Zr (BH 4 ) 4 -containing gas when the oxygen-containing gas is activated. Therefore, since the ZrBO film formation reaction is more likely to occur on the surface of the semiconductor substrate, the ZrBO film is formed over the entire inner surface of the recess formed in the semiconductor substrate.

本開示における半導体装置の製造方法の別の態様は、前記ZrBO膜形成工程では、前記半導体基板上への前記Zr(BH含有ガスの供給と、前記酸素含有ガスの供給とが交互に行われることで前記半導体基板上に前記ZrBO膜が形成される。 In another aspect of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present disclosure, in the ZrBO film forming step, supply of the Zr (BH 4 ) 4 -containing gas onto the semiconductor substrate and supply of the oxygen-containing gas are alternately performed. As a result, the ZrBO film is formed on the semiconductor substrate.

上述の態様によれば、Zr(BH含有ガスの供給と、酸素含有ガスの供給とを交互に行うため、Zr(BHガスの供給工程にて半導体基板に吸着したZr(BHと、酸素含有ガスの供給工程にて半導体基板上に到達した酸素含有ガスとが反応することになる。そのため、Zr(BH含有ガス及び酸素含有ガスの供給を連続して行う場合と比べて、Zr(BHと酸素含有ガスとの反応は、より半導体基板の表面にて起こりやすくなる。それゆえに、貫通孔の内表面における全体にZrBO膜が形成されやすくなる。 According to the embodiments described above, Zr (BH 4) 4 and the supply of the gas containing, for performing the supply of oxygen-containing gas are alternately, Zr (BH 4) 4 adsorbed on the semiconductor substrate at a delivery process gas Zr ( BH 4 ) 4 reacts with the oxygen-containing gas that has reached the semiconductor substrate in the oxygen-containing gas supply step. Therefore, compared with the case where Zr (BH 4 ) 4 -containing gas and oxygen-containing gas are continuously supplied, the reaction between Zr (BH 4 ) 4 and the oxygen-containing gas is more likely to occur on the surface of the semiconductor substrate. Become. Therefore, the ZrBO film is easily formed on the entire inner surface of the through hole.

本開示の半導体装置の製造方法における一実施形態にて、ZrBO膜の形成に用いられるCVD装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing a schematic structure of a CVD device used for forming a ZrBO film in one embodiment in a manufacturing method of a semiconductor device of this indication. CVD装置でのマイクロ波電源、酸素ガス供給部、窒素ガス供給部、キャリアガス供給部、及びアルゴンガス供給部の駆動の態様を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the drive aspect of the microwave power supply in a CVD apparatus, an oxygen gas supply part, a nitrogen gas supply part, a carrier gas supply part, and an argon gas supply part. ZrBO膜のエッチングに用いられるプラズマエッチング装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the plasma etching apparatus used for the etching of a ZrBO film | membrane. プラズマエッチング装置でのアンテナ用高周波電源、電流供給部、バイアス用高周波電源、ハロゲン含有ガス供給部、及び酸素ガス供給部の駆動の態様を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the aspect of a high frequency power supply for antennas in a plasma etching apparatus, a current supply part, a high frequency power supply for bias, a halogen content gas supply part, and an oxygen gas supply part. (a)〜(c)半導体装置の製造方法を工程順に示す工程図である。(A)-(c) It is process drawing which shows the manufacturing method of a semiconductor device in order of a process. (a)(b)実施例におけるエッチング前後のZrBO膜の断面構造を示す断面図である。(A) (b) It is sectional drawing which shows the cross-sectional structure of the ZrBO film | membrane before and behind the etching in an Example. (a)(b)比較例におけるエッチング前後の絶縁膜の断面構造を示す断面図である。(A) (b) It is sectional drawing which shows the cross-section of the insulating film before and behind the etching in a comparative example. (a)〜(d)変形例における半導体装置の製造方法における一工程での半導体装置の断面構造を示す断面図である。(A)-(d) It is sectional drawing which shows the cross-section of the semiconductor device in one process in the manufacturing method of the semiconductor device in a modification.

以下、本開示の半導体装置の製造方法を具体化した一実施形態について、図1〜図5を参照して説明する。まず、半導体装置の有するZrBO膜を形成する装置であるプラズマCVD装置の構成について図1を参照して説明する。
[CVD装置]
図1に示されるように、CVD装置10は、上部に開口を有した真空槽11と、真空槽11の上部に配設されることによってその開口を塞ぐリッド12とを有している。真空槽11とリッド12とによって形成される内部空間である成膜室11Sには、基板Sの載置されるステージ13が配設されている。ステージ13内には、基板Sを加熱する抵抗加熱ヒータ13Hが搭載されている。抵抗加熱ヒータ13Hは、ステージ13に載置された基板Sの温度を所定の温度、例えば100℃〜180℃、好ましくは120℃〜150℃にまで加熱される。基板Sの温度は、成膜処理が行われている間、所定の温度に維持される。ステージ13の下方には、基板Sの搬出入を行うとき等に成膜室11S内における上下方向にステージ13を動かす昇降機構14が連結されている。
Hereinafter, an embodiment embodying a method for manufacturing a semiconductor device according to the present disclosure will be described with reference to FIGS. First, a structure of a plasma CVD apparatus which is an apparatus for forming a ZrBO film included in a semiconductor device will be described with reference to FIG.
[CVD equipment]
As shown in FIG. 1, the CVD apparatus 10 includes a vacuum chamber 11 having an opening in the upper portion, and a lid 12 that closes the opening by being disposed in the upper portion of the vacuum chamber 11. A stage 13 on which the substrate S is placed is disposed in a film forming chamber 11S that is an internal space formed by the vacuum chamber 11 and the lid 12. A resistance heater 13H that heats the substrate S is mounted in the stage 13. The resistance heater 13H heats the temperature of the substrate S placed on the stage 13 to a predetermined temperature, for example, 100 ° C. to 180 ° C., preferably 120 ° C. to 150 ° C. The temperature of the substrate S is maintained at a predetermined temperature during the film forming process. Below the stage 13 is connected an elevating mechanism 14 that moves the stage 13 up and down in the film forming chamber 11S when the substrate S is carried in and out.

真空槽11の側部には、成膜室11S内を排気する排気部15が排気ポートP1を介して接続されている。排気部15は、ターボ分子ポンプやドライポンプ等の真空ポンプや、成膜室11S内の圧力を調節するためのメインバルブ及び圧力調節バルブによって構成されている。CVD装置10にて成膜処理が行われるときには、圧力調節バルブの開度が調節されることによって、成膜室11S内の圧力が、例えば1Pa〜1000Paの所定圧力に減圧される。   An exhaust unit 15 for exhausting the inside of the film forming chamber 11S is connected to the side of the vacuum chamber 11 through an exhaust port P1. The exhaust unit 15 includes a vacuum pump such as a turbo molecular pump and a dry pump, a main valve for adjusting the pressure in the film forming chamber 11S, and a pressure adjusting valve. When the film forming process is performed in the CVD apparatus 10, the pressure in the film forming chamber 11S is reduced to a predetermined pressure of, for example, 1 Pa to 1000 Pa by adjusting the opening of the pressure adjusting valve.

リッド12の真空槽11側には、複数の第1供給孔H1と、各第1供給孔H1とは独立する複数の第2供給孔H2とを有するシャワープレート16が取り付けられている。第1供給孔H1には、リッド12の内部に形成されたガス通路12aとリッド12を貫通するガスポートP2とを介して、Zr(BHの入った原料タンクTKが接続されている。 A shower plate 16 having a plurality of first supply holes H1 and a plurality of second supply holes H2 independent of the first supply holes H1 is attached to the lid 12 on the vacuum chamber 11 side. A raw material tank TK containing Zr (BH 4 ) 4 is connected to the first supply hole H 1 via a gas passage 12 a formed inside the lid 12 and a gas port P 2 penetrating the lid 12. .

原料タンクTKには、キャリアガスであるArガスを原料タンクTKに供給するキャリアガス供給部17が接続されている。原料タンクTKの温度は、−2℃〜10℃、好ましくは0℃〜5℃の範囲に制御されている。原料タンクTKは、ガスポートP2と第1供給孔H1とを通じて、キャリアガスと、キャリアガスによって押し出されたZr(BH昇華ガスとを含むZr(BHガスを成膜室11Sに供給する。 A carrier gas supply unit 17 that supplies Ar gas, which is a carrier gas, to the raw material tank TK is connected to the raw material tank TK. The temperature of the raw material tank TK is controlled in the range of −2 ° C. to 10 ° C., preferably 0 ° C. to 5 ° C. The raw material tank TK passes Zr (BH 4 ) 4 gas containing the carrier gas and the Zr (BH 4 ) 4 sublimation gas pushed out by the carrier gas through the gas port P2 and the first supply hole H1. To supply.

また、原料タンクTKとリッド12とを繋ぐZr(BH供給配管には、Arガスを供給するアルゴンガス供給部18が接続されている。アルゴンガス供給部18は、Zr(BHとキャリアガスとの供給が停止されたときに、これらZr(BHとキャリアガスとの流量の和に相当する流量のArガスを成膜チャンバに供給する。これにより、例えば、Zr(BHが間欠的に成膜室11Sに供給される場合に、Zr(BHの供給の有無にかかわらず、成膜室11S内の圧力が略同一に維持される。 An argon gas supply unit 18 that supplies Ar gas is connected to the Zr (BH 4 ) 4 supply pipe that connects the raw material tank TK and the lid 12. When the supply of Zr (BH 4 ) 4 and the carrier gas is stopped, the argon gas supply unit 18 generates Ar gas having a flow rate corresponding to the sum of the flow rates of these Zr (BH 4 ) 4 and the carrier gas. Supply to the membrane chamber. Thereby, for example, when Zr (BH 4 ) 4 is intermittently supplied to the film forming chamber 11S, the pressure in the film forming chamber 11S is substantially the same regardless of whether or not Zr (BH 4 ) 4 is supplied. Maintained.

他方、第2供給孔H2には、リッド12の内部に形成されたガス通路12bとリッド12の上部に設置したマイクロ波プラズマ源PLとを介して、酸素ガス供給部21、窒素ガス供給部22、アルゴンガス供給部23、及び亜酸化窒素ガス供給部24が接続されている。これらガス供給部21〜24は、各ガスを所定流量に調量しつつマイクロ波プラズマ源PLに供給する。   On the other hand, in the second supply hole H2, an oxygen gas supply unit 21 and a nitrogen gas supply unit 22 are provided via a gas passage 12b formed inside the lid 12 and a microwave plasma source PL installed on the top of the lid 12. The argon gas supply unit 23 and the nitrous oxide gas supply unit 24 are connected. These gas supply units 21 to 24 supply each gas to the microwave plasma source PL while metering each gas to a predetermined flow rate.

ガス通路12bの上部に設置されたマイクロ波プラズマ源PLの内部には、石英あるいはアルミナによって形成された耐熱性の放電管25が配設されている。放電管25の内部は、リッド12の内部に形成されたガス通路12bを介して成膜室11Sに繋がれている。放電管25の内部には、成膜室11S内の圧力が所定値に保たれることによって、ガス供給部21,22,23から供給されるOガス、Nガス、及びArガスが所定の流量で流れる。 Inside the microwave plasma source PL installed at the upper part of the gas passage 12b, a heat-resistant discharge tube 25 made of quartz or alumina is disposed. The inside of the discharge tube 25 is connected to the film forming chamber 11 </ b> S through a gas passage 12 b formed inside the lid 12. Inside the discharge tube 25, O 2 gas, N 2 gas, and Ar gas supplied from the gas supply units 21, 22, and 23 are predetermined by keeping the pressure in the film forming chamber 11S at a predetermined value. It flows at a flow rate of.

マイクロ波プラズマ源PLの外側には、マイクロ波電源FGによって駆動されるマイクロ波源26が搭載されている。マイクロ波源26は、マイクロ波を導く同軸ケーブル27及びコネクタ28を介してマイクロ波プラズマ源PLに接続されている。コネクタ28には、マイクロ波を放電管25内に供給するアンテナ29が接続されている。   A microwave source 26 driven by a microwave power source FG is mounted outside the microwave plasma source PL. The microwave source 26 is connected to the microwave plasma source PL via a coaxial cable 27 and a connector 28 for guiding the microwave. An antenna 29 that supplies microwaves into the discharge tube 25 is connected to the connector 28.

マイクロ波源26は、マイクロ波電源FGからの駆動電力により所定の出力範囲、例えば0.01kW〜3.0kWの範囲で、例えば2.45GHzのマイクロ波を出力する。同軸ケーブル27は、マイクロ波源26の出力するマイクロ波をその内部に伝播させることでマイクロ波プラズマ源PLの内部へと導く。   The microwave source 26 outputs, for example, a microwave of 2.45 GHz in a predetermined output range, for example, a range of 0.01 kW to 3.0 kW, by driving power from the microwave power source FG. The coaxial cable 27 guides the microwave output from the microwave source 26 to the inside of the microwave plasma source PL by propagating the microwave to the inside thereof.

マイクロ波源26から出力されるマイクロ波は、同軸ケーブル27とコネクタ28とを介してマイクロ波プラズマ源PLに導かれた後、コネクタ28に繋がれたアンテナ29によって放電管25に供給される。マイクロ波源26がマイクロ波を出力するとき、同軸ケーブル27により伝播されたマイクロ波が、マイクロ波プラズマ源PL内のアンテナ29を介して放電管25に照射されることによって、放電管25の内部を通過するガスが活性化される。なお、CVD装置10は、各種ガスの活性化によって生成されたラジカル成分が、成膜室11S内に供給される構成とされている。   The microwave output from the microwave source 26 is guided to the microwave plasma source PL via the coaxial cable 27 and the connector 28, and then supplied to the discharge tube 25 by the antenna 29 connected to the connector 28. When the microwave source 26 outputs a microwave, the microwave propagated by the coaxial cable 27 is irradiated to the discharge tube 25 via the antenna 29 in the microwave plasma source PL, thereby causing the inside of the discharge tube 25 to be irradiated. The passing gas is activated. The CVD apparatus 10 is configured such that radical components generated by the activation of various gases are supplied into the film forming chamber 11S.

CVD装置10には、排気部15、各ガス供給部17,18,21〜24、及びマイクロ波電源FGの駆動を制御する制御装置10Cが搭載されている。制御装置10Cは、これら各部に対する駆動信号、及び駆動信号に基づく駆動電流を生成する。そして、制御装置10Cは、生成した駆動電流を出力することによって各部を駆動させる。   The CVD apparatus 10 is equipped with a control unit 10C that controls driving of the exhaust unit 15, the gas supply units 17, 18, 21 to 24, and the microwave power source FG. The control device 10C generates a drive signal for these units and a drive current based on the drive signal. Then, the control device 10C drives each unit by outputting the generated drive current.

なお、上述したマイクロ波電源FG、マイクロ波プラズマ源PL、放電管25、マイクロ波源26、同軸ケーブル27、コネクタ28、及びアンテナ29が、プラズマ源を構成している。
[ZrBO膜の形成]
次に、ZrBO膜の形成するときのCVD装置の動作について図2を参照して説明する。図2には、窒素含有ガスとしてNガスを用いた場合の各部の駆動態様が例示されている。図2に示されるように、ZrBO膜が形成されるときには、まず、所定圧力に減圧された真空槽11内に基板Sが搬入された状態で、開始タイミングTsにて、制御装置10Cが、酸素ガス供給部21及び窒素ガス供給部22を駆動する。これにより、真空槽11内へのOガス、Nガス、及びキャリアガスの供給が開始される。Oガス及びNガスの各々の供給流量は、例えば25sccm、及び475sccmとされる。また、開始タイミングTsでは、制御装置10Cが、酸素ガス供給部21及び窒素ガス供給部22に加えて、アルゴンガス供給部23を駆動してもよい。これにより、アルゴンガス供給部23からのArガスが真空槽11内に供給されてもよい。
The microwave power source FG, the microwave plasma source PL, the discharge tube 25, the microwave source 26, the coaxial cable 27, the connector 28, and the antenna 29 described above constitute a plasma source.
[Formation of ZrBO film]
Next, the operation of the CVD apparatus when forming the ZrBO film will be described with reference to FIG. FIG. 2 exemplifies driving modes of each part when N 2 gas is used as the nitrogen-containing gas. As shown in FIG. 2, when the ZrBO film is formed, first, in a state where the substrate S is carried into the vacuum chamber 11 that has been depressurized to a predetermined pressure, the control device 10C performs oxygen oxygen at the start timing Ts. The gas supply unit 21 and the nitrogen gas supply unit 22 are driven. Thereby, the supply of O 2 gas, N 2 gas, and carrier gas into the vacuum chamber 11 is started. The supply flow rates of O 2 gas and N 2 gas are, for example, 25 sccm and 475 sccm. At the start timing Ts, the control device 10C may drive the argon gas supply unit 23 in addition to the oxygen gas supply unit 21 and the nitrogen gas supply unit 22. Thereby, Ar gas from the argon gas supply unit 23 may be supplied into the vacuum chamber 11.

そして、開始タイミングTsからTx秒後のタイミングT1にて、制御装置10Cが、マイクロ波電源FGを駆動することで、マイクロ波源26から放電管25にマイクロ波が供給される。マイクロ波電源FGの出力する電力量は、例えば各ガスの励起に消費される実効値で50Wとされる。これにより、OガスとNガスとがマイクロ波によって活性化されることで、酸素ラジカルや窒素ラジカル等を含む活性種が生成される。 Then, the control device 10C drives the microwave power source FG at the timing T1 after Tx seconds from the start timing Ts, whereby the microwave is supplied from the microwave source 26 to the discharge tube 25. The amount of power output from the microwave power source FG is, for example, 50 W as an effective value consumed for excitation of each gas. As a result, the O 2 gas and the N 2 gas are activated by the microwave, thereby generating active species including oxygen radicals, nitrogen radicals, and the like.

次いで、開始タイミングTsからTx+Ty秒後のタイミングT2にて、制御装置10Cが、キャリアガス供給部17を駆動することで、Zr(BH及びキャリアガスの供給が開始される。キャリアガスの供給流量は、例えば100sccmとされる。同時に、タイミングT2では、制御装置10Cが、アルゴンガス供給部18の駆動を停止することで、アルゴンガス供給部18からのアルゴンガスの供給が停止される。 Next, at timing T2 Tx + Ty seconds after the start timing Ts, the control device 10C drives the carrier gas supply unit 17 to start supply of Zr (BH 4 ) 4 and carrier gas. The supply flow rate of the carrier gas is, for example, 100 sccm. At the same time, at timing T <b> 2, the control device 10 </ b> C stops driving the argon gas supply unit 18, thereby stopping the supply of argon gas from the argon gas supply unit 18.

そして、開始タイミングTsからTx+Ty+120+Tz秒後の終了タイミングTeにて、制御装置10Cが、酸素ガス供給部21及び窒素ガス供給部22の駆動を停止することで、Nガス及びOガスの供給が停止される。また、制御装置10Cは、開始タイミングTsからTy+120秒後、つまり、終了タイミングTeよりTz秒前であるタイミングT3にてマイクロ波電源FGの駆動を停止することで、放電管25へのマイクロ波の供給が停止される。同時に、タイミングT3では、制御装置10Cは、キャリアガス供給部17の駆動を停止されることで、Zr(BH及びキャリアガスの供給が停止される。なお、上述のTx秒、Ty秒、及びTz秒は、各ガス供給部におけるガスの供給圧、各ガス供給部と成膜室11Sとの間の配管の長さ、成膜室11Sにおける排気速度などによって適宜変更可能な時間である。 Then, at the end timing Te after Tx + Ty + 120 + Tz seconds from the start timing Ts, the control device 10C stops driving the oxygen gas supply unit 21 and the nitrogen gas supply unit 22, whereby the supply of N 2 gas and O 2 gas is performed. Stopped. Further, the control device 10C stops driving the microwave power source FG at timing T3 Ty + 120 seconds after the start timing Ts, that is, Tz seconds before the end timing Te, so that the microwaves to the discharge tube 25 are stopped. Supply is stopped. At the same time, at timing T3, the control device 10C stops driving the carrier gas supply unit 17, thereby stopping the supply of Zr (BH 4 ) 4 and the carrier gas. The Tx seconds, Ty seconds, and Tz seconds described above are the gas supply pressure in each gas supply unit, the length of the pipe between each gas supply unit and the film formation chamber 11S, and the exhaust speed in the film formation chamber 11S. It is a time that can be changed as appropriate.

こうして、Zr(BHと活性化した酸素である酸素ラジカルとが基板Sの表面に供給されると、Zr(BHが酸素ラジカルと反応することによって、基板S上及び基板Sの有する貫通孔の内表面にZrBO膜が形成される。
[ZrBO膜の特性]
以下、ZrBO膜の形成過程についてより詳しく説明する。ZrBO膜の形成時には、まず、原料であるZr(BHが、基板Sの表面に供給されると、Zr(BHが基板Sの表面に吸着する。そして、基板Sの熱によって加熱されることで、Zr(BHが熱分解される。次いで、基板Sの表面上にて熱分解された原料に対して、酸素ラジカルが供給されることにより、熱分解された原料と酸素ラジカルとが反応することによって、基板Sの表面にZrBO膜が形成される。
Thus, when Zr (BH 4 ) 4 and oxygen radicals, which are activated oxygen, are supplied to the surface of the substrate S, Zr (BH 4 ) 4 reacts with the oxygen radicals, thereby causing a reaction on the substrate S and the substrate S. A ZrBO film is formed on the inner surface of the through-hole.
[Characteristics of ZrBO film]
Hereinafter, the formation process of the ZrBO film will be described in more detail. When forming the ZrBO film, first, when Zr (BH 4 ) 4 as a raw material is supplied to the surface of the substrate S, Zr (BH 4 ) 4 is adsorbed on the surface of the substrate S. Then, by being heated by the heat of the substrate S, Zr (BH 4) 4 is thermally decomposed. Next, oxygen radicals are supplied to the raw material thermally decomposed on the surface of the substrate S, whereby the pyrolyzed raw material and oxygen radicals react to form a ZrBO film on the surface of the substrate S. It is formed.

このように、ZrBO膜の成膜種は、Zr(BHが気相中にて酸素ラジカルと反応することのみでは形成されず、Zr(BHの熱分解による分解生成物と酸素ラジカルとが反応することによって形成される。そのため、基板Sの表面に対する酸素ラジカルの供給と、基板Sの表面におけるZr(BHの熱分解との両方によって成膜反応が律速され得る。 As described above, the ZrBO film is not formed only by the reaction of Zr (BH 4 ) 4 with oxygen radicals in the gas phase, but by the decomposition product of Zr (BH 4 ) 4 by thermal decomposition. It is formed by reaction with oxygen radicals. Therefore, the film formation reaction can be controlled by both the supply of oxygen radicals to the surface of the substrate S and the thermal decomposition of Zr (BH 4 ) 4 on the surface of the substrate S.

こうした理由から、基板Sの厚さ方向に延びる貫通孔が基板Sに形成されている場合、貫通孔の内表面に沿う形状のZrBO膜が形成されることになる。つまり、ZrBO膜とは、気相中にて形成された成膜種が基板S上に堆積することによって形成される絶縁膜、例えば、TEOS含有ガスとOガスとから形成されたSiO膜等と比べて、段差被覆性の高い絶縁膜である。 For these reasons, when a through hole extending in the thickness direction of the substrate S is formed in the substrate S, a ZrBO film having a shape along the inner surface of the through hole is formed. That is, the ZrBO film is an insulating film formed by depositing a film-forming species formed in the gas phase on the substrate S, for example, an SiO 2 film formed from a TEOS-containing gas and an O 2 gas. Compared to the above, it is an insulating film having a higher step coverage.

ここで、Zr(BHの入射確率は、貫通孔の内表面よりも基板Sの表面で大きくなる。これにより、基板Sの表面では、熱分解されるZr(BHが、貫通孔の内表面で熱分解されるZr(BHよりも多くなる。また、酸素ラジカルの入射確率も、貫通孔の内表面よりも基板Sの表面で大きくなる。そのため、Zr(BHの分解生成物と酸素ラジカルとの反応は、基板の表面で相対的に進みやすくなる。したがって、ZrBO膜は、基板Sの表面、及び貫通孔の内表面に沿う形状に形成され、且つ、基板Sの表面での膜厚が、貫通孔の内表面での膜厚よりも大きくなる。
[プラズマエッチング装置]
次に、ZrBO膜のドライエッチングに用いられるプラズマエッチング装置の構成について、図3を参照して説明する。図3に示されるように、プラズマエッチング装置30は、上面が開口した円筒状の真空槽31と、真空槽31の開口を封止する誘電窓32とを有している。誘電窓32は、例えば石英からなる円板状の部材である。真空槽31内には、円筒状のステージ33が、誘電窓32と対向する位置に設置されている。ステージ33には、基板Sが、誘電窓32との対向面である載置面に載置される。
Here, the incidence probability of Zr (BH 4 ) 4 is larger on the surface of the substrate S than on the inner surface of the through hole. Thereby, the Zr (BH 4 ) 4 that is thermally decomposed on the surface of the substrate S becomes larger than the Zr (BH 4 ) 4 that is thermally decomposed on the inner surface of the through hole. In addition, the incidence probability of oxygen radicals is larger on the surface of the substrate S than on the inner surface of the through hole. Therefore, the reaction between the decomposition product of Zr (BH 4 ) 4 and oxygen radicals relatively easily proceeds on the surface of the substrate. Therefore, the ZrBO film is formed in a shape along the surface of the substrate S and the inner surface of the through hole, and the film thickness on the surface of the substrate S is larger than the film thickness on the inner surface of the through hole.
[Plasma etching equipment]
Next, the configuration of a plasma etching apparatus used for dry etching of the ZrBO film will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the plasma etching apparatus 30 includes a cylindrical vacuum chamber 31 whose upper surface is open, and a dielectric window 32 that seals the opening of the vacuum chamber 31. The dielectric window 32 is a disk-shaped member made of, for example, quartz. A cylindrical stage 33 is installed in the vacuum chamber 31 at a position facing the dielectric window 32. On the stage 33, the substrate S is placed on a placement surface that is a surface facing the dielectric window 32.

ステージ33には、基板Sに負のバイアス電圧を印加するバイアス用高周波電源34が、ブロッキングコンデンサを含む整合器35を介して接続されている。バイアス用高周波電源34は、例えば周波数が13.56MHzである高周波電力をステージ33に供給する。整合器35は、バイアス用高周波電源34から高周波電力が出力されるときに、バイアス用高周波電源34の出力インピーダンスと、真空槽31内に形成されるプラズマを含む負荷の入力インピーダンスとを整合させる。   A high frequency power supply 34 for bias that applies a negative bias voltage to the substrate S is connected to the stage 33 via a matching unit 35 including a blocking capacitor. The high frequency power supply 34 for bias supplies high frequency power having a frequency of 13.56 MHz, for example, to the stage 33. The matching unit 35 matches the output impedance of the bias high-frequency power source 34 with the input impedance of the load including plasma formed in the vacuum chamber 31 when high-frequency power is output from the bias high-frequency power source 34.

真空槽31に貫通形成された排気ポートP1には、真空槽31内を排気することで、所定の圧力まで減圧する排気部41が接続されている。排気部41は、ドライポンプやターボ分子ポンプ等の真空ポンプと、真空ポンプの排気流量を制御するバルブ等によって構成されている。また、真空槽31に貫通形成されたガスポートP2には、ハロゲン含有ガス供給部42、及び、酸素ガス供給部43が接続されている。ハロゲン含有ガス供給部42は、例えばSFガスを所定の流量で真空槽31内に供給する。酸素ガス供給部43は、酸素ガスを所定の流量で真空槽11内に供給する。 An exhaust port 41 that penetrates the vacuum chamber 31 is connected to an exhaust unit 41 that exhausts the interior of the vacuum chamber 31 to a predetermined pressure. The exhaust unit 41 includes a vacuum pump such as a dry pump or a turbo molecular pump, and a valve for controlling the exhaust flow rate of the vacuum pump. In addition, a halogen-containing gas supply unit 42 and an oxygen gas supply unit 43 are connected to the gas port P2 formed through the vacuum chamber 31. The halogen-containing gas supply unit 42 supplies, for example, SF 6 gas into the vacuum chamber 31 at a predetermined flow rate. The oxygen gas supply unit 43 supplies oxygen gas into the vacuum chamber 11 at a predetermined flow rate.

誘電窓32の上方には、高周波アンテナ51が、誘電窓32を挟んでステージ33における基板Sの載置面と対向する位置に搭載されている。高周波アンテナ51は、例えば2回半巻き回された渦巻き状の上段アンテナと下段アンテナとを有している。これら上段アンテナ及び下段アンテナでは、内側の端部同士、及び外側の端部同士が接続されている。   Above the dielectric window 32, the high frequency antenna 51 is mounted at a position facing the mounting surface of the substrate S on the stage 33 across the dielectric window 32. The high-frequency antenna 51 has, for example, a spiral upper antenna and a lower antenna that are wound twice and a half. In these upper and lower antennas, inner ends and outer ends are connected to each other.

高周波アンテナ51の入力部51aには、アンテナ用高周波電源52が、整合器53と入力側可変コンデンサ54とを介して接続されている。入力部51aは、例えば上部アンテナにおける内側の端部に形成されている。アンテナ用高周波電源52は、例えば13.56MHzの高周波電力を高周波アンテナ51に出力する。   An antenna high-frequency power source 52 is connected to the input unit 51 a of the high-frequency antenna 51 via a matching unit 53 and an input-side variable capacitor 54. The input part 51a is formed, for example, at the inner end of the upper antenna. The high frequency power supply 52 for antenna outputs high frequency power of 13.56 MHz to the high frequency antenna 51, for example.

高周波アンテナ51の出力部51bには、出力側可変コンデンサ55が接続されている。出力部51bは、例えば上部アンテナにおける外側の端部に形成されている。また、出力部51bは接地されている。アンテナ用高周波電源52から高周波アンテナ51に高周波電力が供給されると、真空槽31内に供給されたガスからプラズマが生成される。   An output side variable capacitor 55 is connected to the output section 51 b of the high frequency antenna 51. The output part 51b is formed, for example, at the outer end of the upper antenna. The output unit 51b is grounded. When high frequency power is supplied from the antenna high frequency power supply 52 to the high frequency antenna 51, plasma is generated from the gas supplied into the vacuum chamber 31.

整合器53は、アンテナ用高周波電源52から高周波電力が出力されるときに、アンテナ用高周波電源52の出力インピーダンスと、プラズマを含む負荷の入力インピーダンスとを整合させる。また、出力側可変コンデンサ55は、高周波アンテナ51の全体において、真空槽31内に生成されたプラズマと高周波アンテナ51との誘導結合性を略均一にする。他方、入力側可変コンデンサ54は、プロセス条件に応じて、整合器53の応答速度が最適な範囲となるように、所定の容量値に設定されている。   The matching unit 53 matches the output impedance of the antenna high-frequency power source 52 with the input impedance of the load including plasma when high-frequency power is output from the antenna high-frequency power source 52. Further, the output side variable capacitor 55 makes the inductive coupling between the plasma generated in the vacuum chamber 31 and the high frequency antenna 51 substantially uniform throughout the high frequency antenna 51. On the other hand, the input-side variable capacitor 54 is set to a predetermined capacitance value so that the response speed of the matching unit 53 is in an optimum range according to the process conditions.

誘電窓32の回りには、上段コイル、中段コイル、及び下段コイルの3段のコイルからなる磁場コイル56が配置されている。磁場コイル56を構成するコイルの各々には、電流供給部57が接続されている。電流供給部57は、上段及び下段のコイルには同一方向の電流を供給する一方、中段コイルには逆方向の電流を供給する。電流供給部57から磁場コイル56に電流が供給されると、環状のゼロ磁場領域が、真空槽31内における中段コイルによって囲まれた位置に形成される。これにより、真空槽31内の電子がゼロ磁場領域に集められた後、こうした電子に対して高周波電場が印加されることによって、放電が維持されやすくなる。   Around the dielectric window 32, a magnetic field coil 56 composed of three coils of an upper coil, a middle coil, and a lower coil is disposed. A current supply unit 57 is connected to each of the coils constituting the magnetic field coil 56. The current supply unit 57 supplies current in the same direction to the upper and lower coils, and supplies current in the reverse direction to the middle coil. When a current is supplied from the current supply unit 57 to the magnetic field coil 56, an annular zero magnetic field region is formed at a position surrounded by the middle stage coil in the vacuum chamber 31. Thereby, after the electrons in the vacuum chamber 31 are collected in the zero magnetic field region, a discharge is easily maintained by applying a high-frequency electric field to these electrons.

プラズマエッチング装置30には、各高周波電源34,52、排気部41、各ガス供給部42,43、及び電流供給部57の駆動を制御する制御装置30Cが搭載されている。制御装置30Cは、これら各部に対する駆動信号、及び駆動信号に基づく駆動電流を生成する。そして、制御装置30Cは、生成した駆動電流を出力することによって各部を駆動させる。
[ZrBO膜のエッチング]
次に、基板Sに形成されたZrBO膜のドライエッチングを行うときのプラズマエッチング装置30の動作について、図4を参照して説明する。ZrBO膜のエッチングが行われるときには、まず、所定圧力に減圧された真空槽31内に基板Sが搬入された状態で、タイミングT1にて、制御装置30Cが、ハロゲン含有ガス供給部42を駆動することによって、所定流量のハロゲン含有ガスが真空槽31内に供給される。また、タイミングT1では、制御装置30Cが、酸素ガス供給部43を駆動することによって、所定流量の酸素ガスが、酸素ガス供給部43から真空槽31内に供給される。
The plasma etching apparatus 30 is equipped with a control device 30 </ b> C that controls driving of the high-frequency power sources 34 and 52, the exhaust unit 41, the gas supply units 42 and 43, and the current supply unit 57. The control device 30C generates a drive signal for these units and a drive current based on the drive signal. The control device 30C drives each unit by outputting the generated drive current.
[Etching of ZrBO film]
Next, the operation of the plasma etching apparatus 30 when performing dry etching of the ZrBO film formed on the substrate S will be described with reference to FIG. When the etching of the ZrBO film is performed, first, the control device 30C drives the halogen-containing gas supply unit 42 at a timing T1 in a state where the substrate S is loaded into the vacuum chamber 31 that has been decompressed to a predetermined pressure. As a result, a halogen-containing gas having a predetermined flow rate is supplied into the vacuum chamber 31. Further, at timing T <b> 1, the control device 30 </ b> C drives the oxygen gas supply unit 43 to supply a predetermined flow rate of oxygen gas from the oxygen gas supply unit 43 into the vacuum chamber 31.

そして、タイミングT1から所定時間後のタイミングT2にて、制御装置30Cが、アンテナ用高周波電源52を駆動することによって、高周波アンテナ51に対して所定の高周波電力が供給される。これにより、真空槽31内のガスからプラズマが生成される。次いで、タイミングT2から所定時間後のタイミングT3にて、制御装置30Cが、電流供給部57を駆動することによって、磁場コイル56に対して所定の電流が供給される。これにより、真空槽31内にゼロ磁場領域が形成される。   The control device 30C drives the antenna high-frequency power source 52 at a timing T2 after a predetermined time from the timing T1, whereby predetermined high-frequency power is supplied to the high-frequency antenna 51. Thereby, plasma is generated from the gas in the vacuum chamber 31. Next, at timing T3 after a predetermined time from timing T2, the control device 30C drives the current supply unit 57, whereby a predetermined current is supplied to the magnetic field coil 56. As a result, a zero magnetic field region is formed in the vacuum chamber 31.

そして、タイミングT3から所定時間後のタイミングT4にて、制御装置30Cが、バイアス用高周波電源34を駆動することによって、基板Sに負のバイアス電圧が印加される。こうしたバイアス電圧により、プラズマ中に含まれるZrBO膜のエッチャントを構成する正イオンが基板Sに引き込まれることによって、基板Sに形成されたZrBO膜がエッチングされる。なお、ZrBO膜は、基板Sに到達したラジカルによってもエッチングされる。   Then, at timing T4 after a predetermined time from timing T3, the control device 30C drives the bias high frequency power supply 34, whereby a negative bias voltage is applied to the substrate S. With such a bias voltage, positive ions constituting an etchant of the ZrBO film contained in the plasma are drawn into the substrate S, so that the ZrBO film formed on the substrate S is etched. The ZrBO film is also etched by radicals that reach the substrate S.

タイミングT4にてエッチングが開始されてから所定時間が経過すると、タイミングT5にて、制御装置30Cが、バイアス用高周波電源34の駆動を停止する。そして、タイミングT5から所定時間後のタイミングT6にて、制御装置30Cが電流供給部57の駆動を停止する。その後、タイミングT7にて、制御装置30Cが、バイアス用高周波電源34の駆動を停止する。これにより、プラズマの生成と、正イオンの引き込みとが停止されることで、ZrBO膜のエッチングが停止される。   When a predetermined time elapses after the etching is started at timing T4, the control device 30C stops driving the bias high-frequency power source 34 at timing T5. Then, at timing T6 after a predetermined time from timing T5, control device 30C stops driving current supply unit 57. Thereafter, at timing T7, the control device 30C stops driving the bias high-frequency power source 34. Thereby, the generation of plasma and the drawing of positive ions are stopped, whereby the etching of the ZrBO film is stopped.

次いで、タイミングT7から所定時間後のタイミングT8にて、制御装置30Cが、ハロゲン含有ガス供給部42の駆動を停止することで、真空槽11内へのハロゲン含有ガスの供給が停止される。また、同じくタイミングT8にて、制御装置30Cが、酸素ガス供給部43の駆動を停止されることで、真空槽11内への酸素ガスの供給が停止される。
[半導体装置の製造方法]
以下、ZrBO膜の形成処理、及びZrBO膜のエッチング処理を含む半導体装置の製造方法について、図5を参照して説明する。なお、本実施形態では、2つのシリコン基板が接着層を介して接着された後にTSVが形成されるVia after bonding 法を用いた半導体装置の製造方法について説明する。
Next, at timing T8 after a predetermined time from timing T7, the control device 30C stops driving the halogen-containing gas supply unit 42, whereby supply of the halogen-containing gas into the vacuum chamber 11 is stopped. Similarly, at timing T8, the control device 30C stops driving the oxygen gas supply unit 43, whereby supply of oxygen gas into the vacuum chamber 11 is stopped.
[Method for Manufacturing Semiconductor Device]
Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device including a ZrBO film forming process and a ZrBO film etching process will be described with reference to FIGS. In this embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device using a via after bonding method in which a TSV is formed after two silicon substrates are bonded through an adhesive layer will be described.

図5(a)に示されるように、基板Sは、下側シリコン基板61、接着層62、及び、半導体基板としての上側シリコン基板63が、この順に積層されてなる。このうち、下側シリコン基板61における接着層62側の面には、複数の素子領域61aが形成されている。接着層62は、例えばベンゾシクロブタン等の樹脂で形成されている。また、接着層62及び上側シリコン基板63には、所定の間隔で並んだ上側シリコン基板63の厚さ方向に延びる凹部としての略円筒状の貫通孔Hが複数形成されている。貫通孔Hの各々は、上側シリコン基板63の表面における素子領域61aの直上から素子領域61aの表面までにわたって形成されている。   As shown in FIG. 5A, the substrate S is formed by laminating a lower silicon substrate 61, an adhesive layer 62, and an upper silicon substrate 63 as a semiconductor substrate in this order. Among these, a plurality of element regions 61 a are formed on the surface of the lower silicon substrate 61 on the adhesive layer 62 side. The adhesive layer 62 is made of a resin such as benzocyclobutane. The adhesive layer 62 and the upper silicon substrate 63 are formed with a plurality of substantially cylindrical through holes H as recesses extending in the thickness direction of the upper silicon substrate 63 arranged at a predetermined interval. Each of the through holes H is formed from directly above the element region 61a on the surface of the upper silicon substrate 63 to the surface of the element region 61a.

そして、図5(b)に示されるように、こうした基板Sに対するZrBO膜の形成が、上述のCVD装置10を用いて行われる。これにより、基板Sの表面である上側シリコン基板63の表面全体、及び貫通孔Hの内表面全体に、Zr(BHと活性化された酸素ガスとが供給されることで、ZrBO膜64が形成される。このZrBO膜形成工程では、ZrBO膜の成膜速度は、貫通孔Hの内表面よりも基板Sの表面において高いことから、基板Sの表面に形成されたZrBO膜64の厚さは、貫通孔Hの内表面におけるZrBO膜の厚さよりも大きくなる。 Then, as shown in FIG. 5B, the formation of the ZrBO film on the substrate S is performed using the above-described CVD apparatus 10. Thus, the Zr (BH 4 ) 4 and the activated oxygen gas are supplied to the entire surface of the upper silicon substrate 63 that is the surface of the substrate S and the entire inner surface of the through hole H, whereby the ZrBO film 64 is formed. In this ZrBO film forming step, the deposition rate of the ZrBO film is higher on the surface of the substrate S than on the inner surface of the through-hole H. Therefore, the thickness of the ZrBO film 64 formed on the surface of the substrate S is It becomes larger than the thickness of the ZrBO film on the inner surface of H.

ZrBO膜64が形成されると、貫通孔Hの底面に形成されたZrBO膜64のエッチングが、上述のプラズマエッチング装置30を用いて行われる。このエッチング工程は、貫通孔Hの底面以外に形成されたZrBO膜64のエッチングを防ぐマスクパターンが形成されることなく行われる。これにより、図5(b)に示されるように、基板Sに形成されたZrBO膜64のうち、少なくとも貫通孔Hの底面に形成されたZrBO膜64、及び基板Sの表面に形成されたZrBO膜64が直接エッチングされる。   When the ZrBO film 64 is formed, the ZrBO film 64 formed on the bottom surface of the through hole H is etched using the plasma etching apparatus 30 described above. This etching step is performed without forming a mask pattern that prevents etching of the ZrBO film 64 formed on the portion other than the bottom surface of the through hole H. Accordingly, as shown in FIG. 5B, among the ZrBO films 64 formed on the substrate S, at least the ZrBO film 64 formed on the bottom surface of the through hole H, and the ZrBO formed on the surface of the substrate S. The film 64 is etched directly.

ZrBO膜64のエッチングは、上述のように、基板Sに対する正イオンの引き込みを用いて行われるため、ZrBO膜のエッチングに寄与する正イオンのほとんどは、基板Sの表面に対する略法線方向から基板Sに到達しやすくなる。そのため、ZrBO膜の形成時に基板Sに対して供給されるZr(BHと比べて、正イオンでは、基板Sの表面への到達確率と、貫通孔Hの底面Hbへの到達確率との差が小さくなる。それゆえに、基板Sの表面と貫通孔Hの底面Hbとに形成されるZrBO膜64の厚さの差よりも、基板Sの表面と貫通孔Hの底面HbとにおけるZrBO膜のエッチング量の差が小さくなる。したがって、貫通孔Hの底面Hbである各素子領域41aの上面が露出されるだけZrBO膜がエッチングされたとしても、基板Sの表面は、ZrBO膜によって覆われた状態に保たれることになる。 As described above, the etching of the ZrBO film 64 is performed by drawing positive ions into the substrate S. Therefore, most of the positive ions that contribute to the etching of the ZrBO film are almost normal to the surface of the substrate S from the substrate. It becomes easy to reach S. Therefore, compared to Zr (BH 4 ) 4 supplied to the substrate S when the ZrBO film is formed, the positive ions reach the surface of the substrate S and reach the bottom surface Hb of the through hole H. The difference of becomes smaller. Therefore, the difference in the etching amount of the ZrBO film between the surface of the substrate S and the bottom surface Hb of the through hole H is larger than the difference in thickness of the ZrBO film 64 formed on the surface of the substrate S and the bottom surface Hb of the through hole H. Becomes smaller. Therefore, even if the ZrBO film is etched so that the upper surface of each element region 41a that is the bottom surface Hb of the through hole H is exposed, the surface of the substrate S is kept covered with the ZrBO film. .

また、正イオンが基板Sの表面に対する法線方向から基板Sに到達するため、貫通孔Hの底面Hbに形成されたZrBO膜64と比べて、貫通孔Hの側面に形成されたZrBO膜64はエッチングされにくい。しかしながら、貫通孔Hの側面にも正イオンが到達することから、側面に形成されたZrBO膜も少なからずエッチングされる。特に、貫通孔Hの側面における底面の近傍では、底面Hbに到達する正イオンによるZrBO膜64のエッチングが生じることから、側面における他の部位と比べて、ZrBO膜64がエッチングされやすい。この点、上述のCVD法により形成されるZrBO膜64は、貫通孔Hの内表面に対して略均一に形成されるため、底面Hbに形成されたZrBO膜のエッチンの終了時にも、貫通孔Hの側面全体が、ZrBO膜によって覆われた状態に維持されやすくなる。   Further, since positive ions reach the substrate S from the normal direction with respect to the surface of the substrate S, the ZrBO film 64 formed on the side surface of the through hole H compared to the ZrBO film 64 formed on the bottom surface Hb of the through hole H. Is difficult to etch. However, since positive ions reach the side surface of the through-hole H, the ZrBO film formed on the side surface is etched to some extent. In particular, in the vicinity of the bottom surface on the side surface of the through-hole H, the ZrBO film 64 is etched by positive ions reaching the bottom surface Hb, so that the ZrBO film 64 is more easily etched than other portions on the side surface. In this respect, since the ZrBO film 64 formed by the above-described CVD method is formed substantially uniformly with respect to the inner surface of the through hole H, the through hole is also formed at the end of etching of the ZrBO film formed on the bottom surface Hb. The entire side surface of H is easily maintained in a state covered with the ZrBO film.

このように、貫通孔Hの絶縁膜としてZrBO膜64を用いることで、貫通孔Hの底面に形成されたZrBO膜64のエッチング時には、ZrBO膜64が直接エッチングされても、貫通孔Hの内表面がZrBO膜64で覆われた状態を維持することができる。つまり、例えばTEOSを用いたCVD法により形成されたSiO等を絶縁膜として用いる場合と比べて、マスクパターンの形成に必要な工程を減らすことができる分、TSVの形成に必要な工程数を減らすことができる。なお、マスクパターンの形成工程としては、例えば、レジストマスクを形成する場合であれば、レジストの塗布、感光、及び現像等の工程が含まれる。
[実施例]
[ZrBO膜の形成]
直径が200mmであるシリコン基板に対して、直径が6μmであり、且つ深さが45μmである凹部を複数形成した。そして、凹部の形成されたシリコン基板に対して、上述のプラズマCVD装置により、以下の条件にてZrBO膜を形成した。なお、ZrBO膜を形成するときの酸素含有ガスには、NOガスを用いた。
As described above, by using the ZrBO film 64 as the insulating film of the through hole H, even when the ZrBO film 64 is directly etched when the ZrBO film 64 formed on the bottom surface of the through hole H is etched, A state where the surface is covered with the ZrBO film 64 can be maintained. That is, for example, the number of steps necessary for forming the TSV can be reduced as compared with the case where SiO 2 formed by the CVD method using TEOS is used as the insulating film because the number of steps necessary for forming the mask pattern can be reduced. Can be reduced. Note that the mask pattern forming step includes, for example, steps of resist application, exposure, and development in the case of forming a resist mask.
[Example]
[Formation of ZrBO film]
A plurality of recesses having a diameter of 6 μm and a depth of 45 μm were formed on a silicon substrate having a diameter of 200 mm. And the ZrBO film | membrane was formed on the following conditions with the above-mentioned plasma CVD apparatus with respect to the silicon substrate in which the recessed part was formed. Note that N 2 O gas was used as the oxygen-containing gas when forming the ZrBO film.

[ZrBO膜の形成条件]
・マイクロ波電源の電力量 実効値90W(設定値150W)
・キャリアガスの流量 100sccm
・Nガスの流量 450sccm
・NOガスの流量 50sccm
・真空槽内の圧力 200Pa
・基板−シャワープレート間距離 37mm
こうした形成条件のもと、シリコン基板の温度を120℃(実施例1)、130℃(実施例2)、140℃(実施例3)、150℃(実施例4)、及び170℃(実施例5)としてZrBO膜を形成した。実施例1〜5では、シリコン基板の表面におけるZrBO膜の厚さが、順に、228.2nm、232.2nm、228.2nm、200.4nm、190.5nmであった。
[Conditions for forming ZrBO film]
・ Electric energy of microwave power source Effective value 90W (setting value 150W)
・ Flow rate of carrier gas 100sccm
・ N 2 gas flow rate 450sccm
・ N 2 O gas flow rate 50 sccm
・ Pressure in the vacuum chamber 200Pa
・ Distance between substrate and shower plate: 37mm
Under these formation conditions, the temperature of the silicon substrate is 120 ° C. (Example 1), 130 ° C. (Example 2), 140 ° C. (Example 3), 150 ° C. (Example 4), and 170 ° C. (Example). As 5), a ZrBO film was formed. In Examples 1 to 5, the thicknesses of the ZrBO films on the surface of the silicon substrate were 228.2 nm, 232.2 nm, 228.2 nm, 200.4 nm, and 190.5 nm in this order.

また、各実施例におけるステップカバレージを以下の表1に示す。各実施例では、凹部の内表面における開口部近傍(S1)、凹部の内表面における深さ方向の中央部近傍(S2)、凹部の内表面における底面近傍(S3)、及び凹部の底面(B)でのステップカバレージを算出した。なお、ステップカバレージとは、シリコン基板の表面に形成されたZrBO膜の膜厚に対する他の部分におけるZrBO膜の膜厚の百分率である。   The step coverage in each example is shown in Table 1 below. In each example, the vicinity of the opening (S1) on the inner surface of the recess, the vicinity of the center in the depth direction on the inner surface of the recess (S2), the vicinity of the bottom surface on the inner surface of the recess (S3), and the bottom surface of the recess (B ) To calculate step coverage. Note that the step coverage is the percentage of the film thickness of the ZrBO film in other parts with respect to the film thickness of the ZrBO film formed on the surface of the silicon substrate.

Figure 2013219146
Figure 2013219146

表1に示されるように、基板の温度に関わらず、凹部の底面に形成されるZrBO膜の厚さは、シリコン基板の表面に形成されるZrBO膜の略半分であることが認められた。また、凹部の側面では、中央近傍、開口近傍、底面近傍の順にステップカバレージが高くなることが認められた。しかも、最もステップカバレージの低い開口近傍においても、ステップカバレージの値が40%程度かそれ以上という高い値であることから、凹部の内表面全体にて、ステップカバレージの高いZrBO膜が略均一な膜厚で形成されていることが認められた。なお、こうした傾向は、マイクロ波電源の電力量、各ガスの流量、及び真空槽内の圧力が変更されても認められた。   As shown in Table 1, it was recognized that the thickness of the ZrBO film formed on the bottom surface of the recess was substantially half that of the ZrBO film formed on the surface of the silicon substrate regardless of the temperature of the substrate. Further, it was recognized that the step coverage increased in the order of the vicinity of the center, the vicinity of the opening, and the vicinity of the bottom surface on the side surface of the recess. In addition, even in the vicinity of the opening with the lowest step coverage, the step coverage value is as high as about 40% or more, so that the ZrBO film with high step coverage is a substantially uniform film over the entire inner surface of the recess. It was recognized that it was formed with a thickness. Such a tendency was recognized even when the electric power of the microwave power source, the flow rate of each gas, and the pressure in the vacuum chamber were changed.

また、上述の凹部が形成されたシリコン基板に対して、ZrBO膜を形成するときの酸素含有ガスをOガスとしてZrBO膜を作成した。このとき、マイクロ波電源の電力量、真空槽内の圧力、及びNガスの流量を上述の形成条件から以下のように変更した。 Further, a ZrBO film was formed on the silicon substrate on which the above-described recess was formed, using an oxygen-containing gas when forming the ZrBO film as O 2 gas. At this time, the power amount of the microwave power source, the pressure in the vacuum chamber, and the flow rate of the N 2 gas were changed from the above formation conditions as follows.

[ZrBO膜の形成条件]
・マイクロ波電源の電力量 実効値50W(設定値100W)
・Nガスの流量 475sccm
・Oガス流量 25sccm
・真空槽内の圧力 300Pa
こうした形成条件のもと、シリコン基板の温度を170℃(実施例6)としてZrBO膜を形成した。シリコン基板の表面におけるZrBO膜の厚さは、220nmであった。また、実施例6におけるステップカバレージを以下の表2に示す。
[Conditions for forming ZrBO film]
・ Electric energy of microwave power source Effective value 50W (set value 100W)
・ N 2 gas flow rate 475sccm
・ O 2 gas flow rate 25sccm
・ Pressure inside the vacuum chamber 300Pa
Under these formation conditions, the temperature of the silicon substrate was set to 170 ° C. (Example 6) to form a ZrBO film. The thickness of the ZrBO film on the surface of the silicon substrate was 220 nm. The step coverage in Example 6 is shown in Table 2 below.

Figure 2013219146
Figure 2013219146

表2に示されるように、酸素含有ガスとしてOガスを用いた場合にも、NOガスを用いた場合と同様の傾向が認められた。なお、こうした傾向は、マイクロ波電源の電力量、各ガスの流量、及び真空槽内の圧力が変更されても認められた。 As shown in Table 2, when O 2 gas was used as the oxygen-containing gas, the same tendency as when N 2 O gas was used was observed. Such a tendency was recognized even when the electric power of the microwave power source, the flow rate of each gas, and the pressure in the vacuum chamber were changed.

図6に、このようなZrBO膜の形状を模式的に示す。なお、図6では、下側シリコン基板71上に積層された上側シリコン基板72に、その厚さ方向に延びる貫通孔が形成されている。そして、上側シリコン基板72の表面と、貫通孔の内表面とにZrBO膜73が形成されている。図6(a)に示されるように、上側シリコン基板72の表面には、貫通孔の内表面と比べて、相対的に大きい厚さTを有したZrBO膜73が形成される。これに対し、貫通孔の内表面では、貫通孔の内表面における開口近傍の厚さS1、内表面における中央部近傍の厚さS2、内表面における底面近傍の厚さS3、及び底面における厚さBが略同一である。しかも、上述のように、内表面におけるいずれの部位においても、ステップカバレージが40%程度あるいはそれ以上という高い値である。このように、ZrBO膜73では、貫通孔の底面と側面とによる角部に、側面側への窪みが形成されにくい。   FIG. 6 schematically shows the shape of such a ZrBO film. In FIG. 6, a through hole extending in the thickness direction is formed in the upper silicon substrate 72 laminated on the lower silicon substrate 71. A ZrBO film 73 is formed on the surface of the upper silicon substrate 72 and the inner surface of the through hole. As shown in FIG. 6A, a ZrBO film 73 having a relatively large thickness T is formed on the surface of the upper silicon substrate 72 as compared with the inner surface of the through hole. On the other hand, on the inner surface of the through hole, the thickness S1 near the opening on the inner surface of the through hole, the thickness S2 near the center portion on the inner surface, the thickness S3 near the bottom surface on the inner surface, and the thickness on the bottom surface B is substantially the same. Moreover, as described above, the step coverage is a high value of about 40% or more at any part on the inner surface. As described above, in the ZrBO film 73, a depression toward the side surface is hardly formed at the corner portion formed by the bottom surface and the side surface of the through hole.

そのため、貫通孔の底面におけるZrBO膜73が、マスクパターンなしにエッチングされても、図6(b)に示されるように、上側シリコン基板72の表面には、底面におけるZrBO膜73の厚さを引いた分の厚さ(T−B)を有したZrBO膜73が維持される。また、貫通孔の内表面における全体には、エッチング以前と略同様の厚さのZrBO膜73が維持される。
[比較例]
上述の実施形態と同様、直径が200mmであるシリコン基板に対して、直径が6μmであり、且つ深さが45μmである凹部を複数形成した。そして、凹部の形成されたシリコン基板に対して、Oガスとキャリアガスにより気化されたTEOSとを用いたプラズマCVD法によって、SiO膜を形成した(比較例1)。また、同様のシリコン基板に対して、SiHガスとNガスとを用いてSiN膜を作成した(比較例2)。
Therefore, even if the ZrBO film 73 on the bottom surface of the through hole is etched without a mask pattern, the thickness of the ZrBO film 73 on the bottom surface is set on the surface of the upper silicon substrate 72 as shown in FIG. The ZrBO film 73 having the pulled thickness (T-B) is maintained. In addition, the ZrBO film 73 having the same thickness as that before the etching is maintained on the entire inner surface of the through hole.
[Comparative example]
Similar to the above-described embodiment, a plurality of recesses having a diameter of 6 μm and a depth of 45 μm were formed on a silicon substrate having a diameter of 200 mm. Then, the silicon substrate formed of the recess, by a plasma CVD method using TEOS, which is vaporized by the O 2 gas and the carrier gas, to form a SiO 2 film (Comparative Example 1). In addition, a SiN film was formed on a similar silicon substrate using SiH 4 gas and N 2 gas (Comparative Example 2).

比較例1及び比較例2では、シリコン基板の表面におけるZrBO膜の厚さが、順に、422.7nm、450.5nmであった。また、各比較例におけるステップカバレージを以下の表3に示す。   In Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the thickness of the ZrBO film on the surface of the silicon substrate was 422.7 nm and 450.5 nm in this order. Table 3 below shows the step coverage in each comparative example.

Figure 2013219146
Figure 2013219146

表3に示されるように、比較例1及び比較例2のいずれにおいても、凹部の底面におけるステップカバレージは20%以下であることが認められた。また、凹部の側面では、開口近傍におけるステップカバレージが最も高くなることが認められた。しかも、凹部の側面における開口近傍以外の部位でのステップカバレージは、開口近傍におけるステップカバレージと比べて、大幅に小さいことが認められた。なお、こうした傾向は、各種ガスの流量等が変更されても認められた。   As shown in Table 3, in both Comparative Example 1 and Comparative Example 2, it was recognized that the step coverage on the bottom surface of the recess was 20% or less. Moreover, it was recognized that the step coverage in the vicinity of the opening was highest on the side surface of the recess. In addition, it was recognized that the step coverage in the region other than the vicinity of the opening on the side surface of the concave portion is significantly smaller than the step coverage in the vicinity of the opening. Such a tendency was recognized even when the flow rates of various gases were changed.

図7に、このような絶縁膜の形状を模式的に示す。なお、図7では、図6と同様、下側シリコン基板81上に積層された上側シリコン基板82に、その厚さ方向に延びる貫通孔が形成されている。そして、上側シリコン基板82の表面と、貫通孔の内表面とに絶縁膜83が形成されている。   FIG. 7 schematically shows the shape of such an insulating film. In FIG. 7, as in FIG. 6, a through-hole extending in the thickness direction is formed in the upper silicon substrate 82 stacked on the lower silicon substrate 81. An insulating film 83 is formed on the surface of the upper silicon substrate 82 and the inner surface of the through hole.

例えば、絶縁膜83が、TEOS及び酸素から生成されたプラズマによって形成されるSiO膜である場合、まず、キャリアガス及びTEOSを含むガスと、Oガスとが真空槽内に供給される。そして、これらガスからプラズマが生成されることによって、真空槽内には、TEOSの分解生成物と、活性な酸化源とが存在することになる。このため、
TEOSからの分解生成物と酸化源とが気相中で反応することによって、成膜種が形成されることになる。
For example, when the insulating film 83 is a SiO 2 film formed by plasma generated from TEOS and oxygen, first, a gas containing carrier gas and TEOS and O 2 gas are supplied into the vacuum chamber. Then, by generating plasma from these gases, TEOS decomposition products and an active oxidation source exist in the vacuum chamber. For this reason,
A decomposition product from TEOS and an oxidation source react with each other in a gas phase, whereby a film-forming species is formed.

そして、気相中の成膜種が上側シリコン基板82に到達することでSiO膜が形成されるため、図7(a)に示されるように、成膜種の到達しやすい上側シリコン基板82の表面から順にSiO膜が形成されることになる。また、貫通孔の開口部においては、成膜種の入射角度の範囲が最も大きくなることから、貫通孔の開口部には、他の部位よりも多くの成膜種が到達することになる。そのため、上側シリコン基板82の表面では、開口部に向かって絶縁膜83の厚さTが大きくなる。 Then, since the SiO 2 film is formed when the film-forming species in the gas phase reaches the upper silicon substrate 82, as shown in FIG. 7A, the upper silicon substrate 82 where the film-forming species easily reach. The SiO 2 film is formed in order from the surface. Further, since the range of the incident angle of the film formation species is the largest at the opening portion of the through hole, more film formation species reach the opening portion of the through hole than at other portions. Therefore, on the surface of the upper silicon substrate 82, the thickness T of the insulating film 83 increases toward the opening.

しかも、開口部においては、形成されたSiO膜が貫通孔の内側に向かって張り出すように成長するため、貫通孔の内部に到達することのできる成膜種の入射角度は、開口部からの距離が大きくなるほど小さくなる。こうした理由から、貫通孔の内表面に形成された絶縁膜83では、開口部近傍における厚さS1、中央部近傍での厚さS2、底面近傍での厚さS3の順に厚さが小さくなる。加えて、貫通孔の底面には、底面の中心から外縁に向かって成膜種の入射量が小さくなるため、底面に形成された絶縁膜83の厚さBは、底面の中心から外面に向かって小さくなる。これにより、絶縁膜83では、貫通孔の底面と側面とによる角部に、側面側への窪みが形成される。 In addition, in the opening, the formed SiO 2 film grows so as to protrude toward the inside of the through hole. Therefore, the incident angle of the film forming species that can reach the inside of the through hole is from the opening. The smaller the distance, the smaller. For these reasons, the thickness of the insulating film 83 formed on the inner surface of the through hole decreases in the order of the thickness S1 near the opening, the thickness S2 near the center, and the thickness S3 near the bottom. In addition, since the incident amount of the film formation species decreases from the center of the bottom surface toward the outer edge at the bottom surface of the through hole, the thickness B of the insulating film 83 formed on the bottom surface extends from the center of the bottom surface toward the outer surface. Become smaller. As a result, in the insulating film 83, depressions toward the side surface are formed at corners formed by the bottom surface and the side surface of the through hole.

なお、絶縁膜83が、SiHガス及びNガスから生成されたプラズマによって形成されるSiN膜である場合にも、SiO膜が形成される場合と略同様の現象が起こる。そのため、上側シリコン基板82に形成されるSiN膜の形状も、SiO膜の形状と略同様となる。 Note that even when the insulating film 83 is a SiN film formed by plasma generated from SiH 4 gas and N 2 gas, the same phenomenon as in the case where the SiO 2 film is formed occurs. Therefore, the shape of the SiN film formed on the upper silicon substrate 82 is substantially the same as the shape of the SiO 2 film.

これにより、このような絶縁膜83の底面をマスクパターンなしにエッチングした場合、図7(b)に示されるように、上側シリコン基板82の表面に形成された絶縁膜83の張り出し量も小さくなるため、底面に形成された絶縁膜83は、底面の外縁近傍までエッチングされる。また、上側シリコン基板82の表面には、底面における絶縁膜83の厚さを引いた分の厚さ(T−B)を有した絶縁膜83が維持される。ここで、上述のように、貫通孔の内表面における底面の近傍では、絶縁膜83の厚さが大幅に小さいため、形成された絶縁膜83の全てがエッチングされてしまうことも少なくない。特に、貫通孔の底面と側面とによる角部に形成された絶縁膜は、底面に形成された絶縁膜とともにエッチングされてしまう。したがって、ZrBO膜以外の他の絶縁膜83のエッチングに際しては、マスクパターンなしにエッチングをしてしまうと、上側シリコン基板82と貫通孔内に形成されるTSVとが絶縁されなくなる。   As a result, when the bottom surface of the insulating film 83 is etched without a mask pattern, the protruding amount of the insulating film 83 formed on the surface of the upper silicon substrate 82 is reduced as shown in FIG. 7B. Therefore, the insulating film 83 formed on the bottom surface is etched to the vicinity of the outer edge of the bottom surface. In addition, an insulating film 83 having a thickness (T−B) obtained by subtracting the thickness of the insulating film 83 on the bottom surface is maintained on the surface of the upper silicon substrate 82. Here, as described above, in the vicinity of the bottom surface on the inner surface of the through-hole, the thickness of the insulating film 83 is significantly small, and thus the formed insulating film 83 is often etched. In particular, the insulating film formed at the corner portion of the bottom surface and the side surface of the through hole is etched together with the insulating film formed on the bottom surface. Therefore, when etching the insulating film 83 other than the ZrBO film, if etching is performed without a mask pattern, the upper silicon substrate 82 and the TSV formed in the through hole are not insulated.

なお、貫通孔の内表面に形成される絶縁膜83の厚さは、絶縁膜83の形成時間を長くすることによって、絶縁膜83全体の厚さを大きくすることによって大きくすることが可能ではある。しかしながら、同時に、上側シリコン基板82の表面では、貫通孔の開口部の内側への絶縁膜83の張り出し量が大きくなってしまうため、バリアメタルの被覆率や、TSVの埋め込み率が低くなってしまう。   Note that the thickness of the insulating film 83 formed on the inner surface of the through hole can be increased by increasing the formation time of the insulating film 83 and increasing the thickness of the entire insulating film 83. . However, at the same time, on the surface of the upper silicon substrate 82, the amount of the insulating film 83 that protrudes to the inside of the opening of the through hole is increased, so that the coverage ratio of the barrier metal and the TSV filling ratio are decreased. .

以上説明した実施形態によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
(1)ZrBO膜64の形成工程によれば、基板Sの表面における厚さが、貫通孔Hの底面における厚さよりも大きいZrBO膜64が形成される。また、貫通孔Hの側面に沿ったZrBO膜64も形成されている。そして、ZrBO膜64のエッチング時には、基板Sに対して負のバイアス電圧を印加することで、ZrBO膜64のエッチャントを基板Sの表面に引き込む。そのため、貫通孔Hの側面に形成されたZrBO膜64よりも、基板Sの表面、及び貫通孔Hの底面に形成されたZrBO膜64がエッチングされやすくなる。
According to the embodiment described above, the effects listed below can be obtained.
(1) According to the formation process of the ZrBO film 64, the ZrBO film 64 having a thickness on the surface of the substrate S larger than a thickness on the bottom surface of the through hole H is formed. A ZrBO film 64 along the side surface of the through hole H is also formed. Then, when the ZrBO film 64 is etched, a negative bias voltage is applied to the substrate S, whereby the etchant of the ZrBO film 64 is drawn into the surface of the substrate S. Therefore, the ZrBO film 64 formed on the surface of the substrate S and the bottom surface of the through hole H is more easily etched than the ZrBO film 64 formed on the side surface of the through hole H.

したがって、基板Sの表面に形成されたZrBO膜64と、貫通孔Hの側面に形成されたZrBO膜64とを覆うマスクパターンが形成されなくとも、基板Sの表面、及び貫通孔Hの側面には、底面に形成されたZrBO膜64のエッチング以後にも、ZrBO膜64が維持されることになる。結果として、エッチング工程にてマスクパターンを用いなくとも、貫通孔Hの全体がZrBO膜64にて覆われた状態を維持できることから、TSVの形成に必要な工程数を減らすことが可能になる。   Therefore, even if a mask pattern covering the ZrBO film 64 formed on the surface of the substrate S and the ZrBO film 64 formed on the side surface of the through hole H is not formed, the surface of the substrate S and the side surface of the through hole H are formed. In this case, the ZrBO film 64 is maintained even after the etching of the ZrBO film 64 formed on the bottom surface. As a result, the entire through hole H can be kept covered with the ZrBO film 64 without using a mask pattern in the etching process, so that the number of processes necessary for forming the TSV can be reduced.

(2)Zr(BH含有ガスと、酸素含有ガスとが、互いに独立する供給孔H1,H2から成膜室11Sに対して供給される。そのため、成膜室11Sの前段でのZr(BH含有ガスと酸化ガスとの混合を避けることによって、Zr(BH含有ガスと酸化ガスとが、基板S上に到達する以前に接触する機会を減らすことができる。これにより、Zr(BH含有ガスと酸化ガスとは、より基板S上にて反応する確率が高くなることから、貫通孔Hの内表面の全体にZrBO膜が形成されやすくなる。 (2) The Zr (BH 4 ) 4 -containing gas and the oxygen-containing gas are supplied to the film formation chamber 11S from the supply holes H1 and H2 that are independent from each other. Therefore, by avoiding mixing of the Zr (BH 4 ) 4 -containing gas and the oxidizing gas in the previous stage of the film forming chamber 11S, before the Zr (BH 4 ) 4 -containing gas and the oxidizing gas reach the substrate S Can reduce the chance of contact. As a result, the Zr (BH 4 ) 4 -containing gas and the oxidizing gas are more likely to react on the substrate S, so that a ZrBO film is easily formed on the entire inner surface of the through hole H.

(3)酸素含有ガスの活性化が第2供給孔H2の前段に接続されたマイクロ波プラズマ源PLにて行われる。そのため、酸素含有ガスの活性化時に、Zr(BH含有ガスも活性化されることを避けることができる。それゆえに、ZrBO膜64の形成反応は、より基板Sの表面にて起こりやすくなることから、基板Sに形成された貫通孔Hの内表面の全体にZrBO膜64が形成されるようになる。 (3) The activation of the oxygen-containing gas is performed by the microwave plasma source PL connected to the front stage of the second supply hole H2. Therefore, it is possible to avoid activation of the Zr (BH 4 ) 4 -containing gas when the oxygen-containing gas is activated. Therefore, since the formation reaction of the ZrBO film 64 occurs more easily on the surface of the substrate S, the ZrBO film 64 is formed on the entire inner surface of the through hole H formed in the substrate S.

なお、上記各実施形態は、以下のように適宜変更して実施することができる。
・Zr(BH含有ガスと酸素含有ガスとは、成膜室11Sに対して同一の供給孔から供給されてもよい。こうした構成であっても、基板SにおけるZr(BHの熱分解を利用してZrBO膜を形成する分、基板Sの表面及び貫通孔Hの内表面の全体にZrBO膜が形成されやすくはなる。
In addition, each said embodiment can be suitably changed and implemented as follows.
The Zr (BH 4 ) 4 -containing gas and the oxygen-containing gas may be supplied from the same supply hole to the film forming chamber 11S. Even in such a configuration, the ZrBO film is easily formed on the entire surface of the substrate S and the inner surface of the through hole H as much as the ZrBO film is formed by utilizing the thermal decomposition of Zr (BH 4 ) 4 in the substrate S. It becomes.

・酸素含有ガスの活性化は、第2供給孔H2の後段にて行われてもよい。こうした構成であっても、基板SにおけるZr(BHの熱分解を利用してZrBO膜を形成する分、基板Sの表面及び貫通孔Hの内表面の全体にZrBO膜が形成されやすくはなる。 The activation of the oxygen-containing gas may be performed after the second supply hole H2. Even in such a configuration, the ZrBO film is easily formed on the entire surface of the substrate S and the inner surface of the through hole H as much as the ZrBO film is formed by utilizing the thermal decomposition of Zr (BH 4 ) 4 in the substrate S. It becomes.

・酸素原子を含むガスを活性状態にする手段として、高周波電力による高周波励起や、Wなどの金属触媒源による励起を用いるようにしてもよい。
・ZrBO膜の形成時における基板温度、成膜室内の圧力、各種ガスの供給流量等のプロセス条件は、ZrBO膜の形成が可能な範囲で任意に変更可能である。
As a means for bringing the gas containing oxygen atoms into an active state, high-frequency excitation with high-frequency power or excitation with a metal catalyst source such as W may be used.
Process conditions such as the substrate temperature, the pressure in the deposition chamber, and the supply flow rates of various gases during the formation of the ZrBO film can be arbitrarily changed within a range in which the ZrBO film can be formed.

・Zr(BHのキャリアガスとしては、Arガスに限らず、他の不活性ガス、例えばHeガス等を用いるようにしてもよい。
・活性状態にさせた酸素原子を含むガスとして、Oガス及びNOガスを用いるようにした。これに限らず、酸素原子を含むガスとして、NOガス、NOガス、COガス、COガスや、O原子を含むその他のガスを用いるようにしてもよい。また、酸素原子を含むガスとしては、OガスとNOガスとの混合ガスのように、先に列挙したガスの中から複数のガスを選択した混合ガスを用いるようにしてもよい。これらガスの組み合わせにより、Zr(BHとの酸化反応を成膜室内の環境や成膜対象の形状に合わせて適宜選択することが可能である。
The carrier gas for Zr (BH 4 ) 4 is not limited to Ar gas, and other inert gas such as He gas may be used.
As the gas containing, oxygen atom is active, and to use a O 2 gas and N 2 O gas. However, the present invention is not limited to this, and as the gas containing oxygen atoms, NO gas, NO 2 gas, CO gas, CO 2 gas, or other gas containing O atoms may be used. Further, as the gas containing oxygen atoms, a mixed gas in which a plurality of gases are selected from the gases listed above, such as a mixed gas of O 2 gas and N 2 O gas, may be used. By combining these gases, the oxidation reaction with Zr (BH 4 ) 4 can be appropriately selected according to the environment in the film forming chamber and the shape of the film forming target.

・ZrBO膜の形成に際してNガスを添加するようにした。これは、Oガス、NOガス等の酸素原子を含むガスのみでは励起状態の寿命が短い場合があるため、励起されやすく且つ比較的励起状態の寿命の長いNガスを添加することによって、酸素原子を含むガスの励起状態の寿命を長くすることができるためである。なお、Nガスに代えてArガスとNeガスとを用いてZrBO膜を形成するようにしてもよい。 - the formation of the ZrBO film was set to the addition of N 2 gas. This, O 2 gas, since the only gas containing oxygen atoms such as N 2 O gas which may lifetime of the excited state is short, the addition of excited easily and relatively long lifetime N 2 gas excited state This is because the lifetime of the excited state of the gas containing oxygen atoms can be extended. Note that the ZrBO film may be formed using Ar gas and Ne gas instead of N 2 gas.

・Zr(BHを酸化する活性化された酸素含有ガスは、酸素ラジカルを含むガスに限らず、酸化工程におけるイオンの衝撃が、素子やZrBO膜の電気的特性や形状等に影響しなければ、酸素イオンを含むガスであってもよい。なお、酸素イオンを含むガスによってZr(BHを酸化するのであれば、真空槽11内において、基板Sが高周波電力やマイクロ波の高周波プラズマに晒されるような態様でZrBO膜を成膜してもよい。 The activated oxygen-containing gas that oxidizes Zr (BH 4 ) 4 is not limited to a gas containing oxygen radicals, and the impact of ions in the oxidation process affects the electrical characteristics and shape of the device and the ZrBO film. Otherwise, a gas containing oxygen ions may be used. If Zr (BH 4 ) 4 is oxidized by a gas containing oxygen ions, the ZrBO film is formed in such a manner that the substrate S is exposed to high-frequency power or microwave high-frequency plasma in the vacuum chamber 11. May be.

・ZrBO膜の形成工程では、Zr(BH含有ガスの供給と、活性化されたOガスの供給とを交互に行ってもよい。こうした構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。 In the ZrBO film forming process, the supply of the Zr (BH 4 ) 4 -containing gas and the supply of the activated O 2 gas may be performed alternately. According to such a configuration, the following effects can be obtained.

(4)Zr(BH含有ガスの供給と、酸素含有ガスの供給とを交互に行うため、Zr(BHガスの供給工程にて基板Sに吸着したZr(BHと、酸素含有ガスの供給工程にて基板S上に到達した酸素含有ガスとが反応することになる。そのため、Zr(BH含有ガス及び酸素含有ガスの供給を連続して行う場合と比べて、Zr(BHと酸素含有ガスとの反応は、より基板Sの表面にて起こりやすくなる。それゆえに、貫通孔の内表面における全体にZrBO膜が形成されやすくなる。 (4) Zr (BH 4) 4 and the supply of the gas containing, for performing the supply of oxygen-containing gas are alternately, Zr (BH 4) 4 Zr (BH 4) adsorbed on the substrate S at a delivery process of the gas 4 Then, the oxygen-containing gas that has reached the substrate S in the oxygen-containing gas supply step reacts. Therefore, the reaction between Zr (BH 4 ) 4 and the oxygen-containing gas is more likely to occur on the surface of the substrate S than when the Zr (BH 4 ) 4 -containing gas and the oxygen-containing gas are continuously supplied. Become. Therefore, the ZrBO film is easily formed on the entire inner surface of the through hole.

・酸素ラジカルが連続して供給されている間に、Zr(BHの供給を間欠的に複数回行うようにしてもよい。これにより、Zr(BHの供給期間では、Zr(BHが酸素ラジカルと反応することによって、基板Sの表面にZrBO膜が形成される。そして、Zr(BHが供給されておらず、酸素ラジカルが供給されている期間では、ZrBO膜が酸素ラジカルによってさらに酸化される。 -While oxygen radicals are continuously supplied, Zr (BH 4 ) 4 may be supplied intermittently a plurality of times. Accordingly, the supply period of the Zr (BH 4) 4, by Zr (BH 4) 4 reacts with oxygen radicals, ZrBO film is formed on the surface of the substrate S. In the period in which Zr (BH 4 ) 4 is not supplied and oxygen radicals are supplied, the ZrBO film is further oxidized by oxygen radicals.

・酸素ラジカルを含むガスとZr(BHとを同時に供給する期間、及び、酸素ラジカルを含むガスを供給する期間の各々を1回ずつ設けるようにしてもよい。
・開始タイミングTsにおいてOガス、Nガス及びArガスの供給を開始してからTx秒後に、マイクロ波電源FGを駆動させることで、各種ガスの供給開始後に真空槽11内の圧力を安定させ、Oガス及びNガスの励起を安定に行うようにした。つまり、各種ガスの供給を開始してからマイクロ波電源を駆動させるまでの所定期間Txは、真空槽11内の圧力が安定するまでの時間として任意に設定することができる。
Each of the period for supplying the gas containing oxygen radicals and Zr (BH 4 ) 4 at the same time and the period for supplying the gas containing oxygen radicals may be provided once.
・ Tx seconds after starting the supply of O 2 gas, N 2 gas, and Ar gas at the start timing Ts, the microwave power source FG is driven to stabilize the pressure in the vacuum chamber 11 after starting the supply of various gases. The O 2 gas and N 2 gas were excited stably. That is, the predetermined period Tx from when the supply of various gases is started until the microwave power source is driven can be arbitrarily set as the time until the pressure in the vacuum chamber 11 is stabilized.

・ハロゲン含有ガスは、SFガスに限らず、NFガス、ClFガス、Fガス、及びXeFガス、HBrガス、Clガス、BClガス、HClガス、SiFガス、CFガス、CHFガス、CClガス、及びCBrガス等であってもよい。また、これらガスのうちの複数を混合した混合ガスによってZrBO膜のエッチングを行ってもよい。 The halogen-containing gas is not limited to SF 6 gas, but includes NF 3 gas, ClF 3 gas, F 2 gas, XeF 2 gas, HBr gas, Cl 2 gas, BCl 3 gas, HCl gas, SiF 4 gas, CF 4 Gas, CHF 3 gas, CCl 4 gas, CBr 4 gas, or the like may be used. Further, the ZrBO film may be etched by a mixed gas obtained by mixing a plurality of these gases.

・エッチング工程では、ZrBO膜のエッチングを行うガスの切り替えを行ってもよい。例えば、ハロゲン含有ガスからハロゲンガス以外のハロゲンを含有する非フッ素含有ガスに切り替えてもよい。   In the etching process, the gas for etching the ZrBO film may be switched. For example, the halogen-containing gas may be switched to a non-fluorine-containing gas containing a halogen other than the halogen gas.

・Oガスを供給しなくともよい。この場合、プラズマエッチング装置30から酸素ガス供給部43を割愛してもよい。
・エッチング工程では、電流供給部57及び各電源34,52が同時に駆動されてもよい。また、ガス供給部42,43、電流供給部57、及び各電源34,52が同時に駆動されてもよい。
· O 2 gas may not be supplied. In this case, the oxygen gas supply unit 43 may be omitted from the plasma etching apparatus 30.
In the etching process, the current supply unit 57 and the power supplies 34 and 52 may be driven simultaneously. Further, the gas supply units 42 and 43, the current supply unit 57, and the power supplies 34 and 52 may be driven simultaneously.

・エッチング工程では、電流供給部57及び各電源34,52の駆動が同時に停止された後に、各ガス供給部42,43の駆動を停止するようにしてもよい。また、ガス供給部42,43、電流供給部57、及び各電源34,52の停止を同時に行うようにしてもよい。   In the etching step, the driving of the gas supply units 42 and 43 may be stopped after the driving of the current supply unit 57 and the power sources 34 and 52 are stopped simultaneously. The gas supply units 42 and 43, the current supply unit 57, and the power sources 34 and 52 may be stopped simultaneously.

・プラズマエッチング装置30は、磁場コイル56及び電流供給部57が割愛された構成であってもよく、また、円筒状の真空槽11における側面に高周波アンテナが巻き回された構成であってもよい。   The plasma etching apparatus 30 may have a configuration in which the magnetic field coil 56 and the current supply unit 57 are omitted, or may have a configuration in which a high-frequency antenna is wound around the side surface of the cylindrical vacuum chamber 11. .

・プラズマエッチング装置は、真空槽内に対向する2つの電極を有し、これらの間で放電させる容量結合型の装置等、プラズマの生成が可能な装置であればよい。
・本開示の半導体装置の製造方法は、Via first 法に適用されてもよい。この場合、基板Sは、図8(a)に示されるように、シリコン基板91と、シリコン基板91の厚さ方向に形成されたTSV用のトレンチTrとを有し、シリコン基板91の上面と、トレンチTrの内壁面とにZrBO膜92が形成されている。
The plasma etching apparatus may be any apparatus capable of generating plasma, such as a capacitively coupled apparatus that has two electrodes facing each other in a vacuum chamber and discharges between them.
-The manufacturing method of the semiconductor device of this indication may be applied to Via first method. In this case, the substrate S has a silicon substrate 91 and a TSV trench Tr formed in the thickness direction of the silicon substrate 91, as shown in FIG. A ZrBO film 92 is formed on the inner wall surface of the trench Tr.

・本開示の半導体装置の製造方法は、Via middle 法に適用されてもよい。この場合、基板Sは、図8(b)に示されるように、シリコン基板91の上面に素子領域91aが形成されている以外は、Via after bonding 法によってTSVが形成されるときの基板Sと同様の構成である。   -The manufacturing method of the semiconductor device of this indication may be applied to the Via middle method. In this case, as shown in FIG. 8B, the substrate S is the same as the substrate S when the TSV is formed by the Via after bonding method except that the element region 91a is formed on the upper surface of the silicon substrate 91. It is the same composition.

・本開示の半導体装置の製造方法は、Via last 法に適用されてもよい。そして、Via last 法のうち、シリコン基板91の表面からTSVが形成される方法では、基板Sは、図8(c)に示されるように、上面に素子領域91aを有したシリコン基板91と、シリコン基板91に積層された配線層93と、配線層93を貫通し、且つ、シリコン基板91の厚さ方向における途中まで形成されたトレンチTrとを有している。そして、配線層93の上面と、トレンチTrの内壁面とにZrBO膜92が形成されている。   The semiconductor device manufacturing method of the present disclosure may be applied to the Via last method. In the Via last method, in the method in which the TSV is formed from the surface of the silicon substrate 91, the substrate S includes a silicon substrate 91 having an element region 91a on the upper surface, as shown in FIG. The wiring layer 93 stacked on the silicon substrate 91 and the trench Tr penetrating the wiring layer 93 and formed partway in the thickness direction of the silicon substrate 91 are included. A ZrBO film 92 is formed on the upper surface of the wiring layer 93 and the inner wall surface of the trench Tr.

一方、Via last 法のうち、シリコン基板91の裏面からTSVが形成される方法では、基板Sは、図8(d)に示されるように、上面に素子領域91aが形成されたシリコン基板91と、素子領域91aに接続された配線93aを有する配線層93と、シリコン基板91を貫通する貫通孔Hとを有している。また、基板Sは、配線層93の上面に図示されない接着層を介して接着された支持ガラス基板Gを有している。そして、基板Sの裏面と、貫通孔Hの内壁面とにZrBO膜92が形成されている。   On the other hand, in the Via last method, in which the TSV is formed from the back surface of the silicon substrate 91, the substrate S has a silicon substrate 91 with an element region 91a formed on the upper surface as shown in FIG. And a wiring layer 93 having a wiring 93 a connected to the element region 91 a and a through hole H penetrating the silicon substrate 91. Further, the substrate S has a supporting glass substrate G bonded to the upper surface of the wiring layer 93 via an adhesive layer (not shown). A ZrBO film 92 is formed on the back surface of the substrate S and the inner wall surface of the through hole H.

10…CVD装置、11,31…真空槽、11S…成膜室、12…リッド、12a,12b…ガス通路、13,33…ステージ、13H…抵抗加熱ヒータ、14…昇降機構、15…排気ポンプ、16…シャワープレート、17…キャリアガス供給部、18…アルゴンガス供給部、21…酸素ガス供給部、22…窒素ガス供給部、23…アルゴンガス供給部、24…亜酸化窒素ガス供給部、25…放電管、26…マイクロ波源、27…同軸ケーブル、28…コネクタ、29…アンテナ、30…プラズマエッチング装置、32…誘電窓、34…バイアス用高周波電源、35,53…整合器、41…排気部、42…ハロゲン含有ガス供給部、43…酸素ガス供給部、51…高周波アンテナ、52…アンテナ用高周波電源、54…入力側可変コンデンサ、55…出力側可変コンデンサ、56…磁場コイル、57…電流供給部、61,71,81…下側シリコン基板、61a,91a…素子領域、62…接着層、63,72,82…上側シリコン基板、63s…上面、64,73,92…ZrBO膜、65…フォトレジスト、83…絶縁膜、91…シリコン基板、93…配線層、93a…配線、FG…マイクロ波電源、G…支持ガラス基板、H…貫通孔、Hb…底面、H1…第1供給孔、H2…第2供給孔、P1…排気ポート、P2…ガスポート、PL…マイクロ波プラズマ源、S…基板、Tr…トレンチ、TK…原料タンク。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... CVD apparatus, 11, 31 ... Vacuum chamber, 11S ... Film-forming chamber, 12 ... Lid, 12a, 12b ... Gas passage, 13, 33 ... Stage, 13H ... Resistance heater, 14 ... Lifting mechanism, 15 ... Exhaust pump , 16 ... shower plate, 17 ... carrier gas supply unit, 18 ... argon gas supply unit, 21 ... oxygen gas supply unit, 22 ... nitrogen gas supply unit, 23 ... argon gas supply unit, 24 ... nitrous oxide gas supply unit, DESCRIPTION OF SYMBOLS 25 ... Discharge tube, 26 ... Microwave source, 27 ... Coaxial cable, 28 ... Connector, 29 ... Antenna, 30 ... Plasma etching apparatus, 32 ... Dielectric window, 34 ... High frequency power supply for bias, 35, 53 ... Matching device, 41 ... Exhaust section, 42 ... halogen-containing gas supply section, 43 ... oxygen gas supply section, 51 ... high frequency antenna, 52 ... high frequency power supply for antenna, 54 ... input side variable condenser 55 ... Output-side variable capacitor, 56 ... Magnetic coil, 57 ... Current supply unit, 61, 71, 81 ... Lower silicon substrate, 61a, 91a ... Element region, 62 ... Adhesive layer, 63, 72, 82 ... Upper silicon Substrate, 63s ... upper surface, 64, 73, 92 ... ZrBO film, 65 ... photoresist, 83 ... insulating film, 91 ... silicon substrate, 93 ... wiring layer, 93a ... wiring, FG ... microwave power source, G ... supporting glass substrate , H ... through hole, Hb ... bottom surface, H1 ... first supply hole, H2 ... second supply hole, P1 ... exhaust port, P2 ... gas port, PL ... microwave plasma source, S ... substrate, Tr ... trench, TK ... raw material tank.

Claims (4)

半導体基板の厚さ方向に延びる凹部を有した当該半導体基板の表面にZrBO膜が形成されるZrBO膜形成工程と、
前記凹部の底面に形成された前記ZrBO膜がドライエッチングされるエッチング工程とを備え、
前記ZrBO膜形成工程では、
Zr(BH含有ガスと活性化された酸素含有ガスとが、加熱された前記半導体基板の表面全体に供給され、
前記半導体基板上にて分解された前記Zr(BH含有ガスが前記酸素含有ガスによって酸化されることで、前記半導体基板上にZrBO膜が形成され、
前記エッチング工程では、
前記半導体基板に対して負のバイアス電圧が印加され、
前記バイアス電圧により前記ZrBO膜のエッチャントが前記半導体基板の表面に引き込まれることで、前記ZrBO膜が直接エッチングされる
半導体装置の製造方法。
A ZrBO film forming step in which a ZrBO film is formed on the surface of the semiconductor substrate having a recess extending in the thickness direction of the semiconductor substrate;
An etching process in which the ZrBO film formed on the bottom surface of the recess is dry-etched,
In the ZrBO film forming step,
Zr (BH 4 ) 4 -containing gas and activated oxygen-containing gas are supplied to the entire surface of the heated semiconductor substrate,
The Zr (BH 4 ) 4 -containing gas decomposed on the semiconductor substrate is oxidized by the oxygen-containing gas to form a ZrBO film on the semiconductor substrate,
In the etching step,
A negative bias voltage is applied to the semiconductor substrate;
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the ZrBO film is directly etched by drawing the etchant of the ZrBO film to the surface of the semiconductor substrate by the bias voltage.
前記Zr(BH含有ガスは、
前記半導体基板に対する前記ZrBO膜の形成が行われる成膜室に対して第1供給孔から供給され、
前記酸素含有ガスは、
前記成膜室に対して前記第1供給孔とは独立する第2供給孔から供給される
請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
The Zr (BH 4 ) 4 -containing gas is
Supplied from the first supply hole to the film formation chamber in which the ZrBO film is formed on the semiconductor substrate;
The oxygen-containing gas is
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the film forming chamber is supplied from a second supply hole independent of the first supply hole.
前記酸素含有ガスは、
前記第2供給孔の前段に接続されたプラズマ源によって活性化される
請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
The oxygen-containing gas is
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the semiconductor device is activated by a plasma source connected to a front stage of the second supply hole.
前記ZrBO膜形成工程では、
前記半導体基板上への前記Zr(BH含有ガスの供給と、前記酸素含有ガスの供給とが交互に行われることで前記半導体基板上に前記ZrBO膜が形成される
請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
In the ZrBO film forming step,
The ZrBO film is formed on the semiconductor substrate by alternately supplying the Zr (BH 4 ) 4 -containing gas onto the semiconductor substrate and the oxygen-containing gas. The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of these.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013219145A (en) * 2012-04-06 2013-10-24 Ulvac Japan Ltd ZrBO FILM ETCHING METHOD, SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD AND ZrBO FILM ETCHING APPARATUS

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008211079A (en) * 2007-02-27 2008-09-11 Ulvac Japan Ltd Barrier film and forming method thereof, and multilayer interconnection structure and manufacturing method thereof
JP2010232400A (en) * 2009-03-27 2010-10-14 Panasonic Corp Semiconductor substrate, method of manufacturing semiconductor substrate, and semiconductor package

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008211079A (en) * 2007-02-27 2008-09-11 Ulvac Japan Ltd Barrier film and forming method thereof, and multilayer interconnection structure and manufacturing method thereof
JP2010232400A (en) * 2009-03-27 2010-10-14 Panasonic Corp Semiconductor substrate, method of manufacturing semiconductor substrate, and semiconductor package

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013219145A (en) * 2012-04-06 2013-10-24 Ulvac Japan Ltd ZrBO FILM ETCHING METHOD, SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD AND ZrBO FILM ETCHING APPARATUS

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