JP2019102508A - Method and apparatus for forming boron-based film - Google Patents

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佳優 渡部
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博一 上田
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Abstract

To provide a technology capable of obtaining a boron-based film having a flat surface without film loss and impurity contamination as much as possible.SOLUTION: A method of forming a boron-based film for forming a boron-based film mainly composed of boron on a substrate, includes steps of: forming a boron-based film on a substrate by CVD using a processing gas containing a boron-containing gas; and planarizing by plasma of a rare gas a surface of the boron-based film.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、ボロン系膜の形成方法および形成装置に関する。   The present invention relates to a method and apparatus for forming a boron-based film.

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

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

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

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

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

ところで、ハードマスク材料としては、ボロン系膜の中でもボロン単独のボロン膜が優れた特性を有することがわかっているが、CVDにより成膜されたボロン膜は、成膜した後の表面の凹凸が大きく、例えば平均面粗さ(Ra)や二乗平均粗さ(RMS)で表される表面粗さが2nmを超える場合があり、これが14nm以下の微細パターンへの適用が制限される要因となる。また、ボロンに窒素(N)や炭素(C)等の他の元素を添加した他のボロン系膜についても同様に表面の凹凸が問題になる。半導体デバイスへの適用を考慮すると、膜減りや不純物汚染を極力存在させずに、RMSが2nm以下、さらには1nm以下のボロン系膜を得る技術が求められているが、これらを可能にする技術は未だ確立されていない。   By the way, as a hard mask material, it is known that the boron film of boron alone has excellent characteristics among the boron-based films, but the boron film formed by CVD has the surface unevenness after the film formation. Large, for example, the surface roughness represented by the average surface roughness (Ra) or the root mean square roughness (RMS) may exceed 2 nm, which is a factor limiting the application to a fine pattern of 14 nm or less. In addition, as to other boron-based films in which other elements such as nitrogen (N) and carbon (C) are added to boron, the surface irregularities also become a problem. Considering the application to semiconductor devices, there is a need for a technique for obtaining a boron-based film with an RMS of 2 nm or less, and further 1 nm or less, with film loss and impurity contamination as small as possible. Has not yet been established.

したがって、本発明は、膜減りや不純物汚染を極力存在させずに、表面が平坦なボロン系膜を得ることができる技術を提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a technology capable of obtaining a boron-based film having a flat surface without film loss and impurity contamination as much as possible.

上記課題を解決するため、本発明の第1の観点は、基板上にボロンを主体とするボロン系膜を形成するボロン系膜の形成方法であって、基板上にボロン含有ガスを含む処理ガスを用いたCVDによりボロン系膜を成膜する工程と、その後、前記ボロン系膜の表面を希ガスのプラズマにより平坦化処理する工程とを有することを特徴とするボロン系膜の形成方法を提供する。   In order to solve the above problems, a first aspect of the present invention is a method of forming a boron-based film in which a boron-based film mainly composed of boron is formed on a substrate, and a processing gas containing a boron-containing gas on the substrate Providing a step of forming a boron-based film by CVD using the following step, and thereafter a step of planarizing the surface of the boron-based film with plasma of a rare gas; Do.

上記ボロン系膜の形成方法において、前記平坦化処理する工程は、希ガスとしてアルゴンガスを用いることができる。また、前記平坦化処理する工程は、基板に高周波バイアス電圧を印加して前記プラズマ中の希ガスイオンを基板に引き込んでもよい。この場合に、前記高周波バイアス電圧のパワー密度は0.4〜1.7W/cmであることが好ましい。前記平坦化処理する工程の処理時間は、10〜600secの範囲であってよい。 In the method of forming a boron-based film, argon gas can be used as a rare gas in the step of the planarization treatment. Further, in the step of performing the planarization process, a high frequency bias voltage may be applied to the substrate to draw rare gas ions in the plasma into the substrate. In this case, the power density of the high frequency bias voltage is preferably 0.4 to 1.7 W / cm 2 . The processing time of the step of planarizing may be in the range of 10 to 600 sec.

前記ボロン系膜を成膜する工程は、前記ボロン系膜として、ボロンと不可避的不純物を含むボロン膜を成膜することができる。前記ボロン系膜を成膜する工程は、ボロン含有ガスとしてBガスを用いることができる。 In the step of forming the boron-based film, a boron film containing boron and unavoidable impurities can be formed as the boron-based film. In the step of forming the boron-based film, a B 2 H 6 gas can be used as a boron-containing gas.

前記ボロン系膜を成膜する工程は、プラズマCVDにより前記ボロン膜を成膜することができる。この場合に、前記ボロン系膜を成膜する工程は、前記処理ガスとしてさらに希ガスを含むことができ、前記希ガスとしてアルゴンガスおよび/またはヘリウムガスを用いることができる。前記ボロン系膜を成膜する工程と、前記平坦化処理する工程は、同一装置内で連続して行うことができ、前記ボロン系膜を成膜する工程と、前記平坦化処理する工程は、希ガスを供給したまま前記プラズマを停止せずに同一装置内で連続して行うことができる。前記ボロン系膜を成膜する工程は基板にバイアス電圧を印加せずに行い、前記平坦化処理する工程は基板にバイアス電圧を印加して行うことが好ましい。前記ボロン系膜を成膜する工程と、前記平坦化処理する工程は、マイクロ波プラズマにより行うことができる。   In the step of forming the boron-based film, the boron film can be formed by plasma CVD. In this case, in the step of forming the boron-based film, a rare gas can be further contained as the processing gas, and argon gas and / or helium gas can be used as the rare gas. The step of forming the boron-based film and the step of performing the planarization process can be performed continuously in the same apparatus, and the steps of forming the boron-based film and the step of performing the planarization process are as follows. It can be continuously performed in the same apparatus without stopping the plasma while supplying the rare gas. The step of forming the boron-based film is preferably performed without applying a bias voltage to the substrate, and the step of planarizing is preferably performed by applying a bias voltage to the substrate. The step of forming the boron-based film and the step of performing the planarization process can be performed by microwave plasma.

前記ボロン系膜を成膜する工程と、前記平坦化処理する工程は、圧力:0.67〜33.3Pa、温度:500℃以下で行うことができる。   The step of forming the boron-based film and the step of performing the planarization process can be performed at a pressure of 0.67 to 33.3 Pa and a temperature of 500 ° C. or less.

前記ボロン系膜を成膜する工程と、前記平坦化工程とを所定回数繰り返してもよい。この場合に、1回の膜厚を、前記平坦化処理により所望の平坦度が得られる程度の膜厚とすることが好ましい。また、前記ボロン系膜を形成する工程は、1回の膜厚を10nm以上とすることが好ましい。   The step of forming the boron-based film and the planarization step may be repeated a predetermined number of times. In this case, it is preferable to set the film thickness of one time to such a thickness that a desired flatness can be obtained by the flattening process. Further, in the step of forming the boron-based film, it is preferable to set the film thickness at one time to 10 nm or more.

本発明の第2の観点は、基板上にボロンを主体とするボロン系膜を形成するボロン系膜の形成装置であって、基板を収容するチャンバと、前記チャンバ内で基板を支持する載置台と、前記チャンバ内に少なくともボロン含有ガスおよび希ガスとを含む処理ガスを供給するガス供給機構と、前記チャンバ内を排気する排気装置と、前記チャンバ内にプラズマを生成するプラズマ生成手段と、前記ガス供給機構により前記ボロン含有ガスを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給させ、前記プラズマ生成手段により前記ボロン含有ガスを含むガスのプラズマを生成させて前記ボロン系膜を成膜し、引き続き前記ガス供給機構により前記希ガスを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給させ、前記プラズマ生成手段により前記希ガスを含むガスのプラズマを生成させて前記ボロン系膜の表面に平坦化処理を施すように制御する制御部とを有することを特徴とするボロン系膜の形成装置を提供する。   A second aspect of the present invention is a boron-based film forming apparatus for forming a boron-based film mainly composed of boron on a substrate, comprising: a chamber for accommodating the substrate; and a mounting table for supporting the substrate in the chamber. A gas supply mechanism for supplying a processing gas containing at least a boron-containing gas and a rare gas into the chamber, an exhaust device for exhausting the chamber, a plasma generating means for generating plasma in the chamber, A processing gas containing the boron-containing gas is supplied into the chamber by a gas supply mechanism, and a plasma of a gas containing the boron-containing gas is generated by the plasma generation means to form the boron-based film, A processing mechanism including the rare gas is supplied into the chamber by a supply mechanism, and the plasma generation unit is configured to plasma the gas including the rare gas. To generate providing forming apparatus boron-based film, characterized in that a control unit for controlling to perform a flattening treatment on the surface of the boron-based film.

上記ボロン系膜の形成装置において、前記載置台を介して前記基板に高周波バイアス電圧を印加する高周波バイアス電圧印加手段をさらに有し、前記制御部は、前記ボロン系膜を成膜している際には、前記高周波バイアス電圧印加手段を停止させ、前記平坦化処理の際には前記高周波バイアス電圧印加手段により前記基板に高周波バイアス電圧を印加させるように制御することができる。   The apparatus for forming a boron-based film further includes high-frequency bias voltage application means for applying a high-frequency bias voltage to the substrate through the mounting table, and the control unit forms the boron-based film. The high frequency bias voltage application means may be stopped, and the high frequency bias voltage application means may be controlled to apply a high frequency bias voltage to the substrate by the high frequency bias voltage application means in the flattening process.

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

本発明によれば、基板上にボロン含有ガスを含む処理ガスを用いたCVDによりボロン系膜を成膜した後、ボロン系膜の表面を希ガスのプラズマにより平坦化処理するので、希ガスイオンの物理的な作用によりボロン系膜の表面を平坦化することができる。このため膜減りや不純物汚染を極力存在させずに、表面が平坦なボロン系膜を得ることができ、ハードマスク等の半導体装置の用途に適したボロン系膜を形成することができる。   According to the present invention, after a boron-based film is formed on the substrate by CVD using a processing gas containing a boron-containing gas, the surface of the boron-based film is planarized by plasma of a rare gas. The surface of the boron-based film can be planarized by the physical action of Therefore, a boron-based film having a flat surface can be obtained without occurrence of film loss and impurity contamination as much as possible, and a boron-based film suitable for the application of a semiconductor device such as a hard mask can be formed.

基板上にマイクロ波プラズマCVDにより成膜されたas depoのボロン膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of a boron film of as depo formed by microwave plasma CVD on a substrate. 図1のボロン膜にHプラズマ処理、およびNFプラズマ処理を行った際のSEM写真である。 H 2 plasma treatment boron film of Figure 1, and NF 3 is an SEM picture of the plasma treatment. (a)はas depoのボロン膜と、Oアニール処理、およびクリーニング処理後のボロン膜のSEM写真であり、(b)はas depoのボロン膜と、Oアニールプラズマ処理、およびクリーニング処理後のボロン膜のSEM写真である。(A) is an SEM photograph of the as depo boron film and the boron film after O 2 annealing treatment and cleaning treatment, and (b) is after the as depo boron film and O 2 annealing plasma treatment and cleaning treatment It is a SEM photograph of a boron film of 本発明の第1の実施形態に係るボロン系膜形成方法を示すフローチャートである。It is a flow chart which shows a boron system film formation method concerning a 1st embodiment of the present invention. ボロン膜の成膜時に、基板に印加する高周波バイアスを0W、50W、150Wとしたときのボロン膜の状態を示すSEM画像である。It is a SEM image which shows the state of a boron film when the high frequency bias applied to a board | substrate is 0 W, 50 W, and 150 W at the time of film-forming of a boron film. 本発明の第2の実施形態に係るボロン系膜形成方法を示すフローチャートである。It is a flow chart which shows a boron system film formation method concerning a 2nd embodiment of the present invention. 本発明のボロン系膜形成方法の実施に用いるボロン系膜形成装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the boron type film formation apparatus used for implementation of the boron type film formation method of this invention. 図7のボロン系膜形成装置における処理シーケンスの一例を示すチャートである。It is a chart which shows an example of the processing sequence in the boron system film formation apparatus of FIG. 本発明のボロン系膜形成方法の実施に用いるボロン系膜形成装置の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the boron type film formation apparatus used for implementation of the boron type film formation method of this invention. ボロン膜を成膜したままのサンプルとArプラズマ処理を行ったサンプルのSEM写真である。It is a SEM photograph of the sample which formed the boron film into a film formation, and the sample which performed Ar plasma processing. ボロン膜を成膜したままのサンプルとHeプラズマ処理を行ったサンプルとArプラズマ処理を行ったサンプルのAFM画像である。It is an AFM image of a sample on which a boron film is formed, a sample subjected to He plasma processing, and a sample subjected to Ar plasma processing. ボロン膜のArプラズマ処理の処理時間と表面粗さRMSとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the processing time of Ar plasma processing of boron film, and surface roughness RMS. ボロン膜のArプラズマ処理の高周波バイアスと表面粗さRMSとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the high frequency bias and surface roughness RMS of Ar plasma processing of a boron film. プラズマCVDにより成膜した膜厚1.5μmのas depo状態のボロン膜のSEM写真、およびプラズマCVDにより膜厚300nmのボロン膜を成膜した後、Arプラズマ処理を行うセットを5サイクル繰り返した際のボロン膜のSEM写真である。A SEM photograph of a 1.5 μm thick film in the as depo state deposited by plasma CVD and a boron film having a thickness of 300 nm deposited by plasma CVD, followed by five cycles of repeated Ar plasma processing set It is a SEM photograph of a boron film of as depoのボロン膜の膜厚によるRMSの変化と、ボロン膜を成膜した後、Arプラズマ処理を行った場合の膜厚によるRMSの変化、および膜厚300nmのボロン膜を成膜した後Arプラズマ処理を行うセットを5サイクル繰り返した場合のRMSの値を示す図である。A change in RMS due to the thickness of the boron film as depo and a change in RMS due to the thickness after Ar film processing after forming the boron film, and after a boron film with a thickness of 300 nm is formed Ar It is a figure which shows the value of RMS at the time of repeating the set which performs a plasma processing 5 cycles.

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

<本発明に至った経緯>
最初に、本発明に至った経緯について説明する。
ボロン系膜はハードマスクとして有望視されており、従来、CVDにより成膜されている。ボロン系膜の中でも、特に、ボロン単独のボロン膜が優れた特性を有することがわかっているが、CVDで成膜されたボロン系膜は、成膜した後の表面の凹凸が大きく、例えば平均面粗さ(Ra)や二乗平均粗さ(RMS)で表される表面粗さが2nmを超える場合があり、これが14nm以下の微細パターンへの適用が制限される要因となる。このため、表面が平坦なボロン系膜を形成する技術が求められている。
<Circumstances leading to the present invention>
First, the background of the present invention will be described.
A boron-based film is considered promising as a hard mask, and is conventionally deposited by CVD. Among boron-based films, it is known that a boron-only film having boron alone has particularly excellent characteristics, but the boron-based film formed by CVD has large surface irregularities after film formation, for example, an average The surface roughness represented by the surface roughness (Ra) and the root mean square roughness (RMS) may exceed 2 nm in some cases, which is a factor limiting the application to a fine pattern of 14 nm or less. Therefore, a technique for forming a boron-based film having a flat surface is required.

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

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

これは、Hプラズマ処理の場合は、Hプラズマにより生成された水素イオンをボロン膜に供給してもボロン膜とは反応しないためボロン膜の表面状態は変化せず、一方、NFプラズマ処理の場合は、NFがFやNFに解離してボロン(B)と反応し、ボロン膜がエッチングされ、かえって表面が荒れたためと考えられる。 This is because, in the case of H 2 plasma processing, even if hydrogen ions generated by H 2 plasma are supplied to the boron film, they do not react with the boron film, so the surface state of the boron film does not change, while NF 3 plasma In the case of the treatment, it is considered that NF 3 dissociates into F and NF and reacts with boron (B) to etch the boron film and to make the surface rougher.

次に、基板上にマイクロ波プラズマCVDにより成膜されたボロン膜(ステージ温度:300℃、圧力:50mTorr)に対して、Oアニール処理、Oプラズマ処理による平坦化への影響について調査した。図3(a)はイニシャル(as depo)のボロン膜と、Oアニール処理(酸素雰囲気、600℃、30min)、およびクリーニング処理(純水(DIW)+超音波処理:30min)後のボロン膜のSEM写真であり、図3(b)はイニシャル(as depo)のボロン膜と、Oアニールプラズマ処理(Oプラズマ10min)、およびクリーニング処理(純水(DIW)+超音波処理:30min)後のボロン膜のSEM写真である。これらのSEM写真から、Oアニール処理およびOプラズマ処理によって表面の平坦性はほとんど変化していないことがわかる。 Next, with respect to a boron film (stage temperature: 300 ° C., pressure: 50 mTorr) formed on a substrate by microwave plasma CVD, the influence on the planarization by O 2 annealing and O 2 plasma processing was investigated. . FIG. 3A shows the initial (as depo) boron film, the boron film after O 2 annealing (oxygen atmosphere, 600 ° C., 30 min), and cleaning (pure water (DIW) + ultrasonication: 30 min) Fig. 3 (b) shows the initial (as depo) boron film, O 2 annealing plasma treatment (O 2 plasma 10 min), and cleaning treatment (pure water (DIW) + ultrasonic treatment: 30 min). It is a SEM photograph of boron film after. From these SEM photographs, it can be seen that the flatness of the surface is hardly changed by the O 2 annealing treatment and the O 2 plasma treatment.

これは、Oアニール処理およびOプラズマ処理では、ボロン膜の表面が酸化されて表面に酸化膜が形成されるが、全体的に酸化されるだけであり、クリーニングにより酸化膜を除去してもボロン膜表面の平坦性はほとんど変化しないためと考えられる。 This is because the surface of the boron film is oxidized to form an oxide film on the surface in the O 2 annealing process and the O 2 plasma process, but it is only oxidized as a whole, and the oxide film is removed by cleaning. Also, it is considered that the flatness of the surface of the boron film hardly changes.

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

また、ボロン系膜を化学的手法で平坦化しようとすると、膜減りや不純物汚染が生じることが予想されるが、半導体装置の用途では、膜減りや不純物汚染を極力存在させないことも求められる。   In addition, when it is intended to planarize a boron-based film by a chemical method, it is expected that film reduction and impurity contamination will occur, but in applications of semiconductor devices, it is also required that film reduction and impurity contamination be minimized.

そこで、ボロン系膜を成膜した後の平坦化処理を、膜減りや不純物汚染を生じさせることが懸念される化学的な手法ではなく、物理的な手法で行うことを検討した。その結果、希ガスイオンによる物理的な処理が有効であることに想到した。   In view of the above, the present inventors have considered carrying out a planarization process after forming a boron-based film by using a physical method instead of a chemical method which might cause film loss or impurity contamination. As a result, it was thought that physical treatment with noble gas ions was effective.

すなわち、CVDによりボロン系膜を成膜した後、希ガスのプラズマを生成し、所定条件で希ガスイオンをボロン系膜の表面に作用させることにより、膜減りや不純物汚染を極力存在させずに、表面が平坦なボロン系膜が得られ、半導体装置に適用可能であることが見出された。   That is, after forming a boron-based film by CVD, plasma of a rare gas is generated, and rare gas ions are caused to act on the surface of the boron-based film under predetermined conditions, thereby minimizing film loss and impurity contamination. It has been found that a boron-based film having a flat surface is obtained and is applicable to a semiconductor device.

<ボロン系膜の形成方法の第1の実施形態>
次に、ボロン系膜の形成方法の第1の実施形態について説明する。図4は、ボロン系膜の形成方法の第1の実施形態を示すフローチャートである。
First Embodiment of Method of Forming Boron-Based Film
Next, a first embodiment of a method of forming a boron-based film will be described. FIG. 4 is a flowchart showing a first embodiment of a method of forming a boron-based film.

本実施形態のボロン系膜の成膜方法においては、被処理基板上にボロン系膜をCVDにより成膜する工程(ステップ1)と、次いで、成膜されたボロン系膜の表面を希ガスのプラズマにより平坦化処理する工程(ステップ2)とを行う。   In the method of forming a boron-based film according to the present embodiment, a step of forming a boron-based film on a target substrate by CVD (step 1), and then, the surface of the formed boron-based film is treated with a rare gas. And (2) performing a planarization process by plasma.

ステップ1のCVDによるボロン系膜の成膜は、熱CVD、プラズマCVDのいずれでもよいが、特に、膜質が良好なボロン系膜が得られるプラズマCVDが好ましい。プラズマCVDのプラズマは特に限定されず、容量結合プラズマや誘導結合プラズマであってもよいが、低電子温度かつラジカル主体であり、低ダメージで高密度のプラズマを生成可能なマイクロ波プラズマCVDで成膜されたものが特に好ましい。   The film formation of the boron-based film by CVD in step 1 may be either thermal CVD or plasma CVD, but plasma CVD is particularly preferable in which a boron-based film having a good film quality can be obtained. The plasma CVD plasma is not particularly limited, and may be a capacitively coupled plasma or an inductively coupled plasma, but it is a low electron temperature and radical-based, and can be formed by microwave plasma CVD capable of generating high-density plasma with low damage. Particularly preferred are membranes.

CVD、特にプラズマCVDにより成膜されたボロン系膜は、エッチング耐性が高いという特性を有しており、このような特性を生かしてハードマスクに適用される。このようなボロン系膜は、被処理基板として、例えば、Si等の半導体基体の上にエッチング対象膜が形成された半導体ウエハ(以下単にウエハと記す)上に形成される。   A boron-based film formed by CVD, particularly plasma CVD, has a characteristic of high etching resistance, and is applied to a hard mask taking advantage of such a characteristic. Such a boron-based film is formed on a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as a wafer) in which a film to be etched is formed on a semiconductor substrate such as Si as a substrate to be processed.

ボロン系膜は、ボロンを50at.%以上有するボロンを主体とする膜であり、ボロンおよび不可避不純物からなるボロン膜であってもよいし、ボロンに意図的に窒素(N)、炭素(C)、珪素(Si)等の他の元素を添加した膜であってもよい。ただし、高いエッチング耐性を得る観点からは、他の添加元素を含まないボロン膜が好ましい。CVDで成膜されたボロン系膜には、膜中に成膜原料等に由来する不可避不純物として主に水素(H)が5〜15at%程度含まれている。   The boron-based film contains 50 at. % Or more and may be a film mainly composed of boron having a% or more, or may be a boron film consisting of boron and unavoidable impurities, or other boron such as nitrogen (N), carbon (C), silicon (Si), etc. It may be a film to which an element is added. However, from the viewpoint of obtaining high etching resistance, a boron film containing no other additive element is preferable. The boron-based film formed by CVD mainly contains about 5 to 15 at% of hydrogen (H) as an unavoidable impurity derived from a film forming material and the like in the film.

CVDによりボロン系膜を成膜する際には、ボロン含有ガスを含む処理ガスが用いられる。プラズマCVDによりボロン系膜を成膜する際には、処理ガスとして、プラズマ励起用の希ガスを含むことが好ましい。ボロン系膜としてボロンに他の元素を添加したものを用いる場合には、処理ガスとして、さらに添加しようとする元素を含むガスを用いる。処理ガスとしては、他に水素ガスを含んでいてもよい。   When forming a boron-based film by CVD, a processing gas containing a boron-containing gas is used. When forming a boron-based film by plasma CVD, it is preferable to contain a rare gas for plasma excitation as a processing gas. In the case of using a boron-based film in which another element is added to boron, a gas containing an element to be further added is used as a processing gas. The processing gas may further contain hydrogen gas.

ボロン含有ガスとしては、ジボラン(B)ガス、三塩化ホウ素(BCl)ガス、アルキルボランガス、デカボランガス等を挙げることができる。アルキルボランガスとしては、トリメチルボラン(B(CH)ガス、トリエチルボラン(B(C)ガスや、B(R1)(R2)(R3)、B(R1)(R2)H、B(R1)H(R1,R2,R3はアルキル基)で表されるガス等を挙げることができる。これらの中ではBガスを好適に用いることができる。 Examples of the boron-containing gas include diborane (B 2 H 6 ) gas, boron trichloride (BCl 3 ) gas, alkyl borane gas, decaborane gas and the like. As the alkyl borane gas, trimethyl borane (B (CH 3 ) 3 ) gas, triethyl borane (B (C 2 H 5 ) 3 ) gas, B (R 1) (R 2) (R 3), B (R 1) (R 2) ) H, B (R1) H 2 (R1, R2, R3 may be given gas and the like represented by an alkyl group). Among these, B 2 H 6 gas can be suitably used.

ボロン系膜を成膜する際には、圧力が0.67Pa〜33.3Pa(5mTorr〜250mTorr)の範囲、温度が500℃以下(より好ましくは、60〜500℃の範囲)が好ましい。   When forming a boron-based film, the pressure is preferably in the range of 0.67 Pa to 33.3 Pa (5 mTorr to 250 mTorr), and the temperature is preferably 500 ° C. or less (more preferably in the range of 60 to 500 ° C.).

CVD、特にプラズマCVDにより成膜したボロン系膜は、成膜したまま(as depo)では表面粗さが大きく、表面粗さRMSが2nmを超えた値となる。最近のエッチング加工技術はダブルパターニングにより最終パターン寸法が10nm程度まで微細化しており、ハードマスクへの適用を考慮すると、表面粗さRMSが2nm以下、さらには1nm以下が求められる。   The boron-based film formed by CVD, particularly plasma CVD, has a large surface roughness as deposited (as depo), and the surface roughness RMS becomes a value exceeding 2 nm. In the recent etching processing technology, the final pattern dimension is miniaturized to about 10 nm by double patterning, and considering application to a hard mask, the surface roughness RMS is required to be 2 nm or less, and further 1 nm or less.

このため、CVDにより成膜したボロン系膜に対して、ステップ2の希ガスのプラズマによる平坦化処理を行う。平坦化処理は、所定条件で、希ガスのプラズマを生成し、希ガスイオンをボロン系膜の表面に作用させることにより行う。これにより希ガスイオンの物理的作用により、ボロン系膜の表面が平坦化する。このときの圧力および温度は、0.67Pa〜33.3Pa(5mTorr〜250mTorr)、500℃以下(より好ましくは、室温(25℃)〜500℃の範囲)が好ましい。また、処理時間は10〜600secが好ましく、60〜180secがより好ましい。   Therefore, the planarization process using the rare gas plasma in step 2 is performed on the boron-based film formed by CVD. The planarization process is performed by generating plasma of a rare gas under predetermined conditions and causing rare gas ions to act on the surface of the boron-based film. Thus, the surface of the boron-based film is planarized by the physical action of the rare gas ions. The pressure and temperature at this time are preferably 0.67 Pa to 33.3 Pa (5 mTorr to 250 mTorr), 500 ° C. or less (more preferably in the range of room temperature (25 ° C.) to 500 ° C.). Moreover, 10 to 600 sec is preferable, and 60 to 180 sec is more preferable.

平坦化処理の際の希ガスとしては、Ar、Kr、Xe、He等を用いることができる。平坦化作用を有効に発揮させるためには原子数が大きいほうが好ましく、入手容易性等の観点からArが好ましい。   Ar, Kr, Xe, He or the like can be used as a rare gas in the planarization treatment. In order to exert the flattening effect effectively, it is preferable that the number of atoms is large, and Ar is preferable in terms of availability and the like.

また、ボロン系膜に対する希ガスイオンの作用を高める観点から、被処理基板に高周波バイアスを印加して希ガスイオンを被処理基板に引き込むことが好ましい。この時の高周波バイアスのパワーは高いほうが好ましく、300W以上、さらには600W以上が好ましい。また、上限は装置上の制限にもよるが10kW以下が好ましく、1200W以下がより好ましい。パワー密度は0.4〜14W/cmが好ましく、0.4〜1.7W/cmがより好ましい。さらに好ましくは、0.8〜1.7W/cmである。 Further, from the viewpoint of enhancing the action of the rare gas ions to the boron-based film, it is preferable to apply a high frequency bias to the substrate to be treated to draw the rare gas ions into the substrate to be treated. The power of the high frequency bias at this time is preferably high, and is preferably 300 W or more, more preferably 600 W or more. Moreover, although an upper limit is based also on the restriction | limiting on an apparatus, 10 kW or less is preferable and 1200 W or less is more preferable. Power density is preferably 0.4~14W / cm 2, 0.4~1.7W / cm 2 is more preferable. More preferably, it is 0.8 to 1.7 W / cm 2 .

ただし、ステップ1のボロン系膜の成膜をプラズマCVDにより成膜する際には、高周波バイアスを印加しないことが好ましい。高周波バイアスを印加することにより、ボロン系膜の膜質および表面粗さの悪化や、界面付近からの膜剥がれが発生するおそれがある。実際に、後述する図7の装置を用いて、基板に印加する高周波バイアスを0W、50W、150Wとし、マイクロ波プラズマCVDによりボロン膜を成膜した際のボロン膜の状態は、図5のSEM写真に示すようになり、高周波バイアスを印加することにより、膜質・表面粗さの悪化や、界面付近からの膜剥がれがあることが確認された。   However, when depositing the boron-based film in step 1 by plasma CVD, it is preferable not to apply a high frequency bias. By applying the high frequency bias, there is a possibility that deterioration of film quality and surface roughness of the boron-based film or film peeling from the vicinity of the interface may occur. Actually, the state of the boron film when the high frequency bias applied to the substrate is 0 W, 50 W, and 150 W using the apparatus of FIG. 7 described later and the boron film is formed by microwave plasma CVD is the SEM of FIG. As shown in the photograph, it was confirmed that the application of the high frequency bias resulted in deterioration of the film quality and surface roughness and film peeling from the vicinity of the interface.

以上のように、ボロン系膜を成膜した後、希ガスプラズマによる平坦化処理を行うことにより、ボロン系膜の膜厚が300nm程度までの範囲で、ボロン系膜の表面粗さRMSを2nm以下、さらには1nm以下にすることができる。また、平坦化処理は希ガスイオンでの処理であるため、化学的な反応が生じず、膜減りや不純物汚染がほとんど生じない。また、希ガスとして原子量の大きいArガスを用いることにより、平坦化効果を大きくすることができる。また、Arガスは入手も容易である。   As described above, after forming the boron-based film, the surface roughness RMS of the boron-based film is 2 nm in the range of up to about 300 nm by performing the flattening process with a rare gas plasma. Further, the thickness can be made 1 nm or less. In addition, since the planarization treatment is treatment with a rare gas ion, no chemical reaction occurs, and film reduction and impurity contamination hardly occur. In addition, by using Ar gas having a large atomic weight as a rare gas, the planarization effect can be increased. Also, Ar gas is easy to obtain.

ステップ1とステップ2とは、同一チャンバ内で連続して行うことができる。これにより、高スループットでボロン系膜を形成することができる。特に、ボロン系膜をプラズマCVDで行う場合は、ステップ1において希ガスのプラズマを着火して、ボロン含有ガス等を導入してボロン系膜を成膜した後、希ガスのプラズマを維持したままボロン含有ガス等を停止するだけでステップ2の希ガスイオンによる平坦化処理を行うことができる。   Steps 1 and 2 can be performed continuously in the same chamber. Thus, a boron-based film can be formed with high throughput. In particular, when a boron-based film is formed by plasma CVD, the plasma of a rare gas is ignited in step 1 to introduce a boron-containing gas or the like to form a boron-based film, and then the plasma of the noble gas is maintained. The planarization process using the rare gas ions in step 2 can be performed only by stopping the boron-containing gas or the like.

このとき、ステップ1のボロン系膜の成膜とステップ2の希ガスのプラズマによる平坦化処理は、いずれも圧力が0.67Pa〜33.3Pa(5mTorr〜250mTorr)の範囲内、温度が500℃以下の範囲内で行うことが好ましく、ステップ1とステップ2を同一の温度で連続して行うことが好ましい。   At this time, the pressure is within the range of 0.67 Pa to 33.3 Pa (5 mTorr to 250 mTorr), and the temperature is 500 ° C. It is preferable to carry out within the following range, and it is preferable to carry out step 1 and step 2 continuously at the same temperature.

<ボロン系膜の形成方法の第2の実施形態>
次に、ボロン系膜の形成方法の第2の実施形態について説明する。図6は、ボロン系膜の形成方法の第2の実施形態を示すフローチャートである。
Second Embodiment of Method of Forming Boron-Based Film
Next, a second embodiment of a method of forming a boron-based film will be described. FIG. 6 is a flowchart showing a second embodiment of a method of forming a boron-based film.

第1の実施形態で説明したように、ボロン系膜の膜厚が300nm程度以下であれば、ステップ1のボロン系膜の成膜およびステップ2の平坦化処理を1回行えば、RMSを2nm以下、さらには1nm以下にすることができるが、成膜するボロン系膜が厚くなると、核の成長が進み、表面のうねり等が大きくなって、表面粗さは大きくなる傾向にあり、膜厚が1μm以上になると、as depoでRMSが5nmを超えるような大きな値となることがある。このような場合は、ステップ1のボロン系膜の成膜後に、ステップ2の希ガスのプラズマによる平坦化処理を行ってもRMSを2nm以下にすることが困難となる。   As described in the first embodiment, if the film thickness of the boron-based film is about 300 nm or less, if the film formation of the boron-based film in step 1 and the planarization process in step 2 are performed once, the RMS is 2 nm Although the thickness can be made 1 nm or less, if the thickness of the boron-based film to be formed becomes thicker, the growth of nuclei proceeds, the surface waviness and the like become larger, and the surface roughness tends to become larger. When the thickness becomes 1 μm or more, the value of RMS may exceed 5 nm at as depo. In such a case, it is difficult to reduce the RMS to 2 nm or less even if the flattening process using the rare gas plasma of step 2 is performed after the formation of the boron-based film of step 1.

そこで、本実施形態では、所定の膜厚、好ましくは被処理基板上にボロン系膜を平坦化処理により所望の平坦度が得られる程度の膜厚でCVDにより成膜する工程(ステップ11)と、成膜されたボロン系膜の表面を希ガスのプラズマにより平坦化処理する工程(ステップ12)とを所定回数繰り返す。これにより、トータルのボロン系膜の膜厚が厚くても、RMSが2nm以下の表面の平坦性が高いボロン系膜を形成することができる。   Therefore, in the present embodiment, a step (step 11) of depositing a predetermined thickness, preferably a thickness of a boron-based film on a substrate to be treated to a desired flatness by a planarization process (step 11) And the step of planarizing the surface of the formed boron-based film with plasma of a rare gas (step 12) is repeated a predetermined number of times. As a result, even if the total thickness of the boron-based film is large, it is possible to form a boron-based film having high RMS surface flatness of 2 nm or less.

本実施形態は、トータルのボロン系膜の膜厚が、核の成長が進み、表面粗さが大きくなる1μm以上のときに有効である。また、繰り返し回数は、トータルのボロン系膜の厚さにもよるが、5回以上であることが好ましい。   The present embodiment is effective when the total film thickness of the boron-based film is 1 μm or more in which the growth of nuclei proceeds and the surface roughness increases. The number of repetitions is preferably 5 or more, although it depends on the total thickness of the boron-based film.

本実施形態において、ステップ11は第1の実施形態のステップ1と同様に行うことができ、ステップ12は第1の実施形態のステップ2と同様に行うことができる。ステップ11の1回の成膜処理の膜厚は300nm以下が好ましい。ただし、1回の膜厚が薄すぎると、繰り返し回数が多くなって処理に時間がかかるので、10nm以上であることが好ましい。   In the present embodiment, step 11 can be performed in the same manner as step 1 of the first embodiment, and step 12 can be performed in the same manner as step 2 of the first embodiment. The film thickness of one film forming process in step 11 is preferably 300 nm or less. However, if the thickness of one film is too thin, the number of repetitions increases and the process takes time, so 10 nm or more is preferable.

<ボロン系膜形成装置の一例>
次に、ボロン系膜形成装置の一例について説明する。
図7はボロン系膜形成装置の一例を示す断面図である。本例のボロン系膜形成装置100は、ボロン系膜としてボロン膜を成膜した後、平坦化処理するためのマイクロ波プラズマ装置として構成される。
<Example of boron-based film forming apparatus>
Next, an example of a boron-based film forming apparatus will be described.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of a boron-based film forming apparatus. The boron-based film forming apparatus 100 of this example is configured as a microwave plasma apparatus for performing a planarization process after forming a boron film as a boron-based film.

このボロン系膜形成装置100は、気密に構成され、接地された略円筒状のチャンバ1を有している。チャンバ1は、例えばアルミニウムおよびその合金等の金属材料によって構成されている。チャンバ1の上部にはマイクロ波プラズマ源20が設けられている。マイクロ波プラズマ源20は、例えばRLSA(登録商標)マイクロ波プラズマ源として構成される。   The boron-based film forming apparatus 100 has a substantially cylindrical chamber 1 which is airtight and grounded. The chamber 1 is made of, for example, a metal material such as aluminum and its alloy. A microwave plasma source 20 is provided at the top of the chamber 1. The microwave plasma source 20 is configured, for example, as an RLSA (registered trademark) microwave plasma source.

チャンバ1の底壁の略中央部には円形の開口部10が形成されており、底壁にはこの開口部10と連通し、下方に向けて突出する排気室11が設けられている。   A circular opening 10 is formed in a substantially central portion of the bottom wall of the chamber 1, and the bottom wall is provided with an exhaust chamber 11 communicating with the opening 10 and projecting downward.

チャンバ1内には、被処理基板であるウエハWを水平に支持するためのAlN等のセラミックスからなる円板状の載置台2が設けられている。この載置台2は、排気室11の底部中央から上方に延びる円筒状のAlN等のセラミックスからなる支持部材3により支持されている。また、載置台2には抵抗加熱型のヒーター5が埋め込まれており、このヒーター5はヒーター電源(図示せず)から給電されることにより発熱し、それにより載置台2を介してウエハWが所定の温度に加熱される。また、載置台2には電極7が埋め込まれており、電極7には整合器8を介してバイアス電圧印加用高周波電源9が接続されている。バイアス電圧印加用高周波電源9は、3〜13.56MHz、例えば、3MHzの高周波電力(高周波バイアス)を載置台2に印加する。整合器8は、バイアス電圧印加用高周波電源9の内部(または出力)インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるもので、チャンバ1内にプラズマが生成されているときにバイアス電圧印加用高周波電源9の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。   In the chamber 1, a disk-shaped mounting table 2 made of ceramic such as AlN for horizontally supporting a wafer W as a substrate to be processed is provided. The mounting table 2 is supported by a support member 3 made of ceramic such as cylindrical AlN which extends upward from the center of the bottom of the exhaust chamber 11. In addition, a heater 5 of a resistance heating type is embedded in the mounting table 2, and the heater 5 generates heat when power is supplied from a heater power supply (not shown), whereby the wafer W is transferred via the mounting table 2. It is heated to a predetermined temperature. Further, an electrode 7 is embedded in the mounting table 2, and a high frequency power supply 9 for bias voltage application is connected to the electrode 7 via a matching unit 8. The bias voltage application high frequency power source 9 applies high frequency power (high frequency bias) of 3 to 13.56 MHz, for example, 3 MHz, to the mounting table 2. The matching unit 8 matches the load impedance to the internal (or output) impedance of the high frequency power supply 9 for bias voltage application, and when the plasma is generated in the chamber 1, the internal impedance of the high frequency power supply 9 for bias voltage application And the load impedance appear to match.

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

排気室11の側面には排気管23が接続されており、この排気管23には真空ポンプや自動圧力制御バルブ等を含む排気装置24が接続されている。排気装置24の真空ポンプを作動させることによりチャンバ1内のガスが、排気室11の空間11a内へ均一に排出され、排気管23を介して排気され、自動圧力制御バルブによりチャンバ1内が所定の真空度に制御される。   An exhaust pipe 23 is connected to the side surface of the exhaust chamber 11, and an exhaust device 24 including a vacuum pump, an automatic pressure control valve, and the like is connected to the exhaust pipe 23. By operating the vacuum pump of the exhaust device 24, the gas in the chamber 1 is uniformly discharged into the space 11a of the exhaust chamber 11, and exhausted through the exhaust pipe 23, and the inside of the chamber 1 is predetermined by the automatic pressure control valve. Controlled to the degree of vacuum.

チャンバ1の側壁には、ボロン系膜形成装置100に隣接する真空搬送室(図示せず)との間でウエハWの搬入出を行うための搬入出口25が設けられており、この搬入出口25はゲートバルブ26により開閉される。   A loading / unloading port 25 for loading / unloading the wafer W to / from a vacuum transfer chamber (not shown) adjacent to the boron-based film forming apparatus 100 is provided on the side wall of the chamber 1. Is opened and closed by the gate valve 26.

チャンバ1の上部は開口部となっており、その開口部の周縁部がリング状の支持部27となっている。マイクロ波プラズマ源20はこの支持部27に支持される。   The upper portion of the chamber 1 is an opening, and the peripheral edge of the opening is a ring-shaped support 27. The microwave plasma source 20 is supported by the support 27.

マイクロ波プラズマ源20は、誘電体、例えば石英やAl等のセラミックスからなる円板状のマイクロ波透過板28と、複数のスロットを有する平面スロットアンテナ31と、遅波材33と、同軸導波管37と、モード変換部38と、導波管39と、マイクロ波発生器40とを有している。 The microwave plasma source 20 includes a disk-shaped microwave transmitting plate 28 made of a dielectric such as quartz or ceramic such as Al 2 O 3 , a planar slot antenna 31 having a plurality of slots, and a wave retarding member 33. A coaxial waveguide 37, a mode converter 38, a waveguide 39, and a microwave generator 40 are provided.

マイクロ波透過板28は、支持部27にシール部材29を介して気密に設けられている。したがって、チャンバ1は気密に保持される。   The microwave transmission plate 28 is airtightly provided on the support 27 via the seal member 29. Therefore, the chamber 1 is kept airtight.

平面スロットアンテナ31は、マイクロ波透過板28に対応する円板状をなし、マイクロ波透過板28に密着するように設けられている。この平面スロットアンテナ31はチャンバ1の側壁上端に係止されている。平面スロットアンテナ31は導電性材料からなる円板で構成されている。   The planar slot antenna 31 has a disk shape corresponding to the microwave transmission plate 28, and is provided in close contact with the microwave transmission plate 28. The planar slot antenna 31 is locked to the upper end of the side wall of the chamber 1. The planar slot antenna 31 is formed of a disc made of a conductive material.

平面スロットアンテナ31は、例えば表面が銀または金メッキされた銅板またはアルミニウム板からなり、マイクロ波を放射するための複数のスロット32が所定パターンで貫通するように形成された構成となっている。スロット32のパターンは、マイクロ波が均等に放射されるように適宜設定される。例えば、パターンの例としては、T字状に配置された2つのスロット32を一対として複数対のスロット32が同心円状に配置されているものを挙げることができる。スロット32の長さや配列間隔は、マイクロ波の実効波長(λg)に応じて決定され、例えばスロット32は、それらの間隔がλg/4、λg/2またはλgとなるように配置される。なお、スロット32は、円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さらに、スロット32の配置形態は特に限定されず、同心円状のほか、例えば、螺旋状、放射状に配置することもできる。   The planar slot antenna 31 is made of, for example, a copper plate or an aluminum plate whose surface is plated with silver or gold, and a plurality of slots 32 for radiating microwaves are formed to penetrate in a predetermined pattern. The pattern of the slots 32 is suitably set so that the microwaves are radiated evenly. For example, as an example of the pattern, it can be mentioned that a plurality of pairs of slots 32 are concentrically arranged with the two slots 32 arranged in a T-shape as a pair. The length and arrangement interval of the slots 32 are determined according to the effective wavelength (λg) of the microwaves, and for example, the slots 32 are arranged such that their interval is λg / 4, λg / 2 or λg. The slot 32 may have another shape such as a circular shape or an arc shape. Further, the arrangement form of the slots 32 is not particularly limited, and in addition to the concentric form, the form may be, for example, a spiral form or a radial form.

遅波材33は、平面スロットアンテナ31の上面に密着して設けられている。遅波材33は、真空よりも大きい誘電率を有する誘電体、例えば石英、セラミックス(Al)、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミドなどの樹脂からなる。遅波材33はマイクロ波の波長を真空中より短くして平面スロットアンテナ31を小さくする機能を有している。 The wave retarding member 33 is provided in close contact with the upper surface of the planar slot antenna 31. The wave retarding member 33 is made of a dielectric having a dielectric constant larger than that of vacuum, for example, a resin such as quartz, ceramics (Al 2 O 3 ), polytetrafluoroethylene, or polyimide. The wave retarding member 33 has a function to make the planar slot antenna 31 smaller by shortening the wavelength of the microwave than in vacuum.

マイクロ波透過板28および遅波材33の厚さは、遅波板33、平面スロットアンテナ31、マイクロ波透過板28、およびプラズマで形成される等価回路が共振条件を満たすように調整される。遅波材33の厚さを調整することにより、マイクロ波の位相を調整することができ、平面スロットアンテナ31の接合部が定在波の「はら」になるように厚さを調整することにより、マイクロ波の反射が極小化され、マイクロ波の放射エネルギーが最大となる。また、遅波材33とマイクロ波透過板28を同じ材質とすることにより、マイクロ波の界面反射を防止することができる。   The thicknesses of the microwave transmission plate 28 and the retardation member 33 are adjusted such that the retardation plate 33, the planar slot antenna 31, the microwave transmission plate 28, and the equivalent circuit formed of plasma satisfy the resonance condition. By adjusting the thickness of the wave retardation member 33, the phase of the microwave can be adjusted, and the thickness of the junction of the planar slot antenna 31 can be adjusted so that it becomes a "flapping" of the standing wave. The reflection of microwaves is minimized, and the radiant energy of microwaves is maximized. Moreover, the interface reflection of a microwave can be prevented by making the wave retarding material 33 and the microwave transmission board 28 into the same material.

なお、平面スロットアンテナ31とマイクロ波透過板28との間、また、遅波材33と平面スロットアンテナ31との間は、離間して配置されていてもよい。   The planar slot antenna 31 and the microwave transmission plate 28, and the wave retarding member 33 and the planar slot antenna 31 may be spaced apart.

チャンバ1の上面には、これら平面スロットアンテナ31および遅波材33を覆うように、例えばアルミニウムやステンレス鋼、銅等の金属材からなる冷却ジャケット34が設けられている。冷却ジャケット34には、冷却水流路34aが形成されており、そこに冷却水を通流させることにより、遅波材33、平面スロットアンテナ31、マイクロ波透過板28を冷却するようになっている。   A cooling jacket 34 made of a metal material such as aluminum, stainless steel, copper or the like is provided on the upper surface of the chamber 1 so as to cover the planar slot antenna 31 and the wave retardation member 33. In the cooling jacket 34, a cooling water channel 34a is formed, and the retardation material 33, the planar slot antenna 31, and the microwave transmitting plate 28 are cooled by allowing the cooling water to flow therethrough. .

同軸導波管37は、冷却ジャケット34の上壁の中央形成された開口部の上方からマイクロ波透過板28に向けて挿入されている。同軸導波管37は、中空棒状の内導体37aと円筒状の外導体37bが同心状に配置されてなる。内導体37aの下端は平面スロットアンテナ31に接続されている。同軸導波管37は上方に延びている。モード変換器38は、同軸導波管37の上端に接続されている。モード変換器38には、水平に延びる断面矩形状の導波管39の一端が接続されている。導波管39の他端にはマイクロ波発生器40が接続されている。導波管39にはマッチング回路41が介在されている。   The coaxial waveguide 37 is inserted from above the center formed opening of the upper wall of the cooling jacket 34 toward the microwave transmission plate 28. The coaxial waveguide 37 is formed by concentrically arranging a hollow rod-like inner conductor 37a and a cylindrical outer conductor 37b. The lower end of the inner conductor 37 a is connected to the planar slot antenna 31. The coaxial waveguide 37 extends upward. The mode converter 38 is connected to the upper end of the coaxial waveguide 37. One end of a horizontally extending rectangular waveguide 39 is connected to the mode converter 38. The microwave generator 40 is connected to the other end of the waveguide 39. A matching circuit 41 is interposed in the waveguide 39.

マイクロ波発生器40は、例えば周波数が2.45GHzのマイクロ波を発生し、発生したマイクロ波はTEモードで導波管39を伝播し、モード変換器38でマイクロ波の振動モードがTEモードからTEMモードへ変換され、同軸導波管37を介して遅波材33に向けて伝播する。そして、マイクロ波は、遅波材33の内部を径方向外側に向かって放射状に広がり、平面スロットアンテナ31のスロット32から放射され、マイクロ波透過板28を透過してチャンバ1内のマイクロ波透過板28の直下領域に電界を生じさせ、マイクロ波プラズマを生成させる。マイクロ波透過板28の下面の一部には、導入されたマイクロ波による定在波の発生を容易にするためのテーパ上に凹んだ環状の凹部28aが形成されており、マイクロ波プラズマが効率よく生成可能となっている。   The microwave generator 40 generates microwaves having a frequency of 2.45 GHz, for example, and the generated microwaves propagate in the waveguide 39 in the TE mode, and the mode converter 38 starts the vibration mode of the microwaves from the TE mode It is converted to the TEM mode and propagates toward the wave retarding member 33 through the coaxial waveguide 37. Then, the microwaves radially spread radially outward in the inside of the retardation member 33, are radiated from the slots 32 of the planar slot antenna 31, pass through the microwave transmission plate 28, and are transmitted through the microwaves in the chamber 1. An electric field is generated in the region directly below the plate 28 to generate microwave plasma. In a part of the lower surface of the microwave transmitting plate 28, an annular recess 28a is formed on a taper to facilitate generation of a standing wave by the introduced microwave, and the microwave plasma is efficient It can be generated well.

なお、マイクロ波の周波数としては、2.45GHzの他、8.35GHz、1.98GHz、860MHz、915MHz等、種々の周波数を用いることができる。また、マイクロ波パワーは2000〜5000W、パワー密度は2.8〜7.1W/cmが好ましい。 In addition to 2.45 GHz, various frequencies such as 8.35 GHz, 1.98 GHz, 860 MHz, 915 MHz, and the like can be used as the microwave frequency. The microwave power is preferably 2000 to 5000 W, and the power density is preferably 2.8 to 7.1 W / cm 2 .

ボロン系膜形成装置100は、ボロン含有ガスを含む処理ガスを供給するためのガス供給機構6を有している。ボロン含有ガスとしては、ジボラン(B)ガス、三塩化ホウ素(BCl)ガス、アルキルボランガス、デカボランガス等を挙げることができる。アルキルボランガスとしては、トリメチルボラン(B(CH)ガス、トリエチルボラン(B(C)ガスや、B(R1)(R2)(R3)、B(R1)(R2)H、B(R1)H(R1,R2,R3はアルキル基)で表されるガス等を挙げることができる。これらの中ではBガスを好適に用いることができる。 The boron-based film forming apparatus 100 has a gas supply mechanism 6 for supplying a processing gas containing a boron-containing gas. Examples of the boron-containing gas include diborane (B 2 H 6 ) gas, boron trichloride (BCl 3 ) gas, alkyl borane gas, decaborane gas and the like. As the alkyl borane gas, trimethyl borane (B (CH 3 ) 3 ) gas, triethyl borane (B (C 2 H 5 ) 3 ) gas, B (R 1) (R 2) (R 3), B (R 1) (R 2) ) H, B (R1) H 2 (R1, R2, R3 may be given gas and the like represented by an alkyl group). Among these, B 2 H 6 gas can be suitably used.

また、処理ガスはプラズマ励起用および平坦化処理用の希ガスを含んでいる。さらに水素ガス等を含んでいてもよい。希ガスとしてはHeガスやArガスなどが用いられる。以下では、ボロン含有ガスとしてBガス、希ガスとしてArガスおよびHeガスを含む処理ガスを用いる場合を例にして説明する。 In addition, the processing gas contains a rare gas for plasma excitation and planarization processing. It may further contain hydrogen gas or the like. As a rare gas, He gas or Ar gas is used. In the following, the case of using a processing gas containing B 2 H 6 gas as the boron-containing gas and Ar gas and He gas as the rare gas will be described as an example.

ガス供給機構6は、ウエハWの中央に向かってガスを吐出する第1のガス供給部61と、ウエハWの外方からガスを吐出する第2のガス供給部62とを備えている。第1のガス供給部61は、モード変換器38および同軸導波管37の内導体37aの内部に形成されたガス流路63を含み、このガス流路63の先端のガス供給口64は、例えばマイクロ波透過板28の中央部において、チャンバ1内に開口している。ガス流路64には、配管65、66、および67が接続されている。配管65にはボロン含有ガスであるBガスを供給するBガス供給源68が接続されており、配管66には希ガスであるArガスを供給するArガス供給源69が接続されおり、配管67には希ガスであるHeガスを供給するHeガス供給源70が接続されている。配管65には、マスフローコントローラのような流量制御器65aおよび開閉バルブ65bが設けられ、配管66には、流量制御器66aおよび開閉バルブ66bが設けられ、配管67には、流量制御器67aおよび開閉バルブ67bが設けられている。 The gas supply mechanism 6 includes a first gas supply unit 61 that discharges gas toward the center of the wafer W, and a second gas supply unit 62 that discharges gas from the outside of the wafer W. The first gas supply unit 61 includes a mode converter 38 and a gas passage 63 formed inside the inner conductor 37 a of the coaxial waveguide 37, and the gas supply port 64 at the tip of the gas passage 63 is For example, the central portion of the microwave transmission plate 28 is opened in the chamber 1. The pipes 65, 66 and 67 are connected to the gas flow path 64. The pipe 65 is connected to B 2 H 6 gas supply source 68 for supplying the B 2 H 6 gas is boron-containing gas, Ar gas supply source 69 for supplying Ar gas as a rare gas in the pipe 66 Connected to the pipe 67 is a He gas supply source 70 for supplying He gas which is a rare gas. The pipe 65 is provided with a flow controller 65a such as a mass flow controller and an on-off valve 65b, the pipe 66 is provided with a flow controller 66a and an on-off valve 66b, and the pipe 67 is provided with a flow controller 67a and an on-off valve A valve 67 b is provided.

第2のガス供給部62は、チャンバ1の内壁に沿ってリング状に設けられたシャワーリング71を備えている。シャワーリング71には、環状に設けられたバッファ室72と、バッファ室72から等間隔でチャンバ1内に臨むように設けられた複数のガス吐出口73とが設けられている。配管65、66、および67からは、それぞれ配管74、75、および76が分岐しており、配管74、75、および76は合流してシャワーリング71のバッファ室72に接続されている。配管74には、流量制御器74aおよび開閉バルブ74bが設けられ、配管75には、流量制御器75aおよび開閉バルブ75bが設けられ、配管76には、流量制御器76aおよび開閉バルブ76bが設けられている。   The second gas supply unit 62 includes a shower ring 71 provided in a ring shape along the inner wall of the chamber 1. The shower ring 71 is provided with a buffer chamber 72 provided annularly, and a plurality of gas discharge ports 73 provided so as to face the inside of the chamber 1 at equal intervals from the buffer chamber 72. The pipes 74, 75, and 76 are branched from the pipes 65, 66, and 67, respectively, and the pipes 74, 75, and 76 join together and are connected to the buffer chamber 72 of the shower ring 71. The pipe 74 is provided with a flow rate controller 74a and an on-off valve 74b, the pipe 75 is provided with a flow rate controller 75a and an on-off valve 75b, and the pipe 76 is provided with a flow rate controller 76a and an on-off valve 76b. ing.

本例では、第1のガス供給部61および第2のガス供給部62には、同じガス供給源68、69、70から同じ種類のボロン含有ガスや希ガスが、それぞれ流量を調整された状態で供給され、それぞれ、マイクロ波透過板28の中央およびチャンバ1の周縁からチャンバ1内に吐出される。なお、成膜処理の種別によっては、第1のガス供給部61および第2のガス供給部62から別個のガスを供給することもでき、それらの流量比等を個別に調整することもできる。   In this example, in the first gas supply unit 61 and the second gas supply unit 62, the flow rates of the same kind of boron-containing gas and rare gas from the same gas supply sources 68, 69 and 70 are respectively adjusted. , And discharged into the chamber 1 from the center of the microwave transmission plate 28 and the periphery of the chamber 1, respectively. Depending on the type of film forming process, separate gases can be supplied from the first gas supply unit 61 and the second gas supply unit 62, and the flow ratio and the like of them can be adjusted individually.

第1、第2のガス供給部61、62からは、例えば1000〜10000sccmの範囲、ボロン膜の成膜速度を向上させるため、好適には2000〜10000sccmの範囲の流量の処理ガスが供給される。   For example, a processing gas having a flow rate in the range of 1000 to 10000 sccm is preferably supplied from the first and second gas supply units 61 and 62 in order to improve the deposition rate of the boron film, for example. .

なお、ガス供給機構6は、第1、第2のガス供給部61、62、Bガス供給源68、Arガス供給源69、Heガス供給源70、配管、流量制御器、バルブ等を全て含む。 The gas supply mechanism 6 includes the first and second gas supply units 61 and 62, a B 2 H 6 gas supply source 68, an Ar gas supply source 69, a He gas supply source 70, piping, a flow rate controller, a valve, etc. Includes all

ボロン系膜形成装置100は、制御部50を有している。制御部50は、ボロン系膜形成装置100の各構成部、例えばバルブ類、流量制御器、マイクロ波発生器40、ヒーター電源、バイアス電圧印加用高周波電源9等を制御する。制御部50は、CPUを有する主制御部と、入力装置、出力装置、表示装置、および記憶装置を有している。記憶装置には、ボロン系膜形成装置100で実行される処理を制御するためのプログラム、すなわち処理レシピが格納された記憶媒体がセットされ、主制御部は、記憶媒体に記憶されている所定の処理レシピを呼び出し、その処理レシピに基づいてボロン系膜形成装置100に所定の処理を行わせるように制御する。   The boron-based film forming apparatus 100 has a control unit 50. The control unit 50 controls each component of the boron-based film forming apparatus 100, such as valves, a flow rate controller, a microwave generator 40, a heater power supply, a high frequency power supply 9 for bias voltage application, and the like. The control unit 50 includes a main control unit having a CPU, an input device, an output device, a display device, and a storage device. The storage device is set with a program for controlling processing to be executed by the boron-based film forming apparatus 100, that is, a storage medium storing a processing recipe, and the main control unit is configured to store predetermined data stored in the storage medium. A processing recipe is called, and based on the processing recipe, control is performed to cause the boron-based film forming apparatus 100 to perform predetermined processing.

以上のように構成されるボロン系膜形成装置100において、上記第1の実施形態の方法を実施する際には、まず、ゲートバルブ26を開け、ウエハWをチャンバ1に搬入し、載置台2に載置するとともにゲートバルブ26を閉じる。   In performing the method of the first embodiment in the boron-based film forming apparatus 100 configured as described above, first, the gate valve 26 is opened, and the wafer W is carried into the chamber 1 and the mounting table 2 And the gate valve 26 is closed.

そして、例えば、図8に示すような処理シーケンスによりボロン膜の成膜および平坦化処理を行う。   Then, for example, the boron film is formed and planarized by a processing sequence as shown in FIG.

図8に示すように、載置台温度を500℃以下(60〜500℃)、例えば300℃とし、最初にArガスおよびHeガスをチャンバ1内に流してサイクルパージ(ST1)を行い、ArガスおよびHeガスによるチャンバ1内の圧力を例えば400mTorr程度としてウエハWの温度を安定化させた後、マイクロ波発生器40から、2000〜5000W(2.8〜7.1W/cm)、例えば3500W(5.0W/cm)のマイクロ波を導入してプラズマ着火(ST2)を行い、その後、マイクロ波パワーを着火時と同じ値に維持し、チャンバ1内の圧力を0.67Pa〜33.3Pa(5mTorr〜250mTorr)、例えば6.7Pa(50mTorr)に調圧するとともに、第1のガス供給部61および第2のガス供給部62から、Bガス(B濃度:10vol%、Heガス希釈)を100〜1000sccm、例えば500sccmの流量で供給して、ボロン膜の成膜(ST3)を行う。このとき、ArガスおよびHeガスを、合計で100〜1000sccm、例えば500sccmの流量で供給する。ボロン膜の成膜時間は、膜厚に応じて適宜設定される。また、ボロン膜の成膜の際には、バイアス電圧印加用高周波電源9からの高周波バイアスは印加せずに、ボロン膜の膜質および表面粗さの悪化や、界面付近からの膜剥がれが発生することを防止する。 As shown in FIG. 8, the mounting table temperature is set to 500 ° C. or less (60 to 500 ° C.), for example 300 ° C., and Ar gas and He gas are first flowed into the chamber 1 to perform cycle purge (ST1). After stabilizing the temperature of the wafer W by setting the pressure in the chamber 1 by He and He gas to, for example, about 400 mTorr, 2000 to 5000 W (2.8 to 7.1 W / cm 2 ), for example, 3500 W from the microwave generator 40 Plasma ignition (ST2) is performed by introducing a microwave of (5.0 W / cm 2 ), and then the microwave power is maintained at the same value as at the time of ignition, and the pressure in the chamber 1 is 0.67 Pa to 33. The pressure is adjusted to 3 Pa (5 mTorr to 250 mTorr), for example, 6.7 Pa (50 mTorr), and the first gas supply unit 61 and the second gas supply A boron film is formed (ST3) by supplying B 2 H 6 gas (B 2 H 6 concentration: 10 vol%, diluted with He gas) at a flow rate of 100 to 1000 sccm, for example 500 sccm, from the supply unit 62. At this time, Ar gas and He gas are supplied at a total flow rate of 100 to 1000 sccm, for example, 500 sccm. The deposition time of the boron film is appropriately set in accordance with the film thickness. In addition, when the boron film is formed, deterioration of the film quality and surface roughness of the boron film and film peeling from the vicinity of the interface occur without applying the high frequency bias from the high frequency power supply 9 for bias voltage application. To prevent that.

ボロン膜の成膜が終了後、プラズマを維持したままBガスを停止し、チャンバ1内を排気しつつHeガスおよびArガスを導入してチャンバ1内のパージ(ST4)を行い、その際に、マイクロ波パワーを2000〜5000W(パワー密度2.8〜7.1W/cm)、例えば3000W(4.2W/cm)とし、バイアス電圧印加用高周波電源9から300〜1200W(0.4〜1.7W/cm)、例えば600W(0.8W/cm)の高周波バイアスを印加し、ガスをArガスのみとして100〜2000sccm、例えば500sccmの流量で供給し、Arプラズマ中のArイオンによる平坦化処理(ST5)を行う。平坦化処理の時間は、10〜600sec、例えば60secとする。また、このとき圧力および温度は、0.67Pa〜33.3Pa(5mTorr〜250mTorr)、500℃以下(室温(25℃)〜500℃の範囲)、例えば、6.7Pa(50mTorr)、300℃とする。この際の温度は、ボロン膜成膜の際と同一であることが好ましい。 After completion of the formation of the boron film, the B 2 H 6 gas is stopped while maintaining the plasma, and He gas and Ar gas are introduced while evacuating the chamber 1 to purge the chamber 1 (ST 4), At that time, the microwave power is set to 2000 to 5000 W (power density 2.8 to 7.1 W / cm 2 ), for example 3000 W (4.2 W / cm 2 ), and 300 to 1200 W (from high frequency power source for bias voltage application). High frequency bias of 0.4 to 1.7 W / cm 2 ), for example 600 W (0.8 W / cm 2 ) is applied, and gas is supplied at a flow rate of 100 to 2000 sccm, for example 500 sccm as Ar gas only, in Ar plasma The planarization process (ST5) by Ar ion of The time for the planarization process is 10 to 600 sec, for example, 60 sec. At this time, pressure and temperature are 0.67 Pa to 33.3 Pa (5 mTorr to 250 mTorr), 500 ° C. or less (room temperature (25 ° C. to 500 ° C. range), for example, 6.7 Pa (50 mTorr), 300 ° C. Do. The temperature at this time is preferably the same as that for forming the boron film.

平坦化処理終了後、マイクロ波発生器40およびバイアス電圧印加用高周波電源9をOFFとしてプラズマを停止し、チャンバ1内のHeガスおよびArガスによるパージ(ST6)を行い、処理を終了する。   After completion of the planarization process, the microwave generator 40 and the high frequency power supply 9 for bias voltage application are turned off to stop the plasma, purge with He gas and Ar gas in the chamber 1 (ST6) is performed, and the process is completed.

このようにボロン膜の成膜後、希ガスのプラズマにより平坦化を行うことにより、ボロン膜の表面粗さRMSを2nm以下、さらには1nm以下にすることができる。また、希ガスとして原子量が大きいArガスを用いることにより、平坦化効果が大きい。   As described above, the surface roughness RMS of the boron film can be reduced to 2 nm or less, and further to 1 nm or less by performing planarization by plasma of a rare gas after forming the boron film. In addition, by using Ar gas having a large atomic weight as the rare gas, the planarization effect is large.

ボロン系膜形成装置100において、上記第2の実施形態の方法を実施する際には、上記ST1〜ST5を行った後、マイクロ波発生器40および高周波電源9をOFFとしてプラズマを停止し、再び上記ST1〜ST5を実施するというように、ST1〜ST5を所定回繰り返し、最後に上記ST6のパージを行ってもよいし、上記ST1〜ST5を行った後、マイクロ波発生器40を切らずにプラズマを維持したまま、再び上記ST3〜ST5を実施するというように、ST3〜ST5を所定回繰り返し、最後に上記ST6のパージを行うようにしてもよい。   When the method of the second embodiment is carried out in the boron-based film forming apparatus 100, after performing the above-mentioned ST1 to ST5, the microwave generator 40 and the high frequency power supply 9 are turned off to stop the plasma, and the plasma is stopped again. ST1 to ST5 may be repeated a predetermined number of times to carry out the ST1 to ST5, and the purge of ST6 may be finally performed, or after the ST1 to ST5 are performed, without cutting the microwave generator 40. The steps ST3 to ST5 may be repeated a predetermined number of times, and the purge of the step ST6 may be finally performed, such that the steps ST3 to ST5 are performed again while maintaining the plasma.

ボロン膜の膜厚が300nm程度までは、プラズマCVDによりボロン膜を成膜した後、希ガスであるArガスのプラズマを生成してボロン膜の平坦化処理を一回行うことにより、表面粗さRMSが2nm以下、さらには1nm以下の平坦化を実現することができる。また、希ガスイオンでの処理であるため、化学的な反応が生じず、膜減りや不純物汚染がほとんど生じない。   After the boron film is formed to a thickness of about 300 nm, the boron film is formed by plasma CVD, and then plasma of Ar gas which is a rare gas is generated to perform the flattening process of the boron film once, thereby surface roughness. Flattening with an RMS of 2 nm or less, or even 1 nm or less can be realized. Further, since the treatment is performed with a rare gas ion, no chemical reaction occurs, and film reduction and impurity contamination hardly occur.

また、ボロン膜の膜厚がより厚く、例えば1μm以上の厚さが必要な場合には、プラズマCVDにより平坦化処理により所望の平坦度が得られる程度の膜厚でのボロン膜の成膜と、ボロン膜の平坦化処理とを複数回繰り返すことにより、RMSが2nm以下の平坦化を実現することができる。   When the thickness of the boron film is larger, for example, 1 μm or more, the boron film should be formed to a thickness that can obtain a desired flatness by planarization processing by plasma CVD. By repeating the planarization process of the boron film a plurality of times, planarization with an RMS of 2 nm or less can be realized.

さらに、ボロン系膜形成装置100では、一つのチャンバ1内でボロン膜の成膜と平坦化処理とを行うことができるので、これらの処理を高スループットで行うことができる。この際に、これらの処理の温度を同一にすることにより、温度を変化させる時間が不要となり、よりスループットが向上する。また、ボロン膜の成膜と平坦化処理とをArガス等の希ガスのプラズマを生成した状態で、ガスの切り替えのみで連続して行うことができるので、その点からもスループットが高い。   Furthermore, in the boron-based film forming apparatus 100, since the film formation and the planarization process of the boron film can be performed in one chamber 1, these processes can be performed with high throughput. At this time, by making the temperatures of these processes the same, the time for changing the temperature becomes unnecessary, and the throughput is further improved. In addition, since the film formation and the planarization process of the boron film can be continuously performed only by switching the gas in a state where the plasma of the rare gas such as Ar gas is generated, the throughput is also high in that respect.

さらにまた、プラズマCVDによるボロン膜の成膜の際にウエハW(載置台2)に高周波バイアスを印加せず、平坦化処理の際に高周波バイアスを印加するので、ボロン膜成膜の際には、高周波バイアスによるボロン系膜の膜質および表面粗さの悪化や、界面付近からの膜剥がれが発生せず、平坦化処理の際には高周波バイアスを印加することにより、ボロン膜に対するArイオン等の希ガスイオンの作用を高めて平坦化の効果をより高めることができる。   Furthermore, since a high frequency bias is not applied to the wafer W (mounting table 2) during the film formation of the boron film by plasma CVD, and a high frequency bias is applied during the planarization process, Deterioration of the film quality and surface roughness of the boron-based film due to high frequency bias and film peeling from the vicinity of the interface do not occur, and Ar ion or the like to the boron film is generated by applying the high frequency bias at the time of planarization. The action of the rare gas ions can be enhanced to further enhance the effect of planarization.

<ボロン系膜形成装置の他の例>
次に、ボロン系膜形成装置の他の例について説明する。
図9はボロン系膜形成装置の他の例を示す断面図である。本例のボロン系膜形成装置200は、ボロン系膜としてボロン膜を成膜した後、平坦化処理するための容量結合型平行平板プラズマ装置として構成される。
<Another Example of Boron-Based Film Forming Apparatus>
Next, another example of the boron-based film forming apparatus will be described.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing another example of a boron-based film forming apparatus. The boron-based film forming apparatus 200 of this example is configured as a capacitively coupled parallel plate plasma apparatus for performing a planarization process after forming a boron film as a boron-based film.

本例のボロン系膜形成装置200は、気密に構成され、接地された略円筒状のチャンバ101を有している。チャンバ101は、例えばアルミニウムおよびその合金等の金属材料によって構成されている。   The boron-based film forming apparatus 200 of this example has a substantially cylindrical chamber 101 which is airtight and grounded. The chamber 101 is made of, for example, a metal material such as aluminum and its alloy.

チャンバ101内の底部には、被処理基板であるウエハWを水平に支持するための、下部電極として機能する載置台102が設けられている。載置台102は、チャンバ101の底面に配置された金属製の支持部材103および絶縁部材104を介して支持されている。また、載置台102には抵抗加熱型のヒーター105が埋め込まれており、このヒーター105はヒーター電源(図示せず)から給電されることにより発熱し、それにより載置台102を介してウエハWが所定の温度に加熱される。 At a bottom portion in the chamber 101, a mounting table 102 which functions as a lower electrode for horizontally supporting a wafer W which is a substrate to be processed is provided. The mounting table 102 is supported via a metal supporting member 103 and an insulating member 104 disposed on the bottom surface of the chamber 101. A resistance heating type heater 105 is embedded in the mounting table 102. The heater 105 generates heat when power is supplied from a heater power supply (not shown), whereby the wafer W is transferred through the mounting table 102. It is heated to a predetermined temperature.

チャンバ101内の上部には、載置台102と対向するように、上部電極として機能するガスシャワーヘッド110が設けられている。ガスシャワーヘッド110は金属製であり、円板状をなしている。ガスシャワーヘッド110の内部にはガス拡散空間111が形成されている。ガスシャワーヘッド110の下面には多数のガス吐出孔112が形成されている。   At an upper portion in the chamber 101, a gas shower head 110 functioning as an upper electrode is provided to face the mounting table 102. The gas shower head 110 is made of metal and has a disk shape. A gas diffusion space 111 is formed inside the gas shower head 110. A plurality of gas discharge holes 112 are formed on the lower surface of the gas shower head 110.

ガスシャワーヘッド110の上面中央部には、ガス流路113が接続されている。ガス流路113を構成するガス配管113aは絶縁部材114を介してチャンバ101に固定されており、ガスシャワーヘッド110はガス配管113aによりチャンバ101に支持されている。   A gas flow path 113 is connected to a central portion of the upper surface of the gas shower head 110. A gas pipe 113a constituting the gas flow path 113 is fixed to the chamber 101 via the insulating member 114, and the gas shower head 110 is supported by the chamber 101 by the gas pipe 113a.

ガス流路113には、配管165、166、および167が接続されている。配管165にはボロン含有ガスであるBガスを供給するBガス供給源168が接続されており、配管166には希ガスであるArガスを供給するArガス供給源169が接続されおり、配管167には希ガスであるHeガスを供給するHeガス供給源170が接続されている。これらガス供給源168、169、170から配管165、166、167およびガス流路113を介してBガス、Arガス、Heガスがシャワーヘッド110のガス拡散空間111に至り、ガス吐出孔112からチャンバ101内のウエハWに向けて吐出される。 Piping lines 165, 166 and 167 are connected to the gas flow path 113. The pipes 165 are B 2 H 6 for supplying gas B 2 H 6 gas supply source 168 is a boron-containing gas is connected, Ar gas supply source 169 for supplying Ar gas as a rare gas in pipe 166 Connected to the pipe 167 is a He gas supply source 170 for supplying a rare gas, He gas. The B 2 H 6 gas, Ar gas, and He gas reach the gas diffusion space 111 of the shower head 110 from the gas supply sources 168, 169, 170 through the pipes 165, 166, 167 and the gas flow path 113, and the gas discharge holes The wafer 112 is discharged toward the wafer W in the chamber 101.

配管165には、マスフローコントローラのような流量制御器165aおよび開閉バルブ165bが設けられ、配管166には、流量制御器166aおよび開閉バルブ166bが設けられ、配管167には、流量制御器167aおよび開閉バルブ167bが設けられている。   The pipe 165 is provided with a flow controller 165a such as a mass flow controller and an on-off valve 165b, the pipe 166 is provided with a flow controller 166a and an on-off valve 166b, and the pipe 167 is provided with a flow controller 167a and an on-off valve A valve 167 b is provided.

ガスシャワーヘッド110、ガス供給源168、169、170、配管165、166、167は、ガス供給機構106を構成する。   The gas shower head 110, the gas supply sources 168, 169, 170 and the pipes 165, 166, 167 constitute a gas supply mechanism 106.

チャンバ101の側壁下部には排気口122を有し、排気口には排気管123が接続されている。排気管123には真空ポンプや自動圧力制御バルブ等を含む排気装置124が接続されている。排気装置124の真空ポンプを作動させることによりチャンバ101内のガスが排気管123を介して排気され、自動圧力制御バルブによりチャンバ101内が所定の真空度に制御される。   An exhaust port 122 is provided at the lower side wall of the chamber 101, and an exhaust pipe 123 is connected to the exhaust port. The exhaust pipe 123 is connected to an exhaust device 124 including a vacuum pump, an automatic pressure control valve, and the like. By operating the vacuum pump of the exhaust device 124, the gas in the chamber 101 is exhausted through the exhaust pipe 123, and the inside of the chamber 101 is controlled to a predetermined degree of vacuum by the automatic pressure control valve.

チャンバ101の側壁には、ボロン系膜形成装置200に隣接する真空搬送室(図示せず)との間でウエハWの搬入出を行うための搬入出口125が設けられており、この搬入出口125はゲートバルブ126により開閉される。   A loading / unloading port 125 for loading / unloading the wafer W with a vacuum transfer chamber (not shown) adjacent to the boron-based film forming apparatus 200 is provided on the side wall of the chamber 101. Is opened and closed by the gate valve 126.

載置台102には、プラズマ生成用の第1周波数の第1高周波電力を供給するプラズマ生成用高周波電源107と、バイアス電圧印加用の、第1周波数よりも低い第2周波数の第2高周波電力を供給するバイアス電圧印加用高周波電源109とを有する。プラズマ生成用高周波電源107は、第1整合器106を介して載置台102に電気的に接続される。バイアス電圧印加用高周波電源109は、第2整合器108を介して載置台102に電気的に接続される。プラズマ生成用高周波電源107は、40MHz以上、例えば60MHzの第1高周波電力を載置台102に印加する。バイアス電圧印加用高周波電源109は、3〜13.56MHz、例えば、3MHzの第2高周波電力を載置台102に印加する。なお、第1高周波電力は、ガスシャワーヘッド110に印加してもよい。ガスシャワーヘッド110には、インピーダンス調整回路130が接続されている。   The mounting table 102 includes a plasma generation high frequency power source 107 for supplying a first high frequency power of a first frequency for plasma generation, and a second high frequency power for applying a bias voltage and having a second frequency lower than the first frequency. And a high frequency power supply 109 for supplying a bias voltage. The plasma generation high frequency power source 107 is electrically connected to the mounting table 102 via the first matching unit 106. The bias voltage application high frequency power source 109 is electrically connected to the mounting table 102 via the second matching unit 108. The plasma generation high frequency power supply 107 applies a first high frequency power of 40 MHz or more, for example, 60 MHz to the mounting table 102. The bias voltage application high frequency power source 109 applies a second high frequency power of 3 to 13.56 MHz, for example, 3 MHz to the mounting table 102. The first high frequency power may be applied to the gas shower head 110. An impedance adjustment circuit 130 is connected to the gas shower head 110.

第1整合器106は、プラズマ生成用高周波電源107の内部(または出力)インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるもので、チャンバ101内にプラズマが生成されている時にプラズマ生成用高周波電源107の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。第2整合器108は、バイアス電圧印加用高周波電源109の内部(または出力)インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるもので、チャンバ101内にプラズマが生成されているときにバイアス電圧印加用高周波電源109の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。   The first matching unit 106 matches the load impedance to the internal (or output) impedance of the plasma generation high frequency power supply 107, and outputs the output impedance of the plasma generation high frequency power supply 107 when plasma is generated in the chamber 101. The load impedances function to seemingly match. The second matching unit 108 matches the load impedance to the internal (or output) impedance of the high frequency power supply 109 for bias voltage application, and generates plasma of the high frequency power supply 109 for bias voltage when plasma is generated in the chamber 101. It functions so that internal impedance and load impedance seem to be in agreement.

プラズマ生成用高周波電源107の周波数を40MHz以上と高くし、かつインピーダンス調整回路130を設けることにより、ウエハWに対するイオンの衝撃を小さくすることができ、ボロン膜の表面粗さの増大を抑制することができる。   By increasing the frequency of the plasma generation high frequency power source 107 to 40 MHz or more and providing the impedance adjustment circuit 130, the impact of ions on the wafer W can be reduced, and the increase in the surface roughness of the boron film can be suppressed. Can.

ボロン系膜形成装置200は、制御部150を有している。制御部150は、ボロン系膜形成装置200の各構成部、例えばバルブ類、流量制御器、ヒーター電源、高周波電源107、109等を制御する。制御部150は、CPUを有する主制御部と、入力装置、出力装置、表示装置、および記憶装置を有している。記憶装置には、ボロン系膜形成装置200で実行される処理を制御するためのプログラム、すなわち処理レシピが格納された記憶媒体がセットされ、主制御部は、記憶媒体に記憶されている所定の処理レシピを呼び出し、その処理レシピに基づいてボロン系膜形成装置200に所定の処理を行わせるように制御する。   The boron-based film forming apparatus 200 has a control unit 150. The control unit 150 controls each component of the boron-based film forming apparatus 200, such as valves, a flow rate controller, a heater power supply, and high frequency power supplies 107 and 109. The control unit 150 includes a main control unit having a CPU, an input device, an output device, a display device, and a storage device. A program for controlling processing to be executed by the boron-based film forming apparatus 200, that is, a storage medium storing a processing recipe is set in the storage device, and the main control unit is configured to store predetermined data stored in the storage medium. A processing recipe is called, and based on the processing recipe, control is performed to cause the boron-based film forming apparatus 200 to perform predetermined processing.

以上のように構成されるボロン系膜形成装置200において、上記第1の実施形態の方法を実施する際には、まず、ゲートバルブ126を開け、ウエハWをチャンバ101に搬入し、載置台102に載置するとともにゲートバルブ126を閉じる。   When the method of the first embodiment is carried out in the boron-based film forming apparatus 200 configured as described above, first, the gate valve 126 is opened, and the wafer W is carried into the chamber 101 and the mounting table 102. And the gate valve 126 is closed.

そして、上述の一例のST1〜ST6と同様のシーケンスによりボロン膜の成膜および平坦化処理を行う。この際のガス流量、圧力、温度も上述の一例と同様であり、プラズマ生成方式および条件のみが相違している。   Then, the boron film is formed and planarized in the same sequence as ST1 to ST6 in the above-described example. The gas flow rate, pressure, and temperature at this time are also the same as in the above-described example, and only the plasma generation method and conditions are different.

本例の装置において、ボロン膜成膜の際には、Bガス、ならびに希ガスであるArガスおよびHeガスを所定流量でチャンバ101内に供給しつつ、プラズマ生成用高周波電源107から載置台102にプラズマ生成用の第1の高周波電力を印加して、上部電極であるガスシャワーヘッド110と下部電極である載置台102との間に高周波電界を形成し、容量結合プラズマを生成してプラズマCVDによりボロン膜を成膜する。このとき、バイアス電圧印加用高周波電源109からのバイアス電圧(高周波バイアス)は印加しない。 In the apparatus of this embodiment, when forming a boron film, the B 2 H 6 gas and Ar gas and He gas which are rare gases are supplied into the chamber 101 at a predetermined flow rate, and from the high frequency power supply 107 for plasma generation. A first high frequency power for plasma generation is applied to the mounting table 102 to form a high frequency electric field between the gas shower head 110 as the upper electrode and the mounting table 102 as the lower electrode to generate capacitively coupled plasma. A boron film is formed by plasma CVD. At this time, the bias voltage (high frequency bias) from the high frequency power supply 109 for bias voltage application is not applied.

平坦化処理の際には、プラズマ生成用高周波電源107を停止せず、上述の一例と同様、チャンバ101内のプラズマを維持したまま、チャンバ101をパージ後、BガスおよびHeガスを停止して、プラズマをArプラズマとし、Arプラズマ中のArイオンにより平坦化処理を行う。このとき、バイアス電圧印加用高周波電源109をONにし、載置台102に高周波バイアスを印加する。 During the planarization process, the B 2 H 6 gas and the He gas are purged after the chamber 101 is purged while the plasma in the chamber 101 is maintained without stopping the high frequency power supply 107 for plasma generation as in the above-described example. After stopping, the plasma is changed to Ar plasma, and planarization treatment is performed by Ar ions in Ar plasma. At this time, the high frequency power supply 109 for bias voltage application is turned on, and a high frequency bias is applied to the mounting table 102.

ボロン系膜形成装置200において、上記第2の実施形態の方法を実施する際には、同様にST1〜ST5を所定回繰り返し、最後に上記ST6のパージを行うか、または、上記ST1〜ST5を行った後、プラズマ生成用高周波電源107を切らずにプラズマを維持したまま、再び上記ST3〜ST5を実施するというように、ST3〜ST5を所定回繰り返し、最後に上記ST6のパージを行う   When the method of the second embodiment is performed in the boron-based film forming apparatus 200, ST1 to ST5 are similarly repeated a predetermined number of times, and the purge of ST6 is finally performed, or ST1 to ST5 are performed. After the above, ST3 to ST5 are repeated a predetermined number of times, and the purge of ST6 is finally performed, so that the above ST3 to ST5 are performed again while maintaining the plasma without turning off the high frequency power supply 107 for plasma generation.

本例の装置においても、上記装置と同様、ボロン膜の膜厚が300nm程度までは、ボロン膜成膜および平坦化処理を一回行うことにより、RMSが2nm以下、さらには1nm以下の平坦化を実現することができる。また、希ガスイオンでの処理であるため、化学的な反応が生じず、膜減りや不純物汚染がほとんど生じない。   Also in the apparatus of this example, as in the above apparatus, by performing the film formation of the boron film and the flattening process once until the film thickness of the boron film is about 300 nm, the RMS is 2 nm or less, and further 1 nm or less Can be realized. Further, since the treatment is performed with a rare gas ion, no chemical reaction occurs, and film reduction and impurity contamination hardly occur.

また、ボロン膜の膜厚がより厚く、例えば1μm以上の厚さが必要な場合には、上記装置の場合と同様に、所定の薄い膜厚でのボロン膜の成膜と、ボロン膜の平坦化処理とを複数回繰り返すことにより、RMSが2nm以下の平坦化を実現することができる。   When the thickness of the boron film is larger, for example, 1 μm or more, the boron film should be formed with a predetermined thin thickness and the boron film flat as in the case of the above device. By repeating the conversion process a plurality of times, planarization with an RMS of 2 nm or less can be realized.

さらに、本例のボロン系膜形成装置200でも、ボロン系膜形成装置100と同様、一つのチャンバ101内でボロン膜の成膜と平坦化処理とを行うことができる等により、これらの処理を高スループットで行うことができる。   Furthermore, even in the boron-based film forming apparatus 200 of this example, similar to the boron-based film forming apparatus 100, these processes can be performed by being able to perform the film formation and the planarization process of the boron film in one chamber 101, etc. It can be done with high throughput.

さらにまた、ボロン膜形成装置100による処理と同様、プラズマCVDによるボロン膜の成膜の際にウエハW(載置台102)に高周波バイアスを印加せず、平坦化処理の際に高周波バイアスを印加するので、ボロン膜成膜の際のボロン膜の悪化等の問題が発生せず、平坦化処理の際には高周波バイアスを印加することにより、ボロン膜に対するArイオン等の希ガスイオンの作用を高めて平坦化の効果をより高めることができる。   Furthermore, similarly to the processing by the boron film forming apparatus 100, the high frequency bias is not applied to the wafer W (the mounting table 102) in forming the boron film by plasma CVD, and the high frequency bias is applied in the planarization processing. Therefore, problems such as deterioration of the boron film do not occur at the time of film formation of the boron film, and the action of rare gas ions such as Ar ions on the boron film is enhanced by applying a high frequency bias at the time of planarization. Can further enhance the effect of flattening.

<実験例>
次に、実験例について説明する。
[実験例1]
ここでは、Arプラズマ処理の効果について確認した。
図7の装置により、ステージ温度:300℃、圧力:50mTorr、マイクロ波パワー:3.5kW、B流量:500sccm、時間:10minの条件で、マイクロ波プラズマによるプラズマCVDにより、膜厚260nmのボロン膜を成膜したままのサンプル(as depoサンプル)を作製した。また、同様にボロン膜を260nmの膜厚で成膜した後、同じ装置で引き続き、ステージ温度:300℃、圧力:50mTorr、マイクロ波パワー:3.0kW、Arガス流量:500sccm、高周波バイアス:900W、時間:1minの条件で、Arプラズマ処理を行ったサンプル(Arプラズマ処理サンプル)を作製した。そして、これらの表面状態を比較した。
<Example of experiment>
Next, experimental examples will be described.
[Experimental Example 1]
Here, the effect of Ar plasma processing was confirmed.
Using the apparatus shown in FIG. 7, the film thickness is 260 nm by plasma CVD with microwave plasma under the conditions of stage temperature: 300 ° C., pressure: 50 mTorr, microwave power: 3.5 kW, B 2 H 6 flow rate: 500 sccm, time: 10 min. As-deposited samples (as depo samples) were prepared. Similarly, after a boron film is formed to a film thickness of 260 nm, the stage temperature: 300 ° C., pressure: 50 mTorr, microwave power: 3.0 kW, Ar gas flow rate: 500 sccm, high frequency bias: 900 W in the same apparatus. A sample (Ar plasma-treated sample) subjected to Ar plasma treatment was produced under the condition of time: 1 min. And these surface states were compared.

その結果を図10に示す。図10は、as depoサンプルと、Arプラズマ処理サンプルの断面およびバードビューのSEM写真である。これらに示すように、ボロン膜の表面がArプラズマ処理により平坦化しており、as depoのボロン膜の表面粗さRMSが2.2nmであったのに対し、Arプラズマ処理後のボロン膜の表面粗さRMSは0.8nmであり、Arプラズマ処理によりボロン膜表面粗さRMSが1nm以下まで平坦化されたことが確認された。また、Arプラズマ処理による膜減りや不純物汚染はほとんど生じなかった。   The results are shown in FIG. FIG. 10 is an SEM photograph of a cross section and a bird view of an as depo sample and an Ar plasma treated sample. As shown in these figures, the surface of the boron film is planarized by Ar plasma treatment, and the surface roughness RMS of the as depo boron film is 2.2 nm, whereas the surface of the boron film after Ar plasma treatment is The roughness RMS was 0.8 nm, and it was confirmed that the boron film surface roughness RMS was flattened to 1 nm or less by Ar plasma treatment. In addition, film reduction and impurity contamination were hardly generated by Ar plasma treatment.

次に、同様にボロン膜を260nmの膜厚で成膜した後、同じ装置で引き続きArガスをHeガスに代えた他はArプラズマ処理と同様のHeプラズマ処理を行ったサンプルを作製した。このサンプルと、上記as depoサンプルおよびArプラズマ処理サンプルの表面状態を比較した。   Next, similarly, after forming a boron film to a film thickness of 260 nm, a sample was prepared which was subjected to the same He plasma processing as Ar plasma processing except that Ar gas was replaced with He gas in the same apparatus. The surface states of this sample and the above as depo sample and Ar plasma treated sample were compared.

その結果を図11に示す。図11は、これらサンプルのAFM画像である。これらに示すように、Heプラズマ処理を行ったサンプルの表面粗さRMSは1.8nmとas depoのサンプルよりも平坦化された。ただし、Arプラズマ処理を行ったサンプルのRMS0.8nmには及ばなかった。   The results are shown in FIG. FIG. 11 is an AFM image of these samples. As shown in these, the surface roughness RMS of the He plasma-treated sample was flattened more than the 1.8 nm and as depo samples. However, it did not reach RMS 0.8 nm of the sample subjected to Ar plasma treatment.

[実験例2]
ここでは、表面粗さに対するArプラズマ処理の処理時間の影響を把握した。
実験例1と同様、図7の装置により、ステージ温度:300℃、圧力:50mTorr、マイクロ波パワー:3.5kW、B流量:500sccm、時間:10minの条件で、マイクロ波プラズマによるプラズマCVDによりボロン膜を成膜した後、同じ装置でArプラズマ処理の時間を変化させて行った。Arプラズマ処理の条件は、ステージ温度:300℃、圧力:50mTorr、マイクロ波パワー:3.0kW、Arガス流量:500sccm、高周波バイアス:600Wとした。その際の時間と表面粗さRMSとの関係を調査した。
[Experimental Example 2]
Here, the influence of the processing time of Ar plasma processing on surface roughness was grasped.
Similar to Experimental Example 1, plasma plasma plasma by microwave plasma under the conditions of stage temperature: 300 ° C., pressure: 50 mTorr, microwave power: 3.5 kW, B 2 H 6 flow rate: 500 sccm, time: 10 min. After forming a boron film by CVD, the time of Ar plasma processing was changed in the same apparatus. The conditions for Ar plasma processing were stage temperature: 300 ° C., pressure: 50 mTorr, microwave power: 3.0 kW, Ar gas flow rate: 500 sccm, and high frequency bias: 600 W. The relationship between the time and the surface roughness RMS was investigated.

その際の時間と表面粗さRMSとの関係を図12に示す。この図に示すように、Arプラズマ処理時間は10secでも平坦化効果があるが、その効果は60sec程度で顕著になり、180sec程度で効果が飽和する傾向にあることが確認された。   The relationship between the time and the surface roughness RMS is shown in FIG. As shown in this figure, although the Ar plasma processing time has a flattening effect even at 10 seconds, the effect is remarkable at about 60 seconds, and it is confirmed that the effect tends to be saturated at about 180 seconds.

[実験例3]
ここでは、表面粗さに対するArプラズマ処理の際の高周波バイアスの影響を確認した。
実験例2と同様にボロン膜を成膜した後、同じ装置でArプラズマ処理を高周波バイアスの値を900Wまで変化させた。Arプラズマ処理の条件は、ステージ温度:300℃、圧力:50mTorr、マイクロ波パワー:3.0kW、Arガス流量:500sccm、時間:60secとした。その際の高周波バイアスと表面粗さRMSとの関係を調査した。
[Experimental Example 3]
Here, the influence of the high frequency bias in Ar plasma treatment on the surface roughness was confirmed.
After forming a boron film in the same manner as in Experimental Example 2, the value of the high frequency bias of Ar plasma processing was changed to 900 W in the same apparatus. The conditions for Ar plasma processing were a stage temperature of 300 ° C., a pressure of 50 mTorr, a microwave power of 3.0 kW, an Ar gas flow rate of 500 sccm, and a time of 60 seconds. The relationship between the high frequency bias and the surface roughness RMS at that time was investigated.

その際の高周波バイアスと表面粗さRMSとの関係を図13に示す。この図に示すように、高周波バイアスを印加することにより平坦化効果が高まり、900Wまでの範囲では高周波バイアスの値が大きいほど平坦化効果があることが確認された。また、高周波バイアスが600W以上(パワー密度0.8W/cm以上)で、ほぼRMSが1nm以下程度以下になることが確認された。 The relationship between the high frequency bias and the surface roughness RMS at that time is shown in FIG. As shown in this figure, it is confirmed that the flattening effect is enhanced by applying a high frequency bias, and that the higher the value of the high frequency bias is, the more flat effect is in the range up to 900 W. It was also confirmed that the RMS was about 1 nm or less at high frequency bias of 600 W or more (power density 0.8 W / cm 2 or more).

[実験例4]
ここでは、第2の実施形態の効果について確認した。
まず、図7の装置により、ステージ温度:300℃、圧力:50mTorr、マイクロ波パワー:3.5kW、B流量:500sccm、時間:50minの条件で、マイクロ波プラズマによるプラズマCVDにより、ボロン膜を成膜した。図14(a)はその際のSEM写真である。この写真に示すように、膜厚が厚い結果、核の成長が進み、表面が荒れており、表面粗さRMSが5.1nmという大きい値となった。
[Experimental Example 4]
Here, the effects of the second embodiment were confirmed.
First, using the apparatus shown in FIG. 7, boron is produced by plasma CVD using microwave plasma under the conditions of stage temperature: 300 ° C., pressure: 50 mTorr, microwave power: 3.5 kW, B 2 H 6 flow rate: 500 sccm, time: 50 min. A film was formed. FIG. 14 (a) is a SEM photograph at that time. As shown in this photograph, as a result of the thick film thickness, the growth of nuclei proceeded and the surface became rough, and the surface roughness RMS had a large value of 5.1 nm.

次に、図7の装置により、ステージ温度:300℃、圧力:50mTorr、マイクロ波パワー:3.5kW、B流量:500sccm、時間:10minの条件で、マイクロ波プラズマによるプラズマCVDによりボロン膜を成膜した後、同じ装置で引き続き、ステージ温度:300℃、圧力:50mTorr、マイクロ波パワー:3.0kW、Arガス流量:500sccm、高周波バイアス:600W、時間:2minの条件で、Arプラズマ処理を行うセットを5サイクル繰り返し、トータル膜厚1.5μmのボロン膜を形成した。図14(b)はその際のSEM写真である。この写真に示すように、ボロン膜が厚くなる前にArプラズマ処理を行い、このような薄いボロン膜の成膜とArプラズマ処理とを繰り返すことにより、トータルのボロン膜の膜厚が1.5μmと厚いのにもかかわらず、表面粗さRMSが1.6nmと2nmより小さい値が得られた。 Next, using the apparatus shown in FIG. 7, boron is applied by plasma CVD using microwave plasma under the conditions of stage temperature: 300 ° C., pressure: 50 mTorr, microwave power: 3.5 kW, B 2 H 6 flow rate: 500 sccm, time: 10 min. After forming the film, the same apparatus continues using the same apparatus, stage temperature: 300 ° C., pressure: 50 mTorr, microwave power: 3.0 kW, Ar gas flow rate: 500 sccm, high frequency bias: 600 W, time: 2 min, Ar plasma A set for processing was repeated 5 cycles to form a boron film having a total film thickness of 1.5 μm. FIG. 14 (b) is a SEM photograph at that time. As shown in this photograph, Ar plasma treatment is performed before the boron film becomes thick, and by repeating such thin boron film formation and Ar plasma treatment, the total boron film thickness is 1.5 μm. The surface roughness RMS values of 1.6 nm and less than 2 nm were obtained despite the fact that

図15は、ボロン膜の膜厚と表面粗さRMSとの関係を示す図であり、時間以外は上記と同じ条件として時間を変えて膜厚を変化させたas depoのボロン膜の膜厚によるRMSの変化と、ボロン膜を成膜した後、上記条件でArプラズマ処理を行った場合の膜厚によるRMSの変化、および上記条件で膜厚300nmのボロン膜を成膜した後Arプラズマ処理を行うセットを5サイクル繰り返した場合のRMSの値を示している。   FIG. 15 is a view showing the relationship between the film thickness of the boron film and the surface roughness RMS, and the film thickness is changed by changing the time under the same conditions as the above except the time, according to the film thickness of the boron film The change in RMS and the change in RMS due to the film thickness when Ar plasma treatment is performed under the above conditions after forming the boron film, and the Ar plasma treatment after forming a boron film with a film thickness of 300 nm under the above conditions It shows the value of RMS when repeating the set for 5 cycles.

as depoのボロン膜では、膜厚の増加に従って表面粗さが増加し、膜厚が1.5μm(1500nm)で表面粗さRMSが5nmを超え、1.8μm(1800nm)では7nm程度に達していた。ボロン膜を成膜後、Arプラズマ処理を行った場合には、ボロン膜の膜厚が1.5μmではボロン膜の核の成長が進み、表面のうねり等が生じているため、十分な表面平坦化を達成できず、RMSは3nmを超える値となった。これに対して、膜厚300nmボロン膜成膜とArプラズマ処理のセットを5回繰り返して合計膜厚を1.5μmにしたものについては、薄いボロン膜でのRMSからの増加が極めて小さく、RMSが2nm以下に収まっていることがわかる。   In the as depo boron film, the surface roughness increases as the film thickness increases, and the surface roughness RMS exceeds 5 nm at a film thickness of 1.5 μm (1500 nm), and reaches about 7 nm at a 1.8 μm (1800 nm) The When Ar plasma processing is performed after forming the boron film, the growth of the nucleus of the boron film proceeds and the surface undulation or the like occurs when the thickness of the boron film is 1.5 μm, so that the surface is sufficiently flat. Can not be achieved, and the RMS value exceeds 3 nm. On the other hand, in the case where the total film thickness is 1.5 μm by repeating the set of the film thickness 300 nm boron film deposition and the Ar plasma processing five times, the increase from the RMS with the thin boron film is extremely small, Of less than 2 nm.

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

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

また、上記実施の形態においては、ボロン系膜の成膜をプラズマCVDにより行った場合について示したが、CVDの手法は限定されず、上記実施の形態以外の手法によるプラズマCVDであってもよいし、熱CVD等の他のCVDであってもよい。   Further, in the above embodiment, the case of forming the boron-based film by plasma CVD is described, but the method of CVD is not limited, and plasma CVD may be performed by methods other than the above embodiment. And other CVD such as thermal CVD.

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

さらにまた、上記実施の形態で説明したボロン系膜形成装置は例示に過ぎず、他の種々の構成を有する装置により本発明を実施できることもいうまでもない。   Furthermore, the boron-based film forming apparatus described in the above-described embodiment is merely an example, and it goes without saying that the present invention can be practiced with apparatuses having various other configurations.

1,101;チャンバ
2,102;載置台
5,105;ヒーター
6,106;ガス供給機構
9,109;バイアス電圧印加用高周波電源
20;マイクロ波プラズマ源
24,124;排気装置
50,150;制御部
68,168;Bガス供給源
69,169;Arガス供給源
70,170;Heガス供給源
100,200;ボロン系膜形成装置
107;プラズマ生成用高周波電源
110;シャワーヘッド
W;半導体ウエハ(被処理基板)
1, 101; chamber 2, 102; mounting table 5, 105; heater 6, 106; gas supply mechanism 9, 109; high frequency power source for bias voltage application 20; microwave plasma source 24, 124; exhaust system 50, 150; part 68,168; B 2 H 6 gas source 69,169; Ar gas supply source 70, 170; the He gas supply source 100, 200; boron-based film forming apparatus 107; plasma generating high frequency power source 110, showerhead to W; Semiconductor wafer (substrate to be processed)

Claims (20)

基板上にボロンを主体とするボロン系膜を形成するボロン系膜の形成方法であって、
基板上にボロン含有ガスを含む処理ガスを用いたCVDによりボロン系膜を成膜する工程と、
その後、前記ボロン系膜の表面を希ガスのプラズマにより平坦化処理する工程と
を有することを特徴とするボロン系膜の形成方法。
A method of forming a boron-based film for forming a boron-based film mainly composed of boron on a substrate, comprising:
Forming a boron-based film on the substrate by CVD using a processing gas containing a boron-containing gas;
And b. Planarizing the surface of the boron-based film with a plasma of a rare gas.
前記平坦化処理する工程は、希ガスとしてアルゴンガスを用いることを特徴とする請求項1に記載のボロン系膜の形成方法。   The method for forming a boron-based film according to claim 1, wherein argon gas is used as a rare gas in the step of performing the planarization process. 前記平坦化処理する工程は、基板に高周波バイアス電圧を印加して前記プラズマ中の希ガスイオンを基板に引き込むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のボロン系膜の形成方法。   3. The method for forming a boron-based film according to claim 1, wherein in the step of performing the planarization process, a high frequency bias voltage is applied to a substrate to draw rare gas ions in the plasma into the substrate. 前記高周波バイアス電圧のパワー密度は0.4〜1.7W/cmであることを特徴とする請求項3に記載のボロン系膜の形成方法。 4. The method of forming a boron-based film according to claim 3, wherein the power density of the high frequency bias voltage is 0.4 to 1.7 W / cm < 2 >. 前記平坦化処理する工程の処理時間は、10〜600secであることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のボロン膜の形成方法。   5. The method for forming a boron film according to any one of claims 1 to 4, wherein a processing time of the step of planarizing is 10 to 600 seconds. 前記ボロン系膜を成膜する工程は、前記ボロン系膜として、ボロンと不可避的不純物を含むボロン膜を成膜することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のボロン系膜の形成方法。   6. The process according to any one of claims 1 to 5, wherein in the step of forming the boron-based film, a boron film containing boron and unavoidable impurities is formed as the boron-based film. Method of forming a boron-based film. 前記ボロン系膜を成膜する工程は、ボロン含有ガスとしてBガスを用いることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のボロン系膜の形成方法。 The method for forming a boron-based film according to any one of claims 1 to 6, wherein in the step of forming the boron-based film, a B 2 H 6 gas is used as a boron-containing gas. 前記ボロン系膜を成膜する工程は、プラズマCVDにより前記ボロン膜を成膜することを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のボロン系膜の形成方法。   The method of forming a boron-based film according to any one of claims 1 to 7, wherein in the step of forming the boron-based film, the boron film is formed by plasma CVD. 前記ボロン系膜を成膜する工程は、前記処理ガスとしてさらに希ガスを含むことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のボロン系膜の形成方法。   The method of forming a boron-based film according to any one of claims 1 to 8, wherein the step of forming the boron-based film further includes a rare gas as the processing gas. 前記希ガスとしてアルゴンガスおよび/またはヘリウムガスを用いることを特徴とする請求項9に記載のボロン系膜の形成方法。   10. The method of forming a boron-based film according to claim 9, wherein argon gas and / or helium gas are used as the rare gas. 前記ボロン系膜を成膜する工程と、前記平坦化処理する工程は、同一装置内で連続して行うことを特徴とする請求項8から請求項10のいずれか1項に記載のボロン系膜の形成方法。   11. The boron-based film according to any one of claims 8 to 10, wherein the step of forming the boron-based film and the step of performing the planarization process are continuously performed in the same apparatus. How it is formed. 前記ボロン系膜を成膜する工程と、前記平坦化処理する工程は、希ガスを供給したまま前記プラズマを停止せずに同一装置内で連続して行うことを特徴とする請求項11に記載のボロン系膜の形成方法。   12. The process according to claim 11, wherein the step of forming the boron-based film and the step of performing the planarization process are continuously performed in the same apparatus without stopping the plasma while supplying a rare gas. Of forming a boron-based film. 前記ボロン系膜を成膜する工程は基板にバイアス電圧を印加せずに行い、前記平坦化処理する工程は基板にバイアス電圧を印加して行うことを特徴とする請求項11または請求項12に記載のボロン系膜の形成方法。   13. The method according to claim 11, wherein the step of forming the boron-based film is performed without applying a bias voltage to the substrate, and the step of planarizing is performed by applying a bias voltage to the substrate. Method for forming a boron-based film as described above. 前記ボロン系膜を成膜する工程と、前記平坦化処理する工程は、マイクロ波プラズマにより行うことを特徴とする請求項8から請求項13のいずれか1項に記載のボロン系膜の形成方法。   The method of forming a boron-based film according to any one of claims 8 to 13, wherein the step of forming the boron-based film and the step of performing the planarization process are performed by microwave plasma. . 前記ボロン系膜を成膜する工程と、前記平坦化処理する工程は、圧力:0.67〜33.3Pa、温度:500℃以下で行うことを特徴とする請求項1から請求項14のいずれか1項に記載のボロン系膜の形成方法。   The step of forming the boron-based film and the step of performing the planarization process are performed at a pressure of 0.67 to 33.3 Pa and a temperature of 500 ° C. or less. A method of forming a boron-based film according to any one of the items 1 to 4. 前記ボロン系膜を成膜する工程と、前記平坦化処理する工程とを所定回数繰り返すことを特徴とする請求項1から請求項15のいずれか1項に記載のボロン系膜の形成方法。   The method for forming a boron-based film according to any one of claims 1 to 15, wherein the step of forming the boron-based film and the step of performing the planarization process are repeated a predetermined number of times. 前記ボロン系膜を成膜する工程は、1回の膜厚を、前記平坦化処理する工程により所望の平坦度が得られる程度の膜厚とすることを特徴とする請求項16に記載のボロン系膜の形成方法。   17. The boron according to claim 16, wherein in the step of forming the boron-based film, the film thickness of one time is set to such a thickness that a desired flatness can be obtained by the step of planarizing treatment. Method of forming a base film 前記ボロン系膜を形成する工程は、1回の膜厚を10nm以上とすることを特徴とする請求項17に記載のボロン系膜の形成方法。   The method of forming a boron-based film according to claim 17, wherein in the step of forming the boron-based film, the film thickness per one time is 10 nm or more. 基板上にボロンを主体とするボロン系膜を形成するボロン系膜の形成装置であって、
基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内で基板を支持する載置台と、
前記チャンバ内に少なくともボロン含有ガスおよび希ガスとを含む処理ガスを供給するガス供給機構と、
前記チャンバ内を排気する排気装置と、
前記チャンバ内にプラズマを生成するプラズマ生成手段と、
前記ガス供給機構により前記ボロン含有ガスを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給させ、前記プラズマ生成手段により前記ボロン含有ガスを含むガスのプラズマを生成させて前記ボロン系膜を成膜し、引き続き前記ガス供給機構により前記希ガスを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給させ、前記プラズマ生成手段により前記希ガスを含むガスのプラズマを生成させて前記ボロン系膜の表面に平坦化処理を施すように制御する制御部と
を有することを特徴とするボロン系膜の形成装置。
A boron-based film forming apparatus for forming a boron-based film mainly composed of boron on a substrate, comprising:
A chamber for containing a substrate,
A mounting table for supporting a substrate in the chamber;
A gas supply mechanism for supplying a processing gas containing at least a boron-containing gas and a rare gas into the chamber;
An exhaust device for exhausting the inside of the chamber;
Plasma generation means for generating plasma in the chamber;
A processing gas containing the boron-containing gas is supplied into the chamber by the gas supply mechanism, plasma of a gas containing the boron-containing gas is generated by the plasma generation means, and the boron-based film is formed. A processing gas containing the noble gas is supplied into the chamber by a gas supply mechanism, and plasma of a gas containing the noble gas is generated by the plasma generation means to perform a planarization process on the surface of the boron-based film. An apparatus for forming a boron-based film, comprising: a control unit to control.
前記載置台を介して前記基板に高周波バイアス電圧を印加する高周波バイアス電圧印加手段をさらに有し、前記制御部は、前記ボロン系膜を成膜している際には、前記高周波バイアス電圧印加手段を停止させ、前記平坦化処理の際には前記高周波バイアス電圧印加手段により前記基板に高周波バイアス電圧を印加させるように制御することを特徴とする請求項19に記載のボロン系膜の形成装置。   The apparatus further includes high frequency bias voltage application means for applying a high frequency bias voltage to the substrate via the mounting table, and the control unit is configured to apply the high frequency bias voltage application means when the boron-based film is formed. 20. The apparatus for forming a boron-based film according to claim 19, wherein said control is performed so that said high frequency bias voltage is applied to said substrate by said high frequency bias voltage applying means during said flattening process.
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