JP2020063470A - Method of depositing titanium oxide film for patterning spacer, and pattern formation method - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、パターニングスペーサ用酸化チタン膜を成膜する方法およびパターン形成方法に関する。 The present disclosure relates to a method for forming a titanium oxide film for a patterning spacer and a pattern forming method.
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、フォトリソグラフィ法の解像限界以下の微細パターンを形成するために、マルチプルパターニングと称される技術が用いられる。マルチプルパターニングとしては、セルフアラインダブルパターニング(SADP)や、これを2回繰り返すセルフアラインクアドループルパターニング(SAQP)等が用いられている。SADP工程では、積層膜の上にフォトリソグラフィ法により芯材を形成し、芯材の側壁にスペーサ膜を形成し、芯材を除去した後、スペーサ膜をマスクとして下地膜をエッチングする。スペーサ膜の材料は、下地膜の材料に応じて決定され、酸化チタン膜が用いられることがある。 In a semiconductor device manufacturing process, a technique called multiple patterning is used in order to form a fine pattern below a resolution limit of a photolithography method. As the multiple patterning, a self-aligned double patterning (SADP), a self-aligning quadruple patterning (SAQP) which repeats this twice, or the like is used. In the SADP process, a core material is formed on the laminated film by a photolithography method, a spacer film is formed on the side wall of the core material, the core material is removed, and then the base film is etched using the spacer film as a mask. The material of the spacer film is determined according to the material of the base film, and a titanium oxide film may be used.
このような微細パターニングスペーサに用いられる酸化チタン膜は、高均一性かつ高ステップカバレッジの成膜が求められており、このような成膜を実現可能な技術としてプラズマALD(PE−ALD)が知られている。このようなパターニングスペーサ用の酸化チタン膜の成膜においては、チタンプリカーサとして、制御性が良く、塩素腐食の懸念がないテトラキス(ジメチルアミド)Ti(TDMAT)等の有機金属プリカーサが用いられている(例えば非特許文献1)。 The titanium oxide film used for such a fine patterning spacer is required to be formed with high uniformity and high step coverage, and plasma ALD (PE-ALD) is known as a technique capable of realizing such film formation. Has been. In forming such a titanium oxide film for a patterning spacer, an organometallic precursor such as tetrakis (dimethylamide) Ti (TDMAT) having good controllability and no fear of chlorine corrosion is used as a titanium precursor. (For example, nonpatent literature 1).
本開示は、低温成膜において優れたエッチング耐性を有するパターニングスペーサ用酸化チタン膜を成膜する方法およびパターン形成方法を提供する。 The present disclosure provides a method and a pattern forming method for forming a titanium oxide film for a patterning spacer having excellent etching resistance in low temperature film formation.
本開示の一態様に係る方法は、パターニングスペーサ用酸化チタン膜を成膜する方法であって、パターニングする被処理基板を準備する工程と、前記被処理基板の温度を200℃未満とする工程と、ハロゲン化チタンガスと酸素含有ガスのプラズマとを前記被処理基板に交互に供給してプラズマALDにより前記被処理基板上にパターニングスペーサとなる酸化チタン膜を成膜する工程と、を有する。 A method according to an aspect of the present disclosure is a method of forming a titanium oxide film for a patterning spacer, which includes a step of preparing a substrate to be patterned and a step of setting the temperature of the substrate to be less than 200 ° C. And a step of alternately supplying a titanium halide gas and a plasma of an oxygen-containing gas to the substrate to be processed to form a titanium oxide film serving as a patterning spacer on the substrate to be processed by plasma ALD.
本開示によれば、低温成膜においてエッチング耐性に優れたパターニングスペーサ用酸化チタン膜の成膜方法およびパターン形成方法が提供される。 According to the present disclosure, there are provided a method for forming a titanium oxide film for a patterning spacer and a method for forming a pattern, which have excellent etching resistance in low temperature film formation.
以下、添付図面を参照して実施形態について説明する。 Embodiments will be described below with reference to the accompanying drawings.
<経緯および概要>
最初に、本開示の実施形態に係るパターニングスペーサ用酸化チタン膜の成膜方法の経緯および概要について説明する。
従来から、パターニングスペーサ用酸化チタン(TiO2)膜としては、プラズマALDが用いられているが、その際に用いられるチタンプリカーサとしては、非特許文献1に記載されているTDMAT等の有機金属プリカーサに限られていた。これは、四塩化チタン(TiCl4)では、成膜の際の制御性が悪く、また、塩素腐食の懸念があるためである。
<Background and overview>
First, the history and outline of the method for forming a titanium oxide film for a patterning spacer according to the embodiment of the present disclosure will be described.
Conventionally, plasma ALD has been used as a titanium oxide (TiO 2 ) film for patterning spacers. As a titanium precursor used at that time, an organic metal precursor such as TDMAT described in Non-Patent
ところで、マルチプルパターニング工程では、パターニングに用いられる膜として、フォトレジスト膜やスピンコート膜のような耐熱性の低い材料が用いられることが多くなっている。また、TiO2膜は、成膜温度が200℃以上で結晶化し、結晶化すると高精度の膜形成が困難になる。このため、パターニングスペーサ用TiO2膜の成膜温度は、200℃未満という低温が要求され、最近では、140℃以下、さらには120℃という、より低温での成膜が求められている。 By the way, in the multiple patterning process, a material having low heat resistance such as a photoresist film or a spin coat film is often used as a film used for patterning. Further, the TiO 2 film is crystallized at a film forming temperature of 200 ° C. or higher, and if crystallized, it becomes difficult to form a film with high accuracy. Therefore, the film formation temperature of the TiO 2 film for the patterning spacer is required to be as low as less than 200 ° C., and recently, the film formation temperature is required to be 140 ° C. or lower, and further 120 ° C.
しかし、チタンプリカーサとして、有機金属プリカーサを用いて低温成膜を行うと、膜質が低下し、パターニングの途中で実施されるウエットエッチングに対する耐性(ウエットエッチング耐性)等のエッチング耐性が低いという問題があることが判明した。 However, when a low temperature film formation is performed using an organometallic precursor as the titanium precursor, the film quality is deteriorated and there is a problem that the etching resistance such as resistance to wet etching performed during patterning (wet etching resistance) is low. It has been found.
このような膜質低下の原因は、低温成膜の場合、有機金属プリカーサに含まれる炭素(C)や窒素(N)が不純物として膜中に取り込まれることによるものであることが見出された。すなわち、TiO2膜はTiとOが強固に結合してネットワークを形成するが、不純物としてCやNが膜中に取り込まれると、ネットワークの形成が妨げられ、エッチング耐性が低下する。 It has been found that the cause of such deterioration of film quality is that carbon (C) and nitrogen (N) contained in the organometallic precursor are taken into the film as impurities in the case of low-temperature film formation. That is, in the TiO 2 film, Ti and O are strongly bonded to form a network, but if C or N is taken into the film as an impurity, the formation of the network is hindered and the etching resistance is lowered.
そこで、発明者らが検討した結果、チタンプリカーサとしてTiCl4ガスのようなハロゲン化チタンガスを用いることにより、低温成膜でもCやNが膜中に取り込まれることによる膜質の低下が抑制され、高いエッチング耐性を維持できることが見出された。 Therefore, as a result of studies by the inventors, by using a titanium halide gas such as TiCl 4 gas as the titanium precursor, the deterioration of the film quality due to the incorporation of C and N into the film is suppressed even in the low temperature film formation, It has been found that a high etching resistance can be maintained.
また、プリカーサ中にCl等のハロゲンが含まれていても、成膜の際の制御性の問題は製造条件の規定等により解消でき、ハロゲン(Cl)腐食は装置側の対策により解消できることが判明した。 Further, even if the precursor contains halogen such as Cl, the problem of controllability at the time of film formation can be solved by the provision of manufacturing conditions, etc., and halogen (Cl) corrosion can be solved by a countermeasure on the device side. did.
したがって、一態様においては、パターニングスペーサ用TiO2膜を成膜するにあたり、パターニングする被処理基板を準備する工程と、被処理基板の温度を200℃未満とする工程と、ハロゲン化チタンガスと酸素含有ガスのプラズマとを交互に被処理基板に供給してプラズマALDにより、パターニングスペーサとなるTiO2膜を成膜する工程とを実施する。 Therefore, in one aspect, in forming the TiO 2 film for the patterning spacer, a step of preparing a substrate to be patterned, a step of setting the temperature of the substrate to be less than 200 ° C., a titanium halide gas and oxygen. A step of forming a TiO 2 film to serve as a patterning spacer by performing plasma ALD by alternately supplying plasma of a containing gas to the substrate to be processed is performed.
<パターニングスペーサとしてTiO2膜が適用されるパターン形成方法>
次に、一実施形態に係るパターニングスペーサ用TiO2膜の製造方法が適用されるパターン形成方法の一例について説明する。ここでは、パターニングスペーサとしてTiO2膜を用いた場合のSADPについて説明する。
<Pattern forming method in which a TiO 2 film is applied as a patterning spacer>
Next, an example of a pattern forming method to which the method for manufacturing a TiO 2 film for a patterning spacer according to one embodiment is applied will be described. Here, SADP in the case of using a TiO 2 film as the patterning spacer will be described.
図1は、本例のSADPを示すフローチャート、図2〜7はその際の各工程を示す工程断面図である。 FIG. 1 is a flow chart showing the SADP of this example, and FIGS. 2 to 7 are process cross-sectional views showing the respective processes at that time.
最初に、被処理基板として、例えば、シリコンに代表される半導体基体201上に、エッチング対象膜202が形成され、その上に所定パターンの芯材203が形成された半導体ウエハ(以下、単にウエハと記す)Wを準備する(ステップ1、図2)。
First, as a substrate to be processed, for example, a semiconductor wafer in which an
芯材203は、所定の膜にフォトリソグラフィおよびエッチングにより所定のパターンで形成されたものである。
The
なお、被処理基板であるウエハWは、実際には、複数の膜を有し、複数の膜を順次エッチングしてパターンを転写しながらパターン形成を行うが、ここでは、説明の簡略化のため、エッチング対象膜202が1層形成された場合を示す。
The wafer W, which is the substrate to be processed, actually has a plurality of films, and pattern formation is performed while transferring the patterns by sequentially etching the plurality of films, but here, for simplification of description, The case where one layer of the
次に、芯材203が形成されたウエハWの表面に、パターニングスペーサ用TiO2膜204を形成する(ステップ2、図3)。TiO2膜204の成膜方法の詳細については後述する。
Next, a TiO 2 film 204 for patterning spacers is formed on the surface of the wafer W on which the
次に、TiO2膜204をドライエッチングして芯材203の両側側壁にスペーサ205を形成する(ステップ3、図4)。
Next, the TiO 2
次に、芯材203をウエットエッチングにより除去し、芯材203の半分のパターン幅のスペーサ205のパターンを形成する(ステップ4、図5)。
Next, the
次に、スペーサ205をエッチングマスクとして、下層のエッチング対象膜202を異方性エッチングする(ステップ5、図6)。これにより、エッチング対象膜202に芯材203の半分のパターン幅のエッチングパターン206が形成される。
Next, the lower-layer
次に、残存したスペーサ205をエッチング除去する(ステップ6、図7)。
Next, the
このようにSADPによりパターンを形成するに際しては、芯材203をウエットエッチングで除去するため、TiO2膜からなるスペーサにはエッチング耐性が高いことが要求される。
In this way, when forming a pattern by SADP, since the
<パターニングスペーサ用酸化チタン膜の成膜方法>
次に、パターニングスペーサ用TiO2膜の成膜方法の具体的な一実施形態について説明する。図8は、一実施形態に係るパターニングスペーサ用TiO2膜の成膜方法を示すフローチャートである。
<Method for forming titanium oxide film for patterning spacer>
Next, a specific embodiment of the method for forming the TiO 2 film for the patterning spacer will be described. FIG. 8 is a flowchart showing a method of forming a TiO 2 film for a patterning spacer according to one embodiment.
最初に、パターニングする被処理基板を準備する(ステップ11)。具体的には、被処理基板を成膜装置のチャンバー内に設ける。被処理基板は、例えば、図2に示すようなウエハWが用いられる。 First, a substrate to be patterned is prepared (step 11). Specifically, the substrate to be processed is provided in the chamber of the film forming apparatus. As the substrate to be processed, for example, a wafer W as shown in FIG. 2 is used.
次に、被処理基板の温度を200℃未満とする(ステップ12)。これは、200℃以上となると酸化チタン膜が結晶化し、結晶粒界の凹凸が下地に転写され、高精度のパターンが得難いことと、マルチプルパターニングに用いられる膜として、耐熱性の低いものが多くなっているためである。これらの観点からは、さらに低温であることが好ましく、140℃以下、さらには120℃以下が好ましい。 Next, the temperature of the substrate to be processed is set to less than 200 ° C. (step 12). This is because at temperatures above 200 ° C., the titanium oxide film crystallizes, the irregularities of the crystal grain boundaries are transferred to the underlying layer, and it is difficult to obtain a highly accurate pattern, and many films used for multiple patterning have low heat resistance. It is because it has become. From these viewpoints, it is preferable that the temperature is further lower, preferably 140 ° C. or lower, further preferably 120 ° C. or lower.
次に、ハロゲン化チタンガスと酸素含有ガスのプラズマとを被処理基板に交互に供給してプラズマALDにより被処理基板上にパターニングスペーサとなるTiO2膜を成膜する(ステップ13)。 Next, a titanium halide gas and a plasma of an oxygen-containing gas are alternately supplied to the substrate to be processed to form a TiO 2 film to be a patterning spacer on the substrate to be processed by plasma ALD (step 13).
すなわち、ハロゲン化チタンガスと、酸素含有ガスのプラズマとを、チャンバー内のパージを挟んで、交互にチャンバー内に存在させる。具体的な一例としては、チャンバー内をパージするパージガスと、酸素含有ガスを継続的にチャンバー内に供給しながら、チャンバーに対して、ハロゲン化チタンガスの供給と、酸素含有ガスのプラズマの生成とを交互に間欠的に繰り返す。これにより、ハロゲン化チタンガス供給→チャンバー内のパージ→酸素含有ガスのプラズマ生成→チャンバー内のパージが繰り返して行われ、プラズマALDによりTiO2膜が成膜される。 That is, the titanium halide gas and the plasma of the oxygen-containing gas are alternately present in the chamber while sandwiching the purge in the chamber. As a specific example, a purge gas for purging the inside of the chamber and an oxygen-containing gas are continuously supplied into the chamber, while the titanium halide gas is supplied to the chamber and the plasma of the oxygen-containing gas is generated. Is repeated intermittently. As a result, the titanium halide gas supply → purging in the chamber → plasma generation of the oxygen-containing gas → purging in the chamber is repeated, and the TiO 2 film is formed by plasma ALD.
なお、酸素含有ガスは、プラズマを生成する際にのみ供給してもよい。また、チャンバー内のパージは、真空引きのみで行ってもよい。 The oxygen-containing gas may be supplied only when plasma is generated. Further, purging in the chamber may be performed only by vacuuming.
ハロゲン化チタンガスとしては、典型的なものとして、TiCl4ガスを挙げることができる。ハロゲン化チタンガスとして、四臭化チタン(TiBr4)ガス、四ヨウ化チタン(TiI4)ガスを用いることもできる。 As a typical titanium halide gas, TiCl 4 gas can be mentioned. Titanium tetrabromide (TiBr 4 ) gas and titanium tetraiodide (TiI 4 ) gas can also be used as the titanium halide gas.
酸素含有ガスとしては、酸素ガス(O2ガス)を好適に用いることができるが、オゾンガス等の他の酸素含有ガスを用いることもできる。酸素含有ガスのプラズマは、酸化に寄与する酸素ラジカルを生成するために形成される。プラズマは特に限定されず、容量結合プラズマ(平行平板型)、誘導結合プラズマ、マイクロ波プラズマ等、種々のプラズマを適用することができる。これらの中では、容量結合プラズマが、プラズマALDの際のプラズマの応答性が良好である点から好ましい。また、容量結合プラズマを用いる際に、低イオンエネルギーとなるような条件を用いることが好ましい。 As the oxygen-containing gas, oxygen gas (O 2 gas) can be preferably used, but other oxygen-containing gas such as ozone gas can also be used. The oxygen-containing gas plasma is formed to generate oxygen radicals that contribute to the oxidation. The plasma is not particularly limited, and various types of plasma such as capacitively coupled plasma (parallel plate type), inductively coupled plasma, and microwave plasma can be applied. Of these, capacitively coupled plasma is preferable because it has good plasma responsiveness during plasma ALD. Further, when using the capacitively coupled plasma, it is preferable to use a condition that results in low ion energy.
パージガスとしては、不活性ガスを用いることができる。不活性ガスとしては、Arガス等の希ガスやN2ガスを挙げることができる。 An inert gas can be used as the purge gas. Examples of the inert gas include rare gases such as Ar gas and N 2 gas.
また、チャンバー内の圧力は、66.5〜1330Pa(0.5〜10Torr)の範囲が好ましい。1回あたりのハロゲン化チタンの供給時間は、0.03〜2secの範囲が好ましい。1回あたりの酸素含有プラズマの照射時間は、0.1〜2secの範囲が好ましい。 The pressure in the chamber is preferably in the range of 66.5 to 1330 Pa (0.5 to 10 Torr). The supply time of titanium halide per time is preferably in the range of 0.03 to 2 sec. The irradiation time of the oxygen-containing plasma per time is preferably in the range of 0.1 to 2 sec.
本実施形態においては、パターニングスペーサ用TiO2膜をプラズマALDにより200℃未満の低温で成膜する際に、チタンプリカーサとして、ハロゲン化チタンガスを用いることにより、良好なエッチング耐性を得ることができる。 In the present embodiment, good etching resistance can be obtained by using the titanium halide gas as the titanium precursor when forming the patterning spacer TiO 2 film by plasma ALD at a low temperature of less than 200 ° C. .
チタンプリカーサとして、従来のTDMAT等の有機金属プリカーサを用いた場合、低温で成膜すると、膜中にCやNの不純物が取り込まれ、エッチング耐性が低下する。これに対し、チタンプリカーサとしてハロゲン化チタンガスを用いることにより、CやN等が膜中に取り込まれることがないため、低温でも良好なエッチング耐性を維持することができる。また、従来、チタンプリカーサ中にCl等のハロゲンが含まれることにより、成膜の際の制御性やハロゲン(Cl)腐食等が懸念されていた。しかし、制御性の問題は製造条件の規定等により、ハロゲン腐食は装置側の対策により解消できることが判明した。 When a conventional organometallic precursor such as TDMAT is used as the titanium precursor, when a film is formed at a low temperature, impurities such as C and N are taken into the film, and the etching resistance is lowered. On the other hand, by using a titanium halide gas as the titanium precursor, C, N, etc. are not taken into the film, so that good etching resistance can be maintained even at low temperatures. Further, conventionally, there has been concern about controllability during film formation, halogen (Cl) corrosion, and the like due to inclusion of halogen such as Cl in the titanium precursor. However, it was found that the controllability problem can be solved by the countermeasures on the equipment side, because the halogen corrosion can be solved by the regulation of manufacturing conditions.
また、チタンプリカーサとしてTiCl4のようなハロゲン化チタンを用いることにより、TDMATのような有機チタンプリカーサを用いるよりも、プラズマ照射時間に対してロバストである。つまり、プラズマ照射時間が変化しても、成膜速度(GPC)の変化が小さい。 Further, by using a titanium halide such as TiCl 4 as the titanium precursor, it is more robust against the plasma irradiation time than using an organic titanium precursor such as TDMAT. That is, even if the plasma irradiation time changes, the change in the film formation rate (GPC) is small.
<TiO2膜の成膜装置>
次に、パターニングスペーサ用TiO2膜の成膜に好適な成膜装置の一例について説明する。図9はそのような成膜装置の一例を示す断面図である。
<TiO 2 film forming apparatus>
Next, an example of a film forming apparatus suitable for forming a TiO 2 film for a patterning spacer will be described. FIG. 9 is a sectional view showing an example of such a film forming apparatus.
図9に示すように、成膜装置100は、チャンバー1と、サセプタ2と、シャワーヘッド3と、排気部4と、ガス供給機構5と、プラズマ生成機構6と、制御部7とを有している。
As shown in FIG. 9, the
チャンバー1は、アルミニウム等の金属により構成され、略円筒状を有している。チャンバー1の側壁にはウエハWを搬入出するための搬入出口11が形成され、搬入出口11はゲートバルブ12で開閉可能となっている。チャンバー1の本体の上には、断面が矩形状をなす円環状の排気ダクト13が設けられている。排気ダクト13には、内周面に沿ってスリット13aが形成されている。また、排気ダクト13の外壁には排気口13bが形成されている。排気ダクト13の上面にはチャンバー1の上部開口を塞ぐように天壁14が設けられている。天壁14の外周には絶縁リング16が嵌め込まれており、絶縁リング16と排気ダクト13の間はシールリング15で気密にシールされている。
The
サセプタ2は、チャンバー1内で被処理基板であるウエハWを水平に支持するためのものである。サセプタ2は、ウエハWに対応した大きさの円板状をなし、支持部材23に支持されている。このサセプタ2は、窒化アルミニウム(AlN)等のセラミックス材料や、アルミニウムやニッケル基合金等の金属材料で構成されており、内部にウエハWを加熱するためのヒータ21が埋め込まれている。ヒータ21はヒータ電源(図示せず)から給電されて発熱するようになっている。そして、サセプタ2の上面のウエハ載置面近傍に設けられた熱電対(図示せず)の温度信号によりヒータ21の出力を制御することにより、ウエハWを所定の温度に制御するようになっている。
The
サセプタ2には、ウエハ載置面の外周領域、およびサセプタ2の側面を覆うようにアルミナ等のセラミックスからなるカバー部材22が設けられている。
The
サセプタ2を支持する支持部材23は、サセプタ2の底面中央からチャンバー1の底壁に形成された孔部を貫通してチャンバー1の下方に延び、その下端が昇降機構24に接続されており、昇降機構24によりサセプタ2が支持部材23を介して、図9に示す処理位置と、その下方の一点鎖線で示すウエハの搬送が可能な搬送位置との間で昇降可能となっている。また、支持部材23のチャンバー1の下方位置には、鍔部材25が取り付けられており、チャンバー1の底面と鍔部材25の間には、チャンバー1内の雰囲気を外気と区画し、サセプタ2の昇降動作にともなって伸縮するベローズ26が設けられている。
The
チャンバー1の底面近傍には、昇降板27aから上方に突出するように3本(2本のみ図示)のウエハ支持ピン27が設けられている。ウエハ支持ピン27は、チャンバー1の下方に設けられた昇降機構28により昇降板27aを介して昇降可能になっており、搬送位置にあるサセプタ2に設けられた貫通孔2aに挿通されてサセプタ2の上面に対して突没可能となっている。このようにウエハ支持ピン27を昇降させることにより、ウエハ搬送機構(図示せず)とサセプタ2との間でウエハWの受け渡しが行われる。
Three wafer support pins 27 (only two are shown) are provided near the bottom surface of the
シャワーヘッド3は、チャンバー1内に処理ガスをシャワー状に供給するための金属製の部材であり、サセプタ2に対向するように設けられており、サセプタ2とほぼ同じ直径を有している。シャワーヘッド3は、チャンバー1の天壁14に固定された本体部31と、本体部31の下に接続されたシャワープレート32とを有している。本体部31とシャワープレート32との間にはガス拡散空間33が形成されており、このガス拡散空間33には、本体部31およびチャンバー1の天壁14の中央を貫通するように設けられたガス導入孔36が接続されている。シャワープレート32の周縁部には下方に突出する環状突起部34が形成され、シャワープレート32の環状突起部34の内側の平坦面にはガス吐出孔35が形成されている。
The
サセプタ2が処理位置に存在した状態では、シャワープレート32とサセプタ2との間に処理空間37が形成され、環状突起部34とサセプタ2のカバー部材22の上面が近接して環状隙間38が形成される。
When the
排気部4は、チャンバー1の内部を排気するためのものであり、排気ダクト13の排気口13bに接続された排気配管41と、排気配管41に接続された、真空ポンプや圧力制御バルブ等を有する排気機構42とを備えている。処理に際しては、チャンバー1内のガスはスリット13aを介して排気ダクト13に至り、排気ダクト13から排気部4の排気機構42により排気配管41を通って排気される。
The
ガス供給機構5は、シャワーヘッド3にガスを供給するためのものであり、TiCl4ガス供給源51と、O2ガス供給源52と、第1Arガス供給源53と、第2Arガス供給源54とを有する。TiCl4ガス供給源51は、ハロゲン化チタンガスとしてのTiCl4ガスを供給する。O2ガス供給源52は、酸素含有ガスとしてのO2ガスを供給する。第1Arガス供給源53および第2Arガス供給源54ガスは、キャリアガス、パージガス、プラズマ生成ガス等として機能するArガスを供給する。ガス供給機構5は、さらに、TiCl4ガス供給配管61と、O2ガス供給配管62と、第1Arガス供給配管63と、第2Arガス供給配管64とを有する。TiCl4ガス供給配管61はTiCl4ガス供給源51から延び、O2ガス供給配管62はO2ガス供給源52から延び、第1Arガス供給配管63は第1Ar供給源53から延び、第2Arガス供給配管64は第2Arガス供給源54から延びている。
The
TiCl4ガス供給配管61とO2ガス供給配管62とは合流配管66に合流しており、合流配管66は、上述したガス導入孔36に接続されている。また、第1Arガス供給配管63はTiCl4ガス供給配管61に接続され、第2Arガス供給配管64はO2ガス供給配管62に接続されている。TiCl4ガス供給配管61には流量制御器であるマスフローコントローラ71aおよび開閉バルブ71bが設けられている。O2ガス供給配管62にはマスフローコントローラ72aおよび開閉バルブ72bが設けられており、第1Arガス供給配管63にはマスフローコントローラ73aおよび開閉バルブ73bが設けられており、第2Arガス供給配管64にはマスフローコントローラ74aおよび開閉バルブ74bが設けられている。
The TiCl 4
そして、開閉バルブ71b,72b,73b,74bの切り替えにより、後述するような所望のALDプロセスを行えるようになっている。
Then, by switching the open /
なお、第1Arガス供給配管63および第2Arガス供給配管64からそれぞれ分岐してパージのときのみArガスの流量を増加する配管を設けてパージ工程の際にArガス流量を増加させてもよい。また、パージガス等としては、Arガスに限らず、N2ガスやAr以外の希ガス等、他の不活性ガスであってもよい。
The Ar gas flow rate may be increased during the purging step by branching from the first Ar
プラズマ生成機構6は、シャワーヘッド3の本体部31に接続された給電線81と、給電線81に接続された整合器82および高周波電源83と、サセプタ2に埋設された電極84とを有している。この高周波電源81からシャワーヘッド3に高周波電力が供給されることにより、シャワーヘッド3と電極84との間に高周波電界が形成され、この高周波電界により、所定の処理ガスのプラズマが生成される。高周波電源83の周波数は450kHz〜220MHzに設定されることが好ましく、例えば450kHzが用いられる。
The plasma generation mechanism 6 has a
制御部7は、成膜装置の各構成部、例えば、バルブ、マスフローコントローラ、電源、ヒータ、真空ポンプ等を制御するコンピュータ(CPU)からなる主制御部と、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、成膜装置100で実行される各種処理のパラメータが記憶されている。また、記憶装置は、成膜装置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を有する。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、成膜装置100に、所定の動作を実行させる。
The
このように構成された成膜装置100においては、まず、ゲートバルブ12を開放して搬送装置(図示せず)により搬入出口11を介してチャンバー1内にウエハWを搬入し、サセプタ2上に載置する。搬送装置を退避させ、サセプタ2を処理位置まで上昇させる。そして、ゲートバルブ12を閉じ、チャンバー1内を所定の減圧状態に保持するとともに、ヒータ21によりサセプタ2の温度を所定温度に制御する。
In the
この状態で、開閉バルブ73b、74bおよび75bを開け、O2ガス供給源52からO2ガス、第1Arガス供給源53および第2Arガス供給源54からArガスを連続的に供給する。これらを供給しながら、TiCl4ガス供給配管61の開閉バルブ71bの開閉、および高周波電源83のON・OFFを間欠的に行うことにより、図10に示すように、Arガス+O2ガス+TiCl4ガスの供給期間(T1)、Arガス+O2ガスの供給期間(T2)、O2ガスのプラズマ生成期間(T3)、Arガス+O2ガスの供給期間(T4)を、順次、繰り返し行う。これにより、TiCl4ガスの供給→チャンバー内のパージ→O2プラズマの生成→チャンバー内のパージのサイクルを繰り返してプラズマALDによりTiO2膜を成膜する。なお、T3のO2プラズマの供給の後のパージ期間(T4)は短くてよい。
In this state, the
このようにして2段階のTiO2膜の成膜を行った後、チャンバー1内をパージし、サセプタ2を下降させ、ゲートバルブ12を開放し、ウエハWを搬出する。
After the two-stage TiO 2 film is formed in this way, the
このときの処理条件としては、以下のような条件が例示される。
圧力:66.5〜1330Pa(0.5〜10Torr)
温度:200℃未満
(好ましくは140℃以下、より好ましくは120℃以下)
TiCl4ガス流量:100〜1000sccm
O2ガス流量:1000〜10000sccm
高周波パワー:50〜1000W
Arガス流量:1000〜10000sccm
T1の時間:0.03〜2sec
T3の時間:0.1〜10sec
T2の時間:0.1〜2sec
T4の時間:0〜10sec
Examples of the processing condition at this time include the following conditions.
Pressure: 66.5 to 1330 Pa (0.5 to 10 Torr)
Temperature: less than 200 ° C (preferably 140 ° C or less, more preferably 120 ° C or less)
TiCl 4 gas flow rate: 100 to 1000 sccm
O 2 gas flow rate: 1000 to 10000 sccm
High frequency power: 50-1000W
Ar gas flow rate: 1000 to 10000 sccm
T1 time: 0.03 to 2 sec
T3 time: 0.1-10 sec
T2 time: 0.1-2 sec
T4 time: 0-10 sec
なお、以上の例では、O2ガスを連続的に供給したが、O2ガスのプラズマ生成期間(T3)のみO2ガスを供給してもよい。 In the above example, the O 2 gas was continuously supplied, but the O 2 gas may be supplied only during the plasma generation period (T3) of the O 2 gas.
<実験例>
次に、実験例について説明する。
<Experimental example>
Next, an experimental example will be described.
[実験例1]
ここでは、チタンプリカーサとしてTiCl4ガスを用い、酸素含有ガスとしてO2ガスを用い、図9に示した成膜装置によりプラズマALDによりTiO2膜を成膜した。高周波電源として周波数450kHzのものを用い、パワー3を300Wとした。また、チャンバーの圧力を266Pa(2Torr)とした。そして、上述のT1、T2、T3、T4の時間を、それぞれ0.05sec、1.2sec、0.4sec、0.1secとし、成膜温度を60〜120℃の間で変化させてTiO2膜を成膜した。成膜したTiO2について、フッ酸によりウエットエッチングを行い、その際のエッチング耐性(ウエットエッチング耐性)を求めた。ウエットエッチング耐性は、ウエットエッチングを行った際のエッチングレート(WER)を求めることにより把握した。すなわち、WERが低いほどエッチング耐性(ウエットエッチング耐性)が高いとした。また、比較のため、チタンプリカーサとして有機チタンプリカーサであるTDMATガスを用い、T1の時間を0.4secとし、T3の時間を0.2secとした以外は、TiCl4ガスを用いた場合と同じ条件でTiO2膜を成膜し、同様にウエットエッチング耐性を求めた。その結果を図11に示す。
[Experimental Example 1]
Here, TiCl 4 gas was used as the titanium precursor and O 2 gas was used as the oxygen-containing gas, and a TiO 2 film was formed by plasma ALD using the film forming apparatus shown in FIG. A high frequency power source having a frequency of 450 kHz was used and a
図11に示すように、成膜温度が120℃以下の低温において、チタンプリカーサとしてTiCl4ガスを用いた場合のほうが、TDMATガスを用いた場合よりもエッチング耐性が高いことが確認された。また、成膜温度が低温になるほどエッチング耐性の差が大きくなることが確認された。 As shown in FIG. 11, it was confirmed that the etching resistance was higher when TiCl 4 gas was used as the titanium precursor than when TDMAT gas was used at a low film forming temperature of 120 ° C. or lower. It was also confirmed that the lower the film forming temperature, the greater the difference in etching resistance.
[実験例2]
ここでは、実験例1と同様にチタンプリカーサとしてTiCl4ガスを用い、酸素含有ガスとしてO2ガスを用いてプラズマALDによりTiO2膜の成膜を行った。高周波電源の周波数パワー、圧力を実験例1と同様にし、成膜温度を100℃とした。また、上述のT1、T2、T4の時間を、それぞれ0.05sec、1.2sec、0.1secとし、プラズマ照射時間であるT3を0.4〜1.0secの間で変化させた。そして、各プラズマ照射時間における1サイクルあたりのTiO2膜の成膜量(GPC)を求めた。その際のプラズマ照射時間に対するGPCの値およびそのばらつき(1σ)を図12に示す。
[Experimental Example 2]
Here, as in Experimental Example 1, a TiCl 4 gas was used as a titanium precursor, and an O 2 gas was used as an oxygen-containing gas to form a
また、比較のため、チタンプリカーサとして有機チタンプリカーサであるTDMATガスを用い、プラズマ照射時間T3を変化させてTiO2膜を成膜し、各プラズマ照射時間におけるGPCを求めた。この際に、T1の時間を0.4secとし、T3の時間を0.2〜1.2secの間で変化させた以外は、TiCl4ガスを用いた場合と同じ条件とした。その際のプラズマ照射時間に対するGPCの値およびそのばらつき(1σ)を図13に示す。 Further, for comparison, TDMAT gas, which is an organic titanium precursor, was used as the titanium precursor, the plasma irradiation time T3 was changed to form a TiO 2 film, and the GPC at each plasma irradiation time was obtained. At this time, the same conditions as in the case of using TiCl 4 gas were used except that the time T1 was 0.4 sec and the time T3 was changed between 0.2 and 1.2 sec. FIG. 13 shows the GPC value and its variation (1σ) with respect to the plasma irradiation time at that time.
図12と図13を比較することにより、チタンプリカーサとしてTiCl4ガスを用いた場合のほうがTDMATガスを用いた場合よりもプラズマ照射時間に対するGPCの変化が小さいことが確認された。 By comparing FIG. 12 and FIG. 13, it was confirmed that the change in GPC with respect to the plasma irradiation time was smaller when TiCl 4 gas was used as the titanium precursor than when TDMAT gas was used.
<他の適用>
以上、実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
<Other applications>
Although the embodiments have been described above, it should be considered that the embodiments disclosed this time are examples in all points and not restrictive. The above-described embodiments may be omitted, replaced, or modified in various forms without departing from the scope and spirit of the appended claims.
例えば、上記成膜装置は例示に過ぎず、プラズマを用いた成膜装置であれば特に限定されない。例えば、プラズマ生成方式も任意であり、また、枚葉式の装置に限らず、複数の基板を一度に処理するバッチ式装置やセミバッチ式装置であってもよい。 For example, the film forming apparatus is merely an example, and is not particularly limited as long as it is a film forming apparatus using plasma. For example, the plasma generation method is also arbitrary, and not limited to a single-wafer type apparatus, a batch type apparatus or a semi-batch type apparatus that processes a plurality of substrates at once may be used.
1;チャンバー
2;サセプタ
3;シャワーヘッド
4;排気部
5;ガス供給機構
6;プラズマ生成機構
7;制御部
100;成膜装置
201;半導体基体
202;エッチング対象膜
203;芯材
204;パターニングスペーサ用TiO2膜
205;スペーサ
206;エッチングパターン
1;
Claims (15)
パターニングする被処理基板を準備する工程と、
前記被処理基板の温度を200℃未満とする工程と、
ハロゲン化チタンガスと酸素含有ガスのプラズマとを前記被処理基板に交互に供給してプラズマALDにより前記被処理基板上にパターニングスペーサとなる酸化チタン膜を成膜する工程と、
を有する、方法。 A method for forming a titanium oxide film for a patterning spacer, comprising:
A step of preparing a substrate to be patterned,
A step of setting the temperature of the substrate to be processed to less than 200 ° C.,
A step of alternately supplying a titanium halide gas and a plasma of an oxygen-containing gas to the substrate to be processed to form a titanium oxide film serving as a patterning spacer on the substrate to be processed by plasma ALD;
Having a method.
前記パターニングスペーサとなる酸化チタン膜を成膜する工程は、前記ハロゲン化チタンガスと、前記酸素含有ガスのプラズマとを、前記チャンバー内のパージを挟んで交互に前記チャンバー内に供給する、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の方法。 In the step of preparing the substrate to be patterned, the substrate to be processed is placed in a chamber of a film forming apparatus,
In the step of forming a titanium oxide film to be the patterning spacer, the titanium halide gas and plasma of the oxygen-containing gas are alternately supplied into the chamber with a purge in the chamber sandwiched therebetween. The method according to any one of claims 1 to 5.
前記芯材が形成された被処理基板の表面に、パターニングスペーサ用酸化チタン膜を形成する工程と、
前記酸化チタン膜をドライエッチングして前記芯材の両側側壁にスペーサを形成する工程と、
前記芯材をウエットエッチングにより除去し、前記スペーサのパターンを形成する工程と、
前記スペーサをエッチングマスクとして前記エッチング対象膜を異方性エッチングする工程と、
を有し、
前記パターニングスペーサ用酸化チタン膜を形成する工程は、前記被処理基板の温度を200℃未満とし、ハロゲン化チタンガスと酸素含有ガスのプラズマとを前記被処理基板に交互に供給してプラズマALDにより前記被処理基板上にパターニングスペーサとなる酸化チタン膜を成膜する、パターン形成方法。 A step of forming a film to be etched on a semiconductor substrate, and further preparing a substrate to be processed having a core material of a predetermined pattern on the film to be etched;
A step of forming a titanium oxide film for patterning spacers on the surface of the substrate to be processed on which the core material is formed,
Dry etching the titanium oxide film to form spacers on both sidewalls of the core,
Removing the core material by wet etching to form the spacer pattern,
Anisotropically etching the etching target film using the spacer as an etching mask;
Have
In the step of forming the titanium oxide film for patterning spacers, the temperature of the substrate to be processed is lower than 200 ° C., titanium halide gas and plasma of oxygen-containing gas are alternately supplied to the substrate to be processed, and plasma ALD is performed. A pattern forming method, wherein a titanium oxide film to be a patterning spacer is formed on the substrate to be processed.
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