JP5921977B2 - Barrier insulating film formation method - Google Patents

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Description

この発明は、バリア絶縁膜、特に、シリコン貫通電極(Through Silicon Via:TSV)の周囲に形成されてTSVとシリコン基板とを絶縁するためのバリア絶縁膜の形成方法に関する。 The present invention, the barrier insulating film, in particular, through silicon via (Through Silicon Via: TSV) about the formation how the barrier insulating film for being formed around insulate the TSV and the silicon substrate.

従来から、シリコン系の半導体デバイスには、層間絶縁膜の構成材料であるシリコン酸化物や、例えば特許文献1に記載のように、キャパシタの構成材料である遷移金属酸化物等、各種の絶縁材料が用いられている。   Conventionally, silicon-based semiconductor devices include various insulating materials such as silicon oxide, which is a constituent material of an interlayer insulating film, and transition metal oxide, which is a constituent material of a capacitor as described in Patent Document 1, for example. Is used.

また、近年では、こうした半導体デバイスの高性能化を図る技術の一つとして、例えば特許文献2に記載のように、シリコン基板に形成された貫通電極(シリコン貫通電極:Through Silicon Via (TSV))を介して複数の半導体チップを積層する三次元実装技術が注目されている。図9には、TSVを有した半導体装置の一部断面構造が示されている。   In recent years, as one of the technologies for improving the performance of such semiconductor devices, as described in Patent Document 2, for example, a through electrode (Through Silicon Via (TSV)) formed on a silicon substrate is used. Attention has been focused on a three-dimensional mounting technique in which a plurality of semiconductor chips are stacked via a via. FIG. 9 shows a partial cross-sectional structure of a semiconductor device having a TSV.

半導体装置10は、トランジスタ等の素子が形成されたシリコン基板11と、該シリコン基板11の上面に積層されるとともに、例えば低誘電率の絶縁膜にシリコン基板11の素子と接続される各種配線が形成された配線層12とを有している。そして、配線層12の上面を覆うように例えば酸化シリコン等の絶縁層13が形成されているとともに、シリコン基板11の下面を覆うように接着層14が形成されている。   The semiconductor device 10 includes a silicon substrate 11 on which elements such as transistors are formed, and various wirings connected to the elements of the silicon substrate 11 on a low dielectric constant insulating film, for example, while being stacked on the upper surface of the silicon substrate 11. The wiring layer 12 is formed. An insulating layer 13 such as silicon oxide is formed so as to cover the upper surface of the wiring layer 12, and an adhesive layer 14 is formed so as to cover the lower surface of the silicon substrate 11.

また、半導体装置10には、上記接着層14、シリコン基板11、配線層12、及び絶縁層13を貫通する貫通孔Hが形成されている。貫通孔Hには、例えば銅等の金属によって形成されたシリコン貫通電極15が、バリア絶縁膜16を介して形成されている。バリア絶縁膜16は、シリコン貫通電極15と配線層12の配線とが接続することや、シリコン貫通電極15を構成する金属元素が貫通孔Hの外側に移動することを抑える。   Further, the semiconductor device 10 is formed with a through hole H that penetrates the adhesive layer 14, the silicon substrate 11, the wiring layer 12, and the insulating layer 13. In the through hole H, for example, a silicon through electrode 15 formed of a metal such as copper is formed through a barrier insulating film 16. The barrier insulating film 16 suppresses the connection between the silicon through electrode 15 and the wiring of the wiring layer 12 and the movement of the metal element constituting the silicon through electrode 15 to the outside of the through hole H.

こうした半導体装置10は、上記接着層14を介して他の半導体装置と三次元的に実装される。この際、上記シリコン貫通電極15は、半導体装置10の上面側の半導体装置、あるいは該半導体装置10の下面側の半導体装置が有する配線等と接続される。   Such a semiconductor device 10 is three-dimensionally mounted with another semiconductor device via the adhesive layer 14. At this time, the silicon through electrode 15 is connected to a semiconductor device on the upper surface side of the semiconductor device 10, a wiring or the like included in the semiconductor device on the lower surface side of the semiconductor device 10.

特開2008−311663号公報JP 2008-311663 A 特開2010−87233号公報JP 2010-87233 A

ところで、上記シリコン貫通電極15の周囲には、該シリコン貫通電極15とシリコン基板11とを絶縁するためのバリア絶縁膜16が必要である。そして、上述のようなシリコン酸化物や遷移金属酸化物等は、こうしたシリコン貫通電極15用のバリア絶縁膜16を形成する材料として用いることが可能ではある。   Incidentally, a barrier insulating film 16 for insulating the silicon through electrode 15 and the silicon substrate 11 is required around the silicon through electrode 15. The silicon oxide, transition metal oxide, and the like as described above can be used as a material for forming the barrier insulating film 16 for the silicon through electrode 15.

ここで、シリコン貫通電極15用のバリア絶縁膜16には、下記(a)(b)の特性が求められる。
(a)シリコン貫通電極15における信号遅延を抑えるための誘電率
(b)シリコン貫通電極15とシリコン基板11との間における絶縁性
上述した層間絶縁膜に利用されるようなシリコン酸化膜によれば、上記(a)を満たすことができるものの、熱CVD法により形成されるシリコン酸化膜よりも膜密度が低く、また多くの不純物を含むことになるため、上記(b)を満たすことは極めて困難である。他方、キャパシタに利用されるような遷移金属酸化膜によれば、上記(b)を満たすことができるものの、上記(a)を満たすことは極めて困難である。
Here, the following characteristics (a) and (b) are required for the barrier insulating film 16 for the through silicon via 15.
(A) Dielectric constant for suppressing signal delay in the silicon through electrode 15 (b) Insulation between the silicon through electrode 15 and the silicon substrate 11 According to the silicon oxide film used for the interlayer insulating film described above, Although the above (a) can be satisfied, since the film density is lower than that of a silicon oxide film formed by a thermal CVD method and contains many impurities, it is extremely difficult to satisfy the above (b). It is. On the other hand, according to the transition metal oxide film used for a capacitor, although the above (b) can be satisfied, it is extremely difficult to satisfy the above (a).

それゆえに、シリコン貫通電極15用のバリア絶縁膜16としてより適切な性質を有した膜が要請されている。
この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、シリコン貫通電極における信号遅延を抑えつつ該シリコン貫通電極とシリコン基板との絶縁性を高めることのできるバリア絶縁膜形成方法を提供することにある。
Therefore, there is a demand for a film having more appropriate properties as the barrier insulating film 16 for the through silicon via 15.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is a barrier insulating film formed how capable of enhancing the insulation between the through silicon via a silicon substrate while suppressing the signal delay in the through silicon via Is to provide.

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項1に記載の発明は、シリコン基板が有する貫通電極用の孔の内側面にバリア絶縁膜を形成するバリア絶縁膜形成方法であって、活性化した窒素とZr(BHとを前記シリコン基板に供給して該Zr(BHを窒素で窒化することにより前記孔の内側面をZrBN膜で覆う被覆工程と、活性化した酸素として酸素ラジカルを前記ZrBN膜に供給して該ZrBN膜を酸化することにより前記孔の内側面にZrBON膜を形成する酸化工程とを備えることを要旨とする。
Hereinafter, means for solving the above-described problems and the effects thereof will be described.
The invention according to claim 1 is a barrier insulating film forming method for forming a barrier insulating film on an inner surface of a through-electrode hole of a silicon substrate, and comprises activated nitrogen and Zr (BH 4 ) 4 . Supplying the silicon substrate and nitriding the Zr (BH 4 ) 4 with nitrogen to cover the inner surface of the hole with a ZrBN film, supplying oxygen radicals as activated oxygen to the ZrBN film The present invention includes an oxidation step of forming a ZrBON film on the inner surface of the hole by oxidizing the ZrBN film.

Zr(BHの窒化によって得られるZrBN膜は、銅等の金属配線用のバリア膜として鋭意研究がなされている。そして、本願発明者らは、ZrBN膜が有するバリア性と段差被覆性とを研究する過程で、ZrBN膜の酸化によって得られるZrBON膜が以下の特性を有することを見出した。
・ZrBON膜は、バリア性を維持しつつ、熱CVD法で形成されたシリコン酸化物膜と略同じ程度の絶縁性も発現する。
・ZrBON膜は、遷移金属であるZrの酸化物でありながらも、シリコン系酸化物と同じ程度の誘電率を有する。
A ZrBN film obtained by nitriding Zr (BH 4 ) 4 has been intensively studied as a barrier film for metal wiring such as copper. The inventors of the present application have found that the ZrBON film obtained by oxidation of the ZrBN film has the following characteristics in the course of studying the barrier property and step coverage of the ZrBN film.
The ZrBON film exhibits an insulating property substantially equal to that of a silicon oxide film formed by a thermal CVD method while maintaining the barrier property.
The ZrBON film has the same dielectric constant as that of a silicon-based oxide although it is an oxide of Zr, which is a transition metal.

上記請求項1に記載の発明によれば、貫通電極用の孔の内側面がZrBN膜で覆われた後、該ZrBN膜の酸化によって、該孔の内側面がZrBON膜で覆われることとなる。そのため、ZrBN膜と同じ程度の段差被覆性をバリア絶縁膜に与えつつ、シリコン系の絶縁膜と同じ程度の誘電率、及び熱CVDによって形成されるシリコン酸化膜と同じ程度の絶縁性をバリア絶縁膜としてのZrBON膜に与えることができる。   According to the first aspect of the present invention, after the inner side surface of the through electrode hole is covered with the ZrBN film, the inner side surface of the hole is covered with the ZrBON film by oxidation of the ZrBN film. . Therefore, while providing the barrier insulating film with the same step coverage as the ZrBN film, the barrier insulation has the same dielectric constant as the silicon-based insulating film and the same insulating property as the silicon oxide film formed by thermal CVD. It can be applied to a ZrBON film as a film.

また、上記ZrBN膜の酸化自体は、活性化した酸素の1つである酸素イオンをZrBN膜に供給することによっても可能ではある。しかしながら、活性化した酸素として酸素イオンを用いる場合には、酸素イオンがZrBN膜に入射するときのエネルギーによって、ZrBN膜がダメージを受けやすい。 Further, the oxidation of the ZrBN film itself can be performed by supplying oxygen ions, which are one of activated oxygen, to the ZrBN film. However, when oxygen ions are used as the activated oxygen, the ZrBN film is easily damaged by the energy when the oxygen ions are incident on the ZrBN film.

この点、請求項に記載の発明によれば、活性化した酸素として酸素ラジカルが用いられるため、上述したようなダメージを抑えつつ、十分な絶縁性が得られるだけZrBN膜を酸化することができる。 In this regard, according to the first aspect of the present invention, since oxygen radicals are used as the activated oxygen, it is possible to oxidize the ZrBN film with sufficient insulation while suppressing damage as described above. it can.

請求項に記載の発明は、前記被覆工程と前記酸化工程との組を複数回繰り返すことを要旨とする。
上記方法によれば、同一の膜厚を有したZrBON膜を形成する場合、被覆工程と酸化工程とを1度ずつのみ行うことによってZrBON膜を形成するよりも、膜の全体がより確実に酸化されたZrBON膜を形成することができる。
The gist of the invention described in claim 2 is that the set of the coating step and the oxidation step is repeated a plurality of times.
According to the above method, when forming a ZrBON film having the same film thickness, the entire film is more reliably oxidized than forming the ZrBON film by performing the coating step and the oxidation step only once. A ZrBON film thus formed can be formed.

請求項に記載の発明は、前記被覆工程では、窒素ラジカル、水素ラジカル、及びZr(BHを前記基板に供給することにより前記ZrBN膜を形成することを要旨とする。 According to a third aspect of the invention, in the coating step, the gist Rukoto forming forms said ZrBN film by supplying nitrogen radicals, hydrogen radicals, and Zr (BH 4) 4 in the substrate.

ZrBN膜の形成にあたり、窒素ラジカル及びZr(BHと共に水素ラジカルが供給されると、窒素ラジカルによって窒化されたZrBN粒子の末端部分は、水素ラジカルによって終端(ターミネート)される。 When the hydrogen radical is supplied together with the nitrogen radical and Zr (BH 4 ) 4 in forming the ZrBN film, the terminal portion of the ZrBN particle nitrided by the nitrogen radical is terminated (terminated) by the hydrogen radical.

それゆえに、上記請求項に記載の発明のように、被覆工程において窒素ラジカルとZr(BHに加えて水素ラジカルを基板に供給することによって、水素ラジカルによるターミネート効果が発現される分、ZrBN粒子のサイズを小さくすることができる。ひいては、ZrBON膜の段差被覆性をより高めることができるとともに、バリア絶縁膜の形成工程におけるパーティクルの発生を抑えることもできる。 Therefore, as in the invention described in claim 3 above, by supplying hydrogen radicals to the substrate in addition to nitrogen radicals and Zr (BH 4 ) 4 in the coating step, a terminator effect due to hydrogen radicals is exhibited. , The size of the ZrBN particles can be reduced. As a result, the step coverage of the ZrBON film can be further enhanced, and the generation of particles in the barrier insulating film forming process can be suppressed.

請求項に記載の発明は、前記被覆工程では、Nガスを励起して窒素ラジカルを生成するとともに、Hガスを励起して水素ラジカルを生成し、NガスとHガスとの分圧比(PN2/PH2)を3<PN2/PH2<5とすることを要旨とする。 According to a fourth aspect of the invention, in the coating step, to generate a nitrogen radical to excite the N 2 gas to generate hydrogen radicals by exciting a H 2 gas, with N 2 gas and H 2 gas The gist is that the partial pressure ratio (P N2 / P H2 ) is 3 <P N2 / P H2 <5.

上記被覆工程において水素ラジカルを添加しつつZrBN膜を形成するとZrBN膜の段差被覆性が高められるものの、水素ラジカルを添加することなくZrBN膜を形成したときよりも成膜レートが低くなる。   When the ZrBN film is formed while adding hydrogen radicals in the coating step, the step coverage of the ZrBN film is improved, but the deposition rate is lower than when the ZrBN film is formed without adding hydrogen radicals.

この点、上記請求項に記載の発明のように、窒素ガスと水素ガスとの分圧比を上記範囲とすれば、成膜レートの低下を抑えつつ、ZrBN膜の段差被覆性を高めることができる。 In this regard, if the partial pressure ratio between the nitrogen gas and the hydrogen gas is within the above range as in the invention described in claim 4 , the step coverage of the ZrBN film can be improved while suppressing a decrease in the film formation rate. it can.

リア絶縁膜形成装置の断面構造を示す断面図。Sectional view showing the sectional structure of barrier-insulating film forming apparatus. 同バリア絶縁膜形成装置が有する成膜チャンバの概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the film-forming chamber which the barrier insulation film forming apparatus has. バリア絶縁膜形成方法の処理手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the process sequence of the barrier insulating film formation method. (a)Zr(BHガス、(b)Nガス、(c)Hガス、(d)Oガス、及び(e)マイクロ波電源からの電力の供給態様を示すタイミングチャート。5 is a timing chart showing how power is supplied from (a) Zr (BH 4 ) 4 gas, (b) N 2 gas, (c) H 2 gas, (d) O 2 gas, and (e) a microwave power source. ZrBON膜に印加した電界と、そのときの電流密度との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the electric field applied to the ZrBON film | membrane, and the current density at that time. (a)(b)(c)(d)Hガスを添加しないで形成したZrBN膜と該ZrBN膜が形成された貫通孔との断面構造を撮像したSEM画像。(A) (b) (c ) (d) H 2 SEM images of cross-sectional structure is captured between the through-hole ZrBN membrane and the ZrBN film formed without adding gas is formed. (a)(b)(c)(d)Hガスを添加して形成したZrBN膜と該ZrBN膜が形成された貫通孔との断面構造を撮像したSEM画像。(A) (b) (c ) (d) H 2 SEM images of cross-sectional structure is captured between the through-hole gas ZrBN membrane and the ZrBN film formed by adding is formed. ZrBN膜形成時におけるPN2/PH2と、貫通孔の各部におけるZrBN膜の被覆率との関係を示すグラフ。Graph showing the P N2 / P H2 at ZrBN film, the relationship between the coverage of ZrBN film in each part of the through hole. シリコン貫通電極を有する半導体装置の一部断面構造を示す部分断面図。The fragmentary sectional view which shows the partial cross section structure of the semiconductor device which has a silicon penetration electrode.

本発明のバリア絶縁膜形成方法の一実施形態について、図1〜図8を参照して説明する。まず、図1及び図2を参照して、バリア絶縁膜形成装置について説明する。なお、本実施形態のバリア絶縁膜形成方法及びバリア絶縁膜形成装置の処理対象である基板とは、上記半導体装置10においてバリア絶縁膜16とシリコン貫通電極15とが形成されていない構造物のことである。 An embodiment of the barrier insulating film formed how the present invention will be described with reference to FIGS. First, a barrier insulating film forming apparatus will be described with reference to FIGS. In addition, the substrate which is the processing target of the barrier insulating film forming method and the barrier insulating film forming apparatus of the present embodiment is a structure in which the barrier insulating film 16 and the through silicon via 15 are not formed in the semiconductor device 10. It is.

図1は、成膜装置として具現化されたバリア絶縁膜形成装置の概略構成を示している。成膜装置20は、ロードロックチャンバ21と、ロードロックチャンバ21に連結されたコアチャンバ22と、コアチャンバ22に連結された2つの成膜チャンバ23と、同じくコアチャンバ22に連結された2つの酸化チャンバ24とを有している。コアチャンバ22に接続された各チャンバ23,24とロードロックチャンバ21とは、コアチャンバ22とこれらチャンバとの間に設けられたゲートバルブが開放されることによって、1つの真空系を形成することができる。なお、以下では、成膜チャンバ23での成膜処理の後に酸化チャンバ24での酸化処理が実施されるものとして、上記各チャンバの機能を説明する。   FIG. 1 shows a schematic configuration of a barrier insulating film forming apparatus embodied as a film forming apparatus. The film deposition apparatus 20 includes a load lock chamber 21, a core chamber 22 coupled to the load lock chamber 21, two deposition chambers 23 coupled to the core chamber 22, and two coupled to the core chamber 22. And an oxidation chamber 24. The chambers 23 and 24 connected to the core chamber 22 and the load lock chamber 21 form one vacuum system by opening the gate valve provided between the core chamber 22 and these chambers. Can do. Hereinafter, the function of each chamber will be described on the assumption that the oxidation process in the oxidation chamber 24 is performed after the film formation process in the film formation chamber 23.

ロードロックチャンバ21は、複数の基板Sを収容する真空槽である。基板Sに対する成膜処理が開始されるときには、基板Sが、ロードロックチャンバ21を介して成膜装置20内部に運ばれる。また、基板Sに対する酸化処理が終了されるときには、基板Sが、ロードロックチャンバ21を介して成膜装置20の外部に運ばれる。   The load lock chamber 21 is a vacuum chamber that accommodates a plurality of substrates S. When the film forming process for the substrate S is started, the substrate S is carried into the film forming apparatus 20 through the load lock chamber 21. When the oxidation process for the substrate S is completed, the substrate S is carried outside the film forming apparatus 20 via the load lock chamber 21.

コアチャンバ22は、基板Sを搬送する搬送ロボット22aが搭載された真空槽である。基板Sに対する成膜処理が開始されるときには、ロードロックチャンバ21内の基板Sが、搬送ロボット22aによってコアチャンバ22を介して成膜チャンバ23に運ばれる。また、基板Sに対する酸化処理が終了されるときには、酸化チャンバ24内の基板Sが、搬送ロボット22aによってコアチャンバ22を介してロードロックチャンバ21に運ばれる。   The core chamber 22 is a vacuum chamber in which a transfer robot 22a that transfers the substrate S is mounted. When the film forming process for the substrate S is started, the substrate S in the load lock chamber 21 is carried to the film forming chamber 23 via the core chamber 22 by the transfer robot 22a. When the oxidation process for the substrate S is completed, the substrate S in the oxidation chamber 24 is carried to the load lock chamber 21 via the core chamber 22 by the transfer robot 22a.

成膜チャンバ23は、CVD法を用いて基板Sに対してホウ窒化ジルコニウム(ZrBN)膜を形成する真空槽である。図2は、成膜チャンバ23の概略構成を示している。成膜チャンバ23は、上部に開口を有したチャンバ本体31と、チャンバ本体31の上部に配設されることでその開口を塞ぐチャンバリッド32とを備えている。   The film formation chamber 23 is a vacuum chamber for forming a zirconium boronitride (ZrBN) film on the substrate S using a CVD method. FIG. 2 shows a schematic configuration of the film forming chamber 23. The film forming chamber 23 includes a chamber main body 31 having an opening in the upper portion, and a chamber lid 32 disposed on the upper portion of the chamber main body 31 so as to close the opening.

チャンバ本体31とチャンバリッド32とによって形成される内部空間である成膜室31Sには、基板Sが載置される基板ステージ33が配設されている。基板ステージ33に内設された抵抗加熱ヒータ33Hは、基板ステージ33に基板Sが載置されるときに、基板Sの温度を例えば150℃〜240℃の所定温度にまで昇温させる。基板Sは、基板ステージ33に載置されることによって、成膜室31S内での位置が決められるとともに、成膜処理が行われている間中、その温度が所定温度に維持される。基板ステージ33の下方には、基板Sの搬出入を行う際等に基板ステージ33を上下方向に動かす昇降機構34が連結されている。   A substrate stage 33 on which the substrate S is placed is disposed in a film forming chamber 31S, which is an internal space formed by the chamber body 31 and the chamber lid 32. The resistance heater 33 </ b> H provided in the substrate stage 33 raises the temperature of the substrate S to a predetermined temperature of, for example, 150 ° C. to 240 ° C. when the substrate S is placed on the substrate stage 33. By placing the substrate S on the substrate stage 33, the position in the film forming chamber 31S is determined, and the temperature is maintained at a predetermined temperature during the film forming process. Below the substrate stage 33 is connected an elevating mechanism 34 that moves the substrate stage 33 in the vertical direction when the substrate S is carried in and out.

チャンバ本体31の側部には、排気ポートP1を介して成膜室31S内を排気する排気ポンプ35が接続されている。排気ポンプ35は、ターボ分子ポンプやドライポンプ等の各種ポンプによって構成されるものであって、成膜チャンバ23での成膜処理を行うときには、成膜室31S内の圧力を例えば1Pa〜1000Paの所定圧力に減圧する。   An exhaust pump 35 that exhausts the inside of the film forming chamber 31 </ b> S is connected to a side portion of the chamber body 31 through an exhaust port P <b> 1. The exhaust pump 35 is configured by various pumps such as a turbo molecular pump and a dry pump. When performing the film forming process in the film forming chamber 23, the pressure in the film forming chamber 31S is set to 1 Pa to 1000 Pa, for example. The pressure is reduced to a predetermined pressure.

チャンバリッド32のチャンバ本体31側には、複数の第1供給孔H1と、複数の第2供給孔H2とを有するシャワープレート36が取り付けられている。
第1供給孔H1は、ZrBN膜の形成材料である四水素化ホウ素ジルコニウム(Zr(BH)を成膜室31Sに供給する。より詳しくは、第1供給孔H1には、チャンバリッド32の内部に形成されたガス通路GP1と該チャンバリッド32を貫通する原料ガスポートP2とを介して、Zr(BHの入った原料タンクTKが接続されている。原料タンクTKには、キャリアガスであるアルゴン(Ar)を該原料タンクTKに供給するためのマスフローコントローラMFC1が接続されている。原料タンクTKは、マスフローコントローラMFC1からのキャリアガスによってバブリングされたZr(BHを、キャリアガスとともに原料ガスポートP2に導出することで、Zr(BHとキャリアガスとを第1供給孔H1から成膜室31Sに供給する。
A shower plate 36 having a plurality of first supply holes H1 and a plurality of second supply holes H2 is attached to the chamber body 32 on the chamber body 31 side.
The first supply holes H1 supply zirconium tetraborohydride (Zr (BH 4 ) 4 ), which is a material for forming the ZrBN film, to the film formation chamber 31S. More specifically, Zr (BH 4 ) 4 entered the first supply hole H1 through a gas passage GP1 formed inside the chamber lid 32 and a source gas port P2 penetrating the chamber lid 32. A raw material tank TK is connected. A mass flow controller MFC1 for supplying argon (Ar) as a carrier gas to the raw material tank TK is connected to the raw material tank TK. The raw material tank TK derives Zr (BH 4 ) 4 and the carrier gas from the first through the raw material gas port P2 together with the carrier gas by bubbling Zr (BH 4 ) 4 bubbled by the carrier gas from the mass flow controller MFC1. The film is supplied from the supply hole H1 to the film forming chamber 31S.

他方、第2供給孔H2は、励起した窒素及び励起した水素を成膜室31Sに供給する。より詳しくは、第2供給孔H2には、チャンバリッド32の内部に形成されたガス通路GP2と該チャンバリッド32を貫通する励起ガスポートP3とを介して、窒素(N)ガスを供給するマスフローコントローラMFC2、水素(H)ガスを供給するマスフローコントローラMFC3、及びArガスを供給するマスフローコントローラMFC4が接続されている。これらマスフローコントローラMFC2,MFC3,MFC4は、各ガスを所定流量に調量しつつ励起ガスポートP3に導出する。 On the other hand, the second supply hole H2 supplies excited nitrogen and excited hydrogen to the film forming chamber 31S. More specifically, nitrogen (N 2 ) gas is supplied to the second supply hole H 2 via a gas passage GP 2 formed inside the chamber lid 32 and an excitation gas port P 3 penetrating the chamber lid 32. A mass flow controller MFC2, a mass flow controller MFC3 that supplies hydrogen (H 2 ) gas, and a mass flow controller MFC4 that supplies Ar gas are connected. These mass flow controllers MFC2, MFC3, and MFC4 lead each gas to the excitation gas port P3 while metering each gas to a predetermined flow rate.

ガス通路GP2の内部であって、励起ガスポートP3と第2供給孔H2との間には、石英あるいはアルミナによって形成された耐熱性を有する照射管37が配設されている。照射管37及びチャンバリッド32の外側には、マイクロ波電源FGによって駆動されるマイクロ波源38が配設されている。また、マイクロ波源38と照射管37との間には、マイクロ波源38に接続される一方、照射管37との間には隙間を有する導波管39が配設されている。マイクロ波源38は、例えば2.45GHzのマイクロ波を発振させるマグネトロンであって、マイクロ波電源FGからの駆動電力により所定の出力範囲、例えば0.01kW〜3.0kWの範囲でマイクロ波を出力する。導波管39は、マイクロ波源38が発振させるマイクロ波を内部に伝播させることで照射管37の内部に導く。また、導波管39は、マイクロ波源38がマイクロ波を発振させるときに、照射管37を通過するガスにマイクロ波を照射することで該ガスを励起させる。なお、成膜チャンバ23は、各種ガスの励起によって生成されたラジカルが、成膜室31S内に供給される粒子の大部分を占めるような構成とされている。   Inside the gas passage GP2, and between the excitation gas port P3 and the second supply hole H2, an irradiation tube 37 having heat resistance formed of quartz or alumina is disposed. A microwave source 38 driven by a microwave power source FG is disposed outside the irradiation tube 37 and the chamber lid 32. Further, a waveguide 39 having a gap is provided between the microwave source 38 and the irradiation tube 37 while being connected to the microwave source 38. The microwave source 38 is a magnetron that oscillates a microwave of 2.45 GHz, for example, and outputs a microwave in a predetermined output range, for example, a range of 0.01 kW to 3.0 kW by driving power from the microwave power source FG. . The waveguide 39 guides the inside of the irradiation tube 37 by propagating the microwave oscillated by the microwave source 38 to the inside. The waveguide 39 excites the gas by irradiating the gas passing through the irradiation tube 37 with the microwave when the microwave source 38 oscillates the microwave. The film forming chamber 23 is configured such that radicals generated by excitation of various gases occupy most of the particles supplied into the film forming chamber 31S.

こうした成膜チャンバ23では、マスフローコントローラMFC2、マイクロ波電源FG、照射管37、マイクロ波源38、導波管39、チャンバリッド32、及びシャワープレート36が、窒素供給部を構成している。また、マスフローコントローラMFC1、原料タンクTK、チャンバリッド32、及びシャワープレート36が、原料供給部を構成している。   In the film forming chamber 23, the mass flow controller MFC2, the microwave power source FG, the irradiation tube 37, the microwave source 38, the waveguide 39, the chamber lid 32, and the shower plate 36 constitute a nitrogen supply unit. In addition, the mass flow controller MFC1, the raw material tank TK, the chamber lid 32, and the shower plate 36 constitute a raw material supply unit.

酸化チャンバ24は、ZrBN膜が形成された基板Sを酸化する真空槽である。該酸化チャンバ24は、先の図2に示される成膜チャンバ23から原料ガスポートP2、ガス通路GP1、及び第1供給孔H1が割愛された構成であって、酸素ガスを供給するマスフローコントローラが励起ガスポートP3に接続された構成である。より詳しくは、酸化チャンバ24は、酸素供給部によりマイクロ波で励起された酸素を基板Sの表面に供給することで、ZrBN膜からZrBON膜を形成する。なお、本実施形態の成膜装置20では、成膜チャンバ23と酸化チャンバ24とが各別に設けられている。しかしながら、成膜チャンバ23の励起ガスポートP3に酸素ガスを供給するマスフローコントローラを接続することによって、基板SにZrBN膜を形成すること及び該ZrBN膜を酸化することができる単一の真空槽としてもよい。   The oxidation chamber 24 is a vacuum chamber that oxidizes the substrate S on which the ZrBN film is formed. The oxidation chamber 24 has a configuration in which the source gas port P2, the gas passage GP1, and the first supply hole H1 are omitted from the film formation chamber 23 shown in FIG. 2, and a mass flow controller for supplying oxygen gas is provided. The configuration is connected to the excitation gas port P3. More specifically, the oxidation chamber 24 forms a ZrBON film from the ZrBN film by supplying oxygen excited by microwaves from the oxygen supply unit to the surface of the substrate S. In the film forming apparatus 20 of this embodiment, the film forming chamber 23 and the oxidation chamber 24 are provided separately. However, as a single vacuum chamber capable of forming a ZrBN film on the substrate S and oxidizing the ZrBN film by connecting a mass flow controller for supplying oxygen gas to the excitation gas port P3 of the film forming chamber 23. Also good.

次に、図3及び図4を参照して、バリア絶縁膜形成方法について説明する。図3は、バリア絶縁膜形成方法の処理手順を示すフローチャートである。バリア絶縁膜を形成する際には、上記成膜チャンバ23において、基板S上にZrBN膜を形成することでその表面を覆う被覆工程が実施される(ステップS1)。   Next, a barrier insulating film forming method will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure of the barrier insulating film forming method. When forming the barrier insulating film, a coating process is performed in the film forming chamber 23 to cover the surface of the substrate S by forming a ZrBN film on the substrate S (step S1).

このとき、マスフローコントローラMFC2からのNガスが、照射管37内で励起されつつ成膜室31S内に供給される。加えて本実施形態では、マスフローコントローラMFC3からのHガスも照射管37内で励起されつつ成膜室31Sに供給される。また、マスフローコントローラMFC1からのArガスと原料タンクTK内のZr(BHとの混合物であるZr(BHガスが成膜室31Sに供給される。 At this time, N 2 gas from the mass flow controller MFC2 is supplied into the film forming chamber 31S while being excited in the irradiation tube 37. In addition, in the present embodiment, H 2 gas from the mass flow controller MFC3 is also supplied into the film forming chamber 31S while being excited in the irradiation tube 37. Also, Zr (BH 4 ) 4 gas, which is a mixture of Ar gas from the mass flow controller MFC1 and Zr (BH 4 ) 4 in the raw material tank TK, is supplied to the film forming chamber 31S.

上述のように、被覆工程では、Zr(BHを窒化する励起された窒素として窒素ラジカルを用いるようにしている。そのため、励起された窒素の一つである窒素イオンを用いる場合と比較して、励起された窒素が基板Sの表面に達することで既に形成されたZrBN膜に与えるダメージを小さくできる。 As described above, in the coating step, nitrogen radicals are used as excited nitrogen that nitrides Zr (BH 4 ) 4 . Therefore, compared to the case of using nitrogen ions that are one of the excited nitrogens, the damage to the already formed ZrBN film by the excited nitrogen reaching the surface of the substrate S can be reduced.

Zr(BHと励起された窒素(窒素ラジカル)とを反応させることでZrBN膜を形成するときに、形成反応の起こる雰囲気中に励起された水素(水素ラジカル)が存在すると、ZrBNの有する未結合手の少なくとも一部は水素によって終端(ターミネート)されるようになる。そのため、ZrBNの粒子径が大きくなりにくいことから、基板Sの有する貫通孔Hにおける内表面の全体にZrBN膜が形成されやすくなる。言い換えれば、形成されるZrBN膜の段差被覆性が高められるようになる。加えて、上記チャンバ本体31の内壁やシャワープレート36の開口面等にZrBNが堆積しにくくなることから、成膜室31S内にはパーティクルが発生しにくくなる。そして、Zr(BHガスと窒素ラジカル及び水素ラジカルとが反応することによって、ZrBN膜が基板Sの上面と該基板Sに形成された上記貫通孔Hの内側面とに形成される。なお、被覆工程では、上記Nガス及びHガスに加えて、マスフローコントローラMFC4からArガスを供給することによって、成膜室31S内の圧力を調整するようにしてもよい。 When a ZrBN film is formed by reacting Zr (BH 4 ) 4 with excited nitrogen (nitrogen radical), if excited hydrogen (hydrogen radical) is present in the atmosphere in which the formation reaction takes place, At least a part of the unbonded hand is terminated with hydrogen. Therefore, since the ZrBN particle size is difficult to increase, the ZrBN film is easily formed on the entire inner surface of the through hole H of the substrate S. In other words, the step coverage of the formed ZrBN film is improved. In addition, since ZrBN is unlikely to deposit on the inner wall of the chamber body 31, the opening surface of the shower plate 36, etc., particles are less likely to be generated in the film forming chamber 31S. Then, Zr (BH 4 ) 4 gas reacts with nitrogen radicals and hydrogen radicals, whereby a ZrBN film is formed on the upper surface of the substrate S and the inner surface of the through hole H formed in the substrate S. In the covering step, the pressure in the film forming chamber 31S may be adjusted by supplying Ar gas from the mass flow controller MFC4 in addition to the N 2 gas and H 2 gas.

次いで、ZrBN膜の形成された基板Sが、成膜チャンバ23から酸化チャンバ24に運ばれた後、基板Sの表面を酸化することでZrBN膜からZrBON膜を形成する酸化工程が実施される(ステップS2)。   Next, after the substrate S on which the ZrBN film is formed is transferred from the film formation chamber 23 to the oxidation chamber 24, an oxidation process is performed in which the surface of the substrate S is oxidized to form a ZrBON film from the ZrBN film ( Step S2).

このとき、照射管内で励起された酸素(酸素ラジカル)が成膜室内に供給されることによって、基板Sを覆うZrBN膜がその表面から酸化される。本実施形態では、ZrBN膜は、基板Sの表面及び貫通孔Hの内側面に形成されたZrBN膜の面方向及び厚さ方向の全体が酸化される。   At this time, oxygen (oxygen radicals) excited in the irradiation tube is supplied into the film forming chamber, whereby the ZrBN film covering the substrate S is oxidized from the surface. In the present embodiment, the ZrBN film is oxidized entirely in the surface direction and the thickness direction of the ZrBN film formed on the surface of the substrate S and the inner side surface of the through hole H.

こうしたZrBN膜の酸化自体は、酸素イオンをZrBN膜の表面に供給することによっても可能ではある。しかしながら、酸素イオンを用いた場合、該酸素イオンがZrBN膜に入射するときのエネルギーによって、ZrBN膜がダメージを受けやすい。この点、本実施形態によれば、酸素イオンよりもエネルギーの小さい酸素ラジカルを用いてZrBN膜の酸化を行うようにしていることから、ZrBN膜へのダメージを抑えつつZrBON膜を酸化することができる。しかも、ZrBON膜の形成時には、ZrBN膜の面方向及び厚さ方向の全体が酸化されるようにしている。そのため、貫通孔Hの内側面に形成されたバリア絶縁膜16の全体にわたり絶縁性が発現されることから、シリコン貫通電極15と、該シリコン貫通電極15に接続される配線等以外の導電物とがより確実に絶縁されるようになる。なお、酸化工程においても、Oガスに加えてArガスを供給することによって、成膜室内の圧力を調整するようにしてもよい。 Such oxidation of the ZrBN film itself is also possible by supplying oxygen ions to the surface of the ZrBN film. However, when oxygen ions are used, the ZrBN film is easily damaged by energy when the oxygen ions are incident on the ZrBN film. In this regard, according to the present embodiment, since the ZrBN film is oxidized using oxygen radicals having energy lower than that of oxygen ions, the ZrBON film can be oxidized while suppressing damage to the ZrBN film. it can. In addition, when the ZrBON film is formed, the entire surface direction and thickness direction of the ZrBN film are oxidized. For this reason, since insulation is expressed over the entire barrier insulating film 16 formed on the inner surface of the through hole H, the silicon through electrode 15 and conductive materials other than wiring connected to the silicon through electrode 15 and Is more reliably insulated. Note that also in the oxidation step, the pressure in the deposition chamber may be adjusted by supplying Ar gas in addition to O 2 gas.

そして、被覆工程と酸化工程との組がn回、例えば5回ずつ実施されることによって所定膜厚のZrBON膜が形成されるまで、ZrBN膜の形成とその酸化とが繰り返し実施される(ステップS3)。このように、本実施形態においては、被覆工程と酸化工程との組を複数回繰り返すことによってZrBON膜を形成するようにしている。そのため、同一の膜厚を有したZrBON膜を形成する場合、被覆工程と酸化工程とを1度ずつのみ行うことによってZrBON膜を形成するよりも、膜の全体がより確実に酸化されたZrBON膜を形成することができる。   Then, the ZrBN film is formed and oxidized repeatedly until the ZrBON film having a predetermined film thickness is formed by performing the combination of the coating process and the oxidation process n times, for example, 5 times (step). S3). Thus, in the present embodiment, the ZrBON film is formed by repeating the combination of the coating process and the oxidation process a plurality of times. Therefore, when forming a ZrBON film having the same film thickness, a ZrBON film in which the entire film is oxidized more reliably than forming the ZrBON film by performing the coating step and the oxidation step only once. Can be formed.

次いで、上記被覆工程と酸化工程について、図4を参照して詳述する。図4は、バリア絶縁膜の形成時における(a)Zr(BNガス、(b)Nガス、(c)Hガス、及び(d)Oガスを供給するマスフローコントローラのオン(ON)及びオフ(OFF)の態様を示すことによって、各ポートに対する各種ガスの供給態様を示している。加えて、(e)マイクロ波電源のオン(ON)及びオフ(OFF)の態様を示すことによって、マイクロ波源から照射管へのマイクロ波の供給態様を示している。 Next, the covering step and the oxidizing step will be described in detail with reference to FIG. FIG. 4 shows the on state of the mass flow controller that supplies (a) Zr (BN 4 ) 4 gas, (b) N 2 gas, (c) H 2 gas, and (d) O 2 gas when the barrier insulating film is formed. By showing the mode of (ON) and off (OFF), the mode of supplying various gases to each port is shown. In addition, (e) the mode of supplying microwaves from the microwave source to the irradiation tube is shown by showing the mode of turning on (ON) and turning off (OFF) the microwave power source.

まず、成膜チャンバ23に基板Sが搬入された状態で、Zr(BHガス、Nガス、及びHガスの供給が開始される(タイミングt1)。Zr(BHのキャリアガスであるArガス、Nガス、及びHガスの供給流量は、それぞれ例えば100sccm、400sccm、及び100sccmとされる。なお、キャリアガスとしてのArガスの供給流量は、Arガスの供給流量を増やすことに伴ってZr(BHの供給量が線形的に増える範囲に設定される。 First, supply of Zr (BH 4 ) 4 gas, N 2 gas, and H 2 gas is started in a state where the substrate S is loaded into the film forming chamber 23 (timing t1). The supply flow rates of Ar gas, N 2 gas, and H 2 gas, which are carrier gases of Zr (BH 4 ) 4 , are, for example, 100 sccm, 400 sccm, and 100 sccm, respectively. Note that the supply flow rate of Ar gas as a carrier gas is set in a range in which the supply amount of Zr (BH 4 ) 4 increases linearly as the supply flow rate of Ar gas is increased.

上述のように、被覆工程において水素ラジカルを添加しつつZrBN膜を形成することによって、ZrBN膜の段差被覆性が高められる。しかしながら、水素ラジカルによってZrBNの粒子径が大きくなりにくくなることから、水素ラジカルを添加することなくZrBN膜を形成したときよりも成膜レートが低くなる。そこで本実施形態のように、NガスとHガスとの分圧比であるPN2/PH2を「4」、つまり、NガスとHガスとの混合ガスのうち、Hガスの占める割合を20%とすれば、成膜レートの低下を抑えつつ、ZrBN膜の段差被覆性を高めることができる。なお本願発明者は、NガスとHガスとの分圧比は、3<PN2/PH2<5の範囲であれば、成膜レートの急激な低下が抑えられて上述の効果が得られることを確認している。 As described above, the step coverage of the ZrBN film is enhanced by forming the ZrBN film while adding hydrogen radicals in the coating step. However, since the ZrBN particle size is not easily increased by hydrogen radicals, the deposition rate is lower than when a ZrBN film is formed without adding hydrogen radicals. Therefore, as in the present embodiment, P N2 / P H2 , which is the partial pressure ratio between N 2 gas and H 2 gas, is “4”, that is, H 2 gas among the mixed gas of N 2 gas and H 2 gas. If the proportion occupied by 20% is 20%, the step coverage of the ZrBN film can be improved while suppressing a decrease in the deposition rate. In addition, the inventor of the present application can suppress the rapid decrease in the film formation rate and obtain the above-described effect if the partial pressure ratio between the N 2 gas and the H 2 gas is in the range of 3 <P N2 / P H2 <5. It is confirmed that

その後、マイクロ波電源FGがオンの状態とされることによって、マイクロ波電源FGから照射管37にマイクロ波が供給される(タイミングt2)。マイクロ波の電力量は、例えば40Wとされる。こうして、基板Sの表面に対するZr(BH、窒素ラジカル、及び水素ラジカルの供給が開始されると、Zr(BHが窒素ラジカルによって窒化されることによって、ZrBN膜が、基板Sの表面及び基板Sの有する貫通孔Hの内側面に形成される。なお、上記各種ガスの供給を開始してから所定期間の後にマイクロ波の供給を開始するようにしている。そのため、各種ガスの供給とマイクロ波の供給とを同時に開始するよりも、Nガス及びHガスの励起を安定に行うことができる。ちなみに、タイミングt1からタイミングt2までの期間は、各ポートに供給されるガスの流量が一定になるまでの時間であって、例えばマスフローコントローラからのガスがポートに到達するまでの時間に設定される。 Thereafter, the microwave power source FG is turned on, whereby the microwave is supplied from the microwave power source FG to the irradiation tube 37 (timing t2). The amount of microwave power is set to 40 W, for example. Thus, when supply of Zr (BH 4 ) 4 , nitrogen radicals, and hydrogen radicals to the surface of the substrate S is started, the Zr (BH 4 ) 4 is nitrided by the nitrogen radicals, so that the ZrBN film becomes the substrate S And the inner surface of the through hole H of the substrate S. Note that the supply of microwaves is started after a predetermined period from the start of the supply of the various gases. Therefore, it is possible to stably excite N 2 gas and H 2 gas rather than simultaneously starting supply of various gases and supply of microwaves. Incidentally, the period from the timing t1 to the timing t2 is a time until the flow rate of the gas supplied to each port becomes constant, for example, a time until the gas from the mass flow controller reaches the port. .

そして、マイクロ波の供給が所定期間、例えば1分間実施されると、上記各種ガスの供給と、マイクロ波の供給とが停止される(タイミングt3)。本実施形態では、マイクロ波が供給されている期間を被覆工程としている。そのため、上記タイミングt2からタイミングt3までの期間が被覆工程に当たる。   When the microwave supply is performed for a predetermined period, for example, 1 minute, the supply of the various gases and the supply of the microwave are stopped (timing t3). In this embodiment, the period during which the microwave is supplied is used as the coating process. Therefore, the period from the timing t2 to the timing t3 corresponds to the coating process.

被覆工程が終了すると、基板Sが成膜チャンバ23から酸化チャンバ24に運ばれた後に、Oガスの供給が開始される(タイミングt4)。Oガスの供給流量は、例えば100sccmとされる。なお、タイミングt3からタイミングt4までの時間は、例えば基板Sの酸化チャンバ24への搬入が完了するまでの時間に設定される。 When the coating process is completed, the substrate S is transferred from the film formation chamber 23 to the oxidation chamber 24, and then the supply of O 2 gas is started (timing t4). The supply flow rate of the O 2 gas is, for example, 100 sccm. Note that the time from the timing t3 to the timing t4 is set to a time until the loading of the substrate S into the oxidation chamber 24 is completed, for example.

その後、マイクロ波電源がオンの状態とされることによって、マイクロ波源から照射管にマイクロ波が供給される(タイミングt5)。マイクロ波の電力量は、例えば100Wとされる。これにより、基板Sの表面に対する酸素ラジカルの供給が開始されることで、ZrBN膜の酸化が開始される。なお、Oガスの供給を開始してから所定期間の後にマイクロ波の供給を開始するようにしている。そのため、上記被覆工程の開始時と同様に、Oガスの励起を安定に行うことができる。ちなみに、タイミングt4からタイミングt5までの期間も、上記タイミングt1からタイミングt2までの期間と同様に、マスフローコントローラからのOガスがポートに到達するまでの時間に設定される。 Thereafter, the microwave power source is turned on, whereby the microwave is supplied from the microwave source to the irradiation tube (timing t5). The amount of microwave power is set to 100 W, for example. Thereby, the supply of oxygen radicals to the surface of the substrate S is started, and thus the oxidation of the ZrBN film is started. Note that the microwave supply is started after a predetermined period from the start of the O 2 gas supply. Therefore, the O 2 gas can be excited stably as at the start of the coating step. Incidentally, the period from the timing t4 to the timing t5 is set to the time until the O 2 gas from the mass flow controller reaches the port, similarly to the period from the timing t1 to the timing t2.

そして、マイクロ波の供給が所定期間、例えば1分間実施されると、Oガスの供給と、マイクロ波の供給とが停止される(タイミングt6)。本実施形態では、マイクロ波が供給されている期間を酸化工程としている。そのため、上記タイミングt5からタイミングt6までの期間が酸化工程に当たる。 Then, when the supply of microwaves is performed for a predetermined period, for example, 1 minute, the supply of O 2 gas and the supply of microwaves are stopped (timing t6). In this embodiment, the period during which microwaves are supplied is used as the oxidation process. Therefore, the period from the timing t5 to the timing t6 corresponds to the oxidation process.

酸化工程が終了すると、基板Sが酸化チャンバ24から再び成膜チャンバ23に運ばれた後、被覆工程が実施される。被覆工程と酸化工程との組が所定回数、例えば5回繰り返されると、基板Sが成膜装置20から搬出されて、基板Sの貫通孔Hに対するバリア絶縁膜16の形成が終了される。なお、図4におけるタイミングt7は5回目の酸化工程におけるOガスの供給開始タイミングであり、タイミングt8はマイクロ波の供給開始タイミングである。そして、タイミングt9は、Oガス及びマイクロ波の供給停止タイミングである。 When the oxidation process is completed, the substrate S is transferred from the oxidation chamber 24 to the film forming chamber 23, and then the coating process is performed. When the combination of the covering step and the oxidizing step is repeated a predetermined number of times, for example, five times, the substrate S is unloaded from the film forming apparatus 20 and the formation of the barrier insulating film 16 with respect to the through hole H of the substrate S is completed. Note that timing t7 in FIG. 4 is the supply start timing of O 2 gas in the fifth oxidation step, and timing t8 is the supply start timing of microwave. Timing t9 is the supply stop timing of O 2 gas and microwave.

[実施例]
[ZrBON膜の誘電率とリーク電流値]
直径200mmのシリコン基板に対して、ZrBN膜を形成する被覆工程と、ZrBN膜を酸化する酸化工程とを以下の条件で実施することによって、膜厚が100nmのZrBON膜を形成した。
[Example]
[Dielectric constant and leakage current value of ZrBON film]
A ZrBON film having a thickness of 100 nm was formed by performing a coating process for forming a ZrBN film and an oxidation process for oxidizing the ZrBN film on a silicon substrate having a diameter of 200 mm under the following conditions.

[実施例1]
<被覆工程>
・キャリアガス(Arガス)流量 100sccm
・Nガス流量 400sccm
・Hガス流量 100sccm
・成膜チャンバ内の圧力 410Pa
・マイクロ波電力 100W
・基板温度 210℃
<酸化工程>
・Oガス流量 100sccm
・成膜チャンバ内の圧力 70Pa
・マイクロ波電力 100W
・基板温度 210℃
まず、ZrBON膜の誘電率を以下の方法にて算出した。つまり、水銀プローブを用いて、直流バイアスに1MHzの高周波を重畳してC−V特性を測定した後、C−V特性の測定結果から誘電率を算出した。
[Example 1]
<Coating process>
・ Carrier gas (Ar gas) flow rate 100sccm
・ N 2 gas flow rate 400sccm
・ H 2 gas flow rate 100sccm
・ Pressure inside the deposition chamber 410Pa
・ Microwave power 100W
・ Substrate temperature 210 ℃
<Oxidation process>
・ O 2 gas flow rate 100sccm
・ The pressure in the deposition chamber is 70 Pa.
・ Microwave power 100W
・ Substrate temperature 210 ℃
First, the dielectric constant of the ZrBON film was calculated by the following method. That is, a CV characteristic was measured by superimposing a 1 MHz high frequency on a DC bias using a mercury probe, and then the dielectric constant was calculated from the measurement result of the CV characteristic.

ZrBON膜の誘電率の測定結果とともに、絶縁膜として多用されている酸化シリコン(SiO)、窒化シリコン(Si)、遷移金属の酸化物である酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化ハフニウム(HfO)、及び酸化タンタル(Ta)の誘電率を表1に示す。なお、ZrBONの値としては、5個の試料について誘電率を測定した結果のうちの最小値と最大値とを記載している。 Along with the measurement result of the dielectric constant of the ZrBON film, silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), which is an oxide of a transition metal, hafnium oxide ( The dielectric constants of HfO 2 ) and tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) are shown in Table 1. In addition, as the value of ZrBON, the minimum value and the maximum value among the results of measuring the dielectric constant of five samples are described.

表1に示されるように、ZrBN膜を酸化して形成したZrBON膜の誘電率は、Zrの酸化物を含めた他の遷移金属の酸化物よりも極端に低いことが認められた。加えて、信号遅延が起こりにくい程度の低誘電率膜であるSiO膜と同等の誘電率であることが認められた。それゆえに、ZrBN膜を形成する被覆工程と、該被覆工程にて形成されたZrBN膜を酸化する酸化工程を経て形成されるZrBON膜を、シリコン貫通電極(TSV)用のバリア絶縁膜として用いた場合、他の遷移金属の酸化膜よりも該TSVにおける信号遅延を抑えることができる。 As shown in Table 1, it was confirmed that the dielectric constant of the ZrBON film formed by oxidizing the ZrBN film was extremely lower than the oxides of other transition metals including the oxide of Zr. In addition, it was confirmed that the dielectric constant was the same as that of the SiO 2 film, which is a low dielectric constant film in which signal delay hardly occurs. Therefore, a ZrBON film formed through a coating process for forming a ZrBN film and an oxidation process for oxidizing the ZrBN film formed in the coating process was used as a barrier insulating film for a through silicon via (TSV). In this case, the signal delay in the TSV can be suppressed as compared with the oxide film of other transition metals.

次に、試験用ZrBON膜のリーク電流としての電流密度J(A/cm)を以下の方法にて測定した。つまり、ZrBON膜が形成されたシリコン基板を接地するとともに、ZrBON膜上の水銀プローブに正の電圧を印加することで、ZrBON膜に印加される電界E(MV/cm)に対する電流密度を測定した。こうした方法にて測定されたリーク電流の値を図5に示す。 Next, the current density J (A / cm 2 ) as a leakage current of the test ZrBON film was measured by the following method. That is, the silicon substrate on which the ZrBON film was formed was grounded and a positive voltage was applied to the mercury probe on the ZrBON film to measure the current density with respect to the electric field E (MV / cm) applied to the ZrBON film. . The value of the leakage current measured by such a method is shown in FIG.

図5に示されるように、ZrBON膜は、3MV/cmの電界が印加されたとしても、電流密度の値が、実用上好ましいとされる1×10−8A/cmを超えない値であることが認められた。なお、プラズマCVD法によって形成されたシリコン酸化膜やシリコン窒化膜など、これらシリコン系の絶縁膜の場合には、同測定法において1MV/cmの電界が印加されると1×10−8A/cmを超えるような値であった。それゆえに、上述の方法にて形成されたZrBON膜を上記TSV用のバリア絶縁膜として用いることにより、プラズマCVD法によって形成されたシリコン系の絶縁膜を用いるよりも、シリコン基板とTSVとの絶縁性を高めることができると言える。 As shown in FIG. 5, the ZrBON film has a current density value that does not exceed 1 × 10 −8 A / cm 2 , which is considered to be practically preferable, even when an electric field of 3 MV / cm is applied. It was recognized that there was. In the case of these silicon-based insulating films such as a silicon oxide film and a silicon nitride film formed by the plasma CVD method, when an electric field of 1 MV / cm is applied in the measurement method, 1 × 10 −8 A / It was a value exceeding cm 2 . Therefore, by using the ZrBON film formed by the above-described method as the barrier insulating film for the TSV, it is possible to insulate the silicon substrate from the TSV rather than using the silicon-based insulating film formed by the plasma CVD method. It can be said that it can improve the nature.

[ZrBON膜のバリア性]
膜厚が100nmの銅膜を有するシリコン基板上に、上記条件にてZrBON膜を20nmだけ積層することによって試験用ウエハ(No.1)を得た。そして、試験用ウエハ(No.1)に対して500℃の雰囲気で1時間アニール処理を施した後、SIMS測定による膜厚方向の元素分析をZrBON膜に対して行った。
[Barrier properties of ZrBON film]
A test wafer (No. 1) was obtained by laminating a ZrBON film by 20 nm under the above conditions on a silicon substrate having a copper film having a thickness of 100 nm. Then, the test wafer (No. 1) was annealed in an atmosphere at 500 ° C. for 1 hour, and then elemental analysis in the film thickness direction by SIMS measurement was performed on the ZrBON film.

また、膜厚が100nmのアルミニウム膜を有するシリコン基板上に、上記条件にてZrBON膜を20nmだけ積層することによって試験用ウエハ(NO.2)を得た。そして、試験用ウエハ(No.2)に対して上記試験用ウエハ(No.1)と同様のアニール処理を施した後、SIMS測定による膜厚方向の元素分析をZrBON膜に対して行った。   A test wafer (NO. 2) was obtained by laminating a ZrBON film by 20 nm on a silicon substrate having an aluminum film having a thickness of 100 nm under the above conditions. And after performing the annealing process similar to the said test wafer (No. 1) with respect to the test wafer (No. 2), the elemental analysis of the film thickness direction by SIMS measurement was performed with respect to the ZrBON film | membrane.

SIMS測定の結果、試験用ウエハ(No.1)のZrBON膜中には銅の存在が認められなかった。また、試験用ウエハ(No.2)のZrBON膜中にはアルミニウムの存在が認められなかった。したがって、上記成膜方法にて形成したZrBON膜は、銅及びアルミニウムの拡散を抑制する機能、つまりバリア性を有していると言える。   As a result of SIMS measurement, the presence of copper was not observed in the ZrBON film of the test wafer (No. 1). In addition, the presence of aluminum was not observed in the ZrBON film of the test wafer (No. 2). Therefore, it can be said that the ZrBON film formed by the above film formation method has a function of suppressing diffusion of copper and aluminum, that is, a barrier property.

[ZrBN膜の段差被覆性]
上記被覆工程にて形成されるZrBN膜の上記貫通孔に対する埋め込み性、言い換えれば段差被覆性におけるHガスの影響を評価するために、以下の実施例2及び実施例3の条件にて、直径20μm、深さ100μmの貫通孔が複数形成された直径200mmのシリコン基板にZrBN膜を形成した。なお、実施例2と実施例3とでは、Nガス及びHガスの供給流量のみが異なるため、実施例3についてはNガス及びHガスの供給流量のみを記載する。
[Step coverage of ZrBN film]
In order to evaluate the effect of H 2 gas on the burying property of the ZrBN film formed in the coating step with respect to the through hole, in other words, the step coverage, the diameter was changed under the conditions of Example 2 and Example 3 below. A ZrBN film was formed on a silicon substrate having a diameter of 200 mm in which a plurality of through holes having a diameter of 20 μm and a depth of 100 μm were formed. In the Example 2 and Example 3, since only the supply flow rate of N 2 gas and H 2 gas are different, for example 3 describes only the supply flow rate of N 2 gas and H 2 gas.

[実施例2]
・キャリアガス(Arガス)流量 100sccm
・Nガス流量 500sccm
・Hガス流量 0sccm
・成膜チャンバ内の圧力 410Pa
・マイクロ波電力 100W
・基板温度 210℃
・成膜時間 300秒
[実施例3]
・Nガスの供給流量 400sccm
・Hガスの供給流量 100sccm
上記のように、実施例2では、NガスとHガスとの混合ガスに占めるHガスの添加比率を0%とした一方、実施例3では、同Hガスの添加比率を20%とした。実施例2にて形成されたZrBN膜の断面のSEM画像を図6(a)〜(d)に示すとともに、実施例3にて形成されたZrBN膜の断面のSEM画像を図7(a)〜(d)に示す。なお、各図において、(a)は貫通孔及びその内側面に形成されたZrBN膜の全体を示すSEM画像、(b)はシリコン基板の表面側における貫通孔及びその内側面に形成されたZrBN膜のSEM画像、(c)は貫通孔の深さ方向における中央付近のZrBN膜のSEM画像、(d)は貫通孔の底面側におけるZrBN膜のSEM画像である。
[Example 2]
・ Carrier gas (Ar gas) flow rate 100sccm
・ N 2 gas flow rate 500sccm
・ H 2 gas flow rate 0sccm
・ Pressure inside the deposition chamber 410Pa
・ Microwave power 100W
・ Substrate temperature 210 ℃
-Film formation time 300 seconds [Example 3]
・ N 2 gas supply flow rate 400sccm
・ H 2 gas supply flow rate 100 sccm
As described above, in Example 2, whereas the addition ratio of the H 2 gas occupying the mixed gas of N 2 gas and H 2 gas was set to 0%, in Example 3, the addition ratio of the H 2 gas 20 %. 6A to 6D show SEM images of the cross section of the ZrBN film formed in Example 2, and FIG. 7A shows the SEM image of the cross section of the ZrBN film formed in Example 3. Shown in (d). In each figure, (a) is an SEM image showing the entire through-hole and the ZrBN film formed on the inner surface thereof, and (b) is a through-hole on the surface side of the silicon substrate and ZrBN formed on the inner surface thereof. The SEM image of the film, (c) is the SEM image of the ZrBN film near the center in the depth direction of the through hole, and (d) is the SEM image of the ZrBN film on the bottom side of the through hole.

実施例2では、図6(b)に示されるように、シリコン基板の表面に形成されたZrBN膜の厚さを表面厚さT1とすると、該表面厚さT1は30.3nmであった。また、図6(c)に示されるように、貫通孔の深さ方向における中央付近において、該貫通孔の側面に形成されたZrBN膜の厚さを側面厚さT2とすると、該側面厚さT2は11.9nmであった。そして、図6(d)に示すように、貫通孔の底面に形成されたZrBN膜の厚さを底面厚さT3とすると、該底面厚さT3は11.9nmであった。   In Example 2, as shown in FIG. 6B, when the thickness of the ZrBN film formed on the surface of the silicon substrate is the surface thickness T1, the surface thickness T1 is 30.3 nm. Further, as shown in FIG. 6C, when the thickness of the ZrBN film formed on the side surface of the through hole is the side surface thickness T2 near the center in the depth direction of the through hole, the side surface thickness T2 was 11.9 nm. As shown in FIG. 6D, when the thickness of the ZrBN film formed on the bottom surface of the through hole is defined as the bottom surface thickness T3, the bottom surface thickness T3 is 11.9 nm.

一方、実施例3では、図7(b)に示されるように、ZrBN膜の表面厚さT1は44.3nmであった。また、図7(c)に示されるように、ZrBN膜の側面厚さT2は44.3nmであった。そして、図7(d)に示されるように、ZrBN膜の底面厚さT3は52.3nmであった。   On the other hand, in Example 3, as shown in FIG. 7B, the surface thickness T1 of the ZrBN film was 44.3 nm. Further, as shown in FIG. 7C, the side surface thickness T2 of the ZrBN film was 44.3 nm. As shown in FIG. 7D, the bottom thickness T3 of the ZrBN film was 52.3 nm.

図8は、Nガス流量とHガス流量との比率を変更し、その他の条件を実施例2及び実施例3と同じにした場合における、表面厚さT1に対する側面厚さT2の比である側面被覆率と、及び表面厚さT1に対する底面厚さT3の比である底面被覆率とを示すグラフである。同図8では、側面被覆率を実線で示すとともに、底面被覆率を破線で示している。なお、実施例2における側面被覆率は46.5%であり、底面被覆率は37.6%であった。他方、実施例3における側面被覆率は100%であり、底面被覆率は118%であった。また同図8は、Nガス流量とHガス流量との比率を変更し、その他の条件を実施例2及び実施例3と同じにした場合における成膜速度を示すグラフである。 FIG. 8 shows the ratio of the side surface thickness T2 to the surface thickness T1 when the ratio between the N 2 gas flow rate and the H 2 gas flow rate is changed and the other conditions are the same as those in the second and third embodiments. It is a graph which shows a certain side coverage and the bottom face coverage which is ratio of bottom face thickness T3 with respect to surface thickness T1. In FIG. 8, the side surface coverage is indicated by a solid line and the bottom surface coverage is indicated by a broken line. The side coverage in Example 2 was 46.5%, and the bottom coverage was 37.6%. On the other hand, the side coverage in Example 3 was 100% and the bottom coverage was 118%. FIG. 8 is a graph showing the deposition rate when the ratio between the N 2 gas flow rate and the H 2 gas flow rate is changed and the other conditions are the same as those in the second and third embodiments.

図8に示されるように、上記被覆工程時におけるHガスの添加比率を高くすることによって、貫通孔の側面及び底面におけるZrBN膜の被覆率を高められることが認められた。そのため、被覆工程時におけるHガスの添加比率を高くすることによって、ZrBN膜の段差被覆性を高めることができると言える。なお、被覆工程に続く酸化工程において、ZrBN膜の面方向及び厚さ方向の全体を酸化してZrBON膜化したとしても、ZrBN膜を形成したときの貫通孔Hにおける膜の被覆率は概ね保たれる。それゆえに、上記被覆工程と酸化工程とを複数回繰り返したとしても、被覆工程時の条件が同一であれば、被覆工程を1回のみ行ったときの被覆率が概ね保たれる。つまりは、被覆工程時のHガスの添加比率を高めることにより、ZrBON膜の段差被覆性を高めることができると言える。またNガスとHガスとの分圧比が3<PN2/PH2<5の範囲であれば、成膜レートの急激な低下を抑えられることが認められた。 As shown in FIG. 8, it was confirmed that the coverage of the ZrBN film on the side surface and the bottom surface of the through hole can be increased by increasing the H 2 gas addition ratio in the coating step. Therefore, it can be said that the step coverage of the ZrBN film can be enhanced by increasing the H 2 gas addition ratio in the coating step. In the oxidation process following the coating process, even if the entire surface direction and thickness direction of the ZrBN film are oxidized to form a ZrBON film, the coverage of the film in the through hole H when the ZrBN film is formed is generally maintained. Be drunk. Therefore, even if the coating step and the oxidation step are repeated a plurality of times, if the conditions during the coating step are the same, the coverage rate when the coating step is performed only once is generally maintained. That is, it can be said that the step coverage of the ZrBON film can be enhanced by increasing the H 2 gas addition ratio in the coating step. In addition, it was confirmed that when the partial pressure ratio between the N 2 gas and the H 2 gas is in the range of 3 <P N2 / P H2 <5, a rapid decrease in the film formation rate can be suppressed.

上記実施形態によれば、以下に列挙する効果が得られるようになる。
(1)基板Sの有するシリコン貫通電極15用の貫通孔Hの内側面をZrBN膜で覆った後、該ZrBN膜の酸化によって、該貫通孔Hの内側面をZrBON膜で覆うようにした。そのため、ZrBN膜と同じ程度の段差被覆性をバリア絶縁膜16に与えつつ、プラズマ酸化膜と同じ程度の誘電率、及び熱酸化膜と同じ程度の絶縁性をバリア絶縁膜16としてのZrBON膜に与えることができる。
According to the embodiment, the effects listed below can be obtained.
(1) After covering the inner surface of the through-hole H for the silicon through-electrode 15 of the substrate S with a ZrBN film, the inner surface of the through-hole H was covered with the ZrBON film by oxidation of the ZrBN film. Therefore, the ZrBN film as the barrier insulating film 16 has the same dielectric constant as the plasma oxide film and the same insulating property as the thermal oxide film while providing the same step coverage to the barrier insulating film 16 as the ZrBN film. Can be given.

(2)ZrBN膜の酸化する活性化した酸素として酸素ラジカルを用いるようにした。そのため、活性化した酸素の1つである酸素イオンをZrBN膜に供給して酸化するよりも、該ZrBN膜に対するダメージを抑えつつ、十分な絶縁性が得られるだけZrBN膜を酸化することができる。   (2) An oxygen radical is used as the activated oxygen that oxidizes the ZrBN film. Therefore, it is possible to oxidize the ZrBN film with sufficient insulation while suppressing damage to the ZrBN film, rather than supplying oxygen ions, which are one of activated oxygen, to the ZrBN film and oxidizing it. .

(3)被覆工程と酸化工程との組を複数回繰り返すことによって、バリア絶縁膜16であるZrBON膜を形成するようにした。そのため、同一の膜厚を有したZrBON膜を形成する前提であれば、被覆工程と酸化工程とを1度ずつのみ行うことによってZrBON膜を形成するよりも、膜の全体がより確実に酸化されたZrBON膜を形成することができる。   (3) The ZrBON film as the barrier insulating film 16 is formed by repeating the combination of the coating process and the oxidation process a plurality of times. Therefore, if the ZrBON film having the same film thickness is formed, the entire film is more reliably oxidized than the ZrBON film formed by performing the coating process and the oxidation process only once. A ZrBON film can be formed.

(4)被覆工程では、窒素ラジカルとZr(BHに加えて水素ラジカルを基板Sに供給することとした。そのため、水素ラジカルによるZrBN粒子のターミネート効果が発現される分、ZrBN粒子のサイズを小さくすることができる。ひいては、ZrBON膜の段差被覆性をより高めることができるとともに、バリア絶縁膜16の形成工程におけるパーティクルの発生を抑えることもできる。 (4) In the coating step, hydrogen radicals are supplied to the substrate S in addition to nitrogen radicals and Zr (BH 4 ) 4 . Therefore, the size of the ZrBN particles can be reduced by the amount that the termination effect of the ZrBN particles by the hydrogen radicals is expressed. As a result, the step coverage of the ZrBON film can be further improved, and the generation of particles in the step of forming the barrier insulating film 16 can be suppressed.

(5)被覆工程においては、窒素ガスと水素ガスとの分圧比であるPN2/PH2を3<PN2/PH2<5とした。そのため、ZrBN膜形成時の成膜レートの低下を抑えつつ、ZrBN膜の段差被覆性を高めることができる。 (5) In the coating step, P N2 / P H2 , which is a partial pressure ratio between nitrogen gas and hydrogen gas, was set to 3 <P N2 / P H2 <5. Therefore, the step coverage of the ZrBN film can be enhanced while suppressing a decrease in the deposition rate when forming the ZrBN film.

なお、上記実施形態は以下のように適宜変更して実施することもできる。
・成膜装置20の処理対象である基板Sは、シリコン基板11、配線層12、絶縁層13、及び接着層14を備える構成とした。これに限らず、少なくとも、貫通孔Hが形成されたシリコン基板11を有する構成であればよい。
In addition, the said embodiment can also be suitably changed and implemented as follows.
The substrate S to be processed by the film forming apparatus 20 is configured to include the silicon substrate 11, the wiring layer 12, the insulating layer 13, and the adhesive layer 14. However, the present invention is not limited to this, and any configuration that includes at least the silicon substrate 11 in which the through holes H are formed may be used.

・Zr(BHのキャリアガスとしてはArガスに限らず、他の不活性ガス、例えばHe、Ne、Kr、Xeガス等を用いるようにしてもよい。
・被覆工程では、活性化された窒素の生成源としてNガスを、また、活性化された水素の生成源としてHガスを用いるようにした。これに限らず、例えば活性化された窒素及び活性化された水素の生成源となるアンモニア(NH)ガスを用いるようにしてもよい。また、NガスとNHガスとの併用や、HガスとNHガスとの併用も可能である。
The carrier gas for Zr (BH 4 ) 4 is not limited to Ar gas, and other inert gases such as He, Ne, Kr, Xe gas, etc. may be used.
In the coating step, N 2 gas was used as a source of activated nitrogen, and H 2 gas was used as a source of activated hydrogen. For example, ammonia (NH 3 ) gas which is a generation source of activated nitrogen and activated hydrogen may be used. Further, the combined use of N 2 gas and NH 3 gas or the combined use of H 2 gas and NH 3 gas is also possible.

・酸化工程では、活性化された酸素の生成源としてのOガスを用いるようにした。これに限らず、酸化工程では、Oガスに加えて、Hガスを用いる、あるいは、Hガスと一酸化二窒素(NO)ガスとを用いるようにしてもよい。これにより、ZrBN膜を酸化することによってZrBON膜を形成しつつ、酸化雰囲気中に含まれる水素や窒素によってZrBON膜の組成を調整することができる。それゆえに、ZrBON膜の組成をバリア絶縁膜16としての特性を発現する上で至適なものとすることもできるようになる。 In the oxidation process, O 2 gas was used as a source of activated oxygen. In addition to this, in the oxidation step, in addition to O 2 gas, H 2 gas may be used, or H 2 gas and dinitrogen monoxide (N 2 O) gas may be used. Accordingly, the composition of the ZrBON film can be adjusted by hydrogen or nitrogen contained in the oxidizing atmosphere while forming the ZrBON film by oxidizing the ZrBN film. Therefore, the composition of the ZrBON film can be optimized in order to develop the characteristics as the barrier insulating film 16.

・Zr(BHガス、Hガス、及びNガスの供給をタイミングt1にて同時に開始するようにした。これに限らず、これらガスの供給を開始するタイミングは、各別等、任意に変更可能である。 · Zr (BH 4) 4 gas, and be started simultaneously with H 2 gas, and the timing t1 the supply of N 2 gas. The timing for starting the supply of these gases is not limited to this, and can be arbitrarily changed, such as for each.

・各種ガスの供給の後に、マイクロ波の供給を行うようにした。これに限らず、各種ガスの供給とマイクロ波の供給とを同時に行うようにしてもよい。
・被覆工程及び酸化工程では、各種ガスの供給とマイクロ波の供給とを同時に停止するようにした。これに限らず、マイクロ波の供給を停止した後に、各種ガスの供給を停止するようにしてもよい。
・ Supplying microwaves after supplying various gases. Not limited to this, the supply of various gases and the supply of microwaves may be performed simultaneously.
-In the coating process and the oxidation process, the supply of various gases and the supply of microwaves were stopped simultaneously. Not limited to this, the supply of various gases may be stopped after the supply of microwaves is stopped.

・上記成膜装置20を、被覆工程と酸化工程とを単一のチャンバにて実施可能な装置として具現化するようにしてもよいことは、上述したとおりである。この場合、被覆工程を終了するタイミングであるタイミングt3と、酸化工程に用いられる酸素ガスの供給タイミングであるタイミングt4の間は、被覆工程で用いられたZr(BHガス、Nガス、及びHガスがチャンバ内から排気されるまでの時間とすればよい。また、酸化工程の終了タイミングであるタイミングt6と、該酸化工程に続いて行われるZr(BHガス等の供給開始タイミングとの間も、酸化工程で用いられたOガスがチャンバ内から排気されるまでの時間とすればよい。 As described above, the film forming apparatus 20 may be embodied as an apparatus capable of performing the coating process and the oxidation process in a single chamber. In this case, Zr (BH 4 ) 4 gas and N 2 gas used in the coating process are provided between timing t3, which is the timing of ending the coating process, and timing t4, which is the supply timing of the oxygen gas used in the oxidation process. And the time until the H 2 gas is exhausted from the chamber. Further, the O 2 gas used in the oxidation process is also in the chamber between the timing t6 that is the end timing of the oxidation process and the supply start timing of Zr (BH 4 ) 4 gas or the like that is performed following the oxidation process. The time from exhaust to exhaust is sufficient.

・被覆工程及び酸化工程における基板温度、成膜室内の圧力、及びマイクロ波の電力等のプロセス条件は、ZrBN膜の形成や酸化が可能な範囲で任意に変更可能である。
・被覆工程における窒素ガスと水素ガスとの分圧比であるPN2/PH2は、上記3〜5の範囲でなくともよく、ZrBN膜を形成することのできる分圧比であればよい。
Process conditions such as the substrate temperature, the pressure in the deposition chamber, and the microwave power in the coating process and the oxidation process can be arbitrarily changed within a range in which the ZrBN film can be formed and oxidized.
· The P N2 / P H2 is the partial pressure ratio of nitrogen gas and hydrogen gas in the coating process, may not in the above range 3-5, may be a partial pressure ratio which can form a ZrBN film.

・被覆工程では、水素ラジカルに代えて、水素イオンを供給しつつZrBN膜を形成するようにしてもよい。
・被覆工程では、水素ラジカルを供給しつつZrBN膜を形成するようにしたが、水素ラジカルを供給せずにZrBN膜を形成するようにしてもよい。
In the coating step, the ZrBN film may be formed while supplying hydrogen ions instead of hydrogen radicals.
In the coating step, the ZrBN film is formed while supplying hydrogen radicals, but the ZrBN film may be formed without supplying hydrogen radicals.

・被覆工程においてZr(BHを窒化する活性化された窒素として窒素ラジカルを用いるようにした。これに限らず、被覆工程におけるイオンの衝撃がシリコン基板に形成された素子やZrBON膜の電気的特性等に影響しないのであれば、上記活性化された窒素として窒素イオンを用いるようにしてもよい。 In the coating step, nitrogen radicals were used as activated nitrogen for nitriding Zr (BH 4 ) 4 . Not limited to this, if the impact of ions in the coating process does not affect the electrical characteristics of the elements formed on the silicon substrate or the ZrBON film, nitrogen ions may be used as the activated nitrogen. .

・上述のように、被覆工程にて窒素イオンによってZr(BHを窒化するのであれば、成膜チャンバ23には、マイクロ波電源FG、照射管37、マイクロ波源38、及び導波管39に代えて高周波電源を設けるようにしてもよい。 As described above, if Zr (BH 4 ) 4 is nitrided by nitrogen ions in the coating process, the film forming chamber 23 includes a microwave power source FG, an irradiation tube 37, a microwave source 38, and a waveguide. Instead of 39, a high-frequency power source may be provided.

・被覆工程と酸化工程との組を繰り返す回数を5回とした。これに限らず、被覆工程と酸化工程との組を繰り返す回数は、1以上の任意の回数とすることができる。つまり、貫通孔Hに形成するバリア絶縁膜16の目標膜厚や被覆工程1回あたりに形成できるZrBN膜の厚さ等に応じて上記組を繰り返す回数を決めればよい。
・上記酸化工程では、ZrBN膜が、基板Sの表面及び貫通孔Hの内側面に形成されたZrBN膜の面方向及び厚さ方向の全体が酸化されることとしたが、酸化工程は、ZrBN膜の面方向の少なくとも一部、及び厚さ方向の少なくとも一部が酸化される条件にて行ってもよい。こうした条件にてZrBN膜の酸化を行ったとしても、ZrBN膜が酸化されていることから、少なからず絶縁性を有した膜とすることができる。
-The number of times of repeating the combination of the coating process and the oxidation process was set to 5 times. Not limited to this, the number of times of repeating the combination of the coating step and the oxidation step can be any number of one or more. That is, the number of times to repeat the above set may be determined according to the target film thickness of the barrier insulating film 16 formed in the through hole H, the thickness of the ZrBN film that can be formed per coating process, and the like.
In the above oxidation step, the ZrBN film is oxidized in the entire surface direction and thickness direction of the ZrBN film formed on the surface of the substrate S and the inner surface of the through hole H. You may carry out on the conditions on which at least one part of the surface direction of a film | membrane and at least one part of the thickness direction are oxidized. Even if the ZrBN film is oxidized under such conditions, since the ZrBN film is oxidized, a film having an insulating property can be obtained.

・上記バリア絶縁膜の形成方法では、上記成膜装置20の有する成膜チャンバ23において被覆工程を実施した後に、同成膜装置20の有する酸化チャンバ24において酸化工程を実施することによってバリア絶縁膜としてのZrBON膜を形成するようにした。これに限らず、被覆工程と酸化工程とを各別の装置にて実施することによって、ZrBON膜を形成するようにしてもよい。   In the method for forming the barrier insulating film, the barrier insulating film is formed by performing the covering process in the film forming chamber 23 of the film forming apparatus 20 and then performing the oxidizing process in the oxidation chamber 24 of the film forming apparatus 20. A ZrBON film was formed as follows. However, the present invention is not limited to this, and the ZrBON film may be formed by carrying out the coating process and the oxidation process with different apparatuses.

10…半導体装置、11…シリコン基板、12…配線層、13…絶縁層、14…接着層、15…シリコン貫通電極(TSV)、16…バリア絶縁膜、20…成膜装置、21…ロードロックチャンバ、22…コアチャンバ、22a…搬送ロボット、23…成膜チャンバ、24…酸化チャンバ、31…チャンバ本体、31S…成膜室、32…チャンバリッド、33…基板ステージ、34…昇降機構、35…排気ポンプ、36…シャワープレート、37…照射管、38…マイクロ波源、39…導波管、FG…マイクロ波電源、GP1,GP2…ガス通路、H…貫通孔、MFC1,MFC2,MFC3,MFC4…マスフローコントローラ、P1…排気ポート、P2…原料ガスポート、P3…励起ガスポート、S…基板、TK…原料タンク。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Semiconductor device, 11 ... Silicon substrate, 12 ... Wiring layer, 13 ... Insulating layer, 14 ... Adhesive layer, 15 ... Silicon penetration electrode (TSV), 16 ... Barrier insulating film, 20 ... Film-forming apparatus, 21 ... Load lock Chamber 22 22 Core chamber 22 a Transfer robot 23 Deposition chamber 24 Oxidation chamber 31 Chamber body 31 S Deposition chamber 32 Chamber lid 33 Substrate stage 34 Elevating mechanism 35 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Exhaust pump, 36 ... Shower plate, 37 ... Irradiation tube, 38 ... Microwave source, 39 ... Waveguide, FG ... Microwave power source, GP1, GP2 ... Gas passage, H ... Through hole, MFC1, MFC2, MFC3, MFC4 ... mass flow controller, P1 ... exhaust port, P2 ... source gas port, P3 ... excitation gas port, S ... substrate, TK ... source tank.

Claims (4)

シリコン基板が有する貫通電極用の孔の内側面にバリア絶縁膜を形成するバリア絶縁膜形成方法であって、
活性化した窒素とZr(BHとを前記シリコン基板に供給して該Zr(BHを窒素で窒化することにより前記孔の内側面をZrBN膜で覆う被覆工程と、
活性化した酸素として酸素ラジカルを前記ZrBN膜に供給して該ZrBN膜を酸化することにより前記孔の内側面にZrBON膜を形成する酸化工程と
を備えるバリア絶縁膜形成方法。
A barrier insulating film forming method for forming a barrier insulating film on an inner surface of a hole for a through electrode included in a silicon substrate,
A coating step of covering the inner surface of the hole with a ZrBN film by supplying activated nitrogen and Zr (BH 4 ) 4 to the silicon substrate and nitriding the Zr (BH 4 ) 4 with nitrogen;
An oxidation step of supplying an oxygen radical as activated oxygen to the ZrBN film to oxidize the ZrBN film to form a ZrBON film on the inner surface of the hole.
前記被覆工程と前記酸化工程との組を複数回繰り返す
請求項1に記載のバリア絶縁膜形成方法。
The barrier insulating film forming method according to claim 1, wherein the set of the covering step and the oxidizing step is repeated a plurality of times.
前記被覆工程では、
窒素ラジカル、水素ラジカル、及びZr(BHを前記基板に供給することにより前記ZrBN膜を形成す
請求項1又は2に記載のバリア絶縁膜形成方法。
In the coating step,
Nitrogen radicals, a barrier insulating film forming method according to claim 1 or 2 that forms the shape of the ZrBN film by supplying hydrogen radicals, and Zr (BH 4) 4 in the substrate.
前記被覆工程では、
ガスを励起して窒素ラジカルを生成するとともに、
ガスを励起して水素ラジカルを生成し、
ガスとHガスとの分圧比(PN2/PH2)を3<PN2/PH2<5とする
請求項に記載のバリア絶縁膜形成方法。
In the coating step,
N 2 gas is excited to generate nitrogen radicals,
Exciting H 2 gas to generate hydrogen radicals,
The barrier insulating film forming method according to claim 3 , wherein a partial pressure ratio (P N2 / P H2 ) between N 2 gas and H 2 gas is 3 <P N2 / P H2 <5.
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