JP6632470B2 - カーボン膜の成膜方法および成膜装置 - Google Patents

カーボン膜の成膜方法および成膜装置 Download PDF

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Description

本発明は、カーボン膜の成膜方法および成膜装置に関する。
次世代半導体デバイスのパターニング工程に用いられる材料の一つとしてカーボン（Ｃ）が注目されている。パターニング工程では段差形状に対する埋め込み性が良好であることが求められる。
段差形状に対する埋め込み性が良好な成膜手法として、塗布方式が検討されているが、耐熱性に問題がある。
一方、一般的に、カーボン膜の成膜方法としては、特許文献１に記載されているプラズマＣＶＤ法、あるいは特許文献２に記載されている熱ＣＶＤ法が知られている。
しかしながら、プラズマＣＶＤ法を用いてカーボン膜を成膜する場合には、成膜温度は低く抑えられるが（特許文献１によれば１００℃〜５００℃）、段差被覆性が良好でない。このため、プラズマＣＶＤ法は、ラインパターンやホールパターンなどの凹凸を有する下地上へのカーボン膜の成膜には不向きである。
また、熱ＣＶＤ法を用いてカーボン膜を成膜する場合には、段差被覆性は比較的良好であるが、成膜温度を高い温度（特許文献２によれば８００℃〜１０００℃）にしなければならず、成膜条件を最適化しても６５０〜８００℃が限界であり、例えば、シリコンウエハに形成されるトランジスタへの熱履歴の観点から、半導体装置の上層部分のプロセスへの適用には適さない。
このため、段差被覆性が比較的良好な熱ＣＶＤ法によりカーボン膜を成膜する際に、成膜原料として用いる炭化水素系カーボンソースガスの熱分解温度を降下させる、熱分解温度降下ガスを用いることが提案されている（特許文献３）。具体的には、熱分解温度降下ガスとしてＣｌ２ガス等のハロゲン含有ガスを用いることにより熱分解温度を降下させ、成膜温度を低下させることが提案されている。また、特許文献３には、カーボン膜の成膜前に、下地上にアミノシラン系ガスを供給して密着性を改善するためのシード層を形成することが記載されている。
特開２００２−１２９７２号公報 特開２０１２−１７５０２号公報 特開２０１４−３３１８６号公報
しかしながら、上記特許文献３の技術により、Ｃｌ２ガス等の熱分解温度降下ガスを用いて低温成膜を行う場合には、下地として例えばシリコン膜を用いると、アミノシラン系ガスによるシード層を形成しても、膜厚が１０ｎｍ程度で膜剥離を引き起こしてしまうほど密着性が悪化することがあることが判明した。
したがって、本発明は、熱分解温度降下ガスを用いて低温成膜を行う場合に、密着性が良好なカーボン膜を成膜することができるカーボン膜の成膜方法および成膜装置を提供することを課題とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために種々検討を重ねた。その結果、シード層としてボロンまたは窒化ボロンを用いることにより、Ｃｌ２ガス等の熱分解温度降下ガスと下地との反応を抑制することができ、下地に対する密着性悪化を抑制できることを見出した。
本発明はこのような知見に基づいて完成されたもので、第１の観点は、被処理体上にカーボン膜を成膜するカーボン膜の成膜方法であって、被処理体を処理室内に搬入する工程と、前記処理室内に、ボロン含有ガスを含むガスを供給し、前記被処理体の表面に、ボロン系薄膜からなるシード層を形成する工程と、
前記シード層を形成した後、前記処理室内に、炭化水素系カーボンソースガス、および、ハロゲン元素を含み、前記炭化水素系カーボンソースガスの熱分解温度を降下させる熱分解温度降下ガスを供給し、前記炭化水素系カーボンソースガスを、その熱分解温度よりも低い温度に加熱して熱分解させ、熱ＣＶＤにより前記被処理体上にカーボン膜を成膜する工程とを有し、前記カーボン膜はアモルファスカーボン膜であり、前記ボロン系薄膜からなるシード層は、前記被処理体の前記カーボン膜の下地と熱分解温度降下ガスのハロゲン元素との反応を抑制し、前記ボロン系薄膜からなるシード層を形成する際の成膜温度は、２００〜３００℃であることを特徴とするカーボン膜の成膜方法を提供する。
前記シード層を構成する前記ボロン系薄膜は、ボロン膜、または化学量論組成もしくはボロンリッチの窒化ボロン膜であることが好ましい。前記ボロン系薄膜がボロン膜の場合、ボロン含有ガスを含むガスとして、ボラン系ガスおよび三塩化ボロンガスの少なくとも１種を用い、前記ボロン系薄膜が化学量論組成もしくはボロンリッチの窒化ボロン膜である場合、前記ボロン含有ガスを含むガスとして、ボラン系ガスおよび三塩化ボロンガスの少なくとも１種、および窒化ガスを用いることができる。
前記ボロン系薄膜からなるシード層の厚さは０．５〜３．０ｎｍであることが好ましい。
前記カーボン膜を成膜する際の成膜温度は、３００〜６００℃であることが好ましい。
前記熱分解温度降下ガスとしては、Ｃｌ２ガスを用いることができる。
前記炭化水素系カーボンソースガスとしては、
ＣｎＨ２ｎ＋２
ＣｍＨ２ｍ
ＣｍＨ２ｍ−２
の少なくとも一つの分子式で表わされる炭化水素を含むガス（ただし、ｎは１以上の自然数、ｍは２以上の自然数）を好適に用いることができる。
本発明の第２の観点は、被処理体上に、カーボン膜を成膜する成膜装置であって、前記カーボン膜が形成される被処理体を収容する処理室と、前記処理室内に、処理に使用するガスを供給する処理ガス供給機構と、前記処理室内に収容された前記被処理体を加熱する加熱装置と、前記処理室内に被処理体を搬入する搬入機構と、上記第１の観点のカーボン膜の成膜方法が実施されるように、前記処理ガス供給機構、前記加熱装置、および前記搬入機構を制御する制御部とを具備することを特徴とするカーボン膜の成膜装置を提供する。
本発明の第３の観点は、コンピュータ上で動作し、カーボン膜の成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記第１の観点のカーボン膜の成膜方法が行われるように、コンピュータに前記カーボン膜の成膜装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。
本発明によれば、炭化水素系カーボンソースガスと、ハロゲン元素を含む熱分解温度降下ガスを用いてカーボン膜を成膜するに先立って、下地上にボロン系薄膜からなるシード層を形成することにより、ハロゲン元素と下地との反応を抑制することができ、密着性が良好なカーボン膜を成膜することができる。
本発明の成膜方法を実施することができる成膜装置の一例を概略的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るカーボン膜の成膜方法のフローを示すフロー図である。 本発明の一実施形態に係るカーボン膜の成膜方法を実施する際の工程断面図である。 シード層としてアミノシラン系シード層を用いた場合の反応モデルと、シード層としてボロン系薄膜を用いた場合の反応モデルを比較して説明する図である。 実験例におけるサンプルＡ〜Ｄのテープテストの結果を示す図およびその際のＳＥＭ写真である。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
＜本発明を実施するための装置の一例＞
図１は本発明の成膜方法を実施することができる成膜装置の一例を概略的に示す断面図である。
図１に示すように、成膜装置１００は、縦型のバッチ式成膜装置として構成され、有天井の円筒状の外壁１０１と、外壁１０１の内側に設けられ、円筒状の内壁１０２とを備えている。外壁１０１および内壁１０２は、例えば、石英製であり、内壁１０２の内側領域が、被処理体である半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）Ｗを複数枚一括して処理する処理室Ｓとなっている。
外壁１０１と内壁１０２とは環状空間１０４を隔てつつ水平方向に沿って互いに離れており、各々の下端部において、ベース材１０５に接合されている。内壁１０２の上端部は、外壁１０１の天井部から離隔されており、処理室Ｓの上方が環状空間１０４に連通されるようになっている。処理室Ｓの上方に連通される環状空間１０４は排気路となる。処理室Ｓに供給され、拡散されたガスは、処理室Ｓの下方から処理室Ｓの上方へと流れて、環状空間１０４に吸引される。環状空間１０４の、例えば、下端部には排気管１０６が接続されており、排気管１０６は、排気装置１０７に接続されている。排気装置１０７は真空ポンプ等を含んで構成され、処理室Ｓを排気し、また、処理室Ｓの内部の圧力を処理に適切な圧力となるように調節する。
外壁１０１の外側には、加熱装置１０８が、処理室Ｓの周囲を取り囲むように設けられている。加熱装置１０８は、処理室Ｓの内部の温度を処理に適切な温度となるように調節し、複数枚のウエハＷを一括して加熱する。
処理室Ｓの下方はベース材１０５に設けられた開口１０９に連通している。開口１０９には、例えば、ステンレススチールにより円筒状に成形されたマニホールド１１０がＯリング等のシール部材１１１を介して連結されている。マニホールド１１０の下端部は開口となっており、この開口を介してボート１１２が処理室Ｓの内部に挿入される。ボート１１２は、例えば、石英製であり、複数本の支柱１１３を有している。支柱１１３には、図示せぬ溝が形成されており、この溝により、複数枚の被処理基板が一度に支持される。これにより、ボート１１２は、被処理基板として複数枚、例えば、５０〜１５０枚のウエハＷを多段に載置することができる。複数のウエハＷを載置したボート１１２が、処理室Ｓの内部に挿入されることで、処理室Ｓの内部には、複数のウエハＷを収容することができる。
ボート１１２は、石英製の保温筒１１４を介してテーブル１１５の上に載置される。テーブル１１５は、例えば、ステンレススチール製の蓋部１１６を貫通する回転軸１１７上に支持される。蓋部１１６は、マニホールド１１０の下端部の開口を開閉する。蓋部１１６の貫通部には、例えば、磁性流体シール１１８が設けられ、回転軸１１７を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部１１６の周辺部とマニホールド１１０の下端部との間には、例えば、Ｏリングよりなるシール部材１１９が介設され、処理室Ｓの内部のシール性を保持している。回転軸１１７は、例えば、ボートエレベータ等の昇降機構（図示せず）に支持されたアーム１２０の先端に取り付けられている。これにより、ウエハボート１１２および蓋部１１６等は、一体的に鉛直方向に昇降されて処理室Ｓに対して挿脱される。
成膜装置１００は、処理室Ｓの内部に、処理に使用するガスを供給する処理ガス供給機構１３０を有している。
本例の処理ガス供給機構１３０は、炭化水素系カーボンソースガス供給源１３１ａ、熱分解温度降下ガス供給源１３１ｂ、不活性ガス供給源１３１ｃ、およびシードガス供給源１３１ｄを含んでいる。
炭化水素系カーボンソースガス供給源１３１ａは流量制御器（ＭＦＣ）１３２ａおよび開閉弁１３３ａを介してガス供給口１３４ａに接続されている。同様に、熱分解温度降下ガス供給源１３１ｂは流量制御器（ＭＦＣ）１３２ｂおよび開閉弁１３３ｂを介してガス供給口１３４ｂに接続され、不活性ガス供給源１３１ｃは流量制御器（ＭＦＣ）１３２ｃおよび開閉弁１３３ｃを介してガス供給口１３４ｃに接続され、シードガス供給源１３１ｄは流量制御器（ＭＦＣ）１３２ｄおよび開閉弁１３３ｄを介してガス供給口１３４ｄに接続されている。ガス供給口１３４ａ〜１３４ｄはそれぞれ、マニホールド１１０の側壁を水平方向に沿って貫通するように設けられ、供給されたガスを、マニホールド１１０の上方にある処理室Ｓの内部に向けて拡散させる。
炭化水素系カーボンソースガス供給源１３１ａから供給される炭化水素系カーボンソースガスは、熱ＣＶＤ法によりカーボン膜を成膜するためのガスである。
炭化水素系カーボンソースガスとしては、
ＣｎＨ２ｎ＋２
ＣｍＨ２ｍ
ＣｍＨ２ｍ−２
の少なくとも一つの分子式で表わされる炭化水素を含むガスを挙げることができる（ただし、ｎは１以上の自然数、ｍは２以上の自然数）。
また、炭化水素系カーボンソースガスとしては、
ベンゼンガス（Ｃ６Ｈ６）
が含まれていてもよい。
分子式ＣｎＨ２ｎ＋２で表わされる炭化水素としては、
メタンガス（ＣＨ４）
エタンガス（Ｃ２Ｈ６）
プロパンガス（Ｃ３Ｈ８）
ブタンガス（Ｃ４Ｈ１０：他の異性体も含む）
ペンタンガス（Ｃ５Ｈ１２：他の異性体も含む）
などを挙げることができる。
分子式ＣｍＨ２ｍで表わされる炭化水素としては、
エチレンガス（Ｃ２Ｈ４）
プロピレンガス（Ｃ３Ｈ６：他の異性体も含む）
ブチレンガス（Ｃ４Ｈ８：他の異性体も含む）
ペンテンガス（Ｃ５Ｈ１０：他の異性体も含む）
などを挙げることができる。
分子式ＣｍＨ２ｍ−２で表わされる炭化水素としては、
アセチレンガス（Ｃ２Ｈ２）
プロピンガス（Ｃ３Ｈ４：他の異性体も含む）
ブタジエンガス（Ｃ４Ｈ６：他の異性体も含む）
イソプレンガス（Ｃ５Ｈ８：他の異性体も含む）
などを挙げることができる。
熱分解温度降下ガス供給源１３１ｂから供給される熱分解温度降下ガスとして、ハロゲン元素を含むガスを用いる。ハロゲン元素を含むガスは、その触媒機能により、炭化水素系カーボンソースガスの熱分解温度を降下させ、熱ＣＶＤ法によるカーボン膜の成膜温度を低下させる機能を有する。
ハロゲン元素には、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）が含まれる。ハロゲン元素を含むガスは、ハロゲン元素単体、すなわち単体のフッ素（Ｆ２）ガス、単体の塩素（Ｃｌ２）ガス、単体の臭素（Ｂｒ２）ガス、および単体のヨウ素（Ｉ２）ガスであっても、これらを含む化合物であってもよいが、ハロゲン元素単体は、熱分解のための熱が不要であり、炭化水素系カーボンソースガスの熱分解温度を降下させる効果が高いという利点がある。また上記ハロゲン元素の中で、フッ素は反応性が高く成膜されるカーボン膜の表面粗さや平坦性を損なう可能性がある。このため、ハロゲン元素としては、フッ素を除く、塩素、臭素、およびヨウ素が好ましい。これらの中では、取扱い性の観点からは塩素が好ましい。
不活性ガス供給源１３１ｃから供給される不活性ガスは、パージガスや希釈ガスとして用いられる。不活性ガスとしては、例えばＮ２ガスや、Ａｒガス等の希ガスを用いることができる。
シードガス供給源１３１ｄから供給されるシードガスは、カーボン膜の成膜に先立って、下地上に、下地とカーボン膜との密着性を改善するためのシード層を形成するためのものである。シード層としてはボロン系薄膜を用いる。ボロン系薄膜としてはボロン、または化学量論組成もしくはボロンリッチの窒化ボロンが好ましい。
シードガスとしてはボロン含有ガスを含むガスが用いられる。シードガスとして用いられるボロン含有ガスとしては、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）ガスに代表されるボラン系のガスや、三塩化ボロン（ＢＣｌ３）ガスを用いることができる。これらの中では、Ｂ２Ｈ６ガスが好適である。ボロン系薄膜が窒化ボロンの場合には、ボロン含有ガスに加え窒化ガスを用いる。窒化ガスとしてはアンモニア（ＮＨ３）ガスを好適に用いることができる。窒化ガスとしては、他に、有機アミンガス、ヒドラジンガスを用いることができる。窒化ガスを用いる場合は、窒化ガス供給源を別個に設け、別個の流量制御器（ＭＦＣ）および開閉弁を介して別個のガス供給口から窒化ガスを処理室Ｓ内に供給することが好ましい。
成膜装置１００は制御部１５０を有している。制御部１５０は、例えば、マイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるプロセスコントローラ１５１を備えており、成膜装置１００の各構成部の制御は、プロセスコントローラ１５１が行う。プロセスコントローラ１５１には、ユーザーインターフェース１５２と、記憶部１５３とが接続されている。
ユーザーインターフェース１５２は、オペレータが成膜装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うためのタッチパネルディスプレイやキーボードなどを含む入力部、および成膜装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイなどを含む表示部を備えている。
記憶部１５３は、成膜装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ１５１の制御にて実現するための制御プログラムや、成膜装置１００の各構成部に処理条件に応じた処理を実行させるためのプログラムを含んだ、いわゆるプロセスレシピが格納される。プロセスレシピは、記憶部１５３の中の記憶媒体に記憶される。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤ-ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、プロセスレシピは、他の装置から、例えば専用回線を介して適宜伝送させるようにしてもよい。
プロセスレシピは、必要に応じてユーザーインターフェース１５２からのオペレータの指示等にて記憶部１５３から読み出され、プロセスコントローラ１５１は、読み出されたプロセスレシピに従った処理を成膜装置１００に実行させる。
＜カーボン膜の成膜方法＞
次に、図１の成膜装置により実施される、本発明のカーボン膜の成膜方法の一実施形態について説明する。
図２は本発明の一実施形態に係るカーボン膜の成膜方法のフローを示すフロー図、図３はその際の工程断面図である。
まず、例えば、図３（ａ）に示すような、上部に所定の構造（図示略）が形成されたシリコン基体１の上にシリコン酸化膜２が形成され、さらにその上にアモルファスシリコン膜３が形成されたウエハＷを、複数枚、例えば５０〜１５０枚ウエハボート１１２に搭載し、そのウエハボート１１２を成膜装置１００内の処理室Ｓ内に下方から挿入することにより、複数のウエハＷを処理室Ｓに搬入する（ステップ１）。そして、蓋部１１６でマニホールド１１０の下端開口部を閉じることにより処理室Ｓ内を密閉空間とする。この状態で処理室Ｓ内を真空引きして所定の減圧雰囲気に維持するととともに、加熱装置１０８への供給電力を制御して、ウエハ温度を上昇させてプロセス温度に維持し、ウエハボート１１２を回転させた状態とする。
その状態で、最初に、シードガス供給源１３１ｄからシードガスとしてボロン含有ガスを含むガスを供給してウエハ表面（下地であるアモルファスシリコン膜３の表面）に吸着させ、密着性を改善するためのシード層４を形成する（ステップ２、図３（ｂ））。
ステップ２においては、シードガス供給源１３１ｄから供給されるボロン含有ガスとして、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）ガスに代表されるボラン系のガスや、三塩化ボロン（ＢＣｌ３）ガスを用いて、シード層４としてボロン系薄膜を形成する。
ボロン系薄膜としてはボロン単体からなるボロン膜、または化学量論組成もしくはボロンリッチのボロン窒化膜を好適に用いることができる。ボロン膜の場合は、ボロン含有ガスを含むガスとして、上記ボロン含有ガスのみを用いて熱分解により成膜することができる。一方、ボロン窒化膜の場合は、ボロン含有ガスを含むガスとして、上記ボロン含有ガスの他、アンモニア（ＮＨ３）ガス、有機アミンガス、ヒドラジンガス等の窒化ガスを用いる。ボロン含有ガスとしてはＢ２Ｈ６ガスが好ましく、窒化ガスとしてはＮＨ３ガスが好ましい。
ステップ２のシード層４の形成の際の被処理体であるウエハＷの温度は、膜形成が可能であり、かつ良好な制御性を有する観点から、２００〜３００℃が好ましい。
ステップ２のシード層４の形成の後、処理室Ｓ内をパージし、プラズマアシストを用いない熱ＣＶＤによりカーボン膜５の成膜処理を行う（ステップ３、図３（ｃ））。
ステップ３の熱ＣＶＤによるカーボン膜の成膜処理においては、炭化水素系カーボンソースガス供給源１３１ａから炭化水素系カーボンソースガスとして、炭化水素を含むガス、例えばＣ５Ｈ８ガスを処理室Ｓに供給するとともに、熱分解温度降下ガス供給源１３１ｂから熱分解温度降下ガスとして、ハロゲン含有ガス、例えばＣｌ２ガスを供給し、炭化水素系カーボンソースガスを、その熱分解温度よりも低い所定温度に加熱して熱分解させ、熱ＣＶＤによりウエハＷの表面にカーボン膜を成膜する。
カーボン膜の成膜が終了した後、処理室Ｓを排気装置１０７により排気するとともに、不活性ガス供給源１３１ｃから処理室Ｓにパージガスとして例えばＮ２ガスを供給して処理室Ｓのパージを行い、その後処理室Ｓを大気圧に戻した後、ウエハボート１１２を降下させてウエハＷを搬出する。
本実施形態では、カーボン膜成膜の際に、熱分解温度降下ガスを用いることにより、その触媒効果によって炭化水素系カーボンソースガスの熱分解温度を降下させ、カーボンソースガスの熱分解温度未満の温度でカーボン膜を成膜する。すなわち、従来、炭化水素系カーボンソースガスを用いた熱ＣＶＤ法におけるカーボン膜の成膜に必要であった６５０℃以上（特許文献２では８００〜１０００℃、条件の適正化により６５０〜８００℃）という温度を、より低い温度に低下させることができ、３００℃程度という低温での成膜も可能となる。
ところで、上述した特許文献３には、熱分解温度降下ガスを構成するハロゲン元素を含むガスとしてＣｌ２ガスを用いることにより、炭化水素系カーボンソースガス（ＣｘＨｙ）例えばエチレンガス（Ｃ２Ｈ４）から水素（Ｈ）を引き抜いてエチレンガスを分解することができるという効果が記載されている。すなわち、カーボン膜成膜の際に、塩素（Ｃｌ）のようなハロゲン元素は、表層のＨを引き、例えばＨＣｌとして排気される。このため、Ｈが脱離することでダングリングボンドを生成し、そのダングリングボンドが成膜に寄与する。また、下地とカーボン膜との間のシード層としてアミノシラン系ガスを吸着させたものを用いることにより、下地とカーボン膜との間の密着性が改善されるとしている。
しかし、下地としてシリコン膜を用いる場合には、シード層としてアミノシラン系ガスを吸着させても、成膜温度が３５０℃程度以上では、膜厚が１０ｎｍ程度の薄いカーボン膜でさえも膜剥離を引き起こしてしまうほど密着性が悪化してしまうことが判明した。
すなわち、熱分解温度降下ガスとしてＣｌ２ガスを用いると、Ｃｌは反応性が高いため、下地の材質によっては、アミノシラン系シード層が存在しても図４（ａ）に示すように、Ｃｌがダングリングボンドをターミネートしやすく、これによりカーボンの吸着サイトとなるダングリングボンド活性化サイトが減少してＣの吸着阻害が生じ、そのため、１０ｎｍ程度の薄い膜厚でも密着性の悪化を引き起こすのである。
これに対して、本実施形態では、シード層４としてボロン系薄膜を用いるので、下地のシリコン膜との反応性の違いから密着性の悪化が生じ難い。すなわち、シード層４としてボロン系薄膜を用いることによりＣｌとの反応性が抑えられ、図４（ｂ）に示すように、Ｃｌがダングリングボンドをターミネートし難くなる。このため、カーボンの吸着サイトとなるダングリングボンド活性化サイトは減少し難く、吸着阻害によるカーボン膜の密着性悪化が生じ難い。このため、下地によらず密着性の良好なカーボン膜を成膜することができる。また、ボロン系薄膜からなるシード層によりＣｌによるダメージも抑制される。このような効果を得る観点から、シード層４を構成するボロン系薄膜の厚さは、０．５〜３．０ｎｍの範囲であることが好ましい。
ステップ２およびステップ３の好ましい条件は、以下の通りである。
・ステップ２
成膜温度：２００〜３００℃
処理室内の圧力：０．１〜５．０Ｔｏｒｒ（１３．３〜６６６．７Ｐａ）
ガス流量：
ボロン膜の場合
Ｂ２Ｈ６ガス流量：１００〜１０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
窒化ボロン膜の場合
Ｂ２Ｈ６ガス流量：１００〜１０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
ＮＨ３ガス流量：１００〜１０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・ステップ３
成膜温度：３００〜６００℃（より好ましくは３５０〜４００℃）
処理室内の圧力：１〜１００Ｔｏｒｒ（１３３〜１３３００Ｐａ）
炭化水素系カーボンソースガス流量：１００〜２０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
熱分解温度降下ガス流量：２０〜２００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
炭化水素系カーボンソースガス／熱分解温度降下ガス流量比（分圧比）：２〜１００
カーボン膜の膜厚：２．０〜５００ｎｍ
また、実際の製造条件例は以下の通りである。
・ステップ２
ボロン含有ガス：Ｂ２Ｈ６
窒化ガス：ＮＨ３
ガス流量比：Ｂ２Ｈ６／ＮＨ３＝７００／１００ｓｃｃｍ
成膜温度：３００℃
処理室内圧力：０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）
シード層の厚さ：１．０ｎｍ
・ステップ３
炭化水素系カーボンソースガス：ブタジエン（Ｃ４Ｈ６）
熱分解温度降下ガス：Ｃｌ２
ガス流量比：Ｃ４Ｈ６／Ｃｌ２＝１００／５０ｓｃｃｍ
成膜温度：３５０℃
処理室内圧力：１．５Ｔｏｒｒ（２００Ｐａ）
カーボン膜の膜厚：１００ｎｍ
なお、図３の例では、被処理体として、シリコン基体の上にシリコン酸化膜が形成され、さらにその上にアモルファスシリコン膜が形成されたウエハを用いた場合を示したが被処理体の構造はこのような構造に限定されない。
＜実験例＞
以下、実験例について説明する。
ここでは、ベアシリコンウエハ上に下地として、それぞれ熱酸化膜（Ｔｈ−Ｏｘ）、アモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ）、ボロンシリコン膜（ＢＳｉＬＴ）、ＳｉＮ膜（ＳｉＮ）を形成し、その上にシード層として窒化ボロン膜を形成した後、炭化水素系カーボンソースガスとしてブタジエン（Ｃ４Ｈ６）を用い、熱分解温度降下ガスとしてＣｌ２ガスを用いてアモルファスカーボン膜を成膜したサンプルＡ〜Ｄについて、テープテストによりカーボン膜の密着性を把握した。比較のために、ベアシリコンウエハ上に直接アミノシラン系ガスによるシード層を形成し、その上に同様にアモルファスカーボン膜を成膜したサンプルＥ、および下地としてＳｉＯ２膜を形成し、その上にアミノシラン系ガスによるシード層を形成した後、その上に同様にアモルファスカーボン膜を成膜したサンプルＦについても同様にテープテストによりカーボン膜の密着性を把握した。
アモルファスカーボン膜の成膜条件はいずれのサンプルも以下のとおりである。
Ｃ４Ｈ６ガス流量：１００ｓｃｃｍ
Ｃｌ２ガス流量：５０ｓｃｃｍ
成膜温度：３５０℃
処理室内圧力：１．５Ｔｏｒｒ（２００Ｐａ）
膜厚：５０ｎｍ
また、サンプルＡ〜Ｄにおけるシード層としての窒化ボロン膜の成膜条件は以下のとおりである。
Ｂ２Ｈ６ガス流量：７００ｓｃｃｍ
ＮＨ３ガス流量：１００ｓｃｃｍ
成膜温度：３００℃
処理室内圧力：０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）
時間：２．５ｍｉｎ
シード層の厚さ：１ｎｍ未満
また、サンプルＥ、Ｆにおけるアミノシラン系ガスによるシード層の形成条件は以下のとおりである。
アミノシラン系ガス：ＢＴＢＡＳ（ビスターシャリブチルアミノシラン）
流量：１００ｓｃｃｍ
処理温度：４００℃
処理室内圧力：０．１Ｔｏｒｒ（１３Ｐａ）
処理時間：５ｍｉｎ
テープテストは、JIS K 5600-5-6（クロスカット法）の条件で行い、膜剥がれの有無により評価した。
サンプルＥは、エッチング反応によりシリコンウエハがダメージを受け、テープテストまで至らなかった。またサンプルＦはテープテストによりＮＧであった。
これに対し、サンプルＡ〜Ｄについては、図５に示すように、いずれもテープテストでＯＫであり、ＳＥＭ写真からもカーボン膜の密着性が良好であり、Ｓｉへのダメージも生じていないことが確認された。
＜他の適用＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、この発明は、上記の実施形態に限定されることはなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
例えば、上記実施形態においては、縦型バッチ式の成膜装置を用いてカーボン膜を成膜する例を示したが、枚葉式の成膜装置を用いることも可能であるし、縦型以外のバッチ式成膜装置を用いることも可能である。
また、上記実施形態では、被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、半導体ウエハに限定されず、液晶表示装置等のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）に用いるガラス基板や、セラミック基板等の他の被処理体にも本発明を適用することができることはいうまでもない。
１；シリコン基体
２；シリコン酸化膜
３；アモルファスシリコン膜
４；シード層
５；カーボン膜
１００；成膜装置
１０７；排気装置
１１２；ウエハボート
１３０；処理ガス供給機構
１３１ａ；炭化水素系カーボンソースガス供給源
１３１ｂ；熱分解温度降下ガス供給源
１３１ｄ；シードガス供給源
１５０；制御部
Ｓ；処理室
Ｗ；半導体ウエハ（被処理体）

Claims (10)

  1. 被処理体上にカーボン膜を成膜するカーボン膜の成膜方法であって、
    被処理体を処理室内に搬入する工程と、
    前記処理室内に、ボロン含有ガスを含むガスを供給し、前記被処理体の表面に、ボロン系薄膜からなるシード層を形成する工程と、
    前記シード層を形成した後、前記処理室内に、炭化水素系カーボンソースガス、および、ハロゲン元素を含み、前記炭化水素系カーボンソースガスの熱分解温度を降下させる熱分解温度降下ガスを供給し、前記炭化水素系カーボンソースガスを、その熱分解温度よりも低い温度に加熱して熱分解させ、熱ＣＶＤにより前記被処理体上にカーボン膜を成膜する工程と
    を有し、
    前記カーボン膜はアモルファスカーボン膜であり、
    前記ボロン系薄膜からなるシード層は、前記被処理体の前記カーボン膜の下地と熱分解温度降下ガスのハロゲン元素との反応を抑制し、前記ボロン系薄膜からなるシード層を形成する際の成膜温度は、２００〜３００℃であることを特徴とするカーボン膜の成膜方法。
  2. 前記シード層を構成する前記ボロン系薄膜は、ボロン膜、または化学量論組成もしくはボロンリッチの窒化ボロン膜であることを特徴とする請求項１に記載のカーボン膜の成膜方法。
  3. 前記ボロン系薄膜がボロン膜の場合、ボロン含有ガスを含むガスとして、ボラン系ガスおよび三塩化ボロンガスの少なくとも１種を用いることを特徴とする請求項２に記載のカーボン膜の成膜方法。
  4. 前記ボロン系薄膜が化学量論組成もしくはボロンリッチの窒化ボロン膜である場合、前記ボロン含有ガスを含むガスとして、ボラン系ガスおよび三塩化ボロンガスの少なくとも１種、および窒化ガスを用いることを特徴とする請求項２に記載のカーボン膜の成膜方法。
  5. 前記ボロン系薄膜からなるシード層の厚さは、０．５〜３．０ｎｍであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のカーボン膜の成膜方法。
  6. 前記カーボン膜を成膜する際の成膜温度は、３００〜６００℃であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のカーボン膜の成膜方法。
  7. 前記熱分解温度降下ガスは、Ｃｌ２ガスであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のカーボン膜の成膜方法。
  8. 前記炭化水素系カーボンソースガスが、
    ＣｎＨ２ｎ＋２
    ＣｍＨ２ｍ
    ＣｍＨ２ｍ−２
    の少なくとも一つの分子式で表わされる炭化水素を含むガス（ただし、ｎは１以上の自然数、ｍは２以上の自然数）であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のカーボン膜の成膜方法。
  9. 被処理体上に、カーボン膜を成膜する成膜装置であって、
    前記カーボン膜が形成される被処理体を収容する処理室と、
    前記処理室内に、処理に使用するガスを供給する処理ガス供給機構と、
    前記処理室内に収容された前記被処理体を加熱する加熱装置と、
    前記処理室内に被処理体を搬入する搬入機構と、
    上記請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のカーボン膜の成膜方法が実施されるように、前記処理ガス供給機構、前記加熱装置、および前記搬入機構を制御する制御部と
    を具備することを特徴とするカーボン膜の成膜装置。
  10. コンピュータ上で動作し、カーボン膜の成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項１から請求項８のいずれかのカーボン膜の成膜方法が行われるように、コンピュータに前記カーボン膜の成膜装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。
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