JP6950315B2 - Film formation method, boron film, and film formation equipment - Google Patents
Film formation method, boron film, and film formation equipment Download PDFInfo
- Publication number
- JP6950315B2 JP6950315B2 JP2017138289A JP2017138289A JP6950315B2 JP 6950315 B2 JP6950315 B2 JP 6950315B2 JP 2017138289 A JP2017138289 A JP 2017138289A JP 2017138289 A JP2017138289 A JP 2017138289A JP 6950315 B2 JP6950315 B2 JP 6950315B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- gas
- boron
- plasma
- reaction gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Description
本発明は、半導体装置に用いられるボロン膜に関する。 The present invention relates to a boron film used in a semiconductor device.
近年、VLSIプロセスの微細化が進み、半導体素子の微細化と同時に立体的に素子を構築する技術が進められている。このため、薄膜の積層数が増加し、例えば3次元NANDを用いたフラッシュメモリにおいては、酸化珪素(SiO2)膜を含み、厚さが1μm以上の厚い積層膜をドライエッチングする工程が必要となっている。このドライエッチングの際、ハードマスクとして、従来はアモルファスシリコンやアモルファスカーボンが用いられているが、これらは被エッチング層を構成するSiN・SiO複合膜とのエッチング選択性が十分ではなく、ドライエッチング耐性が不十分である。 In recent years, the miniaturization of VLSI processes has progressed, and at the same time as the miniaturization of semiconductor devices, the technology for constructing elements three-dimensionally has been promoted. For this reason, the number of laminated thin films increases, and for example, in a flash memory using three-dimensional NAND, a step of dry etching a thick laminated film containing a silicon oxide (SiO 2 ) film and having a thickness of 1 μm or more is required. It has become. Amorphous silicon and amorphous carbon have been conventionally used as hard masks during this dry etching, but these do not have sufficient etching selectivity with the SiN / SiO composite film constituting the layer to be etched, and are resistant to dry etching. Is inadequate.
このため、ドライエッチング耐性が強く、高いエッチング選択比を備えた新たなハードマスク材料の開発が求められている。ボロン系膜は、ドライエッチング耐性が高く、かつ絶縁膜材料としては誘電率が低い等の種々の優れた特性を有しており、種々のアプリケーション(用途)への適用が検討されている。 例えば、特許文献1、2には、ボロン系膜として窒化ボロン膜をエッチングの際のハードマスクに適用することが記載されている。しかし、ボロン系膜の中でボロン膜は種々の可能性がある膜でありながら、半導体装置へはほとんど適用されていない。
Therefore, the development of a new hard mask material having strong dry etching resistance and a high etching selectivity is required. Boron-based films have various excellent properties such as high dry etching resistance and low dielectric constant as an insulating film material, and their application to various applications is being studied. For example,
特許文献3には、電気音響変換器用振動体をホウ素で形成するために、ホウ素あるいはホウ素化合物の溶射皮膜上に化学蒸着法(CVD:Chemical Vapor Deposition)によりホウ素層を、原料ガスとして三塩化ホウ素と水素の混合ガスを用いて900℃〜1200℃で形成する技術が記載されている。また、特許文献4には、ボラン錯体と不活性有機媒体の混合物中に不活性ガスを通気して得た気体混合物を加熱し、その中のボラン錯体を200℃〜600℃で熱分解して、基体上にホウ素を堆積させる技術が記載されている。しかしながら、特許文献3及び特許文献4は、いずれも半導体装置に関するものではない。
In
また非特許文献1には、プラズマCVDを用いたシリコン基板上へのボロン膜の形成に係る基礎的研究が記載されているが、ハードマスクに好適なボロン膜を成膜可能な条件は開示されていない。 Further, Non-Patent Document 1 describes a basic study on the formation of a boron film on a silicon substrate using plasma CVD, but discloses conditions under which a boron film suitable for a hard mask can be formed. Not.
この他、特許文献5には、ハードマスクなどとして利用される「ホウ素リッチ膜」と名付けられた膜の成膜に係る記載がある。特許文献5には、このホウ素リッチ膜は、ホウ素含有量が60%より大きく、水素、酸素、炭素または窒素など他の成分の含有量が1〜40%の範囲であり、ハードマスクとして利用する場合には、他の成分の含有量は5%未満とすることができる旨の記載がある(請求項1、11、段落0007、0008)。
In addition,
しかしながら特許文献5には、54〜66%の濃度範囲でホウ素を含むホウ素リッチ膜の成膜を行い、その特性評価を行った結果しか実例が示されていないところ、当該特許文献5の記載に基づいて、より高濃度のホウ素を含むホウ素リッチ膜を成膜することが実際に可能であるのかは明らかでない(段落0024〜0030)。
またホウ素濃度が54%のホウ素リッチ膜について、フーリエ変換赤外分光法(FT−IR)分析を行った結果によれば、B−OH(ホウ素−ヒドロキシ基結合)、B−H(ホウ素−水素結合)、B−N(ホウ素−窒素結合)といった複数種類の結合に対応するピークが確認され、その中でも最大ものはB−Nに対応するピークであった(図6)。これは、特許文献5に記載の技術に基づいて実際に成膜されたホウ素リッチ膜が、従来ハードマスクとして用いられている窒化ボロン膜に過ぎないことを示している。
However,
According to the results of Fourier conversion infrared spectroscopy (FT-IR) analysis on a boron-rich film having a boron concentration of 54%, B-OH (boron-hydroxy group bond) and B-H (boron-hydrogen) Peaks corresponding to a plurality of types of bonds such as bond) and BN (boron-nitrogen bond) were confirmed, and the largest of them was the peak corresponding to BN (Fig. 6). This indicates that the boron-rich film actually formed based on the technique described in
本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、半導体装置に適用して有用なボロン膜を500℃以下の低温下で成膜させ得る方法を提供することである。 The present invention has been made based on such circumstances, and an object of the present invention is to provide a method capable of forming a useful boron film in a semiconductor device at a low temperature of 500 ° C. or lower.
本発明の成膜方法は、半導体装置を形成するための基板に成膜された酸化珪素膜を含む膜をガスによりエッチングして凹部を形成する時にマスクとして用いられ、硝酸水溶液により前記酸化珪素膜を含む膜から除去されるボロン膜を前記基板に成膜する成膜方法であって、ボロン含有ガスを含む反応ガスを、0.67Pa〜33.3Pa(5mTorr〜250mTorr)の範囲内の圧力に調整された処理雰囲気でプラズマ化して、前記基板を60℃以上、300℃未満の範囲内の温度に加熱した状態で前記基板上にボロン膜を成膜することを特徴とする。 The film forming method of the present invention is used as a mask when a film containing a silicon oxide film formed on a substrate for forming a semiconductor device is etched with a gas to form a recess, and the silicon oxide film is formed by an aqueous nitrate solution. This is a film forming method for forming a boron film removed from a film containing boron on the substrate, and the reaction gas containing the boron-containing gas is adjusted to a pressure in the range of 0.67 Pa to 33.3 Pa (5 mTorr to 250 mTorr). It is characterized in that a boron film is formed on the substrate in a state where the substrate is heated to a temperature within the range of 60 ° C. or higher and lower than 300 ° C. by converting it into plasma in a adjusted processing atmosphere .
さらに、他の発明に係る成膜装置は、半導体装置を形成するための基板に成膜された酸化珪素膜を含む膜をガスによりエッチングして凹部を形成する時にマスクとして用いられ、硝酸水溶液により前記酸化珪素膜を含む膜から除去されるボロン膜を前記基板に成膜する成膜装置であって、
内部を真空排気するための真空排気部に接続され、前記基板が載置される載置部を備えた処理容器と、
前記載置部に載置された基板上にボロン膜を成膜するために、前記処理容器内にボロン含有ガスを含む反応ガスを供給するための反応ガス供給部と、
前記処理容器内に供給された反応ガスをプラズマ化するためのプラズマ形成部と、
前記反応ガスがプラズマ化される際に、前記真空排気部によって真空排気される処理容器内の処理雰囲気を、0.67Pa〜33.3Pa(5mTorr〜250mTorr)の範囲内の圧力に調整するための圧力調整部と、
前記反応ガスがプラズマ化される際に、前記載置部に載置された基板を60℃以上、300℃未満の範囲内の温度に加熱する加熱部と、を備えることを特徴とする。
Further, the film forming apparatus according to another invention is used as a mask when a film containing a silicon oxide film formed on a substrate for forming a semiconductor apparatus is etched with a gas to form a recess, and is used as a mask by an aqueous nitrate solution. A film forming apparatus for forming a boron film removed from a film containing the silicon oxide film on the substrate.
The internal is connected to a vacuum exhaust unit for evacuating the processing container provided with a mounting portion in which the substrate is mounted,
A reaction gas supply unit for supplying a reaction gas containing a boron-containing gas into the processing container in order to form a boron film on a substrate placed on the above-described mounting unit, and a reaction gas supply unit.
A plasma forming unit for converting the reaction gas supplied into the processing container into plasma, and
To adjust the processing atmosphere in the processing container vacuum-exhausted by the vacuum exhaust unit to a pressure in the range of 0.67 Pa to 33.3 Pa (5 mTorr to 250 mTorr) when the reaction gas is turned into plasma. Pressure regulator and
When the reaction gas is turned into plasma, it is characterized by including a heating unit that heats the substrate placed on the above-mentioned storage unit to a temperature within the range of 60 ° C. or higher and lower than 300 ° C.
本発明によれば、ボロン含有ガスを含む反応ガスをプラズマ化して、基板上にボロン膜を成膜している。プラズマのエネルギーを利用して成膜することにより、プラズマを用いず熱エネルギーを利用して成膜する場合に比べて、成膜処理時のプロセス温度を下げ、熱履歴を少なくすることができる。また、0.67Pa〜33.3Pa(5mTorr〜250mTorr)の範囲内の圧力に調整された処理雰囲気でプラズマを利用することにより、同じ成膜温度であれば、熱CVD法により得られた膜に対して、表面粗さの増大を抑えつつ膜質を緻密化することができる。緻密化された膜は、同じ組成であっても、エッチング耐性が強く、高いエッチング選択比を備える良質な膜となる。このように、成膜温度を低温化しつつ、膜質の良好なボロン膜を成膜することができる。 According to the present invention, a reaction gas containing a boron-containing gas is turned into plasma to form a boron film on a substrate. By forming a film using the energy of plasma, the process temperature during the film forming process can be lowered and the thermal history can be reduced as compared with the case where the film is formed using thermal energy without using plasma. Further, by using plasma in a processing atmosphere adjusted to a pressure in the range of 0.67 Pa to 33.3 Pa (5 mTorr to 250 mTorr), if the film formation temperature is the same, the film obtained by the thermal CVD method can be obtained. On the other hand, the film quality can be densified while suppressing an increase in surface roughness. Even if the densified film has the same composition, it is a high-quality film having strong etching resistance and a high etching selectivity. In this way, it is possible to form a boron film having good film quality while lowering the film formation temperature.
本発明は、ボロン膜(B膜)をプラズマCVD装置を用いて成膜するものである。ボロン膜とはボロン単体の膜であるが、原料によって、水素(H)、酸素(O)、炭素(C)等の微量の不純物が含まれる。これら不純物は、成膜処理時に処理雰囲気に存在する成分がボロン膜に取り込まれたものであり、積極的にボロン膜に添加されるものではない。以下、ボロン膜の成膜に用いられる成膜装置の一例について、図1及び図2を参照して説明する。 In the present invention, a boron film (B film) is formed by using a plasma CVD apparatus. The boron film is a film of elemental boron, but contains trace impurities such as hydrogen (H), oxygen (O), and carbon (C) depending on the raw material. These impurities are those in which the components existing in the treatment atmosphere during the film forming treatment are incorporated into the boron film, and are not positively added to the boron film. Hereinafter, an example of a film forming apparatus used for forming a boron film will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
図1は、成膜装置1の要部を示す縦断側面図である。この成膜装置1は、その内部で基板である半導体ウエハ(以下「ウエハ」という)Wに成膜処理を行うための例えば円筒状に構成された処理容器2を備えている。この処理容器2の内部には、ウエハWを載置するための載置台(載置部)3が設けられており、この載置台3は例えば平面形状が円形に構成されている。
FIG. 1 is a vertical sectional side view showing a main part of the film forming apparatus 1. The film forming apparatus 1 includes, for example, a
処理容器2の上部側は開口しており、この開口部には、載置台3と対向するようにプラズマ生成機構(プラズマ形成部)4が設けられている。プラズマ生成機構4は、マイクロ波発生器5にて発生したマイクロ波を用いてプラズマを発生させるものである。図中41は、処理容器2上部の開口部を塞ぐように設けられた、マイクロ波を処理容器2内に導入するための誘電体窓であり、略円板状の誘電体により構成されている。
The upper side of the
誘電体窓41は、処理容器2の蓋部21との間に、シール部材であるOリング22を介して設けられている。誘電体窓41の下面の一部には、導入されたマイクロ波による定在波の発生を容易にするためのテーパ状に凹んだ環状の凹部411が形成されており、誘電体窓41の下部側にマイクロ波によるプラズマが効率よく生成される。載置台3の上面と誘電体窓41の下面との距離は、例えば100mm〜300mmこの例では200mmに設定されている。
The
誘電体窓41の上部には、アンテナ板42と、誘電体部材43と、が設けられている。アンテナ板42は薄い円板状に構成され、複数のスロット孔421を備えている。スロット孔421は、図2に示すように、夫々所定の間隔を開けて直交する2つのスロット孔421が一対となるように設けられており、一対をなしたスロット孔421が周方向及び径方向に夫々所定の間隔を開けて形成されている。
An
誘電体部材43の上部には、内部に冷媒等を循環させる冷媒流路441を備え、誘電体部材43等の温度調整を行うための冷却ジャケット44が設けられている。アンテナ板42、誘電体部材43及び冷却ジャケット44はラジアルラインスロットアンテナ(RLSA:Radial Line Slot Antenna)を構成するものである。冷却ジャケット44の上部は、同軸導波管51、モード変換器52、導波管53、マッチング54を介してマイクロ波発生器5に接続されている。同軸導波管51の外部導体511は冷却ジャケット44に、その内部導体512は誘電体部材43に夫々接続されている。
A
プラズマ生成機構4は、マイクロ波発生器5、導波管53、同軸導波管51、誘電体部材43、アンテナ板42、誘電体窓41により構成されている。マイクロ波発生器5で発生させた、例えば2.45GHzのTEモードのマイクロ波は、導波管53を通り、モード変換器52によりTEMモードへ変換され、同軸導波管51を介して誘電体部材43に伝播する。そして、誘電体部材43の内部を径方向外側に向かって放射状に広がり、アンテナ板42に形成された複数のスロット孔421から誘電体窓41に放射される。誘電体窓41を透過したマイクロ波は、誘電体窓41の直下に電界を生じさせ、処理容器2内にプラズマを生成させる。このように成膜装置1において処理に供されるマイクロ波プラズマは、ラジアルラインスロットアンテナから放射されるマイクロ波により処理容器2内に生成される。
The
載置台3は、図示しない静電チャックによりウエハWを吸着保持するように構成され、その内部には、ウエハWを温度調整するためのヒータを備えた温度調整機構31が設けられている。また、載置台3は電極32を備えており、この電極32には、RF(radio frequency)バイアス用の高周波電源(高周波電源部)33がマッチングユニット34を介して接続されている。高周波電源33は、例えば、13.56MHzの高周波を所定の電力(バイアスパワー)で出力できるようになっている。
The mounting table 3 is configured to attract and hold the wafer W by an electrostatic chuck (not shown), and a
マッチングユニット34は、高周波電源33側のインピーダンスと、主に電極32、プラズマ、処理容器2といった負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容しており、この整合器の中に自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれている。なお、プラズマ成膜時において、載置台3へのバイアス電圧の供給は必要に応じて行われるものであり、必ずしもバイアス電圧の供給を行う必要はない。
The matching
このような載置台3は、処理容器2の底部の下方側から垂直上方に延びる絶縁性の筒状の支持部材35にて支持されている。また、例えば処理容器2の底部には例えば環状の排気口23が、例えば支持部材35の外周に沿って処理容器2の底部の一部を貫通するように設けられている。排気口23は処理容器2内の処理雰囲気の圧力を予め設定された範囲内の圧力に調整するための圧力調整バルブなどから構成される圧力調整部24を備えた排気管25を介して、例えばターボ分子ポンプ(TMP:Turbomolecular Pump)などの真空ポンプを備えた排気装置26に接続されている。
Such a mounting table 3 is supported by an insulating
排気装置26をTMPにて構成する場合は、例えば2000sccm以上(好ましくは5000sccm以上)の大流量で反応ガスを供給した場合においても、処理容器2内を0.67Pa〜33.3Pa(5mTorr〜250mTorr)の範囲内の圧力に制御することができるように、排気流量が大きいTMPを設けることが好ましい。
後述するジボラン(B2H6)ガスのように、高濃度で重合が進行するボロン含有ガスを含む反応ガスを供給する場合には、水素(H2)ガスやヘリウム(He)ガス等の不活性ガスによって、ボロン含有ガスの濃度を15volg%以下にした状態で処理容器2に供給する必要がある。そこで、排気流量の大きなTMPを排気装置26として採用することにより、処理容器2の圧力を所望の圧力範囲に維持しつつ、大流量の反応ガスを供給して、ボロン膜の成膜速度を向上させることができる。
When the
When supplying a reaction gas containing a boron-containing gas in which polymerization proceeds at a high concentration, such as diborane (B 2 H 6 ) gas described later, hydrogen (H 2 ) gas, helium (He) gas, or the like is not used. It is necessary to supply the
処理容器2は、ボロン含有ガスを含む反応ガスを供給するためのガス供給部が設けられている。ボロン含有ガスとしては、ジボラン(B2H6)ガス、三塩化ホウ素(BCl3)ガス、アルキルボランガス、デカボランガス等を挙げることができる。アルキルボランガスとしては、トリメチルボラン(B(CH3)3)ガス、トリエチルボラン(B(C2H5)3)ガスや、B(R1)(R2)(R3)、B(R1)(R2)H、B(R1)H2(R1,R2,R3はアルキル基)で表されるガス等を挙げることができる。これらの中ではB2H6ガスを好適に用いることができる。
The
また、反応ガスはプラズマ励起用の不活性ガスや水素(H2)ガスを含んでおり、不活性ガスとしては、希ガス例えばHeガスやArガスなどが用いられる。本発明は、N2ガスを用いることを排除するものではないが、窒化ホウ素の生成を抑制する観点から、HeガスやArガスなどを用いることが好ましい。以下では、ボロン含有ガスとしてB2H6ガス、プラズマ励起用の不活性ガスとしてHeガスを含む反応ガスを用いる場合を例にして説明する。 Further, the reaction gas contains an inert gas for plasma excitation and a hydrogen (H 2 ) gas, and as the inert gas, a rare gas such as He gas or Ar gas is used. Although the present invention does not exclude the use of N 2 gas, it is preferable to use He gas, Ar gas, or the like from the viewpoint of suppressing the formation of boron nitride. In the following, a case where a B 2 H 6 gas is used as the boron-containing gas and a reaction gas containing He gas is used as the inert gas for plasma excitation will be described as an example.
ガス供給部6は、ウエハWの中央に向かってガスを吐出する第1のガス供給部61と、ウエハWの外方からガスを吐出する第2のガス供給部62とを備えている。第1のガス供給部61は、モード変換器52及び同軸導波管51の内部導体512の内部に形成されたガス流路611を含み、このガス流路611の先端のガス供給孔610は、例えば誘電体窓41の中央部において、処理容器2内に開口している。ガス流路611は、バルブV1、V2や流量調整部M1、M2よりなるガス供給系を介してボロン含有ガスであるB2H6ガスの供給源63と不活性ガスであるHeガスの供給源64に接続されている。
The
第2のガス供給部62は、処理容器2の側壁部の上部側に接続された複数のガス供給管621を備えており、これらガス供給管621の先端はガス供給孔620として、処理容器2の側壁に開口している。複数のガス供給孔620は、例えば周方向に等しい間隔を開けて設けられている。複数のガス供給管621は、バルブV3、V4や流量調整部M3、M4よりなるガス供給系を介してB2H6ガスの供給源63とHeガスの供給源64に接続されている。この例では、第1のガス供給部61及び第2のガス供給部62には、同じガス供給源63、64から同じ種類のボロン含有ガスや不活性ガスが、夫々流量を調整された状態で供給される。なお、成膜処理の種別によっては、第1のガス供給部61及び第2のガス供給部62から別個のガスを供給することもでき、それらの流量比等を個別に調整することもできる。
第1、第2のガス供給部61、62からは、例えば1000〜10000sccmの範囲、ボロン膜の成膜速度を向上させるため、好適には2000〜10000sccmの範囲の流量の反応ガスが供給される。
B2H6ガスやHeガスの供給源63、64、第1のガス供給部61、第2のガス供給部62は、本例の反応ガス供給部に相当する。
The second
From the first and second
The B 2 H 6 gas and He
処理容器2の側壁部には、ウエハWの搬入出口27がゲートバルブ28により開閉自在に設けられている。また、載置台3には、外部の搬送機構との間でウエハWを受け渡すときに、ウエハWを昇降させる昇降ピンとその昇降機構(いずれも図示せず)が設けられている。処理容器2及び処理容器2の内部に設けられる部材は、可能であれば石英製のものを用いないことが好ましい。その理由については、石英は、酸素(O)を放出しやすいので、酸化ボロンの生成を促進する懸念があることによる。従って、処理容器2はステンレス等の金属により構成され、誘電体窓41、載置台3は、酸素を放出しにくい材料である例えばアルミナ(Al2O3)等により構成されている。また、絶縁性の支持部材35は、例えばアルミナもしくは窒化アルミニウム(AlN)により構成されている。
A wafer W carry-in /
一方で、石英は、極めて高純度の部材を入手することが可能であり、プラズマによる部材のエッチングに伴う処理雰囲気の金属汚染を抑制する観点では、ボロン膜の成膜に好適な材料の一つである。しかしながら、石英製の材料には、上述の酸素放出の問題が存在する。
そこで、処理容器2内に配置される無機材料製の機器(例えば誘電体窓41や載置台3、支持部材35)を石英製の部材によって構成し、少なくとも処理容器2内に向けて露出する石英製の部材の表面については、酸素を放出しにくい、他の材料を用いてコーティングする手法の採用も考えられる。
On the other hand, quartz is one of the materials suitable for forming a boron film from the viewpoint that extremely high-purity members can be obtained and metal contamination of the processing atmosphere due to etching of the members by plasma is suppressed. Is. However, the quartz material has the above-mentioned oxygen release problem.
Therefore, the device made of an inorganic material (for example, the
本願発明の発明者らは、石英製の部材からの酸素放出を抑制するという観点では、当該部材の表面にイットリア(Y2O3)膜をコーティングすることが好適であるとの事実を見出した。後述の実施例及び比較例に示すように、イットリア膜は、石英製の部材を他の材料、例えばウエハW上に成膜される膜と共通の物質であるボロン膜をコーティングする場合よりも、石英製の部材からの酸素放出を抑制する作用が大きいことが分かった。
The inventors of the present invention, in terms of suppressing the release of oxygen from the quartz member was found facts that it is preferable to coat the yttria (
また、イットリア膜からの酸素放出が少ないということは、イットリア膜自身がプラズマによってエッチングされにくいと言えるので、イットリウム(Y)の放出によるボロン膜の金属汚染も少ない。さらには、金属汚染の少ない清浄な雰囲気下でイットリア膜のコーティングを実施することにより、他の金属の放出によるボロン膜の金属汚染も低減できる。
なお、処理容器2内に向けて露出する金属製の部材の表面についても、プラズマによる部材のエッチングなどに伴うボロン膜の金属汚染を抑えるため、イットリア膜やボロン膜によるコーティングを行ってよい。
Further, the fact that the oxygen release from the yttria film is small means that the yttria film itself is unlikely to be etched by the plasma, so that the metal contamination of the boron film due to the release of yttrium (Y) is also small. Furthermore, by coating the Itria film in a clean atmosphere with little metal contamination, metal contamination of the boron film due to the release of other metals can be reduced.
The surface of the metal member exposed toward the inside of the
また、成膜装置1には、コンピュータからなる制御部10が設けられている。制御部10は、プログラム、メモリ、CPUからなるデータ処理部などを備えている。プログラムには、制御部10から成膜装置1の各部に制御信号を送り、後述する成膜処理を実行することができるように命令が組み込まれている。具体的には、各バルブの開閉のタイミング、マイクロ波発生器5や高周波電源33のオンオフのタイミング、温度調整機構31による載置台3の温度などが、上記のプログラムによって制御される。これらプログラムは、例えば、コンパクトディスク、ハードディスク、MO(光磁気ディスク)などの記憶媒体に格納されて制御部10にインストールされる。
Further, the film forming apparatus 1 is provided with a
次に、このような成膜装置1を用いて、例えば酸化珪素膜(SiO2膜)を含む膜をガスによりエッチング(ドライエッチング)して凹部を形成する時にマスクとして用いられるボロン膜の成膜を行う方法について説明する。図3は、ボロン膜よりなるマスク(ハードマスク)を備えたウエハWの表面構造の一例を示すものである。ウエハWの表面には、例えば図3(a)に示すように、3次元NAND回路に用いられるSiO2膜71とSiN膜72とを複数回繰り返して形成された例えば厚さが1μm以上の積層膜73が形成されている。この積層膜73の上に、例えば厚さが500nmのボロン膜(B膜)74をハードマスクとして成膜する。図3(a)は、ボロン膜74に凹部75が形成された状態を示している。
Next, using such a film forming apparatus 1, a film forming a boron film used as a mask when, for example, a film containing a silicon oxide film (SiO 2 film) is etched (dry etched) with a gas to form a recess is formed. The method of performing the above will be described. FIG. 3 shows an example of the surface structure of the wafer W provided with a mask (hard mask) made of a boron film. On the surface of the wafer W, for example, as shown in FIG. 3A, a SiO 2 film 71 and a
先ず、処理容器2内が所定の真空雰囲気に設定された状態で、図示しない真空搬送室を介して、外部の搬送機構により保持された例えば12インチサイズのウエハWを処理容器2内に搬入し、図示しない昇降ピンとの協働作業により載置台3に受け渡す。そして、搬送機構を処理容器2から退出させ、搬入出口27をゲートバルブ28により閉じた後、真空引きを行って処理容器2内をいわゆる引き切りの真空状態とし、処理容器2内に残留する例えば酸素等の成分を真空排気により除去する。
First, with the inside of the
次いで、圧力調整部24を用い、処理容器2内を例えば0.67Pa〜33.3Pa(5mTorr〜250mTorr)に調圧し、載置台3によりウエハWを加熱する温度(成膜温度)を例えば60℃〜500℃の範囲内の温度に安定化させる。ここでは載置台3の温度を低温に調整してもボロン膜を成膜可能な範囲として、成膜温度の下限値を60℃に設定する例を示したが、成膜されたボロン膜の膜質を良くする観点では例えば、60℃〜300℃の成膜温度を例示することができる。
Next, using the
特に、図3を用いて説明した、SiO2膜71を含む積層膜73のドライエッチング用のマスク(ハードマスク)として用いられるボロン膜74の成膜を行う場合には、成温度は300℃未満の60℃〜250℃の範囲内に設定することが好ましい。後述する実施例に実験結果を示すように、当該温度範囲で成膜されたボロン膜は、ドライエッチング耐性が高く、且つ、特定の種類のエッチング液(硝酸水溶液)により除去しやすいという、ハードマスクに好適な特性を備えていることが分かった。
In particular, when the
成膜装置1の動作説明に戻ると、ウエハWの温度調整を行ったら、第1のガス供給部61及び第2のガス供給部62から、B2H6ガス(B2H6濃度:10vol%、Heガス希釈)及びHeガスを、例えば各々200sccm、800sccmの流量で処理容器2内に導入すると共に、既述のようにマイクロ波発生器5から処理容器2内に例えば3kWのマイクロ波を導入する。
Returning to the operation description of the film forming apparatus 1, after adjusting the temperature of the wafer W, B 2 H 6 gas (B 2 H 6 concentration: 10 vol) is transmitted from the first
誘電体窓41の下面の直下においては、プラズマの電子温度が比較的高いいわゆるプラズマ生成領域が形成されて反応ガスがプラズマ化される。プラズマ生成領域にて生成されたプラズマは、その下方側に拡散していき、プラズマ拡散領域が形成される。このプラズマ拡散領域は、プラズマの電子温度が比較的低い領域であり、この領域でプラズマCVDにより、ウエハW表面にボロン膜の成膜が行われる。
Immediately below the lower surface of the
例えばB2H6ガスなどのボロン含有ガスを用い、当該ボロン含有ガスを不活性ガス(HeガスやArガス)、または水素ガスで希釈して反応ガスを構成したとする。このとき、上述の成膜条件(成膜圧力、成膜温度)下でウエハWの表面に成膜されたボロン膜は、ボロン原子に加え、5〜15原子%程度の範囲内で水素原子を含む。一方、酸素や窒素は、大気中に存在するこれらの成分が不可避成分として取り込まれる程度であり、ボロン膜中の原子濃度としては、1.0原子%未満となる。
ハードマスクに好適なボロン膜は、このような組成的特徴を備えている(実施例10参照)。
For example, it is assumed that a boron-containing gas such as B 2 H 6 gas is used, and the boron-containing gas is diluted with an inert gas (He gas or Ar gas) or a hydrogen gas to form a reaction gas. At this time, the boron film formed on the surface of the wafer W under the above-mentioned film forming conditions (deposition pressure, film formation temperature) contains hydrogen atoms in the range of about 5 to 15 atomic% in addition to the boron atoms. include. On the other hand, oxygen and nitrogen are such that these components existing in the atmosphere are taken in as unavoidable components, and the atomic concentration in the boron film is less than 1.0 atomic%.
Boron films suitable for hard masks have such compositional characteristics (see Example 10).
こうして、ウエハW表面に所定の厚さのボロン膜を成膜した後、ガス供給部6からのB2H6ガスの供給を停止する。次いで、例えばガス供給部6からHeガスを供給し、処理容器2内をパージする。続いて、処理容器2内を所定の圧力まで真空引きして、処理容器2内のHeガス及び残留成分を除去した後、処理容器2内を所定の真空雰囲気に設定して処理を終了する。しかる後、搬入出口27を開いて、ボロン膜が形成されたウエハWを搬送機構により搬出し、次工程に搬送する。
In this way, after forming a boron film having a predetermined thickness on the surface of the wafer W, the supply of B 2 H 6 gas from the
次工程では、例えば図3(a)に示すように、ボロン膜74に凹部75を形成し、次いで、例えば図3(b)に示すように、CF系ガスをベースとして、Ar、O2、N2、H2などのガスを適宜添加し、SiN/SiOの積層構造を垂直にエッチングできるように調整したガスを用いてSiO2膜71とSiN膜72の積層膜73のエッチングを行う。これにより、SiO2膜を含む積層膜73がガスによりエッチングされて凹部76が形成される。この凹部76は例えば深さが500nm以上、例えば1〜5μmのトレンチである。
In the next step, as shown in FIG. 3 (a), a
以上では、反応ガスのプラズマ化は、反応ガスにマイクロ波を供給することにより行っているが、反応ガスのプラズマ化は、容量結合プラズマを利用して行ってもよい。
平行平板電極を備えた成膜装置1a、1bを用いてボロン膜の成膜を行う実施の形態について、図4、5を参照しながら説明する。図4、5に示す成膜装置1a、1bにおいて、図1、2を用いて説明した成膜装置1と共通の構成要素には、図1、2にて用いたものと共通の符号を付してある。
In the above, the plasma conversion of the reaction gas is performed by supplying microwaves to the reaction gas, but the plasma conversion of the reaction gas may be performed by using capacitively coupled plasma.
An embodiment of forming a boron film using the
図4には、マイクロ波発生器5を利用したプラズマ生成機構4に替えて、上部電極(ガスシャワーヘッド6a)側にプラズマ形成用高周波電源(高周波電源部)82を接続した成膜装置1aの構成例を示している。
本例の成膜装置1aは、ウエハWが載置される載置台3を下部電極に兼用し、この載置台3の上方に設けられ、処理容器2内に反応ガスを導入するガスシャワーヘッド6aを下部電極に兼用した構成の平行平板電極を備える。
FIG. 4 shows a film forming apparatus 1a in which a high-frequency power supply for plasma formation (high-frequency power supply unit) 82 is connected to the upper electrode (
In the film forming apparatus 1a of this example, the mounting table 3 on which the wafer W is mounted is also used as the lower electrode, and the
ガスシャワーヘッド6aは導電性の金属によって構成され、その内部には、反応ガスを拡散させるための拡散空間60が形成されている。ガスシャワーヘッド6aの下面は、載置台3側のウエハWの載置面とほぼ平行に対向するように設けられ、多数のガス供給孔610が形成された反応ガスの吐出面となっている。
例えばガスシャワーヘッド6aの上面側中央部には、拡散空間60へ向けて反応ガスを導入するためのガス流路611が接続され、当該ガス流路611を構成する配管を介して処理容器2の天井面に支持されている。処理容器2は接地端に接続されており、ガスシャワーヘッド6a(ガス流路611を構成する配管)と、処理容器2との間は、絶縁部29によって絶縁されている。
B2H6ガスやHeガスの供給源63、64、ガスシャワーヘッド6aは、本例の反応ガス供給部に相当する。
The
For example, a
The B 2 H 6 gas and He
一方、本例の載置台3は、導電性の金属によって構成されている。図5に示す例では、処理容器2の床面上に配置された支持部材35についても導電性の金属によって構成され、載置台3と支持部材35、及び接地端に接続された処理容器2との間は、絶縁部36によって絶縁されている。
On the other hand, the mounting table 3 of this example is made of a conductive metal. In the example shown in FIG. 5, the
上述の構成を備える平行平板電極(ガスシャワーヘッド6a、載置台3)において、図4に示す成膜装置1aの例では、上部電極であるガスシャワーヘッド6aは、マッチングユニット81を介して、例えば周波数が60MHzのプラズマ形成用高周波電源82と接続されている。
In the parallel plate electrode (
一方、下部電極である載置台3は、接地端に接続されている。さらに載置台3に対しては、マッチングユニット84を介して、例えば周波数が13.56MHzのバイアス印加用高周波電源85と接続してもよい。
上部電極であるガスシャワーヘッド6a、下部電極である載置台3や、ガスシャワーヘッド6aに接続されたプラズマ形成用高周波電源82は、本例のプラズマ形成部に相当する。
On the other hand, the mounting table 3 which is a lower electrode is connected to the grounding end. Further, the mounting table 3 may be connected to, for example, a bias application high
The
ここで平行平板型の成膜装置1aにおいて、ウエハWに成膜されるボロン膜の表面粗さの増大を抑える手法としては、(i)ウエハWに対するイオンの衝撃を小さく抑えるために、プラズマ形成用高周波電源82に40MHz以上の高周波電源を用いる手法や、(ii)載置台3に載置されたウエハWに対向する電極(本例では上部電極であるガスシャワーヘッド6a)のインピーダンスを高くすることによってウエハWに対するイオンの衝撃を調整する手法などを例示することができる。
Here, in the parallel plate type film forming apparatus 1a, as a method of suppressing an increase in the surface roughness of the boron film formed on the wafer W, (i) plasma formation is performed in order to suppress the impact of ions on the wafer W to a small value. A method of using a high frequency power supply of 40 MHz or more for the high
図4に示す成膜装置1aの例では、既述のようにプラズマ形成用高周波電源82として60MHzの高周波電源を採用している(手法(i))。
さらに図4に示す成膜装置1aは、載置台3と接地端との間に公知のインピーダンス調整回路83aが設けられ、ガスシャワーヘッド6a側にも、プラズマ形成用高周波電源82と並列に、インピーダンス調整回路83bが設けられている。これらのインピーダンス調整回路83a、83bを用いて、載置台3上のウエハWに対向する上部電極(ガスシャワーヘッド6a)のインピーダンスを高くする調整が行われる(手法(ii))。
In the example of the film forming apparatus 1a shown in FIG. 4, a high frequency power supply of 60 MHz is adopted as the high
Further, in the film forming apparatus 1a shown in FIG. 4, a known
次いで図5には、下部電極(載置台3)側にプラズマ形成用高周波電源82を接続した成膜装置1bの構成例を示している。
本例の成膜装置1bは、ガスシャワーヘッド6aや載置台3の構成、載置台3に対してバイアス印加用高周波電源85を接続してもよい点については、図4を用いて説明した成膜装置1aと共通である。
Next, FIG. 5 shows a configuration example of the
The configuration of the
一方で、成膜装置1bの例では、下部電極である載置台3に対して、マッチングユニット81を介して、例えば周波数が60MHzのプラズマ形成用高周波電源82を接続している点が、図4に示す成膜装置1aと異なっている。
上部電極であるガスシャワーヘッド6a、下部電極である載置台3や、載置台3に接続されたプラズマ形成用高周波電源82は、本例のプラズマ形成部に相当する。
On the other hand, in the example of the
The
本例の成膜装置1bにおいても、40MHz以上の高周波電源を用い、ウエハWに対するイオンの衝撃を小さく抑えることにより、ボロン膜の表面粗さの増大を抑えている(手法(i))。
また、図5に示すように、ガスシャワーヘッド6a側にインピーダンス調整回路83を設け、載置台3上のウエハWに対向する上部電極(ガスシャワーヘッド6a)のインピーダンスを高くして、ウエハWに対するイオンの衝撃を小さくする調整を行う(手法(ii))。
また、図4、5に示す成膜装置1a、1bにおいて、ボロン膜の表面粗さの増大を抑える手法は、上述の手法(i)、(ii)に限定されるものではない。例えば、上部電極(ガスシャワーヘッド6a)−下部電極(載置台3)間に、反応ガスをプラズマ化した際、載置台3上に載置されたウエハWの表面におけるバイアス電圧(VPP)をゼロ近傍に調整する回路を設けてもよい。
Also in the
Further, as shown in FIG. 5, an
Further, in the
さらに、図4、5に示す成膜装置1a、1bにおいては、ガスシャワーヘッド6aを支持する絶縁部29や、載置台3の下面側に設けられた絶縁部36を石英製の部材によって構成し、処理容器2内に向けて露出するこれら石英製の部材の表面に対して、酸素を放出しにくい既述のイットリア膜をコーティングしてもよい。
Further, in the
以上に説明した構成を備える成膜装置1a、1bでは、処理容器2内に反応ガスを供給してマッチングユニット81から上部電極(成膜装置1aのガスシャワーヘッド6a)または下部電極(成膜装置1bの載置台3)に高周波電力を供給すると、上部電極と下部電極との容量結合に伴って反応ガスがプラズマ化する容量結合プラズマが形成される。そして、プラズマ化した反応ガスにより、ウエハW表面にボロン膜が成膜される点については、マイクロ波発生器5を備えた第1の実施の形態に係る成膜装置1と同様である。
In the
以上、マイクロ波プラズマを用いてボロン膜を成膜する図1、2に記載の成膜装置1、容量結合プラズマを用いてボロン膜を成膜する図4、5に記載の成膜装置1a、1bについての説明をおこなった。
この他、ボロン膜の成膜は、誘導結合プラズマを利用して行ってもよい。この場合には、例えば処理容器の外部に透過窓を挟んでコイル状のアンテナを設け、このアンテナに高周波電力を印加することにより、透過窓を介して処理容器内に均一な誘導電界を生成する。一方、処理容器内にボロン含有ガスを含む反応ガスを供給することにより、誘導電界によって反応ガスをプラズマ化してボロン膜を成膜する。
As described above, the film forming apparatus 1 shown in FIGS. 1 and 2 for forming a boron film using microwave plasma, and the film forming apparatus 1a according to FIGS. 4 and 5 for forming a boron film using capacitively coupled plasma. The explanation about 1b was given.
In addition, the boron film may be formed by using inductively coupled plasma. In this case, for example, a coiled antenna is provided outside the processing container with a transmission window sandwiched between them, and high-frequency power is applied to this antenna to generate a uniform induced electric field in the processing container through the transmission window. .. On the other hand, by supplying a reaction gas containing a boron-containing gas into the processing container, the reaction gas is turned into plasma by an induced electric field to form a boron film.
マイクロ波プラズマ、容量結合プラズマ、誘導結合プラズマを利用したボロン膜の成膜において、プラズマCVDの成膜条件の好ましい範囲を挙げると、ウエハWが置かれる処理雰囲気の圧力(処理容器の圧力)は、0.67Pa〜33.3Pa(5mTorr〜250mTorr)である。また、成膜処理時の載置台3の温度(成膜温度)は、60℃〜500℃であり、より好適には300℃未満の60℃〜250℃である。また、厳密な好適範囲はプラズマの種類によっても異なるが、試料の単位面積あたりおよそ2.8〜7W/cm2の高周波電力を供給し、12インチサイズのウエハWの成膜処理するときの高周波電力は2kW〜5kWである。 In the film formation of a boron film using microwave plasma, capacitively coupled plasma, and inductively coupled plasma, the preferable range of plasma CVD film formation conditions is that the pressure in the processing atmosphere (pressure of the processing container) on which the wafer W is placed is , 0.67 Pa to 33.3 Pa (5 mTorr to 250 mTorr). The temperature of the mounting table 3 (deposition temperature) during the film forming process is 60 ° C. to 500 ° C., more preferably 60 ° C. to 250 ° C., which is less than 300 ° C. Further, although the strict preferable range varies depending on the type of plasma, a high frequency power of about 2.8 to 7 W / cm 2 is supplied per unit area of the sample, and the high frequency when the film formation process of the 12-inch size wafer W is performed. The electric power is 2 kW to 5 kW.
さらに反応ガスの供給流量条件について、例えば反応ガスのトータルの供給流量を1000sccmに固定する場合を例に挙げると、B2H6ガス(B2H6濃度:10vol%、Heガス希釈)を200〜1000sccmの範囲内の流量に設定し、残部流量をHeガス(0〜800sccm)とする場合を例示できる(B2H6成分/He成分流量比:約1/50〜1/10)。
ボロン膜の成膜速度を高くする観点では、処理容器2内に供給する反応ガス中のB2H6の濃度は高いことが好ましい。一方で、B2H6ガスの供給源63(例えばB2H6ガスが充填されたガスボンベ)内におけるB2H6の自己重合の抑制も考慮してB2H6ガスの供給濃度が調整される。この観点では、B2H6ガスの供給濃度は、Heガス希釈あるいは水素希釈の場合でおよそ15〜20%vol%が上限となる。また、Heガスの供給源64から供給されるHeガスは、安定なプラズマの形成を目的に添加されているので、処理容器2内にて形成されるプラズマの状態などを考慮してHeガスの供給量が調整される。
Further, regarding the supply flow rate condition of the reaction gas, for example, when the total supply flow rate of the reaction gas is fixed at 1000 sccm, 200 B 2 H 6 gas (B 2 H 6 concentration: 10 vol%, He gas dilution) is used. An example can be illustrated in which the flow rate is set within the range of about 1000 sccm and the remaining flow rate is He gas (0 to 800 sccm) (B 2 H 6 component / He component flow rate ratio: about 1/50 to 1/10).
From the viewpoint of increasing the film formation rate of the boron film, it is preferable that the concentration of B 2 H 6 in the reaction gas supplied into the processing container 2 is high. On the other hand, B 2 H 6
上述の実施の形態によれば、ボロン膜をプラズマCVDにより行っており、プラズマの電子密度が高いため、プラズマを発生させないで成膜を行う場合よりも、成膜処理時のプロセス温度を下げ、熱履歴を少なくすることができ、ウエハWに対して熱的なダメージを与えずにボロン膜を成膜することができる。また、プラズマを利用することにより、同じ成膜温度であれば、熱CVD法により得られた膜に対して膜質を緻密化することができる。緻密化された膜は、同じ組成のCVD法で成膜されたボロン膜であっても、エッチング耐性が強く、高いエッチング選択比を備える良質な膜となる。 According to the above-described embodiment, since the boron film is formed by plasma CVD and the electron density of the plasma is high, the process temperature during the film forming process is lowered as compared with the case where the film is formed without generating plasma. The thermal history can be reduced, and the boron film can be formed without causing thermal damage to the wafer W. Further, by using plasma, if the film formation temperature is the same, the film quality can be densified with respect to the film obtained by the thermal CVD method. The densified film is a high-quality film having strong etching resistance and a high etching selectivity even if it is a boron film formed by a CVD method having the same composition.
成膜時に要求されるCVD膜のプロセス温度は、一般的に低温であるほど、半導体素子の既形成構成膜に与える影響が少ない。このため、成膜プロセスによっては、成膜温度に制限がある場合があり、熱CVD法よりもプロセス温度を低下できる本成膜方法は有効である。その反面、成膜温度が高い程、良質な緻密なCVD膜が形成されるが、プラズマCVDでは、プラズマにより膜の緻密化を図ることができるので、成膜温度を低温化しつつ、膜質の良好なボロン膜を成膜することができる。特に、図1、2に示す実施形態では、反応ガスのプラズマ化を、反応ガスにマイクロ波を供給することにより行っているので、プラズマの電子温度が比較的低い領域で成膜が行われ、成膜処理の温度が低温であっても、膜質が優れたボロン膜を成膜することができる。また、プラズマを利用して反応を促進しているので、効率的に成膜処理が進行し、成膜時間の短縮を図ることができる。 Generally, the lower the process temperature of the CVD film required for film formation, the less the influence on the preformed constituent film of the semiconductor element. Therefore, depending on the film forming process, the film forming temperature may be limited, and this film forming method capable of lowering the process temperature than the thermal CVD method is effective. On the other hand, the higher the film formation temperature, the higher the quality and dense CVD film is formed. However, in plasma CVD, the film can be densely formed by plasma, so that the film quality is good while lowering the film formation temperature. A new boron film can be formed. In particular, in the embodiments shown in FIGS. 1 and 2, since the reaction gas is turned into plasma by supplying microwaves to the reaction gas, the film is formed in a region where the electron temperature of the plasma is relatively low. Even if the temperature of the film forming process is low, a boron film having excellent film quality can be formed. Further, since the reaction is promoted by using plasma, the film forming process can proceed efficiently and the film forming time can be shortened.
ボロン膜は、エッチング耐性が高く、誘電率が低いという特性を有しており、半導体デバイスの構成材料として有用である。特に、SiO2膜のドライエッチングの際の耐性が高いため、SiO2膜を含む膜のエッチングの際に、従来、ハードマスクとして用いている、有機系レジスト材やアモルファスカーボン(a− C)、アモルファスシリコン(a−Si)に比べて、ボロン膜に対して高選択比でエッチングすることができる。なお、プラズマCVD法により成膜されたボロン膜は、熱CVD法により成膜されたボロン膜と同等以上のエッチング選択比を備え、膜中の不純物濃度は低減するものと推察される。 Boron films have the characteristics of high etching resistance and low dielectric constant, and are useful as constituent materials for semiconductor devices. In particular, since resistance during dry etching of the SiO 2 film is high, the etching of the film including an SiO 2 film, conventionally used as a hard mask, an organic resist material, amorphous carbon (a- C), Compared with amorphous silicon (a-Si), it is possible to etch a boron film with a high selectivity. It is presumed that the boron film formed by the plasma CVD method has an etching selectivity equal to or higher than that of the boron film formed by the thermal CVD method, and the impurity concentration in the film is reduced.
近年、半導体デバイスの立体構造化や微細化技術の進歩に伴い、数μmもの深さの凹部をドライエッチングにより形成することが要求されている。ボロン膜をハードマスクとして、SiO2膜を含む膜をエッチングすると、ボロン膜はSiO2膜のエッチング条件でエッチングされにくいため、SiO2膜の凹部の深さが例えば500nm以上の場合であっても、ボロン膜の凹部の幅に対して、SiO2膜の凹部の幅の広がりを抑制しながら、エッチングできる。また、SiO2膜に対するエッチング選択比が高いため、ボロン膜を厚くしなくてもハードマスクとして機能させることができる。このように、ボロン膜はSiO2膜を含む膜をガスによりエッチングして凹部を形成するときのマスクに適しており、特に凹部の深さが500nm以上、特に1μm以上の場合により適している。 In recent years, with the progress of three-dimensional structure and miniaturization technology of semiconductor devices, it is required to form recesses as deep as several μm by dry etching. The boron film as a hard mask, is etched a film containing SiO 2 film, since the boron film is hardly etched with the etching conditions of the SiO 2 film, even if the depth of the concave portion of the SiO 2 film, for example, 500nm or more , Etching can be performed while suppressing the expansion of the width of the recess of the SiO 2 film with respect to the width of the recess of the boron film. Further, since the etching selectivity with respect to the SiO 2 film is high, it can function as a hard mask without thickening the boron film. As described above, the boron film is suitable as a mask when a film containing a SiO 2 film is etched with a gas to form a recess, and is particularly suitable when the depth of the recess is 500 nm or more, particularly 1 μm or more.
以上において、反応ガスとしてH2ガスを添加してもよく、この場合には、膜表面の平坦性を改善するという点で有効である。また、ボロン膜を成膜した後、処理容器2内にArガス又はH2ガスを導入し、Arプラズマ又はH2プラズマを生成して、ボロン膜に照射し、ボロン膜の表面をプラズマにより改質するようにしてもよい。これにより、ボロン膜表面のボロン−ボロン結合が強固となり、膜の緻密性が増大して強度を高めることができる。
In the above, H 2 gas may be added as the reaction gas, and in this case, it is effective in improving the flatness of the film surface. Further, after forming the boron film, Ar gas or H 2 gas is introduced into the
さらに、ボロン膜の上に、例えばSiN膜、SiC膜、SiCN膜、a−Si膜等の耐酸化性の高い保護膜を形成するようにしてもよい。ボロン膜は酸化しやすいが、これらの保護膜を形成することにより、例えばボロン膜よりなるマスクの上に、プラズマCVDでTEOS膜を成膜する場合等、プラズマ酸化雰囲気で処理を行う場合であっても、ボロン膜の酸化が防止され、膜質の劣化を抑制できる。 Further, a protective film having high oxidation resistance such as a SiN film, a SiC film, a SiCN film, and an a-Si film may be formed on the boron film. Boron films are easily oxidized, but by forming these protective films, for example, when a TEOS film is formed by plasma CVD on a mask made of boron film, the treatment is performed in a plasma oxidation atmosphere. However, the oxidation of the boron film is prevented, and the deterioration of the film quality can be suppressed.
以上において、SiO2膜を含む膜をガスによりエッチングして形成される凹部は、トレンチのみならず、ホール等の凹部であってもよい。また、ボロン膜の用途としては、エッチングのときのマスクに限らず、拡散防止用のバリア膜等の他の用途にも適用可能である。 In the above, the recess formed by etching the film containing the SiO 2 film with gas may be not only a trench but also a recess such as a hole. Further, the use of the boron film is not limited to the mask at the time of etching, and can be applied to other uses such as a barrier film for preventing diffusion.
(実験1)
ウエハWにボロン膜を成膜する実験を行った。
(実施例1)
図1に示す成膜装置1を用いて、ポリシリコンの段差形状が形成された12インチ(300mm)ウエハWに対して、B2H6ガス及びHeガスを含む反応ガスを用いて、以下の成膜処理条件でボロン膜の成膜を行い、成膜後にTEM(透過型電子顕微鏡)によりウエハWの表面構造について評価を行った。
(成膜処理条件)
B2H6ガス流量(B2H6濃度:0.7vol%、Heガス希釈)
:100sccm
Heガス流量 :900sccm
処理容器内圧力 :15Pa(112.5mTorr)
高周波電力 :3kW
載置台温度 :60℃
成膜時間 :60秒
載置台上面と誘電体窓の下面との距離 :245mm
TEMの撮像結果を図6に示す。図6中央にはポリシリコン膜91を示し、ウエハW表面には、複数の凸状のポリシリコン膜91が形成されており、このポリシリコン膜91の凸部は、例えば高さ50nm、幅36.5nmに形成され、隣接する凸部同士の間隔は、例えば40nm〜80nmである。また図中92はボロン膜であり、段差形状のポリシリコン膜91の周囲全体にほぼ均一な厚さで成膜されていることが確認された。
(Experiment 1)
An experiment was conducted in which a boron film was formed on the wafer W.
(Example 1)
Using the film forming apparatus 1 shown in FIG. 1, a reaction gas containing B 2 H 6 gas and He gas was used for a 12-inch (300 mm) wafer W on which a polysilicon step shape was formed, and the following was used. A boron film was formed under the film forming conditions, and after the film formation, the surface structure of the wafer W was evaluated by a TEM (transmission electron microscope).
(Film film processing conditions)
B 2 H 6 gas flow rate (B 2 H 6 concentration: 0.7 vol%, He gas dilution)
: 100sccm
He gas flow rate: 900 sccm
Pressure inside the processing vessel: 15 Pa (112.5 mTorr)
High frequency power: 3kW
Mounting table temperature: 60 ° C
Film formation time: 60 seconds Distance between the upper surface of the mounting table and the lower surface of the dielectric window: 245 mm
The imaging result of TEM is shown in FIG. A
(実験2)
処理雰囲気の圧力(処理容器内圧力)を変化させてボロン膜の成膜を行い、ボロン膜の表面を観察した。本実験に於いては、成膜レートを上げる為に原料ガスのB2H6ガスの濃度を10vol%に上げると共に、B2H6ガスの共有流量を500sccmに設定した。一方、処理容器2内でプラズマを安定させ、成膜されるボロン膜の均一性を向上させる為に、Heガスの供給源64から供給するHeガス流量は、500sccmとした。
A.実験条件
(実施例2−1)図1に記載の成膜装置1を用い、下記の成膜処理条件にてシリコンウエハWの表面にボロン膜を成膜し、得られたボロン膜の表面をSEM(Scanning Electron Microscope)を用いて観察した。
B2H6ガス流量(B2H6濃度:10vol%、Heガス希釈)
:500sccm
Heガス流量 :500sccm
処理容器内圧力 :4.0Pa(30mTorr)
高周波電力 :3kW
載置台温度 :60℃
成膜時間 :300秒
載置台上面と誘電体窓の下面との距離 :100mm
(実施例2−2)処理容器内圧力を6.7Pa(50mTorr)とした点を除いて、実施例2−1と同様の成膜処理条件にて成膜したボロン膜の表面を観察した。
(実施例2−3)処理容器内圧力を13.3Pa(100mTorr)とした点を除いて、実施例2−1と同様の成膜処理条件にて成膜したボロン膜の表面を観察した。
(実施例2−4)処理容器内圧力を20.0Pa(150mTorr)とした点を除いて、実施例2−1と同様の成膜処理条件にて成膜したボロン膜の表面を観察した。
(比較例2−1)処理容器内圧力を40.0Pa(300mTorr)とした点を除いて、実施例2−1と同様の成膜処理条件にて成膜したボロン膜の表面を観察した。
(参考例2−1)プラズマ形成部を備えない、公知の縦型熱処理装置を用いて成膜したボロン膜の表面を観察した。成膜温度は300℃、熱処理装置の反応容器内の圧力は66.7Pa(500mTorr)に設定した。
(Experiment 2)
A boron film was formed by changing the pressure in the treatment atmosphere (pressure inside the treatment container), and the surface of the boron film was observed. In this experiment, in order to increase the film formation rate, the concentration of B 2 H 6 gas as the raw material gas was increased to 10 vol%, and the shared flow rate of B 2 H 6 gas was set to 500 sccm. On the other hand, in order to stabilize the plasma in the
A. Experimental conditions
(Example 2-1) Using the film forming apparatus 1 shown in FIG. 1, a boron film was formed on the surface of the silicon wafer W under the following film forming processing conditions, and the surface of the obtained boron film was SEM (SEM). It was observed using a Scanning Electron Microscope).
B 2 H 6 gas flow rate (B 2 H 6 concentration: 10 vol%, He gas dilution)
: 500sccm
He gas flow rate: 500 sccm
Pressure inside the processing vessel: 4.0 Pa (30 mTorr)
High frequency power: 3kW
Mounting table temperature: 60 ° C
Film formation time: 300 seconds
Distance between the upper surface of the mounting table and the lower surface of the dielectric window: 100 mm
(Example 2-2) The surface of the boron film formed under the same film forming treatment conditions as in Example 2-1 was observed except that the pressure inside the processing container was set to 6.7 Pa (50 mTorr).
(Example 2-3) The surface of the boron film formed under the same film forming treatment conditions as in Example 2-1 was observed except that the pressure inside the processing container was 13.3 Pa (100 mTorr).
(Example 2-4) The surface of the boron film formed under the same film forming treatment conditions as in Example 2-1 was observed except that the pressure inside the processing container was set to 20.0 Pa (150 mTorr).
(Comparative Example 2-1) The surface of the boron film formed under the same film forming treatment conditions as in Example 2-1 was observed except that the pressure inside the processing container was set to 40.0 Pa (300 mTorr).
(Reference Example 2-1) The surface of the boron film formed by using a known vertical heat treatment apparatus without a plasma forming portion was observed. The film formation temperature was set to 300 ° C., and the pressure in the reaction vessel of the heat treatment apparatus was set to 66.7 Pa (500 mTorr).
B.実験結果
実施例2−1〜2−3にて成膜されたボロン膜の表面の撮像結果を図7(a)〜(c)に示し、実施例2−4、比較例2−1、参考例2−1にて成膜されたボロン膜の表面の撮像結果を図8(a)〜(c)に示す。
実施例2−1〜2−4にて成膜されたボロン膜の表面粗さを比較すると、処理雰囲気の圧力を小さくするに連れて、ボロン膜の表面粗さが小さくなり、膜質が緻密になる傾向が確認できた。特に、処理雰囲気の圧力が最も低い実施例2−1では、プラズマを用いずに成膜された参考例2−1に係るボロン膜と同程度の表面粗さのボロン膜を成膜することができている。
B. Experimental result
The imaging results of the surface of the boron film formed in Examples 2-1 to 2-3 are shown in FIGS. 7 (a) to 7 (c), and Examples 2-4, Comparative Example 2-1 and Reference Example 2 are shown. The imaging results of the surface of the boron film formed in -1 are shown in FIGS. 8 (a) to 8 (c).
Comparing the surface roughness of the boron film formed in Examples 2-1 to 2-4, as the pressure in the treatment atmosphere is reduced, the surface roughness of the boron film becomes smaller and the film quality becomes denser. I was able to confirm the tendency to become. In particular, in Example 2-1 where the pressure in the treatment atmosphere is the lowest, it is possible to form a boron film having a surface roughness similar to that of the boron film according to Reference Example 2-1 formed without using plasma. is made of.
一方で、処理雰囲気の圧力が高い条件下で成膜された比較例2−1に係るボロン膜は、表面粗さが大きくなってしまい、緻密な膜を成膜することができなかった(図8(b))。
ハードマスクの表面粗さが大きくなると、エッチングされたパターンのLER(Line Edge Roughness)が大きくなってしまうおそれがある。また、緻密ではないハードマスクは、エッチングされやすいため、ハードマスクとしての機能が不十分となってしまうおそれもある。
On the other hand, the boron film according to Comparative Example 2-1 formed under the condition of high pressure in the treatment atmosphere had a large surface roughness, and it was not possible to form a dense film (Fig.). 8 (b)).
If the surface roughness of the hard mask becomes large, the LER (Line Edge Roughness) of the etched pattern may become large. Further, since a hard mask that is not dense is easily etched, the function as a hard mask may be insufficient.
処理雰囲気の圧力に応じてこのような違いが生じる理由について考察する。反応ガス(B2H6)中のプラズマには、イオンやラジカルなど、ボロン膜の前駆体(プレカーサー)となる種々の活性種が含まれる。これらの活性種のうち、イオンは、ボロン膜のクラスター(粒)を一定の方向に成長する傾向を持ち、イオンが豊富な処理雰囲気で成膜されたボロン膜は、表面粗さが大きく、緻密さも低下してしまう傾向があると考えられる。 The reason why such a difference occurs depending on the pressure of the processing atmosphere will be considered. The plasma in the reaction gas (B 2 H 6 ) contains various active species such as ions and radicals that serve as precursors (precursors) of the boron membrane. Among these active species, ions tend to grow clusters (grains) of the boron film in a certain direction, and the boron film formed in a treatment atmosphere rich in ions has a large surface roughness and is dense. It is thought that it also tends to decrease.
そこで低圧条件下でプラズマを形成し、プラズマポテンシャルを低く保つことにより、反応ガス(B2H6)から生成した中のイオンの生成を抑える一方、ラジカルの割合を高めることが可能となると考えられる。この結果、比較的低温の成膜温度であっても、参考例2−1に示すプラズマを用いない熱処理と同程度以上の膜質のボロン膜を成膜することが可能になったと理解することができる。
確認のため、実施例2−3(処理雰囲気の圧力:13.3Pa(100mTorr))、及び参考例2−1に係るボロン膜について、XRD(X‐Ray Diffraction)分析を行い、ボロン膜の結晶構造を分析した結果、いずれのボロン膜もアモルファス構造であった。これらの結果は、クラスターが一定の方向に成長する、イオンが豊富な処理雰囲気で成膜されたボロン膜ではなく、ラジカルの豊富な処理雰囲気下で成膜されたボロン膜であることを示していると言える。
Therefore, it is considered that by forming plasma under low pressure conditions and keeping the plasma potential low, it is possible to suppress the generation of ions in the reaction gas (B 2 H 6) while increasing the ratio of radicals. .. As a result, it can be understood that it is possible to form a boron film having a film quality equal to or higher than that of the heat treatment using plasma shown in Reference Example 2-1 even at a relatively low film formation temperature. can.
For confirmation, XRD (X-Ray Diffraction) analysis was performed on the boron film according to Example 2-3 (pressure of treatment atmosphere: 13.3 Pa (100 mTorr)) and Reference Example 2-1 to crystallize the boron film. As a result of analyzing the structure, all the boron films had an amorphous structure. These results indicate that it is not a boron film formed in an ion-rich treatment atmosphere, but a boron film formed in a radical-rich treatment atmosphere, in which clusters grow in a certain direction. It can be said that there is.
(実験3)
マイクロ波発生器5に供給する高周波電力を変化させてボロン膜の成膜を行い、ボロン膜の表面を観察した。
A.実験条件
(参考例3−1)マイクロ波発生器5に供給する高周波電力を2.5kWとした点を除いて、実施例2−1と同様の成膜処理条件にて成膜したボロン膜の表面を観察した。
(参考例3−2)マイクロ波発生器5に供給する高周波電力を4.0kWとした点を除いて、実施例2−1と同様の成膜処理条件にて成膜したボロン膜の表面を観察した。
(参考例3−3)マイクロ波発生器5に供給する高周波電力を4.8kWとした点を除いて、実施例2−1と同様の成膜処理条件にて成膜したボロン膜の表面を観察した。
(Experiment 3)
A boron film was formed by changing the high-frequency power supplied to the
A. Experimental conditions
(Reference Example 3-1) The surface of the boron film formed under the same film forming conditions as in Example 2-1 except that the high frequency power supplied to the
(Reference Example 3-2) The surface of the boron film formed under the same film forming conditions as in Example 2-1 except that the high frequency power supplied to the
(Reference Example 3-3) The surface of the boron film formed under the same film forming conditions as in Example 2-1 except that the high frequency power supplied to the
B.実験結果
参考例3−1〜3−3にて成膜されたボロン膜表面の撮像結果、及びボロン膜の密度を図9(a)〜(c)に示す。
図9に示す結果によると、マイクロ波発生器5に供給する高周波電力(マイクロ波の電力)を変化させて成膜を行っても、ボロン膜の表面粗さ密度には、大きな変化は見られなかった。これは、プラズマに供給される電力よりも、実験2にて検討した処理雰囲気の圧力の方が、表面粗さに対する影響が大きいことを示している。
この実験結果は、低圧の処理雰囲気下でのボロン膜の成膜を実現することができれば、プラズマ形成の手法が異なる容量結合プラズマを利用した成膜装置1a、1bにおいても、膜質の良好な(表面粗さが小さく、緻密な)ボロン膜を成膜することが可能であることを示していると言える。
B. Experimental Results The imaging results of the surface of the boron film formed in Reference Examples 3-1 to 3-3 and the density of the boron film are shown in FIGS. 9 (a) to 9 (c).
According to the results shown in FIG. 9, even if the high-frequency power (microwave power) supplied to the
The results of this experiment show that if it is possible to form a boron film under a low-pressure processing atmosphere, the film quality will be good even in
(実験4)
図1に示す成膜装置1の高周波電源33から供給するバイアス用の高周波電力を変化させてボロン膜の成膜を行い、ボロン膜の表面を観察した。
A.実験条件
(参考例4−1)実施例2−1と同様の成膜処理条件(バイアス用の電力0W)で成膜したボロン膜の表面を観察した。
(参考例4−2)バイアス用の電力を50Wとした点を除いて、参考例4−1と同様の成膜処理条件にて成膜したボロン膜の表面を観察した。
(参考例4−3)バイアス用の電力を150Wとした点を除いて、参考例4−1と同様の成膜処理条件にて成膜したボロン膜の表面を観察した。
(Experiment 4)
The boron film was formed by changing the high-frequency power for bias supplied from the high-
A. Experimental conditions
(Reference Example 4-1) The surface of the boron film formed under the same film forming treatment conditions as in Example 2-1 (power for biasing 0 W) was observed.
(Reference Example 4-2) The surface of the boron film formed under the same film forming treatment conditions as in Reference Example 4-1 was observed except that the bias power was set to 50 W.
(Reference Example 4-3) The surface of the boron film formed under the same film forming treatment conditions as in Reference Example 4-1 was observed except that the bias power was set to 150 W.
B.実験結果
参考例4−1〜4−3にて成膜されたボロン膜表面の撮像結果を図10(a)〜(c)に示す。
図10に示す結果によると、載置台3に印加されるバイアス用の電力が大きくなるに連れて、ボロン膜の表面粗さが大きくなる傾向がみられる。これは、バイアス用の電力を大きくすると、プラズマ中のイオンがウエハW側へ向けて引き込まれる影響が大きくなるためではないかと考えられる。
この点、容量結合によりプラズマを形成する図4、5に示す成膜装置1a、1bは、既述の手法(i)、(ii)などを用いてボロン膜の表面粗さを調整することができるので、バイアス用の電力を印加した場合であっても、ボロン膜の表面粗さの増大を抑えることができる。
B. Experimental result
The imaging results of the surface of the boron film formed in Reference Examples 4-1 to 4-3 are shown in FIGS. 10 (a) to 10 (c).
According to the results shown in FIG. 10, the surface roughness of the boron film tends to increase as the biasing power applied to the mounting table 3 increases. It is considered that this is because when the power for bias is increased, the influence of the ions in the plasma being drawn toward the wafer W side increases.
In this regard, the
(実験5)
処理雰囲気の圧力を変化させて成膜したボロン膜の面内均一性を確認した。
A.実験条件
(実施例5)処理容器内圧力を6.7Pa(50mTorr)、13.3Pa(100mTorr)、16.7Pa(125mTorr)、20.0(150mTorr)と変化させ、5分間成膜を行った点を除いて実施例2−1と同様の成膜処理条件にてボロン膜を成膜した。しかる後、ウエハWの中央領域(ウエハWの中心部)、及びミドル領域(ウエハWの中心部から半径方向に90mmずれた位置)のボロン膜の膜厚を測定した。
(Experiment 5)
The in-plane uniformity of the boron film formed by changing the pressure in the treatment atmosphere was confirmed.
A. Experimental conditions
(Example 5) The point that the film formation was carried out for 5 minutes by changing the pressure inside the processing container to 6.7 Pa (50 mTorr), 13.3 Pa (100 mTorr), 16.7 Pa (125 mTorr) and 20.0 (150 mTorr). A boron film was formed under the same film forming conditions as in Example 2-1 except for the above. After that, the film thickness of the boron film in the central region of the wafer W (the central portion of the wafer W) and the middle region (position shifted 90 mm in the radial direction from the central portion of the wafer W) was measured.
B.実験結果
実施例5の結果を図11に示す。図11の横軸は、処理雰囲気の圧力、縦軸はボロン膜の膜厚を示している。また、白抜きのカラムは、ウエハWの中央領域におけるボロン膜の膜厚、右上がりの斜線のハッチで塗りつぶしたカラムはミドル領域におけるボロン膜の膜厚を示している。
図11に示した結果によれば、いずれの圧力においても、ウエハWの中央領域においてボロン膜の膜厚が大きくなる傾向がみられる。一方で、中央領域とミドル領域との間の膜厚差は、処理雰囲気の圧力を低下させるに従って小さくなる傾向があることを確認できた。
B. Experimental result
The results of Example 5 are shown in FIG. The horizontal axis of FIG. 11 shows the pressure of the treatment atmosphere, and the vertical axis shows the film thickness of the boron film. The white column shows the film thickness of the boron film in the central region of the wafer W, and the column filled with the hatch with the diagonal line rising to the right shows the film thickness of the boron film in the middle region.
According to the results shown in FIG. 11, the film thickness of the boron film tends to increase in the central region of the wafer W at any pressure. On the other hand, it was confirmed that the film thickness difference between the central region and the middle region tends to decrease as the pressure in the treatment atmosphere decreases.
(実験6)
処理雰囲気の圧力を変化させて成膜したボロン膜のエッチング速度を測定した。
A.実験条件
(実施例6)処理容器内圧力を6.7Pa(50mTorr)、13.3Pa(100mTorr)、20.0(150mTorr)と変化させ、5分間成膜を行った点を除いて実施例2−1と同様の成膜処理条件にてボロン膜を成膜した。しかる後、当該ボロン膜に対して、DRAM(Dynamic Random Access Memory)を製造する場合と同様の条件下でエッチングガスを用いたプラズマエッチングを行い、ボロン膜のエッチング速度を測定した。
また参考例として、既述の参考例2−1に記載の手法で成膜したボロン膜についても同様のエッチング試験を行った。
(Experiment 6)
The etching rate of the boron film formed by changing the pressure in the treatment atmosphere was measured.
A. Experimental conditions
(Example 6) Example 2-1 except that the pressure inside the processing vessel was changed to 6.7 Pa (50 mTorr), 13.3 Pa (100 mTorr), and 20.0 (150 mTorr), and the film was formed for 5 minutes. A boron film was formed under the same film forming conditions as in the above. After that, the boron film was subjected to plasma etching using an etching gas under the same conditions as in the case of manufacturing a DRAM (Dynamic Random Access Memory), and the etching rate of the boron film was measured.
Further, as a reference example, the same etching test was performed on the boron film formed by the method described in Reference Example 2-1 described above.
B.実験結果
実施例6の結果を図12に示す。図12の横軸には、処理雰囲気の圧力、または参考例である旨を記載した。また、縦軸はボロン膜のエッチング速度を示している。
図12に示した結果によれば、処理雰囲気の圧力を低下させるに従ってボロン膜のエッチング速度が小さくなり、選択性が高くハードマスクとして好適なボロン膜を成膜できることが確認された。
B. Experimental result
The results of Example 6 are shown in FIG. The horizontal axis of FIG. 12 indicates the pressure of the processing atmosphere or the fact that it is a reference example. The vertical axis shows the etching rate of the boron film.
According to the results shown in FIG. 12, it was confirmed that as the pressure in the treatment atmosphere was reduced, the etching rate of the boron film decreased, and a boron film having high selectivity and suitable as a hard mask could be formed.
(実験7)
処理雰囲気の圧力を変化させて成膜したボロン膜について、実験6とは異なる条件下でのエッチング速度を測定した。
A.実験条件
(実施例7)NAND型のフラッシュメモリを製造する場合と同様の条件下でプラズマエッチングを行った点を除いて、実施例6と同様の条件で実験を行った。
また参考例として、既述の参考例2−1に記載の手法で成膜したボロン膜についても同様のエッチング試験を行った。
(Experiment 7)
The etching rate of the boron film formed by changing the pressure in the treatment atmosphere was measured under conditions different from those in
A. Experimental conditions
(Example 7) An experiment was conducted under the same conditions as in Example 6 except that plasma etching was performed under the same conditions as in the case of manufacturing a NAND flash memory.
Further, as a reference example, the same etching test was performed on the boron film formed by the method described in Reference Example 2-1 described above.
B.実験結果
実施例7の結果を図13に示す。図13の横軸及び縦軸は、図12の場合と同様である。
図13に示した結果によれば、プラズマエッチングの条件を変化させた場合であっても、処理雰囲気の圧力を低下させるに従ってボロン膜のエッチング速度が小さくなり、選択性が高くハードマスクとして好適なボロン膜を成膜できることが確認された。
B. Experimental result
The result of Example 7 is shown in FIG. The horizontal axis and the vertical axis of FIG. 13 are the same as in the case of FIG.
According to the results shown in FIG. 13, even when the plasma etching conditions are changed, the etching rate of the boron film decreases as the pressure in the processing atmosphere decreases, and the selectivity is high, which is suitable as a hard mask. It was confirmed that a boron film could be formed.
(実験8)
処理雰囲気の圧力を変化させて成膜したボロン膜の膜応力を測定した。
A.実験条件
(実施例8)処理雰囲気の圧力を4.0Pa(30mTorr)、6.7Pa(50mTorr)、10.0(75mTorr)と変化させた点を除いて実施例2−1と同様の成膜処理条件にてボロン膜を成膜した。成膜されたボロン膜の膜応力を、レーザー光を用いて光学的ウエハの反りを測定する手法(測定装置:FRONTIER SEMICONDUCTOR社の128-NT)を利用して測定した。
(Experiment 8)
The film stress of the boron film formed by changing the pressure in the treatment atmosphere was measured.
A. Experimental conditions
(Example 8) The same film formation treatment conditions as in Example 2-1 except that the pressure in the treatment atmosphere was changed to 4.0 Pa (30 mTorr), 6.7 Pa (50 mTorr), and 10.0 (75 mTorr). A boron film was formed in the above. The film stress of the formed boron film was measured using a method of measuring the warp of an optical wafer using laser light (measuring device: 128-NT of FRONTIER SEMICONDUCTOR).
B.実験結果
実施例8の結果を図14に示す。図14の横軸は、処理雰囲気の圧力を示し、縦軸は膜応力を示している。
図14に示した結果によれば、処理雰囲気の圧力を低下させるに従ってボロン膜の膜応力の絶対値が大きくなる傾向がある。一般的に、半導体装置の製造時に使用される膜の膜応力は−500〜0MPa程度に調節される。この点、実施例8の結果は、膜応力を調整する制御変数の一つとして、処理雰囲気の圧力を選択することが可能であることが確認できた。
B. Experimental result
The result of Example 8 is shown in FIG. The horizontal axis of FIG. 14 shows the pressure of the treatment atmosphere, and the vertical axis shows the membrane stress.
According to the results shown in FIG. 14, the absolute value of the film stress of the boron film tends to increase as the pressure in the treatment atmosphere is reduced. Generally, the film stress of a film used in the manufacture of a semiconductor device is adjusted to about −500 to 0 MPa. In this respect, the results of Example 8 confirmed that it was possible to select the pressure in the treatment atmosphere as one of the control variables for adjusting the membrane stress.
(実験9)
石英製の部材のコーティング材料の違いに応じたボロン膜への酸素の取り込みの違いを調べた。
A.実験条件
(実施例9)図1に示す成膜装置1の誘電体窓41、及び載置台3上のウエハWの周囲に配置されるエッジリング(エッジリングについては不図示)を石英により構成し、処理容器2内に露出するこれら石英製の部材の表面をイットリア膜でコーティングした。当該成膜装置1を用いて成膜したボロン膜をスパッタリングリングしながら、XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)による元素分析を行った。
(参照例9)実施例9と同様の誘電体窓41、エッジリングについてボロン膜によるコーティングを行った。当該成膜装置1を用いて成膜したボロン膜の表面をEDX(Energy Dispersive X-ray spectrometry)により元素分析した。
(Experiment 9)
The difference in oxygen uptake into the boron film was investigated depending on the difference in the coating material of the quartz member.
A. Experimental conditions (Example 9) The
(Reference Example 9) The
B.実験結果
実施例9の結果を図15に示す。図15の横軸はスパッタリング時間を示し、縦軸はXPSにより測定されたボロンまたは酸素の原子濃度を示している。図15中、ボロンの原子濃度は実線で示し、酸素の原子濃度は破線で示してある。
図15に示す結果によれば、大気中の酸素が吸着しているボロン膜の表面近傍領域(スパッタリング時間が短い領域)を除き、ボロン膜中に酸素は殆ど取り込まれていないことが確認できた。
B. Experimental Results The results of Example 9 are shown in FIG. The horizontal axis of FIG. 15 shows the sputtering time, and the vertical axis shows the atomic concentration of boron or oxygen measured by XPS. In FIG. 15, the atomic concentration of boron is shown by a solid line, and the atomic concentration of oxygen is shown by a broken line.
According to the results shown in FIG. 15, it was confirmed that almost no oxygen was taken into the boron film except for the region near the surface of the boron film on which oxygen in the atmosphere was adsorbed (the region where the sputtering time was short). ..
これに対して参照例9の結果を図16(a)、(b)に示す。図16(a)、(b)は、成膜されたボロン膜の縦断面をEDX分析した結果を示している。白くなっている部分が、各々、ボロン原子、酸素原子の存在領域である。
図16によれば、ボロン膜の膜中にも酸素原子が取り込まれていることが確認できる。これは、石英製の部材をボロン膜でコーティングした場合であっても、反応ガスをプラズマ化した処理雰囲気下では、石英からの酸素の放出を十分に抑えることは難しく、石英製の部材(誘電体窓41やエッジリング)から放出された酸素がウエハW上に成膜されたボロン膜内に取り込まれた結果と推定される。
On the other hand, the results of Reference Example 9 are shown in FIGS. 16A and 16B. 16 (a) and 16 (b) show the results of EDX analysis of the vertical cross section of the formed boron film. The white areas are the regions where boron atoms and oxygen atoms exist, respectively.
According to FIG. 16, it can be confirmed that oxygen atoms are also incorporated into the boron film. This is because even when a quartz member is coated with a boron film, it is difficult to sufficiently suppress the release of oxygen from the quartz under a processing atmosphere in which the reaction gas is turned into plasma, and the quartz member (dielectric). It is presumed that the oxygen released from the
以上に示した実施例9、参照例9の結果から、イットリア膜は、処理容器2内に露出する石英製の部材をコーティングし、酸素の放出を抑えるうえで好適な材料であると言える。なお、石英製の部材の表面をボロン膜などの他のコーティング材料によってコーティングする手法の採用を否定するものではなく、他の材料によるコーティングであっても、石英製の部材からの酸素の放出をある程度まで、抑制する効果があることは明らかである。
From the results of Example 9 and Reference Example 9 shown above, it can be said that the Itria film is a suitable material for coating the quartz member exposed in the
(実験10)
成膜温度を変化させて成膜したボロン膜について、種々の特性を調べた。
A.実験条件
(実施例10−1)実施例2−1と同様の条件下で成膜したボロン膜について、後述する各種特性の測定を行った。
(実施例10−2)成膜温度を100℃とした点以外は、実施例10−1と同様の条件下でボロン膜を成膜し、後述する各種特性の測定を行った。
(実施例10−3)成膜温度を150℃とした点以外は、実施例10−1と同様の条件下でボロン膜を成膜し、後述する各種特性の測定を行った。
(実施例10−4)成膜温度を200℃とした点以外は、実施例10−1と同様の条件下でボロン膜を成膜し、後述する各種特性の測定を行った。
(実施例10−5)成膜温度を250℃とした点以外は、実施例10−1と同様の条件下でボロン膜を成膜し、後述する各種特性の測定を行った。
(実施例10−6)成膜温度を300℃とした点以外は、実施例10−1と同様の条件下でボロン膜を成膜し、後述する各種特性の測定を行った。
(Experiment 10)
Various characteristics of the boron film formed by changing the film forming temperature were investigated.
A. Experimental Conditions (Example 10-1) Various characteristics described later were measured for the boron film formed under the same conditions as in Example 2-1.
(Example 10-2) A boron film was formed under the same conditions as in Example 10-1 except that the film formation temperature was set to 100 ° C., and various characteristics described later were measured.
(Example 10-3) A boron film was formed under the same conditions as in Example 10-1 except that the film formation temperature was set to 150 ° C., and various characteristics described later were measured.
(Example 10-4) A boron film was formed under the same conditions as in Example 10-1 except that the film formation temperature was set to 200 ° C., and various characteristics described later were measured.
(Example 10-5) A boron film was formed under the same conditions as in Example 10-1 except that the film formation temperature was 250 ° C., and various characteristics described later were measured.
(Example 10-6) A boron film was formed under the same conditions as in Example 10-1 except that the film formation temperature was set to 300 ° C., and various characteristics described later were measured.
<特性測定項目>
(1)成膜速度:実施例10−1〜10−6に係るボロン膜について、単位時間当たりの成膜速度を求めた。
(2)ドライエッチング速度:実施例10−1、10−4〜10−6に係るボロン膜について、ドライエッチングを行い、エッチング速度を求めた。
ドライエッチングは、プラズマエッチング装置を用い、処理圧力2.67Pa(20mTorr)、エッチングガス230sccm(C4F6、C4F8そしてCH2F2の混合ガス:140sccm、O2:90sccmの混合ガス)、ウエハW加熱温度150℃とした。
(3)ウェットエッチング速度測定:実施例10−2〜10−6に係るボロン膜について、ウェットエッチングを行い、エッチング速度を求めた。ウェットエッチングは、室温の69wt%硝酸水溶液を用いて行った。
(4)エッチング液感度測定:実施例10−5に係るボロン膜についてエッチング液の種類を変更してエッチング速度を求めた。エッチング液としては、過酸化水素水(H2O2:31wt%)、硝酸水溶液(69wt%)、フッ化水素水溶液(50wt%)、APM(Ammonium hydroxide-hydrogen Peroxide-Mixture:アンモニア−過酸化水素水混合液)、SPM(Sulfuric acid hydrogen Peroxide Mixture:硫酸−過酸化水素水混合液)を用い、ウェットエッチングは室温で行った。
(5)膜密度測定:実施例10−1、10−4〜10−6に係るボロン膜について、RBS(Rutherford backscattering spectrometry)測定及びERDA(Elastic Recoil Detection Analysis)測定により膜密度の測定を行った。
(6)水素濃度分析:実施例10−4〜10−6に係るボロン膜について、RBS測定及びERDA測定によりボロン膜に含まれる水素原子濃度を測定した。
(7)FT−IR分析:実施例10−4〜10−6に係るボロン膜について、FT−IRによりボロン膜の構造分析を行った。
<Characteristic measurement items>
(1) Film formation rate: For the boron film according to Examples 10-1 to 10-6, the film formation rate per unit time was determined.
(2) Dry etching rate: The boron film according to Examples 10-1, 10-4 to 10-6 was dry-etched, and the etching rate was determined.
For dry etching, a plasma etching device is used, and the processing pressure is 2.67 Pa (20 mTorr), the etching gas is 230 sccm (C 4 F 6 , C 4 F 8 and CH 2 F 2 mixed gas: 140 sccm, O 2 : 90 sccm mixed gas. ), The wafer W heating temperature was set to 150 ° C.
(3) Measurement of Wet Etching Rate: The boron film according to Examples 10-2 to 10-6 was subjected to wet etching to determine the etching rate. Wet etching was performed using a 69 wt% nitric acid aqueous solution at room temperature.
(4) Etching Liquid Sensitometry: The etching rate was determined by changing the type of etching liquid for the boron film according to Example 10-5. As the etching solution, hydrogen peroxide solution (H 2 O 2 : 31 wt%), nitrate aqueous solution (69 wt%), hydrogen fluoride aqueous solution (50 wt%), APM (Ammonium hydroxide-hydrogen Peroxide-Mixture: ammonia-hydrogen peroxide). Wet etching was performed at room temperature using a water mixture) and SPM (Sulfuric acid hydrogen Peroxide Mixture).
(5) Membrane Density Measurement: The membrane density of the boron membrane according to Examples 10-1, 10-4 to 10-6 was measured by RBS (Rutherford backscattering spectrometry) measurement and ERDA (Elastic Recoil Detection Analysis) measurement. ..
(6) Hydrogen concentration analysis: With respect to the boron membrane according to Examples 10-4 to 10-6, the hydrogen atom concentration contained in the boron membrane was measured by RBS measurement and ERDA measurement.
(7) FT-IR analysis: The structure of the boron film according to Examples 10-4 to 10-6 was analyzed by FT-IR.
B.実験結果
特性測定項目(1)につき、各成膜温度でのボロン膜の成膜速度を求めた結果を図17に示す。図17の横軸は成膜温度[℃]を示し、縦軸はボロン膜の成膜速度[nm/分]を示している。
図17に示す結果によれば、成膜圧力(処理容器2内の圧力)や反応ガスの供給流量、プラズマを発生させるための高周波電力などが同じ条件下では、成膜温度を60℃〜300℃の範囲で変化させても、成膜速度に大きな変化は見られなかった。
B. Experimental result
FIG. 17 shows the results of determining the film formation rate of the boron film at each film formation temperature for the characteristic measurement item (1). The horizontal axis of FIG. 17 indicates the film formation temperature [° C.], and the vertical axis represents the film formation rate [nm / min] of the boron film.
According to the results shown in FIG. 17, the film formation temperature is set to 60 ° C. to 300 ° C. under the same conditions such as the film formation pressure (pressure in the processing container 2), the supply flow rate of the reaction gas, and the high frequency power for generating plasma. No significant change was observed in the film formation rate even when the temperature was changed in the range of ° C.
次いで特性測定項目(2)につき、各成膜温度で成膜されたボロン膜のドライエッチング速度を図18に示す。図18の横軸は各ボロン膜の成膜温度を示し、縦軸は、従来、ハードマスク材料として用いられているアモルファスカーボン(図18中に基準値として「a−C」の符号と共に示してある)を同じ条件下でドライエッチングしたときのエッチング速度に対する、相対的なエッチング速度の比(ドライエッチング速度比)を示している。
また参考例として、図18には、従来、アモルファスカーボンとは別のハードマスク材料として用いられているアモルファスシリコン(同図中に「a−Si」の符号と共に示してある)のドライエッチング速度比も併記してある。
Next, for the characteristic measurement item (2), the dry etching rate of the boron film formed at each film formation temperature is shown in FIG. The horizontal axis of FIG. 18 shows the film formation temperature of each boron film, and the vertical axis shows amorphous carbon conventionally used as a hard mask material (in FIG. 18 as a reference value with the reference numerals “AC”. The ratio (dry etching rate ratio) of the etching rate to the etching rate when dry etching is performed under the same conditions is shown.
As a reference example, FIG. 18 shows a dry etching rate ratio of amorphous silicon (indicated with the reference numeral “a—Si” in the figure) which has been conventionally used as a hard mask material different from amorphous carbon. Is also written.
図18に示す結果によれば、60℃〜300℃の成膜温度の範囲で成膜したボロン膜は、いずれもアモルファスカーボンの約2.5倍程度、アモルファスシリコンの約1.5倍程度のエッチング耐性を備えていることが確認できた。 According to the results shown in FIG. 18, the boron films formed in the film formation temperature range of 60 ° C. to 300 ° C. are about 2.5 times as much as amorphous carbon and about 1.5 times as much as amorphous silicon. It was confirmed that it had etching resistance.
さらに特性測定項目(3)につき、各成膜温度で成膜されたボロン膜の硝酸水溶液によるウェットエッチング速度を図19に示す。図19の横軸は各ボロン膜の成膜温度を示し、縦軸は、ウェットエッチング速度[nm/分]を示している。
また参考例として、図19には、従来、PVD(Physical Vapor Deposition)により成膜したボロン膜の(同図中に「PVD」の符号と共に示してある)のウェットエッチング速度も併記してある。
Further, for the characteristic measurement item (3), FIG. 19 shows the wet etching rate of the boron film formed at each film formation temperature with the nitric acid aqueous solution. The horizontal axis of FIG. 19 shows the film formation temperature of each boron film, and the vertical axis shows the wet etching rate [nm / min].
Further, as a reference example, FIG. 19 also shows the wet etching rate of the boron film (indicated with the reference numeral “PVD” in the figure) conventionally formed by PVD (Physical Vapor Deposition).
図19に示す結果によれば、300℃の成膜温度で成膜したボロン膜、及びPVDにより成膜したボロン膜は、硝酸水溶液によっては殆ど除去されなかった。
これに対して、100℃〜250℃の成膜温度の範囲で成膜したボロン膜は、約2.5〜5.0[nm/分]程度の範囲でエッチング速度のばらつきはあるものの、いずれも硝酸水溶液によって除去(エッチング)することが可能であった。即ち、これらの成膜温度範囲で成膜したボロン膜は、ドライエッチングに対しては高い耐エッチング性を示し(図18)、ドライエッチング時のハードマスクに用いた後は、硝酸水溶液を用いて比較的容易に除去することが可能であるという、ハードマスク材料に好適な特性を備えていると言える。
According to the results shown in FIG. 19, the boron film formed at a film forming temperature of 300 ° C. and the boron film formed by PVD were hardly removed by the aqueous nitric acid solution.
On the other hand, the boron film formed in the range of the film forming temperature of 100 ° C. to 250 ° C. has a variation in the etching rate in the range of about 2.5 to 5.0 [nm / min], but in any case. Was also able to be removed (etched) with an aqueous nitric acid solution. That is, the boron film formed in these film formation temperature ranges shows high etching resistance to dry etching (FIG. 18), and after being used as a hard mask during dry etching, a nitric acid aqueous solution is used. It can be said that it has a property suitable for a hard mask material that it can be removed relatively easily.
次の特性測定項目(4)につき、250℃で成膜したボロン膜について、異なる種類のエッチング液を用いてエッチングを行った場合のエッチング速度を図20に示す。図20の横軸はエッチング液の種類を示し、縦軸は、ウェットエッチング速度[nm/分]を示している。
図20に示すように、成膜温度250℃にて成膜したボロン膜は、エッチング液として硝酸水溶液を用いた場合にのみエッチングすることが可能であり、他のエッチング液によっては殆どエッチングされない特異な特性を有していることが分かる。また、300℃未満(例えば60℃〜250℃)の他の成膜温度で成膜したボロン膜についても、図20に示した例と同様のウェットエッチング特性を呈することを確認している。
Regarding the following characteristic measurement item (4), FIG. 20 shows the etching rate when the boron film formed at 250 ° C. is etched with different types of etching solutions. The horizontal axis of FIG. 20 shows the type of etching solution, and the vertical axis shows the wet etching rate [nm / min].
As shown in FIG. 20, a boron film formed at a film formation temperature of 250 ° C. can be etched only when an aqueous nitric acid solution is used as the etching solution, and is hardly etched by other etching solutions. It can be seen that it has various characteristics. Further, it has been confirmed that the boron film formed at another film forming temperature of less than 300 ° C. (for example, 60 ° C. to 250 ° C.) exhibits the same wet etching characteristics as the example shown in FIG.
さらに特性測定項目(5)につき、各成膜温度で成膜されたボロン膜の膜密度を測定した結果を図21に示す。図21の横軸は成膜温度[℃]を示し、縦軸はボロン膜の膜密度[g/cm3]を示している。
図21に示す結果によれば、成膜温度が低くなるに連れて、ボロン膜の膜密度は小さくなる傾向がある。
一般的に密度の低い膜は、ドライエッチング、ウェットエッチングに係らず、エッチング耐性が低下する傾向があるが、図18、19を用いて説明したように、本例のボロン膜は、成膜温度60℃〜300℃の範囲で高いドライエッチング耐性を示す一方、成膜温度300℃未満(図19に示す例では100℃〜250℃の範囲)で硝酸水溶液によりエッチング除去される。これらの事実を踏まえると、成膜温度300℃未満で成膜したボロン膜の特異なエッチング特性は、膜密度の低下に起因するものとは言い難い。
Further, for the characteristic measurement item (5), FIG. 21 shows the results of measuring the film density of the boron film formed at each film formation temperature. The horizontal axis of FIG. 21 indicates the film formation temperature [° C.], and the vertical axis indicates the film density [g / cm 3 ] of the boron film.
According to the results shown in FIG. 21, the film density of the boron film tends to decrease as the film formation temperature decreases.
Generally, a film having a low density tends to have a reduced etching resistance regardless of dry etching or wet etching. However, as described with reference to FIGS. 18 and 19, the boron film of this example has a film forming temperature. While exhibiting high dry etching resistance in the range of 60 ° C to 300 ° C, etching is removed by an aqueous nitric acid solution at a film formation temperature of less than 300 ° C (range of 100 ° C to 250 ° C in the example shown in FIG. 19). Based on these facts, it cannot be said that the peculiar etching characteristics of the boron film formed at a film forming temperature of less than 300 ° C. are due to the decrease in film density.
そして特性測定項目(6)につき、各成膜温度で成膜されたボロン膜に含まれる水素原子濃度を測定した結果を図22に示す。図22の横軸は成膜温度[℃]を示し、縦軸はボロン膜中のH(水素原子)濃度[原子%]を示している。
図22に示す結果によれば、成膜温度が低くなるに連れて、ボロン膜中の水素濃度が急激に高くなっていくことが分かる。
FIG. 22 shows the results of measuring the hydrogen atom concentration contained in the boron film formed at each film formation temperature for the characteristic measurement item (6). The horizontal axis of FIG. 22 shows the film formation temperature [° C.], and the vertical axis shows the H (hydrogen atom) concentration [atomic%] in the boron film.
According to the results shown in FIG. 22, it can be seen that the hydrogen concentration in the boron film rapidly increases as the film formation temperature decreases.
また特性測定項目(7)につき、各成膜温度で成膜されたボロン膜について、FT−IRにより構造分析を行った結果を図23に示す。図23の横軸は波数[cm−1]、縦軸は吸光度[arb. units]を示している。
図23中、波数が2500[cm−1]付近の吸光度ピークは、B−H(ボロン−水素結合)を示している。当該図によると、成膜温度が200℃、250℃のボロン膜は、ボロンと結合した水素を含んでいる一方で、成膜温度が300℃のボロン膜には、ボロンと結合した状態の水素は殆ど含まれていないことが分かる。
Further, with respect to the characteristic measurement item (7), FIG. 23 shows the result of structural analysis of the boron film formed at each film formation temperature by FT-IR. The horizontal axis of FIG. 23 shows the wave number [cm -1 ], and the vertical axis shows the absorbance [arb. Units].
In FIG. 23, the absorbance peak with a wave number of around 2500 [cm -1 ] indicates BH (boron-hydrogen bond). According to the figure, the boron film having a film forming temperature of 200 ° C. and 250 ° C. contains hydrogen bonded to boron, while the boron film having a film forming temperature of 300 ° C. contains hydrogen bonded to boron. It can be seen that is hardly contained.
図22、23の結果を踏まえ、300℃未満(例えば60℃〜250℃)の成膜温度で成膜されたボロン膜に共通する特徴を抽出すると、ボロン膜内にボロンと結合した状態で水素を含んでいることにより、ドライエッチング耐性が高く、且つ、硝酸水溶液によって比較的容易にエッチング除去することが可能な特異な特性のボロン膜が得られたのではないかと推察される。
なお、図17〜23を参照しながら検討した、特異なエッチング特性を有するボロン膜は、ボロン含有ガスとしてB2H6ガスを用いてボロン膜の成膜を行った場合を示している。但し、他の種類のボロン含有ガスを含む反応ガスを用いた場合であっても、300℃未満の成膜温度で成膜したボロン膜が、ボロン原子と結合した状態で5〜15原子%程度の範囲内の濃度の水素原子を含み、酸素や窒素など不可避成分として取り込まれる他の原子の濃度が1.0原子%未満であれば、B2H6ガスを用いた場合と同様のエッチング特性を示すものと考えられる。
Based on the results of FIGS. 22 and 23, when the characteristics common to the boron film formed at a film formation temperature of less than 300 ° C. (for example, 60 ° C. to 250 ° C.) are extracted, hydrogen is bonded to boron in the boron film. It is presumed that a boron film having high dry etching resistance and having peculiar characteristics that can be relatively easily removed by etching with an aqueous nitric acid solution was obtained by containing the above.
The boron film having unique etching characteristics examined with reference to FIGS. 17 to 23 shows a case where the boron film is formed using B 2 H 6 gas as the boron-containing gas. However, even when a reaction gas containing another type of boron-containing gas is used, the boron film formed at a film formation temperature of less than 300 ° C. is about 5 to 15 atomic% in a state of being bonded to a boron atom. If the concentration of hydrogen atoms within the range of is less than 1.0 atom% and the concentration of other atoms taken in as unavoidable components such as oxygen and nitrogen is less than 1.0 atomic%, the etching characteristics are the same as when B 2 H 6 gas is used. Is considered to indicate.
1、1a、1b
成膜装置
2 処理容器
3 載置台
4 プラズマ生成機構
5 マイクロ波発生器
6 ガス供給部
6a ガスシャワーヘッド
71 酸化珪素(SiO2)膜
74 ボロン膜
82 プラズマ形成用高周波電源
83 バイアス電圧調整部
85 バイアス印加用高周波電源
1, 1a, 1b
Claims (12)
ボロン含有ガスを含む反応ガスを、0.67Pa〜33.3Pa(5mTorr〜250mTorr)の範囲内の圧力に調整された処理雰囲気でプラズマ化して、前記基板を60℃以上、300℃未満の範囲内の温度に加熱した状態で前記基板上にボロン膜を成膜することを特徴とする成膜方法。 Boron is used as a mask when a film containing a silicon oxide film formed on a substrate for forming a semiconductor device is etched with a gas to form a recess, and is removed from the film containing the silicon oxide film by an aqueous nitric acid solution. This is a film forming method for forming a film on the substrate.
The reaction gas containing the boron-containing gas is turned into plasma in a processing atmosphere adjusted to a pressure in the range of 0.67 Pa to 33.3 Pa (5 mTorr to 250 mTorr), and the substrate is in the range of 60 ° C. or higher and lower than 300 ° C. A film forming method characterized by forming a boron film on the substrate while being heated to the above temperature.
基板を載置する載置部を兼用する電極部に高周波電力を印加することを特徴とする請求項4記載の成膜方法。 The microwave is supplied to the reaction gas from an antenna provided above the substrate.
The film forming method according to claim 4 , wherein high-frequency power is applied to an electrode portion that also serves as a mounting portion on which a substrate is mounted.
内部を真空排気するための真空排気部に接続され、前記基板が載置される載置部を備えた処理容器と、
前記載置部に載置された基板上にボロン膜を成膜するために、前記処理容器内にボロン含有ガスを含む反応ガスを供給するための反応ガス供給部と、
前記処理容器内に供給された反応ガスをプラズマ化するためのプラズマ形成部と、
前記反応ガスがプラズマ化される際に、前記真空排気部によって真空排気される処理容器内の処理雰囲気を、0.67Pa〜33.3Pa(5mTorr〜250mTorr)の範囲内の圧力に調整するための圧力調整部と、
前記反応ガスがプラズマ化される際に、前記載置部に載置された基板を60℃以上、300℃未満の範囲内の温度に加熱する加熱部と、を備えることを特徴とする成膜装置。 Boron is used as a mask when a film containing a silicon oxide film formed on a substrate for forming a semiconductor device is etched with a gas to form a recess, and is removed from the film containing the silicon oxide film by an aqueous nitric acid solution. A film forming apparatus for forming a film on the substrate.
The internal is connected to a vacuum exhaust unit for evacuating the processing container provided with a mounting portion in which the substrate is mounted,
A reaction gas supply unit for supplying a reaction gas containing a boron-containing gas into the processing container in order to form a boron film on a substrate placed on the above-described mounting unit, and a reaction gas supply unit.
A plasma forming unit for converting the reaction gas supplied into the processing container into plasma, and
To adjust the processing atmosphere in the processing container vacuum-exhausted by the vacuum exhaust unit to a pressure in the range of 0.67 Pa to 33.3 Pa (5 mTorr to 250 mTorr) when the reaction gas is turned into plasma. Pressure regulator and
A film formation characterized by comprising a heating portion that heats a substrate placed on the above-described mounting portion to a temperature within a range of 60 ° C. or higher and lower than 300 ° C. when the reaction gas is turned into plasma. Device.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US15/833,685 US10388524B2 (en) | 2016-12-15 | 2017-12-06 | Film forming method, boron film, and film forming apparatus |
KR1020170166306A KR102084296B1 (en) | 2016-12-15 | 2017-12-06 | Film forming method, boron film, and film forming apparatus |
CN201711274133.8A CN108220922B (en) | 2016-12-15 | 2017-12-06 | Film forming method, boron film, and film forming apparatus |
TW106143677A TW201831723A (en) | 2016-12-15 | 2017-12-13 | Film Forming Method, Boron Film, and Film Forming Apparatus |
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016242984 | 2016-12-15 | ||
JP2016242984 | 2016-12-15 | ||
JP2017065310 | 2017-03-29 | ||
JP2017065310 | 2017-03-29 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018160656A JP2018160656A (en) | 2018-10-11 |
JP6950315B2 true JP6950315B2 (en) | 2021-10-13 |
Family
ID=63796884
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017138289A Active JP6950315B2 (en) | 2016-12-15 | 2017-07-14 | Film formation method, boron film, and film formation equipment |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6950315B2 (en) |
TW (1) | TW201831723A (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11495454B2 (en) * | 2020-08-07 | 2022-11-08 | Applied Materials, Inc. | Deposition of low-stress boron-containing layers |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6383273A (en) * | 1986-09-26 | 1988-04-13 | Res Dev Corp Of Japan | Method for synthesizing boron nitride film |
JPH0831422B2 (en) * | 1992-11-30 | 1996-03-27 | プラズマ・フィジクス・コーポレーション | Method for manufacturing semiconductor device |
JP3088721B1 (en) * | 1999-08-11 | 2000-09-18 | キヤノン販売株式会社 | Impurity processing apparatus and cleaning method for impurity processing apparatus |
JP4961776B2 (en) * | 2006-03-07 | 2012-06-27 | 株式会社Sumco | Pattern forming mask and cleaning method thereof |
US8337950B2 (en) * | 2007-06-19 | 2012-12-25 | Applied Materials, Inc. | Method for depositing boron-rich films for lithographic mask applications |
JP2009038262A (en) * | 2007-08-02 | 2009-02-19 | Canon Inc | Plasma processing apparatus |
JP5466526B2 (en) * | 2010-02-15 | 2014-04-09 | 株式会社日立国際電気 | Semiconductor device manufacturing method, substrate processing apparatus, and program |
US20130130513A1 (en) * | 2010-07-21 | 2013-05-23 | Tokyo Electron Limited | Interlayer insulating layer forming method and semiconductor device |
TW201216331A (en) * | 2010-10-05 | 2012-04-16 | Applied Materials Inc | Ultra high selectivity doped amorphous carbon strippable hardmask development and integration |
-
2017
- 2017-07-14 JP JP2017138289A patent/JP6950315B2/en active Active
- 2017-12-13 TW TW106143677A patent/TW201831723A/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2018160656A (en) | 2018-10-11 |
TW201831723A (en) | 2018-09-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102084296B1 (en) | Film forming method, boron film, and film forming apparatus | |
Shwartz | Handbook of semiconductor interconnection technology | |
US7211525B1 (en) | Hydrogen treatment enhanced gap fill | |
TWI421941B (en) | Film formation method and apparatus for semiconductor process | |
US5897713A (en) | Plasma generating apparatus | |
KR101886742B1 (en) | Substrate processing method | |
US7435684B1 (en) | Resolving of fluorine loading effect in the vacuum chamber | |
US10017853B2 (en) | Processing method of silicon nitride film and forming method of silicon nitride film | |
US9607811B2 (en) | Workpiece processing method | |
CN101156234B (en) | Method for nitriding substrate and method for forming insulating film | |
KR20160100835A (en) | Process Component and Method to Improve MOCVD Reaction Process | |
CN115485811A (en) | Inert gas injection for improving selectivity of hard mask | |
JP5425361B2 (en) | Plasma surface treatment method, plasma treatment method, and plasma treatment apparatus | |
WO2010038885A1 (en) | Silicon nitride film and process for production thereof, computer-readable storage medium, and plasma cvd device | |
JP6950315B2 (en) | Film formation method, boron film, and film formation equipment | |
TW201220400A (en) | Silicon nitride film-forming device and method | |
US11615957B2 (en) | Method for forming boron-based film, formation apparatus | |
US11145522B2 (en) | Method of forming boron-based film, and film forming apparatus | |
JP7033999B2 (en) | Boron-based film film forming method and film forming equipment | |
JP2010225792A (en) | Film forming device and film forming method | |
JP2019102508A (en) | Method and apparatus for forming boron-based film | |
US12009219B2 (en) | Substrate processing method | |
JP7049894B2 (en) | Boron-based film film forming method and film forming equipment | |
US20220235462A1 (en) | Film forming method and film forming apparatus | |
US20180090311A1 (en) | Boron film, boron film forming method, hard mask, and hard mask manufacturing method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20180509 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200410 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210331 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210406 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20210601 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210721 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210824 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210906 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6950315 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |