KR102120529B1 - 카본 막의 성막 방법, 카본 막의 성막 장치 및 기억 매체 - Google Patents

카본 막의 성막 방법, 카본 막의 성막 장치 및 기억 매체 Download PDF

Info

Publication number
KR102120529B1
KR102120529B1 KR1020170062142A KR20170062142A KR102120529B1 KR 102120529 B1 KR102120529 B1 KR 102120529B1 KR 1020170062142 A KR1020170062142 A KR 1020170062142A KR 20170062142 A KR20170062142 A KR 20170062142A KR 102120529 B1 KR102120529 B1 KR 102120529B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
film
boron
carbon film
carbon
Prior art date
Application number
KR1020170062142A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170132674A (ko
Inventor
아키라 시미즈
마사유키 기타무라
요스케 와타나베
Original Assignee
도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 filed Critical 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Publication of KR20170132674A publication Critical patent/KR20170132674A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102120529B1 publication Critical patent/KR102120529B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02269—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by thermal evaporation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C16/0209—Pretreatment of the material to be coated by heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C16/0272—Deposition of sub-layers, e.g. to promote the adhesion of the main coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/46—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for heating the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02115—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material being carbon, e.g. alpha-C, diamond or hydrogen doped carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/02126—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material containing Si, O, and at least one of H, N, C, F, or other non-metal elements, e.g. SiOC, SiOC:H or SiONC
    • H01L21/02129—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material containing Si, O, and at least one of H, N, C, F, or other non-metal elements, e.g. SiOC, SiOC:H or SiONC the material being boron or phosphorus doped silicon oxides, e.g. BPSG, BSG or PSG
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02205—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02205—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition
    • H01L21/02208—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si
    • H01L21/02211—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si the compound being a silane, e.g. disilane, methylsilane or chlorosilane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02299—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer pre-treatment
    • H01L21/02304—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer pre-treatment formation of intermediate layers, e.g. buffer layers, layers to improve adhesion, lattice match or diffusion barriers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67109—Apparatus for thermal treatment mainly by convection

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Robotics (AREA)

Abstract

열분해 온도 강하 가스를 사용해서 저온 성막을 행하는 경우에, 밀착성이 양호한 카본 막을 성막할 수 있는 카본 막의 성막 방법 및 성막 장치를 제공한다. 피처리체 상에 카본 막을 성막하는 카본 막의 성막 방법은, 피처리체를 처리실 내에 반입하는 공정과, 처리실 내에, 붕소 함유 가스를 포함하는 가스를 공급하여, 피처리체의 표면에, 붕소계 박막으로 이루어지는 시드층을 형성하는 공정과, 탄화수소계 카본 소스 가스, 및 할로겐 원소를 포함하고, 탄화수소계 카본 소스 가스의 열분해 온도를 강하시키는 열분해 온도 강하 가스를 공급하여, 탄화수소계 카본 소스 가스를, 그 열분해 온도보다도 낮은 온도로 가열해서 열분해시켜, 열 CVD에 의해 피처리체 상에 카본 막을 성막하는 공정을 갖는다.

Description

카본 막의 성막 방법, 카본 막의 성막 장치 및 기억 매체{CARBON FILM FORMING METHOD, CARBON FILM FORMING APPARATUS, AND STORAGE MEDIUM}
본 발명은 카본 막의 성막 방법, 카본 막의 성막 장치 및 기억 매체에 관한 것이다.
차세대 반도체 디바이스의 패터닝 공정에 사용되는 재료의 하나로서 카본(C)이 주목받고 있다. 패터닝 공정에서는 단차 형상에 대한 매립성이 양호한 것이 요구된다.
단차 형상에 대한 매립성이 양호한 성막 방법으로서, 도포 방식이 검토되어 있지만, 내열성에 문제가 있다.
한편, 일반적으로, 카본 막의 성막 방법으로서는, 특허문헌 1에 기재되어 있는 플라즈마 CVD법, 또는 특허문헌 2에 기재되어 있는 열 CVD법이 알려져 있다.
그러나, 플라즈마 CVD법을 사용해서 카본 막을 성막하는 경우에는, 성막 온도는 낮게 억제되지만(특허문헌 1에 의하면 100℃ 내지 500℃), 단차 피복성이 양호하지 않다. 이 때문에, 플라즈마 CVD법은, 라인 패턴이나 홀 패턴 등의 요철을 갖는 하지 상에의 카본 막의 성막에는 부적합하다.
또한, 열 CVD법을 사용해서 카본 막을 성막하는 경우에는, 단차 피복성은 비교적 양호하지만, 성막 온도를 높은 온도(특허문헌 2에 의하면 800℃ 내지 1000℃)로 해야만 하고, 성막 조건을 최적화해도 650 내지 800℃가 한계로, 예를 들어 실리콘 웨이퍼에 형성되는 트랜지스터에의 열 이력의 관점에서, 반도체 장치의 상층 부분의 프로세스에의 적용에는 적합하지 않다.
이 때문에, 단차 피복성이 비교적 양호한 열 CVD법에 의해 카본 막을 성막할 때, 성막 원료로서 사용하는 탄화수소계 카본 소스 가스의 열분해 온도를 강하시키는, 열분해 온도 강하 가스를 사용하는 것이 제안되어 있다(특허문헌 3). 구체적으로는, 열분해 온도 강하 가스로서 Cl2 가스 등의 할로겐 함유 가스를 사용함으로써 열분해 온도를 강하시켜, 성막 온도를 저하시키는 것이 제안되어 있다. 또한, 특허문헌 3에는, 카본 막의 성막 전에, 하지 상에 아미노실란계 가스를 공급해서 밀착성을 개선하기 위한 시드층을 형성하는 것이 기재되어 있다.
일본 특허 공개 제2002-12972호 공보 일본 특허 공개 제2012-17502호 공보 일본 특허 공개 제2014-33186호 공보
그러나, 상기 특허문헌 3의 기술에 의해, Cl2 가스 등의 열분해 온도 강하 가스를 사용해서 저온 성막을 행하는 경우에는, 하지로서 예를 들어 실리콘막을 사용하면, 아미노실란계 가스에 의한 시드층을 형성해도, 막 두께가 10nm 정도로 막 박리를 일으켜버릴만큼 밀착성이 악화하는 경우가 있는 것으로 판명되었다.
따라서, 본 발명은, 열분해 온도 강하 가스를 사용해서 저온 성막을 행하는 경우에, 밀착성이 양호한 카본 막을 성막할 수 있는 카본 막의 성막 방법 및 성막 장치를 제공한다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해서 다양하게 검토를 거듭하였다. 그 결과, 시드층으로서 붕소 또는 질화붕소를 사용함으로써, Cl2 가스 등의 열분해 온도 강하 가스와 하지와의 반응을 억제할 수 있어, 하지에 대한 밀착성 악화를 억제할 수 있음을 알아내었다.
본 발명은 이러한 지견에 기초해서 완성된 것으로, 제1 관점은, 피처리체 상에 카본 막을 성막하는 카본 막의 성막 방법이며, 피처리체를 처리실 내에 반입하는 공정과, 상기 처리실 내에, 붕소 함유 가스를 포함하는 가스를 공급하여, 상기 피처리체의 표면에, 붕소계 박막으로 이루어지는 시드층을 형성하는 공정과, 상기 시드층을 형성한 후, 상기 처리실 내에, 탄화수소계 카본 소스 가스, 및 할로겐 원소를 포함하고, 상기 탄화수소계 카본 소스 가스의 열분해 온도를 강하시키는 열분해 온도 강하 가스를 공급하여, 상기 탄화수소계 카본 소스 가스를, 그 열분해 온도보다도 낮은 온도로 가열해서 열분해시켜, 열 CVD에 의해 피처리체 상에 카본 막을 성막하는 공정을 갖는 카본 막의 성막 방법을 제공한다.
상기 시드층을 구성하는 상기 붕소계 박막은, 붕소막 또는 화학 양론 조성 또는 붕소 리치의 질화붕소막인 것이 바람직하다. 상기 붕소계 박막이 붕소막인 경우, 붕소 함유 가스를 포함하는 가스로서, 보란계 가스 및 삼염화붕소 가스 중 적어도 1종을 사용하고, 상기 붕소계 박막이 화학 양론 조성 또는 붕소 리치의 질화붕소막인 경우, 상기 붕소 함유 가스를 포함하는 가스로서, 보란계 가스 및 삼염화붕소 가스 중 적어도 1종, 및 질화 가스를 사용할 수 있다.
상기 붕소계 박막으로 이루어지는 시드층을 형성할 때의 성막 온도는, 200 내지 300℃인 것이 바람직하다.
상기 붕소계 박막으로 이루어지는 시드층의 두께는 0.5 내지 3.0nm인 것이 바람직하다.
상기 카본 막을 성막할 때의 성막 온도는, 300 내지 600℃인 것이 바람직하다.
상기 열분해 온도 강하 가스로서는, Cl2 가스를 사용할 수 있다.
상기 탄화수소계 카본 소스 가스로서는,
CnH2n +2
CmH2m
CmH2m -2
중 적어도 1개의 분자식으로 표현되는 탄화수소를 포함하는 가스(단, n은 1 이상의 자연수, m은 2 이상의 자연수)를 적합하게 사용할 수 있다.
본 발명의 제2 관점은, 피처리체 상에 카본 막을 성막하는 성막 장치이며, 상기 카본 막이 형성되는 피처리체를 수용하는 처리실과, 상기 처리실 내에, 처리에 사용하는 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구와, 상기 처리실 내에 수용된 상기 피처리체를 가열하는 가열 장치와, 상기 처리실 내에 피처리체를 반입하는 반입 기구와, 상기 제1 관점의 카본 막의 성막 방법이 실시되도록, 상기 처리 가스 공급 기구, 상기 가열 장치, 및 상기 반입 기구를 제어하는 제어부를 구비하는 카본 막의 성막 장치를 제공한다.
본 발명의 제3 관점은, 컴퓨터 상에서 동작하고, 카본 막의 성막 장치를 제어하기 위한 프로그램이 기억된 기억 매체이며, 상기 프로그램은, 실행 시에, 상기 제1 관점의 카본 막의 성막 방법이 행해지도록, 컴퓨터에 상기 카본 막의 성막 장치를 제어시키는 기억 매체를 제공한다.
본 발명에 따르면, 탄화수소계 카본 소스 가스와, 할로겐 원소를 포함하는 열분해 온도 강하 가스를 사용해서 카본 막을 성막함에 앞서, 하지 상에 붕소계 박막으로 이루어지는 시드층을 형성함으로써, 할로겐 원소와 하지와의 반응을 억제할 수 있어, 밀착성이 양호한 카본 막을 성막할 수 있다.
도 1은 본 발명의 성막 방법을 실시할 수 있는 성막 장치의 일례를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 카본 막의 성막 방법의 플로우를 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 카본 막의 성막 방법을 실시할 때의 공정 단면도이다.
도 4는 시드층으로서 아미노실란계 시드층을 사용한 경우의 반응 모델과, 시드층으로서 붕소계 박막을 사용한 경우의 반응 모델을 비교해서 설명하는 도면이다.
도 5는 실험예에서의 샘플 A 내지 D의 테이프 테스트의 결과를 도시하는 도면, 및 그 때의 SEM 사진이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다.
<본 발명을 실시하기 위한 장치의 일례>
도 1은 본 발명의 성막 방법을 실시할 수 있는 성막 장치의 일례를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 성막 장치(100)는, 종형의 뱃치식 성막 장치로서 구성되고, 천장이 있는 원통 형상의 외벽(101)과, 외벽(101)의 내측에 설치되고, 원통 형상인 내벽(102)을 구비하고 있다. 외벽(101) 및 내벽(102)은, 예를 들어 석영제이며, 내벽(102)의 내측 영역이, 피처리체인 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 웨이퍼라 기재함)(W)를 복수매 일괄하여 처리하는 처리실(S)로 되어 있다.
외벽(101)과 내벽(102)은, 환상 공간(104)을 사이에 두고 수평 방향을 따라서 서로 이격되어 있고, 각각의 하단부에서, 베이스재(105)에 접합되어 있다. 내벽(102)의 상단부는, 외벽(101)의 천장부로부터 이격되어 있고, 처리실(S)의 상방이 환상 공간(104)에 연통되도록 되어 있다. 처리실(S)의 상방에 연통되는 환상 공간(104)은 배기로가 된다. 처리실(S)에 공급되어, 확산된 가스는, 처리실(S)의 하방으로부터 처리실(S)의 상방으로 흘러서, 환상 공간(104)에 흡인된다. 환상 공간(104)의, 예를 들어 하단부에는 배기관(106)이 접속되어 있고, 배기관(106)은, 배기 장치(107)에 접속되어 있다. 배기 장치(107)는, 진공 펌프 등을 포함해서 구성되고, 처리실(S)을 배기하고, 또한 처리실(S)의 내부의 압력을 처리에 적절한 압력이 되도록 조절한다.
외벽(101)의 외측에는, 가열 장치(108)가, 처리실(S)의 주위를 둘러싸도록 설치되어 있다. 가열 장치(108)는, 처리실(S)의 내부의 온도를 처리에 적절한 온도가 되도록 조절하여, 복수매의 웨이퍼(W)를 일괄해서 가열한다.
처리실(S)의 하방은 베이스재(105)에 형성된 개구(109)에 연통하고 있다. 개구(109)에는, 예를 들어 스테인레스 스틸에 의해 원통 형상으로 성형된 매니폴드(110)가 O링 등의 시일 부재(111)를 통해서 연결되어 있다. 매니폴드(110)의 하단부는 개구로 되어 있고, 이 개구를 통해서 보트(112)가 처리실(S)의 내부에 삽입된다. 보트(112)는, 예를 들어 석영제이며, 복수개의 지주(113)를 갖고 있다. 지주(113)에는, 도시하지 않은 홈이 형성되어 있고, 이 홈에 의해, 복수매의 피처리 기판이 한번에 지지된다. 이에 의해, 보트(112)는, 피처리 기판으로서 복수매, 예를 들어 50 내지 150매의 웨이퍼(W)를 다단으로 적재할 수 있다. 복수의 웨이퍼(W)를 적재한 보트(112)가, 처리실(S)의 내부에 삽입됨으로써, 처리실(S)의 내부에는, 복수의 웨이퍼(W)를 수용할 수 있다.
보트(112)는, 석영제의 보온통(114)을 개재하여 테이블(115) 상에 적재된다. 테이블(115)은, 예를 들어 스테인레스 스틸제의 덮개부(116)를 관통하는 회전축(117) 상에 지지된다. 덮개부(116)는, 매니폴드(110)의 하단부의 개구를 개폐한다. 덮개부(116)의 관통부에는, 예를 들어 자성유체 시일(118)이 설치되어, 회전축(117)을 기밀하게 시일하면서 회전 가능하게 지지하고 있다. 또한, 덮개부(116)의 주변부와 매니폴드(110)의 하단부와의 사이에는, 예를 들어 O링으로 이루어지는 시일 부재(119)가 개재하여 설치되어, 처리실(S)의 내부의 시일성을 유지하고 있다. 회전축(117)은, 예를 들어 보트 엘리베이터 등의 승강 기구(도시하지 않음)에 지지된 아암(120)의 선단에 설치되어 있다. 이에 의해, 웨이퍼 보트(112) 및 덮개부(116) 등은, 일체적으로 연직 방향으로 승강되어 처리실(S)에 대하여 삽입 분리된다.
성막 장치(100)는, 처리실(S)의 내부에, 처리에 사용하는 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구(130)를 갖고 있다.
본 예의 처리 가스 공급 기구(130)는, 탄화수소계 카본 소스 가스 공급원(131a), 열분해 온도 강하 가스 공급원(131b), 불활성 가스 공급원(131c) 및 시드 가스 공급원(131d)을 포함하고 있다.
탄화수소계 카본 소스 가스 공급원(131a)은, 유량 제어기(MFC)(132a) 및 개폐 밸브(133a)를 통해서 가스 공급구(134a)에 접속되어 있다. 마찬가지로, 열분해 온도 강하 가스 공급원(131b)은, 유량 제어기(MFC)(132b) 및 개폐 밸브(133b)를 통해서 가스 공급구(134b)에 접속되고, 불활성 가스 공급원(131c)은, 유량 제어기(MFC)(132c) 및 개폐 밸브(133c)를 통해서 가스 공급구(134c)에 접속되고, 시드 가스 공급원(131d)은, 유량 제어기(MFC)(132d) 및 개폐 밸브(133d)를 통해서 가스 공급구(134d)에 접속되어 있다. 가스 공급구(134a 내지 134d)는 각각, 매니폴드(110)의 측벽을 수평 방향을 따라서 관통하도록 설치되고, 공급된 가스를, 매니폴드(110)의 상방에 있는 처리실(S)의 내부를 향해서 확산시킨다.
탄화수소계 카본 소스 가스 공급원(131a)으로부터 공급되는 탄화수소계 카본 소스 가스는, 열 CVD법에 의해 카본 막을 성막하기 위한 가스이다.
탄화수소계 카본 소스 가스로서는,
CnH2n +2
CmH2m
CmH2m -2
중 적어도 1개의 분자식으로 표현되는 탄화수소를 포함하는 가스를 들 수 있다(단, n은 1 이상의 자연수, m은 2 이상의 자연수).
또한, 탄화수소계 카본 소스 가스로서는,
벤젠 가스(C6H6)
가 포함되어 있어도 된다.
분자식 CnH2n +2로 표현되는 탄화수소로서는,
메탄 가스(CH4)
에탄 가스(C2H6)
프로판 가스(C3H8)
부탄 가스(C4H10: 다른 이성체도 포함함)
펜탄 가스(C5H12: 다른 이성체도 포함함)
등을 들 수 있다.
분자식 CmH2m으로 표현되는 탄화수소로서는,
에틸렌 가스(C2H4)
프로필렌 가스(C3H6: 다른 이성체도 포함함)
부틸렌 가스(C4H8: 다른 이성체도 포함함)
펜텐 가스(C5H10: 다른 이성체도 포함함)
등을 들 수 있다.
분자식 CmH2m -2로 표현되는 탄화수소로서는,
아세틸렌 가스(C2H2)
프로핀 가스(C3H4: 다른 이성체도 포함함)
부타디엔 가스(C4H6: 다른 이성체도 포함함)
이소프렌 가스(C5H8: 다른 이성체도 포함함)
등을 들 수 있다.
열분해 온도 강하 가스 공급원(131b)으로부터 공급되는 열분해 온도 강하 가스로서, 할로겐 원소를 포함하는 가스를 사용한다. 할로겐 원소를 포함하는 가스는, 그 촉매 기능에 의해, 탄화수소계 카본 소스 가스의 열분해 온도를 강하시켜, 열 CVD법에 의한 카본 막의 성막 온도를 저하시키는 기능을 갖는다.
할로겐 원소에는, 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I)가 포함된다. 할로겐 원소를 포함하는 가스는, 할로겐 원소 단체, 즉 단체의 불소(F2) 가스, 단체의 염소(Cl2) 가스, 단체의 브롬(Br2) 가스 및 단체의 요오드(I2) 가스이어도, 이들을 포함하는 화합물이어도 되지만, 할로겐 원소 단체는, 열분해를 위한 열이 불필요하여, 탄화수소계 카본 소스 가스의 열분해 온도를 강하시키는 효과가 높다는 이점이 있다. 또한 상기 할로겐 원소 중에서, 불소는 반응성이 높아 성막되는 카본 막의 표면 조도나 평탄성을 손상시킬 가능성이 있다. 이 때문에, 할로겐 원소로서는, 불소를 제외한, 염소, 브롬 및 요오드가 바람직하다. 이들 중에서는, 취급성의 관점에서는 염소가 바람직하다.
불활성 가스 공급원(131c)으로부터 공급되는 불활성 가스는, 퍼지 가스나 희석 가스로서 사용된다. 불활성 가스로서는, 예를 들어 N2 가스나, Ar 가스 등의 희가스를 사용할 수 있다.
시드 가스 공급원(131d)으로부터 공급되는 시드 가스는, 카본 막의 성막에 앞서, 하지 상에, 하지와 카본 막과의 밀착성을 개선하기 위한 시드층을 형성하기 위한 것이다. 시드층으로서는 붕소계 박막을 사용한다. 붕소계 박막으로서는 붕소 또는 화학 양론 조성 또는 붕소 리치의 질화붕소가 바람직하다.
시드 가스로서는 붕소 함유 가스를 포함하는 가스가 사용된다. 시드 가스로서 사용되는 붕소 함유 가스로서는, 디보란(B2H6) 가스로 대표되는 보란계의 가스나, 삼염화붕소(BCl3) 가스를 사용할 수 있다. 이들 중에서는, B2H6 가스가 적합하다. 붕소계 박막이 질화붕소인 경우에는, 붕소 함유 가스 외에도 질화 가스를 사용한다. 질화 가스로서는 암모니아(NH3) 가스를 적합하게 사용할 수 있다. 질화 가스로서는, 그 밖에 유기 아민 가스, 히드라진 가스를 사용할 수 있다. 질화 가스를 사용하는 경우에는, 질화 가스 공급원을 별개로 설치하고, 별개의 유량 제어기(MFC) 및 개폐 밸브를 통해서 별개의 가스 공급구로부터 질화 가스를 처리실(S) 내에 공급하는 것이 바람직하다.
성막 장치(100)는 제어부(150)를 갖고 있다. 제어부(150)는, 예를 들어 마이크로프로세서(컴퓨터)로 이루어지는 프로세스 컨트롤러(151)를 구비하고 있고, 성막 장치(100)의 각 구성부의 제어는, 프로세스 컨트롤러(151)가 행한다. 프로세스 컨트롤러(151)에는, 유저 인터페이스(152)와, 기억부(153)가 접속되어 있다.
유저 인터페이스(152)는, 오퍼레이터가 성막 장치(100)를 관리하기 위해서 커맨드의 입력 조작 등을 행하기 위한 터치 패널 디스플레이나 키보드 등을 포함하는 입력부, 및 성막 장치(100)의 가동 상황을 가시화해서 표시하는 디스플레이 등을 포함하는 표시부를 구비하고 있다.
기억부(153)는, 성막 장치(100)에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 컨트롤러(151)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 성막 장치(100)의 각 구성부에 처리 조건에 따른 처리를 실행시키기 위한 프로그램을 포함한, 소위 프로세스 레시피가 저장된다. 프로세스 레시피는, 기억부(153) 중 기억 매체에 기억된다. 기억 매체는, 하드 디스크나 반도체 메모리이어도 되고, CD-ROM, DVD, 플래시 메모리 등의 가반성의 것이어도 된다. 또한, 프로세스 레시피는, 다른 장치로부터, 예를 들어 전용 회선을 통해서 적절히 전송시키도록 해도 된다.
프로세스 레시피는, 필요에 따라 유저 인터페이스(152)로부터의 오퍼레이터의 지시 등으로 기억부(153)로부터 판독되고, 프로세스 컨트롤러(151)는, 판독된 프로세스 레시피에 따른 처리를 성막 장치(100)에 실행시킨다.
<카본 막의 성막 방법>
이어서, 도 1의 성막 장치에 의해 실시되는, 본 발명의 카본 막의 성막 방법의 일 실시 형태에 대해서 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 카본 막의 성막 방법의 플로우를 나타내는 흐름도, 도 3은 그때의 공정 단면도이다.
먼저, 예를 들어 도 3의 (a)에 도시한 바와 같은, 상부에 소정의 구조(도시 생략)가 형성된 실리콘 기체(1) 상에 실리콘 산화막(2)이 형성되고, 또한 그 위에 아몰퍼스 실리콘막(3)이 형성된 웨이퍼(W)를, 복수매, 예를 들어 50 내지 150매 웨이퍼 보트(112)에 탑재하고, 그 웨이퍼 보트(112)를 성막 장치(100) 내의 처리실(S) 내에 하방으로부터 삽입함으로써, 복수의 웨이퍼(W)를 처리실(S)에 반입한다(스텝 1). 그리고, 덮개부(116)로 매니폴드(110)의 하단 개구부를 폐쇄함으로써 처리실(S) 내를 밀폐 공간으로 한다. 이 상태에서 처리실(S) 내를 진공화해서 소정의 감압 분위기로 유지함과 함께, 가열 장치(108)에의 공급 전력을 제어하여, 웨이퍼 온도를 상승시켜서 프로세스 온도로 유지하고, 웨이퍼 보트(112)를 회전시킨 상태로 한다.
그 상태에서, 최초로, 시드 가스 공급원(131d)으로부터 시드 가스로서 붕소 함유 가스를 포함하는 가스를 공급해서 웨이퍼 표면(하지인 아몰퍼스 실리콘막(3)의 표면)에 흡착시켜, 밀착성을 개선하기 위한 시드층(4)을 형성한다(스텝 2, 도 3의 (b)).
스텝 2에서는, 시드 가스 공급원(131d)으로부터 공급되는 붕소 함유 가스로서, 디보란(B2H6) 가스로 대표되는 보란계의 가스나, 삼염화붕소(BCl3) 가스를 사용하여, 시드층(4)으로서 붕소계 박막을 형성한다.
붕소계 박막으로서는 붕소 단체로 이루어지는 붕소막, 또는 화학 양론 조성 또는 붕소 리치의 붕소 질화막을 적합하게 사용할 수 있다. 붕소막의 경우에는, 붕소 함유 가스를 포함하는 가스로서, 상기 붕소 함유 가스만을 사용해서 열분해에 의해 성막할 수 있다. 한편, 붕소 질화막의 경우에는, 붕소 함유 가스를 포함하는 가스로서, 상기 붕소 함유 가스 외에, 암모니아(NH3) 가스, 유기 아민 가스, 히드라진 가스 등의 질화 가스를 사용한다. 붕소 함유 가스로서는 B2H6 가스가 바람직하고, 질화 가스로서는 NH3 가스가 바람직하다.
스텝 2의 시드층(4)의 형성 시의 피처리체인 웨이퍼(W)의 온도는, 막 형성이 가능하고, 또한 양호한 제어성을 갖는 관점에서, 200 내지 300℃가 바람직하다.
스텝 2의 시드층(4)의 형성 후, 처리실(S) 내를 퍼지하고, 플라즈마 어시스트를 사용하지 않는 열 CVD에 의해 카본 막(5)의 성막 처리를 행한다(스텝 3, 도 3의 (c)).
스텝 3의 열 CVD에 의한 카본 막의 성막 처리에서는, 탄화수소계 카본 소스 가스 공급원(131a)으로부터 탄화수소계 카본 소스 가스로서, 탄화수소를 포함하는 가스, 예를 들어 C5H8 가스를 처리실(S)에 공급함과 함께, 열분해 온도 강하 가스 공급원(131b)으로부터 열분해 온도 강하 가스로서, 할로겐 함유 가스, 예를 들어 Cl2 가스를 공급하고, 탄화수소계 카본 소스 가스를, 그 열분해 온도보다도 낮은 소정 온도로 가열해서 열분해시켜, 열 CVD에 의해 웨이퍼(W)의 표면에 카본 막(5)을 성막한다.
카본 막(5)의 성막이 종료된 후, 처리실(S)을 배기 장치(107)에 의해 배기함과 함께, 불활성 가스 공급원(131c)으로부터 처리실(S)에 퍼지 가스로서 예를 들어 N2 가스를 공급해서 처리실(S)의 퍼지를 행하고, 그 후 처리실(S)을 대기압으로 복귀시킨 후, 웨이퍼 보트(112)를 강하시켜서 웨이퍼(W)를 반출한다.
본 실시 형태에서는, 카본 막 성막 시에, 열분해 온도 강하 가스를 사용함으로써, 그 촉매 효과에 의해 탄화수소계 카본 소스 가스의 열분해 온도를 강하시켜, 카본 소스 가스의 열분해 온도 미만의 온도에서 카본 막을 성막한다. 즉, 종래, 탄화수소계 카본 소스 가스를 사용한 열 CVD법에서의 카본 막의 성막에 필요했던 650℃ 이상(특허문헌 2에서는 800 내지 1000℃, 조건의 적정화에 의해 650 내지 800℃)이라는 온도를, 보다 낮은 온도로 저하시킬 수 있어, 300℃ 정도라는 저온에서의 성막도 가능하게 된다.
그런데, 상술한 특허문헌 3에는, 열분해 온도 강하 가스를 구성하는 할로겐 원소를 포함하는 가스로서 Cl2 가스를 사용함으로써, 탄화수소계 카본 소스 가스(CxHy), 예를 들어 에틸렌 가스(C2H4)로부터 수소(H)를 빼내어 에틸렌 가스를 분해할 수 있다는 효과가 기재되어 있다. 즉, 카본 막 성막 시에, 염소(Cl)와 같은 할로겐 원소는, 표층의 H를 당겨, 예를 들어 HCl로서 배기된다. 이 때문에, H가 탈리함으로써 댕글링 본드를 생성하고, 그 댕글링 본드가 성막에 기여한다. 또한, 하지와 카본 막과의 사이의 시드층으로서 아미노실란계 가스를 흡착시킨 것을 사용함으로써, 하지와 카본 막과의 사이의 밀착성이 개선된다고 하고 있다.
그러나, 하지로서 실리콘막을 사용하는 경우에는, 시드층으로서 아미노실란계 가스를 흡착시켜도, 성막 온도가 350℃ 정도 이상에서는, 막 두께가 10nm 정도의 얇은 카본 막에서조차도 막 박리를 야기해버릴 만큼 밀착성이 악화되어버리는 것으로 판명되었다.
즉, 열분해 온도 강하 가스로서 Cl2 가스를 사용하면, Cl은 반응성이 높기 때문에, 하지의 재질에 따라서는, 아미노실란계 시드층이 존재해도 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, Cl이 댕글링 본드를 터미네이트하기 쉽고, 이에 의해 카본의 흡착 사이트가 되는 댕글링 본드 활성화 사이트가 감소해서 C의 흡착 저해가 발생하고, 그 때문에, 10nm 정도의 얇은 막 두께에서도 밀착성의 악화를 야기하는 것이다.
이에 반해, 본 실시 형태에서는, 시드층(4)으로서 붕소계 박막을 사용하므로, 하지의 실리콘막과의 반응성의 차이로 밀착성의 악화가 발생하기 어렵다. 즉, 시드층(4)으로서 붕소계 박막을 사용함으로써 Cl과의 반응성이 억제되고, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, Cl이 댕글링 본드를 터미네이트하기 어려워진다. 이 때문에, 카본의 흡착 사이트가 되는 댕글링 본드 활성화 사이트는 감소하기 어려워, 흡착 저해에 의한 카본 막의 밀착성 악화가 발생하기 어렵다. 이 때문에, 하지에 상관없이 밀착성이 양호한 카본 막을 성막할 수 있다. 또한, 붕소계 박막으로 이루어지는 시드층에 의해 Cl에 의한 대미지도 억제된다. 이러한 효과를 얻는 관점에서, 시드층(4)을 구성하는 붕소계 박막의 두께는, 0.5 내지 3.0nm의 범위인 것이 바람직하다.
스텝 2 및 스텝 3의 바람직한 조건은, 이하와 같다.
·스텝 2
성막 온도: 200 내지 300℃
처리실 내의 압력: 0.1 내지 5.0Torr(13.3 내지 666.7Pa)
가스 유량:
붕소 막의 경우
B2H6 가스 유량: 100 내지 1000sccm(mL/min)
질화 붕소막의 경우
B2H6 가스 유량: 100 내지 1000sccm(mL/min)
NH3 가스 유량: 100 내지 1000sccm(mL/min)
·스텝 3
성막 온도: 300 내지 600℃(보다 바람직하게는 350 내지 400℃)
처리실 내의 압력: 1 내지 100Torr(133 내지 13300Pa)
탄화수소계 카본 소스 가스 유량: 100 내지 2000sccm(mL/min)
열분해 온도 강하 가스 유량: 20 내지 200sccm(mL/min)
탄화수소계 카본 소스 가스/열분해 온도 강하 가스 유량비(분압비): 2 내지 100
카본 막의 막 두께: 2.0 내지 500nm
또한, 실제의 제조 조건 예는 이하와 같다.
·스텝 2
붕소 함유 가스: B2H6
질화 가스: NH3
가스 유량비: B2H6/NH3=700/100sccm
성막 온도: 300℃
처리실 내 압력: 0.5Torr(66.5Pa)
시드층의 두께: 1.0nm
·스텝 3
탄화수소계 카본 소스 가스: 부타디엔(C4H6)
열분해 온도 강하 가스: Cl2
가스 유량비: C4H6/Cl2=100/50sccm
성막 온도: 350℃
처리실 내 압력: 1.5Torr(200Pa)
카본 막의 막 두께: 100nm
또한, 도 3의 예에서는, 피처리체로서, 실리콘 기체 상에 실리콘 산화막이 형성되고, 또한 그 위에 아몰퍼스 실리콘막이 형성된 웨이퍼를 사용한 경우를 나타냈지만, 피처리체의 구조는 이러한 구조에 한정되지 않는다.
<실험예>
이하, 실험예에 대해서 설명한다.
여기에서는, 베어 실리콘 웨이퍼 상에 하지로서, 각각 열산화막(Th-Ox), 아몰퍼스 실리콘막(a-Si), 붕소 실리콘막(BSiLT), SiN막(SiN)을 형성하고, 그 위에 시드층으로서 질화붕소막을 형성한 후, 탄화수소계 카본 소스 가스로서 부타디엔(C4H6)을 사용하고, 열분해 온도 강하 가스로서 Cl2 가스를 사용해서 아몰퍼스 카본 막을 성막한 샘플 A 내지 D에 대해서, 테이프 테스트에 의해 카본 막의 밀착성을 파악하였다. 비교를 위해서, 베어 실리콘 웨이퍼 상에 직접 아미노실란계 가스에 의한 시드층을 형성하고, 그 위에 마찬가지로 아몰퍼스 카본 막을 성막한 샘플 E, 및 하지로서 SiO2막을 형성하고, 그 위에 아미노실란계 가스에 의한 시드층을 형성한 후, 그 위에 마찬가지로 아몰퍼스 카본 막을 성막한 샘플 F에 대해서도 마찬가지로 테이프 테스트에 의해 카본 막의 밀착성을 파악하였다.
아몰퍼스 카본 막의 성막 조건은 어느 샘플이든 이하와 같다.
C4H6 가스 유량: 100sccm
Cl2 가스 유량: 50sccm
성막 온도: 350℃
처리실 내 압력: 1.5Torr(200Pa)
막 두께: 50nm
또한, 샘플 A 내지 D에서의 시드층으로서의 질화붕소막의 성막 조건은 이하와 같다.
B2H6 가스 유량: 700sccm
NH3 가스 유량: 100sccm
성막 온도: 300℃
처리실 내 압력: 0.5Torr(66.5Pa)
시간: 2.5min
시드층의 두께: 1nm 미만
또한, 샘플 E, F에서의 아미노실란계 가스에 의한 시드층의 형성 조건은 이하와 같다.
아미노실란계 가스: BTBAS(비스터셔리부틸아미노실란)
유량: 100sccm
처리 온도: 400℃
처리실 내 압력: 0.1Torr(13Pa)
처리 시간: 5min
테이프 테스트는, JIS K 5600-5-6(크로스컷법)의 조건에서 행하여, 막 박리의 유무에 의해 평가하였다.
샘플 E는, 에칭 반응에 의해 실리콘 웨이퍼가 대미지를 받아, 테이프 테스트까지 이르지 못했다. 또한 샘플 F는 테이프 테스트에 의해 NG이었다.
이에 반해, 샘플 A 내지 D에 대해서는, 도 5에 도시한 바와 같이, 모두 테이프 테스트에서 OK이며, SEM 사진으로부터도 카본 막의 밀착성이 양호하고, Si에의 대미지도 발생하지 않은 것으로 확인되었다.
<다른 적용>
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변형 가능하다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 종형 뱃치식의 성막 장치를 사용해서 카본 막을 성막하는 예를 나타냈지만, 매엽식의 성막 장치를 사용하는 것도 가능하고, 종형 이외의 뱃치식 성막 장치를 사용하는 것도 가능하다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 피처리체로서 반도체 웨이퍼를 예로 들어 설명했지만, 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, 액정 표시 장치 등의 FPD(플랫 패널 디스플레이)에 사용하는 유리 기판이나, 세라믹 기판 등의 다른 피처리체에도 본 발명을 적용할 수 있음은 말할 필요도 없다.
1; 실리콘 기체 2; 실리콘 산화막
3; 아몰퍼스 실리콘막 4; 시드층
5; 카본 막 100; 성막 장치
107; 배기 장치 112; 웨이퍼 보트
130; 처리 가스 공급 기구
131a; 탄화수소계 카본 소스 가스 공급원
131b; 열분해 온도 강하 가스 공급원
131d; 시드 가스 공급원 150; 제어부
S; 처리실 W; 반도체 웨이퍼(피처리체)

Claims (11)

  1. 피처리체 상에 카본 막을 성막하는 카본 막의 성막 방법이며,
    하지로서 실리콘막이 형성된 피처리체를 처리실 내에 반입하는 공정과,
    상기 처리실 내에, 붕소 함유 가스를 포함하는 가스를 공급하여, 상기 피처리체의 표면에, 붕소계 박막으로 이루어지는 시드층을 형성하는 공정과,
    상기 시드층을 형성한 후, 상기 처리실 내에, 탄화수소계 카본 소스 가스, 및 할로겐 원소를 포함하고, 상기 탄화수소계 카본 소스 가스의 열분해 온도를 강하시키는 열분해 온도 강하 가스를 공급하여, 상기 탄화수소계 카본 소스 가스를, 그 열분해 온도보다도 낮은 온도로 가열해서 열분해시켜, 열 CVD에 의해 피처리체 상에 카본 막을 성막하는 공정
    을 포함하는 카본 막의 성막 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시드층을 구성하는 상기 붕소계 박막은, 붕소막 또는 화학 양론 조성 또는 붕소 리치의 질화붕소막인, 카본 막의 성막 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 붕소계 박막이 붕소막인 경우, 붕소 함유 가스를 포함하는 가스로서, 보란계 가스 및 삼염화붕소 가스 중 적어도 1종을 사용하는, 카본 막의 성막 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 붕소계 박막이 화학 양론 조성 또는 붕소 리치의 질화붕소막인 경우, 상기 붕소 함유 가스를 포함하는 가스로서, 보란계 가스 및 삼염화붕소 가스 중 적어도 1종 및 질화 가스를 사용하는, 카본 막의 성막 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 붕소계 박막으로 이루어지는 시드층을 형성할 때의 성막 온도는, 200 내지 300℃인, 카본 막의 성막 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 붕소계 박막으로 이루어지는 시드층의 두께는, 0.5 내지 3.0nm인, 카본 막의 성막 방법.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 카본 막을 성막할 때의 성막 온도는, 300 내지 600℃인, 카본 막의 성막 방법.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열분해 온도 강하 가스는, Cl2 가스인, 카본 막의 성막 방법.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄화수소계 카본 소스 가스가,
    CnH2n +2
    CmH2m
    CmH2m -2
    중 적어도 1개의 분자식으로 표현되는 탄화수소를 포함하는 가스(단, n은 1 이상의 자연수, m은 2 이상의 자연수)인, 카본 막의 성막 방법.
  10. 피처리체 상에 카본 막을 성막하는 성막 장치이며,
    상기 카본 막이 형성되는 피처리체를 수용하는 처리실과,
    상기 처리실 내에, 처리에 사용하는 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구와,
    상기 처리실 내에 수용된 상기 피처리체를 가열하는 가열 장치와,
    상기 처리실 내에 피처리체를 반입하는 반입 기구와,
    제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 카본 막의 성막 방법이 실시되도록, 상기 처리 가스 공급 기구, 상기 가열 장치 및 상기 반입 기구를 제어하는 제어부를 포함하는 카본 막의 성막 장치.
  11. 컴퓨터 상에서 동작하고, 카본 막의 성막 장치를 제어하기 위한 프로그램이 기억된 기억 매체이며, 상기 프로그램은, 실행 시에, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 카본 막의 성막 방법이 행해지도록, 컴퓨터에 상기 카본 막의 성막 장치를 제어시키는 기억 매체.
KR1020170062142A 2016-05-24 2017-05-19 카본 막의 성막 방법, 카본 막의 성막 장치 및 기억 매체 KR102120529B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2016-103493 2016-05-24
JP2016103493A JP6632470B2 (ja) 2016-05-24 2016-05-24 カーボン膜の成膜方法および成膜装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170132674A KR20170132674A (ko) 2017-12-04
KR102120529B1 true KR102120529B1 (ko) 2020-06-08

Family

ID=60418174

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170062142A KR102120529B1 (ko) 2016-05-24 2017-05-19 카본 막의 성막 방법, 카본 막의 성막 장치 및 기억 매체

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11011369B2 (ko)
JP (1) JP6632470B2 (ko)
KR (1) KR102120529B1 (ko)
TW (1) TWI675930B (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11702751B2 (en) 2019-08-15 2023-07-18 Applied Materials, Inc. Non-conformal high selectivity film for etch critical dimension control
JP2022114918A (ja) * 2021-01-27 2022-08-08 東京エレクトロン株式会社 窒化ホウ素膜の成膜方法及び成膜装置
CN113151801B (zh) * 2021-03-03 2022-12-27 电子科技大学 一种自支撑悬浮碳膜制备方法
JP2022159644A (ja) 2021-04-05 2022-10-18 東京エレクトロン株式会社 成膜方法及び処理装置
JP2023113464A (ja) 2022-02-03 2023-08-16 東京エレクトロン株式会社 成膜方法及び成膜装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014033186A (ja) * 2012-07-09 2014-02-20 Tokyo Electron Ltd カーボン膜の成膜方法および成膜装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2569423B2 (ja) * 1993-12-15 1997-01-08 科学技術庁無機材質研究所長 窒化ホウ素の気相合成法
JP5121090B2 (ja) 2000-02-17 2013-01-16 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド アモルファスカーボン層の堆積方法
JP5459115B2 (ja) 2010-07-08 2014-04-02 三菱電機株式会社 カーボン膜成膜装置
KR20140114199A (ko) * 2013-03-18 2014-09-26 삼성전자주식회사 이종 적층 구조체 및 그 제조방법, 및 상기 이종 적층 구조체를 구비하는 전기소자
TWI720106B (zh) * 2016-01-16 2021-03-01 美商應用材料股份有限公司 Pecvd含鎢硬遮罩膜及製造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014033186A (ja) * 2012-07-09 2014-02-20 Tokyo Electron Ltd カーボン膜の成膜方法および成膜装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP6632470B2 (ja) 2020-01-22
TWI675930B (zh) 2019-11-01
US11011369B2 (en) 2021-05-18
US20170345644A1 (en) 2017-11-30
TW201812066A (zh) 2018-04-01
KR20170132674A (ko) 2017-12-04
JP2017210640A (ja) 2017-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102120529B1 (ko) 카본 막의 성막 방법, 카본 막의 성막 장치 및 기억 매체
TWI782003B (zh) 使用反應物氣體之緩慢下降流量之電漿輔助循環沉積方法
KR101503725B1 (ko) 성막 방법 및 성막 장치
KR101725581B1 (ko) 카본 막의 성막 방법 및 성막 장치
US8592324B2 (en) Method for forming laminated structure including amorphous carbon film
JP5883049B2 (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理装置、プログラムおよび記録媒体
US8871655B2 (en) Method of forming silicon oxycarbonitride film
US20140199839A1 (en) Film-forming method for forming silicon oxide film on tungsten film or tungsten oxide film
TWI616926B (zh) 半導體裝置之製造方法、基板處理裝置及記錄媒體
KR20160027934A (ko) 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램
TW201439360A (zh) 成膜方法及成膜裝置
US20220235457A1 (en) Method for depositing boron nitride film and film deposition apparatus
US9460913B2 (en) Film-forming method for forming silicon oxide film on tungsten film or tungsten oxide film
US9466476B2 (en) Film-forming method for forming silicon oxide film on tungsten film or tungsten oxide film
US20170342548A1 (en) Method of forming carbon film, apparatus of forming carbon film and storage medium
JP2017110293A (ja) カーボン膜の成膜方法および成膜装置
US20230245882A1 (en) Deposition method and deposition apparatus
US20220246429A1 (en) Carbon film deposition method and deposition apparatus
JP2022159644A (ja) 成膜方法及び処理装置
JP2016153518A (ja) カーボン膜の成膜方法および成膜装置
US20180090311A1 (en) Boron film, boron film forming method, hard mask, and hard mask manufacturing method

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant