KR102157433B1 - 보론계 막의 성막 방법 및 성막 장치 - Google Patents

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히로카즈 우에다
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Abstract

본 발명은, 막응력을 제어 가능한 보론계 막의 성막 방법 및 성막 장치를 제공한다. 보론 함유 가스를 포함하는 처리 가스의 플라스마를 사용한 플라스마 CVD에 의해 기판 상에 보론을 주체로 하는 보론계 막을 성막할 때, 프로세스 파라미터를 조정함으로써, 성막하는 보론계 막의 막응력을 제어한다. 프로세스 파라미터로서, 보론계 막을 성막할 때, 기판에 인가하는 고주파 전력에 의한 바이어스 전압이 바람직하다. 바이어스 전압을 부여하기 위한 고주파 전력의 파워를 상승시킴으로써, 보론계 막의 압축 응력이 증가하고, 고주파 전력 파워를 0 내지 90W까지의 사이에서 조정함으로써, 보론계 막의 압축 응력이 2GPa 이하의 소정값으로 제어된다.

Description

보론계 막의 성막 방법 및 성막 장치{METHOD OF FORMING BORON-BASED FILM, AND FILM FORMING APPARATUS}
본 발명은 보론계 막의 성막 방법 및 성막 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 반도체 제조 기술의 발전에 의해, 반도체 장치의 미세화가 진행되어, 14nm 이하, 나아가 10nm 이하의 것이 출현하고 있다. 또한, 가일층의 반도체 장치의 집적화를 위해서 반도체 소자를 입체적으로 구축하는 기술이 진행되고 있다. 이 때문에, 반도체 웨이퍼 상에 형성하는 박막의 적층수가 증가하여, 예를 들어 3차원 NAND를 사용한 플래시 메모리에서는, 산화 규소(SiO2)막이나 질화규소(SiN)막 등을 포함하는, 두께가 1㎛ 이상의 두꺼운 적층막을 건식 에칭에 의해 미세 가공하는 공정이 필요해지고 있다.
미세 가공을 행하기 위한 하드 마스크로서는, 종래, 아몰퍼스 실리콘막이나 아몰퍼스 카본막이 사용되고 있지만, 에칭 내성이 낮다. 따라서, 이들 막을 하드 마스크로서 사용했을 경우에는 막 두께를 두껍게 하지 않을 수 없어, 1㎛ 이상이나 되는 두꺼운 막을 형성할 필요가 있다.
또한 차세대의 하드 마스크 재료로서, 아몰퍼스 실리콘막이나 아몰퍼스 카본막보다도 에칭 내성이 높은 텅스텐 등의 금속 재료막이 검토되고 있다. 그러나, 매우 에칭 내성이 높은 텅스텐막 등의 금속 재료막은, 건식 에칭 가공 후의 박리나 메탈 오염 등에 대한 대책이 어렵다.
이 때문에, 아몰퍼스 실리콘막이나 아몰퍼스 카본막보다도 건식 에칭 내성이 높고, SiO2막이나 SiN막 등에 대하여 높은 선택비를 갖는 새로운 하드 마스크 재료로서 보론계 막이 검토되고 있다. 특허문헌 1에는, 하드 마스크로서 보론계 막을 CVD에 의해 성막하는 것이 기재되어 있다.
일본 특허 공표 제2013-533376호 공보
그런데, 보론계 막은, 상술한 바와 같이, SiO2막이나 SiN막 등에 대하여 높은 선택비를 갖기 때문에, 하드 마스크 외에, 다양한 막의 적용이 검토되어 있다. 예를 들어, 반도체 디바이스에서는, MOSFET에서의 캐리어 이동도를 향상시키기 위해서, Si 결정 격자를 왜곡시키는 왜곡 엔지니어링이 사용되고 있고, 이때 사용되는 왜곡 유기 막이나, 스트레스에 의해 휨이 발생한 웨이퍼의 카운터 막 등, 막응력을 이용한 막에 대한 적용도 생각할 수 있다. 그러나, 보론계 막을 하드 마스크 재료로서 사용할 경우에는, 막응력이 작을 것이 요구된다. 이 때문에, 보론계 막을 상기 다양한 용도에 적용하기 위해서는, 막응력의 제어가 요구된다.
따라서, 본 발명은 막응력을 제어 가능한 보론계 막의 성막 방법 및 성막 장치를 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1 관점은, 보론 함유 가스를 포함하는 처리 가스의 플라스마를 사용한 플라스마 CVD에 의해 기판 상에 보론을 주체로 하는 보론계 막을 성막하고, 그 때, 프로세스 파라미터를 조정함으로써, 성막하는 보론계 막의 막응력을 제어하는 것을 특징으로 하는 보론계 막의 성막 방법을 제공한다.
상기 프로세스 파라미터를 조정함으로써, 상기 보론계 막에 압축 응력을 부여할 수 있다.
상기 프로세스 파라미터로서, 상기 보론계 막을 성막할 때, 상기 기판에 인가하는 고주파 전력에 의한 바이어스 전압을 사용할 수 있다. 상기 바이어스 전압을 부여하기 위한 고주파 전력의 파워를 상승시킴으로써, 상기 보론계 막의 압축 응력이 증가하고, 상기 고주파 전력 파워를 0 내지 90W까지의 사이에서 조정함으로써, 상기 보론계 막의 압축 응력을 2GPa까지의 소정 값으로 제어할 수 있다.
상기 프로세스 파라미터는, 상기 보론계 막을 성막할 때의 압력 및/또는 온도이어도 된다. 이 경우에, 압력이 낮을수록, 또한 온도가 높을수록, 상기 보론계 막의 압축 응력이 커진다. 압력이 30mTorr(4Pa) 내지 100mTorr(13.3Pa)의 범위, 온도가 200℃ 내지 300℃의 범위에서, 상기 보론계 막의 압축 응력을 100MPa 내지 1500MPa의 범위로 할 수 있다.
상기 프로세스 파라미터는, 상기 처리 가스로서 상기 보론 함유 가스와 함께 공급되는 가스의 가스종이어도 된다. 이 경우에, 상기 처리 가스 중의 상기 보론 함유 가스와 함께 공급되는 가스는 희가스이면 되며, 상기 희가스로서 He 가스 및/또는 Ar 가스로 이루어지는 것으로 하여, He 가스와 Ar 가스의 비율에 따라 상기 보론계 막의 압축 응력을 제어할 수 있다. 상기 희가스 중의 Ar 가스의 비율이 높아질수록 상기 보론계 막의 압축 응력이 저하되어, He 가스와 Ar 가스의 비율을 조정함으로써, 압축 응력을 120MPa 내지 1800MPa의 범위로 제어할 수 있다.
상기 보론계 막은, 보론과 불가피적 불순물로 이루어지는 보론막인 것이 바람직하다. 상기 보론 함유 가스로서 B2H6 가스를 사용할 수 있다. 상기 플라스마 CVD는, 마이크로파 플라스마에 의해 행하는 것이 바람직하다. 상기 보론계 막의 성막은, 압력: 5mTorr(0.67Pa) 내지 250mTorr(33.3Pa), 온도: 500℃ 이하에서 행할 수 있다.
본 발명의 제2 관점은, 기판 상에 보론을 주체로 하는 보론계 막을 성막하는 성막 장치이며, 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버 내에서 기판을 지지하는 적재대와, 상기 챔버 내에 보론 함유 가스를 포함하는 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구와, 상기 챔버 내를 배기하는 배기 장치와, 상기 챔버 내에 플라스마를 생성하는 플라스마 생성 수단과, 상기 적재대에 고주파 전력을 인가하여, 상기 적재대 상의 상기 기판에 바이어스 전압을 인가하는 바이어스 전압 인가용 고주파 전원과, 상기 바이어스 전압 인가용 고주파 전원의 파워를 조정해서 상기 기판 상에 성막하는 보론계 막의 막응력을 제어하는 제어부를 갖는 것을 특징으로 하는 성막 장치를 제공한다.
상기 제어부는, 상기 바이어스 전압 인가용 고주파 전원의 파워를 0 내지 90W까지의 사이에서 조정함으로써, 상기 보론계 막의 압축 응력을 2GPa까지의 소정 값으로 제어할 수 있다.
상기 플라스마 생성 수단은, 마이크로파에 의해 플라스마를 생성하는 것이 바람직하다. 상기 가스 공급 기구는, 상기 보론 함유 가스로서 B2H6 가스를 공급하는 것으로 할 수 있다. 또한, 상기 가스 공급 기구는, 상기 보론 함유 가스와, 희가스인 He 가스 및/또는 Ar 가스를 공급하는 것으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 막응력을 제어 가능한 보론계 막의 성막 방법 및 성막 장치를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 사용하는 성막 장치를 도시하는 단면도이다.
도 2는 플라스마 CVD에 의해 성막된 보론막의 건식 에칭 특성을 도시하는 도면이다.
도 3은 플라스마 CVD에 의해 성막된 보론막의 습식 에칭 특성을 도시하는 도면이다.
도 4는 보론막을 성막할 때의 고주파 바이어스 파워와 막응력의 관계를 도시하는 도면이다.
도 5는 보론막을 성막할 때의 압력과 막응력의 관계를 도시하는 도면이다.
도 6은 보론막을 성막할 때의 온도와 막응력의 관계를 도시하는 도면이며, 온도: 200℃, 300℃, 압력: 50mTorr(6.65Pa), 100mTorr(13.4Pa)의 경우를 도시하는 도면이다.
도 7은 처리 가스로서 B2H6 가스와 함께 공급되는 희가스 중 Ar 가스의 비율과 막응력의 관계를 도시하는 도면이다.
도 8은 B2H6 가스에 첨가한 H2 가스의 양과 막응력의 관계를 도시하는 도면이다.
도 9는 보론막 내의 H 원자 농도 및 결합 상태를 평가하기 위해서, 프로세스 조건이 상이한 보론막의 FT-IR 측정을 행한 결과를 도시하는 도면이다.
도 10은 보론막의 막응력이 변화하는 메커니즘에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시 형태에 사용하는 성막 장치를 도시하는 단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 설명한다.
<본 발명에 이른 경위>
우선, 본 발명에 이른 경위에 대해서 설명한다.
보론계 막은 하드 마스크로서 유망시되고 있으며, 종래, CVD에 의해 성막되고 있다. 보론계 막 중에서도, 특히, 보론 단독의 보론막이 우수한 특성을 갖는 것을 알고 있다.
한편, 보론계 막은, SiO2막이나 SiN막 등에 대하여 높은 선택비를 갖기 때문에, 하드 마스크 외에, 다양한 막의 적용이 검토되어 있다. 예를 들어, 왜곡 엔지니어링에 사용되는 왜곡 유기 막이나, 스트레스에 의해 휨이 발생한 웨이퍼의 카운터막 등, 막응력을 이용한 막에 대한 적용도 생각할 수 있다. 그러나, 보론계 막을 하드 마스크 재료로서 사용할 경우에는, 막응력이 작을 것이 요구된다. 이 때문에, 향후, 보론막으로 대표되는 보론계 막을 넓은 용도에 적용하는 경우에는, 막응력의 제어가 요망된다.
그래서, 본 발명자들이 검토한 결과, 보론계 막을 플라스마 CVD에 의해 성막하고, 그때 프로세스 파라미터를 조정함으로써, 막 내의 보론 원자의 결합 상태를 변화시켜, 막응력을 제어 가능한 것에 상도하였다. 특히, 피처리체에 인가하는 바이어스 전압을 변화시키는 것이 가장 유효한 것으로 밝혀졌다.
또한, 본 발명에서, 성막 대상인 보론계 막은, 보론을 50at.％ 이상 갖는 보론을 주체로 하는 막이며, 보론 및 불가피 불순물로 이루어지는 보론막이어도 되고, 보론에 의도적으로 질소(N), 탄소(C), 규소(Si) 등의 다른 원소를 첨가한 막이어도 된다. 단, 높은 에칭 내성을 얻는 관점에서는, 다른 첨가 원소를 포함하지 않는 보론막이 바람직하다. 이하의 실시 형태에서는, 보론계 막으로서 첨가 원소를 포함하지 않는 보론막을 사용한 예에 대해서 설명한다.
<제1 실시 형태>
[성막 장치]
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 사용하는 성막 장치를 도시하는 단면도이다. 본 예의 성막 장치(100)는, 보론막을 성막하는 마이크로파 플라스마 CVD 장치로서 구성된다.
이 성막 장치(100)는, 기밀하게 구성되고, 접지된 대략 원통 형상의 챔버(1)를 갖고 있다. 챔버(1)는, 예를 들어 알루미늄 및 그 합금 등의 금속 재료에 의해 구성되어 있다. 챔버(1)의 상부에는 마이크로파 플라스마원(20)이 설치되어 있다. 마이크로파 플라스마원(20)은, 예를 들어 RLSA(등록 상표) 마이크로파 플라스마원으로서 구성된다.
챔버(1)의 저벽의 대략 중앙부에는 원형의 개구부(10)가 형성되어 있고, 저벽에는 이 개구부(10)와 연통하고, 하방을 향해서 돌출되는 배기실(11)이 설치되어 있다.
챔버(1) 내에는, 피처리체인 웨이퍼(W)를 수평하게 지지하기 위한 AlN 등의 세라믹스로 이루어지는 원판 형상의 적재대(2)가 설치되어 있다. 이 적재대(2)는, 배기실(11)의 저부 중앙으로부터 상방으로 연장되는 원통형의 AlN 등의 세라믹스로 이루어지는 지지 부재(3)에 의해 지지되어 있다. 또한, 적재대(2)에는 저항 가열형의 히터(5)가 매립되어 있고, 이 히터(5)는 히터 전원(도시하지 않음)으로부터 급전됨으로써 발열하고, 그에 의해 적재대(2)를 통해서 웨이퍼(W)가 소정의 온도로 가열된다. 또한, 적재대(2)에는 전극(7)이 매립되어 있고, 전극(7)에는 정합기(8)를 거쳐서 바이어스 전압 인가용 고주파 전원(9)이 접속되어 있다. 바이어스 전압 인가용 고주파 전원(9)은, 3 내지 13.56MHz, 예를 들어 3MHz의 고주파 전력(고주파 바이어스)을 적재대(2)에 인가한다. 고주파 바이어스의 파워는 가변이며, 예를 들어 0 내지 90W의 범위에서 변화시킬 수 있다. 정합기(8)는, 바이어스 전압 인가용 고주파 전원(9)의 내부(또는 출력) 임피던스에 부하 임피던스를 정합시키는 것으로, 챔버(1) 내에 플라스마가 생성되어 있을 때 바이어스 전압 인가용 고주파 전원(9)의 내부 임피던스와 부하 임피던스가 외관상 일치하도록 기능한다.
적재대(2)에는, 웨이퍼(W)를 지지해서 승강시키기 위한 웨이퍼 지지 핀(도시하지 않음)이 적재대(2)의 표면에 대하여 돌출 함몰 가능하게 설치되어 있다.
배기실(11)의 측면에는 배기관(23)이 접속되어 있고, 이 배기관(23)에는 진공 펌프나 자동 압력 제어 밸브 등을 포함하는 배기 장치(24)가 접속되어 있다. 배기 장치(24)의 진공 펌프를 작동시킴으로써 챔버(1) 내의 가스가, 배기실(11)의 공간(11a) 내에 균일하게 배출되고, 배기관(23)을 통해서 배기되어, 자동 압력 제어 밸브에 의해 챔버(1) 내가 소정의 진공도로 제어된다.
챔버(1)의 측벽에는, 성막 장치(100)에 인접하는 진공 반송실(도시하지 않음)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 반출입을 행하기 위한 반출입구(25)가 설치되어 있고, 이 반출입구(25)는 게이트 밸브(26)에 의해 개폐된다.
챔버(1)의 상부는 개구부로 되어 있고, 그 개구부의 주연부가 링 형상의 지지부(27)로 되어 있다. 마이크로파 플라스마원(20)은 이 지지부(27)에 지지된다.
마이크로파 플라스마원(20)은, 유전체, 예를 들어 석영이나 Al2O3 등의 세라믹스로 이루어지는 원판 형상의 마이크로파 투과판(28)과, 복수의 슬롯을 갖는 평면 슬롯 안테나(31)와, 지파재(33)와, 동축 도파관(37)과, 모드 변환부(38)와, 도파관(39)과, 마이크로파 발생기(40)를 갖고 있다.
마이크로파 투과판(28)은, 지지부(27)에 시일 부재(29)를 통해서 기밀하게 설치되어 있다. 따라서, 챔버(1)는 기밀하게 유지된다.
평면 슬롯 안테나(31)는, 마이크로파 투과판(28)에 대응하는 원판 형상을 이루고, 마이크로파 투과판(28)에 밀착하도록 설치되어 있다. 이 평면 슬롯 안테나(31)는 챔버(1)의 측벽 상단에 걸림 지지되어 있다. 평면 슬롯 안테나(31)는 도전성 재료로 이루어지는 원판으로 구성되어 있다.
평면 슬롯 안테나(31)는, 예를 들어 표면이 은 또는 도금된 동판 또는 알루미늄판으로 이루어지고, 마이크로파를 방사하기 위한 복수의 슬롯(32)이 소정 패턴으로 관통하도록 형성된 구성으로 되어 있다. 슬롯(32)의 패턴은, 마이크로파가 균등하게 방사되도록 적절히 설정된다. 예를 들어, 패턴의 예로서는, T자 형상으로 배치된 2개의 슬롯(32)을 한 쌍으로 해서 복수 쌍의 슬롯(32)이 동심원 형상으로 배치되어 있는 것을 들 수 있다. 슬롯(32)의 길이나 배열 간격은, 마이크로파의 실효 파장(λg)에 따라서 결정되며, 예를 들어 슬롯(32)은, 그것들의 간격이 λg/4, λg/2 또는 λg가 되도록 배치된다. 또한, 슬롯(32)은, 원 형상, 원호 형상 등의 다른 형상이어도 된다. 또한, 슬롯(32)의 배치 형태는 특별히 한정되지 않고, 동심원상 이외에, 예를 들어 나선 형상, 방사상으로 배치할 수도 있다.
지파재(33)는, 평면 슬롯 안테나(31)의 상면에 밀착해서 설치되어 있다. 지파재(33)는, 진공보다도 큰 유전율을 갖는 유전체, 예를 들어 석영, 세라믹스(Al2O3), 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리이미드 등의 수지로 이루어진다. 지파재(33)는 마이크로파의 파장을 진공 중보다 짧게 해서 평면 슬롯 안테나(31)를 작게 하는 기능을 갖고 있다.
마이크로파 투과판(28) 및 지파재(33)의 두께는, 지파판(33), 평면 슬롯 안테나(31), 마이크로파 투과판(28) 및 플라스마로 형성되는 등가 회로가 공진 조건을 충족하도록 조정된다. 지파재(33)의 두께를 조정함으로써, 마이크로파의 위상을 조정할 수 있고, 평면 슬롯 안테나(31)의 접합부가 정재파의 「배」가 되도록 두께를 조정함으로써, 마이크로파의 반사가 극소화되고, 마이크로파의 방사 에너지가 최대가 된다. 또한, 지파재(33)와 마이크로파 투과판(28)을 동일한 재질로 함으로써, 마이크로파의 계면 반사를 방지할 수 있다.
또한, 평면 슬롯 안테나(31)와 마이크로파 투과판(28)의 사이, 또한 지파재(33)와 평면 슬롯 안테나(31)의 사이는, 이격해서 배치되어 있어도 된다.
챔버(1)의 상면에는, 이들 평면 슬롯 안테나(31) 및 지파재(33)를 덮도록, 예를 들어 알루미늄이나 스테인리스강, 구리 등의 금속재로 이루어지는 냉각 재킷(34)이 설치되어 있다. 냉각 재킷(34)에는, 냉각수 유로(34a)가 형성되어 있고, 거기에 냉각수를 통류시킴으로써, 지파재(33), 평면 슬롯 안테나(31), 마이크로파 투과판(28)을 냉각하도록 되어 있다.
동축 도파관(37)은, 냉각 재킷(34)의 상벽의 중앙에 형성된 개구부의 상방으로부터 마이크로파 투과판(28)을 향해서 삽입되어 있다. 동축 도파관(37)은, 중공 막대 형상의 내도체(37a)와 원통형의 외도체(37b)가 동심 형상으로 배치되어 이루어진다. 내도체(37a)의 하단은 평면 슬롯 안테나(31)에 접속되어 있다. 동축 도파관(37)은 상방으로 연장되어 있다. 모드 변환기(38)는, 동축 도파관(37)의 상단에 접속되어 있다. 모드 변환기(38)에는, 수평하게 연장되는 단면 직사각 형상의 도파관(39)의 일단이 접속되어 있다. 도파관(39)의 타단에는 마이크로파 발생기(40)가 접속되어 있다. 도파관(39)에는 매칭 회로(41)가 개재되어 있다.
마이크로파 발생기(40)는, 예를 들어 주파수가 2.45GHz인 마이크로파를 발생하고, 발생한 마이크로파는 TE 모드에서 도파관(39)을 전파하고, 모드 변환기(38)에서 마이크로파의 진동 모드가 TE 모드에서 TEM 모드로 변환되어, 동축 도파관(37)을 통해서 지파재(33)를 향해 전파한다. 그리고, 마이크로파는, 지파재(33)의 내부를 직경 방향 외측을 향해서 방사상으로 펴져나가, 평면 슬롯 안테나(31)의 슬롯(32)으로부터 방사되고, 마이크로파 투과판(28)을 투과해서 챔버(1) 내의 마이크로파 투과판(28)의 바로 아래 영역에 전계를 발생시켜, 마이크로파 플라스마를 생성시킨다. 마이크로파 투과판(28)의 하면의 일부에는, 도입된 마이크로파에 의한 정재파의 발생을 용이하게 하기 위한 테이퍼 상에 오목한 환상의 오목부(28a)가 형성되어 있어, 마이크로파 플라스마가 효율적으로 생성 가능하게 되어 있다.
또한, 마이크로파의 주파수로서는, 2.45GHz 외에, 8.35GHz, 1.98GHz, 860MHz, 915MHz 등, 다양한 주파수를 사용할 수 있다. 또한, 마이크로파 파워는 2000 내지 5000W, 파워 밀도는 2.8 내지 7.1W/cm2가 바람직하다.
성막 장치(100)는, 보론 함유 가스를 포함하는 처리 가스를 공급하기 위한 가스 공급 기구(6)를 갖고 있다. 보론 함유 가스로서는, 디보란(B2H6) 가스, 삼염화붕소(BCl3) 가스, 알킬보란 가스, 데카보란 가스 등을 들 수 있다. 알킬보란 가스로서는, 트리메틸보란(B(CH3)3) 가스, 트리에틸보란(B(C2H5)3) 가스나, B(R1)(R2)(R3), B(R1)(R2)H, B(R1)H2(R1, R2, R3은 알킬기)로 표현되는 가스 등을 들 수 있다. 이들 중에서는 B2H6 가스를 적합하게 사용할 수 있다.
또한, 처리 가스는 플라스마 여기용 희가스를 포함하고 있다. 또한 H2 가스 등을 포함하고 있어도 된다. 희가스로서는 He 가스나 Ar 가스 등이 사용된다. 이하에서는, 보론 함유 가스로서 B2H6 가스, 희가스로서 Ar 가스 및 He 가스를 포함하는 처리 가스를 사용하는 경우를 예로서 설명한다.
가스 공급 기구(6)는, 웨이퍼(W)의 중앙을 향해서 가스를 토출하는 제1 가스 공급부(61)와, 웨이퍼(W)의 외측으로부터 가스를 토출하는 제2 가스 공급부(62)를 구비하고 있다. 제1 가스 공급부(61)는, 모드 변환기(38) 및 동축 도파관(37)의 내도체(37a)의 내부에 형성된 가스 유로(63)를 포함하고, 이 가스 유로(63)의 선단의 가스 공급구(64)는, 예를 들어 마이크로파 투과판(28)의 중앙부에서, 챔버(1) 내로 개구되어 있다. 가스 유로(63)에는, 배관(65, 66 및 67)이 접속되어 있다. 배관(65)에는 보론 함유 가스인 B2H6 가스를 공급하는 B2H6 가스 공급원(68)이 접속되어 있고, 배관(66)에는 희가스인 Ar 가스를 공급하는 Ar 가스 공급원(69)이 접속되어 있고, 배관(67)에는 희가스인 He 가스를 공급하는 He 가스 공급원(70)이 접속되어 있다. 배관(65)에는, 매스 플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(65a) 및 개폐 밸브(65b)가 설치되고, 배관(66)에는, 유량 제어기(66a) 및 개폐 밸브(66b)가 설치되고, 배관(67)에는, 유량 제어기(67a) 및 개폐 밸브(67b)가 설치되어 있다.
제2 가스 공급부(62)는, 챔버(1)의 내벽을 따라 링 형상으로 설치된 샤워링(71)을 구비하고 있다. 샤워링(71)에는, 환상으로 설치된 버퍼실(72)과, 버퍼실(72)로부터 등간격으로 챔버(1) 내에 면하도록 설치된 복수의 가스 토출구(73)가 설치되어 있다. 배관(65, 66 및 67)으로부터는, 각각 배관(74, 75 및 76)이 분기되어 있고, 배관(74, 75 및 76)은 합류해서 샤워링(71)의 버퍼실(72)에 접속되어 있다. 배관(74)에는, 유량 제어기(74a) 및 개폐 밸브(74b)가 설치되고, 배관(75)에는, 유량 제어기(75a) 및 개폐 밸브(75b)가 설치되고, 배관(76)에는, 유량 제어기(76a) 및 개폐 밸브(76b)가 설치되어 있다.
본 예에서는, 제1 가스 공급부(61) 및 제2 가스 공급부(62)에는, 동일한 가스 공급원(68, 69, 70)으로부터 동일한 종류의 보론 함유 가스나 희가스가, 각각 유량이 조정된 상태로 공급되어, 각각, 마이크로파 투과판(28)의 중앙 및 챔버(1)의 주연으로부터 챔버(1) 내로 토출된다. 또한, 제1 가스 공급부(61) 및 제2 가스 공급부(62)로부터 별개의 가스를 공급할 수도 있어, 그것들의 유량비 등을 개별로 조정할 수도 있다.
제1, 제2 가스 공급부(61, 62)로부터는, 예를 들어 1000 내지 10000sccm의 범위, 보론막의 성막 속도를 향상시키기 위해서, 적합하게는 2000 내지 10000sccm의 범위의 유량의 처리 가스가 공급된다.
가스 공급 기구(6)는, 제1, 제2 가스 공급부(61, 62), B2H6 가스 공급원(68), Ar 가스 공급원(69), He 가스 공급원(70), 배관, 유량 제어기, 밸브 등을 모두 포함한다.
성막 장치(100)는, 제어부(50)를 갖고 있다. 제어부(50)는, 성막 장치(100)의 각 구성부, 예를 들어 밸브류, 유량 제어기, 마이크로파 발생기(40), 히터 전원, 바이어스 전압 인가용 고주파 전원(9) 등을 제어한다. 제어부(50)는, CPU를 갖는 주 제어부와, 입력 장치, 출력 장치, 표시 장치 및 기억 장치를 갖고 있다. 기억 장치에는, 성막 장치(100)에서 실행되는 처리를 제어하기 위한 프로그램, 즉 처리 레시피가 저장된 기억 매체가 세트되고, 주 제어부는, 기억 매체에 기억되어 있는 소정의 처리 레시피를 호출하여, 그 처리 레시피에 기초해서 성막 장치(100)에 소정의 처리를 행하게 하도록 제어한다.
[제1 실시 형태에서의 보론계 막의 성막 방법]
이어서, 이상과 같이 구성되는 성막 장치(100)에서 실시되는 보론계 막으로서의 보론막의 성막 방법에 대해서 설명한다.
먼저, 게이트 밸브(26)를 열어, 웨이퍼(W)를 챔버(1)에 반입하고, 적재대(2)에 적재함과 함께 게이트 밸브(26)를 폐쇄한다.
적재대(2)의 온도는, 500℃ 이하, 바람직하게는 60 내지 500℃, 예를 들어 300℃로 설정된다. 챔버(1)를 진공 배기한 후, Ar 가스 및 He 가스를 챔버(1) 내에 흘려서 사이클 퍼지를 행하고, Ar 가스 및 He 가스에 의한 챔버(1) 내의 압력을 예를 들어 400mTorr 정도로 해서 웨이퍼(W)의 온도를 안정화시킨다. 그리고, 마이크로파 발생기(40)로부터, 2000 내지 5000W(2.8 내지 7.1W/cm2), 예를 들어 3500W(5.0W/cm2)의 마이크로파를 도입해서 플라스마 착화를 행하고, 그 후, 마이크로파 파워를 착화 시와 동일한 값으로 유지한 채, 챔버(1) 내의 압력을 5 내지 250mTorr(0.67 내지 33.3Pa), 예를 들어 50mTorr(6.7Pa)로 압력 조절함과 함께, 제1 가스 공급부(61) 및 제2 가스 공급부(62)로부터, B2H6 가스(B2H6 농도: 10vol％)를 100 내지 1000sccm, 예를 들어 500sccm의 유량으로 공급하고, Ar 가스 및 He 가스를, 합계 100 내지 1000sccm, 예를 들어 500sccm의 유량으로 공급하여, 보론계 막으로서 보론막의 성막을 행한다. 이때 성막되는 보론막은, 통상 아몰퍼스 보론(a-B)이다. 보론막의 성막 시간은, 막 두께에 따라서 적절히 설정된다.
플라스마 CVD에 의해 성막된 보론막(아몰퍼스 보론 a-B)은, 건식 에칭 시에 SiO2막이나 SiN막에 대하여 높은 선택비를 갖고, 도 2에 도시한 바와 같이, CF계 가스를 베이스로 해서, Ar, O2, N2, H2 등의 가스를 적절히 첨가한 가스로 에칭했을 때, 종래 하드 마스크 재료로서 사용되고 있는 아몰퍼스 카본막(a-C)이나 아몰퍼스 실리콘(a-Si)보다도 에칭 내성이 높고, 또한 도 3에 도시한 바와 같이, SiO2막이나 SiN막의 습식 에칭에 사용되는 질산 이외의 많은 약액에 대해서도 높은 내성을 갖는다. 그 때문에, 보론막을 하드 마스크 등에 적용함으로써, 반도체 장치의 제조가 용이해진다.
이상과 같은 보론막의 성막에 있어서, 성막 시의 프로세스 파라미터를 조정함으로써, 성막되는 보론막의 막응력을 제어할 수 있다.
보론막의 막응력을 제어하는 데 있어서 가장 중요한 프로세스 파라미터는, 바이어스 전압 인가용 고주파 전원(9)으부터 웨이퍼(W)에 인가되는 고주파 바이어스의 파워이다.
도 4는, 보론막을 성막할 때의 고주파 바이어스 파워와 막응력(스트레스)의 관계를 도시하는 도면이다. 또한, 다른 프로세스 조건은, 온도: 300℃, 압력: 50mTorr(6.67Pa), 마이크로파 파워: 3kW, B2H6 가스(B2H6 농도: 10vol％, He/Ar 가스 희석) 유량: 500sccm, Ar 가스 유량: 400sccm, He 가스 유량: 100sccm으로 하였다. 또한, 응력은 부의 방향이 압축 방향이다. 이 도면에 도시하는 바와 같이, 고주파 바이어스의 파워가 0W일 때는, 압축 응력이 300MPa 정도인 것에 반해, 고주파 바이어스 파워를 증가시킴에 따라서 압축 응력이 증가하여, 파워가 90W가 되면 압축 응력이 2000MPa(2GPa)을 초과하는 값이 되는 것을 알 수 있다. 즉, 고주파 바이어스 파워를 0 내지 90W의 범위에서 제어함으로써, 보론막의 압축 응력을 2GPa까지의 소정 값으로 제어할 수 있다.
고주파 바이어스를 인가하지 않을 때는, 성막된 보론막의 압축 응력이 300MPa 정도로 작기 때문에, 막응력이 작아(0에 가까워), 웨이퍼의 휨양이 작은 조건이 요구되는 하드 마스크로서 적합한 것으로 되고, 고주파 바이어스의 파워가 50W 정도를 초과하면 압축 응력이 1000MPa(1GPa)을 초과하여, 왜곡 유기 막으로서 적합한 것으로 되고, 또한 0 내지 90W의 사이에서 스트레스에 의해 휨이 발생한 웨이퍼의 카운터막으로서 기능시킬 수 있다.
보론막의 막응력을 제어 가능한 다른 파라미터로서는, 압력이나 온도를 들 수 있다. 도 5는, 보론막을 성막할 때의 압력과 막응력(스트레스)의 관계를 도시하는 도면이다. 또한, 다른 프로세스 조건은, 온도: 300℃, 마이크로파 파워: 3kW, B2H6 가스(B2H6 농도: 10vol％, He/Ar 가스 희석) 유량: 500sccm, Ar 가스 유량: 400sccm, He 가스 유량: 100sccm으로 하였다. 이 도면에 도시하는 바와 같이, 압력이 75mTorr(1.0Pa)인 경우에는, 300MPa 정도의 압축 응력이 되어, 하드 마스크로서 적합한 것으로 되지만, 압력이 저하됨으로써 압축 응력의 값이 커져, 압력이 30mTorr(4Pa)에서는 1500MPa 정도의 압축 응력이 된다. 도 6은, 보론막을 성막할 때의 온도와 막응력(스트레스)의 관계를 도시하는 도면이며, 온도: 200 내지 300℃, 압력: 50mTorr(6.65Pa), 100mTorr(13.4Pa)의 경우를 나타내지만, 온도의 변화에 따라서도 막응력을 제어 가능한 것을 알 수 있다. 도 5, 도 6을 종합하면, 압력의 범위가 30mTorr(4Pa) 내지 100mTorr(13.3Pa)의 범위, 온도 200 내지 300℃의 범위에서, 상기 보론계 막의 압축 응력이 100 내지 1500MPa의 범위로 제어 가능한 것을 알 수 있다.
보론막의 막응력을 제어 가능한 또 다른 파라미터로서는, 처리 가스로서 B2H6 가스와 함께 공급되는 가스의 가스종을 제시할 수 있다. 도 7은, 처리 가스로서 B2H6 가스와 함께 공급되는 희가스 중 Ar 가스 농도와 막응력(스트레스)의 관계를 도시하는 도면이다. 또한, 희가스로서는 Ar 가스와 He 가스를 사용하고, Ar 가스 0％일 때 He 가스 100％, Ar 가스 100％일 때 He 가스 0％이다. 또한, 다른 프로세스 조건은, 온도: 300℃, 압력: 50mTorr(6.67Pa), 마이크로파 파워: 3kW로 하였다. 이 도면에 도시하는 바와 같이, B2H6 가스와 함께 공급되는 희가스(Ar 가스, He 가스) 중 Ar 가스 농도가 증가하면 압축 응력이 작아져, He 가스와 Ar 가스의 비율을 조정함으로써, 압축 응력을 120MPa 내지 1800MPa의 범위에서 제어할 수 있음을 알 수 있다.
또한, B2H6 가스와 반응하지 않는 가스, 예를 들어 H2 가스를 첨가해도 막응력을 제어할 수 있다. 도 8은, B2H6 가스에 첨가한 H2 가스의 양과 막응력의 관계를 도시하는 도면이다. 다른 프로세스 조건은, 온도: 300℃, 압력: 50mTorr(6.67Pa), 마이크로파 파워: 3kW, B2H6 가스(B2H6 농도: 10vol％, He/Ar 가스 희석) 유량: 500sccm, Ar 가스 유량: 400sccm, He 가스 유량: 100sccm으로 하였다. 이 도면에 도시하는 바와 같이, H2 가스의 첨가량이 증가함에 따라서 압축 응력이 완화된다.
이상과 같이, 보론막 성막 시의 프로세스 조건을 조정함으로써, 보론막의 막응력을 120MPa 내지 2GPa의 범위의 압축 응력으로 제어할 수 있다. 이것은, 플라스마 CVD에 의해 성막된 보론막은, 막 중에 성막 원료 등에서 유래하는 불가피 불순물로서 주로 수소(H)가 5 내지 15at％ 정도 포함되어 있고, 막응력이 이 H 원자의 농도 및 결합 상태에 의존하고 있기 때문이라고 생각된다.
보론막 내의 H 원자 농도 및 결합 상태를 평가하기 위해서, 프로세스 조건이 상이한 보론막의 FT-IR 측정을 행하였다. 그 결과를 도 9에 나타내었다. 도 9의 (a)는 고주파 바이어스 파워를 변화시켰을 때의 측정 결과이며, 도 9의 (b)는 압력을 변화시킨 결과이며, 도 9의 (c)는 B2H6 가스를 희석하는 희가스를 각각 Ar 가스 및 He 가스로 했을 때의 측정 결과이다. 모두, 막응력이 작은 경우에 B-H 결합의 피크가 크게 되어 있는 것이 판명되었다. 또한, 막응력이 커짐에 따라서 B-H 결합이 감소하고, B-H-B 결합이 증가하는 경향이 있는 것이 판명되었다.
이 결과로부터 보론막의 막응력이 변화하는 메커니즘에 대해서, 도 10을 참조하면서 설명한다.
막 중에 B-H 결합을 많이 포함하는 막은 H 종단되어 있기 때문에, 막 구조 완화가 일어나기 쉬워지지만, B-H 결합이 줄어들고 B-B 결합이 증가하고, 또한 웨이퍼(W)에 고주파 바이어스를 인가하는 것 등에 의해, B-B 결합이 B-H-B 결합으로 변화함으로써, H 종단부가 감소하여, 막의 구조 변화를 할 수 없게 되어, 막응력이 커진다고 생각된다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 따르면, 플라스마 CVD에 의해 보론막을 성막하고, 플라스마 CVD의 프로세스 조건을 조정함으로써, 얻어지는 보론막의 막응력을 제어할 수 있다. 플라스마 CVD에 의해 성막된 보론막은, 종래, 하드 마스크 재료로서 사용되고 있던 a-C나 a-Si와 비교하여, SiO2막이나 SiN막에 대하여 2 내지 3배의 선택비를 갖기 때문에, 작은 막응력으로 제어함으로써 하드 마스크로서 적합한 것이 된다. 또한, 큰 막응력으로 제어함으로써, 하드 마스크와 같이 기능시킨 후에 제거하는 것이 아니라, 그 높은 건식 에칭 내성 및 습식 에칭 내성을 이용하여, 왜곡 유기 막으로서도 사용할 수 있다. 또한, 이렇게 막응력을 제어 가능하므로, 적절한 막응력으로 제어함으로써, 스트레스에 의해 휨이 발생한 웨이퍼의 카운터막으로서도 사용할 수 있다.
<제2 실시 형태>
[성막 장치]
도 11은, 본 발명의 제2 실시 형태에 사용하는 성막 장치를 도시하는 단면도이다. 본 예의 성막 장치(200)는, 보론계 막으로서 보론막을 성막하는 용량 결합형 평행 평판 플라스마 CVD 장치로서 구성된다.
이 성막 장치(200)는, 기밀하게 구성되고, 접지된 대략 원통 형상의 챔버(101)를 갖고 있다. 챔버(101)는, 예를 들어 알루미늄 및 그 합금 등의 금속 재료에 의해 구성되어 있다.
챔버(101) 내의 저부에는, 피처리 기판인 웨이퍼(W)를 수평하게 지지하기 위한, 하부 전극으로서 기능하는 적재대(102)가 설치되어 있다. 적재대(102)는, 챔버(101)의 저면에 배치된 금속제의 지지 부재(103) 및 절연 부재(104)를 통해서 지지되어 있다. 또한, 적재대(102)에는 저항 가열형의 히터(105)가 매립되어 있고, 이 히터(105)는 히터 전원(도시하지 않음)으로부터 급전됨으로써 발열하여, 그것에 의해 적재대(102)를 통해서 웨이퍼(W)가 소정의 온도로 가열된다.
챔버(101) 내의 상부에는, 적재대(102)와 대향하도록, 상부 전극으로서 기능하는 가스 샤워 헤드(110)가 설치되어 있다. 가스 샤워 헤드(110)는 금속제이며, 원판 형상을 이루고 있다. 가스 샤워 헤드(110)의 내부에는 가스 확산 공간(111)이 형성되어 있다. 가스 샤워 헤드(110)의 하면에는 다수의 가스 토출 구멍(112)이 형성되어 있다.
가스 샤워 헤드(110)의 상면 중앙부에는, 가스 유로(113)가 접속되어 있다. 가스 유로(113)를 구성하는 가스 배관(113a)은, 절연 부재(114)를 통해서 챔버(101)에 고정되어 있고, 가스 샤워 헤드(110)는 가스 배관(113a)에 의해 챔버(101)에 지지되어 있다.
가스 유로(113)에는, 배관(165, 166 및 167)이 접속되어 있다. 배관(165)에는 보론 함유 가스인 B2H6 가스를 공급하는 B2H6 가스 공급원(168)이 접속되어 있고, 배관(166)에는 희가스인 Ar 가스를 공급하는 Ar 가스 공급원(169)이 접속되어 있고, 배관(167)에는 희가스인 He 가스를 공급하는 He 가스 공급원(170)이 접속되어 있다. 이들 가스 공급원(168, 169, 170)으로부터 배관(165, 166, 167) 및 가스 유로(113)를 통해서 B2H6 가스, Ar 가스, He 가스가 샤워 헤드(110)의 가스 확산 공간(111)에 이르고, 가스 토출 구멍(112)으로부터 챔버(101) 내의 웨이퍼(W)를 향해서 토출된다.
배관(165)에는, 매스 플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(165a) 및 개폐 밸브(165b)가 설치되고, 배관(166)에는, 유량 제어기(166a) 및 개폐 밸브(166b)가 설치되고, 배관(167)에는, 유량 제어기(167a) 및 개폐 밸브(167b)가 설치되어 있다.
가스 샤워 헤드(110), 가스 공급원(168, 169, 170), 배관(165, 166, 167)은, 가스 공급 기구(136)를 구성한다.
챔버(101)의 측벽 하부에는 배기구(122)를 갖고, 배기구에는 배기관(123)이 접속되어 있다. 배기관(123)에는 진공 펌프나 자동 압력 제어 밸브 등을 포함하는 배기 장치(124)가 접속되어 있다. 배기 장치(124)의 진공 펌프를 작동시킴으로써 챔버(101) 내의 가스가 배기관(123)을 통해서 배기되어, 자동 압력 제어 밸브에 의해 챔버(101) 내가 소정의 진공도로 제어된다.
챔버(101)의 측벽에는, 성막 장치(200)에 인접하는 진공 반송실(도시하지 않음)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 반출입을 행하기 위한 반출입구(125)가 설치되어 있고, 이 반출입구(125)는 게이트 밸브(126)에 의해 개폐된다.
적재대(102)에는, 플라스마 생성용 제1 주파수의 제1 고주파 전력을 공급하는 플라스마 생성용 고주파 전원(107)과, 바이어스 전압 인가용의, 제1 주파수보다도 낮은 제2 주파수의 제2 고주파 전력을 공급하는 바이어스 전압 인가용 고주파 전원(109)을 갖는다. 플라스마 생성용 고주파 전원(107)은, 제1 정합기(106)를 통해서 적재대(102)에 전기적으로 접속된다. 바이어스 전압 인가용 고주파 전원(109)은, 제2 정합기(108)를 통해서 적재대(102)에 전기적으로 접속된다. 플라스마 생성용 고주파 전원(107)은, 40MHz 이상, 예를 들어 60MHz의 제1 고주파 전력을 적재대(102)에 인가한다. 바이어스 전압 인가용 고주파 전원(109)은, 3 내지 13.56MHz, 예를 들어 3MHz의 제2 고주파 전력을 적재대(102)에 인가한다. 또한, 제1 고주파 전력은, 가스 샤워 헤드(110)에 인가해도 된다. 가스 샤워 헤드(110)에는, 임피던스 조정 회로(130)가 접속되어 있다.
제1 정합기(106)는, 플라스마 생성용 고주파 전원(107)의 내부(또는 출력) 임피던스에 부하 임피던스를 정합시키는 것으로, 챔버(101) 내에 플라스마가 생성되어 있을 때 플라스마 생성용 고주파 전원(107)의 출력 임피던스와 부하 임피던스가 외관상 일치하도록 기능한다. 제2 정합기(108)는, 바이어스 전압 인가용 고주파 전원(109)의 내부(또는 출력) 임피던스에 부하 임피던스를 정합시키는 것으로, 챔버(101) 내에 플라스마가 생성되어 있을 때 바이어스 전압 인가용 고주파 전원(109)의 내부 임피던스와 부하 임피던스가 외관상 일치하도록 기능한다.
플라스마 생성용 고주파 전원(107)의 주파수를 40MHz 이상으로 높게 하고, 또한 임피던스 조정 회로(130)를 설치함으로써, 웨이퍼(W)에 대한 이온의 충격을 작게 할 수 있고, 보론막의 표면 조도의 증대를 억제할 수 있다.
성막 장치(200)는, 제어부(150)를 갖고 있다. 제어부(150)는, 성막 장치(200)의 각 구성부, 예를 들어 밸브류, 유량 제어기, 히터 전원, 고주파 전원(107, 109) 등을 제어한다. 제어부(150)는, CPU를 갖는 주 제어부와, 입력 장치, 출력 장치, 표시 장치 및 기억 장치를 갖고 있다. 기억 장치에는, 성막 장치(200)에서 실행되는 처리를 제어하기 위한 프로그램, 즉 처리 레시피가 저장된 기억 매체가 세트되고, 주 제어부는, 기억 매체에 기억되어 있는 소정의 처리 레시피를 호출하여, 그 처리 레시피에 기초해서 성막 장치(200)에 소정의 처리를 행하게 하도록 제어한다.
[제2 실시 형태에서의 보론계 막의 성막 방법]
이어서, 이상과 같이 구성되는 성막 장치(200)에서 실시되는 보론계 막으로서의 보론막의 성막 방법에 대해서 설명한다.
먼저, 게이트 밸브(126)를 열어, 웨이퍼(W)를 챔버(101)에 반입하고, 적재대(102)에 적재함과 함께 게이트 밸브(126)를 폐쇄한다.
적재대(102)의 온도는, 500℃ 이하, 바람직하게는 60 내지 500℃, 예를 들어 300℃로 설정된다. 챔버(101)를 진공 배기한 후, Ar 가스 및 He 가스를 챔버(101) 내에 흘려서 사이클 퍼지를 행하고, Ar 가스 및 He 가스에 의한 챔버(101) 내의 압력을 예를 들어 400mTorr 정도로 해서 웨이퍼(W)의 온도를 안정화시킨다. 그리고, B2H6 가스(B2H6 농도: 10vol％)를 100 내지 1000sccm, 예를 들어 500sccm의 유량으로 공급하고, Ar 가스 및 He 가스를, 합계 100 내지 1000sccm, 예를 들어 500sccm의 유량으로 챔버(101) 내에 공급하여, 챔버(101) 내의 압력을 5mTorr 내지 250mTorr(0.67Pa 내지 33.3Pa)로 제어하면서, 플라스마 생성용 고주파 전원(107)으로부터 적재대(102)에 플라스마 생성용 제1 고주파 전력을 인가하여, 상부 전극인 가스 샤워 헤드(110)와 하부 전극인 적재대(102)의 사이에 고주파 전계를 형성하고, 용량 결합 플라스마를 생성해서 플라스마 CVD에 의해 보론막을 성막한다. 이때 성막되는 보론막은, 통상 아몰퍼스 보론(a-B)이다. 보론막의 성막 시간은, 막 두께에 따라서 적절히 설정된다.
본 실시 형태에서도, 플라스마 CVD에 의해 성막된 보론막(아몰퍼스 보론 a-B)은 건식 에칭 시에 SiO2막이나 SiN막에 대하여 높은 선택비를 갖고, SiO2막이나 SiN막의 습식 에칭에 사용되는 많은 약액에 대해서도 높은 내성을 가지므로, 하드 마스크 등에 적용함으로써, 반도체 장치의 제조를 용이하게 할 수 있다.
본 실시 형태에서도, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 성막 시의 프로세스 파라미터, 예를 들어 바이어스 전압 인가용 고주파 전원(109)으로부터 웨이퍼(W)에 인가되는 고주파 바이어스의 파워, 압력, 온도 또는 처리 가스로서 B2H6 가스와 함께 공급되는 가스의 가스종을 조정함으로써, 성막되는 보론막의 막응력을 제어할 수 있다.
<다른 적용>
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 사상의 범위 내에서 다양하게 변형 가능하다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 보론계 막으로서 주로 보론막에 대해서 설명했지만, 본 발명의 원리상, 예를 들어 보론 리치의 BN막이나 보론 리치의 BC막 등, 보론에 다른 첨가 원소를 의도적으로 첨가한 다른 보론계 막이어도 적용 가능함은 물론이다. 다른 첨가 원소를 의도적으로 첨가한 보론계 막을 성막할 때는, 성막 시의 처리 가스로서 첨가 원소를 포함하는 가스를 첨가하면 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 성막 장치로서 마이크로파 플라스마 CVD 장치, 용량 결합형 평행 평판 플라스마 CVD 장치를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정하는 것이 아니며, 다른 플라스마 생성 수단을 사용한 것이어도 된다.
1, 101; 챔버 2, 102; 적재대
5, 105; 히터 6, 136; 가스 공급 기구
9, 109; 바이어스 전압 인가용 고주파 전원
20; 마이크로파 플라스마원 24, 124; 배기 장치
50, 150; 제어부 68, 168; B2H6 가스 공급원
69, 169; Ar 가스 공급원 70, 170; He 가스 공급원
100, 200; 성막 장치 107; 플라스마 생성용 고주파 전원
110; 샤워 헤드 W; 반도체 웨이퍼(피처리 기판)

Claims (20)

  1. 보론 함유 가스를 포함하는 처리 가스의 플라스마를 사용한 플라스마 CVD에 의해 기판 상에 보론을 주체로 하는 보론계 막을 성막하고, 그때, 프로세스 파라미터를 조정함으로써, 성막하는 보론계 막의 막응력을 제어하고,
    상기 프로세스 파라미터를 조정함으로써, 상기 보론계 막에 압축 응력이 부여되고, 상기 프로세스 파라미터는, 상기 보론계 막을 성막할 때의 압력 및/또는 온도이고, 압력이 낮을수록, 또한 온도가 높을수록, 상기 보론계 막의 압축 응력이 커지는 보론계 막의 성막 방법.
  2. 보론 함유 가스를 포함하는 처리 가스의 플라스마를 사용한 플라스마 CVD에 의해 기판 상에 보론을 주체로 하는 보론계 막을 성막하고, 그때, 프로세스 파라미터를 조정함으로써, 성막하는 보론계 막의 막응력을 제어하고,
    상기 프로세스 파라미터를 조정함으로써, 상기 보론계 막에 압축 응력이 부여되고, 상기 프로세스 파라미터는, 상기 처리 가스로서 상기 보론 함유 가스와 함께 공급되는 가스의 가스종이고, 상기 처리 가스 중의 상기 보론 함유 가스와 함께 공급되는 가스는 희가스이고, 상기 희가스는 He 가스 및/또는 Ar 가스로 이루어지고, He 가스와 Ar 가스의 비율에 따라 상기 보론계 막의 압축 응력을 제어되고, 상기 희가스 중의 Ar 가스의 비율이 높아질수록 상기 보론계 막의 압축 응력이 저하되고, He 가스와 Ar 가스의 비율을 조정함으로써, 압축 응력이 120MPa 내지 1800MPa의 범위로 제어되는 보론계 막의 성막 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    압력이 30mTorr(4Pa) 내지 100mTorr(13.3Pa)의 범위, 온도가 200℃ 내지 300℃의 범위에서, 상기 보론계 막의 압축 응력이 100MPa 내지 1500MPa의 범위로 제어되는 보론계 막의 성막 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보론계 막은, 보론과 불가피적 불순물로 이루어지는 보론막인 보론계 막의 성막 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보론 함유 가스로서 B2H6 가스를 사용하는 보론계 막의 성막 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라스마 CVD는, 마이크로파 플라스마에 의해 행하는 보론계 막의 성막 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보론계 막의 성막은, 압력: 5mTorr(0.67Pa) 내지 250mTorr(33.3Pa), 온도: 500℃ 이하에서 행하는 보론계 막의 성막 방법.
  8. 기판 상에 보론을 주체로 하는 보론계 막을 성막하는 성막 장치이며,
    기판을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버 내에서 기판을 지지하는 적재대와,
    상기 챔버 내에 보론 함유 가스를 포함하는 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구와,
    상기 챔버 내를 배기하는 배기 장치와,
    상기 챔버 내에 플라스마를 생성하는 플라스마 생성 수단과,
    프로세스 파라미터를 조정해서 상기 기판 상에 성막하는 보론계 막의 막응력을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 프로세스 파라미터를 조정함으로써, 상기 보론계 막에 압축 응력을 부여하고, 상기 프로세스 파라미터는, 상기 보론계 막을 성막할 때의 압력 및/또는 온도이고, 압력이 낮을수록, 또한 온도가 높을수록, 상기 보론계 막의 압축 응력이 커지는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  9. 기판 상에 보론을 주체로 하는 보론계 막을 성막하는 성막 장치이며,
    기판을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버 내에서 기판을 지지하는 적재대와,
    상기 챔버 내에 보론 함유 가스를 포함하는 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구와,
    상기 챔버 내를 배기하는 배기 장치와,
    상기 챔버 내에 플라스마를 생성하는 플라스마 생성 수단과,
    프로세스 파라미터를 조정해서 상기 기판 상에 성막하는 보론계 막의 막응력을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 프로세스 파라미터를 조정함으로써, 상기 보론계 막에 압축 응력을 부여하고, 상기 프로세스 파라미터는, 상기 처리 가스로서 상기 보론 함유 가스와 함께 공급되는 가스의 가스종이고, 상기 처리 가스 중의 상기 보론 함유 가스와 함께 공급되는 가스는 희가스이고, 상기 희가스는 He 가스 및/또는 Ar 가스로 이루어지고, He 가스와 Ar 가스의 비율에 따라 상기 보론계 막의 압축 응력이 제어되고, 상기 희가스 중의 Ar 가스의 비율이 높아질수록 상기 보론계 막의 압축 응력이 저하되고, He 가스와 Ar 가스의 비율을 조정함으로써, 압축 응력이 120MPa 내지 1800MPa의 범위로 제어되는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는 압력이 30mTorr(4Pa) 내지 100mTorr(13.3Pa)의 범위, 온도가 200℃ 내지 300℃의 범위에서, 상기 보론계 막의 압축 응력을 100MPa 내지 1500MPa의 범위로 제어하는, 성막 장치.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라스마 생성 수단은, 마이크로파에 의해 플라스마를 생성하는 성막 장치.
  12. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 공급 기구는, 상기 보론 함유 가스로서 B2H6 가스를 공급하는 성막 장치.
  13. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 공급 기구는, 상기 보론 함유 가스와, 희가스인 He 가스 및/또는 Ar 가스를 공급하는 성막 장치.
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