WO2021187087A1 - 成膜方法および成膜装置 - Google Patents

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WO2021187087A1
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一樹 傳寳
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東京エレクトロン株式会社
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    • H01L21/76877—Filling of holes, grooves or trenches, e.g. vias, with conductive material
    • H01L21/76879—Filling of holes, grooves or trenches, e.g. vias, with conductive material by selective deposition of conductive material in the vias, e.g. selective C.V.D. on semiconductor material, plating
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy

Definitions

  • the disclosed embodiment relates to a film forming method and a film forming apparatus.
  • Patent Document 1 a technique for forming a metal film in a recess formed in a substrate such as a semiconductor wafer (hereinafter, also referred to as a wafer) is known (see Patent Document 1).
  • the present disclosure provides a technique capable of selectively forming a metal film on the bottom surface of a recess formed in a substrate.
  • the film forming method includes a first step, a second step, and a third step.
  • the substrate on which the recess is formed is irradiated with an electron beam.
  • the raw material gas is supplied to the substrate, and the raw material gas is adsorbed on the bottom surface of the recess.
  • hydrogen radicals are supplied to the substrate to react the raw material gas adsorbed on the bottom surface of the recess with the hydrogen radicals.
  • a metal film can be selectively formed on the bottom surface of the recess formed in the substrate.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a schematic configuration of a film forming apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a state of the wafer before the substrate holding process according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing an outline of the first process according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing a state of the bottom surface of the recess in the first process according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing a state of the bottom surface of the recess in the second process according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing a state of the bottom surface of the recess in the third process according to the embodiment.
  • FIG. 7 is a timing chart showing a specific example of the behavior pattern of each part in the film forming process according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing a state of the wafer after the film forming process according to the embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic view showing a schematic configuration of a film forming apparatus according to a modified example of the embodiment.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a processing procedure of the film forming process according to the embodiment.
  • a technique for forming a metal film in a recess formed in a substrate such as a semiconductor wafer (hereinafter, also referred to as a wafer) is known.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a film forming apparatus 100 according to an embodiment.
  • the film forming apparatus 100 is, for example, a film forming apparatus for forming a Ti (titanium) film.
  • the film forming apparatus 100 has a substantially cylindrical chamber 1. Inside the chamber 1, the susceptor 2 is arranged in a state of being supported by a cylindrical support member 3 provided in the lower center thereof.
  • the susceptor 2 is a mounting table (stage) for horizontally supporting a Si wafer W (hereinafter, simply referred to as a wafer W) which is a substrate to be processed, and is, for example, a ceramic material such as aluminum nitride (AlN) or aluminum. It is composed of metal materials such as nickel alloy and nickel alloy.
  • a guide ring 4 for guiding the wafer W is provided on the outer edge of the susceptor 2. Further, a heater 5 made of a refractory metal such as molybdenum is embedded in the susceptor 2. The heater 5 is supplied with power from the heater power supply 6 to heat the wafer W supported by the susceptor 2 to a predetermined temperature.
  • a shower head 10 is provided on the top wall 1a of the chamber 1 via an insulating member 9.
  • the shower head 10 is an example of the first electrode.
  • the shower head 10 is a premix type shower head, and has a base member 11 and a shower plate 12.
  • the outer peripheral portion of the shower plate 12 in the shower head 10 is fixed to the base member 11 via the intermediate member 13 forming an annular shape for preventing sticking.
  • the shower plate 12 has a flange shape, and a recess is formed inside the shower plate 12. That is, a gas diffusion space 14 is formed between the base member 11 and the shower plate 12.
  • a flange portion 11a is formed on the outer peripheral portion of the base member 11, and the flange portion 11a is supported by the insulating member 9.
  • a plurality of gas discharge holes 15 are formed in the shower plate 12, and one gas introduction hole 16 is formed near the center of the base member 11.
  • the gas introduction hole 16 is connected to the gas line of the gas supply mechanism 20.
  • the gas supply mechanism 20 has a TiCl 4 gas supply source 21, an Ar gas supply source 22, and a hydrogen (H 2 ) gas supply source 23.
  • the TiCl 4 gas supply source 21 supplies TiCl 4 gas, which is a raw material gas for Ti.
  • the Ar gas supply source 22 supplies Ar gas used as a plasma generation gas, a purge gas, a carrier gas for TiCl 4 gas, or the like.
  • the hydrogen gas supply source 23 supplies hydrogen gas, which is a reducing gas.
  • the TiCl 4 gas supply source 21 is connected to the TiCl 4 gas supply line 24, the Ar gas supply line 25 is connected to the Ar gas supply source 22, the hydrogen gas supply line 26 is connected to the hydrogen gas supply source 23 .
  • Each gas line is provided with two valves 28 with a mass flow controller (MFC) 27 interposed therebetween.
  • MFC mass flow controller
  • a remote plasma source (RPS) 29 is provided on the downstream side of the valve 28 on the downstream side.
  • the remote plasma source 29 activates the hydrogen gas supplied from the hydrogen gas supply source 23 with plasma to generate hydrogen radicals.
  • each gas line is supplied to the gas introduction hole 16 via the gas pipe 30. Then, the gas and hydrogen radicals supplied to the gas introduction hole 16 reach the gas diffusion space 14 through the gas introduction hole 16 and are discharged toward the wafer W in the chamber 1 through the gas discharge hole 15 of the shower plate 12. Will be done.
  • the negative electrode of the DC power supply 42 is connected to the shower head 10 via the switch 41. Further, the positive electrode of the DC power supply 42 is grounded. That is, in the embodiment, a negative bias voltage can be applied from the DC power supply 42 to the shower head 10 by controlling the switch 41 to be in the ON state. In this way, the shower head 10 also functions as an upper electrode of the parallel plate electrode.
  • the susceptor 2 functions as a lower electrode of the parallel plate electrode.
  • the susceptor 2 is an example of the second electrode, and is grounded via the transmission line 43.
  • a heater 47 is provided on the base member 11 of the shower head 10.
  • the heater 47 heats the shower head 10 to a desired temperature by supplying power from the heater power supply 48.
  • a heat insulating member 49 is provided in the recess formed in the upper part of the base member 11.
  • a circular hole 50 is formed in the central portion of the bottom wall 1b of the chamber 1. Further, the bottom wall 1b is provided with an exhaust chamber 51 projecting downward so as to cover the hole 50. An exhaust pipe 52 is connected to the side surface of the exhaust chamber 51, and an exhaust device 53 is connected to the exhaust pipe 52.
  • the inside of the chamber 1 can be depressurized to a predetermined degree of vacuum.
  • the susceptor 2 is provided with a plurality of (for example, three) wafer support pins 54 for supporting and raising and lowering the wafer W.
  • the plurality of wafer support pins 54 are provided so as to be recessed from the surface of the susceptor 2 and are supported by the support plate 55.
  • the wafer support pin 54 is configured to be able to move up and down via the support plate 55 by the drive mechanism 56.
  • an carry-in outlet 57 for carrying in and out the wafer W between the chamber 1 and a wafer transfer chamber (not shown) provided adjacent to the chamber 1 and a gate valve 58 for opening and closing the carry-in outlet 57 are provided. Is provided.
  • the film forming apparatus 100 includes a control device 60.
  • the control device 60 is, for example, a computer, and includes a control unit 61 and a storage unit 62.
  • the storage unit 62 stores programs that control various processes executed by the film forming apparatus 100.
  • the control unit 61 controls the operation of the film forming apparatus 100 by reading and executing the program stored in the storage unit 62.
  • the program may be recorded on a storage medium readable by a computer, and may be installed from the storage medium in the storage unit 62 of the control device 60.
  • Examples of storage media that can be read by a computer include a hard disk (HD), a flexible disk (FD), a compact disk (CD), a magnet optical disk (MO), and a memory card.
  • control device 60 includes a user interface including a keyboard for the operator to input commands for managing the film forming apparatus 100, a display for visualizing and displaying the operating status of the film forming apparatus 100, and the like. 63 is connected.
  • control unit 61 adjusts the pressure in the chamber 1, opens the gate valve 58, and carries the wafer W into the chamber 1 from a transfer chamber (not shown) via the carry-in outlet 57.
  • control unit 61 performs a substrate holding process for holding the wafer W on the susceptor 2 by operating a plurality of wafer support pins 54.
  • FIG. 2 is a diagram showing a state of the wafer W before the substrate holding process according to the embodiment.
  • the dielectric layer L1 and the dielectric layer L2 are laminated in this order on the surface of the wafer W, and the recess R is formed so as to penetrate the upper dielectric layer L2. That is, in the embodiment, the dielectric is exposed on the bottom surface Ra and the side surface Rb of the recess R.
  • the dielectric layers L1 and L2 are, for example, silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN).
  • the recess R may be formed in a single insulator layer, or may be formed so as to penetrate the multilayer film of the insulator layer.
  • the film forming apparatus 100 performs the first process. Specifically, first, the control unit 61 preheats the wafer W while maintaining the inside of the chamber 1 at a predetermined degree of vacuum. Next, when the temperature of the wafer W is substantially stable, the control unit 61 flows Ar gas, which is a plasma generating gas, from the Ar gas supply source 22 to a preflow line (not shown) to perform preflow.
  • Ar gas which is a plasma generating gas
  • control unit 61 switches to a line for film formation while keeping the gas flow rate and pressure the same, and Ar gas is transferred from the Ar gas supply source 22 via the shower head 10 to the chamber 1. Introduce within.
  • control unit 61 applies a negative bias voltage from the DC power supply 42 to the shower head 10 by controlling the switch 41 to be in the ON state after introducing Ar gas into the chamber 1.
  • a DC electric field is formed between the shower head 10 and the susceptor 2, so that the Ar gas between the shower head 10 and the susceptor 2 is turned into plasma.
  • electrons produced in the plasma of the Ar gas (e -) is applied to the surface of the wafer W.
  • FIG. 3 is a diagram showing an outline of the first process according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing a state of the bottom surface Ra of the recess R in the first process according to the embodiment.
  • the dangling bond B (see FIG. 4) is hardly formed on the side surface Rb of the recess R.
  • Ar ions (Ar + ) generated in the plasma are transported to the shower head 10 side and incident. Therefore, such Ar ions are not irradiated to the wafer W.
  • the first process according to the embodiment is a process of selectively irradiating the bottom surface Ra of the recess R formed on the surface of the wafer W with an electron beam.
  • control unit 61 ends the first process according to the embodiment by controlling the switch 41 to the off state after a predetermined time has elapsed since the switch 41 was turned on.
  • the control unit 61 continues to supply Ar gas into the chamber 1 even after the switch 41 is turned off.
  • the film forming apparatus 100 performs the second process. Specifically, first, the control unit 61 flows the TiCl 4 gas, which is a raw material gas, from the TiCl 4 gas supply source 21 to a preflow line (not shown) to perform preflow.
  • the TiCl 4 gas which is a raw material gas
  • the control unit 61 switches to the film forming line while keeping the gas flow rate and pressure the same, and connects the shower head 10 from the Ar gas supply source 22 and the TiCl 4 gas supply source 21.
  • the TiCl 4 gas and Ar gas are introduced into the chamber 1 through the chamber 1.
  • the Ar gas functions as a carrier gas for the TiCl 4 gas.
  • FIG. 5 is a diagram showing a state of the bottom surface Ra of the recess R in the second process according to the embodiment.
  • the raw material gas is hardly chemically adsorbed.
  • the second treatment according to the embodiment is a treatment in which the raw material gas is selectively chemically adsorbed on the bottom surface Ra of the recess R formed on the surface of the wafer W.
  • control unit 61 ends the second process according to the embodiment by stopping the supply of the raw material gas after a predetermined time has elapsed from the start of the supply of the raw material gas.
  • the control unit 61 continues to supply the Ar gas into the chamber 1 even after the supply of the raw material gas is stopped. As a result, the control unit 61 can perform the purging process in the chamber 1.
  • the film forming apparatus 100 performs the third treatment. Specifically, first, the control unit 61 flows hydrogen gas, which is a reducing gas, from the hydrogen gas supply source 23 to a preflow line (not shown) to perform preflow. Then, after performing this preflow, the control unit 61 switches to the line for film formation and introduces hydrogen gas from the hydrogen gas supply source 23 to the remote plasma source 29.
  • hydrogen gas which is a reducing gas
  • control unit 61 operates the remote plasma source 29 to activate hydrogen gas in the remote plasma source 29 to generate hydrogen radicals (H.). Then, the control unit 61 introduces hydrogen radicals from the remote plasma source 29 into the chamber 1 via the shower head 10 while keeping the gas flow rate and pressure the same.
  • FIG. 6 is a diagram showing a state of the bottom surface Ra of the recess R in the third process according to the embodiment.
  • control unit 61 ends the third process according to the embodiment by stopping the supply of hydrogen radicals after a predetermined time has elapsed from the start of the supply of hydrogen radicals.
  • the control unit 61 continues to supply Ar gas into the chamber 1 even after the supply of hydrogen radicals is stopped. As a result, the control unit 61 can perform the purging process in the chamber 1.
  • FIG. 7 is a timing chart showing a specific example of the behavior pattern of each part in the film forming process according to the embodiment. As shown in FIG. 7, in the embodiment, the first process, the second process, the purge process, the third process, and the purge process are performed in this order.
  • control unit 61 operates the Ar gas supply unit and the electron beam irradiation unit (turned on) from time T1 to start the first process of irradiating the wafer W with the electron beam.
  • the Ar gas supply unit is composed of an Ar gas supply source 22, a mass flow controller 27, a valve 28, and the like, and supplies Ar gas into the chamber 1.
  • the electron beam irradiation unit is composed of a susceptor 2, a shower head 10, a switch 41, a DC power supply 42, and the like, and irradiates the wafer W with an electron beam.
  • the control unit 61 stops the electron beam irradiation unit (turns it in the OFF state). As a result, the first process is completed.
  • control unit 61 continuously operates the Ar gas supply unit and operates the raw material gas supply unit (turned on) from time T2 to start the second process of supplying the raw material gas to the wafer W. ..
  • the raw material gas supply unit is composed of a TiCl 4 gas supply source 21, a mass flow controller 27, a valve 28, and the like, and supplies the raw material gas (here, TiCl 4 gas) into the chamber 1.
  • the control unit 61 stops the raw material gas supply unit (turns it in the OFF state). As a result, the second process is completed.
  • control unit 61 performs a purge process of purging the inside of the chamber 1 by continuously operating the Ar gas supply unit even after the time T3. Such a purge process is performed from the time T3 to the time T4 after a predetermined time has elapsed.
  • control unit 61 continuously operates the Ar gas supply unit and operates the hydrogen radical supply unit (turned on) from time T4 to start the third process of supplying hydrogen radicals to the wafer W. ..
  • the hydrogen radical supply unit is composed of a hydrogen gas supply source 23, a mass flow controller 27, a valve 28, a remote plasma source 29, and the like, and supplies hydrogen radicals into the chamber 1.
  • the control unit 61 stops the hydrogen radical supply unit (turns it in the OFF state). As a result, the third process is completed.
  • control unit 61 performs a purge process of purging the inside of the chamber 1 by continuously operating the Ar gas supply unit even after the time T5. Such a purge process is performed from the time T5 to the time T6 after a predetermined time has elapsed.
  • control unit 61 can selectively form a Ti film on the bottom surface Ra of the recess R formed in the wafer W.
  • the first process, the second process, the purge process, the third process, and the purge process shown in FIG. 7 may be repeated in sequence.
  • FIG. 8 is a diagram showing a state of the wafer W after the film forming process according to the embodiment.
  • the film forming process according to the embodiment is not limited to the case where the first process, the second process, the purge process, the third process, and the purge process are all sequentially repeated, and in some cases, the first process is omitted. You may.
  • the first process when the first process, the second process, the purge process, the third process, and the purge process are sequentially repeated for a plurality of cycles, the first process may be omitted once every several cycles.
  • the first process of irradiating the wafer W with the electron beam may be performed by applying a DC bias to the shower head 10 arranged to face the wafer W.
  • the electron beam can be selectively irradiated to the wafer W without irradiating the wafer W with Ar ions in the plasma generated between the shower head 10 and the susceptor 2. Further, the wafer W can be irradiated with an electron beam without separately using a dedicated electron beam irradiation means such as an electron gun.
  • the first treatment of irradiating the wafer W with the electron beam is not limited to the case where the first treatment is performed only before the second treatment of chemically adsorbing the raw material gas, and is additionally performed after the second treatment. You may. As a result, the desorption of Cl atoms contained in the raw material gas chemically adsorbed on the bottom surface Ra of the recess R can be promoted.
  • the dielectric is exposed on the bottom surface Ra of the recess R formed in the wafer W.
  • the raw material gas is not chemically adsorbed on the bottom surface Ra of the recess R even if the raw material gas is supplied as it is.
  • the dangling bond B is formed by irradiating the electron beam before supplying the raw material gas, the raw material gas can be satisfactorily chemisorbed on the bottom surface Ra of the recess R.
  • the metal film L3 can be selectively formed on the bottom surface Ra of the recess R.
  • the third treatment of supplying hydrogen radicals to the wafer W is performed using hydrogen radicals activated by the remote plasma source 29 provided outside the chamber 1.
  • the metal film L3 can be further selectively formed on the bottom surface Ra of the recess R formed in the wafer W.
  • the formed metal film is not limited to Ti, and W (tungsten), Co (cobalt), and Mo (molybdenum) are formed. ), Ta (tantalum) and the like may be formed.
  • a gas of a metal halide such as WF 6 or WCl 6 may be used as the raw material gas.
  • FIG. 9 is a schematic view showing a schematic configuration of the film forming apparatus 100 according to a modified example of the embodiment. As shown in FIG. 9, in this modified example, the configuration of the hydrogen radical supply unit is different from that of the embodiment.
  • the matching unit 44 and the high-frequency power supply in which the switch 41 and the DC power supply 42 are connected in parallel between the shower head 10 and the ground potential. 45 is provided.
  • the impedance controller 46 is provided in the transmission line 43 connecting the susceptor 2 and the ground potential.
  • the impedance controller 46 is controlled by the control unit 61, and the impedance of the susceptor 2 can be adjusted to various values.
  • this modified example is also the same as the embodiment in that the first process, the second process, the purge process, the third process, and the purge process are performed in this order. Therefore, in the following, the details of the film forming process according to the modified example will be described with reference to FIG. 7.
  • control unit 61 operates the Ar gas supply unit and the electron beam irradiation unit (turned on) from time T1 to start the first process of irradiating the wafer W with the electron beam. .. Since the Ar gas supply unit and the electron beam irradiation unit according to the modified example are the same as those in the embodiment, detailed description thereof will be omitted.
  • the control unit 61 stops the electron beam irradiation unit (turns it in the OFF state). As a result, the first process is completed.
  • control unit 61 continuously operates the Ar gas supply unit and operates the raw material gas supply unit (turned on) from time T2 to start the second process of supplying the raw material gas to the wafer W. .. Since the raw material gas supply unit according to the modified example is the same as that of the embodiment, detailed description thereof will be omitted.
  • the control unit 61 stops the raw material gas supply unit (turns it in the OFF state). As a result, the second process is completed.
  • control unit 61 performs a purge process of purging the inside of the chamber 1 by continuously operating the Ar gas supply unit even after the time T3. Such a purge process is performed from the time T3 to the time T4 after a predetermined time has elapsed.
  • control unit 61 continuously operates the Ar gas supply unit and operates the hydrogen radical supply unit (turned on) from time T4 to start the third process of supplying hydrogen radicals to the wafer W. ..
  • the hydrogen radical generation unit according to the modified example includes the susceptor 2, the shower head 10, the hydrogen gas supply source 23, the mass flow controller 27, the valve 28, the matching device 44, the high frequency power supply 45, the impedance controller 46, and the like shown in FIG. Consists of. Then, the hydrogen radical generation unit according to the modified example supplies hydrogen radicals into the chamber 1.
  • control unit 61 first operates the mass flow controller 27 and the valve 28 to introduce hydrogen gas from the hydrogen gas supply source 23 into the chamber 1 via the shower head 10. At this time, Ar gas is continuously supplied from the Ar gas supply source 22 into the chamber 1.
  • control unit 61 operates the high-frequency power supply 45 to supply high-frequency power to the shower head 10.
  • a high-frequency electric field is formed between the shower head 10 and the susceptor 2, so that the hydrogen gas and Ar gas between the shower head 10 and the susceptor 2 are turned into plasma.
  • the frequency of the high frequency power supply 45 is preferably set to 200 kHz to 60 MHz.
  • control unit 61 controls the impedance controller 46 at the same timing as the operation of the high frequency power supply 45, and adjusts the impedance so that the susceptor 2 has a high impedance.
  • the hydrogen radicals generated in the plasma are supplied to the wafer W, while the various ions generated in the plasma are hindered from approaching the high impedance susceptor 2.
  • hydrogen radicals generated in the plasma can be sufficiently supplied into the recess R of the wafer W, and the incident energy when various ions generated in the plasma are incident on the wafer W is reduced. be able to.
  • the incident of various ions generated in the plasma suppresses the formation of the dangling bond B on the side surface Rb of the recess R, while supplying hydrogen radicals to the wafer W.
  • a metal film L3 can be selectively formed on the bottom surface Ra of the formed recess R.
  • the impedance is adjusted so that the susceptor 2 becomes high impedance by the impedance controller 46, but the susceptor 2 may be made high impedance by making the susceptor 2 in a floating state.
  • the configuration of the film forming apparatus 100 can be simplified and the manufacturing cost of the film forming apparatus 100 can be reduced. ..
  • control unit 61 performs a purge process of purging the inside of the chamber 1 by continuously operating the Ar gas supply unit even after the time T5. Such a purge process is performed from the time T5 to the time T6 after a predetermined time has elapsed.
  • control unit 61 can selectively form a Ti film on the bottom surface Ra of the recess R formed in the wafer W.
  • the remote plasma source 29 is omitted in the above modification, the remote plasma source 29 may be added to the hydrogen radical generation unit according to the modification. As a result, more hydrogen radicals can be supplied to the wafer W, so that the film formation efficiency of the Ti film can be improved.
  • the film forming apparatus 100 includes an electron beam irradiation unit, a raw material gas supply unit, a hydrogen radical supply unit, and a control unit 61.
  • the electron beam irradiation unit irradiates the substrate (wafer W) with an electron beam.
  • the raw material gas supply unit supplies the raw material gas to the substrate (wafer W).
  • the hydrogen radical supply unit supplies hydrogen radicals to the substrate (wafer W).
  • the control unit 61 controls each unit.
  • control unit 61 irradiates the substrate (wafer W) on which the recess R is formed from the electron beam irradiation unit with an electron beam, supplies the raw material gas to the substrate (wafer W) from the raw material gas supply unit, and supplies the raw material gas to the recess R.
  • the raw material gas is adsorbed on the bottom surface Ra of the.
  • control unit 61 supplies hydrogen radicals from the hydrogen radical supply unit to the substrate (wafer W) to react the raw material gas adsorbed on the bottom surface Ra of the recess R with the hydrogen radicals.
  • the metal film L3 can be selectively formed on the bottom surface Ra of the recess R formed in the wafer W.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a procedure of the film forming process executed by the film forming apparatus 100 according to the embodiment.
  • control unit 61 controls a plurality of wafer support pins 54 and the like to perform a substrate holding process for causing the susceptor 2 to hold the wafer W (step S101). Then, the control unit 61 sets 1 to the counter n for counting the number of repetitions of the film forming process (step S102).
  • control unit 61 controls the Ar gas supply unit, the electron beam irradiation unit, and the like to perform the first process of irradiating the wafer W with the electron beam (step S103). Then, the control unit 61 controls the raw material gas supply unit and the like to carry out the second process of supplying the raw material gas to the wafer W (step S104).
  • control unit 61 controls the Ar gas supply unit and the like to perform a purge process of purging the inside of the chamber 1 with Ar gas (step S105). Then, the control unit 61 controls the hydrogen radical supply unit and the like to carry out the third process of supplying the hydrogen radicals to the wafer W (step S106).
  • control unit 61 controls the Ar gas supply unit and the like to perform a purge process of purging the inside of the chamber 1 with Ar gas (step S107). Then, the control unit 61 determines whether or not the counter n is equal to or greater than a predetermined number of times N (step S108). Information about the predetermined number of times N is stored in advance in the storage unit 62.
  • control unit 61 completes the process.
  • step S108 when the counter n is not more than a predetermined number of times N (steps S108, No), the control unit 61 increments the counter n for counting the number of repetitions of the film forming process (step S109), and in step S103. Return to processing.
  • the film forming method includes a first step (step S103), a second step (step S104), and a third step (step S106).
  • the first step (step S103) the substrate (wafer W) on which the recess R is formed is irradiated with an electron beam.
  • the second step (step S104) the raw material gas is supplied to the substrate (wafer W), and the raw material gas is adsorbed on the bottom surface Ra of the recess R.
  • hydrogen radicals are supplied to the substrate (wafer W), and the raw material gas adsorbed on the bottom surface Ra of the recess R is reacted with the hydrogen radicals.
  • the metal film L3 can be selectively formed on the bottom surface Ra of the recess R formed in the wafer W.
  • a DC bias is applied to the first electrode (shower head 10) arranged to face the substrate (wafer W). Will be done.
  • the electron beam can be selectively irradiated to the wafer W without irradiating the wafer W with Ar ions in the chamber 1.
  • the second step (step S104) is carried out after the first step (step S103). Further, in the second step (step S104), the raw material gas is selectively adsorbed on the bottom surface Ra of the recess R irradiated with the electron beam. As a result, the metal film L3 can be selectively formed on the bottom surface Ra of the recess R formed in the wafer W.
  • the dielectric is exposed on the bottom surface Ra of the recess R.
  • the metal film L3 can be selectively formed on the bottom surface Ra of the recess R where the dielectric is exposed.
  • the raw material gas is a metal halide gas.
  • the raw material gas can be selectively adsorbed on the bottom surface Ra of the recess R irradiated with the electron beam.
  • each step from the first step (step S103) to the third step (step S106) is sequentially repeated.
  • the island-shaped (discontinuous) Ti film formed on the bottom surface Ra of the recess R can be grown into a uniform (continuous) Ti film.
  • each step from the first step (step S103) to the third step (step S106) is sequentially repeated, and when this sequentially repeated step is performed, it takes several cycles.
  • the first step (step S103) is omitted.
  • the film forming process can be partially omitted, so that the film forming time of the metal film L3 can be shortened.
  • the third step (step S106) is performed by supplying the hydrogen radical activated by the remote plasma source 29 to the substrate (wafer W).
  • the metal film L3 can be further selectively formed on the bottom surface Ra of the recess R formed in the wafer W.
  • the third step (step S106) is activated by applying a high frequency to the first electrode (shower head 10) arranged to face the substrate (wafer W).
  • the hydrogen radical is supplied to the substrate (wafer W), and the second electrode (susceptor 2) adjacent to the substrate (wafer W) has a high impedance.
  • the metal film L3 can be selectively formed on the bottom surface Ra of the recess R formed in the wafer W.
  • the present disclosure is not limited to the above embodiments, and various changes can be made as long as the purpose is not deviated.
  • an example of irradiating the wafer W with an electron beam by applying a DC bias to the shower head 10 has been shown, but the electron beam is applied to the wafer W by using various electron generating means such as an electron gun. May be irradiated.

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Abstract

本開示の一態様による成膜方法は、第１工程と、第２工程と、第３工程とを含む。第１工程は、凹部（Ｒ）が形成された基板に電子ビームを照射する。第２工程は、基板に原料ガスを供給して、凹部（Ｒ）の底面（Ｒａ）に原料ガスを吸着させる。第３工程は、基板に水素ラジカルを供給して、凹部（Ｒ）の底面（Ｒａ）に吸着した原料ガスと水素ラジカルとを反応させる。

Description

成膜方法および成膜装置
　開示の実施形態は、成膜方法および成膜装置に関する。
　従来、半導体ウェハ（以下、ウェハとも呼称する。）などの基板に形成された凹部内に金属膜を成膜する技術が知られている（特許文献１参照）。
特開平６－２５２０５３号公報
　本開示は、基板に形成された凹部の底面に選択的に金属膜を成膜することができる技術を提供する。
　本開示の一態様による成膜方法は、第１工程と、第２工程と、第３工程とを含む。第１工程は、凹部が形成された基板に電子ビームを照射する。第２工程は、前記基板に原料ガスを供給して、前記凹部の底面に前記原料ガスを吸着させる。第３工程は、前記基板に水素ラジカルを供給して、前記凹部の底面に吸着した前記原料ガスと前記水素ラジカルとを反応させる。
　本開示によれば、基板に形成された凹部の底面に選択的に金属膜を成膜することができる。
図１は、実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す模式図である。 図２は、実施形態に係る基板保持処理前のウェハの状態を示す図である。 図３は、実施形態に係る第１処理の概要を示す図である。 図４は、実施形態に係る第１処理における凹部の底面の状態を示す図である。 図５は、実施形態に係る第２処理における凹部の底面の状態を示す図である。 図６は、実施形態に係る第３処理における凹部の底面の状態を示す図である。 図７は、実施形態に係る成膜処理における各部の挙動パターンの具体例を示すタイミングチャートである。 図８は、実施形態に係る成膜処理後のウェハの状態を示す図である。 図９は、実施形態の変形例に係る成膜装置の概略構成を示す模式図である。 図１０は、実施形態に係る成膜処理の処理手順を示すフローチャートである。
　以下、添付図面を参照して、本願の開示する成膜方法および成膜装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す各実施形態により本開示が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
　従来、半導体ウェハ（以下、ウェハとも呼称する。）などの基板に形成された凹部内に金属膜を成膜する技術が知られている。
　しかしながら、従来技術では、凹部の底面および側面のいずれにも金属膜が堆積してしまうことから、凹部の底面に選択的に金属膜を成膜することが困難であった。
　そこで、上述の問題点を克服し、基板に形成された凹部の底面に選択的に金属膜を成膜することができる技術が期待されている。
＜成膜装置の概要＞
　最初に、図１を参照しながら、実施形態に係る成膜装置１００の概略構成について説明する。図１は、実施形態に係る成膜装置１００の概略構成を示す図である。成膜装置１００は、たとえば、Ｔｉ（チタン）膜を成膜する成膜装置である。
　成膜装置１００は、略円筒状のチャンバ１を有する。チャンバ１の内部には、サセプタ２が、その中央下部に設けられた円筒状の支持部材３により支持された状態で配置される。このサセプタ２は、被処理基板であるＳｉウェハＷ（以下、単にウェハＷと記す）を水平に支持するための載置台（ステージ）であり、たとえば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス材料や、アルミニウムやニッケル合金等の金属材料で構成される。
　サセプタ２の外縁部には、ウェハＷをガイドするためのガイドリング４が設けられる。また、サセプタ２には、モリブデンなどの高融点金属で構成されたヒータ５が埋め込まれる。このヒータ５は、ヒータ電源６から給電されることで、サセプタ２に支持されたウェハＷを所定の温度に加熱する。
　チャンバ１の天壁１ａには、絶縁部材９を介してシャワーヘッド１０が設けられる。シャワーヘッド１０は、第１電極の一例である。シャワーヘッド１０は、プリミックスタイプのシャワーヘッドであり、ベース部材１１と、シャワープレート１２とを有する。
　そして、シャワーヘッド１０におけるシャワープレート１２の外周部が、貼り付き防止用の円環状をなす中間部材１３を介して、ベース部材１１に固定される。
　シャワープレート１２は、フランジ状をなし、シャワープレート１２の内部には、凹部が形成される。すなわち、ベース部材１１とシャワープレート１２との間には、ガス拡散空間１４が形成される。ベース部材１１の外周部にはフランジ部１１ａが形成され、このフランジ部１１ａが絶縁部材９に支持される。
　また、シャワープレート１２には、複数のガス吐出孔１５が形成され、ベース部材１１の中央付近には、１つのガス導入孔１６が形成される。かかるガス導入孔１６は、ガス供給機構２０のガスラインに接続される。
　ガス供給機構２０は、ＴｉＣｌ４ガス供給源２１と、Ａｒガス供給源２２と、水素（Ｈ２）ガス供給源２３とを有する。ＴｉＣｌ４ガス供給源２１は、Ｔｉの原料ガスであるＴｉＣｌ４ガスを供給する。
　Ａｒガス供給源２２は、プラズマ生成ガスやパージガス、ＴｉＣｌ４ガスのキャリアガスなどとして用いるＡｒガスを供給する。水素ガス供給源２３は、還元ガスである水素ガスを供給する。
　ＴｉＣｌ４ガス供給源２１にはＴｉＣｌ４ガス供給ライン２４が接続され、Ａｒガス供給源２２にはＡｒガス供給ライン２５が接続され、水素ガス供給源２３には水素ガス供給ライン２６が接続される。そして、各ガスラインには、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）２７を挟んで２つのバルブ２８が設けられる。
　さらに、水素ガス供給ライン２６には、下流側のバルブ２８のさらに下流側に、リモートプラズマソース（ＲＰＳ）２９が設けられる。リモートプラズマソース２９は、水素ガス供給源２３から供給される水素ガスをプラズマで活性化し、水素ラジカルを生成する。
　また、各ガスラインは、ガス配管３０を介してガス導入孔１６に供給される。そして、ガス導入孔１６に供給されたガスや水素ラジカルは、ガス導入孔１６を経てガス拡散空間１４に至り、シャワープレート１２のガス吐出孔１５を通ってチャンバ１内のウェハＷに向けて吐出される。
　シャワーヘッド１０には、スイッチ４１を介して直流電源４２の負極が接続される。また、直流電源４２の正極は接地される。すなわち、実施形態では、スイッチ４１をオン状態に制御することにより、直流電源４２からシャワーヘッド１０に負のバイアス電圧を印加することができる。このように、シャワーヘッド１０は、平行平板電極の上部電極としても機能する。
　一方、サセプタ２は、平行平板電極の下部電極として機能する。サセプタ２は、第２電極の一例であり、伝送路４３を介して接地される。
　また、シャワーヘッド１０のベース部材１１には、ヒータ４７が設けられる。ヒータ４７は、ヒータ電源４８から給電されることで、シャワーヘッド１０を所望の温度に加熱する。なお、ベース部材１１の上部に形成された凹部には、断熱部材４９が設けられる。
　チャンバ１の底壁１ｂにおける中央部には、円形の穴５０が形成される。また、底壁１ｂには、この穴５０を覆うように下方に向けて突出する排気室５１が設けられる。排気室５１の側面には排気管５２が接続され、この排気管５２には排気装置５３が接続される。
　そして、かかる排気装置５３を動作させることで、チャンバ１内を所定の真空度まで減圧することができる。
　サセプタ２には、ウェハＷを支持して昇降させるための複数（たとえば、３本）のウェハ支持ピン５４が設けられる。複数のウェハ支持ピン５４は、サセプタ２の表面に対して突没可能に設けられ、支持板５５に支持される。そして、ウェハ支持ピン５４は、駆動機構５６により、支持板５５を介して昇降可能に構成される。
　チャンバ１の側壁には、チャンバ１と隣接して設けられた図示しないウェハ搬送室との間でウェハＷの搬入出を行うための搬入出口５７と、この搬入出口５７を開閉するゲートバルブ５８とが設けられる。
　また、成膜装置１００は、制御装置６０を備える。制御装置６０は、たとえばコンピュータであり、制御部６１と記憶部６２とを備える。記憶部６２には、成膜装置１００において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部６１は、記憶部６２に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって成膜装置１００の動作を制御する。
　なお、かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御装置６０の記憶部６２にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体としては、たとえばハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリカードなどがある。
　また、制御装置６０には、オペレータが成膜装置１００を管理するためにコマンドの入力操作などを行うキーボードや、成膜装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイなどで構成されるユーザーインターフェース６３が接続される。
＜成膜処理の詳細＞
　つづいて、図２～図８を参照しながら、実施形態に係る成膜装置１００で行う成膜処理の詳細について説明する。実施形態に係る成膜処理では、最初に、基板保持処理が行われる。
　まず、制御部６１は、チャンバ１内の圧力を調整した後、ゲートバルブ５８を開にして、図示しない搬送室から搬入出口５７を介してウェハＷをチャンバ１内へ搬入する。次に、制御部６１は、複数のウェハ支持ピン５４を動作させることにより、ウェハＷをサセプタ２に保持する基板保持処理を行う。
　なお、かかる基板保持処理に先だって、ウェハＷの表面には、図２に示すように、凹部Ｒが形成される。図２は、実施形態に係る基板保持処理前のウェハＷの状態を示す図である。
　たとえば、実施形態では、ウェハＷの表面には誘電体層Ｌ１および誘電体層Ｌ２がこの順に積層されており、凹部Ｒは上側の誘電体層Ｌ２を貫通するように形成される。すなわち、実施形態では、凹部Ｒの底面Ｒａおよび側面Ｒｂには誘電体が露出する。
　誘電体層Ｌ１、Ｌ２は、たとえば、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）や窒化珪素（ＳｉＮ）などである。なお、実施形態において、凹部Ｒは単一の絶縁体層内に形成されていてもよいし、絶縁体層の多層膜を貫通するように形成されていてもよい。
　基板保持処理につづいて、成膜装置１００では、第１処理が行われる。具体的には、まず、制御部６１が、チャンバ１内を所定の真空度に維持しつつ、ウェハＷを予備加熱する。次に、ウェハＷの温度がほぼ安定した時点で、制御部６１は、プラズマ生成ガスであるＡｒガスを、Ａｒガス供給源２２から図示しないプリフローラインに流してプリフローを行う。
　そして、このプリフローを行った後、制御部６１は、ガス流量および圧力を同じに保った状態で成膜用のラインに切り替え、Ａｒガス供給源２２からシャワーヘッド１０を介してＡｒガスをチャンバ１内に導入する。
　そして、制御部６１は、Ａｒガスをチャンバ１内に導入した後、スイッチ４１をオン状態に制御することにより、直流電源４２からシャワーヘッド１０に負のバイアス電圧を印加する。これにより、シャワーヘッド１０とサセプタ２との間に直流電界が形成されることから、シャワーヘッド１０とサセプタ２との間のＡｒガスがプラズマ化される。そして、Ａｒガスのプラズマ内で生成された電子（ｅ－）は、ウェハＷの表面に照射される。
　ここで、実施形態に係る第１処理では、サセプタ２が接地されるとともに、シャワーヘッド１０に負のバイアス電圧が印加されていることから、図３に示すように、生成された電子が高い指向性を持って凹部Ｒの底面Ｒａに照射される。図３は、実施形態に係る第１処理の概要を示す図である。
　さらに、実施形態では、凹部Ｒの底面Ｒａに電子が照射されることにより、図４に示すように、凹部Ｒの底面Ｒａから露出する誘電体層Ｌ１の表面や内部にダングリングボンドＢが形成される。図４は、実施形態に係る第１処理における凹部Ｒの底面Ｒａの状態を示す図である。
　一方で、実施形態に係る第１処理では、図３に示すように、生成された電子が高い指向性を持って凹部Ｒに照射されることから、凹部Ｒの側面Ｒｂにはほとんど電子は照射されない。したがって、実施形態に係る第１処理では、凹部Ｒの側面ＲｂにはダングリングボンドＢ（図４参照）がほとんど形成されない。
　また、実施形態に係る第１処理では、シャワーヘッド１０に負のバイアス電圧が印加されていることから、プラズマ内で生成されたＡｒイオン（Ａｒ＋）はシャワーヘッド１０側に輸送されて入射するため、かかるＡｒイオンはウェハＷには照射されない。
　ここまで説明したように、実施形態に係る第１処理は、ウェハＷの表面に形成された凹部Ｒの底面Ｒａに、選択的に電子ビームを照射する処理である。
　そして、制御部６１は、スイッチ４１をオン状態にしてから所定の時間が経過した後に、スイッチ４１をオフ状態に制御することにより、実施形態に係る第１処理を終了する。なお、制御部６１は、スイッチ４１をオフ状態にした後も、チャンバ１内へのＡｒガスの供給を引き続き実施する。
　ここまで説明した第１処理につづいて、成膜装置１００では、第２処理が行われる。具体的には、まず、制御部６１が、原料ガスであるＴｉＣｌ４ガスをＴｉＣｌ４ガス供給源２１から図示しないプリフローラインに流してプリフローを行う。
　そして、このプリフローを行った後、制御部６１は、ガス流量および圧力を同じに保った状態で成膜用のラインに切り替え、Ａｒガス供給源２２及びＴｉＣｌ４ガス供給源２１からシャワーヘッド１０を介してＴｉＣｌ４ガス及びＡｒガスをチャンバ１内に導入する。この際、Ａｒガスは、ＴｉＣｌ４ガスのキャリアガスとして機能する。
　そして、ウェハＷの表面に到達したＴｉＣｌ４ガスは、図５に示すように、凹部Ｒの底面Ｒａに形成されたダングリングボンドＢに化学吸着する。図５は、実施形態に係る第２処理における凹部Ｒの底面Ｒａの状態を示す図である。
　なお、実施形態に係る第２処理では、原料ガス（ＴｉＣｌ４）がダングリングボンドＢに吸着する際、ＴｉＣｌ４ガスからＣｌ原子が１つ脱離して、ＴｉＣｌ３となった状態でダングリングボンドＢに化学吸着する。
　一方で、実施形態に係る第２処理では、凹部Ｒの側面Ｒｂ（図２参照）にはダングリングボンドＢがほとんど形成されていないことから、原料ガスがほとんど化学吸着しない。
　ここまで説明したように、実施形態に係る第２処理は、ウェハＷの表面に形成された凹部Ｒの底面Ｒａに、選択的に原料ガスを化学吸着させる処理である。
　そして、制御部６１は、原料ガスの供給を開始してから所定の時間が経過した後に、原料ガスの供給を停止することにより、実施形態に係る第２処理を終了する。なお、制御部６１は、原料ガスの供給を停止した後も、チャンバ１内へのＡｒガスの供給を引き続き実施する。これにより、制御部６１は、チャンバ１内のパージ処理を実施することができる。
　ここまで説明した第２処理およびパージ処理につづいて、成膜装置１００では、第３処理が行われる。具体的には、まず、制御部６１が、還元ガスである水素ガスを水素ガス供給源２３から図示しないプリフローラインに流してプリフローを行う。そして、このプリフローを行った後、制御部６１は、成膜用のラインに切り替え、水素ガス供給源２３からリモートプラズマソース２９に水素ガスを導入する。
　次に、制御部６１は、リモートプラズマソース２９を動作させて、かかるリモートプラズマソース２９内で水素ガスを活性化し、水素ラジカル（Ｈ・）を生成する。そして、制御部６１は、ガス流量および圧力を同じに保った状態で、リモートプラズマソース２９からシャワーヘッド１０を介して水素ラジカルをチャンバ１内に導入する。
　そして、ウェハＷの表面に到達した水素ラジカルは、図６に示すように、凹部Ｒの底面Ｒａに化学吸着した原料ガスと反応し、かかる原料ガスに含まれるＣｌ原子をＨＣｌガスとしてウェハＷの表面から脱離させる。図６は、実施形態に係る第３処理における凹部Ｒの底面Ｒａの状態を示す図である。
　これにより、実施形態に係る第３処理では、ダングリングボンドＢに化学吸着する原料ガスからＣｌ原子が脱離してＴｉ原子のみになることから、凹部Ｒの底面Ｒａに選択的にＴｉ原子を原子層堆積させることができる。
　そして、制御部６１は、水素ラジカルの供給を開始してから所定の時間が経過した後に、水素ラジカルの供給を停止することにより、実施形態に係る第３処理を終了する。なお、制御部６１は、水素ラジカルの供給を停止した後も、チャンバ１内へのＡｒガスの供給を引き続き実施する。これにより、制御部６１は、チャンバ１内のパージ処理を実施することができる。
　図７は、実施形態に係る成膜処理における各部の挙動パターンの具体例を示すタイミングチャートである。図７に示すように、実施形態では、第１処理と、第２処理と、パージ処理と、第３処理と、パージ処理とがこの順に実施される。
　まず、制御部６１（図１参照）は、時間Ｔ１からＡｒガス供給部および電子ビーム照射部を動作させて（ＯＮ状態にして）、ウェハＷに電子ビーム照射する第１処理を開始する。
　なお、実施形態に係るＡｒガス供給部は、Ａｒガス供給源２２やマスフローコントローラ２７、バルブ２８などで構成され、チャンバ１内にＡｒガスを供給する。また、実施形態に係る電子ビーム照射部は、サセプタ２やシャワーヘッド１０、スイッチ４１、直流電源４２などで構成され、ウェハＷに電子ビームを照射する。
　そして、時間Ｔ１から所定の時間経過した時間Ｔ２で、制御部６１は、電子ビーム照射部を停止する（ＯＦＦ状態にする）。これにより、第１処理が完了する。
　つづいて、制御部６１は、Ａｒガス供給部を引き続き動作させるとともに、時間Ｔ２から原料ガス供給部を動作させて（ＯＮ状態にして）、ウェハＷに原料ガスを供給する第２処理を開始する。
　なお、実施形態に係る原料ガス供給部は、ＴｉＣｌ４ガス供給源２１やマスフローコントローラ２７、バルブ２８などで構成され、チャンバ１内に原料ガス（ここでは、ＴｉＣｌ４ガス）を供給する。
　そして、時間Ｔ２から所定の時間経過した時間Ｔ３で、制御部６１は、原料ガス供給部を停止する（ＯＦＦ状態にする）。これにより、第２処理が完了する。
　つづいて、制御部６１は、時間Ｔ３以降もＡｒガス供給部を引き続き動作させることにより、チャンバ１内をパージするパージ処理を実施する。かかるパージ処理は、時間Ｔ３から所定の時間経過した時間Ｔ４まで行われる。
　つづいて、制御部６１は、Ａｒガス供給部を引き続き動作させるとともに、時間Ｔ４から水素ラジカル供給部を動作させて（ＯＮ状態にして）、ウェハＷに水素ラジカルを供給する第３処理を開始する。
　なお、実施形態に係る水素ラジカル供給部は、水素ガス供給源２３やマスフローコントローラ２７、バルブ２８、リモートプラズマソース２９などで構成され、チャンバ１内に水素ラジカルを供給する。
　そして、時間Ｔ４から所定の時間経過した時間Ｔ５で、制御部６１は、水素ラジカル供給部を停止する（ＯＦＦ状態にする）。これにより、第３処理が完了する。
　つづいて、制御部６１は、時間Ｔ５以降もＡｒガス供給部を引き続き動作させることにより、チャンバ１内をパージするパージ処理を実施する。かかるパージ処理は、時間Ｔ５から所定の時間経過した時間Ｔ６まで行われる。
　ここまで説明した各処理によって、制御部６１は、ウェハＷに形成される凹部Ｒの底面Ｒａに選択的にＴｉ膜を形成することができる。
　また、実施形態では、図７に示した第１処理、第２処理、パージ処理、第３処理およびパージ処理を順次繰り返して実施するとよい。
　これにより、凹部Ｒの底面Ｒａに形成された島状（不連続な状態）のＴｉ膜を一様（連続的）なＴｉ膜に成長させることができることから、図８に示すように、凹部Ｒの底面Ｒａに選択的にＴｉの金属膜Ｌ３を形成することができる。図８は、実施形態に係る成膜処理後のウェハＷの状態を示す図である。
　なお、実施形態に係る成膜処理は、第１処理、第２処理、パージ処理、第３処理およびパージ処理をすべて順次繰り返して実施する場合に限られず、場合によっては、第１処理が省略されてもよい。
　なぜなら、吸着する原料ガス分子の立体障害により、一度の第１処理で形成された複数のダングリングボンドＢに対して、一度の第２処理で原料ガスが全て吸着されない場合があることから、次の第１処理を省略したとしても、余ったダングリングボンドＢに改めて原料ガスを吸着させられるからである。
　たとえばこの場合には、第１処理、第２処理、パージ処理、第３処理およびパージ処理を順次繰り返して複数サイクル実施する際に、数サイクルに一度、第１処理が省略されてもよい。
　また、実施形態では、ウェハＷに電子ビームを照射する第１処理が、ウェハＷと対向して配置されるシャワーヘッド１０に対してＤＣバイアスを印加することで行われるとよい。
　これにより、シャワーヘッド１０とサセプタ２との間で生成されたプラズマ内のＡｒイオンをウェハＷに照射させることなく、電子ビームを選択的にウェハＷに照射することができる。また、電子銃などの専用の電子ビーム照射手段を別途用いることなく、ウェハＷに電子ビームを照射することができる。
　なお、実施形態において、ウェハＷに電子ビームを照射する第１処理は、原料ガスを化学吸着させる第２処理の前にのみ行われる場合に限られず、かかる第２処理の後に追加して行われてもよい。これにより、凹部Ｒの底面Ｒａに化学吸着した原料ガスに含まれるＣｌ原子の脱離を促進させることができる。
　また、実施形態では、ウェハＷに形成される凹部Ｒの底面Ｒａに誘電体が露出しているとよい。このように、凹部Ｒの底面Ｒａに誘電体が露出している場合、そのままでは原料ガスを供給したとしても、この原料ガスは凹部Ｒの底面Ｒａには化学吸着しない。
　一方で、実施形態では、原料ガスを供給する前に電子ビームを照射してダングリングボンドＢを形成することから、凹部Ｒの底面Ｒａに良好に原料ガスを化学吸着させることができる。
　したがって、実施形態では、凹部Ｒの底面Ｒａに誘電体が露出している場合でも、凹部Ｒの底面Ｒａに選択的に金属膜Ｌ３を形成することができる。
　また、実施形態では、ウェハＷに水素ラジカルを供給する第３処理が、チャンバ１の外部に設けられるリモートプラズマソース２９で活性化された水素ラジカルを用いて行われるとよい。
　これにより、水素ラジカルをチャンバ１内で発生させる場合に生じる各種イオンがウェハＷに照射されて、凹部Ｒの側面ＲｂにダングリングボンドＢが形成されることを抑制することができる。
　したがって、実施形態によれば、ウェハＷに形成された凹部Ｒの底面Ｒａにさらに選択的に金属膜Ｌ３を成膜することができる。
　上記の実施形態では、凹部Ｒの底面ＲａにＴｉの金属膜Ｌ３を形成する例について示したが、形成される金属膜はＴｉに限られず、Ｗ（タングステン）やＣｏ（コバルト）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔａ（タンタル）などが形成されてもよい。この場合、原料ガスとしては、ＷＦ６やＷＣｌ６などのハロゲン化金属のガスが用いられるとよい。
＜変形例＞
　つづいて、実施形態の変形例について、図９を参照しながら説明する。なお、以下の変形例において、実施形態と同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
　図９は、実施形態の変形例に係る成膜装置１００の概略構成を示す模式図である。図９に示すように、この変形例では、水素ラジカル供給部の構成が実施形態と異なる。
　具体的には、変形例では、リモートプラズマソース２９が省略される一方で、シャワーヘッド１０と接地電位との間において、スイッチ４１および直流電源４２とは並列に接続される整合器４４および高周波電源４５が設けられる。
　また、変形例では、サセプタ２と接地電位との間を接続する伝送路４３に、インピーダンスコントローラ４６が設けられる。かかるインピーダンスコントローラ４６は、制御部６１によって制御され、サセプタ２のインピーダンスを様々な値に調整することができる。
　なお、この変形例でも、第１処理、第２処理、パージ処理、第３処理およびパージ処理をこの順に実施する点については実施形態と同様である。そこで、以降では、図７を参照しながら、変形例に係る成膜処理の詳細について説明する。
　図７に示すように、まず、制御部６１は、時間Ｔ１からＡｒガス供給部および電子ビーム照射部を動作させて（ＯＮ状態にして）、ウェハＷに電子ビーム照射する第１処理を開始する。なお、変形例に係るＡｒガス供給部および電子ビーム照射部は、実施形態と同様であることから、詳細な説明は省略する。
　そして、時間Ｔ１から所定の時間経過した時間Ｔ２で、制御部６１は、電子ビーム照射部を停止する（ＯＦＦ状態にする）。これにより、第１処理が完了する。
　つづいて、制御部６１は、Ａｒガス供給部を引き続き動作させるとともに、時間Ｔ２から原料ガス供給部を動作させて（ＯＮ状態にして）、ウェハＷに原料ガスを供給する第２処理を開始する。なお、変形例に係る原料ガス供給部は、実施形態と同様であることから、詳細な説明は省略する。
　そして、時間Ｔ２から所定の時間経過した時間Ｔ３で、制御部６１は、原料ガス供給部を停止する（ＯＦＦ状態にする）。これにより、第２処理が完了する。
　つづいて、制御部６１は、時間Ｔ３以降もＡｒガス供給部を引き続き動作させることにより、チャンバ１内をパージするパージ処理を実施する。かかるパージ処理は、時間Ｔ３から所定の時間経過した時間Ｔ４まで行われる。
　つづいて、制御部６１は、Ａｒガス供給部を引き続き動作させるとともに、時間Ｔ４から水素ラジカル供給部を動作させて（ＯＮ状態にして）、ウェハＷに水素ラジカルを供給する第３処理を開始する。
　ここで、変形例に係る水素ラジカル生成部は、図９に示したサセプタ２やシャワーヘッド１０、水素ガス供給源２３、マスフローコントローラ２７、バルブ２８、整合器４４、高周波電源４５、インピーダンスコントローラ４６などで構成される。そして、変形例に係る水素ラジカル生成部は、チャンバ１内に水素ラジカルを供給する。
　変形例に係る第３処理では、制御部６１が、まず、マスフローコントローラ２７およびバルブ２８を動作させて、水素ガス供給源２３からシャワーヘッド１０を介して水素ガスをチャンバ１内に導入する。なお、この際、チャンバ１内には、Ａｒガス供給源２２からＡｒガスが引き続き供給されている。
　次に、制御部６１は、高周波電源４５を動作させて、シャワーヘッド１０に高周波電力を供給する。これにより、シャワーヘッド１０とサセプタ２との間に高周波電界が形成されることから、シャワーヘッド１０とサセプタ２との間の水素ガスおよびＡｒガスがプラズマ化される。
　なお、高周波電源４５の周波数は２００ｋＨｚ～６０ＭＨｚに設定されることが好ましい。
　また、制御部６１は、高周波電源４５の動作と同じタイミングで、インピーダンスコントローラ４６を制御し、サセプタ２が高インピーダンスになるようにインピーダンスを調整する。
　これにより、プラズマ内で発生した水素ラジカルはウェハＷに供給される一方で、プラズマ内で発生した各種イオンは高インピーダンスとなったサセプタ２に接近を阻害される。
　すなわち、変形例では、プラズマ内で発生した水素ラジカルをウェハＷの凹部Ｒ内に十分に供給することができるとともに、プラズマ内で発生した各種イオンがウェハＷに入射する際の入射エネルギーを低減することができる。
　したがって、変形例によれば、プラズマ内で発生した各種イオンの入射によって、凹部Ｒの側面ＲｂにダングリングボンドＢが形成されることを抑制する一方、水素ラジカルを供給することから、ウェハＷに形成された凹部Ｒの底面Ｒａに選択的に金属膜Ｌ３を成膜することができる。
　なお、変形例では、インピーダンスコントローラ４６によってサセプタ２が高インピーダンスになるようにインピーダンスを調整する例について示したが、サセプタ２をフローティング状態にすることでサセプタ２を高インピーダンスにしてもよい。
　ここまで説明したように、変形例では、リモートプラズマソース２９が不要になることから、成膜装置１００の構成を簡便にすることができるとともに、成膜装置１００の製造コストを低減することができる。
　図７の説明に戻る。次に、時間Ｔ４から所定の時間経過した時間Ｔ５で、制御部６１は、水素ラジカル供給部を停止する（ＯＦＦ状態にする）。これにより、第３処理が完了する。
　つづいて、制御部６１は、時間Ｔ５以降もＡｒガス供給部を引き続き動作させることにより、チャンバ１内をパージするパージ処理を実施する。かかるパージ処理は、時間Ｔ５から所定の時間経過した時間Ｔ６まで行われる。
　ここまで説明した各処理によって、制御部６１は、ウェハＷに形成される凹部Ｒの底面Ｒａに選択的にＴｉ膜を形成することができる。
　なお、上記の変形例では、リモートプラズマソース２９が省略された例について示したが、変形例に係る水素ラジカル生成部にリモートプラズマソース２９が追加されてもよい。これにより、より多くの水素ラジカルをウェハＷに供給することができることから、Ｔｉ膜の成膜効率を向上させることができる。
　実施形態に係る成膜装置１００は、電子ビーム照射部と、原料ガス供給部と、水素ラジカル供給部と、制御部６１とを備える。電子ビーム照射部は、基板（ウェハＷ）に電子ビームを照射する。原料ガス供給部は、基板（ウェハＷ）に原料ガスを供給する。水素ラジカル供給部は、基板（ウェハＷ）に水素ラジカルを供給する。制御部６１は、各部を制御する。また、制御部６１は、電子ビーム照射部から凹部Ｒが形成された基板（ウェハＷ）に電子ビームを照射し、原料ガス供給部から基板（ウェハＷ）に原料ガスを供給して、凹部Ｒの底面Ｒａに原料ガスを吸着させる。さらに、制御部６１は、水素ラジカル供給部から基板（ウェハＷ）に水素ラジカルを供給して、凹部Ｒの底面Ｒａに吸着した原料ガスと水素ラジカルとを反応させる。これにより、ウェハＷに形成された凹部Ｒの底面Ｒａに選択的に金属膜Ｌ３を成膜することができる。
＜処理の手順＞
　つづいて、実施形態に係る成膜処理の手順について、図１０を参照しながら説明する。図１０は、実施形態に係る成膜装置１００が実行する成膜処理の手順を示すフローチャートである。
　最初に、制御部６１は、複数のウェハ支持ピン５４などを制御して、サセプタ２にウェハＷを保持させる基板保持処理を実施する（ステップＳ１０１）。そして、制御部６１は、成膜処理の繰り返し数をカウントするためのカウンタｎに１を設定する（ステップＳ１０２）。
　次に、制御部６１は、Ａｒガス供給部や電子ビーム照射部などを制御して、ウェハＷに電子ビームを照射する第１処理を実施する（ステップＳ１０３）。そして、制御部６１は、原料ガス供給部などを制御して、原料ガスをウェハＷに供給する第２処理を実施する（ステップＳ１０４）。
　次に、制御部６１は、Ａｒガス供給部などを制御して、チャンバ１内をＡｒガスでパージするパージ処理を実施する（ステップＳ１０５）。そして、制御部６１は、水素ラジカル供給部などを制御して、水素ラジカルをウェハＷに供給する第３処理を実施する（ステップＳ１０６）。
　次に、制御部６１は、Ａｒガス供給部などを制御して、チャンバ１内をＡｒガスでパージするパージ処理を実施する（ステップＳ１０７）。そして、制御部６１は、カウンタｎが所定の回数Ｎ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。なお、かかる所定の回数Ｎに関する情報は、記憶部６２にあらかじめ記憶されている。
　そして、カウンタｎが所定の回数Ｎ以上である場合（ステップＳ１０８，Ｙｅｓ）、制御部６１は処理を完了する。
　一方で、カウンタｎが所定の回数Ｎ以上ではない場合（ステップＳ１０８，Ｎｏ）、制御部６１は、成膜処理の繰り返し数をカウントするためのカウンタｎをインクリメントし（ステップＳ１０９）、ステップＳ１０３の処理に戻る。
　実施形態に係る成膜方法は、第１工程（ステップＳ１０３）と、第２工程（ステップＳ１０４）と、第３工程（ステップＳ１０６）とを含む。第１工程（ステップＳ１０３）は、凹部Ｒが形成された基板（ウェハＷ）に電子ビームを照射する。第２工程（ステップＳ１０４）は、基板（ウェハＷ）に原料ガスを供給して、凹部Ｒの底面Ｒａに原料ガスを吸着させる。第３工程は、基板（ウェハＷ）に水素ラジカルを供給して、凹部Ｒの底面Ｒａに吸着した原料ガスと水素ラジカルとを反応させる。これにより、ウェハＷに形成された凹部Ｒの底面Ｒａに選択的に金属膜Ｌ３を成膜することができる。
　また、実施形態に係る成膜方法において、第１工程（ステップＳ１０３）は、基板（ウェハＷ）と対向して配置される第１電極（シャワーヘッド１０）に対してＤＣバイアスを印加することで行われる。これにより、チャンバ１内のＡｒイオンをウェハＷに照射させることなく、電子ビームを選択的にウェハＷに照射することができる。
　また、実施形態に係る成膜方法において、第２工程（ステップＳ１０４）は、第１工程（ステップＳ１０３）の後に実施される。また、第２工程（ステップＳ１０４）は、電子ビームが照射された凹部Ｒの底面Ｒａに原料ガスを選択的に吸着させる。これにより、ウェハＷに形成された凹部Ｒの底面Ｒａに選択的に金属膜Ｌ３を成膜することができる。
　また、実施形態に係る成膜方法において、凹部Ｒの底面Ｒａには誘電体が露出する。これにより、誘電体が露出する凹部Ｒの底面Ｒａに選択的に金属膜Ｌ３を成膜することができる。
　また、実施形態に係る成膜方法において、原料ガスはハロゲン化金属ガスである。これにより、電子ビームが照射された凹部Ｒの底面Ｒａに選択的に原料ガスを吸着させることができる。
　また、実施形態に係る成膜方法において、第１工程（ステップＳ１０３）から第３工程（ステップＳ１０６）までの各工程は、順次繰り返して行われる。これにより、凹部Ｒの底面Ｒａに形成された島状（不連続な状態）のＴｉ膜を一様（連続的）なＴｉ膜に成長させることができる。
　また、実施形態に係る成膜方法において、第１工程（ステップＳ１０３）から第３工程（ステップＳ１０６）までの各工程は、順次繰り返して行われ、この順次繰り返して行われる際に、数サイクルに一度、第１工程（ステップＳ１０３）が省略される。これにより、成膜処理を一部省略することができることから、金属膜Ｌ３の成膜時間を短くすることができる。
　また、実施形態に係る成膜方法において、第３工程（ステップＳ１０６）は、リモートプラズマソース２９で活性化された水素ラジカルを基板（ウェハＷ）に供給することで行われる。これにより、ウェハＷに形成された凹部Ｒの底面Ｒａにさらに選択的に金属膜Ｌ３を成膜することができる。
　また、実施形態に係る成膜方法において、第３工程（ステップＳ１０６）は、基板（ウェハＷ）と対向して配置される第１電極（シャワーヘッド１０）に対して高周波を印加して活性化された水素ラジカルを基板（ウェハＷ）に供給するとともに、基板（ウェハＷ）に隣接する第２電極（サセプタ２）を高インピーダンスにすることで行われる。これにより、ウェハＷに形成された凹部Ｒの底面Ｒａに選択的に金属膜Ｌ３を成膜することができる。
　以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。たとえば、上記の実施形態では、シャワーヘッド１０にＤＣバイアスを印加することで電子ビームをウェハＷに照射する例について示したが、電子銃などの各種の電子発生手段を用いてウェハＷに電子ビームを照射してもよい。
　今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
　Ｗ　　　ウェハ（基板の一例）
　Ｒ　　　凹部
　Ｒａ　　底面
　２　　　サセプタ（第２電極の一例）
　１０　　シャワーヘッド（第１電極の一例）
　２９　　リモートプラズマソース
　６１　　制御部
　１００　成膜装置

Claims (10)

  1. 　凹部が形成された基板に電子ビームを照射する第１工程と、
    　前記基板に原料ガスを供給して、前記凹部の底面に前記原料ガスを吸着させる第２工程と、
    　前記基板に水素ラジカルを供給して、前記凹部の底面に吸着した前記原料ガスと前記水素ラジカルとを反応させる第３工程と、
    　を含む成膜方法。
  2. 　前記第１工程は、前記基板と対向して配置される第１電極に対してＤＣバイアスを印加することで行われる
    　請求項１に記載の成膜方法。
  3. 　前記第２工程は、前記第１工程の後に実施され、
    　前記第２工程は、前記電子ビームが照射された前記凹部の底面に前記原料ガスを選択的に吸着させる
    　請求項１または２に記載の成膜方法。
  4. 　前記凹部の底面には誘電体が露出する
    　請求項１～３のいずれか一つに記載の成膜方法。
  5. 　前記原料ガスはハロゲン化金属ガスである
    　請求項１～４のいずれか一つに記載の成膜方法。
  6. 　前記第１工程から前記第３工程までの各工程は、順次繰り返して行われる
    　請求項１～５のいずれか一つに記載の成膜方法。
  7. 　前記第１工程から前記第３工程までの各工程は、順次繰り返して行われ、該順次繰り返して行われる際に、数サイクルに一度、前記第１工程が省略される
    　請求項１～５のいずれか一つに記載の成膜方法。
  8. 　前記第３工程は、リモートプラズマソースで活性化された前記水素ラジカルを前記基板に供給することで行われる
    　請求項１～７のいずれか一つに記載の成膜方法。
  9. 　前記第３工程は、前記基板と対向して配置される第１電極に対して高周波を印加して活性化された前記水素ラジカルを前記基板に供給するとともに、前記基板に隣接する第２電極を高インピーダンスにすることで行われる
    　請求項１～７のいずれか一つに記載の成膜方法。
  10. 　基板に電子ビームを照射する電子ビーム照射部と、
    　前記基板に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
    　前記基板に水素ラジカルを供給する水素ラジカル供給部と、
    　各部を制御する制御部と、
    　を備え、
    　前記制御部は、
    　前記電子ビーム照射部から凹部が形成された前記基板に前記電子ビームを照射し、
    　前記原料ガス供給部から前記基板に前記原料ガスを供給して、前記凹部の底面に前記原料ガスを吸着させ、
    　前記水素ラジカル供給部から前記基板に前記水素ラジカルを供給して、前記凹部の底面に吸着した前記原料ガスと前記水素ラジカルとを反応させる
    　　成膜装置。
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