JP7033999B2

JP7033999B2 - Boron-based film film forming method and film forming equipment

Info

Publication number: JP7033999B2
Application number: JP2018078543A
Authority: JP
Inventors: 金望李; 浩之生田; 正浩岡; 佳優渡部; 勇生山本; 博一上田
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2018-04-16
Filing date: 2018-04-16
Publication date: 2022-03-11
Anticipated expiration: 2038-04-16
Also published as: JP2019186474A

Description

本開示は、ボロン系膜の成膜方法および成膜装置に関する。 The present disclosure relates to a method for forming a boron-based film and a film forming apparatus.

近時、半導体製造技術の発展により、半導体装置の微細化が進み、１４ｎｍ以下、さらには１０ｎｍ以下のものが出現している。また、さらなる半導体装置の集積化のために半導体素子を立体的に構築する技術が進められている。このため、半導体ウエハ上に形成する薄膜の積層数が増加し、例えば３次元ＮＡＮＤを用いたフラッシュメモリにおいては、酸化珪素（ＳｉＯ_２）膜や窒化珪素（ＳｉＮ）膜等を含む、厚さが１μｍ以上の厚い積層膜をドライエッチングにより微細加工する工程が必要となっている。 Recently, with the development of semiconductor manufacturing technology, the miniaturization of semiconductor devices has progressed, and those with a diameter of 14 nm or less and even 10 nm or less have appeared. Further, a technique for three-dimensionally constructing a semiconductor element is being advanced for further integration of semiconductor devices. Therefore, the number of thin films formed on the semiconductor wafer increases, and for example, in a flash memory using a three-dimensional NAND, the thickness includes a silicon oxide (SiO ₂ ) film, a silicon nitride (SiN) film, and the like. A step of finely processing a thick laminated film of 1 μm or more by dry etching is required.

微細加工を行うためのハードマスクとしては、従来、アモルファスシリコン膜やアモルファスカーボン膜が用いられているが、エッチング耐性が低い。したがって、これらの膜をハードマスクとして用いた場合は膜厚を厚くせざるを得ず、１μｍ以上もの厚い膜を形成する必要がある。 Conventionally, an amorphous silicon film or an amorphous carbon film has been used as a hard mask for microfabrication, but the etching resistance is low. Therefore, when these films are used as a hard mask, the film thickness has to be increased, and it is necessary to form a film as thick as 1 μm or more.

さらに次世代のハードマスク材料として、アモルファスシリコン膜やアモルファスカーボン膜よりもエッチング耐性が高いタングステン等の金属材料膜が検討されている。しかし、非常にエッチング耐性が高いタングステン膜等の金属材料膜は、ドライエッチング加工後の剥離やメタル汚染等への対策が難しい。 Further, as a next-generation hard mask material, a metal material film such as tungsten, which has higher etching resistance than an amorphous silicon film or an amorphous carbon film, is being studied. However, it is difficult to take measures against peeling and metal contamination after dry etching for a metal material film such as a tungsten film having extremely high etching resistance.

このため、アモルファスシリコン膜やアモルファスカーボン膜よりもドライエッチング耐性が高く、ＳｉＯ_２膜等に対して高い選択比を有する新たなハードマスク材料としてボロン系膜が検討されている。特許文献１には、ＣＶＤにより成膜したボロン系膜をハードマスクとして使用できることが記載されている。一般的に、基板上に成膜された膜は、基板に対する密着性が要求される。 Therefore, a boron-based film has been studied as a new hard mask material having higher dry etching resistance than an amorphous silicon film or an amorphous carbon film and having a high selectivity with respect to a SiO ₂ film or the like. Patent Document 1 describes that a boron-based film formed by CVD can be used as a hard mask. Generally, a film formed on a substrate is required to have adhesion to the substrate.

特表２０１３－５３３３７６号公報Special Table 2013-533376 Gazette

本開示は、密着性が良好なボロン系膜を成膜することができるボロン系膜の成膜方法および成膜装置を提供する。 The present disclosure provides a method for forming a boron-based film and a film forming apparatus capable of forming a boron-based film having good adhesion.

本開示の一態様に係るボロン系膜の成膜方法は、ドライエッチングにより微細加工を行うためのハードマスクとして用いるボロンを主体とするボロン系膜を基板上に形成するボロン系膜の成膜方法であって、基板上に、基板表面に含有される元素と窒素とを含み、前記基板と前記ボロン系膜との密着性を高める密着層を形成する第１工程と、次いで、前記密着層の上に前記ボロン系膜を成膜する第２工程と、を有する。 The method for forming a boron-based film according to one aspect of the present disclosure is a method for forming a boron-based film on a substrate, which is mainly composed of boron and is used as a hard mask for performing fine processing by dry etching . The first step of forming an adhesion layer on the substrate, which contains elements and nitrogen contained in the surface of the substrate and enhances the adhesion between the substrate and the boron-based film , followed by the adhesion layer. It has a second step of forming the boron-based film on the film.

本開示によれば、密着性が良好なボロン系膜を成膜することができるボロン系膜の成膜方法および成膜装置が提供される。 According to the present disclosure, there is provided a method for forming a boron-based film and a film forming apparatus capable of forming a boron-based film having good adhesion.

一実施形態に係るボロン系膜の成膜方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the film formation method of the boron-based film which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係るボロン系膜の成膜方法の各工程を模式的に示す工程断面図である。It is a process sectional view schematically showing each process of the film formation method of the boron-based film which concerns on one Embodiment. ボロン系膜の成膜装置の第１の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st example of the film formation apparatus of a boron-based film. ボロン系膜の成膜装置の第２の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 2nd example of the film formation apparatus of a boron-based film.

以下、添付図面を参照して実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the accompanying drawings.

＜経緯＞
最初に、本開示のボロン系膜の成膜方法に至った経緯について説明する。
ボロン系膜はハードマスクとして有望視されており、特許文献１ではＣＶＤにより成膜されている。ボロン系膜の中でも、特に、ボロン単独のボロン膜が優れた特性を有することがわかっている。 <Background>
First, the process leading to the method for forming a boron-based film of the present disclosure will be described.
The boron-based film is considered to be a promising hard mask, and in Patent Document 1, it is formed by CVD. Among the boron-based membranes, it is known that the boron membrane of boron alone has excellent properties.

一方、ボロン系膜は、基板に対する密着性が必ずしも十分ではなく、デバイスのインテグレーション製造工程中の膜剥がれを防止する観点から、ボロン系膜の密着性を向上させることが要求される。 On the other hand, the boron-based film does not always have sufficient adhesion to the substrate, and is required to improve the adhesion of the boron-based film from the viewpoint of preventing film peeling during the device integration manufacturing process.

膜の密着性を改善する技術としては、一般的に、基板の表面処理（クリーニング、プラズマでの表面改質処理）する技術が存在するが、このような技術によるボロン系膜の密着性改善効果は確認されていない。 As a technique for improving the adhesion of a film, there is generally a technique for surface treatment (cleaning, surface modification treatment with plasma) of a substrate, and such a technique has an effect of improving the adhesion of a boron-based film. Has not been confirmed.

そこで、発明者らが検討した結果、基板上に、基板表面に含有される元素と窒素とを含む中間層を形成した後、ボロン系膜を成膜することが有効であることが見出された。 Therefore, as a result of studies by the inventors, it has been found that it is effective to form an intermediate layer containing elements and nitrogen contained in the surface of the substrate on the substrate and then to form a boron-based film. rice field.

＜ボロン系膜の成膜方法＞
次に、一実施形態に係るボロン系膜の成膜方法について説明する。図１は、一実施形態に係るボロン系膜の成膜方法を示すフローチャート、図２は一実施形態に係るボロン系膜の成膜方法の各工程を模式的に示す工程断面図である。 <Method of forming a boron-based film>
Next, a method for forming a boron-based film according to an embodiment will be described. FIG. 1 is a flowchart showing a method for forming a boron-based film according to an embodiment, and FIG. 2 is a process sectional view schematically showing each step of a method for forming a boron-based film according to an embodiment.

本実施形態のボロン系膜の成膜方法は、基板２０１上に、基板表面に含有される元素と窒素（Ｎ）とを含む密着層２０２を形成する工程（ステップ１、図２の（ａ））と、次いで、密着層２０２の上にボロン系膜２０３を成膜する工程（ステップ２、図２の（ｂ））とを有する。 The method for forming a boron-based film of the present embodiment is a step of forming an adhesion layer 202 containing an element contained in the surface of the substrate and nitrogen (N) on the substrate 201 (step 1, (a) of FIG. 2). ), And then a step of forming a boron-based film 203 on the adhesion layer 202 (step 2, (b) in FIG. 2).

基板２０１としては、半導体基板（半導体ウエハ）を挙げることができる。基板２０１は、基板単体であっても、表面に所定の膜が形成されたものであってもよい。基板２０１は、表面にＳｉを含有しているものであることが好ましい。表面にＳｉを含有している基板としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板（シリコンウエハ）単体であってもよいし、基体上にＳｉ含有膜、例えばＳｉＯ_２膜が形成されたものであってもよい。 Examples of the substrate 201 include a semiconductor substrate (semiconductor wafer). The substrate 201 may be a single substrate or a substrate with a predetermined film formed on the surface thereof. The substrate 201 preferably contains Si on its surface. The substrate containing Si on the surface may be, for example, a silicon (Si) substrate (silicon wafer) alone, or a substrate on which a Si-containing film, for example, a SiO ₂ film is formed. May be good.

ステップ１の密着層２０２の形成は、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤのようなＣＶＤ、原料ガスと反応ガスを交互に供給して成膜するＡＬＤ（熱ＡＬＤ、プラズマＡＬＤ）、スパッタ等のＰＶＤで行うことができる。微細パターンに対して良好な膜を形成する観点からＣＶＤ、ＡＬＤが好ましく、その中でも膜質の良好な膜を形成することができるプラズマＣＶＤまたはプラズマＡＬＤが好ましい。プラズマは特に限定されず、容量結合プラズマ、誘導結合プラズマ、マイクロ波プラズマ等を用いることができる。これらの中では、低電子温度かつラジカル主体であり、低ダメージで高密度のプラズマを生成可能であるという利点があるマイクロ波プラズマが好ましい。 The adhesion layer 202 in step 1 is formed by thermal CVD, CVD such as plasma CVD, ALD (thermal ALD, plasma ALD) in which raw material gas and reaction gas are alternately supplied to form a film, and PVD such as sputtering. Can be done. CVD and ALD are preferable from the viewpoint of forming a film good for fine patterns, and among them, plasma CVD or plasma ALD capable of forming a film having good film quality is preferable. The plasma is not particularly limited, and capacitively coupled plasma, inductively coupled plasma, microwave plasma and the like can be used. Among these, microwave plasma is preferable because it has a low electron temperature, is mainly radical, and has the advantages of being able to generate high-density plasma with low damage.

密着層２０２の厚さは、ボロン系膜の密着性を改善できる程度の厚さであることが好ましく、１００ｎｍ以下、さらには５０ｎｍ以下であることが好ましい。より好ましくは５～１０ｎｍである。 The thickness of the adhesion layer 202 is preferably such that the adhesion of the boron-based film can be improved, and is preferably 100 nm or less, more preferably 50 nm or less. More preferably, it is 5 to 10 nm.

密着層２０２は、上述したように、基板表面に含有される元素とＮとを含む。これは、基板表面に含有される元素が含まれていることにより、基板との結合が形成しやすく、また、窒素を含むことにより、ボロン系膜との間に強くて安定なＢ－Ｎ結合を形成しやすいからである。このように、密着層２０２が、基板２０１およびボロン系膜２０３と良好な結合を形成することにより、基板２０１とボロン系膜２０３との密着性を高くすることができる。 As described above, the adhesion layer 202 contains elements and N contained in the surface of the substrate. This is because the element contained in the substrate surface makes it easy to form a bond with the substrate, and the inclusion of nitrogen makes it a strong and stable BN bond with the boron-based film. This is because it is easy to form. As described above, the adhesion layer 202 forms a good bond with the substrate 201 and the boron-based film 203, so that the adhesion between the substrate 201 and the boron-based film 203 can be improved.

Ｂ－Ｎ結合は、窒化ボロン（ＢＮ）を形成する結合であるが、ＢＮは融点が存在せず、２７００℃で昇華し、かつ水に溶解しない。したがって、Ｂ－Ｎ結合は強固で安定的な結合となる。Ｂと結合しやすい元素としては窒素の他に酸素がある。しかし、Ｂ－Ｏ結合を有するＢ_２Ｏ_３は融点が４８０℃であり、水に溶解するため、Ｂ－Ｏ結合はＢ－Ｎ結合よりも弱いと考えられる。 The BN bond is a bond that forms boron nitride (BN), but BN has no melting point, sublimates at 2700 ° C., and is insoluble in water. Therefore, the BN bond is a strong and stable bond. Oxygen is an element that easily binds to B in addition to nitrogen. However, since B ₂ O ₃ having a BO bond has a melting point of 480 ° C. and is soluble in water, the BO bond is considered to be weaker than the BN bond.

基板２０１の表面がＳｉを含有している場合、例えば、基板２０１がＳｉ単体、または表面にＳｉＯ_２膜が形成されている場合、密着層２０２としてはＳｉおよびＮを含有する材料を用いる。このような材料としては、ＳｉＮ（Ｓｉ_３Ｎ_４）、Ｓｉ－Ｎ：Ｈ（水素を含むＳｉ－Ｎ）、Ｓｉ－Ｃ－Ｎ、Ｓｉ－Ｂ－Ｎ、Ｓｉ－Ｏ－Ｎ等を挙げることができる。 When the surface of the substrate 201 contains Si, for example, when the substrate 201 is a simple substance of Si or a SiO ₂ film is formed on the surface, a material containing Si and N is used as the adhesion layer 202. Examples of such a material include SiN (Si 3N ₄ ), Si _— N: H (Si—N containing hydrogen), Si—C—N, Si—BN, Si—ON, and the like. Can be done.

ＣＶＤやＡＬＤにより密着層を形成する場合、基板表面に含有される元素を含むガスおよびＮを含むガスを含む処理ガスを用いる。密着層としてＳｉおよびＮを含有する膜、例えばＳｉＮ膜を成膜する場合は、基板表面に含有される元素を含むガスとしてＳｉ含有ガスを用いる。Ｓｉ含有ガスとしては、ＳｉＨ_４ガス等のシラン系ガス、アミノシラン系ガス、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガス等のクロロシラン系ガスを用いることができる。また、Ｎ含有ガスとしては、Ｎ_２ガス、ＮＨ_３ガスを用いることができる。 When the adhesion layer is formed by CVD or ALD, a gas containing an element contained in the surface of the substrate and a processing gas containing a gas containing N are used. When a film containing Si and N as an adhesion layer, for example, a SiN film is formed, a Si-containing gas is used as a gas containing an element contained in the substrate surface. As the Si-containing gas, a silane-based gas such as _SiH4 gas, an aminosilane-based gas, and a chlorosilane _- based gas such as _SiH2Cl2 gas can be used. Further, as the N-containing gas, N ₂ gas and NH ₃ gas can be used.

ステップ２のボロン系膜の成膜は、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤのようなＣＶＤや、スパッタ等のＰＶＤで行うことができる。微細パターンに対して良好な膜を形成する観点からＣＶＤが好ましく、その中でも膜質の良好な膜を形成することができるプラズマＣＶＤが好ましい。プラズマＣＶＤのプラズマは特に限定されず、容量結合プラズマ、誘導結合プラズマ、マイクロ波プラズマ等を用いることができる。これらの中では、低電子温度かつラジカル主体であり、低ダメージで高密度のプラズマを生成可能であるという利点があるマイクロ波プラズマが好ましい。 The formation of the boron-based film in step 2 can be performed by CVD such as thermal CVD or plasma CVD, or PVD such as sputtering. CVD is preferable from the viewpoint of forming a good film for a fine pattern, and among them, plasma CVD capable of forming a film having good film quality is preferable. The plasma of plasma CVD is not particularly limited, and capacitively coupled plasma, inductively coupled plasma, microwave plasma and the like can be used. Among these, microwave plasma is preferable because it has a low electron temperature, is mainly radical, and has the advantages of being able to generate high-density plasma with low damage.

ボロン系膜は、エッチング耐性が高いという特性を有している。ボロン系膜２０３は、このような特性を生かしてハードマスクに適用することができる。ボロン系膜２０３の膜厚は、用途に応じて適宜設定されるが、ハードマスクに適用される場合は、例えば、１μｍ以上と厚く形成される。 Boron-based films have the property of having high etching resistance. The boron-based film 203 can be applied to a hard mask by taking advantage of such characteristics. The film thickness of the boron-based film 203 is appropriately set according to the intended use, but when applied to a hard mask, it is formed as thick as 1 μm or more, for example.

ボロン系膜は、ボロンを５０ａｔ．％以上有するボロンを主体とする膜であり、ボロンおよび不可避不純物からなるボロン膜であってもよいし、ボロンに意図的に窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、珪素（Ｓｉ）等の他の元素を添加した膜であってもよい。ただし、高いエッチング耐性を得る観点からは、他の添加元素を含まないボロン膜が好ましい。ＣＶＤで成膜されたボロン系膜には、膜中に成膜原料等に由来する不可避不純物として主に水素（Ｈ）が５～１５ａｔ％程度含まれる。 Boron-based membranes contain 50 at. Boron. It is a membrane mainly composed of boron having% or more, and may be a boron membrane composed of boron and unavoidable impurities, or other membranes such as nitrogen (N), carbon (C), and silicon (Si) intentionally added to boron. It may be a film to which an element is added. However, from the viewpoint of obtaining high etching resistance, a boron film containing no other additive elements is preferable. The boron-based film formed by CVD contains mainly hydrogen (H) in an amount of about 5 to 15 at% as an unavoidable impurity derived from a film-forming raw material or the like.

ＣＶＤによりボロン系膜を成膜する際には、ボロン含有ガスを含む処理ガスが用いられる。プラズマＣＶＤによりボロン系膜を成膜する際には、処理ガスとして、プラズマ励起用の希ガスを含むことが好ましい。ボロン系膜としてボロンに他の元素を添加したものを用いる場合には、処理ガスとして、さらに添加しようとする元素を含むガスを用いる。処理ガスとしては、他に水素ガスを含んでいてもよい。 When forming a boron-based film by CVD, a processing gas containing a boron-containing gas is used. When forming a boron-based film by plasma CVD, it is preferable to include a rare gas for plasma excitation as the processing gas. When a boron-based film obtained by adding another element to boron is used, a gas containing the element to be further added is used as the treatment gas. The processing gas may also contain hydrogen gas.

ボロン含有ガスとしては、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）ガス、三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）ガス、アルキルボランガス、デカボランガス等を挙げることができる。アルキルボランガスとしては、トリメチルボラン（Ｂ（ＣＨ_３）_３）ガス、トリエチルボラン（Ｂ（Ｃ_２Ｈ_５）_３）ガスや、Ｂ（Ｒ１）（Ｒ２）（Ｒ３）、Ｂ（Ｒ１）（Ｒ２）Ｈ、Ｂ（Ｒ１）Ｈ_２（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３はアルキル基）で表されるガス等を挙げることができる。これらの中ではＢ_２Ｈ_６ガスを好適に用いることができる。 Examples of the boron-containing gas include diborane (B ₂ H ₆ ) gas, boron trichloride (BCl ₃ ) gas, alkyl borane gas, and decaborane gas. Alkylborane gas includes trimethylborane (B (CH ₃ ) ₃ ) gas, triethylborane (B (C ₂ H ₅ ) ₃ ) gas, B (R1) (R2) (R3), B (R1) (R2). ) H, B (R1) H ₂ (R1, R2, R3 are alkyl groups) and the like. Among these, B ₂ H ₆ gas can be preferably used.

ボロン系膜２０３をＣＶＤ、例えばプラズマＣＶＤにより成膜する際には、圧力が０．６７～１３３．３Ｐａ（５～１０００ｍＴｏｒｒ）の範囲、温度が５００℃以下（より好ましくは、６０～５００℃の範囲、例えば３００℃）が好ましい。 When the boron-based film 203 is deposited by CVD, for example, plasma CVD, the pressure is in the range of 0.67 to 133.3 Pa (5 to 1000 mTorr), and the temperature is 500 ° C. or lower (more preferably 60 to 500 ° C.). Range, eg 300 ° C.) is preferred.

このように、基板２０１上に、密着層２０２を介してボロン系膜２０３を成膜することにより、上述した密着層２０２の効果により、基板上に直接ボロン系膜を成膜する場合に比べて、ボロン系膜２０３の密着性を良好にすることができる。 In this way, by forming the boron-based film 203 on the substrate 201 via the adhesion layer 202, the effect of the adhesion layer 202 described above makes it possible to form a boron-based film directly on the substrate as compared with the case where the boron-based film is formed directly on the substrate. , The adhesion of the boron-based film 203 can be improved.

ステップ１の密着層２０２の形成と、ステップ２のボロン系膜２０３の成膜とは、同一チャンバ内で真空を破ることなく連続して行うことが好ましい。これにより、密着層とボロン膜との界面が汚染されることなく、高スループットで密着性が良好なボロン系膜を形成することができる。また、ステップ１とステップ２とは、同系統の成膜手法であることが好ましい。例えば、ボロン系膜２０３をプラズマＣＶＤで成膜する場合には、密着層２０２はプラズマＣＶＤまたはプラズマＡＬＤで成膜することが好ましい。 It is preferable that the formation of the adhesion layer 202 in step 1 and the film formation of the boron-based film 203 in step 2 are continuously performed in the same chamber without breaking the vacuum. As a result, it is possible to form a boron-based film having high throughput and good adhesion without contaminating the interface between the adhesion layer and the boron film. Further, it is preferable that step 1 and step 2 are film forming methods of the same system. For example, when the boron-based film 203 is formed by plasma CVD, it is preferable that the adhesion layer 202 is formed by plasma CVD or plasma ALD.

ステップ１、２をプラズマＣＶＤ（プラズマＡＬＤも含む）で行う場合は、いずれも圧力が０．６７～１３３．３Ｐａ（５～１０００ｍＴｏｒｒ）の範囲内、温度が５００℃以下の範囲内で行うことが好ましく、ステップ１、２を同一の温度で行うことが好ましい。 When steps 1 and 2 are carried out by plasma CVD (including plasma ALD), the pressure should be in the range of 0.67 to 133.3 Pa (5 to 1000 mTorr) and the temperature should be in the range of 500 ° C. or lower. It is preferable to carry out steps 1 and 2 at the same temperature.

＜ボロン系膜の成膜装置の第１の例＞
次に、ボロン系膜の成膜装置の第１の例について説明する。
図３は、ボロン系膜の成膜装置の第１の例を示す断面図である。本例の成膜装置１００は、基板としての半導体ウエハ（以下単にウエハと記す）上に上記ステップ１、２を行ってボロン系膜としてのボロン膜を成膜するマイクロ波プラズマＣＶＤ装置として構成される。ウエハとしては、表面にＳｉを含有するもの、例えば、Ｓｉ基体上にＳｉＯ_２膜等のＳｉ含有膜が形成されたものを用いる。 <First example of a boron-based film forming apparatus>
Next, a first example of a boron-based film forming apparatus will be described.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a first example of a boron-based film forming apparatus. The film forming apparatus 100 of this example is configured as a microwave plasma CVD apparatus for forming a boron film as a boron-based film by performing the above steps 1 and 2 on a semiconductor wafer as a substrate (hereinafter, simply referred to as a wafer). To. As the wafer, a wafer containing Si on the surface, for example, a wafer having a Si-containing film such as a SiO ₂ film formed on a Si substrate is used.

この成膜装置１００は、気密に構成され、接地された略円筒状のチャンバ１を有している。チャンバ１は、例えばアルミニウムおよびその合金等の金属材料によって構成されている。チャンバ１の上部にはマイクロ波プラズマ源２０が設けられている。マイクロ波プラズマ源２０は、例えばＲＬＳＡ（登録商標）マイクロ波プラズマ源として構成される。 The film forming apparatus 100 has a substantially cylindrical chamber 1 that is airtightly configured and grounded. The chamber 1 is made of a metal material such as aluminum and its alloys. A microwave plasma source 20 is provided in the upper part of the chamber 1. The microwave plasma source 20 is configured, for example, as an RLSA® microwave plasma source.

チャンバ１の底壁の略中央部には円形の開口部１０が形成されており、底壁にはこの開口部１０と連通し、下方に向けて突出する排気室１１が設けられている。 A circular opening 10 is formed in a substantially central portion of the bottom wall of the chamber 1, and the bottom wall is provided with an exhaust chamber 11 that communicates with the opening 10 and projects downward.

チャンバ１内には、基板である半導体ウエハ（以下単にウエハと記す）Ｗを水平に支持するためのＡｌＮ等のセラミックスからなる円板状の載置台２が設けられている。この載置台２は、排気室１１の底部中央から上方に延びる円筒状のＡｌＮ等のセラミックスからなる支持部材３により支持されている。また、載置台２には抵抗加熱型のヒーター５が埋め込まれており、このヒーター５はヒーター電源（図示せず）から給電されることにより発熱し、それにより載置台２を介してウエハＷが所定の温度に加熱される。また、載置台２には電極７が埋め込まれており、電極７には整合器８を介してバイアス電圧印加用高周波電源９が接続されている。バイアス電圧印加用高周波電源９は、５０ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの高周波電力（高周波バイアス）を載置台２に印加する。高周波バイアスのパワーは可変であり、例えば３０～５００Ｗの範囲で変化させることができる。整合器８は、バイアス電圧印加用高周波電源９の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるもので、チャンバ１内にプラズマが生成されているときにバイアス電圧印加用高周波電源９の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。 In the chamber 1, a disk-shaped mounting table 2 made of ceramics such as AlN for horizontally supporting a semiconductor wafer (hereinafter, simply referred to as a wafer) W as a substrate is provided. The mounting table 2 is supported by a support member 3 made of ceramics such as a cylindrical AlN extending upward from the center of the bottom of the exhaust chamber 11. Further, a resistance heating type heater 5 is embedded in the mounting table 2, and the heater 5 generates heat by being supplied with power from a heater power supply (not shown), whereby the wafer W is generated via the mounting table 2. It is heated to a predetermined temperature. Further, an electrode 7 is embedded in the mounting table 2, and a high frequency power supply 9 for applying a bias voltage is connected to the electrode 7 via a matching device 8. The high frequency power supply 9 for applying a bias voltage applies high frequency power (high frequency bias) of 50 kHz to 13.56 MHz to the mounting table 2. The power of the high frequency bias is variable and can be varied, for example, in the range of 30-500W. The matching unit 8 matches the load impedance with the internal (or output) impedance of the high frequency power supply 9 for applying a bias voltage, and the internal impedance of the high frequency power supply 9 for applying a bias voltage when plasma is generated in the chamber 1. And the load impedance seem to match.

載置台２には、ウエハＷを支持して昇降させるためのウエハ支持ピン（図示せず）が載置台２の表面に対して突没可能に設けられている。 The mounting table 2 is provided with a wafer support pin (not shown) for supporting and raising and lowering the wafer W so as to be retractable with respect to the surface of the mounting table 2.

排気室１１の側面には排気管２３が接続されており、この排気管２３には真空ポンプや自動圧力制御バルブ等を含む排気装置２４が接続されている。排気装置２４の真空ポンプを作動させることによりチャンバ１内のガスが、排気室１１の空間１１ａ内へ均一に排出され、排気管２３を介して排気され、自動圧力制御バルブによりチャンバ１内が所定の真空度に制御される。 An exhaust pipe 23 is connected to the side surface of the exhaust chamber 11, and an exhaust device 24 including a vacuum pump, an automatic pressure control valve, and the like is connected to the exhaust pipe 23. By operating the vacuum pump of the exhaust device 24, the gas in the chamber 1 is uniformly discharged into the space 11a of the exhaust chamber 11, is exhausted through the exhaust pipe 23, and the inside of the chamber 1 is predetermined by the automatic pressure control valve. It is controlled by the degree of vacuum.

チャンバ１の側壁には、成膜装置１００に隣接する真空搬送室（図示せず）との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口２５が設けられており、この搬入出口２５はゲートバルブ２６により開閉される。 The side wall of the chamber 1 is provided with an carry-in / out port 25 for carrying in / out the wafer W between the vacuum transfer chamber (not shown) adjacent to the film forming apparatus 100, and the carry-in / out port 25 is a gate. It is opened and closed by the valve 26.

チャンバ１の上部は開口部となっており、その開口部の周縁部がリング状の支持部２７となっている。マイクロ波プラズマ源２０はこの支持部２７に支持される。 The upper part of the chamber 1 is an opening, and the peripheral edge of the opening is a ring-shaped support portion 27. The microwave plasma source 20 is supported by the support portion 27.

マイクロ波プラズマ源２０は、誘電体、例えば石英やＡｌ_２Ｏ_３等のセラミックスからなる円板状のマイクロ波透過板２８と、複数のスロットを有する平面スロットアンテナ３１と、遅波材３３と、同軸導波管３７と、モード変換部３８と、導波管３９と、マイクロ波発生器４０とを有している。 The microwave plasma source 20 includes a disk-shaped microwave transmission plate 28 made of a dielectric, for example ceramics such as quartz and Al ₂ O ₃ , a flat slot antenna 31 having a plurality of slots, and a slow wave material 33. It has a coaxial waveguide 37, a mode conversion unit 38, a waveguide 39, and a microwave generator 40.

マイクロ波透過板２８は、支持部２７にシール部材２９を介して気密に設けられている。したがって、チャンバ１は気密に保持される。 The microwave transmission plate 28 is airtightly provided on the support portion 27 via the seal member 29. Therefore, the chamber 1 is kept airtight.

平面スロットアンテナ３１は、マイクロ波透過板２８に対応する円板状をなし、導電性材料で構成されており、マイクロ波透過板２８に密着するように設けられている。この平面スロットアンテナ３１はチャンバ１の側壁上端に係止されている。 The flat slot antenna 31 has a disk shape corresponding to the microwave transmission plate 28, is made of a conductive material, and is provided so as to be in close contact with the microwave transmission plate 28. The planar slot antenna 31 is locked to the upper end of the side wall of the chamber 1.

平面スロットアンテナ３１は、例えば表面が銀または金メッキされた銅板またはアルミニウム板からなり、マイクロ波を放射するための複数のスロット３２が所定パターンで貫通するように形成された構成となっている。スロット３２のパターンは、マイクロ波が均等に放射されるように適宜設定される。例えば、パターンの例としては、Ｔ字状に配置された２つのスロット３２を一対として複数対のスロット３２が同心円状に配置されているものを挙げることができる。スロット３２の長さや配列間隔は、マイクロ波の実効波長（λg）に応じて決定され、例えばスロット３２は、それらの間隔がλg／４、λg／２またはλgとなるように配置される。なお、スロット３２は、円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さらに、スロット３２の配置形態は特に限定されず、同心円状のほか、例えば、螺旋状、放射状に配置することもできる。 The flat slot antenna 31 is made of, for example, a silver or gold-plated copper plate or an aluminum plate on the surface, and is formed so that a plurality of slots 32 for radiating microwaves penetrate in a predetermined pattern. The pattern of the slot 32 is appropriately set so that the microwave is radiated evenly. For example, as an example of the pattern, a pair of two slots 32 arranged in a T shape may be paired and a plurality of pairs of slots 32 may be arranged concentrically. The length and arrangement spacing of the slots 32 are determined according to the effective wavelength (λg) of the microwave. For example, the slots 32 are arranged so that the spacing between them is λg / 4, λg / 2 or λg. The slot 32 may have another shape such as a circular shape or an arc shape. Further, the arrangement form of the slots 32 is not particularly limited, and the slots 32 may be arranged concentrically, for example, spirally or radially.

遅波材３３は、平面スロットアンテナ３１の上面に密着して設けられている。遅波材３３は、真空よりも大きい誘電率を有する誘電体、例えば石英、セラミックス（Ａｌ_２Ｏ_３）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミドなどの樹脂からなる。遅波材３３はマイクロ波の波長を真空中より短くして平面スロットアンテナ３１を小さくする機能を有している。 The slow wave material 33 is provided in close contact with the upper surface of the flat slot antenna 31. The slow wave material 33 is made of a dielectric having a dielectric constant larger than that of vacuum, for example, a resin such as quartz, ceramics (Al ₂ O ₃ ), polytetrafluoroethylene, or polyimide. The slow wave material 33 has a function of making the wavelength of the microwave shorter than that in vacuum to make the planar slot antenna 31 smaller.

マイクロ波透過板２８および遅波材３３の厚さは、遅波板３３、平面スロットアンテナ３１、マイクロ波透過板２８、およびプラズマで形成される等価回路が共振条件を満たすように調整される。遅波材３３の厚さを調整することにより、マイクロ波の位相を調整することができ、平面スロットアンテナ３１の接合部が定在波の「はら」になるように厚さを調整することにより、マイクロ波の反射が極小化され、マイクロ波の放射エネルギーが最大となる。また、遅波材３３とマイクロ波透過板２８を同じ材質とすることにより、マイクロ波の界面反射を防止することができる。 The thickness of the microwave transmission plate 28 and the slow wave material 33 is adjusted so that the equivalent circuit formed by the slow wave plate 33, the planar slot antenna 31, the microwave transmission plate 28, and the plasma satisfies the resonance condition. By adjusting the thickness of the slow wave material 33, the phase of the microwave can be adjusted, and by adjusting the thickness so that the junction of the planar slot antenna 31 becomes the "hara" of the standing wave. , Microwave reflection is minimized and microwave radiation energy is maximized. Further, by using the same material for the slow wave material 33 and the microwave transmission plate 28, interfacial reflection of microwaves can be prevented.

なお、平面スロットアンテナ３１とマイクロ波透過板２８との間、また、遅波材３３と平面スロットアンテナ３１との間は、離間して配置されていてもよい。 The planar slot antenna 31 and the microwave transmission plate 28 may be spaced apart from each other, and the slow wave material 33 and the planar slot antenna 31 may be spaced apart from each other.

チャンバ１の上面には、これら平面スロットアンテナ３１および遅波材３３を覆うように、例えばアルミニウムやステンレス鋼、銅等の金属材からなる冷却ジャケット３４が設けられている。冷却ジャケット３４には、冷却水流路３４ａが形成されており、そこに冷却水を通流させることにより、遅波材３３、平面スロットアンテナ３１、マイクロ波透過板２８を冷却するようになっている。 A cooling jacket 34 made of a metal material such as aluminum, stainless steel, or copper is provided on the upper surface of the chamber 1 so as to cover the flat slot antenna 31 and the slow wave material 33. The cooling jacket 34 is formed with a cooling water flow path 34a, through which the cooling water is allowed to flow to cool the slow wave material 33, the flat slot antenna 31, and the microwave transmission plate 28. ..

同軸導波管３７は、冷却ジャケット３４の上壁の中央形成された開口部の上方からマイクロ波透過板２８に向けて挿入されている。同軸導波管３７は、中空棒状の内導体３７ａと円筒状の外導体３７ｂが同心状に配置されてなる。内導体３７ａの下端は平面スロットアンテナ３１に接続されている。同軸導波管３７は上方に延びている。モード変換器３８は、同軸導波管３７の上端に接続されている。モード変換器３８には、水平に延びる断面矩形状の導波管３９の一端が接続されている。導波管３９の他端にはマイクロ波発生器４０が接続されている。導波管３９にはマッチング回路４１が介在されている。 The coaxial waveguide 37 is inserted toward the microwave transmission plate 28 from above the centrally formed opening of the upper wall of the cooling jacket 34. The coaxial waveguide 37 is formed by concentrically arranging a hollow rod-shaped inner conductor 37a and a cylindrical outer conductor 37b. The lower end of the inner conductor 37a is connected to the flat slot antenna 31. The coaxial waveguide 37 extends upward. The mode converter 38 is connected to the upper end of the coaxial waveguide 37. One end of a horizontally extending waveguide 39 having a rectangular cross section is connected to the mode converter 38. A microwave generator 40 is connected to the other end of the waveguide 39. A matching circuit 41 is interposed in the waveguide 39.

マイクロ波発生器４０は、例えば周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生し、発生したマイクロ波はＴＥモードで導波管３９を伝播し、モード変換器３８でマイクロ波の振動モードがＴＥモードからＴＥＭモードへ変換され、同軸導波管３７を介して遅波材３３に向けて伝播する。そして、マイクロ波は、遅波材３３の内部を径方向外側に向かって放射状に広がり、平面スロットアンテナ３１のスロット３２から放射され、マイクロ波透過板２８を透過してチャンバ１内のマイクロ波透過板２８の直下領域に電界を生じさせ、マイクロ波プラズマを生成させる。マイクロ波透過板２８の下面の一部には、導入されたマイクロ波による定在波の発生を容易にするためのテーパ上に凹んだ環状の凹部２８ａが形成されており、マイクロ波プラズマが効率よく生成可能となっている。 The microwave generator 40 generates, for example, a microwave having a frequency of 2.45 GHz, the generated microwave propagates through the waveguide 39 in the TE mode, and the mode converter 38 changes the microwave vibration mode from the TE mode. It is converted to TEM mode and propagates toward the slow wave material 33 via the coaxial waveguide 37. Then, the microwave spreads radially outward in the slow wave material 33, is radiated from the slot 32 of the flat slot antenna 31, passes through the microwave transmission plate 28, and is transmitted through the microwave in the chamber 1. An electric field is generated in the region directly below the plate 28 to generate microwave plasma. An annular recess 28a recessed on a taper is formed on a part of the lower surface of the microwave transmission plate 28 to facilitate the generation of a standing wave by the introduced microwave, and the microwave plasma is efficient. It can be generated well.

なお、マイクロ波の周波数としては、２．４５ＧＨｚの他、８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ、８６０ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ等、種々の周波数を用いることができる。また、マイクロ波パワーは２０００～５０００Ｗ、パワー密度は２．８～７．１Ｗ／ｃｍ^２が好ましい。 As the microwave frequency, various frequencies such as 8.35 GHz, 1.98 GHz, 860 MHz, and 915 MHz can be used in addition to 2.45 GHz. Further, the microwave power is preferably 2000 to 5000 W, and the power density is preferably 2.8 to 7.1 W / cm ² .

成膜装置１００は、ボロン系膜および密着層を成膜するための処理ガスを供給するガス供給機構６を有している。ボロン系膜を成膜するための処理ガスは、ボロン含有ガスを含む。ボロン含有ガスとしては、上述したような、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）ガス、三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）ガス、アルキルボランガス、デカボランガス等を挙げることができる。 The film forming apparatus 100 has a gas supply mechanism 6 for supplying a processing gas for forming a boron-based film and an adhesive layer. The processing gas for forming a boron-based film includes a boron-containing gas. Examples of the boron-containing gas include diborane (B ₂ H ₆ ) gas, boron trichloride (BCl ₃ ) gas, alkyl borane gas, decaborane gas and the like as described above.

ボロン系膜を成膜するための処理ガスとしては、プラズマ励起用の希ガスを含んでいてもよい。さらにＨ_２ガス等を含んでいてもよい。希ガスとしてはＨｅガスやＡｒガスなどが用いられる。 The processing gas for forming the boron-based film may contain a rare gas for plasma excitation. Further, H ₂ gas or the like may be contained. As the rare gas, He gas, Ar gas and the like are used.

密着層を成膜するための処理ガスは、Ｓｉ含有ガスおよびＮ含有ガスを含む。上述したように、Ｓｉ含有ガスとしては、ＳｉＨ_４ガス等のシラン系ガス、アミノシラン系ガス、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガス等のクロロシラン系ガスを挙げることができる。また、Ｎ含有ガスとしては、Ｎ_２ガス、ＮＨ_３ガスを挙げることができる。また、上述した希ガスを密着層を成膜するための処理ガスとして用いてもよい。 The processing gas for forming the adhesion layer includes Si-containing gas and N-containing gas. As described above, examples of the Si-containing gas include a silane gas such as SiH ₄ gas, an aminosilane gas, and a chlorosilane gas such as SiH ₂ Cl ₂ gas. Further, examples of the N-containing gas include N ₂ gas and NH ₃ gas. Further, the above-mentioned rare gas may be used as a processing gas for forming the adhesion layer.

以下では、ボロン含有ガスとしてＢ_２Ｈ_６ガス、希ガスとしてＡｒガスおよびＨｅガス、Ｓｉ含有ガスとしてＳｉＨ_４ガス、Ｎ含有ガスとしてＮ_２ガスを含む処理ガスを用いる場合を例にとって説明する。 In the following, a case where a processing gas containing B ₂ H ₆ gas as a boron-containing gas, Ar gas and He gas as a rare gas, Si H ₄ gas as a Si-containing gas, and N ₂ gas as an N-containing gas will be described will be described as an example.

ガス供給機構６は、ウエハＷの中央に向かってガスを吐出する第１のガス供給部６１と、ウエハＷの外方からガスを吐出する第２のガス供給部６２とを備えている。第１のガス供給部６１は、モード変換器３８および同軸導波管３７の内導体３７ａの内部に形成されたガス流路６３を含み、このガス流路６３の先端のガス供給口６４は、例えばマイクロ波透過板２８の中央部において、チャンバ１内に開口している。ガス流路６３には、配管６５、６６、６７、６８、および６９が接続されている。配管６５にはボロン含有ガスであるＢ_２Ｈ_６ガスを供給するＢ_２Ｈ_６ガス供給源７０が接続されている。配管６６には希ガスであるＡｒガスを供給するＡｒガス供給源７１が接続されている。配管６７には希ガスであるＨｅガスを供給するＨｅガス供給源７２が接続されている。配管６８にはＳｉ含有ガスであるＳｉＨ_４ガスを供給するＳｉＨ_４ガス供給源７３が接続されている。配管６９にはＮ含有ガスであるＮ_２ガスを供給するＮ_２ガス供給源７４が接続されている。配管６５～６９には、それぞれ、マスフローコントローラのような流量制御器６５ａ～６９ａおよび開閉バルブ６５ｂ～６９ｂが設けられている。 The gas supply mechanism 6 includes a first gas supply unit 61 that discharges gas toward the center of the wafer W, and a second gas supply unit 62 that discharges gas from the outside of the wafer W. The first gas supply unit 61 includes a gas flow path 63 formed inside the mode converter 38 and the inner conductor 37a of the coaxial waveguide 37, and the gas supply port 64 at the tip of the gas flow path 63 includes a gas supply port 64. For example, in the central portion of the microwave transmission plate 28, an opening is made in the chamber 1. Piping 65, 66, 67, 68, and 69 are connected to the gas flow path 63. A B ₂ H ₆ gas supply source 70 for supplying a B ₂ H ₆ gas, which is a boron-containing gas, is connected to the pipe 65. An Ar gas supply source 71 for supplying Ar gas, which is a rare gas, is connected to the pipe 66. A He gas supply source 72 for supplying He gas, which is a rare gas, is connected to the pipe 67. A SiH ₄ gas supply source 73 for supplying SiH ₄ gas, which is a Si-containing gas, is connected to the pipe 68. An _N2 gas supply source 74 for supplying _N2 gas, which is an N-containing gas, is connected to the pipe 69. The pipes 65 to 69 are provided with a flow rate controller 65a to 69a such as a mass flow controller and an on-off valve 65b to 69b, respectively.

第２のガス供給部６２は、チャンバ１の内壁に沿ってリング状に設けられたシャワーリング８１を備えている。シャワーリング８１には、環状に設けられたバッファ室８２と、バッファ室８２から等間隔でチャンバ１内に臨むように設けられた複数のガス吐出口８３とが設けられている。 The second gas supply unit 62 includes a shower ring 81 provided in a ring shape along the inner wall of the chamber 1. The shower ring 81 is provided with a buffer chamber 82 provided in an annular shape, and a plurality of gas discharge ports 83 provided so as to face the chamber 1 at equal intervals from the buffer chamber 82.

配管６５、６６、６７、６８、および６９からは、それぞれ配管７５、７６、７７、７８、および７９が分岐しており、配管７５、７６、７７、７８、および７９は合流してシャワーリング８１のバッファ室８２に接続されている。配管７５～７９には、それぞれ、流量制御器７５ａ～７９ａおよび開閉バルブ７５ｂ～７９ｂが設けられている。 From the pipes 65, 66, 67, 68, and 69, pipes 75, 76, 77, 78, and 79 are branched, respectively, and the pipes 75, 76, 77, 78, and 79 merge to form a shower ring 81. It is connected to the buffer chamber 82 of. The pipes 75 to 79 are provided with a flow rate controller 75a to 79a and an on-off valve 75b to 79b, respectively.

本例では、第１のガス供給部６１および第２のガス供給部６２には、同じガス供給源７０～７４から同じ種類のガスが、それぞれ流量を調整された状態で供給され、それぞれ、マイクロ波透過板２８の中央およびチャンバ１の周縁からチャンバ１内に吐出される。なお、第１のガス供給部６１および第２のガス供給部６２から別個のガスを供給することもでき、それらの流量比等を個別に調整することもできる。 In this example, the same type of gas is supplied from the same gas supply sources 70 to 74 to the first gas supply unit 61 and the second gas supply unit 62 in a state where the flow rates are adjusted, respectively. It is discharged into the chamber 1 from the center of the wave transmission plate 28 and the peripheral edge of the chamber 1. It should be noted that separate gases can be supplied from the first gas supply unit 61 and the second gas supply unit 62, and their flow rate ratios and the like can be adjusted individually.

第１、第２のガス供給部６１、６２からは、例えば１０００～１００００ｓｃｃｍの範囲、好適には２０００～１００００ｓｃｃｍの範囲の流量の処理ガスが供給される。 From the first and second gas supply units 61 and 62, a processing gas having a flow rate in the range of, for example, 1000 to 10000 sccm, preferably 2000 to 10000 sccm is supplied.

ガス供給機構６は、第１、第２のガス供給部６１、６２、Ｂ_２Ｈ_６ガス供給源７０、Ａｒガス供給源７１、Ｈｅガス供給源７２、ＳｉＨ_４ガス供給源７３、Ｎ_２ガス供給源７４、配管、流量制御器、バルブ等を全て含む。 The gas supply mechanism 6 includes first and second gas supply units 61, 62, B ₂ H ₆ gas supply source 70, Ar gas supply source 71, He gas supply source 72, SiH ₄ gas supply source 73, and N ₂ gas. Includes all supply sources 74, piping, flow control, valves, etc.

成膜装置１００は、制御部５０を有している。制御部５０は、成膜装置１００の各構成部、例えばバルブ類、流量制御器、マイクロ波発生器４０、ヒーター電源、バイアス電圧印加用高周波電源９等を制御する。制御部５０は、ＣＰＵを有する主制御部と、入力装置、出力装置、表示装置、および記憶装置を有している。記憶装置には、成膜装置１００で実行される処理を制御するためのプログラム、すなわち処理レシピが格納された記憶媒体がセットされ、主制御部は、記憶媒体に記憶されている所定の処理レシピを呼び出し、その処理レシピに基づいて成膜装置１００に所定の処理を行わせるように制御する。 The film forming apparatus 100 has a control unit 50. The control unit 50 controls each component of the film forming apparatus 100, for example, valves, a flow rate controller, a microwave generator 40, a heater power supply, a high frequency power supply 9 for applying a bias voltage, and the like. The control unit 50 includes a main control unit having a CPU, an input device, an output device, a display device, and a storage device. A program for controlling the processing executed by the film forming apparatus 100, that is, a storage medium in which the processing recipe is stored is set in the storage device, and the main control unit is a predetermined processing recipe stored in the storage medium. Is called, and the film forming apparatus 100 is controlled to perform a predetermined process based on the process recipe.

以上のように構成される成膜装置１００においては、まず、ゲートバルブ２６を開け、基板として、上述した構成のウエハＷをチャンバ１に搬入し、載置台２に載置するとともにゲートバルブ２６を閉じる。 In the film forming apparatus 100 configured as described above, first, the gate valve 26 is opened, the wafer W having the above-described configuration is carried into the chamber 1 as a substrate, mounted on the mounting table 2, and the gate valve 26 is installed. close.

このとき、載置台２の温度は、５００℃以下、好ましくは６０～５００℃、例えば３００℃に設定される。チャンバ１を真空排気した後、ＡｒガスおよびＨｅガスをチャンバ１内に流してサイクルパージを行い、ＡｒガスおよびＨｅガスによるチャンバ１内の圧力を例えば５３．３Ｐａ（４００ｍＴｏｒｒ）程度としてウエハＷの温度を安定化させる。そして、マイクロ波発生器４０から、２０００～５０００Ｗ（２．８～７．１Ｗ／ｃｍ^２）、例えば３５００Ｗ（５．０Ｗ／ｃｍ^２）のマイクロ波を導入してプラズマ着火を行う。その後、マイクロ波パワーを着火時と同じ値に維持したまま、チャンバ１内の圧力を０．６７～３３．３Ｐａ（５～２５０ｍＴｏｒｒ）、例えば６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）に調圧する。第１のガス供給部６１および第２のガス供給部６２から、ＳｉＨ_４ガスおよびＮ_２ガスを供給し、必要に応じてＡｒガスおよびＨｅガスを供給して、プラズマＣＶＤにより密着層として、厚さ１００ｎｍ以下のＳｉＮ膜の成膜を行う。このとき、ＳｉＨ_４ガスを３～５０ｓｃｃｍ、例えば６．５ｓｃｃｍの流量で供給し、Ｎ_２ガスを３～１００ｓｃｃｍ、例えば５ｓｃｃｍの流量で供給し、ＡｒガスおよびＨｅガスを、合計で１００～１０００ｓｃｃｍ、例えば５００ｓｃｃｍの流量で供給する。このとき、バイアス電圧印加用高周波電源９から適宜のパワーの高周波バイアスを印加してもよい。 At this time, the temperature of the mounting table 2 is set to 500 ° C. or lower, preferably 60 to 500 ° C., for example, 300 ° C. After vacuum exhausting the chamber 1, Ar gas and He gas are flowed into the chamber 1 to perform cycle purging, and the pressure in the chamber 1 due to the Ar gas and He gas is set to, for example, about 53.3 Pa (400 mTorr) and the temperature of the wafer W. To stabilize. Then, from the microwave generator 40, a microwave of 2000 to 5000 W (2.8 to 7.1 W / cm ² ), for example, 3500 W (5.0 W / cm ² ) is introduced to perform plasma ignition. After that, the pressure in the chamber 1 is adjusted to 0.67 to 33.3 Pa (5-250 mTorr), for example, 6.7 Pa (50 mTorr) while maintaining the microwave power at the same value as at the time of ignition. SiH ₄ gas and N ₂ gas are supplied from the first gas supply unit 61 and the second gas supply unit 62, and Ar gas and He gas are supplied as needed, and the thickness is formed as a close contact layer by plasma CVD. A SiN film having a thickness of 100 nm or less is formed. At this time, SiH ₄ gas is supplied at a flow rate of 3 to 50 sccm, for example 6.5 sccm, N ₂ gas is supplied at a flow rate of 3 to 100 sccm, for example 5 sccm, and Ar gas and He gas are supplied at a total flow rate of 100 to 1000 sccm. For example, it is supplied at a flow rate of 500 sccm. At this time, a high frequency bias of an appropriate power may be applied from the high frequency power supply 9 for applying a bias voltage.

なお、ＳｉＨ_４ガスとＮ_２ガスを、チャンバ１のパージを挟んで交互に繰り返すプラズマＡＬＤによりＳｉＮ膜を成膜してもよい。このとき、Ｎ_２ガスを供給する際のみにプラズマを生成することが好ましい。 A SiN film may be formed by plasma ALD in which SiH ₄ gas and N ₂ gas are alternately repeated with a purge of chamber 1 in between. At this time, it is preferable to generate plasma only when supplying N ₂ gas.

密着層の成膜が終了後、ＳｉＨ_４ガスおよびＮ_２ガスを停止し、チャンバ１内を排気しつつＨｅガスおよびＡｒガスを導入してチャンバ１内のパージを行う。そして、ＨｅガスおよびＡｒガスを流したまま、マイクロ波発生器４０から、２０００～５０００Ｗ（２．８～７．１Ｗ／ｃｍ^２）、例えば３５００Ｗ（５．０Ｗ／ｃｍ^２）のマイクロ波を導入してプラズマ着火を行う。その状態で、チャンバ１内の圧力を０．６７～３３．３Ｐａ（５～２５０ｍＴｏｒｒ）、例えば６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）に調圧し、ＨｅガスおよびＡｒガスに加えてＢ_２Ｈ_６ガスを供給する。これにより、プラズマＣＶＤによりボロン系膜として、例えば１μｍ以上の厚さのボロン膜を成膜する。このとき、載置台２の温度は、好ましくは密着層形成時と同じ温度に維持する。また、Ｂ_２Ｈ_６ガス（Ｂ_２Ｈ_６濃度：例えば１５ｖｏｌ％、Ｈｅガス希釈）を５０～１０００ｓｃｃｍ、例えば７０ｓｃｃｍ（Ｂ_２Ｈ_６正味：１０．５ｓｃｃｍ）の流量で供給する。また、ＡｒガスおよびＨｅガスは、合計で１００～１０００ｓｃｃｍ、例えば５００ｓｃｃｍの流量で供給する。成膜時に、必要に応じて、バイアス電圧印加用高周波電源９から適宜のパワーの高周波バイアスを印加してもよいが、ボロン膜の膜質および表面粗さの悪化や、界面付近からの膜剥がれを抑制する観点からは、高周波バイアスを印加しないことが好ましい。 After the film formation of the adhesion layer is completed, SiH ₄ gas and N ₂ gas are stopped, and He gas and Ar gas are introduced while exhausting the inside of the chamber 1 to purge the inside of the chamber 1. Then, with the He gas and Ar gas flowing, a microwave of 2000 to 5000 W (2.8 to 7.1 W / cm ² ), for example, 3500 W (5.0 W / cm ² ) is introduced from the microwave generator 40. And plasma ignition is performed. In that state, the pressure in the chamber 1 is adjusted to 0.67 to 33.3 Pa (5 to 250 mTorr), for example, 6.7 Pa (50 mTorr), and B ₂ H ₆ gas is supplied in addition to He gas and Ar gas. .. As a result, a boron film having a thickness of, for example, 1 μm or more is formed as a boron-based film by plasma CVD. At this time, the temperature of the mounting table 2 is preferably maintained at the same temperature as when the adhesion layer is formed. Further, B ₂ H ₆ gas (B ₂ H ₆ concentration: for example, 15 vol%, He gas dilution) is supplied at a flow rate of 50 to 1000 sccm, for example, 70 sccm (B ₂ H ₆ net: 10.5 sccm). Further, Ar gas and He gas are supplied at a total flow rate of 100 to 1000 sccm, for example, 500 sccm. At the time of film formation, a high-frequency bias of an appropriate power may be applied from the high-frequency power supply 9 for applying a bias voltage, if necessary, but the film quality and surface roughness of the boron film may deteriorate and the film may peel off from the vicinity of the interface. From the viewpoint of suppression, it is preferable not to apply a high frequency bias.

このように、密着層の成膜、およびボロン膜の成膜を、ウエハＷをチャンバ１内の載置台２上に載置したまま、好ましくは同じ温度で、真空を破ることなく連続して行う。これにより、密着層とボロン膜との界面が汚染されることなく、高スループットで、密着性が良好なボロン膜を成膜することができる。 In this way, the film formation of the adhesion layer and the film formation of the boron film are continuously performed at the same temperature, preferably at the same temperature, without breaking the vacuum, while the wafer W is placed on the mounting table 2 in the chamber 1. .. As a result, it is possible to form a boron film having high throughput and good adhesion without contaminating the interface between the adhesion layer and the boron film.

＜ボロン系膜の成膜装置の第２の例＞
次に、ボロン系膜の成膜装置の第２の例について説明する。
図４は、ボロン系膜の成膜装置の第２の例を示す断面図である。本例の成膜装置２００は、基板としての半導体ウエハ（以下単にウエハと記す）上に上記ステップ１、２を行ってボロン系膜としてのボロン膜を成膜する容量結合型平行平板プラズマＣＶＤ装置として構成される。ウエハとしては、表面にＳｉを含有するもの、例えば、Ｓｉ基体上にＳｉＯ_２膜等のＳｉ含有膜が形成されたものを用いる。 <Second example of a boron-based film forming apparatus>
Next, a second example of a boron-based film forming apparatus will be described.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a second example of a boron-based film forming apparatus. The film forming apparatus 200 of this example is a capacitively coupled parallel plate plasma CVD apparatus that forms a boron film as a boron-based film by performing the above steps 1 and 2 on a semiconductor wafer as a substrate (hereinafter, simply referred to as a wafer). It is configured as. As the wafer, a wafer containing Si on the surface, for example, a wafer having a Si-containing film such as a SiO ₂ film formed on a Si substrate is used.

この成膜装置２００は、気密に構成され、接地された略円筒状のチャンバ１０１を有している。チャンバ１０１は、例えばアルミニウムおよびその合金等の金属材料によって構成されている。 The film forming apparatus 200 has a substantially cylindrical chamber 101 that is airtightly configured and grounded. The chamber 101 is made of a metal material such as aluminum and its alloys.

チャンバ１０１内の底部には、基板であるウエハＷを水平に支持するための、下部電極として機能する載置台１０２が設けられている。載置台１０２は、チャンバ１０１の底面に配置された金属製の支持部材１０３および絶縁部材１０４を介して支持されている。また、載置台１０２には抵抗加熱型のヒーター１０５が埋め込まれており、このヒーター１０５はヒーター電源（図示せず）から給電されることにより発熱し、それにより載置台１０２を介してウエハＷが所定の温度に加熱される。 At the bottom of the chamber 101, a mounting table 102 that functions as a lower electrode for horizontally supporting the wafer W, which is a substrate, is provided. The mounting table 102 is supported via a metal support member 103 and an insulating member 104 arranged on the bottom surface of the chamber 101. Further, a resistance heating type heater 105 is embedded in the mounting table 102, and the heater 105 generates heat by being supplied with power from a heater power supply (not shown), whereby the wafer W is generated via the mounting table 102. It is heated to a predetermined temperature.

成膜装置２００は、ボロン系膜および密着層を成膜するための処理ガスを供給するガス供給機構１３６を有している。ボロン系膜を成膜するための処理ガスは、ボロン含有ガスを含む。ボロン含有ガスとしては、上述したような、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）ガス、三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）ガス、アルキルボランガス、デカボランガス等を挙げることができる。 The film forming apparatus 200 has a gas supply mechanism 136 for supplying a processing gas for forming a boron-based film and an adhesive layer. The processing gas for forming a boron-based film includes a boron-containing gas. Examples of the boron-containing gas include diborane (B ₂ H ₆ ) gas, boron trichloride (BCl ₃ ) gas, alkyl borane gas, decaborane gas and the like as described above.

ガス供給機構１３６は、ガスシャワーヘッド１１０、Ｂ_２Ｈ_６ガス供給源１７０、Ａｒガス供給源１７１、Ｈｅガス供給源１７２、ＳｉＨ_４ガス供給源１７３、Ｎ_２ガス供給源１７４、配管１６５、１６６、１６７、１６８、１６９を有している。 The gas supply mechanism 136 includes a gas shower head 110, a B ₂ H ₆ gas supply source 170, an Ar gas supply source 171 and a He gas supply source 172, a SiH ₄ gas supply source 173, an N ₂ gas supply source 174, and pipes 165 and 166. , 167, 168, 169.

ガスシャワーヘッド１１０は、チャンバ１０１内の上部に、載置台１０２と対向するように設けられ、上部電極として機能する。ガスシャワーヘッド１１０は金属製であり、円板状をなしている。ガスシャワーヘッド１１０の内部にはガス拡散空間１１１が形成されている。ガスシャワーヘッド１１０の下面には多数のガス吐出孔１１２が形成されている。 The gas shower head 110 is provided in the upper part of the chamber 101 so as to face the mounting table 102, and functions as an upper electrode. The gas shower head 110 is made of metal and has a disk shape. A gas diffusion space 111 is formed inside the gas shower head 110. A large number of gas discharge holes 112 are formed on the lower surface of the gas shower head 110.

ガスシャワーヘッド１１０の上面中央部には、ガス流路１１３が接続されている。ガス流路１１３を構成するガス配管１１３ａは絶縁部材１１４を介してチャンバ１０１に固定されており、ガスシャワーヘッド１１０はガス配管１１３ａによりチャンバ１０１に支持されている。 A gas flow path 113 is connected to the central portion of the upper surface of the gas shower head 110. The gas pipe 113a constituting the gas flow path 113 is fixed to the chamber 101 via an insulating member 114, and the gas shower head 110 is supported by the gas pipe 113a in the chamber 101.

上記配管１６５、１６６、１６７、１６８、１６９の一端は、ガス流路１１３に接続されている。Ｂ_２Ｈ_６ガス供給源１７０は、ボロン含有ガスであるＢ_２Ｈ_６ガスを供給するものであり、配管１６５に接続されている。Ａｒガス供給源１７１は、希ガスであるＡｒガスを供給するものであり、配管１６６に接続されている。Ｈｅガス供給源１７２は、希ガスであるＨｅガスを供給するものであり、配管１６７に接続されている。ＳｉＨ_４ガス供給源１７３は、Ｓｉ含有ガスであるＳｉＨ_４ガスを供給するものであり、配管１６８に接続されている。Ｎ_２ガス供給源１７４は、Ｎ含有ガスであるＮ_２ガスを供給するものであり、配管１６９に接続されている。これらガス供給源１７０、１７１、１７２、１７３、１７４から、配管１６５、１６６、１６７、１６８、１６９、およびガス流路１１３を介してＢ_２Ｈ_６ガス、Ａｒガス、Ｈｅガス、ＳｉＨ_４ガス、Ｎ_２ガスがシャワーヘッド１１０へ供給される。これらガスは、ガス拡散空間１１１に至り、ガス吐出孔１１２からチャンバ１０１内のウエハＷに向けて吐出される。 One end of the pipes 165, 166, 167, 168, and 169 is connected to the gas flow path 113. The B ₂ H ₆ gas supply source 170 supplies B ₂ H ₆ gas, which is a boron-containing gas, and is connected to the pipe 165. The Ar gas supply source 171 supplies Ar gas, which is a rare gas, and is connected to the pipe 166. The He gas supply source 172 supplies He gas, which is a rare gas, and is connected to the pipe 167. The SiH ₄ gas supply source 173 supplies SiH ₄ gas, which is a Si-containing gas, and is connected to the pipe 168. The N ₂ gas supply source 174 supplies N ₂ gas, which is an N-containing gas, and is connected to the pipe 169. From these gas supply sources 170, 171, 172, 173, 174, through pipes 165, 166, 167, 168, 169, and gas flow path 113, B ₂ H ₆ gas, Ar gas, He gas, SiH ₄ gas, _N2 gas is supplied to the shower head 110. These gases reach the gas diffusion space 111 and are discharged from the gas discharge hole 112 toward the wafer W in the chamber 101.

配管１６５～１６９には、それぞれ、マスフローコントローラのような流量制御器１６５ａ～１６９ａおよび開閉バルブ１６５ｂ～１６９ｂが設けられている。 The pipes 165 to 169 are provided with flow rate controllers 165a to 169a and open / close valves 165b to 169b, such as mass flow controllers, respectively.

チャンバ１０１の側壁下部には排気口１２２を有し、排気口には排気管１２３が接続されている。排気管１２３には真空ポンプや自動圧力制御バルブ等を含む排気装置１２４が接続されている。排気装置１２４の真空ポンプを作動させることによりチャンバ１０１内のガスが排気管１２３を介して排気され、自動圧力制御バルブによりチャンバ１０１内が所定の真空度に制御される。 An exhaust port 122 is provided at the lower part of the side wall of the chamber 101, and an exhaust pipe 123 is connected to the exhaust port. An exhaust device 124 including a vacuum pump, an automatic pressure control valve, and the like is connected to the exhaust pipe 123. By operating the vacuum pump of the exhaust device 124, the gas in the chamber 101 is exhausted through the exhaust pipe 123, and the inside of the chamber 101 is controlled to a predetermined degree of vacuum by the automatic pressure control valve.

チャンバ１０１の側壁には、成膜装置２００に隣接する真空搬送室（図示せず）との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口１２５が設けられており、この搬入出口１２５はゲートバルブ１２６により開閉される。 The side wall of the chamber 101 is provided with an carry-in / out port 125 for carrying in / out the wafer W to / from a vacuum transfer chamber (not shown) adjacent to the film forming apparatus 200, and the carry-in / out port 125 is a gate. It is opened and closed by the valve 126.

載置台１０２には、プラズマ生成用の第１周波数の第１高周波電力を供給するプラズマ生成用高周波電源１０７と、バイアス電圧印加用の、第１周波数よりも低い第２周波数の第２高周波電力を供給するバイアス電圧印加用高周波電源１０９とを有する。プラズマ生成用高周波電源１０７は、第１整合器１０６を介して載置台１０２に電気的に接続される。バイアス電圧印加用高周波電源１０９は、第２整合器１０８を介して載置台１０２に電気的に接続される。プラズマ生成用高周波電源１０７は、４０ＭＨｚ以上、例えば６０ＭＨｚの第１高周波電力を載置台１０２に印加する。バイアス電圧印加用高周波電源１０９は、５０ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの第２高周波電力を載置台１０２に印加する。なお、第１高周波電力は、ガスシャワーヘッド１１０に印加してもよい。また、ガスシャワーヘッド１１０には、インピーダンス調整回路１３０が接続されている。 The mounting table 102 is provided with a plasma generation high frequency power supply 107 that supplies the first frequency first high frequency power for plasma generation and a second high frequency power of a second frequency lower than the first frequency for applying a bias voltage. It has a high frequency power supply 109 for applying a bias voltage to be supplied. The high frequency power supply 107 for plasma generation is electrically connected to the mounting table 102 via the first matching unit 106. The high frequency power supply 109 for applying the bias voltage is electrically connected to the mounting table 102 via the second matching unit 108. The high frequency power supply 107 for plasma generation applies a first high frequency power of 40 MHz or more, for example, 60 MHz, to the mounting table 102. The high frequency power supply 109 for applying a bias voltage applies a second high frequency power of 50 kHz to 13.56 MHz to the mounting table 102. The first high frequency power may be applied to the gas shower head 110. Further, an impedance adjusting circuit 130 is connected to the gas shower head 110.

第１整合器１０６は、プラズマ生成用高周波電源１０７の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるものである。すなわち、第１整合器１０６は、チャンバ１０１内にプラズマが生成されている時にプラズマ生成用高周波電源１０７の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。第２整合器１０８は、バイアス電圧印加用高周波電源１０９の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるものである。すなわち、第２整合器１０８は、チャンバ１０１内にプラズマが生成されているときにバイアス電圧印加用高周波電源１０９の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。 The first matching unit 106 matches the load impedance with the internal (or output) impedance of the high frequency power supply 107 for plasma generation. That is, the first matching unit 106 functions so that the output impedance and the load impedance of the high frequency power supply 107 for plasma generation seem to match when plasma is generated in the chamber 101. The second matching unit 108 matches the load impedance with the internal (or output) impedance of the high frequency power supply 109 for applying a bias voltage. That is, the second matching unit 108 functions so that the internal impedance and the load impedance of the high frequency power supply 109 for applying the bias voltage seem to match when plasma is generated in the chamber 101.

プラズマ生成用高周波電源１０７の周波数を４０ＭＨｚ以上と高くし、かつインピーダンス調整回路１３０を設けることにより、ウエハＷに対するイオンの衝撃を小さくすることができ、ボロン膜の表面粗さの増大を抑制することができる。 By increasing the frequency of the high frequency power supply 107 for plasma generation to 40 MHz or more and providing the impedance adjustment circuit 130, the impact of ions on the wafer W can be reduced and the increase in surface roughness of the boron film can be suppressed. Can be done.

成膜装置２００は、制御部１５０を有している。制御部１５０は、成膜装置２００の各構成部、例えばバルブ類、流量制御器、ヒーター電源、高周波電源１０７、１０９等を制御する。制御部１５０は、ＣＰＵを有する主制御部と、入力装置、出力装置、表示装置、および記憶装置を有している。記憶装置には、成膜装置２００で実行される処理を制御するためのプログラム、すなわち処理レシピが格納された記憶媒体がセットされ、主制御部は、記憶媒体に記憶されている所定の処理レシピを呼び出し、その処理レシピに基づいて成膜装置２００に所定の処理を行わせるように制御する。 The film forming apparatus 200 has a control unit 150. The control unit 150 controls each component of the film forming apparatus 200, for example, valves, a flow rate controller, a heater power supply, high frequency power supplies 107, 109 and the like. The control unit 150 includes a main control unit having a CPU, an input device, an output device, a display device, and a storage device. A program for controlling the processing executed by the film forming apparatus 200, that is, a storage medium in which the processing recipe is stored is set in the storage device, and the main control unit is a predetermined processing recipe stored in the storage medium. Is called, and the film forming apparatus 200 is controlled to perform a predetermined process based on the process recipe.

以上のように構成される成膜装置２００においては、まず、ゲートバルブ１２６を開け、基板として、上述した構成のウエハＷをチャンバ１０１に搬入し、載置台１０２に載置するとともにゲートバルブ１２６を閉じる。 In the film forming apparatus 200 configured as described above, first, the gate valve 126 is opened, and the wafer W having the above-described configuration is carried into the chamber 101 as a substrate, mounted on the mounting table 102, and the gate valve 126 is installed. close.

載置台１０２の温度を５００℃以下、好ましくは６０～５００℃、例えば３００℃に設定する。ＡｒガスおよびＨｅガスをチャンバ１０１内に供給してチャンバ１０１内の圧力を、好ましくは０．６７～１３３．３Ｐａ（５～１０００ｍＴｏｒｒ）、例えば５０ｍＴｏｒｒ（６．７Ｐａ）に調圧する。そして、ＳｉＨ_４ガスおよびＮ_２ガスを所定流量でチャンバ１０１内に供給しつつ、プラズマ生成用高周波電源１０７から載置台１０２にプラズマ生成用の第１の高周波電力を印加する。これにより、上部電極であるガスシャワーヘッド１１０と下部電極である載置台１０２との間に高周波電界を形成し、容量結合プラズマを生成して、プラズマＣＶＤにより密着層として、厚さ１００ｎｍ以下のＳｉＮ膜の成膜を行う。このときのガス流量は、第１の例の装置の場合と同様の範囲に設定すればよい。成膜時に必要に応じてバイアス電圧印加用高周波電源９から適宜のパワーの高周波バイアスを印加してもよい。 The temperature of the mounting table 102 is set to 500 ° C. or lower, preferably 60 to 500 ° C., for example, 300 ° C. Ar gas and He gas are supplied into the chamber 101 to adjust the pressure in the chamber 101 to preferably 0.67 to 133.3 Pa (5 to 1000 mTorr), for example 50 mTorr (6.7 Pa). Then, while supplying SiH ₄ gas and N ₂ gas into the chamber 101 at a predetermined flow rate, the first high frequency power for plasma generation is applied from the high frequency power supply 107 for plasma generation to the mounting table 102. As a result, a high-frequency electric field is formed between the gas shower head 110, which is the upper electrode, and the mounting table 102, which is the lower electrode, and capacitively coupled plasma is generated. A film is formed. The gas flow rate at this time may be set in the same range as in the case of the device of the first example. A high frequency bias of an appropriate power may be applied from the high frequency power supply 9 for applying a bias voltage as needed at the time of film formation.

なお、ＳｉＨ_４ガスとＮ_２ガスを、チャンバ１０１のパージを挟んで交互に繰り返すプラズマＡＬＤによりＳｉＮ膜を成膜してもよい。このとき、Ｎ_２ガスを供給する際のみにプラズマを生成することが好ましい。 A SiN film may be formed by plasma ALD in which SiH ₄ gas and N ₂ gas are alternately repeated with a purge of the chamber 101 in between. At this time, it is preferable to generate plasma only when supplying N ₂ gas.

密着層の成膜が終了後、ＳｉＨ_４ガスおよびＮ_２ガスを停止し、チャンバ１０１内を排気しつつＨｅガスおよびＡｒガスを導入してチャンバ１０１内のパージを行う。そして、ＨｅガスおよびＡｒガスを流したまま、Ｂ_２Ｈ_６ガスを所定流量でチャンバ１０１内に供給しつつ、プラズマ生成用高周波電源１０７から載置台１０２にプラズマ生成用の第１の高周波電力を印加する。これにより、上部電極であるガスシャワーヘッド１１０と下部電極である載置台１０２との間に高周波電界が形成され、容量結合プラズマが生成される。この容量結合プラズマを用いたプラズマＣＶＤにより、ボロン系膜として、例えば、厚さ１μｍ以上のボロン膜を成膜する。このときのガス流量は、第１の例の装置の場合と同様の範囲に設定すればよい。また、成膜時に、必要に応じて、バイアス電圧印加用高周波電源１０９から適宜のパワーの高周波バイアスを印加してもよいが、ボロン膜の膜質および表面粗さの悪化や、界面付近からの膜剥がれを抑制する観点からは、高周波バイアスを印加しないことが好ましい。 After the film formation of the adhesion layer is completed, SiH ₄ gas and N ₂ gas are stopped, and He gas and Ar gas are introduced while exhausting the inside of the chamber 101 to purge the inside of the chamber 101. Then, while the B ₂ H ₆ gas is supplied into the chamber 101 at a predetermined flow rate while the He gas and Ar gas are flowing, the first high frequency power for plasma generation is applied from the high frequency power supply 107 for plasma generation to the mounting table 102. Apply. As a result, a high-frequency electric field is formed between the gas shower head 110, which is the upper electrode, and the mounting table 102, which is the lower electrode, and capacitively coupled plasma is generated. By plasma CVD using this capacitively coupled plasma, as a boron-based film, for example, a boron film having a thickness of 1 μm or more is formed. The gas flow rate at this time may be set in the same range as in the case of the device of the first example. Further, at the time of film formation, a high frequency bias of an appropriate power may be applied from the high frequency power supply 109 for applying a bias voltage, if necessary, but the film quality and surface roughness of the boron film deteriorate and the film from the vicinity of the interface is deteriorated. From the viewpoint of suppressing peeling, it is preferable not to apply a high frequency bias.

このように、第２の例の成膜装置においても、密着層の成膜、およびボロン膜の成膜を、ウエハＷをチャンバ１０１内の載置台１０２上に載置したまま、好ましくは同じ温度で、真空を破ることなく連続して行う。これにより、密着層とボロン膜との界面が汚染されることなく、高スループットで、密着性が良好なボロン膜を成膜することができる。 As described above, also in the film forming apparatus of the second example, the film formation of the adhesion layer and the film formation of the boron film are preferably performed at the same temperature while the wafer W is placed on the mounting table 102 in the chamber 101. So, do it continuously without breaking the vacuum. As a result, it is possible to form a boron film having high throughput and good adhesion without contaminating the interface between the adhesion layer and the boron film.

＜実験例＞
次に、実験例について説明する。
ここでは、シリコン基体上にＳｉＯ_２膜が形成されたウエハを基板として用い、上述した図３に示すマイクロ波プラズマＣＶＤ装置により、以下のケース１～３の手法でボロン膜の成膜を行った。 <Experimental example>
Next, an experimental example will be described.
Here, a wafer having a SiO ₂ film formed on a silicon substrate was used as a substrate, and a boron film was formed by the following methods 1 to 3 by the microwave plasma CVD apparatus shown in FIG. 3 described above. ..

ケース１は、上記実施形態の成膜方法に従って、上述したステップ１、２によりボロン膜の成膜を行った。ステップ１では、処理ガスとして、プラズマ生成ガスであるＡｒガス、成膜ガスであるＳｉＨ_４ガスおよびＮ_２ガスを用い、マイクロ波パワーを３５００Ｗとして、マイクロ波プラズマＣＶＤにより密着層である膜厚１０ｎｍ程度のＳｉＮ膜を成膜した。ステップ２では、処理ガスとして、プラズマ生成ガスであるＡｒガス、成膜ガスであるＢ_２Ｈ_６ガスを用い、マイクロ波パワーを３５００Ｗとして、マイクロ波プラズマＣＶＤにより膜厚１～１．５μｍのボロン膜を成膜した。 In Case 1, the boron film was formed by the above-mentioned steps 1 and 2 according to the film forming method of the above-described embodiment. In step 1, Ar gas, which is a plasma generating gas, SiH ₄ gas and N ₂ gas, which are film forming gases, are used as the processing gas, the microwave power is set to 3500 W, and the film thickness of the adhesion layer is 10 nm by microwave plasma CVD. A SiN film of about the same degree was formed. In step 2, Ar gas, which is a plasma generating gas, and B ₂ H ₆ gas, which is a film forming gas, are used as the processing gas, the microwave power is 3500 W, and boron having a film thickness of 1 to 1.5 μm is subjected to microwave plasma CVD. A film was formed.

ケース２では、ケース１のステップ２のみを実施した。また、ケース３では、最初にマイクロ波パワー３５００ＷとしてＡｒプラズマによる表面処理（表面汚染部やＯＨを除去する処理）を１０ｓｅｃ行った後、ケース１のステップ２を実施した。 In case 2, only step 2 of case 1 was carried out. Further, in Case 3, first, surface treatment with Ar plasma (treatment for removing surface contaminated parts and OH) was performed for 10 seconds with a microwave power of 3500 W, and then step 2 of Case 1 was carried out.

ケース１～３の各手法で成膜した膜について、ｍ－ＥＬＴ（modified - Edge Lift-off Test）法にて密着性を評価した。ｍ－ＥＬＴ法では、成膜した膜の表面にエポキシ樹脂を塗布した後、所定の大きさの試料に切断し、その後試料を冷却して、剥離開始温度とエポキシ樹脂の厚さから密着強度を求めた。また、そのときの試料の状況を観察した。その結果を表１に示す。なお、試料数は、各ケース２０個ずつとした。 The adhesion of the films formed by each of the methods of Cases 1 to 3 was evaluated by the m-ELT (modified --Edge Lift-off Test) method. In the m-ELT method, an epoxy resin is applied to the surface of the film formed, cut into a sample of a predetermined size, and then the sample is cooled to determine the adhesion strength from the peeling start temperature and the thickness of the epoxy resin. I asked. In addition, the condition of the sample at that time was observed. The results are shown in Table 1. The number of samples was 20 for each case.

表１の「膜剥離試料数」は、試験により膜が剥離した試料の数を示し、「基板破壊試料数」は、試験により基板で破壊が生じた試料の数を示し、「混在剥離試料数」は、膜剥離と基板破壊が混在した試料の数を示す。基板で破壊が生じれば、得られた密着強度の数値は基板の破壊強度を反映していることとなり、膜界面の密着強度は基板破壊強度よりも強いと推定される。また、膜剥離と基板破壊が混在した試料は、膜剥離が発生する強度と基板破壊が発生する強度は近い値であったと推測される。 In Table 1, "number of film peeled samples" indicates the number of samples from which the film was peeled by the test, and "number of substrate broken samples" indicates the number of samples whose substrate was broken by the test, and "number of mixed peeled samples". ”Indicates the number of samples in which film peeling and substrate destruction are mixed. If the substrate is fractured, the obtained value of the adhesion strength reflects the fracture strength of the substrate, and it is presumed that the adhesion strength at the film interface is stronger than the fracture strength of the substrate. Further, in the sample in which the film peeling and the substrate destruction are mixed, it is presumed that the strength at which the film peeling occurs and the strength at which the substrate destruction occurs are close to each other.

表１に示すように、Ａｒプラズマによる表面処理を行った後にボロン膜を形成したケース３では、膜剥離試料数が１５個、混在剥離試料数が５個と膜剥離の試料数が多く、膜の密着強度は０．２７９ＭＰａ・ｍ^１／２と小さい値であった。また、単に基板上にボロン膜を形成したケース２では、膜剥離試料数が６個、混在剥離試料数が１４個、基板破壊試料数が０個であり、膜の密着強度は０．３３５ＭＰａ・ｍ^１／２とケース３よりも密着強度は良好であるものの不十分な値であった。これに対して、上記実施形態の成膜方法に従ってステップ１、２によりボロン膜を成膜したケース１では、膜剥離試料が５個とケース２よりも少なく、基板破壊試料数が６個と比較的多く存在し、密着強度が０．３８６ＭＰａ・ｍ^１／２と高い値であった。これらの結果から、上記実施形態の方法により密着性の高いボロン膜が得られることが確認された。 As shown in Table 1, in Case 3 in which a boron film was formed after surface treatment with Ar plasma, the number of film peeling samples was 15, the number of mixed peeling samples was 5, and the number of film peeling samples was large. The adhesion strength was as small as 0.279 MPa · m ^1/2 . Further, in the case 2 in which the boron film is simply formed on the substrate, the number of film peeling samples is 6, the number of mixed peeling samples is 14, the number of substrate breaking samples is 0, and the adhesion strength of the film is 0.335 MPa. Although the adhesion strength was better than m ^1/2 and Case 3, it was an insufficient value. On the other hand, in Case 1 in which the boron film was formed by steps 1 and 2 according to the film forming method of the above embodiment, the number of film peeling samples was 5, which was smaller than that in Case 2, and the number of substrate-destroyed samples was compared with 6. There were many targets, and the adhesion strength was as high as 0.386 MPa · m ^1/2 . From these results, it was confirmed that a boron film having high adhesion can be obtained by the method of the above embodiment.

＜他の適用＞
以上、実施形態について説明したが、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。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその主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。 <Other applications>
Although the embodiments have been described above, the embodiments disclosed this time should be considered to be exemplary in all respects and not restrictive. The above embodiments may be omitted, replaced or modified in various forms without departing from the scope of the appended claims and their gist.

例えば、上記実施形態では、ボロン系膜として主にボロン膜について説明したが、原理上、例えばボロンリッチなＢＮ膜やボロンリッチなＢＣ膜等、ボロンに他の添加元素を意図的に加えた他のボロン系膜であっても適用可能なことはいうまでもない。ＣＶＤにより他の添加元素を意図的に加えたボロン系膜を成膜する際には、成膜の際の処理ガスとして添加元素を含むガスを加えればよい。 For example, in the above embodiment, the boron film has been mainly described as the boron-based film, but in principle, other additive elements such as a boron-rich BN film and a boron-rich BC film are intentionally added to boron. Needless to say, it can be applied even if it is a boron-based film. When forming a boron-based film to which other additive elements are intentionally added by CVD, a gas containing the additive element may be added as a processing gas at the time of film formation.

また、上記実施形態では、ボロン系膜の用途としてハードマスクを示したが、これに限らず、薄膜用途では拡散防止用のバリア膜等の他の用途にも適用可能である。 Further, in the above embodiment, the hard mask is shown as an application of the boron-based film, but the present invention is not limited to this, and the thin film application can be applied to other applications such as a barrier membrane for preventing diffusion.

さらに、上記実施の形態においては、成膜装置としてマイクロ波プラズマＣＶＤ装置、容量結合型平行平板プラズマＣＶＤ装置を例にとって説明した。しかし、これに限るものでなく、他のプラズマ生成手段を用いたものであってもよく、プラズマを用いない熱ＣＶＤであってもよい。また、ＣＶＤに限らず、スパッタ等のＰＶＤでもよい。 Further, in the above-described embodiment, a microwave plasma CVD device and a capacitively coupled parallel plate plasma CVD device have been described as examples of the film forming apparatus. However, the present invention is not limited to this, and other plasma generation means may be used, or thermal CVD may be performed without using plasma. Further, the PVD is not limited to CVD, and may be PVD such as sputtering.

２０１；基板
２０２；密着層
２０３；ボロン系膜 201; Substrate 202; Adhesive layer 203; Boron-based film

Claims

ドライエッチングにより微細加工を行うためのハードマスクとして用いるボロンを主体とするボロン系膜を基板上に形成するボロン系膜の成膜方法であって、
基板上に、基板表面に含有される元素と窒素とを含み、前記基板と前記ボロン系膜との密着性を高める密着層を形成する第１工程と、
次いで、前記密着層の上に前記ボロン系膜を成膜する第２工程と、
を有するボロン系膜の成膜方法。 A method for forming a boron-based film on a substrate, which is mainly composed of boron and is used as a hard mask for microfabrication by dry etching .
The first step of forming an adhesion layer on the substrate, which contains elements and nitrogen contained in the surface of the substrate and enhances the adhesion between the substrate and the boron-based film .
Next, in the second step of forming the boron-based film on the adhesion layer ,
A method for forming a boron-based film.

前記密着層は、１００ｎｍ以下の厚さで形成される、請求項１に記載のボロン系膜の成膜方法。 The method for forming a boron-based film according to claim 1, wherein the adhesion layer is formed with a thickness of 100 nm or less.

前記ボロン系膜は、ボロンと不可避的不純物とからなるボロン膜である、請求項１または請求項２に記載のボロン系膜の成膜方法。 The method for forming a boron-based film according to claim 1 or 2, wherein the boron-based film is a boron film composed of boron and unavoidable impurities.

前記基板は、表面にシリコンを含有しており、前記密着層は、シリコンおよび窒素を含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のボロン系膜の成膜方法。 The method for forming a boron-based film according to any one of claims 1 to 3, wherein the substrate contains silicon on its surface and the adhesion layer contains silicon and nitrogen.

前記密着層は、ＳｉＮ、Ｓｉ－Ｎ：Ｈ、Ｓｉ－Ｃ－Ｎ、Ｓｉ－Ｂ－Ｎ、Ｓｉ－Ｏ－Ｎから選択されたものである、請求項４に記載のボロン系膜の成膜方法。 The film formation of the boron-based film according to claim 4, wherein the adhesion layer is selected from SiN, Si—N: H, Si—C—N, Si—BN, and Si—ON. Method.

前記第１工程は、ＣＶＤまたはＡＬＤにより行われる、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のボロン系膜の成膜方法。 The method for forming a boron-based film according to any one of claims 1 to 5, wherein the first step is performed by CVD or ALD.

前記第１工程は、プラズマＣＶＤまたはプラズマＡＬＤにより行われる、請求項６に記載のボロン系膜の成膜方法。 The method for forming a boron-based film according to claim 6, wherein the first step is performed by plasma CVD or plasma ALD.

前記第１工程は、基板表面に含有される元素を含むガスおよび窒素を含むガスを含む処理ガスを用いて行われる、請求項６または請求項７に記載のボロン系膜の成膜方法。 The method for forming a boron-based film according to claim 6 or 7, wherein the first step is performed using a gas containing an element contained in the surface of the substrate and a processing gas containing a gas containing nitrogen.

前記第２工程は、ＣＶＤにより行われる、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のボロン系膜の成膜方法。 The method for forming a boron-based film according to any one of claims 1 to 8, wherein the second step is performed by CVD.

前記第２工程は、プラズマＣＶＤにより行われる、請求項９に記載のボロン系膜の成膜方法。 The method for forming a boron-based film according to claim 9, wherein the second step is performed by plasma CVD.

前記第２工程は、ボロン含有ガスを含む処理ガスを用いて行われる、請求項９または請求項１０に記載のボロン系膜の成膜方法。 The method for forming a boron-based film according to claim 9 or 10, wherein the second step is performed using a processing gas containing a boron-containing gas.

第１工程および前記第２工程は、同一チャンバ内で連続して行われる、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のボロン系膜の成膜方法。 The method for forming a boron-based film according to any one of claims 1 to 11, wherein the first step and the second step are continuously performed in the same chamber.

ドライエッチングにより微細加工を行うためのハードマスクとして用いるボロンを主体とするボロン系膜を基板上に成膜する成膜装置であって、
基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内で基板を支持する載置台と、
前記チャンバ内にボロン含有ガス、基板表面に含有される元素を含むガス、および窒素含有ガスを含む処理ガスを供給するガス供給機構と、
前記ガス供給機構を制御する制御部と
を有し、
前記制御部は、
前記ガス供給機構に、前記基板表面に含有される元素を含むガスおよび前記窒素含有ガスを供給させて、ＣＶＤまたはＡＬＤにより基板上に前記基板表面に含有される元素と窒素とを含み、前記基板と前記ボロン系膜との密着性を高める密着層を形成する第１工程を実行させ、
次いで、前記ガス供給機構に、ボロン含有ガスを含むガスを供給させて、ＣＶＤにより前記密着層上に前記ボロン系膜を成膜する第２工程を実行させる、
ボロン系膜の成膜装置。 A film forming apparatus for forming a boron-based film mainly composed of boron, which is used as a hard mask for microfabrication by dry etching, on a substrate .
The chamber that houses the board and
A mounting table that supports the substrate in the chamber,
A gas supply mechanism that supplies a boron-containing gas, a gas containing an element contained on the surface of the substrate, and a processing gas containing a nitrogen-containing gas into the chamber.
It has a control unit that controls the gas supply mechanism, and has a control unit.
The control unit
The gas supply mechanism is supplied with a gas containing an element contained in the surface of the substrate and the nitrogen-containing gas, and the element and nitrogen contained in the surface of the substrate are contained on the substrate by CVD or ALD . The first step of forming an adhesion layer that enhances the adhesion between the substrate and the boron-based film is executed.
Next, the gas supply mechanism is supplied with a gas containing a boron-containing gas, and a second step of forming the boron-based film on the adhesion layer by CVD is executed.
Boron-based film film forming equipment.

前記成膜装置は、さらに前記チャンバ内にプラズマを生成するプラズマ生成手段を有し、
前記制御部は、前記第１工程および前記第２工程の際に、前記プラズマ生成手段に、プラズマを生成させて、プラズマＣＶＤまたはプラズマＡＬＤにより前記密着層を成膜させ、プラズマＣＶＤにより前記ボロン系膜を成膜させる、請求項１３に記載のボロン系膜の成膜装置。 The film forming apparatus further includes a plasma generating means for generating plasma in the chamber.
During the first step and the second step, the control unit causes the plasma generation means to generate plasma, forms the adhesion layer by plasma CVD or plasma ALD, and forms the adhesion layer by plasma CVD. The boron-based film forming apparatus according to claim 13, which forms a film.

前記基板は、表面にシリコンを含有しており、前記密着層は、シリコンおよび窒素を含む、請求項１３または請求項１４に記載のボロン系膜の成膜装置。 The boron-based film forming apparatus according to claim 13, wherein the substrate contains silicon on its surface, and the adhesion layer contains silicon and nitrogen.

前記密着層は、ＳｉＮ、Ｓｉ－Ｎ：Ｈ、Ｓｉ－Ｃ－Ｎ、Ｓｉ－Ｂ－Ｎ、Ｓｉ－Ｏ－Ｎから選択されたものである、請求項１５に記載のボロン系膜の成膜装置。 The film formation of the boron-based film according to claim 15, wherein the adhesion layer is selected from SiN, Si—N: H, Si—C—N, Si—BN, and Si—ON. Device.

前記ボロン系膜は、１μｍ以上の深さのドライエッチングを行うためのハードマスクとして用いる、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載のボロン系膜の成膜方法。 The method for forming a boron-based film according to any one of claims 1 to 12, wherein the boron-based film is used as a hard mask for performing dry etching at a depth of 1 μm or more.

前記ボロン系膜の膜厚は１μｍ以上である、請求項１７に記載のボロン系膜の成膜方法。 The method for forming a boron-based film according to claim 17, wherein the boron-based film has a film thickness of 1 μm or more.

前記第１工程と前記第２工程は同一の温度で行う、請求項１から請求項１２、請求項１７、および請求項１８のいずれか一項に記載のボロン系膜の成膜方法。 The method for forming a boron-based film according to any one of claims 1, 12, 17, and 18, wherein the first step and the second step are performed at the same temperature.