(57)【要約】【課題】電極に起因するダストの発生を抑制可能な基板処理装置および半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】一の実施形態によれば、基板処理装置は、基板を収容するチャンバを備える。前記装置はさらに、前記チャンバ内の前記基板を支持するステージを備える。前記装置はさらに、前記ステージの上方に設けられ、アルミニウムを含む電極であって、前記チャンバ内に供給されたガスからプラズマを生成し、前記プラズマにより前記基板に第１膜を形成する電極を備える。前記装置はさらに、前記電極の表面に設けられ、アルミニウムとフッ素とを含むかアルミニウムと酸素とを含む第２膜を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内の前記基板を支持するステージと、
前記ステージの上方に設けられ、アルミニウムを含む電極であって、前記チャンバ内に供給されたガスからプラズマを生成し、前記プラズマにより前記基板に第１膜を形成する電極と、
前記電極の表面に設けられ、アルミニウムとフッ素とを含むかアルミニウムと酸素とを含む第２膜と、
を備える基板処理装置。
【請求項２】
前記電極は、タングステンまたはモリブデンを含む前記第１膜を形成する、請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記電極は、タングステン、ボロン、および炭素を含む前記第１膜を形成する、請求項２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記第２膜はさらに、前記チャンバの内壁の表面と、前記ステージの表面の少なくともいずれかに設けられている、請求項１から３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記第２膜内のアルミニウム原子のモル数は、前記第２膜内のアルミニウム原子およびフッ素原子または酸素原子のモル数の２５％以上かつ５０％以下である、請求項１から４のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記第２膜はさらに、アルミニウム以外の金属原子を含み、
前記第２膜内のアルミニウム原子のモル数は、前記第２膜内のアルミニウム原子および前記金属原子のモル数の５０％以上である、請求項１から５のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記金属原子は、ベリリウム以外のアルカリ土類金属、スカンジウム、イットリウム、または原子番号５１から７１のランタノイド系列の原子を含む、請求項６に記載の基板処理装置。
【請求項８】
基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内の前記基板を支持するステージと、
前記ステージの上方に設けられ、前記チャンバ内に供給されたガスからプラズマを生成し、前記プラズマにより前記基板に、金属原子である第１原子を含む第１膜を形成する電極と、
前記電極の表面に設けられ、アルミニウムとアルミニウム以外の第２原子とを含む第２膜とを備え、
Ｎ個の前記第１原子とＭ個の前記第２原子が結合して分子が生成される場合（ＮおよびＭは１以上の整数）において、Ｎ個の前記第１原子とＭ個の前記第２原子が結合して生成される前記分子の生成エンタルピーは−１００ｋＪ／ｍｏｌ以下である、基板処理装置。
【請求項９】
基板をチャンバ内に収容し、
前記チャンバ内の前記基板をステージにより支持し、
前記ステージの上方に設けられ、アルミニウムとアルミニウム以外の第２原子とを含む第２膜が表面に設けられた電極により、前記チャンバ内に供給されたガスからプラズマを生成し、前記プラズマにより前記基板に、金属原子である第１原子を含む第１膜を形成する、
ことを含み、
Ｎ個の前記第１原子とＭ個の前記第２原子が結合して分子が生成される場合（ＮおよびＭは１以上の整数）において、Ｎ個の前記第１原子とＭ個の前記第２原子が結合して生成される前記分子の生成エンタルピーは−１００ｋＪ／ｍｏｌ以下である、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、基板処理装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマにより基板上に膜を形成する際に、プラズマ生成用の電極の表面にも膜が付着する場合がある。電極の表面に付着した膜がその後に剥がれると、剥がれた膜がダスト源となることが問題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７６１０４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電極に起因するダストの発生を抑制可能な基板処理装置および半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一の実施形態によれば、基板処理装置は、基板を収容するチャンバを備える。前記装置はさらに、前記チャンバ内の前記基板を支持するステージを備える。前記装置はさらに、前記ステージの上方に設けられ、アルミニウムを含む電極であって、前記チャンバ内に供給されたガスからプラズマを生成し、前記プラズマにより前記基板に第１膜を形成する電極を備える。前記装置はさらに、前記電極の表面に設けられ、アルミニウムとフッ素とを含むかアルミニウムと酸素とを含む第２膜を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態の基板処理装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】第１実施形態の電極の被覆膜の詳細を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【０００８】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の基板処理装置の構成を模式的に示す断面図である。図１の基板処理装置は例えば、基板１上に堆積膜２を形成するプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置である。堆積膜２は、第１膜の例である。
【０００９】
基板１は例えば、シリコン基板などの半導体基板である。図１は、基板１の表面に平行で互いに垂直なＸ方向およびＹ方向と、基板１の表面に垂直なＺ方向とを示している。本明細書では、＋Ｚ方向を上方向として取り扱い、−Ｚ方向を下方向として取り扱う。−Ｚ方向は、重力方向と一致していてもよいし、重力方向と一致していなくてもよい。
【００１０】
堆積膜２は例えば、Ｗ（タングステン）を含有する金属膜であり、具体的には、ＷＢＣ膜（Ｂはボロンを表し、Ｃは炭素を表す）が一例として挙げられる。堆積膜２は、基板１上に直接形成されてもよいし、基板１上に他の膜を介して形成されてもよい。堆積膜２は例えば、３次元メモリのワード線を形成するために使用される。
【００１１】
図１の基板処理装置は、チャンバ１１と、ステージヒータ１２と、電極１３と、ガス供給部１４と、電源１５と、真空排気口１６と、制御部１７と、被覆膜２１、２２、２３とを備えている。被覆膜２１、２２、２３は、第２膜の例である。
【００１２】
堆積膜２の形成対象の基板１は、チャンバ１１内に収容され、ステージヒータ１２上に載置される。ステージヒータ１２は、基板１を支持すると共に、堆積膜２の形成中に基板１を加熱することが可能である。
【００１３】
電極１３は、チャンバ１１内にてステージヒータ１２の上方に設けられている。本実施形態の電極１３は、シャワーヘッド電極である。よって、ガス供給部１４は、電極１３内の流路を介してチャンバ１１内にガスを供給する。ガスの例は、Ｗ原料ガスであるＷＦ６ガス、Ｂ原料ガスであるＢ２Ｈ６ガス、Ｃ原料ガスであるＣ３Ｈ６ガスなどである（Ｆはフッ素を表し、Ｈは水素を表す）。
【００１４】
この際、電源１５は、電極１３に高周波電力を印加する。これにより、電極１３は、チャンバ１１内に供給されたガスからプラズマを生成し、プラズマにより基板１上に堆積膜２を形成する。チャンバ１１内のガスはその後、真空排気口１６から排出される。
【００１５】
制御部１７は、基板処理装置の種々の動作を制御する。制御部１７の例は、プロセッサ、電気回路、ＰＣ（Personal Computer）などである。例えば、制御部１７は、ステージヒータ１２の加熱動作、ガス供給部１４によるガス供給、電源１５による電力印加などを制御する。
【００１６】
被覆膜２１は、チャンバ１１の内壁の表面に設けられており、具体的には、内壁の側面に設けられている。被覆膜２２は、ステージヒータ１２の表面に設けられている。被覆膜２３は、電極１３の表面に設けられている。このように、被覆膜２１〜２３は、チャンバ１１の内壁、ステージヒータ１２、電極１３といった、チャンバ１１内の部材の表面を被覆している。被覆膜２１〜２３は例えば、Ａｌ（アルミニウム）とＦ（フッ素）とを含有する金属膜である。
【００１７】
次に、第１実施形態の電極１３の被覆膜２３の詳細を説明する。
【００１８】
電極１３の表面に被覆膜２３が設けられていない場合には、基板１上に堆積膜２を形成する際に、電極１３の表面にも堆積膜２が付着し得る。電極１３の表面に付着した堆積膜２がその後に剥がれると、剥がれた堆積膜２がダスト源となることが問題となる。堆積膜２がＷＢＣ膜の場合、ＷＢＣ膜は応力が高いことから、堆積膜２と電極１３との密着性が悪く、堆積膜２が電極１３から剥がれやすいことが考えられる。よって、この問題は、堆積膜２が応力の高い膜の場合に生じやすい。この問題はさらに、電極１３がアルミニウムで形成されている場合に生じやすい。理由は、アルミニウムで形成された電極１３は、他の金属で形成された電極１３に比べて、膜との密着性が悪いからである。
【００１９】
そこで、本実施形態では、電極１３の表面に被覆膜２３が設けられており、被覆膜２３がフッ化アルミニウムで形成されている（図２参照）。図２は、第１実施形態の電極１３の被覆膜２３の詳細を説明するための断面図である。この場合、基板１上に堆積膜２を形成する際に、被覆膜２３の表面にも堆積膜２が付着し得る。しかしながら、ＷＢＣ膜のＷ原子とフッ化アルミニウムのＦ原子は高い結合エネルギーで結合することから、フッ化アルミニウムで形成された被覆膜２３は、ＷＢＣ膜との密着性が良い。よって、本実施形態によれば、被覆膜２３の表面に付着した堆積膜２がその後に剥がれにくくなり、この堆積膜２がダスト源となることを抑制することができる。
【００２０】
被覆膜２３は、例えば真空蒸着法により電極１３の表面に形成されるが、その他の方法で形成されてもよい。例えば、アルミニウムで形成された電極１３の表面に、フッ化アルミニウムで形成された被覆膜２３を形成する場合には、フッ素含有ガスを用いたプラズマ放電により、電極１３のフッ化反応で電極１３の表面に被覆膜２３を形成してもよい。なお、被覆膜２３は、アルミニウム以外の材料で形成された電極１３の表面に形成してもよい。以上の内容は、チャンバ１１の内壁の表面に被覆膜２１を形成する場合や、ステージヒータ１２の表面に被覆膜２２を形成する場合にも適用可能である。
【００２１】
なお、被覆膜２３をフッ化アルミニウム膜ではなくＢＣ膜（ボロンとカーボンとを含む膜）とすることも考えられる。この場合、ＢＣ膜はＷＢＣ膜との密着性が良いことから、上記のダストの発生は抑制することができる。しかしながら、ＢＣ膜はチャンバ１１内のクリーニングに用いられるＮＦ３ガス（Ｎは窒素を表す）によりエッチングされるため、クリーニングを実施するごとに電極１３の表面に被覆膜２３を形成する手間が生じる。これにより、スループットの低下やガスコストの増大が問題となる。よって、本実施形態のように被覆膜２３をフッ化アルミニウム膜とすることが好ましい。
【００２２】
また、チャンバ１１の内壁に被覆膜２１が設けられていない場合には、基板１上に堆積膜２を形成する際に、チャンバ１１の内壁の表面にも堆積膜２が付着し得る。同様に、ステージヒータ１２の表面に被覆膜２２が設けられていない場合には、基板１上に堆積膜２を形成する際に、ステージヒータ１２の表面にも堆積膜２が付着し得る。よって、本実施形態では、電極１３の表面に被覆膜２３を設けるだけでなく、チャンバ１１の内壁の表面に被覆膜２１を設け、ステージヒータ１２の表面に被覆膜２２を設けている。
【００２３】
ただし、堆積膜２が最も付着しやすい部材は、チャンバ１１、ステージヒータ１２、および電極１３のうち電極１３である。理由は、プラズマは主に、電極１３と基板１との間で生成されるからである。よって、電極１３の表面に被覆膜２３を設けるメリットは、チャンバ１１の内壁の表面に被覆膜２１を設けるメリットや、ステージヒータ１２の表面に被覆膜２２を設けるメリットに比べて大きいといえる。なお、被覆膜２１は、チャンバ１１の内壁の全面に設けてもよいが、図１に示すようにチャンバ１１の内壁の側面のみに設けることが好ましい。理由は、内壁の上面や下面に比べて、内壁の側面に堆積膜２が付着しやすいからである。
【００２４】
以下、第１実施形態の電極１３の被覆膜２３のさらなる詳細を説明する。なお、以下の説明は、チャンバ１１の被覆膜２１や、ステージヒータ１２の被覆膜２２にも適用可能である。
【００２５】
本実施形態の被覆膜２３は、上述のようにアルミニウムとフッ素とを含んでいる。ここで、被覆膜２３内のアルミニウム原子のモル数は、被覆膜２３内のアルミニウム原子およびフッ素原子のモル数の２５％以上かつ５０％以下に設定することが望ましい。アルミニウム原子のモル数が５０％よりも大きいと、被覆膜２３の表面のフッ素原子が少なくなるため、フッ素原子とタングステン原子が結合しにくくなるからである。また、アルミニウム原子のモル数が２５％よりも小さいと、フッ化アルミニウムが固体になりにくいからである。
【００２６】
本実施形態の被覆膜２３は、アルミニウムとフッ素に加えて、アルミニウム以外の金属原子を含んでいてもよい。この場合、被覆膜２３内のアルミニウム原子のモル数は、被覆膜２３内のアルミニウム原子および当該金属原子のモル数の５０％以上に設定することが望ましい。被覆膜２３は固体として安定であることが望ましく、アルミニウム原子のモル数が５０％以上であれば、被覆膜２３は固体として安定になりやすいからである。
【００２７】
また、この場合の金属原子は例えば、ベリリウム以外のアルカリ土類金属（マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、セシウム、ラドン）、スカンジウム、イットリウム、および原子番号５１から７１のランタノイド系列の原子のうちの少なくともいずれかである。これらの金属原子が金属フッ化膜を形成した場合、金属フッ化膜の沸点や融点が高くなり、金属フッ化膜が固体として安定になりやすいからである。
【００２８】
本実施形態の被覆膜２３は、アルミニウムとフッ素とを含んでいるが、フッ素を別の元素で置き換えてもよい。このような元素の例は、例えば酸素である。ＷＢＣ膜のＷ原子と酸化アルミニウムのＯ原子は高い結合エネルギーで結合することから、酸化アルミニウムで形成された被覆膜２３は、ＷＢＣ膜との密着性が良くなる。
【００２９】
ここで、この説明を一般化するために、堆積膜２内の金属原子を第１原子と呼び、被覆膜２３内のアルミニウム以外の原子を第２原子と呼ぶことにする。堆積膜２がＷＢＣ膜である場合には、第１原子はタングステンである。被覆膜２３がフッ化アルミニウム膜である場合には、第２原子はフッ素である。
【００３０】
被覆膜２３の表面に堆積膜２が付着すると、Ｎ個の第１原子とＭ個の第２原子との分子のような構造が生成される（ＮおよびＭは１以上の整数）。例えば、堆積膜２がＷＢＣ膜、被覆膜２３がフッ化アルミニウム膜の場合には、被覆膜２３と堆積膜２との界面にＷＦ６分子のような構造が生成される（Ｎ＝１、Ｍ＝６）。このＷＦ６分子の結合エネルギーが高いため、堆積膜２と被覆膜２３との密着性が高くなる。
【００３１】
よって、被覆膜２３の表面に堆積膜２が付着して、Ｎ個の第１原子とＭ個の第２原子との分子のような構造が生成される場合には、この分子の結合エネルギーが高いことが望ましい。例えば、この分子の結合エネルギーの大きさを示す生成エンタルピーは−１００ｋＪ／ｍｏｌ以下であることが望ましい。ＷＦ６分子は、１個のタングステン原子と６個のフッ素原子が結合して生成されるが、ＷＦ６分子の生成エンタルピーは−１００ｋＪ／ｍｏｌ以下である。よって、第２原子はフッ素とすることが望ましい。同様に、タングステンと酸素による分子の生成エンタルピーも−１００ｋＪ／ｍｏｌ以下であるため、第２原子は酸素としてもよい。
【００３２】
具体的には、ＷＦ６分子の生成エンタルピーは−１７２１ｋＪ／ｍｏｌであり、ＷＣｌ６分子の生成エンタルピーは−４９６ｋＪ／ｍｏｌであり、ＷＢｒ６分子の生成エンタルピーは−１８４ｋＪ／ｍｏｌであり、ＷＯ３分子の生成エンタルピーは−８４３ｋＪ／ｍｏｌであり、ＷＳ２分子の生成エンタルピーは−２４０ｋＪ／ｍｏｌであり、ＷＳｅ２分子の生成エンタルピーは−１８５ｋＪ／ｍｏｌである（Ｃｌは塩素、Ｂｒは臭素、Ｓは硫黄、Ｓｅはセレンを表す）。これらの分子の生成エンタルピーは、いずれも−１００ｋＪ／ｍｏｌ以下である。よって、第１原子がタングステンの場合には、第２原子をフッ素、塩素、臭素、酸素、硫黄、セレンのいずれかとしてもよい。
【００３３】
なお、第１原子をタングステン以外の金属原子としてもよい。このような第１原子の例は、モリブデン（Ｍｏ）である。第１原子がモリブデンの場合には、第１原子がタングステンの場合と同様の第２原子を採用可能である。
【００３４】
以上のように、本実施形態では、アルミニウムとフッ素とを含む被覆膜２３を電極１３の表面に設け、この電極１３を用いてプラズマＣＶＤを実施する。よって、本実施形態によれば、電極１３に起因するダストの発生を抑制することが可能となる。
【００３５】
なお、本実施形態の電極１３の母材はアルミニウムで形成されており、この母材の表面に被覆膜２３が形成されている（図２参照）。すなわち、アルミニウム電極の表面にフッ化アルミニウム膜が被覆されている。上述のように、アルミニウム電極とＷＢＣ膜との密着性は悪いが、フッ化アルミニウム膜とＷＢＣ膜との密着性は良い。よって、本実施形態によれば、アルミニウム電極に起因するダストの発生を抑制することが可能となる。
【００３６】
ただし、本実施形態の手法は、上述のように、アルミニウム電極以外の電極１３や、ＷＢＣ膜以外の堆積膜２や、フッ化アルミニウム膜以外の被覆膜２３以外にも適用可能である。例えば、電極１３は、アルミニウムとその他の原子とを含んでいてもよい。さらに、本実施形態の手法は、チャンバ１１内のその他の部材にも適用可能である。
【００３７】
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
【符号の説明】
【００３８】
１：基板、２：堆積膜、
１１：チャンバ、１２：ステージヒータ、１３：電極、
１４：ガス供給部、１５：電源、１６：真空排気口、１７：制御部、
２１：被覆膜、２２：被覆膜、２３：被覆膜
【図１】
2020041206.tif 000003
【図２】
2020041206.tif 000004