(57)【要約】【課題】膜減りや不純物汚染を極力存在させずに、表面が平坦なボロン系膜を得ることができる技術を提供する。【解決手段】基板上にボロンを主体とするボロン系膜を形成するボロン系膜の形成方法であって、その方法は、基板上にボロン含有ガスを含む処理ガスを用いたＣＶＤによりボロン系膜を成膜する工程と、その後、前記ボロン系膜の表面を希ガスのプラズマにより平坦化処理する工程とを有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にボロンを主体とするボロン系膜を形成するボロン系膜の形成方法であって、
基板上にボロン含有ガスを含む処理ガスを用いたＣＶＤによりボロン系膜を成膜する工程と、
その後、前記ボロン系膜の表面を希ガスのプラズマにより平坦化処理する工程と
を有することを特徴とするボロン系膜の形成方法。
【請求項２】
前記平坦化処理する工程は、希ガスとしてアルゴンガスを用いることを特徴とする請求項１に記載のボロン系膜の形成方法。
【請求項３】
前記平坦化処理する工程は、基板に高周波バイアス電圧を印加して前記プラズマ中の希ガスイオンを基板に引き込むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボロン系膜の形成方法。
【請求項４】
前記高周波バイアス電圧のパワー密度は０．４〜１．７Ｗ／ｃｍ２であることを特徴とする請求項３に記載のボロン系膜の形成方法。
【請求項５】
前記平坦化処理する工程の処理時間は、１０〜６００ｓｅｃであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のボロン膜の形成方法。
【請求項６】
前記ボロン系膜を成膜する工程は、前記ボロン系膜として、ボロンと不可避的不純物を含むボロン膜を成膜することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のボロン系膜の形成方法。
【請求項７】
前記ボロン系膜を成膜する工程は、ボロン含有ガスとしてＢ２Ｈ６ガスを用いることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のボロン系膜の形成方法。
【請求項８】
前記ボロン系膜を成膜する工程は、プラズマＣＶＤにより前記ボロン膜を成膜することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のボロン系膜の形成方法。
【請求項９】
前記ボロン系膜を成膜する工程は、前記処理ガスとしてさらに希ガスを含むことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のボロン系膜の形成方法。
【請求項１０】
前記希ガスとしてアルゴンガスおよび／またはヘリウムガスを用いることを特徴とする請求項９に記載のボロン系膜の形成方法。
【請求項１１】
前記ボロン系膜を成膜する工程と、前記平坦化処理する工程は、同一装置内で連続して行うことを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載のボロン系膜の形成方法。
【請求項１２】
前記ボロン系膜を成膜する工程と、前記平坦化処理する工程は、希ガスを供給したまま前記プラズマを停止せずに同一装置内で連続して行うことを特徴とする請求項１１に記載のボロン系膜の形成方法。
【請求項１３】
前記ボロン系膜を成膜する工程は基板にバイアス電圧を印加せずに行い、前記平坦化処理する工程は基板にバイアス電圧を印加して行うことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載のボロン系膜の形成方法。
【請求項１４】
前記ボロン系膜を成膜する工程と、前記平坦化処理する工程は、マイクロ波プラズマにより行うことを特徴とする請求項８から請求項１３のいずれか１項に記載のボロン系膜の形成方法。
【請求項１５】
前記ボロン系膜を成膜する工程と、前記平坦化処理する工程は、圧力：０．６７〜３３．３Ｐａ、温度：５００℃以下で行うことを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載のボロン系膜の形成方法。
【請求項１６】
前記ボロン系膜を成膜する工程と、前記平坦化処理する工程とを所定回数繰り返すことを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載のボロン系膜の形成方法。
【請求項１７】
前記ボロン系膜を成膜する工程は、１回の膜厚を、前記平坦化処理する工程により所望の平坦度が得られる程度の膜厚とすることを特徴とする請求項１６に記載のボロン系膜の形成方法。
【請求項１８】
前記ボロン系膜を形成する工程は、１回の膜厚を１０ｎｍ以上とすることを特徴とする請求項１７に記載のボロン系膜の形成方法。
【請求項１９】
基板上にボロンを主体とするボロン系膜を形成するボロン系膜の形成装置であって、
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、
前記チャンバ内に少なくともボロン含有ガスおよび希ガスとを含む処理ガスを供給するガス供給機構と、
前記チャンバ内を排気する排気装置と、
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と、
前記ガス供給機構により前記ボロン含有ガスを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給させ、前記プラズマ生成手段により前記ボロン含有ガスを含むガスのプラズマを生成させて前記ボロン系膜を成膜し、引き続き前記ガス供給機構により前記希ガスを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給させ、前記プラズマ生成手段により前記希ガスを含むガスのプラズマを生成させて前記ボロン系膜の表面に平坦化処理を施すように制御する制御部と
を有することを特徴とするボロン系膜の形成装置。
【請求項２０】
前記載置台を介して前記基板に高周波バイアス電圧を印加する高周波バイアス電圧印加手段をさらに有し、前記制御部は、前記ボロン系膜を成膜している際には、前記高周波バイアス電圧印加手段を停止させ、前記平坦化処理の際には前記高周波バイアス電圧印加手段により前記基板に高周波バイアス電圧を印加させるように制御することを特徴とする請求項１９に記載のボロン系膜の形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボロン系膜の形成方法および形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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（ＳｉＯ２）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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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、ＳｉＯ２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、ハードマスクとしてボロン系膜をＣＶＤにより成膜することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２０１３−５３３３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ハードマスク材料としては、ボロン系膜の中でも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が、ＣＶＤにより成膜されたボロン膜は、成膜した後の表面の凹凸が大きく、例えば平均面粗さ（Ｒａ）や二乗平均粗さ（ＲＭＳ）で表される表面粗さが２ｎｍを超える場合があり、これが１４ｎｍ以下の微細パターンへの適用が制限される要因となる。また、ボロンに窒素（Ｎ）や炭素（Ｃ）等の他の元素を添加した他のボロン系膜についても同様に表面の凹凸が問題になる。半導体デバイスへの適用を考慮すると、膜減りや不純物汚染を極力存在させずに、ＲＭＳが２ｎｍ以下、さらには１ｎｍ以下のボロン系膜を得る技術が求められているが、これらを可能にする技術は未だ確立されていない。
【０００８】
したがって、本発明は、膜減りや不純物汚染を極力存在させずに、表面が平坦なボロン系膜を得ることができる技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、基板上にボロンを主体とするボロン系膜を形成するボロン系膜の形成方法であって、基板上にボロン含有ガスを含む処理ガスを用いたＣＶＤによりボロン系膜を成膜する工程と、その後、前記ボロン系膜の表面を希ガスのプラズマにより平坦化処理する工程とを有することを特徴とするボロン系膜の形成方法を提供する。
【００１０】
上記ボロン系膜の形成方法において、前記平坦化処理する工程は、希ガスとしてアルゴンガスを用いることができる。また、前記平坦化処理する工程は、基板に高周波バイアス電圧を印加して前記プラズマ中の希ガスイオンを基板に引き込んでもよい。この場合に、前記高周波バイアス電圧のパワー密度は０．４〜１．７Ｗ／ｃｍ２であることが好ましい。前記平坦化処理する工程の処理時間は、１０〜６００ｓｅｃの範囲であってよい。
【００１１】
前記ボロン系膜を成膜する工程は、前記ボロン系膜として、ボロンと不可避的不純物を含むボロン膜を成膜することができる。前記ボロン系膜を成膜する工程は、ボロン含有ガスとしてＢ２Ｈ６ガスを用いることができる。
【００１２】
前記ボロン系膜を成膜する工程は、プラズマＣＶＤにより前記ボロン膜を成膜することができる。この場合に、前記ボロン系膜を成膜する工程は、前記処理ガスとしてさらに希ガスを含むことができ、前記希ガスとしてアルゴンガスおよび／またはヘリウムガスを用いることができる。前記ボロン系膜を成膜する工程と、前記平坦化処理する工程は、同一装置内で連続して行うことができ、前記ボロン系膜を成膜する工程と、前記平坦化処理する工程は、希ガスを供給したまま前記プラズマを停止せずに同一装置内で連続して行うことができる。前記ボロン系膜を成膜する工程は基板にバイアス電圧を印加せずに行い、前記平坦化処理する工程は基板にバイアス電圧を印加して行うことが好ましい。前記ボロン系膜を成膜する工程と、前記平坦化処理する工程は、マイクロ波プラズマにより行うことができる。
【００１３】
前記ボロン系膜を成膜する工程と、前記平坦化処理する工程は、圧力：０．６７〜３３．３Ｐａ、温度：５００℃以下で行うことができる。
【００１４】
前記ボロン系膜を成膜する工程と、前記平坦化工程とを所定回数繰り返してもよい。この場合に、１回の膜厚を、前記平坦化処理により所望の平坦度が得られる程度の膜厚とすることが好ましい。また、前記ボロン系膜を形成する工程は、１回の膜厚を１０ｎｍ以上とすることが好ましい。
【００１５】
本発明の第２の観点は、基板上にボロンを主体とするボロン系膜を形成するボロン系膜の形成装置であって、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、前記チャンバ内に少なくともボロン含有ガスおよび希ガスとを含む処理ガスを供給するガス供給機構と、前記チャンバ内を排気する排気装置と、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と、前記ガス供給機構により前記ボロン含有ガスを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給させ、前記プラズマ生成手段により前記ボロン含有ガスを含むガスのプラズマを生成させて前記ボロン系膜を成膜し、引き続き前記ガス供給機構により前記希ガスを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給させ、前記プラズマ生成手段により前記希ガスを含むガスのプラズマを生成させて前記ボロン系膜の表面に平坦化処理を施すように制御する制御部とを有することを特徴とするボロン系膜の形成装置を提供する。
【００１６】
上記ボロン系膜の形成装置において、前記載置台を介して前記基板に高周波バイアス電圧を印加する高周波バイアス電圧印加手段をさらに有し、前記制御部は、前記ボロン系膜を成膜している際には、前記高周波バイアス電圧印加手段を停止させ、前記平坦化処理の際には前記高周波バイアス電圧印加手段により前記基板に高周波バイアス電圧を印加させるように制御することができる。
【００１７】
前記ボロン系膜を成膜する工程は、ボロン含有ガスとして、ジボランガス、三塩化ボロンガス、およびアルキルボランガスからなる群から選択されるガスを用いることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、基板上にボロン含有ガスを含む処理ガスを用いたＣＶＤによりボロン系膜を成膜した後、ボロン系膜の表面を希ガスのプラズマにより平坦化処理するので、希ガスイオンの物理的な作用によりボロン系膜の表面を平坦化することができる。このため膜減りや不純物汚染を極力存在させずに、表面が平坦なボロン系膜を得ることができ、ハードマスク等の半導体装置の用途に適したボロン系膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】基板上にマイクロ波プラズマＣＶＤにより成膜されたａｓ  ｄｅｐｏのボロン膜のＳＥＭ写真である。
【図２】図１のボロン膜にＨ２プラズマ処理、およびＮＦ３プラズマ処理を行った際のＳＥＭ写真である。
【図３】（ａ）はａｓ  ｄｅｐｏのボロン膜と、Ｏ２アニール処理、およびクリーニング処理後のボロン膜のＳＥＭ写真であり、（ｂ）はａｓ  ｄｅｐｏのボロン膜と、Ｏ２アニールプラズマ処理、およびクリーニング処理後のボロン膜のＳＥＭ写真である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るボロン系膜形成方法を示すフローチャートである。
【図５】ボロン膜の成膜時に、基板に印加する高周波バイアスを０Ｗ、５０Ｗ、１５０Ｗとしたときのボロン膜の状態を示すＳＥＭ画像である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るボロン系膜形成方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明のボロン系膜形成方法の実施に用いるボロン系膜形成装置の一例を示す断面図である。
【図８】図７のボロン系膜形成装置における処理シーケンスの一例を示すチャートである。
【図９】本発明のボロン系膜形成方法の実施に用いるボロン系膜形成装置の他の例を示す断面図である。
【図１０】ボロン膜を成膜したままのサンプルとＡｒプラズマ処理を行ったサンプルのＳＥＭ写真である。
【図１１】ボロン膜を成膜したままのサンプルとＨｅプラズマ処理を行ったサンプルとＡｒプラズマ処理を行ったサンプルのＡＦＭ画像である。
【図１２】ボロン膜のＡｒプラズマ処理の処理時間と表面粗さＲＭＳとの関係を示す図である。
【図１３】ボロン膜のＡｒプラズマ処理の高周波バイアスと表面粗さＲＭＳとの関係を示す図である。
【図１４】プラズマＣＶＤにより成膜した膜厚１．５μｍのａｓ  ｄｅｐｏ状態のボロン膜のＳＥＭ写真、およびプラズマＣＶＤにより膜厚３００ｎｍのボロン膜を成膜した後、Ａｒプラズマ処理を行うセットを５サイクル繰り返した際のボロン膜のＳＥＭ写真である。
【図１５】ａｓ  ｄｅｐｏのボロン膜の膜厚によるＲＭＳの変化と、ボロン膜を成膜した後、Ａｒプラズマ処理を行った場合の膜厚によるＲＭＳの変化、および膜厚３００ｎｍのボロン膜を成膜した後Ａｒプラズマ処理を行うセットを５サイクル繰り返した場合のＲＭＳの値を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
【００２１】
＜本発明に至った経緯＞
最初に、本発明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、従来、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が、ＣＶＤで成膜されたボロン系膜は、成膜した後の表面の凹凸が大きく、例えば平均面粗さ（Ｒａ）や二乗平均粗さ（ＲＭＳ）で表される表面粗さが２ｎｍを超える場合があり、これが１４ｎｍ以下の微細パターンへの適用が制限される要因となる。このため、表面が平坦なボロン系膜を形成する技術が求められている。
【００２２】
従来から、種々の材料について平坦化技術が提案されている。例えば、多結晶シリコンの平坦化技術として、プラズマエッチングを利用したものが知られている（例えば、特開平９−２３２２８５号公報、特開２００７−２６６０５６号公報）。また、Ｇｅ膜の平坦化技術として、Ｏ２アニールを行った後、ＤＨＦ洗浄を利用したものが知られている（IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL.36, NO.4, APRIL 2015）。これは酸素拡散を利用した技術である。
【００２３】
このような平坦化技術を踏まえ、まず、基板上にマイクロ波プラズマＣＶＤにより成膜されたボロン膜に対して、Ｈ２プラズマ処理、ＮＦ３プラズマ処理による平坦化への影響について調査した。図１は、イニシャル（ａｓ  ｄｅｐｏ）のボロン膜（ステージ温度：２５０℃、圧力：５０ｍＴｏｒｒ、マイクロ波パワー：４ｋＷ、Ｂ２Ｈ６：５００ｓｃｃｍ、時間：５ｍｉｎ）のＳＥＭ写真である。図１に示すようにボロン膜の膜厚が１８０ｎｍであり、表面粗さＲＭＳは２．３ｎｍであった。図２（ａ）および図２（ｂ）は、それぞれＨ２プラズマ処理（ステージ温度：２５０℃、圧力：２０ｍＴｏｒｒ、Ｈ２：６０ｓｃｃｍ、時間：９０ｓｅｃ）を行った際、およびＮＦ３プラズマ処理（ステージ温度：１５０℃、圧力：５０ｍＴｏｒｒ、ＮＦ３：３００ｓｃｃｍ、時間：１０ｓｅｃ）を行った際のＳＥＭ写真である。図２（ａ）に示すように、Ｈ２プラズマ処理ではボロン膜表面に変化が見られず、表面粗さＲＭＳは２．３ｎｍのままであった。一方、図２（ｂ）に示すように、ＮＦ３プラズマ処理では、ボロン膜が１２０ｎｍまでエッチングされ、表面粗さＲＭＳは３．７ｎｍとむしろ表面の平坦性が悪化した。
【００２４】
これは、Ｈ２プラズマ処理の場合は、Ｈ２プラズマにより生成された水素イオンをボロン膜に供給してもボロン膜とは反応しないためボロン膜の表面状態は変化せず、一方、ＮＦ３プラズマ処理の場合は、ＮＦ３がＦやＮＦに解離してボロン（Ｂ）と反応し、ボロン膜がエッチングされ、かえって表面が荒れたためと考えられる。
【００２５】
次に、基板上にマイクロ波プラズマＣＶＤにより成膜されたボロン膜（ステージ温度：３００℃、圧力：５０ｍＴｏｒｒ）に対して、Ｏ２アニール処理、Ｏ２プラズマ処理による平坦化への影響について調査した。図３（ａ）はイニシャル（ａｓ  ｄｅｐｏ）のボロン膜と、Ｏ２アニール処理（酸素雰囲気、６００℃、３０ｍｉｎ）、およびクリーニング処理（純水（ＤＩＷ）＋超音波処理：３０ｍｉｎ）後のボロン膜のＳＥＭ写真であり、図３（ｂ）はイニシャル（ａｓ  ｄｅｐｏ）のボロン膜と、Ｏ２アニールプラズマ処理（Ｏ２プラズマ１０ｍｉｎ）、およびクリーニング処理（純水（ＤＩＷ）＋超音波処理：３０ｍｉｎ）後のボロン膜のＳＥＭ写真である。これらのＳＥＭ写真から、Ｏ２アニール処理およびＯ２プラズマ処理によって表面の平坦性はほとんど変化していないことがわかる。
【００２６】
これは、Ｏ２アニール処理およびＯ２プラズマ処理では、ボロン膜の表面が酸化されて表面に酸化膜が形成されるが、全体的に酸化されるだけであり、クリーニングにより酸化膜を除去してもボロン膜表面の平坦性はほとんど変化しないためと考えられる。
【００２７】
このことから、ボロン膜は、従来多結晶シリコン膜やＧｅ膜で行っていたような平坦化手法では十分に平坦化できないことが判明した。これは、ボロン膜が、多結晶シリコン膜やＧｅ膜とは異なり、アモルファスであることにも起因していると考えられる。
【００２８】
また、ボロン系膜を化学的手法で平坦化しようとすると、膜減りや不純物汚染が生じることが予想されるが、半導体装置の用途では、膜減りや不純物汚染を極力存在させないことも求められる。
【００２９】
そこで、ボロン系膜を成膜した後の平坦化処理を、膜減りや不純物汚染を生じさせることが懸念される化学的な手法ではなく、物理的な手法で行うことを検討した。その結果、希ガスイオンによる物理的な処理が有効であることに想到した。
【００３０】
すなわち、ＣＶＤによりボロン系膜を成膜した後、希ガスのプラズマを生成し、所定条件で希ガスイオンをボロン系膜の表面に作用させることにより、膜減りや不純物汚染を極力存在させずに、表面が平坦なボロン系膜が得られ、半導体装置に適用可能であることが見出された。
【００３１】
＜ボロン系膜の形成方法の第１の実施形態＞
次に、ボロン系膜の形成方法の第１の実施形態について説明する。図４は、ボロン系膜の形成方法の第１の実施形態を示すフローチャートである。
【００３２】
本実施形態のボロン系膜の成膜方法においては、被処理基板上にボロン系膜をＣＶＤにより成膜する工程（ステップ１）と、次いで、成膜されたボロン系膜の表面を希ガスのプラズマにより平坦化処理する工程（ステップ２）とを行う。
【００３３】
ステップ１のＣＶＤによるボロン系膜の成膜は、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤのいずれでもよいが、特に、膜質が良好なボロン系膜が得られるプラズマＣＶＤが好ましい。プラズマＣＶＤのプラズマは特に限定されず、容量結合プラズマや誘導結合プラズマであってもよいが、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なマイクロ波プラズマＣＶＤで成膜されたものが特に好ましい。
【００３４】
ＣＶＤ、特にプラズマＣＶＤにより成膜されたボロン系膜は、エッチング耐性が高いという特性を有しており、このような特性を生かしてハードマスクに適用される。このようなボロン系膜は、被処理基板として、例えば、Ｓｉ等の半導体基体の上にエッチング対象膜が形成された半導体ウエハ（以下単にウエハと記す）上に形成される。
【００３５】
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％程度含まれている。
【００３６】
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。
【００３７】
ボロン含有ガスとしては、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）ガス、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）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（ＣＨ３）３）ガス、トリエチルボラン（Ｂ（Ｃ２Ｈ５）３）ガスや、Ｂ（Ｒ１）（Ｒ２）（Ｒ３）、Ｂ（Ｒ１）（Ｒ２）Ｈ、Ｂ（Ｒ１）Ｈ２（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Ｂ２Ｈ６ガスを好適に用いることができる。
【００３８】
ボロン系膜を成膜する際には、圧力が０．６７Ｐａ〜３３．３Ｐａ（５ｍＴｏｒｒ〜２５０ｍＴｏｒｒ）の範囲、温度が５００℃以下（より好ましくは、６０〜５００℃の範囲）が好ましい。
【００３９】
ＣＶＤ、特にプラズマＣＶＤにより成膜したボロン系膜は、成膜したまま（ａｓ  ｄｅｐｏ）では表面粗さが大きく、表面粗さＲＭＳが２ｎｍを超えた値となる。最近のエッチング加工技術はダブルパターニングにより最終パターン寸法が１０ｎｍ程度まで微細化しており、ハードマスクへの適用を考慮すると、表面粗さＲＭＳが２ｎｍ以下、さらには１ｎｍ以下が求められる。
【００４０】
このため、ＣＶＤにより成膜したボロン系膜に対して、ステップ２の希ガスのプラズマによる平坦化処理を行う。平坦化処理は、所定条件で、希ガスのプラズマを生成し、希ガスイオンをボロン系膜の表面に作用させることにより行う。これにより希ガスイオンの物理的作用により、ボロン系膜の表面が平坦化する。このときの圧力および温度は、０．６７Ｐａ〜３３．３Ｐａ（５ｍＴｏｒｒ〜２５０ｍＴｏｒｒ）、５００℃以下（より好ましくは、室温（２５℃）〜５００℃の範囲）が好ましい。また、処理時間は１０〜６００ｓｅｃが好ましく、６０〜１８０ｓｅｃがより好ましい。
【００４１】
平坦化処理の際の希ガスとしては、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｈｅ等を用いることができる。平坦化作用を有効に発揮させるためには原子数が大きいほうが好ましく、入手容易性等の観点からＡｒが好ましい。
【００４２】
また、ボロン系膜に対する希ガスイオンの作用を高める観点から、被処理基板に高周波バイアスを印加して希ガスイオンを被処理基板に引き込むことが好ましい。この時の高周波バイアスのパワーは高いほうが好ましく、３００Ｗ以上、さらには６００Ｗ以上が好ましい。また、上限は装置上の制限にもよるが１０ｋＷ以下が好ましく、１２００Ｗ以下がより好ましい。パワー密度は０．４〜１４Ｗ／ｃｍ２が好ましく、０．４〜１．７Ｗ／ｃｍ２がより好ましい。さらに好ましくは、０．８〜１．７Ｗ／ｃｍ２である。
【００４３】
ただし、ステップ１のボロン系膜の成膜をプラズマＣＶＤにより成膜する際には、高周波バイアスを印加しないことが好ましい。高周波バイアスを印加することにより、ボロン系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が発生するおそれがある。実際に、後述する図７の装置を用いて、基板に印加する高周波バイアスを０Ｗ、５０Ｗ、１５０Ｗとし、マイクロ波プラズマＣＶＤによりボロン膜を成膜した際のボロン膜の状態は、図５のＳＥＭ写真に示すようになり、高周波バイアスを印加することにより、膜質・表面粗さの悪化や、界面付近からの膜剥がれがあることが確認された。
【００４４】
以上のように、ボロン系膜を成膜した後、希ガスプラズマによる平坦化処理を行うことにより、ボロン系膜の膜厚が３００ｎｍ程度までの範囲で、ボロン系膜の表面粗さＲＭＳを２ｎｍ以下、さらには１ｎｍ以下にすることができる。また、平坦化処理は希ガスイオンでの処理であるため、化学的な反応が生じず、膜減りや不純物汚染がほとんど生じない。また、希ガスとして原子量の大きいＡｒガスを用いることにより、平坦化効果を大きくすることができる。また、Ａｒガスは入手も容易である。
【００４５】
ステップ１とステップ２とは、同一チャンバ内で連続して行うことができる。これにより、高スループットでボロン系膜を形成することができる。特に、ボロン系膜をプラズマＣＶＤで行う場合は、ステップ１において希ガスのプラズマを着火して、ボロン含有ガス等を導入してボロン系膜を成膜した後、希ガスのプラズマを維持したままボロン含有ガス等を停止するだけでステップ２の希ガスイオンによる平坦化処理を行うことができる。
【００４６】
このとき、ステップ１のボロン系膜の成膜とステップ２の希ガスのプラズマによる平坦化処理は、いずれも圧力が０．６７Ｐａ〜３３．３Ｐａ（５ｍＴｏｒｒ〜２５０ｍＴｏｒｒ）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とステップ２を同一の温度で連続して行うことが好ましい。
【００４７】
＜ボロン系膜の形成方法の第２の実施形態＞
次に、ボロン系膜の形成方法の第２の実施形態について説明する。図６は、ボロン系膜の形成方法の第２の実施形態を示すフローチャートである。
【００４８】
第１の実施形態で説明したように、ボロン系膜の膜厚が３００ｎｍ程度以下であれば、ステップ１のボロン系膜の成膜およびステップ２の平坦化処理を１回行えば、ＲＭＳを２ｎｍ以下、さらには１ｎｍ以下にすることができるが、成膜するボロン系膜が厚くなると、核の成長が進み、表面のうねり等が大きくなって、表面粗さは大きくなる傾向にあり、膜厚が１μｍ以上になると、ａｓ  ｄｅｐｏでＲＭＳが５ｎｍを超えるような大きな値となることがある。このような場合は、ステップ１のボロン系膜の成膜後に、ステップ２の希ガスのプラズマによる平坦化処理を行ってもＲＭＳを２ｎｍ以下にすることが困難となる。
【００４９】
そこで、本実施形態では、所定の膜厚、好ましくは被処理基板上にボロン系膜を平坦化処理により所望の平坦度が得られる程度の膜厚でＣＶＤにより成膜する工程（ステップ１１）と、成膜されたボロン系膜の表面を希ガスのプラズマにより平坦化処理する工程（ステップ１２）とを所定回数繰り返す。これにより、トータルのボロン系膜の膜厚が厚くても、ＲＭＳが２ｎｍ以下の表面の平坦性が高いボロン系膜を形成することができる。
【００５０】
本実施形態は、トータルのボロン系膜の膜厚が、核の成長が進み、表面粗さが大きくなる１μｍ以上のときに有効である。また、繰り返し回数は、トータルのボロン系膜の厚さにもよるが、５回以上であることが好ましい。
【００５１】
本実施形態において、ステップ１１は第１の実施形態のステップ１と同様に行うことができ、ステップ１２は第１の実施形態のステップ２と同様に行うことができる。ステップ１１の１回の成膜処理の膜厚は３００ｎｍ以下が好ましい。ただし、１回の膜厚が薄すぎると、繰り返し回数が多くなって処理に時間がかかるので、１０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００５２】
＜ボロン系膜形成装置の一例＞
次に、ボロン系膜形成装置の一例について説明する。
図７はボロン系膜形成装置の一例を示す断面図である。本例のボロン系膜形成装置１００は、ボロン系膜としてボロン膜を成膜した後、平坦化処理するためのマイクロ波プラズマ装置として構成される。
【００５３】
このボロン系膜形成装置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。
【００５４】
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。
【００５５】
チャンバ１内には、被処理基板であるウエハ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、３〜１３．５６ＭＨｚ、例えば、３ＭＨｚの高周波電力（高周波バイアス）を載置台２に印加する。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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
チャンバ１の側壁には、ボロン系膜形成装置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。
【００５９】
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。
【００６０】
マイクロ波プラズマ源２０は、誘電体、例えば石英やＡｌ２Ｏ３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。
【００６１】
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。
【００６２】
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、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。平面スロットアンテナ３１は導電性材料からなる円板で構成されている。
【００６３】
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。
【００６４】
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（Ａｌ２Ｏ３）、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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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／ｃｍ２が好ましい。
【００７１】
ボロン系膜形成装置１００は、ボロン含有ガスを含む処理ガスを供給するためのガス供給機構６を有している。ボロン含有ガスとしては、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）ガス、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）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（ＣＨ３）３）ガス、トリエチルボラン（Ｂ（Ｃ２Ｈ５）３）ガスや、Ｂ（Ｒ１）（Ｒ２）（Ｒ３）、Ｂ（Ｒ１）（Ｒ２）Ｈ、Ｂ（Ｒ１）Ｈ２（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Ｂ２Ｈ６ガスを好適に用いることができる。
【００７２】
また、処理ガスはプラズマ励起用および平坦化処理用の希ガスを含んでいる。さらに水素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。以下では、ボロン含有ガスとしてＢ２Ｈ６ガス、希ガスとしてＡｒガスおよびＨｅガスを含む処理ガスを用いる場合を例にして説明する。
【００７３】
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６４には、配管６５、６６、および６７が接続されている。配管６５にはボロン含有ガスであるＢ２Ｈ６ガスを供給するＢ２Ｈ６ガス供給源６８が接続されており、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６９が接続されおり、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７０が接続されている。配管６５には、マスフローコントローラのような流量制御器６５ａおよび開閉バルブ６５ｂが設けられ、配管６６には、流量制御器６６ａおよび開閉バルブ６６ｂが設けられ、配管６７には、流量制御器６７ａおよび開閉バルブ６７ｂが設けられている。
【００７４】
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７１を備えている。シャワーリング７１には、環状に設けられたバッファ室７２と、バッファ室７２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７３とが設けられている。配管６５、６６、および６７からは、それぞれ配管７４、７５、および７６が分岐しており、配管７４、７５、および７６は合流してシャワーリング７１のバッファ室７２に接続されている。配管７４には、流量制御器７４ａおよび開閉バルブ７４ｂが設けられ、配管７５には、流量制御器７５ａおよび開閉バルブ７５ｂが設けられ、配管７６には、流量制御器７６ａおよび開閉バルブ７６ｂが設けられている。
【００７５】
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６８、６９、７０から同じ種類のボロン含有ガスや希ガスが、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、成膜処理の種別によっては、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。
【００７６】
第１、第２のガス供給部６１、６２からは、例えば１０００〜１００００ｓｃｃｍの範囲、ボロン膜の成膜速度を向上させるため、好適には２０００〜１００００ｓｃｃｍの範囲の流量の処理ガスが供給される。
【００７７】
なお、ガス供給機構６は、第１、第２のガス供給部６１、６２、Ｂ２Ｈ６ガス供給源６８、Ａｒガス供給源６９、Ｈｅガス供給源７０、配管、流量制御器、バルブ等を全て含む。
【００７８】
ボロン系膜形成装置１００は、制御部５０を有している。制御部５０は、ボロン系膜形成装置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、ボロン系膜形成装置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ボロン系膜形成装置１００に所定の処理を行わせるように制御する。
【００７９】
以上のように構成されるボロン系膜形成装置１００において、上記第１の実施形態の方法を実施する際には、まず、ゲートバルブ２６を開け、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。
【００８０】
そして、例えば、図８に示すような処理シーケンスによりボロン膜の成膜および平坦化処理を行う。
【００８１】
図８に示すように、載置台温度を５００℃以下（６０〜５００℃）、例えば３００℃とし、最初に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（ＳＴ１）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４００ｍＴｏｒｒ程度としてウエハＷの温度を安定化させた後、マイクロ波発生器４０から、２０００〜５０００Ｗ（２．８〜７．１Ｗ／ｃｍ２）、例えば３５００Ｗ（５．０Ｗ／ｃｍ２）のマイクロ波を導入してプラズマ着火（ＳＴ２）を行い、その後、マイクロ波パワーを着火時と同じ値に維持し、チャンバ１内の圧力を０．６７Ｐａ〜３３．３Ｐａ（５ｍＴｏｒｒ〜２５０ｍＴｏｒｒ）、例えば６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）に調圧するとともに、第１のガス供給部６１および第２のガス供給部６２から、Ｂ２Ｈ６ガス（Ｂ２Ｈ６濃度：１０ｖｏｌ％、Ｈｅガス希釈）を１００〜１０００ｓｃｃｍ、例えば５００ｓｃｃｍの流量で供給して、ボロン膜の成膜（ＳＴ３）を行う。このとき、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。ボロン膜の成膜時間は、膜厚に応じて適宜設定される。また、ボロン膜の成膜の際には、バイアス電圧印加用高周波電源９からの高周波バイアスは印加せずに、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が発生することを防止する。
【００８２】
ボロン膜の成膜が終了後、プラズマを維持したままＢ２Ｈ６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（ＳＴ４）を行い、その際に、マイクロ波パワーを２０００〜５０００Ｗ（パワー密度２．８〜７．１Ｗ／ｃｍ２）、例えば３０００Ｗ（４．２Ｗ／ｃｍ２）とし、バイアス電圧印加用高周波電源９から３００〜１２００Ｗ（０．４〜１．７Ｗ／ｃｍ２）、例えば６００Ｗ（０．８Ｗ／ｃｍ２）の高周波バイアスを印加し、ガスをＡｒガスのみとして１００〜２０００ｓｃｃｍ、例えば５００ｓｃｃｍの流量で供給し、Ａｒプラズマ中のＡｒイオンによる平坦化処理（ＳＴ５）を行う。平坦化処理の時間は、１０〜６００ｓｅｃ、例えば６０ｓｅｃとする。また、このとき圧力および温度は、０．６７Ｐａ〜３３．３Ｐａ（５ｍＴｏｒｒ〜２５０ｍＴｏｒｒ）、５００℃以下（室温（２５℃）〜５００℃の範囲）、例えば、６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）、３００℃とする。この際の温度は、ボロン膜成膜の際と同一であることが好ましい。
【００８３】
平坦化処理終了後、マイクロ波発生器４０およびバイアス電圧印加用高周波電源９をＯＦＦとしてプラズマを停止し、チャンバ１内のＨｅガスおよびＡｒガスによるパージ（ＳＴ６）を行い、処理を終了する。
【００８４】
このようにボロン膜の成膜後、希ガスのプラズマにより平坦化を行うことにより、ボロン膜の表面粗さＲＭＳを２ｎｍ以下、さらには１ｎｍ以下にすることができる。また、希ガスとして原子量が大きいＡｒガスを用いることにより、平坦化効果が大きい。
【００８５】
ボロン系膜形成装置１００において、上記第２の実施形態の方法を実施する際には、上記ＳＴ１〜ＳＴ５を行った後、マイクロ波発生器４０および高周波電源９をＯＦＦとしてプラズマを停止し、再び上記ＳＴ１〜ＳＴ５を実施するというように、ＳＴ１〜ＳＴ５を所定回繰り返し、最後に上記ＳＴ６のパージを行ってもよいし、上記ＳＴ１〜ＳＴ５を行った後、マイクロ波発生器４０を切らずにプラズマを維持したまま、再び上記ＳＴ３〜ＳＴ５を実施するというように、ＳＴ３〜ＳＴ５を所定回繰り返し、最後に上記ＳＴ６のパージを行うようにしてもよい。
【００８６】
ボロン膜の膜厚が３００ｎｍ程度までは、プラズマＣＶＤによりボロン膜を成膜した後、希ガスであるＡｒガスのプラズマを生成してボロン膜の平坦化処理を一回行うことにより、表面粗さＲＭＳが２ｎｍ以下、さらには１ｎｍ以下の平坦化を実現することができる。また、希ガスイオンでの処理であるため、化学的な反応が生じず、膜減りや不純物汚染がほとんど生じない。
【００８７】
また、ボロン膜の膜厚がより厚く、例えば１μｍ以上の厚さが必要な場合には、プラズマＣＶＤにより平坦化処理により所望の平坦度が得られる程度の膜厚でのボロン膜の成膜と、ボロン膜の平坦化処理とを複数回繰り返すことにより、ＲＭＳが２ｎｍ以下の平坦化を実現することができる。
【００８８】
さらに、ボロン系膜形成装置１００では、一つのチャンバ１内でボロン膜の成膜と平坦化処理とを行うことができるので、これらの処理を高スループットで行うことができる。この際に、これらの処理の温度を同一にすることにより、温度を変化させる時間が不要となり、よりスループットが向上する。また、ボロン膜の成膜と平坦化処理とをＡｒガス等の希ガスのプラズマを生成した状態で、ガスの切り替えのみで連続して行うことができるので、その点からもスループットが高い。
【００８９】
さらにまた、プラズマＣＶＤによるボロン膜の成膜の際にウエハＷ（載置台２）に高周波バイアスを印加せず、平坦化処理の際に高周波バイアスを印加するので、ボロン膜成膜の際には、高周波バイアスによるボロン系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が発生せず、平坦化処理の際には高周波バイアスを印加することにより、ボロン膜に対するＡｒイオン等の希ガスイオンの作用を高めて平坦化の効果をより高めることができる。
【００９０】
＜ボロン系膜形成装置の他の例＞
次に、ボロン系膜形成装置の他の例について説明する。
図９はボロン系膜形成装置の他の例を示す断面図である。本例のボロン系膜形成装置２００は、ボロン系膜としてボロン膜を成膜した後、平坦化処理するための容量結合型平行平板プラズマ装置として構成される。
【００９１】
本例のボロン系膜形成装置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。
【００９２】
チャンバ１０１内の底部には、被処理基板であるウエハ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。
【００９３】
チャンバ１０１内の上部には、載置台１０２と対向するように、上部電極として機能するガスシャワーヘッド１１０が設けられている。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。
【００９４】
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。
【００９５】
ガス流路１１３には、配管１６５、１６６、および１６７が接続されている。配管１６５にはボロン含有ガスであるＢ２Ｈ６ガスを供給するＢ２Ｈ６ガス供給源１６８が接続されており、配管１６６には希ガスであるＡｒガスを供給するＡｒガス供給源１６９が接続されおり、配管１６７には希ガスであるＨｅガスを供給するＨｅガス供給源１７０が接続されている。これらガス供給源１６８、１６９、１７０から配管１６５、１６６、１６７およびガス流路１１３を介してＢ２Ｈ６ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスがシャワーヘッド１１０のガス拡散空間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。
【００９６】
配管１６５には、マスフローコントローラのような流量制御器１６５ａおよび開閉バルブ１６５ｂが設けられ、配管１６６には、流量制御器１６６ａおよび開閉バルブ１６６ｂが設けられ、配管１６７には、流量制御器１６７ａおよび開閉バルブ１６７ｂが設けられている。
【００９７】
ガスシャワーヘッド１１０、ガス供給源１６８、１６９、１７０、配管１６５、１６６、１６７は、ガス供給機構１０６を構成する。
【００９８】
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。
【００９９】
チャンバ１０１の側壁には、ボロン系膜形成装置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。
【０１００】
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、３〜１３．５６ＭＨｚ、例えば、３ＭＨｚ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。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。
【０１０１】
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、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、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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
ボロン系膜形成装置２００は、制御部１５０を有している。制御部１５０は、ボロン系膜形成装置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、ボロン系膜形成装置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ボロン系膜形成装置２００に所定の処理を行わせるように制御する。
【０１０４】
以上のように構成されるボロン系膜形成装置２００において、上記第１の実施形態の方法を実施する際には、まず、ゲートバルブ１２６を開け、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。
【０１０５】
そして、上述の一例のＳＴ１〜ＳＴ６と同様のシーケンスによりボロン膜の成膜および平坦化処理を行う。この際のガス流量、圧力、温度も上述の一例と同様であり、プラズマ生成方式および条件のみが相違している。
【０１０６】
本例の装置において、ボロン膜成膜の際には、Ｂ２Ｈ６ガス、ならびに希ガスであるＡｒガスおよびＨｅ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して、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によりボロン膜を成膜する。このとき、バイアス電圧印加用高周波電源１０９からのバイアス電圧（高周波バイアス）は印加しない。
【０１０７】
平坦化処理の際には、プラズマ生成用高周波電源１０７を停止せず、上述の一例と同様、チャンバ１０１内のプラズマを維持したまま、チャンバ１０１をパージ後、Ｂ２Ｈ６ガスおよびＨｅガスを停止して、プラズマをＡｒプラズマとし、Ａｒプラズマ中のＡｒイオンにより平坦化処理を行う。このとき、バイアス電圧印加用高周波電源１０９をＯＮにし、載置台１０２に高周波バイアスを印加する。
【０１０８】
ボロン系膜形成装置２００において、上記第２の実施形態の方法を実施する際には、同様にＳＴ１〜ＳＴ５を所定回繰り返し、最後に上記ＳＴ６のパージを行うか、または、上記ＳＴ１〜ＳＴ５を行った後、プラズマ生成用高周波電源１０７を切らずにプラズマを維持したまま、再び上記ＳＴ３〜ＳＴ５を実施するというように、ＳＴ３〜ＳＴ５を所定回繰り返し、最後に上記ＳＴ６のパージを行う
【０１０９】
本例の装置においても、上記装置と同様、ボロン膜の膜厚が３００ｎｍ程度までは、ボロン膜成膜および平坦化処理を一回行うことにより、ＲＭＳが２ｎｍ以下、さらには１ｎｍ以下の平坦化を実現することができる。また、希ガスイオンでの処理であるため、化学的な反応が生じず、膜減りや不純物汚染がほとんど生じない。
【０１１０】
また、ボロン膜の膜厚がより厚く、例えば１μｍ以上の厚さが必要な場合には、上記装置の場合と同様に、所定の薄い膜厚でのボロン膜の成膜と、ボロン膜の平坦化処理とを複数回繰り返すことにより、ＲＭＳが２ｎｍ以下の平坦化を実現することができる。
【０１１１】
さらに、本例のボロン系膜形成装置２００でも、ボロン系膜形成装置１００と同様、一つのチャンバ１０１内でボロン膜の成膜と平坦化処理とを行うことができる等により、これらの処理を高スループットで行うことができる。
【０１１２】
さらにまた、ボロン膜形成装置１００による処理と同様、プラズマＣＶＤによるボロン膜の成膜の際にウエハＷ（載置台１０２）に高周波バイアスを印加せず、平坦化処理の際に高周波バイアスを印加するので、ボロン膜成膜の際のボロン膜の悪化等の問題が発生せず、平坦化処理の際には高周波バイアスを印加することにより、ボロン膜に対するＡｒイオン等の希ガスイオンの作用を高めて平坦化の効果をより高めることができる。
【０１１３】
＜実験例＞
次に、実験例について説明する。
［実験例１］
ここでは、Ａｒプラズマ処理の効果について確認した。
図７の装置により、ステージ温度：３００℃、圧力：５０ｍＴｏｒｒ、マイクロ波パワー：３．５ｋＷ、Ｂ２Ｈ６流量：５００ｓｃｃｍ、時間：１０ｍｉｎの条件で、マイクロ波プラズマによるプラズマＣＶＤにより、膜厚２６０ｎｍのボロン膜を成膜したままのサンプル（ａｓ  ｄｅｐｏサンプル）を作製した。また、同様にボロン膜を２６０ｎｍの膜厚で成膜した後、同じ装置で引き続き、ステージ温度：３００℃、圧力：５０ｍＴｏｒｒ、マイクロ波パワー：３．０ｋＷ、Ａｒガス流量：５００ｓｃｃｍ、高周波バイアス：９００Ｗ、時間：１ｍｉｎの条件で、Ａｒプラズマ処理を行ったサンプル（Ａｒプラズマ処理サンプル）を作製した。そして、これらの表面状態を比較した。
【０１１４】
その結果を図１０に示す。図１０は、ａｓ  ｄｅｐｏサンプルと、Ａｒプラズマ処理サンプルの断面およびバードビューのＳＥＭ写真である。これらに示すように、ボロン膜の表面がＡｒプラズマ処理により平坦化しており、ａｓ  ｄｅｐｏのボロン膜の表面粗さＲＭＳが２．２ｎｍであったのに対し、Ａｒプラズマ処理後のボロン膜の表面粗さＲＭＳは０．８ｎｍであり、Ａｒプラズマ処理によりボロン膜表面粗さＲＭＳが１ｎｍ以下まで平坦化されたことが確認された。また、Ａｒプラズマ処理による膜減りや不純物汚染はほとんど生じなかった。
【０１１５】
次に、同様にボロン膜を２６０ｎｍの膜厚で成膜した後、同じ装置で引き続きＡｒガスをＨｅガスに代えた他はＡｒプラズマ処理と同様のＨｅプラズマ処理を行ったサンプルを作製した。このサンプルと、上記ａｓ  ｄｅｐｏサンプルおよびＡｒプラズマ処理サンプルの表面状態を比較した。
【０１１６】
その結果を図１１に示す。図１１は、これらサンプルのＡＦＭ画像である。これらに示すように、Ｈｅプラズマ処理を行ったサンプルの表面粗さＲＭＳは１．８ｎｍとａｓ  ｄｅｐｏのサンプルよりも平坦化された。ただし、Ａｒプラズマ処理を行ったサンプルのＲＭＳ０．８ｎｍには及ばなかった。
【０１１７】
［実験例２］
ここでは、表面粗さに対するＡｒプラズマ処理の処理時間の影響を把握した。
実験例１と同様、図７の装置により、ステージ温度：３００℃、圧力：５０ｍＴｏｒｒ、マイクロ波パワー：３．５ｋＷ、Ｂ２Ｈ６流量：５００ｓｃｃｍ、時間：１０ｍｉｎの条件で、マイクロ波プラズマによるプラズマＣＶＤによりボロン膜を成膜した後、同じ装置でＡｒプラズマ処理の時間を変化させて行った。Ａｒプラズマ処理の条件は、ステージ温度：３００℃、圧力：５０ｍＴｏｒｒ、マイクロ波パワー：３．０ｋＷ、Ａｒガス流量：５００ｓｃｃｍ、高周波バイアス：６００Ｗとした。その際の時間と表面粗さＲＭＳとの関係を調査した。
【０１１８】
その際の時間と表面粗さＲＭＳとの関係を図１２に示す。この図に示すように、Ａｒプラズマ処理時間は１０ｓｅｃでも平坦化効果があるが、その効果は６０ｓｅｃ程度で顕著になり、１８０ｓｅｃ程度で効果が飽和する傾向にあることが確認された。
【０１１９】
［実験例３］
ここでは、表面粗さに対するＡｒプラズマ処理の際の高周波バイアスの影響を確認した。
実験例２と同様にボロン膜を成膜した後、同じ装置でＡｒプラズマ処理を高周波バイアスの値を９００Ｗまで変化させた。Ａｒプラズマ処理の条件は、ステージ温度：３００℃、圧力：５０ｍＴｏｒｒ、マイクロ波パワー：３．０ｋＷ、Ａｒガス流量：５００ｓｃｃｍ、時間：６０ｓｅｃとした。その際の高周波バイアスと表面粗さＲＭＳとの関係を調査した。
【０１２０】
その際の高周波バイアスと表面粗さＲＭＳとの関係を図１３に示す。この図に示すように、高周波バイアスを印加することにより平坦化効果が高まり、９００Ｗまでの範囲では高周波バイアスの値が大きいほど平坦化効果があることが確認された。また、高周波バイアスが６００Ｗ以上（パワー密度０．８Ｗ／ｃｍ２以上）で、ほぼＲＭＳが１ｎｍ以下程度以下になることが確認された。
【０１２１】
［実験例４］
ここでは、第２の実施形態の効果について確認した。
まず、図７の装置により、ステージ温度：３００℃、圧力：５０ｍＴｏｒｒ、マイクロ波パワー：３．５ｋＷ、Ｂ２Ｈ６流量：５００ｓｃｃｍ、時間：５０ｍｉｎの条件で、マイクロ波プラズマによるプラズマＣＶＤにより、ボロン膜を成膜した。図１４（ａ）はその際のＳＥＭ写真である。この写真に示すように、膜厚が厚い結果、核の成長が進み、表面が荒れており、表面粗さＲＭＳが５．１ｎｍという大きい値となった。
【０１２２】
次に、図７の装置により、ステージ温度：３００℃、圧力：５０ｍＴｏｒｒ、マイクロ波パワー：３．５ｋＷ、Ｂ２Ｈ６流量：５００ｓｃｃｍ、時間：１０ｍｉｎの条件で、マイクロ波プラズマによるプラズマＣＶＤによりボロン膜を成膜した後、同じ装置で引き続き、ステージ温度：３００℃、圧力：５０ｍＴｏｒｒ、マイクロ波パワー：３．０ｋＷ、Ａｒガス流量：５００ｓｃｃｍ、高周波バイアス：６００Ｗ、時間：２ｍｉｎの条件で、Ａｒプラズマ処理を行うセットを５サイクル繰り返し、トータル膜厚１．５μｍのボロン膜を形成した。図１４（ｂ）はその際のＳＥＭ写真である。この写真に示すように、ボロン膜が厚くなる前にＡｒプラズマ処理を行い、このような薄いボロン膜の成膜とＡｒプラズマ処理とを繰り返すことにより、トータルのボロン膜の膜厚が１．５μｍと厚いのにもかかわらず、表面粗さＲＭＳが１．６ｎｍと２ｎｍより小さい値が得られた。
【０１２３】
図１５は、ボロン膜の膜厚と表面粗さＲＭＳとの関係を示す図であり、時間以外は上記と同じ条件として時間を変えて膜厚を変化させたａｓ  ｄｅｐｏのボロン膜の膜厚によるＲＭＳの変化と、ボロン膜を成膜した後、上記条件でＡｒプラズマ処理を行った場合の膜厚によるＲＭＳの変化、および上記条件で膜厚３００ｎｍのボロン膜を成膜した後Ａｒプラズマ処理を行うセットを５サイクル繰り返した場合のＲＭＳの値を示している。
【０１２４】
ａｓ  ｄｅｐｏのボロン膜では、膜厚の増加に従って表面粗さが増加し、膜厚が１．５μｍ（１５００ｎｍ）で表面粗さＲＭＳが５ｎｍを超え、１．８μｍ（１８００ｎｍ）では７ｎｍ程度に達していた。ボロン膜を成膜後、Ａｒプラズマ処理を行った場合には、ボロン膜の膜厚が１．５μｍではボロン膜の核の成長が進み、表面のうねり等が生じているため、十分な表面平坦化を達成できず、ＲＭＳは３ｎｍを超える値となった。これに対して、膜厚３００ｎｍボロン膜成膜とＡｒプラズマ処理のセットを５回繰り返して合計膜厚を１．５μｍにしたものについては、薄いボロン膜でのＲＭＳからの増加が極めて小さく、ＲＭＳが２ｎｍ以下に収まっていることがわかる。
【０１２５】
＜他の適用＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく本発明の思想の範囲内で種々変形可能である。
【０１２６】
例えば、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。
【０１２７】
また、上記実施の形態においては、ボロン系膜の成膜をプラズマＣＶＤにより行った場合について示したが、ＣＶＤの手法は限定されず、上記実施の形態以外の手法によるプラズマＣＶＤであってもよいし、熱ＣＶＤ等の他のＣＶＤであってもよい。
【０１２８】
さらに、上記実施形態では、主にボロン膜について説明したが、本発明の原理上、ボロンに他の添加元素を意図的に加えたボロン系膜、例えばボロンリッチなＢＮ膜やボロンリッチなＢＣ膜であっても本発明により平坦性の良好な表面が得られることはいうまでもない。
【０１２９】
さらにまた、上記実施の形態で説明したボロン系膜形成装置は例示に過ぎず、他の種々の構成を有する装置により本発明を実施できることもいうまでもない。
【符号の説明】
【０１３０】
１，１０１；チャンバ
２，１０２；載置台
５，１０５；ヒーター
６，１０６；ガス供給機構
９，１０９；バイアス電圧印加用高周波電源
２０；マイクロ波プラズマ源
２４，１２４；排気装置
５０，１５０；制御部
６８，１６８；Ｂ２Ｈ６ガス供給源
６９，１６９；Ａｒガス供給源
７０，１７０；Ｈｅガス供給源
１００，２００；ボロン系膜形成装置
１０７；プラズマ生成用高周波電源
１１０；シャワーヘッド
Ｗ；半導体ウエハ（被処理基板）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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