JP2019062045A - ボロン系膜の平坦化方法およびボロン系膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボロン系膜を半導体デバイスに適用可能に平坦化することができる技術を提供する。
【解決手段】基板上に形成されたボロンを主体とするボロン系膜の表面を平坦化するボロン系膜の平坦化方法は、ボロン系膜に対し、ＣとＦとを含有するＣＦ系ガス、および酸素含有ガスを含む処理ガスを用いたプラズマ処理を行う工程と、プラズマ処理を行う工程の後、残留するカーボン系副生成物をアッシングする工程とを有する。
【選択図】図８

Description

本発明は、ボロン系膜の平坦化方法およびボロン系膜の形成方法に関する。

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。

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。

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。

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、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。

特表２０１３−５３３３７６号公報

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、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以上と大きい値を示す場合があり、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、ＲＭＳが１ｎｍ以下、さらには０．５ｎｍ以下のボロン系膜の平坦化技術が求められているが、このようなボロン系膜の平坦化技術は未だ確立されていない。

したがって、本発明は、ボロン系膜を半導体デバイスに適用可能に平坦化することができる技術を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、基板上に形成されたボロンを主体とするボロン系膜の表面を平坦化するボロン系膜の平坦化方法であって、ボロン系膜に対し、ＣとＦとを含有するＣＦ系ガス、および酸素含有ガスを含む処理ガスを用いたプラズマ処理を行う工程を有することを特徴とするボロン系膜の平坦化方法を提供する。

前記プラズマ処理を行う工程の後、残留するカーボン系副生成物をアッシングする工程をさらに有してもよい。前記アッシング工程は、Ｏ_２ガスのプラズマにより行うことができる。前記アッシング工程の後、前記ボロン系膜が形成された基板をウエット洗浄する工程をさらに有してもよい。

前記ＣＦ系ガスは、ＣとＦとを含有するガスのみ、ＣとＦとＨを含有するガスのみ、または、これらの両方であってよい。前記ＣＦ系ガスとして、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８、ＣＨ_２Ｆ_２からなる群から選択される少なくとも１種を用いることができる。前記プラズマ処理工程の際の前記酸素含有ガスとしてＯ_２ガスを用いることができる。

前記プラズマ処理を行う工程は、平行平板型のプラズマ処理装置により行うことができる。前記プラズマ処理を行う工程は、前記ボロン系膜が形成された基板に、高周波バイアス電圧を印加してもよい。

前記ボロン系膜は、ボロンと不可避的不純物を含むボロン膜であることが好ましい。前記ボロン系膜は、プラズマＣＶＤにより成膜された膜であることが好ましく、マイクロ波プラズマＣＶＤにより成膜された膜であることがより好ましい。

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成膜する工程と、前記ボロン系膜の表面を平坦化する工程とを有し、前記ボロン系膜の表面を平坦化する工程は、ボロン系膜に対し、ＣとＦとを含有するＣＦ系ガス、および酸素含有ガスを含む処理ガスを用いたプラズマ処理を行うことを特徴とするボロン系膜の形成方法を提供する。

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ものであることが好ましい。前記ボロン系膜を成膜する工程は、ボロン含有ガスを用いてプラズマＣＶＤにより行われることが好ましく、マイクロ波プラズマＣＶＤにより行われることがより好ましい。

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。

前記ボロン系膜を成膜する工程と、前記平坦化工程とは、ｉｎ ｓｉｔｕで行うことが好ましい。また、前記ボロン系膜を成膜する工程と、前記平坦化工程とは、同一チャンバ内で行ってもよい。

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。

本発明によれば、ＣＦ系ガスのエッチング効果およびデポ効果、ならびに酸素含有ガスのプラズマによるイオンボンバードメント効果および酸化効果を併用することにより、エッチングしたくないボロン膜表面の凹部はカーボン系副生成物の堆積によりエッチングから保護され、エッチングしたい凸部は酸素含有ガスのプラズマによりカーボン系副生成物が除去されるとともに、ＣＦ系ガスから分解されたＦおよび酸素含有ガスのイオンにより優先的にエッチングされ、結果的にボロン膜表面の平坦性が極めて高いものとなり、半導体装置に適用可能となる。

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１のボロン膜にＨ_２プラズマ処理、およびＮＦ_３プラズマ処理を行った際のＳＥＭ写真である。 ボロン膜にＨ_２プラズマ処理を行った場合のボロン膜の状態を示す模式図である。 ボロン膜にＮＦ_３プラズマ処理を行った場合のボロン膜の状態を示す模式図である。 （ａ）はａｓ ｄｅｐｏのボロン膜と、Ｏ_２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、Ｏ_２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。 ボロン膜にＯ_２アニール処理またはＯ_２プラズマ処理を行った場合のボロン膜の状態を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係るボロン膜の平坦化方法を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係るボロン膜の平坦化方法におけるボロン膜の平坦化モデルを説明するための模式図である。 本発明の第１の実施形態に係るボロン膜の平坦化方法を行うための処理装置の一例を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態の実験例の実験例１における各段階のＳＥＭ写真である。 ａｓ ｄｅｐｏのボロン膜と、実験例１〜４の平坦化処理を行った際のボロン膜表面のＡＦＭ写真である。 ａｓ ｄｅｐｏのボロン膜と、平坦化処理の際にＯ_２ガス流量を変化させた実験例５、実験例１、実験例６のボロン膜表面のＡＦＭ写真である。 本発明の第２の実施形態に係るボロン膜の形成方法を示すフローチャートである。 ボロン膜の膜厚を６００ｎｍおよび１８００ｎｍにした場合のａｓ ｄｅｐｏのボロン膜のＳＥＭ写真およびＡＦＭ写真である。 ボロン膜の膜厚を６００ｎｍおよび１８００ｎｍにした場合の平坦化処理後のボロン膜のＳＥＭ写真およびＡＦＭ写真である。 本発明の第２の実施形態に係るボロン膜の形成方法の他の例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係るボロン膜の形成方法を行うための処理システムの一例を示す水平断面図である。 ボロン膜を成膜するための成膜装置の好適な例を示す断面図である。 ボロン膜の成膜と平坦化処理を同一チャンバ内で行える処理装置の一例を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

＜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。
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、Ｏ_２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。

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、Ｈ_２プラズマ処理、ＮＦ_３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、Ｂ_２Ｈ_６：５００ｓｃｃｍ、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Ｈ_２プラズマ処理（ステージ温度：２５０℃、圧力：２０ｍＴｏｒｒ、Ｈ_２：６０ｓｃｃｍ、時間：９０ｓｅｃ）を行った際、およびＮＦ_３プラズマ処理（ステージ温度：１５０℃、圧力：５０ｍＴｏｒｒ、ＮＦ_３：３００ｓｃｃｍ、時間：１０ｓｅｃ）を行った際のＳＥＭ写真である。図２（ａ）に示すように、Ｈ_２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。なお、Ｈｅプラズマによるイオンスパッタリングも行ったが、その場合も同様であった。一方、図２（ｂ）に示すように、ＮＦ_３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。

Ｈ_２プラズマ処理の場合は、図３に模式的に示すように、水素イオンによる処理であるが、単純に水素イオンをボロン膜に供給しても水素イオンによって表面は変化しない。Ｈｅイオン等のイオン処理についても同様である。

これに対し、ＮＦ_３プラズマ処理の場合は、図４に示すように、ＮＦ_３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ものと考えられる。

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、Ｏ_２アニール処理、Ｏ_２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５（ａ）はイニシャル（ａｓ ｄｅｐｏ）のボロン膜と、Ｏ_２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５（ｂ）はイニシャル（ａｓ ｄｅｐｏ）のボロン膜と、Ｏ_２アニールプラズマ処理（Ｏ_２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、Ｏ_２アニール処理およびＯ_２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。

これは、図６に示すように、Ｏ_２アニール処理およびＯ_２プラズマ処理では、ボロン膜の表面が酸化されてエッチングされるが、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。

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。

そこで、ボロン膜の平坦化に適した方法を検討した結果、凹凸部を有するボロン膜表面において、凹部を保護し、凸部のみをエッチングできる方法が有効であることに想到した。

従来、プラズマエッチングでは、ＣＦ系ガスが用いられ、ＣＦ系ガスから分解されたＦがエッチングに寄与し、ＣＦ系ガスから分解されたＣがカーボン系副生成物（ポリマー）として側壁に堆積（デポ）して側壁保護層となることが知られており、このようなＣＦ系ガスのエッチング効果およびデポ効果、ならびに酸素含有ガス（例えばＯ_２ガス）のプラズマによるイオンボンバードメント効果および酸化効果を併用することにより、エッチングしたくないボロン膜表面の凹部はカーボン系副生成物の堆積によりエッチングから保護され、エッチングしたい凸部は酸素含有ガスのプラズマによりカーボン系副生成物が除去されるとともに、ＣＦ系ガスから分解されたＦおよび酸素含有ガスのイオンにより優先的にエッチングされ、結果的に極めて高い平坦性が得られ、半導体装置に適用可能であることが見出された。

＜第１の実施形態＞
次に、第１の実施形態について説明する。
本実施形態は、所定の方法で成膜されたボロン系膜を平坦化する平坦化方法である。

本実施形態において平坦化の対象であるボロン系膜は、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た用途として典型的にはハードマスクに適用され、例えば、半導体基板上にエッチング対象膜を介して形成される。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。

ボロン系膜は、半導体装置の製造に用いられる一般的な薄膜形成技術によって形成されたものであればよく、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、ＡＬＤ、ＰＶＤ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で成膜されたものであることが好ましい。プラズマＣＶＤ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。ＣＶＤやＡＬＤで成膜されたボロン系膜は、膜中に成膜原料等に由来のする不純物として主に水素（Ｈ）が５〜１５ａｔ％程度含まれている。

ボロン系膜は、上記いずれの成膜方法で形成されたものでも、成膜したまま（ａｓ ｄｅｐｏ）では表面粗さが大きく、表面粗さＲＭＳが１ｎｍを超え、プラズマＣＶＤでは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１ｎｍ以下、さらには０．５ｎｍ以下が求められる。

このため、ボロン系膜の表面の平坦化処理が必要となる。図７は、第１の実施形態に係るボロン膜の平坦化方法を示すフローチャートである。本実施形態に係るボロン膜の平坦化方法は、ボロン系膜に対し、ＣＦ系ガスおよび酸素含有ガスを含む処理ガスを用いたプラズマ処理を行う工程（ステップ１）と、次いで、酸素含有ガスによるアッシングを行う工程（ステップ２）とを有する。

ステップ１に用いるＣＦ系ガスは、ＣとＦとを含有するガスであり、Ｃ_４Ｆ_６やＣ_４Ｆ_８のようなＣとＦのみからなるＣ_ｘＦ_ｙで表されるガスであっても、ＣＨ_２Ｆ_２のようなＣとＦの他にＨを含有するＣ_ｘＨ_ｙＦ_ｚで表されるガスであってもよい。また、ＣＦ系ガスとしては、いずれか単独でも２種類以上混合してもよい。また、ステップ１で用いられる酸素含有ガスとしては、Ｏ_２、Ｏ_３、ＮＯ_２、Ｈ_２Ｏ等を用いることができる。これらの中ではＯ_２が好ましい。ＣＦ系ガスは、Ｆが多いほどエッチング性が高く、Ｃが多いほどデポ性が高くなる。これらを考慮してＦとＣとの比Ｆ／Ｃを１〜４（Ｆ：Ｃ＝１：１〜４：１）の範囲にすることが好ましい。また、ＣＦ系ガスとＯ_２等の酸素含有ガスとの流量比ＣＦ／Ｏ_２を１〜２（ＣＦ：Ｏ_２＝１：１〜２：１）の範囲にすることが好ましい。ＣＨ_２Ｆ_２のようなＣ_ｘＨ_ｙＦ_ｚガスは、分離したＨラジカルが過剰なポリマーデポを抑制する効果も有する。

プラズマ生成手段は、ＣＦ系ガスおよび酸素含有ガスを有効に解離することができれば特に限定されない。また、ボロン膜が形成された被処理基板、例えば半導体ウエハに高周波バイアスを印加してプラズマ中のイオンを被処理基板に引き込むことが好ましい。このときの高周波バイアスの周波数は３〜４０ＭＨｚの範囲、パワーは２００〜１４０００Ｗの範囲が好ましい。また、圧力は、１．３３〜１３．３Ｐａ（１０〜１００ｍＴｏｒｒ）の範囲が好ましい。

ステップ２のアッシングは、ステップ１を行った後にボロン膜に残留したＣ（ポリマー）を除去する工程である。ただし、ボロン系膜の平坦化はステップ１で行われるので、残留したＣ（ポリマー）を除去する必要がなければ、ステップ２は行わなくてもよい。この際のアッシングは、通常のアッシングと同様に行われ、Ｏ_２プラズマやＯ_３ガス等、励起された酸素含有ガスが用いられる。

なお、アッシングの後、希フッ酸（ＤＨＦ）等によるウエット洗浄処理を行ってもよい。

［平坦化メカニズム］
次に、本実施形態におけるボロン膜の平坦化メカニズムについて説明する。
図８は、本実施形態におけるボロン膜の平坦化モデルを説明するための模式図である。ここではボロン系膜としてボロン膜を用いた場合を示す。表面粗さが大きいボロン膜に、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_６、ＣＨ_２Ｆ_２等のＣＦ系ガス、Ｏ_２ガス等の酸素含有ガスを供給すると、プラズマにより、ＣＦ系ガスは、活性種であるＣＦ、ＣＦ_２、ＣＦ_３に解離し、Ｏ_２ガス等の酸素含有ガスは酸素系イオン（Ｏ^２＋等）となってボロン膜に供給される（図８（ａ））。

ＣＦ、ＣＦ_２、ＣＦ_３から分解されたＣはカーボン系副生成物となってボロン膜に堆積（デポ）し、Ｆは化学的作用によりボロン膜をエッチングしてＢＦ_３を生成する。また、酸素系イオンはイオンボンバードメント効果によりカーボン系副生成物を除去する。このとき、ＣＦ系ガスから分解したＣによるカーボン系副生成物は、ボロン表面の凹部に堆積しやすく、カーボン系副生成物が堆積した部分は、その保護効果が大きくＦの化学的作用によるボロン膜のエッチングが進行し難い。一方、ボロン表面の凸部においては、カーボン系副生成物は堆積し難く、堆積したカーボン系副生成物が酸素系イオンのイオンボンバードメント効果および酸化効果により除去されるとともに、Ｆの化学的作用によるボロンのエッチングが進行する。このように、ボロン膜表面は、エッチングしたくない凹部がカーボン系副生成物による保護によりエッチングが進行し難く、エッチングにより除去したい凸部が優先的にエッチングされ、ボロン膜表面は平坦化される（図８（ｂ））。そして、ボロン膜表面に残留したカーボン系副生成物はアッシングにより除去される（図８（ｃ））。

本実施形態の平坦化方法により、膜厚２００ｎｍ程度までのボロン系膜の表面を、表面粗さＲＭＳを１ｎｍ以下、さらには０．５ｎｍ以下という極めて高い平坦性を得ることができ、半導体装置に適用可能となる。

［第１の実施形態の平坦化方法を行うための処理装置の一例］
次に、本実施形態の平坦化方法を行うための処理装置の一例について説明する。
図９は、本実施形態の平坦化方法を行うための処理装置の一例を示す断面図である。

処理装置１００は、チャンバ１０内に載置台（ステージ）２０とガスシャワーヘッド３０とを対向配置した平行平板型（容量結合型）のプラズマエッチング装置として構成される。載置台２０は下部電極として機能し、ガスシャワーヘッド３０は上部電極として機能する。処理装置１００は、さらに、ガス供給機構４０、高周波電力供給装置５０、および制御部６０を有する。

チャンバ１０は、略円筒状を有し、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムで構成されており、電気的に接地されている。チャンバ１０の底面には排気口１１が形成されており、排気口１１は排気配管１２が接続されている。排気配管１２には、真空ポンプや圧力制御バルブ等からなる排気装置１３が接続されており、排気装置１３によってチャンバ１０内が排気されるとともに、チャンバ１０内を所定の圧力（真空度）に制御する。チャンバ１０の側壁にはボロン膜が形成された被処理基板である半導体ウエハＷ（以下単にウエハＷと記す）を搬入出するためのウエハ搬入出口１４が設けられており、ウエハ搬入出口１４はゲートバルブＧによって開閉される。そして、ゲートバルブＧを開放した状態で、チャンバ１０に対するウエハＷの搬入および搬出が行われる。

載置台２０は、チャンバ１０の底部に設置され、その上に、ウエハＷが載置されるようになっている。載置台２０は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等から形成されている。載置台２０の上面には、ウエハを静電吸着するための静電チャック２２が設けられている。静電チャック２２は、絶縁体２２ｂの間にチャック電極２２ａを挟み込んだ構造になっている。チャック電極２２ａには直流電圧源２３が接続され、直流電圧源２３からチャック電極２２ａに直流電圧が印加されることにより、クーロン力等の静電吸着力によってウエハＷが静電チャック２２に吸着される。

載置台２０は、支持体２４により支持されている。支持体２４の内部には、冷媒流路２５が形成されている。冷媒流路２５には、冷媒供給配管２５ａおよび冷媒排出配管２５ｂが接続されており、これらはチラーユニット２６に接続されている。そして、チラーユニット２６から出力された冷媒（例えば冷却水やブライン等）は、冷媒供給配管２５ａ、冷媒流路２５、および冷媒排出配管２５ｂを循環し、これにより載置台２０および静電チャック２２が冷却される。

静電チャック２２には、その上のウエハＷの裏面にヘリウムガス（Ｈｅ）やアルゴンガス（Ａｒ）等の伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給ライン２７が接続されており、伝熱ガス供給ライン２７には、伝熱ガス供給源２８から伝熱ガスが供給される。この伝熱ガスにより、冷媒の冷熱がウエハＷに伝達され、ウエハＷが所定温度に温度制御される。

なお、載置台２０にはウエハ昇降ピン（図示せず）が静電チャックの表面に対し突没可能に設けられており、ウエハ昇降ピンを突出させた状態でウエハＷを受け渡しが行われるようになっている。

ガスシャワーヘッド３０は円板状をなし、チャンバ１０の上部に設けられた円環状のリッド１５に、絶縁体からなるシールドリング３５を介して嵌め込まれており、チャンバ１０の天井部を構成する。ガスシャワーヘッド３０は、図示するように電気的に接地してもよいし、可変直流電源を接続して所定の直流（ＤＣ）電圧が印加されるようにしてもよい。

ガスシャワーヘッド３０は、本体３１を有し、本体１の上部中央にはガスを導入するガス導入口３３が形成されている。本体３１の内部には、中央部に第１ガス拡散室３１ａおよびエッジ部に円環状の第２のガス拡散室３１ｂが設けられている。ガス導入口３３は第１ガス拡散室３１ａに接続され、ガス導入口３３から分岐したガス導入路３４が第２ガス拡散室３１ｂに接続されている。本体３１の底部には、第１ガス拡散室３１ａおよび第２ガス拡散室３１ｂからチャンバ１０内に臨むように多数のガス吐出孔３２が形成されている。ガス導入口３３には、後述するガス供給機構４０のガス供給配管４１が接続されており、ガス供給機構４０からのガスが、ガス導入口３３から第１ガス拡散室３１ａおよび第２ガス拡散室３１ｂに導入され、ガス吐出孔３２からチャンバ１０内の載置台２０に向けて吐出される。

ガス供給機構４０は、ＣＦ系ガス供給源４２と、酸素含有ガス供給源４３と、これらガス供給源からそれぞれ延びる配管４４および４５と、配管４４および４５からのガスをシャワーヘッド３０に導くガス供給配管４１とを有する。配管４４にはマスフローコントローラのような流量制御器４６および開閉バルブ４７が設けられ、配管４５には流量制御器４８および開閉バルブ４９が設けられている。なお、ＣＦ系ガスは１種または複数種用いられ、ＣＦ系ガス供給源および配管は、そのガスの種類の数だけ設けられる。

高周波電力供給装置５０は、載置台２０に２周波重畳の高周波電力を供給するものであり、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第１高周波電源５２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第２高周波電源５４とを有する。第１高周波電源５２は、第１整合器５３を介して載置台２０に電気的に接続される。第２高周波電源５４は、第２整合器５５を介して載置台２０に電気的に接続される。第１高周波電源３２は、例えば、４０ＭＨｚの第１高周波電力を載置台２０に印加する。第２高周波電源３４は、例えば、３ＭＨｚの第２高周波電力を載置台２０に印加する。なお、第１高周波電力は、ガスシャワーヘッド３０に印加してもよい。

第１整合器５３は、第１高周波電源５２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１０内にプラズマが生成されている時に第１高周波電源５２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５５は、第２高周波電源５４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１０内にプラズマが生成されているときに第２高周波電源５４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。

第１高周波電源５２からの高周波電力は、例えばパルス状にパワー変調して印加してもよい。パルスの周期は５〜４０ｋＨｚ程度が好ましい。

制御部６０は、処理装置１００の各構成部、例えばバルブ類、流量制御器、第１高周波電源５２、第２高周波電源５４、排気装置１３、伝熱ガスの供給、冷媒の供給等を制御する。制御部６０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、処理装置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処理装置１００に所定の処理を行わせるように制御する。

以上のように構成される処理装置１００においては、まず、ゲートバルブＧを開け、ウエハＷをチャンバ１０に搬入し、載置台２０に載置するとともにゲートバルブＧを閉じる。そして、チャンバ１０内を排気装置１３により排気するとともに、圧力調整バルブによりチャンバ１０内を所定の真空度に圧力調整しつつ、直流電圧源２３からチャック電極２２ａに直流電圧を印加することにより、ウエハＷが静電チャック２２に吸着され、保持される。

次いで、処理ガスである、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_６、ＣＨ_２Ｆ_２等のＣＦ系ガスおよびＯ_２ガスのような酸素含有ガスをチャンバ１０内に供給しつつ、第１高周波電源５２からプラズマ生成用の第１高周波電力を載置台２０に供給してプラズマを生成するとともに、第２高周波電源５４からバイアス電圧印加用の第２高周波電力を載置台２０に供給してウエハＷにイオンを引き込み、上述したメカニズムのボロン系膜の平坦化のためのプラズマ処理を行う。このとき、ＣＦ系ガスのトータル流量は１０〜１００ｓｃｃｍ、酸素含有ガス例えばＯ_２ガスの流量は１〜１００ｓｃｃｍが好ましく、圧力は１．３３〜１３．３Ｐａ（１０〜１００ｍＴｏｒｒ）が好ましい。

その後、チャンバ１０内にＯ_２ガス等を供給しつつプラズマを生成し、ボロン系膜に残留するＣ（ポリマー）をアッシングにより除去する。

以上のようなボロン系膜の平坦化処理の後、ウエハＷの除電を行った後、ゲートバルブＧを開いてウエハＷを搬入出口１４を介してチャンバ１０から搬出する。

［実験例］
次に、第１の実施形態の実験例について説明する。
ここでは、基板上に、ステージ温度：２５０℃、圧力：５０ｍＴｏｒｒ、マイクロ波パワー：４．２ｋＷ、Ｂ_２Ｈ_６流量：５００ｓｃｃｍ、時間：５ｍｉｎの条件で、マイクロ波プラズマ装置を用いたプラズマＣＶＤにより、約１５０ｎｍの厚さで形成されたボロン膜を、図９の処理装置を用いてステップ１のプラズマ処理工程、およびステップ２のアッシング工程を含む平坦化処理を行った。ステップ１のプラズマ処理工程においては、酸素含有ガスとしてＯ_２ガスを用い、ＣＦ系ガスのガス種、およびＯ_２ガスを含めたガス流量を以下の実験例１〜４のように変化させた。

（ａ）実験例１
・ＣＦ系ガス
Ｃ_４Ｆ_６ ：４３ｓｃｃｍ
Ｃ_４Ｆ_８ ：３５ｓｃｃｍ
ＣＨ_２Ｆ_２ ：５８ｓｃｃｍ
・Ｏ_２ガス ：９５ｓｃｃｍ
（ｂ）実験例２
・ＣＦ系ガス
Ｃ_４Ｆ_６ ：４３ｓｃｃｍ
・Ｏ_２ガス ：４３ｓｃｃｍ
（ｃ）実験例３
・ＣＦ系ガス
Ｃ_４Ｆ_８ ：３５ｓｃｃｍ
・Ｏ_２ガス ：１７ｓｃｃｍ
（ｄ）実験例４
・ＣＦ系ガス
ＣＨ_２Ｆ_２ ：５８ｓｃｃｍ
・Ｏ_２ガス ：５８ｓｃｃｍ

ステップ１の他の条件は、いずれも以下の共通条件とした。
・圧力：２０ｍＴｏｒｒ（２．７Ｐａ）
・高周波パワー
第１高周波電源（４０ＭＨｚ）：７００Ｗ
第２高周波電源（３ＭＨｚ）：７８００Ｗ
・プラズマパルス：あり（周波数１０ｋＨｚ）
・ステージ温度：６０℃

また、ステップ２のアッシング工程の条件は、いずれも以下の通りとした。
・圧力：１００ｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ）
・高周波パワー
第１高周波電源（４０ＭＨｚ）：６００Ｗ
第２高周波電源（３ＭＨｚ）：５０Ｗ
・Ｏ_２ガス流量：６００ｓｃｃｍ
・時間：６０ｓｅｃ

これらの処理後のボロン膜の平坦性を確認した。なお、実験例１においては、アッシング工程の後、希フッ酸（１００：１ＤＦＨ）：１ｍｉｎ、純水（ＤＩＷ）：５ｍｉｎのウエット洗浄処理後の平坦性も確認した。

図１０は、実験例１における各段階のＳＥＭ写真である。図１０に示すように、イニシャル（ａｓ ｄｅｐｏ）のボロン膜の表面粗さＲＭＳが２．４ｎｍであったのに対し、実験例１のプラズマ処理工程で平坦化が進み、アッシング工程を経た後に実際に表面粗さを測定したところ、ＲＭＳが０．３ｎｍという極めて高い平坦性が得られた。また、その後にウエット洗浄処理を行うことにより、ＲＭＳが０．２ｎｍとなり、さらに平坦性が向上した。

図１１は、イニシャル（ａｓ ｄｅｐｏ）のボロン膜と、実験例１〜４の平坦化処理を行った際のボロン膜表面のＡＦＭ写真である。図１１に示すように、実験例１〜４はいずれもＲＭＳが１ｎｍ以下であり、良好な平坦性が得られた。これらの中では、ＣＦ系ガスとしてＨを含むＣＨ_２Ｆ_２のみを用いた実験例４ではＲＭＳが０．７ｎｍであるのに対し、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_４Ｈ_８のいずれかまたは両方を用いた実験例１〜３ではＲＭＳが０．３ｎｍであった。

次に、ステップ１のプラズマ処理におけるＯ_２ガスの影響を確認した。
ここでは、実験例５および実験例６として、上記と同様の条件で成膜されたボロン膜に対し、実験例１におけるプラズマ処理におけるＯ_２ガス流量のみを７５ｓｃｃｍ、１１５ｓｃｃｍと変化させ、他の条件は実験例１と全く同じ条件でプラズマ処理およびアッシング処理を行い、ボロン膜の平坦性を評価した。

その結果を図１２に示す。図１２は、イニシャル（ａｓ ｄｅｐｏ）のボロン膜と、Ｏ_２ガス流量を７５ｓｃｃｍとした実験例５、Ｏ_２ガス流量を９５ｓｃｃｍとした実験例１、Ｏ_２ガス流量を１１５ｓｃｃｍとした実験例６の平坦化処理を行った際のボロン膜表面のＡＦＭ写真である。図１３に示すように、イニシャル（ａｓ ｄｅｐｏ）のボロン膜の表面粗さＲＭＳが２．４ｎｍであるのに対し、Ｏ_２ガス流量を７５ｓｃｃｍとした実験例５ではＲＭＳ＝１．０ｎｍ、Ｏ_２ガス流量を９５ｓｃｃｍとした実験例１ではＲＭＳ＝０．３ｎｍ、Ｏ_２ガス流量を１１５ｓｃｃｍとした実験例６ではＲＭＳ＝０．２ｎｍとなり、ステップ１のプラズマ処理におけるＯ_２ガス流量が平坦性に寄与していることがわかる。すなわち、ＣＦ系ガスとＯ_２ガスとの流量比を最適化して、Ｏ_２プラズマによりカーボン系副生成物を適度に除去することによりボロン膜表面の平坦性が良好になるものと考えられる。

＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。
図１３は、第２の実施形態に係るボロン系膜の形成方法を示すフローチャートである。本実施形態に係るボロン系膜の形成方法は、基板上にボロン系膜を成膜する工程（ステップ１１）と、成膜されたボロン系膜の表面を平坦化処理する工程（ステップ１２）とを有する。

ステップ１１のボロン系膜の成膜は、半導体装置の製造に用いられる一般的な薄膜形成技術によって行うことができ、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、ＡＬＤ、ＰＶＤ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なマイクロ波プラズマＣＶＤが特に好ましい。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。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やＡＬＤでボロン系膜を成膜する場合は、膜中に成膜原料等に由来の不純物として主に水素（Ｈ）が５〜１５ａｔ％程度含まれる。

ステップ１２の平坦化工程は第１の実施形態の平坦化方法と同様に行われる。すなわち、ステップ１１で成膜されたボロン系膜に対し、第１の実施形態のステップ１と同様にＣＦ系ガスおよび酸素含有ガスを含む処理ガスを用いたプラズマ処理を行い、引き続きステップ２と同様にアッシングを行う。また、第１の実施形態と同様、アッシングの後、希フッ酸（ＤＨＦ）等によるウエット洗浄処理を行ってもよい。

本実施形態により、２００ｎｍ程度までの膜厚で、表面粗さＲＭＳが１ｎｍ以下、さらには０．５ｎｍ以下という極めて高い平坦性を有するボロン系膜を形成することができる。

ところで、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り、表面粗さは大きくなる傾向にある。例えば、上述した実験例１に示すように、プラズマＣＶＤにより成膜したボロン膜（ステージ温度：２５０℃、圧力：５０ｍＴｏｒｒ、マイクロ波パワー：４．２ｋＷ、Ｂ_２Ｈ_６：５００ｓｃｃｍ、時間：５ｍｉｎ）は、膜厚が１５０ｎｍでは、ａｓ ｄｅｐｏで表面粗さＲＭＳが２．４ｎｍであったが、成膜時間を長くして膜厚を６００ｎｍ、１８００ｎｍと厚くすると、それぞれ図１４（ａ）、（ｂ）のＳＥＭ写真およびＡＦＭ写真に示すように、ａｓ ｄｅｐｏでの表面粗さが全体的に粗くなり、膜厚が６００ｎｍではＲＭＳ＝３．９ｎｍ、膜厚が１８００ｎｍではＲＭＳ＝６．７ｎｍとなった。

このため、膜厚が１５０ｎｍでは平坦化処理後にＲＭＳ＝０．３ｎｍと極めて高い平坦性が得られたが、膜厚が６００ｎｍ、１８００ｎｍでは、平坦化処理後の表面は、図１５（ａ）、（ｂ）のＳＥＭ写真およびＡＦＭ写真に示すように、微視的には非常に平坦ではあるものの、ａｓ ｄｅｐｏ状態の大きい凹凸が残ってしまい、膜厚が６００ｎｍではＲＭＳ＝０．９ｎｍ、膜厚が１８００ｎｍではＲＭＳ＝３．１ｎｍと膜厚が１５０ｎｍの場合の０．３ｎｍと比べて粗くなってしまう。

そこで、ボロン系膜の成膜と、平坦化処理とを所定回繰り返す。好ましくは、図１６に示すように、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成膜する工程（ステップ２１）と、成膜されたボロン系膜の表面を平坦化処理する工程（ステップ２２）とを所定回数繰り返す。これにより、膜厚が厚く、かつ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。

このとき、連続性の良い膜を形成するために、アッシング処理で除去しきれなかったＣやステップ２２等で形成された酸化層の除去を目的としたウエット処理やプラズマ処理をステップ２１の直前に行ってもよい。

［第２の実施形態のボロン系膜の形成方法を行うための処理システムの一例］
次に、本実施形態のボロン系膜の形成方法を行うための処理システムの一例について説明する。
図１７は、本実施形態のボロン系膜の形成方法を行うための処理システムの一例を示す水平断面図である。

図１７に示すように、処理システム３００は、平坦化処理のための処理装置１００を２つ、ボロン系膜を成膜するための成膜装置２００を２つ有している。処理装置１００は、第１の実施形態の処理装置１００と同じ構成を有する。これらは、平面形状が七角形をなす真空搬送室３０１の４つの壁部にそれぞれゲートバルブＧを介して接続されている。真空搬送室３０１内は、真空ポンプにより排気されて所定の真空度に保持される。すなわち、処理システム３００は、マルチチャンバータイプの真空処理システムであり、上述したステップ１１の成膜工程とステップ１２の平坦化処理工程とを、真空を破ることなく連続して行えるものである。

成膜装置２００は、通常用いられる薄膜形成手法を行える装置であればよく、上述したように、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、ＡＬＤ、ＰＶＤのいずれを行う装置であってもよいが、特に、膜質が良好なボロン系膜が得られるプラズマＣＶＤ装置が好ましく、中でも、後述するようなマイクロ波プラズマＣＶＤ装置が好ましい。

また、真空搬送室３０１の他の３つの壁部には３つのロードロック室３０２がゲートバルブＧ１を介して接続されている。ロードロック室３０２を挟んで真空搬送室３０１の反対側には大気搬送室３０３が設けられている。３つのロードロック室３０２は、ゲートバルブＧ２を介して大気搬送室３０３に接続されている。ロードロック室３０２は、大気搬送室３０３と真空搬送室３０１との間でシリコンウエハＷを搬送する際に、大気圧と真空との間で圧力制御するものである。

大気搬送室３０３のロードロック室３０２取り付け壁部とは反対側の壁部にはウエハＷを収容するキャリア（ＦＯＵＰ等）Ｃを取り付ける３つのキャリア取り付けポート３０５を有している。また、大気搬送室３０３の側壁には、シリコンウエハＷのアライメントを行うアライメントチャンバ３０４が設けられている。大気搬送室３０３内には清浄空気のダウンフローが形成されるようになっている。

真空搬送室３０１内には、搬送機構３０６が設けられている。搬送機構３０６は、酸化膜除去装置１００、金属膜成膜装置２００、ロードロック室３０２に対してシリコンウエハＷを搬送する。搬送機構３０６は、独立に移動可能な２つの搬送アーム３０７ａ，３０７ｂを有している。

大気搬送室３０３内には、搬送機構３０８が設けられている。搬送機構３０８は、キャリアＣ、ロードロック室３０２、アライメントチャンバ３０４に対してシリコンウエハＷを搬送するようになっている。

処理システム３００は全体制御部３１０を有している。全体制御部３１０は、処理装置１００および成膜装置２００にそれぞれ設けられた制御部に制御指令を送るとともに、真空搬送室３０１の排気機構、ガス供給機構や搬送機構３０６、ロードロック室３０２の排気機構やガス供給機構、大気搬送室３０３の搬送機構３０８、ゲートバルブＧ、Ｇ１、Ｇ２の駆動系等を制御する。

このように構成される処理システム３００においては、まず、搬送機構３０８により大気搬送室３０３に接続されたキャリアＣから被処理基板であるウエハＷを取り出し、アライメントチャンバ３０４を経由して、いずれかのロードロック室３０２内に搬入し、ロードロック室３０２内を真空排気した後、搬送機構３０６の搬送アーム３０７ａ，３０７ｂのいずれかによりロードロック室３０２からウエハＷを取り出し、いずれかの成膜装置２００に搬入し、ボロン系膜の成膜処理を行う。

成膜処理が終了後、搬送機構３０６の搬送アーム３０７ａ，３０７ｂのいずれかにより、その中のウエハＷを搬出し、処理装置１００に搬入してボロン系膜の平坦化処理を行う。

ウエハＷに対し、必要に応じて成膜装置２００による成膜処理と、処理装置１００による平坦化処理とを繰り返してもよい。

搬送機構３０６の搬送アーム３０７ａ，３０７ｂのいずれかにより、処理後のウエハＷをいずれかのロードロック室３０２内に搬送し、そのロードロック室３０２内を大気に戻し、搬送機構３０８にてロードロック室３０２内のウエハＷをキャリアＣに戻す。以上の処理をキャリアＣ内の全てのウエハＷについて行う。

この処理システム３００によれば、ボロン膜の成膜と平坦化処理とをｉｎ ｓｉｔｕで行うことができる。

［成膜装置］
次に、ボロン系膜を成膜するための成膜装置２００の一例について説明する。
図１８は成膜装置２００の一例を示す断面図である。成膜装置２００は、ボロン系膜としてボロン膜を成膜するためのマイクロ波プラズマＣＶＤ装置として構成される。

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。処理容器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。チャンバ１０１の上部にはマイクロ波プラズマ源１２０が設けられている。マイクロ波プラズマ源１２０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。

チャンバ１０１の底壁の略中央部には円形の開口部１１０が形成されており、底壁にはこの開口部１１０と連通し、下方に向けて突出する排気室１１１が設けられている。

チャンバ１０１内にはウエハ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１０２が設けられている。この載置台１０２は、排気室１１１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１０３により支持されている。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載置台１０２が加熱され、ウエハＷが所定の温度に加熱される。また、載置台１０２には電極１０７が埋め込まれており、電極１０７には整合器１０８を介してバイアス電圧印加用の高周波電源１０９が接続されている。

載置台１０２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）がサセプタ２の表面に対して突没可能に設けられている。

排気室１１１の側面には排気管１２３が接続されており、この排気管１２３には真空ポンプや自動圧力制御バルブ等を含む排気機構１２４が接続されている。排気機構１２４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１１１の空間１１１ａ内へ均一に排出され、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内を所定の真空度に制御可能となっている。

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３０１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Ｇにより開閉される。

チャンバ１０１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１２７となっている。マイクロ波プラズマ源１２０はこの支持部１２７に支持される。

マイクロ波プラズマ源１２０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１２８と、複数のスロットを有する平面スロットアンテナ１３１と、遅波材１３３と、同軸導波管１３７と、モード変換部１３８と、導波管１３９と、マイクロ波発生器１４０とを有している。

マイクロ波透過板１２８は、支持部材１２７にシール部材１２９を介して気密に設けられている。したがって、チャンバ１０１は気密に保持される。

平面アスロットンテナ１３１は、マイクロ波透過板１２８に対応する円板状をなし、マイクロ波透過板１２８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１３１はチャンバ１０１の側壁上端に係止されている。平面アンテナ３１は導電性材料からなる円板で構成されている。

平面アンテナ１３１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１３２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１３２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１３２を一対として複数対のスロット１３２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１３２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１３２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１３２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１３２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。

遅波材１３３は、平面アンテナ１３１の上面に密着して設けられている。遅波材１３３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１３３はマイクロ波の波長を真空中より短くして平面アンテナ１３１を小さくする機能を有している。

マイクロ波透過板１２８および遅波材１３３の厚さは、遅波板１３３、平面スロットアンテナ１３１、マイクロ波透過板１２８、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１３３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、平面アンテナ１３１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、遅波板１３３とマイクロ波透過板１２８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。

なお、平面アンテナ１３１とマイクロ波透過板１２８との間、また、遅波材１３３と平面アンテナ１３１との間は、離間して配置されていてもよい。

チャンバ１０１の上面には、これら平面アンテナ１３１および遅波材１３３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１３４が設けられている。冷却ジャケット１３４には、冷却水流路１３４ａ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１３３、平面アンテナ１３１、マイクロ波透過板１２８を冷却するようになっている。

同軸導波管１３７は、冷却ジャケット１３４の上壁の中央形成された開口部の上方から挿入されている。同軸導波管１３７は、中空棒状の内導体１３７ａと円筒状の外導体１３７ｂが同心状に配置されてなる。内導体１３７ａの下端は平面スロットアンテナ１３１に接続されている。同軸導波管１３７は上方に延びている。モード変換器１３８は、同軸導波管１３７の上端に接続されている。モード変換器１３８には、水平に延びる断面矩形状の導波管１３９の一端が接続されている。導波管１３９の他端にはマイクロ波発生器１４０が接続されている。導波管１３９にはマッチング回路１４１が介在されている。

マイクロ波発生器１４０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１３９を伝播し、モード変換器１３８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１３７を介して遅波材１３３に向けて伝播する。そして、マイクロ波は、遅波材１３３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１３１のスロット１３２から放射され、マイクロ波透過板１２８を透過してチャンバ１０１内のマイクロ波透過板１２８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１田１２８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１２８ａ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。

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。

成膜装置２００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部１０６を有している。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。

また、処理ガスはプラズマ励起用の不活性ガスや水素（Ｈ_２）ガスを含んでおり、不活性ガスとしては、希ガス例えばＨｅガスやＡｒガスなどが用いられる。Ｎ_２ガスを用いることもできるが、窒化ホウ素の生成を抑制する観点から、ＨｅガスやＡｒガスなどを用いることが好ましい。以下では、ボロン含有ガスとしてＢ_２Ｈ_６ガス、プラズマ励起用の不活性ガスとしてＨｅガスを含む反応ガスを用いる場合を例にして説明する。

ガス供給部１０６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１６１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１６２とを備えている。第１のガス供給部１６１は、モード変換器１３８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１６３を含み、このガス流路１６３の先端のガス供給口１６４は、例えばマイクロ波透過板１２８の中央部において、チャンバ１０１内に開口している。ガス流路１６４には、配管１６５および１６６が接続されている。配管１６５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１６７が接続されており、配管１６６には不活性ガスであるＨｅガスを供給するＨｅガス供給源１６８が接続されている。配管１６５には、マスフローコントローラのような流量制御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が設けられている。

第２のガス供給部１６２は、処理容器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１７０を備えている。シャワーリング１７０には、環状に設けられたバッファ室１７１と、バッファ室１７１から等間隔でチャンバ１０１内に臨むように設けられた複数のガス吐出口１７２とが設けられている。バッファ室１７１には、チャンバ１０１に向かうガス供給路１７３が形成されている。配管１６５および１６６からは、それぞれ配管１７４および１７５が分岐しており、配管１７４および１７５は合流してシャワーリング１７０のバッファ室１７１に接続されている。配管１７４には、流量制御１７４ａおよび開閉バルブ１７４ｂが設けられ、配管１７５には、流量制御器１７５ａおよび開閉バルブ１７５ｂが設けられている。

本例では、第１のガス供給部１６１および第２のガス供給部１６２には、同じガス供給源１６７、１６８から同じ種類のボロン含有ガスや不活性ガスが、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１２８の中央およびチャンバ１０１の周縁からチャンバ１０１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１６１および第２のガス供給部１６２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。

第１、第２のガス供給部１６１、１６２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。

なお、ガス供給部１０６は、第１、第２のガス供給部１６１、１６２、Ｂ_２Ｈ_６ガス供給源１６７、Ｈｅガス供給源１６８、配管、流量制御器、バルブ等を全て含む。

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、マイクロ波発生器１４０、ヒーター電源、高周波電源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。

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Ｇ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Ｇを閉じる。そして、チャンバ１０内を排気装置１３により排気するとともに、圧力調整バルブによりチャンバ１０１内の圧力を例えば０．６７Ｐａ〜３３．３Ｐａ（５ｍＴｏｒｒ〜２５０ｍＴｏｒｒ）に調圧する。そして、載置台１２０内のヒーター１０５によりウエハＷを成膜温度、例えば６０℃〜５００℃の範囲内の温度に安定化させる。

次いで、第１のガス供給部１６１および第２のガス供給部１６２から、Ｂ_２Ｈ_６ガス（Ｂ_２Ｈ_６濃度：１０ｖｏｌ％、Ｈｅガス希釈）およびＨｅガスを、例えば各々２００ｓｃｃｍ、８００ｓｃｃｍの流量でチャンバ１０１内に導入するとともに、マイクロ波プラズマ源１２０のマイクロ波発生器１４０からチャンバ１０１内に例えば２〜５ｋＷのマイクロ波を導入する。このとき、高周波電源１０９から載置台１０２にバイアス電圧を印加する。

誘電体窓４１の下面の直下の領域はプラズマが生成されるプラズマ生成領域であり、その領域ではプラズマの電子温度が比較的高い。プラズマ生成領域のプラズマは、その下方側に拡散していき、プラズマ拡散領域が形成される。このプラズマ拡散領域は、プラズマの電子温度が比較的低い領域であり、載置台１０２上のウエハＷはこの拡散領域に存在する。マイクロ波プラズマは本質的にラジカル主体で高密度のプラズマを生成可能であるから、ウエハＷには低電子温度かつラジカル主体であり、低ダメージかつ高密度プラズマが作用し、良好なボロン膜を成膜することができる。

このとき、例えばＢ_２Ｈ_６ガスなどのボロン含有ガスを用い、当該ボロン含有ガスを不活性ガス（ＨｅガスやＡｒガス）、または水素ガスで希釈して反応ガスを構成すると、上述の成膜条件（成膜圧力、成膜温度）下でウエハＷの表面に成膜されたボロン膜には、ボロンに加え、５〜１５原子％程度の範囲内で不可避的に水素が含まれる。一方、酸素や窒素は、大気中に存在するこれらの成分が不可避成分として取り込まれる程度であり、ボロン膜中の原子濃度としては、１．０原子％未満となる。

所定厚さのボロン膜を成膜した後、ガス供給部１０６からのＢ２Ｈ６ガスの供給を停止し、チャンバ１０１内をＨｅガスによりパージする。続いて、処理容器２内を所定の圧力まで真空引きして、チャンバ１０１内を所定の真空雰囲気に設定し、ゲートバルブＧを開き、搬入出口１２５を介してボロン膜が形成されたウエハＷを搬出する。

なお、ボロン含有ガスの他に他の添加ガスを供給して、ボロンの他に他の元素を意図的に添加したボロン系膜を成膜してもよい。また、成膜装置としては、以上のようなマイクロ波プラズマＣＶＤを行う装置以外に、図１０のような平行平板型のプラズマ処理装置を用い、ボロン含有ガスをプラズマ化してプラズマＣＶＤを行うこともできる。

［ボロン膜の成膜と平坦化処理を行える処理装置の例］
次に、ボロン膜の成膜と平坦化処理を同一チャンバ内で行える処理装置の例について説明する。
図１９は、このような処理装置を示す断面図である。図１９の処理装置４００は、基本構成は図１０の処理装置１００と同様であり、図９の処理装置１００と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。

本例の処理装置４００の処理装置１００と異なるところは、ガス供給機構４０の代わりに、ＣＦ系ガスと酸素含有ガスに加えて、ボロン含有ガス（Ｂ_２Ｈ_６ガス）および不活性ガス（Ｈｅガス）を供給可能なガス供給機構４１０を有することである。

すなわち、ガス供給機構４１０は、ガス供給機構４０と同様、ＣＦ系ガス供給源４２と、酸素含有ガス供給源４３と、これらガス供給源からそれぞれ延びる配管４４および４５と、配管４４に設けられた流量制御器４６および開閉バルブ４７と、配管４５に設けられた流量制御器４８および開閉バルブ４９とを有する他、Ｂ_２Ｈ_６ガス供給源４１１と、Ｈｅガス供給源４１２と、これらガス供給源からそれぞれ延びる配管４１３および４１４と、配管４１３に設けられた流量制御器４１５および開閉バルブ４１６と、配管４１４に設けられた流量制御器４１７および開閉バルブ４１８とを有している。

このような構成により、Ｂ_２Ｈ_６ガスおよびＨｅガスをチャンバ１０内に供給しつつ第１高周波電源５２から載置台２０に高周波電力を印加して生成されるプラズマによりボロン膜を成膜し、次いでチャンバ１０をパージした後、ＣＦ系ガスおよび酸素含有ガスを供給しつつ第１高周波電源５２から載置台２０に高周波電力を印加して生成されるプラズマにより平坦化処理を行うことができる。

処理装置４００によれば、ボロン膜の成膜と平坦化処理を一つのチャンバで行うことができ、極めて高い効率により平坦性の良好なボロン膜を形成することができる。

＜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。

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。

また、上記実施の形態においては、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。

さらに、上記実施の形態で説明した平坦化のための処理装置、ボロン系膜の成膜のための成膜装置、ボロン系膜の成膜および平坦化処理を行うための処理システムおよび処理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。

１０，１０１；チャンバ
１３，１２４；排気装置
２０，１０２；載置台
３０；シャワーヘッド
４０；ガス供給機構
５０；高周波電力供給装置
６０，１５０；制御部
１００，４００；処理装置
１０６；ガス供給部
１２０；マイクロ波プラズマ源
２００；成膜装置
３００；処理システム
Ｗ；半導体ウエハ

Claims (21)

1. 基板上に形成されたボロンを主体とするボロン系膜の表面を平坦化するボロン系膜の平坦化方法であって、
   ボロン系膜に対し、ＣとＦとを含有するＣＦ系ガス、および酸素含有ガスを含む処理ガスを用いたプラズマ処理を行う工程を有することを特徴とするボロン系膜の平坦化方法。
2. 前記プラズマ処理を行う工程の後、残留するカーボン系副生成物をアッシングする工程をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のボロン系膜の平坦化方法。
3. 前記アッシング工程は、Ｏ_２ガスのプラズマにより行うことを特徴とする請求項２に記載のボロン系膜の平坦化方法。
4. 前記アッシング工程の後、前記ボロン系膜が形成された基板をウエット洗浄する工程をさらに有することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のボロン系膜の平坦化方法。
5. 前記ＣＦ系ガスは、ＣとＦとを含有するガスのみ、ＣとＦとＨを含有するガスのみ、または、これらの両方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項に記載のボロン系膜の平坦化方法。
6. 前記ＣＦ系ガスは、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８、ＣＨ_２Ｆ_２からなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項５に記載のボロン系膜の平坦化方法。
7. 前記プラズマ処理工程の際の前記酸素含有ガスはＯ_２ガスであ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平坦化方法。
8. 前記プラズマ処理を行う工程は、平行平板型のプラズマ処理装置により行う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平坦化方法。
9. 前記プラズマ処理を行う工程は、前記ボロン系膜が形成された基板に、高周波バイアス電圧を印加する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平坦化方法。
10. 前記ボロン系膜は、ボロンと不可避的不純物を含むボロン膜であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のボロン系膜の平坦化方法。
11. 前記ボロン系膜は、プラズマＣＶＤにより成膜された膜であることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のボロン系膜の平坦化方法。
12. 前記ボロン系膜は、マイクロ波プラズマＣＶＤにより成膜された膜であることを特徴とする請求項１１に記載のボロン系膜の平坦化方法。
13. 基板上にボロンを主体とするボロン系膜を成膜する工程と、
    前記ボロン系膜の表面を平坦化する工程と
    を有し、
    前記ボロン系膜の表面を平坦化する工程は、ボロン系膜に対し、ＣとＦとを含有するＣＦ系ガス、および酸素含有ガスを含む処理ガスを用いたプラズマ処理を行うことを特徴とするボロン系膜の形成方法。
14. 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１３に記載のボロン系膜の形成方法。
15. 前記ボロン系膜を成膜する工程は、ボロン含有ガスを用いてプラズマＣＶＤにより行われることを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載のボロン系膜の形成方法。
16. 前記ボロン系膜を成膜する工程は、マイクロ波プラズマＣＶＤにより行われることを特徴とする請求項１５に記載のボロン系膜の形成方法。
17. 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を特徴とする請求項１５または請求項１６に記載のボロン系膜の形成方法。
18. 前記ボロン系膜を成膜する工程と、前記平坦化工程とは、ｉｎ ｓｉｔｕで行われることを特徴とする請求項１３から請求項１７のいずれか１項に記載のボロン系膜の形成方法。
19. 前記ボロン系膜を成膜する工程と、前記平坦化工程とは、同一チャンバ内で行われることを特徴とする請求項１８に記載のボロン系膜の形成方法。
20. 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すことを特徴とする請求項１３から請求項１９のいずれか１項に記載のボロン系膜の形成方法。
21. 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２０に記載のボロン系膜の形成方法。