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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024118310
(43)【公開日】2024-08-30
(54)【発明の名称】基板処理方法
(51)【国際特許分類】
H10B 43/27 20230101AFI20240823BHJP
H01L 21/316 20060101ALI20240823BHJP
H01L 21/306 20060101ALI20240823BHJP
H10B 43/50 20230101ALI20240823BHJP
H01L 21/336 20060101ALI20240823BHJP
H10B 41/27 20230101ALI20240823BHJP
H10B 41/50 20230101ALI20240823BHJP
H01L 21/768 20060101ALI20240823BHJP
H01L 21/31 20060101ALN20240823BHJP
【ＦＩ】
H10B43/27
H01L21/316 X
H01L21/306 D
H10B43/50
H01L29/78 371
H10B41/27
H10B41/50
H01L21/90 N
H01L21/31 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】17
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023024667
(22)【出願日】2023-02-20
(71)【出願人】
【識別番号】000219967
【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】荒井 宏貴
【テーマコード（参考）】
5F033
5F043
5F045
5F058
5F083
5F101
【Ｆターム（参考）】
5F033HH19
5F033HH20
5F033HH32
5F033HH33
5F033QQ09
5F033QQ19
5F033QQ48
5F033RR01
5F033RR03
5F033RR04
5F033RR06
5F033RR30
5F033SS11
5F033VV16
5F033WW03
5F043AA37
5F043BB25
5F043FF10
5F045AA08
5F045AA15
5F045AB31
5F045AC02
5F045AC07
5F045AC11
5F045AC16
5F045AC17
5F045AD05
5F045AD06
5F045AD07
5F045AD08
5F045AD09
5F045AE01
5F045AF12
5F045BB02
5F045CB00
5F045DP03
5F045DQ10
5F045EE17
5F045EF05
5F045EH05
5F045EK07
5F045HA14
5F058BA20
5F058BC03
5F058BD04
5F058BF07
5F058BF24
5F058BF27
5F058BF29
5F058BF37
5F058BH11
5F058BJ02
5F058BJ04
5F083EP22
5F083EP76
5F083ER22
5F083GA27
5F083JA39
5F083JA40
5F083KA01
5F083MA06
5F083MA16
5F083PR05
5F083PR06
5F083PR21
5F101BB02
5F101BD16
5F101BD30
5F101BD34
5F101BH02
5F101BH15
(57)【要約】
【課題】基板にエアギャップを形成する基板処理方法を提供する。
【解決手段】第１の材料層と、第２の材料層と、前記第１の材料層と前記第２の材料層との間に形成される酸化マグネシウム層と、を有する構造を形成する工程と、ウエットエッチングで、前記第１の材料層及び前記第２の材料層に対して前記酸化マグネシウム層を選択的に除去してエアギャップを形成する工程と、を有する、基板処理方法。
【選択図】図３
【解決手段】第１の材料層と、第２の材料層と、前記第１の材料層と前記第２の材料層との間に形成される酸化マグネシウム層と、を有する構造を形成する工程と、ウエットエッチングで、前記第１の材料層及び前記第２の材料層に対して前記酸化マグネシウム層を選択的に除去してエアギャップを形成する工程と、を有する、基板処理方法。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板に、第１の材料層と、第２の材料層と、前記第１の材料層と前記第２の材料層との間に形成される酸化マグネシウム層と、を有する構造を形成する工程と、
ウエットエッチングで、前記第１の材料層及び前記第２の材料層に対して前記酸化マグネシウム層を選択的に除去してエアギャップを形成する工程と、を有する、
基板処理方法。
ウエットエッチングで、前記第１の材料層及び前記第２の材料層に対して前記酸化マグネシウム層を選択的に除去してエアギャップを形成する工程と、を有する、
基板処理方法。
【請求項2】
前記構造を形成する工程は、
前記第１の材料層が形成された基板を準備する工程と、
前記第１の材料層の上に前記酸化マグネシウム層を形成する工程と、
前記酸化マグネシウム層の上に第２の材料層を形成する工程と、を有する、
請求項１に記載の基板処理方法。
前記第１の材料層が形成された基板を準備する工程と、
前記第１の材料層の上に前記酸化マグネシウム層を形成する工程と、
前記酸化マグネシウム層の上に第２の材料層を形成する工程と、を有する、
請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項3】
前記酸化マグネシウム層を形成する工程は、
前記基板にマグネシウム前駆体を供給して、前記基板の表面に前記マグネシウム前駆体の吸着層を形成する工程と、
前記基板に酸素含有ガスを供給してプラズマを生成し、前記吸着層を前記プラズマにさらして反応させて前記酸化マグネシウム層を形成する工程と、を所定回数繰り返す、
請求項２に記載の基板処理方法。
前記基板にマグネシウム前駆体を供給して、前記基板の表面に前記マグネシウム前駆体の吸着層を形成する工程と、
前記基板に酸素含有ガスを供給してプラズマを生成し、前記吸着層を前記プラズマにさらして反応させて前記酸化マグネシウム層を形成する工程と、を所定回数繰り返す、
請求項２に記載の基板処理方法。
【請求項4】
前記酸化マグネシウム層を形成する温度は、５０℃～５５０℃の範囲内である、
請求項３に記載の基板処理方法。
請求項３に記載の基板処理方法。
【請求項5】
前記マグネシウム前駆体は、
ＥｔＣｐ２Ｍｇ、ＭｇＣｐ２、Ｃ２Ｈ５ＭｇＣｌ、Ｃ２Ｈ５ＭｇＢｒから選択される、
請求項３に記載の基板処理方法。
ＥｔＣｐ２Ｍｇ、ＭｇＣｐ２、Ｃ２Ｈ５ＭｇＣｌ、Ｃ２Ｈ５ＭｇＢｒから選択される、
請求項３に記載の基板処理方法。
【請求項6】
前記酸素含有ガスはＯ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ２から選択される、
請求項３に記載の基板処理方法。
請求項３に記載の基板処理方法。
【請求項7】
前記ウエットエッチングは、
純水、希釈ＨＦ、リン酸のいずれかで前記酸化マグネシウム層を選択的に除去する、
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の基板処理方法。
純水、希釈ＨＦ、リン酸のいずれかで前記酸化マグネシウム層を選択的に除去する、
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項8】
前記ウエットエッチングは、純水を用い、
前記酸化マグネシウム層を形成する温度は、１００℃以下の範囲内である、
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の基板処理方法。
前記酸化マグネシウム層を形成する温度は、１００℃以下の範囲内である、
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項9】
前記ウエットエッチングは、希釈ＨＦを用い、
前記酸化マグネシウム層を形成する温度は、３００℃以下の範囲内である、
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の基板処理方法。
前記酸化マグネシウム層を形成する温度は、３００℃以下の範囲内である、
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項10】
前記第１の材料層は、誘電体である、
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の基板処理方法。
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項11】
前記第１の材料層は、シリコン含有膜である、
請求項１０に記載の基板処理方法。
請求項１０に記載の基板処理方法。
【請求項12】
前記シリコン含有膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯＣＮ、ＳｉＯＣの少なくともいずれかである、
請求項１１に記載の基板処理方法。
請求項１１に記載の基板処理方法。
【請求項13】
前記第２の材料層は、誘電体である、
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の基板処理方法。
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項14】
前記第２の材料層は、シリコン含有膜である、
請求項１３に記載の基板処理方法。
請求項１３に記載の基板処理方法。
【請求項15】
前記シリコン含有膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯＣＮ、ＳｉＯＣの少なくともいずれかである、
請求項１４に記載の基板処理方法。
請求項１４に記載の基板処理方法。
【請求項16】
前記第２の材料層は、金属含有膜である、
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の基板処理方法。
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項17】
前記金属含有膜は、ＴｉＮ、ＴａＮ、Ｗ、Ｍｏの少なくともいずれを含む、
請求項１６に記載の基板処理方法。
請求項１６に記載の基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、基板処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、半導体基板上にエアギャップを形成するための方法であって、第１の材料の露出層、第２の材料の露出層、および、前記第１の材料の前記層と前記第２の材料の前記層との間に位置するＳｎＯ２の露出層を有する半導体基板を提供することと、水素プラズマエッチング化学物質を用いて、前記露出したＳｎＯ２を前記第１の材料および前記第２の材料の両方に対して選択的にエッチングすることで、前記第１の材料と前記第２の材料との間に凹状フィーチャを形成することと、前記凹状フィーチャを完全に充填することなく前記凹状フィーチャの上に第３の材料を堆積させることで、前記第１の材料の前記層と前記第２の材料の前記層との間に前記エアギャップを形成することと、を含む、方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１８－１４２６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
一の側面では、本開示は、基板にエアギャップを形成する基板処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題を解決するために、一の態様によれば、基板に、第１の材料層と、第２の材料層と、前記第１の材料層と前記第２の材料層との間に形成される酸化マグネシウム層と、を有する構造を形成する工程と、ウエットエッチングで、前記第１の材料層及び前記第２の材料層に対して前記酸化マグネシウム層を選択的に除去してエアギャップを形成する工程と、を有する、基板処理方法が提供される。
【発明の効果】
【0006】
一の側面によれば、本開示は、基板にエアギャップを形成する基板処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】成膜装置の概略構成の一例を示す図。
【図2】酸化マグネシウム層の形成処理の一例を示すフローチャート。
【図3】エアギャップを形成する基板処理方法の一例を示すフローチャート。
【図4】各ステップにおける基板の断面模式図の一例。
【図5】各ステップにおける基板の断面模式図の一例。
【図6】酸化マグネシウム層をＤＩＷ（純水）で処理した際のエッチングレートの一例を示すグラフ。
【図7】酸化マグネシウム層を希釈ＤＨＦ（フッ酸）で処理した際のエッチングレートの一例を示すグラフ。
【図8】エアギャップを形成する基板処理方法の一例を示すフローチャート。
【図9】ステップＳ８０１の処理後における基板の断面模式図の一例。
【図10】ステップＳ８０２の処理後における基板の断面模式図の一例。
【図11】ステップＳ８０３及びステップＳ８０４の処理後における基板の断面模式図の一例。
【図12】ステップＳ８０５の処理後における基板の断面模式図の一例。
【図13】ステップＳ８０６の処理後における基板の断面模式図の一例。
【図14】ステップＳ８０７の処理後における基板の断面模式図の一例。
【図15】ステップＳ８０８の処理後における基板の断面模式図の一例。
【図16】ステップＳ８０９及びステップＳ８１０の処理後における基板の断面模式図の一例。
【図17】ステップＳ８１１の処理後における基板の断面模式図の一例。
【図18】ステップＳ８１２の処理後における基板の断面模式図の一例。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【0009】
＜成膜装置＞
最初に、基板Ｗに酸化マグネシウム層（後述する酸化マグネシウム層４２０、酸化マグネシウム膜５４０参照）を形成する成膜装置１００について、図１を用いて説明する。図１は、成膜装置１００の概略構成の一例を示す図である。成膜装置１００は、プラズマＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）装置であって、基板Ｗに酸化マグネシウム層を形成する成膜装置である。
最初に、基板Ｗに酸化マグネシウム層（後述する酸化マグネシウム層４２０、酸化マグネシウム膜５４０参照）を形成する成膜装置１００について、図１を用いて説明する。図１は、成膜装置１００の概略構成の一例を示す図である。成膜装置１００は、プラズマＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）装置であって、基板Ｗに酸化マグネシウム層を形成する成膜装置である。
【0010】
成膜装置１００は、略円筒状の気密な処理容器１を有する。処理容器１の内部には、基板Ｗを載置するステージ２が設けられている。ステージ２は、円筒状の支持部材３によって支持されている。ステージ２の外縁部には、基板Ｗをガイドするためのガイドリング４が設けられている。これにより、ステージ２及びガイドリング４によって、ステージ２の上面に基板Ｗを載置するための略円形状の凹部が形成されている。ステージ２には、モリブデンなどの高融点金属で構成されたヒータ５が埋め込まれている。ヒータ５は、ヒータ電源６から給電され、ステージ２に載置された基板Ｗを所定の温度に加熱する。また、ステージ２は、平行平板電極の下部電極として機能する。ステージ２は、伝送路４３を介して接地されている。また、ステージ２には、バイアスを印加するために高周波電源や直流電源が接続されていてもよい。
【0011】
処理容器１の天壁１ａには、絶縁部材９を介してシャワーヘッド１０が設けられている。シャワーヘッド１０は、平行平板電極の上部電極として機能し、下部電極としてのステージ２と対向している。シャワーヘッド１０には、整合器４１を介して高周波電源４２が接続されている。高周波電源４２から上部電極（シャワーヘッド１０）に例えば、４００ｋＨｚ～１００ＭＨｚの高周波電力を供給することによって、上部電極（シャワーヘッド１０）と下部電極（ステージ２）との間に高周波電界が生成され、容量結合プラズマが生成する。プラズマ生成部４０は、整合器４１と、高周波電源４２と、を含む。なお、プラズマ生成部４０は、容量結合プラズマに限らず、誘導結合プラズマなど他のプラズマを生成するものであってもよい。
【0012】
シャワーヘッド１０は、ベース部材１１と、シャワープレート１２と、を有する。ベース部材１１とシャワープレート１２との間には、ガス拡散空間１３が形成されている。シャワープレート１２には、ガス拡散空間１３から処理容器１内へガスを分散供給するための多数のガス吐出孔１４が例えば均等に配置されている。ベース部材１１の中央付近には、ガス拡散空間１３と連通するガス導入孔１５が形成されている。ガス導入孔１５は、ガス配管１６を介して、ガス供給部２０のガス供給ライン２１ｄ～２４ｄと接続されている。なお、ベース部材１１の上部に形成された凹部には、断熱部材１７が設けられている。
【0013】
ガス供給部２０は、マグネシウム前駆体ガス供給源２１と、酸素含有ガス供給源２２と、Ａｒガス供給源２３と、Ｈｅガス供給源２４と、を有する。
【0014】
マグネシウム前駆体ガス供給源２１は、マグネシウム前駆体ガスを供給する。マグネシウム前駆体ガスは、例えば金属としてマグネシウム（Ｍｇ）を含む有機金属ガスを用いることができる。また、マグネシウム前駆体ガスは、例えば、ＥｔＣｐ２Ｍｇ（ビス(エチルシクロペンタジエニル)マグネシウム）、ＭｇＣｐ２（ビス(シクロペンタジエニル)マグネシウム）、Ｃ２Ｈ５ＭｇＣｌ、Ｃ２Ｈ５ＭｇＢｒ、等のうち少なくとも１つを含むガスを用いることができる。以下の説明において、マグネシウム前駆体ガスは、ＥｔＣｐ２Ｍｇを用いるものとして説明する。
【0015】
なお、マグネシウム前駆体ガス供給源２１は、液体のマグネシウム前駆体を気化させる気化器（図示せず）と、気化したマグネシウム前駆体ガスを気化器から搬送するキャリアガス（例えばＡｒガス）を供給するキャリアガス供給源（図示せず）と、を含む構成であってもよい。この場合、マグネシウム前駆体ガス供給源２１は、気化したマグネシウム前駆体ガスとともにキャリアガス（例えばＡｒガス）を供給する。
【0016】
酸素含有ガス供給源２２は、酸素含有ガスを供給する。具体的には、酸素含有ガスは、例えば、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ２等のうち少なくとも１つを含むガスを用いることができる。以下の説明において、酸素含有ガスは、Ｏ２を用いるものとして説明する。
【0017】
Ａｒガス供給源２３は、プラズマ生成ガス、パージガス、希釈ガス、キャリアガスなどとして用いるＡｒガスを供給する。
【0018】
Ｈｅガス供給源２４は、プラズマ生成ガス、パージガス、希釈ガス、キャリアガスなどとして用いるＨｅガスを供給する。
【0019】
マグネシウム前駆体ガス供給源２１は、ガス供給ライン２１ｄを介して、ガス配管１６に接続される。ガス供給ライン２１ｄには、バルブ２１ａ、マスフローコントローラ２１ｂ、バルブ２１ｃが設けられる。マスフローコントローラ２１ｂは、ガス供給ライン２１ｄを流れるマグネシウム前駆体ガスの流量を制御する。バルブ２１ａ，２１ｃは、開閉動作により、ガス配管１６へのマグネシウム前駆体ガスの供給・遮断を行う。
【0020】
酸素含有ガス供給源２２は、ガス供給ライン２２ｄを介して、ガス配管１６に接続される。ガス供給ライン２２ｄには、バルブ２２ａ、マスフローコントローラ２２ｂ、バルブ２２ｃが設けられる。マスフローコントローラ２２ｂは、ガス供給ライン２２ｄを流れる酸素含有ガスの流量を制御する。バルブ２２ａ，２２ｃは、開閉動作により、ガス配管１６への酸素含有ガスの供給・遮断を行う。
【0021】
Ａｒガス供給源２３は、ガス供給ライン２３ｄを介して、ガス配管１６に接続される。ガス供給ライン２３ｄには、バルブ２３ａ、マスフローコントローラ２３ｂ、バルブ２３ｃが設けられる。マスフローコントローラ２３ｂは、ガス供給ライン２３ｄを流れるＡｒガスの流量を制御する。バルブ２３ａ，２３ｃは、開閉動作により、ガス配管１６へのＡｒガスの供給・遮断を行う。
【0022】
Ｈｅガス供給源２４は、ガス供給ライン２４ｄを介して、ガス配管１６に接続される。ガス供給ライン２４ｄには、バルブ２４ａ、マスフローコントローラ２４ｂ、バルブ２４ｃが設けられる。マスフローコントローラ２４ｂは、ガス供給ライン２４ｄを流れるＨｅガスの流量を制御する。バルブ２４ａ，２４ｃは、開閉動作により、ガス配管１６へのＨｅガスの供給・遮断を行う。
【0023】
そして、ガス供給ライン２１ｄ～２４ｄからガス配管１６に供給されたガスは、ガス導入孔１５を介してガス拡散空間１３に供給され、シャワープレート１２のガス吐出孔１４を通り、処理容器１内に吐出される。
【0024】
処理容器１の底壁１ｂの中央部には、略円形の穴５０が形成されている。また、底壁１ｂには、穴５０を覆うように下方に向けて突出する排気室５１が設けられている。排気室５１の側面には、排気管５２が接続されている。排気管５２には、排気装置５３が接続されている。これにより、排気管５２は、排気装置５３によって処理容器１内を減圧できるように構成されている。
【0025】
ステージ２には、基板Ｗを支持して昇降させるための複数（たとえば、３本）のウェハ支持ピン５４が設けられる。複数のウェハ支持ピン５４は、ステージ２の表面に対して突没可能に設けられ、支持板５５に支持される。そして、ウェハ支持ピン５４は、駆動機構５６により、支持板５５を介して昇降可能に構成される。
【0026】
処理容器１の側壁には、搬送口５７が設けられている。搬送口５７は、ゲートバルブ５８によって開閉される。処理容器１内と搬送室（図示せず）との間における基板Ｗの搬入出は、搬送口５７を介して行われる。
【0027】
また、成膜装置１００は、制御装置６０を備えている。制御装置６０は、例えばコンピュータであって、制御部６１と、記憶部６２と、を備えている。記憶部６２には、成膜装置１００において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部６１は、記憶部６２に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって成膜装置１００の動作を制御する。
【0028】
また、制御装置６０には、ユーザーインターフェース６３が接続されている。ユーザーインターフェース６３は、オペレータが成膜装置１００を管理するためにコマンドの入力操作などを行う入力装置や、成膜装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイなどの出力装置を有している。
【0029】
＜酸化マグネシウム層の形成方法＞
次に、成膜装置１００を用いて基板Ｗに酸化マグネシウム層（後述する酸化マグネシウム層４２０、酸化マグネシウム膜５４０参照）を形成する処理の一例について、図２を用いて説明する。図２は、酸化マグネシウム層の形成処理の一例を示すフローチャートである。
次に、成膜装置１００を用いて基板Ｗに酸化マグネシウム層（後述する酸化マグネシウム層４２０、酸化マグネシウム膜５４０参照）を形成する処理の一例について、図２を用いて説明する。図２は、酸化マグネシウム層の形成処理の一例を示すフローチャートである。
【0030】
ステップＳ２０１において、基板Ｗを準備する。
【0031】
最初に、ガス供給部２０のバルブ２１ａ～２４ａが開かれ、バルブ２１ｃ～２４ｃが閉じられた状態で、ゲートバルブ５８を開いて搬送ロボット（図示せず）により基板Ｗを処理容器１内に搬送し、搬送位置にあるステージ２に載置する。搬送ロボットを処理容器１内から退避させた後、ゲートバルブ５８を閉じる。制御部６１は、ヒータ電源６を制御して、ステージ２のヒータ５により基板Ｗを所定の成膜温度に加熱する。また、排気装置５３の圧力制御バルブ（図示せず）により処理容器１内を所定の圧力に調整する。ここで、成膜温度は、５０℃～５５０℃の範囲内であることが好ましい。また、成膜温度は、１００℃～３００℃の範囲内であることがより好ましい。
【0032】
ステップＳ２０２において、基板Ｗが配置された処理容器１内にマグネシウム前駆体ガスを供給する。制御部６１は、バルブ２１ｃを開く。そして、制御部６１は、所定の時間が経過した後、バルブ２１ｃを閉じる。これにより、マグネシウム前駆体ガスを処理容器１内に供給し、マグネシウム前駆体を基板Ｗの表面に吸着させて吸着層を形成する。
【0033】
ステップＳ２０３において、基板Ｗが配置された処理容器１内にパージガスを供給する。制御部６１は、バルブ２３ｃ及び／又はバルブ２４ｃを開く。そして、制御部６１は、所定の時間が経過した後、バルブ２３ｃ及び／又はバルブ２４ｃを閉じる。これにより、パージガスを処理容器１内に供給し、処理容器１内に残留するマグネシウム前駆体ガスが速やかに排気管５２へと排出され、処理容器１内がパージガス雰囲気に短時間で置換される。
【0034】
ステップＳ２０４において、基板Ｗが配置された処理容器１内に酸素含有ガスのプラズマを生成する。制御部６１は、バルブ２２ｃを開く。また、制御部６１は、高周波電源４２を制御して上部電極（シャワーヘッド１０）に高周波電力を供給する。これにより、処理容器１内に酸素含有ガスのプラズマを生成して、基板Ｗをプラズマに曝す。そして、制御部６１は、所定の時間が経過した後、高周波電源４２を制御して上部電極（シャワーヘッド１０）への高周波電力の供給を停止し、バルブ２２ｃを閉じる。これにより、基板Ｗの表面に吸着したマグネシウム前駆体の吸着層が酸素含有ガスのプラズマによって酸化され、酸化マグネシウム層を形成する。
【0035】
ステップＳ２０５において、基板Ｗが配置された処理容器１内にパージガスを供給する。制御部６１は、バルブ２３ｃ及び／又はバルブ２４ｃを開く。そして、制御部６１は、所定の時間が経過した後、バルブ２３ｃ及び／又はバルブ２４ｃを閉じる。これにより、パージガスを処理容器１内に供給し、処理容器１内に残留する酸素含有ガスが速やかに排気管５２へと排出され、処理容器１内がパージガス雰囲気に短時間で置換される。
【0036】
ステップＳ２０６において、ステップＳ２０２からステップＳ２０５の処理をＡＬＤプロセスの１サイクルとして、サイクルを所定回数繰り返したか否かを判定する。所定回数繰り返していない場合（Ｓ２０６・ＮＯ）、制御部６１の処理はステップＳ２０２に戻る。所定回数繰り返した場合（Ｓ２０６・ＹＥＳ）、制御部６１による処理を終了する。
【0037】
このように、ＡＬＤプロセス（ステップＳ２０２からステップＳ２０５）のサイクルを所定回数繰り返すことにより、基板Ｗに予め定められた膜厚の酸化マグネシウム層が形成される。また、ＡＬＤプロセスによって、カバレッジよく酸化マグネシウム層が形成される。
【0038】
その後、処理容器１内への搬入時とは逆の手順で基板Ｗを処理容器１から搬出する。
【0039】
以上のように、プラズマＡＬＤ法を用いて基板Ｗに酸化マグネシウム層を形成することができる。
【0040】
＜エアギャップ形成方法＞
次に、エアギャップを形成する基板処理方法（エアギャップ形成方法）の一例について、図３から図５を用いて説明する。図３は、エアギャップ４３５を形成する基板処理方法の一例を示すフローチャートである。図４から図５は、各ステップにおける基板Ｗの断面模式図の一例である。ここでは、第１の材料層（電極４１０）と第２の材料層（絶縁膜４３０）との間にエアギャップ４３５を形成する場合を例に説明する。
次に、エアギャップを形成する基板処理方法（エアギャップ形成方法）の一例について、図３から図５を用いて説明する。図３は、エアギャップ４３５を形成する基板処理方法の一例を示すフローチャートである。図４から図５は、各ステップにおける基板Ｗの断面模式図の一例である。ここでは、第１の材料層（電極４１０）と第２の材料層（絶縁膜４３０）との間にエアギャップ４３５を形成する場合を例に説明する。
【0041】
ステップＳ３０１において、基板Ｗを準備する。基板Ｗは、下地層４００を有する。
【0042】
ステップＳ３０２において、基板Ｗに電極４１０（第１の材料層）を形成する。ここでは、下地層４００の上面の一部に電極４１０が形成される。電極４１０は、例えば金属含有膜で形成される。なお、金属含有膜は、金属で形成される膜であってもよく、金属化合物で形成される膜であってもよい。
【0043】
図４（ａ）は、ステップＳ３０２において電極４１０が形成された後の基板Ｗの断面模式図の一例である。ここでは、下地層４００の上面の一部に電極４１０が形成される。また、電極４１０の上面、電極４１０の側壁及び下地層４００の上面の残部は露出している。
【0044】
ステップＳ３０３において、基板Ｗの表面に酸化マグネシウム層４２０（犠牲層）を形成する。ここでは、電極４１０（第１の材料層）が形成された基板Ｗが図１に示す成膜装置１００に搬送される。成膜装置１００は、図２に示すプラズマＡＬＤプロセスによって、基板Ｗの基板表面にカバレッジよく酸化マグネシウム層４２０を形成する。
【0045】
図４（ｂ）は、ステップＳ３０３において酸化マグネシウム層４２０が形成された後の基板Ｗの断面模式図の一例である。ここでは、電極４１０の上面、電極４１０の側壁及び下地層４００の上面の残部にカバレッジよく酸化マグネシウム層４２０を形成する。
【0046】
ステップＳ３０４において、基板Ｗにエッチング処理を施す。ここでは、酸化マグネシウム層４２０の一部を残し、他の部分をエッチングにより除去する。
【0047】
図４（ｃ）は、ステップＳ３０４においてエッチング処理後の基板Ｗの断面模式図の一例である。ここでは、プラズマエッチング処理等の異方性エッチング処理によって、電極４１０の上面及び下地層４００の上面の残部に形成された酸化マグネシウム層４２０を除去する。一方、電極４１０の側壁に形成された酸化マグネシウム層４２０は残存する。
【0048】
ステップＳ３０５において、基板Ｗに絶縁膜４３０（第２の材料層）を形成する。ここで、絶縁膜４３０は、誘電体である。また、絶縁膜４３０は、例えばシリコン含有膜である。また、シリコン含有膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯＣＮ、ＳｉＯＣの少なくともいずれかである。
【0049】
図５（ａ）は、ステップＳ３０５において絶縁膜４３０が形成された後の基板Ｗの断面模式図の一例である。ここでは、電極４１０及び酸化マグネシウム層４２０の上面、酸化マグネシウム層４２０の側壁及び下地層４００の上面の残部に絶縁膜４３０を形成する。
【0050】
ステップＳ３０６において、基板ＷにＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）処理を施す。
【0051】
図５（ｂ）は、ステップＳ３０６においてＣＭＰ処理が施された後の基板Ｗの断面模式図の一例である。ＣＭＰ処理によって、基板Ｗの上面が除去され、電極４１０及び酸化マグネシウム層４２０の上面が露出する。これにより、第１の材料層（電極４１０）と第２の材料層（絶縁膜４３０）との間に犠牲層（酸化マグネシウム層４２０）が介在する構造が形成される。換言すれば、第１の材料層（電極４１０）と、第２の材料層（絶縁膜４３０）と、第１の材料層と第２の材料層との間に形成される犠牲層（酸化マグネシウム層４２０）と、を有する構造が形成される。
【0052】
ステップＳ３０７において、ウェットエッチング処理により基板Ｗに形成された酸化マグネシウム層４２０を除去し、エアギャップ４３５を形成する。
【0053】
図５（ｃ）は、ステップＳ３０７においてエアギャップ４３５が形成された後の基板Ｗの断面模式図の一例である。ウェットエッチング処理により酸化マグネシウム層４２０が除去される。これにより、第１の材料層（電極４１０）と第２の材料層（絶縁膜４３０）との間にエアギャップ４３５を有する構造が形成される。
【0054】
ウェットエッチング処理は、基板Ｗの表面に純水（ＤＩＷ：De Ionized Water）または希釈ＨＦ（ＤＨＦ）を供給することにより、または、純水または希釈ＨＦが貯留された水槽に基板Ｗを入れることにより、基板Ｗに形成された酸化マグネシウム層４２０を除去する。そして、基板Ｗを乾燥させることにより、酸化マグネシウム層４２０を除去された部分にエアギャップ４３５を形成する。なお、ウェットエッチング処理は、これらの液（ＤＩＷ、ＤＨＦ）に限られるものではなく、リン酸を用いてもよい。
【0055】
なお、ステップＳ３０７に示す処理を施す装置として、例えば、純水（ＤＩＷ）、希釈ＨＦ（ＤＨＦ）、リン酸のうちいずれかを基板Ｗの表面に供給して基板Ｗを洗浄する洗浄装置を用いることができる。
【0056】
図６は、ＤＩＷで処理した際のエッチングレートの一例を示すグラフである。ここでは、成膜温度１００℃、２００℃、３００℃のそれぞれで形成した酸化マグネシウム層（ＭｇＯ）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）及びシリコン酸化膜（ＳｉＯ）をＤＩＷでウェットエッチング処理した。横軸は酸化マグネシウム層の成膜温度を示す。縦軸は、ＤＩＷでウェットエッチング処理した際のウェットエッチングレート（ＤＩＷ ＷＥＲ）［ｎｍ／ｍｉｎ］を示す。なお、ウェットエッチング処理する際のＤＩＷの温度（及び／又は基板Ｗの温度）は、常温（例えば１０℃～５０℃の範囲内）である。
【0057】
図６に示すように、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）及びシリコン酸化膜（ＳｉＯ）は、ＤＩＷではエッチングされないことを示す。これに対し、酸化マグネシウム層（ＭｇＯ）は、いずれの成膜温度（１００℃、２００℃、３００℃）においても、ＤＩＷでエッチングされることが確認できた。また、成膜温度１００℃の酸化マグネシウム層（ＭｇＯ）においては、ＤＩＷで高速でエッチングされることが確認できた。換言すれば、酸化マグネシウム層は、ＤＩＷでウェットエッチング処理を施すことにより、基板Ｗから除去することができる。また、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）及びシリコン酸化膜（ＳｉＯ）と比較して、高いウェットエッチング選択比を有する。換言すれば、酸化マグネシウム層は、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）及びシリコン酸化膜（ＳｉＯ）と比較して、高い選択比で基板Ｗから除去することができる。
【0058】
また、酸化マグネシウム層の成膜温度を１００℃以下とすることにより、ＤＩＷで好適に除去可能な酸化マグネシウム層とすることができる。
【0059】
図７は、ＤＨＦで処理した際のエッチングレートの一例を示すグラフである。ここでは、成膜温度１００℃、２００℃、３００℃のそれぞれで形成した酸化マグネシウム層（ＭｇＯ）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）及びシリコン酸化膜（ＳｉＯ）を０．１％ＤＨＦでウェットエッチング処理した。横軸は酸化マグネシウム層の成膜温度を示す。縦軸は、ＤＨＦで処理した際のウェットエッチングレート（ＤＩＦ ＷＥＲ）［ｎｍ／ｍｉｎ］を示す。なお、ウェットエッチング処理する際のＤＨＦの温度（及び／又は基板Ｗの温度）は、常温（例えば１０℃～５０℃の範囲内）である。
【0060】
図７に示すように、酸化マグネシウム層は、いずれの成膜温度（１００℃、２００℃、３００℃）においても、０．１％ＤＨＦでエッチングされることを示す。また、酸化マグネシウム層は、いずれの成膜温度（１００℃、２００℃、３００℃）においても、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）及びシリコン酸化膜（ＳｉＯ）と比較して、高い選択比を有する。換言すれば、酸化マグネシウム層は、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）及びシリコン酸化膜（ＳｉＯ）と比較して、高い選択比で基板Ｗから除去することができる。
【0061】
また、酸化マグネシウム層の成膜温度を３００℃以下とすることにより、希釈ＤＨＦで好適に除去可能な酸化マグネシウム層とすることができる。
【0062】
このように、ＤＩＷまたは希釈ＤＨＦを用いて、酸化マグネシウム層４２０をウェットエッチングすることができる。
【0063】
また、図示は省略するが、常温のリン酸を用いても同様に酸化マグネシウム層４２０をウェットエッチングすることができる。
【0064】
これにより、第１の材料層（電極４１０）と第２の材料層（絶縁膜４３０）との間にエアギャップ４３５を有する構造が形成される。また、図５（ｃ）に示すように、隣接する電極４１０間にエアギャップ４３５を形成することができる。隣接する電極４１０間にエアギャップ４３５を形成することにより、電極４１０間のリーク電流等を抑制することができる。
【0065】
ここで、参考例に係るエアギャップ形成方法について説明する。参考例に係るエアギャップ形成方法では、ドライエッチングを用いて犠牲層をエッチングすることにより基板にエアギャップを形成する。この場合、ドライエッチングのプラズマにより電極にダメージ(変質)等するおそれがある。
【0066】
【0067】
また、図３から図５に示す本実施例のエアギャップ形成方法によれば、常温のＤＩＷ、希釈ＤＨＦ、またはリン酸で処理を行うことができる。これにより、基板Ｗを高温に加熱することなく、酸化マグネシウム層４２０を除去してエアギャップ４３５を形成することができる。即ち、基板Ｗに形成された半導体素子において、熱によるダメージを抑制することができる。また、ドライエッチングでの除去ではないため、電極４１０及び絶縁膜４３０にはプラズマによるダメージはなく、エアギャップ４３５を形成する事ができる。
【0068】
次に、エアギャップを形成する基板処理方法の他の一例について、図８から図１８を用いて説明する。図８は、エアギャップ６４０を形成する基板処理方法の一例を示すフローチャートである。図９から図１８は、各ステップの処理後における基板Ｗの断面模式図の一例である。ここでは、第１の材料層（第１のシリコン含有膜５１０、絶縁膜５３０）と第２の材料層（バリア膜５５０、金属膜５６０）との間にエアギャップ６４０を形成する場合を例に説明する。なお、図１８に示す構造は、例えば、３Ｄ ＮＡＮＤの配線構造である。
【0069】
ステップＳ８０１において、基板Ｗに第１のシリコン含有膜５１０及び第２のシリコン含有膜５２０を交互に積層した積層構造を形成する。ここで、第１のシリコン含有膜５１０は、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ）である。第２のシリコン含有膜５２０は、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ）である。
【0070】
図９は、ステップＳ８０１の処理後における基板Ｗの断面模式図の一例である。ここでは、基板Ｗに第１のシリコン含有膜５１０及び第２のシリコン含有膜５２０を交互に積層した積層構造が形成される。
【0071】
ステップＳ８０２において、基板Ｗに形成された第１のシリコン含有膜５１０と第２のシリコン含有膜５２０の積層構造に段差６１０を形成する。
【0072】
図１０は、ステップＳ８０２の処理後における基板Ｗの断面模式図の一例である。ここでは、第１のシリコン含有膜５１０と第２のシリコン含有膜５２０の積層構造に段差６１０が形成される。
【0073】
ステップＳ８０３において、基板Ｗに絶縁膜５３０を形成する。ここで、絶縁膜５３０は、第１のシリコン含有膜５１０と同様に、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ）である。
【0074】
ステップＳ８０４において、基板ＷにＣＭＰ処理を施す。
【0075】
図１１は、ステップＳ８０３及びステップＳ８０４の処理後における基板Ｗの断面模式図の一例である。ここでは、積層構造の上面及び段差６１０を覆うように絶縁膜５３０が形成され、ＣＭＰ処理によって絶縁膜５３０の上面が平坦化される。
【0076】
ステップＳ８０５において、基板Ｗにコンタクトホール６２０を形成する。ここでは、例えばドライエッチングを用いて、第１のシリコン含有膜５１０と第２のシリコン含有膜５２０の積層構造及び絶縁膜５３０にコンタクトホール６２０を形成する。
【0077】
図１２は、ステップＳ８０５の処理後における基板Ｗの断面模式図の一例である。ここでは、第１のシリコン含有膜５１０と第２のシリコン含有膜５２０の積層構造及び絶縁膜５３０に垂直方向に延びるコンタクトホール６２０が形成される。
【0078】
ステップＳ８０６において、第２のシリコン含有膜５２０を除去する。ここでは、基板Ｗを熱リン酸でエッチング処理する。これにより、第１のシリコン含有膜５１０に対し第２のシリコン含有膜５２０が選択的にエッチングされ、第２のシリコン含有膜５２０が除去される。
【0079】
図１３は、ステップＳ８０６の処理後における基板Ｗの断面模式図の一例である。ここでは、コンタクトホール６２０を介して、第２のシリコン含有膜５２０がエッチングされ、除去される。これにより、コンタクトホール６２０から水平方向に延びる複数の溝６２５が形成される。
【0080】
ステップＳ８０７において、基板Ｗの表面に酸化マグネシウム膜５４０（ＭｇＯ膜、犠牲層）を形成する。ここでは、第１の材料層（第１のシリコン含有膜５１０、絶縁膜５３０）にコンタクトホール６２０及び溝６２５が形成された基板Ｗが図１に示す成膜装置１００に搬送される。成膜装置１００は、図２に示すプラズマＡＬＤプロセスによって、基板Ｗの基板表面（絶縁膜５３０の上面、コンタクトホール６２０の内壁及び溝６２５の内壁等）にカバレッジよくコンフォーマルな酸化マグネシウム膜５４０を形成する。
【0081】
図１４は、ステップＳ８０７の処理後における基板Ｗの断面模式図の一例である。ここでは、コンタクトホール６２０の内壁、溝６２５の内壁に酸化マグネシウム膜５４０が形成される。なお、絶縁膜５３０の上面に形成される酸化マグネシウム膜５４０については、適宜のタイミングでプラズマドライエッチングもしくはＣＭＰによって除去される部分であり、図示を省略している。
【0082】
ステップＳ８０８において、コンタクトホール６２０の内壁に形成された酸化マグネシウム膜５４０を除去する。ここでは、例えばプラズマエッチング処理等の異方性エッチング処理によってコンタクトホール６２０の内壁に形成された酸化マグネシウム膜５４０を除去する。
【0083】
図１５は、ステップＳ８０８の処理後における基板Ｗの断面模式図の一例である。ここでは、コンタクトホール６２０の内壁に形成された酸化マグネシウム膜５４０が除去され、溝６２５の内壁に酸化マグネシウム膜５４０が形成された状態となる。
【0084】
ステップＳ８０９において、コンタクトホール６２０の内壁及び溝６２５の内壁にバリア膜５５０を形成する。ここで、バリア膜５５０は、例えばＴｉＮである。
【0085】
ステップＳ８１０において、コンタクトホール６２０及び溝６２５に金属膜５６０を埋め込む。ここで、金属膜５６０は、例えばタングステン（Ｗ）である。なお、金属膜５６０は、例えば３Ｄ ＮＡＮＤの配線として用いられる構造である。
【0086】
図１６は、ステップＳ８０９及びステップＳ８１０の処理後における基板Ｗの断面模式図の一例である。ここでは、第２の材料層として、バリア膜５５０及び金属膜５６０が形成される。第２の材料層は、金属含有膜で形成される。また、金属含有膜は、ＴｉＮ、ＴａＮ、Ｗ、Ｍｏの少なくともいずれを用いることができる。なお、コンタクトホール６２０及び溝６２５にバリア膜５５０及び金属膜５６０が形成されるものとして説明したが、これに限られるものではなく、コンタクトホール６２０及び溝６２５に金属膜５６０を直接埋め込む構成であってもよい。
【0087】
また、第１の材料層（第１のシリコン含有膜５１０、絶縁膜５３０）と第２の材料層（バリア膜５５０、金属膜５６０）との間に犠牲層（酸化マグネシウム膜５４０）が介在する構造が形成される。換言すれば、第１の材料層（第１のシリコン含有膜５１０、絶縁膜５３０）と、第２の材料層（バリア膜５５０、金属膜５６０）と、第１の材料層と第２の材料層との間に形成される犠牲層（酸化マグネシウム膜５４０）と、を有する構造が形成される。
【0088】
ステップＳ８１１において、基板Ｗにスリットコンタクト６３０を形成する。ここでは、例えばドライエッチングを用いて、絶縁膜５３０にスリットコンタクト６３０を形成する。スリットコンタクト６３０は、絶縁膜５３０の上面から酸化マグネシウム膜５４０まで達する凹部である。また、酸化マグネシウム膜５４０は、絶縁膜５３０をエッチングする際のエッチングストッパー膜として機能する。
【0089】
図１７は、ステップＳ８１１の処理後における基板Ｗの断面模式図の一例である。ここでは、絶縁膜５３０の上面から酸化マグネシウム膜５４０まで連通するスリットコンタクト６３０が形成される。
【0090】
ステップＳ８１２において、酸化マグネシウム膜５４０を除去し、エアギャップ６４０を形成する。ここでは、常温のＤＩＷ、希釈ＤＨＦ、またはリン酸を用いて基板Ｗをウェットエッチング処理する。これにより、スリットコンタクト６３０を介して酸化マグネシウム膜５４０が除去される。
【0091】
図１８は、ステップＳ８１２の処理後における基板Ｗの断面模式図の一例である。ここでは、スリットコンタクト６３０を介して酸化マグネシウム膜５４０がエッチングされ、除去される。これにより、第１の材料層（第１のシリコン含有膜５１０、絶縁膜５３０）と第２の材料層（バリア膜５５０、金属膜５６０）との間にエアギャップ６４０を有する構造が形成される。
【0092】
このように、本実施例のエアギャップ形成方法によれば、複雑な構造のエアギャップ６４０を形成することができる。例えば、基板Ｗの表面に対して水平方向に延びるエアギャップ６４０を形成することができる。
【0093】
なお、図３から図７に示す例において、第１の材料層（電極４１０）は金属含有膜で形成され、第２の材料層（絶縁膜４３０）はシリコン含有膜（誘電体）で形成されるものとして説明した。また、図８から図１８に示す例において、第１の材料層（第１のシリコン含有膜５１０、絶縁膜５３０）はシリコン含有膜（誘電体）で形成され、第２の材料層（バリア膜５５０、金属膜５６０）は金属含有膜で形成されるものとして説明した。本実施例のエアギャップ形成方法は、これらに限られるものではない。第１の材料層及び／又は第２の材料層の少なくとも一方がシリコン含有膜（誘電体）で形成されてもよい。この場合、シリコン含有膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯＣＮ、ＳｉＯＣの少なくともいずれかであってもよい。また、第１の材料層及び／又は第２の材料層の少なくとも一方が金属含有膜で形成されてもよい。この場合、金属含有膜は、ＴｉＮ、ＴａＮ、Ｗ、Ｍｏの少なくともいずれかであってもよい。また、第１の材料層及び第２の材料層がシリコン含有膜（誘電体）で形成されてもよい。また、第１の材料層及び第２の材料層が金属含有膜で形成されてもよい。
【0094】
以上、基板Ｗにエアギャップを形成する基板処理方法について説明したが、本開示は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。
【符号の説明】
【0095】
Ｗ 基板
１００ 成膜装置
４００ 下地層
４１０ 電極
４２０ 酸化マグネシウム層
４３０ 絶縁膜
５１０ 第１のシリコン含有膜
５２０ 第２のシリコン含有膜
５３０ 絶縁膜
５４０ 酸化マグネシウム膜
５５０ バリア膜
５６０ 金属膜
４３５，６４０ エアギャップ
１００ 成膜装置
４００ 下地層
４１０ 電極
４２０ 酸化マグネシウム層
４３０ 絶縁膜
５１０ 第１のシリコン含有膜
５２０ 第２のシリコン含有膜
５３０ 絶縁膜
５４０ 酸化マグネシウム膜
５５０ バリア膜
５６０ 金属膜
４３５，６４０ エアギャップ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】