特許 6054856 絶縁領域の形成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6054856

(24)【登録日】2016年12月9日

(45)【発行日】2016年12月27日

(54)【発明の名称】絶縁領域の形成方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/316 20060101AFI20161219BHJP

   H01L 21/308 20060101ALI20161219BHJP

   H01L 21/306 20060101ALI20161219BHJP

   H01L 21/76 20060101ALI20161219BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/316 G

   H01L21/308 E

   H01L21/306 D

   H01L21/76 L

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-267628(P2013-267628)

(22)【出願日】2013年12月25日

(65)【公開番号】特開2015-126020(P2015-126020A)

(43)【公開日】2015年7月6日

【審査請求日】2015年11月11日

(73)【特許権者】

【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】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100122507

【弁理士】

【氏名又は名称】柏岡 潤二

(74)【代理人】

【識別番号】100171099

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】藤井 寛之

【審査官】 長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０３−２５７８５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１７３７６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−２３７０３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−００９６８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２３２５３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−０７２６５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０３３０９０６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６−２１／３０６３、２１／３０８、

２１／３１２−２１／３２１３、２１／４６５−２１／４６７、

２１／４７−２１／４７５、２１／７０−２１／７６８、

２３／５２−２３／５２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面に凹部を有する基板にシリコン系の絶縁材料の溶液を塗布すること、
前記基板に塗布された前記絶縁材料の溶液を乾燥させること、
前記絶縁材料の溶液を乾燥させた後に、前記基板にエッチング液を供給して前記絶縁材料の余分を除去すること、
前記絶縁材料の余分を除去した後に、前記基板に残った前記絶縁材料を焼成することで、シリコン酸化物を含有する絶縁体を前記凹部内に形成すること、を含み、
前記凹部内に残った前記絶縁材料の表面の側縁部分が中央部分に比べ陥没した状態となるように、前記エッチング液による前記絶縁材料の除去を行い、当該状態にて前記絶縁材料を焼成する、絶縁領域の形成方法。

【請求項2】

ポリシラザンを含有する前記絶縁材料を用いる、請求項１記載の絶縁領域の形成方法。

【請求項3】

アルカリ性の前記エッチング液を用いる、請求項１又は２記載の絶縁領域の形成方法。

【請求項4】

前記アルカリ性のエッチング液として、水酸化アンモニウム水溶液、水酸化カリウム水溶液及びアンモニア過水のいずれか一種を用いる、請求項３記載の絶縁領域の形成方法。

【請求項5】

前記基板に塗布された前記絶縁材料の溶液を乾燥させた後、当該基板に前記エッチング液を供給する前に、前記基板に付着した前記絶縁材料を研磨することを更に含む、請求項１〜４のいずれか一項記載の絶縁領域の形成方法。

【請求項6】

前記凹部内に形成された前記絶縁体の上に、化学気相成長によって絶縁体を積層することを更に含む、請求項１〜５のいずれか一項記載の絶縁領域の形成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、絶縁領域の形成方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体基板の表面には、様々な半導体素子が形成されると共に、素子同士の間を絶縁するための領域が形成される。絶縁領域を形成する方法として、例えば特許文献１には、シャロー・トレンチ・アイソレーションプロセスが開示されている。シャロー・トレンチ・アイソレーションプロセスでは、表面にトレンチが形成された基板に、絶縁材料を含む組成物が塗布される。次に、絶縁材料の焼成により、基板の表面に絶縁体の層が形成される。次に、研磨及びウェットエッチングにより余分な絶縁体が除去され、トレンチごとに絶縁領域が形成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−９６８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記方法では、絶縁領域の高さが形成位置に応じてばらつく場合がある。このばらつきが大きくなると、絶縁領域の高さが部分的に不足するおそれがある。

【0005】

そこで本発明は、基板の表面の凹部ごとに絶縁領域を形成する際に、形成位置に応じた絶縁領域の高さのばらつきを抑制できる方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明者等は、絶縁領域の高さが形成位置に応じてばらつく現象について詳細に調査研究を行った結果、凹部の幅に応じて絶縁領域の高さに差異が生じる傾向を見出した。具体的に、幅が狭い凹部内では、幅が広い凹部内に比べ、絶縁領域の高さが低くなる傾向がある。この要因として、凹部の幅が狭くなるのに応じて、焼成時に絶縁材料に生じる応力が大きくなり、エッチング液に対する絶縁体の耐性が低下することが考えられる。

【0007】

そこで本発明に係る絶縁領域の形成方法は、表面に凹部を有する基板にシリコン系の絶縁材料の溶液を塗布すること、基板に塗布された絶縁材料の溶液を乾燥させること、絶縁材料の溶液を乾燥させた後に、基板にエッチング液を供給して絶縁材料の余分を除去すること、絶縁材料の余分を除去した後に、基板に残った絶縁材料を焼成することで、シリコン酸化物を含有する絶縁体を凹部内に形成すること、を含む。

【0008】

この絶縁領域の形成方法では、エッチング（エッチング液の供給による余分の除去）が絶縁材料の焼成前に行われる。このため、エッチング液に対する耐性のばらつきが抑制された状態で、絶縁材料の高さが調整される。これにより、エッチング後における絶縁材料の高さのばらつきが抑制され、焼成後における絶縁体の高さのばらつきも抑制される。従って、形成位置に応じた絶縁領域の高さのばらつきを抑制できる。

【0009】

ポリシラザンを含有する絶縁材料を用いてもよく、アルカリ性のエッチング液を用いてもよい。アルカリ性のエッチング液として、水酸化アンモニウム水溶液、水酸化カリウム水溶液及びアンモニア過水のいずれか一種を用いてもよい。

【0010】

基板に塗布された絶縁材料の溶液を乾燥させた後、当該基板にエッチング液を供給する前に、基板に付着した絶縁材料を研磨することを更に含んでもよい。この場合、エッチング液を供給する前に、絶縁材料の表面を研磨によって平滑化することで、焼成前における絶縁材料の高さのばらつきが更に抑制される。従って、形成位置に応じた絶縁領域の高さのばらつきを更に抑制できる。

【0011】

凹部内に残った絶縁材料の表面の側縁部分が中央部分に比べ陥没した状態となるように、エッチング液による絶縁材料の除去を行ってもよい。この場合、絶縁材料の表面の側縁部分と中央部分とで高さが等しい場合に比べ、凹部の内面と絶縁材料との接触面積が小さくなる。これにより、焼成時に凹部の内面から絶縁材料に作用する力が低減されるので、焼成後の絶縁領域の強度を高めることができる。

【0012】

凹部内に形成された絶縁体の上に、化学気相成長によって絶縁体を積層することを更に含んでもよい。化学気相成長により積層される絶縁体の強度は、絶縁材料の焼成により形成される絶縁体の強度に比べ高くなる傾向がある。一方、化学気相成長では、絶縁材料を塗布して焼成するのに比べ、凹部の底面側に絶縁体を充填し難い傾向がある。絶縁材料の焼成と化学気相成長とを組み合わせることにより、絶縁体の充填性と強度との両立を図ることができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、基板の表面の凹部ごとに絶縁領域を形成する際に、形成位置に応じた絶縁領域の高さのばらつきを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１実施形態に係る形成手順を示すフローチャートである。

【図2】第１実施形態に係る形成手順に応じた絶縁領域の形成過程を示す模式図である。

【図3】第１実施形態に係る基板処理システムの概略構成を示す斜視図である。

【図4】図３中のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。

【図5】図４中のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。

【図6】図４中のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。

【図7】第２実施形態に係る形成手順を示すフローチャートである。

【図8】第２実施形態に係る形成手順に応じた絶縁領域の形成過程を示す模式図である。

【図9】第２実施形態に係る塗布・エッチング装置の断面図である。

【図10】第３実施形態に係る形成手順を示すフローチャートである。

【図11】第３実施形態に係る形成手順に応じた絶縁領域の形成過程を示す模式図である。

【図12】第３実施形態に係る基板処理システムの概略構成を示す斜視図である。

【図13】比較例に係る絶縁領域の電子顕微鏡写真である。

【図14】実施例に係る絶縁領域の電子顕微鏡写真である。

【図15】実施例及び比較例に係る絶縁領域の電子顕微鏡写真である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0016】

〔第１実施形態〕
（絶縁領域の形成方法）
第１実施形態に係る絶縁領域の形成方法は、半導体のウェハ（基板）Ｗの表面Ｗａに形成されたトレンチ（凹部）Ｗｔ内に、絶縁領域を形成する方法である。この方法では、まず表面ＷａにトレンチＷｔが形成されたウェハＷを準備し、表面Ｗａにシリコン系の絶縁材料の溶液を塗布する（ステップＳ０１）。シリコン系の絶縁材料としては、例えばポリシラザン等が挙げられる。また、塗布方法としては、水平に設置したウェハＷを回転させながら、表面Ｗａ上に溶液を供給することが挙げられる。

【0017】

次に、ウェハＷを加熱することで、絶縁材料ＩＭの溶液の溶剤を揮発させる。すなわち、ウェハＷに塗布された絶縁材料ＩＭの溶液を乾燥させる（ステップＳ０２）。加熱条件としては、例えば１００〜２５０℃の熱板上に６０〜１８０秒間載置することが挙げられる。乾燥後に表面Ｗａ上に残った絶縁材料ＩＭは、トレンチＷｔに入り込むと共に、表面Ｗａ上に膜を構成する（図２（ａ）参照）。

【0018】

次に、表面Ｗａ上にエッチング液を供給し、エッチング液の浸食作用により絶縁材料ＩＭの余分を除去する（ステップＳ０３）。以下、エッチング液の供給による余分の除去を「エッチング」という。エッチングの継続により、少なくともトレンチＷｔ外の絶縁材料ＩＭを除去する。エッチング液の具体例としては、例えば水酸化アンモニウム水溶液、水酸化カリウム水溶液又はアンモニア過水等のアルカリ性の液体が挙げられる。アンモニア過水は、水酸化アンモニウム水溶液と過酸化水素水との混合物である。エッチング液の供給方法としては、水平に設置したウェハＷを回転させながら、表面Ｗａ上にエッチング液を供給することが挙げられる。

【0019】

次に、表面Ｗａ上にリンス液を供給し、エッチング液及びエッチング液による溶解物を洗い流す（ステップＳ０４）。リンス液としては、純水又はＤＩＷ（Ｄｅｉｏｎｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ）が挙げられる。リンス液の供給方法としては、水平に設置したウェハＷを回転させながら、表面Ｗａ上にリンス液を供給することが挙げられる。

【0020】

次に、加熱によりリンス液を揮発させ、ウェハＷを乾燥させる（ステップＳ０２）。加熱条件としては、例えば８０〜１２０℃の熱板上に２０〜４０分間載置することが挙げられる。

【0021】

乾燥後には、トレンチＷｔ内のみに絶縁材料ＩＭが残留した状態となる（図２（ｂ）参照）。なお、エッチングにおいて、エッチング液がトレンチＷｔ内の絶縁材料ＩＭに到達した後には、トレンチＷｔ内の中央部に比べ、トレンチＷｔ内の周縁部において絶縁材料ＩＭの溶解が早く進行する傾向がある。この性質を利用して、絶縁材料ＩＭの表面Ｆの側縁部分Ｆ２が中央部分Ｆ１に比べ陥没した状態となるようにエッチングを行ってもよい。

【0022】

次に、ウェハＷを焼成炉内に入れて加熱し、絶縁材料ＩＭを焼成する（ステップＳ０６）。加熱条件としては、例えば２００〜６００℃の炉内に２〜５分間放置することが挙げられる。絶縁材料ＩＭは、焼成により、シリコン酸化物（例えば２酸化ケイ素）を含有する絶縁体ＩＢ１となる。絶縁体ＩＢ１は、絶縁領域ＩＡを構成する。以上で絶縁領域ＩＡの形成が完了する。

【0023】

仮に、エッチングを絶縁材料ＩＭの焼成後に行う場合、トレンチＷｔの幅に応じて絶縁領域ＩＡの高さに差異が生じる傾向がある。具体的には、幅が狭いトレンチＷｔ内では、幅が広いトレンチＷｔ内に比べ、絶縁領域ＩＡの高さが低くなる傾向がある。この要因として、トレンチＷｔの幅が狭くなるのに応じて、焼成時に絶縁材料ＩＭに生じる応力が大きくなり、エッチング液に対する絶縁体ＩＢ１の耐性が低下することが考えられる。

【0024】

これに対し、上述した形成方法では、エッチングが絶縁材料ＩＭの焼成前に行われる。このため、エッチング液に対する耐性のばらつきが抑制された状態で、絶縁材料ＩＭの高さが調整される。これにより、エッチング後における絶縁材料ＩＭの高さのばらつきが抑制され、焼成後における絶縁体ＩＢ１の高さのばらつきも抑制される。従って形成位置に応じた絶縁領域ＩＡの高さのばらつきを抑制できる。

【0025】

上述したように、トレンチＷｔ内に残った絶縁材料ＩＭの表面Ｆの側縁部分Ｆ２が中央部分Ｆ１に比べ陥没した状態となるように、エッチングを行ってもよい。この場合、表面Ｆの側縁部分Ｆ２と中央部分Ｆ１とで高さが等しい場合（図２（ｂ）中の２点鎖線参照）に比べ、トレンチＷｔの内面と絶縁材料ＩＭとの接触面積が小さくなる。これにより、焼成時にトレンチＷｔの内面から絶縁材料ＩＭに作用する力が低減されるので、焼成後の絶縁領域ＩＡの強度を高めることができる。

【0026】

（基板処理システム）
図３に示す基板処理システムは、上述した絶縁領域の形成方法を実行するシステムの一例であり、塗布・エッチング装置２と焼成炉３とを備える。焼成炉３は、上述した絶縁領域ＩＡの形成方法における絶縁材料ＩＭの焼成を行うための装置であり、ウェハＷを収容して加熱する。

【0027】

塗布・エッチング装置（基板処理装置）２は、上述した絶縁領域ＩＡの形成方法における絶縁材料ＩＭの焼成以外の全手順を行うための装置である。図４〜図６に示すように、塗布・エッチング装置（基板処理装置）２は、キャリアブロックＰ１と、処理ブロックＰ２とを備える。

【0028】

キャリアブロックＰ１は、キャリアステーション２０と搬入・搬出部２１とを有する。キャリアステーション２０は、複数のキャリア１０を支持する。キャリア１０は、複数枚のウェハＷを密封状態で収容し、ウェハＷを出し入れするための開閉扉（不図示）を一側面１０ａ側に有する。キャリア１０は、側面１０ａが搬入・搬出部２１側に面するように、キャリアステーション２０上に設置される。

【0029】

搬入・搬出部２１は、キャリアステーション２０に隣接している。搬入・搬出部２１は、キャリアステーション２０上のキャリア１０にそれぞれ対応する複数の開閉扉２１ａを有する。側面１０ａの開閉扉と開閉扉２１ａとを同時に開放することで、キャリア１０内と搬入・搬出部２１内とが連通する。搬入・搬出部２１はアームＡ１を内蔵している。アームＡ１は、キャリア１０からウェハＷを取り出して処理ブロックＰ２に渡し、処理ブロックＰ２からウェハＷを受け取ってキャリア１０内に戻す。

【0030】

処理ブロックＰ２は、上下に並ぶ塗布部２２とエッチング部２３とを有し、搬入・搬出部２１に隣接している。塗布部２２は、塗布ユニットＵ１と、熱処理ユニットＵ２と、これらのユニットにウェハＷを搬送するアームＡ２とを内蔵している。塗布ユニットＵ１は、絶縁材料ＩＭの溶液をウェハＷの表面Ｗａ上に塗布する。熱処理ユニットＵ２は、熱板及び冷却板を有する。熱板は、ウェハＷに塗布された絶縁材料ＩＭの溶液を乾燥させるためにウェハＷを加熱する。冷却板は加熱後のウェハＷを冷却する。

【0031】

エッチング部２３は、エッチングユニットＵ３と、熱処理ユニットＵ４と、これらのユニットにウェハＷを搬送するアームＡ３とを内蔵している。エッチングユニットＵ３は、ウェハＷの表面Ｗａ上にエッチング液及びリンス液を順に供給する。熱処理ユニットＵ４は、熱板及び冷却板を有する。熱板は、リンス液を揮発させるためにウェハＷを加熱する。冷却板は加熱後のウェハＷを冷却する。

【0032】

処理ブロックＰ２内において、搬入・搬出部２１側には棚ユニットＵ１０が設けられている。棚ユニットＵ１０は、床面から塗布部２２に至るように設けられており、上下方向に並ぶ複数のセルに区画されている。棚ユニットＵ１０の近傍には、アームＡ４が設けられている。アームＡ４は、棚ユニットＵ１０の複数のセル間でウェハＷを搬送する。

【0033】

このように、塗布・エッチング装置２は、表面ＷａにトレンチＷｔを有するウェハＷにシリコン系の絶縁材料ＩＭの溶液を塗布する塗布ユニットＵ１と、ウェハＷに塗布された絶縁材料ＩＭの溶液を乾燥させるための熱処理ユニットＵ２と、絶縁材料ＩＭを焼成する前に、ウェハＷにエッチング液を供給して絶縁材料ＩＭの余分を除去するエッチングユニットＵ３と、を備える。

【0034】

塗布・エッチング装置２は、次のように用いられる。まず、複数のウェハＷを収容したキャリア１０が、側面１０ａを搬入・搬出部２１側に向けた状態でキャリアステーション２０上に設置される。キャリア１０内のウェハＷの表面Ｗａには、予めトレンチＷｔが形成されている。次に、キャリア１０の開閉扉と開閉扉２１ａとが共に開放され、アームＡ１により、キャリア１０内のウェハＷが取り出され、棚ユニットＵ１０のいずれかのセルに順次搬送される。

【0035】

棚ユニットＵ１０のいずれかのセルに搬送されたウェハＷは、塗布部２２に対応するセルにアームＡ４によって搬送される。このウェハＷは、アームＡ２によって塗布ユニットＵ１に搬送される。塗布ユニットＵ１においては、ウェハＷの表面Ｗａに絶縁材料ＩＭの溶液を塗布する塗布処理が行われる。塗布処理を施されたウェハＷは、アームＡ２によって熱処理ユニットＵ２に搬送される。熱処理ユニットＵ２においては、ウェハＷの加熱により絶縁材料ＩＭの溶液を乾燥させ、加熱後のウェハＷを冷却させる熱処理が行われる。熱処理を施されたウェハＷは、アームＡ２によって棚ユニットＵ１０のセルに戻される。

【0036】

棚ユニットＵ１０のセルに戻されたウェハＷは、エッチング部２３に対応するセルにアームＡ４によって搬送される。このウェハＷは、アームＡ３によってエッチングユニットＵ３に搬送される。エッチングユニットＵ３においては、ウェハＷの表面Ｗａにエッチング液を供給するエッチング処理と、表面Ｗａにリンス液を供給するリンス処理とが順に行われる。エッチング処理及びリンス処理を施されたウェハＷは、アームＡ３によって熱処理ユニットＵ４に搬送される。熱処理ユニットＵ４においては、ウェハＷを加熱により乾燥させ、加熱後のウェハＷを冷却させる熱処理が行われる。熱処理を施されたウェハＷは、アームＡ３によって棚ユニットＵ１０のセルに戻される。

【0037】

棚ユニットＵ１０のセルに戻されたウェハＷは、アームＡ１がアクセス可能なセルにアームＡ４によって搬送された後に、アームＡ１によってキャリア１０内に戻される。

【0038】

基板処理システム１によれば、絶縁材料ＩＭの焼成の直前までの全ての工程を塗布・エッチング装置２のみで実行できる。このため、上述した絶縁領域ＩＡの形成方法を高効率に実行できる。

【0039】

なお、基板処理システム１の構成は一例に過ぎず、様々な変更が可能である。例えば、塗布・エッチング装置２の各ユニットのレイアウトは適宜変更可能である。また、塗布・エッチング装置２と焼成炉３とを一体化してもよいし、塗布・エッチング装置２の機能を複数の装置に分散させてもよい。

【0040】

〔第２実施形態〕
第２実施形態に係る絶縁領域の形成方法は、ウェハＷに付着した絶縁材料ＩＭを研磨する工程を追加した点で、第１実施形態に係る絶縁領域の形成方法と異なる。

【0041】

図７に示すように、第２実施形態に係る絶縁領域の形成方法では、まず、第１実施形態のステップＳ０１，Ｓ０２と同様に、ウェハＷの表面Ｗａにシリコン系の絶縁材料の溶液を塗布し（ステップＳ１１）、その溶液を乾燥させる（ステップＳ１２）。これにより、ウェハＷの表面Ｗａ上に絶縁材料ＩＭの膜が形成される（図８（ａ）参照）。

【0042】

次に、ウェハＷの表面Ｗａ上に付着した絶縁材料ＩＭを、例えばＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学機械研磨）により研磨する（ステップＳ１３）。これにより、絶縁材料ＩＭの膜の表面が平滑化される（図８（ｂ）参照）。なお、ＣＭＰには公知の手法を利用可能である。

【0043】

次に、第１実施形態のステップＳ０３〜Ｓ０５と同様に、エッチング液の供給（ステップＳ１４）、リンス液の供給（ステップＳ１５）、ウェハＷの乾燥（ステップＳ１６）を行う。これにより、トレンチＷｔ内のみに絶縁材料ＩＭが残留した状態となる（図８（ｃ）参照）。

【0044】

次に、第１実施形態のステップＳ０６と同様に、絶縁材料ＩＭの焼成を行う（ステップＳ１７）。これにより、シリコン酸化物を含有する絶縁体ＩＢ１がトレンチＷｔ内に形成される（図８（ｄ）参照）。絶縁体ＩＢ１は、絶縁領域ＩＡを構成する。

【0045】

このように、第２実施形態に係る絶縁領域の形成方法は、ウェハＷに塗布された絶縁材料ＩＭの溶液を乾燥させた後、ウェハＷにエッチング液を供給する前に、ウェハＷに付着した絶縁材料を研磨することを更に含む。

【0046】

第２実施形態に係る絶縁領域の形成方法では、エッチング液を供給する前に、絶縁材料ＩＭの表面を研磨によって平滑化することで、焼成前における絶縁材料ＩＭの高さのばらつきが更に抑制される。従って、形成位置に応じた絶縁領域ＩＡの高さのばらつきを更に抑制できる。

【0047】

なお、第２実施形態に係る絶縁領域の形成方法を実行する基板処理システムとしては、例えば、基板処理システム１において、ＣＭＰを行うための公知のＣＭＰユニットＵ５を塗布・エッチング装置２の塗布部２２に追加したものが挙げられる（図９参照）。ＣＭＰユニットＵ５をエッチング部２３に追加してもよい。

【0048】

〔第３実施形態〕
第３実施形態に係る絶縁領域の形成方法は、トレンチＷｔ内に形成された絶縁体ＩＢ１の上に、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長）により絶縁体を積層する工程を追加した点で、第１実施形態に係る絶縁領域の形成方法と異なる。

【0049】

図１０に示すように、第３実施形態に係る絶縁領域の形成方法では、まず、第１実施形態のステップＳ０１〜Ｓ０６と同様に、絶縁材料の溶液の塗布（ステップＳ２１）、溶液の乾燥（ステップＳ２２）、エッチング液の供給（ステップＳ２３）、リンス液の供給（ステップＳ２４）、ウェハＷの乾燥（ステップＳ２５）及び絶縁材料ＩＭの焼成（ステップＳ２６）を行う。これにより、シリコン酸化物を含有する絶縁体ＩＢ１がトレンチＷｔ内に形成される（図１１（ａ）〜（ｃ）参照）。次に、ＣＶＤ処理を行い（ステップＳ２７）、絶縁体ＩＢ１の上に絶縁体ＩＢ２を積層させる（図１１（ｄ）参照）。なお、ＣＶＤには、例えば公知の高密度プラズマ（Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐｌａｓｍａ：ＨＤＰ）ＣＶＤを利用可能である。また、ＣＶＤにより積層される絶縁体ＩＢ２としては、絶縁体ＩＢ１と同様にシリコン酸化物（例えば２酸化ケイ素）を含有するものが挙げられる。絶縁体ＩＢ１と絶縁体ＩＢ２とは一体化して絶縁領域ＩＡを構成する。

【0050】

ＣＶＤにより積層される絶縁体ＩＢ２の強度は、絶縁材料ＩＭの焼成により形成される絶縁体ＩＢ１の強度に比べ高くなる傾向がある。一方、ＣＶＤでは、絶縁材料ＩＭを塗布して焼成するのに比べ、トレンチＷｔの底面側に絶縁体を充填し難い傾向がある。絶縁材料ＩＭの焼成とＣＶＤとを組み合わせることにより、絶縁領域ＩＡの充填性と強度との両立を図ることができる。

【0051】

なお、第３実施形態に係る絶縁領域の形成方法を実行する基板処理システムとしては、例えば図１２に示すように、塗布・エッチング装置２及び焼成炉３に加え、ＣＶＤを行うための公知のＣＶＤ装置４を更に備える基板処理システム１Ａが挙げられる。

【0052】

以上、実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、絶縁材料は、焼成によりシリコン酸化物を構成するものであればよく、ポリシラザンに限定されない。また、エッチング液は、シリコン系の絶縁材料を溶解可能なものであればよく、水酸化アンモニウム水溶液、水酸化カリウム水溶液又はアンモニア過水に限定されない。

【実施例】

【0053】

以下、実施例及び比較例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【0054】

〔サンプルの作製〕
（実施例１）
互いに幅が異なる複数種類のトレンチが表面に形成されたウェハを準備した。各トレンチの深さは約３００ｎｍである。このウェハの表面にポリシラザンの溶液を塗布し、乾燥させた。乾燥後にウェハに付着したポリシラザンの厚さは、トレンチの底面を基準にして約３５０ｎｍであった。次に、アンモニアを約２９％の濃度で含む水酸化アンモニウム水溶液を２０分間供給し、ポリシラザンの余分を除去した。次に、約３００℃の炉内に約２分間ウェハを放置してポリシラザンを焼成し、トレンチ内にシリコン酸化物を含有する絶縁体を形成した。

【0055】

（実施例２）
幅約８０ｎｍ、深さ約３００ｎｍの複数のトレンチが表面に形成されたウェハを準備した。このウェハの表面にポリシラザンの溶液を塗布し、乾燥させた。乾燥後にウェハに付着したポリシラザンの厚さは、トレンチの底面を基準にして約３５０ｎｍであった。次に、アンモニアを約２９％の濃度で含む水酸化アンモニウム水溶液を用いてエッチングを行い、ポリシラザンの余分を除去した。エッチングにおいては、トレンチ内に残った絶縁材料の表面の側縁部分が中央部分に比べ陥没した状態となるように、エッチング液の供給時間を調整した。エッチング液の供給時間は約３０秒であった。次に、約３００℃の炉内に約２分間ウェハを放置してポリシラザンを焼成し、トレンチ内にシリコン酸化物を含有する絶縁体を形成した。

【0056】

（比較例１）
互いに幅が異なる複数種類のトレンチが表面に形成されたウェハを準備した。各トレンチの深さは約３００ｎｍである。このウェハの表面にポリシラザンの溶液を塗布し、乾燥させた。乾燥後にウェハに付着したポリシラザンの厚さは、トレンチの底面を基準にして約３５０ｎｍであった。次に、約３００℃の炉内に約２分間ウェハを放置してポリシラザンを焼成し、シリコン酸化物を含有する絶縁体を形成した。次に、フッ酸を主成分とするエッチング液を約３０秒間供給し、絶縁体の余分を除去した。

【0057】

（比較例２）
幅約８０ｎｍ、深さ約３００ｎｍの複数のトレンチが表面に形成されたウェハを準備した。このウェハの表面にポリシラザンの溶液を塗布し、乾燥させた。乾燥後にウェハに付着したポリシラザンの厚さは、トレンチの底面を基準にして約３５０ｎｍであった。次に、約３００℃の炉内に約２分間ウェハを放置してポリシラザンを焼成し、シリコン酸化物を含有する絶縁体を形成した。次に、フッ酸を主成分とするエッチング液を供給してエッチングを行い、絶縁体の余分を除去した。エッチングにおいては、トレンチ内に残る絶縁体の高さが、実施例２により形成される絶縁体の高さと同等になるようにエッチング液の供給時間を調整した。エッチング液の供給時間は約３０秒であった。

【0058】

〔絶縁領域の高さの比較〕
実施例１及び比較例１のそれぞれについて、トレンチ内に形成された絶縁領域の高さを測定した。比較例１については、図１３に示すように、幅約２００ｎｍのトレンチＷｔ１内に形成された絶縁領域ＩＡ１の高さは約３１０ｎｍであり、幅約１５０ｎｍのトレンチＷｔ２内に形成された絶縁領域ＩＡ２の高さは約２８０ｎｍであり、幅約１００ｎｍのトレンチＷｔ３内に形成された絶縁領域ＩＡ３の高さは約１５０ｎｍであった。すなわち、トレンチの幅が狭くなるのに応じて絶縁領域の高さが低くなる傾向が明らかであった。

【0059】

実施例１については、図１４に示すように、幅約７０ｎｍのトレンチＷｔ４内に形成された絶縁領域ＩＡ４の高さは約１９０ｎｍであり、幅約８０ｎｍのトレンチＷｔ５内に形成された絶縁領域ＩＡ５の高さは約１８５ｎｍであった。すなわち、幅７０ｎｍ，８０ｎｍのトレンチ内にそれぞれ形成された絶縁領域の高さの差はほとんどなかった。更に、これらのトレンチＷｔ４，Ｗｔ５の幅に比べ大きい幅約７００ｎｍのトレンチＷｔ６内に形成されたに形成された絶縁領域ＩＡ６の高さは約１３１ｎｍであり、トレンチＷｔ４，Ｗｔ５内に形成された絶縁領域ＩＡ４，ＩＡ５の高さに比べ低かった。これらのことから、トレンチの幅が狭くなるのに応じて絶縁領域の高さが低くなる傾向はなかった。この結果から、エッチングを絶縁材料の焼成前に行うことにより、形成位置に応じた絶縁領域の高さのばらつきを抑制できることが推定される。

【0060】

〔絶縁領域の耐性の比較〕
実施例２の絶縁体及び比較例２の絶縁体のそれぞれに、フッ酸を主成分とするエッチング液を同じ時間に亘って供給し、トレンチ内に残留した絶縁領域の状態を確認した。図１５に示すように、比較例２のトレンチＷｔ７内に残留した絶縁領域ＩＡ７の高さの平均値は約１２０ｎｍであるのに対し、実施例２のトレンチＷｔ８内に残留した絶縁領域ＩＡ８の高さの平均値は約１５０ｎｍであった。すなわち、絶縁領域ＩＡ７の残留量に比べ絶縁領域ＩＡ８の残留量が多かった。また、絶縁領域ＩＡ７の高さにはトレンチごとのばらつきがあるのに対し、絶縁領域ＩＡ８の高さにはトレンチごとのばらつきがほとんどなかった。これらのことから、エッチングを絶縁材料の焼成前に行うのに加え、トレンチ内に残った絶縁材料の表面の側縁部分が中央部分に比べ陥没した状態となるようにエッチングを行うことにより、絶縁領域の強度を高められることが確認された。更に、形成位置に応じた絶縁領域の強度のばらつきを抑制できることも確認された。

【符号の説明】

【0061】

Ｆ…表面、Ｆ１…中央部分、Ｆ２…側縁部分、ＩＡ…絶縁領域、ＩＢ１…絶縁体、ＩＢ２…絶縁体、ＩＭ…絶縁材料、Ｗ…ウェハ、Ｗａ…表面、Ｗｔ…トレンチ。

【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】