特開 2023-146703 埋込方法及び基板処理システム

(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】P2023146703

(43)【公開日】2023-10-12

(54)【発明の名称】埋込方法及び基板処理システム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/318 20060101AFI20231004BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20231004BHJP

   C23C 16/42 20060101ALI20231004BHJP

   C23C 16/40 20060101ALI20231004BHJP

   H01L 21/316 20060101ALN20231004BHJP

【ＦＩ】

H01L21/318 B

H01L21/31 E

C23C16/42

C23C16/40

H01L21/316 X

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022054037

(22)【出願日】2022-03-29

(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】村上 博紀

【テーマコード（参考）】

4K030

5F045

5F058

【Ｆターム（参考）】

4K030AA03

4K030AA06

4K030AA13

4K030AA14

4K030BA02

4K030BA09

4K030BA18

4K030BA20

4K030BA38

4K030BA40

4K030BA42

4K030BA44

4K030BA46

4K030BB12

4K030EA04

4K030FA01

4K030FA10

4K030GA06

4K030HA01

5F045AA06

5F045AA08

5F045AA15

5F045AB32

5F045AB33

5F045AC03

5F045AC05

5F045AC07

5F045AC11

5F045AC12

5F045AC15

5F045AC16

5F045AC17

5F045AD06

5F045AD07

5F045AD08

5F045AD09

5F045AD10

5F045AD11

5F045AE01

5F045BB19

5F045DP19

5F045DP28

5F045EE17

5F045EF03

5F045EF09

5F045EH18

5F045EK06

5F045HA03

5F045HA13

5F058BA09

5F058BC02

5F058BC08

5F058BD04

5F058BD10

5F058BE04

5F058BF04

5F058BF24

5F058BF27

5F058BF29

5F058BF30

5F058BF37

5F058BH12

5F058BJ06

(57)【要約】

【課題】凹部内の膜を汚染から保護し、膜特性を高める。
【解決手段】所定の元素を含有する膜を基板に形成された凹部に埋め込む方法であって、（ａ）第１チャンバにおいて、前記所定の元素を含有する膜の第１膜を成膜するステップと、（ｂ）第２チャンバにおいて、前記第１膜を、ハロゲン含有ガスを含むガスに晒して改質層を形成するステップと、（ｃ）前記第２チャンバにおいて、前記改質層を覆う保護膜を成膜するステップと、（ｄ）第３チャンバにおいて、前記保護膜をエッチングし、前記改質層を昇華するステップと、（ｅ）前記第３チャンバにおいて、前記所定の元素を含有する膜の第２膜を成膜するステップと、を含む、埋込方法が提供される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の元素を含有する膜を基板に形成された凹部に埋め込む方法であって、
（ａ）第１チャンバにおいて、前記所定の元素を含有する膜の第１膜を成膜するステップと、
（ｂ）第２チャンバにおいて、前記第１膜を、ハロゲン含有ガスを含むガスに晒して改質層を形成するステップと、
（ｃ）前記第２チャンバにおいて、前記改質層を覆う保護膜を成膜するステップと、
（ｄ）第３チャンバにおいて、前記保護膜をエッチングし、前記改質層を昇華するステップと、
（ｅ）前記第３チャンバにおいて、前記所定の元素を含有する膜の第２膜を成膜するステップと、
を含む、埋込方法。

【請求項2】

前記所定の元素は、Ｓｉ、Ｇｅ又は金属のいずれかである、
請求項１に記載の埋込方法。

【請求項3】

前記金属は、Ｔｉ、Ａｌ又はＷのいずれかである、
請求項２に記載の埋込方法。

【請求項4】

前記（ａ）において、前記凹部の上部が閉塞しないように前記第１膜を成膜する、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の埋込方法。

【請求項5】

（ｆ）前記第２チャンバにおいて、前記第２膜を、ハロゲン含有ガスを含むガスに晒して改質層を形成するステップを含み、
前記（ｆ）、前記（ｃ）、前記（ｄ）、前記（ｅ）の順に繰り返し、複数の前記所定の元素を含有する膜を積層する、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の埋込方法。

【請求項6】

前記（ｂ）において、前記ハロゲン含有ガスと塩基性ガスとを供給する、
請求項５に記載の埋込方法。

【請求項7】

前記塩基性ガスは、アンモニアガスである、
請求項６に記載の埋込方法。

【請求項8】

前記（ｄ）において、前記保護膜のエッチングガスとしてハロゲン含有ガスを供給する、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の埋込方法。

【請求項9】

前記ハロゲン含有ガスは、Ｆを含むガスである、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の埋込方法。

【請求項10】

前記第１チャンバと前記第３チャンバとは、同一のチャンバである、
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の埋込方法。

【請求項11】

前記第１チャンバと前記第２チャンバとは、異なるチャンバであり、
前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間を移動するとき、前記基板は大気に暴露される、
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の埋込方法。

【請求項12】

前記（ｃ）では、前記第２チャンバ内を前記改質層が昇華しない温度に制御し、
前記（ｄ）では、前記第３チャンバ内を前記改質層が昇華する温度に制御する、
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の埋込方法。

【請求項13】

前記（ｃ）では、前記第２チャンバ内を１００℃未満に制御し、
前記（ｄ）では、前記第３チャンバ内を１００℃以上に制御する、
請求項１２に記載の埋込方法。

【請求項14】

前記（ｃ）における前記第２チャンバ内の温度と、前記（ｄ）における前記第３チャンバ内の温度との差は、１５０℃以上である、
請求項１３に記載の埋込方法。

【請求項15】

前記保護膜は、前記所定の元素を含む酸化膜である、
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の埋込方法。

【請求項16】

複数のチャンバと制御装置とを有する基板処理システムであって、
前記制御装置は、
前記請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の埋込方法を制御する、基板処理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、埋込方法及び基板処理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１及び特許文献２は、成膜工程とエッチング工程とを所定回数繰り返すことで、凹部に所望膜を埋め込む方法を提案する。成膜とエッチングとを組み合わせることにより凹部に所望膜を埋め込む際にボイドの発生を抑制できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－００４５４２号公報

【特許文献2】特開２０２１－０６１３４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、凹部内の膜を汚染から保護し、膜特性を高めることができる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一の態様によれば、所定の元素を含有する膜を基板に形成された凹部に埋め込む方法であって、（ａ）第１チャンバにおいて、前記所定の元素を含有する膜の第１膜を成膜するステップと、（ｂ）第２チャンバにおいて、前記第１膜を、ハロゲン含有ガスを含むガスに晒して改質層を形成するステップと、（ｃ）前記第２チャンバにおいて、前記改質層を覆う保護膜を成膜するステップと、（ｄ）第３チャンバにおいて、前記保護膜をエッチングし、前記改質層を昇華するステップと、（ｅ）前記第３チャンバにおいて、前記所定の元素を含有する膜の第２膜を成膜するステップと、を含む、埋込方法が提供される。

【発明の効果】

【0006】

一の側面によれば、凹部内の膜を汚染から保護し、膜特性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態に係るＳｉＮ膜の埋込方法を実行する基板処理システムの一例を示す図。

【図2】実施形態に係るＳｉＯ_２膜の埋込方法を実行する基板処理システムの一例を示す図。

【図3】実施形態に係る埋込方法の一例を示すフローチャート。

【図4】図３の埋込方法の説明図。

【図5】実施形態に係る基板処理装置のガス供給源及び制御装置の説明図。

【図6】実施形態に係る基板処理装置の一例を示す図。

【図7】図６におけるＡ－Ａ線矢視断面図。

【図8】実施形態に係るＳｉＮ膜の成膜方法の一例を示すフローチャート。

【図9】実施形態に係るＳｉＮ膜の成膜方法の一例を示すタイムチャート。

【図10】実施形態に係るＳｉＯ_２膜形成の一例を示すフローチャート。

【図11】実施形態に係るＳｉＯ_２膜の成膜方法の一例を示すタイムチャート。

【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】

本明細書において平行、直角、直交、水平、垂直、上下、左右などの方向には、実施形態の効果を損なわない程度のずれが許容される。角部の形状は、直角に限られず、弓状に丸みを帯びてもよい。平行、直角、直交、水平、垂直、円、一致には、略平行、略直角、略直交、略水平、略垂直、略円、略一致が含まれてもよい。

【0010】

［基板処理システム］
図１及び図２を参照し、実施形態の埋込方法を実行する基板処理システムの一例について説明する。図１は実施形態に係るＳｉＮ膜の埋込方法を実行する基板処理システムの一例を示す図である。図２は実施形態に係るＳｉＯ_２膜の埋込方法を実行する基板処理システムの一例を示す図である。

【0011】

実施形態の基板処理システムは、複数の基板Ｗに対して一度に処理を行うバッチ式の基板処理装置を複数有する。図１及び図２の例では、基板処理システムは基板処理装置１０ａと基板処理装置１０ｂとを有する。基板処理装置１０ａと基板処理装置１０ｂとは別の基板処理装置である。基板処理装置１０ａと基板処理装置１０ｂとを総称して基板処理装置１０ともいう。

【0012】

図１及び図２の基板処理装置１０ａは第１チャンバ１１、プラズマボックス１９及びガスノズル４１Ａ～４１Ｃ、４１Ｅを有し、成膜を行う。図１及び図２の基板処理装置１０ｂは第２チャンバ２１、プラズマボックス１９及びガスノズル４１Ａ～４１Ｅを有し、改質及び保護膜形成を行う。図１及び図２の基板処理装置１０ａは、同一構造を有し、異なるガスを供給する。図１及び図２の基板処理装置１０ｂは、同一構造を有し、同一ガスを供給する。ＳｉＮ膜を基板Ｗに形成された凹部に埋め込む場合、図１の基板処理装置１０ａを用いてＳｉＮ膜を形成する。ＳｉＯ_２膜を基板Ｗに形成された凹部に埋め込む場合、図２の基板処理装置１０ａを用いてＳｉＯ_２膜を形成する。図１及び図２の基板処理装置１０ｂで行う改質及び保護膜形成は同一処理である。

【0013】

［埋込方法ＳＴ］
次に、図１～図４を参照し、実施形態の埋込方法ＳＴの一例について説明する。図３は、実施形態に係る埋込方法ＳＴの一例を示すフローチャートである。図４は、図３の埋込方法ＳＴの説明図である。図３の埋込方法ＳＴは、後述する制御装置９０により制御される。ＳｉＮ膜を基板Ｗに形成された凹部に埋め込む場合、図１の基板処理システムを用いて図３に示すステップＳ１～Ｓ６の埋込方法ＳＴを実行する。ＳｉＯ_２膜を基板Ｗに形成された凹部に埋め込む場合、図２の基板処理システムを用いて図３に示すステップＳ１～Ｓ６の埋込方法ＳＴを実行する。まず、図１の基板処理システムを用いたＳｉＮ膜の埋込方法ＳＴについて説明する。

【0014】

まず、ステップＳ１において、基板処理装置１０ａの第１チャンバ１１に基板Ｗを準備する。準備される基板Ｗは特に限定されないが、シリコン等の半導体基板上に凹部を有する。次に、ガスノズル４１ＡからＳｉ原料ガスの一例であるジクロロシラン（ＤＣＳ：ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）ガスを供給し、ガスノズル４１Ｅからアンモニア（ＮＨ_３）ガスを供給し、凹部内にＳｉＮ膜を成膜する（第１の成膜）。

【0015】

図４（ａ）では、準備された基板Ｗのシリコン等の半導体基板１００上に形成された凹部Ｈの下地膜１０１の上にＳｉＮ膜１０２が成膜された例を示す。図４（ａ）に示すＳｉＮ膜１０２は、所定の元素を含有する膜の第１膜（一度目の膜）の一例である。一度目の成膜では、凹部Ｈの形状に応じた最適な膜厚のＳｉＮ膜を成膜する。例えば凹部Ｈの上部が閉塞しないように第１膜を成膜する。

【0016】

なお、基板Ｗとしては、表面に微細な立体構造を有するものを用い得る。微細な立体構造とは、微細パターンが形成された構造を挙げることができる。微細パターンは例えば図４（ａ）に示す凹部Ｈを有する。凹部Ｈは、例えば、トレンチやホールであってよい。下地は特に制限されない。

【0017】

次に、図３のステップＳ２において、搬送装置を使用して基板Ｗを基板処理装置１０ａの第１チャンバ１１から一旦引き出し、基板処理装置１０ｂの第２チャンバ２１へ移載する。このとき、基板Ｗは大気に暴露され、ＳｉＮ膜上に自然酸化膜が形成される。第２チャンバ２１では、ＳｉＮ膜及び大気暴露により形成された自然酸化膜を、ハロゲン含有ガスを含むガスに暴露して改質層を形成する。ハロゲン含有ガスを含むガスは、ハロゲン含有ガスと塩基性ガスであってよい。ハロゲン含有ガスは、フッ素又は塩素を含むガスであってよい。

【0018】

図１の例では、第２チャンバ２１のガスノズル４１Ｂからハロゲン含有ガスの一例としてフッ化水素（ＨＦ）ガスを供給し、ガスノズル４１Ｃから塩基性ガスの一例としてアンモニア（ＮＨ_３）ガスを供給する。ＨＦガス及びＮＨ_３ガスによりＳｉＮ膜の表層を、珪フッ化アンモニウム（ＡＦＳ：（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６）の反応生成物に改質（変質）する。ＡＦＳ層（改質層）は、エッチングの中間体である。これにより、図４（ｂ）に示すように、ＳｉＮ膜１０２の表層が改質され、ＡＦＳの改質層１０３が形成される。ここで、ＡＦＳの改質層１０３は、凹部Ｈの上部側で厚く、底部側で薄く形成される。つまり、凹部の上部側に形成されたＳｉＮ膜が底部側に形成されたＳｉＮ膜よりも多くエッチングされることになる。

【0019】

なお、第２チャンバ２１内をＡＦＳが昇華される温度に制御すると、改質層１０３が昇華され、ＳｉＮ膜のエッチングが実行されることになる。しかしながら、本開示の埋込方法ＳＴでは、第２チャンバ２１は、ＡＦＳが昇華されない温度に制御されている。これにより、改質層１０３を昇華させずに第２チャンバ２１内で図３のステップＳ３が実行される。

【0020】

ステップＳ３では第２チャンバ２１において、改質層１０３を覆う保護膜を成膜する。図１の例では、第２チャンバ２１のガスノズル４１ＡからＳｉ原料ガスの一例であるＤＩＰＡＳを供給し、ガスノズル４１ＥからＯ_２ガスを供給する。Ｏ_２ガスは、プラズマボックス１９でプラズマ化する。ＤＩＰＡＳ及びＯ_２ガスのプラズマにより改質層１０３上にＳｉＯ_２膜の保護膜１０４を成膜する。ＳｉＯ_２膜の成膜時、ガスノズル４１Ｄから触媒ガスのＢ_２Ｈ_６ガスを供給してもよい。保護膜１０４の形成時、第２チャンバ２１は、ＡＦＳが昇華されない温度、例えば１００℃未満に制御されている。これにより、図４（ｃ）に示すように、ＡＦＳの改質層１０３を昇華させずに、ＳｉＮ膜１０２及び改質層１０３をＳｉＯ_２膜の保護膜１０４で保護することができる。なお、図４（ｃ）では保護膜１０４で凹部Ｈを埋め込んだ（凹部Ｈの上部開口が閉塞した）例を示しているが、これに限らない。凹部Ｈの上部を保護膜１０４により閉塞させなくても良い。

【0021】

次に、図３のステップＳ４において、基板Ｗを基板処理装置１０ｂの第２チャンバ２１から基板処理装置の第３チャンバへ移動させる。第３チャンバは、第１チャンバ１１と同一チャンバであってよく、異なるチャンバであってもよい。以下の説明では、第３チャンバは、第１チャンバ１１と同一チャンバとして説明する。チャンバの移動時、基板Ｗは大気に暴露される。しかしながら、基板Ｗ上の改質層１０３はＳｉＯ_２膜の保護膜１０４により覆われている。これにより、搬送時に基板Ｗが大気に暴露されてもＳｉＮ膜１０２及び改質層１０３は酸化や有機物による汚染から保護される。

【0022】

ステップＳ４では、第１チャンバ１１において、ＳｉＯ_２膜の保護膜１０４をハロゲン含有ガスによりエッチングする。保護膜１０４のエッチング時、第１チャンバ１１は、ＡＦＳが昇華される温度、例えば１００℃以上に制御されている。ステップＳ３における第２チャンバ２１内の温度と、ステップＳ４における第１チャンバ１１内の温度の差は、１５０℃以上であってもよい。

【0023】

以上により、第１チャンバ１１において保護膜１０４のエッチングを行うと、改質層１０３が熱により昇華される。図１の例では、第１チャンバ１１のガスノズル４１ＢからＨＦガスを供給し、ガスノズル４１ＣからＦ_２ガスを供給し、ＳｉＯ_２膜の保護膜１０４をエッチングする。ＨＦガス及びＦ_２ガスは、ハロゲン含有ガスの一例であり、ＨＦガス及びＦ_２ガスの少なくともいずれかを供給してもよい。これにより、図４（ｄ）に示すように、ＳｉＯ_２膜の保護膜１０４及び改質層１０３が除去（エッチング）される。この結果、ＳｉＮ膜１０２が改質された分だけ減膜され、凹部ＨがＶ字形状に開口し、ボイドを回避しながら、次の成膜を行うことができる。

【0024】

次に、図３のステップＳ５では、第１チャンバ１１において、次のＳｉＮ膜を成膜する（第２の成膜）。これにより、図４（ｅ）に示すように、基板ＷのＳｉＮ膜１０２の上にＳｉＮ膜１０５が成膜される。ＳｉＮ膜１０５は、所定の元素を含有する膜の第２膜（二度目の膜）の一例である。ＳｉＮ膜１０５の成膜に使用するガス種は、ＳｉＮ膜１０２の成膜に使用したガス種と同じであってよい。

【0025】

次に、図３のステップＳ６では、第２のＳｉＮ膜の成膜を設定回数繰り返したかを判定する。図４（ａ）～（ｅ）に示した実施形態の一例では、ステップＳ１～Ｓ５を１回行うことで凹部Ｈの埋め込みが完了しているが、凹部Ｈの形状によっては、ステップＳ５（図４（ｅ））を凹部Ｈの上部が閉塞しないように実施し、ステップＳ２～Ｓ５の処理を繰り返し行う場合がある。ステップＳ６の設定回数には、凹部Ｈに対してボイドやシームの発生が抑制された埋め込みが可能な回数が予め定められている。ステップＳ２～Ｓ５の処理が設定回数繰り返されると、凹部Ｈの埋め込みが完了し、本処理が終了する。

【0026】

ＳｉＮ膜の成膜では、凹部の上部側が底部側よりも厚く成膜される場合、そのまま成膜すると凹部の上部の開口が閉塞し、凹部の内部に空隙（ボイド）が生じる。このとき、ＳｉＮ膜の第一の成膜と第二の成膜との間にエッチングを行い、凹部の上部側に形成された膜を底部側に形成された膜よりも多く削っておくと、第二の成膜を行うときに空隙なく凹部内にＳｉＮ膜を成膜できる。

【0027】

このようにして基板Ｗ上の凹部へのシリコン含有膜やメタル含有膜等の所定の元素を有する膜を成膜するとき、成膜とエッチングとを繰り返し行うことで、ボイドの発生を回避し、微細な凹部に所望膜を埋め込むことができる。係る埋込方法では、成膜とエッチングとを別チャンバで行う場合と、同一チャンバで連続的に行う場合がある。

【0028】

同一チャンバで連続的に行う場合、基板Ｗの大気汚染を回避できる。ただし、この場合、成膜の温度条件とエッチングの温度条件が大きく乖離すると、チャンバ内の温度制御の時間が増加し、生産性が低下する。よって、同一チャンバ内で行う埋込方法では生産性の低下を考慮すると温度条件に制約が生じる。

【0029】

本開示の埋込方法ＳＴでは、成膜とエッチングとを別チャンバで行うため、成膜温度とエッチング温度の乖離が大きくてもそれぞれのチャンバ内を異なる温度に制御すればよい。この結果、生産性を維持しつつ、成膜の温度条件とエッチングの温度条件を制約なく自由に設定できる。

【0030】

ところが、チャンバ間で基板Ｗを搬送する度に基板Ｗが大気に暴露される。このため、大気中の酸素により基板Ｗに形成された膜が酸化されて酸化膜が形成されたり、大気中の有機物が膜に付着して汚染されたりする。これにより形成された膜の特性が低下する。よって、基板Ｗ表面の酸化膜の形成や汚染を回避する必要がある。

【0031】

これに対して、本開示の埋込方法ＳＴによれば、第２チャンバ２１から第１チャンバ１１へ基板Ｗを移動させる前に、改質層１０３を保護膜１０４により覆う。これにより、基板Ｗ表面の保護膜１０４によって、基板Ｗの搬送時に改質層１０３及びＳｉＮ膜１０２を大気汚染から保護することができる。この結果、改質層１０３及びＳｉＮ膜１０２の表面が酸化して酸化膜が形成されることや有機物による汚染等が生じることを回避できる。また、ＡＦＳ（改質層１０３）は熱昇華性の物質であるが、ＳｉＯ_２膜の保護膜１０４でコーティングされているため、基板Ｗの搬送時に揮発することなく安定な状態で基板Ｗを第２チャンバ２１から第１チャンバ１１へ移載できる。

【0032】

基板Ｗを第１チャンバ１１へ搬送後、第１チャンバ１１内で保護膜１０４及び改質層１０３を除去し、続けて同チャンバで汚染されていないＳｉＮ膜の表面上に新たなＳｉＮ膜を成膜する。この結果、最初のＳｉＮ膜及びそれ以降のＳｉＮ膜において、その界面に自然酸化膜や汚染物を含まない良質なＳｉＮ膜を凹部に埋め込むことができる。

【0033】

図２の基板システムでは、基板Ｗの凹部ＨにＳｉＯ_２膜を埋め込む。この場合、図３のステップＳ１では基板処理装置１０ａにおいてＳｉＯ_２膜を成膜する（第１の成膜）。使用するガス種としては、図２に示すように、基板処理装置１０ａの第１チャンバ１１において、ガスノズル４１ＡからＳｉ原料ガスの一例であるＤＩＰＡＳを供給し、ガスノズル４１ＥからＯ_２ガスを供給し、凹部内にＳｉＯ_２膜を成膜する。ＳｉＯ_２膜の成膜時、ガスノズル４１Ｂから触媒ガスのＢ_２Ｈ_６ガスを供給してもよい。図３のステップＳ２～Ｓ３で行う処理は前述した通りであるため説明を省略する。

【0034】

基板Ｗを第１チャンバ１１へ搬送後、図３のステップＳ４では、第１チャンバ１１内において、ステップＳ２～Ｓ３で形成した保護膜１０４及び改質層１０３を除去する。次に、ステップＳ５では、同一チャンバ内で汚染されていないＳｉＯ_２膜上に更にＳｉＯ_２膜を成膜する（第２の成膜）。ステップＳ２～Ｓ５の処理を設定回数繰り返した結果、最初のＳｉＯ_２膜の成膜及びその後のＳｉＯ_２膜の成膜において、その界面に自然酸化膜や汚染物を含まない良質なＳｉＯ_２膜を凹部に埋め込むことができる。

【0035】

以上、ＳｉＮ膜及びＳｉＯ_２膜の埋込方法について説明した。凹部へのＳｉＮ膜及びＳｉＯ_２膜の成膜（ステップＳ１及びＳ５）は、原料ガスと反応ガスとを交互に供給して成膜する原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）法を使用してもよい。原料ガスと反応ガスとを同時に供給して成膜する化学的気相成長（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法を使用してもよい。保護膜１０４としてのＳｉＯ_２膜の成膜（ステップＳ３）についても、ＡＬＤ法及びＣＶＤ法のいずれを用いてもよい。ＡＬＤ法によるＳｉＮ膜の成膜（図８、図９参照）及びＡＬＤ法によるＳｉＯ_２膜の成膜（図１０、図１１参照）については後述する。

【0036】

［プロセス条件］
本開示の埋込方法ＳＴのプロセス条件について、図５を参照しながら説明する。図５は、実施形態に係る第１チャンバ１１又は第２チャンバ２１に各種ガスを供給する各種ガス供給源及び制御装置９０の説明図である。

【0037】

基板処理装置１０ａのガス供給部は、原料ガス供給源４４ａ、反応ガス供給源４５ａ、触媒ガス供給源４７ａ及びエッチングガス供給源４８を有し、各ガス供給源は第１チャンバ１１と接続され、第１チャンバ１１内に各種ガスを供給する。基板処理装置１０ｂのガス供給部は、原料ガス供給源４４ｂ、反応ガス供給源４５ｂ、改質ガス供給源４６、触媒ガス供給源４７ｂ及びエッチングガス供給源４８を有し、各ガス供給源は第２チャンバ２１と接続され、第２チャンバ２１内に各種ガスを供給する。第１チャンバ１１と各ガス供給源とを接続するガス配管及び第２チャンバ２１と各ガス供給源とを接続するガス配管には、ガス流量調整弁が設けられ、制御装置９０の制御により各ガスの流量を制御する。

【0038】

［成膜条件（ガス種）：図３ ステップＳ１及びＳ５］
まず、図３のステップＳ１及びＳ５で行う成膜時のプロセス条件（ガス種）について、（１）凹部にＳｉＮ膜を埋め込む場合、（２）凹部にＳｉＯ_２膜を埋め込む場合を順に説明する。

【0039】

（１）凹部にＳｉＮ膜を埋め込む場合
原料ガス供給源４４ａは、図１の第１チャンバ１１内のガスノズル４１Ａに接続され、後述する複数のガス孔４２Ａ（図６参照）から第１チャンバ１１内に原料ガスを供給する。原料ガスは、所定の元素を含有する膜の成膜において、所定の元素を含む。所定の元素がシリコンの場合には、原料ガスはシリコンを含むＳｉ原料ガスである。

【0040】

第１チャンバ１１に供給するＳｉ原料ガスとしては、本実施形態のＳｉ原料ガスはＤＣＳガスであるが、本開示の技術はこれに限定されない。Ｓｉ原料ガスとして、ＤＣＳガスの他にモノクロロシラン（ＭＣＳ：ＳｉＨ_３Ｃｌ）ガス、トリクロロシラン（ＴＣＳ：ＳｉＨＣｌ_３）ガス、シリコンテトラクロライド（ＳＴＣ：ＳｉＣｌ_４）ガス、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤＳ：Ｓｉ_２Ｃｌ_６）ガス、又はこれらのガスのいずれかを含むガスを用いることができる。これらのガスを基板Ｗに供給することにより、シリコン（Ｓｉ）を含む層（Ｓｉ含有層）を基板Ｗに形成できる。Ｓｉ原料ガスとともにハロゲン元素を含むガス（例えばＢＣｌ_３ガス）を供給してもよい。

【0041】

反応ガス供給源４５ａは、図１の第１チャンバ１１内のガスノズル４１Ｅに接続され、後述する複数のガス孔４２Ｅ（図６参照）からプラズマボックス１９内に反応ガス（窒化ガス）を供給する。反応ガス（窒化ガス）は、プラズマボックス１９内でプラズマ化されて第１チャンバ１１内に供給され、Ｓｉ含有層を窒化させる。

【0042】

反応ガスとしては、本実施形態の反応ガスはＮＨ_３ガスであるが、本開示の技術はこれに限定されない。反応ガスとして、ＮＨ_３ガスとともに水素（Ｈ_２）ガス、ヒドラジン（Ｎ_２Ｈ_４）ガス、又はこれらのガスのいずれかを含むガスを用いることができる。また、これらのガスに更にドープガスとしてボロン（Ｂ）ガス、酸素（Ｏ_２）ガス等を添加してもよい。

【0043】

反応ガスとしては、例えばＮＨ_３ガスの他に、有機ヒドラジン化合物ガス、アミン系ガス、ＮＯガス、Ｎ_２Ｏガス、ＮＯ_２ガス、又はこれらのガスのいずれかを含むガスを用いてもよい。有機ヒドラジン化合物ガスとしては、例えば、ヒドラジン（Ｎ_２Ｈ_４）ガス、ジアゼン（Ｎ_２Ｈ_２）ガス、またはモノメチルヒドラジン（ＭＭＨ）ガスなどが用いられる。アミン系ガスとしては、例えば、モノメチルアミンガスなどが用いられる。

【0044】

（２）凹部にＳｉＯ_２膜を埋め込む場合
原料ガス供給源４４ａは、図２の第１チャンバ１１内のガスノズル４１Ａに接続され、後述する複数のガス孔４２Ａ（図６参照）から第１チャンバ１１内に原料ガスを供給する。原料ガスは、所定の元素を含有する膜の成膜において、所定の元素を含む。所定の元素がシリコンの場合には、原料ガスはシリコンを含むＳｉ原料ガスである。

【0045】

第１チャンバ１１に供給するＳｉ原料ガスとしては、本実施形態のＳｉ原料ガスはジイソプロピルアミノシラン（ＤＩＰＡＳ）ガスであるが（図２の第１チャンバ１１参照）、本開示の技術はこれに限定されない。Ｓｉ原料ガスとして、アミノシラン系ガス、クロロシラン系ガス、シラノールガスを使用できる。アミノシラン系ガスとしては、ＤＩＰＡＳガスの他にジメチルアミノシラン（ＤＭＡＳ）ガス、ビスジメチルアミノシラン（ＢＤＭＡＳ）ガス、トリスジメチルアミノシラン（３ＤＭＡＳ）ガス、ビスターシャリーブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）ガス、ジエチルアミノシラン（ＤＥＡＳ）ガス、ビスジエチルアミノシラン（ＢＤＥＡＳ）ガス及びＤＰＡＳ（ジプロピルアミノシラン）ガス、又はこれらのガスのいずれかを含むガスを用いることができる。

【0046】

クロロシラン系ガスとしては、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤＳ：Ｓｉ_２Ｃｌ_６）ガス、モノクロロシラン（ＭＣＳ：ＳｉＨ_３Ｃｌ）ガス、トリクロロシラン（ＴＣＳ：ＳｉＨＣｌ_３）ガス、シリコンテトラクロライド（ＳＴＣ：ＳｉＣｌ_４）ガス、又はこれらのガスのいずれかを含むガスを用いることができる。シラノール系ガスとしては、トリス（ｔｅｒｔ-ペントキシ）シラノールガス、トリエチルシラノールガス、メチルビス（ｔｅｒｔ-ペントキシ）シラノールガス、トリス（ｔｅｒｔ-ブトキシ）シラノールガスを用いることができる。これらのガスを基板Ｗに供給することにより、Ｓｉ含有層を基板Ｗに形成できる。

【0047】

反応ガス供給源４５ａは図２の第１チャンバ１１内のガスノズル４１Ｅに接続され、後述する複数のガス孔４２Ｅからプラズマボックス１９内に反応ガス（酸化ガス）を供給する。反応ガス（酸化ガス）は、プラズマボックス１９内でプラズマ化されて第１チャンバ１１内に供給され、Ｓｉ含有層を酸化させる。

【0048】

反応ガスとしては、本実施形態の反応ガスはＯ_２ガスであるが、本開示の技術はこれに限定されない。アミノシラン系ガス（ＤＩＰＡＳ、３ＤＭＡＳ、ＢＴＢＡＳ、ＢＤＥＡＳガス等）と反応させる反応ガスとして、Ｈ_２Ｏガス、Ｏ_２ガス及び／又はオゾン（Ｏ_３）ガスを使用してもよい。クロロシラン系ガス（ＨＣＤＳガス等）と反応させる反応ガスとして、Ｈ_２Ｏガス及びピリジン（Ｃ_５Ｈ_５Ｎ）を供給してもよい。シラノール系ガス（トリス（ｔｅｒｔ-ペントキシ）シラノールガス等）と反応させる反応ガスとして、Ｈ_２Ｏガス、Ｏ_２ガス及び／又はオゾン（Ｏ_３）ガスを使用してもよい。これらのガスに更にドープガスとしてボロン（Ｂ）含有ガス、酸素（Ｏ）含有ガス、窒素（Ｎ）含有ガス、炭素（Ｃ）含有ガス等を添加してもよい。更に触媒ガス供給源４７ａから触媒ガスとして、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガス、トリエチルボラン（ＴＥＢ）ガス、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）ガス等の触媒ガスを供給してもよい。原料ガスとしてシラノール系ガスを用いる場合、触媒ガスを使用することで、反応ガスを使用しなくてもＳｉＯ_２膜を形成することもできる。図２に示す第１チャンバ１１では、ＳｉＯ_２膜の成膜時に触媒ガスであるＢ_２Ｈ_６ガスを供給してもよい。触媒ガス供給源４７ａは図２の第１チャンバ１１内のガスノズル４１Ｂに接続され、後述する複数のガス孔４２Ｂ（図６参照）から第１チャンバ１１内に触媒ガスを供給する。ただし、触媒ガスは供給しなくてもよい。

【0049】

［改質条件及び保護膜形成条件（ガス種）：図３ ステップＳ２及びＳ３］
次に、図３のステップＳ２で行う改質時及びステップＳ３で行う保護膜形成時のプロセス条件（ガス種）について説明する。図５に示す改質ガス供給源４６は、図１及び図２の第２チャンバ２１内のガスノズル４１Ｂ及び４１Ｃに接続され、後述する複数のガス孔４２Ｂ及び４２Ｃ（図６参照）から第２チャンバ２１内に改質ガスを供給する。これにより、ＳｉＮ膜又はＳｉＯ_２膜を改質する。

【0050】

改質ガスとしては、本実施形態の改質ガスは、ＮＨ_３ガス及びＨＦガスであるが（図１及び図２の第２チャンバ２１参照）、本開示の技術はこれに限定されない。改質ガスとして、ＮＨ_３ガス及びＨＦガスの他に、Ｆ_２ガス、ＮＦ_３ガスを用いてもよい。ＮＦ_３ガスを用いる場合、プラズマボックス１９にてＮＦ_３ガスをプラズマ化して、第２チャンバ２１内に供給してもよい。

【0051】

保護膜形成時、原料ガス供給源４４ｂは第２チャンバ２１内にＳｉ原料ガスを供給する。第２チャンバ２１に供給するＳｉ原料ガスとしては、本実施形態のＳｉ原料ガスはジイソプロピルアミノシラン（ＤＩＰＡＳ）ガスであるが（図１及び図２の第２チャンバ２１参照）、本開示の技術はこれに限定されない。Ｓｉ原料ガスとしては、原料ガス供給源４４ａから供給するＳｉ原料ガスと同じガスを供給できる。

【0052】

反応ガス供給源４５ｂは、第２チャンバ２１内に反応ガス（酸化ガス）を供給し、Ｓｉ含有層を酸化させる。反応ガス（酸化ガス）としては、本実施形態の反応ガスはＯ_２ガスであるが、本開示の技術はこれに限定されない。反応ガスとしては反応ガス供給源４５ａから供給する酸化ガスと同じガスを供給できる。

【0053】

［エッチング条件及び成膜条件（ガス種）：図３ ステップＳ４及びＳ５］
次に、図３のステップＳ４で行う保護膜除去時及びＳ５で行う成膜時のプロセス条件（ガス種）について説明する。図５に示すエッチングガス供給源４８は、図１及び図２の第１チャンバ１１内のガスノズル４１Ｃ、図１及び図２の第１チャンバ１１内のガスノズル４１Ｂに接続され、後述する複数のガス孔４２Ｂ、４２Ｃ（図６参照）から第１チャンバ１１内にエッチングガスを供給する。これにより、保護膜をエッチングする。

【0054】

保護膜をエッチングするガスは、ハロゲン含有ガスである。エッチングガスとしては、本実施形態のエッチングガスはＦ_２ガス及びＨＦガス（図１、図２の第１チャンバ１１参照）であるが、本開示の技術はこれに限定されない。エッチングガスとしては、Ｆ_２ガス、ＨＦガス、ＣｌＦ_３ガス、ＮＦ_３ガス及びこれらの組み合わせ等のフッ素含有ガスを用いてもよい。

【0055】

エッチング条件としては、保護膜としてのＳｉＯ_２膜が削れやすく、埋込対象のＳｉＮ膜、またはＳｉＯ_２膜が削れにくい条件が良いが、これに限られるものではない。例えば、第２チャンバ２１で形成された保護膜としてのＳｉＯ_２膜は、低温で成膜されたものであり、低膜質のため、埋込対象のＳｉＮ膜、またはＳｉＯ_２膜よりも削れやすい。

【0056】

保護膜をエッチングするとき、ＡＦＳの改質層が熱昇華される。このようにして保護膜と、エッチングの中間体であるＡＦＳ（改質層）とが除去される。保護膜及び改質層の除去後、図３のステップＳ１で成膜されたＳｉＮ膜又はＳｉＯ２膜の第２膜が成膜される。成膜条件は、図３のステップＳ１において説明した条件と同じであってよいし、異なっていてもよい。

【0057】

なお、第１チャンバ１１ではＳｉＮ成膜時にプラズマボックス１９においてＮＨ_３ガスのプラズマを生成する例を説明した。また、第２チャンバ２１では保護膜のＳｉＯ２成膜時にプラズマボックス１９においてＯ_２ガスのプラズマを生成する例を説明した。ただし、プラズマボックス１９はなくてもよい。Ｓｉ含有膜の窒化を熱処理で行ったり、アンモニアに替えてヒドラジン系のガスを使用して熱エネルギ－だけでＳｉ含有膜を窒化させたりする場合や、ＳｉＯ_２膜の形成にＯ_３ガスを使用する場合には、基板処理装置１０にプラズマボックス１９はなくてもよい。

【0058】

更に、図示しないパージガス供給源が設けられてもよい。第１チャンバ１１及び第２チャンバの内部にパージガスを供給することにより、第１チャンバ１１及び第２チャンバの内部に残留するガスを除去する。パージガスとしては、例えば不活性ガスが用いられる。不活性ガスとしては、Ａｒガス等の希ガス、またはＮ_２ガスが用いられる。

【0059】

なお、図１の第１チャンバ１１に供給されるＦ_２ガス及びＨＦガス、図２の第１チャンバ１１に供給されるＦ_２ガス及びＨＦガス、図１及び図２の第２チャンバ２１に供給されるＨＦガスは、各チャンバをクリーニングするクリーニングガスとしても使用できる。

【0060】

［プロセス条件（温度）：図３ ステップＳ１～Ｓ５］
次に、図３のステップＳ１～Ｓ５のプロセス条件（温度）について説明する。本開示の埋込方法ＳＴでは、第１チャンバ１１にて行う成膜（ステップＳ１及びＳ５）及びエッチング（ステップＳ４）と比較して、第２チャンバ２１にて行う改質および保護膜形成（ステップＳ２及びＳ３）は低い温度帯で行われる。以下では、埋込対象にＳｉＮ膜を例に挙げて説明するが、ＳｉＯ_２膜やその他の膜であっても同じ温度制御が行われる。

【0061】

ステップＳ１において第１チャンバ１１内を１００℃以上（好ましくは、２５０～７００℃）の温度に制御し、基板Ｗを１００℃以上に加熱してＳｉＮ膜を成膜する。ステップＳ２において、第２チャンバ２１内を１００℃未満の温度に制御し、ＨＦガス及びＮＨ_３ガスをＳｉＮ膜の表面に供給し、ＡＦＳ（改質層）を形成する。このとき、ＳｉＮ膜の一部は改質され、改質層に取り込まれる。

【0062】

ステップＳ３において、第２チャンバ２１内を１００℃未満の温度に制御した状態で、ＳｉＯ_２膜の保護膜が形成される。例えば、ＤＩＰＡＳのＳｉ原料ガスと、Ｏ_２プラズマ中のＯ_２ラジカルによりＳｉＯ_２膜を成膜する場合、室温で反応させることが可能である。

【0063】

改質後のＳｉＯ_２膜の保護膜形成では同じ温度帯を使用するが、ＡＦＳが昇華しなければ同一温度でなくてもよい。よって、第２チャンバ２１内の温度は、ＡＦＳが昇華しない２５℃～１００℃未満の温度帯（例えば７０℃）を使用する。係る温度帯での成膜を可能とするために、必要に応じて触媒ガスを添加し、第２チャンバ２１内を１００℃未満に制御した状態でＳｉＯ_２膜を成膜できるようにする。

【0064】

ステップＳ４では、第１チャンバ１１内を１００℃以上（好ましくは、２５０～７００℃）の温度に制御し、基板Ｗを１００℃以上に加熱する。そうすると、エッチングガスによりＳｉＯ_２膜の保護膜をエッチングすると同時にＡＦＳの改質層が揮発され、除去される。ステップＳ４の後、ステップＳ５において、引き続き第１チャンバ１１内を１００℃以上の温度に制御し、基板Ｗを１００℃以上に加熱してＳｉＮ膜を成膜する。

【0065】

第１チャンバ１１の温度は２５０～７００℃の温度帯（例えば５５０℃）に維持されている。よって、ＡＦＳの改質層を保護膜でコーティングしていないと、第１チャンバ１１へ基板Ｗを移載した時点でＡＦＳの熱昇華が生じてしまい、その気化したＡＦＳは第１チャンバ１１のみならず移載用モジュール内に拡散し、汚染の原因となる。

【0066】

また、第２チャンバ２１内でＡＦＳの改質層を昇華させるためには、第２チャンバ２１内の温度を、ＡＦＳの昇華温度まで上昇させる必要がある。かかる時間のロスをなくすために、本開示の埋込方法ＳＴでは、ＡＦＳの昇華は第１チャンバ１１で行う。

【0067】

つまり、本開示の埋込方法ＳＴでは、１００℃未満に温度制御された第２チャンバ２１においてＡＦＳの改質層を形成後に、同チャンバ内で１００℃未満の低温成膜においてＡＦＳの改質層をＳｉＯ_２膜の保護膜でキャップした状態で第１チャンバ１１に移載する。これにより、第１チャンバ１１への基板Ｗ搬送時に熱を与えられてもＡＦＳの改質層の昇華を防止できる。

【0068】

第１チャンバ１１に移載後、次のＳｉＮ膜の成膜の前にＡＦＳの改質層をキャップしたＳｉＯ_２膜の保護膜を除去する。このＳｉＯ_２膜はＳｉＮ膜の成膜の温度帯近傍の処理温度において除去される。ＳｉＯ_２膜の保護膜が除去されると同時に、ＡＦＳの改質層が熱によって昇華される。

【0069】

これにより、成膜とエッチングとを別チャンバで行う際に、１度目と２度目の成膜において、その界面に酸化膜や汚染を生じさせることなくＳｉＮ膜の積層が可能となる。また、同一チャンバ内で連続的に埋込方法を実行する場合、各ステップにて広範に及ぶ処理温度の昇降温が必要になる。これに対して、本開示の埋込方法ＳＴでは、別チャンバを用いて埋込方法の各処理を行うため、温度制御に時間を要さず、短時間で良質な膜特性の成膜が可能になる。

【0070】

図３に示すように、基板処理装置１０は、基板処理装置１０を制御する制御装置９０を有する。制御装置９０は、例えばコンピュータで構成され、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９１と、メモリ９２とを有する。メモリ９２には、基板処理装置１０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。制御装置９０は、メモリ９２に記憶されたプログラムをＣＰＵ９１に実行させることにより、基板処理装置１０の動作を制御する。また、制御装置９０は、入力インターフェース９３と、出力インターフェース９４とを有する。制御装置９０は、入力インターフェース９３で外部からの信号を受信し、出力インターフェース９４で外部に信号を送信する。

【0071】

かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な媒体に記憶されていたものであって、その媒体から制御装置９０のメモリ９２にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な媒体としては、例えば、ハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどが挙げられる。なお、プログラムは、インターネットを介してサーバからダウンロードされ、制御装置９０のメモリ９２にインストールされてもよい。

【0072】

（膜種）
凹部へ埋め込む膜種は、ＳｉＮ膜及びＳｉＯ_２膜に限らず、所定の元素を含有する膜であってよい。所定の元素は、Ｓｉ、ゲルマニウム（Ｇｅ）又は金属のいずれかである。所定の元素がＳｉの場合、所定の元素を含有する膜は、シリコン膜、シリコン含有酸化膜及びシリコン含有窒化膜であり得る。例えばＳｉ膜、ＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＯＣＮ膜、ＳｉＢＮ膜、ＳｉＢＣＮ膜、ＳｉＦＮ膜であってよい。

【0073】

所定の元素が金属の場合、金属は、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）又はタングステン（Ｗ）のいずれかである。この場合、所定の元素を含有する膜は、Ｔｉ、Ａｌ又はＷの金属膜、又はかかる金属の酸化膜及び窒化膜であり得る。

【0074】

保護膜はＳｉＯ_２膜に限らない。保護膜は、所定の元素を含む膜の酸化膜であってよい。

【0075】

［基板処理装置］
次に、図６及び図７を参照し、実施形態に係る埋込方法ＳＴを実行可能な基板処理装置１０について説明する。図６は実施形態に係る基板処理装置１０の一例を示す図であり、図７は図６におけるＡ－Ａ線矢視断面図である。

【0076】

基板処理装置１０が基板処理装置１０ａの場合、基板処理装置１０ａは、第１チャンバ１１、ガス供給装置４０、排気装置５０、加熱装置６０及び制御装置９０を有する。基板処理装置１０ａのガス供給装置４０は、４本のガスノズル４１Ａ～４１Ｃ、４１Ｅを有する。ガスノズル４１Ａ～４１Ｃ、４１Ｅは複数のガス孔４２Ａ～４２Ｃ、４２Ｅを有する。

【0077】

基板処理装置１０が基板処理装置１０ｂの場合、基板処理装置１０ｂは、第２チャンバ２１、ガス供給装置４０、排気装置５０、加熱装置６０及び制御装置９０を有する。基板処理装置１０ｂのガス供給装置４０は、５本のガスノズル４１Ａ～４１Ｅを有する。ガスノズル４１Ａ～４１Ｅは複数のガス孔４２Ａ～４２Ｅを有する。

【0078】

図７は、４本のガスノズル４１Ａ～４１Ｃ、４１Ｅを有する基板処理装置１０ａの構成を示す。他の構成については基板処理装置１０ａと基板処理装置１０ｂとでは同一であるため、以下では、基板処理装置１０として基板処理装置１０ａの構成について説明する。

【0079】

第１チャンバ１１内の上端近傍には、天井板１２が設けられ、天井板１２の下側の領域は、封止されている。第１チャンバ１１及び天井板１２は、例えば石英により形成され、基板保持具３０を収容する。第１チャンバ１１の下端の開口には、円筒形状に成形された金属製のマニホールド１４がＯリング等のシール部材１６を介して連結されている。マニホールド１４は、第１チャンバ１１の下端を支持し、基板保持具３０はマニホールド１４の下方から第１チャンバ１１内に挿入される。

【0080】

基板保持具３０は、半導体ウエハを一例とする複数（例えば２５～１５０枚）の基板Ｗを棚状に保持する。基板保持具３０は、例えば石英により形成されている。基板保持具３０は、３本の支柱により複数の基板Ｗを支持する。基板保持具３０は、石英により形成された保温筒２８を介してテーブル２７上に載置されている。保温筒２８は、第１チャンバ１１の下方側からの放熱による第１チャンバ１１内の温度低下を抑制する。テーブル２７は、回転軸２４上に支持される。回転軸２４は、マニホールド１４の下端の開口を開閉する金属（例えばステンレス鋼）製の蓋体２０を貫通する。

【0081】

回転軸２４の貫通部には、磁性流体シール２３が設けられている。磁性流体シール２３は、回転軸２４を気密に封止すると共に、回転軸２４を回転可能に支持する。蓋体２０の周辺部とマニホールド１４の下端との間には、第１チャンバ１１内の気密性を保持するためのＯリング等のシール部材１５が設けられている。回転軸２４は、例えばボートエレベータ等の昇降機構２５に支持されたアーム２６の先端に取り付けられている。アーム２６が昇降することにより、基板保持具３０と蓋体２０とが一体となって昇降して第１チャンバ１１内に対して挿脱される。

【0082】

プラズマボックス１９は、第１チャンバ１１の側壁の一部に設けられている。図７の例では、ガスノズル４１Ａ～４１Ｃは、第１チャンバ１１内に配置され、ガスノズル４１Ｅは、プラズマボックス１９内に配置されている。

【0083】

ガスノズル４１Ａ～４１Ｃ、４１Ｅは、例えば石英により形成されている。ガスノズル４１Ａ～４１Ｃは、マニホールド１４の側壁を内側へ貫通して上方へ屈曲されて垂直に延びる。ガスノズル４１Ａ～４１Ｃの基端は第１チャンバ１１の外部に位置し、図５に示す各ガス供給源のいずれかに接続されている。ガスノズル４１Ａ～４１Ｃの垂直部分は、第１チャンバ１１内に位置する。ガスノズル４１Ａ～４１Ｃの垂直部分には、基板保持具３０の基板支持範囲に対応する上下方向の長さに亘って複数のガス孔４２Ａ～４２Ｃが所定の間隔をあけて形成されている。ガスノズル４１Ａ～４１Ｃは、ガス供給源からガス配管を介して図１又は図２に一例を示す原料ガス等を、複数のガス孔４２Ａ～４２Ｃから第１チャンバ１１内に水平方向に吐出する。

【0084】

ガスノズル４１Ｅは、マニホールド１４の側壁を内側へ貫通して上方へ屈曲されて垂直に延びる。ガスノズル４１Ｅの基端は第１チャンバ１１の外部に位置し、ガス供給源に接続されている。ガスノズル４１Ｅの垂直部分は、プラズマボックス１９内に位置する。ガスノズル４１Ｅの垂直部分には、基板保持具３０の基板支持範囲に対応する上下方向の長さに亘って複数のガス孔４２Ｅが所定の間隔をあけて形成されている。ガスノズル４１Ｅは、ガス供給源からガス配管を介して導入される図１又は図２に一例を示すガスを、複数のガス孔４２Ｅからプラズマボックス１９内に水平方向に吐出する。

【0085】

第１チャンバ１１の周方向の一部には開口部１７が形成される。その開口部１７を囲むように、プラズマボックス１９が第１チャンバ１１の側面に形成される。図７に示すように、プラズマボックス１９を挟むように一対の電極８１、８２が配置される。電極８１、８２は、プラズマボックス１９の外側に対面して設置した一対の並行電極である。電極８１、８２は、ＲＦ電源５５に接続され、ＲＦ電源５５から高周波電圧を印加される。

【0086】

図６に戻り、排気装置５０は真空ポンプを含み、第１チャンバ１１の内部を排気する。第１チャンバ１１には排気口１８が形成され、第１チャンバ１１内のガスは、排気口１８を通った後、排気管４３から排気される。

【0087】

加熱装置６０は、第１チャンバ１１の外部に配置され、第１チャンバ１１の内部を加熱する。例えば、加熱装置６０は、第１チャンバ１１を取り囲むように円筒形状に形成される。加熱装置６０は、例えば電気ヒータで構成される。加熱装置６０は、第１チャンバ１１の内部を加熱することにより、第１チャンバ１１内に供給されるガスの処理能力を向上させる。

【0088】

［ＳｉＮ膜の成膜方法］
基板処理装置１０により実施されるＳｉＮ膜の成膜方法の一例について、図８及び図９を参照しながら説明する。図８は、実施形態に係るＳｉＮ膜の成膜方法の一例を示すフローチャートである。図９は、実施形態に係るＳｉＮ膜の成膜方法の一例を示すタイムチャートである。以下、Ｓｉ原料ガスとしてＤＣＳガス、反応ガスとしてＮＨ_３ガス、パージガスとしてＡｒガスを用いたＡＬＤ法によりＳｉＮ膜を形成する場合を例に挙げて説明する。

【0089】

まず、第１チャンバ１１内を１００℃以上の温度に調整し、複数の基板Ｗを搭載した基板保持具３０を第１チャンバ１１内に搬入する。続いて、排気装置５０により第１チャンバ１１内を排気しながら、第１チャンバ１１内を所定の圧力に調整する。

【0090】

図８のステップＳ２１では、図９に示す時刻ｔ１から時刻ｔ２まで第１チャンバ１１内にＤＣＳガスを供給する。これにより、基板Ｗの表面にシリコン含有ガスが吸着し、Ｓｉ含有層を形成する。

【0091】

次に、ステップＳ２２では、排気装置５０により第１チャンバ１１内を排気しながら、第１チャンバ１１内をＡｒガスに置換する。図９に示すようにパージガスは時刻ｔ１以前から供給され続けている。これにより、第１チャンバ１１内に残るシリコン含有ガスが排出され、第１チャンバ１１内の雰囲気がＡｒガスに置換される。

【0092】

次に、ステップＳ２３では、図９に示す時刻ｔ３から時刻ｔ４までプラズマボックス１９にＮＨ_３ガスを供給すると共に、図９に示す時刻ｔ３から時刻ｔ４までＲＦ電源５５から電極８１、８２に高周波電圧が印加される。これにより、プラズマボックス１９においてＮＨ_３ガスのプラズマが生成され、プラズマ中のラジカル等の反応種が第１チャンバ１１内に供給される。

【0093】

次に、ステップＳ２４では、排気装置５０により第１チャンバ１１内を排気しながら、第１チャンバ１１内をＡｒガスに置換する。これにより、第１チャンバ１１内に残るＮＨ_３ガスが排出され、第１チャンバ１１内の雰囲気がＡｒガスに置換される。

【0094】

次に、ステップＳ２５において設定回数繰り返したと判定されるまで、ステップＳ２１～Ｓ２４を繰り返し、所定の膜厚のＳｉＮ膜を成膜する。続いて、ＳｉＮ膜が成膜された複数の基板Ｗを搭載した基板保持具３０を第１チャンバ１１内から搬出し、処理を終了する。

【0095】

上記の実施形態では、プラズマＡＬＤ法によりシＳｉＮ膜を形成する場合を説明したがこれに限定されない。例えば、窒化を熱処理で行ってもよい。例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法によりＳｉＮ膜を形成してもよい。例えば、ＳｉＮ膜に代えてＳｉＯ_２膜、金属窒化膜、金属酸化膜等を形成してもよい。

【0096】

［ＳｉＯ_２膜の成膜方法］
基板処理装置１０により実施されるＳｉＯ_２膜の成膜方法の一例について、図１０及び図１１を参照しながら説明する。図１０は、実施形態に係るＳｉＯ_２膜の成膜方法の一例を示すフローチャートである。図１１は、実施形態に係るＳｉＯ_２膜の成膜方法の一例を示すタイムチャートである。ここでいうＳｉＯ_２膜は第１チャンバ１１で行われる成膜により凹部へ埋め込まれる膜であってもよいし、第２チャンバ２１で行われる保護膜としてのＳｉＯ_２膜であってもよい。以下では、Ｓｉ原料ガスとしてＤＩＰＡＳガス、反応ガスとしてＯ_２ガス、パージガスとしてＡｒガスを用いたＡＬＤ法によりＳｉＯ_２膜を形成する。

【0097】

凹部へ埋め込まれるＳｉＯ_２膜を形成する場合、第１チャンバ１１内を１００℃以上の温度に調整し、複数の基板Ｗを搭載した基板保持具３０を第１チャンバ１１内に搬入する。続いて、排気装置５０により第１チャンバ１１内を排気しながら、第１チャンバ１１内を所定の圧力に調整する。

【0098】

一方、保護膜としてのＳｉＯ_２膜を形成する場合、第２チャンバ２１内を１００℃未満の温度に調整し、複数の基板Ｗを搭載した基板保持具３０を第２チャンバ２１内に搬入する。続いて、排気装置５０により第２チャンバ２１内を排気しながら、第２チャンバ２１内を所定の圧力に調整する。

【0099】

図１０のステップＳ３１では、図１１に示す時刻ｔ１１から時刻ｔ１２まで第１チャンバ１１内にＤＩＰＡＳガスを供給する。これにより、基板Ｗの表面にシリコン含有ガスが吸着し、Ｓｉ含有層を形成する。

【0100】

次に、ステップＳ３２では、排気装置５０によりチャンバ内を排気しながら、チャンバ内をＡｒガスに置換する。図１１に示すようにパージガスは時刻ｔ１１以前から供給され続けている。これにより、チャンバ内に残るシリコン含有ガスが排出され、チャンバ内の雰囲気がＡｒガスに置換される。

【0101】

次に、ステップＳ３３では、図１１に示す時刻ｔ１３から時刻ｔ１４までプラズマボックス１９にＯ_２ガスを供給すると共に、図１１に示す時刻ｔ１３から時刻ｔ１４までＲＦ電源５５から電極８１、８２に高周波電圧が印加される。これにより、プラズマボックス１９においてＯ_２ガスのプラズマが生成され、プラズマ中のラジカル等の反応種がチャンバ内に供給される。

【0102】

次に、ステップＳ３４では、排気装置５０によりチャンバ内を排気しながら、チャンバ内をＡｒガスに置換する。これにより、チャンバ内に残るＯ_２ガスが排出され、第１チャンバ１１内の雰囲気がＡｒガスに置換される。

【0103】

次に、ステップＳ３５において設定回数繰り返したと判定されるまで、ステップＳ３１～Ｓ３４を所定の回数だけ繰り返し、所定の膜厚のＳｉＯ_２膜を成膜する。続いて、ＳｉＯ_２膜が成膜された複数の基板Ｗを搭載した基板保持具３０をチャンバ内から搬出し、処理を終了する。

【0104】

以上に説明したように、本実施形態の埋込方法及び基板処理システムによれば、チャンバ間を移動する基板に形成された凹部内の膜を酸化や汚染から保護し、膜特性を高めることができる。

【0105】

今回開示された実施形態に係る埋込方法及び基板処理システムは、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0106】

１０ 基板処理装置
１１ 第１チャンバ
２１ 第２チャンバ
４０ ガス供給部
５０ 排気部
６０ 加熱部
９０ 制御装置
１０２ ＳｉＮ膜
１０３ 改質層
１０４ 保護膜
４１Ａ～４１Ｅ ガスノズル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】