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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】P2023065305
(43)【公開日】2023-05-12
(54)【発明の名称】成膜方法及び成膜システム
(51)【国際特許分類】
H01L 21/318 20060101AFI20230502BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20230502BHJP
C23C 16/42 20060101ALI20230502BHJP
【ＦＩ】
H01L21/318 B
H01L21/318 C
H01L21/31 C
C23C16/42
【審査請求】未請求
【請求項の数】25
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022150161
(22)【出願日】2022-09-21
(31)【優先権主張番号】P 2021175804
(32)【優先日】2021-10-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(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】軍司 勲男
(72)【発明者】
【氏名】岡 正浩
(72)【発明者】
【氏名】本多 稔
(72)【発明者】
【氏名】小林 岳志
【テーマコード（参考）】
4K030
5F045
5F058
【Ｆターム（参考）】
4K030AA06
4K030AA13
4K030AA14
4K030AA16
4K030AA18
4K030BA40
4K030CA04
4K030CA12
4K030DA08
4K030FA01
4K030JA09
4K030JA16
4K030LA02
4K030LA15
5F045AA08
5F045AB33
5F045AB34
5F045AC01
5F045AC11
5F045AC12
5F045AC15
5F045AC16
5F045AD06
5F045AD07
5F045AD08
5F045AD09
5F045AE17
5F045AE19
5F045AE21
5F045BB19
5F045DP03
5F045EB08
5F045EF05
5F045EH14
5F045EK07
5F045EN04
5F045HA13
5F045HA25
5F058BA09
5F058BC08
5F058BC10
5F058BF07
5F058BF23
5F058BF29
5F058BF30
5F058BH12
5F058BH16
5F058BJ05
5F058BJ06
(57)【要約】
【課題】基板に形成された凹部へのシリコン含有膜の埋め込み性能を高める。
【解決手段】（ａ）処理容器内に凹部を有する基板を準備する工程と、（ｂ）シリコンを含むガスをプラズマにより活性化させて基板に供給し、シリコン含有膜を前記基板に形成する工程と、（ｃ）前記シリコン含有膜が前記凹部の開口部を閉塞した後、前記シリコン含有膜を部分的に改質する工程と、（ｄ）改質した前記シリコン含有膜を選択的にエッチングする工程と、を含む成膜方法が提供される。
【選択図】図１
【解決手段】（ａ）処理容器内に凹部を有する基板を準備する工程と、（ｂ）シリコンを含むガスをプラズマにより活性化させて基板に供給し、シリコン含有膜を前記基板に形成する工程と、（ｃ）前記シリコン含有膜が前記凹部の開口部を閉塞した後、前記シリコン含有膜を部分的に改質する工程と、（ｄ）改質した前記シリコン含有膜を選択的にエッチングする工程と、を含む成膜方法が提供される。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
（ａ）処理容器内に凹部を有する基板を準備する工程と、
（ｂ）シリコンを含むガスをプラズマにより活性化させて基板に供給し、シリコン含有膜を前記基板に形成する工程と、
（ｃ）前記シリコン含有膜が前記凹部の開口部を閉塞した後、前記シリコン含有膜を部分的に改質する工程と、
（ｄ）改質した前記シリコン含有膜を選択的にエッチングする工程と、
を含む成膜方法。
（ｂ）シリコンを含むガスをプラズマにより活性化させて基板に供給し、シリコン含有膜を前記基板に形成する工程と、
（ｃ）前記シリコン含有膜が前記凹部の開口部を閉塞した後、前記シリコン含有膜を部分的に改質する工程と、
（ｄ）改質した前記シリコン含有膜を選択的にエッチングする工程と、
を含む成膜方法。
【請求項2】
前記（ｂ）のシリコン含有膜を形成する工程と、前記（ｃ）のシリコン含有膜を改質する工程と、前記（ｄ）のシリコン含有膜をエッチングする工程と、をこの順で１回以上行う、
請求項１に記載の成膜方法。
請求項１に記載の成膜方法。
【請求項3】
前記（ｂ）のシリコン含有膜を形成する工程の後、前記（ｃ）のシリコン含有膜を改質する工程と、前記（ｄ）のシリコン含有膜をエッチングする工程と、をこの順で１回以上行う、
請求項１に記載の成膜方法。
請求項１に記載の成膜方法。
【請求項4】
前記（ｂ）のシリコン含有膜を形成する工程は、シリコン含有膜を形成するための処理装置の処理容器内の圧力を段階的又は連続的に制御する、
請求項１～３のいずれか一項に記載の成膜方法。
請求項１～３のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項5】
前記（ｂ）のシリコン含有膜を形成する工程は、（ｂ－１）前記シリコン含有膜を形成するための処理装置の処理容器内の前記圧力を第１の圧力に制御する工程と、
（ｂ－２）前記シリコン含有膜を形成するための処理装置の処理容器内の前記圧力を前記第１の圧力より高い第２の圧力に制御する工程と、を含む、
請求項４に記載の成膜方法。
（ｂ－２）前記シリコン含有膜を形成するための処理装置の処理容器内の前記圧力を前記第１の圧力より高い第２の圧力に制御する工程と、を含む、
請求項４に記載の成膜方法。
【請求項6】
前記（ｂ）のシリコン含有膜を形成する工程は、シリコン含有ガスを含む複数の混合ガスに対するシリコン含有ガスの流量比を段階的又は連続的に制御する、
請求項１～５のいずれか一項に記載の成膜方法。
請求項１～５のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項7】
前記（ｂ）のシリコン含有膜を形成する工程は、
（ｂ－３）前記シリコン含有ガスを含む複数の混合ガスに対する前記シリコン含有ガスの流量比を第１の流量比に制御する工程と、
（ｂ－２）前記シリコン含有ガスを含む複数の混合ガスに対する前記シリコン含有ガスの流量比を前記第１の流量比より大きい第２の流量比に制御する工程と、を含む、
請求項６に記載の成膜方法。
（ｂ－３）前記シリコン含有ガスを含む複数の混合ガスに対する前記シリコン含有ガスの流量比を第１の流量比に制御する工程と、
（ｂ－２）前記シリコン含有ガスを含む複数の混合ガスに対する前記シリコン含有ガスの流量比を前記第１の流量比より大きい第２の流量比に制御する工程と、を含む、
請求項６に記載の成膜方法。
【請求項8】
前記（ｃ）のシリコン含有膜を改質する工程は、前記シリコン含有膜を部分的に酸化させる、
請求項１～７のいずれか一項に記載の成膜方法。
請求項１～７のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項9】
前記（ｄ）のシリコン含有膜をエッチングする工程は、改質させた前記シリコン含有膜を除去して前記凹部の開口部を形成する、
請求項１～８のいずれか一項に記載の成膜方法。
請求項１～８のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項10】
前記（ｄ）のシリコン含有膜をエッチングする工程は、プラズマを使用せずに前記シリコン含有膜を除去する、
請求項１～９のいずれか一項に記載の成膜方法。
請求項１～９のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項11】
前記（ｄ）のシリコン含有膜をエッチングする工程は、
（ｄ－１）フッ素を含むガスと窒素を含むガスとを前記基板に供給し、前記改質されたシリコン含有膜と反応させることにより反応副生成物を形成する工程と、
（ｄ－２）前記反応副生成物を除去する工程と、を含む、
請求項１～１０のいずれか一項に記載の成膜方法。
（ｄ－１）フッ素を含むガスと窒素を含むガスとを前記基板に供給し、前記改質されたシリコン含有膜と反応させることにより反応副生成物を形成する工程と、
（ｄ－２）前記反応副生成物を除去する工程と、を含む、
請求項１～１０のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項12】
前記（ｄ－２）の反応副生成物を除去する工程は、熱処理により前記反応副生成物を昇華させて除去する、
請求項１１に記載の成膜方法。
請求項１１に記載の成膜方法。
【請求項13】
前記（ｄ－２）の反応副生成物を除去する工程は、基板を載置する載置台の温度を５０℃以上に制御する、
請求項１１又は１２に記載の成膜方法。
請求項１１又は１２に記載の成膜方法。
【請求項14】
（ｈ）前記（ｄ）の後、前記凹部の上部及び側壁部のシリコン含有膜をさらにエッチングする工程を行う、
請求項１～１３のいずれか一項に記載の成膜方法。
請求項１～１３のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項15】
前記（ｈ）のシリコン含有膜をさらにエッチングする工程は、
（ｈ－１）フッ素を含むガスと窒素を含むガスとを前記基板に供給し、前記改質されたシリコン含有膜と反応させることにより反応副生成物を形成する工程と、
（ｈ－２）前記反応副生成物を除去する工程と、を含む、
請求項１４に記載の成膜方法。
（ｈ－１）フッ素を含むガスと窒素を含むガスとを前記基板に供給し、前記改質されたシリコン含有膜と反応させることにより反応副生成物を形成する工程と、
（ｈ－２）前記反応副生成物を除去する工程と、を含む、
請求項１４に記載の成膜方法。
【請求項16】
前記（ｈ－１）の反応副生成物を形成する工程と、前記（ｈ－２）の反応副生成物を除去する工程と、を１回以上行う、
請求項１５に記載の成膜方法。
請求項１５に記載の成膜方法。
【請求項17】
（ｇ）前記（ｄ）の後、前記凹部に形成した前記シリコン含有膜をプラズマで活性化させた窒素を含むガスにより改質する工程を更に含む、
請求項１～１６のいずれか一項に記載の成膜方法。
請求項１～１６のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項18】
前記シリコン含有膜は、シリコンと窒素とを含む膜である、
請求項１～１７のいずれか一項に記載の成膜方法。
請求項１～１７のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項19】
前記シリコンと窒素とを含む膜は、ＳｉＮ膜、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＯＣＮ膜のいずれかの膜である、
請求項１８に記載の成膜方法。
請求項１８に記載の成膜方法。
【請求項20】
前記シリコン含有膜は、Ｓｉ膜である、
請求項１～１７のいずれか一項に記載の成膜方法。
請求項１～１７のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項21】
前記基板は複数の凹部を有し、
（ｅ）前記シリコン含有膜が複数の前記凹部の開口部を閉塞したかを判定する工程を更に含み、
前記（ｃ）のシリコン含有膜を改質する工程は、前記（ｅ）の工程において前記シリコン含有膜がすべての前記凹部の開口部を閉塞していると判定された場合、前記シリコン含有膜の改質を開始する、
請求項１～２０のいずれか一項に記載の成膜方法。
（ｅ）前記シリコン含有膜が複数の前記凹部の開口部を閉塞したかを判定する工程を更に含み、
前記（ｃ）のシリコン含有膜を改質する工程は、前記（ｅ）の工程において前記シリコン含有膜がすべての前記凹部の開口部を閉塞していると判定された場合、前記シリコン含有膜の改質を開始する、
請求項１～２０のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項22】
（ｆ）前記凹部の開口部を閉塞したシリコン含有膜が酸化したかを判定する工程を更に含み、
前記（ｄ）のシリコン含有膜をエッチングする工程は、前記（ｆ）の工程において前記凹部の開口部を閉塞したシリコン含有膜が酸化したと判定された場合、前記シリコン含有膜のエッチングを開始する、
請求項１～２１のいずれか一項に記載の成膜方法。
前記（ｄ）のシリコン含有膜をエッチングする工程は、前記（ｆ）の工程において前記凹部の開口部を閉塞したシリコン含有膜が酸化したと判定された場合、前記シリコン含有膜のエッチングを開始する、
請求項１～２１のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項23】
前記（ｂ）のシリコン含有膜を形成する工程と、前記（ｃ）のシリコン含有膜を改質する工程とは、同一の処理装置で行う、
請求項１～２２のいずれか一項に記載の成膜方法。
請求項１～２２のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項24】
複数の処理装置を有する成膜システムであって、
前記複数の処理装置は、
シリコンを含むガスをプラズマにより活性化させて凹部を有する基板に供給し、シリコン含有膜を前記基板に形成する工程を実行するように構成された第１の処理装置と、
前記シリコン含有膜が前記凹部の開口部を閉塞した後、前記シリコン含有膜を部分的に改質する工程を実行するように構成された第２の処理装置と、
改質した前記シリコン含有膜を選択的にエッチングする工程を実行するように構成された第３の処理装置と、を有し、
前記第１の処理装置と前記第２の処理装置は同一の処理装置又は別の処理装置であり、
前記第１の処理装置と前記第３の処理装置、及び前記第２の処理装置と第３の処理装置は別の処理装置である、成膜システム。
前記複数の処理装置は、
シリコンを含むガスをプラズマにより活性化させて凹部を有する基板に供給し、シリコン含有膜を前記基板に形成する工程を実行するように構成された第１の処理装置と、
前記シリコン含有膜が前記凹部の開口部を閉塞した後、前記シリコン含有膜を部分的に改質する工程を実行するように構成された第２の処理装置と、
改質した前記シリコン含有膜を選択的にエッチングする工程を実行するように構成された第３の処理装置と、を有し、
前記第１の処理装置と前記第２の処理装置は同一の処理装置又は別の処理装置であり、
前記第１の処理装置と前記第３の処理装置、及び前記第２の処理装置と第３の処理装置は別の処理装置である、成膜システム。
【請求項25】
複数の基板を処理する処理装置を有する成膜システムであって、
前記処理装置は、
前記複数の基板を載置する複数の載置台と、
前記載置台に対応する複数の処理空間と、
を備え、
前記複数の処理空間は、
シリコンを含むガスをプラズマにより活性化させて凹部を有する基板に供給し、シリコン含有膜を前記基板に形成する工程を実行するように構成された第１の処理空間と、
前記シリコン含有膜が前記凹部の開口部を閉塞した後、前記シリコン含有膜を部分的に改質する工程を実行するように構成された第２の処理空間と、
フッ素を含むガスと窒素を含むガスとを前記基板に供給し、前記改質されたシリコン含有膜と反応させることにより反応副生成物を形成する工程を実行するように構成された第３の処理空間と、
前記反応副生成物を除去する工程を実行するように構成された第４の処理空間と、
を備える、成膜システム。
前記処理装置は、
前記複数の基板を載置する複数の載置台と、
前記載置台に対応する複数の処理空間と、
を備え、
前記複数の処理空間は、
シリコンを含むガスをプラズマにより活性化させて凹部を有する基板に供給し、シリコン含有膜を前記基板に形成する工程を実行するように構成された第１の処理空間と、
前記シリコン含有膜が前記凹部の開口部を閉塞した後、前記シリコン含有膜を部分的に改質する工程を実行するように構成された第２の処理空間と、
フッ素を含むガスと窒素を含むガスとを前記基板に供給し、前記改質されたシリコン含有膜と反応させることにより反応副生成物を形成する工程を実行するように構成された第３の処理空間と、
前記反応副生成物を除去する工程を実行するように構成された第４の処理空間と、
を備える、成膜システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、成膜方法及び成膜システムに関する。
【背景技術】
【0002】
半導体デバイスの微細化に伴い、高アスペクト比を有する凹部へのボイドやシームの発生がない高品質な膜の埋め込みが求められている。
【0003】
例えば、特許文献１は、シリコン含有ガス及び酸素含有ガスを供給することにより、基板上に酸化シリコン膜を成膜する工程と、フッ酸ガス及びアンモニアガスを供給することにより、酸化シリコン膜をエッチングするエッチング工程と、を含み、成膜工程とエッチング工程とが交互に繰り返される成膜方法が開示される。
【0004】
例えば、特許文献２は、第１工程において基板と配線に対して絶縁膜を堆積させるための成膜処理と、Ａｒ及びイオンによってスパッタエッチングするエッチング処理とを同時に行い、配線間にボイドが形成されたあと、第２工程において配線上部の絶縁膜と配線間の絶縁膜を選択的にエッチングし、配線上部の絶縁膜を平坦状にするとともに配線間に開口を形成し、第１工程と第２工程を繰り返す成膜方法が開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１２－１９９３０６号公報
【特許文献2】特開２００３－３７１０３号公報
【特許文献3】特開２００７－１８０４１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本開示は、基板に形成された凹部へのシリコン含有膜の埋め込み性能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】
【0007】
本開示の一の態様によれば、（ａ）処理容器内に凹部を有する基板を準備する工程と、（ｂ）シリコンを含むガスをプラズマにより活性化させて基板に供給し、シリコン含有膜を前記基板に形成する工程と、（ｃ）前記シリコン含有膜が前記凹部の開口部を閉塞した後、前記シリコン含有膜を部分的に改質する工程と、（ｄ）改質した前記シリコン含有膜を選択的にエッチングする工程と、を含む成膜方法が提供される。
【発明の効果】
【0008】
一の側面によれば、基板に形成された凹部へのシリコン含有膜の埋め込み性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】実施形態に係る成膜方法ＳＴを示すフローチャート。
【図2】実施形態に係る成膜方法の説明図。
【図3】実施形態に係る成膜時間と膜厚との関係を示す図。
【図4】実施形態に係る成膜時間と圧力との関係を示す図。
【図5】実施形態に係る成膜時間とガス流量比との関係を示す図。
【図6】実施形態に係る成膜システムの構成例を示す図。
【図7】実施形態に係る成膜装置の構成例を示す図。
【図8】実施形態に係る他の処理装置の構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0010】
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。
【0011】
［成膜方法ＳＴ］
半導体製造プロセスの工程において半導体デバイスの微細化に伴い、高アスペクト比を有する凹部へのボイドやシームの発生がない高品質な膜の埋め込みが求められている。従来技術のＡｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＡＬＤ）では、低スループット、シームやボイドの発生、後工程での凹部の形状変形、膜の電気特性の劣化等の課題が挙げられる。
半導体製造プロセスの工程において半導体デバイスの微細化に伴い、高アスペクト比を有する凹部へのボイドやシームの発生がない高品質な膜の埋め込みが求められている。従来技術のＡｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＡＬＤ）では、低スループット、シームやボイドの発生、後工程での凹部の形状変形、膜の電気特性の劣化等の課題が挙げられる。
【0012】
また、従来技術のＨｉｇｈ－Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐｌａｓｍａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＨＤＰ（高密度プラズマ） ＣＶＤ）では、ＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｔｉｏｎ）の縮小化、高アスペクト比による凹部への膜の埋め込み性能の劣化、イオンの打ち込みによる基板構造の変形、膜質の劣化等の課題が挙げられる。
【0013】
また、従来技術のＦｌｏｗａｂｌｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＦＣＶＤ）では、流動性膜の成膜工程とキュア・トリートメント工程との複雑化、成膜の深さ方向の膜質傾斜による電気特性の劣化等の課題が挙げられる。
【0014】
本開示では、以上の課題を解決し、基板に形成された凹部へのシリコン含有膜の埋め込み性能を高めることができる成膜方法を提案する。
【0015】
図１は、実施形態に係る成膜方法ＳＴを示すフローチャートである。図２は、実施形態に係る成膜方法ＳＴの説明図である。本開示の成膜方法ＳＴは、ウェハ（半導体ウェハ）を一例とする基板Ｗに形成された凹部にシリコン含有膜を成膜する。
【0016】
（基板の準備工程Ｓ１）
まず、図１の基板の準備工程Ｓ１において、処理装置の処理容器内に基板Ｗを提供する工程を実行する。図２（ａ）は凹部１１４を有する基板Ｗの一例を示す。基板Ｗは、シリコン基板１１０上に複数の凹部１１４を有する。基板Ｗの凹部１１４はトレンチ構造を有し、上面１１２、底面１１６、側面１１８を持つ。凹部１１４は、ホールであってもよいし、ラインであってもよい。
まず、図１の基板の準備工程Ｓ１において、処理装置の処理容器内に基板Ｗを提供する工程を実行する。図２（ａ）は凹部１１４を有する基板Ｗの一例を示す。基板Ｗは、シリコン基板１１０上に複数の凹部１１４を有する。基板Ｗの凹部１１４はトレンチ構造を有し、上面１１２、底面１１６、側面１１８を持つ。凹部１１４は、ホールであってもよいし、ラインであってもよい。
【0017】
（成膜工程Ｓ３）
次に、図１の成膜工程Ｓ３において、基板Ｗの凹部１１４にシリコン含有膜を堆積する。本開示では、ＣＶＤ法によりシリコン含有膜を形成する。具体的には、シリコンを含むガスをプラズマにより活性化させて基板Ｗに供給し、シリコン含有膜を基板Ｗに形成する。
次に、図１の成膜工程Ｓ３において、基板Ｗの凹部１１４にシリコン含有膜を堆積する。本開示では、ＣＶＤ法によりシリコン含有膜を形成する。具体的には、シリコンを含むガスをプラズマにより活性化させて基板Ｗに供給し、シリコン含有膜を基板Ｗに形成する。
【0018】
ここでは、シリコン含有膜の一例としてシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を堆積させる。この場合、シリコン含有ガスと窒素含有ガスとを含む処理ガスを処理装置の処理容器内に供給してプラズマを生成し、そのプラズマで活性化されたガス種を化学的に反応させてシリコン窒化膜を形成する。シリコン含有ガスはシラン（ＳｉＨ４）ガス、窒素含有ガスはアンモニア（ＮＨ３）ガスであってよい。ただし、シリコン含有ガス及び窒素含有ガスの種類はこれに限らない。例えば窒素含有ガスは窒素（Ｎ２）ガスであってもよい。成膜工程Ｓ３では、凹部１１４の上面１１２近傍、および、凹部１１４の底面１１６に優先的にシリコン窒化膜を形成させる条件で成膜を行い、凹部１１４の上面１１２近傍に成膜されたシリコン窒化膜で凹部１１４の開口部を閉塞させる。以下に成膜工程Ｓ３のプロセス条件を示す。
＜成膜工程Ｓ３のプロセス条件＞
成膜ガス ＳｉＨ４、Ｎ２、及びＡｒ
圧力 ５Ｐａ～５０Ｐａ
プラズマ電力 ５００Ｗ～４５００Ｗ
ＳｉＨ４ガス、ＮＨ３ガス及びＡｒガスは処理容器内に供給され、プラズマにより活性化させて基板Ｗに供給し、これにより、シリコン窒化膜を基板Ｗに形成する。
＜成膜工程Ｓ３のプロセス条件＞
成膜ガス ＳｉＨ４、Ｎ２、及びＡｒ
圧力 ５Ｐａ～５０Ｐａ
プラズマ電力 ５００Ｗ～４５００Ｗ
ＳｉＨ４ガス、ＮＨ３ガス及びＡｒガスは処理容器内に供給され、プラズマにより活性化させて基板Ｗに供給し、これにより、シリコン窒化膜を基板Ｗに形成する。
【0019】
図２（ｂ）は、シリコン窒化膜１２０が、凹部１１４の底面１１６及び上面１１２に堆積し、凹部１１４の開口部がシリコン窒化膜１２０によって閉塞している状態を示す。成膜工程Ｓ３では、凹部の上面１１２と底面１１６に優先的にシリコン窒化膜１２０を形成するようなプロセス条件で成膜し、側面１１８にはなるべくシリコン窒化膜１２０を成膜させない。つまり、成膜工程Ｓ３ではコンフォーマルに膜を成膜しない。このようなプロセス条件として、例えば、処理容器内の圧力を高くする。また、例えば、処理容器内に供給するＳｉＨ４ガス、ＮＨ３ガス、および、Ａｒガス等の混合ガスの全流量に対するＳｉＨ４ガス、および／または、ＮＨ３ガスの流量を高く（大きく）する。
【0020】
図２（ｂ）は、シリコン窒化膜１２０が凹部１１４の底面１１６及び上面１１２に堆積し、上面１１２に堆積したシリコン窒化膜１２０がマッシュルーム状になり、隣接するシリコン窒化膜１２０と接触して凹部１１４の開口部を閉塞している状態を示す。凹部１１４の開口部が閉塞されるまで優先的にシリコン窒化膜１２０を形成すると、凹部１１４の底面１１６にもシリコン窒化膜１２０が形成され、その上部には空隙１１５が形成される。
【0021】
（酸化工程Ｓ５（改質工程））
次に、図１の酸化工程Ｓ５において、凹部１１４の開口部を閉塞しているシリコン窒化膜１２０を含むシリコン窒化膜１２０を部分的に酸化する。酸化工程Ｓ５は、シリコン窒化膜１２０を部分的に改質する工程の一例である。
次に、図１の酸化工程Ｓ５において、凹部１１４の開口部を閉塞しているシリコン窒化膜１２０を含むシリコン窒化膜１２０を部分的に酸化する。酸化工程Ｓ５は、シリコン窒化膜１２０を部分的に改質する工程の一例である。
【0022】
酸化工程Ｓ５は、シリコン窒化膜１２０を部分的に酸化させてよい。以下に、シリコン窒化膜１２０を酸化させるときの酸化工程Ｓ５のプロセス条件を示す。酸化工程Ｓ５は次に示すようにプラズマを使用してもよいし、プラズマを使用しなくてもよい。
＜酸化工程Ｓ５のプロセス条件＞
酸化ガス Ｏ３、又はＯ２、又は亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）
プラズマの有無 Ｏ３の場合、Ｏ３ガスを基板に暴露（プラズマを使用しない）
Ｏ２、又はＮ２Ｏの場合、プラズマにより活性化（プラズマを使用する）
載置台（基板）温度 ２００℃～５００℃
圧力 ５Ｐａ～４００Ｐａ
プラズマ電力 ５００Ｗ～４５００Ｗ（プラズマを使用する場合）
＜酸化工程Ｓ５のプロセス条件＞
酸化ガス Ｏ３、又はＯ２、又は亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）
プラズマの有無 Ｏ３の場合、Ｏ３ガスを基板に暴露（プラズマを使用しない）
Ｏ２、又はＮ２Ｏの場合、プラズマにより活性化（プラズマを使用する）
載置台（基板）温度 ２００℃～５００℃
圧力 ５Ｐａ～４００Ｐａ
プラズマ電力 ５００Ｗ～４５００Ｗ（プラズマを使用する場合）
【0023】
これにより、上面１１２に堆積したシリコン窒化膜１２０が部分的に酸化されてシリコン酸化（ＳｉＯｘ）膜１２１になる。シリコン窒化膜１２０のうち少なくとも凹部１１４の開口部を閉塞している部分が酸化されるまで本工程は続けられる。図２（ｃ）は、シリコン窒化膜１２０が部分的に酸化されてシリコン酸化膜１２１に改質（変質）した状態を示す。凹部１１４の開口部を閉塞しているシリコン窒化膜１２０が部分的に酸化されてシリコン酸化膜１２１に改質している。上面１１２近傍に形成されたシリコン窒化膜は、膜厚が厚くなるため、酸化工程Ｓ５は、例えば、圧力が高く、酸化ガスの流量が大きい条件が好適である。また、例えば、プラズマを用いる場合は、圧力が高く、プラズマ電力が大きい条件が好適である。また、処理温度は、成膜工程Ｓ３以上の温度が好適である。
【0024】
酸化部分は上面１１２近傍（例えば、上面１１２よりも上層）のシリコン窒化膜１２０であり、凹部１１４の底部に形成されたシリコン窒化膜１２０は凹部１１４の開口部が閉塞しているので、酸化工程Ｓ５による酸化を回避できる。よって、本工程によれば、凹部１１４の底部のシリコン窒化膜１２０を保護しつつ（改質せずに）、凹部１１４の開口部を閉塞しているシリコン窒化膜１２０をシリコン酸化膜１２１に改質できる。このようにして凹部１１４の上面１１２近傍のシリコン窒化膜１２０だけをシリコン酸化膜１２１に改質（酸化）させる。これにより、後述するエッチング工程Ｓ７において凹部１１４の開口部を閉塞しているシリコン酸化膜１２１を選択的にエッチングし易くする。
【0025】
（エッチング工程Ｓ７（第１のエッチング工程））
次に、図１のエッチング工程Ｓ７において、改質させたシリコン酸化膜１２１を選択的にエッチングする。シリコン窒化膜１２０とシリコン酸化膜１２１とでは、シリコン酸化膜１２１が下記のプロセス条件においてエッチングされ易い。これにより、シリコン窒化膜１２０に対してシリコン酸化膜１２１を選択的にエッチングし、シリコン酸化膜１２１を選択的に除去できる。この結果、本エッチング工程Ｓ７によっても凹部１１４の底面１１６のシリコン窒化膜１２０は除去されない。
次に、図１のエッチング工程Ｓ７において、改質させたシリコン酸化膜１２１を選択的にエッチングする。シリコン窒化膜１２０とシリコン酸化膜１２１とでは、シリコン酸化膜１２１が下記のプロセス条件においてエッチングされ易い。これにより、シリコン窒化膜１２０に対してシリコン酸化膜１２１を選択的にエッチングし、シリコン酸化膜１２１を選択的に除去できる。この結果、本エッチング工程Ｓ７によっても凹部１１４の底面１１６のシリコン窒化膜１２０は除去されない。
【0026】
シリコン酸化膜１２１を除去したことによって再び凹部１１４の開口部が形成される。図２（ｄ）は、シリコン酸化膜１２１が除去され、凹部１１４の開口部が再び開口し、酸化していないシリコン窒化膜１２０が残っている状態を示す。エッチング工程Ｓ７は、プラズマを使用せずにシリコン酸化膜１２１を除去する。以下に、エッチング工程Ｓ７のプロセス条件を示す。これらのエッチング工程は特許文献３にも詳細が記述されている。
＜エッチング工程Ｓ７のプロセス条件＞
ＣＯＲエッチングガス ＮＨ３及びフッ化（ＨＦ）水素
ＣＯＲ工程 載置台（基板）温度 ２０℃～９０℃
ＣＯＲ工程圧力 ５Ｐａ～１３３Ｐａ
＜エッチング工程Ｓ７のプロセス条件＞
ＣＯＲエッチングガス ＮＨ３及びフッ化（ＨＦ）水素
ＣＯＲ工程 載置台（基板）温度 ２０℃～９０℃
ＣＯＲ工程圧力 ５Ｐａ～１３３Ｐａ
【0027】
これにより、シリコン窒化膜１２０に対してシリコン酸化膜１２１が選択的にエッチングされる。エッチング工程Ｓ７は、ＣＯＲ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｒｅｍｏｖｅｒ）工程とＰＨＴ（Ｐｏｓｔ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）工程とを含む。ＣＯＲ工程では、フッ素を含むガスと窒素を含むガスとを基板Ｗに供給し、フッ素を含むガスと窒素を含むガスとシリコン酸化膜１２１とを反応させて気化しやすい物質を形成する。ＰＨＴ工程では、形成された気化しやすい物質を加熱して気化させて除去する。例えばＣＯＲ工程及びＰＨＴ工程においてＮＨ３ガス及びＨＦガスを反応ガスとして用いることにより、以下の化学反応を利用してシリコン酸化膜１２１を除去する。なお、フッ素を含むガスの一例としてＨＦガスが挙げられ、窒素を含むガスの一例としてＮＨ３ガスが挙げられるが、これに限らない。
【0028】
ＣＯＲ工程では、次の化学反応式に示すようにプラズマを使用しないでシリコン酸化膜１２１を気化しやすい物質に変化させる。プラズマを使用しないことで、凹部１１４に形成されたシリコン窒化膜１２０が変質したり、ダメージを受けたりすることを軽減できる。
【0029】
＜ＣＯＲ工程の化学反応式／気化しやすい生成物の形成＞
ＳｉＯ２（Ｓｏｌｉｄ）＋２ＮＨ３（ｇａｓ）＋６ＨＦ（ｇａｓ）→（ＮＨ４）２ＳｉＦ６（Ｓｏｌｉｄ、気化しやすい生成物）＋２Ｈ２Ｏ（ｇａｓ）
ＳｉＯ２（Ｓｏｌｉｄ）＋２ＮＨ３（ｇａｓ）＋６ＨＦ（ｇａｓ）→（ＮＨ４）２ＳｉＦ６（Ｓｏｌｉｄ、気化しやすい生成物）＋２Ｈ２Ｏ（ｇａｓ）
【0030】
シリコン酸化膜１２１に対してＮＨ３ガスとＨＦガスとを暴露させると、気化しやすい生成物としてケイフッ化アンモニウム（（ＮＨ４）２ＳｉＦ６）に変わる。
【0031】
ＰＨＴ工程では、ＣＯＲ工程により形成したケイフッ化アンモニウムを次の化学反応式に示すように熱処理することでケイフッ化アンモニウムをＳｉＦ４、ＨＦ、ＮＨ３にして気化させて除去する。ケイフッ化アンモニウムをこのようにして気化させるために、ＰＨＴ工程では、基板を載置する載置台の温度又は基板の温度を５０℃以上に制御することが好ましい。もしくは、特許文献３にあるように高温の加熱ガスを供給することで気化させてもよい。
【0032】
＜ＰＨＴ工程の化学反応式＞
（ＮＨ４）２ＳｉＦ６→ＳｉＦ４↑＋２ＮＨ３↑＋２ＨＦ↑
これにより、プラズマを使用せずに、凹部１１４の開口部を閉塞しているシリコン窒化膜１２０を含む上面１１２よりも上層のシリコン酸化膜１２１を除去できる。これにより、凹部１１４の開口部が再び開口され、次の成膜工程Ｓ３において底面１１６からボトムアップでシリコン窒化膜１２０を成膜させることが可能になる。
（ＮＨ４）２ＳｉＦ６→ＳｉＦ４↑＋２ＮＨ３↑＋２ＨＦ↑
これにより、プラズマを使用せずに、凹部１１４の開口部を閉塞しているシリコン窒化膜１２０を含む上面１１２よりも上層のシリコン酸化膜１２１を除去できる。これにより、凹部１１４の開口部が再び開口され、次の成膜工程Ｓ３において底面１１６からボトムアップでシリコン窒化膜１２０を成膜させることが可能になる。
【0033】
（埋め込み判定工程Ｓ９）
次に、図１の埋め込み判定工程Ｓ９において、凹部１１４がシリコン窒化膜１２０で埋まったかを判定する。凹部１１４がシリコン窒化膜１２０で埋まったと判定されるまで工程Ｓ３～Ｓ７に示す処理を行う。これにより、工程Ｓ３～Ｓ７に含まれる成膜工程Ｓ３、酸化工程Ｓ５、エッチング工程Ｓ７の処理が繰り返される。図２（ｅ）は、空隙１１５が形成され、凹部１１４のシリコン窒化膜１２０による埋め込みが完了していないと判定され（工程Ｓ９にて「Ｎｏ」）、次の成膜工程Ｓ３が実行された後の状態を示す。エッチング工程Ｓ７において凹部１１４の開口部が再び開口されたため、次の成膜工程Ｓ３において凹部１１４の底面からボトムアップでシリコン窒化膜１２０が成膜されている。
次に、図１の埋め込み判定工程Ｓ９において、凹部１１４がシリコン窒化膜１２０で埋まったかを判定する。凹部１１４がシリコン窒化膜１２０で埋まったと判定されるまで工程Ｓ３～Ｓ７に示す処理を行う。これにより、工程Ｓ３～Ｓ７に含まれる成膜工程Ｓ３、酸化工程Ｓ５、エッチング工程Ｓ７の処理が繰り返される。図２（ｅ）は、空隙１１５が形成され、凹部１１４のシリコン窒化膜１２０による埋め込みが完了していないと判定され（工程Ｓ９にて「Ｎｏ」）、次の成膜工程Ｓ３が実行された後の状態を示す。エッチング工程Ｓ７において凹部１１４の開口部が再び開口されたため、次の成膜工程Ｓ３において凹部１１４の底面からボトムアップでシリコン窒化膜１２０が成膜されている。
【0034】
つまり、成膜工程Ｓ３、酸化工程Ｓ５、エッチング工程Ｓ７の処理は、凹部１１４へのシリコン窒化膜１２０が埋まるまでこの順で繰り返し行われる。
【0035】
また、成膜工程Ｓ３でシリコン窒化膜１２０が形成された後、酸化工程Ｓ５とエッチング工程Ｓ７を１回以上繰り返してもよい。これにより、凹部１１４の開口部を制御性良く開口することができる。
【0036】
また、エッチング工程Ｓ７（第１のエッチング工程）の後に凹部１１４の上部及び側壁部に残存するシリコン含有膜をエッチングする工程（第２のエッチング工程）を含んでもよい。例えば、図２（ｄ）に示すようにエッチング工程Ｓ７の後、凹部１１４の上部及び側壁部にシリコン窒化膜１２０が残存する場合がある。この状態で凹部１１４の底部にシリコン窒化膜１２０を形成する場合、凹部１１４の開口部が狭くなり、埋め込み性が悪化する恐れがある。そこで、エッチング工程Ｓ７の後に凹部１１４の上部及び側壁部に残存するシリコン窒化膜１２０を選択的にエッチングする。具体的には、エッチング工程Ｓ７と同じようにＣＯＲ工程と、ＰＨＴ工程を用いてエッチングする。ＣＯＲ工程では、シリコン窒化膜１２０を選択的にエッチングできるように圧力、ガスの流量比、処理時間等を調整する。これにより、図２（ｆ）のように凹部１１４の上部及び側壁部のシリコン窒化膜１２０を除去し、制御性良くシリコン窒化膜１２０をボトムアップ成膜することができる。
【0037】
また、第２のエッチング工程のＣＯＲ工程とＰＨＴ工程は、１回以上繰り返してもよい。これにより、凹部１１４の開口部を制御性良く開口することができる。
【0038】
エッチング工程Ｓ７の後、凹部１１４の開口部が再び開口され、底面１１６に形成したシリコン窒化膜１２０が露出した状態で凹部１１４に形成したシリコン窒化膜１２０をプラズマで活性化させた窒素を含むガスにより改質する工程（第２の改質）を更に行ってもよい。エッチング工程Ｓ７の後に凹部１１４の上部及び側壁部に残存するシリコン窒化膜１２０を選択的にエッチングした後、第２の改質を更に行ってもよい。これにより、形成したシリコン窒化膜１２０の膜質を改善することができる。また、熱処理により膜を高密度化する工程を更に行ってもよい。これにより緻密なシリコン窒化膜１２０となり、膜質が改善される。
【0039】
また、図１の成膜工程Ｓ３において、シリコン窒化膜１２０によって複数の凹部１１４の開口部のすべてが閉塞したかを判定し、凹部１１４の開口部のすべてが閉塞したと判定されるまで成膜工程Ｓ３を続ける判定工程を含んでもよい。
【0040】
凹部１１４の開口部が閉塞したかを判定する方法としては、上面１１２に堆積したシリコン窒化膜１２０の断面の形状を光学的手法で測定して判定してもよい。上面１１２のシリコン窒化膜１２０が完全に閉塞しているか、それとも完全には閉塞していないかによって、上面１１２に堆積したシリコン窒化膜１２０に照射した光の反射の状態が変わる。光の反射の状態のある変化点をもってシリコン窒化膜１２０による開口部の閉塞の有無を判定してよい。ただし、判定方法はこれに限らず、他の方法を用いることができる。例えば上面１１２に堆積したシリコン窒化膜１２０が閉塞するまでの時間を成膜制御時間として予め測定して記憶部に記憶しておく。成膜工程Ｓ３を開始してから成膜制御時間が経過したら次の酸化工程Ｓ５を開始してもよい。
【0041】
また、図１の酸化工程Ｓ５において、凹部１１４の開口部を閉塞しているシリコン窒化膜１２０を酸化したかを判定する判定工程を含んでもよい。凹部１１４の開口部を閉塞しているシリコン窒化膜１２０がシリコン酸化膜１２１に改質されたと判定されるまで、酸化工程Ｓ５が実行される。これにより、酸化工程Ｓ５では、凹部１１４の開口部を閉塞しているシリコン窒化膜１２０がシリコン酸化膜１２１に酸化されるまで行われる。
【0042】
凹部１１４の開口部を閉塞しているシリコン窒化膜１２０がシリコン酸化膜１２１に改質されたかを判定する方法としては、前述したシリコン窒化膜１２０の断面の形状を光学的手法で測定して判定してもよい。凹部１１４の開口部を閉塞しているシリコン窒化膜１２０が酸化しているか、それとも完全に酸化しておらずシリコン窒化膜１２０の部分があるかによって、照射した光の反射の状態が変わる。光の反射の状態のある変化点をもって凹部１１４の開口部を閉塞しているシリコン窒化膜１２０がシリコン酸化膜１２１に改質されたと判定してよい。ただし、この判定方法に限らず、他の方法を用いることができる。例えば凹部１１４の開口部を閉塞しているシリコン窒化膜１２０がシリコン酸化膜１２１に改質されるまでの時間を改質制御時間として予め測定し記憶部に記憶しておく。酸化工程Ｓ５を開始してから改質制御時間が経過したら次のエッチング工程Ｓ７を開始してもよい。改質制御時間は、載置台（基板）の温度によって変わる。よって、載置台（基板）の制御温度に応じた改質制御時間を予め測定し記憶部に記憶してもよい。
【0043】
また、埋め込み判定工程Ｓ９において、凹部１１４のシリコン窒化膜１２０による埋め込みが完了したかを判定する判定工程を含んでもよい。判定の方法としては、凹部１１４がシリコン窒化膜１２０で埋まるまでの時間を予め測定して記憶し、その時間を埋め込み判定時間として使用してもよい。また、凹部１１４のシリコン窒化膜１２０の断面を光学的に判定してシリコン窒化膜１２０による埋め込み完了を示すエンドポイントを検出してもよいし、その他の方法でもよい。
【0044】
［効果］
以上に説明した成膜方法ＳＴの特徴と効果は以下である。
＜特徴＞
１．成膜工程時に凹部１１４の開口部が閉塞するようにシリコン窒化膜を成膜する。
２．閉塞しているシリコン窒化膜を含む上面よりも上層を選択的に酸化する。
３．酸化されたシリコン酸化膜をシリコン窒化膜に対して選択的にエッチングする。
４．１．～３．の工程（成膜工程Ｓ３、酸化工程Ｓ５、エッチング工程Ｓ７）をトレンチ構造（凹部）が埋まるまで繰り返す。
以上に説明した成膜方法ＳＴの特徴と効果は以下である。
＜特徴＞
１．成膜工程時に凹部１１４の開口部が閉塞するようにシリコン窒化膜を成膜する。
２．閉塞しているシリコン窒化膜を含む上面よりも上層を選択的に酸化する。
３．酸化されたシリコン酸化膜をシリコン窒化膜に対して選択的にエッチングする。
４．１．～３．の工程（成膜工程Ｓ３、酸化工程Ｓ５、エッチング工程Ｓ７）をトレンチ構造（凹部）が埋まるまで繰り返す。
【0045】
これにより、高アスペクト比を有する凹部に対して、シームやボイドの発生を抑制して高品質なシリコン窒化膜１２０の埋め込みを行うことができる。
【0046】
なお、図１の成膜方法ＳＴでは、シリコン含有膜の一例としてシリコン窒化膜をトレンチ構造の凹部１１４に埋め込む例を挙げたが、シリコン含有膜は、シリコンと窒素とを含む膜であってよい。シリコンと窒素とを含む膜は、ＳｉＮ膜、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＢＮ膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＯＣＮ膜のいずれかの膜であってよい。また、シリコン含有膜は、Ｓｉ膜であってもよい。いずれの膜の場合も、酸化工程Ｓ５において酸化される。例えば、シリコン含有膜がＳｉ膜の場合、Ｓｉ膜は、酸化工程Ｓ５において酸化されてＳｉＯ膜となる。この場合にも、エッチング工程Ｓ７においてＳｉ膜に対してＳｉＯ膜の選択比がとれ、ＳｉＯ膜を選択的にエッチングできる。
【0047】
シリコン含有膜がＳｉＯＮ膜の場合、ＳｉＯＮ膜を酸化させるとＳｉＯ膜になる。また、ＳｉＯ膜の一部にＳｉＯＮとしてＮが残った部分があったとしても、改質が充分に行われていれば膜中のＮ成分は小量であるため、ＳｉＯＮ膜に対してＳｉＯ膜の選択比がとれ、ＳｉＯ膜を選択的にエッチングできる。
【0048】
［成膜時間と膜厚］
図３は、成膜工程Ｓ３の時間（成膜時間）と膜厚との関係を示す図であり、成膜方法ＳＴによりシリコン窒化膜を成膜した実験結果である。図３の横軸は成膜工程Ｓ３の開始からの経過時間を「成膜時間（ｓｅｃ）」として示し、縦軸は凹部１１４に成膜したシリコン窒化膜１２０の膜厚を「Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ（Å）」として示す。○で示す「Ｔｏｐ」は凹部１１４の上面１１２から上層に堆積したシリコン窒化膜１２０の最も厚い部分の上面１１２からの厚さ（膜厚）を示す。●で示す「Ｂｏｔｔｏｍ」は凹部１１４の底面１１６上に堆積したシリコン窒化膜１２０の最も厚い部分の底面１１６からの厚さ（膜厚）を示す。本実験のプロセス条件は以下の通りである。
＜プロセス条件＞
成膜ガス（流量比） ＳｉＨ４、ＮＨ３、および、Ａｒ（流量比 ＳｉＨ４：ＮＨ３＝２０：１０～２０：２０）
圧力 ５Ｐａ～５０Ｐａ
温度 ２００℃～６００℃
電力 １５００Ｗ～４５００Ｗ
図３は、成膜工程Ｓ３の時間（成膜時間）と膜厚との関係を示す図であり、成膜方法ＳＴによりシリコン窒化膜を成膜した実験結果である。図３の横軸は成膜工程Ｓ３の開始からの経過時間を「成膜時間（ｓｅｃ）」として示し、縦軸は凹部１１４に成膜したシリコン窒化膜１２０の膜厚を「Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ（Å）」として示す。○で示す「Ｔｏｐ」は凹部１１４の上面１１２から上層に堆積したシリコン窒化膜１２０の最も厚い部分の上面１１２からの厚さ（膜厚）を示す。●で示す「Ｂｏｔｔｏｍ」は凹部１１４の底面１１６上に堆積したシリコン窒化膜１２０の最も厚い部分の底面１１６からの厚さ（膜厚）を示す。本実験のプロセス条件は以下の通りである。
＜プロセス条件＞
成膜ガス（流量比） ＳｉＨ４、ＮＨ３、および、Ａｒ（流量比 ＳｉＨ４：ＮＨ３＝２０：１０～２０：２０）
圧力 ５Ｐａ～５０Ｐａ
温度 ２００℃～６００℃
電力 １５００Ｗ～４５００Ｗ
【0049】
図３に示す実験結果によれば、成膜時間に寄らず「Ｔｏｐ」の膜厚は「Ｂｏｔｔｏｍ」の膜厚よりも厚かった。また、成膜時間が長くなるほど、「Ｔｏｐ」の膜厚と「Ｂｏｔｔｏｍ」の膜厚との差が大きくなり、「Ｂｏｔｔｏｍ」のシリコン窒化膜に対する「Ｔｏｐ」のシリコン窒化膜の成長スピードが速くなった。
【0050】
［成膜時間と圧力］
図３に示した「Ｔｏｐ」の膜厚を短時間で厚くできれば、シリコン含有膜により凹部１１４の開口部を短時間で閉塞できる。これにより、成膜工程Ｓ３を実行する処理装置の稼働率を高め、スループットを向上でき、有利である。
図３に示した「Ｔｏｐ」の膜厚を短時間で厚くできれば、シリコン含有膜により凹部１１４の開口部を短時間で閉塞できる。これにより、成膜工程Ｓ３を実行する処理装置の稼働率を高め、スループットを向上でき、有利である。
【0051】
そこで、「Ｔｏｐ」の膜厚が短時間で厚くなり、シリコン含有膜により凹部１１４の開口部を短時間で閉塞できるように、圧力及び／又はガスの流量比の範囲を最適値に制御することが好ましい。
【0052】
図４は、実施形態に係る成膜時間と圧力との関係を示す図である。図４の横軸は成膜時間を示し、縦軸は成膜工程Ｓ３を実行する処理装置の処理容器内の圧力を示す。成膜時間をｓｔｅｐ１、ｓｔｅｐ２、ｓｔｅｐ３に分けたとき、成膜工程Ｓ３の初期工程ｓｔｅｐ１では予め設定された圧力Ｐ１に設定し、これを維持するように制御する。中期工程ｓｔｅｐ２では圧力が圧力Ｐ１よりも高い圧力Ｐ２になるように制御する。圧力が圧力Ｐ２に到達した後期工程ｓｔｅｐ３では圧力Ｐ２に維持するように制御する。
【0053】
係る制御では、成膜時間を複数の工程に分けて成膜の初期、中期、後期に合わせて圧力を段階的に制御する。例えば初期工程ｓｔｅｐ１において底面１１６へのシリコン含有膜の成膜がある程度行われた後、中期工程ｓｔｅｐ２において上面１１２より上層のシリコン含有膜が早く成長する圧力条件に変えて目標圧力まで制御する。中期工程ｓｔｅｐ２において目標圧力まで制御した後、後期工程ｓｔｅｐ３では目標圧力を維持する。このように圧力を段階的に制御する。これにより、凹部１１４の底面へのシリコン含有膜の埋め込みを促進させつつ、シリコン含有膜によって凹部１１４の開口部をより早く閉塞させることができる。ただし、シリコン含有膜を形成する工程は、圧力が段階的に変わるように制御することに限らず、圧力が連続的に変わるように制御してもよい。
【0054】
［成膜時間とガス流量比］
成膜工程Ｓ３では、シリコンを含むガスの流量比を段階的に制御してもよい。図５は、実施形態に係る成膜時間とガス流量比との関係を示す図である。図５の横軸は成膜時間を示し、縦軸は成膜工程Ｓ３が行われる処理容器内に供給するガスとして、例えば、ＳｉＨ４ガスに対するＮＨ３ガス（及び／又はＮ２ガス）の流量比を示す。成膜時間をｓｔｅｐ１、ｓｔｅｐ２、ｓｔｅｐ３に分けたとき、成膜工程Ｓ３の初期工程ｓｔｅｐ１ではＳｉＨ４ガスに対するＮＨ３ガス（及び／又はＮ２ガス）の流量比を予め設定された流量比Ｒ１に設定し、流量比Ｒ１を維持するように制御する。中期工程ｓｔｅｐ２では当該流量比が流量比Ｒ１よりも高い流量比Ｒ２になるように制御する。ガスの流量比が流量比Ｒ２に到達した後期工程ｓｔｅｐ３には流量比Ｒ２を維持するように制御する。このようにシリコンを含む複数のガスの流量比を段階的に制御することにより、凹部１１４のシリコン含有膜によって凹部１１４の開口部をより早く閉塞させることができる。ただし、シリコン含有膜を形成する工程は、流量比が段階的に変わるように制御することに限らず、流量比が連続的に変わるように制御してもよい。また、流量比Ｒ１及び流量比Ｒ２は、ＳｉＨ４ガスに対するＮＨ３ガス（及び／又はＮ２ガス）の流量比に限るものではない。例えば、ＳｉＨ４ガスを含む全混合ガス（供給するすべてのガス）に対するＳｉＨ４ガスの流量比であってもよい。
成膜工程Ｓ３では、シリコンを含むガスの流量比を段階的に制御してもよい。図５は、実施形態に係る成膜時間とガス流量比との関係を示す図である。図５の横軸は成膜時間を示し、縦軸は成膜工程Ｓ３が行われる処理容器内に供給するガスとして、例えば、ＳｉＨ４ガスに対するＮＨ３ガス（及び／又はＮ２ガス）の流量比を示す。成膜時間をｓｔｅｐ１、ｓｔｅｐ２、ｓｔｅｐ３に分けたとき、成膜工程Ｓ３の初期工程ｓｔｅｐ１ではＳｉＨ４ガスに対するＮＨ３ガス（及び／又はＮ２ガス）の流量比を予め設定された流量比Ｒ１に設定し、流量比Ｒ１を維持するように制御する。中期工程ｓｔｅｐ２では当該流量比が流量比Ｒ１よりも高い流量比Ｒ２になるように制御する。ガスの流量比が流量比Ｒ２に到達した後期工程ｓｔｅｐ３には流量比Ｒ２を維持するように制御する。このようにシリコンを含む複数のガスの流量比を段階的に制御することにより、凹部１１４のシリコン含有膜によって凹部１１４の開口部をより早く閉塞させることができる。ただし、シリコン含有膜を形成する工程は、流量比が段階的に変わるように制御することに限らず、流量比が連続的に変わるように制御してもよい。また、流量比Ｒ１及び流量比Ｒ２は、ＳｉＨ４ガスに対するＮＨ３ガス（及び／又はＮ２ガス）の流量比に限るものではない。例えば、ＳｉＨ４ガスを含む全混合ガス（供給するすべてのガス）に対するＳｉＨ４ガスの流量比であってもよい。
【0055】
［成膜システム］
図６は、実施形態に係る成膜システムの構成例を示す図である。成膜システムは、本開示の成膜方法ＳＴを実行する処理装置を含む。ただし、図６の成膜システムの構成は一例であり、他の構成を取り得る。
図６は、実施形態に係る成膜システムの構成例を示す図である。成膜システムは、本開示の成膜方法ＳＴを実行する処理装置を含む。ただし、図６の成膜システムの構成は一例であり、他の構成を取り得る。
【0056】
成膜システムは、処理装置１０１～１０４と、真空搬送室２００と、ロードロック室３０１～３０３と、大気搬送室４００と、ロードポート５０１～５０４と、制御部６００と、を備える。
【0057】
処理装置１０１～１０４は、それぞれゲートバルブＧ１１～Ｇ１４を介して真空搬送室２００と接続されている。処理装置１０１～１０４内は所定の真空雰囲気に減圧され、その内部にて基板Ｗに所望の処理を施す。処理装置１０１は、図１の成膜工程Ｓ３を実行し、基板Ｗの凹部にシリコン含有膜を形成するように構成された第１の処理装置の一例である。処理装置１０２は、図１の酸化工程Ｓ５（改質工程）を実行し、凹部に形成されたシリコン含有膜を部分的に酸化（改質）するように構成された第２の処理装置の一例である。処理装置１０３、１０４は、図１のエッチング工程Ｓ７を実行し、酸化（改質）したシリコン含有膜を選択的にエッチングするように構成された第３の処理装置の一例である。例えば処理装置１０３はＣＯＲ工程を実行し、処理装置１０４はＰＨＴ工程を実行する。処理装置１０１で成膜工程Ｓ３及び酸化工程Ｓ５を実行してよい。この場合、処理装置１０２は、処理装置１０１と同じ処理を行う装置であってもよく、別の処理を行う装置であってもよい。なお、処理装置１０１の構成例については、図７を用いて後述する。
【0058】
真空搬送室２００内は、所定の真空雰囲気に減圧されている。真空搬送室２００には、減圧状態で基板Ｗを搬送可能な搬送機構２０１が設けられている。搬送機構２０１は、処理装置１０１～１０４、ロードロック室３０１～３０３に対して、基板Ｗを搬送する。搬送機構２０１は、例えば２つの搬送アームを有する。ただし、搬送アームは１つでもよい。
【0059】
ロードロック室３０１～３０３は、それぞれゲートバルブＧ２１～Ｇ２３を介して真空搬送室２００と接続され、ゲートバルブＧ３１～Ｇ３３を介して大気搬送室４００と接続されている。ロードロック室３０１～３０３内は、大気雰囲気と真空雰囲気とを切り替えることができるようになっている。
【0060】
大気搬送室４００内は、大気雰囲気となっており、例えば清浄空気のダウンフローが形成されている。大気搬送室４００内には、基板Ｗのアライメントを行う図示しないアライナが設けられている。また、大気搬送室４００には、搬送機構４０２が設けられている。搬送機構４０２は、例えば１つの搬送アームを有する。ただし、搬送アームは２つ又はそれ以上でもよい。搬送機構４０２は、ロードロック室３０１～３０３、後述するロードポート５０１～５０４のキャリアＣ、アライナに対して、基板Ｗを搬送する。
【0061】
ロードポート５０１～５０４は、大気搬送室４００の長辺の壁面に設けられている。ロードポート５０１～５０４は、ゲートバルブＧ４１～Ｇ４４を介して基板Ｗが収容されたキャリアＣ又は空のキャリアＣが取り付けられる。キャリアＣとしては、例えばＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）を利用できる。
【0062】
制御部６００は、成膜システムの各部を制御する。例えば、制御部６００は、処理装置１０１～１０４の動作、搬送機構２０１，４０２の動作、ゲートバルブＧ１１～Ｇ１４，Ｇ２１～Ｇ２３，Ｇ３１～Ｇ３３，Ｇ４１～Ｇ４４の開閉、ロードロック室３０１～３０３内の雰囲気の切り替え等を実行する。制御部６００は、例えばコンピュータであってよい。
【0063】
［成膜装置］
図７は、実施形態に係る成膜装置１００の構成例を示す図である。成膜装置１００は、成膜工程Ｓ３を実行し、減圧状態の処理容器１内で基板Ｗの凹部にシリコン含有膜を形成する装置であり、図６の処理装置１０１の一例である。成膜装置１００は、成膜工程Ｓ３に続けて酸化工程Ｓ５を実行する装置であってよい。つまり、酸化工程Ｓ５は図７の成膜装置１００を構成例とする処理装置１０１で実行してもよいし、処理装置１０１とは別の処理装置１０２で実行してもよい。
図７は、実施形態に係る成膜装置１００の構成例を示す図である。成膜装置１００は、成膜工程Ｓ３を実行し、減圧状態の処理容器１内で基板Ｗの凹部にシリコン含有膜を形成する装置であり、図６の処理装置１０１の一例である。成膜装置１００は、成膜工程Ｓ３に続けて酸化工程Ｓ５を実行する装置であってよい。つまり、酸化工程Ｓ５は図７の成膜装置１００を構成例とする処理装置１０１で実行してもよいし、処理装置１０１とは別の処理装置１０２で実行してもよい。
【0064】
ただし、図７の成膜装置１００の構成は一例であり、成膜装置は、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Micro Surface Wave Plasma、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のいずれのタイプのプラズマ処理装置でも適用可能である。プラズマを用いない熱ＣＶＤ装置でも、成膜により開口部が閉塞するようなプロセス条件であれば適応可能である。また、成膜装置は、基板を一枚ずつ処理する枚葉装置、複数枚の基板を一括処理するバッチ装置及びセミバッチ装置のいずれにも適用可能である。
【0065】
成膜装置１００は、内壁面に陽極酸化処理が施されたアルミニウム等によって略円筒状に形成された処理容器１を有する。処理容器１は、接地されている。処理容器１の内部には、サセプタ２が設けられている。サセプタ２は、処理容器１の中央下部に設けられた略円筒状の支持部材３により支持されている。サセプタ２は、基板Ｗを水平に支持するための載置台（ステージ）であり、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス材料、または、アルミニウムやニッケル合金等の金属材料等で形成されている。サセプタ２は、支持部材３を介して接地されている。
【0066】
サセプタ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が設けられる。また、サセプタ２には、モリブデン等の高融点金属で構成されたヒータ５が埋め込まれる。ヒータ５には、ヒータ電源６が接続されている。ヒータ５は、ヒータ電源６から供給された電力によって、サセプタ２に支持された基板Ｗを予め定められた温度に加熱する。
【0067】
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。本実施形態におけるシャワーヘッド１０は、プリミックスタイプのシャワーヘッドであり、ベース部材１１と、シャワープレート１２とを有する。シャワープレート１２の外周部は、ベース部材１１に固定されている。
【0068】
シャワープレート１２は、フランジ状をなし、シャワープレート１２の内部には、凹部が形成されている。即ち、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１４が形成されている。ベース部材１１の外周部にはフランジ部１１ａが形成されており、ベース部材１１は、フランジ部１１ａを介して絶縁部材９に支持されている。
【0069】
シャワープレート１２には、複数のガス吐出孔１５が形成されている。ベース部材１１の略中央付近には、ガス導入孔１６が形成されている。ガス導入孔１６は、配管３０を介してガス供給機構２０に接続されている。
【0070】
ガス供給機構２０は、シリコン含有ガスの供給源２１と、希ガスの供給源２２と、窒素含有ガスの供給源２３とを有する。本実施形態において、シリコン含有ガスは、例えばＳｉＨ４ガスである。また、本実施形態において、希ガスは、例えばＡｒガスである。また、本実施形態において、窒素含有ガスは、例えばアンモニア（ＮＨ３）ガスである。
【0071】
供給源２１は、バルブ２８、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）２７、およびバルブ２８を介して配管３０に接続されている。供給源２２は、バルブ２８、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）２７、およびバルブ２８を介して配管３０に接続されている。供給源２３は、バルブ２８、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）２７、およびバルブ２８を介して配管３０に接続されている。配管３０を介してガス拡散空間１４内の供給された処理ガスは、ガス拡散空間１４内を拡散し、ガス吐出孔１５を介して処理容器１内にシャワー状に吐出される。
【0072】
ベース部材１１には、整合器４４を介して、ＲＦ（Radio Frequency）電源４５が接続されている。ＲＦ電源４５は、整合器４４を介してプラズマ生成用のＲＦ電力をベース部材１１に供給する。ベース部材１１に供給されたＲＦ電力は、中間部材１３およびシャワープレート１２を介して処理容器１内に放射される。処理容器１内に放射されたＲＦ電力によって、処理容器１内に供給された処理ガスがプラズマ化される。本実施形態において、シャワーヘッド１０は、平行平板電極の上部電極としても機能する。一方、サセプタ２は、平行平板電極の下部電極としても機能する。
【0073】
処理容器１の底壁１ｂにおける略中央部には、略円形の開口部５０が形成されている。底壁１ｂの開口部５０には、開口部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は、処理容器１を介して接地されている。排気室５１の側壁には排気管５２が接続されている。排気管５２には、真空ポンプを含む排気装置５３が接続されている。排気装置５３により、処理容器１内を予め定められた真空度まで減圧することができる。
【0074】
サセプタ２には、基板Ｗを昇降させるための複数（たとえば、３本）のリフトピン５４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。複数のリフトピン５４は、支持板５５によって支持されている。支持板５５は、駆動機構５６の駆動により昇降する。支持板５５が昇降することにより、複数のリフトピン５４が昇降する。
【0075】
処理容器１の側壁には、処理容器１と隣接して設けられた図示しない基板搬送室との間で基板Ｗの搬送を行うための搬送口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。
【0076】
成膜装置１００は、制御装置６０を備える。制御装置６０は、例えばコンピュータであり、制御部６１と記憶部６２とを有する。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等が予め格納されている。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の各部を制御する。
【0077】
なお、記憶部６２内に予め格納されているプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から記憶部６２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記憶媒体としては、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ィスク（ＭＯ）、メモリカード等がある。
【0078】
また、制御装置６０には、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等を行うためのキーボードや、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等で構成されるユーザインターフェース６３が接続される。
【0079】
図６のシステムでは、処理装置１０１～１０４は、成膜工程、改質工程、ＣＯＲ工程、および、ＰＨＴ工程のそれぞれの工程に対応する処理装置として説明してきたがその限りではない。例えば、図８に示すように１つの処理装置内で複数枚の基板Ｗを処理してもよい。例えば、図８に示す処理装置は、処理容器内に複数の載置台８０１～８０４を有し、複数の基板Ｗ（例えば、４枚）を載置台８０１～８０４のそれぞれに載置する。また複数の載置台８０１～８０４のそれぞれに対応した複数の処理空間８０５～８０８を備える。そして、それぞれの処理空間で成膜工程、改質工程、ＣＯＲ工程、および、ＰＨＴ工程のそれぞれの工程を実施して基板Ｗに形成された凹部内にシリコン含有膜を埋め込む。このように１つの装置で複数枚の基板Ｗに対して複数の処理を実行できるので生産性を向上することができる。なお、処理空間８０５は、成膜工程を実施する第１の処理空間の一例である。処理空間８０６は、改質工程を実施する第２の処理空間の一例である。処理空間８０７は、ＣＯＲ工程を実施する第３の処理空間の一例である。処理空間８０８は、ＰＨＴ工程を実施する第４の処理空間の一例である。
【0080】
以上に説明したように、本実施形態の成膜方法及び成膜システムによれば、基板に形成された凹部へのシリコン含有膜の埋め込み性能を高めることができる。
【0081】
今回開示された実施形態に係る成膜方法及び成膜システムは、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】
【0082】
１１４ 凹部
１２０ シリコン窒化膜
１２１ シリコン酸化膜
ＳＴ 成膜方法
Ｓ３ 成膜工程
Ｓ５ 酸化工程
Ｓ７ エッチング工程
Ｗ 基板
１２０ シリコン窒化膜
１２１ シリコン酸化膜
ＳＴ 成膜方法
Ｓ３ 成膜工程
Ｓ５ 酸化工程
Ｓ７ エッチング工程
Ｗ 基板
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】