CN117941038A - 衬底处理方法、半导体器件的制造方法、衬底处理装置及程序 - Google Patents

衬底处理方法、半导体器件的制造方法、衬底处理装置及程序 Download PDF

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Abstract

(a)通过对在表面设有凹部的衬底供给第1成膜剂，从而在上述凹部内形成第1膜的工序；(b)通过对上述衬底供给第2成膜剂，从而在形成于上述凹部内的上述第1膜上形成化学组成与上述第1膜不同的第2膜的工序；(c)通过对上述衬底供给含氟的改质剂，使上述第2膜的一部分改质的工序；和(d)通过对上述衬底供给含卤素的蚀刻剂，将上述第2膜中的经改质的部分除去的工序。

Description

衬底处理方法、半导体器件的制造方法、衬底处理装置及程序
技术领域
本发明涉及衬底处理方法、半导体器件的制造方法、衬底处理装置及程序。
背景技术
作为半导体器件的制造工序的一个工序，有时进行对在表面设置有沟槽、孔等凹部的衬底供给原料，在凹部内形成膜的工序(例如，参见国际公开第2019/003662号)。
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的目的在于，提供一种能够在设于衬底的表面的凹部内以高精度形成膜的技术。
用于解决课题的手段
根据本发明的一个方式，提供进行下述工序的技术，
(a)通过对在表面设有凹部的衬底供给第1成膜剂，从而在上述凹部内形成第1膜的工序；
(b)通过对上述衬底供给第2成膜剂，从而在形成于上述凹部内的上述第1膜上形成化学组成与上述第1膜不同的第2膜的工序；
(c)通过对上述衬底供给含氟的改质剂，从而使上述第2膜的一部分改质的工序；和
(d)通过对上述衬底供给含卤素的蚀刻剂，从而将上述第2膜中的经改质的部分除去的工序。
发明效果
根据本发明，能够在设于衬底的表面的凹部内以高精度形成膜。
附图说明
[图1]图1是在本发明的一个方式中适宜使用的衬底处理装置的立式处理炉的概略构成图，是以纵截面图示出处理炉202部分的图。
[图2]图2是在本发明的一个方式中适宜使用的衬底处理装置的立式处理炉的概略构成图，是以图1的A-A线截面图示出处理炉202部分的图。
[图3]图3是在本发明的一个方式中适宜使用的衬底处理装置的控制器121的概略构成图，是用框图示出控制器121的控制系统的图。
[图4]图4是示出本发明的一个方式的处理顺序的流程图。
[图5]图5中的(a)是示出通过对在表面设有凹部的晶片供给第1成膜剂，从而在凹部内形成作为第1膜的硅氧化膜(SiO膜)后的晶片表面部分的截面示意图；图5中的(b)是示出通过对图5中的(a)的状态的晶片供给第2成膜剂，从而在形成于凹部内的SiO膜上形成作为具有孔隙的第2膜的硅氮化膜(SiN膜)后的晶片表面部分的截面示意图；图5中的(c)是示出通过对图5中的(b)的状态的晶片供给含氟(F)的改质剂，从而使具有孔隙的SiN膜的一部分改质后的晶片表面部分的截面示意图；图5中的(d)是示出通过对图5中的(c)的状态的晶片供给含卤素的蚀刻剂，从而将SiN膜中的经改质的部分(改质层)除去后的晶片表面部分的截面示意图；图5中的(e)是示出通过对图5中的(d)的状态的晶片供给第3成膜剂，从而在将改质层除去后的SiN膜上形成作为第3膜的SiN膜之后的晶片表面部分的截面示意图。
具体实施方式
<本发明的一个方式>
以下，主要参照图1～图3、图4、图5中的(a)～图5中的(e)对本发明的一个方式进行说明。需要说明的是，在以下的说明中使用的附图均是示意性的，附图所示的各要素的尺寸的关系、各要素的比率等未必与现实一致。另外，在多个附图的相互之间，各要素的尺寸的关系、各要素的比率等也未必一致。
(1)衬底处理装置的构成
如图1所示，处理炉202具有作为温度调节器(加热部)的加热器207。加热器207为圆筒形状，通过被保持板支承而垂直地安装。加热器207还用作通过热来激活(激发)气体的激活机构(激发部)。
在加热器207的内侧，与加热器207呈同心圆状地配设有反应管203。反应管203例如由石英(SiO2)或碳化硅(SiC)等耐热性材料构成，形成为上端封闭下端开口的圆筒形状。在反应管203的下方，与反应管203同心圆状地配设有歧管209。歧管209例如由不锈钢(SUS)等金属材料构成，形成为上端及下端开口的圆筒形状。歧管209的上端部与反应管203的下端部卡合，构成为支承反应管203。在歧管209与反应管203之间设有作为密封部件的O型圈220a。反应管203与加热器207同样地垂直安装。主要由反应管203和歧管209构成处理容器(反应容器)。在处理容器的筒中空部形成有处理室201。处理室201构成为能够收容作为衬底的晶片200。在该处理室201内进行对晶片200的处理。
在处理室201内，以贯通歧管209的侧壁的方式分别设有作为第1～第3供给部的喷嘴249a～249c。也将喷嘴249a～249c分别称为第1～第3喷嘴。喷嘴249a～249c例如由石英或SiC等耐热性材料构成。在喷嘴249a～249c上分别连接有气体供给管232a～232c。喷嘴249a～249c分别是不同的喷嘴，喷嘴249a、249c分别与喷嘴249b邻接地设置。
在气体供给管232a～232c上，从气流的上游侧依次分别设有作为流量控制器(流量控制部)的质量流量控制器(MFC)241a～241c及作为开闭阀的阀243a～243c。在气体供给管232a的比阀243a靠下游侧分别连接有气体供给管232d、232f。在气体供给管232b的比阀243b靠下游侧分别连接有气体供给管232e、232g。在气体供给管232c的比阀243c靠下游侧连接有气体供给管232h。在气体供给管232d～232h上，从气流的上游侧起依次设有MFC241d～241h和阀243d～243h。气体供给管232a～232h例如由SUS等金属材料构成。
如图2所示，在反应管203的内壁与晶片200之间的俯视下为圆环状的空间中，以从反应管203的内壁的下部沿着上部朝向晶片200的排列方向上方立起的方式分别设有喷嘴249a～249c。即，喷嘴249a～249c分别以沿着晶片排列区域的方式设置在供晶片200排列的晶片排列区域的侧方的、水平包围晶片排列区域的区域中。在俯视下，喷嘴249b以夹着被搬入到处理室201内的晶片200的中心与后述的排气口231a在一条直线上对置的方式配置。喷嘴249a、249c以沿着反应管203的内壁(晶片200的外周部)从两侧夹持从喷嘴249b和排气口231a的中心通过的直线L的方式配置。直线L也是从喷嘴249b和晶片200的中心通过的直线。即，喷嘴249c也可以夹着直线L而设置在与喷嘴249a相反的一侧。喷嘴249a、249c以直线L为对称轴而线对称地配置。在喷嘴249a～249c的侧面分别设有供给气体的气体供给孔250a～250c。气体供给孔250a～250c分别以俯视时与排气口231a相对(面对)的方式开口，能够向晶片200供给气体。气体供给孔250a～250c从反应管203的下部到上部设有多个。
从气体供给管232a经由MFC241a、阀243a、喷嘴249a向处理室201内供给原料(原料气体)。原料可以作为第1成膜剂之一使用，也可以作为第2成膜剂之一使用，还可以作为第3成膜剂之一使用。需要说明的是，原料用作第1成膜剂、第2成膜剂、第3成膜剂时，也可以分别被称为第1原料(第1原料气体)、第2原料(第2原料气体)、第3原料(第3原料气体)。
从气体供给管232b经由MFC241b、阀243b、喷嘴249b向处理室201内供给第1反应体(第1反应气体)。第1反应体作为第1成膜剂之一使用。
从气体供给管232c经由MFC241c、阀243c、喷嘴249c向处理室201内供给第2反应体(第2反应气体)。第2反应体可以作为第2成膜剂之一使用，也可以作为第3成膜剂之一使用。需要说明的是，第2反应体用作第2成膜剂、第3成膜剂时，也可以分别被称为第2反应体(第2反应气体)、第3反应体(第3反应气体)。
从气体供给管232d经由MFC241d、阀243d、气体供给管232a、喷嘴249a向处理室201内供给改质剂(改质气体)。
从气体供给管232e经由MFC241e、阀243e、喷嘴249b向处理室201内供给蚀刻剂(蚀刻气体)。
从气体供给管232f～232h分别经由MFC241f～241h、阀243f～243h、气体供给管232a～232c、喷嘴249a～249c向处理室201内供给非活性气体。非活性气体作为吹扫气体、载气、稀释气体等发挥作用。
主要由气体供给管232a、MFC241a、阀243a构成原料供给系统(原料气体供给系统)。主要由气体供给管232b、MFC241b、阀243b构成第1反应体供给系统(第1反应气体供给系统)。主要由气体供给管232c、MFC241c、阀243c构成第2反应体供给系统(第2反应气体供给系统)。主要由气体供给管232d、MFC241d、阀243d构成改质剂供给系统(改质气体供给系统)。主要由气体供给管232e、MFC241e、阀243e构成蚀刻剂供给系统(蚀刻气体供给系统)。主要由气体供给管232f～232h、MFC241f～241h、阀243f～243h构成非活性气体供给系统。
原料供给系统、第1反应体供给系统的各自或全部也称为第1成膜剂供给系统。原料供给系统、第2反应体供给系统的各自或全部也称为第2成膜剂供给系统、也称为第3成膜剂供给系统。
上述各种供给系统中的任一者或全部供给系统也可以构成为集成有阀243a～243h、MFC241a～241h等而成的集成型供给系统248。集成型供给系统248构成为与气体供给管232a～232h的各自连接，通过后述的控制器121控制向气体供给管232a～232h内供给各种物质(各种气体)的供给动作、即阀243a～243h的开闭动作、基于MFC241a～241h的流量调节动作等。集成型供给系统248构成为一体型或分体型的集成单元，能够以集成单元为单位相对于气体供给管232a～232h等进行装拆，能够以集成单元为单位进行集成型供给系统248的维护、更换、增设等。
在反应管203的侧壁下方设有对处理室201内的气氛进行排气的排气口231a。如图2所示，排气口231a设置在在俯视下夹着晶片200而与喷嘴249a～249c(气体供给孔250a～250c)对置(面对)的位置。排气口231a也可以沿着反应管203的侧壁的下部至上部、即沿着晶片排列区域设置。在排气口231a上连接有排气管231。在排气管231上，经由作为检测处理室201内的压力的压力检测器(压力检测部)的压力传感器245以及作为压力调节器(压力调节部)的APC(Auto Pressure Controller；自动压力控制器)阀244，连接有作为真空排气装置的真空泵246。APC阀244构成为，通过在使真空泵246工作的状态下对阀进行开闭，从而能够进行处理室201内的真空排气及真空排气停止，进而，在使真空泵246工作的状态下基于由压力传感器245检测到的压力信息调节阀开度，从而能够调节处理室201内的压力。主要由排气管231、APC阀244、压力传感器245构成排气系统。也可以考虑将真空泵246包含在排气系统中。
在歧管209的下方，设有能够将歧管209的下端开口气密地封闭的作为炉口盖体的密封盖219。密封盖219例如由SUS等金属材料构成，形成为圆盘状。在密封盖219的上表面设有与歧管209的下端抵接的作为密封部件的O型圈220b。在密封盖219的下方设有使后述的晶舟217旋转的旋转机构267。旋转机构267的旋转轴255贯通密封盖219而与晶舟217连接。旋转机构267构成为通过使晶舟217旋转而使晶片200旋转。密封盖219构成为通过设置在反应管203的外部的作为升降机构的晶舟升降机115沿垂直方向升降。晶舟升降机115构成为通过使密封盖219升降而将晶片200向处理室201内外搬入和搬出(搬送)的搬送装置(搬送机构)。
在歧管209的下方，设有作为炉口盖体的闸门219s，其在使密封盖219下降而将晶舟217从处理室201内搬出的状态下能够气密地封闭歧管209的下端开口。闸门219s例如由SUS等金属材料构成，形成为圆盘状。在闸门219s的上表面设有与歧管209的下端抵接的作为密封部件的O型圈220c。闸门219s的开闭动作(升降动作，转动动作等)由闸门开闭机构115s控制。
作为衬底支承件的晶舟217构成为将多张、例如25～200张晶片200以水平姿势且以中心相互对齐的状态沿垂直方向排列并呈多层地支承、即使其隔开间隔地排列。晶舟217例如由石英、SiC等耐热性材料构成。在晶舟217的下部多层地支承有例如由石英、SiC等耐热性材料构成的隔热板218。
在反应管203内设有作为温度检测器的温度传感器263。通过基于由温度传感器263检测到的温度信息调节对加热器207的通电情况，使得处理室201内的温度成为所期望的温度分布。温度传感器263沿着反应管203的内壁设置。
如图3所示，作为控制部(控制单元)的控制器121构成为具备CPU(CentralProcessing Unit；中央处理器)121a、RAM(Random Access Memory；随机存取存储器)121b、存储装置121c、I/O端口121d的计算机。RAM121b、存储装置121c、I/O端口121d构成为能够经由内部总线121e与CPU121a进行数据交换。在控制器121上连接有例如作为触摸面板等构成的输入输出装置122。另外，在控制器121上可以连接外部存储装置123。
存储装置121c例如由闪存、HDD(Hard Disk Drive；硬盘驱动器)、SSD(SolidState Drive；固态驱动器)等构成。在存储装置121c内以能够读取的方式存储有控制衬底处理装置的动作的控制程序、记载有后述的衬底处理的步骤、条件等的工艺制程等。工艺制程是以通过控制器121使衬底处理装置执行后述的衬底处理中的各步骤并能够得到规定的结果的方式组合而成的，作为程序发挥功能。以下，将工艺制程、控制程序等总称为程序。另外，也将工艺制程简称为制程。在本说明书中使用了程序这一用语的情况下，有时仅包含制程，有时仅包含控制程序，或者有时包含这两者。RAM121b构成为暂时保持由CPU121a读取的程序、数据等的存储器区域(工作区)。
I/O端口121d与上述MFC241a～241h、阀243a～243h、压力传感器245、APC阀244、真空泵246、温度传感器263、加热器207、旋转机构267、晶舟升降机115、闸门开闭机构115s等连接。
CPU121a构成为能够从存储装置121c读取控制程序并执行，并且根据来自输入输出装置122的操作命令的输入等从存储装置121c读取制程。CPU121a构成为能够按照所读取的制程的内容对基于MFC241a～241h的各种物质(各种气体)的流量调节动作、阀243a～243h的开闭动作、APC阀244的开闭动作以及基于压力传感器245并利用APC阀244进行的压力调节动作、真空泵246的起动以及停止、基于温度传感器263的加热器207的温度调节动作、基于旋转机构267的晶舟217的旋转以及旋转速度调节动作、基于晶舟升降机115的晶舟217的升降动作、基于闸门开闭机构115s的闸门219s的开闭动作等进行控制。
控制器121可通过将存储在外部存储装置123中的上述程序安装到计算机中来构成。外部存储装置123例如包括HDD等磁盘、CD等光盘、MO等光磁盘、USB存储器、SSD等半导体存储器等。存储装置121c、外部存储装置123构成为计算机可读取的记录介质。以下，将它们总称为记录介质。在本说明书中使用记录介质的情况下，有时仅包含存储装置121c，有时仅包含外部存储装置123，或者有时包含这两者。需要说明的是，也可以不使用外部存储装置123而使用因特网、专用线路等通信手段向计算机提供程序。
(2)衬底处理工序
针对使用上述衬底处理装置、作为半导体器件的制造工序的一个工序用于在设于作为衬底的晶片200的表面的沟槽、孔等凹部内形成膜的处理顺序例，主要使用图4、图5中的(a)～图5中的(e)进行说明。在以下说明中，对形成作为氧化膜的SiO膜作为第1膜、形成作为SiO膜以外的其他膜的SiN膜作为第2膜及第3膜的情况进行说明。在以下的说明中，构成衬底处理装置的各部的动作由控制器121控制。
如图4、图5中的(a)～图5中的(e)所示，本方式中的处理顺序具有：
(a)通过对在表面设有凹部的晶片200供给第1成膜剂，从而在凹部内形成第1膜(SiO膜)的步骤A；
(b)通过对晶片200供给第2成膜剂，从而在形成于凹部内的第1膜(SiO膜)上形成化学组成与第1膜(SiO膜)不同的第2膜(SiN膜)的步骤B；
(c)通过对晶片200供给含氟的改质剂，从而使第2膜(SiN膜)的一部分改质的步骤C；
(d)通过对晶片200供给含卤素的蚀刻剂，从而将第2膜(SiN膜)中的经改质的部分除去的步骤D；和
(e)通过对晶片200供给第3成膜剂，从而在将经改质的部分除去后的第2膜(SiN膜)上形成第3膜(SiN膜)的步骤E。
在本说明书中，方便起见，有时将上述处理顺序以下述方式示出。在以下的变形例、其他方式等的说明中，也使用同样的表述。
步骤A→步骤B→步骤C→步骤D→步骤E
本说明书中使用的“化学组成不同”这样的表述是指，在膜、层、部位(例如，设于晶片表面的凹部)中，构成它们的元素中的至少一部分不同。例如，在记载为化学组成与第1膜不同的第2膜的情况下，意味着如作为第1膜的SiO膜和作为第2膜的SiN膜那样，构成各膜的元素中的至少一部分不同。
本说明书中使用的“晶片”这一用语有时是指晶片本身、有时是指晶片与形成于其表面的规定的层、膜的层叠体。本说明书中使用的“晶片的表面”这一用语有时是指晶片本身的表面，有时是指在晶片上形成的规定的层等的表面。在本说明书中记载为“在晶片上形成规定的层”的情况下，有时是指在晶片本身的表面上直接形成规定的层，有时是指在晶片上形成的层等上形成规定的层。本说明书中使用“衬底”这一用语的情况也与使用“晶片”这一用语的情况同义。
本说明书中所使用的“剂”这一用语包含气体状物质及液体状物质中的至少任一者。液体状物质包含雾状物质。即，第1成膜剂(原料、第1反应体)、第2成膜剂(原料、第2反应体)、第3成膜剂(原料、第2反应体)、改质剂、蚀刻剂可以包含气体状物质，也可以包含雾状物质等液体状物质，还可以包含这两者。
本说明书中使用的“层”这一用语包含连续层及不连续层中的至少任一者。例如，后述的含Si层、改质层可以包含连续层，也可以包含不连续层，也可以包含这两者。
(晶片填充及晶舟加载)
若多张晶片200被装填(晶片填充)到晶舟217中，则通过闸门开闭机构115s使闸门219s移动，歧管209的下端开口被打开(闸门打开)。之后，如图1所示，支承有多张晶片200的晶舟217被晶舟升降机115抬起而被搬入(晶舟加载)处理室201内。在该状态下，密封盖219成为经由O形圈220b密封歧管209的下端的状态。这样，晶片200被准备在处理室201内。
需要说明的是，如图5中的(a)所示，在装填于晶舟217中的晶片200的表面，设有沟槽形状或孔形状的凹部。设置于晶片200的凹部的表面由化学组成与作为第1膜的SiO膜不同的材料、即SiO膜以外的其他材料例如硅(Si)构成。
(压力调节及温度调节)
晶舟加载结束后，通过真空泵246进行真空排气(减压排气)，以使处理室201内、即晶片200所存在的空间成为所期望的压力(真空度)。此时，处理室201内的压力由压力传感器245测定，基于该测定到的压力信息对APC阀244进行反馈控制。另外，以处理室201内的晶片200成为所期望的处理温度的方式利用加热器207进行加热。此时，基于温度传感器263检测到的温度信息对向加热器207的通电状况进行反馈控制，以使处理室201内成为所期望的温度分布。另外，开始基于旋转机构267的晶片200的旋转。处理室201内的排气、晶片200的加热以及旋转均至少在对晶片200的处理结束为止的期间持续进行。
(步骤A)
然后，执行步骤A。在步骤A中，通过对处理室201内的晶片200、即在表面设有凹部的晶片200供给第1成膜剂，从而在凹部内形成SiO膜作为第1膜。在本步骤中，为了能够在后续实施的步骤B中在凹部内形成SiN膜，如图5中的(a)所示，以使凹部的开口部残留的厚度在凹部内形成SiO膜。需要说明的是，在本步骤中，如图5中的(a)所示，在晶片200的凹部以外的表面(上表面)也形成SiO膜。
在本步骤中，例如通过将交替进行对晶片200供给原料的步骤A1和对晶片200供给第1反应体的步骤A2的循环进行规定次数(m次，m为1以上的整数)，从而形成SiO膜。以下，对包括步骤A1、A2的SiO膜的形成方法进行具体说明。需要说明的是，在以下的例子中，第1成膜剂包含原料及第1反应体。
[步骤A1]
在步骤A1中，对处理室201内的晶片200供给原料(原料气体)作为第1成膜剂。
具体而言，打开阀243a，使原料向气体供给管232a内流动。在气体供给管232a内流动的原料由MFC241a进行流量调节，经由喷嘴249a向处理室201内供给，从排气口231a排气。此时，从晶片200的侧方对晶片200供给原料。此时，也可以打开阀243f～243h，分别经由喷嘴249a～249c的各自向处理室201内供给非活性气体。
作为在步骤A1中供给原料时的处理条件，可例示：
处理温度：400～700℃，优选500～650℃
处理压力：1～2666Pa，优选67～1333Pa
原料供给流量：0.01～2slm，优选0.1～1slm
原料供给时间：1～120秒，优选1～60秒
非活性气体供给流量(每个气体供给管)：0～10slm。
需要说明的是，本说明书中的“400～700℃”这样的数值范围的表述是指下限值及上限值包含在该范围内。因此，例如“400～700℃”是指“400℃以上700℃以下”。对于其他数值范围也同样。另外，本说明书中的处理温度是指晶片200的温度或处理室201内的温度，处理压力是指处理室201内的压力。另外，处理时间是指持续该处理的时间。另外，在供给流量包含0slm的情况下，0slm是指不供给该物质(气体)的情况。这些在以下的说明中也相同。
在上述的处理条件下对晶片200供给例如含Si及氯(Cl)的氯硅烷系气体作为原料，由此在晶片200的凹部的内表面形成包含Cl的含Si层。包含Cl的含Si层通过原料向晶片200的凹部的内表面的物理吸附、化学吸附、原料的一部分分解而成的物质的化学吸附、基于原料的热分解的Si的堆积等而形成。包含Cl的含Si层可以为原料、原料的一部分分解而成的物质的吸附层(物理吸附层、化学吸附层)，也可以为包含Cl的Si的堆积层。在本说明书中，将包含Cl的含Si层也简称为含Si层。
含Si层形成后，关闭阀243a，停止向处理室201内的原料的供给。然后，对处理室201内进行真空排气，将残留在处理室201内的气体等从处理室201内排除。此时，打开阀243f～243h，经由喷嘴249a～249c向处理室201内供给非活性气体。向处理室201内供给的非活性气体作为吹扫气体发挥作用，由此，处理室201内被吹扫(吹扫)。
作为第1成膜剂之一的原料(原料气体)，例如可使用包含作为构成在凹部的内表面形成的SiO膜的主元素的Si的硅烷系气体。作为硅烷系气体，例如可使用包含Si及卤元素的气体、即卤代硅烷系气体。卤素包括氯(Cl)、氟(F)、溴(Br)、碘(I)等。
作为卤代硅烷系气体，例如可举出一氯硅烷(SiH3Cl，简称：MCS)气体、二氯硅烷(SiH2Cl2，简称：DCS)气体、三氯硅烷(SiHCl3，简称：TCS)气体、四氯硅烷(SiCl4，简称：4CS)气体、六氯二硅烷气体(Si2Cl6，简称：HCDS)气体、八氯三硅烷(Si3Cl8，简称：OCTS)气体等氯硅烷系气体；四氟硅烷(SiF4)气体、二氟硅烷(SiH2F2)气体等氟硅烷系气体；四溴硅烷(SiBr4)气体、二溴硅烷(SiH2Br2)气体等溴硅烷系气体；四碘硅烷(SiI4)气体、二碘硅烷(SiH2I2)气体等碘硅烷系气体。另外，作为卤代硅烷系气体、例如可举出双(三氯甲硅烷基)甲烷((SiCl3)2CH2，简称：BTCSM)气体、1,2-双(三氯甲硅烷基)乙烷((SiCl3)2C2H4，简称：BTCSE)气体等亚烷基氯硅烷系气体；1,1,2,2-四氯-1,2-二甲基二硅烷((CH3)2Si2Cl4，简称：TCDMDS)气体、1,2-二氯-1,1,2,2-四甲基二硅烷((CH3)4Si2Cl2，简称：DCTMDS)气体等烷基氯硅烷系气体；1,1,3,3-四氯-1,3-二硅杂环丁烷(C2H4Cl4Si2，简称：TCDSCB)气体等包含由Si和C构成的环状结构及卤素的气体。作为原料，可以使用这些中的1种以上。
另外，作为原料，例如也可以使用含有Si及氢(H)的气体、即氢化硅气体。作为氢化硅气体，例如可使用甲硅烷(SiH4)气体、乙硅烷(Si2H6)气体、丙硅烷(Si3H8)气体、丁硅烷(Si4H10)气体等。作为原料，可使用它们中的1种以上。
另外，作为原料，例如也可以使用含有Si及氨基的气体、即氨基硅烷系气体。氨基可以表示为-NH2、-NHR、-NR2。在此，R表示烷基，-NR2的2个R可以相同，也可以不同。
作为氨基硅烷系气体，例如可举出四(二甲基氨基)硅烷(Si[N(CH3)2]4，简称：4DMAS)气体、三(二甲基氨基)硅烷(Si[N(CH3)2]3H，简称：3DMAS)气体、双(二乙基氨基)硅烷(Si[N(C2H5)2]2H2，简称：BDEAS)气体、双(叔丁基氨基)硅烷(SiH2[NH(C4H9)]2，简称：BTBAS)气体、(二异丙基氨基)硅烷(SiH3[N(C3H7)2]，简称：DIPAS)气体等。作为原料，可以使用这些中的1种以上。
作为非活性气体，例如可以使用氮(N2)气、氩(Ar)气、氦(He)气、氖(Ne)气、氙(Xe)气等稀有气体。作为非活性气体，可以使用它们中的1种以上。这一点在后述的各步骤中也相同。
[步骤A2]
步骤A1结束后，对处理室201内的晶片200，即在凹部的内表面形成有含Si层的晶片200供给第1反应体(第1反应气体)作为第1成膜剂。
具体而言，打开阀243b，使第1反应体流入气体供给管232b内。在气体供给管232b内流动的第1反应体由MFC241b进行流量调节，经由喷嘴249b向处理室201内供给，从排气口231a排气。此时，从晶片200的侧方对晶片200供给第1反应体。此时，也可以分别经由喷嘴249a～249c向处理室201内供给非活性气体。
作为在步骤A2中供给第1反应体时的处理条件，可例示：
处理温度：400～700℃，优选500～650℃
处理压力：1～2000Pa，优选1～1000Pa
第1反应体(氧化剂，含O气体)供给流量：0.1～10slm
第1反应体(还原气体(含H气体))供给流量：0～10slm
非活性气体供给流量(每个气体供给管)：0～10slm
各气体供给时间：1～120秒，优选1～60秒。
通过在上述的处理条件下对晶片200供给例如氧化剂作为第1反应体，从而在晶片200的凹部的内表面形成的含Si层的至少一部分被氧化(改质)。结果，在晶片200的凹部的内表面形成SiO层作为含Si及O的层。在形成SiO层时，含Si层中所含的Cl等杂质在基于第1反应体的含Si层的改质反应(氧化反应)的过程中构成至少包含Cl的气体状物质，并从处理室201内排出。由此，SiO层与在步骤A1中形成的含Si层相比成为Cl等杂质少的层。
形成SiO层后，关闭阀243b，停止向处理室201内供给第1反应体。然后，通过与步骤A1中的吹扫同样的处理顺序，将残留在处理室201内的气体等从处理室201内排除(吹扫)。
作为第1成膜剂之一的第1反应体(第1反应气体)，例如可以使用氧化剂(氧化气体)。需要说明的是，氧化剂不仅可以在非等离子体的气氛下进行热激发来使用，也可以进行等离子体激发来使用。即，作为氧化剂，也可以使用激发为等离子体状态的氧化剂。
作为氧化剂，例如可以使用氧(O2)气体、臭氧(O3)气体等含氧(O)气体；水蒸气(H2O气体)、过氧化氢(H2O2)气体等含O及H的气体；一氧化二氮(N2O)气体、一氧化氮(NO)气体、二氧化氮(NO2)气体等含O及N的气体；一氧化碳(CO)气体、二氧化碳(CO2)气体等含O及C的气体。另外，作为氧化剂，也可以使用上述的含O气体与还原气体的混合气体。在此，还原气体是指虽然其单独不能得到氧化作用，但通过在特定的条件下、例如在上述的处理条件下与含O气体反应而生成原子状氧等氧化种，起到提高氧化处理的效率的作用的物质。作为还原气体，例如可以使用氢(H2)气、氘(2H2)气等含H气体。即，作为氧化剂，例如可以使用O2气体+H2气体、O3气体+H2气体等。作为第1反应体，可以使用它们中的1种以上。
本说明书中，“H2气体+O2气体”这样的2种气体的一并记载是指H2气体与O2气体的混合气体。在供给混合气体的情况下，可以将2种气体在供给管内混合(预混合)后供给到处理室201内，也可以将2种气体从不同的供给管分别供给到处理室201内，在处理室201内混合(后混合)。
[实施规定次数]
通过将交替地、即非同时地进行上述步骤A1、A2的循环进行规定次数(m次，m为1以上的整数)，由此，如图5中的(a)所示，能够在晶片200的凹部的内表面形成SiO膜作为第1膜。上述循环优选重复多次。即，优选使每1个循环形成的SiO层的厚度比期望的膜厚薄，反复进行多次上述循环，直至通过层叠SiO层而形成的SiO膜的厚度成为期望的厚度。
需要说明的是，在本步骤中，也可以通过同时供给原料和第1反应体的化学气相沉积法(CVD法)形成SiO膜。例如，在本步骤中，也可以在与上述步骤A1、A2中的处理条件同样的处理条件下，通过同时向晶片200供给原料和第1反应体，从而利用CVD法在凹部内形成SiO膜。此时，可以通过原料、第1反应体的供给时间来调节SiO膜的膜厚。需要说明的是，也可以使原料、第1反应体的供给时间比上述步骤A1、A2中的处理条件下的原料、第1反应体的供给时间长。该方法中使用的原料及第1反应体可以使用与上述步骤A1、A2中例示的各种原料、第1反应体同样的原料、第1反应体。
另外，在本步骤中，也可以通过干氧化、湿氧化、减压氧化等热氧化、等离子体氧化、臭氧氧化等，来使由Si构成的凹部的表面氧化，从而在凹部的内表面形成SiO膜。例如，在本步骤中，也可以在与上述步骤A2中的处理条件同样的处理条件下，对晶片200单独进行上述步骤A2，由此使凹部的内表面氧化，在凹部的内表面形成SiO膜。此时，可以通过第1反应体的供给时间来调节SiO膜的膜厚。需要说明的是，也可以使第1反应体的供给时间比上述步骤A2的处理条件下的第1反应体的供给时间长。该方法的情况下，第1成膜剂含有第1反应体即可。另外，该方法中使用的第1反应体可以使用与上述步骤A2中例示的各种第1反应体同样的第1反应体。
在本步骤中在凹部内形成的SiO膜的厚度在SiO膜的最薄处优选为5nm以上，更优选为10nm以上。若SiO膜的厚度小于5nm，则作为后述的改质阻挡层的功能有时变得不充分。通过将SiO膜的厚度设定为5nm以上，变得可充分获得作为改质阻挡层的功能。通过将SiO膜的厚度设为10nm以上，能够更充分地得到作为改质阻挡层的功能。
在本步骤中形成于凹部内的SiO膜的厚度优选为不填埋凹部的开口部的厚度、即使凹部的开口部残留的厚度。例如，若凹部为圆柱状，则优选在凹部内形成的SiO膜的厚度小于凹部的开口部直径的一半。若凹部的开口部被SiO膜填埋，则难以形成作为第2膜的SiN膜。
作为在凹部内形成的SiO膜的厚度的上限，根据凹部的开口部的大小来确定即可，例如优选为30nm以下，更优选为20nm以下，进一步优选为15nm以下。若SiO膜的厚度超过30nm，则凹部的开口部变窄，有时不能充分得到基于SiN膜的填埋特性。通过使SiO膜的厚度为30nm以下，可以解决该问题。通过使SiO膜的厚度为20nm以下，从而能够充分地解决该问题。通过使SiO膜的厚度为15nm以下，可更充分地解决该课题。
因此，在本步骤中在凹部内形成的SiO膜的厚度优选为5nm～30nm，更优选为5nm～20nm，进一步优选为5nm～15nm，特别优选为10nm～15nm。
在本步骤中形成的SiO膜与在后续实施的步骤C中使用的改质剂的反应性低，另外，具有比在后续实施的步骤C中形成的改质层高的耐蚀刻性。
(步骤B)
在步骤A结束后，执行步骤B。在本步骤中，通过对处理室201内的晶片200供给第2成膜剂，从而在步骤A中形成于凹部内的作为第1膜的SiO膜上形成SiN膜作为第2膜。在本步骤中，以将在内表面形成有SiO膜的凹部内填埋的厚度，形成作为含Si及氮(N)的膜的SiN膜作为第2膜。此时，如图5中的(b)所示，凹部的开口部被SiN膜堵塞，另外，在凹部内形成未被SiN膜填埋的部分(因孔隙、接缝而产生的空间)。即，以填埋凹部内的方式形成的SiN膜在该膜中具有空间(间隙、中空部)。需要说明的是，在本步骤中，如图5中的(b)所示，在晶片200的凹部以外的表面(上表面)上形成的SiO膜上也形成SiN膜。
在本步骤中，例如通过将交替进行对晶片200供给原料的步骤B1和对晶片200供给第2反应体的步骤B2的循环进行规定次数(n次，n为1以上的整数)，从而形成SiN膜。以下，对包括步骤B1、B2的SiN膜的形成方法进行具体说明。需要说明的是，在以下的例子中，第2成膜剂包含原料及第2反应体。
[步骤B1]
在步骤B1中，对处理室201内的晶片200、即在凹部的内表面形成有SiO膜的晶片200供给原料(原料气体)作为第2成膜剂。本步骤能够以与上述的步骤A1同样的处理步骤、在下述的处理条件下进行。通过本步骤，能够在SiO膜上形成含Si层。形成含Si层后，通过与上述步骤A1中的吹扫同样的处理步骤，将残留在处理室201内的气体等从处理室201内排除(吹扫)。作为原料，例如可以使用与上述步骤A1中例示的各种原料同样的原料。
作为在步骤B1中供给原料时的处理条件，可例示：
处理温度：400～800℃，优选500～650℃
处理压力：1～2666Pa，优选67～1333Pa
原料供给流量：0.01～2slm，优选0.1～1slm
原料供给时间：1～120秒，优选1～60秒
非活性气体供给流量(每个气体供给管)：0～10slm。
[步骤B2]
步骤B1结束后，对处理室201内的晶片200、即在形成于凹部的内表面的SiO膜上形成有含Si层的晶片200供给第2反应体(第2反应气体)作为第2成膜剂。
具体而言，打开阀243c，使第2反应体流向气体供给管232c内。在气体供给管232c内流动的第2反应体由MFC241c进行流量调节，经由喷嘴249c向处理室201内供给，从排气口231a排气。此时，从晶片200的侧方对晶片200供给第2反应体。此时，也可以分别经由喷嘴249a～249c向处理室201内供给非活性气体。
作为在步骤B2中供给第2反应体时的处理条件，可例示：
处理温度：400～800℃，优选500～650℃
处理压力：1～4000Pa，优选1～3000Pa
第2反应体供给流量：0.1～10slm
第2反应体供给时间：1～120秒，优选1～60秒
非活性气体供给流量(每个气体供给管)：0～10slm。
通过在上述处理条件下对晶片200供给例如氮化剂(氮化气体)作为第2反应体，由此含Si层的至少一部分被氮化(改质)。结果，在形成于晶片200的凹部的内表面的SiO膜上，形成SiN层作为含Si及N的层。在形成SiN层时，含Si层中所含的Cl等杂质在基于第2反应体进行的含Si层的改质反应(氮化反应)的过程中构成至少包含Cl的气体状物质，并从处理室201内排出。由此，SiN层与在步骤B1中形成的含Si层相比成为Cl等杂质少的层。
形成SiN层后，关闭阀243c，停止向处理室201内供给第2反应体。然后，通过与步骤A1中的吹扫同样的处理步骤，将残留在处理室201内的气体等从处理室201内排除(吹扫)。
作为第2成膜剂之一的第2反应体(第2反应气体)，例如可以使用氮化剂(氮化气体)。需要说明的是，氮化剂不仅可以在非等离子体的气氛下进行热激发来使用，也可以进行等离子体激发来使用。即，作为氮化剂，也可以使用激发为等离子体状态的氮化剂。
作为氮化剂，例如可以使用含氮(N)气体。作为含N气体，可以使用含N及H气体。作为含N及H的气体，例如可以使用氨(NH3)气体、二氮烯(N2H2)气体、肼(N2H4)气体、N3H8气体等氮化氢系气体。另外，作为含N及H的气体，例如可以使用含C、N及H的气体。作为含C、N及H的气体，例如可使用单乙胺(C2H5NH2，简称：MEA)气体、二乙胺((C2H5)2NH，简称：DEA)气体、三乙胺((C2H5)3N，简称：TEA)气体等乙胺系气体；单甲胺(CH3NH2，简称：MMA)气体、二甲胺((CH3)2NH，简称：DMA)气体、三甲胺((CH3)3N，简称：TMA)气体等甲胺系气体；单甲基肼((CH3)HN2H2，简称：MMH)气体、二甲基肼((CH3)2N2H2，简称：DMH)气体、三甲基肼((CH3)2N2(CH3)H，简称：TMH)气体等有机肼系气体等。作为第2反应体，可以使用它们中的1种以上。需要说明的是，使用胺系气体、有机肼系气体这样的含C的第2反应体时，在步骤B2中，可以形成含C的SiN层。
[实施规定次数]
通过将交替地、即非同时地进行上述步骤B1、B2的循环规定次数(n次，n为1以上的整数)，由此，如图5中的(b)所示，能够利用作为第2膜的SiN膜将晶片200的凹部内填埋。上述循环优选重复多次。即，优选使每1个循环形成的SiN层的厚度比期望的膜厚薄，反复进行多次上述循环直到通过层叠SiN层而形成的SiN膜的厚度成为将晶片200的凹部内填埋的厚度。
需要说明的是，在本步骤中，也可以通过同时供给原料和第2反应体的CVD法来形成SiN膜。例如，在本步骤中，也可以在与上述步骤B1、B2中的处理条件同样的处理条件下，通过同时向晶片200供给原料和第2反应体，从而利用CVD法在凹部内形成SiN膜。此时，可通过原料、第2反应体的供给时间来调节SiN膜的膜厚。需要说明的是，也可以使原料、第2反应体的供给时间比上述步骤B1、B2中的处理条件下的原料、第2反应体的供给时间长。该方法中使用的原料及第2反应体可使用与上述步骤A1中例示的各种原料、上述步骤B2中例示的各种第2反应体同样的原料、第2反应体。
(步骤C)
在步骤B结束之后，执行步骤C。在本步骤中，通过对处理室201内的晶片200供给含F的改质剂，使SiN膜的一部分改质。具体而言，在本步骤中，使步骤B中形成的作为第2膜的SiN膜的表面侧的一部分被改质为含F层、特别是被改质为作为含F及O的层的含F的SiO层或SiOF层。含F的SiO层或SiOF层也称为含Si、F及O的层。含F的SiO层或SiOF层是SiN膜中经改质的部分，因此以下为了方便也称为改质层。通过本步骤，在晶片200的凹部内，如图5中的(c)所示，成为以SiO膜为基底，在未被改质而被维持的SiN膜上形成(层叠)有改质层的状态。需要说明的是，在本步骤中，如图5中的(c)所示，在晶片200的凹部以外的表面(上表面)上形成的SiN膜也被改质为改质层。
具体而言，打开阀243d，使改质剂向气体供给管232d内流动。在气体供给管232d内流动的改质剂通过MFC241d进行流量调节，经由喷嘴249a向处理室201内供给，从排气口231a排气。此时，从晶片200的侧方对晶片200供给改质剂。此时，也可以分别经由喷嘴249a～249c向处理室201内供给非活性气体。
作为在步骤C中供给改质剂时的处理条件，可例示：
处理温度：100～500℃，优选350～450℃
处理压力：1～2666Pa，优选67～1333Pa
改质剂供给流量：0.001～2slm，优选0.002～1slm
改质剂供给时间：30秒～30分钟，优选1分钟～20分钟
非活性气体供给流量(每个气体供给管)：0～10slm。
通过在上述处理条件下对晶片200供给含F的改质剂，由此被填埋至凹部内的SiN膜的一部分被改质为改质层(含F的SiO层或SiOF层)。随着改质剂向SiN膜表面的供给，SiN膜向改质层的改质从SiN膜的表面向深度方向进行，因此，在凹部内的SiN膜中，从位于表面侧(在图5中的(c)中为上部侧)的SiN膜向改质层(含F的SiO层或SiOF层)转换。改质层的厚度可以通过向晶片200供给改质剂的供给条件来控制。
在本步骤中，可使在步骤A中形成的作为第1膜的SiO膜作为改质抑制膜发挥作用。由此，即使在使SiN膜中的从SiN膜的表面至与SiO膜的一部分接触的部位为止的区域的一部分改质的情况下，也能够抑制SiO膜被改质剂改质。换言之，在步骤A中形成的SiO膜可抑制由改质剂引起的SiO膜自身向深度方向的改质的进行或使其停止。即，SiO膜用作改质阻挡层。由此，在实施本步骤的期间，能够防止作为SiO膜的基底的晶片200的凹部的内表面的变质、防止对凹部的内表面的损伤。
SiO膜用作改质阻挡层的原因是，改质剂与SiO膜之间的反应性低于改质剂与SiN膜之间的反应性，换句话说，是由于使用与SiO膜之间的反应性低于与SiN膜之间的反应性的物质作为改质剂。换言之，也可以说是在改质剂与SiO膜的反应性比改质剂与SiN膜的反应性低的处理条件下供给改质剂。通过利用这样的反应性的差异，在本步骤中，能够抑制SiO膜的改质的进行或使其停止，并且选择性地使SiN膜的一部分改质。需要说明的是，根据处理条件，也可以不使改质剂与SiO膜反应，即不使SiO膜改质。
由于以上情况，在本步骤中，能够在凹部内朝向深度方向具有方向性且选择性地进行SiN膜的改质，能够形成如图5中的(c)所示的形状的改质层。其结果，成为下述状态：在凹部内，存在有以SiO膜为基底，在未被改质而被维持的SiN膜上层叠改质层(含F的SiO层或SiOF层)而成的层叠膜。
在本步骤中，优选使SiN膜中的从SiN膜的表面至与在SiN膜的形成过程中产生的空间(孔隙或接缝)的至少一部分接触的部位为止的区域改质。即，在本步骤中，优选使SiN膜的改质进行至比SiN膜中的空间(孔隙或接缝)的上部深的位置。例如，优选使SiN膜的改质进行至SiN膜中的空间的深度的至少一半的位置。另外，例如，更优选使SiN膜的改质进行至超过SiN膜中的空间的深度的一半的位置。进而，例如，更优选使SiN膜的改质进行至SiN膜中的空间的深度的2/3以上的位置。需要说明的是，图5中的(c)示出使SiN膜的改质进行至SiN膜中的空间的深度的2/3以上的位置的例子。
通过像上述这样进行SiN膜的改质，通过之后实施的步骤D中的改质层的除去，能够使凹部内的SiN膜中的空间的至少一部分消失，使空间开口。结果，可利用在步骤D之后实施的步骤E中形成的第3膜来填埋凹部内的空间。需要说明的是，也可以使SiN膜的改质进行至与SiN膜中的空间的底部相同的深度。在该情况下，通过在后续实施的步骤D中除去改质层，能够消除SiN膜中的空间本身。
这样，在本步骤中，SiO膜作为改质阻挡层发挥功能，由此，能够在不使由Si等构成的凹部的内表面变质、另外不对凹部的内表面造成损伤的情况下，选择性地使SiN膜的一部分改质。
在形成改质层后，关闭阀243d，停止向处理室201内供给改质剂。然后，通过与步骤A1中的吹扫同样的处理步骤，将残留在处理室201内的气体等从处理室201内排除(吹扫)。
作为改质剂(改质气体)，例如优选使用含F的物质，更优选使用含F及O的物质，进一步优选使用含F、O及N的物质。另外，作为改质剂，例如优选使用含F的气体，更优选使用含F及O的气体，进一步优选使用含F、O及N的气体。即，改质剂优选含有F，更优选含有F及O，进一步优选含有F、O及N。进而，作为改质剂，例如也可以使用含N及O的气体与含F气体的混合气体、含F、N及O的气体与含F气体的混合气体，或者含F、N及O的气体。通过使用这些改质剂，可以使作为第2膜的SiN膜的一部分改质为容易被蚀刻剂除去的层(含F的SiO层或SiOF层)。
作为改质剂，例如可以使用NO气体+氟(F2)气体、NO气体+一氟化氯(ClF)气体、NO气体+三氟化氯(ClF3)气体、NO气体+三氟化氮(NF3)气体、亚硝基氟(FNO)气体+F2气体、FNO气体+ClF气体、FNO气体+ClF3气体、FNO气体+NF3气体、FNO气体等。作为改质剂，可以使用它们中的1种以上。需要说明的是，例如像FNO气体等那样难以保管的气体优选通过使F2气体与NO气体在例如供给管内、喷嘴内混合而生成，并向处理室201内供给。在这种情况下，向处理室201内供给F2气体与NO气体与FNO气体的混合气体。
(步骤D)
在步骤C结束后，执行步骤D。在本步骤中，通过对处理室201内的晶片200供给含卤素的蚀刻剂，除去SiN膜中的经改质的部分(改质层)。即，在本步骤中，在步骤C中，除去SiN膜中的被改质为含F的SiO层或SiOF层的部分(改质层)。通过本步骤，如图5中的(d)所示，在晶片200的凹部内，残留没有被改质而被维持的SiN膜，SiN膜的表面露出，并且SiO膜中的一部分、即与改质层接触的部分露出。需要说明的是，在本步骤中，如图5中的(d)所示，晶片200的凹部以外的表面(上表面)上的改质层也被除去，SiO膜露出。
具体而言，打开阀243e，使蚀刻剂向气体供给管232e内流动。蚀刻剂由MFC241e进行流量调节，经由气体供给管232b、喷嘴249b向处理室201内供给，从排气口231a排气。此时，从晶片200的侧方对晶片200供给蚀刻剂。此时，也可以分别经由喷嘴249a～249c向处理室201内供给非活性气体。
作为在步骤D中供给蚀刻剂时的处理条件，可例示：
处理温度：室温(25℃)～600℃，优选50～200℃
处理压力：1～13332Pa，优选100～1333Pa
蚀刻剂供给流量：0.05～5slm，优选0.1～2slm
蚀刻剂供给时间：0.1～30分钟，优选1～10分钟
非活性气体供给流量(每个气体供给管)：0～10slm。
通过在上述处理条件下对晶片200供给蚀刻剂，由此SiN膜中的经改质的部分、即改质层(含F的SiO层或SiOF层)被除去。此时，能够使在步骤A中形成的SiO膜作为蚀刻抑制膜发挥作用，即使在对与SiO膜接触的改质层进行蚀刻的情况下，也能够抑制SiO膜被蚀刻。即，通过SiO膜，能够抑制向SiO膜的深度方向、即SiO膜的基底侧的蚀刻的进行或使其停止。即，SiO膜作为蚀刻阻挡层发挥作用。由此，在实施本步骤的期间，也能够防止作为SiO膜的基底的晶片200的凹部的内表面的变质、防止对凹部的内表面的损伤。
SiO膜作为蚀刻阻挡层发挥功能的原因是，蚀刻剂与SiO膜的反应性比蚀刻剂与改质层(含F的SiO层或SiOF层)的反应性低，换言之，作为蚀刻剂，使用与SiO膜的反应性比与改质层的反应性低的物质。进而换言之，也可以说是由于在蚀刻剂与SiO膜的反应性比蚀刻剂与改质层的反应性低的处理条件下供给蚀刻剂。通过利用这样的反应性的差异，在本步骤中，能够抑制SiO膜的蚀刻的进行或使其停止，并且选择性地对改质层进行蚀刻。需要说明的是，SiO膜是不含F的膜，与此相对，改质层是含F层。该SiO膜与改质层的化学组成之差可作为使SiO膜的蚀刻速率低于改质层的蚀刻速率的理由、换言之作为SiO膜的耐蚀刻性高于改质层的耐蚀刻性的理由之一被举出。
由以上可知，在本步骤中，能够使SiN膜中的被改质为含F的SiO层或SiOF层的部分、即改质层的蚀刻在凹部内朝向深度方向具有方向性且选择性地进行。其结果，如图5中的(d)所示，在凹部内，以SiO膜为基底，没有被改质而被维持的SiN膜残留，SiO膜中与改质层接触的部分露出。
在将改质层除去、使未被改质而被维持的SiN膜的表面露出后，关闭阀243e，停止向处理室201内供给蚀刻剂。然后，对处理室201内进行真空排气，将残留在处理室201内的气体状物质等从处理室201内排除。然后，通过与上述步骤A1中的吹扫同样的处理步骤，将残留在处理室201内的气体状物质等从处理室201内排除(吹扫)。
作为蚀刻剂(蚀刻气体)，优选使用含卤素的物质，例如含F、Cl、I中的至少任一者的物质。由此，能够在抑制作为第1膜的SiO膜的蚀刻的同时，有效地选择性地除去作为第2膜的SiN膜中的经改质的部分(改质层)。
作为蚀刻剂，例如可举出F2气体、NF3气体、ClF3气体、ClF气体、六氟化钨(WF6)气体、七氟化碘(IF7)气体、五氟化碘(IF5)气体、六氟乙酰丙酮(C5H2F6O2)气体、氟化氢(HF)气体、FNO气体、氯(Cl2)气体、氯化氢(HCl)气体、三氯化硼(BCl3)气体，可以使用亚硫酰氯(SOCl2)气体、六氯化钨(WCl6)气体等。作为蚀刻剂，可以使用它们中的1种以上。
需要说明的是，在步骤C中使用的改质剂和在步骤D中使用的蚀刻剂也可以是相同的物质(气体)。例如，也可以在步骤C中使用例如FNO气体作为改质剂、在步骤D中使用例如FNO气体作为蚀刻剂。在该情况下，通过控制步骤C、D各自的处理条件，能够在步骤C中使FNO气体作为改质剂发挥作用，在步骤D中使FNO气体作为蚀刻剂发挥作用。
(步骤E)
在步骤D结束后，执行步骤E。在本步骤中，通过对处理室201内的晶片200供给第3成膜剂，由此，在将改质层除去后的SiN膜上形成SiN膜作为第3膜。在本步骤中，如图5中的(e)所示，在通过步骤D除去改质层、在凹部内残留的SiN膜(未被改质而被维持的SiN膜)上以将凹部内填埋的厚度形成SiN膜作为第3膜。需要说明的是，在本步骤中，如图5中的(e)所示，在晶片200的凹部以外的表面也形成SiN膜。
在步骤D结束的时刻，成为在晶片200的凹部内的底部侧残留有未被改质而被维持的作为第2膜的SiN膜的状态。由此，凹部(沟槽或孔)的深度、即纵横比经缓和(变小)，即使以填埋凹部内的厚度形成作为第3膜的SiN膜也能够实现在不产生孔隙、接缝的情况下将凹部内填埋。
在本步骤中，作为第3成膜剂，可使用与上述步骤B中的第2成膜剂同样的原料和第2反应体、在与上述步骤B同样的处理步骤、处理条件下形成作为第3膜的SiN膜。作为原料，例如可以使用与上述步骤B1(步骤A1)中例示的各种原料同样的原料，作为第2反应体，例如可以使用与上述步骤B2中例示的各种第2反应体同样的第2反应体。
(后吹扫及大气压恢复)
在步骤E结束之后，从喷嘴249a～249c的各自分别向处理室201内供给作为吹扫气体的非活性气体，并从排气口231a进行排气。由此，处理室201内被吹扫，残留在处理室201内的气体、反应副产物从处理室201内被除去(后吹扫)。然后，处理室201内的气氛被置换为非活性气体(非活性气体置换)，处理室201内的压力恢复到常压(大气压恢复)。
(晶舟卸载及晶片取出)
之后，通过晶舟升降机115使密封盖219下降，歧管209的下端开口。然后，处理完成的晶片200在被晶舟217支承的状态下从歧管209的下端被搬出(晶舟卸载)到反应管203的外部。在晶舟卸载后，使闸门219s移动，歧管209的下端开口经由O型圈220c被闸门219s密封(闸门关闭)。处理完成的晶片200被搬出到反应管203的外部后，从晶舟217取出(晶片取出)。
步骤A、B、C、D、E优选在同一处理室内(in-situ；原位地)进行。由此，能够不将晶片200曝露在大气中、即能够在将晶片200的表面保持为清洁的状态下进行步骤A、B、C、D、E。
(3)本方式的效果
根据本方式，可得到以下所示的1个或多个效果。
本方式中，于设于晶片200的表面的凹部内在通过步骤B形成第2膜之前通过步骤A形成第1膜。由此，通过步骤C使第2膜的一部分改质时，可使第1膜作为改质抑制膜发挥作用，另外，在通过步骤D除去第2膜中经改质的部分(改质层)时，可使第1膜作为蚀刻抑制膜发挥作用。即，可使形成第2膜之前形成于凹部内的第1膜作为使第2膜的一部分改质时的改质阻挡层而发挥功能，另外，可作为将第2膜中经改质的部分(改质层)除去时的蚀刻阻挡层而发挥功能。由此，可在不使凹部的内表面变质、不对凹部的内表面造成损伤的情况下使第2膜的一部分改质，并将第2膜中的经改质的部分(改质层)除去。结果，能够在凹部内以高精度形成膜。
在本方式中，可在具有未变质、且也未受到损伤的维持为适当状态的内表面的凹部内，通过步骤E形成第3膜。由此，能够在凹部内以高精度形成膜。结果，能够以高精度利用膜将凹部内填埋。需要说明的是，通过使第3膜的材质与第2膜的材质相同，能够实现用相同材质的膜将凹部内填埋。另外，通过使第3膜的材质与第2膜的材质不同，能够实现用不同材质的膜(层叠膜)将凹部内填埋。
在本方式中，通过步骤A，形成作为氧化膜的SiO膜作为第1膜。这样，通过使第1膜为氧化膜当通过步骤C使作为第2膜的SiN膜的一部分改质时，能够使第1膜作为改质阻挡层有效地发挥功能，另外，在通过步骤D将SiN膜中的经改质的部分(改质层)除去时，能够使第1膜作为蚀刻阻挡层有效地发挥功能。另外，通过使第1膜为SiO膜，在通过步骤C使作为第2膜的SiN膜的一部分改质时，能够更有效地使第1膜作为改质阻挡层发挥功能，另外，在通过步骤D将SiN膜中的经改质的部分(改质层)除去时，能够使第1膜作为蚀刻阻挡层更有效地发挥功能。
在本方式中，在步骤B中，形成SiO膜以外的其他膜、即形成化学组成与SiO膜不同的膜即SiN膜作为第2膜。这样，通过使第2膜为SiO膜以外的其他膜、即化学组成与SiO膜不同的膜，特别是使其为SiN膜，能够使第2膜成为容易被改质剂改质且不易被蚀刻剂除去的膜。
在本方式中，使用凹部的表面由SiO膜以外的其他材料、即由化学组成与SiO膜不同的其他材料即Si构成的晶片200。这样，通过凹部的表面由SiO膜以外的其他材料、即化学组成与SiO膜不同的材料特别是含Si的材料构成，能够更显着地产生上述效果。
本方式中，使改质剂与第1膜的反应性低于改质剂与第2膜的反应性。即，使改质剂与第2膜的反应性高于改质剂与第1膜的反应性。由此，在步骤C中，能够在抑制第1膜的改质的同时选择性地使第2膜的一部分改质。
在本方式中，在步骤C中，使第2膜中的从第2膜的表面至与第1膜的一部分接触的部位为止的区域的一部分改质，在步骤D中，使第1膜的一部分露出。通过这样的步骤C、D，能够在抑制第1膜的改质的同时选择性地使第2膜的一部分改质，另外能够在抑制第1膜的蚀刻的同时选择性地除去第2膜中的经改质的部分(改质层)。
在本方式中，第2膜具有接缝或孔隙，在步骤C中，使第2膜中的从第2膜的表面至少至与接缝或孔隙的至少一部分接触的部位为止的区域改质，在步骤D中，在除去该经改质的区域(改质层)的同时，使接缝或孔隙的至少一部分消失。通过如此使第2膜中的接缝或孔隙的至少一部分消失，可对凹部进行无接缝且无孔隙的填埋。
本方式中，在步骤C中，使第2膜的一部分改质为含F及O的层，特别是含Si、F及O的层。由此，可使第2膜的一部分改质为容易被蚀刻剂除去的层，可有效地进行在抑制第1膜的蚀刻的同时选择性地除去第2膜中经改质的部分。
本方式中，使蚀刻剂与第1膜的反应性低于蚀刻剂与第2膜中经改质的部分(改质层)的反应性。即，使蚀刻剂与改质层的反应性比蚀刻剂与第1膜的反应性高。由此，可在抑制第1膜的蚀刻的同时，选择性地除去第2膜中经改质的部分。
(4)变形例
本方式中的处理顺序能够如以下所示的变形例那样进行变更。这些变形例能够任意地组合。只要没有特别说明，各变形例的各步骤中的处理步骤、处理条件可与上述处理顺序的各步骤中的处理步骤、处理条件相同。
(变形例1)
如以下所示的处理顺序那样，也可以进行多次(y次，y为2以上的整数)步骤C→步骤D的循环。
步骤A→步骤B→(步骤C→步骤D)×y→步骤E
在本变形例中，也能够得到与上述方式同样的效果。另外，根据本变形例，在步骤C、D结束后，即使在步骤B中形成的SiN膜的蚀刻量(除去量)不充分的情况下，通过多次进行步骤C→步骤D的循环，也能够使蚀刻量增加。另外，在这种情况下，能够通过循环数(y)来控制蚀刻量，也能够提高蚀刻量的控制性。根据本变形例，即使在这样的情况下，也能够一边控制蚀刻量一边进行填埋，能够进行无孔隙且无接缝的填埋。
(变形例2)
如以下所示的处理顺序那样，也可以进行多次(z次，z为2以上的整数)步骤C→步骤D→步骤E的循环。
步骤A→步骤B→(步骤C→步骤D→步骤E)×z
在本变形例中，也能够得到与上述方式同样的效果。另外，根据本变形例，例如在凹部较深(纵横比较大)等情况下，即使在通过步骤E形成的作为第3膜的SiN膜中产生孔隙或接缝(空间)的情况下，也能够通过多次进行步骤C→步骤D→步骤E的循环，从而在使孔隙或接缝消失的同时进行凹部的填埋。根据本变形例，即使在这种情况下也能够进行无孔隙且无接缝的填埋。
(变形例3)
也可以使步骤E中形成的第3膜的材质与步骤B中形成的第2膜的材质不同。通过使第3膜的材质与第2膜的材质不同，能够用不同材质的膜(层叠膜)将凹部内填埋。此时，作为步骤E中使用的第3成膜剂(第3原料、第3反应体)，使用与步骤B中使用的第2成膜剂不同的成膜剂(第2原料、第2反应体)，通过选择与第3膜的材质相应的处理步骤、处理条件，由此能够形成第3膜。此时，通过使原料及反应体中的至少任一者在步骤E与步骤B中不同，可使第3膜的材质与第2膜的材质不同。在本变形例中，也能够在凹部内以高精度形成膜。
<本发明的其他方式>
以上，具体说明了本发明的方式。然而，本发明并不限定于上述的方式，在不脱离其主旨的范围内能够进行各种变更。
例如，在上述方式、变形例中，对进行步骤A、B、C、D、E的例子进行了说明，但也可以如以下所示的处理顺序那样，省略上述方式中的步骤E。例如，在步骤E中，在无需用第3膜将凹部内填埋的情况下，可省略步骤E。在本方式中，也能够在凹部内以高精度形成膜。
步骤A→步骤B→步骤C→步骤D
步骤A→步骤B→(步骤C→步骤D)×y
另外，例如，在上述的方式、变形例中，对在同一处理室201内(in-situ；原位地)进行步骤A、B、C、D、E的例子进行了说明，但也可以在不同的处理室内(处理部，处理空间)(ex-situ；异位地)进行步骤A、B、C、D、E中的至少任一者。若在不同的处理室内进行步骤A、B、C、D、E中的至少任一者，则能够将各个处理室内的温度预先设定为例如各步骤中的处理温度或与其接近的温度，能够缩短温度调节所需的时间、提高生产效率。
另外，例如，于上述的方式、变形例中，对凹部的表面由Si构成的例子进行了说明，但凹部的表面只要由化学组成与第1膜不同的材料构成即可，例如，亦可由含Si的材料构成。例如，凹部的表面也可以由单晶Si、Si膜、SiN膜、硅碳化膜(SiC膜)、硅碳氮化膜(SiCN膜)、硅氧碳氮化膜(SiOCN膜)、硅氧碳氮化膜(SiOCN膜)、硅氧氮化膜(SiON膜)、硅硼碳氮化膜(SiBCN膜)、硅硼氮化膜(SiBN膜)、硅硼碳化膜(SiBC膜)、硅硼氧化膜(SiBO膜)中的至少任一者构成。
另外，例如，在上述的方式、变形例中，对第2膜、第3膜为SiN膜的例子进行了说明，但第2膜、第3膜为SiO膜以外的膜即可，例如也可以是含Si及N的膜。例如，第2膜、第3膜也可以包含SiN膜、SiCN膜、SiOCN膜、SiOCN膜、SiON膜、SiBCN膜、SiBN膜中的至少任一者。
优选各处理中使用的制程对应于处理内容单独准备，并借助电气通信线路、外部存储装置123预先保存在存储装置121c内。并且，优选在使各处理开始时，由CPU121a对应于处理内容而从存储装置121c内保存的多个制程中适当选择适当的制程。由此，能够再现性良好地使用1台衬底处理装置形成多个膜种、组成比、膜质、膜厚的膜。另外，能够在减轻操作者的负担、避免操作失误的同时，使各处理迅速开始。
上述制程不限于新制备的情况，例如，也可以通过对已安装于衬底处理装置的现有制程进行变更来准备。在对制程进行变更的情况下，也可以将变更后的制程经由电气通信线路、记录有该制程的记录介质安装于衬底处理装置。另外，也可以对现有衬底处理装置具备的输入输出装置122进行操作，直接对已安装于衬底处理装置的现有制程进行变更。
在上述方式中，对使用一次处理多张衬底的批量式衬底处理装置形成膜的例子进行了说明。本发明不限定于上述方式，例如，也能够优选应用于使用一次处理1张或几张衬底的单片式衬底处理装置形成膜的情况。另外，在上述方式中，对使用具有热壁型处理炉的衬底处理装置形成膜的例子进行了说明。本发明不限定于上述方式，也能够优选应用于使用具有冷壁型处理炉的衬底处理装置形成膜的情况。
在使用以上衬底处理装置的情况下，也能够在与上述方式、变形例同样的处理步骤、处理条件下进行各处理，能够获得与上述方式、变形例同样的效果。
另外，上述方式、变形例能够适当组合使用。此时的处理步骤、处理条件例如能够与上述方式、变形例的处理步骤、处理条件相同。
附图标记说明
200 晶片(衬底)

Claims (21)

1.衬底处理方法，其具有：
(a)通过对在表面设有凹部的衬底供给第1成膜剂，从而在所述凹部内形成第1膜的工序；
(b)通过对所述衬底供给第2成膜剂，从而在形成于所述凹部内的所述第1膜上形成化学组成与所述第1膜不同的第2膜的工序；
(c)通过对所述衬底供给含氟的改质剂，从而使所述第2膜的一部分改质的工序；和
(d)通过对所述衬底供给含卤素的蚀刻剂，从而将所述第2膜中的经改质的部分除去的工序。
2.根据权利要求1所述的衬底处理方法，其还具有：(e)通过对所述衬底供给第3成膜剂，从而在将经改质的部分除去后的所述第2膜上形成第3膜的工序。
3.根据权利要求1所述的衬底处理方法，其中，所述第1膜为氧化膜。
4.根据权利要求1所述的衬底处理方法，其中，所述第1膜是硅氧化膜。
5.根据权利要求1所述的衬底处理方法，其中，所述第2膜是硅氧化膜以外的其他膜。
6.根据权利要求1所述的衬底处理方法，其中，所述第2膜是含硅及氮的膜。
7.根据权利要求1所述的衬底处理方法，其中，所述凹部的表面由硅氧化膜以外的其他材料构成。
8.根据权利要求1所述的衬底处理方法，其中，所述凹部的表面由含硅的材料构成。
9.根据权利要求1所述的衬底处理方法，其中，所述改质剂包含氟及氧。
10.根据权利要求1所述的衬底处理方法，其中，所述改质剂包含氟、氮及氧。
11.根据权利要求1所述的衬底处理方法，其中，所述改质剂是含氮及氧的气体与含氟气体的混合气体、含氟、氮及氧的气体与含氟气体的混合气体、或者含氟、氮及氧的气体。
12.根据权利要求1所述的衬底处理方法，其中，所述改质剂与所述第1膜的反应性低于所述改质剂与所述第2膜的反应性。
13.根据权利要求1所述的衬底处理方法，其中，在(c)中，使所述第2膜中的从所述第2膜的表面至与所述第1膜的一部分接触的部位为止的区域的一部分改质，在(d)中，使所述第1膜的一部分露出。
14.根据权利要求1所述的衬底处理方法，其中，所述第2膜具有接缝或孔隙，
在(c)中，使所述第2膜中的从所述第2膜的表面至少至与所述接缝或孔隙的至少一部分接触的部位为止的区域改质，在(d)中，使所述接缝或孔隙的至少一部分消失。
15.根据权利要求1所述的衬底处理方法，其中，在(c)中，使所述第2膜的一部分改质为含氟及氧的层。
16.根据权利要求1所述的衬底处理方法，其中，在(c)中，使所述第2膜的一部分改质为含硅、氟及氧的层。
17.根据权利要求1所述的衬底处理方法，其中，所述蚀刻剂是包含氟、氯、碘中的至少任一者的物质。
18.根据权利要求1所述的衬底处理方法，其中，所述蚀刻剂与所述第1膜的反应性低于所述蚀刻剂与所述第2膜中的经改质的部分的反应性。
19.半导体器件的制造方法，其具有：
(a)通过对在表面设有凹部的衬底供给第1成膜剂，从而在所述凹部内形成第1膜的工序；
(b)通过对所述衬底供给第2成膜剂，从而在形成于所述凹部内的所述第1膜上形成化学组成与所述第1膜不同的第2膜的工序；
(c)通过对所述衬底供给含氟的改质剂，从而使所述第2膜的一部分改质的工序；和
(d)通过对所述衬底供给含卤素的蚀刻剂，从而将所述第2膜中的经改质的部分除去的工序。
20.衬底处理装置，其具有：
供衬底被处理的处理室；
对所述处理室内的衬底供给第1成膜剂的第1成膜剂供给系统；
对所述处理室内的衬底供给第2成膜剂的第2成膜剂供给系统；
对所述处理室内的衬底供给含氟的改质剂的改质剂供给系统；
对所述处理室内的衬底供给含卤素的蚀刻剂的蚀刻剂供给系统；和
控制部，其构成为能够以在所述处理室内进行下述处理的方式控制所述第1成膜剂供给系统、所述第2成膜剂供给系统、所述改质剂供给系统及所述蚀刻剂供给系统：(a)通过对在表面设有凹部的衬底供给所述第1成膜剂，从而在所述凹部内形成第1膜的处理；(b)通过对所述衬底供给所述第2成膜剂，从而在形成于所述凹部内的所述第1膜上形成化学组成与所述第1膜不同的第2膜的处理；(c)通过对所述衬底供给所述改质剂，从而使所述第2膜的一部分改质的处理；和(d)通过对所述衬底供给所述蚀刻剂，从而将所述第2膜中的经改质的部分除去的处理。
21.程序，其通过计算机使衬底处理装置执行下述步骤：
(a)通过对在表面设有凹部的衬底供给第1成膜剂，从而在所述凹部内形成第1膜的步骤；
(b)通过对所述衬底供给第2成膜剂，从而在形成于所述凹部内的所述第1膜上形成化学组成与所述第1膜不同的第2膜的步骤；
(c)通过对所述衬底供给含氟的改质剂，从而使所述第2膜的一部分改质的步骤；和
(d)通过对所述衬底供给含卤素的蚀刻剂，从而将所述第2膜中的经改质的部分除去的步骤。
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