JP2012204692A

JP2012204692A - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2012204692A
Application number: JP2011068933A
Authority: JP
Inventors: Yoji Ashihara; 洋司芦原; Naoko Kitagawa; 直子北川; Yuki Taira; 祐樹平; Junichi Tanabe; 潤一田邊
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2012-10-22

Abstract

【課題】膜中の有機成分の脱離による大きな体積収縮を抑制し、クラックなどの構造破壊を抑制することのできる光薄膜形成技術を提供する。
【解決手段】処理室に基板を搬入する工程と、前記処理室に有機シリコン系ガスを供給し、前記有機シリコン系ガスに紫外光を照射してシリコン酸化膜を形成する工程と、前記処理室に無機シリコン系ガスを供給し、前記無機シリコン系ガスに紫外光を照射してシリコン酸化膜を形成する工程と、を備えるように半導体装置の製造方法を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、処理用ガスを真空紫外光等により励起し、基板上に薄膜を形成する薄膜形成技術に関するものであり、例えば、半導体集積回路（以下、ＩＣという。）が作り込まれる半導体基板（例えば、半導体ウエハ）に、酸化膜等を堆積（デポジション）して成膜等する上で有効な半導体装置の製造方法に関する。

ＩＣの回路を製造する過程では、処理用ガスを用いて、様々な方法で基板表面に成膜しており、成膜方法の１つに光薄膜形成技術がある。これは、アルゴン（Ａｒ）やキセノン（Ｘｅ）などのエキシマによって発生した高いエネルギを有する励起光を用いて、材料ガスを分解して薄膜を形成するものであり、例えば、有機シロキサンガスであるＯＭＣＴＳ（オクタメチルシクロテトラシロキサン：Octamethylcyclotetorasiloxane）に、真空紫外光（ＶＵＶ：Vacuum Ultra Violet）を照射して薄膜を形成する方法が知られている。この方法によって形成した薄膜は、特定の条件下において流動性を有する成膜特性を有し、段差間の狭い空間への絶縁材料埋め込み技術として期待されている。また、室温から２００℃以下の温度領域で成膜することが可能であり、下地基板として、従来の半導体以外に、有機系材料、すなわちプラスチックなどの基板やレジスト材料の上にも絶縁薄膜を形成できる方法として有望視されている。

しかし、この方法では、有機原料を主体とする故に、薄膜中に有機成分が取り込まれてしまい、本発明者らが光電子分光法（ＸＰＳ）にて組成確認を行った結果では、例えばＯＭＣＴＳを用いた場合、３０ａｔｍ％以上の有機成分（カーボン）が存在することが分かった。このような高い濃度の有機成分を含む薄膜は、その後の熱処理やアッシングやエッチングなどの加工処理によって、膜中の有機成分が脱離してしまう。この脱離による膜の体積減少率は、最大で、膜中の有機成分の含有率に近い規模になることを、本発明者らは確認した。

薄膜が１０％を超える規模で体積収縮した場合、収縮による大きな応力変化が発生する。薄膜の機械的強度を超える応力変化が発生した場合は、クラックなどの破壊現象に至る。流動性を利用した段差被覆を行う光薄膜形成の場合は、段差の角や立ち上がりにおいてクラックが生じる可能性が高く、保護膜としての機能を大きく損なってしまうばかりでなく、配線間においては短絡などの原因となる場合がある。

下記の特許文献１には、炭素及び水素を含むシリコン化合物ガスに真空紫外光を照射して、高アスペクト比で狭い幅の溝内に、緻密なシリコン酸化膜を形成する技術が開示されている。

特開２０１０−８７４７５号公報

本発明は、膜中の有機成分の脱離による体積収縮を抑制し、クラックなどの構造破壊を抑制することのできる光薄膜形成技術を提供することを目的とするものである。

本明細書において開示される半導体装置の製造方法に関する発明のうち、代表的なものは、次のとおりである。すなわち、
処理室に基板を搬入する工程と、
前記処理室に有機シリコン系ガスを供給し、該有機シリコン系ガスに紫外光を照射してシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記処理室に無機シリコン系ガスを供給し、該無機シリコン系ガスに紫外光を照射してシリコン酸化膜を形成する工程と、
を備える半導体装置の製造方法。

また、本明細書において開示される基板処理装置に関する発明のうち、代表的なものは、次のとおりである。すなわち、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に有機シリコン系ガスを供給する第１ガス供給部と、
前記処理室内に無機シリコン系ガスを供給する第２ガス供給部と、
前記処理室内に紫外光を照射する発光部と、
前記処理室内の雰囲気を排気するガス排気部と、
前記第１ガス供給部から供給する有機シリコン系ガスに前記発光部からの紫外光を照射して前記基板上にシリコン酸化膜を形成し、前記第２ガス供給部から供給する無機シリコン系ガスに前記発光部からの紫外光を照射して前記基板上にシリコン酸化膜を形成するよう制御する制御部と、
を備える基板処理装置。

上記のように半導体装置の製造方法や基板処理装置を構成すると、膜中の有機成分の脱離による体積収縮を抑制し、クラックなどの構造破壊を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る基板処理装置を、側面から見た断面図である。本発明の実施形態に係る基板載置部を、側面から見た断面図である。本発明の実施形態に係る処理室における、ガスの供給と排気の様子を示す図である。第１実施例における材料ガスを導入するタイミングチャートである。第２実施例における材料ガスを導入するタイミングチャートである。第３実施例における材料ガスを導入するタイミングチャートである。第４実施例における材料ガスを導入するタイミングチャートである。

本発明の実施形態に係る基板処理装置について、図１と図３を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る基板処理装置を、側面から見た断面図である。図３は、本発明の実施形態に係る処理室における、ガスの供給と排気の様子を示す図である。
図１において、３００は基板処理装置であり、基板を処理する処理室３０１や後述するランプ室６０を含み、チャンバ上壁３０６、基板載置部３１１、チャンバ側壁３１２、チャンバ底壁３１３等から構成されている。
３０２は、ウエハ２００（基板）上におけるガスの流れを制御するガス流れ制御リング３０２である。

３０３は、処理室３０１内に処理用ガスを供給するガス供給孔であり、図３に示すように、半リング状に複数並べて設けられる。図３は、ガス供給孔３０３が６つの例である。３０３a〜３０３ｆは、各ガス供給孔を表す。
ガス供給孔３０３は、処理用ガスを一時的に格納するバッファ空間としての、供給ガス用バッファ室３０９に隣接する。供給ガス用バッファ室３０９は、図３に示すように、チャンバ側壁３１２内部で半リング状の通路を形成している。図１に示すように、供給ガス用バッファ室３０９には、ガス導入管３２４が接続されている。ガス導入管３２４は、第１ガス供給管３１９ａを介して、有機シリコン系材料ガスである第１ガス供給源３１６ａに接続され、第２ガス供給管３１９ｂを介して、無機シリコン系材料ガスである第２ガス供給源３１６ｂに接続され、また第３ガス供給管３１９ｃを介して、不活性ガスを供給する第３ガス供給源３１６ｃに接続される。
このように、処理室３０１へ供給する前に、有機シリコン系材料ガスと無機シリコン系材料ガスを混合し、また、供給ガス用バッファ室３０９を介して、ガス供給孔３０３から処理用ガス（有機シリコン系材料ガスと無機シリコン系材料ガスと不活性ガスの混合ガス）を供給するので、基板上に均一に処理用ガスを供給することが可能となる。

第１ガス供給管３１９ａには、第１ガス供給源３１６ａから供給ガス用バッファ室３０９に向かって、ガス流量を制御するマスフローコントローラ（ＭＦＣ）３１７ａ、開閉バルブ３１８ａが配設されている。第１ガス供給管３１９ａ、第１ガス供給源３１６ａ、マスフローコントローラ３１７ａ、開閉バルブ３１８ａをまとめて第１ガス供給部と呼ぶ。
第２ガス供給管３１９ｂには、第２ガス供給源３１６ｂから供給ガス用バッファ室３０９に向かって、ガス流量を制御するマスフローコントローラ３１７ｂ、開閉バルブ３１８ｂが配設されている。第２ガス供給管３１９ｂ、第２ガス供給源３１６ｂ、マスフローコントローラ３１７ｂ、開閉バルブ３１８ｂをまとめて第２ガス供給部と呼ぶ。
また、第３ガス供給管３１９ｃには、第３ガス供給源３１６ｃから供給ガス用バッファ室３０９に向かって、ガス流量を制御するマスフローコントローラ３１７ｃ、開閉バルブ３１８ｃが配設されている。第３ガス供給管３１９ｃ、第３ガス供給源３１６ｃ、マスフローコントローラ３１７ｃ、開閉バルブ３１８ｃをまとめて第３ガス供給部と呼ぶ。
更には、第１ガス供給部、第２ガス供給部、第３ガス供給部、ガス導入管３２４をまとめて、ガス供給部と呼ぶ。

３０４は、処理室３０１内から処理用ガスを排気するガス排気孔であり、図３に示すように、半リング状に複数並べて設けられる。図３は、ガス排気孔３０４が６つの例である。３０４a〜３０４ｆは、各ガス排気孔を表す。
排気孔３０４は、バッファ空間としての排気バッファ室３１０と接続されている。図３に示すように、排気バッファ室３１０は、チャンバ側壁３１２の内部に、半リング状の通路を形成するものである。
排気バッファ室３１０には、ガス排気管３２５が接続されている。ガス排気管３２５には、真空ポンプ３２７及びＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ３２６が接続されている。真空ポンプ３２７は、処理室内の雰囲気を排気する。ＡＰＣバルブ３２６は、排気流量を調整して、処理室内の圧力を調整する。
ガス排気管３２５、真空ポンプ３２７、ＡＰＣバルブ３２６をガス排気部と呼ぶ。

図３に示すように、ガス供給部の供給孔３０３とガス排気部の排気孔３０４は、基板載置部３１１の基板載置面の周囲において、向かい合うよう構成される。すなわち、それぞれのガス供給孔３０３a〜３０３ｆと、それぞれのガス排気孔３０４a〜３０４ｆが、向かい合うように構成されている。例えば、図３において、供給孔３０３aと排気孔３０４aが向かい合うよう構成され、供給孔３０３ｆと排気孔３０４ｆが向かい合うよう構成される。このようにすると、基板表面に均一にガスを供給することができる。

また、基板載置面は、ガス供給部の供給孔３０３の一端（３０３a）と、それに対向するガス排気部の排気孔３０４の一端（３０４a）を結ぶ線と、前記ガス供給部の供給孔の他端（３０３ｆ）とそれに対向する前記排気孔の他端（３０４ｆ）を結ぶ線の間に、納まるように構成される。このようにすると、基板上に確実にガス流を形成することができる。

３０５は、ウエハ２００（基板）を処理室３０１へ搬入、あるいは処理室３０１から搬出する基板搬入／搬出口である。ウエハ２００を搬入／搬出する際、基板載置部支持機構３１４が下降し、基板載置部３１１の基板載置面と基板搬入出口３０５が同程度の高さとなる。ウエハ２００を処理室へ搬入するときは、ウエハ移載機（不図示）によって、基板載置部３１１の基板載置面にウエハ２００が載置される。ウエハ２００を処理室から搬出するときは、逆に、ウエハ移載機（不図示）によって、基板載置部３１１の基板載置面から、ウエハ２００がピックアップされる。

３０７は、波長１００ｎｍ以上で２００ｎｍ以下の真空紫外光を照射する発光部としてのランプであり、チャンバ上壁（ランプ収納部上壁）３０６に固着され、ウエハ２００の処理面と対向する面に設けられている。３０８は、ランプ３０７から照射される真空紫外光を透過する石英製の光透過窓である。光透過窓３０８は、ランプ３０７と処理室３０１の間にあり、真空紫外光を透過するとともに、処理室３０１の雰囲気をランプ３０７に晒さないための仕切りでもある。
ランプ３０７、光透過窓３０８を処理用ガスを励起、分解する励起部と呼ぶ。

３１１は、ウエハ２００（基板）を載置する基板載置部であり、基板の処理面がランプ３０７と対向するように基板が載置される。基板載置部３１１には、基板載置部３１１が所定の温度になるよう加熱するヒータ（不図示）が内蔵されている。３１４は、基板載置部３１１を支持する基板載置部支持機構である。３１５は、ベローズ（Bellows）であり、蛇腹を有する伸縮可能な気密封止部である。
基板載置部支持機構３１４が昇降することにより、基板載置部３１１が昇降する。図１では、基板載置部３１１は上昇した状態である。基板処理時は、図１に示すように、基板載置部３１１を所定の位置に上昇させ、基板を処理する。

ランプ３０７と基板載置部３１１との距離は、基板処理（プロセス）の種類ごとに適宜変更することができる。処理用ガスへの照射エネルギー量を多く求めているプロセス、即ちガスのエネルギーレベルを高くすることが求められているプロセスにおいては、ランプ３０７から近い位置に、基板載置部３１１を上昇させるのがよい。
このように、基板処理時における基板載置部支持機構３１４の高さ位置を変えることで、様々なプロセスに対応することが可能となる。

続いて、図２および図３を用いて、基板載置部３１１及びその周辺の構造について説明する。図２は、本発明の実施形態に係る処理室に用いる基板載置部を、側面から見た断面図である。図３は、本発明の実施形態に係る処理室における、ガスの供給と排気の様子を示す図である。

基板載置部３１１は、図３に示すように、上面から見た形が円形であり、アルミ製である。また、図２に示すように、基板載置部３１１の円周端部（円周部分の端部）４０６には、凹部（ザグリ）が設けられている。該凹部に、ガス流れ制御リング３０２の内周端部（内周部分の端部）が、上方からはめ込まれる構造となっている。ガス流れ制御リング３０２は、アルミ製である。
ガス流れ制御リング３０２は、基板載置部支持機構３１４が下降した位置にある場合、ガス排気孔３０４上に載置されて待機している。基板載置部支持機構３１４が基板処理時の位置まで上昇する過程において、円周端部４０６のザグリに、ガス流れ制御リング３０２の内周端がはめ込まれ、基板載置部支持機構３１４とガス流れ制御リング３０２が共に上昇する。
基板載置部支持機構３１４が所定位置まで上昇した後、ガス流れ制御リング３０２は、ガス排気孔３０４の上方に、ガス排気孔３０４と所定の間隔を空けた状態で停止する。このとき、ガス流れ制御リング３０２の外周端（外周部分の端部）は、供給用ガスバッファ室３０９の壁と所定の距離を開けるようになっている。

なお、基板処理時において、ガス流れ制御リング３０２の表面の高さと、ウエハ２００の表面の高さは、同じであることが好ましい。このようにすると、ガス流れ制御リング３０２付近のガスの流速が、基板中央部のガスの流速と同じになる。つまり、基板の周縁部と中央部のガスの流速が同じになる。したがって、基板面内の成膜速度が同じになり、膜厚の均一性が向上する。

ガス供給孔３０３から供給されたガスは、ウエハ２００上に晒された後、ガス流れ制御リング３０２の表面から、供給用バッファ室３０９とガス流れ制御リング３０２の間の空間を経由して、ガス流れ制御リング３０２の裏面に位置されている排気孔３０４から排気される。
ガス流れ制御リング３０２によって、処理用ガスは、ウエハ２００の外周端から基板載置部支持機構３１４側に流入することが妨げられ、ウエハ２００の外周端から水平方向に流れ、排気される。したがって、ガス流れ制御リング３０２が無い場合に比べ、ガス排気を均一にすることが可能となるので、基板表面を均一に処理することが可能となる。また、ガス流れ制御リング３０２によって、処理用ガスを無駄に消費することが抑制でき、ガス流れの再現性も向上する。
また、ガス流れ制御リング３０２を設けることにより、基板載置部３１１の高さを変えても、ガス流れを均一にすることができる。このため、種々の異なるプロセスに対応するため、基板載置部３１１の高さを変えても、ガス流れを均一にすることができ、異なるプロセスへの対応が容易となる。

続いて、本実施形態の処理室を使用する基板処理の動作を、第１〜４実施例により説明する。図４〜７は、それぞれ、第１〜４実施例における材料ガスを導入するタイミングチャートである。なお、以下の各構成部の動作は、制御部１０８によって制御されるものである。

（第１実施例）
まず、基板載置部３１１が基板搬入出口３０５と同程度の高さとなるよう、基板載置部支持機構３１４が昇降され、位置調整される。次に、ウエハ２００（基板）が処理室へ搬入され、基板載置部３１１の基板載置面に、ウエハ２００が載置される。

基板載置部３１１の基板載置面にウエハ２００が載置された後、基板載置部３１１が、所定の位置まで上昇する。この上昇途中で、サセプタ円周端部４０６の凹部（ザグリ）に、ガス流れ制御リング３０２の内周端がはめ込まれ、基板載置部３１１とガス流れ制御リング３０２が共に上昇する。基板載置部３１１が所定の高さまで上昇すると、水平回転を開始し、また、基板載置部３１１が所定の温度になるよう加熱される。

基板載置部３１１が所定の温度になった後、ガス供給部から材料ガスを供給する。すなわち、図４に示すように、第１ガス供給部から有機シリコン系ガスを供給するとともに、第２ガス供給部から無機シリコン系ガスを供給する。材料ガス供給時、並行して、第３ガス供給部から不活性ガス等のキャリアガスを供給してもよい。図４において、縦軸はガス流量、横軸は時間であり、４１は有機シリコン系ガス、４２は無機シリコン系ガスである。図４の例では、有機シリコン系ガスと無機シリコン系ガスを、同時に供給開始し、同時に供給停止している。
有機シリコン系ガスとしては、例えば、ヘキサメチルジシラン（（ＣＨ_３）_６Ｓｉ_２）、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ:（ＣＨ_３）_３ＳｉＮＨＳｉ（ＣＨ_３）_３）、ヘキサメチルジシロキサン（Ｓｉ_２Ｏ（ＣＨ_３）_６）、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ: Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ₅）₄）を用いることができ、無機シリコン系ガスとしては、例えば、モノシラン（ＳｉＨ_４）、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）、トリシラン（Ｓｉ_３Ｈ_８）、テトラシラン（Ｓｉ_４Ｈ_１０）を用いることができる。また、不活性ガスとしては、例えば、窒素ガスや、アルゴン、ヘリウム等の希ガスを用いることができる。

材料ガスを供給しながら、ガス排気部からガスを排気することにより、処理室内が所定の圧力に維持される。このとき、供給されたガスは、ウエハ２００表面から、ガス流れ制御リング３０２表面を通り、排気孔３０４を経由して排気される。
材料ガスの供給開始と共に、ランプ３０７から真空紫外光を照射する。これにより励起、分解されたガスは、ウエハ２００上に吸着され、成膜処理が行われる。基板載置部３１１を回転させながら、供給孔３０３から排気孔３０４へガス流を形成することにより、膜厚の均一性を向上できる。

本例では、有機シリコン系ガスとしてヘキサメチルジシランを用いて流量を１０ｓｃｃｍとし、無機シリコン系ガスとしてジシランを用いて流量を２ｓｃｃｍとし、処理室２０１内温度を５０℃とし、処理室圧力を１〜２００Ｐａとして、３分間実施した。

このように、成膜時の処理室圧力範囲は、１〜２００Ｐａとすることが好ましい。１Ｐａよりも低い圧力では、有機シリコン系ガスのみを用いて成膜した場合でも流動性が十分でないこと、また、２００Ｐａを超える圧力領域においては、空間中の気相反応により、反応生成物がパーティクルとなって基板上に降り注ぐことが、発明者らの検討により分かっている。
また、同時に供給する際の有機シリコン系ガスに対する無機シリコン系ガスの流量比率は、０．２以下とすることが好ましい。この理由は、無機シリコン系ガスは、有機シリコン系ガスよりも空間中で気相反応を生じやすいためである。

所望の基板処理が終わると、第１ガス供給部は有機シリコン系ガスの供給を停止し、第２ガス供給部は無機シリコン系ガスの供給を停止し、基板載置部３１１は回転を停止する。また、ランプ３０７からの真空紫外光の照射を停止する。第３ガス供給部からは不活性ガスが供給され、それと同時に、ガス排気部は処理室内の雰囲気を排気する。このようにして、処理室内の雰囲気を不活性雰囲気に入れ替える。
処理室内の雰囲気を入れ替えた後、もしくは入れ替えの処理の間、基板載置部支持機構３１４は下降し、基板載置部３１１と基板搬入出口３０５が同程度の高さとなるよう、基板載置部３１１の位置が制御される。基板載置部３１１が下降した後、処理室３０１から、処理済みのウエハ２００が搬出される。

第１実施例によれば、シリコン酸化膜中の有機成分の構成比率を下げることができ、後工程で熱処理を実施したときのシリコン酸化膜の収縮率を抑制することができる。

（第２実施例）
次に、第２実施例について図５を用いて説明する。図５は、第２実施例における材料ガスを導入するタイミングチャートである。材料ガスを導入するタイミング以外は、第１実施例と同様であるので説明を省略する。
第２実施例においては、基板載置部３１１が所定の高さまで上昇して水平回転を開始し、所定の温度になった後、図５に示すように、第１ガス供給部から有機シリコン系ガスを供給し、所定の時間経過後に、第２ガス供給部から無機シリコン系ガスを供給する。材料ガス供給時、並行して、第３ガス供給部から不活性ガス等のキャリアガスを供給してもよい。図５において、縦軸はガス流量、横軸は時間であり、５１は有機シリコン系ガス、５２は無機シリコン系ガスである。図５の例では、有機シリコン系ガスを無機シリコン系ガスよりも先に供給開始し、途中で有機シリコン系ガスと無機シリコン系ガスを両方供給し、その後同時に供給停止している。

所望の基板処理が終わると、有機シリコン系ガスと無機シリコン系ガスの供給を停止し、基板回転を停止し、真空紫外光の照射を停止する。不活性ガスが処理室内へ供給されるとともに処理室内の雰囲気が排気され、処理室内の雰囲気を不活性雰囲気に入れ替える。
処理室内の雰囲気を入れ替えた後、処理室３０１から、処理済みのウエハ２００が搬出される。

第２実施例によれば、シリコン酸化膜形成の初期段階において有機シリコン系ガスにより成膜するので、ウエハ上の反応堆積物に流動性を与えることができ、狭い溝内等への段差被覆性を良好にすることができる。このように、初期段階において、狭い溝内等の最深部に膜形成するうえで有効である。また、次の有機シリコン系ガスと無機シリコン系ガスを混合する段階においては、前述の初期段階よりも、シリコン酸化膜中の有機成分の構成比率を下げることができる。

（第３実施例）
次に、第３実施例について図６を用いて説明する。図６は、第３実施例における材料ガスを導入するタイミングチャートである。材料ガスを導入するタイミング以外は、第１実施例と同様であるので説明を省略する。
第３実施例においては、基板載置部３１１が所定の高さまで上昇して水平回転を開始し、所定の温度になった後、図６に示すように、第２ガス供給部から無機シリコン系ガスを供給し、所定の時間経過後に、第１ガス供給部から有機シリコン系ガスを供給する。材料ガス供給時、並行して、第３ガス供給部から不活性ガス等のキャリアガスを供給してもよい。図６において、縦軸はガス流量、横軸は時間であり、６１は有機シリコン系ガス、６２は無機シリコン系ガスである。図６の例では、無機シリコン系ガスを有機シリコン系ガスよりも先に供給開始し、途中で有機シリコン系ガスと無機シリコン系ガスを両方供給し、その後同時に供給停止している。

第３実施例によれば、シリコン酸化膜形成の初期段階において無機シリコン系ガスにより成膜するので、シリコン酸化膜と基板との密着性をより高くすることができ、該密着性が要求されるプロセスにおいて有効である。

（第４実施例）
次に、第４実施例について図７を用いて説明する。図７は、第４実施例における材料ガスを導入するタイミングチャートである。材料ガスを導入するタイミング以外は、第１実施例と同様であるので説明を省略する。
第４実施例においては、基板載置部３１１が所定の高さまで上昇して水平回転を開始し、所定の温度になった後、図７に示すように、第１ガス供給部から有機シリコン系ガスを供給し、所定の時間経過後に、第２ガス供給部から無機シリコン系ガスを間欠的に供給する。材料ガス供給時、並行して、第３ガス供給部から不活性ガス等のキャリアガスを供給してもよい。図７において、縦軸はガス流量、横軸は時間であり、７１は有機シリコン系ガス、７２は無機シリコン系ガスである。図７の例では、有機シリコン系ガスを無機シリコン系ガスよりも先に供給開始し、有機シリコン系ガスの供給中に無機シリコン系ガスを間欠的に供給することにより、間欠的に有機シリコン系ガスと無機シリコン系ガスを両方供給し、無機シリコン系ガスを供給停止した後、有機シリコン系ガスを供給停止している。

第４実施例によれば、シリコン酸化膜形成の初期段階から流動性のある有機シリコンを常に供給するため微細パターンに埋め込みも可能となり、更には無機シリコンが混合されるため、密度の高いシリコン酸化膜を形成することができる。

以上説明したように、本発明によれば、有機シリコン系ガスのみでシリコン酸化膜を形成した場合と比較して、シリコン酸化膜中のシリコン成分の構成比率が高くなり、有機成分の構成比率が抑制される。このため、例えば、本発明により形成したシリコン酸化膜を、酸素と窒素から構成される雰囲気中で１０００℃の熱処理を行った際のシリコン酸化膜の収縮率は、従来の４０％から２０％以下に低減することが可能であり、応力によるシリコン酸化膜のクラックなどの問題を抑制することが可能となる。

なお、上述の実施例では、基板側面からガスを供給したが、それに限るものではなく、シャワーヘッドを用いて、基板上面からガスを供給してもよい。その場合は、ランプ３０７から照射される真空紫外光を透過させるために、シャワーヘッドを例えば石英製とする。

また、ガス供給孔３０３は、上記のように、ガス導入管３２４側に、複数、半リング状に並べて、材料を供給しても良いが、それに限るものではなく、基板載置部の全周囲に亘って、複数、リング状に並べるようにしても良い。また、これに伴い、供給ガス用バッファ室３０９は、ガス供給孔３０３と同様に、半リング状ではなく、ガス供給孔３０３と対応する位置に、基板載置部の全周囲に亘って、設ければ良い。
また、ガス排気孔３０４は、上記のように、基板載置部３１１の基板載置面を介してガス供給孔３０３と対向する様に、ガス排気管３２５側に半リング状に並べても良いが、それに限るものではなく、基板載置部の全周囲に亘ってリング状に並べても良い。また、ガス排気孔の代わりに、例えばスリットを設けて、スリットから排気するようにしても良い。

また、処理室３０１へ供給する有機シリコン系ガスに、有機シリコン系ガスの分解を促進する酸化剤となる活性ガスを添加するようにしてもよい。その場合は、活性ガスを供給する活性ガス供給部を設けるようにする。酸化剤となる活性ガスは、酸素、又はオゾン、若しくは酸素又はオゾンの励起種である。活性ガス供給部は、例えば第１ガス供給部等と同様に、第１ガス供給管３１９ａ等と並列にガス導入管３２４に接続され、活性ガス供給管、活性ガス供給源、マスフローコントローラ、開閉バルブからを備える。このように活性ガスを添加すると、有機シリコン系ガスの炭素−炭素結合を酸化して切断するので、有機シリコン系ガスの分解を促進することができ、成膜速度が向上する。
なお、酸素又はオゾンを励起する場合は、処理室３０１内又は処理室３０１外で紫外光により励起してもよいし、処理室３０１外でプラズマにより励起してもよい。

本明細書には、少なくとも次の発明が含まれる。すなわち、第１の発明は、
処理室に基板を搬入する工程と、
前記処理室に有機シリコン系ガスを供給し、該有機シリコン系ガスに紫外光を照射してシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記処理室に無機シリコン系ガスを供給し、該無機シリコン系ガスに紫外光を照射してシリコン酸化膜を形成する工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
このようにすると、シリコン酸化膜中の有機成分の構成比率を下げることができ、後工程で熱処理を実施したときのシリコン酸化膜の収縮率を抑制することができる。

第２の発明は、前記第１の発明における半導体装置の製造方法であって、
前記基板は、該基板表面に複数の半導体素子及び該複数の半導体素子間を分離する溝が設けられた基板である半導体装置の製造方法。
このようにすると、狭い溝内へ絶縁膜材料であるシリコン酸化膜を埋め込むことが可能となる。

第３の発明は、前記第１の発明又は前記第２の発明における半導体装置の製造方法であって、
前記処理室に有機シリコン系ガスを供給し、該有機シリコン系ガスに紫外光を照射してシリコン酸化膜を形成する工程の後、前記処理室に有機シリコン系ガスと無機シリコン系ガスを供給し、該有機シリコン系ガスと無機シリコン系ガスに紫外光を照射してシリコン酸化膜を形成する工程を行う半導体装置の製造方法。
このようにすると、シリコン酸化膜形成初期において流動性を与えることができ、狭い溝内等への段差被覆性を良好にすることができる。

第４の発明は、前記第１の発明又は前記第２の発明における半導体装置の製造方法であって、
前記処理室に無機シリコン系ガスを供給し、該無機シリコン系ガスに紫外光を照射してシリコン酸化膜を形成する工程の後、前記処理室に有機シリコン系ガスと無機シリコン系ガスを供給し、該有機シリコン系ガスと無機シリコン系ガスに紫外光を照射してシリコン酸化膜を形成する工程を行う半導体装置の製造方法。
このようにすると、シリコン酸化膜と基板との密着性をより高くすることができる。

第５の発明は、前記第１の発明又は前記第２の発明における半導体装置の製造方法であって、
前記処理室に有機シリコン系ガスを供給し、該有機シリコン系ガスに紫外光を照射してシリコン酸化膜を形成する工程中に、
前記処理室に無機シリコン系ガスを供給し、該無機シリコン系ガスに紫外光を照射してシリコン酸化膜を形成する工程を間欠的に行う半導体装置の製造方法。
このようにすると、流動性のある有機シリコンを常に供給するため微細パターンに埋め込みも可能となり、更には無機シリコンが混合されるため、密度の高いシリコン酸化膜を形成することができる。

第６の発明は、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に有機シリコン系ガスを供給する第１ガス供給部と、
前記処理室内に無機シリコン系ガスを供給する第２ガス供給部と、
前記処理室内に紫外光を照射する発光部と、
前記処理室内の雰囲気を排気するガス排気部と、
前記第１ガス供給部から供給する有機シリコン系ガスに前記発光部からの紫外光を照射して前記基板上にシリコン酸化膜を形成し、前記第２ガス供給部から供給する無機シリコン系ガスに前記発光部からの紫外光を照射して前記基板上にシリコン酸化膜を形成するよう制御する制御部と、
を備える基板処理装置。
このようにすると、シリコン酸化膜中の有機成分の構成比率を下げることができ、後工程で熱処理を実施したときのシリコン酸化膜の収縮率を抑制することができる。

第７の発明は、前記第６の発明における基板処理装置であって、
前記有機シリコン系ガスが直鎖型である基板処理装置。

第８の発明は、前記第７の発明における基板処理装置であって、
前記直鎖型有機シリコン系ガスは、ヘキサメチルジシラン、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサメチルジシロキサンのうち、１種又は複数種である基板処理装置。
このようにすると、ＴＥＯＳ等と比較して蒸気圧が高いので、基板温度が低いときに液化する危険性を低くすることができる。

第９の発明は、前記第６の発明における基板処理装置であって、
前記有機シリコン系ガスは、シリコンを主鎖とする直鎖型である基板処理装置。

第１０の発明は、前記第６の発明における基板処理装置であって、
前記無機シリコン系ガスは、モノシラン、ジシラン、トリシラン、テトラシランのうち、１種又は複数種である基板処理装置。
このようにすると、材料分子の分子量中でＳｉの占める比率が高いので、酸化反応時において不純物の混入を少なくすることができる。

第１１の発明は、前記第６の発明における基板処理装置であって、
前記発光部から照射される紫外光の波長が１００ｎｍ以上である基板処理装置。
このようにすると、紫外光のエネルギーで、有機シリコン系ガス及び無機シリコンガスの材料ガスの結合を切断することが可能となる。例えば、１００ｎｍの場合、１２．３８／エネルギー（ｅＶ）となり、Ｓｉ−Ｏ結合（８．３ｅＶで切断）を切断することが可能となる。そのため、供給されたガスの分子結合を切断することが容易となり、より流動性を高めることができると共に、再結合した際には、より高密度で結合することが可能となる。
一方、更なる高エネルギーを有する１００ｎｍ未満の波長を安定して発生させるためには複雑な構成が必要となる。結果、装置が高価になってしまうという問題がある。
そこで、有機シリコン系ガス及び無機シリコン系ガスを使用する際には、１００ｎｍ以上であって、且つ高エネルギーとなる波長がより望ましい。

第１２の発明は、前記第６の発明における基板処理装置であって、
前記処理室内に、前記有機シリコン系ガス又は前記無機シリコン系ガスの分解を促進する酸化剤となる活性ガスを供給する活性ガス供給部を備える基板処理装置。
このようにすると、有機シリコン系ガス又は無機シリコン系ガスの分解を促進することができ、成膜速度が向上する。

第１３の発明は、前記第７の発明における基板処理装置であって、
前記酸化剤となる活性ガスは、酸素、又はオゾン、若しくは酸素又はオゾンの励起種である基板処理装置。

第１４の発明は、前記第６の発明における基板処理装置であって、
前記制御部は、前記処理室内に前記無機シリコン系ガスを供給せずに前記有機シリコン系ガスを供給し、前記発光部からの紫外光を照射して前記基板上にシリコン酸化膜を形成する工程と、前記処理室内に前記無機シリコン系ガスと前記有機シリコン系ガスを両方供給し、前記発光部からの紫外光を照射して前記基板上にシリコン酸化膜を形成する工程と、を行うように制御する基板処理装置。

第１５の発明は、前記第６の発明における基板処理装置であって、
前記制御部は、前記処理室内に前記有機シリコン系ガスを供給し前記発光部からの紫外光を照射して前記基板上にシリコン酸化膜を形成する工程中において、前記処理室内に前記無機シリコン系ガスと前記有機シリコン系ガスを両方供給し、前記発光部からの紫外光を照射して前記基板上にシリコン酸化膜を形成する工程を行うように制御する基板処理装置。

２００・・ウエハ、３００・・基板処理装置、３０１・・処理室、３０２・・ガス流れ制御リング、３０３・・ガス供給孔、３０４・・ガス排気孔、３０５・・基板搬入出口、３０６・・チャンバ上壁、３０７・・ランプ、３０８・・光透過窓、３０９・・供給用バッファ、３１０・・排気用バッファ、３１１・・基板載置部、３１２・・チャンバ側壁、３１３・・チャンバ底壁、３１４・・基板載置部支持機構、３１５・・ベローズ、３１６ａ・・第１ガス供給源、３１６ｂ・・第２ガス供給源、３１６ｃ・・第３ガス供給源、３１７ａ・・ＭＦＣ、３１７ｂ・・ＭＦＣ、３１７ｃ・・ＭＦＣ、３１８ａ・・開閉バルブ、３１８ｂ・・開閉バルブ、３１８ｃ・・開閉バルブ、３１９ａ・・第１ガス供給管、３１９ｂ・・第２ガス供給管、３１９ｃ・・第３ガス供給管、３２４・・ガス導入管、３２５・・ガス排気管、３２６・・ＡＰＣバルブ、３２７・・真空ポンプ、４０６・・サセプタ円周端部。

Claims

処理室に基板を搬入する工程と、
前記処理室に有機シリコン系ガスを供給し、該有機シリコン系ガスに紫外光を照射してシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記処理室に無機シリコン系ガスを供給し、該無機シリコン系ガスに紫外光を照射してシリコン酸化膜を形成する工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
請求項１の半導体装置の製造方法において、
前記基板は、該基板表面に複数の半導体素子及び該複数の半導体素子間を分離する溝が設けられた基板である半導体装置の製造方法。