JP2015179729A - シリコン酸化膜の形成方法およびその形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ボイドやシームの発生を抑制することができるシリコン酸化膜の形成方法およびその形成装置を提供する。【解決手段】シリコン酸化膜の形成方法は、半導体ウエハWの溝53にシリコン膜55を形成するシリコン膜形成工程と、シリコン膜55をエッチングするエッチング工程と、エッチングされたシリコン膜55を酸化してシリコン酸化膜を形成する酸化工程と、形成されたシリコン酸化膜を覆うとともに、半導体ウエハWの溝53を埋め込むようにシリコン酸化膜を形成する埋め込み工程とを備えている。【選択図】図4
Description
本発明は、シリコン酸化膜の形成方法およびその形成装置に関する。
半導体装置等の製造工程では、誘電導体に溝を形成し、溝内にシリコン酸化膜を埋め込む工程がある。このような場合、特許文献1では、モノシラン(SiH4)のようなシリコン化合物と過酸化水素とをCVD(Chemical Vapor Deposition)法によって反応させて形成している。
ところで、半導体装置の微細化に伴い、シリコン酸化膜を埋め込む溝のアスペクト比を高くすることが求められており、アスペクト比が高くなると、シリコン酸化膜埋め込み時にボイドやシームが発生しやすくなるという問題がある。このため、アスペクト比が高くなってもボイドやシームの発生を抑制することができるシリコン酸化膜の形成方法が求められている。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ボイドやシームの発生を抑制することができるシリコン酸化膜の形成方法およびその形成装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の第1の観点にかかるシリコン酸化膜の形成方法は、
表面に溝が形成された被処理体の溝にシリコン酸化膜を埋め込むように形成するシリコン酸化膜の形成方法であって、
前記被処理体の溝にシリコン膜を形成するシリコン膜形成工程と、
前記シリコン膜形成工程で形成されたシリコン膜をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチング工程でエッチングされたシリコン膜を酸化してシリコン酸化膜を形成する酸化工程と、
前記酸化工程で形成されたシリコン酸化膜を覆うとともに、前記被処理体の溝を埋め込むようにシリコン酸化膜を形成する埋め込み工程と、
を備える、ことを特徴とする。
表面に溝が形成された被処理体の溝にシリコン酸化膜を埋め込むように形成するシリコン酸化膜の形成方法であって、
前記被処理体の溝にシリコン膜を形成するシリコン膜形成工程と、
前記シリコン膜形成工程で形成されたシリコン膜をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチング工程でエッチングされたシリコン膜を酸化してシリコン酸化膜を形成する酸化工程と、
前記酸化工程で形成されたシリコン酸化膜を覆うとともに、前記被処理体の溝を埋め込むようにシリコン酸化膜を形成する埋め込み工程と、
を備える、ことを特徴とする。
前記エッチング工程では、V字状の溝部が形成されるようにシリコン膜をエッチングしてもよい。
前記シリコン膜形成工程では、前記被処理体の溝にアミノシランを吸着させた後にシリコン膜を形成してもよい。
前記シリコン膜形成工程では、
前記アミノシランを吸着させた被処理体の溝に第1の圧力でシリコン膜を形成する第1シリコン膜形成工程と、
前記第1シリコン膜形成工程で形成されたシリコン膜上に、前記第1の圧力より低い第2の圧力でシリコン膜を形成する第2シリコン膜形成工程と、
を備えてもよい。
前記シリコン膜形成工程では、前記被処理体の溝にアミノシランを吸着させた後にシリコン膜を形成してもよい。
前記シリコン膜形成工程では、
前記アミノシランを吸着させた被処理体の溝に第1の圧力でシリコン膜を形成する第1シリコン膜形成工程と、
前記第1シリコン膜形成工程で形成されたシリコン膜上に、前記第1の圧力より低い第2の圧力でシリコン膜を形成する第2シリコン膜形成工程と、
を備えてもよい。
本発明の第2の観点にかかるシリコン酸化膜の形成装置は、
反応室内に収容され、その表面に溝が形成された被処理体の溝にシリコン酸化膜を形成するシリコン酸化膜の形成装置であって、
前記反応室内にシリコン膜成膜用ガスを供給するシリコン膜成膜用ガス供給手段と、
前記反応室内に前記シリコン膜をエッチングするエッチング用ガスを供給するエッチング用ガス供給手段と、
前記反応室内に前記シリコン膜を酸化してシリコン酸化膜を形成する酸化用ガスを供給する酸化用ガス供給手段と、
前記反応室内にシリコン酸化膜成膜用ガスを供給するシリコン酸化膜成膜用ガス供給手段と、
装置の各部を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記シリコン膜成膜用ガス供給手段を制御して前記被処理体の溝にシリコン膜を形成し、前記エッチング用ガス供給手段を制御して前記形成されたシリコン膜をエッチングし、前記酸化用ガス供給手段を制御して前記エッチングされたシリコン膜を酸化してシリコン酸化膜を形成し、前記シリコン酸化膜成膜用ガス供給手段を制御して前記形成されたシリコン酸化膜を覆うとともに、前記被処理体の溝を埋め込むようにシリコン酸化膜を形成する、
ことを特徴とする。
反応室内に収容され、その表面に溝が形成された被処理体の溝にシリコン酸化膜を形成するシリコン酸化膜の形成装置であって、
前記反応室内にシリコン膜成膜用ガスを供給するシリコン膜成膜用ガス供給手段と、
前記反応室内に前記シリコン膜をエッチングするエッチング用ガスを供給するエッチング用ガス供給手段と、
前記反応室内に前記シリコン膜を酸化してシリコン酸化膜を形成する酸化用ガスを供給する酸化用ガス供給手段と、
前記反応室内にシリコン酸化膜成膜用ガスを供給するシリコン酸化膜成膜用ガス供給手段と、
装置の各部を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記シリコン膜成膜用ガス供給手段を制御して前記被処理体の溝にシリコン膜を形成し、前記エッチング用ガス供給手段を制御して前記形成されたシリコン膜をエッチングし、前記酸化用ガス供給手段を制御して前記エッチングされたシリコン膜を酸化してシリコン酸化膜を形成し、前記シリコン酸化膜成膜用ガス供給手段を制御して前記形成されたシリコン酸化膜を覆うとともに、前記被処理体の溝を埋め込むようにシリコン酸化膜を形成する、
ことを特徴とする。
前記制御手段は、例えば、前記エッチング用ガス供給手段を制御して前記形成されたシリコン膜にV字状の溝部が形成されるように、当該シリコン膜をエッチングする。
前記反応室内にアミノシランガスを供給するアミノシランガス供給手段を、さらに備えてもよい。この場合、前記制御手段は、前記アミノシランガス供給手段を制御して、前記被処理体の溝にアミノシランを吸着させた後に、前記シリコン膜成膜用ガス供給手段を制御して前記アミノシランが吸着された溝にシリコン膜を形成する。
前記反応室内の圧力を設定する圧力設定手段を、さらに備えてもよい。この場合、前記制御手段は、前記圧力設定手段を制御して前記反応室内を第1の圧力に設定した状態で前記シリコン膜成膜用ガス供給手段を制御して前記アミノシランが吸着された溝にシリコン膜を形成した後、前記圧力設定手段を制御して前記反応室内を前記第1の圧力より低い第2の圧力に設定した状態で前記シリコン膜成膜用ガス供給手段を制御して前記シリコン膜上にシリコン膜を形成する。
前記反応室内にアミノシランガスを供給するアミノシランガス供給手段を、さらに備えてもよい。この場合、前記制御手段は、前記アミノシランガス供給手段を制御して、前記被処理体の溝にアミノシランを吸着させた後に、前記シリコン膜成膜用ガス供給手段を制御して前記アミノシランが吸着された溝にシリコン膜を形成する。
前記反応室内の圧力を設定する圧力設定手段を、さらに備えてもよい。この場合、前記制御手段は、前記圧力設定手段を制御して前記反応室内を第1の圧力に設定した状態で前記シリコン膜成膜用ガス供給手段を制御して前記アミノシランが吸着された溝にシリコン膜を形成した後、前記圧力設定手段を制御して前記反応室内を前記第1の圧力より低い第2の圧力に設定した状態で前記シリコン膜成膜用ガス供給手段を制御して前記シリコン膜上にシリコン膜を形成する。
本発明によれば、ボイドやシームの発生を抑制することができる。
以下、本発明のシリコン酸化膜の形成方法およびその形成装置について説明する。本実施の形態では、シリコン酸化膜の形成装置として、図1に示すバッチ式の縦型の処理装置を用いた場合を例に説明する。
図1に示すように、処理装置1は、長手方向が垂直方向に向けられた反応管2を備えている。反応管2は、内管2aと、内管2aを覆うとともに内管2aと所定の間隔を有するように形成された有天井の外管2bとから構成された二重管構造を有する。内管2aと外管2bの側壁は、図1に矢印で示すように、複数の開口を有している。内管2a及び外管2bは、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。
反応管2の一側方には、反応管2内のガスを排気するための排気部3が配置されている。排気部3は、反応管2に沿って上方に延びるように形成され、反応管2の側壁に設けられた開口を介して、反応管2と連通する。排気部3の上端は、反応管2の上部に配置された排気口4に接続されている。この排気口4には図示しない排気管が接続され、排気管には図示しないバルブや後述する真空ポンプ127などの圧力調整機構が設けられている。この圧力調整機構により、外管2bの一方の側壁側(処理ガス供給管8)から供給されたガスが、内管2a、外管2bの他方の側壁側、排気部3、排気口4を介して、排気管に排気され、反応管2内が所望の圧力(真空度)に制御される。
反応管2の下方には、蓋体5が配置されている。蓋体5は、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。また、蓋体5は、後述するボートエレベータ128により上下動可能に構成されている。そして、ボートエレベータ128により蓋体5が上昇すると、反応管2の下方側(炉口部分)が閉鎖され、ボートエレベータ128により蓋体5が下降すると、反応管2の下方側(炉口部分)が開口される。
蓋体5の上には、ウエハボート6が載置されている。ウエハボート6は、例えば、石英により形成されている。ウエハボート6は、半導体ウエハWが垂直方向に所定の間隔をおいて複数枚、収容可能に構成されている。なお、蓋体5の上部に、反応管2の炉口部分から反応管2内の温度が低下することを防止する保温筒や、半導体ウエハWを収容するウエハボート6を回転可能に載置する回転テーブルを設け、これらの上にウエハボート6を載置してもよい。これらの場合、ウエハボート6に収容された半導体ウエハWを均一な温度に制御しやすくなる。
反応管2の周囲には、反応管2を取り囲むように、例えば、抵抗発熱体からなる昇温用ヒータ7が設けられている。この昇温用ヒータ7により反応管2の内部が所定の温度に加熱され、この結果、反応管2の内部に収容された半導体ウエハWが所定の温度に加熱される。
反応管2の下端近傍の側面には、反応管2(外管2b)内に処理ガスを供給する処理ガス供給管8が挿通されている。処理ガスとしては、シリコン膜の成膜用ガスとしてのジシラン(Si2H6)、モノシラン(SiH4)、エッチングガスとしての塩素(Cl2)、フッ素(F2)、酸化ガスとしての酸素(O2)、オゾン(O3)、シリコン酸化膜の成膜ガスとしてのTEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)、チタン酸バリウム(BTO)等が用いられる。
処理ガス供給管8には、垂直方向の所定間隔ごとに供給孔が設けられており、供給孔から反応管2(外管2b)内に処理ガスが供給される。このため、図1に矢印で示すように、処理ガスが垂直方向の複数箇所から反応管2内に供給される。
また、反応管2の下端近傍の側面には、反応管2(外管2b)内に希釈ガス及びパージガスとしての窒素(N2)を供給する窒素ガス供給管11が挿通されている。
処理ガス供給管8、窒素ガス供給管11は、後述するマスフローコントローラ(MFC:Mass Flow Controller)125を介して、図示しないガス供給源に接続されている。
また、反応管2内には、反応管2内の温度を測定する、例えば、熱電対からなる温度センサ122、及び、反応管2内の圧力を測定する圧力計123が複数本配置されている。
また、処理装置1は、装置各部の制御を行う制御部100を備えている。図2に制御部100の構成を示す。図2に示すように、制御部100には、操作パネル121、温度センサ122、圧力計123、ヒータコントローラ124、MFC125、バルブ制御部126、真空ポンプ127、ボートエレベータ128等が接続されている。
操作パネル121は、表示画面と操作ボタンとを備え、オペレータの操作指示を制御部100に伝え、また、制御部100からの様々な情報を表示画面に表示する。
温度センサ122は、反応管2内及び排気管内などの各部の温度を測定し、その測定値を制御部100に通知する。
圧力計123は、反応管2内及び排気管内などの各部の圧力を測定し、その測定値を制御部100に通知する。
圧力計123は、反応管2内及び排気管内などの各部の圧力を測定し、その測定値を制御部100に通知する。
ヒータコントローラ124は、昇温用ヒータ7を個別に制御するためのものであり、制御部100からの指示に応答して、昇温用ヒータ7に通電してこれらを加熱し、また、昇温用ヒータ7の消費電力を個別に測定して、制御部100に通知する。
MFC125は、処理ガス供給管8、窒素ガス供給管11等の各配管に配置され、各配管を流れるガスの流量を制御部100から指示された量に制御するとともに、実際に流れたガスの流量を測定して、制御部100に通知する。
バルブ制御部126は、各配管に配置され、各配管に配置された弁の開度を制御部100から指示された値に制御する。
真空ポンプ127は、排気管に接続され、反応管2内のガスを排気する。
真空ポンプ127は、排気管に接続され、反応管2内のガスを排気する。
ボートエレベータ128は、蓋体5を上昇させることにより、ウエハボート6(半導体ウエハW)を反応管2内にロードし、蓋体5を下降させることにより、ウエハボート6(半導体ウエハW)を反応管2内からアンロードする。
制御部100は、レシピ記憶部111と、ROM(Read Only Memory)112と、RAM(Random Access Memory)113と、I/Oポート(Input/Output Port)114と、CPU(Central Processing Unit)115と、これらを相互に接続するバス116とから構成されている。
レシピ記憶部111には、セットアップ用レシピと複数のプロセス用レシピとが記憶されている。処理装置1の製造当初は、セットアップ用レシピのみが格納される。セットアップ用レシピは、各処理装置に応じた熱モデル等を生成する際に実行されるものである。プロセス用レシピは、ユーザが実際に行う熱処理(プロセス)毎に用意されるレシピであり、反応管2への半導体ウエハWのロードから、処理済みの半導体ウエハWをアンロードするまでの、各部の温度の変化、反応管2内の圧力変化、各種のガスの供給の開始及び停止のタイミングと供給量などを規定する。
ROM112は、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)、フラッシュメモリ、ハードディスクなどから構成され、CPU115の動作プログラム等を記憶する記録媒体である。
RAM113は、CPU115のワークエリアなどとして機能する。
RAM113は、CPU115のワークエリアなどとして機能する。
I/Oポート114は、操作パネル121、温度センサ122、圧力計123、ヒータコントローラ124、MFC125、バルブ制御部126、真空ポンプ127、ボートエレベータ128等に接続され、データや信号の入出力を制御する。
CPU115は、制御部100の中枢を構成し、ROM112に記憶された制御プログラムを実行する。また、CPU115は、操作パネル121からの指示に従って、レシピ記憶部111に記憶されているレシピ(プロセス用レシピ)に沿って、処理装置1の動作を制御する。すなわち、CPU115は、温度センサ122、圧力計123、MFC125等に反応管2内及び排気管内などの各部の温度、圧力、流量等を測定させ、この測定データに基づいて、ヒータコントローラ124、MFC125、バルブ制御部126、真空ポンプ127等に制御信号等を出力し、上記各部がプロセス用レシピに従うように制御する。
バス116は、各部の間で情報を伝達する。
バス116は、各部の間で情報を伝達する。
次に、以上のように構成された処理装置1を用いたシリコン酸化膜の形成方法について説明する。なお、以下の説明において、処理装置1を構成する各部の動作は、制御部100(CPU115)により制御されている。また、各処理における反応管2内の温度、圧力、ガスの流量等は、前述のように、制御部100(CPU115)がヒータコントローラ124(昇温用ヒータ7)、MFC125、バルブ制御部126等を制御することにより、例えば、図3に示すようなレシピ(タイムシーケンス)に従った条件に設定される。
また、本実施の形態では、被処理体としての半導体ウエハWには、図4に示すように、基板51上の誘電導体としてのシリコン52に溝53が形成されており、この溝53を埋め込むように、シリコン酸化膜が形成される。
まず、反応管2内を所定の温度、例えば、図3(a)に示すように、300℃)に設定する。また、図3(c)に示すように、窒素ガス供給管11から反応管2内に所定量の窒素を供給する。次に、図4(a)に示す半導体ウエハWが収容されているウエハボート6を蓋体5に載置する。そして、ボートエレベータ128により蓋体5を上昇させ、半導体ウエハW(ウエハボート6)を反応管2内にロードする(ロード工程)。
続いて、図3(c)に示すように、窒素ガス供給管11から反応管2内に所定量の窒素を供給するとともに、反応管2内を所定の温度、例えば、図3(a)に示すように、400℃に設定する。また、反応管2内のガスを排出し、反応管2を所定の圧力、例えば、図3(b)に示すように、133Pa(1Torr)に減圧する。そして、反応管2内をこの温度及び圧力で安定させる(安定化工程)。
反応管2内の温度は、200℃〜600℃であることが好ましく、350℃〜550℃であることがさらに好ましい。反応管2内の温度をかかる範囲にすることにより、形成されるシリコン膜の膜質や膜厚均一性等を向上させることができるためである。
反応管2内の圧力は、0.133Pa(0.001Torr)〜13.3kPa(100Torr)にすることが好ましい。かかる範囲の圧力にすることにより、半導体ウエハWとSiとの反応を促進することができるためである。反応管2内の圧力は、13.3Pa(0.1Torr)〜1330Pa(10Torr)にすることがさらに好ましい。かかる範囲の圧力にすることにより、反応管2内の圧力制御が容易になるためである。
反応管2内が所定の圧力および温度で安定すると、窒素ガス供給管11からの窒素の供給を停止し、反応管2内に成膜用ガスを供給する。具体的には、図3(d)に示すように、処理ガス供給管8から所定量のジシラン(Si2H6)を供給する(フロー工程)。
反応管2内に供給されたジシランは、反応管2内で加熱されて活性化する。このため、反応管2内にジシランが供給されると、半導体ウエハWと活性化されたSiが反応し、半導体ウエハWに所定量のSiが吸着する。この結果、図4(b)に示すように、半導体ウエハWに溝部54を有するシリコン膜55が形成される。
半導体ウエハWに所定量のSiが吸着すると、処理ガス供給管8からのジシランの供給を停止する。そして、反応管2内のガスを排出するとともに、図3(c)に示すように、窒素ガス供給管11から反応管2内に所定量の窒素を供給して、反応管2内のガスを反応管2外に排出する(パージ、Vacuum工程)。
また、図3(c)に示すように、窒素ガス供給管11から反応管2内に所定量の窒素を供給するとともに、反応管2内を所定の温度、例えば、図3(a)に示すように、300℃に設定する。また、反応管2内のガスを排出し、反応管2を所定の圧力、例えば、図3(b)に示すように、40Pa(0.3Torr)に減圧する。
ここで、反応管2内の温度は、200℃〜350℃であることが好ましく、250℃〜325℃であることがさらに好ましい。反応管2内の圧力は、1.33Pa(0.01Torr)〜1330Pa(10Torr)にすることが好ましく、13.3Pa(0.1Torr)〜133kPa(1Torr)にすることがさらに好ましい。反応管2内の温度及び圧力をかかる範囲にすることにより、良好にエッチングすることができるためである。
続いて、窒素ガス供給管11からの窒素の供給を停止し、反応管2内にエッチング用ガスを供給する。具体的には、図3(e)に示すように、処理ガス供給管8から所定量の塩素(Cl2)を供給する(フロー工程)。
反応管2内に供給された塩素は、反応管2内で加熱されて活性化し、半導体ウエハWの溝部54に形成されたシリコン膜55をエッチングする。この結果、図4(c)に示すように、半導体ウエハWのシリコン膜55にV字状の溝部54が形成される。
半導体ウエハWのシリコン膜55にV字状の溝部54が形成されると、処理ガス供給管8からの塩素の供給を停止する。そして、反応管2内のガスを排出するとともに、図3(c)に示すように、窒素ガス供給管11から反応管2内に所定量の窒素を供給して、反応管2内のガスを反応管2外に排出する(パージ、Vacuum工程)。
また、図3(c)に示すように、窒素ガス供給管11から反応管2内に所定量の窒素を供給するとともに、反応管2内を所定の温度、例えば、図3(a)に示すように、800℃に設定する。また、反応管2内のガスを排出し、反応管2を所定の圧力、例えば、図3(b)に示すように、133Pa(1Torr)に減圧する。
ここで、反応管2内の温度は、450℃〜1000℃であることが好ましく、700℃〜900℃であることがさらに好ましい。反応管2内の圧力は、0.133Pa(0.001Torr)〜13.3kPa(100Torr)にすることが好ましく、13.3Pa(0.1Torr)〜1330Pa(10Torr)にすることがさらに好ましい。反応管2内の温度及び圧力をかかる範囲にすることにより、形成されたシリコン膜を良好に酸化することができるためである。
次に、窒素ガス供給管11からの窒素の供給を停止し、反応管2内に酸化用ガスを供給する。具体的には、図3(f)に示すように、処理ガス供給管8から所定量の酸素(O2)を供給する(フロー工程)。
反応管2内に供給された酸素は、反応管2内で加熱されて活性化し、酸化ラジカルを形成する。この酸化ラジカルにより、形成されたシリコン膜55が酸化され、シリコン酸化膜(55)が形成される。
シリコン膜55が酸化されシリコン酸化膜が形成されると、処理ガス供給管8からの塩素の供給を停止する。そして、反応管2内のガスを排出するとともに、図3(c)に示すように、窒素ガス供給管11から反応管2内に所定量の窒素を供給して、反応管2内のガスを反応管2外に排出する(パージ、Vacuum工程)。
また、図3(c)に示すように、窒素ガス供給管11から反応管2内に所定量の窒素を供給するとともに、反応管2内を所定の温度、例えば、図3(a)に示すように、800℃に設定する。また、反応管2内のガスを排出し、反応管2を所定の圧力、例えば、図3(b)に示すように、133Pa(1Torr)に減圧する。
続いて、窒素ガス供給管11からの窒素の供給を停止し、反応管2内にシリコン酸化膜の成膜用ガスを供給する。具体的には、図3(g)に示すように、処理ガス供給管8から所定量のTEOSを供給する(フロー工程)。
反応管2内に供給されたTEOSは、反応管2内で加熱されて活性化し、図4(c)に示すように、形成されたシリコン酸化膜(55)上にシリコン酸化膜が形成される。
ここで、図4(c)に示すように、シリコン膜55をエッチングした後に酸化されたシリコン酸化膜(55)には、V字状の溝部54が形成されているので、このシリコン酸化膜(55)上にシリコン酸化膜を形成しても、シリコン酸化膜の埋め込み時にボイドやシームが発生し難くなくなる。このため、例えば、アスペクト比が高くなっても、ボイドやシームの発生を抑制することができる。
半導体ウエハWに所望のシリコン酸化膜が形成されると、昇温用ヒータ7により反応管2内を所定のロード温度、例えば、図3(a)に示すように、300℃に維持するとともに窒素ガス供給管11から反応管2内に所定量の窒素を供給して反応管2内を窒素でサイクルパージして常圧へと戻す(常圧復帰工程)。次に、ボートエレベータ128により蓋体5を下降させることにより、半導体ウエハWをアンロードする(アンロード工程)。
以上説明したように、本実施の形態によれば、シリコン52の溝53に溝部54を有するシリコン膜55を形成し、溝部54がV字状となるようにエッチングした後に、シリコン膜55を酸化させてシリコン酸化膜を形成し、さらに、溝54を埋めるようにシリコン酸化膜を形成しているので、例えば、アスペクト比が高くなっても、ボイドやシームの発生を抑制したシリコン酸化膜を形成することができる。
なお、本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な他の実施の形態について説明する。
上記実施の形態では、ジシランによりシリコン膜を形成した場合を例に本発明を説明したが、例えば、図5に示すように、シリコン膜形成前に、シード層としてアミノシラン61を吸着させた後、ジシランによりシリコン膜62を形成してもよい。この場合、形成されるシリコン膜62の膜質(例えば、面内均一性)を向上させることができる。シード層として吸着させるアミノシラン61としては、BAS(ブチルアミノシラン)、BTBAS(ビスターシャルブチルアミノシラン)、DMAS(ジメチルアミノシラン)、TDMAS(トリジメチルアミノシラン)、DEAS(ジエチルアミノシラン)、BDEAS(ビスジエチルアミノシラン)、DPAS(ジプロピルアミノシラン)、DIPAS(ジイソプロピルアミノシラン)がある。
さらに、シード層としてアミノシラン61を吸着させる工程と、ジシランによりシリコン膜62を形成する工程との間に、ジシランによりシリコン膜62を形成する工程での圧力よりも高圧下でジシランによりシリコン膜71を形成する工程を追加してもよい。この場合、インキュベーションタイムを短くすることができ、形成されるシリコン膜62の表面ラフネスが悪化するおそれがなくなる。この結果、表面ラフネス、及び、カバレッジの良好なシリコン膜62を形成することができる。このように、表面ラフネス、及び、カバレッジの良好なシリコン膜を形成することにより、その上に形成されるシリコン酸化膜の表面ラフネス、及び、カバレッジを良好にすることができる。
上記実施の形態では、溝53が形成されたシリコン52にシリコン酸化膜(55)を形成する場合を例に本発明を説明したが、溝が形成された膜はシリコン膜に限定されるものではなく、例えば、SiC膜、SiO膜、SiN膜であってもよい。
上記実施の形態では、溝54がV字状となるようにエッチングした場合を例に本発明を説明したが、シリコン酸化膜形成工程において、溝54の底部までシリコン酸化膜が形成されるように溝54の上部が開口されていればよく、溝54はV字状に形成されていなくてもよい。
上記実施の形態では、エッチングガスとしての塩素を用いた場合を例に本発明を説明したが、形成されたシリコン膜の溝54がV字状となるようにエッチングできるものであればよく、例えば、フッ素(F2)のような各種のエッチングガスを用いることが可能である。
上記実施の形態では、酸化ガスとしての酸素を用いた場合を例に本発明を説明したが、形成されたシリコン膜55を酸化してシリコン酸化膜を形成できるものであればよく、オゾン(O3)のような各種の酸化ガスを用いることが可能である。
上記実施の形態では、シリコン酸化膜の成膜ガスとしてのTEOSを用いたCVD法による場合を例に本発明を説明したが、各種の成膜用ガスを用いることができる。また、ALD(Atomic Layer Deposition)法によりシリコン酸化膜を成膜してもよい。
上記実施の形態では、処理ガス供給時に処理ガスのみを供給する場合を例に本発明を説明したが、例えば、処理ガス供給時に希釈ガスとしての窒素を供給してもよい。この場合、処理時間の設定等が容易になる。希釈ガスとしては、不活性ガスであることが好ましく、窒素の他に、例えば、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)が適用できる。
本実施の形態では、処理装置1として、二重菅構造のバッチ式の処理装置の場合を例に本発明を説明したが、例えば、単管構造のバッチ式の処理装置に本発明を適用することも可能である。また、バッチ式の横型処理装置や枚葉式の処理装置に本発明を適用することも可能である。
本発明の実施の形態にかかる制御部100は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、汎用コンピュータに、上述の処理を実行するためのプログラムを格納した記録媒体(フレキシブルディスク、CD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)など)から当該プログラムをインストールすることにより、上述の処理を実行する制御部100を構成することができる。
そして、これらのプログラムを供給するための手段は任意である。上述のように所定の記録媒体を介して供給できる他、例えば、通信回線、通信ネットワーク、通信システムなどを介して供給してもよい。この場合、例えば、通信ネットワークの掲示板(BBS:Bulletin Board System)に当該プログラムを掲示し、これをネットワークを介して提供してもよい。そして、このように提供されたプログラムを起動し、OS(Operating System)の制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理を実行することができる。
本発明は、シリコン酸化膜の形成方法およびその形成装置に有用である。
1 処理装置
2 反応管
2a 内管
2b 外管
3 排気部
4 排気口
5 蓋体
6 ウエハボート
7 昇温用ヒータ
8 処理ガス供給管
11 窒素ガス供給管
100 制御部
111 レシピ記憶部
112 ROM
113 RAM
114 I/Oポート
115 CPU
116 バス
121 操作パネル
122 温度センサ
123 圧力計
124 ヒータコントローラ
125 MFC
126 バルブ制御部
127 真空ポンプ
128 ボートエレベータ
W 半導体ウエハ
2 反応管
2a 内管
2b 外管
3 排気部
4 排気口
5 蓋体
6 ウエハボート
7 昇温用ヒータ
8 処理ガス供給管
11 窒素ガス供給管
100 制御部
111 レシピ記憶部
112 ROM
113 RAM
114 I/Oポート
115 CPU
116 バス
121 操作パネル
122 温度センサ
123 圧力計
124 ヒータコントローラ
125 MFC
126 バルブ制御部
127 真空ポンプ
128 ボートエレベータ
W 半導体ウエハ
Claims (8)
- 表面に溝が形成された被処理体の溝にシリコン酸化膜を埋め込むように形成するシリコン酸化膜の形成方法であって、
前記被処理体の溝にシリコン膜を形成するシリコン膜形成工程と、
前記シリコン膜形成工程で形成されたシリコン膜をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチング工程でエッチングされたシリコン膜を酸化してシリコン酸化膜を形成する酸化工程と、
前記酸化工程で形成されたシリコン酸化膜を覆うとともに、前記被処理体の溝を埋め込むようにシリコン酸化膜を形成する埋め込み工程と、
を備える、ことを特徴とするシリコン酸化膜の形成方法。 - 前記エッチング工程では、V字状の溝部が形成されるようにシリコン膜をエッチングする、ことを特徴とする請求項1に記載のシリコン酸化膜の形成方法。
- 前記シリコン膜形成工程では、前記被処理体の溝にアミノシランを吸着させた後にシリコン膜を形成する、ことを特徴とする請求項1または2に記載のシリコン酸化膜の形成方法。
- 前記シリコン膜形成工程では、
前記アミノシランを吸着させた被処理体の溝に第1の圧力でシリコン膜を形成する第1シリコン膜形成工程と、
前記第1シリコン膜形成工程で形成されたシリコン膜上に、前記第1の圧力より低い第2の圧力でシリコン膜を形成する第2シリコン膜形成工程と、
を備える、ことを特徴とする請求項3に記載のシリコン酸化膜の形成方法。 - 反応室内に収容され、その表面に溝が形成された被処理体の溝にシリコン酸化膜を形成するシリコン酸化膜の形成装置であって、
前記反応室内にシリコン膜成膜用ガスを供給するシリコン膜成膜用ガス供給手段と、
前記反応室内に前記シリコン膜をエッチングするエッチング用ガスを供給するエッチング用ガス供給手段と、
前記反応室内に前記シリコン膜を酸化してシリコン酸化膜を形成する酸化用ガスを供給する酸化用ガス供給手段と、
前記反応室内にシリコン酸化膜成膜用ガスを供給するシリコン酸化膜成膜用ガス供給手段と、
装置の各部を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記シリコン膜成膜用ガス供給手段を制御して前記被処理体の溝にシリコン膜を形成し、前記エッチング用ガス供給手段を制御して前記形成されたシリコン膜をエッチングし、前記酸化用ガス供給手段を制御して前記エッチングされたシリコン膜を酸化してシリコン酸化膜を形成し、前記シリコン酸化膜成膜用ガス供給手段を制御して前記形成されたシリコン酸化膜を覆うとともに、前記被処理体の溝を埋め込むようにシリコン酸化膜を形成する、
ことを特徴とするシリコン酸化膜の形成装置。 - 前記制御手段は、前記エッチング用ガス供給手段を制御して前記形成されたシリコン膜にV字状の溝部が形成されるように、当該シリコン膜をエッチングする、ことを特徴とする請求項5に記載のシリコン酸化膜の形成装置。
- 前記反応室内にアミノシランガスを供給するアミノシランガス供給手段を、さらに備え、
前記制御手段は、前記アミノシランガス供給手段を制御して、前記被処理体の溝にアミノシランを吸着させた後に、前記シリコン膜成膜用ガス供給手段を制御して前記アミノシランが吸着された溝にシリコン膜を形成する、ことを特徴とする請求項5または6に記載のシリコン酸化膜の形成装置。 - 前記反応室内の圧力を設定する圧力設定手段を、さらに備え、
前記制御手段は、前記圧力設定手段を制御して前記反応室内を第1の圧力に設定した状態で前記シリコン膜成膜用ガス供給手段を制御して前記アミノシランが吸着された溝にシリコン膜を形成した後、前記圧力設定手段を制御して前記反応室内を前記第1の圧力より低い第2の圧力に設定した状態で前記シリコン膜成膜用ガス供給手段を制御して前記シリコン膜上にシリコン膜を形成する、ことを特徴とする請求項7に記載のシリコン酸化膜の形成装置。
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