JP2016092051A - 凹部を充填する方法及び処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被処理体の凹部を充填する方法を提供する。【解決手段】一実施形態の方法は、成膜工程、及び、アニール工程を含む。成膜工程では、凹部を画成する壁面に沿って、ＩＶ族半導体及び錫を含む材料から構成された膜が成膜される。アニール工程では、被処理体にアニール処理が適用され、膜の材料が溶融し、溶融した材料が凹部内に移動する。成膜工程では、第１の圧力且つ第１の温度の条件下で成膜が行われ、アニール工程では、被処理体は、第１の圧力よりも高い第２の圧力且つ第１の温度よりも高い第２の温度の条件下でアニールされる。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、凹部を充填する方法及び処理装置に関するものである。

半導体装置といったデバイスの製造においては、スルーホール又はコンタクトホールといった凹部内に、シリコンを充填する処理が行われることがある。凹部内に充填されたシリコンは、例えば、電極として利用され得る。このような処理は、例えば、特許文献１に記載されている。

具体的に、特許文献１に記載された処理では、被処理体においてトレンチを画成する壁面上に多結晶シリコン膜が形成される。次いで、多結晶シリコン膜上にアモルファスシリコン膜が形成される。その後、被処理体がアニールされる。特許文献１に記載された処理では、被処理体のアニールにより、アモルファスシリコンをトレンチの底部に向かって移動させ、当該アモルファスシリコンによってトレンチを充填することが意図されている。

特開平１０−５６１５４号公報

しかしながら、上述した従来技術では、凹部に移動されたアモルファスシリコン製の領域にシーム又はボイドといった空洞が生じ得る。したがって、空洞の発生を抑制して凹部を充填することが必要である。

一態様においては、被処理体の凹部を充填する方法が提供される。被処理体は、半導体基板及び該半導体基板上に設けられた絶縁膜を有し、凹部は、前記絶縁膜を貫通するように設けられている。この方法は、（ａ）凹部を画成する壁面に沿って、ＩＶ族半導体及び錫を含む材料から構成された膜を成膜する工程（以下、「成膜工程」という）と、（ｂ）被処理体をアニールする工程（以下、「アニール工程」という）であり、膜の材料を溶融させて、溶融した材料を凹部内に移動させる、該工程と、を含む。成膜工程では、第１の圧力且つ第１の温度の条件下で成膜が行われ、アニール工程では、被処理体は、第１の圧力よりも高い第２の圧力且つ第１の温度よりも高い第２の温度の条件下でアニールされる。なお、ＩＶ族半導体は、例えば、シリコン、ゲルマニウム、又はシリコンゲルマニウムであり得る。

一態様に係る方法においては、膜を構成する材料がＩＶ族半導体及び錫を含んでおり、当該材料の融点は、ＩＶ族半導体の融点よりも低くなっている。そして、この方法では、当該膜の成膜時の第１の温度よりも高い第２の温度、且つ、当該成膜時の第１の圧力よりも高い圧力の条件下で被処理体がアニールされる。これにより、膜を構成する材料が溶融し、溶融した当該材料が凹部に移動する。その結果、空洞の発生を抑制しつつ、凹部を充填することが可能となる。

一実施形態では、アニール工程の後に、被処理体が配置された空間の圧力を第２の圧力よりも低い第３の圧力に設定する工程（以下、「脱気工程」という）を含む。この実施形態によれば、アニール工程によって凹部内に埋め込まれた材料から構成される領域内に空洞が生じていても、当該空洞の圧力は第３の圧力よりも高い第２の圧力であるので、脱気工程によって当該空洞の脱気が行われ、その結果、当該空洞を取り除くことが可能となる。

別の態様においては、上述した方法の実施に用いることが可能な処理装置が提供される。この処理装置は、容器、ガス供給部、加熱装置、排気装置、及び制御部を備える。ガス供給部は、ＩＶ族半導体を含有する第１のガス、及び錫を含有する第２のガスを容器内に供給するよう構成されている。加熱装置は、容器内の空間を加熱するよう構成されている。排気装置は、容器内の空間の圧力を調整するよう構成されている。制御部は、ガス供給部、加熱装置、及び排気装置を制御するよう構成されている。制御部は、ガス供給部に第１のガス及び第２のガスを容器内に供給させ、排気装置に容器内の空間の圧力を第１の圧力に設定させ、且つ、加熱装置に容器内の空間の温度を第１の温度に設定させる第１の制御を実行し、排気装置に容器内の空間の圧力を第１の圧力よりも高い第２の圧力に設定させ、且つ、加熱装置に容器内の空間の温度を第１の温度よりも高い第２の温度に設定させる第２の制御を実行する。

一実施形態では、制御部は、第２の制御の実行後、排気装置に容器内の空間の圧力を第２の圧力よりも低い第３の圧力に設定させる第３の制御を更に実行してもよい。

以上説明したように、空洞の発生を抑制して凹部を充填することが可能となる。

一実施形態に係る凹部を充填する方法を示す流れ図である。 図１に示す方法の実施前の初期状態の被処理体を例示する断面図である。 図１に示す方法の実施に用いることが可能な処理装置を概略的に示す図である。 図３に示す処理装置の制御部の構成を示す例示的な図である。 図１に示す方法の各工程の実行後の被処理体を例示する断面図である。 図１に示す方法の各工程の実行後の被処理体を例示する断面図である。 図１に示す方法の各工程の実行後の被処理体を例示する断面図である。

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

図１は、一実施形態に係る凹部を充填する方法を示す流れ図である。図１に示す方法ＭＴは、被処理体に膜を成膜し、当該膜を構成する材料を溶融させ、溶融した当該材料を被処理体の凹部内に移動させることにより、当該凹部を充填するものである。

図２は、図１に示す方法の実施前の初期状態の被処理体を例示する断面図である。図２に示す被処理体（以下、被処理体を「ウエハＷ」とよぶことがある）は、半導体基板ＳＢ、及び絶縁膜ＩＦを有している。半導体基板ＳＢは、単結晶半導体基板、又は多結晶半導体基板であり、例えば、単結晶シリコン基板、又は多結晶シリコン基板である。絶縁膜ＩＦは、半導体基板ＳＢ上に設けられている。絶縁膜ＩＦは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、又は窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）から構成されている。

ウエハＷには、トレンチ又はホールといった凹部ＤＲが形成されている。凹部ＤＲは、絶縁膜ＩＦを膜厚方向に貫通している。一実施形態では、凹部ＤＲは、絶縁膜ＩＦを膜厚方向に貫通して、更に半導体基板ＳＢの内部まで延在している。凹部ＤＲは、例えば、２００ｎｍの深さ、４０ｎｍ〜５０ｎｍの幅を有し得る。この凹部ＤＲは、絶縁膜ＩＦ上にマスクを形成し、絶縁膜ＩＦ、又は、絶縁膜ＩＦ及び半導体基板ＳＢをエッチングすることによって、形成することができる。

図２に示すウエハＷに対して、方法ＭＴでは、工程ＳＴ３及び工程ＳＴ４が実行される。また、一実施形態では、工程ＳＴ４の実行後に工程ＳＴ５が実行される。一実施形態では、工程ＳＴ３、工程ＳＴ４、及び工程ＳＴ５を含むシーケンスが１回以上繰り返され得る。また、一実施形態では、工程ＳＴ３の実行前に、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２の一方、又は双方が実行され得る。

ここで、方法ＭＴの実施に用いることが可能な処理装置の実施形態について説明する。図３は、図１に示す方法の実施に用いることが可能な処理装置を概略的に示す図である。図３に示す処理装置１０は、容器１２を備えている。容器１２は、略円筒形状を有する反応管であり、当該容器１２の長手方向は垂直方向に向いている。容器１２は、二重管構造を有しており、内管１４及び外管１６を含んでいる。内管１４及び外管１６は、耐熱性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。

内管１４は、略円筒形状を有しており、上端及び下端を含んでいる。内管１４の上端及び下端は開放されている。外管１６は、当該内管１４を覆うように当該内管１４と略同軸に設けられている。外管１６と内管１４との間には一定の間隔が設けられている。外管１６の上端は閉塞されており、当該外管１６の下端は開放されている。

外管１６の下方には、マニホールド１８が設けられている。マニホールド１８は、筒状に形成されており、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）から構成されている。マニホールド１８は、外管１６の下端と気密に接続されている。また、マニホールド１８の内壁には、支持リング２０が一体に形成されている。支持リング２０は、マニホールド１８の内壁から内側に突出している。この支持リング２０は、内管１４を支持している。

マニホールド１８の下方には、蓋体２２が設けられている。蓋体２２は、ボートエレベータ２４に接続されており、当該ボートエレベータによって上下動可能に構成されている。ボートエレベータ２４によって蓋体２２が上昇すると、マニホールド１８の下方側（即ち、炉口部分）が閉鎖される。一方、ボートエレベータ２４によって蓋体２２が下降すると、マニホールド１８の下方側（即ち、炉口部分）が開口される。

蓋体２２上には、ウエハボート２６が載置されている。ウエハボート２６は、例えば、石英から構成される。ウエハボート２６は、複数のウエハＷを垂直方向に所定の間隔をおいて支持するよう構成されている。

容器１２の周囲には、当該容器１２を取り囲むように、断熱体２８が設けられている。断熱体２８の内壁面には、ヒータ３０（加熱装置）が設けられている。ヒータ３０は、例えば、抵抗発熱体から構成されている。このヒータ３０により、容器１２の内部の空間が所定の温度に加熱される。これにより、ウエハＷが加熱される。

マニホールド１８の側面には、一以上のガス導入管３２が接続されている。ガス導入管３２は、例えば、支持リング２０より下方においてマニホールド１８の側面に接続されている。このガス導入管３２によって構成されるガスラインは、容器１２の内部に連通している。

ガス導入管３２には、ガス供給部ＧＦが接続されている。ガス供給部ＧＦは、一実施形態においては、ガスソースＧＳ１，ＧＳ２，ＧＳ３，ＧＳ４，ＧＳ５，ＧＳ６、バルブＶ１１，Ｖ２１，Ｖ２１，Ｖ２２，Ｖ３１，Ｖ３２，Ｖ４１，Ｖ４２，Ｖ５１，Ｖ５２、Ｖ６１，Ｖ６２、及び、マスフローコントローラといった流量制御器ＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３，ＦＣ４，ＦＣ５、ＦＣ６を含んでいる。ガスソースＧＳ１は、バルブＶ１１、流量制御器ＦＣ１、及びバルブＶ１２を介して、ガス導入管３２に接続されている。ガスソースＧＳ２は、バルブＶ２１、流量制御器ＦＣ２、及びバルブＶ２２を介して、ガス導入管３２に接続されている。ガスソースＧＳ３は、バルブＶ３１、流量制御器ＦＣ３、及びバルブＶ３２を介して、ガス導入管３２に接続されている。ガスソースＧＳ４は、バルブＶ４１、流量制御器ＦＣ４、及びバルブＶ４２を介して、ガス導入管３２に接続されている。ガスソースＧＳ５は、バルブＶ５１、流量制御器ＦＣ５、及びバルブＶ５２を介して、ガス導入管３２に接続されている。ガスソースＧＳ６は、バルブＶ６１、流量制御器ＦＣ６、及びバルブＶ６２を介して、ガス導入管３２に接続されている。

ガスソースＧＳ１は、後述する工程ＳＴ３において用いられる第１のガスのソースである。このガスソースＧＳ１は、後述する工程ＳＴ２におけるライナー層の形成においても原料ガスのソースとして用いられる。ガスソースＧＳ１は、ＩＶ族半導体を含有するガスのソース、例えば、シリコン含有ガス、モノゲルマンといったゲルマン含有ガス、又は、シリコン含有ガスとゲルマン含有ガスの混合ガスのソースであり得る。シリコン含有ガスは、モノシランガス、ジシランガス、又はアミノシラン系ガスであり得る。

アミノシラン系ガスとしては、例えば、ＢＡＳ（ブチルアミノシラン）、ＢＴＢＡＳ（ビスターシャリブチルアミノシラン）、ＤＭＡＳ（ジメチルアミノシラン）、ＢＤＭＡＳ（ビス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）を用いることが可能である。また、アミノシラン系ガスとして、アミノジシランガスを用いることが可能である。例えば、アミノシラン系ガスとして、ジイソプロピルアミノジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_５Ｎ（ｉＰｒ）_２）ジイソプロピルアミノトリシラン（Ｓｉ_３Ｈ_７Ｎ（ｉＰｒ）_２）、ジイソプロピルアミノジクロロシラン（Ｓｉ_２Ｈ_４ＣｌＮ（ｉＰｒ）_２）、ジイソプロピルアミノトリクロロシラン（Ｓｉ_３Ｈ_６ＣｌＮ（ｉＰｒ）_２）といったガスを用いることも可能である。

ガスソースＧＳ２は、後述する工程ＳＴ３において用いられる第２のガスのソースである。第２のガスは、錫（Ｓｎ）を含有するガスであり、一例では、ＳｎＣｌ_４ガスであり得る。

ガスソースＧＳ３は、後述する工程ＳＴ１においてシード層の形成に用いられる原料ガスのソースである。ガスソースＧＳ３は、例えば、上述したアミノシラン系ガス、又は、ジシランガス、トリシランガス、テトラシランガスといった高次シランガスのソースであり得る。

ガスソースＧＳ４は、不純物源のガスのソースである。不純物としては、例えば、ヒ素（Ａｓ）、ボロン（Ｂ）、又は、Ｐ（リン）が例示される。不純物源のガスとしては、例えば、ホスフィン（ＰＨ_３）、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）、又はアルシン（ＡｓＨ_３）が用いられ得る。

ガスソースＧＳ５は、添加ガスのソースである。添加ガスとしては、Ｃ_２Ｈ_４ガス、Ｎ_２Ｏガス、ＮＯガス、又はＮＨ_３ガスが例示される。なお、添加ガスには、Ｃ_２Ｈ_４ガス、Ｎ_２Ｏガス、ＮＯガス、及びＮＨ_３ガスのうち一以上のガスを用いることが可能である。

ガスソースＧＳ６は、後述する工程ＳＴ４及び工程ＳＴ５において用いられ得る不活性ガスのソースである。このような不活性ガスとしては、水素ガス（Ｈ_２ガス）又は窒素ガス（Ｎ_２ガス）等が例示され得る。

図３に示すように、マニホールド１８の側面には容器１２内のガスを排気するための排気口３４が設けられている。排気口３４は、支持リング２０より上方に設けられており、容器１２内の内管１４と外管１６との間に形成された空間に連通している。よって、内管１４で発生した排ガス等は、内管１４と外管１６との間の空間を通って排気口３４に流れるようになっている。

また、マニホールド１８には、パージガス供給管３６が接続されている。パージガス供給管３６は、排気口３４の下方において、マニホールド１８に接続されている。パージガス供給管３６には、パージガス供給源が接続されており、パージガス供給源からパージガス供給管３６を介してパージガス、例えば、窒素ガスが容器１２内に供給される。

排気口３４には、排気管３８が気密に接続されている。排気管３８には、その上流側から、バルブ４０、及び、真空ポンプといった排気装置４２が介設されている。バルブ４０は、排気管３８の開度を調整して、容器１２内の圧力を所定の圧力に制御する。排気装置４２は、排気管３８を介して容器１２内のガスを排気するとともに、容器１２内の圧力を調整する。なお、排気管３８には、トラップ、スクラバー等が介設されていてもよく、処理装置１０は、容器１２から排気された排ガスを、無害化した後、当該処理装置１０外に排気するように構成されていてもよい。

また、処理装置１０は、当該処理装置１０の各部の制御を実行する制御部１００を備えている。図４に制御部１００の構成を示す。図４に示すように、制御部１００は、主制御部１１０を備えている。主制御部１１０には、操作パネル１２１、温度センサ（群）１２２、圧力計（群）１２３、ヒータコントローラ１２４、流量制御部１２５、バルブ制御部１２６等が接続されている。

操作パネル１２１は、表示画面及び操作ボタンを備え、オペレータの操作指示を主制御部１１０に伝達する。また、操作パネル１２１は、主制御部１１０からの様々な情報を表示画面に表示する。

温度センサ（群）１２２は、容器１２内、ガス導入管３２内、排気管３８内等の各部の温度を測定し、その測定値を主制御部１１０に通知する。圧力計（群）１２３は、容器１２内、ガス導入管３２内、排気管３８内等の各部の圧力を測定し、その測定値を主制御部１１０に通知する。

ヒータコントローラ１２４は、ヒータ３０を個別に制御するためのものであり、主制御部１１０からの指示に応答して、ヒータ３０に通電して当該ヒータ３０を加熱する。また、ヒータコントローラ１２４は、ヒータ３０の消費電力を個別に測定して、主制御部１１０に通知する。

流量制御部１２５は、ガス供給部ＧＦの流量制御器ＦＣ１〜ＦＣ６を制御して、ガス導入管３２に流すガスの流量を主制御部１１０から指示された量に設定する。また、流量制御部１２５は、実際に流れたガスの流量を測定して、主制御部１１０に通知する。バルブ制御部１２６は、各バルブの開度を主制御部１１０から指示された値に制御する。

主制御部１１０は、レシピ記憶部１１１と、ＲＯＭ１１２と、ＲＡＭ１１３と、Ｉ／Ｏポート１１４と、ＣＰＵ１１５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１０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プロセス毎に用意されるレシピであり、例えば容器１２へのウエハＷのロードから、処理済みのウエハＷをアンロードするまでの、各部の温度の変化、容器１２内の圧力変化、ガスの供給の開始及び停止のタイミングと供給量等を規定する。

ＲＯＭ１１２は、ＥＥＰＲＯＭ、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のワークエリア等として機能する。

Ｉ／Ｏポート１１４は、操作パネル１２１、温度センサ（群）１２２、圧力計（群）１２３、ヒータコントローラ１２４、流量制御部１２５、バルブ制御部１２６等に接続され、データや信号の入出力を制御する。

ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ)１１５は、主制御部１１０の中枢を構成し、ＲＯＭ１１２に記憶された制御プログラムを実行し、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１０の動作を制御する。すなわち、ＣＰＵ１１５は、温度センサ（群）１２２、圧力計（群）１２３、流量制御部１２５等に容器１２内、ガス導入管３２内、及び、排気管３８内の各部の温度、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、流量制御部１２５、バルブ制御部１２６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。

以下、このような処理装置１０を用いて実施することが可能な上述の方法ＭＴを、再び図１を参照して説明する。なお、以下の説明では、図１に加えて、図５〜図７を参照する。図５〜図７は、図１に示す方法の各工程の実行後の被処理体を例示する断面図である。

図１に示すように、方法ＭＴの一実施形態では、工程ＳＴ１が実行される。工程ＳＴ１では、シード層ＳＦが形成される。シード層ＳＦは、図５の（ａ）に示すように、凹部ＤＲを画成する壁面上に形成される。シード層ＳＦは、凹部ＤＲを閉塞しないよう、例えば、０．１ｎｍの厚さで形成される。シード層ＳＦが形成される壁面は、凹部ＤＲを側方から画成する側壁面ＳＷ、及び、凹部ＤＲを下方から画成する底面ＢＷを含む。また、工程ＳＴ１では、絶縁膜ＩＦの上面ＴＷ上にもシード層ＳＦが形成される。

工程ＳＴ１では、シード層ＳＦの形成のために、ウエハＷを収容した容器内にアミノシラン系ガス又は高次シランガスといった原料ガスが所定の流量で供給され、当該容器内の圧力が所定の圧力に設定され、また、当該容器内の温度が所定の温度に設定される。工程ＳＴ１では、原料ガスの流量は、例えば、１０ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍの範囲内の流量に設定される。また、容器内の圧力は、例えば、０．１Ｔｏｒｒ（１３．３３Ｐａ）〜１０Ｔｏｒｒ（１３３３Ｐａ）の範囲内の圧力に設定される。また、容器内の温度は、例えば、３００℃〜６００℃の範囲内の温度に設定される。

この工程ＳＴ１を処理装置１０を用いて実行する場合には、制御部１００は、ガスソースＧＳ３から容器１２内に所定流量の原料ガスが供給されるよう、バルブＶ３１、流量制御器ＦＣ３、バルブＶ３２を制御し、容器１２内の圧力が所定の圧力に設定されるよう、排気装置４２を制御し、容器１２内の空間の温度が所定の温度に設定されるよう、ヒータ３０を制御する。

なお、シード層ＳＦは、アミノシラン系ガス又は高次シランガスから形成される単層に限定されるものではない。例えば、シード層ＳＦは、アミノシラン系ガスの吸着又は堆積によるシリコンを含む第１層の形成後、当該第１層上にシリコンを含む第２層を高次シランガスを用いて形成することにより、作成されてもよい。

続く工程ＳＴ２では、図５の（ｂ）に示すように、ライナー層ＬＦが形成される。ライナー層ＬＦは、アモルファス半導体層であり、例えば、アモルファス状態のシリコン層、ゲルマニウム層、又はシリコンゲルマニウム層である。ライナー層ＬＦは、側壁面ＳＷ、底面ＢＷ、及び、上面ＴＷに沿って形成される。また、ライナー層ＬＦは、凹部ＤＲを閉塞しないよう、例えば、０．５ｎｍ〜１０ｎｍの厚さで形成される。一実施形態において、ライナー層ＬＦは、不純物を含有していてもよい。不純物は、例えば、Ｂ、Ｐ、Ａｓといった原子である。また、一実施形態において、ライナー層ＬＦは、アンドープのアモルファス半導体層であってもよい。なお、図５の（ｂ）では、ライナー層ＬＦはシード層ＳＦ上に形成されているが、当該ライナー層ＬＦは、側壁面ＳＷ、底面ＢＷ、及び上面ＴＷ上に直接形成されてもよい。即ち、工程ＳＴ１は方法ＭＴから省かれてもよい。

工程ＳＴ２では、ウエハＷを収容した容器内に原料ガス、即ち、上述したシリコン含有ガス、ゲルマン含有ガス、又は、シリコン含有ガスとゲルマン含有ガスの混合ガスを含む。この原料ガスは、例えば、５０ｓｃｃｍ〜５０００ｓｃｃｍの流量で容器内に供給される。また、工程ＳＴ２では、容器内の圧力が所定の圧力に設定され、当該容器内の温度が所定の温度に設定される。容器内の圧力は、例えば、０．１Ｔｏｒｒ（１３．３３Ｐａ）〜１０Ｔｏｒｒ（１３３３Ｐａ）の範囲内の圧力に設定され、容器内の温度は、例えば、３００℃〜６００℃の範囲内の温度に設定される。

一実施形態の工程ＳＴ２において容器内に供給されるガスは、不純物源のガスを更に含んでいてもよい。不純物源のガスは、例えば、ホスフィン（ＰＨ_３）、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）、又はアルシン（ＡｓＨ_３）である。不純物源のガスは、例えば、１ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の流量で容器内に供給される。

また、一実施形態の工程ＳＴ２において容器内に供給されるガスは、添加ガスを更に含んでいてもよい。添加ガスは、例えば、Ｃ_２Ｈ_４ガス、Ｎ_２Ｏガス、ＮＯガス、及びＮＨ_３ガスのうち一以上のガスを含み得る。工程ＳＴ２では、添加ガスの流量は、例えば、５ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の流量に設定される。

この工程ＳＴ２を処理装置１０を用いて実行する場合には、制御部１００は、ガスソースＧＳ１から容器１２内に所定流量の原料ガスが供給されるよう、バルブＶ１１、流量制御器ＦＣ１、バルブＶ１２を制御し、容器１２内の圧力が所定の圧力に設定されるよう、排気装置４２を制御し、容器１２内の空間の温度が所定の温度に設定されるよう、ヒータ３０を制御する。また、工程ＳＴ２の実行において、制御部１００は、ガスソースＧＳ４から容器１２内に所定流量の不純物源のガスが供給されるよう、バルブＶ４１、流量制御器ＦＣ４、バルブＶ４２を更に制御してもよい。また、工程ＳＴ２の実行において、制御部１００は、ガスソースＧＳ５から容器１２内に所定流量の添加ガスが供給されるよう、バルブＶ５１、流量制御器ＦＣ５、バルブＶ５２を更に制御してもよい。

続く工程ＳＴ３では、図６の（ａ）に示すように、膜ＴＦが成膜される。膜ＴＦは、凹部ＤＲを閉塞しないように、凹部ＤＲを画成する壁面に沿って形成される。例えば、膜ＴＦは、側壁面ＳＷ、底面ＢＷ、及び、上面ＴＷに沿って形成される。一実施形態においては、膜ＴＦは、ライナー層ＬＦ上に形成されるが、別の実施形態においては、膜ＴＦは、側壁面ＳＷ、底面ＢＷ、及び、上面ＴＷ上に直接的に形成されてもよい。即ち、方法ＭＴから、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２が省かれてもよい。

工程ＳＴ３では、膜ＴＦの形成のために、ウエハＷを収容した容器内に第１のガス及び第２のガスが供給される。第１のガスは、上述したように、ＩＶ族半導体を含有するガスであり、例えば、上述したシリコン含有ガス、ゲルマン含有ガス、又は、シリコン含有ガスとゲルマン含有ガスの混合ガスである。第１のガスは、５０ｓｃｃｍ〜２０００ｓｃｃｍの範囲内の流量で容器内に供給される。第２のガスは、上述した錫を含有するガスである。第２のガスの流量は、膜ＴＦ中における錫の濃度（原子百分率（ａｔ．％））が、例えば１％〜３０％の範囲内の濃度となるように、設定される。例えば、第２のガスの流量は、０．１ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍの範囲内の流量に設定される。

また、工程ＳＴ３では、容器内の圧力が第１の圧力に設定され、また、当該容器内の空間の温度が第１の温度に設定される。即ち、工程ＳＴ３では、第１の圧力及び第１の温度の条件かで膜ＴＦが成膜される。第１の圧力は、例えば、０．２Ｔｏｒｒ（２６．６６Ｐａ）〜５Ｔｏｒｒ（６６６．６Ｐａ）の範囲から選択される圧力である。また、第１の温度は、２００℃〜５００℃の範囲から選択される温度である。

なお、工程ＳＴ３では、第１のガス及び第２のガスに加え、上述した添加ガスが容器内に供給されてもよい。添加ガスの流量は、例えば、５ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の流量に設定される。

この工程ＳＴ３を処理装置１０を用いて実行する場合には、制御部１００は以下に説明する制御（第１の制御）を実行する。この制御において、制御部１００は、ガスソースＧＳ１から容器１２内に所定流量の第１のガスが供給されるよう、バルブＶ１１、流量制御器ＦＣ１、バルブＶ１２を制御し、ガスソースＧＳ２から容器１２内に所定流量の第２のガスが供給されるよう、バルブＶ２１、流量制御器ＦＣ２、バルブＶ２２を制御し、容器１２内の圧力が第１の圧力に設定されるよう、排気装置４２を制御し、容器１２内の空間の温度が第１の温度に設定されるよう、ヒータ３０を制御する。なお、工程ＳＴ３において、添加ガスを更に用いる場合には、制御部１００は、ガスソースＧＳ５から容器１２内に所定流量の添加ガスが供給されるよう、バルブＶ５１、流量制御器ＦＣ５、バルブＶ５２を制御することができる。

続く工程ＳＴ４では、ウエハＷがアニールされる。このアニールにより、膜ＴＦを構成する低融点の材料、即ち、錫含有のＩＶ族半導体が溶融する。溶融した当該材料は、容易に凹部ＤＲ内に移動し、図６の（ｂ）に示すように、凹部ＤＲを充填するように変形した錫含有のＩＶ族半導体領域ＴＦ２を形成する。これにより、方法ＭＴでは、空洞の発生を抑制しつつ、凹部ＤＲを膜ＴＦの構成材料で充填することが可能となる。

具体的に、工程ＳＴ４では、ウエハＷを収容した容器内の空間の圧力が第２の圧力に設定され、当該容器内の空間の温度が第２の温度に設定される。第２の圧力は、第１の圧力よりも高い圧力であり、例えば、１Ｔｏｒｒ（１３３．３Ｐａ）〜常圧の範囲から選択される圧力である。第２の温度は、第１の温度よりも高い温度、即ち、膜ＴＦの成膜時の温度よりも高い温度であり、例えば、２００℃〜１０００℃の範囲から選択される温度である。また、この第２の温度は、膜ＴＦを構成する材料を溶融させることが可能な温度であり、かかる温度は、膜ＴＦにおけるＩＶ族半導体と錫との濃度比（原子百分率（ａｔ．％）の比）に応じて選択される。また、工程ＳＴ４においては、水素ガス又は窒素ガス等の不活性ガスが容器内に供給されてもよい。

この工程ＳＴ４を処理装置１０を用いて実行する場合には、制御部１００は以下に説明する制御（第２の制御）を実行する。即ち、この制御において、制御部１００は、容器１２内の圧力が第２の圧力に設定されるよう、排気装置４２を制御し、容器１２内の空間の温度が第２の温度に設定されるよう、ヒータ３０を制御する。また、不活性ガスを用いる場合には、制御部１００は、ガスソースＧＳ６から容器１２内に所定流量の不活性ガスが供給されるよう、バルブＶ６１、流量制御器ＦＣ６、バルブＶ６２を制御する。

一実施形態の方法ＭＴでは、工程ＳＴ４に続けて、工程ＳＴ５が更に実行される。図７の（ａ）に示すように、工程ＳＴ４の実行により、凹部ＤＲが膜ＴＦを構成する材料で充填された後に、空洞ＣＶＴが発生することがある。工程ＳＴ５は、空洞ＣＶＴを取り除くために実行される。

具体的に、工程ＳＴ５では、ウエハＷが配置された容器内の空間の圧力が第３の圧力に設定される。第３の圧力は、第２の圧力よりも低い圧力であり、例えば、１×１０^−７Ｔｏｒｒ（１．３３３×１０^−４Ｐａ）〜１００Ｔｏｒｒ（１３３３０Ｐａ）の範囲から選択される圧力である。また、工程ＳＴ５では、当該容器内の空間の温度が、所定の温度に設定される。この温度は、例えば、２００℃〜１０００℃の範囲から選択される温度であり、第２の温度と同様の温度であってもよい。また、工程ＳＴ５では、水素ガス又は窒素ガス等の不活性ガスが容器内に供給されてもよい。

この工程ＳＴ５を処理装置１０を用いて実行する場合には、制御部１００は以下に説明する制御（第３の制御）を実行する。即ち、この制御において、制御部１００は、容器１２内の圧力が第３の圧力に設定されるよう、排気装置４２を制御し、容器１２内の空間の温度が所定の温度に設定されるよう、ヒータ３０を制御する。また、不活性ガスを用いる場合には、制御部１００は、ガスソースＧＳ６から容器１２内に所定流量の不活性ガスが供給されるよう、バルブＶ６１、流量制御器ＦＣ６、バルブＶ６２を制御する。

この工程ＳＴ５によれば、工程ＳＴ４の実行後に、図７の（ａ）に示すように、凹部ＤＲ内に埋め込まれた材料から構成される領域内に空洞ＣＶＴが生じていても、図７の（ｂ）に示すように、当該空洞ＣＶＴを取り除くことが可能である。即ち、工程ＳＴ５の実行時のウエハＷの周囲の空間の圧力は第３の圧力であり、空洞ＣＶＴの圧力は第３の圧力よりも高い第２の圧力であるので、当該工程ＳＴ５の実行により、空洞ＣＶＴの脱気が行われ、その結果、空洞ＣＶＴが取り除かれる。

方法ＭＴでは、次いで、工程ＳＴａにおいて終了条件が満たされるか否かが判定される。終了条件は、工程ＳＴ３、工程ＳＴ４、及び工程ＳＴ５を含むシーケンスの実行回数が所定回数に至っている場合に、満たされていると判定される。なお、当該シーケンスの実行回数は、凹部ＤＲを完全に充填することを可能とする回数として予め設定される。工程ＳＴａにおいて、終了条件が満たされないと判定されると、工程ＳＴ３からの処理が再び実行される。一方、工程ＳＴａにおいて、終了条件が満たされると判定されると、方法ＭＴは終了する。

かかる方法ＭＴでは、工程ＳＴ３において、ＩＶ族半導体の融点よりも低い材料、即ち錫含有のＩＶ族半導体から構成された膜ＴＦが成膜される。そして、工程ＳＴ４において当該材料が溶融され、溶融した材料により凹部ＤＲが充填される。したがって、空洞の発生を抑制しつつ凹部ＤＲを充填することが可能となる。また、工程ＳＴ４の実行後に空洞が発生しても、工程ＳＴ５の実行により当該空洞が取り除かれる。

また、上述したように、一実施形態においては、ライナー層ＬＦが、膜ＴＦと下地（シード層ＳＦ、又は絶縁膜ＩＦ及び半導体基板ＳＢ）との間に形成される。これにより、膜ＴＦと下地との応力差が緩和される。また、ライナー層ＬＦが不純物を含有している場合には、比較的平坦な表面が提供される。また、不純物を含有するライナー層ＬＦは、低温での成長が可能であるので、ウエハＷに加わる熱履歴を低減させて、当該ライナー層ＬＦの応力を低減させることが可能である。

また、上述したように、一実施形態においては、シード層ＳＦが形成される。このシード層ＳＦにより、当該シード層ＳＦ上に形成される層、例えば、ライナー層ＬＦ又は膜ＴＦと下地との間の界面における表面エネルギーが低減される。これにより、シード層ＳＦ上に形成される層の平坦性が向上される。

１０…処理装置、１２…容器、３０…ヒータ、４２…排気装置、ＧＦ…ガス供給部、１００…制御部、Ｗ…ウエハ、ＳＢ…半導体基板、ＩＦ…絶縁膜、ＤＲ…凹部、ＳＦ…シード層、ＬＦ…ライナー層、ＴＦ…膜。

Claims (5)

1. 被処理体の凹部を充填する方法であって、該被処理体は、半導体基板及び該半導体基板上に設けられた絶縁膜を有し、前記凹部は、前記絶縁膜を貫通するように設けられており、該方法は、
   前記凹部を画成する壁面に沿って、ＩＶ族半導体及び錫を含む材料から構成された膜を成膜する工程と、
   前記被処理体をアニールする工程であり、前記膜の材料を溶融させて、該溶融した材料を前記凹部内に移動させる、該工程と、
   を含み、
   前記膜を成膜する前記工程において、前記膜は、第１の圧力且つ第１の温度の条件下で成膜され、
   前記アニールする前記工程において、前記被処理体は、前記第１の圧力よりも高い第２の圧力且つ前記第１の温度よりも高い第２の温度の条件下でアニールされる、
   方法。
2. 前記アニールする前記工程の後に、前記被処理体が配置された空間の圧力を前記第２の圧力よりも低い第３の圧力に設定する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記ＩＶ族半導体は、シリコン、ゲルマニウム、又はシリコンゲルマニウムである、請求項１又は２に記載の方法。
4. 容器と、
   ＩＶ族半導体を含有する第１のガス、及び錫を含有する第２のガスを前記容器内に供給するよう構成されたガス供給部と、
   前記容器内の空間を加熱するための加熱装置と、
   前記容器内の空間の圧力を調整するための排気装置と、
   前記ガス供給部、前記加熱装置、及び前記排気装置を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記ガス供給部に前記第１のガス及び前記第２のガスを前記容器内に供給させ、前記排気装置に前記容器内の空間の圧力を第１の圧力に設定させ、且つ、前記加熱装置に前記容器内の空間の温度を第１の温度に設定させる第１の制御を実行し、
   前記排気装置に前記容器内の空間の圧力を前記第１の圧力よりも高い第２の圧力に設定させ、且つ、前記加熱装置に前記容器内の空間の温度を前記第１の温度よりも高い第２の温度に設定させる第２の制御を実行する、
   処理装置。
5. 前記制御部は、前記第２の制御の実行後、前記排気装置に前記容器内の空間の圧力を前記第２の圧力よりも低い第３の圧力に設定させる第３の制御を更に実行する、請求項４に記載の処理装置。

Images