JP2018046175A - SiC膜の成膜方法及び成膜装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】被処理体にSiC膜を適切に形成する。【解決手段】基板上にアモルファスカーボン膜を形成する(工程S1)。余剰アモルファスカーボン膜を除去する(工程S2)。アモルファスカーボン膜を水蒸気に暴露する(工程S3)。窒素ガスでパージする(工程S4)。アモルファスカーボン膜をシリコン含有ガスに暴露し、当該アモルファスカーボン膜にシリコンを浸潤させる(工程S5)。窒素ガスでパージする(工程S6)。工程S1〜S6を繰り返し行い、基板のトレンチにSiC膜を埋め込む。【選択図】図3
Description
本発明は、被処理体にSiC膜を形成する成膜方法及び成膜装置に関する。
半導体デバイスの製造工程においては、半導体基板の表面に形成されたトレンチやホールなどの開口部に、種々の目的で膜が埋め込まれる。一例を挙げると、例えば特許文献1には、素子間を分離するにあたり、トレンチにシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を埋め込むことが開示されている。また、例えば特許文献2には、ホールパターンの反転を行うため、ホールにポリシロキサン組成物膜を埋め込むことが開示されている。
一方、近年の半導体デバイスの微細化に伴い、上述した開口部への埋め込み膜として、シリコンカーバイト(SiC)膜が所望されている。
SiC膜の成膜方法としては、従来、種々の方法が用いられている。例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法では、成膜対象の基板を加熱しつつ、反応室内にカーボン含有ガス及びシリコン含有ガスなどの原料ガスを供給し、当該カーボン含有ガス及びシリコン含有ガスを熱分解させ基板上で反応させることで、SiC膜を基板上に形成する。
また、例えばALD(Atomic Layer Deposition)法では、成膜対象の基板を加熱しつつ、反応室内へのシリコン含有プリカーサの供給、反応室内のパージ、反応室内へのカーボン含有プリカーサの供給、反応室内のパージというサイクルを繰り返すことで、原子層を一層ずつ堆積し、SiC膜を基板上に形成する。
ところで、成膜対象の基板にデバイスが形成されている場合、そのデバイスを保護するため、低温、例えば400℃以下での成膜処理が求められている。しかしながら、上述したCVD法やALD法では、700℃〜1000℃若しくはそれ以上の高温で成膜処理が行われるため、基板上のデバイスを損傷させるおそれがある。
このように、SiC膜を適切に形成する方法はいまだ確立されていないのが現状である。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、被処理体にSiC膜を適切に形成することを目的とする。
前記の目的を達成するため、本発明者が鋭意検討した結果、カーボン膜をシリコン含有ガスに暴露すると、炭素原子にシリコン原子が結合し、当該カーボン膜にシリコンが浸潤することが分かった。
本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、本発明は、被処理体にSiC膜を形成する成膜方法であって、前記被処理体にカーボン膜を形成する第1の工程と、前記カーボン膜をシリコン含有ガスに暴露し、当該カーボン膜にシリコンを浸潤させる第2の工程と、を有することを特徴としている。
前記第2の工程において、前記カーボン膜を水蒸気に暴露し、前記シリコン含有ガスの暴露と前記水蒸気の暴露を交互に行ってもよい。
前記第1の工程で形成される前記カーボン膜は、少なくともCH基又はCOH基を備えていてもよい。
前記第2の工程の前に、前記被処理体の処理空間を減圧し、且つ、当該被処理体を所定温度まで加熱し、前記第2の工程において、前記処理空間に前記シリコン含有ガスを供給し、前記カーボン膜を前記シリコン含有ガスに暴露してもよい。
前記第1の工程と前記第2の工程をこの順で繰り返し行い、所定膜厚のSiC膜を形成してもよい。
前記被処理体には開口部が形成され、前記第1の工程において、少なくとも前記開口部の内部に前記カーボン膜を形成し、前記第1の工程の後であって前記第2の工程の前に、前記開口部以外のカーボン膜を除去してもよい。
別な観点による本発明は、被処理体にSiC膜を形成する成膜装置であって、前記被処理体にカーボン膜を形成するカーボン成膜部と、前記カーボン膜をシリコン含有ガスに暴露し、当該カーボン膜にシリコンを浸潤させるシリコン浸潤部と、を有することを特徴としている。
本発明によれば、カーボン膜をシリコン含有ガスに暴露し、当該カーボン膜にシリコンを浸潤させることで、被処理体にSiC膜を適切に形成することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
<1.成膜装置>
先ず、本実施の形態に係るSiC膜の成膜装置の構成について説明する。図1は、成膜装置1の構成の概略を示す平面図である。成膜装置1は、被処理体としての半導体基板W(以下、基板W)に形成されたトレンチに、SiC膜を埋め込む。
先ず、本実施の形態に係るSiC膜の成膜装置の構成について説明する。図1は、成膜装置1の構成の概略を示す平面図である。成膜装置1は、被処理体としての半導体基板W(以下、基板W)に形成されたトレンチに、SiC膜を埋め込む。
成膜装置1は、当該成膜装置1に対して基板Wの搬入出を行うカセットステーション10、基板Wの搬送を行う共通搬送部11、カーボン成膜装置12、カーボンエッチング装置13、シリコン浸潤装置14を有している。
カセットステーション10は、基板Wを搬送する基板搬送機構20が内部に設けられた搬送室21を有している。基板搬送機構20は、基板Wを略水平に保持する2つの搬送アーム20a、20bを有しており、これら搬送アーム20a、20bのいずれかによって基板Wを保持しながら搬送する構成となっている。搬送室21の側方には、基板Wを複数枚並べて収容可能なカセットCが載置されるカセット載置台22が備えられている。図示の例では、カセット載置台22には、カセットCを複数、例えば3つ載置できるようになっている。
搬送室21と共通搬送部11は、真空引き可能な2つのロードロック装置23a、23bを介して互いに連結させられている。
共通搬送部11は、例えば平面視において略多角形状(図示の例では六角形状)をなすように形成された密閉可能な構造の搬送室チャンバ24を有している。搬送室チャンバ24内には、基板Wを搬送する基板搬送機構25が設けられている。基板搬送機構25は、基板Wを略水平に保持する2つの搬送アーム25a、25bを有しており、これら搬送アーム25a、25bのいずれかによって基板Wを保持しながら搬送する構成となっている。
搬送室チャンバ24の外側には、カーボン成膜装置12、カーボンエッチング装置13、シリコン浸潤装置14、ロードロック装置23a、23bが、搬送室チャンバ24の周囲を囲むように配置されている。カーボン成膜装置12、カーボンエッチング装置13、シリコン浸潤装置14、ロードロック装置23a、23bは、例えば平面視において時計逆回転方向においてこの順に並ぶように、また、搬送室チャンバ24の側面部に対してそれぞれ対向するようにして配置されている。
カーボン成膜装置12では、基板W上にカーボン膜として、例えばアモルファスカーボン膜を形成する。アモルファスカーボン膜を形成するための成膜装置には、公知の装置を用いることでき、例えば特開2007−224383号公報に開示されたプラズマCVD装置を用いてもよいし、例えば特開2011−14872号公報に開示された熱CVD装置を用いてもよい。アモルファスカーボン膜を所定膜厚で形成することができれば、任意の装置を用いることができる。
カーボンエッチング装置13では、カーボン成膜装置12で成膜されたアモルファスカーボン膜のうち、余剰分を選択的にエッチングして除去する。余剰アモルファスカーボン膜を除去するためのエッチング装置には、公知の装置を用いることができ、例えば特開2014−225501号公報に開示されたプラズマエッチング装置を用いてもよいし、例えば特開2012−134199号公報に開示された酸化装置(酸化処理により炭素含有膜を除去する装置)を用いてもよい。余剰アモルファスカーボン膜を選択的にエッチングできれば、任意の装置を用いることができる。
シリコン浸潤装置14では、アモルファスカーボン膜をシリコン含有ガスに暴露し、当該アモルファスカーボン膜にシリコンを浸潤させる。このシリコン浸潤装置14の構成については後述する。
以上の成膜装置1には、制御部30が設けられている。制御部30は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部(図示せず)を有している。プログラム格納部には、成膜装置1における成膜処理を制御するプログラムが格納されている。このプログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク(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スク(MO)、メモリーカードなどのコンピュータに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、その記憶媒体から制御部30にインストールされたものであってもよい。
<2.シリコン浸潤装置>
次に、上述したシリコン浸潤装置14の構成について説明する。図2は、シリコン浸潤装置14の構成を模式的に示した説明図である。
次に、上述したシリコン浸潤装置14の構成について説明する。図2は、シリコン浸潤装置14の構成を模式的に示した説明図である。
シリコン浸潤装置14は、内部を密閉可能な処理容器100を有している。処理容器100の側面には、基板Wの搬入出口(図示せず)が設けられている。
処理容器100の内部には、基板Wを載置して保持する載置台101が設けられている。また、載置台101の下面側には、熱板102が設けられている。熱板102には、給電により発熱するヒータ103が内蔵されており、このヒータ103により基板Wは所定温度に加熱される。なお、熱板102の下方には、基板Wを下方から支持して昇降させるための昇降ピン(図示せず)が設けられていてもよい。
処理容器100の底面には、当該処理容器100の内部を排気するための排気管110が接続されている。排気管110は、処理容器100の内部雰囲気を真空引きして減圧する真空ポンプ111に連通している。また、排気管110には、バルブ112が設けられている。
処理容器100の天井面には、当該処理容器100の内部に向けてシリコン含有ガス、水蒸気、窒素ガスを供給するための供給管120が接続されている。供給管120は、処理容器100内にこれらシリコン含有ガス、水蒸気、窒素ガスを供給するためのガス供給装置200に連通している。
ガス供給装置200は、内部にシリコン含有液を貯留するシリコンタンク210を有している。シリコン含有液としては、例えばHMDS(物質名称:Bis(trimethylsilyl)amine、分子式:[(CH3)3Si]2NH)が用いられる。シリコンタンク210は、例えば貯蔵室211の内部に保管される。
また、ガス供給装置200は、内部に水を貯留する水タンク220を有している。水タンク220は、例えば貯蔵室221の内部に保管される。
これらシリコンタンク210の内部のシリコン含有液と、水タンク220の内部の水は、それぞれ窒素ガスによって圧送される。このため、シリコンタンク210と水タンク220の上流側には、内部に窒素ガスを貯留する窒素ガス供給源230が設けられている。窒素ガス供給源230に接続された供給管231には、窒素ガスを圧送するためのレギュレータ232が設けられている。これら窒素ガス供給源230とレギュレータ232は、シリコンタンク210と水タンク220に共通に設けられている。供給管231はレギュレータ232の下流側において分岐し、第1の供給管231aはシリコンタンク210に接続され、第2の供給管231bは水タンク220に接続される。第1の供給管231aには、上流側からバルブ233と圧力計234が設けられている。また、第2の供給管231bには、上流側からバルブ235と圧力計236が設けられている。
なお、供給管231はレギュレータ232の下流側において、第1の供給管231aと第2の供給管231bの他に、さらに第3の供給管231cに分岐している。第3の供給管231cは、上述した供給管120に接続される。また、第3の供給管231cには、上流側からバルブ237とマスフローコントローラ238が設けられている。そして、窒素ガス供給源230から第3の供給管231cと供給管120を介して処理容器100の内部に窒素ガスが供給される。この窒素ガスは、後述するように処理容器100の内部をパージする際に用いられる。
シリコンタンク210の下流側には、2本の供給管240a、240bが接続さている。下部供給管240aはシリコンタンク210の底面に接続され、下部供給管240aにはバルブ241が設けられている。上部供給管240bはシリコンタンク210の上部側面に接続され、上部供給管240bにはバルブ242が設けられている。これら供給管240a、240bは、それぞれバルブ241、242の下流側で合流し、供給管240を構成する。この供給管240はさらに上述した供給管120に接続される。なお、シリコンタンク210の内部にはシリコン含有液が貯留されているが、このシリコン含有液は下部供給管240a又は上部供給管240bのいずれかから流出する。
供給管240には、上流側からバルブ243、バルブ244、フィルタ245、気化器246、マスフローコントローラ247、バルブ248が設けられている。バルブ243は貯蔵室211の内部に設けられ、バルブ244は貯蔵室211の外部に設けられている。これにより貯蔵室211の内部或いは外部のいずれにいても、バルブの開閉操作が可能となる。フィルタ245は、シリコン含有液中のパーティクルを除去する。なお、フィルタ245には、シリコン含有液中に発生した気泡を排出するための排出管(図示せず)が設けられていてもよい。気化器246は、液体状のシリコン含有液を気化させて、気体状のシリコン含有ガスに変える。マスフローコントローラ247は、シリコン含有ガスの流量制御を行う。バルブ248には、温度調節機249が設けられている。この温度調節機249により、バルブ248を通過するシリコン含有ガスが所定温度に調節される。
水タンク220の底面には、水を供給するための供給管250が接続されている。供給管250は上述した供給管120に接続される。すなわち、上述した窒素ガス供給源230からの第3の供給管231c、シリコンタンク210からの供給管240、及び水タンク220からの供給管250は合流し、供給管120に接続される。
供給管250には、上流側からバルブ251、バルブ252、フィルタ253、気化器254、マスフローコントローラ255、バルブ256が設けられている。バルブ251は貯蔵室221の内部に設けられ、バルブ252は貯蔵室221の外部に設けられている。これにより貯蔵室221の内部或いは外部のいずれにいても、バルブの開閉操作が可能となる。フィルタ253は、水中のパーティクルを除去する。なお、フィルタ253には、水中に発生した気泡を排出するための排出管(図示せず)が設けられていてもよい。気化器254は、液体状の水を気化させて、気体状の水蒸気に変える。マスフローコントローラ255は、水蒸気の流量制御を行う。バルブ256には、温度調節機257が設けられている。この温度調節機257により、バルブ256を通過する水蒸気が所定温度に調節される。
<3.成膜方法>
次に、以上のように構成された成膜装置1を用いて行われるSiC膜の成膜処理について説明する。本実施の形態では、成膜処理として、基板WのトレンチにSiC膜を埋め込む。図3は、かかる成膜処理の主な工程の例を示すフローチャートである。図4は、成膜処理の各工程におけるトレンチ近傍の状態を示す説明図である。なお、技術の理解を容易にするため、基板W上に複数形成されたトレンチのうち、図4(a)に示すように1つのトレンチTを図示している。
次に、以上のように構成された成膜装置1を用いて行われるSiC膜の成膜処理について説明する。本実施の形態では、成膜処理として、基板WのトレンチにSiC膜を埋め込む。図3は、かかる成膜処理の主な工程の例を示すフローチャートである。図4は、成膜処理の各工程におけるトレンチ近傍の状態を示す説明図である。なお、技術の理解を容易にするため、基板W上に複数形成されたトレンチのうち、図4(a)に示すように1つのトレンチTを図示している。
先ず、複数の基板Wを収納したカセットCが、成膜装置1のカセットステーション10に搬入され、カセット載置台22に載置される。その後、基板搬送機構20によって、カセットCから1枚の基板Wが取り出され、ロードロック装置23a内に搬入される。ロードロック装置23a内に基板Wが搬入されると、ロードロック装置23a内が密閉され、減圧される。その後、ロードロック装置23a内と大気圧に対して減圧された状態(例えば略真空状態)の搬送室チャンバ24内とが連通させられる。そして、基板搬送機構25によって、基板Wがロードロック装置23aから搬出され、搬送室チャンバ24内に搬入される。
搬送室チャンバ24に搬入された基板Wは、次に基板搬送機構25によってカーボン成膜装置12に搬送される。カーボン成膜装置12では、図4(b)に示すように基板W上にアモルファスカーボン膜300が形成される(図3の工程S1)。このとき、基板Wの表面、トレンチTの側面、トレンチTの底面のいずれにも、同じ膜厚でアモルファスカーボン膜300が形成される。
その後、基板Wは、基板搬送機構25によってカーボンエッチング装置13に搬送される。カーボンエッチング装置13では、図4(c)に示すように余剰アモルファスカーボン膜300が除去される(図3の工程S2)。具体的には、基板Wの表面に形成されたアモルファスカーボン膜300、及びトレンチTの上部側面に形成されたアモルファスカーボン膜300が、選択的にエッチングされて除去される。
その後、基板Wは、基板搬送機構25によってシリコン浸潤装置14に搬送される。シリコン浸潤装置14に搬入された基板Wは、載置台101上に載置される。そして、真空ポンプ111を作動させて処理容器100の内部を所定真空度まで減圧する。また、ヒータ103によって基板Wを所定温度、例えば50℃〜400℃に加熱する。そして、この基板Wの所定温度は、処理中(工程S3〜S7)維持される。
その後、水タンク220から処理容器100に向けて所定温度、例えば50℃〜400℃の水蒸気を供給する。そして、基板W上のアモルファスカーボン膜300を水蒸気に暴露する(図3の工程S3)。ここで、図5(a)に示すように工程S1、S2で形成されたアモルファスカーボン膜300は、CH基やCOH基を備えている。工程S3においてアモルファスカーボン膜300を水蒸気に暴露すると、図5(b)に示すように、CH基の結合が切断され、CH基のH+と水蒸気中のOH−が脱水縮合する。また、同様にCH基の結合も切断され、COH基のOH−と水蒸気中のH+が脱水縮合する。
その後、窒素ガス供給源230から第3の供給管231cと供給管120を介して処理容器100に向けて窒素ガスが供給される。そして、この窒素ガスにより処理容器100の内部がパージされる(図3の工程S4)。パージ後は、真空ポンプ111を作動させて処理容器100の内部を所定真空度まで減圧する。
その後、シリコンタンク210から処理容器100に向けて所定温度、例えば50℃〜400℃のシリコン含有ガスを供給する。そして、基板W上のアモルファスカーボン膜300をシリコン含有ガスに暴露する(図3の工程S5)。上述の図5(b)に示したようにCH基とCOH基の結合は切断されているため、工程S5においては、図5(c)に示すようにシリコン含有ガス中のシリコン(Si)はこのCH基又はCOH基のCと結合される。換言すれば、CH基のHにSiが置換され、COH基のOHにSiが置換される。こうしてアモルファスカーボン膜300にシリコンが浸潤する。このシリコンの浸潤が十分に進むと、図4(d)に示すようにアモルファスカーボン膜300がSiC膜400に変質し、トレンチTにSiC膜400が形成される。
なお、上述したように工程S5の前に、処理容器100の内部を所定真空度まで減圧しているので、工程S5において処理容器100の内部に十分なシリコン含有ガスを供給することができる。このため、アモルファスカーボン膜300に十分なシリコンを浸潤させることができる。
その後、窒素ガス供給源230から第3の供給管231cと供給管120を介して処理容器100に向けて窒素ガスが供給される。そして、この窒素ガスにより処理容器100の内部がパージされる(図3の工程S6)。
以上の工程S1〜S6が繰り返し行われて、十分なSiC膜400が形成されることで、図4(e)に示すようにトレンチTにSiC膜400が完全に埋め込まれる(図3の工程S7)。工程S7において、トレンチTにSiC膜400が完全に埋め込まれたかどうかを判断するのは、予め決められたレシピに従ってもよい。例えば工程S1〜S6のサイクルを1回行って形成されるSiC膜400を把握し、n回目でトレンチTにSiC膜400が完全に埋め込まれるというレシピを作成しておけばよい。或いは、トレンチTにSiC膜400が完全に埋め込まれたかどうかを別途検査してもよい。検査方法は任意であるが、例えば光学系の検査を行ってもよいし、電子顕微鏡を用いて検査を行ってもよい。
その後、基板Wは、基板搬送機構25によって再び搬送室チャンバ24内に戻される。そして、ロードロック装置23bを介して基板搬送機構20に受け渡され、カセットCに収納される。その後、基板Wを収納したカセットCが成膜装置1から搬出されて一連の成膜処理が終了する。
以上の実施の形態によれば、工程5において、アモルファスカーボン膜300をシリコン含有ガスに暴露して、当該アモルファスカーボン膜300にシリコンを浸潤させることができるので、トレンチTにSiC膜400を適切に埋め込むことができる。しかも、SiC膜400の成膜を例えば400℃以下の低温プロセスにて実現することができ、基板W上にデバイスが形成されていたとしても、そのデバイスが損傷を被るのを抑制することができる。したがって、本発明の成膜方法は、半導体装置の種々の製造工程に適用することが可能となる。
また、工程S1で形成されるアモルファスカーボン膜300がCH基とCOH基を備え、工程S3においてアモルファスカーボン膜300を水蒸気に暴露するので、水蒸気によりCH基とCOH基の結合が切断される。このため、工程S5において、切断されたCにSiが結合しやすく、アモルファスカーボン膜300にシリコンをより浸潤させやすくなる。
ここで、本発明者は、基板Wの温度とシリコンの浸潤量との関係について調べた。図6は、X線光電子分光法(XPS:X-ray Photoelectron Spectroscopy)を用い、4つのアモルファスカーボン膜について、シリコンのXPSスペクトルを示したものである。図6中、横軸は結合エネルギーを示し、縦軸はシリコンのXPSスペクトルの強度を示す。なお、4つのアモルファスカーボン膜は、1.シリコンを浸潤させてないアモルファスカーボン膜(図中の実線)、2.基板温度T1でシリコンを浸潤させたアモルファスカーボン膜(図中の点線)、3.基板温度T2でシリコンを浸潤させたアモルファスカーボン膜(図中の一点鎖線)、4.基板温度T3でシリコンを浸潤させたアモルファスカーボン膜(図中の二点鎖線)である。基板Wの温度はT1<T2<T3であり、T3が一番高い。そして、図6を参照すると、基板Wの温度が高い方が、シリコンの浸潤量が多くなることがわかる。
この点、本実施の形態では、工程S5において基板Wが所定温度まで加熱されているので、さらにCとSiの結合をさらに促進することができる。
また、以上の実施の形態によれば、上述したように工程S5における基板Wの温度を制御することでアモルファスカーボン膜300に浸潤するシリコンの浸潤量を制御することができる。また、工程S1〜S6のサイクルの回数を制御することでも、シリコンの浸潤量を制御することができる。したがって、SiC膜400におけるSi/C比を制御することができる。
また、工程S1においてアモルファスカーボン膜300の膜厚を制御することで、SiC膜400の膜厚も制御することができる。
さらに、このようにSiC膜400におけるSi/C比及び膜厚を適切に制御することができるので、例えば成膜装置1の外部で行われる後続の工程において、SiC膜400を除去する場合でも、基板Wから容易にSiC膜400を剥離することができる。例えばSiC膜400の上層部を適切な性質を有するSiC層としておき、下層部をアモルファスカーボン膜300のままとおけば、ウェット処理にて容易にSiC膜400を基板Wから剥離することができる。この点、従来の方法で成膜されたSiC膜は結晶性の膜であり、基板Wから剥離させるのは容易ではない。したがって、かかる観点からも本発明は極めて有用である。
また、本実施の形態の成膜装置1では、カーボン成膜装置12、カーボンエッチング装置13、シリコン浸潤装置14はそれぞれ個別の装置として設けられているので、各装置において処理条件を調節しやすく、最適な条件で処理を行うことができる。また、各装置12、13、14の装置構成を簡易化することができる。さらに、各装置12、13、14をメンテナンスも容易に行うことができる。
<4.他の実施の形態>
次に、本発明の他の実施の形態について説明する。
次に、本発明の他の実施の形態について説明する。
<4−1.成膜方法の他の実施の形態>
以上の実施の形態の成膜方法では、工程3における水蒸気暴露を行った後、工程S5におけるシリコン含有ガス暴露を行っていたが、これらの順を逆にしてもよい。かかる場合、図7に示すように、工程S3においてアモルファスカーボン膜300をシリコン含有ガスで暴露する。そうすると、シリコン含有ガス中のSiは、CH基におけるH又はCOH基におけるOHに置換され、CとSiが結合される。そして、アモルファスカーボン膜300にシリコンが浸潤する。その後、工程S4において窒素ガスでパージした後、工程S5においてアモルファスカーボン膜300を水蒸気で暴露する。そうすると、CとSiの結合がさらに促進される。こうして、トレンチTにSiC膜400が形成される。
以上の実施の形態の成膜方法では、工程3における水蒸気暴露を行った後、工程S5におけるシリコン含有ガス暴露を行っていたが、これらの順を逆にしてもよい。かかる場合、図7に示すように、工程S3においてアモルファスカーボン膜300をシリコン含有ガスで暴露する。そうすると、シリコン含有ガス中のSiは、CH基におけるH又はCOH基におけるOHに置換され、CとSiが結合される。そして、アモルファスカーボン膜300にシリコンが浸潤する。その後、工程S4において窒素ガスでパージした後、工程S5においてアモルファスカーボン膜300を水蒸気で暴露する。そうすると、CとSiの結合がさらに促進される。こうして、トレンチTにSiC膜400が形成される。
以上の実施の形態の成膜方法において、図8に示すように、工程S1においてアモルファスカーボン膜300を形成する前に、基板Wを所定温度、例えば50℃〜400℃に加熱しておいてもよい(図8の工程S0)。かかる場合、以後の工程S1〜S6を適切に行うことができる。また、この工程S0において、基板Wの処理空間を真空引きし、所定真空度まで減圧するのが好ましい。このように一旦真空引きを行うことで、基板Wの加熱を適切且つ効率よく行うことができ、その結果、SiC膜を適切に形成することができる。
<4−2.成膜装置の他の実施の形態>
以上の実施の形態の成膜装置1では、カーボン成膜装置12、カーボンエッチング装置13、シリコン浸潤装置14が個別に設けられていたが、図9に示すようにカーボン成膜装置12とカーボンエッチング装置13を1つのカーボン処理装置15としてもよい。かかる場合、このカーボン処理装置15では、アモルファスカーボン膜300の成膜と、余剰アモルファスカーボン膜300の除去が連続しておこなわれる。
以上の実施の形態の成膜装置1では、カーボン成膜装置12、カーボンエッチング装置13、シリコン浸潤装置14が個別に設けられていたが、図9に示すようにカーボン成膜装置12とカーボンエッチング装置13を1つのカーボン処理装置15としてもよい。かかる場合、このカーボン処理装置15では、アモルファスカーボン膜300の成膜と、余剰アモルファスカーボン膜300の除去が連続しておこなわれる。
また、図示はしないが、カーボン成膜装置12、カーボンエッチング装置13、シリコン浸潤装置14を、1つの装置としてもよい。かかる場合、アモルファスカーボン膜300の成膜と、余剰アモルファスカーボン膜300の除去、アモルファスカーボン膜300へのシリコンの浸潤が、1つの装置で連続して行われる。
また、例えば1つの装置で連続処理を行う場合、当該1つの装置には、複数の基板Wを載置可能な回転テーブルを設けてもよい。具体的には、回転テーブルを回転させた位置P1にアモルファスカーボン膜300の成膜する機構を設置し、位置P2に余剰アモルファスカーボン膜300の除去する機構を設置し、位置P3にアモルファスカーボン膜300へのシリコンの浸潤を行う機構を設置する。かかる場合、回転テーブルを回転させて、位置P1に基板Wを配置し、アモルファスカーボン膜300を形成する。さらに回転テーブルを回転させて、位置P2に基板Wを配置し、余剰アモルファスカーボン膜300を除去する。さらに回転テーブルを回転させて、位置P3に基板Wを配置し、アモルファスカーボン膜300にシリコンを浸潤させる。
また、以上の実施の形態では、1つの装置で1枚の基板Wを処理する、いわゆる枚葉処理が行われていたが、複数枚の基板Wを同時に処理する、いわゆるバッチ処理を行ってもよい。例えばカーボン成膜装置12、カーボンエッチング装置13、シリコン浸潤装置14を1つの装置とする場合、複数の基板Wのバッチ処理にて、アモルファスカーボン膜300の成膜と、余剰アモルファスカーボン膜300の除去、アモルファスカーボン膜300へのシリコンの浸潤が連続して行われる。
このように、本発明のSiC膜の成膜方法を実現する装置は、特に限定されるものではなく、種々の装置構成を取り得る。
<4−3.その他の実施の形態>
以上の実施の形態では、アモルファスカーボン膜300にシリコンを浸潤させる場合について説明したが、シリコンを浸潤させる対象の膜は、他のカーボン膜であってもよい。カーボン膜であれば少なくとも炭素原子を備えており、本発明の成膜方法を適用して炭素原子にシリコン原子を結合させ、カーボン膜にシリコンを浸潤させることができる。
以上の実施の形態では、アモルファスカーボン膜300にシリコンを浸潤させる場合について説明したが、シリコンを浸潤させる対象の膜は、他のカーボン膜であってもよい。カーボン膜であれば少なくとも炭素原子を備えており、本発明の成膜方法を適用して炭素原子にシリコン原子を結合させ、カーボン膜にシリコンを浸潤させることができる。
また、以上の実施の形態では、基板Wに形成されたトレンチTにSiC膜を埋め込む場合について説明したが、本発明は他にも適用できる。例えば本発明の成膜方法を用いて、基板Wに形成されたホールにSiC膜を埋め込むこともできる。また、本発明の成膜方法を用いて、基板W上に平坦膜であるSiC膜を形成することもできる。このような平坦膜のSiC膜は、例えばエッチングのストップ材や反射防止膜など、種々の用途に用いることができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
1 成膜システム
12 カーボン成膜装置
13 カーボンエッチング装置
14 シリコン浸潤装置
200 ガス供給装置
210 シリコンタンク
220 水タンク
230 窒素ガス供給源
300 アモルファスカーボン膜
400 SiC膜
W 基板
T トレンチ
12 カーボン成膜装置
13 カーボンエッチング装置
14 シリコン浸潤装置
200 ガス供給装置
210 シリコンタンク
220 水タンク
230 窒素ガス供給源
300 アモルファスカーボン膜
400 SiC膜
W 基板
T トレンチ
Claims (7)
- 被処理体にSiC膜を形成する成膜方法であって、
前記被処理体にカーボン膜を形成する第1の工程と、
前記カーボン膜をシリコン含有ガスに暴露し、当該カーボン膜にシリコンを浸潤させる第2の工程と、を有することを特徴とする、SiC膜の成膜方法。 - 前記第2の工程において、前記カーボン膜を水蒸気に暴露し、
前記シリコン含有ガスの暴露と前記水蒸気の暴露を交互に行うことを特徴とする、請求項1に記載のSiC膜の成膜方法。 - 前記第1の工程で形成される前記カーボン膜は、少なくともCH基又はCOH基を備えることを特徴とする、請求項1又は2に記載のSiC膜の成膜方法。
- 前記第2の工程の前に、前記被処理体の処理空間を減圧し、且つ、当該被処理体を所定温度まで加熱し、
前記第2の工程において、前記処理空間に前記シリコン含有ガスを供給し、前記カーボン膜を前記シリコン含有ガスに暴露することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載のSiC膜の成膜方法。 - 前記第1の工程と前記第2の工程をこの順で繰り返し行い、所定膜厚のSiC膜を形成することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載のSiC膜の成膜方法。
- 前記被処理体には開口部が形成され、
前記第1の工程において、少なくとも前記開口部の内部に前記カーボン膜を形成し、
前記第1の工程の後であって前記第2の工程の前に、前記開口部以外のカーボン膜を除去することを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載のSiC膜の成膜方法。 - 被処理体にSiC膜を形成する成膜装置であって、
前記被処理体にカーボン膜を形成するカーボン成膜部と、
前記カーボン膜をシリコン含有ガスに暴露し、当該カーボン膜にシリコンを浸潤させるシリコン浸潤部と、を有することを特徴とする、SiC膜の成膜装置。
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