JP2019165079A - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ボイドの発生を抑制した成膜を実現しつつ、堆積速度の向上及び原料ガスの消費量を抑制できる成膜方法及び成膜装置を提供することを目的とする。【解決手段】基板の表面に形成された窪みに膜を埋め込む成膜方法であって、前記基板の表面に形成された窪みにＶ字の断面形状を形成しながらインコンフォーマルな膜を堆積させる工程と、コンフォーマルな成膜を行い、前記窪みにコンフォーマルな膜を埋め込む工程と、を有する。【選択図】図９

Description

本発明は、成膜方法及び成膜装置に関する。

従来から、第１の反応ガスと、第１の反応ガスと反応する第２の反応ガスとの反応生成物による膜を成膜する成膜方法であって、基板に形成される凹部の内面に所望の分布で水酸基を吸着させ、水酸基が吸着した基板に対して第１の反応ガスを供給し、第１の反応ガスが吸着した基板に対して第２の反応ガスを供給することにより、反応生成物を生成するようにした成膜方法知られている（例えば、特許文献１参照）。

かかる成膜方法を応用し、凹部の底面に水酸基を多く分布させ、凹部の上部及び基板の上面に水酸基を少なく分布させることにより、Ｖ字の断面形状を保って凹部の開口を塞がないようにしながら凹部を埋め込む成膜を行うことができ、ボイドの発生を抑制した成膜を行うことができる。

特開２０１３−１３５１５４号公報

しかしながら、上述のＶ字の断面形状を保ちながら行う成膜は、膜が凹部の開口を塞がないように、堆積速度も遅く設定して行う必要があるため、生産性が低く、また、原料ガスの消費量も多くなってしまい、コストが高くなるという問題があった。

そこで、本発明は、ボイドの発生を抑制した成膜を実現しつつ、堆積速度の向上及び原料ガスの消費量を抑制できる成膜方法及び成膜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、本発明の一態様に係る成膜方法は、基板の表面に形成された窪みに膜を埋め込む成膜方法であって、
前記基板の表面に形成された窪みにＶ字の断面形状を形成しながらインコンフォーマルな膜を堆積させる工程と、
コンフォーマルな成膜を行い、前記窪みにコンフォーマルな膜を埋め込む工程と、を有する。

本発明によれば、埋め込み成膜において、ボイドの発生を抑制しつつ生産性を向上させることができる。

本発明の実施形態による成膜装置を示す概略断面図である。 図１の成膜装置の真空容器内の構成を示す概略斜視図である。 図１の成膜装置の真空容器内の構成を示す概略平面図である。 図１の成膜装置の真空容器内に回転可能に設けられる回転テーブルの同心円に沿った、当該真空容器に概略断面図である。 図１の成膜装置の別の概略断面図である。 図１の成膜装置に設けられるプラズマ発生源を示す概略断面図である。 図１の成膜装置に設けられるプラズマ発生源を示す他の概略断面図である。 図１の成膜装置に設けられるプラズマ発生源を示す概略上面図である。 本発明の第１の実施形態に係る成膜方法の一例を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係る成膜方法の一例のインコンフォーマル成膜工程を示した図である。 本発明の第２の実施形態に係る成膜方法の一例のコンフォーマル成膜工程を示した図である。 実施例１〜３の実施結果を比較例１とともにスループットについて示した図である。 実施例１〜３の実施結果を比較例１とともにＳｉ消費量について示した図である。 実施例４〜６の実施結果を比較例２とともにスループットについて示した図である。 実施例４〜６の実施結果を比較例２とともにＳｉ消費量について示した図である。 実施例７の実施結果を示した画像である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。

［成膜装置］
まず、本発明の実施形態に係る成膜装置について説明する。図１から図３までを参照すると、この成膜装置は、ほぼ円形の平面形状を有する扁平な真空容器１と、この真空容器１内に設けられ、真空容器１の中心に回転中心を有する回転テーブル２と、を備えている。真空容器１は、有底の円筒形状を有する容器本体１２と、容器本体１２の上面に対して、例えばＯリングなどのシール部材１３（図１）を介して気密に着脱可能に配置される天板１１とを有している。

回転テーブル２は、中心部にて円筒形状のコア部２１に固定され、このコア部２１は、鉛直方向に伸びる回転軸２２の上端に固定されている。回転軸２２は真空容器１の底部１４を貫通し、その下端が回転軸２２（図１）を鉛直軸回りに回転させる駆動部２３に取り付けられている。回転軸２２及び駆動部２３は、上面が開口した筒状のケース体２０内に収納されている。このケース体２０はその上面に設けられたフランジ部分が真空容器１の底部１４の下面に気密に取り付けられており、ケース体２０の内部雰囲気と外部雰囲気との気密状態が維持されている。

回転テーブル２の表面部には、図２及び図３に示すように回転方向（周方向）に沿って複数（図示の例では５枚）の基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗを載置するための円形状の凹部２４が設けられている。なお図３には便宜上１個の凹部２４だけにウエハＷを示す。この凹部２４は、ウエハＷの直径よりも僅かに例えば４ｍｍ大きい内径と、ウエハＷの厚さにほぼ等しい深さとを有している。したがって、ウエハＷが凹部２４に収容されると、ウエハＷの表面と回転テーブル２の表面（ウエハＷが載置されない領域）とが同じ高さになる。凹部２４の底面には、ウエハＷの裏面を支えてウエハＷを昇降させるための例えば３本の昇降ピンが貫通する貫通孔（いずれも図示せず）が形成されている。

図２及び図３は、真空容器１内の構造を説明する図であり、説明の便宜上、天板１１の図示を省略している。図２及び図３に示すように、回転テーブル２の上方には、各々例えば石英からなる反応ガスノズル３１、反応ガスノズル３２、分離ガスノズル４１，４２、及びプラズマガスノズル３３が真空容器１の周方向（回転テーブル２の回転方向（図３の矢印Ａ））に互いに間隔をおいて配置されている。図示の例では、後述の搬送口１５から時計回り（回転テーブル２の回転方向）に、プラズマガスノズル３３、分離ガスノズル４１、反応ガスノズル３１、分離ガスノズル４２、及び反応ガスノズル３２がこの順番で配列されている。これらのノズル３１、３２、３３、４１、４２は、各ノズル３１、３２、３３、４１、４２の基端部であるガス導入ポート３１ａ、３２ａ、３３ａ、４１ａ、４２ａ（図３）を容器本体１２の外周壁に固定することにより、真空容器１の外周壁から真空容器１内に導入され、容器本体１２の半径方向に沿って回転テーブル２に対して水平に伸びるように取り付けられている。

なお、プラズマガスノズル３３の上方には、図３において、破線にて簡略化して示すようにプラズマ発生器８０が設けられている。プラズマ発生器８０については後述する。

本実施形態においては、反応ガスノズル３１は、不図示の配管及び流量制御器などを介して、第１の反応ガスとしてのＳｉ（シリコン）含有ガスの供給源（図示せず）に接続されている。反応ガスノズル３２は、不図示の配管及び流量制御器などを介して、第２の反応ガスとしての酸化ガスの供給源（図示せず）に接続されている。分離ガスノズル４１、４２は、いずれも不図示の配管及び流量制御バルブなどを介して、分離ガスとしての窒素（Ｎ_２）ガスの供給源（図示せず）に接続されている。

本実施形態においては、Ｓｉ含有ガスとして有機アミノシランガスが用いられ、酸化ガスとしてＯ_３（オゾン）ガスが用いられている。

反応ガスノズル３１、３２には、回転テーブル２に向かって開口する複数のガス吐出孔３１ｈ、３２ｈが、反応ガスノズル３１、３２の長さ方向に沿って、例えば１０ｍｍの間隔で配列されている。反応ガスノズル３１の下方領域は、Ｓｉ含有ガスをウエハＷに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１となる。反応ガスノズル３２の下方領域は、第１の処理領域Ｐ１においてウエハＷに吸着されたＳｉ含有ガスを酸化させる第２の処理領域Ｐ２となる。プラズマガスノズル３３の下方領域は、第２の処理領域Ｐ２においてＳｉ含有ガスが酸化されて生成した反応生成物をプラズマ処理する第３の処理領域Ｐ３となる。

図２及び図３を参照すると、真空容器１内には２つの凸状部４が設けられている。凸状部４は、分離ガスノズル４１、４２とともに分離領域Ｄを構成するため、後述のとおり、回転テーブル２に向かって突出するように天板１１の裏面に取り付けられている。また、凸状部４は、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有し、本実施形態においては、内円弧が突出部５（後述）に連結し、外円弧が、真空容器１の容器本体１２の内周面に沿うように配置されている。

図４は、反応ガスノズル３１から反応ガスノズル３２まで回転テーブル２の同心円に沿った真空容器１の断面を示している。図示のとおり、天板１１の裏面に凸状部４が取り付けられているため、真空容器１内には、凸状部４の下面である平坦な低い天井面４４（第１の天井面）と、この天井面４４の周方向両側に位置する、天井面４４よりも高い天井面４５（第２の天井面）とが存在する。天井面４４は、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有している。また、図示のとおり、凸状部４には周方向中央において、半径方向に伸びるように形成された溝部４３が形成され、分離ガスノズル４２が溝部４３内に収容されている。もう一つの凸状部４にも同様に溝部４３が形成され、ここに分離ガスノズル４１が収容されている。また、高い天井面４５の下方の空間に反応ガスノズル３１、３２がそれぞれ設けられている。これらの反応ガスノズル３１、３２は、天井面４５から離間してウエハＷの近傍に設けられている。なお、説明の便宜上、図４に示すように、反応ガスノズル３１が設けられる、高い天井面４５の下方の空間を参照符号４８１で表し、反応ガスノズル３２が設けられる、高い天井面４５の下方の空間を参照符号４８２で表す。

また、凸状部４の溝部４３に収容される分離ガスノズル４１、４２には、回転テーブル２に向かって開口する複数のガス吐出孔４１ｈ（図４参照）が、分離ガスノズル４１、４２の長さ方向に沿って、例えば１０ｍｍの間隔で配列されている。

天井面４４は、狭隘な空間である分離空間Ｈを回転テーブル２に対して形成している。分離ガスノズル４２の吐出孔４２ｈからＮ_２ガスが供給されると、このＮ_２ガスは、分離空間Ｈを通して空間４８１及び空間４８２へ向かって流れる。このとき、分離空間Ｈの容積は空間４８１及び４８２の容積よりも小さいため、Ｎ_２ガスにより分離空間Ｈの圧力を空間４８１及び４８２の圧力に比べて高くすることができる。すなわち、空間４８１及び４８２の間に圧力の高い分離空間Ｈが形成される。また、分離空間Ｈから空間４８１及び４８２へ流れ出るＮ_２ガスが、第１の領域Ｐ１からのＳｉ含有ガスと、第２の領域Ｐ２からの酸化ガスとに対するカウンターフローとして働く。したがって、第１の領域Ｐ１からのＳｉ含有ガスと、第２の領域Ｐ２からの酸化ガスとが分離空間Ｈにより分離される。よって、真空容器１内においてＳｉ含有ガスと酸化ガスとが混合し、反応することが抑制される。

なお、回転テーブル２の上面に対する天井面４４の高さｈ１は、成膜時の真空容器１内の圧力、回転テーブル２の回転速度、供給する分離ガス（Ｎ_２ガス）の供給量などを考慮し、分離空間Ｈの圧力を空間４８１及び４８２の圧力に比べて高くするのに適した高さに設定することが好ましい。

一方、天板１１の下面には、回転テーブル２を固定するコア部２１の外周を囲む突出部５（図２及び図３）が設けられている。この突出部５は、本実施形態においては、凸状部４における回転中心側の部位と連続しており、その下面が天井面４４と同じ高さに形成されている。

先に参照した図１は、図３のＩ−Ｉ'線に沿った断面図であり、天井面４５が設けられている領域を示している。一方、図５は、天井面４４が設けられている領域を示す断面図である。図５に示すように、扇型の凸状部４の周縁部（真空容器１の外縁側の部位）には、回転テーブル２の外端面に対向するようにＬ字型に屈曲する屈曲部４６が形成されている。この屈曲部４６は、凸状部４と同様に、分離領域Ｄの両側から反応ガスが侵入することを抑制して、両反応ガスの混合を抑制する。扇型の凸状部４は天板１１に設けられ、天板１１が容器本体１２から取り外せるようになっていることから、屈曲部４６の外周面と容器本体１２との間には僅かに隙間がある。屈曲部４６の内周面と回転テーブル２の外端面との隙間、及び屈曲部４６の外周面と容器本体１２との隙間は、例えば回転テーブル２の上面に対する天井面４４の高さと同様の寸法に設定されている。

容器本体１２の内周壁は、分離領域Ｄにおいては図４に示すように屈曲部４６の外周面と接近して垂直面に形成されているが、分離領域Ｄ以外の部位においては、図１に示すように例えば回転テーブル２の外端面と対向する部位から底部１４に亘って外方側に窪んでいる。以下、説明の便宜上、概ね矩形の断面形状を有する窪んだ部分を排気領域と記す。具体的には、第１の処理領域Ｐ１に連通する排気領域を第１の排気領域Ｅ１と記し、第２の処理領域Ｐ２に連通する領域を第２の排気領域Ｅ２と記す。これらの第１の排気領域Ｅ１及び第２の排気領域Ｅ２の底部には、図１から図３に示すように、それぞれ、第１の排気口６１０及び第２の排気口６２０が形成されている。第１の排気口６１０及び第２の排気口６２０は、図１に示すように各々排気管６３０を介して真空排気手段である例えば真空ポンプ６４０に接続されている。なお図１中、参照符号６５０は圧力制御器である。

回転テーブル２と真空容器１の底部１４との間の空間には、図１及び図４に示すように加熱手段であるヒータユニット７が設けられ、回転テーブル２を介して回転テーブル２上のウエハＷが、プロセスレシピで決められた温度（例えば４５０℃）に加熱される。回転テーブル２の周縁付近の下方側には、回転テーブル２の上方空間から排気領域Ｅ１、Ｅ２に至るまでの雰囲気とヒータユニット７が置かれている雰囲気とを区画して回転テーブル２の下方領域へのガスの侵入を抑えるために、リング状のカバー部材７１が設けられている（図５）。このカバー部材７１は、回転テーブル２の外縁部及び外縁部よりも外周側を下方側から臨むように設けられた内側部材７１ａと、この内側部材７１ａと真空容器１の内壁面との間に設けられた外側部材７１ｂと、を備えている。外側部材７１ｂは、分離領域Ｄにおいて凸状部４の外縁部に形成された屈曲部４６の下方にて、屈曲部４６と近接して設けられ、内側部材７１ａは、回転テーブル２の外縁部下方（及び外縁部よりも僅かに外側の部分の下方）において、ヒータユニット７を全周に亘って取り囲んでいる。

ヒータユニット７が配置されている空間よりも回転中心寄りの部位における底部１４は、回転テーブル２の下面の中心部付近におけるコア部２１に接近するように上方側に突出して突出部１２ａをなしている。この突出部１２ａとコア部２１との間は狭い空間になっており、また底部１４を貫通する回転軸２２の貫通穴の内周面と回転軸２２との隙間が狭くなっていて、これら狭い空間はケース体２０に連通している。そしてケース体２０にはパージガスであるＮ_２ガスを狭い空間内に供給してパージするためのパージガス供給管７２が設けられている。また真空容器１の底部１４には、ヒータユニット７の下方において周方向に所定の角度間隔で、ヒータユニット７の配置空間をパージするための複数のパージガス供給管７３が設けられている（図５には一つのパージガス供給管７３を示す）。また、ヒータユニット７と回転テーブル２との間には、ヒータユニット７が設けられた領域へのガスの侵入を抑えるために、外側部材７１ｂの内周壁（内側部材７１ａの上面）から突出部１２ａの上端部との間を周方向に亘って覆う蓋部材７ａが設けられている。蓋部材７ａは例えば石英で作製することができる。

また、真空容器１の天板１１の中心部には分離ガス供給管５１が接続されていて、天板１１とコア部２１との間の空間５２に分離ガスであるＮ_２ガスを供給するように構成されている。この空間５２に供給された分離ガスは、突出部５と回転テーブル２との狭い隙間５０を介して回転テーブル２のウエハ載置領域側の表面に沿って周縁に向けて吐出される。空間５０は分離ガスにより空間４８１及び空間４８２よりも高い圧力に維持され得る。したがって、空間５０により、第１の処理領域Ｐ１に供給されるＳｉ含有ガスと第２の処理領域Ｐ２に供給される酸化ガスとが、中心領域Ｃを通って混合することが抑制される。すなわち、空間５０（又は中心領域Ｃ）は分離空間Ｈ（又は分離領域Ｄ）と同様に機能することができる。
側壁には、図２、図３に示すように、外部の搬送アーム１０と回転テーブル２との間で基板であるウエハＷの受け渡しを行うための搬送口１５が形成されている。この搬送口１５は図示しないゲートバルブにより開閉される。また回転テーブル２におけるウエハ載置領域である凹部２４はこの搬送口１５に臨む位置にて搬送アーム１０との間でウエハＷの受け渡しが行われることから、回転テーブル２の下方側において受け渡し位置に対応する部位に、凹部２４を貫通してウエハＷを裏面から持ち上げるための受け渡し用の昇降ピン及びその昇降機構（いずれも図示せず）が設けられている。

次に、図６から図８までを参照しながら、プラズマ発生器８０について説明する。図６は、回転テーブル２の半径方向に沿ったプラズマ発生器８０の概略断面図であり、図７は、回転テーブル２の半径方向と直交する方向に沿ったプラズマ発生器８０の概略断面図であり、図８は、プラズマ発生器８０の概略を示す上面図である。図示の便宜上、これらの図において一部の部材を簡略化している。

図６を参照すると、プラズマ発生器８０は、高周波透過性の材料で作製され、上面から窪んだ凹部を有し、天板１１に形成された開口部１１ａに嵌め込まれるフレーム部材８１と、フレーム部材８１の凹部内に収容され、上部が開口した略箱状の形状を有するファラデー遮蔽板８２と、ファラデー遮蔽板８２の底面上に配置される絶縁板８３と、絶縁板８３の上方に支持され、略八角形の上面形状を有するコイル状のアンテナ８５とを備える。

天板１１の開口部１１ａは複数の段部を有しており、そのうちの一つの段部には全周に亘って溝部が形成され、この溝部に例えばＯ−リングなどのシール部材８１ａが嵌め込まれている。一方、フレーム部材８１は、開口部１１ａの段部に対応する複数の段部を有しており、フレーム部材８１を開口部１１ａに嵌め込むと、複数の段部のうちの一つの段部の裏面が、開口部１１ａの溝部に嵌め込まれたシール部材８１ａと接し、これにより、天板１１とフレーム部材８１との間の気密性が維持される。また、図６に示すように、天板１１の開口部１１ａに嵌め込まれるフレーム部材８１の外周に沿った押圧部材８１ｃが設けられ、これにより、フレーム部材８１が天板１１に対して下方に押し付けられる。このため、天板１１とフレーム部材８１との間の気密性がより確実に維持される。

フレーム部材８１の下面は、真空容器１内の回転テーブル２に対向しており、その下面の外周には全周に亘って下方に（回転テーブル２に向かって）突起する突起部８１ｂが設けられている。突起部８１ｂの下面は回転テーブル２の表面に近接しており、突起部８１ｂと、回転テーブル２の表面と、フレーム部材８１の下面とにより回転テーブル２の上方に空間（以下、第３の処理領域Ｐ３）が画成されている。なお、突起部８１ｂの下面と回転テーブル２の表面との間隔は、分離空間Ｈ（図４）における天井面１１の回転テーブル２の上面に対する高さｈ１とほぼ同じであって良い。

また、この第３の処理領域Ｐ３には、突起部８１ｂを貫通したプラズマガスノズル３３が延びている。プラズマガスノズル３３には、本実施形態においては、図６に示すように、アルゴン（Ａｒ）ガスが充填されるアルゴンガス供給源３４ａと、酸素（Ｏ_２）ガスが充填される酸素ガス供給源３４ｂと、水素（Ｈ_２）ガスが充填される水素ガス供給源３４ｃとが接続されている。アルゴンガス供給源３４ａ、酸素ガス供給源３４ｂ、及び水素ガス供給源３４ｃから、対応する流量制御器３５ａ、３５ｂ、及び３５ｃにより流量制御されたＡｒガス、Ｏ_２ガス、及びＨ_２ガスが、所定の流量比（混合比）で第３の処理領域Ｐ３に供給される。

また、プラズマガスノズル３３には、その長手方向に沿って所定の間隔（例えば１０ｍｍ）で複数の吐出孔３３ｈが形成されており、吐出孔３３ｈから上述のＡｒガス等が吐出される。吐出孔３３ｈは、図７に示すように、回転テーブル２に対して垂直な方向から回転テーブル２の回転方向の上流側に向かって傾いている。このため、プラズマガスノズル３３から供給されるガスは、回転テーブル２の回転方向と逆の方向に、具体的には、突起部８１ｂの下面と回転テーブル２の表面との間の隙間に向かって吐出される。これにより、回転テーブル２の回転方向に沿ってプラズマ発生器８０よりも上流側に位置する天井面４５の下方の空間から反応ガスや分離ガスが、第３の処理領域Ｐ３内へ流れ込むのが抑止される。また、上述のとおり、フレーム部材８１の下面の外周に沿って形成される突起部８１ｂが回転テーブル２の表面に近接しているため、プラズマガスノズル３３からのガスにより第３の処理領域Ｐ３内の圧力を容易に高く維持することができる。これによっても、反応ガスや分離ガスが第３の処理領域Ｐ３内へ流れ込むのが抑止される。

ファラデー遮蔽板８２は、金属などの導電性材料から作製され、図示は省略するが接地されている。図８に明確に示されるように、ファラデー遮蔽板８２の底部には、複数のスリット８２ｓが形成されている。各スリット８２ｓは、略八角形の平面形状を有するアンテナ８５の対応する辺とほぼ直交するように延びている。

また、ファラデー遮蔽板８２は、図７及び図８に示すように、上端の２箇所において外側に折れ曲がる支持部８２ａを有している。支持部８２ａがフレーム部材８１の上面に支持されることにより、フレーム部材８１内の所定の位置にファラデー遮蔽板８２が支持される。

絶縁板８３は、例えば石英ガラスにより作製され、ファラデー遮蔽板８２の底面よりも僅かに小さい大きさを有し、ファラデー遮蔽板８２の底面に載置される。絶縁板８３は、ファラデー遮蔽板８２とアンテナ８５とを絶縁する一方、アンテナ８５から放射される高周波を下方へ透過させる。

アンテナ８５は、平面形状が略八角形となるように銅製の中空管（パイプ）を例えば３重に巻き回すことにより形成される。パイプ内に冷却水を循環させることができ、これにより、アンテナ８５へ供給される高周波によりアンテナ８５が高温に加熱されるのが防止される。また、アンテナ８５には立設部８５ａが設けられており、立設部８５ａに支持部８５ｂが取り付けられている。支持部８５ｂにより、アンテナ８５がファラデー遮蔽板８２内の所定の位置に維持される。また、支持部８５ｂには、マッチングボックス８６を介して高周波電源８７が接続されている。高周波電源８７は、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数を有する高周波電力を発生させることができる。

このような構成を有するプラズマ発生器８０によれば、マッチングボックス８６を介して高周波電源８７からアンテナ８５に高周波電力を供給すると、アンテナ８５により電磁界が発生する。この電磁界のうちの電界成分は、ファラデー遮蔽板８２により遮蔽されるため、下方へ伝播することはできない。一方、磁界成分はファラデー遮蔽板８２の複数のスリット８２ｓを通して第３の処理領域Ｐ３内へ伝播する。この磁界成分により、プラズマガスノズル３３から所定の流量比（混合比）で第３の処理領域Ｐ３に供給されるＡｒガス、Ｏ_２ガス、及びＮＨ_３ガス等のガスからプラズマが発生する。このようにして発生するプラズマによれば、ウエハＷ上に堆積される薄膜への照射損傷や、真空容器１内の各部材の損傷などを低減することができる。

また、本実施形態による成膜装置には、図１に示すように、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる制御部１００が設けられており、この制御部１００のメモリ内には、制御部１００の制御の下に、後述する成膜方法を成膜装置に実施させるプログラムが格納されている。このプログラムは後述の成膜方法を実行するようにステップ群が組まれており、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの媒体１０２に記憶されており、所定の読み取り装置により記憶部１０１へ読み込まれ、制御部１００内にインストールされる。

なお、制御部１００は、本発明の実施形態に係る成膜方法を実施するための制御を行う。詳細は後述するが、回転テーブル２の回転速度、反応ガスノズル３１に供給する原料ガスの流量を調整する流量制御器、プラズマガスノズル３３に供給するガスの種類等を、実施する工程に応じて制御する。

［成膜方法］
次に、本発明の実施形態による成膜方法について説明する。

（第１の実施形態）
図９は、本発明の第１の実施形態に係る成膜方法の一例を説明するための図である。

図９（ａ）は、第１の実施形態に係る成膜方法を適用するウエハＷの表面の一例を示した断面図である。本実施形態では、ウエハＷとしてシリコンウエハを用いた例を挙げて説明する。ウエハＷの表面には、窪みパターンの一例として、トレンチＴが形成されている。ウエハＷの表面に形成される窪みパターンは、トレンチＴに限らず、ビアホールであってもよいし、その他の特殊な窪み形状であってもよい。本実施形態においては、トレンチＴに膜を埋め込む例について説明する。

本実施形態に係る成膜方法では、インコンフォーマルにＶ字の断面形状を形成しながらトレンチＴ内に膜を堆積させるインコンフォーマル成膜工程と、コンフォーマルな成膜によりトレンチＴを最後まで埋め込むコンフォーマル成膜工程の２段階の成膜工程を有する。即ち、トレンチＴを埋め込む際、途中までインコンフォーマル成膜工程を実施し、その後はコンフォーマル成膜工程を実施し、最終的な埋め込みを行う。

なお、インコンフォーマルな成膜又はインコンフォーマル成膜工程は、Ｖ字の断面形状を形成しながらトレンチＴ等の窪みに底面から膜を堆積させる成膜を意図しており、窪みの内面全体に略一定の膜厚で成膜を行うコンフォーマルな成膜と区別する意図でそのように呼んでいる。よって、インコンフォーマルな成膜及びインコンフォーマル成膜工程は、非コンフォーマルな成膜及び非コンフォーマル成膜工程、コンフォーマルでない成膜及びコンフォーマルでない成膜工程と呼んでもよい。

図９（ｂ）は、成膜開始段階の一例を示した断面図である。開始段階では、トレンチＴ内の表面に膜６０を堆積させる成膜を開始する。インコンフォーマルな成膜を実施するが、初期段階では、トレンチＴの内面全体に膜６０が形成される。ここで、インコンフォーマルな成膜条件は、一般的には、コンフォーマルな成膜条件よりも成膜条件が複雑化し、成膜時間も長く設定される。例えば、本実施形態に係る成膜装置のように、回転テーブル２を用いてＡＬＤ（Atomic Layer Deposition、原子堆積法）成膜を行う成膜装置の場合には、通常のコンフォーマルな成膜よりも回転テーブル２の回転速度を遅く設定するとともに、原料ガスの流量を小流量に設定する。具体的には、図１乃至８で説明した成膜装置の場合、例えば、回転テーブル２の回転速度を２０ｒｐｍ以下に設定すると、インコンフォーマルな成膜が可能となる場合が多いので、回転テーブル２の回転速度を２０ｒｐｍ以下に設定する。

また、処理室内に供給するガスの種類を、原料ガス、パージガス、反応ガス、パージガス、と順番に切り替えて１サイクルとするＡＬＤ成膜を行う場合には、原料ガスの流量が一般のコンフォーマルな成膜よりも小流量に設定されるとともに、１サイクルの時間が長く設定される。ＣＶＤ成膜の場合には、低温ＣＶＤを実施したり、塩素ラジカルを用いて吸着阻害基を形成し、選択的に成膜を行ったりするような手法を用いる。

このように、インコンフォーマル成膜工程では、Ｖ字の断面形状を形成しながら、ボトムアップ性の高いインコンフォーマルな成膜を行うことが可能な条件で成膜を開始する。

図９（ｃ）は、成膜初期段階の一例を示した断面図である。成膜を開始してから徐々に成膜が進行するにつれて、膜６０の厚さが厚くなってゆくが、インコンフォーマルな成膜の特徴が出始める。即ち、トレンチＴの底面に厚く膜６０が成膜され、トレンチＴの側面及び上部には、底面よりも薄い膜６０が成膜される。これにより、膜６０の断面形状は、Ｖ字形状となり、トレンチＴの上部の開口が塞がれずに大きく開いた形状となる。このようなインコンフォーマルな成膜を継続すると、ボイドの発生を防止しつつトレンチＴを埋め込むことができる。

しかしながら、このようなインコンフォーマルな成膜は、通常にコンフォーマルな成膜よりも堆積速度（デポレート、デポジションレート）が遅く、時間を多く要する場合が多い。また、時間を多く要するため、反応ガスを流す時間も長くなり、流量が小流量であっても、結果として大量のガスを消費することになり易い。

図９（ｄ）は、成膜中期段階の一例を示した図である。インコンフォーマルな成膜を継続すると、膜厚が厚くなってきても、膜６０のＶ字の断面形状を維持することができ、トレンチＴの上部開口を塞がず、ボイドの発生を防止しつつ埋め込みを行うことができる。このまま、インコンフォーマルな成膜を継続すれば、ボイドを発生させることなくトレンチを埋め込むことができる。しかしながら、トレンチＴの総てを埋め込むためには時間を要する。

図９（ｅ）は、成膜後期段階の一例を示した図である。成膜後期段階では、コンフォーマルな成膜に切り替え、コンフォーマル成膜工程を実施する。コンフォーマルな成膜は、厚さの均一な膜６０ａを窪みの表面に堆積させる成膜であり、インコンフォーマルな成膜よりも膜６０ａの堆積速度が速い成膜である場合が多い。

例えば、図１乃至８で説明した本実施形態に係る回転テーブル式のＡＬＤ成膜装置の場合には、回転テーブル２の回転速度を、２０ｒｐｍを超えるように設定すれば、コンフォーマルな成膜が可能となる。また、原料ガスの流量もインコンフォーマルな成膜よりも大流量とすることが可能であり、その結果短時間での成膜が可能となり、スループットを向上させることが可能となる。

また、処理室内に供給するガスの種類を切り替えてＡＬＤ成膜を行う装置の場合にも、ガスの切り替え時間を短時間として１サイクルに要する時間を短縮させ、スループットを向上させることが可能である。また、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）成膜の場合にも、低温ＣＶＤを通常の高温のＣＶＤに戻すことができ、高温成膜の方が堆積速度は速いので、スループットを向上させることができる。また、塩素ラジカルを用いてインコンフォーマルな成膜を行っていた場合には、塩素ラジカルを吸着させる工程が無くなるので、当然にスループットを向上させることができる。

図９（ｆ）は、成膜終了段階の一例を示した図である。成膜終了段階では、コンフォーマルな成膜でトレンチＴを最後まで埋め込み、成膜を終了する。コンフォーマルな成膜では、堆積速度が速いので、図９（ｅ）から図９（ｆ）の段階には短時間で到達することができ、スループットを向上させることができる。

このように、本実施形態に係る成膜方法によれば、最初から最後までインコンフォーマルな成膜を行うのではなく、インコンフォーマルな成膜とコンフォーマルな成膜を組み合わせることにより、ボイド等の発生を抑制しつつ生産性を向上させることができる。また、回転テーブル式のＡＬＤ成膜の場合には、全体として原料ガスの消費量を低減させ、コストダウンを図ることができる。即ち、ある程度の膜厚までインコンフォーマルな成膜によりＶ字の断面形状を形成しながら成膜を行い、ボイドの発生を確実に抑制できる状態を作り、その後は生産性が高く生産コストが低いコンフォーマル成膜を行うことにより、成膜の品質を低下させること無く生産性を向上させることができる。

なお、図９において、図９（ａ）〜（ｄ）のインコンフォーマル成膜工程を、同一の成膜条件で実施する例を挙げて説明したが、図９（ａ）〜（ｃ）の段階と、図９（ｃ）〜（ｄ）の段階で、成膜条件を変更する２段階のインコンフォーマル成膜工程を実施するようにしてもよい。

例えば、図９（ａ）〜（ｃ）の成膜初期の段階では、より確実にＶ字の断面形状を形成可能なボトムアップ性の高い成膜条件とし、図９（ｃ）〜図９（ｄ）の成膜中期の段階では、インコンフォーマルな成膜条件の範疇ではあるが、よりコンフォーマルな成膜条件に接近させた条件としてもよい。具体的には、図９（ａ）〜（ｃ）の成膜初期段階では回転テーブル２の回転速度を５ｒｐｍに設定し、図９（ｃ）〜（ｄ）の成膜中期段階では回転テーブル２の回転速度を１０ｒｐｍに設定し、図９（ｄ）〜（ｅ）の成膜後期段階では回転テーブル２の回転速度を、インコンフォーマル成膜の上限の２０ｒｐｍを超える１００ｒｐｍに設定する、という合計で３段階の成膜を行うことも可能である。

勿論、原料ガスの流量の方も、３段階に分けて増加させてよく条件としてもよい。このようなインコンフォーマル成膜工程及びコンフォーマル成膜工程の成膜条件は、用途に応じて種々の変更が可能であり、インコンフォーマル成膜工程を、２段階以上の複数段階とすることも可能である。

次に、本発明の実施形態に係る成膜方法を、上述の図１乃至図８で説明した回転テーブル式の成膜装置を用いて、原子堆積法（Atomic Layer Deposition）を利用した成膜に適用する実施形態についてより具体的に説明する。

（第２の実施形態）
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る成膜方法の一例のインコンフォーマル成膜工程を示した図である。
第２の実施形態においても、ウエハＷとしてシリコンウエハを使用することとし、そのシリコンウエハには、図９（ａ）に示したように、トレンチＴが形成されている。また、反応ガスノズル３１から有機アミノシランガスの一種であるＤＩＰＡＳ（(diisopropylamino)silane、ジイソプロピルアミノシラン）が供給され、反応ガスノズル３２から酸化ガスとしてＯ_３ガスが供給され、プラズマガスノズル３３からインコンフォーマル成膜工程においてはＡｒガス及びＯ_２ガスの混合ガス（以下、Ａｒ／Ｏ_２ガスと記す）、コンフォーマル成膜工程においてはＡｒガス、Ｏ_２ガス及びＨ_２ガスの混合ガスが供給される場合を例に挙げて説明する。但し、図１０においては、トレンチＴの形状を簡略化し、片側の側面及び底面のみを示すこととする。

先ず、図示しないゲートバルブを開き、外部から搬送アーム１０（図３）により搬送口１５（図２及び図３）を介してウエハＷを回転テーブル２の凹部２４内に受け渡す。この受け渡しは、凹部２４が搬送口１５と対向する位置に停止したときに凹部２４の底面の貫通孔を介して真空容器１の底部側から不図示の昇降ピンが昇降することにより行われる。このようなウエハＷの受け渡しを、回転テーブル２を間欠的に回転させて行い、回転テーブル２の５つの凹部２４内に夫々ウエハＷを載置する。

続いてゲートバルブを閉じ、真空ポンプ６４０により到達可能真空度にまで真空容器１内を排気した後、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスであるＮ_２ガスを所定の流量で吐出し、分離カス供給管５１及びパージガス供給管７２からもＮ_２ガスを所定の流量で吐出する。これに伴い、圧力制御手段６５０（図１）により真空容器１内を予め設定した処理圧力に制御する。次いで、回転テーブル２を時計回りに２０ｒｐｍ以下の回転速度、例えば５ｒｐｍの回転速度で回転させながらヒータユニット７によりウエハＷを例えば４００℃に加熱する。

この後、反応ガスノズル３１（図２及び図３）からＤＩＰＡＳを供給し、反応ガスノズル３２からＯ_３ガスを供給する。ＤＩＰＡＳは、１００ｓｃｃｍ以下の流量、例えば５０ｓｃｃｃｍの流量で供給する。また、プラズマガスノズル３３からＡｒ／Ｏ_２ガスを供給し、プラズマ発生器８０のアンテナ８５に対して１３．５６ＭＨｚの周波数を有する高周波を例えば１４００Ｗの電力で供給する。これにより、プラズマ発生器８０（図６）と回転テーブル２との間の第３の処理領域Ｐ３において酸素プラズマが生成される。この酸素プラズマ中には、酸素イオンや酸素ラジカルなどの活性種や、高エネルギー粒子が生成されている。

回転テーブル２の回転により、ウエハＷは、第１の処理領域Ｐ１、分離領域Ｄ、第２の処理領域Ｐ２、第３の処理領域Ｐ３（の下方の領域）、及び分離領域Ｄをこの順に繰り返して通過する（図３参照）。

図１０（ａ）は、原料ガス吸着工程の一例を示した図である。図１０（ａ）に示すように、第１の処理領域Ｐ１において、反応ガスノズル３１から原料ガスであるＤＩＰＡＳが供給され、ウエハＷの表面ＵやトレンチＴの内面にＤＩＰＡＳの分子が吸着し、ＤＩＰＡＳの分子層６１（下の図）が形成される。

その後、回転テーブル２の回転により、ウエハＷは分離領域Ｄを通過し、第２の処理領域Ｐ２に到達する。

図１０（ｂ）は、酸化工程の一例を示した図である。図１０（ｂ）に示すように、第２の処理領域Ｐ２において、ウエハＷの表面ＵやトレンチＴの内面に吸着したＤＩＰＡＳがＯ_３ガスにより酸化され、トレンチＴの内面に沿って酸化シリコン膜６２（下の図）が成膜される。ＤＩＰＡＳが酸化される際には、副生成物としてＯＨ基が生成され、生成されたＯＨ基は酸化シリコン膜６２の表面に吸着することとなる。

図１０（ｃ）は、改質工程の一例を示した図である。回転テーブル２の回転により、プラズマ発生器８０の下方の第３の処理領域Ｐ３にウエハＷが至ると、ウエハＷは、酸素プラズマに曝される。このとき、酸化シリコン膜６２に吸着したＯＨ基の一部は、酸素プラズマ中の例えば高エネルギー粒子の衝突により酸化シリコン膜６２から脱離する。酸素プラズマＰｌは、ウエハＷの表面Ｕや、トレンチＴの開口付近には到達するものの、トレンチＴの底部付近までは到達し難い。このため、ウエハＷの表面ＵとトレンチＴの開口付近の側面とにおいて、比較的多量のＯＨ基が脱離する。その結果、図１０（ｃ）に示すように、トレンチＴの底部及び底部付近の側面においてＯＨ基の密度が高く、トレンチＴの開口及びウエハＷの表面Ｕに向かって密度が低くなるようにＯＨ基が分布することとなる。なお、ＯＨ基が脱離した酸化シリコン膜６２をシリコン酸化膜６２ａで図１０（ｃ）の下の図に示す。

図１０（ｄ）は、２回目の原料ガス吸着工程の一例を示した図である。回転テーブル２の回転によりウエハＷが第１の処理領域Ｐ１に再び至ると、反応ガスノズル３１から供給されるＤＩＰＡＳの分子がウエハＷの表面ＵやトレンチＴの内面に吸着し、ＤＩＰＡＳの分子層６１が形成される。このとき、ＤＩＰＡＳの分子は、ＯＨ基に吸着され易いため、図１０（ｄ）に示すように、ＯＨ基の分布に従った分布でウエハＷの表面ＵやトレンチＴの内面に吸着する。すなわち、トレンチＴの内面に、トレンチＴの底部及び底部付近の側面において密度が高く、トレンチＴの開口に向かって密度が低くなるようにＤＩＰＡＳの分子が吸着し、分子層６１が形成される。

続けて、ウエハＷが第２の処理領域Ｐ２を通過する際、ウエハＷの表面ＵやトレンチＴの内面に吸着した有機アミノシランガスがＯ_３ガスにより酸化され、図１０（ｂ）で説明したように、酸化シリコン膜６２が更に成膜されるが、酸化シリコン膜６２の膜厚分布には、トレンチＴの内面に吸着したＤＩＰＡＳの密度が反映されることとなる。すなわち、酸化シリコン膜６２は、トレンチＴの底部及び底部付近の側面において厚くなり、トレンチＴの開口に向かって薄くなっている。そして、ＤＩＡＰＳの酸化により生成されたＯＨ基が酸化シリコン膜６２の表面に吸着する。

次いで、ウエハＷが再びプラズマ発生器８０の下方の第３の処理領域Ｐ３に至ると、図１０（ｃ）で説明したとおり、トレンチＴの底部及び底部付近の側面においてＯＨ基の密度が高く、トレンチＴの開口に向かって密度が低くなるようにＯＨ基が分布することとなる。

この後、上述のプロセスが繰り返されると、図１０（ｄ）に示すように酸化シリコン膜６２はトレンチＴの底部から厚くなっていく。そして、図９（ａ）〜（ｄ）で説明したような、Ｖ字の断面形状を形成しながらトレンチＴ内に膜６０を堆積することができる。なお、図１０（ａ）〜（ｃ）は、ＡＬＤ成膜におけるインコンフォーマル成膜工程の１サイクルを構成する。

例えば、このような成膜方法により、インコンフォーマル成膜工程を実施することができる。

次に、コンフォーマル成膜工程を実施する。

図１１は、本発明の第２の実施形態に係る成膜方法の一例のコンフォーマル成膜工程を示した図である。図１１において、説明の容易のため、インコンフォーマル成膜工程で堆積させた膜は反映させず、コンフォーマル成膜工程をトレンチＴの表面に形成した例を挙げて説明する。

コンフォーマル成膜工程を行う前に、回転テーブル２の回転速度を上げる。２０ｒｐｍを超えていれば、用途に応じて種々の回転速度に設定してよいが、例えば、１２０ｒｐｍに設定する。そして、反応ガスノズル３１から供給されるＤＩＰＡＳの流量を増加させる。ＤＩＰＡＳの流量は、用途に応じて種々の値に設定してよく、例えば、２００ｓｃｃｍ以上の値に設定してもよい。ここでは、３００ｓｃｃｍに設定した例について説明する。また、プラズマガスノズル３３から供給されるプラズマガスに、水素ガスを加える。即ち、インコンフォーマル成膜工程において、Ａｒ／Ｏ_２の混合ガスを供給していたが、Ａｒ／Ｏ_２／Ｈ_２の混合ガスを供給する。Ｈ_２の流量は、用途に応じて種々の流量に設定してよいが、例えば、酸素が７５ｓｃｃｍのときに、４５ｓｃｃｍに設定してもよい。

このように、コンフォーマル成膜工程を実施する条件に成膜条件を変更してからコンフォーマル成膜工程を実施する。

図１１（ａ）は、原料吸着工程の一例を示した図である。図１１（ａ）に示すように、第１の処理領域Ｐ１において、反応ガスノズル３１から原料ガスであるＤＩＰＡＳが供給され、ウエハＷの表面ＵやトレンチＴの内面にＤＩＰＡＳの分子が吸着し、ＤＩＰＡＳの分子層６１（下の図）が形成される。この点は、インコンフォーマル成膜工程における原料吸着工程と同じであるが、ＤＩＰＡＳの流量が大きくなっているため、より高密度にＤＩＰＡＳがトレンチＴの内面に吸着する。

図１１（ｂ）は、酸化工程の一例を示した図である。コンフォーマル成膜工程における酸化工程は、インコンフォーマル酸化工程における酸化工程と全く同様である。即ち、図１１（ｂ）に示すように、第２の処理領域Ｐ２において、ウエハＷの表面ＵやトレンチＴの内面に吸着したＤＩＰＡＳがＯ_３ガスにより酸化され、トレンチＴの内面に沿って酸化シリコン膜６２（下の図）が成膜される。ＤＩＰＡＳが酸化される際には、副生成物としてＯＨ基が生成され、生成されたＯＨ基は酸化シリコン膜６２の表面に吸着することとなる。

図１１（ｃ）は、改質工程の一例を示した図である。改質工程においては、ウエハＷが第３の処理領域Ｐ３に至り、ウエハＷが酸素プラズマに曝される。このとき、酸素プラズマ中には水素ガスから生成されたＯＨ基が含まれている。このため、酸化シリコン膜６２に吸着しているＯＨ基が酸素プラズマにより脱離したとしても、酸素プラズマ及び水素プラズマにより生成されたＯＨ基が再び吸着し得る。したがって、図１０（ｃ）において説明したＡｒ／Ｏ_２ガスのみの場合に比べ、ウエハＷの表面ＵやトレンチＴの開口付近におけるＯＨ基の減少が抑えられる。よって図１１（ｃ）に示されるように、ＯＨ基Ｈｙの分布は、トレンチＴの内面において均一化される。即ち、トレンチＴの底面周辺のみならず、トレンチＴの上部、ウエハＷの表面ＵにもＯＨ基が吸着する。これにより、ＤＩＰＡＳの吸着サイトが全面に形成されることになる。よって、改質工程において、図１１（ｂ）と同じ表面状態を作り出すことができる。

このため、ウエハＷが第１の処理領域Ｐに再び至ると、図１１（ａ）に示したように、反応ガスノズル３１からのＤＩＰＡＳの分子が再びトレンチＴの内面において均一に吸着する。したがって、図１１（ｂ）に示したように、吸着した有機アミノシランガスがＯ_３ガスにより酸化されて成膜される酸化シリコン膜６２もトレンチＴの内面において均一に成膜され得る。

例えば、このようにして、コンフォーマル成膜工程を実施する。コンフォーマル成膜工程においては、回転テーブル２の回転速度が速くなっており、また原料ガスであるＤＩＰＡＳの流量も大きくなっているため、図１１（ａ）〜（ｃ）の１サイクルは、図１０（ａ）〜（ｃ）の１サイクルよりも高速で実施され、膜６２の堆積速度を速くすることができる。

このようなコンフォーマル成膜工程を、インコンフォーマル成膜工程の後に実施することにより、Ｖ字形状の膜６０上に高速にコンフォーマルな膜を埋め込むことができ、ボイドを発生させることなく全体の成膜速度を向上させることができる。

なお、本実施形態に係る成膜方法では、原料ガスとしてＤＩＰＡＳを用いた例を挙げて説明したが、他の有機アミノシランガス、シリコン含有ガスを用いてもよい。また、酸化ガスについても、オゾンの他、Ｏ_２、Ｈ_２Ｏ、Ｈ_２Ｏ_２等、用途に応じて種々の酸化ガスを用いることができる。

更に、図１０及び図１１で説明したプロセスは、処理室内に供給するガスを切り替えるＡＬＤ成膜にも適用可能である。

また、図９で説明した成膜方法は、シリコン酸化膜以外の成膜、ＡＬＤ成膜装置を用いた成膜以外にも適用可能である。

本実施形態に係る成膜方法によれば、ボイド等の欠陥を発生させることなく窪みに膜を埋め込むことができるとともに、生産性を向上させることができる。

［実施例］
次に、第２の実施形態に係る成膜方法を実施した実施例について説明する。

（実施例１〜３）
実施例１〜３では、図１乃至図８で説明した回転テーブル式のＡＬＤ成膜装置を用いて、第２の実施形態で説明した成膜方法を実施した。成膜条件としては、ウエハＷの温度を４００℃、真空容器１内の圧力を６．７Ｔｏｒｒに設定した。また、プラズマガスノズル３３から供給する酸素の流量は７５ｓｃｃｍに設定した。インコンフォーマル成膜工程においては、原料ガスであるＤＩＰＡＳの流量を５０ｓｃｃｍに設定し、プラズマガスノズル３３から水素ガスは供給しなかった。また、コンフォーマル成膜工程においては、原料ガスであるＤＩＰＡＳの流量を３００ｓｃｃｍに設定し、プラズマガスノズル３３から、酸素７５ｓｃｃｍとともに、水素４５ｓｃｃｍを供給した。インコンフォーマル成膜工程においては、回転テーブル２の回転速度を５ｒｐｍに設定し、コンフォーマル成膜工程においては、１２０ｒｐｍに設定した。そして、全体として２０００Åの埋め込みとし、実施例１では、２００Åまでインコンフォーマル成膜工程、残り１８００Åをコンフォーマル成膜工程とした。実施例２では、１００Åまでインコンフォーマル成膜工程、残り１９００Åをコンフォーマル成膜工程とした。実施例３では、５０Åまでインコンフォーマル成膜工程、残り１９５０Åをコンフォーマル成膜工程とした。

また、比較例１では、インコンフォーマル成膜工程で２０００Åの埋め込みを行った。

図１２は、実施例１〜３の実施結果を、比較例１とともに、スループットについて示した図である。図１２において、横軸はインコンフォーマル成膜工程とコンフォーマル成膜工程の成膜量（Å）、縦軸はスループット（ｗｐｈ）を示している。比較例１のスループットを１とし、それに対して実施例１〜３のスループット（ｗｐｈ）の向上がいくつになるかを示している。

図１２に示されるように、２０００Åを総てインコンフォーマル成膜工程にて埋め込んだ比較例１のスループットを１ｗｐｈとすると、インコンフォーマル成膜工程を２００Åに留めて１８００Åをコンフォーマル成膜工程とした実施例１は、比較例の７．９７倍のスループットであった。更に、インコンフォーマル成膜工程を１００Åに留めて１９００Åをコンフォーマル成膜工程とした実施例２は、比較例１の１３．０１倍のスループットまで向上し、インコンフォーマル成膜工程を５０Åに留めて１９５０Åをコンフォーマル成膜工程とした実施例３は、比較例１の１９．０３倍のスループットまで向上した。

このように、実施例１〜３の結果から、インコンフォーマル成膜工程の割合を少なくし、コンフォーマル成膜工程の比率を大きくすることにより、生産性を確実に向上させることが示された。

図１３は、実施例１〜３の実施結果を、比較例１とともに、Ｓｉ消費量について示した図である。図１３において、横軸はインコンフォーマル成膜工程とコンフォーマル成膜工程の成膜量（Å）、縦軸はＳｉ消費量（ｇ／ｒｕｎ）を示している。また、比較におけるＳｉ消費量を１とし、それに対して実施例１〜３のＳｉ消費量がどの程度になったかを示している。

図１３に示されるように、２０００Åを総てインコンフォーマル成膜工程にて埋め込んだ比較例のＳｉ消費量とすると、インコンフォーマル成膜工程を２００Åに留めて１８００Åをコンフォーマル成膜工程とした実施例１は、比較例１の０．０９倍（９／１００）のＳｉ消費量であった。更に、インコンフォーマル成膜工程を１００Åに留めて１９００Åをコンフォーマル成膜工程とした実施例２は、比較例１の０．１１倍（１１／１００）のＳｉ消費量であり、インコンフォーマル成膜工程を５０Åに留めて１９５０Åをコンフォーマル成膜工程とした実施例３は、比較例１の０．１６倍（１６／１００）のＳｉ消費量であった。

このように、実施例１〜３の結果から、本実施形態に係る成膜方法によれば、Ｓｉ消費量を約１／１０程度にまで低減させることができ、低コスト化が可能であることが示された。

（実施例４〜６）
実施例４〜６では、インコンフォーマル成膜工程の回転テーブル２の回転速度を２０ｒｐｍに設定し、実施例１〜３よりも速い設定とした。その他の条件は実施例１〜３と同様である。また、比較例２の方も、回転テーブル２の回転速度を２０ｒｐｍの設定とし、これで２０００Åを総て埋め込む設定とした。その他の条件は、比較例１と同様である。

図１４は、実施例４〜６の実施結果を、比較例２とともに、スループットについて示した図である。図１４において、横軸はインコンフォーマル成膜工程とコンフォーマル成膜工程の成膜量（Å）、縦軸はスループット（ｗｐｈ）を示している。比較例２のスループットを１とし、それに対して実施例４〜６のスループット（ｗｐｈ）の向上がいくつになるかを示している。

図１４に示されるように、２０００Åを総てインコンフォーマル成膜工程にて埋め込んだ比較例２のスループットを１ｗｐｈとすると、インコンフォーマル成膜工程を２００Åに留めて１８００Åをコンフォーマル成膜工程とした実施例４は、比較例の４．２５倍のスループットであった。更に、インコンフォーマル成膜工程を１００Åに留めて１９００Åをコンフォーマル成膜工程とした実施例５は、比較例２の５．１８倍のスループットまで向上し、インコンフォーマル成膜工程を５０Åに留めて１９５０Åをコンフォーマル成膜工程とした実施例６は、比較例２の５．８３倍のスループットまで向上した。

このように、実施例４〜６の結果から、インコンフォーマル成膜工程の回転速度の条件を変えても、インコンフォーマル成膜工程の割合を少なくし、コンフォーマル成膜工程の比率を大きくすることにより、生産性を確実に向上させることが示された。

図１５は、実施例４〜６の実施結果を、比較例２とともに、Ｓｉ消費量について示した図である。図１５において、横軸はインコンフォーマル成膜工程とコンフォーマル成膜工程の成膜量（Å）、縦軸はＳｉ消費量（ｇ／ｒｕｎ）を示している。また、比較におけるＳｉ消費量を１とし、それに対して実施例４〜６のＳｉ消費量がどの程度になったかを示している。

図１５に示されるように、２０００Åを総てインコンフォーマル成膜工程にて埋め込んだ比較例のＳｉ消費量とすると、インコンフォーマル成膜工程を２００Åに留めて１８００Åをコンフォーマル成膜工程とした実施例４は、比較例２の０．３８倍（３８／１００）のＳｉ消費量であった。更に、インコンフォーマル成膜工程を１００Åに留めて１９００Åをコンフォーマル成膜工程とした実施例５は、比較例２の０．４０倍（４０／１００）のＳｉ消費量であり、インコンフォーマル成膜工程を５０Åに留めて１９５０Åをコンフォーマル成膜工程とした実施例６は、比較例２の０．４３倍（４３／１００）のＳｉ消費量であった。

このように、実施例１〜３の結果から、本実施形態に係る成膜方法によれば、インコンフォーマル成膜工程における回転速度を若干高くしても、Ｓｉ消費量を約４／１０程度にまで低減させることができ、低コスト化が可能であることが示された。

（実施例７）
図１６は、実施例７の実施結果を示した画像である。図１６（ａ）は、埋め込みに用いたトレンチの形状を示した図である。トレンチは、深さが３０５ｎｍであり、上端の開口幅が１４ｎｍ、真中よりもやや上方の箇所の開口幅が２１ｎｍであった。

図１６（ｂ）は、コンフォーマルな成膜のみで５０ｎｍの埋め込みを行った場合の成膜結果を示した画像である。この場合、コンフォーマル成膜であるので、回転テーブル２の回転速度は１２０ｒｐｍに設定した。この場合、生産性は問題無いと考えられるが、ボイドが発生し、埋め込み特性に問題のある結果となった。

図１６（ｃ）は、第２の実施形態に係る成膜方法を実施した実施例であり、２０ｒｐｍの回転速度で１０ｎｍの埋め込みを行うインコンフォーマル成膜工程、１２０ｒｐｍの回転速度で４０ｎｍの埋め込みを行うコンフォーマル成膜工程を実施した。そうすると、ボイドも発生させること無く、トレンチを埋め込むことができた。

このように、実施例７によれば、本実施形態に係る成膜方法によれば、ボイドを発生させること無く、高い生産性で埋め込み成膜を行うことができることが示された。

以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施形態及び実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態及び実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

１ 真空容器
２ 回転テーブル
４ 凸状部
７ ヒータユニット
１１ 天板
１２ 容器本体
２４ 凹部（基板載置部）
３１，３２・・・反応ガスノズル
３３ プラズマガスノズル
４１，４２ 分離ガスノズル
８０ プラズマ発生器
Ｄ 分離領域
Ｔ トレンチ
Ｗ ウエハ

Claims (15)

1. 基板の表面に形成された窪みに膜を埋め込む成膜方法であって、
   前記基板の表面に形成された窪みにＶ字の断面形状を形成しながらインコンフォーマルな膜を堆積させる工程と、
   コンフォーマルな成膜を行い、前記窪みにコンフォーマルな膜を埋め込む工程と、を有する成膜方法。
2. 前記窪みにコンフォーマルな膜を埋め込む工程は、前記インコンフォーマルな膜を堆積させる工程よりも堆積速度が速い工程である請求項１に記載の成膜方法。
3. 前記インコンフォーマルな膜を堆積させる工程は、成膜条件の異なる２段階の第１及び第２の成膜工程を含む請求項１又は２に記載の成膜方法。
4. 前記第２の成膜工程は、第１段階の前記第１の成膜工程よりも堆積速度が速い成膜である請求項３に記載の成膜方法。
5. 前記インコンフォーマルな膜を堆積させる工程及び前記窪みにコンフォーマルな膜を埋め込む工程は、原子層堆積法により行われる請求項１乃至４のいずれか一項に記載の成膜方法。
6. 前記原子層堆積法におけるサイクルタイムは、前記窪みにコンフォーマルな膜を埋め込む工程の方が前記インコンフォーマルな膜を堆積させる工程よりも短い請求項５に記載の成膜方法。
7. 前記基板は、処理室内に設けられた回転テーブルの周方向に沿って配置され、
   前記回転テーブルの上方には、前記回転テーブルの回転方向に沿って互いに離間して原料ガス吸着領域、反応領域及び改質領域が設けられ、
   前記回転テーブルの回転により、前記基板が前記原料ガス吸着領域を通過したときに前記基板に原料ガスを供給して前記基板の前記窪みの表面に吸着させる原料吸着工程を実施し、前記基板が前記反応領域を通過したときに前記原料ガスと反応して反応生成物を生成可能な反応ガスを前記基板に供給して前記窪みの表面に反応生成物を堆積させる反応生成物堆積工程を実施し、前記基板が前記改質領域を通過したときに前記反応生成物にプラズマ改質を行う改質工程を実施することにより、前記原子層堆積法の１サイクルを実施する請求項５又は６に記載の成膜方法。
8. 前記回転テーブルの回転速度は、前記窪みにコンフォーマルな膜を埋め込む工程の方が前記インコンフォーマルな膜を堆積させる工程よりも高速に設定されている請求項７に記載の成膜方法。
9. 前記原料ガスの流量は、前記窪みにコンフォーマルな膜を埋め込む工程の方が前記インコンフォーマルな膜を堆積させる工程よりも高流量に設定されている請求項７又は８に記載の成膜方法。
10. 前記インコンフォーマルな膜を堆積させる工程は、前記膜が所定膜厚に到達するまで行われ、前記窪みにコンフォーマルな膜を埋め込む工程は、前記窪みを完全に埋め込むまで行われる請求項８又は９に記載の成膜方法。
11. 前記原料吸着工程は、シリコン含有ガスを前記窪みの表面に吸着させる工程であり、
    前記反応生成物堆積工程は、前記基板に酸化ガスを供給して前記窪みの表面に吸着した前記シリコン含有ガスを酸化する工程であり、
    前記改質工程は、酸素を含有する混合ガスをプラズマにより活性化して前記基板に供給する工程である請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の成膜方法。
12. 前記インコンフォーマルな膜を堆積させる工程における前記改質工程は、水素を含まない前記混合ガスを用いて行われ、
    前記窪みにコンフォーマルな膜を埋め込む工程における前記改質工程は、水素を含む前記混合ガスを用いて行われる請求項１１に記載の成膜方法。
13. 前記シリコン含有ガスは、有機アミノシランガスである請求項１１又は１２に記載の成膜方法。
14. 処理室と、
    前記処理室内に設けられ、周方向に沿って基板を載置可能な回転テーブルと、
    前記回転テーブルよりも上方に設けられ、前記回転テーブルに原料ガスの供給が可能な原料ガス供給手段と、
    前記原料ガス供給手段の前記回転テーブルの回転方向の下流側に設けられ、前記回転テーブルに前記原料ガスと反応して反応生成物を生成可能な反応ガスを供給可能な反応ガス供給手段と、
    前記反応ガス供給手段の前記回転テーブルの回転方向の下流側に設けられ、前記回転テーブルに前記反応生成物を改質可能な改質ガスを供給可能な改質ガス供給手段と、
    前記改質ガスをプラズマにより活性化することが可能なプラズマ発生器と、
    前記基板の表面に形成された窪みに膜を埋め込む際、前記窪みにＶ字の断面形状を形成しながらインコンフォーマルな膜を堆積させる工程と、
    コンフォーマルな成膜を行い、前記窪みにコンフォーマルな膜を埋め込む工程と、を実施する制御を行う制御手段と、を有する成膜装置。
15. 前記制御手段は、前記インコンフォーマルな膜を堆積させる工程を実施するときには、前記回転テーブルの回転速度を第１の速度に設定するとともに、前記原料ガス供給手段から供給される前記原料ガスの流量を第１の流量に設定し、
    前記窪みにコンフォーマルな膜を埋め込む工程を実施するときには、前記回転テーブルの回転速度を前記第１の速度よりも高速の第２の速度に設定するとともに、前記原料ガス供給手段から供給される前記原料ガスの流量を前記第１の流量よりも大流量の第２の流量に設定して成膜を行う請求項１４に記載の成膜装置。