JP2023130026A - 埋込方法及び処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】凹部に埋め込んだ流動性膜の改質時に凹部の構造を保護する。【解決手段】凹部に膜を埋め込む方法であって、（ａ）前記凹部を有する基板を準備し、（ｂ）前記凹部の内部に前記凹部の底面から所定の厚さの第１の流動性膜を形成し、（ｃ）前記凹部の上面及び上部側面に保護膜を形成し、（ｄ）前記第１の流動性膜をプラズマにさらすことにより前記第１の流動性膜に第１の改質を行い、（ｅ）前記第１の改質を行った後、前記凹部の内部に第２の流動性膜を形成すること、を含む埋込方法が提供される。【選択図】図１

Description

本開示は、埋込方法及び処理システムに関する。

例えば、特許文献１は、成膜ガスとしての酸素含有シリコン化合物ガスと非酸化性の水素含有ガスとを少なくとも非酸化性の水素含有ガスをプラズマ化した状態で反応させて流動性のシラノールコンパウンドを基板上へ成膜し、基板をアニールしてシラノールコンパウンドを絶縁膜にすることを提案する。

国際公開第２０２１／０１０００４号

本開示は、凹部に埋め込んだ流動性膜の改質時に凹部の構造を保護することができる技術を提供する。

本開示の一の態様によれば、凹部に膜を埋め込む方法であって、（ａ）前記凹部を有する基板を準備し、（ｂ）前記凹部の内部に前記凹部の底面から所定の厚さの第１の流動性膜を形成し、（ｃ）前記凹部の上面及び上部側面に保護膜を形成し、（ｄ）前記第１の流動性膜をプラズマにさらすことにより前記第１の流動性膜に第１の改質を行い、（ｅ）前記第１の改質を行った後、前記凹部の内部に第２の流動性膜を形成すること、を含む埋込方法が提供される。

一の側面によれば、凹部に埋め込んだ流動性膜の改質時に凹部の構造を保護することができる。

一実施形態に係る埋込方法ＳＴの一例を示すフローチャート。 一実施形態に係る埋込方法ＳＴを説明するための膜の断面図。 保護膜がない場合の流動性膜の改質を説明するための図。 流動性膜を成膜及び改質してＳｉＯ膜を形成する際の反応例を示す図。 図４の流動性膜の改質を説明するための図。 流動性膜を成膜及び改質してＳｉＮ膜を形成する際の反応例を示す図。 流動性膜を成膜及び改質してＢＮ膜を形成する際の反応例を示す図。 流動性膜を成膜及び改質してＳｉＣ膜を形成する際の反応例を示す図。 一実施形態に係る処理システムの構成例を示す図。 一実施形態に係るチャンバＡを有する処理装置の構成例を示す図。 一実施形態に係るチャンバＢを有する処理装置の構成例を示す図。

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

本明細書において平行、直角、直交、水平、垂直、上下、左右などの方向には、実施形態の効果を損なわない程度のずれが許容される。角部の形状は、直角に限られず、弓状に丸みを帯びてもよい。平行、直角、直交、水平、垂直、円、一致には、略平行、略直角、略直交、略水平、略垂直、略円、略一致が含まれてもよい。

［埋込方法ＳＴ］
まず、図１及び図２を参照して一実施形態に係る埋込方法ＳＴについて説明する。図１は、一実施形態に係る埋込方法ＳＴの一例を示すフローチャートである。図２は、一実施形態に係る埋込方法ＳＴを説明するための膜の断面図である。図１で実行される埋込方法ＳＴでは、例えば図２（ａ）に示すような基板１００の凹部１０１内に流動性ＣＶＤの技術を用いて流動性膜を埋め込み、当該流動性膜を改質して絶縁膜等を形成する。この埋込処理は、後述する制御部（図９、図１０、図１１参照）により実行される。

（ステップＳ１）
まず、図１のステップＳ１において、制御部は、凹部１０１を有する基板１００を準備する。準備される基板１００は特に限定されないが、シリコン等の半導体基板が例示される。基板１００としては、表面に微細な立体構造を有するものを用い得る。微細な立体構造とは、微細パターンが形成された構造を挙げることができる。微細パターンは例えば図２（ａ）に示すように、凹部１０１を有する。凹部１０１は、例えば、トレンチやホールであってよい。下地は特に制限されない。

凹部１０１は、上面１０１ａ、底面１０１ｂ及び側面１０１ｃから構成され、凹部１０１の上部に開口する開口部１０１ｄを有する。ステップＳ１において、基板１００はチャンバＡに搬入される。チャンバＡは、第１のチャンバの一例であり、例えば後述する図１０のチャンバＡが構成例として挙げられる。

次に、図１のステップＳ２において、制御部は、凹部１０１内に所定の厚さの流動性膜を形成する。凹部１０１内に最初に形成される流動性膜を第１の流動性膜ともいい、流動性膜２００ａの符号で示す。例えば図２（ｂ）に示すように、凹部１０１内に所定の厚さＨの流動性膜２００ａが形成される。厚さＨが凹部１０１の上面１０１ａから底面１０１ｂまでの深さの半分よりも厚いと、流動性膜を改質するときに、奥側（底面１０１ｂ側）の流動性膜の改質が不十分になったり、改質の状態が表面から奥に向かってグラデーション状に変化したりする場合がある。よって、流動性膜２００ａの厚さＨは、凹部１０１の上面１０１ａから底面１０１ｂまでの深さの半分以下であることが好ましい。

次に、図１のステップＳ３において、制御部は、凹部１０１の上面１０１ａ及び側面１０１ｃの上部に保護膜２０１を形成する。例えば図２（ｃ）に示すように、基板１００は、チャンバＡからチャンバＢに移送され、チャンバＢ内で凹部１０１の上面１０１ａ及び側面１０１ｃの上部に保護膜２０１が形成される。側面１０１ｃの上部は、少なくとも側面１０１ｃの中央よりも上であり、例えば凹部１０１にて上向きに開口した開口部１０１ｄの上部周辺の領域である。以下、凹部１０１の側面１０１ｃの上部を上部側面ともいう。これにより、凹部１０１の上面１０１ａ及び上部側面は保護膜２０１により覆われ、側面１０１ｃの少なくとも中央より下は保護膜２０１が形成されていない。チャンバＢは、第２のチャンバの一例であり、例えば後述する図１１のチャンバＢが構成例として挙げられる。

保護膜２０１は、凹部１０１内に埋め込む流動性膜と同じ膜種である。ただし、保護膜２０１は、流動性膜と異なる膜種であってもよい。例えば流動性膜は、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯＣＨ、ＳｉＯＣ、ＢＮ、ＴｉＯ、ＡｌＯのいずれかであってよい。同様に保護膜２０１は、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯＣＨ、ＳｉＯＣ、ＢＮ、ＴｉＯ、ＡｌＯのいずれかであってよい。流動性膜がＳｉＯ膜のとき、保護膜２０１は、同一膜種のＳｉＯ膜であってもよいし、異なる膜種のＳｉＮ膜等であってもよい。

次に、図１のステップＳ４において、制御部は、基板１００をプラズマにさらすことにより第１の流動性膜を改質する。第１の流動性膜の改質を、第１の改質ともいう。ステップＳ４を実行中、凹部１０１の上面１０１ａ及び上部側面は保護膜２０１により保護されている。

例えば図２（ｄ）に示すように、基板１００をチャンバＢ内にて生成したプラズマにさらすことでプラズマ中のラジカル、電子及びイオンにより化学的及び物理的な反応が促進され、流動性膜２００ａが改質される。これにより、流動性膜２００ａは、液体から固体に変化し、かつ、良質な膜特性を有する均一な膜に改質される。なお、図２（ｄ）の例では、チャンバＢに設けられた加熱部（ヒータ等）により基板１００が加熱される。この場合、流動性膜２００ａは、プラズマのエネルギー及び熱エネルギーにより改質される。図２（ｄ）に示すプラズマによる流動性膜の改質と熱による流動性膜の改質とは、同一のチャンバＢ内で同時に行うことができる。加えて、図２（ｃ）に示す保護膜の形成と、図２（ｄ）に示すプラズマ及び熱による流動性膜の改質とは、同一のチャンバＢで行うことができる。

次に、図１のステップＳ５において、制御部は、基板１００をチャンバＢからチャンバＡへ搬送し、チャンバＡ内にて凹部１０１内に次の流動性膜を形成する。凹部１０１内に次に形成される流動性膜を第２の流動性膜ともいい、流動性膜２００ｂの符号で示す。例えば図２（ｅ）に示すように、凹部１０１内の流動性膜２００ａの上に流動性膜２００ｂが形成される。流動性膜２００ｂは、流動性膜２００ａと同じ膜種であってよい。

次に、図１のステップＳ６において、制御部は、基板１００をチャンバＡからチャンバＢへ搬送し、チャンバＢ内にて基板１００をプラズマにさらすことで流動性膜２００ｂを改質する。流動性膜２００ｂの改質を第２の改質ともいう。

なお、図２（ｆ）の例では、基板１００をプラズマにさらし、かつ加熱部（ヒータ等）により基板１００が加熱される。ステップＳ６を実行中、凹部１０１の上面１０１ａ及び上部側面は保護膜２０１にて保護されている。

次に、図１のステップＳ７において、制御部は、流動性膜の成膜を設定回数繰り返したかを判定する。設定回数はステップＳ２の流動性膜２００ａ及びステップＳ５の流動性膜２００ｂの形成の２回を含めて予め設定された回数ｎ（ｎ≧２）繰り返される。ステップＳ７において、制御部は、設定回数ｎ繰り返されていないと判定すると、ステップＳ５に戻り、基板１００をチャンバＢからチャンバＡへ搬送し、第３の流動性膜を形成する。その後、ステップＳ６に進み、基板１００をチャンバＡからチャンバＢへ搬送し、第３の流動性膜に改質（第３の改質）を行う。ステップＳ５及びステップＳ６を繰り返した後、ステップＳ７において、制御部は、設定回数ｎ繰り返されたと判定すると、本処理を終了する。

以上に説明した凹部１０１に膜を埋め込む方法は、（ａ）凹部１０１を有する基板を準備し、（ｂ）凹部１０１の内部に凹部１０１の底面１０１ｂから所定の厚さの流動性膜２００ａを形成し、（ｃ）凹部１０１の上面１０１ａ及び上部側面（側面１０１ｃの上部）に保護膜２０１を形成し、（ｄ）流動性膜２００ａをプラズマにさらすことにより流動性膜２００ａに第１の改質を行い、（ｅ）第１の改質を行った後、凹部１０１の内部に流動性膜２００ｂを形成すること、を含む。

この埋込方法において、（ｃ）の保護膜２０１の形成は、（ｂ）の流動性膜２００ａの形成前に実行してもよいし、（ｂ）の流動性膜２００ａの形成後に実行してもよい。

また、この埋込方法において、（ｅ）の流動性膜２００ｂの形成後に（ｆ）流動性膜２００ｂをプラズマにさらすことにより流動性膜２００ｂに第２の改質を行ってもよい。

更に、この埋込方法において、（ｅ）の流動性膜２００ｂの形成と（ｆ）の流動性膜２００ｂの改質とを繰り返し、凹部１０１の底面１０１ｂから複数の流動性膜を積層し、改質してもよい。流動性膜２００ａ、２００ｂを含む複数の流動性膜を総称して流動性膜２００ともいう。

以上の埋込方法ＳＴによれば、図２（ｇ）に示すように、積層された複数の流動性膜２００（第１の流動性膜２００ａ、第２の流動性膜２００ｂ、第３の流動性膜・・・）のそれぞれが改質されて形成された絶縁膜３００を凹部１０１に埋め込むことができる。改質には、流動性膜の固化及び膜特性の変化が含まれる。絶縁膜３００の成膜後、平坦化（ＣＭＰ）処理により保護膜２０１は除去されてもよい。ただし、保護膜２０１は除去しなくてもよい。また、保護膜２０１の一部は凹部１０１の内部に残ってもよい。

図３は、保護膜が形成されていない場合の流動性膜２００の改質を説明するための図である。流動性膜２００の形成後、流動性膜２００の改質時にプラズマを使用する場合、図３に示すように、基板１００をプラズマにさらすことでプラズマ中のラジカル、電子及びイオンにより化学的及び物理的な反応が促進され、流動性膜２００が改質される。

特に比較的エネルギーの高いイオンを流動性膜２００に衝突させることで、流動性膜２００の表面だけでなく奥側まで均一に膜を改質できる。しかしながら、エネルギーの高いイオンは凹部１０１の上面１０１ａや上部側面にも作用する。一方、凹部１０１の上面１０１ａや上部側面に形成された流動性膜２００はないか、又は少ない。ここで、凹部１０１が形成された構造物がエネルギーに強い場合には問題はないが、凹部１０１を有する構造物がもろい場合がある。この場合、凹部１０１の上面１０１ａ及び上部側面にラジカル、電子及びイオンが衝突し、上面１０１ａや側面１０１ｃの上部にダメージを与えてしまう。

これに対して、リモートプラズマによりラジカルだけを基板１００に供給することも考えられる。これによればイオンによる凹部１０１を有する構造物への物理的ダメージを少なくできる。ただし、リモートプラズマではチャンバへの輸送時にある程度のラジカルが消失するため、凹部１０１に供給されるラジカル量が減ってしまう。

そこで、本開示の埋込方法ＳＴでは、流動性膜２００の改質時、凹部１０１の上面１０１ａ及び上部側面を保護膜２０１により保護する。これにより、改質中にプラズマのラジカル、電子及びイオンにより凹部１０１の上面１０１ａ及び上部側面がダメージを受けることを回避できる。よって、本開示の埋込方法ＳＴでは、凹部１０１に供給されるラジカル量、イオン量を減らすことなく、基板上に形成されたデバイス素子構造に与えるダメージを防止又は抑制しながら、凹部１０１へ絶縁膜３００を埋め込むことができる。

次に、図４及び図５を参照して、（１）流動性膜の成膜条件、（２）保護膜の成膜条件及び（３）流動性膜の改質条件について説明する。図４は、流動性膜を成膜及び改質してＳｉＯ膜を形成する際の反応例を示す図である。図５は、図４の流動性膜の改質を説明するための図である。図４及び図５では、ＳｉＯの絶縁膜を形成する例に挙げて説明する。

（１）流動性膜の成膜条件
（ガス種）
流動性膜２００を成膜するために、チャンバＡには、図４（ａ）に示すように、成膜ガスとしての酸素含有シリコン化合物ガスと非酸化性の水素含有ガスとが供給される。図４（ａ）の例では、成膜ガスは、アルキル基（Ｒ）を有するＳｉ－Ｏ骨格のテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ；Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４）と、シラン（ＳｉＨ_４）ガスである。ＴＥＯＳガス及びシランガスは酸素含有シリコン化合物ガスの一例である。水素含有ガスの一例として水素（Ｈ_２）ガスを供給してもよい。

酸素含有シリコン化合物ガスの他の例としては、テトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ；Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_４）、メチルトリメトキシシラン（ＭＴＭＯＳ；Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３ＣＨ_３）、ジメチルジメトキシシラン（ＤＭＤＭＯＳ；Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_２（ＣＨ_３）_２）、トリエトキシシラン（ＳｉＨ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３）、トリメトキシシラン（ＳｉＨ（Ｏ_ＣＨ_３）_３）、トリメトキシ・ジシロキサン（Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３ＯＳｉ（ＯＣＨ_３）_３）等を挙げることができる。これらの化合物は、単独で用いてもよいし、２以上を組み合わせて用いてもよい。

水素含有ガスの例としては、Ｈ_２ガス、ＮＨ_３ガスを挙げることができ、これら単独であっても、２以上の組み合わせであってもよい。酸素含有シリコン化合物、及び水素含有ガスの他、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｎ_２のような不活性ガスをチャンバ内に供給してもよい。水素含有ガスは、Ｈ_２ガス、ＮＨ_３ガス、ＳｉＨ_４ガスから選択された少なくとも１種、または、これらの少なくとも１種に、さらにＯ_２ガス、ＮＯ、Ｎ_２Ｏ、ＣＯ_２、およびＨ_２Ｏ等の酸素含有ガスの少なくとも１種を添加ガスとして加えてもよい。

プラズマを生成し、流動性膜２００の成膜をＣＶＤにより実施する。プラズマ生成手法は特に限定されず、容量結合プラズマ、誘導結合プラズマ、マイクロ波プラズマ等種々の手法を用いることができる。また、プラズマは、少なくとも水素含有ガスがプラズマ化されていればよい。すなわち、成膜ガスと水素含有ガスの両方をプラズマ化してもよいし、水素含有ガスのみをプラズマ化してもよい。

ここでは、ＴＥＯＳ、シラン（ＳｉＨ_４）ガス、Ｈ_２ガスを供給し、Ｈ_２ガスをプラズマ化させる。かかるプラズマによる反応によって、流動性のシラノールコンパウンドが流動性膜２００として基板上へ成膜される。ここでは、シラノールコンパウンドとは、Ｓｉ－ＯＨ基を有するシリコン含有モノマーおよびオリゴマー（多量体）をいう。

具体的には、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＴＥＯＳ、シランガスは、Ｈ_２ガスから生成されたプラズマ中のＨラジカル（Ｈ^＊）と反応し、アルキル基及び水素が脱離し、シラノールコンパウンドのモノマー（例えばオルトケイ酸やメチルトリオール）となる。また、プラズマとの反応により、成膜ガスとして導入したＴＥＯＳの一部が重合してポリシラノールオリゴマーとなるとともに、ポリシラノールオリゴマーからも同様に炭化水素基等が脱離し、シラノールコンパウンドのオリゴマーとなる。このようにして基板１００上に生成されたモノマー及び低蒸気圧オリゴマー状態のシラノールコンパウンドは流動性を有し、流動性膜２００として凹部１０１に埋め込まれる。

（温度及び圧力）
流動性膜２００の流動性を確保する観点から、流動性膜２００の成膜時、基板１００の温度（又は載置台の温度）は、２５０℃以下に制御することが好ましく、より好ましくは－１０℃～１００℃であり、さらに好ましくは－１０℃～５０℃である。また、流動性膜２００の成膜時、チャンバＡ内の圧力は、１０Ｐａ～２６００Ｐａが好ましい。

（２）保護膜の成膜条件
保護膜２０１は、凹部１０１の上面１０１ａ及び上部側面に選択的に成膜されること、すなわち、低カバレッジであることと、流動性膜２００の改質時にプラズマに暴露されるためプラズマ耐性があることが重要である。また、保護膜２０１の成膜条件は、流動性膜２００との関係、流動性膜２００の改質条件との関係で定まる。

例えば、流動性膜２００との関係では、保護膜２０１は、流動性膜２００と同一の膜種であってもよい。例えば流動性膜２００がＳｉ及びＯを含むシラノールコンパウンド（図４（ｂ）参照）の場合、ＳｉＯの保護膜を形成してもよい。この場合、流動性膜２００を形成するときに使用したガスと同一のガスを保護膜の形成に使用できる。

保護膜２０１は、流動性膜２００と異なる膜種を形成してもよい。例えば流動性膜２００の改質条件との関係において、改質ガスにＨ_２ガス等の水素含有ガスを使用する場合（図４（ｃ）参照）、ＳｉＯの流動性膜２００に対してＳｉＮの保護膜を形成してもよい。この場合、シランガスと、窒素含有ガス（例えばＮＨ_３（アンモニア）ガス及び／又はＮ_２（窒素）ガス等）とを保護膜の形成に使用できる。

凹部１０１への絶縁膜３００の埋め込みが完了し（図２（ｇ）参照）、その後に保護膜２０１をＣＭＰ処理により除去する場合、保護膜２０１は流動性膜２００と同一の膜種を形成してもよいし、異種の膜種を形成してもよい。一方、凹部１０１への絶縁膜３００の埋込が完了したときに、保護膜２０１がある程度除去されていれば、ＣＭＰ処理により保護膜２０１を除去するステップを省略できる。この場合には、凹部１０１への絶縁膜３００の埋込が完了するまでの間に保護膜２０１がある程度消耗していくような、流動性膜２００と異なる膜種、又は同一膜種であるが膜密度が異なる膜種であって流動性膜２００との選択比がとれる保護膜２０１を形成することが好ましい。

低カバレッジかつプラズマ耐性のある保護膜２０１を成膜するために、保護膜２０１は、流動性膜２００と同一膜種及び異種膜種にかかわらず、流動性膜２００よりも膜密度が高くなる条件、及び／又は凹部１０１の上面１０１ａ側にガスが吸着する条件で成膜することが好ましい。

保護膜２０１の膜密度を向上させる成膜条件の一つとしては、保護膜２０１の成膜時には、流動性膜２００の成膜時に供給する高周波やマイクロ波のパワーよりも高い高周波やマイクロ波のパワーに制御することが挙げられる。また、低カバレッジの保護膜２０１を成膜する条件の一つとしては。保護膜２０１の成膜時には、流動性膜２００の成膜時に正制御したチャンバＡ内の圧力よりも高圧にチャンバＢ内の圧力を制御することが挙げられる。

（ガス種）
流動性膜と同じ膜種の保護膜を形成する場合、ガス種は流動性膜の成膜条件で示したガス種と同じであってよい。例えばＳｉＯの流動性膜と同じ保護膜を形成する場合、流動性膜の成膜に使用するガスと同じ酸素含有シリコン化合物ガスを使用してよい。また、異なる酸素含有シリコン化合物ガスを使用してもよい。ＳｉＯの流動性膜と異なる膜種の保護膜を形成する場合、保護膜の膜種に応じて異なるガスを使用する。例えばＳｉＯの流動性膜に対してＳｉＮの保護膜を形成する場合、保護膜の成膜時にはシランガス及びアンモニア（ＮＨ_３）ガスを使用してもよい。

プラズマを生成し、保護膜の成膜をＣＶＤにより実施する。プラズマ生成手法は特に限定されず、容量結合プラズマ、誘導結合プラズマ、マイクロ波プラズマ等種々の手法を用いることができる。成膜ガスと水素含有ガスの両方をプラズマ化してもよいし、水素含有ガスのみをプラズマ化してもよい。水素含有ガスのみをプラズマ化する場合は、水素含有ガスをチャンバ外でプラズマ化し、リモートプラズマとしてチャンバ内に導入し、成膜ガスをそのままチャンバに供給すればよい。

（温度及び圧力）
保護膜２０１の成膜時に制御する基板の温度帯は、流動性膜２００の改質時に制御する基板の温度帯と同じである。このため、保護膜２０１の成膜及び流動性膜２００の改質は同一のチャンバＢで行うことができる。一方、流動性膜２００の成膜は、保護膜２０１の成膜及び流動性膜２００の改質で使用する温度帯よりも低温に基板の温度を制御する。従って、保護膜２０１の成膜及び流動性膜２００の改質を行うチャンバＢは、流動性膜２００の成膜を行うチャンバＡとは別チャンバとなる。流動性膜２００の成膜時、基板１００の温度は２５０℃以下に制御されるため、保護膜２０１の成膜時、チャンバＡの基板１００の温度は２５０℃よりも高いことが好ましい。なお、保護膜２０１の成膜時の基板１００の温度は、２５０℃よりも高ければ、流動性膜の改質時の基板１００の温度と同じであってもよいし、異なってもよい。ただし、保護膜２０１の成膜時の基板の温度と流動性膜の改質時の基板の温度とは同じ又は温度差が小さいことが好ましい。これにより、温度制御に要する時間を短縮でき、スループットを高めることができる。

保護膜２０１の成膜時、例えば、カバレッジが悪い条件を採用する。これにより、凹部１０１の上面１０１ａ及び上部側面を覆うように保護膜２０１を形成できる。

（３）流動性膜の改質条件
流動性膜２００の改質では、ラジカル、電子及びイオンを流動性膜２００に供給する。これにより、図４（ｃ）及び図５に示すように、シラノールコンパウンドに脱水縮合反応やアルキル基Ｒの切断が生じる。これにより、余分な物質であるＨ_２ＯやＲ－Ｈが気相となって揮発し（図５のDesorption）、Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ結合が形成され（図５のDensification）、絶縁膜としてＳｉとＯのネットワーク構造を有するＳｉＯ膜が形成される。

特に、本開示では、プラズマと熱により流動性膜２００を改質する。熱により流動性膜２００を改質する処理（熱（アニール）処理：図５のThermal Cure）は、基板１００を加熱することにより、凹部１０１に埋め込まれたシラノールコンパウンドをシリコン系の絶縁膜に変化させる。熱処理では、熱エネルギーにより流動性膜２００の分子を振動させて、その振動エネルギーで余分な物質を脱離させる。熱はイオン等による叩き込みがないため、凹部１０１を有する構造物への物理的なダメージが少ない。

これに対して、プラズマにより流動性膜２００を改質する処理（プラズマ処理：図５のPlasma Cure）は、プラズマ中の活性種（ラジカル、電子、イオン）のエネルギーを用いて流動性膜２００の改質反応を促す。ラジカルとイオンとは、流動性膜２００の改質において似たような作用を持つが、ラジカルは流動性膜２００の表面近くで作用するのに対して、イオンは流動性膜２００の奥まで引き込んで作用する。これにより、改質にプラズマを用いると流動性膜２００の表面から奥まで改質が促進され、良質な膜に改質できる。

特に、プラズマ及び熱のエネルギーの両方を使って流動性膜２００の改質を行うことで、プラズマのエネルギーにより流動性膜の表面及び奥側の改質を促進し、かつ、熱エネルギーにより分子を振動させることで反応が促進される。

かかるプラズマ及び熱を用いた流動性膜２００の改質によれば、凹部１０１に埋め込まれた絶縁膜３００の膜特性を向上させ、基板１００上に形成するデバイス素子の処理性能を高めることができる。また、流動性膜２００の改質に要する処理時間を短縮できる。また、保護膜２０１により凹部１０１の上面１０１ａ及び上部側面にイオン等が衝突して凹部１０１が形成されたデバイス素子構造にダメージを与えることなく流動性膜２００の改質を実現できる。

なお、流動性膜２００の改質は、基板１００に熱（アニール）処理を行った後にプラズマ処理を行ってもよいし、プラズマ処理を行った後に熱処理を行ってもよい。なお、流動性膜２００の改質は、プラズマのみを用いてもよいし、熱のみを用いてもよい。

（ガス種）
流動性膜２００の改質時、流動性膜２００の成膜時に使用したガスのうち、Ｓｉを含む原料ガスを除いたガスでプラズマを生成してもよい。例えば、ＴＥＯＳとシランガスとのシランダブルソースを成膜ガスとして、更に水素（Ｈ_２）ガスとアルゴン（Ａｒ）ガスとを流動性膜２００の成膜時に使用した場合、流動性膜２００の改質では、Ｈ_２ガスとＡｒガスを供給しプラズマを生成してもよい。

プラズマ処理及び熱処理の雰囲気は特に限定されないが、非酸化性雰囲気で行うことが好ましい。ここで、非酸化性雰囲気とは下地を酸化させないガス雰囲気をいい、下地を酸化させない範囲であれば酸素を含んでいてもよい。非酸化性雰囲気としては、例えば、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ_２等の不活性ガス雰囲気が好ましい。

（温度及び圧力）
流動性膜２００の改質は、すでに説明したように、流動性膜２００を成膜したチャンバＡとは別のチャンバＢにて行うことが好ましい。このとき、チャンバＢ内の基板１００の温度は、流動性膜２００の成膜時に使用した基板の温度２５０℃よりも高い温度に制御する。２５０℃より高い温度であれば、保護膜２０１の成膜時と同一温度であってもよいし、異なる温度であってもよい。

なお、流動性膜２００の改質では、プラズマ処理と熱処理に加えて、紫外線（ＵＶ）照射を組み合わせてもよい。本実施形態によれば、酸素含有シリコン化合物ガスと非酸化性の水素含有ガスとを、少なくとも水素含有ガスをプラズマ化した状態で反応させて、流動性のシラノールコンパウンドを基板上へ生成する。プラズマ及び熱により流動性膜２００を改質して均一で良質なＳｉＯ膜等の絶縁膜を形成することができる。流動性膜２００の改質にプラズマを使用する際、凹部１０１の上面１０１ａと開口部１０１ｄの上部周辺をプラズマから保護することができる。これにより、デバイス素子構造にダメージを与えることなく、良質な絶縁膜３００を形成できる。

また、本開示の埋込方法ＳＴでは、保護膜２０１の形成と流動性膜２００の改質との両方を同一のチャンバＢで処理できる。これにより、保護膜２０１と同一膜をチャンバＢの内壁等にプリコートできる。よって、チャンバＢの内壁等を保護膜により保護した状態で比較的大きなダメージを与える水素プラズマを使用して、凹部１０１の構造物及びチャンバＢの内部の両方を保護しながら、流動性膜２００の改質を促進できる。これにより、例えばアルミニウム等の金属で形成されたチャンバＢの内壁を水素プラズマ中のイオン等で叩くことによってチャンバＢ内が金属汚染されることを回避できる。

（絶縁膜の種類）
以上の埋込方法ＳＴにより流動性膜２００の成膜及び改質を行って形成される絶縁膜３００としては、ＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜、ＳｉＣ膜、ＳｉＯＣＨ膜、ＳｉＯＣ膜、ＢＮ膜、ＴｉＯ膜、ＡｌＯ膜を挙げることができる。

図６は、流動性膜２００を成膜及び改質してＳｉＮ膜を形成する際の反応例を示す図である。図７は、流動性膜２００を成膜及び改質してＢＮ膜を形成する際の反応例を示す図である。図８は、流動性膜２００を成膜及び改質してＳｉＣ膜を形成する際の反応例を示す図である。

図６のＳｉＮ膜を形成する際、流動性膜２００を成膜するために、チャンバＡには、図６（ａ）に示すように、成膜ガスとしてアルキル基（Ｒ）を有するＳｉ－Ｎ骨格の有機アミノシランと、シラン（ＳｉＨ４）ガスのダブルソースガスが供給され、更に水素含有ガス及びアルゴンガスが供給される。有機アミノシランの一例としては、ジエチルアミノトリメチルシラン、ジメチルアミノトリメチルシラン、エチルメチルアミノトリメチルシラン、ビスターシャリーブチルアミノシラン、トリスジメチルアミノシラン、２，２，４，４，６，６－ヘキサメチルシクロトリシラザン、１，３－ジイソピルアミノ－２，４－ジメチルシクロシラザン等が挙げられる。

図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、有機アミノシランは、水素含有ガスのプラズマ（Ｈ及びＮＨラジカル）と反応し、Ｓｉ－ＨとＮ－Ｒ（及びＮ－Ｃ）のボンドが切れてアルキル基及び水素が脱離したモノマー及びオリゴマーの流動性膜２００を形成する。

図６（ｃ）に示すように、ラジカル、電子及びイオンをチャンバＢに供給し、流動性膜２００をプラズマにさらして改質する。また、基板１００を加熱し、流動性膜２００を熱処理（アニール）する。これにより、ＮＨ_３やアルキル基Ｒの切断が生じ、ＮＨ_３やＲ－Ｈは気相となって揮発し、Ｓｉ－Ｎ－Ｓｉ結合が形成される。この結果、絶縁膜３００としてＳｉとＮのネットワーク構造を有するＳｉＮ膜が形成される。

図７のＢＮ膜を形成する際、流動性膜２００を成膜するために、チャンバＡには、図７（ａ）に示すように、成膜ガスとしてアルキル基（Ｒ）を有するＢ－Ｎ骨格の有機アミノボランガスと、ジボランガスのダブルソースガスが供給され、更に水素含有ガス及びアルゴンガスが供給される。有機アミノボランの一例としては、トリスジメチルアミノボラン、トリスエチルメチルアミノボラン、ボラジン等が挙げられる。

図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、有機アミノボランは、水素含有ガスのプラズマ（Ｈ及びＮＨラジカル）と反応し、Ｂ－ＨとＮ－Ｒ（及びＮ－Ｃ）のボンドが切れてアルキル基及び水素が脱離したモノマー及びオリゴマーの流動性膜２００となる。

図７（ｃ）に示すように、ラジカル、電子及びイオンをチャンバＢに供給し、流動性膜２００をプラズマにさらして改質する。また、基板１００を加熱し、流動性膜を熱処理（アニール）する。これにより、ＮＨ_３やアルキル基Ｒの切断が生じ、ＮＨ_３やＲ－Ｈは気相となって揮発し、Ｂ－Ｎ－Ｂ結合が形成され、絶縁膜３００としてＢとＮのネットワーク構造を有するＢＮ膜が形成される。

図８のＳｉＣ膜を形成する際、流動性膜２００を成膜するために、チャンバＡには、図８（ａ）に示すように、成膜ガスとしてダブルソースガスが供給され、更に水素含有ガス及びアルゴンガスが供給される。図８（ａ）の例では、成膜ガスは、Ｓｉ－Ｃ骨格の有機シリコン含有ガスと、シランガスのダブルソースガスである。有機シリコン含有ガスの一例としては、ビスジクロロシリルメチレン、ビストリメチルシリルアミン等が挙げられる。

図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、有機シリコン含有ガスは、水素含有ガスのプラズマ（Ｈラジカル）と反応し、Ｓｉ－ＨとＣ－Ｈのボンドが切れて水素が脱離したモノマー及びオリゴマーの流動性膜２００となる。

図８（ｃ）に示すように、ラジカル、電子及びイオンを流動性膜２００に供給し、流動性膜２００をプラズマにさらして改質する。また、基板１００を加熱し、流動性膜を熱処理（アニール）する。これにより、ＣＨ_４やＨ_２は気相となって揮発し、Ｃ－Ｓｉ－Ｃ結合が形成され、絶縁膜３００としてＳｉとＣのネットワーク構造を有するＳｉＣ膜が形成される。

ＴｉＯ膜を形成する場合、チタン化合物、テトラキスジメチルアミノチタン、ＴｉＣｐ（ＮＭｅ_２）_３、ＴｉＭｅ_５Ｃｐ（ＮＭｅ_２）_３、四塩化チタンのいずれかからなるチタン含有ガスと水素含有ガスとを、少なくとも水素含有ガスをプラズマ化した状態で反応させて、流動性の酸素を含むチタン化合物を基板上へ成膜することと、その後、基板を改質して酸素を含むチタン化合物を絶縁膜とする。

ＡｌＯ膜を形成する場合、アルミニウム化合物、ＡＩＣｌ_３ＮＨ_３、（ＮＨ_４）_３ＡＩＦ_６、Ａｌ（ｉ－Ｂｕ）_３のいずれかからなるアルミニウム含有ガスと、水素含有ガスとを、少なくとも水素含有ガスをプラズマ化した状態で反応させて、流動性の酸素を含むアルミニウム化合物を基板上へ成膜することと、その後基板を改質して酸素を含むアルミニウム化合物を絶縁膜とする。

［処理システム］
次に、埋込方法ＳＴを実行する処理システムの構成例について、図９を参照しながら説明する。図９は、一実施形態に係る処理システム４００の構成例を示す図である。処理システム４００は、２つの処理装置４０１、４０２を含み、処理装置４０１、４０２において本開示の埋込方法ＳＴが実行される。ただし、図９の処理システム４００の構成は本開示の埋込方法ＳＴを実行するシステム構成の一例であり、他の構成を取り得る。

処理システム４００は、チャンバＡを有する処理装置４０１と、チャンバＢを有する処理装置４０２、真空搬送室４１１、ロードロック室４３１～４３３、大気搬送室４４０、ロードポート４５１～４５４及び制御部１１０を有する。

処理装置４０１、４０２は、それぞれゲートバルブＧ１１、Ｇ１２を介して真空搬送室４１１と接続されている。処理装置４０１、４０２内は所定の真空雰囲気に減圧され、その内部にて基板１００に所望の処理を施す。処理装置４０１は、図１のステップＳ１、ステップＳ２及びステップＳ５に示す流動性膜２００の成膜を実行し、基板１００の凹部１０１に流動性膜２００を形成するように構成される（図２（ａ）、（ｂ）及び（ｅ）参照）。

処理装置４０２は、図１のステップＳ３を実行し、凹部１０１に形成された流動性膜２００を改質する前に凹部１０１の上面及び上部側面を部分的に成膜し、保護膜２０１を形成するように構成される（図２（ｃ）参照）。また、処理装置４０２は、ステップＳ４及びステップＳ６を実行し、凹部１０１の上面及び上部側面を保護膜２０１により保護した状態で、流動性膜２００の改質を実行するように構成される（図２（ｄ）及び（ｆ）参照）。処理装置４０１、４０２にてステップＳ５とステップＳ６とを設定回数繰り返すことで、流動性膜２００の成膜及び改質が繰り返されることで、流動性膜２００の成膜、固化及び改質が行われ、均一な膜特性の絶縁膜３００が凹部１０１内に埋め込まれる（図２（ｇ）参照）。なお、処理装置４０１、４０２の構成例については、図１０、図１１を用いて後述する。

真空搬送室４１１内は、所定の真空雰囲気に減圧されている。真空搬送室４１１には、減圧状態で基板１００を搬送可能な搬送機構４１２が設けられている。搬送機構４１２は、処理装置４０１、４０２、ロードロック室４３１～４３３に対して、基板１００を搬送する。搬送機構４１２は、例えば２つの搬送アームを有する。ただし、搬送アームは１つでもよい。

ロードロック室４３１～４３３は、それぞれゲートバルブＧ２１～Ｇ２３を介して真空搬送室４１１と接続され、ゲートバルブＧ３１～Ｇ３３を介して大気搬送室４４０と接続されている。ロードロック室４３１～４３３内は、大気雰囲気と真空雰囲気とを切り替えることができるようになっている。

大気搬送室４４０内は、大気雰囲気となっており、例えば清浄空気のダウンフローが形成されている。大気搬送室４４０内には、基板１００のアライメントを行う図示しないアライナが設けられてもよい。また、大気搬送室４４０には、搬送機構４４２が設けられている。搬送機構４４２は、例えば１つの搬送アームを有する。ただし、搬送アームは２つ又はそれ以上でもよい。搬送機構４４２は、ロードロック室４３１～４３３、ロードポート４５１～４５４のキャリアＣ、アライナに対して、基板１００を搬送する。

ロードポート４５１～４５４は、大気搬送室４４０の長辺の壁面に設けられている。ロードポート４５１～４５４には、基板１００が収容されたキャリアＣ又は空のキャリアＣが取り付けられる。キャリアＣとしては、例えばＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）を利用できる。

制御部１１０は、処理システムの各部を制御する。例えば、制御部１１０は、処理装置４０１、４０２の動作、搬送機構４１２，４４２の動作、ゲートバルブＧ１１、Ｇ１２，Ｇ２１～Ｇ２３，Ｇ３１～Ｇ３３の開閉、ロードロック室４３１～４３３内の雰囲気の切り替え等を実行する。

［処理装置］
次に、流動性膜２００の成膜を実行する処理装置４０１の構成例について図１０を参照しながら説明する。図１０は、一実施形態に係る処理装置４０１の構成例を示す図である。処理装置４０１はチャンバＡを有する。

処理装置４０１は、制御部１２０の制御により図１のＳ２及びステップＳ５の処理を実行し、減圧状態のチャンバＡ内で基板１００の凹部１０１に流動性膜２００を形成する装置である。

ただし、図１０の処理装置４０１の構成は一例であり、処理装置４０１は、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Micro Surface Wave Plasma、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のいずれのタイプのプラズマ処理装置でも適用可能である。

図１０のチャンバＡは接地されている。チャンバＡ内には、基板１００を水平に載置するための載置台３が設けられている。載置台３は金属製であり、内部に基板１００の温調を行う温調器４が設けられている。載置台３はチャンバＡを介して接地されている。温調器４は、載置台３に埋設された例えばヒータであり、加熱部の一例である。

チャンバＡの底面には排気管５が接続され、この排気管５にはチャンバＡ内の圧力制御機能を有する排気機構６が接続されている。チャンバＡの側壁には、基板１００が搬送される搬送口７が形成されており、搬送口７はゲートバルブ８により開閉される。

チャンバＡの上部には載置台３に対向するようにガスシャワーヘッド９が設けられている。ガスシャワーヘッド９は、内部にガス室９ａを有し、底面に複数のガス吐出孔９ｂを有する。ガスシャワーヘッド９とチャンバＡの天壁との間は、絶縁部材３５で絶縁されている。

ガスシャワーヘッド９には、ガス流路３４を介してガス供給部３１が接続されている。ガス供給部３１は、例えば成膜ガスである酸素含有シリコン化合物ガス、および非酸化性の水素含有ガスを供給する。上述した添加ガスを加えてもよい。また、キャリアガス、希釈ガス、プラズマ生成ガス等として不活性ガスを供給してもよい。これらのガスは、ガス供給部３１からガス流路３４を介してガスシャワーヘッド９のガス室９ａに至り、ガス吐出孔９ｂを介してチャンバＡ内に吐出される。ガスシャワーヘッド９には、整合器３２を介してＲＦ（高周波）電源３３が接続されている。ＲＦ電源３３は、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力をガスシャワーヘッド９に印加する。ガスシャワーヘッド９に高周波電力が印加されることにより、ガスシャワーヘッド９と載置台３との間に高周波電界が形成され、ガスシャワーヘッド９から吐出されたガスによる容量結合プラズマが生成される。

このような処理装置４０１においては、基板１００を載置台３上に載置し、温調器４により基板１００の温度を２５０℃以下、例えば－１０～１００℃に制御し、圧力を１３０～２６００Ｐａに制御する。ガス供給部３１から酸素含有シリコン化合物ガスと非酸化性の水素含有ガスとをガスシャワーヘッド９を介してチャンバＡ内に供給するとともに、ＲＦ電源３３から高周波電力をガスシャワーヘッドに供給する。これにより、酸素含有シリコン化合物ガスおよび水素含有ガスのプラズマが生成される。そして、これらの反応により流動性のシラノールコンパウンド（流動性膜２００）が基板１００上へ成膜され、基板１００に形成された凹部１０１にシラノールコンパウンドが埋め込まれる。

＜流動性膜の成膜条件例＞
流動性膜２００の成膜条件例について説明する。図１０に示す処理装置４０１を用い、酸素含有シリコン化合物としてＴＥＯＳ及びシランガスを用い、水素含有ガスとしてＨ_２を用いる。また、不活性ガスとしてＡｒガスを用いて、流動性ＣＶＤによりアスペクト比６．５のトレンチ構造を有する基板にシラノールコンパウンドの成膜を行う。このときの成膜条件として以下を例示する。
載置台（基板）温度：３０℃
圧力：４Ｔｏｒｒ（５３３Ｐａ）
ＲＦ電源：周波数：１３．５６ＭＨｚ、パワー：３００Ｗ

［処理装置］
次に、保護膜２０１の成膜及び流動性膜２００の改質を実行する処理装置４０２の構成例について図１１を参照しながら説明する。図１１は、一実施形態に係る処理装置４０２の構成例を示す図である。処理装置４０２はチャンバＢを有する。

処理装置４０２は、制御部１３０の制御により図１のステップＳ３の処理を実行し、減圧状態のチャンバＢ内で基板１００の凹部１０１の上面１０１ａ及び上部側面に保護膜２０１を形成する装置である。また、処理装置４０２は、制御部１３０の制御により図１のステップＳ４及びステップＳ６の処理を実行し、減圧状態のチャンバＢ内で凹部１０１内の流動性膜２００を改質する装置である。

図１１の処理装置４０２の構成は一例であり、処理装置４０２は、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Micro Surface Wave Plasma、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のいずれのタイプのプラズマ処理装置でも適用可能である。

図１１の処理装置４０２は、マイクロ波により表面波プラズマを形成してウェハに対して上記の保護膜形成及び改質のプラズマ処理を行うマイクロ波プラズマ処理装置である。

処理装置４０２は、気密に構成されたアルミニウム等の金属材料からなる略円筒状の接地されたチャンバＢと、該チャンバＢ内にマイクロ波を導入して表面波プラズマを形成するためのマイクロ波プラズマ源２とを備える。チャンバＢの天壁１０ａは、金属製の本体部に、複数のマイクロ波放射機構４２の誘電体部材（以下、誘電体窓５６という。）が嵌め込まれて構成されている。これにより、マイクロ波プラズマ源２は天壁１０ａの複数の誘電体窓５６を介してチャンバＢ内にマイクロ波を導入するようになっている。

処理装置４０２は制御部１３０を有する。制御部１３０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、処理装置４０２における半導体ウェハを一例とする基板Ｗの処理を制御するプログラムが格納されている。なお、上記プログラムは、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）、メモリーカード等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１３０にインストールされたものであってもよい。

チャンバＢ内には、基板Ｗを水平に支持するサセプタ（載置台）１１が、チャンバＢの底部中央に絶縁部材１２ａを介して立設された筒状の支持部材１２により支持された状態で設けられている。サセプタ１１及び支持部材１２を構成する材料は、例えば、表面をアルマイト処理（陽極酸化処理）したアルミニウム等の金属や内部に高周波用の電極を有した絶縁性材料（セラミックス等）である。

また、図示はしていないが、サセプタ１１には、温度制御機構、基板Ｗの裏面に熱伝達用のガスを供給するガス流路、基板Ｗを搬送するために昇降する昇降ピン等が設けられている。さらに、基板Ｗを静電吸着するための静電チャックが設けられていてもよい。

さらにまた、サセプタ１１には、整合器１３を介して高周波バイアス電源１４が電気的に接続されている。この高周波バイアス電源１４からサセプタ１１に高周波電力が供給されることにより、基板Ｗ側にプラズマ中のイオンが引き込まれる。なお、高周波バイアス電源１４はプラズマ処理の特性によっては設けなくてもよい。この場合は、サセプタ１１としてＡｌＮのようなセラミックス等からなる絶縁性部材を用いたとしても電極は不要である。

チャンバＢの底部側方には排気管１５が接続されており、この排気管１５には真空ポンプを含む排気装置１６が接続されている。この排気装置１６を作動させることにより、チャンバＢ内を排気することができ、チャンバＢ内を減圧して所定の圧力に設定することができる。また、チャンバＢの側壁１０ｂには、基板Ｗの搬出入を行うための搬入出口１７と、この搬入出口１７を開閉するゲートバルブ１８とが設けられている。

また、処理装置４０２は、チャンバＢの天壁１０ａからチャンバＢ内に所定のガスを吐出するための第１のガスシャワー部２１と、チャンバＢ内の天壁１０ａとサセプタ１１の間の位置からガスを導入する第２のガスシャワー部２２と、を有する。さらに、処理装置４０２は、チャンバＢ内の天壁１０ａとサセプタ１１の間の位置であって第２のガスシャワー部２２より外側の位置からガスを導入する第３のガスシャワー部２３を備える。

第１のガスシャワー部２１は、第１のガス供給部８１から配管８３を介してＡｒガス等の励起用ガス（プラズマ生成用ガス）や、処理ガスのうち高エネルギーで解離させたいガスからなる第１のガスが供給され、これらをチャンバＢ内に吐出する。また、第２のガスシャワー部２２及び第３のガスシャワー部２３は、第２のガス供給部８２から、それぞれ配管８４及び配管８５を介して、処理ガスのうち、過剰解離を防ぎたいガスである第２のガスが供給され、それらをチャンバＢ内へ吐出する。

酸素含有シリコン化合物としてＴＥＯＳとシランガスを用い、水素含有ガスとしてＨ_２ガスを用い、不活性ガスとしてＡｒガスを用いて保護膜２０１を形成する場合を例に挙げる。保護膜２０１の成膜時、第２のガスシャワー部２２及び／又は第３のガスシャワー部２３からは、保護膜２０１を成膜するための処理ガスとして、例えば流動性膜２００の成膜に使用したガス、つまり、ＴＥＯＳとシランガスを供給する。また、第１のガスシャワー部２１からは、Ｈ_２ガス及びＡｒガスを供給する。

流動性膜２００の改質時、第２のガスシャワー部２２及び／又は第３のガスシャワー部２３が供給するガスのうちＴＥＯＳとシランガスの供給を停止する。第１のガスシャワー部２１からは、引き続きＨ_２ガス及びＡｒガスを供給する。

マイクロ波プラズマ源２は、複数経路に分配してマイクロ波を出力するマイクロ波出力部３０と、マイクロ波出力部３０から出力されたマイクロ波を伝送するマイクロ波伝送部４０とを有する。

マイクロ波出力部３０は、マイクロ波電源と、マイクロ波発振器と、アンプと、分配器とを有する。マイクロ波電源は、マイクロ波発振器に対して電力を供給する。マイクロ波発振器は、所定周波数（例えば８６０ＭＨｚ）のマイクロ波を例えばＰＬＬ発振させる。アンプは、発振されたマイクロ波を増幅する。分配器では、マイクロ波の損失ができるだけ起こらないように、入力側と出力側のインピーダンス整合を取りながらアンプで増幅されたマイクロ波を分配する。なお、マイクロ波の周波数としては、８６０ＭＨｚの他に、９１５ＭＨｚ等、７００ＭＨｚから３ＧＨｚの範囲の種々の周波数を用いることができる。

マイクロ波伝送部４０は、複数のアンプ部４１と、アンプ部４１に対応して設けられた複数のマイクロ波放射機構４２とを有する。マイクロ波放射機構４２は、例えば、天壁１０ａの中央に１個、該中央のものを中心とした円周上に等間隔で６個、合計７個、配置されている。なお、本例では、中心のマイクロ波放射機構４２と外周のマイクロ波放射機構４２との間の距離と、外周のマイクロ波放射機構４２間の距離とは等しくなるよう、これらは配置されている。

アンプ部４１は、分配器にて分配されたマイクロ波を各マイクロ波放射機構４２に導く。マイクロ波放射機構４２は、同軸管５１を有する。同軸管５１は、筒状の外側導体５１ａ及びその中心に設けられた棒状の内側導体５１ｂからなる同軸状のマイクロ波伝送路を有する。マイクロ波放射機構４２は、アンプ部４１で増幅されたマイクロ波を、同軸管５１に給電する給電アンテナ（図示せず）、を有する。さらに、マイクロ波放射機構４２は、負荷のインピーダンスをマイクロ波電源の特性インピーダンスに整合させるチューナと、同軸管からのマイクロ波をチャンバＢ内に放射するアンテナ部とを有する。

アンテナ部は、同軸管５１の下端部に設けられており、チャンバＢの天壁１０ａの金属部分に嵌め込まれている。アンテナ部は、誘電体窓５６を有し、誘電体窓５６を透過したマイクロ波により、チャンバＢ内の誘電体窓５６の直下部分に表面波プラズマが生成される。

＜保護膜の成膜条件例＞
保護膜２０１の成膜条件例について説明する。図１１に示す構造の処理装置４０２を使用して、例えば流動性膜２００の成膜に使用した成膜ガスを用いて保護膜２０１を形成する。この場合、酸素含有シリコン化合物としてＴＥＯＳとシランガスを用い、水素含有ガスとしてＨ_２ガスを用い、不活性ガスとしてＡｒガスを用いる。このときの成膜条件として以下を例示する。
載置台（基板）温度：２５０℃～４５０℃（２５０℃よりも高い温度）
圧力：１０Ｐａ～１００Ｐａ
マイクロ波出力部：周波数：８６０ＭＨｚ、パワー：１０００Ｗ～３０００Ｗ

保護膜の成膜条件例に基づき、チャンバＢ内にてプラズマが生成される。また、載置台１１が載置台１１内部の図示しないヒータにより加熱される。これにより、保護膜２０１が成膜される。その後、次の流動性膜２００の改質が行われる。

＜流動性膜の改質条件例＞
流動性膜２００の改質条件例について説明する。図１１に示す構造の処理装置４０２を用い、例えば保護膜２０１の成膜に使用したガスのうち、ダブルソースガスの供給のみを停止して流動性膜２００の改質を行ってもよい。つまり、ＴＥＯＳ及びシランガスの供給を停止し、Ｈ_２ガス及びＡｒガスを供給する。このときの改質条件として以下を例示する。
載置台（基板）温度：２５０℃～４５０℃（２５０℃よりも高い温度）
圧力：１０Ｐａ～１００Ｐａ
マイクロ波出力部：周波数：８６０ＭＨｚ、パワー：１０００Ｗ～３０００Ｗ

［制御部］
図９の制御部１１０、図１０の制御部１２０、図１１の制御部１３０は、本開示において述べられる種々のステップ（工程）を処理システム４００、処理装置４０１、処理装置４０２に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部１１０は、図１の各ステップ及びここで述べられる種々のステップを実行するように処理システム４００の各要素を制御するように構成され得る。制御部１２０は、図１の特定のステップ及びここで述べられる種々のステップを実行するように処理装置４０１の各要素を制御するように構成され得る。制御部１３０は、図１の特定のステップ及びここで述べられる種々のステップを実行するように処理装置４０２の各要素を制御するように構成され得る。

一実施形態において、制御部１１０の一部又は全てが処理システム４００に含まれてもよい。制御部１２０の一部又は全てが処理装置４０１に含まれてもよい。制御部１３０の一部又は全てが処理装置４０２に含まれてもよい。

制御部１１０、１２０、１３０は一体として構成され、処理システム４００、処理装置４０１、処理装置４０２に実行させるコンピュータ実行可能な命令を統括的に処理するプロセッサであってもよい。

制御部１１０、１２０、１３０のそれぞれは、図示しない処理部、記憶部及び通信インターフェースを含んでもよい。制御部１１０、１２０、１３０は、例えばコンピュータにより実現される。処理部は、記憶部からプログラムを読み出し、読み出されたプログラムを実行することにより種々の制御動作を行うように構成され得る。このプログラムは、予め記憶部に格納されていてもよく、必要なときに、媒体を介して取得されてもよい。取得されたプログラムは、記憶部に格納され、処理部によって記憶部から読み出されて実行される。媒体は、コンピュータ２ａに読み取り可能な種々の記憶媒体であってもよく、通信インターフェースに接続されている通信回線であってもよい。処理部は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）又はプロセッサであってもよい。記憶部は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェースは、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介して処理装置４０１、４０２間で通信してもよい。

以上に説明したように、本実施形態の埋込方法によれば、凹部１０１に埋め込んだ流動性膜２００の改質前に凹部１０１の上面１０１ａ及び上部側面に保護膜２０１を形成する。これにより、流動性膜２００の改質時に凹部１０１の構造をプラズマから保護することができる。

今回開示された実施形態に係る埋込方法及び処理システムは、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

１００ 基板
１０１ 凹部
１０１ａ （凹部の）上面
１０１ｂ （凹部の）底面
１０１ｃ （凹部の）側面
１０１ｄ （凹部の）開口部
２００ 流動性膜
２０１ 保護膜
３００ 絶縁膜
４００ 処理システム
４０１ 処理装置（チャンバＡ）
４０２ 処理装置（チャンバＢ）

Claims (16)

1. 凹部に膜を埋め込む方法であって、
   （ａ）前記凹部を有する基板を準備し、
   （ｂ）前記凹部の内部に前記凹部の底面から所定の厚さの第１の流動性膜を形成し、
   （ｃ）前記凹部の上面及び上部側面に保護膜を形成し、
   （ｄ）前記第１の流動性膜をプラズマにさらすことにより前記第１の流動性膜に第１の改質を行い、
   （ｅ）前記第１の改質を行った後、前記凹部の内部に第２の流動性膜を形成すること、を含む埋込方法。
2. 前記（ｃ）は、前記（ｂ）の後又は前記（ｂ）の前に実行する、
   請求項１に記載の埋込方法。
3. 前記（ｃ）にて形成される保護膜は、前記第１の流動性膜及び前記第２の流動性膜と同じ膜種であって、前記第１の流動性膜及び前記第２の流動性膜よりも膜密度が高い、
   請求項１又は請求項２に記載の埋込方法。
4. （ｆ）前記第２の流動性膜をプラズマにさらすことにより前記第２の流動性膜に第２の改質を行う、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の埋込方法。
5. 前記（ｄ）と前記（ｆ）とは、前記プラズマにさらすことと前記基板を加熱することにより前記第１の流動性膜及び前記第２の流動性膜を改質する、
   請求項４に記載の埋込方法。
6. 前記（ｅ）と前記（ｆ）とを繰り返し、前記凹部の底面ら上面まで複数の流動性膜を積層し、前記複数の流動性膜を改質する、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の埋込方法。
7. 前記（ｂ）と前記（ｅ）とは、第１のチャンバにて実行し、
   前記（ｄ）と前記（ｆ）とは、前記第１のチャンバと異なる第２のチャンバにて実行する、
   請求項４乃至６のいずれか１項に記載の埋込方法。
8. 前記（ｃ）と前記（ｄ）とは、前記第２のチャンバにて実行する、
   請求項７に記載の埋込方法。
9. 前記（ｃ）は、前記第２のチャンバの圧力を、前記第１のチャンバの圧力よりも高く制御して前記保護膜を形成する、
   請求項８に記載の埋込方法。
10. 前記（ｃ）は、前記第２のチャンバの載置台の温度を、前記第１のチャンバの載置台の温度よりも高く制御して前記保護膜を形成する、
    請求項８又は請求項９に記載の埋込方法。
11. 前記（ｂ）と前記（ｅ）とは、前記第１のチャンバの載置台の温度を２５０℃以下に制御し、
    前記（ｃ）と前記（ｄ）と前記（ｆ）とは、前記第２のチャンバの載置台の温度を２５０℃よりも高い温度に制御する、
    請求項１０に記載の埋込方法。
12. 前記第１の流動性膜と前記第２の流動性膜は同じ膜種である、
    請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の埋込方法。
13. 前記保護膜の膜種は、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯＣＨ、ＳｉＯＣ、ＢＮ、ＴｉＯ、ＡｌＯのいずれかである、
    請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の埋込方法。
14. 前記第１の流動性膜及び前記第２の流動性膜の膜種は、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯＣＨ、ＳｉＯＣ、ＢＮ、ＴｉＯ、ＡｌＯのいずれかである、
    請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の埋込方法。
15. 前記（ｂ）は、前記凹部の上面から底面までの深さの半分以下の厚さの前記第１の流動性膜を形成する、
    請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の埋込方法。
16. 第１のチャンバと第２のチャンバと制御部とを有し、凹部に膜を埋め込む方法を実行する処理システムであって、
    前記制御部は、
    （ａ）前記第１のチャンバに前記凹部を有する基板を準備し、
    （ｂ）前記第１のチャンバにおいて前記凹部の内部に前記凹部の底面から所定の厚さの第１の流動性膜を形成し、
    （ｃ）前記第２のチャンバにおいて前記凹部の上面及び上部側面に保護膜を形成し、
    （ｄ）前記第２のチャンバにおいて前記第１の流動性膜をプラズマにさらすことにより前記第１の流動性膜に第１の改質を行い、
    （ｅ）前記第１の改質を行った後、前記第１のチャンバにおいて前記凹部の内部に第２の流動性膜を形成することを制御する、
    処理システム。

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