JP5067316B2

JP5067316B2 - 成膜装置およびそれを用いた成膜方法

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Publication number: JP5067316B2
Application number: JP2008216894A
Authority: JP
Inventors: 英雄山田; 弘幸和戸; 竹内　　幸裕
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-08-26
Filing date: 2008-08-26
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2028-08-26
Also published as: JP2010056145A

Description

本発明は、超臨界流体に成膜原料を溶解させた処理媒体を用いて、基板に成膜を行う成膜装置およびそれを用いた成膜方法に関する。

従来より、半導体装置を製造する際に、半導体基板に形成されたトレンチに埋め込み材を埋め込む方法としてＣＶＤ法が知られている。しかし、ＣＶＤ法では成膜反応にガスを用いるためにガス中での成膜原料の密度が小さく、トレンチ入口で原料の大部分が分解されて成膜されてしまう。このため、トレンチ内部に原料がほとんど供給されずにトレンチの開口部が埋め込み材によって閉じられてしまい、トレンチ内にボイドが残される。このように、従来のＣＶＤ法では、トレンチ内部にボイドが生じることなくトレンチを埋め込むことは困難であった。

そこで、超臨界流体を成膜原料の溶媒として用いる成膜方法が注目されている。超臨界流体は液体と気体との中間の性質を示し、液体より拡散性が高く、粘性が小さいためトレンチのような狭所に侵入することができる媒体である。また、超臨界流体は、気体よりも密度が高く溶解性があるため、溶媒として利用することができる。このため、このような超臨界流体の性質を利用することにより、トレンチ内部にボイドが生じることなく埋め込み材を埋め込むことが可能である。

しかし、成膜原料の溶媒として超臨界流体を用いたとしても、トレンチが高アスペクト比になるに従って、成膜原料がトレンチ入口付近での成膜に使われてしまう。これにより、成膜原料をトレンチ底部に供給できなくなり、埋め込み時に上記のようにトレンチ内にボイドが発生してしまう。

そこで、特許文献１では、基板の温度を成膜が生じる温度の下限である成膜下限温度未満である第１の温度とし、基板上に成膜原料を溶解させた超臨界流体を導入した後、基板の温度を第１の温度から成膜下限温度以上の第２の温度に上昇させて基板に成膜を行う成膜方法が提案されている。
特開２００６−１２０７１３号公報

しかしながら、上記従来の技術では、基板全体を同一の第２の温度に固定して成膜を行うため、トレンチ全体に同一厚さの膜が形成される。このため、例えば、トレンチが逆テーパになっている場合、基板に同一厚さの膜が形成されることで先にトレンチの開口部が塞がってしまい、トレンチの内部にボイドが残されてしまう。

このように、成膜原料を溶解させた超臨界流体を用いた成膜方法を採用しても、内部の空間に対して入口が小さいパターンに埋め込みを行うことができない。すなわち、基板に設けられたトレンチの一部が逆テーパになっていれば、その部分にボイドが取り残されることになり、基板全体に良好な成膜を行うことはできない。

本発明は、上記点に鑑み、超臨界流体に原料を溶解させた処理媒体を用いてトレンチ内部を埋め込むに際し、トレンチ内部にボイドが残されないように成膜を行うことができる成膜装置およびそれを用いた成膜方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、処理媒体を供給する処理媒体供給手段（１０）と、処理媒体供給手段（１０）から供給された処理媒体を第１の温度と第１の温度より高い第２の温度とに加熱し、第１の温度の処理媒体と第２の温度の処理媒体とをチャンバ（２０）に交互に供給し、第１の温度の処理媒体をチャンバ（２０）に供給する間に基板（３０）の裏面（３２）側よりも表面（３１）側の温度下降速度を大きくし、第２の温度の処理媒体をチャンバ（２０）に供給する間に基板（３０）の裏面（３２）側よりも表面（３１）側の温度上昇速度を大きくすることにより基板（３０）の表面（３１）側と裏面（３２）側との間の温度勾配を制御する加熱手段（５０）とを備えていることを特徴とする。

このように、加熱手段（５０）によってチャンバ（２０）に供給する処理媒体の温度を制御することにより、基板（３０）の表面（３１）側の温度を変化させることができる。これにより、基板（３０）の表面（３１）側の温度と基板（３０）の裏面（３２）側の温度との温度差を大きくすることができる。したがって、超臨界流体を用いた成膜において基板（３０）の温度が高いほど成膜速度が速くなることを利用して、溝（３３）の底部における成膜の速度を溝（３３）の開口部側よりも速くすることができる。このため、溝（３３）の底部から基板（３０）の表面（３１）側に順に成膜することができ、溝（３３）の開口部が成膜によって閉じられないようにすることができる。もちろん、溝（３３）が逆テーパの構造をなしていても、溝（３３）の底部側から成膜することができる。以上により、溝（３３）内にボイドが発生しないようにすることができる。

請求項２に記載の発明では、処理媒体を供給する処理媒体供給手段（１０）と、処理媒体よりも低温であると共に成膜に寄与しない不活性流体を供給する不活性流体供給手段（６０）と、不活性流体供給手段（６０）から供給された不活性流体と処理媒体供給手段（１０）から供給された処理媒体とをチャンバ（２０）に交互に供給することにより、不活性流体を供給する間に基板（３０）の裏面（３２）側よりも表面（３１）側の温度下降速度を大きくし、処理媒体を供給する間に基板（３０）の裏面（３２）側よりも表面（３１）側の温度上昇速度を大きくすることにより基板（３０）の表面（３１）側と裏面（３２）側との間の温度勾配を制御する切替手段（７０）とを備えていることを特徴とする。

このように、不活性流体供給手段（６０）から供給された不活性流体を切替手段（７０）によってチャンバ（２０）に供給することにより、基板（３０）の表面（３１）側の温度を変化させることができる。これにより、基板（３０）の表面（３１）側の温度と基板（３０）の裏面（３２）側の温度との温度差を大きくすることができる。したがって、超臨界流体を用いた成膜において基板（３０）の温度が高いほど成膜速度が速くなることを利用して、溝（３３）の底部における成膜の速度を溝（３３）の開口部側よりも速くすることができる。このため、溝（３３）の底部から基板（３０）の表面（３１）側に順に成膜することができ、溝（３３）の開口部が成膜によって閉じられないようにすることができる。もちろん、溝（３３）が逆テーパの構造をなしていても、溝（３３）の底部側から成膜することができる。以上により、溝（３３）内にボイドが発生しないようにすることができる。

請求項３に記載の発明では、超臨界流体は、二酸化炭素であることを特徴とする。この二酸化炭素は、超臨界流体として用いられるものの中で常温・常圧に近いところに臨界点を持つ。したがって、二酸化炭素を超臨界流体として用いることにより、処理媒体供給手段（１０）を大がかりな構成とすることなく処理媒体を生成・供給することができる。

請求項４に記載の発明では、処理媒体供給手段（１０）から処理媒体を加熱手段（５０）に供給し、加熱手段（５０）にて処理媒体を第１の温度と第１の温度より高い第２の温度とに加熱し、第１の温度の処理媒体と第２の温度の処理媒体とをチャンバ（２０）に交互に供給する工程を含んでおり、第１の温度に加熱された処理媒体を低温媒体とし、第２の温度に加熱された処理媒体を高温媒体としたとき、交互に供給する工程では、加熱手段（５０）からチャンバ（２０）に低温媒体を供給することにより、基板（３０）の裏面（３２）側よりも表面（３１）側の温度下降速度を大きくする第１の工程と、加熱手段（５０）からチャンバ（２０）に高温媒体を供給することにより、基板（３０）の裏面（３２）側よりも表面（３１）側の温度上昇速度を大きくする第２の工程とを繰り返し、基板（３０）の表面（３１）側と裏面（３２）側との間の温度勾配を制御することにより基板（３０）の表面（３１）側に成膜を行うことを特徴とする。

請求項５に記載の発明では、処理媒体供給手段（１０）から処理媒体をチャンバ（２０）に供給することと、不活性流体供給手段（６０）から処理媒体よりも低温であると共に成膜に寄与しない不活性流体をチャンバ（２０）に供給することと、を切替手段（７０）によって交互に切り替える工程を含んでおり、交互に切り替える工程では、切替手段（７０）によって、不活性流体供給手段（６０）からチャンバ（２０）に不活性流体を供給することにより、基板（３０）の裏面（３２）側よりも表面（３１）側の温度下降速度を大きくする第１の工程と、処理媒体供給手段（１０）からチャンバ（２０）に処理媒体を供給することにより、基板（３０）の裏面（３２）側よりも表面（３１）側の温度上昇速度を大きくする第２の工程と、を繰り返し、基板（３０）の表面（３１）側と裏面（３２）側との間の温度勾配を制御することにより基板（３０）の表面（３１）側に成膜を行うことを特徴とする。

以上の請求項４または５に記載の発明に示されるように、第１の工程と第２の工程とを繰り返すことで、基板（３０）の表面（３１）側と裏面（３２）側とで温度変化速度に差を付けることができる。これにより、基板（３０）の表面（３１）側の温度と基板（３０）の裏面（３２）側の温度との温度差を大きくすることができる。したがって、超臨界流体を用いた成膜において基板（３０）の温度が高いほど成膜速度が速くなることを利用して、溝（３３）の底部における成膜の速度を溝（３３）の開口部側よりも速くすることができる。このため、溝（３３）の底部から基板（３０）の表面（３１）側に順に成膜することができ、溝（３３）の開口部が成膜によって閉じられないようにすることができる。もちろん、溝（３３）が逆テーパの構造をなしていても、溝（３３）の底部側から成膜することができる。以上により、溝（３３）内にボイドが発生しないようにすることができる。

請求項６に記載の発明では、超臨界流体として、二酸化炭素を用いることを特徴とする。これにより、請求項３と同様の効果を得ることができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態で示される成膜装置は、超臨界流体に成膜原料を溶解させた処理媒体を基板等にさらして原料を基板上に析出させることで成膜を行うものである。特に、基板に設けられたトレンチなどの溝内に成膜を行う際に用いられる。

本実施形態では、溶媒として超臨界流体に変化する二酸化炭素（ＣＯ_２）を用いる。二酸化炭素の臨界点については、温度が３１．１℃であり、圧力が７．３８ＭＰａである。これら温度および圧力の両方を満たすとき、二酸化炭素は超臨界流体の状態に変化する。なお、超臨界流体の状態に変化する物質として水（Ｈ_２Ｏ）もある。水の臨界点は、温度が３７４℃であり、圧力が２２．１２ＭＰａである。

図１は、本実施形態に係る成膜装置の構成図である。この図に示されるように、成膜装置は処理媒体供給部１０と、チャンバ２０とを備えて構成されている。

処理媒体供給部１０は、成膜を行うための処理媒体を生成・供給するものである。処理媒体供給部１０は、二酸化炭素タンク１１と、冷却装置１２と、ポンプ１３と、ＴＥＯＳタンク１４と、ポンプ１５と、加熱装置１６とを備えている。

二酸化炭素タンク１１は、溶媒として用いられるＣＯ_２が気体の状態で閉じこめられたタンクである。この二酸化炭素タンク１１は、バルブ１７を介して冷却装置１２に接続されており、気体のＣＯ_２が冷却装置１２で例えば０℃に冷やされて液体に変化させられる。冷却装置１２にて液体に変化したＣＯ_２は、ポンプ１３によって例えば１０ＭＰａに加圧され、バルブ１８を介して加熱装置１６に供給される構成になっている。

また、ＴＥＯＳタンク１４は、成膜原料として液体のＴＥＯＳ（Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４）が液体の状態で閉じこめられたタンクである。ＴＥＯＳタンク１４内の液体のＴＥＯＳは、ポンプ１５およびバルブ１９を介して加熱装置１６に供給される構成になっている。

加熱装置１６は、液体のＣＯ_２とＴＥＯＳとを例えば３７℃を超える温度に加熱するものである。これにより、液体のＣＯ_２が超臨界流体に変化させられ、超臨界流体としてのＣＯ_２と液体のＴＥＯＳが混ざり合うことで処理媒体が生成される。この処理媒体は、チャンバ２０の導入通路２１に導入され、導入通路２１に設けられたバルブ２２を介してチャンバ２０に供給される。

図２は、チャンバ２０の構成の一部を示した図である。チャンバ２０は、成膜を行うための処理室が設けられたものであり、処理室内には処理媒体が導入される。

チャンバ２０は、ヒータ２３と駆動部２４とを備えている。ヒータ２３は印加された電圧に応じて加熱されるものである。また、駆動部２４はヒータ２３に電圧を印加してヒータ２３の加熱を制御するものである。

ヒータ２３には基板３０が設置されている。基板３０の表面３１側には基板３０の裏面３２側に延設された溝３３が設けられている。この溝３３は、素子分離用のトレンチや素子を構成するトレンチなどである。基板３０として、Ｓｉウェハやガラス基板などが採用される。

ヒータ２３は基板３０の裏面３２側に配置された状態となっている。すなわち、ヒータ２３に電圧を印加することにより基板３０を裏面３２側から加熱することとなる。そして、基板３０の表面３１側が処理媒体にさらされ、処理媒体に溶解された原料が基板３０の表面３１や溝３３内に析出することにより成膜が行われる。

また、駆動部２４は、基板３０の裏面３２側を成膜最低温度以上に加熱するように、ヒータ２３の加熱を制御する。具体的には、駆動部２４は、ヒータ２３に対して第１の電圧とこの第１の電圧よりも低い第２の電圧とを交互に繰り返し印加するパルス駆動を行う。該パルス駆動としては、第１の電圧として例えば１００Ｖを３０秒間印加し、第２の電圧として０Ｖを例えば３０秒間印加する。つまり、駆動部２４は、例えば３０秒間ごとにヒータ２３のＯＮ／ＯＦＦを繰り返し行う。

そして、図１に示されるように、チャンバ２０で成膜に用いられた処理媒体は、バルブ２５を介して排出通路２６に排出される。排出通路２６に排出された処理媒体は、超臨界流体からＴＥＯＳが回収されて無害化されると共に気体に戻されたＣＯ_２が大気に排出される構成になっている。

さらに、導入通路２１からバルブ２７を介して排出通路２６に処理媒体を移動できるようにもなっている。以上が、本実施形態に係る成膜装置の全体構成である。なお、各ポンプ１３、１５、冷却装置１２、加熱装置１６、各バルブ１７〜１９、２２、２５、２７の開閉等は、図示しない制御装置によって制御される。

次に、上記成膜装置を用いた成膜方法について、図を参照して説明する。成膜装置にて成膜を行うに際し、チャンバ２０内のヒータ２３の上に溝３３が設けられた基板３０を設置する。この後、処理媒体を作成してチャンバ２０に供給する。

具体的には、二酸化炭素タンク１１から気体のＣＯ_２を冷却装置１２に送って液体化し、これにポンプ１３で圧力を加え、加熱装置１６に送る。同様に、ＴＥＯＳタンク１４から液状のＴＥＯＳを加熱装置１６に送る。そして、加熱装置１６で液体のＣＯ_２およびＴＥＯＳをＣＯ_２の臨界温度を超える温度に加熱することにより、ＣＯ_２を超臨界流体に変化させる。これにより、ＴＥＯＳが超臨界流体のＣＯ_２に溶解し、処理媒体が得られる。導入通路２１を介してこの処理媒体をチャンバ２０に供給する。

そして、駆動部２４によってヒータ２３を加熱制御して基板３０を加熱し、基板３０の表面３１側に処理媒体中の成膜原料を析出することにより、基板３０の表面３１側にＳｉＯ_２膜を形成する。超臨界流体を用いた成膜においては、基板３０の温度が高いほど成膜速度が速くなる。

本実施形態では、駆動部２４によってヒータ２３を加熱制御することにより、基板３０の裏面３２側の温度を表面３１側よりも高くして裏面３２側と表面３１側とで温度差を大きくすることにより、基板３０の裏面３２側での成膜速度を高め、溝３３内を埋めるように成膜を行う。

具体的に、図３を参照して説明する。図３（ａ）は、ヒータ２３に印加する電圧の時間変化を示した図であり、図３（ｂ）は、基板３０の表面３１側および裏面３２側の温度変化を示した図である。

図３（ａ）に示されるように、駆動部２４はヒータ２３を例えば３０秒ごとにＯＮ／ＯＦＦする。これにより、ヒータ２３に例えば１００Ｖ（第１の電圧）と例えば０Ｖ（第２の電圧）とを交互に繰り返し印加するパルス駆動を行う。このようにして、ヒータ２３によって基板３０を裏面３２側から加熱する。

そして、図３（ｂ）に示されるように、駆動部２４がヒータ２３をＯＮしている間、基板３０の表面３１側よりも裏面３２側の温度上昇速度が大きくなる。これは、基板３０は裏面３２側から加熱されるため、ヒータ２３から直接熱を受ける裏面３２側のほうが表面３１側よりも温度上昇速度が大きくなるためである。

一方、駆動部２４がヒータ２３をＯＦＦしている間、基板３０の裏面３２側よりも表面３１側の温度下降速度が大きくなる。これは、基板３０の表面３１側は、例えば０℃の処理媒体にさらされるため、処理媒体によって裏面３２側よりも早く冷やされるからである。

したがって、図３（ｂ）に示されるヒータ２３のＯＮ／ＯＦＦ、すなわちヒータ２３に第１の電圧を印加する間に基板３０の表面３１側よりも裏面３２側の温度上昇速度を大きくする第１の工程と、ヒータ２３に第２の電圧を印加する間に基板３０の裏面３２側よりも表面３１側の温度下降速度を大きくする第２の工程とを繰り返し、基板３０の表面３１側と裏面３２側との間の温度勾配を大きくすることにより基板３０の表面３１側に成膜を行う。

これにより、基板３０の表面３１側と裏面３２側との温度変化速度に差が生じ、基板３０の表面３１側と基板３０の裏面３２側との温度差が大きくなる。このため、溝３３の底部における成膜の速度が溝３３の開口部側よりも速くなり、基板３０の裏面３２側に位置する溝３３の底から成膜されていくこととなる。この様子を図４に示す。

図４（ａ）に示されるように、ヒータ２３のパルス駆動を開始し始めた段階では、溝３３の底から埋め込み膜４０が形成されていく。超臨界流体は粘性が小さいため、溝３３のような狭所に侵入し、溝３３の底部から埋め込み膜４０が形成されていく。

そして、図４（ｂ）に示されるように、溝３３の底側のほうが開口部側より温度が高いため、溝３３の開口部が埋め込み膜４０で閉じられることはなく、溝３３が埋め込み膜４０で埋められていく。

この後、一定時間が経過すると、図４（ｃ）に示されるように、溝３３が埋め込み膜４０によって完全に埋められる。もちろん、溝３３が逆テーパの構造になっていても、溝３３の底部側から埋められていく。逆テーパに限らず、他の溝構造であっても、底部側からの成膜が可能である。こうして、溝３３内にボイドを発生させることなく、埋め込み膜４０による埋め込みが完了する。なお、成膜に用いた処理媒体はチャンバ２０から排出通路２６に導かれ、無害化されて廃棄される。

以上説明したように、本実施形態では、駆動部２４によってヒータ２３をパルス駆動し、基板３０の温度変化の過渡状態を積極的に利用することにより、基板３０の表面３１側と裏面３２側との温度上昇または温度下降速度に差を生じさせることが特徴となっている。

これにより、表面３１側と裏面３２側とで温度差を大きくすることができる。したがって、超臨界流体を用いた成膜において基板３０の温度が高いほど成膜速度が速くなることを利用して、溝３３の底部における成膜の速度を溝３３の開口部側よりも速くすることができる。このため、溝３３の底部から基板３０の表面３１側に順に埋め込み膜４０を形成することができ、溝３３の開口部が埋め込み膜４０によって閉じられないようにすることができる。このようにして、溝３３内にボイドが発生しないようにすることができる。

また、ヒータ２３の温度制御のみで成膜原料については処理媒体供給部１０から順次チャンバ２０に供給することができる。このため、基板３０に対して連続成膜することが可能となり、チャンバ２０内の原料の入れ替えなども必要ないため、成膜時間を短縮することができる。

さらに、ＣＯ_２は、超臨界流体として用いられるものの中で常温・常圧に近いところに臨界点を持つため、超臨界流体としてＣＯ_２を用いることで、処理媒体供給部１０を大がかりな構成とすることなく処理媒体を生成・供給することができる。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、処理媒体供給部１０が特許請求の範囲の処理媒体供給手段に対応し、ヒータ２３が特許請求の範囲の加熱手段に対応する。また、駆動部２４が特許請求の範囲の駆動手段に対応する。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。上記第１実施形態では、ヒータ２３をＯＮ／ＯＦＦしていたが、本実施形態では、ヒータ２３を完全にＯＦＦしないようにすることが特徴となっている。

成膜装置の構成は、図１に示されるものと同じである。本実施形態では、駆動部２４は、ヒータ２３に対して、第１の電圧とこの第１の電圧よりも低い第２の電圧とを交互に繰り返し印加するパルス駆動を行う。ここで、第２の電圧は０Ｖではなく、ヒータ２３で加熱できる電圧である。

これによると、ヒータ２３に第１の電圧を印加することでヒータ２３を高温に加熱し、ヒータ２３に第２の電圧を印加することでヒータ２３を低温に加熱することとなる。

図５（ａ）は、ヒータ２３に印加する電圧の時間変化を示した図であり、図５（ｂ）は、基板３０の表面３１側および裏面３２側の温度変化を示した図である。

図５（ａ）に示されるように、パルス駆動の切替周波数を早くすることで、基板３０の温度が定常状態になる前にヒータ２３の過熱状態を切り替える。このとき、ヒータ２３をＯＦＦせずに第２の電圧を印加して低温に加熱する。

このような加熱制御によると、図５（ｂ）に示されるように、基板３０の表面温度ならびに基板３０の裏面温度をそれぞれの平均温度付近で保つことができる。これにより、基板３０のそれぞれの場所での温度変化が小さくなり、安定した成膜が可能となる。

第１実施形態と同様に、基板３０に形成した溝３３内に埋め込み膜４０としてＳｉＯ_２を成膜する場合、処理媒体温度が５０℃、基板温度が３００℃となるようにヒータ２３に電圧を印加する。これにより、基板３０の深さ方向に対して温度勾配を大きくすることによって溝３３の底部での成膜速度が開口部付近に比べて速くなるため、溝３３の底面から順に成膜でき、ボイドが発生することなく溝３３を埋め込むことができる。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、処理媒体の温度を変化させることによって、基板３０の表面３１側と裏面３２側とで温度差を大きくすることが特徴となっている。

図６は、本実施形態に係る成膜装置の構成図である。図６に示される成膜装置において、処理媒体供給部１０の構成は図１と同様である。本実施形態に係る成膜装置には、処理媒体供給部１０から供給された処理媒体を加熱する熱交換器５０を備えている。熱交換器５０は、バルブ２８を介して導入通路２１に接続されている。

この熱交換器５０は、処理媒体を二値の温度に加熱するものであり、処理媒体供給部１０から供給された例えば３７℃、１０ＭＰａの処理媒体を第１の温度と第１の温度より高い第２の温度とに加熱する。本実施形態では、第１の温度は例えば５０℃であり、第２の温度は例えば８０℃である。熱交換器５０はバルブ２２を介してチャンバ２０に繋がっている。

なお、チャンバ２０、バルブ２５、２７、排出通路２６等の構成は図１に示される成膜装置と同様である。また、熱交換器５０の加熱温度の制御は図示しない制御装置によって行われる。

以下では、第１の温度を低温とし、第２の温度を高温とする。また、第１の温度に加熱された処理媒体を低温媒体とし、第２の温度に加熱された処理媒体を高温媒体とする。

次に、上記成膜装置を用いた成膜方法について、図を参照して説明する。まず、第１実施形態と同様に、処理媒体供給部１０で処理媒体を作り、この処理媒体をバルブ２８を介して熱交換器５０に導入する。チャンバ２０内においては、溝３３が設けられた基板３０をヒータ２３の上に配置し、ヒータ２３によって基板３０を例えば３００℃に加熱する。そして、熱交換器５０で低温媒体と高温媒体とを生成し、これらを交互にチャンバ２０に供給する。

具体的に、図７を参照して説明する。図７（ａ）は、処理媒体の温度変化を示した図であり、図７（ｂ）は、基板３０の表面３１側および裏面３２側の温度変化を示した図である。

図７（ａ）に示されるように、熱交換器５０によって処理媒体を例えば３０秒間第１の温度（低温）に加熱し、該低温媒体をチャンバ２０に供給する。低温媒体は臨界温度よりも高い温度に加熱されており、二酸化炭素の超臨界流体の状態が維持されている。この後、熱交換器５０によって処理媒体を例えば３０秒間第２の温度（高温）に加熱し、該高温媒体をチャンバ２０に供給する。このように、処理媒体を低温および高温に交互に加熱してチャンバ２０に供給する。

そして、図７（ｂ）に示されるように、熱交換器５０からチャンバ２０に低温媒体を供給している間、基板３０の裏面３２側よりも表面３１側の温度下降速度が大きくなる。基板３０の裏面３２側はヒータ２３で加熱されているが、基板３０の表面３１側は低温媒体によって冷やされるため、基板３０の表面３１側と裏面３２側との温度差が大きくなる。一方、熱交換器５０からチャンバ２０に高温媒体を供給している間、基板３０の裏面３２側よりも表面３１側の温度上昇速度が大きくなる。

したがって、熱交換器５０からチャンバ２０に低温媒体を供給することにより、基板３０の裏面３２側よりも表面３１側の温度下降速度を大きくする第１の工程と、熱交換器５０からチャンバ２０に高温媒体を供給することにより、基板３０の裏面３２側よりも表面３１側の温度上昇速度を大きくする第２の工程とを繰り返し、基板３０の表面３１側と裏面３２側との間の温度勾配を大きくすることにより基板３０の表面３１側に成膜を行う。

これにより、基板３０の表面３１側と基板３０の裏面３２側との温度差を大きくして、溝３３の底部における成膜の速度を溝３３の開口部側よりも速くすることができる。したがって、図４に示されるように、基板３０の裏面３２側に位置する溝３３の底から埋め込み膜４０を形成することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態では、熱交換器５０によって処理媒体の温度を加熱制御することにより、基板３０の表面３１側の温度を変化させることが特徴となっている。これにより、基板３０の表面３１側の温度と基板３０の裏面３２側の温度との温度差を大きくして、溝３３の底部から基板３０の表面３１側に順に成膜することができる。したがって、溝３３の開口部が成膜によって閉じられないようにすることができ、溝３３内にボイドが発生しないようにすることができる。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、処理媒体供給部１０が特許請求の範囲の処理媒体供給手段に対応し、熱交換器５０が特許請求の範囲の加熱手段に対応する。

（第４実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、処理媒体よりも温度が低い不活性ガスを用いることによって、基板３０の表面３１側と裏面３２側とで温度差を大きくすることが特徴となっている。

図８は、本実施形態に係る成膜装置の構成図である。本実施形態に係る成膜装置は、処理媒体供給部１０と、不活性流体供給部６０と、切替部７０と、チャンバ２０とを備えている。

本実施形態に係る処理媒体供給部１０は、図１に示されるものと同じ構成である。本実施形態では、加熱装置１６は液体のＣＯ_２を例えば８０℃に加熱することでＣＯ_２を超臨界流体に変化させる。したがって、加熱装置１６によって超臨界流体に変化させられたＣＯ_２にＴＥＯＳが溶解すると、約８０℃の処理媒体が作られる。処理媒体は導入通路２１を介して切替部７０に送られる。

不活性流体供給部６０は、処理媒体よりも低温であると共に成膜に寄与しない不活性流体を供給するものである。この不活性流体供給部６０は、窒素タンク６１と、冷却装置６２と、ポンプ６３とを備えている。

窒素タンク６１は、成膜に寄与しない不活性ガスである窒素（Ｎ_２）が気体の状態で閉じこめられたタンクである。また、冷却装置６２は、窒素タンク６１から供給された気体のＮ_２を例えば０℃にまで冷却するものである。この冷却装置６２により、約０℃の不活性流体が生成される。そして、該不活性流体はポンプ６３によって加圧され、切替部７０に送られる。

切替部７０は、不活性流体供給部６０から供給された不活性流体と処理媒体供給部１０から供給された処理媒体とをチャンバ２０に交互に供給するものである。このような切替部７０は、処理媒体供給部１０とチャンバ２０とを繋ぐバルブ７１と、不活性流体供給部６０とチャンバ２０とを繋ぐバルブ７２とによって構成されている。切替部７０は、各バルブ７１、７２のいずれか一方が開通するように経路の切り替えを行うことにより、チャンバ２０に処理媒体または不活性流体を供給する。切り替えのタイミングは、例えば、基板３０の表面３１側の温度が不活性流体または処理媒体によって安定したときである。

なお、切替部７０の各バルブ７１、７２の切り替えは図示しない制御装置によって制御される。また、チャンバ２０、バルブ２２、２５、２７、排出通路２６等の構成は図１に示される成膜装置と同様である。

次に、上記成膜装置を用いた成膜方法について、図を参照して説明する。まず、第１実施形態と同様に、ＣＯ_２を冷却装置１２、ポンプ１３、および加熱装置１６で超臨界流体に変化させる。本実施形態では、加熱装置１６によって液体のＣＯ_２を例えば８０℃に加熱して超臨界流体を作り、超臨界流体にＴＥＯＳが溶解した処理媒体を導入通路２１に導入する。一方、不活性流体供給部６０では、冷却装置６２によって気体のＮ_２を例えば０℃に冷却した不活性流体を作り、切替部７０に送る。

チャンバ２０内では、溝３３が設けられた基板３０をヒータ２３の上に配置し、ヒータ２３によって基板３０を例えば３００℃に加熱する。そして、切替部７０の各バルブ７１、７２の切り替えによって、処理媒体供給部１０からの処理媒体と不活性流体供給部６０からの不活性流体とを交互にチャンバ２０に供給する。

具体的に、図９を参照して説明する。図９は、不活性流体を用いることによる基板３０の表面３１側および裏面３２側の温度変化を示した図である。

図９に示されるように、切替部７０のバルブ７２を介して不活性流体供給部６０からチャンバ２０に不活性流体を供給している間では、基板３０の裏面３２側よりも表面３１側の温度下降速度が大きくなる。これは、約０℃の不活性流体が基板３０の表面３１側を冷やすからである。不活性流体は成膜に寄与しないため、基板３０の表面３１側の温度の冷却のみに寄与する。

一方、切替部７０のバルブ７１を介して処理媒体供給部１０からチャンバ２０に処理媒体を供給している間では、基板３０の裏面３２側よりも表面３１側の温度上昇速度が大きくなる。これは、約８０℃の処理媒体が基板３０の表面３１側を温めるからである。基板３０の裏面３２側はヒータ２３によって常に加熱されているため、処理媒体や不活性流体の温度による影響は小さく、裏面３２側の温度は安定している。

したがって、切替部７０によって、不活性流体供給部６０からチャンバ２０に不活性流体を供給することにより、基板３０の裏面３２側よりも表面３１側の温度下降速度を大きくする第１の工程と、処理媒体供給部１０からチャンバ２０に処理媒体を供給することにより、基板３０の裏面３２側よりも表面３１側の温度上昇速度を大きくする第２の工程とを繰り返し、基板３０の表面３１側と裏面３２側との間の温度勾配を大きくすることにより基板３０の表面３１側に成膜を行う。

これにより、基板３０の表面３１側の温度と基板３０の裏面３２側の温度との温度差を大きくして成膜することが可能となる。すなわち、溝３３の底部における成膜の速度を溝３３の開口部側よりも速くすることができるので、図４に示されるように溝３３の底部から基板３０の表面３１側に順に埋め込み膜４０を形成することができる。こうして、埋め込み膜４０によって溝３３の開口部が塞がれないようにすることができ、溝３３内にボイドが発生しないようにすることができる。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、処理媒体供給部１０が特許請求の範囲の処理媒体供給手段に対応し、不活性流体供給部６０が特許請求の範囲の不活性流体供給手段に対応する。また、切替部７０が特許請求の範囲の切替手段に対応する。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、埋め込み膜４０としてＳｉＯ_２の成膜を行っているが、ＳｉＯ_２の成膜は一例であって、他の膜を形成しても良い。例えば、金属や酸化物を成膜することもできる。また、金属や酸化物を成膜する際に還元材料が必要な場合には、適宜、還元材料を用いるようにすれば良い。

第１、第２実施形態では、チャンバ２０内で基板３０を加熱する手段としてヒータ２３を用いていたが、これは一例であって他の手段を採用しても良い。例えば、ランプを採用でき、該ランプをパルス駆動すれば良い。

第３実施形態では、処理媒体供給部１０から供給された処理媒体を熱交換器５０で加熱していたが、熱交換器５０ではなく、他の加熱手段を用いても良い。

第４実施形態では、不活性流体としてＮ_２を用いていたが、これは一例を示すものであって、他の不活性流体を用いても良い。例えば、アルゴン（Ａｒ）を採用することもできる。

本発明の第１実施形態に係る成膜装置の構成図である。チャンバの構成の一部を示した図である。（ａ）はヒータに印加する電圧の時間変化を示した図であり、（ｂ）は基板の表面側および裏面側の温度変化を示した図である。溝に埋め込み膜が形成されていく様子を示した図である。（ａ）は第２実施形態におけるヒータに印加する電圧の時間変化を示した図であり、（ｂ）は基板の表面側および裏面側の温度変化を示した図である。本発明の第３実施形態に係る成膜装置の構成図である。（ａ）は処理媒体の温度変化を示した図であり、（ｂ）は基板の表面側および裏面側の温度変化を示した図である。本発明の第４実施形態に係る成膜装置の構成図である。不活性流体を用いることによる基板の表面側および裏面側の温度変化を示した図である。

符号の説明

１０処理媒体供給部
２０チャンバ
２３ヒータ
２４駆動部
３０基板
３１基板の表面
３２基板の裏面
３３溝
５０熱交換器
６０不活性流体供給部
７０切替部

Claims

表面（３１）および裏面（３２）を有する基板（３０）において前記基板（３０）の表面（３１）側に溝（３３）が形成されたものに成膜を行うに際し、チャンバ（２０）内で超臨界流体に成膜原料が溶解された処理媒体に前記基板（３０）の表面（３１）側をさらし、前記基板（３０）を加熱することで前記基板（３０）の表面（３１）側の溝（３３）内に成膜を行う成膜装置であって、
前記処理媒体を供給する処理媒体供給手段（１０）と、
前記処理媒体供給手段（１０）から供給された前記処理媒体を第１の温度と第１の温度より高い第２の温度とに加熱し、前記第１の温度の処理媒体と前記第２の温度の処理媒体とを前記チャンバ（２０）に交互に供給し、前記第１の温度の処理媒体を前記チャンバ（２０）に供給する間に前記基板（３０）の裏面（３２）側よりも表面（３１）側の温度下降速度を大きくし、前記第２の温度の処理媒体を前記チャンバ（２０）に供給する間に前記基板（３０）の裏面（３２）側よりも表面（３１）側の温度上昇速度を大きくすることにより前記基板（３０）の表面（３１）側と裏面（３２）側との間の温度勾配を制御する加熱手段（５０）とを備えていることを特徴とする成膜装置。
表面（３１）および裏面（３２）を有する基板（３０）において前記基板（３０）の表面（３１）側に溝（３３）が形成されたものに成膜を行うに際し、チャンバ（２０）内で超臨界流体に成膜原料が溶解された処理媒体に前記基板（３０）の表面（３１）側をさらし、前記基板（３０）を加熱することで前記基板（３０）の表面（３１）側の溝（３３）内に成膜を行う成膜装置であって、
前記処理媒体を供給する処理媒体供給手段（１０）と、
前記処理媒体よりも低温であると共に前記成膜に寄与しない不活性流体を供給する不活性流体供給手段（６０）と、
前記不活性流体供給手段（６０）から供給された前記不活性流体と前記処理媒体供給手段（１０）から供給された前記処理媒体とを前記チャンバ（２０）に交互に供給し、前記不活性流体を供給する間に前記基板（３０）の裏面（３２）側よりも表面（３１）側の温度下降速度を大きくし、前記処理媒体を供給する間に前記基板（３０）の裏面（３２）側よりも表面（３１）側の温度上昇速度を大きくすることにより前記基板（３０）の表面（３１）側と裏面（３２）側との間の温度勾配を制御する切替手段（７０）とを備えていることを特徴とする成膜装置。
前記超臨界流体は、二酸化炭素であることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
表面（３１）および裏面（３２）を有する基板（３０）において前記基板（３０）の表面（３１）側に溝（３３）が形成されたものに成膜を行うに際し、チャンバ（２０）内で超臨界流体に成膜原料が溶解された処理媒体に前記基板（３０）の表面（３１）側をさらし、前記基板（３０）を加熱することで前記基板（３０）の表面（３１）側の溝（３３）内に成膜を行う成膜方法であって、
処理媒体供給手段（１０）から前記処理媒体を加熱手段（５０）に供給し、前記加熱手段（５０）にて前記処理媒体を第１の温度と第１の温度より高い第２の温度とに加熱し、前記第１の温度の処理媒体と前記第２の温度の処理媒体とを前記チャンバ（２０）に交互に供給する工程を含んでおり、
前記第１の温度に加熱された前記処理媒体を低温媒体とし、前記第２の温度に加熱された前記処理媒体を高温媒体としたとき、
前記交互に供給する工程では、前記加熱手段（５０）から前記チャンバ（２０）に前記低温媒体を供給し、前記基板（３０）の裏面（３２）側よりも表面（３１）側の温度下降速度を大きくする第１の工程と、前記加熱手段（５０）から前記チャンバ（２０）に前記高温媒体を供給し、前記基板（３０）の裏面（３２）側よりも表面（３１）側の温度上昇速度を大きくする第２の工程とを繰り返し、前記基板（３０）の表面（３１）側と裏面（３２）側との間の温度勾配を制御することにより前記基板（３０）の表面（３１）側に成膜を行うことを特徴とする成膜方法。
表面（３１）および裏面（３２）を有する基板（３０）において前記基板（３０）の表面（３１）側に溝（３３）が形成されたものに成膜を行うに際し、チャンバ（２０）内で超臨界流体に成膜原料が溶解された処理媒体に前記基板（３０）の表面（３１）側をさらし、前記基板（３０）を加熱することで前記基板（３０）の表面（３１）側の溝（３３）内に成膜を行う成膜方法であって、
処理媒体供給手段（１０）から前記処理媒体を前記チャンバ（２０）に供給することと、不活性流体供給手段（６０）から前記処理媒体よりも低温であると共に前記成膜に寄与しない不活性流体を前記チャンバ（２０）に供給することと、を切替手段（７０）によって交互に切り替える工程を含んでおり、
前記交互に切り替える工程では、前記切替手段（７０）によって、前記不活性流体供給手段（６０）から前記チャンバ（２０）に前記不活性流体を供給することにより、前記基板（３０）の裏面（３２）側よりも表面（３１）側の温度下降速度を大きくする第１の工程と、前記処理媒体供給手段（１０）から前記チャンバ（２０）に前記処理媒体を供給することにより、前記基板（３０）の裏面（３２）側よりも表面（３１）側の温度上昇速度を大きくする第２の工程と、を繰り返し、前記基板（３０）の表面（３１）側と裏面（３２）側との間の温度勾配を制御することにより前記基板（３０）の表面（３１）側に成膜を行うことを特徴とする成膜方法。
前記超臨界流体として、二酸化炭素を用いることを特徴とする請求項４または５に記載の成膜方法。