JPWO2017221808A1 - 被処理体を処理する方法 - Google Patents

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Abstract

プロセスの複雑化を抑制しつつトレンチに対する絶縁膜の埋め込み時に生じ得るボイドを低減可能な技術を提供する一実施形態において、ウエハＷを処理する方法ＭＴが提供される。ウエハＷはウエハＷの主面６１に溝６２が形成される。方法ＭＴは、プラズマ処理装置１０の処理室４内にウエハＷを収容する工程Ｓ１と、処理室４内への第１のガスの供給を開始する工程Ｓ２と、処理室４内へのプラズマ生成用高周波電力の供給を開始する工程Ｓ３と、処理室４内への第２のガスの断続的な供給を開始すると共に処理室４内への第３のガスの供給を開始する工程Ｓ４とを備え、第１のガスは窒素含有ガスであり、第２のガスはハロゲンを含まないガスであり、第３のガスはハロゲンを含むガスである。

Description

本発明の実施形態は、被処理体を処理する方法に関するものである。
半導体の微細化に伴って、配線パターンは高密度となり、パターンのトレンチ（溝）の幅もより狭小なものとなっている。このようなトレンチ内に絶縁膜を充填するための技術については、従来より開発が進められている（例えば特許文献１に開示されている技術等）。
特許文献１に開示されている技術は、微少幅で且つアスペクト比が高い溝にも、ボイド（隙間）が残存することなく且つシリコン基板にダメージが残らないように、ＳＴＩ分離法を採用する半導体装置を製造することを目的とした技術である。この技術では、シリコン基板上に形成された溝内に、炭素を含有したＳｉリッチなシリコン酸化膜（ＳｉＯＸＣＹ膜、Ｘ＜２）をバイアス系高密度プラズマＣＶＤ法（CVD：Chemical Vapor Deposition）によって溝の深さよりも厚く堆積し、酸化性の雰囲気で熱処理をしてＳｉリッチなシリコン酸化膜を内部のボイドを消滅させつつＳｉＯ２膜に変化させた後に、ＣＭＰ法（CMP：Chemical Mechanical Polishing）で平坦化する。
特開２０００−３０６９９２号公報
特許文献１に係る技術は、ボイドを含んだ状態で溝に絶縁膜を形成した後に熱処理を施すことによって、ボイドを削減する。しかしながら、熱処理のみでは既に形成されたボイドを絶縁膜から十分に除去することは困難である。また、長時間の熱処理によってウエハが熱の影響を受ける場合があり、さらに、このような熱処理に伴って製造プロセスが複雑なものとなり得る。したがって、プロセスの複雑化を抑制しつつトレンチに対する絶縁膜の埋め込み時に生じ得るボイドを低減可能な技術の実現が望まれている。
一態様においては、被処理体を処理する方法が提供される。被処理体は、該被処理体の主面に溝が形成されている。該方法は、（ａ）プラズマ処理装置の処理室内に被処理体を収容する第１工程と、（ｂ）第１工程の後に、処理室内への第１のガスの供給を開始する第２工程と、（ｃ）第２工程の後に、処理室内へのプラズマ生成用高周波電力の供給を開始する第３工程と、（ｄ）第３工程の後に、処理室内への第２のガスの断続的な供給を開始すると共に、処理室内への第３のガスの供給を開始する第４工程と、を備える。第１のガスは、窒素含有ガスであり、第２のガスは、ハロゲンを含まないガスであり、第３のガスは、ハロゲンを含むガスである。
一実施形態では、プラズマ生成用高周波電力によって生成される第２のガスのプラズマは、デポジション種（deposition species）を含む。
一実施形態では、プラズマ生成用高周波電力によって生成される第３のガスのプラズマは、エッチング種（etching species）を含む。このように、第３のガスのプラズマがエッチング種を含むので、溝の側壁上で生成される膜は、除去され得る。
一実施形態では、第２のガスは、シラン系ガスであり、第２のガスは、ＳｉＨ４ガスであり得る。
一実施形態では、第３のガスは、フッ素を含むガスであり、第３のガスは、ＳｉＦ４ガスであり得る。
一実施形態では、第４工程の後に、第２工程で開始した第１のガスの供給と、第３工程で開始したプラズマ生成用高周波電力の供給と、第４工程で開始した第３のガスの供給とを継続しつつ、第４工程で開始した第２のガスの供給を終了する第５工程と、第５工程の後に、第２工程で開始した第１のガスの供給と、第４工程で開始した第３のガスの供給とを継続しつつ、第３工程で開始したプラズマ生成用高周波電力の供給を終了する第６工程と、をさらに備える。
一実施形態では、第３工程は、プラズマ生成用高周波電力の供給の開始と共に、被処理体を支持する載置台へのイオン引き込み用バイアス電力の印加をさらに開始する。そして、被処理体の溝は、該被処理体の主面から該主面に対し略垂直方向に向けて延びている。
上記した一態様によれば、プロセスの複雑化を抑制しつつトレンチに対する絶縁膜の埋め込み時に生じ得るボイドを低減可能な技術が提供される。
図１は、一実施形態に係る方法を示す流図である。 図２は、図１に示す方法を実施するプラズマ処理装置の一例を断面的に示す図である。 図３は、（ａ）部および（ｂ）部を含み、図３の（ａ）部は、図１に示す方法の各工程の実行前の被処理体の状態を模式的に示す断面図であり、図３の（ｂ）部は、図１に示す方法の各工程の実行後の被処理体の状態を模式的に示す断面図である。 図４は、図１に示す方法の各工程で実施される種々の処理の実行タイミングを示す図である。
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また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、一実施形態の方法を示す流れ図である。図１に示す一実施形態の方法ＭＴは、被処理体（以下、「ウエハ」ということがある）を処理する方法である。また、一実施形態の方法ＭＴでは、一連の工程を単一のプラズマ処理装置を用いて実行することが可能である。
図２は、プラズマ処理装置の一例を示す図である。図２には、被処理体を処理する方法の種々の実施形態で利用可能なプラズマ処理装置１０の断面構造が概略的に示されている。図２に示すように、プラズマ処理装置１０は、誘導結合プラズマエッチング装置である。
プラズマ処理装置１０は、処理容器１を備える。処理容器１は、気密に設けられている。処理容器１は、導電性材料を含み、例えば、処理容器１の内壁面は、陽極酸化処理されたアルミニウム等の材料を含み得る。処理容器１は、分解可能に組み立てられており、接地線１ａによって接地されている。処理容器１は、誘電体壁２によって、上下にアンテナ室３と処理室４とに区画されている。誘電体壁２は、処理室４の天井壁を構成している。誘電体壁２は、例えばＡｌ２Ｏ３等のセラミックス、石英等で構成されている。
誘電体壁２の下側部分には、処理ガス供給用のシャワー筐体１１が嵌め込まれている。シャワー筐体１１は、十字状に設けられており、誘電体壁２を下から支持する。誘電体壁２を支持するシャワー筐体１１は、複数本のサスペンダ（図示せず）によって、処理容器１の天井に吊されている。
シャワー筐体１１は、金属等の導電性材料を含み得る。シャワー筐体１１の内面は、汚染物が発生しないように、例えば陽極酸化処理されたアルミニウム等を含み得る。シャワー筐体１１には、誘電体壁２に沿って延びるガス流路１２が形成されており、ガス流路１２には、サセプタ２２に向かって延びる複数のガス供給孔１２ａが連通している。誘電体壁２の上面中央には、ガス流路１２に連通するようにガス供給管２０ａが設けられている。ガス供給管２０ａは、誘電体壁２から処理容器１の外側に延びており、処理ガス供給源およびバルブシステム等を含む処理ガス供給系２０に接続されている。プラズマ処理においては、処理ガス供給系２０から供給される処理ガスは、ガス供給管２０ａを介してシャワー筐体１１内に供給され、シャワー筐体１１の下面（処理室４に向いている面）のガス供給孔１２ａから処理室４内へ吐出される。
処理容器１におけるアンテナ室３の側壁３ａと処理室４の側壁４ａとの間には内側に突出する支持棚５が設けられており、支持棚５の上に誘電体壁２が載置される。
アンテナ室３内には誘電体壁２の上に誘電体壁２に面するように高周波アンテナ１３が配設されている。高周波アンテナ１３は、絶縁部材からなるスペーサ１３ａによって、誘電体壁２から例えば５０［ｍｍ］以下の範囲で離間している。アンテナ室３の中央部付近には、誘電体壁２の上面に垂直な方向に（鉛直方向に）延びる４つの給電部材１６が設けられており、４つの給電部材１６には整合器１４を介して高周波電源１５が接続されている。給電部材１６は、ガス供給管２０ａの周囲に配置されている。
プラズマ処理中において、高周波電源１５からは、誘導電界形成用の例えば１３．５６［ＭＨｚ］程度の周波数のプラズマ生成用高周波電力が高周波アンテナ１３を介して処理室４内に供給される。このように高周波電源１５からプラズマ生成用高周波電力が処理室４内に供給されることによって、処理室４内に誘導電界が形成され、この誘導電界によって、シャワー筐体１１から処理室４内に供給される処理ガスのプラズマが生成される。なお、シャワー筐体１１は、十字状に設けられており、高周波アンテナ１３からの高周波の電力の処理室４内への供給は、シャワー筐体１１が金属であっても妨げられない。
処理室４内の下方（誘電体壁２の反対側）には、誘電体壁２を挟んで高周波アンテナ１３と対向するように、サセプタ２２（載置台）が設けられている。サセプタ２２には、被処理体であるウエハＷが載置される。サセプタ２２は、導電性材料を含み得る。サセプタ２２の表面は、例えば、陽極酸化処理、または、アルミナ溶射されたアルミニウム、を含み得る。サセプタ２２に載置されたウエハＷは、静電チャック（図示せず）によってサセプタ２２に吸着保持される。
サセプタ２２は、絶縁体枠２４内に収納され、支柱２５に支持される。支柱２５は、中空の構造を備える。サセプタ２２を収納する絶縁体枠２４と処理容器１の底部（処理容器１のうち支柱２５が設けられている側）との間には、支柱２５を気密に包囲するベローズ２６が配設されている。処理室４の側壁４ａには、ウエハＷを搬入出するための搬入出口２７ａと、搬入出口２７ａを開閉するゲートバルブ２７とが設けられている。
サセプタ２２は、支柱２５内に設けられた給電棒２５ａによって、整合器２８を介して高周波電源２９に接続されている。高周波電源２９は、プラズマ処理中に、バイアス用高周波電力、例えば４００［ｋＨｚ］〜６［ＭＨｚ］程度の周波数のバイアス用高周波電力をサセプタ２２に印加する。このバイアス用高周波電力によって、処理室４内に生成されたプラズマ中のイオンが効果的にウエハＷに引き込まれ得る。
サセプタ２２内には、ウエハＷの温度を制御するため、セラミックヒータ等の加熱手段や冷媒流路等からなる温度制御機構と、温度センサーとが設けられている（いずれも図示せず）。これらの機構や部材に対する配管や配線は、いずれも支柱２５の内部を通して処理容器１外に導出される。
処理室４の底部（処理室４のうち支柱２５が設けられている側）には、排気管３１を介して真空ポンプ等を含む排気装置３０が接続される。排気装置３０によって、処理室４が排気され、プラズマ処理中において、処理室４内が所定の真空雰囲気（例えば１．３３［Ｐａ］程度の気圧）に設定され、維持される。
高周波アンテナ１３は、四つの給電部（例えば、給電部４１、給電部４３等）を有する。四つの給電部は、給電部材１６に接続される。四つの給電部は、高周波アンテナ１３の中心の周囲において、例えば９０度程度ずつ離間して配置される。四つの給電部のそれぞれからは２本のアンテナ線が外側に延びており、それぞれのアンテナ線は、コンデンサ１８を介して接地される。
プラズマ処理装置１０は、制御部Ｃｎｔを備える。制御部Ｃｎｔは、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。
制御部Ｃｎｔは、入力されたレシピに基づくプログラムに従って動作し、制御信号を送出する。制御部Ｃｎｔからの制御信号によって、処理ガス供給系２０から供給されるガスの選択および流量と、排気装置３０の排気と、高周波電源１５および高周波電源２９からの電力供給と、サセプタ２２の温度と、を制御することが可能である。なお、本明細書において開示される被処理体を処理する方法（方法ＭＴ）の各工程（図１に示す工程Ｓ１〜Ｓ７）は、制御部Ｃｎｔによる制御によってプラズマ処理装置１０の各部を動作させることによって、実行され得る。
再び図１を参照し、方法ＭＴについて詳細に説明する。以下では、方法ＭＴの実施にプラズマ処理装置１０が用いられる例について説明を行う。また、以下の説明においては、図３の（ａ）部、図３の（ｂ）部、および図４を参照する。図３の（ａ）部は、図１に示す方法ＭＴの各工程の実行前の被処理体の状態を模式的に示す断面図である。図３の（ｂ）部は、図１に示す方法の各工程の実行後の被処理体の状態を模式的に示す断面図である。図４は、図１に示す方法ＭＴの各工程で実施される種々の処理の実行タイミングを示す図である。
図１に示す方法ＭＴは、方法ＭＴの主要な工程として、工程Ｓ１〜Ｓ７を備える。工程Ｓ１（第１工程）は、プラズマ処理装置１０の処理容器１の処理室４内にウエハＷを収容する。工程Ｓ１において処理室４内に収容されるウエハＷは、図３の（ａ）部に示すように、主面６１を備える。ウエハＷは、一または複数の溝６２を備える。溝６２は、主面６１に形成されている。溝６２は、底部６２ａと側壁６２ｂとを備える。溝６２は、ウエハＷの主面６１から主面６１に対し略垂直方向に向けて延びている。ウエハＷにおいて、溝６２を画定している構成（底部６２ａおよび側壁６２ｂ）の材料は、例えば、シリコン等である。
工程Ｓ１に引き続き、工程Ｓ２（第２工程）は、処理室４内への第１のガスの供給を開始する。処理室４内に第１のガスの供給が開始されることによって、処理室４内の圧力がプラズマの形成に好適な値に調節され得る。図４のグラフＧ１に示すように、工程Ｓ２において、時刻Ｔ１に、処理室４内への第１のガスの供給を開始する（第１のガスの供給をＯＦＦからＯＮにする）。グラフＧ１は、方法ＭＴにおいて、処理室４内への第１のガスの供給の開始タイミングおよび終了タイミングを示す。処理室４内への第１のガスの供給は、時刻Ｔ８が経過した後の時刻Ｔ９まで継続される。時刻Ｔ８は、時刻Ｔ１の後の時刻である。第１のガスは、窒素含有ガスであり、例えば、窒素ガス（Ｎ２ガス）、アンモニア（ＮＨ３）、酸化窒素（ＮＯ、ＮＯ２）であり得る。時刻Ｔ９は、第１のガスおよび第３のガスの供給を終了（ＯＦＦ）するタイミングであり得る。
工程Ｓ２に引き続き、工程Ｓ３（第３工程）および工程Ｓ４（第４工程）では、プラズマＣＶＤ（CVD：Chemical Vapor Deposition）を用いて、プラズマに用いるガス種とこのガス種の供給タイミングとを調整することによって、溝６２の側壁６２ｂに膜が堆積しないように溝６２の底部６２ａに膜６３を選択的に形成する。
工程Ｓ３では、処理室４内へのプラズマ生成用高周波電力の供給を開始する。図４のグラフＧ２に示すように、工程Ｓ３において、時刻Ｔ２に、処理室４内へのプラズマ生成用高周波電力の供給を開始する（プラズマ生成用高周波電力の供給をＯＦＦからＯＮにする）。グラフＧ２は、方法ＭＴにおいて、処理室４内へのプラズマ生成用高周波電力の供給の開始タイミングおよび終了タイミングを示す。処理室４内へのプラズマ生成用高周波電力の供給は、時刻Ｔ８に至るまで、継続される。処理室４内に供給されるプラズマ生成用高周波電力は、供給中において、一定であることができ、または、変化することができる。時刻Ｔ２は、時刻Ｔ１の後であって時刻Ｔ８の前の時刻である。
工程Ｓ３から後述の工程Ｓ６（プラズマ生成用高周波電力の供給を終了する工程）までにおいて、プラズマ生成用高周波電力の供給の開始と共に、ウエハＷを支持するサセプタ２２（載置台）へのイオン引き込み用バイアス電力の印加を開始する。これにより、工程Ｓ３から工程Ｓ６までにおいて、第１のガスのプラズマに含まれるイオン、第２のガスのプラズマに含まれるイオン、および、第３のガスのプラズマに含まれるイオンは、溝６２の底部６２ａに向けて異方的に照射される。イオン引き込み用バイアス電力は、高周波電源２９から供給されるバイアス用高周波電力であり得るが、これに限らず、図示しない直流電源から供給され得るパルス直流電力等の直流電力でもあり得る。ここで溝６２はウエハＷの主面６１から主面６１に対し略垂直方向に向けて延びているが、ウエハＷはサセプタ２２（載置台）に略水平に置かれるので、サセプタ２２に印加されたバイアス電力によって引き込まれるイオンはウエハＷに対し略垂直に照射するのでイオンは溝６２の底部に向けて異方的に照射される。
工程Ｓ３に引き続き、工程Ｓ４では、処理室４内への第２のガスの断続的な供給を開始すると共に、処理室４内への第３のガスの供給を開始する。図４のグラフＧ３，Ｇ４に示すように、工程Ｓ４において、時刻Ｔ３に、処理室４内への第２のガスの断続的な供給を開始し（第２のガスの供給をＯＦＦからＯＮにし、さらに、ＯＮとＯＦＦとを交互に繰り返す）、時刻Ｔ４に、処理室４内への第３のガスの供給を開始する（第３のガスの供給をＯＦＦからＯＮにする）。グラフＧ３は、方法ＭＴにおいて、処理室４内への第３のガスの供給の開始タイミングおよび終了タイミングを示す。グラフＧ４は、方法ＭＴにおいて、処理室４内への第２のガスの断続的な供給のタイミングおよび終了タイミングを示す。処理室４内への第２のガスの断続的な供給は、時刻Ｔ７まで継続される。処理室４内への第３のガスの供給は、時刻Ｔ８が経過した後の時刻Ｔ９に至るまで継続される。時刻Ｔ３，Ｔ４は、時刻Ｔ２の後であって、時刻Ｔ７の前の時刻である。時刻Ｔ３は、時刻Ｔ４より前の時刻、または、時刻Ｔ４と同時刻、である（Ｔ３≦Ｔ４）。時刻Ｔ７は、時刻Ｔ８の前の時刻である。
図４のグラフＧ４に示すように、第２のガスは断続的に処理室４内に供給される。例えば、第２のガスの供給は、周期的にＯＮとＯＦＦとが交互に繰り返され得る。第２のガスの供給についてＯＮの期間ΔＴ１は、例えば、ΔＴ１＝Ｔ５−Ｔ３であり、第２のガスの供給についてＯＦＦの期間ΔＴ２は、例えば、ΔＴ２＝Ｔ６−Ｔ５である。時刻Ｔ５，Ｔ６は、時刻Ｔ４の後であって時刻Ｔ７の前の時刻である。時刻Ｔ５は、時刻Ｔ６の前の時刻である。期間ΔＴ１，ΔＴ２のそれぞれの値は、第２のガスの供給が終了する時刻Ｔ７に至るまで、一定値に制御され得るが、変化するようにも制御され得る。期間ΔＴ１，ΔＴ２のそれぞれの値と、期間ΔＴ１，ΔＴ２のそれぞれの値の変化の度合いと、期間ΔＴ１の値および期間ΔＴ２の値の比と、期間ΔＴ１の値および期間ΔＴ２の値の比の変化の度合いとは、溝６２の側壁６２ｂにおける膜の堆積が十分に抑制されつつ溝６２の底部６２ａに膜６３が堆積されるように、制御される。
例えばΔＴ１は０．１〜１０[ｓ]、ΔＴ２は０．１〜３０[ｓ]であり、ΔＴ１とΔＴ２の比（ΔＴ１／ΔＴ２）は１〜３であり得る。上記した期間ΔＴ１の値および期間ΔＴ２の値は、膜の堆積に影響するパラメータ（高周波電力、バイアス電力、ガス流量・圧力、温度）によっても変化し得るが、これらのパラメータを最適に制御することによって、溝６２の側壁６２ｂにおける膜の堆積を十分に抑制しつつ溝６２の底部６２ａにのみに膜６３を堆積させることが可能となる。
第２のガスの供給のＯＮ，ＯＦＦの繰り返し回数は、溝６２内に形成する膜６３の厚みに応じて決定され、第２のガスの供給のＯＮ，ＯＦＦの繰り返し回数が多いほど、溝６２内に形成される膜６３の厚みが増す。第３のガスの供給タイミングは、第２のガスの供給タイミングと同時であるか、または、第２のガスの供給タイミングより後である。第３のガスの供給タイミングが第２のガスの供給タイミングより後である場合に、遅れ時間（第３のガスの供給タイミングと第２のガスの供給タイミングとの差であり、例えば時刻Ｔ３から時刻Ｔ４に至るまでの時間）は、最大で、期間ΔＴ１と同じとなる。
工程Ｓ４においてプラズマ生成用高周波電力によって生成される第２のガスのプラズマは、デポジション種（deposition species）を含む。第２のガスは、ハロゲンを含まないガスである。第２のガスは、シラン系ガスであり、特にＳｉＨ４ガスであり得る。工程Ｓ４においてプラズマ生成用高周波電力によって生成される第３のガスのプラズマは、エッチング種（etching species）を含む。第３のガスは、ハロゲンを含むガスである。第３のガスは、フッ素を含むガスであり、特にＳｉＦ４ガスであり得る。
工程Ｓ４に引き続き、工程Ｓ５（第５工程）では、工程Ｓ２で開始した第１のガスの供給と、工程Ｓ３で開始したプラズマ生成用高周波電力の供給と、工程Ｓ４で開始した第３のガスの供給とを継続しつつ、工程Ｓ４で開始した第２のガスの断続的な供給を終了する。図４のグラフＧ４に示すように、工程Ｓ５において、時刻Ｔ７に、第２のガスの断続的な供給を終了する（第２のガスの供給をＯＦＦに維持する）。時刻Ｔ７の時点では、第１のガスの供給と、プラズマ生成用高周波電力の供給と、第３のガスの供給とは継続している。時刻Ｔ７の後において、第１のガスの供給と第３のガスの供給およびプラズマ生成用高周波電力の供給とが継続している期間ΔＴ３の値は、時刻Ｔ８の値（ｔ８）から時刻Ｔ７の値（ｔ７）を差し引いた値（ｔ８−ｔ７）である。期間ΔＴ３の値は、第２のガスの最初の供給開始時（時刻Ｔ３）から第３のガスの供給開始時（時刻Ｔ４）に至るまでの時間と同じとなるように設定し得る。即ち、時刻Ｔ３の値をｔ３、および、時刻Ｔ４の値をｔ４とすると時刻Ｔ４の値（ｔ４）から時刻Ｔ３の値ｔ３を引いた値（ｔ４−ｔ３）と同じとなるように設定し得る。この場合ΔＴ３の最大値はΔＴ１と同じとなるように設定し得る。
工程Ｓ５に引き続き、工程Ｓ６（第６工程）では、工程Ｓ２で開始した第１のガスの供給と、工程Ｓ４で開始した第３のガスの供給とを継続しつつ、工程Ｓ３で開始したプラズマ生成用高周波電力の供給を終了する。図４のグラフＧ２に示すように、工程Ｓ６において、時刻Ｔ８に、プラズマ生成用高周波電力の供給を終了する（プラズマ生成用高周波電力の供給をＯＦＦに維持する）。時刻Ｔ８の時点では、第２のガスの供給は既に終了しているが、第１のガスの供給と第３のガスの供給とは継続している。また、工程Ｓ６では、プラズマ生成用高周波電力の供給の終了と共に、工程Ｓ３で開始したイオン引き込み用バイアス電力の印加を終了する。
工程Ｓ６に引き続き、工程Ｓ７では、図４のグラフＧ１，Ｇ３に示すように、時刻Ｔ８の後の時刻Ｔ９において、第１のガスの供給と第３のガスの供給とを終了する（時刻Ｔ９以降、第１のガスの供給と第３のガスの供給とがＯＦＦに維持される）。
図３の（ｂ）部に示すように、上記した方法ＭＴによって、溝６２内には、膜６３がボイド無く良好に形成され得る。膜６３の形成に窒素ガス（第１のガス）が用いられるので、膜６３は、窒素を含有する窒化膜である。なお、方法ＭＴによって主面６１上の溝６２の間の部分にも膜が形成され得るが、本発明の各工程や溝６２内に埋め込まれた絶縁膜に影響を与えるものでは無い。この主面６１上の溝６２の間の部分に形成される膜は後の工程でＣＭＰ法（CMP：Chemical Mechanical Polishing）によって除去される。図３の（ｂ）部には、主面６１上に形成された膜がＣＭＰ法などによって除去された後の溝６２の状態が示されている。
以上説明した一実施形態に係る方法ＭＴによれば、少なくとも以下の効果が一例として奏され得る。まず、窒素ガスのプラズマと共に、ハロゲンを含む第３のガスのプラズマを用いてウエハＷの溝６２に膜６３を形成する場合には、溝６２の底部６２ａに膜６３が形成される一方で第３のガスに含まれるハロゲンによって溝６２の側壁６２ｂが削られ得るが、発明者は、鋭意研究の結果、第３のガスに含まれるハロゲンによる溝６２の側壁６２ｂに対するエッチングが、ハロゲンを含まない第２のガスのプラズマを加えることによって抑制され、さらに、第２のガスによる溝６２の側壁６２ｂにおける膜の堆積も第３のガスに含まれるハロゲンによって抑制され得る、ことを見い出した。溝６２の側壁６２ｂに膜が堆積する場合には、溝６２の側壁６２ｂに堆積する膜と溝６２の底部６２ａに堆積する膜とが膜成長に伴って結合等することによって溝６２内に形成される膜がボイドを含み得ることとなるが、本方法を用いれば、プロセスを複雑化することなく、プラズマに用いるガス種とこのガス種の供給タイミングとを調整することによって、溝６２の側壁６２ｂにおける膜の堆積を十分に抑制しつつ、溝６２の底部６２ａに膜６３を堆積し得るので、溝６２の内部において膜６３をボイド無く良好に形成し得る。また、第２のガスを断続的に供給することによって、第２のガスによる溝６２の側壁６２ｂに対する膜の堆積を抑制しつつ第３のガスに含まれるハロゲンによるエッチングから溝６２の側壁６２ｂを保護するに必要且つ十分な保護膜を溝６２の側壁６２ｂ上に生成し得るので、溝６２の側壁６２ｂに膜が堆積することなく且つ溝６２の側壁６２ｂがエッチングされることなく、溝６２の底部６２ａにおいて膜６３がボイド無く良好に堆積し得る。
更に、第２のガスのプラズマがデポジション種を含むので、溝６２の側壁６２ｂ上には、第３のガスに含まれるハロゲンに対する保護膜が生成され得る。第３のガスのプラズマがエッチング種を含むので、溝６２の側壁６２ｂ上で生成される膜は、除去され得る。第２のガスは、シラン系ガスであり、特に、ＳｉＨ４ガスであるので、第２のガスのプラズマは、デポジション種を含み得る。第３のガスは、フッ素を含むガスであり、特に、ＳｉＦ４ガスであるので、第３のガスのプラズマは、エッチング種を含み得る。
更に、工程Ｓ５および工程Ｓ６によって、第１のガスの供給と第３のガスの供給とを継続した状態で第２のガスの供給とプラズマ生成用高周波電力の供給とを終了するので、工程Ｓ６の後に膜の生成は終了するが溝６２の側壁６２ｂには膜が堆積されたままの状態にある場合であっても、継続して供給される第３のガスに含まれるハロゲンによって当該膜が除去され得る。また、工程Ｓ６の後において第３のガスはプラズマではない状態で用いられるので、第３のガスのハロゲンによるエッチングの効果は抑制されており、よって、第３のガスによる当該膜に対するエッチングは緩やかに行われ得る。
更に、ウエハＷを支持するサセプタ２２（載置台）にはイオン引き込み用バイアス電力が印可されるので、プラズマ中のイオンがウエハＷの主面６１から溝６２に沿って溝６２の底部６２ａに良好に到達し得る。従って、溝６２の底部６２ａに形成される膜６３（窒化膜）の表面に生じ得る凹凸は十分に低減され得ることとなり、よって、溝６２の底部６２ａに形成される膜６３の表面は比較的に一様で平坦なものとなり得る。
なお、第３のガスに含まれるプラズマ中で分離したハロゲンは、ラジカル性のエッチング種となって膜を等方的にエッチングする。第３のガスからは、ラジカル性のエッチング種と共に、成膜に寄与するデポジション種も生成され得る。第３のガスから生成されるデポジション種は、ラジカル性のデポジション種とイオン性のデポジション種とを含む。ラジカル性のデポジション種は、等方的に成膜に寄与する。イオン性のデポジション種は、バイアスの影響もあり、異方的に、より底部６２ａにおいて成膜に寄与し得る。通常、ラジカル性のエッチング種が多量に発生し得るが、これに対し、デポジション種は、イオン性のデポジション種が多くラジカル性のデポジション種が少ないので、溝６２の底部６２ａでは成膜が生じ得るが、側壁６２ｂではエッチングがより促進されて、側壁６２ｂが過剰にエッチングされ得る。一方、第２のガスの場合、第２のガスのプラズマにはハロゲンが含まれないので、エッチング種は生成されずに、ラジカル性のデポジション種とイオン性のデポジション種とが生成される。ラジカル性のデポジション種は、等方的に成膜に寄与する。イオン性のデポジション種は、バイアスの影響もあり、異方的に成膜に寄与するので、より底部６２ａに膜が堆積しやすい。しかし、第３のガスとは独立に、ハロゲンを有しない第２のガスの量を制御することによって、底部６２ａの成膜と同時に側壁６２ｂの成膜を促進することができるので、側壁６２ｂの過剰なエッチングを抑制しつつ溝６２の底部６２ａに成膜を行うことが可能となる。上記に基づいて、ハロゲンを含まない第２のガスの断続的な供給が行われるものである。側壁６２ｂの成膜が過剰となる場合には、第２のガスの量を調整することによって、当該成膜を抑制することが可能となる。この調整は、期間ΔＴ１および期間ΔＴ２の各値と、期間ΔＴ１の値および期間ΔＴ２の値の比とに基づいて行われ得る。
（実施例１）
工程Ｓ４は、例えば以下の条件で実施され得る。
・処理室４内の圧力の値［Ｐａ］：０．１〜１０［Ｐａ］
・高周波電源１５の周波数の値［ＭＨｚ］および高周波電力の値［ワット］：１３．５６［ＭＨｚ］、１００〜５０００［ワット］
・高周波電源２９の周波数の値［ＭＨｚ］およびバイアス電力の値［ワット］：０．１〜６［ＭＨｚ］、１００〜１０００［ワット］
・処理ガス：Ｎ２ガス（第１のガス）、ＳｉＨ４ガス（第２のガス）、ＳｉＦ４ガス（第３のガス）
・処理ガスの流量［ｓｃｃｍ］：（Ｎ２ガス）１〜５００［ｓｃｃｍ］、（ＳｉＨ４ガス）１〜３００［ｓｃｃｍ］、（ＳｉＦ４ガス）１〜１００［ｓｃｃｍ］
・第２のガスの供給のＯＮの時間およびＯＦＦの時間［ｓ］：（ＯＮの時間）０．１〜１０［ｓ］、（ＯＦＦの時間）０．１〜３０［ｓ］
なお、第２のガスの供給のＯＮおよびＯＦＦの繰返し数や、全体の処理時間（方法ＭＴの実行時間であり時刻Ｔ１から時刻Ｔ９に至るまでの時間）は、膜６３の埋め込みのパターン（溝６２の形状）や埋め込む厚さ（溝６２の深さ）、等の種々の要因によって決定され得る。
以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
１…処理容器、１０…プラズマ処理装置、１１…シャワー筐体、１２…ガス流路、１２ａ…ガス供給孔、１３…高周波アンテナ、１３ａ…スペーサ、１４…整合器、１５…高周波電源、１６…給電部材、１８…コンデンサ、１ａ…接地線、２…誘電体壁、２０…処理ガス供給系、２０ａ…ガス供給管、２２…サセプタ、２４…絶縁体枠、２５…支柱、２５ａ…給電棒、２６…ベローズ、２７…ゲートバルブ、２７ａ…搬入出口、２８…整合器、２９…高周波電源、３…アンテナ室、３０…排気装置、３１…排気管、３ａ…側壁、４…処理室、４１…給電部、４３…給電部、４ａ…側壁、５…支持棚、６１…主面、６２…溝、６２ａ…底部、６２ｂ…側壁、６３…膜、Ｃｎｔ…制御部、ＭＴ…方法、Ｗ…ウエハ。

Claims (9)

  1. 被処理体を処理する方法であって、該被処理体は、該被処理体の主面に溝が形成されており、該方法は、
    プラズマ処理装置の処理室内に前記被処理体を収容する第１工程と、
    前記第１工程の後に、前記処理室内への第１のガスの供給を開始する第２工程と、
    前記第２工程の後に、前記処理室内へのプラズマ生成用高周波電力の供給を開始する第３工程と、
    前記第３工程の後に、前記処理室内への第２のガスの断続的な供給を開始すると共に、該処理室内への第３のガスの供給を開始する第４工程と、
    を備え、
    前記第１のガスは、窒素含有ガスであり、
    前記第２のガスは、ハロゲンを含まないガスであり、
    前記第３のガスは、ハロゲンを含むガスである、
    方法。
  2. 前記プラズマ生成用高周波電力によって生成される前記第２のガスのプラズマは、デポジション種を含む、
    請求項１に記載の方法。
  3. 前記プラズマ生成用高周波電力によって生成される前記第３のガスのプラズマは、エッチング種を含む、
    請求項１または請求項２に記載の方法。
  4. 前記第２のガスは、シラン系ガスである、
    請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
  5. 前記第２のガスは、ＳｉＨ４ガスである、
    請求項４に記載の方法。
  6. 前記第３のガスは、フッ素を含むガスである、
    請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
  7. 前記第３のガスは、ＳｉＦ４ガスである、
    請求項６に記載の方法。
  8. 前記第４工程の後に、前記第２工程で開始した前記第１のガスの供給と、前記第３工程で開始した前記プラズマ生成用高周波電力の供給と、該第４工程で開始した前記第３のガスの供給とを継続しつつ、該第４工程で開始した前記第２のガスの供給を終了する第５工程と、
    前記第５工程の後に、前記第２工程で開始した前記第１のガスの供給と、前記第４工程で開始した前記第３のガスの供給とを継続しつつ、前記第３工程で開始した前記プラズマ生成用高周波電力の供給を終了する第６工程と、
    をさらに備える、
    請求項１〜７の何れか一項に記載の方法。
  9. 前記第３工程は、前記プラズマ生成用高周波電力の供給の開始と共に、前記被処理体を支持する載置台へのイオン引き込み用バイアス電力の印加をさらに開始し、
    前記被処理体の前記溝は、該被処理体の前記主面から該主面に対し略垂直方向に向けて延びている、
    請求項１〜８の何れか一項に記載の方法。
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