KR20180030440A - SiC막의 성막 방법 및 성막 장치 - Google Patents

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carbon film
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가즈키 야마다
마사토시 야마토
료타 이후쿠
슈지 아즈모
다카시 후세
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 피처리체에 SiC막을 적절하게 형성한다. 기판 상에 아몰퍼스 카본 막을 형성한다(공정 S1). 잉여 아몰퍼스 카본 막을 제거한다(공정 S2). 아몰퍼스 카본 막을 수증기에 폭로한다(공정 S3). 질소 가스로 퍼지한다(공정 S4). 아몰퍼스 카본 막을 실리콘 함유 가스에 폭로하여, 당해 아몰퍼스 카본 막에 실리콘을 침윤시킨다(공정 S5). 질소 가스로 퍼지한다(공정 S6). 공정 S1 내지 S6을 반복해서 행하여, 기판의 트렌치에 SiC막을 매립한다.

Description

SiC막의 성막 방법 및 성막 장치{SiC FILM FORMING METHOD AND SiC FILM FORMING APPARATUS}
본 발명은 피처리체에 SiC막을 형성하는 성막 방법 및 성막 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 공정에서는, 반도체 기판의 표면에 형성된 트렌치나 홀 등의 개구부에, 다양한 목적으로 막이 매립된다. 일례를 들면, 예를 들어 특허문헌 1에는, 소자간을 분리함에 있어서, 트렌치에 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막을 매립하는 것이 개시되어 있다. 또한, 예를 들어 특허문헌 2에는, 홀 패턴의 반전을 행하기 위해서, 홀에 폴리실록산 조성물 막을 매립하는 것이 개시되어 있다.
한편, 최근의 반도체 디바이스의 미세화에 수반하여, 상술한 개구부에의 매립 막으로서, 실리콘 카바이트(SiC)막이 요망되고 있다.
SiC막의 성막 방법으로서는, 종래, 다양한 방법이 사용되고 있다. 예를 들어 CVD(Chemical Vapor Deposition)법에서는, 성막 대상의 기판을 가열하면서, 반응실 내에 카본 함유 가스 및 실리콘 함유 가스 등의 원료 가스를 공급하여, 당해 카본 함유 가스 및 실리콘 함유 가스를 열분해시켜 기판 상에서 반응시킴으로써, SiC막을 기판 상에 형성한다.
또한, 예를 들어 ALD(Atomic Layer Deposition)법에서는, 성막 대상의 기판을 가열하면서, 반응실 내에의 실리콘 함유 전구체의 공급, 반응실 내의 퍼지, 반응실 내에의 카본 함유 전구체의 공급, 반응실 내의 퍼지라는 사이클을 반복함으로써, 원자층을 1층씩 퇴적하여, SiC막을 기판 상에 형성한다.
일본 특허 공개 제2000-306992호 공보 국제 공개 WO2016/031563호 공보
그런데, 성막 대상의 기판에 디바이스가 형성되어 있는 경우, 그 디바이스를 보호하기 위해서, 저온, 예를 들어 400℃ 이하에서의 성막 처리가 요구되고 있다. 그러나, 상술한 CVD법이나 ALD법에서는, 700℃ 내지 1,000℃ 또는 그 이상의 고온에서 성막 처리가 행해지기 때문에, 기판 상의 디바이스를 손상시킬 우려가 있다.
이와 같이, SiC막을 적절하게 형성하는 방법은 아직 확립되어 있지 않은 것이 현 상황이다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것이며, 피처리체에 SiC막을 적절하게 형성하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명자가 예의 검토한 결과, 카본 막을 실리콘 함유 가스에 폭로하면, 탄소 원자에 실리콘 원자가 결합하여, 당해 카본 막에 실리콘이 침윤하는 것을 알았다.
본 발명은, 이러한 지견에 기초해서 이루어진 것이며, 본 발명은 피처리체에 SiC막을 형성하는 성막 방법으로서, 상기 피처리체에 카본 막을 형성하는 제1 공정과, 상기 카본 막을 실리콘 함유 가스에 폭로하여, 당해 카본 막에 실리콘을 침윤시키는 제2 공정을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 제2 공정에서, 상기 카본 막을 수증기에 폭로하여, 상기 실리콘 함유 가스의 폭로와 상기 수증기의 폭로를 교대로 행해도 된다.
상기 제1 공정에서 형성되는 상기 카본 막은, 적어도 CH기 또는 COH기를 구비하고 있어도 된다.
상기 제2 공정 전에, 상기 피처리체의 처리 공간을 감압하면서 또한 당해 피처리체를 소정 온도까지 가열하고, 상기 제2 공정에서, 상기 처리 공간에 상기 실리콘 함유 가스를 공급하여, 상기 카본 막을 상기 실리콘 함유 가스에 폭로해도 된다.
상기 제1 공정과 상기 제2 공정을 이 순서로 반복해서 행하여, 소정 막 두께의 SiC막을 형성해도 된다.
상기 피처리체에는 개구부가 형성되고, 상기 제1 공정에서, 적어도 상기 개구부의 내부에 상기 카본 막을 형성하고, 상기 제1 공정 후이며 상기 제2 공정 전에, 상기 개구부 이외의 카본 막을 제거해도 된다.
다른 관점에 의한 본 발명은, 피처리체에 SiC막을 형성하는 성막 장치로서, 상기 피처리체에 카본 막을 형성하는 카본 성막부와, 상기 카본 막을 실리콘 함유 가스에 폭로하여, 당해 카본 막에 실리콘을 침윤시키는 실리콘 침윤부를 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 따르면, 카본 막을 실리콘 함유 가스에 폭로하여, 당해 카본 막에 실리콘을 침윤시킴으로써, 피처리체에 SiC막을 적절하게 형성할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 성막 장치의 구성의 개략을 도시하는 평면도이다.
도 2는 실리콘 침윤 장치의 구성을 모식적으로 도시한 설명도이다.
도 3은 성막 처리의 주된 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 성막 처리의 각 공정에서의 트렌치 근방의 상태를 도시하는 설명도이다.
도 5는 성막 처리의 각 공정에서의 아몰퍼스 카본 막의 분자 구조의 상태를 도시하는 설명도이다.
도 6은 실리콘의 XPS 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 7은 다른 실시 형태에 따른 성막 처리의 주된 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 다른 실시 형태에 따른 성막 처리의 주된 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 다른 실시 형태에 따른 성막 장치의 구성의 개략을 도시하는 평면도다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.
<1. 성막 장치>
우선, 본 실시 형태에 관한 SiC막의 성막 장치의 구성에 대해서 설명한다. 도 1은, 성막 장치(1)의 구성의 개략을 도시하는 평면도이다. 성막 장치(1)는, 피처리체로서의 반도체 기판(W)(이하, 기판(W))에 형성된 트렌치에, SiC막을 매립한다.
성막 장치(1)는, 당해 성막 장치(1)에 대하여 기판(W)의 반출입을 행하는 카세트 스테이션(10), 기판(W)의 반송을 행하는 공통 반송부(11), 카본 성막 장치(12), 카본 에칭 장치(13), 실리콘 침윤 장치(14)를 갖고 있다.
카세트 스테이션(10)은, 기판(W)을 반송하는 기판 반송 기구(20)가 내부에 설치된 반송실(21)을 갖고 있다. 기판 반송 기구(20)는, 기판(W)을 대략 수평으로 유지하는 2개의 반송 아암(20a, 20b)을 갖고 있으며, 이들 반송 아암(20a, 20b) 중 어느 하나에 의해 기판(W)을 유지하면서 반송하는 구성으로 되어 있다. 반송실(21)의 측방에는, 기판(W)을 복수매 배열하여 수용 가능한 카세트(C)가 적재되는 카세트 적재대(22)가 구비되어 있다. 도시한 예에서는, 카세트 적재대(22)에는, 카세트(C)를 복수, 예를 들어 3개 적재할 수 있도록 되어 있다.
반송실(21)과 공통 반송부(11)는, 진공화 가능한 2개의 로드 로크 장치(23a, 23b)를 통해서 서로 연결되어 있다.
공통 반송부(11)는, 예를 들어 평면에서 볼 때 대략 다각 형상(도시한 예에서는 육각 형상)을 이루도록 형성된 밀폐 가능한 구조의 반송실 챔버(24)를 갖고 있다. 반송실 챔버(24) 내에는, 기판(W)을 반송하는 기판 반송 기구(25)가 설치되어 있다. 기판 반송 기구(25)는, 기판(W)을 대략 수평으로 유지하는 2개의 반송 아암(25a, 25b)을 갖고 있으며, 이들 반송 아암(25a, 25b) 중 어느 하나에 의해 기판(W)을 유지하면서 반송하는 구성으로 되어 있다.
반송실 챔버(24)의 외측에는, 카본 성막 장치(12), 카본 에칭 장치(13), 실리콘 침윤 장치(14), 로드 로크 장치(23a, 23b)가, 반송실 챔버(24)의 주위를 둘러싸도록 배치되어 있다. 카본 성막 장치(12), 카본 에칭 장치(13), 실리콘 침윤 장치(14), 로드 로크 장치(23a, 23b)는, 예를 들어 평면에서 볼 때 시계 역회전 방향에 있어서 이 순서대로 배열되도록, 또한 반송실 챔버(24)의 측면부에 대하여 각각 대향하도록 해서 배치되어 있다.
카본 성막 장치(12)에서는, 기판(W) 상에 카본 막으로서, 예를 들어 아몰퍼스 카본 막을 형성한다. 아몰퍼스 카본 막을 형성하기 위한 성막 장치에는, 공지된 장치를 사용할 수 있으며, 예를 들어 일본 특허 공개 제2007-224383호 공보에 개시된 플라즈마 CVD 장치를 사용해도 되고, 예를 들어 일본 특허 공개 제2011-14872호 공보에 개시된 열 CVD 장치를 사용해도 된다. 아몰퍼스 카본 막을 소정 막 두께로 형성할 수 있으면, 임의의 장치를 사용할 수 있다.
카본 에칭 장치(13)에서는, 카본 성막 장치(12)에서 성막된 아몰퍼스 카본 막 중, 잉여분을 선택적으로 에칭해서 제거한다. 잉여 아몰퍼스 카본 막을 제거하기 위한 에칭 장치에는, 공지된 장치를 사용할 수 있는데, 예를 들어 일본 특허 공개 제2014-225501호 공보에 개시된 플라스마 에칭 장치를 사용해도 되고, 예를 들어 일본 특허 공개 제2012-134199호 공보에 개시된 산화 장치(산화 처리에 의해 탄소 함유막을 제거하는 장치)를 사용해도 된다. 잉여 아몰퍼스 카본 막을 선택적으로 에칭할 수 있으면, 임의의 장치를 사용할 수 있다.
실리콘 침윤 장치(14)에서는, 아몰퍼스 카본 막을 실리콘 함유 가스에 폭로하여, 당해 아몰퍼스 카본 막에 실리콘을 침윤시킨다. 이 실리콘 침윤 장치(14)의 구성에 대해서는 후술한다.
이상의 성막 장치(1)에는, 제어부(30)가 설치되어 있다. 제어부(30)는, 예를 들어 컴퓨터이며, 프로그램 저장부(도시하지 않음)를 갖고 있다. 프로그램 저장부에는, 성막 장치(1)에서의 성막 처리를 제어하는 프로그램이 저장되어 있다. 이 프로그램은, 예를 들어 컴퓨터 판독 가능한 하드 디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 콤팩트 디스크(CD), 마그넷 옵티컬 디스크(MO), 메모리 카드 등의 컴퓨터에 판독 가능한 기억 매체에 기록되어 있던 것으로서, 그 기억 매체로부터 제어부(30)에 인스톨된 것이어도 된다.
<2. 실리콘 침윤 장치>
이어서, 상술한 실리콘 침윤 장치(14)의 구성에 대해서 설명한다. 도 2는, 실리콘 침윤 장치(14)의 구성을 모식적으로 도시한 설명도이다.
실리콘 침윤 장치(14)는, 내부를 밀폐 가능한 처리 용기(100)를 갖고 있다. 처리 용기(100)의 측면에는, 기판(W)의 반입출구(도시하지 않음)가 형성되어 있다.
처리 용기(100)의 내부에는, 기판(W)을 적재해서 유지하는 적재대(101)가 설치되어 있다. 또한, 적재대(101)의 하면측에는, 열판(102)이 설치되어 있다. 열판(102)에는, 급전에 의해 발열하는 히터(103)가 내장되어 있고, 이 히터(103)에 의해 기판(W)은 소정 온도로 가열된다. 또한, 열판(102)의 하방에는, 기판(W)을 하방으로부터 지지해서 승강시키기 위한 승강 핀(도시하지 않음)이 설치되어 있어도 된다.
처리 용기(100)의 저면에는, 당해 처리 용기(100)의 내부를 배기하기 위한 배기관(110)이 접속되어 있다. 배기관(110)은, 처리 용기(100)의 내부 분위기를 진공화해서 감압하는 진공 펌프(111)에 연통하고 있다. 또한, 배기관(110)에는, 밸브(112)가 설치되어 있다.
처리 용기(100)의 천장면에는, 당해 처리 용기(100)의 내부를 향해서 실리콘 함유 가스, 수증기, 질소 가스를 공급하기 위한 공급관(120)이 접속되어 있다. 공급관(120)은, 처리 용기(100) 내에 이들 실리콘 함유 가스, 수증기, 질소 가스를 공급하기 위한 가스 공급 장치(200)에 연통하고 있다.
가스 공급 장치(200)는, 내부에 실리콘 함유액을 저류하는 실리콘 탱크(210)를 갖고 있다. 실리콘 함유액으로서는, 예를 들어 HMDS(물질 명칭: Bis(trimethylsilyl)amine, 분자식: [(CH3)3Si]2NH)가 사용된다. 실리콘 탱크(210)는, 예를 들어 저장실(211)의 내부에 보관된다.
또한, 가스 공급 장치(200)는, 내부에 물을 저류하는 물탱크(220)를 갖고 있다. 물탱크(220)는, 예를 들어 저장실(221)의 내부에 보관된다.
이들 실리콘 탱크(210)의 내부의 실리콘 함유액과, 물탱크(220)의 내부의 물은, 각각 질소 가스에 의해 압송된다. 이 때문에, 실리콘 탱크(210)와 물탱크(220)의 상류측에는, 내부에 질소 가스를 저류하는 질소 가스 공급원(230)이 설치되어 있다. 질소 가스 공급원(230)에 접속된 공급관(231)에는, 질소 가스를 압송하기 위한 레귤레이터(232)가 설치되어 있다. 이들 질소 가스 공급원(230)과 레귤레이터(232)는, 실리콘 탱크(210)와 물탱크(220)에 공통으로 설치되어 있다. 공급관(231)은 레귤레이터(232)의 하류측에서 분기하여, 제1 공급관(231a)은 실리콘 탱크(210)에 접속되고, 제2 공급관(231b)은 물탱크(220)에 접속된다. 제1 공급관(231a)에는, 상류측으로부터 밸브(233)와 압력계(234)가 설치되어 있다. 또한, 제2 공급관(231b)에는, 상류측으로부터 밸브(235)와 압력계(236)가 설치되어 있다.
또한, 공급관(231)은, 레귤레이터(232)의 하류측에서, 제1 공급관(231a)과 제2 공급관(231b) 이외에, 제3 공급관(231c)으로 더 분기하고 있다. 제3 공급관(231c)은, 상술한 공급관(120)에 접속된다. 또한, 제3 공급관(231c)에는, 상류측으로부터 밸브(237)와 매스 플로우 컨트롤러(238)가 설치되어 있다. 그리고, 질소 가스 공급원(230)으로부터 제3 공급관(231c)과 공급관(120)을 통해서 처리 용기(100)의 내부에 질소 가스가 공급된다. 이 질소 가스는, 후술하는 바와 같이 처리 용기(100)의 내부를 퍼지할 때 사용된다.
실리콘 탱크(210)의 하류측에는, 2개의 공급관(240a, 240b)이 접속되어 있다. 하부 공급관(240a)은 실리콘 탱크(210)의 저면에 접속되고, 하부 공급관(240a)에는 밸브(241)가 설치되어 있다. 상부 공급관(240b)은 실리콘 탱크(210)의 상부 측면에 접속되고, 상부 공급관(240b)에는 밸브(242)가 설치되어 있다. 이들 공급관(240a, 240b)은, 각각 밸브(241, 242)의 하류측에서 합류하여, 공급관(240)을 구성한다. 이 공급관(240)은 또한 상술한 공급관(120)에 접속된다. 또한, 실리콘 탱크(210)의 내부에는 실리콘 함유액이 저류되어 있는데, 이 실리콘 함유액은 하부 공급관(240a) 또는 상부 공급관(240b) 중 어느 하나로부터 유출한다.
공급관(240)에는, 상류측으로부터 밸브(243), 밸브(244), 필터(245), 기화기(246), 매스 플로우 컨트롤러(247), 밸브(248)가 설치되어 있다. 밸브(243)는 저장실(211)의 내부에 설치되고, 밸브(244)는 저장실(211)의 외부에 설치되어 있다. 이에 의해 저장실(211)의 내부 또는 외부의 어디에서든, 밸브의 개폐 조작이 가능하게 된다. 필터(245)는, 실리콘 함유액 내의 파티클을 제거한다. 또한, 필터(245)에는, 실리콘 함유액 내에 발생한 기포를 배출하기 위한 배출관(도시하지 않음)이 설치되어 있어도 된다. 기화기(246)는, 액체 상태의 실리콘 함유액을 기화시켜, 기체 상태의 실리콘 함유 가스로 바꾼다. 매스 플로우 컨트롤러(247)는, 실리콘 함유 가스의 유량 제어를 행한다. 밸브(248)에는, 온도 조절기(249)가 설치되어 있다. 이 온도 조절기(249)에 의해, 밸브(248)를 통과하는 실리콘 함유 가스가 소정 온도로 조절된다.
물탱크(220)의 저면에는, 물을 공급하기 위한 공급관(250)이 접속되어 있다. 공급관(250)은 상술한 공급관(120)에 접속된다. 즉, 상술한 질소 가스 공급원(230)으로부터의 제3 공급관(231c), 실리콘 탱크(210)로부터의 공급관(240), 및 물탱크(220)로부터의 공급관(250)은 합류하여, 공급관(120)에 접속된다.
공급관(250)에는, 상류측으로부터 밸브(251), 밸브(252), 필터(253), 기화기(254), 매스 플로우 컨트롤러(255), 밸브(256)가 설치되어 있다. 밸브(251)는 저장실(221)의 내부에 설치되고, 밸브(252)는 저장실(221)의 외부에 설치되어 있다. 이에 의해 저장실(221)의 내부 또는 외부의 어디에서든, 밸브의 개폐 조작이 가능하게 된다. 필터(253)는, 수중의 파티클을 제거한다. 또한, 필터(253)에는, 수중에 발생한 기포를 배출하기 위한 배출관(도시하지 않음)이 설치되어 있어도 된다. 기화기(254)는, 액체 상태의 물을 기화시켜, 기체 상태의 수증기로 바꾼다. 매스 플로우 컨트롤러(255)는, 수증기의 유량 제어를 행한다. 밸브(256)에는, 온도 조절기(257)가 설치되어 있다. 이 온도 조절기(257)에 의해, 밸브(256)를 통과하는 수증기가 소정 온도로 조절된다.
<3. 성막 방법>
이어서, 이상과 같이 구성된 성막 장치(1)를 사용해서 행하여지는 SiC막의 성막 처리에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에서는, 성막 처리로서, 기판(W)의 트렌치에 SiC막을 매립한다. 도 3은, 이러한 성막 처리의 주된 공정의 예를 나타내는 흐름도이다. 도 4는, 성막 처리의 각 공정에서의 트렌치 근방의 상태를 도시하는 설명도이다. 또한, 기술의 이해를 용이하게 하기 위해서, 기판(W) 상에 복수 형성된 트렌치 중, 도 4의 (a)에 도시하는 바와 같이 1개의 트렌치(T)를 도시하고 있다.
우선, 복수의 기판(W)을 수납한 카세트(C)가, 성막 장치(1)의 카세트 스테이션(10)에 반입되고, 카세트 적재대(22)에 적재된다. 그 후, 기판 반송 기구(20)에 의해, 카세트(C)로부터 1매의 기판(W)이 취출되어, 로드 로크 장치(23a) 내에 반입된다. 로드 로크 장치(23a) 내에 기판(W)이 반입되면, 로드 로크 장치(23a) 내가 밀폐되고, 감압된다. 그 후, 로드 로크 장치(23a) 내와 대기압에 대하여 감압된 상태(예를 들어 대략 진공 상태)의 반송실 챔버(24) 내가 연통된다. 그리고, 기판 반송 기구(25)에 의해, 기판(W)이 로드 로크 장치(23a)로부터 반출되어, 반송실 챔버(24) 내에 반입된다.
반송실 챔버(24)에 반입된 기판(W)은, 다음으로 기판 반송 기구(25)에 의해 카본 성막 장치(12)에 반송된다. 카본 성막 장치(12)에서는, 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이 기판(W) 상에 아몰퍼스 카본 막(300)이 형성된다(도 3의 공정 S1). 이때, 기판(W)의 표면, 트렌치(T)의 측면, 트렌치(T)의 저면 모두 동일한 막 두께로 아몰퍼스 카본 막(300)이 형성된다.
그 후, 기판(W)은, 기판 반송 기구(25)에 의해 카본 에칭 장치(13)에 반송된다. 카본 에칭 장치(13)에서는, 도 4의 (c)에 도시하는 바와 같이 잉여 아몰퍼스 카본 막(300)이 제거된다(도 3의 공정 S2). 구체적으로는, 기판(W)의 표면에 형성된 아몰퍼스 카본 막(300) 및 트렌치(T)의 상부 측면에 형성된 아몰퍼스 카본 막(300)이, 선택적으로 에칭되어 제거된다.
그 후, 기판(W)은, 기판 반송 기구(25)에 의해 실리콘 침윤 장치(14)에 반송된다. 실리콘 침윤 장치(14)에 반입된 기판(W)은, 적재대(101) 상에 적재된다. 그리고, 진공 펌프(111)를 작동시켜서 처리 용기(100)의 내부를 소정 진공도까지 감압한다. 또한, 히터(103)에 의해 기판(W)을 소정 온도, 예를 들어 50℃ 내지 400℃로 가열한다. 그리고, 이 기판(W)의 소정 온도는, 처리 중(공정 S3 내지 S7) 유지된다.
그 후, 물탱크(220)로부터 처리 용기(100)를 향해서 소정 온도, 예를 들어 50℃ 내지 400℃의 수증기를 공급한다. 그리고, 기판(W) 상의 아몰퍼스 카본 막(300)을 수증기에 폭로한다(도 3의 공정 S3). 여기서, 도 5의 (a)에 도시하는 바와 같이 공정 S1, S2에서 형성된 아몰퍼스 카본 막(300)은, CH기나 COH기를 구비하고 있다. 공정 S3에서 아몰퍼스 카본 막(300)을 수증기에 폭로하면, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, CH기의 결합이 절단되어, CH기의 H+와 수증기 중의 OH-가 탈수 축합한다. 또한, 마찬가지로 CH기의 결합도 절단되어, COH기의 OH-와 수증기 중의 H+가 탈수 축합한다.
그 후, 질소 가스 공급원(230)으로부터 제3 공급관(231c)과 공급관(120)을 통해서 처리 용기(100)를 향해서 질소 가스가 공급된다. 그리고, 이 질소 가스에 의해 처리 용기(100)의 내부가 퍼지된다(도 3의 공정 S4). 퍼지 후에는 진공 펌프(111)를 작동시켜서 처리 용기(100)의 내부를 소정 진공도까지 감압한다.
그 후, 실리콘 탱크(210)로부터 처리 용기(100)를 향해서 소정 온도, 예를 들어 50℃ 내지 400℃의 실리콘 함유 가스를 공급한다. 그리고, 기판(W) 상의 아몰퍼스 카본 막(300)을 실리콘 함유 가스에 폭로한다(도 3의 공정 S5). 상술한 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이 CH기와 COH기의 결합은 절단되어 있기 때문에, 공정 S5에서는, 도 5의 (c)에 도시하는 바와 같이 실리콘 함유 가스 중의 실리콘(Si)은 이 CH기 또는 COH기의 C와 결합된다. 바꾸어 말하면, CH기의 H에 Si가 치환되고, COH기의 OH에 Si가 치환된다. 이렇게 해서 아몰퍼스 카본 막(300)에 실리콘이 침윤한다. 이 실리콘의 침윤이 충분히 진행되면, 도 4의 (d)에 도시하는 바와 같이 아몰퍼스 카본 막(300)이 SiC막(400)으로 변질되어, 트렌치(T)에 SiC막(400)이 형성된다.
또한, 상술한 바와 같이 공정 S5 전에, 처리 용기(100)의 내부를 소정 진공도까지 감압하고 있으므로, 공정 S5에서 처리 용기(100)의 내부에 충분한 실리콘 함유 가스를 공급할 수 있다. 이 때문에, 아몰퍼스 카본 막(300)에 충분한 실리콘을 침윤시킬 수 있다.
그 후, 질소 가스 공급원(230)으로부터 제3 공급관(231c)과 공급관(120)을 통해서 처리 용기(100)를 향해서 질소 가스가 공급된다. 그리고, 이 질소 가스에 의해 처리 용기(100)의 내부가 퍼지된다(도 3의 공정 S6).
이상의 공정 S1 내지 S6이 반복해서 행하여져서, 충분한 SiC막(400)이 형성됨으로써, 도 4의 (e)에 도시하는 바와 같이 트렌치(T)에 SiC막(400)이 완전히 매립된다(도 3의 공정 S7). 공정 S7에서, 트렌치(T)에 SiC막(400)이 완전히 매립되었는지 여부를 판단하는 것은, 미리 정해진 레시피에 따라도 된다. 예를 들어 공정 S1 내지 S6의 사이클을 한번 행해서 형성되는 SiC막(400)을 파악하고, n회째에 트렌치(T)에 SiC막(400)이 완전히 매립된다는 레시피를 작성해 두면 된다. 또는, 트렌치(T)에 SiC막(400)이 완전히 매립되었는지 여부를 별도 검사해도 된다. 검사 방법은 임의인데, 예를 들어 광학계의 검사를 행해도 되고, 전자 현미경을 사용해서 검사를 행해도 된다.
그 후, 기판(W)은, 기판 반송 기구(25)에 의해 다시 반송실 챔버(24) 내로 되돌려진다. 그리고, 로드 로크 장치(23b)를 통해서 기판 반송 기구(20)에 건네지고, 카세트(C)에 수납된다. 그 후, 기판(W)을 수납한 카세트(C)가 성막 장치(1)로부터 반출되어 일련의 성막 처리가 종료된다.
이상의 실시 형태에 의하면, 공정 5에서, 아몰퍼스 카본 막(300)을 실리콘 함유 가스에 폭로하여, 당해 아몰퍼스 카본 막(300)에 실리콘을 침윤시킬 수 있으므로, 트렌치(T)에 SiC막(400)을 적절하게 매립할 수 있다. 게다가, SiC막(400)의 성막을 예를 들어 400℃ 이하의 저온 프로세스에서 실현할 수 있어, 기판(W) 상에 디바이스가 형성되어 있다고 해도, 그 디바이스가 손상을 입는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명의 성막 방법은, 반도체 장치의 다양한 제조 공정에 적용하는 것이 가능하게 된다.
또한, 공정 S1에서 형성되는 아몰퍼스 카본 막(300)이 CH기와 COH기를 구비하고, 공정 S3에서 아몰퍼스 카본 막(300)을 수증기에 폭로하므로, 수증기에 의해 CH기와 COH기의 결합이 절단된다. 이 때문에, 공정 S5에서, 절단된 C에 Si가 결합하기 쉬워, 아몰퍼스 카본 막(300)에 실리콘을 보다 침윤시키기 쉬워진다.
여기서, 본 발명자는, 기판(W)의 온도와 실리콘의 침윤량과의 관계에 대해서 조사하였다. 도 6은, X선 광전자 분광법(XPS: X-ray Photoelectron Spectroscopy)을 사용하여, 4개의 아몰퍼스 카본 막에 대해서, 실리콘의 XPS 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 6 중, 횡축은 결합 에너지를 나타내고, 종축은 실리콘의 XPS 스펙트럼의 강도를 나타낸다. 또한, 4개의 아몰퍼스 카본 막은, 1. 실리콘을 침윤시키지 않은 아몰퍼스 카본 막(도면 중의 실선), 2. 기판 온도 T1에서 실리콘을 침윤시킨 아몰퍼스 카본 막(도면 중의 점선), 3. 기판 온도 T2에서 실리콘을 침윤시킨 아몰퍼스 카본 막(도면 중의 일점쇄선), 4. 기판 온도 T3에서 실리콘을 침윤시킨 아몰퍼스 카본 막(도면 중의 이점쇄선)이다. 기판(W)의 온도는 T1<T2<T3이며, T3이 가장 높다. 그리고, 도 6을 참조하면, 기판(W)의 온도가 높은 것이, 실리콘의 침윤량이 더 많아지는 것을 알 수 있다.
이 점, 본 실시 형태에서는, 공정 S5에서 기판(W)이 소정 온도까지 가열되어 있으므로, 또한 C와 Si의 결합을 더욱 촉진할 수 있다.
또한, 이상의 실시 형태에 의하면, 상술한 바와 같이 공정 S5에서의 기판(W)의 온도를 제어함으로써 아몰퍼스 카본 막(300)에 침윤하는 실리콘의 침윤량을 제어할 수 있다. 또한, 공정 S1 내지 S6의 사이클 횟수를 제어함으로써도, 실리콘의 침윤량을 제어할 수 있다. 따라서, SiC막(400)에서의 Si/C비를 제어할 수 있다.
또한, 공정 S1에서 아몰퍼스 카본 막(300)의 막 두께를 제어함으로써, SiC막(400)의 막 두께도 제어할 수 있다.
또한, 이렇게 SiC막(400)에서의 Si/C비 및 막 두께를 적절하게 제어할 수 있으므로, 예를 들어 성막 장치(1)의 외부에서 행하여지는 후속 공정에서, SiC막(400)을 제거하는 경우에도, 기판(W)으로부터 용이하게 SiC막(400)을 박리할 수 있다. 예를 들어 SiC막(400)의 상층부를 적절한 성질을 갖는 SiC층으로 해 두고, 하층부를 아몰퍼스 카본 막(300)의 상태 그대로 두면, 웨트 처리로 용이하게 SiC막(400)을 기판(W)으로부터 박리할 수 있다. 이 점, 종래 방법으로 성막된 SiC막은 결정성의 막으로, 기판(W)으로부터 박리시키는 것은 용이하지 않다. 따라서, 이러한 관점에서도 본 발명은 매우 유용하다.
또한, 본 실시 형태의 성막 장치(1)에서는, 카본 성막 장치(12), 카본 에칭 장치(13), 실리콘 침윤 장치(14)는, 각각 개별의 장치로서 설치되어 있기 때문에, 각 장치에서 처리 조건을 조절하기 쉬워, 최적의 조건에서 처리를 행할 수 있다. 또한, 각 장치(12, 13, 14)의 장치 구성을 간이화할 수 있다. 또한, 각 장치(12, 13, 14)의 메인터넌스도 용이하게 행할 수 있다.
<4. 다른 실시 형태>
이어서, 본 발명의 다른 실시 형태에 대해서 설명한다.
<4-1. 성막 방법의 다른 실시 형태>
이상의 실시 형태의 성막 방법에서는, 공정 3에서의 수증기 폭로를 행한 후, 공정 S5에서의 실리콘 함유 가스 폭로를 행하고 있었지만, 이들 순서를 반대로 해도 된다. 이러한 경우, 도 7에 도시한 바와 같이, 공정 S3에서 아몰퍼스 카본 막(300)을 실리콘 함유 가스로 폭로한다. 그렇게 하면, 실리콘 함유 가스 중의 Si는, CH기에서의 H 또는 COH기에서의 OH로 치환되어, C와 Si가 결합된다. 그리고, 아몰퍼스 카본 막(300)에 실리콘이 침윤한다. 그 후, 공정 S4에서 질소 가스로 퍼지한 후, 공정 S5에서 아몰퍼스 카본 막(300)을 수증기로 폭로한다. 그렇게 하면, C와 Si의 결합이 더욱 촉진된다. 이렇게 해서, 트렌치(T)에 SiC막(400)이 형성된다.
이상의 실시 형태의 성막 방법에 있어서, 도 8에 도시한 바와 같이, 공정 S1에서 아몰퍼스 카본 막(300)을 형성하기 전에, 기판(W)을 소정 온도, 예를 들어 50℃ 내지 400℃로 가열해 두어도 된다(도 8의 공정 S0). 이러한 경우, 이후의 공정 S1 내지 S6을 적절하게 행할 수 있다. 또한, 이 공정 S0에서, 기판(W)의 처리 공간을 진공화하여, 소정 진공도까지 감압하는 것이 바람직하다. 이렇게 일단 진공화를 행함으로써, 기판(W)의 가열을 적절하면서도 또한 효율적으로 행할 수 있고, 그 결과, SiC막을 적절하게 형성할 수 있다.
<4-2. 성막 장치의 다른 실시 형태>
이상의 실시 형태의 성막 장치(1)에서는, 카본 성막 장치(12), 카본 에칭 장치(13), 실리콘 침윤 장치(14)가 개별로 설치되어 있었지만, 도 9에 도시하는 바와 같이 카본 성막 장치(12)와 카본 에칭 장치(13)를 1개의 카본 처리 장치(15)로 해도 된다. 이러한 경우, 이 카본 처리 장치(15)에서는, 아몰퍼스 카본 막(300)의 성막과, 잉여 아몰퍼스 카본 막(300)의 제거가 연속해서 행해진다.
또한, 도시는 하지 않지만, 카본 성막 장치(12), 카본 에칭 장치(13), 실리콘 침윤 장치(14)를, 1개의 장치로 해도 된다. 이러한 경우, 아몰퍼스 카본 막(300)의 성막과, 잉여 아몰퍼스 카본 막(300)의 제거, 아몰퍼스 카본 막(300)에의 실리콘의 침윤이, 1개의 장치에서 연속해서 행하여진다.
또한, 예를 들어 1개의 장치에서 연속 처리를 행하는 경우, 당해 1개의 장치에는, 복수의 기판(W)을 적재 가능한 회전 테이블을 설치해도 된다. 구체적으로는, 회전 테이블을 회전시킨 위치(P1)에 아몰퍼스 카본 막(300)을 성막하는 기구를 설치하고, 위치(P2)에 잉여 아몰퍼스 카본 막(300)을 제거하는 기구를 설치하고, 위치(P3)에 아몰퍼스 카본 막(300)에의 실리콘의 침윤을 행하는 기구를 설치한다. 이러한 경우, 회전 테이블을 회전시켜, 위치(P1)에 기판(W)을 배치하고, 아몰퍼스 카본 막(300)을 형성한다. 또한 회전 테이블을 회전시켜, 위치(P2)에 기판(W)을 배치하고, 잉여 아몰퍼스 카본 막(300)을 제거한다. 또한 회전 테이블을 회전시켜, 위치(P3)에 기판(W)을 배치하고, 아몰퍼스 카본 막(300)에 실리콘을 침윤시킨다.
또한, 이상의 실시 형태에서는, 1개의 장치에서 1매의 기판(W)을 처리하는, 소위 매엽 처리가 행하여지고 있었지만, 복수매의 기판(W)을 동시에 처리하는, 소위 뱃치 처리를 행해도 된다. 예를 들어 카본 성막 장치(12), 카본 에칭 장치(13), 실리콘 침윤 장치(14)를 1개의 장치로 하는 경우, 복수의 기판(W)의 뱃치 처리에서, 아몰퍼스 카본 막(300)의 성막과, 잉여 아몰퍼스 카본 막(300)의 제거, 아몰퍼스 카본 막(300)에의 실리콘의 침윤이 연속해서 행하여진다.
이와 같이, 본 발명의 SiC막의 성막 방법을 실현하는 장치는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 다양한 장치 구성을 취할 수 있다.
<4-3. 기타 실시 형태>
이상의 실시 형태에서는, 아몰퍼스 카본 막(300)에 실리콘을 침윤시키는 경우에 대해서 설명했지만, 실리콘을 침윤시키는 대상의 막은, 다른 카본 막이어도 된다. 카본 막이라면 적어도 탄소 원자를 구비하고 있고, 본 발명의 성막 방법을 적용해서 탄소 원자에 실리콘 원자를 결합시켜, 카본 막에 실리콘을 침윤시킬 수 있다.
또한, 이상의 실시 형태에서는, 기판(W)에 형성된 트렌치(T)에 SiC막을 매립하는 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명은 그 밖에도 적용할 수 있다. 예를 들어 본 발명의 성막 방법을 사용하여, 기판(W)에 형성된 홀에 SiC막을 매립할 수도 있다. 또한, 본 발명의 성막 방법을 사용하여, 기판(W) 상에 평탄막인 SiC막을 형성할 수도 있다. 이러한 평탄막의 SiC막은, 예를 들어 에칭의 스톱 재나 반사 방지막 등, 다양한 용도에 사용할 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 당업자라면 특허 청구 범위에 기재된 사상의 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있음은 명확하며, 그들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.
1 : 성막 시스템 12 : 카본 성막 장치
13 : 카본 에칭 장치 14 : 실리콘 침윤 장치
200 : 가스 공급 장치 210 : 실리콘 탱크
220 : 물탱크 230 : 질소 가스 공급원
300 : 아몰퍼스 카본 막 400 : SiC막
W : 기판 T : 트렌치

Claims (7)

  1. 피처리체에 SiC막을 형성하는 성막 방법으로서,
    상기 피처리체에 카본 막을 형성하는 제1 공정과,
    상기 카본 막을 실리콘 함유 가스에 폭로하여, 당해 카본 막에 실리콘을 침윤시키는 제2 공정을 포함하는 SiC막의 성막 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 공정에서, 상기 카본 막을 수증기에 폭로하고,
    상기 실리콘 함유 가스의 폭로와 상기 수증기의 폭로를 교대로 행하는 SiC막의 성막 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 공정에서 형성되는 상기 카본 막은, 적어도 CH기 또는 COH기를 구비하는 SiC막의 성막 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 공정 전에, 상기 피처리체의 처리 공간을 감압하는 공정과,
    상기 피처리체를 미리 결정된 온도까지 가열하는 공정을 더 포함하며,
    상기 제2 공정에서, 상기 처리 공간에 상기 실리콘 함유 가스를 공급하여, 상기 카본 막을 상기 실리콘 함유 가스에 폭로하는 SiC막의 성막 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 공정과 상기 제2 공정을 이 순서로 반복해서 행하여, 미리 결정된 막 두께의 SiC막을 형성하는 SiC막의 성막 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피처리체에 개구부를 형성하는 공정을 더 포함하고,
    상기 제1 공정에서, 적어도 상기 개구부의 내부에 상기 카본 막을 형성하고,
    상기 제1 공정 후이며 상기 제2 공정 전에, 상기 개구부 이외의 카본 막을 제거하는 SiC막의 성막 방법.
  7. 피처리체에 SiC막을 형성하는 성막 장치로서,
    상기 피처리체에 카본 막을 형성하는 카본 성막부와,
    상기 카본 막을 실리콘 함유 가스에 폭로하여, 당해 카본 막에 실리콘을 침윤시키는 실리콘 침윤부를 포함하는 SiC막의 성막 장치.
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