(57)【要約】【課題】基板の凹部を酸化シリコンで埋め込む際に、シームの形成を避ける。【解決手段】凹部が形成される基板に対して過酸化水素を含む気体を供給し、当該基板に過酸化水素を凝結させるステップと、前記過酸化水素と反応可能なシリコン含有ガスを前記過酸化水素が凝結された前記基板に対して供給するステップとを含む成膜方法により、上記の課題が達成される。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部が形成される基板に対して過酸化水素を含む気体を供給し、当該基板に過酸化水素を凝結させるステップと、
前記過酸化水素が凝結された前記基板に対し、前記過酸化水素と反応可能なシリコン含有ガスを供給するステップと
を含む成膜方法。
【請求項２】
前記過酸化水素を凝結させるステップと前記シリコン含有ガスを供給するステップとが交互に複数回繰り返される、請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
前記シリコン含有ガスを供給するステップの前に、前記過酸化水素が凝結された前記基板に対して不活性ガスを供給するステップを更に含む、請求項１又は２に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記過酸化水素を凝結させるステップの前に、前記シリコン含有ガスが供給された前記基板に対して不活性ガスを供給するステップを更に含む、請求項２又は３に記載の成膜方法。
【請求項５】
前記基板を室温以下の温度に維持するステップを更に含む、請求項１から３のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項６】
前記シリコン含有ガスがシランガスである、請求項１から４のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項７】
基板が載置される基板載置部を含み、真空容器内に回転可能に設けられる回転テーブルと、
前記基板載置部に載置される前記基板に対し、過酸化水素を含む気体を供給して過酸化水素を前記基板に凝結させる第１の反応ガス供給部と、
前記第１の反応ガス供給部から前記回転テーブルの周方向に離間して設けられ、前記基板に対して、前記過酸化水素と反応可能なシリコン含有ガスを供給し、前記基板に凝結する前記過酸化水素と前記シリコン含有ガスとを反応させて酸化シリコンを前記基板に形成する第２の反応ガス供給部と、
前記回転テーブルを回転することにより、当該回転テーブルの前記基板載置部に載置される前記基板を、前記第１の反応ガス供給部からの前記過酸化水素を含むガスと、前記第２の反応ガス供給部からの前記シリコン含有ガスとに晒す回転機構と
を備える成膜装置。
【請求項８】
前記回転テーブルの回転方向に沿って前記第１の反応ガス供給部よりも下流側であって前記第２の反応ガス供給部よりも上流側に、前記基板に不活性ガスを供給する第１の不活性ガス供給部を更に備える、請求項７に記載の成膜装置。
【請求項９】
前記回転テーブルの回転方向に沿って前記第２の反応ガス供給部よりも下流側であって前記第１の反応ガス供給部よりも上流側に、前記基板に不活性ガスを供給する第２の不活性ガス供給部を更に備える、請求項７又は８に記載の成膜装置。
【請求項１０】
前記回転テーブルを室温以下の温度に維持する冷却部を更に備える、請求項７から９のいずれか一項に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを基板に交互に供給することにより、両反応ガスの反応生成物を基板上に成膜する成膜方法に関し、特に基板に形成される凹部を埋め込むに好適な成膜方法及び成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路（ＩＣ）の製造プロセスには、例えばトレンチ、ビアホール、又はライン・スペース・パターンにおけるスペースなどの凹部を酸化シリコンで埋め込む工程がある。酸化シリコンで凹部を埋め込む際には、凹部に埋め込まれた酸化シリコン膜にボイドが生じるのを抑制するため、凹部形状に沿って（コンフォーマルに）酸化シリコン膜を成膜できる成膜方法が好適に採用される（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許４６６１９９０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
コンフォーマルな成膜が可能な成膜方法により酸化シリコンで凹部を埋め込む場合には、凹部の両内側面に堆積される酸化シリコンが厚くなるに伴って、これらの表面が互いに近づき、やがて凹部の中央付近で接することにより、凹部が酸化シリコン膜で埋め込まれる。ところが、双方の酸化シリコン膜が互いに接触した接触面（シーム）は、凹部埋め込み工程より後に行われる加熱工程において凹部内の酸化シリコン膜が収縮すると、互いに離間してしまい、酸化シリコン膜中に隙間ができてしまうことがある。また、凹部の埋め込み工程より後に行われるエッチング工程において、シームに沿ってエッチングが促進されて隙間ができてしまう場合もある。
【０００５】
本発明は、上述の事情に照らしてなされ、基板の凹部を酸化シリコンで埋め込む際に、シームの形成を避けることが可能な成膜方法及び成膜装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、凹部が形成される基板に対して過酸化水素を含む気体を供給し、当該基板に過酸化水素を凝結させるステップと、前記過酸化水素と反応可能なシリコン含有ガスを前記過酸化水素が凝結された前記基板に対して供給するステップとを含む成膜方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の実施形態によれば、基板の凹部を酸化シリコンで埋め込む際に、シームの形成を避けることが可能な成膜方法及び成膜装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】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２】図１の成膜装置の概略斜視図である。
【図３】図１の成膜装置の概略上面図である。
【図４】図１の成膜装置の概略断面図である。
【図５】図１の成膜装置の概略一部断面図である。
【図６】図１の成膜装置の他の概略上面図である。
【図７】本発明の実施形態による成膜方法を説明する説明図である。
【図８】図７に引き続いて、本発明の実施形態による成膜方法を説明する説明図である。
【図９】本実施形態による成膜方法の効果を確認するために行った実験の結果を示す走査型電子顕微鏡像である。
【図１０】本発明の実施形態の変形例による成膜方法を実施するに好適な、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１１】図１０に示すプラズマ発生源を示す他の概略断面図である。
【図１２】図１０に示すプラズマ発生源を示す他の概略上面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一または対応する部材または部品には、同一または対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、部材又は部品間の相対比を示すことを目的とせず、したがって、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定されるべきものである。
【００１０】
（成膜装置）
始めに、本発明の実施形態による成膜装置について説明する。図１は、本実施形態の成膜装置１０の概略断面であり、図２は、成膜装置１０の真空容器１内の構造を説明するための概略斜視図であり、図３は、成膜装置１０の真空容器１内の構造を説明するための概略上面図である。図２と図３では、説明の便宜上、天板１１の図示を省略している。
【００１１】
図１から図３までを参照すると、本発明の実施形態による成膜装置１０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。
【００１２】
回転テーブル２は、例えばアルミニウムなどの熱伝導率の高い金属で作製されている。また、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、その下端が駆動部２３に取り付けられている。駆動部２３により回転軸２２ひいては回転テーブル２が鉛直軸を中心に回転できる。
【００１３】
また、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の内部雰囲気が外部雰囲気から隔離される。
【００１４】
回転テーブル２の表面には、図２及び図３に示すように回転方向（周方向）に沿って半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗを載置するための複数（図示の例では５つ）の円形状のウエハ載置部２４が設けられている。ただし、図３では便宜上１個のウエハ載置部２４だけにウエハＷを示す。このウエハ載置部２４は、ウエハＷの直径（例えば３００ｍｍ）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をウエハ載置部２４に載置すると、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）とがほぼ同じ高さになる。
【００１５】
図２及び図３に示すように、回転テーブル２の上方には、反応ガスノズル３１、分離ガスノズル４１、反応ガスノズル３２、及び分離ガスノズル４２がこの順に真空容器１の周方向に間隔をおいて配列されている。これらのノズル３１、３２、４１、及び４２は、それぞれの基端部であるガス導入ポートを容器本体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に対して平行に延びている。
【００１６】
反応ガスノズル３１、３２には、回転テーブル２に向かって下方に開口する複数のガス吐出孔３３（図４参照）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。  
図３に示すように、反応ガスノズル３１には、シラン（ＳｉＨ４）ガスが充填されるシリコン（Ｓｉ）ガス供給源（不図示）が開閉バルブ及び流量調整器（ともに不図示）を介して接続されている。これにより、回転テーブル２のウエハ載置部２４に載置されるウエハＷに対し、反応ガスノズル３１からＳｉＨ４ガスが供給される。また、反応ガスノズル３２には過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）が充填されるＨ２Ｏ２供給源（不図示）が接続されている。Ｈ２Ｏ２供給源は例えば窒素（Ｎ２）ガスや希ガスなどの不活性ガスが接続されるバブラーであってよく、開閉バルブ及び流量調整器（ともに不図示）を介してバブラーに不活性ガスを供給することにより、回転テーブル２のウエハ載置部２４に載置されるウエハＷに対し、反応ガスノズル３２からＨ２Ｏ２ガスが供給される。
【００１７】
なお、反応ガスノズル３１の下方領域を、ＳｉＨ４ガスをウエハＷに供給する第１の処理領域Ｐ１と言い、反応ガスノズル３２の下方領域は、ウエハＷに対してＨ２Ｏ２ガスを吸着させる第２の処理領域Ｐ２と言う場合がある。
【００１８】
また、分離ガスノズル４１、４２には、回転テーブル２に向かって下方に開口する複数のガス吐出孔４２ｈ（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。また、分離ガスノズル４１、４２には、ＡｒやＨｅなどの希ガスや窒素ガスなどの不活性ガスの供給源が開閉バルブ及び流量調整器（ともに不図示）を介して接続されている。本実施形態においては、不活性ガスとしてＮ２ガスが使用される。
【００１９】
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、頂部が円弧状に切断された略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。なお、反応ガスノズル３１から反応ガスノズル３２まで及ぶ、回転テーブル２と同心円状の仮想線ＡＬに沿った真空容器１の断面図である図４から分かるように、凸状部４は、天板１１の裏面に取り付けられている。このため、真空容器１内には、凸状部４の下面である低い天井面４４（第２の天井面）と、天板１１の下面である、天井面４４よりも高い天井面４５（第１の天井面）とが存在している。以下の説明においては、低い天井面４４と回転テーブル２との間の狭隘な空間を分離空間Ｈと言う場合がある。また、高い天井面４５と回転テーブル２との間の空間のうち、反応ガスノズル３１が設けられる空間を参照符号４８１で表し、反応ガスノズル３２が設けられる空間を参照符号４８２で表す。
【００２０】
また、図４に示すとおり、凸状部４の周方向中央部には、回転テーブル２の半径方向に沿って延びる溝部４３が形成されており、ここに上述の分離ガスノズル４２が収容されている。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。分離ガスノズル４２からＮ２ガスが供給されると、このＮ２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、Ｎ２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の間において、分離空間Ｈは圧力障壁を提供することができる。しかも、分離空間Ｈから空間４８１及び４８２へ流れ出るＮ２ガスは、第１の処理領域Ｐ１へ供給され、凸状部４に向かって流れるＳｉＨ４ガスと、第２の領域Ｐ２へ供給され、凸状部４に向かって流れるＨ２Ｏ２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の処理領域Ｐ１のＳｉＨ４ガスと、第２の領域Ｐ２のＨ２Ｏ２ガスとを分離空間Ｈにより確実に分離することができる。仮に、真空容器１内の気相中でＳｉＨ４ガスとＨ２Ｏ２ガスとが反応すると、酸化シリコンの微粒子が生成され、ウエハＷを汚染するおそれがあるが、本実施形態による成膜装置１０では、ＳｉＨ４ガスとＨ２Ｏ２ガスとの気相中での混合を抑制できるため、そのような汚染を抑制できる。
【００２１】
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（Ｎ２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。
【００２２】
再び図２及び図３を参照すると、天板１１の下面には、回転テーブル２を固定するコア部２１の外周を囲むように突出部５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。
【００２３】
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一部断面図である。図５に示すように、略扇型の凸状部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、回転テーブル２と容器本体１２の内周面との間の空間を通して、空間４８１及び空間４８２（図４）の間でガスが流通するのを抑制する。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。
【００２４】
再び図３を参照すると、回転テーブル２と容器本体の内周面との間において、空間４８１と連通する第１の排気口６１と、空間４８２と連通する第２の排気口６２とが形成されている。第１の排気口６１及び第２の排気口６２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は圧力調整器を示す。
【００２５】
真空容器１の底部１４の上方で、回転テーブル２の下面よりも低い高さに、図１及び図５に示すように冷却手段である冷却器７が設けられている。具体的には、冷却器７は、凸状部４や回転テーブル２などを取り外した容器本体１２を示す概略上面図である図６に示すように、容器本体１２の底部１４に設けられた導入端子１４Ｈを介して容器本体１２内へ導入され、底部１４の上方で巻回された冷却管７Ｐと、冷却管７Ｐ内に所定の温度に調整された冷却媒体を流通させるチラーユニットＣＵとを有している。また、回転テーブル２の温度を検出する例えば熱電対や放射温度計などの温度検出器（不図示）により、回転テーブル２の温度が測定され、その結果に基づいて冷却媒体の温度が調整され、回転テーブル２ひいてはウエハＷが例えば室温（２３℃）又は室温よりも低い温度に調整される。
【００２６】
再び図５を参照すると、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の下方の空間へガスが侵入するのを抑えるために、リング状のカバー部材７１が設けられている。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、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、冷却器７を全周に亘って取り囲んでいる。
【００２７】
図５（及び図１）に示すように、底部１４には、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する突出部１２ａが形成され、突出部１２ａとコア部２１との間は狭い空間になっている。また、底部１４を貫通する回転軸２２の貫通孔の内周面と回転軸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Ｎ２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。さらに、真空容器１の底部１４には、冷却器７の下方において周方向に所定の角度間隔で、冷却器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）。
【００２８】
パージガス供給管７２からＮ２ガスを供給すると、このＮ２ガスは、回転軸２２の貫通孔の内周面と回転軸２２との隙間と、突出部１２ａとコア部２１との間の隙間とを通して、回転テーブル２と蓋部材７ａとの間の空間を流れ、第１の排気口６１又は第２の排気口６２（図３）から排気される。また、パージガス供給管７３からＮ２ガスを供給すると、このＮ２ガスは、冷却器７が収容される空間から、蓋部材７ａと内側部材７１ａとの間の隙間（不図示）を通して流出し、第１の排気口６１又は第２の排気口６２（図３）から排気される。これらＮ２ガスの流れにより、真空容器１の中央下方の空間と、回転テーブル２の下方の空間とを通して、空間４８１及び空間４８２内のガスが混合するのを抑制することができる。
【００２９】
また、図５に示すように、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Ｎ２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との狭い空間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ＳｉＨ４ガスと、第２の処理領域Ｐ２に供給されるＨ２Ｏ２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。
【００３０】
さらに、真空容器１の側壁には、図２及び図３に示すように、外部の搬送アーム１０Ａ（図３）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はゲートバルブ１５ａ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ウエハ載置部２４はこの搬送口１５に臨む位置にて搬送アーム１０Ａ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、ウエハ載置部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。
【００３１】
また、本実施形態による成膜装置１０には、図３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制御部１００が設けられている。この制御部１００は、例えばコンピュータで構成されるプロセスコントローラ１００ａと、ユーザインタフェース部１００ｂと、メモリ装置１００ｃとを有する。ユーザインタフェース部１００ｂは、成膜装置の動作状況を表示するディスプレイや、成膜装置の操作者がプロセスレシピを選択したり、プロセス管理者がプロセスレシピのパラメータを変更したりするためのキーボードやタッチパネル（図示せず）などを有する。
【００３２】
メモリ装置１００ｃは、プロセスコントローラ１００ａに種々のプロセスを実施させる制御プログラム、プロセスレシピ、及び各種プロセスにおけるパラメータなどを記憶している。また、これらのプログラムには、例えば後述する成膜方法を行わせるためのステップ群を有しているものがある。これらの制御プログラムやプロセスレシピは、ユーザインタフェース部１００ｂからの指示に従って、プロセスコントローラ１００ａにより読み出されて制御部１００により実行される。また、これらのプログラムは、コンピュータ可読記憶媒体１００ｄに格納され、これらに対応した入出力装置（図示せず）を通してメモリ装置１００ｃにインストールしてよい。コンピュータ可読記憶媒体１００ｄは、ハードディスク、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ、フレキシブルディスク、半導体メモリなどであってよい。また、プログラムは通信回線を通してメモリ装置１００ｃへダウンロードしてもよい。
【００３３】
（成膜方法）
次に、図７を参照しながら、上述の成膜装置１０において実施される、本発明の実施形態による成膜方法を説明する。以下の説明では、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７（ａ）に示すように、開口部及び底部での幅（内径）よりも中間部における幅（内径）が大きいトレンチＴが形成されている。また、以下の説明では、既に参照した図１から図４についても適宜を参照する。
【００３４】
先ず、冷却器７により回転テーブル２を例えば２３℃に調整する。次に、ゲートバルブ１５ａを開き、搬送アーム１０Ａ（図３）により搬送口１５（図３）を通してウエハＷを真空容器１内に搬入し、昇降ピン（不図示）により、回転テーブル２のウエハ載置部２４内にウエハＷを載置する。この手順を、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つのウエハ載置部２４内に夫々ウエハＷを載置する。
【００３５】
続いてゲートバルブ１５ａを閉じ、真空ポンプ６４０（図１）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（図３）から分離ガスであるＮ２ガスを所定の流量で供給し、分離ガス供給管５１及びパージガス供給管７２、７３（図５）からもＮ２ガスを所定の流量で供給する。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、反応ガスノズル３２からＨ２Ｏ２ガスを供給し、反応ガスノズル３１からＳｉＨ４ガスを供給すると共に、回転テーブル２を図３中の矢印Ａで示す方向に例えば２０ｒｐｍの回転速度で回転させる。
【００３６】
回転テーブル２が回転し、ウエハＷが第２の処理領域（反応ガスノズル３２の下方の領域）を通過すると、反応ガスノズル３２から供給されるＨ２Ｏ２ガスに、室温程度の温度を有するウエハＷが晒され、図７（ａ）に示すように、ウエハＷの表面とトレンチＴの内面とにＨ２Ｏ２が凝結する。このとき、凝結したＮ２Ｏ２は流動性を有し、ウエハＷの鏡面やトレンチＴの上端側内面からトレンチＴの底部へ流れ得るため、トレンチＴの底部に比較的多量のＮ２Ｏ２が溜まることとなる。次に、ウエハＷは、分離領域Ｄ（分離ガスノズル４２の下方）を通過する際に、分離領域Ｄの分離ガス供給ノズルから供給されるＮ２ガスに晒される。ウエハＷの表面やトレンチＴの上端側内面では、Ｈ２Ｏ２がＮ２ガスにより蒸発する一方、トレンチＴの底部（底面や底面側内面）にはＨ２Ｏ２が残存することになる（図７（ｂ）参照）。
【００３７】
次いで、第１の処理領域（反応ガスノズル３１の下方の領域）をウエハＷが通過すると、ウエハＷは、反応ガスノズルからのＳｉＨ４ガスに晒される。これにより、ＳｉＨ４ガスとウエハＷに残るＨ２Ｏ２とが互いに反応し酸化シリコンが生成される。このとき、ＳｉＨ４ガスは、Ｈ２Ｏ２に吸収され易いため（Ｈ２Ｏ２には吸着し得るため）、Ｈ２Ｏ２が残るトレンチＴの底部に優先的に吸着し、ウエハＷの表面やトレンチＴの上端側内面にはあまり吸着しない。したがって、図７（ｃ）に示すように、トレンチＴの主に底部に酸化シリコンが堆積することになる。すなわち、トレンチＴの底部から酸化シリコン膜の膜厚が厚くなっていく。  
続けて、図８（ｄ）に示すようにウエハＷが分離領域Ｄ（分離ガスノズル４１）を通過する際、ＳｉＨ４ガスとＨ２Ｏ２との副反応生成物（例えば水分（Ｈ２Ｏ）が、分離ガスノズル４１からのＮ２ガスにより排出される。
【００３８】
以上説明したように、本発明の実施形態による成膜方法によれば、反応ガスノズル３２からＨ２Ｏ２ガスをウエハＷに供給すると、ウエハＷにＨ２Ｏ２が凝結し、分離領域Ｄの分離ガスノズル４２から供給されるＮ２ガスによってウエハＷの表面やトレンチＴの上端部内面に凝結したＨ２Ｏ２が蒸発し、トレンチＴの底部にＨ２Ｏ２が残る。反応ガスノズル３１から供給されるＳｉＨ４ガスは、トレンチＴの底部に残るＨ２Ｏ２に吸収されて酸化し、酸化シリコンが生成される。このため、トレンチＴは底部から酸化シリコンにより埋め込まれていき、図８（ｅ）に示すようにトレンチＴが酸化シリコン膜１６により埋め込まれる。
【００３９】
トレンチＴの内面形状に沿って（コンフォーマルに）酸化シリコン膜を成膜する場合には、トレンチＴの両側面に成膜される酸化シリコン膜の表面は、膜厚の増加とともに互いに近づいていき、やがて接触することによりトレンチＴが埋め込まれる。この場合、接触面（シーム）では欠陥や不純物の密度が高くなっていると考えられ、このため、後の加熱工程やエッチング工程において、シームに沿った隙間が生じるおそれがある。
【００４０】
しかし、本実施形態による成膜方法によれば、トレンチＴは底部から埋め込まれていくため、シームが形成されることがない。したがって、後の工程において生じ得る、シームに沿った隙間の形成が抑制される。
【００４１】
また、本実施形態による成膜方法においては、回転テーブル２が冷却器７により室温（約２３℃）又は室温よりも低い温度（例えば１２℃以上２３℃未満）に冷却されるため、ウエハＷもほぼ同じ温度に冷却され、よってウエハＷにＨ２Ｏ２を容易に凝結させることができる。
【００４２】
なお、Ｈ２Ｏ２ガスの供給量が多いと、ＳｉＨ４と反応しないＨ２Ｏ２が残り、残ったＨ２Ｏ２が蒸発すると、トレンチＴを埋める酸化シリコン膜にボイドが形成される。したがって、Ｈ２Ｏ２ガスの供給量、ウエハＷの温度、及び分離領域Ｄにおける分離ガスの供給量などを調整することにより、Ｈ２Ｏ２の凝結量を適切に調整すべきことは明らかである。また、Ｈ２Ｏ２の適切な凝結量に合わせて、シランガスの供給量を調整すべきことも明らかである。これらの調整は、例えば予備実験に基づいて行うことができる。
【００４３】
次に、本実施形態による成膜方法の効果を確認するために行った実験の結果について説明する。  
図９（ａ）は、ウエハＷに形成されたトレンチＴを示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像であり、図９（ｂ）は、そのトレンチＴと、上述の成膜方法によりトレンチＴ内に成膜された酸化シリコン膜とを示すＳＥＭ像である。この実験で用いた主な成膜条件は、以下のとおりである。
−ウエハＷの温度： １５℃
−真空容器１内の圧力： ４Torr（５３３．３Pa）
−ＳｉＨ４ガス供給量： １０標準立方センチメートル毎分（sccm）
−Ｈ２Ｏ２ガス供給量： １００sccm
−分離ガスノズル４１及び４２夫々からのＮ２ガス供給量： ６標準リットル毎分（slm）
−回転テーブル２の回転速度： １０回転毎分（rpm）
−成膜時間： １００分。
【００４４】
図９（ｂ）に示すように、トレンチＴ（深さ約１ｃｍ）の底部に成膜された酸化シリコン膜１６の膜厚が１３７ｎｍから１９０ｎｍ程度であるのに対し、トレンチＴの例えば側壁上部では酸化シリコン膜の成膜はほとんど認められない。すなわち、本実施形態による成膜方法によれば、酸化シリコン膜１６は、主としてトレンチＴの底部に成膜され得ることが分かった。この実験では成膜時間１００分で成膜を中止して断面を観察したが、更に長い時間成膜すれば、トレンチＴは底部から酸化シリコン膜１６で埋め込まれていくことが容易に推測される。すなわち、本実施形態による成膜方法によれば、ウエハに形成されるトレンチＴが、酸化シリコンにより、シームが形成されることなく底部から埋め込まれ得ることが確認された。
【００４５】
（変形例）
上述の成膜方法では、回転テーブル２の回転により、ウエハＷは、Ｈ２Ｏ２ガス、Ｎ２ガス、ＳｉＨ４ガス、及びＮ２ガスに晒されるが、ＳｉＨ４ガスに晒された後（ウエハＷが第１の処理領域Ｐ１を通過した後）、ウエハＷを酸素プラズマに晒してもよい。これによれば、Ｈ２Ｏ２とＳｉＨ４ガスとの反応により成膜された酸化シリコン膜を酸素プラズマにより改質することができる。具体的には、酸素プラズマ中の高エネルギー粒子が酸化シリコン膜に衝突すると、酸化シリコン膜１６のシリコン原子や酸素原子が、そのエネルギーにより振動し再配列し得る。このため、酸化シリコン膜が高品質化され得る。また、酸化シリコン膜中の水分もまた、高いエネルギーにより酸化シリコン膜から離脱し得る。このため、より密度の高い酸化シリコン膜を得ることが可能となる。
【００４６】
次に、ウエハＷへの酸素プラズマの照射を可能とするプラズマ発生源について図３及び図１０から図１２までを参照しながら説明する。プラズマ発生源８０は、図３に点線で示すように、成膜装置１０の真空容器１内において回転テーブル２の回転方向（矢印Ａ）に沿って、分離ガスノズル４１が収容される凸状部４の下流側であって、反応ガスノズル３２の上流側に配置される。図１０は、プラズマ発生源８０の回転テーブル２の半径方向に沿った概略断面図であり、図１１は、回転テーブル２の半径方向と直交する方向に沿った概略断面図であり、図１２は、プラズマ発生源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。
【００４７】
図１０を参照すると、プラズマ発生源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。
【００４８】
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１０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。
【００４９】
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の下面とによって、回転テーブル２の上方に空間（以下、内部空間Ｓ）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１０）における天井面４４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。
【００５０】
また、この内部空間Ｓには、突起部８１ｂを貫通したガス導入ノズル９２が延びている。ガス導入ノズル９２には、本実施形態においては、図１０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９３ａと、酸素（Ｏ２）ガスが充填される酸素ガス供給源９３ｂとが接続されている。アルゴンガス供給源９３ａ及び酸素ガス供給源９３ｂから、対応する流量制御器９４ａ及び９４ｂにより流量制御されたＡｒガス及びＯ２ガスが、所定の流量比（混合比）で内部空間Ｓに供給される。
【００５１】
また、ガス導入ノズル９２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９２ｈが形成されており（図１１参照）、吐出孔９２ｈから上述のＡｒガス等が吐出される。吐出孔９２ｈは、図１１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、ガス導入ノズル９２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源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、内部空間Ｓ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、ガス導入ノズル９２からのガスにより内部空間Ｓ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内部空間Ｓ内へ流れ込むのが抑止される。
【００５２】
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１２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。
【００５３】
また、ファラデー遮蔽板８２は、図１１及び図１２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。
【００５４】
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。
【００５５】
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を発生することができる。
【００５６】
このような構成を有するプラズマ発生源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を通して内部空間Ｓ内へ伝播する。この磁界成分により、ガス導入ノズル９２から所定の流量比（混合比）で内部空間Ｓに供給されるＡｒガス及びＯ２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。
【００５７】
以上、幾つかの実施形態及び実施例を参照しながら本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態及び実施例に限定されることなく、添付の特許請求の範囲に照らし、種々に変形又は変更が可能である。
【００５８】
例えばシリコン含有ガスとしては、ＳｉＨ４ガスの代わりに有機アミノシランガスを用いてもよい。有機アミノシランガスを用いる場合には、Ｈ２Ｏ２と反応して生成される酸化シリコン中に有機物が混入する可能性が高いため、これを除去する目的で、プラズマ発生源８０を用いて、ウエハＷに酸素プラズマを照射することが望ましい。
【００５９】
なお、ウエハＷに酸素プラズマを照射する場合には、酸素プラズマによりウエハＷの温度が高くなり、Ｈ２Ｏ２が凝結し難くなるおそれがある。このため、プラズマ発生源８０を反応ガスノズル３２からできるだけ遠ざけたり、プラズマ発生源８０と反応ガスノズル３２との間に、ウエハＷに対して冷却用のＮ２ガスを供給する供給ノズルを設けたりしてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１・・・真空容器、２・・・回転テーブル、４・・・凸状部、５・・・突出部、７・・・冷却器、１０Ａ・・・搬送アーム、１１・・・天板、１２・・・容器本体、１５・・・搬送口、２１・・・コア部、２４・・・ウエハ載置部、３１，３２・・・反応ガスノズル、４１，４２・・・分離ガスノズル、４３・・・溝部、４４・・・（低い）天井面、４５・・・（高い）天井面、５１・・・分離ガス供給管、６１，６２・・・排気口、６４０・・・真空ポンプ、８０・・・プラズマ発生源、８３・・・ファラデー遮蔽板、８５・・・コイル、８７・・・高周波電源、９２・・・ガス導入ノズル、Ｃ・・・中心領域、Ｄ・・・分離領域、Ｓ・・・内部空間、Ｗ・・・ウエハ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図９】
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