(57)【要約】      （修正有）【課題】被処理体の絶縁膜に形成されたトレンチを充填する方法を提供する。【解決手段】方法は、（ａ）トレンチを画成する壁面に沿って、不純物を含有する第１のアモルファスシリコン膜を形成する工程（ＳＴ２）と、（ｂ）第１のアモルファスシリコン膜上に、第２のアモルファスシリコン膜を形成する工程（ＳＴ３）と、（ｃ）第２のアモルファスシリコンの形成後に被処理体をアニールする工程（ＳＴ４）と、を含む。【選択図】図１
2014229857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体の絶縁膜に形成されたトレンチを充填する方法であって、
前記トレンチを画成する壁面に沿って、不純物を含有する第１のアモルファスシリコン膜を形成する工程と、
前記第１のアモルファスシリコン膜上に、第２のアモルファスシリコン膜を形成する工程と、
前記第２のアモルファスシリコンの形成後に前記被処理体をアニールする工程と、
を含む方法。
【請求項２】
第１のアモルファスシリコン膜を形成する工程、前記第２のアモルファスシリコン膜を形成する工程、及び、前記被処理体をアニールする工程は、処理装置の容器内において行われ、前記被処理体をアニールする工程における前記容器内の圧力は、前記第２のアモルファスシリコンを形成する工程における前記容器内の圧力よりも低い、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記トレンチを画成する前記壁面上に、アミノシラン系ガス又は高次シランガスから形成されるシード層を形成する工程を更に含み、
前記第１のアモルファスシリコン膜は、前記シード層上に形成される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
第１のアモルファスシリコン膜を形成する工程において、シリコンの原料ガスと、Ｃ２Ｈ４ガス、Ｎ２Ｏガス、ＮＯガス、及びＮＨ３ガスのうち一以上のガスとが供給される、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
容器と、
不純物を含有する第１のアモルファスシリコン膜を形成するための第１のガス、及び、第２のアモルファスシリコン膜を形成するための第２のガスを前記容器内に供給するためのガス供給部と、
前記容器内の空間を加熱するための加熱装置と、
前記ガス供給部及び前記加熱装置を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記容器内に前記第１のガスを供給するよう前記ガス供給部を制御し、前記容器内の空間を加熱するよう前記加熱装置を制御する第１の制御を実行し、
前記第１の制御の実行後に、前記容器内に前記第２のガスを供給するよう前記ガス供給部を制御し、前記容器内の空間を加熱するよう前記加熱装置を制御する第２の制御を実行し、
前記第２の制御の実行後に、前記容器内の空間を加熱するよう前記加熱装置を制御する第３の制御を実行する、
処理装置。
【請求項６】
前記容器内の空間を排気する排気装置を更に備え、
前記制御部は、前記第２の制御の実行時における前記容器内の圧力よりも前記第３の制御の実行時における前記容器内の圧力が低くなるよう、前記排気装置を制御する、
請求項５に記載の処理装置。
【請求項７】
前記ガス供給部は、アミノシラン系ガス又は高次シランガスを前記容器内に供給可能であり、
前記制御部は、前記第１の制御の前に、前記アミノシラン系ガス又は前記高次シランガスを前記容器内に供給するよう、前記ガス供給部を制御する第４の制御を実行する、
請求項５又は６に記載の処理装置。
【請求項８】
前記ガス供給部は、Ｃ２Ｈ４ガス、Ｎ２Ｏガス、ＮＯガス、及びＮＨ３ガスのうち一以上のガスを前記容器内に供給可能であり、
前記制御部は、前記第１の制御において、前記一以上のガスを前記容器内に供給するよう前記ガス供給部を更に制御する、
請求項５〜７の何れか一項に記載の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、トレンチを充填する方法及び処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置といったデバイスの製造においては、絶縁膜に形成されたトレンチ内にシリコンを充填する処理が行われることがある。トレンチに充填されたシリコンは、例えば、電極として利用され得る。このような処理は、例えば、特許文献１に記載されている。
【０００３】
特許文献１に記載された処理では、被処理体においてトレンチを画成する壁面上に多結晶シリコン膜が形成される。次いで、多結晶シリコン膜上にアモルファスシリコン膜が形成される。その後、被処理体がアニールされる。特許文献１に記載された処理では、被処理体のアニールにより、アモルファスシリコンをトレンチの底部に向かって移動させ、当該アモルファスシリコンによってトレンチを充填することが意図されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−５６１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、多結晶シリコン膜は、その表面の平坦性が低いという問題を有している。また、多結晶シリコン膜の成長は、比較的高温で行われるので、熱履歴に起因して多結晶シリコン膜は大きな応力を有するものとなる。よって、多結晶シリコン膜とアモルファスシリコン膜の界面における応力差が大きくなる。この応力差、及び平坦性の低さのために、被処理体のアニール時に、アモルファスシリコンの流動性が損なわれる。その結果、トレンチを充填するシリコン膜にボイドやシームと称される空洞が形成される。
【０００６】
このような背景から、トレンチの充填において空洞の発生を抑制することが要請されている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一側面においては、被処理体の絶縁膜に形成されたトレンチを充填する方法が提供される。この方法は、（ａ）トレンチを画成する壁面に沿って、不純物を含有する第１のアモルファスシリコン膜を形成する工程と、（ｂ）第１のアモルファスシリコン膜上に、第２のアモルファスシリコン膜を形成する工程と、（ｃ）第２のアモルファスシリコンの形成後に被処理体をアニールする工程と、を含む。
【０００８】
上記方法では、第１のアモルファスシリコン膜が、トレンチを画成する壁面と第２のアモルファスシリコン膜との間に設けられる。これにより、第２のアモルファスシリコン膜とその下地との間の応力差が緩和される。また、第１のアモルファスシリコン膜は、多結晶シリコン膜に比べて、表面の平坦性に優れる。さらに、第１のアモルファスシリコン膜は不純物を含有しているので、第１のアモルファスシリコン膜内でのシリコンの結晶化も抑制される。また更に、不純物を含む第１のアモルファスシリコン膜は、多結晶シリコン膜に比して、低温での成長が可能である。したがって、被処理体に加わる熱履歴を低減させて、第１のアモルファスシリコン膜の応力を低減させることが可能である。故に、本方法によれば、工程（ｃ）の被処理体のアニール時に、第２のアモルファスシリコン膜中のシリコンの凝集が抑制され、当該シリコンがトレンチの底部まで流動する。その結果、ボイド又はシームといった空洞の発生を抑制することが可能となる。
【０００９】
一形態においては、第１のアモルファスシリコン膜を形成する工程、第２のアモルファスシリコン膜を形成する工程、及び、被処理体をアニールする工程は、処理装置の容器内において行われ、被処理体をアニールする工程における容器内の圧力は、第２のアモルファスシリコンを形成する工程における容器内の圧力よりも低く設定される。
【００１０】
アモルファスシリコン膜中のシリコンを流動させるために、一般的には、比較的高圧の条件が用いられる。このような高圧条件下では、被処理体の温度を高く設定する必要がある。しかしながら、被処理体の温度が高い場合には、シリコンが結晶化し、下地の膜応力と当該アモルファスシリコン膜の膜応力の相違により、シリコンのマイグレーションが発生することがある。よって、アモルファスシリコンを含むシリコンの状態でシリコンを流動させるためには、被処理体の温度を低くする必要がある。このため、上記形態においては、被処理体をアニールする工程における圧力は、第２のアモルファスシリコン膜を形成する工程の圧力よりも低く設定される。これにより、被処理体のアニール温度を低く設定することが可能である。これにより、被処理体のアニール時に、第２のアモルファスシリコン膜中のシリコンを、アモルファスシリコンを含む状態を維持しつつトレンチ内に流動させることが可能となる。また、圧力を低く設定すると、第２のアモルファスシリコン膜に含まれる水素の離脱が、比較的低い温度でも促進される。その結果、第２のアモルファスシリコン膜中のシリコンの流動性が更に高められる。故に、この形態の方法によれば、ボイド又はシームといった空洞の発生を更に抑制することが可能となる。
【００１１】
一形態においては、上記方法は、トレンチを画成する壁面上に、アミノシラン系ガス又は高次シランガスから形成されるシード層を形成する工程を更に含み、第１のアモルファスシリコン膜は、シード層上に形成される。かかるシード層を形成することによって、当該シード層と第１のアモルファスシリコン膜との間の界面における表面エネルギーを低減させることが可能となる。これにより、第１のアモルファスシリコン膜の平坦性が向上される。
【００１２】
一形態においては、第１のアモルファスシリコン膜を形成する工程において、シリコンの原料ガスと、Ｃ２Ｈ４ガス、Ｎ２Ｏガス、ＮＯガス、及びＮＨ３ガスのうち一以上のガスとが供給されてもよい。この形態によれば、シリコンの結晶化を抑制し、且つ、粒径サイズを低減させることが可能となる。
【００１３】
また、別の側面においては、上記方法の実施に用いることが可能な処理装置が提供される。この処理装置は、容器、ガス供給部、加熱装置、及び、制御部を備える。ガス供給部は、不純物を含有する第１のアモルファスシリコン膜を形成するための第１のガス、及び、第２のアモルファスシリコン膜を形成するための第２のガスを容器内に供給するように構成されている。加熱装置は、容器内の空間を加熱するように構成されている。制御部は、ガス供給部及び加熱装置を制御するよう構成されている。この制御部は、（ａ）容器内に第１のガスを供給するようガス供給部を制御し、容器内の空間を加熱するよう加熱装置を制御する第１の制御を実行し、（ｂ）第１の制御の実行後に、容器内に第２のガスを供給するようガス供給部を制御し、容器内の空間を加熱するよう加熱装置を制御する第２の制御を実行し、（ｃ）第２の制御の実行後に、容器内の空間を加熱するよう加熱装置を制御する第３の制御を実行する。
【００１４】
一形態においては、処理装置は、容器内の空間を排気する排気装置を更に備えていてもよく、制御部は、第２の制御の実行時における容器内の圧力よりも第３の制御の実行時における容器内の圧力が低くなるよう、排気装置を制御してもよい。
【００１５】
一形態においては、ガス供給部は、アミノシラン系ガス又は高次シランガスを容器内に供給するよう構成されていてもよく、制御部は、第１の制御の前に、アミノシラン系ガス又は高次シランガスを容器内に供給するようガス供給部を制御する第４の制御を実行してもよい。
【００１６】
一形態においては、ガス供給部は、Ｃ２Ｈ４ガス、Ｎ２Ｏガス、ＮＯガス、及びＮＨ３ガスのうち一以上のガスを容器内に供給するよう構成されていてもよく、制御部は、第１の制御において、当該一以上のガスを容器内に供給するようガス供給部を更に制御してもよい。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明の種々の側面及び実施形態によれば、トレンチの充填において空洞の発生を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一実施形態に係るトレンチを充填する方法を例示する流れ図である。
【図２】図１に示す方法の各工程後の被処理体の状態を例示する図である。
【図３】一実施形態に係る方法の実施に用いることが可能な処理装置を概略的に示す例示的な図である。
【図４】図３に示す処理装置の制御部の構成を示す例示的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００２０】
図１は、一実施形態に係るトレンチを充填する方法を例示する流れ図である。また、図２は、図１に示す方法の各工程後の被処理体の状態を例示する図である。なお、図２においては、被処理体の一部の拡大断面図が示されている。図１に示す方法は、被処理体のトレンチにアモルファスシリコンを流動させて、当該トレンチの底部をアモルファスシリコンで充填するものである。
【００２１】
図２の（ａ）に示すように、被処理体（以下、「ウエハ」という）Ｗは、基板ＳＢ、及び、絶縁膜ＩＳを含んでいる。基板ＳＢは、例えば、シリコン製の基板である。この基板ＳＢ上には、絶縁膜ＩＳが設けられている。絶縁膜ＩＳは、例えば、ＳｉＯ２又はＳｉＮから構成されている。絶縁膜ＩＳには、トレンチＧＶが形成されている。トレンチＧＶは、例えば、絶縁膜上にマスクを形成し、当該絶縁膜をエッチングすることによって、形成することができる。
【００２２】
このようなウエハＷに対して、一実施形態に係る方法ＭＴでは、工程ＳＴ２、工程ＳＴ３、及び、工程ＳＴ４が行われる。更なる実施形態では、工程ＳＴ２の前に、工程ＳＴ１が行われる。工程ＳＴ１は、シード層の形成を行う工程であり、工程ＳＴ２は、不純物を含有する第１のアモルファスシリコン膜を形成する工程であり、工程ＳＴ３は第２のアモルファスシリコン膜を形成する工程であり、工程ＳＴ４は、ウエハＷをアニールする工程である。
【００２３】
ここで、工程ＳＴ１〜工程ＳＴ４の実施に用いることが可能な処理装置の一例について説明する。図３は、一実施形態に係る方法の実施に用いることが可能な処理装置を概略的に示す例示的な図である。この図３に示す装置は、工程ＳＴ１〜工程ＳＴ４の実施に用いることができるが、工程ＳＴ１〜ＳＴ４の実施は、別の処理装置においても実施することが可能である。
【００２４】
図３に示す処理装置１０は、容器１２を備えている。容器１２は、略円筒形状を有する反応管であり、その長手方向は垂直方向に向けられている。容器１２は、二重管構造を有しており、内管１４及び外管１６を含んでいる。内管１４及び外管１６は、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。
【００２５】
内管１４は、略円筒形状を有しており、上端及び下端を含んでいる。内管１４の上端及び下端は開放されている。外管１６は、当該内管１４を覆うように当該内管１４と略同軸に設けられている。外管１６と内管１４との間には一定の間隔が設けられている。外管１６の上端は閉塞されており、当該外管１６の下端は開放されている。
【００２６】
外管１６の下方には、マニホールド１８が設けられている。マニホールド１８は、筒状に形成されており、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）から構成されている。マニホールド１８は、外管１６の下端と気密に接続されている。また、マニホールド１８の内壁には、当該内壁から内側に突出する支持リング２０が一体に形成されている。この支持リング２０は、内管１４を支持している。
【００２７】
マニホールド１８の下方には、蓋体２２が設けられている。この蓋体２２は、ボートエレベータ２４に接続されており、当該ボートエレベータによって上下動可能に構成されている。ボートエレベータ２４により蓋体２２が上昇すると、マニホールド１８の下方側（即ち、炉口部分）が閉鎖される。一方、ボートエレベータ２４により蓋体２２が下降すると、マニホールド１８の下方側（即ち、炉口部分）が開口される。
【００２８】
蓋体２２上には、ウエハボート２６が載置されている。ウエハボート２６は、例えば、石英から構成される。ウエハボート２６は、複数のウエハＷを垂直方向に所定の間隔をおいて収容することが可能であるよう構成されている。
【００２９】
容器１２の周囲には、当該容器１２を取り囲むように、断熱体２８が設けられている。断熱体２８の内壁面には、ヒータ３０（加熱装置）が設けられている。ヒータ３０は、例えば、抵抗発熱体から構成されている。このヒータ３０により、容器１２の内部の空間が所定の温度に加熱される。これにより、ウエハＷが加熱される。
【００３０】
マニホールド１８の側面には、一以上のガス導入管３２が接続されている。ガス導入管３２は、例えば、支持リング２０より下方においてマニホールド１８の側面に接続されている。このガス導入管３２によって構成されるガスラインは、容器１２の内部に連通している。
【００３１】
ガス導入管３２には、ガス供給部ＧＦが接続されている。ガス供給部ＧＦは、一実施形態においては、ガスソースＧＳ１，ＧＳ２，ＧＳ３，ＧＳ４，ＧＳ５、バルブＶ１１，Ｖ２１，Ｖ２１，Ｖ２２，Ｖ３１，Ｖ３２，Ｖ４１，Ｖ４２，Ｖ５１，Ｖ５２、及び、マスフローコントローラといった流量制御器ＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３，ＦＣ４，ＦＣ５を含んでいる。ガスソースＧＳ１は、バルブＶ１１、流量制御器ＦＣ１、及びバルブＶ１２を介して、ガス導入管３２に接続されている。ガスソースＧＳ２は、バルブＶ２１、流量制御器ＦＣ２、及びバルブＶ２２を介して、ガス導入管３２に接続されている。ガスソースＧＳ３は、バルブＶ３１、流量制御器ＦＣ３、及びバルブＶ３２を介して、ガス導入管３２に接続されている。ガスソースＧＳ４は、バルブＶ４１、流量制御器ＦＣ４、及びバルブＶ４２を介して、ガス導入管３２に接続されている。また、ガスソースＧＳ５は、バルブＶ５１、流量制御器ＦＣ５、及びバルブＶ５２を介して、ガス導入管３２に接続されている。
【００３２】
ガスソースＧＳ１は、工程ＳＴ１のシード層を形成するための原料ガスのソースである。ガスソースＧＳ１は、例えば、アミノシラン系ガスのソースであることができる。アミノシラン系ガスとしては、例えば、ＢＡＳ（ブチルアミノシラン）、ＢＴＢＡＳ（ビスターシャリブチルアミノシラン）、ＤＭＡＳ（ジメチルアミノシラン）、ＢＤＭＡＳ（ビスジメチルアミノシラン）、ＴＤＭＡＳ（トリジメチルアミノシラン）、ＤＥＡＳ（ジエチルアミノシラン）、ＢＤＥＡＳ（ビスジエチルアミノシラン）、ＤＰＡＳ（ジプロピルアミノシラン）、ＤＩＰＡＳ（ジイソプロピルアミノシラン）を用いることが可能である。また、アミノシラン系ガスとして、アミノジシランガスを用いることが可能である。例えば、アミノシラン系ガスとして、ジイソプロピルアミノジシラン（Ｓｉ２Ｈ５Ｎ（ｉＰｒ）２）ジイソプロピルアミノトリシラン（Ｓｉ３Ｈ７Ｎ（ｉＰｒ）２）、ジイソプロピルアミノジクロロシラン（Ｓｉ２Ｈ４ＣｌＮ（ｉＰｒ）２）、ジイソプロピルアミノトリクロロシラン（Ｓｉ３Ｈ６ＣｌＮ（ｉＰｒ）２）といったガスを用いることも可能である。なお、ガスソースＧＳ１は、ジシランガス、トリシランガス、テトラシランガスといった高次シランガスのソースであってもよい。
【００３３】
ガスソースＧＳ２は、工程ＳＴ２の第１のアモルファスシリコン膜の形成及び工程ＳＴ３の第２のアモルファスシリコン膜の形成において用いられ得るシリコンの原料ガスのソースである。ガスソースＧＳ２は、モノシランガス、ジシランガス、又は上述のアミノシラン系ガスのソースであることができる。なお、第１のアモルファスシリコン膜及び第２のアモルファスシリコン膜はそれぞれ、別個のガスソースから供給される異なるガスを用いて形成されてもよい。
【００３４】
ガスソースＧＳ３は、工程ＳＴ２において第１のアモルファスシリコン膜に不純物をドープするために用いられるガスのソースである。不純物としては、例えば、ヒ素（Ａｓ）、ボロン（Ｂ）、又は、Ｐ（リン）が例示される。不純物ドープ用のガスとしては、例えば、ホスフィン（ＰＨ３）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）、又はアルシン（ＡｓＨ３）が用いられ得る。
【００３５】
ガスソースＧＳ４は、工程ＳＴ２の第１のアモルファスシリコン膜の形成及び工程ＳＴ３の第２のアモルファスシリコン膜の形成において用いられ得る添加ガスのソースである。このような添加ガスとしては、Ｃ２Ｈ４ガス、Ｎ２Ｏガス、ＮＯガス、又はＮＨ３ガスが例示される。なお、添加ガスには、Ｃ２Ｈ４ガス、Ｎ２Ｏガス、ＮＯガス、及びＮＨ３ガスのうち一以上のガスを用いることが可能である。
【００３６】
ガスソースＧＳ５は、工程ＳＴ４のアニールにおいて用いられ得る添加ガスのソースである。このような添加ガスとしては、水素ガス又は窒素ガス等の不活性ガスが用いられ得る。
【００３７】
図３に示すように、マニホールド１８の側面には容器１２内のガスを排気するための排気口３４が設けられている。排気口３４は、支持リング２０より上方に設けられており、容器１２内の内管１４と外管１６との間に形成された空間に連通している。よって、内管１４で発生した排ガス等は、内管１４と外管１６との間の空間を通って排気口３４に流れるようになっている。
【００３８】
また、マニホールド１８には、パージガス供給管３６が接続されている。パージガス供給管３６は、排気口３４の下方において、マニホールド１８に接続されている。パージガス供給管３６には、パージガス供給源が接続されており、パージガス供給源からパージガス供給管３６を介してパージガス、例えば、窒素ガスが容器１２内に供給される。
【００３９】
排気口３４には、排気管３８が気密に接続されている。排気管３８には、その上流側から、バルブ４０、及び、真空ポンプといった排気装置４２が介設されている。バルブ４０は、排気管３８の開度を調整して、容器１２内の圧力を所定の圧力に制御する。排気装置４２は、排気管３８を介して容器１２内のガスを排気するとともに、容器１２内の圧力を調整する。なお、排気管３８には、トラップ、スクラバー等が介設されていてもよく、処理装置１０は、容器１２から排気された排ガスを、無害化した後、当該処理装置１０外に排気するように構成されていてもよい。
【００４０】
また、処理装置１０は、当該処理装置１０の各部の制御を実行する制御部１００を備えている。図４に制御部１００の構成を示す。図４に示すように、制御部１００は、主制御部１１０を備えている。主制御部１１０には、操作パネル１２１、温度センサ（群）１２２、圧力計（群）１２３、ヒータコントローラ１２４、流量制御部１２５、バルブ制御部１２６等が接続されている。
【００４１】
操作パネル１２１は、表示画面及び操作ボタンを備え、オペレータの操作指示を主制御部１１０に伝達する。また、操作パネル１２１は、主制御部１１０からの様々な情報を表示画面に表示する。
【００４２】
温度センサ（群）１２２は、容器１２内、ガス導入管３２内、排気管３８内等の各部の温度を測定し、その測定値を主制御部１１０に通知する。圧力計（群）１２３は、容器１２２内、ガス導入管３２内、排気管３８内等の各部の圧力を測定し、その測定値を主制御部１１０に通知する。
【００４３】
ヒータコントローラ１２４は、ヒータ３０を個別に制御するためのものであり、主制御部１１０からの指示に応答して、ヒータ３０に通電して当該ヒータ３０を加熱する。また、ヒータコントローラ１２４は、ヒータ３０の消費電力を個別に測定して、主制御部１１０に通知する。
【００４４】
流量制御部１２５は、ガス供給部ＧＦの流量制御器ＦＣ１〜ＦＣ５を制御して、ガス導入管３２にガスの流量を主制御部１１０から指示された量に設定する。また、流量制御部１２５は、実際に流れたガスの流量を測定して、主制御部１１０に通知する。バルブ制御部１２６は、各管に配置されたバルブの開度を主制御部１１０から指示された値に制御する。
【００４５】
主制御部１１０は、レシピ記憶部１１１と、ＲＯＭ１１２と、ＲＡＭ１１３と、Ｉ／Ｏポート１１４と、ＣＰＵ１１５と、これらを相互に接続するバス１１６とから構成されている。
【００４６】
レシピ記憶部１１１には、セットアップ用レシピと複数のプロセス用レシピとが記憶されている。処理装置１０の製造当初は、セットアップ用レシピのみが格納される。セットアップ用レシピは、各処理装置に応じた熱モデル等を生成する際に実行されるものである。プロセス用レシピは、ユーザが実際に行うプロセス毎に用意されるレシピであり、例えば容器１２へのウエハＷのロードから、処理済みのウエハＷをアンロードするまでの、各部の温度の変化、容器１２内の圧力変化、ガスの供給の開始及び停止のタイミングと供給量等を規定する。
【００４７】
ＲＯＭ１１２は、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードディスクなどから構成され、ＣＰＵ１１５の動作プログラム等を記憶する記録媒体である。ＲＡＭ１１３は、ＣＰＵ１１５のワークエリア等として機能する。
【００４８】
Ｉ／Ｏポート１１４は、操作パネル１２１、温度センサ（群）１２２、圧力計（群）１２３、ヒータコントローラ１２４、流量制御部１２５、バルブ制御部１２６等に接続され、データや信号の入出力を制御する。
【００４９】
ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ)１１５は、主制御部１１０の中枢を構成し、ＲＯＭ１１２に記憶された制御プログラムを実行し、操作パネル１２１からの指示に従って、レシピ記憶部１１１に記憶されているレシピ（プロセス用レシピ）に沿って、処理装置１０の動作を制御する。すなわち、ＣＰＵ１１５は、温度センサ（群）１２２、圧力計（群）１２３、流量制御部１２５等に容器１２内、ガス導入管３２内、及び、排気管３８内の各部の温度、圧力、流量等を測定させ、この測定データに基づいて、ヒータコントローラ１２４、流量制御部１２５、バルブ制御部１２６等に制御信号等を出力し、上記各部がプロセス用レシピに従うように制御する。バス１１６は、各部の間で情報を伝達する。
【００５０】
以下、かかる処理装置１０を用いて実施することが可能な上述の方法ＭＴを、図１及び図２を参照して、より詳細に説明する。
【００５１】
工程ＳＴ１では、図１及び図２の（ｂ）に示すように、トレンチＧＶを画成する壁面上にシード層ＳＦが形成される。シード層ＳＦは、トレンチＧＶを閉塞しないよう、例えば、０．１ｎｍの厚さに形成される。シード層ＳＦが形成される壁面は、トレンチＧＶを側方から画成する側壁面ＳＷ、及び、トレンチＧＶを下方から画成する底面ＢＷを含む。また、工程ＳＴ１では、絶縁膜ＩＳの上面ＴＷ上にもシード層ＳＦが形成される。
【００５２】
工程ＳＴ１では、シード層ＳＦの形成のために、ウエハＷを収容した容器内にアミノシラン系ガス又は高次シランガスといった原料ガスが所定の流量で供給され、当該容器内の圧力が所定の圧力に設定され、また、当該容器内の温度が所定の温度に設定される。工程ＳＴ１では、原料ガスの流量は、例えば、１０ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍの範囲内の流量に設定される。また、容器内の圧力は、例えば、０．１Ｔｏｒｒ（１３．３３Ｐａ）〜１０Ｔｏｒｒ（１３３３Ｐａ）の範囲内の圧力に設定される。また、容器内の温度は、例えば、３００℃〜６００℃の範囲内の温度に設定される。
【００５３】
この工程ＳＴ１を処理装置１０で実施する場合には、制御部１００は以下に説明する制御（第４の制御）を実行する。この制御において、制御部１００は、ガスソースＧＳ１から容器１２内に所定流量の原料ガスが供給されるよう、バルブＶ１１、流量制御器ＦＣ１、バルブＶ１２を制御し、容器１２内の圧力が所定の圧力に設定されるよう排気装置４２を制御し、容器１２内の空間の温度が所定の温度に設定されるよう、ヒータ３０を制御する。
【００５４】
なお、シード層ＳＦは、アミノシラン系ガス又は高次シランガスから形成される単層に限定されるものではない。例えば、シード層ＳＦは、アミノシラン系ガスの吸着又は堆積によるシリコンを含む第１層の形成後、当該第１層上にシリコンを含む第２層を高次シランガスを用いて形成することにより、作成されてもよい。
【００５５】
次いで、方法ＭＴでは、工程ＳＴ２が行われる。工程ＳＴ２では、図２の（ｃ）に示すように、トレンチＧＶを画成する壁面に沿って、不純物を含有する第１のアモルファスシリコン膜ＡＦ１が形成される。第１のアモルファスシリコン膜ＡＦ１は、トレンチＧＶを閉塞しないよう、例えば、０．５ｎｍ〜１０ｎｍの厚さに形成される。なお、図２の（ｃ）では、第１のアモルファスシリコン膜ＡＦ１は、シード層ＳＦ上に形成されているが、第１のアモルファスシリコン膜ＡＦ１は、側壁面ＳＷ、底面ＢＷ、及び上面ＴＷ上に直接形成されてもよい。
【００５６】
第１のアモルファスシリコン膜ＡＦ１は、不純物がドープされたアモルファスシリコン膜である。「不純物とは」、Ｓｉと結合して電子又は正孔を発生させる原子であり、例えば、Ｂ、Ｐ、Ａｓといった原子である。このような不純物を含有する第１のアモルファスシリコン膜ＡＦ１を形成するために、工程ＳＴ２では、第１のアモルファスシリコン膜ＡＦ１の形成のために、ウエハＷを収容した容器内に第１のガスが供給される。具体的には、当該容器内に、シリコンの原料ガスが所定の流量で供給され、また、不純物ドープ用のガスが所定の流量で供給される。また、工程ＳＴ２では、容器内の圧力が所定の圧力に設定され、また、当該容器内の温度が所定の温度に設定される。工程ＳＴ２において供給される原料ガスは、例えば、モノシランガス、ジシランガス、又は上述のアミノシラン系ガスである。この原料ガスは、例えば、５０〜５０００ｓｃｃｍの流量で容器内に供給される。また、不純物ドープ用のガスは、例えば、ホスフィン（ＰＨ３）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）、又はアルシン（ＡｓＨ３）である。このような不純物ドープ用のガスは、例えば、１ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍの流量で容器内に供給される。また、工程ＳＴ２では、容器内の圧力は、例えば、０．１Ｔｏｒｒ（１３．３３Ｐａ）〜１０Ｔｏｒｒ（１３３３Ｐａ）の範囲内の圧力に設定され、容器内の温度は、例えば、３００℃〜６００℃の範囲内の温度に設定される。
【００５７】
なお、工程ＳＴ２においては、Ｃ２Ｈ４ガス、Ｎ２Ｏガス、ＮＯガス、及びＮＨ３ガスのうち一以上のガスを含む添加ガスが容器内に供給されてもよい。添加ガスを用いる場合には、当該添加ガスの流量は、例えば、５〜１０００ｓｃｃｍに設定される。
【００５８】
この工程ＳＴ２を処理装置１０で実施する場合には、制御部１００は以下に説明する制御（第１の制御）を実行する。この制御において、制御部１００は、ガスソースＧＳ２から容器１２内に所定流量の原料ガスが供給されるよう、バルブＶ２１、流量制御器ＦＣ２、バルブＶ２２を制御し、ガスソースＧＳ３から容器１２内に所定流量の不純物ドープ用のガスが供給されるよう、バルブＶ３１、流量制御器ＦＣ３、バルブＶ３２を制御し、容器１２内の圧力が所定の圧力に設定されるよう排気装置４２を制御し、容器１２内の空間の温度が所定の温度に設定されるよう、ヒータ３０を制御する。なお、工程ＳＴ２において、添加ガスを更に用いる場合には、制御部１００は、ガスソースＧＳ４から容器１２内に所定流量の原料ガスが供給されるよう、バルブＶ４１、流量制御器ＦＣ４、バルブＶ４２を制御する。
【００５９】
次いで、方法ＭＴでは、工程ＳＴ３が行われる。工程ＳＴ３では、図２の（ｄ）に示すように、第１のアモルファスシリコン膜ＡＦ１上に第２のアモルファスシリコン膜ＡＦ２が形成される。第２のアモルファスシリコン膜ＡＦ２は、トレンチＧＶを閉塞しないように形成される。第２のアモルファスシリコン膜ＡＦ２の膜厚は、トレンチＧＶの寸法、トレンチＧＶを埋め込むアモルファスシリコンの量に応じて適宜設定され得る。
【００６０】
工程ＳＴ３では、第３のアモルファスシリコン膜ＡＦ２の形成のために、ウエハＷを収容した容器内にシリコンの第２のガスが供給される。具体的には、当該容器内にシリコンの原料ガスが所定の流量で供給される。また、工程ＳＴ３では、容器内の圧力が所定の圧力に設定され、また、当該容器内の温度が所定の温度に設定される。工程ＳＴ３において供給される原料ガスは、例えば、モノシランガス、ジシランガス、又は上述のアミノシラン系ガスである。この原料ガスは、例えば、５０〜５０００ｓｃｃｍの流量で容器内に供給される。また、工程ＳＴ３では、容器内の圧力は、例えば、０．１Ｔｏｒｒ（１３．３３Ｐａ）〜１０Ｔｏｒｒ（１３３３Ｐａ）の範囲内の圧力に設定され、容器内の温度は、例えば、３００℃〜７００℃の範囲内の温度に設定される。なお、原料ガスとしてモノシランを用いる場合には、容器内の温度は例えば５３０℃に設定される。また、原料ガスとしてジシランを用いる場合には、容器内の温度は例えば４００℃に設定される。
【００６１】
一実施形態では、工程ＳＴ３において、Ｃ２Ｈ４ガス、Ｎ２Ｏガス、ＮＯガス、及びＮＨ３ガスのうち一以上のガスを含む添加ガスが容器内に供給されてもよい。添加ガスを用いる場合には、当該添加ガスの流量は、例えば、５〜１０００ｓｃｃｍに設定される。
【００６２】
この工程ＳＴ３を処理装置１０で実施する場合には、制御部１００は以下に説明する制御（第２の制御）を実行する。この制御において、制御部１００は、ガスソースＧＳ２から容器１２内に所定流量の原料ガスが供給されるよう、バルブＶ２１、流量制御器ＦＣ２、バルブＶ２２を制御し、容器１２内の圧力が所定の圧力に設定されるよう排気装置４２を制御し、容器１２内の空間の温度が所定の温度に設定されるよう、ヒータ３０を制御する。なお、工程ＳＴ３において、添加ガスを更に用いる場合には、制御部１００は、ガスソースＧＳ４から容器１２内に所定流量の原料ガスが供給されるよう、バルブＶ４１、流量制御器ＦＣ４、バルブＶ４２を制御する。
【００６３】
なお、工程ＳＴ３において形成される第２のアモルファスシリコン膜ＡＦ２にも、第１のアモルファスシリコン膜ＡＦ１と同様に、不純物が含まれていてもよい。不純物を第２のアモルファスシリコン膜ＡＦ２に含有させる処理には、第１のアモルファスシリコン膜ＡＦ１に不純物を含有させる工程ＳＴ２と同様の処理を用いることができる。
【００６４】
次いで、方法ＭＴでは工程ＳＴ４が行われる。工程ＳＴ４では、ウエハＷがアニールされる。この工程ＳＴ４により、第２のアモルファスシリコン膜ＡＦ２が溶融して、トレンチＧＶの底部に向けて流動する。その結果、図２の（ｅ）に示すように、トレンチＧＶの底部が、アモルファスシリコンＡＳで充填される。
【００６５】
工程ＳＴ４では、ウエハＷを収容した容器内の温度が所定温度に設定される。例えば、容器内の温度は３００〜６００℃の温度に設定される。また、工程ＳＴ４では、容器内の圧力が所定圧力に設定される。一実施形態では、工程ＳＴ４における容器内の圧力は、工程ＳＴ３における容器内の圧力よりも低く設定される。具体的には、工程ＳＴ４において、容器内の圧力は、１Ｔｏｒｒ（１３３．３Ｐａ）以下の圧力、例えば、５×１０−５Ｔｏｒｒ（０．００６６６Ｐａ）に設定される。なお、工程ＳＴ４においては、水素ガス又は窒素ガス等の不活性ガスが容器内に供給されてもよい。
【００６６】
この工程ＳＴ４を処理装置１０で実施する場合には、制御部１００は以下に説明する制御（第３の制御）を実行する。この制御において、制御部１００は、容器１２内の圧力が所定の圧力に設定されるよう排気装置４２を制御し、容器１２内の空間の温度が所定の温度に設定されるよう、ヒータ３０を制御する。また、不活性ガスを用いる場合には、制御部１００は、ガスソースＧＳ５から容器１２内に所定流量の不活性ガスが供給されるよう、バルブＶ５１、流量制御器ＦＣ５、バルブＶ５２を制御する。
【００６７】
かかる方法ＭＴでは、第１のアモルファスシリコン膜ＡＦ１が、トレンチＧＶを画成する壁面と第２のアモルファスシリコン膜ＡＦ２との間に設けられる。これにより、第２のアモルファスシリコン膜ＡＦ２とその下地との間の応力差が緩和される。また、第１のアモルファスシリコン膜ＡＦ１は、多結晶シリコン膜に比べて、表面の平坦性に優れる。さらに、第１のアモルファスシリコン膜ＡＦ１は不純物を含有しているので、第１のアモルファスシリコン膜ＡＦ１内でのシリコンの結晶化も抑制される。また更に、不純物を含む第１のアモルファスシリコン膜ＡＦ１は、多結晶シリコン膜に比して、低温での成長が可能である。したがって、ウエハＷに加わる熱履歴を低減させて、第１のアモルファスシリコン膜ＡＦ１の応力を低減させることが可能である。故に、方法ＭＴによれば、工程ＳＴ４のアニール時に、第２のアモルファスシリコン膜ＡＦ２に由来するシリコンの凝集が抑制され、当該シリコンがトレンチＧＶの底部まで流動する。その結果、ボイド又はシームといった空洞の発生を抑制することが可能となる。
【００６８】
また、一実施形態においては、工程ＳＴ４のアニール時の容器内の圧力が、工程ＳＴ３の成膜時の容器内の圧力よりも低く設定される。一般的には、アモルファスシリコン膜中のシリコンを流動させる際には、比較的高圧の条件が用いられる。このような高圧条件下では、ウエハの温度を高く設定する必要がある。しかしながら、ウエハの温度が高い場合には、シリコンが結晶化し、下地の膜応力とアモルファスシリコン膜の膜応力の相違により、シリコンのマイグレーションが発生することがある。よって、アモルファスシリコンを含む状態でシリコンを流動させるためには、ウエハの温度を低くする必要がある。このため、一実施形態においては、工程ＳＴ４のアニール時の容器内の圧力を、工程ＳＴ３の成膜時の容器内の圧力よりも低く設定し、ウエハＷのアニール温度を低く設定することを可能としている。これにより、工程ＳＴ４のアニール時に、第２のアモルファスシリコン膜ＡＦ２に由来するシリコンを、アモルファスシリコンを含む状態を維持しつつトレンチ内に流動させることが可能となる。また、圧力を低く設定すると、第２のアモルファスシリコン膜ＡＦ２内に含まれる水素の離脱が、比較的低い温度でも促進される。その結果、第２のアモルファスシリコン膜ＡＦ２のシリコンの流動性が更に高められる。故に、この実施形態の方法によれば、ボイド又はシームといった空洞の発生を更に抑制することが可能となる。
【００６９】
また、一実施形態においては、工程ＳＴ１において、シード層ＳＦが形成される。かかるシード層ＳＦを形成することによって、当該シード層ＳＦと第１のアモルファスシリコン膜ＡＦ１との間の界面の表面エネルギーを低減させることが可能となる。これにより、第１のアモルファスシリコン膜ＡＦ１の平坦性が向上される。
【００７０】
また、一実施形態においては、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３の少なくとも一方において、Ｎ２Ｏガス又はエチレンガスが容器内に更に供給される。この実施形態によれば、シリコンの結晶化を抑制し、且つ、粒径サイズを低減させることが可能となる。
【符号の説明】
【００７１】
１０…処理装置、１２…容器、１４…内管、１６…外管、１８…マニホールド、２０…支持リング、２２…蓋体、２４…ボートエレベータ、２６…ウエハボート、２８…断熱体、３０…ヒータ、３２…ガス導入管、３６…パージガス供給管、３８…排気管、４０…バルブ、４２…排気装置、ＧＦ…ガス供給部、１００…制御部、ＭＴ…方法、Ｗ…ウエハ（被処理体）、ＳＢ…基板、ＩＳ…絶縁膜、ＧＶ…トレンチ、ＢＷ…底面、ＳＷ…側壁面、ＴＷ…上面、ＳＦ…シード層、ＡＦ１…アモルファスシリコン膜、ＡＦ２…アモルファスシリコン膜。
【図１】
2014229857.tif 000003
【図２】
2014229857.tif 000004
【図３】
2014229857.tif 000005
【図４】
2014229857.tif 000006