(57)【要約】【課題】被処理体にＳｉＣ膜を適切に形成する。【解決手段】基板上にアモルファスカーボン膜を形成する（工程Ｓ１）。余剰アモルファスカーボン膜を除去する（工程Ｓ２）。アモルファスカーボン膜を水蒸気に暴露する（工程Ｓ３）。窒素ガスでパージする（工程Ｓ４）。アモルファスカーボン膜をシリコン含有ガスに暴露し、当該アモルファスカーボン膜にシリコンを浸潤させる（工程Ｓ５）。窒素ガスでパージする（工程Ｓ６）。工程Ｓ１〜Ｓ６を繰り返し行い、基板のトレンチにＳｉＣ膜を埋め込む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体にＳｉＣ膜を形成する成膜方法であって、
前記被処理体にカーボン膜を形成する第１の工程と、
前記カーボン膜をシリコン含有ガスに暴露し、当該カーボン膜にシリコンを浸潤させる第２の工程と、を有することを特徴とする、ＳｉＣ膜の成膜方法。
【請求項２】
前記第２の工程において、前記カーボン膜を水蒸気に暴露し、
前記シリコン含有ガスの暴露と前記水蒸気の暴露を交互に行うことを特徴とする、請求項１に記載のＳｉＣ膜の成膜方法。
【請求項３】
前記第１の工程で形成される前記カーボン膜は、少なくともＣＨ基又はＣＯＨ基を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載のＳｉＣ膜の成膜方法。
【請求項４】
前記第２の工程の前に、前記被処理体の処理空間を減圧し、且つ、当該被処理体を所定温度まで加熱し、
前記第２の工程において、前記処理空間に前記シリコン含有ガスを供給し、前記カーボン膜を前記シリコン含有ガスに暴露することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＳｉＣ膜の成膜方法。
【請求項５】
前記第１の工程と前記第２の工程をこの順で繰り返し行い、所定膜厚のＳｉＣ膜を形成することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のＳｉＣ膜の成膜方法。
【請求項６】
前記被処理体には開口部が形成され、
前記第１の工程において、少なくとも前記開口部の内部に前記カーボン膜を形成し、
前記第１の工程の後であって前記第２の工程の前に、前記開口部以外のカーボン膜を除去することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のＳｉＣ膜の成膜方法。
【請求項７】
被処理体にＳｉＣ膜を形成する成膜装置であって、
前記被処理体にカーボン膜を形成するカーボン成膜部と、
前記カーボン膜をシリコン含有ガスに暴露し、当該カーボン膜にシリコンを浸潤させるシリコン浸潤部と、を有することを特徴とする、ＳｉＣ膜の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理体にＳｉＣ膜を形成する成膜方法及び成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程においては、半導体基板の表面に形成されたトレンチやホールなどの開口部に、種々の目的で膜が埋め込まれる。一例を挙げると、例えば特許文献１には、素子間を分離するにあたり、トレンチにシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を埋め込むことが開示されている。また、例えば特許文献２には、ホールパターンの反転を行うため、ホールにポリシロキサン組成物膜を埋め込むことが開示されている。
【０００３】
一方、近年の半導体デバイスの微細化に伴い、上述した開口部への埋め込み膜として、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）膜が所望されている。
【０００４】
ＳｉＣ膜の成膜方法としては、従来、種々の方法が用いられている。例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法では、成膜対象の基板を加熱しつつ、反応室内にカーボン含有ガス及びシリコン含有ガスなどの原料ガスを供給し、当該カーボン含有ガス及びシリコン含有ガスを熱分解させ基板上で反応させることで、ＳｉＣ膜を基板上に形成する。
【０００５】
また、例えばＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法では、成膜対象の基板を加熱しつつ、反応室内へのシリコン含有プリカーサの供給、反応室内のパージ、反応室内へのカーボン含有プリカーサの供給、反応室内のパージというサイクルを繰り返すことで、原子層を一層ずつ堆積し、ＳｉＣ膜を基板上に形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３０６９９２号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ２０１６／０３１５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、成膜対象の基板にデバイスが形成されている場合、そのデバイスを保護するため、低温、例えば４００℃以下での成膜処理が求められている。しかしながら、上述したＣＶＤ法やＡＬＤ法では、７００℃〜１０００℃若しくはそれ以上の高温で成膜処理が行われるため、基板上のデバイスを損傷させるおそれがある。
【０００８】
このように、ＳｉＣ膜を適切に形成する方法はいまだ確立されていないのが現状である。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、被処理体にＳｉＣ膜を適切に形成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するため、本発明者が鋭意検討した結果、カーボン膜をシリコン含有ガスに暴露すると、炭素原子にシリコン原子が結合し、当該カーボン膜にシリコンが浸潤することが分かった。
【００１１】
本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、本発明は、被処理体にＳｉＣ膜を形成する成膜方法であって、前記被処理体にカーボン膜を形成する第１の工程と、前記カーボン膜をシリコン含有ガスに暴露し、当該カーボン膜にシリコンを浸潤させる第２の工程と、を有することを特徴としている。
【００１２】
前記第２の工程において、前記カーボン膜を水蒸気に暴露し、前記シリコン含有ガスの暴露と前記水蒸気の暴露を交互に行ってもよい。
【００１３】
前記第１の工程で形成される前記カーボン膜は、少なくともＣＨ基又はＣＯＨ基を備えていてもよい。
【００１４】
前記第２の工程の前に、前記被処理体の処理空間を減圧し、且つ、当該被処理体を所定温度まで加熱し、前記第２の工程において、前記処理空間に前記シリコン含有ガスを供給し、前記カーボン膜を前記シリコン含有ガスに暴露してもよい。
【００１５】
前記第１の工程と前記第２の工程をこの順で繰り返し行い、所定膜厚のＳｉＣ膜を形成してもよい。
【００１６】
前記被処理体には開口部が形成され、前記第１の工程において、少なくとも前記開口部の内部に前記カーボン膜を形成し、前記第１の工程の後であって前記第２の工程の前に、前記開口部以外のカーボン膜を除去してもよい。
【００１７】
別な観点による本発明は、被処理体にＳｉＣ膜を形成する成膜装置であって、前記被処理体にカーボン膜を形成するカーボン成膜部と、前記カーボン膜をシリコン含有ガスに暴露し、当該カーボン膜にシリコンを浸潤させるシリコン浸潤部と、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、カーボン膜をシリコン含有ガスに暴露し、当該カーボン膜にシリコンを浸潤させることで、被処理体にＳｉＣ膜を適切に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施の形態にかかる成膜装置の構成の概略を示す平面図である。
【図２】シリコン浸潤装置の構成を模式的に示した説明図である。
【図３】成膜処理の主な工程を示すフローチャートである。
【図４】成膜処理の各工程におけるトレンチ近傍の状態を示す説明図である。
【図５】成膜処理の各工程におけるアモルファスカーボン膜の分子構造の状態を示す説明図である。
【図６】シリコンのＸＰＳスペクトルを示したグラフである。
【図７】他の実施の形態にかかる成膜処理の主な工程を示すフローチャートである。
【図８】他の実施の形態にかかる成膜処理の主な工程を示すフローチャートである。
【図９】他の実施の形態にかかる成膜装置の構成の概略を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２１】
＜１．成膜装置＞
先ず、本実施の形態に係るＳｉＣ膜の成膜装置の構成について説明する。図１は、成膜装置１の構成の概略を示す平面図である。成膜装置１は、被処理体としての半導体基板Ｗ（以下、基板Ｗ）に形成されたトレンチに、ＳｉＣ膜を埋め込む。
【００２２】
成膜装置１は、当該成膜装置１に対して基板Ｗの搬入出を行うカセットステーション１０、基板Ｗの搬送を行う共通搬送部１１、カーボン成膜装置１２、カーボンエッチング装置１３、シリコン浸潤装置１４を有している。
【００２３】
カセットステーション１０は、基板Ｗを搬送する基板搬送機構２０が内部に設けられた搬送室２１を有している。基板搬送機構２０は、基板Ｗを略水平に保持する２つの搬送アーム２０ａ、２０ｂを有しており、これら搬送アーム２０ａ、２０ｂのいずれかによって基板Ｗを保持しながら搬送する構成となっている。搬送室２１の側方には、基板Ｗを複数枚並べて収容可能なカセットＣが載置されるカセット載置台２２が備えられている。図示の例では、カセット載置台２２には、カセットＣを複数、例えば３つ載置できるようになっている。
【００２４】
搬送室２１と共通搬送部１１は、真空引き可能な２つのロードロック装置２３ａ、２３ｂを介して互いに連結させられている。
【００２５】
共通搬送部１１は、例えば平面視において略多角形状（図示の例では六角形状）をなすように形成された密閉可能な構造の搬送室チャンバ２４を有している。搬送室チャンバ２４内には、基板Ｗを搬送する基板搬送機構２５が設けられている。基板搬送機構２５は、基板Ｗを略水平に保持する２つの搬送アーム２５ａ、２５ｂを有しており、これら搬送アーム２５ａ、２５ｂのいずれかによって基板Ｗを保持しながら搬送する構成となっている。
【００２６】
搬送室チャンバ２４の外側には、カーボン成膜装置１２、カーボンエッチング装置１３、シリコン浸潤装置１４、ロードロック装置２３ａ、２３ｂが、搬送室チャンバ２４の周囲を囲むように配置されている。カーボン成膜装置１２、カーボンエッチング装置１３、シリコン浸潤装置１４、ロードロック装置２３ａ、２３ｂは、例えば平面視において時計逆回転方向においてこの順に並ぶように、また、搬送室チャンバ２４の側面部に対してそれぞれ対向するようにして配置されている。
【００２７】
カーボン成膜装置１２では、基板Ｗ上にカーボン膜として、例えばアモルファスカーボン膜を形成する。アモルファスカーボン膜を形成するための成膜装置には、公知の装置を用いることでき、例えば特開２００７−２２４３８３号公報に開示されたプラズマＣＶＤ装置を用いてもよいし、例えば特開２０１１−１４８７２号公報に開示された熱ＣＶＤ装置を用いてもよい。アモルファスカーボン膜を所定膜厚で形成することができれば、任意の装置を用いることができる。
【００２８】
カーボンエッチング装置１３では、カーボン成膜装置１２で成膜されたアモルファスカーボン膜のうち、余剰分を選択的にエッチングして除去する。余剰アモルファスカーボン膜を除去するためのエッチング装置には、公知の装置を用いることができ、例えば特開２０１４−２２５５０１号公報に開示されたプラズマエッチング装置を用いてもよいし、例えば特開２０１２−１３４１９９号公報に開示された酸化装置（酸化処理により炭素含有膜を除去する装置）を用いてもよい。余剰アモルファスカーボン膜を選択的にエッチングできれば、任意の装置を用いることができる。
【００２９】
シリコン浸潤装置１４では、アモルファスカーボン膜をシリコン含有ガスに暴露し、当該アモルファスカーボン膜にシリコンを浸潤させる。このシリコン浸潤装置１４の構成については後述する。
【００３０】
以上の成膜装置１には、制御部３０が設けられている。制御部３０は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、成膜装置１における成膜処理を制御するプログラムが格納されている。このプログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御部３０にインストールされたものであってもよい。
【００３１】
＜２．シリコン浸潤装置＞
次に、上述したシリコン浸潤装置１４の構成について説明する。図２は、シリコン浸潤装置１４の構成を模式的に示した説明図である。
【００３２】
シリコン浸潤装置１４は、内部を密閉可能な処理容器１００を有している。処理容器１００の側面には、基板Ｗの搬入出口（図示せず）が設けられている。
【００３３】
処理容器１００の内部には、基板Ｗを載置して保持する載置台１０１が設けられている。また、載置台１０１の下面側には、熱板１０２が設けられている。熱板１０２には、給電により発熱するヒータ１０３が内蔵されており、このヒータ１０３により基板Ｗは所定温度に加熱される。なお、熱板１０２の下方には、基板Ｗを下方から支持して昇降させるための昇降ピン（図示せず）が設けられていてもよい。
【００３４】
処理容器１００の底面には、当該処理容器１００の内部を排気するための排気管１１０が接続されている。排気管１１０は、処理容器１００の内部雰囲気を真空引きして減圧する真空ポンプ１１１に連通している。また、排気管１１０には、バルブ１１２が設けられている。
【００３５】
処理容器１００の天井面には、当該処理容器１００の内部に向けてシリコン含有ガス、水蒸気、窒素ガスを供給するための供給管１２０が接続されている。供給管１２０は、処理容器１００内にこれらシリコン含有ガス、水蒸気、窒素ガスを供給するためのガス供給装置２００に連通している。
【００３６】
ガス供給装置２００は、内部にシリコン含有液を貯留するシリコンタンク２１０を有している。シリコン含有液としては、例えばＨＭＤＳ（物質名称：Bis(trimethylsilyl)amine、分子式：［（ＣＨ３）３Ｓｉ］２ＮＨ）が用いられる。シリコンタンク２１０は、例えば貯蔵室２１１の内部に保管される。
【００３７】
また、ガス供給装置２００は、内部に水を貯留する水タンク２２０を有している。水タンク２２０は、例えば貯蔵室２２１の内部に保管される。
【００３８】
これらシリコンタンク２１０の内部のシリコン含有液と、水タンク２２０の内部の水は、それぞれ窒素ガスによって圧送される。このため、シリコンタンク２１０と水タンク２２０の上流側には、内部に窒素ガスを貯留する窒素ガス供給源２３０が設けられている。窒素ガス供給源２３０に接続された供給管２３１には、窒素ガスを圧送するためのレギュレータ２３２が設けられている。これら窒素ガス供給源２３０とレギュレータ２３２は、シリコンタンク２１０と水タンク２２０に共通に設けられている。供給管２３１はレギュレータ２３２の下流側において分岐し、第１の供給管２３１ａはシリコンタンク２１０に接続され、第２の供給管２３１ｂは水タンク２２０に接続される。第１の供給管２３１ａには、上流側からバルブ２３３と圧力計２３４が設けられている。また、第２の供給管２３１ｂには、上流側からバルブ２３５と圧力計２３６が設けられている。
【００３９】
なお、供給管２３１はレギュレータ２３２の下流側において、第１の供給管２３１ａと第２の供給管２３１ｂの他に、さらに第３の供給管２３１ｃに分岐している。第３の供給管２３１ｃは、上述した供給管１２０に接続される。また、第３の供給管２３１ｃには、上流側からバルブ２３７とマスフローコントローラ２３８が設けられている。そして、窒素ガス供給源２３０から第３の供給管２３１ｃと供給管１２０を介して処理容器１００の内部に窒素ガスが供給される。この窒素ガスは、後述するように処理容器１００の内部をパージする際に用いられる。
【００４０】
シリコンタンク２１０の下流側には、２本の供給管２４０ａ、２４０ｂが接続さている。下部供給管２４０ａはシリコンタンク２１０の底面に接続され、下部供給管２４０ａにはバルブ２４１が設けられている。上部供給管２４０ｂはシリコンタンク２１０の上部側面に接続され、上部供給管２４０ｂにはバルブ２４２が設けられている。これら供給管２４０ａ、２４０ｂは、それぞれバルブ２４１、２４２の下流側で合流し、供給管２４０を構成する。この供給管２４０はさらに上述した供給管１２０に接続される。なお、シリコンタンク２１０の内部にはシリコン含有液が貯留されているが、このシリコン含有液は下部供給管２４０ａ又は上部供給管２４０ｂのいずれかから流出する。
【００４１】
供給管２４０には、上流側からバルブ２４３、バルブ２４４、フィルタ２４５、気化器２４６、マスフローコントローラ２４７、バルブ２４８が設けられている。バルブ２４３は貯蔵室２１１の内部に設けられ、バルブ２４４は貯蔵室２１１の外部に設けられている。これにより貯蔵室２１１の内部或いは外部のいずれにいても、バルブの開閉操作が可能となる。フィルタ２４５は、シリコン含有液中のパーティクルを除去する。なお、フィルタ２４５には、シリコン含有液中に発生した気泡を排出するための排出管（図示せず）が設けられていてもよい。気化器２４６は、液体状のシリコン含有液を気化させて、気体状のシリコン含有ガスに変える。マスフローコントローラ２４７は、シリコン含有ガスの流量制御を行う。バルブ２４８には、温度調節機２４９が設けられている。この温度調節機２４９により、バルブ２４８を通過するシリコン含有ガスが所定温度に調節される。
【００４２】
水タンク２２０の底面には、水を供給するための供給管２５０が接続されている。供給管２５０は上述した供給管１２０に接続される。すなわち、上述した窒素ガス供給源２３０からの第３の供給管２３１ｃ、シリコンタンク２１０からの供給管２４０、及び水タンク２２０からの供給管２５０は合流し、供給管１２０に接続される。
【００４３】
供給管２５０には、上流側からバルブ２５１、バルブ２５２、フィルタ２５３、気化器２５４、マスフローコントローラ２５５、バルブ２５６が設けられている。バルブ２５１は貯蔵室２２１の内部に設けられ、バルブ２５２は貯蔵室２２１の外部に設けられている。これにより貯蔵室２２１の内部或いは外部のいずれにいても、バルブの開閉操作が可能となる。フィルタ２５３は、水中のパーティクルを除去する。なお、フィルタ２５３には、水中に発生した気泡を排出するための排出管（図示せず）が設けられていてもよい。気化器２５４は、液体状の水を気化させて、気体状の水蒸気に変える。マスフローコントローラ２５５は、水蒸気の流量制御を行う。バルブ２５６には、温度調節機２５７が設けられている。この温度調節機２５７により、バルブ２５６を通過する水蒸気が所定温度に調節される。
【００４４】
＜３．成膜方法＞
次に、以上のように構成された成膜装置１を用いて行われるＳｉＣ膜の成膜処理について説明する。本実施の形態では、成膜処理として、基板ＷのトレンチにＳｉＣ膜を埋め込む。図３は、かかる成膜処理の主な工程の例を示すフローチャートである。図４は、成膜処理の各工程におけるトレンチ近傍の状態を示す説明図である。なお、技術の理解を容易にするため、基板Ｗ上に複数形成されたトレンチのうち、図４（ａ）に示すように１つのトレンチＴを図示している。
【００４５】
先ず、複数の基板Ｗを収納したカセットＣが、成膜装置１のカセットステーション１０に搬入され、カセット載置台２２に載置される。その後、基板搬送機構２０によって、カセットＣから１枚の基板Ｗが取り出され、ロードロック装置２３ａ内に搬入される。ロードロック装置２３ａ内に基板Ｗが搬入されると、ロードロック装置２３ａ内が密閉され、減圧される。その後、ロードロック装置２３ａ内と大気圧に対して減圧された状態（例えば略真空状態）の搬送室チャンバ２４内とが連通させられる。そして、基板搬送機構２５によって、基板Ｗがロードロック装置２３ａから搬出され、搬送室チャンバ２４内に搬入される。
【００４６】
搬送室チャンバ２４に搬入された基板Ｗは、次に基板搬送機構２５によってカーボン成膜装置１２に搬送される。カーボン成膜装置１２では、図４（ｂ）に示すように基板Ｗ上にアモルファスカーボン膜３００が形成される（図３の工程Ｓ１）。このとき、基板Ｗの表面、トレンチＴの側面、トレンチＴの底面のいずれにも、同じ膜厚でアモルファスカーボン膜３００が形成される。
【００４７】
その後、基板Ｗは、基板搬送機構２５によってカーボンエッチング装置１３に搬送される。カーボンエッチング装置１３では、図４（ｃ）に示すように余剰アモルファスカーボン膜３００が除去される（図３の工程Ｓ２）。具体的には、基板Ｗの表面に形成されたアモルファスカーボン膜３００、及びトレンチＴの上部側面に形成されたアモルファスカーボン膜３００が、選択的にエッチングされて除去される。
【００４８】
その後、基板Ｗは、基板搬送機構２５によってシリコン浸潤装置１４に搬送される。シリコン浸潤装置１４に搬入された基板Ｗは、載置台１０１上に載置される。そして、真空ポンプ１１１を作動させて処理容器１００の内部を所定真空度まで減圧する。また、ヒータ１０３によって基板Ｗを所定温度、例えば５０℃〜４００℃に加熱する。そして、この基板Ｗの所定温度は、処理中（工程Ｓ３〜Ｓ７）維持される。
【００４９】
その後、水タンク２２０から処理容器１００に向けて所定温度、例えば５０℃〜４００℃の水蒸気を供給する。そして、基板Ｗ上のアモルファスカーボン膜３００を水蒸気に暴露する（図３の工程Ｓ３）。ここで、図５（ａ）に示すように工程Ｓ１、Ｓ２で形成されたアモルファスカーボン膜３００は、ＣＨ基やＣＯＨ基を備えている。工程Ｓ３においてアモルファスカーボン膜３００を水蒸気に暴露すると、図５（ｂ）に示すように、ＣＨ基の結合が切断され、ＣＨ基のＨ＋と水蒸気中のＯＨ−が脱水縮合する。また、同様にＣＨ基の結合も切断され、ＣＯＨ基のＯＨ−と水蒸気中のＨ＋が脱水縮合する。
【００５０】
その後、窒素ガス供給源２３０から第３の供給管２３１ｃと供給管１２０を介して処理容器１００に向けて窒素ガスが供給される。そして、この窒素ガスにより処理容器１００の内部がパージされる（図３の工程Ｓ４）。パージ後は、真空ポンプ１１１を作動させて処理容器１００の内部を所定真空度まで減圧する。
【００５１】
その後、シリコンタンク２１０から処理容器１００に向けて所定温度、例えば５０℃〜４００℃のシリコン含有ガスを供給する。そして、基板Ｗ上のアモルファスカーボン膜３００をシリコン含有ガスに暴露する（図３の工程Ｓ５）。上述の図５（ｂ）に示したようにＣＨ基とＣＯＨ基の結合は切断されているため、工程Ｓ５においては、図５（ｃ）に示すようにシリコン含有ガス中のシリコン（Ｓｉ）はこのＣＨ基又はＣＯＨ基のＣと結合される。換言すれば、ＣＨ基のＨにＳｉが置換され、ＣＯＨ基のＯＨにＳｉが置換される。こうしてアモルファスカーボン膜３００にシリコンが浸潤する。このシリコンの浸潤が十分に進むと、図４（ｄ）に示すようにアモルファスカーボン膜３００がＳｉＣ膜４００に変質し、トレンチＴにＳｉＣ膜４００が形成される。
【００５２】
なお、上述したように工程Ｓ５の前に、処理容器１００の内部を所定真空度まで減圧しているので、工程Ｓ５において処理容器１００の内部に十分なシリコン含有ガスを供給することができる。このため、アモルファスカーボン膜３００に十分なシリコンを浸潤させることができる。
【００５３】
その後、窒素ガス供給源２３０から第３の供給管２３１ｃと供給管１２０を介して処理容器１００に向けて窒素ガスが供給される。そして、この窒素ガスにより処理容器１００の内部がパージされる（図３の工程Ｓ６）。
【００５４】
以上の工程Ｓ１〜Ｓ６が繰り返し行われて、十分なＳｉＣ膜４００が形成されることで、図４（ｅ）に示すようにトレンチＴにＳｉＣ膜４００が完全に埋め込まれる（図３の工程Ｓ７）。工程Ｓ７において、トレンチＴにＳｉＣ膜４００が完全に埋め込まれたかどうかを判断するのは、予め決められたレシピに従ってもよい。例えば工程Ｓ１〜Ｓ６のサイクルを１回行って形成されるＳｉＣ膜４００を把握し、ｎ回目でトレンチＴにＳｉＣ膜４００が完全に埋め込まれるというレシピを作成しておけばよい。或いは、トレンチＴにＳｉＣ膜４００が完全に埋め込まれたかどうかを別途検査してもよい。検査方法は任意であるが、例えば光学系の検査を行ってもよいし、電子顕微鏡を用いて検査を行ってもよい。
【００５５】
その後、基板Ｗは、基板搬送機構２５によって再び搬送室チャンバ２４内に戻される。そして、ロードロック装置２３ｂを介して基板搬送機構２０に受け渡され、カセットＣに収納される。その後、基板Ｗを収納したカセットＣが成膜装置１から搬出されて一連の成膜処理が終了する。
【００５６】
以上の実施の形態によれば、工程５において、アモルファスカーボン膜３００をシリコン含有ガスに暴露して、当該アモルファスカーボン膜３００にシリコンを浸潤させることができるので、トレンチＴにＳｉＣ膜４００を適切に埋め込むことができる。しかも、ＳｉＣ膜４００の成膜を例えば４００℃以下の低温プロセスにて実現することができ、基板Ｗ上にデバイスが形成されていたとしても、そのデバイスが損傷を被るのを抑制することができる。したがって、本発明の成膜方法は、半導体装置の種々の製造工程に適用することが可能となる。
【００５７】
また、工程Ｓ１で形成されるアモルファスカーボン膜３００がＣＨ基とＣＯＨ基を備え、工程Ｓ３においてアモルファスカーボン膜３００を水蒸気に暴露するので、水蒸気によりＣＨ基とＣＯＨ基の結合が切断される。このため、工程Ｓ５において、切断されたＣにＳｉが結合しやすく、アモルファスカーボン膜３００にシリコンをより浸潤させやすくなる。
【００５８】
ここで、本発明者は、基板Ｗの温度とシリコンの浸潤量との関係について調べた。図６は、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ：X-ray Photoelectron Spectroscopy）を用い、４つのアモルファスカーボン膜について、シリコンのＸＰＳスペクトルを示したものである。図６中、横軸は結合エネルギーを示し、縦軸はシリコンのＸＰＳスペクトルの強度を示す。なお、４つのアモルファスカーボン膜は、１．シリコンを浸潤させてないアモルファスカーボン膜（図中の実線）、２．基板温度Ｔ１でシリコンを浸潤させたアモルファスカーボン膜（図中の点線）、３．基板温度Ｔ２でシリコンを浸潤させたアモルファスカーボン膜（図中の一点鎖線）、４．基板温度Ｔ３でシリコンを浸潤させたアモルファスカーボン膜（図中の二点鎖線）である。基板Ｗの温度はＴ１＜Ｔ２＜Ｔ３であり、Ｔ３が一番高い。そして、図６を参照すると、基板Ｗの温度が高い方が、シリコンの浸潤量が多くなることがわかる。
【００５９】
この点、本実施の形態では、工程Ｓ５において基板Ｗが所定温度まで加熱されているので、さらにＣとＳｉの結合をさらに促進することができる。
【００６０】
また、以上の実施の形態によれば、上述したように工程Ｓ５における基板Ｗの温度を制御することでアモルファスカーボン膜３００に浸潤するシリコンの浸潤量を制御することができる。また、工程Ｓ１〜Ｓ６のサイクルの回数を制御することでも、シリコンの浸潤量を制御することができる。したがって、ＳｉＣ膜４００におけるＳｉ／Ｃ比を制御することができる。
【００６１】
また、工程Ｓ１においてアモルファスカーボン膜３００の膜厚を制御することで、ＳｉＣ膜４００の膜厚も制御することができる。
【００６２】
さらに、このようにＳｉＣ膜４００におけるＳｉ／Ｃ比及び膜厚を適切に制御することができるので、例えば成膜装置１の外部で行われる後続の工程において、ＳｉＣ膜４００を除去する場合でも、基板Ｗから容易にＳｉＣ膜４００を剥離することができる。例えばＳｉＣ膜４００の上層部を適切な性質を有するＳｉＣ層としておき、下層部をアモルファスカーボン膜３００のままとおけば、ウェット処理にて容易にＳｉＣ膜４００を基板Ｗから剥離することができる。この点、従来の方法で成膜されたＳｉＣ膜は結晶性の膜であり、基板Ｗから剥離させるのは容易ではない。したがって、かかる観点からも本発明は極めて有用である。
【００６３】
また、本実施の形態の成膜装置１では、カーボン成膜装置１２、カーボンエッチング装置１３、シリコン浸潤装置１４はそれぞれ個別の装置として設けられているので、各装置において処理条件を調節しやすく、最適な条件で処理を行うことができる。また、各装置１２、１３、１４の装置構成を簡易化することができる。さらに、各装置１２、１３、１４をメンテナンスも容易に行うことができる。
【００６４】
＜４．他の実施の形態＞
次に、本発明の他の実施の形態について説明する。
【００６５】
＜４−１．成膜方法の他の実施の形態＞
以上の実施の形態の成膜方法では、工程３における水蒸気暴露を行った後、工程Ｓ５におけるシリコン含有ガス暴露を行っていたが、これらの順を逆にしてもよい。かかる場合、図７に示すように、工程Ｓ３においてアモルファスカーボン膜３００をシリコン含有ガスで暴露する。そうすると、シリコン含有ガス中のＳｉは、ＣＨ基におけるＨ又はＣＯＨ基におけるＯＨに置換され、ＣとＳｉが結合される。そして、アモルファスカーボン膜３００にシリコンが浸潤する。その後、工程Ｓ４において窒素ガスでパージした後、工程Ｓ５においてアモルファスカーボン膜３００を水蒸気で暴露する。そうすると、ＣとＳｉの結合がさらに促進される。こうして、トレンチＴにＳｉＣ膜４００が形成される。
【００６６】
以上の実施の形態の成膜方法において、図８に示すように、工程Ｓ１においてアモルファスカーボン膜３００を形成する前に、基板Ｗを所定温度、例えば５０℃〜４００℃に加熱しておいてもよい（図８の工程Ｓ０）。かかる場合、以後の工程Ｓ１〜Ｓ６を適切に行うことができる。また、この工程Ｓ０において、基板Ｗの処理空間を真空引きし、所定真空度まで減圧するのが好ましい。このように一旦真空引きを行うことで、基板Ｗの加熱を適切且つ効率よく行うことができ、その結果、ＳｉＣ膜を適切に形成することができる。
【００６７】
＜４−２．成膜装置の他の実施の形態＞
以上の実施の形態の成膜装置１では、カーボン成膜装置１２、カーボンエッチング装置１３、シリコン浸潤装置１４が個別に設けられていたが、図９に示すようにカーボン成膜装置１２とカーボンエッチング装置１３を１つのカーボン処理装置１５としてもよい。かかる場合、このカーボン処理装置１５では、アモルファスカーボン膜３００の成膜と、余剰アモルファスカーボン膜３００の除去が連続しておこなわれる。
【００６８】
また、図示はしないが、カーボン成膜装置１２、カーボンエッチング装置１３、シリコン浸潤装置１４を、１つの装置としてもよい。かかる場合、アモルファスカーボン膜３００の成膜と、余剰アモルファスカーボン膜３００の除去、アモルファスカーボン膜３００へのシリコンの浸潤が、１つの装置で連続して行われる。
【００６９】
また、例えば１つの装置で連続処理を行う場合、当該１つの装置には、複数の基板Ｗを載置可能な回転テーブルを設けてもよい。具体的には、回転テーブルを回転させた位置Ｐ１にアモルファスカーボン膜３００の成膜する機構を設置し、位置Ｐ２に余剰アモルファスカーボン膜３００の除去する機構を設置し、位置Ｐ３にアモルファスカーボン膜３００へのシリコンの浸潤を行う機構を設置する。かかる場合、回転テーブルを回転させて、位置Ｐ１に基板Ｗを配置し、アモルファスカーボン膜３００を形成する。さらに回転テーブルを回転させて、位置Ｐ２に基板Ｗを配置し、余剰アモルファスカーボン膜３００を除去する。さらに回転テーブルを回転させて、位置Ｐ３に基板Ｗを配置し、アモルファスカーボン膜３００にシリコンを浸潤させる。
【００７０】
また、以上の実施の形態では、１つの装置で１枚の基板Ｗを処理する、いわゆる枚葉処理が行われていたが、複数枚の基板Ｗを同時に処理する、いわゆるバッチ処理を行ってもよい。例えばカーボン成膜装置１２、カーボンエッチング装置１３、シリコン浸潤装置１４を１つの装置とする場合、複数の基板Ｗのバッチ処理にて、アモルファスカーボン膜３００の成膜と、余剰アモルファスカーボン膜３００の除去、アモルファスカーボン膜３００へのシリコンの浸潤が連続して行われる。
【００７１】
このように、本発明のＳｉＣ膜の成膜方法を実現する装置は、特に限定されるものではなく、種々の装置構成を取り得る。
【００７２】
＜４−３．その他の実施の形態＞
以上の実施の形態では、アモルファスカーボン膜３００にシリコンを浸潤させる場合について説明したが、シリコンを浸潤させる対象の膜は、他のカーボン膜であってもよい。カーボン膜であれば少なくとも炭素原子を備えており、本発明の成膜方法を適用して炭素原子にシリコン原子を結合させ、カーボン膜にシリコンを浸潤させることができる。
【００７３】
また、以上の実施の形態では、基板Ｗに形成されたトレンチＴにＳｉＣ膜を埋め込む場合について説明したが、本発明は他にも適用できる。例えば本発明の成膜方法を用いて、基板Ｗに形成されたホールにＳｉＣ膜を埋め込むこともできる。また、本発明の成膜方法を用いて、基板Ｗ上に平坦膜であるＳｉＣ膜を形成することもできる。このような平坦膜のＳｉＣ膜は、例えばエッチングのストップ材や反射防止膜など、種々の用途に用いることができる。
【００７４】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００７５】
１      成膜システム
１２    カーボン成膜装置
１３    カーボンエッチング装置
１４    シリコン浸潤装置
２００  ガス供給装置
２１０  シリコンタンク
２２０  水タンク
２３０  窒素ガス供給源
３００  アモルファスカーボン膜
４００  ＳｉＣ膜
Ｗ      基板
Ｔ      トレンチ
【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９】
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