(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の反応ガスと、該第１の反応ガスと反応する第２の反応ガスとの反応生成物による膜を成膜する成膜方法であって、
基板に形成される凹部の内面に、前記反応生成物の膜を前記凹部の底面側で厚くさせ得る第１の分布で水酸基を吸着させるステップと、
前記凹部の内面に前記第１の分布で前記水酸基が吸着された前記基板に対して前記第１の反応ガスを供給するステップと、
前記第１の反応ガスが吸着した前記基板に対して前記第２の反応ガスを供給することにより、前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスと反応させて前記反応生成物を生成するステップと
を含む成膜方法。
【請求項２】
前記水酸基を吸着させるステップにおいて前記基板が酸素プラズマに曝される、請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
前記酸素プラズマが水素含有ガスを含むガスから生成される、請求項２に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記水酸基を吸着させるステップにおいて前記水素含有ガスの供給量が制御される、請求項３に記載の成膜方法。
【請求項５】
前記水酸基を吸着させるステップにおいて前記酸素プラズマを生成する高周波電力が制御される、請求項２から４のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記第１の反応ガスを供給するステップにおいて、前記第１の反応ガスを供給するガス供給部から当該第１の反応ガスを供給しつつ当該ガス供給部と相対的に前記基板を移動しながら、当該基板に対して前記第１の反応ガスが供給され、前記ガス供給部に対する前記基板の移動速度が制御される、請求項１から５のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記第１の反応ガスを供給するステップにおいて前記第１の反応ガスの供給量が制御される、請求項１から６のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項８】
第１の反応ガスと、該第１の反応ガスと反応する第２の反応ガスとの反応生成物による膜を成膜する成膜方法であって、
基板の表面に形成される凹部の内面に、前記反応生成物の膜を前記凹部の底面側で厚くさせ得る第１の分布で水酸基を吸着させる第１の吸着ステップ、
前記凹部の内面に前記水酸基が前記第１の分布で吸着された前記基板に対して前記第１の反応ガスを供給する第１の供給ステップ、及び
前記第１の反応ガスが吸着した前記基板に対して前記第２の反応ガスを供給することにより、前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスと反応させて前記反応生成物を生成する第１の生成ステップ
を有する第１の工程と、
前記反応生成物の膜を前記凹部の開口側で厚くさせ得る第２の分布で水酸基を吸着させる第２の吸着ステップ、
前記凹部の内面に前記水酸基が前記第２の分布で吸着された前記基板に対して前記第１の反応ガスを供給する第２の供給ステップ、及び
前記第１の反応ガスが吸着した前記基板に対して前記第２の反応ガスを供給することにより、前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスと反応させて前記反応生成物を生成する第２の生成ステップ
を有する第２の工程と
を含む成膜方法。
【請求項９】
前記第１の吸着ステップ及び前記第２の吸着ステップにおいて前記基板が酸素プラズマに曝される、請求項８に記載の成膜方法。
【請求項１０】
前記第１の吸着ステップ及び前記第２の吸着ステップのいずれか又は双方において前記酸素プラズマが水素含有ガスを含むガスから生成される、請求項９に記載の成膜方法。
【請求項１１】
前記第１の吸着ステップ及び前記第２の吸着ステップのいずれか又は双方において前記水素含有ガスの供給量が制御される、請求項１０に記載の成膜方法。
【請求項１２】
前記第１の吸着ステップ及び前記第２の吸着ステップのいずれか又は双方において前記酸素プラズマを生成する高周波電力が制御される、請求項９から１１のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項１３】
前記供給するステップにおいて、前記第１の反応ガスを供給するガス供給部から当該第１の反応ガスを供給しつつ当該ガス供給部と相対的に前記基板を移動しながら、当該基板に対して前記第１の反応ガスが供給され、前記ガス供給部に対する前記基板の移動速度が制御される、請求項８から１２のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項１４】
前記供給するステップにおいて前記第１の反応ガスの供給量が制御される、請求項８から１３のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項１５】
前記水酸基を吸着させるステップにおいて前記基板が水素含有ガスを含むガスから生成される酸素プラズマに曝され、
前記水素含有ガスがアンモニア及び水素のいずれか一方又は双方である、請求項１から１２のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項１６】
前記第１の反応ガスが有機アミノ系のガスである、請求項１から１５のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項１７】
前記第１の反応ガスが有機アミノシランである、請求項１６に記載の成膜方法。
【請求項１８】
前記第２の反応ガスがオゾンである、請求項１７に記載の成膜方法。
【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対して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に成膜する成膜方法に関し、特に基板に形成される凹部の内面における膜厚分布を制御可能な成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路（ＩＣ）の製造プロセスには、例えばトレンチや、ビアホール、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。例えばトレンチ内に、例えば化学的気相堆積（ＣＶＤ）法により酸化シリコンを成膜する場合には、反応ガス（プレカーサ）がトレンチの底部まで拡散する前に気相中で反応したり、トレンチ側面に吸着したりするため、トレンチの開口付近での膜厚が厚くなる（いわゆるオーバーハングが形成される）傾向がある。また、トレンチの開口付近が酸化シリコンにより封止されると、トレンチ内には空洞（ボイド）が残ってしまう場合がある（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−４２８８４号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／０１０５４６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを基板に対して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に成膜する原子層成膜（ＡＬＤ）法（分子層成膜（ＭＬＤ）法）と呼ばれる成膜方法が知られている。この成膜方法では、下地層に吸着した一方の原料ガスが他方の原料ガスと反応し、反応生成物が生成されるため、ＣＶＤ法に比べて、コンフォーマルな（下地層の断面形状を反映した）成膜を実現することができる。すなわち、オーバーハングやボイドの形成を低減することができる。
【０００５】
しかしながら、ＩＣの高集積度化の要請から、トレンチ等のアスペクト比はますます大きくなりつつあるため、ＡＬＤ法においても更にコンフォーマルな成膜が求められるようになってきた。また、ボイドが形成されないようにトレンチ等を埋め込むだけでなく、トレンチ等の内面に成膜される薄膜の膜厚分布まで制御することが求められつつある。
【０００６】
本発明は、上述の事情に照らしてなされ、基板に形成される凹部へ膜を成膜する際に、その膜厚の分布を制御することが可能な成膜方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、第１の反応ガスと、該第１の反応ガスと反応する第２の反応ガスとの反応生成物を成膜する成膜方法であって、基板の表面に形成される凹部の内面に所望の分布で水酸基を吸着させるステップと、前記凹部の内面に前記水酸基が吸着された前記基板に対して前記第１の反応ガスを供給するステップと、前記凹部の内面に吸着した前記第１の反応ガスを前記第２の反応ガスと反応させることにより前記内面に前記反応生成物を生成するステップとを含む成膜方法が提供される。
【０００８】
上記の水酸基の所望の分布は、凹部内に成膜される膜の所望の膜厚分布に応じた分布であり、その膜厚分布を実現できるように制御される。例えば、半導体集積回路の製造プロセスにおいて、凹部の底面側で厚くなり開口側で薄くなるように膜を成膜することにより凹部をボイドなく埋め込む場合には、そのような成膜を実現できるような分布で水酸基が吸着される。また、凹部の内面のほぼ全体において等しい膜厚を実現すべき場合には、そのような膜厚分布を実現できるような分布で水酸基が吸着される。
【０００９】
また、第１の反応ガスと第２の反応ガスの反応により生成され、凹部の内面に吸着した水酸基を選択的に除去することによっても、凹部の内面に水酸基を所望の分布で吸着させることができる。
【００１０】
また、本発明の他の態様によれば、第１の反応ガスと、該第１の反応ガスと反応する第２の反応ガスとの反応生成物を成膜する成膜方法であって、基板の表面に形成される凹部の内面に、前記反応生成物を前記凹部の底面側で厚く成膜させ得る分布で水酸基を吸着させるステップ、前記水酸基が吸着された前記凹部の内面に前記第１の反応ガスを供給するステップ、及び前記凹部の内面に吸着する前記第１の反応ガスを前記第２の反応ガスと反応させることにより前記反応生成物を生成するステップを有する第１の工程と、前記反応生成物を前記凹部の開口側で厚く成膜させ得る分布で水酸基を吸着させるステップ、前記水酸基が吸着された前記凹部の内面に前記第１の反応ガスを供給するステップ、及び前記凹部の内面に吸着する前記第１の反応ガスを前記第２の反応ガスと反応させることにより前記反応生成物を生成するステップを有する第２の工程とを含む成膜方法が提供される。
【００１１】
なお、上記の第１の工程の「第１」と第２の工程の「第２」とは、両工程を区別するために用いており、これらの工程の順番を示すものではない。すなわち、第２の工程を行ってから第１の工程を行っても良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の実施形態によれば、基板に形成される凹部へ膜を成膜する際に、その膜厚の分布を制御することが可能な成膜方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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の成膜装置の真空容器内の構成を示す概略斜視図である。
【図３】図１の成膜装置の真空容器内の構成を示す概略平面図である。
【図４】図１の成膜装置の真空容器内に回転可能に設けられる回転テーブルの同心円に沿った、当該真空容器に概略断面図である。
【図５】図１の成膜装置の別の概略断面図である。
【図６】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７】図１の成膜装置に設けられるプラズマ発生源を示す他の概略断面図である。
【図８】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上面図である。
【図９】本発明の実施形態による成膜方法を説明するための模式図である。
【図１０】図９に引き続き、本発明の実施形態による成膜方法を説明するための他の模式図である。
【図１１】本発明の実施形態による成膜方法の変形例１を説明するための模式図である。
【図１２】本発明の実施形態による成膜方法の変形例２を説明するための模式図である。
【図１３】本発明の実施形態による成膜方法の変形例３を説明するための模式図である。
【図１４】本発明の実施形態による成膜方法の変形例４を説明するための模式図である。
【図１５】本発明の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で使用したウエハに形成されたホールの形状を示す模式図である。
【図１６】本発明の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グラフである。
【図１７】本発明の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他の実験の結果を示す図である。
【図１８】本発明の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別の実験の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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、同一又は対応する部材又は部品については、同一又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、部材もしく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。
【００１５】
（成膜装置）
始めに、本発明の実施形態による成膜方法を実施するのに好適な成膜装置について説明する。図１から図３までを参照すると、この成膜装置は、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。
【００１６】
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、その下端が回転軸２２（図１）を鉛直軸回りに回転させる駆動部２３に取り付けられている。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の内部雰囲気と外部雰囲気との気密状態が維持されている。
【００１７】
回転テーブル２の表面部には、図２及び図３に示すように回転方向（周方向）に沿って複数（図示の例では５枚）の基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗを載置するための円形状の凹部２４が設けられている。なお図３には便宜上１個の凹部２４だけにウエハＷを示す。この凹部２４は、ウエハＷの直径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が凹部２４に収容されると、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）とが同じ高さになる。凹部２４の底面には、ウエハＷの裏面を支えてウエハＷを昇降させるための例えば３本の昇降ピンが貫通する貫通孔（いずれも図示せず）が形成されている。
【００１８】
図２及び図３は、真空容器１内の構造を説明する図であり、説明の便宜上、天板１１の図示を省略している。図２及び図３に示すように、回転テーブル２の上方には、各々例えば石英からなる反応ガスノズル３１、反応ガスノズル３２、分離ガスノズル４１，４２、及びガス導入ノズル９２が真空容器１の周方向（回転テーブル２の回転方向（図３の矢印Ａ））に互いに間隔をおいて配置されている。図示の例では、後述の搬送口１５から時計回り（回転テーブル２の回転方向）に、ガス導入ノズル９２、分離ガスノズル４１、反応ガスノズル３１、分離ガスノズル４２、及び反応ガスノズル３２がこの順番で配列されている。これらのノズル９２、３１、３２、４１、４２は、各ノズル９２、３１、３２、４１、４２の基端部であるガス導入ポート９２ａ、３１ａ、３２ａ、４１ａ、４２ａ（図３）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に対して水平に伸びるように取り付けられている。  
なお、ガス導入ノズル９２の上方には、図３において、破線にて簡略化して示すようにプラズマ発生源８０が設けられている。プラズマ発生源８０については後述する。
【００１９】
本実施形態においては、反応ガスノズル３１は、不図示の配管及び流量制御器などを介して、第１の反応ガスとしてのＳｉ（シリコン）含有ガスの供給源（図示せず）に接続されている。反応ガスノズル３２は、不図示の配管及び流量制御器などを介して、第２の反応ガスとしての酸化ガスの供給源（図示せず）に接続されている。分離ガスノズル４１、４２は、いずれも不図示の配管及び流量制御バルブなどを介して、分離ガスとしての窒素（Ｎ２）ガスの供給源（図示せず）に接続されている。  
本実施形態においては、Ｓｉ含有ガスとして有機アミノシランガスが用いられ、酸化ガスとしてＯ３（オゾン）ガスが用いられている。
【００２０】
反応ガスノズル３１、３２には、回転テーブル２に向かって開口する複数のガス吐出孔３３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。反応ガスノズル３１の下方領域は、Ｓｉ含有ガスをウエハＷに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１となる。反応ガスノズル３２の下方領域は、第１の処理領域Ｐ１においてウエハＷに吸着されたＳｉ含有ガスを酸化させる第２の処理領域Ｐ２となる。
【００２１】
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、分離ガスノズル４１、４２とともに分離領域Ｄを構成するため、後述のとおり、回転テーブル２に向かって突出するように天板１１の裏面に取り付けられている。また、凸状部４は、頂部が円弧状に切断された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。
【００２２】
図４は、反応ガスノズル３１から反応ガスノズル３２まで回転テーブル２の同心円に沿った真空容器１の断面を示している。図示のとおり、天板１１の裏面に凸状部４が取り付けられているため、真空容器１内には、凸状部４の下面である平坦な低い天井面４４（第１の天井面）と、この天井面４４の周方向両側に位置する、天井面４４よりも高い天井面４５（第２の天井面）とが存在する。天井面４４は、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有している。また、図示のとおり、凸状部４には周方向中央において、半径方向に伸びるように形成された溝部４３が形成され、分離ガスノズル４２が溝部４３内に収容されている。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。また、高い天井面４５の下方の空間に反応ガスノズル３１、３２がそれぞれ設けられている。これらの反応ガスノズル３１、３２は、天井面４５から離間してウエハＷの近傍に設けられている。なお、説明の便宜上、図４に示すように、反応ガスノズル３１が設けられる、高い天井面４５の下方の空間を参照符号４８１で表し、反応ガスノズル３２が設けられる、高い天井面４５の下方の空間を参照符号４８２で表す。
【００２３】
また、凸状部４の溝部４３に収容される分離ガスノズル４１、４２には、回転テーブル２に向かって開口する複数のガス吐出孔４１ｈ（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。
【００２４】
天井面４４は、狭隘な空間である分離空間Ｈを回転テーブル２に対して形成している。分離ガスノズル４２の吐出孔４２ｈ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の間に圧力の高い分離空間Ｈが形成される。また、分離空間Ｈから空間４８１及び４８２へ流れ出るＮ２ガスが、第１の領域Ｐ１からのＳｉ含有ガスと、第２の領域Ｐ２からの酸化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の領域Ｐ１からのＳｉ含有ガスと、第２の領域Ｐ２からの酸化ガスとが分離空間Ｈにより分離される。よって、真空容器１内においてＳｉ含有ガスと酸化ガスとが混合し、反応することが抑制される。
【００２５】
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。
【００２６】
一方、天板１１の下面には、回転テーブル２を固定するコア部２１の外周を囲む突出部５（図２及び図３）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。
【００２７】
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断面図である。図５に示すように、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、凸状部４と同様に、分離領域Ｄの両側から反応ガスが侵入することを抑制して、両反応ガスの混合を抑制する。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。
【００２８】
容器本体１２の内周壁は、分離領域Ｄにおいては図４に示すように屈曲部４６の外周面と接近して垂直面に形成されているが、分離領域Ｄ以外の部位においては、図１に示すように例えば回転テーブル２の外端面と対向する部位から底部１４に亘って外方側に窪んでいる。以下、説明の便宜上、概ね矩形の断面形状を有する窪んだ部分を排気領域と記す。具体的には、第１の処理領域Ｐ１に連通する排気領域を第１の排気領域Ｅ１と記し、第２の処理領域Ｐ２に連通する領域を第２の排気領域Ｅ２と記す。これらの第１の排気領域Ｅ１及び第２の排気領域Ｅ２の底部には、図１から図３に示すように、それぞれ、第１の排気口６１０及び第２の排気口６２０が形成されている。第１の排気口６１０及び第２の排気口６２０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は圧力制御器である。
【００２９】
回転テーブル２と真空容器１の底部１４との間の空間には、図１及び図４に示すように加熱手段であるヒータユニット７が設けられ、回転テーブル２を介して回転テーブル２上のウエハＷが、プロセスレシピで決められた温度（例えば４５０℃）に加熱される。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の上方空間から排気領域Ｅ１、Ｅ２に至るまでの雰囲気とヒータユニット７が置かれている雰囲気とを区画して回転テーブル２の下方領域へのガスの侵入を抑えるために、リング状のカバー部材７１が設けられている（図５）。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、分離領域Ｄにおいて凸状部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、ヒータユニット７を全周に亘って取り囲んでいる。
【００３０】
ヒータユニット７が配置されている空間よりも回転中心寄りの部位における底部１４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して突出部１２ａをなしている。この突出部１２ａとコア部２１との間は狭い空間になっており、また底部１４を貫通する回転軸２２の貫通穴の内周面と回転軸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。また真空容器１の底部１４には、ヒータユニット７の下方において周方向に所定の角度間隔で、ヒータユニット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）。また、ヒータユニット７と回転テーブル２との間には、ヒータユニット７が設けられた領域へのガスの侵入を抑えるために、外側部材７１ｂの内周壁（内側部材７１ａの上面）から突出部１２ａの上端部との間を周方向に亘って覆う蓋部材７ａが設けられている。蓋部材７ａは例えば石英で作製することができる。
【００３１】
また、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との狭い隙間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Ｓｉ含有ガスと第２の処理領域Ｐ２に供給される酸化ガスとが、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。
【００３２】
さらに、真空容器１の側壁には、図２、図３に示すように、外部の搬送アーム１０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は図示しないゲートバルブにより開閉される。また回転テーブル２におけるウエハ載置領域である凹部２４はこの搬送口１５に臨む位置にて搬送アーム１０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、凹部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。
【００３３】
次に、図６から図８までを参照しながら、プラズマ発生源８０について説明する。図６は、回転テーブル２の半径方向に沿ったプラズマ発生源８０の概略断面図であり、図７は、回転テーブル２の半径方向と直交する方向に沿ったプラズマ発生源８０の概略断面図であり、図８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。
【００３４】
図６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。
【００３５】
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６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。
【００３６】
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の下面とにより回転テーブル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４）における天井面１１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。
【００３７】
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６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、アンモニア（ＮＨ３）ガスが充填されるアンモニアガス供給源９３ｃとが接続されている。アルゴンガス供給源９３ａ、酸素ガス供給源９３ｂ、及びアンモニアガス供給源９３ｃから、対応する流量制御器９４ａ、９４ｂ、及び９４ｃにより流量制御されたＡｒガス、Ｏ２ガス、及びＮＨ３ガスが、所定の流量比（混合比）で内部空間Ｓに供給される。
【００３８】
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、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７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。
【００３９】
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８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。
【００４０】
また、ファラデー遮蔽板８２は、図７及び図８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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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、Ｏ２ガス、及びＮＨ３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。
【００４４】
また、本実施形態による成膜装置には、図１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コンピュータからなる制御部１００が設けられており、この制御部１００のメモリ内には、制御部１００の制御の下に、後述する成膜方法を成膜装置に実施させるプログラムが格納されている。このプログラムは後述の成膜方法を実行するようにステップ群が組まれており、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの媒体１０２に記憶されており、所定の読み取り装置により記憶部１０１へ読み込まれ、制御部１００内にインストールされる。
【００４５】
（成膜方法）
次に、本発明の実施形態による成膜方法について上述の成膜装置を用いて行う場合を例にとり説明する。本実施形態では、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９（ａ）に示すように、トレンチＴが形成されている。また、反応ガスノズル３１から有機アミノシランガスが供給され、反応ガスノズル３２から酸化ガスとしてＯ３ガスが供給され、ガス導入ノズル９２からＡｒガス及びＯ２ガスの混合ガス（以下、Ａｒ／Ｏ２ガスと記す）が供給されることとする。
【００４６】
先ず、図示しないゲートバルブを開き、外部から搬送アーム１０（図３）により搬送口１５（図２及び図３）を介してウエハＷを回転テーブル２の凹部２４内に受け渡す。この受け渡しは、凹部２４が搬送口１５に臨む位置に停止したときに凹部２４の底面の貫通孔を介して真空容器１の底部側から不図示の昇降ピンが昇降することにより行われる。このようなウエハＷの受け渡しを、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つの凹部２４内に夫々ウエハＷを載置する。
【００４７】
続いてゲートバルブを閉じ、真空ポンプ６４０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から分離ガスであるＮ２ガスを所定の流量で吐出し、分離カス供給管５１及びパージガス供給管７２、７２からもＮ２ガスを所定の流量で吐出する。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、回転テーブル２を時計回りに例えば２０ｒｐｍの回転速度で回転させながらヒータユニット７によりウエハＷを例えば４５０℃に加熱する。
【００４８】
この後、反応ガスノズル３１（図２及び図３）から有機アミノシランガスを供給し、反応ガスノズル３２からＯ３ガスを供給する。また、ガス導入ノズル９２からＡｒ／Ｏ２ガスを供給し、プラズマ発生源８０のアンテナ８５に対して１３．５６ＭＨｚの周波数を有する高周波を例えば１４００Ｗの電力で供給する。これにより、プラズマ発生源８０（図６）と回転テーブル２との間の内部空間Ｓにおいて酸素プラズマが生成される。この酸素プラズマ中には、酸素イオンや酸素ラジカルなどの活性種や、高エネルギー粒子が生成されている。
【００４９】
回転テーブル２の回転により、ウエハＷは、第１の処理領域Ｐ１、分離領域Ｄ、第２の処理領域Ｐ２、内部空間Ｓ（の下方の領域）、及び分離領域Ｄをこの順に繰り返して通過する（図３参照）。第１の処理領域Ｐ１において、図９（ｂ）に示すように、ウエハＷの表面ＵやトレンチＴの内面に有機アミノシランガスの分子Ｍｓが吸着し、有機アミノシランの分子層６１が形成される。分離領域Ｄを通過した後、第２の処理領域Ｐ２において、図９（ｃ）に示すように、ウエハＷの表面ＵやトレンチＴの内面に吸着した有機アミノシランガスがＯ３ガス分子Ｍｏにより酸化され、図９（ｄ）に示すように、トレンチＴの内面に沿って酸化シリコン膜６２が成膜される。有機アミノシランガスが酸化される際には、副生成物としてＯＨ基Ｈｙが生成され、生成されたＯＨ基Ｈｙは酸化シリコン膜６２の表面に吸着することとなる。
【００５０】
次いで、プラズマ発生源８０の内部空間ＳにウエハＷが至ると、ウエハＷは、図９（ｅ）に示すように酸素プラズマＰｌに曝される。このとき、酸化シリコン膜６２に吸着したＯＨ基Ｈｙの一部は、酸素プラズマＰｌ中の例えば高エネルギー粒子の衝突により酸化シリコン膜６２から脱離する。酸素プラズマＰｌは、ウエハＷの表面Ｕや、トレンチＴの開口付近には到達するものの、トレンチＴの底部付近までは到達し難い。このため、ウエハＷの表面ＵとトレンチＴの開口付近の側面とにおいて、比較的多量のＯＨ基Ｈｙが脱離する。その結果、図９（ｅ）に示すように、トレンチＴの底部及び底部付近の側面においてＯＨ基Ｈｙの密度が高く、トレンチＴの開口及びウエハＷの表面Ｕに向かって密度が低くなるようにＯＨ基Ｈｙが分布することとなる。
【００５１】
次に、回転テーブル２の回転によりウエハＷが第１の処理領域Ｐ１に再び至ると、反応ガスノズル３１から供給される有機アミノシランガスの分子ＭｓがウエハＷの表面ＵやトレンチＴの内面に吸着する。このとき、有機アミノシランガスの分子Ｍｓは、ＯＨ基Ｈｙに吸着され易いため（特許文献２）、図９（ｆ）に示すように、ＯＨ基Ｈｙの分布に従った分布でウエハＷの表面ＵやトレンチＴの内面に吸着する。すなわち、トレンチＴの内面に、トレンチＴの底部及び底部付近の側面において密度が高く、トレンチＴの開口に向かって密度が低くなるように有機アミノシランガスの分子Ｍｓが吸着する。
【００５２】
続けて、ウエハＷが第２の処理領域Ｐ２を通過する際、ウエハＷの表面ＵやトレンチＴの内面に吸着した有機アミノシランガスがＯ３ガスにより酸化され、図１０（ａ）に示すように、酸化シリコン膜６２が更に成膜される。ここで、酸化シリコン膜６２の膜厚分布には、トレンチＴの内面に吸着した有機アミノシランガスの密度が反映されることとなる。すなわち、酸化シリコン膜６２は、トレンチＴの底部及び底部付近の側面において厚くなり、トレンチＴの開口に向かって薄くなっている。そして、有機アミノシランガスの酸化により生成されたＯＨ基が酸化シリコン膜６２の表面に吸着する。
【００５３】
次いで、ウエハＷが再びプラズマ発生源８０の内部空間Ｓに至ると、上述のとおり、トレンチＴの底部及び底部付近の側面においてＯＨ基の密度が高く、トレンチＴの開口に向かって密度が低くなるようにＯＨ基が分布することとなる。  
この後、上述のプロセスが繰り返されると、図１０（ｂ）に示すように酸化シリコン膜６２はトレンチＴの底部から厚くなっていく。酸化シリコン膜６２が更に厚くなっていくと、図１０（ｃ）のようにボイドができることなくトレンチＴが酸化シリコンで埋め込まれ、図１０（ｄ）に示すようにトレンチＴの埋め込みが完了する。
【００５４】
以上のとおり、本実施形態の成膜方法によれば、有機アミノシランガスの酸化により生成され酸化シリコン膜６２に吸着したＯＨ基は、プラズマ発生源８０により生成された酸素プラズマによって、トレンチＴの底部及び底部付近の側面において密度が高く、トレンチＴの開口に向かって密度が低くなるように分布する。ＯＨ基は、有機アミノシランガスの吸着サイトとして働き、ＯＨ基の分布に応じて有機アミノシランガスが吸着するため、有機アミノシランガスもまたトレンチＴの底部及び底部付近の側面において密度が高く、トレンチＴの開口に向かって密度が低くなるように分布する。したがって、酸化シリコン膜６２は、トレンチＴの底部及び底部付近の側面において厚くなり、トレンチＴの開口に向かって薄くなるように成膜される。
【００５５】
一般的なＣＶＤ法やＡＬＤ法によりトレンチを酸化シリコン等で埋め込む場合には、プレカーサがトレンチの底部まで拡散する前に気相中で反応したり、トレンチ側面に吸着したりするため、トレンチの開口付近での膜厚が大きくなる。このため、開口が封止される一方、トレンチ内には空洞（ボイド）が残る場合が殆どである。これとの比較により、本実施形態による成膜方法の利点が理解される。
【００５６】
（変形例１）
上述の成膜方法において、Ａｒ／Ｏ２ガスに加えて水素含有ガスを導入ガスノズル９２から供給しながら酸素プラズマを生成しても良い。  
ウエハＷが、第１の処理領域Ｐ１、分離領域Ｄ、及び第２の処理領域Ｐ２を通過した後には、図１１（ａ）に示すように、ウエハＷの表面ＵやトレンチＴの内面には酸化シリコン膜６２が成膜され、この酸化シリコン膜６２の表面にはＯＨ基Ｈｙが吸着している。次いで、ウエハＷが内部空間Ｓに至り、ウエハＷが酸素プラズマＰｌに曝される。このとき、図１１（ｂ）に示すように、酸素プラズマＰｌ中には水素含有ガスから生成されたＯＨ基Ｈｙが含まれている。このため、酸化シリコン膜６２に吸着しているＯＨ基Ｈｙが酸素プラズマＰｌにより脱離したとしても、酸素プラズマＰｌにより生成されたＯＨ基Ｈｙが再び吸着し得る。したがって、図９（ｅ）を参照しながら説明したＡｒ／Ｏ２ガスのみの場合に比べ、ウエハＷの表面ＵやトレンチＴの開口付近におけるＯＨ基Ｈｙの減少が抑えられ、よって、ＯＨ基Ｈｙの分布は、トレンチＴの内面において均一化される。
【００５７】
このため、ウエハＷが第１の処理領域Ｐに再び至ると、図１１（ｃ）に示すように、反応ガスノズル３１からの有機アミノシランガスの分子ＭｓもまたトレンチＴの内面において均一に吸着する。したがって、図１１（ｄ）に示すように、吸着した有機アミノシランガスがＯ３ガスにより酸化されて成膜される酸化シリコン膜６２もトレンチＴの内面において均一に成膜され得る。
【００５８】
ここで、水素含有ガスの供給量かつ／又は高周波電力を制御すれば、トレンチＴの内面（特に開口付近）におけるＯＨ基Ｈｙの分布を制御することができるため、トレンチＴの内面に成膜される酸化シリコン膜の膜厚分布を自在に制御することも可能となる。
【００５９】
（変形例２）
また、回転テーブル２の回転速度によってもトレンチ内の酸化シリコン膜の膜厚分布を制御することができる。図１２に模式的に示すように、回転速度が比較的遅い場合（図１２（ａ））には、プラズマ発生源８０の下方の内部空間ＳにウエハＷが滞在する時間が長いため、酸素プラズマＰｌは、トレンチＴの底面側まで深く進入することができる。したがって、例えば酸素プラズマＰｌをＡｒ／Ｏ２ガスから生成した場合（酸素プラズマＰｌ中でＯＨ基が生成されない場合）、トレンチＴの底面側においてもＯＨ基Ｈｙの密度が減少し易くなる。換言すると、ＯＨ基Ｈｙの密度が減少する領域が底面側に広がりやすくなる。その結果、トレンチＴの内面に成膜される酸化シリコン膜６２は、図１２（ｂ）に示すように、トレンチＴのより底面側において厚くなる。
【００６０】
これに対し回転速度を大きくすると、ウエハＷがプラズマ発生源８０の下方の内部空間Ｓを短時間で通過するため、酸素プラズマＰｌがトレンチＴの底面側へ拡散し難くなる。このため、図１２（ｃ）に示すように、トレンチＴの開口により近い部分において、ＯＨ基Ｈｙが脱離し、その部分でのＯＨ基Ｈｙの密度が低下する。その結果、図１２（ｄ）に示すように、トレンチＴの開口により近い部分において、酸化シリコン膜６２が薄く、それよりも下の底面側の部分では膜厚が比較的厚くなる。
【００６１】
その一方で、回転速度が大きくなると、第１の処理領域Ｐ１にて供給される有機アミノシランガスもトレンチＴの底面側へ拡散し難くなるため、ＯＨ基Ｈｙに吸着する有機アミノシランガスの量が低下する。したがって、底面側での酸化シリコン膜が薄くなる。すなわち、回転テーブル２の回転速度により相反する効果がもたらされる。しかし、一方の効果を顕著に発揮させることにより、トレンチＴの底面側での酸化シリコン膜６２の厚さを制御することが可能となる。例えば、有機アミノシランガスの供給量が十分に多い場合には、トレンチＴの底面側へ拡散する有機アミノシランガスが確保されるため、酸化シリコン膜の膜厚分布はＯＨ基の分布に支配され、トレンチの底面側での酸化シリコン膜を厚くすることができる。
【００６２】
（変形例３）
また、上述の説明からも明らかなように、反応ガスノズル３１からの有機アミノシランガスの供給量によっても酸化シリコン膜の膜厚分布を制御することができる。例えば変形例１のように、トレンチＴの内面にＯＨ基Ｈｙを均一に分布させる場合において、有機アミノシランガスの供給量が十分なときは、有機アミノシランガスがトレンチＴの底面側にまで拡散し、ＯＨ基Ｈｙのほぼ全てに吸着し得る。その結果、図１３（ａ）に示すように、トレンチ内の酸化シリコン膜の膜厚分布は、吸着ＯＨ基の分布をほぼ反映してほぼ均一となる。
【００６３】
一方、トレンチＴの内面にＯＨ基Ｈｙを均一に分布させる場合において、有機アミノシランガスの供給量が十分でないときは、トレンチＴの底面側にまで拡散できる有機アミノシランガスが足りないため、図１３（ｂ）に示すように、トレンチＴの底面側よりも開口部付近において酸化シリコン膜を厚くすることができる。これは、従来のＣＶＤ法などを用いた成膜方法における典型的な膜厚分布とも言えるが、本実施形態の成膜方法は、このような膜厚分布も、図１０（ｂ）のようにトレンチＴの底面側で膜厚が厚くなるような膜厚分布も自在に実現できる点で、従来法と大きく異なる。
【００６４】
（変形例４）
また、上述の成膜方法の変形例４として、図９を参照しながら説明した成膜方法と変形例３との組み合わせも考えられる。すなわち、まず、Ａｒ／Ｏ２ガスのみから生成した酸素プラズマでトレンチＴの内面に吸着するＯＨ基Ｈｙの分布を制御することにより、トレンチＴの底面側で厚く、開口側で薄くなるように酸化シリコン膜６２を成膜する。これにより、所定の膜厚まで酸化シリコン膜６２を成膜すると、図１４（ａ）に示す膜厚分布が得られる。
【００６５】
次に、例えばＡｒ／Ｏ２ガスに加えて水素含有ガスを用いて生成した酸素プラズマでトレンチＴの内面にＯＨ基Ｈｙを均一に吸着させるとともに、有機アミノシランガスの供給量を低下させることにより、トレンチＴの底面側で薄く、開口側で厚くなるように酸化シリコン膜６２を成膜する。このような成膜のみを行ったとすれば、図１４（ｂ）に示す膜厚分布が得られる。
【００６６】
したがって、変形例４においては、図１４（ａ）と（ｂ）に示す膜厚分布が組み合わされた図１４（ｃ）に示す、トレンチＴの内面においてほぼ均一な膜厚で成膜された酸化シリコン膜６２を得ることができる。
【００６７】
以上説明したように、本発明の実施形態（変形例１〜４を含む）による成膜方法によれば、ウエハＷに形成されたトレンチの内面に吸着するＯＨ基の分布を制御することによりトレンチの内面に吸着する有機アミノシランガスの分布を制御することができ、ひいてはトレンチの内面に成膜される酸化シリコン膜の膜厚分布を制御することが可能となる。ＯＨ基の分布は、プラズマ発生源３０のアンテナ８５へ供給する高周波電力、ガス導入ノズル９２から内部空間Ｓへ供給される水素含有ガスの供給量、回転テーブル２の回転速度などにより制御することが可能である。また、ＯＨ基の分布を制御した上で、有機アミノシランガスの供給量を制御することによって、酸化シリコン膜の膜厚分布を更に制御することも可能である。
【００６８】
また、本発明の実施形態（変形例１〜４を含む）によれば、成膜された酸化シリコン膜が酸素プラズマに曝されるため、有機アミノシランガスの分解により生じた酸化シリコン膜中に取り込まれた水分や有機不純物を酸素プラズマにより除去することができ、酸化シリコン膜を高密度することができる。また、酸素プラズマ中の高エネルギー粒子の衝撃により、酸化シリコン膜中の原子が再配列され得るため、膜質の向上が期待される。
【００６９】
次に、本発明の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とその結果について説明する。
【００７０】
（実験１）
この実験においては、プラズマ発生用の高周波電力、水素含有ガスとしてのアンモニアガス（ＮＨ３）の供給量、有機アミノシランガスの供給量、及び回転テーブル２の回転速度が、シリコンウエハ（直径３００ｍｍ）に形成されたホール内に成膜される酸化シリコン膜の膜厚分布に与える影響について調べた。ここでのホールは、図１５に示すように、約０．２２μｍの内径と約８．８μｍの深さとを有する円柱形状を有しており、アスペクト比（深さ／内径）は４０である。また、図１５中には、この実験において走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で測定した、酸化シリコン膜の膜厚の測定位置を示している。すなわち、シリコンウエハ表面のホールＨ近傍（TOP）、ホールＨの開口付近の側面上（TOPサイド）、ホールＨの深さ方向中間付近（CTR）、及びホールＨの底面近くの側面上（BTM）の４箇所で酸化シリコン膜の膜厚を測定した。以下の説明において、TOPサイド、CTR、及びBTMにおける膜厚は、TOPにおける膜厚で規格化している（TOPにおける膜厚と等しい場合に１００％）。また、ホールＨ内での膜厚を測定するだけでなく、シリコンウエハの中央における膜厚を測定し、成膜速度を求めた。なお、目標膜厚は、ホールＨが埋め込まれない程度の膜厚に調整した。また、この実験には上述の成膜装置を用いた。
【００７１】
（１）高周波電力依存性
図１６（ａ）に、ホールＨ内に成膜した酸化シリコン膜の膜厚分布の高周波電力依存性を示す。高周波電力以外の主な成膜条件は以下のとおりである。
・反応ガスノズル３１からの有機アミノシランガス供給量： ９００ｓｃｃｍ
・反応ガスノズル３２からのオゾンガス供給量： １．８ｇ／ｍｉｍ
・回転テーブル２の回転速度： ２０ｒｐｍ
・ガス導入ノズル９２からのアンモニアガス供給量： ０ｓｃｃｍ及び３０ｓｃｃｍ
・ウエハ温度： ４００℃
なお、上記のオゾンガスは、反応ガスノズル３２に接続される所定のオゾン発生器に対して６標準リットル／ｍｉｎ（ｓｌｍ）の供給量で酸素ガスを供給し、オゾン発生器にて３００ｇ／Ｎｍ３の濃度でオゾンを発生させることにより得た。
【００７２】
図１６（ａ）を参照すると、ガス導入ノズル９２からＮＨ３ガスを供給せずに成膜した場合において、プラズマ発生源８０に高周波電力を印加しなかったときは、TOPサイド（開口付近の側面上）での膜厚がTOPにおける膜厚よりも大きく、CTR（ホールＨの深さ方向中間付近）及びBTM（底面付近の側面上）での膜厚は、TOPにおける膜厚よりも小さいことが分かる。したがって、この条件で更に成膜していくと、ホールＨの開口が酸化シリコンで封止され、ホールＨ内にボイドが形成される可能性がある。
【００７３】
一方、ガス導入ノズル９２からＮＨ３ガスを供給せずに成膜した場合において、プラズマ発生源８０に１４００Ｗの高周波電力を印加したときは、TOPサイド、CTR、及びBTMのいずれの位置においても、TOPにおける膜厚よりも大幅に厚くなっていることが分かる。また、酸化シリコン膜の成膜速度（図中×印参照、右縦軸）も、高周波電力を印加しなかった場合に比べ、大きく低下している。このような結果は、プラズマ発生源８０により生成された酸素プラズマにより、成膜された酸化シリコン膜に吸着したＯＨ基が除去され、有機アミノシランガスが吸着しにくくなったことによるものと考えられる。また、TOPサイドに比べてCTR及びBTMでの膜厚が大きくなっている点は注目に値する。これは、TOPやTOPサイドにおいて、より多量のＯＨ基が脱離しているためと考えられる。
【００７４】
また、ガス導入ノズル９２からＮＨ３ガスを３０ｓｃｃｍ供給して成膜した場合には、高周波電力を大きくしていくと成膜速度が低下してことが分かる。すなわち、酸素プラズマの強度が大きくなるに従って、成膜された酸化シリコン膜に吸着したＯＨ基が除去され、有機アミノシランガスが吸着し難くなったことにより成膜速度が低下したと考えられる。また、高周波電力が１４００Ｗの場合には、TOPサイドに比べてCTR及びBTMでの膜厚が有意に大きくなるという結果が得られている。
【００７５】
（ＮＨ３ガス供給量依存性）
図１６（ｂ）に、ホールＨ内に成膜した酸化シリコン膜の膜厚分布のＮＨ３ガス供給量依存性を示す。ＮＨ３ガス供給量以外の主な成膜条件は以下のとおりである。
・反応ガスノズル３１からの有機アミノシランガス供給量： ９００ｓｃｃｍ
・反応ガスノズル３２からのオゾンガス供給量： １．８ｇ／ｍｉｍ
・回転テーブル２の回転速度： ２０ｒｐｍ
・高周波電力： １４００Ｗ
・ウエハ温度： ４００℃。
【００７６】
図１６（ｂ）から、ＮＨ３ガス供給量を増やしていくと、TOPにおける膜厚に対し、TOPサイド、CTR、及びBTMにおける膜厚が相対的に薄くなっていく（換言すると、ホールＨ内での膜厚分布が均一化していく）ことが分かる。これは、ＮＨ３ガス供給量の増加の伴い、プラズマ発生源８０により生成される酸素プラズマ中のＯＨ基濃度が増加し、特にTOPにおいて酸化シリコン膜に吸着したＯＨ基の脱離が抑制されたためと考えられる。
【００７７】
（有機アミノシランガス供給量依存性）
図１６（ｃ）に、ホールＨ内に成膜した酸化シリコン膜の膜厚分布の有機アミノシランガス供給量依存性を示す。有機アミノシランガス供給量以外の主な成膜条件は以下のとおりである。
・反応ガスノズル３２からのオゾンガス供給量： １．８ｇ／ｍｉｍ
・回転テーブル２の回転速度： ２０ｒｐｍ
・高周波電力： １４００Ｗ
・ＮＨ３ガス供給量： ３０ｓｃｃｍ
・ウエハ温度： ４００℃。
【００７８】
図１６（ｃ）から、有機アミノシランガスの供給量を増やしていくと、成膜速度が増加していくことが分かる。また、有機アミノシランガスの供給量の増加に伴い、TOPサイドでの膜厚に比べてCTRやBTMでの膜厚が厚くなっていくことが分かる。これは、ホールＨの底面側にまで有機アミノシランガスが十分に到達した結果と考えることができる。
【００７９】
（回転テーブル２の回転速度依存性）
図１６（ｄ）に、ホールＨ内に成膜した酸化シリコン膜の膜厚分布についての回転テーブル２の回転速度依存性を示す。回転速度以外の主な成膜条件は以下のとおりである。
・反応ガスノズル３１からの有機アミノシランガス供給量： ９００ｓｃｃｍ
・反応ガスノズル３２からのオゾンガス供給量： １．８ｇ／ｍｉｍ
・高周波電力： １４００Ｗ
・ＮＨ３ガス供給量： ３０ｓｃｃｍ
・ウエハ温度： ４００℃。
【００８０】
図１６（ｃ）から、回転テーブル２の回転速度を速くしていくと、成膜速度が低下していくことが分かる。これは、シリコンウエハが有機アミノシランガスに曝される時間が短くなり、有機アミノシランガスの吸着量が減少するためと考えられる。また、吸着量の低下は、ホールＨの底面側で顕著と考えられ、実験結果においても、回転速度の増大とともに、TOPサイドでの膜厚に比べCTR及びBTMでの膜厚が相対的に厚くなっている。すなわち、回転速度の増大とともに、ホールＨ内に成膜される酸化シリコン膜の膜厚は、開口側で薄く底面側で厚いという分布から、内面全体において均一化された分布へと変化していく。
【００８１】
以上のとおり、プラズマ発生源３０のアンテナ８５へ供給する高周波電力、ガス導入ノズル９２から内部空間Ｓへ供給される水素含有ガスの供給量、回転テーブル２の回転速度、及び有機アミノシランガスの供給量により、ホール内に成膜される酸化シリコン膜の膜厚分布を自在に制御できることが確かめられた。また、高周波電力、水素含有ガス供給量、回転速度、及び有機アミノシランガス供給量を更に調整した結果、図１７に示すように、ホール内の酸化シリコン膜の膜厚をほぼ等しくできることが分かった。
【００８２】
（実験２）
次に、本発明の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とその結果について説明する。この実験は、上述の変形例４に従って行った。すなわち、ホールの開口側での膜厚が厚くなる第１段階の成膜と、ホールの底面側での膜厚が厚くなる第２段階の成膜とを行った。第１段階の成膜と、第２段階の成膜とにおける成膜条件は以下のとおりである。なお、この実験では、ガス導入ノズル９２から供給される水素含有ガスとして水素（Ｈ２）ガスを用いた。
【００８３】
＜第１段階の成膜＞
・反応ガスノズル３１からの有機アミノシランガス供給量： ９００ｓｃｃｍ
・反応ガスノズル３２からのオゾンガス供給量： １．８ｇ／ｍｉｍ
・ガス導入ノズル９２からのＨ２ガス： ４５ｓｃｃｍ
・回転テーブル２の回転速度： ２０ｒｐｍ
・高周波電力： １４００Ｗ
・ウエハ温度： ４００℃
・成膜時間： １６分（TOPでの目標膜厚３２ｎｍに対応）
＜第２段階の成膜＞
・反応ガスノズル３１からの有機アミノシランガス供給量： ７５ｓｃｃｍ
・反応ガスノズル３２からのオゾンガス供給量： １．８ｇ／ｍｉｍ
・ガス導入ノズル９２からのＨ２ガス： ４５ｓｃｃｍ
・回転テーブル２の回転速度： ２４０ｒｐｍ
・高周波電力： １４００Ｗ
・ウエハ温度： ４００℃
・成膜時間： ３．７分（TOPでの目標膜厚１８ｎｍに対応）。
【００８４】
図１８は、実験２の結果を示すＳＥＭ像である。各画像の下の数値は、TOPでの膜厚で規格化した各測定位置での膜厚を示している。なお、図１８（ａ）は第１段階の成膜のみを行った結果を示し、図１８（ｂ）は第２段階の成膜のみを行った結果を示している。
【００８５】
第１段階の成膜においては、図１８（ａ）に示すように、TOPサイド、CTR、及びBTMにおける膜厚が、TOPにおける膜厚よりも大きくなっており、しかも、TOPサイド、CTR、及びBTMの順に膜厚が厚くなっている（ホールの底面側での膜厚が厚い）。
【００８６】
これに対して、第２段階の成膜においては、第１段階の成膜の場合に比べて、有機アミノシランガスの供給量を低減し、回転テーブル２の回転速度を増大した影響により、図１８（ｂ）に示すように、TOPサイド、CTR、及びBTMの順に膜厚が薄くなっている（ホールの底面側での膜厚が薄い）。
【００８７】
図１８（ｃ）は、第１段階の成膜と第２段階の成膜とを続けて行った場合の結果を示している。図示のとおり、TOPサイド、CTR、及びBTMにおける規格化膜厚は９８％から１０２％までの範囲に収まっている。これは、TOP（ウエハの表面のホール近傍）での膜厚と、ホールの内面の各位置（TOPサイド、CTR、及びBTM）における膜厚とがほぼ５０ｎｍとなっていることを示している。すなわち、上述の変形例４の成膜方法によれば、ホール内だけでなくウエハ表面における膜厚を均一化することも可能となる。
【００８８】
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。
【００８９】
例えば、上述の実施形態において、プラズマ発生源８０は、アンテナ８５を有するいわゆる誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源であるが、互いに平行に延びる２本のロッド電極の間に高周波を印加することによりプラズマを発生させる容量性結合プラズマ（ＣＣＰ）源であっても良い。ＣＣＰ源であっても、酸素プラズマを生成できるため、上述の効果が発揮される。
【００９０】
また、反応ガスノズル３１から供給されるＳｉ含有ガスは、ＯＨ基に吸着し得る限りにおいて上述の有機アミノシランガスに限定されることなく、有機ケイ素化合物ガスであっても良い。また、反応ガスノズル３２から供給される酸化ガスは、Ｏ３ガスに限定されることなく、例えばＯ２（酸素）ガス又はＯ２とＯ３の混合ガスを用いることができる。
【００９１】
また、ＯＨ基に吸着し得る限り、反応ガスノズル３１から例えば有機金属ガスを供給しても良い。有機金属ガスとして、例えばジルコニウム（Ｚｒ）含有する有機金属ガスを反応ガスノズル３１から供給し、反応ガスノズル３２からＯ３ガス等を供給することにより、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）を成膜することができる。この場合であっても、トレンチ等の内面に成膜されるＺｒＯの膜厚を制御することが可能である。なお、Ｚｒ含有有機金属ガスとしては、例えばテトラキス・エチルメチル・アミノジルコニウム（ＴＥＭＡＺ）を好適に使用することができる。
【００９２】
また、有機金属ガスとして、アルミニウム（Ａｌ）を含有する有機金属ガスを用いることもできる。反応ガスノズル３１からＡｌ含有有機金属ガスを供給し、反応ガスノズル３２からＯ３ガス等を供給することにより、酸化アルミニウム（ＡｌＯ）を成膜することができる。Ａｌ含有有機金属ガスとしては、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）やジメチルエチルアミンアランを好適に使用することができる。また、Ｚｒ含有有機金属ガスとＡｌ含有有機金属ガスとを反応ガスノズル３１から相補的に供給することにより、ＺｒＡｌＯ膜を成膜することも可能である。
【００９３】
また、ガス導入ノズル９２を通してプラズマ発生源８０の内部空間Ｓへ供給される水素含有ガスとしては、ＮＨ３ガスとＨ２ガスの双方を用いても良い。さらに、ＯＨ基を生成し得るガスである限り、ＮＨ３ガスやＨ２ガスに限定されることなく、例えばＨ２Ｏ（水）、Ｈ２Ｎ−ＮＨ２（ヒドラジン）、Ｈ２Ｏ２（過酸化水素）、炭化水素ガスなどを用いても良い。
【００９４】
また、酸素プラズマの効果として、成膜される酸化シリコン膜の高密度と高品質化を挙げたが、高密度化や高品質化のために酸素プラズマを生成するプラズマ発生源を、ＯＨ基の分布制御のためにプラズマを生成するプラズマ発生源と別個に設けても良い。この場合、ＯＨ基の分布制御のためのプラズマ発生源においては、吸着したＯＨ基を脱離させることができ、またプラズマ中でＯＨ基を生成することができるならば、酸素プラズマを生成する必要はない。
【００９５】
トレンチだけでなく、ライン・アンド・スペースにおけるスペースや、ビアホール、トレンチビアなどの内面に成膜する場合（又は、これらを埋め込む場合）にも適用可能である。
【符号の説明】
【００９６】
１・・・真空容器、２・・・回転テーブル、４・・・凸状部、５・・・突出部、７・・・ヒータユニット、１０・・・搬送アーム、１１・・・天板、１２・・・容器本体、１５・・・搬送口、２１・・・コア部、２４・・・凹部（基板載置部）、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、６１０，６２０・・・排気口、６４０・・・真空ポンプ、７１・・・パージガス供給管、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、Ｅ１，Ｅ２・・・排気領域、Ｓ・・・内部空間、Ｍｓ・・・有機アミノシランガス（第１の反応ガス）の分子、Ｍｏ・・・オゾンガス（第２の反応ガス）の分子、Ｈｙ・・・ＯＨ基、Ｔ・・・トレンチ、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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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