(57)【要約】【課題】    アスペクト比が大きく、かつ高品質のＳｉＯ2膜で形成されたＳＴＩを提供する。【解決手段】  真空排気したチャンバ１内に酸素ガス及び塩素ガス１８を導入すると共に、プラズマアンテナ２７に給電することにより、ガスプラズマ１４を発生させた後、主として、ケイ素製の被エッチング部材２０を塩素ガスラジカルによりエッチングして前駆体１５を生成させ、温度制御手段６の調整により基板３に前駆体１５を吸着させてから、塩素ガスラジカルにより前記基板に吸着した前駆体１５を還元すると共に酸素ガスラジカルにより酸化してＳｉＯ2膜とする反応により、アスペクト比の大きい分離用パターン内にＳｉＯ2膜を埋め込む。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
幅が２５ｎｍ以上、６５ｎｍ以下の溝内に埋め込み形成された酸化ケイ素膜。
【請求項２】
幅が２５ｎｍ以上、６５ｎｍ以下の溝内に酸化ケイ素膜が埋め込み形成されてなるＳＴＩ：Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ。
【請求項３】
請求項２に記載するＳＴＩを有する集積回路。
【請求項４】
基板が収容されるチャンバの内部にハロゲンガス及び酸素ガスを供給し、
当該ハロゲンガス及び酸素ガスをプラズマ化してハロゲンガスプラズマ及び酸素ガスプラズマを発生させ、
ケイ素で構成される被エッチング部材を前記ハロゲンガスプラズマでエッチングすることにより、前記ケイ素とハロゲンとの前駆体を生成させ、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くすることにより、
前記基板に酸化ケイ素膜を成膜することを特徴とする酸化ケイ素成膜方法。
【請求項５】
基板が収容されるチャンバの内部にハロゲンガスを供給し、当該ハロゲンガスをプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させ、
前記チャンバの外部において酸素ガスをプラズマ化して酸素ガスプラズマを発生させ、
ケイ素で構成される被エッチング部材を前記ハロゲンガスプラズマでエッチングすることにより、前記ケイ素とハロゲンとの前駆体を生成させ、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くし、
前記酸素ガスプラズマを前記基板に供給することにより、
前記基板に酸化ケイ素膜を成膜することを特徴とする酸化ケイ素成膜方法。
【請求項６】
請求項４又は５に記載する酸化ケイ素成膜方法において、
前記基板には幅が２５ｎｍ以上、６５ｎｍ以下の溝が形成されており、
前記酸化ケイ素膜は、当該溝内に埋め込んで成膜されることを特徴とする酸化ケイ素成膜方法。
【請求項７】
請求項６に記載する酸化ケイ素成膜方法において、
前記溝内に埋め込んで成膜された酸化ケイ素は、ＳＴＩであることを特徴とする酸化ケイ素成膜方法。
【請求項８】
基板が収容されるチャンバと、
前記チャンバにおいて前記基板に対向する位置に設けられるケイ素で構成される被エッチング部材と、
前記チャンバの内部にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記チャンバの内部に酸素ガスを供給する酸素ガス供給手段と、
前記ハロゲンガス及び酸素ガスをプラズマ化して前記チャンバの内部にハロゲンガスプラズマ及び酸素ガスプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くする温度制御手段とを備え、
前記ハロゲンガスプラズマで前記被エッチング部材をエッチングすることにより、前記ケイ素とハロゲンとの前駆体を生成させ、前記温度制御手段により当該前駆体を前記基板に吸着させ、前記ハロゲンガスプラズマにより当該吸着した前駆体をケイ素に還元すると共に前記酸素ガスプラズマにより酸化して、
前記基板に酸化ケイ素膜を成膜することを特徴とする酸化ケイ素成膜装置。
【請求項９】
基板が収容されるチャンバと、
前記チャンバにおいて前記基板に対向する位置に設けられるケイ素で構成される被エッチング部材と、
前記チャンバの内部にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記ハロゲンガスをプラズマ化して前記チャンバの内部にハロゲンガスプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記チャンバの内部に連通する外部プラズマ発生室と、
当該外部プラズマ発生室に酸素ガスを供給する酸素ガス供給手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くする温度制御手段とを備え、
前記ハロゲンガスプラズマで前記被エッチング部材をエッチングすることにより、前記ケイ素とハロゲンとの前駆体を生成させ、前記温度制御手段により当該前駆体を前記基板に吸着させ、前記ハロゲンガスプラズマにより当該吸着した前駆体をケイ素に還元すると共に前記外部プラズマ発生室からの酸素ガスプラズマにより酸化して、
前記基板に酸化ケイ素膜を成膜することを特徴とする酸化ケイ素成膜装置。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載する酸化ケイ素成膜装置において、
前記基板には幅が２５ｎｍ以上、６５ｎｍ以下の溝が形成されており、
前記酸化ケイ素膜は、当該溝内に埋め込んで成膜されることを特徴とする酸化ケイ素成膜装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載する酸化ケイ素成膜装置において、
前記溝内に埋め込んで成膜された酸化ケイ素は、ＳＴＩであることを特徴とする酸化ケイ素成膜装置。
【請求項１２】
請求項４ないし７のいずれかに記載する酸化ケイ素成膜方法において、
供給される酸素ガス量は、全ガス量に対して、０．１〜１０体積％であることを特徴とする酸化ケイ素成膜方法。
【請求項１３】
請求項８ないし１１のいずれかに記載する酸化ケイ素成膜装置において、
供給される酸素ガス量は、全ガス量に対して、０．１〜１０体積％であることを特徴とする酸化ケイ素成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｉＯ2成膜方法、装置及びこれらにより製造したＳＴＩ、集積回路に関し、例えば、幅の狭い溝パターンにＳｉＯ2膜を埋め込んで作製したＳＴＩ及び、当該ＳＴＩを有する集積回路として好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＵＬＳＩ(Ultra-LSI)における素子間分離は、トランジスタ等の素子同士の間に分離用パターン（溝）を形成すると共に、ＳｉＨ4とＯ2を原料とした高密度プラズマＣＶＤ法により当該パターンにＳｉＯ2膜を埋め込むことにより実現されていた。このＳｉＯ2膜が埋め込まれた溝は、ＳＴＩ(Shallow Trench Isolation)と呼ばれ、主として各素子同士を電気絶縁する目的で設けられる。
【０００３】
これに対して、近年、ＵＬＳＩにおける更なる集積密度の増加に伴い、素子間を狭くするためＳＴＩを極めて薄くする（６５ｎｍ又は４５ｎｍ以下など）ことが求められている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３０６９９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の高密度プラズマＣＶＤ法では、このようなきわめて薄い（アスペクト比の大きい）ＳＴＩを作製することができなかった。これは、当該方法では、薄い分離用パターンにＳｉＯ2膜を堆積させると、ボイドやハングオーバー等の問題が発生して、高品質なＳｉＯ2膜を埋め込むことができないためである。
【０００６】
また、従来の高密度プラズマＣＶＤ法で用いるＳｉＨ4等のガスは毒性及び爆発性があり、取り扱いに注意を要するガスである。更に、分離用パターン内にＳｉＯ2膜を埋め込んだ後に、不要なＳｉＯ2膜を基板から除去するため化学的機械研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）工程が必要であった。
【０００７】
以上より、従来の高密度プラズマＣＶＤ法では、高品質なＳｉＯ2膜により形成され、アスペクト比の大きいＳＴＩを作製することはできず、また、使用ガスや作製工程の複雑さ等の問題があり、新たなＳｉＯ2成膜方法を確立する必要があった。
【０００８】
本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、アスペクト比が大きく、かつ高品質のＳｉＯ2膜で形成されたＳＴＩ、当該ＳＴＩを作製する方法及びその装置、またこのようなＳＴＩを有する集積回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明に係る酸化ケイ素膜は、
幅が２５ｎｍ以上、６５ｎｍ以下の溝内に埋め込み形成された酸化ケイ素膜である。
【００１０】
上記課題を解決する本発明に係るＳＴＩは、
幅が２５ｎｍ以上、６５ｎｍ以下の溝内に酸化ケイ素膜が埋め込み形成されてなるＳＴＩ：Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎである。
【００１１】
上記課題を解決する本発明に係る集積回路は、
上記ＳＴＩを有する集積回路である。
【００１２】
上記課題を解決する本発明に係る酸化ケイ素成膜方法は、
基板が収容されるチャンバの内部にハロゲンガス及び酸素ガスを供給し、
当該ハロゲンガス及び酸素ガスをプラズマ化してハロゲンガスプラズマ及び酸素ガスプラズマを発生させ、
ケイ素で構成される被エッチング部材を前記ハロゲンガスプラズマでエッチングすることにより、前記ケイ素とハロゲンとの前駆体を生成させ、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くすることにより、
前記基板に酸化ケイ素膜を成膜することを特徴とする酸化ケイ素成膜方法である。
【００１３】
また、上記課題を解決する本発明に係る他の酸化ケイ素成膜方法は、
基板が収容されるチャンバの内部にハロゲンガスを供給し、当該ハロゲンガスをプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させ、
前記チャンバの外部において酸素ガスをプラズマ化して酸素ガスプラズマを発生させ、
ケイ素で構成される被エッチング部材を前記ハロゲンガスプラズマでエッチングすることにより、前記ケイ素とハロゲンとの前駆体を生成させ、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くし、
前記酸素ガスプラズマを前記基板に供給することにより、
前記基板に酸化ケイ素膜を成膜することを特徴とする酸化ケイ素成膜方法である。
【００１４】
また、上記課題を解決する本発明に係る他の酸化ケイ素成膜方法は、
上記酸化ケイ素成膜方法において、
前記基板には幅が２５ｎｍ以上、６５ｎｍ以下の溝が形成されており、
前記酸化ケイ素膜は、当該溝内に埋め込んで成膜されることを特徴とする酸化ケイ素成膜方法である。
【００１５】
また、上記課題を解決する本発明に係る他の酸化ケイ素成膜方法は、
上記酸化ケイ素成膜方法において、
前記溝内に埋め込んで成膜された酸化ケイ素は、ＳＴＩであることを特徴とする酸化ケイ素成膜方法である。
【００１６】
上記課題を解決する本発明に係る酸化ケイ素成膜装置は、
基板が収容されるチャンバと、
前記チャンバにおいて前記基板に対向する位置に設けられるケイ素で構成される被エッチング部材と、
前記チャンバの内部にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記チャンバの内部に酸素ガスを供給する酸素ガス供給手段と、
前記ハロゲンガス及び酸素ガスをプラズマ化して前記チャンバの内部にハロゲンガスプラズマ及び酸素ガスプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くする温度制御手段とを備え、
前記ハロゲンガスプラズマで前記被エッチング部材をエッチングすることにより、前記ケイ素とハロゲンとの前駆体を生成させ、前記温度制御手段により当該前駆体を前記基板に吸着させ、前記ハロゲンガスプラズマにより当該吸着した前駆体をケイ素に還元すると共に前記酸素ガスプラズマにより酸化して、
前記基板に酸化ケイ素膜を成膜することを特徴とする酸化ケイ素成膜装置である。
【００１７】
また、上記課題を解決する本発明に係る他の酸化ケイ素成膜装置は、
基板が収容されるチャンバと、
前記チャンバにおいて前記基板に対向する位置に設けられるケイ素で構成される被エッチング部材と、
前記チャンバの内部にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記ハロゲンガスをプラズマ化して前記チャンバの内部にハロゲンガスプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記チャンバの内部に連通する外部プラズマ発生室と、
当該外部プラズマ発生室に酸素ガスを供給する酸素ガス供給手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くする温度制御手段とを備え、
前記ハロゲンガスプラズマで前記被エッチング部材をエッチングすることにより、前記ケイ素とハロゲンとの前駆体を生成させ、前記温度制御手段により当該前駆体を前記基板に吸着させ、前記ハロゲンガスプラズマにより当該吸着した前駆体をケイ素に還元すると共に前記外部プラズマ発生室からの酸素ガスプラズマにより酸化して、
前記基板に酸化ケイ素膜を成膜することを特徴とする酸化ケイ素成膜装置である。
【００１８】
また、上記課題を解決する本発明に係る他の酸化ケイ素成膜装置は、
上記酸化ケイ素成膜装置において、
前記基板には幅が２５ｎｍ以上、６５ｎｍ以下の溝が形成されており、
前記酸化ケイ素膜は、当該溝内に埋め込んで成膜されることを特徴とする酸化ケイ素成膜装置である。
【００１９】
また、上記課題を解決する本発明に係る他の酸化ケイ素成膜装置は、
上記酸化ケイ素成膜装置において、
前記溝内に埋め込んで成膜された酸化ケイ素は、ＳＴＩであることを特徴とする酸化ケイ素成膜装置である。
【００２０】
また、上記課題を解決する本発明に係る他の酸化ケイ素成膜方法は、
上記酸化ケイ素成膜方法において、
供給される酸素ガス量は、全ガス量に対して、０．１〜１０体積％であることを特徴とする酸化ケイ素成膜方法である。
【００２１】
また、上記課題を解決する本発明に係る他の酸化ケイ素成膜装置は、
上記酸化ケイ素成膜装置において、
供給される酸素ガス量は、全ガス量に対して、０．１〜１０体積％であることを特徴とする酸化ケイ素成膜装置である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る酸化ケイ素膜によれば、
幅が２５ｎｍ以上、６５ｎｍ以下の溝内に埋め込み形成されたこととしたので、
従来ない、極めて狭小な幅の溝に埋め込まれた酸化ケイ素膜を提供することができ、例えば、ＵＬＳＩの更なる集積密度の増加を実現することができる。
【００２３】
本発明に係るＳＴＩによれば、
幅が２５ｎｍ以上、６５ｎｍ以下の溝内に酸化ケイ素膜が埋め込み形成されてなることとしたので、
従来ない、極めて狭小な幅の溝に埋め込まれた酸化ケイ素からなるＳＴＩを提供することができ、ＵＬＳＩの更なる集積密度の増加を実現することができる。
【００２４】
本発明に係る集積回路によれば、
上記ＳＴＩを有することとしたので、
高い集積密度を有する集積回路とすることができる。
【００２５】
本発明に係る酸化ケイ素成膜方法によれば、
基板が収容されるチャンバの内部にハロゲンガス及び酸素ガスを供給し、
当該ハロゲンガス及び酸素ガスをプラズマ化してハロゲンガスプラズマ及び酸素ガスプラズマを発生させ、
ケイ素で構成される被エッチング部材を前記ハロゲンガスプラズマでエッチングすることにより、前記ケイ素とハロゲンとの前駆体を生成させ、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くすることにより、
前記基板に酸化ケイ素膜を成膜することとしたので、
点欠陥やボイドのない高品質なＳｉＯ2膜を成膜することができる。したがって、成膜後の品質を向上させるための熱処理等を省略することができる。また、従来の成膜方法と比較して基板の温度を低温として成膜することができるので、例えば既に基板にトランジスタ等の素子が形成されていた場合には、素子の熱破壊等の問題をなくすことができる。
【００２６】
また、本発明に係る他の酸化ケイ素成膜方法によれば、
基板が収容されるチャンバの内部にハロゲンガスを供給し、当該ハロゲンガスをプラズマ化してハロゲンガスプラズマを発生させ、
前記チャンバの外部において酸素ガスをプラズマ化して酸素ガスプラズマを発生させ、
ケイ素で構成される被エッチング部材を前記ハロゲンガスプラズマでエッチングすることにより、前記ケイ素とハロゲンとの前駆体を生成させ、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くし、
前記酸素ガスプラズマを前記基板に供給することにより、
前記基板に酸化ケイ素膜を成膜することとしたので、
上述する酸化ケイ素成膜方法による効果に加えて、効率的に酸素ガスを使用し、成膜反応の観点から見た場合にも効率よくＳｉＯ2膜を成膜することができる。
【００２７】
また、本発明に係る他の酸化ケイ素成膜方法によれば、
上記酸化ケイ素成膜方法において、
前記基板には幅が２５ｎｍ以上、６５ｎｍ以下の溝が形成されており、
前記酸化ケイ素膜は、当該溝内に埋め込んで成膜されることとしたので、
アスペクト比の大きい、極めて狭小な幅を有する溝内に、点欠陥やボイドのない高品質なＳｉＯ2膜を埋め込み成膜することができる。また、成膜の際のハングオーバーをなくす、又は極めて抑制することができるため、成膜後のＣＭＰ研磨等の工程をなくすことができる。
【００２８】
また、本発明に係る他の酸化ケイ素成膜方法によれば、
上記酸化ケイ素成膜方法において、
前記溝内に埋め込んで成膜された酸化ケイ素は、ＳＴＩであることとしたので、
絶縁特性が良好で、かつ周囲のトランジスタ等の素子の動作に影響を与えないＳＴＩを作製することができる。また、このＳＴＩを用いて集積回路を作製することにより、極めて集積密度の高い集積回路とすることができる。
【００２９】
本発明に係る酸化ケイ素成膜装置によれば、
基板が収容されるチャンバと、
前記チャンバにおいて前記基板に対向する位置に設けられるケイ素で構成される被エッチング部材と、
前記チャンバの内部にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記チャンバの内部に酸素ガスを供給する酸素ガス供給手段と、
前記ハロゲンガス及び酸素ガスをプラズマ化して前記チャンバの内部にハロゲンガスプラズマ及び酸素ガスプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くする温度制御手段とを備え、
前記ハロゲンガスプラズマで前記被エッチング部材をエッチングすることにより、前記ケイ素とハロゲンとの前駆体を生成させ、前記温度制御手段により当該前駆体を前記基板に吸着させ、前記ハロゲンガスプラズマにより当該吸着した前駆体をケイ素に還元すると共に前記酸素ガスプラズマにより酸化して、
前記基板に酸化ケイ素膜を成膜することとしたので、
点欠陥やボイドのない高品質なＳｉＯ2膜を成膜することができる。したがって、成膜後の品質を向上させるための熱処理等を省略することができる。また、従来の成膜方法と比較して基板の温度を低温として成膜することができるので、例えば既に基板にトランジスタ等の素子が形成されていた場合には、素子の熱破壊等の問題をなくすことができる。また、ハロゲンガス供給手段と酸素ガス供給手段とを同一の手段とした場合には、装置の構成を簡略化することができ、装置製造コストを削減することができる。
【００３０】
また、本発明に係る他の酸化ケイ素成膜装置によれば、
基板が収容されるチャンバと、
前記チャンバにおいて前記基板に対向する位置に設けられるケイ素で構成される被エッチング部材と、
前記チャンバの内部にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記ハロゲンガスをプラズマ化して前記チャンバの内部にハロゲンガスプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記チャンバの内部に連通する外部プラズマ発生室と、
当該外部プラズマ発生室に酸素ガスを供給する酸素ガス供給手段と、
前記基板の温度を前記被エッチング部材の温度よりも低くする温度制御手段とを備え、
前記ハロゲンガスプラズマで前記被エッチング部材をエッチングすることにより、前記ケイ素とハロゲンとの前駆体を生成させ、前記温度制御手段により当該前駆体を前記基板に吸着させ、前記ハロゲンガスプラズマにより当該吸着した前駆体をケイ素に還元すると共に前記外部プラズマ発生室からの酸素ガスプラズマにより酸化して、
前記基板に酸化ケイ素膜を成膜することとしたので、
上述する酸化ケイ素成膜装置による効果に加えて、効率的に酸素ガスを使用し、成膜反応の観点から見た場合にも効率よくＳｉＯ2膜を成膜することができる。
【００３１】
また、本発明に係る他の酸化ケイ素成膜装置によれば、
上記酸化ケイ素成膜装置において、
前記基板には幅が２５ｎｍ以上、６５ｎｍ以下の溝が形成されており、
前記酸化ケイ素膜は、当該溝内に埋め込んで成膜されることとしたので、
アスペクト比の大きい、極めて狭小な幅を有する溝内に、点欠陥やボイドのない高品質なＳｉＯ2膜を埋め込み成膜することができる。また、成膜の際のハングオーバーをなくす、又は極めて抑制することができるため、成膜後のＣＭＰ研磨等の工程をなくすことができる。
【００３２】
また、本発明に係る他の酸化ケイ素成膜装置によれば、
上記酸化ケイ素成膜装置において、
前記溝内に埋め込んで成膜された酸化ケイ素は、ＳＴＩであることとしたので、
絶縁特性が良好で、かつ周囲のトランジスタ等の素子の動作に影響を与えないＳＴＩを作製することができる。また、このＳＴＩを用いて集積回路を作製することにより、極めて集積密度の高い集積回路とすることができる。
【００３３】
また、上記酸化ケイ素成膜装置又は方法において、供給される酸素ガス量は、全ガス量に対して、０．１〜１０体積％であることとしたので、より高品質な酸化ケイ素を成膜することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＳＴＩを備えた集積回路の概略断面構造図である。同図に示すように、集積回路４０は、基板４１上に複数設けられたトランジスタ４２を有し、各トランジスタ４２の間には、分離用パターン４３が形成されると共に当該分離用パターン４３内にＳｉＯ2膜が埋め込まれてＳＴＩ(Shallow Trench Isolation)４４が形成されてなる。
【００３５】
ここで、本実施形態に係るＳＴＩ４４は、幅ｔが４５ｎｍ、高さｈが２００ｎｍ以上の分離用パターン４３内にＳｉＯ2膜を埋め込んでなるものであり、更に当該ＳｉＯ2膜は欠陥密度の少ない（点欠陥が少ない）高品質なＳｉＯ2膜である。
【００３６】
点欠陥が少ない高品質なＳｉＯ2膜であるため、電荷滞留がなく絶縁性に優れ、両サイドのトランジスタ４２からの漏れ電流をなくすことができると共に、帯電したＳＴＩがトランジスタ４２に与える動作不良等の悪影響をなくすことができる。
【００３７】
この結果、本実施形態に係るＳＴＩを用いて集積回路を作製することにより、集積密度を高めながらも不良な素子動作をなくした集積回路とすることができる。次に、当該ＳＴＩの作製方法及び作製装置について説明する。
【００３８】
＜第２の実施形態＞
図２は、本発明の第２の実施形態に係るＳｉＯ2膜を成膜する装置の概略透視構造図である。同図に示すように、筒形状に形成されたチャンバ１の底部近傍には支持台２が設けられ、支持台２には基板３が載置される。支持台２にはヒータ４及び冷媒流通手段５を備えた温度制御手段６が設けられ、支持台２は温度制御手段６により所定温度（例えば、基板３が４５０℃以下、例えば３００℃に維持される温度）に制御される。
【００３９】
チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部は絶縁材製（例えば、セラミックス製）の板状の天井板２５によって塞がれている。天井板２５の上方にはチャンバ１の内部に供給されたガスをプラズマ化するためのプラズマアンテナ２７が設けられ、プラズマアンテナ２７は天井板２５の面と平行な平面リング状に形成されている。
【００４０】
プラズマアンテナ２７には整合器１０及び電源１１が接続されて高周波電流が供給される。天井板２５によって塞がれたチャンバ１の内部は真空装置８により所定の圧力に維持される。
【００４１】
チャンバ１の上方側壁には、ケイ素製の被エッチング部材２０が挟持されている。図３は、本発明の第２の実施形態に係るＳｉＯ2膜を成膜する装置に用いる被エッチング部材の概略平面図である。同図に示すように、被エッチング部材２０は、複数の突起部２１とリング部２２とからなり、各突起部２１の間には切欠部２３が設けられている。
【００４２】
チャンバ１内においては、被エッチング部材２０は、基板３に対向する位置に設置され、チャンバ１の側壁周方向に亘り複数に分割すると共に各分割部分である突起部２１が円筒状のチャンバ１に沿って設置されるリング部２２から中心側に向かって突出するように設置される。
【００４３】
すなわち、突起部２１は、チャンバ１の内壁から径方向中心に向かうと共に円周方向に複数設けられ、突起部２１同士の間には切欠部２３（空間）が存在している。このため、プラズマアンテナ２７に流れる電流の流れ方向に対して不連続状態となるように基板３と天井板２５との間に配置されている。
【００４４】
チャンバ１の上方側壁における、被エッチング部材２０と天井板２５との間には、チャンバ１の内部にハロゲンガスとしての塩素ガスと酸素ガスとが混合されたガス１８（Ｈｅ，Ａｒ等で塩素濃度が≦５０体積％、好ましくは１０体積％程度に希釈される）を供給するノズル１２が接続されている。ガス１８における酸素ガスの濃度は低く、０．１〜１０体積％程度である。
【００４５】
ノズル１２は被エッチング部材２０の上方において、チャンバ１の中心に向けて開口し、ノズル１２には流量制御器１３を介してガス１８が送られる。成膜に関与しないガス等は排気口１７から排気される。ノズル１２と流量制御器１３とによりハロゲンガス供給手段及び酸素ガス供給手段が構成されている。
【００４６】
上述したＳｉＯ2膜の成膜装置では、以下に詳説する方法でＳｉＯ2膜の成膜、特にアスペクト比の大きな分離用パターン内にＳｉＯ2膜の埋め込みを行う。
【００４７】
まず、チャンバ１の内部にノズル１２からガス１８を供給すると共に、プラズマアンテナ２７から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、ガス１８中の塩素ガス及び酸素ガスをイオン化して塩素ガスプラズマ及び酸素ガスプラズマを発生させる。プラズマは、ガスプラズマ１４で図示する領域に発生する。このときの反応は、次式で表すことができる。
Ｃｌ2  →  ２Ｃｌ*      ・・・・・・（１）
Ｏ2    →  ２Ｏ*        ・・・・・・（２）
ここで、Ｃｌ*は塩素ガスラジカルを、Ｏ*は酸素ガスラジカルを表す。
【００４８】
このガスプラズマ１４がケイ素製の被エッチング部材２０に作用することにより、被エッチング部材２０が加熱されると共に、被エッチング部材２０に以下のエッチング反応が生じる。
【００４９】
すなわち、塩素ガスプラズマによる被エッチング部材２０のエッチング反応であり、例えば次式で表される。
Ｓｉ（ｓ）＋ＸＣｌ*  →  ＳｉＣｌX（ｇ）  ・・（３）
ここで、ｓは固体状態、ｇはガス状態を表し、Ｘ＝１〜４である。式（３）は、被エッチング部材２０を構成するケイ素が塩素ガスプラズマによりエッチングされ、ガス化した状態を表す。前駆体１５は、ガス化したＳｉＣｌX及びこれと組成比が異なる物質（ＳｉaＣｌb）である。
【００５０】
ガスプラズマ１４を発生させることにより被エッチング部材２０を加熱し、更に温度制御手段６により基板３の温度を被エッチング部材２０の温度よりも低い温度に設定する。この結果、前駆体１５である塩化ケイ素ガスは基板３に吸着される。このときの反応は、例えば次式で表される。
ＳｉＣｌX（ｇ）  →  ＳｉＣｌX（ａｄ）  ・・・・（４）
ここで、ａｄは吸着状態を表す。
【００５１】
基板３に吸着した塩化ケイ素は、塩素ガスラジカルにより還元されてケイ素となる。このときの反応は、例えば次式で表される。
ＳｉＣｌX（ａｄ）＋ＸＣｌ*→Ｓｉ（ｓ）＋ＸＣｌ2↑  ・・（５）
【００５２】
なお、塩化ケイ素は揮発性が高いため、成膜に関与することなく排気されてしまうばあいがあるが、基板の温度を通常よりも低くすることにより、塩化ケイ素を基板３に吸着させて、成膜に関与させることができる。
【００５３】
以上の反応を、被エッチング部材２０を構成するケイ素が基板３に成膜されるまでについてまとめると、例えば、次式で表される。
Ｓｉ(s)  →  ＳｉＣｌX(g)  →  ＳｉＣｌX(ad)  →  Ｓｉ(s)  ・・・（６）
この反応の過程において、上式（２）に示す反応により発生した酸素ガスラジカルが主として次の４つの反応に寄与することにより、基板３にアモルファスのＳｉＯ2膜が成膜される。
【００５４】
１つ目の反応は、基板３に成膜されたＳｉ（ｓ）の酸素ガスラジカルによる酸化である。２つ目の反応は、ＳｉＣｌX（ａｄ）の酸素ガスラジカルによる酸化である。３つ目の反応は、ＳｉＣｌX（ｇ）の酸素ガスラジカルによる酸化と成膜である。４つ目の反応は、被エッチング部材２０を構成するＳｉ（ｓ）の酸素ガスラジカルによるエッチングと成膜である。以下、各反応について、説明する。
【００５５】
１つ目の反応については、基板３に成膜されたケイ素が酸素ガスラジカルにより酸化されて酸化ケイ素となる。このときの反応は、例えば、次式で表される。
Ｓｉ（ｓ）＋２Ｏ*  →ＳｉＯ2（ｓ）  ・・・・（７）
【００５６】
２つ目の反応については、基板３に吸着した塩化ケイ素が酸素ガスラジカルにより酸化され酸化ケイ素となる。このときの反応は、例えば、次式で表される。
ＳｉＣｌX（ａｄ）＋２Ｏ*  →ＳｉＯ2（ｓ）＋2/XＣｌ2↑  ・・・（８）
【００５７】
３つ目の反応については、ガス状態の塩化ケイ素が酸素ガスラジカルにより酸化されガス状態の酸化ケイ素となり、基板３に成膜される。このときの反応は、例えば次式で表される。
ＳｉＣｌX（ｇ）＋２Ｏ*  →  ＳｉＯ2（ｇ）＋2/XＣｌ2↑・・（９）
ＳｉＯ2（ｇ）  →  ＳｉＯ2（ｓ）  ・・・・（１０）
【００５８】
４つ目の反応については、被エッチング部材２０を構成するＳｉ（ｓ）が酸素ガスラジカルによりエッチングされ、ガス状態の酸化ケイ素が生成し、これが基板３に成膜される。このときの反応は、例えば次式で表される。
Ｓｉ（ｓ）＋ＸＯ*  →  ＳｉＯX（ｇ）  →  ＳｉＯ2（ｓ）・・（１１）
【００５９】
しかしながら、ガス１８中の酸素ガス濃度は塩素ガスと比較して低いため、被エッチング部材２０へのガスプラズマの作用は、ほとんど塩素ガスプラズマによるものであると考えられ、上記４つ目の反応（上式（１１））はほとんど起こらず、酸素ガスプラズマの作用としては上記１つ目の反応（上式（７））及び２つ目の反応（上式（８））が優先的に起こると考えられる。
【００６０】
前述した成膜反応は、チャンバ内で起こりうる反応の一例である。例えば、他に起こりうる反応としては、次の反応が挙げられる。上式（３）において発生したガス化した塩化ケイ素の一部は、基板３に吸着する（上式（４）参照）前に、塩素ガスラジカルにより還元されてガス状態のケイ素となる。このときの反応は、例えば、次式で表される。
ＳｉＣｌX（ｇ）＋ＸＣｌ*  →  Ｓｉ（ｇ）＋ＸＣｌ2↑  ・・（１２）
【００６１】
この後、ガス状態のケイ素は、基板３に吸着して、成膜される。この過程においても、ガス状態のケイ素および基板３に成膜されたケイ素は、酸素ガスラジカルにより酸化され、酸化ケイ素となる。
【００６２】
以上より、基板３上には酸化ケイ素の薄膜を成膜することができる。上述する反応形態により作製したＳｉＯ2膜は、点欠陥が少ない高品質なＳｉＯ2膜である、また、基板３に形成された溝等、特に大きなアスペクト比を有する溝、ＳＴＩ形成用の分離用パターン溝が基板３に対しては、良好な埋め込み性をもって成膜することができる。これは、本実施形態に係るＳｉＯ2成膜は、上述する特有の反応形態により行われるためと、また、いわゆるボトムアップ成膜を行うことができるためである。
【００６３】
従来の高密度プラズマＣＶＤ法等では、溝が形成された基板に成膜する際に、溝の底面だけでなく、基板面や溝の内部側壁も同時に成膜されてしまうため、溝が完全に埋め込まれる前に溝入口部が成膜により塞がれる結果ボイドが発生したり、基板面にハングオーバーが発生するといった問題があった。これに対して、ボトムアップ成膜とは、基板面や溝の内部側壁への成膜を抑制しつつ、溝の底部から優先的に行われる成膜である。
【００６４】
ボトムアップ成膜の原理は、以下の通りである。すなわち、上述するとおり、基板３へのＳｉＯ2成膜は、前駆体１５である塩化ケイ素の吸着と塩素ガスラジカルによる塩化ケイ素の還元が基礎反応となるが、塩素ガスラジカルは被エッチング部材２０に対してはエッチング作用を有することから分かるように、その濃度によっては、基板３に吸着した塩化ケイ素又はその後還元されたケイ素をエッチングする場合がある。この場合には、成膜は行われない。
【００６５】
基板３に溝が形成されている場合には、溝内では底部に近づくほど塩素ガスラジカルの濃度は低くなる。したがって、溝の底部では主として塩素ガスラジカルによる還元反応が起こる一方、溝上部や基板面では主としてエッチング反応が起こる。この性質を利用して、塩素ガスラジカルの濃度を調整して、基板面や溝の内部側壁への成膜を抑制しつつ（エッチング反応を優勢にする）、溝の底部から優先的に成膜する（還元反応を優勢にする）ことにより、溝内にＳｉＯ2膜をボイドがなく、良好な埋め込み性をもって成膜する。なお、還元反応とエッチング反応の調整は、基板３の温度を調整することでも可能である。
【００６６】
このように、ボトムアップ成膜によれば、溝の内部を完全に埋め込むことが可能となる。また、ボトムアップ成膜では、基板の溝内のみに成膜することが可能であり、従来の高密度プラズマＣＶＤ法で必要とされる基板上に余分に成膜された薄膜を除去する工程（ＣＭＰ研磨）をなくすか、または短時間で済ませることができる。
【００６７】
以上、本実施形態によれば、第１の実施形態に係る大きなアスペクト比を有するＳＴＩ及びこれを有する集積回路を作製することができる。
【００６８】
なお、本実施形態ではハロゲンガスと酸素ガスとを混合ガスとして同一のノズル１２によりチャンバ１内へ供給する構成としたが、ハロゲンガスと酸素ガスとを別々に供給するように専用の供給手段を設置しても良い。本実施形態では、同一のノズルとすることにより、装置構成を簡便なものとし、装置コストを削減しているが、別々の供給手段とした場合には、それぞれのガス供給量の調整をより正確に行うことができる。
【００６９】
＜第３の実施形態＞
図４は、本発明の第３の実施形態に係るＳｉＯ2膜を成膜する装置の概略透視構造図である。以下、本実施形態を説明するが、図２に示した成膜装置と同種部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７０】
本実施形態では、チャンバ１の上方側壁における、被エッチング部材２０と天井板２５との間には、チャンバ１の内部にハロゲンガスとしての塩素ガス１８（Ｈｅ，Ａｒ等で塩素濃度が≦５０体積％、好ましくは１０体積％程度に希釈される）を供給するノズル１２が接続されている。すなわち、図２に示す成膜装置では、塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスが供給されていたのに対して、本実施形態では、塩素ガスのみがノズル１２から供給される。
【００７１】
ノズル１２は被エッチング部材２０の上方において、チャンバ１の中心に向けて開口し、ノズル１２には流量制御器１３を介してガス１８が送られる。ノズル１２と流量制御器１３とによりハロゲンガス供給手段が構成されている。
【００７２】
更に、本実施形態では、予め酸素ガスをチャンバ１の外部でプラズマ化して供給する「外部プラズマ発生室」を設けてある。以下、外部プラズマ発生室について詳細に説明する。
【００７３】
基板３とほぼ同じ高さにおけるチャンバ１の下方側壁部には、スリット状の開口部３１が形成され、開口部３１には筒状の通路３２の一端がそれぞれ固定されている。通路３２の途中部には絶縁体製の筒状の励起室３３が設けられ、励起室３３の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ３４が設けられ、プラズマアンテナ３４は整合器１０及び電源１１に接続されて高周波電流が供給される。
【００７４】
通路３２の他端側には流量制御器３７が接続され、流量制御器３７を介して通路３２内に酸素ガス３８が供給される。本実施形態では、プラズマ発生手段としては、塩素ガスプラズマを発生させるプラズマアンテナ２７の他にも、通路３２と励起室３３とプラズマアンテナ３４と整合器１０と電源１１とから構成されるプラズマ発生手段を有し、特にチャンバ１の外部に設置されていることから「外部プラズマ発生室」という。
【００７５】
酸素ガス３８の供給量は比較的少なく、ノズル１２から供給される塩素ガスを含めた全ガス供給量に対して酸素ガスは０．１〜１０体積％程度である。
【００７６】
本実施形態における酸素ガスラジカルの発生については、第２の実施形態と多少異なるため、以下説明を加える。
【００７７】
流量制御器３７を介して通路３２内に供給された酸素ガス３８は、励起室３３に送り込まれる。次に、プラズマアンテナ３４から電磁波を励起室３３の内部に入射することで、酸素ガスをイオン化して酸素ガスのガスプラズマ３５を発生させる。
【００７８】
真空装置８によりチャンバ１内の圧力と励起室３３の圧力とに所定の差圧が設定されているため、励起室３３内のガスプラズマ３５の酸素ガスラジカルは開口部３１からチャンバ１内の基板３に送られる。この酸素ガスラジカルが基板３に吸着された塩化ケイ素、成膜されたケイ素、基板３に飛来する前駆体１５である塩化ケイ素ガス等に作用することにより、基板３に酸化ケイ素を成膜させる。
【００７９】
第２の実施形態で説明したＳｉＯ2膜の成膜反応から分かるように、酸素ガスラジカルを被エッチング部材２０に積極的に作用させる必要はなく、酸素ガスラジカルの主な作用としては基板３に成膜されたケイ素の酸化である。したがって、第３の実施形態では、酸素ガスプラズマを塩素ガスプラズマとは別に、基板３に直接作用することができる位置で発生させて供給することにより、効率的な酸素ガスの使用及びＳｉＯ2成膜を可能としている。
【００８０】
なお、励起室３３でガスプラズマ３５を発生させる手段としては、マイクロ波、レーザ、電子線、放射光等を用いることも可能である。また、酸素ガスのみならず塩素ガスも外部プラズマ発生室でプラズマ化しても良い。ただし、塩素ガスプラズマは被エッチング部材２０に作用させる必要があるため、これが可能な位置に塩素ガス用の外部プラズマ発生室を設置する。
【００８１】
なお、上記各実施形態においては、原料ガスとして、Ｈｅで希釈されたＣｌ2ガスを例に挙げて説明したが、Ｃｌ2ガスを単独で用いたり、ＨＣｌガスを適用することも可能である。原料ガスは塩素を含有するガスであればよく、ＨＣｌガスとＣｌ2ガスとの混合ガスを用いることも可能である。さらに、一般的には塩素に限らず、ハロゲンガスであれば、本発明の原料ガスとして利用することができる。ハロゲンとしては、フッ素、臭素及びヨウ素などを適用することが可能である。
【００８２】
また、成膜装置としては、図２，４に示す形態以外にも、プラズマアンテナ２７の代わりにチャンバ１の周囲に巻回させたコイルでプラズマアンテナを構成し、天井板２５を被エッチング部材としてケイ素で形成した成膜装置でも良い。この場合には、チャンバ１は例えばセラミック製とし、チャンバ周囲から発生する電磁波により供給されるガスをプラズマ化し、当該発生させたガスプラズマによりケイ素製の天井板（被エッチング部材）をエッチングする。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＳＴＩを備えた集積回路の概略断面構造図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るＳｉＯ2膜を成膜する装置の概略透視構造図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るＳｉＯ2膜を成膜する装置に用いる被エッチング部材の概略平面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係るＳｉＯ2膜を成膜する装置の概略透視構造図である。
【符号の説明】
【００８４】
１  チャンバ
２  支持台
３  基板
４  ヒータ
５  冷媒流通手段
６  温度制御手段
８  真空装置
１０  整合器
１１  電源
１２  ノズル
１３  流量制御器
１４  ガスプラズマ
１５  前駆体
１７  排気口
１８  ガス
２０  被エッチング部材
２１  突起部
２２  リング部
２３  切欠部
２５  天井板
２７  プラズマアンテナ
３１  開口部
３２  通路
３３  励起室
３４  プラズマアンテナ
３５  ガスプラズマ
３７  流量制御器
３８  ガス
４０  集積回路
４１  基板
４２  トランジスタ
４３  分離用パターン
４４  ＳＴＩ
【図１】
2005217339.tif 000003
【図２】
2005217339.tif 000004
【図３】
2005217339.tif 000005
【図４】
2005217339.tif 000006