(57)【要約】【課題】  埋め込み性に優れ、誘電率の小さい絶縁膜を用い、電気的特性の優れた半導体装置の製造方法及び製造装置を提供する。【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溝にＳｉＯ2膜を埋め込む。【選択図】  図１５
2007053276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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からなる絶縁膜を成膜すると共に、該酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された配線間の溝を埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
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、
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、前記酸素ガスプラズマを前記基板に供給すると共に、
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からなる絶縁膜を成膜すると共に、該酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された配線間の溝を埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
基板が収容されるチャンバの内部にハロゲンガス及び窒素ガスを供給し、
当該ハロゲンガス及び窒素ガスをプラズマ化してハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマを発生させ、
ホウ酸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、ホウ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、
前記基板に窒化ホウ素膜からなる絶縁膜を成膜すると共に、該窒化ホウ素膜により、前記基板に形成された溝を埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【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、
ホウ酸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、前記ホウ酸とハロゲンとの前駆体を生成させ、
前記チャンバの外部において窒素ガスをプラズマ化して窒素ガスプラズマを発生させ、前記窒素ガスプラズマを前記基板に供給すると共に、
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、
前記基板に窒化ホウ素膜からなる絶縁膜を成膜すると共に、該窒化ホウ素膜により、前記基板に形成された溝を埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
基板が収容されるチャンバの内部にフッ素ガス及び酸素ガスを供給し、
当該フッ素ガス及び酸素ガスをプラズマ化してフッ素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フッ素ガスプラズマでエッチングすることにより、前記ケイ素とフッ素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、
前記基板にフッ化酸化ケイ素膜からなる絶縁膜を成膜すると共に、該フッ化酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された溝を埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
基板が収容されるチャンバの内部にフッ素ガスを供給し、当該フッ素ガスをプラズマ化してフッ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フッ素ガスプラズマでエッチングすることにより、前記ケイ素とフッ素との前駆体を生成させ、
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、前記酸素ガスプラズマを前記基板に供給すると共に、
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、
前記基板にフッ化酸化ケイ素膜からなる絶縁膜を成膜すると共に、該フッ化酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された溝を埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
基板が収容されるチャンバの内部にフッ素ガスを供給し、
当該フッ素ガスをプラズマ化してフッ素ガスプラズマを発生させ、
酸化ケイ素で構成される被エッチング部材を前記フッ素ガスプラズマでエッチングすることにより、前記酸化ケイ素とフッ素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、
前記基板にフッ化酸化ケイ素膜からなる絶縁膜を成膜すると共に、該フッ化酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された溝を埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
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と、炭素で構成される他の被エッチング部材と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と、前記炭素とハロゲンとの他の前駆体とを生成させ、
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、
前記基板に炭化酸化ケイ素膜からなる絶縁膜を成膜すると共に、該炭化酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された溝を埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
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、
ケイ素で構成される被エッチング部材と、炭素で構成される他の被エッチング部材と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と、前記炭素とハロゲンとの他の前駆体とを生成させ、
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、前記酸素ガスプラズマを前記基板に供給すると共に、
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、
前記基板に炭化酸化ケイ素膜からなる絶縁膜を成膜すると共に、該炭化酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された溝を埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
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、
酸化ケイ素で構成される被エッチング部材と、炭素で構成される他の被エッチング部材と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、前記酸化ケイ素とハロゲンとの前駆体と、前記炭素とハロゲンとの他の前駆体とを生成させ、
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、
前記基板に炭化酸化ケイ素膜からなる絶縁膜を成膜すると共に、該炭化酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された溝を埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
基板が収容されるチャンバの内部にフッ素ガスを供給し、
当該フッ素ガスをプラズマ化してフッ素ガスプラズマを発生させ、
炭素で構成される被エッチング部材を前記フッ素ガスプラズマでエッチングすることにより、前記炭素とフッ素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、
前記基板にフッ化炭素膜からなる絶縁膜を成膜すると共に、該フッ化炭素膜により、前記基板に形成された溝を埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記絶縁膜の成膜後、前記絶縁膜に対して、不活性ガス雰囲気における高温短時間の熱処理、希ガスプラズマ処理、又は、水素プラズマ処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記絶縁膜の成膜後、前記絶縁膜に対して、酸素或いは水蒸気雰囲気での酸化処理、酸素プラズマ処理、又は、酸素ラジカル処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記基板に形成された溝は、略同じサイズに揃えられたものであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記絶縁膜を成膜する前に、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、又はＳｉ3Ｎ4からなる保護層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
基板に形成された溝の底部側の一部を、請求項１乃至請求項１５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法による絶縁膜で埋め込むと共に、
前記絶縁膜の成膜後、高密度プラズマＣＶＤ法、ＳＯＤ（Spin on Dielectric）法、プラズマＣＶＤ法、又は、熱ＣＶＤ法による他の絶縁膜で、前記溝を完全に埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項３乃至請求項１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記基板に形成された溝は、素子分離用の溝、電極間の溝又は配線間の溝であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
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からなる絶縁膜を成膜すると共に、該酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された素子分離用の溝を埋め込み、
前記酸化ケイ素膜の成膜後、前記酸化ケイ素膜に対して、不活性ガス雰囲気における高温短時間の熱処理、希ガスプラズマ処理、又は、水素プラズマ処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
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からなる絶縁膜を成膜すると共に、該酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された素子分離用の溝を埋め込み、
前記酸化ケイ素膜の成膜後、前記酸化ケイ素膜に対して、酸素或いは水蒸気雰囲気での酸化処理、酸素プラズマ処理、又は、酸素ラジカル処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
基板に素子分離用の溝を略同じサイズに揃えて形成した後、
前記基板を収容す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からなる絶縁膜を成膜すると共に、該酸化ケイ素膜により、前記素子分離用の溝を埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
素子分離用の溝が形成された基板上に、予め、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、又はＳｉ3Ｎ4からなる保護層を形成した後、
前記基板を収容す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、
前記保護層上に酸化ケイ素膜からなる絶縁膜を成膜すると共に、該酸化ケイ素膜により、前記素子分離用の溝を埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
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からなる絶縁膜を成膜すると共に、該酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された素子分離用の溝の底部側の一部を埋め込み、
前記酸化ケイ素膜の成膜後、高密度プラズマＣＶＤ法、ＳＯＤ（Spin on Dielectric）法、プラズマＣＶＤ法、又は、熱ＣＶＤ法による他の絶縁膜で、前記溝を完全に埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
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、
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、前記酸素ガスプラズマを前記基板に供給すると共に、
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からなる絶縁膜を成膜すると共に、該酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された素子分離用の溝を埋め込み、
前記酸化ケイ素膜の成膜後、前記酸化ケイ素膜に対して、不活性ガス雰囲気における高温短時間の熱処理、希ガスプラズマ処理、又は、水素プラズマ処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
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、
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、前記酸素ガスプラズマを前記基板に供給すると共に、
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からなる絶縁膜を成膜すると共に、該酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された素子分離用の溝を埋め込み、
前記酸化ケイ素膜の成膜後、前記酸化ケイ素膜に対して、酸素或いは水蒸気雰囲気での酸化処理、酸素プラズマ処理、又は、酸素ラジカル処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２５】
基板に素子分離用の溝を略同じサイズに揃えて形成した後、
前記基板を収容す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、
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、前記酸素ガスプラズマを前記基板に供給すると共に、
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からなる絶縁膜を成膜すると共に、該酸化ケイ素膜により、前記素子分離用の溝を埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２６】
素子分離用の溝が形成された基板上に、予め、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、又はＳｉ3Ｎ4からなる保護層を形成した後、
前記基板を収容す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、
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、前記酸素ガスプラズマを前記基板に供給すると共に、
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、
前記保護層上に酸化ケイ素膜からなる絶縁膜を成膜すると共に、該酸化ケイ素膜により、前記素子分離用の溝を埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２７】
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、
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、前記酸素ガスプラズマを前記基板に供給すると共に、
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からなる絶縁膜を成膜すると共に、該酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された素子分離用の溝の底部側の一部を埋め込み、
前記酸化ケイ素膜の成膜後、高密度プラズマＣＶＤ法、ＳＯＤ（Spin on Dielectric）法、プラズマＣＶＤ法、又は、熱ＣＶＤ法による他の絶縁膜で、前記溝を完全に埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２８】
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原料ガス供給手段と、
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からなる絶縁膜を成膜し、
該酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された電極間の溝又は配線間の溝を埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項２９】
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原料ガス供給手段と、
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からなる絶縁膜を成膜し、
該酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された電極間の溝又は配線間の溝を埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項３０】
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ホウ酸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窒素ガスを供給する原料ガス供給手段と、
前記ハロゲンガス及び窒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窒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、前記ホウ酸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ホウ素に還元すると共に前記窒素ガスプラズマにより窒化して、前記基板に窒化ホウ素膜からなる絶縁膜を成膜し、
該窒化ホウ素膜により、前記基板に形成された素子分離用の溝、電極間の溝又は配線間の溝を埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項３１】
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ホウ酸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窒素ガスを供給する原料ガス供給手段と、
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、前記ホウ酸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ホウ素に還元すると共に前記外部プラズマ発生室からの窒素ガスプラズマにより窒化して、前記基板に窒化ホウ素膜からなる絶縁膜を成膜し、
該窒化ホウ素膜により、前記基板に形成された素子分離用の溝、電極間の溝又は配線間の溝を埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項３２】
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フッ素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原料ガス供給手段と、
前記フッ素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フッ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、
前記フッ素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、前記ケイ素とフッ素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、当該吸着した前駆体を前記酸素ガスプラズマにより酸化して、前記基板にフッ化酸化ケイ素膜からなる絶縁膜を成膜し、
該フッ化酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された素子分離用の溝、電極間の溝又は配線間の溝を埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項３３】
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フッ素ガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記フッ素ガスをプラズマ化して前記チャンバの内部にフッ素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原料ガス供給手段と、
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、
前記フッ素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、前記ケイ素とフッ素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、当該吸着した前駆体を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、前記基板にフッ化酸化ケイ素膜からなる絶縁膜を成膜し、
該フッ化酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された素子分離用の溝、電極間の溝又は配線間の溝を埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項３４】
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酸化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フッ素ガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記フッ素ガスをプラズマ化して前記チャンバの内部にフッ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、
前記フッ素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、前記酸化ケイ素とフッ素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、前記基板にフッ化酸化ケイ素膜からなる絶縁膜を成膜し、
該フッ化酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された素子分離用の溝、電極間の溝又は配線間の溝を埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項３５】
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及び炭素で構成される他の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原料ガス供給手段と、
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及び前記炭素とハロゲンとの他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及び炭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、前記基板に炭化酸化ケイ素膜からなる絶縁膜を成膜し、
該炭化酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された素子分離用の溝、電極間の溝又は配線間の溝を埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項３６】
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及び炭素で構成される他の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原料ガス供給手段と、
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及び前記炭素とハロゲンとの他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及び炭素に還元すると共に前記外部プラズマ発生室からの前記酸素ガスプラズマにより酸化して、前記基板に炭化酸化ケイ素膜からなる絶縁膜を成膜し、
該炭化酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された素子分離用の溝、電極間の溝又は配線間の溝を埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項３７】
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酸化ケイ素で構成される被エッチング部材及び炭素で構成される他の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、前記酸化ケイ素とハロゲンとの前駆体及び前記炭素とハロゲンとの他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酸化ケイ素及び炭素に還元して、前記基板に炭化酸化ケイ素膜からなる絶縁膜を成膜し、
該炭化酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された素子分離用の溝、電極間の溝又は配線間の溝を埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項３８】
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炭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フッ素ガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記フッ素ガスをプラズマ化して前記チャンバの内部にフッ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、
前記フッ素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、前記炭素とフッ素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、前記基板にフッ化炭素膜からなる絶縁膜を成膜し、
該フッ化炭素膜により、前記基板に形成された素子分離用の溝、電極間の溝又は配線間の溝を埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項３９】
請求項２８乃至請求項３８のいずれかに記載の半導体装置の製造装置において、
前記絶縁膜の成膜後、前記絶縁膜に対して、不活性ガス雰囲気における高温短時間の熱処理、希ガスプラズマ処理、又は、水素プラズマ処理を行う後処理手段を設けたことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項４０】
請求項２８乃至請求項３９のいずれかに記載の半導体装置の製造装置において、
前記絶縁膜の成膜後、前記絶縁膜に対して、酸素或いは水蒸気雰囲気での酸化処理、酸素プラズマ処理、又は、酸素ラジカル処理を行う酸化手段を設けたことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項４１】
請求項２８乃至請求項４０のいずれかに記載の半導体装置の製造装置において、
前記基板に形成された素子分離用の溝、電極間の溝又は配線間の溝は、同じサイズに揃えられたものであることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項４２】
基板が収容される複数のチャンバを有し、
１つのチャンバに、請求項２８乃至請求項４１のいずれかに記載の半導体装置の製造装置を備えると共に、
他のチャンバに、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、又はＳｉ3Ｎ4のいずれかの保護層を形成する他の半導体装置の製造装置を備え、
請求項２８乃至請求項４１のいずれかに記載の半導体装置の製造装置により前記絶縁膜を成膜する前に、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、又はＳｉ3Ｎ4からなる保護層を形成するようにしたことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項４３】
基板が収容される複数のチャンバを有し、
１つ若しくは複数のチャンバに、請求項２８乃至請求項４２のいずれかに記載の半導体装置の製造装置を備えると共に、
他のチャンバに、高密度プラズマＣＶＤ法、ＳＯＤ（Spin on Dielectric）法、プラズマＣＶＤ法、又は、熱ＣＶＤ法のいずれかの方法により他の絶縁膜を形成する他の半導体装置の製造装置を備え、
基板に形成された素子分離用の溝、電極間の溝又は配線間の溝の底部側の一部を、請求項２８乃至請求項４２のいずれかに記載の半導体装置の製造装置による絶縁膜で埋め込むと共に、
前記絶縁膜の成膜後、高密度プラズマＣＶＤ法、ＳＯＤ（Spin on Dielectric）法、プラズマＣＶＤ法、又は、熱ＣＶＤ法による他の絶縁膜で、前記溝を完全に埋め込むようにしたことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁膜を有する半導体装置の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１〜図１４に、従来の半導体装置のプロセスフローを示す。
【０００３】
（ステップ１）
ｐ型（００１）シリコン基板１０１の主面に熱酸化法を用いて、１００ÅのＳｉＯ2膜１０２を成長させ、次に５００ÅのＳｉ3Ｎ4膜１０３を、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いて堆積する。そして、フォトリソグラフィーを用いて、レジスト１０４を所望の領域にパターン形成する（図１参照）。
【０００４】
（ステップ２）
レジスト１０４をマスクにして、Ｓｉ3Ｎ4膜１０３、ＳｉＯ2膜１０２をドライエッチングする。更に、レジスト１０４を除去した後にシリコン基板１０１の表面をエッチングし、深さ３０００Åの溝１０５を形成する。そして、熱酸化法を用い、溝１０５の内壁に１００ÅのＳｉＯ2膜１０６を形成する（図２参照）。
【０００５】
（ステップ３）
高密度プラズマＣＶＤ法で５０００ÅのＳｉＯ2膜を堆積し、溝１０５を埋め込む。このときの堆積途中のＳｉＯ2膜形状は１０７ａに示す通りであり、溝１０５の側面にＳｉＯ2膜が形成される（図３参照）。そして、ＳｉＯ2膜を５０００Å堆積した後には、図４のＳｉＯ2膜１０７ｂのような膜形状断面となる。
【０００６】
（ステップ４）
ＣＭＰ（Chemical-Mechanical Polishing）法によって、ＳｉＯ2膜１０７ｂの表面を研磨し、ＨＦ溶液を用いてＳｉＯ2膜１０７ｂを所定の量だけエッチングし、Ｓｉ3Ｎ4膜１０３の表面を露出する。このとき、溝１０５はＳｉＯ2膜１０７ｃで埋められている状態となる（図５参照）。
【０００７】
（ステップ５）
熱リン酸を使用してＳｉ3Ｎ4膜１０３を除去し、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）１０５ａを形成する（図６参照）。
【０００８】
（ステップ６）
トランジスタになる部分に２０ＫｅＶのエネルギーで１×１０13ｃｍ-2のボロンイオンを注入し、ｐ-注入層１０８を形成する。ＳｉＯ2膜１０２をＨＦ溶液で除去した後、熱酸化法を用いて２０ÅのＳｉＯ2膜１０９をシリコン基板１０１の主面に成長させる。次に減圧ＣＶＤ法で１５００Åの多結晶シリコン１１０を成長させ、続いてフォトリソグラフィーによってレジスト１１１を所望のパターンに形成する（図７参照）。
【０００９】
（ステップ７）
レジスト１１１をマスクに、多結晶シリコン１１０をエッチングする。レジスト１１１を除去し、２０ＫｅＶのエネルギーで５×１０13ｃｍ-2の砒素イオンを注入し、トランジスタのｎ-注入層１１２を形成する（図８参照）。
【００１０】
（ステップ８）
減圧ＣＶＤ法で８０ÅのＳｉＯ2膜１１３を堆積し、次に減圧ＣＶＤ法で５００ÅのＳｉ3Ｎ4膜１１４を堆積する。反応性イオンエッチングによりＳｉ3Ｎ4膜１１４をエッチバックする。その際、ＳｉＯ2膜１１３もエッチングされ、サイドウォールとして１１５が形成される。４０ＫｅＶのエネルギーで４×１０15ｃｍ-2の砒素イオンを注入し、トランジスタのｎ+注入層１１６と、ｎ+注入多結晶シリコン１１０ａを形成する。そして、ランプアニール装置を用いて１０００℃の温度で熱処理を加えると、ｎ-注入層１１２、ｎ+注入層１１６とｎ+注入多結晶シリコン１１０ａの砒素イオンが活性化し、ｎ-領域１１２ａ、ｎ+拡散層１１６ａと、ｎ+ゲート電極１１０ｂが形成される（図９参照）。
【００１１】
（ステップ９）
スパッタリング法を用いてＮｉ膜を成膜し、ランプアニール装置を用いて５００℃の温度で熱処理を加えると、シリコン基板表面のシリコンおよびポリシリコンからなるｎ+ゲート電極１１０ａとＮｉが反応し、ＮｉＳｉが形成される。その後、塩酸と過酸化水素水の混合液を用いて未反応のＮｉを除去する。以上の工程によって、ＮｉＳｉ１１７を有するトランジスタ１１８が形成される（図１０参照）。
【００１２】
（ステップ１０）
高密度プラズマＣＶＤ法でＳｉＯ2膜を堆積し、ＣＭＰ法により表面を平坦化することで層間酸化膜層１１９を形成する（図１１参照）。
【００１３】
（ステップ１１）
その後、フォトリソグラフィーとエッチングによりコンタクトホール１２０を設け、Ｔｉ薄膜とＴｉＮ薄膜、およびタングステンをスパッタリング法またはＣＶＤ法で堆積し、ＣＭＰ法を用いて、コンタクトホール内にのみタングステン１２１を残す。スパッタリング法によりＡｌＣｕ膜を堆積し、フォトリソグラフィーとエッチングにより所望のパターンに加工し、ＡｌＣｕ配線１２２を形成する（図１２参照）。
【００１４】
（ステップ１２）
高密度プラズマＣＶＤ法でＳｉＯ2膜を堆積し、ＡｌＣｕ配線１２２の間の空隙を埋め、ＣＭＰ法を用いて表面を平坦化することで層間酸化膜層１２３を形成する（図１３参照）。
【００１５】
（ステップ１３）
フォトリソグラフィーとエッチングによりビアホールを設け、スパッタリング法によりＡｌＣｕ膜を堆積し、フォトリソグラフィーとエッチングにより所望のパターンに加工し、ＡｌＣｕ配線１２４を形成する（図１４参照）。以上の工程を経て、半導体装置が形成される。
【００１６】
【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】
【００１７】
従来の半導体装置は、図３、図４に示すようなＳＴＩの埋め込みに対して、又、図１１に示すようなゲート電極間の埋め込みに対して、加えて、図１３に示すようなＡｌＣｕ配線間の埋め込みに対して、例えば、高密度プラズマＣＶＤ法で形成する絶縁膜を用いていた。ところが、近年、半導体装置の微細化が進むにつれて、ＳＴＩ、ゲート電極間、ＡｌＣｕ配線間の各寸法が微小となり、高密度プラズマＣＶＤ法等を含む従来の技術では、絶縁膜を埋め込むことが困難となってきた。
【００１８】
又、図１１に示したゲート電極間の埋め込み工程においては、例えば、ＣＶＤ法を用いて、５０００Åのボロンリンガラスを堆積し、窒素雰囲気中で８５０℃、３０分の熱処理を行って、ボロンリンガラスをリフローすることで、ゲート電極間の埋め込みを達成することができるが、この場合には、８５０℃、３０分の熱処理によってトランジスタ１１８のｎ-領域１１２ａ、ｎ+拡散層１１６ａが広がってしまい、トランジスタ１１８がパンチスルーなどを起こして、所望の性能が得られなくなってしまう。
【００１９】
更に、ＳＴＩの絶縁膜はトランジスタの拡散層の間の電気的干渉を防止するために必要であり、ゲート電極間の絶縁膜はトランジスタのゲート電極の間の電気的干渉を防止するために必要であり、ＡｌＣｕ配線間の絶縁膜はＡｌＣｕ配線の間の電気的干渉を防止するために必要であるが、ＳＴＩ、ゲート電極間、ＡｌＣｕ配線間の各寸法が微小となるにつれて、電気的干渉を防止するために各絶縁膜の誘電率を小さくする必要が生じてきた。
【００２０】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、埋め込み性に優れ、誘電率の小さい絶縁膜を用い、電気的特性の優れた半導体装置の製造方法及び製造装置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】
【００２１】
上記課題を解決する第１の発明に係る半導体装置の製造方法は、
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からなる絶縁膜を成膜すると共に、該酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された配線間の溝を埋め込むことを特徴とする。
【００２２】
上記課題を解決する第２の発明に係る半導体装置の製造方法は、
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、
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、前記酸素ガスプラズマを前記基板に供給すると共に、
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からなる絶縁膜を成膜すると共に、該酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された配線間の溝を埋め込むことを特徴とする。
【００２３】
上記課題を解決する第３の発明に係る半導体装置の製造方法は、
基板が収容されるチャンバの内部にハロゲンガス及び窒素ガスを供給し、
当該ハロゲンガス及び窒素ガスをプラズマ化してハロゲンガスプラズマ及び窒素ガスプラズマを発生させ、
ホウ酸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、ホウ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、
前記基板に窒化ホウ素膜からなる絶縁膜を成膜すると共に、該窒化ホウ素膜により、前記基板に形成された溝を埋め込むことを特徴とする。
【００２４】
上記課題を解決する第４の発明に係る半導体装置の製造方法は、
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、
ホウ酸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、前記ホウ酸とハロゲンとの前駆体を生成させ、
前記チャンバの外部において窒素ガスをプラズマ化して窒素ガスプラズマを発生させ、前記窒素ガスプラズマを前記基板に供給すると共に、
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、
前記基板に窒化ホウ素膜からなる絶縁膜を成膜すると共に、該窒化ホウ素膜により、前記基板に形成された溝を埋め込むことを特徴とする。
【００２５】
上記課題を解決する第５の発明に係る半導体装置の製造方法は、
基板が収容されるチャンバの内部にフッ素ガス及び酸素ガスを供給し、
当該フッ素ガス及び酸素ガスをプラズマ化してフッ素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フッ素ガスプラズマでエッチングすることにより、前記ケイ素とフッ素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、
前記基板にフッ化酸化ケイ素膜からなる絶縁膜を成膜すると共に、該フッ化酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された溝を埋め込むことを特徴とする。
【００２６】
上記課題を解決する第６の発明に係る半導体装置の製造方法は、
基板が収容されるチャンバの内部にフッ素ガスを供給し、当該フッ素ガスをプラズマ化してフッ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フッ素ガスプラズマでエッチングすることにより、前記ケイ素とフッ素との前駆体を生成させ、
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、前記酸素ガスプラズマを前記基板に供給すると共に、
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、
前記基板にフッ化酸化ケイ素膜からなる絶縁膜を成膜すると共に、該フッ化酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された溝を埋め込むことを特徴とする。
【００２７】
上記課題を解決する第７の発明に係る半導体装置の製造方法は、
基板が収容されるチャンバの内部にフッ素ガスを供給し、
当該フッ素ガスをプラズマ化してフッ素ガスプラズマを発生させ、
酸化ケイ素で構成される被エッチング部材を前記フッ素ガスプラズマでエッチングすることにより、前記酸化ケイ素とフッ素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、
前記基板にフッ化酸化ケイ素膜からなる絶縁膜を成膜すると共に、該フッ化酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された溝を埋め込むことを特徴とする。
【００２８】
上記課題を解決する第８の発明に係る半導体装置の製造方法は、
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と、炭素で構成される他の被エッチング部材と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と、前記炭素とハロゲンとの他の前駆体とを生成させ、
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、
前記基板に炭化酸化ケイ素膜からなる絶縁膜を成膜すると共に、該炭化酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された溝を埋め込むことを特徴とする。
【００２９】
上記課題を解決する第９の発明に係る半導体装置の製造方法は、
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、
ケイ素で構成される被エッチング部材と、炭素で構成される他の被エッチング部材と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と、前記炭素とハロゲンとの他の前駆体とを生成させ、
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、前記酸素ガスプラズマを前記基板に供給すると共に、
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、
前記基板に炭化酸化ケイ素膜からなる絶縁膜を成膜すると共に、該炭化酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された溝を埋め込むことを特徴とする。
【００３０】
上記課題を解決する第１０の発明に係る半導体装置の製造方法は、
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、
酸化ケイ素で構成される被エッチング部材と、炭素で構成される他の被エッチング部材と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、前記酸化ケイ素とハロゲンとの前駆体と、前記炭素とハロゲンとの他の前駆体とを生成させ、
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、
前記基板に炭化酸化ケイ素膜からなる絶縁膜を成膜すると共に、該炭化酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された溝を埋め込むことを特徴とする。
【００３１】
上記課題を解決する第１１の発明に係る半導体装置の製造方法は、
基板が収容されるチャンバの内部にフッ素ガスを供給し、
当該フッ素ガスをプラズマ化してフッ素ガスプラズマを発生させ、
炭素で構成される被エッチング部材を前記フッ素ガスプラズマでエッチングすることにより、前記炭素とフッ素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、
前記基板にフッ化炭素膜からなる絶縁膜を成膜すると共に、該フッ化炭素膜により、前記基板に形成された溝を埋め込むことを特徴とする。
【００３２】
上記課題を解決する第１２の発明に係る半導体装置の製造方法は、
第１乃至第１１のいずれかの発明に記載の半導体装置の製造方法において、
前記絶縁膜の成膜後、前記絶縁膜に対して、不活性ガス雰囲気における高温短時間の熱処理、希ガスプラズマ処理、又は、水素プラズマ処理を行うことを特徴とする。
【００３３】
上記課題を解決する第１３の発明に係る半導体装置の製造方法は、
第１乃至第１２のいずれかの発明に記載の半導体装置の製造方法において、
前記絶縁膜の成膜後、前記絶縁膜に対して、酸素或いは水蒸気雰囲気での酸化処理、酸素プラズマ処理、又は、酸素ラジカル処理を行うことを特徴とする。
【００３４】
上記課題を解決する第１４の発明に係る半導体装置の製造方法は、
第１乃至第１３のいずれかの発明に記載の半導体装置の製造方法において、
前記基板に形成された溝は、略同じサイズに揃えられたものであることを特徴とする。
【００３５】
上記課題を解決する第１５の発明に係る半導体装置の製造方法は、
第１乃至第１４のいずれかの発明に記載の半導体装置の製造方法において、
前記絶縁膜を成膜する前に、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、又はＳｉ3Ｎ4からなる保護層を形成することを特徴とする。
【００３６】
上記課題を解決する第１６の発明に係る半導体装置の製造方法は、
基板に形成された溝の底部側の一部を、第１乃至第１５のいずれかの発明に記載の半導体装置の製造方法による絶縁膜で埋め込むと共に、
前記絶縁膜の成膜後、高密度プラズマＣＶＤ法、ＳＯＤ（Spin on Dielectric）法、プラズマＣＶＤ法、又は、熱ＣＶＤ法による他の絶縁膜で、前記溝を完全に埋め込むことを特徴とする。
【００３７】
上記課題を解決する第１７の発明に係る半導体装置の製造方法は、
第３乃至第１１のいずれかの発明に記載の半導体装置の製造方法において、
前記基板に形成された溝は、素子分離用の溝、電極間の溝又は配線間の溝であることを特徴とする。
【００３８】
上記課題を解決する第１８の発明に係る半導体装置の製造方法は、
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からなる絶縁膜を成膜すると共に、該酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された素子分離用の溝を埋め込み、
前記酸化ケイ素膜の成膜後、前記酸化ケイ素膜に対して、不活性ガス雰囲気における高温短時間の熱処理、希ガスプラズマ処理、又は、水素プラズマ処理を行うことを特徴とする。
【００３９】
上記課題を解決する第１９の発明に係る半導体装置の製造方法は、
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からなる絶縁膜を成膜すると共に、該酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された素子分離用の溝を埋め込み、
前記酸化ケイ素膜の成膜後、前記酸化ケイ素膜に対して、酸素或いは水蒸気雰囲気での酸化処理、酸素プラズマ処理、又は、酸素ラジカル処理を行うことを特徴とする。
【００４０】
上記課題を解決する第２０の発明に係る半導体装置の製造方法は、
基板に素子分離用の溝を略同じサイズに揃えて形成した後、
前記基板を収容す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からなる絶縁膜を成膜すると共に、該酸化ケイ素膜により、前記素子分離用の溝を埋め込むことを特徴とする。
【００４１】
上記課題を解決する第２１の発明に係る半導体装置の製造方法は、
素子分離用の溝が形成された基板上に、予め、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、又はＳｉ3Ｎ4からなる保護層を形成した後、
前記基板を収容す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、
前記保護層上に酸化ケイ素膜からなる絶縁膜を成膜すると共に、該酸化ケイ素膜により、前記素子分離用の溝を埋め込むことを特徴とする。
【００４２】
上記課題を解決する第２２の発明に係る半導体装置の製造方法は、
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からなる絶縁膜を成膜すると共に、該酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された素子分離用の溝の底部側の一部を埋め込み、
前記酸化ケイ素膜の成膜後、高密度プラズマＣＶＤ法、ＳＯＤ（Spin on Dielectric）法、プラズマＣＶＤ法、又は、熱ＣＶＤ法による他の絶縁膜で、前記溝を完全に埋め込むことを特徴とする。
【００４３】
上記課題を解決する第２３の発明に係る半導体装置の製造方法は、
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、
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、前記酸素ガスプラズマを前記基板に供給すると共に、
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からなる絶縁膜を成膜すると共に、該酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された素子分離用の溝を埋め込み、
前記酸化ケイ素膜の成膜後、前記酸化ケイ素膜に対して、不活性ガス雰囲気における高温短時間の熱処理、希ガスプラズマ処理、又は、水素プラズマ処理を行うことを特徴とする。
【００４４】
上記課題を解決する第２４の発明に係る半導体装置の製造方法は、
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、
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、前記酸素ガスプラズマを前記基板に供給すると共に、
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からなる絶縁膜を成膜すると共に、該酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された素子分離用の溝を埋め込み、
前記酸化ケイ素膜の成膜後、前記酸化ケイ素膜に対して、酸素或いは水蒸気雰囲気での酸化処理、酸素プラズマ処理、又は、酸素ラジカル処理を行うことを特徴とする。
【００４５】
上記課題を解決する第２５の発明に係る半導体装置の製造方法は、
基板に素子分離用の溝を略同じサイズに揃えて形成した後、
前記基板を収容す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、
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、前記酸素ガスプラズマを前記基板に供給すると共に、
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からなる絶縁膜を成膜すると共に、該酸化ケイ素膜により、前記素子分離用の溝を埋め込むことを特徴とする。
【００４６】
上記課題を解決する第２６の発明に係る半導体装置の製造方法は、
素子分離用の溝が形成された基板上に、予め、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、又はＳｉ3Ｎ4からなる保護層を形成した後、
前記基板を収容す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、
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、前記酸素ガスプラズマを前記基板に供給すると共に、
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、
前記保護層上に酸化ケイ素膜からなる絶縁膜を成膜すると共に、該酸化ケイ素膜により、前記素子分離用の溝を埋め込むことを特徴とする。
【００４７】
上記課題を解決する第２７の発明に係る半導体装置の製造方法は、
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、
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、前記酸素ガスプラズマを前記基板に供給すると共に、
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からなる絶縁膜を成膜すると共に、該酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された素子分離用の溝の底部側の一部を埋め込み、
前記酸化ケイ素膜の成膜後、高密度プラズマＣＶＤ法、ＳＯＤ（Spin on Dielectric）法、プラズマＣＶＤ法、又は、熱ＣＶＤ法による他の絶縁膜で、前記溝を完全に埋め込むことを特徴とする。
【００４８】
上記課題を解決する第２８の発明に係る半導体装置の製造装置は、
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原料ガス供給手段と、
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からなる絶縁膜を成膜し、
該酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された電極間の溝又は配線間の溝を埋め込むことを特徴とする。
【００４９】
上記課題を解決する第２９の発明に係る半導体装置の製造装置は、
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原料ガス供給手段と、
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からなる絶縁膜を成膜し、
該酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された電極間の溝又は配線間の溝を埋め込むことを特徴とする。
【００５０】
上記課題を解決する第３０の発明に係る半導体装置の製造装置は、
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ホウ酸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窒素ガスを供給する原料ガス供給手段と、
前記ハロゲンガス及び窒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窒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、前記ホウ酸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ホウ素に還元すると共に前記窒素ガスプラズマにより窒化して、前記基板に窒化ホウ素膜からなる絶縁膜を成膜し、
該窒化ホウ素膜により、前記基板に形成された素子分離用の溝、電極間の溝又は配線間の溝を埋め込むことを特徴とする。
【００５１】
上記課題を解決する第３１の発明に係る半導体装置の製造装置は、
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ホウ酸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窒素ガスを供給する原料ガス供給手段と、
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、前記ホウ酸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ホウ素に還元すると共に前記外部プラズマ発生室からの窒素ガスプラズマにより窒化して、前記基板に窒化ホウ素膜からなる絶縁膜を成膜し、
該窒化ホウ素膜により、前記基板に形成された素子分離用の溝、電極間の溝又は配線間の溝を埋め込むことを特徴とする。
【００５２】
上記課題を解決する第３２の発明に係る半導体装置の製造装置は、
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フッ素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原料ガス供給手段と、
前記フッ素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フッ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、
前記フッ素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、前記ケイ素とフッ素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、当該吸着した前駆体を前記酸素ガスプラズマにより酸化して、前記基板にフッ化酸化ケイ素膜からなる絶縁膜を成膜し、
該フッ化酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された素子分離用の溝、電極間の溝又は配線間の溝を埋め込むことを特徴とする。
【００５３】
上記課題を解決する第３３の発明に係る半導体装置の製造装置は、
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フッ素ガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記フッ素ガスをプラズマ化して前記チャンバの内部にフッ素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原料ガス供給手段と、
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、
前記フッ素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、前記ケイ素とフッ素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、当該吸着した前駆体を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、前記基板にフッ化酸化ケイ素膜からなる絶縁膜を成膜し、
該フッ化酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された素子分離用の溝、電極間の溝又は配線間の溝を埋め込むことを特徴とする。
【００５４】
上記課題を解決する第３４の発明に係る半導体装置の製造装置は、
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酸化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フッ素ガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記フッ素ガスをプラズマ化して前記チャンバの内部にフッ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、
前記フッ素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、前記酸化ケイ素とフッ素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、前記基板にフッ化酸化ケイ素膜からなる絶縁膜を成膜し、
該フッ化酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された素子分離用の溝、電極間の溝又は配線間の溝を埋め込むことを特徴とする。
【００５５】
上記課題を解決する第３５の発明に係る半導体装置の製造装置は、
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及び炭素で構成される他の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原料ガス供給手段と、
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及び前記炭素とハロゲンとの他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及び炭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、前記基板に炭化酸化ケイ素膜からなる絶縁膜を成膜し、
該炭化酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された素子分離用の溝、電極間の溝又は配線間の溝を埋め込むことを特徴とする。
【００５６】
上記課題を解決する第３６の発明に係る半導体装置の製造装置は、
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及び炭素で構成される他の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原料ガス供給手段と、
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及び前記炭素とハロゲンとの他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及び炭素に還元すると共に前記外部プラズマ発生室からの前記酸素ガスプラズマにより酸化して、前記基板に炭化酸化ケイ素膜からなる絶縁膜を成膜し、
該炭化酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された素子分離用の溝、電極間の溝又は配線間の溝を埋め込むことを特徴とする。
【００５７】
上記課題を解決する第３７の発明に係る半導体装置の製造装置は、
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酸化ケイ素で構成される被エッチング部材及び炭素で構成される他の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、前記酸化ケイ素とハロゲンとの前駆体及び前記炭素とハロゲンとの他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酸化ケイ素及び炭素に還元して、前記基板に炭化酸化ケイ素膜からなる絶縁膜を成膜し、
該炭化酸化ケイ素膜により、前記基板に形成された素子分離用の溝、電極間の溝又は配線間の溝を埋め込むことを特徴とする。
【００５８】
上記課題を解決する第３８の発明に係る半導体装置の製造装置は、
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炭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フッ素ガスを供給するハロゲンガス供給手段と、
前記フッ素ガスをプラズマ化して前記チャンバの内部にフッ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、
前記フッ素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、前記炭素とフッ素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、前記基板にフッ化炭素膜からなる絶縁膜を成膜し、
該フッ化炭素膜により、前記基板に形成された素子分離用の溝、電極間の溝又は配線間の溝を埋め込むことを特徴とする。
【００５９】
上記課題を解決する第３９の発明に係る半導体装置の製造装置は、
第２８乃至第３８のいずれかの発明に記載の半導体装置の製造装置において、
前記絶縁膜の成膜後、前記絶縁膜に対して、不活性ガス雰囲気における高温短時間の熱処理、希ガスプラズマ処理、又は、水素プラズマ処理を行う後処理手段を設けたことを特徴とする。
【００６０】
上記課題を解決する第４０の発明に係る半導体装置の製造装置は、
第２８乃至第３９のいずれかの発明に記載の半導体装置の製造装置において、
前記絶縁膜の成膜後、前記絶縁膜に対して、酸素或いは水蒸気雰囲気での酸化処理、酸素プラズマ処理、又は、酸素ラジカル処理を行う酸化手段を設けたことを特徴とする。
【００６１】
上記課題を解決する第４１の発明に係る半導体装置の製造装置は、
第２８乃至第４０のいずれかの発明に記載の半導体装置の製造装置において、
前記基板に形成された素子分離用の溝、電極間の溝又は配線間の溝は、同じサイズに揃えられたものであることを特徴とする。
【００６２】
上記課題を解決する第４２の発明に係る半導体装置の製造装置は、
基板が収容される複数のチャンバを有し、
１つのチャンバに、第２８乃至第４１のいずれかの発明に記載の半導体装置の製造装置を備えると共に、
他のチャンバに、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、又はＳｉ3Ｎ4のいずれかの保護層を形成する他の半導体装置の製造装置を備え、
第２８乃至第４１のいずれかの発明に記載の半導体装置の製造装置により前記絶縁膜を成膜する前に、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、又はＳｉ3Ｎ4からなる保護層を形成するようにしたことを特徴とする。
【００６３】
上記課題を解決する第４３の発明に係る半導体装置の製造装置は、
基板が収容される複数のチャンバを有し、
１つ若しくは複数のチャンバに、第２８乃至第４２のいずれかの発明に記載の半導体装置の製造装置を備えると共に、
他のチャンバに、高密度プラズマＣＶＤ法、ＳＯＤ（Spin on Dielectric）法、プラズマＣＶＤ法、又は、熱ＣＶＤ法のいずれかの方法により他の絶縁膜を形成する他の半導体装置の製造装置を備え、
基板に形成された素子分離用の溝、電極間の溝又は配線間の溝の底部側の一部を、第２８乃至第４２のいずれかの発明に記載の半導体装置の製造装置による絶縁膜で埋め込むと共に、
前記絶縁膜の成膜後、高密度プラズマＣＶＤ法、ＳＯＤ（Spin on Dielectric）法、プラズマＣＶＤ法、又は、熱ＣＶＤ法による他の絶縁膜で、前記溝を完全に埋め込むようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００６４】
第１、第２、第１７、第２８、第２９の発明によれば、従来ない、極めて狭小な幅のゲート電極間（サイドウオール間）や配線間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。又、狭小な幅のゲート電極間（サイドウオール間）に低温で絶縁膜を埋め込むことができ、トランジスタ領域や拡散層が広がることを防止でき、トランジスタ等の素子の性能向上が可能となる。又、ＣＭＰ研磨時間を短縮することが可能となり、低コストで絶縁膜を形成することができる。
【００６５】
第３乃至第１１、第３０乃至第３８の発明によれば、低誘電率の絶縁膜を形成するので、素子間の電気的干渉を防止することができる。
【００６６】
第１２、第１８、第２３、第３９の発明によれば、アニール処理を実施することにより、形成した絶縁膜中のハロゲンを取り除くことができる。
【００６７】
第１３、第１９、第２４、第４０の発明によれば、酸化処理を実施することにより、形成したＳｉＯ2膜中の欠陥密度が低減でき、半導体装置の不良率を低減することができる。
【００６８】
第１４、第２０、第２５、第４１の発明によれば、基板表面に形成される溝のサイズを揃えるので、基板全面において、同等の埋め込み性を安定的に得ることができる。
【００６９】
第１５、第２１、第２６、第４２の発明によれば、下地に保護層を設けるので、成膜時におけるハロゲンが下地と反応するのを防止することができる。
【００７０】
第１６、第２２、第２７、第４３の発明によれば、溝の底部側の一部を本発明による絶縁膜で埋め込み、その上層側を従来法による絶縁膜で埋め込むので、埋め込み性を損なうことなく、安価に埋め込みを実現できる。
【００７１】
第１８乃至第２７の発明によれば、従来ない、極めて狭小な幅の素子分離用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。又、狭小な幅の素子分離用の溝に低温で絶縁膜を埋め込むことができ、トランジスタ領域や拡散層が広がることを防止でき、トランジスタ等の素子の性能向上が可能となる。又、ＣＭＰ研磨時間を短縮することが可能となり、低コストで絶縁膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７２】
以下、本発明に係る半導体装置の製造装置を参照して、その製造装置を用いた半導体装置の製造方法、そして、その適用例を説明する。
【００７３】
＜第１の実施形態＞
図１５は、本発明に係る半導体装置の製造装置の実施形態の一例を示す概略透視構造図である。
図１５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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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１６は、この被エッチング部材２０の概略平面図である。図１６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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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原料ガス供給手段が構成されている。
【００８１】
なお、上述した本実施形態の製造装置では、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。
【００８２】
上述した本実施形態の製造装置では、以下に詳説する方法で絶縁膜（ＳｉＯ2）膜の成膜を行う。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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）
【００８８】
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場合があるが、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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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）
【００９２】
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）
【００９３】
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）
【００９４】
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）
【００９５】
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。
【００９６】
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）
【００９７】
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。
【００９８】
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、例えば、ＳＴＩ形成用の分離用パターン溝を有する基板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、又、ゲート電極間、ＡｌＣｕ配線間へも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。
【００９９】
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したり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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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、成膜中に、塩素ガスラジカルの濃度を調整したり、基板３の温度を調整したりすることで実施可能である。
【０１０２】
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。
【０１０３】
上述したように、本発明によれば、大きなアスペクト比を有するＳＴＩの溝、そして、ゲート電極間、ＡｌＣｕ配線間に、ＳｉＯ2膜を良好に埋め込むことができ、これを有する電気的特性の優れた集積回路を作製することができる。
【０１０４】
なお、本発明は、絶縁膜としてＳｉＯ2膜に限るものでなく、その他に、ＢＮ、フッ素を含む酸化ケイ素、ＳｉＯＣ、Ｃ：Ｆなどの低誘電率膜を、低温（１００℃＜Ｔ＜４００℃、好ましくは３００℃）で形成することが可能であり、このような低誘電率膜であっても、同様の原理により、大きなアスペクト比を有する溝等に良好に埋め込むことが可能である。
【０１０５】
例えば、ＢＮ膜を形成する場合には、上述した本実施形態の製造装置において、Ｂ2Ｏ3（ホウ酸）から構成される被エッチング部材を用い、原料ガスとして、微量のＮ2を添加したＣｌ2を用いればよい。
【０１０６】
又、フッ素を含む酸化ケイ素膜を形成する場合には、上述した本実施形態の製造装置において、Ｓｉ（又はＳｉＯ2）から構成される被エッチング部材を用い、原料ガスとして、微量のＯ2を添加したＦ2（又はＦ2）を用いればよい。
【０１０７】
又、ＳｉＯＣ膜を形成する場合には、上述した本実施形態の製造装置において、Ｓｉ（又はＳｉＯ2）から構成される被エッチング部材、Ｃから構成される被エッチング部材の２種類を用い、原料ガスとして、微量のＯ2を添加したＣｌ2（又はＣｌ2）を用いればよい。ＳｉＯＣ膜を所望の組成比にしたい場合は、上記２種類の被エッチング部材の面積比等を変更すればよい。
【０１０８】
又、Ｃ：Ｆ膜を形成する場合には、上述した本実施形態の製造装置において、Ｃから構成される被エッチング部材を用い、原料ガスとして、Ｆ2を用いればよい。
【０１０９】
次に、本実施形態の製造装置を適用する半導体装置の実施例のいくつかを説明する。
【実施例１】
【０１１０】
本実施例は、本実施形態の製造装置を用いて、ＳＴＩ用の溝に絶縁膜（例えば、ＳｉＯ2膜）の埋め込みを行なうものであり、これは、前述した従来の半導体装置のプロセスフローのステップ３に代替するものである。
【０１１１】
ＳＴＩ形成前の工程は、従来の半導体装置のプロセスフローにおけるステップ１、ステップ２（図１、２参照）と同様の工程を行って、ＳＴＩ用の溝１０５を形成する。従って、ここでは重複するステップ１、ステップ２の説明は省略する。
【０１１２】
溝１０５の形成後、本実施形態の製造装置を用いて、ＳＴＩ用のＳｉＯ2膜の埋め込みを行なうが、本実施形態の製造装置でＳｉＯ2膜を形成する場合、原料ガスとして用いるＣｌ2等のハロゲンが、下地のＳｉ表面と反応する場合がある。そこで、これを防止するために、下地表面に保護層２０１を形成し、その後、本実施形態の製造装置でＳｉＯ2膜を形成する（図１７参照）。ここでは保護層２０１として、ＣＶＤ法によるＳｉＯ2膜を１０ｎｍ以上堆積した。なお、保護層としては、Ａｌ2Ｏ3膜、Ｓｉ3Ｎ4膜を用いることも可能である。本実施形態の製造装置でＳｉＯ2膜を堆積し、ＳＴＩを途中まで埋め込むが、このときのＳｉＯ2膜の形状は２０２のようであり、溝の底部から優先的にＳｉＯ2膜が形成される。
【０１１３】
本実施形態の製造装置で形成されるＳｉＯ2膜は、成長速度が比較的遅いため、続いて、大きな成長速度を有する高密度プラズマＣＶＤ法を用いて３０００ÅのＳｉＯ2膜２０３ａを堆積する（図１８）。高速成長が可能な高密度プラズマＣＶＤ法を用いたＳｉＯ2膜と本実施形態の製造装置を用いたＳｉＯ2膜とを組み合わせて、多種類の絶縁膜の多層構造とすることで、安価にＳＴＩの埋め込みを実現することができる。なお、高密度プラズマＣＶＤ法以外に、ＳＯＤ（Spin on Dielectric）法、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法を用いてもよい。この場合、本実施形態の製造装置、上記絶縁膜を形成するＣＶＤ装置等を含めて、マルチチャンバ構成とし、各チャンバにおいて、所望のＳｉＯ2膜を成膜するようにする。又、上記保護層を形成するＣＶＤ装置等を含めてもよい。以後は、従来の半導体装置のプロセスフローと同様のフローを用いて半導体装置を製造する。
【０１１４】
なお、ＳＴＩへの埋め込み性を基板全面において、安定的に得るためには、基板全面において、ＳＴＩの溝のサイズを極力同じサイズに揃えることが望ましい。そのため、ダミーパターンを置いて、ＳＴＩの溝のサイズを揃えるようにする。
【０１１５】
本実施形態の製造装置でＳｉＯ2膜等の絶縁膜を形成することにより、従来ない、極めて狭小な幅で、アスペクト比の高いＳＴＩに埋め込まれた絶縁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。又、ＣＭＰ研磨時間を短縮することが可能となり、低コストでＳＴＩを形成することができる。
【実施例２】
【０１１６】
本実施例は、本実施形態の製造装置を用いて、ゲート電極間へ絶縁膜（例えば、ＳｉＯ2膜）の埋め込みを行なうものであり、これは、前述した従来の半導体装置のプロセスフローのステップ１０（図１１参照）に代替するものである。
【０１１７】
ゲート電極間へ絶縁膜を形成する前の工程は、従来の半導体装置のプロセスフローおけるステップ１〜ステップ９（図１〜図１０参照）と同様の工程を行って、ゲート電極等を形成する。従って、ここでも重複するステップ１〜ステップ９の説明は省略する。なお、従来のステップ３に替えて、実施例１のプロセスを行なってもよい。
【０１１８】
本実施形態の製造装置でＳｉＯ2膜を堆積し、ゲート電極間（サイドウオール間）を途中まで埋め込む。このときのＳｉＯ2膜の形状は３０１のようであり、溝の底部のみに優先的にＳｉＯ2膜が形成される（図１９参照）。その後、プラズマＣＶＤ法でＳｉＯ2膜を堆積し、ＣＭＰ法により表面を平坦化することで層間酸化膜層３０２を形成する。このように、高速成長が可能なプラズマＣＶＤ法を用いたＳｉＯ2膜と本実施形態の製造装置を用いたＳｉＯ2膜とを組み合わせて、多種類の絶縁膜の多層構造とすることで、安価にゲート電極間の埋め込みを実現することができる。なお、プラズマＣＶＤ法以外に、ＳＯＤ（Spin on Dielectric）法、高密度プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法を用いてもよい。この場合も、本実施形態の製造装置、上記絶縁膜を形成するＣＶＤ装置等を含めて、マルチチャンバ構成とし、各チャンバにおいて、所望のＳｉＯ2膜を成膜するようにする。又、下記保護層を形成するＣＶＤ装置等を含めてもよい。以後は、従来の半導体装置のプロセスフローと同様のフローを用いて半導体装置を製造する。
【０１１９】
なお、本実施形態の製造装置でＳｉＯ2膜を形成する場合、原料ガスとして用いるＣｌ2等のハロゲンが、下地の金属シリサイド表面と反応する場合がある。そこで、これを防止するために、ＣＶＤ法によるＳｉＯ2膜、Ａｌ2Ｏ3膜、Ｓｉ3Ｎ4膜により、下地表面に保護層を形成し、その後、本実施形態の製造装置でＳｉＯ2膜を形成してもよい。
【０１２０】
又、ゲート電極間への埋め込み性を基板全面において、安定的に得るためには、基板全面において、ゲート電極間のサイズを極力同じサイズに揃えることが望ましい。そのため、同じ積層構造のダミーパターンを置いて、ゲート電極間のサイズを揃えるようにする。
【０１２１】
本実施形態の製造装置でＳｉＯ2膜等の絶縁膜を形成することにより、従来ない、極めて狭小な幅のゲート電極間（サイドウオール間）に埋め込まれた絶縁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。又、狭小な幅のゲート電極間（サイドウオール間）に低温で絶縁膜を埋め込むことができ、トランジスタ１１８のｎ-領域１１２ａ、ｎ+拡散層１１６ａが広がることを防止でき、トランジスタ１１８の性能向上が可能となる。
【実施例３】
【０１２２】
本実施例は、本実施形態の製造装置を用いて、アルミ配線間に絶縁膜（例えば、ＳｉＯ2膜）の埋め込みを行なうものであり、これは、前述した従来の半導体装置のプロセスフローのステップ１２（図１３参照）に代替するものである。
【０１２３】
アルミ配線間へ絶縁膜を形成する前の工程は、従来の半導体装置のプロセスフローおけるステップ１〜ステップ１１（図１〜図１２参照）と同様の工程を行って、アルミ配線等を形成する。従って、ここでも重複するステップ１〜ステップ１１の説明は省略する。なお、従来のステップ３に替えて、実施例１のプロセス、従来のステップ１０に替えて、実施例２のプロセスを行なってもよい。
【０１２４】
本実施形態の製造装置でＳｉＯ2膜を形成する場合、ハロゲンがＡｌＣｕ配線表面と反応する場合がある。これを防止するために、下地表面に保護層４０１を形成し、その後、本実施形態の製造装置でＳｉＯ2膜を形成する。ここでは保護層４０１としてＣＶＤ法によるＳｉＯ2膜を堆積した。なお、保護層としては、Ａｌ2Ｏ3膜、Ｓｉ3Ｎ4膜を用いることも可能である。本実施形態の製造装置でＳｉＯ2膜を堆積し、ＡｌＣｕ配線間を埋め込む。このときのＳｉＯ2膜の形状は４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃのようになり、溝の底部から優先的にＳｉＯ2膜が形成されると共に、広い間隔が空いた部分には、４０２ｃのように、ＳｉＯ2膜が形成され難い（図２０参照）。このように、本実施形態の製造装置でＳｉＯ2膜を堆積する場合、基板上に形成された溝、孔の中でも、細い溝、孔に優先的にＳｉＯ2膜が堆積されて、埋め込みが行われる。
【０１２５】
本実施形態の製造装置を用いて形成されるＳｉＯ2膜は、成長速度が比較的遅いため、続いて、大きな成長速度を有する高密度プラズマＣＶＤ法を用いて３０００ÅのＳｉＯ2膜を堆積する。高速成長が可能な高密度プラズマＣＶＤ法を用いたＳｉＯ2膜と本実施形態の製造装置を用いたＳｉＯ2膜とを組み合わせて、多種類の絶縁膜の多層構造とすることで、安価にＡｌＣｕ配線間の埋め込みを実現することができる。なお、高密度プラズマＣＶＤ法以外に、ＳＯＤ（Spin on Dielectric）法、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法を用いてもよい。この場合も、本実施形態の製造装置、上記方法の装置を含めて、マルチチャンバ構成とし、各チャンバにおいて、所望のＳｉＯ2膜を成膜するようにする。以後は、従来の半導体装置のプロセスフローと同様のフローを用いて半導体装置を製造する。
【０１２６】
なお、配線間への埋め込み性を基板全面において、安定的に得るためには、基板全面において、配線間のサイズを極力同じサイズに揃えることが望ましい。そのため、同じ積層構造のダミーパターンを置いて、配線間のサイズを揃えるようにする。
【０１２７】
本実施形態の製造装置でＳｉＯ2膜等の絶縁膜を形成することにより、従来ない、極めて狭小な幅の配線間に埋め込まれた絶縁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。なお、実施例２、３では、ゲート電極と上層配線への適用例を別々に説明したが、本発明では併せて配線と呼ぶこととする。又、本発明においては、基板の溝と基板面より上の配線のいずれか一方に用いてもよいし、両方に用いることもできる。
【実施例４】
【０１２８】
本実施例は、本実施形態の製造装置を用いて、ＳＴＩ用の溝に絶縁膜（例えば、フッ素を含む酸化ケイ素膜）の埋め込みを行なうものであり、これは、前述した従来の半導体装置のプロセスフローのステップ３に代替するものである。
【０１２９】
ＳＴＩ形成前の工程は、従来の半導体装置のプロセスフローにおけるステップ１、ステップ２（図１、２参照）と同様の工程を行って、ＳＴＩ用の溝１０５を形成する。従って、ここでも重複するステップ１、ステップ２の説明は省略する。
【０１３０】
本実施形態の製造装置で絶縁膜を形成する場合、ハロゲンが下地のＳｉ表面と反応する場合がある。これを防止するために、下地表面に保護層２０１を形成し、その後、本実施形態の製造装置で絶縁膜を形成する。ここでは保護層２０１としてＣＶＤ法によるＳｉＯ2膜を堆積した（図２１参照）。なお、保護層としては、Ａｌ2Ｏ3膜、Ｓｉ3Ｎ4膜を用いることも可能である。本実施形態の製造装置でフッ素を含む酸化ケイ素膜を堆積し、ＳＴＩを途中まで埋め込む。このとき、フッ素を含む酸化ケイ素膜の堆積は、ハロゲンガスとしてＦ2ガスを用いることで実現できる。この場合も、フッ素を含む酸化ケイ素膜の形状は４０１のようになり、溝の底部から優先的にフッ素を含む酸化ケイ素膜が形成される。その後、急速加熱装置を用いて１１００℃、６０秒の窒素雰囲気でのアニールを施す。又、被エッチング部材として、ＳｉＯ2の固体を用いてもよい。
【０１３１】
続いて、本実施形態の製造装置を用いて、Ｆ2ガスをＣｌ2ガスに切り替えて、３０００ÅのＳｉＯ2膜４０２を堆積する。これによってＳｉＯ2膜とフッ素を含む酸化ケイ素膜の２層絶縁膜によってＳＴＩが形成される（図２２参照）。
【０１３２】
従来は、ＳＴＩを形成することでＳｉの格子歪みが発生し、Ｓｉ中の電子や正孔の移動度が変化してしまい、トランジスタの性能が変化してしまう問題があった。そこで、本実施例では、ＳＴＩを埋め込む絶縁材料としてフッ素を含む酸化ケイ素膜を用いた。この場合、高温の熱処理を施すことで酸化ケイ素系膜の粘性流動が起こる。このためＳｉＯ2膜を埋め込む場合に比べて、周囲のＳｉに加える歪みを低減することができる。その結果、ＳＴＩを形成することで発生するＳｉ結晶格子歪みを低減でき、トランジスタの性能変動を低減することができる。
【０１３３】
又、図１０に示したように、ＳＴＩの形成を終了した後、熱酸化法を用いて２０ÅのＳｉＯ2膜１０９をシリコン基板１０１の主面に成長させている。このＳｉＯ2膜１０９はゲート酸化膜として用いられており、その膜厚制御と信頼性の確保が重要である。ところが、熱酸化の際、埋め込んだ酸化ケイ素系膜からフッ素が外方拡散すると、ＳｉＯ2膜１０９に取り込まれる問題が発生する。この現象によって、ＳｉＯ2膜１０９の誘電率が低下し、信頼性（ホットキャリヤ耐性など）が低下する。そこで、本実施例では、ＳＴＩを埋め込む絶縁材料としてのフッ素を含む酸化ケイ素膜の上に、ＳｉＯ2膜を堆積した。このＳｉＯ2膜がフッ素の外方拡散を抑制し、ＳｉＯ2膜１０９の誘電率や信頼性の変動を抑制できる。即ち、２層絶縁膜等、多種類の絶縁膜を多層構造とすることが有用である。
【０１３４】
又、フッ素を含む酸化ケイ素膜は、ＳｉＯ2膜に比べて比誘電率が低い。ＳｉＯ2膜は比誘電率が３．９〜４．２であるが、フッ素を含む酸化ケイ素膜は、３．７〜３．９を得ることができる。２つのトランジスタの間の電気的干渉を防止するためにＳＴＩを設けるとき、ＳＴＩの埋め込みに用いる絶縁膜の比誘電率が低い方が、電気的干渉の程度を小さくすることができる。なお、本実施例では、比誘電率が低い絶縁膜としてフッ素を含む酸化ケイ素膜を堆積したが、本実施形態の製造装置を用い、他の低誘電率絶縁膜として、ＢＮ膜、ＳｉＯＣ膜、Ｃ：Ｆ膜等を埋め込んでも同様の効果を有する。
【０１３５】
更に、酸化ケイ素系膜中に存在しＳｉと結合していないフッ素は、ウエハプロセス中の熱処理によって酸化ケイ素膜中を泳動して保護層２０１を通過し、ＳｉとＳｉＯ2膜の界面に蓄積してＳｉ−ＳｉＯ2膜界面の剥がれを誘起する。そこで、本実施例では、フッ素を含む酸化ケイ素膜に窒素雰囲気で１１００℃、６０秒のアニールを施し、酸化ケイ素膜系中に存在するＳｉと結合していないフッ素を外方拡散させ、低減した。これによりＳｉ−ＳｉＯ2膜界面の剥がれを防止した。
【０１３６】
加えて、本実施形態の製造装置では、ハロゲンガスを使用するために、形成した絶縁膜中にハロゲンが取り込まれる。そこで、本実施例では、本実施形態の製造装置に後処理手段を設けて、希ガスプラズマ、あるいは水素プラズマ中でのアニールを行い、形成した絶縁膜中のハロゲンを取り除くようにした。なお、前述のような不活性ガス雰囲気での高温、短時間のアニールも、後処理手段として有効である。
【０１３７】
本実施例では、フッ素含有酸化ケイ素膜等の低誘電率絶縁膜を、ＳＴＩの埋め込みに適用する場合について説明したが、ＳＴＩに限らず、アルミ配線間、ゲート電極間の埋め込みにも、本実施例を適用して、フッ素含有酸化ケイ素膜等の低誘電率絶縁膜を形成することも可能である。
【実施例５】
【０１３８】
上記実施例２、３では、本実施形態の製造装置でＳｉＯ2膜を堆積し、アルミ配線、ゲート電極間を埋め込んだ。ところが、場合によっては、本実施形態の製造装置で形成したＳｉＯ2膜に欠陥が存在し、アルミ配線またはゲート電極間の絶縁を保つことが出来ない部分が局所的に存在することがある。そこで、本実施例では、本実施形態の製造装置に酸化手段を設け、本実施形態の製造装置でＳｉＯ2膜を堆積後、ＳｉＯ2膜中の欠陥を修復するため、酸素又は水蒸気雰囲気での酸化処理を行うようにしている。なお、この酸化手段に替えて、酸素プラズマ処理又は酸素ラジカル処理を行ってもよい。本実施例の酸化処理を実施することにより、ＳｉＯ2膜中の欠陥密度が低減でき、半導体装置の不良率を低減することが可能となる。
【０１３９】
＜第２の実施形態＞
図２３は、本発明に係る半導体装置の製造装置の他の実施形態の概略透視構造図である。上記実施例１〜５は、本実施形態の製造装置でも実施可能である。なお、ここでは、図１５に示した製造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して、本実施形態を説明する。
【０１４０】
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１５に示す製造装置では、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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
上述した成膜反応から分かるように、本実施形態は、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、本実施形態では、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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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ガスを適用したり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。
【０１５２】
また、成膜装置としては、図１５、２３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。
【産業上の利用可能性】
【０１５３】
本発明は、半導体装置全般に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５４】
【図１】従来の半導体装置のプロセスフロー（ステップ１）を示す図である。
【図２】従来の半導体装置のプロセスフロー（ステップ２）を示す図である。
【図３】従来の半導体装置のプロセスフロー（ステップ３の途中）を示す図である。
【図４】従来の半導体装置のプロセスフロー（ステップ３）を示す図である。
【図５】従来の半導体装置のプロセスフロー（ステップ４）を示す図である。
【図６】従来の半導体装置のプロセスフロー（ステップ５）を示す図である。
【図７】従来の半導体装置のプロセスフロー（ステップ６）を示す図である。
【図８】従来の半導体装置のプロセスフロー（ステップ７）を示す図である。
【図９】従来の半導体装置のプロセスフロー（ステップ９）を示す図である。
【図１０】従来の半導体装置のプロセスフロー（ステップ１０）を示す図である。
【図１１】従来の半導体装置のプロセスフロー（ステップ１１）を示す図である。
【図１２】従来の半導体装置のプロセスフロー（ステップ１２）を示す図である。
【図１３】従来の半導体装置のプロセスフロー（ステップ１３）を示す図である。
【図１４】従来の半導体装置のプロセスフロー（ステップ１４）を示す図である。
【図１５】本発明に係る半導体装置の製造装置の実施形態の一例を示す概略透視構造図である。
【図１６】本発明に係る半導体装置の製造装置に用いる被エッチング部材の概略平面図である。
【図１７】本発明に係る半導体装置のプロセスフロー（実施例１の途中）を示す図である。
【図１８】本発明に係る半導体装置のプロセスフロー（実施例１）を示す図である。
【図１９】本発明に係る半導体装置のプロセスフロー（実施例２）を示す図である。
【図２０】本発明に係る半導体装置のプロセスフロー（実施例３）を示す図である。
【図２１】本発明に係る半導体装置のプロセスフロー（実施例４の途中）を示す図である。
【図２２】本発明に係る半導体装置のプロセスフロー（実施例４）を示す図である。
【図２３】本発明に係る半導体装置の製造装置の実施形態の他の一例を示す概略透視構造図である。
【符号の説明】
【０１５５】
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
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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