(57)【要約】【課題】段差形状の埋め込みを含むカーボン膜を熱ＣＶＤ法で成膜する際に、埋め込み部分に欠陥が生じ難いカーボン膜の成膜方法を提供する。【解決手段】段差形状部が形成された被処理面を有する被処理体を加熱した状態で、被処理体に炭化水素系カーボンソースガスを含む成膜ガスを供給して、段差形状部に第１のカーボン膜が埋め込まれるように第１のカーボン膜を成膜し、被処理体を加熱した状態で、被処理体にエッチングガスを供給し、段差形状部内の第１のカーボン膜に、段差形状部の間口部分で広く、底部に行くに従って狭くなるＶ字型のエッチング領域が形成されるように第１のカーボン膜をエッチングし、被処理体を加熱した状態で、被処理体に炭化水素系カーボンソースガス含む成膜ガスを供給して、エッチング領域に第２のカーボン膜が埋め込まれるように第２のカーボン膜を成膜する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
段差形状部が形成された被処理面を有する被処理体上に、カーボン膜を成膜するカーボン膜の成膜方法であって、
前記被処理体を加熱した状態で、前記被処理体に炭化水素系カーボンソースガスを含む成膜ガスを供給して、前記段差形状部に第１のカーボン膜が埋め込まれるように第１のカーボン膜を成膜する第１のカーボン膜成膜工程と、
前記被処理体を加熱した状態で、前記被処理体にエッチングガスを供給し、前記段差形状部内の前記第１のカーボン膜に、前記段差形状部の間口部分で広く、底部に行くに従って狭くなるＶ字型のエッチング領域が形成されるように前記第１のカーボン膜をエッチングするエッチング工程と、
前記被処理体を加熱した状態で、前記被処理体に炭化水素系カーボンソースガス含む成膜ガスを供給して、前記エッチング領域に第２のカーボン膜が埋め込まれるように第２のカーボン膜を成膜する第２のカーボン膜成膜工程と
を有することを特徴とするカーボン膜の成膜方法。
【請求項２】
前記第１のカーボン膜成膜工程と、前記エッチング工程と、前記第２のカーボン膜成膜工程とは、同一の成膜装置内に形成された同一の処理室内で連続して行われることを特徴とする請求項１に記載のカーボン膜の成膜方法。
【請求項３】
前記第１のカーボン膜成膜工程と、前記エッチング工程と、前記第２のカーボン膜成膜工程とは、同じ温度で行われることを特徴とする請求項２に記載のカーボン膜の成膜方法。
【請求項４】
前記第１のカーボン膜成膜工程と前記エッチング工程の間、前記エッチング工程と前記第２のカーボン膜成膜工程との間、前記第２のカーボン膜成膜工程の後に、前記処理室をパージするパージ工程を行うことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のカーボン膜の成膜方法。
【請求項５】
前記エッチング工程と、前記第２のカーボン膜成膜工程とを、複数回繰り返すことを特徴とする請求項１から請求項４に記載のカーボン膜の成膜方法。
【請求項６】
前記第１のカーボン膜成膜工程と前記第２のカーボン膜成膜工程において、前記成膜ガスとして、前記炭化水素系カーボンソースガスに熱分解温度降下ガスを添加したものを用い、前記炭化水素カーボンソースガスの熱分解温度を降下させ、成膜温度を３５０〜４５０℃にすることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のカーボン膜の成膜方法。
【請求項７】
前記第１のカーボン膜成膜工程は、前記カーボン膜が前記段差形状部に完全に埋め込まれる前の、隙間が形成されている状態で終了することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のカーボン膜の成膜方法。
【請求項８】
前記エッチングガスは、酸素ガス（Ｏ２）もしくはオゾンガス（Ｏ３）を含む酸素系ガス、またはハロゲン元素を含むハロゲン系ガスであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のカーボン膜の成膜方法。
【請求項９】
前記炭化水素系カーボンソースガスが、
ＣｎＨ２ｎ＋２
ＣｍＨ２ｍ
ＣｍＨ２ｍ−２
の少なくとも一つの分子式で表わされる炭化水素を含むガス（ただし、ｎは１以上の自然数、ｍは２以上の自然数）であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のカーボン膜の成膜方法。
【請求項１０】
段差形状部が形成された被処理面を有する被処理体上に、カーボン膜を成膜するカーボン膜の成膜装置であって、
段差形状部が形成された被処理面を有する被処理体を収容する処理室を有する処理容器と、
前記処理室内に、処理に使用するガスを供給する処理ガス供給機構と、
前記処理室内に収容された前記被処理体を加熱する加熱装置と、
前記処理ガス供給機構、および前記加熱装置を制御する制御部と、を具備し、
前記制御部が、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のカーボン膜の成膜方法が実施されるように前記処理ガス供給機構、および前記加熱装置を制御することを特徴とするカーボン膜の成膜装置。
【請求項１１】
コンピュータ上で動作し、カーボン膜の成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項１から請求項９のいずれかのカーボン膜の成膜方法が行われるように、コンピュータに前記カーボン膜の成膜装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボン膜を段差形状に対して埋め込むカーボン膜の成膜方法および成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代半導体デバイスのパターニング工程に用いられる材料の一つとしてカーボン（Ｃ）が注目されている。パターニング工程では段差形状に対する埋め込み性が良好であることが求められる。
【０００３】
段差形状に対する埋め込み性が良好な成膜手法として、塗布方式が検討されているが、耐熱性に問題がある。
【０００４】
一方、一般的に、カーボン膜の成膜方法としては、特許文献１に記載されているプラズマＣＶＤ法、あるいは特許文献２に記載されている熱ＣＶＤ法が知られているが、これらはパターニング工程の膜として用いるには、段差形状に対する埋め込み性が十分とはいえない。特に、プラズマＣＶＤ法では比較的低い温度で成膜することができるものの、段差形状に対する埋め込み性がより低いものとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開２００８／１０５３２１号
【特許文献２】特開２０１２−１７５０２号公報
【特許文献３】特開２０１４−３３１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
耐熱性および段差形状に対する埋め込み性の両方を考慮すると、熱ＣＶＤ法が適していると考えられるが、パターンの微細化にともなって、熱ＣＶＤ法では条件を調整しても、段差形状に埋め込んだカーボン膜に、ボイドやシーム等の欠陥が生じることがある。
【０００７】
したがって、本発明は、段差形状の埋め込みを含むカーボン膜を熱ＣＶＤ法で成膜する際に、埋め込み部分に欠陥が生じ難いカーボン膜の成膜方法および成膜装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の観点は、段差形状部が形成された被処理面を有する被処理体上に、カーボン膜を成膜するカーボン膜の成膜方法であって、前記被処理体を加熱した状態で、前記被処理体に炭化水素系カーボンソースガスを含む成膜ガスを供給して、前記段差形状部に第１のカーボン膜が埋め込まれるように第１のカーボン膜を成膜する第１のカーボン膜成膜工程と、前記被処理体を加熱した状態で、前記被処理体にエッチングガスを供給し、前記段差形状部内の前記第１のカーボン膜に、前記段差形状部の間口部分で広く、底部に行くに従って狭くなるＶ字型のエッチング領域が形成されるように前記第１のカーボン膜をエッチングするエッチング工程と、前記被処理体を加熱した状態で、前記被処理体に炭化水素系カーボンソースガス含む成膜ガスを供給して、前記エッチング領域に第２のカーボン膜が埋め込まれるように第２のカーボン膜を成膜する第２のカーボン膜成膜工程とを有することを特徴とするカーボン膜の成膜方法を提供する。
【０００９】
前記第１のカーボン膜成膜工程と、前記エッチング工程と、前記第２のカーボン膜成膜工程とは、同一の成膜装置内に形成された同一の処理室内で連続して行われることが好ましい。前記第１のカーボン膜成膜工程と、前記エッチング工程と、前記第２のカーボン膜成膜工程とは、同じ温度で行われることが好ましい。前記第１のカーボン膜成膜工程と前記エッチング工程の間、前記エッチング工程と前記第２のカーボン膜成膜工程との間、前記第２のカーボン膜成膜工程の後に、前記処理室をパージするパージ工程を行うことが好ましい。
【００１０】
前記エッチング工程と、前記第２のカーボン膜成膜工程とを、複数回繰り返してもよい。また、前記第１のカーボン膜成膜工程と前記第２のカーボン膜成膜工程において、前記成膜ガスとして、前記炭化水素系カーボンソースガスに熱分解温度降下ガスを添加したものを用い、前記炭化水素カーボンソースガスの熱分解温度を降下させ、成膜温度を３５０〜４５０℃にすることが好ましい。
【００１１】
前記第１のカーボン膜成膜工程は、前記カーボン膜が前記段差形状部に完全に埋め込まれる前の、隙間が形成されている状態で終了することが好ましい。
【００１２】
前記エッチングガスとしては、酸素ガス（Ｏ２）もしくはオゾンガス（Ｏ３）を含む酸素系ガス、またはハロゲン元素を含むハロゲン系ガスを好適に用いることができる。
【００１３】
前記炭化水素系カーボンソースガスとしては、
ＣｎＨ２ｎ＋２
ＣｍＨ２ｍ
ＣｍＨ２ｍ−２
の少なくとも一つの分子式で表わされる炭化水素を含むガス（ただし、ｎは１以上の自然数、ｍは２以上の自然数）を好適に用いることができる。
【００１４】
本発明の第２の観点は、段差形状部が形成された被処理面を有する被処理体上に、カーボン膜を成膜するカーボン膜の成膜装置であって、段差形状部が形成された被処理面を有する被処理体を収容する処理室を有する処理容器と、前記処理室内に、処理に使用するガスを供給する処理ガス供給機構と、前記処理室内に収容された前記被処理体を加熱する加熱装置と、前記処理ガス供給機構、および前記加熱装置を制御する制御部と、を具備し、前記制御部が、上記第１の観点のカーボン膜の成膜方法が実施されるように前記処理ガス供給機構、および前記加熱装置を制御することを特徴とするカーボン膜の成膜装置を提供する。
【００１５】
本発明の第３の観点は、コンピュータ上で動作し、カーボン膜の成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記第１の観点のカーボン膜の成膜方法が行われるように、コンピュータに前記カーボン膜の成膜装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、第１のカーボン膜成膜工程により、段差形状部内に第１のカーボン膜を埋め込んだ後、エッチング工程により第１のカーボン膜にＶ字型のエッチング領域を形成し、その後、第２のカーボン膜成膜工程により、Ｖ字型のエッチング領域に第２のカーボン膜を埋め込むので、段差形状部内にボイドやシームのない状態でカーボン膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の成膜方法を実施することができる成膜装置の一例を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態が適用されるウエハの構造を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るカーボン膜の成膜方法のフローを示すフロー図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るカーボン膜の成膜方法を実施する際の工程断面図である。
【図５】図４の工程断面図と、これら工程を行った際の断面のＳＥＭ写真、およびエッチング工程および第２のカーボン膜成膜工程を２回繰り返した後の断面のＳＥＭ写真を示す図である。
【図６】工程３〜工程６を２回以上繰り返す際のシーケンスの例を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１９】
＜本発明を実施するための装置の一例＞
図１は本発明の成膜方法を実施することができる成膜装置の一例を概略的に示す断面図である。
【００２０】
図１に示すように、成膜装置１００は、縦型のバッチ式成膜装置として構成され、有天井の円筒状の外壁１０１と、外壁１０１の内側に設けられ、円筒状の内壁１０２とを備えている。外壁１０１および内壁１０２は、例えば、石英製であり、内壁１０２の内側領域が、被処理体である半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）Ｗを複数枚一括して処理する処理室Ｓとなっている。
【００２１】
外壁１０１と内壁１０２とは環状空間１０４を隔てつつ水平方向に沿って互いに離れており、各々の下端部において、ベース材１０５に接合されている。内壁１０２の上端部は、外壁１０１の天井部から離隔されており、処理室Ｓの上方が環状空間１０４に連通されるようになっている。処理室Ｓの上方に連通される環状空間１０４は排気路となる。処理室Ｓに供給され、拡散されたガスは、処理室Ｓの下方から処理室Ｓの上方へと流れて、環状空間１０４に吸引される。環状空間１０４の、例えば、下端部には排気管１０６が接続されており、排気管１０６は、排気装置１０７に接続されている。排気装置１０７は真空ポンプ等を含んで構成され、処理室Ｓを排気し、また、処理室Ｓの内部の圧力を処理に適切な圧力となるように調節する。
【００２２】
外壁１０１の外側には、加熱装置１０８が、処理室Ｓの周囲を取り囲むように設けられている。加熱装置１０８は、処理室Ｓの内部の温度を処理に適切な温度となるように調節し、複数枚のウエハＷを一括して加熱する。
【００２３】
処理室Ｓの下方はベース材１０５に設けられた開口１０９に連通している。開口１０９には、例えば、ステンレススチールにより円筒状に成形されたマニホールド１１０がＯリング等のシール部材１１１を介して連結されている。マニホールド１１０の下端部は開口となっており、この開口を介してボート１１２が処理室３の内部に挿入される。ボート１１２は、例えば、石英製であり、複数本の支柱１１３を有している。支柱１１３には、図示せぬ溝が形成されており、この溝により、複数枚の被処理基板が一度に支持される。これにより、ボート１１２は、被処理基板として複数枚、例えば、５０〜１５０枚のウエハ１を多段に載置することができる。複数のウエハ１を載置したボート１１２が、処理室Ｓの内部に挿入されることで、処理室Ｓの内部には、複数のウエハＷを収容することができる。
【００２４】
ボート１１２は、石英製の保温筒１１４を介してテーブル１１５の上に載置される。テーブル１１５は、例えば、ステンレススチール製の蓋部１１６を貫通する回転軸１１７上に支持される。蓋部１１６は、マニホールド１１０の下端部の開口を開閉する。蓋部１１６の貫通部には、例えば、磁性流体シール１１８が設けられ、回転軸１１７を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部１１６の周辺部とマニホールド１１０の下端部との間には、例えば、Ｏリングよりなるシール部材１１９が介設され、処理室Ｓの内部のシール性を保持している。回転軸１１７は、例えば、ボートエレベータ等の昇降機構（図示せず）に支持されたアーム１２０の先端に取り付けられている。これにより、ウエハボート１１２および蓋部１１６等は、一体的に鉛直方向に昇降されて処理室Ｓに対して挿脱される。
【００２５】
成膜装置１００は、処理室Ｓの内部に、処理に使用するガスを供給する処理ガス供給機構１３０を有している。
【００２６】
本例の処理ガス供給機構１３０は、炭化水素系カーボンソースガス供給源１３１ａ、熱分解温度降下ガス供給源１３１ｂ、不活性ガス供給源１３１ｃ、およびエッチングガス供給源１３１ｄを含んでいる。
【００２７】
炭化水素系カーボンソースガス供給源１３１ａは、流量制御器（ＭＦＣ）１３２ａおよび開閉弁１３３ａを介してガス供給口１３４ａに接続されている。同様に、熱分解温度降下ガス供給源１３１ｂは流量制御器（ＭＦＣ）１３２ｂおよび開閉弁１３３ｂを介してガス供給口１３４ｂに接続され、不活性ガス供給源１３１ｃは流量制御器（ＭＦＣ）１３２ｃおよび開閉弁１３３ｃを介してガス供給口１３４ｃに接続されている。エッチングガス供給源１３１ｄは流量制御器（ＭＦＣ）１３２ｄおよび開閉弁１３３ｄを介してガス供給口１３４ｄに接続されている。ガス供給口１３４ａ〜１３４ｄはそれぞれ、マニホールド１１０の側壁を水平方向に沿って貫通するように設けられ、供給されたガスを、マニホールド１１０の上方にある処理室Ｓの内部に向けて拡散させる。
【００２８】
炭化水素系カーボンソースガス供給源１３１ａから供給される炭化水素系カーボン水素ガスは、熱ＣＶＤ法によりカーボン膜を成膜するためのガスである。
【００２９】
炭化水素系カーボンソースガスとしては、
ＣｎＨ２ｎ＋２
ＣｍＨ２ｍ
ＣｍＨ２ｍ−２
の少なくとも一つの分子式で表わされる炭化水素を含むガスを挙げることができる（ただし、ｎは１以上の自然数、ｍは２以上の自然数）。
【００３０】
また、炭化水素系カーボンソースガスとしては、
ベンゼンガス（Ｃ６Ｈ６）
が含まれていてもよい。
【００３１】
分子式ＣｎＨ２ｎ＋２で表わされる炭化水素としては、
メタンガス（ＣＨ４）
エタンガス（Ｃ２Ｈ６）
プロパンガス（Ｃ３Ｈ８）
ブタンガス（Ｃ４Ｈ１０：他の異性体も含む）
ペンタンガス（Ｃ５Ｈ１２：他の異性体も含む）
などを挙げることができる。
【００３２】
分子式ＣｍＨ２ｍで表わされる炭化水素としては、
エチレンガス（Ｃ２Ｈ４）
プロピレンガス（Ｃ３Ｈ６：他の異性体も含む）
ブチレンガス（Ｃ４Ｈ８：他の異性体も含む）
ペンテンガス（Ｃ５Ｈ１０：他の異性体も含む）
などを挙げることができる。
【００３３】
分子式ＣｍＨ２ｍ−２で表わされる炭化水素としては、
アセチレンガス（Ｃ２Ｈ２）
プロピンガス（Ｃ３Ｈ４：他の異性体も含む）
ブタジエンガス（Ｃ４Ｈ６：他の異性体も含む）
イソプレンガス（Ｃ５Ｈ８：他の異性体も含む）
などを挙げることができる。
【００３４】
熱分解温度降下ガス供給源１３１ｂから供給される熱分解温度降下ガスは、炭化水素系カーボンソースガスの熱分解温度を降下させて、熱ＣＶＤ法によるカーボン膜の成膜温度を低下させる機能を有するガスである。
【００３５】
熱分解温度降下ガスとしては、ハロゲン元素を含むガスを好適に用いることができる。ハロゲン元素としては、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）を挙げることができる。熱分解温度を降下させる効果を高めるためには、ハロゲンガス単体のガスであることが好ましく、Ｃｌ２ガスを好適に用いることができる。
【００３６】
不活性ガス供給源１３１ｃから供給される不活性ガスは、パージガスや希釈ガスとして用いられる。不活性ガスとしては、例えばＮ２ガスや、Ａｒガス等の希ガスを用いることができる。
【００３７】
エッチングガス供給源１３１ｄから供給されるエッチングガスは、最初に形成されたカーボン膜をエッチングするためのものである。エッチングガスとしては、酸素ガス（Ｏ２）やオゾンガス（Ｏ３）等の酸素系ガスや、Ｆ、Ｂｒ、Ｃｌ等を含むハロゲン系ガス、例えばＣｌ２ガスを用いることができる。
【００３８】
成膜装置１００は制御部１５０を有している。制御部１５０は、例えば、マイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるプロセスコントローラ１５１を備えており、成膜装置１００の各構成部の制御は、プロセスコントローラ１５１が行う。プロセスコントローラ１５１には、ユーザーインターフェース１５２と、記憶部１５３とが接続されている。
【００３９】
ユーザーインターフェース１５２は、オペレータが成膜装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うためのタッチパネルディスプレイやキーボードなどを含む入力部、および成膜装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイなどを含む表示部を備えている。
【００４０】
記憶部１５３は、成膜装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ１５１の制御にて実現するための制御プログラムや、成膜装置１００の各構成部に処理条件に応じた処理を実行させるためのプログラムを含んだ、いわゆるプロセスレシピが格納される。プロセスレシピは、記憶部１５３の中の記憶媒体に記憶される。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤ-ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、プロセスレシピは、他の装置から、例えば専用回線を介して適宜伝送させるようにしてもよい。
【００４１】
プロセスレシピは、必要に応じてユーザーインターフェース１５２からのオペレータの指示等にて記憶部１５３から読み出され、プロセスコントローラ１５１は、読み出されたプロセスレシピに従った処理を成膜装置１００に実行させる。
【００４２】
＜カーボン膜の成膜方法＞
次に、図１の成膜装置により実施される、本発明のカーボン膜の成膜方法の一実施形態について説明する。
【００４３】
図２は本発明の一実施形態が適用されるウエハＷの構造を示す図、図３は本発明の一実施形態に係るカーボン膜の成膜方法のフローを示すフロー図、図４はその際の工程断面図である。
【００４４】
まず、図２に示すような、上部に所定の構造が形成されたシリコン基体１の上にシリコン酸化膜等からなる層間絶縁膜２が形成され、層間絶縁膜２に段差形状部としてコンタクトホールやビアホール等の凹部３が形成されたウエハＷを、複数、例えば５０〜１５０枚ボート１１２に搭載し、複数のウエハＷが搭載されたボート１１２を成膜装置１００内の処理室Ｓ内に下方から搬入し、蓋部１１６でマニホールド１１０の下端開口部を閉じることにより処理室Ｓ内を密閉空間とする。この状態で処理室Ｓ内を真空引きして所定の減圧雰囲気に維持するととともに、加熱装置１０８への供給電力を制御して、ウエハ温度を上昇させてプロセス温度に維持し、ウエハボート１１２を回転させた状態でカーボン膜の成膜処理を行う。
【００４５】
本実施形態において、カーボン膜の成膜は、主要工程として、第１のカーボン膜成膜工程、エッチング工程、および第２のカーボン膜成膜工程を、成膜装置１００によりｉｎ−ｓｉｔｕで行う。
【００４６】
以下、詳細に説明する。
最初に、第１のカーボン膜成膜工程を実施する（工程１）。
工程１の第１のカーボン膜の成膜は、炭化水素系カーボンソースガス供給源１３１ａから炭化水素系カーボンソースガスとして、上述したような炭化水素を含むガス、例えばＣ５Ｈ８ガスを処理室Ｓに供給するとともに、熱分解温度降下ガス供給源１３１ｂから上述したような熱分解温度降下ガスとして、ハロゲン元素を含むガス、例えばＣｌ２ガスを供給して熱ＣＶＤ法により行う。
【００４７】
工程１においては、炭化水素系カーボンソースガスが熱分解して生じた第１のカーボン膜４ａが段差形状部である凹部３に埋め込まれるが、埋め込みを完全に完了せずに中途で終わらせる（図４（ａ））。
【００４８】
ＣＶＤ法の場合、図２に示すように、凹部３が中間部分で膨らんだ形状となるボーイングが生じて、凹部３の間口が狭くなることが多く、しかもソースガスが段差形成部である凹部３の入口部分に優先的に供給され、オーバーハングが生じやすい。ボーイングやオーバーハングが生じた場合には、そのままカーボン膜の埋め込みを継続すると、埋め込んだカーボン膜中にボイドやシームが形成されて残存する可能性が高い。そこで、工程１の第１のカーボン膜成膜工程では、凹部３の間口がオーバーハングにより塞がれる前に成膜を停止する。すなわち、図４（ａ）に示すように、凹部３の側面に形成された第１のカーボン膜４ａの中央部に、隙間５が存在する状態で終了する。第１のカーボン膜４ａの成膜停止のタイミングは、予め実験で求めておくことが好ましい。
【００４９】
工程１においては、第１のカーボン膜４ａを成膜する際の炭化水素系カーボンソースガスの分解温度が７００〜８００℃程度と高いことから、熱分解温度降下ガスを添加することにより炭化水素系カーボンソースガスの熱分解温度を降下させてもよい。熱分解温度降下ガスとしてはハロゲン元素含有ガス、例えばＣｌ２ガスを好適に用いることができ、これにより成膜温度を３５０〜４５０℃の範囲にすることができる。炭化水素系カーボンソースガスと熱分解温度降下ガスの流量比は、１００：１〜１０００：１程度とすることが好ましい。
【００５０】
熱分解温度降下ガスは必須ではなく、炭化水素系カーボンソースガスのみを用いてカーボン膜を成膜してもよい。ただし、炭化水素系カーボンソースガスの分解温度が高いと成膜中にシリコン基体に形成されたトランジスタ等に影響が出るおそれがある場合には、熱分解温度降下ガスを用いて炭化水素系カーボンソースガスの熱分解温度を降下させることが好ましい。
【００５１】
工程１の他の条件としては、以下の条件を挙げることができる。
処理圧力：１〜１００Ｔｏｒｒ（１３３〜１３３００Ｐａ）
処理時間：３〜５ｍｉｎ
【００５２】
工程１の後、処理室Ｓを排気装置１０７により排気するとともに、不活性ガス供給源１３１ｃから処理室Ｓにパージガスとして例えばＮ２ガスを供給して処理室Ｓのパージを行う（工程２）。これにより、処理室Ｓから炭化水素系カーボンソースガスおよび熱分解温度降下ガスが排出される。
【００５３】
パージ終了後、引き続き、エッチング工程を実施する（工程３）。
工程３のエッチングは、エッチングガス供給源１３１ｄから、上述したエッチングガス、例えばＯ３ガスを処理室Ｓに供給することにより、第１のカーボン膜４ａをエッチングする（図４（ｂ））。この際に、エッチングガスとともに、不活性ガスを希釈ガスとして添加してもよい。
【００５４】
工程３のエッチングの際には、エッチングガスが上方から第１のカーボン膜４ａに供給されてエッチングが進行するが、エッチングガスは隙間５の内部に入り込みにくいので、隙間５の上部のほうが隙間５の底部よりも優先的にエッチングされる。このため、図４（ｂ）のように、エッチング領域６は、間口が広く底部に行くに従って狭くなるＶ字型となる。
【００５５】
エッチングの際の温度は、スループットを高くする観点から、加熱装置１０８によるウエハＷの加熱温度を工程１と同じ温度であることが好ましい。ただし、熱分解温度降下ガスを用いない場合は、カーボン膜の成膜温度は７００〜８００℃程度になり、エッチングをこの温度範囲で行うと、エッチングレートが速すぎるおそれがある。このため、工程１の第１のカーボン膜成膜時の温度を、熱分解温度降下ガスを用いて３５０〜４５０℃とし、工程３のエッチングも３５０〜４５０℃の範囲の温度で行うようにすることが好ましい。
【００５６】
なお、工程３の他の条件としては、以下の条件を挙げることができる。
処理圧力：０．２〜４．５Ｔｏｒｒ（２６．６〜５９８．５Ｐａ）
処理時間：３〜５ｍｉｎ
【００５７】
工程３の後、処理室Ｓを排気装置１０７により排気するとともに、不活性ガス供給源１３１ｃから処理室Ｓにパージガスとして例えばＮ２ガスを供給して処理室Ｓのパージを行う（工程４）。これにより、処理室Ｓからエッチングガスが排出される。
【００５８】
パージ終了後、第２のカーボン膜成膜工程を実施する（工程５）。
工程５の第２のカーボン膜の成膜は、工程１と同様、炭化水素系カーボンソースガス供給源１３１ａから炭化水素系カーボンソースガスとして、炭化水素を含むガス、例えばＣ５Ｈ８ガスを処理室Ｓに供給するとともに、熱分解温度降下ガス供給源１３１ｂから熱分解温度降下ガスとして、ハロゲン元素を含むガス、例えばＣｌ２ガスを供給して熱ＣＶＤ法により行う。このときの成膜温度は、工程１の第１のカーボン膜成膜工程、および工程３のエッチング工程と同じ温度であることが好ましい。
【００５９】
工程５においては、炭化水素系カーボンソースガスが熱分解して生じた第２のカーボン膜４ｂが、エッチング領域６に埋め込まれる（図４（ｃ））。
【００６０】
このとき、エッチング領域６は、間口が広く底部が狭いＶ字型をなしているので、熱ＣＶＤ法により第２のカーボン膜４ｂを埋め込む際に、エッチング領域６の底部にカーボンソースガスが到達しやすく、内部にボイドやシームが形成されることを有効に防止することができる。
【００６１】
このようにして、凹部３内に、ボイドやシームを生じさせることなく、第１のカーボン膜４ａおよび第２のカーボン膜４ｂからなるカーボン膜４を埋め込むことができる。
【００６２】
工程５においては、工程１の第１のカーボン膜４ａの成膜の際と同様、熱分解温度降下ガスを添加することにより炭化水素系カーボンソースガスの熱分解温度を降下させて、成膜温度を例えば３５０〜４５０℃にすることが好ましいが、熱分解温度降下ガスは必須ではなく、炭化水素系カーボンソースガスのみを用いてカーボン膜を成膜してもよい。また、他の成膜条件も工程１の第１のカーボン膜４ａの成膜と同様の条件で第２のカーボン膜４ｂを形成することができる。
【００６３】
工程５の後、処理室Ｓを排気装置１０７により排気するとともに、不活性ガス供給源１３１ｃから処理室Ｓにパージガスとして例えばＮ２ガスを供給して処理室Ｓのパージを行う（工程６）。これにより、処理室Ｓから炭化水素系カーボンソースガスおよび熱分解温度降下ガスが排出される。
【００６４】
以上のように第１のカーボン膜成膜工程、エッチング工程、および第２のカーボン膜成膜工程を１回のみ行ってカーボン膜の成膜を終了してもよいが、エッチング工程および第２のカーボン膜成膜工程を２回以上繰り返してもよい。具体的には、図３に示すように、工程６のパージを行った後、工程３〜工程６を２回以上繰り返してもよい。エッチング工程および第２のカーボン膜成膜工程を２回以上繰り返すことにより、ボイドやシームの発生をより効果的に抑制することができる。
【００６５】
このことを、図５を参照して説明する。図５は、図４の（ａ）〜（ｃ）の工程断面図と、これら工程を行った際の断面のＳＥＭ写真、およびエッチング工程および第２のカーボン膜成膜工程を２回繰り返した後の断面のＳＥＭ写真を示すものである。
【００６６】
図５の（ｃ）のＳＥＭ写真に示すように、第１のカーボン膜成膜工程、エッチング工程、および第２のカーボン膜成膜工程を１回のみ行った場合には、ボイドやシームは完全になくならないが、図５の（ｄ）のＳＥＭ写真に示すように、エッチング工程および第２のカーボン膜成膜工程を２回繰り返すことにより残渣物が除去され、ボイドやシームがほぼ完全になくなっていることがわかる。
【００６７】
工程３〜工程６を２回以上繰り返す際のシーケンスは、例えば図６に示すタイミングチャートに示すようになる。すなわち、炭化水素系カーボンソースガスの供給と、エッチングガスの供給とを、パージを挟んで繰り返すシーケンスで行うことができる。
【００６８】
以上のように、本実施形態によれば、第１のカーボン膜成膜工程により、凹部３内に第１のカーボン膜４ａを途中まで埋め込んだ後、エッチング工程により第１のカーボン膜４ａにＶ字型のエッチング領域６を形成し、その後、第２のカーボン膜成膜工程により、Ｖ字型のエッチング領域６に第２のカーボン膜４ｂを埋め込むので、凹部３内にボイドやシームのない状態でカーボン膜４を形成することができる。
【００６９】
また、第１のカーボン膜成膜工程、エッチング工程、第２のカーボン膜成膜工程を、一つの成膜装置１００内でｉｎ−ｓｉｔｕで行うことができるので、高スループットでカーボン膜の埋め込みを行うことができる。さらに、第１のカーボン膜成膜工程、エッチング工程、第２のカーボン膜成膜工程を同じ温度で行うことにより、成膜温度を変更する時間がかからず、スループットを一層向上させることができる。
【００７０】
＜他の適用＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、この発明は、上記の実施形態に限定されることはなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
【００７１】
例えば、上記実施形態においては、縦型バッチ式の成膜装置を用いてカーボン膜を成膜する例を示したが、枚葉式の成膜装置を用いることも可能であるし、縦型以外のバッチ式成膜装置を用いることも可能である。
【００７２】
また、上記実施形態では、被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、半導体ウエハに限定されず、液晶表示装置等のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）に用いるガラス基板や、セラミック基板等の他の被処理体にも本発明を適用することができることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００７３】
１；シリコン基体
２；層間絶縁膜
３；凹部
４；カーボン膜
４ａ；第１カーボン膜
４ｂ；第２カーボン膜
５；隙間
６；エッチング領域
１００；成膜装置
１３０；処理ガス供給機構
１３１ａ；炭化水素系カーボンソース供給源
１３１ｄ；エッチングガス供給源
Ｓ；処理室
Ｗ；半導体ウエハ
【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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