JP2018137369A - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、簡素なプロセス及び装置により実現可能なボトムアップ性の高い窒化膜の埋め込み成膜を行うことができる成膜方法及び成膜装置を提供することを目的とする。【解決手段】基板の表面に形成されている窪みパターンに底面側から窒化膜を埋め込む成膜方法であって、前記基板の表面及び前記窪みパターンの上部にプラズマにより活性化された塩素ガスを供給して吸着させ、吸着阻害基を形成する工程と、前記窪みパターンを含む前記基板の表面にシリコン又は金属と塩素とを含有する原料ガスを供給し、前記吸着阻害基が形成されていない前記窪みパターン内の下部領域に前記原料ガスを吸着させる工程と、前記窪みパターンを含む前記基板の表面に窒化ガスを供給し、前記窪みパターン内の下部領域に前記原料ガスとの反応により生成された窒化膜の分子層を堆積させる工程と、を有する。【選択図】図９

Description

本発明は、成膜方法及び成膜装置に関する。

従来から、基板に形成された凹部の内面に所望の分布で水酸基を吸着させ、次いで有機アミノシランガスを水酸基が吸着した基板に供給して吸着させ、次いで酸化ガスを有機アミノシランガスが吸着した基板に供給し、シリコン酸化膜を凹部内に成膜する成膜方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

かかる成膜方法によれば、水酸基の吸着分布を制御することにより、所望の膜厚分布で成膜を行うことが可能となり、ボトムアップ性の高い成膜や、凹部の形状にコンフォーマルな成膜等を用途に応じて実施することができる。

特開２０１３−１３５１５４号公報

ところで、上述のようなボトムアップ性の高い成膜は、半導体集積回路の高密度化及び多様化により、シリコン酸化膜以外の成膜、例えば窒化膜でも求められるようになってきた。

そこで、本発明は、簡素なプロセス及び装置により実現可能なボトムアップ性の高い窒化膜の埋め込み成膜を行うことができる成膜方法及び成膜装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る成膜方法は、基板の表面に形成されている窪みパターンに底面側から窒化膜を埋め込む成膜方法であって、
前記基板の表面及び前記窪みパターンの上部にプラズマにより活性化された塩素ガスを供給して吸着させ、吸着阻害基を形成する工程と、
前記窪みパターンを含む前記基板の表面にシリコン又は金属と塩素とを含有する原料ガスを供給し、前記吸着阻害基が形成されていない前記窪みパターン内の下部領域に前記原料ガスを吸着させる工程と、
前記窪みパターンを含む前記基板の表面に窒化ガスを供給し、前記窪みパターン内の下部領域に前記原料ガスとの反応により生成された窒化膜の分子層を堆積させる工程と、を有する。

本発明によれば、ボトムアップ性の高い窒化膜の埋め込み成膜を行うことができる。

本発明の第１の実施形態に係る成膜装置を示す概略断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る成膜装置の真空容器内の構成を示す概略斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る成膜装置の真空容器内の構成を示す概略平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る成膜装置の回転テーブルの同心円に沿った真空容器の概略断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る成膜装置の別の概略断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る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。 本発明の第１の実施形態に係る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。 本発明の第１の実施形態に係る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。 本発明の第１の実施形態に係る成膜方法の一例の一連の工程を示した図である。図９（ａ）は、本発明の実施形態に係る成膜方法の成膜開始前のウエハＷの状態を示した図である。図９（ｂ）は、吸着阻害基形成工程の一例を示した図である。図９（ｃ）は、原料ガス吸着工程の一例を示した図である。図９（ｄ）は、窒化膜堆積工程の一例を示した図である。 本発明の第２の実施形態に係る成膜装置の一例を示す概略断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る成膜装置における第３の処理領域Ｐ３を説明するための一部断面図である。 シャワーヘッド部の下面の一例を示した平面図である。 実施例１に係る成膜方法の実施結果である。 実施例２に係る成膜方法の実施結果である。 比較例に係る従来の成膜方法の実施結果を示した図である。 実施例３に係る成膜方法のトレンチの埋め込み状態の時間経過を示した図である。 実施例３の埋め込み成膜でトレンチ内に堆積した膜について、上方から順に測定点を設定し、測定した結果を示した図である。 実施例３の各測定点における成膜量を示した図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。

［第１の実施形態］
＜成膜装置＞
始めに、本発明の第１の実施形態に係る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、第１の実施形態に係る成膜装置は、ほぼ円形の平面形状を有する扁平な真空容器１と、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、内部に収容したウエハの表面上に成膜処理を行うための処理室である。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。

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、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。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。

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。

図２及び図３は、真空容器１内の構造を説明するための図であり、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、反応ガスノズル３３、及び分離ガスノズル４１、４２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、分離ガスノズル４１、反応ガスノズル３１、分離ガスノズル４２、反応ガスノズル３２及び反応ガスノズル３３がこの順番で配列されている。これらのノズル３１、３２、３３、４１、４２は、各ノズル３１、３２、３３、４１、４２の基端部であるガス導入ポート３１ａ、３２ａ、３３ａ、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。

本実施形態においては、図３に示されるように、反応ガスノズル３１は、配管１１０及び流量制御器１２０などを介して、原料ガスの供給源１３０に接続されている。反応ガスノズル３２は、配管１１１及び流量制御器１２１などを介して、窒化ガスの供給源１３１に接続されている。更に、反応ガスノズル３３は、配管１１２及び流量制御器１２２などを介して、塩素ガス（Ｃｌ_２）の供給源１３２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、分離ガスの供給源（図示せず）に接続されている。分離ガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）などの希ガスや窒素（Ｎ_２）ガスなどの不活性ガスを用いることができる。本実施形態では、Ａｒガスを用いる例を挙げて説明する。

反応ガスノズル３１、３２、３３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３５が、反応ガスノズル３１、３２、３３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、原料ガスをウエハ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に吸着した原料ガスを窒化する窒化ガスを供給し、窒化物の分子層を生成する第２の処理領域Ｐ２となる。なお、窒化物の分子層が、成膜される窒化膜を構成する。反応ガスノズル３３の下方領域は、第２の処理領域Ｐ２において生成した反応生成物（窒化膜）にプラズマにより活性化した塩素ガスを供給し、吸着阻害基を形成する第３の処理領域Ｐ３となる。ここで、第１の処理領域Ｐ１は、原料ガスを供給する領域であるので、原料ガス供給領域Ｐ１と呼んでもよいこととする。同様に、第２の処理領域Ｐ２は、原料ガスと反応して窒化物を生成可能な窒化ガスを供給する領域であるので、窒化ガス供給領域Ｐ２と呼んでもよいこととする。また、第３の処理領域Ｐ３は、塩素ガスを供給する領域であるので、塩素ガス供給領域Ｐ３と呼んでもよいこととする。

なお、第３の処理領域Ｐ３の上方には、プラズマ発生器８０が設けられている。また、必要に応じて、第２の処理領域Ｐ２の上方にも、プラズマ発生器８０ａを設けるようにしてもよい。図３において、プラズマ発生器８０、８０ａは、破線で簡略化して示されている。プラズマ発生器８０、８０ａの詳細については後述する。

なお、原料ガスとしては、シリコン及び塩素を含有するガス、又は金属及び塩素を含有するガスが選択される。例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を成膜する場合には、ジクロロシラン（ＤＣＳ、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）等のシリコン及び塩素を含有するガスが選択される。また、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）膜、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜等の金属窒化膜を成膜する場合には、四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）、三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）等の金属及び塩素を含有するガスが原料ガスとして選択される。

また、窒化ガスとしては、一般的にはアンモニア（ＮＨ_３）含有ガスが選択される。その他、窒化ガスをプラズマにより活性化して供給する場合には、窒素（Ｎ_２）含有ガスが選択される場合もある。なお、窒化ガスは、アンモニアの他、Ａｒ等のキャリアガスを含んでもよい。

第３の反応ノズルから供給される塩素ガスは、第１の反応ガスノズル３１から供給される原料ガスがウエハに吸着するのを阻害する吸着阻害基をウエハの表面上に形成する役割を有する。例えば、ウエハの表面にビア、トレンチ等の窪みパターンが形成されている場合には、ウエハの表面及び窪みパターンの上部に吸着阻害基を形成することにより、窪みパターンの上部では膜厚が厚くならず、底面側の膜厚が厚くなり、ボトムアップ性の高い成膜が可能となる。原料ガスが窒化されることにより、ＮＨ_２構造の水素基で終端し、原料ガスに対して吸着サイトを形成しているが、活性化した塩素が供給されると、ＮＨ_２構造のＨ基がＣｌ基に置換されてしまう。上述のように、原料ガスが塩素を含有するガスであり、塩素同士は吸着しないため、塩素で終端化された箇所には原料ガスが吸着しない。このように、Ｃｌ基で終端された箇所は吸着阻害基として機能し、原料ガスの吸着を阻害する。なお、活性化した塩素ガスは、ウエハＷの表面及び窪みパターンの上部には容易に到達するので多く吸着するが、窪みパターンの下部及び底部には到達し難くなるので、窪みパターンの底部に接近するにつれて、Ｃｌ基の密度は小さくなる。よって、窪みパターンの上部及びウエハの表面には高密度に吸着阻害基が形成されるが、窪みパターンの下部（底部）には、吸着阻害基が低密度で形成される。これにより、原料ガスがウエハＷの表面及び上部により下部に多く吸着させることができ、窪みパターンの底部から成膜を開始するボトムアップ成膜が可能となる。なお、この点の詳細については後述する。なお、第３の反応ノズルから供給されるガスは、塩素ガスの他、Ａｒ等のキャリアガスを含んでよい。

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。

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、図４に示すように、高い天井面４５の下方の右側の空間４８１に反応ガスノズル３１が設けられ、高い天井面４５の下方の左側の空間４８２に反応ガスノズル３２が設けられる。

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４２ｈ（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。

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Ａｒガスが供給されると、このＡｒ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、Ａｒ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Ａｒガスが、第１の領域Ｐ１からの第１の反応ガスと、第２の領域Ｐ２からの第２の反応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からの第１の反応ガスと、第２の領域Ｐ２からの第２の反応ガスとが分離空間Ｈにより分離される。よって、真空容器１内において第１の反応ガスと第２の反応ガスとが混合し、反応することが抑制される。

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（Ａｒ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。

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。

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。

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及び第３の処理領域Ｐ２、Ｐ３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。また、真空ポンプ６４０と排気管６３０との間に、圧力制御器６５０が設けられる。

なお、図２及び図３に示されるように、第２の処理領域Ｐ２と第３の処理領域Ｐ３との間に分離領域Ｈは設けられていないが、図３においては、プラズマ発生器８０として示された領域に、回転テーブル２上の空間を仕切る筐体が設けられる。または、プラズマ発生器８０に筐体が設けられない場合には、プラズマ発生器８０ａに筐体が設けられ、第２の処理領域Ｐ２と第３の処理領域Ｐ３との空間は仕切られる。なお、この点の詳細は後述する。

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５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４００℃）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。

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Ａｒ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。

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Ａｒ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に供給される原料ガスと第２の処理領域Ｐ２に供給される窒化ガスとが、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。

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。

次に、図６から図８までを参照しながら、プラズマ発生器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器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器８０の概略断面図であり、図８は、プラズマ発生器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。

図６を参照すると、プラズマ発生器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。

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。

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、第３の処理領域Ｐ３）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。

また、この第３の処理領域Ｐ３には、突起部８１ｂを貫通した反応ガスノズル３３が延びている。反応ガスノズル３３には、本実施形態においては、図６に示すように、塩素ガスが充填される塩素ガス供給源１３２が、流量制御器１２２を介して配管１１２により接続されている。流量制御器１２２により流量制御された塩素ガスが、プラズマ発生器８０で活性化され、所定の流量で第３の処理領域Ｐ３に供給される。

また、反応ガスノズル３３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３５が形成されており、吐出孔３５から上述の塩素ガスが吐出される。吐出孔３５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、反応ガスノズル３３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器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、第３の処理領域Ｐ３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、反応ガスノズル３３からのガスにより第３の処理領域Ｐ３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第３の処理領域Ｐ３内へ流れ込むのが抑止される。

このように、フレーム部材８１は、第３の処理領域Ｐ３を第２の処理領域Ｐ２から分離するための役割を担っている。よって、本発明の実施形態に係る成膜装置は、プラズマ発生器８０の全体を必ずしも備えていなくて良いが、第３の処理領域Ｐ３を第２の処理領域Ｐ２から区画し、第２の反応ガスの混入を防ぐため、フレーム部材８１を備えているものとする。

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。

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。

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。

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。

このような構成を有するプラズマ発生器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を通して第３の処理領域Ｐ３内へ伝播する。この磁界成分により、反応ガスノズル３３から所定の流量比で第３の処理領域Ｐ３に供給される塩素ガスが活性化される。但し、塩素ガスの供給は、塩素ガスをウエハＷの窪みパターンの上部に高密度で吸着させ、窪みパターンの上部に吸着阻害基を発生することを意図しており、膜のエッチングを意図していない。よって、塩素ガスのプラズマ化は、あまりプラズマ強度を高めずに、エッチング作用を発生させない範囲で行う。このようにして発生するプラズマによれば、ウエハＷの表面に形成されたビア、トレンチ等の窪みパターンの上部に吸着して原料ガスに対する吸着阻害基を形成し、吸着阻害基により原料ガスの吸着が妨げられない底部側からの成膜を行うことができる。なお、プラズマ強度を弱めるため、プラズマ発生器８０にリモートプラズマ発生器を用いる実施形態も考えられるが、その点については後述する。

第２の処理領域Ｐ２に必要に応じて設けられるプラズマ発生器８０ａは、プラズマ発生器８０と同様に構成してもよい。窒化ガスを活性化できれば、種々の構成のプラズマ発生器８０ａを用いることができるが、プラズマ発生器８０と同一の構成のプラズマ発生器８０ａを用いた方が配置も容易であるし、コストの低減も可能である。

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。

［成膜方法］
次に、図９を用いて、本発明の第１の実施形態に係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。図９は、本発明の第１の実施形態に係る成膜方法の一例の一連の工程を示した図である。図９（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る成膜方法の成膜開始前のウエハＷの状態を示した図である。

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。トレンチＴ内及びウエハＷの表面Ｓには、窒化シリコン（ＳｉＮ）の下地膜が形成されている。ＳｉＮ膜は、ＮＨ_２構造を有するＨ基で終端されている。これは、ＳｉＮ膜を成膜する際、ＮＨ_３含有ガスで窒化されたためである。

なお、反応ガスノズル３１からジクロロシラン（ＤＣＳ、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）が供給され、反応ガスノズル３２から窒化ガスとしてアンモニア（ＮＨ_３）が供給され、反応ガスノズル３３から塩素（Ｃｌ_２）が供給される例を挙げて説明する。また、プラズマ発生器８０、８０ａは双方とも搭載され、塩素ガス及びアンモニアガスの双方とも活性化され、イオン化又はラジカル化して供給される場合を例に挙げて説明する。

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。

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Ａｒ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、７３からもＡｒ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５ｒｐｍ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４００℃に加熱する。回転テーブル２の回転速度は、用途に応じて種々の回転速度に設定することができる。また、プラズマ発生器８０、８０ａも作動させる。

この後、反応ガスノズル３１（図２及び図３）からＤＣＳを供給し、反応ガスノズル３２からアンモニアガスを供給する。また、反応ガスノズル３３から塩素ガスを供給する。塩素ガス及びアンモニアガスは、プラズマ発生器８０、８０ａにより活性化される。

回転テーブル２の回転により、ウエハＷは、第３の処理領域Ｐ３、分離領域Ｄ、第１の処理領域Ｐ１、分離領域Ｄ、第２の処理領域Ｐ２をこの順に繰り返して通過する（図３参照）。なお、回転テーブル２の回転により、各領域Ｐ１〜Ｐ３、Ｄから処理が開始されるウエハＷが各々存在するが、説明の便宜上、第３の処理領域Ｐ３からウエハＷが通過したと考えて説明する。

図９（ｂ）は、吸着阻害基形成工程の一例を示した図である。図９（ｂ）に示されるように、第３の処理領域Ｐ３をウエハＷが通過することにより、トレンチＴ内の下地膜ＵＦ上に、プラズマにより活性化された塩素ガス（塩素ラジカル、塩素イオン）が供給される。塩素ガスは、Ｈ基と反応してＨＣｌを生成するとともに、Ｈ基と置換してＣｌ基終端を形成する。かかるＣｌ基は、塩素含有ガスに対しては、吸着阻害基を形成する。ここで、塩素ガスは、ウエハＷの表面Ｓ、トレンチＴの上部には容易に到達するが、トレンチＴの奥、つまり底部付近の下部にはあまり多くは到達しない。トレンチＴのアスペクト比は高いので、多くの塩素ガスは、トレンチＴの奥に到達する前にＨ基と置換してしまう。よって、ウエハＷの表面Ｓ及びトレンチＴの上部には高密度で吸着阻害基であるＣｌ基が形成されるが、トレンチＴの下部にはＮＨ_２構造のＨ基が多く残存し、Ｃｌ基の密度は低くなる。

図９（ｃ）は、原料ガス吸着工程の一例を示した図である。図９（ｃ）に示されるように、ウエハＷが分離領域Ｄを通過してパージガスが供給されてパージされた後、第１の処理領域Ｐ１を通過することにより、ＤＣＳが供給される。ＤＣＳは、吸着阻害基であるＣｌ基が存在する領域にはあまり吸着せず、吸着阻害基の存在しない領域に多く吸着する。よって、トレンチＴ内の底面付近にＤＣＳが多く吸着し、ウエハＷの表面Ｓ及びトレンチＴの上部にはあまりＤＣＳが吸着しない。つまり、トレンチＴの底部付近に原料ガスであるＤＣＳが高密度で吸着し、トレンチＴの上部及びウエハＷの表面上にはＤＣＳが低密度で吸着する。

図９（ｄ）は、窒化膜堆積工程の一例を示した図である。図９（ｄ）に示されるように、ウエハＷが分離領域Ｄを通過してパージガスが供給されてパージされた後、第２の処理領域Ｐ２を通過することにより、プラズマにより活性化されたＮＨ_３ガスが供給される。ＮＨ_３ガスの供給により、トレンチＴ内に吸着したＤＣＳと供給されたＮＨ_３とが反応し、ＳｉＮ膜の分子層が反応生成物として形成される。ここで、ＤＣＳは、トレンチＴの底部付近に多く吸着しているので、トレンチＴ内の底部付近に多くＳｉＮ膜が形成される。よって、図９（ｄ）に示されるようなボトムアップ性の高い埋め込み成膜が可能となる。

次いで、ウエハＷが第３の処理領域Ｐ３を通過すると、再び図９（ｂ）に示した状態となり、吸着阻害基であるＣｌ基がトレンチＴ内の上部及びウエハＷの表面に吸着する。

以下、各反応ガスを供給しながら回転テーブル２を繰り返し回転させることにより、図９（ｂ）〜図９（ｄ）に示したサイクルが繰り替えされ、トレンチＴの開口部が塞がれない状態で、底面側からＳｉＮ膜が堆積する。そして、図９（ｄ）に示されるように、Ｖ字の断面を形成しつつ、開口部を塞がないボトムアップ性に高いＳｉＮ膜の成膜を行うことができる。そして、最終的には、シームレスな窒化膜でトレンチＴを埋め込むことができ、ボイド等を発生させることなく高品質な窒化膜の埋め込み成膜を行うことができる。

このように、本発明の実施形態に係る成膜方法によれば、活性化された塩素ガスをトレンチＴの上部に供給して吸着阻害基を形成しつつＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法による成膜を行うことにより、ボトムアップ性の高い選択的な成膜を行うことができる。

なお、ＮＨ_３は、必ずしもプラズマにより活性化されて供給される必要は無く、窒化が可能であれば、プラズマ化されずに供給されてもよい。

また、本実施形態においては、ウエハＷの表面Ｓ及びトレンチＴの内面に最初からＳｉＮの下地膜ＵＦが形成されている例を挙げて説明したが、下地膜ＵＦが最初から形成されていることは必須ではなく、Ｓｉ基板の上に直接的にＳｉＮ膜の埋め込み成膜を行うことも可能である。また、下地膜ＵＦを予め設ける場合であっても、ＳｉＮ膜に限定されず、例えば、ＳｉＯ_２膜を用いてもよい。

更に、最初から下地膜ＵＦが形成されたウエハＷの表面上に成膜を行うのではなく、下地膜ＵＦが形成されていないウエハＷ上に成膜装置で下地膜ＵＦの成膜を最初に行い、その後に図９（ｂ）〜図９（ｄ）に示したサイクルを行ってＳｉＮ膜の埋め込み成膜を行うようにしてもよい。

下地膜ＵＦを最初に成膜する場合、ウエハＷを真空容器１内に搬入した後、第３の反応ガスノズル３３から塩素ガスは供給せず、第１の反応ガスノズルからシリコン含有ガス、第２の反応ガスノズルから窒化ガスを供給してＳｉＮ膜を成膜し、下地膜ＳｉＮ膜を成膜する。下地膜ＵＦは、ボトムアップ性の高い成膜ではなく、トレンチＴの形状に沿ったコンフォーマルな成膜が求められるので、吸着阻害基を形成することなく成膜プロセスを実施すればよい。その際、ＤＣＳ以外のシリコン含有ガス、窒化ガスではなく酸化ガスを供給して成膜を行うことも可能ではあるが、プロセスの効率化の観点から、埋め込みプロセスで用いる原料ガス、窒化ガスと同一の反応ガスを用いて下地膜ＵＦの成膜を行うことが好ましい。よって、本実施形態の場合であれば、原料ガスとしてＤＣＳ、窒化ガスとしてアンモニアガスを用いることが好ましい。

下地膜ＵＦの成膜は、図９（ａ）のプロセスを本実施形態に係る成膜装置で行うということであるので、その後、図９（ｂ）〜（ｄ）のプロセスを連続的に行うことにより、本実施形態に係る成膜装置で下地膜ＵＦの形成からトレンチＴの埋め込み成膜を総て連続的に行うことができ、トータルの処理時間を短縮し、プロセス効率を高めることができる。

また、本実施形態に係る成膜方法では、窒化シリコン膜を成膜した例を挙げて説明したが、原料ガスとして、ＴｉＣｌ_４、ＡｌＣｌ_３等の金属及び塩素を含むガスを用いることにより、ＴｉＮ、ＡｌＮ等の金属窒化膜を成膜することも可能である。金属元素の種類も、Ｔｉ、Ａｌの他、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）等、種々の金属元素及び塩素を含む原料ガスを用いて、金属窒化膜による埋め込み成膜を行うことが可能である。

このように、第１の実施形態に係る成膜方法及び成膜装置によれば、トレンチＴの底面からシリコン窒化膜又は金属窒化膜を埋め込むことができ、ボイドを発生させない高品質の埋め込み成膜を行うことができる。

［第２の実施形態］
＜成膜装置＞
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る成膜装置の一例を示した図である。図１０に示される成膜装置は、第３の処理領域Ｐ３にリモートプラズマ発生器９０が設けられている点で、図１乃至８に示した第１の実施形態に係る成膜装置と異なっている。他の構成要素は、図１乃至８に示した成膜装置と同様であるので、その説明を省略する。

塩素ガスは、あまり強くプラズマ化すると、下地膜ＵＦをエッチングしてしまう場合がある。図６乃至８で説明したアンテナ８５を用いた誘導型プラズマ発生器（ＩＣＰ、Inductively Coupled Plasma）８０、８０ａは、高いプラズマ強度でプラズマを発生させるのに有効であるが、塩素の活性化は、もっと弱いプラズマを発生させるプラズマ発生器を用いるようにしてもよい。リモートプラズマ発生器９０は、プラズマ発生器８０、８０ａよりも弱いプラズマを発生させるのに適している。よって、第２の実施形態に係る成膜装置では、第３の処理領域Ｐ３における塩素ガスの活性化をリモートプラズマ発生器９０で行う例について説明する。

図１１は、リモートプラズマ発生器９０を含む第２の実施形態に係る成膜装置の断面図である。

図１１に示されるように、リモートプラズマ発生器９０は、第３の処理領域Ｐ３において、回転テーブル２に対向して設けられる。リモートプラズマ発生器９０は、プラズマ生成部９１と、ガス供給管９２と、シャワーヘッド部９３と、配管９４とを備えている。なお、シャワーヘッド部９３は、塩素ガス吐出部の一例であり、例えば、シャワーヘッド部９３の代わりに、ガスノズルが用いられてもよい。

プラズマ生成部９１は、ガス供給管９２から供給された塩素ガスをプラズマ源により活性化する。プラズマ源としては、塩素ガスを活性化することが可能であれば、特に限定されるものではない。プラズマ源としては、例えば誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ：Capacitively Coupled Plasma）、表面波プラズマ（ＳＷＰ：Surface Wave Plasma）を用いることができる。

ガス供給管９２は、その一端がプラズマ生成部９１と接続されており、プラズマ生成部９１に塩素ガスを供給する。ガス供給管９２の他端は、例えば開閉バルブ及び流量調整器を介して塩素ガスが貯留された塩素ガス供給源１３２と接続されている。

シャワーヘッド部９３は、配管９４を介してプラズマ生成部９１と接続されており、プラズマ生成部９１で活性化されたフッ素含有ガスを真空容器１内に供給する部分である。シャワーヘッド部９３は、扇型の平面形状を有し、扇型の平面形状の外縁に沿うように形成された押圧部材９５によって下方側に向かって周方向に亘って押圧される。また、押圧部材９５が図示しないボルト等により天板１１に固定されることにより、真空容器１の内部雰囲気が気密状態とされる。天板１１に固定されたときのシャワーヘッド部９３の下面と回転テーブル２の上面との間隔は、例えば０．５ｍｍから５ｍｍ程度とすることができる。

シャワーヘッド部９３には、回転テーブル２の角速度の違いに対応して回転中心側で少なく、外周側で多くなるように複数のガス吐出孔９３ａが設けられている。複数のガス吐出孔９３ａの個数としては、例えば数十〜数百個とすることができる。また、複数のガス吐出孔９３ａの直径としては、例えば０．５ｍｍから３ｍｍ程度とすることができる。シャワーヘッド部９３に供給された活性化された塩素ガスは、ガス吐出孔９３ａを通って回転テーブル２とシャワーヘッド部９３との間の空間に供給される。

図１２は、シャワーヘッド部９３の下面の一例を示した平面図である。図１２に示されるように、下方突出面９３ｃは、扇形のシャワーヘッド部９３の下面９３ｂの外周に沿うように、帯状に設けられてもよい。これにより、周方向に均一に第３の処理領域Ｐ３の外周側の圧力の低下を防止することができる。また、ガス吐出孔９３ａは、シャワーヘッド部９３の下面９３ｂの周方向の中央に、半径方向に延在するように設けられてもよい。これにより、回転テーブル２の中心側から外周側に分散させて塩素ガスを供給することができる。

このように、リモートプラズマ発生器９０を用いて、活性化した塩素ガスをウエハＷに供給してもよい。

なお、成膜方法については、第１の実施形態に係る成膜方法と同様であるので、その説明を省略する。

［実施例］
次に、本発明の第２の実施形態に係る成膜装置を用いて成膜処理を実施した実施例について説明する。実施例においては、第２の処理領域Ｐ２にプラズマ発生器８０ａを設けるとともに、第３の処理領域Ｐ３にリモートプラズマ発生器９０を用いて、トレンチＴにＳｉＮ膜を埋め込み成膜した。

下地膜ＵＦは、１０ｎｍのＳｉＮ膜とした。ウエハＷの温度は４００℃に設定し、真空容器１内の圧力は０．７５Ｔｏｒｒに設定した。プラズマ発生器８０ａの高周波電源の出力は５ｋＷに設定した。回転テーブル２の回転速度は１０ｒｐｍに設定した。原料ガスにはＤＣＳを用い、第１の反応ガスノズル３１からは、キャリアガスを含むＤＣＳ／Ｎ_２の混合ガスを１０００／５００ｓｃｃｍの流量で供給した。また、第２の反応ガスノズル３２からは、Ａｒ／ＮＨ_３の混合ガスを２０００／２０００ｓｃｃｍの流量で供給した。更に、第３の反応ガスノズル３３からは、Ａｒ／Ｃｌ_２の混合ガスを、４０００／Ｘｓｃｃｍの流量で供給し、Ｃｌ_２の流量を種々変化させて実施した。

図１３は、実施例１に係る成膜方法の実施結果であり、塩素の流量を２０ｃｃにしてボトムアップ成膜の途中経過を示したＳＥＭ画像である。図１３に示される通り、Ｖ字が形成されつつボトムアップ成膜されていることが分かる。実施例１によれば、本実施形態に係る成膜方法により、ボトムアップ成膜が実施可能であることが示された。

図１４は、実施例２に係る成膜方法の実施結果であり、塩素の流量を５ｃｃにしてボトムアップ成膜の終了状態を示したＳＥＭ画像である。図１４に示される通り、ボイドの存在しない埋め込み成膜がなされていることが分かる。実施例２によれば、本実施形態に係る成膜方法により、ボトムアップ成膜が実施可能であることが示された。

図１５は、比較例に係る従来の成膜方法の実施結果を示した図である。図１５（ａ）は、成膜前のトレンチの状態を示したＳＥＭ画像であり、図１５（ｂ）は、一括埋め込み成膜後の埋め込み成膜の状態を示したＳＥＭ画像である。

図１５（ａ）、（ｂ）に示される通り、従来の成膜方法では、ボイドが発生してしまっていることが分かる。図１５と比較すると、図１３及び図１４に示した実施例１、２のボイドを有しない実施結果がいかに優れているかが分かる。

図１６乃至図１８は、実施例３に係る成膜方法の実施結果である。実施例３においては、第２の処理領域Ｐ２のプラズマ発生器８０ａの回転テーブル２との間隔を６０ｍｍに設定した。また、下地膜ＵＦの厚さは２ｎｍとした。ウエハＷの温度は４００℃、真空容器１内の圧力は０．７５Ｔｏｒｒ、回転テーブル２の回転速度は５ｒｐｍに各々設定した。また、第２の処理領域Ｐ２のプラズマ発生器８０ａの高周波電源の出力は５ｋＷに設定した。原料ガスにはＤＣＳを用い、第１の反応ガスノズル３１からは、キャリアガスを含むＤＣＳ／Ｎ_２の混合ガスを１０００／５００ｓｃｃｍの流量で供給した。また、第２の反応ガスノズル３２からは、Ａｒ／ＮＨ_３の混合ガスを２０００／２０００ｓｃｃｍの流量で供給した。更に、第３の反応ガスノズル３３からは、Ａｒ／Ｃｌ_２の混合ガスを、４０００／５ｓｃｃｍの流量で供給した。

図１６は、トレンチＴの埋め込み状態の時間経過を示したＳＥＭ画像である。図１６（ａ）は、埋め込み成膜開始から５４００秒経過後のトレンチＴの埋め込み状態を示したＳＥＭ画像である。図１６（ｂ）は、埋め込み成膜開始から７２００秒経過後のトレンチＴの埋め込み状態を示したＳＥＭ画像である。図１６（ｃ）は、埋め込み成膜開始から９０００秒経過後のトレンチＴの埋め込み状態を示したＳＥＭ画像である。

図１６（ａ）〜（ｃ）に示される通り、Ｖ字の断面を保ったまま、徐々に底面側から埋め込み成膜がなされていることが分かる。

図１６（ｄ）は、図１６（ｃ）の一部の拡大図である。図１６（ｄ）に示される通り、Ｖ字の断面が保たれ、上部が大きく開口していることが分かる。このようなＶ字成膜を行うことにより、ボイド無く窪みパターンを窒化膜で埋め込むことができる。

図１７は、実施例３の埋め込み成膜でトレンチ内に堆積した膜について、上方から順にＴｏｐ−Ｔ、Ｔｏｐ―Ｌ、Ｔｏｐ−Ｓ、ＢＴＭの測定点を設定し、測定した結果を示した図である。

図１７に示される通り、Ｔｏｐ−Ｔの膜厚は時間が経過しても膜厚の増加は少なく、ＢＴＭ、Ｔｏｐ−Ｓにおいて膜厚が大きく増加していることが分かる。このように、実施例３によれば、本実施形態に係る成膜方法により、ボトムアップ成膜が実施可能であることが示された。

図１８は、実施例３の各測定点における成膜量を示した図である。図１８に示される通り、ＢＴＭ、Ｔｏｐ−Ｓ、Ｔｏｐ−Ｌ、Ｔｏｐ−Ｔの順に成膜量が高く、底部に接近する程成膜量が高くなっており、ボトムアップ成膜が実現できていることが分かる。

このように、実施例１〜３の実施結果から、本実施形態に係る成膜方法及び成膜装置によれば、トレンチ、ビア等の窪みパターンの窒化膜の埋め込み成膜を高いボトムアップ性で実施することができ、ボイドを発生させない高品質の埋め込み成膜が可能であることが示された。

以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施形態及び実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態及び実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

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
１１ 天板
１２ 容器本体
１５ 搬送口
２４ 凹部
３１〜３３ 反応ガスノズル
４１、４２ 分離ガスノズル
８０、８０ａ プラズマ発生器
９０ リモートプラズマ発生器
９１ プラズマ生成部
１３０〜１３２ ガス供給源
Ｐ１〜Ｐ３ 処理領域
Ｗ ウエハ

Claims (16)

1. 基板の表面に形成されている窪みパターンに底面側から窒化膜を埋め込む成膜方法であって、
   前記基板の表面及び前記窪みパターンの上部にプラズマにより活性化された塩素ガスを供給して吸着させ、吸着阻害基を形成する工程と、
   前記窪みパターンを含む前記基板の表面にシリコン又は金属と塩素とを含有する原料ガスを供給し、前記吸着阻害基が形成されていない前記窪みパターン内の下部領域に前記原料ガスを吸着させる工程と、
   前記窪みパターンを含む前記基板の表面に窒化ガスを供給し、前記窪みパターン内の下部領域に前記原料ガスとの反応により生成された窒化膜の分子層を堆積させる工程と、を有する成膜方法。
2. 前記吸着阻害基を形成する工程、前記原料ガスを吸着させる工程及び前記窒化膜の分子層を堆積させる工程を１サイクルとし、該１サイクルを所定回数繰り返して前記窪みパターン内に前記窒化膜を埋め込む請求項１に記載の成膜方法。
3. 前記金属は、チタン又はアルミニウムを含む請求項１又は２に記載の成膜方法。
4. 前記基板はシリコン基板である請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成膜方法。
5. 前記窪みパターンを含む前記基板の表面上には、下地膜が予め形成されている請求項４に記載の成膜方法。
6. 前記下地膜は、シリコン窒化膜又はシリコン酸化膜である請求項５に記載の成膜方法。
7. 前記吸着阻害基を形成する工程の前に、前記窪みパターンを含む前記基板の表面に下地膜を成膜する工程を更に含む請求項４に記載の成膜方法。
8. 前記下地膜を成膜する工程は、前記窪みパターンを含む前記基板の表面にシリコン含有ガスを供給し、該シリコン含有ガスを吸着させる工程と、
   前記窪みパターンを含む前記基板の表面に前記窒化ガスを供給し、前記シリコン含有ガスとの反応により生成されたシリコン窒化膜の分子層を堆積させる工程と、を含む請求項７に記載の成膜方法。
9. 前記原料ガスは、シリコンと塩素とを含有するガスであり、
   前記シリコン含有ガスには、前記原料ガスが用いられる請求項８に記載の成膜方法。
10. 前記シリコン含有ガスを吸着させる工程と、前記シリコン窒化膜の分子層を堆積させる工程とを、前記下地膜が所定の膜厚になるまで所定回数繰り返す請求項８又は９に記載の成膜方法。
11. 前記窒化ガスは、プラズマにより活性化されて供給される請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の成膜方法。
12. 前記基板は、回転テーブル上に周方向に沿って配置され、
    該回転テーブル上に前記周方向に沿って窒化ガス供給領域と、塩素ガス供給領域と、原料ガス供給領域とが回転方向に沿って互いに離間して配置され、
    前記回転テーブルが前記回転方向に回転することにより、前記吸着阻害基を形成する工程、前記原料ガスを吸着させる工程及び前記窒化膜の分子層を堆積させる工程を順次繰り返して前記窪みパターン内に前記窒化膜を埋め込む請求項２乃至１１のいずれか一項に記載の成膜方法。
13. 前記塩素ガス供給領域と前記原料ガス供給領域との間、及び前記原料ガス供給領域と前記窒化ガス供給領域との間には、パージガスを前記基板の表面に供給するパージガス供給領域が設けられ、
    前記吸着阻害基を形成する工程と前記原料ガスを吸着させる工程との間、及び前記原料ガスを吸着させる工程と前記窒化膜の分子層を堆積させる工程との間には、パージガス供給工程が設けられた請求項１２に記載の成膜方法。
14. 処理室と、
    該処理室内に設けられ、表面上に基板を載置可能な基板載置領域を有する回転テーブルと、
    該回転テーブル上に回転方向に沿って所定領域に設けられ、前記回転テーブル上にシリコン又は金属と塩素とを含有する原料ガスを供給可能な原料ガス供給領域と、
    前記回転テーブル上であって、該原料ガス供給領域の前記回転方向における下流側に設けられ、前記回転テーブル上に窒化ガスを供給可能な窒化ガス供給領域と、
    前記回転テーブル上であって、該窒化ガス供給領域の前記回転方向における下流側に設けられ、前記回転テーブル上に塩素ガスを供給可能な塩素ガス供給領域と、
    前記回転テーブルに供給される前記窒化ガスをプラズマにより活性化する第１のプラズマ発生器と、
    前記回転テーブルに供給される前記塩素ガスをプラズマにより活性化する第２のプラズマ発生器と、を有する成膜装置。
15. 前記原料ガス供給領域と前記窒化ガス供給領域との間、及び前記塩素ガス供給領域と前記原料ガス供給領域との間に設けられ、前記回転テーブル上にパージガスを供給可能なパージガス供給領域を更に有する請求項１４に記載の成膜装置。
16. 前記第２のプラズマ発生器は、リモートプラズマ発生器である請求項１４又は１５に記載の成膜装置。