本發明涉及含硅膜的成膜方法以及成膜裝置。

背景技術：

以往以來，如日本特開2012－209394號公報記載的那樣，公知有如下的成膜方法，該成膜方法包括：在1個真空容器內使第1反應氣體吸附于基板的吸附步驟；使吸附于基板的第1反應氣體與第2反應氣體發生反應并在基板上形成反應生成物的形成步驟；使改性氣體和蝕刻氣體活性化并向基板供給、進行反應生成物的改性以及蝕刻的改性－蝕刻步驟；向基板供給蝕刻氣體而對反應生成物進行蝕刻的蝕刻步驟，蝕刻步驟是在依此重復進行吸附步驟、形成步驟以及改性－蝕刻步驟之后進行的。

采用該成膜方法，在形成于基板的表面的溝槽等凹部形成反應生成物，之后，立即進行蝕刻步驟，所以能夠防止凹部的開口被反應生成物堵塞、防止空隙、縫的產生并且能夠進行向凹部的填埋成膜。

但是，在日本特許第5599350號公報記載的結構中，為了進行改性－蝕刻步驟以及蝕刻步驟而使用等離子體。在使用等離子體的情況下，存在晶圓面內的填埋形狀的校正(日文：合わせ込み)較難、并且由于等離子體單元的附設導致裝置大型化的問題。

技術實現要素：

因此，本發明目的在于提供一種能夠在不使用等離子體的情況下使形成于基板的表面的凹坑不產生空隙、縫等缺陷地進行含硅膜的填埋的含硅膜的成膜方法以及成膜裝置。

為了達到上述目的，本發明的一技術方案的含硅膜的成膜方法是向形成于基板的表面的凹坑填充含硅膜的含硅膜的成膜方法，該成膜方法包含第1成膜循環，

該第1成膜循環包括：

第1硅吸附工序，在該第1硅吸附工序中，向所述基板供給含硅氣體，且使所述含硅氣體吸附于所述凹坑內；

硅蝕刻工序，在該工序中，向所述基板供給蝕刻氣體，且對吸附于所述凹坑內的所述含硅氣體的硅成分的一部分進行蝕刻；以及

第1含硅膜堆積工序，在該第1含硅膜堆積工序中，向所述基板供給反應氣體，將在蝕刻后以吸附于所述凹坑內的狀態殘留的所述硅成分氧化，使含硅膜堆積在所述凹坑內。

本發明的另一技術方案的成膜裝置包括：處理室；

旋轉臺，其設于該處理室內，在其表面上能夠載置基板；

在比該旋轉臺靠上方的位置、沿著該旋轉臺的旋轉方向從上游側依次相互分開地設置的原料氣體供給部、蝕刻氣體供給部、反應氣體供給部；

以及控制單元，該控制單元能夠切換第1成膜循環和第2成膜循環，在所述第1成膜循環中，在利用所述原料氣體供給部供給了原料氣體、利用所述蝕刻氣體供給部供給了蝕刻氣體、利用所述反應氣體供給部供給了反應氣體的狀態下，使所述旋轉臺旋轉，使所述基板依次通過所述原料氣體供給部的下方、所述蝕刻氣體供給部的下方以及所述反應氣體供給部的下方，

在所述第2成膜循環中，在利用所述原料氣體供給部供給了原料氣體、利用所述反應氣體供給部供給了反應氣體的狀態下，使所述旋轉臺旋轉，使所述基板交替地通過所述原料氣體供給部的下方、所述反應氣體供給部的下方。

附圖說明

圖1是本發明的實施方式的成膜裝置的一例的剖視圖。

圖2是本發明的實施方式的成膜裝置的一例的立體圖。

圖3是本發明的實施方式的成膜裝置的一例的概略俯視圖。

圖4是表示本發明的實施方式的成膜裝置的一例的原料氣體噴嘴以及噴嘴罩的一例的結構的圖。

圖5是本發明的實施方式的成膜裝置的一例的沿真空容器的周向的局部剖視圖。

圖6是表示本發明的實施方式的成膜裝置的一例的真空容器的設有頂面的區域的局部剖視圖。

圖7A～7E是表示本發明的實施方式的含硅膜的成膜方法的一例的一系列的工序的圖。

圖8A以及8B是用于說明基底氧化硅膜形成工序中的氣體供給狀態以及旋轉臺的旋轉的圖。

圖9A～9C是用于說明蝕刻兼成膜工序中的氣體供給狀態以及旋轉臺的旋轉的圖。

圖10A～10D是用于說明本發明的實施方式的含硅膜的成膜方法的蝕刻兼成膜循環中發生的化學反應的圖。

圖11A～11E是表示本發明的實施例的含硅膜的成膜方法的實施結果的圖。

圖12A～12C是將實施例1～3的結果圖表化而表示的圖。

具體實施方式

以下，參照附圖，說明用于實施本發明的方式。

[成膜裝置]

首先，使用附圖說明本發明的實施方式的成膜裝置。

圖1是本發明的實施方式的成膜裝置的一例的剖視圖，圖2是本發明的實施方式的成膜裝置的一例的立體圖。此外，圖3是本發明的實施方式的成膜裝置的一例的概略俯視圖。

如果參照圖1～圖3，該成膜裝置包括具有大致圓形的俯視形狀的扁平的真空容器(處理室、腔室)1以及設于該真空容器1內、且在真空容器1的中心具有旋轉中心的旋轉臺2。真空容器1具有：容器主體12，其具有有底的圓筒形狀；以及頂板11，其夾著例如O型密封環等密封構件13(圖1)氣密地且能夠裝卸地配置于容器主體12的上表面。

旋轉臺2在其中心部固定于圓筒形狀的芯部21，該芯部21固定于沿鉛垂方向延伸的旋轉軸22的上端。旋轉軸22貫通真空容器1的底部14，其下端安裝于使旋轉軸22(圖1)繞鉛垂軸線旋轉的驅動部23。旋轉軸22以及驅動部23被收納于上面開口的筒狀的殼體20內。該殼體20的設于其上表面的凸緣部分氣密地安裝于真空容器1的底部14的下表面，維持殼體20的內部氣氛和外部氣氛之間的氣密狀態。

在旋轉臺2的表面，如圖2以及圖3所示的那樣沿周向設有用于載置多張(在圖示的例子中為5張)作為基板的半導體晶圓(以下稱為“晶圓”)W的圓形狀的凹部24。此外在圖3中為了方便僅在1個凹部24上示出晶圓W。該凹部24具有比晶圓W的直徑(例如300mm)稍微大例如大4mm的內徑和與晶圓W的厚度大致相等的深度。因而，若將晶圓W載置于凹部24，晶圓W的表面和旋轉臺2的表面(未載置有晶圓W的區域)成為相同的高度。

圖2以及圖3是說明真空容器1內的構造的圖，為了方便說明，省略頂板11的圖示。如圖2以及圖3所示，在旋轉臺2的上方配置有各個例如由石英構成的原料氣體噴嘴31、反應氣體噴嘴32、蝕刻氣體噴嘴33以及分離氣體噴嘴41、42。在圖示的例子中，沿真空容器1的周向隔開間隔地從輸送口15(后述)逆時針(旋轉臺2的旋轉方向)地依次配置有反應氣體噴嘴32、分離氣體噴嘴42、原料氣體噴嘴31、分離氣體噴嘴41以及蝕刻氣體噴嘴33。這些噴嘴31、32、33、41以及42的作為各自的基端部的氣體導入端口31a、32a、33a、41a以及42a(圖3)固定于容器主體12的外周壁，這些噴嘴31、32、33、41以及42從真空容器1的外周壁向真空容器1內導入。然后，以噴嘴沿容器主體12的半徑方向相對于旋轉臺2平行地延伸的方式安裝。

原料氣體噴嘴31是向晶圓W供給原料氣體的原料氣體供給部。在本發明的實施方式的基板處理方法中，作為從原料氣體噴嘴31供給的原料氣體，能夠使用例如含Si氣體。作為含Si氣體，能夠使用各種氣體，例如，能夠使用有機氨基硅烷氣體。作為有機氨基硅烷氣體，例如，可是使用3DMAS(Tris(dimethylamino)silane，(三(二甲氨基)硅烷))氣體。

反應氣體噴嘴32是向晶圓W供給反應氣體的反應氣體供給部，該反應氣體能夠與原料氣體反應而生成反應生成物。由此，作為從反應氣體噴嘴32供給的反應氣體，能夠使用能夠與含硅(Si)氣體反應、更詳細地說與含硅氣體中所含有的硅成分反應而生成反應生成物的氣體，例如，能夠使用氧化氣體、氮化氣體等。作為氧化氣體，例如，可以使用氧(O₂)氣和/或臭氧(O₃)氣體。由此，能夠在晶圓W上形成SiO₂膜。此外，作為氮化氣體，例如，可以使用氨(NH₃)氣體。由此，能夠在晶圓W上形成SiN膜。

蝕刻氣體噴嘴33是向晶圓W供給蝕刻氣體的蝕刻氣體供給部。作為從蝕刻氣體噴嘴33供給的蝕刻氣體，使用能夠對原料氣體中所含的原料成分進行蝕刻的氣體。在原料氣體是含Si氣體的情況下，使用能夠對Si成分進行蝕刻的氣體，例如，使用氯(Cl₂)氣。氯氣在對硅進行蝕刻方面是有效的，但在氧化硅膜(SiO₂)、氮化硅膜(SiN)等硅絕緣膜的蝕刻方面不那么有效。由此，在本發明的實施方式的成膜裝置中構成為，如圖3的箭頭所示，使旋轉臺2逆時針旋轉，晶圓W通過原料氣體噴嘴31的下方，在含硅氣體吸附于晶圓W的表面的狀態下通過蝕刻氣體噴嘴33的下方，對含硅氣體的硅成分的一部分進行蝕刻，在使硅成分的吸附量變得微少的狀態下通過反應氣體噴嘴32的下方。此外，后面對具體的成膜方法進行詳細說明。

此外，在本實施方式中，作為供給蝕刻氣體的部件，雖然列舉出使用有蝕刻氣體噴嘴33的例子進行說明，但是，也可以是例如使用噴頭來代替蝕刻氣體噴嘴33而向晶圓W供給蝕刻氣體的結構。這樣，只要能夠向晶圓W供給蝕刻氣體，那么就能夠使用其他的蝕刻氣體供給單元來替換蝕刻氣體噴嘴33。

貯存有原料氣體以及反應氣體的原料氣體供給源以及反應氣體供給源經由開閉閥、流量調整器(均未圖示)分別與原料氣體噴嘴31以及反應氣體噴嘴32相連接。此外，貯存蝕刻氣體的蝕刻氣體供給源經由開閉閥、流量調整器(均未圖示)與蝕刻氣體噴嘴33相連接。

此外，作為原料氣體而被使用的含硅氣體并沒有特別限定，除了上述3DMAS(三(二甲氨基)硅烷、Si(N(CH₃)₂)₃H)之外，能夠優選使用4DMAS(四(二甲基氨基)硅烷、Si(N(CH₃)₂))₄)等氨基硅烷系、TCS(四氯化硅SiCl₄)、DCS(二氯硅烷、SiH₂Cl₂)、SiH₄(硅烷)、HCD(六氯乙硅烷、Si₂Cl₆)等。

此外，在將氧化氣體用作反應氣體的情況下，如上所述，能夠優選使用氧氣體和/或臭氧氣體。特別是由于能夠得到致密的氧化硅膜，所以進一步優選氧化氣體含有臭氧氣體。

此外，Ar、He等稀有氣體、N₂氣體(氮氣)等非活性氣體的供給源經由開閉閥、流量調整器(均未圖示)與分離氣體噴嘴41、42相連接。作為非活性氣體并沒有特別限定，如上所述，能夠使用稀有氣體、N₂氣體等，例如可以使用N₂氣體。此外，這些非活性氣體被用作所謂的吹掃氣體。由此，分離氣體噴嘴41、42也可以被稱為吹掃氣體噴嘴。

圖4是表示原料氣體噴嘴以及噴嘴罩的一例的結構的圖，圖5是沿真空容器1的周向的部分剖視圖。

如圖4以及圖5所示，朝向旋轉臺2向下方開口的多個氣體噴出孔37沿原料氣體噴嘴31、反應氣體噴嘴32以及蝕刻氣體噴嘴33的長度方向排列于原料氣體噴嘴31、反應氣體噴嘴32以及蝕刻氣體噴嘴33。對于氣體噴出孔37的配置并沒有特別限定，例如能夠以10mm的間隔排列。

原料氣體噴嘴31的下方區域成為用于使作為原料氣體的含硅氣體吸附于晶圓W的第1處理區域P1。蝕刻氣體噴嘴33以及反應氣體噴嘴32的下方區域成為第2處理區域P2。在第2處理區域P2中，反應氣體噴嘴32和蝕刻氣體噴嘴33共存，但反應氣體噴嘴32的下方成為反應氣體供給區域，蝕刻氣體噴嘴33的下方成為蝕刻氣體供給區域。此外，反應氣體供給區域和蝕刻氣體供給區域之間沒有明確的界限，蝕刻氣體噴嘴33配置于第2處理區域P2內的旋轉臺2的旋轉方向的最上游側，反應氣體噴嘴32配置于第2處理區域P2內的旋轉臺2的旋轉方向的最下游側，即二者在第2處理區域P2內配置于相距最遠的位置。由此，如圖3所示，也可以將第2處理區域P2內的上游側端部作為蝕刻氣體供給區域P21，將第2處理區域P2內的下游側端部作為反應氣體供給區域P22。

在一邊進行吸附于晶圓W的含硅氣體的蝕刻一邊進行含硅膜的成膜的情況下，在從原料氣體噴嘴31供給了含硅氣體、從反應氣體噴嘴32供給了反應氣體、從蝕刻氣體噴嘴33供給了蝕刻氣體、從分離氣體噴嘴41、42供給了分離氣體的狀態下使旋轉臺2逆時針旋轉。

即，從原料氣體噴嘴31以及反應氣體噴嘴32供給成膜用的原料氣體以及反應氣體、同時從蝕刻氣體噴嘴33供給蝕刻氣體，使旋轉臺2逆時針旋轉，由此，在旋轉臺2的1圈旋轉過程中能夠進行成膜工序和蝕刻工序這兩個工序。此外，使旋轉臺2沿逆時針方向旋轉是因為在形成敷形膜的成膜工序中需要使含Si氣體等原料氣體吸附于晶圓W上，對吸附了的原料氣體進行蝕刻而使其變薄、之后供給氧化氣體或者氮化氣體等反應氣體，使薄的原料氣體吸附層和反應氣體在晶圓W的表面上發生反應，是因為需要使旋轉臺2旋轉以便向晶圓W依次供給原料氣體、蝕刻氣體以及反應氣體。若使旋轉臺2逆時針旋轉，在晶圓W依次通過原料氣體噴嘴31、蝕刻氣體噴嘴32的下方之后，通過反應氣體噴嘴32的下方，因此，以吸附、蝕刻、反應物生成(堆積)的順序重復循環，不堵塞凹坑圖案的開口部，能夠進行自下而上(日文：ボトムアップ)性較高的成膜。

另一方面，在不進行吸附于晶圓W的含硅氣體的蝕刻，而在僅進行含硅膜的成膜之際，在從蝕刻氣體噴嘴33不供給蝕刻氣體、或者供給了稀有氣體、N2氣體等吹掃氣體、并從原料氣體噴嘴31供給了含硅氣體、從反應氣體噴嘴32供給了反應氣體、從分離氣體噴嘴41、42供給了分離氣體(吹掃氣體)的狀態下，使旋轉臺2順時針旋轉或者逆時針旋轉，由此，能夠在第1以及第2處理區域P1，P2內僅進行成膜。

如圖4的(a)以及圖4的(b)所示，優選在原料氣體噴嘴31上設置有噴嘴罩34。以下，一邊參照圖4的(a)，一邊說明噴嘴罩34。噴嘴罩34沿第1氣體噴嘴311的長度方向延伸，且具有基部35，基部35具有日文片假名“コ”字型的截面形狀?；?5以覆蓋原料氣體噴嘴31的方式進行配置。在沿基部35的長度方向延伸的兩個開口端中的一者安裝有整流板36A，在另一者安裝有整流板36B。在本實施方式中，整流板36A、36B與旋轉臺2的上表面平行地安裝。此外，在本實施方式中，如圖2以及圖3所示，在旋轉臺2的旋轉方向上在第1氣體噴嘴31的上游側配置有整流板36A，在下游側配置有整流板36B。

如圖4的(b)清晰地所示，整流板36A、36B形成為相對于第1氣體噴嘴31的中心軸線左右對稱。此外，整流板36A、36B的沿旋轉臺2的旋轉方向的長度越向旋轉臺2的外周部變得越長，因此，噴嘴罩34具有大致扇形狀的俯視形狀。在此，對于圖4的(b)中虛線所示的扇的張角的角度θ，也考慮后述的凸狀部4(分離區域D)的尺寸來決定，例如優選為5°以上且小于90°，具體而言，例如更優選為8°以上且小于10°。

此外，在本實施方式中，雖然示出了僅在原料氣體噴嘴31上設置噴嘴罩34的例子，但也可以在蝕刻氣體噴嘴33以及反應氣體噴嘴32上設置相同的噴嘴罩。

若參照圖2以及圖3，在真空容器1內設有兩個凸狀部4。凸狀部4具有頂部裁切成圓弧狀的大致扇型的俯視形狀，在本實施方式中配置為，內圓弧連結于突出部5(后述)，外圓弧沿著真空容器1的容器主體12的內周面。圖5是表示真空容器1的從第1氣體噴嘴31到第2氣體噴嘴321、322沿著旋轉臺2的同心圓的截面。如圖所示，凸狀部4安裝于頂板11的背面。因此，在真空容器1內存在作為凸狀部4的下表面的平坦的較低的頂面44(第1頂面)以及位于該頂面44的周向兩側的高于頂面44的頂面45(第2頂面)。

此外，如圖5所示，在凸狀部4的周向中央形成有槽部43，槽部43沿旋轉臺2的半徑方向延伸。在槽部43收容有分離氣體噴嘴42。在另一凸狀部4同樣形成有槽部43，并在此收容有分離氣體噴嘴41。此外，在分離氣體噴嘴42上形成有氣體噴出孔42h。氣體噴出孔42h沿分離氣體噴嘴42的長度方向隔開規定的間隔(例如10mm)形成有多個。此外，能夠將氣體噴出孔42h的開口徑設為例如0.3mm～1.0mm。雖然省略圖示，但在分離氣體噴嘴41上也同樣地能夠形成氣體噴出孔。

在較高的頂面45的下方的空間分別設有原料氣體噴嘴31以及反應氣體噴嘴32。原料氣體噴嘴31以及反應氣體噴嘴32與頂面45分開且設于晶圓W的附近。此外，如圖5所示，設置較高的頂面45的下方的用于設置原料氣體噴嘴31的空間481和較高的頂面45的下方的用于設置反應氣體噴嘴32的空間482。

較低的頂面44與旋轉臺2之間形成作為狹窄的空間的分離空間H。若從分離氣體噴嘴42供給非活性氣體，例如供給N₂氣體，該N₂氣體通過分離空間H朝向空間481以及空間482流動。此時，分離空間H的容積小于空間481以及482的容積，所以利用N₂氣體能夠使分離空間H的壓力高于空間481以及482的壓力。即，在空間481以及482之間，分離空間H提供壓力勢壘。而且，從分離空間H向空間481以及482流出的N₂氣體作為相對于來自第1處理區域P1的原料氣體和來自第2處理區域P2的反應氣體以及蝕刻氣體的對流(日文：カウンターフロー)起作用。因而，來自第1處理區域P1的原料氣體和來自第2處理區域P2的反應氣體以及蝕刻氣體被分離空間H分離。由此，在真空容器1內能夠抑制原料氣體與蝕刻氣體以及反應氣體混合而發生反應。

此外，對于頂面44相對于旋轉臺2的上表面的高度h1，考慮成膜時的真空容器1內的壓力、旋轉臺2的旋轉速度、供給的分離氣體(N₂氣體)的供給量等，且優選設定為適于使分離空間H的壓力高于空間481以及482的壓力的高度。

這樣，形成有分離空間H的分離區域D也可以稱為向晶圓W供給吹掃氣體的區域，因此也可以稱為吹掃氣體供給區域。

再次參照圖1～圖3，在頂板11的下表面設有突出部5以包圍固定旋轉臺2的芯部21的外周。在本實施方式中，該突出部5與凸狀部4的旋轉中心側的部位相連續，且突出部5的下表面形成為與頂面44相同的高度。

之前參照的圖1是沿圖3的I－I’線的剖視圖，表示設有頂面45的區域，另一方面，圖6是表示設有頂面44的區域的局部剖視圖。如圖6所示，能夠在大致扇型的凸狀部4的周緣部(真空容器1的外緣側的部位)以與旋轉臺2的外端面相面對的方式形成彎曲成L字型的彎曲部46。該彎曲部46能夠抑制氣體通過旋轉臺2和容器主體12的內周面之間的空間而在空間481以及空間482(圖5)之間流通。扇型的凸狀部4設于頂板11，由于頂板11能夠從容器主體12取下，所以在彎曲部46的外周面和容器主體12之間稍微存在間隙。彎曲部46的內周面和旋轉臺2的外端面之間的間隙以及彎曲部46的外周面和容器主體12之間的間隙能夠設定為與例如頂面44相對于旋轉臺2的上表面的高度相同的寸法。

再次參照圖3，在旋轉臺2和容器主體的內周面之間，形成與空間481相連通的第1排氣口610以及與空間482相連通的第2排氣口620。如圖1所示，第1排氣口610以及第2排氣口620分別借助排氣管630與作為真空排氣部件的例如真空泵640相連接。此外在圖1中，設有壓力調整器650。

如圖1以及圖6所示，在旋轉臺2和真空容器1的底部14之間的空間能夠設置作為加熱部件的加熱單元7，隔著旋轉臺2能夠將旋轉臺2上的晶圓W加熱到由工藝制程決定的溫度。為了抑制氣體進入到旋轉臺2的下方的空間，在旋轉臺2的周緣附近的下方側設置環狀的罩構件71。如圖6所示，該罩構件71能夠構成為包括：內側構件71a，其以從下方側面對旋轉臺2的外緣部以及比外緣部靠外周側的部分的方式設置；外側構件71b，其設于該內側構件71a和真空容器1的內壁面之間。外側構件71b在形成于凸狀部4的外緣部的彎曲部46的下方靠近彎曲部46地設置，內側構件71a在旋轉臺2的外緣部下方(以及比外緣部稍微靠外側的部分的下方)在整周上包圍加熱單元7。

如圖1所示，底部14的比配置有加熱單元7的空間靠近旋轉中心的部位以接近旋轉臺2的下表面的中心部附近的芯部21的方式向上方側突出而成為突出部12a。該突出部12a和芯部21之間成為狹窄的空間。此外，貫通底部14的旋轉軸22的貫通孔的內周面和旋轉軸22之間的間隙變窄，這些狹窄的空間與殼體20連通。然后在殼體20上設置吹掃氣體供給管72，該吹掃氣體供給管72用于向狹窄的空間內供給作為吹掃氣體的N₂氣體而進行吹掃。此外，在真空容器1的底部14，在加熱單元7的下方沿周向以規定的角度間隔設置有多個吹掃氣體供給管73，該吹掃氣體供給管73用于對加熱單元7的配置空間進行吹掃(在圖6中示出一個吹掃氣體供給管73)。此外，為了抑制氣體向設置了加熱單元7的區域進入，在加熱單元7和旋轉臺2之間設置蓋構件7a，該蓋構件7a在整周上覆蓋從外側構件71b的內周壁(內側構件71a的上表面)到突出部12a的上端部之間。蓋構件7a能夠由例如石英制作。

若從吹掃氣體供給管72供給N₂氣體，則該N₂氣體通過旋轉軸22的貫通孔的內周面和旋轉軸22之間的間隙以及突出部12a和芯部21之間的間隙，在旋轉臺2和蓋構件7a之間的空間流動，從第1排氣口610或者第2排氣口620(圖3)排出。此外，若從吹掃氣體供給管73供給N₂氣體，該N₂氣體從收容加熱單元7的空間通過蓋構件7a和內側構件71a之間的間隙(未圖示)流出，從第1排氣口610或者第2排氣口620(圖3)排出。利用這些N₂氣體的流動，能夠抑制空間481以及空間482內的氣體通過真空容器1的中央下方的空間以及旋轉臺2的下方的空間而發生混合。

此外，在真空容器1的頂板11的中心部連接有分離氣體供給管51，能夠構成為向頂板11和芯部21之間的空間52供給作為分離氣體的N₂氣體。供給到該空間52的分離氣體經由突出部5和旋轉臺2之間的狹窄的空間50(圖6)沿著旋轉臺2的晶圓載置區域側的表面朝向周緣噴出。空間50能夠被分離氣體維持在比空間481以及空間482的壓力高的壓力。因而，利用空間50，能夠抑制向第1處理區域P1供給的原料氣體和向第2處理區域P2供給的蝕刻氣體以及反應氣體通過中心區域C而發生混合。即，空間50(或者中心區域C)能夠發揮與分離空間H(或者分離區域D)相同的功能。

此外，如圖2、圖3所示，能夠在真空容器1的側壁形成輸送口15，該輸送口15用于在外部的輸送臂10和旋轉臺2之間進行作為基板的晶圓W的交接。該輸送口15能夠利用未圖示的閘閥進行開閉。在該情況下，旋轉臺2上的作為晶圓載置區域的凹部24在面向該輸送口15的位置在其與輸送臂10之間進行晶圓W的交接。因此，在旋轉臺2的下方側，在與交接位置對應的部位能夠設置貫通凹部24而用于將晶圓W從背面抬起的交接用的升降銷及其升降機構(均未圖示)。

此外，在本實施方式的成膜裝置中，如圖1所示，能夠設置包括用于進行裝置整體的動作的控制的計算機的控制部100。在控制部100的存儲器內，能夠存儲在控制部100的控制下使成膜裝置實施后述的成膜方法的程序。該程序編入有步驟群以執行后述的成膜方法，儲存于硬盤、光盤、磁光盤、存儲卡以及軟盤等介質102，利用規定的讀取裝置向存儲部101讀入，且能夠安裝于控制部100內。

[含硅膜的成膜方法]

接著，說明本發明的實施方式的含硅膜的成膜方法。本實施方式的含硅膜的成膜方法也能夠利用上述的實施方式的成膜裝置以外的成膜裝置來實施，但為了方便說明，對利用上述實施方式的成膜裝置來實施的例子進行說明。

圖7A～7E是表示本發明的實施方式的含硅膜的成膜方法的一例的一系列的工序的圖。此外，在本實施方式中，列舉了作為成膜對象的基板是硅晶圓W、成膜的膜的種類是氧化硅膜的例子進行說明。

圖7A是表示基板準備工序的一例的圖。在基板準備工序中，準備作為成膜對象的晶圓W。此外，在圖7A中，示出了作為填埋對象的、形成于晶圓W的表面的凹坑80的一例。凹坑80作為晶圓W的布線圖案的一部分而形成，可以具有槽形狀的溝槽、孔形狀的通孔。此外，也可以含有凹坑80的寬度：深度的寬深比為從1：10左右開始、1：100、1：200這樣的數百級別的高寬深比的凹坑80。

在使用本實施方式的成膜裝置的情況下，在基板準備工序中，使準備好的晶圓W載置于真空容器1內的旋轉臺2的凹部24上。更詳細地說，首先，打開未圖示的閘閥，如圖2、圖3所示，利用輸送臂10從外部經由輸送口15將晶圓W向旋轉臺2的凹部24內交接。該交接通過以下方式進行：在凹部24停止于面向輸送口15的位置時，未圖示的升降銷從真空容器1的底部側經由凹部24的底面的貫通孔進行升降。使旋轉臺2間歇地旋轉而進行這樣的晶圓W的交接，將晶圓W分別載置于旋轉臺2的5個凹部24內。在晶圓W的表面形成圖7A所示那樣的凹坑80。

接著關閉閘閥，在利用真空泵640使真空容器1內成為抽真空的狀態之后，從分離氣體噴嘴41、42以規定的流量噴出作為分離氣體的N₂氣體，也從分離氣體供給管51以及吹掃氣體供給管72、73以規定的流量噴出N₂氣體。伴隨于此，利用壓力調整單元650將真空容器1內調整為預先設定的處理壓力。接著，一邊使旋轉臺2以例如60rpm的旋轉速度逆時針旋轉，一邊利用加熱單元7將晶圓W加熱到例如550℃。

圖7B是表示基底氧化硅膜形成工序的一例的圖。在基底氧化硅膜形成工序中，利用ALD法，在晶圓W的表面形成作為基底的氧化硅膜90。在本實施方式的含硅膜的成膜方法中，由于含有對硅進行蝕刻的工序，所以在填埋氧化硅膜前的下層膜是硅的情況下，若未預先形成薄的氧化硅膜(SiO₂)作為基底層，則會對下層膜進行蝕刻。由此，在凹坑80內形成氧化硅膜而進行覆蓋凹坑80的前處理，形成保護膜以使凹坑80的表面不會被蝕刻處理蝕刻。

具體而言，執行氧化硅膜的成膜工序。在成膜工序中，從原料氣體噴嘴31供給含Si氣體，從反應氣體噴嘴32供給氧化氣體。此外，從蝕刻氣體噴嘴33供給N₂氣體作為吹掃氣體，或者不供給任何氣體。此外，對于含Si氣體，能夠使用各種氣體，在本實施例中，列舉使用作為有機氨基硅烷氣體的一種的3DMAS的例子進行說明。此外，氧化氣體也能夠使用各種氣體，在此，列舉使用臭氧氣體的例子進行說明。

圖8A以及8B是用于說明基底氧化硅膜形成工序中的氣體供給狀態以及旋轉臺2的旋轉狀態的一例的圖。圖8A是表示基底氧化硅膜形成工序中的氣體供給狀態以及旋轉臺2的旋轉狀態的一例的圖，圖8B是表示基底氧化硅膜形成工序中的凹坑80的填埋狀態的一例的圖。此外，圖8B是與圖7B相同的圖。

如圖8A所示，在晶圓W通過第1處理區域P1時，作為原料氣體的3DMAS被從原料氣體噴嘴31供給而吸附于晶圓W的表面上。表面上吸附了3DMAS的晶圓W利用旋轉臺2的旋轉通過具有分離氣體噴嘴42的分離區域D而被吹掃，之后，進入第2處理區域P2。在第2處理區域P2中，在蝕刻氣體供給區域P21，由于沒有從蝕刻氣體噴嘴33供給蝕刻氣體，所以晶圓W在未發生任何化學反應(蝕刻反應)的狀態下，到達反應氣體供給區域P22。此外，蝕刻氣體噴嘴33什么都不供給，或者供給作為吹掃氣體的N₂氣體、作為稀有氣體的Ar氣體。在反應氣體供給區域P22，從反應氣體噴嘴32供給臭氧氣體，3DMAS所含有的硅成分被臭氧氣體氧化，作為反應生成物的SiO₂堆積于晶圓W的表面(參照圖8B)。通過了第2處理區域P2的晶圓W通過具有分離氣體噴嘴41的分離區域D而被吹掃，之后，進入第1處理區域P1。在此，另外從原料氣體噴嘴31供給3DMAS，3DMAS吸附于晶圓W的表面。然后，從此重復進行同樣的循環，由此，如圖8B所示，在晶圓W的表面堆積有作為反應生成物的SiO₂，從而成膜基底SiO₂膜。在此，在圖8A中，雖然示出了使旋轉臺2逆時針旋轉的例子，但在基底氧化硅膜形成工序中，旋轉臺2的旋轉方向也可以是與圖8A反向的順時針。在該情況下，也重復晶圓W交替地通過第1處理區域P1和第2處理區域P2的反應氣體供給區域P22這樣的成膜循環，因此，無論是哪一個旋轉方向，都能夠實施基底氧化硅膜形成工序。但是，在接著進行的蝕刻兼成膜工序中，由于使旋轉臺2逆時針，考慮與接下來的工序之間的連結的流暢性，優選設定為與接下來的工序的旋轉方向相同。

此外，基底SiO₂膜只要設為能夠防止凹坑80的硅表面的蝕刻的最低限度的膜厚就足夠，例如，可以是2nm左右的膜厚。重復進行包括朝向該晶圓W的含硅氣體的供給、吹掃氣體的供給、氧化氣體的供給以及吹掃氣體的供給的一系列的成膜循環，直到形成規定的膜厚的基底SiO₂膜。

圖7C是表示蝕刻兼成膜工序的初期階段的一例的圖，圖7D是表示蝕刻兼成膜工序的中期階段的一例的圖。在蝕刻兼成膜工序中，在旋轉臺2進行1圈旋轉期間，成膜和蝕刻各進行1次。如圖7C、圖7D所示，在蝕刻兼成膜工序中，防止成膜所導致的外突，不堵塞凹坑80的開口上端部地進行沿凹坑80的形狀的敷形的成膜，同時進行自下而上性較高的成膜。

圖9A～9C是用于說明蝕刻兼成膜工序中的氣體供給狀態以及旋轉臺2的旋轉狀態的一例的圖。圖9A是表示蝕刻兼成膜工序中的氣體供給狀態以及旋轉臺2的旋轉狀態的一例的圖。圖9B是表示蝕刻兼成膜工序的前半階段的凹坑80的填埋狀態的一例的圖，圖9C是表示蝕刻兼成膜工序的后半階段的凹坑80的填埋狀態的一例的圖。此外，圖9B是與圖7C相同的圖，圖9C是與圖7D相同的圖。

如圖9A所示，在蝕刻兼成膜工序中，從基底氧化硅膜形成工序之后繼續從第1處理區域P1內的原料氣體噴嘴31(參照圖2、圖3)供給3DMAS、從反應氣體供給區域P22內的反應氣體噴嘴32(參照圖2、圖3)供給臭氧氣體，同時從蝕刻氣體供給區域P21內的蝕刻氣體噴嘴33(參照圖2、圖3)供給作為蝕刻氣體的氯氣。開始蝕刻氣體的供給，由此，在第1處理區域P1吸附于晶圓W的包含凹坑80內的表面的3DMAS氣體的硅成分在蝕刻氣體供給區域P21有一部分被蝕刻，相比吸附的硅成分少量的硅成分一直吸附而殘留。通過了蝕刻氣體供給區域P21的晶圓W到達反應氣體供給區域P22，并在反應氣體供給區域P22被供給臭氧氣體。由此，一直吸附于凹坑80內而殘留的硅成分被臭氧氣體氧化，氧化硅膜作為反應生成物生成，并堆積于凹坑80內，由于是被蝕刻之后，所以形成非常少量的氧化硅膜，能夠進行敷形的成膜(參照圖9B)。此外，蝕刻氣體大多向凹坑80的開口上端部附近供給，到達凹坑80的底部的蝕刻氣體量少于達到開口上端部附近的蝕刻氣體量，所以凹坑80的開口上端部的硅成分的蝕刻量變多。即，一邊在凹坑80內形成V字形狀的氧化硅膜90，一邊能夠繼續成膜。由此，氧化硅膜必然從底部依次堆積，能夠進行自下而上性較高的成膜。此外，旋轉臺2被設定為適于熱蝕刻(thermal etching)的溫度，例如，設定為400℃～650℃的范圍，優選設定為550℃左右(參照圖9C)。此外，氯氣對于硅的蝕刻效果非常高，所以只需以極少量的流量進行供給就足夠，例如，只要以10sccm～300sccm的范圍的流量進行供給就足夠，優選只要以50sccm～200sccm、進一步優選為100sccm左右的流量進行供給就足夠。

圖7E是表示完成了凹坑80的填埋的狀態的圖。如圖7C～7E所示，重復所需次數的使旋轉臺2旋轉1圈而進行的蝕刻兼成膜循環，一邊不使氧化硅膜90內產生空隙，一邊填埋凹坑80。蝕刻工序以及成膜工序的重復次數能夠根據包含凹坑80等的凹形狀圖案的寬深比的形狀設為適當的次數。若寬深比較大，則重復次數變多。

在圖7B、圖8A以及8B所示的基底氧化硅膜形成工序之后，重復圖7C～7E以及圖9A～9C所示的蝕刻兼成膜循環，最終，如圖7E所示，凹坑80完全被氧化硅膜90填埋。

如圖7C～圖7E所示，在蝕刻兼成膜工序中，于在蝕刻工序中被蝕刻成V字狀的氧化硅膜90上，進一步形成氧化硅膜，膜厚增加。由于在被蝕刻成V字狀的氧化硅膜90上進行成膜，所以在成膜時入口沒有被堵塞，能夠從氧化硅膜90的底部堆積膜。由此，能夠防止在填充到凹坑80內的氧化硅膜90處產生空隙、縫等不良。

此外，在圖7C～圖7E中，示出了在圖7B的不供給蝕刻氣體的基底氧化硅膜形成工序之后，僅循環地重復蝕刻兼成膜循環而進行成膜的示例，但也可以以如下那樣的周期的循環執行蝕刻兼成膜循環：在圖7B的基底氧化硅膜形成工序之后，執行規定次數的同樣的不供給蝕刻氣體的氧化硅膜成膜循環，之后，執行1次蝕刻兼成膜循環，再次執行規定次數的不進行蝕刻的氧化硅膜成膜循環，之后，執行1次蝕刻兼成膜循環。即，可以采用重復如下成膜序列直到填埋凹坑80而進行規定膜厚的成膜的方法：在該成膜序列中，在基底氧化硅膜形成工序之后的成膜工序中，每進行規定次數的無蝕刻成膜循環就執行1次蝕刻兼成膜循環。例如，在蝕刻的效果稍稍過強的情況下，若采用這樣的、在每規定次數的成膜循環中插入1次蝕刻兼成膜循環的成膜序列，則能夠減弱蝕刻的效果，能夠以適當的蝕刻強度進行成膜。此外，1成膜序列(成膜周期)內的不進行蝕刻的成膜循環的次數能夠設為例如1次～10次，能夠優選設為1次～5次。

在執行使用有蝕刻兼成膜循環的成膜工序后，以與將晶圓W輸入真空容器1內的順序相反的順序，將完成成膜后的晶圓W從真空容器1輸出。具體而言，使旋轉臺2停止以使欲輸出的晶圓W來到與輸送口15相對的位置，利用未圖示的升降銷抬起晶圓W，從真空容器1的外部利用輸送臂10把持晶圓W而將其運出到真空容器1的外部。使旋轉臺2間歇地旋轉，對載置于旋轉臺2上的凹部24上的所有的晶圓W進行如上的操作，并將所有的晶圓W輸出到真空容器1的外部。

圖10A～10D是用于說明在本發明的實施方式的含硅膜的成膜方法的蝕刻兼成膜循環中發生的化學反應的圖。

圖10A是表示凹坑80的初期氧化狀態的一例的圖。硅晶圓W的包含凹坑80的表面被氧化，羥(OH)基存在于其表面。在該狀態下，在蝕刻兼成膜循環中，供給作為原料氣體的3DMAS。

圖10B是表示3DMAS吸附于晶圓W的包含凹坑80的表面上的狀態的一例的圖。由此，包含硅成分的3DMAS的分子層91形成于晶圓W的包含凹坑80的表面上。

圖10C是表示對晶圓W的包含凹坑80的表面施加蝕刻后的狀態的一例的圖。在蝕刻工序中，向晶圓W供給氯氣作為蝕刻氣體，晶圓W的表面以及凹坑80的上部被充分地供給有蝕刻氣體，硅成分被蝕刻去除。另一方面，在凹坑80的蝕刻氣體難以到達的底部，吸附的3DMAS沒有被蝕刻，殘留的量變多。這樣，V字形狀的3DMAS吸附層92形成于凹坑80內。

圖10D是表示晶圓W的包含凹坑80的表面被氧化后的狀態的一例的圖。若向晶圓W供給臭氧氣體等氧化氣體，包含凹坑80的表面被氧化。在凹坑80的3DMAS殘留而吸附的底部附近的區域，硅成分與臭氧氣體反應，作為反應生成物的氧化硅膜90堆積。另一方面，在凹坑80的硅成分被蝕刻去除的上部以及晶圓W的表面，形成羥基。

重復圖10A～圖10D的蝕刻兼成膜循環，由此氧化硅膜從凹坑80的底面逐漸朝向上方堆積于凹坑80內，從而使氧化硅膜填充到凹坑80。

這樣，采用本實施方式的含硅膜的成膜方法，無需使用等離子體，就能夠從凹坑80的底部以良好的自下而上性進行凹坑80內的填埋成膜。由此，使裝置小型化，同時能夠進行無空隙、縫等缺陷、或者缺陷少的氧化硅膜的填埋。

此外，圖1中說明的控制部100對旋轉臺2的旋轉、真空容器1內的溫度、來自各氣體噴嘴31～33、41、42的氣體的供給時刻以及供給量等進行控制，以便實施本實施方式的含硅膜的成膜方法。這些控制內容作為程序而存儲于存儲介質102，可以安裝該程序而實施控制，這點如以上所述。

此外，本實施方式的含硅膜的成膜方法只要能夠執行圖7A～圖10D中說明的工藝，就不必非要使用圖1～圖6中說明的成膜裝置，只要能夠在1個處理室內實施基于ALD法的成膜和蝕刻處理，就能夠利用各種成膜裝置來實施。

此外，若將氧化氣體變更為NH₃等氮化氣體，則能夠以同樣的順序形成氮化硅膜。

[實施例]

接著，說明實施本發明的實施方式的含硅膜的成膜方法以及成膜裝置的實施例。

在本發明的實施例的含硅膜的成膜方法中，使用具有與圖1～圖6中說明的成膜裝置大致相同的結構的成膜裝置，來實施圖7A～圖10D中說明的含硅膜的成膜方法。但是，在成膜裝置中，使用噴頭來代替蝕刻氣體噴嘴33。

作為具體的處理條件，在比較例的無蝕刻的含硅膜的成膜方法中，晶圓W的溫度設為550℃、真空容器1內的壓力設為1.8Torr、旋轉臺2的旋轉速度設為60rpm。此外，作為含硅氣體，與N₂載氣一同供給3DMAS。作為氧化氣體，使用了臭氧氣體。作為流量，以300g/Nm³的濃度，將3DMAS的流量設定為200sccm、將載體N₂氣體的流量設定為350sccm、將臭氧氣體的流量設定為6000sccm。

在本實施例的含硅膜的成膜方法中，晶圓W的溫度也設為550℃、真空容器1內的壓力也設為1.8Torr、旋轉臺2的旋轉速度也設為60rpm。成膜用的原料氣體、反應氣體以及這些氣體流量與比較例相同，以300g/Nm³的濃度，以200sccm的流量供給3DMAS、以350sccm的流量供給載體N₂氣體、以6000sccm的流量供給臭氧氣體。此外，作為蝕刻條件，使用了氬(Ar)氣體、載體Ar氣體以及氯(Cl₂)氣體的混合氣體作為蝕刻氣體。Ar的流量為2000sccm、載體Ar的流量為1000sccm、Cl₂的流量為100sccm，但在以后的實施例中，能夠將Cl₂的流量進行各種改變。

圖11A～11E是表示本發明的實施例的含硅膜的成膜方法的實施結果的圖。對硅晶圓W上的具有80nm～90nm的開口徑、大致3μm的深度的、寬深比為37的通孔進行了氧化硅膜的填埋。此外，在圖11A～圖11E中，將通孔的開口最上端部表示為TOP，將比TOP稍稍靠下方的部位表示為T－Side，將比TOP靠下方1μm的部位表示為1μm，將比TOP靠下方2μm的部位表示為2μm，將比TOP靠下方3μm的部位表示為3μm。

圖11A是表示比較例的含硅膜的成膜方法的初期狀態的圖。在圖11A的比較例中，僅進行了無蝕刻的成膜工序。得到如下結果：在TOP的部位氧化硅膜的膜厚為27nm，在T－Side的部位氧化硅膜的膜厚為28nm，在深度1μm～3μm的部位的氧化硅膜的膜厚分別為27nm。如圖11A示意地所示，可知從TOP到3μm處以大致相同的膜厚進行成膜。

圖11B是本發明的實施例1的含硅膜的成膜方法的實施結果。在實施例1的含硅膜的成膜方法中，將Cl₂的流量設為100sccm，實施了蝕刻兼成膜工序。在實施例1中，得到如下結果：TOP的部位的膜厚為16nm，T－Side的部位的膜厚為17nm，深度為1μm的部位的膜厚是21nm，深度為2μm的部位的膜厚是22nm，深度為3μm的部位的膜厚是21nm。如圖11B示意地所示，可知：在TOP以及T－Side處膜厚稍稍變薄，形成為稍稍V字形狀。

圖11C是本發明的實施例2的含硅膜的成膜方法的實施結果。在實施例2的含硅膜的成膜方法中，將Cl₂的流量設為200sccm，實施了蝕刻兼成膜工序。在實施例2中，得到如下結果：TOP的部位的膜厚為8nm，T－Side的部位的膜厚為8nm，深度為1μm的部位的膜厚是17nm，深度為2μm的部位的膜厚是19nm，深度為3μm的部位的膜厚是18nm。如圖11C示意地所示，能夠清楚地辨別出：在TOP以及T－Side處膜厚變薄，形成有V字形狀。

圖11D是本發明的實施例3的含硅膜的成膜方法的實施結果。在實施例3的含硅膜的成膜方法中，將Cl₂的流量設為300sccm，實施了蝕刻兼成膜工序。在實施例3中，得到如下結果：TOP的部位的膜厚為6nm，T－Side的部位的膜厚為9nm，深度為1μm的部位的膜厚是15nm，深度為2μm的部位的膜厚是17nm，深度為3μm的部位的膜厚是18nm。如圖11D示意地所示，能夠辨別出：在TOP以及T－Side處膜厚相比于圖11C變得更薄，以更大的張角形成有V字形狀。

圖11E是本發明的實施例4的含硅膜的成膜方法的實施結果。在實施例4的含硅膜的成膜方法中，將Cl₂的流量設為400sccm，實施了蝕刻兼成膜工序。在實施例4中，得到如下結果：TOP的部位的膜厚為5nm，T－Side的部位的膜厚也為5nm，深度為1μm的部位的膜厚是13nm，深度為2μm的部位的膜厚是14nm，深度為3μm的部位的膜厚是17nm。如圖11E示意地所示，能夠清楚地辨別出在通孔的整個內部從上端到底部清楚地形成有V字形狀。

圖12A～12C是將實施例1～3的結果圖表化而表示的圖。在圖12A～圖12C中，橫軸表示通孔內的深度位置，縱軸表示膜厚(nm)。此外，利用比較例的無蝕刻的成膜工序形成的氧化硅膜的膜厚為J，利用實施例的蝕刻兼成膜工序形成的氧化硅膜的膜厚為K，從膜厚J減去膜厚K的值而算出的蝕刻量以L來表示。

圖12A是表示蝕刻氣體流量為100sccm的實施例1的結果的圖表。在圖12A中，可知：即使深度位置發生變化，無蝕刻的成膜工序中的膜厚J也恒定在25nm左右，蝕刻兼成膜工序中的膜厚K越靠近通孔的上部越減少，開口變大，在整體上呈V字形狀。此外，可知：作為膜厚J和膜厚K的差的蝕刻量L越接近通孔的上部變得越大，變為適于形成V字形狀的蝕刻特性。

圖12B是表示蝕刻氣體流量為200sccm的實施例2的結果的圖表。在圖12B中，無蝕刻的成膜工序中的膜厚J為與圖12A相同的數據，即使深度位置發生變化，也恒定在25nm左右。另一方面，可知：對于蝕刻兼成膜工序中的膜厚K，相比于圖12A的情況，在通孔的上部附近(TOP以及T－Side)處的膜厚大幅減少，開口徑變大。此外可知：即使是在較深的部位(1μm～3μm)，其膜厚也比圖12A的情況減少，在整體上開口也變大。

圖12C是表示蝕刻氣體流量為300sccm的實施例3的結果的圖表。在圖12C中，無蝕刻的成膜工序中的膜厚J為與圖12A、圖12B相同的數據，即使深度位置發生變化，也恒定在25nm左右。另一方面可知：蝕刻兼成膜工序中的膜厚K越靠近通孔的上端越減少，開口幾乎成比例地變大，在整體上成為具有成比例的傾斜面的工整的V字形狀。此外，可知：作為膜厚J和膜厚K的差的蝕刻量L越接近通孔的上部越成比例地變大，變為適于形成具有大致恒定角度的傾斜面的工整的V字形狀的蝕刻特性。

這樣，采用本實施例的含硅膜的成膜方法示出了：能夠一邊形成V字形狀一邊進行氧化硅膜向通孔內的填埋，能夠防止空隙、縫等的產生的同時進行填埋成膜。

采用本發明的實施方式，能夠在不使用等離子體的情況下使形成于基板的表面的凹坑不產生空隙、縫等不良地進行含硅膜的填埋。

以上，詳細地說明了本發明的優選的實施方式以及實施例，但是，本發明并不被上述的實施方式以及實施例限制，在不脫離本發明的范圍的情況下，能夠對上述的實施方式以及實施例施加各種變形以及替換。

本申請主張基于2015年6月23日向日本國特許廳提出申請的日本特許出愿2015－126036號的優先權，將日本特許出愿2015－126036號的全部內容援用于此。