JP6501576B2 - シリコン膜の成膜方法および成膜装置 - Google Patents

Description

この発明は、シリコン膜の成膜方法および成膜装置に関する。

シリコン膜は、半導体集積回路装置の製造分野において、例えば、半導体／導電体、ハードマスク等として広く利用されている。シリコン膜は、平坦な被処理面上に成膜されるだけではなく、凹凸を有した被処理面上にも成膜され、例えば、トレンチ、ヴィア、および溝など縦長の断面形状を持つホール状又はライン状の部分の埋め込み材としても使用される。例えば、溝内をシリコン膜で埋め込むことは、例えば特許文献１に記載されている。

特開２０１２−４５４２号公報

半導体集積回路装置は、更なる集積度の向上をめざして、例えば、デバイスの三次元構造化が進んでいる。デバイスの三次元構造化が進むと、トレンチ、ヴィア、および溝等に代表される凹部の深さは深くなってくる。そして、加工最小線幅も縮小しているため、上記凹部のアスペクト比は増大の一途である（高アスペクト比化）。

また、デバイスの構造も複雑化している。デバイスによっては、上記凹部に埋め込んだシリコン膜を、ドライエッチングによって一旦除去するプロセスも生じるようになってきている。

しかしながら、上記凹部の高アスペクト比化が進み、上記凹部の最小線幅も一段と狭まってくると、シリコン膜の除去が困難化する。このため、上記凹部の底にシリコンの残渣が発生してしまう、という事情があった。

この発明は、トレンチ、ヴィア、および溝等に代表される凹部の高アスペクト比化、および最小線幅の縮小が進んだとしても、上記凹部から容易に除去することが可能なシリコン膜の成膜方法およびその成膜方法を実施することが可能な成膜装置を提供する。

この発明の一態様に係るシリコン膜の成膜方法は、被処理体の被処理面上に、シリコン膜を成膜するシリコン膜の成膜方法であって、(１)前記被処理体の被処理面に対して、成膜されるシリコン膜と前記被処理面との密着性を低下させる処理を行う工程と、(２)前記成膜されるシリコン膜との密着性が低下された前記被処理面にシリコン原料ガスを供給し、前記被処理面上にシリコン膜を成膜する工程と、を具備し、前記(１)工程は、前記被処理面に、(II)ハロゲン系ガスを含むガスを供給する工程、(III)ＮＨ _３ ガスとＨＦガスとを含むガスを供給する工程、(IV)ＮＨ _３ ガスとＨＦガスとを含むガスを供給した後、ＮＨ _３ ガスを含むガスを供給しつつ熱処理する工程のいずれか一つである。

この発明の第２の態様に係る成膜装置は、被処理体の被処理面上に、シリコン膜を成膜する成膜装置であって、前記被処理体を収容する処理室と、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コントローラと、を具備し、前記コントローラが、上記第１の態様に係るシリコ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。

この発明によれば、トレンチ、ヴィア、および溝等に代表される凹部の高アスペクト比化、および最小線幅の縮小が進んだとしても、上記凹部から容易に除去することが可能なシリコン膜の成膜方法およびその成膜方法を実施することが可能な成膜装置を提供できる。

この発明の第１の実施形態に係るシリコン膜の成膜方法のシーケンスの一例を示す流れ図 図１に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図 図１に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図 図１に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図 図１に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図 図１に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図 参考例に係るシリコン膜の除去の様子を概略的に示す断面図 参考例に係るシリコン膜の除去の様子を概略的に示す断面図 第１の実施形態により成膜されたシリコン膜の除去の様子を概略的に示す断面図 第１の実施形態により成膜されたシリコン膜の除去の様子を概略的に示す断面図 第１の実施形態により成膜されたシリコン膜の除去の様子を概略的に示す断面図 第１の実施形態により成膜されたシリコン膜の除去の様子を概略的に示す断面図 第１の実施形態により成膜されたシリコン膜の除去の様子を概略的に示す断面図 破壊エネルギー（密着強度）Ｋ_ＩＣを示す図 凹部のアスペクト比を説明するための図 この発明の第２の実施形態に係る縦型バッチ式成膜装置の一例を概略的に示す断面図

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、全図にわたり、共通の部分には共通の参照符号を付す。

（第１の実施形態）
＜シリコン膜の成膜方法＞
図１はこの発明の第１の実施形態に係るシリコン膜の成膜方法のシーケンスの一例を示す流れ図、図２Ａ〜図２Ｃは図１に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図である。

まず、図１中のステップ１に示すように、被処理体を成膜装置の処理室に搬入する。被処理体としては、図２Ａに示すように、例えば、シリコンウエハ（以下ウエハという）１が準備される。本例のウエハ１には、表面にシリコン酸化物膜、例えば、ＳｉＯ_２膜２が形成され、ＳｉＯ_２膜２上にシリコン膜３が形成されている。シリコン膜３には、凹部として、例えば、トレンチ４が形成されている。さらに、トレンチ４の側壁を含むシリコン膜３の表面にはシリコン酸化物膜、例えば、ＳｉＯ_２膜５が形成されている。ウエハ１の被処理面はトレンチ４が存在する面である。このため、本例の被処理面は、トレンチ４の底に露呈したＳｉＯ_２膜２やＳｉＯ_２膜５などのシリコン酸化物となる。

次に、図１中のステップ２、および図２Ｂに示すように、被処理体、本例ではウエハ１の被処理面に対して、成膜されるシリコン膜と被処理面との密着性を低下させる処理を行う。これにより、トレンチ４の底に露呈したＳｉＯ_２膜２やＳｉＯ_２膜５の表面は、破線で示されるように密着性が低下された被処理面６となる。密着性を低下させる処理としては、下記(Ｉ)〜(Ｖ)の５つの処理を挙げることができる。

(Ｉ) 被処理面に、炭化水素系ガスを含むガスを供給する
(II) 被処理面に、ハロゲン系ガスを含むガスを供給する
(III) 被処理面に、ＮＨ_３ガスとＨＦガスとを含むガスを供給する（ＣＯＲ処理）
(IV) 被処理面に、ＮＨ_３ガスとＨＦガスとを含むガスを供給した後（ＣＯＲ処理）、被処理面に、ＮＨ_３ガスを含むガスを供給しつつアニールする
(Ｖ) 被処理面に、密着性低下層の原料となる物質を含むガスを供給する
処理(Ｉ)〜(Ｖ)それぞれの処理条件の一例は以下の通りである。

(Ｉ) 炭化水素系ガスを含むガスを供給する場合の一例は、
炭化水素系ガス： Ｃ_２Ｈ_４ガス
Ｃ_２Ｈ_４ガス流量： １９０ｓｃｃｍ
処 理 時 間： １５ｍｉｎ
処 理 温 度： ５３０℃
処 理 圧 力： １３３．３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）
（本明細書においては１Ｔｏｒｒを１３３．３Ｐａと定義する）
である。

(II) ハロゲン系ガスを含むガスを供給する場合の一例は、
ハロゲン系ガス： Ｃｌ_２ガス
希 釈 ガ ス： Ｎ_２ガス
Ｎ_２／Ｃｌ_２ガス流量： Ｎ_２／Ｃｌ_２＝１３５０／２３０ｓｃｃｍ
処 理 時 間： １５ｍｉｎ
処 理 温 度： ３００℃
処 理 圧 力： ３９９．９Ｐａ（３Ｔｏｒｒ）
である。

(III) ＣＯＲ処理を行う場合の一例は、
ＮＨ_３ガス流量： １３５０ｓｃｃｍ
ＨＦガス流量： ４０ｓｃｃｍ
希 釈 ガ ス： Ｎ_２ガス
Ｎ_２ガス流量： ２００ｓｃｃｍ
処 理 時 間： １５ｍｉｎ
処 理 温 度： １５０℃
処 理 圧 力： ２６６．６Ｐａ（２Ｔｏｒｒ）
である。

(IV) ＣＯＲ処理の後、ＮＨ_３ガスでアニールする場合の一例は、
<<ＣＯＲ>>
ＮＨ_３ガス流量： １３５０ｓｃｃｍ
ＨＦガス流量： ４０ｓｃｃｍ
希 釈 ガ ス： Ｎ_２ガス
Ｎ_２ガス流量： ２００ｓｃｃｍ
処 理 時 間： １５ｍｉｎ
処 理 温 度： １５０℃
処 理 圧 力： ２６６．６Ｐａ（２Ｔｏｒｒ）
<<アニール>>
ＮＨ_３ガス流量： ２３０ｓｃｃｍ
処 理 時 間： ３０ｍｉｎ
処 理 温 度： ４５０℃
処 理 圧 力： ５３３．２Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）
である。

(Ｖ) 密着性低下層の原料となる物質を含むガスを供給する場合の一例は、
密着性低下層の原料となる物質を含むガス： Ｃ_４Ｈ_６ガス
Ｃ_４Ｈ_６ガス流量： １００ｓｃｃｍ
ハロゲン系ガス： Ｃｌ_２ガス
Ｃｌ_２ガス流量： ５０ｓｃｃｍ
処 理 時 間： １８０ｍｉｎ
処 理 温 度： ３５０℃
処 理 圧 力： １９９．９５Ｐａ（１．５Ｔｏｒｒ）
である。本一例では、密着性低下層の原料となる物質を含むガスが炭化水素系ガスである。このため、密着性低下層としてカーボン層が、被処理面上に形成される。なお、ハロゲン系ガスを、炭化水素系ガスに添加する理由の一つは、炭化水素系ガスの熱分解温度を低下させることである。なお、ハロゲン系ガスは必要に応じて添加されればよい。

次に、図１中のステップ３、および図２Ｃに示すように、密着性が低下された被処理面６に、シリコン原料ガスを供給し、被処理面６上にシリコン膜、本例ではアモルファスシリコン膜７を成膜する。これにより、トレンチ４はアモルファスシリコン膜７によって埋め込まれる。

ステップ３における処理条件の一例は、
シリコン原料ガス： ＳｉＨ_４ガス
ＳｉＨ_４ガス流量： ３００ｓｃｃｍ
処 理 時 間： １１０ｍｉｎ
処 理 温 度： ５３０℃
処 理 圧 力： ５３．３Ｐａ（０．４Ｔｏｒｒ）
である。

なお、密着性を低下させる処理が処理(Ｉ)〜(IV)の場合、例えば、ハロゲンや有機物が付着したような状態となる。被処理面がこのような状態となる結果、密着性が低下された被処理面６となる。そして、図１中に示すステップ２において処理(Ｉ)〜(IV)のいずれかを行った場合には、図２Ｃに示すように、密着性が低下された被処理面６上にアモルファスシリコン膜７が成膜される。

また、処理(Ｖ)の場合には、図３Ａに示すように、被処理面上、本例ではＳｉＯ_２膜２やＳｉＯ_２膜５の表面上に、密着性低下層として薄いカーボン層６ａが形成される。被処理面上に形成された薄いカーボン層６ａは、主に容易に劈開するグラファイトで構成され、アモルファスシリコンとカーボンとの結合、及び／又はカーボンとＳｉＯ_２との結合が強かったとしても、アモルファスシリコン膜７と被処理面、本例ではＳｉＯ_２膜２、５との密着性を低下させることができる。また、密着性低下層はカーボンに限られるものではなく、劈開する性質を持つ物質、もしくは破断等の物理的にくずれやすい性質を持つ物質で構成されればよい。

このようにして成膜されたシリコン膜、例えば、アモルファスシリコン膜７によれば、次のような利点を得ることができる。

＜参考例の場合＞
図４Ａおよび図４Ｂは参考例に係るシリコン膜の除去の様子を概略的に示す断面図である。

図４Ａに示すように、トレンチ４の高アスペクト比化が進み、また、トレンチ４の最小線幅Ｔ_ＣＤも狭まってくると、アモルファスシリコン膜７の除去が困難となる。このため、被処理面に対して密着性を低下させる処理をしない場合、アモルファスシリコン膜７を被処理面上から除去する際、トレンチ４の底にシリコンの残渣７ａが発生しやすくなる。

このような残渣７ａの発生を抑制するため、アモルファスシリコン膜７に対するエッチング条件をより厳しい条件とすると、図４Ｂに示すように、トレンチ４の底に露呈したＳｉＯ_２膜２の表面にダメージ層２ａを発生させてしまう。ダメージ層２ａの発生は、デバイスの性能を低下させたり、品質のばらつきを拡大させたり、歩留まりを低下させたりする。

＜第１の実施形態の場合＞
図５Ａ〜図５Ｄ、および図６は第１の実施形態により成膜されたシリコン膜の除去の様子を概略的に示す断面図である。

このような参考例に対し、第１の実施形態に係るシリコン膜の成膜方法によれば、被処理面に対して密着性を低下させる処理をする。このため、図５Ａに示すように、シリコンの残渣７ａが発生していたとしても、図５Ｂに示すように、例えば、残渣７ａは被処理面であるＳｉＯ_２膜２、５から剥がれる。

剥がれた残渣７ａは、図５Ｃ中の参照符号７ｂに示すように、エッチャントによってさらに細かくされ、図５Ｄに示すように、トレンチ４の内部から外へと排気される。

また、図６に示すように、被処理面上に薄いカーボン層６ａが形成されていた場合には、残渣７ａは、例えば、薄いカーボン層６ａとともに被処理面から剥がれる。

このように、第１の実施形態にしたがって成膜されたアモルファスシリコン膜７によれば、被処理面との密着性が低下されている。このため、トレンチ４に代表される凹部の高アスペクト比、並びに最小線幅の縮小が進んだ場合でも、凹部から容易に除去することが可能となる、という利点を得ることができる。このようなアモルファスシリコン膜７は、被処理面に形成された凹部、例えば、トレンチ４を埋め込み、被処理面に形成されたトレンチ４を保護する保護材としての適用に有効である。

＜ｍ−ＥＬＴ解析結果＞
図７は、破壊エネルギー（密着強度）Ｋ_ＩＣを示す図である。図７には参考例、および処理(Ｉ)〜(Ｖ)の場合が示されている。図中に記載された“ＡＰＭ”はアモルファスシリコン膜を成膜する前に被処理面（ＳｉＯ_２膜２およびＳｉＯ_２膜５の表面）に対してＡＰＭ洗浄を行った場合、“Ｗ／Ｏ”はＡＰＭ洗浄を行わなかった場合を示している。

破壊エネルギーＫ_ＩＣはｍ−ＥＬＴ（ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｅｄｇｅ Ｌｉｆｔｏｆｆ Ｔｅｓｔ）法によって求めた。ｍ−ＥＬＴ法は、ＳｉＯ_２膜上にアモルファスシリコン膜を成膜し、このアモルファスシリコン膜上にエポキシ樹脂を塗布する。次に硬化してエポキシ樹脂をシュリンクさせ、アモルファスシリコン膜のＳｉＯ_２膜からの剥がれ具合を調べるものである。

（参考例）
図７に示すように、被処理面に対して密着性を低下させる処理をしない参考例の場合、アモルファスシリコン膜７の破壊エネルギーＫ_ＩＣは、
ＡＰＭ： 平均値約０．４３ＭＰａ・ｍ^１／２
Ｗ／Ｏ： 平均値約０．４１ＭＰａ・ｍ^１／２
であった。破壊エネルギーＫ_ＩＣは、その値が大きいとき、アモルファスシリコン膜とＳｉＯ_２膜との密着性が強く、剥離しにくい傾向があることを示し、反対にその値が小さいとき、密着性が弱く、剥離しやすい傾向があることを示す。したがって、破壊エネルギーＫ_ＩＣが、これらの値を下回った場合、アモルファスシリコン膜とＳｉＯ_２膜との密着性は、低下していることとなる。

(Ｉ) 炭化水素系ガスを含むガスを供給する場合
炭化水素系ガス： Ｃ_２Ｈ_４
ＡＰＭ： 平均値約０．４４ＭＰａ・ｍ^１／２ （＋約０．０１ＭＰａ・ｍ^１／２）
Ｗ／Ｏ： 平均値約０．３７ＭＰａ・ｍ^１／２ （−約０．０４ＭＰａ・ｍ^１／２）
処理(Ｉ)においては、“ＡＰＭ”ではアモルファスシリコン膜とＳｉＯ_２膜との密着性が向上したが、“Ｗ／Ｏ”では密着性が低下した。

(II) ハロゲン系ガスを含むガスを供給する場合
ハロゲン系ガス： Ｃｌ_２
ＡＰＭ： 平均値約０．４４ＭＰａ・ｍ^１／２ （＋約０．０１ＭＰａ・ｍ^１／２）
Ｗ／Ｏ： 平均値約０．３９ＭＰａ・ｍ^１／２ （−約０．０２ＭＰａ・ｍ^１／２）
処理(II)においては、処理(Ｉ)と同様に、“ＡＰＭ”でアモルファスシリコン膜とＳｉＯ_２膜との密着性が向上、“Ｗ／Ｏ”で密着性が低下した。

(III) ＣＯＲ処理を行う場合
ＣＯＲガス： ＮＨ_３＋ＨＦ （希釈ガス：Ｎ_２）
ＡＰＭ： 平均値約０．４０ＭＰａ・ｍ^１／２ （−約０．０３ＭＰａ・ｍ^１／２）
Ｗ／Ｏ： 平均値約０．３９ＭＰａ・ｍ^１／２ （−約０．０２ＭＰａ・ｍ^１／２）
処理(III)においては、“ＡＰＭ”および“Ｗ／Ｏ”の双方でアモルファスシリコン膜とＳｉＯ_２膜との密着性が低下した。

(IV) ＣＯＲ処理の後、ＮＨ_３ガスでアニールする場合
ＣＯＲガス： ＮＨ_３＋ＨＦ （希釈ガス：Ｎ_２）
アニールガス： ＮＨ_３
ＡＰＭ： 平均値約０．４０ＭＰａ・ｍ^１／２ （−約０．０３ＭＰａ・ｍ^１／２）
Ｗ／Ｏ： 平均値約０．３９ＭＰａ・ｍ^１／２ （−約０．０２ＭＰａ・ｍ^１／２）
処理(IV)においても、処理(III)と同様に、“ＡＰＭ”および“Ｗ／Ｏ”の双方でアモルファスシリコン膜とＳｉＯ_２膜との密着性が低下した。なお、処理(III)と処理(IV)との相違点は、例えば、処理(IV)はＣＯＲ処理の後、ＮＨ_３ガスでアニールするので、アニールしない処理(III)と比較して被処理面の“荒れ”を改善できることである。

(Ｖ) 密着性低下層の原料となる物質を含むガスを供給する場合
密着性低下層の原料となる物質を含むガス： Ｃ_４Ｈ_６ガス
ハロゲン系ガス： Ｃｌ_２ガス
ＡＰＭ： 平均値約０．１３５ＭＰａ・ｍ^１／２ （−約０．２９５ＭＰａ・ｍ^１／２）
Ｗ／Ｏ： 平均値約０．１３ＭＰａ・ｍ^１／２ （−約０．２８ＭＰａ・ｍ^１／２）
(Ｖ)においては、“ＡＰＭ”および“Ｗ／Ｏ”の双方でアモルファスシリコン膜とＳｉＯ_２膜との密着性が約０．３ＭＰａ・ｍ^１／２程度というように大きく低下した。

このように、第１の実施形態に係るシリコン膜の成膜方法に従って成膜されたシリコン膜は、被処理面との密着性が低下することがｍ−ＥＬＴ法を用いて解析した応力拡大係数Ｋ_ＩＣによっても確認された。

なお、処理(Ｉ)および処理(II)を選択した場合、シリコン膜の成膜の前に、被処理面、例えば、ＳｉＯ_２膜の表面を洗浄してしまうと、密着性がかえって向上することも確認された。このため、処理(Ｉ)および処理(II)を選択したときには、シリコン膜の成膜の前に、被処理面は洗浄しないことが望ましい。

＜凹部のアスペクト比＞
次に、この発明を適用するのに好適な凹部のアスペクト比について説明する。

図８は、凹部のアスペクト比を説明するための図である。図８には、凹部の径を“ａ”、凹部の深さを“ｂ”としたときのアスペクト比“ｂ／ａ”が、“５”、“１０”、“２０”および“３０”の場合が示されている。

上述したように、この発明の第１の実施形態に係るシリコン膜の成膜方法によれば、シリコン膜と被処理面との密着性を低下させることができる。このため、図８に示すように、アスペクト比“ｂ／ａ＝１０”以上の有限値となる高アスペクト比の凹部が形成された被処理面上への、将来的に被処理面から除去されるようなシリコン膜の成膜に有効となる。そして、アスペクト比“ｂ／ａ＝２０”以上、さらにはアスペクト比“ｂ／ａ＝３０”以上と、更なる高アスペクト比化が進展したとしても、この発明の第１の実施形態に係るシリコン膜の成膜方法は、好適に適用することが可能である。

また、凹部の最小線幅も重要な要素の一つである。例えば、図８に示す凹部の最小線幅ａが縮小されるにつれて、凹部からのシリコン膜の除去が困難化しだすためである。このため、この発明の第１の実施形態に係るシリコン膜の成膜方法は、例えば、最小線幅ａが“５０ｎｍ”以下に縮小された凹部へ適用されることがより好ましい。したがって、この発明の第１の実施形態に係るシリコン膜の成膜方法は、例えば、最小線幅ａが“５０ｎｍ”以下の有限値であり、又はアスペクト比が“１０”以上の有限値、さらにアスペクト比が“２０”以上の有限値、さらにアスペクト比が“３０”以上の有限値である凹部を被処理面に有した被処理体上へシリコン膜を成膜するときに、特に有効となる。

＜処理ガスについて＞
処理(Ｉ)および処理(Ｖ)に用いられる炭化水素系ガスの例としては、
Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋２ …（Ａ）、又は
Ｃ_ｍＨ_２ｍ …（Ｂ）、又は
Ｃ_ｍＨ_２ｍ−２ …（Ｃ）
の分子式で表される炭化水素化合物の少なくとも一つを含むガスを挙げることができる。
ただし、（Ａ）〜（Ｃ）式において、
ｎは、“１”以上の自然数
ｍは、“２”以上の自然数
である。

また、上記炭化水素系ガスには、
ベンゼンガス（Ｃ_６Ｈ_６）
が含まれていてもよい。

上記（Ａ）式で表される炭化水素系ガスとしては、
メタンガス（ＣＨ_４）
エタンガス（Ｃ_２Ｈ_６）
プロパンガス（Ｃ_３Ｈ_８）
ブタンガス（Ｃ_４Ｈ_１０：他の異性体も含む）
ペンタンガス（Ｃ_５Ｈ_１２：他の異性体も含む）
等を挙げることができる。

また、上記（Ｂ）式で表される炭化水素系ガスとしては、
エチレンガス（Ｃ_２Ｈ_４）
プロピレンガス（Ｃ_３Ｈ_６：他の異性体も含む）
ブチレンガス（Ｃ_４Ｈ_８：他の異性体も含む）
ペンテンガス（Ｃ_５Ｈ_１０：他の異性体も含む）
等を挙げることができる。

また、上記（Ｃ）式で表される炭化水素系ガスとしては、
アセチレンガス（Ｃ_２Ｈ_２）
プロピンガス（Ｃ_３Ｈ_４：他の異性体も含む）
ブタジエンガス（Ｃ_４Ｈ_６：他の異性体も含む）
イソプレンガス（Ｃ_５Ｈ_８：他の異性体も含む）
等を挙げることができる。

処理(II)および処理(Ｖ)に用いられるハロゲン系ガスの例としては、ハロゲン元素を含むガスを挙げることができる。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。

また、これらハロゲン元素は、処理(Ｖ)において用いるとき、化合物ガスとして供給するよりも、単体のフッ素（Ｆ_２）ガス、単体の塩素（Ｃｌ_２）ガス、単体の臭素（Ｂｒ_２）ガス、および単体のヨウ素（Ｉ_２）ガスとして供給されることが好ましい。これは、ハロゲン元素の化合物ガスとなっていると、この化合物ガスを熱分解させるために温度が必要となり、炭化水素系ガスの熱分解温度を低下させる効果に影響を及ぼす可能性があるためである。ただし、ハロゲン元素を化合物ガスとして供給する場合であっても、例えば、ＨＣｌ、ＨＢｒのようにハロゲン元素と水素との化合物であれば、実使用上、支障はなく、使用することが可能である。

また、取り扱いの安全性の観点からは、塩素が選ばれることが好ましい。

（第２の実施形態）
＜成膜装置＞
第２の実施形態は、第１の実施形態に係るシリコン膜の成膜方法を実施することが可能な成膜装置の一例に関する。

図９はこの発明の第２の実施形態に係る縦型バッチ式成膜装置の一例を概略的に示す断面図である。なお、一例に係る縦型バッチ式成膜装置は、例えば、処理(Ｖ)を実施する。

図９に示すように、成膜装置１００は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理室１０１を有している。処理室１０１の全体は、例えば、石英により形成されている。処理室１０１内の天井には、石英製の天井板１０２が設けられている。処理室１０１の下端開口部には、例えば、ステンレススチールにより円筒体状に成形されたマニホールド１０３がＯリング等のシール部材１０４を介して連結されている。

マニホールド１０３は処理室１０１の下端を支持している。マニホールド１０３の下方からは、被処理体として複数枚、例えば、５０〜１００枚のウエハ１を複数枚高さ方向に載置することが可能な石英製の縦型ウエハボート１０５が処理室１０１内に挿入可能となっている。縦型ウエハボート１０５は複数本の支柱１０６を有し、支柱１０６に形成された溝により複数枚のウエハ１が高さ方向に支持されるようになっている。

縦型ウエハボート１０５は、石英製の保温筒１０７を介してテーブル１０８上に載置されている。テーブル１０８は、マニホールド１０３の下端開口部を開閉する、例えば、ステンレススチール製の蓋部１０９を貫通する回転軸１１０上に支持される。回転軸１１０の貫通部には、例えば、磁性流体シール１１１が設けられ、回転軸１１０を気密にシールしつつ回転可能に支持している。蓋部１０９の周辺部とマニホールド１０３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１１２が介設されている。これにより処理室１０１内のシール性が保持されている。回転軸１１０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１１３の先端に取り付けられている。これにより、ウエハボート１０５および蓋部１０９等は、一体的に昇降されて処理室１０１内に対して挿脱される。

成膜装置１００は、処理室１０１内に、処理に使用するガスを供給する処理ガス供給機構１１４と、処理室１０１内に、不活性ガスを供給する不活性ガス供給機構１１５と、を有している。

処理ガス供給機構１１４は、シリコン原料ガス供給源１１７ａ、炭化水素系ガス供給源１１７ｂ、およびハロゲン系ガス供給源１１７ｃを含んで構成されている。

本例においては、シリコン原料ガス供給源１１７ａはシリコン原料ガスとしてＳｉＨ_４ガスを、炭化水素系ガス供給源１１７ｂは炭化水素系ガスとしてＣ_４Ｈ_６ガスを、ハロゲン系ガス供給源１１７ｃはハロゲン系ガスとしてＣｌ_２ガスを、それぞれ処理室１０１内に供給する。

不活性ガス供給機構１１５は、不活性ガス供給源１２０を含んで構成されている。不活性ガス供給源は不活性ガスとしてＮ_２ガスを、処理室１０１内に供給する。

シリコン原料ガス供給源１１７ａは、流量制御器１２１ａ及び開閉弁１２２ａを介して、分散ノズル１２３ａに接続されている。同様に、炭化水素系ガス供給源１１７ｂは流量制御器１２１ｂ及び開閉弁１２２ｂを介して図示せぬ分散ノズル１２３ｂに、同様に、ハロゲン系ガス供給源１１７ｃは流量制御器１２１ｃ及び開閉弁１２２ｃを介して分散ノズル１２３ｃに、それぞれ接続されている。なお、図９においては、分散ノズル１２３ｂの図示を省略している。

分散ノズル１２３ａ〜１２３ｃは石英管よりなり、マニホールド１０３の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて垂直に延びる。分散ノズル１２３ａ〜１２３ｃの垂直部分には、複数のガス吐出孔１２４ａ〜１２４ｃが所定の間隔を隔てて形成されている。シリコン原料ガス、炭化水素系ガス、およびハロゲン系ガスはそれぞれ、ガス吐出孔１２４ａ〜１２４ｃから処理室１０１内に向けて水平方向に略均一に吐出される。

不活性ガス供給源１２０は流量制御器１２１ｄ及び開閉弁１２２ｄを介して、ノズル１２８に接続されている。ノズル１２８は、マニホールド１０３の側壁を貫通し、その先端から不活性ガスを処理室１０１内に水平方向に向けて吐出させる。

処理室１０１内の、分散ノズル１２３ａ〜１２３ｃと反対側の部分には、処理室１０１内を排気するための排気口１２９が設けられている。排気口１２９は処理室１０１の側壁を上下方向へ削りとることによって細長く形成されている。処理室１０１の排気口１２９に対応する部分には、排気口１２９を覆うように断面がコの字状に成形された排気口カバー部材１３０が溶接により取り付けられている。排気口カバー部材１３０は、処理室１０１の側壁に沿って上方に延びており、処理室１０１の上方にガス出口１３１を規定している。ガス出口１３１には、真空ポンプ等を含む排気機構１３２が接続される。排気機構１３２は、処理室１０１内を排気することで処理に使用した処理ガスの排気、及び処理室１０１内の圧力を処理に応じた処理圧力とする。

処理室１０１の外周には筒体状の加熱装置１３３が設けられている。加熱装置１３３は、処理室１０１内に供給された処理ガスを活性化するとともに、処理室１０１内に収容された被処理体、本例ではウエハ１を加熱する。

成膜装置１００の各部の制御は、例えば、マイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるコントローラ１５０により行われる。コントローラ１５０には、ユーザーインターフェース１５１が接続されている。ユーザーインターフェース１５１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が備えられている。

コントローラ１５０には記憶部１５２が接続されている。記憶部１５２は、成膜装置１００で実施される各種処理をコントローラ１５０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて成膜装置１００の各構成部に処理を実施させるためのプログラムすなわちレシピが格納される。レシピは、例えば、記憶部１５２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、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。レシピは、必要に応じて、ユーザーインターフェース１５１からの指示等にて記憶部１５２から読み出され、読み出されたレシピに従った処理をコントローラ１５０が実施することで、成膜装置１００は、コントローラ１５０の制御のもと、所望の処理が実施される。本例では、コントローラ１５０の制御のもと、上記第１の実施形態において説明したシリコン膜の成膜方法を実施する。本例では処理(Ｖ)に従ったシリコン膜の成膜方法を実施する。

また、処理(Ｉ)に従ったシリコン膜の成膜方法を実施する場合には、図９に示す成膜装置１００の構成のまま、例えば、ハロゲン系ガス供給源１１７ｃを使用しないことで実施することができる。もちろん、処理ガス供給機構１１４からハロゲン系ガス供給源１１７ｃを省略することも可能である。

また、処理(II)に従ったシリコン膜の成膜方法を実施する場合にも、同様に、図９に示す成膜装置１００の構成のまま、例えば、炭化水素系ガス供給源１１７ｂを使用しないか、処理ガス供給機構１１４から炭化水素系ガス供給源１１７ｂを省略することで実施することができる。

また、処理(III)および処理(IV)に従ったシリコン膜の成膜方法を実施する場合には、図９に示す成膜装置１００の炭化水素系ガス供給源１１７ｂおよびハロゲン系ガス供給源１１７ｃをそれぞれ、ＮＨ_３ガス供給源およびＨＦガス供給源に取り換えればよい。

このように、上記第１の実施形態に係るシリコン膜の成膜方法は、図９に示すような成膜装置１００によって実施することができる。

以上、この発明を第１、第２の実施形態に従って説明したが、この発明は、上記第１、第２の実施形態に限定されることは無く、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。

例えば、上記実施形態においては、処理条件を具体的に例示したが、処理条件は、上記具体的な例示に限られるものではない。

また、上記実施形態においては、縦型バッチ式成膜装置を用いてシリコン膜を成膜する例を示したが、もちろん枚葉式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。

その他、この発明はその要旨を逸脱しない範囲で様々に変形することができる。

１…シリコンウエハ、２…ＳｉＯ_２膜、３…シリコン膜、４…トレンチ、５…ＳｉＯ_２膜、６…密着性が低下された被処理面、６ａ…薄いカーボン層、７…アモルファスシリコン膜。

Claims (13)

1. 被処理体の被処理面上に、シリコン膜を成膜するシリコン膜の成膜方法であって、
   (１) 前記被処理体の被処理面に対して、成膜されるシリコン膜と前記被処理面との密着性を低下させる処理を行う工程と、
   (２) 前記成膜されるシリコン膜との密着性が低下された前記被処理面にシリコン原料ガスを供給し、前記被処理面上にシリコン膜を成膜する工程と、
   を具備し、
   前記(１)工程は、前記被処理面に、
   (II) ハロゲン系ガスを含むガスを供給する工程
   (III) ＮＨ_３ガスとＨＦガスとを含むガスを供給する工程
   (IV) ＮＨ_３ガスとＨＦガスとを含むガスを供給した後、ＮＨ_３ガスを含むガスを供給しつつ熱処理する工程
   のいずれか一つであることを特徴とするシリコン膜の成膜方法。
2. 前記(II)工程に記載される前記ハロゲン系ガスは、
   フッ素
   塩素
   臭素
   ヨウ素
   ＨＣｌ
   ＨＢｒ
   の少なくとも一つを含むガスから選択されることを特徴とする請求項１に記載のシリコン膜の成膜方法。
3. 前記(１)工程において、前記(II)工程を選択したとき、
   前記(II)工程を行う前に、前記被処理面は洗浄しないことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシリコン膜の成膜方法。
4. 被処理体の被処理面上に、シリコン膜を成膜するシリコン膜の成膜方法であって、
   (１) 前記被処理体の被処理面に対して、成膜されるシリコン膜と前記被処理面との密着性を低下させる処理を行う工程と、
   (２) 前記成膜されるシリコン膜との密着性が低下された前記被処理面にシリコン原料ガスを供給し、前記被処理面上にシリコン膜を成膜する工程と、
   を具備し、
   前記(１)工程は、前記被処理面に、
   (Ｖ) 密着性低下層の原料となる物質を含むガスを供給する工程
   であり、
   前記(Ｖ)工程は、前記被処理面上に、劈開する性質を持つ物質、もしくは物理的にくずれやすい性質を持つ物質で構成された密着性低下層を形成する工程であり、
   前記(Ｖ)工程に記載される前記密着性低下層の原料となる物質を含むガスは、炭化水素系ガスにハロゲン系ガスを含むガスを添加したものであり、
   前記密着性低下層は、カーボン層であることを特徴とするシリコン膜の成膜方法。
5. 前記炭化水素系ガスは、
   Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋２ …（Ａ）
   Ｃ_ｍＨ_２ｍ …（Ｂ）
   Ｃ_ｍＨ_２ｍ−２ …（Ｃ）
   の少なくとも一つの式で表わされる炭化水素を含むガスから選択されることを特徴とする請求項４に記載のシリコン膜の成膜方法。
   ただし、（Ａ）〜（Ｃ）式において、
   ｎは、“１”以上の自然数
   ｍは、“２”以上の自然数
6. 前記ハロゲン系ガスは、
   フッ素
   塩素
   臭素
   ヨウ素
   の少なくとも一つを含むガスから選択されることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のシリコン膜の成膜方法。
7. 前記被処理面には、凹部が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のシリコン膜の成膜方法。
8. 前記凹部のアスペクト比は“１０”以上の有限値であることを特徴とする請求項７に記載のシリコン膜の成膜方法。
9. 前記凹部の最小線幅は“５０ｎｍ”以下の有限値であることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のシリコン膜の成膜方法。
10. 前記被処理面上に成膜された前記シリコン膜は、前記被処理面に形成された凹部を埋め込み、前記被処理面に形成された凹部を保護する保護材であることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか一項に記載のシリコン膜の成膜方法。
11. 前記被処理面上に成膜された前記シリコン膜は、前記被処理面から除去される膜であることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のシリコン膜の成膜方法。
12. 前記被処理面には、シリコン酸化物が露出していることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のシリコン膜の成膜方法。
13. 被処理体の被処理面上に、シリコン膜を成膜する成膜装置であって、
    前記被処理体を収容する処理室と、
    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コントローラと、を具備し、
    前記コントローラが、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載のシリコ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成膜装置。

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