溝槽填充方法及成膜裝置的制作方法

專利名稱：溝槽填充方法及成膜裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及溝槽填充方法及成膜裝置。
背景技術：
半導體集成電路裝置在其內部具有微細的溝槽構造。微細的溝槽構造的典型例子是 STI(Shallow Trench Isolation)。STI是用于將半導體元件的活性區域相互分離的元件分離區域，其是通過在硅基板中形成微細的溝槽、并在該微細的溝槽內部填充絕緣物而形成的。作為填充的絕緣物，例如專利文獻1所述那樣公知有SOD (Spin-On Dielectric)， 特別是將PHPS (PerHydroPolySilazane =SiH2NH)作為主要成分的無機聚合物受到注目。PHP S例如在水蒸氣氣氛中燒制時變為硅氧化物(SiO2)。反應式如下。SiH2NH+2H20 — Si02+NH3+2H2但是，PHPS在變為硅氧化物時收縮。因此，會在微細的溝槽內部產生空隙。因此，專利文獻1是預估PHPS的收縮量、預先在微細的溝槽內部形成能夠膨脹的膜之后填充PHPS。能夠膨脹的膜是硅(Si)膜。專利文獻1是通過使硅膜變為硅氧化膜而使其膨脹，來抵消PHPS的收縮量，抑制在微細的溝槽內部產生空隙。專利文獻1 美國專利第7，112，513號說明書在專利文獻1中，加入了使硅膜變為硅氧化膜的工序、即氧化工序。因此，在形成硅膜之前，在微細的溝槽內部形成作為難以使氧通過的氧化阻擋層的膜。其原因在于，防止氧化到達硅基板而在硅基板中進行氧化。在專利文獻1中，作為氧化阻擋層的膜是硅氮化膜(Si3N4)。但是，在溝槽的微細化進一步發展時，能夠預測除了能夠膨脹的膜之外，還在溝槽的內部形成作為氧化阻擋層的膜變得困難或不可能。

發明內容
本發明即是鑒于上述情況而做成的，提供一種即使溝槽的微細化進一步發展、也能夠在溝槽的內部形成能夠膨脹的膜和作為氧化阻擋層的膜的溝槽填充方法、以及能夠實施該溝槽填充方法的成膜裝置。本發明的第1技術方案的溝槽填充方法包括以下工序(1)在形成于半導體基板的溝槽內部形成氧化阻擋層膜；( 在上述氧化阻擋層膜上形成能夠膨脹的膜；C3)使用因燒制而會收縮的填充材料，由上述氧化阻擋層膜、上述能夠膨脹的膜和上述填充材料填充上述溝槽；(4)對上述填充材料進行燒制；上述(1)工序包括以下工序向形成有上述溝槽的半導體基板供給氨基硅烷類氣體，在上述溝槽的內部形成第1晶種層；在上述第1晶種層上形成氮化硅膜；上述( 工序包括以下工序向形成有上述氮化硅膜的半導體基板供給氨基硅烷類氣體，在上述氮化硅膜上形成第2晶種層；在上述第2晶種層上形成硅膜。本發明的第2技術方案的溝槽填充方法包括以下工序(6)將形成有溝槽的半導體基板氧化，在上述溝槽的內部形成氧化膜；(7)對上述氧化膜進行氮化處理；(8)在上述氮化處理后的上述氧化膜上形成能夠膨脹的膜；(9)使用因燒制而會收縮的填充材料，由上述氮化處理后的氧化膜、上述能夠膨脹的膜和上述填充材料填充上述溝槽；(10)對上述填充材料進行燒制；上述(8)工序包括以下工序向形成有上述氮化處理后的氧化膜的半導體基板供給氨基硅烷類氣體，在上述氮化處理后的氧化膜上形成晶種層；在上述晶種層上形成硅膜。本發明的第3技術方案的成膜裝置包括處理室，其用于收容形成有溝槽的半導體基板；氣體供給機構，其用于向上述處理室內供給氨基硅烷類氣體、硅烷類氣體及含有氮化劑的氣體；加熱裝置，其用于對上述處理室內進行加熱；排氣裝置，其用于對上述處理室內進行排氣；控制器，其用于控制上述氣體供給機構、上述加熱裝置、上述排氣裝置；上述控制器控制上述氣體供給機構、上述加熱裝置、上述排氣裝置，從而在上述處理室內對上述半導體基板執行上述第1技術方案或者上述第2技術方案的溝槽填充方法。本發明的其他目的和優點在后述中說明，并且某種程度上對于本領域技術人員根據后述說明是顯而易見的，或者是本領域技術人員根據經驗能夠得知的。通過后述的手段和結合能夠實現本發明的目的和優點。


圖1是表示本發明的第1實施方式的溝槽填充方法的順序的一例子的流程圖。圖2A 圖21是概略表示圖1所示的順序中的半導體基板的狀態的剖視圖。圖3是表示堆積時間與硅膜的膜厚的關系的圖。圖4是將圖3中的虛線框A內放大而成的放大圖。圖5是表示ALD循環與氮化硅膜的膜厚的關系的圖。圖6是概略地表示能夠實施一個實施方式的溝槽填充方法的成膜裝置的一例子的剖視圖。包含在說明書內并構成說明書的一部分的附圖、本發明的用

的實施例連同上述的大致說明和下述的實施例的細節說明共同用來闡述本發明的理念。
具體實施例方式以下，參照附圖對基于上述發現的本發明的一個實施例進行說明。在下述說明中， 具有實質相同的功能和設置的構成要素標記相同的附圖標記，并且只在必要時進行相關說明。以下，參照

本發明的實施方式。另外，在所有圖中對共同的部分標注共同的參照附圖標記。填充方法圖1是表示本發明的一個實施方式的溝槽填充方法的順序的一例子的流程圖，圖 2A 圖21是概略表示圖1所示的順序中的半導體基板的狀態的剖視圖。首先，如圖1中的步驟1所示，在半導體基板中形成溝槽。在半導體基板中形成溝槽的一例子如下所述。如圖2A所示，將半導體基板、在本例子中是硅基板1的表面熱氧化，形成襯墊(pad)氧化膜2。接著，在襯墊氧化膜2上堆積氮化硅，形成硅氮化膜3。接著，在硅氮化膜 3上涂敷光致抗蝕劑，形成光致抗蝕劑膜4。接著，使用光刻法在光致抗蝕劑膜4上形成與溝槽形成圖案相對應的窗部5。 接著，如圖2B所示，將光致抗蝕劑膜4用于掩模，對硅氮化膜3、襯墊氧化膜2和硅基板1進行各向異性蝕刻、例如反應性離子蝕刻，在硅基板1中形成溝槽6。接著，如圖1中的步驟2所示，在半導體基板的表面形成氧化膜。該工序是如圖2C所示地至少在硅基板1的于溝槽6的側壁暴露出的表面形成比硅基板1更加難以進行氧化的膜的工序。在本例子中，至少在溝槽6的側壁形成氧化膜7。 在溝槽6的側壁上，氧化膜7是硅氧化物。硅氧化物是比硅更加難以進行氧化的膜。另外，在本例子中，使用自由基氧化法形成氧化膜7。采用自由基氧化法，如圖2C 所示，不僅能夠將硅基板1的在溝槽6的側壁暴露出的部分表面氧化，也能夠將襯墊氧化膜 2、硅氮化膜3等氧化。即，能夠將硅基板1的溝槽形成面側的整個表面氧化，在硅基板1的整個溝槽形成面側形成氧化膜7。在硅基板1的整個溝槽形成面側形成氧化膜7時，接下來形成的晶種層能夠形成在氧化膜7上。在氮化膜上及氧化膜上這兩者同時形成晶種層時， 接著晶種層形成的硅膜的生長速度有可能在氮化膜上和氧化膜上產生差異。在這一點上， 只要像本例子這樣在氧化膜7上形成晶種層，就能夠減小硅膜的生長速度的差異，有助于改善階梯覆蓋率(step coverage) 0另外，即使替代自由基氧化法而利用等離子氧化法，也能夠得到與自由基氧化法同樣的效果。接著，如圖1中的步驟3所示，在氧化膜7上形成氧化阻擋層膜。在本例子中，以兩個階段形成氧化阻擋層膜。首先，如圖1中的步驟31及圖2D所示，在氧化膜7上形成晶種層8。具體地講，通過將形成有氧化膜7的硅基板1加熱，并使氨基硅烷類氣體流經加熱后的硅基板1的表面，從而在硅基板1的表面上、在本例子中是氧化膜7的表面上形成晶種層8。作為氨基硅烷類氣體的例子，能夠列舉出BAS ( 丁基氨基硅烷)、BTBAS (雙叔丁基氨基硅烷)、DMAS (二甲基氨基硅烷)、BDMAS (雙二甲基氨基硅烷)、TDMAS (三二甲基氨基硅烷)、DEAS ( 二乙基氨基硅烷)、BDEAS (雙二乙基氨基硅烷)、DPAS ( 二丙基氨基硅烷)、DIPAS ( 二異丙基氨基硅烷)等。在本例子中使用DIPAS。步驟31中的處理條件的一例子如下所述DIPAS 流量150sccm處理時間0.5min處理溫度450°C處理壓力532Pa^Torr)。
在本說明書中，以下將步驟31的工序稱作預供氣(preflow)。上述步驟31是使硅氮化物易于吸附于氧化膜7的工序。在步驟31中記載為形成晶種層8，但實際上幾乎沒有成膜。晶種層8的厚度優選為單原子層級別的厚度程度。提及具體的晶種層8的厚度，優選為0. Inm 0. 3nm。接著，如圖1中的步驟32及圖2E所示，在晶種層8上形成氮化硅膜9。具體地講，將形成有晶種層8的硅基板1加熱，向加熱后的硅基板1的表面供給含有硅的氣體及含有氮化劑的氣體，在晶種層8上形成氮化硅膜9。在本例子中，作為含有硅的氣體使用硅烷類氣體、例如二氯硅烷(DCS =SiH2Cl2),作為含有氮化劑的氣體使用含有氨的氣體。另外，在本例子中，氮化硅膜9的成膜采用一邊交替地供給含有硅的氣體和含有用于使硅氮化的氮化劑的氣體一邊成膜的、被稱作所謂的ALD (Atomic Layer Deposition)法或者MLD (Molecular Layer Deposition)法的方法。步驟32中的處理條件的一例子如下所述二氯硅烷流量IOOOsccm氨流量5000sccm處理溫度630°C處理壓力5IPa (0. 386Torr)。在上述二氯硅烷流量、氨流量、處理溫度及處理壓力的條件下，使ALD循環數為大約30循環時，形成2nm左右的較薄的氮化硅膜9。接著，如圖1中的步驟4所示，在氧化阻擋層膜上形成能夠膨脹的膜。在本例子中，以兩個階段形成能夠膨脹的膜。首先，如圖1中的步驟41及圖2F所示，在氮化硅膜9上形成晶種層10。具體地講，通過將形成有氮化硅膜9的硅基板1加熱，并使氨基硅烷類氣體流經加熱后的硅基板1 的表面，從而在硅基板1的表面上、在本例子中是氮化硅膜9的表面上形成晶種層10。作為氨基硅烷類氣體的例子，與晶種層8同樣較佳。在本例子中使用DIPAS。步驟41中的處理條件的一例子如下所述DIPAS 流量500sccm處理時間0.5min處理溫度400°C處理壓力53Pa(0. 4Torr)。晶種層10的厚度也與晶種層8同樣地優選為單原子層級別的厚度程度。具體地講，優選為0. Inm 0. 3nm。首先，如圖1中的步驟42及圖2G所示，在晶種層10上形成硅膜11。具體地講，通過將形成有晶種層10的硅基板1加熱，并使不含有氨基的硅烷類氣體、例如甲硅烷氣體流經加熱后的硅基板1的表面，在硅基板1的表面上、在本例子中是晶種層10的表面上形成硅膜11。步驟42中的處理條件的一例子如下所述甲硅烷流量800sccm處理時間4min處理溫度535°C
處理壓力60Pa(0. 45Torr)。在上述甲硅烷流量、處理時間、處理溫度及處理壓力的條件下，在大約:3min 5min的處理時間(堆積時間)內形成3nm 9nm左右的較薄的非晶形的硅膜11。硅膜11 的厚度為了抵消之后形成的填充材料的縮小量而起到重要的作用。當然，抵消量由晶種層 10的微小的厚度和硅膜11的厚度的合計值來決定，但晶種層10是用于促進甲硅烷的吸附的層，幾乎沒有厚度。因此，抵消量的大部分由硅膜11的膨脹后的厚度所占據。即，抵消量基本由硅膜11的厚度決定。另外，在本例子中，作為硅膜11的原料使用甲硅烷。另外，在供給甲硅烷之前，例如供給乙硅烷(Si2H6)等比甲硅烷更高級的高級硅烷，預先在晶種層10的表面上形成由高級硅烷構成的硅層，與直接向晶種層10上供給甲硅烷的情況相比，能夠進一步改善硅膜11的階梯覆蓋率。但是，在由高級硅烷構成的硅層過厚時，反而會使硅膜11的階梯覆蓋率惡化，因此由高級硅烷構成的硅層形成得較薄。不使階梯覆蓋率惡化那樣的由高級硅烷構成的硅層的膜厚的例子例如大于Onm且小于等于 0. 5nm。另外，形成該由較薄的高級硅烷構成的硅層時的處理條件的例子如下所述乙硅燒流量200sccm處理時間3min處理溫度400°C處理壓力133Pa(ITorr)。若能夠改善硅膜11的階梯覆蓋率，則硅膜11在溝槽6的側壁上的膜厚能夠與其在硅基板1的上表面上的膜厚大致相等。因此，在將溝槽6的側壁上的硅膜11氧化完畢的時刻，能夠將硅基板1的上表面上的硅膜11氧化完畢，不會殘留硅膜11。但是，在一個實施方式中，能夠選擇除甲硅烷之外的原料。其原因在于，在溝槽6 的內部存在氧化阻擋層膜、在本例子中是氮化硅膜9。因此，即使溝槽6的側壁上的硅膜11 的膜厚與硅基板1的上表面上的硅膜11的膜厚存在差異，在將膜厚較厚的硅膜11氧化完畢的條件下進行氧化的情況下，也能夠抑制氧化波及到硅基板1。因而，作為硅膜11的原料，能夠使用以下的原料。例如，作為不含有氨基的硅烷類氣體，能夠列舉出含有SiH2、SiH4、SiH6,Si2H4、Si2H6、能夠例舉出以SimH2l^2(其中m是3以上的自然數)的化學式表示的硅的氫化物， 以及包含以SinH2n(其中η是3以上的自然數)的化學式表示的硅的氫化物中的至少一種的氣體。另外，在使用例如甲硅烷(SiH4)這樣的低級的不含有氨基的硅烷類氣體以一個步驟或者兩個步驟形成硅膜11的情況下，優選在供給低級的不含有氨基的硅烷類氣體之前， 如上所述那樣例如供給乙硅烷(Si2H6)這樣的更高級的不含有氨基的硅烷類氣體。
采用在這樣供給高級的不含有氨基的硅烷類氣體之后、供給比該高級的不含有氨基的硅烷類氣體更低級的不含有氨基的硅烷類氣體的方法，如上所述，也能夠得到進一步改善硅膜11的階梯覆蓋率、并能夠進一步降低硅膜11的培育(Incubation)時間這樣的優
點ο接著，如圖1中的步驟5及圖2H所示，使用因燒制而會收縮的填充材料12填充溝槽6。作為一例子，將因燒制而會變為硅氧化物的液狀的填充材料12旋轉涂敷在形成有硅膜U的硅基板1的表面，從而將填充材料12填充溝槽6。作為因燒制而會變為硅氧化物的材料的一例子，能夠列舉出將 PHPS(PerHydroPolySilazane =SiH2NH)作為主要成分的無機聚合物。最后，如圖1中的步驟6及圖21所示，將填充材料12在含有水和/或羥基的氣氛中燒制，使其變為硅氧化物13，并使硅膜11、晶種層10變為硅氧化物14。具體地講，將涂敷有填充材料12的硅基板1在含有水及/或羥基的氣氛中燒制，使填充材料12變為硅氧化物13，并使硅膜11和晶種層10變為硅氧化物14。步驟6中的處理條件的一例子如下所述H2O 流量101/min處理時間45min處理溫度750°C處理壓力532OOPaGOOiTorr)。在步驟6時，氧化阻擋層膜、在本例子中是氮化硅膜9對于硅基板1起到氧化阻擋層的功能。因此，即使進行步驟6，也不會對硅基板1進行氧化。例如在溝槽6使用于半導體集成電路裝置的內部的元件分離區域、例如淺溝槽隔離結構的情況下，不會對硅基板1 進行氧化，因此，能夠抑制形成有晶體管等能動元件的元件活性區域因氧化而縮小。填充材料12在被燒制而變為硅氧化物13時收縮。相反地，硅膜11和晶種層10 在變為硅氧化物14時膨脹。通過這樣利用硅膜11和晶種層10的膨脹抵消填充材料12的收縮量，來抑制在溝槽6的內部產生空隙。培育時間對于甲硅烷的培育時間較長這樣的情況，通過在將氨基硅烷類氣體向硅基板1的表面、在本例子中是氮化硅膜9的表面預供氣而形成晶種層10之后形成硅膜11來消除。圖3表示堆積時間與硅膜11的膜厚的關系。圖3所示的結果是將基底做成氮化硅膜(SiN)的情況。在本例子中相當于氮化硅膜9。在本例子中采用的預供氣的處理條件如下所述DIPAS 流量500sccm處理時間5min處理溫度400°C處理壓力53.2Pa (0. 4Torr)。同樣地在本例子中采用的用于形成硅膜11的處理條件如下所述甲硅烷流量500sccm堆積時間30min/45min/60min處理溫度500°C
處理壓力53·2Pa (0. 4Torr)。在使堆積時間為30min時、使堆積時間為45min時、及使堆積時間為60min時這3
個點測定了硅膜11的膜厚。圖3及圖4中的線I表示有預供氣的情況的結果，線II表示沒有預供氣的情況的結果。線I、線II是利用最小二乘法將測定的3個膜厚直線近似而成的直線，式如下所述。線I :y = 18. Ollx-27. 739. · · (1)線II :y = 18. 091χ_41· 277. · · (2)如圖3所示，在有預供氣的情況下，與沒有預供氣相比硅膜11的膜厚增加的傾向明顯。在使上述⑴、⑵式為y = 0、即將硅膜11的膜厚設為“0”時，圖4表示求得線 I、線II與堆積時間的交點而得到的值。另外，圖4相當于將圖3中的虛線框A內放大而成的放大圖。如圖4所示，在基底是有預供氣的氮化硅膜時，硅膜11的堆積從自處理開始約 1.5min( χΝ 1.540 )開始，與此相對，在沒有預供氣的氮化硅膜時，硅膜11的堆積從自處理開始約2. ;3min ( χ ^ 2.2 8 2 )開始。通過這樣將氨基硅烷類氣體向氮化硅膜9預供氣，能夠將培育時間從約2. 3min縮短到約1. 5min。由此，能夠得到薄膜的硅膜11。另外，對于氮化硅膜9的培育時間，也通過在將氨基硅烷類氣體向硅基板1的表面、在本例子中是氮化硅膜9的表面預供氣而形成晶種層10之后，形成硅膜11來消除。圖5表示ALD循環與氮化硅膜9的膜厚的關系。圖5所示的結果是將基底做成氧化硅膜(SiO2)的情況。在本例子中相當于氧化膜7。在本例子中采用的預供氣的處理條件如下所述DIPAS 流量150sccm處理時間0.5min處理溫度450°C處理壓力532Pa^Torr)。同樣地在本例子中采用的用于形成氮化硅膜9的處理條件如下所述二氯硅烷流量IOOOsccm氨流量5000sccm處理溫度630°C處理壓力5IPa (0. 386Torr)。在ALD循環為30次時、ALD循環為50次時、ALD循環為70次時分別測定了氮化硅
膜9的膜厚。圖5中的線I表示有預供氣的情況的結果，線II表示沒有預供氣的情況的結果。 線I、線II是利用最小二乘法將測定的3個膜厚直線近似而成的直線，式如下所述。線I :y = 0. 9265x-14. 181. . . (1)線II :y = 0. 9159χ_21· 846. · · (2)在使上述(3)、(4)式中y = 0、即將氮化硅膜的膜厚設為“0”時的ALD循環如下所述。
線I :19 循環線II 循環(比較例)即，通過在形成氮化硅膜9之前向基底進行預供氣，能夠將生長出氮化硅膜9的循環從不向基底進行預供氣的情況下為M循環加快到19循環。因而，通過進行預供氣，與在氧化膜7上直接形成氮化硅膜9的情況相比，能夠縮短氮化硅膜9的培育時間。因此，能夠得到薄膜的氮化硅膜9。采用該一個實施方式的溝槽填充方法，能夠縮短形成在溝槽6內的氧化阻擋層膜 (在本例子中是氮化硅膜9)、及能夠膨脹的膜(在本例子中是硅膜11和晶種層10)各自的培育時間。因此，能夠使氧化阻擋層膜及能夠膨脹的膜分別薄膜化，從而能夠得到即使溝槽的微細化進一步發展、也能夠在溝槽6的內部形成能夠膨脹的膜及作為氧化阻擋層的膜的溝槽填充方法。成膜裝置接著，說明能夠實施上述一個實施方式的溝槽填充方法的成膜裝置的一例子。圖6是概略地表示能夠實施一個實施方式的溝槽填充方法的成膜裝置的一例子的剖視圖。如圖6所示，成膜裝置100具有下端開口的有頂的圓筒體狀的處理室101。處理室 101的整體例如由石英形成。在處理室101內的頂部設有石英制的頂板102。例如利用不銹鋼成形為圓筒體狀的歧管103隔著0型密封圈等的密封構件104連結在處理室101的下端開口部。歧管103支承處理室101的下端。能夠以多層載置作為被處理體的多張例如50 張 100張半導體晶圓、在本例子中是硅基板1的石英制的晶圓舟皿105能夠從歧管103 的下方插入到處理室101內。晶圓舟皿105具有多根支柱106，利用形成在支柱106中的槽支承多張硅基板1。晶圓舟皿105隔著石英制的保溫筒107載置在工作臺108上。工作臺108支承在旋轉軸110上，該旋轉軸110貫穿用于開閉歧管103的下端開口部的、例如不銹鋼制的蓋部 109。在旋轉軸110的貫穿部例如設有磁性流體密封件111，其將旋轉軸110氣密地密封并將旋轉軸110支承為能夠旋轉。在蓋部109的周邊部和歧管103的下端部之間設有例如由 0型密封圈構成的密封構件112。由此，能夠保持處理室101內的密封性。旋轉軸110例如安裝在臂113的頂端，該臂113支承在舟皿升降機等升降機構(未圖示)上。由此，晶圓舟皿105和蓋部109等一體升降，插入到處理室101內或自處理室101內脫離。成膜裝置100具有用于向處理室101內供給處理所使用的氣體的處理氣體供給機構114、及用于向處理室101內供給非活性氣體的非活性氣體供給機構115。處理氣體供給機構114包括氨基硅烷類氣體供給源117、硅烷類氣體供給源118、 及含有氮化劑的氣體供給源119。含有氮化劑的一例子是含有氨的氣體。非活性氣體供給機構115包含非活性氣體供給源120。非活性氣體可用于吹掃氣體等。非活性氣體的一例子是氮(N2)氣。氨基硅烷類氣體供給源117經由流量控制器121a和開閉閥12 連接于分散噴嘴 123。分散噴嘴123由石英管構成，其向內側貫穿歧管103的側壁并向上方彎曲地鉛垂延伸。 在分散噴嘴123的鉛垂部分，隔開規定間隔地形成有多個氣體噴出孔124。氨基硅烷類氣體從各氣體噴出孔124沿水平方向朝向處理室101內大致均勻地噴出。另外，硅烷類氣體供給源118也經由流量控制器121b和開閉閥122b連接于例如分散噴嘴123。含有氮化劑的氣體供給源119經由流量控制器121c和開閉閥122c連接于分散噴嘴125。分散噴嘴125由石英管構成，其向內側貫穿歧管103的側壁并向上方彎曲地鉛垂延伸。在分散噴嘴125的鉛垂部分，隔開規定間隔地形成有多個氣體噴出孔126。含有氨的氣體從各氣體噴出孔126沿水平方向朝向處理室101內大致均勻地噴出。非活性氣體供給源120經由流量控制器121d和開閉閥122d連接于噴嘴128。噴嘴1 貫穿歧管103的側壁，將非活性氣體從其頂端沿水平方向朝向處理室101內噴出。在處理室101內的、與分散噴嘴123和分散噴嘴125相反的一側的部分設有用于對處理室101內進行排氣的排氣口 129。排氣口 1 通過沿上下方向切除處理室101的側壁而細長地形成。在處理室101的與排氣口 1 相對應的部分，利用焊接以覆蓋排氣口 129 的方式安裝有截面成形為二字形的排氣口罩構件130。排氣口罩構件130沿著處理室101 的側壁向上方延伸，在處理室101的上方限定氣體出口 131。在氣體出口 131上連接有包含真空泵等的排氣機構132。排氣機構132通過對處理室101內進行排氣而進行處理所使用的處理氣體的排氣及使處理室101內的壓力成為與處理相應的處理壓力。在處理室101的外周設有筒體狀的加熱裝置133。加熱裝置133使供給到處理室 101內的氣體活化，并將處理室101內加熱，將收容在處理室101內的被處理體、在本例子中是硅基板1加熱。成膜裝置100的各部的控制利用例如由微處理器(計算機)構成的控制器150來進行。在控制器150上連接有為了供操作人員管理成膜裝置100而進行命令的輸入操作等的鍵盤、由將成膜裝置100的運轉狀況可視化地顯示的顯示器等構成的用戶界面151。在控制器150上連接有存儲部152。存儲部152存儲有用于在控制器150的控制下來實現由成膜裝置100執行的各種處理的控制程序、或用于與處理條件相應地使成膜裝置100的各構成部執行處理的程序、即制程程序。制程程序例如存儲在存儲部152中的存儲介質中。存儲介質既可以是硬盤、半導體存儲器，也可以是CD-R0M、DVD、閃存器等可移動式的元件。另外，也可以從其他裝置例如通過專用線路適當地傳送制程程序。根據需要，制程程序由來自用戶界面151的指示等被自存儲部152讀出，通過由控制器150執行遵照讀出的制程程序的處理，成膜裝置100在控制器150的控制下實施期望的處理。在本例子中，在控制器150的控制下，依次執行遵照上述一個實施方式的溝槽填充方法的步驟31、步驟32、步驟41、步驟42的處理。步驟31中的晶種層8及步驟41中的晶種層10的成膜是從氨基硅烷類氣體供給源117向處理室101中供給氨基硅烷類氣體(例如DIPAS)。另外，步驟32中的氮化硅膜9 的成膜是從硅烷類氣體供給源118向處理室101中供給硅烷類氣體(例如二氯硅烷)，并從含有氮化劑的氣體供給源119向處理室101中供給含有氮化劑的氣體(例如含有氨的氣體)。另外，步驟42中的硅膜11的成膜通過從硅烷類氣體供給源118供給硅烷類氣體(例如甲硅烷)來執行。控制器150控制處理氣體供給機構114、排氣機構132和加熱裝置133，從而進行遵照步驟31、步驟32、步驟41、步驟42的處理。
另外，氮化硅膜9的成膜既可以采用一邊交替供給含有硅的氣體(例如硅烷類氣體)和含有氮化劑的氣體一邊成膜的所謂的ALD(Atomic Layer D印osition)法或者 MLD (Molecular Layer D印osition)法，也可以采用一邊同時供給含有硅的氣體和含有氮化劑的氣體一邊成膜的所謂的CVD(Chemical Vapor Deposition)法。上述一個實施方式的溝槽填充方法能夠利用圖6所示的成膜裝置100來實施。以上，根據一個實施方式說明了本發明，但本發明并不限定于上述一個實施方式， 能夠進行各種變形。另外，對于本發明的實施方式，上述一個實施方式并不是唯一的實施方式。例如，在上述一個實施方式中，作為氧化阻擋層膜形成了氮化硅膜9，但也可以使氧化膜7氮化。這種情況下對氧化膜7進行的氮化處理能夠列舉出等離子氮化處理、利用 FNC氮化(Ν0、&0、ΝΗ3)進行的氧化膜7的SiON膜化等。另外，在上述實施方式中，氮化硅膜9的形成采用熱ALD法或熱MLD法，但也可以采用等離子ALD法或等離子MLD法。采用等離子ALD法或等離子MLD法的情況下的處理條件的一例子如下所述二氯硅烷流量IOOOsccm氨流量5000sccm處理溫度630°C處理壓力5IPa (0. 386Torr)RF 功率100W。上述條件可應用于圖1所示的步驟32中的處理條件。另外，在上述一個實施方式中，形成有氧化阻擋層膜或者對氧化膜進行氮化處理， 因此，能夠得到硅膜11的原料選擇的自由度。例如作為硅膜11的原料，之前說明了不含有氨基的硅烷類氣體。其中，對于以SimH2m+2 (其中m是3以上的自然數)的化學式表示的硅的氫化物、及以SinH2n(其中η是3以上的自然數)的化學式表示的硅的氫化物，以SimH2m+2 (其中m是3以上的自然數)的化學式表示的硅的氫化物也能夠從丙硅烷(Si3H8)、丁硅烷(Si4H10)、戊硅烷(Si5H12)、己硅烷(Si6H14)、庚硅烷(Si7H16)中的至少一種選擇，以SinH2n(其中η是3以上的自然數)的式表示的硅的氫化物也能夠從環丙硅烷(Si3H6)、環丁硅烷(Si4H8)、環戊硅烷(Si5H10)、環己硅烷(Si6H12)、環庚硅烷(Si7H14)中的至少任一種選擇。并且，在上述一個實施方式中，作為因燒制而會收縮的填充材料12，例示了旋轉涂敷玻璃、例如PHPS。但是，因燒制而會收縮的填充材料12并不限定于旋轉涂敷玻璃，也可以應用因燒制而會收縮的CVD系的填充材料。作為該CVD系的材料，能夠列舉出使用HDP (High-Density Plasma)成膜的SiO2膜、使用SiH4類氣體和過氧化氫(H2O2)成膜的SW2 膜。采用本發明，能夠提供一種即使溝槽的微細化進一步發展、也能夠在溝槽的內部形成能夠膨脹的膜和作為氧化阻擋層的膜的溝槽填充方法、以及能夠實施該溝槽填充方法的成膜裝置。此外，本發明能夠在不脫離其主旨的范圍內進行各種變形。本申請以2010年12月27日向日本專利局提交的日本專利申請編號第 2010490647號為基礎主張優先權的利益，其全部公開內容作為參照包含在本說明書中。
權利要求
1.一種溝槽填充方法，其特征在于， 該溝槽填充方法包括以下工序(1)在形成于半導體基板的溝槽內部形成氧化阻擋層膜；(2)在上述氧化阻擋層膜上形成能夠膨脹的膜；(3)使用因燒制而會收縮的填充材料，由上述氧化阻擋層膜、上述能夠膨脹的膜和上述填充材料填充上述溝槽；(4)對上述填充材料進行燒制； 上述(1)工序包括以下工序向形成有上述溝槽的半導體基板供給氨基硅烷類氣體，在上述溝槽的內部形成第1晶種層；在上述第1晶種層上形成氮化硅膜； 上述( 工序包括以下工序向形成有上述氮化硅膜的半導體基板供給氨基硅烷類氣體，在上述氮化硅膜上形成第 2晶種層；在上述第2晶種層上形成硅膜。
2.根據權利要求1所述的溝槽填充方法，其特征在于， 在上述(1)工序之前包括以下工序(5)將形成有上述溝槽的半導體基板氧化，在上述溝槽的內部形成氧化膜。
3.根據權利要求2所述的溝槽填充方法，其特征在于， 在上述( 工序中采用自由基氧化法或者等離子氧化法。
4.一種溝槽填充方法，其特征在于， 該溝槽填充方法包括以下工序(6)將形成有溝槽的半導體基板氧化，在上述溝槽的內部形成氧化膜；(7)對上述氧化膜進行氮化處理；(8)在上述氮化處理后的上述氧化膜上形成能夠膨脹的膜；(9)使用因燒制而會收縮的填充材料，由上述氮化處理后的氧化膜、上述能夠膨脹的膜和上述填充材料填充上述溝槽；(10)對上述填充材料進行燒制； 上述(8)工序包括以下工序向形成有上述氮化處理后的氧化膜的半導體基板供給氨基硅烷類氣體，在上述氮化處理后的氧化膜上形成晶種層； 在上述晶種層上形成硅膜。
5.根據權利要求1所述的溝槽填充方法，其特征在于， 上述氨基硅烷類氣體從含有BAS ( 丁基氨基硅烷)、 BTBAS (雙叔丁基氨基硅烷)、 DMAS (二甲基氨基硅烷)、 BDMAS (雙二甲基氨基硅烷)、 TDMAS (三二甲基氨基硅烷)、DEAS (二乙基氨基硅烷)、 BDEAS (雙二乙基氨基硅烷)、 DPAS (二丙基氨基硅烷)、 DIPAS (二異丙基氨基硅烷) 中的至少一種的氣體中選擇。
6.根據權利要求1所述的溝槽填充方法，其特征在于， 上述硅膜的形成采用不含有氨基的硅烷類氣體。
7.根據權利要求6所述的溝槽填充方法，其特征在于，通過在供給高級的不含有氨基的硅烷類氣體之后，供給比上述高級的不含有氨基的硅烷類氣體低級的不含有氨基的硅烷類氣體來形成上述硅膜。
8.根據權利要求7所述的溝槽填充方法，其特征在于，由高級的不含有氨基的硅烷類氣體形成的硅層的膜厚大于Onm且小于等于0. 5nm。
9.根據權利要求6所述的溝槽填充方法，其特征在于， 上述不含有氨基的硅烷類氣體從含有SiH2、SiH4,SiH6,Si2H4、Si2H6、以SimH2m+2的化學式表示的硅的氫化物、及以SinHai的化學式表示的硅的氫化物中的至少一種的氣體中選擇，其中，m是3以上的自然數，η是3以上的自然數。
10.根據權利要求9所述的溝槽填充方法，其特征在于， 上述以SimH2m+2的化學式表示的硅的氫化物從丙硅烷(Si3H8)、丁硅烷(Si4H10)、 戊硅烷(Si5H12)、 己硅烷(Si6H14)、庚硅烷(Si7H16)中的至少一種選擇，其中m是3以上的自然數； 上述以SinH2n的式表示的硅的氫化物從環丙硅烷(Si3H6)、 環丁硅烷(Si4H8)、 環戊硅烷(Si5H10)、 環己硅烷(Si6H12)、環庚硅烷(Si7H14)中的至少任一種選擇，其中η是3以上的自然數。
11.根據權利要求1所述的溝槽填充方法，其特征在于， 上述溝槽填充方法能夠用于半導體裝置的制造工藝。
12.根據權利要求11所述的溝槽填充方法，其特征在于， 上述溝槽能夠用在上述半導體裝置內部的元件分離區域。
13. 一種成膜裝置，其特征在于， 該成膜裝置包括處理室，其用于收容形成有溝槽的半導體基板；氣體供給機構，其用于向上述處理室內供給氨基硅烷類氣體、硅烷類氣體及含有氮化劑的氣體；加熱裝置，其用于對上述處理室內進行加熱； 排氣裝置，其用于對上述處理室內進行排氣；控制器，其用于控制上述氣體供給機構、上述加熱裝置、上述排氣裝置； 上述控制器控制上述氣體供給機構、上述加熱裝置、上述排氣裝置，從而在上述處理室內對上述半導體基板執行權利要求1所述的溝槽填充方法。
全文摘要
本發明提供溝槽填充方法及成膜裝置。該溝槽填充方法包括以下工序在溝槽內部形成氧化阻擋層膜(步驟3)；在氧化阻擋層膜上形成能夠膨脹的膜(步驟4)；利用因燒制而會收縮的填充材料填充溝槽(步驟5)；將填充材料燒制(步驟6)；步驟3的工序包括以下工序供給氨基硅烷類氣體，在溝槽的內部形成第1晶種層(步驟31)；在第1晶種層上形成氮化硅膜(步驟32)；步驟4的工序包括以下工序供給氨基硅烷類氣體，在氮化硅膜上形成第2晶種層(步驟41)；在第2晶種層上形成硅膜(步驟42)。
文檔編號H01L21/762GK102543830SQ20111044202
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月26日 優先權日2010年12月27日
發明者岡田充弘, 渡邊將久 申請人:東京毅力科創株式會社