JP2016092051A - 凹部を充填する方法及び処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】被処理体の凹部を充填する方法を提供する。【解決手段】一実施形態の方法は、成膜工程、及び、アニール工程を含む。成膜工程では、凹部を画成する壁面に沿って、IV族半導体及び錫を含む材料から構成された膜が成膜される。アニール工程では、被処理体にアニール処理が適用され、膜の材料が溶融し、溶融した材料が凹部内に移動する。成膜工程では、第1の圧力且つ第1の温度の条件下で成膜が行われ、アニール工程では、被処理体は、第1の圧力よりも高い第2の圧力且つ第1の温度よりも高い第2の温度の条件下でアニールされる。【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、凹部を充填する方法及び処理装置に関するものである。
半導体装置といったデバイスの製造においては、スルーホール又はコンタクトホールといった凹部内に、シリコンを充填する処理が行われることがある。凹部内に充填されたシリコンは、例えば、電極として利用され得る。このような処理は、例えば、特許文献1に記載されている。
具体的に、特許文献1に記載された処理では、被処理体においてトレンチを画成する壁面上に多結晶シリコン膜が形成される。次いで、多結晶シリコン膜上にアモルファスシリコン膜が形成される。その後、被処理体がアニールされる。特許文献1に記載された処理では、被処理体のアニールにより、アモルファスシリコンをトレンチの底部に向かって移動させ、当該アモルファスシリコンによってトレンチを充填することが意図されている。
しかしながら、上述した従来技術では、凹部に移動されたアモルファスシリコン製の領域にシーム又はボイドといった空洞が生じ得る。したがって、空洞の発生を抑制して凹部を充填することが必要である。
一態様においては、被処理体の凹部を充填する方法が提供される。被処理体は、半導体基板及び該半導体基板上に設けられた絶縁膜を有し、凹部は、前記絶縁膜を貫通するように設けられている。この方法は、(a)凹部を画成する壁面に沿って、IV族半導体及び錫を含む材料から構成された膜を成膜する工程(以下、「成膜工程」という)と、(b)被処理体をアニールする工程(以下、「アニール工程」という)であり、膜の材料を溶融させて、溶融した材料を凹部内に移動させる、該工程と、を含む。成膜工程では、第1の圧力且つ第1の温度の条件下で成膜が行われ、アニール工程では、被処理体は、第1の圧力よりも高い第2の圧力且つ第1の温度よりも高い第2の温度の条件下でアニールされる。なお、IV族半導体は、例えば、シリコン、ゲルマニウム、又はシリコンゲルマニウムであり得る。
一態様に係る方法においては、膜を構成する材料がIV族半導体及び錫を含んでおり、当該材料の融点は、IV族半導体の融点よりも低くなっている。そして、この方法では、当該膜の成膜時の第1の温度よりも高い第2の温度、且つ、当該成膜時の第1の圧力よりも高い圧力の条件下で被処理体がアニールされる。これにより、膜を構成する材料が溶融し、溶融した当該材料が凹部に移動する。その結果、空洞の発生を抑制しつつ、凹部を充填することが可能となる。
一実施形態では、アニール工程の後に、被処理体が配置された空間の圧力を第2の圧力よりも低い第3の圧力に設定する工程(以下、「脱気工程」という)を含む。この実施形態によれば、アニール工程によって凹部内に埋め込まれた材料から構成される領域内に空洞が生じていても、当該空洞の圧力は第3の圧力よりも高い第2の圧力であるので、脱気工程によって当該空洞の脱気が行われ、その結果、当該空洞を取り除くことが可能となる。
別の態様においては、上述した方法の実施に用いることが可能な処理装置が提供される。この処理装置は、容器、ガス供給部、加熱装置、排気装置、及び制御部を備える。ガス供給部は、IV族半導体を含有する第1のガス、及び錫を含有する第2のガスを容器内に供給するよう構成されている。加熱装置は、容器内の空間を加熱するよう構成されている。排気装置は、容器内の空間の圧力を調整するよう構成されている。制御部は、ガス供給部、加熱装置、及び排気装置を制御するよう構成されている。制御部は、ガス供給部に第1のガス及び第2のガスを容器内に供給させ、排気装置に容器内の空間の圧力を第1の圧力に設定させ、且つ、加熱装置に容器内の空間の温度を第1の温度に設定させる第1の制御を実行し、排気装置に容器内の空間の圧力を第1の圧力よりも高い第2の圧力に設定させ、且つ、加熱装置に容器内の空間の温度を第1の温度よりも高い第2の温度に設定させる第2の制御を実行する。
一実施形態では、制御部は、第2の制御の実行後、排気装置に容器内の空間の圧力を第2の圧力よりも低い第3の圧力に設定させる第3の制御を更に実行してもよい。
以上説明したように、空洞の発生を抑制して凹部を充填することが可能となる。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図1は、一実施形態に係る凹部を充填する方法を示す流れ図である。図1に示す方法MTは、被処理体に膜を成膜し、当該膜を構成する材料を溶融させ、溶融した当該材料を被処理体の凹部内に移動させることにより、当該凹部を充填するものである。
図2は、図1に示す方法の実施前の初期状態の被処理体を例示する断面図である。図2に示す被処理体(以下、被処理体を「ウエハW」とよぶことがある)は、半導体基板SB、及び絶縁膜IFを有している。半導体基板SBは、単結晶半導体基板、又は多結晶半導体基板であり、例えば、単結晶シリコン基板、又は多結晶シリコン基板である。絶縁膜IFは、半導体基板SB上に設けられている。絶縁膜IFは、例えば、酸化シリコン(SiO2)、又は窒化シリコン(Si3N4)から構成されている。
ウエハWには、トレンチ又はホールといった凹部DRが形成されている。凹部DRは、絶縁膜IFを膜厚方向に貫通している。一実施形態では、凹部DRは、絶縁膜IFを膜厚方向に貫通して、更に半導体基板SBの内部まで延在している。凹部DRは、例えば、200nmの深さ、40nm〜50nmの幅を有し得る。この凹部DRは、絶縁膜IF上にマスクを形成し、絶縁膜IF、又は、絶縁膜IF及び半導体基板SBをエッチングすることによって、形成することができる。
図2に示すウエハWに対して、方法MTでは、工程ST3及び工程ST4が実行される。また、一実施形態では、工程ST4の実行後に工程ST5が実行される。一実施形態では、工程ST3、工程ST4、及び工程ST5を含むシーケンスが1回以上繰り返され得る。また、一実施形態では、工程ST3の実行前に、工程ST1及び工程ST2の一方、又は双方が実行され得る。
ここで、方法MTの実施に用いることが可能な処理装置の実施形態について説明する。図3は、図1に示す方法の実施に用いることが可能な処理装置を概略的に示す図である。図3に示す処理装置10は、容器12を備えている。容器12は、略円筒形状を有する反応管であり、当該容器12の長手方向は垂直方向に向いている。容器12は、二重管構造を有しており、内管14及び外管16を含んでいる。内管14及び外管16は、耐熱性及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。
内管14は、略円筒形状を有しており、上端及び下端を含んでいる。内管14の上端及び下端は開放されている。外管16は、当該内管14を覆うように当該内管14と略同軸に設けられている。外管16と内管14との間には一定の間隔が設けられている。外管16の上端は閉塞されており、当該外管16の下端は開放されている。
外管16の下方には、マニホールド18が設けられている。マニホールド18は、筒状に形成されており、例えば、ステンレス鋼(SUS)から構成されている。マニホールド18は、外管16の下端と気密に接続されている。また、マニホールド18の内壁には、支持リング20が一体に形成されている。支持リング20は、マニホールド18の内壁から内側に突出している。この支持リング20は、内管14を支持している。
マニホールド18の下方には、蓋体22が設けられている。蓋体22は、ボートエレベータ24に接続されており、当該ボートエレベータによって上下動可能に構成されている。ボートエレベータ24によって蓋体22が上昇すると、マニホールド18の下方側(即ち、炉口部分)が閉鎖される。一方、ボートエレベータ24によって蓋体22が下降すると、マニホールド18の下方側(即ち、炉口部分)が開口される。
蓋体22上には、ウエハボート26が載置されている。ウエハボート26は、例えば、石英から構成される。ウエハボート26は、複数のウエハWを垂直方向に所定の間隔をおいて支持するよう構成されている。
容器12の周囲には、当該容器12を取り囲むように、断熱体28が設けられている。断熱体28の内壁面には、ヒータ30(加熱装置)が設けられている。ヒータ30は、例えば、抵抗発熱体から構成されている。このヒータ30により、容器12の内部の空間が所定の温度に加熱される。これにより、ウエハWが加熱される。
マニホールド18の側面には、一以上のガス導入管32が接続されている。ガス導入管32は、例えば、支持リング20より下方においてマニホールド18の側面に接続されている。このガス導入管32によって構成されるガスラインは、容器12の内部に連通している。
ガス導入管32には、ガス供給部GFが接続されている。ガス供給部GFは、一実施形態においては、ガスソースGS1,GS2,GS3,GS4,GS5,GS6、バルブV11,V21,V21,V22,V31,V32,V41,V42,V51,V52、V61,V62、及び、マスフローコントローラといった流量制御器FC1,FC2,FC3,FC4,FC5、FC6を含んでいる。ガスソースGS1は、バルブV11、流量制御器FC1、及びバルブV12を介して、ガス導入管32に接続されている。ガスソースGS2は、バルブV21、流量制御器FC2、及びバルブV22を介して、ガス導入管32に接続されている。ガスソースGS3は、バルブV31、流量制御器FC3、及びバルブV32を介して、ガス導入管32に接続されている。ガスソースGS4は、バルブV41、流量制御器FC4、及びバルブV42を介して、ガス導入管32に接続されている。ガスソースGS5は、バルブV51、流量制御器FC5、及びバルブV52を介して、ガス導入管32に接続されている。ガスソースGS6は、バルブV61、流量制御器FC6、及びバルブV62を介して、ガス導入管32に接続されている。
ガスソースGS1は、後述する工程ST3において用いられる第1のガスのソースである。このガスソースGS1は、後述する工程ST2におけるライナー層の形成においても原料ガスのソースとして用いられる。ガスソースGS1は、IV族半導体を含有するガスのソース、例えば、シリコン含有ガス、モノゲルマンといったゲルマン含有ガス、又は、シリコン含有ガスとゲルマン含有ガスの混合ガスのソースであり得る。シリコン含有ガスは、モノシランガス、ジシランガス、又はアミノシラン系ガスであり得る。
アミノシラン系ガスとしては、例えば、BAS(ブチルアミノシラン)、BTBAS(ビスターシャリブチルアミノシラン)、DMAS(ジメチルアミノシラン)、BDMAS(ビスジメチルアミノシラン)、TDMAS(トリジメチルアミノシラン)、DEAS(ジエチルアミノシラン)、BDEAS(ビスジエチルアミノシラン)、DPAS(ジプロピルアミノシラン)、DIPAS(ジイソプロピルアミノシラン)を用いることが可能である。また、アミノシラン系ガスとして、アミノジシランガスを用いることが可能である。例えば、アミノシラン系ガスとして、ジイソプロピルアミノジシラン(Si2H5N(iPr)2)ジイソプロピルアミノトリシラン(Si3H7N(iPr)2)、ジイソプロピルアミノジクロロシラン(Si2H4ClN(iPr)2)、ジイソプロピルアミノトリクロロシラン(Si3H6ClN(iPr)2)といったガスを用いることも可能である。
ガスソースGS2は、後述する工程ST3において用いられる第2のガスのソースである。第2のガスは、錫(Sn)を含有するガスであり、一例では、SnCl4ガスであり得る。
ガスソースGS3は、後述する工程ST1においてシード層の形成に用いられる原料ガスのソースである。ガスソースGS3は、例えば、上述したアミノシラン系ガス、又は、ジシランガス、トリシランガス、テトラシランガスといった高次シランガスのソースであり得る。
ガスソースGS4は、不純物源のガスのソースである。不純物としては、例えば、ヒ素(As)、ボロン(B)、又は、P(リン)が例示される。不純物源のガスとしては、例えば、ホスフィン(PH3)、ジボラン(B2H6)、三塩化ホウ素(BCl3)、又はアルシン(AsH3)が用いられ得る。
ガスソースGS5は、添加ガスのソースである。添加ガスとしては、C2H4ガス、N2Oガス、NOガス、又はNH3ガスが例示される。なお、添加ガスには、C2H4ガス、N2Oガス、NOガス、及びNH3ガスのうち一以上のガスを用いることが可能である。
ガスソースGS6は、後述する工程ST4及び工程ST5において用いられ得る不活性ガスのソースである。このような不活性ガスとしては、水素ガス(H2ガス)又は窒素ガス(N2ガス)等が例示され得る。
図3に示すように、マニホールド18の側面には容器12内のガスを排気するための排気口34が設けられている。排気口34は、支持リング20より上方に設けられており、容器12内の内管14と外管16との間に形成された空間に連通している。よって、内管14で発生した排ガス等は、内管14と外管16との間の空間を通って排気口34に流れるようになっている。
また、マニホールド18には、パージガス供給管36が接続されている。パージガス供給管36は、排気口34の下方において、マニホールド18に接続されている。パージガス供給管36には、パージガス供給源が接続されており、パージガス供給源からパージガス供給管36を介してパージガス、例えば、窒素ガスが容器12内に供給される。
排気口34には、排気管38が気密に接続されている。排気管38には、その上流側から、バルブ40、及び、真空ポンプといった排気装置42が介設されている。バルブ40は、排気管38の開度を調整して、容器12内の圧力を所定の圧力に制御する。排気装置42は、排気管38を介して容器12内のガスを排気するとともに、容器12内の圧力を調整する。なお、排気管38には、トラップ、スクラバー等が介設されていてもよく、処理装置10は、容器12から排気された排ガスを、無害化した後、当該処理装置10外に排気するように構成されていてもよい。
また、処理装置10は、当該処理装置10の各部の制御を実行する制御部100を備えている。図4に制御部100の構成を示す。図4に示すように、制御部100は、主制御部110を備えている。主制御部110には、操作パネル121、温度センサ(群)122、圧力計(群)123、ヒータコントローラ124、流量制御部125、バルブ制御部126等が接続されている。
操作パネル121は、表示画面及び操作ボタンを備え、オペレータの操作指示を主制御部110に伝達する。また、操作パネル121は、主制御部110からの様々な情報を表示画面に表示する。
温度センサ(群)122は、容器12内、ガス導入管32内、排気管38内等の各部の温度を測定し、その測定値を主制御部110に通知する。圧力計(群)123は、容器12内、ガス導入管32内、排気管38内等の各部の圧力を測定し、その測定値を主制御部110に通知する。
ヒータコントローラ124は、ヒータ30を個別に制御するためのものであり、主制御部110からの指示に応答して、ヒータ30に通電して当該ヒータ30を加熱する。また、ヒータコントローラ124は、ヒータ30の消費電力を個別に測定して、主制御部110に通知する。
流量制御部125は、ガス供給部GFの流量制御器FC1〜FC6を制御して、ガス導入管32に流すガスの流量を主制御部110から指示された量に設定する。また、流量制御部125は、実際に流れたガスの流量を測定して、主制御部110に通知する。バルブ制御部126は、各バルブの開度を主制御部110から指示された値に制御する。
主制御部110は、レシピ記憶部111と、ROM112と、RAM113と、I/Oポート114と、CPU115と、これらを相互に接続するバス116とから構成されている。
レシピ記憶部111には、セットアップ用レシピと複数のプロセス用レシピとが記憶されている。処理装置10の製造当初は、セットアップ用レシピのみが格納される。セットアップ用レシピは、各処理装置に応じた熱モデル等を生成する際に実行されるものである。プロセス用レシピは、ユーザが実際に行うプロセス毎に用意されるレシピであり、例えば容器12へのウエハWのロードから、処理済みのウエハWをアンロードするまでの、各部の温度の変化、容器12内の圧力変化、ガスの供給の開始及び停止のタイミングと供給量等を規定する。
ROM112は、EEPROM、フラッシュメモリ、ハードディスクなどから構成され、CPU115の動作プログラム等を記憶する記録媒体である。RAM113は、CPU115のワークエリア等として機能する。
I/Oポート114は、操作パネル121、温度センサ(群)122、圧力計(群)123、ヒータコントローラ124、流量制御部125、バルブ制御部126等に接続され、データや信号の入出力を制御する。
CPU(Central Processing Unit)115は、主制御部110の中枢を構成し、ROM112に記憶された制御プログラムを実行し、操作パネル121からの指示に従って、レシピ記憶部111に記憶されているレシピ(プロセス用レシピ)に沿って、処理装置10の動作を制御する。すなわち、CPU115は、温度センサ(群)122、圧力計(群)123、流量制御部125等に容器12内、ガス導入管32内、及び、排気管38内の各部の温度、圧力、流量等を測定させ、この測定データに基づいて、ヒータコントローラ124、流量制御部125、バルブ制御部126等に制御信号等を出力し、上記各部がプロセス用レシピに従うように制御する。バス116は、各部の間で情報を伝達する。
以下、このような処理装置10を用いて実施することが可能な上述の方法MTを、再び図1を参照して説明する。なお、以下の説明では、図1に加えて、図5〜図7を参照する。図5〜図7は、図1に示す方法の各工程の実行後の被処理体を例示する断面図である。
図1に示すように、方法MTの一実施形態では、工程ST1が実行される。工程ST1では、シード層SFが形成される。シード層SFは、図5の(a)に示すように、凹部DRを画成する壁面上に形成される。シード層SFは、凹部DRを閉塞しないよう、例えば、0.1nmの厚さで形成される。シード層SFが形成される壁面は、凹部DRを側方から画成する側壁面SW、及び、凹部DRを下方から画成する底面BWを含む。また、工程ST1では、絶縁膜IFの上面TW上にもシード層SFが形成される。
工程ST1では、シード層SFの形成のために、ウエハWを収容した容器内にアミノシラン系ガス又は高次シランガスといった原料ガスが所定の流量で供給され、当該容器内の圧力が所定の圧力に設定され、また、当該容器内の温度が所定の温度に設定される。工程ST1では、原料ガスの流量は、例えば、10sccm〜500sccmの範囲内の流量に設定される。また、容器内の圧力は、例えば、0.1Torr(13.33Pa)〜10Torr(1333Pa)の範囲内の圧力に設定される。また、容器内の温度は、例えば、300℃〜600℃の範囲内の温度に設定される。
この工程ST1を処理装置10を用いて実行する場合には、制御部100は、ガスソースGS3から容器12内に所定流量の原料ガスが供給されるよう、バルブV31、流量制御器FC3、バルブV32を制御し、容器12内の圧力が所定の圧力に設定されるよう、排気装置42を制御し、容器12内の空間の温度が所定の温度に設定されるよう、ヒータ30を制御する。
なお、シード層SFは、アミノシラン系ガス又は高次シランガスから形成される単層に限定されるものではない。例えば、シード層SFは、アミノシラン系ガスの吸着又は堆積によるシリコンを含む第1層の形成後、当該第1層上にシリコンを含む第2層を高次シランガスを用いて形成することにより、作成されてもよい。
続く工程ST2では、図5の(b)に示すように、ライナー層LFが形成される。ライナー層LFは、アモルファス半導体層であり、例えば、アモルファス状態のシリコン層、ゲルマニウム層、又はシリコンゲルマニウム層である。ライナー層LFは、側壁面SW、底面BW、及び、上面TWに沿って形成される。また、ライナー層LFは、凹部DRを閉塞しないよう、例えば、0.5nm〜10nmの厚さで形成される。一実施形態において、ライナー層LFは、不純物を含有していてもよい。不純物は、例えば、B、P、Asといった原子である。また、一実施形態において、ライナー層LFは、アンドープのアモルファス半導体層であってもよい。なお、図5の(b)では、ライナー層LFはシード層SF上に形成されているが、当該ライナー層LFは、側壁面SW、底面BW、及び上面TW上に直接形成されてもよい。即ち、工程ST1は方法MTから省かれてもよい。
工程ST2では、ウエハWを収容した容器内に原料ガス、即ち、上述したシリコン含有ガス、ゲルマン含有ガス、又は、シリコン含有ガスとゲルマン含有ガスの混合ガスを含む。この原料ガスは、例えば、50sccm〜5000sccmの流量で容器内に供給される。また、工程ST2では、容器内の圧力が所定の圧力に設定され、当該容器内の温度が所定の温度に設定される。容器内の圧力は、例えば、0.1Torr(13.33Pa)〜10Torr(1333Pa)の範囲内の圧力に設定され、容器内の温度は、例えば、300℃〜600℃の範囲内の温度に設定される。
一実施形態の工程ST2において容器内に供給されるガスは、不純物源のガスを更に含んでいてもよい。不純物源のガスは、例えば、ホスフィン(PH3)、ジボラン(B2H6)、三塩化ホウ素(BCl3)、又はアルシン(AsH3)である。不純物源のガスは、例えば、1sccm〜1000sccmの範囲内の流量で容器内に供給される。
また、一実施形態の工程ST2において容器内に供給されるガスは、添加ガスを更に含んでいてもよい。添加ガスは、例えば、C2H4ガス、N2Oガス、NOガス、及びNH3ガスのうち一以上のガスを含み得る。工程ST2では、添加ガスの流量は、例えば、5sccm〜1000sccmの範囲内の流量に設定される。
この工程ST2を処理装置10を用いて実行する場合には、制御部100は、ガスソースGS1から容器12内に所定流量の原料ガスが供給されるよう、バルブV11、流量制御器FC1、バルブV12を制御し、容器12内の圧力が所定の圧力に設定されるよう、排気装置42を制御し、容器12内の空間の温度が所定の温度に設定されるよう、ヒータ30を制御する。また、工程ST2の実行において、制御部100は、ガスソースGS4から容器12内に所定流量の不純物源のガスが供給されるよう、バルブV41、流量制御器FC4、バルブV42を更に制御してもよい。また、工程ST2の実行において、制御部100は、ガスソースGS5から容器12内に所定流量の添加ガスが供給されるよう、バルブV51、流量制御器FC5、バルブV52を更に制御してもよい。
続く工程ST3では、図6の(a)に示すように、膜TFが成膜される。膜TFは、凹部DRを閉塞しないように、凹部DRを画成する壁面に沿って形成される。例えば、膜TFは、側壁面SW、底面BW、及び、上面TWに沿って形成される。一実施形態においては、膜TFは、ライナー層LF上に形成されるが、別の実施形態においては、膜TFは、側壁面SW、底面BW、及び、上面TW上に直接的に形成されてもよい。即ち、方法MTから、工程ST1及び工程ST2が省かれてもよい。
工程ST3では、膜TFの形成のために、ウエハWを収容した容器内に第1のガス及び第2のガスが供給される。第1のガスは、上述したように、IV族半導体を含有するガスであり、例えば、上述したシリコン含有ガス、ゲルマン含有ガス、又は、シリコン含有ガスとゲルマン含有ガスの混合ガスである。第1のガスは、50sccm〜2000sccmの範囲内の流量で容器内に供給される。第2のガスは、上述した錫を含有するガスである。第2のガスの流量は、膜TF中における錫の濃度(原子百分率(at.%))が、例えば1%〜30%の範囲内の濃度となるように、設定される。例えば、第2のガスの流量は、0.1sccm〜500sccmの範囲内の流量に設定される。
また、工程ST3では、容器内の圧力が第1の圧力に設定され、また、当該容器内の空間の温度が第1の温度に設定される。即ち、工程ST3では、第1の圧力及び第1の温度の条件かで膜TFが成膜される。第1の圧力は、例えば、0.2Torr(26.66Pa)〜5Torr(666.6Pa)の範囲から選択される圧力である。また、第1の温度は、200℃〜500℃の範囲から選択される温度である。
なお、工程ST3では、第1のガス及び第2のガスに加え、上述した添加ガスが容器内に供給されてもよい。添加ガスの流量は、例えば、5sccm〜1000sccmの範囲内の流量に設定される。
この工程ST3を処理装置10を用いて実行する場合には、制御部100は以下に説明する制御(第1の制御)を実行する。この制御において、制御部100は、ガスソースGS1から容器12内に所定流量の第1のガスが供給されるよう、バルブV11、流量制御器FC1、バルブV12を制御し、ガスソースGS2から容器12内に所定流量の第2のガスが供給されるよう、バルブV21、流量制御器FC2、バルブV22を制御し、容器12内の圧力が第1の圧力に設定されるよう、排気装置42を制御し、容器12内の空間の温度が第1の温度に設定されるよう、ヒータ30を制御する。なお、工程ST3において、添加ガスを更に用いる場合には、制御部100は、ガスソースGS5から容器12内に所定流量の添加ガスが供給されるよう、バルブV51、流量制御器FC5、バルブV52を制御することができる。
続く工程ST4では、ウエハWがアニールされる。このアニールにより、膜TFを構成する低融点の材料、即ち、錫含有のIV族半導体が溶融する。溶融した当該材料は、容易に凹部DR内に移動し、図6の(b)に示すように、凹部DRを充填するように変形した錫含有のIV族半導体領域TF2を形成する。これにより、方法MTでは、空洞の発生を抑制しつつ、凹部DRを膜TFの構成材料で充填することが可能となる。
具体的に、工程ST4では、ウエハWを収容した容器内の空間の圧力が第2の圧力に設定され、当該容器内の空間の温度が第2の温度に設定される。第2の圧力は、第1の圧力よりも高い圧力であり、例えば、1Torr(133.3Pa)〜常圧の範囲から選択される圧力である。第2の温度は、第1の温度よりも高い温度、即ち、膜TFの成膜時の温度よりも高い温度であり、例えば、200℃〜1000℃の範囲から選択される温度である。また、この第2の温度は、膜TFを構成する材料を溶融させることが可能な温度であり、かかる温度は、膜TFにおけるIV族半導体と錫との濃度比(原子百分率(at.%)の比)に応じて選択される。また、工程ST4においては、水素ガス又は窒素ガス等の不活性ガスが容器内に供給されてもよい。
この工程ST4を処理装置10を用いて実行する場合には、制御部100は以下に説明する制御(第2の制御)を実行する。即ち、この制御において、制御部100は、容器12内の圧力が第2の圧力に設定されるよう、排気装置42を制御し、容器12内の空間の温度が第2の温度に設定されるよう、ヒータ30を制御する。また、不活性ガスを用いる場合には、制御部100は、ガスソースGS6から容器12内に所定流量の不活性ガスが供給されるよう、バルブV61、流量制御器FC6、バルブV62を制御する。
一実施形態の方法MTでは、工程ST4に続けて、工程ST5が更に実行される。図7の(a)に示すように、工程ST4の実行により、凹部DRが膜TFを構成する材料で充填された後に、空洞CVTが発生することがある。工程ST5は、空洞CVTを取り除くために実行される。
具体的に、工程ST5では、ウエハWが配置された容器内の空間の圧力が第3の圧力に設定される。第3の圧力は、第2の圧力よりも低い圧力であり、例えば、1×10−7Torr(1.333×10−4Pa)〜100Torr(13330Pa)の範囲から選択される圧力である。また、工程ST5では、当該容器内の空間の温度が、所定の温度に設定される。この温度は、例えば、200℃〜1000℃の範囲から選択される温度であり、第2の温度と同様の温度であってもよい。また、工程ST5では、水素ガス又は窒素ガス等の不活性ガスが容器内に供給されてもよい。
この工程ST5を処理装置10を用いて実行する場合には、制御部100は以下に説明する制御(第3の制御)を実行する。即ち、この制御において、制御部100は、容器12内の圧力が第3の圧力に設定されるよう、排気装置42を制御し、容器12内の空間の温度が所定の温度に設定されるよう、ヒータ30を制御する。また、不活性ガスを用いる場合には、制御部100は、ガスソースGS6から容器12内に所定流量の不活性ガスが供給されるよう、バルブV61、流量制御器FC6、バルブV62を制御する。
この工程ST5によれば、工程ST4の実行後に、図7の(a)に示すように、凹部DR内に埋め込まれた材料から構成される領域内に空洞CVTが生じていても、図7の(b)に示すように、当該空洞CVTを取り除くことが可能である。即ち、工程ST5の実行時のウエハWの周囲の空間の圧力は第3の圧力であり、空洞CVTの圧力は第3の圧力よりも高い第2の圧力であるので、当該工程ST5の実行により、空洞CVTの脱気が行われ、その結果、空洞CVTが取り除かれる。
方法MTでは、次いで、工程STaにおいて終了条件が満たされるか否かが判定される。終了条件は、工程ST3、工程ST4、及び工程ST5を含むシーケンスの実行回数が所定回数に至っている場合に、満たされていると判定される。なお、当該シーケンスの実行回数は、凹部DRを完全に充填することを可能とする回数として予め設定される。工程STaにおいて、終了条件が満たされないと判定されると、工程ST3からの処理が再び実行される。一方、工程STaにおいて、終了条件が満たされると判定されると、方法MTは終了する。
かかる方法MTでは、工程ST3において、IV族半導体の融点よりも低い材料、即ち錫含有のIV族半導体から構成された膜TFが成膜される。そして、工程ST4において当該材料が溶融され、溶融した材料により凹部DRが充填される。したがって、空洞の発生を抑制しつつ凹部DRを充填することが可能となる。また、工程ST4の実行後に空洞が発生しても、工程ST5の実行により当該空洞が取り除かれる。
また、上述したように、一実施形態においては、ライナー層LFが、膜TFと下地(シード層SF、又は絶縁膜IF及び半導体基板SB)との間に形成される。これにより、膜TFと下地との応力差が緩和される。また、ライナー層LFが不純物を含有している場合には、比較的平坦な表面が提供される。また、不純物を含有するライナー層LFは、低温での成長が可能であるので、ウエハWに加わる熱履歴を低減させて、当該ライナー層LFの応力を低減させることが可能である。
また、上述したように、一実施形態においては、シード層SFが形成される。このシード層SFにより、当該シード層SF上に形成される層、例えば、ライナー層LF又は膜TFと下地との間の界面における表面エネルギーが低減される。これにより、シード層SF上に形成される層の平坦性が向上される。
10…処理装置、12…容器、30…ヒータ、42…排気装置、GF…ガス供給部、100…制御部、W…ウエハ、SB…半導体基板、IF…絶縁膜、DR…凹部、SF…シード層、LF…ライナー層、TF…膜。
Claims (5)
- 被処理体の凹部を充填する方法であって、該被処理体は、半導体基板及び該半導体基板上に設けられた絶縁膜を有し、前記凹部は、前記絶縁膜を貫通するように設けられており、該方法は、
前記凹部を画成する壁面に沿って、IV族半導体及び錫を含む材料から構成された膜を成膜する工程と、
前記被処理体をアニールする工程であり、前記膜の材料を溶融させて、該溶融した材料を前記凹部内に移動させる、該工程と、
を含み、
前記膜を成膜する前記工程において、前記膜は、第1の圧力且つ第1の温度の条件下で成膜され、
前記アニールする前記工程において、前記被処理体は、前記第1の圧力よりも高い第2の圧力且つ前記第1の温度よりも高い第2の温度の条件下でアニールされる、
方法。 - 前記アニールする前記工程の後に、前記被処理体が配置された空間の圧力を前記第2の圧力よりも低い第3の圧力に設定する工程を更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記IV族半導体は、シリコン、ゲルマニウム、又はシリコンゲルマニウムである、請求項1又は2に記載の方法。
- 容器と、
IV族半導体を含有する第1のガス、及び錫を含有する第2のガスを前記容器内に供給するよう構成されたガス供給部と、
前記容器内の空間を加熱するための加熱装置と、
前記容器内の空間の圧力を調整するための排気装置と、
前記ガス供給部、前記加熱装置、及び前記排気装置を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記ガス供給部に前記第1のガス及び前記第2のガスを前記容器内に供給させ、前記排気装置に前記容器内の空間の圧力を第1の圧力に設定させ、且つ、前記加熱装置に前記容器内の空間の温度を第1の温度に設定させる第1の制御を実行し、
前記排気装置に前記容器内の空間の圧力を前記第1の圧力よりも高い第2の圧力に設定させ、且つ、前記加熱装置に前記容器内の空間の温度を前記第1の温度よりも高い第2の温度に設定させる第2の制御を実行する、
処理装置。 - 前記制御部は、前記第2の制御の実行後、前記排気装置に前記容器内の空間の圧力を前記第2の圧力よりも低い第3の圧力に設定させる第3の制御を更に実行する、請求項4に記載の処理装置。
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