TWI704619B - 半導體裝置之製造方法、基板處理裝置及記錄媒體 - Google Patents

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橋本良知
山下広樹
原田勝吉
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日商國際電氣股份有限公司
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Abstract

本發明之課題在於在表面上形成有溝槽或孔等凹部之基板上形成無縫且無空隙之膜。 本發明係具有以下步驟：藉由將非同時地進行對表面上形成有凹部之基板供給包含由矽與碳構成之環狀構造及鹵素之原料之步驟、與對基板供給氮化劑之步驟的循環進行既定次數，而以填充凹部內之方式，形成包含環狀構造及氮之第1膜的步驟；藉由對基板供給第1氧化劑，而將第1膜轉換為包含環狀構造及氧之第2膜的步驟；及藉由對基板供給第2氧化劑，而將第2膜轉換為包含矽及氧且不含有碳及氮之第3膜的步驟。

Description

半導體裝置之製造方法、基板處理裝置及記錄媒體
本發明係關於一種半導體裝置之製造方法、基板處理裝置及記錄媒體。
作為半導體裝置之製造步驟之一步驟，有時進行於基板上形成氮碳氧化矽膜(SiOCN膜)等膜之處理(例如參照專利文獻1)。又，有進行於基板上形成包含硼
Figure 108129391-A0304-12-01
環骨架等環狀構造之氮碳化矽硼膜(SiBCN膜)等膜之處理(例如參照專利文獻2)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2011-238894號公報 [專利文獻2]日本專利特開2014-056871號公報
(發明所欲解決之問題)
本發明之目的在於提供一種能夠於表面上形成有溝槽或孔等凹部之基板上形成無縫且無空隙之膜的技術。 (解決問題之技術手段)
根據本發明之一態樣， 提供一種技術，其進行以下步驟：(a)藉由將非同時地進行對表面上形成有凹部之基板供給包含由矽與碳構成之環狀構造及鹵素之原料之步驟、與對上述基板供給氮化劑之步驟的循環進行既定次數，而以填充上述凹部內之方式，形成包含上述環狀構造及氮之第1膜的步驟；(b)藉由對上述基板供給第1氧化劑，而將上述第1膜轉換為包含上述環狀構造及氧之第2膜的步驟；及(c)藉由對上述基板供給第2氧化劑，而將上述第2膜轉換為包含矽及氧且不含有碳及氮之第3膜的步驟。 (對照先前技術之功效)
根據本發明，能夠於表面上形成有溝槽或孔等凹部之基板上形成無縫且無空隙之膜。
作為成膜手法，一般眾所周知之化學氣相沉積(CVD，Chemical Vapor Deposition)法係成膜速度對於三維基板面並非等向性。於非平面之基板面、例如形成有溝槽形狀之圖案、或者孔形狀之圖案或者該等兩者之基板表面上進行成膜之情況下，利用現有之CVD法難以控制溝槽或孔等凹部內部之膜厚。尤其於凹部內，底部之膜厚與上部之膜厚相比變薄導致產生膜厚差(導致階差被覆性(階梯覆蓋性)降低)，而其原因在於，於CVD法中難以將經氣相反應之分子均一地供給至凹部內之各處。又，已知底部與上部之膜厚差係凹部中之縱橫比越大之圖案則變得越大(階差被覆性惡化)。進而，亦產生以下課題：於凹部上部之膜形成係以較底部更快之速度進行，導致凹部之開口部封閉之情況下，封閉以後對凹部內部之經氣相反應之分子或原料氣體之供給受阻而產生縫或空隙。
對此，考慮使用獲得對於三維基板面為等向性之成膜速度之原子層沈積(ALD，Atomic Layer Deposition)法之成膜，但對於包含倒錐形狀之溝槽或孔等凹部之圖案之成膜，產生上述凹部上部封閉之課題。
又，使用於將既定之膜厚之膜形成於凹部上之後，藉由將該膜進行蝕刻而控制凹部內之膜形狀之方法、或者將上述成膜與蝕刻重複數次將凹部內之膜形狀一面控制一面成膜之手法(沈積蝕刻沈積)，但該等之手法中，直至獲得兼顧期望之膜厚與形狀之膜為止所需之時間增加，且不僅需要進行成膜處理之裝置，而且需要進行蝕刻處理之裝置，故而生產效率之降低或生產成本之增加等成為課題。
針對上述課題，使用包含由矽(Si)與碳(C)構成之環狀構造及作為鹵素之氯(Cl)之原料與包含氮(N)之氮化劑，以將形成於基板之表面之溝槽或孔等凹部內填充之方式，形成包含由Si與C構成之環狀構造之碳氮化矽膜(SiCN膜)，且對該SiCN膜供給含氧(O)之第1氧化劑，藉此使SiCN膜轉換為碳氧化矽膜(SiOC膜)或氮碳氧化矽膜(SiOCN膜)(以下，記為SiOC(N)膜)，且藉由此時產生之增膜(膜之膨脹)，便可使SiCN膜形成時產生於SiCN膜之縫或空隙消失。
然而，如上所述，形成於基板之表面之凹部內所形成之膜為SiOC(N)組成，有存在於膜中之C成分或N成分因應用步驟而成為漏電流之原因，或對電性帶來影響，或對加工耐性帶來影響，從而有對元件造成不良影響之情況。
針對此種課題，本發明者等人發現可藉由對形成於基板之表面之凹部內所形成之SiOC(N)膜供給含O之第2氧化劑，而使SiOC(N)膜中所含之C或C及N(以下，記為C(N))脫離，使SiOC(N)膜轉換(改質)為氧化矽膜(SiO2 膜，以下亦稱為SiO膜)。本發明係基於本發明者等人發現之上述見解者。
>本發明之一實施形態> 以下，使用圖1〜圖5，對本發明之一實施形態進行說明。
(1)基板處理裝置之構成 如圖1所示，處理爐202係具有作為加熱機構(溫度調整部)之加熱器207。加熱器207係圓筒形狀，且藉由保持板支持而垂直地安裝。加熱器207亦作為利用熱使氣體活化(激發)之活化機構(激發部)發揮功能。
於加熱器207之內側，與加熱器207呈同心圓狀地配設有反應管203。反應管203係由例如石英(SiO2 )或碳化矽(SiC)等耐熱性材料構成，且形成為上端封閉且下端開口之圓筒形狀。於反應管203之筒中空部，形成處理室201。處理室201係構成為能夠收容作為基板之晶圓200。
於處理室201內，以貫通反應管203之下部側壁之方式設置有噴嘴249a、249b。於噴嘴249a、249b分別連接有氣體供給管232a、232b。
於氣體供給管232a、232b，自氣流之上游側起依序分別設置有作為流量控制器(流量控制部)之質量流量控制器(MFC)241a、241b及作為開閉閥之閥243a、243b。於氣體供給管232a之較閥243a更靠下游側，連接有氣體供給管232c。於氣體供給管232b之較閥243b更靠下游側，分別連接有氣體供給管232d、232e、232f。於氣體供給管232c、232d、232e，自氣流之上游側起依序分別設置有MFC241c、241d、241e及閥243c、243d、243e。於氣體供給管232f，自氣流之上游側起依序設置有MFC241f、閥243f及作為電漿產生部(電漿源)之電漿產生機構270。電漿產生機構270係作為使氣體激發(活化)為電漿狀態之電漿激發部(活化機構)發揮功能。
如圖2所示，噴嘴249a、249b係於反應管203之內壁與晶圓200之間之俯視下，以自反應管203之內壁之下部沿著上部，朝向晶圓200之排列方向上方上升之方式分別設置於圓環狀之空間。即，噴嘴249a、249b係於排列有晶圓200之晶圓排列區域之側方之水平地包圍晶圓排列區域之區域，以沿著晶圓排列區域之方式分別設置。於噴嘴249a、249b之側面，分別設置有供給氣體之氣體供給孔250a、250b。氣體供給孔250a、250b係以朝向反應管203之中心之方式分別開口，且能夠朝向晶圓200供給氣體。氣體供給孔250a、250b係自反應管203之下部遍佈上部設置有數個。
自氣體供給管232a，將例如包含由Si與C構成之環狀構造及鹵素之氣體作為原料，經由MFC241a、閥243a、噴嘴249a向處理室201內供給。原料係作為Si源及C源發揮作用。作為原料，例如可使用1,1,3,3-四氯-1,3-二矽代環丁烷(C2 H4 Cl4 Si2 ，簡稱：TCDSCB)氣體。圖5中表示TCDSCB之化學構造式。TCDSCB係包含由Si與C構成之環狀構造，且包含作為鹵素之Cl。以下，方便起見，將該由Si與C構成之環狀構造亦簡稱為環狀構造。TCDSCB中所含之環狀構造之形狀為四邊形。該環狀構造係Si與C交替鍵結，包含4個Si-C鍵，且包含2個Si原子與2個C原子。該環狀構造中之Si中鍵結有Cl，C中鍵結有氫(H)。即，TCDSCB除了包含Si-C鍵以外，亦分別包含Si-Cl鍵及C-H鍵。
自氣體供給管232b，將例如含N之氣體作為反應體經由MFC241b、閥243b、噴嘴249b向處理室201內供給。作為含N之氣體，例如可使用屬於氮化劑(氮化氣體)之氮化氫系氣體。氮化氫系氣體係包含N及H，亦可謂僅由N及H之2個元素構成之物質，且作為N源發揮作用。作為氮化氫系氣體，例如可使用氨(NH3 )氣體。
自氣體供給管232c、232d，將作為惰性氣體之氮(N2 )氣體分別經由MFC241c、241d、閥243c、243d、氣體供給管232a、232b、噴嘴249a、249b向處理室201內供給。N2 氣體係作為吹掃氣體、載氣、稀釋氣體等發揮作用。
自氣體供給管232e，將例如含O之氣體作為第1氧化劑，經由MFC241e、閥243e、氣體供給管232b、噴嘴249b向處理室201內供給。含O之氣體係作為氧化劑(氧化氣體)、即O源發揮作用。作為含O之氣體，例如可使用水蒸氣(H2 O氣體)。
自氣體供給管232f，將例如含O之氣體經由MFC241f、閥243f、電漿產生機構270、氣體供給管232b、噴嘴249b向處理室201內供給。作為含O之氣體，例如可使用氧(O2 )氣體。O2 氣體係藉由MFC241f進行流量調整後藉由電漿產生機構270進行電漿激發，並作為包含活性種(O2 *、O*)之第2氧化劑，經由氣體供給管232b、噴嘴249b向處理室201內供給。即，包含活性種(O2 *、O*)之經電漿激發之O2 氣體係作為第2氧化劑向處理室201內供給。以下，方便起見，亦將經電漿激發之O2 氣體稱為O2 *。
原料供給系統主要由氣體供給管232a、MFC241a、閥243a構成。氮化劑供給系統主要由氣體供給管232b、MFC241b、閥243b構成。第1氧化劑供給系統主要由氣體供給管232e、MFC241e、閥243e構成。第2氧化劑供給系統主要由氣體供給管232f、MFC241f、閥243f、電漿產生機構270構成。惰性氣體供給系統主要由氣體供給管232c、232d、MFC241c、241d、閥243c、243d構成。
上述各種供給系統中任一者或所有供給系統亦可構成為將閥243a〜243f或MFC241a〜241f等集積而成之積體型供給系統248。積體型供給系統248係以連接於氣體供給管232a〜232f之各者，且向氣體供給管232a〜232f內之各種氣體之供給動作、即閥243a〜243f之開閉動作或MFC241a〜241f之流量調整動作等藉由下述控制器121控制之方式構成。積體型供給系統248係構成為一體型或分割型之集積單元，且以可對於氣體供給管232a〜232f等以集積單元單位進行拆裝，且能夠以集積單元單位進行積體型供給系統248之維護、更換、增設等之方式構成。
於反應管203之側壁下方，連接有將處理室201內之環境氣體排出之排氣管231。於排氣管231，經由作為檢測處理室201內之壓力之壓力檢測器(壓力檢測部)之壓力感測器245及作為壓力調整器(壓力調整部)之自動壓力控制器(APC，Auto Pressure Controller)閥244，連接有作為真空排氣裝置之真空泵246。APC閥244係構成為藉由以使真空泵246作動之狀態將閥開閉，可進行處理室201內之真空排氣及真空排氣停止，進而，藉由以使真空泵246作動之狀態，基於利用壓力感測器245檢測所得之壓力資訊調節閥開度，可調整處理室201內之壓力。排氣系統主要由排氣管231、壓力感測器245、APC閥244構成。亦可考慮將真空泵246包含於排氣系統內。
於反應管203之下方，設置有作為能夠將反應管203之下端開口氣密地封閉之爐口蓋體之密封蓋219。密封蓋219係由例如不鏽鋼(SUS，Steel Use Stainless)等金屬材料構成，且形成為圓盤狀。於密封蓋219之上表面，設置有作為與反應管203之下端抵接之密封構件之O形環220。於密封蓋219之下方，設置使下述晶舟217旋轉之旋轉機構267。旋轉機構267之旋轉軸255係貫通密封蓋219而連接於晶舟217。旋轉機構267係以藉由使晶舟217旋轉而使晶圓200旋轉之方式構成。密封蓋219係以藉由設置於反應管203之外部之作為升降機構之晶舟升降機115而於垂直方向升降之方式構成。晶舟升降機115係構成為藉由使密封蓋219升降而將晶圓200搬入及搬出(搬送)至處理室201內外之搬送裝置(搬送機構)。
作為基板支持器之晶舟217係以使數片、例如25〜200片之晶圓200以水平姿勢且中心相互對齊之狀態於垂直方向整齊排列而多段地支持之方式，即隔開間隔地排列之方式構成。晶舟217係由例如石英或SiC等耐熱性材料構成。於晶舟217之下部，將由例如石英或SiC等耐熱性材料構成之隔熱板218以水平姿勢多段地支持。
於反應管203內，設置有作為溫度檢測器之溫度感測器263。藉由基於利用溫度感測器263檢測所得之溫度資訊調整對加熱器207之通電狀況，使處理室201內之溫度成為期望之溫度分佈。溫度感測器263係沿著反應管203之內壁設置。
如圖3所示，作為控制部(控制手段)之控制器121係構成為具備中央處理單元(CPU，Central Processing Unit)121a、隨機存取記憶體(RAM，Random Access Memory)121b、記憶裝置121c、輸入/輸出(I/O，Input/Output)埠121d之電腦。RAM121b、記憶裝置121c、I/O埠121d係以經由內部匯流排121e而能夠與CPU121a交換資料之方式構成。於控制器121，連接有例如構成為觸控面板等之輸入輸出裝置122。
記憶裝置121c係由例如快閃記憶體、硬碟驅動器(HDD，Hard Disk Drive)等構成。於記憶裝置121c內，可讀出地儲存有控制基板處理裝置之動作之控制程式或記載有下述基板處理之流程或條件等之步驟配方等。步驟配方係以可使控制器121執行下述基板處理步驟中之各流程，獲得既定之結果之方式組合，且作為程式發揮功能。以下，將該步驟配方或控制程式等亦簡單地總稱為程式。又，亦將步驟配方簡稱為配方。於本說明書中使用程式之說法之情況下，存在僅包含配方單體之情況、僅包含控制程式單體之情況、或包含該等兩者之情況。RAM121b係構成為暫時保存藉由CPU121a讀出之程式或資料等之記憶體區域(工作區)。
I/O埠121d係連接於上述MFC241a〜241f、閥243a〜243f、電漿產生機構270、壓力感測器245、APC閥244、加熱器207、溫度感測器263、真空泵246、旋轉機構267、晶舟升降機115等。
CPU121a係以自記憶裝置121c讀出控制程式並執行，並且根據來自輸入輸出裝置122之操作命令之輸入等自記憶裝置121c讀出配方之方式構成。CPU121a係構成為以依照讀出之配方之內容之方式，控制MFC241a〜241f之各種氣體之流量調整動作、閥243a〜243f之開閉動作、電漿產生機構270之電漿產生動作、APC閥244之開閉動作及基於壓力感測器245之APC閥244之壓力調整動作、真空泵246之啟動及停止、基於溫度感測器263之加熱器207之溫度調整動作、旋轉機構267所進行之晶舟217之旋轉及旋轉速度調節動作、晶舟升降機115所進行之晶舟217之升降動作等。
控制器121係可藉由將儲存於外部記憶裝置123之上述程式安裝於電腦而構成。外部記憶裝置123係例如包含HDD等磁碟、CD等光碟、MO等磁光碟、通用串列匯流排(USB，Universal Serial Bus)記憶體等半導體記憶體。記憶裝置121c或外部記憶裝置123係構成為電腦能夠讀取之記錄媒體。以下，將該等亦簡單地總稱為記錄媒體。於本說明書中使用記錄媒體之說法之情況下，存在僅包含記憶裝置121c單體之情況、僅包含外部記憶裝置123單體之情況、或包含該等兩者之情況。再者，程式對電腦之提供亦可不使用外部記憶裝置123，而使用網際網路或專用線路等通信手段來進行。
(2)基板處理步驟 對於使用上述基板處理裝置，作為半導體裝置之製造步驟之一步驟，於表面上形成有溝槽或孔等凹部之作為基板之晶圓200上形成作為第1膜之SiCN膜，且將SiCN膜轉換為作為第2膜之SiOC(N)膜，將SiOC(N)膜轉換為作為第3膜之SiO膜之順序例，主要使用圖4、圖6(A)〜圖6(F)來進行說明。於以下之說明中，構成基板處理裝置之各部之動作係藉由控制器121控制。
於圖4所示之基板處理順序中，進行以下步驟： 成膜步驟(圖6(A)〜圖6(C))，其係藉由將非同時地進行對表面上形成有凹部之晶圓200供給TCDSCB氣體作為包含由Si與C構成之環狀構造及作為鹵素之Cl之原料之步驟1、與對晶圓200供給NH3 氣體作為氮化劑之步驟2的循環進行既定次數，而以填充凹部內之方式，形成包含由Si與C構成之環狀構造及N之第1膜；H2 O退火步驟(圖6(D))，其係藉由對晶圓200供給H2 O氣體作為第1氧化劑，而使第1膜轉換為包含由Si與C構成之環狀構造及O之第2膜；及電漿氧化步驟(圖6(F))，其係藉由對晶圓200供給被電漿激發之O2 氣體作為第2氧化劑，而使第2膜轉換為包含Si及O且不含有C及N之第3膜。
又，第2膜係包含水分，進而進行使第2膜中所含之水分脫離之N2 退火步驟(圖6(E))。再者，N2 退火步驟較佳為於H2 O退火步驟之後且電漿氧化步驟之前進行。
於成膜步驟中，如圖6(A)〜圖6(C)所示，以將形成於晶圓200之表面之凹部內填充之方式，形成包含由Si與C構成之環狀構造及N之第1膜。第1膜係成為包含Si、C及N且不含O之膜、即SiCN膜。亦即，於成膜步驟中，形成一面保持TCDSCB氣體中所含之由Si與C構成之環狀構造一面含有N之SiCN膜。再者，於成膜步驟中，將NH3 氣體中所含之N以H鍵結於N之狀態取入至第1膜中。於成膜步驟之後即刻如圖6(C)所示將凹部之開口部封閉，於第1膜產生縫或空隙，從而第1膜成為具有縫或空隙之膜。
於H2 O退火步驟中，使用作為第1氧化劑之H2 O氣體，使第1膜氧化，使第1膜轉換為包含由Si與C構成之環狀構造及O之第2膜。亦即，一面保持含有作為第1膜之SiCN膜中所含之由Si與C構成之環狀構造，一面將SiCN膜中之N置換為O。第2膜係成為包含Si、C及O之膜，或包含Si、C、O及N之膜、即SiOC(N)膜。再者，於H2 O退火步驟中，藉由使第1膜中所含之N置換為H2 O氣體中所含之O，而使第1膜轉換為第2膜。藉此，如圖6(D)所示，使第1膜增膜(膨脹)，使藉由該處理(H2 O退火處理)獲得之第2膜之厚度厚於第1膜之厚度。而且，藉由該增膜，能夠使第1膜所具有之縫或空隙消失。藉此，第2膜係成為無縫且無空隙之狀態。
於N2 退火步驟中，使第2膜中所含之水分脫離。亦即，如圖6(E)所示，一面保持SiOC(N)膜中所含之由Si與C構成之環狀構造，一面將SiOC(N)膜中所含之水分去除。
於電漿氧化步驟中，使用作為第2氧化劑之經電漿激發之O2 氣體，使第2膜以與H2 O退火步驟不同之條件氧化，使第2膜轉換為包含Si及O且不含有C及N之第3膜。具體而言，於電漿氧化步驟中，於氧化力高於H2 O退火步驟之條件下進行第2膜之氧化。此時，一面將作為第2膜之SiOC(N)膜中所含之由Si與C構成之環狀構造破壞(切斷Si-C鍵)，一面使SiOC(N)膜中所含之C或C及N、即C(N)脫離去除。第3膜係如圖6(F)所示成為包含Si及O且不含有C及N之膜、即SiO膜。
此處，於H2 O退火步驟中，存在將SiCN膜中所含之所有N置換為H2 O氣體中所含之O，從而將SiCN膜改質為SiOC膜之情況；及SiCN膜中所含之所有N不置換為H2 O氣體中所含之O而殘留，從而將SiCN膜改質為SiOCN膜之情況。於H2 O退火步驟中，將SiCN膜改質為SiOC膜之情況下，於電漿氧化步驟中，C自SiOC膜中脫離，從而將SiOC膜改質為SiO膜。於H2 O退火步驟中，於將SiCN膜改質為SiOCN膜之情況下，於電漿氧化步驟中，C、N自SiOCN膜中脫離，從而將SiOCN膜改質為SiO膜。
於本說明書中，方便起見，亦存在將圖4所示之基板處理順序以如下方式表示之情況。於以下之變形例等之說明中，亦使用相同之表示。
Figure 02_image001
本說明書中使用「晶圓」之說法之情況存在表示晶圓本身之情況，或表示晶圓與形成於其表面之既定之層或膜之積層體之情況。本說明書中使用「晶圓之表面」之說法之情況存在表示晶圓本身之表面之情況，或表示形成於晶圓上之既定之層等之表面之情況。本說明書中記載為「於晶圓上形成既定之層」之情況存在表示於晶圓本身之表面上直接形成既定之層之情況，或表示於形成於晶圓上之層等之上形成既定之層之情況。本說明書中使用「基板」之說法之情況亦與使用「晶圓」之說法之情況同義。
(晶圓裝載及晶舟載入) 將數片晶圓200裝填至晶舟217(晶圓裝載)。此後，如圖1所示，將支持數片晶圓200之晶舟217利用晶舟升降機115升起向處理室201內搬入(晶舟載入)。於該狀態下，密封蓋219係成為經由O形環220將反應管203之下端密封之狀態。
(壓力調整及溫度調整) 以處理室201內、即存在晶圓200之空間成為期望之壓力(真空度)之方式，藉由真空泵246進行真空排氣(減壓排氣)。此時，處理室201內之壓力係由壓力感測器245測定，且基於該測定所得之壓力資訊，回饋控制APC閥244。又，以處理室201內之晶圓200成為期望之處理溫度之方式，藉由加熱器207進行加熱。此時，以處理室201內成為期望之溫度分佈之方式，基於溫度感測器263檢測所得之溫度，回饋控制對資訊加熱器207之通電狀況。又，開始藉由旋轉機構267使晶圓200旋轉。真空泵246之運轉、晶圓200之加熱及旋轉均於至少對晶圓200之處理結束為止之期間持續進行。
(成膜步驟) 此後，依序實施以下之步驟1及步驟2。
[步驟1] 於該步驟中，對收容於處理室201內之圖6(A)所示之於表面形成有凹部之晶圓200，供給TCDSCB氣體作為原料。具體而言，將閥243a打開，使TCDSCB氣體流入氣體供給管232a內。TCDSCB氣體係藉由MFC241a進行流量調整，經由噴嘴249a向處理室201內供給，並自排氣管231排氣。此時，對晶圓200供給TCDSCB氣體。此時，亦可將閥243c、243d打開，使N2 氣體流入氣體供給管232c、232d內。
作為本步驟中之處理條件，例示有： 處理溫度：200〜400℃，較佳為250〜350℃ 處理壓力：1〜20 Torr(133〜2666 Pa) TCDSCB氣體供給流量：1〜2000 sccm N2 氣體供給流量(各氣體供給管)：0〜10000 sccm 各氣體供給時間：1〜120秒，較佳為5〜60秒。
再者，本說明書中之「200〜400℃」等數值範圍之表示係指下限值及上限值包含於該範圍。例如「200〜400℃」係指「200℃以上且400℃以下」。關於其他數值範圍亦相同。
上述處理條件、尤其溫度條件係將TCDSCB中所含之由Si與C構成之環狀構造之至少一部分不破壞地保持(維持)的條件。亦即，上述處理條件係將對晶圓200供給之TCDSCB氣體(數個TCDSCB分子)中所含之數個環狀構造中之至少一部分之環狀構造不破壞而以原來形狀保持的條件。亦即，上述處理條件係將構成對晶圓200供給之TCDSCB氣體中所含之數個環狀構造之數個Si-C鍵中之至少一部分之Si-C鍵以原來形狀保持的條件。如上所述，於本說明書中，亦將由Si與C構成之環狀構造簡稱為環狀構造。
藉由於上述條件下對晶圓200供給TCDSCB氣體，而於晶圓200之最表面上，形成包含環狀構造及作為鹵素之Cl之第1層(初期層)。亦即，形成包含由Si與C構成之環狀構造及Cl之層作為第1層。於第1層中，將TCDSCB氣體中所含之數個環狀構造中之至少一部分之環狀構造不破壞地以原來之形狀取入。再者，第1層存在包含藉由構成環狀構造之數個Si-C鍵中一部分鍵被破壞而產生之鏈狀構造之情況。又，第1層存在包含Si-Cl鍵及C-H鍵中之至少任一者之情況。
於晶圓200上形成第1層之後，將閥243a關閉，停止向處理室201內供給TCDSCB氣體。繼而，將處理室201內進行真空排氣，將殘留於處理室201內之氣體等自處理室201內排除。此時，將閥243c、243d打開，向處理室201內供給N2 氣體。N2 氣體係作為吹掃氣體發揮作用。
作為原料，除了使用TCDSCB氣體以外，亦可使用1,1,3,3-四氯-1,3-二矽代環戊烷(C3 H6 Cl4 Si2 )氣體等。亦即，不限於原料中所含之由Si與C構成之環狀構造之形狀為四邊形之情況。又，不限於該環狀構造係Si與C交替地鍵結而成之情況。又，作為原料，亦可使用1,1,3,3-四氟-1,3-二矽代環丁烷(C2 H4 F4 Si2 )氣體等。亦即，原料中所含之鹵素並不限定為Cl，亦可為氟(F)、溴(Br)、碘(I)等。
作為惰性氣體，除了N2 氣體以外，亦能夠使用例如Ar氣體、He氣體、Ne氣體、Xe氣體等各種稀有氣體。該方面於下述步驟2、H2 O退火步驟、N2 退火步驟、及電漿氧化步驟中亦相同。
[步驟2] 於步驟1結束之後，對處理室201內之晶圓200、即形成於晶圓200上之第1層，供給NH3 氣體作為氮化劑。具體而言，將閥243b〜243d之開閉控制以與步驟1中之閥243a、243c、243d之開閉控制相同之流程進行。NH3 氣體係藉由MFC241b進行流量調整後，經由噴嘴249b向處理室201內供給，並自排氣管231排氣。此時，對晶圓200供給NH3 氣體。
作為本步驟中之處理條件，例示有： 處理溫度：200〜400℃，較佳為250〜350℃ 處理壓力：1〜30 Torr(133〜3999 Pa) NH3 氣體供給流量：100〜10000 sccm 氣體供給時間：1〜120秒。 其他處理條件係與步驟1中之處理條件相同。
上述處理條件、尤其溫度條件係將步驟1中形成於晶圓200上之第1層中所含之由Si與C構成之環狀構造之至少一部分可不破壞地保持(維持)的條件。亦即，上述處理條件係將晶圓200上之第1層中所含之數個環狀構造中之至少一部分之環狀構造不破壞而以原來之形狀保持的條件。亦即，上述處理條件係晶圓200上之第1層中所含之構成數個環狀構造之數個Si-C鍵中之至少一部分之Si-C鍵以原來之形狀保持的條件。構成該環狀構造之Si-C鍵較為牢固，成為C不易自Si脫離之狀態。
藉由於上述條件下對晶圓200供給NH3 氣體，可使第1層之至少一部分改質(氮化)。藉此，能夠使Cl或H等自第1層中脫離，並且使NH3 氣體中所含之N以H鍵結於N之狀態取入至第1層中。亦即，能夠使NH3 氣體中所含之N以H鍵結於N之狀態鍵結於第1層中所含之構成環狀構造之Si。以該NH之狀態鍵結於Si之Si-N鍵較弱，成為N容易自Si脫離之狀態。藉由以此方式使第1層氮化，可使包含環狀構造及Cl之層的第1層轉換為包含環狀構造及N之層的第2層。
亦即，藉由於上述條件下對晶圓200供給NH3 氣體，能夠將第1層中所含之環狀構造之至少一部分不破壞地保持而直接取入(殘存)至第2層中。亦即，能夠使第1層之氮化以依原來之形狀殘留第1層中所含之數個環狀構造中之至少一部分之環狀構造之方式成為不飽和(不飽和氮化)。藉由將第1層氮化，而如圖6(B)所示，於晶圓200上，形成包含由Si與C構成之環狀構造及N之層的碳氮化矽層(SiCN層)作為第2層。該SiCN層係成為包含Si、C及N且不含O之層。再者，第2層中所含之C係以保持由Si與C構成之環狀構造之狀態，取入至第2層中，第2層中所含之N係以N鍵結於H之狀態取入至第2層中。亦即，第2層中所含之C因牢固之Si-C鍵而成為不易脫離之狀態，第2層中所含之N因脆弱之Si-N鍵而成為容易脫離之狀態。
於晶圓200上形成第2層之後，將閥243b關閉，停止向處理室201內供給NH3 氣體。繼而，藉由與步驟1相同之處理流程，將殘留於處理室201內之氣體等自處理室201內排除。
作為氮化劑(含N氣體)，除了NH3 氣體以外，亦能夠使用二氮烯(Diazene)(N2 H2 )氣體、肼(N2 H4 )氣體、N3 H8 氣體、及包含該等化合物之氣體等。
[實施既定次數] 藉由將非同時、即不同步地交替進行步驟1及步驟2之循環進行既定次數(n次，n為1以上之整數)，而於晶圓200上，形成包含由Si與C構成之環狀構造及N之膜的SiCN膜作為第1膜。該SiCN膜係成為包含Si、C及N且不含O之膜。如圖6(C)所示，第1膜係以將形成於晶圓200之表面之凹部內填充之方式形成，且成為具有縫或空隙的SiCN膜。上述循環較佳為重複數次。
(吹掃) 於成膜步驟結束之後，自氣體供給管232c、232d分別將N2 氣體向處理室201內供給，且自排氣管231排氣。藉此，將處理室201內吹掃，將殘留於處理室201內之氣體或反應副產物等自處理室201內去除。
(H2 O退火步驟) 於成膜步驟結束，且處理室201內之吹掃結束之後，於成膜處理後之晶圓200已收容於處理室201內之狀態下，對處理室201內之晶圓200、即作為形成於晶圓200上之第1膜之SiCN膜，供給H2 O氣體作為第1氧化劑。具體而言，將閥243e、243c、243d之開閉控制以與步驟1中之閥243a、243c、243d之開閉控制相同之流程進行。H2 O氣體係藉由MFC241e進行流量調整後，經由噴嘴249b向處理室201內供給，並自排氣管231排氣。此時，對晶圓200供給H2 O氣體。
作為本步驟中之處理條件，例示有： 處理溫度：250〜600℃，較佳為250〜500℃ 處理壓力：1333〜101325 Pa，較佳為53329〜101325 Pa H2 O氣體供給流量：100〜10000 sccm 供給時間：10〜360分鐘，較佳為60〜360分鐘。 其他處理條件係與步驟1中之處理條件相同。
上述處理條件、尤其溫度條件係可一面將成膜步驟中形成於晶圓200上之第1膜中所含之由Si與C構成之環狀構造之至少一部分不破壞地保持(維持)，一面將第1膜中所含之N置換為O的條件。亦即，上述處理條件係將晶圓200上之第1膜中所含之數個環狀構造中之至少一部分之環狀構造不破壞地以原來之形狀保持的條件。亦即，上述處理條件係將晶圓200上之第1膜中所含之構成數個環狀構造之數個Si-C鍵中之至少一部分之Si-C鍵以原來之形狀保持的條件。
亦即，於上述條件下，能夠一面將第1膜中所含之環狀構造之至少一部分不破壞地保持，一面將第1膜中所含之N置換為O。亦即，能夠一面使第1膜中所含之數個環狀構造中之至少一部分之環狀構造以原來之形狀殘存於膜中，一面使第1膜中所含之N置換為O。
又，如上所述，於H2 O退火處理前之第1膜中，N係以NH之狀態鍵結於構成膜中之環狀構造之Si。N以NH之狀態鍵結於該Si之Si-N鍵較為脆弱，成為N容易脫離之狀態。又，構成第1膜中之環狀構造之Si-C鍵較為牢固，成為C不易脫離之狀態。
藉由於上述條件下對第1膜進行H2 O退火處理，而可使第1膜氧化，一面保持第1膜中所含之由Si與C構成之環狀構造(Si-C鍵)之至少一部分，一面產生使第1膜中所含之N置換為H2 O氣體中所含之O之置換反應。此時，第1膜中所含之N或Cl係與H一同地自膜中脫離。如此，藉由利用H2 O氣體使第1膜氧化，可使包含環狀構造及N之第1膜轉換為包含環狀構造及O之第2膜。第2膜係成為SiOC膜或SiOCN膜、即SiOC(N)膜。而且，能夠藉由以此方式使第1膜轉換為第2膜，而如圖6(D)所示，使藉由H2 O退火處理獲得之第2膜之厚度以厚於H2 O退火處理前之第1膜之厚度的方式增膜(膨脹)，且藉由該增膜，使第1膜所具有之縫或空隙消失。
作為第1氧化劑(含O氣體)，除了H2 O氣體以外，亦能夠使用O2 氣體等。
再者，若使用經電漿激發之O2 氣體(O2 *)、氧自由基(O*)或羥基自由基(OH*)等作為第1氧化劑進行退火處理，則O*、OH*等之氧化力過強，故而有導致膜中之環狀構造被破壞，無法獲得上述增膜等之作用效果之情況。藉由使用氧化力相對較弱之H2 O氣體等作為第1氧化劑，而容易將膜中之環狀構造不破壞地保持，從而獲得上述增膜等之作用效果。再者，若於增膜前導致膜中之環狀構造破壞，則此後無法獲得增膜作用，難以使縫或空隙消失。
(N2 退火步驟) 於H2 O退火步驟結束之後，於將H2 O退火處理後之晶圓200收容於處理室201內之狀態下，對處理室201內之晶圓200、即形成於晶圓200上之第2膜供給N2 氣體。具體而言，N2 氣體係藉由MFC241c、241d進行流量調整後，經由噴嘴249a、249b分別向處理室201內供給，並自排氣管231排氣。此時，對晶圓200供給N2 氣體。
作為本步驟中之處理條件，例示有： 處理溫度：300〜700℃，較佳為400〜700℃ 處理壓力：67〜101325 Pa N2 氣體供給流量：1000〜5000 sccm 供給時間：10〜120分鐘。
上述處理條件係能夠一面將H2 O退火步驟中形成之第2膜中所含之由Si與C構成之環狀構造之至少一部分不破壞地保持(維持)，一面使第2膜中所含之水分脫離的條件。亦即，上述處理條件係能夠一面將晶圓200上之第2膜中所含之數個環狀構造中之至少一部分之環狀構造不破壞而以原來之形狀保持，一面使第2膜中所含之水分脫離的條件。亦即，上述處理條件係能夠一面將晶圓200上之第2膜中所含之構成數個環狀構造之數個Si-C鍵中之至少一部分之Si-C鍵以原來之形狀保持，一面使第2膜中所含之水分脫離的條件。
藉由於上述條件下對第2膜進行N2 退火處理，而如圖6(E)所示，可一面保持第2膜中所含之由Si與C構成之環狀構造(Si-C鍵)之至少一部分，一面使第2膜中所含之水分脫離去除。亦將N2 退火步驟稱為水分去除步驟。
再者，成膜步驟、H2 O退火步驟與N2 退火步驟係於同一之處理室201內，將晶圓200不自處理室201內取出至處理室201外地連續進行。即，將成膜步驟、H2 O退火步驟與N2 退火步驟按照該順序以原位(in-situ)連續地進行。
(電漿氧化步驟) 於N2 退火步驟結束之後，於將N2 退火處理後之晶圓200收容於處理室201內之狀態下，對處理室201內之晶圓200、即形成於晶圓200上之水分去除後之第2膜供給經電漿激發之O2 氣體(O2 *)。具體而言，將閥243f、243c、243d之開閉控制以與步驟1中之閥243a、243c、243d之開閉控制相同之流程進行。O2 氣體係藉由MFC241f進行流量調整，藉由電漿產生機構270而電漿激發後經由噴嘴249b向處理室201內供給，並自排氣管231排氣。此時，對晶圓200供給O2 *。
作為本步驟中之處理條件，例示有： 處理溫度：室溫(25℃)〜700℃，較佳為室溫(25℃)〜300℃ 處理壓力：10〜1000 Pa，較佳為10〜500 Pa O2 氣體供給流量：100〜10000 sccm N2 氣體供給流量：0〜20000 sccm 射頻(RF，radio frequency)電力：50〜1000 W。
上述處理條件係可一面將晶圓200上之水分去除後之第2膜中所含之環狀構造破壞，一面使該第2膜中所含之C或C及N、即C(N)脫離的條件。亦即，上述處理條件係可一面將晶圓200上之水分去除後之第2膜中所含之構成環狀構造之Si-C鍵切斷，一面將該第2膜中所含之C(N)去除的條件。
亦即，於上述條件下，可一面將水分去除後之第2膜中所含之環狀構造不保持而破壞(將構成環狀構造之Si-C鍵不保持而切斷)，一面使該第2膜中所含之C(N)脫離去除。
藉由於上述條件下對水分去除後之第2膜進行電漿氧化處理，可將該第2膜中所含之由Si與C構成之環狀構造破壞(將構成環狀構造之Si-C鍵切斷)，使該第2膜中所含之C脫離去除。此時，於第2膜中包含N之情況下，可使C及N自膜中脫離去除。如此一來，可藉由使包含環狀構造及O之第2膜利用第2氧化劑氧化，而使該第2膜轉換為包含Si及O且不含C及N之第3膜。第3膜係成為包含Si及O之膜、即SiO膜。
作為第2氧化劑(含O氣體)，除了O2 *以外，亦能夠使用臭氧(O3 )氣體、O3 氣體+O2 氣體、O2 氣體+H2 氣體、過氧化氫(H2 O2 )氣體、H2 O2 氣體+H2 O氣體、H2 O2 氣體+H2 O氣體+O2 氣體等。再者，作為第2氧化劑，係使用分子構造(化學構造)與第1氧化劑不同之氣體種。
此處，用作第2氧化劑之O2 *或H2 O2 氣體等係於同一條件下進行氧化處理之情況下，具有較用作第1氧化劑之H2 O氣體更高之氧化力。亦即，於同一條件下進行氧化處理之情況下，使用氧化力較第1氧化劑更高之氣體種，作為第2氧化劑。
(後吹掃及大氣壓恢復) 於電漿氧化步驟結束之後，自氣體供給管232c、232d分別將N2 氣體向處理室201內供給，並自排氣管231排氣。藉此，將處理室201內吹掃，將殘留於處理室201內之氣體或反應副產物等自處理室201內去除(後吹掃)。此後，將處理室201內之環境氣體置換為惰性氣體(惰性氣體置換)，將處理室201內之壓力恢復為常壓(大氣壓恢復)。
(晶舟載出及晶圓卸載) 此後，藉由晶舟升降機115而使密封蓋219下降，將反應管203之下端開口，並且將處理完畢之晶圓200於支持於晶舟217之狀態下，自反應管203之下端搬出至反應管203之外部(晶舟載出)。處理完畢之晶圓200搬出至反應管203之外部之後，自晶舟217取出(晶圓卸載)。
(3)本實施形態之效果 根據本實施形態，獲得以下所示之1個或數個效果。
(a)於成膜步驟中，能夠使形成於晶圓200上之SiCN膜中包含由Si與C構成之環狀構造。作為結果，能夠於膜中取入牢固之Si-C鍵，使膜中所含之C不易脫離。
(b)於成膜步驟中，能夠使N以NH之狀態包含於形成於晶圓200上之SiCN膜中。作為結果，能夠於膜中形成脆弱之Si-N鍵，使膜中所含之N容易脫離。
(c)於H2 O退火步驟中，能夠將成膜步驟中形成之SiCN膜中所含之由Si與C構成之環狀構造不破壞地保持。作為結果，能夠於膜中保持有Si-C鍵之狀態下，使膜中所含之N置換為氧化劑中所含之O。又，能夠使膜中所含之Cl全部脫離去除。
(d)於H2 O退火步驟中，能夠使包含由Si與C構成之環狀構造之SiCN膜轉換為包含由Si與C構成之環狀構造之SiOC(N)膜，使之增膜(膨脹)。作為結果，能夠使膜中之縫或空隙消失，於凹部內形成無縫且無空隙之SiOC(N)膜。
(e)於N2 退火步驟中，能夠一面將H2 O退火步驟中形成之SiOC(N)膜中所含之由Si與C構成之環狀構造不破壞地維持，一面使膜中之水分脫離。作為結果，能夠於保持SiOC(N)膜中所含之Si-C鍵之狀態下，使膜中之水分脫離去除。
(f)於電漿氧化步驟中，能夠一面將已去除水分之SiOC(N)膜中所含之由Si與C構成之環狀構造破壞，一面使SiOC(N)膜中所含之C(N)脫離。作為結果，能夠一面將SiOC(N)膜中所含之Si-C鍵切斷，一面使SiOC(N)膜中所含之C(N)脫離去除。
(g)上述效果於將TCDSCB氣體以外之滿足上述要件之氣體用作原料氣體之情況下，亦可相同地獲得。又，上述效果於使用NH3 氣體以外之氮化劑之情況下、使用H2 O氣體以外之第1氧化劑之情況下、使用O2 *以外之第2氧化劑之情況下、或使用N2 氣體以外之惰性氣體之情況下，亦可相同地獲得。
>其他實施形態> 以上，對本發明之實施形態具體地進行了說明。但是，本發明不限於上述實施形態，能夠於不脫離其主旨之範圍內進行各種變更。
例如，如以下所示之處理順序般，亦可代替上述電漿氧化步驟，進行對作為形成於晶圓200上之第2膜之SiOC(N)膜供給H2 O2 氣體之H2 O2 氧化步驟。於該情況下，亦獲得與圖4所示之處理順序相同之效果。
Figure 02_image003
作為本步驟(H2 O2 氧化步驟)中之處理條件，例示有： 處理溫度：80〜450℃，較佳為250〜450℃ 處理壓力：70000〜100000 Pa H2 O2 氣體+H2 O氣體之合計供給流量：1〜10 sccm O2 氣體(載氣)供給流量：0〜20000 sccm。 再者，於本步驟中，亦可不供給H2 O氣體或O2 氣體。亦即，於本步驟中，既可單獨地供給H2 O2 氣體，亦可不供給O2 氣體而供給H2 O2 氣體與H2 O氣體，或亦可不供給H2 O氣體而供給H2 O2 氣體與O2 氣體。其他處理條件可與上述實施形態中之處理條件相同。
又，例如，亦可將水分去除步驟與電漿氧化步驟或H2 O2 氧化步驟(以下，亦稱為電漿/H2 O2 氧化步驟)同時地進行。亦即，於藉由電漿/H2 O2 氧化步驟而使膜中之C(N)脫離去除時，亦可同時使膜中之水分脫離去除。於該情況下中，亦獲得與圖4所示之處理順序相同之效果，進而，能夠將來自膜中之水分去除與C(N)去除同時地進行，從而可提昇生產性。於該情況下，將各步驟於將晶圓200不自處理室201內取出至處理室201外而收容於處理室201內之狀態下連續地進行。亦即，將成膜步驟、H2 O退火步驟、水分去除步驟及電漿/H2 O2 氧化步驟按照該順序於同一處理室內(以原位(in-situ))連續地進行。於該情況下，將與水分去除步驟同時地進行之電漿/H2 O2 氧化步驟於能夠一面將H2 O退火步驟中形成之SiOC(N)膜中所含之由Si與C構成之環狀構造破壞，一面使SiOC(N)膜中所含之水分脫離的條件下進行。亦即，將與水分去除步驟同時地進行之電漿/H2 O2 氧化步驟於能夠一面藉由O2 *或H2 O2 之能量將SiOC(N)膜中所含之構成環狀構造之Si-C鍵切斷，一面藉由加熱之熱能使SiOC(N)膜中所含之水分脫離的條件下進行。與水分去除步驟同時地進行之電漿/H2 O2 氧化步驟中之處理條件係分別如下所示。其他處理條件可與上述實施形態中之處理條件相同。
電漿氧化步驟中之處理溫度：300〜700℃ H2 O2 氧化步驟中之處理溫度：300〜450℃ 亦即，藉由於任一情況下將處理溫度均設為300℃以上，能夠使SiOC(N)膜中之水分脫離去除。
又，於上述實施形態中，對將成膜步驟、H2 O退火步驟、N2 退火步驟、及電漿/H2 O2 氧化步驟於同一處理室內(以原位(in-situ))連續地進行之例進行了說明。本發明不限於上述實施形態，亦可於使用獨立(stand alone)型裝置、或將數個處理室設置於搬送室之周圍之叢集(cluster)型裝置等，自成膜步驟至N2 退火步驟為止於同一處理室內(以原位(in-situ))連續地進行之後，將電漿/H2 O2 氧化步驟於另外之處理室內(以非原位(ex-situ))進行。其原因在於，若為至少將自成膜步驟至N2 退火步驟為止之處理於同一處理室內進行之後，則於將已進行該等處理後之晶圓搬送至其他裝置時，露出於晶圓表面之作為第2膜之SiOC(N)膜即便曝露於大氣亦不再吸收水分。
用於基板處理之配方較佳為根據處理內容個別地準備，且經由電氣通信線路或外部記憶裝置123儲存於記憶裝置121c內。而且，較佳為於開始基板處理時，CPU121a自儲存於記憶裝置121c內之數個配方之中，根據基板處理之內容，適宜選擇適當之配方。藉此，可利用1台之基板處理裝置再現性良好地形成各種膜種、組成比、膜質、膜厚之膜。又，可減輕操作員之負擔，一面避免操作錯誤，一面迅速地開始處理。
上述配方不限於新作成之情況，例如，亦可藉由將已安裝於基板處理裝置之既有之配方變更而準備。於將配方變更之情況下，亦可將變更後之配方經由電氣通信線路或記錄該配方之記錄媒體安裝於基板處理裝置。又，亦可操作既有之基板處理裝置所具備之輸入輸出裝置122，將已安裝於基板處理裝置之既有之配方直接變更。
於上述實施形態中，對使用一次處理數片基板之批次式之基板處理裝置形成膜之例進行了說明。本發明不限於上述實施形態，例如即便於使用一次處理1片或數片基板之單片式之基板處理裝置形成膜之情況下，亦可適當地應用。又，於上述實施形態中，對使用具有熱壁型之處理爐之基板處理裝置形成膜之例進行了說明。本發明不限於上述實施形態，於使用具有冷壁型之處理爐之基板處理裝置形成膜之情況下，亦可適當地應用。
於使用該等之基板處理裝置之情況下，亦可以與上述實施形態或變形例相同之處理流程、處理條件進行成膜，獲得與該等相同之效果。
又，上述實施形態或變形例可適宜組合使用。此時之處理流程、處理條件例如可與上述實施形態之處理流程、處理條件相同。
以下，對實施例進行說明。
>實施例> 作為樣品1，使用圖1所示之基板處理裝置，藉由圖4所示之基板處理順序，於晶圓上之凹部內形成SiO膜。處理條件係設為上述實施形態中之處理條件範圍內之既定之條件。於製作樣品1時，藉由X射線光電子光譜法(XPS)測定電漿氧化步驟前與電漿氧化步驟後各自之膜之Si、O、C、N之原子濃度。圖7(A)係表示樣品1之電漿氧化步驟前之凹部內所形成之膜之Si、O、C、N之原子濃度、即組成比的圖。圖7(B)係表示樣品1之電漿氧化步驟後之凹部內所形成之膜之Si、O、C、N之原子濃度、即組成比的圖。
作為樣品2，使用圖1所示之基板處理裝置，於圖4所示之基板處理順序中代替電漿氧化步驟而進行上述H2 O2 氧化步驟，於晶圓之凹部內形成SiO膜。處理條件係設為上述實施形態及上述H2 O2 氧化步驟中之處理條件範圍內之既定之條件。於製作樣品2時，藉由XPS測定H2 O2 氧化處理前與H2 O2 氧化處理後各自之膜之Si、O、C、N之原子濃度。圖7(C)係表示樣品2之H2 O2 氧化處理前之凹部內所形成之膜之Si、O、C、N之原子濃度、即組成比的圖。圖7(D)係表示樣品2之H2 O2 氧化處理後之凹部內所形成之膜之Si、O、C、N之原子濃度、即組成比的圖。
如圖7(A)所示，於電漿氧化處理前，形成於凹部內之膜中所含之各元素之原子濃度係Si為35.5%，O為36.3%，C為23.4%，N為4.7%。亦即，該膜為SiOCN膜。又，該膜中所含之Cl之原子濃度為0%。亦即，認為藉由H2 O退火處理而將膜中所含之Cl全部脫離去除。另一方面，如圖7(B)所示，於電漿氧化處理後，形成於凹部內之膜中所含之各元素之原子濃度係Si為32.7%，O為67.3%，C、N、Cl為0%。亦即，可知藉由電漿氧化處理而形成接近化學計量組成之SiO膜。再者，因該SiO膜中之O/Si比實質為2，故該SiO膜實質上亦可稱為化學計量組成之SiO2 膜。亦即，已確認藉由對形成於凹部內之SiOCN膜進行電漿氧化處理，而將SiOCN膜中所含之C、N全部脫離去除，將SiOCN膜轉換為SiO膜。
又，如圖7(C)所示，於H2 O2 氧化處理前，與上述圖7(A)相同，形成於凹部內之膜中所含之各元素之原子濃度係Si為35.5%，O為36.3%，C為23.4%，N為4.7%，Cl為0%，該膜為SiOCN膜。另一方面，如圖7(D)所示，於H2 O2 氧化處理後，形成於凹部內之膜中所含之各元素之原子濃度係Si為32.8%，O為67.2%，C、N、Cl為0%。亦即，可知藉由H2 O2 氧化處理而形成接近化學計量組成之SiO膜。再者，因該SiO膜中之O/Si比實質為2，故該SiO膜實質上亦可稱為化學計量組成之SiO2 膜。亦即，已確認藉由對形成於凹部內之SiOCN膜進行H2 O2 氧化處理，而將SiOCN膜中所含之C、N全部脫離去除，將SiOCN膜轉換為SiO膜。
亦即，可確認於含有原料中所含之由Si與C構成之環狀構造之條件下，以將形成於晶圓之表面之凹部內填充之方式形成SiCN膜，且於保持SiCN膜中所含之環狀構造之條件下實施H2 O退火處理，藉此使SiCN膜轉換為SiOC(N)膜而增膜(膨脹)，且藉由於SiOC(N)膜中所含之環狀構造被破壞之條件下實施電漿氧化處理或H2 O2 氧化處理，可使SiOC(N)膜轉換為SiO膜，且能夠藉由該等一系列之處理，利用SiO膜無縫且無空隙地填充凹部內。
115:晶舟升降機 121:控制器 121a:CPU 121b:RAM 121c:記憶裝置 121d:I/O埠 121e:內部匯流排 122:輸入輸出裝置 123:外部記憶裝置 200:晶圓(基板) 201:處理室 202:處理爐 203:反應管 207:加熱器 217:晶舟 218:隔熱板 219:密封蓋 220:O形環 231:排氣管 232a〜232f:氣體供給管 241a〜241f:質量流量控制器(MFC) 243a～243f:閥 244:APC閥 245:壓力感測器 246:真空泵 248:積體型供給系統 249a、249b:噴嘴 250a、250b:氣體供給孔 255:旋轉軸 263:溫度感測器 267:旋轉機構 270:電漿產生機構
圖1係本發明之一實施形態中所適用之基板處理裝置之縱式處理爐之概略構成圖，且係以縱剖面圖表示處理爐部分之圖。 圖2係本發明之一實施形態中所適用之基板處理裝置之縱式處理爐之概略構成圖，且係以圖1之A-A線剖面圖表示處理爐部分之圖。 圖3係本發明之一實施形態中所適用之基板處理裝置之控制器之概略構成圖，且係以方塊圖表示控制器之控制系統之圖。 圖4係表示本發明之一實施形態之基板處理順序之流程圖。 圖5係表示用作原料之1,1,3,3-四氯-1,3-二矽代環丁烷之化學構造式之圖。 圖6(A)至(C)係表示以將形成於晶圓之表面之凹部內填充之方式進行成膜處理時之晶圓剖面放大圖的圖，(D)係表示成膜處理後進行H2 O退火處理之後之晶圓剖面放大圖的圖，(E)係將H2 O退火處理後進行N2 退火處理之後之晶圓剖面放大圖與N2 退火處理中之水分脫離之影像一同地表示的圖，(F)係將N2 退火處理後進行電漿氧化處理之後之晶圓剖面放大圖與電漿氧化處理中之C,N脫離之影像一同地表示的圖。 圖7(A)係表示樣品1之電漿氧化處理前形成於凹部內之膜之組成比的圖，(B)係表示樣品1之電漿氧化處理後形成於凹部內之膜之組成比的圖。(C)係表示樣品2之H2 O2 氧化處理前形成於凹部內之膜之組成比的圖，(D)係表示樣品2之H2 O2 氧化處理後形成於凹部內之膜之組成比的圖。

Claims (18)

  1. 一種半導體裝置之製造方法，其具有以下步驟： (a)藉由將非同時地進行對表面上形成有凹部之基板供給包含由矽與碳構成之環狀構造及鹵素之原料之步驟、與對上述基板供給氮化劑之步驟的循環進行既定次數，而以填充上述凹部內之方式，形成包含上述環狀構造及氮之第1膜的步驟； (b)藉由對上述基板供給第1氧化劑，而將上述第1膜轉換為包含上述環狀構造及氧之第2膜的步驟；及 (c)藉由對上述基板供給第2氧化劑，而將上述第2膜轉換為包含矽及氧且不含有碳及氮之第3膜的步驟。
  2. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中，上述第1膜係具有縫及空隙中之至少任一者，且於(b)中藉由將上述第1膜轉換為上述第2膜時產生之增膜，而使上述縫及上述空隙中之至少任一者消失。
  3. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中，於保持上述原料中所含之上述環狀構造之條件下進行(a)， 於保持上述第1膜中所含之上述環狀構造之條件下進行(b)， 於將上述第2膜中所含之上述環狀構造破壞之條件下進行(c)。
  4. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中，上述環狀構造係包含Si-C鍵，且 於保持上述原料中所含之Si-C鍵之條件下進行(a)， 於保持上述第1膜中所含之Si-C鍵之條件下進行(b)， 於將上述第2膜中所含之Si-C鍵切斷之條件下進行(c)。
  5. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其係於第1條件下進行(b)，於與上述第1條件不同之第2條件下進行(c)。
  6. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其係於第1氧化條件下進行(b)，於氧化力較上述第1氧化條件下更高之第2氧化條件下進行(c)。
  7. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中，上述第2氧化劑係分子構造與上述第1氧化劑不同。
  8. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中，上述第2氧化劑係於同一條件下進行氧化處理之情況下，具有較上述第1氧化劑更高之氧化力。
  9. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中，上述第1氧化劑係包含H2 O氣體， 上述第2氧化劑係包含使電漿激發之O2 氣體、O3 氣體、O3 氣體+O2 氣體、O2 氣體+H2 氣體、H2 O2 氣體、H2 O2 氣體+H2 O氣體、H2 O2 氣體+H2 O氣體+O2 氣體中之至少任一者。
  10. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其係於(b)中，使上述第1膜中所含之氮置換為氧， 於(c)中，使上述第2膜中所含之碳或碳及氮脫離。
  11. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其係於(b)中，一面保持上述第1膜中所含之上述環狀構造，一面使上述第1膜中所含之氮置換為氧， 於(c)中，一面將上述第2膜中所含之上述環狀構造破壞，一面使上述第2膜中所含之碳或碳及氮脫離。
  12. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中，上述環狀構造係包含Si-C鍵，且 於(b)中，一面保持上述第1膜中所含之Si-C鍵，一面使上述第1膜中所含之氮置換為氧， 於(c)中，一面將上述第2膜中所含之Si-C鍵切斷，一面使上述第2膜中所含之碳或碳及氮脫離。
  13. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中，上述第1膜係進一步包含上述鹵素，且 於(b)中，使上述第1膜中所含之上述鹵素脫離。
  14. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中，上述第2膜係包含水分，且 該半導體裝置之製造方法係進一步具有(d)使上述第2膜中所含之水分脫離之步驟。
  15. 如請求項14之半導體裝置之製造方法，其係於將(a)、(b)、(d)按照該順序於同一處理室內進行之後，進行(c)。
  16. 如請求項14之半導體裝置之製造方法，其係將(c)及(d)同時地進行，且 將(a)、(b)、(c)及(d)按照該順序於同一處理室內進行。
  17. 一種基板處理裝置，其係具有： 處理室，其處理基板； 原料供給系統，其對上述處理室內之基板供給包含由矽與碳構成之環狀構造及鹵素之原料； 氮化劑供給系統，其對上述處理室內之基板供給氮化劑； 第1氧化劑供給系統，其對上述處理室內之基板供給第1氧化劑； 第2氧化劑供給系統，其對上述處理室內之基板供給第2氧化劑；及 控制部，其構成為於上述處理室內，以進行以下處理之方式，控制上述原料供給系統、上述氮化劑供給系統、上述第1氧化劑供給系統、及上述第2氧化劑供給系統，上述處理為：(a)藉由將非同時地進行對表面上形成有凹部之基板供給上述原料之處理、與對上述基板供給上述氮化劑之處理的循環進行既定次數，而以填充上述凹部內之方式，形成包含上述環狀構造及氮之第1膜的處理；(b)藉由對上述基板供給上述第1氧化劑，而將上述第1膜轉換為包含上述環狀構造及氧之第2膜的處理；及(c)藉由對上述基板供給上述第2氧化劑，而將上述第2膜轉換為包含矽及氧且不含有碳及氮之第3膜的處理。
  18. 一種記錄媒體，其係記錄電腦可讀取之程式，該程式係藉由電腦使基板處理裝置於上述基板處理裝置之處理室內執行以下流程： (a)藉由將非同時地進行對表面上形成有凹部之基板供給包含由矽與碳構成之環狀構造及鹵素之原料之流程、與對上述基板供給氮化劑之流程的循環進行既定次數，而以填充上述凹部內之方式，形成包含上述環狀構造及氮之第1膜的流程； (b)藉由對上述基板供給第1氧化劑，而使上述第1膜轉換為包含上述環狀構造及氧之第2膜的流程；及 (c)藉由對上述基板供給第2氧化劑，而使上述第2膜轉換為包含矽及氧且不含有碳及氮之第3膜的流程。
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