沟槽填充方法及成膜装置的制作方法

专利名称：沟槽填充方法及成膜装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及沟槽填充方法及成膜装置。
背景技术：
半导体集成电路装置在其内部具有微细的沟槽构造。微细的沟槽构造的典型例子是 STI(Shallow Trench Isolation)。STI是用于将半导体元件的活性区域相互分离的元件分离区域，其是通过在硅基板中形成微细的沟槽、并在该微细的沟槽内部填充绝缘物而形成的。作为填充的绝缘物，例如专利文献1所述那样公知有SOD (Spin-On Dielectric)， 特别是将PHPS (PerHydroPolySilazane =SiH2NH)作为主要成分的无机聚合物受到注目。PHP S例如在水蒸气气氛中烧制时变为硅氧化物(SiO2)。反应式如下。SiH2NH+2H20 — Si02+NH3+2H2但是，PHPS在变为硅氧化物时收缩。因此，会在微细的沟槽内部产生空隙。因此，专利文献1是预估PHPS的收缩量、预先在微细的沟槽内部形成能够膨胀的膜之后填充PHPS。能够膨胀的膜是硅(Si)膜。专利文献1是通过使硅膜变为硅氧化膜而使其膨胀，来抵消PHPS的收缩量，抑制在微细的沟槽内部产生空隙。专利文献1 美国专利第7，112，513号说明书在专利文献1中，加入了使硅膜变为硅氧化膜的工序、即氧化工序。因此，在形成硅膜之前，在微细的沟槽内部形成作为难以使氧通过的氧化阻挡层的膜。其原因在于，防止氧化到达硅基板而在硅基板中进行氧化。在专利文献1中，作为氧化阻挡层的膜是硅氮化膜(Si3N4)。但是，在沟槽的微细化进一步发展时，能够预测除了能够膨胀的膜之外，还在沟槽的内部形成作为氧化阻挡层的膜变得困难或不可能。

发明内容
本发明即是鉴于上述情况而做成的，提供一种即使沟槽的微细化进一步发展、也能够在沟槽的内部形成能够膨胀的膜和作为氧化阻挡层的膜的沟槽填充方法、以及能够实施该沟槽填充方法的成膜装置。本发明的第1技术方案的沟槽填充方法包括以下工序(1)在形成于半导体基板的沟槽内部形成氧化阻挡层膜；( 在上述氧化阻挡层膜上形成能够膨胀的膜；C3)使用因烧制而会收缩的填充材料，由上述氧化阻挡层膜、上述能够膨胀的膜和上述填充材料填充上述沟槽；(4)对上述填充材料进行烧制；上述(1)工序包括以下工序向形成有上述沟槽的半导体基板供给氨基硅烷类气体，在上述沟槽的内部形成第1晶种层；在上述第1晶种层上形成氮化硅膜；上述( 工序包括以下工序向形成有上述氮化硅膜的半导体基板供给氨基硅烷类气体，在上述氮化硅膜上形成第2晶种层；在上述第2晶种层上形成硅膜。本发明的第2技术方案的沟槽填充方法包括以下工序(6)将形成有沟槽的半导体基板氧化，在上述沟槽的内部形成氧化膜；(7)对上述氧化膜进行氮化处理；(8)在上述氮化处理后的上述氧化膜上形成能够膨胀的膜；(9)使用因烧制而会收缩的填充材料，由上述氮化处理后的氧化膜、上述能够膨胀的膜和上述填充材料填充上述沟槽；(10)对上述填充材料进行烧制；上述(8)工序包括以下工序向形成有上述氮化处理后的氧化膜的半导体基板供给氨基硅烷类气体，在上述氮化处理后的氧化膜上形成晶种层；在上述晶种层上形成硅膜。本发明的第3技术方案的成膜装置包括处理室，其用于收容形成有沟槽的半导体基板；气体供给机构，其用于向上述处理室内供给氨基硅烷类气体、硅烷类气体及含有氮化剂的气体；加热装置，其用于对上述处理室内进行加热；排气装置，其用于对上述处理室内进行排气；控制器，其用于控制上述气体供给机构、上述加热装置、上述排气装置；上述控制器控制上述气体供给机构、上述加热装置、上述排气装置，从而在上述处理室内对上述半导体基板执行上述第1技术方案或者上述第2技术方案的沟槽填充方法。本发明的其他目的和优点在后述中说明，并且某种程度上对于本领域技术人员根据后述说明是显而易见的，或者是本领域技术人员根据经验能够得知的。通过后述的手段和结合能够实现本发明的目的和优点。


图1是表示本发明的第1实施方式的沟槽填充方法的顺序的一例子的流程图。图2A 图21是概略表示图1所示的顺序中的半导体基板的状态的剖视图。图3是表示堆积时间与硅膜的膜厚的关系的图。图4是将图3中的虚线框A内放大而成的放大图。图5是表示ALD循环与氮化硅膜的膜厚的关系的图。图6是概略地表示能够实施一个实施方式的沟槽填充方法的成膜装置的一例子的剖视图。包含在说明书内并构成说明书的一部分的附图、本发明的用

的实施例连同上述的大致说明和下述的实施例的细节说明共同用来阐述本发明的理念。
具体实施例方式以下，参照附图对基于上述发现的本发明的一个实施例进行说明。在下述说明中， 具有实质相同的功能和设置的构成要素标记相同的附图标记，并且只在必要时进行相关说明。以下，参照

本发明的实施方式。另外，在所有图中对共同的部分标注共同的参照附图标记。填充方法图1是表示本发明的一个实施方式的沟槽填充方法的顺序的一例子的流程图，图 2A 图21是概略表示图1所示的顺序中的半导体基板的状态的剖视图。首先，如图1中的步骤1所示，在半导体基板中形成沟槽。在半导体基板中形成沟槽的一例子如下所述。如图2A所示，将半导体基板、在本例子中是硅基板1的表面热氧化，形成衬垫(pad)氧化膜2。接着，在衬垫氧化膜2上堆积氮化硅，形成硅氮化膜3。接着，在硅氮化膜 3上涂敷光致抗蚀剂，形成光致抗蚀剂膜4。接着，使用光刻法在光致抗蚀剂膜4上形成与沟槽形成图案相对应的窗部5。 接着，如图2B所示，将光致抗蚀剂膜4用于掩模，对硅氮化膜3、衬垫氧化膜2和硅基板1进行各向异性蚀刻、例如反应性离子蚀刻，在硅基板1中形成沟槽6。接着，如图1中的步骤2所示，在半导体基板的表面形成氧化膜。该工序是如图2C所示地至少在硅基板1的于沟槽6的侧壁暴露出的表面形成比硅基板1更加难以进行氧化的膜的工序。在本例子中，至少在沟槽6的侧壁形成氧化膜7。 在沟槽6的侧壁上，氧化膜7是硅氧化物。硅氧化物是比硅更加难以进行氧化的膜。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，如图2C 所示，不仅能够将硅基板1的在沟槽6的侧壁暴露出的部分表面氧化，也能够将衬垫氧化膜 2、硅氮化膜3等氧化。即，能够将硅基板1的沟槽形成面侧的整个表面氧化，在硅基板1的整个沟槽形成面侧形成氧化膜7。在硅基板1的整个沟槽形成面侧形成氧化膜7时，接下来形成的晶种层能够形成在氧化膜7上。在氮化膜上及氧化膜上这两者同时形成晶种层时， 接着晶种层形成的硅膜的生长速度有可能在氮化膜上和氧化膜上产生差异。在这一点上， 只要像本例子这样在氧化膜7上形成晶种层，就能够减小硅膜的生长速度的差异，有助于改善阶梯覆盖率(step coverage) 0另外，即使替代自由基氧化法而利用等离子氧化法，也能够得到与自由基氧化法同样的效果。接着，如图1中的步骤3所示，在氧化膜7上形成氧化阻挡层膜。在本例子中，以两个阶段形成氧化阻挡层膜。首先，如图1中的步骤31及图2D所示，在氧化膜7上形成晶种层8。具体地讲，通过将形成有氧化膜7的硅基板1加热，并使氨基硅烷类气体流经加热后的硅基板1的表面，从而在硅基板1的表面上、在本例子中是氧化膜7的表面上形成晶种层8。作为氨基硅烷类气体的例子，能够列举出BAS ( 丁基氨基硅烷)、BTBAS (双叔丁基氨基硅烷)、DMAS (二甲基氨基硅烷)、BDMAS (双二甲基氨基硅烷)、TDMAS (三二甲基氨基硅烷)、DEAS ( 二乙基氨基硅烷)、BDEAS (双二乙基氨基硅烷)、DPAS ( 二丙基氨基硅烷)、DIPAS ( 二异丙基氨基硅烷)等。在本例子中使用DIPAS。步骤31中的处理条件的一例子如下所述DIPAS 流量150sccm处理时间0.5min处理温度450°C处理压力532Pa^Torr)。
在本说明书中，以下将步骤31的工序称作预供气(preflow)。上述步骤31是使硅氮化物易于吸附于氧化膜7的工序。在步骤31中记载为形成晶种层8，但实际上几乎没有成膜。晶种层8的厚度优选为单原子层级别的厚度程度。提及具体的晶种层8的厚度，优选为0. Inm 0. 3nm。接着，如图1中的步骤32及图2E所示，在晶种层8上形成氮化硅膜9。具体地讲，将形成有晶种层8的硅基板1加热，向加热后的硅基板1的表面供给含有硅的气体及含有氮化剂的气体，在晶种层8上形成氮化硅膜9。在本例子中，作为含有硅的气体使用硅烷类气体、例如二氯硅烷(DCS =SiH2Cl2),作为含有氮化剂的气体使用含有氨的气体。另外，在本例子中，氮化硅膜9的成膜采用一边交替地供给含有硅的气体和含有用于使硅氮化的氮化剂的气体一边成膜的、被称作所谓的ALD (Atomic Layer Deposition)法或者MLD (Molecular Layer Deposition)法的方法。步骤32中的处理条件的一例子如下所述二氯硅烷流量IOOOsccm氨流量5000sccm处理温度630°C处理压力5IPa (0. 386Torr)。在上述二氯硅烷流量、氨流量、处理温度及处理压力的条件下，使ALD循环数为大约30循环时，形成2nm左右的较薄的氮化硅膜9。接着，如图1中的步骤4所示，在氧化阻挡层膜上形成能够膨胀的膜。在本例子中，以两个阶段形成能够膨胀的膜。首先，如图1中的步骤41及图2F所示，在氮化硅膜9上形成晶种层10。具体地讲，通过将形成有氮化硅膜9的硅基板1加热，并使氨基硅烷类气体流经加热后的硅基板1 的表面，从而在硅基板1的表面上、在本例子中是氮化硅膜9的表面上形成晶种层10。作为氨基硅烷类气体的例子，与晶种层8同样较佳。在本例子中使用DIPAS。步骤41中的处理条件的一例子如下所述DIPAS 流量500sccm处理时间0.5min处理温度400°C处理压力53Pa(0. 4Torr)。晶种层10的厚度也与晶种层8同样地优选为单原子层级别的厚度程度。具体地讲，优选为0. Inm 0. 3nm。首先，如图1中的步骤42及图2G所示，在晶种层10上形成硅膜11。具体地讲，通过将形成有晶种层10的硅基板1加热，并使不含有氨基的硅烷类气体、例如甲硅烷气体流经加热后的硅基板1的表面，在硅基板1的表面上、在本例子中是晶种层10的表面上形成硅膜11。步骤42中的处理条件的一例子如下所述甲硅烷流量800sccm处理时间4min处理温度535°C
处理压力60Pa(0. 45Torr)。在上述甲硅烷流量、处理时间、处理温度及处理压力的条件下，在大约:3min 5min的处理时间(堆积时间)内形成3nm 9nm左右的较薄的非晶形的硅膜11。硅膜11 的厚度为了抵消之后形成的填充材料的缩小量而起到重要的作用。当然，抵消量由晶种层 10的微小的厚度和硅膜11的厚度的合计值来决定，但晶种层10是用于促进甲硅烷的吸附的层，几乎没有厚度。因此，抵消量的大部分由硅膜11的膨胀后的厚度所占据。即，抵消量基本由硅膜11的厚度决定。另外，在本例子中，作为硅膜11的原料使用甲硅烷。另外，在供给甲硅烷之前，例如供给乙硅烷(Si2H6)等比甲硅烷更高级的高级硅烷，预先在晶种层10的表面上形成由高级硅烷构成的硅层，与直接向晶种层10上供给甲硅烷的情况相比，能够进一步改善硅膜11的阶梯覆盖率。但是，在由高级硅烷构成的硅层过厚时，反而会使硅膜11的阶梯覆盖率恶化，因此由高级硅烷构成的硅层形成得较薄。不使阶梯覆盖率恶化那样的由高级硅烷构成的硅层的膜厚的例子例如大于Onm且小于等于 0. 5nm。另外，形成该由较薄的高级硅烷构成的硅层时的处理条件的例子如下所述乙硅烧流量200sccm处理时间3min处理温度400°C处理压力133Pa(ITorr)。若能够改善硅膜11的阶梯覆盖率，则硅膜11在沟槽6的侧壁上的膜厚能够与其在硅基板1的上表面上的膜厚大致相等。因此，在将沟槽6的侧壁上的硅膜11氧化完毕的时刻，能够将硅基板1的上表面上的硅膜11氧化完毕，不会残留硅膜11。但是，在一个实施方式中，能够选择除甲硅烷之外的原料。其原因在于，在沟槽6 的内部存在氧化阻挡层膜、在本例子中是氮化硅膜9。因此，即使沟槽6的侧壁上的硅膜11 的膜厚与硅基板1的上表面上的硅膜11的膜厚存在差异，在将膜厚较厚的硅膜11氧化完毕的条件下进行氧化的情况下，也能够抑制氧化波及到硅基板1。因而，作为硅膜11的原料，能够使用以下的原料。例如，作为不含有氨基的硅烷类气体，能够列举出含有SiH2、SiH4、SiH6,Si2H4、Si2H6、能够例举出以SimH2l^2(其中m是3以上的自然数)的化学式表示的硅的氢化物， 以及包含以SinH2n(其中η是3以上的自然数)的化学式表示的硅的氢化物中的至少一种的气体。另外，在使用例如甲硅烷(SiH4)这样的低级的不含有氨基的硅烷类气体以一个步骤或者两个步骤形成硅膜11的情况下，优选在供给低级的不含有氨基的硅烷类气体之前， 如上所述那样例如供给乙硅烷(Si2H6)这样的更高级的不含有氨基的硅烷类气体。
采用在这样供给高级的不含有氨基的硅烷类气体之后、供给比该高级的不含有氨基的硅烷类气体更低级的不含有氨基的硅烷类气体的方法，如上所述，也能够得到进一步改善硅膜11的阶梯覆盖率、并能够进一步降低硅膜11的培育(Incubation)时间这样的优
点ο接着，如图1中的步骤5及图2H所示，使用因烧制而会收缩的填充材料12填充沟槽6。作为一例子，将因烧制而会变为硅氧化物的液状的填充材料12旋转涂敷在形成有硅膜U的硅基板1的表面，从而将填充材料12填充沟槽6。作为因烧制而会变为硅氧化物的材料的一例子，能够列举出将 PHPS(PerHydroPolySilazane =SiH2NH)作为主要成分的无机聚合物。最后，如图1中的步骤6及图21所示，将填充材料12在含有水和/或羟基的气氛中烧制，使其变为硅氧化物13，并使硅膜11、晶种层10变为硅氧化物14。具体地讲，将涂敷有填充材料12的硅基板1在含有水及/或羟基的气氛中烧制，使填充材料12变为硅氧化物13，并使硅膜11和晶种层10变为硅氧化物14。步骤6中的处理条件的一例子如下所述H2O 流量101/min处理时间45min处理温度750°C处理压力532OOPaGOOiTorr)。在步骤6时，氧化阻挡层膜、在本例子中是氮化硅膜9对于硅基板1起到氧化阻挡层的功能。因此，即使进行步骤6，也不会对硅基板1进行氧化。例如在沟槽6使用于半导体集成电路装置的内部的元件分离区域、例如浅沟槽隔离结构的情况下，不会对硅基板1 进行氧化，因此，能够抑制形成有晶体管等能动元件的元件活性区域因氧化而缩小。填充材料12在被烧制而变为硅氧化物13时收缩。相反地，硅膜11和晶种层10 在变为硅氧化物14时膨胀。通过这样利用硅膜11和晶种层10的膨胀抵消填充材料12的收缩量，来抑制在沟槽6的内部产生空隙。培育时间对于甲硅烷的培育时间较长这样的情况，通过在将氨基硅烷类气体向硅基板1的表面、在本例子中是氮化硅膜9的表面预供气而形成晶种层10之后形成硅膜11来消除。图3表示堆积时间与硅膜11的膜厚的关系。图3所示的结果是将基底做成氮化硅膜(SiN)的情况。在本例子中相当于氮化硅膜9。在本例子中采用的预供气的处理条件如下所述DIPAS 流量500sccm处理时间5min处理温度400°C处理压力53.2Pa (0. 4Torr)。同样地在本例子中采用的用于形成硅膜11的处理条件如下所述甲硅烷流量500sccm堆积时间30min/45min/60min处理温度500°C
处理压力53·2Pa (0. 4Torr)。在使堆积时间为30min时、使堆积时间为45min时、及使堆积时间为60min时这3
个点测定了硅膜11的膜厚。图3及图4中的线I表示有预供气的情况的结果，线II表示没有预供气的情况的结果。线I、线II是利用最小二乘法将测定的3个膜厚直线近似而成的直线，式如下所述。线I :y = 18. Ollx-27. 739. · · (1)线II :y = 18. 091χ_41· 277. · · (2)如图3所示，在有预供气的情况下，与没有预供气相比硅膜11的膜厚增加的倾向明显。在使上述⑴、⑵式为y = 0、即将硅膜11的膜厚设为“0”时，图4表示求得线 I、线II与堆积时间的交点而得到的值。另外，图4相当于将图3中的虚线框A内放大而成的放大图。如图4所示，在基底是有预供气的氮化硅膜时，硅膜11的堆积从自处理开始约 1.5min( χΝ 1.540 )开始，与此相对，在没有预供气的氮化硅膜时，硅膜11的堆积从自处理开始约2. ;3min ( χ ^ 2.2 8 2 )开始。通过这样将氨基硅烷类气体向氮化硅膜9预供气，能够将培育时间从约2. 3min缩短到约1. 5min。由此，能够得到薄膜的硅膜11。另外，对于氮化硅膜9的培育时间，也通过在将氨基硅烷类气体向硅基板1的表面、在本例子中是氮化硅膜9的表面预供气而形成晶种层10之后，形成硅膜11来消除。图5表示ALD循环与氮化硅膜9的膜厚的关系。图5所示的结果是将基底做成氧化硅膜(SiO2)的情况。在本例子中相当于氧化膜7。在本例子中采用的预供气的处理条件如下所述DIPAS 流量150sccm处理时间0.5min处理温度450°C处理压力532Pa^Torr)。同样地在本例子中采用的用于形成氮化硅膜9的处理条件如下所述二氯硅烷流量IOOOsccm氨流量5000sccm处理温度630°C处理压力5IPa (0. 386Torr)。在ALD循环为30次时、ALD循环为50次时、ALD循环为70次时分别测定了氮化硅
膜9的膜厚。图5中的线I表示有预供气的情况的结果，线II表示没有预供气的情况的结果。 线I、线II是利用最小二乘法将测定的3个膜厚直线近似而成的直线，式如下所述。线I :y = 0. 9265x-14. 181. . . (1)线II :y = 0. 9159χ_21· 846. · · (2)在使上述(3)、(4)式中y = 0、即将氮化硅膜的膜厚设为“0”时的ALD循环如下所述。
线I :19 循环线II 循环(比较例)即，通过在形成氮化硅膜9之前向基底进行预供气，能够将生长出氮化硅膜9的循环从不向基底进行预供气的情况下为M循环加快到19循环。因而，通过进行预供气，与在氧化膜7上直接形成氮化硅膜9的情况相比，能够缩短氮化硅膜9的培育时间。因此，能够得到薄膜的氮化硅膜9。采用该一个实施方式的沟槽填充方法，能够缩短形成在沟槽6内的氧化阻挡层膜 (在本例子中是氮化硅膜9)、及能够膨胀的膜(在本例子中是硅膜11和晶种层10)各自的培育时间。因此，能够使氧化阻挡层膜及能够膨胀的膜分别薄膜化，从而能够得到即使沟槽的微细化进一步发展、也能够在沟槽6的内部形成能够膨胀的膜及作为氧化阻挡层的膜的沟槽填充方法。成膜装置接着，说明能够实施上述一个实施方式的沟槽填充方法的成膜装置的一例子。图6是概略地表示能够实施一个实施方式的沟槽填充方法的成膜装置的一例子的剖视图。如图6所示，成膜装置100具有下端开口的有顶的圆筒体状的处理室101。处理室 101的整体例如由石英形成。在处理室101内的顶部设有石英制的顶板102。例如利用不锈钢成形为圆筒体状的歧管103隔着0型密封圈等的密封构件104连结在处理室101的下端开口部。歧管103支承处理室101的下端。能够以多层载置作为被处理体的多张例如50 张 100张半导体晶圆、在本例子中是硅基板1的石英制的晶圆舟皿105能够从歧管103 的下方插入到处理室101内。晶圆舟皿105具有多根支柱106，利用形成在支柱106中的槽支承多张硅基板1。晶圆舟皿105隔着石英制的保温筒107载置在工作台108上。工作台108支承在旋转轴110上，该旋转轴110贯穿用于开闭歧管103的下端开口部的、例如不锈钢制的盖部 109。在旋转轴110的贯穿部例如设有磁性流体密封件111，其将旋转轴110气密地密封并将旋转轴110支承为能够旋转。在盖部109的周边部和歧管103的下端部之间设有例如由 0型密封圈构成的密封构件112。由此，能够保持处理室101内的密封性。旋转轴110例如安装在臂113的顶端，该臂113支承在舟皿升降机等升降机构(未图示)上。由此，晶圆舟皿105和盖部109等一体升降，插入到处理室101内或自处理室101内脱离。成膜装置100具有用于向处理室101内供给处理所使用的气体的处理气体供给机构114、及用于向处理室101内供给非活性气体的非活性气体供给机构115。处理气体供给机构114包括氨基硅烷类气体供给源117、硅烷类气体供给源118、 及含有氮化剂的气体供给源119。含有氮化剂的一例子是含有氨的气体。非活性气体供给机构115包含非活性气体供给源120。非活性气体可用于吹扫气体等。非活性气体的一例子是氮(N2)气。氨基硅烷类气体供给源117经由流量控制器121a和开闭阀12 连接于分散喷嘴 123。分散喷嘴123由石英管构成，其向内侧贯穿歧管103的侧壁并向上方弯曲地铅垂延伸。 在分散喷嘴123的铅垂部分，隔开规定间隔地形成有多个气体喷出孔124。氨基硅烷类气体从各气体喷出孔124沿水平方向朝向处理室101内大致均勻地喷出。另外，硅烷类气体供给源118也经由流量控制器121b和开闭阀122b连接于例如分散喷嘴123。含有氮化剂的气体供给源119经由流量控制器121c和开闭阀122c连接于分散喷嘴125。分散喷嘴125由石英管构成，其向内侧贯穿歧管103的侧壁并向上方弯曲地铅垂延伸。在分散喷嘴125的铅垂部分，隔开规定间隔地形成有多个气体喷出孔126。含有氨的气体从各气体喷出孔126沿水平方向朝向处理室101内大致均勻地喷出。非活性气体供给源120经由流量控制器121d和开闭阀122d连接于喷嘴128。喷嘴1 贯穿歧管103的侧壁，将非活性气体从其顶端沿水平方向朝向处理室101内喷出。在处理室101内的、与分散喷嘴123和分散喷嘴125相反的一侧的部分设有用于对处理室101内进行排气的排气口 129。排气口 1 通过沿上下方向切除处理室101的侧壁而细长地形成。在处理室101的与排气口 1 相对应的部分，利用焊接以覆盖排气口 129 的方式安装有截面成形为二字形的排气口罩构件130。排气口罩构件130沿着处理室101 的侧壁向上方延伸，在处理室101的上方限定气体出口 131。在气体出口 131上连接有包含真空泵等的排气机构132。排气机构132通过对处理室101内进行排气而进行处理所使用的处理气体的排气及使处理室101内的压力成为与处理相应的处理压力。在处理室101的外周设有筒体状的加热装置133。加热装置133使供给到处理室 101内的气体活化，并将处理室101内加热，将收容在处理室101内的被处理体、在本例子中是硅基板1加热。成膜装置100的各部的控制利用例如由微处理器(计算机)构成的控制器150来进行。在控制器150上连接有为了供操作人员管理成膜装置100而进行命令的输入操作等的键盘、由将成膜装置100的运转状况可视化地显示的显示器等构成的用户界面151。在控制器150上连接有存储部152。存储部152存储有用于在控制器150的控制下来实现由成膜装置100执行的各种处理的控制程序、或用于与处理条件相应地使成膜装置100的各构成部执行处理的程序、即制程程序。制程程序例如存储在存储部152中的存储介质中。存储介质既可以是硬盘、半导体存储器，也可以是CD-R0M、DVD、闪存器等可移动式的元件。另外，也可以从其他装置例如通过专用线路适当地传送制程程序。根据需要，制程程序由来自用户界面151的指示等被自存储部152读出，通过由控制器150执行遵照读出的制程程序的处理，成膜装置100在控制器150的控制下实施期望的处理。在本例子中，在控制器150的控制下，依次执行遵照上述一个实施方式的沟槽填充方法的步骤31、步骤32、步骤41、步骤42的处理。步骤31中的晶种层8及步骤41中的晶种层10的成膜是从氨基硅烷类气体供给源117向处理室101中供给氨基硅烷类气体(例如DIPAS)。另外，步骤32中的氮化硅膜9 的成膜是从硅烷类气体供给源118向处理室101中供给硅烷类气体(例如二氯硅烷)，并从含有氮化剂的气体供给源119向处理室101中供给含有氮化剂的气体(例如含有氨的气体)。另外，步骤42中的硅膜11的成膜通过从硅烷类气体供给源118供给硅烷类气体(例如甲硅烷)来执行。控制器150控制处理气体供给机构114、排气机构132和加热装置133，从而进行遵照步骤31、步骤32、步骤41、步骤42的处理。
另外，氮化硅膜9的成膜既可以采用一边交替供给含有硅的气体(例如硅烷类气体)和含有氮化剂的气体一边成膜的所谓的ALD(Atomic Layer D印osition)法或者 MLD (Molecular Layer D印osition)法，也可以采用一边同时供给含有硅的气体和含有氮化剂的气体一边成膜的所谓的CVD(Chemical Vapor Deposition)法。上述一个实施方式的沟槽填充方法能够利用图6所示的成膜装置100来实施。以上，根据一个实施方式说明了本发明，但本发明并不限定于上述一个实施方式， 能够进行各种变形。另外，对于本发明的实施方式，上述一个实施方式并不是唯一的实施方式。例如，在上述一个实施方式中，作为氧化阻挡层膜形成了氮化硅膜9，但也可以使氧化膜7氮化。这种情况下对氧化膜7进行的氮化处理能够列举出等离子氮化处理、利用 FNC氮化(Ν0、&0、ΝΗ3)进行的氧化膜7的SiON膜化等。另外，在上述实施方式中，氮化硅膜9的形成采用热ALD法或热MLD法，但也可以采用等离子ALD法或等离子MLD法。采用等离子ALD法或等离子MLD法的情况下的处理条件的一例子如下所述二氯硅烷流量IOOOsccm氨流量5000sccm处理温度630°C处理压力5IPa (0. 386Torr)RF 功率100W。上述条件可应用于图1所示的步骤32中的处理条件。另外，在上述一个实施方式中，形成有氧化阻挡层膜或者对氧化膜进行氮化处理， 因此，能够得到硅膜11的原料选择的自由度。例如作为硅膜11的原料，之前说明了不含有氨基的硅烷类气体。其中，对于以SimH2m+2 (其中m是3以上的自然数)的化学式表示的硅的氢化物、及以SinH2n(其中η是3以上的自然数)的化学式表示的硅的氢化物，以SimH2m+2 (其中m是3以上的自然数)的化学式表示的硅的氢化物也能够从丙硅烷(Si3H8)、丁硅烷(Si4H10)、戊硅烷(Si5H12)、己硅烷(Si6H14)、庚硅烷(Si7H16)中的至少一种选择，以SinH2n(其中η是3以上的自然数)的式表示的硅的氢化物也能够从环丙硅烷(Si3H6)、环丁硅烷(Si4H8)、环戊硅烷(Si5H10)、环己硅烷(Si6H12)、环庚硅烷(Si7H14)中的至少任一种选择。并且，在上述一个实施方式中，作为因烧制而会收缩的填充材料12，例示了旋转涂敷玻璃、例如PHPS。但是，因烧制而会收缩的填充材料12并不限定于旋转涂敷玻璃，也可以应用因烧制而会收缩的CVD系的填充材料。作为该CVD系的材料，能够列举出使用HDP (High-Density Plasma)成膜的SiO2膜、使用SiH4类气体和过氧化氢(H2O2)成膜的SW2 膜。采用本发明，能够提供一种即使沟槽的微细化进一步发展、也能够在沟槽的内部形成能够膨胀的膜和作为氧化阻挡层的膜的沟槽填充方法、以及能够实施该沟槽填充方法的成膜装置。此外，本发明能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变形。本申请以2010年12月27日向日本专利局提交的日本专利申请编号第 2010490647号为基础主张优先权的利益，其全部公开内容作为参照包含在本说明书中。
权利要求
1.一种沟槽填充方法，其特征在于， 该沟槽填充方法包括以下工序(1)在形成于半导体基板的沟槽内部形成氧化阻挡层膜；(2)在上述氧化阻挡层膜上形成能够膨胀的膜；(3)使用因烧制而会收缩的填充材料，由上述氧化阻挡层膜、上述能够膨胀的膜和上述填充材料填充上述沟槽；(4)对上述填充材料进行烧制； 上述(1)工序包括以下工序向形成有上述沟槽的半导体基板供给氨基硅烷类气体，在上述沟槽的内部形成第1晶种层；在上述第1晶种层上形成氮化硅膜； 上述( 工序包括以下工序向形成有上述氮化硅膜的半导体基板供给氨基硅烷类气体，在上述氮化硅膜上形成第 2晶种层；在上述第2晶种层上形成硅膜。
2.根据权利要求1所述的沟槽填充方法，其特征在于， 在上述(1)工序之前包括以下工序(5)将形成有上述沟槽的半导体基板氧化，在上述沟槽的内部形成氧化膜。
3.根据权利要求2所述的沟槽填充方法，其特征在于， 在上述( 工序中采用自由基氧化法或者等离子氧化法。
4.一种沟槽填充方法，其特征在于， 该沟槽填充方法包括以下工序(6)将形成有沟槽的半导体基板氧化，在上述沟槽的内部形成氧化膜；(7)对上述氧化膜进行氮化处理；(8)在上述氮化处理后的上述氧化膜上形成能够膨胀的膜；(9)使用因烧制而会收缩的填充材料，由上述氮化处理后的氧化膜、上述能够膨胀的膜和上述填充材料填充上述沟槽；(10)对上述填充材料进行烧制； 上述(8)工序包括以下工序向形成有上述氮化处理后的氧化膜的半导体基板供给氨基硅烷类气体，在上述氮化处理后的氧化膜上形成晶种层； 在上述晶种层上形成硅膜。
5.根据权利要求1所述的沟槽填充方法，其特征在于， 上述氨基硅烷类气体从含有BAS ( 丁基氨基硅烷)、 BTBAS (双叔丁基氨基硅烷)、 DMAS (二甲基氨基硅烷)、 BDMAS (双二甲基氨基硅烷)、 TDMAS (三二甲基氨基硅烷)、DEAS (二乙基氨基硅烷)、 BDEAS (双二乙基氨基硅烷)、 DPAS (二丙基氨基硅烷)、 DIPAS (二异丙基氨基硅烷) 中的至少一种的气体中选择。
6.根据权利要求1所述的沟槽填充方法，其特征在于， 上述硅膜的形成采用不含有氨基的硅烷类气体。
7.根据权利要求6所述的沟槽填充方法，其特征在于，通过在供给高级的不含有氨基的硅烷类气体之后，供给比上述高级的不含有氨基的硅烷类气体低级的不含有氨基的硅烷类气体来形成上述硅膜。
8.根据权利要求7所述的沟槽填充方法，其特征在于，由高级的不含有氨基的硅烷类气体形成的硅层的膜厚大于Onm且小于等于0. 5nm。
9.根据权利要求6所述的沟槽填充方法，其特征在于， 上述不含有氨基的硅烷类气体从含有SiH2、SiH4,SiH6,Si2H4、Si2H6、以SimH2m+2的化学式表示的硅的氢化物、及以SinHai的化学式表示的硅的氢化物中的至少一种的气体中选择，其中，m是3以上的自然数，η是3以上的自然数。
10.根据权利要求9所述的沟槽填充方法，其特征在于， 上述以SimH2m+2的化学式表示的硅的氢化物从丙硅烷(Si3H8)、丁硅烷(Si4H10)、 戊硅烷(Si5H12)、 己硅烷(Si6H14)、庚硅烷(Si7H16)中的至少一种选择，其中m是3以上的自然数； 上述以SinH2n的式表示的硅的氢化物从环丙硅烷(Si3H6)、 环丁硅烷(Si4H8)、 环戊硅烷(Si5H10)、 环己硅烷(Si6H12)、环庚硅烷(Si7H14)中的至少任一种选择，其中η是3以上的自然数。
11.根据权利要求1所述的沟槽填充方法，其特征在于， 上述沟槽填充方法能够用于半导体装置的制造工艺。
12.根据权利要求11所述的沟槽填充方法，其特征在于， 上述沟槽能够用在上述半导体装置内部的元件分离区域。
13. 一种成膜装置，其特征在于， 该成膜装置包括处理室，其用于收容形成有沟槽的半导体基板；气体供给机构，其用于向上述处理室内供给氨基硅烷类气体、硅烷类气体及含有氮化剂的气体；加热装置，其用于对上述处理室内进行加热； 排气装置，其用于对上述处理室内进行排气；控制器，其用于控制上述气体供给机构、上述加热装置、上述排气装置； 上述控制器控制上述气体供给机构、上述加热装置、上述排气装置，从而在上述处理室内对上述半导体基板执行权利要求1所述的沟槽填充方法。
全文摘要
本发明提供沟槽填充方法及成膜装置。该沟槽填充方法包括以下工序在沟槽内部形成氧化阻挡层膜(步骤3)；在氧化阻挡层膜上形成能够膨胀的膜(步骤4)；利用因烧制而会收缩的填充材料填充沟槽(步骤5)；将填充材料烧制(步骤6)；步骤3的工序包括以下工序供给氨基硅烷类气体，在沟槽的内部形成第1晶种层(步骤31)；在第1晶种层上形成氮化硅膜(步骤32)；步骤4的工序包括以下工序供给氨基硅烷类气体，在氮化硅膜上形成第2晶种层(步骤41)；在第2晶种层上形成硅膜(步骤42)。
文档编号H01L21/762GK102543830SQ20111044202
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月26日 优先权日2010年12月27日
发明者冈田充弘, 渡边将久 申请人:东京毅力科创株式会社