成膜装置およびそれを用いた成膜方法
【課題】超臨界流体に原料を溶解させた処理媒体を用いてトレンチ内部を埋め込むに際し、トレンチ内部にボイドが残されないように成膜を行う。
【解決手段】切替部３０によって処理媒体供給部１０から処理媒体７０をチャンバ４０に供給することにより基板５０の表面５１側に埋め込み膜６０を形成する成膜工程と、切替部３０によってエッチング媒体供給部２０からエッチング媒体８０を供給することにより溝５３の開口部側に形成された埋め込み膜６０をエッチングするエッチング工程と、を繰り返し行う。これにより、溝５３の開口部側に形成された埋め込み膜６０をエッチング媒体８０によって選択的にエッチングして溝５３の開口部が埋め込み膜６０によって閉塞されることを抑制しつつ、基板５０の表面５１側に成膜を行う。
【解決手段】切替部３０によって処理媒体供給部１０から処理媒体７０をチャンバ４０に供給することにより基板５０の表面５１側に埋め込み膜６０を形成する成膜工程と、切替部３０によってエッチング媒体供給部２０からエッチング媒体８０を供給することにより溝５３の開口部側に形成された埋め込み膜６０をエッチングするエッチング工程と、を繰り返し行う。これにより、溝５３の開口部側に形成された埋め込み膜６０をエッチング媒体８０によって選択的にエッチングして溝５３の開口部が埋め込み膜６０によって閉塞されることを抑制しつつ、基板５０の表面５１側に成膜を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超臨界流体に原料を溶解させた処理媒体を用いて、基板に成膜を行う成膜装置およびそれを用いた成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体装置を製造する際に、半導体基板に形成されたトレンチに埋め込み材を埋め込む方法としてＣＶＤ法が知られている。しかし、ＣＶＤ法では成膜反応にガスを用いるためにガス中での成膜原料の密度が小さく、トレンチ入口で原料の大部分が分解されて成膜されてしまう。このため、トレンチ内部に原料がほとんど供給されずにトレンチの開口部が埋め込み材によって閉じられてしまい、トレンチ内にボイドが残される。このように、従来のＣＶＤ法では、トレンチ内部にボイドが生じることなくトレンチを埋め込むことは困難であった。
【０００３】
そこで、超臨界流体を成膜原料の溶媒として用いる成膜方法が注目されている。超臨界流体は液体と気体との中間の性質を示し、液体より拡散性が高く、粘性が小さいためトレンチのような狭所に侵入することができる媒体である。また、超臨界流体は、気体よりも密度が高く溶解性があるため、溶媒として利用することができる。このため、このような超臨界流体の性質を利用することにより、トレンチ内部にボイドが生じることなく埋め込み材を埋め込むことが可能である。
【０００４】
しかし、成膜原料の溶媒として超臨界流体を用いたとしても、トレンチが高アスペクト比になるに従って、成膜原料がトレンチ入口付近での成膜に使われてしまう。これにより、成膜原料をトレンチ底部に供給できなくなり、埋め込み時に上記のようにトレンチ内にボイドが発生してしまう。
【０００５】
そこで、特許文献１では、基板の温度を成膜が生じる温度の下限である成膜下限温度未満である第１の温度とし、基板上に成膜原料を溶解させた超臨界流体を導入した後、基板の温度を第１の温度から成膜下限温度以上の第２の温度に上昇させて基板に成膜を行う成膜方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００６−１２０７１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術では、基板全体を同一の第２の温度に固定して成膜を行うため、トレンチ全体に同一厚さの膜が形成される。このため、例えば、トレンチが逆テーパになっている場合、基板に同一厚さの膜が形成されることで先にトレンチの開口部が塞がってしまい、トレンチの内部にボイドが残されてしまう。
【０００７】
このように、成膜原料を溶解させた超臨界流体を用いた成膜方法を採用しても、内部の空間に対して入口が小さいパターンに埋め込みを行うことができない。すなわち、基板に設けられたトレンチの一部が逆テーパになっていれば、その部分にボイドが取り残されることになり、基板全体に良好な成膜を行うことはできない。
【０００８】
本発明は、上記点に鑑み、超臨界流体に原料を溶解させた処理媒体を用いてトレンチ内部を埋め込むに際し、トレンチ内部にボイドが残されないように成膜を行うことができる成膜装置およびそれを用いた成膜方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、処理媒体（７０）を供給する処理媒体供給手段（１０）と、エッチング媒体（８０）を供給するエッチング媒体供給手段（２０）と、処理媒体供給手段（１０）から供給された処理媒体（７０）とエッチング媒体供給手段（２０）から供給されたエッチング媒体（８０）とをチャンバ（４０）に交互に供給することにより、処理媒体（７０）をチャンバ（４０）に供給する間に基板（５０）の表面（５１）側に埋め込み膜（６０）を形成し、エッチング媒体（８０）を供給する間に溝（５３）の開口部側に形成された埋め込み膜（６０）をエッチングするようにする切替手段（３０）とを備えていることを特徴とする。
【００１０】
これによると、埋め込み膜（６０）の成膜中にエッチング工程が追加されるため、埋め込み膜（６０）のうち溝（５３）の開口部側に形成された部分をエッチング除去することができる。したがって、埋め込み膜（６０）による溝（５３）の塞がりを抑制することができる。もちろん、溝（５３）が逆テーパの構造をなしていても、溝（５３）の塞がりを防止できる。以上により、溝（５３）内にボイドが発生しないようにすることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、エッチング媒体（８０）は、液体のエッチング原料、もしくは固体のエッチング材料を液体溶媒に溶解させた液体原料であることを特徴とする。
【００１２】
これによると、液状のエッチング媒体（８０）は、処理媒体（７０）を構成する超臨界流体に比べて粘性が高く、拡散性が低い。このため、液状のエッチング媒体（８０）は溝（５３）の底部まで入り込むことができず、その結果、溝（５３）の開口部側に成膜された埋め込み膜（６０）を選択的に除去することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、エッチング媒体（８０）がチャンバ（４０）に供給されている間に、印加された電圧に応じて基板（５０）の表面（５１）側を加熱する加熱手段（４７）を備えていることを特徴とする。
【００１４】
これにより、温度が高いとエッチング速度が速くなることを利用して、基板（５０）の表面（５１）側のエッチング速度を速くすることができる。このため、溝（５３）の底部側よりも開口部側の埋め込み膜（６０）のエッチング速度を速くすることができる。したがって、溝（５３）の開口部側の埋め込み膜（６０）を積極的にエッチングすることができ、溝（５３）の開口部が埋め込み膜（６０）によって閉じられないようにすることができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、加熱手段（４７）に対して第１の電圧とこの第１の電圧よりも低い第２の電圧とを交互に繰り返し印加するパルス駆動を行う駆動手段（４３）を備えていることを特徴とする。
【００１６】
これにより、基板（５０）の表面（５１）が高温、裏面（５２）が低温となるように、溝（５３）の深さ方向に対して温度勾配を創出することができる。したがって、基板（５０）の温度分布を安定させることができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明では、超臨界流体は、二酸化炭素であることを特徴とする。この二酸化炭素は、超臨界流体として用いられるものの中で常温・常圧に近いところに臨界点を持つ。したがって、二酸化炭素を超臨界流体として用いることにより、処理媒体供給手段（１０）を大がかりな構成とすることなく処理媒体（７０）を生成・供給することができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明では、処理媒体供給手段（１０）から前記チャンバ（４０）への処理媒体（７０）の供給と、エッチング媒体供給手段（２０）からチャンバ（４０）へのエッチング媒体（８０）の供給とを切替手段（３０）によって交互に切り替える工程を含んでおり、交互に切り替える工程では、処理媒体供給手段（１０）から処理媒体（７０）をチャンバ（４０）に供給することにより基板（５０）の表面（５１）側に埋め込み膜（６０）を形成する成膜工程と、エッチング媒体供給手段（２０）からエッチング媒体（８０）を供給することにより溝（５３）の開口部側に形成された埋め込み膜（６０）をエッチングするエッチング工程と、を繰り返し行うことにより、基板（５０）の表面（５１）側に成膜を行うことを特徴とする。
【００１９】
これにより、埋め込み膜（６０）のうち溝（５３）の開口部側に形成された部分をエッチング除去しつつ、埋め込み膜（６０）を成膜することができる。したがって、埋め込み膜（６０）を形成していく上で、埋め込み膜（６０）による溝（５３）の塞がりを抑制することができる。もちろん、溝（５３）が逆テーパの構造をなしていても、溝（５３）の塞がりを防止できる。以上により、溝（５３）内にボイドが発生しないように成膜することができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明では、エッチング媒体（８０）として、液体のエッチング原料、もしくは固体のエッチング材料を液体溶媒に溶解させた液体原料を用いることを特徴とする。
【００２１】
これにより、超臨界流体に比べて粘性が高く、拡散性が低い液状のエッチング媒体（８０）を溝（５３）の底部まで入り込ませずにエッチングすることができる。したがって、溝（５３）の開口部側に成膜された埋め込み膜（６０）を選択的に除去することができる。
【００２２】
請求項８に記載の発明では、エッチング工程では、加熱手段（４７）を用いて基板（５０）の表面（５１）側を加熱することを特徴とする。
【００２３】
これにより、基板（５０）の表面（５１）側の温度を裏面（５２）側よりも高くすることができる。このため、温度が高いとエッチング速度が速くなることを利用して、基板（５０）の表面（５１）側のエッチング速度を速くすることができ、溝（５３）の開口部側の埋め込み膜（６０）を積極的にエッチングすることができる。
【００２４】
請求項９に記載の発明では、エッチング工程では、加熱手段（４７）に第１の電圧とこの第１の電圧よりも低い第２の電圧とを交互に繰り返し印加するパルス駆動を行うことを特徴とする。
【００２５】
これにより、基板（５０）の表面（５１）が高温、裏面（５２）が低温となるように加熱することができ、ひいては基板（５０）の温度分布を安定させることができる。
【００２６】
請求項１０に記載の発明では、超臨界流体として、二酸化炭素を用いることを特徴とする。これにより、請求項５と同様の効果を得ることができる。
【００２７】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２９】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態で示される成膜装置は、超臨界流体に成膜原料を溶解させた処理媒体を基板等にさらして原料を基板上に析出させることで成膜を行うものである。特に、基板に設けられたトレンチなどの溝内に成膜を行う際に用いられる。
【００３０】
本実施形態では、溶媒として超臨界流体に変化する二酸化炭素（ＣＯ２）を用いる。二酸化炭素の臨界点については、温度が３１．１℃であり、圧力が７．３８ＭＰａである。これら温度および圧力の両方を満たすとき、二酸化炭素は超臨界流体の状態に変化する。なお、超臨界流体の状態に変化する物質として水（Ｈ２Ｏ）もある。水の臨界点は、温度が３７４℃であり、圧力が２２．１２ＭＰａである。
【００３１】
図１は、本実施形態に係る成膜装置の構成図である。この図に示されるように、成膜装置は、処理媒体供給部１０と、エッチング媒体供給部２０と、切替部３０と、チャンバ４０とを備えて構成されている。
【００３２】
処理媒体供給部１０は、成膜を行うための処理媒体を生成・供給するものである。処理媒体供給部１０は、二酸化炭素タンク１１と、冷却装置１２と、ポンプ１３と、ＴＥＯＳタンク１４と、ポンプ１５と、加熱装置１６とを備えている。
【００３３】
二酸化炭素タンク１１は、溶媒として用いられるＣＯ２が気体の状態で閉じこめられたタンクである。この二酸化炭素タンク１１は、バルブ１７ａを介して冷却装置１２に接続されており、気体のＣＯ２が冷却装置１２で例えば０℃に冷やされて液体に変化させられる。冷却装置１２にて液体に変化したＣＯ２は、ポンプ１３によって例えば１０ＭＰａに加圧され、バルブ１７ｂを介して加熱装置１６に供給される構成になっている。
【００３４】
また、ＴＥＯＳタンク１４は、成膜原料として液体のＴＥＯＳ（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）が液体の状態で閉じこめられたタンクである。ＴＥＯＳタンク１４内の液体のＴＥＯＳは、ポンプ１５およびバルブ１７ｃを介して加熱装置１６に供給される構成になっている。
【００３５】
加熱装置１６は、液体のＣＯ２とＴＥＯＳとを例えば３７℃を超える温度に加熱するものである。これにより、液体のＣＯ２が超臨界流体に変化させられ、超臨界流体としてのＣＯ２と液体のＴＥＯＳが混ざり合うことで処理媒体が生成される。この処理媒体は導入通路１８に導入され、該導入通路１８を介して切替部３０に供給される。
【００３６】
エッチング媒体供給部２０は、チャンバ４０内で形成された膜をエッチングするためのエッチング媒体を供給するものである。このエッチング媒体供給部２０は、フッ化水素タンク２１とポンプ２２とを備えている。フッ化水素タンク２１は、液体のエッチング原料として液状のフッ化水素（ＨＦ）が格納されたタンクである。このフッ化水素タンク２１から供給されたＨＦは、ポンプ２２で加圧されて切替部３０に供給される。
【００３７】
切替部３０は、処理媒体供給部１０から供給された処理媒体とエッチング媒体供給部２０から供給されたエッチング媒体とをチャンバ４０に交互に供給するものである。このような切替部３０は、処理媒体供給部１０とチャンバ４０とを繋ぐバルブ３１と、エッチング媒体供給部２０とチャンバ４０とを繋ぐバルブ３２とによって構成されている。切替部３０は、各バルブ３１、３２のいずれか一方が開通するように経路の切り替えを行うことにより、チャンバ４０に処理媒体またはエッチング媒体を供給する。切り替えのタイミングは、例えば、成膜による膜厚が一定値を超えたとき等である。
【００３８】
そして、切替部３０はバルブ４１を介してチャンバ４０に接続され、切替部３０から処理媒体およびエッチング媒体のいずれか一方がチャンバ４０に供給されるようになっている。
【００３９】
図２は、チャンバ４０の構成の一部を示した図である。チャンバ４０は、成膜を行うための処理室が設けられたものであり、処理室内には処理媒体またはエッチング媒体が導入される。
【００４０】
チャンバ４０は、ヒータ４２と駆動部４３とを備えている。ヒータ４２は印加された電圧に応じて加熱されるものである。また、駆動部４３はヒータ４２に電圧を印加してヒータ４２の加熱を制御するものである。
【００４１】
ヒータ４２には基板５０が設置されている。基板５０の表面５１側には基板５０の裏面５２側に延設された溝５３が設けられている。この溝５３は、素子分離用のトレンチや素子を構成するトレンチなどである。基板５０として、Ｓｉウェハやガラス基板などが採用される。
【００４２】
ヒータ４２は基板５０の裏面５２側に配置された状態となっている。すなわち、ヒータ４２に電圧を印加することにより基板５０を裏面５２側から加熱することとなる。そして、処理媒体に基板５０の表面５１側がさらされ、処理媒体に溶解された成膜原料が基板５０の表面５１や溝５３内に析出することにより成膜が行われる。
【００４３】
このため、駆動部４３は基板５０の裏面５２側を成膜最低温度以上に加熱するように、ヒータ４２の加熱を制御する。例えば、駆動部４３は基板５０が３００℃になるようにヒータ４２を加熱する。
【００４４】
そして、図１に示されるように、チャンバ４０で成膜に用いられた処理媒体は、バルブ４４を介して排出通路４５に排出される。排出通路４５に排出された処理媒体は、超臨界流体からＴＥＯＳが回収されて無害化されると共に気体に戻されたＣＯ２が大気に排出される構成になっている。また、エッチング媒体は回収される。
【００４５】
さらに、処理媒体やエッチング媒体がチャンバ４０に導入される前にバルブ４６を介して排出通路４５に処理媒体やエッチング媒体を移動できるようにもなっている。以上が、本実施形態に係る成膜装置の全体構成である。なお、処理媒体供給部１０のバルブ１７ａ〜１７ｃ、切替部３０の各バルブ３１、３２の切り替え、チャンバ４０周りの各バルブ４１、４４、４６の開閉は、図示しない制御装置によって制御される。
【００４６】
次に、上記成膜装置を用いた成膜方法について、図を参照して説明する。まず、ＣＯ２を冷却装置１２、ポンプ１３、および加熱装置１６で超臨界流体に変化させる。そして、超臨界流体にＴＥＯＳが溶解した処理媒体を作り、導入通路１８に導入する。一方、エッチング媒体供給部２０では、液状のエッチング媒体を供給できるようにしておく。
【００４７】
また、 チャンバ４０内では、溝５３が設けられた基板５０をヒータ４２の上に配置し、ヒータ４２によって基板５０を例えば３００℃に加熱する。そして、切替部３０のバルブ３１を開放することによって処理媒体供給部１０から処理媒体をチャンバ４０に供給することにより基板５０の表面５１側に埋め込み膜を形成する成膜工程と、切替部３０のバルブ３２を開放することによってエッチング媒体供給部２０からエッチング媒体をチャンバ４０に供給することにより溝５３の開口部側に形成された埋め込み膜をエッチングするエッチング工程と、を繰り返し行うことにより、基板５０の表面５１側に成膜を行う。
【００４８】
成膜工程では、基板５０に成膜が行われ、エッチング工程では基板５０に形成された膜がエッチングされる。その様子を図３に示す。図３（ａ）は成膜工程において基板５０に埋め込み膜６０を形成する様子を示した基板５０の一部断面図であり、図３（ｂ）はエッチング工程において埋め込み膜６０をエッチングする様子を示した基板５０の一部断面図である。
【００４９】
図３（ａ）に示されるように、成膜工程では、基板５０の表面５１側に処理媒体７０が流れていく。これにより、処理媒体に溶解された原料が基板５０の表面５１や溝５３内に析出することにより埋め込み膜６０が形成される。超臨界流体は液体より拡散性が高く、粘性が小さいため、溝５３のような狭所に容易に侵入することができる。したがって、溝５３内に埋め込み膜６０を成膜することが可能となる。このようにして、処理媒体７０をチャンバ４０に供給する間に基板５０の表面５１側に埋め込み膜６０を形成する。
【００５０】
一方、図３（ｂ）に示されるように、エッチング工程では、基板５０の表面５１側にエッチング媒体８０が流れていく。このエッチング媒体８０は、超臨界流体で構成された処理媒体７０よりも粘性が高く、狭所に入り込むことができない。このため、エッチング媒体８０は、埋め込み膜６０のうち基板５０の表面５１側に形成された部位をエッチングしながら流れていく。溝５３内には、粘性が小さい処理媒体７０が残されている。
【００５１】
これにより、基板５０の表面５１上や溝５３の開口部側に形成された埋め込み膜６０をエッチング媒体８０によって選択的にエッチングすることとなる。このエッチングにより、溝５３の開口部が埋め込み膜６０によって閉塞されることを抑制する。このようにして、エッチング媒体８０を供給する間に溝５３の開口部側に形成された埋め込み膜６０のエッチングを行う。
【００５２】
図４は、成膜工程とエッチング工程とを繰り返し行うことにより、溝５３に埋め込み膜６０を埋め込む様子を示した基板５０の一部断面図である。上記のように、成膜工程とエッチング工程とを繰り返し行うことで、図４に示されるように溝５３の壁面の埋め込み膜６０が少しずつ厚くなっていく。このとき、エッチング工程ごとに溝５３の開口部側の埋め込み膜６０がエッチングされるため、エッチング工程ごとに溝５３が開口し、溝５３が閉塞されることはない。もちろん、溝５３が逆テーパの構造をなしていても、溝５３が塞がることはない。このようにして、溝５３に埋め込み膜６０を埋め込む。
【００５３】
図４においては、埋め込み膜６０によって溝５３が閉じられる前に埋め込み膜６０をエッチングしているが、埋め込み膜６０によって溝５３が閉じられた後に埋め込み膜６０をエッチングして溝５３を開口するようにしても良い。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態では、成膜工程とエッチング工程とを交互に繰り返し行うことにより、溝５３内に埋め込み膜６０を形成することが特徴となっている。この場合、成膜装置に切替部３０を設け、この切替部３０の切り替えによってチャンバ４０に処理媒体７０とエッチング媒体８０とを交互に供給できる構成としている。
【００５５】
これにより、埋め込み膜６０の成膜中にエッチング工程を追加することができる。したがって、埋め込み膜６０の形成中に溝５３の開口部側に形成された埋め込み膜６０をエッチングにより除去することができる。このため、埋め込み膜６０によって溝５３が塞がれてしまうことを防止することができる。そして、成膜工程とエッチング工程とを繰り返すことで、溝５３内にボイドが発生しないように埋め込み膜６０を成膜することができる。
【００５６】
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、処理媒体供給部１０が特許請求の範囲の処理媒体供給手段に対応し、エッチング媒体供給部２０が特許請求の範囲のエッチング媒体供給手段に相当する。また、切替部３０が特許請求の範囲の切替手段に相当する。
【００５７】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、温度が高くなるほど、エッチング速度が速くなることを利用して、基板５０の表面５１側すなわち溝５３の開口部側のエッチング速度を速くすることが特徴となっている。
【００５８】
図５（ａ）は、基板５０の表面５１からの深さと温度との関係を示した図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の温度分布における基板５０の表面５１からの深さとエッチング速度との関係を示した図である。
【００５９】
図５（ａ）に示されるように、基板５０の表面５１の温度がもっとも高く、基板５０の裏面５２側に向かうほど温度が低くなれば、図５（ｂ）に示されるように、基板５０の表面５１でのエッチング速度がもっとも速くなり、基板５０の深さ方向に遅くなる。
【００６０】
このような関係を利用するため、本実施形態では基板５０の表面５１側をランプで加熱する。図６は、チャンバ４０内でのランプ４７による加熱の様子を示した図である。
【００６１】
図６に示されるように、ランプ４７は基板５０の表面５１側に配置されており、基板５０の表面５１側を例えば３５０℃に加熱する。このランプ４７の加熱制御は、駆動部４３により行われる。
【００６２】
ランプ４７による加熱は、埋め込み膜６０のエッチングを行うエッチング工程で行う。すなわち、基板５０には図５（ａ）に示されるような温度分布を作り、基板５０の表面５１つまり溝５３の開口部付近での温度を裏面５２側よりも高くする。
【００６３】
これにより、溝５３の開口部付近でのエッチング速度が溝５３の底部よりも速くなるため、溝５３の開口部付近に成膜された埋め込み膜６０を積極的に除去できる。この場合、エッチング媒体８０は液体ではなく、例えば気体や超臨界流体であっても良い。
【００６４】
以上のように、エッチング工程において、ランプ４７によって基板５０の表面５１側を加熱することにより、基板５０の表面５１側に形成された埋め込み膜６０を積極的にエッチングして溝５３が埋め込み膜６０で閉塞されないようにすることができる。
【００６５】
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、ランプ４７が特許請求の範囲の加熱手段に対応する。
【００６６】
（第３実施形態）
本実施形態では、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、ランプ４７をパルス駆動することが特徴となっている。
【００６７】
図７（ａ）は、ランプ４７に印加する電圧の時間変化を示した図であり、図７（ｂ）は、基板５０の表面５１側および裏面５２側の温度変化を示した図である。
【００６８】
図７（ａ）に示されるように、駆動部４３は、エッチング工程において、ランプ４７に対して第１の電圧とこの第１の電圧よりも低い第２の電圧とを交互に繰り返し印加するパルス駆動を行う。該パルス駆動としては、第１の電圧として例えば１００Ｖを印加し、第２の電圧として０Ｖを印加する。つまり、駆動部４３は、ランプ４７のＯＮ／ＯＦＦを繰り返し行う。
【００６９】
このようなパルス駆動が行われることで、図７（ｂ）に示されるように、基板５０の表面温度ならびに基板５０の裏面温度をそれぞれの平均温度付近で保つことができる。これにより、溝５３の深さ方向に対して温度勾配を創出することができる。したがって、基板５０の温度分布を安定させることができる。
【００７０】
以上のように、エッチング工程において、ランプ４７をパルス駆動して、基板５０の表面５１側の温度を裏面５２側よりも高くすると共に温度を安定させた状態でエッチングを行うことができる。
【００７１】
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、駆動部４３が特許請求の範囲の駆動手段に対応する。
【００７２】
（他の実施形態）
上記各実施形態では、埋め込み膜６０としてＳｉＯ２の成膜を行っているが、ＳｉＯ２の成膜は一例であって、他の膜を形成しても良い。例えば、金属や酸化物を成膜することもできる。また、金属や酸化物を成膜する際に還元材料が必要な場合には、適宜、還元材料を用いるようにすれば良い。
【００７３】
上記各実施形態では、エッチング媒体８０として、液体のエッチング原料であるフッ化水素を用いたが、固体のエッチング材料を用いても良い。この場合、固体のエッチング材料を液体溶媒に溶解させて液体原料として用いる。これにより、超臨界流体よりも粘性が大きいエッチング媒体８０でエッチングすることができる。
【００７４】
例えば、Ｃｕの成膜媒体（超臨界流体のＣＯ２、Ｃｕ（ｈｆａｃ）２、Ｈ２）とＣｕのエッチング媒体（希硝酸）との組み合わせや、Ｃｕの成膜媒体（超臨界流体のＣＯ２、Ｃｕ（ｄｉｂｍ）２、Ｈ２）とＣｕのエッチング媒体（希硝酸）との組み合わせが可能である。なお、Ｃｕ（ｈｆａｃ）２およびＣｕ（ｄｉｂｍ）２は共に固体原料であり、Ｃｕ（ｈｆａｃ）２＝Ｃｕ（Ｃ５ＨＦ６Ｏ２)２（ヘキサフルオロアセチルアセトナート銅）、Ｃｕ（ｄｉｂｍ）２＝Ｃｕ（Ｃ７Ｈ１５Ｏ２）２（ジイソブチリルメタナート銅）である。
【００７５】
このような成膜原料およびエッチング媒体の組み合わせで成膜を行う場合の成膜装置の構成を図８に示す。この図に示されるように、処理媒体供給部１０には水素タンク１９および混合器９０が設けられ、エッチング媒体供給部２０には希硝酸タンク２３が設けられている。これによると、加熱装置１６には液体のＣＯ２と水素タンク１９からの液体水素とが供給されて混合され、ＣＯ２が超臨界流体に変化させられる。
【００７６】
そして、超臨界流体となったＣＯ２が加熱装置１６と切替部３０との間に設けられた混合器９０に導入される。これにより、混合器９０に格納されたＣｕ（ｈｆａｃ）２やＣｕ（ｄｉｂｍ）２の固体原料９１が超臨界流体に溶解することで処理媒体が得られる。この処理媒体は切替部３０に供給される。
【００７７】
一方、切替部３０には、希硝酸タンク２３からポンプ２２を介してエッチング媒体である希硝酸が供給される。また、チャンバ４０、バルブ４１、４４、４６、排出通路４５等の構成は図１に示される成膜装置と同様である。
【００７８】
このような成膜装置を用いることにより、切替部３０によって各バルブ３１、３２のいずれか一方が開通するように経路の切り替えを行う。具体的には、切替部３０のバルブ３１を開放することによって混合器９０から処理媒体７０をチャンバ４０に供給し、切替部３０のバルブ３２を開放することによってエッチング媒体供給部２０からエッチング媒体８０をチャンバ４０に供給する。
【００７９】
以上のように、ＴＥＯＳ以外の成膜原料を用いる場合にも、切替部３０を用いることによって処理媒体７０とエッチング媒体８０とを交互にチャンバ４０に供給することが可能である。
【００８０】
第２、第３実施形態では、エッチング工程において基板５０の表面５１側を加熱するものとしてランプ４７を用いたが、加熱手段はランプ４７に限らず他のものでも良い。例えば、ヒータを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る成膜装置の構成図である。
【図２】チャンバの構成の一部を示した図である。
【図３】（ａ）は成膜工程における基板の一部断面図であり、（ｂ）はエッチング工程における基板の一部断面図である。
【図４】溝に埋め込み膜を埋め込む様子を示した基板の一部断面図である。
【図５】（ａ）は基板の表面からの深さと温度との関係を示した図であり、（ｂ）は（ａ）の温度分布におけるエッチング速度を示した図である。
【図６】第２実施形態において、チャンバ内でランプによる加熱を行う様子を示した図である。
【図７】（ａ）はランプに印加する電圧の時間変化を示した図であり、（ｂ）は基板の表面側および裏面側の温度変化を示した図である。
【図８】他の実施形態に係る成膜装置の構成図である。
【符号の説明】
【００８２】
１０ 処理媒体供給部
２０ エッチング媒体供給部
３０ 切替部
４０ チャンバ
４３ 駆動部
４７ ランプ
５０ 基板
５１ 基板の表面
５２ 基板の裏面
５３ 溝
６０ 埋め込み膜
７０ 処理媒体
８０ エッチング媒体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超臨界流体に原料を溶解させた処理媒体を用いて、基板に成膜を行う成膜装置およびそれを用いた成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体装置を製造する際に、半導体基板に形成されたトレンチに埋め込み材を埋め込む方法としてＣＶＤ法が知られている。しかし、ＣＶＤ法では成膜反応にガスを用いるためにガス中での成膜原料の密度が小さく、トレンチ入口で原料の大部分が分解されて成膜されてしまう。このため、トレンチ内部に原料がほとんど供給されずにトレンチの開口部が埋め込み材によって閉じられてしまい、トレンチ内にボイドが残される。このように、従来のＣＶＤ法では、トレンチ内部にボイドが生じることなくトレンチを埋め込むことは困難であった。
【０００３】
そこで、超臨界流体を成膜原料の溶媒として用いる成膜方法が注目されている。超臨界流体は液体と気体との中間の性質を示し、液体より拡散性が高く、粘性が小さいためトレンチのような狭所に侵入することができる媒体である。また、超臨界流体は、気体よりも密度が高く溶解性があるため、溶媒として利用することができる。このため、このような超臨界流体の性質を利用することにより、トレンチ内部にボイドが生じることなく埋め込み材を埋め込むことが可能である。
【０００４】
しかし、成膜原料の溶媒として超臨界流体を用いたとしても、トレンチが高アスペクト比になるに従って、成膜原料がトレンチ入口付近での成膜に使われてしまう。これにより、成膜原料をトレンチ底部に供給できなくなり、埋め込み時に上記のようにトレンチ内にボイドが発生してしまう。
【０００５】
そこで、特許文献１では、基板の温度を成膜が生じる温度の下限である成膜下限温度未満である第１の温度とし、基板上に成膜原料を溶解させた超臨界流体を導入した後、基板の温度を第１の温度から成膜下限温度以上の第２の温度に上昇させて基板に成膜を行う成膜方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００６−１２０７１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術では、基板全体を同一の第２の温度に固定して成膜を行うため、トレンチ全体に同一厚さの膜が形成される。このため、例えば、トレンチが逆テーパになっている場合、基板に同一厚さの膜が形成されることで先にトレンチの開口部が塞がってしまい、トレンチの内部にボイドが残されてしまう。
【０００７】
このように、成膜原料を溶解させた超臨界流体を用いた成膜方法を採用しても、内部の空間に対して入口が小さいパターンに埋め込みを行うことができない。すなわち、基板に設けられたトレンチの一部が逆テーパになっていれば、その部分にボイドが取り残されることになり、基板全体に良好な成膜を行うことはできない。
【０００８】
本発明は、上記点に鑑み、超臨界流体に原料を溶解させた処理媒体を用いてトレンチ内部を埋め込むに際し、トレンチ内部にボイドが残されないように成膜を行うことができる成膜装置およびそれを用いた成膜方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、処理媒体（７０）を供給する処理媒体供給手段（１０）と、エッチング媒体（８０）を供給するエッチング媒体供給手段（２０）と、処理媒体供給手段（１０）から供給された処理媒体（７０）とエッチング媒体供給手段（２０）から供給されたエッチング媒体（８０）とをチャンバ（４０）に交互に供給することにより、処理媒体（７０）をチャンバ（４０）に供給する間に基板（５０）の表面（５１）側に埋め込み膜（６０）を形成し、エッチング媒体（８０）を供給する間に溝（５３）の開口部側に形成された埋め込み膜（６０）をエッチングするようにする切替手段（３０）とを備えていることを特徴とする。
【００１０】
これによると、埋め込み膜（６０）の成膜中にエッチング工程が追加されるため、埋め込み膜（６０）のうち溝（５３）の開口部側に形成された部分をエッチング除去することができる。したがって、埋め込み膜（６０）による溝（５３）の塞がりを抑制することができる。もちろん、溝（５３）が逆テーパの構造をなしていても、溝（５３）の塞がりを防止できる。以上により、溝（５３）内にボイドが発生しないようにすることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、エッチング媒体（８０）は、液体のエッチング原料、もしくは固体のエッチング材料を液体溶媒に溶解させた液体原料であることを特徴とする。
【００１２】
これによると、液状のエッチング媒体（８０）は、処理媒体（７０）を構成する超臨界流体に比べて粘性が高く、拡散性が低い。このため、液状のエッチング媒体（８０）は溝（５３）の底部まで入り込むことができず、その結果、溝（５３）の開口部側に成膜された埋め込み膜（６０）を選択的に除去することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、エッチング媒体（８０）がチャンバ（４０）に供給されている間に、印加された電圧に応じて基板（５０）の表面（５１）側を加熱する加熱手段（４７）を備えていることを特徴とする。
【００１４】
これにより、温度が高いとエッチング速度が速くなることを利用して、基板（５０）の表面（５１）側のエッチング速度を速くすることができる。このため、溝（５３）の底部側よりも開口部側の埋め込み膜（６０）のエッチング速度を速くすることができる。したがって、溝（５３）の開口部側の埋め込み膜（６０）を積極的にエッチングすることができ、溝（５３）の開口部が埋め込み膜（６０）によって閉じられないようにすることができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、加熱手段（４７）に対して第１の電圧とこの第１の電圧よりも低い第２の電圧とを交互に繰り返し印加するパルス駆動を行う駆動手段（４３）を備えていることを特徴とする。
【００１６】
これにより、基板（５０）の表面（５１）が高温、裏面（５２）が低温となるように、溝（５３）の深さ方向に対して温度勾配を創出することができる。したがって、基板（５０）の温度分布を安定させることができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明では、超臨界流体は、二酸化炭素であることを特徴とする。この二酸化炭素は、超臨界流体として用いられるものの中で常温・常圧に近いところに臨界点を持つ。したがって、二酸化炭素を超臨界流体として用いることにより、処理媒体供給手段（１０）を大がかりな構成とすることなく処理媒体（７０）を生成・供給することができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明では、処理媒体供給手段（１０）から前記チャンバ（４０）への処理媒体（７０）の供給と、エッチング媒体供給手段（２０）からチャンバ（４０）へのエッチング媒体（８０）の供給とを切替手段（３０）によって交互に切り替える工程を含んでおり、交互に切り替える工程では、処理媒体供給手段（１０）から処理媒体（７０）をチャンバ（４０）に供給することにより基板（５０）の表面（５１）側に埋め込み膜（６０）を形成する成膜工程と、エッチング媒体供給手段（２０）からエッチング媒体（８０）を供給することにより溝（５３）の開口部側に形成された埋め込み膜（６０）をエッチングするエッチング工程と、を繰り返し行うことにより、基板（５０）の表面（５１）側に成膜を行うことを特徴とする。
【００１９】
これにより、埋め込み膜（６０）のうち溝（５３）の開口部側に形成された部分をエッチング除去しつつ、埋め込み膜（６０）を成膜することができる。したがって、埋め込み膜（６０）を形成していく上で、埋め込み膜（６０）による溝（５３）の塞がりを抑制することができる。もちろん、溝（５３）が逆テーパの構造をなしていても、溝（５３）の塞がりを防止できる。以上により、溝（５３）内にボイドが発生しないように成膜することができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明では、エッチング媒体（８０）として、液体のエッチング原料、もしくは固体のエッチング材料を液体溶媒に溶解させた液体原料を用いることを特徴とする。
【００２１】
これにより、超臨界流体に比べて粘性が高く、拡散性が低い液状のエッチング媒体（８０）を溝（５３）の底部まで入り込ませずにエッチングすることができる。したがって、溝（５３）の開口部側に成膜された埋め込み膜（６０）を選択的に除去することができる。
【００２２】
請求項８に記載の発明では、エッチング工程では、加熱手段（４７）を用いて基板（５０）の表面（５１）側を加熱することを特徴とする。
【００２３】
これにより、基板（５０）の表面（５１）側の温度を裏面（５２）側よりも高くすることができる。このため、温度が高いとエッチング速度が速くなることを利用して、基板（５０）の表面（５１）側のエッチング速度を速くすることができ、溝（５３）の開口部側の埋め込み膜（６０）を積極的にエッチングすることができる。
【００２４】
請求項９に記載の発明では、エッチング工程では、加熱手段（４７）に第１の電圧とこの第１の電圧よりも低い第２の電圧とを交互に繰り返し印加するパルス駆動を行うことを特徴とする。
【００２５】
これにより、基板（５０）の表面（５１）が高温、裏面（５２）が低温となるように加熱することができ、ひいては基板（５０）の温度分布を安定させることができる。
【００２６】
請求項１０に記載の発明では、超臨界流体として、二酸化炭素を用いることを特徴とする。これにより、請求項５と同様の効果を得ることができる。
【００２７】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２９】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態で示される成膜装置は、超臨界流体に成膜原料を溶解させた処理媒体を基板等にさらして原料を基板上に析出させることで成膜を行うものである。特に、基板に設けられたトレンチなどの溝内に成膜を行う際に用いられる。
【００３０】
本実施形態では、溶媒として超臨界流体に変化する二酸化炭素（ＣＯ２）を用いる。二酸化炭素の臨界点については、温度が３１．１℃であり、圧力が７．３８ＭＰａである。これら温度および圧力の両方を満たすとき、二酸化炭素は超臨界流体の状態に変化する。なお、超臨界流体の状態に変化する物質として水（Ｈ２Ｏ）もある。水の臨界点は、温度が３７４℃であり、圧力が２２．１２ＭＰａである。
【００３１】
図１は、本実施形態に係る成膜装置の構成図である。この図に示されるように、成膜装置は、処理媒体供給部１０と、エッチング媒体供給部２０と、切替部３０と、チャンバ４０とを備えて構成されている。
【００３２】
処理媒体供給部１０は、成膜を行うための処理媒体を生成・供給するものである。処理媒体供給部１０は、二酸化炭素タンク１１と、冷却装置１２と、ポンプ１３と、ＴＥＯＳタンク１４と、ポンプ１５と、加熱装置１６とを備えている。
【００３３】
二酸化炭素タンク１１は、溶媒として用いられるＣＯ２が気体の状態で閉じこめられたタンクである。この二酸化炭素タンク１１は、バルブ１７ａを介して冷却装置１２に接続されており、気体のＣＯ２が冷却装置１２で例えば０℃に冷やされて液体に変化させられる。冷却装置１２にて液体に変化したＣＯ２は、ポンプ１３によって例えば１０ＭＰａに加圧され、バルブ１７ｂを介して加熱装置１６に供給される構成になっている。
【００３４】
また、ＴＥＯＳタンク１４は、成膜原料として液体のＴＥＯＳ（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）が液体の状態で閉じこめられたタンクである。ＴＥＯＳタンク１４内の液体のＴＥＯＳは、ポンプ１５およびバルブ１７ｃを介して加熱装置１６に供給される構成になっている。
【００３５】
加熱装置１６は、液体のＣＯ２とＴＥＯＳとを例えば３７℃を超える温度に加熱するものである。これにより、液体のＣＯ２が超臨界流体に変化させられ、超臨界流体としてのＣＯ２と液体のＴＥＯＳが混ざり合うことで処理媒体が生成される。この処理媒体は導入通路１８に導入され、該導入通路１８を介して切替部３０に供給される。
【００３６】
エッチング媒体供給部２０は、チャンバ４０内で形成された膜をエッチングするためのエッチング媒体を供給するものである。このエッチング媒体供給部２０は、フッ化水素タンク２１とポンプ２２とを備えている。フッ化水素タンク２１は、液体のエッチング原料として液状のフッ化水素（ＨＦ）が格納されたタンクである。このフッ化水素タンク２１から供給されたＨＦは、ポンプ２２で加圧されて切替部３０に供給される。
【００３７】
切替部３０は、処理媒体供給部１０から供給された処理媒体とエッチング媒体供給部２０から供給されたエッチング媒体とをチャンバ４０に交互に供給するものである。このような切替部３０は、処理媒体供給部１０とチャンバ４０とを繋ぐバルブ３１と、エッチング媒体供給部２０とチャンバ４０とを繋ぐバルブ３２とによって構成されている。切替部３０は、各バルブ３１、３２のいずれか一方が開通するように経路の切り替えを行うことにより、チャンバ４０に処理媒体またはエッチング媒体を供給する。切り替えのタイミングは、例えば、成膜による膜厚が一定値を超えたとき等である。
【００３８】
そして、切替部３０はバルブ４１を介してチャンバ４０に接続され、切替部３０から処理媒体およびエッチング媒体のいずれか一方がチャンバ４０に供給されるようになっている。
【００３９】
図２は、チャンバ４０の構成の一部を示した図である。チャンバ４０は、成膜を行うための処理室が設けられたものであり、処理室内には処理媒体またはエッチング媒体が導入される。
【００４０】
チャンバ４０は、ヒータ４２と駆動部４３とを備えている。ヒータ４２は印加された電圧に応じて加熱されるものである。また、駆動部４３はヒータ４２に電圧を印加してヒータ４２の加熱を制御するものである。
【００４１】
ヒータ４２には基板５０が設置されている。基板５０の表面５１側には基板５０の裏面５２側に延設された溝５３が設けられている。この溝５３は、素子分離用のトレンチや素子を構成するトレンチなどである。基板５０として、Ｓｉウェハやガラス基板などが採用される。
【００４２】
ヒータ４２は基板５０の裏面５２側に配置された状態となっている。すなわち、ヒータ４２に電圧を印加することにより基板５０を裏面５２側から加熱することとなる。そして、処理媒体に基板５０の表面５１側がさらされ、処理媒体に溶解された成膜原料が基板５０の表面５１や溝５３内に析出することにより成膜が行われる。
【００４３】
このため、駆動部４３は基板５０の裏面５２側を成膜最低温度以上に加熱するように、ヒータ４２の加熱を制御する。例えば、駆動部４３は基板５０が３００℃になるようにヒータ４２を加熱する。
【００４４】
そして、図１に示されるように、チャンバ４０で成膜に用いられた処理媒体は、バルブ４４を介して排出通路４５に排出される。排出通路４５に排出された処理媒体は、超臨界流体からＴＥＯＳが回収されて無害化されると共に気体に戻されたＣＯ２が大気に排出される構成になっている。また、エッチング媒体は回収される。
【００４５】
さらに、処理媒体やエッチング媒体がチャンバ４０に導入される前にバルブ４６を介して排出通路４５に処理媒体やエッチング媒体を移動できるようにもなっている。以上が、本実施形態に係る成膜装置の全体構成である。なお、処理媒体供給部１０のバルブ１７ａ〜１７ｃ、切替部３０の各バルブ３１、３２の切り替え、チャンバ４０周りの各バルブ４１、４４、４６の開閉は、図示しない制御装置によって制御される。
【００４６】
次に、上記成膜装置を用いた成膜方法について、図を参照して説明する。まず、ＣＯ２を冷却装置１２、ポンプ１３、および加熱装置１６で超臨界流体に変化させる。そして、超臨界流体にＴＥＯＳが溶解した処理媒体を作り、導入通路１８に導入する。一方、エッチング媒体供給部２０では、液状のエッチング媒体を供給できるようにしておく。
【００４７】
また、 チャンバ４０内では、溝５３が設けられた基板５０をヒータ４２の上に配置し、ヒータ４２によって基板５０を例えば３００℃に加熱する。そして、切替部３０のバルブ３１を開放することによって処理媒体供給部１０から処理媒体をチャンバ４０に供給することにより基板５０の表面５１側に埋め込み膜を形成する成膜工程と、切替部３０のバルブ３２を開放することによってエッチング媒体供給部２０からエッチング媒体をチャンバ４０に供給することにより溝５３の開口部側に形成された埋め込み膜をエッチングするエッチング工程と、を繰り返し行うことにより、基板５０の表面５１側に成膜を行う。
【００４８】
成膜工程では、基板５０に成膜が行われ、エッチング工程では基板５０に形成された膜がエッチングされる。その様子を図３に示す。図３（ａ）は成膜工程において基板５０に埋め込み膜６０を形成する様子を示した基板５０の一部断面図であり、図３（ｂ）はエッチング工程において埋め込み膜６０をエッチングする様子を示した基板５０の一部断面図である。
【００４９】
図３（ａ）に示されるように、成膜工程では、基板５０の表面５１側に処理媒体７０が流れていく。これにより、処理媒体に溶解された原料が基板５０の表面５１や溝５３内に析出することにより埋め込み膜６０が形成される。超臨界流体は液体より拡散性が高く、粘性が小さいため、溝５３のような狭所に容易に侵入することができる。したがって、溝５３内に埋め込み膜６０を成膜することが可能となる。このようにして、処理媒体７０をチャンバ４０に供給する間に基板５０の表面５１側に埋め込み膜６０を形成する。
【００５０】
一方、図３（ｂ）に示されるように、エッチング工程では、基板５０の表面５１側にエッチング媒体８０が流れていく。このエッチング媒体８０は、超臨界流体で構成された処理媒体７０よりも粘性が高く、狭所に入り込むことができない。このため、エッチング媒体８０は、埋め込み膜６０のうち基板５０の表面５１側に形成された部位をエッチングしながら流れていく。溝５３内には、粘性が小さい処理媒体７０が残されている。
【００５１】
これにより、基板５０の表面５１上や溝５３の開口部側に形成された埋め込み膜６０をエッチング媒体８０によって選択的にエッチングすることとなる。このエッチングにより、溝５３の開口部が埋め込み膜６０によって閉塞されることを抑制する。このようにして、エッチング媒体８０を供給する間に溝５３の開口部側に形成された埋め込み膜６０のエッチングを行う。
【００５２】
図４は、成膜工程とエッチング工程とを繰り返し行うことにより、溝５３に埋め込み膜６０を埋め込む様子を示した基板５０の一部断面図である。上記のように、成膜工程とエッチング工程とを繰り返し行うことで、図４に示されるように溝５３の壁面の埋め込み膜６０が少しずつ厚くなっていく。このとき、エッチング工程ごとに溝５３の開口部側の埋め込み膜６０がエッチングされるため、エッチング工程ごとに溝５３が開口し、溝５３が閉塞されることはない。もちろん、溝５３が逆テーパの構造をなしていても、溝５３が塞がることはない。このようにして、溝５３に埋め込み膜６０を埋め込む。
【００５３】
図４においては、埋め込み膜６０によって溝５３が閉じられる前に埋め込み膜６０をエッチングしているが、埋め込み膜６０によって溝５３が閉じられた後に埋め込み膜６０をエッチングして溝５３を開口するようにしても良い。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態では、成膜工程とエッチング工程とを交互に繰り返し行うことにより、溝５３内に埋め込み膜６０を形成することが特徴となっている。この場合、成膜装置に切替部３０を設け、この切替部３０の切り替えによってチャンバ４０に処理媒体７０とエッチング媒体８０とを交互に供給できる構成としている。
【００５５】
これにより、埋め込み膜６０の成膜中にエッチング工程を追加することができる。したがって、埋め込み膜６０の形成中に溝５３の開口部側に形成された埋め込み膜６０をエッチングにより除去することができる。このため、埋め込み膜６０によって溝５３が塞がれてしまうことを防止することができる。そして、成膜工程とエッチング工程とを繰り返すことで、溝５３内にボイドが発生しないように埋め込み膜６０を成膜することができる。
【００５６】
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、処理媒体供給部１０が特許請求の範囲の処理媒体供給手段に対応し、エッチング媒体供給部２０が特許請求の範囲のエッチング媒体供給手段に相当する。また、切替部３０が特許請求の範囲の切替手段に相当する。
【００５７】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、温度が高くなるほど、エッチング速度が速くなることを利用して、基板５０の表面５１側すなわち溝５３の開口部側のエッチング速度を速くすることが特徴となっている。
【００５８】
図５（ａ）は、基板５０の表面５１からの深さと温度との関係を示した図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の温度分布における基板５０の表面５１からの深さとエッチング速度との関係を示した図である。
【００５９】
図５（ａ）に示されるように、基板５０の表面５１の温度がもっとも高く、基板５０の裏面５２側に向かうほど温度が低くなれば、図５（ｂ）に示されるように、基板５０の表面５１でのエッチング速度がもっとも速くなり、基板５０の深さ方向に遅くなる。
【００６０】
このような関係を利用するため、本実施形態では基板５０の表面５１側をランプで加熱する。図６は、チャンバ４０内でのランプ４７による加熱の様子を示した図である。
【００６１】
図６に示されるように、ランプ４７は基板５０の表面５１側に配置されており、基板５０の表面５１側を例えば３５０℃に加熱する。このランプ４７の加熱制御は、駆動部４３により行われる。
【００６２】
ランプ４７による加熱は、埋め込み膜６０のエッチングを行うエッチング工程で行う。すなわち、基板５０には図５（ａ）に示されるような温度分布を作り、基板５０の表面５１つまり溝５３の開口部付近での温度を裏面５２側よりも高くする。
【００６３】
これにより、溝５３の開口部付近でのエッチング速度が溝５３の底部よりも速くなるため、溝５３の開口部付近に成膜された埋め込み膜６０を積極的に除去できる。この場合、エッチング媒体８０は液体ではなく、例えば気体や超臨界流体であっても良い。
【００６４】
以上のように、エッチング工程において、ランプ４７によって基板５０の表面５１側を加熱することにより、基板５０の表面５１側に形成された埋め込み膜６０を積極的にエッチングして溝５３が埋め込み膜６０で閉塞されないようにすることができる。
【００６５】
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、ランプ４７が特許請求の範囲の加熱手段に対応する。
【００６６】
（第３実施形態）
本実施形態では、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、ランプ４７をパルス駆動することが特徴となっている。
【００６７】
図７（ａ）は、ランプ４７に印加する電圧の時間変化を示した図であり、図７（ｂ）は、基板５０の表面５１側および裏面５２側の温度変化を示した図である。
【００６８】
図７（ａ）に示されるように、駆動部４３は、エッチング工程において、ランプ４７に対して第１の電圧とこの第１の電圧よりも低い第２の電圧とを交互に繰り返し印加するパルス駆動を行う。該パルス駆動としては、第１の電圧として例えば１００Ｖを印加し、第２の電圧として０Ｖを印加する。つまり、駆動部４３は、ランプ４７のＯＮ／ＯＦＦを繰り返し行う。
【００６９】
このようなパルス駆動が行われることで、図７（ｂ）に示されるように、基板５０の表面温度ならびに基板５０の裏面温度をそれぞれの平均温度付近で保つことができる。これにより、溝５３の深さ方向に対して温度勾配を創出することができる。したがって、基板５０の温度分布を安定させることができる。
【００７０】
以上のように、エッチング工程において、ランプ４７をパルス駆動して、基板５０の表面５１側の温度を裏面５２側よりも高くすると共に温度を安定させた状態でエッチングを行うことができる。
【００７１】
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、駆動部４３が特許請求の範囲の駆動手段に対応する。
【００７２】
（他の実施形態）
上記各実施形態では、埋め込み膜６０としてＳｉＯ２の成膜を行っているが、ＳｉＯ２の成膜は一例であって、他の膜を形成しても良い。例えば、金属や酸化物を成膜することもできる。また、金属や酸化物を成膜する際に還元材料が必要な場合には、適宜、還元材料を用いるようにすれば良い。
【００７３】
上記各実施形態では、エッチング媒体８０として、液体のエッチング原料であるフッ化水素を用いたが、固体のエッチング材料を用いても良い。この場合、固体のエッチング材料を液体溶媒に溶解させて液体原料として用いる。これにより、超臨界流体よりも粘性が大きいエッチング媒体８０でエッチングすることができる。
【００７４】
例えば、Ｃｕの成膜媒体（超臨界流体のＣＯ２、Ｃｕ（ｈｆａｃ）２、Ｈ２）とＣｕのエッチング媒体（希硝酸）との組み合わせや、Ｃｕの成膜媒体（超臨界流体のＣＯ２、Ｃｕ（ｄｉｂｍ）２、Ｈ２）とＣｕのエッチング媒体（希硝酸）との組み合わせが可能である。なお、Ｃｕ（ｈｆａｃ）２およびＣｕ（ｄｉｂｍ）２は共に固体原料であり、Ｃｕ（ｈｆａｃ）２＝Ｃｕ（Ｃ５ＨＦ６Ｏ２)２（ヘキサフルオロアセチルアセトナート銅）、Ｃｕ（ｄｉｂｍ）２＝Ｃｕ（Ｃ７Ｈ１５Ｏ２）２（ジイソブチリルメタナート銅）である。
【００７５】
このような成膜原料およびエッチング媒体の組み合わせで成膜を行う場合の成膜装置の構成を図８に示す。この図に示されるように、処理媒体供給部１０には水素タンク１９および混合器９０が設けられ、エッチング媒体供給部２０には希硝酸タンク２３が設けられている。これによると、加熱装置１６には液体のＣＯ２と水素タンク１９からの液体水素とが供給されて混合され、ＣＯ２が超臨界流体に変化させられる。
【００７６】
そして、超臨界流体となったＣＯ２が加熱装置１６と切替部３０との間に設けられた混合器９０に導入される。これにより、混合器９０に格納されたＣｕ（ｈｆａｃ）２やＣｕ（ｄｉｂｍ）２の固体原料９１が超臨界流体に溶解することで処理媒体が得られる。この処理媒体は切替部３０に供給される。
【００７７】
一方、切替部３０には、希硝酸タンク２３からポンプ２２を介してエッチング媒体である希硝酸が供給される。また、チャンバ４０、バルブ４１、４４、４６、排出通路４５等の構成は図１に示される成膜装置と同様である。
【００７８】
このような成膜装置を用いることにより、切替部３０によって各バルブ３１、３２のいずれか一方が開通するように経路の切り替えを行う。具体的には、切替部３０のバルブ３１を開放することによって混合器９０から処理媒体７０をチャンバ４０に供給し、切替部３０のバルブ３２を開放することによってエッチング媒体供給部２０からエッチング媒体８０をチャンバ４０に供給する。
【００７９】
以上のように、ＴＥＯＳ以外の成膜原料を用いる場合にも、切替部３０を用いることによって処理媒体７０とエッチング媒体８０とを交互にチャンバ４０に供給することが可能である。
【００８０】
第２、第３実施形態では、エッチング工程において基板５０の表面５１側を加熱するものとしてランプ４７を用いたが、加熱手段はランプ４７に限らず他のものでも良い。例えば、ヒータを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る成膜装置の構成図である。
【図２】チャンバの構成の一部を示した図である。
【図３】（ａ）は成膜工程における基板の一部断面図であり、（ｂ）はエッチング工程における基板の一部断面図である。
【図４】溝に埋め込み膜を埋め込む様子を示した基板の一部断面図である。
【図５】（ａ）は基板の表面からの深さと温度との関係を示した図であり、（ｂ）は（ａ）の温度分布におけるエッチング速度を示した図である。
【図６】第２実施形態において、チャンバ内でランプによる加熱を行う様子を示した図である。
【図７】（ａ）はランプに印加する電圧の時間変化を示した図であり、（ｂ）は基板の表面側および裏面側の温度変化を示した図である。
【図８】他の実施形態に係る成膜装置の構成図である。
【符号の説明】
【００８２】
１０ 処理媒体供給部
２０ エッチング媒体供給部
３０ 切替部
４０ チャンバ
４３ 駆動部
４７ ランプ
５０ 基板
５１ 基板の表面
５２ 基板の裏面
５３ 溝
６０ 埋め込み膜
７０ 処理媒体
８０ エッチング媒体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面（５１）および裏面（５２）を有する基板（５０）において前記基板（５０）の表面（５１）側に溝（５３）が形成されたものに成膜を行うに際し、チャンバ（４０）内で超臨界流体に成膜原料が溶解された処理媒体（７０）に前記基板（５０）の表面（５１）側をさらし、前記基板（５０）を加熱することで前記基板（５０）の表面（５１）側の溝（５３）内に成膜を行う成膜装置であって、
前記処理媒体（７０）を供給する処理媒体供給手段（１０）と、
エッチング媒体（８０）を供給するエッチング媒体供給手段（２０）と、
前記処理媒体供給手段（１０）から供給された前記処理媒体（７０）と前記エッチング媒体供給手段（２０）から供給された前記エッチング媒体（８０）とを前記チャンバ（４０）に交互に供給することにより、前記処理媒体（７０）を前記チャンバ（４０）に供給する間に前記基板（５０）の表面（５１）側に埋め込み膜（６０）を形成し、前記エッチング媒体（８０）を供給する間に前記溝（５３）の開口部側に形成された前記埋め込み膜（６０）をエッチングするようにする切替手段（３０）とを備えていることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記エッチング媒体（８０）は、液体のエッチング原料、もしくは固体のエッチング材料を液体溶媒に溶解させた液体原料であることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記エッチング媒体（８０）が前記チャンバ（４０）に供給されている間に、印加された電圧に応じて前記基板（５０）の表面（５１）側を加熱する加熱手段（４７）を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記加熱手段（４７）に対して第１の電圧とこの第１の電圧よりも低い第２の電圧とを交互に繰り返し印加するパルス駆動を行う駆動手段（４３）を備えていることを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記超臨界流体は、二酸化炭素であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の成膜装置。
【請求項６】
表面（５１）および裏面（５２）を有する基板（５０）において前記基板（５０）の表面（５１）側に溝（５３）が形成されたものに成膜を行うに際し、チャンバ（４０）内で超臨界流体に成膜原料が溶解された処理媒体（７０）に前記基板（５０）の表面（５１）側をさらし、前記基板（５０）を加熱することで前記基板（５０）の表面（５１）側の溝（５３）内に成膜を行う成膜方法であって、
処理媒体供給手段（１０）から前記チャンバ（４０）への前記処理媒体（７０）の供給と、エッチング媒体供給手段（２０）から前記チャンバ（４０）へのエッチング媒体（８０）の供給とを切替手段（３０）によって交互に切り替える工程を含んでおり、
前記交互に切り替える工程では、前記処理媒体供給手段（１０）から前記処理媒体（７０）を前記チャンバ（４０）に供給することにより前記基板（５０）の表面（５１）側に埋め込み膜（６０）を形成する成膜工程と、前記エッチング媒体供給手段（２０）から前記エッチング媒体（８０）を供給することにより前記溝（５３）の開口部側に形成された前記埋め込み膜（６０）をエッチングするエッチング工程と、を繰り返し行うことにより、前記基板（５０）の表面（５１）側に成膜を行うことを特徴とする成膜方法。
【請求項７】
前記エッチング媒体（８０）として、液体のエッチング原料、もしくは固体のエッチング材料を液体溶媒に溶解させた液体原料を用いることを特徴とする請求項６に記載の成膜方法。
【請求項８】
前記エッチング工程では、加熱手段（４７）を用いて前記基板（５０）の表面（５１）側を加熱することを特徴とする請求項６または７に記載の成膜方法。
【請求項９】
前記エッチング工程では、前記加熱手段（４７）に第１の電圧とこの第１の電圧よりも低い第２の電圧とを交互に繰り返し印加するパルス駆動を行うことを特徴とする請求項８に記載の成膜方法。
【請求項１０】
前記超臨界流体として、二酸化炭素を用いることを特徴とする請求項６ないし９のいずれか１つに記載の成膜方法。
【請求項１】
表面（５１）および裏面（５２）を有する基板（５０）において前記基板（５０）の表面（５１）側に溝（５３）が形成されたものに成膜を行うに際し、チャンバ（４０）内で超臨界流体に成膜原料が溶解された処理媒体（７０）に前記基板（５０）の表面（５１）側をさらし、前記基板（５０）を加熱することで前記基板（５０）の表面（５１）側の溝（５３）内に成膜を行う成膜装置であって、
前記処理媒体（７０）を供給する処理媒体供給手段（１０）と、
エッチング媒体（８０）を供給するエッチング媒体供給手段（２０）と、
前記処理媒体供給手段（１０）から供給された前記処理媒体（７０）と前記エッチング媒体供給手段（２０）から供給された前記エッチング媒体（８０）とを前記チャンバ（４０）に交互に供給することにより、前記処理媒体（７０）を前記チャンバ（４０）に供給する間に前記基板（５０）の表面（５１）側に埋め込み膜（６０）を形成し、前記エッチング媒体（８０）を供給する間に前記溝（５３）の開口部側に形成された前記埋め込み膜（６０）をエッチングするようにする切替手段（３０）とを備えていることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記エッチング媒体（８０）は、液体のエッチング原料、もしくは固体のエッチング材料を液体溶媒に溶解させた液体原料であることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記エッチング媒体（８０）が前記チャンバ（４０）に供給されている間に、印加された電圧に応じて前記基板（５０）の表面（５１）側を加熱する加熱手段（４７）を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記加熱手段（４７）に対して第１の電圧とこの第１の電圧よりも低い第２の電圧とを交互に繰り返し印加するパルス駆動を行う駆動手段（４３）を備えていることを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記超臨界流体は、二酸化炭素であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の成膜装置。
【請求項６】
表面（５１）および裏面（５２）を有する基板（５０）において前記基板（５０）の表面（５１）側に溝（５３）が形成されたものに成膜を行うに際し、チャンバ（４０）内で超臨界流体に成膜原料が溶解された処理媒体（７０）に前記基板（５０）の表面（５１）側をさらし、前記基板（５０）を加熱することで前記基板（５０）の表面（５１）側の溝（５３）内に成膜を行う成膜方法であって、
処理媒体供給手段（１０）から前記チャンバ（４０）への前記処理媒体（７０）の供給と、エッチング媒体供給手段（２０）から前記チャンバ（４０）へのエッチング媒体（８０）の供給とを切替手段（３０）によって交互に切り替える工程を含んでおり、
前記交互に切り替える工程では、前記処理媒体供給手段（１０）から前記処理媒体（７０）を前記チャンバ（４０）に供給することにより前記基板（５０）の表面（５１）側に埋め込み膜（６０）を形成する成膜工程と、前記エッチング媒体供給手段（２０）から前記エッチング媒体（８０）を供給することにより前記溝（５３）の開口部側に形成された前記埋め込み膜（６０）をエッチングするエッチング工程と、を繰り返し行うことにより、前記基板（５０）の表面（５１）側に成膜を行うことを特徴とする成膜方法。
【請求項７】
前記エッチング媒体（８０）として、液体のエッチング原料、もしくは固体のエッチング材料を液体溶媒に溶解させた液体原料を用いることを特徴とする請求項６に記載の成膜方法。
【請求項８】
前記エッチング工程では、加熱手段（４７）を用いて前記基板（５０）の表面（５１）側を加熱することを特徴とする請求項６または７に記載の成膜方法。
【請求項９】
前記エッチング工程では、前記加熱手段（４７）に第１の電圧とこの第１の電圧よりも低い第２の電圧とを交互に繰り返し印加するパルス駆動を行うことを特徴とする請求項８に記載の成膜方法。
【請求項１０】
前記超臨界流体として、二酸化炭素を用いることを特徴とする請求項６ないし９のいずれか１つに記載の成膜方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−５６１４６（Ｐ２０１０−５６１４６Ａ）
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１６８９５（Ｐ２００８−２１６８９５）
【出願日】平成２０年８月２６日（２００８．８．２６）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２６日（２００８．８．２６）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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