JP2013055240A

JP2013055240A - Manufacturing method of semiconductor device, and substrate processing device

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Publication number: JP2013055240A
Application number: JP2011192888A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Toyoda; 一行豊田; Osamu Kasahara; 修笠原; Hisashi Nomura; 久志野村; Katsuhiko Yamamoto; 克彦山本; Yuichiro Takeshima; 雄一郎竹島
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Kokusai Denki Electric Inc
Priority date: 2011-09-05
Filing date: 2011-09-05
Publication date: 2013-03-21

Abstract

【課題】基板に形成された高いアスペクト比の素子分離溝でも、空洞の発生を抑制して当該溝中にシリコン絶縁膜を埋め込むこと。
【解決手段】高いアスペクト比の素子分離溝が形成された基板を処理室に搬入する基板搬入工程と、前記処理室を第一ガスであるヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）含有ガス雰囲気にするシリコン含有ガス雰囲気工程と、前記処理室を第二ガスであるパージガス雰囲気にする第一パージガス雰囲気工程と、前記処理室を第三ガスである酸素ガスであってプラズマ状態の酸素含有ガス雰囲気にする酸素含有ガス雰囲気工程と、前記処理室を第二ガスであるパージガス雰囲気にする第二パージガス雰囲気工程と、前記シリコン含有ガス雰囲気工程、前記第一パージガス雰囲気工程、前記酸素含有ガス雰囲気工程、及び前記第二パージガス雰囲気工程を繰り返す工程と、を有する半導体装置の製造方法、及びそれを実現する基板処理装置である。
【選択図】図３Even in an element isolation trench having a high aspect ratio formed on a substrate, generation of a cavity is suppressed and a silicon insulating film is embedded in the trench.
A substrate carrying-in process for carrying a substrate on which an element isolation trench having a high aspect ratio is formed into a processing chamber, and silicon containing the processing chamber in a gas atmosphere containing hexamethyldisilazane (HMDS) as a first gas. A gas atmosphere step, a first purge gas atmosphere step for setting the processing chamber to a purge gas atmosphere as a second gas, and an oxygen-containing state for setting the processing chamber as an oxygen-containing gas atmosphere in a plasma state with oxygen gas as a third gas A gas atmosphere step; a second purge gas atmosphere step for bringing the processing chamber into a purge gas atmosphere as a second gas; the silicon-containing gas atmosphere step; the first purge gas atmosphere step; the oxygen-containing gas atmosphere step; A method for manufacturing a semiconductor device, including a step of repeating a purge gas atmosphere step, and a substrate processing apparatus for realizing the method.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、半導体装置の製造方法、及び基板処理装置に関し、特に、高いアスペクト比の素子分離溝に絶縁膜としてシリコン酸化膜を埋め込む半導体装置の製造方法、及び基板処理装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a substrate processing apparatus, and more particularly to a semiconductor device manufacturing method and a substrate processing apparatus in which a silicon oxide film is embedded as an insulating film in an element isolation trench having a high aspect ratio.

フラッシュメモリ、ＤＲＡＭ（ＤｙｎａｍｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（ＳｔａｔｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等のメモリデバイスや、ロジックデバイス等の半導体デバイスは、高集積化が求められ、それに伴って回路パターンの微細化が進められている。 Memory devices such as flash memory, DRAM (Dynamic Random Access Memory), SRAM (Static Random Access Memory), and semiconductor devices such as logic devices are required to be highly integrated, and accordingly, circuit patterns are being miniaturized. ing.

狭い面積に多くのデバイスを集積させるためには、デバイスのサイズを小さくして形成しなければならず、このためには、形成しようとするパターンの幅と間隔を小さくしなければならない。 In order to integrate a large number of devices in a small area, the device must be formed with a small size. For this purpose, the width and interval of the pattern to be formed must be reduced.

半導体デバイスの微細な溝の中に、絶縁膜を埋め込む場合、従来のＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）技術では溝の上の部分（入り口付近）の成膜速度が大きく、絶縁膜で溝の中が埋まる前に溝の入り口分部で閉じてしまい、溝の中に空洞が残ってしまう現象が生じる。 When embedding an insulating film in a fine groove of a semiconductor device, the conventional CVD (Chemical Vapor Deposition) technique has a high film forming speed on the upper part of the groove (near the entrance), and the insulating film fills the groove. A phenomenon occurs in which a cavity is left in the groove before closing at the entrance of the groove.

この現象を解決するために種々の成膜方法が提案されている（例えば、特許文献１）。 In order to solve this phenomenon, various film forming methods have been proposed (for example, Patent Document 1).

特開２０１０−８７４７５号公報JP 2010-87475 A

しかしながら、例えば、基板温度を高温（例えば８００℃〜９００℃）として、モノシラン（ＳｉＨ_４）を用いて、ＳｉＯ_２からなるシリコン酸化膜（絶縁膜）で溝を埋め込む方法（ＨＴＯ：ＨｉｇｈＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＯｘｉｄｅ）では、高いアスペクト比の溝の場合には、十分に埋め込むことができず、溝の中に空洞が残ってしまう現象が生じる。 However, for example, a method of filling a trench with a silicon oxide film (insulating film) made of SiO ₂ using monosilane (SiH ₄ ) at a high substrate temperature (for example, 800 ° C. to 900 ° C.) (HTO: High Temperature Oxide) Then, in the case of a groove with a high aspect ratio, there is a phenomenon that the groove cannot be sufficiently filled and a cavity remains in the groove.

また、ＴＥＯＳ（ＴｅｔｒａＥｔｈＯｘｙＳｉｌａｎｅ；Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４）の熱分解で、ＳｉＯ_２からなるシリコン酸化膜（絶縁膜）で溝を埋め込む方法では、ウエットエッチングレートが高く、十分な埋め込みが実現できない。 Further, in the method of filling the groove with a silicon oxide film (insulating film) made of SiO _{2 by} the thermal decomposition of TEOS (Tetra Eth Oxy Silane; Si (OC ₂ H ₅ ) ₄ ), the wet etching rate is high and sufficient filling is achieved. Cannot be realized.

そこで、本発明は、上記事情を鑑み、基板に形成された高いアスペクト比の素子分離溝でも、空洞の発生を抑制して当該溝中にシリコン絶縁膜を埋め込むことができる半導体装置の製造方法、及び基板処理装置を提供することを課題とする。 Accordingly, in view of the above circumstances, the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device capable of suppressing the generation of cavities and embedding a silicon insulating film in the trench even in a high aspect ratio element isolation trench formed in a substrate, It is another object of the present invention to provide a substrate processing apparatus.

本発明の一態様によれば、
素子分離溝が形成された基板を処理室に搬入する基板搬入工程と、
前記処理室を第一ガスであるヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）含有ガス雰囲気にするシリコン含有ガス雰囲気工程と、
前記処理室を第二ガスであるパージガス雰囲気にする第一パージガス雰囲気工程と、
前記処理室を第三ガスである酸素含有ガスであってプラズマ状態の酸素含有ガス雰囲気にする酸素含有ガス雰囲気工程と、
前記処理室を第二ガスであるパージガス雰囲気にする第二パージガス雰囲気工程と、
前記シリコン含有ガス雰囲気工程、前記第一パージガス雰囲気工程、前記酸素含有ガス雰囲気工程、及び前記第二パージガス雰囲気工程を繰り返す工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。 According to one aspect of the invention,
A substrate carrying-in process for carrying the substrate on which the element isolation grooves are formed into the processing chamber;
A silicon-containing gas atmosphere step for making the processing chamber a gas atmosphere containing hexamethyldisilazane (HMDS) as a first gas;
A first purge gas atmosphere step for making the processing chamber a purge gas atmosphere as a second gas;
An oxygen-containing gas atmosphere step in which the processing chamber is an oxygen-containing gas that is a third gas and is in an oxygen-containing gas atmosphere in a plasma state;
A second purge gas atmosphere step for making the processing chamber a purge gas atmosphere as a second gas;
Repeating the silicon-containing gas atmosphere step, the first purge gas atmosphere step, the oxygen-containing gas atmosphere step, and the second purge gas atmosphere step;
A method of manufacturing a semiconductor device having the above is provided.

本発明の他の一態様によれば、
処理室と、
前記処理室内に設けられ、素子分離溝が形成された基板を載置する基板載置部と、
前記処理室に、第一ガスであるヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）含有ガスを供給する第一ガス供給部と、
前記処理室に、第二ガスであるパージガスを供給する第二ガス供給部と、
前記処理室に、第三ガスである酸素含有ガスを供給する第三ガス供給部と、
前記第三ガスである酸素含有ガスをプラズマ状態とするプラズマ生成部と、
前記処理室を前記第一ガスであるヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）含有ガス雰囲気にするシリコン含有ガス雰囲気工程と、前記処理室を前記第二ガスであるパージガス雰囲気にする第一パージガス雰囲気工程と、前記処理室を前記第三ガスである酸素ガスであってプラズマ状態の酸素含有ガス雰囲気にする酸素含有ガス雰囲気工程と、前記処理室を第二ガスであるパージガス雰囲気にする第二パージガス雰囲気工程と、前記シリコン含有ガス雰囲気工程、前記第一パージガス雰囲気工程、前記酸素含有ガス雰囲気工程、及び前記第二パージガス雰囲気工程を繰り返す工程と、を実施するように、前記第一ガス供給部、前記第二ガス供給部、前記第三ガス供給部、及び前記プラズマ生成部を制御する制御部と、
を備える基板処理装置が提供される。 According to another aspect of the invention,
A processing chamber;
A substrate mounting portion provided in the processing chamber for mounting a substrate on which an element isolation groove is formed;
A first gas supply unit that supplies hexamethyldisilazane (HMDS) -containing gas, which is the first gas, to the processing chamber;
A second gas supply unit that supplies a purge gas that is a second gas to the processing chamber;
A third gas supply unit for supplying an oxygen-containing gas which is a third gas to the processing chamber;
A plasma generating unit that converts the oxygen-containing gas that is the third gas into a plasma state;
A silicon-containing gas atmosphere step for bringing the processing chamber into a hexamethyldisilazane (HMDS) -containing gas atmosphere as the first gas; and a first purge gas atmosphere step for bringing the processing chamber into a purge gas atmosphere as the second gas; An oxygen-containing gas atmosphere step in which the processing chamber is an oxygen gas that is the third gas and is in a plasma state, and a second purge gas atmosphere step in which the processing chamber is a purge gas atmosphere that is a second gas; Repeating the silicon-containing gas atmosphere process, the first purge gas atmosphere process, the oxygen-containing gas atmosphere process, and the second purge gas atmosphere process. A control unit for controlling the gas supply unit, the third gas supply unit, and the plasma generation unit;
A substrate processing apparatus is provided.

本発明によれば、基板に形成された高いアスペクト比の素子分離溝でも、空洞の発生を抑制して当該溝中にシリコン絶縁膜を埋め込むことができる半導体装置の製造方法、及び基板処理装置が提供される。 According to the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device and a substrate processing apparatus capable of suppressing the generation of a cavity even in a high aspect ratio element isolation groove formed in a substrate and embedding a silicon insulating film in the groove. Provided.

図１は、第一実施形態に係る基板処理装置を示す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a substrate processing apparatus according to the first embodiment. 図２は、第一実施形態に係る基板処理装置の一対の櫛形電極を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a pair of comb electrodes of the substrate processing apparatus according to the first embodiment. 図３は、第一実施形態に係る基板処理装置により行われる半導体装置の製造方法を示す処理シーケンスである。FIG. 3 is a processing sequence showing a method for manufacturing a semiconductor device performed by the substrate processing apparatus according to the first embodiment. 図４は、第一実施形態に係る基板処理装置により行われる半導体装置の製造方法により、基板に形成された素子分離溝内に埋め込まれるシリコン酸化膜の様子を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic view showing a state of a silicon oxide film embedded in an element isolation trench formed in a substrate by the method for manufacturing a semiconductor device performed by the substrate processing apparatus according to the first embodiment. 図５は、従来の半導体装置の製造方法により、基板に形成された素子分離溝内に埋め込まれるシリコン酸化膜の様子を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a state of a silicon oxide film embedded in an element isolation trench formed on a substrate by a conventional method for manufacturing a semiconductor device. 図６は、第二実施形態に係る基板処理装置を示す概略構成図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a substrate processing apparatus according to the second embodiment. 図７は、第二実施形態に係る基板処理装置のリモートプラズマユニットを示す概略構成図である。FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a remote plasma unit of the substrate processing apparatus according to the second embodiment.

以下、本発明の一例である実施形態について図面を参照しつつ説明する。
（第一実施形態）
図１は、第一実施形態に係る基板処理装置を示す概略構成図である。図２は、第一実施形態に係る基板処理装置の一対の櫛形電極を示す平面図である。なお、図２は、図１のＡ−Ａ矢視図に相当する図である。 Hereinafter, an embodiment which is an example of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a substrate processing apparatus according to the first embodiment. FIG. 2 is a plan view showing a pair of comb electrodes of the substrate processing apparatus according to the first embodiment. FIG. 2 is a diagram corresponding to the AA arrow view of FIG. 1.

第一実施形態に係る基板処理装置１１は、半導体装置の製造に使用される半導体製造装置であり、ＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）等の半導体装置の製造方法における処理工程、を実施する半導体装置の一例として構成されるものである。 The substrate processing apparatus 11 according to the first embodiment is a semiconductor manufacturing apparatus used for manufacturing a semiconductor device, and is an example of a semiconductor device that performs a processing step in a manufacturing method of a semiconductor device such as an IC (Integrated Circuit). It is composed.

具体的には、第一実施形態に係る基板処理装置１１は、高いアスペクト比の素子分離溝が形成された基板の当該素子分離溝内に、シリコン酸化膜を埋め込む処理工程を実施する半導体装置の一例として構成されるものである。 Specifically, the substrate processing apparatus 11 according to the first embodiment is a semiconductor device that performs a process of embedding a silicon oxide film in an element isolation groove of a substrate on which an element isolation groove having a high aspect ratio is formed. It is configured as an example.

なお、第一実施形態に係る基板処理装置１１では、基板に対し成膜処理等を行う枚葉式の基板処理装置を採用した態様を説明するが、枚葉式の基板処理装置を前提としたものでなく、例えば、縦型のバッチ式の基板処理装置を使用してもよい。 In addition, in the substrate processing apparatus 11 which concerns on 1st embodiment, although the aspect which employ | adopted the single wafer type substrate processing apparatus which performs the film-forming process etc. with respect to a board | substrate is demonstrated, the single wafer type substrate processing apparatus was assumed. For example, a vertical batch type substrate processing apparatus may be used.

第一実施形態に係る基板処理装置１１は、枚葉式のダウンフロー型プラズマ処理装置であり、例えば、図１に示すように、高いアスペクト比の素子分離溝が形成された基板１１１を処理するための処理室１００を備える。 The substrate processing apparatus 11 according to the first embodiment is a single-wafer type downflow plasma processing apparatus. For example, as shown in FIG. 1, a substrate 111 on which an element isolation groove having a high aspect ratio is formed is processed. A processing chamber 100 is provided.

処理室１００の内部には、基板１１１を載置するためのサセプタ１１０（基板載置部）と、ガス供給部２００から供給される各種ガスを処理室１００内部に供給するためのシャワーヘッド１２０と、処理室内部に供給された各種ガスからプラズマを生成するための一対の櫛形電極１３０（プラズマ生成部）と、を備えている。 Inside the processing chamber 100, a susceptor 110 (substrate mounting portion) for mounting the substrate 111, and a shower head 120 for supplying various gases supplied from the gas supply unit 200 into the processing chamber 100, And a pair of comb-shaped electrodes 130 (plasma generator) for generating plasma from various gases supplied to the inside of the processing chamber.

処理室１００の外部には、処理室１００内部に各種ガスをシャワーヘッド１２０を経由して供給するためのガス供給部２００と、処理室１００内部に供給した各種ガスを排気するための排気部１４０と、処理室１００内外に基板１１１を搬送するためのロボットを有する搬送室（不図示）と、を備えている。 Outside the processing chamber 100, a gas supply unit 200 for supplying various gases into the processing chamber 100 via the shower head 120, and an exhaust unit 140 for exhausting various gases supplied into the processing chamber 100. And a transfer chamber (not shown) having a robot for transferring the substrate 111 into and out of the processing chamber 100.

そして、第一実施形態に係る基板処理装置１１は、装置内の各部を制御するためのコントローラ３００（制御部）を備えている。 And the substrate processing apparatus 11 which concerns on 1st embodiment is provided with the controller 300 (control part) for controlling each part in an apparatus.

以下、第一実施形態に係る基板処理装置１１の主たる各部の詳細について説明する。
（処理室１００）
処理室１００は、密閉容器１０１内部に気密となるように構成されている。 Hereinafter, the detail of each main part of the substrate processing apparatus 11 which concerns on 1st embodiment is demonstrated.
(Processing chamber 100)
The processing chamber 100 is configured to be airtight inside the sealed container 101.

密閉容器１０１は、例えば、導電性材料（例えばアルミニウム等）により構成されている。そして、密閉容器１０１は、接地（アース）されている。 The sealed container 101 is made of, for example, a conductive material (for example, aluminum). The sealed container 101 is grounded.

密閉容器１０１の一方の側壁には、処理室１００と接続した基板搬送口１０２が設けられている。基板搬送口１０２は、基板搬送口１０２を開閉するゲートバルブ１０３が設けられ、ゲートバルブ１０３を介して、基板１１１を搬送するための搬送室（不図示）と連結されている。 A substrate transfer port 102 connected to the processing chamber 100 is provided on one side wall of the sealed container 101. The substrate transfer port 102 is provided with a gate valve 103 that opens and closes the substrate transfer port 102, and is connected to a transfer chamber (not shown) for transferring the substrate 111 via the gate valve 103.

密閉容器１０１の他方の側壁には、処理室１００と接続した排気口１０４が設けられている。排気口１０４は、排気部１４０の排気管１４１の上流端と接続している。
（サセプタ１１０）
サセプタ１１０は、その基板載置面側がシャワーヘッド１２０（そのガス噴出し面側）と対向するようにして設けられている。 An exhaust port 104 connected to the processing chamber 100 is provided on the other side wall of the sealed container 101. The exhaust port 104 is connected to the upstream end of the exhaust pipe 141 of the exhaust unit 140.
(Susceptor 110)
The susceptor 110 is provided such that the substrate mounting surface side faces the shower head 120 (the gas ejection surface side).

サセプタ１１０には、図示しないが、基板１１１を昇降するための支持ピンと、基板１１１を所定温度に加熱するためのヒータと、等が備えられている。また、サセプタ１１０は、図示しないが、基板処理時及び基板搬送時にサセプタ１１０を所定位置に昇降させるための昇降装置と連結されている。
（シャワーヘッド１２０）
シャワーヘッド１２０は、そのガス噴出し面側がサセプタ１１０（その基板載置面側）と対向するようにして設けられている。 Although not shown, the susceptor 110 is provided with support pins for raising and lowering the substrate 111, a heater for heating the substrate 111 to a predetermined temperature, and the like. Although not shown, the susceptor 110 is connected to an elevating device for elevating the susceptor 110 to a predetermined position during substrate processing and substrate transfer.
(Shower head 120)
The shower head 120 is provided so that the gas ejection surface side faces the susceptor 110 (its substrate mounting surface side).

シャワーヘッド１２０は、２つのガス導入ポート１２１、１２２が設けられている。ガス導入ポート１２１、１２２は、それぞれガス供給部２００のガス供給管（ＨＭＤＳガス供給管２１１、共通ガス供給管２０１）と接続している。 The shower head 120 is provided with two gas introduction ports 121 and 122. The gas introduction ports 121 and 122 are connected to gas supply pipes (HMDS gas supply pipe 211 and common gas supply pipe 201) of the gas supply unit 200, respectively.

シャワーヘッド１２０は、そのガス噴出し面に多数の孔１２３が設けられており、ガス供給部２００からガス導入ポート１２１、１２２を経由して導入された各種ガスを多数の孔１２３からシャワー状に噴出させ、対向して配置されたサセプタ１１０（その基板載置面側）に供給できるように構成されている。
（一対の櫛形電極）
一対の櫛形電極１３０は、サセプタ１１０（その基板載置面）と対向するようにして設けられている。具体的には、一対の櫛形電極１３０は、サセプタ１１０（その基板載置面）とシャワーヘッド１２０（そのガス噴出し面）との間に、それぞれの面に対向するようにして設けられている。 The shower head 120 is provided with a large number of holes 123 on the gas ejection surface, and various gases introduced from the gas supply unit 200 via the gas introduction ports 121 and 122 are formed in a shower shape from the large numbers of holes 123. It is configured to be able to be supplied to the susceptor 110 (the substrate placement surface side) disposed so as to be ejected.
(A pair of comb electrodes)
The pair of comb-shaped electrodes 130 are provided so as to face the susceptor 110 (its substrate mounting surface). Specifically, the pair of comb-shaped electrodes 130 are provided between the susceptor 110 (the substrate mounting surface) and the shower head 120 (the gas ejection surface) so as to face each surface. .

一対の櫛形電極１３０は、図２に示すように、導電性材料で構成され、互いの櫛形歯のように並んだ電極部が同一平面上で交互に入込むようにして配置されている。 As shown in FIG. 2, the pair of comb electrodes 130 are made of a conductive material, and are arranged such that electrode portions arranged like comb teeth are alternately inserted on the same plane.

一対の櫛形電極１３０は、交流電力供給系１３１が接続されている。 An AC power supply system 131 is connected to the pair of comb electrodes 130.

交流電力供給系１３１は、一対の櫛形電極１３０に対して、発振器１３２の出力する交流電力を整合器１３３を介して印加できるようになっている。交流電力の周波数は、数百（ＫＨｚ）の低周波から１３．５６（ＭＨｚ）などの高周波を用いる。交流電力を供給する経路の途中には絶縁トランス１３４が設けてあり、一対の櫛形電極１３０は、接地（アース）と絶縁された状態になっている。交流電力供給系には絶縁トランス１３４が設けてあるため、一対の櫛形電極１３０には１８０度位相の異なる電界を印加する構造となっている。 The AC power supply system 131 can apply the AC power output from the oscillator 132 to the pair of comb-shaped electrodes 130 via the matching unit 133. As the frequency of the AC power, a high frequency such as a low frequency of several hundreds (KHz) to 13.56 (MHz) is used. An insulating transformer 134 is provided in the middle of the path for supplying AC power, and the pair of comb-shaped electrodes 130 are insulated from the ground (earth). Since the AC power supply system is provided with the insulating transformer 134, the pair of comb-shaped electrodes 130 are configured to apply electric fields different in phase by 180 degrees.

一対の櫛形電極１３０に、発振器１３２の出力する交流電力を整合器１３３を介して供給すると、一対の櫛形電極１３０周辺にプラズマが生成される。そして、絶縁トランス１３４によって一対の櫛形電極１３０を接地（アース）と絶縁することにより、一対の櫛形電極１３０の櫛形歯のように並んだ電極部にプラズマを集中して生成することができる。 When AC power output from the oscillator 132 is supplied to the pair of comb electrodes 130 via the matching unit 133, plasma is generated around the pair of comb electrodes 130. Then, by insulating the pair of comb-shaped electrodes 130 from the ground (earth) by the insulating transformer 134, plasma can be generated in a concentrated manner on electrode portions arranged like comb-shaped teeth of the pair of comb-shaped electrodes 130.

また、交流電力を印加する一対の櫛形電極１３０の間に基板１１１等の障害物が無いため、電極の構造と処理室１００の圧力や供給ガスの種類で決まったある状態で安定して均一なプラズマの生成が実現できる。 In addition, since there are no obstacles such as the substrate 111 between the pair of comb electrodes 130 to which AC power is applied, it is stable and uniform in a certain state determined by the structure of the electrode, the pressure of the processing chamber 100 and the type of supply gas. Plasma generation can be realized.

なお、プラズマによる基板１１１の処理の均一性は、一対の櫛形電極１３０の櫛形の歯の数を増減したり、一対の櫛形電極１３０と処理対象となる基板１１１との距離を調節することで実現できる。 Note that the uniformity of processing of the substrate 111 by plasma is realized by increasing or decreasing the number of comb-shaped teeth of the pair of comb-shaped electrodes 130 or adjusting the distance between the pair of comb-shaped electrodes 130 and the substrate 111 to be processed. it can.

また、一対の櫛形電極１３０を誘電体カバーで覆うと、沿面放電により誘電体カバーの表面に均一なプラズマを比較的平坦に生成することができる。また、一対の櫛形電極１３０を誘電体カバーで覆うと、生成されるプラズマが櫛形電極１３０に直接接触しないため、櫛形電極１３０からの不純物の放出を抑制することができる。 Further, when the pair of comb electrodes 130 are covered with a dielectric cover, uniform plasma can be generated relatively flat on the surface of the dielectric cover by creeping discharge. Further, when the pair of comb-shaped electrodes 130 are covered with a dielectric cover, the generated plasma is not in direct contact with the comb-shaped electrode 130, so that emission of impurities from the comb-shaped electrode 130 can be suppressed.

誘電体カバーの厚みは、サセプタ１１０（その基板載置面）と対向しない側よりも、サセプタ１１０（その基板載置面）と対向する側の厚みを厚くしてもよい。このようにすると、櫛形電極１３０では、サセプタ１１０（その基板載置面）側に強いプラズマが生成される易くなる。このため、櫛形電極１３０において、サセプタ１１０（その基板載置面）側、つまり処理対象である基板１１１側でプラズマが強く生成されプラズマ生成のための投入電力が効率的になる。また、基板１１１裏面へ不要な生成物の付着も抑制される。
（ガス供給部２００）
ガス供給部２００は、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）ガス供給ライン２１０（第一ガス供給部）と、パージガスとしての窒素ガス供給ライン２２０（第二ガス供給部）と、酸素ガス供給ライン２３０（第三ガス供給部）と、を備えている。 The thickness of the dielectric cover may be greater on the side facing the susceptor 110 (its substrate placement surface) than on the side not facing the susceptor 110 (its substrate placement surface). If it does in this way, in the comb-shaped electrode 130, it will become easy to generate | occur | produce strong plasma on the susceptor 110 (its substrate mounting surface) side. For this reason, in the comb-shaped electrode 130, plasma is strongly generated on the susceptor 110 (its substrate mounting surface) side, that is, on the substrate 111 side to be processed, and the input power for plasma generation becomes efficient. In addition, adhesion of unnecessary products to the back surface of the substrate 111 is also suppressed.
(Gas supply unit 200)
The gas supply unit 200 includes a hexamethyldisilazane (HMDS) gas supply line 210 (first gas supply unit), a nitrogen gas supply line 220 (second gas supply unit) as a purge gas, and an oxygen gas supply line 230 (first gas supply unit). Three gas supply units).

なお、第一実施形態では、第二ガスであるパージガスとして窒素ガスを適用する態様を説明するが、これに限られず、窒素ガス以外に、その他の不活性ガスを適用してもよい。 In addition, although 1st embodiment demonstrates the aspect which applies nitrogen gas as purge gas which is 2nd gas, it is not restricted to this, You may apply other inert gas besides nitrogen gas.

ＨＭＤＳガス供給ライン２１０は、ＨＭＤＳガス供給管２１１を有しており、ＨＭＤＳガス供給管２１１の上流側から、ＨＭＤＳガス供給源２１２と、ＨＭＤＳガスの流量を制御するマスフローコントローラ２１３と、開閉バルブ２１４、処理室１００内に供給するＨＭＤＳガスを一時的に蓄えるバッファタンク２１５と、開閉バルブ２１６と、が直列に設けられている。そして、ＨＭＤＳガス供給管２１１の下流端は、シャワーヘッド１２０のガス導入ポート１２１と接続している。 The HMDS gas supply line 210 includes a HMDS gas supply pipe 211. From the upstream side of the HMDS gas supply pipe 211, a HMDS gas supply source 212, a mass flow controller 213 that controls the flow rate of the HMDS gas, and an on-off valve 214. A buffer tank 215 for temporarily storing HMDS gas supplied into the processing chamber 100 and an open / close valve 216 are provided in series. The downstream end of the HMDS gas supply pipe 211 is connected to the gas introduction port 121 of the shower head 120.

パージガスとしての窒素ガス供給ライン２２０は、共通ガス供給管２０１と共に、共通ガス供給管２０１の上流端で分岐するように窒素ガス供給管２２１を有しており、窒素ガス供給管２２１の上流端側から、窒素ガス供給源２２２と、窒素ガスの流量を制御するマスフローコントローラ２２３と、開閉バルブ２２４と、が直列に設けられている。そして、共通ガス供給管２０１の下流端は、シャワーヘッド１２０のガス導入ポート１２２と接続している。 The nitrogen gas supply line 220 as the purge gas has a nitrogen gas supply pipe 221 so as to branch at the upstream end of the common gas supply pipe 201 together with the common gas supply pipe 201, and the upstream end side of the nitrogen gas supply pipe 221. In addition, a nitrogen gas supply source 222, a mass flow controller 223 for controlling the flow rate of nitrogen gas, and an open / close valve 224 are provided in series. The downstream end of the common gas supply pipe 201 is connected to the gas introduction port 122 of the shower head 120.

酸素ガス供給ライン２３０は、共通ガス供給管２０１と共に、共通ガス供給管２０１の上流端で分岐するように酸素ガス供給管２３１を有しており、酸素ガス供給管２３１の上流端側から、酸素ガス供給源２３２と、酸素ガスの流量を制御するマスフローコントローラ２３３と、開閉バルブ２３４と、が直列に設けられている。そして、共通ガス供給管２０１の下流端は、シャワーヘッド１２０のガス導入ポート１２２と接続している。 The oxygen gas supply line 230 has an oxygen gas supply pipe 231 that branches together with the common gas supply pipe 201 at the upstream end of the common gas supply pipe 201, and oxygen gas is supplied from the upstream end side of the oxygen gas supply pipe 231. A gas supply source 232, a mass flow controller 233 for controlling the flow rate of oxygen gas, and an opening / closing valve 234 are provided in series. The downstream end of the common gas supply pipe 201 is connected to the gas introduction port 122 of the shower head 120.

ここで、ＨＭＤＳガス供給ライン２１０のＨＭＤＳガス供給管２１１（開閉バルブ２１４及びバッファタンク２１５の間のＨＭＤＳガス供給管２１１）と、窒素ガス供給ライン２２０の窒素ガス供給管２２１（マスフローコントローラ２２３及び開閉バルブ２２４の間の窒素ガス供給管２２１）と、は、経路途中に開閉バルブ２０３が設けられた窒素ガス分岐供給管２０２で接続されている。この窒素ガス分岐供給管２０２を経由して窒素ガスがＨＭＤＳガス供給ライン２１０のバッファタンク２１５に供給される構造となっている。 Here, the HMDS gas supply pipe 211 (HMDS gas supply pipe 211 between the opening / closing valve 214 and the buffer tank 215) of the HMDS gas supply line 210 and the nitrogen gas supply pipe 221 (mass flow controller 223 and opening / closing of the nitrogen gas supply line 220). The nitrogen gas supply pipe 221) between the valves 224 is connected by a nitrogen gas branch supply pipe 202 provided with an opening / closing valve 203 in the middle of the path. The nitrogen gas is supplied to the buffer tank 215 of the HMDS gas supply line 210 through the nitrogen gas branch supply pipe 202.

ガス供給部２００は、各ガス供給ラインの各マスフローコントローラによる流量制御、及び各開閉バルブの開閉制御により、シャワーヘッド１２０内に各種ガスを導入し、処理室１００内部に各種ガスをシャワーヘッド１２０を経由して供給するよう構成されている。
（排気部１４０）
排気部１４０は、密閉容器１０１の排気口１０４と接続した排気管１４１を有しており、排気管１４１には、その上流側から順に、圧力計（不図示）、可変コンダクタンスバルブ１４２、真空ポンプ１４３が設けられている。 The gas supply unit 200 introduces various gases into the shower head 120 by flow control by each mass flow controller of each gas supply line and opening / closing control of each opening / closing valve, and various gases are introduced into the processing chamber 100 by the shower head 120. It is configured to supply via.
(Exhaust part 140)
The exhaust unit 140 includes an exhaust pipe 141 connected to the exhaust port 104 of the hermetic container 101. The exhaust pipe 141 includes, in order from the upstream side, a pressure gauge (not shown), a variable conductance valve 142, a vacuum pump. 143 is provided.

排気部１４０は、真空ポンプ１４３を作動させ、可変コンダクタンスバルブ１４２の開度を調節することで、処理室１００内の圧力を調整可能なように構成されている。
（コントローラ３００）
コントローラ３００は、基板処理装置１１の各部（例えば、密閉容器１０１のゲートバルブ１０３、一対の櫛形電極１３０の交流電力供給系１３１の発振器１３２及び整合器１３３、ガス供給部２００の各ガス供給ラインの各マスフローコントローラ及び各開閉バルブ、排気部１４０の真空ポンプ１４３及び可変コンダクタンスバルブ１４２、その他各部（例えば、搬送室に内蔵されるロボットのアーム、サセプタ１１０のヒータ、昇降装置及び支持ピン等）に接続されている。 The exhaust unit 140 is configured to be able to adjust the pressure in the processing chamber 100 by operating the vacuum pump 143 and adjusting the opening of the variable conductance valve 142.
(Controller 300)
The controller 300 includes various parts of the substrate processing apparatus 11 (for example, the gate valve 103 of the sealed container 101, the oscillator 132 and the matching unit 133 of the AC power supply system 131 of the pair of comb electrodes 130, and the gas supply lines of the gas supply unit 200). Connected to each mass flow controller and each open / close valve, vacuum pump 143 and variable conductance valve 142 in the exhaust part 140, and other parts (for example, a robot arm built in the transfer chamber, a heater in the susceptor 110, a lifting device, a support pin, etc.) Has been.

コントローラ３００は、基板処理装置１１の各部の動作を制御するように構成されている。 The controller 300 is configured to control the operation of each part of the substrate processing apparatus 11.

具体的には、コントローラ３００は、図示しないが、ＣＰＵ、各種メモリを、入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）を介して各々接続された構成となっている。そして、入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）には、基板処理装置１１の各部が接続される。 Specifically, the controller 300 has a configuration in which a CPU and various memories are connected to each other via an input / output interface (I / O) (not shown). Each unit of the substrate processing apparatus 11 is connected to the input / output interface (I / O).

ここで、メモリには、処理（例えば、基板処理等）の制御プログラムと共に、各種テーブルデータ等も記憶されている。 Here, in the memory, various table data and the like are stored together with a control program for processing (for example, substrate processing).

そして、メモリに記憶された制御プログラムは、ＣＰＵにより読み込まれて実行され、基板処理装置１１の各部の動作を制御する。なお、制御プログラムは、外部の記録媒体により提供されてもよい。
（基板処理方法）
次に、第一実施形態に係る基板処理装置１１により実施される第一実施形態に係る半導体装置の製造方法（基板処理方法）について説明する。つまり、制御プログラムにより実行される第一実施形態に係る半導体装置の製造方法（基板処理方法）について説明する。 The control program stored in the memory is read and executed by the CPU, and controls the operation of each part of the substrate processing apparatus 11. The control program may be provided by an external recording medium.
(Substrate processing method)
Next, a method for manufacturing a semiconductor device (substrate processing method) according to the first embodiment performed by the substrate processing apparatus 11 according to the first embodiment will be described. In other words, the semiconductor device manufacturing method (substrate processing method) according to the first embodiment executed by the control program will be described.

第一実施形態に係る半導体装置の製造方法（基板処理方法）では、第一実施形態に係る基板処理装置１１により、高いアスペクト比の素子分離溝が形成された基板１１１を処理室１００に搬入する基板搬入工程（図３のステップＳ３０１）と、処理室１００を第一ガスであるヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）含有ガス雰囲気にするシリコン含有ガス雰囲気工程（図３のステップＳ３０２）と、処理室１００を第二ガスであるパージガス雰囲気にする第一パージガス雰囲気工程（図３のステップＳ３０４）と、処理室１００を第三ガスである酸素ガスであってプラズマ状態の酸素含有ガス雰囲気にする酸素含有ガス雰囲気工程（図３のステップＳ３０６）と、処理室１００を第二ガスであるパージガス雰囲気にする第二パージガス雰囲気工程（図３のステップＳ３０８）と、シリコン含有ガス雰囲気工程、第一パージガス雰囲気工程、酸素含有ガス雰囲気工程、及び第二パージガス雰囲気工程を繰り返す工程（図３のステップＳ２１０）と、が行われる。 In the semiconductor device manufacturing method (substrate processing method) according to the first embodiment, the substrate processing apparatus 11 according to the first embodiment carries the substrate 111 in which the element isolation grooves having a high aspect ratio are formed into the processing chamber 100. A substrate carrying-in process (step S301 in FIG. 3), a silicon-containing gas atmosphere process (step S302 in FIG. 3) that makes the processing chamber 100 an atmosphere containing a hexamethyldisilazane (HMDS) that is the first gas, and the processing chamber 100 And a first purge gas atmosphere step (step S304 in FIG. 3) for setting a purge gas atmosphere as a second gas, and an oxygen-containing gas for setting the processing chamber 100 as an oxygen-containing gas atmosphere in a plasma state with an oxygen gas as a third gas. Atmosphere process (step S306 in FIG. 3) and the second purge gas atmosphere process for making the processing chamber 100 a purge gas atmosphere as the second gas. (Step S308 in FIG. 3), a silicon-containing gas atmosphere step, the first purge gas atmosphere step, an oxygen-containing gas atmosphere step, and a second purge gas atmosphere step repeating step (step S210 in FIG. 3), is performed.

具体的には、図３に示すように、第一実施形態に係る半導体装置の製造方法（基板処理方法）は、各ステップを経て行われる。 Specifically, as shown in FIG. 3, the semiconductor device manufacturing method (substrate processing method) according to the first embodiment is performed through each step.

なお、以下の説明において、第一実施形態に係る基板処理装置１１の各部の動作は、コントローラ３００により制御される。
（基板搬入工程）
まず、ステップＳ３０１では、高いアスペクト比の素子分離溝が形成された基板１１１を処理室１００に搬入する。 In the following description, the operation of each part of the substrate processing apparatus 11 according to the first embodiment is controlled by the controller 300.
(Substrate loading process)
First, in step S <b> 301, the substrate 111 on which an element isolation groove having a high aspect ratio is formed is carried into the processing chamber 100.

具体的には、例えば、排気部１４０において、真空ポンプ１４３を作動させ、可変コンダクタンスバルブ１４２の開度を調整し、処理室１００内が所定の圧力以下の減圧状態となるように制御する。 Specifically, for example, in the exhaust part 140, the vacuum pump 143 is operated, the opening degree of the variable conductance valve 142 is adjusted, and the inside of the processing chamber 100 is controlled to be in a reduced pressure state equal to or lower than a predetermined pressure.

次に、図示しない搬送室を処理室１００とほぼ同じ減圧状態とし、ゲートバルブ１０３を開き、処理室１００内の気密を保持した状態で、サセプタ１１０に設けた支持ピン（不図示）と搬送室に内蔵されたロボットのアームとの協働により、基板１１１をサセプタ１１０上に搬送する。 Next, the transfer chamber (not shown) and the transfer chamber are provided with a support pin (not shown) provided in the susceptor 110 in a state where the pressure in the transfer chamber is almost the same as that in the process chamber 100, the gate valve 103 is opened, and the inside of the process chamber 100 is kept airtight. The substrate 111 is transferred onto the susceptor 110 in cooperation with the robot arm built in the susceptor.

なお、基板処理を連続で行う際には、処理の終わった基板１１１を処理室１００から先に搬出した後に、未処理の基板１１１をサセプタ１１０上に搬送する。 Note that when substrate processing is continuously performed, the unprocessed substrate 111 is transferred onto the susceptor 110 after the processed substrate 111 is first unloaded from the processing chamber 100.

ここで、サセプタ１１０に内蔵したヒータ（不図示）により、基板１１１の搬送前、サセプタ１１０を事前に所定温度まで加熱しておき。基板１１１が搬送され、基板１１１がサセプタ１１０上に載置された後、基板１１１を所定温度（処理温度）まで加熱する。
（シリコン含有ガス雰囲気工程）
次に、ステップＳ３０２では、処理室１００を第一ガスであるヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）含有ガス雰囲気にする。 Here, the susceptor 110 is heated to a predetermined temperature in advance by a heater (not shown) built in the susceptor 110 before the substrate 111 is transferred. After the substrate 111 is transferred and the substrate 111 is placed on the susceptor 110, the substrate 111 is heated to a predetermined temperature (processing temperature).
(Silicon-containing gas atmosphere process)
Next, in step S302, the processing chamber 100 is brought into a gas atmosphere containing hexamethyldisilazane (HMDS), which is the first gas.

具体的には、例えば、ＨＭＤＳガス供給ライン２１０においてマスフローコントローラ２１３により流量を制御しつつ開閉バルブ２１４を開けることで、また、窒素ガス供給ライン２２０においてマスフローコントローラ２２３により流量を制御しつつ開閉バルブ２０３を開ける。これにより、一旦、ＨＭＤＳガス及び窒素ガスをバッファタンク２１５に供給し、所定のタンク圧力となるまで貯留して、開閉バルブ２１４及び開閉バルブ２０３を閉める。 Specifically, for example, the on-off valve 214 is opened while the flow rate is controlled by the mass flow controller 213 in the HMDS gas supply line 210, and the on-off valve 203 is controlled while the flow rate is controlled by the mass flow controller 223 in the nitrogen gas supply line 220. Open. Thereby, the HMDS gas and the nitrogen gas are once supplied to the buffer tank 215 and stored until a predetermined tank pressure is reached, and the opening / closing valve 214 and the opening / closing valve 203 are closed.

そして、開閉バルブ２１６を開けることで、バッファタンク２１５に貯蔵されたＨＭＤＳ含有ガス（ＨＭＤＳガスと窒素ガスとの混合ガス）を一気に放出し、シャワーヘッド１２０を経由して、処理室１００内に供給する。バッファタンク２１５に貯蔵されたＨＭＤＳガスを一気に放出することにより、短時間でＨＭＤＳ含有ガスを処理室１００内に供給できる。 Then, by opening the opening / closing valve 216, the HMDS-containing gas (mixed gas of HMDS gas and nitrogen gas) stored in the buffer tank 215 is discharged at a stretch and supplied into the processing chamber 100 via the shower head 120. To do. By releasing the HMDS gas stored in the buffer tank 215 at a stretch, the HMDS-containing gas can be supplied into the processing chamber 100 in a short time.

ＨＭＤＳ含有ガスを処理室１００内に供給することにより、当該処理室１００内をＨＭＤＳ含有ガス雰囲気にする。 By supplying the HMDS-containing gas into the processing chamber 100, the inside of the processing chamber 100 is made an HMDS-containing gas atmosphere.

処理室１００内がＨＭＤＳ含有ガス雰囲気になると、ＨＭＤＳが１分子層（又は原子層）レベルで基板１１１表面（その分離溝の壁面を含む）に吸着して堆積する。 When the inside of the processing chamber 100 becomes an HMDS-containing gas atmosphere, HMDS is adsorbed and deposited on the surface of the substrate 111 (including the wall surface of the separation groove) at a single molecular layer (or atomic layer) level.

ここで、シリコン含有ガス雰囲気工程Ｓ３０２の諸条件の一例としては、例えば、以下の通りである。
・処理室１００内の温度：１５０℃
・処理室１００内の圧力：１０Ｔｏｒｒ
・ＨＭＤＳガスの供給量：０．１ｇ
・ＨＭＤＳガスの供給時間：２秒
（第一パージガス雰囲気工程）
次に、ステップＳ３０４では、処理室１００を第二ガスであるパージガス雰囲気にする。 Here, as an example of various conditions of silicon content gas atmosphere process S302, it is as follows, for example.
・ Temperature in the processing chamber 100: 150 ° C.
-Pressure in the processing chamber 100: 10 Torr
-Supply amount of HMDS gas: 0.1 g
HMDS gas supply time: 2 seconds (first purge gas atmosphere process)
Next, in step S304, the processing chamber 100 is brought into a purge gas atmosphere as the second gas.

具体的には、例えば、ＨＭＤＳガス供給ライン２１０の開閉バルブ２１６を閉めて、ＨＭＤＳ含有ガスの供給と停止する。 Specifically, for example, the on-off valve 216 of the HMDS gas supply line 210 is closed to stop the supply and stop of the HMDS-containing gas.

次に、排気部１４０において、真空ポンプ１４３で排気させながら、可変コンダクタンスバルブ１４２の開度を調整し、処理室１００内のＨＭＤＳ含有ガスを排気する。 Next, the exhaust unit 140 adjusts the opening of the variable conductance valve 142 while exhausting it with the vacuum pump 143, and exhausts the HMDS-containing gas in the processing chamber 100.

次に、窒素ガス供給ライン２２０において、マスフローコントローラ２２３により流量を制御しつつ開閉バルブ２２４を開けることで、シャワーヘッド１２０を経由して、パージガスである窒素ガスを処理室１００内に供給し、当該処理室１００内を窒素ガス雰囲気にする。 Next, in the nitrogen gas supply line 220, by opening the on-off valve 224 while controlling the flow rate by the mass flow controller 223, the nitrogen gas as the purge gas is supplied into the processing chamber 100 via the shower head 120, and The inside of the processing chamber 100 is made a nitrogen gas atmosphere.

これにより、処理室１００内に残留する不要なＨＭＤＳガスを窒素ガスでパージ（除去）できる。 Thereby, unnecessary HMDS gas remaining in the processing chamber 100 can be purged (removed) with nitrogen gas.

なお、パージガスである窒素ガスの処理室１００への供給と、排気部１４０による供給した窒素ガスの処理室１００からの排気と、を短時間で繰り返すと、パージ（除去）が短縮される。 Note that the purge (removal) is shortened by repeating the supply of nitrogen gas, which is a purge gas, into the processing chamber 100 and the exhaust of the nitrogen gas supplied by the exhaust unit 140 from the processing chamber 100 in a short time.

ここで、第一パージガス雰囲気工程Ｓ３０４の諸条件の一例としては、例えば、以下の通りである。
・窒素ガスの供給時間（ＨＭＤＳガス除去時間）：２秒
（酸素含有ガス雰囲気工程）
次に、ステップＳ３０６では、処理室１００を第三ガスである酸素ガスであってプラズマ状態の酸素含有ガス雰囲気にする。 Here, an example of various conditions of the first purge gas atmosphere step S304 is as follows.
Nitrogen gas supply time (HMDS gas removal time): 2 seconds (oxygen-containing gas atmosphere process)
Next, in step S306, the processing chamber 100 is brought into an oxygen-containing gas atmosphere in a plasma state, which is an oxygen gas that is a third gas.

具体的には、例えば、窒素ガス供給ライン２２０の開閉バルブ２２４を閉めて、窒素ガスの供給を停止する。 Specifically, for example, the open / close valve 224 of the nitrogen gas supply line 220 is closed to stop the supply of nitrogen gas.

次に、酸素ガス供給ラインにおいて、マスフローコントローラ２３３により流量を制御しつつ開閉バルブ２３４を開けることで、シャワーヘッド１２０を経由して、酸素ガスを処理室１００内に供給し、当該処理室１００内を酸素ガス雰囲気にする。 Next, in the oxygen gas supply line, by opening the opening / closing valve 234 while controlling the flow rate by the mass flow controller 233, oxygen gas is supplied into the processing chamber 100 via the shower head 120, and the inside of the processing chamber 100 To an oxygen gas atmosphere.

そして、この雰囲気下で、一対の櫛形電極１３０に対して、交流電力供給系１３１により、発振器１３２の出力する高周波電力を整合器１３３及び絶縁トランス１３４を介して印加する。 In this atmosphere, high-frequency power output from the oscillator 132 is applied to the pair of comb electrodes 130 by the AC power supply system 131 via the matching unit 133 and the insulating transformer 134.

これにより、一対の櫛形電極１３０の周辺（その櫛形の電極部）でプラズマ（具体的には、酸素プラズマ（イオンと電子の混合体）と電気的に中性な活性種）が生成され、これらが拡散して、処理室１００内がプラズマ状態の酸素ガス雰囲気となる。 Thereby, plasma (specifically, oxygen plasma (a mixture of ions and electrons) and an electrically neutral active species) is generated around the pair of comb-shaped electrodes 130 (the comb-shaped electrode portion). Is diffused, and the inside of the processing chamber 100 becomes an oxygen gas atmosphere in a plasma state.

そして、基板１１１表面（その分離溝の壁面を含む）に１分子層（又は原子層）レベルで付着したＨＭＤＳの堆積膜が、生成したプラズマ（具体的には、酸素プラズマ（イオンと電子の混合体）と電気的に中性な活性種）に晒されることにより酸化され、１分子層（又は原子層）レベルのシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）が形成される。 Then, a deposited film of HMDS adhered to the surface of the substrate 111 (including the wall surface of the separation groove) at a single molecular layer (or atomic layer) level generates plasma (specifically, oxygen plasma (mixed ions and electrons). The silicon oxide film (SiO ₂ film) at a single molecular layer (or atomic layer) level is formed by being oxidized by being exposed to the active species) electrically neutralized with the body).

ここで、酸素含有ガス雰囲気工程Ｓ３０６の諸条件の一例としては、例えば、以下の通りである。
・処理室１００内の温度：１５０℃
・処理室１００内の圧力：４０Ｐａ
・酸素ガス供給量：０．２ｓｌｍ
・一対の櫛形電極１３０に印加する高周波電力（ＲＦ電力）：４００Ｗ
・一対の櫛形電極１３０の放電時間：２秒
（第二パージガス雰囲気工程）
次に、ステップＳ３０８では、処理室１００を第二ガスであるパージガス雰囲気にする。 Here, as an example of various conditions of oxygen-containing gas atmosphere process S306, it is as follows, for example.
・ Temperature in the processing chamber 100: 150 ° C.
-Pressure in the processing chamber 100: 40 Pa
・ Oxygen gas supply amount: 0.2 slm
High frequency power (RF power) applied to the pair of comb electrodes 130: 400W
-Discharge time of the pair of comb electrodes 130: 2 seconds (second purge gas atmosphere process)
Next, in step S308, the processing chamber 100 is placed in a purge gas atmosphere that is the second gas.

具体的には、例えば、酸素ガス供給ライン２３０の開閉バルブ２３４を閉めて、酸素含有ガスの供給と停止する。そして、一対の櫛形電極１３０に対する交流電力供給系１３１による高周波電力印加を停止し、プラズマの生成を停止する。 Specifically, for example, the opening / closing valve 234 of the oxygen gas supply line 230 is closed to stop the supply and stop of the oxygen-containing gas. Then, high frequency power application by the AC power supply system 131 to the pair of comb electrodes 130 is stopped, and plasma generation is stopped.

次に、排気部１４０において、真空ポンプ１４３を作動させ、可変コンダクタンスバルブ１４２の開度を調整し、処理室１００内の酸素含有ガスを排気する。 Next, in the exhaust part 140, the vacuum pump 143 is operated, the opening degree of the variable conductance valve 142 is adjusted, and the oxygen-containing gas in the processing chamber 100 is exhausted.

これにより、処理室１００内に残留する不要な酸素ガス（プラズマ状態の酸素ガス）を窒素ガスでパージ（除去）できる。 Thus, unnecessary oxygen gas (plasma state oxygen gas) remaining in the processing chamber 100 can be purged (removed) with nitrogen gas.

ここで、パージガス雰囲気工程Ｓ３０８の諸条件の一例としては、例えば、以下の通りである。
・窒素ガスの供給時間（酸素ガス除去時間）：２秒
（繰り返し工程）
次に、ステップＳ３１０では、シリコン含有ガス雰囲気工程（ステップＳ３０２）、第一パージガス雰囲気工程（ステップＳ３０４）、酸素含有ガス雰囲気工程（ステップＳ３０６）、及び第二パージガス雰囲気工程（ステップＳ３０８）を一サイクルとして何回実施したかを判定する。本サイクルの実施が所定の回数未満であれば、ステップＳ３０２に戻り、再び、シリコン含有ガス雰囲気工程（ステップＳ３０２）、第一パージガス雰囲気工程（ステップＳ３０４）、酸素含有ガス雰囲気工程（ステップＳ３０６）、及び第二パージガス雰囲気工程（ステップＳ３０８）を繰り返す。 Here, an example of various conditions of the purge gas atmosphere step S308 is as follows, for example.
・ Nitrogen gas supply time (oxygen gas removal time): 2 seconds (repeated process)
Next, in step S310, the silicon-containing gas atmosphere process (step S302), the first purge gas atmosphere process (step S304), the oxygen-containing gas atmosphere process (step S306), and the second purge gas atmosphere process (step S308) are performed in one cycle. Determine how many times it was implemented. If the execution of this cycle is less than the predetermined number of times, the process returns to step S302, and again the silicon-containing gas atmosphere process (step S302), the first purge gas atmosphere process (step S304), the oxygen-containing gas atmosphere process (step S306), The second purge gas atmosphere step (step S308) is repeated.

そして、ステップＳ３１０で、上記サイクルの実施が所定の回数行われたと判定した場合、ステップＳ３１２に進み、基板搬出工程を行う。 If it is determined in step S310 that the cycle has been performed a predetermined number of times, the process proceeds to step S312 to perform a substrate unloading process.

ステップＳ３１２では、上記サイクル（各工程）を繰り返すことにより、基板１１１表面（その分離溝の壁面を含む）に対して、各サイクル（各工程）毎に、１分子層（又は原子層）レベルで、ＨＭＤＳの堆積・その酸化によるシリコン酸化膜の形成が繰り返し行われ、所望の厚みのシリコン酸化膜が形成される。つまり、基板１１１に形成された素子分離溝内では、その壁面に各サイクル毎にシリコン酸化膜が積層されていくことにより、埋め込まれることとなる。 In step S312, by repeating the above cycle (each step), the surface of the substrate 111 (including the wall surface of the separation groove) is subjected to the single molecular layer (or atomic layer) level for each cycle (each step). Then, HMDS deposition and formation of a silicon oxide film by oxidation thereof are repeated to form a silicon oxide film having a desired thickness. In other words, in the element isolation trench formed in the substrate 111, the silicon oxide film is buried on the wall surface every time it is stacked.

なお、本繰り返し工程は、一回サイクルで、０．７Åまで程度のＨＭＤＳの堆積・その酸化によるシリコン酸化膜の形成を行うことができる。つまり、成膜速度が、０．７Å／サイクルで実現できる。
（基板搬出工程）
次に、ステップＳ３１２では、基板１１１を処理室１００（サセプタ１１０）から搬出する。そして、基板処理を終了する。 In this repetitive process, it is possible to form a silicon oxide film by depositing and oxidizing HMDS up to about 0.7 mm in one cycle. That is, the film formation rate can be realized at 0.7 liter / cycle.
(Substrate unloading process)
Next, in step S312, the substrate 111 is unloaded from the processing chamber 100 (susceptor 110). Then, the substrate processing is finished.

なお、基板処理を連続して行う場合、ステップＳ３０１に戻り、基板搬入工程を行い、再び、基板処理を行う。
（第一実施形態に係る基板処理装置（半導体装置の製造方法）作用）
以上説明した第一実施形態に係る基板処理装置（半導体装置の製造方法）では、シリコン含有ガス雰囲気工程（図３のステップＳ３０２）、第一パージガス雰囲気工程（図３のステップＳ３０４）、酸素含有ガス雰囲気工程（図３のステップＳ３０６）、及び第二パージガス雰囲気工程（図３のステップＳ３０８）を一サイクルとして、本サイクルを所望の回数で繰り返し行う（繰り返し工程（図３のステップＳ３１０））。 If the substrate processing is performed continuously, the process returns to step S301 to perform the substrate carry-in process and perform the substrate processing again.
(Operation of Substrate Processing Apparatus (Semiconductor Device Manufacturing Method) According to First Embodiment)
In the substrate processing apparatus (semiconductor device manufacturing method) according to the first embodiment described above, a silicon-containing gas atmosphere step (step S302 in FIG. 3), a first purge gas atmosphere step (step S304 in FIG. 3), an oxygen-containing gas. This cycle is repeated a desired number of times, with the atmosphere process (step S306 in FIG. 3) and the second purge gas atmosphere process (step S308 in FIG. 3) as one cycle (repetition process (step S310 in FIG. 3)).

本サイクルでは、１分子層（又は原子層）レベルで、ＨＭＤＳの堆積・その酸化によるシリコン酸化膜の形成が繰り返し行われる。このため、本サイクルを繰り返し行うことにより、１分子層（又は原子層）レベルの膜厚のシリコン酸化膜が積層されていくことにより、所望の膜厚のシリコン酸化膜が形成される。 In this cycle, deposition of HMDS and formation of a silicon oxide film by oxidation thereof are repeatedly performed at a single molecular layer (or atomic layer) level. For this reason, by repeating this cycle, a silicon oxide film having a thickness of one molecular layer (or atomic layer) is laminated, whereby a silicon oxide film having a desired thickness is formed.

つまり、基板１１１に形成された素子分離溝内では、その壁面において、１分子層（又は原子層）レベルの膜厚のシリコン酸化膜が本サイクル毎に積層されていき、素子分離溝内がシリコン酸化膜で埋め込まれる。 That is, in the element isolation groove formed in the substrate 111, a silicon oxide film having a film thickness of one molecular layer (or atomic layer) is stacked on each wall surface in each cycle, and the element isolation groove is in the silicon isolation groove. Embedded with oxide film.

ここで、シリコン含有ガス雰囲気工程（ステップＳ３０２）では、基板１１１に形成された素子分離溝内では、その壁面にＨＭＤＳが吸着・堆積して、これを酸化する工程を繰り返すことで、膜厚が増加して行くが、結果として溝の底部側の膜厚が厚くなる。つまり、溝の上部側の壁面よりも溝の底部側の膜厚が厚くなる。これは、溝の中ではプラズマに近い側の側面において、プラズマ或いは高エネルギーの活性種の作用を強く受けるためである。 Here, in the silicon-containing gas atmosphere process (step S302), in the element isolation groove formed in the substrate 111, HMDS is adsorbed and deposited on the wall surface, and the process of oxidizing this is repeated, so that the film thickness is increased. As a result, the film thickness on the bottom side of the groove increases. That is, the film thickness on the bottom side of the groove is thicker than the wall surface on the upper side of the groove. This is because, in the groove, the side surface close to the plasma is strongly affected by the plasma or high-energy active species.

この状態で、酸素含有ガス雰囲気工程（ステップＳ３０６）において、ＨＭＤＳの堆積膜の酸化を行うと、素子分離溝の上部側よりも溝の底部側方が、膜厚が厚いシリコン酸化膜が形成される。そして、上記サイクルを繰りして、シリコン酸化膜の積層を繰り返すと、図３に示すように、素子分離溝内において、断面形状がテーパー状となるように、シリコン酸化膜が形成されることとなる（図４中、１１２は、例えば、アスペクト比１０（溝幅３０００ｎｍ／溝幅３００ｎｍ）の素子分離溝、１１３はシリコン酸化膜を示す）。 In this state, when the HMDS deposited film is oxidized in the oxygen-containing gas atmosphere step (step S306), a thick silicon oxide film is formed on the bottom side of the groove rather than on the upper side of the element isolation groove. The Then, when the above cycle is repeated to repeat the stacking of the silicon oxide film, as shown in FIG. 3, the silicon oxide film is formed so that the cross-sectional shape is tapered in the element isolation trench. (In FIG. 4, 112 is, for example, an element isolation trench having an aspect ratio of 10 (groove width 3000 nm / groove width 300 nm), and 113 is a silicon oxide film).

このため、上記サイクルを繰りして、素子分離溝内を埋め込むように、シリコン酸化膜を積層していっても、先に、素子分離溝の上部側のみシリコン酸化膜で埋め込まれることが防止される。 For this reason, even if the silicon oxide film is stacked so as to fill the element isolation trench by repeating the above cycle, it is prevented that only the upper side of the element isolation trench is first filled with the silicon oxide film. The

したがって、第一実施形態に係る基板処理装置１１（半導体装置の製造方法）では、基板１１１に形成された高いアスペクト比の素子分離溝でも、空洞（ボイド）の発生を抑制して、つまりボイドフリーで当該溝中にシリコン絶縁膜を埋め込むことができる。 Therefore, in the substrate processing apparatus 11 (semiconductor device manufacturing method) according to the first embodiment, even in a high aspect ratio element isolation groove formed in the substrate 111, generation of voids is suppressed, that is, void free. Thus, a silicon insulating film can be embedded in the trench.

ここで、高いアスペクト比の素子分離溝とは、溝深さ／溝幅＝１０以上のアスペクト比の素子分離溝である。 Here, the element isolation groove having a high aspect ratio is an element isolation groove having an aspect ratio of groove depth / groove width = 10 or more.

なお、図５に示すように、素子分離溝の上部側の壁面と溝の底部側とにおいて、同等の膜厚でシリコン酸化膜が形成されると、アスペクト比の高い素子分離溝の場合、先に、素子分離溝の上部側のみシリコン酸化膜で埋め込まれる可能性があり、素子分離溝の底部側に空洞の発生が発生する可能性がある（図５中、１１２はアスペクト比１０（溝幅３０００ｎｍ／溝幅３００ｎｍ）の素子分離溝、１１３はシリコン酸化膜を示す）。 As shown in FIG. 5, when a silicon oxide film having the same film thickness is formed on the wall surface on the upper side of the element isolation groove and the bottom side of the groove, in the case of the element isolation groove having a high aspect ratio, In addition, there is a possibility that only the upper side of the element isolation trench is filled with a silicon oxide film, and a void may be generated on the bottom side of the element isolation trench (in FIG. 5, 112 has an aspect ratio of 10 (groove width). (3000 nm / groove width 300 nm), an element isolation groove 113 indicates a silicon oxide film).

また、第一実施形態に係る基板処理装置１１（半導体装置の製造方法）では、シリコン含有ガス雰囲気工程（図３のステップ３０２）において、第一ガスであるヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）含有ガス（第一実施形態ではＨＭＤＳガス及び窒素ガスの混合ガス）をバッファタンク２１５に貯蔵した後、バッファタンク２１５から第一ガスであるヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）含有ガスを処理室１００に供給している。 Moreover, in the substrate processing apparatus 11 (semiconductor device manufacturing method) according to the first embodiment, the hexamethyldisilazane (HMDS) -containing gas (the first gas) in the silicon-containing gas atmosphere step (step 302 in FIG. 3) ( In the first embodiment, a mixed gas of HMDS gas and nitrogen gas) is stored in the buffer tank 215, and then the hexamethyldisilazane (HMDS) -containing gas that is the first gas is supplied from the buffer tank 215 to the processing chamber 100. .

これにより、ＨＭＤＳ含有ガスを一気に放出できることから、短時間でＨＭＤＳ含有ガスを処理室１００内に供給できる。
［第二実施形態］
図６は、第二実施形態に係る基板処理装置を示す概略構成図である。図７は、第二実施形態に係る基板処理装置のリモートプラズマユニット（プラズマ生成部）を示す概略構成図である。 Thereby, since HMDS containing gas can be discharge | released at a stretch, HMDS containing gas can be supplied in the processing chamber 100 in a short time.
[Second Embodiment]
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a substrate processing apparatus according to the second embodiment. FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a remote plasma unit (plasma generator) of the substrate processing apparatus according to the second embodiment.

第二実施形態に係る基板処理装置１２は、リモートプラズマ型プラズマ処理装置であり、図６に示すように、酸素ガス供給ライン２３０において、酸素ガス供給管２３１の上流端側から、酸素ガス供給源２３２と、酸素ガスの流量を制御するマスフローコントローラ２３３と、開閉バルブ２３４と、プラズマ生成部としてのリモートプラズマユニット２３５と、開閉バルブ２３６と、が直列に設けられて構成されている。 The substrate processing apparatus 12 according to the second embodiment is a remote plasma type plasma processing apparatus. As shown in FIG. 6, in the oxygen gas supply line 230, an oxygen gas supply source is provided from the upstream end side of the oxygen gas supply pipe 231. 232, a mass flow controller 233 for controlling the flow rate of oxygen gas, an open / close valve 234, a remote plasma unit 235 as a plasma generation unit, and an open / close valve 236 are provided in series.

つまり、第二実施形態に係る基板処理装置１２は、第一実施形態に対して、処理室１００内部に設けた一対の櫛形電極１３０に代えて、処理室１００外部にリモートプラズマユニット２３５を設けた点が異なる。そして、第二実施形態に係る基板処理装置１２は、この点以外、第一実施形態と同様な構成である。 That is, in the substrate processing apparatus 12 according to the second embodiment, a remote plasma unit 235 is provided outside the processing chamber 100 instead of the pair of comb-shaped electrodes 130 provided inside the processing chamber 100 as compared to the first embodiment. The point is different. The substrate processing apparatus 12 according to the second embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except for this point.

ここで、リモートプラズマユニット２３５は、図７に示すように、プラズマ生成室２４０と、プラズマ生成室２４０内の雰囲気（酸素ガス雰囲気）と隔離されるように設けられたプラズマ生成源２４１（例えば棒状電極等）と、備えている。 Here, as shown in FIG. 7, the remote plasma unit 235 includes a plasma generation chamber 240 and a plasma generation source 241 (for example, a rod shape) provided so as to be isolated from the atmosphere (oxygen gas atmosphere) in the plasma generation chamber 240. Electrodes, etc.).

プラズマ生成源２４１は、交流電力供給系２５１が接続されている。 The plasma generation source 241 is connected to an AC power supply system 251.

交流電力供給系２５１は、プラズマ生成源２４１に対して、発振器２５２の出力する交流電力を整合器２５３を介して印加できるようになっている。交流電力の周波数は、数（ＫＨｚ）の低周波から１３．５６（ＭＨｚ）などの高周波を用いる。交流電力を供給する経路の途中には絶縁トランス２５４が設けてあり、プラズマ生成源２４１は、接地（アース）と絶縁された状態になっている。交流電力供給系には絶縁トランス２５４が設けてあるため、プラズマ生成源２４１には１８０度位相の異なる電界を印加する構造となっている。 The AC power supply system 251 can apply the AC power output from the oscillator 252 to the plasma generation source 241 via the matching unit 253. As the frequency of the AC power, a high frequency such as a low frequency of several (KHz) to 13.56 (MHz) is used. An insulating transformer 254 is provided in the middle of the path for supplying AC power, and the plasma generation source 241 is insulated from the ground (earth). Since the AC power supply system is provided with the insulating transformer 254, the plasma generation source 241 has a structure in which electric fields different in phase by 180 degrees are applied.

プラズマ生成源２４１に、交流電力供給系２５１により、発振器２５２の出力する交流電力を整合器２５３を介して供給すると、プラズマ生成源２４１によりプラズマ生成室２４０内の酸素ガスをプラズマ状態とする、つまりプラズマ（具体的には、酸素プラズマ（イオンと電子の混合体）と電気的に中性な活性種）が生成される。 When the AC power supply system 251 supplies the AC power output from the oscillator 252 to the plasma generation source 241 via the matching unit 253, the plasma generation source 241 changes the oxygen gas in the plasma generation chamber 240 into a plasma state. Plasma (specifically, oxygen plasma (a mixture of ions and electrons) and an electrically neutral active species) is generated.

そして、酸素ガス供給ライン２３０は、生成されたプラズマ（具体的には、酸素プラズマ（イオンと電子の混合体）と電気的に中性な活性種）のうち、電気的に中性な活性種が、シャワーヘッド１２０を経由して処理室１００内に供給して、基板１１１を処理する構成となっている。 The oxygen gas supply line 230 is an electrically neutral active species in the generated plasma (specifically, an oxygen plasma (a mixture of ions and electrons) and an electrically neutral active species). However, the substrate 111 is processed by being supplied into the processing chamber 100 via the shower head 120.

第二実施形態に係る基板処理装置１２により実施される第一実施形態に係る半導体装置の製造方法（基板処理方法）では、処理室１００を第三ガスである酸素ガスであって活性状態の酸素含有ガス雰囲気にする酸素含有ガス雰囲気工程（図３のステップＳ３０６）として、次の処理が実施される。なお、本処理以外は、第一実施形態と同様である。 In the semiconductor device manufacturing method (substrate processing method) according to the first embodiment performed by the substrate processing apparatus 12 according to the second embodiment, the processing chamber 100 is oxygen gas that is the third gas and oxygen in the active state. As an oxygen-containing gas atmosphere step (step S306 in FIG. 3) for making the containing gas atmosphere, the following processing is performed. Note that the processing other than this processing is the same as in the first embodiment.

具体的には、例えば、窒素ガス供給ライン２２０の開閉バルブ２２４を閉めて、窒素ガスの供給と停止する。 Specifically, for example, the open / close valve 224 of the nitrogen gas supply line 220 is closed to stop and supply the nitrogen gas.

次に、酸素ガス供給ラインにおいて、マスフローコントローラ２３３により流量を制御しつつ開閉バルブ２３４を開けることで、リモートプラズマユニット２３５のプラズマ生成室２４０に供給する。 Next, in the oxygen gas supply line, the mass flow controller 233 controls the flow rate and opens the opening / closing valve 234 to supply the plasma generation chamber 240 of the remote plasma unit 235.

次に、このプラズマ生成室２４０の酸素ガス雰囲気下で、リモートプラズマユニット２３５の交流電力供給系２５１において、プラズマ生成源２４１に対して、発振器２５２の出力する高周波電力を整合器２５３及び絶縁トランス２５４を介して印加する。 Next, in the oxygen gas atmosphere of the plasma generation chamber 240, in the AC power supply system 251 of the remote plasma unit 235, the high frequency power output from the oscillator 252 is applied to the plasma generation source 241 by the matching unit 253 and the insulating transformer 254. Apply via.

これによりプラズマ生成室２４０内の酸素ガスをプラズマ状態となり、プラズマ（具体的には、酸素プラズマ（イオンと電子の混合体）と電気的に中性な活性種）が生成される。 As a result, the oxygen gas in the plasma generation chamber 240 becomes a plasma state, and plasma (specifically, oxygen plasma (a mixture of ions and electrons) and an electrically neutral active species) is generated.

次に、酸素ガス供給ラインにおいて、開閉バルブ２３６を開くと、電気的に中性な活性種が、シャワーヘッド１２０を経由して処理室１００内に供給され、処理室１００内が活性状態の酸素ガス雰囲気（具体的には、酸素ガスのプラズマの電子で活性化された電気的に中性な活性種が含まれる雰囲気）とする。 Next, when the opening / closing valve 236 is opened in the oxygen gas supply line, electrically neutral active species are supplied into the processing chamber 100 via the shower head 120, and oxygen in the processing chamber 100 is in an active state. A gas atmosphere (specifically, an atmosphere containing electrically neutral active species activated by electrons of oxygen gas plasma) is used.

そして、基板１１１表面（その分離溝の壁面を含む）に１分子層（又は原子層）レベルで付着したＨＭＤＳの堆積膜が、生成した電気的に中性な活性種に晒されることにより酸化され、１分子層（又は原子層）レベルのシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）が形成される。 Then, the deposited film of HMDS adhered to the surface of the substrate 111 (including the wall surface of the separation groove) at a single molecular layer (or atomic layer) level is oxidized by being exposed to the generated electrically neutral active species. A single molecular layer (or atomic layer) level silicon oxide film (SiO ₂ film) is formed.

ここで、酸素含有ガス雰囲気工程Ｓ３０６の諸条件の一例としては、例えば、以下の通りである。
・処理室１００内の温度：１５０℃
・処理室１００内の圧力：１０Ｐａ
・酸素ガス供給量：０．５ｓｌｍ以下
・リモートプラズマユニット２３５のプラズマ生成源２４１に印加する高周波電力（ＲＦ電力）：４００Ｗ
・リモートプラズマユニット２３５のプラズマ生成源２４１の放電時間：２秒
なお、第二実施形態に係る基板処理装置１２（半導体装置の製造方法）において、シリコン含有ガス雰囲気工程（図３のステップＳ３０２）、第一パージガス雰囲気工程（図３のステップＳ３０４）、酸素含有ガス雰囲気工程（図３のステップＳ３０６）、及び第二パージガス雰囲気工程（図３のステップＳ３０８）を一サイクルとして、これを繰り返す繰り返し工程は、一回サイクルで、１．０Åまで程度のＨＭＤＳの堆積・その酸化によるシリコン酸化膜の形成を行うことができる。つまり、成膜速度が、１．０Å／サイクルで実現できる。 Here, as an example of various conditions of oxygen-containing gas atmosphere process S306, it is as follows, for example.
・ Temperature in the processing chamber 100: 150 ° C.
-Pressure in the processing chamber 100: 10 Pa
・ Oxygen gas supply amount: 0.5 slm or less ・ High frequency power (RF power) applied to the plasma generation source 241 of the remote plasma unit 235: 400 W
-Discharge time of the plasma generation source 241 of the remote plasma unit 235: 2 seconds In the substrate processing apparatus 12 (semiconductor device manufacturing method) according to the second embodiment, a silicon-containing gas atmosphere step (step S302 in FIG. 3), The first purge gas atmosphere process (step S304 in FIG. 3), the oxygen-containing gas atmosphere process (step S306 in FIG. 3), and the second purge gas atmosphere process (step S308 in FIG. 3) are defined as one cycle. In one cycle, it is possible to form a silicon oxide film by depositing and oxidizing HMDS up to about 1.0 mm. That is, the film formation rate can be realized at 1.0 Å / cycle.

以上説明した第二実施形態に係る基板処理装置１２（半導体装置の製造方法）でも、第一実施形態と同様に、基板１１１に形成された高いアスペクト比の素子分離溝でも、空洞の発生を抑制して当該溝中にシリコン絶縁膜を埋め込むことができる。 In the substrate processing apparatus 12 (semiconductor device manufacturing method) according to the second embodiment described above, the generation of cavities is suppressed even in the element isolation trench having a high aspect ratio formed in the substrate 111, as in the first embodiment. Thus, a silicon insulating film can be embedded in the trench.

一方で、第二実施形態に係る基板処理装置１２（半導体装置の製造方法）では、酸素含有ガス雰囲気工程（ステップＳ３０６）において、電気的に中性な活性種のみのプラズマに晒してＨＭＤＳの堆積膜の酸化するのに対して、第一実施形態では、酸素プラズマと電気的に中性な活性種との双方のプラズマに晒してＨＭＤＳの堆積膜の酸化する。 On the other hand, in the substrate processing apparatus 12 (semiconductor device manufacturing method) according to the second embodiment, in the oxygen-containing gas atmosphere step (step S306), HMDS is deposited by exposure to plasma of only electrically neutral active species. In contrast to the oxidation of the film, in the first embodiment, the deposited film of HMDS is oxidized by being exposed to plasmas of both oxygen plasma and electrically neutral active species.

このため、第二実施形態の基板処理装置１２（半導体装置の製造方法）では、第一実施形態に比べ、酸素プラズマによる基板１１１のダメージが抑制される。 For this reason, in the substrate processing apparatus 12 (semiconductor device manufacturing method) of the second embodiment, damage to the substrate 111 due to oxygen plasma is suppressed compared to the first embodiment.

また、第二実施形態に係る基板処理装置１２（半導体装置の製造方法）では、例えば、第一実施形態ではシリコン酸化膜の成膜速度が０．７Å／サイクル程度であるのに対して、シリコン酸化膜の成膜速度を１．０Å／サイクルであることから、第一実施形態に比べ、短時間でのシリコン絶縁膜の埋め込みが実現できる。
［その他］
なお、上記各実施形態に係る基板処理装置（半導体装置の製造方法）では、原料であるＨＭＤＳガスが他の原料に比べ安価に入手することができ、また、ＨＭＤＳの堆積膜の酸化する手段としてオゾンを使用しないため、高価なオゾナイザを必要としないことから、低コスト化も実現される。 Further, in the substrate processing apparatus 12 (semiconductor device manufacturing method) according to the second embodiment, for example, the silicon oxide film formation rate is about 0.7 mm / cycle in the first embodiment, but silicon Since the deposition rate of the oxide film is 1.0 kg / cycle, the silicon insulating film can be embedded in a shorter time than in the first embodiment.
[Others]
In the substrate processing apparatus (semiconductor device manufacturing method) according to each of the above embodiments, the HMDS gas as a raw material can be obtained at a lower cost than other raw materials, and as a means for oxidizing the deposited film of HMDS. Since ozone is not used, an expensive ozonizer is not required, so that the cost can be reduced.

また、上記各実施形態に係る基板処理装置（半導体装置の製造方法）は、素子分離溝内のシリコン酸化膜の埋め込み（つまりトレンチアイソレーションの埋め込み）の他、ＴＳＶ（ＴｈｒｏｕｇｈＳｉｌｉｃｏｎＶｉａ／シリコン貫通孔用ホール）におけるシリコン酸化膜（絶縁膜）の埋め込みにも有効に適用できる。
［本発明の好ましい態様］
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
（付記１）
本発明の好ましい一態様によれば、
高いアスペクト比の素子分離溝が形成された基板を処理室に搬入する基板搬入工程と、
前記処理室を第一ガスであるヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）含有ガス雰囲気にするシリコン含有ガス雰囲気工程と、
前記処理室を第二ガスであるパージガス雰囲気にする第一パージガス雰囲気工程と、
前記処理室を第三ガスである酸素含有ガスであってプラズマ状態の酸素含有ガス雰囲気にする酸素含有ガス雰囲気工程と、
前記処理室を第二ガスであるパージガス雰囲気にする第二パージガス雰囲気工程と、
前記シリコン含有ガス雰囲気工程、前記第一パージガス雰囲気工程、前記酸素含有ガス雰囲気工程、及び前記第二パージガス雰囲気工程を繰り返す工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
（付記２）
付記１の半導体装置の製造方法において、好ましくは、前記シリコン含有ガス雰囲気工程では、前記第一ガスであるヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）含有ガスをバッファタンクに貯蔵した後、前記バッファタンクから前記第一ガスであるヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）含有ガスを前記処理室に供給する。
（付記３）
付記１又は２の半導体装置の製造方法において、好ましくは、前記シリコン含有ガス雰囲気工程ではヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）を１分子層（又は原子層）レベルで成膜し、前記酸素含有ガス雰囲気工程では成膜したヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）を酸化する。
（付記４）
付記１〜３のいずれか半導体装置の製造方法において、好ましくは、前記酸素含有ガス雰囲気工程では、酸素含有ガスのプラズマ化により生成された酸素プラズマ及び電気的に中性な活性種の双方を利用して、成膜したヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）を酸化する。
（付記５）
付記４の半導体装置の製造方法において、好ましくは、前記酸素含有ガス雰囲気工程では、処理室内部に設けられた一対の電極により、酸素含有ガスをプラズマ化する。
（付記６）
付記５の半導体装置の製造方法において、好ましくは、一対の電極が一対の櫛形電極である。
（付記７）
付記１〜３のいずれかの半導体装置の製造方法において、好ましくは、前記酸素含有ガス雰囲気工程では、電気的に中性な活性種のみを利用して、成膜したヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）を酸化する。
（付記８）
付記７のいずれかの半導体装置の製造方法において、好ましくは、前記酸素含有ガス雰囲気工程では、処理室外部に設けられたリモートプラズマユニットにより、酸素含有ガスをプラズマ化する。
（付記９）
本発明の好ましい一態様によれば、
処理室と、
前記処理室内に設けられ、高いアスペクト比の素子分離溝が形成された基板を載置する基板載置部と、
前記処理室に、第一ガスであるヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）含有ガスを供給する第一ガス供給部と、
前記処理室に、第二ガスであるパージガスを供給する第二ガス供給部と、
前記処理室に、第三ガスである酸素含有ガスを供給する第三ガス供給部と、
前記第三ガスである酸素含有ガスをプラズマ状態とするプラズマ生成部と、
前記処理室を前記第一ガスであるヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）含有ガス雰囲気にするシリコン含有ガス雰囲気工程と、前記処理室を前記第二ガスであるパージガス雰囲気にする第一パージガス雰囲気工程と、前記処理室を前記第三ガスである酸素ガスであってプラズマ状態の酸素含有ガス雰囲気にする酸素含有ガス雰囲気工程と、前記処理室を第二ガスであるパージガス雰囲気にする第二パージガス雰囲気工程と、前記シリコン含有ガス雰囲気工程、前記第一パージガス雰囲気工程、前記酸素含有ガス雰囲気工程、及び前記第二パージガス雰囲気工程を繰り返す工程と、を実施するように、前記第一ガス供給部、前記第二ガス供給部、前記第三ガス供給部、及び前記プラズマ生成部を制御する制御部と、
を備える基板処理装置が提供される。
（付記１０）
付記９の基板処理装置において、好ましくは、第一ガス供給部には、前記第一ガスであるヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）含有ガスを貯蔵した後、前記処理室に供給するバッファタンクを備える。
（付記１１）
付記９又は１０の基板処理装置において、好ましくは、プラズマ生成部は、前記基板載置部の基板載置面と対向する位置に設けられている。
（付記１２）
付記１１の基板処理装置において、好ましくは、プラズマ生成部は、一対の電極である。
（付記１３）
付記１２の基板処理装置において、好ましくは、一対の電極は一対の櫛形電極である。
（付記１４）
付記９又は１０の基板処理装置において、好ましくは、プラズマ生成部は、処理室外部に設けられたリモートプラズマユニットである。 In addition, the substrate processing apparatus (semiconductor device manufacturing method) according to each of the above embodiments has a TSV (Through Silicon Via / silicon through hole) in addition to embedding a silicon oxide film in an element isolation trench (that is, embedding trench isolation). The present invention can also be effectively applied to the embedding of a silicon oxide film (insulating film) in a hole for use.
[Preferred embodiment of the present invention]
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.
(Appendix 1)
According to a preferred aspect of the present invention,
A substrate carrying-in process for carrying a substrate having a high aspect ratio element isolation groove formed into a processing chamber;
A silicon-containing gas atmosphere step for making the processing chamber a gas atmosphere containing hexamethyldisilazane (HMDS) as a first gas;
A first purge gas atmosphere step for making the processing chamber a purge gas atmosphere as a second gas;
An oxygen-containing gas atmosphere step in which the processing chamber is an oxygen-containing gas that is a third gas and is in an oxygen-containing gas atmosphere in a plasma state;
A second purge gas atmosphere step for making the processing chamber a purge gas atmosphere as a second gas;
Repeating the silicon-containing gas atmosphere step, the first purge gas atmosphere step, the oxygen-containing gas atmosphere step, and the second purge gas atmosphere step;
A method of manufacturing a semiconductor device having the above is provided.
(Appendix 2)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 1, preferably, in the silicon-containing gas atmosphere step, after the hexamethyldisilazane (HMDS) -containing gas as the first gas is stored in a buffer tank, the first gas is removed from the buffer tank. One gas, hexamethyldisilazane (HMDS) -containing gas, is supplied to the processing chamber.
(Appendix 3)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 1 or 2, preferably, in the silicon-containing gas atmosphere step, hexamethyldisilazane (HMDS) is formed at a single molecular layer (or atomic layer) level, and the oxygen-containing gas atmosphere step Then, the formed hexamethyldisilazane (HMDS) is oxidized.
(Appendix 4)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 3, preferably, in the oxygen-containing gas atmosphere step, both oxygen plasma generated by converting the oxygen-containing gas into plasma and an electrically neutral active species are used. Then, the formed hexamethyldisilazane (HMDS) is oxidized.
(Appendix 5)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 4, preferably, in the oxygen-containing gas atmosphere step, the oxygen-containing gas is converted into plasma by a pair of electrodes provided in the processing chamber.
(Appendix 6)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to attachment 5, preferably, the pair of electrodes is a pair of comb electrodes.
(Appendix 7)
In the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 3, preferably, in the oxygen-containing gas atmosphere step, a hexamethyldisilazane (HMDS) film is formed by using only electrically neutral active species. Oxidize.
(Appendix 8)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 7, preferably, in the oxygen-containing gas atmosphere step, the oxygen-containing gas is converted into plasma by a remote plasma unit provided outside the processing chamber.
(Appendix 9)
According to a preferred aspect of the present invention,
A processing chamber;
A substrate mounting portion for mounting a substrate provided with a high aspect ratio element isolation groove provided in the processing chamber;
A first gas supply unit that supplies hexamethyldisilazane (HMDS) -containing gas, which is the first gas, to the processing chamber;
A second gas supply unit that supplies a purge gas that is a second gas to the processing chamber;
A third gas supply unit for supplying an oxygen-containing gas which is a third gas to the processing chamber;
A plasma generating unit that converts the oxygen-containing gas that is the third gas into a plasma state;
A silicon-containing gas atmosphere step for bringing the processing chamber into a hexamethyldisilazane (HMDS) -containing gas atmosphere as the first gas; and a first purge gas atmosphere step for bringing the processing chamber into a purge gas atmosphere as the second gas; An oxygen-containing gas atmosphere step in which the processing chamber is an oxygen gas that is the third gas and is in a plasma state, and a second purge gas atmosphere step in which the processing chamber is a purge gas atmosphere that is a second gas; Repeating the silicon-containing gas atmosphere process, the first purge gas atmosphere process, the oxygen-containing gas atmosphere process, and the second purge gas atmosphere process. A control unit for controlling the gas supply unit, the third gas supply unit, and the plasma generation unit;
A substrate processing apparatus is provided.
(Appendix 10)
In the substrate processing apparatus of appendix 9, preferably, the first gas supply unit includes a buffer tank that stores the hexamethyldisilazane (HMDS) -containing gas, which is the first gas, and then supplies the gas to the processing chamber.
(Appendix 11)
In the substrate processing apparatus according to attachment 9 or 10, preferably, the plasma generation unit is provided at a position facing the substrate mounting surface of the substrate mounting unit.
(Appendix 12)
In the substrate processing apparatus of appendix 11, preferably, the plasma generation unit is a pair of electrodes.
(Appendix 13)
In the substrate processing apparatus of appendix 12, preferably, the pair of electrodes are a pair of comb electrodes.
(Appendix 14)
In the substrate processing apparatus according to attachment 9 or 10, preferably, the plasma generation unit is a remote plasma unit provided outside the processing chamber.

以上、本発明の種々の典型的な実施形態を説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。したがって、本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。 While various exemplary embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments. Accordingly, the scope of the invention is limited only by the claims.

１１、１２基板処理装置
１００処理室
１０１密閉容器
１０２基板搬送口
１０３ゲートバルブ
１０４排気口
１１０サセプタ
１１１基板
１２０シャワーヘッド
１２１、１２２ガス導入ポート
１２３孔
１３０櫛形電極
１３１交流電力供給系
１３２発振器
１３３整合器
１３４絶縁トランス
１４０排気部
１４１排気管
１４２可変コンダクタンスバルブ
１４３真空ポンプ
２００ガス供給部
２０１共通ガス供給管
２０２窒素ガス分岐供給管
２０３開閉バルブ
２１０ＨＭＤＳガス供給ライン
２１１ＨＭＤＳガス供給管
２１２ＨＭＤＳガス供給源
２１３マスフローコントローラ
２１４開閉バルブ
２１５バッファタンク
２１６開閉バルブ
２２０窒素ガス供給ライン
２２１窒素ガス供給管
２２２窒素ガス供給源
２２３マスフローコントローラ
２２４開閉バルブ
２３０酸素ガス供給ライン
２３１酸素ガス供給管
２３２酸素ガス供給源
２３３マスフローコントローラ
２３４開閉バルブ
２３５リモートプラズマユニット
２３６開閉バルブ
２４０プラズマ生成室
２４１プラズマ生成源
２５１交流電力供給系
２５２発振器
２５３整合器
２５４絶縁トランス
３００コントローラ 11 and 12 Substrate processing apparatus 100 Processing chamber 101 Sealed container 102 Substrate transport port 103 Gate valve 104 Exhaust port 110 Susceptor 111 Substrate 120 Shower head 121, 122 Gas introduction port 123 Hole 130 Comb electrode 131 AC power supply system 132 Oscillator 133 Matching unit 134 Insulation transformer 140 Exhaust part 141 Exhaust pipe 142 Variable conductance valve 143 Vacuum pump 200 Gas supply part 201 Common gas supply pipe 202 Nitrogen gas branch supply pipe 203 On-off valve 210 HMDS gas supply line 211 HMDS gas supply pipe 212 HMDS gas supply source 213 Mass flow controller 214 Open / close valve 215 Buffer tank 216 Open / close valve 220 Nitrogen gas supply line 221 Nitrogen gas supply pipe 222 Nitrogen gas supply source 223 Mass flow controller 224 Open / close valve 230 Oxygen gas supply line 231 Oxygen gas supply pipe 232 Oxygen gas supply source 233 Mass flow controller 234 Open / close valve 235 Remote plasma unit 236 Open / close valve 240 Plasma generation chamber 241 Plasma generation source 251 AC power supply system 252 Oscillator 253 Matching unit 254 Insulation transformer 300 controller

Claims

A substrate carrying-in process for carrying the substrate on which the element isolation grooves are formed into the processing chamber;
A silicon-containing gas atmosphere step for making the processing chamber a gas atmosphere containing hexamethyldisilazane (HMDS) as a first gas;
A first purge gas atmosphere step for making the processing chamber a purge gas atmosphere as a second gas;
An oxygen-containing gas atmosphere step in which the processing chamber is an oxygen-containing gas that is a third gas and is in an oxygen-containing gas atmosphere in a plasma state;
A second purge gas atmosphere step for making the processing chamber a purge gas atmosphere as a second gas;
Repeating the silicon-containing gas atmosphere step, the first purge gas atmosphere step, the oxygen-containing gas atmosphere step, and the second purge gas atmosphere step;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:

In the silicon-containing gas atmosphere step, after the hexamethyldisilazane (HMDS) -containing gas as the first gas is stored in a buffer tank, the hexamethyldisilazane (HMDS) -containing gas as the first gas is stored from the buffer tank. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is supplied to the processing chamber.

A processing chamber;
A substrate mounting portion provided in the processing chamber for mounting a substrate on which an element isolation groove is formed;
A first gas supply unit that supplies hexamethyldisilazane (HMDS) -containing gas, which is the first gas, to the processing chamber;
A second gas supply unit that supplies a purge gas that is a second gas to the processing chamber;
A third gas supply unit for supplying an oxygen-containing gas which is a third gas to the processing chamber;
A plasma generating unit that converts the oxygen-containing gas that is the third gas into a plasma state;
A silicon-containing gas atmosphere step for bringing the processing chamber into a hexamethyldisilazane (HMDS) -containing gas atmosphere as the first gas; and a first purge gas atmosphere step for bringing the processing chamber into a purge gas atmosphere as the second gas; An oxygen-containing gas atmosphere step in which the processing chamber is an oxygen gas that is the third gas and is in a plasma state, and a second purge gas atmosphere step in which the processing chamber is a purge gas atmosphere that is a second gas; Repeating the silicon-containing gas atmosphere process, the first purge gas atmosphere process, the oxygen-containing gas atmosphere process, and the second purge gas atmosphere process. A control unit for controlling the gas supply unit, the third gas supply unit, and the plasma generation unit;
A substrate processing apparatus comprising: