特許 6174943 凹部を充填する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6174943

(24)【登録日】2017年7月14日

(45)【発行日】2017年8月2日

(54)【発明の名称】凹部を充填する方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/20 20060101AFI20170724BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20170724BHJP

   C23C 16/56 20060101ALI20170724BHJP

   H01L 21/324 20060101ALI20170724BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20170724BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/20

   H01L21/205

   C23C16/56

   H01L21/324 W

   H01L21/302 105A

【請求項の数】2

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-172430(P2013-172430)

(22)【出願日】2013年8月22日

(65)【公開番号】特開2015-41707(P2015-41707A)

(43)【公開日】2015年3月2日

【審査請求日】2016年1月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100122507

【弁理士】

【氏名又は名称】柏岡 潤二

(72)【発明者】

【氏名】小野寺 聡

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 大介

(72)【発明者】

【氏名】柿本 明修

【審査官】 右田 勝則

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６４−０７７９２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−１１６７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０５６１５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０８２９８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１０９５３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２６００１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１９８９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−０７７９２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１３９２７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１９８５０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２０

Ｃ２３Ｃ １６／５６

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被処理体の凹部を充填する方法であって、該被処理体は、半導体基板及び該半導体基板上に設けられた絶縁膜を有し、前記凹部は、前記半導体基板まで延在するよう前記絶縁膜を貫通しており、該方法は、
前記凹部を画成する壁面上にライナー層を形成する工程であり、該ライナー層は不純物を含有するアモルファス半導体層を含む、該工程と、
前記アモルファス半導体層上に半導体材料の薄膜を形成する工程と、
前記被処理体をアニールする工程であり、該被処理体をアニールすることにより、前記薄膜の半導体材料を前記凹部の底に向けて移動させて、前記半導体基板の結晶に応じたエピタキシャル領域を形成する、該工程と、
前記エピタキシャル領域を構成しない前記薄膜の残部及び前記ライナー層をエッチングする工程と、
を含み、
ライナー層を形成する前記工程、薄膜を形成する前記工程、前記被処理体をアニールする前記工程、及び、エッチングする前記工程を含むシーケンスが繰り返され、
前記半導体基板は、単結晶半導体基板又は多結晶半導体基板であり、
前記薄膜は、不純物を含有するアモルファス半導体膜であり、
前記アモルファス半導体層の不純物濃度は、前記薄膜の不純物濃度よりも高い、
方法。

【請求項2】

前記アモルファス半導体層は、アモルファスシリコン層であり、
前記ライナー層は、アミノシラン系ガス又は高次シランガスから形成されるシード層を更に含み、
前記シード層は前記壁面上に形成され、
前記アモルファスシリコン層は前記シード層上に形成される、
請求項１に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、凹部を充填する方法及び処理装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

半導体装置といったデバイスの製造においては、絶縁膜に形成されたスルーホール又はコンタクトホールといった凹部内に、シリコンを充填する処理が行われることがある。トレンチに充填されたシリコンは、例えば、電極として利用され得る。このような処理は、例えば、特許文献１に記載されている。

【0003】

具体的に、特許文献１に記載された処理では、被処理体においてトレンチを画成する壁面上に多結晶シリコン膜が形成される。次いで、多結晶シリコン膜上にアモルファスシリコン膜が形成される。その後、被処理体がアニールされる。特許文献１に記載された処理では、被処理体のアニールにより、アモルファスシリコンをトレンチの底部に向かって移動させ、当該アモルファスシリコンによってトレンチを充填することが意図されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１０−５６１５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載された処理では、アニールによってアモルファスシリコンをトレンチの底部に移動させる際に、アモルファシリコンが凝集し、ボイドやシームと称される空洞が形成される。

【0006】

このような背景から、凹部の充填において空洞の発生を抑制することが要請されている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

一側面においては、被処理体の凹部を充填する方法が提供される。被処理体は、半導体基板、及び、該半導体基板上に設けられた絶縁膜を有する。凹部は、半導体基板まで延在するよう絶縁膜を貫通している。この方法は、凹部を画成する壁面に沿って半導体材料の薄膜を形成する工程（ａ）と、被処理体をアニールする工程であり、該被処理体をアニールすることにより、薄膜の半導体材料を凹部の底に向けて移動させて、半導体基板の結晶に応じたエピタキシャル領域を形成する、該工程（ｂ）と、薄膜をエッチングする工程（ｃ）と、を含む。半導体材料は、例えば、シリコン又はゲルマニウムである。

【0008】

一形態においては、工程（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）を含むシーケンスが繰り返されてもよい。また、一形態においては、薄膜は、アモルファス半導体膜、例えば、アモルファス状態のシリコン膜、ゲルマニウム膜、又はシリコンゲルマニウム膜であり、半導体基板は、単結晶半導体基板又は多結晶半導体基板、例えば、単結晶シリコン基板又は多結晶シリコン基板であってもよい。また、一形態においては、薄膜は、多結晶半導体膜、例えば、多結晶のシリコン膜、ゲルマニウム膜、又はシリコンゲルマニウム膜であり、半導体基板は、単結晶半導体基板、例えば、単結晶シリコン基板であってもよい。

【0009】

上記方法によれば、工程（ｂ）のアニールにより、薄膜の一部を構成する半導体材料が凹部の底に向けて移動し、半導体基板の結晶構造に倣った結晶構造を有するエピタキシャル領域が形成される。このエピタキシャル領域のエッチングレートは、薄膜の残部のエッチングレートよりも小さいので、工程（ｃ）において、薄膜が除去され、凹部内にエピタキシャル領域が残される。本方法では、このように残されたエピタキシャル領域によって凹部を充填することができるので、空洞の発生を抑制することが可能となる。

【0010】

一形態においては、薄膜は不純物を含有していてもよい。不純物を含有する薄膜は、低温での成長が可能であり、したがって、被処理体に加わる熱履歴を低減させて、薄膜の応力を低減させることが可能である。故に、工程（ｂ）のアニール時に薄膜を構成する半導体材料の凝集を抑制して、当該半導体材料を底部に流動させることが可能となる。

【0011】

また、一形態の方法は、薄膜がアモルファス半導体膜である場合に、工程（ａ）の前に、ライナー層を形成する工程を更に含んでいてもよい。このライナー層は、不純物を含有するアモルファス半導体層を含み、薄膜は、当該アモルファス半導体層上に形成される。この形態では、薄膜とその下地との間の応力差が緩和される。また、不純物を含有するアモルファス半導体層は、比較的平坦な表面を有する。さらに、ライナー層のアモルファス半導体層は不純物を含有しているので、当該アモルファス半導体層内の半導体材料の結晶化も抑制される。また更に、不純物を含むアモルファス半導体層は、多結晶の半導体層に比して、低温での成長が可能である。したがって、被処理体に加わる熱履歴を低減させて、当該アモルファス半導体層の応力を低減させることが可能である。故に、この形態の方法によれば、薄膜を構成する半導体材料の凝集を更に抑制しつつ、当該半導体材料を凹部の底に向けて流動させることが可能となる。

【0012】

また、一形態においては、ライナー層のアモルファス半導体層は、アモルファスシリコン層であり、ライナー層は、アミノシラン系ガス又は高次シランガスから形成されるシード層を更に含んでいてもよい。この形態において、シード層は凹部を画成する壁面上に形成され、ライナー層のアモルファスシリコン層はシード層上に形成される。このシード層により、ライナー層のアモルファスシリコン層とその下地の間の界面における表面エネルギーが低減される。これにより、ライナー層のアモルファスシリコン層の平坦性が更に向上される。

【0013】

また、一形態においては、薄膜は不純物を含有していてもよく、この形態において、ライナー層のアモルファス半導体層の不純物濃度は、薄膜の不純物濃度よりも高い。この形態によれば、薄膜を構成する半導体材料の凝集を抑制して、当該半導体材料を凹部の底に向けて流動させることが可能となる。

【0014】

別の側面においては、上述した方法の実施に用いることが可能な処理装置が提供される。この処理装置は、容器、ガス供給部、加熱装置、及び、制御部を備える。容器は、被処理体を収容する空間を画成する。ガス供給部は、半導体材料の薄膜を形成するための第１のガス、及び該薄膜をエッチングするための第２のガスを供給するように構成されている。加熱装置は、容器内の空間を加熱するよう構成されている。制御部は、ガス供給部及び加熱装置を制御するよう構成されている。この制御部は、第１制御、第２制御、及び第３制御を実行する。第１制御において、制御部は、容器内に第１のガスを供給するようガス供給部を制御し、容器内の空間を加熱するよう加熱装置を制御する。第１制御の後の第２制御において、制御部は、容器内の空間を加熱するよう加熱装置を制御する。第２制御の後の第３制御において、制御部は、容器内に第２のガスを供給するようガス供給部を制御する。この処理装置によれば、上述した凹部を充填する方法の実施が可能となる。一形態において、制御部は、第１の制御、第２の制御、及び第３の制御を含むシーケンスを繰り返してもよい。

【0015】

また、一形態においては、第１の制御により、前記薄膜として、アモルファス半導体膜が形成されてもよい。また、一形態においては、第１のガスは、不純物を含有していてもよい。

【0016】

また、一形態においては、ガス供給部は、不純物を含有するアモルファス半導体層を形成するための第３のガスを容器内に更に供給可能であってもよく、制御部は、第１の制御の前に、第３のガスを前記容器内に供給するようガス供給部を制御するための第４の制御を更に実行してもよい。また、一形態においては、第３のガスは、アモルファス半導体層として前記不純物を含有するアモルファスシリコン層を形成するためのガスであってもよく、ガス供給部は、アミノシラン系ガス又は高次シランガスを容器内に更に供給可能であってもよく、制御部は、第４の制御の前に、アミノシラン系ガス又は高次シランガスを容器内に供給するようガス供給部を制御するための第５の制御を更に実行してもよい。さらに、一形態においては、第１のガス及び第３のガスは不純物源のガスを更に含み、第３のガス中の不純物源のガスの濃度は、第１のガス中の不純物源のガスの濃度よりも高くてもよい。

【発明の効果】

【0017】

以上説明したように、本発明の種々の側面及び形態によれば、凹部の充填において空洞の発生を抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】一実施形態に係る凹部を充填する方法を例示する流れ図である。

【図2】図１に示す方法の各工程後の被処理体の状態を例示する図である。

【図3】一実施形態に係る方法の実施に用いることが可能な処理装置を概略的に示す例示的な図である。

【図4】図３に示す処理装置の制御部の構成を示す例示的な図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

【0020】

図１は、一実施形態に係る凹部を充填する方法を例示する流れ図である。図１に示す方法ＭＴは、被処理体の凹部に半導体材料を流動させることにより、当該凹部の底にエピタキシャル領域（以下、「エピ領域」という）を形成して、当該凹部を全体的に又は部分的に充填するものである。

【0021】

図２は、図１に示す方法の各工程後の被処理体の状態を例示する図である。なお、図２においては、被処理体の一部の拡大断面図が示されている。図２の（ａ）に示すように、被処理体（以下、「ウエハ」という）Ｗは、基板ＳＢ、及び、絶縁膜ＩＳを含んでいる。基板ＳＢは、単結晶半導体基板又は多結晶半導体基板であり、例えば、単結晶シリコン基板又は多結晶シリコン基板である。この基板ＳＢ上には、絶縁膜ＩＳが設けられている。絶縁膜ＩＳは、例えば、ＳｉＯ_２又はＳｉＮから構成されている。この絶縁膜ＩＳには、トレンチ又はスルーホールといった凹部ＤＲが、絶縁膜ＩＳを貫通して基板ＳＢまで延在するように形成されている。この凹部ＤＲは、例えば、絶縁膜ＩＳ上にマスクを形成し、当該絶縁膜ＩＳをエッチングすることによって、形成することができる。一実施形態においては、凹部ＤＲは、絶縁膜ＩＳを貫通し、且つ、基板ＳＢと絶縁膜ＩＳとの境界面よりも深さ方向に基板ＳＢを彫り込むことによって形成されている。これにより、基板ＳＢの汚染が抑制された面を凹部ＤＲに露出させることが可能となる。かかる凹部ＤＲは、例えば、２００ｎｍの深さ、４０〜５０ｎｍの幅を有し得る。

【0022】

このようなウエハＷに対して、一実施形態に係る方法ＭＴでは、工程ＳＴ２、工程ＳＴ３、及び、工程ＳＴ４が行われる。また、一実施形態に係る方法ＭＴでは、工程ＳＴ２、工程ＳＴ３、及び、工程ＳＴ４を含むシーケンスが、繰り返される。工程ＳＴ２は、ウエハＷの凹部ＤＲを画成する壁面に沿って、半導体材料の薄膜を形成する工程であり、工程ＳＴ３は、ウエハＷをアニールする工程であり、工程ＳＴ４は、薄膜をエッチングする工程である。また、更なる実施形態では、シーケンスは、工程ＳＴ２の前に実行される工程ＳＴ１を含み得る。この工程ＳＴ１は、ライナー層を形成する工程である。

【0023】

ここで、工程ＳＴ１〜工程ＳＴ４の実施に用いることが可能な処理装置の一例について説明する。図３は、一実施形態に係る方法の実施に用いることが可能な処理装置を概略的に示す例示的な図である。図３に示す装置は、工程ＳＴ１〜工程ＳＴ４の実施に用いることができるが、工程ＳＴ１〜ＳＴ４の実施は、別の処理装置においても実施することが可能である。

【0024】

図３に示す処理装置１０は、容器１２を備えている。容器１２は、略円筒形状を有する反応管であり、当該容器１２の長手方向は垂直方向に向いている。容器１２は、二重管構造を有しており、内管１４及び外管１６を含んでいる。内管１４及び外管１６は、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。

【0025】

内管１４は、略円筒形状を有しており、上端及び下端を含んでいる。内管１４の上端及び下端は開放されている。外管１６は、当該内管１４を覆うように当該内管１４と略同軸に設けられている。外管１６と内管１４との間には一定の間隔が設けられている。外管１６の上端は閉塞されており、当該外管１６の下端は開放されている。

【0026】

外管１６の下方には、マニホールド１８が設けられている。マニホールド１８は、筒状に形成されており、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）から構成されている。マニホールド１８は、外管１６の下端と気密に接続されている。また、マニホールド１８の内壁には、当該内壁から内側に突出する支持リング２０が一体に形成されている。この支持リング２０は、内管１４を支持している。

【0027】

マニホールド１８の下方には、蓋体２２が設けられている。この蓋体２２は、ボートエレベータ２４に接続されており、当該ボートエレベータによって上下動可能に構成されている。ボートエレベータ２４により蓋体２２が上昇すると、マニホールド１８の下方側（即ち、炉口部分）が閉鎖される。一方、ボートエレベータ２４により蓋体２２が下降すると、マニホールド１８の下方側（即ち、炉口部分）が開口される。

【0028】

蓋体２２上には、ウエハボート２６が載置されている。ウエハボート２６は、例えば、石英から構成される。ウエハボート２６は、複数のウエハＷを垂直方向に所定の間隔をおいて収容することが可能であるよう構成されている。

【0029】

容器１２の周囲には、当該容器１２を取り囲むように、断熱体２８が設けられている。断熱体２８の内壁面には、ヒータ３０（加熱装置）が設けられている。ヒータ３０は、例えば、抵抗発熱体から構成されている。このヒータ３０により、容器１２の内部の空間が所定の温度に加熱される。これにより、ウエハＷが加熱される。

【0030】

マニホールド１８の側面には、一以上のガス導入管３２が接続されている。ガス導入管３２は、例えば、支持リング２０より下方においてマニホールド１８の側面に接続されている。このガス導入管３２によって構成されるガスラインは、容器１２の内部に連通している。

【0031】

ガス導入管３２には、ガス供給部ＧＦが接続されている。ガス供給部ＧＦは、一実施形態においては、ガスソースＧＳ１，ＧＳ２，ＧＳ３，ＧＳ４，ＧＳ５，ＧＳ６、バルブＶ１１，Ｖ２１，Ｖ２１，Ｖ２２，Ｖ３１，Ｖ３２，Ｖ４１，Ｖ４２，Ｖ５１，Ｖ５２、Ｖ６１，Ｖ６２、及び、マスフローコントローラといった流量制御器ＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３，ＦＣ４，ＦＣ５、ＦＣ６を含んでいる。ガスソースＧＳ１は、バルブＶ１１、流量制御器ＦＣ１、及びバルブＶ１２を介して、ガス導入管３２に接続されている。ガスソースＧＳ２は、バルブＶ２１、流量制御器ＦＣ２、及びバルブＶ２２を介して、ガス導入管３２に接続されている。ガスソースＧＳ３は、バルブＶ３１、流量制御器ＦＣ３、及びバルブＶ３２を介して、ガス導入管３２に接続されている。ガスソースＧＳ４は、バルブＶ４１、流量制御器ＦＣ４、及びバルブＶ４２を介して、ガス導入管３２に接続されている。ガスソースＧＳ５は、バルブＶ５１、流量制御器ＦＣ５、及びバルブＶ５２を介して、ガス導入管３２に接続されている。ガスソースＧＳ６は、バルブＶ６１、流量制御器ＦＣ６、及びバルブＶ６２を介して、ガス導入管３２に接続されている。

【0032】

ガスソースＧＳ１は、後述する工程ＳＴ１においてシード層を形成するための原料ガスのソースである。ガスソースＧＳ１は、例えば、アミノシラン系ガスのソースであることができる。アミノシラン系ガスとしては、例えば、ＢＡＳ（ブチルアミノシラン）、ＢＴＢＡＳ（ビスターシャリブチルアミノシラン）、ＤＭＡＳ（ジメチルアミノシラン）、ＢＤＭＡＳ（ビスジメチルアミノシラン）、ＴＤＭＡＳ（トリジメチルアミノシラン）、ＤＥＡＳ（ジエチルアミノシラン）、ＢＤＥＡＳ（ビスジエチルアミノシラン）、ＤＰＡＳ（ジプロピルアミノシラン）、ＤＩＰＡＳ（ジイソプロピルアミノシラン）を用いることが可能である。また、アミノシラン系ガスとして、アミノジシランガスを用いることが可能である。例えば、アミノシラン系ガスとして、ジイソプロピルアミノジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_５Ｎ（ｉＰｒ）_２）ジイソプロピルアミノトリシラン（Ｓｉ_３Ｈ_７Ｎ（ｉＰｒ）_２）、ジイソプロピルアミノジクロロシラン（Ｓｉ_２Ｈ_４ＣｌＮ（ｉＰｒ）_２）、ジイソプロピルアミノトリクロロシラン（Ｓｉ_３Ｈ_６ＣｌＮ（ｉＰｒ）_２）といったガスを用いることも可能である。なお、ガスソースＧＳ１は、ジシランガス、トリシランガス、テトラシランガスといった高次シランガスのソースであってもよい。

【0033】

ガスソースＧＳ２は、工程ＳＴ１において後述するようにライナー層中のアモルファス半導体層の形成に用いることができる原料ガスのソースである。また、ガスソースＧＳ２は、工程ＳＴ２において薄膜の形成に用いることができる原料ガスのソースである。このガスソースＧＳ２は、工程ＳＴ１において形成されるアモルファス半導体層及び工程ＳＴ２において形成される薄膜がシリコンから構成されている場合には、モノシランガス、ジシランガス、又は上述のアミノシラン系ガスのソースであることができる。また、ガスソースＧＳ２は、工程ＳＴ１において形成されるアモルファス半導体層及び工程ＳＴ２において形成される薄膜がゲルマニウムから構成されている場合には、モノゲルマンといったゲルマン含有ガスであることができる。また、ガスソースＧＳ２は、工程ＳＴ１において形成されるアモルファス半導体層及び工程ＳＴ２において形成される薄膜が、シリコンゲルマニウムから構成されている場合には、モノシランガス、ジシランガス、又はアミノシラン系ガスと、ゲルマン含有ガスとの混合ガスであることができる。なお、工程ＳＴ１で形成されるアモルファス半導体層と工程ＳＴ２で形成される薄膜はそれぞれ、別個のガスソースから供給される異なるガスを用いて形成されてもよい。

【0034】

ガスソースＧＳ３は、工程ＳＴ１及び／又は工程ＳＴ２において用いられ得る不純物源のガスのソースである。不純物としては、例えば、ヒ素（Ａｓ）、ボロン（Ｂ）、又は、Ｐ（リン）が例示される。不純物源のガスとしては、例えば、ホスフィン（ＰＨ_３）、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）、又はアルシン（ＡｓＨ_３）が用いられ得る。

【0035】

ガスソースＧＳ４は、工程ＳＴ１のアモルファス半導体層の形成、及び／又は、工程ＳＴ２の薄膜の形成において用いられ得る添加ガスのソースである。このような添加ガスとしては、Ｃ_２Ｈ_４ガス、Ｎ_２Ｏガス、ＮＯガス、又はＮＨ_３ガスが例示される。なお、添加ガスには、Ｃ_２Ｈ_４ガス、Ｎ_２Ｏガス、ＮＯガス、及びＮＨ_３ガスのうち一以上のガスを用いることが可能である。

【0036】

ガスソースＧＳ５は、工程ＳＴ３のアニールにおいて用いられ得る不活性ガスのソースである。このような不活性ガスとしては、水素ガス又は窒素ガス等が例示され得る。

【0037】

ガスソースＧＳ６は、工程ＳＴ４のエッチングにおいて用いられ得るエッチングガスのソースである。このようなエッチングガスとしては、Ｃｌ_２、ＨＣｌ、Ｆ_２、Ｂｒ_２、及び、ＨＢｒのうち一種以上を含有するガスを用いることが可能である。なお、エッチングガスには、絶縁膜ＩＳ及びエピ領域に対して薄膜を選択的にエッチングすることが可能なガスであれば、任意のガスを用いることが可能である。

【0038】

図３に示すように、マニホールド１８の側面には容器１２内のガスを排気するための排気口３４が設けられている。排気口３４は、支持リング２０より上方に設けられており、容器１２内の内管１４と外管１６との間に形成された空間に連通している。よって、内管１４で発生した排ガス等は、内管１４と外管１６との間の空間を通って排気口３４に流れるようになっている。

【0039】

また、マニホールド１８には、パージガス供給管３６が接続されている。パージガス供給管３６は、排気口３４の下方において、マニホールド１８に接続されている。パージガス供給管３６には、パージガス供給源が接続されており、パージガス供給源からパージガス供給管３６を介してパージガス、例えば、窒素ガスが容器１２内に供給される。

【0040】

排気口３４には、排気管３８が気密に接続されている。排気管３８には、その上流側から、バルブ４０、及び、真空ポンプといった排気装置４２が介設されている。バルブ４０は、排気管３８の開度を調整して、容器１２内の圧力を所定の圧力に制御する。排気装置４２は、排気管３８を介して容器１２内のガスを排気するとともに、容器１２内の圧力を調整する。なお、排気管３８には、トラップ、スクラバー等が介設されていてもよく、処理装置１０は、容器１２から排気された排ガスを、無害化した後、当該処理装置１０外に排気するように構成されていてもよい。

【0041】

また、処理装置１０は、当該処理装置１０の各部の制御を実行する制御部１００を備えている。図４に制御部１００の構成を示す。図４に示すように、制御部１００は、主制御部１１０を備えている。主制御部１１０には、操作パネル１２１、温度センサ（群）１２２、圧力計（群）１２３、ヒータコントローラ１２４、流量制御部１２５、バルブ制御部１２６等が接続されている。

【0042】

操作パネル１２１は、表示画面及び操作ボタンを備え、オペレータの操作指示を主制御部１１０に伝達する。また、操作パネル１２１は、主制御部１１０からの様々な情報を表示画面に表示する。

【0043】

温度センサ（群）１２２は、容器１２内、ガス導入管３２内、排気管３８内等の各部の温度を測定し、その測定値を主制御部１１０に通知する。圧力計（群）１２３は、容器１２内、ガス導入管３２内、排気管３８内等の各部の圧力を測定し、その測定値を主制御部１１０に通知する。

【0044】

ヒータコントローラ１２４は、ヒータ３０を個別に制御するためのものであり、主制御部１１０からの指示に応答して、ヒータ３０に通電して当該ヒータ３０を加熱する。また、ヒータコントローラ１２４は、ヒータ３０の消費電力を個別に測定して、主制御部１１０に通知する。

【0045】

流量制御部１２５は、ガス供給部ＧＦの流量制御器ＦＣ１〜ＦＣ６を制御して、ガス導入管３２にガスの流量を主制御部１１０から指示された量に設定する。また、流量制御部１２５は、実際に流れたガスの流量を測定して、主制御部１１０に通知する。バルブ制御部１２６は、各管に配置されたバルブの開度を主制御部１１０から指示された値に制御する。

【0046】

主制御部１１０は、レシピ記憶部１１１と、ＲＯＭ１１２と、ＲＡＭ１１３と、Ｉ／Ｏポート１１４と、ＣＰＵ１１５と、これらを相互に接続するバス１１６とから構成されている。

【0047】

レシピ記憶部１１１には、セットアップ用レシピと複数のプロセス用レシピとが記憶されている。処理装置１０の製造当初は、セットアップ用レシピのみが格納される。セットアップ用レシピは、各処理装置に応じた熱モデル等を生成する際に実行されるものである。プロセス用レシピは、ユーザが実際に行うプロセス毎に用意されるレシピであり、例えば容器１２へのウエハＷのロードから、処理済みのウエハＷをアンロードするまでの、各部の温度の変化、容器１２内の圧力変化、ガスの供給の開始及び停止のタイミングと供給量等を規定する。

【0048】

ＲＯＭ１１２は、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードディスクなどから構成され、ＣＰＵ１１５の動作プログラム等を記憶する記録媒体である。ＲＡＭ１１３は、ＣＰＵ１１５のワークエリア等として機能する。

【0049】

Ｉ／Ｏポート１１４は、操作パネル１２１、温度センサ（群）１２２、圧力計（群）１２３、ヒータコントローラ１２４、流量制御部１２５、バルブ制御部１２６等に接続され、データや信号の入出力を制御する。

【0050】

ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ)１１５は、主制御部１１０の中枢を構成し、ＲＯＭ１１２に記憶された制御プログラムを実行し、操作パネル１２１からの指示に従って、レシピ記憶部１１１に記憶されているレシピ（プロセス用レシピ）に沿って、処理装置１０の動作を制御する。すなわち、ＣＰＵ１１５は、温度センサ（群）１２２、圧力計（群）１２３、流量制御部１２５等に容器１２内、ガス導入管３２内、及び、排気管３８内の各部の温度、圧力、流量等を測定させ、この測定データに基づいて、ヒータコントローラ１２４、流量制御部１２５、バルブ制御部１２６等に制御信号等を出力し、上記各部がプロセス用レシピに従うように制御する。バス１１６は、各部の間で情報を伝達する。

【0051】

以下、かかる処理装置１０を用いて実施することが可能な上述の方法ＭＴを、図１及び図２を参照して、より詳細に説明する。

【0052】

工程ＳＴ１では、図１、図２の（ｂ）、及び図２の（ｃ）に示すように、ライナー層ＬＦが形成される。具体的には、図２の（ｂ）に示すように、凹部ＤＲを画成する壁面上にシード層ＳＦが形成される。シード層ＳＦは、凹部ＤＲを閉塞しないよう、例えば、０．１ｎｍの厚さで形成される。シード層ＳＦが形成される壁面は、凹部ＤＲを側方から画成する側壁面ＳＷ、及び、凹部ＤＲを下方から画成する底面ＢＷを含む。また、工程ＳＴ１では、絶縁膜ＩＳの上面ＴＷ上にもシード層ＳＦが形成される。

【0053】

工程ＳＴ１では、シード層ＳＦの形成のために、ウエハＷを収容した容器内にアミノシラン系ガス又は高次シランガスといった原料ガスが所定の流量で供給され、当該容器内の圧力が所定の圧力に設定され、また、当該容器内の温度が所定の温度に設定される。工程ＳＴ１では、原料ガスの流量は、例えば、１０ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍの範囲内の流量に設定される。また、容器内の圧力は、例えば、０．１Ｔｏｒｒ（１３．３３Ｐａ）〜１０Ｔｏｒｒ（１３３３Ｐａ）の範囲内の圧力に設定される。また、容器内の温度は、例えば、３００℃〜６００℃の範囲内の温度に設定される。

【0054】

この工程ＳＴ１におけるシード層ＳＦの形成を処理装置１０で実施する場合には、制御部１００は以下に説明する制御（第５の制御）を実行する。この制御において、制御部１００は、ガスソースＧＳ１から容器１２内に所定流量の原料ガスが供給されるよう、バルブＶ１１、流量制御器ＦＣ１、バルブＶ１２を制御し、容器１２内の圧力が所定の圧力に設定されるよう排気装置４２を制御し、容器１２内の空間の温度が所定の温度に設定されるよう、ヒータ３０を制御する。

【0055】

なお、シード層ＳＦは、アミノシラン系ガス又は高次シランガスから形成される単層に限定されるものではない。例えば、シード層ＳＦは、アミノシラン系ガスの吸着又は堆積によるシリコンを含む第１層の形成後、当該第１層上にシリコンを含む第２層を高次シランガスを用いて形成することにより、作成されてもよい。

【0056】

次いで、工程ＳＴ１では、図２の（ｃ）に示すように、不純物を含有するアモルファス半導体層ＤＦが形成される。アモルファス半導体層ＤＦは、例えば、アモルファス状態のシリコン層、ゲルマニウム層、又はシリコンゲルマニウム層である。アモルファス半導体層ＤＦは、側壁面ＳＷ、底面ＢＷ、及び、上面ＴＷに沿って形成される。また、アモルファス半導体層ＤＦは、凹部ＤＲを閉塞しないよう、例えば、０．５ｎｍ〜１０ｎｍの厚さで形成される。なお、図２の（ｃ）では、アモルファス半導体層ＤＦはシード層ＳＦ上に形成されているが、当該アモルファス半導体層ＤＦは、側壁面ＳＷ、底面ＢＷ、及び上面ＴＷ上に直接形成されてもよい。

【0057】

アモルファス半導体層ＤＦは、上述したように不純物を含有している。「不純物とは」、Ｓｉと結合して電子又は正孔を発生させる原子であり、例えば、Ｂ、Ｐ、Ａｓといった原子である。このような不純物を含有する層ＤＦを形成するために、工程ＳＴ１のアモルファス半導体層ＤＦの形成では、ウエハＷを収容した容器内に第３のガスが供給される。具体的には、当該容器内に、半導体材料の原料ガスが所定の流量で供給され、また、不純物源のガスが所定の流量で供給される。また、工程ＳＴ１のアモルファス半導体層ＤＦの形成では、容器内の圧力が所定の圧力に設定され、また、当該容器内の温度が所定の温度に設定される。工程ＳＴ１においてアモルファス半導体層ＤＦを形成するために供給される原料ガスは、例えば、モノシランガス、ジシランガス、又は上述のアミノシラン系ガスである。また、原料ガスは、ゲルマン含有ガスであってもよい。或いは、原料ガスは、モノシランガス、ジシランガス、又は上述のアミノシラン系ガスとゲルマン含有ガスの混合ガスであってもよい。原料ガスは、例えば、５０〜５０００ｓｃｃｍの流量で容器内に供給される。また、不純物源のガスは、例えば、ホスフィン（ＰＨ_３）、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）、又はアルシン（ＡｓＨ_３）である。このような不純物源のガスは、例えば、１ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍの流量で容器内に供給される。また、工程ＳＴ１においてアモルファス半導体層ＤＦを形成するために、容器内の圧力は、例えば、０．１Ｔｏｒｒ（１３．３３Ｐａ）〜１０Ｔｏｒｒ（１３３３Ｐａ）の範囲内の圧力に設定され、容器内の温度は、例えば、３００℃〜６００℃の範囲内の温度に設定される。

【0058】

なお、工程ＳＴ１においてアモルファス半導体層ＤＦを形成するために、Ｃ_２Ｈ_４ガス、Ｎ_２Ｏガス、ＮＯガス、及びＮＨ_３ガスのうち一以上のガスを含む添加ガスが、容器内に供給されてもよい。添加ガスを用いる場合には、当該添加ガスの流量は、例えば、５〜１０００ｓｃｃｍに設定される。

【0059】

この工程ＳＴ１におけるアモルファス半導体層ＤＦの形成を処理装置１０で実施する場合には、制御部１００は以下に説明する制御（第４の制御）を実行する。この制御において、制御部１００は、ガスソースＧＳ２から容器１２内に所定流量の原料ガスが供給されるよう、バルブＶ２１、流量制御器ＦＣ２、バルブＶ２２を制御し、ガスソースＧＳ３から容器１２内に所定流量の不純物源のガスが供給されるよう、バルブＶ３１、流量制御器ＦＣ３、バルブＶ３２を制御し、容器１２内の圧力が所定の圧力に設定されるよう排気装置４２を制御し、容器１２内の空間の温度が所定の温度に設定されるよう、ヒータ３０を制御する。なお、工程ＳＴ１の層ＤＦの形成において、添加ガスを更に用いる場合には、制御部１００は、ガスソースＧＳ４から容器１２内に所定流量の原料ガスが供給されるよう、バルブＶ４１、流量制御器ＦＣ４、バルブＶ４２を制御する。

【0060】

次いで、方法ＭＴでは、工程ＳＴ２が行われる。工程ＳＴ２では、図２の（ｄ）に示すように、薄膜ＴＦが形成される。薄膜ＴＦは、凹部ＤＲを閉塞しないように、凹部ＤＲを画成する壁面に沿って形成される。例えば、薄膜ＴＦは、側壁面ＳＷ、底面ＢＷ、及び、上面ＴＷに沿って形成される。一実施形態においては、薄膜ＴＦは、層ＤＦ上に形成されるが、別の実施形態においては、薄膜ＴＦは、壁面ＳＷ、底面ＢＷ、及び、上面ＴＷ上に直接的に形成されてもよい。この薄膜ＴＦの膜厚は、例えば、１２．５ｎｍの膜厚に設定される。また、一実施形態においては、薄膜ＴＦは、不純物を含有していてもよい。薄膜ＴＦに含有させ得る不純物としては、アモルファス半導体層ＤＦが含有する不純物と同様の不純物を用いることができるが、アモルファス半導体層ＤＦに含有される不純物の濃度は、薄膜ＴＦに含有される不純物の濃度よりも高く設定される。

【0061】

工程ＳＴ２では、薄膜ＴＦの形成のために、ウエハＷを収容した容器内に第１のガスが供給される。具体的には、当該容器内に半導体材料の原料ガスが所定の流量で供給される。また、工程ＳＴ２では、容器内の圧力が所定の圧力に設定され、また、当該容器内の温度が所定の温度に設定される。工程ＳＴ３において供給される原料ガスは、例えば、モノシランガス、ジシランガス、又は上述のアミノシラン系ガスである。また、原料ガスは、ゲルマン含有ガスであってもよい。或いは、原料ガスは、モノシランガス、ジシランガス、又は上述のアミノシラン系ガスとゲルマン含有ガスの混合ガスであってもよい。この原料ガスは、例えば、５０〜５０００ｓｃｃｍの流量で容器内に供給される。また、工程ＳＴ２では、容器内の圧力は、例えば、０．１Ｔｏｒｒ（１３．３３Ｐａ）〜１０Ｔｏｒｒ（１３３３Ｐａ）の範囲内の圧力に設定され、容器内の温度は、例えば、３００℃〜７００℃の範囲内の温度に設定される。なお、原料ガスとしてモノシランを用いる場合には、容器内の温度は例えば５３０℃に設定される。また、原料ガスとしてジシランを用いる場合には、容器内の温度は例えば４００℃に設定される。

【0062】

一実施形態では、工程ＳＴ２において、Ｃ_２Ｈ_４ガス、Ｎ_２Ｏガス、ＮＯガス、及びＮＨ_３ガスのうち一以上のガスを含む添加ガスが容器内に供給されてもよい。添加ガスを用いる場合には、当該添加ガスの流量は、例えば、５〜１０００ｓｃｃｍに設定される。

【0063】

この工程ＳＴ２を処理装置１０で実施する場合には、制御部１００は以下に説明する制御（第１の制御）を実行する。この制御において、制御部１００は、ガスソースＧＳ２から容器１２内に所定流量の原料ガスが供給されるよう、バルブＶ２１、流量制御器ＦＣ２、バルブＶ２２を制御し、容器１２内の圧力が所定の圧力に設定されるよう排気装置４２を制御し、容器１２内の空間の温度が所定の温度に設定されるよう、ヒータ３０を制御する。なお、薄膜ＴＦに不純物を含有させる場合には、制御部１００は、ガスソースＧＳ３から容器１２内に所定流量の不純物源のガスが供給されるよう、バルブＶ３１、流量制御器ＦＣ３、バルブＶ３２を制御することができる。また、工程ＳＴ２において、添加ガスを更に用いる場合には、制御部１００は、ガスソースＧＳ４から容器１２内に所定流量の添加ガスが供給されるよう、バルブＶ４１、流量制御器ＦＣ４、バルブＶ４２を制御することができる。

【0064】

次いで、方法ＭＴでは、工程ＳＴ３が行われる。工程ＳＴ３では、ウエハＷがアニールされる。この工程ＳＴ３により、薄膜ＴＦの全部分のうち凹部ＤＲの底側に設けられている一部を構成する半導体材料が溶融して、凹部ＤＲの底に向けて流動し、図２の（ｅ）に示すように、基板ＳＢの結晶構造に倣った結晶構造を有するエピタキシャル領域ＥＲを形成する。なお、薄膜ＴＦの下地としてライナー層ＬＦが形成されている場合には、工程ＳＴ３により、ライナー層ＬＦの全部分のうち凹部ＤＲの底側に設けられている一部を構成する半導体材料も溶融して、凹部ＤＲの底に向けて流動し、当該半導体材料がエピタキシャル領域ＥＲを構成する。

【0065】

工程ＳＴ３では、ウエハＷを収容した容器内の温度が所定温度に設定される。例えば、容器内の温度は３００〜６００℃の範囲内の温度に設定される。一例においては、容器内の温度は、５５０℃に設定される。また、工程ＳＴ３では、容器内の圧力が所定圧力に設定される。例えば、工程ＳＴ３における容器内の圧力は、１×１０^−１０Ｔｏｒｒ（１．３３３×１０^−７Ｐａ）〜１Ｔｏｒｒ（１３３．３Ｐａ）の範囲内の圧力に設定される。一例においては、容器内の圧力は、１×１０^−６Ｔｏｒｒ（１．３３３×１０^−３Ｐａ）に設定される。この工程ＳＴ３では、ウエハＷは、例えば約５時間、アニールされる。なお、工程ＳＴ３においては、水素ガス又は窒素ガス等の不活性ガスが容器内に供給されてもよい。

【0066】

この工程ＳＴ３を処理装置１０で実施する場合には、制御部１００は以下に説明する制御（第２の制御）を実行する。この制御において、制御部１００は、容器１２内の圧力が所定の圧力に設定されるよう排気装置４２を制御し、容器１２内の空間の温度が所定の温度に設定されるよう、ヒータ３０を制御する。また、不活性ガスを用いる場合には、制御部１００は、ガスソースＧＳ５から容器１２内に所定流量の不活性ガスが供給されるよう、バルブＶ５１、流量制御器ＦＣ５、バルブＶ５２を制御する。

【0067】

次いで、方法ＭＴでは、工程ＳＴ４が行われる。工程ＳＴ４では、工程ＳＴ３においてエピタキシャル領域ＥＲを構成せずに残された薄膜ＴＦの残部がエッチングされる。工程ＳＴ４では、ウエハＷを収容した容器内に第２のガスが所定の流量で供給される。この第２のガスは、Ｃｌ_２、ＨＣｌ、Ｆ_２、Ｂｒ_２、及び、ＨＢｒのうち一種以上を含有し得る。第２のガスの流量は、例えば、１０ｓｃｃｍ〜５０００ｓｃｃｍである。また、工程ＳＴ４では、容器内の圧力が所定の圧力に設定され、容器内の温度が所定の温度に設定される。工程ＳＴ４における容器内の圧力は、例えば、１×１０^−１０Ｔｏｒｒ（１．３３３×１０^−７Ｐａ）〜１００Ｔｏｒｒ（１３３．３×１０^２Ｐａ）の範囲内の圧力であり、工程ＳＴ４における容器内の温度は、例えば、２００℃〜７００℃の範囲内の温度である。一例においては、工程ＳＴ４における容器内の圧力及び温度は、４×１０^−２Ｔｏｒｒ（５．３３３Ｐａ）及び５５０℃に設定される。上述した第２のガスに対して、薄膜ＴＦのエッチングレートはエピタキシャル領域ＥＲのエッチングレートよりも高い。したがって、工程ＳＴ４の結果、図２の（ｆ）に示すように、エピタキシャル領域ＥＲを残したまま、薄膜ＴＦを除去することが可能となる。なお、ライナー層ＬＦが設けられている場合には、工程ＳＴ４により、ライナー層ＬＦも除去される。

【0068】

この工程ＳＴ４を処理装置１０で実施する場合には、制御部１００は以下に説明する制御（第３の制御）を実行する。この制御において、制御部１００は、ガスソースＧＳ６から容器１２内に所定流量の第２のガスが供給されるよう、バルブＶ６１、流量制御器ＦＣ６、バルブＶ６２を制御し、容器１２内の圧力が所定の圧力に設定されるよう排気装置４２を制御し、容器１２内の空間の温度が所定の温度に設定されるよう、ヒータ３０を制御する。

【0069】

次いで、方法ＭＴでは、工程ＳＴ５において、工程ＳＴ１〜ＳＴ４を含むシーケンスが最終回のシーケンスであるか否かが判定される。最終回のシーケンスが終了している場合には、方法ＭＴは終了し、一方、最終回のシーケンスが終了していない場合には、工程ＳＴ１〜工程ＳＴ４を含むシーケンスが繰り返される。なお、別の実施形態では、１回のシーケンスのみが実行されてもよい。また、更に別の実施形態では、２回目以降のシーケンスにおいて、工程ＳＴ３のアニールが省略されてもよい。即ち、工程ＳＴ１〜ＳＴ４を含む１回のシーケンスを終了した後には、工程ＳＴ２において原料ガスの供給を行うことにより、エピタキシャル領域ＥＲの結晶構造に倣うようにエピタキシャル領域ＥＲ上に半導体材料を堆積させることができ、同時に形成される薄膜ＴＦを工程ＳＴ４のエッチングによって除去することが可能である。また、更なる実施形態では、凹部ＤＲをエピタキシャル領域ＥＲによって完全に充填する必要はなく、凹部ＤＲの深さ方向の途中までをエピタキシャル領域ＥＲによって充填し、凹部ＤＲの残余の部分を金属材料で充填してもよい。

【0070】

かかる方法ＭＴは、上述したように、薄膜ＴＦの一部をアニールによって凹部ＤＲの底に向けて移動させて、エピタキシャル領域ＥＲを形成し、薄膜ＴＦの残部をエッチングによって除去する。これにより、方法ＭＴでは、空洞が生じないように、凹部ＤＲをエピタキシャル領域で充填することが可能となる。また、方法ＭＴでは、基板ＳＢの結晶構造に倣ったエピタキシャル領域ＥＲで凹部ＤＲを充填するので、基板ＳＢと凹部ＤＲを充填する材料との間のコンタクト抵抗を低減させることも可能である。

【0071】

また、一実施形態においては、不純物を含有する薄膜ＴＦを形成することにより、当該薄膜ＴＦを、低温で成長させることが可能である。したがって、ウエハＷに加わる熱履歴を低減させて、薄膜ＴＦの応力を低減させることが可能である。故に、工程ＳＴ３のアニール時に薄膜ＴＦを構成する半導体材料の凝集を抑制して、当該半導体材料を凹部ＤＲの底に向けて流動させることが可能となる。

【0072】

また、一実施形態においては、アモルファス半導体層ＤＦが、凹部ＤＲを画成する壁面と薄膜ＴＦとの間に設けられる。これにより、薄膜ＴＦとその下地との間の応力差が緩和される。また、不純物を多く含有するアモルファス半導体層ＤＦは、表面の平坦性に優れる。さらに、アモルファス半導体層ＤＦは不純物を含有しているので、層ＤＦ内での半導体材料の結晶化も抑制される。また更に、不純物を含むアモルファス半導体層ＤＦは、低温での成長が可能である。したがって、ウエハＷに加わる熱履歴を低減させて、アモルファス半導体層ＤＦの応力を低減させることが可能である。故に、工程ＳＴ３のアニール時に、アモルファス半導体層ＤＦに由来する半導体材料の凝集が抑制される。その結果、空洞の発生を抑制することが可能となる。

【0073】

また、一実施形態においては、工程ＳＴ１において、シード層ＳＦが形成される。かかるシード層ＳＦを形成することによって、当該シード層ＳＦとアモルファス半導体層ＤＦとの間の界面の表面エネルギーを低減させることが可能となる。これにより、アモルファス半導体層ＤＦの平坦性が更に向上される。

【0074】

また、一実施形態においては、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２の少なくとも一方において、Ｎ_２Ｏガス又はエチレンガスが容器内に更に供給される。この実施形態によれば、半導体材料の結晶化を抑制し、且つ、粒径サイズを低減させることが可能となる。

【0075】

以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、上述した実施形態では、基板ＳＢは単結晶シリコン基板又は多結晶シリコン基板であり、薄膜ＴＦはアモルファス半導体膜であったが、変形態様においては、基板ＳＢが単結晶シリコン基板であり、薄膜ＴＦは多結晶半導体膜であってもよい。

【符号の説明】

【0076】

１０…処理装置、１２…容器、１４…内管、１６…外管、１８…マニホールド、２０…支持リング、２２…蓋体、２４…ボートエレベータ、２６…ウエハボート、２８…断熱体、３０…ヒータ、３２…ガス導入管、３６…パージガス供給管、３８…排気管、４０…バルブ、４２…排気装置、ＧＦ…ガス供給部、１００…制御部、ＭＴ…方法、Ｗ…ウエハ（被処理体）、ＳＢ…基板、ＩＳ…絶縁膜、ＤＲ…凹部、ＢＷ…底面、ＳＷ…側壁面、ＴＷ…上面、ＳＦ…シード層、ＤＦ…不純物含有アモルファス半導体層、ＴＦ…薄膜、ＥＲ…エピタキシャル領域。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】