特許 6247181 シリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウム膜の成膜方法および成膜装置

(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】6247181

(24)【登録日】2017年11月24日

(45)【発行日】2017年12月13日

(54)【発明の名称】シリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウム膜の成膜方法および成膜装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20171204BHJP

   C23C 16/24 20060101ALI20171204BHJP

   C23C 16/02 20060101ALI20171204BHJP

   C23C 16/56 20060101ALI20171204BHJP

   H01L 21/20 20060101ALI20171204BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/205

   C23C16/24

   C23C16/02

   C23C16/56

   H01L21/20

【請求項の数】14

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2014-181416(P2014-181416)

(22)【出願日】2014年9月5日

(65)【公開番号】特開2016-58444(P2016-58444A)

(43)【公開日】2016年4月21日

【審査請求日】2017年2月28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】100099944

【弁理士】

【氏名又は名称】高山 宏志

(72)【発明者】

【氏名】高木 聡

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 和也

(72)【発明者】

【氏名】村上 博紀

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 大介

【審査官】 河合 俊英

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−２８１５９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０２５９７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−００７９０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１８３２１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０１０５１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平５−２４３１４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−５５７９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３４９３２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｃ２３Ｃ １６／０２

Ｃ２３Ｃ １６／２４

Ｃ２３Ｃ １６／５６

Ｈ０１Ｌ ２１／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被処理体の被処理面上にシリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウム膜を成膜するシリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウム膜の成膜方法であって、
(１) 前記被処理面上に単結晶シリコン又は単結晶ゲルマニウム又は単結晶シリコンゲルマニウムを有した前記被処理体を処理室内に収容する工程と、
(２) 前記処理室内に、成膜されるシリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウムの結晶化を抑制する結晶化抑制処理ガスを供給する工程と、
(３) 前記結晶化抑制処理ガスを供給した後、前記処理室内にシリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウムの原料ガスを供給し、前記被処理体の被処理面上に非晶質シリコン又は非晶質ゲルマニウム又は非晶質シリコンゲルマニウム膜を成膜する工程と、
を備えることを特徴とするシリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウム膜の成膜方法。

【請求項2】

前記結晶化抑制処理ガスは、前記被処理面上の前記単結晶シリコン又は単結晶ゲルマニウム又は単結晶シリコンゲルマニウム表面の、格子定数を変更する作用を持つ物質を含むことを特徴とする請求項１に記載のシリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウム膜の成膜方法。

【請求項3】

前記結晶化抑制処理ガスは、前記単結晶シリコン又は単結晶ゲルマニウム又は単結晶シリコンゲルマニウム表面に、リン、ボロン、炭素のいずれか一つを結合させる作用を、さらに備えることを特徴とする請求項２に記載のシリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウム膜の成膜方法。

【請求項4】

前記結晶化抑制ガスは、
ホスフィン系ガス
ボラン系ガス
炭化水素系ガス
有機シラン系ガス
から選ばれることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のシリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウム膜の成膜方法。

【請求項5】

前記(２)工程の前に、
(４) 前記被処理面から酸化膜を除去する工程を備えていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のシリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウム膜の成膜方法。

【請求項6】

前記(４)工程における前記酸化膜の除去に水素を含む物質を用いることを特徴とする請求項５に記載のシリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウム膜の成膜方法。

【請求項7】

前記(３)工程の後に、
(５) 非晶質シリコン又は非晶質ゲルマニウム又は非晶質シリコンゲルマニウム膜を結晶化させる工程
を、さらに備えることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のシリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウム膜の成膜方法。

【請求項8】

単結晶シリコン又は単結晶ゲルマニウム又は単結晶シリコンゲルマニウムの表面上に、シリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウム膜を成膜するシリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウム膜の成膜方法であって、
(１) 単結晶シリコン又は単結晶ゲルマニウム又は単結晶シリコンゲルマニウムの表面の格子定数を変更する工程と、
(２) 前記格子定数を変更した後、前記単結晶シリコン又は単結晶ゲルマニウム又は単結晶シリコンゲルマニウムの表面上に、非晶質シリコン又は非晶質ゲルマニウム又は非晶質シリコンゲルマニウム膜を成膜する工程と、
を備えることを特徴とするシリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウム膜の成膜方法。

【請求項9】

前記(１)工程の前に、
(３) 前記単結晶シリコン又は単結晶ゲルマニウム又は単結晶シリコンゲルマニウムの表面から酸化膜を除去する工程を備えていることを特徴とする請求項８に記載のシリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウム膜の成膜方法。

【請求項10】

前記(２)工程の後に、
(４) 非晶質シリコン又は非晶質ゲルマニウム又は非晶質シリコンゲルマニウム膜を結晶化させる工程
を、さらに備えることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のシリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウム膜の成膜方法。

【請求項11】

被処理体の被処理面上にシリコン膜を成膜する成膜装置であって、
前記被処理体を収容する処理室と、
前記処理室内に結晶化抑制処理ガス、シリコンを含むガス、および不活性ガスを供給するガス供給機構と、
前記処理室内を加熱する加熱装置と、
前記処理室内を排気する排気装置と、
前記ガス供給機構、前記加熱装置、前記排気装置を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラが、前記処理室内において、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載されたシリコン膜の成膜方法が前記被処理体に対して実施されるように、前記ガス供給機構、前記加熱装置、前記排気装置を制御することを特徴とする成膜装置。

【請求項12】

被処理体の被処理面上にゲルマニウム膜を成膜する成膜装置であって、
前記被処理体を収容する処理室と、
前記処理室内に結晶化抑制処理ガス、ゲルマニウムを含むガスおよび不活性ガスを供給するガス供給機構と、
前記処理室内を加熱する加熱装置と、
前記処理室内を排気する排気装置と、
前記ガス供給機構、前記加熱装置、前記排気装置を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラが、前記処理室内において、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載されたゲルマニウム膜の成膜方法が前記被処理体に対して実施されるように、前記ガス供給機構、前記加熱装置、前記排気装置を制御することを特徴とする成膜装置。

【請求項13】

被処理体の被処理面上にシリコンゲルマニウム膜を成膜する成膜装置であって、
前記被処理体を収容する処理室と、
前記処理室内に結晶化抑制処理ガス、シリコンを含むガス、ゲルマニウムを含むガスおよび不活性ガスを供給するガス供給機構と、
前記処理室内を加熱する加熱装置と、
前記処理室内を排気する排気装置と、
前記ガス供給機構、前記加熱装置、前記排気装置を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラが、前記処理室内において、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載されたシリコンゲルマニウム膜の成膜方法が前記被処理体に対して実施されるように、前記ガス供給機構、前記加熱装置、前記排気装置を制御することを特徴とする成膜装置。

【請求項14】

前記ガス供給機構が、処理室内に結晶化処理ガスをさらに供給することを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれか一項に記載の成膜装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、シリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウム膜の成膜方法および成膜装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体製造プロセスにおいては、半導体基板上に、例えば、新たな半導体層を形成するための手法としてエピタキシャル成長法が広く用いられている。例えば、単結晶シリコン（Ｓｉ）基板上に、新たなＳｉ単結晶層（Ｓｉエピタキシャル層）を形成する場合である。

【0003】

例えば、特許文献１には、
・単結晶Ｓｉ基板上に、非晶質Ｓｉ層を形成すること
・形成された非晶質Ｓｉ層に熱処理を施し、露出した単結晶Ｓｉ表面を種として、固相エピタキシャル成長を行うこと
が記載されている。

【0004】

また、Ｓｉの他、更なる半導体集積回路装置の高性能化を実現できる半導体材料として、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）やゲルマニウム（Ｇｅ）が注目されている。ＳｉＧｅやＧｅは、Ｓｉよりもキャリア移動度が高くなるため、ＳｉＧｅやＧｅを用いることで、トランジスタの更なる動作の高速化を図ることができる。

【0005】

例えば、特許文献２には、
・単結晶Ｓｉ基板上に、ＳｉＧｅエピタキシャル層を成長させること
が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第５０２３００４号公報

【特許文献2】特開２００９―２３１８３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、主にホモエピタキシャル成長、例えば、単結晶Ｓｉ基板上にＳｉエピタキシャル層を成長させると、Ｓｉエピタキシャル層の表面に“ファセット”と呼ばれる“ピラミッド状に尖った部位”が発生する。

【0008】

また、主にヘテロエピタキシャル成長、例えば、単結晶Ｓｉ基板上にＳｉＧｅエピタキシャル層を成長させると、Ｓｉの格子定数とＳｉＧｅの格子定数との違いにより、ＳｉＧｅエピタキシャル層の表面に“クロスハッチパターン”と呼ばれる“荒れ”が発生する。

【0009】

また、単結晶上に、非晶質の膜を堆積形成することは困難である。下地の単結晶の上に堆積された膜が、下地の単結晶の格子定数を引きずるためである。

【0010】

この発明は、単結晶Ｓｉ又は単結晶Ｇｅ又は単結晶ＳｉＧｅ上に、結晶化させたＳｉ膜又はＧｅ膜又はＳｉＧｅ膜を成長させても、表面に“ファセット”や“クロスハッチパターン”等による凹凸の発生を抑制することが可能なシリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウム膜の成膜方法、およびその成膜方法を実施することが可能な成膜装置を提供する。

【0011】

また、この発明は、単結晶Ｓｉ又は単結晶Ｇｅ又は単結晶ＳｉＧｅ上に、非晶質のＳｉ膜又はＧｅ膜又はＳｉＧｅ膜を堆積形成することが可能なシリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウム膜の成膜方法、およびその成膜方法を実施することが可能な成膜装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0012】

この発明の第１の態様に係るシリコン又はゲルマニウム又はゲルマニウム膜の成膜方法は、被処理体の被処理面上にシリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウム膜を成膜するシリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウム膜の成膜方法であって、(１)前記被処理面上に単結晶シリコン又は単結晶ゲルマニウム又は単結晶シリコンゲルマニウムを有した前記被処理体を処理室内に収容する工程と、(２)前記処理室内に、成膜されるシリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウムの結晶化を抑制する結晶化抑制処理ガスを供給する工程と、(３)前記結晶化抑制処理ガスを供給した後、前記処理室内にシリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウムの原料ガスを供給し、前記被処理体の被処理面上に非晶質シリコン又は非晶質ゲルマニウム又は非晶質シリコンゲルマニウム膜を成膜する工程と、を備える。

【0013】

この発明の第２の態様に係るシリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウム膜の成膜方法は、単結晶シリコン又は単結晶ゲルマニウム又は単結晶シリコンゲルマニウムの表面上に、シリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウム膜を成膜するシリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウム膜の成膜方法であって、(１)単結晶シリコン又は単結晶ゲルマニウム又は単結晶シリコンゲルマニウムの表面の格子定数を変更する工程と、(２)前記格子定数を変更した後、前記単結晶シリコン又は単結晶ゲルマニウム又は単結晶シリコンゲルマニウムの表面上に、非晶質シリコン又は非晶質ゲルマニウム又は非晶質シリコンゲルマニウム膜を成膜する工程と、を備える。

【0014】

この発明の第３の態様に係る成膜装置は、被処理体の被処理面上にシリコン膜を成膜する成膜装置であって、前記被処理体を収容する処理室と、前記処理室内に結晶化抑制処理ガス、シリコンを含むガス、および不活性ガスを供給するガス供給機構と、前記処理室内を加熱する加熱装置と、前記処理室内を排気する排気装置と、前記ガス供給機構、前記加熱装置、前記排気装置を制御するコントローラと、を備え、前記コントローラが、前記処理室内において、第１の態様に係るシリコン膜の成膜方法が前記被処理体に対して実施されるように、前記ガス供給機構、前記加熱装置、前記排気装置を制御する。

【0015】

この発明の第４の態様に係る成膜装置は、被処理体の被処理面上にゲルマニウム膜を成膜する成膜装置であって、前記被処理体を収容する処理室と、前記処理室内に結晶化抑制処理ガス、ゲルマニウムを含むガス、および不活性ガスを供給するガス供給機構と、前記処理室内を加熱する加熱装置と、前記処理室内を排気する排気装置と、前記ガス供給機構、前記加熱装置、前記排気装置を制御するコントローラと、を備え、前記コントローラが、前記処理室内において、第１の態様に係るゲルマニウム膜の成膜方法が前記被処理体に対して実施されるように、前記ガス供給機構、前記加熱装置、前記排気装置を制御する。

【0016】

この発明の第５の態様に係る成膜装置は、被処理体の被処理面上にシリコンゲルマニウム膜を成膜する成膜装置であって、前記被処理体を収容する処理室と、前記処理室内に結晶化抑制処理ガス、シリコンを含むガス、ゲルマニウムを含むガスおよび不活性ガスを供給するガス供給機構と、前記処理室内を加熱する加熱装置と、前記処理室内を排気する排気装置と、前記ガス供給機構、前記加熱装置、前記排気装置を制御するコントローラと、を備え、前記コントローラが、前記処理室内において、第１の態様に係るシリコンゲルマニウム膜の成膜方法が前記被処理体に対して実施されるように、前記ガス供給機構、前記加熱装置、前記排気装置を制御する。

【発明の効果】

【0017】

この発明によれば、単結晶Ｓｉ又は単結晶Ｇｅ又は単結晶ＳｉＧｅ上に、結晶化させたＳｉ膜又はＧｅ膜又はＳｉＧｅ膜を成長させても、表面に“ファセット”や“クロスハッチパターン”等による凹凸の発生を抑制することが可能なシリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウム膜の成膜方法、およびその成膜方法を実施することが可能な成膜装置を提供できる。また、単結晶Ｓｉ又は単結晶Ｇｅ又は単結晶ＳｉＧｅ上に、非晶質のＳｉ膜又はＧｅ膜又はＳｉＧｅ膜を堆積形成することが可能なシリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウム膜の成膜方法、およびその成膜方法を実施することが可能な成膜装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】この発明の第１の実施形態に係るシリコン膜の成膜方法の一例を示す流れ図

【図2A】図１に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図

【図2B】図１に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図

【図2C】図１に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図

【図2D】図１に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図

【図2E】図１に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図

【図3A】参考例を示す断面図

【図3B】参考例を示す断面図

【図4A】単結晶Ｓｉの構造を模式的に示した図

【図4B】単結晶Ｓｉの構造を模式的に示した図

【図4C】単結晶Ｓｉの構造を模式的に示した図

【図5】この発明の第２の実施形態に係るシリコンゲルマニウム膜の成膜方法の一例を示す流れ図

【図6A】図５に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図

【図6B】図５に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図

【図6C】図５に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図

【図6D】図５に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図

【図6E】図５に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図

【図7A】参考例を示す断面図

【図7B】参考例を示す断面図

【図8】この発明の第３の実施形態に係る成膜装置の一例を概略的に示す断面図

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、この発明の実施形態のいくつかを、図面を参照して説明する。なお、全図にわたり、共通の部分には共通の参照符号を付す。
（第１の実施形態）
＜成膜方法＞
第１の実施形態は、主にホモエピタキシャル成長に関する形態である。
図１はこの発明の第１の実施形態に係るシリコン膜の成膜方法の一例を示す流れ図、図２Ａ〜図２Ｅは図１に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図である。

【0020】

まず、図２Ａに示すように、被処理体として、例えば、シリコンウエハ（以下ウエハという）１を用意する。ウエハ１は単結晶Ｓｉである。単結晶Ｓｉの被処理面上には、薄い皮膜状の自然酸化膜２が形成されている。なお、本例では自然酸化膜２を例示しているが、自然酸化膜２以外に、大気以外との化学的な反応により単結晶Ｓｉの被処理面上に形成されたケミカル酸化膜の場合もある。

【0021】

次に、図１中のステップ１および図２Ｂに示すように、ウエハ１の被処理面から自然酸化膜２を除去する。自然酸化膜２の除去方法としては、自然酸化膜を除去可能な水素を含む物質、例えば、希フッ酸（ＤＨＦ）を用いたウェット洗浄（ウェットエッチングとも称される）、もしくはアンモニア（ＮＨ_３）ガスとフッ酸（ＨＦ）ガスとを用いた化学的酸化膜除去（ＣＯＲ）を挙げることができる。これにより、ウエハ１の被処理面には単結晶Ｓｉが露出する。

【0022】

次に、図１中のステップ２および図２Ｃに示すように、ウエハ１の被処理面に露出した単結晶Ｓｉの表面に対して結晶化抑制処理を行う。本例で述べる“結晶化抑制”とは、後に形成する非晶質Ｓｉ膜の結晶化を抑制することを意味する。結晶化抑制処理は、本例においては、ガスを用いた化学的な処理である。本例では、結晶化抑制処理に、水素を含むガス、例えば、ホスフィン（ＰＨ_３）ガスを用いた。ＰＨ_３ガスは、例えば、ウエハ１が収容されている成膜装置の処理室内に供給される。

【0023】

本願発明者らは、単結晶、例えば、単結晶Ｓｉ上に、結晶化させたＳｉを成長させると、表面に“ファセット”が発生する原因の一つとして、単結晶Ｓｉである被処理面に、極微量に残留した“酸素原子”があることをつきとめた。

【0024】

図３Ａおよび図３Ｂは、参考例を示す断面図である。
自然酸化膜２等の薄い皮膜状のＳｉＯ_２は、ステップ１におけるウェット洗浄やＣＯＲ処理によって除去することはできる。しかし、例えば、図３Ａに示すように、極微量の酸素原子３が、被処理面の最上層にあるＳｉの未結合手に結合して残留することがある。局所的に酸素原子３が残留した被処理面上にＳｉを堆積し、Ｓｉ膜４を成膜すると、酸素原子３が残留している部分と、それ以外の部分とでは、Ｓｉ膜４の堆積レートが変わる。

【0025】

このため、図３Ｂに示すように、結晶化したＳｉ膜４ａの表面にはピラミッド状の“ファセット６”が発生する。

【0026】

このようなピラミッド状の“ファセット６”の発生を抑制するために、第１の実施形態においては、自然酸化膜２等の薄い皮膜状のＳｉＯ_２をウェット洗浄やＣＯＲ処理によって除去した後、さらに残留した“酸素原子”を除去する。

【0027】

図４Ａ〜図４Ｃは、単結晶Ｓｉの構造を模式的に示した図である。
図４Ａに示すように、単結晶Ｓｉでは、Ｓｉ原子が持つ４つの結合手それぞれにＳｉ原子が結合し、Ｓｉが規則正しく配列されている。しかし、単結晶Ｓｉの最上層（被処理面）においては、Ｓｉ原子の結合手が１つ余る。この余った結合手には、例えば、酸素原子（Ｏ）や、ウェット洗浄やＣＯＲ処理の際、溶液あるいはガスに含まれていた“水素（Ｈ）原子”が、通常は結合しているか、未結合のままである。

【0028】

そこで、図４Ｂに示すように、残留した“酸素（Ｏ）原子”や“水素（Ｈ）原子”を、被処理面から可能な限り離脱させ、図４Ｃに示すように、Ｓｉ原子の結合手に、複数のＳｉ原子に対して吸着する物質を吸着させる。吸着のモードとしては、複数のＳｉ原子に対して“共有結合”や“分子間結合”する物質である。図４Ｃにおいては、例えば“ＰＨ”を結合させる。

【0029】

このように図１中のステップ２に示す“結晶化抑制処理”においては、Ｓｉ原子の未結合手に、複数のＳｉ原子に対して吸着する物質を吸着させる。このような処理により、ウエハ１の格子定数が変更され、次に成膜される非晶質Ｓｉ膜に発生する局所的な結晶化を抑えることができる。

【0030】

ステップ２の処理条件の一例は、
ＰＨ_３流 量 ：１００〜１０００ｓｃｃｍ
処 理 時 間 ：１〜６０ｍｉｎ
処 理 温 度 ：３００〜８００℃
処 理 圧 力 ：１３３．３〜５３３２０Ｐａ（１〜４００Ｔｏｒｒ）
（本明細書では、１Ｔｏｒｒを１３３．３Ｐａと定義する）
である。

【0031】

本例においては“結晶化抑制処理”に用いる処理ガスとしてＰＨ_３、即ちホスフィン系ガス（ＰＨ_３、Ｐ_２Ｈ_４等）を用いたが、ホスフィン系ガス以外のガスとしては
ボラン系ガス
炭化水素系ガス
有機シラン系ガス
なども“結晶化抑制処理”に使用することができる。このように結晶化抑制処理ガスには、Ｐ、Ｂ、Ｃなどを含むガスを用いるとよい。

【0032】

次に、図１中のステップ３および図２Ｄに示すように、ウエハ１の、結晶化抑制処理が施された被処理面上にＳｉを堆積し、非晶質Ｓｉ膜４を形成する。非晶質Ｓｉ膜４は、例えば、シリコン原料ガスを、ウエハ１が収容されている成膜装置の処理室内に供給することで成膜される。本例ではシリコン原料ガスとして、水素を含むシリコン原料ガス、例えば、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）を用いた。

【0033】

ステップ３の処理条件の一例は、
Ｓｉ_２Ｈ_６流 量：１０〜１０００ｓｃｃｍ
処 理 時 間 ：１ｍｉｎ以上
処 理 温 度 ：３５０〜４５０℃
処 理 圧 力 ：１３．３〜１３３３．３Ｐａ（０．１〜１０Ｔｏｒｒ）
である。

【0034】

本例においては、シリコン原料ガスとしてＳｉ_２Ｈ_６を用いたが、シリコン原料ガスはＳｉ_２Ｈ_６に限られるものではない。非晶質Ｓｉ膜４を成膜するための原料ガスとしては、水素とシリコンとを含むガスであればよい。

【0035】

次に、図１中のステップ４および図２Ｅに示すように、非晶質Ｓｉ膜４が形成されたウエハ１に対して固相エピタキシャル成長処理を行う。固相エピタキシャル成長処理は、例えば、不活性ガス中で行われる熱処理である。不活性ガスの一例は、例えば、窒素ガスである。固相エピタキシャル成長処理が行われることによって、非晶質Ｓｉ膜４は、結晶化したＳｉ膜４ａとなる。結晶化したＳｉ膜４ａは、例えば、単結晶である。

【0036】

ステップ４の処理条件の一例は、不活性ガス雰囲気中、
処 理 時 間 ： ６０ｍｉｎ
処 理 温 度 ： ３００〜１０００℃
処 理 圧 力 ：１３３．３〜１０１３０８Ｐａ（１〜７６０Ｔｏｒｒ）
である。

【0037】

また、本例においては、固相エピタキシャル成長処理を不活性ガス雰囲気中で行ったが、水素ガス雰囲気中で行ってもよく、成膜装置の処理室内を引ききりの状態として行っても良い。

【0038】

このような第１の実施形態に係るシリコン膜の成膜方法によれば、単結晶Ｓｉ上に非晶質Ｓｉ膜４を成膜する前に、単結晶Ｓｉの被処理面に対して“結晶化抑制処理”を行う。これにより、“結晶化抑制処理”を行わない場合に比較して、非晶質Ｓｉ膜４を結晶化した際に表面に発生する“ファセット”等の凹凸を抑制することが可能となる、という利点を得ることができる。

【0039】

また、第１の実施形態においては、単結晶Ｓｉの上に結晶化させたＳｉを形成したが、単結晶Ｇｅの上に結晶化させたＧｅを形成してもよいし、単結晶ＳｉＧｅの上に結晶化させたＳｉＧｅを形成してもよい。

【0040】

（第２の実施形態）
＜成膜方法＞
第２の実施形態は、主にヘテロエピタキシャル成長に関する形態である。
図５はこの発明の第２の実施形態に係るシリコンゲルマニウム膜の成膜方法の一例を示す流れ図、図６Ａ〜図６Ｅは図５に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図である。

【0041】

図５および図６Ａ〜図６Ｅに示すように、第２の実施形態が第１の実施形態と異なるところは、第１の実施形態では、単結晶Ｓｉ上に結晶化したＳｉ膜４ａを成膜したのに対し、単結晶Ｓｉ上に結晶化したＳｉＧｅ膜８ａを成膜したことである。

【0042】

まず、図５中のステップ１、ステップ２、並びに図６Ａ〜図６Ｃに示すように、第１の実施形態と同様にして、ウエハ１の被処理面に露出した単結晶Ｓｉの表面に対して結晶化抑制処理を行う。

【0043】

次に、図５中のステップ３ａおよび図６Ｄに示すように、ウエハ１の、結晶化抑制処理が施された被処理面上にＳｉＧｅを堆積し、非晶質ＳｉＧｅ膜８を形成する。非晶質ＳｉＧｅ膜８は、例えば、シリコンを含むガスとゲルマニウムを含むガスとを含んだシリコンゲルマニウム原料ガスを、ウエハ１が収容されている成膜装置の処理室内に供給することで成膜される。本例ではシリコンゲルマニウム原料ガスとして、水素およびシリコンを含むガス、例えば、モノシラン（ＳｉＨ_４）と、ゲルマニウムを含むガス、例えば、モノゲルマン（ＧｅＨ_４）を用いた。

【0044】

ステップ３ａの処理条件の一例は、
ＳｉＨ_４流 量：０を超え〜５０００ｓｃｃｍ
Ｇｅ_２Ｈ_４流 量：０を超え〜５０００ｓｃｃｍ
処 理 時 間 ：５ｍｉｎ以上
処 理 温 度 ：２５０〜４５０℃
処 理 圧 力 ：１３．３３〜５３３．２Ｐａ（０．１〜４Ｔｏｒｒ）
である。

【0045】

本例においては、シリコンゲルマニウム原料ガスとしてＳｉＨ_４、およびＧｅＨ_４を用いたが、シリコンゲルマニウム原料ガスはＳｉＨ_４、およびＧｅＨ_４に限られるものではない。非晶質ＳｉＧｅ膜８を成膜するための原料ガスとしては、水素、シリコン、およびゲルマニウムを含むガスであればよい。

【0046】

第２の実施形態は、単結晶Ｓｉ上に結晶化したＳｉＧｅ膜を成膜しようとする、いわゆる“ヘテロエピタキシャル”である。ヘテロエピタキシャルにおいては結晶の不整合を一因として“ミスフィット転移”が発生する。第２の実施形態を参照して述べれば、ウエハ１のＳｉの格子定数と、成膜されるＳｉＧｅの格子定数とが違う。このため、成膜されるＳｉＧｅ膜の方に“ミスフィット転移”が発生する。

【0047】

図７Ａおよび図７Ｂは、参考例を示す断面図である。
例えば、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、ウエハ１の被処理面に露出した単結晶Ｓｉ上にＳｉＧｅ膜８を形成したとする。結晶化したＳｉＧｅ膜８ａにはミスフィット転移７が、例えば、規則的に発生する。ミスフィット転移７が発生したまま、結晶成長させると、ＳｉＧｅ膜８ａの表面には“ミスフィット転移７に沿った段差”（クロスハッチパターン）が発生する。

【0048】

このような“ミスフィット転移７に沿った段差”の発生を抑制するには、第１の実施形態と同様に、非晶質ＳｉＧｅ膜８を形成する前に、被処理面の表面の格子定数を変更するとよい。第２の実施形態では、図５中のステップ２において、ウエハ１の被処理面の表面の格子定数が変更されている。

【0049】

次に、図５中のステップ４および図６Ｅに示すように、非晶質ＳｉＧｅ膜８が形成されたウエハ１に対して、第１の実施形態と同様に、固相エピタキシャル成長処理を行う。固相エピタキシャル成長処理の条件は、例えば、第１の実施形態と同様でよい。固相エピタキシャル成長処理が行われることによって、非晶質ＳｉＧｅ膜８は、結晶化したＳｉＧｅ膜８ａとなる。

【0050】

このような第２の実施形態に係るシリコンゲルマニウム膜の成膜方法によれば、単結晶Ｓｉ上に非晶質ＳｉＧｅ膜８を成膜する前に、単結晶Ｓｉの被処理面に対して“結晶化抑制処理”を行う。非晶質ＳｉＧｅ膜８が結晶化されたＳｉＧｅ膜８ａには“ミスフット転移”７は発生するが、非晶質ＳｉＧｅ膜８が形成された状態で、固相エピタキシャル成長処理が行われる。このため、“結晶化抑制処理”を行わない場合に比較して、非晶質ＳｉＧｅ膜８の内部にミスフィット転移が生ずるだけである。したがって、非晶質ＳｉＧｅ膜８を結晶化した際に表面に発生する“ミスフィット転移に起因した段差”といった凹凸を抑制することが可能となる、という利点を得ることができる。

【0051】

また、第２の実施形態においては、単結晶Ｓｉの上に結晶化させたＳｉＧｅを形成したが、結晶化させたＧｅを形成してもよいし、単結晶Ｇｅの上に結晶化させたＳｉＧｅやＳｉを形成してもよい。また、単結晶ＳｉＧｅの上に、結晶化させたＳｉやＧｅを形成してもよい。

【0052】

（第３の実施形態）
第３の実施形態は、上記第１、第２の実施形態に係るシリコン又はシリコンゲルマニウム膜の成膜方法を実施することが可能な成膜装置の一例に関する。

【0053】

図８はこの発明の第３の実施形態に係る成膜装置の一例を概略的に示す断面図である。
図８に示すように、成膜装置１００は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理室１０１を有している。処理室１０１の全体は、例えば、石英により形成されている。処理室１０１内の天井には、石英製の天井板１０２が設けられている。処理室１０１の下端開口部には、例えば、ステンレススチールにより円筒体状に成形されたマニホールド１０３がＯリング等のシール部材１０４を介して連結されている。

【0054】

マニホールド１０３は処理室１０１の下端を支持している。マニホールド１０３の下方からは、被処理体として複数枚、例えば、５０〜１００枚の半導体ウエハ、本例では、シリコンウエハ１を多段に載置可能な石英製のウエハボート１０５が処理室１０１内に挿入可能となっている。ウエハボート１０５は複数本の支柱１０６を有し、支柱１０６に形成された溝により複数枚のウエハ１が支持されるようになっている。

【0055】

ウエハボート１０５は、石英製の保温筒１０７を介してテーブル１０８上に載置されている。テーブル１０８は、マニホールド１０３の下端開口部を開閉する、例えば、ステンレススチール製の蓋部１０９を貫通する回転軸１１０上に支持される。回転軸１１０の貫通部には、例えば、磁性流体シール１１１が設けられ、回転軸１１０を気密にシールしつつ回転可能に支持している。蓋部１０９の周辺部とマニホールド１０３の下端部との間には、例えば、Ｏリングよりなるシール部材１１２が介設されている。これにより処理室１０１内のシール性が保持されている。回転軸１１０は、例えば、ボートエレベータ等の昇降機構（図示せず）に支持されたアーム１１３の先端に取り付けられている。これにより、ウエハボート１０５および蓋部１０９等は、一体的に昇降されて処理室１０１内に対して挿脱される。

【0056】

成膜装置１００は、処理室１０１内に、処理に使用するガスを供給する処理ガス供給機構１１４と、処理室１０１内に、不活性ガスを供給する不活性ガス供給機構１１５と、を有している。

【0057】

処理ガス供給機構１１４は、結晶化抑制処理ガス供給源１１７ａ、Ｓｉを含む処理ガス供給源１１７ｂ、Ｇｅを含む処理ガス供給源１１７ｃ、および結晶化処理ガス供給源１１７ｄを含んで構成されている。

【0058】

本例においては、結晶化抑制処理ガス供給源１１７ａは結晶化抑制処理ガスとしてＰＨ_３ガスを、Ｓｉを含む処理ガス供給源１１７ｂはＳｉを含む処理ガスとしてＳｉ_２Ｈ_６ガスを、Ｇｅを含む処理ガス供給源１１７ｃはＧｅを含む処理ガスとしてＧｅＨ_４ガスを、結晶化処理ガス供給源１１７ｄは結晶化処理ガスとしてＨ_２ガスを、それぞれ処理室１０１内に供給する。

【0059】

不活性ガス供給機構１１５は、不活性ガス供給源１２０を含んで構成されている。不活性ガス供給源は不活性ガスとしてＮ_２ガスを、処理室１０１内に供給する。

【0060】

なお、成膜装置１００が“シリコン膜の成膜”専用とする場合には、Ｇｅを含む処理ガス供給源１１７ｃは省略してもよいし、“ゲルマニウム膜の成膜”専用とする場合には、Ｓｉを含む処理ガス供給源１１７ｂは省略してもよい。また、成膜装置１００が“結晶化処理”に際し、不活性ガス、例えば、Ｎ_２ガスを使用する場合には、結晶化処理ガス供給源１１７ｄを省略してもよい。この場合には、結晶化処理ガスとしてＮ_２ガスが、不活性ガス供給源１２０から処理室１０１内に供給される。

【0061】

結晶化抑制処理ガス供給源１１７ａは、流量制御器１２１ａ及び開閉弁１２２ａを介して、分散ノズル１２３ａに接続されている。同様に、Ｓｉを含む処理ガス供給源１１７ｂは流量制御器１２１ｂ及び開閉弁１２２ｂを介して図示せぬ分散ノズル１２３ｂに、同様に、Ｇｅを含む処理ガス供給源１１７ｃは流量制御器１２１ｃ及び開閉弁１２２ｃを介して図示せぬ分散ノズル１２３ｃに、結晶化処理ガス供給源１１７ｄは流量制御器１２１ｄ及び開閉弁１２２ｄを介して分散ノズル１２３ｄに、それぞれ接続されている。

【0062】

分散ノズル１２３ａ〜１２３ｄは石英管よりなり、マニホールド１０３の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて垂直に延びる。分散ノズル１２３ａ〜１２３ｄの垂直部分には、複数のガス吐出孔１２４ａ〜１２４ｄが所定の間隔を隔てて形成されている。結晶化抑制処理ガス、Ｓｉを含む処理ガス、Ｇｅを含む処理ガス、結晶化処理ガスはそれぞれ、ガス吐出孔１２４ａ〜１２４ｄから処理室１０１内に向けて水平方向に略均一に吐出される。

【0063】

不活性ガス供給源１２０は流量制御器１２１ｅ及び開閉弁１２２ｅを介して、ノズル１２８に接続されている。ノズル１２８は、マニホールド１０３の側壁を貫通し、その先端から不活性ガスを処理室１０１内に水平方向に向けて吐出させる。

【0064】

処理室１０１内の、分散ノズル１２３ａ〜１２３ｄと反対側の部分には、処理室１０１内を排気するための排気口１２９が設けられている。排気口１２９は処理室１０１の側壁を上下方向へ削りとることによって細長く形成されている。処理室１０１の排気口１２９に対応する部分には、排気口１２９を覆うように断面がコの字状に成形された排気口カバー部材１３０が溶接により取り付けられている。排気口カバー部材１３０は、処理室１０１の側壁に沿って上方に延びており、処理室１０１の上方にガス出口１３１を規定している。ガス出口１３１には、真空ポンプ等を含む排気機構１３２が接続される。排気機構１３２は、処理室１０１内を排気することで処理に使用した処理ガスの排気、及び処理室１０１内の圧力を処理に応じた処理圧力とする。

【0065】

処理室１０１の外周には筒体状の加熱装置１３３が設けられている。加熱装置１３３は、処理室１０１内に供給された処理ガスを活性化するとともに、処理室１０１内に収容された被処理体、本例ではウエハ１を加熱する。

【0066】

成膜装置１００の各部の制御は、例えば、マイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるコントローラ１５０により行われる。コントローラ１５０には、ユーザーインターフェース１５１が接続されている。ユーザーインターフェース１５１は、オペレータが成膜装置１００を管理するために、コマンドの入力操作等を行うためのタッチパネルディスプレイやキーボードなどを含む入力部、および成膜装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイなどを含む表示部が備えられている。

【0067】

コントローラ１５０には記憶部１５２が接続されている。記憶部１５２は、成膜装置１００で実施される各種処理をコントローラ１５０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて成膜装置１００の各構成部に処理を実施させるためのプログラムすなわちレシピが格納される。レシピは、例えば、記憶部１５２の中の記憶媒体に記憶される。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤ-ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。レシピは、必要に応じて、ユーザーインターフェース１５１からの指示等にて記憶部１５２から読み出され、読み出されたレシピに従った処理をコントローラ１５０が実施することで、成膜装置１００は、コントローラ１５０の制御のもと、所望の処理が実施される。

【0068】

本例では、コントローラ１５０の制御のもと、上記第１、第２の実施形態に係るシリコン又はシリコンゲルマニウム膜の成膜方法を実施する。上記第１、第２の実施形態に係る成膜方法は、図８に示すような成膜装置１００によって実施することができる。

【0069】

以上、この発明を第１、第２の実施形態に従って説明したが、この発明は、上記第１、第２の実施形態に限定されることは無く、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。

【0070】

例えば、上記第１、第２の実施形態においては、ウエハ１、即ち、元々単結晶として形成された単結晶Ｓｉの被処理面に対して“結晶化抑制処理”を行ったが、非晶質Ｓｉを固相エピタキシャル成長処理によって結晶化されたＳｉを被処理面とする場合にも、上述した利点と同様の利点を得ることができる。つまり上記第１、第２の実施形態は、元々単結晶であったもの、および結晶化処理により結晶化（単結晶化）させたものの双方ともに有効である。

【0071】

また、第１、第２の実施形態においては、単結晶又は結晶化されたＳｉの被処理面に対して“結晶化抑制処理”を行ってから結晶化したＳｉ膜４ａ又は結晶化したＳｉＧｅ膜８ａを成膜する例を示した。しかし、単結晶又は結晶化されたＳｉＧｅの被処理面に対して“結晶化抑制処理”を行ってから結晶化したＳｉ膜４ａ又は結晶化したＳｉＧｅ膜８ａを成膜するようにしてもよいし、単結晶又は結晶化されたＧｅの被処理面に対して、結晶化したＳｉ膜又は結晶化したＧｅ膜又は結晶化したＳｉＧｅ膜を成膜するようにしてもよい。

【0072】

また、第１、第２の実施形態においては処理条件を具体的に例示したが、処理条件は、上記具体的な例示に限られるものではない。処理条件は、例えば、被処理体を収容する処理室の容積や、処理圧力の変更等に応じて変更することが可能である。

【0073】

その他、この発明はその要旨を逸脱しない範囲で様々に変形することができる。

【符号の説明】

【0074】

１…シリコンウエハ、２…自然酸化膜、３…酸素原子、４…非晶質Ｓｉ膜、４ａ…結晶化したＳｉ膜、６…ファセット、７…ミスフィット転移、８…非晶質ＳｉＧｅ膜、８ａ…結晶化したＳｉＧｅ膜。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図6E】

【図7A】

【図7B】

【図8】