特許 6561001 半導体装置の製造方法、基板処理装置、ガス供給系およびプログラム

(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】6561001

(24)【登録日】2019年7月26日

(45)【発行日】2019年8月14日

(54)【発明の名称】半導体装置の製造方法、基板処理装置、ガス供給系およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20190805BHJP

   C23C 16/24 20060101ALI20190805BHJP

   C30B 25/14 20060101ALI20190805BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/205

   C23C16/24

   C30B25/14

【請求項の数】11

【全頁数】33

(21)【出願番号】特願2016-45713(P2016-45713)

(22)【出願日】2016年3月9日

(65)【公開番号】特開2017-162974(P2017-162974A)

(43)【公開日】2017年9月14日

【審査請求日】2018年9月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】318009126

【氏名又は名称】株式会社ＫＯＫＵＳＡＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ

(74)【代理人】

【識別番号】100145872

【弁理士】

【氏名又は名称】福岡 昌浩

(74)【代理人】

【識別番号】100091362

【弁理士】

【氏名又は名称】阿仁屋 節雄

(72)【発明者】

【氏名】渡橋 由悟

(72)【発明者】

【氏名】湯浅 和宏

(72)【発明者】

【氏名】森谷 敦

(72)【発明者】

【氏名】中磯 直春

【審査官】 長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１２／０２９６６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−０６７７９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２２２７２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１９１８１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−２２４２４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１６５３９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／０２、２１／２０５、２１／３１、２１／３３６、

２１／３６５、２１／４６９、２１／８２２９、

２１／８２３９−２１／８２４６、２１／８６、

２７／１０−２７／１１５９７、２７／２８、２９／７６、

２９／７７２−２９／７８、２９／７８８−２９／７９２、

５１／０５、

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６、

Ｃ３０Ｂ １／００−３５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板に対してハロゲン系の第１の処理ガスを供給する工程と、前記基板に対して非ハロゲン系の第２の処理ガスを供給する工程と、前記基板に対して水素含有ガスを供給する工程と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上にシード層を形成する工程と、
前記基板に対して第３の処理ガスを供給して前記シード層上に膜を形成する工程と、
を有し、
前記シード層を形成する工程は、前記第１の処理ガスを供給する工程と前記水素含有ガスを供給する工程とを同時に行う期間と、前記第２の処理ガスを供給する工程と前記水素含有ガスを供給する工程とを同時に行う期間と、を含み、
前記第１の処理ガスを供給する工程と同時に供給する前記水素含有ガスの供給流量を、前記第２の処理ガスを供給する工程と同時に供給する前記水素含有ガスの供給流量よりも小さくする半導体装置の製造方法。

【請求項2】

前記シード層を形成する工程は、前記基板が存在する空間から前記第１の処理ガスを排出する工程をさらに有し、該第１の処理ガスを排出する工程と前記水素含有ガスを供給する工程とを同時に行う期間をさらに含む請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項3】

前記シード層を形成する工程は、前記基板が存在する空間から前記第２の処理ガスを排出する工程をさらに有し、該第２の処理ガスを排出する工程と前記水素含有ガスを供給する工程とを同時に行う期間をさらに含む請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項4】

基板に対してハロゲン系の第１の処理ガスを供給する工程と、前記基板に対して非ハロゲン系の第２の処理ガスを供給する工程と、前記基板に対して水素含有ガスを供給する工程と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上にシード層を形成する工程と、
前記基板に対して第３の処理ガスを供給して前記シード層上に膜を形成する工程と、
を有し、
前記シード層を形成する工程は、前記第１の処理ガスを供給する工程と前記水素含有ガスを供給する工程とを同時に行う期間と、前記第２の処理ガスを供給する工程と前記水素含有ガスを供給する工程とを同時に行う期間と、を含み、
前記第１の処理ガスを供給する工程と同時に供給する前記水素含有ガスの供給流量を、前記第２の処理ガスを供給する工程と同時に供給する前記水素含有ガスの供給流量よりも大きくする半導体装置の製造方法。

【請求項5】

前記シード層を形成する工程は、前記水素含有ガスを供給する工程を実施した状態で、前記第１の処理ガスを供給する工程と、前記第２の処理ガスを供給する工程と、を交互に行う期間を含む請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。

【請求項6】

基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板に対してハロゲン系の第１の処理ガスを供給する第１供給系と、
前記処理室内の基板に対して非ハロゲン系の第２の処理ガスを供給する第２供給系と、
前記処理室内の基板に対して第３の処理ガスを供給する第３供給系と、
前記処理室内の基板に対して水素含有ガスを供給する第４供給系と、
前記処理室内において、基板に対して前記第１の処理ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記第２の処理ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記水素含有ガスを供給する処理と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上にシード層を形成する処理と、前記基板に対して前記第３の処理ガスを供給して前記シード層上に膜を形成する処理と、を行わせ、前記シード層を形成する処理が、前記第１の処理ガスを供給する処理と前記水素含有ガスを供給する処理とを同時に行う期間と、前記第２の処理ガスを供給する処理と前記水素含有ガスを供給する処理とを同時に行う期間と、を含むようにし、前記第１の処理ガスを供給する処理と同時に供給する前記水素含有ガスの供給流量を、前記第２の処理ガスを供給する処理と同時に供給する前記水素含有ガスの供給流量よりも小さくするように、前記第１供給系、前記第２供給系、前記第３供給系、および前記第４供給系を制御するよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置。

【請求項7】

基板に対してハロゲン系の第１の処理ガスを供給する第１供給系と、
基板に対して非ハロゲン系の第２の処理ガスを供給する第２供給系と、
基板に対して第３の処理ガスを供給する第３供給系と、
基板に対して水素含有ガスを供給する第４供給系と、
を有し、
基板に対して前記第１供給系より前記第１の処理ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記第２供給系より前記第２の処理ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記第４供給系より前記水素含有ガスを供給する処理と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上にシード層を形成する処理と、前記基板に対して前記第３供給系より前記第３の処理ガスを供給して前記シード層上に膜を形成する処理と、を行わせ、前記シード層を形成する処理が、前記第１の処理ガスを供給する処理と前記水素含有ガスを供給する処理とを同時に行う期間と、前記第２の処理ガスを供給する処理と前記水素含有ガスを供給する処理とを同時に行う期間と、を含むようにし、前記第１の処理ガスを供給する処理と同時に供給する前記水素含有ガスの供給流量を、前記第２の処理ガスを供給する処理と同時に供給する前記水素含有ガスの供給流量よりも小さくするように制御されるガス供給系。

【請求項8】

基板に対してハロゲン系の第１の処理ガスを供給する手順と、前記基板に対して非ハロゲン系の第２の処理ガスを供給する手順と、前記基板に対して水素含有ガスを供給する手順と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上にシード層を形成する手順と、
前記基板に対して第３の処理ガスを供給して前記シード層上に膜を形成する手順と、
前記シード層を形成する手順が、前記第１の処理ガスを供給する手順と前記水素含有ガスを供給する手順とを同時に行う期間と、前記第２の処理ガスを供給する手順と前記水素含有ガスを供給する手順とを同時に行う期間と、を含むようにする手順と、
前記第１の処理ガスを供給する手順と同時に供給する前記水素含有ガスの供給流量を、前記第２の処理ガスを供給する手順と同時に供給する前記水素含有ガスの供給流量よりも小さくする手順と、
をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。

【請求項9】

基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板に対してハロゲン系の第１の処理ガスを供給する第１供給系と、
前記処理室内の基板に対して非ハロゲン系の第２の処理ガスを供給する第２供給系と、
前記処理室内の基板に対して第３の処理ガスを供給する第３供給系と、
前記処理室内の基板に対して水素含有ガスを供給する第４供給系と、
前記処理室内において、基板に対して前記第１の処理ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記第２の処理ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記水素含有ガスを供給する処理と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上にシード層を形成する処理と、前記基板に対して前記第３の処理ガスを供給して前記シード層上に膜を形成する処理と、を行わせ、前記シード層を形成する処理が、前記第１の処理ガスを供給する処理と前記水素含有ガスを供給する処理とを同時に行う期間と、前記第２の処理ガスを供給する処理と前記水素含有ガスを供給する処理とを同時に行う期間と、を含むようにし、前記第１の処理ガスを供給する処理と同時に供給する前記水素含有ガスの供給流量を、前記第２の処理ガスを供給する処理と同時に供給する前記水素含有ガスの供給流量よりも大きくするように、前記第１供給系、前記第２供給系、前記第３供給系、および前記第４供給系を制御するよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置。

【請求項10】

基板に対してハロゲン系の第１の処理ガスを供給する第１供給系と、
基板に対して非ハロゲン系の第２の処理ガスを供給する第２供給系と、
基板に対して第３の処理ガスを供給する第３供給系と、
基板に対して水素含有ガスを供給する第４供給系と、
を有し、
基板に対して前記第１供給系より前記第１の処理ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記第２供給系より前記第２の処理ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記第４供給系より前記水素含有ガスを供給する処理と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上にシード層を形成する処理と、前記基板に対して前記第３供給系より前記第３の処理ガスを供給して前記シード層上に膜を形成する処理と、を行わせ、前記シード層を形成する処理が、前記第１の処理ガスを供給する処理と前記水素含有ガスを供給する処理とを同時に行う期間と、前記第２の処理ガスを供給する処理と前記水素含有ガスを供給する処理とを同時に行う期間と、を含むようにし、前記第１の処理ガスを供給する処理と同時に供給する前記水素含有ガスの供給流量を、前記第２の処理ガスを供給する処理と同時に供給する前記水素含有ガスの供給流量よりも大きくするように制御されるガス供給系。

【請求項11】

基板に対してハロゲン系の第１の処理ガスを供給する手順と、前記基板に対して非ハロゲン系の第２の処理ガスを供給する手順と、前記基板に対して水素含有ガスを供給する手順と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上にシード層を形成する手順と、
前記基板に対して第３の処理ガスを供給して前記シード層上に膜を形成する手順と、
前記シード層を形成する手順が、前記第１の処理ガスを供給する手順と前記水素含有ガスを供給する手順とを同時に行う期間と、前記第２の処理ガスを供給する手順と前記水素含有ガスを供給する手順とを同時に行う期間と、を含むようにする手順と、
前記第１の処理ガスを供給する手順と同時に供給する前記水素含有ガスの供給流量を、前記第２の処理ガスを供給する手順と同時に供給する前記水素含有ガスの供給流量よりも大きくする手順と、
をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置の製造方法、基板処理装置、ガス供給系およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、ハロゲン系の処理ガスや非ハロゲン系の処理ガスを用い、基板上に、シリコン（Ｓｉ）等の所定元素を主元素として含む膜を形成する成膜処理が行われることがある（例えば特許文献１〜３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１２／０２９６６１号パンフレット

【特許文献2】特開２０１３−１９７３０７号公報

【特許文献3】特開２０１４−０６７７９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の目的は、基板上に形成する膜の膜質を向上させることが可能な技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様によれば、基板に対してハロゲン系の第１の処理ガスを供給する工程と、前記基板に対して非ハロゲン系の第２の処理ガスを供給する工程と、前記基板に対して水素含有ガスを供給する工程と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上にシード層を形成する工程と、前記基板に対して第３の処理ガスを供給して前記シード層上に膜を形成する工程と、を有する技術が提供される。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、基板上に形成する膜の膜質を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面図で示す図である。

【図2】本発明の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を図１のＡ−Ａ線断面図で示す図である。

【図3】本発明の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置のコントローラの概略構成図であり、コントローラの制御系をブロック図で示す図である。

【図4】本発明の一実施形態の成膜シーケンスを示す図である。

【図5】本発明の一実施形態の成膜シーケンスの変形例を示す図であり、成膜シーケンスの1サイクルにおけるＤＣＳガス、ＤＳガス、Ｈ_２ガスの供給タイミングを抜き出した図である。

【図6】（ａ）はシードステップ開始前のウエハ表面の断面構造を、（ｂ）はシードステップ進行中であってＤＣＳガス供給後のウエハ表面の断面構造を、（ｃ）はシードステップ進行中であってＤＳガス供給後のウエハ表面の断面構造を、（ｄ）はシードステップ終了後のウエハ表面の断面構造を、（ｅ）はＣＶＤ成膜ステップ進行中のウエハ表面の断面構造を、（ｆ）はＣＶＤ成膜ステップ終了後のウエハ表面の断面構造を、（ｇ）はアニールステップ終了後のウエハ表面の断面構造を示す図である。

【図7】本発明の他の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面図で示す図である。

【図8】本発明の他の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面図で示す図である。

【図9】ＤＲＡＭの主要部の断面構造を示す図である。

【図10】３ＤＮＡＮＤの主要部の断面構造を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

＜本発明の一実施形態＞
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図３を用いて説明する。

【0009】

（１）基板処理装置の構成
図１に示すように、処理炉２０２は加熱手段（加熱機構）としてのヒータ２０７を有する。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ２０７は、ガスを熱で活性化（励起）させる活性化機構（励起部）としても機能する。

【0010】

ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応容器（処理容器）を構成する反応管２０３が配設されている。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ_２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管２０３の筒中空部には、処理室２０１が形成されている。処理室２０１は、基板としてのウエハ２００を収容可能に構成されている。

【0011】

処理室２０１内には、ノズル２４９ａ，２４９ｂが、反応管２０３の下部側壁を貫通するように設けられている。ノズル２４９ａ，２４９ｂは、例えば石英またはＳｉＣ等の耐熱性材料からなる。ノズル２４９ａ，２４９ｂには、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂがそれぞれ接続されている。ガス供給管２３２ｂには、ガス供給管２３２ｃが接続されている。

【0012】

ガス供給管２３２ａ〜２３２ｃには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１ａ〜２４１ｃおよび開閉弁であるバルブ２４３ａ〜２４３ｃがそれぞれ設けられている。ガス供給管２３２ａ，２３２ｂのバルブ２４３ａ，２４３ｂよりも下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管２３２ｄ，２３２ｅがそれぞれ接続されている。ガス供給管２３２ｄ，２３２ｅには、上流方向から順に、ＭＦＣ２４１ｄ，２４１ｅおよびバルブ２４３ｄ，２４３ｅがそれぞれ設けられている。

【0013】

ノズル２４９ａ，２４９ｂは、図２に示すように、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における平面視において円環状の空間に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の配列方向上方に向かって立ち上がるようにそれぞれ設けられている。すなわち、ノズル２４９ａ，２４９ｂは、ウエハ２００が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うようにそれぞれ設けられている。ノズル２４９ａ，２４９ｂの側面には、ガスを供給するガス供給孔２５０ａ，２５０ｂがそれぞれ設けられている。ガス供給孔２５０ａ，２５０ｂは、反応管２０３の中心を向くようにそれぞれ開口しており、ウエハ２００に向けてガスを供給することが可能となっている。ガス供給孔２５０ａ，２５０ｂは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられている。

【0014】

ガス供給管２３２ａからは、ハロゲン系の第１の処理ガスとして、所定元素（主元素）としてのシリコン（Ｓｉ）と、ハロゲン元素と、を含むガス、すなわち、ハロシラン原料ガスが、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。

【0015】

第１の処理ガスとしては、例えば、ＳｉおよびＣｌを含むハロシラン原料ガス、すなわち、クロロシラン原料ガスを用いることができる。クロロシラン原料ガスとしては、例えば、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、略称：ＤＣＳ）ガスを用いることができる。

【0016】

また、ガス供給管２３２ａからは、ドーパントガスとして、形成される層や膜中に添加（ドープ）される不純物（ドーパント）を含むガスが、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。ドーパントガスとしては、ＩＩＩ族元素およびＶ族元素のうちいずれかの元素を含むガスを用いることができ、例えば、ホスフィン（ＰＨ_３、略称：ＰＨ）ガスを用いることができる。

【0017】

ガス供給管２３２ｂからは、非ハロゲン系の第２の処理ガスとして、所定元素（主元素）としてのＳｉを含みハロゲン元素非含有のシラン原料ガスが、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。第２の処理ガスとしては、水素化ケイ素原料ガスを用いることができ、例えば、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６、略称：ＤＳ）ガスを用いることができる。

【0018】

ガス供給管２３２ｃからは、第３の処理ガスとして、所定元素（主元素）としてのＳｉを含みハロゲン元素非含有のシラン原料ガスが、ＭＦＣ２４１ｃ、バルブ２４３ｃ、ガス供給管２３２ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。第３の処理ガスとしては、水素化ケイ素原料ガスを用いることができ、例えば、モノシラン（ＳｉＨ_４、略称：ＭＳ）ガスを用いることができる。

【0019】

ガス供給管２３２ａ〜２３２ｃからは、還元性ガスとして水素（Ｈ）含有ガスがＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｃ、バルブ２４３ａ〜２４３ｃ、ノズル２４９ａ，２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。Ｈ含有ガスとしては、例えば水素（Ｈ_２）ガスを用いることができる。

【0020】

ガス供給管２３２ｄ，２３２ｅからは、不活性ガスとして、例えば、窒素（Ｎ_２）ガスが、それぞれＭＦＣ２４１ｄ，２４１ｅ、バルブ２４３ｄ，２４３ｅ、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ、ノズル２４９ａ，２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。

【0021】

主に、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、第１の処理ガスを供給する第１供給系が構成される。主に、ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより、第２の処理ガスを供給する第２供給系が構成される。主に、ガス供給管２３２ｃ、ＭＦＣ２４１ｃ、バルブ２４３ｃにより、第３の処理ガスを供給する第３供給系が構成される。主に、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｃ、ＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｃ、バルブ２４３ａ〜２４３ｃにより、Ｈ含有ガスを供給する第４供給系が構成される。主に、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、ドーパントガスを供給する第５供給系が構成される。

【0022】

第１〜第３供給系のうち、いずれか、或いは、全ての供給系を、処理ガス供給系、或いは、成膜ガス供給系と称することもできる。第４供給系や第５供給系を、成膜ガス供給系に含めて考えることもできる。

【0023】

また、主に、ガス供給管２３２ｄ，２３２ｅ、ＭＦＣ２４１ｄ，２４１ｅ、バルブ２４３ｄ，２４３ｅにより、不活性ガス供給系が構成される。

【0024】

上述の各種供給系のうち、いずれか、或いは、全ての供給系は、バルブ２４３ａ〜２４３ｅやＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｅ等が集積されてなる集積型ガス供給システム２４８として構成されていてもよい。集積型ガス供給システム２４８は、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｅのそれぞれに対して接続され、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｅ内への各種ガスの供給動作、すなわち、バルブ２４３ａ〜２４３ｅの開閉動作やＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｅによる流量調整動作等が、後述するコントローラ１２１によって制御されるように構成されている。集積型ガス供給システム２４８は、一体型、或いは、分割型の集積ユニットとして構成されており、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｅ等に対して集積ユニット単位で着脱を行うことができ、ガス供給システムのメンテナンス、交換、増設等を、集積ユニット単位で行うことが可能なように構成されている。

【0025】

反応管２０３には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が設けられている。排気管２３１には、処理室２０１内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ２４５および圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４４を介して、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されている。ＡＰＣバルブ２４４は、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁を開閉することにより、処理室２０１内の真空排気および真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ２４６を作動させた状態で、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて弁開度を調節することにより、処理室２０１内の圧力を調整することができるように構成されている。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４４、圧力センサ２４５により、排気系が構成される。真空ポンプ２４６を排気系に含めて考えてもよい。

【0026】

反応管２０３の下方には、反応管２０３の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は、例えばＳＵＳ等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には、反応管２０３の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０が設けられている。シールキャップ２１９の下方には、後述するボート２１７を回転させる回転機構２６７が設置されている。回転機構２６７の回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７に接続されている。回転機構２６７は、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させるように構成されている。シールキャップ２１９は、反応管２０３の外部に設置された昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ１１５は、シールキャップ２１９を昇降させることで、ボート２１７を処理室２０１内外に搬入および搬出することが可能なように構成されている。すなわち、ボートエレベータ１１５は、ボート２１７すなわちウエハ２００を、処理室２０１内外に搬送する搬送装置（搬送機構）として構成されている。

【0027】

基板支持具としてのボート２１７は、複数枚、例えば２５〜２００枚のウエハ２００を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、間隔を空けて配列させるように構成されている。ボート２１７は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる。ボート２１７の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる断熱板２１８が水平姿勢で多段に支持されている。

【0028】

反応管２０３内には、温度検出器としての温度センサ２６３が設置されている。温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合を調整することで、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となる。温度センサ２６３は、ノズル２４９ａ，２４９ｂと同様に反応管２０３の内壁に沿って設けられている。

【0029】

図３に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ１２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、内部バス１２１ｅを介して、ＣＰＵ１２１ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ１２１には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置１２２が接続されている。

【0030】

記憶装置１２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置１２１ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件等が記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ１２１に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単に、プログラムともいう。また、プロセスレシピを、単に、レシピともいう。本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、レシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。ＲＡＭ１２１ｂは、ＣＰＵ１２１ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。

【0031】

Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｅ、バルブ２４３ａ〜２４３ｅ、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、ヒータ２０７、温度センサ２６３、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５等に接続されている。

【0032】

ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃからレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ１２１ａは、読み出したレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｅによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ〜２４３ｅの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉動作および圧力センサ２４５に基づくＡＰＣバルブ２４４による圧力調整動作、真空ポンプ２４６の起動および停止、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、回転機構２６７によるボート２１７の回転および回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作等を制御するように構成されている。

【0033】

コントローラ１２１は、外部記憶装置（例えば、ハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ等の半導体メモリ）１２３に格納された上述のプログラムを、コンピュータにインストールすることにより構成することができる。記憶装置１２１ｃや外部記憶装置１２３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成されている。以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置１２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置１２３単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置１２３を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。

【0034】

（２）基板処理工程
上述の基板処理装置を用い、半導体装置の製造工程の一工程として、基板上にＳｉ膜を形成するシーケンス例について、図４、図６（ａ）〜図６（ｇ）を用いて説明する。以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。

【0035】

図４に示す成膜シーケンスでは、基板としてのウエハ２００に対して第１の処理ガスとしてＤＣＳガスを供給するステップと、ウエハ２００に対して第２の処理ガスとしてＤＳガスを供給するステップと、を含む（交互に行う）サイクルを所定回数（ｎ回）行うことで、ウエハ２００上にシード層を形成するステップ（シードステップ）と、ウエハ２００に対して第３の処理ガスとしてＭＳガスを供給してシード層上にＳｉを含む膜、すなわち、Ｓｉ膜を形成するステップ（ＣＶＤ成膜ステップ）と、を実施する。

【0036】

シードステップは、ウエハ２００に対してＨ含有ガスとしてＨ_２ガスを供給するステップを含んでいる。図４に示す成膜シーケンスは、シードステップが、ＤＣＳガスを供給するステップとＨ_２ガスを供給するステップとを同時に行う期間を含む例を示している。

【0037】

なお、シードステップは、さらに、ウエハ２００に対してドーパントガスとしてＰＨガスを供給するステップを含んでいる。これにより、シード層としてドーパントとしてのＰがドープされたシード層（ドープトシード層）が形成されることとなる。図４に示す成膜シーケンスは、シードステップが、ＤＳガスを供給するステップとＰＨガスを供給するステップとを同時に行う期間を含む例を示している。また、本成膜シーケンスは、ＣＶＤ成膜ステップが、ウエハ２００に対してＰＨガスを供給するステップを含む例を示している。ＣＶＤ成膜ステップでは、シード層上に、ドーパントとしてのＰがドープされたＳｉ膜が形成されることとなる。以下の説明では、Ｐがドープされたシード層を、単に、シード層とも称する。また、ＰがドープされたＳｉ膜を、単に、Ｓｉ膜とも称する。

【0038】

また、図４に示す成膜シーケンスでは、上述のシードステップとＣＶＤ成膜ステップとを、表面に単結晶Ｓｉと絶縁膜とが露出したウエハ２００に対して実施する。これにより、単結晶Ｓｉ上に第１のＳｉ膜をホモエピタキシャル成長させるとともに、絶縁膜上に第１のＳｉ膜とは結晶構造が異なる第２のＳｉ膜を成長させる。すなわち、図４に示す成膜シーケンスでは、３種類のシラン原料ガスを用いることで、単結晶Ｓｉ上に、第１のＳｉ膜上に第２のＳｉ膜が形成されてなる積層構造（積層膜）を形成する。本実施形態では、この積層構造を有する膜を、単に、Ｓｉ膜と称する場合もある。

【0039】

その後、本実施形態では、上述の積層構造を有するＳｉ膜を熱処理（アニール）することで、第２のＳｉ膜のうち第１のＳｉ膜（ホモエピタキシャルＳｉ膜）に接触する部分をホモエピタキシャル化させるステップ（アニールステップ）を行う。

【0040】

本明細書では、これら一連のシーケンスを、便宜上、以下のように示すこともある。また、本明細書では、上述のシードステップを「パラレルシードステップ」と称することもあり、上述のアニールステップを「ＡＮＬ」と称することもある。

【0041】

（ＤＣＳ＋Ｈ_２→ＤＳ＋ＰＨ）×ｎ→ＭＳ＋ＰＨ→ＡＮＬ

【0042】

本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのもの」を意味する場合や、「ウエハとその表面に形成された所定の層や膜等との積層体（集合体）」を意味する場合、すなわち、表面に形成された所定の層や膜等を含めてウエハと称する場合がある。また、本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）」を意味する場合や、「ウエハ上に形成された所定の層や膜等の表面、すなわち、積層体としてのウエハの最表面」を意味する場合がある。

【0043】

従って、本明細書において「ウエハに対して所定のガスを供給する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）に対して所定のガスを直接供給する」ことを意味する場合や、「ウエハ上に形成されている層や膜等に対して、すなわち、積層体としてのウエハの最表面に対して所定のガスを供給する」ことを意味する場合がある。また、本明細書において「ウエハ上に所定の層（または膜）を形成する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）上に所定の層（または膜）を直接形成する」ことを意味する場合や、「ウエハ上に形成されている層や膜等の上、すなわち、積層体としてのウエハの最表面の上に所定の層（または膜）を形成する」ことを意味する場合がある。

【0044】

また、本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も、「ウエハ」という言葉を用いた場合と同義である。

【0045】

（ウエハチャージおよびボートロード）
複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）される。その後、図１に示すように、複数枚のウエハ２００を支持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１内へ搬入（ボートロード）される。この状態で、シールキャップ２１９は、Ｏリング２２０を介して反応管２０３の下端をシールした状態となる。

【0046】

ウエハ２００としては、例えば、単結晶Ｓｉにより構成されたＳｉ基板、或いは、表面に単結晶Ｓｉ膜が形成された基板を用いることができる。ウエハ２００の表面の一部には、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜、以下、ＳｉＯ膜ともいう）等の絶縁膜２００ａが予め形成されている。すなわち、ウエハ２００の表面は、単結晶Ｓｉと絶縁膜２００ａとがそれぞれ露出した状態となっている。絶縁膜２００ａは、ＳｉＯ膜の他、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）やシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）等であってもよい。

【0047】

図６（ａ）〜図６（ｇ）は、表面に凹部が設けられており、凹部の底部が単結晶Ｓｉにより構成され、凹部の側部および上部が絶縁膜（ＳｉＯ膜）２００ａにより構成されているウエハ２００を処理する場合を示している。図６（ａ）〜図６（ｇ）は、便宜上、ウエハ２００表面の断面構造を部分的に拡大した図である。ウエハ２００を処理室２０１内に搬入する前、ウエハ２００の表面はフッ化水素（ＨＦ）等により予め洗浄される。但し、洗浄処理の後、処理室２０１内へ搬入するまでの間に、ウエハ２００の表面は一時的に大気に晒されることとなる。そのため、図６（ａ）に示すように、処理室２０１内へ搬入されるウエハ２００の表面の少なくとも一部には、自然酸化膜（ＳｉＯ膜）２００ｂが形成されることとなる。自然酸化膜２００ｂは、凹部の底部、すなわち、露出した単結晶Ｓｉの一部を疎らに（アイランド状に）覆うように形成されることもあり、また、露出した単結晶Ｓｉの全域を連続的に（非アイランド状に）覆うように形成されることもある。

【0048】

（圧力調整および温度調整）
処理室２０１内、すなわち、ウエハ２００が存在する空間が所望の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ２４６によって真空排気（減圧排気）される。この際、処理室２０１内の圧力は圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ２４４がフィードバック制御される。真空ポンプ２４６は、少なくともウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。また、処理室２０１内のウエハ２００が所望の温度となるようにヒータ２０７によって加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように、温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合がフィードバック制御される。ヒータ２０７による処理室２０１内の加熱は、少なくともウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。また、回転機構２６７によるボート２１７およびウエハ２００の回転を開始する。回転機構２６７によるボート２１７およびウエハ２００の回転は、少なくとも、ウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。

【0049】

（シードステップ）
その後、次の２つのステップ、すなわち、ステップ１，２を順次実行する。

【0050】

［ステップ１］
このステップでは、処理室２０１内のウエハ２００に対してＤＣＳガスおよびＨ_２ガスを供給する。

【0051】

バルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内にＤＣＳガスを流す。ＤＣＳガスは、ＭＦＣ２４１ａにより流量調整され、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。またこのときバルブ２４３ｃを開き、ガス供給管２３２ａ内にＨ_２ガスを流す。Ｈ_２ガスはＭＦＣ２４１ｃにより流量調整され、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してＤＣＳガスとＨ_２ガスとが一緒かつ同時に供給されることとなる。このときバルブ２４３ｄを開き、ガス供給管２３２ｄ内へＮ_２ガスを流す。Ｎ_２ガスは、ＭＦＣ２４１ｄにより流量調整され、ＤＣＳガスと一緒に処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。また、このとき、バルブ２４３ｅを開き、ガス供給管２３２ｅ内へＮ_２ガスを流す。Ｎ_２ガスは、ＭＦＣ２４１ｅにより流量調整され、Ｈ_２ガスと一緒に処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。

【0052】

ウエハ２００に対してＤＣＳガスを供給することで、ＤＣＳによるトリートメント効果を生じさせ、以下の処理を進行させることができる。これにより、ウエハ２００の表面状態を、図６（ｂ）に示す状態へと変化させることができる。

【0053】

まず、凹部の底部、すなわち、単結晶Ｓｉ上においては、電気陰性度の大きなハロゲン（Ｃｌ）を含むＤＣＳを供給することで、単結晶Ｓｉの表面に形成された自然酸化膜２００ｂにおける酸素（Ｏ）と、ＤＣＳにおけるＣｌと、を引き合わせ、自然酸化膜２００ｂに含まれるＳｉ−Ｏ結合を切断することができる。すなわち、ＤＣＳが有する極性により、単結晶Ｓｉの表面を終端しているＳｉ−Ｏ結合を切断することができる。また、ＤＣＳから分離することで生成された微量のＣｌ⁻（Ｃｌイオン）により、単結晶Ｓｉの表面を終端しているＳｉ−Ｏ結合を切断することもできる。これらにより、単結晶Ｓｉの表面におけるＳｉの結合手は、フリーとなる。すなわち、単結晶Ｓｉの表面において、Ｓｉの未結合手を生じさせることができる。これにより、後述するホモエピタキシャル成長が進行しやすい環境が整うこととなる。なお、凹部の底部においては、上述の反応が進行することにより、表面に形成された自然酸化膜２００ｂが除去され、単結晶Ｓｉの表面が露出することとなる。すなわち、ＤＣＳガスは、単結晶Ｓｉの表面から自然酸化膜２００ｂを除去するクリーニングガス（洗浄ガス）として作用することとなる。

【0054】

また、凹部の側部および上部、すなわち、絶縁膜（ＳｉＯ膜）２００ａ上においては、電気陰性度の大きなハロゲン（Ｃｌ）を含むＤＣＳを供給することで、絶縁膜２００ａの表面におけるＯと、ＤＣＳにおけるＣｌと、が引き合い、絶縁膜２００ａに含まれるＳｉ−Ｏ結合を切断することができる。すなわち、ＤＣＳが有する極性により、絶縁膜２００ａの表面に含まれるＳｉ−Ｏ結合を切断することができる。また、ＤＣＳから分離することで生成された微量のＣｌ⁻により、絶縁膜２００ａの表面に含まれるＳｉ−Ｏ結合を切断することもできる。これらにより、絶縁膜２００ａの表面に、Ｓｉの未結合手、すなわち、Ｓｉの吸着サイトを形成することができる。なお、ＳｉＯ膜等の絶縁膜２００ａ上には、本来、Ｓｉの未結合手は存在しないか、存在したとしても僅かである。そのため、この状態で、ウエハ２００に対してＤＳガスを供給する後述のステップ２を行っても、絶縁膜２００ａの表面では、Ｓｉの核は成長しないか、たとえ成長したとしてもランダムな成長（アイランド状の成長）となる。

【0055】

このときウエハ２００に対してＨ_２ガスを供給することで、ＤＣＳガスによる上述のトリートメントにより発生し、ステップ２においてＤＳガスによるシードの形成を阻害する要因となる残留Ｃｌを効果的に除去することができる。ただし、Ｈ_２ガスの供給量（供給流量、供給時間）は、上述のトリートメント効果を妨げない程度とする必要がある。

【0056】

上述のトリートメント効果により、凹部の底部においてホモエピタキシャル成長が進行しやすい環境が整い、また、凹部の側部および上部においてＳｉの吸着サイトが形成されたら、バルブ２４３ａを閉じ、ＤＣＳガスの供給を停止する。また、バルブ２４３ｃを閉じ、Ｈ_２ガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ２４４は開いたままとして、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくは上述の反応に寄与した後のガスを処理室２０１内から排除する。このとき、バルブ２４３ｄ，２４３ｅは開いたままとして、Ｎ_２ガスの処理室２０１内への供給を維持する。Ｎ_２ガスはパージガスとして作用する。

【0057】

［ステップ２］
ステップ１が終了した後、処理室２０１内のウエハ２００に対してＤＳガスおよびＰＨガスを供給する。

【0058】

このステップでは、バルブ２４３ｂ，２４３ｄ，２４３ｅの開閉制御を、ステップ１におけるバルブ２４３ａ，２４３ｄ，２４３ｅの開閉制御と同様の手順で行う。ガス供給管２３２ｂ内を流れたＤＳガスは、ＭＦＣ２４１ｂにより流量調整され、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。またこのとき、バルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内にＰＨガスを流す。ＰＨガスは、ＭＦＣ２４１ａにより流量調整され、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してＤＳガスとＰＨガスとが一緒かつ同時に供給されることとなる。

【0059】

ウエハ２００に対してＤＳガス、ＰＨガスを供給することで、以下の処理を進行させ、ウエハ２００の表面状態を、図６（ｃ）に示す状態、すなわち、２種類のシードがパラレルに形成された状態へと移行させることができる。

【0060】

まず、凹部の底部、すなわち、単結晶Ｓｉ上においては、ステップ１を行うことで形成されたＳｉの未結合手にＤＳに含まれるＳｉを結合させ、単結晶Ｓｉ上に、Ｓｉ結晶をエピタキシャル成長（気相エピタキシャル成長）させることができる。下地となる結晶と、この結晶上に成長する結晶と、が同じ材質（Ｓｉ）であることから、この成長は、ホモエピタキシャル成長となる。ホモエピタキシャル成長では、下地となる結晶の上に、この結晶と同じ格子定数を持ち、同じ材料からなる結晶が、同一の結晶方位で成長する。そのため、ホモエピタキシャル成長では、下地となる結晶と、この結晶上に成長する結晶と、が異なる材質からなるヘテロエピタキシャル成長に比べ、欠陥の少ない、良質な結晶を得ることができる。このとき形成される核（或いは膜）が、後述する第１のＳｉ膜（エピタキシャルＳｉ膜）２００ｈのシード（第１のシード）２００ｃとなる。ＤＳガスと一緒にＰＨガスを供給することで、シード２００ｃ中に、ドーパントとしてのＰ成分をドープすることができる。

【0061】

また、凹部の側部および上部、すなわち、絶縁膜２００ａ上においては、ステップ１を行うことで形成された吸着サイトに、ＤＳに含まれるＳｉを吸着させることができる。吸着サイトにＳｉが吸着することで形成される核の結晶構造は、アモルファス（非晶質）、ポリ（多結晶）、または、アモルファスとポリとの混晶となる。このとき形成される核が、後述する第２のＳｉ膜２００ｇのシード（第２のシード）２００ｄとなる。ＤＳガスと一緒にＰＨガスを供給することで、シード２００ｄ中に、ドーパントとしてのＰ成分をドープすることができる。

【0062】

第１のシード２００ｃ、第２のシード２００ｄの形成、すなわち、２種類のシードの形成が完了したら、バルブ２４３ｂ，２４３ａを閉じ、ＤＳガスおよびＰＨガスの供給をそれぞれ停止する。そして、ステップ１と同様の処理手順により、処理室２０１内に残留する未反応もしくは上述の反応に寄与した後のガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。

【0063】

なお、ステップ２を行うと、ウエハ２００の表面の少なくとも一部、すなわち、シード２００ｃ，２００ｄの表面の少なくとも一部が、ＤＳガスに含まれるＳｉ−Ｈ結合によって終端された状態となる場合がある。ウエハ２００の表面を終端するＳｉ−Ｈ結合は、次のステップ１においてウエハ２００に対してＤＣＳガスを供給することで切断することができる。すなわち、ＤＣＳから分離することで生成された微量のＣｌ⁻により、シード２００ｃ，２００ｄの表面を終端しているＳｉ−Ｈ結合を切断することができる。これにより、シード２００ｃ，２００ｄの表面にＳｉの未結合手を形成することができる。すなわち、凹部の底部においてホモエピタキシャル成長が進行しやすい環境を再び整え、また、凹部の側部および上部においてＳｉの吸着サイトを再び形成することが可能となる。これにより、次のステップ２において、上述した２種類のシードの形成が遅滞なく開始されることとなる。

【0064】

また、ステップ２を行うと、ウエハ２００の表面においてＳｉが異常成長する場合がある。例えば、ステップ２を行うと、ウエハ２００の表面に吸着したＳｉが局所的に凝集する等し、シード２００ｃ，２００ｄの表面に凹凸構造が形成される場合がある。但し、この異常成長したＳｉ（凝集したＳｉからなる凸部分）は、次のステップ１でウエハ２００に対してＤＣＳガスを供給することで除去することができる。すなわち、ＤＣＳから分離することで生成された微量のＣｌ⁻により、異常成長したＳｉに含まれるＳｉ−Ｓｉ結合を切断し、この異常成長したＳｉをエッチングすることが可能となる。これにより、シード２００ｃ，２００ｄの表面を平滑化させ、結果として、最終的に形成されるＳｉ膜の表面ラフネス等を向上させることが可能となる。ここで表面ラフネスとは、ウエハ面内における膜の高低差を意味しており（表面粗さと同義であり）、その値が小さいほど表面が平滑であることを示している。すなわち、表面ラフネスが向上するとは、膜の高低差が小さくなり、表面の平滑度が向上することを意味する。なお、この場合においても、ＤＣＳガスと一緒に供給されるＨ_２ガスの作用により、次のステップ２において、ＤＳガスによるシードの形成を阻害する要因となる残留Ｃｌを効果的に除去することができる。

【0065】

ここで示した各効果は、上述したＤＣＳによるトリートメント効果に含めて考えることができる。

【0066】

［所定回数実施］
シードステップでは、上述したステップ１，２を、交互に、すなわち、同期させることなく非同時に行うサイクルを所定回数（１回以上）行う。シードステップを行うことで、以下の処理を進行させ、ウエハ２００の表面状態を、図６（ｄ）に示す状態へと移行させることができる。なお、ステップ１，２を非同時に行うことで、処理室２０１内で発生するパーティクルの量を低減させることが可能となる。

【0067】

まず、凹部の底部、すなわち、単結晶Ｓｉ上においては、シード層（第１のシード層）２００ｅを形成することができる。シード層２００ｅは、単結晶Ｓｉ上に形成された第１のシード２００ｃを核として、Ｓｉ結晶がホモエピタキシャル成長することで形成される。シード層２００ｅの結晶構造は、下地の結晶性を継承した単結晶となる。すなわち、シード層２００ｅは、下地の単結晶Ｓｉと同一の材料により構成され、同一の格子定数、同一の結晶方位を有する単結晶Ｓｉ層（エピタキシャルＳｉ層）となる。

【0068】

また、凹部の側部および上部、すなわち、絶縁膜２００ａ上においては、シード層（第２のシード層）２００ｆを形成することができる。シード層２００ｆは、絶縁膜２００ａ上に第２のシード２００ｄが高密度に成長することで形成され、絶縁膜２００ａの表面を緻密に覆う層となる。シード層２００ｆの結晶構造は、アモルファス、ポリ、または、アモルファスとポリとの混晶となる。

【0069】

このように、シードステップでは、単結晶Ｓｉ上および絶縁膜２００ａ上に、第１のシード層（エピタキシャルＳｉ層）および第２のシード層（アモルファスＳｉ層、ポリＳｉ層、または、アモルファスとポリとの混晶Ｓｉ層）が、それぞれパラレルに形成されることとなる。つまり、このステップでは、結晶構造が異なる２種類のＳｉシード層がパラレルに形成されることとなる。これが、このステップをパラレルシードステップと称する所以である。このステップでは、上述のトリートメント効果を適正に発揮させることで、第１のシード層２００ｅおよび第２のシード層２００ｆのそれぞれを、緻密な層とすることが可能となる。結果として、最終的に形成されるＳｉ膜を、ピンホールや膜破れ（以下、これらを総称して膜破れ等とも呼ぶ）の少ない緻密な膜とすることができ、ＨＦに対する耐性の高い膜とすることが可能となる。なお、ピンホールとは、膜に対してエッチングガスやエッチング液等のエッチャントを供給した際に、この膜の下地側に向けてエッチャントが侵入していく経路のことをいう。また、膜破れとは、例えば、ピンホールよりも大きなスケールで生じる欠陥のことをいう。膜破れ等は、Ｓｉ膜の膜厚を薄くする場合に特に生じやすくなる。そのため、トリートメント効果を生じさせる技術的意義は、Ｓｉ膜の膜厚を薄くする場合に特に大きくなるといえる。

【0070】

上述したように、シード２００ｃ，２００ｄは、それぞれＰを含むことから、シード層２００ｅ，２００ｆも、それぞれドーパントとしてのＰを含むこととなる。これにより、シード層２００ｅ，２００ｆは、それぞれ導電性を有することとなる。

【0071】

なお、シード層２００ｅ中におけるＰ濃度は、後述する第１のＳｉ膜２００ｈ中におけるＰ濃度よりも小さく（低く）するのが好ましい。また同様に、シード層２００ｆ中におけるＰ濃度についても、後述する第２のＳｉ膜２００ｇ中におけるＰ濃度よりも小さく（低く）するのが好ましい。

【0072】

後述する処理条件下では、シード層２００ｅ，２００ｆ中におけるＰ濃度を、例えば１×１０^１０〜１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内の所定の濃度とすることができる。また、第１のＳｉ膜２００ｈ、第２のＳｉ膜２００ｇにおけるＰ濃度を、例えば１×１０^１９〜１×１０^２３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内の所定の濃度とすることができる。

【0073】

以下、シードステップの処理条件について説明する。ここに示す条件は、上述のトリートメント効果を適正に発揮させることが可能な条件でもある。また、ここに示す条件は、後述するコンタクト抵抗の低減効果や、表面ラフネスの向上効果を適正に発揮させることが可能な条件でもある。

【0074】

ステップ１におけるＤＣＳガスの供給流量は、例えば１〜２０００ｓｃｃｍの範囲内の所定の流量とする。また、ステップ１におけるＨ_２ガスの供給流量は、例えば１〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の所定の流量とする。ＤＣＳガスおよびＨ_２ガスの供給時間は、例えば２〜１０分の範囲内の所定の時間とする。

【0075】

ステップ２におけるＤＳガスの供給流量は、例えば１〜２０００ｓｃｃｍの範囲内の所定の流量とする。また、ステップ２におけるＰＨガスの供給流量は、例えば１〜２０００ｓｃｃｍの範囲内の所定の流量とする。ステップ２におけるＰＨガスの供給流量は、後述するＣＶＤ成膜ステップにおけるＰＨガスの供給流量よりも小さく（低く）するのが好ましい。これにより、シード層２００ｅ，２００ｆ中におけるＰ濃度を上述のような濃度とすることができ、第１のＳｉ膜２００ｈ，第２のＳｉ膜２００ｇ中におけるＰ濃度よりもそれぞれ小さくすることができる。なお、ステップ２におけるＰＨガスの分圧（濃度）を、後述するＣＶＤ成膜ステップにおけるＰＨガスの分圧（濃度）よりも小さくすることでも同様な効果が得られる。ＤＳガスおよびＰＨガスの供給時間は、例えば０．５〜１０分、好ましくは１〜５分の範囲内の所定の時間とする。なお、ステップ２におけるＰＨガスの供給流量を０ｓｃｃｍとする、すなわち、ＰＨガスを非供給とすることもでき、その場合、シード層２００ｅ，２００ｆはノンドープのＳｉシード層となる。

【0076】

ステップ１，２において、各ガス供給管より供給するＮ_２ガスの供給流量は、それぞれ例えば０〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の所定の流量とする。なお、Ｎ_２ガスを非供給とすることにより、各処理ガスの分圧を高め、層質を向上させることが可能となる。

【0077】

ステップ１における処理室２０１内の圧力Ｐ_１は、ステップ２における処理室２０１内の圧力Ｐ_２よりも大きくする（Ｐ_１＞Ｐ_２とする）のが好ましい。このようにすることで、Ｐ_１≦Ｐ_２とする場合よりも、上述のトリートメント効果を高めることが可能となる。

【0078】

というのも、Ｐ_１＞Ｐ_２とすることで、Ｐ_１≦Ｐ_２とする場合よりも、処理室２０１内に供給されたＤＣＳガスの流速は低下することとなる。これにより、ウエハ２００の表面とＤＣＳとの接触時間を長くすることができ、加熱されたウエハ２００からＤＣＳへと伝わる熱エネルギーの量を増加させることが可能となる。これにより、ＤＣＳからのＣｌの分離を促進させ、ウエハ２００に対して供給されるＣｌ⁻の量を増加させることが可能となる。結果として、トリートメント効果を高めることが可能となる。

【0079】

また、Ｐ_１＞Ｐ_２とすることで、Ｐ_１≦Ｐ_２とする場合よりも、ウエハ２００に対して供給されるＤＣＳの量が増加することとなる。また、Ｐ_１＞Ｐ_２とする場合、上述したように、ウエハ２００の表面とＤＣＳとが接触する時間が長く確保されることとなる。これらにより、ＤＣＳの極性による作用、すなわち、Ｓｉ−Ｏ結合やＳｉ−Ｈ結合の切断が促進され、結果として、トリートメント効果を高めることが可能となる。これにより、第１のシード層および第２のシード層のそれぞれを、緻密な層とすることが可能となり、結果として、積層膜を、膜破れ等の少ない緻密な膜とすることが可能となる。

【0080】

なお、Ｐ_１は、後述する第１の温度下では、例えば４００Ｐａ以上１０００Ｐａ以下の範囲内の圧力（第１の圧力）とするのがよい。

【0081】

Ｐ_１が４００Ｐａ未満となると、ＤＣＳから分離するＣｌの量、すなわち、ウエハ２００に対して供給されるＣｌ⁻の量が不足したり、ウエハ２００に対して供給されるＤＣＳの量等が不足したりして、上述のトリートメント効果が得られなくなる場合がある。Ｐ_１を４００Ｐａ以上とすることで、ウエハ２００に対して供給されるＣｌ⁻の量やＤＣＳの量をそれぞれ充分に増やすことができ、上述のトリートメント効果が得られるようになる。

【0082】

Ｐ_１が１０００Ｐａを超えると、ステップ１で供給するＤＣＳに含まれるＳｉがウエハ２００上へ堆積する場合がある。この場合、単結晶Ｓｉの表面から自然酸化膜が除去される前にＳｉが堆積することとなる。そのため、単結晶Ｓｉ上（自然酸化膜上）では、ホモエピタキシャル成長は進行せず、アモルファスＳｉ膜やポリＳｉ膜が成長することとなる。また、Ｐ_１が１０００Ｐａを超えると、ＤＣＳの極性等を利用した上述のトリートメント効果が得られなくなる場合もある。Ｐ_１を１０００Ｐａ以下とすることで、これらの課題を解消することが可能となる。

【0083】

また、Ｐ_２は、後述する第１の温度下では、例えば２５０Ｐａ以上３５０Ｐａ以下の範囲内の圧力（第２の圧力）とするのがよい。

【0084】

Ｐ_２が２５０Ｐａ未満となると、ステップ２で供給するＤＳが分解しにくくなり、ウエハ２００上への第１のシード２００ｃや第２のシード２００ｄの形成が困難となる場合がある。Ｐ_２を２５０Ｐａ以上とすることで、この課題を解消することが可能となる。

【0085】

Ｐ_２が３５０Ｐａを超えると、過剰な気相反応が生じることで、第１のシード２００ｃや第２のシード２００ｄの厚さの均一性や段差被覆性が悪化しやすくなり、その制御が困難となる場合がある。また、処理室２０１内においてパーティクルが発生してしまう懸念がある。Ｐ_２を３５０Ｐａ以下とすることで、これらの課題を解消することが可能となる。

【0086】

これらのことから、Ｐ_１＞Ｐ_２とするのがよく、Ｐ_１は例えば４００Ｐａ以上１０００Ｐａ以下の範囲内の圧力とするのがよく、Ｐ_２は例えば２５０Ｐａ以上３５０Ｐａ以下の範囲内の圧力とするのがよい。なお、Ｐ_２は、後述するＣＶＤ成膜ステップにおける処理室２０１内の圧力（Ｐ_３）よりも大きくするのがよい。すなわち、Ｐ_１＞Ｐ_２＞Ｐ_３とするのがよい。Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３の関係をこのように設定し、このような圧力バランスを維持することで、上述のトリートメント効果をより高めることができるとともに、最終的に形成されるＳｉ膜の膜厚均一性や段差被覆性を高めることができるようになる。これにより、最終的に形成されるＳｉ膜を、高い膜厚均一性および高い段差被覆性を有し、膜破れ等のより少ない、より緻密な膜とすることが可能となる。

【0087】

ステップ１，２におけるヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば３００〜４５０℃、好ましくは３７０〜３９０℃の範囲内の温度（第１の温度）となるような温度に設定する。

【0088】

ウエハ２００の温度が３００℃未満となると、ステップ１において上述のトリートメント効果が得られなくなる場合があり、また、ステップ２においてＤＳが分解（熱分解）しにくくなる場合がある。ウエハ２００の温度を３００℃以上とすることで、これらの課題を解消することが可能となる。ウエハ２００の温度を３７０℃以上とすることで、ステップ１において上述のトリートメント効果をより高め、また、ステップ２においてＤＳの分解をより促進させることが可能となる。

【0089】

ウエハ２００の温度が４５０℃を超えると、ステップ１で供給するＤＣＳに含まれるＳｉがウエハ２００上へ堆積する場合がある。この場合、単結晶Ｓｉ上（自然酸化膜上）では、ホモエピタキシャル成長は進行せず、アモルファスＳｉ膜やポリＳｉ膜が成長することとなるのは上述した通りである。また、ウエハ２００の温度が４５０℃を超えると、ＤＣＳの極性等を利用した上述のトリートメント効果が得られなくなる場合もある。ウエハ２００の温度を４５０℃以下とすることで、これらの課題を解消することが可能となる。ウエハ２００の温度を３９０℃以下とすることで、ＤＣＳに含まれるＳｉのウエハ２００上への堆積を確実に抑制しつつ、上述のトリートメント効果をより高めることが可能となる。

【0090】

ステップ１，２を交互に行うことで形成するシード層２００ｅ，２００ｆの厚さは、それぞれ、例えば０．１〜１０ｎｍ、好ましくは１〜５ｎｍ、より好ましくは１〜３ｎｍの範囲内の厚さとする。なお、サイクルを複数回行うことで、第１のシード２００ｃおよび第２のシード２００ｄの密度をそれぞれ高め、シード層２００ｅ，２００ｆがアイランド状に成長することを回避することが可能となる。これにより、ウエハ２００上に形成する積層膜を、表面ラフネスが良好で、膜破れ等の少ない緻密な膜とすることができる。

【0091】

第１の処理ガスとしては、ＤＣＳガスの他、モノクロロシラン（ＳｉＨ_３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）ガス、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ_４、略称：ＳＴＣ）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３、略称：ＴＣＳ）ガス、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ_２Ｃｌ_６、略称：ＨＣＤＳ）ガス等のクロロシラン原料ガスを用いることができる。

【0092】

第２の処理ガスとしては、ＤＳガスの他、ＭＳガス、トリシラン（Ｓｉ_３Ｈ_８）ガス、テトラシラン（Ｓｉ_４Ｈ_１０）ガス、ペンタシラン（Ｓｉ_５Ｈ_１２）ガス、ヘキサシラン（Ｓｉ_６Ｈ_１４）ガス等のハロゲン元素非含有のシラン原料ガスを用いることができる。

【0093】

ドーパントガスとしては、ＰＨガスのようにＰを含むガスの他、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）等のＶ族元素を含むガス、例えば、アルシン（ＡｓＨ_３）ガス、スチビン（ＳｂＨ_３）ガス等を用いることができる。また、ドーパントガスとしては、Ｖ族元素を含むガスの他、ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）等のＩＩＩ族元素を含むガス、例えば、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）ガス、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ_３）_３）ガス、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ_３）_３）ガス等を用いることができる。

【0094】

Ｈ含有ガスとしては、Ｈ_２ガスの他、例えば、ＭＳガスや重水素（Ｄ_２）ガス等を用いることができる。

【0095】

不活性ガスとしては、Ｎ_２ガスの他、例えば、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いることができる。

【0096】

（ＣＶＤ成膜ステップ）
シード層２００ｅ，２００ｆを形成した後、処理室２０１内のウエハ２００に対し、ＭＳガスおよびＰＨガスを供給する。

【0097】

このステップでは、バルブ２４３ｃ，２４３ａ，２４３ｄ，２４３ｅの開閉制御を、ステップ２におけるバルブ２４３ｂ，２４３ａ，２４３ｄ，２４３ｅの開閉制御と同様の手順で行う。ガス供給管２３２ｃを流れたＭＳガスは、ＭＦＣ２４１ｃにより流量調整され、ガス供給管２３２ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。ガス供給管２３２ａ内を流れたＰＨガスは、ＭＦＣ２４１ａにより流量調整され、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してＭＳガスとＰＨガスとが一緒かつ同時に供給されることとなる。

【0098】

ウエハ２００に対してＭＳガス、ＰＨガスを供給することで、以下の処理を進行させ、ウエハ２００の表面を、図６（ｅ）、図６（ｆ）に示す状態へと順に移行させることができる。

【0099】

まず、図６（ｅ）に示すように、凹部の底部、すなわち、単結晶Ｓｉ上においては、シードステップを行うことで形成された第１のシード層２００ｅ上に、第１のＳｉ膜２００ｈを形成することができる。すなわち、シード層（エピタキシャルＳｉ層）２００ｅ上に、シード層２００ｅと同一の結晶構造を有する第１のＳｉ膜（エピタキシャルＳｉ膜）２００ｈを、さらにホモエピタキシャル成長（気相エピタキシャル成長）させることができる。第１のＳｉ膜２００ｈの結晶構造は、下地の結晶性を継承した単結晶となる。ＭＳガスと一緒にＰＨガスを供給することで、シード層２００ｅと同様に、第１のＳｉ膜２００ｈ中にもドーパントとしてのＰ成分をドープすることができる。シード層２００ｅは非常に薄く、また、第１のＳｉ膜２００ｈと結晶構造および材料が互いに同一であることから、シード層２００ｅを、第１のＳｉ膜２００ｈに含めて考えることもできる。

【0100】

また、図６（ｅ）に示すように、凹部の側部および上部、すなわち、絶縁膜２００ａ上においては、シードステップを行うことで形成された第２のシード層２００ｆ上に、第２のＳｉ膜２００ｇを形成することができる。第２のＳｉ膜２００ｇの結晶構造は、アモルファス、ポリ、または、アモルファスとポリとの混晶となる。ＭＳガスと一緒にＰＨガスを供給することで、シード層２００ｆと同様に、第２のＳｉ膜２００ｇ中にも、ドーパントとしてのＰ成分をドープすることができる。シード層２００ｆは非常に薄く、また、第２のＳｉ膜２００ｇと結晶構造および材料が同一であることから、シード層２００ｆを、第２のＳｉ膜２００ｇに含めて考えることもできる。

【0101】

上述の処理を継続することで、第２のＳｉ膜２００ｇの成長により、第１のＳｉ膜２００ｈの成長を停止させることができる。すなわち、図６（ｆ）に示すように、凹部の側部から成長させた第２のＳｉ膜２００ｇにより、第１のＳｉ膜２００ｈの上部を覆うことで、第１のＳｉ膜２００ｈのホモエピタキシャル成長を停止させることができる。この状態で、凹部内、すなわち、ウエハ２００上には、第１のＳｉ膜２００ｈの上に第２のＳｉ膜２００ｇが積層されてなる積層構造（積層膜）が形成されることとなる。すなわち、ウエハ２００の表面との界面にエピタキシャルＳｉ膜を有するＳｉ膜が形成されることとなる。凹部内は、この積層膜によって塞がれた状態、すなわち、埋め込まれた状態となる。この構造により、積層膜のコンタクト抵抗を低下させることが可能となる。上述したように、本明細書では、この積層構造を有する膜をＳｉ膜とも称する。

【0102】

積層膜が形成された後、バルブ２４３ｃ，２４３ａを閉じ、処理室２０１内へのＭＳガス、ＰＨガスの供給を停止する。そして、上述のステップ１と同様の処理手順により、処理室２０１内に残留する未反応もしくは上述の反応に寄与した後のガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。

【0103】

以下、ＣＶＤ成膜ステップの処理条件について説明する。

【0104】

ＭＳガスの供給流量は、例えば１〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の所定の流量とする。ＰＨガスの供給流量は、ウエハ２００上に形成するデバイスの仕様などによって適宜決定されるが、例えば１〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の所定の流量とする。ＭＳガスおよびＰＨガスの供給時間は、ウエハ２００上に形成するＳｉ膜の膜厚やデバイスの仕様などによって適宜決定することができるが、例えば１〜２０００分の範囲内の所定の時間とすることができる。

【0105】

各ラインより供給するＮ_２ガスの供給流量は、それぞれ例えば０〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の所定の流量とする。なお、Ｎ_２ガスを非供給とすることにより、各処理ガスの分圧を高め、膜質を向上させることが可能となる。

【0106】

処理室２０１内の圧力（Ｐ_３）は、例えば１〜２０００Ｐａの範囲内の所定の圧力とすることができる。但し、上述したように、Ｐ_３は、シードステップのステップ２における処理室２０１内の圧力（Ｐ_２）よりも小さくするのがよい。すなわち、Ｐ_１＞Ｐ_２＞Ｐ_３とするのがよい。Ｐ_３は、後述する第２の温度下では、例えば３０Ｐａ以上２００Ｐａ以下、好ましくは３０Ｐａ以上１５０Ｐａ以下の範囲内の圧力（第３の圧力）とするのがよい。

【0107】

Ｐ_３が３０Ｐａ未満となると、第３の処理ガスの種類によってはガスが分解しにくくなり、結果として、第１のＳｉ膜２００ｈのホモエピタキシャル成長や、第２のＳｉ膜２００ｇの形成処理（以下、これらの処理をＣＶＤ成膜処理ともいう）を進行させることが困難となる場合がある。例えば、第３の処理ガスとしてＤＳガスやＭＳガスを用いる場合には、Ｐ_３が３０Ｐａ未満となると、これらのガスが分解しにくくなり、ＣＶＤ成膜処理を進行させることが困難となることがある。Ｐ_３を３０Ｐａ以上とすることで、これらの課題を解消することが可能となる。

【0108】

Ｐ_３が２００Ｐａを超え、例えば３００Ｐａ程度となると、過剰な気相反応が生じることで、膜厚均一性や段差被覆性が悪化しやすくなり、その制御が困難となってしまう。また、処理室２０１内においてパーティクルが発生してしまう懸念があり、ウエハ２００上に形成される積層膜の膜質を低下させてしまう場合がある。Ｐ_３を２００Ｐａ以下とすることで、これらの課題を解消することが可能となる。Ｐ_３を１５０Ｐａ以下とすることで、これらの課題をより確実に解消することが可能となる。

【0109】

ヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、上述の第１の温度と同等もしくはそれよりも高い温度（第２の温度）となるような温度に設定する。具体的には、ウエハ２００の温度が、例えば３５０〜６５０℃、好ましくは４００〜５５０℃の範囲内の温度（第２の温度）となるような温度に、ヒータ２０７の温度を設定する。

【0110】

ウエハ２００の温度が３５０℃未満となると、第３の処理ガスの種類によってはガスが分解しにくくなり、結果として、上述のＣＶＤ成膜処理を進行させることが困難となる場合がある。例えば、第３の処理ガスとしてＤＳガスを用いる場合には、ウエハ２００の温度が３５０℃未満となると、ＤＳが分解（熱分解）しにくくなり、上述のＣＶＤ成膜処理を進行させることが困難となる。ウエハ２００の温度を３５０℃以上とすることで、これを解消することが可能となる。また、ウエハ２００の温度を４００℃以上とすることで、上述のＣＶＤ成膜処理を進行させることが容易となる。例えば、第３の処理ガスとしてＤＳガスを用いる場合には、ウエハ２００の温度を４００℃以上とすることで、ＤＳを分解させやすくなり、上述のＣＶＤ成膜処理を確実に進行させることが可能となる。また、第３の処理ガスとしてＭＳガスを用いる場合には、ウエハ２００の温度を４５０℃以上とすることで、ＭＳを分解させやすくなり、上述のＣＶＤ成膜処理を確実に進行させることが可能となる。

【0111】

ウエハ２００の温度が６５０℃を超えると、過剰な気相反応が生じることで、膜厚均一性や段差被覆性が悪化しやすくなり、その制御が困難となってしまう。また、処理室２０１内においてパーティクルが発生してしまう懸念があり、ウエハ２００上に形成される積層膜の膜質を低下させてしまう場合がある。ウエハ２００の温度を６５０℃以下とすることで、これらの課題を解消することが可能となる。特に、ウエハ２００の温度を５５０℃以下とすることで、膜厚均一性や段差被覆性をより確保しやすくなり、その制御性を高めることが可能となる。

【0112】

なお、ウエハ２００の温度を３５０〜５２０℃の範囲内の温度とした場合、第２のＳｉ膜２００ｇは、アモルファスＳｉ膜となる傾向が強くなる。また、ウエハ２００の温度を５２０〜５３０℃の範囲内の温度とした場合、第２のＳｉ膜２００ｇは、アモルファスとポリとの混晶Ｓｉ膜となる傾向が強くなる。また、ウエハ２００の温度を５３０〜６５０℃の範囲内の温度とした場合、第２のＳｉ膜２００ｇは、ポリＳｉ膜となる傾向が強くなる。いずれの場合も、第１のＳｉ膜２００ｈはエピタキシャル成長することでエピタキシャルＳｉ膜となる。

【0113】

ＣＶＤ成膜ステップで成長させる第１のＳｉ膜２００ｈの厚さ、および、第２のＳｉ膜２００ｇの厚さは、ウエハ２００上に形成するデバイスの仕様などによって適宜決定されるが、例えば、それぞれ０．１〜５００ｎｍの範囲内の厚さとすることができる。なお、それぞれのＳｉ膜の厚さを０．１〜１０ｎｍ、例えば、０．１〜５ｎｍの範囲内の厚さとすることもできる。

【0114】

第３の処理ガスとしては、ＭＳガスの他、上述のハロゲン元素非含有の水素化ケイ素原料ガスや、上述のハロシラン原料ガスを好適に用いることができる。なお、それぞれのＳｉ膜の膜厚均一性を向上させる観点からは、第３の処理ガスとして、第２の処理ガスよりも低次の水素化ケイ素原料ガスを用いることが好ましい。このように、シードステップとＣＶＤ成膜ステップとで、異なる分子構造（化学構造）を有するシラン原料ガスを用いることで、最終的に形成する積層膜の成膜効率と膜厚均一性等の特性とを両立させることが可能となる。

【0115】

ドーパントガスとしては、ＰＨガスの他、上述したＶ族元素を含む各種ガスや、ＩＩＩ族元素を含む各種ガスを用いることができる。不活性ガスとしては、Ｎ_２ガスの他、上述の各種希ガスを用いることができる。

【0116】

（アニールステップ）
第１のＳｉ膜２００ｈ、第２のＳｉ膜２００ｇの形成が完了した後、ヒータ２０７の温度を適正に調整し、ウエハ２００上に形成されたそれぞれのＳｉ膜を熱処理する。

【0117】

このステップは、処理室２０１内へＮ_２ガスを供給しながら行ってもよく、また、処理室２０１へのＮ_２ガスの供給を停止した状態で行ってもよい。いずれの場合も、このステップは、処理室２０１内へのシラン原料ガスの供給を停止した状態で行う。

【0118】

アニールステップを行うことで、ウエハ２００上に形成された第１のＳｉ膜２００ｈと第２のＳｉ膜２００ｇとの積層膜を、図６（ｇ）に示す状態へと変化させることができる。すなわち、第２のＳｉ膜２００ｇ（アモルファスＳｉ膜、ポリＳｉ膜、アモルファスとポリとの混晶Ｓｉ膜）のうち第１のＳｉ膜２００ｈに接触する部分を、ホモエピタキシャル化（固相エピタキシャル成長）させ、ホモエピタキシャルＳｉ膜に変質（改質）させることができる。つまり、第２のＳｉ膜２００ｇの一部の結晶状態を、第１のＳｉ膜２００ｈの結晶状態と同一の結晶状態に変化させることができる。このホモエピタキシャル化された領域を、第１のＳｉ膜２００ｈの一部と考えることができる。すなわち、アニールステップを行うことで、積層膜中における第１のＳｉ膜２００ｈが占める領域を拡大させることができる。これにより、積層膜のコンタクト抵抗をさらに低減させることが可能となる。また、積層膜をさらに緻密化させ、ＨＦ耐性のさらに高い膜とすることも可能となる。

【0119】

各ラインより供給するＮ_２ガスの供給流量は、それぞれ例えば０〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の所定の流量とする。

【0120】

処理室２０１内の圧力は、大気圧未満の圧力とすることが好ましく、１〜２０００Ｐａ、好ましくは１〜１０００Ｐａの範囲内の所定の圧力とする。

【0121】

ヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、上述の第２の温度と同等もしくはそれよりも高い温度（第３の温度）となるような温度に設定する。具体的には、ウエハ２００の温度が、例えば５００〜７００℃、好ましくは５５０〜６００℃の範囲内の所定の温度（第３の温度）となるような温度に、ヒータ２０７の温度を設定する。このような処理条件とすることにより、上述の固相エピタキシャル成長を適正に行うことが可能となる。

【0122】

不活性ガスとしては、Ｎ_２ガスの他、上述の各種希ガスを用いることができる。

【0123】

（パージ及び大気圧復帰）
熱処理が終了したら、ガス供給管２３２ｄ，２３２ｅのそれぞれからＮ_２ガスを処理室２０１内へ供給し、排気管２３１から排気する。Ｎ_２ガスはパージガスとして作用する。これにより、処理室２０１内が不活性ガスでパージされ、処理室２０１内に残留するガスや反応副生成物が処理室２０１内から除去される（アフターパージ）。その後、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換され（不活性ガス置換）、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。

【0124】

（ボートアンロード及びウエハディスチャージ）
ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降され、反応管２０３の下端が開口される。そして、処理済のウエハ２００が、ボート２１７に支持された状態で、反応管２０３の下端から反応管２０３の外部に搬出される（ボートアンロード）。処理済のウエハ２００は、ボート２１７より取出される（ウエハディスチャージ）。

【0125】

（３）本実施形態による効果
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。

【0126】

（ａ）シードステップでは、ＤＣＳガスを供給するステップ１を行うことで、ＤＣＳによるトリートメント効果により、単結晶Ｓｉの表面に形成された自然酸化膜２００ｂを除去すると共に、単結晶Ｓｉの表面にＳｉの未結合手を生じさせることが可能となる。これにより、単結晶Ｓｉ上へ、エピタキシャルＳｉ層であるシード層２００ｅを成長させることが可能となる。また、シード層２００ｅをこのようにエピタキシャルＳｉ層とすることで、ＣＶＤ成膜ステップでは、シード層２００ｅ上でのＳｉのエピタキシャル成長を継続させることができ、シード層２００ｅ上にエピタキシャルＳｉ膜である第１のＳｉ膜２００ｈを形成することが可能となる。

【0127】

結果として、ウエハ２００の表面（単結晶Ｓｉ）上に、第１のＳｉ膜２００ｈと第２のＳｉ膜２００ｇとが積層されてなる膜、すなわち、下層側（ウエハ２００の表面との界面）にエピタキシャルＳｉ膜を含む積層膜を形成することが可能となる。この積層膜は、アモルファスＳｉ、ポリＳｉ、または、アモルファスとポリとの混晶Ｓｉのみから構成されるＳｉ単膜よりも、ウエハ２００等とのコンタクト抵抗が低く、電気的特性に優れた良質な膜となる。

【0128】

（ｂ）シードステップでは、Ｈ_２ガスを供給するステップ１を行うことで、ＤＣＳガスによるトリートメントにより発生し、ステップ２においてＤＳガスによるシードの形成を阻害する要因となる残留Ｃｌを効率的に除去することができる。これにより、ステップ２において、シードの形成を適正に行うことが可能となる。

【0129】

（ｃ）シードステップでは、シード層２００ｅ，２００ｆ中にドーパントとしてのＰをそれぞれドープし、シード層２００ｅ，２００ｆに導電性を付与することが可能となる。結果として、シード層２００ｅ，２００ｆを構成要素として含む積層膜のコンタクト抵抗を、さらに低下させることが可能となる。すなわち、シード層２００ｅ，２００ｆ中にＰをドープすることで、下層側にエピタキシャルＳｉ膜を含む積層膜の優れた電気的特性を、さらに向上させることが可能となる。本実施形態によれば、積層膜の下層をエピタキシャルＳｉ膜で構成することと、積層膜の一部であるシード層へＰをドープすることと、の２つの手法を組み合わせることで、積層膜の電気的特性を著しく向上させることが可能となる。これにより、積層膜を備える半導体装置の起動電圧を低下させたり、消費電力を低減させたりすることが可能となる。

【0130】

（ｄ）シード層２００ｅ，２００ｆのそれぞれにＰをドープすることで、第１のＳｉ膜２００ｈからシード層２００ｅに向けたＰの拡散や、第２のＳｉ膜２００ｇからシード層２００ｆに向けたＰの拡散を、それぞれ抑制することが可能となる。結果として、第１のＳｉ膜２００ｈおよび第２のＳｉ膜２００ｇを、それぞれ、厚さ方向においてＰの濃度変化の少ない（濃度バランスの良好な）膜とし、成膜後もその状態を維持することが可能となる。これにより、コンタクト抵抗の上昇やチャネル抵抗の上昇を抑制することができる。また、閾値電圧の変動を抑制することができ、消費電力の増大を抑制することができる。

【0131】

（ｅ）シード層２００ｅ，２００ｆにおけるＰ濃度は、上述したコンタクト抵抗低減等の効果が得られる濃度であって、かつ、第１のＳｉ膜２００ｈおよび第２のＳｉ膜２００ｇにおけるＰ濃度よりもそれぞれ小さな濃度とするのが好ましい。シード層２００ｅ中におけるＰ濃度をこのように小さく設定することで、エピタキシャル成長がより進行しやすい状態を作ることができ、ウエハ２００上に形成されるシード層２００ｅを、より適正にエピタキシャルＳｉ層とすることが可能となる。結果として、積層膜の下層側をエピタキシャルＳｉ層とすることによる上述のコンタクト抵抗の低減効果を、より確実に得ることが可能となる。また、シード層２００ｅ，２００ｆにおけるＰ濃度を上述のように小さく設定することにより、形成される層や膜の表面ラフネスの悪化も回避することが可能となる。なお、シード層２００ｅ，２００ｆ形成時におけるＰＨガスの供給流量、分圧、濃度を、第１のＳｉ膜２００ｈ，第２のＳｉ膜２００ｇ形成時におけるＰＨガスの供給流量、分圧、濃度よりも小さくすることで、シード層２００ｅのエピタキシャル成長がより進行しやすい環境を作ることができ、また、形成される層や膜の表面ラフネスの悪化を抑制しやすい環境を作ることができる。

【0132】

（ｆ）上述の効果は、ＤＣＳガス以外のハロシラン原料ガスを用いる場合や、ＤＳガス以外の水素化ケイ素原料ガスを用いる場合や、ＭＳガス以外の水素化ケイ素原料ガスを用いる場合や、Ｈ_２ガス以外のＨ含有ガスを用いる場合や、ＰＨガス以外のドーパントガスを用いる場合にも、同様に得ることができる。

【0133】

（４）変形例
本実施形態における成膜シーケンスは、上述の態様に限定されず、以下に示す変形例のように変更することができる。

【0134】

（変形例１）
図５の変形例１や以下に示す成膜シーケンスのように、シードステップでは、Ｈ_２ガスを供給するステップを、ＤＣＳガスを供給するステップが終了した後、ＤＳガスを供給するステップを開始する前までの間も継続するようにしてもよい。すなわち、シードステップでは、Ｈ_２ガスを供給するステップを、ＤＣＳガスを供給するステップと同時に開始し、ＤＳガスを供給するステップを開始する前まで連続的に行うようにしてもよい。なお、以下の成膜シーケンスでは、便宜上、ＰＨガス供給およびアニールステップの表記を省略することとする。

【0135】

（ＤＣＳ＋Ｈ_２→Ｈ_２→ＤＳ）×ｎ→ＭＳ

【0136】

本変形例においても、図４に示す成膜シーケンスと同様な効果が得られる。また本変形例によれば、図４に示す成膜シーケンスよりも残留Ｃｌ除去効果を高めることが可能となる。

【0137】

（変形例２）
図５の変形例２や以下に示す成膜シーケンスのように、シードステップでは、Ｈ_２ガスを供給するステップを、ＤＣＳガスを供給するステップが終了した後、ＤＳガスを供給するステップを開始する前までの間に行うようにしてもよい。この場合、Ｈ_２ガスを供給するステップを、ＤＣＳガスを供給するステップおよびＤＳガスを供給するステップと非同時に行うこととなる。

【0138】

（ＤＣＳ→Ｈ_２→ＤＳ）×ｎ→ＭＳ

【0139】

本変形例においても、図４に示す成膜シーケンスと同様な効果が得られる。

【0140】

（変形例３）
シードステップは、ＤＳガスを供給するステップとＨ_２ガスを供給するステップとを同時に行う期間を含んでいてもよい。例えば、図５の変形例３や以下に示す成膜シーケンスのように、シードステップにおいて、ＤＣＳガスを供給するステップと、ＤＳガスを供給するステップとＨ_２ガスを供給するステップとを同時に行うステップと、を交互に行うようにしてもよい。

【0141】

（ＤＣＳ→ＤＳ＋Ｈ_２）×ｎ→ＭＳ

【0142】

本変形例によれば、Ｈ_２ガスの作用により、ＤＳガスを供給するステップにおいて生じるシードを形成するための反応を抑制することができ、ＤＳガスの多くをウエハの周辺部で消費させることなく充分な量のＤＳガスをウエハ２００の中心部まで供給することが容易となる。また、Ｈ_２ガスの作用により、熱伝導率を向上させることができ、ウエハ２００を、より均一に加熱することが可能となる。これらにより、ＤＳガスを供給するステップにおいて、ウエハ２００上へＳｉをより均一に吸着させることが可能となり、ウエハ２００上に形成される第１のシード層および第２のシード層の面内における厚さ均一性をそれぞれ向上させることが可能となる。結果として、最終的に形成されるＳｉ膜を膜破れ等のより少ない緻密な膜とすることが可能となる。

【0143】

（変形例４）
図５の変形例４や以下に示す成膜シーケンスのように、シードステップでは、変形例３におけるＨ_２ガスを供給するステップを、ＤＳガスを供給するステップが終了した後、次のＤＣＳガスを供給するステップを開始する前までの間も継続するようにしてもよい。すなわち、Ｈ_２ガスを供給するステップを、ＤＳガスを供給するステップと同時に開始し、次のＤＣＳガスを供給するステップを開始する前まで連続的に行うようにしてもよい。

【0144】

（ＤＣＳ→ＤＳ＋Ｈ_２→Ｈ_２）×ｎ→ＭＳ

【0145】

本変形例においても、変形例３と同様な効果が得られる。また本変形例によれば、変形例３よりも反応抑制効果や熱伝導率向上効果を高めることが可能となる。

【0146】

（変形例５）
図５の変形例５や以下に示す成膜シーケンスのように、シードステップでは、Ｈ_２ガスを供給するステップを、ＤＳガスを供給するステップが終了した後、次のＤＣＳガスを供給するステップを開始する前までの間に行うようにしてもよい。この場合、Ｈ_２ガスを供給するステップを、ＤＣＳガスを供給するステップおよびＤＳガスを供給するステップと非同時に行うこととなる。

【0147】

（ＤＣＳ→ＤＳ→Ｈ_２）×ｎ→ＭＳ

【0148】

本変形例においても、変形例３と同様な効果が得られる。

【0149】

（変形例６）
シードステップは、ＤＣＳガスを供給するステップとＨ_２ガスを供給するステップとを同時に行う期間と、ＤＳガスを供給するステップとＨ_２ガスを供給するステップとを同時に行う期間と、を含んでいてもよい。例えば、図５の変形例６や以下に示す成膜シーケンスのように、シードステップにおいて、ＤＣＳガスを供給するステップとＨ_２ガスを供給するステップとを同時に行うステップと、ＤＳガスを供給するステップとＨ_２ガスを供給するステップとを同時に行うステップと、を交互に行うようにしてもよい。

【0150】

（ＤＣＳ＋Ｈ_２→ＤＳ＋Ｈ_２）×ｎ→ＭＳ

【0151】

本変形例によれば、図４に示す成膜シーケンスと同様な効果および変形例３と同様な効果が得られる。

【0152】

（変形例７）
図５に示す変形例７のように、変形例６において、ＤＣＳガスを供給するステップとＨ_２ガスを供給するステップとを同時に行う期間に供給するＨ_２ガスの供給流量を、ＤＳガスを供給するステップとＨ_２ガスを供給するステップとを同時に行う期間に供給するＨ_２ガスの供給流量よりも小さくしてもよい。本変形例によれば、変形例６と同様の効果が得られる他、反応抑制効果や熱伝導率向上効果を高めることが可能となる。

【0153】

（変形例８）
図５に示す変形例８のように、変形例６において、ＤＣＳガスを供給するステップとＨ_２ガスを供給するステップとを同時に行う期間に供給するＨ_２ガスの供給流量を、ＤＳガスを供給するステップとＨ_２ガスを供給するステップとを同時に行う期間に供給するＨ_２ガスの供給流量よりも大きくしてもよい。本変形例によれば、変形例６と同様の効果が得られる他、残留Ｃｌ除去効果を高めることが可能となる。

【0154】

（変形例９）
図５に示す変形例９のように、シードステップにおいて、Ｈ_２ガスを連続的に供給するようにしてもよい。すなわち、シードステップにおいて、Ｈ_２ガスを供給するステップを実施した状態で、ＤＣＳガスを供給するステップと、ＤＳガスを供給するステップと、を交互に行うようにしてもよい。本変形例によれば、図４に示す成膜シーケンスと同様な効果、および変形例１〜６と同様な効果が得られるようになる。

【0155】

（変形例１０）
図４に示す成膜シーケンスのシードステップでは、ステップ１，２のそれぞれにおいて処理室２０１内から残留ガス等を除去する残留ガス除去ステップを実施していたが、この残留ガス除去ステップは不実施としてもよい。本変形例によれば、シードステップの所要時間を短縮させ、成膜処理の生産性を向上させることが可能となる。

【0156】

（変形例１１）
第１の処理ガスとして、ＤＣＳガス以外のクロロシラン原料ガス、例えばＨＣＤＳガスやＭＣＳガス等を用いるようにしてもよい。本変形例においても、各種処理条件を図４に示す成膜シーケンスの処理条件と同様に設定することで、図４に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。なお、第１の処理ガスとして、ＤＣＳガスよりも１分子中に含まれるＣｌ原子の数が多いＨＣＤＳガスを用いることで、図４に示す成膜シーケンスよりも、上述のトリートメント効果をさらに高めることが可能となる。また、第１の処理ガスとして、ＤＣＳガスよりも１分子中に含まれるＣｌ原子の数が少ないＭＣＳガスを用いることで、図４に示す成膜シーケンスよりも、膜中Ｃｌ濃度を低減することが可能となる。

【0157】

（変形例１２）
第１の処理ガスとして、Ｃを含むシラン原料ガス、例えば、Ｓｉ−Ｃ結合を有するシラン原料ガスを用いるようにしてもよい。例えば、第１の処理ガスとして、１，１，２，２−テトラクロロ−１，２−ジメチルジシラン（（ＣＨ_３）_２Ｓｉ_２Ｃｌ_４、略称：ＴＣＤＭＤＳ）ガス、ビス（トリクロロシリル）メタン（（ＳｉＣｌ_３）_２ＣＨ_２、略称：ＢＴＣＳＭ）ガス等を用いるようにしてもよい。本変形例においても、各種処理条件を図４に示す成膜シーケンスの処理条件と同様に設定することで、図４に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。また、本変形例によれば、シードステップで形成するシード層２００ｅ，２００ｆ中に、Ｃを微量にドープすることが可能となる。

【0158】

（変形例１３）
第１の処理ガスとして、Ｃｌ以外のハロゲン基を含むハロシラン原料ガス、例えば、Ｆ、Ｂｒ、Ｉ等を含むハロシラン原料ガスを用いるようにしてもよい。例えば、第１の処理ガスとして、テトラフルオロシラン（ＳｉＦ_４）ガス等のフルオロシラン原料ガスや、テトラブロモシラン（ＳｉＢｒ_４）ガス等のブロモシラン原料ガスや、テトラヨードシラン（ＳｉＩ_４）ガス等のヨードシラン原料ガス等を用いるようにしてもよい。本変形例においても、各種処理条件を図４に示す成膜シーケンスの処理条件と同様に設定することで、図４に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。

【0159】

（変形例１４）
第１の処理ガスとして、Ｓｉ非含有のクロロ基を含むクロロ系ガスを用いるようにしてもよい。また、Ｓｉ非含有のＣｌ以外のハロゲン基を含むハロゲン系ガスを用いるようにしてもよい。例えば、第１の処理ガスとして、塩化水素（ＨＣｌ）ガス、塩素（Ｃｌ_２）ガス、ＢＣｌ_３ガス、フッ化塩素（ＣｌＦ_３）ガスを用いるようにしてもよい。本変形例においても、各種処理条件を図４に示す成膜シーケンスの処理条件と同様に設定することで、図４に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。

【0160】

（変形例１５）
第２の処理ガスとして、ＣおよびＮを含むシラン原料ガスを用いるようにしてもよい。例えば、第２の処理ガスとして、アミノシラン原料ガスを用いるようにしてもよい。アミノシラン原料ガスとしては、例えば、ブチルアミノシラン（ＢＡＳ）ガス、ビスターシャリブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）ガス、ジメチルアミノシラン（ＤＭＡＳ）ガス、ビスジメチルアミノシラン（ＢＤＭＡＳ）ガス、トリスジメチルアミノシラン（３ＤＭＡＳ）ガス、ジエチルアミノシラン（ＤＥＡＳ）ガス、ビスジエチルアミノシラン（ＢＤＥＡＳ）ガス、ジプロピルアミノシラン（ＤＰＡＳ）ガス、ジイソプロピルアミノシラン（ＤＩＰＡＳ）ガス等を用いることができる。本変形例においても、各種処理条件を図４に示す成膜シーケンスの処理条件と同様に設定することで、図４に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。また、本変形例によれば、変形例１２と同様に、シードステップで形成するシード層２００ｅ，２００ｆ中に、Ｃ等を微量にドープすることが可能となる。

【0161】

（変形例１６）
ＣＶＤ成膜ステップを実施する際は、ウエハ２００に対して第３の処理ガスと一緒にＨ_２ガスを供給するようにしてもよい。Ｈ_２ガスは、例えばガス供給管２３２ａ〜２３２ｃのいずれかから供給することができる。Ｈ_２ガスの供給流量は、例えば１〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の所定の流量とすることができる。本変形例においても、各種処理条件を図４に示す成膜シーケンスの処理条件と同様に設定することで、図４に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。また、本変形例によれば、処理ガスと一緒にＨ_２ガスを流すことで、ＣＶＤ成膜ステップにおいてウエハ２００上へのＳｉの吸着を適正に抑制することが可能となり、最終的に形成されるＳｉ膜の面内膜厚均一性を向上させることが可能となる。なお、少なくともシードステップの開始からＣＶＤ成膜ステップが終了するまでの間、常時Ｈ_２ガスを供給するようにしてもよい。常時Ｈ_２ガスを供給することで、上述のＨ_２ガス添加による効果をより高めることが可能となる。

【0162】

＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

【0163】

例えば、上述の実施形態や変形例等では、第１のＳｉ膜および第２のＳｉ膜を形成した後、アニールステップを行う例について説明したが、アニールステップの実施は省略することができる。すなわち、上述の実施形態や変形例の手法によれば、アニールステップを行うことなく、すなわち、アズデポ（ａｓ−ｄｅｐｏ.）の状態で、単結晶Ｓｉと第２のＳｉ膜との界面にエピタキシャルＳｉ膜（第１のＳｉ膜）を形成することができ、この構成（構造）を得るのにアニールステップを必ずしも行う必要はない。

【0164】

上述の実施形態や変形例の手法は、揮発性半導体記憶装置（揮発性メモリ）であるダイナミックランダムアクセスメモリ（以下、ＤＲＡＭとも称する）の製造工程の一工程として行われるＳｉ膜の形成工程に適用することができる。以下、上述の実施形態や変形例の手法を適用して製造したＤＲＡＭの主要部の構造について、図９を参照しつつ説明する。

【0165】

なお、ここでは、便宜上、ＤＲＡＭを構成する膜や構造の一部について説明することとし、それ以外の膜や構造については説明を省略することとする。

【0166】

図９に示すように、単結晶Ｓｉ製のウエハの表面にはトレンチが形成されている。トレンチの表面上には、ＳｉＯ膜等のライナー膜が形成されている。ＳｉＯ膜は、例えばＣＶＤ法や熱酸化法により形成することができる。表面にライナー膜が形成されたトレンチ内には、ワードライン用のタングステン（Ｗ）膜とＳｉＮ膜とが積層された状態で埋め込まれている。トレンチ内に形成されたＳｉＮ膜上には、ＳｉＯ膜等の絶縁膜が形成されている。

【0167】

ウエハの表面が露出した部分、すなわち単結晶Ｓｉ上には、ＰがドープされたホモエピタキシャルＳｉ層で構成される第１のシード層が形成されており、ＳｉＯ膜上には、ＰがドープされたアモルファスＳｉ層、ポリＳｉ層、または、アモルファスとポリとの混晶Ｓｉ層で構成される第２のシード層が形成されている。

【0168】

単結晶Ｓｉ上の第１のシード層上には、ＰがドープされたホモエピタキシャルＳｉ膜で構成される第１のＳｉ膜が形成されており、ＳｉＯ膜上の第２のシード層上には、ＰがドープされたアモルファスＳｉ膜、ポリＳｉ膜、または、アモルファスとポリとの混晶Ｓｉ膜で構成される第２のＳｉ膜が形成されている。すなわち、隣接するＳｉＯ膜と単結晶Ｓｉとで構成される凹部内はＳｉ膜で埋め込まれている。なお、単結晶Ｓｉ上には、第１のＳｉ膜上に第２のＳｉ膜が積層されてなる積層構造が形成されている。すなわち、単結晶Ｓｉと第２のＳｉ膜との界面にエピタキシャルＳｉ膜（第１のＳｉ膜）が形成されている。第１のＳｉ膜および第２のＳｉ膜はコンタクトプラグとして作用することとなる。第１のシード層および第２のシード層をコンタクトプラグの一部に含めて考えてもよい。

【0169】

ＳｉＯ膜、第２のＳｉ膜上には、コンタクト部が形成されており、その上には、キャパシタ部が形成されている。図９の下部には、キャパシタ部やコンタクト部を含む積層構造を縦断面図で示しており、図９の上部には、キャパシタ部のうち破線で示す部分の横断面図を示している。このような構造のＤＲＡＭのコンタクトプラグ、すなわち、第１のシード層、第２のシード層、第１のＳｉ膜、第２のＳｉ膜を形成する際に、上述の実施形態や変形例の手法を用いることで、上述の実施形態や変形例と同様の効果が得られる。すなわち、上述の実施形態や変形例の手法をＤＲＡＭの製造工程に適用する場合においてもコンタクト抵抗を大幅に低減させることが可能となり、電気的特性を大幅に改善することが可能となる。

【0170】

上述の実施形態や変形例は、不揮発性半導体記憶装置（不揮発性メモリ）であるフラッシュメモリの製造工程の一工程として行われるＳｉ膜の形成工程に適用することができる。以下、上述の実施形態や変形例の手法を適用して製造したフラッシュメモリの一種であるＮＡＮＤ型フラッシュメモリ、中でも、三次元ＮＡＮＤ型フラッシュメモリ（以下、３ＤＮＡＮＤとも称する）の主要部の構造について、図１０を参照しつつ説明する。なお、三次元ＮＡＮＤ型フラッシュメモリを、単に、三次元フラッシュメモリ（三次元不揮発性半導体記憶装置）と称することもできる。

【0171】

なお、ここでは、便宜上、３ＤＮＡＮＤを構成する膜や構造の一部について説明することとし、それ以外の膜や構造については説明を省略することとする。

【0172】

図１０に示すように、単結晶Ｓｉ製のウエハの表面上には、ＳｉＯ膜と、ＴｉＮ膜、Ｗ膜等の金属膜等と、が交互に複数層積層されてなる多層積層膜（以下、単に積層膜とも称する）が形成されている。ここでは、最下層および最上層をＳｉＯ膜とする例を示している。ＴｉＮ膜、Ｗ膜等の金属膜等はコントロールゲートとして作用する。すなわち、上下に隣接するＳｉＯ膜の間に、コントロールゲートとして作用するＴｉＮ膜、Ｗ膜等の金属膜等が形成されている。図１０では、便宜上、積層数が９層である例を示しているが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。例えば、積層数は２０層以上であってもよく、３０層以上、さらには４０層以上であってもよい。

【0173】

積層膜には、チャネルホールが形成されており、チャネルホール内にはＯＮＯ膜、すなわち、ＳｉＯ膜／ＳｉＮ膜／ＳｉＯ膜の３層で構成される絶縁膜が形成されている。

【0174】

ＯＮＯ膜のウエハとの接触部分の一部は除去された状態となっている。チャネルホール内のウエハの表面が露出した部分、すなわち単結晶Ｓｉ上には、ＰがドープされたホモエピタキシャルＳｉ層で構成される第１のシード層が形成されており、ＯＮＯ膜上（正確にはＯＮＯ膜を構成するＳｉＯ膜上）には、ＰがドープされたアモルファスＳｉ層、ポリＳｉ層、または、アモルファスとポリとの混晶Ｓｉ層で構成される第２のシード層が形成されている。

【0175】

単結晶Ｓｉ上の第１のシード層上には、ＰがドープされたホモエピタキシャルＳｉ膜で構成される第１のＳｉ膜が形成されており、ＯＮＯ膜上の第２のシード層上には、ＰがドープされたアモルファスＳｉ膜、ポリＳｉ膜、または、アモルファスとポリとの混晶Ｓｉ膜で構成される第２のＳｉ膜が形成されている。第１のＳｉ膜および第２のＳｉ膜の膜厚は、１０ｎｍ以下、例えば３〜１０ｎｍとすることができ、さらには、５ｎｍ以下、例えば３〜５ｎｍとすることもできる。第１のＳｉ膜および第２のＳｉ膜はチャネルとして作用することとなる。このチャネルとして機能するＳｉ膜（第１のＳｉ膜、第２のＳｉ膜）をチャネルＳｉとも称する。なお、第１のシード層および第２のシード層をチャネルの一部に含めて考えてもよい。

【0176】

チャネルホール内の残りの部分、すなわち、第１のＳｉ膜と第２のＳｉ膜とで構成される凹部内は、ＳｉＯ膜で埋め込まれている。チャネル部はこのようにして構成されている。

【0177】

ＳｉＯ膜と、ＴｉＮ膜、Ｗ膜等の金属膜等と、が交互に複数層積層されてなる多層積層膜にはトレンチが形成されている。トレンチ内には、ＳｉＯ膜が埋め込まれている。

【0178】

ＳｉＯ膜は、コントロールゲート部の上部やチャネル部の上部にも形成されている。ＳｉＯ膜のチャネル部の上部には、コンタクトホールが形成されており、コンタクトホール内には、コンタクトとして作用する金属膜が形成されている。

【0179】

このような構造の３ＤＮＡＮＤのチャネルＳｉ、すなわち、第１のシード層、第２のシード層、第１のＳｉ膜、第２のＳｉ膜を形成する際に、上述の実施形態や変形例の手法を用いることで、上述の実施形態や変形例の手法と同様な効果が得られる。すなわち、上述の実施形態や変形例の手法を３ＤＮＡＮＤの製造工程に適用する場合においてもＳｉウエハとチャネルＳｉとのコンタクト抵抗を大幅に低減させることが可能となり、電気的特性を大幅に改善することが可能となる。

【0180】

また、上述の実施形態や変形例の手法を３ＤＮＡＮＤの製造工程に適用することにより、平坦で緻密なシード層（第１のシード層、第２のシード層）を形成することができ、薄くても平坦で緻密なＳｉ膜（第１のＳｉ膜、第２のＳｉ膜）を形成することができることから、Ｓｉ膜をピンホールの存在しない膜（ピンホールフリーの膜）とすることができる。これにより、Ｓｉ膜形成後に行われるＨＦ等を用いたウエット処理でＳｉ膜の下地膜がエッチングされてしまうことを防止することが可能となる。また、薄くても平坦で緻密なＳｉ膜を形成することができることから、第２のＳｉ膜の薄膜化が可能となり、それにより、結晶粒界での電荷のトラップ密度を低減させることができ、３ＤＮＡＮＤのチャネルにて電子の移動度を上げることが可能となる。

【0181】

基板処理に用いられるレシピは、処理内容に応じて、それぞれ個別に用意し、電気通信回線や外部記憶装置１２３を介して記憶装置１２１ｃ内に格納しておくことが好ましい。そして、処理を開始する際、ＣＰＵ１２１ａが、記憶装置１２１ｃ内に格納された複数のレシピの中から、基板処理の内容に応じて、適正なレシピを適宜選択することが好ましい。これにより、１台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の膜を、再現性よく形成することができるようになる。また、オペレータの負担を低減でき、操作ミスを回避しつつ、処理を迅速に開始できるようになる。

【0182】

上述のレシピは、新たに作成する場合に限らず、例えば、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを変更することで用意してもよい。レシピを変更する場合は、変更後のレシピを、電気通信回線や当該レシピを記録した記録媒体を介して、基板処理装置にインストールしてもよい。また、既存の基板処理装置が備える入出力装置１２２を操作し、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを直接変更するようにしてもよい。

【0183】

上述の実施形態では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本発明は上述の実施形態に限定されず、例えば、一度に１枚または数枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用できる。また、上述の実施形態では、ホットウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本発明は上述の実施形態に限定されず、コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用できる。

【0184】

例えば、図７に示す処理炉３０２を備えた基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、本発明は好適に適用できる。処理炉３０２は、処理室３０１を形成する処理容器３０３と、処理室３０１内にガスをシャワー状に供給するガス供給部としてのシャワーヘッド３０３ｓと、１枚または数枚のウエハ２００を水平姿勢で支持する支持台３１７と、支持台３１７を下方から支持する回転軸３５５と、支持台３１７に設けられたヒータ３０７と、を備えている。シャワーヘッド３０３ｓのインレットには、ガス供給ポート３３２ａ，３３２ｂが接続されている。ガス供給ポート３３２ａには、上述の実施形態の第１供給系、第５供給系と同様の供給系が接続されている。ガス供給ポート３３２ｂには、上述の実施形態の第２供給系、第３供給系、第４供給系と同様の供給系が接続されている。シャワーヘッド３０３ｓのアウトレットには、ガス分散板が設けられている。シャワーヘッド３０３ｓは、処理室３０１内に搬入されたウエハ２００の表面と対向（対面）する位置に設けられている。処理容器３０３には、処理室３０１内を排気する排気ポート３３１が設けられている。排気ポート３３１には、上述の実施形態の排気系と同様の排気系が接続されている。

【0185】

また例えば、図８に示す処理炉４０２を備えた基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、本発明は好適に適用できる。処理炉４０２は、処理室４０１を形成する処理容器４０３と、１枚または数枚のウエハ２００を水平姿勢で支持する支持台４１７と、支持台４１７を下方から支持する回転軸４５５と、処理容器４０３内のウエハ２００に向けて光照射を行うランプヒータ４０７と、ランプヒータ４０７の光を透過させる石英窓４０３ｗと、を備えている。処理容器４０３には、ガス供給ポート４３２ａ，４３２ｂが接続されている。ガス供給ポート４３２ａには、上述の実施形態の第１供給系、第５供給系と同様の供給系が接続されている。ガス供給ポート４３２ｂには、上述の実施形態の第２供給系、第３供給系、第４供給系と同様の供給系が接続されている。ガス供給ポート４３２ａ，４３２ｂは、処理室４０１内に搬入されたウエハ２００の端部の側方にそれぞれ設けられている。処理容器４０３には、処理室４０１内を排気する排気ポート４３１が設けられている。排気ポート４３１には、上述の実施形態の排気系と同様の排気系が接続されている。

【0186】

これらの基板処理装置を用いる場合においても、上述の実施形態や変形例と同様なシーケンス、処理条件にて成膜を行うことができ、上述の実施形態や変形例と同様の効果が得られる。

【0187】

上述の実施形態や変形例では、基板上に主元素としてＳｉを含む膜を形成する例について説明したが、本発明はこのような態様に限定されない。すなわち、本発明は、Ｓｉの他、ゲルマニウム（Ｇｅ）、Ｂ等の半金属元素を主元素として含む膜を基板上に形成する場合にも、好適に適用することができる。また、本発明は、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、イットリウム（Ｙ）、Ｌａ（ランタン）、ストロンチウム（Ｓｒ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属元素を主元素として含む膜を基板上に形成する場合にも、好適に適用することができる。

【0188】

上述の実施形態や変形例等は、適宜組み合わせて用いることができる。また、このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。

【符号の説明】

【0189】

２００ ウエハ（基板）
２００ａ 絶縁膜
２００ｅ，２００ｆ シード層
２００ｇ 第２のＳｉ膜
２００ｈ 第１のＳｉ膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】