特許 6606476 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム

(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】6606476

(24)【登録日】2019年10月25日

(45)【発行日】2019年11月13日

(54)【発明の名称】半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20191031BHJP

   H01L 21/302 20060101ALI20191031BHJP

   C23C 16/24 20060101ALI20191031BHJP

   C23C 16/56 20060101ALI20191031BHJP

   C23C 16/455 20060101ALI20191031BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/205

   H01L21/302 201A

   C23C16/24

   C23C16/56

   C23C16/455

【請求項の数】18

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2016-151950(P2016-151950)

(22)【出願日】2016年8月2日

(65)【公開番号】特開2018-22743(P2018-22743A)

(43)【公開日】2018年2月8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】宮倉 敬弘

(72)【発明者】

【氏名】森谷 敦

(72)【発明者】

【氏名】中磯 直春

(72)【発明者】

【氏名】芳賀 健佑

【審査官】 宇多川 勉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１０５８１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１３８０８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０７６９０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｃ２３Ｃ １６／２４

Ｃ２３Ｃ １６／４５５

Ｃ２３Ｃ １６／５６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理室内の基板上に第１アモルファスシリコン膜を形成する工程と、
前記処理室内において、前記第１アモルファスシリコン膜のアモルファス状態が維持される温度下で、塩化水素ガスを用いて、前記第１アモルファスシリコン膜の一部をエッチングする工程と、
を有し、
前記第１アモルファスシリコン膜を形成する工程と、前記第１アモルファスシリコン膜の一部をエッチングする工程とを、同一温度下で行い、
前記第１アモルファスシリコン膜の一部をエッチングする工程では、前記処理室内の圧力を、前記第１アモルファスシリコン膜を形成する際の前記処理室内の圧力よりも高い圧力とする半導体装置の製造方法。

【請求項2】

前記第１アモルファスシリコン膜の一部をエッチングする工程では、前記処理室内の圧力を、前記第１アモルファスシリコン膜のエッチング量の均一性が維持される圧力とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項3】

前記第１アモルファスシリコン膜の一部をエッチングする工程では、前記処理室内の圧力を、１０００Ｐａ以上５００００Ｐａ以下とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項4】

前記第１アモルファスシリコン膜の一部をエッチングする工程では、前記処理室内の圧力を、１００００Ｐａ以上４００００Ｐａ以下とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項5】

前記第１アモルファスシリコン膜の一部をエッチングする工程では、前記処理室内の圧力を、２００００Ｐａ以上３００００Ｐａ以下とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項6】

前記第１アモルファスシリコン膜はドーパントがドープされた膜である請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項7】

前記処理室内において、一部がエッチングされた前記第１アモルファスシリコン膜の上に、第２アモルファスシリコン膜を形成する工程を、さらに有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項8】

前記第１アモルファスシリコン膜はドーパントがドープされた膜であり、前記第２アモルファスシリコン膜はドーパントがドープされた膜であり、前記第１アモルファスシリコン膜におけるドーパント濃度を、前記第２アモルファスシリコン膜におけるドーパント濃度よりも高くする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項9】

前記第１アモルファスシリコン膜はドーパントがドープされた膜であり、前記第２アモルファスシリコン膜はドーパントがドープされていない膜である請求項７に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項10】

前記第１アモルファスシリコン膜を形成する工程と、前記第１アモルファスシリコン膜の一部をエッチングする工程と、前記第２アモルファスシリコン膜を形成する工程とを、同一温度下で行う請求項７〜９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項11】

前記第１アモルファスシリコン膜におけるドーパント濃度を、１．０×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、１．０×１０^２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とする請求項６〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項12】

前記第１アモルファスシリコン膜の一部をエッチングする工程を行う前に、前記処理室内の前記基板に対して水素含有ガスを供給する工程を、さらに有する請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項13】

前記第１アモルファスシリコン膜の一部をエッチングする工程を行った後に、前記処理室内へ水素含有ガスを供給する工程を、さらに有する請求項１〜１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項14】

前記基板の表面には単結晶シリコンと絶縁膜とが露出している請求項１〜１３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項15】

前記基板の表面には凹部が設けられており、前記凹部の底部が単結晶シリコンにより構成され、前記凹部の側部が絶縁膜により構成されている請求項１〜１４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項16】

前記第１アモルファスシリコン膜を形成する工程では、前記第１アモルファスシリコン膜と前記単結晶シリコンとの界面にエピタキシャルシリコン膜が形成され、
前記第１アモルファスシリコン膜の一部をエッチングする工程では、前記エピタキシャルシリコン膜をエッチングすることなく、前記第１アモルファスシリコン膜の一部をエッチングする請求項１４または１５に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項17】

基板に対して処理が行われる処理室と、
前記処理室内へシリコン含有ガスを供給する第１供給系と、
前記処理室内へ塩化水素ガスを供給する第２供給系と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記処理室内の基板上に第１アモルファスシリコン膜を形成する処理と、前記処理室内において、前記第１アモルファスシリコン膜のアモルファス状態が維持される温度下で、塩化水素ガスを用いて、前記第１アモルファスシリコン膜の一部をエッチングする処理と、を行わせ、前記第１アモルファスシリコン膜を形成する処理と、前記第１アモルファスシリコン膜の一部をエッチングする処理とを、同一温度下で行わせ、前記第１アモルファスシリコン膜の一部をエッチングする処理では、前記処理室内の圧力を、前記第１アモルファスシリコン膜を形成する際の前記処理室内の圧力よりも高い圧力とするように、前記第１供給系、前記第２供給系、および前記ヒータ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18】

基板処理装置の処理室内の基板上に第１アモルファスシリコン膜を形成する手順と、
前記処理室内において、前記第１アモルファスシリコン膜のアモルファス状態が維持される温度下で、塩化水素ガスを用いて、前記第１アモルファスシリコン膜の一部をエッチングする手順と、
前記第１アモルファスシリコン膜を形成する手順と、前記第１アモルファスシリコン膜の一部をエッチングする手順とを、同一温度下で行う手順と、
前記第１アモルファスシリコン膜の一部をエッチングする手順において、前記処理室内の圧力を、前記第１アモルファスシリコン膜を形成する際の前記処理室内の圧力よりも高い圧力とする手順と、
をコンピュータによって前記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、基板上にシリコン膜（Ｓｉ膜）を形成する処理が行われることがある（例えば特許文献１，２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３−２１８０３６号公報

【特許文献2】特開２００３−２１８０３７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Ｓｉ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、
処理室内の基板上に第１アモルファスシリコン膜を形成する工程と、
前記処理室内において、前記第１アモルファスシリコン膜のアモルファス状態が維持される温度下で、塩化水素ガスを用いて、前記第１アモルファスシリコン膜の一部をエッチングする工程と、
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Ｓｉ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におけるガス供給のタイミング等を示す図である。

【図5】（ａ）はシードステップ開始前のウエハの表面構造を、（ｂ）はシードステップ終了後のウエハの表面構造を、（ｃ）は第１成膜ステップ終了後のウエハの表面構造を、（ｄ）はエッチングステップ終了後のウエハの表面構造を、（ｅ）は第２成膜ステップ終了後のウエハの表面構造を示す断面図である。

【図6】エッチングレートの評価結果を示す図である。

【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には、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂがそれぞれ接続されている。

【0012】

ガス供給管２３２ａ，２３２ｂには、上流側から順に、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，２４１ｂおよび開閉弁であるバルブ２４３ａ，２４３ｂ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２３２ｃ，２３２ｄがそれぞれ接続されている。ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄには、上流側から順に、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄおよびバルブ２４３ｃ，２４３ｄ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、第１原料ガスとして、シリコン（Ｓｉ）およびハロゲン元素を含む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。原料ガスとは、気体状態の原料、例えば、常温常圧下で液体状態である原料を気化することで得られるガスや、常温常圧下で気体状態である原料等のことである。ハロシラン原料とは、ハロゲン基を有するシラン原料のことである。ハロゲン基には、クロロ基、フルオロ基、ブロモ基、ヨード基等が含まれる。すなわち、ハロゲン基には、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）等のハロゲン元素が含まれる。ハロシラン原料は、ハロゲン化物の一種ともいえる。ハ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。

【0015】

ガス供給管２３２ａからは、ドーパントガスが、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、例えば、ドーパント（不純物）としてのリン（Ｐ）を含むホスフィン（ＰＨ_３、略称：ＰＨ）ガスを用いることができる。

【0016】

ガス供給管２３２ａからは、エッチングガスが、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。エッチングガスとしては、例えば、塩化水素（ＨＣｌ）ガスを用いることができる。

【0017】

ガス供給管２３２ｂからは、第２，第３原料ガスとして、Ｓｉを含みハロゲン元素非含有の水素化ケイ素ガスが、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。水素化ケイ素ガスとしては、例えば、モノシラン（ＳｉＨ_４、略称：ＭＳ）ガスやジシラン（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，２３２ｄからは、水素（Ｈ）含有ガスとしての水素（Ｈ_２）ガス、不活性ガスとしての窒素（Ｎ_２）ガスが、それぞれＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ、バルブ２４３ｃ，２４３ｄ、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。

【0019】

主に、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ａ，２４１ｂ、バルブ２４３ａ、２４３ｂにより、原料ガスを供給する第１供給系が構成される。主に、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、エッチングガスを供給する第２供給系、および、ドーパントガスを供給する第３供給系がそれぞれ構成される。主に、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄ、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ、バルブ２４３ｃ，２４３ｄにより、水素含有ガスを供給する第４供給系、および、不活性ガス供給系がそれぞれ構成される。

【0020】

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〜２４３ｄやＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｄ等が集積されてなる集積型供給システム２４８として構成されていてもよい。集積型供給システム２４８は、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｄのそれぞれに対して接続され、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｄ内への各種ガスの供給動作、すなわち、バルブ２４３ａ〜２４３ｄの開閉動作やＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｄ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〜２３２ｄ等に対して集積ユニット単位で着脱を行うことができ、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。

【0021】

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、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で、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で、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。

【0022】

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、ウエハ２００を処理室２０１内外に搬入および搬出（搬送）する搬送装置（搬送機構）として構成されている。

【0023】

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。

【0024】

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、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｄ、バルブ２４３ａ〜２４３ｄ、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。

【0028】

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〜２４１ｄによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ〜２４３ｄ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。

【0029】

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。

【0030】

（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、基板としてのウエハ２００上にシリコン膜（Ｓｉ膜）を形成するシーケンス例について、図４、図５（ａ）〜図５（ｅ）を用いて説明する。図４では、便宜上、Ｎ_２ガスの供給タイミングの図示を省略している。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。

【0031】

図４に示す成膜シーケンスでは、処理室２０１内のウエハ２００上に第１アモルファスＳｉ膜を形成する第１成膜ステップと、処理室２０１内において、第１アモルファスＳｉ膜のアモルファス状態が維持される温度下で、ＨＣｌガスを用いて、第１アモルファスＳｉ膜の一部をエッチングするエッチングステップと、を実施し、さらにその後、処理室２０１内において、一部がエッチングされた第１アモルファスＳｉ膜の上に、第２アモルファスＳｉ膜を形成する第２成膜ステップを実施する。

【0032】

なお、上述の成膜シーケンスでは、第１，第２アモルファスＳｉ膜の形成を、それぞれ、処理室２０１内のウエハ２００に対してＭＳガスおよびＰＨガスを供給することにより行う。また、上述の成膜シーケンスでは、第１成膜ステップの実施前に、処理室２０１内のウエハ２００に対してＤＣＳガスとＤＳガスとを交互に供給するシードステップを実施する。また、上述の成膜シーケンスでは、エッチングステップを行う前、および、行った後に、ウエハ２００に対してＨ_２ガスを供給する水素パージステップ（第１，第２水素パージステップ）をそれぞれ実施する。

【0033】

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との積層体を意味する場合がある。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を意味する場合や、ウエハ上に形成された所定の層等の表面を意味する場合がある。本明細書において「ウエハ上に所定の層を形成する」と記載した場合は、ウエハそのものの表面上に所定の層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等の上に所定の層を形成することを意味する場合がある。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。

【0034】

（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。

【0035】

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。図５（ａ）に示すように、ウエハ２００の表面には凹部が設けられており、凹部の底部は単結晶Ｓｉにより構成され、凹部の側部および上部はシリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）等の絶縁膜２００ａにより構成されている。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。

【0036】

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。そのため、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）が形成される。自然酸化膜は、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。

【0037】

（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によって処理室２０１内が真空排気（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。また、処理室２０１内のウエハ２００が所望の処理温度となるように、ヒータ２０７によって処理室２０１内が加熱される。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。また、回転機構２６７によるウエハ２００の回転を開始する。処理室２０１内の排気、加熱、ウエハ２００の回転は、いずれも、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。

【0038】

（シードステップ）
その後、次のステップ１，２を順次実行する。

【0039】

［ステップ１］
このステップでは、ウエハ２００に対してＤＣＳガスを供給する。具体的には、バルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内へ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。このとき、ウエハ２００に対してＤＣＳガスが供給される。このとき同時にバルブ２４３ｃを開き、ガス供給管２３２ｃ内へＮ_２ガスを流す。Ｎ_２ガスは、ＭＦＣ２４１ｃ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、ノズル２４９ｂ内へのＤＣＳガスの侵入を防止するため、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、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。

【0040】

ウエハ２００に対して電気陰性度の大きなＣｌを含むＤＣＳガスを供給することで、凹部の底部、すなわち、単結晶Ｓｉ上においては、自然酸化膜に含まれるＳｉ−Ｏ結合を切断し、自然酸化膜を除去することができる。これにより、凹部の底部において、Ｓｉの共有結合のダングリングボンド（未結合手）を生じさせ、エピタキシャル成長が進行しやすい環境を整えることが可能となる。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、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。これにより、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。

【0041】

その後、バルブ２４３ａを閉じ、ＤＣＳ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内を排気する。このとき、バルブ２４３ｃ，２４３ｄ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。

【0042】

［ステップ２］
ステップ１が終了したら、ウエハ２００に対してＤＳガスを供給する。このステップでは、バルブ２４３ｂ〜２４３ｄの開閉制御を、ステップ１におけるバルブ２４３ａ，２４３ｃ，２４３ｄの開閉制御と同様の手順で行うことにより、ガス供給管２３２ｂ内へＤＳガスを流す。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。

【0043】

ウエハ２００に対してＤＳガスを供給することで、凹部の底部においては、ステップ１で形成したＳｉの未結合手にＤＳに含まれるＳｉを結合させ、Ｓｉの核（シード）を形成することができる。この成長は、後述する処理条件下ではエピタキシャル成長となる。また、凹部の側部および上部においては、ステップ１で形成したＳｉの吸着サイトにＤＳに含まれるＳｉを吸着させ、Ｓｉのシードを形成することができる。この成長は、後述する処理条件下ではアモルファス（非晶質）成長となる。

【0044】

その後、バルブ２４３ｂを閉じ、ＤＳガスの供給を停止する。そして、ステップ１と同様の処理手順により、処理室２０１内を排気する。このとき、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。

【0045】

［所定回数実施］
上述したステップ１，２を交互に行うサイクルを所定回数（ｎ回（ｎは１以上の整数））行う。これにより、図５（ｂ）に示すように、凹部の底部においてはシード層２００ｅを、凹部の側部および上部においてはシード層２００ｆをそれぞれ形成することができる。シード層２００ｅは、下地の結晶性を継承した単結晶Ｓｉ（エピタキシャルＳｉ）からなり、凹部の底部を緻密に覆う連続層となる。シード層２００ｆは、アモルファスＳｉからなり、凹部の側部および上部を緻密に覆う連続層となる。

【0046】

以下、シードステップの処理条件について例示する。以下に示す条件は、シード層２００ｅをエピタキシャル成長させ、シード層２００ｆをアモルファス成長させることが可能な条件でもある。

【0047】

ＤＣＳガス、ＤＳガスの供給流量は、それぞれ、例えば１０〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＤＣＳガス、ＤＳガスの供給時間は、それぞれ、例えば０．５〜１０分の範囲内の時間とする。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１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。

【0048】

ウエハ２００の温度（シーディング温度）は、例えば３５０〜４５０℃の範囲内の温度とする。処理室２０１内の圧力（シーディング圧力）は、例えば１〜１０００Ｐａの範囲内の圧力とする。

【0049】

シーディング温度が３５０℃未満となったり、シーディング圧力が１Ｐａ未満となったりすると、上述のＤＣＳガス、ＤＳガスの作用が不充分となり、シード層２００ｅ，２００ｆの形成が困難となる場合がある。シーディング温度を３５０℃以上の温度としたり、シーディング圧力を１Ｐａ以上の圧力としたりすることで、シード層２００ｅ，２００ｆの形成が可能となる。

【0050】

シーディング温度が４５０℃を超えたり、シーディング圧力が１０００Ｐａを超えたりすると、凹部の底部においては、自然酸化膜が除去される前にＤＣＳに含まれるＳｉが堆積し、アモルファス成長が進行する場合がある。また、凹部の側部および上部においては、ＤＣＳによるＳｉ−Ｏ結合の切断が進行しにくくなり、シード層２００ｆの形成が困難となる場合がある。シーディング温度を４５０℃以下の温度としたり、シーディング圧力を１０００Ｐａ以下の圧力としたりすることで、これらの課題を解消することが可能となる。

【0051】

ステップ１，２を交互に行うサイクルの実施回数は、例えば１〜２０回の範囲内の回数とする。シード層２００ｅ，２００ｆの厚さは、それぞれ、例えば１〜５０Åの範囲内の厚さとする。

【0052】

第１原料ガスとしては、ＤＣＳガスの他、モノクロロシラン（ＳｉＨ_３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３、略称：ＴＣＳ）ガス、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ_４、略称：ＳＴＣ）ガス、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ_２Ｃｌ_６、略称：ＨＣＤＳ）ガス、オクタクロロトリシラン（Ｓｉ_３Ｃｌ_８、略称：ＯＣＴＳ）ガス等のＣｌを含むクロロシラン原料ガスを用いることができる。

【0053】

第２原料ガスとしては、ＤＳガスの他、ＭＳガス、トリシラン（Ｓｉ_３Ｈ_８、略称：ＴＳ）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）ガス等の一般式Ｓｉ_ｎＨ_２ｎ＋２（ｎは１以上の整数）で表される水素化ケイ素ガスを用いることができる。

【0054】

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。

【0055】

（第１成膜ステップ）
シードステップが終了したら、ウエハ２００の温度を成膜温度とし、処理室２０１内の圧力を成膜圧力とする。図４は、成膜温度をシーディング温度よりも高い温度とし、成膜圧力をシーディング圧力と同等の圧力とする例を示している。その後、ウエハ２００に対してＭＳガス、ＰＨガスを供給する。このステップでは、バルブ２４３ｂ〜２４３ｄの開閉制御を、上述のステップ１におけるバルブ２４３ａ，２４３ｃ，２４３ｄの開閉制御と同様の手順で行うことにより、ガス供給管２３２ｂ内へＭＳガスを流す。ガス供給管２３２ｂ内を流れたＭＳ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内へ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ＭＳガスとＰＨガスとが一緒に供給される。

【0056】

ウエハ２００に対してＭＳガス、ＰＨガスを供給することで、凹部の底部においては、シード層２００ｅ上にＳｉ膜２００ｇを成長させることができる。この成長は、後述する処理条件下ではエピタキシャル成長となる。Ｓｉ膜２００ｇの結晶構造は、シード層２００ｅと同様、下地の結晶性を継承した単結晶となる。また、凹部の側部および上部においては、シード層２００ｆ上にＳｉ膜２００ｈを成長させることができる。この成長は、後述する処理条件下ではアモルファス成長となる。Ｓｉ膜２００ｈの結晶構造は、シード層２００ｆと同様、アモルファスとなる。ＭＳガスと一緒にＰＨガスを供給することで、Ｓｉ膜２００ｇ，２００ｈ中にＰ成分をそれぞれ添加することができ、これらの膜を、ドープトＳｉ膜とすることができる。

【0057】

上述の処理を継続することで、図５（ｃ）に示すように、凹部の側部から成長させたＳｉ膜２００ｈによりＳｉ膜２００ｇの上部が覆われる。これにより、Ｓｉ膜２００ｇのエピタキシャル成長が停止する。この状態で、凹部内、すなわち、ウエハ２００上には、Ｓｉ膜２００ｇの上にＳｉ膜２００ｈが積層されてなる積層構造が形成される。Ｓｉ膜２００ｇは、ウエハ２００とＳｉ膜２００ｈとの間の界面に形成されることとなる。

【0058】

上述の処理をさらに継続することで、少なくとも凹部の表面側（開口側）は、Ｓｉ膜２００ｈによって塞がれた状態となる。すなわち、凹部の表面側は、凹部の側部および上部からオーバーハングするように成長したＳｉ膜２００ｈによって塞がれた状態となる。但し、この段階では、凹部内に、深さ方向に伸びる非埋め込み領域（ボイド、シーム）が発生してしまう場合がある。凹部の内部がＳｉ膜２００ｈによって完全に埋め込まれる前に凹部の表面側が塞がれると、凹部の内部へＭＳガスが届かなくなり（凹部内におけるＳｉ膜２００ｈの成長が停止し）、凹部の内部にボイドを生じさせてしまう。ボイドは、凹部のアスペクト比（凹部の深さ／凹部の幅）が大きくなるほど、具体的には１以上、例えば２０以上、更には５０以上となると生じやすくなる。

【0059】

凹部の表面側がＳｉ膜２００ｈによって塞がれたら、バルブ２４３ｂ，２４３ａを閉じ、処理室２０１内へのＭＳガス、ＰＨガスの供給をそれぞれ停止する。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内を排気する。このとき、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。ＭＳガス、ＰＨガスの供給停止は、凹部の表面側がＳｉ膜２００ｈによって完全に塞がれた状態となる前に停止してもよく、完全に塞がれた状態となった後に停止してもよい。

【0060】

以下、第１成膜ステップの処理条件について例示する。以下に示す条件は、Ｓｉ膜２００ｇをエピタキシャル成長させ、Ｓｉ膜２００ｈをアモルファス成長させることが可能な条件でもある。

【0061】

ＭＳガスの供給流量は、例えば１０〜２０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＰＨガスの供給流量は、Ｓｉ膜２００ｇ，２００ｈ中のＰ濃度が例えば１．０×１０^２１〜１．０×１０^２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内の濃度となるような流量であって、例えば１〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＭＳガス、ＰＨガスの供給時間は、それぞれ、例えば２０〜４００分の範囲内の時間とする。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１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。

【0062】

ウエハ２００の温度（成膜温度）は、例えば４５０〜５５０℃の範囲内の温度とする。処理室２０１内の圧力（成膜圧力）は、例えば１〜９００Ｐａの範囲内の圧力とする。

【0063】

成膜温度が４５０℃未満となったり、成膜圧力が１Ｐａ未満となったりすると、ＭＳが分解しにくくなり、Ｓｉ膜２００ｇ，２００ｈの形成が困難となる場合がある。成膜温度を４５０℃以上の温度としたり、成膜圧力を１Ｐａ以上の圧力としたりすることで、ＭＳの分解を促すことができ、Ｓｉ膜２００ｇ，２００ｈの形成を実用的なレートで進行させることが可能となる。

【0064】

成膜温度が５５０℃を超えたり、成膜圧力が９００Ｐａを超えたりすると、ＭＳの分解の挙動が激しくなり、Ｓｉ膜２００ｇ，２００ｈの膜厚均一性や段差被覆性が悪化する場合がある。処理室２０１内で発生するパーティクルの量が増加し、成膜処理の品質を低下させる場合もある。成膜温度を５５０℃以下の温度としたり、成膜圧力を９００Ｐａ以下の圧力としたりすることで、ＭＳガスの分解の挙動を緩和させ、これらの課題を回避することが可能となる。

【0065】

第３原料ガスとしては、ＭＳガスの他、上述の水素化ケイ素ガスやクロロシラン原料ガスを用いることができる。Ｓｉ膜２００ｇ，２００ｈ中へのＣｌの残留を回避するには、第３原料ガスとして水素化ケイ素ガスを用いることが好ましく、Ｓｉ膜２００ｇ，２００ｈの成膜レートを高めるには、第３原料ガスとしてクロロシラン原料ガスを用いることが好ましい。

【0066】

ドーパントガスとしては、ＰＨガスの他、アルシン（ＡｓＨ_３）ガス等のＰやヒ素（Ａｓ）を含むガス、すなわち、ドーパントとして第１５族元素を含むガスを用いることができる。また、ドーパントガスとしては、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）ガス、トリクロロボラン（ＢＣｌ_３）ガス等の硼素（Ｂ）を含むガス、すなわち、ドーパントとして第１３族元素を含むガスを用いることもできる。

【0067】

不活性ガスとしては、Ｎ_２ガスの他、上述の希ガスを用いることができる。

【0068】

（第１水素パージステップ）
第１成膜ステップが終了したら、ウエハ２００に対してＨ_２ガスを供給する。このステップでは、バルブ２４３ｃ，２４３ｄを開き、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄ内へＨ_２ガスを流す。Ｈ_２ガスは、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄにより流量調整され、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、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してＨ_２ガスが供給される。ウエハ２００に対してＨ_２ガスを供給することで、ウエハ２００上に形成されたＳｉ膜２００ｈの表面を水素終端し、表面全域を清浄化させることが可能となる。

【0069】

その後、バルブ２４３ｃ，２４３ｄを閉じ、処理室２０１内への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内を排気する。このとき、Ｎ_２ガスを処理室２０１内へ供給するようにしてもよい。Ｎ_２ガスはパージガスとして作用する。

【0070】

各ガス供給管より供給するＨ_２ガスの供給流量は、それぞれ、例えば５００〜３０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。Ｈ_２ガスの供給時間は３０〜１２０分の範囲内の時間とする。ウエハ２００の温度（第１水素パージ温度）は、上述の成膜温度と同様の温度であって、例えば４５０〜５５０℃の範囲内の温度とする。処理室２０１内の圧力（第１水素パージ圧力）は、例えば５００〜２０００Ｐａの範囲内の圧力とする。

【0071】

（エッチングステップ）
第１水素パージステップが終了したら、ウエハ２００に対してＨＣｌガスを供給する。このステップでは、バルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内へＨＣｌガスを流す。ＨＣｌ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ＨＣｌガスが供給される。バルブ２４３ｃ，２４３ｄは閉じておき、処理室２０１内へのＮ_２ガスの供給は不実施とする。

【0072】

ウエハ２００に対してＨＣｌガスを供給することで、ウエハ２００上に形成されたＳｉ膜２００ｈの一部をエッチングすることが可能となる。Ｓｉ膜２００ｈのうち、凹部の表面側を塞ぐ部分を除去することで、その下に形成されていたボイドの上部が開口し、ボイドが露出した状態となる。この状態でエッチング処理を所定時間継続することで、ボイドの内壁（側壁や底部）を構成するＳｉ膜２００ｈをさらにエッチングすることが可能となり、その開口を広げることが可能となる。ボイドの内部へのＨＣｌガスの供給量は、表面側から底部側へ向かうにつれて徐々に少なくなる。そのため、ボイドの縦断面形状は、図５（ｄ）に示すように、底部側から表面側に向かうにつれて開口幅が次第に大きくなるＶ字形状或いは逆台形状となる。露出したボイドをこのような形状に整形することで、後述する第２成膜ステップにおいて、露出したボイドの内部へのＭＳガスの供給を促すことが可能となる。結果として、凹部の内部を、Ｓｉ膜によって完全に、すなわち、ボイドフリーの状態となるように埋め込むことが可能となる。なお、このエッチング処理は、あくまで、Ｓｉ膜２００ｈにより覆われたＳｉ膜２００ｇが露出しない範囲内で、すなわち、下地のＳｉ膜２００ｇをエッチングしない範囲内で行う必要がある。すなわち、エッチング処理の終了時点において、ボイドの内壁にはアモルファスＳｉのみが露出しており、単結晶Ｓｉ（エピタキシャルＳｉ）が露出していない状態となるように、エッチング処理の終点を制御する必要がある。

【0073】

その後、バルブ２４３ａを閉じ、処理室２０１内へのＨＣｌ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内を排気する。このとき、Ｎ_２ガスを処理室２０１内へ供給するようにしてもよい。Ｎ_２ガスはパージガスとして作用する。

【0074】

以下、エッチングステップの処理条件について例示する。以下に示す条件は、ウエハ２００上に形成されたＳｉ膜２００ｈのアモルファス状態が維持される条件、すなわち、Ｓｉ膜２００ｈの結晶化が回避される条件でもある。すなわち、以下に示す条件は、Ｓｉ膜２００ｈがポリ化（多結晶化）しない条件でもあり、エピ化（単結晶化）しない条件でもある。また、以下に示す条件は、Ｓｉ膜２００ｈのエッチング量の面内均一性が維持される条件、すなわち、Ｓｉ膜２００ｈのエッチング量が面内全域にわたり均一となる条件でもある。

【0075】

ＨＣｌガスの供給流量は、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＨＣｌガスの供給時間は、例えば１０〜６０分の範囲内の時間とする。

【0076】

ウエハ２００の温度（エッチング温度）は、上述の成膜温度と同様の温度であって、例えば４５０〜５５０℃の範囲内の温度とする。処理室２０１内の圧力（エッチング圧力）は、上述の成膜圧力よりも高い圧力であって、例えば１０００〜５００００Ｐａ、好ましくは１００００〜４００００Ｐａ、より好ましくは２００００〜３００００Ｐａの範囲内の圧力とする。

【0077】

上述のエッチング温度下において、エッチング圧力が１０００Ｐａ未満となると、エッチング処理の進行が困難となったり、エッチング量の面内均一性が低下したりする場合がある。上述のエッチング温度下において、エッチング圧力を１０００Ｐａ以上の圧力とすることで、エッチング処理を実用的なレートで進行させ、エッチング量の面内均一性を高めることが可能となる。エッチング圧力を１００００Ｐａ以上の圧力とすることで、エッチングレートを確実に増加させ、エッチング量の面内均一性をさらに高めることが可能となる。エッチング圧力を２００００Ｐａ以上の圧力とすることで、これらの効果をより確実に得ることが可能となる。

【0078】

上述のエッチング温度下において、エッチング圧力が５００００Ｐａを超えると、エッチング処理が過剰に進行し、上述したボイド整形時の形状制御や、エッチング処理の終点制御を実現することが困難となる場合がある。上述のエッチング温度下において、エッチング圧力を５００００Ｐａ以下の圧力とすることで、これらの課題を回避することが可能となる。エッチング圧力を４００００Ｐａ以下の圧力とすることで、これらの課題を確実に回避することが可能となる。エッチング圧力を３００００Ｐａ以下の圧力とすることで、これらの課題をより確実に回避することが可能となる。

【0079】

（第２水素パージステップ）
エッチングステップが終了したら、第１水素パージステップと同様の処理手順により、処理室２０１内へＨ_２ガスを供給する。これにより、処理室２０１内に残留するＣｌを処理室２０１内から排除することができる。その後、第１水素パージステップと同様の処理手順により、処理室２０１内を排気する。このとき、Ｎ_２ガスを処理室２０１内へ供給するようにしてもよい。Ｎ_２ガスはパージガスとして作用する。Ｈ_２ガスの供給時間は１０〜６０分の範囲内の時間とする。他の処理条件は、第１水素パージステップの処理条件と同様とする。

【0080】

（第２成膜ステップ）
第２水素パージステップが終了したら、第１成膜ステップと同様の処理手順により、ウエハ２００に対してＭＳガス、ＰＨガスを供給する。ＭＳガス、ＰＨガスの供給時間は、それぞれ、例えば１０〜３００分の範囲内の時間とする。他の処理条件は、第１成膜ステップの処理条件と同様とする。

【0081】

ウエハ２００に対してＭＳガス、ＰＨガスを供給することで、ウエハ２００上、すなわち、エッチング処理後のＳｉ膜２００ｈの表面上に、Ｓｉ膜２００ｉを成長させることが可能となる。Ｓｉ膜２００ｉも、Ｓｉ膜２００ｈと同様、ＰがドープされたドープトＳｉ膜となる。上述したように、第２成膜ステップの処理条件は、ガスの供給時間を除いて第１成膜ステップの処理条件と同様である。また、開口が広げられたボイドの内壁には、エピタキシャルＳｉが露出しておらず、アモルファスＳｉのみが露出した状態となっている。従って、Ｓｉ膜２００ｉの成長は、Ｓｉ膜２００ｈの成長時と同様、アモルファス成長となる。Ｓｉ膜２００ｈの表面は、アモルファス状態のＳｉ膜２００ｉによって覆われる。また、ボイドの内部は、アモルファス状態のＳｉ膜２００ｉによって、ボイドフリーの状態で完全に埋め込まれる。

【0082】

その後、バルブ２４３ａ，２４３ｂを閉じ、処理室２０１内へのＭＳガス、ＰＨガスの供給をそれぞれ停止する。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内を排気する。このとき、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。

【0083】

（アフターパージ及び大気圧復帰）
第２成膜ステップが終了したら、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄ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）。

【0084】

（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）。

【0085】

（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。

【0086】

（ａ）エッチングガスとしてＨＣｌガスを用いることにより、エッチング温度を、成膜温度と同様の温度（４５０〜５５０℃の範囲内の温度）に設定しても、Ｓｉ膜２００ｈのエッチング処理を進行させることが可能となる。これにより、基板処理の生産性を向上させることが可能となる。

【0087】

というのも、エッチングガスとして塩素（Ｃｌ_２）ガスを用いる場合、Ｓｉ膜２００ｈをエッチングするには、エッチング温度を例えば３５０℃程度の温度に設定する必要がある。この場合、第１成膜ステップとエッチングステップとの間に、処理室２０１内の温度を１００℃以上低下させてその温度が安定化するまで待機する降温ステップを設ける必要がある。また、エッチングステップと第２成膜ステップとの間に、処理室２０１内の温度を１００℃以上上昇させその温度が安定するまで待機する昇温ステップを設ける必要がある。

【0088】

これに対し、本実施形態では、第１成膜ステップから第２成膜ステップに至る一連のステップを同様の温度下で実施できるため、それらのステップの間に降温ステップや昇温ステップを設ける必要がない。これにより、基板処理の手順を簡素化させたり、基板処理に要する合計時間を短縮させたりすることができ、基板処理の生産性を向上させることが可能となる。

【0089】

（ｂ）エッチング処理を、Ｓｉ膜２００ｈのアモルファス状態が維持される温度下で行うことにより、Ｓｉ膜２００ｈのエッチングレートが高い状態を維持することが可能となる。

【0090】

というのも、エッチング処理を、上述のエッチング温度よりも高い温度（５５０℃を超える温度であって、例えば８００〜１３００℃の範囲内の温度）下で行う場合、Ｓｉ膜２００ｈが結晶化すること、すなわち、Ｓｉ膜２００ｈの結晶状態が変わることにより、エッチングレートが低下する場合がある。また、Ｓｉ膜２００ｈの一部が局所的に結晶化した場合、結晶化した部分のエッチングレートが他の部分よりも低下し、エッチング後のＳｉ膜２００ｈの表面に凹凸が形成される場合もある。結果として、ウエハ２００上に最終的に形成されるＳｉ膜（Ｓｉ膜２００ｈやＳｉ膜２００ｉを含む積層膜）の表面ラフネスが悪化、すなわち、膜の表面の平滑度が低下する場合がある。

【0091】

これに対し、本実施形態では、Ｓｉ膜２００ｈのアモルファス状態が維持される温度下、すなわち、Ｓｉ膜２００ｈの結晶状態を変化させない低温下でエッチング処理を行うことから、エッチングレートが高い状態を維持することが可能となる。また、最終的に形成されるＳｉ膜の面内膜厚均一性を向上させ、表面ラフネスを良好な状態のまま維持することが可能となる。

【0092】

（ｃ）エッチング処理を、成膜圧力よりも高い圧力、具体的には、１０００〜５００００Ｐａ、好ましくは１００００〜４００００Ｐａ、より好ましくは２００００〜３００００Ｐａの範囲内の圧力下で行うことにより、Ｓｉ膜２００ｈのエッチングを効率的に進行させることが可能となる。また、エッチング量の面内均一性を維持することができ、最終的に形成されるＳｉ膜の面内膜厚均一性を向上させ、表面ラフネスを良好な状態のまま維持することが可能となる。

【0093】

（ｄ）Ｓｉ膜２００ｈ中にＰをドープし、その濃度を例えば１．０×１０^２１〜１．０×１０^２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内の濃度とすることにより、ＨＣｌガスを用いたＳｉ膜２００ｈのエッチングレートを高めることが可能となる。これにより、基板処理に要する合計時間を短縮させ、基板処理の生産性を向上させることが可能となる。

【0094】

（ｅ）エッチングステップを、下地のＳｉ膜２００ｇをエッチングすることなく行うことにより、エッチングレートが高い状態を維持することが可能となる。また、最終的に形成されるＳｉ膜の面内膜厚均一性を向上させ、表面ラフネスを良好な状態のまま維持することが可能となる。また、ウエハ２００の最表面において、Ｓｉ膜２００ｇが露出しない状態を維持することができ、第２成膜ステップにおいて、Ｓｉ膜２００ｉをアモルファス成長させることが可能となる。アモルファス成長はエピタキシャル成長よりも成長レートが大きいことから、基板処理に要する合計時間を短縮させ、基板処理の生産性を向上させることが可能となる。また、エッチング処理を行うことで形状を整えた凹部内に、Ｓｉ膜２００ｉの成長レートの相違によって再びボイドが発生してしまうことを回避することも可能となる。

【0095】

（ｆ）エッチングステップの実施前に第１水素パージステップを実施することにより、Ｓｉ膜２００ｈの表面を清浄化させることができ、これにより、その後に行うエッチング処理の効率を高めたり、エッチング量の面内均一性を向上させたりすることが可能となる。また、エッチングステップの実施後に第２水素パージステップを実施することにより、処理室２０１内からのＣｌの除去効率を高めることができ、これにより、その後に形成するＳｉ膜２００ｉの膜質を向上させることが可能となる。

【0096】

（ｇ）第１成膜ステップの前に、ＤＣＳガスとＤＳガスとを交互に供給するシードステップを実施することから、Ｓｉ膜２００ｇ，２００ｈの成膜処理を効率的に行ったり、これらの膜の膜質や面内膜厚均一性を向上させたりすることが可能となる。

【0097】

（ｈ）上述の効果は、第１原料ガスとしてＤＣＳガス以外のハロシラン原料ガスを用いる場合や、第２原料ガスとしてＤＳガス以外の水素化ケイ素ガスを用いる場合や、第３原料ガスとしてＭＳガス以外の水素化ケイ素ガスを用いる場合や、ドーパントガスとしてＰＨガス以外のガスを用いる場合にも、同様に得ることができる。

【0098】

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

【0099】

（変形例１）
エッチングステップの実施前に形成するＳｉ膜２００ｈのＰ濃度を、エッチングステップの実施後に形成するＳｉ膜２００ｉのＰ濃度よりも高くしてもよい。例えば、Ｓｉ膜２００ｈにおけるＰ濃度を３．０×１０^２１〜１．０×１０^２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内の濃度とし、Ｓｉ膜２００ｉにおけるＰ濃度を１．０×１０^２１〜２．０×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内の濃度としてもよい。例えば、第１成膜ステップにおけるＰＨガスの供給流量を６００〜１０００ｓｃｃｍとし、第２成膜ステップにおけるＰＨガスの供給流量を１〜５００ｓｃｃｍとする等し、第１成膜ステップにおけるＰＨガスの供給流量や分圧を、第２成膜ステップにおけるＰＨガスの供給流量や分圧よりも大きくすることで、これを実現することができる。このように、エッチング対象であるＳｉ膜２００ｈにおけるＰ濃度を充分に、例えばＳｉ膜２００ｉにおけるＰ濃度よりも高くすることにより、上述したエッチングレートの向上効果を高めることが可能となる。

【0100】

（変形例２）
エッチングステップの実施後に形成するＳｉ膜２００ｉを、ＰがドープされていないノンドープＳｉ膜としてもよい。例えば、Ｓｉ膜２００ｈにおけるＰ濃度を１．０×１０^２１〜１．０×１０^２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲内の濃度とし、Ｓｉ膜２００ｉをノンドープＳｉ膜としてもよい。このように、エッチング対象であるＳｉ膜２００ｈにおけるＰ濃度を充分に、例えばＳｉ膜２００ｉにおけるＰ濃度よりも高くすることにより、上述したエッチングレートの向上効果が同様に得られるようになる。

【0101】

（変形例３）
第１成膜ステップの途中でＰＨガスの供給流量や分圧を増加させる等し、Ｓｉ膜２００ｈのうち、エッチング対象となる表面側の部分におけるＰ濃度を、他の部分（表面よりも下層側の部分）におけるＰ濃度よりも高くするようにしてもよい。例えば、ＰＨガスの供給流量を１〜５００ｓｃｃｍとして第１成膜ステップを開始し、第１成膜ステップの途中で、ＰＨガスの供給流量を６００〜１０００ｓｃｃｍに変更する等することにより、これを実現することができる。このように、Ｓｉ膜２００ｈのうちエッチング対象となる部分におけるＰ濃度を特に高くすることにより、上述したエッチングレートの向上効果をより高めることが可能となる。

【0102】

（変形例４）
第１水素パージステップおよび第２水素パージステップのうち、いずれかのステップの実施を省略してもよい。また、これら両方のステップの実施をそれぞれ省略してもよい。

【0103】

＜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。

【0104】

基板処理に用いられるレシピは、処理内容に応じて個別に用意し、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。

【0105】

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。

【0106】

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。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。

【0107】

上述の実施形態の手法により形成したＳｉ膜は、コンタクトホールの埋め込みによるコンタクトプラグの形成等の用途に、好適に用いることが可能である。

【0108】

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。

【実施例】

【0109】

以下、上述の実施形態や変形例で得られる効果を裏付ける実験結果について説明する。

【0110】

上述の基板処理装置を用い、図４に示す成膜シーケンスのシードステップ、第１成膜ステップを行うことにより、ウエハ上にＳｉ膜を形成した。Ｓｉ膜中のＰ濃度は、７．０×１０^２０，１．０×１０^２１，２．１×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３とした。そして、図４に示す成膜シーケンスのエッチングステップを行うことにより、Ｓｉ膜の表面をエッチングした。エッチング圧力は２００００，３００００Ｐａとした。他の処理条件は、上述の実施形態に記載の条件範囲内の条件とした。

【0111】

図６は、エッチングレートの評価結果を示す図である。図中横軸はエッチング圧力（Ｐａ）を、縦軸はエッチングレート（Å／ｍｉｎ）を示している。図中◇、■、△印は、それぞれ、Ｐ濃度が、７．０×１０^２０，１．０×１０^２１，２．１×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であるＳｉ膜のデータを示している。図６によれば、いずれのＰ濃度、いずれのエッチング圧力の場合も実用的なエッチングレートが得られることが分かる。また、Ｐ濃度を高くするほど、また、エッチング圧力を高くするほど、Ｓｉ膜のエッチングレートを高めることが可能であることが分かる。

【0112】

＜本発明の好ましい態様＞
以下、本発明の好ましい態様について付記する。

【0113】

（付記１）
本発明の一態様によれば、
処理室内の基板上に第１アモルファスシリコン膜を形成する工程と、
前記処理室内において、前記第１アモルファスシリコン膜のアモルファス状態が維持される温度下で、塩化水素ガスを用いて、前記第１アモルファスシリコン膜の一部をエッチングする工程と、
を有する半導体装置の製造方法、または、基板処理方法が提供される。

【0114】

（付記２）
付記１に記載の方法であって、好ましくは、
前記第１アモルファスシリコン膜の一部をエッチングする工程では、前記処理室内の圧力を、前記第１アモルファスシリコン膜を形成する際の前記処理室内の圧力よりも高い圧力とする。

【0115】

（付記３）
付記１または２に記載の方法であって、好ましくは、
前記第１アモルファスシリコン膜の一部をエッチングする工程では、前記処理室内の圧力を、前記第１アモルファスシリコン膜のエッチング量の均一性が維持される圧力とする。

【0116】

（付記４）
付記１〜３のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第１アモルファスシリコン膜の一部をエッチングする工程では、前記処理室内の圧力を、１０００Ｐａ以上５００００Ｐａ以下とする。また好ましくは、１００００Ｐａ以上４００００Ｐａ以下とする。また好ましくは、２００００Ｐａ以上３００００Ｐａ以下とする。

【0117】

（付記５）
付記１〜４のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記処理室内において、一部がエッチングされた前記第１アモルファスシリコン膜の上に、第２アモルファスシリコン膜を形成する工程を、さらに有する。

【0118】

（付記６）
付記１〜５のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第１アモルファスシリコン膜はドーパントがドープされた膜（ドープトシリコン膜）である。

【0119】

前記ドーパントは、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）等の第１５族元素、または、硼素（Ｂ）等の第１３族元素を含む。

【0120】

（付記７）
付記６に記載の方法であって、好ましくは、
前記第２アモルファスシリコン膜はドーパントがドープされた膜であり、前記第１アモルファスシリコン膜におけるドーパント濃度を、前記第２アモルファスシリコン膜におけるドーパント濃度よりも高くする。

【0121】

（付記８）
付記６に記載の方法であって、好ましくは、
前記第２アモルファスシリコン膜はドーパントがドープされていない膜（ノンドープシリコン膜）である。

【0122】

（付記９）
付記６〜８のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第１アモルファスシリコン膜におけるドーパント濃度を、１．０×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、１．０×１０^２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とする。

【0123】

（付記１０）
付記１〜９のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第１アモルファスシリコン膜の一部をエッチングする工程を行う前に、前記処理室内の前記基板に対して水素含有ガスを供給する工程を、さらに有する。

【0124】

（付記１１）
付記１〜１０のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第１アモルファスシリコン膜の一部をエッチングする工程を行った後に、前記処理室内へ水素含有ガスを供給する工程を、さらに有する。

【0125】

（付記１２）
付記１〜１１のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記基板の表面には単結晶シリコンと絶縁膜とが露出している。

【0126】

（付記１３）
付記１〜１２のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記基板の表面には凹部が設けられており、前記凹部の底部が単結晶シリコンにより構成され、前記凹部の側部が絶縁膜により構成されている。

【0127】

（付記１４）
付記１３に記載の方法であって、好ましくは、
前記第１アモルファスシリコン膜を形成する工程では、前記第１アモルファスシリコン膜と前記単結晶シリコンとの界面にエピタキシャルシリコン膜が形成され、
前記第１アモルファスシリコン膜の一部をエッチングする工程では、前記エピタキシャルシリコン膜をエッチングすることなく、前記第１アモルファスシリコン膜の一部をエッチングする。

【0128】

（付記１５）
本発明の他の態様によれば、
基板に対して処理が行われる処理室と、
前記処理室内へシリコン含有ガスを供給する第１供給系と、
前記処理室内へ塩化水素ガスを供給する第２供給系と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記処理室内の基板上に第１アモルファスシリコン膜を形成する処理と、前記処理室内において、前記第１アモルファスシリコン膜のアモルファス状態が維持される温度下で、塩化水素ガスを用いて、前記第１アモルファスシリコン膜の一部をエッチングする処理と、を行わせるように、前記第１供給系、前記第２供給系、および前記ヒータ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が提供される。

【0129】

（付記１６）
本発明のさらに他の態様によれば、
基板処理装置の処理室内の基板上に第１アモルファスシリコン膜を形成する手順と、
前記処理室内において、前記第１アモルファスシリコン膜のアモルファス状態が維持される温度下で、塩化水素ガスを用いて、前記第１アモルファスシリコン膜の一部をエッチングする手順と、
をコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラム、または、該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。

【符号の説明】

【0130】

１２１ コントローラ（制御部）
２００ ウエハ（基板）
２００ｈ Ｓｉ膜（第１アモルファスシリコン膜）
２００ｉ Ｓｉ膜（第２アモルファスシリコン膜）
２０１ 処理室

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】