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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024145726
(43)【公開日】2024-10-15
(54)【発明の名称】成膜方法及び成膜装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/205 20060101AFI20241004BHJP
C23C 16/24 20060101ALI20241004BHJP
【ＦＩ】
H01L21/205
C23C16/24
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023058206
(22)【出願日】2023-03-31
(71)【出願人】
【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】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】バス トウヒン シュブラ
(72)【発明者】
【氏名】藤川 尋斗
(72)【発明者】
【氏名】本山 豊
(72)【発明者】
【氏名】熊谷 圭太
【テーマコード（参考）】
4K030
5F045
【Ｆターム（参考）】
4K030AA02
4K030AA06
4K030AA07
4K030AA08
4K030BA29
4K030BB05
4K030EA03
4K030KA04
5F045AA06
5F045AB04
5F045AC01
5F045AC03
5F045AC05
5F045AF03
5F045DP19
5F045DP28
5F045DQ05
5F045EC02
5F045EE11
5F045EF03
5F045EK06
5F045EM10
(57)【要約】
【課題】第１膜及び第２膜の上にシリコン膜を同時に成膜するに際し、第１膜の上に成膜されるシリコン膜と第２膜の上に成膜されるシリコン膜との膜厚差を制御できる技術を提供する。
【解決手段】本開示の一態様による成膜方法は、基板にシリコン膜を成膜する成膜方法であって、第１膜と第２膜とを表面に有する基板を準備する工程と、前記シリコン膜の成長を阻害する成長阻害ガスを前記基板に供給し、前記第１膜の上に前記成長阻害ガスを物理吸着させる工程と、前記第１膜の上に前記成長阻害ガスが物理吸着した前記基板に、珪素数が１のシラン系ガスを供給し、前記第１膜の上及び前記第２膜の上に前記シリコン膜を成膜する工程と、を有する。
【選択図】図１
【解決手段】本開示の一態様による成膜方法は、基板にシリコン膜を成膜する成膜方法であって、第１膜と第２膜とを表面に有する基板を準備する工程と、前記シリコン膜の成長を阻害する成長阻害ガスを前記基板に供給し、前記第１膜の上に前記成長阻害ガスを物理吸着させる工程と、前記第１膜の上に前記成長阻害ガスが物理吸着した前記基板に、珪素数が１のシラン系ガスを供給し、前記第１膜の上及び前記第２膜の上に前記シリコン膜を成膜する工程と、を有する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板にシリコン膜を成膜する成膜方法であって、
第１膜と第２膜とを表面に有する基板を準備する工程と、
前記シリコン膜の成長を阻害する成長阻害ガスを前記基板に供給し、前記第１膜の上に前記成長阻害ガスを物理吸着させる工程と、
前記第１膜の上に前記成長阻害ガスが物理吸着した前記基板に、珪素数が１のシラン系ガスを供給し、前記第１膜の上及び前記第２膜の上に前記シリコン膜を成膜する工程と、
を有する、成膜方法。
第１膜と第２膜とを表面に有する基板を準備する工程と、
前記シリコン膜の成長を阻害する成長阻害ガスを前記基板に供給し、前記第１膜の上に前記成長阻害ガスを物理吸着させる工程と、
前記第１膜の上に前記成長阻害ガスが物理吸着した前記基板に、珪素数が１のシラン系ガスを供給し、前記第１膜の上及び前記第２膜の上に前記シリコン膜を成膜する工程と、
を有する、成膜方法。
【請求項2】
前記成長阻害ガスは、熱分解温度より低い温度で供給される、
請求項１に記載の成膜方法。
請求項１に記載の成膜方法。
【請求項3】
前記第１膜と前記第２膜とは、前記シリコン膜を成膜する際のインキュベーション時間が異なる膜である、
請求項１に記載の成膜方法。
請求項１に記載の成膜方法。
【請求項4】
前記第２膜の前記インキュベーション時間は、前記第１膜の前記インキュベーション時間より長い、
請求項３に記載の成膜方法。
請求項３に記載の成膜方法。
【請求項5】
前記第１膜は、シリコン膜又は窒化シリコン膜であり、
前記第２膜は、酸化シリコン膜である、
請求項４に記載の成膜方法。
前記第２膜は、酸化シリコン膜である、
請求項４に記載の成膜方法。
【請求項6】
前記成長阻害ガスは、ホスフィンガス又はジボランガスである、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の成膜方法。
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項7】
基板にシリコン膜を成膜する成膜装置であって、
前記基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、
制御部と、
を備え、
前記基板は、第１膜と第２膜とを表面に有し、
前記処理ガスは、前記シリコン膜の成長を阻害する成長阻害ガスと、珪素数が１のシラン系ガスとを含み、
前記制御部は、前記成長阻害ガスを前記基板に供給し、前記第１膜の上に前記成長阻害ガスを物理吸着させる工程を行うよう前記ガス供給部を制御するように構成され、
前記制御部は、前記第１膜の上に前記成長阻害ガスが物理吸着した前記基板に前記シラン系ガスを供給し、前記第１膜の上及び前記第２膜の上に前記シリコン膜を成膜する工程を行うよう前記ガス供給部を制御するように構成される、
成膜装置。
前記基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、
制御部と、
を備え、
前記基板は、第１膜と第２膜とを表面に有し、
前記処理ガスは、前記シリコン膜の成長を阻害する成長阻害ガスと、珪素数が１のシラン系ガスとを含み、
前記制御部は、前記成長阻害ガスを前記基板に供給し、前記第１膜の上に前記成長阻害ガスを物理吸着させる工程を行うよう前記ガス供給部を制御するように構成され、
前記制御部は、前記第１膜の上に前記成長阻害ガスが物理吸着した前記基板に前記シラン系ガスを供給し、前記第１膜の上及び前記第２膜の上に前記シリコン膜を成膜する工程を行うよう前記ガス供給部を制御するように構成される、
成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、成膜方法及び成膜装置に関する。
【背景技術】
【0002】
基板の表面に露出したＳｉＯ膜及びＳｉＮ膜の表層を窒化処理してシード層を形成した後にＡＬＤによってＳｉＮ膜を成膜することで、ＳｉＯ膜の表面とＳｉＮ膜の表面とでＳｉＮ膜の成長を揃える技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１７－１７５１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示は、第１膜及び第２膜の上にシリコン膜を同時に成膜するに際し、第１膜の上に成膜されるシリコン膜と第２膜の上に成膜されるシリコン膜との膜厚差を制御できる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一態様による成膜方法は、基板にシリコン膜を成膜する成膜方法であって、第１膜と第２膜とを表面に有する基板を準備する工程と、前記シリコン膜の成長を阻害する成長阻害ガスを前記基板に供給し、前記第１膜の上に前記成長阻害ガスを物理吸着させる工程と、前記第１膜の上に前記成長阻害ガスが物理吸着した前記基板に、珪素数が１のシラン系ガスを供給し、前記第１膜の上及び前記第２膜の上に前記シリコン膜を成膜する工程と、を有する。
【発明の効果】
【0006】
本開示によれば、第１膜及び第２膜の上にシリコン膜を同時に成膜するに際し、第１膜の上に成膜されるシリコン膜と第２膜の上に成膜されるシリコン膜との膜厚差を制御できる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】実施形態に係る成膜方法を示すフローチャートである。
【図2】実施形態に係る成膜方法を示す断面図である。
【図3】ａ－Ｓｉ膜上にａ－Ｓｉ膜を成膜する場合の表面反応を示す図である。
【図4】ＳｉＯ２膜上にａ－Ｓｉ膜を成膜する場合の表面反応を示す図である。
【図5】実施形態に係る成膜装置を示す断面図である。
【図6】ａ－Ｓｉ膜上にａ－Ｓｉ膜を成膜したときのガス供給時間と膜厚との関係を示す図である。
【図7】ＳｉＯ２膜上にａ－Ｓｉ膜を成膜したときのガス供給時間と膜厚との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。
【0009】
【0010】
準備工程Ｓ１０は、図２（ａ）に示されるように、基板１０１を準備することを含む。基板１０１は、例えばシリコンウエハ等の半導体ウエハである。基板１０１は、アモルファスシリコン膜（ａ－Ｓｉ膜）１０２と酸化シリコン膜（ＳｉＯ２膜）１０３とを表面に有する。ａ－Ｓｉ膜１０２は、第１膜の一例である。ＳｉＯ２膜１０３は、第２膜の一例である。基板１０１は、平坦部１０４と、第１柱状部１０５と、第２柱状部１０６とを表面に有する。第１柱状部１０５及び第２柱状部１０６は、それぞれ平坦部１０４上に設けられる。第１柱状部１０５及び第２柱状部１０６は、それぞれ複数であってもよい。ａ－Ｓｉ膜１０２は、平坦部１０４及び第１柱状部１０５を覆う。ＳｉＯ２膜１０３は、第２柱状部１０６を覆う。基板１０１は、第１柱状部１０５及び第２柱状部１０６を有しなくてもよい。この場合、ａ－Ｓｉ膜１０２とＳｉＯ２膜１０３とが、平坦部１０４上の異なる領域に設けられる。準備工程Ｓ１０は、基板１０１を所定の温度に調整して維持することを含んでよい。所定の温度は、成長阻害工程Ｓ２０における処理温度と同じ温度であってよい。この場合、準備工程Ｓ１０から成長阻害工程Ｓ２０に移行する際に温度を変更しなくてよいので、生産性が向上する。
【0011】
成長阻害工程Ｓ２０は、準備工程Ｓ１０の後に行われる。成長阻害工程Ｓ２０は、基板１０１を第１処理温度に調整して維持することを含む。成長阻害工程Ｓ２０は、基板１０１にホスフィン（ＰＨ３）ガスを供給することを含む。ホスフィンガスは、成長阻害ガスの一例である。ホスフィンガスは、図２（ｂ）に示されるように、ａ－Ｓｉ膜１０２の表面に選択的に物理吸着するのに対し、ＳｉＯ２膜１０３の表面にはほとんど物理吸着しない。理由については後述する。第１処理温度は、ホスフィンガスの熱分解温度より低い温度であることが好ましい。この場合、ａ－Ｓｉ膜１０２の表面に対するホスフィンガスの化学吸着を防止できるため、成膜工程Ｓ３０においてａ－Ｓｉ膜１０２の表面に存在するホスフィンガスが容易に除去される。このため、ホスフィンガスに含まれるリン（Ｐ）が後述するａ－Ｓｉ膜１０８の膜中に残存することを防止できる。その結果、ａ－Ｓｉ膜１０８の性質に影響を与えることがない。第１処理温度は、例えば４７０℃である。
【0012】
成膜工程Ｓ３０は、成長阻害工程Ｓ２０の後に行われる。成膜工程Ｓ３０は、基板１０１を第２処理温度に調整して維持することを含む。成膜工程Ｓ３０は、基板１０１にモノシラン（ＳｉＨ４）ガスを供給し、ａ－Ｓｉ膜１０２上及びＳｉＯ２膜１０３上にａ－Ｓｉ膜１０８を成膜することを含む。モノシランガスは、珪素数が１のシラン系ガスの一例である。ＳｉＯ２膜１０３に対してモノシランガスの供給が開始されてから成膜が開始されるまでには所定の時間を要する。ａ－Ｓｉ膜１０２に対してモノシランガスの供給が開始されると供給直後から成膜が開始されるが、表面にＰＨ３が物理吸着している場合、物理吸着するＰＨ３の量が多くなるほど、モノシランガスの供給が開始されてから成膜が開始されるまでの時間が長くなる。成膜工程Ｓ３０では、ａ－Ｓｉ膜１０２上にＰＨ３が物理吸着しているので、ａ－Ｓｉ膜１０２上にＰＨ３が物理吸着していない場合と比べて、ａ－Ｓｉ膜１０２上及びＳｉＯ２膜１０３上に膜厚差が小さいａ－Ｓｉ膜１０８が成膜される。第２処理温度は、モノシランガスの熱分解温度以上６００℃以下の温度であってよい。第２処理温度は、第１処理温度と同じであってよく、例えば４７０℃である。
【0013】
図３を参照し、ａ－Ｓｉ膜１０２上にａ－Ｓｉ膜１０８を成膜する場合の表面反応について説明する。図３（ａ）に示されるように、ａ－Ｓｉ膜１０２の表面は、Ｓｉ－Ｈ結合や未結合手（ダングリングボンド）を有する珪素（Ｓｉ）により構成される。Ｓｉ－Ｈ結合やダングリングボンドを有する珪素を有する表面には、ホスフィン（ＰＨ３）が吸着しやすい。このため、図３（ｂ）に示されるように、成長阻害工程Ｓ２０においてａ－Ｓｉ膜１０２に対してホスフィンガスが供給されると、ａ－Ｓｉ膜１０２の表面にＰＨ３が物理吸着する。
【0014】
続いて、成膜工程Ｓ３０においてモノシランガスが供給されると、図３（ｃ）に示されるように、モノシランガスが熱分解してＳｉＨ２ラジカルが生成される。ＳｉＨ２ラジカルは、ａ－Ｓｉ膜１０２の表面に存在する水素（Ｈ）を引き抜くことでＳｉＨ４に戻ると共にダングリングボンドを生成する。ａ－Ｓｉ膜１０２の表面にＰＨ３が物理吸着していない場合、ダングリングボンドに別のＳｉＨ２ラジカルが吸着してａ－Ｓｉ膜１０８の成膜が開始される。これに対し、ａ－Ｓｉ膜１０２の表面にＰＨ３が物理吸着している場合、ダングリングボンドへのＳｉＨ２ラジカルの吸着がＰＨ３により阻害される。この場合、ａ－Ｓｉ膜１０２の表面にＳｉＨ２ラジカルが供給され続けると、ａ－Ｓｉ膜１０２の表面からＰＨ３が脱離する。ａ－Ｓｉ膜１０２の表面からＰＨ３が脱離すると、ＳｉＨ２ラジカルがａ－Ｓｉ膜１０２の表面に存在する水素（Ｈ）を引き抜くことでＳｉＨ４に戻ると共にダングリングボンドを生成しやすくなる。その結果、ダングリングボンドに別のＳｉＨ２ラジカルが吸着してａ－Ｓｉ膜１０８の成膜が開始される。
【0015】
このように、表面にＰＨ３が物理吸着したａ－Ｓｉ膜１０２に対しては、モノシランガスの供給が開始されてからａ－Ｓｉ膜１０８の成膜が開始されるまでに要する時間（以下「インキュベーション時間」ともいう。）が長くなる。インキュベーション時間は、ａ－Ｓｉ膜１０２の表面に物理吸着するＰＨ３の量が多いほど長くなる。そこで、成長阻害工程Ｓ２０において基板１０１に対するホスフィンガスの供給時間を変更することで、ａ－Ｓｉ膜１０２に対するａ－Ｓｉ膜１０８のインキュベーション時間を制御できる。
【0016】
図４を参照し、ＳｉＯ２膜１０３上にａ－Ｓｉ膜１０８を成膜する場合の表面反応について説明する。図４（ａ）に示されるように、ＳｉＯ２膜１０３の表面は、多くのＳｉ－Ｏ結合を有し、ａ－Ｓｉ膜１０２の表面と比べてＳｉ－Ｈ結合やダングリングボンドを有する珪素（Ｓｉ）が少ない。Ｓｉ－Ｏ結合は、ＳｉＨ２ラジカルによる水素（Ｈ）の引き抜きを阻害する機能を有する。このため、ＳｉＯ２膜１０３上にモノシランガスの供給が開始されてからａ－Ｓｉ膜１０８の成膜が開始されるまでに要する時間は、ａ－Ｓｉ膜１０２上にモノシランガスの供給が開始されてからａ－Ｓｉ膜１０８の成膜が開始されるまでに要する時間より長くなる。Ｓｉ－Ｏ結合は、ＰＨ３の物理吸着を阻害する機能を有する。このため、成長阻害工程Ｓ２０においてＳｉＯ２膜１０３の表面がホスフィンガスに晒されても、図４（ｂ）に示されるように、ＳｉＯ２膜１０３の表面にはＰＨ３がほとんど物理吸着しない。
【0017】
続いて、成膜工程Ｓ３０においてモノシランガスが供給されると、図４（ｃ）に示されるように、モノシランガスが熱分解してＳｉＨ２ラジカルが生成される。ＳｉＨ２ラジカルは、ＳｉＯ２膜１０３の表面に存在する水素（Ｈ）を引き抜くことでＳｉＨ４に戻ると共にダングリングボンドを生成する。このとき、ＳｉＯ２膜１０３の表面は多くのＳｉ－Ｏ結合を有し、Ｓｉ－Ｈ結合が少ないため、ＳｉＨ２ラジカルによる水素（Ｈ）の引き抜きが生じにくい。このように、ＳｉＯ２膜１０３の表面では、ＰＨ３の物理吸着の有無に関わらず、モノシランガスの供給が開始されてからａ－Ｓｉ膜１０８の成長が開始されるまでに要する時間が長くなる。
【0018】
以上に説明したように、実施形態に係る成膜方法によれば、ａ－Ｓｉ膜１０２とＳｉＯ２膜１０３とを表面に有する基板１０１に、ホスフィンガスを供給してａ－Ｓｉ膜１０２の表面にＰＨ３を物理吸着させる。この後、モノシランガスを供給し、ａ－Ｓｉ膜１０２上及びＳｉＯ２膜１０３上にａ－Ｓｉ膜１０８を成膜する。これにより、ａ－Ｓｉ膜１０２上及びＳｉＯ２膜１０３上に膜厚差が小さいａ－Ｓｉ膜１０８を同時に成膜できる。
【0019】
実施形態に係る成膜方法によれば、基板１０１に対するホスフィンガスの供給時間を変更することで、ａ－Ｓｉ膜１０２に対するａ－Ｓｉ膜１０８のインキュベーション時間を制御できる。このとき、ＳｉＯ２膜１０３に対するａ－Ｓｉ膜１０８のインキュベーション時間はほとんど変化しない。このため、ａ－Ｓｉ膜１０２上及びＳｉＯ２膜１０３上に成膜されるａ－Ｓｉ膜１０８の膜厚差を制御できる。
【0020】
【0021】
成膜装置１は、処理容器１０と、ガス供給部３０と、排気部４０と、加熱部５０と、制御部８０とを備える。
【0022】
処理容器１０は、内部を減圧可能である。処理容器１０は、内部に基板Ｗを収容する。処理容器１０は、内管１１と、外管１２とを有する。内管１１及び外管１２は、下端が開放された有天井の円筒形状を有する。外管１２は、内管１１の外側を覆う。内管１１及び外管１２は、同軸状に配置された２重管構造を有する。内管１１及び外管１２は、石英等の耐熱材料により形成される。
【0023】
内管１１の天井は、例えば平坦であってよい。内管１１の一側には、その長手方向（上下方向）に沿ってガスノズルを収容する収容部１３が形成される。例えば、内管１１の側壁の一部を外側へ向けて突出させて凸部１４を形成し、凸部１４内を収容部１３として形成している。
【0024】
収容部１３に対向させて内管１１の反対側の側壁には、その長手方向（上下方向）に沿って矩形状の開口１５が形成される。
【0025】
開口１５は、内管１１内のガスを排気できるように形成されたガス排気口である。開口１５の長さは、ボート１６の長さと同じであるか、又は、ボート１６の長さより長く上下方向へそれぞれ延びるようにして形成される。
【0026】
処理容器１０の下端は、円筒形状のマニホールド１７によって支持される。マニホールド１７は、例えばステンレス鋼により形成される。マニホールド１７の上端には、フランジ１８が形成される。フランジ１８は、外管１２の下端を支持する。フランジ１８と外管１２との下端との間には、Ｏリング等のシール部材１９が設けられる。これにより、外管１２内が気密に維持される。
【0027】
マニホールド１７の上部の内壁には、円環状の支持部２０が設けられる。支持部２０は、内管１１の下端を支持する。マニホールド１７の下端の開口には、蓋体２１がＯリング等のシール部材２２を介して気密に取り付けられる。これにより、処理容器１０の下端の開口、すなわち、マニホールド１７の開口が気密に塞がれる。蓋体２１は、例えばステンレス鋼により形成される。
【0028】
蓋体２１の中央部には、磁性流体シール２３を介して回転軸２４が貫通させて設けられる。回転軸２４の下部は、ボートエレベータよりなる昇降機構２５のアーム２５Ａに回転自在に支持される。
【0029】
回転軸２４の上端には、回転プレート２６が設けられる。回転プレート２６上には、石英製の保温台２７を介して基板Ｗを保持するボート１６が載置される。ボート１６は、回転軸２４を回転させることにより回転する。ボート１６は、昇降機構２５を昇降させることによって蓋体２１と一体として上下動する。これにより、ボート１６は処理容器１０内に対して挿脱される。ボート１６は、処理容器１０内に収容可能である。ボート１６は、複数（例えば５０～１５０枚）の基板Ｗを上下方向に間隔を有して略水平に保持する。
【0030】
ガス供給部３０は、前述した成膜方法で用いられる各種の処理ガスを内管１１内に導入可能に構成される。ガス供給部３０は、ホスフィン供給部３１と、モノシラン供給部３２とを含む。
【0031】
ホスフィン供給部３１は、処理容器１０内にホスフィン供給管３１ａを備えると共に、処理容器１０の外部にホスフィン供給経路３１ｂを備える。ホスフィン供給経路３１ｂには、ガスの流通方向の上流側から下流側に向かって順に、ホスフィン供給源３１ｃ、マスフローコントローラ３１ｄ、バルブ３１ｅが設けられる。これにより、ホスフィン供給源３１ｃのホスフィンガスは、バルブ３１ｅにより供給タイミングが制御されると共に、マスフローコントローラ３１ｄにより所定の流量に調整される。ホスフィンガスは、ホスフィン供給経路３１ｂからホスフィン供給管３１ａに流入して、ホスフィン供給管３１ａから処理容器１０内に吐出される。
【0032】
モノシラン供給部３２は、処理容器１０内にモノシラン供給管３２ａを備えると共に、処理容器１０の外部にモノシラン供給経路３２ｂを備える。モノシラン供給経路３２ｂには、ガスの流通方向の上流側から下流側に向かって順に、モノシラン源３２ｃ、マスフローコントローラ３２ｄ、バルブ３２ｅが設けられる。これにより、モノシラン源３２ｃのモノシランガスは、バルブ３２ｅにより供給タイミングが制御されると共に、マスフローコントローラ３２ｄにより所定の流量に調整される。モノシランガスは、モノシラン供給経路３２ｂからモノシラン供給管３２ａに流入して、モノシラン供給管３２ａから処理容器１０内に吐出される。
【0033】
各ガス供給管（ホスフィン供給管３１ａ、モノシラン供給管３２ａ）は、マニホールド１７に固定される。各ガス供給管は、例えば石英により形成される。各ガス供給管は、内管１１の近傍位置を鉛直方向に沿って直線状に延在すると共に、マニホールド１７内においてＬ字状に屈曲して水平方向に延在することで、マニホールド１７を貫通する。各ガス供給管同士は、内管１１の周方向に沿って並んで設けられ、互いに同じ高さに形成される。
【0034】
ホスフィン供給管３１ａにおいて内管１１内に位置する部位には、複数のホスフィン吐出口３１ｆが設けられる。モノシラン供給管３２ａにおいて内管１１内に位置する部位には、複数のモノシラン吐出口３２ｆが設けられる。
【0035】
各吐出口（ホスフィン吐出口３１ｆ、モノシラン吐出口３２ｆ）は、それぞれのガス供給管の延在方向に沿って所定の間隔ごとに形成される。各吐出口は、水平方向に向けてガスを放出する。各吐出口同士の間隔は、例えばボート１６に保持される基板Ｗの間隔と同じに設定される。各吐出口の高さ方向の位置は、上下方向に隣り合う基板Ｗ間の中間位置に設定されている。これにより、各吐出口は隣り合う基板Ｗ間の対向面にガスを効率的に供給できる。
【0036】
ガス供給部３０は、複数種類のガスを混合して１つのガス供給管から混合したガスを吐出してもよい。各ガス供給管（ホスフィン供給管３１ａ、モノシラン供給管３２ａ）は、互いに異なる形状や配置であってもよい。成膜装置１は、ホスフィンガス、モノシランガスの他に、別のガスを供給するガス供給管を更に備えてもよい。
【0037】
排気部４０は、内管１１内から開口１５を介して排出され、内管１１と外管１２との間の空間Ｐ１を介してガス出口４１から排出されるガスを排気する。ガス出口４１は、マニホールド１７の上部の側壁であって、支持部２０の上方に形成される。ガス出口４１には、排気通路４２が接続される。排気通路４２には、圧力調整弁４３及び真空ポンプ４４が順次介設されて、処理容器１０内を排気できるようになっている。
【0038】
加熱部５０は、外管１２の周囲に設けられている。加熱部５０は、例えばベースプレート２８上に設けられている。加熱部５０は、外管１２を覆うように円筒形状を有する。加熱部５０は、例えば発熱体を含み、処理容器１０内の各基板Ｗを加熱する。
【0039】
制御部８０は、成膜装置１の各部の動作を制御する。制御部８０は、例えばコンピュータであってよい。成膜装置１の各部の動作を行うコンピュータのプログラムは、記憶媒体９０に記憶されている。記憶媒体９０は、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、フラッシュメモリ、ＤＶＤ等であってよい。
【0040】
〔成膜装置の動作〕
成膜装置１において実施形態に係る成膜方法を実施する場合の動作について説明する。
成膜装置１において実施形態に係る成膜方法を実施する場合の動作について説明する。
【0041】
まず、制御部８０は、昇降機構２５を制御して、複数の基板Ｗを保持したボート１６を処理容器１０内に搬入し、蓋体２１により処理容器１０の下端の開口を気密に塞ぎ、密閉する。続いて、制御部８０は、排気部４０を制御して処理容器１０内を減圧し、加熱部５０を制御して基板Ｗの温度を第１処理温度に調整する。各基板Ｗは、前述の基板１０１であってよい。
【0042】
続いて、制御部８０は、成長阻害工程Ｓ２０を実行するように、ガス供給部３０、排気部４０及び加熱部５０を制御する。具体的には、まず、制御部８０は、加熱部５０を制御して基板Ｗの温度を第１処理温度に維持した状態で、ガス供給部３０を制御して処理容器１０内にホスフィンガスを供給すると共に、排気部４０を制御して処理容器１０内を処理圧力に維持する。これにより、ホスフィンガスがａ－Ｓｉ膜１０２の表面に選択的に物理吸着する。
【0043】
続いて、制御部８０は、成膜工程Ｓ３０を実行するように、ガス供給部３０、排気部４０及び加熱部５０を制御する。具体的には、まず、制御部８０は、加熱部５０を制御して基板Ｗの温度を第２処理温度に調整して維持した状態で、ガス供給部３０を制御して処理容器１０内にモノシランガスを供給すると共に、排気部４０を制御して処理容器１０内を処理圧力に維持する。これにより、ａ－Ｓｉ膜１０２上及びＳｉＯ２膜１０３上に膜厚差が小さいａ－Ｓｉ膜１０８が成膜される。
【0044】
続いて、制御部８０は、処理容器１０内を大気圧に昇圧すると共に、処理容器１０内を搬出温度に降温させた後、昇降機構２５を制御してボート１６を処理容器１０内から搬出する。
【0045】
〔実施例〕
（実施例１）
実施例１では、ａ－Ｓｉ膜を表面に有する基板を準備した。続いて、準備した基板を前述の成膜装置１の処理容器１０内に収容し、前述した成長阻害工程Ｓ２０及び成膜工程Ｓ３０をこの順に実施した。成長阻害工程Ｓ２０では、基板温度を４７０℃に維持した状態で、基板にホスフィンガスを供給した。成膜工程Ｓ３０では、基板温度を４７０℃に維持した状態で、基板にモノシランガスを供給した。実施例１では、成膜工程Ｓ３０において基板にモノシランガスを供給する時間が異なる複数の条件でａ－Ｓｉ膜を成膜した。続いて、成膜されたａ－Ｓｉ膜の膜厚を測定した。
（実施例１）
実施例１では、ａ－Ｓｉ膜を表面に有する基板を準備した。続いて、準備した基板を前述の成膜装置１の処理容器１０内に収容し、前述した成長阻害工程Ｓ２０及び成膜工程Ｓ３０をこの順に実施した。成長阻害工程Ｓ２０では、基板温度を４７０℃に維持した状態で、基板にホスフィンガスを供給した。成膜工程Ｓ３０では、基板温度を４７０℃に維持した状態で、基板にモノシランガスを供給した。実施例１では、成膜工程Ｓ３０において基板にモノシランガスを供給する時間が異なる複数の条件でａ－Ｓｉ膜を成膜した。続いて、成膜されたａ－Ｓｉ膜の膜厚を測定した。
【0046】
（比較例１）
比較例１として、準備した基板を前述の成膜装置１の処理容器１０内に収容し、上記の成長阻害工程Ｓ２０を行うことなく、成膜工程Ｓ３０を実施した。成膜工程Ｓ３０では、実施例１と同じ条件でａ－Ｓｉ膜を成膜した。続いて、成膜されたａ－Ｓｉ膜の膜厚を測定した。
比較例１として、準備した基板を前述の成膜装置１の処理容器１０内に収容し、上記の成長阻害工程Ｓ２０を行うことなく、成膜工程Ｓ３０を実施した。成膜工程Ｓ３０では、実施例１と同じ条件でａ－Ｓｉ膜を成膜した。続いて、成膜されたａ－Ｓｉ膜の膜厚を測定した。
【0047】
図６は、ａ－Ｓｉ膜上にａ－Ｓｉ膜を成膜したときのガス供給時間と膜厚との関係を示す図である。図６において、横軸はガス供給時間を示し、縦軸はａ－Ｓｉ膜の膜厚を示す。図６では、実施例１において測定された複数のａ－Ｓｉ膜の膜厚をプロットしたときの各点を結ぶ実線の直線と、比較例１において測定された複数のａ－Ｓｉ膜の膜厚をプロットしたときの各点を結ぶ破線の直線とを示す。
【0048】
図６の実線で示されるように、実施例１ではモノシランガスの供給が開始されてから所定の時間Ｘ１が経過した後にａ－Ｓｉ膜の成膜が開始されている。これに対し、図６の破線で示されるように、比較例１ではモノシランガスの供給が開始された直後にａ－Ｓｉ膜の成膜が開始されていることが分かる。この結果から、成膜工程Ｓ３０の前に成長阻害工程Ｓ２０を実施することで、基板にモノシランガスの供給が開始されてからａ－Ｓｉ膜の成膜が開始されるまでに要する時間を長くできることが示された。
【0049】
（実施例２）
実施例２では、ＳｉＯ２膜を表面に有する基板を準備した。続いて、準備した基板を前述の成膜装置１の処理容器１０内に収容し、前述した成長阻害工程Ｓ２０及び成膜工程Ｓ３０をこの順に実施した。成長阻害工程Ｓ２０では、基板温度を４７０℃に維持した状態で、基板にホスフィンガスを供給した。成膜工程Ｓ３０では、基板温度を４７０℃に維持した状態で、基板にモノシランガスを供給した。実施例２では、成膜工程Ｓ３０において基板にモノシランガスを供給する時間が異なる複数の条件でａ－Ｓｉ膜を成膜した。続いて、成膜されたａ－Ｓｉ膜の膜厚を測定した。
実施例２では、ＳｉＯ２膜を表面に有する基板を準備した。続いて、準備した基板を前述の成膜装置１の処理容器１０内に収容し、前述した成長阻害工程Ｓ２０及び成膜工程Ｓ３０をこの順に実施した。成長阻害工程Ｓ２０では、基板温度を４７０℃に維持した状態で、基板にホスフィンガスを供給した。成膜工程Ｓ３０では、基板温度を４７０℃に維持した状態で、基板にモノシランガスを供給した。実施例２では、成膜工程Ｓ３０において基板にモノシランガスを供給する時間が異なる複数の条件でａ－Ｓｉ膜を成膜した。続いて、成膜されたａ－Ｓｉ膜の膜厚を測定した。
【0050】
（比較例２）
比較例２として、準備した基板を前述の成膜装置１の処理容器１０内に収容し、上記の成長阻害工程Ｓ２０を行うことなく、成膜工程Ｓ３０を実施した。成膜工程Ｓ３０では、実施例２と同じ条件でａ－Ｓｉ膜を成膜した。続いて、形成したａ－Ｓｉ膜の膜厚を測定した。
比較例２として、準備した基板を前述の成膜装置１の処理容器１０内に収容し、上記の成長阻害工程Ｓ２０を行うことなく、成膜工程Ｓ３０を実施した。成膜工程Ｓ３０では、実施例２と同じ条件でａ－Ｓｉ膜を成膜した。続いて、形成したａ－Ｓｉ膜の膜厚を測定した。
【0051】
図７は、ＳｉＯ２膜上にａ－Ｓｉ膜を成膜したときのガス供給時間と膜厚との関係を示す図である。図７において、横軸はガス供給時間を示し、縦軸はａ－Ｓｉ膜の膜厚を示す。図７では、実施例２において測定された複数のａ－Ｓｉ膜の膜厚をプロットしたときの各点を結ぶ実線の直線と、比較例１において測定された複数のａ－Ｓｉ膜の膜厚をプロットしたときの各点を結ぶ破線の直線とを示す。
【0052】
図７の実線で示されるように、実施例２ではモノシランガスの供給が開始されてから所定の時間Ｘ２が経過した後にａ－Ｓｉ膜の成膜が開始されていることが分かる。図７の破線で示されるように、比較例２ではモノシランガスの供給が開始されてから所定の時間Ｙ２が経過した後にａ－Ｓｉ膜の成膜が開始されていることが分かる。また、所定の時間Ｙ２は、所定の時間Ｘ２とほぼ同じであることが分かる。この結果から、ＳｉＯ２膜上にａ－Ｓｉ膜を成膜する場合、モノシランガスを供給する前にＳｉＯ２膜をホスフィンガスに晒しても、モノシランガスの供給が開始されてからａ－Ｓｉ膜の成膜が開始されるまでに要する時間がほとんど変化しないことが示された。
【0053】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
【0054】
上記の実施形態では、成長阻害ガスがホスフィンガスである場合を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、成長阻害ガスは、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）ガスであってもよい。
【0055】
上記の実施形態では、珪素数が１のシラン系ガスがＳｉＨ４ガスである場合を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、珪素数が１のシラン系ガスは、ＳｉＨ４ガスの分子中の水素（Ｈ）の一部がフッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）等のハロゲンで置換されたシラン系ガスであってもよい。例えば、珪素数が１のシラン系ガスは、ＳｉＦ４ガス、ＳｉＨＦ３ガス、ＳｉＨ２Ｆ２ガス、ＳｉＨ３Ｆガス、ＳｉＣｌ４ガス、ＳｉＨＣｌ３ガス、ＳｉＨ２Ｃｌ２（ＤＣＳ）ガス、ＳｉＨ３Ｃｌガス、Ｓｉ２Ｃｌ６ガス、ＳｉＢｒ４ガス、ＳｉＨＢｒ３ガス、ＳｉＨ２Ｂｒ２ガス、ＳｉＨ３Ｂｒガス、ＳｉI４ガス、ＳｉＨＩ３ガス、ＳｉＨ２Ｉ２ガス、ＳｉＨ３Ｉガスであってよい。
【0056】
上記の実施形態では、第１膜がａ－Ｓｉ膜であり、第２膜がＳｉＯ２膜である場合を説明したが、本開示はこれに限定されない。第１膜と第２膜とは異なる材料で形成されていればよい。例えば、第１膜及び第２膜は、ａ－Ｓｉ膜を成膜する際のインキュベーション時間が異なる膜である。例えば、第１膜が窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）であり、第２膜がＳｉＯ２膜であってもよい。例えば、基板１０１は、第１膜及び第２膜に加えて、別の膜を表面に有してもよい。
【0057】
上記の実施形態では、成膜装置が複数の基板に対して一度に処理を行うバッチ式の装置である場合を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、成膜装置は基板を１枚ずつ処理する枚葉式の装置であってよい。
【符号の説明】
【0058】
１ 成膜装置
１０ 処理容器
３１ ホスフィン供給部
３２ モノシラン供給部
８０ 制御部
Ｓ１０ 準備工程
Ｓ２０ 成長阻害工程
Ｓ３０ 成膜工程
１０ 処理容器
３１ ホスフィン供給部
３２ モノシラン供給部
８０ 制御部
Ｓ１０ 準備工程
Ｓ２０ 成長阻害工程
Ｓ３０ 成膜工程
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】