特許 7190875 ポリシリコン膜の形成方法及び成膜装置

(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】

(24)【登録日】2022-12-08

(45)【発行日】2022-12-16

(54)【発明の名称】ポリシリコン膜の形成方法及び成膜装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20221209BHJP

   H01L 21/20 20060101ALI20221209BHJP

   C23C 16/24 20060101ALI20221209BHJP

   C23C 16/56 20060101ALI20221209BHJP

【ＦＩ】

H01L21/205

H01L21/20

C23C16/24

C23C16/56

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018215345

(22)【出願日】2018-11-16

(65)【公開番号】P2020087993

(43)【公開日】2020-06-04

【審査請求日】2021-10-13

(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】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】本山 豊

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 篤史

【審査官】高柳 匡克

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－３４５７６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１８６０８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０８８１７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２４９７６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１９２７５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２０４４３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０４５０８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／２０

Ｃ２３Ｃ １６／２４

Ｃ２３Ｃ １６／５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板の上にアモルファスシリコン膜を形成する工程と、
前記アモルファスシリコン膜上にアモルファスゲルマニウム膜又はアモルファスシリコンゲルマニウム膜により形成されたキャップ層を形成する工程と、
前記基板を第１の温度で熱処理して前記アモルファスシリコン膜中にシリコンの結晶核を形成する工程と、
前記結晶核を形成した後、前記キャップ層を除去する工程と、
前記キャップ層が除去された前記基板を前記第１の温度以上の第２の温度で熱処理して前記結晶核を成長させる工程と、
を有し、
前記結晶核を形成する工程において、前記アモルファスシリコン膜の大部分はアモルファス（非晶質）の状態を維持したまま前記アモルファスシリコン膜の一部を結晶化して結晶核を形成し、
前記結晶核を成長させる工程において、前記結晶核を起点として前記アモルファスシリコン膜の大部分を結晶化する、
ポリシリコン膜の形成方法。

【請求項2】

前記キャップ層を形成する工程は、前記アモルファスシリコン膜を形成する工程の後、前記基板を大気に曝露することなく連続して行われる、
請求項１に記載のポリシリコン膜の形成方法。

【請求項3】

前記第２の温度は、前記第１の温度よりも高い、
請求項１又は２に記載のポリシリコン膜の形成方法。

【請求項4】

前記第１の温度は、４５０℃～５５０℃である、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のポリシリコン膜の形成方法。

【請求項5】

前記キャップ層を除去する工程は、前記キャップ層を希フッ酸でエッチングした後、前記キャップ層を過酸化水素水でエッチングする工程である、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のポリシリコン膜の形成方法。

【請求項6】

前記アモルファスシリコン膜を形成する工程の前に、前記基板の上にシード層を形成する工程を有する、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のポリシリコン膜の形成方法。

【請求項7】

基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内にシリコン原料ガス、ゲルマニウム原料ガス及びエッチングガスを供給する供給部と、
前記処理容器内を排気する排気部と、
前記基板を加熱する加熱部と、
制御部と、
を有し、
前記制御部は、
前記処理容器内に前記シリコン原料ガスを供給して前記基板の上にアモルファスシリコン膜を形成する工程と、
前記処理容器内に前記ゲルマニウム原料ガスを供給して前記アモルファスシリコン膜上にアモルファスゲルマニウム膜を形成する、又は前記処理容器内に前記シリコン原料ガス及び前記ゲルマニウム原料ガスを供給して前記アモルファスシリコン膜上にアモルファスシリコンゲルマニウム膜を形成することによりキャップ層を形成する工程と、
前記アモルファスシリコン膜を第１の温度で熱処理して前記アモルファスシリコン膜中にシリコンの結晶核を形成する工程と、
前記結晶核を形成した後、前記キャップ層を除去する工程と、
前記キャップ層が除去された前記基板を前記第１の温度以上の第２の温度で熱処理して前記結晶核を成長させる工程と、
を実行するように前記供給部、前記排気部及び前記加熱部を制御するよう構成され、
前記結晶核を形成する工程において、前記アモルファスシリコン膜の大部分はアモルファス（非晶質）の状態を維持したまま前記アモルファスシリコン膜の一部を結晶化して結晶核を形成し、
前記結晶核を成長させる工程において、前記結晶核を起点として前記アモルファスシリコン膜の大部分を結晶化する、
成膜装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ポリシリコン膜の形成方法及び成膜装置に関する。

【背景技術】

【0002】

結晶成長が遅い第１のアモルファスシリコン膜の上に結晶成長が第１のアモルファスシリコン膜よりも速い第２のアモルファスシリコン膜を積層し、結晶化処理を行うことにより、大粒径のポリシリコン膜を形成す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】

【文献】特開２０１５－１１５４３５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、ポリシリコン膜のグレインサイズを拡大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ポリシリコン膜の形成方法は、基板の上にアモルファスシリコン膜を形成する工程と、前記アモルファスシリコン膜上にアモルファスゲルマニウム膜又はアモルファスシリコンゲルマニウム膜により形成されたキャップ層を形成する工程と、前記基板を第１の温度で熱処理して前記アモルファスシリコン膜中にシリコンの結晶核を形成する工程と、前記結晶核を形成した後、前記キャップ層を除去する工程と、前記キャップ層が除去された前記基板を前記第１の温度以上の第２の温度で熱処理して前記結晶核を成長させる工程と、を有し、前記結晶核を形成する工程において、前記アモルファスシリコン膜の大部分はアモルファス（非晶質）の状態を維持したまま前記アモルファスシリコン膜の一部を結晶化して結晶核を形成し、前記結晶核を成長させる工程において、前記結晶核を起点として前記アモルファスシリコン膜の大部分を結晶化する。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、ポリシリコン膜のグレインサイズを拡大できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】ポリシリコン膜の形成方法の一例を示す工程断面図

【図2】縦型熱処理装置の構成例を示す縦断面図

【図3】図２の縦型熱処理装置の反応管を説明するための図

【図4】実施例１の試料の結晶状態の一例を示す図（１）

【図5】実施例１の試料の結晶状態の一例を示す図（２）

【図6】実施例２の試料の結晶状態の一例を示す図

【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】

（ポリシリコン膜の形成方法）
一実施形態のポリシリコン膜の形成方法について説明する。図１は、ポリシリコン膜の形成方法の一例を示す工程断面図である。

【0010】

最初に、表面に絶縁膜１０２が形成された基板１０１を準備する（図１（ａ）参照）。基板１０１は、例えばシリコン基板等の半導体基板であってよい。絶縁膜１０２は、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）であってよい。

【0011】

続いて、基板１０１にシード層用のシリコン原料ガスを供給して絶縁膜１０２の上にシード層１０３を形成するシード層形成工程を行う（図１（ｂ）参照）。一実施形態では、シード層１０３は、シード層用のシリコン原料ガスとしてアミノシラン系ガスを用いて形成される。アミノシラン系ガスとしては、例えばＤＩＰＡＳ（ジイソプロピルアミノシラン）、３ＤＭＡＳ（トリスジメチルアミノシラン）、ＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン）が挙げられる。また、シード層１０３は、シード層用のシリコン原料ガスとして一分子中に２つ以上のシリコン（Ｓｉ）を含む高次シラン系ガスを用いて形成されてもよい。高次シラン系ガスとしては、例えばＳｉ_２Ｈ_６、Ｓｉ_３Ｈ_８、Ｓｉ_４Ｈ_１０が挙げられる。また、シード層１０３は、シード層用のシリコン原料ガスとして水素化シランガス及びハロゲン含有シリコンガスを用いて形成されてもよい。水素化シランガスとしては、例えばＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_６、Ｓｉ_３Ｈ_８が挙げられる。ハロゲン含有シリコンガスとしては、例えばＳｉＦ_４、ＳｉＨＦ_３、ＳｉＨ_２Ｆ_２、ＳｉＨ_３Ｆ等のフッ素含有シリコンガス、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＨＣｌ_３、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２（ＤＣＳ）、ＳｉＨ_３Ｃｌ等の塩素含有シリコンガス、ＳｉＢｒ_４、ＳｉＨＢｒ_３、ＳｉＨ_２Ｂｒ_２、ＳｉＨ_３Ｂｒ等の臭素含有ガスが挙げられる。さらに、シード層１０３は、上記のいずれかの単層膜に限定されず、上記の組合せにより形成される積層膜であってもよい。シード層１０３の形成方法は、例えば化学気相堆積（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法を利用できる。また、シード層用のシリコン原料ガスとしてアミノシラン系ガスを用いる場合には、熱分解が起こらない温度とすることが好ましい。このように絶縁膜１０２に上にシード層１０３を形成することにより、シード層１０３の上に形成されるシリコン膜のラフネスを低減できる。なお、絶縁膜１０２上にシード層１０３を形成することなく後述のアモルファスシリコン膜１０４を形成してもよい。

【0012】

続いて、基板１０１にシリコン原料ガスを供給してシード層１０３の上にアモルファスシリコン膜１０４を形成するシリコン膜形成工程を行う（図１（ｂ）参照）。一実施形態では、例えばＣＶＤ法により、基板１０１を加熱した状態でシリコン原料ガスを供給してシード層１０３の上にアモルファスシリコン膜１０４を形成する。アモルファスシリコン膜１０４は、ノンドープシリコン膜であってもよく、不純物をドープしたシリコン膜であってもよい。不純物としては、例えばボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）が挙げられる。シリコン原料ガスとしては、ＣＶＤ法に適用可能であればよく、例えば水素化シランガス、ハロゲン含有シリコンガス、アミノシラン系ガスのうちの１つ又は複数を組み合わせて利用できる。水素化シランガスとしては、例えばＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_６、Ｓｉ_３Ｈ_８が挙げられる。ハロゲン含有シリコンガスとしては、例えばＳｉＦ_４、ＳｉＨＦ_３、ＳｉＨ_２Ｆ_２、ＳｉＨ_３Ｆ等のフッ素含有シリコンガス、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＨＣｌ_３、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２（ＤＣＳ）、ＳｉＨ_３Ｃｌ等の塩素含有シリコンガス、ＳｉＢｒ_４、ＳｉＨＢｒ_３、ＳｉＨ_２Ｂｒ_２、ＳｉＨ_３Ｂｒ等の臭素含有ガスが挙げられる。アミノシラン系ガスとしては、例えばＤＩＰＡＳ（ジイソプロピルアミノシラン）、３ＤＭＡＳ（トリスジメチルアミノシラン）、ＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン）が挙げられる。また、不純物をドープする場合の不純物含有ガスとしては、例えばＢ_２Ｈ_６、ＢＣｌ_３、ＰＨ_３、ＡｓＨ_３が挙げられる。

【0013】

続いて、基板１０１にゲルマニウム原料ガスを供給してアモルファスシリコン膜１０４上にアモルファスゲルマニウム膜により形成されたキャップ層１０５を形成するキャップ層形成工程を行う（図１（ｃ）参照）。キャップ層形成工程は、アモルファスシリコン膜１０４を形成する工程の後、基板１０１を大気に曝露することなく連続して行うことが好ましい。また、ゲルマニウム原料ガスに代えて、シリコン原料ガスとゲルマニウム原料ガスとの混合ガスを供給することにより、アモルファスシリコンゲルマニウム膜により形成されたキャップ層１０５を形成してもよい。ゲルマニウム原料ガスとしては、水素化ゲルマンガス、ハロゲン含有ゲルマニウムガス、アミノゲルマン系ガスを利用できる。水素化ゲルマンガスとしては、例えばＧｅＨ_４、Ｇｅ_２Ｈ_６、Ｇｅ_３Ｈ_８が挙げられる。ハロゲン含有ゲルマニウムガスとしては、例えばＧｅＦ_４、ＧｅＨＦ_３、ＧｅＨ_２Ｆ_２、ＧｅＨ_３Ｆ等のフッ素含有ゲルマニウムガス、ＧｅＣｌ_４、ＧｅＨＣｌ_３、ＧｅＨ_２Ｃｌ_２、ＧｅＨ_３Ｃｌ等の塩素含有ゲルマニウムガス、ＧｅＢｒ_４、ＧｅＨＢｒ_３、ＧｅＨ_２Ｂｒ_２、ＧｅＨ_３Ｂｒ等の臭素含有ガスが挙げられる。アミノゲルマン系ガスとしては、例えばＤＭＡＧ（ジメチルアミノゲルマン）、ＤＥＡＧ（ジエチルアミノゲルマン）、ＢＤＭＡＧ（ビスジメチルアミノゲルマン）、ＢＤＥＡＧ（ビスジエチルアミノゲルマン）、３ＤＭＡＧ（トリスジメチルアミノゲルマン）が挙げられる。

【0014】

続いて、基板１０１を第１の温度で熱処理してアモルファスシリコン膜１０４中にシリコンの結晶核１０４ｎを形成する第１の熱処理工程を行う（図１（ｄ）参照）。一実施形態では、第１の温度はゲルマニウム膜又はシリコンゲルマニウム膜の結晶化温度以上の温度であり、例えば４５０℃～５５０℃であってよい。これにより、シリコンよりも結晶化温度が低いゲルマニウム膜又はシリコンゲルマニウム膜により形成されたキャップ層１０５が結晶化されて結晶化膜１０５ｐを形成する。また、キャップ層１０５の結晶化に誘発されてアモルファスシリコン膜１０４の結晶化膜１０５ｐの側に僅かな結晶核１０４ｎが形成される。

【0015】

続いて、キャップ層１０５（結晶化膜１０５ｐ）を除去する除去工程を行う（図１（ｅ）参照）。一実施形態では、結晶化膜１０５ｐを希フッ酸（ｄＨＦ）でエッチングすることにより、結晶化膜１０５ｐの表面に生じ得る自然酸化膜を除去した後、結晶化膜１０５ｐを過酸化水素水（Ｈ_２Ｏ_２）でエッチングすることにより、結晶化膜１０５ｐを除去する。なお、結晶化膜１０５ｐを除去する方法は上記のウエットエッチングに限定されず、例えばエッチングガスを用いたドライエッチングであってもよい。エッチングガスとしては、Ｃｌ_２を用いることが好ましいが、例えばＨＣｌ、ＨＢｒ、ＨＩ、Ｂｒ_２、Ｉ_２を用いてもよい。ただし、３Ｄ ＮＡＮＤ向けのチャネル層として用いられるポリシリコン膜を形成する場合、除去対象の結晶化膜１０５ｐはアスペクト比の高い凹部の内壁に形成されているため、ドライエッチングで除去することが困難である。そのため、３Ｄ ＮＡＮＤ向けのチャネル層として用いられるポリシリコン膜を形成する場合には、ウエットエッチングにより結晶化膜１０５ｐを除去することが好ましい。

【0016】

続いて、結晶化膜１０５ｐが除去された基板１０１を第１の温度以上の第２の温度で熱処理して結晶核１０４ｎを成長させることにより、アモルファスシリコン膜１０４からポリシリコン膜１０４ｐを形成する第２の熱処理工程を行う（図１（ｆ））。一実施形態では、第２の温度は、第１の温度よりも高く、例えば５５０℃～９００℃であってよい。

【0017】

以上の工程により、基板１０１の上にグレインサイズが拡大されたポリシリコン膜１０４ｐを形成できる。

【0018】

以上に説明したように、一実施形態のポリシリコン膜の形成方法によれば、アモルファスシリコン膜１０４の上にキャップ層１０５を形成した後に、熱処理によりシリコンの結晶核１０４ｎを形成する。その後、キャップ層１０５を除去した後、熱処理により結晶核１０４ｎを成長させて結晶化を行う。これにより、結晶核１０４ｎを形成する際、シリコンよりも結晶化温度が低いゲルマニウム又はシリコンゲルマニウムにより形成されたキャップ層１０５が先に結晶化される。また、キャップ層１０５の結晶化に誘発されてアモルファスシリコン膜１０４のキャップ層１０５の側に僅かな結晶核１０４ｎが形成される。そして、キャップ層１０５を除去した後の熱処理では、アモルファスシリコン膜１０４のキャップ層１０５の側に形成された僅かな結晶核１０４ｎを起点としてグレインが成長するため、グレインサイズが大きくなる。その結果、例えば、ポリシリコン膜１０４ｐをトランジスタのチャネル層に利用する場合、グレインサイズが拡大されたことにより移動度が高くなり、トランジスタの性能が向上する。

【0019】

（成膜装置）
上記のポリシリコン膜の形成方法を実施することができる成膜装置について、多数枚の基板に対して一括で熱処理を行うバッチ式の縦型熱処理装置を例に挙げて説明する。但し、成膜装置は、バッチ式の装置に限定されるものではなく、例えば基板を１枚ずつ処理する枚葉式の装置であってもよい。

【0020】

図２は、縦型熱処理装置の構成例を示す縦断面図である。図３は、図２の縦型熱処理装置の反応管を説明するための図である。

【0021】

図２に示されるように、縦型熱処理装置１は、反応管３４と、蓋体３６と、ウエハボート３８と、ガス供給手段４０と、排気手段４１と、加熱手段４２とを有する。ガス供給手段４０、排気手段４１及び加熱手段４２は、それぞれ供給部、排気部及び加熱部の一例である。

【0022】

反応管３４は、ウエハボート３８を収容する処理容器である。ウエハボート３８は、多数枚の半導体ウエハ（以下「ウエハＷ」という。）を所定の間隔で保持する基板保持具である。反応管３４は、下端が開放された有天井の円筒形状の内管４４と、下端が開放されて内管４４の外側を覆う有天井の円筒形状の外管４６とを有する。内管４４及び外管４６は、石英等の耐熱性材料により形成されており、同軸状に配置されて二重管構造となっている。

【0023】

内管４４の天井部４４Ａは、例えば平坦になっている。内管４４の一側には、その長手方向（上下方向）に沿ってガス供給管を収容するノズル収容部４８が形成されている。例えば図３に示されるように、内管４４の側壁の一部を外側へ向けて突出させて凸部５０を形成し、凸部５０内をノズル収容部４８として形成している。ノズル収容部４８に対向させて内管４４の反対側の側壁には、その長手方向（上下方向）に沿って幅Ｌ１の矩形状の開口５２が形成されている。

【0024】

開口５２は、内管４４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５２の長さは、ウエハボート３８の長さと同じであるか、又は、ウエハボート３８の長さよりも長く上下方向へそれぞれ延びるようにして形成されている。即ち、開口５２の上端は、ウエハボート３８の上端に対応する位置以上の高さに延びて位置され、開口５２の下端は、ウエハボート３８の下端に対応する位置以下の高さに延びて位置されている。具体的には、図２に示されるように、ウエハボート３８の上端と開口５２の上端との間の高さ方向の距離Ｌ２は０ｍｍ～５ｍｍ程度の範囲内である。また、ウエハボート３８の下端と開口５２の下端との間の高さ方向の距離Ｌ３は０ｍｍ～３５０ｍｍ程度の範囲内である。

【0025】

反応管３４の下端は、例えばステンレス鋼により形成される円筒形状のマニホールド５４によって支持されている。マニホールド５４の上端にはフランジ部５６が形成されており、フランジ部５６上に外管４６の下端を設置して支持するようになっている。フランジ部５６と外管４６との下端との間にはＯリング等のシール部材５８を介在させて外管４６内を気密状態にしている。

【0026】

マニホールド５４の上部の内壁には、円環状の支持部６０が設けられており、支持部６０上に内管４４の下端を設置してこれを支持するようになっている。マニホールド５４の下端の開口には、蓋体３６がＯリング等のシール部材６２を介して気密に取り付けられており、反応管３４の下端の開口、即ち、マニホールド５４の開口を気密に塞ぐようになっている。蓋体３６は、例えばステンレス鋼により形成される。

【0027】

蓋体３６の中央部には、磁性流体シール部６４を介して回転軸６６が貫通させて設けられている。回転軸６６の下部は、ボートエレベータよりなる昇降手段６８のアーム６８Ａに回転自在に支持されている。

【0028】

回転軸６６の上端には回転プレート７０が設けられており、回転プレート７０上に石英製の保温台７２を介してウエハＷを保持するウエハボート３８が載置されるようになっている。従って、昇降手段６８を昇降させることによって蓋体３６とウエハボート３８とは一体として上下動し、ウエハボート３８を反応管３４内に対して挿脱できるようになっている。

【0029】

ガス供給手段４０は、マニホールド５４に設けられており、内管４４内へ成膜ガス、エッチングガス、パージガス等のガスを導入する。ガス供給手段４０は、複数（例えば３本）の石英製のガス供給管７６，７８，８０を有している。各ガス供給管７６，７８，８０は、内管４４内にその長手方向に沿って設けられると共に、その基端がＬ字状に屈曲されてマニホールド５４を貫通するようにして支持されている。

【0030】

ガス供給管７６，７８，８０は、図３に示されるように、内管４４のノズル収容部４８内に周方向に沿って一列になるように設置されている。各ガス供給管７６，７８，８０には、その長手方向に沿って所定の間隔で複数のガス孔７６Ａ，７８Ａ，８０Ａが形成されており、各ガス孔７６Ａ，７８Ａ，８０Ａより水平方向に向けて各ガスを放出できるようになっている。所定の間隔は、例えばウエハボート３８に支持されるウエハＷの間隔と同じになるように設定される。また、高さ方向の位置は、各ガス孔７６Ａ，７８Ａ，８０Ａが上下方向に隣り合うウエハＷ間の中間に位置するように設定されており、各ガスをウエハＷ間の空間部に効率的に供給できるようになっている。ガスの種類としては、成膜ガス、エッチングガス、及びパージガスが用いられ、各ガスを流量制御しながら必要に応じて各ガス供給管７６，７８，８０を介して供給できるようになっている。

【0031】

マニホールド５４の上部の側壁であって、支持部６０の上方には、ガス出口８２が形成されており、内管４４と外管４６との間の空間部８４を介して開口５２より排出される内管４４内のガスを排気できるようになっている。ガス出口８２には、排気手段４１が設けられる。排気手段４１は、ガス出口８２に接続された排気通路８６を有しており、排気通路８６には、圧力調整弁８８及び真空ポンプ９０が順次介設されて、反応管３４内を真空引きできるようになっている。

【0032】

外管４６の外周側には、外管４６を覆うように円筒形状の加熱手段４２が設けられている。加熱手段４２は、反応管３４内に収容されるウエハＷを加熱する。

【0033】

縦型熱処理装置１の全体の動作は、制御部である制御手段９５により制御される。制御手段９５は、例えばコンピュータ等であってよい。また、縦型熱処理装置１の全体の動作を行うコンピュータのプログラムは、記憶媒体９６に記憶されている。記憶媒体９６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。

【0034】

係る構成を有する縦型熱処理装置１により、ウエハＷにポリシリコン膜を形成する方法の一例を説明する。まず、昇降手段６８により多数枚のウエハＷを保持したウエハボート３８を反応管３４の内部に搬入し、蓋体３６により反応管３４の下端の開口部を気密に塞ぎ密閉する。続いて、制御手段９５により、ポリシリコン膜の形成方法を実行するように、ガス供給手段４０、排気手段４１、加熱手段４２等の動作が制御される。これにより、ウエハＷの上にグレインサイズが拡大されたポリシリコン膜が形成される。

【0035】

（実施例１）
実施例１では、基板の上に形成されたアモルファスシリコン膜上にアモルファスゲルマニウム膜を形成し、基板を４５０℃、５５０℃で４時間熱処理した試料を作製した。また、比較のために、基板の上に形成されたアモルファスシリコン膜上にアモルファスゲルマニウム膜を形成することなく、基板を４５０℃、５５０℃で４時間熱処理した試料を作製した。そして、作製したそれぞれの試料について、斜入射Ｘ線回折（ＧＩＸＲＤ：Grazing Incident X-ray Diffraction）法により、結晶状態を評価した。評価結果を図４及び図５に示す。

【0036】

図４及び図５は、実施例１の試料の結晶状態の一例を示す図である。図４は４５０℃で熱処理したときの試料をＧＩＸＲＤ法により測定した結果を示し、図５に５５０℃で熱処理したときの試料をＧＩＸＲＤ法により測定した結果を示す。図４及び図５中、回折角度２θ［deg.］を横軸に示し、回折Ｘ線強度（Intensity）［arb. unit］を縦軸に示す。また、図４及び図５中、アモルファスシリコン膜上にアモルファスゲルマニウム膜を形成した試料を太実線、アモルファスシリコン膜上にアモルファスシリコン膜を形成していない試料を細実線で示す。なお、ゲルマニウム（Ｇｅ）及びシリコン（Ｓｉ）の（１１１）面のピークは、それぞれ２θ＝２７．３°付近、２θ＝２８．５°付近に現れる（図中の破線を参照）。

【0037】

図４に示されるように、アモルファスシリコン膜上にアモルファスゲルマニウム膜を形成した後に４５０℃で熱処理した試料では、Ｇｅの（１１１）面のピークが現れ、Ｓｉの（１１１）面のピークが僅かに現れた。一方、アモルファスシリコン膜上にアモルファスゲルマニウム膜を形成することなく４５０℃で熱処理した試料では、Ｓｉの（１１１）面のピークが全く現れなかった。

【0038】

また、図５に示されるように、アモルファスシリコン膜上にアモルファスゲルマニウム膜を形成した後に５５０℃で熱処理した試料では、４５０℃で熱処理した試料よりもＳｉの（１１１）面のピークが大きくなった。一方、アモルファスシリコン膜上にアモルファスゲルマニウム膜を形成することなく５５０℃で熱処理した試料では、Ｓｉの（１１１）面のピークが全く現れなかった。

【0039】

これらのことから、アモルファスシリコン膜上にアモルファスゲルマニウム膜を形成した後に４５０℃～５５０℃で熱処理することにより、アモルファスゲルマニウム膜が結晶化すると共に、アモルファスシリコン膜も結晶化することが分かる。すなわち、アモルファスゲルマニウム膜の結晶化によりアモルファスシリコン膜の結晶化が促進されていると推測される。

【0040】

（実施例２）
実施例２では、基板の上にアモルファスシリコン膜を形成し、その上にアモルファスゲルマニウム膜を形成し、５２５℃で４時間熱処理した後、アモルファスゲルマニウム膜を除去し、７５０℃で４時間熱処理した試料を作製した。また、比較のために、基板の上にアモルファスシリコン膜を形成した後、アモルファスゲルマニウム膜を形成することなく、７５０℃で４時間熱処理した試料を作製した。そして、作製したそれぞれの試料について、ＧＩＸＲＤ法により、結晶状態を評価した。評価結果を図６に示す。

【0041】

図６は、実施例２の試料の結晶状態の一例を示す図であり、それぞれの試料をＧＩＸＲＤ法により測定した結果を示す。図６中、回折角度２θ［deg.］を横軸に示し、回折Ｘ線強度（Intensity）［arb. unit］を縦軸に示す。また、図６中、アモルファスシリコン膜上にアモルファスゲルマニウム膜を形成した試料を太実線で示し、アモルファスシリコン膜上にアモルファスゲルマニウム膜を形成していない試料を細実線で示す。なお、ゲルマニウム（Ｇｅ）及びシリコン（Ｓｉ）の（１１１）面のピークは、それぞれ２θ＝２７．３°付近、２θ＝２８．５°付近に現れる（図中の破線を参照）。

【0042】

図６に示されるように、アモルファスゲルマニウム膜を形成した試料では、アモルファスゲルマニウム膜を形成していない試料と比較して、ピーク半値全幅（ＦＷＨＭ：Full Width at Half Maximum）が小さくなった。

【0043】

このことから、アモルファスシリコン膜上にアモルファスゲルマニウム膜を形成し、５２５℃で４時間熱処理した後、アモルファスゲルマニウム膜を除去し、７５０℃で４時間熱処理することで、シリコン膜のグレインサイズが大きくなると推測される。

【0044】

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。

【符号の説明】

【0045】

１ 縦型熱処理装置
３４ 反応管
４０ ガス供給手段
４１ 排気手段
４２ 加熱手段
９５ 制御手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】