衬底处理方法、半导体器件的制造方法、记录介质及衬底处理装置

申请号 CN202311004587.9 申请日 2023-08-10 公开(公告)号 CN117766373A 公开(公告)日 2024-03-26
申请人 株式会社国际电气; 发明人 宫仓敬弘; 平野晃人; 越保信; 女川靖浩;
摘要 本 发明 涉及衬底处理方法、 半导体 器件的制造方法、记录介质及衬底处理装置。提供能够使形成于衬底上的膜的品质提高的技术。具有:(a)向具有凹部的衬底供给含有第14族元素的第1气体的工序;(b)向上述衬底供给含有第15族或第13族元素的第2气体的工序;(c)将上述第2气体设为第1浓度而进行(a)和(b),由此在上述凹部形成含有上述第14族元素的第1膜,并在用上述第1膜将凹部内填满之前停止成膜的工序;和(d)在(c)之后,将上述第2气体设为第2浓度而进行(b),并且对上述衬底进行 热处理 的工序。
权利要求

1.衬底处理方法,其具有:
(a)对具有凹部的衬底供给含有第14族元素的第1气体的工序;
(b)对所述衬底供给含有第15族或第13族元素的第2气体的工序;
(c)将所述第2气体设为第1浓度而进行(a)和(b),由此在所述凹部形成含有所述第14族元素的第1膜,并在用所述第1膜将凹部内填满之前停止成膜的工序;和(d)在(c)之后,将所述第2气体设为第2浓度而进行(b),并且对所述衬底进行热处理的工序。
2.如权利要求1所述的衬底处理方法,其中,所述第1浓度和所述第2浓度为不同的浓度。
3.如权利要求1所述的衬底处理方法,其中,所述第2浓度为低于所述第1浓度的浓度。
4.如权利要求1所述的衬底处理方法,其中,在(d)中,对所述衬底供给含氢气体。
5.如权利要求3所述的衬底处理方法,其中,在(d)中,对所述衬底供给含氢气体。
6.如权利要求4所述的衬底处理方法,其中,在(d)中,使所述衬底所存在的空间的压低于(c)中的所述空间的压力。
7.如权利要求5所述的衬底处理方法,其中,在(d)中,使所述衬底所存在的空间的压力低于(c)中的所述空间的压力。
8.如权利要求1所述的衬底处理方法,其中,在(d)中,对所述衬底供给非活性气体。
9.如权利要求1所述的衬底处理方法,其还具有:(e)在(c)之后,对所述衬底供给含有所述第14族元素的第3气体,并在所述凹部的表面形成含有所述第14族元素的第2膜的工序。
10.如权利要求9所述的衬底处理方法,其中,在(e)中供给的所述第3气体为氢化合物。
11.如权利要求10所述的衬底处理方法,其中,所述氢化合物不含卤素。
12.如权利要求9所述的衬底处理方法,其中,在(e)中,供给所述第2气体。
13.如权利要求9所述的衬底处理方法,其中,在(e)中形成的所述第2膜被不连续地形成。
14.如权利要求9所述的衬底处理方法,其还具有:(f)在(c)之前,对所述衬底供给含有所述第14族元素的第4气体,在所述凹部的表面形成含有所述第14族元素的晶种层的工序。
15.如权利要求14所述的衬底处理方法,其中,(f)中的所述衬底的温度低于(e)中的所述衬底的温度。
16.如权利要求15所述的衬底处理方法,其中,在(f)中使用的所述第4气体与在(e)中使用的所述第3气体为不同的化合物。
17.如权利要求16所述的衬底处理方法,其中,
在(f)中,作为所述第4气体,使用含有卤素的气体,
在(e)中,作为所述第3气体,使用不含卤素的气体。
18.半导体器件的制造方法,其具有:
(a)对具有凹部的衬底供给含有第14族元素的第1气体的工序;
(b)对所述衬底供给含有第15族或第13族元素的第2气体的工序;
(c)将所述第2气体设为第1浓度而进行(a)和(b),由此在所述凹部形成含有所述第14族元素的第1膜,并在用所述第1膜将凹部内填满之前停止成膜的工序;和(d)在(c)之后,将所述第2气体设为第2浓度而进行(b),并且对所述衬底进行热处理的工序。
19.记录介质,其记录有利用计算机使衬底处理装置执行下述步骤的程序:
(a)对具有凹部的衬底供给含有第14族元素的第1气体的工序;
(b)对所述衬底供给含有第15族或第13族元素的第2气体的步骤;
(c)将所述第2气体设为第1浓度而进行(a)和(b),由此在所述凹部形成含有所述第14族元素的第1膜,并在用所述第1膜将凹部内填满之前停止成膜的步骤;和(d)在(c)之后,将所述第2气体设为第2浓度而进行(b),并且对所述衬底进行热处理的步骤。
20.衬底处理装置,其具有:
第1气体供给系统,其对具有凹部的衬底供给含有第14族元素的第1气体;
第2气体供给系统,其对具有所述凹部的衬底供给含有第15族或第13族元素的第2气体;
热机构,其对所述衬底进行加热;和
控制部,其构成为能够控制所述第1气体供给系统、所述第2气体供给系统、及所述加热机构以进行:(a)对所述衬底供给所述第1气体的处理;(b)对所述衬底供给所述第2气体的处理;(c)将所述第2气体设为第1浓度而进行(a)和(b),由此在所述凹部形成含有所述第14族元素的第1膜,并在用所述第1膜将所述凹部内填满之前停止成膜的处理;和(d)在(c)之后,将所述第2气体设为第2浓度而进行(b),并且对所述衬底进行热处理的处理。

说明书全文

衬底处理方法、半导体器件的制造方法、记录介质及衬底处理

装置

技术领域

[0001] 本公开文本涉及衬底处理方法、半导体器件的制造方法、记录介质及衬底处理装置。

背景技术

[0002] 作为半导体器件的制造工序的一个工序,有时进行在衬底上形成膜的处理(例如参见专利文献1)。
[0003] 现有技术文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1:日本特开2010‑118462号公报发明内容
[0006] 发明所要解决的课题
[0007] 本公开文本提供能够使形成于衬底上的膜的品质提高的技术。
[0008] 用于解决课题的手段
[0009] 根据本公开文本的一个方式,提供下述技术,其具有:
[0010] (a)对具有凹部的衬底供给含有第14族元素的第1气体的工序;
[0011] (b)对上述衬底供给含有第15族或第13族元素的第2气体的工序;
[0012] (c)将上述第2气体设为第1浓度而进行(a)和(b),由此在上述凹部形成含有上述第14族元素的第1膜,并在用上述第1膜将凹部内填满(日文:埋めきる)之前停止成膜的工序;和
[0013] (d)在(c)之后,将上述第2气体设为第2浓度而进行(b),并且对上述衬底进行热处理的工序。
[0014] 发明的效果
[0015] 根据本公开文本,能够使形成于衬底上的膜的品质提高。附图说明
[0016] [图1]图1为本公开文本的各方式中适合使用的衬底处理装置的立式处理炉的概略构成图,且是以纵向剖视图示出处理炉202部分的图。
[0017] [图2]图2为本公开文本的各方式中适合使用的衬底处理装置的立式处理炉的概略构成图,且是以图1的A‑A线剖视图示出处理炉202部分的图。
[0018] [图3]图3为本公开文本的各方式中适合使用的衬底处理装置的控制器121的概略构成图,且是以框图示出控制器121的控制系统的图。
[0019] [图4]图4为示出本公开文本的第1方式涉及的衬底处理工序的流程图的例子的图。
[0020] [图5]为本公开文本的第1方式涉及的具有凹部的晶片200的截面示意图。图5的(a)为示出形成晶种层301后的晶片200的表面部分的截面示意图。图5的(b)为示出成膜后的晶片200的表面部分的截面示意图。图5的(c)为示出热处理期间的晶片200的表面部分的截面示意图。图5的(d)为示出热处理后的晶片200的表面部分的截面示意图。
[0021] [图6]图6为示出本公开文本的第2方式涉及的衬底处理工序的流程图的例子的图。
[0022] [图7]为本公开文本的第2方式涉及的具有凹部的晶片200的截面示意图。图7的(a)为示出形成晶种层301后的晶片200的表面部分的截面示意图。图7的(b)为示出成膜后的晶片200的表面部分的截面示意图。图7的(c)为示出引晶(seeding)后的晶片200的表面部分的截面示意图。图7的(d)为示出热处理期间的晶片200的表面部分的截面示意图。图7的(e)为示出热处理后的晶片200的表面部分的截面示意图。
[0023] 附图标记说明
[0024] 200晶片(衬底)
[0025] 302第1膜

具体实施方式

[0026] <本公开文本的第1方式>
[0027] 以下,主要参照图1~图4、图5的(a)~图5的(d)对本公开文本的第1方式进行说明。需要说明的是,以下的说明中使用的附图均为示意性的,附图所示的各要素的尺寸关系、各要素的比率等并非必然与实际情况一致。另外,在多个附图彼此之间,各要素的尺寸关系、各要素的比率等也并非必然一致。
[0028] (1)衬底处理装置的构成
[0029] 如图1所示,处理炉202具有作为加热机构(温度调整器)的加热器207。加热器207为圆筒形状,通过支承于保持板而被垂直地安装。加热器207也作为利用热使气体活化(激发)的活化机构(激发部)发挥功能。
[0030] 在加热器207的内侧,与加热器207呈同心圆状地配设有反应管203。反应管203由例如石英(SiO2)或(SiC)等耐热性材料构成,形成为上端封闭、下端开口的圆筒形状。在反应管203的下方,与反应管203呈同心圆状地配设有歧管209。歧管209由例如不锈(SUS)等金属材料构成,形成上端及下端开口的圆筒形状。歧管209的上端部与反应管203的下端部卡合,以支承反应管203的方式构成。在歧管209与反应管203之间设有作为密封部件的O型圈220a。使反应管203与加热器207同样垂直地安装。主要由反应管203和歧管209构成处理容器(反应容器)。在处理容器的筒中空部形成处理室201。处理室201以能够收容作为衬底的晶片200的方式构成。在该处理室201内进行针对晶片200的处理。
[0031] 在处理室201内,以贯穿歧管209的侧壁的方式分别设有作为第1~第5供给部的喷嘴249a~249e。在喷嘴249a~249e上,分别连接有气体供给管232a~232e。喷嘴249a~249e为各自不同的喷嘴,喷嘴249b、249d各自与喷嘴249c相邻地设置。喷嘴249a、249e分别与喷嘴249b、喷嘴249d的和249c相邻的一侧呈相反侧的那侧相邻地设置。
[0032] 在气体供给管232a~232e上,从气流的上游侧起,依次分别设有作为流量控制器(流量控制部)的质量流量控制器(MFC)241a~241e及作为开闭的阀243a~243e。在气体供给管232a~232e的与阀243a~243e相比靠下游侧,分别连接有气体供给管232f~232j。在气体供给管232f~232j上,从气流的上游侧起,依次分别设有MFC241f~241j及阀243f~
243j。气体供给管232a~232e例如由SUS等金属材料构成。
[0033] 如图2所示,在反应管203的内壁与晶片200之间的俯视下呈圆环状的空间中,以从反应管203的内壁的下部沿着上部朝向晶片200的排列方向上方立起的方式,分别设有喷嘴249a~249e。即,在供晶片200排列的晶片排列区域的侧方的、平包围晶片排列区域的区域中,以沿着晶片排列区域的方式分别设有喷嘴249a~249e。在俯视下,喷嘴249c以夹着被搬入处理室201内的晶片200的中心而与后述的排气口231a在一条直线上对置的方式被配置。喷嘴249b、249d以沿着反应管203的内壁(晶片200的外周部)将从喷嘴249c和排气口
231a的中心通过的直线L从两侧夹持的方式配置。另外,喷嘴249a、249e分别以沿着反应管
203的内壁从两侧夹持直线L的方式被配置在喷嘴249b、喷嘴249d的与249c相邻的一侧的相反侧。直线L也是从喷嘴249c和晶片200的中心通过的直线。即,喷嘴249d也可以夹着直线L而被设置在与喷嘴249b相反的一侧。另外,喷嘴249e也可以夹着直线L而被设置在与喷嘴
249a相反的一侧。喷嘴249b、249d以直线L为对称轴而被线对称地配置。另外,喷嘴249a、
249e以直线L为对称轴而线对称地配置。在喷嘴249a~249e的侧面,分别设有供给气体的气体供给孔250a~250e。气体供给孔250a~250e分别以在俯视下与排气口231a对置(面对)的方式开口,并能向晶片200供给气体。气体供给孔250a~250e在从反应管203的下部至上部的范围内设有多个。
[0034] 从气体供给管232a经由MFC241a、阀243a、喷嘴249a向处理室201内供给含有第14族元素的第1气体、或含有第14族元素的第3气体。
[0035] 从气体供给管232b经由MFC241b、阀243b、喷嘴249b向处理室201内供给含有第15族或第13族元素的第2气体。
[0036] 从气体供给管232c经由MFC241c、阀243c、喷嘴249c向处理室201内供给含氢(H)气体。
[0037] 从气体供给管232d经由MFC241d、阀243d、喷嘴249d向处理室201内供给含有第14族元素的第4气体。
[0038] 从气体供给管232e经由MFC241e、阀243e、喷嘴249e向处理室201内供给含有第14族元素的第4气体。
[0039] 从气体供给管232f~232j分别经由MFC241f~241j、阀243f~243j、气体供给管232a~232e、喷嘴249a~249e向处理室201内供给非活性气体。非活性气体作为吹扫气体、载气、稀释气体等发挥作用。
[0040] 从气体供给管232f~232j分别经由MFC241f~241j、阀243f~243j、气体供给管232a~232e、喷嘴249a~249e向处理室201内供给非活性气体。非活性气体作为吹扫气体、载气、稀释气体等发挥作用。
[0041] 主要由气体供给管232a、MFC241a、阀243a构成第1气体供给系统或第3气体供给系统。主要由气体供给管232b、MFC241b、阀243b构成第2气体供给系统。另外,主要由气体供给管232c、MFC241c、阀243c构成含H气体供给系统。另外,主要由气体供给管232d、232e、MFC241d、241e、阀243d、243e构成第4气体供给系统。另外,主要由气体供给管232f~232j、MFC241f~241j、阀243f~243j构成非活性气体供给系统。需要说明的是,可以考虑将气体供给管232f、MFC241f、阀243f包含在第1气体供给系统或第3气体供给系统中。可以考虑将气体供给管232g、MFC241g、阀243g包含在第2气体供给系统中。可以考虑将气体供给管232h、MFC241h、阀243h包含在含H气体供给系统中。可以考虑将气体供给管232i、232j、MFC241i、241j、阀243i、243j包含在第4气体供给系统中。
[0042] 上述的各种供给系统中的任一个或全部供给系统也可以构成为集成了阀243a~243j、MFC241a~241j等而成的集成型供给系统248。集成型供给系统248以下述方式构成:
与气体供给管232a~232j的各自连接,通过后述的控制器121控制向气体供给管232a~
232j内的各种气体的供给动作、即阀243a~243j的开闭动作、利用MFC241a~241j进行的流量调整动作等。集成型气体供给系统248构成为一体型、或分体型的集成单元,并以下述方式构成:能够以集成单元为单位对气体供给管232a~232j等进行拆装,能够以集成单元为单位进行集成型供给系统248的维护、更换、增设等。
[0043] 在反应管203的侧壁下方设有对处理室201内的气氛进行排气的排气口231a。如图2所示,排气口231a设置在俯视时夹着晶片200而与喷嘴249a~249e(气体供给孔250a~
250e)对置(面对)的位置。排气口231a也可以从反应管203的侧壁的下部沿着上部、即沿着晶片排列区域被设置。在排气口231a上连接有排气管231。在排气管231上,介由作为检测处理室201内的压的压力检测器(压力检测部)的压力传感器245及作为压力调整器(压力调整部)的APC(Auto Pressure Controller:自动压力控制器)阀244而连接有作为真空排气装置的真空246。APC阀244以下述方式构成:通过在使真空泵246工作的状态下使阀开闭,能够进行处理室201内的真空排气及真空排气停止,此外,通过在使真空泵246工作的状态下基于由压力传感器245检测到的压力信息来调节阀开度,从而能够调整处理室201内的压力。主要由排气管231、APC阀244、压力传感器245构成排气系统。可以考虑将真空泵246包含在排气系统中。
[0044] 在歧管209的下方,设有能够将歧管209的下端开口气密地封闭的作为炉口盖体的密封盖219。密封盖219由例如SUS等金属材料构成,形成为圆盘状。在密封盖219的上表面设有与歧管209的下端抵接的作为密封部件的O型圈220b。在密封盖219的下方设置有使后述的晶舟217旋转的旋转机构267。旋转机构267的旋转轴255由例如SUS等金属材料构成,贯穿密封盖219而与晶舟217连接。旋转机构267构成为通过使晶舟217旋转而使晶片200旋转。密封盖219构成为利用被设置于反应管203的外部的作为升降机构的晶舟升降机115而在垂直方向上升降。晶舟升降机115构成为搬运装置(搬运机构),其通过使密封盖219升降从而将晶片200向处理室201内搬入及向处理室201外搬出(搬运)。搬运装置作为向处理室201内提供晶片200的提供装置发挥功能。
[0045] 在歧管209的下方设有作为炉口盖体的闸219s,该闸门219s能够在使密封盖219下降并将晶舟217从处理室201内搬出后的状态下将歧管209的下端开口气密地封闭。闸门219s由例如SUS等金属材料构成,形成为圆盘状。在闸门219s的上表面设有与歧管209的下端抵接的作为密封部件的O型圈220c。闸门219s的开闭动作(升降动作、转动动作等)由闸门开闭机构115s控制。
[0046] 作为衬底支承件的晶舟217以将多张(例如25~200张)晶片200以水平姿态且使中心相互对齐的状态在铅垂方向上排列而呈多层地进行支承的方式、即隔开间隔地相对于晶片200的面在垂直方向上排列的方式构成。晶舟217由例如石英、SiC等耐热性材料构成。在晶舟217的下部呈多层地支承由例如石英、SiC等耐热性材料构成的隔热板218。
[0047] 在反应管203内设置有作为温度检测器的温度传感器263。通过基于由温度传感器263检测到的温度信息来对加热器207的通电情况进行调整,从而处理室201内的温度成为所期望的温度分布。温度传感器263沿着反应管203的内壁被设置。
[0048] 如图3所示,作为控制部(控制手段)的控制器121以具备CPU(Central Processing Unit:中央处理器)121a、RAM(Random Access Memory:随机存取存储器)121b、存储装置121c、I/O端口121d的计算机的形式构成。RAM121b、存储装置121c、I/O端口121d构成为能够经由内部总线121e与CPU121a进行数据交换。在控制器121上连接有构成为例如触摸面板等的输入输出装置122。另外,在控制器121上,可连接外部存储装置123。
[0049] 存储装置121c由例如闪存、HDD(Hard Disk Drive:硬盘驱动器)、SSD(Solid State Drive:固态硬盘)等构成。在存储装置121c内,以可读取的方式储存有对衬底处理装置的动作进行控制的控制程序、记载有后述的衬底处理的步骤、条件等的工艺制程等。工艺制程是利用控制器121使衬底处理装置执行后述的衬底处理中的各步骤并能够获得规定结果的方式组合而成的,作为程序发挥功能。以下,也将工艺制程、控制程序等一并简称为程序。另外,也将工艺制程简称为制程。本说明书中,使用程序这一用语的情况包括仅包含制程的情况、仅包含控制程序的情况、或者包含这两者的情况。RAM121b构成为暂时保持由CPU121a读取到的程序、数据等的存储器区域(工作区)。
[0050] I/O端口121d与上述的MFC241a~241j、阀243a~243j、压力传感器245、APC阀244、真空泵246、温度传感器263、加热器207、旋转机构267、晶舟升降机115、闸门开闭机构115s等连接。
[0051] CPU121a以下述方式构成:能够从存储装置121c读取并执行控制程序,并根据来自输入输出装置122的操作命令的输入等而从存储装置121c读取制程。CPU121a构成为能够按照所读取到的制程的内容控制以下动作:利用MFC241a~241g进行的各种物质(各种气体)的流量调整动作、阀243a~243g的开闭动作、APC阀244的开闭动作及基于压力传感器245的利用APC阀244进行的压力调整动作、真空泵246的起动及停止、基于温度传感器263的加热器207的温度调整动作、利用旋转机构267进行的晶舟217的旋转及旋转速度调节动作、利用晶舟升降机115进行的晶舟217的升降动作、利用闸门开闭机构115s进行的闸门219s的开闭动作等。
[0052] 控制器121能够通过将记录、储存在外部存储装置123中的上述程序安装于计算机而构成。外部存储装置123包括例如HDD等磁盘、CD等光盘、MO等光磁盘、USB存储器、SSD等半导体存储器等。存储装置121c、外部存储装置123以计算机可读取的记录介质的形式构成。以下也将它们统称地简称为记录介质。本说明书中,使用记录介质这一用语的情况包括仅包含存储装置121c的情况、仅包含外部存储装置123的情况、或者包含这两者的情况。需要说明的是,程序向计算机的提供也可以不使用外部存储装置123而使用互联网、专用线路等通信手段进行。
[0053] (2)衬底处理工序
[0054] 针对作为半导体器件的制造工序的一个工序而使用上述的衬底处理装置在作为衬底的晶片200上形成膜的处理顺序的例子,主要使用图4、图5的(a)~图5的(d)来说明。在以下的说明中,由控制器121来控制构成衬底处理装置的各部分的动作。
[0055] 作为晶片200,例如,可以使用由单晶硅(Si)构成的Si衬底、或者在表面形成有单晶Si膜的衬底。如图5的(a)所示,在晶片200的表面设置有凹部。凹部的底部例如由单晶Si构成,凹部的侧部及上部由硅氮化膜(SiN膜)等绝缘膜200a构成。晶片200的表面成为单晶Si和绝缘膜200a分别露出的状态。
[0056] 在本方式的处理顺序中,进行:
[0057] (a)对具有凹部的晶片200供给含有第14族元素的第1气体的步骤;
[0058] (b)对晶片200供给含有第15族或第13族元素的第2气体的步骤;
[0059] (c)将第2气体设为第1浓度而进行(a)和(b),由此在凹部形成含有第14族元素的第1膜,并在用第1膜将凹部内填满之前停止成膜的步骤(成膜步骤);和
[0060] (d)在(c)之后,将第2气体设为第2浓度而进行(b),并且对晶片200进行热处理的步骤(热处理步骤)。
[0061] 以下,作为一例,对在成膜步骤中同时供给第1气体和第2气体的情况进行说明。
[0062] 本说明书中,为方便起见,有时也如下示出上述的处理顺序。以下的变形例、其他方式等的说明中,也使用同样的表述。
[0063] 第1气体+第2气体→第2气体+热处理
[0064] 另外,如图4所示,本方式的处理顺序还具有:在进行成膜步骤之前,对晶片200供给含有第14族元素的第4气体,由此在晶片200上形成晶种层的成膜前晶种层形成步骤。
[0065] 本说明书中,为方便起见,有时也如下示出上述的处理顺序。以下的变形例、其他方式等的说明中,也使用同样的表述。
[0066] 第4气体→第1气体+第2气体→第2气体+热处理
[0067] 本说明书中使用的“晶片”这一用语包括表示晶片本身的情况、表示晶片与在其表面形成的规定的层、膜的层叠体的情况。本说明书中使用的“晶片的表面”这一用语包括表示晶片本身的表面的情况、表示在晶片上形成的规定层等的表面的情况。本说明书中,记为“在晶片上形成规定的层”的情况包括表示在晶片本身的表面上直接形成规定层的情况、在晶片上形成的层等之上形成规定层的情况。本说明书中,使用“衬底”这一用语的情况也与使用“晶片”这一用语的情况含义相同。
[0068] 本说明书中使用的“层”这样的术语包括连续层及不连续层中的至少任一者。
[0069] (晶片填充及晶舟装载)
[0070] 将多张晶片200装填于晶舟217(晶片填充)时,利用闸门开闭机构115s使闸门219s移动,使歧管209的下端开口开放(闸门打开)。然后,如图1所示,支承有多张晶片200的晶舟217通过晶舟升降机115而被抬起并搬入处理室201内(晶舟装载)。在该状态下,密封盖219成为借助O型圈220b将歧管209的下端密封的状态。通过这样的方式,晶片200在处理室201内被准备。
[0071] (压力调整及温度调整)
[0072] 在晶舟装载结束后,利用真空泵246进行真空排气(减压排气),以使处理室201内、即晶片200所存在的空间成为所期望的压力(真空度)。此时,处理室201内的压力由压力传感器245测定,基于该测得的压力信息对APC阀244进行反馈控制。另外,利用加热器207进行加热,以使处理室201内的晶片200成为所期望的处理温度。此时,基于温度传感器263检测到的温度信息对向加热器207的通电情况进行反馈控制,以使处理室201内成为所期望的温度分布。另外,使利用旋转机构267进行的晶片200的旋转开始。处理室201内的排气、晶片200的加热及旋转均至少在直至针对晶片200的处理结束为止的期间持续进行。
[0073] (成膜前晶种层形成步骤)
[0074] 然后,对晶片200供给含有第14族元素的第4气体。本步骤例如使用含有Si作为第14族元素的第4气体中的2种气体进行。以下,对下述例子进行说明:将该2种气体中的一者设为含有Si及卤素的卤代硅烷系气体,将另一者设为含有Si的硅烷系气体,将包括卤代硅烷系气体供给步骤和硅烷系气体供给步骤的循环进行规定次数(n次,n为1或2以上的整数),由此形成晶种层301。本说明书中,为方便起见,有时也如下示出晶种层301的形成顺序。
[0075] (卤代硅烷系气体→硅烷系气体)×n
[0076] [卤代硅烷系气体供给步骤]
[0077] 本步骤中,对晶片200供给卤代硅烷系气体。
[0078] 具体而言,将阀243d打开,向气体供给管232d内流入卤代硅烷系气体。卤代硅烷系气体由MFC241d进行流量调整,经由气体供给管232d、喷嘴249d向处理室201内供给,并从排气口231a排气。此时,从晶片200的侧方对晶片200供给卤代硅烷系气体(供给卤代硅烷系气体)。此时,可以将阀243f~243j打开,经由喷嘴249a~249e的各自向处理室201内分别供给非活性气体。
[0079] 通过在后述的处理条件下对晶片200供给卤代硅烷系气体,从而能够利用卤代硅烷系气体所具有的处置作用(蚀刻作用),由此从晶片200的表面除去自然化膜、杂质等,以将该面净化
[0080] 作为本步骤中的处理条件,可示例:
[0081] 处理温度:250~450℃、优选为300~400℃
[0082] 处理压力:400~1000Pa
[0083] 卤代硅烷系气体供给流量:0.1~1slm
[0084] 非活性气体供给流量(每个气体供给管):0~5slm
[0085] 各气体供给时间:0.5~10分钟。
[0086] 需要说明的是,本说明书中的“250~450℃”这样的数值范围的表述是指下限值及上限值包含在该范围内。因此,例如,“250~450℃”是指“250℃以上450℃以下”。对于其他数值范围也是同样的。另外,本说明书中的处理温度是指晶片200的温度或处理室201内的温度,处理压力是指处理室201内的压力。另外,处理时间是指持续该处理的时间。另外,供给流量包含0slm的情况下,0slm是指不供给该物质(气体)的情况。这些情况在以下的说明中也同样。
[0087] 晶片200的表面被净化后,将阀243d关闭,停止向处理室201内供给卤代硅烷系气体。然后,对处理室201内进行真空排气,将残留于处理室201内的气体状物质等从处理室201内排除。此时,将阀243f~243j打开,经由喷嘴249a~249e向处理室201内供给非活性气体。从喷嘴249a~249e供给的非活性气体作为吹扫气体发挥作用,由此,处理室201内被吹扫(吹扫)。
[0088] 作为本步骤中进行吹扫时的处理条件,可示例:
[0089] 处理温度:室温(25℃)~600℃
[0090] 处理压力:1~30Pa
[0091] 非活性气体供给流量(每个气体供给管):0.5~20slm
[0092] 非活性气体供给时间:1~120秒、优选为1~60秒。
[0093] 作为卤代硅烷系气体,例如,可以使用二氯硅烷(SiH2Cl2,简称:DCS)气体、单氯硅烷(SiH3Cl,简称:MCS)气体、四氯硅烷(SiCl4,简称:STC)气体、三氯硅烷(SiHCl3,简称:TCS)气体、六氯乙硅烷(Si2Cl6,简称:HCDS)气体、八氯丙硅烷(Si3Cl8,简称:OCTS)气体等氯硅烷系气体。另外,作为卤代硅烷系气体,例如,可以使用四氟硅烷(SiF4)气体、四溴硅烷(SiBr4)气体、四碘硅烷(SiI4)气体等。如此,作为卤代硅烷系气体,例如,除了氯代硅烷系气体以外,还可以使用氟代硅烷系气体、溴代硅烷系气体、碘代硅烷系气体等卤代硅烷系气体。作为卤代硅烷系气体,可以使用这些之中的一种以上。
[0094] 作为非活性气体,可以使用氮(N2)气体、氩(Ar)气体、氦(He)气体、氖(Ne)气体、氙(Xe)气体等稀有气体。作为非活性气体,可以使用这些之中的一种以上。这一点在后述的各步骤中也同样。
[0095] [硅烷系气体供给步骤]
[0096] 卤代硅烷系气体供给步骤结束后,向处理室201内的晶片200、即经净化的晶片200的表面供给硅烷系气体。
[0097] 具体而言,将阀243e打开,向气体供给管232e内流入硅烷系气体。硅烷系气体由MFC241e进行流量调整,经由喷嘴249e向处理室201内供给,并从排气口231a被排气。此时,从晶片200的侧方对晶片200供给硅烷系气体(供给硅烷系气体)。此时,可以将阀243f~243j打开,经由喷嘴249a~249e的各自向处理室201内分别供给非活性气体。
[0098] 通过在后述的处理条件下对晶片200供给硅烷系气体,能够使硅烷系气体所包含的Si吸附于晶片200的表面,形成晶种(核)。在后述的处理条件下,形成于晶片200表面的核的晶体结构根据形成核的表面状态而不同。例如,形成于凹部的底部的晶种的晶体结构成为包含单晶、多晶、无定形(非晶质)中的至少任一者的状态,而形成于绝缘膜200a上的晶种的晶体结构成为无定形。
[0099] 作为本步骤中的处理条件,可示例:
[0100] 硅烷系气体供给流量:0.05~1slm
[0101] 各气体供给时间:0.5~10分钟。
[0102] 其他处理条件可以设为与卤代硅烷系气体供给步骤中的处理条件同样的处理条件。
[0103] 在晶片200的表面形成晶种后,将阀243e关闭,停止硅烷系气体向处理室201内的供给。然后,利用与卤代硅烷系气体供给步骤中的吹扫步骤同样的处理步骤、处理条件,将残留于处理室201内的气体等从处理室201内排除。
[0104] 作为硅烷系气体,例如,可以使用甲硅烷(SiH4,简称:MS)气体、乙硅烷(Si2H6,简称:DS)气体、丙硅烷(Si3H8)气体、丁硅烷(Si4H10)气体、戊硅烷(Si5H12)气体、己硅烷(Si6H14)气体等氢化硅气体。作为硅烷系气体,可以使用这些之中的一种以上。
[0105] [实施规定次数]
[0106] 通过将非同时、即不同步地交替进行上述的卤代硅烷系气体供给步骤、硅烷系气体供给步骤的循环执行规定次数(n次,n为1或2以上的整数),从而能够在晶片200的表面形成使上述晶种高密度地形成而成的晶种层301。特别地,通过将上述的循环进行多次,从而能够在凹部的表面均匀地形成晶种层301(参见图5的(a))。在上述的处理条件下,形成于凹部的底部的晶种层301的晶体结构成为单晶或无定形,形成于绝缘膜200a上的晶种层301的晶体结构成为无定形。需要说明的是,凹部的表面是指绝缘膜200a的表面、和凹部的底部中的任一者或两者。
[0107] (成膜步骤)
[0108] 然后,向处理室201内的晶片200供给含有第14族元素的第1气体、和含有第15族或第13族元素的第2气体。
[0109] 具体而言,将阀243a、243b打开,向气体供给管232a、232b内分别流入第1气体、第2气体。第1气体、第2气体分别由MFC241a、241b进行流量调整,经由喷嘴249a、249b向处理室201内供给,在处理室201内混合,并从排气口231a被排气。此时,从晶片200的侧方对晶片
200供给第1气体及第2气体(第1气体+第2气体供给)。此时,可以将阀243f~243j打开,经由喷嘴249a~249e的各自向处理室201内分别供给非活性气体。
[0110] 通过在后述的处理条件下对晶片200供给例如含有Si作为第14族元素的第1气体和例如含有磷(P)作为第15族元素的第2气体,从而至少使第1气体在气相中分解,以在晶片200的表面上、即形成于晶片200上的晶种层301上吸附(堆积)Si,并能够形成添加(掺杂)有P的作为Si膜的第1膜302。在后述的处理条件下,形成于晶片200上的第1膜302的晶体结构例如成为无定形。
[0111] 作为本步骤中的处理条件,可示例:
[0112] 处理温度:300~500℃、优选为350~450℃
[0113] 处理压力:100~800Pa、优选为400~700Pa
[0114] 第1气体供给流量:0.5~1slm
[0115] 第2气体供给流量:0.001~2slm
[0116] 非活性气体供给流量(每个气体供给管):0~20slm
[0117] 各气体供给时间:1~300分钟。
[0118] 本步骤中的处理室201内的第2气体的浓度为第1浓度。本说明书中,第2气体的浓3 3
度例如是指相对于处理室201的容积(cm)而言的常温、常压下的第2气体的体积(cm)。
[0119] 如上文所述,本步骤中的处理温度优选高于成膜前晶种层形成步骤中的处理温度。
[0120] 经过规定时间后,将阀243a、243b关闭,分别停止向处理室201内供给第1气体、第2气体。由此,能够在用第1膜302将设置于晶片200的凹部内填满之前停止成膜。通过在用第1膜302将凹部内填满之前停止成膜,从而会在凹部内产生空隙和接缝等间隙(参见图5的(b))。然后,利用与成膜前晶种层形成步骤中的吹扫同样的处理步骤、处理条件,将残留于处理室201内的气体状物质等从处理室201内排除(吹扫)。
[0121] 作为第1气体,例如,可以使用含有Si作为第14族元素的甲硅烷(SiH4,简称:MS)气体、乙硅烷(Si2H6,简称:DS)气体、丙硅烷(Si3H8)气体、丁硅烷(Si4H10)气体、戊硅烷(Si5H12)气体、己硅烷(Si6H14)气体等氢化硅气体。作为第1气体,例如,也可以使用含有Ge(锗)作为第14族元素的甲锗烷(GeH4)气体、乙锗烷(Ge2H6)气体、丙锗烷(Ge3H8)气体、丁锗烷(Ge4H10)气体、戊锗烷(Ge5H12)气体、己锗烷(Ge6H14)气体等氢化锗气体。作为第1气体,可以使用这些中的一种以上。作为第1气体,优选使用这些气体中的例如MS气体、DS气体、丙硅烷气体、甲锗烷气体、乙锗烷气体、或丙锗烷气体中的任一者。这些气体较容易反应(分解),因此能够提高成膜速度。另外,也可以使用含有Si和Ge的膜作为第1膜302。
[0122] 作为第2气体,例如,可以使用含有P作为第15族元素的膦(PH3)气体、联膦(P2H6)气体等磷化氢系气体、三氯化磷(PCl3)气体等卤化磷气体等。作为第2气体,例如,可以使用含有(B)、(Al)、镓(Ga)、或铟(In)中的任一者作为第13族元素的甲硼烷(BH3)气体、乙硼烷(B2H6)气体、丙硼烷(B3H8)气体等硼烷系气体(也称为氢化硼系气体)、三氯硼烷(BCl3)气体等卤化硼气体、氯化铝(AlCl3)气体、氯化镓(GaCl3)气体、氯化铟(InCl3)气体等卤化物。作为第2气体,可以使用这些之中的一种以上。这一点在后述的升温步骤、热处理步骤中也同样。
[0123] (热处理步骤)
[0124] 然后,通过对晶片200进行热处理,从而使第1膜302中包含的第14族元素(例如Si)移动(迁移)。由此,能够用第1膜302将凹部内填埋,使成膜步骤中产生的空隙、接缝消失。此时,为了促进Si的迁移,优选将处理室201内减压、或者向处理室201内供给含H气体。
[0125] 但是,对晶片200进行热处理时,存在下述情况:成膜步骤中掺杂于第1膜302的例如P从第1膜302中向外侧扩散。特别是在为了促进Si的迁移而将处理室201内减压、或者向处理室201内供给含H气体时,P的向外侧扩散变得显著。
[0126] 因此,在热处理步骤中,供给例如含有P作为第15族元素的第2气体。由此,能够将P掺杂于第1膜302中,以补充从第1膜302中向外侧扩散的P。
[0127] 以下,对热处理步骤的处理步骤、处理条件进行说明。
[0128] 向晶片200供给第2气体、含H气体,同时对晶片200进行加热(热处理)。
[0129] 具体而言,将阀243b、243c打开,向气体供给管232b、232c内流入第2气体、含H气体。第2气体、含H气体分别由MFC241b、241c进行流量调整,经由喷嘴249b、249c向处理室201内供给,在处理室201内混合,并从排气口231a被排气。此时,从晶片200的侧方对晶片200供给第2气体、含H气体(第2气体+含H气体供给)。此时,可以将阀243f~243j打开,经由喷嘴249a~249e的各自向处理室201内分别供给非活性气体。
[0130] 作为本步骤中的处理条件,可示例:
[0131] 处理温度:400~700℃、优选为450~600℃
[0132] 处理压力:30~200Pa、优选为50~150Pa
[0133] 第2气体供给流量:0.3~0.8slm
[0134] 含H气体供给流量:0.001~2slm
[0135] 非活性气体供给流量(每个气体供给管):0~20slm
[0136] 各气体供给时间:1~120秒、优选为1~60秒。
[0137] 通过在上述的处理条件下对晶片200进行热处理,从而能够使第1膜302中包含的例如Si迁移。需要说明的是,例如Si的迁移在第1膜302的膜厚平坦化的方向上发生。本方式中,如图5的(b)所示,第1膜302形成于凹部的表面,因此Si从凹部的上侧朝向底侧移动(参见图5的(c)的箭头)。通过这样的方式,能够用第1膜302将凹部内填埋,使空隙、接缝消失(参见图5的(d))。
[0138] 本步骤中的处理室201内的第2气体的浓度为第2浓度。第2浓度为与第1浓度不同的浓度,优选为低于第1浓度的浓度。
[0139] 如上文所述,本步骤中的处理室201内的压力优选低于成膜步骤中的处理室201内的压力。
[0140] 在用第1膜302将凹部内填埋后,关闭阀243b、243c,停止第2气体、含H气体向处理室201内的供给。然后,利用与成膜前晶种层形成步骤中的吹扫同样的处理步骤、处理条件,将残留于处理室201内的气体状物质等从处理室201内排除(吹扫)。
[0141] 作为含H气体,例如,可以使用含H的气体。具体而言,可以使用H2气体、氘(D2)气体、活化的H气体等。作为含H气体,可以使用这些之中的一种以上。
[0142] (后吹扫及大气压恢复)
[0143] 在热处理步骤完成后,从喷嘴249a~249e的各自向处理室201内分别供给作为吹扫气体的非活性气体,并从排气口231a排气。由此,处理室201内被吹扫,残留于处理室201内的气体、反应副产物等从处理室201内被除去(后吹扫)。然后,处理室201内的气氛被置换为非活性气体(非活性气体置换),处理室201内的压力恢复为常压(大气压恢复)。
[0144] (晶舟卸载及晶片取出)
[0145] 然后,利用晶舟升降机115使密封盖219下降,并使歧管209的下端打开。然后,处理完成的晶片200在被支承于晶舟217的状态下从歧管209的下端被搬出至反应管203的外部(晶舟卸载)。在晶舟卸载后,使闸门219s移动,歧管209的下端开口借助O型圈220c而被闸门219s密封(闸门关闭)。处理完成的晶片200在被搬出至反应管203的外部后,从晶舟217被取出(晶片取出)。
[0146] (3)由本方式带来的效果
[0147] 根据本方式,可获得以下所示的1个或多个效果。
[0148] (a)将成膜步骤中的第2气体的浓度设为第1浓度,将热处理步骤中的第2气体的浓度设为第2浓度,并使这些浓度不同,由此能够调整第1膜302中掺杂的P的量。
[0149] 如上文所述,通过在热处理步骤中供给第2气体,以将例如P掺杂于第1膜302,从而能够补充在热处理步骤中从第1膜302中向外侧扩散的例如P。此时,通过使第1浓度与第2浓度不同,从而能够调整掺杂于第1膜302中的P的量。由此,能够提高第1膜302的品质。
[0150] (b)通过使热处理步骤中的第2气体的浓度(第2浓度)低于成膜步骤中的第2气体的浓度(第1浓度),从而能够使得在热处理步骤中从第1膜302中向外侧扩散的例如P的量、与掺杂于第1膜302中的例如P的从外侧向第1膜302中的扩散量接近。
[0151] 如上文所述,对晶片200进行热处理时,存在下述情况:在成膜步骤中掺杂于第1膜302的例如P从第1膜302中向外侧扩散。此时,特别是由于存在于第1膜302表面附近的例如P向第1膜302外的扩散被促进,因此有可能发生第1膜302中的P浓度的不均匀。
[0152] 通过使第2浓度低于第1浓度,从而能够使热处理步骤中的从第1膜302中向外侧扩散的P的量、与掺杂于第1膜302中的P的从外侧向第1膜302中的扩散量接近。由此,能够使从第1膜302的下侧至第1膜302的表面侧的P的掺杂量均匀,也即,能够使第1膜302中的P浓度均匀。结果,能够可靠地提高第1膜302的品质。
[0153] (c)通过在热处理步骤中对晶片200供给含H气体,使H吸附于第1膜302的表面上,从而能够促进第1膜302中包含的例如Si的迁移。由此,能够促进第1膜302对凹部内的填埋,容易使空隙和接缝消失。能够提高第1膜302对凹部内的填埋特性。
[0154] (d)通过使热处理步骤中的处理室201内的压力低于成膜步骤中的处理室201内的压力,从而在热处理步骤中,第1膜302中包含的例如Si被物理地拉动,能够促进Si的迁移。由此,能够促进第1膜302对凹部内的填埋,容易使空隙和接缝消失。能够提高第1膜302对凹部内的填埋特性。
[0155] (e)通过在热处理步骤中对处理室201内的晶片200供给非活性气体,从而能够抑制掺杂于第1膜302的例如P从第1膜302中向外侧扩散。优选地,通过使处理室201内的压力为非减压的气氛,从而能够进一步抑制掺杂于第1膜302中的例如P从第1膜302中向外侧扩散。
[0156] (f)通过在进行成膜步骤之前,进行成膜前晶种层形成步骤而在凹部的表面形成晶种层301,从而能够形成遍及凹部内的全部区域具有均匀的厚度的第1膜302、即具有高的台阶覆盖性的第1膜302。另外,通过使成膜步骤中的处理温度高于成膜前晶种层形成步骤中的处理温度,从而能够形成具有高的台阶覆盖性的第1膜302。
[0157] (g)通过在上述的温度条件下进行硅烷系气体供给步骤,从而能够抑制硅烷系气体的热分解,并提高形成于晶片200上的晶种层301的厚度的控制性,例如,使晶种层301的厚度低于1原子层的厚度。
[0158] 在从上述的各种第1气体、各种第2气体、各种第4气体、各种非活性气体中任意地选择规定的物质(气体状物质、液体状物质)而使用的情况下,也能够同样地获得上述的效果。
[0159] <本公开文本的第2方式>
[0160] 以下,作为本公开文本的第2方式中的半导体器件的制造工序的一个工序,主要使用图6、图7的(a)~图7的(e)对在作为衬底的晶片200上形成膜的处理顺序的例子进行说明。需要说明的是,以下的说明中使用的附图均为示意性的,附图所示的各要素的尺寸关系、各要素的比率等并非必然与实际的一致。另外,在多个附图彼此之间,各要素的尺寸关系、各要素的比率等也并非必然一致。以下的说明中,构成衬底处理装置的各部分的动作由控制器121控制。
[0161] 例如,如图7的(a)所示,在晶片200的表面设置凹部。本方式中,作为一例,与上述方式同样地,对下述情况进行说明:凹部的底部例如由单晶Si构成,凹部的侧部及上部由SiN膜等绝缘膜200a构成。晶片200的表面成为单晶Si和绝缘膜200a各自露出的状态。
[0162] 本方式的处理顺序中,进行:
[0163] (A)对具有凹部的晶片200供给含有第14族元素的第1气体的步骤;
[0164] (B)对晶片200供给含有第15族或第13族元素的第2气体的工序;
[0165] (C)通过进行(A)和(B),从而在凹部形成含有第14族元素的第1膜302,在用第1膜302将凹部内填满之前停止成膜的步骤(成膜步骤);
[0166] (D)在(C)之后,对晶片200供给含有第14族元素的第3气体,在凹部的表面形成含有第14族元素的第2膜303的步骤(成膜后引晶步骤);和
[0167] (E)在(D)之后,对晶片200进行热处理的步骤(热处理步骤)。
[0168] 以下,作为一例,对在成膜步骤中同时供给第1气体和第2气体的情况进行说明。
[0169] 本说明书中,为方便起见,有时也如下示出上述的处理顺序。在以下的变形例、其他方式等说明中,也使用同样的表述。
[0170] 第1气体+第2气体→第3气体→热处理
[0171] 另外,如图6所示,本方式的处理顺序还可以具有下述成膜前晶种层形成步骤,即,通过在进行成膜步骤之前向晶片200供给含有第14族元素的第4气体,从而在晶片200上形成晶种层301。
[0172] 本说明书中,为方便起见,有时也如下示出上述的处理顺序。在以下的变形例、其他方式等说明中,也使用同样的表述。
[0173] 第4气体→第1气体+第2气体→第3气体→热处理
[0174] 本方式中,对依次进行成膜前晶种层形成步骤、成膜步骤、成膜后引晶步骤、热处理步骤的例子进行说明。本方式中使用的第1气体、第2气体、第4气体、非活性气体可以使用与上述方式同样的第1气体、第2气体、第4气体、非活性气体。
[0175] 本方式中的晶片填充、晶舟装载、压力调整、温度调整、后吹扫、大气压恢复中的处理步骤可以分别与上述方式中的这些处理步骤同样。另外,本方式的成膜前晶种层形成步骤、成膜步骤中的处理步骤、处理条件可以与上述方式的成膜前晶种层形成步骤、成膜步骤中的处理步骤、处理条件同样。
[0176] 但是,本方式的成膜步骤中的第2气体的浓度不特别限于上述方式的成膜步骤中作为第2气体的浓度示例的第1浓度。
[0177] 本方式中,通过进行成膜前晶种层形成步骤而在凹部的表面形成晶种层301(参见图7的(a)),接着通过进行成膜步骤而在凹部的表面形成第1膜302(参见图7的(b))。在成膜步骤中,与上述方式同样地,通过在用第1膜302将凹部内填满之前停止成膜,从而在凹部内产生空隙和接缝等间隙。
[0178] 以下,对成膜后引晶步骤、热处理步骤中的处理步骤、处理条件进行说明。
[0179] (成膜后引晶步骤)
[0180] 本步骤中,对处理室201内的晶片200供给含有第14族元素的第3气体、和第2气体。
[0181] 具体而言,将阀243a、243b打开,向气体供给管232a、232b内分别流入第3气体、第2气体。第3气体、第2气体分别由MFC241a、241b进行流量调整,经由喷嘴249a、249b向处理室201内供给,在处理室201内混合,并从排气口231a被排气。此时,从晶片200的侧方向晶片
200供给第3气体及第2气体(第3气体+第2气体供给)。此时,可以将阀243f~243j打开,经由喷嘴249a~249e的各自向处理室201内分别供给非活性气体。
[0182] 作为本步骤中的处理条件,可示例:
[0183] 处理温度:350~700℃、优选为400~650℃
[0184] 处理压力:400~1000Pa
[0185] 第3气体供给流量:0.1~1slm
[0186] 第2气体供给流量:0.001~2slm
[0187] 非活性气体供给流量(每个气体供给管):0~20slm
[0188] 各气体供给时间:1~100分钟。
[0189] 通过在上述的处理条件下对晶片200供给例如含有Si作为第14族元素的第3气体,从而能够使第3气体所包含的Si吸附于第1膜302上,形成作为第2膜303的晶种(核)。如图7的(c)所示,第2膜303在凹部内的第1膜302上不连续地形成为例如晶核状。在上述的处理条件下,形成的第2膜303的晶体结构成为包含单晶或多晶中的至少任一者的状态。需要说明的是,所谓不连续的膜,也称为岛状的膜、稀疏地形成有晶核的膜、粒状膜。
[0190] 在上述的处理条件下,例如,控制第3气体的供给流量、第3气体的供给时间、处理压力中的至少任一者,由此能够控制例如晶核状的第2膜303的粒径、密度。例如,通过使第3气体的供给流量、第3气体的供给时间、处理压力中的至少任一者增加,从而能够增大第1膜302上的第2膜303的粒径、或者提高第2膜303的密度。
[0191] 如上文所述,本步骤中的处理温度优选高于上述的成膜前晶种层形成步骤、成膜步骤中的处理温度。
[0192] 在第1膜302上形成第2膜303后,将阀243a、243b关闭,分别停止第3气体、第2气体向处理室201内的供给。然后,利用与上述方式的成膜前晶种层形成步骤中的吹扫同样的处理步骤、处理条件,将残留于处理室201内的气体状物质等从处理室201内排除(吹扫)。
[0193] 作为第3气体,例如,可以使用含有Si或Ge作为第14族元素的、DCS气体、MS气体、DS气体、丙硅烷气体、丁硅烷气体、戊硅烷气体、己硅烷气体、甲锗烷气体、乙锗烷气体、丙锗烷气体、丁锗烷气体、戊锗烷气体、己锗烷气体等氢化合物。作为第3气体,可以使用这些中的一种以上。这些气体较容易分解,因此能够形成晶核状的晶种。另外,这些气体中,优选使用不含卤素的气体,即DCS气体以外的气体。这些气体更容易分解,因此能够可靠地形成晶核状的晶种。另外,作为第3气体,优选使用与上述的第4气体不同的气体(化合物)。在晶片200上形成晶种这一方面,成膜前晶种层形成步骤与成膜后引晶步骤是共通的。但是,在成膜后引晶步骤中,形成不连续的膜,与此相对,在成膜前晶种层形成步骤中,形成连续的膜(均匀的膜),如此,形成的膜不同。通过使用不同的气体,能够容易地形成这些不同的膜。
[0194] (热处理步骤)
[0195] 然后,对晶片200进行加热(热处理)。
[0196] 作为本步骤中的处理条件,可示例:
[0197] 处理温度:400~750℃、优选为450~700℃
[0198] 处理压力:30~200Pa、优选为50~150Pa
[0199] 非活性气体供给流量(每个气体供给管):0~20slm
[0200] 非活性气体供给时间:1~120秒、优选为1~60秒。
[0201] 通过在上述的处理条件下对晶片200进行热处理,从而使第1膜302结晶化,与此相伴,能够增大第2膜303的粒径。本方式中,为方便起见,将已结晶化的第1膜302、和伴随第1膜302的结晶化而粒径增大的第2膜303一并称为第3膜304(参见图7的(d))。通过进行本步骤,能够利用第3膜304将凹部内填埋,从而使空隙、接缝消失(参见图7的(e))。
[0202] 在用第3膜304将凹部内填埋后,停止加热器207的输出。然后,利用与上述方式的成膜前晶种层形成步骤中的吹扫同样的处理步骤、处理条件,将残留于处理室201内的气体状物质等从处理室201内排除(吹扫)。
[0203] 根据本方式,除了上述方式中陈述的效果中的至少一部分效果以外,还能够获得以下所示的1个或多个效果。
[0204] 通过在成膜后引晶步骤中向晶片200供给例如含有Si作为第14族元素的第3气体,从而能够使第3气体所包含的Si吸附于第1膜302上,在凹部内的第1膜302上形成晶种(第2膜303)。进而,在热处理步骤中对晶片200进行加热,从而能够使第1膜302结晶化,与此相伴,增大第2膜303的粒径。由此,能够利用第3膜304将凹部内填埋,使空隙、接缝消失。如此,能够提高第3膜304对凹部内的填埋特性,使第3膜304的品质提高。
[0205] 通过在成膜后引晶步骤中,将第2膜303在第1膜302上不连续地形成为例如晶核状,从而能够控制第1膜302的表面粗糙度。具体而言,例如,通过在成膜后引晶步骤中调整第3气体的供给流量等,并控制第2膜303的粒径、密度,从而能够控制第1膜302的表面粗糙度。如此,通过在成膜后引晶步骤中调整第1膜302的表面粗糙度,从而能够控制热处理步骤中的第3膜304对凹部内的填埋量(状态)。
[0206] 通过使成膜后引晶步骤中的处理温度高于成膜前晶种层形成步骤、成膜步骤中的处理温度,从而能够控制热处理步骤中的、第3膜304的表面状态(表面粗糙度)、和凹部内的填埋量。
[0207] 通过在成膜后引晶步骤中对晶片200供给第2气体,例如能够抑制成膜后引晶步骤中产生的、P从第1膜302中向外侧的扩散。
[0208] 需要说明的是,也可以不进行本方式的热处理步骤。即,可以在进行成膜后引晶步骤后结束衬底处理装置中的衬底处理。热处理步骤可以构成为在其他衬底处理装置中进行。通过以成膜后引晶步骤结束而不进行热处理步骤,从而能够节省进行至成膜后引晶步骤的衬底处理装置中的温度调整的时间。所谓温度调整的时间,是指升温至进行热处理步骤的温度所耗费的时间、和进行了热处理步骤后的降温所耗费的时间。通过节省温度调整的时间,从而能够缩短衬底处理装置中的衬底处理时间。即,能够提高衬底处理的通量。另一方面,在同一衬底处理装置中进行成膜后引晶步骤和热处理步骤的情况下,能够抑制存在于晶片200上的膜的自然氧化等表面变化的发生。
[0209] <本公开文本的其他方式>
[0210] 以上,具体地说明了本公开文本的方式。然而,本公开文本不限于上述方式,可以在不超出其主旨的范围内进行各种变更。
[0211] 在上述方式中,举出在成膜前晶种层形成步骤中、2种第4气体中的一者为卤代硅烷系气体、另一者为硅烷系气体的情况为例进行了说明,但本公开文本不限于此。本公开文本中,例如,可以是2种第4气体双方均为卤代硅烷系气体。在该情况下,也能够获得上述方式中陈述的效果中的至少一部分效果。但是,在该情况下,优选使用彼此不同的卤代硅烷系气体。
[0212] 在上述的第2方式中,举出在热处理步骤中不对晶片200供给第2气体的情况为例进行了说明,但本公开文本不限于此。本公开文本中,例如,可以在上述的第2方式的热处理步骤中例如供给含有P作为15族元素的第2气体。该情况下,也能够获得与上述的第2方式同样的效果。本方式中,通过进一步在热处理步骤中供给第2气体,向第1膜302中掺杂P,从而能够在热处理步骤中补充自第1膜302中向外侧扩散的例如P。
[0213] 但是,在上述的第2方式的热处理步骤中,供给第2气体时的第2气体的浓度不限于在上述的第1方式的热处理步骤中作为第2气体的浓度示例的第2浓度。另外,在上述的第2方式中,成膜步骤中的第2气体的浓度与热处理步骤中的第2气体的浓度可以为同一浓度,也可以为不同的浓度。上述的第2方式中,成膜步骤中的第2气体的浓度可以为比热处理步骤中的第2气体的浓度低的浓度,也可以为高的浓度。在这些情况下,也能够获得上述方式中陈述的效果中的至少一部分效果。
[0214] 虽然在上述方式中没有特别说明,但也可以在进行热处理步骤之前进行使处理室201内的温度上升的升温步骤。此时,例如,可以供给含有P作为15族元素的第2气体。该情况下,也可获得与上述方式同样的效果。本方式中,进而,例如,能够抑制因进行升温步骤而产生的P从第1膜302中向外侧的扩散。
[0215] 上述方式中,作为含有第14族元素的气体,主要举出含有Si的气体为例进行了说明,但本公开文本不限于此。例如,本公开文本也可以使用含有Ge的气体作为含有第14族元素的气体。另外,上述方式中,作为含有第15族或第13族元素的第2气体,主要举出含有作为第15族元素的P的气体为例进行了说明,但本公开文本不限于此。例如,本公开文本也可以使用包含B、Al、Ga、In中的任一者的气体作为含有第13族元素的气体。这些情况下也能够获得与上述方式同样的效果。
[0216] 上述方式中,示出在晶片200上形成Si系的膜的例子,但本公开文本不限于此。例如,本公开文本也能够应用于含有第14族元素的膜的形成。作为含有第14族元素的膜,有例如以Si、Ge、SiGe中的至少一者为主成分的膜。
[0217] 各处理中使用的制程优选根据处理内容单独准备,预先经由电通信线路、外部存储装置123而记录、储存在存储装置121c内。并且,优选在开始各处理时,CPU121a根据处理内容从记录、储存在存储装置121c内的多个制程中适当选择合适的制程。由此,能够在1台衬底处理装置中再现性良好地形成各种膜种、组成比、膜质、膜厚的膜。另外,能够减轻操作者的负担,避免操作失误并迅速开始进行各处理。
[0218] 上述制程不限于新创建的情况,例如,也可以通过变更已安装在衬底处理装置中的现有制程来准备。在变更制程的情况下,也可以将变更后的制程经由电通信线路、记录有该制程的记录介质安装在衬底处理装置中。另外,也可以对现有衬底处理装置所具有的输入输出装置122进行操作,直接对已安装在衬底处理装置中的现有制程进行变更。
[0219] 在上述方式中,对使用一次处理多张衬底的分批式衬底处理装置形成膜的例子进行了说明。本公开文本不限定于上述方式,例如也能够合适地应用于使用一次处理一张或几张衬底的单片式衬底处理装置形成膜的情况。另外,在上述方式中,对使用具有热壁型处理炉的衬底处理装置形成膜的例子进行了说明。本公开文本不限定于上述方式,也能够合适地应用于使用具有冷壁型处理炉的衬底处理装置形成膜的情况。
[0220] 在使用这些衬底处理装置的情况下,也可以在与上述方式、变形例同样的处理步骤、处理条件下进行各处理,可获得与上述方式、变形例同样的效果。
[0221] 上述方式、变形例可以适当组合而使用。此时的处理步骤、处理条件例如可以设为与上述方式、变形例的处理步骤、处理条件同样。
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