(57)【要約】【課題】膜厚の面内均一性を改善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、処理容器内に収容された基板の温度を第１の温度から第２の温度に降温させながら、前記処理容器内にハロゲン非含有シリコン原料ガス及びハロゲン含有シリコン原料ガスを供給する降温ステップと、前記降温ステップの後に行われ、前記基板の温度を第３の温度に維持しながら、前記処理容器内に前記ハロゲン非含有シリコン原料ガス及び前記ハロゲン含有シリコン原料ガスを供給する定温ステップと、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内に収容された基板の温度を第１の温度から第２の温度に降温させながら、前記処理容器内にハロゲン非含有シリコン原料ガス及びハロゲン含有シリコン原料ガスを供給する降温ステップと、
前記降温ステップの後に行われ、前記基板の温度を第３の温度に維持しながら、前記処理容器内に前記ハロゲン非含有シリコン原料ガス及び前記ハロゲン含有シリコン原料ガスを供給する定温ステップと、
を有する、
成膜方法。
【請求項２】
前記ハロゲン非含有シリコン原料ガス及び前記ハロゲン含有シリコン原料ガスは、前記基板の周囲から供給される、
請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
前記ハロゲン非含有シリコン原料ガス及び前記ハロゲン含有シリコン原料ガスは、前記基板の主面と略平行に供給される、
請求項１又は２に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記降温ステップでは、降温途中から前記処理容器内にハロゲン非含有シリコン原料ガス及びハロゲン含有シリコン原料ガスの供給を開始する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項５】
前記降温ステップでは、降温開始と同時に前記処理容器内にハロゲン非含有シリコン原料ガス及びハロゲン含有シリコン原料ガスの供給を開始する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記第３の温度は、前記第２の温度以上、前記第１の温度以下である、
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７】
前記降温ステップの時間は、前記定温ステップの時間よりも短い、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項８】
前記基板の表面には、凹部が形成されている、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項９】
前記処理容器内には、複数の基板が上下方向に所定間隔を有して棚状に収容される、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項１０】
基板を収容する処理容器と、
前記基板を加熱する加熱部と、
前記処理容器内にガスを供給するガス供給部と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記基板の温度を第１の温度から第２の温度に降温させながら、前記処理容器内にハロゲン非含有シリコン原料ガス及びハロゲン含有シリコン原料ガスを供給する降温ステップと、
前記降温ステップの後に行われ、前記基板の温度を一定に制御しながら、前記処理容器内にハロゲン非含有シリコン原料ガス及びハロゲン含有シリコン原料ガスを供給する定温ステップと、
を実行するように前記加熱部及び前記ガス供給部を制御する、
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】
表面に微細凹部が形成された基板に、シラン系ガス及びシリコン系塩素含有化合物ガスを供給してシリコン膜を成膜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】
【特許文献１】特開２０１７−１５２４２６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、膜厚の面内均一性を改善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、処理容器内に収容された基板の温度を第１の温度から第２の温度に降温させながら、前記処理容器内にハロゲン非含有シリコン原料ガス及びハロゲン含有シリコン原料ガスを供給する降温ステップと、前記降温ステップの後に行われ、前記基板の温度を第３の温度に維持しながら、前記処理容器内に前記ハロゲン非含有シリコン原料ガス及び前記ハロゲン含有シリコン原料ガスを供給する定温ステップと、を有する。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、膜厚の面内均一性を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態の成膜方法を示すフローチャート
【図２】シード層を形成する工程における温度制御の一例を示す図
【図３】縦型熱処理装置の構成例を示す縦断面図
【図４】図３の縦型熱処理装置の処理容器を説明するための図
【図５】実施例１及び比較例１の評価サンプルを説明するための図
【図６】膜厚の面内分布の測定結果を示す図
【図７】実施例１の評価結果を示す図
【図８】比較例１の評価結果を示す図
【図９】実施例２及び比較例２の評価サンプルを説明するための図
【図１０】膜厚の面内分布の測定結果を示す図
【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】
〔成膜方法〕
一実施形態の成膜方法について説明する。図１は、一実施形態の成膜方法を示すフローチャートである。
【００１０】
図１に示されるように、一実施形態の成膜方法は、基板を準備する工程Ｓ１０と、基板の上にシード層を形成する工程Ｓ２０と、シード層の上に非晶質シリコン膜を形成する工程Ｓ３０と、を有する。以下、各工程について説明する。
【００１１】
（基板を準備する工程Ｓ１０）
基板を準備する工程Ｓ１０では、非晶質シリコン膜を形成する基板を準備する。基板としては、表面が平滑な基板であってもよく、表面にトレンチ、ホール等の凹部が形成されている基板であってもよい。基板は、例えばシリコン基板等の半導体基板であってよい。また、基板の表面には、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）等の絶縁膜が形成されていてもよい。
【００１２】
（シード層を形成する工程Ｓ２０）
シード層を形成する工程Ｓ２０では、基板にシード層用のシリコン原料ガスを供給して基板の上にシード層を形成する。図２は、シード層を形成する工程Ｓ２０における温度制御の一例を示す図である。図２中、横軸は時間を示し、縦軸は設定温度を示す。図２に示されるように、シード層を形成する工程Ｓ２０は、第１昇温ステップＳ２１と、降温ステップＳ２２と、第２昇温ステップＳ２３と、定温ステップＳ２４と、を有する。
【００１３】
第１昇温ステップＳ２１は、減圧可能な処理容器内に収容された基板の温度を初期温度Ｔ０から第１の温度Ｔ１に昇温させるステップである。第１昇温ステップＳ２１は、例えば処理容器内を真空ポンプ等による引き切りの状態で行われる。また、第１昇温ステップＳ２１は、例えば処理容器内に不活性ガス、もしくは水素ガスを供給しながら行われてもよい。第１の温度Ｔ１は、初期温度Ｔ０よりも高い温度である。初期温度Ｔ０及び第１の温度Ｔ１は、後述する降温ステップＳ２２、定温ステップＳ２４において処理容器内に供給するハロゲン非含有シリコン原料ガス及びハロゲン含有シリコン原料ガスの種類に応じて定められる。なお、第１昇温ステップＳ２１は、温度安定ステップとしてもよく、その場合、初期温度Ｔ０＝第１の温度Ｔ１としてよい。
【００１４】
降温ステップＳ２２は、減圧可能な処理容器内に収容された基板の温度を第１の温度Ｔ１から第２の温度Ｔ２に降温させながら、処理容器内にハロゲン非含有シリコン原料ガス及びハロゲン含有シリコン原料ガスを供給するステップである。このステップの目的は、以下である。ハロゲン非含有シリコン原料ガス及びハロゲン含有シリコン原料ガスを供給する際に基板の中央部と周縁部の温度が略同一の場合、原料ガス濃度が高い基板周縁部の核形成の進行が早く、基板面内で核形成の進行にバラツキが生じる。降温することで基板面内温度を中央部＞周縁部とすることができ、核形成の進行を面内で揃えることが可能となる。降温ステップＳ２２は、シード層を形成する工程Ｓ２０の初期に行われるステップであり、定温ステップＳ２４に先立って行われる。
【００１５】
降温ステップＳ２２では、例えば第１の温度Ｔ１から第２の温度Ｔ２への降温途中から処理容器内にハロゲン非含有シリコン原料ガス及びハロゲン含有シリコン原料ガスの供給を開始する。これにより、基板の中央部と周縁部に温度差が生じてから原料ガスの供給を開始することになり、基板の中央部と周縁部の核形成の進行を効率的に揃えることができるという効果が奏される。
【００１６】
また、降温ステップＳ２２では、第１の温度Ｔ１から第２の温度Ｔ２への降温開始と同時に処理容器内にハロゲン非含有シリコン原料ガス及びハロゲン含有シリコン原料ガスの供給を開始してもよい。
【００１７】
第２の温度Ｔ２は、例えば初期温度Ｔ０及び第１の温度Ｔ１よりも低い温度である。ただし、第２の温度Ｔ２は、第１の温度Ｔ１よりも低い温度であればよく、例えば初期温度Ｔ０以上の温度であってもよい。第２の温度Ｔ２は、ハロゲン非含有シリコン原料ガス及びハロゲン含有シリコン原料ガスの種類に応じて定められる。
【００１８】
降温ステップＳ２２の時間は、基板に対するシリコン膜のインキュベーションタイムと同一又は略同一の時間であることが好ましい。なお、インキュベーションタイムとは、ハロゲン非含有シリコン原料ガス及びハロゲン含有シリコン原料ガスの供給を開始した後、実際に基板の上に膜の形成が始まるまでの核形成の時間をいう。なお、基板の表面に絶縁膜が形成されている場合には、降温ステップＳ２２の時間は、絶縁膜に対するシリコン膜のインキュベーションタイムと同一又は略同一の時間であることが好ましい。また、降温ステップＳ２２の時間は、例えば定温ステップＳ２４の時間よりも短く設定される。ただし、降温ステップＳ２２の時間は、定温ステップＳ２４の時間よりも長く設定されてもよい。
【００１９】
ハロゲン非含有シリコン原料ガスとしては、例えばアミノシラン系ガス、水素化シリコンガスを利用できる。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。水素化シリコンガスとしては、例えばＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｓｉ３Ｈ８、Ｓｉ４Ｈ１０が挙げられる。
【００２０】
ハロゲン含有シリコン原料ガスとしては、例えばフッ素含有シリコンガス、塩素含有シリコンガス、臭素含有シリコンガスを利用できる。フッ素含有シリコンガスとしては、例えばＳｉＦ４、ＳｉＨＦ３、ＳｉＨ２Ｆ２、ＳｉＨ３Ｆが挙げられる。塩素含有シリコンガスとしては、例えばＳｉＣｌ４、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２（ＤＣＳ）、ＳｉＨ３Ｃｌ、Ｓｉ２Ｃｌ６が挙げられる。臭素含有シリコンガスとしては、例えばＳｉＢｒ４、ＳｉＨＢｒ３、ＳｉＨ２Ｂｒ２、ＳｉＨ３Ｂｒが挙げられる。
【００２１】
第２昇温ステップＳ２３は、減圧可能な処理容器内に収容された基板の温度を第２の温度Ｔ２から第３の温度Ｔ３に昇温させるステップである。第２昇温ステップＳ２３は、例えば処理容器内に水素ガスを供給した状態で行われる。また、第２昇温ステップＳ２３は、例えば処理容器内を真空ポンプ等による引き切りの状態で行われてもよく、処理容器内に不活性ガスを供給しながら行われてもよい。第３の温度Ｔ３は、ハロゲン非含有シリコン原料ガス及びハロゲン含有シリコン原料ガスの種類に応じて定められる。第３の温度Ｔ３は、例えば第２の温度Ｔ２以上、第１の温度Ｔ１以下の温度であってよい。しかしながら、その限りではない。第３の温度Ｔ３は、第２の温度Ｔ２以下、もしくは第１の温度Ｔ１以上の温度であってもよい。
【００２２】
定温ステップＳ２４は、減圧可能な処理容器内に収容された基板の温度を第３の温度Ｔ３に維持しながら、処理容器内にハロゲン非含有シリコン原料ガス及びハロゲン含有シリコン原料ガスを供給するステップである。ハロゲン非含有シリコン原料ガス及びハロゲン含有シリコン原料ガスとしては、例えば降温ステップＳ２２と同様のガスを利用できる。
【００２３】
なお、ハロゲン非含有シリコン原料ガスとしてＳｉＨ４ガス、ハロゲン含有シリコン原料ガスとしてＤＣＳガスを用いる場合の初期温度Ｔ０、第１の温度Ｔ１、第２の温度Ｔ２及び第３の温度Ｔ３の好適な温度範囲は以下である。中心温度をベースに、それぞれの原料ガス供給量、供給量比、もしくは処理容器内の圧力などに応じて定められる。
【００２４】
初期温度Ｔ０：４００〜５００℃（中心温度：４５０℃）
第１の温度Ｔ１：４３０〜５３０℃（中心温度：４８０℃）
第２の温度Ｔ２：３９０〜４９０℃（中心温度：４４０℃）
第３の温度Ｔ３：４２０〜５２０℃（中心温度：４７０℃）
（非晶質シリコン膜を形成する工程Ｓ３０）
非晶質シリコン膜を形成する工程Ｓ３０では、基板にシリコン原料ガスを供給してシード層の上に非晶質シリコン膜を形成する。一実施形態では、例えば化学気相堆積（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法により、基板を所定温度（例えば、４００〜５５０℃）に加熱した状態でシリコン原料ガスを供給してシード層の上に非晶質シリコン膜をコンフォーマルに成膜する。非晶質シリコン膜は、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。
【００２５】
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、例えば水素化シリコンガス、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。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Ｂ２Ｈ６、ＢＣｌ３、ＰＨ３、ＡｓＨ３が挙げられる。
【００２６】
ところで、基板面内の温度が略同一の状態で処理容器内にハロゲン非含有シリコン原料ガス及びハロゲン含有シリコン原料ガスを供給して膜を形成する場合、基板中央部に対して基板周縁の膜厚が厚くなる。そのような膜形成分布となる要因として以下が考えられる。１つ目はインキュベーションタイム差であり、２つ目は膜形成の進行の差（成膜レート差）である。鋭意検討を行った結果、主要因はインキュベーションタイム差であることに想到した。特に、表面にホールやトレンチ等の凹部（窪みパターン）が形成された基板、即ち、表面積が大きい基板の場合、基板の面内におけるインキュベーションタイム差が大きくなる。インキュベーションタイムが短い領域では、インキュベーションタイムが長い領域よりも基板の上に成膜が始まるまでの時間が短いため、膜厚が厚くなる。そのため、膜厚の面内均一性が悪化する。
【００２７】
そこで、一実施形態の成膜方法では、シード層を形成する工程Ｓ２０において、成膜初期に降温ステップＳ２２を行い、降温ステップＳ２２の後に定温ステップＳ２４を行う。降温ステップＳ２２は、処理容器内に収容された基板の温度を第１の温度Ｔ１から第２の温度Ｔ２に降温させながら、処理容器内にハロゲン非含有シリコン原料ガス及びハロゲン含有シリコン原料ガスを供給するステップである。定温ステップＳ２４は、基板の温度を第３の温度Ｔ３に維持しながら、処理容器内にハロゲン非含有シリコン原料ガス及びハロゲン含有シリコン原料ガスを供給するステップである。これにより、面内均一性が悪化する主要因であるインキュベーションタイム差を小さくし、その後は成膜レートを確保し膜形成を行うことになる。
【００２８】
一実施形態の成膜方法では、シード層を形成する工程Ｓ２０において、降温ステップＳ２２を行うのは成膜初期のみである。これにより、生産性の悪化を抑制し、且つ膜厚の面内均一性を改善できる。
【００２９】
〔成膜装置〕
上記の成膜方法を実施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。ただし、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。
【００３０】
図３は、縦型熱処理装置の構成例を示す縦断面図である。図４は、図３の縦型熱処理装置の処理容器を説明するための図である。
【００３１】
図３に示されるように、縦型熱処理装置１は、処理容器３４と、蓋体３６と、ウエハボート３８と、ガス供給部４０と、排気部４１と、加熱部４２と、を有する。
【００３２】
処理容器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。）を上下方向に所定間隔を有して棚状に保持する基板保持具である。処理容器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。
【００３３】
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４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。
【００３４】
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３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。
【００３５】
処理容器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。
【００３６】
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、処理容器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。
【００３７】
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部６８のアーム６８Ａに回転自在に支持されている。
【００３８】
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、昇降部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を処理容器３４内に対して挿脱できるようになっている。
【００３９】
ガス供給部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。ガス供給部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。
【００４０】
ガス供給管７６，７８，８０は、図４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間隔で複数のガス孔７６Ａ，７８Ａ，８０Ａが形成されている。各ガス孔７６Ａ，７８Ａ，８０Ａは、水平方向に向けて各ガスを放出する。これにより、ウエハＷの周囲からウエハＷの主面と略平行に各ガスが供給される。所定間隔は、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。成膜ガスは、例えば前述のハロゲン非含有シリコン原料ガス及びハロゲン含有シリコン原料ガスを含む。
【００４１】
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、排気部４１が設けられる。排気部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、処理容器３４内を真空引きできるようになっている。
【００４２】
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部４２が設けられている。加熱部４２は、処理容器３４内に収容されるウエハＷを加熱する。
【００４３】
縦型熱処理装置１の全体の動作は、制御部９５により制御される。制御部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。
【００４４】
係る縦型熱処理装置１により、ウエハＷに非晶質シリコン膜を形成する成膜方法の一例を説明する。まず、昇降部６８により多数枚のウエハＷを保持したウエハボート３８を処理容器３４内に搬入し、蓋体３６により処理容器３４の下端の開口を気密に塞ぎ密閉する。続いて、制御部９５により、前述の成膜方法を実行するように、ガス供給部４０、排気部４１、加熱部４２等の動作が制御される。これにより、ウエハＷの上に非晶質シリコン膜が形成される。
【００４５】
ところで、ハロゲン非含有シリコン原料ガス及びハロゲン含有シリコン原料ガスがウエハＷの周囲からウエハＷの主面と略平行に供給される場合、ウエハ周縁部の膜厚がウエハ中央部の膜厚よりも厚くなりやすい。特に、多数枚のウエハＷが上下方向に所定間隔を有して棚状に保持されている場合、該間隔が狭くなるほどウエハ中央部とウエハ周縁部との間に生じる膜厚差が大きくなる。そのため、ウエハ中央部とウエハ周縁部との間に生じる膜厚差を小さくするため、該間隔を拡げる方法が考えられる。しかしながら、該間隔を拡げると、処理容器内に収容可能なウエハＷの枚数が少なくなるため、生産性が低下する。
【００４６】
そこで、一実施形態の成膜方法では、シード層を形成する工程Ｓ２０において、成膜初期に降温ステップＳ２２を行い、降温ステップＳ２２の後に定温ステップＳ２４を行う。その結果、ウエハＷの面内におけるインキュベーションタイム差が小さくなり、ウエハＷの上に形成される非晶質シリコン膜の膜厚の面内均一性が改善するので、該間隔を拡げることなく、非晶質シリコン膜の膜厚の面内均一性を改善できる。言い換えると、生産性を悪化させることなく、非晶質シリコン膜の膜厚の面内均一性を改善できる。
【００４７】
〔実施例〕
次に、一実施形態の成膜方法の効果を確認するために行った実施例について説明する。
【００４８】
実施例１では、表面が平滑であり、表面にＳｉＯ２膜５０２が形成されたシリコンウエハ５０１（図５参照）の上に、前述のシード層を形成する工程Ｓ２０を実行することにより、膜厚が異なる複数の非晶質シリコン膜５０３を形成した。なお、成膜装置として前述の縦型熱処理装置１を用いた。シード層を形成する工程Ｓ２０における処理条件は以下である。
【００４９】
初期温度Ｔ０：４５０℃
第１の温度Ｔ１：４８０℃
第２の温度Ｔ２：４４０℃
第３の温度Ｔ３：４７０℃
ハロゲン非含有シリコン原料ガス：ＳｉＨ４ガス
ハロゲン含有シリコン原料ガス：ＤＣＳガス
【００５０】
また、実施例１の比較のために、ウエハ温度を一定（４７０℃）に維持しながら、実施例１と同様のシリコンウエハ５０１の上に、膜厚が異なる複数の非晶質シリコン膜５０３を形成した（比較例１）。なお、比較例１におけるウエハ温度以外の処理条件は、実施例１の処理条件と同様である。
【００５１】
続いて、実施例１及び比較例１においてそれぞれ形成した非晶質シリコン膜５０３について、ウエハの面内における膜厚分布を測定した。
【００５２】
図６は、膜厚の面内分布の測定結果を示す図である。図６中、横軸はウエハ位置［ｍｍ］を示し、縦軸は非晶質シリコン膜５０３の膜厚［ｎｍ］を示す。また、図６中、実施例１の測定結果を丸（●）印で示し、比較例１の測定結果を三角（▲）印で示す。なお、ウエハ位置０ｍｍはウエハ中心を表し、ウエハ位置−１５０ｍｍ，＋１５０ｍｍはウエハ端を表す。
【００５３】
図６に示されるように、比較例１では、ウエハ周縁部の膜厚がウエハ中央部の膜厚よりも厚くなっている。これに対し、実施例１では、比較例１と比較して、ウエハ中央部の膜厚が厚くなり、ウエハ中央部とウエハ周縁部との間の膜厚差が小さくなっている。具体的には、実施例１では膜厚の面内均一性は±１．７％であるのに対し、比較例１では膜厚の面内均一性は±３．６％であった。これらの結果から、実施例１に係る成膜方法によれば、比較例１に係る成膜方法と比較して、膜厚の面内均一性を改善できると言える。
【００５４】
続いて、実施例１及び比較例１において形成した複数の非晶質シリコン膜５０３のウエハ中央部及びウエハ周縁部における膜厚を測定することにより、ウエハ中央部及びウエハ周縁部におけるインキュベーションタイムを算出した。
【００５５】
図７は、実施例１の評価結果を示す図である。図８は、比較例１の評価結果を示す図である。図７及び図８中、横軸はシード層を形成する工程Ｓ２０の処理時間［ｍｉｎ］を示し、縦軸は非晶質シリコン膜５０３の膜厚［ｎｍ］を示す。また、図７及び図８中、ウエハ中央部の測定結果を丸（○）印で示し、ウエハ周縁部の測定結果を三角（△）印で示す。
【００５６】
図７に示されるように、実施例１では、ウエハ中央部とウエハ周縁部との間のインキュベーションタイム差ΔＴｉは１．５ｍｉｎであった。一方、図８に示されるように、比較例１では、ウエハ中央部とウエハ周縁部との間のインキュベーションタイム差ΔＴｉは２．８ｍｉｎであった。即ち、実施例１に係る成膜方法では、比較例１に係る成膜方法と比較して、インキュベーションタイム差ΔＴｉが小さくなっていることが分かる。さらに、比較例１のインキュベーションタイムはウエハ周縁部が短いのに対し、実施例１のインキュベーションタイムはウエハ中央部が短くなっている。このことより、成膜初期の降温ステップＳ２２で降温させながら非含有シリコン原料ガス及びハロゲン含有シリコン原料ガスを供給することでインキュベーションタイム差を制御できることが分かる。また、成膜レート（グラフの傾き）はウエハ中央部と周縁部で同様であることが分かる。
【００５７】
以上の実施例１及び比較例１の結果から、シード層を形成する工程Ｓ２０において、降温ステップＳ２２及び定温ステップＳ２４をこの順番に行うことにより、ウエハ面内におけるインキュベーションタイム差ΔＴｉを小さくできると言える。その結果、平滑な表面を有する基板の上に非晶質シリコン膜を形成する際の膜厚の面内均一性を効率よく改善できると言える。
【００５８】
実施例２では、表面に凹部９０１ａが形成され、凹部９０１ａの表面にＳｉＯ２膜９０２が形成されたシリコンウエハ９０１（図９参照）の上に、前述のシード層を形成する工程Ｓ２０を実行することにより、非晶質シリコン膜９０３を形成した。なお、成膜装置として前述の縦型熱処理装置１を用いた。シード層を形成する工程Ｓ２０における処理条件は実施例１と同様である。
【００５９】
また、実施例２の比較のために、ウエハ温度を一定（４７０℃）に維持しながら、実施例２と同様のシリコンウエハ９０１の上に、非晶質シリコン膜９０３を形成した（比較例２）。なお、比較例２におけるウエハ温度以外の処理条件は、実施例２の処理条件と同様である。
【００６０】
続いて、実施例２及び比較例２においてそれぞれ形成した非晶質シリコン膜９０３について、ウエハの面内における膜厚分布を測定した。
【００６１】
図１０は、膜厚の面内分布の測定結果を示す図である。図１０中、横軸はウエハ位置［ｍｍ］を示し、縦軸は非晶質シリコン膜９０３の膜厚［ｎｍ］を示す。また、図１０中、実施例２の測定結果を丸（●）印で示し、比較例２の測定結果を三角（▲）印で示す。なお、ウエハ位置０ｍｍはウエハ中心を表し、ウエハ位置−１５０ｍｍ，＋１５０ｍｍはウエハ端を表す。
【００６２】
図１０に示されるように、実施例２及び比較例２のいずれにおいても、ウエハ周縁部の膜厚がウエハ中央部の膜厚よりも厚くなっているが、実施例２では、比較例２と比較して、ウエハ中央部とウエハ周縁部との間の膜厚差が小さくなっている。具体的には、実施例２では膜厚の面内均一性は±５．１％であったのに対し、比較例２では膜厚の面内均一性は±７．８％であった。これらの結果から、実施例２に係る成膜方法によれば、比較例２に係る成膜方法と比較して、膜厚の面内均一性を改善できると言える。
【００６３】
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。
【００６４】
上記の実施形態では、基板が半導体基板である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、基板はフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ：Flat Panel Display)用の大型基板、ＥＬ素子又は太陽電池用の基板であってもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１    縦型熱処理装置
３４  処理容器
４０  ガス供給部
４２  加熱部
９５  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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