(57)【要約】      （修正有）【課題】成膜速度を確保しつつ、且つ膜厚が不均一となりにくい基板処理方法及び基板処理装置を提供する。【解決手段】処理室２０１内に複数のＳｉウエハを搬入し、積層して収容する第１の工程と、Ｓｉウエハを加熱しつつ、処理室２０１に第１のガスを供給して、所望の厚さの第１の非晶質シリコン膜を成膜する第２の工程と、基板を加熱しつつ、第１のガスとは異なる第２のガスを処理室２０１内に供給して、所望の厚さの第２の非晶質シリコン膜を成膜する第３の工程とを有し、第１のガスは、前記第２のガスより高次なガスであるようにＳｉウエハを処理する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の少なくとも一部に絶縁膜を有し、かつシリコン表面が露出した単結晶シリコン基板上に非晶質シリコン膜を成膜する基板処理方法であって、
処理室内に複数の基板を搬入し積層して収容する第1の工程と、
少なくとも前記基板を加熱しつつ第1のガスを供給して、所望の厚さの第1の非晶質シリコン膜を成膜する第２の工程と、
少なくとも前記基板を加熱しつつ前記第1のガスとは異なる第２のガスを供給して、所望の厚さの第２の非晶質シリコン膜を成膜する第３の工程と、
を含み、
前記第1のガスは前記第２のガスより高次なガスである基板処理方法。
【請求項２】
前記第１の非晶質シリコン膜及び前記第２の非晶質シリコン膜に熱処理を施して、基板表面から露出した単結晶シリコン表面を種として固相エピタキシャルを成長させる第４の工程をさらに有する請求項１記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記第３の工程は、前記第２の工程よりも処理温度が高い請求項１又は２記載の基板処理方法。
【請求項４】
前記第２の工程は、前記基板を４５０℃から５５０℃の温度で加熱し、前記第１のガスとしてＳｉ２Ｈ６ガスを用い、
前記第３の工程は、前記基板を、前記第２の工程で加熱される温度よりも高く且つ５８０℃以下の温度で加熱し、前記第２のガスとしてＳｉＨ４ガスを用いる請求項１乃至４いずれか記載の基板処理方法。
【請求項５】
積層されて収納された複数の基板を処理する処理室と、
前記処理室内に収納された基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内に所望のガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内のガスを排気する排気部と、
少なくとも前記ガス供給部を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記処理室内に第１のガスを供給し、前記基板に第１の非結晶シリコン膜を成膜させた後、前記処理室内に前記第１のガスよりも低次の第２のガスを供給させ、前記基板に第２の非結晶シリコン膜を成膜させるように前記ガス供給部を制御する基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面の少なくとも一部に絶縁層を有し、且つシリコン表面が露出した単結晶の基板上に非晶質のシリコン膜を成膜する基板処理方法及び基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面の少なくとも一部に絶縁層を有し、且つシリコン表面が露出した単結晶の基板上に非晶質のシリコン膜を成膜する基板処理法及び基板処理装置が知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の基板処理方法及び基板処理装置では、例えば低温でシリコン膜を成膜した場合、成膜速度が遅くなったり、反応性の高いガスを用いてシリコン膜を成膜した場合、膜厚が不均一となったりするとの問題が生じることがあった。
【０００４】
すなわち、従来の技術では、基板処理として、例えば、横方向固相エピタキシャル成長法を用いた場合、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）と絶縁膜との界面に微細結晶粒が形成されやすく、微細結晶粒が形成されると、Ｓｉを単結晶化するために熱処理をする際に、微細結晶粒が成長してしまい、単結晶化が阻害されてしまうとの問題点があった。
ここで、微細結晶粒の成長を抑制するために、ａ−Ｓｉを低温で成膜すれば良いとも思われる。例えば、ＳｉＨ４によるＣＶＤ法の場合、６００℃がａ−ＳｉとＰｏｌｙ−Ｓｉ（ポリシリコン）の境界であり、５８０℃以下では、ほとんどがａ−Ｓｉとなるため、ＳｉＨ４によるＣＶＤ法の場合においては、５８０℃以下の温度で成膜をすれば良いように思われる。
しかしながら、低温で処理をする場合、成膜速度が遅くなるとの問題が生じてしまう。例えば、成腹圧力を８０Ｐａとすると、処理温度が５８０℃ではａ−Ｓｉの成膜速度は、約６（ｎｍ／ｍｉｎ）であるのに対して、処理速度を５３０℃とした場合、ａ−Ｓｉの成膜速度は約２（ｎｍ／ｍｉｎｌ）まで低下してしまう。
【０００５】
ここで、処理温度を低下させることに伴う成膜速度の低下を抑制するために、反応性が高く成膜速度が高いガスである、例えばＳｉ２Ｈ６等を用いれば、良いようにも思われる。処理ガスとして、Ｓｉ２Ｈ６を用いれば、成腹圧力を２５Ｐａとした場合、処理温度を５００℃まで低下させても、成膜速度を約３（ｎｍ／ｍｉｎ）とすることができる。
【０００６】
しかしながら、処理ガスとして、反応性の高いガスを用いる場合、膜厚均一性が悪くなるとの問題が生じてしまう。例えば、処理ガスとしてＳｉＨ４を用い、処理温度を５３０℃として、φ２００ｍｍの基板（ウエハ）に成膜を行った場合、膜厚面内均一性を±１％以下とすることができる。これに対して、処理ガスとして反応性の高いＳｉ２Ｈ６を用い、処理温度を５００℃として、φ２００ｍｍの基板に成膜を行った場合、膜厚面内均一性が悪化し、±５％を超えてしまう。
【０００７】
以上のように、従来の基板処理方法及び基板処理装置では、成膜速度を確保しつつ、膜厚面内均一性に優れた基板処理をすることはできなかった。
【０００８】
本発明は、成膜速度を確保しつつ、且つ膜厚が不均一となりにくい基板処理方法及び基板処理装置を提供することを目的とする。より具体的には、本発明は、例えば、ａ−Ｓｉの絶縁膜界面の微結晶粒の形成を抑え、成膜速度を遅くせず、且つ膜厚均一性を確保することができる基板処理方法及び基板処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、表面の少なくとも一部に絶縁膜を有し、かつシリコン表面が露出した単結晶シリコン基板上に非晶質シリコン膜を成膜する基板処理方法であって、処理室内に複数の基板を搬入し積層して収容する第1の工程と、少なくとも前記基板を加熱しつつ第1のガスを供給して、所望の厚さの第1の非晶質シリコン膜を成膜する第２の工程と、少なくとも前記基板を加熱しつつ前記第1のガスとは異なる第２のガスを供給して、所望の厚さの第２の非晶質シリコン膜を成膜する第３の工程と、を含み、前記第1のガスは前記第２のガスより高次なガスである基板処理方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、成膜速度を確保しつつ、膜厚が不均一となりにくい基板処理装置及び基板処理装置を提供することができる。より具体的には、本発明は、例えば、ａ−Ｓｉの絶縁膜界面の微結晶粒の形成を抑え、成膜速度を遅くせず、且つ膜厚均一性を確保することができる基板処理方法及び基板処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態に係る基板処理方法及び基板処理装置について図面に基づいて説明をする。
図１には、本発明の実施形態に係る基板処理装置１０が示されている。
基板処理装置１０では、本発明の実施形態に係る基板処理がなされるものであり、縦型のＣＶＤ装置として構成されている。
尚、基板処理装置１０は、縦型のＣＶＤ装置であるが、本発明は、横型のＣＶＤ装置、枚葉型のＣＤＶ装置等、縦型以外の基板処理装置に適用することもできる。また、基板処理装置１０は、所謂ホットウオール型の装置であるが、本発明は、所謂コールドウオール型の装置に適用することもできる。
【００１２】
図１に示されるように、基板処理装置１０は、処理炉２０２と、加熱機構として用いられるヒータ２０６を有する。
ヒータ２０６は円筒形状であり、ヒータ素線とその周囲に設けられた断熱部材より構成され、図示しない保持体に支持されることにより垂直に据え付けられている。
【００１３】
ヒータ２０６の内側には、ヒータ２０６と同心円状に反応管としてのアウターチューブ２０５が配設されている。アウターチューブ２０５は、石英（ＳｉＯ２）又は炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱材料からなり、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。アウターチューブ２０５の内側の筒中空部には、処理室２０１が形成されており、Ｓｉ基板３００を後述するボート２１７によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。
【００１４】
アウターチューブ２０５の下方には、アウターチューブ２０５と同心円状にマニホールド２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えば、ステンレス等からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。このマニホールド２０９はアウターチューブ２０５を支持するように設けられている。尚、マニホールド２０９とアウターチューブ２０５との間には、シール部材としてのＯリングが設けられている。このマニホールド２０９が図示しない保持体に支持されることにより、アウターチューブ２０５は垂直に据え付けられた状態となっている。このアウターチューブ２０５とマニホールド２０９により反応容器が形成される。
【００１５】
マニホールド２０９には、ガス排気管２３１が設けられると共に、ガス供給管２３２が貫通するよう設けられている。ガス供給管２３２は、上流側で３つに分かれており、バルブ１７７、１７８、１７９とガス流量制御装置としてのＭＦＣ１８３、１８４、１８５を介して第１のガス供給源１８０、第２のガス供給源１８１、第３のガス供給源１８２にそれぞれ接続されている。ＭＦＣ１８３、１８４、１８５及びバルブ１７７、１７８、１７９には、ガス流量制御部２３５が電気的に接続されており、供給するガスの流量が所望の流量となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００１６】
ガス排気管２３１の下流側には、図示しない圧力検出器としての圧力センサ及び圧力調整器としてのＡＰＣバルブ２４２を介して真空ポンプ等の真空排気装置２４６が接続されている。圧力センサ及びＡＰＣバルブ２４２には、圧力制御部２３６が電気的に接続されており、圧力制御部２３６は、圧力センサにより検出された圧力に基づいてＡＰＣバルブ２４２の開度を調節することにより、処理室２０１内の圧力が所望の圧力となるよう所望のタイミングにて制御するよう構成されている。
【００１７】
マニホールド２０９の下方には、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞するための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、例えばステンレス等の金属よりなり、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には、マニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリングが設けられている。シールキャップ２１９には、回転機構２５４が設けられている。回転機構２５４の回転軸２５５はシールキャップ２１９を貫通して後述するボート２１７に接続されており、ボート２１７を回転させることでＳｉ基板３００を回転させるように構成されている。
【００１８】
シールキャップ２１９は、処理炉２０２の外側に設けられた昇降機構としての後述する昇降モータ２４８によって垂直方向に昇降されるように構成されており、これによりボート２１７を処理室２０１に対し搬入搬出することが可能となっている。回転機構２５４及び昇降モータ２４８には、駆動制御部２３７が電気的に接続されており、所望の動作をするよう所望のタイミングにて制御するよう構成されている。
【００１９】
基板保持具として用いられるボート２１７は、例えば、石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなり、複数枚のＳｉ基板３００を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。尚ボート２１７の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる円板形状をした断熱部材としての断熱板２１６が水平姿勢で多段に複数枚配置されており、ヒータ２０６からの熱がマニホールド２０９側に伝わりにくくなるよう構成されている。
【００２０】
ヒータ２０６近傍には、処理室２０１内の温度を検出する温度検出体としての温度センサ（図示せず）が設けられる。ヒータ２０６及び温度センサには、電気的に温度制御部２３８が接続されており、温度センサにより検出された温度情報に基づきヒータ２０６への通電具合を調節することにより処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００２１】
この処理炉２０２の構成において、第１の処理ガス（第１のガス）は、第１のガス供給源１８０から供給され、ＭＦＣ１８３でその流量が調節された後、バルブ１７７を介して、ガス供給管２３２により処理室２０１内に導入される。第２の処理ガス（第２のガス）は、第２のガス供給源１８１から供給され、ＭＦＣ１８４でその流量が調節された後、バルブ１７８を介してガス供給管２３２により処理室２０１内に導入される。第３の処理ガスは、第３のガス供給源１８２から供給され、ＭＦＣ１８５でその流量が調節された後、バルブ１７９を介してガス供給管２３２より処理室２０１内に導入される。また、処理室２０１内のガスは、ガス排気管２３１に接続された排気装置としての真空ポンプ２４６により、処理室２０１から排気される。
【００２２】
次に、本発明で用いる基板処理装置の処理炉周辺の構成について説明する。
【００２３】
予備室としてのロードロック室１４０の外面に下基板２４５が設けられる。下基板２４５には昇降台２４９と嵌合するガイドシャフト２６４及び昇降台２４９と螺合するボール螺子２４４が設けられる。下基板２４５に立設したガイドシャフト２６４及びボール螺子２４４の上端に上基板２４７が設けられる。ボール螺子２４４は上基板２４７に設けられた昇降モータ２４８により回転される。ボール螺子２４４が回転することにより昇降台２４９が昇降するように構成されている。
【００２４】
昇降台２４９には中空の昇降シャフト２５０が垂設され、昇降台２４９と昇降シャフト２５０の連結部は気密となっている。昇降シャフト２５０は昇降台２４９と共に昇降するようになっている。昇降シャフト２５０はロードロック室１４０の天板２５１を遊貫する。昇降シャフト２５０が貫通する天板２５１の貫通穴は昇降シャフト２５０に対して接触することがない様充分な余裕がある。ロードロック室１４０と昇降台２４９との間には昇降シャフト２５０の周囲を覆うように伸縮性を有する中空伸縮体としてのベローズ２６５がロードロック室１４０を気密に保つために設けられる。ベローズ２６５は昇降台２４９の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有し、ベローズ２６５の内径は昇降シャフト２５０の外形に比べ充分に大きくベローズ２６５の伸縮で接触することがないように構成されている。
【００２５】
昇降シャフト２５０の下端には昇降基板２５２が水平に固着される。昇降基板２５２の下面にはＯリング等のシール部材を介して駆動部カバー２５３が気密に取付けられる。昇降基板２５２と駆動部カバー２５３とで駆動部収納ケース２５６が構成されている。この構成により、駆動部収納ケース２５６内部はロードロック室１４０内の雰囲気と隔離される。
【００２６】
また、駆動部収納ケース２５６の内部にはボート２１７の回転機構２５４が設けられ、回転機構２５４の周辺は、冷却機構２５７により、冷却される。
【００２７】
電力供給ケーブル２５８が昇降シャフト２５０の上端から昇降シャフト２５０の中空部を通って回転機構２５４に導かれて接続されている。又、冷却機構２５７、シールキャップ２１９には冷却流路２５９が形成されており、冷却流路２５９には冷却水を供給する冷却水配管２６０が接続され、昇降シャフト２５０の上端から昇降シャフト２５０の中空部を通っている。
【００２８】
昇降モータ２４８が駆動され、ボール螺子２４４が回転することで昇降台２４９及び昇降シャフト２５０を介して駆動部収納ケース２５６を昇降させる。
【００２９】
駆動部収納ケース２５６が上昇することにより、昇降基板２５２に気密に設けられるシールキャップ２１９が処理炉２０２の開口部である炉口１６１を閉塞し、ウエハ処理が可能な状態となる。駆動部収納ケース２５６が下降することにより、シールキャップ２１９と共にボート２１７が降下され、Ｓｉ基板３００を外部に搬出できる状態となる。
【００３０】
ガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７、温度制御部２３８は、操作部、入出力部をも構成し、基板処理装置全体を制御する主制御部２３９に電気的に接続されている。これら、ガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７、温度制御部２３８、主制御部２３９は、制御部として用いられるコントローラ２４０として構成されている。
【００３１】
基板処理装置１０においては、複数枚のＳｉ基板３００がボート２１７に装填されると、図１に示されるように、複数枚のＳｉ基板３００を保持したボート２１７は、昇降モータ２４８による昇降台２４９及び昇降シャフト２５０の昇降動作により処理室２０１内に搬入（ボートローディング）される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリングを介してマニホールド２０９の下端をシールした状態となる。
【００３２】
処理室２０１内が所望の圧力（真空度）となるように真空排気装置２４６によって真空排気される。この際、処理室２０１内の圧力は、圧力センサで測定され、この測定された圧力に基づき圧力調節器２４２がフィードバック制御される。また、処理室２０１内が所望の温度となるようにヒータ２０６により加熱される。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が検出した温度情報に基づきヒータ２０６への通電具合がフィードバック制御される。続いて、回転機構２５４により、ボート２１７が回転されることでＳｉ基板３００が回転される。
【００３３】
第１のガス供給源１８０、第２のガス供給源１８１、第３のガス供給源１８２には、処理ガスとして、それぞれＳｉ２Ｈ６、ＳｉＨ４、Ｈ２が封入されており、次いで、これら処理ガス供給源からそれぞれの処理ガスが供給される。所望の流量となるようにＭＦＣ１８３、１８４、１８５の開度が調節された後、バルブ１７６、１７７、１７８が開かれ、それぞれの処理ガスがガス供給管２３２を流通して、処理室２０１の上部から処理室２０１内に導入される。導入されたガスは、処理室２０１内を通り、ガス排気管２３１から排気される。処理ガスは、処理室２０１内を通過する際にＳｉ基板３００と接触し、Ｓｉ基板３００の表面上にＳｉ膜が堆積（デポジション）される。
【００３４】
予め設定された時間が経過すると、図示しない不活性ガス供給源から不活性ガスが供給され、処理室２０１内が不活性ガスでパージされ、置換されると共に、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される。
【００３５】
その後、昇降モータ２４８によりシールキャップ２１９が下降されて、マニホールド２０９の下端が開口されると共に、処理済Ｓｉ基板３００がボート２１７に保持された状態でマニホールド２０９の下端からアウターチューブ２０５の外部に搬出（ボートアンローディング）される。その後、処理済のＳｉ基板３００は、ボート２１７より取出される（ウエハディスチャージ）。
【００３６】
以上のように構成された基板処理装置１０は、例えば、ＳＯＩ（Silicon Insulator）構造を用いたＬＳＩの製造に用いられる。
ＳＯＩ構造を用いたＬＳＩの製造は、寄生容量の低減による動作速度の高速化や素子間分離が簡単なため、製造するＬＳＩを高集積化しやすい等の利点がある。ここで、SOＩ構造を形成する方法として、ＳｌＭＯＸ（Separation by Implanted Oxygen）等に代表される表面単結品分離法を挙げることができる。ＳｌＭＯＸは、基板の表面の単結晶Ｓｉ層を保存しつつ、内部に絶縁膜を形成する方法である。
【００３７】
また、ＳＯＩ構造を形成する方法として、横方向固相エピタキシャル成長法を挙げることができる。横方向固相エピタキシャル成長法は、基板の表面の一部又は全部に絶縁膜を形成したＳｉ基板を用いて、形成された絶縁膜上の横方向エピタキシャル成長法により単結晶Ｓｉ層を形成する方法である。基板処理装置１０では、横方向エピタキシャル成長法を用い基板が処理される。
以下、より具体的に説明する。
【００３８】
図２には、基板処理装置１０でなされる基板処理の工程が示されている。
より具体的には、図２には、基板処理装置１０でなされる横方向固相エピタキシャル成長法を用いた基板処理の工程が示されている。
【００３９】
まず、図２（ａ）に示されるように、部分的に絶縁膜３０２を形成したＳｉ基板３００の表面にａ−Ｓｉ膜３０４を成膜する。
【００４０】
次に、Ｓｉ基板３００の熱処理を行う。すなわち、Ｓｉ基板３００を、約５００℃〜７００℃の温度で加熱する。Ｓｉ基板３００に熱処理を行うことで、図２（ｂ）に示されるように、Ｓｉ基板３００の開口部３０６を種として、絶縁膜３０２上のａ−Ｓｉが単結品化し、単結晶層３０８が形成される。そして、一定時間、熱処理を続けることで、図２（ｃ）に示されるように、絶縁膜３０２上のａ−Ｓｉ膜３０４が、が全て単結晶化する。
【００４１】
以上で説明した工程を経ることにより、絶縁膜３０２上に単結晶層３０８が形成される。このため、形成された単結晶層３０８の、さらにその上にも上述の工程を繰り返すことで回路を形成することが可能であり、３次元的に回路を集積化することができ、半導体装置の構造設計の自由度を向上させることができる。
例えば、上述の横方向固相エピタキシャル成長法を繰り返すことで、半導体装置である３次元ＬＳＩを製造することができる。
【００４２】
図３には、横方向固相エピキシャル成長法による３次元ＬＳＩプロセスを製造工程が示されている。
まず、図３（ａ）に示されているように、すでに回路３２０が形成された基板に対して、図３（ｂ）に示されるように回路３２０を覆うように絶縁膜３０２を形成する。そして、図２を参照して説明した方法により、絶縁膜３０２の上にａ−Ｓｉ膜を成膜し、成膜されたａ−Ｓｉ膜を熱処理によって単結晶化し、単結晶層３０８を形成する。
以上の工程を繰り返すことにより、多層の構造の３次元ＬＳＩが製造される。
【００４３】
以上で説明をした横方向固相エピタキシャル成長法においては、ａ−Ｓｉ膜３０４を成膜する際に、ａ−Ｓｉ膜３０４とＳｉ基板３００基板との界面を高清浄化することが重要である。先述のように、Ｓｉ基板３００の開口部３０６を種として、絶縁膜３０２上のａ−Ｓｉが単結品化するため、清浄化が不十分であり、Ｓｉ基板３００に自然酸化膜が形成されていたり汚染物質が付着していたりすると、Ｓｉ基板３００が種とならずに、単結晶化が良好になされないためである。
この点、本実施形態に係る基板処理装置１０は、エピタキシャル成長用途の高清浄が可能なＣＶＤ装置であるため、ａ−Ｓｉ膜３０４とＳｉ基板３００基板との界面が高度に清浄化され、単結晶化が良好になされる。
【００４４】
また、横方向固相エピタキシャル成長法においては、ａ−Ｓｉ膜３０４と絶縁膜３０２との界面における微結晶粒の形成を抑制することが重要である。微細結晶粒が形成されると、ａ−Ｓｉ膜３０４を単結晶化するために熱処理をする際に、微細結晶粒が成長してしまい、単結晶化が阻害されてしまうためである。
そこで、本実施形態においては、独自の工夫を施して、ａ−Ｓｉ膜３０４と絶縁膜３０２との界面における微結晶粒の形成を抑制している。また、ａ−Ｓｉ膜３０４と絶縁膜３０２との界面における微結晶粒の形成を抑制しつつ、成膜速度を遅くせず、且つ膜厚均一性も確保することができるように独自の工夫を施している。
以下、具体的に説明をする。
【００４５】
以下で説明する基板処理装置１０によるＳｉウエハ３００の処理は、制御部として用いられるコントローラ２４０が、少なくとも、ＭＦＣ１８３、１８４、１８５、バルブ１７７、１７８、１７９等から構成されるガス供給部を制御することによりなされる。
【００４６】
本発明では、ａ−Ｓｉ膜３０４を成膜する際、最初は第１のガスとして用いられるＳｉ２Ｈ６を用いて、Ｐｏｌｙ化が生じにくい低温で薄く成膜し、ａ−Ｓｉ膜３０４と絶縁膜３０２との界面において微結晶粒が形成されることを抑制している。そして、その後温度を上昇させ、第２のガスとして用いられる処理ガスとしてＳｉＨ４を用い、Ｓｉ２Ｈ６を用いて、低温で薄く成膜されたａ−Ｓｉ膜３０４に重ねるようにして厚く成膜をする。これにより、成膜の速度を確保しつつ、ａ−Ｓｉ膜３０４を均一なものとすることができる。ここで、第１の処理ガスとして用いられるＳｉ２Ｈ６は、第２のガスとして用いられるＳｉＨ４よりも高次のガスである。処理ガスは、一般に高次であるほど、低温での成膜が可能である。
【００４７】
具体的には、基板処理装置１０で５００ｎｍのａ−Ｓｉ膜３０４を成膜するにあたり、ａ−Ｓｉ膜３０４の最初の５０ｎｍは、処理温度を５００℃、処理室２０１内の圧力を２５ｐａとし、処理ガスとしてＳｉ２Ｈ６を用いて成膜する。ここで、処理温度が５００℃と比較的低温であるため、ａ−Ｓｉ膜３０４と絶縁膜３０２との界面における微結晶粒の成長が抑制される。
【００４８】
ａ−Ｓｉ膜３０４の最初の５０ｎｍを処理ガスとしてＳｉ２Ｈ６を用いて成膜することに替え、最初の１層のみを処理ガスとしてＳｉ２Ｈ６を用いて成膜しても良い。また、処理ガスとしてＳｉ２Ｈ６を用いてなす最初の処理によって成膜される膜厚は、必ずしも５０ｎｍでなくても良い。
【００４９】
ここで、処理温度である５００℃は、処理ガスであるＳｉ２Ｈ６の分解温度以上の温度となっている。処理温度は、必ずしも５００℃であることを要せず、概ね４５０℃〜５００℃の範囲にあれば良い。
【００５０】
その後、残りの厚さ４５０ｎｍ分の成膜は、処理温度を約５８０℃に上昇させ、処理室２０１内の圧力を８０Ｐａ以上に上昇させた後、処理ガスとして、ＳｉＨ４を用いてなされる。このように、Ｓｉ２Ｈ６を用いて成膜されたａ−Ｓｉ膜３０４の上に、重ねられるようにしてＳｉＨ４を用いてａ−Ｓｉ膜３０４が成膜されるため、厚さ５００ｎｍの全部分をＳｉ２Ｈ６で成膜する場合と比較して、膜厚の均一性が良くなる。
【００５１】
ここで、処理温度である５８０℃は、処理ガスであるＳｉＨ４のＰｏｌｙ化限界温度である６００度℃以下となっている。尚、ＳｉＨ４を用いて処理をする場合、処理温度を５８０℃から５４５℃まで下げるに伴い、Ｐｏｌｙ化レートが低くなることが分かっている。
【００５２】
以上の処理においては、Ｓｉ２Ｈ６を用いた最初の成膜に要する時間は約１７分であり、次になされるＳｉＨ４を用いたので成膜時間は約７５分であり、昇温に要する時間と温度を安定させるための時間を加えても、成膜工程を１２０分程度で終了させることができる。
また、膜厚面内均一性については、ＳＨ４を用いた４５０ｎｍの厚さの部分が支配的であるため、先述のようにＳｉ２Ｈ６だけを用いた場合と比較して膜厚均一性が向上し、膜厚面内均一性は±２％以下の範囲に留まる。
【００５３】
尚、Ｓｉ２Ｈ６を用いた最初の成膜におけるレートは、３（ｎｍ／分）であり、次になされるＳｉＨ４を用いたた成膜におけるレートは、６（ｎｍ／分）である。
【００５４】
ここで、基板処理装置１０を用いて５００ｎｍのａ−Ｓｉ膜３０２を成膜するに際して、ＳｉＨ４を用いて厚さ５００ｎｍの全てを成膜しようとする場合、処理温度を５３０℃としても２５０分の処理時間を要してしまう。一方、Ｓｉ２Ｈ６だけを用いて厚さ５００ｎｍの全てを成膜しようとする場合、処理温度を５００℃とすると、約１６７分で成膜がなされるものの、膜厚面内均一性が±５％を超えてしまう。
【００５５】
尚、以上の説明では、ＳｉＨ４とＳｉ２Ｈ６とを用いる場合を例として示したが、Ｓｉ３Ｈ８やＳｉ４Ｈ１０のような高次のシラン系ガスや、ＳｉＨ２Ｃ１２やＳｉＨ３Ｃｌのようなハロゲン系ガス等を、最初に用いる第１のガスが高次のガスであって、次に用いられる第２のガスが第１のガスよりも低次であるのとの関係が成り立つ限り、任意の組み合わせで用いることができる。
【００５６】
また、以上の説明では、処理温度を５００℃から５８０℃に上昇される例を示したが、処理温度はこれに制限されるものではない。また、以上の説明では、ａ−Ｓｉ膜３０４を２つの異なる成膜条件で成膜する２層成膜の例を示したが、ａ−Ｓｉ膜３０４の成膜は、３個以上の異なる成膜条件で成膜しても良い。
【００５７】
本発明は特許請求の範囲に記載した事項を特徴とするが、さらに次に付記した事項も含まれる。
【００５８】
〔付記１〕
表面の少なくとも一部に絶縁膜を有し、かつシリコン表面が露出した単結晶シリコン基板上に非晶質シリコン膜を成膜する基板処理方法であって、
処理室内に複数の基板を搬入し積層して収容する第1の工程と、
少なくとも前記基板を加熱しつつ第1のガスを供給して、所望の厚さの第1の非晶質シリコン膜を成膜する第２の工程と、
少なくとも前記基板を加熱しつつ前記第1のガスとは異なる第２のガスを供給して、所望の厚さの第２の非晶質シリコン膜を成膜する第３の工程と、
を含み、
前記第1のガスは前記第２のガスより高次なガスであることを特徴とする基板処理方法。
【００５９】
〔付記２〕
前記第１の非晶質シリコン膜及び前記第２の非晶質シリコン膜に熱処理を施して、基板表面から露出した単結晶シリコン表面を種として固相エピタキシャルを成長させる第４の工程をさらに有する付記１記載の基板処理方法。
【００６０】
〔付記３〕
前記第３の工程は、前記第２の工程よりも処理温度が高い付記１又は２記載の基板処理方法。
【００６１】
〔付記４〕
前記第３の工程は、前記第２のガスの多結晶化温度よりも低い温度で、前記基板を加熱する付記１乃至３いずれか記載の基板処理方法。
【００６２】
〔付記５〕
前記第２の工程は、前記基板を４５０℃から５５０℃の間の温度に加熱し、前記第３の工程は、５８０℃以下の温度に前記基板を加熱する付記１乃至４いずれか記載の基板処理方法。
【００６３】
〔付記６〕
前記第２の工程は、前記基板を４５０℃から５５０℃の温度で加熱し、前記第１のガスとしてＳｉ２Ｈ６ガスを用い、
前記第３の工程は、前記基板を、前記第２の工程で加熱される温度よりも高く且つ５８０℃以下の温度で加熱し、前記第２のガスとしてＳｉＨ４ガスを用いる付記１乃至４いずれか記載の基板処理方法。
【００６４】
〔付記７〕
処理室内に複数の基板を搬入し、積層して収容する第１の工程と、
前記基板を４５０℃から５５０℃の温度で加熱しつつ、前記処理室にＳｉ２Ｈ６を供給し、所望の厚さの第１の非晶質シリコン膜を成膜する第２の工程と、
前記基板を、前記第２の工程で加熱される温度よりも高く且つ５８０℃以下の温度で加熱しつつ、前記処理室にＳｉＨ４ガスを供給し、所望の厚さの第２の非晶質シリコン膜を成膜する第３の工程と、
前記第１の非晶質シリコン膜及び前記第２の非晶質シリコン膜に熱処理を施して、前記基板表面から露出した単結晶シリコン表面を種として固相エピタキシャルを成長させる第４の工程と、
を有する基板処理方法。
【００６５】
〔付記８〕
前記第２の工程の後、前記第３の工程の前に前記処理室内をパージするパージ工程を有する付記１乃至８いずれか記載の基板処理方法。
【００６６】
〔付記９〕
前記第１の工程は、前記第２の工程よりも低い圧力でなされる付記１乃至８いずれか記載の基板処理方法。
【００６７】
〔付記１０〕
前記第２の工程は、１層からなる第１の非晶質シリコン膜を成膜する付記１乃至９いずれか記載の基板処理方法。
【００６８】
〔付記１１〕
積層されて収納された複数の基板を処理する処理室と、
前記処理室内に収納された基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内に所望のガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内のガスを排気する排気部と、
少なくとも前記ガス供給部を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記処理室内に第１のガスを供給し、前記基板に第１の非晶質シリコン膜を成膜させた後、前記処理室内に前記第１のガスよりも低次の第２のガスを供給させ、前記基板に第２の非晶質シリコン膜を成膜させるように前記ガス供給部を制御する基板処理装置。
【００６９】
〔付記１２〕
前記制御部は、前記第１の非晶質シリコン膜、及び前記第２非晶質シリコン膜に熱処理を施し、前記基板の表面から露出した単結晶シリコンの表面を種として固相エピタキシャルを成長させるように、前記加熱手段を制御する付記１１記載の基板処理装置。
【００７０】
〔付記１３〕
前記制御部は、前記基板の温度が、前記第２のガスの供給中が、前記第１ガスの供給中よりも高くなるように前記加熱手段を制御する付記１１又は１２記載の基板処理装置。
【００７１】
〔付記１４〕
積層されて収納された複数の基板を処理する処理室と、
前記処理室内に収納された基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内に所望のガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内のガスを排気する排気部と、
少なくとも前記ガス供給部を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記処理室内に第１のガスを供給し、前記基板に第１の非晶質シリコン膜を成膜させた後、前記処理室内に前記第１のガスと異なる第２のガスを供給させ、前記基板に第２の非晶質シリコン膜を成膜させるように前記ガス供給部を制御し、前記基板の前記第２のガスの供給中の温度が、前記第１のガスの供給中の前記基板の温度よりも高く、前記第２のガスの多結晶化温度よりも低くなるように前記加熱部を制御する基板処理装置。
【００７２】
〔付記１５〕
前記制御部は、前記第１の非晶質シリコン膜、及び前記第２非晶質シリコン膜に熱処理を施し、前記基板の表面から露出した単結晶シリコンの表面を種として固相エピタキシャルを成長させるように、前記加熱手段を制御する付記１４記載の基板処理装置。
【００７３】
〔付記１６〕
前記制御部は、前記第１のガスが供給された後、前記第２のガスが供給される前に、前記処理室内がパージされるように、前記ガス供給部及び前記ガス排気部の少なくともいずれか一方を制御する付記１１乃至１５いずれか記載の基板処理装置。
【００７４】
〔付記１７〕
前記制御部は、前記第１のガスの供給中における前記処理室内の圧力が、前記第２のガスの供給中よりも低くなるように、前記ガス供給部及び前記ガス排気部の少なくともいずれか一方を制御する付記１１乃至１６いずれか記載の基板処理装置。
【００７５】
〔付記１８〕
前記制御部は、前記第１のガスの供給中における前記基板の温度が、４５０℃から５５０℃となり、前記第２のガス供給中における前記基板の温度が５８０℃以下となるように、前記加熱部を制御する付記１１乃至１７いずれか記載の半導体処理装置。
【００７６】
〔付記１９〕
積層されて収納された複数の基板を処理する処理室と、
前記処理室内に収納された基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内に所望のガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内のガスを排気する排気部と、
少なくとも前記ガス供給部を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記基板の温度が４５０℃から５００℃の状態で、前記処理室内にＳｉ２Ｈ６ガスが供給され、前記基板に第１の非晶質シリコン膜を成膜させた後、前記基板の温度が５８０℃以下の状態で、前記処理室内にＳｉＨ４ガスが供給され、前記基板に第２の非晶質シリコン膜を成膜させるように、少なくとも前記加熱部及び前記ガス供給を制御する基板処理装置。
【００７７】
〔付記２０〕
前記制御部は、Ｓｉ２Ｈ６ガスが供給された後、ＳｉＨ４ガスが供給される前に、前記処理室内がパージされるように、前記ガス供給部及び前記ガス排気部の少なくともいずれか一方を制御する付記１９いずれか記載の基板処理装置。
【００７８】
〔付記２１〕
前記制御部は、Ｓｉ２Ｈ６ガスの供給中における前記処理室内の圧力が、ＳｉＨ４ガスを供給中よりも低くなるように、前記ガス供給部及び前記ガス排気部の少なくともいずれか一方を制御する付記１９又は２０記載の基板処理装置。
【００７９】
〔付記２２〕
前記第１の非晶質シリコン膜として、最初の一層のみを成膜する付記１１乃至２１いずれか記載の基板処理装置。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
以上述べたように、本発明は、例えばウエハ等の基板を処理する基板処理装置と、半導体装置の製造方法とに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施形態に係る基板処理装置を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る基板処理装置でなされる基板処理の工程を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る基板処理装置でなされる横方向固相エピキシャル成長法による３次元ＬＳＩプロセスの製造工程を示す図である。
【符号の説明】
【００８２】
１０    基板処理装置
２０１  処理室
２４０  コントローラ
３００  Ｓｉ基板
３０２  絶縁膜
３０４  ａ−Ｓｉ膜
３０６  開口部
３０８  単結晶層
３２０  回路
【図１】
2010010513.tif 000003
【図２】
2010010513.tif 000004
【図３】
2010010513.tif 000005