(57)【要約】【課題】空隙の発生を抑制しつつ、迅速に開口を埋め込むことができる半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供する。【解決手段】Siからなる金属膜２０２上に絶縁膜２０４が形成されたウエハ１２であって、絶縁膜２０４の一部に開口部２０６が形成されこの開口部２０６に金属膜２０２が露出したウエハ１２を処理室１０６内へ搬送し処理室１０６内へ少なくともDCSとCl2とを供給してウエハ１２の金属膜２０２上に選択的に第１のSi膜２５２を形成し、処理室１０６内へ少なくともDCSを供給してウエハ１２の絶縁膜２０４及び第１のSi膜２５２上に第２のSi膜２５４を形成する。【選択図】図６
2012069636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属膜上に絶縁膜が形成された基板であって、前記絶縁膜の一部に開口部が形成され該開口部に前記金属膜が露出した基板を処理室内へ搬送する工程と、
前記処理室内へ少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給して前記基板の前記金属膜上に選択的に第１のシリコン含有膜を形成する工程と、
前記処理室内へ少なくともシリコン含有ガスを供給して前記基板の前記絶縁膜及び前記第１のシリコン含有膜上に第２のシリコン含有膜を形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
金属膜上に絶縁膜が形成された基板であって、前記絶縁膜にコンタクトホールが形成され該コンタクトホールに前記金属膜が露出した基板を処理室内へ搬送する工程と、
前記処理室内へ少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給して前記基板の前記コンタクトホールに露出した前記金属膜上に選択的に第１のシリコン含有膜を形成し、前記コンタクトホールの一部を埋める工程と、
前記処理室内へ少なくともシリコン含有ガスを供給して前記基板の前記絶縁膜及び前記第１のシリコン含有膜上に第２のシリコン含有膜を形成し、前記コンタクトホールの他部を埋める工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項３】
基板を内部に配置し処理する処理室と、
前記処理室にシリコン含有ガスを供給する第１のガス供給系と、
前記処理室に塩素含有ガスを供給する第２のガス供給系と、
金属膜上に絶縁膜が形成された基板であって、前記絶縁膜の一部に開口部が形成され該開口部に前記金属膜が露出した基板を前記処理室内に配置した状態で、前記処理室内へ少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給して前記基板の前記金属膜上に選択的に第１のシリコン含有膜を形成し、前記処理室内へ少なくともシリコン含有ガスを供給して前記基板の前記絶縁膜及び前記第１のシリコン含有膜上に第２のシリコン含有膜を形成するように前記第１のガス供給系及び前記第２のガス供給系を制御する制御部と、
を有する基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法及び基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において、配線層と配線層とをつなぐための開口であるコンタクトホールの埋め込み方法（金属膜の堆積方法）として、スパッタ法やCVD（Chemical Vapor Deposition）法、選択成長法等がある。
【０００３】
特許文献１には、処理室内に、少なくともシリコンを含む第１の処理ガスとエッチング系の第２の処理ガスとを共に供給する第１のガス供給工程と、処理室内に、第２の処理ガスとよりエッチング力の強いエッチング系の第３の処理ガスを供給する第２のガス供給工程と、を少なくとも含み、第１のガス供給工程と第２のガス供給工程とを所定回数繰り返して実施し、基板表面のシリコン露出面に選択的にエピタキシャル膜を成長させる基板の製造方法及び基板処理装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２６００１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、半導体装置（デバイス）の微細化に伴いコンタクトホールのアスペクト比（ホールの直径に対する深さの比）が大きくなると、従来の埋め込み方法ではコンタクトホールが埋まらなかったり、コンタクトホールに形成された膜の内部に空隙（ボイド）が発生したりする等の問題があった。
【０００６】
本発明は、空隙の発生を抑制しつつ、迅速に開口を埋め込むことができる半導体装置の製造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】
【０００７】
本発明の第１の特徴とするところは、金属膜上に絶縁膜が形成された基板であって、前記絶縁膜の一部に開口部が形成され該開口部に前記金属膜が露出した基板を処理室内へ搬送する工程と、前記処理室内へ少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給して前記基板の前記金属膜上に選択的に第１のシリコン含有膜を形成する工程と、前記処理室内へ少なくともシリコン含有ガスを供給して前記基板の前記絶縁膜及び前記第１のシリコン含有膜上に第２のシリコン含有膜を形成する工程と、を有する半導体装置の製造方法にある。
【０００８】
本発明の第２の特徴とするところは、金属膜上に絶縁膜が形成された基板であって、前記絶縁膜にコンタクトホールが形成され該コンタクトホールに前記金属膜が露出した基板を処理室内へ搬送する工程と、前記処理室内へ少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給して前記基板の前記コンタクトホールに露出した前記金属膜上に選択的に第１のシリコン含有膜を形成し、前記コンタクトホールの一部を埋める工程と、前記処理室内へ少なくともシリコン含有ガスを供給して前記基板の前記絶縁膜及び前記第１のシリコン含有膜上に第２のシリコン含有膜を形成し、前記コンタクトホールの他部を埋める工程と、を有する半導体装置の製造方法
【０００９】
本発明の第３の特徴とするところは、基板を内部に配置し処理する処理室と、前記処理室にシリコン含有ガスを供給する第１のガス供給系と、前記処理室に塩素含有ガスを供給する第２のガス供給系と、金属膜上に絶縁膜が形成された基板であって、前記絶縁膜の一部に開口部が形成され該開口部に前記金属膜が露出した基板を前記処理室内に配置した状態で、前記処理室内へ少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給して前記基板の前記金属膜上に選択的に第１のシリコン含有膜を形成し、前記処理室内へ少なくともシリコン含有ガスを供給して前記基板の前記絶縁膜及び前記第１のシリコン含有膜上に第２のシリコン含有膜を形成するように前記第１のガス供給系及び前記第２のガス供給系を制御する制御部と、を有する基板処理装置
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、空隙の発生を抑制しつつ、迅速に開口を埋め込むことができる半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に用いられる基板処理装置の斜透視図である。
【図２】本発明の一実施形態に用いられる処理炉及びその周辺構造の概略図である。
【図３】本発明の一実施形態に用いられる基板処理装置を構成する各部の制御構成のブロック図である。
【図４】種々の方法により開口部を埋め込んだ状態を説明する模式図である。
【図５】本発明の一実施形態に用いられる埋め込み処理工程のフロー図である。
【図６】開口部を埋め込む過程の状態を示す模式図である。
【図７】開口部に形成されたSi膜中に存在する元素の数量の測定結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置１０の斜透視図を示す。
【００１３】
基板処理装置１０では、シリコン（Si）等の材料から構成される基板としてのウエハ１２を収納するウエハキャリアとしてカセット１４が使用される。
基板処理装置１０は、筐体２２を備える。筐体２２の正面壁２２ａの下方には、保守点検（メンテナンス）が可能なように設けられた開口部としての正面メンテナンス口２４が開設されている。正面メンテナンス口２４には、開閉自在な正面メンテナンス扉２６が建て付けられている。
【００１４】
正面メンテナンス扉２６には、カセット搬入搬出口２８が筐体２２内外を連通するように開設されており、このカセット搬入搬出口２８は、フロントシャッタ３０によって開閉されるようになっている。
【００１５】
カセット搬入搬出口２８の筐体２２内側には、カセットステージ３２が設置されている。カセット１４は、工場内搬送装置（非図示）によって、カセットステージ３２上に搬入されたり、カセットステージ３２上から搬出されたりするようになっている。
【００１６】
カセットステージ３２には、工場内搬送装置によって、カセット１４内でウエハ１２が垂直姿勢を保持し、このカセット１４のウエハ出し入れ口が上方向を向くようにしてカセット１４が載置される。カセットステージ３２は、カセット１４を筐体２２後方に右回り縦方向90 °回転し、このカセット１４内のウエハ１２が水平姿勢となり、カセット１４のウエハ出し入れ口が筐体２２後方を向くように動作可能に構成されている。
【００１７】
筐体２２内の前後方向の略中央下部には、カセット棚３４が設置されている。カセット棚３４は、複数段複数列にわたり複数個のカセット１４を保管するように構成されている。カセット棚３４は、スライドステージ３６上に横行可能に設置されている。
カセットステージ３２の上方には、予備カセット棚３８が設置されており、この予備カセット棚３８は、予備のカセット１４を保管するように構成されている。
【００１８】
カセットステージ３２とカセット棚３４との間には、カセット搬送装置４０が設置されている。カセット搬送装置４０は、カセット１４を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ４０ａと、搬送機構としてのカセット搬送機構４０ｂとで構成されている。カセット搬送装置４０は、カセットエレベータ４０ａとカセット搬送機構４０ｂとの連続動作により、カセット１４をカセットステージ３２、カセット棚３４、及び予備カセット棚３８の間で搬送する。
【００１９】
カセット棚３４の後方には、ウエハ移載機構４２が設置されている。ウエハ移載機構４２は、ウエハ１２を水平方向に回転・直動可能なウエハ移載装置４２ａと、このウエハ移載装置４２ａを昇降させるウエハ移載装置エレベータ４２ｂとで構成されている。
ウエハ移載装置４２ａには、ウエハ１２をピックアップするツイーザ４２ｃが設けられている。ウエハ移載装置エレベータ４２ｂは、筐体２２の左側端部に設置されている。
【００２０】
ウエハ移載機構４２は、ウエハ移載装置４２ａとウエハ移載装置エレベータ４２ｂとの連続動作により、ツイーザ４２ｃでウエハ１２をピックアップしてそのウエハ１２をボート４４に装填（チャージング）したり、ボート４４から脱装（ディスチャージング）したりするように構成されている。
【００２１】
ボート４４は複数の保持部材を備えており、複数枚（例えば５０〜１５０枚程度）のウエハ１２をその中心を揃えて垂直方向に整列させた状態で、それぞれ水平に保持するように構成されている。
【００２２】
予備カセット棚３８の後方には、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを供給する第１のクリーンユニット５０が設置されている。第１のクリーンユニット５０は、供給ファン及び防塵フィルタで構成されており、クリーンエアを筐体２２の内部に流通させるように構成されている。
【００２３】
ウエハ移載装置エレベータ４２ｂ及びボートエレベータ７４が配置された側の反対側である筐体２２の右側端部には、クリーンエアを供給する第２のクリーンユニット（非図示）が設置されている。第２のクリーンユニットは、第１のクリーンユニット５０と同様に供給ファン及び防塵フィルタで構成されている。第２のクリーンユニットから供給されたクリーンエアは、ウエハ移載装置４２ａ、ボート４４等の近傍を流通し、その後、排気装置（非図示）によって筐体２２の外部に排気される。
【００２４】
ウエハ移載機構４２の後方には、大気圧未満の圧力（以下、「負圧」と称する）を維持可能な気密性能を有する筺体（以下、「耐圧筺体６０」と称する）が設置されている。耐圧筺体６０により、ボート４４を収容可能な容積を有するロードロック方式の待機室であるロードロック室６２が形成される。
【００２５】
耐圧筺体６０の正面壁６０ａには、ウエハ搬入搬出口６４が開設されており、このウエハ搬入搬出口６４は、ゲートバルブ６６によって開閉されるようになっている。
耐圧筺体６０の一対の側壁には、ロードロック室６２内へ窒素（N2）ガス等の不活性ガスを供給するガス供給管６８と、このロードロック室６２を負圧に排気する排気管（非図示）とが接続されている。
【００２６】
ロードロック室６２の上方には、処理炉７０が設けられている。処理炉７０の下端部は炉口シャッタ７２により開閉されるように構成されている。
【００２７】
ロードロック室６２には、ボート４４を処理炉７０に昇降させるボートエレベータ７４が設置されている。ボートエレベータ７４には、連結具としてのアーム（非図示）が連結されており、このアームには、蓋体としてのシールキャップ７６が水平に据え付けられている。
シールキャップ７６は、例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ７６はボート４４を垂直に支持し、処理炉７０の下端部を閉塞可能なように構成されている。
【００２８】
次に、基板処理装置１０の動作について説明する。
【００２９】
カセット１４がカセットステージ３２に供給されるのに先立って、カセット搬入搬出口２８がフロントシャッタ３０によって開放される。その後、カセット１４は、カセット搬入搬出口２８からカセットステージ３２上に搬入される。このとき、カセット１４内のウエハ１２は垂直姿勢に保持され、カセット１４のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。
【００３０】
その後、カセット１４は、カセットステージ３２によって、カセット１４内のウエハ１２が水平姿勢となりカセット１４のウエハ出し入れ口が筐体２２の後方を向くように、右周り縦方向90 °回転される。
【００３１】
続いて、カセット１４はカセット搬送装置４０によって、予備カセット棚３８の指定された位置へ自動的に搬送され一時的に保管された後、この予備カセット棚３８からカセット棚３４に移載される。
もしくは、カセット１４はカセット搬送装置４０によって、カセットステージ３２から直接、カセット棚３４に搬送される。
【００３２】
スライドステージ３６は、カセット棚３４を水平移動させ、移載する対象となるカセット１４をウエハ移載機構４２に対峙するように位置決めする。
【００３３】
ウエハ搬入搬出口６４がゲートバルブ６６の動作により開放されると、ウエハ１２はウエハ移載装置４２ａのツイーザ４２ｃによってカセット１４からピックアップされ、予め内部が大気圧状態とされているロードロック室６２内のボート４４へ装填される。ウエハ移載装置４２ａは、ボート４４にウエハ１２を移載するとカセット１４に戻り、続けてウエハ１２をボート４４に装填する。
【００３４】
予め指定された枚数のウエハ１２がボート４４に装填されると、ウエハ搬入搬出口６４がゲートバルブ６６の動作により閉じられる。その後、ロードロック室６２は、排気管から真空引きされることにより減圧される。
【００３５】
ロードロック室６２内が処理炉７０内の圧力と同様の圧力まで減圧されると、炉口シャッタ７２が開かれ、処理炉７０の下端部が開放される。続いて、シールキャップ７６がボートエレベータ７４によって上昇されて、このシールキャップ７６に支持されたボート４４が処理炉７０内へ搬入（ローディング）される。
【００３６】
ローディング後は、処理炉７０にてウエハ１２に処理が実施される。処理後は、ボートエレベータ７４によりボート４４が引き出される。そして、ロードロック室６２内を大気圧に復圧させた後、ゲートバルブ６６の動作によりウエハ搬入搬出口６４が開放される。その後、上記と逆の手順で、カセット１４及びウエハ１２が筐体２２の外部に搬出される。
【００３７】
次に、処理炉７０周辺の構成について説明する。
図２は、処理炉７０及びその周辺構造の概略図を示す。
処理炉７０は、加熱機構としてのヒータ１０２を有する。ヒータ１０２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、保持体（非図示）に支持されることにより垂直に据え付けられている。
【００３８】
ヒータ１０２の内側には、このヒータ１０２と同心円状に、反応管としてのアウターチューブ１０４が配設されている。アウターチューブ１０４は、例えば石英（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１０４の内側の筒中空部には、処理室１０６が形成されており、この処理室１０６にボート４４が収容される。
【００３９】
ヒータ１０２近傍には、処理室１０６内の温度を検出する温度検出体としての温度センサ（非図示）が設けられている。ヒータ１０２及び温度検出センサには、温度制御部１１８（図３参照）が電気的に接続されている。温度制御部１１８は、温度センサにより検出された温度情報に基づいてヒータ１０２への通電具合を調節し、所望のタイミングで、処理室１０６内の温度が所望の分布となるように制御する
【００４０】
アウターチューブ１０４の下方には、このアウターチューブ１０４と同心円状にマニホールド１１０が配設されている。マニホールド１１０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。マニホールド１１０は、アウターチューブ１０４を支持するように設けられている。マニホールド１１０とアウターチューブ１０４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。
マニホールド１１０が保持体（非図示）に支持されることにより、アウターチューブ１０４が垂直に据え付けられた状態となる。
アウターチューブ１０４とマニホールド１１０により、反応容器が形成される。
【００４１】
マニホールド１１０には、ガス供給管１１２及びガス排気管１１４が貫通するようにして設けられている。
ガス供給管１１２は、上流側で例えば４つに分かれそれぞれ、第１のガス供給源１２０ａ、第２のガス供給源１２０ｂ、第３のガス供給源１２０ｃ、第４のガス供給源１２０ｄに接続されている。
これら第１〜第４のガス供給源１２０ａ−ｄはそれぞれ、ガス流量制御装置としての第１のＭＦＣ（マスフローコントローラ）１２２ａ、第２のＭＦＣ１２２ｂ、第３のＭＦＣ１２２ｃ、第４のＭＦＣ１２２ｄ、及び第１のバルブ１２４ａ、第２のバルブ１２４ｂ、第３のバルブ１２４ｃ、第４のバルブ１２４ｄを介して、ガス供給管１１２に接続されている。
【００４２】
第１〜第４のＭＦＣ１２２ａ−１２２ｄ及び第１〜第４のバルブ１２４ａ−１２４ｄには、ガス流量制御部１２８（図３参照）が電気的に接続されている。ガス流量制御部１２８は、所望のタイミングで、処理室１０６内に供給するガスの流量が所望の値となるよう第１〜第４のバルブ１２４ａ−１２４ｄ、第１〜第４のＭＦＣ１２２ａ−１２２ｄを制御する。
【００４３】
ガス排気管１１４には、圧力検出器としての圧力センサ１３２及び圧力調整器としてのＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ１３４を介して、真空ポンプ等の真空排気装置１３６が設けられている。
【００４４】
圧力センサ１３２及びＡＰＣバルブ１３４には、圧力制御部１３８（図３参照）が電気的に接続されている。圧力制御部１３８は、圧力センサ１３２により検出された圧力に基づいてＡＰＣバルブ１３４の開度を調節することにより、所望のタイミングで処理室１０６内の圧力が所望の圧力となるよう制御する。
【００４５】
マニホールド１１０の下方に、このマニホールド１１０の下端開口を気密に閉塞するシールキャップ７６が設けられている。シールキャップ７６の上面には、マニホールド１１０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７６には、回転機構１４２が設けられている。回転機構１４２の回転軸１４４は、シールキャップ７６を貫通してボート４４に接続されており、このボート４４を回転させることでウエハ１２を回転させるように構成されている。
【００４６】
シールキャップ７６は、処理炉７０の外側に設けられた昇降機構としての昇降モータ１４６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４４を処理炉７０に対し搬入搬出することが可能となっている。
回転機構１４２及び昇降モータ１４６には、駆動制御部１４８が電気的に接続されている。駆動制御部１４８は、所望のタイミングで所望の動作をするよう回転機構１４２及び昇降モータ１４６を制御する。
【００４７】
ボート４４の下部には、例えばSiO2やSiC等の耐熱材料からなる円端形状をした断熱部材としての断熱板４６が、水平姿勢で多段に複数枚廃止されている。このため、ヒータ１０２からの熱が、マニホールド１１０側へ伝わりにくくなっている。
【００４８】
予備室としてのロードロック室６２の外面には、下基板１５２が設けられている。下基板１５２には、昇降台１５４と嵌合するガイドシャフト１５６及びこの昇降台１５４と螺合するボール螺子１５８が設けられている。
下基板１５２に立設したガイドシャフト１５６及びボール螺子１５８の上端には、上基板１６０が設けられている。
ボール螺子１５８は、上基板１６０に設けられた昇降モータ１４６により回転される。ボール螺子１５８が回転することにより、昇降台１５４が昇降するように構成されている。
【００４９】
昇降台１５４には中空の昇降シャフト１６２が垂設され、これら昇降台１５４と昇降シャフト１６２との連結部は気密となっている。昇降シャフト１６２は、昇降台１５４とともに昇降するように構成されている。
昇降シャフト１６２は、ロードロック室６２の天板１６４を遊貫するように設けられている。昇降シャフト１６２が貫通する天板１６４の貫通穴は、この昇降シャフト１６２と接触することがないよう充分な余裕をもって形成されている。
【００５０】
ロードロック室６２と昇降台１５４との間には、昇降シャフト１６２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１６６がこのロードロック室６２を気密に保つために設けられている。
ベローズ１６６は、昇降台１５４の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有する。ベローズ１６６の内径は昇降シャフト１６２の外形に比べ充分に大きく、このベローズ１６６が伸縮しても昇降シャフト１６２と接触することがないように構成されている。
【００５１】
昇降シャフト１６２の下端には、昇降基板１７０が水平に固着される。昇降基板１７０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１７２が気密に取付けられる。
昇降基板１７０及び駆動部カバー１７２により駆動部収納ケース１７４が構成されている。この構成により、駆動部収納ケース１７４内部は、ロードロック室６２内の雰囲気と隔離される。
【００５２】
駆動部収納ケース１７４の内部に回転機構１４２が設けられ、この回転機構１４２の周辺は冷却機構１７６により冷却されるようになっている。
回転機構１４２には、昇降シャフト１６２の上端からこの昇降シャフト１６２の中空部を通って導かれた電力供給ケーブル１８０が接続されている。
【００５３】
冷却機構１７６及びシールキャップ７６には、冷却流路１８２が形成されている。冷却流路１８２には、昇降シャフト１６２の上端からこの昇降シャフト１６２の中空部を通って導かれた冷却水配管１８４が接続されている。
【００５４】
駆動部収納ケース１７４は、昇降モータ１４６が駆動されボール螺子１５８が回転することで、昇降台１５４及び昇降シャフト１６２を介して昇降する。
【００５５】
駆動部収納ケース１７４が上昇することにより、昇降基板１７０に気密に設けられているシールキャップ７６が処理炉７０の開口部である炉口１８６を閉塞し、ウエハ１２に所望の処理が可能な状態となる。
駆動部収納ケース１７４が下降することにより、シールキャップ７６とともにボート４４が降下され、ウエハ１２を外部に搬出できる状態となる。
【００５６】
図３は、基板処理装置１０を構成する各部の制御構成のブロック図を示す。
温度制御部１１８、ガス流量制御部１２８、圧力制御部１３８、駆動制御部１４８は、操作部及び入出力部を構成し基板処理装置１０全体を制御する主制御部１９０に電気的に接続されている。温度制御部１１８、ガス流量制御部１２８、圧力制御部１３８、駆動制御部１４８、及び主制御部１９０は、コントローラ１９２として構成されている。
【００５７】
次に、コンタクトホール等の開口部２０６を埋め込む方法について説明する。
図４は、種々の方法により開口部２０６を埋め込んだ状態を説明する模式図である。図４（ａ）は、本実施形態を用いて埋め込んだ場合の状態を示す模式図であり、図４（ｂ）、（ｃ）は比較例としてそれぞれ、CVD法を用いて埋め込んだ場合の状態を示す模式図、選択成長法を用いて埋め込んだ場合の状態を示す模式図である。
なお、図４は、金属膜２０２上に絶縁膜２０４が成膜されており、この絶縁膜２０４に形成された開口部２０６を埋め込む方法を例示するものである。
【００５８】
図４（ａ）に示すように、本実施形態においては、まず選択成長法を用いて開口部２０６のアスペクト比が所定の範囲（例えば３〜１０）となるまで第１の金属膜２１２を堆積する。
開口部２０６のアスペクト比が所定の範囲となった後、埋め込み方法を選択成長法からCVD法に切り換えて埋め込み処理を続行する。このようにして、開口部２０６を埋め込むとともに、絶縁膜２０４上に所定の膜厚まで第２の金属膜２１４を堆積する。
なお、第１の金属膜２１２及び第２の金属膜２１４は、説明のため便宜上区別したものであり、これらは同質のものである。
このように埋め込み処理を行うことで、開口部２０６に形成される金属膜内部への空隙（ボイド）の発生が抑制される。また、埋め込み処理の一環として、絶縁膜２０６上に金属膜が形成される。さらに、埋め込み処理に要する時間が短縮される。
【００５９】
図４（ｂ）に示すように、CVD法のみを用いて開口部２０６の埋め込み処理を行った場合、開口部２０６に形成される金属膜２２２の内部に空隙２２６が生じ易い。空隙２２６は、開口部２０６のアスペクト比が大きいほど生じ易くなる。
【００６０】
図４（ｃ）に示すように、選択成長法のみを用いて開口部２０６の埋め込み処理を行った場合、絶縁膜２０４上には金属膜２３２が形成されない。
また、一般的に選択成長法は膜成長速度が遅いことから、選択成長法のみを用いて埋め込み処理を行うと、この穴埋め処理に要する時間が長くなる。
【００６１】
次に、本実施形態にかかる半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程である埋め込み処理工程（Ｓ１０）について説明する。
以下、シリコン（Si）からなる金属膜２０２上に成膜された絶縁膜２０４にコンタクトホール等の開口部２０６（アスペクト比、３〜１０程度）が形成されたウエハ１２にSiを堆積し、この開口部２０６を埋め込む場合を例に説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置１０を構成する各部の動作は、コントローラ１９２によって制御される。
図５は、本実施形態にかかる埋め込み処理工程（Ｓ１０）のフロー図を示す。図６は、開口部２０６を埋め込む過程の状態を示す模式図である。
【００６２】
＜基板搬入工程（Ｓ１０２）＞
被処理体として開口部２０６が形成された絶縁膜２０４が成膜されたウエハ１２（図６（ａ）参照）を複数枚ボート４４に装填する。次いで、ウエハ１２を保持したボート４４を、昇降台１５４及び昇降シャフト１６２の上昇動作により処理室１０６内に搬入（ボートローディング）する。そして、シールキャップ７６によってＯリングを介してマニホールド１１０の下端を気密に閉塞する。
【００６３】
＜圧力調整工程（Ｓ１０４）＞
処理室１０６内が所定の圧力（真空度）となるように、真空排気装置１３６によりこの処理室１０６を真空排気する。処理室１０６内の圧力が圧力センサ１３２によって測定され、この測定結果に基づいて、圧力制御部１３８がAPCバルブ１３４をフィードバック制御する。
埋め込み処理工程（Ｓ１０）中、処理室１０６内の圧力は、例えば、10 〜 1000 Paの範囲とする。
【００６４】
＜昇温工程（Ｓ１０６）＞
処理室１０６内が所定の温度となるように、ヒータ１０２によりこの処理室１０６を加熱する。処理室１０６内の温度が温度センサによって測定され、この測定結果に基づいて、温度制御部１１８がヒータ１０２をフィードバック制御する。
処理室１０６内の温度を、好適には後述する選択成長工程（Ｓ１１０）及びCVD成長工程（Ｓ１１４）の両工程に対応した範囲とすることで、温度調整に要する時間が省略される。埋め込み処理工程（Ｓ１０）中、処理室１０６内の温度は、例えば、600 〜 700 ℃の範囲とする。
なお、選択成長工程（Ｓ１１０）とCVD成長工程（Ｓ１１４）とは、異なる温度で行うようにしてもよい。例えば、選択成長工程（Ｓ１１０）が終了した後、処理室１０６内の温度を上昇させてCVD成長工程（Ｓ１１４）を行うようにしてもよい。
【００６５】
＜ガス置換工程（Ｓ１０８）＞
第１のバルブ１２４ａを開き、第１のガス供給源１２０ａに封入された不活性ガスである窒素（N2）を第１のＭＦＣ１２２ａで流量を調節しながら処理室１０６内に供給する。
なお、不活性ガスとしては、N2の他、アルゴン（Ar）、ヘリウム（He）、ネオン（Ne）、キセノン（Xe）等の希ガスを用いてもよい。
【００６６】
所定時間経過後、第１のバルブ１２４ａを閉じ、N2の処理室１０６内への供給を停止する。
これにより処理室１０６内がN2によって置換（パージ）される。
【００６７】
＜選択成長工程（Ｓ１１０）＞
第２のバルブ１２４ｂを開き、第２のガス供給源１２０ｂに封入されたシリコン含有ガスであるジシクロシラン（DCS：Si2H2Cl2）ガスを第２のＭＦＣ１２２ｂで流量を調節しながら処理室１０６内に供給する。
DCSの流量は、例えば、1 〜 1000 sccmの範囲とする。
【００６８】
なお、シリコン含有ガスとしては、DCSの他、ジシラン（Si2H6）、モノシラン（SiH4）、等の無機原料を用いてもよい。
【００６９】
同時に、第３のバルブ１２４ｃを開き、第３のガス供給源１２０ｃに封入されたエッチングガスとして塩素含有ガスである塩素（Cl2）ガスを第３のＭＦＣ１２２ｃで流量を調節しながら処理室１０６内に供給する。
Cl2の流量は、例えば、1 〜 300 sccmの範囲とする。
塩素含有ガスとしては、Cl2の他に、塩化水素（HCl）を用いてもよい。
【００７０】
シリコン含有ガス及び塩素含有ガスを同一のガス供給管１１２から供給することで、これらのガスいずれかが単独でウエハ１２と反応することが避けられる。また、シリコン含有ガス及び塩素含有ガスを同時に供給することで、シリコン含有ガスの気相中での反応が抑制されるとともに、絶縁膜２０４に覆われていない金属膜２０２（Si）が露出した部分のみでの選択的なシリコンエピタキシャル成長が促進される。
【００７１】
所定時間経過後、第２のバルブ１２４ｂ及び第３のバルブ１２４ｃを閉じ、DCS、Cl2の処理室１０６内への供給を停止する。
【００７２】
次いで、第４のバルブ１２４ｄを開き、第４のガス供給源１２０ｄに封入された還元ガスとしての水素（H2）を第４のＭＦＣ１２２ｄで流量を調節しながら処理室１０６内に供給する。
H2の流量は、例えば、1 〜 20000 sccmの範囲とする。
これにより、被処理体としてのウエハ１２の表面に残留するCl2が除去される。
【００７３】
所定時間経過後、第４のバルブ１２４ｄを閉じ、H2の処理室１０６内への供給を停止する。
【００７４】
このようにして、選択成長法により、開口部２０６に所定の厚さ（例えばアスペクト比、３〜１０程度の範囲）まで単結晶シリコン膜である第１のSi膜２５２が形成される（図６（ｂ）参照）。
【００７５】
＜ガス置換工程（Ｓ１１２）＞
第１のバルブ１２４ａを開き、第１のガス供給源１２０ａに封入されたN2を第１のＭＦＣ１２２ａで流量を調節しながら処理室１０６内に供給する。
所定時間経過後、第１のバルブ１２４ａを閉じ、N2の処理室１０６内への供給を停止する。
このようにして、処理室１０６内に残留するDCS、Cl2、H2を除去する。
【００７６】
＜CVD成長工程（Ｓ１１４）＞
第２のバルブ１２４ｂを開き、第２のガス供給源１２０ｂに封入されたシリコン含有ガスとしてのDCSを第２のＭＦＣ１２２ｂで流量を調節しながら処理室１０６内に供給する。
DCSの流量は、例えば、10 〜 1000 sccmの範囲とする。
なお、シリコン含有ガスとしては、DCSの他、Si2H6、SiH4等の無機原料を用いてもよい。
【００７７】
所定時間経過後、第２のバルブ１２４ｂを閉じ、DCSの処理室１０６内への供給を停止する。
【００７８】
このようにして、CVD法により、第１のSi膜２５２上及び絶縁膜２０４上に非晶質シリコン（アモルファスシリコン）膜あるいは多結晶シリコン（ポリシリコン）膜である第２のSi膜２５４が形成される（図６（ｃ）参照）。
【００７９】
＜ガス置換工程（Ｓ１１６）＞
第１のバルブ１２４ａを開き、第１のガス供給源１２０ａに封入されたパージガスとしての窒素（N2）を第１のＭＦＣ１２２ａで流量を調節しながら処理室１０６内に供給する。
所定時間経過後、第１のバルブ１２４ａを閉じ、N2の処理室１０６内への供給を停止する。
このようにして、処理室１０６内に残留するDCSを除去する。
【００８０】
＜基板搬出工程（Ｓ１１８）＞
基板搬入工程（Ｓ１０２）と逆の手順により、第１のSi膜２５２及び第２のSi膜２５４が形成されたウエハ１２を処理室１０６内から搬出する。
このようにして、埋め込み処理を完了する。
【００８１】
なお、埋め込み処理工程（Ｓ１０）中、真空排気装置１３６を作動させつつ、APCバルブ１３４を調整し、処理室１０６内にN2を常に流した状態とするようにしてもよい。これにより、ウエハ１２上へのパーティクルの付着が抑制される。
【００８２】
このように、本実施形態においては、選択成長工程（Ｓ１１０）及びCVD成長工程（Ｓ１１４）が、ウエハ１２を外部に取出す工程を介さずに行われるため（in-situ処理されるため）、第１のSi膜２５２と第２のSi膜２５４との界面への酸素（O2）等の不純物の進入が抑制される。
【００８３】
次に、開口部２０６に形成されたSi膜の状態について説明する。
図７は、本実施形態にかかる埋め込み処理後、開口部２０６に形成されたSi膜の深さ方向に対して存在する酸素（O）、炭素（C）、塩素（Cl）の数量の測定結果を示す図である。横軸を深さ（nm）、縦軸を濃度（atoms/cm3）で示している。
【００８４】
酸素（O）の数量は、表面近傍を除き深さ方向に対して略一定の値となった。すなわち、選択成長法により形成した第１のSi膜２５２とCVD法により形成した第２のSi膜２５４との界面における酸化膜の形成（自然酸化膜成長）が抑制されている。
同様に、炭素（C）、塩素（Cl）の数量は、表面近傍を除き深さ方向に対して略一定の値となった。
なお、CVD成長工程（Ｓ１１４）において、CVD法を用いて第２のSi膜２５４を形成するように説明したが、これに代えて、シリコン含有ガスを間欠的、パルス的に供給するALD（Atomic Layer Deposition）法等を用いるようにしてもよい。
【００８５】
［本発明の好ましい態様］
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
【００８６】
本発明の一態様によれば、金属膜上に絶縁膜が形成された基板であって、前記絶縁膜の一部に開口部が形成され該開口部に前記金属膜が露出した基板を処理室内へ搬送する工程と、前記処理室内へ少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給して前記基板の前記金属膜上に選択的に第１のシリコン含有膜を形成する工程と、前記処理室内へ少なくともシリコン含有ガスを供給して前記基板の前記絶縁膜及び前記第１のシリコン含有膜上に第２のシリコン含有膜を形成する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【００８７】
好適には、第１のシリコン含有膜はシリコン単結晶膜であり、第２のシリコン含有膜は非晶質膜（アモルファスシリコン膜）又は多結晶膜（ポリシリコン膜）である。
【００８８】
好適には、第１のシリコン含有膜を形成する工程及び第２のシリコン膜を形成する工程は、処理室内が同一温度の下、実行される。処理室内の温度を変更すると、温度を安定にする時間等が必要となりスループットが悪化するが、同一温度の下、これらの工程を実行することでスループットを向上することができる。
【００８９】
本発明の他の態様によれば、金属膜上に絶縁膜が形成された基板であって、前記絶縁膜にコンタクトホールが形成され該コンタクトホールに前記金属膜が露出した基板を処理室内へ搬送する工程と、前記処理室内へ少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給して前記基板の前記コンタクトホールに露出した前記金属膜上に選択的に第１のシリコン含有膜を形成し、前記コンタクトホールの一部を埋める工程と、前記処理室内へ少なくともシリコン含有ガスを供給して前記基板の前記絶縁膜及び前記第１のシリコン含有膜上に第２のシリコン含有膜を形成し、前記コンタクトホールの他部を埋める工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【００９０】
好適には、コンタクトホールは、直径サイズよりも深さサイズの方が大きい。
【００９１】
本発明の他の態様によれば、基板を内部に配置し処理する処理室と、前記処理室にシリコン含有ガスを供給する第１のガス供給系と、前記処理室に塩素含有ガスを供給する第２のガス供給系と、金属膜上に絶縁膜が形成された基板であって、前記絶縁膜の一部に開口部が形成され該開口部に前記金属膜が露出した基板を前記処理室内に配置した状態で、前記処理室内へ少なくともシリコン含有ガスと塩素含有ガスとを供給して前記基板の前記金属膜上に選択的に第１のシリコン含有膜を形成し、前記処理室内へ少なくともシリコン含有ガスを供給して前記基板の前記絶縁膜及び前記第１のシリコン含有膜上に第２のシリコン含有膜を形成するように前記第１のガス供給系及び前記第２のガス供給系を制御する制御部と、を有する基板処理装置が提供される。
【符号の説明】
【００９２】
１０    基板処理装置
１２    ウエハ
１４    カセット
２２    筐体
３２    カセットステージ
３４    カセット棚
４０    カセット搬送装置
４２    ウエハ移載機構
４４    ボート
６０    耐圧筺体
６２    ロードロック室
６８    ガス供給管
７０    処理炉
７６    シールキャップ
１０６    処理室
１１８    温度制御部
１２８    ガス流量制御部
１３２    圧力センサ
１３４    APCバルブ
１３６    真空排気装置
１３８    圧力制御部
１４８    駆動制御部
１９０    主制御部
１９２    コントローラ
２０２    金属膜
２０４    絶縁膜
２０６    開口部
２２４    空隙
２５２    第１のSi膜
２５４    第２のSi膜
【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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