(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に当該基板と対向して反応空間を区画する面状部に前記反応空間内にガスを供給するための多数のガス噴射口が形成されたガス供給部を備えた処理室内にて、前記ガス供給部からモノシランガスを成膜ガスとして基板表面に供給して、表面に凹部が形成された基板に３００オングストローム／分以上の成膜速度でポリシリコン膜を熱ＣＶＤにより形成するための成膜方法において、
基板と面状部の前記基板表面と対向する面との間の距離を５ｍｍ以上１８ｍｍ以下に設定し、前記ガス供給部から供給されるガスの総流量を５００ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下に設定し、全圧を１．３３×１０4  Ｐａ（１００Ｔｏｒｒ）以下に設定して成膜を行うことを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
前記ガス供給部から供給されるガスは、モノシランガスの分圧を低くするための希釈ガスが含まれていることを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
【請求項３】
前記希釈ガスは水素ガスを含むことを特徴とする請求項２記載の成膜方法。
【請求項４】
モノシランガスの分圧は、１．３３×１０３  Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）以下であることを特徴とする請求項３記載の成膜方法。
【請求項５】
基板は半導体ウエハであり、ガス供給部のガス吹き出し領域と半導体ウエハの大きさの比である、（ガス吹き出し領域の外縁の径）／（半導体ウエハの径）が０．８〜１．２であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面に凹部が形成された基板例えば半導体ウエハ等に対してシリコン膜を形成する成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）の製造プロセスの１つとして、ウエハ表面に形成された凹部内にシリコン（Ｓｉ）を成膜し、電極を形成するというプロセスがある。このプロセスは、例えばウエハを載置するための載置台と、この載置台と対向するように、例えばウエハから１０ｍｍ上方に設けられたシャワ−ヘッド等と呼ばれるガス供給部と、ウエハを加熱する加熱手段とを備えた、枚葉式の成膜装置において、ウエハを加熱しながら、シャワ−ヘッドから成膜ガス例えばＳｉＨ4 ガスをウエハに向けて供給することにより、ＣＶＤ（化学気相成長）法によってウエハ表面にシリコン膜を形成することにより行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとしている課題】
ところで上述の装置にてシリコン膜の成膜を行う場合、凹部のアスペクト比が大きくなった場合にステップカバレッジが悪くなり、例えば埋め込みの場合ボイドが発生する傾向がある。この際成膜速度が遅ければ良好なステップカバレッジが得られ、埋め込みの場合はボイドなく埋め込みを行うことができるが、スル−プット向上の観点から成膜速度を３００オングストロ−ム／分以上にすることが望ましく、このような速い成膜速度では凹部内への埋め込み特性が悪化してしまう。
【０００４】
この理由については後述するようにＳｉＨ4 ガスの気相中での分解生成物であるＳｉＨ2 を主とした反応活性種が原因であると推察されるが、今後パタ−ンの微細化が進み、凹部のアスペクト比が１．５を越える傾向にあることから、早期の解決が要求されている。
【０００５】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、凹部を備えた基板にポリシリコン膜を成膜する場合に、凹部内へシリコンを良好に埋め込むことができる成膜方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため本発明の成膜装置は、基板の上に当該基板と対向して反応空間を区画する面状部に前記反応空間内にガスを供給するための多数のガス噴射口が形成されたガス供給部を備えた処理室内にて、前記ガス供給部からモノシランガスを成膜ガスとして基板表面に供給して、表面に凹部が形成された基板に３００オングストローム／分以上の成膜速度でポリシリコン膜を熱ＣＶＤにより形成するための成膜方法において、
基板と面状部の前記基板表面と対向する面との間の距離を５ｍｍ以上１８ｍｍ以下に設定し、前記ガス供給部から供給されるガスの総流量を５００ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下に設定し、全圧を１．３３×１０4  Ｐａ（１００Ｔｏｒｒ）以下に設定して成膜を行うことを特徴とする。
【０００９】
ここで前記ガス供給部から供給されるガスは、モノシランガスの分圧を低くするための希釈ガスが含まれていることが好ましい。希釈ガスとしては水素ガスを含むガスを用いることが望ましく、この場合モノシランガスの分圧は、１．３３×１０３  Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）以下とすればステップカバレッジが向上する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る成膜装置の一実施の形態を示す側面断面図であり、図中１１は被処理基板であるウエハＷを一枚ずつ収納する処理室をなすチャンバであり、このチャンバ１１は床部中央にウエハＷより大きい開口部１０が形成されていると共に、側壁部にウエハ挿入口１２が形成されている。このウエハ挿入口１２はゲ−トバルブ１３により塞がれており、ゲ−トバルブ１３が開くと図示しないロ−ドロック室の内部に連通接続されるようになっている。
【００１１】
チャンバ１１内には、ウエハＷをほぼ水平に載置するための載置台２１が前記開口部１０を塞ぐように設けられている。またチャンバ１１内の載置台２１の外側には、ウエハＷを保持し、載置台２１に載置するための保持ア−ム２２およびそれを昇降させるリフタ２３が設けられている。前記載置台２１には保持ア−ム２２に対応する溝部（図示せず）が形成されていて、ウエハＷを保持する保持ア−ム２２が下降した時に当該溝部に入り込み、これにより載置台２１上にウエハＷを受け渡すようになっている。またロ−ドロック室内にはウエハＷを搬送するための図示しない搬送ア−ムが設けられており、ゲ−トバルブ１３が開いたときにその搬送ア−ムと保持ア−ム２２との間でウエハＷの受け渡しが行われる。
【００１２】
またチャンバ１１の天井部の、載置台２１に載置されているウエハＷの例えば５ｍｍ〜１８ｍｍ上方側には、載置台２１と対向するように、シャワ−ヘッド等と呼ばれるガス供給部３１が設けられている。このガス供給部３１は、この装置がＣＶＤ（化学気相成長）法による成膜処理に使用される場合には成膜ガス等を供給し、例えばこの装置を用いて不活性ガス雰囲気下でアニ−ル処理を行う場合には不活性ガスを供給に供されるものである。
【００１３】
前記ガス供給部３１は、例えばガス供給管３２、３３から供給されたガスを、ガス拡散部３４の多数のガス噴射口３５からチャンバ１１内に供給するように構成されており、前記ガス拡散部３４の下面がウエハＷの上に反応空間を区画する面状部をなしている。このガス供給部３１は、ガス噴射口３５の形成領域であるガス吹き出し領域（ガス供給領域）の外縁とウエハＷの大きさがほぼ揃うように、つまりガス吹き出し領域とウエハＷの大きさの比が、（ガス吹き出し領域の外縁の径）／（ウエハＷの径）＝０．８〜１．２になるように設定されている。またガス供給部３１の側壁部およびガス拡散部３４には、温調用の流体を通流させるための流体通路３６が形成されている。このようなガス供給部３１により供給されたガスは、チャンバ１１に設けられた図示しない排気手段を介して排気される。
【００１４】
さらにチャンバ１１の開口部１０の載置台１３の下方側には、例えばチャンバ１１の底壁に亘って開口部１０を下側から塞ぐように、後述する加熱手段からの熱線を透過するための透過窓４１が形成されている。そして載置台１３と透過窓４１とにより囲まれた空間には、不活性ガス供給口４２を介して図示しない不活性ガス供給手段により不活性ガス、例えば窒素ガスが供給され得るように構成されており、例えばこの装置がＣＶＤ装置として使用される場合に、窒素ガスをバッファプレ−ト４３のガス孔４３ａを介して、ウエハＷの下面近傍に均一に供給することによって、チャンバ１１内から成膜ガス等が透過窓４１側に流入するのを防ぎ、透過窓４１の表面で成膜が起こらないようにしている。
【００１５】
このようなチャンバ１１の透過窓４１の下方側には、例えばランプ群５１等よりなる加熱手段５が配置されている。このランプ群５１は、例えばモ−タ５２により回転駆動される回転テ−ブル５３上に配列されており、例えばウエハＷの中心点に相当する点を中心とし、互いに半径の異なる例えば３つの同心円の夫々の周に沿って配置されている。この際最も内側の円周に沿って例えば２個のランプ５１Ａが設けられ、真中の円周に沿って例えば６個のランプ５１Ｂが設けられ、最も外側の円周に沿っては、例えば１５個のランプ５１Ｃが設けられている。なお同心円の数及び各円周上のランプ５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃの数は、上記説明の数に限定されない。
【００１６】
またランプ群５１は、各円周毎に独立して、あるいは１つずつ独立して単位面積当たりの加熱量を制御することができるようになっており、３つの円周上のランプ群５１によって例えば３つの輪状加熱領域が形成される。そして図示しない制御装置により、最も外側の輪状加熱領域に向かうに連れて単位面積当たりの加熱量が大きくなるように制御することによって、ウエハＷの中心から外周に向かって徐々に単位面積当たりの加熱量が大きくなり、ウエハＷの面内温度分布が均一になるように制御されている。
【００１７】
次に上述実施の形態の作用について述べる。まず図示しない搬送ア−ムによりチャンバ１１内に前工程にて表面に凹部が形成された例えば２００φの大きさのウエハＷを搬入し、リフタ２３の保持ア−ム２２上に受け渡す。そして図示しない排気手段によりチャンバ１１内の排気し、ランプ群５１によりウエハＷを、例えば６００℃程度に加熱しながら、ガス供給管３２，３３により成膜ガスであるシランを含むガス例えばＳｉＨ4 ガス及び希釈ガス例えばＨ2 ガスとＮ2 ガスとを夫々ガス供給部３１を介してチャンバ１１内に導入して、常圧下例えば３００オングストロ−ム／分以上の成膜速度で前記ウエハＷの表面にポリシリコン膜を形成する。
【００１８】
この際導入ガスのト−タルの流量は５００ｓｃｃｍ〜５０００ｓｃｃｍであることが望ましく、また導入ガスの全圧は１００Ｔｏｒｒ以下であって、ＳｉＨ4 ガスの分圧が低いことが望ましい。一例を挙げると導入ガスの全圧は１００Ｔｏｒｒ、ＳｉＨ4 ガスの分圧は２５Ｔｏｒｒ、またＳｉＨ4 ガス及びＨ2 ガスの流量比は例えば１：１に設定される。
【００１９】
本発明の成膜装置は、シランを含むガスを成膜ガスとして用いて凹部が形成されたウエハＷの表面に３００オングストロ−ム／分以上の成膜速度でシリコン膜を成膜する場合に、ガス供給部３１のガス吹き出し領域とウエハＷの大きさの比を、（ガス吹き出し領域の外縁の径）／（ウエハＷの径）＝０．８〜１．２になるように設定すると共に、ガス供給部３１の下面とウエハＷ表面との距離を例えば５ｍｍ〜１８ｍｍに設定することに特徴があり、このように設定することにより凹部へシリコン膜を良好に埋め込みながらウエハＷ表面にシリコン膜を形成することができる。
【００２０】
ここで本発明に到達するに至った経緯について説明する。先ず成膜ガスとしてＳｉＨ4 ガスを用いてポリシリコン膜を成膜する場合の成膜反応は、以下の▲１▼式に示す、ＳｉＨ4 ガスが直接基板上で分解する反応と、以下の▲２▼式及び▲３▼式に示す、中間体ＳｉＨ2 ＊を伴う反応とにより行われると推察される。ここで中間体ＳｉＨ2 ＊はＳｉＨ4 ガスの分解生成物であり、また基板反応▲１▼，▲３▼は基板の表面で起こる反応であって、気相反応▲２▼はガス供給部３１のガス吹き出し領域とウエハＷとの間の領域で起こる反応である。
【００２１】
ＳｉＨ4   →Ｓｉ（ｓ）＋２Ｈ2       ・・・  基板反応▲１▼
ＳｉＨ4   →ＳｉＨ2 ＊＋Ｈ2         ・・・  気相反応▲２▼
ＳｉＨ2 ＊→Ｓｉ（ｓ）＋Ｈ2         ・・・  基板反応▲３▼
ところでステップカバレッジとは凹部内への成膜速度分布をいい、凹部のアスペクト比と成膜種の付着確率とにより決定される。つまり成膜種に関わらず、凹部のアスペクト比が小さければ、ある程度良好な埋め込みを行うことができる。また成膜種の付着確率との関係では、成膜種の付着確率が高いと、例えば図２  （ａ）に示すように、成膜種が基板の壁面に接触すると同時に付着してしまう上、もともと凹部６１の内部には成膜種が入り込みにくいので凹部６１の肩部が内側に迫り出すように成膜種が付着して行き、このためますます凹部６１の入り口が狭められて、凹部６１内で成膜種の濃度差が大きくなり凹部６１内に大きなボイドが形成される状態で成膜が行われる。
【００２２】
一方付着確率の低い成膜種による成膜では、例えば図２（ｂ）に示すように、成膜種は基板の壁面に接触しても、そのまま付着せずに拡散していく。このため凹部６１の内部にも成膜種が入り込みやすく、凹部６１内での成膜種の濃度勾配が少ないので、凹部６１内でのボイドの形成を抑えた状態で成膜が行われる。
【００２３】
ここでＳｉＨ4 とＳｉＨ2 のポリシリコン膜の成膜への寄与率を計算したところ、ＳｉＨ2 の付着確率はＳｉＨ4 の１００，０００倍であるという結果が得られ、ポリシリコン膜の成膜における、ステップカバレッジを悪化させる因子はＳｉＨ2 であるとの知見が得られた。
【００２４】
このためＳｉＨ2 の特徴を調べたところ、気相反応空間の体積が大きいほど発生量が増加することが認められたことから、気相反応空間を減少させて、気相反応を抑制すべく、成膜装置の気相反応空間である、ガス供給部３１のガス吹き出し領域とウエハＷとの間の領域を減少させることを検討した。そしてガス供給部３１の下面とウエハＷ表面との距離を減少させて、気相反応空間の体積をより小さくすることに着目して種々の実験を行ったところ、当該距離は例えば５ｍｍ〜１８ｍｍに設定することが望ましいという結果を得た。
【００２５】
またウエハ上のガス滞留時間を短くしてＳｉＨ2 への分解反応の促進を抑制し、かつウエハ外周部で生成したＳｉＨ2 のウエハ上への逆拡散を抑制するため、ガス供給部３１のガス吹き出し領域を減少させる共に、これに合わせてガス流量を調整することを検討したところ、（ガス吹き出し領域の外縁の径）／（ウエハＷの径）＝０．８〜１．２になるように設定し、ガス流量を５００ｓｃｃｍ〜５０００ｓｃｃｍに設定することにより、ウエハ上の気相反応濃度を抑制できることが認められた。
【００２６】
ここで本発明者らが行った実験例について説明する。図３に示す装置を用い、ＳｉＨ4 ガスを１０００ｓｃｃｍの流量で導入して、ウエハＷを６２０℃に加熱しながら、アスペクト比が１．２５，１．６７，２．５の凹部を備えたウエハＷに対してポリシリコン膜の成膜を行った。ここで載置台２１の鍔部２１ａの下面に介在物２１ｂを入れて、載置台２１に載置したウエハＷとガス供給部３１の間の距離Ｌを５〜４０ｍｍの範囲で変えてポリシリコン膜の成膜を行い、凹部内へのポリシリコン膜の埋め込み状態を走査型電子顕微鏡により観察した。なお図３に示す装置は、前記介在物２１ｂが設けられている他は、図１に示す装置と同様に構成されている。
【００２７】
この結果を図４（ａ）に示す。この際埋め込み特性は○，△，×の３段階で評価し、ステップカバレッジが０．９５以上の場合を○、０．９以上であって０．９５より小さい場合を△、０．９以下の場合を×とした。ここでステップカバレッジとは、図４（ｂ）に示すように、凹部の上部側の膜厚をＸとし、凹部の底部の膜厚をＹとした場合に、Ｙ／Ｘにより表されるものであって、ステップカバレッジが１のときが最も理想的な状態であり、ステップカバレッジが大きい程埋め込み状態が良好であることを示している。
【００２８】
これにより凹部のアスペクト比が１．２５の場合には距離Ｌが５〜３０ｍｍの範囲で、凹部のアスペクト比が１．６７の場合には距離Ｌが５〜１８ｍｍの範囲で、凹部のアスペクト比が２．５の場合には距離Ｌが５〜１４ｍｍの範囲で、夫々ステップカバレッジが０．９以上であって埋め込み特性が良好であることが認められ、アスペクト比が大きくなるにつれて埋め込み状態はシビアになるものの、距離Ｌの最適化を図ることにより埋め込み特性が向上することが確認された。この結果より、近年のデバイスの微細化に伴いアスペクト比が１．５を越える傾向があるが、距離Ｌを５〜１８ｍｍの範囲に設定することにより、このような凹部に対してもボイドの形成を抑えた良好な埋め込みを行うことができることが理解される。
【００２９】
また本発明では、導入ガスのト−タルの流量を５００ｓｃｃｍ〜５０００ｓｃｃｍとすると共に、全圧を１００Ｔｏｒｒ以下とすることにより、凹部へのシリコン膜の埋め込みをより良好に行うことができるが、この理由は、導入ガスのト−タルの流量が５００ｓｃｃｍより少ないと、ウエハ上のガス滞留時間が長くなり、ＳｉＨ2 への分解反応が促進されることとなって好ましくなく、またト−タルの流量が５０００ｓｃｃｍより多いと気相反応の抑制には好ましいが、高ランニングコストおよび除害設備負荷が大きくなり好ましくないからである。また導入ガスの全圧が１００Ｔｏｒｒを越えると、ウエハ上のガス滞留時間が長くなることに加え、ＳｉＨ2 への分解速度が速くなり好ましくないからである。
【００３０】
以上において本発明は、例えば図５に示す構成の成膜装置にも適用できる。この成膜装置が上述の成膜装置と異なる点は、加熱手段としてランプの代わりにヒ−タを用いた点である。この装置においては、チャンバ１１には開口部１０を設けておらず、チャンバ１１内の底部ほぼ中央に、内部に例えば抵抗発熱体よりなるヒ−タ７１を備えた載置台７が配置され、この上面にウエハＷが載置されるようになっている。ここで載置台７には、昇降自在に構成され、上昇したときには載置台の上面から突出する例えば３本の突出ピン（図示せず）が内蔵されており、この突出ピンと搬送ア−ム（図示せず）の協動作用によりウエハＷが載置台７上に載置されるようになっている。その他の構成は上述の成膜装置と同様である。  続いてシミュレ−ション実験について説明するが、本発明はこの実験により得られた知見に基づいて検討した結果成し得たものである。ここで気相反応の計算にはＣｈｅｍＫｉｎパッケ−ジのＳＥＮＫＩＮを利用し、ベ−スとなる反応速度デ−タセットはＰ．Ｈｏらの文献［１］に記載されているものを利用した。また表面反応については、上記ＳＥＮＫＩＮの計算において、完全混合槽を仮定してＳ／Ｖ比を用いて気相反応と同等に取り扱って評価した。
【００３１】
具体的には、Ｓｉを含む分子種がＨｅと衝突した場合に失活して消失するとして取り扱い、例えばＳｉＨ2 の場合には、
ＳｉＨ2 ＋Ｈｅ→ＳｉＨ2 （Ｂ）＋Ｈｅ
と記述し（ＳｉＨ2 （Ｂ）はこれ以上反応しない不活性物質である）、基板表面などでの表面反応により消失する影響を評価するため、この気相反応速度を次のように定義した。
【００３２】
−ｄ［ＳｉＨ2 ］／ｄｔ＝ｋs Ｓ／Ｖ［ＳｉＨ2 ］＝ｋg ［ＳｉＨ2 ］［Ｈｅ］
このような関係から気相反応速度定数ｋg を算出してシミュレ−ションに用いているが、ＳｉＨ2 などの場合表面反応速度が速すぎるため、実際にはｋs ではなく、ｋd （物質移動係数）を用いてｋg を評価した。またＳｉＨ4 及びＳｉ2 Ｈ6 の場合には表面反応速度が低く、表面反応律速となるので、ｋs を用いてｋg を評価した。
【００３３】
シミュレ−ションは成膜速度とステップカバレッジについて行ったが、成膜速度（分子種が成膜に寄与する速度）は、気相反応の計算結果から予測される各分子種の濃度に表面反応速度または物質移動係数を掛けて算出し、この際シリコンの密度は結晶の値を用いた。またステップカバレッジは各分子種のステップカバレッジの和で表し、この際ＳｉＨ4 及びＳｉ2 Ｈ6 からの成膜は１００％のカバレッジ、それ以外の分子種については１％のカバレッジとした。
【００３４】
先ず表面反応（Ｓ／Ｖ比）の影響を確認するために、反応温度を８７３Ｋ、成膜ガスとしてＳｉＨ4 ガス、希釈ガスとしてＨｅガス及びＮ2 ガスを夫々用い、導入ガスの全圧を７６Ｔｏｒｒ，ＳｉＨ4 ガスの分圧を１．０Ｔｏｒｒとし、Ｈｅガスの分圧を０．０Ｔｏｒｒ，０．１Ｔｏｒｒ，１．０Ｔｏｒｒ，１０．０Ｔｏｒｒとした場合についてシミュレ−ションを行った。
【００３５】
ここで前記Ｓ／Ｖ比とは、Ｓがウエハ面積に相当する反応面積、Ｖは（ウエハ面積）×（ウエハとガス供給部との間の距離）により得られる反応容積であるので、Ｓ／Ｖ比は１／（ウエハとガス供給部との間の距離）のことである。このシミュレ−ションでは、Ｈｅガスを希釈ガスとして導入するとＳｉＨ4 ガスの濃度が変化し、結果としてＳ／Ｖ比を変化させたことに相当するので、Ｈｅガスの分圧を変化させることによりＳ／Ｖ比の影響を考察することとした。
【００３６】
この結果をＨｅガスの分圧が０．０Ｔｏｒｒ，０．１Ｔｏｒｒ，１．０Ｔｏｒｒ，１０．０Ｔｏｒｒの場合について図６〜９に夫々示す。図は時間０のときに上述の条件でガスを流し始め、時間と共に気相中でＳｉＨ2 等の分子種が生成、増加していく様子を表しており、図中横軸が時間、左縦軸が気相中で生成する膜に寄与する各分子種の成膜速度、右縦軸がステップカバレッジを夫々示し、ステップカバレッジは既述のように、１に近い程、埋め込み状態が良好であることを示している。
【００３７】
またこのシミュレ−ション結果では、ステップカバレッジは時間０の時に１であり、時間の経過と共に低下しているが、これは時間０の時にＳｉＨ4 が導入され、このときに存在する分子種はＳｉＨ4 のみであって、ＳｉＨ4 はステップカバレッジを悪化させないのでステップカバレッジは１という理想状態にあり、時間が経過すると、ＳｉＨ4 が気相中で反応してＳｉＨ3 ，ＳｉＨ2 などの分子種が生成され、これがステップカバレッジを悪化させる原因となるからである。
【００３８】
このシミュレ−ション結果により、Ｈｅガスの分圧を大きくしてＳ／Ｖ比を増大させると成膜速度は減少し、ステップカバレッジは向上することという知見が得られた。これによりウエハとガス供給部との間の距離を小さくすると、ステップカバレッジが向上することが推察される。
【００３９】
続いてＳｉＨ4 ガスの分圧の影響を確認するために、反応温度を８７３Ｋ、成膜ガスとしてＳｉＨ4 ガス、希釈ガスとしてＨ2 ガス，Ｈｅガス及びＮ2 ガスを夫々用い、導入ガスの全圧を７６Ｔｏｒｒとし、ＳｉＨ4 ガスとＨ2 ガスとＨｅガスとＮ2 ガスの分圧を変えてシミュレ−ションを行った。
【００４０】
この結果を希釈ガスとしてＨｅガス及びＮ2 ガスを用いる場合、つまりＳｉＨ4 ガスの分圧が１．０Ｔｏｒｒ，Ｈ2 ガスの分圧が０．０Ｔｏｒｒ，Ｈｅガスの分圧が１．０Ｔｏｒｒ，Ｎ2 ガスの分圧が７４．０Ｔｏｒｒの場合を図８に、ＳｉＨ4 ガスの分圧が０．１Ｔｏｒｒ，Ｈ2 ガスの分圧が０．０Ｔｏｒｒ，Ｈｅガスの分圧が１．０Ｔｏｒｒ，Ｎ2 ガスの分圧が７４．９Ｔｏｒｒの場合を図１０に、ＳｉＨ4 ガスの分圧が１０．０Ｔｏｒｒ，Ｈ2 ガスの分圧が０．０Ｔｏｒｒ，Ｈｅガスの分圧が１．０Ｔｏｒｒ，Ｎ2 ガスの分圧が６５．０Ｔｏｒｒの場合を図１１に、ＳｉＨ4 ガスの分圧が２５．０Ｔｏｒｒ，Ｈ2 ガスの分圧が０．０Ｔｏｒｒ，Ｈｅガスの分圧が１．０Ｔｏｒｒ，Ｎ2 ガスの分圧が５０．０Ｔｏｒｒの場合を図１２に夫々示す。
【００４１】
また希釈ガスとしてＨｅガス及びＨ2 ガスを用いる場合、つまりＳｉＨ4 ガスの分圧が１０．０Ｔｏｒｒ，Ｈ2 ガスの分圧が６５．０Ｔｏｒｒ，Ｈｅガスの分圧が１．０Ｔｏｒｒ，Ｎ2 ガスの分圧が０．０Ｔｏｒｒの場合を図１３に、ＳｉＨ4 ガスの分圧が１．０Ｔｏｒｒ，Ｈ2 ガスの分圧が７４．０Ｔｏｒｒ，Ｈｅガスの分圧が１．０Ｔｏｒｒ，Ｎ2 ガスの分圧が０．０Ｔｏｒｒの場合を図１４に、ＳｉＨ4 ガスの分圧が２５．０Ｔｏｒｒ，Ｈ2 ガスの分圧が５０．０Ｔｏｒｒ，Ｈｅガスの分圧が１．０Ｔｏｒｒ，Ｎ2 ガスの分圧が０．０Ｔｏｒｒの場合を図１５に夫々示す。
【００４２】
このシミュレ−ション結果により、希釈ガスとしてＨｅガス（分圧１Ｔｏｒｒ）とＮ2 ガス（分圧はＳｉＨ4 ガスの分圧に応じて決定）を用い、ＳｉＨ4 ガスの分圧を０．１Ｔｏｒｒ〜２５．０Ｔｏｒｒの範囲で変えた場合（図８、１０〜１２）には、ＳｉＨ4 ガスの分圧を増大させると成膜速度、ステップカバレッジ共に向上するという知見が得られた。
【００４３】
また希釈ガスとしてＨｅガス（分圧１Ｔｏｒｒ）とＨ2 ガス（分圧はＳｉＨ4 ガスの分圧に応じて決定）を用い、ＳｉＨ4 ガスの分圧を１．０Ｔｏｒｒ〜２５．０Ｔｏｒｒの範囲で変えた場合（図１３〜１５）には、ＳｉＨ4 ガスの分圧を低減させると成膜速度が小さくなるが、ステップカバレッジは向上するという知見が得られ、特にＳｉＨ4 ガスの分圧が１０Ｔｏｒｒ以下の場合にはステップカバレッジが０．９以上であって埋め込みが良好に行われるという知見が得られた。  これは次の理由に因ると推察される。つまりシリコン膜の気相反応では、上述の▲２▼式のＨ2 脱離反応が起こっており、この反応により生成されるＳｉＨ2 が多くなるとステップカバレッジが悪化するが、希釈ガスとしてＨ2 ガスを用いると、気相がＨ2 リッチの雰囲気となるので、▲２▼式の反応の逆反応（ＳｉＨ2 ＋Ｈ2 →ＳｉＨ4 ）が起こる。このためＨ2 ガスの分圧を高くしてＳｉＨ4 の分圧を低下させると、ＳｉＨ2 濃度が低下するのでステップカバレッジが向上すると考えられる。
【００４４】
一方希釈ガスとしてＮ2 ガスを用いた場合には、上述の逆反応が起こらずに、Ｎ2 ガスの分圧を低くしてＳｉＨ4 の分圧を高めると、ＳｉＨ2 がＳｉＨ4 と再結合を起こしてＳｉ2 Ｈ6 を生成するという反応（ＳｉＨ2 ＋ＳｉＨ4 →Ｓｉ2 Ｈ6 ）が起こる。ここでＳｉ2 Ｈ6 はステップカバレッジを悪化させないので、Ｎ2 ガスの分圧を低くしてＳｉＨ4 の分圧を高めた方がステップカバレッジが向上し、Ｎ2 ガスの分圧を高くしてＳｉＨ4 の分圧を低下させるとステップカバレッジが悪化すると考えられる。
【００４５】
続いてＨ2 の分圧の影響を確認するために、反応温度を８７３Ｋ、成膜ガスとしてＳｉＨ4 ガス、希釈ガスとしてＨ2 ガス，Ｈｅガス及びＮ2 ガスを夫々用い、導入ガスの全圧を７６．０Ｔｏｒｒ、ＳｉＨ4 ガスの分圧を１０．０Ｔｏｒｒ、Ｈｅガスの分圧を１．０Ｔｏｒｒとして、Ｈ2 ガスとＮ2 ガスの分圧を変えてシミュレ−ションを行った。
【００４６】
この結果をＨ2 ガスの分圧が６５．０Ｔｏｒｒ，Ｎ2 ガスの分圧が０．０Ｔｏｒｒの場合を図１３に、Ｈ2 ガスの分圧が１．０Ｔｏｒｒ，Ｎ2 ガスの分圧が６４．０Ｔｏｒｒの場合を図１６に、Ｈ2 ガスの分圧が１０．０Ｔｏｒｒ，Ｎ2 ガスの分圧が５５．０Ｔｏｒｒの場合を図１７に夫々示す。
【００４７】
このシミュレ−ション結果により、希釈ガスであるＨ2 ガスの分圧を増大させると、成膜速度は減少し、ステップカバレッジは向上するという知見が得られた。このようなことから希釈ガスとしてＨ2 ガスを用いてＳｉＨ4 ガスの分圧を１０Ｔｏｒｒ以下に設定することによりステップカバレッジが向上することが推察される。
【００４８】
また温度依存性を確認するために、成膜ガスとしてＳｉＨ4 ガス（流量２５０ｓｃｃｍ）を用い、反応温度を６００℃〜６８０℃の範囲で変えてシミュレ−ションを行った。この結果を図１８に示すが、図中横軸が時間、左縦軸が気相中で生成する膜に寄与する各分子種の成膜速度、右縦軸がステップガバレッジを夫々示し、図中●が１秒後の成膜速度、○が１０秒後の成膜速度、□が１秒後のステップカバレッジ、■が１０秒後のステップカバレッジを夫々示している。このシミュレ−ション結果により、反応温度が高くなる程成膜速度が早くなるが、ステップカバレッジはほとんど変化がないことから、反応温度はステップカバレッジにはあまり影響を与えないという知見が得られた。
【００４９】
さらに濃度依存性を確認するために、成膜ガスとしてＳｉＨ4 ガスを用い、反応温度を６８０℃として、ＳｉＨ4 ガスの分圧を１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒの範囲で変えてシミュレ−ションを行った。この結果を図１９に示すが、図中横軸が時間、左縦軸が気相中で生成する膜に寄与する各分子種の成膜速度、右縦軸がステップカバレッジを夫々示し、図中●が１秒後の成膜速度、○が１０秒後の成膜速度、□が１秒後のステップカバレッジ、■が１０秒後のステップカバレッジを夫々示している。このシミュレ−ション結果により、ＳｉＨ4 ガスの分圧が高くなってシランが高濃度になると成膜速度が早くなるが、ステップカバレッジが悪化するという知見が得られた。
【００５０】
以上において本発明でいうシリコン膜は、ド−プトシリコン膜及びノンド−プトシリコン膜が含まれる。またシランを含む成膜ガスとしてはＳｉＨ4 ガス以外に、Ｓｉ2 Ｈ6 ガスやＳｉ3 Ｈ8 ガスなどを用いることができる。また希釈ガスとしてはＨ2 ガス以外に、Ｎ2 ガスやＡｒガス，Ｈｅガスなどを用いることができる。さらにド−プトシリコン膜を形成する場合には、ド−パントガスとしてＡｓＨ3 ガスやＰＨ3 ガス，Ｂ2 Ｈ6 ガスなどを用いることができる。
【００５１】
また本発明の成膜装置では、例えば図２０に示すように基板の上に反応空間を区画する面状部をチャンバ８の天井部の内壁８１により構成し、チャンバ８の側壁部にガス供給ノズル８２を設け、このガス供給ノズル８２から前記反応空間にガスを供給するようにしてもよく、この場合には前記ガス供給ノズル８２がガス供給部に相当する。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、凹部を備えた基板にシリコンを成膜する場合に、凹部内へシリコンを良好に埋め込むことができる。
【００５３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成膜装置の一実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】ステップカバレッジを説明するための断面図である。
【図３】実験例で用いた成膜装置を示す断面図である。
【図４】距離Ｌと埋め込み特性との関係を示す特性図と、ステップカバレッジを説明するめの断面図である。
【図５】本発明の成膜装置の他の例を示す断面図である。
【図６】成膜速度とステップカバレッジのシミュレ−ション結果を示す特性図である。
【図７】成膜速度とステップカバレッジのシミュレ−ション結果を示す特性図である。
【図８】成膜速度とステップカバレッジのシミュレ−ション結果を示す特性図である。
【図９】成膜速度とステップカバレッジのシミュレ−ション結果を示す特性図である。
【図１０】本発明の成膜装置の他の例を示す断面図である。
【図１１】成膜速度とステップカバレッジのシミュレ−ション結果を示す特性図である。
【図１２】成膜速度とステップカバレッジのシミュレ−ション結果を示す特性図である。
【図１３】成膜速度とステップカバレッジのシミュレ−ション結果を示す特性図である。
【図１４】成膜速度とステップカバレッジのシミュレ−ション結果を示す特性図である。
【図１５】本発明の成膜装置の他の例を示す断面図である。
【図１６】成膜速度とステップカバレッジのシミュレ−ション結果を示す特性図である。
【図１７】成膜速度とステップカバレッジのシミュレ−ション結果を示す特性図である。
【図１８】温度特性のシミュレ−ション結果を示す特性図である。
【図１９】濃度特性のシミュレ−ション結果を示す特性図である。
【図２０】本発明の成膜装置のさらに他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１１，８    チャンバ
２１，７    載置台
３１        ガス供給部
３５        ガス噴出口
５          加熱手段
５１        ランプ
７１        ヒ−タ
８２        ガス供給ノズル
Ｗ          半導体ウエハ
【図１】
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【図２】
0004234839.tif 000003
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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