JP2012069636A

JP2012069636A - Semiconductor device manufacturing method and substrate processing apparatus

Info

Publication number: JP2012069636A
Application number: JP2010211879A
Authority: JP
Inventors: Manabu Izumi; 学泉; Atsushi Moriya; 敦森谷; Kiyohisa Ishibashi; 清久石橋
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2010-09-22
Filing date: 2010-09-22
Publication date: 2012-04-05

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device manufacturing method and a substrate processing apparatus, which allow the creation of a cavity to be suppressed and enable an opening to be filled readily.SOLUTION: A method comprises the steps of: forming an opening 206 in part of a dielectric film 204 of a wafer 12 having a metal film 202 made of Si and the dielectric film 204 formed on the metal film 202 to expose the metal film 202 in the opening 206; transporting the wafer 12 into a process chamber 106; selectively forming a first Si film 252 on the metal film 202 of the wafer 12 while supplying at least DCS and Clinto the process chamber 106; and forming a second Si film 254 on the dielectric film 204 and first Si film 252 of the wafer 12 while supplying at least DCS into the process chamber 106.

Description

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。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a substrate processing apparatus.

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。 In the manufacturing process of a semiconductor device, sputtering methods, CVD (Chemical Vapor Deposition) methods, selective growth methods, etc. are used as contact hole embedding methods (metal film deposition methods) that are openings for connecting wiring layers. is there.

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。 Patent Document 1 discloses a first gas supply step for supplying both a first processing gas containing at least silicon and an etching-based second processing gas into a processing chamber, and a second processing gas in the processing chamber. And a second gas supply step for supplying a third processing gas of an etching system having a stronger etching power, and repeating the first gas supply step and the second gas supply step a predetermined number of times. A substrate manufacturing method and a substrate processing apparatus for selectively growing an epitaxial film on a silicon exposed surface of a substrate surface are disclosed.

特開２００９−２６００１５号公報JP 2009-260015 A

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。 However, when the aspect ratio of the contact hole (ratio of the depth to the hole diameter) increases with the miniaturization of the semiconductor device (device), the contact hole is not filled by the conventional filling method, or the film formed in the contact hole There was a problem that voids were generated inside.

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。 An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device and a substrate processing apparatus capable of quickly filling an opening while suppressing the generation of voids.

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。 The first feature of the present invention is a substrate in which an insulating film is formed on a metal film, wherein an opening is formed in a part of the insulating film, and the metal film is exposed in the opening. A step of transporting the substrate into the processing chamber, supplying at least a silicon-containing gas and a chlorine-containing gas into the processing chamber, and selectively forming a first silicon-containing film on the metal film of the substrate; And a step of supplying at least a silicon-containing gas into the processing chamber to form a second silicon-containing film on the insulating film and the first silicon-containing film of the substrate.

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 A second feature of the present invention is a substrate in which an insulating film is formed on a metal film, wherein the substrate in which a contact hole is formed in the insulating film and the metal film is exposed in the contact hole is disposed in a processing chamber. Forming a first silicon-containing film selectively on the metal film exposed to the contact hole of the substrate by supplying at least a silicon-containing gas and a chlorine-containing gas into the processing chamber, Filling a part of the contact hole; supplying at least a silicon-containing gas into the processing chamber to form a second silicon-containing film on the insulating film and the first silicon-containing film of the substrate; A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: filling the other part of the contact hole

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 A third feature of the present invention is that a processing chamber in which a substrate is disposed and processed, a first gas supply system that supplies a silicon-containing gas to the processing chamber, and a chlorine-containing gas in the processing chamber. A second gas supply system to supply, and a substrate having an insulating film formed on a metal film, wherein an opening is formed in a part of the insulating film, and the metal film is exposed in the opening. In a state of being disposed in the processing chamber, at least a silicon-containing gas and a chlorine-containing gas are supplied into the processing chamber to selectively form a first silicon-containing film on the metal film of the substrate, and into the processing chamber. The first gas supply system and the second gas supply system are configured to supply at least a silicon-containing gas to form a second silicon-containing film on the insulating film and the first silicon-containing film of the substrate. A control unit for controlling the substrate Management system

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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method and substrate processing apparatus of a semiconductor device which can embed opening rapidly can be provided, suppressing generation | occurrence | production of a space | gap.

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。It is a perspective view of the substrate processing apparatus used for one Embodiment of this invention. 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。It is the schematic of the processing furnace used for one Embodiment of this invention, and its periphery structure. 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。It is a block diagram of the control structure of each part which comprises the substrate processing apparatus used for one Embodiment of this invention. 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。It is a schematic diagram explaining the state which embedded the opening part by various methods. 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。It is a flowchart of the embedding process used for one Embodiment of this invention. 開口部を埋め込む過程の状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state in the process of embedding an opening part. 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。It is a measurement result of the quantity of the element which exists in Si film formed in the opening part.

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。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view of a substrate processing apparatus 10 according to an embodiment of the present invention.

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。 In the substrate processing apparatus 10, a cassette 14 is used as a wafer carrier for storing a wafer 12 as a substrate made of a material such as silicon (Si).
The substrate processing apparatus 10 includes a housing 22. Below the front wall 22a of the housing 22, a front maintenance port 24 is formed as an opening provided so that maintenance inspection (maintenance) can be performed. A front maintenance door 26 that can be opened and closed is built in the front maintenance port 24.

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。 A cassette loading / unloading port 28 is opened at the front maintenance door 26 so as to communicate between the inside and outside of the housing 22, and the cassette loading / unloading port 28 is opened and closed by a front shutter 30.

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。 A cassette stage 32 is installed inside the housing 22 of the cassette carry-in / out port 28. The cassette 14 is loaded onto the cassette stage 32 or unloaded from the cassette stage 32 by a factory conveyor (not shown).

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。 The cassette 14 is placed on the cassette stage 32 such that the wafer 12 holds the vertical posture in the cassette 14 by the in-factory transfer device, and the wafer loading / unloading port of the cassette 14 faces upward. The cassette stage 32 rotates the cassette 14 clockwise 90 ° to the rear of the housing 22, operates so that the wafer 12 in the cassette 14 is in a horizontal posture, and the wafer loading / unloading port of the cassette 14 faces the rear of the housing 22. It is configured to be possible.

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。 A cassette shelf 34 is installed in a substantially central lower portion in the front-rear direction in the housing 22. The cassette shelf 34 is configured to store a plurality of cassettes 14 over a plurality of stages and a plurality of rows. The cassette shelf 34 is installed on the slide stage 36 so as to traverse.
A spare cassette shelf 38 is installed above the cassette stage 32, and the spare cassette shelf 38 is configured to store the spare cassette 14.

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。 A cassette carrying device 40 is installed between the cassette stage 32 and the cassette shelf 34. The cassette carrying device 40 includes a cassette elevator 40a that can be moved up and down while holding the cassette 14, and a cassette carrying mechanism 40b as a carrying mechanism. The cassette carrying device 40 carries the cassette 14 between the cassette stage 32, the cassette shelf 34, and the spare cassette shelf 38 by continuous operation of the cassette elevator 40a and the cassette carrying mechanism 40b.

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。 A wafer transfer mechanism 42 is installed behind the cassette shelf 34. The wafer transfer mechanism 42 includes a wafer transfer device 42a that can rotate and linearly move the wafer 12 in the horizontal direction, and a wafer transfer device elevator 42b that moves the wafer transfer device 42a up and down.
The wafer transfer device 42 a is provided with a tweezer 42 c that picks up the wafer 12. The wafer transfer device elevator 42 b is installed at the left end of the housing 22.

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。 The wafer transfer mechanism 42 picks up the wafer 12 by the tweezer 42c and loads (charges) the wafer 12 into the boat 44 by continuous operation of the wafer transfer device 42a and the wafer transfer device elevator 42b. 44 is configured to be detached (discharged).

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。 The boat 44 includes a plurality of holding members, and is configured to hold a plurality of (for example, about 50 to 150) wafers 12 horizontally, with their centers aligned and vertically aligned. Yes.

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。 A first clean unit 50 for supplying clean air, which is a cleaned atmosphere, is installed behind the spare cassette shelf 38. The first clean unit 50 includes a supply fan and a dustproof filter, and is configured to distribute clean air inside the housing 22.

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。 A second clean unit (not shown) for supplying clean air is installed at the right end of the housing 22 on the opposite side to the side where the wafer transfer device elevator 42b and the boat elevator 74 are arranged. Similar to the first clean unit 50, the second clean unit includes a supply fan and a dustproof filter. Clean air supplied from the second clean unit circulates in the vicinity of the wafer transfer device 42a, the boat 44, and the like, and is then exhausted to the outside of the housing 22 by an exhaust device (not shown).

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。 Behind the wafer transfer mechanism 42, a casing (hereinafter referred to as “pressure-resistant casing 60”) having an airtight performance capable of maintaining a pressure lower than atmospheric pressure (hereinafter referred to as “negative pressure”) is installed. . The pressure-resistant housing 60 forms a load lock chamber 62 that is a load lock type standby chamber having a volume capable of accommodating the boat 44.

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。 A wafer loading / unloading port 64 is opened on the front wall 60 a of the pressure-resistant housing 60, and the wafer loading / unloading port 64 is opened and closed by a gate valve 66.
A gas supply pipe 68 for supplying an inert gas such as nitrogen (N ₂ ) gas into the load lock chamber 62 and an exhaust pipe for exhausting the load lock chamber 62 to a negative pressure are provided on a pair of side walls of the pressure-resistant housing 60. (Not shown).

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。 A processing furnace 70 is provided above the load lock chamber 62. A lower end portion of the processing furnace 70 is configured to be opened and closed by a furnace port shutter 72.

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。 The load lock chamber 62 is provided with a boat elevator 74 that raises and lowers the boat 44 to the processing furnace 70. An arm (not shown) as a connecting tool is connected to the boat elevator 74, and a seal cap 76 as a lid is horizontally installed on the arm.
The seal cap 76 is made of, for example, a metal such as stainless steel and is formed in a disk shape. The seal cap 76 is configured to support the boat 44 vertically and to close the lower end of the processing furnace 70.

次に、基板処理装置１０の動作について説明する。 Next, the operation of the substrate processing apparatus 10 will be described.

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。 Prior to the cassette 14 being supplied to the cassette stage 32, the cassette loading / unloading port 28 is opened by the front shutter 30. Thereafter, the cassette 14 is carried onto the cassette stage 32 from the cassette carry-in / out port 28. At this time, the wafer 12 in the cassette 14 is held in a vertical posture, and is placed so that the wafer loading / unloading port of the cassette 14 faces upward.

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。 Thereafter, the cassette 14 is rotated 90 ° clockwise by the cassette stage 32 so that the wafers 12 in the cassette 14 are in a horizontal posture and the wafer loading / unloading port of the cassette 14 faces the rear of the housing 22.

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。 Subsequently, the cassette 14 is automatically conveyed to a designated position on the spare cassette shelf 38 by the cassette carrying device 40 and temporarily stored, and then transferred from the spare cassette shelf 38 to the cassette shelf 34.
Alternatively, the cassette 14 is directly transferred from the cassette stage 32 to the cassette shelf 34 by the cassette transfer device 40.

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。 The slide stage 36 moves the cassette shelf 34 horizontally and positions the cassette 14 to be transferred so as to face the wafer transfer mechanism 42.

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。 When the wafer loading / unloading port 64 is opened by the operation of the gate valve 66, the wafer 12 is picked up from the cassette 14 by the tweezer 42c of the wafer transfer device 42a, and the inside of the load lock chamber 62 in which the interior is previously set to the atmospheric pressure state. The boat 44 is loaded. The wafer transfer device 42 a returns to the cassette 14 when the wafer 12 is transferred to the boat 44, and then loads the wafer 12 into the boat 44.

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。 When a predetermined number of wafers 12 are loaded into the boat 44, the wafer loading / unloading port 64 is closed by the operation of the gate valve 66. Thereafter, the load lock chamber 62 is decompressed by being evacuated from the exhaust pipe.

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。 When the inside of the load lock chamber 62 is reduced to the same pressure as that in the processing furnace 70, the furnace port shutter 72 is opened and the lower end portion of the processing furnace 70 is opened. Subsequently, the seal cap 76 is raised by the boat elevator 74, and the boat 44 supported by the seal cap 76 is loaded into the processing furnace 70.

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。 After loading, the wafer 12 is processed in the processing furnace 70. After the processing, the boat 44 is pulled out by the boat elevator 74. Then, after the inside of the load lock chamber 62 is restored to atmospheric pressure, the wafer loading / unloading port 64 is opened by the operation of the gate valve 66. Thereafter, the cassette 14 and the wafer 12 are carried out of the housing 22 in the reverse procedure to the above.

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。 Next, the configuration around the processing furnace 70 will be described.
FIG. 2 shows a schematic view of the processing furnace 70 and its peripheral structure.
The processing furnace 70 has a heater 102 as a heating mechanism. The heater 102 has a cylindrical shape, is composed of a heater wire and a heat insulating member provided around the heater wire, and is vertically installed by being supported by a holding body (not shown).

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。 An outer tube 104 as a reaction tube is disposed inside the heater 102 so as to be concentric with the heater 102. The outer tube 104 is made of a heat-resistant material such as quartz (SiO ₂ ) or silicon carbide (SiC), and has a cylindrical shape with the upper end closed and the lower end opened.
A processing chamber 106 is formed in a cylindrical hollow portion inside the outer tube 104, and the boat 44 is accommodated in the processing chamber 106.

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 In the vicinity of the heater 102, a temperature sensor (not shown) is provided as a temperature detector for detecting the temperature in the processing chamber 106. A temperature controller 118 (see FIG. 3) is electrically connected to the heater 102 and the temperature detection sensor. The temperature control unit 118 adjusts the power supply to the heater 102 based on the temperature information detected by the temperature sensor, and controls the temperature in the processing chamber 106 to have a desired distribution at a desired timing.

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。 Below the outer tube 104, a manifold 110 is disposed concentrically with the outer tube 104. The manifold 110 is made of, for example, stainless steel and has a cylindrical shape with an upper end and a lower end opened. The manifold 110 is provided so as to support the outer tube 104. An O-ring as a seal member is provided between the manifold 110 and the outer tube 104.
The manifold 110 is supported by a holding body (not shown), so that the outer tube 104 is installed vertically.
A reaction vessel is formed by the outer tube 104 and the manifold 110.

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。 A gas supply pipe 112 and a gas exhaust pipe 114 are provided in the manifold 110 so as to penetrate therethrough.
The gas supply pipe 112 is divided into, for example, four on the upstream side, and is connected to the first gas supply source 120a, the second gas supply source 120b, the third gas supply source 120c, and the fourth gas supply source 120d, respectively. ing.
The first to fourth gas supply sources 120a to 120d respectively include a first MFC (mass flow controller) 122a, a second MFC 122b, a third MFC 122c, a fourth MFC 122d, and a first gas flow rate control device. The valve 124a, the second valve 124b, the third valve 124c, and the fourth valve 124d are connected to the gas supply pipe 112.

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。 A gas flow rate control unit 128 (see FIG. 3) is electrically connected to the first to fourth MFCs 122a to 122d and the first to fourth valves 124a to 124d. The gas flow rate control unit 128 controls the first to fourth valves 124a to 124d and the first to fourth MFCs 122a to 122d so that the flow rate of the gas supplied into the processing chamber 106 becomes a desired value at a desired timing. Control.

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。 The gas exhaust pipe 114 is provided with a vacuum exhaust device 136 such as a vacuum pump via a pressure sensor 132 as a pressure detector and an APC (Auto Pressure Controller) valve 134 as a pressure regulator.

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。 A pressure control unit 138 (see FIG. 3) is electrically connected to the pressure sensor 132 and the APC valve 134. The pressure control unit 138 controls the pressure in the processing chamber 106 to be a desired pressure at a desired timing by adjusting the opening degree of the APC valve 134 based on the pressure detected by the pressure sensor 132.

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。 A seal cap 76 is provided below the manifold 110 to hermetically close the lower end opening of the manifold 110. An O-ring as a seal member that contacts the lower end of the manifold 110 is provided on the upper surface of the seal cap 76.
A rotation mechanism 142 is provided on the seal cap 76. The rotating shaft 144 of the rotating mechanism 142 is connected to the boat 44 through the seal cap 76, and is configured to rotate the wafer 12 by rotating the boat 44.

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。 The seal cap 76 is configured to be moved up and down in a vertical direction by an elevating motor 146 as an elevating mechanism provided outside the processing furnace 70, so that the boat 44 can be carried into and out of the processing furnace 70. It is possible.
A drive control unit 148 is electrically connected to the rotation mechanism 142 and the lifting motor 146. The drive control unit 148 controls the rotation mechanism 142 and the lifting motor 146 so as to perform a desired operation at a desired timing.

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。 In the lower part of the boat 44, a plurality of heat insulating plates 46 as a heat insulating member having a circular shape made of a heat resistant material such as SiO ₂ or SiC are abolished in a multi-stage in a horizontal posture. For this reason, it is difficult for the heat from the heater 102 to be transferred to the manifold 110 side.

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。 A lower substrate 152 is provided on the outer surface of the load lock chamber 62 as a spare chamber. The lower substrate 152 is provided with a guide shaft 156 that fits with the lifting platform 154 and a ball screw 158 that screws with the lifting platform 154.
An upper substrate 160 is provided on the upper ends of the guide shaft 156 and the ball screw 158 erected on the lower substrate 152.
The ball screw 158 is rotated by a lifting motor 146 provided on the upper substrate 160. When the ball screw 158 rotates, the lifting platform 154 is configured to move up and down.

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。 A hollow elevating shaft 162 is vertically suspended from the elevating table 154, and a connecting portion between the elevating table 154 and the elevating shaft 162 is airtight. The lifting shaft 162 is configured to move up and down together with the lifting platform 154.
The elevating shaft 162 is provided so as to penetrate the top plate 164 of the load lock chamber 62. The through hole of the top plate 164 through which the elevating shaft 162 passes is formed with a sufficient margin so as not to contact the elevating shaft 162.

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。 A bellows 166 as a hollow elastic body having elasticity is provided between the load lock chamber 62 and the lifting platform 154 so as to cover the periphery of the lifting shaft 162 in order to keep the load lock chamber 62 airtight. .
The bellows 166 has a sufficient amount of expansion and contraction that can correspond to the amount of elevation of the elevator platform 154. The inner diameter of the bellows 166 is sufficiently larger than the outer shape of the elevating shaft 162, and the bellows 166 is configured not to contact the elevating shaft 162 even when the bellows 166 expands and contracts.

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。 An elevating board 170 is fixed horizontally to the lower end of the elevating shaft 162. A drive unit cover 172 is airtightly attached to the lower surface of the elevating board 170 via a seal member such as an O-ring.
The elevating board 170 and the drive unit cover 172 constitute a drive unit storage case 174. With this configuration, the inside of the drive unit storage case 174 is isolated from the atmosphere in the load lock chamber 62.

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。 A rotation mechanism 142 is provided inside the drive unit storage case 174, and the periphery of the rotation mechanism 142 is cooled by a cooling mechanism 176.
Connected to the rotation mechanism 142 is a power supply cable 180 led from the upper end of the elevating shaft 162 through the hollow portion of the elevating shaft 162.

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。 A cooling channel 182 is formed in the cooling mechanism 176 and the seal cap 76. A cooling water pipe 184 led from the upper end of the lifting shaft 162 through the hollow portion of the lifting shaft 162 is connected to the cooling channel 182.

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。 The drive unit storage case 174 is moved up and down via the lift platform 154 and the lift shaft 162 when the lift motor 146 is driven and the ball screw 158 rotates.

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。 When the drive unit storage case 174 is raised, the seal cap 76 provided in an airtight manner on the elevating substrate 170 closes the furnace port 186 that is the opening of the processing furnace 70, and the wafer 12 can be processed in a desired manner. It becomes.
When the drive unit storage case 174 is lowered, the boat 44 is lowered together with the seal cap 76 so that the wafer 12 can be carried out to the outside.

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。 FIG. 3 shows a block diagram of a control configuration of each unit constituting the substrate processing apparatus 10.
The temperature control unit 118, the gas flow rate control unit 128, the pressure control unit 138, and the drive control unit 148 are electrically connected to a main control unit 190 that configures an operation unit and an input / output unit and controls the entire substrate processing apparatus 10. Yes. The temperature control unit 118, the gas flow rate control unit 128, the pressure control unit 138, the drive control unit 148, and the main control unit 190 are configured as a controller 192.

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。 Next, a method of filling the opening 206 such as a contact hole will be described.
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a state in which the opening 206 is embedded by various methods. FIG. 4A is a schematic diagram showing a state when embedded using the present embodiment, and FIGS. 4B and 4C are states when embedded using the CVD method as comparative examples, respectively. It is a schematic diagram which shows the state at the time of embedding using the selective growth method.
FIG. 4 illustrates a method in which an insulating film 204 is formed on the metal film 202 and the opening 206 formed in the insulating film 204 is embedded.

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。 As shown in FIG. 4A, in the present embodiment, the first metal film 212 is first deposited until the aspect ratio of the opening 206 is within a predetermined range (for example, 3 to 10) using the selective growth method. To do.
After the aspect ratio of the opening 206 reaches a predetermined range, the embedding process is continued by switching the embedding method from the selective growth method to the CVD method. In this manner, the opening 206 is buried, and the second metal film 214 is deposited on the insulating film 204 to a predetermined thickness.
Note that the first metal film 212 and the second metal film 214 are distinguished for the sake of explanation, and are the same.
By performing the embedding process in this way, generation of voids inside the metal film formed in the opening 206 is suppressed. In addition, a metal film is formed on the insulating film 206 as part of the embedding process. Furthermore, the time required for the embedding process is shortened.

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。 As illustrated in FIG. 4B, when the filling process of the opening 206 is performed using only the CVD method, a void 226 is easily generated inside the metal film 222 formed in the opening 206. The gap 226 is more likely to occur as the aspect ratio of the opening 206 is larger.

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。 As shown in FIG. 4C, when the filling process of the opening 206 is performed using only the selective growth method, the metal film 232 is not formed on the insulating film 204.
Further, since the selective growth method generally has a slow film growth rate, if the filling process is performed using only the selective growth method, the time required for the hole filling process becomes longer.

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。 Next, the embedding process (S10), which is one process of manufacturing the semiconductor device (device) according to the present embodiment, will be described.
Thereafter, Si is deposited on the wafer 12 in which openings 206 (aspect ratio of about 3 to 10) such as contact holes are formed in the insulating film 204 formed on the metal film 202 made of silicon (Si). A case where the opening 206 is embedded will be described as an example. In the following description, the operation of each part constituting the substrate processing apparatus 10 is controlled by the controller 192.
FIG. 5 is a flowchart of the embedding process (S10) according to the present embodiment. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a state in the process of filling the opening 206.

＜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。 <Substrate carrying-in process (S102)>
A plurality of wafers 44 are loaded with the wafers 12 (see FIG. 6A) on which the insulating film 204 having the openings 206 formed thereon is formed as an object to be processed. Next, the boat 44 holding the wafers 12 is loaded into the processing chamber 106 (boat loading) by the lifting operation of the lifting platform 154 and the lifting shaft 162. The lower end of the manifold 110 is airtightly closed by the seal cap 76 through the O-ring.

＜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。 <Pressure adjustment step (S104)>
The processing chamber 106 is evacuated by the evacuation device 136 so that the inside of the processing chamber 106 has a predetermined pressure (degree of vacuum). The pressure in the processing chamber 106 is measured by the pressure sensor 132, and the pressure control unit 138 feedback-controls the APC valve 134 based on the measurement result.
During the embedding process (S10), the pressure in the processing chamber 106 is set to a range of 10 to 1000 Pa, for example.

＜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。 <Temperature raising step (S106)>
The processing chamber 106 is heated by the heater 102 so that the inside of the processing chamber 106 has a predetermined temperature. The temperature in the processing chamber 106 is measured by a temperature sensor, and the temperature control unit 118 feedback-controls the heater 102 based on the measurement result.
By setting the temperature in the processing chamber 106 to a range corresponding to both the selective growth step (S110) and the CVD growth step (S114) described later, the time required for temperature adjustment is omitted. During the embedding process (S10), the temperature in the processing chamber 106 is set to a range of 600 to 700 ° C., for example.
Note that the selective growth step (S110) and the CVD growth step (S114) may be performed at different temperatures. For example, after the selective growth step (S110) is completed, the temperature in the processing chamber 106 may be raised to perform the CVD growth step (S114).

＜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。 <Gas replacement step (S108)>
The first valve 124a is opened, and nitrogen (N ₂ ), which is an inert gas sealed in the first gas supply source 120a, is supplied into the processing chamber 106 while the flow rate is adjusted by the first MFC 122a.
As the inert gas, a rare gas such as argon (Ar), helium (He), neon (Ne), or xenon (Xe) may be used in addition to N ₂ .

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。 After a predetermined time has elapsed, the first valve 124a is closed, and the supply of N _{2 into} the processing chamber 106 is stopped.
As a result, the inside of the processing chamber 106 is replaced (purged) with N ₂ .

＜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。 <Selective growth step (S110)>
The second valve 124b is opened, and the processing chamber 106 is adjusted while the flow rate of dicyclosilane (DCS: Si ₂ H ₂ Cl ₂ ) gas, which is a silicon-containing gas sealed in the second gas supply source 120b, is adjusted by the second MFC 122b. Supply in.
The flow rate of DCS is, for example, in the range of 1 to 1000 sccm.

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。 As the silicon-containing gas, inorganic materials such as disilane (Si ₂ H ₆ ) and monosilane (SiH ₄ ) may be used in addition to DCS.

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。 At the same time, the third valve 124c is opened, and the chlorine (Cl ₂ ) gas, which is a chlorine-containing gas, is used as the etching gas sealed in the third gas supply source 120c while adjusting the flow rate with the third MFC 122c. To supply.
The flow rate of Cl ₂ is, for example, in the range of 1 to 300 sccm.
As the chlorine-containing gas, hydrogen chloride (HCl) may be used in addition to Cl ₂ .

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。 By supplying the silicon-containing gas and the chlorine-containing gas from the same gas supply pipe 112, any of these gases can be prevented from reacting with the wafer 12 alone. In addition, by simultaneously supplying the silicon-containing gas and the chlorine-containing gas, the reaction of the silicon-containing gas in the gas phase is suppressed, and the metal film 202 (Si) that is not covered with the insulating film 204 is exposed. Only selective silicon epitaxial growth is promoted.

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。 After a predetermined time has elapsed, the second valve 124b and the third valve 124c are closed, and the supply of DCS and Cl _{2 into} the processing chamber 106 is stopped.

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。 Next, the fourth valve 124d is opened, and hydrogen (H ₂ ) as a reducing gas sealed in the fourth gas supply source 120d is supplied into the processing chamber 106 while adjusting the flow rate by the fourth MFC 122d.
The flow rate of H _2, for example, in the range of 1 ~ 20000 sccm.
As a result, Cl ₂ remaining on the surface of the wafer 12 as the object to be processed is removed.

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。 After a predetermined time has elapsed, the fourth valve 124d is closed, and the supply of H _{2 into} the processing chamber 106 is stopped.

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）。 In this manner, the first Si film 252 that is a single crystal silicon film is formed in the opening 206 to a predetermined thickness (for example, an aspect ratio in the range of about 3 to 10) by the selective growth method (FIG. 6). (See (b)).

＜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。 <Gas replacement step (S112)>
The first valve 124a is opened, and N ₂ sealed in the first gas supply source 120a is supplied into the processing chamber 106 while the flow rate is adjusted by the first MFC 122a.
After a predetermined time has elapsed, the first valve 124a is closed, and the supply of N _{2 into} the processing chamber 106 is stopped.
In this way, DCS, Cl ₂ and H ₂ remaining in the processing chamber 106 are removed.

＜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。 <CVD growth process (S114)>
The second valve 124b is opened, and DCS as a silicon-containing gas sealed in the second gas supply source 120b is supplied into the processing chamber 106 while the flow rate is adjusted by the second MFC 122b.
The flow rate of DCS is, for example, in the range of 10 to 1000 sccm.
As the silicon-containing gas, inorganic materials such as Si ₂ H ₆ and SiH ₄ may be used in addition to DCS.

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。 After a predetermined time has elapsed, the second valve 124b is closed and the supply of DCS into the processing chamber 106 is stopped.

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）。 In this manner, the second Si film 254 which is an amorphous silicon (amorphous silicon) film or a polycrystalline silicon (polysilicon) film is formed on the first Si film 252 and the insulating film 204 by the CVD method. (See FIG. 6C).

＜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。 <Gas replacement step (S116)>
The first valve 124a is opened, and nitrogen (N ₂ ) as a purge gas sealed in the first gas supply source 120a is supplied into the processing chamber 106 while the flow rate is adjusted by the first MFC 122a.
After a predetermined time has elapsed, the first valve 124a is closed, and the supply of N _{2 into} the processing chamber 106 is stopped.
In this way, DCS remaining in the processing chamber 106 is removed.

＜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。 <Substrate unloading step (S118)>
The wafer 12 on which the first Si film 252 and the second Si film 254 are formed is unloaded from the processing chamber 106 by a procedure reverse to the substrate loading step (S102).
In this way, the embedding process is completed.

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。 During the embedding process (S10), the APC valve 134 may be adjusted while operating the vacuum exhaust device 136 so that N ₂ is constantly flowing into the processing chamber 106. Thereby, the adhesion of particles on the wafer 12 is suppressed.

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。 Thus, in this embodiment, the selective growth step (S110) and the CVD growth step (S114) are performed without going through the step of taking out the wafer 12 to the outside (because in-situ processing is performed). Intrusion of impurities such as oxygen (O ₂ ) into the interface between the first Si film 252 and the second Si film 254 is suppressed.

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。 Next, the state of the Si film formed in the opening 206 will be described.
FIG. 7 shows the measurement results of the quantity of oxygen (O), carbon (C), and chlorine (Cl) existing in the depth direction of the Si film formed in the opening 206 after the embedding process according to the present embodiment. FIG. The horizontal axis indicates depth (nm) and the vertical axis indicates concentration (atoms / cm ³ ).

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。 The quantity of oxygen (O) became a substantially constant value in the depth direction except for the vicinity of the surface. That is, the formation of an oxide film (natural oxide film growth) at the interface between the first Si film 252 formed by the selective growth method and the second Si film 254 formed by the CVD method is suppressed.
Similarly, the quantities of carbon (C) and chlorine (Cl) were substantially constant in the depth direction except for the vicinity of the surface.
In the CVD growth step (S114), the second Si film 254 is formed using the CVD method, but instead of this, an ALD (Atomic) in which a silicon-containing gas is intermittently and pulsed supplied. A layer deposition method may be used.

［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。 [Preferred embodiment of the present invention]
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.

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。 According to one embodiment of the present invention, a substrate in which an insulating film is formed over a metal film, the substrate in which an opening is formed in a part of the insulating film and the metal film is exposed in the opening is provided in a processing chamber. A step of supplying at least a silicon-containing gas and a chlorine-containing gas into the processing chamber to selectively form a first silicon-containing film on the metal film of the substrate; and into the processing chamber And supplying a silicon-containing gas at least to form a second silicon-containing film on the insulating film and the first silicon-containing film of the substrate.

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。 Preferably, the first silicon-containing film is a silicon single crystal film, and the second silicon-containing film is an amorphous film (amorphous silicon film) or a polycrystalline film (polysilicon film).

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。 Preferably, the step of forming the first silicon-containing film and the step of forming the second silicon film are performed under the same temperature in the processing chamber. Changing the temperature in the processing chamber requires time to stabilize the temperature and the throughput deteriorates, but the throughput can be improved by executing these steps at the same temperature.

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。 According to another aspect of the present invention, a substrate having an insulating film formed on a metal film, the substrate having a contact hole formed in the insulating film and exposing the metal film in the contact hole is transferred into a processing chamber. And at least supplying a silicon-containing gas and a chlorine-containing gas into the processing chamber to selectively form a first silicon-containing film on the metal film exposed in the contact hole of the substrate. Filling the part of the hole; supplying at least a silicon-containing gas into the processing chamber to form a second silicon-containing film on the insulating film and the first silicon-containing film of the substrate; And a method of manufacturing a semiconductor device.

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。 Preferably, the contact hole is larger in the depth size than in the diameter size.

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。 According to another aspect of the present invention, a processing chamber in which a substrate is disposed and processed, a first gas supply system that supplies a silicon-containing gas to the processing chamber, and a chlorine-containing gas is supplied to the processing chamber. A second gas supply system and a substrate having an insulating film formed on the metal film, the substrate having the opening formed in a part of the insulating film and exposing the metal film in the opening; In this state, at least a silicon-containing gas and a chlorine-containing gas are supplied into the processing chamber to selectively form a first silicon-containing film on the metal film of the substrate, and at least silicon is supplied into the processing chamber. The first gas supply system and the second gas supply system are controlled so as to form a second silicon-containing film on the insulating film and the first silicon-containing film of the substrate by supplying a containing gas. And a substrate processing apparatus having It is provided.

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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate processing apparatus 12 Wafer 14 Cassette 22 Case 32 Cassette stage 34 Cassette shelf 40 Cassette transfer apparatus 42 Wafer transfer mechanism 44 Boat 60 Pressure-resistant housing 62 Load lock chamber 68 Gas supply pipe 70 Processing furnace 76 Seal cap 106 Processing chamber 118 Temperature Control unit 128 Gas flow control unit 132 Pressure sensor 134 APC valve 136 Vacuum exhaust device 138 Pressure control unit 148 Drive control unit 190 Main control unit 192 Controller 202 Metal film 204 Insulating film 206 Opening 224 Air gap 252 First Si film 254 First 2 Si film

Claims

A substrate in which an insulating film is formed on a metal film, wherein an opening is formed in a part of the insulating film, and the substrate in which the metal film is exposed in the opening;
Supplying at least a silicon-containing gas and a chlorine-containing gas into the processing chamber to selectively form a first silicon-containing film on the metal film of the substrate;
Supplying at least a silicon-containing gas into the processing chamber to form a second silicon-containing film on the insulating film and the first silicon-containing film of the substrate;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:

A substrate in which an insulating film is formed on a metal film, wherein a contact hole is formed in the insulating film, and the substrate in which the metal film is exposed in the contact hole is transferred into a processing chamber;
A silicon-containing gas and a chlorine-containing gas are supplied into the processing chamber to selectively form a first silicon-containing film on the metal film exposed in the contact hole of the substrate, and a part of the contact hole Filling the process,
Supplying at least a silicon-containing gas into the processing chamber to form a second silicon-containing film on the insulating film and the first silicon-containing film of the substrate, and filling the other part of the contact hole;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:

A processing chamber in which substrates are placed and processed;
A first gas supply system for supplying a silicon-containing gas to the processing chamber;
A second gas supply system for supplying a chlorine-containing gas to the processing chamber;
A substrate in which an insulating film is formed on a metal film, wherein an opening is formed in a part of the insulating film, and the substrate in which the metal film is exposed is disposed in the processing chamber. At least a silicon-containing gas and a chlorine-containing gas are supplied into the chamber to selectively form a first silicon-containing film on the metal film of the substrate, and at least the silicon-containing gas is supplied into the processing chamber. A control unit for controlling the first gas supply system and the second gas supply system so as to form a second silicon-containing film on the insulating film and the first silicon-containing film.
A substrate processing apparatus.