JP2023164300A - 基板処理方法、半導体装置の製造方法、プログラム及び基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上に形成される膜の膜質を向上させることができる。【解決手段】ａ）基板に成膜温度で第１４族元素を含む第１膜を形成する工程と、ｂ）第１膜を第１温度で熱処理し、結晶成長させる工程と、ｃ）第１膜を第１温度よりも高い第２温度で熱処理し、第１膜中の少なくとも一部分の第１４族元素を移動させ結晶化させる工程と、を有する。【選択図】図４

Description

本開示は、基板処理方法、半導体装置の製造方法、プログラム及び基板処理装置に関する。

半導体装置の製造工程の一工程として、基板上に膜を形成する処理が行われることがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０－１１８４６２号公報

本開示は、基板上に形成される膜の膜質を向上することが可能な技術を提供する。

本開示の一態様によれば、ａ）基板に成膜温度で第１４族元素を含む第１膜を形成する工程と、ｂ）第１膜を第１温度で熱処理し、結晶成長させる工程と、ｃ）第１膜を第１温度よりも高い第２温度で熱処理し、第１膜中の少なくとも一部分の第１４族元素を前記基板側に移動させ結晶化させる工程と、を有する技術が提供される。

本開示によれば、基板上に形成される膜の膜質を向上させることができる。

本開示の一態様の基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉２０２部分を縦断面図で示す図である。 本開示の一態様の基板処理装置の縦型処理炉の一部の概略構成図であり、処理炉２０２部分を図１のＡ－Ａ線断面図で示す図である。 本開示の一態様の基板処理装置の制御部の概略構成図であり、制御系をブロック図で示す図である。 本開示の一態様の基板処理工程のフローチャートの例を示す図である。 本開示の一態様の基板処理工程の温度の推移を示す図である。 本開示の一態様の基板表面のモデルを示す図である。

以下、図１～６を参照しながら説明する。なお、以下の説明において用いられる図面は、いずれも模式的なものであり、図面に示される、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。また、複数の図面の相互間においても、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は必ずしも一致していない。

（１）基板処理装置の構成
図１に示すように、処理炉２０２は温度調整器（加熱部）としてのヒータ２０７を有する。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ２０７は、ガスを熱で活性化（励起）させる活性化機構（励起部）としても機能する。

ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応管２０３が配設されている。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ_２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料により構成され、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。反応管２０３の下方には、反応管２０３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（ＳＵＳ）等の金属材料により構成され、上端およ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２０９の上端部は、反応管２０３の下端部に係合しており、反応管２０３を支持するように構成されている。マニホールド２０９と反応管２０３との間には、シール部材としてのＯリング２２０ａが設けられている。反応管２０３はヒータ２０７と同様に垂直に据え付けられている。主に、反応管２０３とマニホールド２０９とにより処理容器（反応容器）が構成される。処理容器の筒中空部には処理室２０１が形成される。処理室２０１は、基板としてのウエハ２００を収容可能に構成されている。この処理室２０１内でウエハ２００に対する処理が行われる。

処理室２０１内には、第１～第５供給部としてのノズル２４９ａ～２４９ｅが、マニホールド２０９の側壁を貫通するようにそれぞれ設けられている。ノズル２４９ａ～２４９ｅには、ガス供給管２３２ａ～２３２ｅがそれぞれ接続されている。ノズル２４９ａ～２４９ｅはそれぞれ異なるノズルであり、ノズル２４９ｂ，２４９ｄのそれぞれは、ノズル２４９ｃに隣接して設けられている。ノズル２４９ａ，２４９ｅのそれぞれは、ノズル２４９ｂ，ノズル２４９ｄの２４９ｃと隣接する側とは反対側に隣接して設けられている。

ガス供給管２３２ａ～２３２ｅには、ガス流の上流側から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１ａ～２４１ｅおよび開閉弁であるバルブ２４３ａ～２４３ｅがそれぞれ設けられている。ガス供給管２３２ａ～２３２ｅのバルブ２４３ａ～２４３ｅよりも下流側には、ガス供給管２３２ｆ～２３２ｊがそれぞれ接続されている。ガス供給管２３２ｆ～２３２ｊには、ガス流の上流側から順に、ＭＦＣ２４１ｆ～２４１ｊおよびバルブ２４３ｆ～２４３ｊがそれぞれ設けられている。ガス供給管２３２ａ～２３２ｅは、例えば、ＳＵＳ等の金属材料により構成されている。

図２に示すように、ノズル２４９ａ～２４９ｅは、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における平面視において円環状の空間に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の配列方向上方に向かって立ち上がるようにそれぞれ設けられている（図１参照）。すなわち、ノズル２４９ａ～２４９ｅは、ウエハ２００が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うようにそれぞれ設けられている。平面視において、ノズル２４９ｃは、処理室２０１内に搬入されるウエハ２００の中心を挟んで後述する排気口２３１ａと一直線上に対向するように配置されている。ノズル２４９ｂ，２４９ｄは、ノズル２４９ｃと排気口２３１ａの中心とを通る直線Ｌを、反応管２０３の内壁（ウエハ２００の外周部）に沿って両側から挟み込むように配置されている。また、ノズル２４９ａ，２４９ｅのそれぞれは、ノズル２４９ｂ，ノズル２４９ｄの２４９ｃと隣接する側とは反対側に、直線Ｌを、反応管２０３の内壁に沿って両側から挟み込むように配置されている。直線Ｌは、ノズル２４９ｃとウエハ２００の中心とを通る直線でもある。すなわち、ノズル２４９ｄは、直線Ｌを挟んでノズル２４９ｂと反対側に設けられているということもできる。また、ノズル２４９ｅは、直線Ｌを挟んでノズル２４９ａと反対側に設けられているということもできる。ノズル２４９ｂ，２４９ｄは、直線Ｌを対称軸として線対称に配置されている。また、ノズル２４９ａ，２４９ｅは、直線Ｌを対称軸として線対称に配置されている。ノズル２４９ａ～２４９ｅの側面には、ガスを供給するガス供給孔２５０ａ～２５０ｅがそれぞれ設けられている。ガス供給孔２５０ａ～２５０ｅは、それぞれが、平面視において排気口２３１ａと対向（対面）するように開口しており、ウエハ２００に向けてガスを供給することが可能となっている。ガス供給孔２５０ａ～２５０ｅは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられている（図１参照）。

ガス供給管２３２ａからは、処理ガスとして、第１４族元素含有ガスが、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。

ガス供給管２３２ｂからは、ドーパントガスとして、第１３族元素または第１５族元素を含有するドーパントガスが、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。

ガス供給管２３２ｃからは、還元ガスが、ＭＦＣ２４１ｃ、バルブ２４３ｃ、ノズル２４９ｃを介して処理室２０１内へ供給される。

ガス供給管２３２ｄからは、処理ガスとして、第１ハロシラン系ガスが、ＭＦＣ２４１ｄ、バルブ２４３ｄ、ノズル２４９ｄを介して処理室２０１内へ供給される。

ガス供給管２３２ｅからは、処理ガスとして、第２ハロシラン系ガス（シラン系ガス）が、ＭＦＣ２４１ｅ、バルブ２４３ｅ、ノズル２４９ｅを介して処理室２０１内へ供給される。

ガス供給管２３２ｆ～２３２ｊからは、不活性ガスが、それぞれＭＦＣ２４１ｆ～２４１ｊ、バルブ２４３ｆ～２４３ｊ、ガス供給管２３２ａ～２３２ｅ、ノズル２４９ａ～２４９ｅを介して処理室２０１内へ供給される。不活性ガスは、パージガス、キャリアガス、希釈ガス等として作用する。

主に、ガス供給管２３２ａ，２３２ｄ，２３２ｅ、ＭＦＣ２４１ａ，２４１ｄ，２４１ｅ、バルブ２４３ａ，２４３ｄ，２４３ｅにより、処理ガス供給系が構成される。ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂを処理ガス供給系に含めて考えてもよい。また、主に、ガス供給管２３２ｃ、ＭＦＣ２４１ｃ、バルブ２４３ｃにより、還元ガス供給系が構成される。また、主に、ガス供給管２３２ｆ～２３２ｊ、ＭＦＣ２４１ｆ～２４１ｊ、バルブ２４３ｆ～２４３ｊにより、不活性ガス供給系が構成される。なお、本開示では、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａを含むガス供給系を、第１供給系とも称する。ガス供給管２３２ｆ、ＭＦＣ２４１ｆ、バルブ２４３ｆを第１供給系に含めて考えてもよい。また、ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂを含むガス供給系を、第２供給系とも称する。ガス供給管２３２ｇ、ＭＦＣ２４１ｇ、バルブ２４３ｇを第２供給系に含めて考えてもよい。また、ガス供給管２３２ｃ、ＭＦＣ２４１ｃ、バルブ２４３ｃを含むガス供給系を、第３供給系とも称する。ガス供給管２３２ｈ、ＭＦＣ２４１ｈ、バルブ２４３ｈを第３供給系に含めて考えてもよい。また、ガス供給管２３２ｄ、ＭＦＣ２４１ｄ、バルブ２４３ｄを含むガス供給系を、第４供給系とも称する。ガス供給管２３２ｉ、ＭＦＣ２４１ｉ、バルブ２４３ｉを第４供給系に含めて考えてもよい。また、ガス供給管２３２ｅ、ＭＦＣ２４１ｅ、バルブ２４３ｅを含むガス供給系を、第５供給系とも称する。ガス供給管２３２ｊ、ＭＦＣ２４１ｊ、バルブ２４３ｊを第５供給系に含めて考えてもよい。

上述の各種供給系のうち、いずれか、或いは、全ての供給系は、バルブ２４３ａ～２４３ｊやＭＦＣ２４１ａ～２４１ｊ等が集積されてなる集積型供給システム２４８として構成されていてもよい。集積型供給システム２４８は、ガス供給管２３２ａ～２３２ｊのそれぞれに対して接続され、ガス供給管２３２ａ～２３２ｊ内への各種ガスの供給動作、すなわち、バルブ２４３ａ～２４３ｊの開閉動作やＭＦＣ２４１ａ～２４１ｊによる流量調整動作等が、後述するコントローラ１２１によって制御されるように構成されている。集積型供給システム２４８は、一体型、或いは、分割型の集積ユニットとして構成されており、ガス供給管２３２ａ～２３２ｊ等に対して集積ユニット単位で着脱を行うことができ、集積型供給システム２４８のメンテナンス、交換、増設等を、集積ユニット単位で行うことが可能なように構成されている。

図１に示すように、反応管２０３の側壁下方には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気口２３１ａが設けられている。図２に示すように、排気口２３１ａは、平面視において、ウエハ２００を挟んでノズル２４９ａ～２４９ｅ（ガス供給孔２５０ａ～２５０ｅ）と対向（対面）する位置に設けられている。排気口２３１ａは、反応管２０３の側壁の下部より上部に沿って、すなわち、ウエハ配列領域に沿って設けられていてもよい。排気口２３１ａには排気管２３１が接続されている。図１に示すように、排気管２３１には、処理室２０１内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ２４５および圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４４を介して、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されている。ＡＰＣバルブ２４４は、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室２０１内の真空排気および真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ２４６を作動させた状態で、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて弁開度を調節することで、処理室２０１内の圧力を調整することができるように構成されている。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４４、圧力センサ２４５により、排気系が構成される。真空ポンプ２４６を排気系に含めて考えてもよい。

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可能な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ＳＵＳ等の金属材料により構成され、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２２０ｂが設けられている。シールキャップ２１９の下方には、後述するボート２１７を回転させる回転機構２６７が設置されている。回転機構２６７の回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７に接続されている。回転機構２６７は、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させるように構成されている。シールキャップ２１９は、反応管２０３の外部に設置された昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ１１５は、シールキャップ２１９を昇降させることで、ウエハ２００を処理室２０１内外に搬入および搬出（搬送）する搬送装置（搬送機構）として構成されている。マニホールド２０９の下方には、シールキャップ２１９を降下させボート２１７を処理室２０１内から搬出した状態で、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシャッタ２１９ｓが設けられている。シャッタ２１９ｓは、例えばＳＵＳ等の金属材料により構成され、円盤状に形成されている。シャッタ２１９ｓ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２２０ｃが設けられている。シャッタ２１９ｓの開閉動作（昇降動作や回動動作等）は、シャッタ開閉機構１１５ｓにより制御される。

基板支持具としてのボート２１７は、複数枚、例えば２５～２００枚のウエハ２００を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、間隔を空けて配列させるように構成されている。ボート２１７は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料により構成される。ボート２１７の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料により構成される断熱板２１８が多段に支持されている。

反応管２０３内には、温度検出器としての温度センサ２６３が設置されている。温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合を調整することで、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となる。温度センサ２６３は、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。

図３に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ１２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、内部バス１２１ｅを介して、ＣＰＵ１２１ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ１２１には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置１２２が接続されている。

記憶装置１２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置１２１ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件等が記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する基板処理における各手順をコントローラ１２１に実行させ、所定の結果を得ることができるように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、プロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単に、プログラムともいう。また、プロセスレシピを、単に、レシピともいう。本開示においてプログラムという言葉を用いた場合は、レシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。ＲＡＭ１２１ｂは、ＣＰＵ１２１ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。

Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のＭＦＣ２４１ａ～２４１ｊ、バルブ２４３ａ～２４３ｊ、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、温度センサ２６３、ヒータ２０７、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、シャッタ開閉機構１１５ｓ等に接続されている。

ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃからレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ１２１ａは、読み出したレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ２４１ａ～２４１ｊによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ～２４３ｊの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉動作および圧力センサ２４５に基づくＡＰＣバルブ２４４による圧力調整動作、真空ポンプ２４６の起動および停止、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、回転機構２６７によるボート２１７の回転および回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作、シャッタ開閉機構１１５ｓによるシャッタ２１９ｓの開閉動作等を制御することが可能なように構成されている。

コントローラ１２１は、外部記憶装置１２３に格納された上述のプログラムを、コンピュータにインストールすることにより構成することができる。外部記憶装置１２３は、例えば、ＨＤＤ等の磁気ディスク、ＣＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ、ＳＳＤ等の半導体メモリ等を含む。記憶装置１２１ｃや外部記憶装置１２３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成されている。以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。本開示において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置１２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置１２３単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置１２３を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。

（２）基板処理工程
上述の基板処理装置を用い、半導体装置の製造工程の一工程として、基板上に膜を形成する処理シーケンス例について、主に、図４，図５，図６を用いて説明する。以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。

本実施形態による基板処理工程（半導体装置の製造工程）では、（ａ）基板としてのウエハ２００に第１４族元素を含む第１膜を形成する工程（ステップＡ）と、（ｂ）第１膜を第１温度で熱処理して、結晶成長させる工程（ステップＢ）と、（ｃ）第１膜を第１温度よりも高い第２温度で熱処理して第１膜中の少なくとも一部分の第１４族元素をウエハ２００側に移動させる工程（ステップＣ）と、を有する。

なお、基板処理工程は、更に、以下工程を有しても良い。（ｄ）：（ａ）の前に、第１４族元素を含む第２膜を形成する工程（ステップＤ）、（ｅ）：（ａ）の前に、第１４族元素を含む第３膜を形成する工程（ステップＥ）。

上述のそれぞれの工程で形成される膜は図６の符号の以下に対応する。
第１膜２００ｅ、第２膜２００ｃ、第３膜２００ｄ、結晶成長させた第１膜２００ｆ、第１４族元素をウエハ２００側へ移動させた後の第１膜２００ｇ。

本開示において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、ウエハそのものを意味する場合や、ウエハとその表面に形成された所定の層や膜との積層体を意味する場合がある。本開示において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、ウエハそのものの表面を意味する場合や、ウエハ上に形成された所定の層等の表面を意味する場合がある。本開示において「ウエハ上に所定の層を形成する」と記載した場合は、ウエハそのものの表面上に所定の層を直接形成することを意味する場合や、ウエハ上に形成されている層等の上に所定の層を形成することを意味する場合がある。本開示において「基板」という言葉を用いた場合も、「ウエハ」という言葉を用いた場合と同義である。

（ウエハチャージおよびボートロード）
複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）されると、シャッタ開閉機構１１５ｓによりシャッタ２１９ｓが移動させられて、マニホールド２０９の下端開口が開放される（シャッタオープン）。その後、図１に示すように、複数枚のウエハ２００を支持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１内へ搬入（ボートロード）される。この状態で、シールキャップ２１９は、Ｏリング２２０ｂ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。

（圧力調整および温度調整）
処理室２０１内、すなわち、ウエハ２００が存在する空間が所望の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ２４６によって真空排気（減圧排気）される。この際、処理室２０１内の圧力は圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ２４４がフィードバック制御される。また、処理室２０１内のウエハ２００が所望の成膜温度となるように、ヒータ２０７によって加熱される。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２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合がフィードバック制御される。また、回転機構２６７によるウエハ２００の回転を開始する。処理室２０１内の排気、ウエハ２００の加熱および回転は、いずれも、少なくともウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。

（第１膜の形成工程：ステップＡ）
このステップでは、処理室２０１内のウエハ２００に対して、ノズル２４９ａより第１４族元素含有ガスを供給し、ノズル２４９ｂ～２４９ｅのそれぞれより不活性ガスを供給する。

具体的には、バルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内へ第１４族元素含有ガスを流す。第１４族元素含有ガスは、ＭＦＣ２４１ａにより流量調整され、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給され、排気口２３１ａより排気される。また、このとき、バルブ２４３ｇ～２４３ｊを開き、ノズル２４９ｂ～２４９ｅのそれぞれを介して処理室２０１内へ不活性ガスを供給しても良い。

後述する処理条件下でノズル２４９ａよりウエハ２００に対して第１４族元素含有ガスを供給することにより、ウエハ２００の表面上、すなわち、ウエハ２００上に、第１４族元素を主元素として含む第１膜２００ｅを形成することができる。ここで、ウエハ２００が、第１４族元素を主成分とする材料で構成されている場合、第１膜２００ｅは、第１４族元素を主成分とする表面に形成されることになる。

ステップＡにおける処理条件としては、第１４族元素含有ガス供給流量：１００～３０００ｓｃｃｍ、不活性ガス供給流量（ガス供給管毎）：１０～５０００ｓｃｃｍ、処理温度（成膜温度）：３００～６００℃、好ましくは４００℃～５５０℃、処理圧力：１～１０００Ｐａが例示される。ここに示した処理条件は、処理室２０１内において、第１４族元素含有ガスが単独で存在した場合に第１４族元素含有ガスが熱分解する条件、すなわち、ＣＶＤ反応が生じる条件である。すなわち、ここに示した処理条件は、ウエハ２００上への第１４族元素の吸着（堆積）にセルフリミットがかからない条件、つまり、ウエハ２００上への第１４族元素の吸着がノンセルフリミットとなる条件である。

ここで、本開示における「１～１０００Ｐａ」のような数値範囲の表記は、下限値および上限値がその範囲に含まれることを意味する。よって、例えば、「１～１０００Ｐａ」とは「１Ｐａ以上１０００Ｐａ以下」を意味する。他の数値範囲についても同様である。なお、処理温度とはウエハ２００の温度のことを意味し、処理圧力とは処理室２０１内の圧力のことを意味する。また、ガス供給流量：０ｓｃｃｍとは、そのガスを供給しないケースを意味する。これらは、以下の説明においても同様である。

第１４族元素含有ガスとしては、例えば、モノシラン（ＳｉＨ_４、略称：ＭＳ）ガス、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６、略称：ＤＳ）ガス、トリシラン（Ｓｉ_３Ｈ_８）ガス、テトラシラン（Ｓｉ_４Ｈ_１０）ガス、ペンタシラン（Ｓｉ_５Ｈ_１２）ガス、ヘキサシラン（Ｓｉ_６Ｈ_１４）ガス等の水素化ケイ素ガス、ゲルマン（ＧｅＨ_４）ガス、ジゲルマン（Ｇｅ_２Ｈ_６）ガス、トリゲルマン（Ｇｅ_３Ｈ_８）ガス、テトラゲルマン（Ｇｅ_４Ｈ_１０）ガス、ペンタゲルマン（Ｇｅ_５Ｈ_１２）ガス、ヘキサゲルマン（Ｇｅ_６Ｈ_１４）ガス等の水素化ゲルマニウムガスを用いることができる。この様に、第１４族元素含有ガスとして、第１４族元素と水素元素とを含むガスを用いることができる。第１４族元素含有ガスとしては、例えば、モノシラン（ＳｉＨ_４、略称：ＭＳ）ガス、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６、略称：ＤＳ）ガス、トリシラン（Ｓｉ_３Ｈ_８）ガス、ゲルマン（ＧｅＨ_４）ガス、ジゲルマン（Ｇｅ_２Ｈ_６）ガス、またはトリゲルマン（Ｇｅ_３Ｈ_８）ガスのいずれかであることが好ましい。これらは比較的容易に反応（分解）するため、成膜速度を向上させることができる。なお、第１４族元素含有ガスとしては、これらのガスの少なくとも１つ以上が用いられる。また、Ｓｉを含むガスと、Ｇｅを含むガスの両方を用いても良い。両方を用いることにより、第１膜として、ＳｉとＧｅを含む膜を形成することができる。

なお、ステップＡでは、第１膜の少なくとも一部が結晶成長する条件で行われても良い。例えば、以下の条件がある。ウエハ２００の表面に結晶性の良い構成（単結晶構造）が存在する状態での成膜。第１４族元素含有ガスとして、Ｓｉを含むガスとＧｅを含むガスとを用いて、第１膜としてＳｉとＧｅを含む膜を形成する。これらの少なくとも１つ以上を行うことにより、ステップＡで、第１膜の少なくとも一部を結晶成長させることができる。第１膜の少なくとも一部（第１膜の特に凹部２００Ａの底部、第１膜のウエハ２００側）が結晶成長する条件でステップＡを行うことにより、後のステップＢ等で生じる結晶成長を促進させることができる。更には、凹部２００Ａの底部に露出した結晶の方位と同様の結晶を得ることが可能になる。

なお、本開示において、ステップＡや後述のステップＢ等で生じる、結晶成長とは、アモルファス状態から、多結晶状態、もしくは単結晶状態に結晶成長すること、多結晶の結晶粒のサイズが増大すること、エピタキシャル成長、種結晶に基づく固相エピタキシャル成長、等を意味する。また、本開示のステップＡ、後述のステップＤ、ステップＥ等の膜を形成する間に生じるエピタキシャル成長を、気相エピタキシャル成長とも呼ぶ。また、種結晶は、単一の結晶であることが好ましいが、複数存在していても良い。また、単結晶構造とは、単結晶膜、単結晶基板、等がある。なお、本開示において、単結晶基板とは、例えば、半導体デバイスの製造に用いられる基板を意味する。また、単結晶膜とは、単結晶基板上に結晶成長した膜を意味する。なお、単結晶膜は、単結晶基板の様な単結晶で無くても良い。第１膜の材質と、第１膜の下地となる、単結晶構造の材質とは、一致していることが好ましいが、一致していなくても良い。即ち、第１膜のエピタキシャル成長は、第１膜と下地の材料により、ホモエピタキシャル成長やヘテロエピタキシャル成長となる。

また、ステップＡでは、ウエハ２００が、図６に示す様にウエハ２００の表面２００ａと絶縁膜２００ｂを有する場合に、第１膜は、表面２００ａ側は結晶成長し、絶縁膜２００ｂ側はアモルファス状態と多結晶の状態の少なくともいずれかを含む膜が形成される。なお、第１膜の絶縁膜２００ｂ側は、アモルファスと多結晶との混晶状態の膜も形成され得る。また、第１膜の絶縁膜２００ｂ側は、アモルファスの層と、多結晶の層の積層膜が形成され得る。なお、結晶状態（アモルファス状態と多結晶状態の存在具合や、層の形成具合）は、処理条件により、調整することができる。なお、ウエハ２００が図６に示す様に凹部２００Ａを有する基板であって、凹部２００Ａの側壁（側面）が絶縁膜２００ｂで構成され、凹部２００Ａの底側が、単結晶構造を有する場合、凹部２００Ａ内に形成される第１膜は、凹部２００Ａの底側からはエピタキシャル成長し、凹部２００Ａの側壁側からは、アモルファス、多結晶、アモルファスと多結晶の混晶が成長する。それ故、それぞれの成長が合わさる場所、例えば、凹部２００Ａの中心側では、アモルファス、多結晶、単結晶の混晶の状態の膜が生じる場合がある。凹部２００Ａの底側からエピタキシャル成長が生じることにより、気相エピタキシャル成長と比較して、凹部２００Ａの底側の単結晶構造の方位面と同様の結晶を成長させることが可能になる。凹部２００Ａの側壁（絶縁膜）の表面側の部分が結晶成長せずに、アモルファス状態、多結晶状態、アモルファスと多結晶との混晶状態となることにより、第１膜の凹部２００Ａの中心側は凹部２００Ａの底部に露出した結晶の結晶方位と同様の方位の結晶とすることが可能になる。

なお、ステップＡでは、第１４族元素含有ガスの供給に加えて、第１３族元素または第１５族元素を含有するガス（ドーパントガスとも呼ぶ）を供給しても良い。このドーパントガスは、第１４族元素含有ガスと同時に供給しても良いし、非同時に供給しても良い。ここで、非同時とは、順番に供給することや、交互に供給することを意味する。

不活性ガスとしては、例えば、Ｎ_２ガス、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いることができる。この点は、後述する昇温ステップや膜形成ステップ等においても同様である。

（ドーパントガスの供給）
ドーパントガスは、ノズル２４９ｂより供給される。具体的には、バルブ２４３ｂを開き、ガス供給管２３２ｂ内へドーパントガスを流す。ドーパントガスは、ＭＦＣ２４１ｂにより流量調整され、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給され、排気口２３１ａより排気される。また、このとき、バルブ２４３ｆ，２４３ｈ～２４３ｊを開き、ノズル２４９ａ，２４９ｃ～２４９ｅのそれぞれを介して処理室２０１内へ不活性ガスを供給しても良い。

ドーパントガスを供給することにより、ウエハ２００上に、第１３族元素または第１５族元素を含む第１膜を形成することができる。

ドーパントガスを供給する際の処理条件としては、ドーパントガス供給流量：１０～４００ｓｃｃｍ、不活性ガス供給流量（ガス供給管毎）：１０～５０００ｓｃｃｍ、処理温度（成膜温度）：３００～６００℃、好ましくは４００℃～５５０℃、処理圧力：０．１～１０００Ｐａが例示される。

ここで、ドーパントガスは、第１３族元素または第１５族元素を含むガスである。第１３族としては、例えば、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）ある。第１５族元素は、例えば、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）である。第１３族元素を含むガスは、具体的には、モノボラン（ＢＨ_３）ガス、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）ガス、トリボラン（Ｂ_３Ｈ_８）ガスの様な、ボラン系ガス（水素化ホウ素系ガスとも呼ぶ）を用いることができる。また、第１３族元素を含むガスは、トリクロロボラン（ＢＣｌ_３）ガス、の様なハロゲン化ホウ素ガスを用いることができる。また、第１３族元素を含むガスは、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）ガス、塩化ガリウム（ＧａＣｌ_３）ガス、塩化インジウム（ＩｎＣｌ_３）ガスの様なハロゲン化物を用いることができる。また、第１５族元素を含有するドーパントガスとしては、例えば、フォスフィン（ＰＨ_３）ガス、ジフォスフィン（Ｐ_２Ｈ_６）ガス、等のフォスファン系ガスや、三塩化リン（ＰＣｌ_３）ガスの様なハロゲン化リンガス等を用いることができる。

（結晶成長工程：ステップＢ）
続いて、第１膜２００ｅを第１温度で熱処理し、第１膜２００ｅを結晶成長させる工程が行われる。

ステップＡが終了した後、処理室２０１内の温度を、上述の成膜温度よりも高い第１温度へ変更させるように、ヒータ２０７への出力を調整する。本ステップを行う際、バルブ２４３ｆ～２４３ｊを開き、ノズル２４９ａ～２４９ｅを介して処理室２０１内へ不活性ガスを供給し、処理室２０１内をパージする。処理室２０１内の温度が第１温度に到達することにより、第１膜が熱処理（アニール）され、結晶化が進む。これにより、結晶成長させた第１膜２００ｆが形成される。ここで、第１膜２００ｅの下地に、単結晶に近い構成を有している場合であって、例えば、以下の処理条件で処理することにより、第１膜２００ｅは、下地の結晶に応じて、固相エピタキシャル成長する。なお、固相エピタキシャル成長は、第１膜２００ｅの少なくとも下地側で生じる。また、ここでは、第１膜２００ｅに含まれる第１４族元素の大部分はウエハ２００側へは移動していない。

ステップＢの処理条件としては、不活性ガス供給流量（ガス供給管毎）：１０～５０００ｓｃｃｍ、処理温度（第１温度）：５００℃以上、処理圧力：０．１Ｐａ～大気圧が例示される。

なお、第１温度は、後述の第２温度よりも低い温度である。

また、ここで、ウエハ２００に、還元ガスを供給しても良い。還元ガスとしては、例えば、水素を含むガスが用いられる。具体的には、水素（Ｈ_２）ガス、重水素（Ｄ_２）ガス、活性化した水素ガス、の少なくとも１つ以上がある。還元ガスとしては、好ましくは、このように水素単体で構成されるガスを用いる。

還元ガスの供給は、具体的には、バルブ２４３ｃを開き、ガス供給管２３２ｃ内へ還元ガスを流す。還元ガスは、ＭＦＣ２４１ｃにより流量調整され、ノズル２４９ｃを介して処理室２０１内へ供給され、排気口２３１ａより排気される。また、このとき、バルブ２４３ｆ，２４３ｇ，２４３ｉ，２４３ｊを開き、ノズル２４９ａ，２４９ｂ，２４９ｄ，２４９ｅのそれぞれを介して処理室２０１内へ不活性ガスを供給しても良い。

なお、ステップＢでは、第１温度に保持して熱処理しても良い（図５のグラフの点線参照）。また、第１温度に保持しなくても良い。第１温度に昇温する昇温レート等を調整して、成膜温度から第２温度への昇温過程で通過する第１温度で第１膜２００ｅの少なくとも一部を結晶成長させることができる。ここで、結晶成長の際には、第１４族元素のマイグレーションは、殆ど生じない。

（マイグレーション工程：ステップＣ）
ステップＢの後、ステップＣが行われる。ステップＣでは、処理室２０１内の温度を、上述の第１温度よりも高い第２温度へ変更させるように、ヒータ２０７への出力を調整する。本ステップを行う際、バルブ２４３ｆ～２４３ｊを開き、ノズル２４９ａ～２４９ｅを介して処理室２０１内へ不活性ガスを供給し、処理室２０１内をパージする。処理室２０１内の温度が第２温度に到達することにより、第１膜２００ｅに含まれる第１４族元素がウエハ２００側に移動する。なお、ここで、元素の移動とは、言い換えると、流動，マイグレーションとも呼ぶ。なお、第１４族元素の移動は、第１膜２００ｅの膜厚が平坦化する方向に生じる。ウエハ２００に複数の凹部２００Ａが形成され、第１膜２００ｅが凹部２００Ａの表面に形成されている場合には、凹部２００Ａの上側から底側に向かって第１４族元素が移動する。これにより、図６のステップＣの後に示す様に、凹部２００Ａ内を、第１４族元素を含む第１膜２００ｇで埋めることができる。ここで、ステップＣでは、凹部２００Ａ内の底側から上側まで連続的な膜を形成する。ステップＣの前にステップＢが行われていることにより、アイランド状の結晶成長を抑制できる。

また、ここで、ウエハ２００に、還元ガスを供給しても良い。還元ガスは上述と同様である。また、ウエハ２００にドーパントガスを供給しても良い。ドーパントガスは、上述と同様のガスを用いることができる。

ステップＣの処理条件としては、不活性ガス供給流量（ガス供給管毎）：１０～５０００ｓｃｃｍ、処理温度（第２温度）：６００℃以上、好ましくは第１温度よりも高い温度、処理圧力：０．１Ｐａ～１００００Ｐａが例示される。

（アフターパージおよび大気圧復帰）
ステップＣが終了した後、ノズル２４９ａ～２４９ｃのそれぞれからパージガスとしてのＮ_２ガスを処理室２０１内へ供給し、排気口２３１ａより排気する。これにより、処理室２０１内がパージされ、処理室２０１内に残留するガスや反応副生成物が処理室２０１内から除去される（アフターパージ）。その後、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換され（不活性ガス置換）、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。また、ヒータ２０７への出力が調整され、ウエハ２００の温度を下げる降温処理が行われる。ウエハ２００の温度は、処理室２０１から取り出し可能な温度に調整される。

（ボートアンロードおよびウエハディスチャージ）
ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降され、マニホールド２０９の下端が開口される。そして、処理済のウエハ２００が、ボート２１７に支持された状態でマニホールド２０９の下端から反応管２０３の外部に搬出（ボートアンロード）される。ボートアンロードの後は、シャッタ２１９ｓが移動させられ、マニホールド２０９の下端開口がＯリング２２０ｃを介してシャッタ２１９ｓによりシールされる（シャッタクローズ）。処理済のウエハ２００は、反応管２０３の外部に搬出された後、ボート２１７より取り出される（ウエハディスチャージ）。

この様にして、基板処理工程が行われる。続いて、上述の基板処理工程に付加的に行われるステップＤおよびステップＥについて、説明する。

（第２膜の形成工程：ステップＤ）
ステップＤは、ウエハ２００の表面２００ａに、第１４族元素を含む第２膜２００ｃを形成する工程である。ステップＤは、ステップＡの前に行われる。即ち、第２膜２００ｃの形成は、第１膜２００ｅの形成前に行われる。第２膜２００ｃに含まれる第１４族元素は、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉとＧｅを含む膜のいずれかである。第２膜２００ｃの形成は、上述の様に第１４族元素含有ガスを供給することにより行われる。好ましくは、第２膜２００ｃは、２種類の第１４族元素を含む膜である。即ち、ＳｉとＧｅとを含む膜である。

ステップＤにおける処理条件としては、第１４族元素含有ガス供給流量：１００～３０００ｓｃｃｍ、不活性ガス供給流量（ガス供給管毎）：１０～５０００ｓｃｃｍ、処理温度（成膜温度）：３００～６００℃、好ましくは４００℃～５５０℃、処理圧力：１～１０００Ｐａが例示される。

なお、第２膜２００ｃの形成は、表面に結晶性の良い構造を有するウエハ２００に対して行うことが好ましい。結晶性の良い構造に第２膜２００ｃを形成することにより、第２膜２００ｃの少なくとも結晶性の良い構造の表面側でエピタキシャル成長を促進することができる。ここで、結晶性の良い構造とは、例えば、単結晶構造である。単結晶構造とは、単結晶に近い膜、単結晶基板、等を意味する。好ましくは、第２膜２００ｃと同じ元素を含む。具体的には、第１４族元素を主成分とする膜や、第１４族元素を主成分とするウエハ２００である。ウエハ２００に複数の凹部２００Ａが形成されている場合には、結晶性の良い構造は、凹部２００Ａの底側に設けられていることが好ましい。また、この凹部２００Ａの側壁側は、結晶性の良い構造で無く、図６に示す様に絶縁膜２００ｂで形成されていることが好ましい。この様に、ウエハ２００の表面に二種類の物質があることにより、選択的に第２膜を形成することができる。例えば、結晶性の良い構造の上に第２膜を形成し、絶縁膜２００ｂの表面には、第２膜２００ｃを形成させない様にすることができる。選択的な成膜は、第２膜２００ｃを形成するガスを供給する前に、吸着阻害ガスを供給することにより行われる。ここで、吸着阻害ガスとして、絶縁膜２００ｂの表面に選択的に吸着するガスを用いることにより、絶縁膜２００ｂの表面にのみ吸着阻害ガスを吸着させることができる。例えば、ハロゲンを含むガスを供給することにより、絶縁膜２００ｂの表面にのみハロゲンを吸着させることができる。このハロゲンにより、第２膜２００ｃを形成する際に用いるガスの吸着を抑制させることができる。

なお、ステップＤが行われている場合、第１膜２００ｅは、第１４族元素を主成分とする表面としての第２膜２００ｃの表面に形成される。

（第３膜の形成工程：ステップＥ）
続いて、ステップＥについて説明する。ステップＥは、ウエハ２００上に第１４族元素を含む第３膜２００ｄを形成する工程である。ステップＥは、ステップＡの前に行われる。なお、ステップＥを行う前に、ステップＤを行っても良いし、行わなくても良い。第３膜２００ｄに含まれる第１４族元素は、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉとＧｅを含む膜のいずれかである。第３膜２００ｄの形成は、２種類の第１４族元素含有ガスと用いて行われる。２種類の第１４族元素含有ガスの内の一つは、第１ハロシラン系ガスであり、他方は、第２ハロシラン系ガスである。この２種類のガスは、例えば、順番に所定回数供給される。本開示では、この第３膜２００ｄの形成シーケンスを、便宜上、以下の様に示すこともある。以下の変形例等の説明においても、同様の表記を用いる。なお、ステップＥを行う際に、事前にステップＤが行われている場合は、ステップＤの温度から、ステップＥの処理温度に調整が行われる。温度調整はヒータ２０７への出力を調整することにより行われる。

（第１ハロシラン系ガス→第２ハロシラン系ガス）×ｎ（ｎは１以上の整数）
（第１ハロシラン系ガス→シラン系ガス）×ｎ（ｎは１以上の整数）

（第１ハロシラン系ガスの供給：ステップＥ１）
このステップでは、処理室２０１内のウエハ２００に対して、ノズル２４９ｄより第１ハロシラン系ガスを供給し、ノズル２４９ａ～２４９ｃ，２４９ｅのそれぞれより不活性ガスを供給する。

具体的には、バルブ２４３ｄを開き、ガス供給管２３２ｄ内へ第１ハロシラン系ガスを流す。第１ハロシラン系ガスは、ＭＦＣ２４１ｄにより流量調整され、ノズル２４９ｄを介して処理室２０１内へ供給され、排気口２３１ａより排気される。このとき、ウエハ２００に対して第１ハロシラン系ガスが供給される。また、このとき、バルブ２４３ｆ～２４３ｈ，２４３ｊを開き、ノズル２４９ａ～２４９ｃ，２４９ｅのそれぞれを介して処理室２０１内へ不活性ガスを供給する。

後述する処理条件下でウエハ２００に対して第１ハロシラン系ガスを供給することにより、第１ハロシラン系ガスの持つトリートメント作用（エッチング作用）により、ウエハ２００の表面から自然酸化膜や不純物等を除去することができ、この面を清浄化させることが可能となる。

ウエハ２００の表面が清浄化された後、バルブ２４３ｄを閉じ、処理室２０１内へのハロシラン系ガスの供給を停止する。そして、処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留するガス等を処理室２０１内から排除する。このとき、バルブ２４３ｆ～２４３ｊを開き、ノズル２４９ａ～２４９ｅを介して処理室２０１内へ不活性ガスを供給する。ノズル２４９ａ～２４９ｅより供給される不活性ガスは、パージガスとして作用し、これにより、処理室２０１内がパージされる（パージステップ）。

第１ハロシラン系ガスとしては、例えば、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、略称：ＤＣＳ）ガス、モノクロロシラン（ＳｉＨ_３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）ガス、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ_４、略称：ＳＴＣ）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３、略称：ＴＣＳ）ガス、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ_２Ｃｌ_６、略称：ＨＣＤＳ）ガス、オクタクロロトリシラン（Ｓｉ_３Ｃｌ_８、略称：ＯＣＴＳ）ガス等のクロロシラン系ガスを用いることができる。また、第１ハロシラン系ガスとしては、例えば、テトラフルオロシラン（ＳｉＦ_４）ガス、テトラブロモシラン（ＳｉＢｒ_４）ガス、テトラヨードシラン（ＳｉＩ_４）ガス等を用いることができる。すなわち、第１ハロシラン系ガスとしては、例えば、クロロシラン系ガスの他、フルオロシラン系ガス、ブロモシラン系ガス、ヨードシラン系ガス等のハロシラン系ガスを用いることができる。

［ステップＥ２］
ステップＥ１が終了した後、処理室２０１内のウエハ２００、すなわち、清浄化されたウエハ２００の表面に対して、ノズル２４９ｅより第２ハロシラン系ガス（シラン系ガス）を供給し、ノズル２４９ａ～２４９ｄのそれぞれより不活性ガスを供給しても良い。

具体的には、バルブ２４３ｅを開き、ガス供給管２３２ｅ内へ第２ハロシラン系ガスを流す。第２ハロシラン系ガスは、ＭＦＣ２４１ｅにより流量調整され、ノズル２４９ｅを介して処理室２０１内へ供給され、排気口２３１ａより排気される。このとき、ウエハ２００に対して第２ハロシラン系ガスが供給される。また、このとき、バルブ２４３ｆ～２４３ｉを開き、ノズル２４９ａ～２４９ｄのそれぞれを介して処理室２０１内へ不活性ガスを供給しても良い。

後述する処理条件下でウエハ２００に対して第２ハロシラン系ガスを供給することにより、ステップＥ１で清浄化されたウエハ２００の表面に、第２ハロシラン系ガスに含まれるＳｉ元素を吸着させ、シード（核）を形成することが可能となる。後述する処理条件下では、ウエハ２００の表面に形成される核の結晶構造は、核が形成される表面状態により、異なる。例えば、ウエハ２００の表面２００ａ上は、単結晶、多結晶、アモルファス（非晶質）の少なくともいずれかを含む状態となり、絶縁膜２００ｂ上は、アモルファスとなる。なお、ウエハ２００の表面２００ａが単結晶構造である場合、核の結晶構造は、単結晶を含む膜になり得る。すなわち、ステップＥでは、表面２００ａの上で第３膜２００ｄがエピタキシャル成長し得る。なお、ステップＥが行われる前に、ステップＤが行われた場合は、ウエハ２００は、第２膜２００ｃを有する状態となる。それ故、ステップＥは、第２膜２００ｃを有するウエハ２００に対して、行われることとなる。この場合、ステップＤで、第２膜２００ｃがエピタキシャル成長している場合、第２膜２００ｃの上で第３の膜がエピタキシャル成長し得る。なお、ウエハ２００に絶縁膜２００ｂが形成されている場合は、第３膜の絶縁膜２００ｂ側は、アモルファス状態、多結晶状態、アモルファスと多結晶との混晶状態になる。

ウエハ２００の表面に核が形成された後、バルブ２４３ｅを閉じ、処理室２０１内への第２ハロシラン系ガスの供給を停止する。そして、ステップＥ１のパージステップと同様の処理手順により、処理室２０１内に残留するガス等を処理室２０１内から排除する。

第２ハロシラン系ガスとして、第１ハロシラン系ガスについて上述したハロシラン系ガスを用いることができる。好ましくは、第２ハロシラン系ガスは、第１ハロシラン系ガスとは異なるガスを用いる。なお、第２ハロシラン系ガスに変えて、シラン系ガスを用いても良い。なお、シラン系ガスとは、例えば、モノシラン（ＳｉＨ_４、略称：ＭＳ）ガス、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６、略称：ＤＳ）ガス、トリシラン（Ｓｉ_３Ｈ_８）ガス、テトラシラン（Ｓｉ_４Ｈ_１０）ガス、ペンタシラン（Ｓｉ_５Ｈ_１２）ガス、ヘキサシラン（Ｓｉ_６Ｈ_１４）ガス等の水素化ケイ素ガスがある。

ステップＥ１における処理条件としては、第１ハロシラン系ガス供給流量：１００～１０００ｓｃｃｍ、不活性ガス供給流量（ガス供給管毎）：１０～５０００ｓｃｃｍ、処理温度：３００～５００℃、好ましくは、成膜温度よりも低い温度処理圧力：２～１０００Ｐａが例示される。

ステップＥ２における処理条件としては、
第２ハロシラン系ガスまたはシラン系ガス供給流量：５０～１０００ｓｃｃｍが例示される。他の処理条件は、ステップＥ１における処理条件と同様な処理条件とする。

このステップＥ１とステップＥ２を行うことにより、ウエハ２００上に、第３膜２００ｄを形成することができる。ウエハ２００上に、凹部２００Ａが設けられている場合には、凹部２００Ａの表面に第３膜２００ｄが形成される。なお、ここで、第３膜２００ｄは、シード層とも呼ぶ。上述の処理条件下でウエハ２００に対してステップＥ１を行うことで、ウエハ２００の表面が清浄化される。このような清浄化されたウエハ２００に対して、ステップＥ２を行うことで、第２ハロシラン系ガス（シラン系ガス）に含まれるＳｉ元素をウエハ２００の表面に吸着させ、シード（核）形成することが可能となる。また、このような処理条件下では、ウエハ２００の表面に形成されるシード層は、ウエハの表面２００ａ上は、単結晶またはアモルファスとなり、絶縁膜２００ｂ上はアモルファスとなる。

なお、ステップＥ１とステップＥ２は所定回数（少なくとも１回以上）行うことが好ましい。複数回行うことで、ウエハ２００の表面に均一に第３膜（シード層）２００ｄを形成することができる。特に、ウエハ２００の表面に複数の凹凸が有る場合には、凹部２００Ａの表面に均一に第３膜２００ｄを形成することができる。また、ステップＥ１の後とステップＥ２の後のそれぞれで、ウエハ２００が存在する空間（処理室２０１）内を排気とパージのいずれか又は両方を行っても良い。なお、ここで、凹部２００Ａの表面とは、絶縁膜２００ｂの表面と、ウエハ２００の表面２００ａまたは第２膜２００ｃの表面のいずれか又は両方を意味する。

また、ステップＥを行った場合、ステップＥの後に行われるステップＡの成膜温度への温度調整が行われる。温度調整は、ヒータ２０７への出力を調整することにより行われる。

また、ステップＥを行った場合、第１膜２００ｅは、第１４族元素を主成分とする表面としての第３膜２００ｄの表面に形成されることとなる。

（３）本態様による効果
本態様によれば、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。

（ａ）ステップＡの後にステップＢを行うことにより、第１膜２００ｅの少なくとも一部を結晶成長させることができる。

（ｂ）ステップＢの後に、ステップＣを行うことにより、第１膜２００ｅの結晶成長が、アイランド状に複数の結晶が成長することを抑制でき、連続的な結晶成長させることができる。

なお、以下の場合には、アイランド状に結晶成長してしまい、連続的な結晶成長を行うことができなくなる。
例えば、ステップＢとステップＣとを並行して行う場合、すなわち、結晶成長と第１４族元素の移動（マイグレーション）を並行して行う場合。
また例えば、ステップＣの後にステップＢを行う場合、すなわち、マイグレーションの後に結晶成長を行う場合。

（ｃ）ウエハ２００に凹部２００Ａが形成されている場合であって、ステップＢの後に、ステップＣを行うことにより、凹部２００Ａ内に形成された第１膜２００ｅの結晶成長が、アイランド状に複数の結晶が成長することを抑制でき、連続的な結晶成長させることができる。なお、ステップＢの際には、凹部２００Ａ内に形成された第１膜２００ｅに含まれる第１４族元素の大部分は、マイグレーションしていないため、凹部２００Ａ内の底側から上側まで連続的な膜を保持したまま、第１膜２００ｅの少なくとも一部を結晶成長させることができる。更に、凹部２００Ａ内を第１４族元素含有膜で埋めることができる。また、凹部２００Ａ内にボイド（シーム）が形成されることを抑制することができる。

なお、以下の場合には、アイランド状に結晶成長してしまい、連続的な結晶成長を行うことができなくなる。更には、凹部２００Ａ内にボイド（シーム）が形成されてしまう。
例えば、ステップＢとステップＣとを並行して行う場合、すなわち、結晶成長と第１４族元素の移動（マイグレーション）を並行して行う場合。
また例えば、ステップＣの後にステップＢを行う場合、すなわち、マイグレーションの後に結晶成長を行う場合。

（ｄ）ステップＢをステップＣの第２温度への昇温中に行うことにより、基板処理時間の短縮させることができる。即ち、処理スループットを向上させることができる。

（ｅ）ステップＣにおいて、還元ガスを供給することにより、第１４族元素の移動を促進することができる。

（ｆ）ステップＡで、ドープされた第１膜２００ｅを形成し、ステップＣでドーパントガスを供給することにより、第１膜２００ｅにドープされた元素が、第１膜２００ｅから脱離することを抑制できる。

（ｇ）ステップＤで、第２膜２００ｃを形成することにより、ステップＢで、第１膜２００ｅの結晶成長を促進することができる。また、アイランド状の結晶成長を抑制することができる。即ち、第２膜２００ｃは種結晶として作用する。

（ｈ）ステップＤで、２種類の第１４族元素を含む第２膜２００ｃを形成することにより、ステップＢの熱処理温度を低温化させることができる。また、ステップＡで結晶成長を促進できる。

（ｉ）ステップＤで、ＳｉとＧｅを含む第２膜２００ｃを形成することにより、ステップＢの熱処理温度を低温化させることができる。また、ステップＡで結晶成長を促進できる。

（ｊ）ステップＤで、第２膜２００ｃをウエハ２００表面の凹部２００Ａの底側に選択的に形成することにより、ステップＡ～Ｃで、凹部２００Ａ内に優先的に第１４族元素を含む膜を形成することができる。即ち、凹部２００Ａ内の埋め込み特性を向上させることができる。

（ｋ）ステップＥで、ウエハ２００上に、第３膜２００ｄとしてのシード層を形成することにより、ウエハ２００上に形成される第１膜２００ｅの表面粗さを小さくすることができる。

（ｌ）ウエハ２００に凹部２００Ａが形成されている場合であって、ステップＥで、ウエハ上に第３膜２００ｄとしてのシード層を形成することにより、ウエハ２００上に形成される第１膜２００ｅの表面粗さを小さくすることができる。更に、凹部２００Ａ内の埋め込み特性を向上させることができる。

（ｍ）第１膜が形成される下地として単結晶構造がある場合、結晶成長が更に促進され、エピタキシャル成長とすることができる。

なお、上記実施形態では、第１４族元素がシリコンである場合について説明したが、これに限定されるものでは無い。第１４族元素がゲルマニウムである場合にも本開示の技術を適用することができる。この場合であっても、本開示に記載の効果の少なくとも１つを得ることができる。また、第１４族元素がシリコンとゲルマニウムの両方の場合にも本開示の技術を適用することができる。この場合であっても、本開示に記載の効果の少なくとも１つを得ることができる。

また、上述の実施の形態では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の縦型装置である基板処理装置を用いて成膜する例について説明したが、本開示はこれに限定されず、一度に１枚または数枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置を用いて成膜する場合にも、好適に適用できる。

これらの各種薄膜の形成に用いられるプロセスレシピ（処理手順や処理条件等が記載されたプログラム）は、基板処理の内容（形成する薄膜の膜種、組成比、膜質、膜厚、処理手順、処理条件等）に応じて、それぞれ個別に用意する（複数用意する）ことが好ましい。そして、基板処理を開始する際、基板処理の内容に応じて、複数のプロセスレシピの中から、適正なプロセスレシピを適宜選択することが好ましい。具体的には、基板処理の内容に応じて個別に用意された複数のプロセスレシピを、電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体（外部記憶装置１２３）を介して、基板処理装置が備える記憶装置１２１ｃ内に予め格納（インストール）しておくことが好ましい。そして、基板処理を開始する際、基板処理装置が備えるＣＰＵ１２１ａが、記憶装置１２１ｃ内に格納された複数のプロセスレシピの中から、基板処理の内容に応じて、適正なプロセスレシピを適宜選択することが好ましい。このように構成することで、１台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の薄膜を汎用的に、かつ、再現性よく形成できるようになる。また、オペレータの操作負担（処理手順や処理条件等の入力負担等）を低減でき、操作ミスを回避しつつ、基板処理を迅速に開始できるようになる。

また、本開示は、例えば、既存の基板処理装置のプロセスレシピを変更することでも実現できる。プロセスレシピを変更する場合は、本開示に係るプロセスレシピを電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体を介して既存の基板処理装置にインストールしたり、また、既存の基板処理装置の入出力装置を操作し、そのプロセスレシピ自体を本開示に係るプロセスレシピに変更したりすることも可能である。

また、本開示は、例えば、３次元構造を持つＮＡＮＤ型フラッシュメモリやＤＲＡＭ、ＬＯＧＩＣ、等の製造プロセスに用いることができる。

以上、本開示の種々の典型的な実施形態を説明してきたが、本開示はそれらの実施形態に限定されず、適宜組み合わせて用いることもできる。

２０２ 処理炉（基板処理装置）、１２１ コントローラ（制御部）、２００ ウエハ（基板）、２００Ａ 凹部、２００ｂ 絶縁膜（絶縁体）、２００ｃ 第２膜、２００ｅ 第１膜、２０３ 反応管（処理容器）、２０７ ヒータ（加熱部）、２３２ａ ガス供給管（第１供給系）、２４１ａ ＭＦＣ（第１供給系）、２４３ａ バルブ（第１供給系）

Claims (22)

1. ａ）基板に成膜温度で第１４族元素を含む第１膜を形成する工程と、
   ｂ）前記第１膜を第１温度で熱処理し、結晶成長させる工程と、
   ｃ）前記第１膜を前記第１温度よりも高い第２温度で熱処理し、前記第１膜中の少なくとも一部分の前記第１４族元素を前記基板側に移動させて結晶化させる工程と、
   を有する基板処理方法。
2. 前記ｂ）は、前記第１温度から前記第２温度への昇温中に行われる請求項１に記載の基板処理方法。
3. 前記基板の表面には絶縁膜が形成され、前記絶縁膜には前記基板の表面を底面とする凹部が形成されており、
   前記ａ）では、前記凹部の底面と側面、及び前記絶縁膜の表面に前記第１膜を形成し、
   前記ｃ）では、前記第１膜に含まれる前記第１４族元素を前記底面側へ移動させる請求項１に記載の基板処理方法。
4. 前記ｃ）では、前記凹部の底面から側面の上部まで連続的に結晶を形成する請求項３に記載の基板処理方法。
5. 前記ａ）では、前記基板に前記第１４族元素を含む第１ガスと、第１３族元素又は第１５族元素を含む第２ガスを供給して、前記第１３族元素又は前記第１５族元素を含む前記第１膜を形成する請求項１に記載の基板処理方法。
6. 前記ｃ）では、前記第２ガスを供給して、前記熱処理を行う請求項５に記載の基板処理方法。
7. ｄ）前記ａ）の前に、前記基板に前記第１４族元素を含む第２膜を形成する工程を有する請求項１に記載の基板処理方法。
8. 前記第２膜は、前記第１４族元素と、前記第１４族元素とは異なる他の第１４族元素を含む請求項７に記載の基板処理方法。
9. 前記基板は、表面に凹部を有し、前記凹部の底面に前記第１４族元素を主成分とする第１表面を有し、前記凹部の側面には絶縁体で構成される第２表面を有する請求項７に記載の基板処理方法。
10. 前記基板は、第１表面に前記第２膜が形成される請求項９記載の基板処理方法。
11. 前記ａ）において、前記第１膜は、前記基板の第１４族元素を主成分とする表面に形成される請求項１に記載の基板処理方法。
12. 前記ａ）では、アモルファス状態、多結晶状態、またはアモルファスと多結晶との混晶状態の前記第１膜が形成される請求項１に記載の基板処理方法。
13. 前記ｂ）では、前記第１膜が、エピタキシャル成長する請求項１に記載の基板処理方法。
14. 前記エピタキシャル成長は、固相エピタキシャル成長である請求項１３に記載の基板処理方法。
15. 前記ａ）は、前記第１膜の少なくとも一部が結晶成長する条件で行われる請求項１に記載の基板処理方法。
16. 前記ａ）では、前記第１膜の少なくとも前記基板側が結晶成長する、請求項１に記載の基板処理方法。
17. 前記基板は、単結晶構造を有し、前記第１膜は、前記単結晶構造上に形成される請求項１６に記載の基板処理方法。
18. 前記基板は、絶縁膜を有し、
    前記ａ）では、前記第１膜の少なくとも前記単結晶構造の表面側の部分が、結晶成長し、前記第１膜の少なくとも前記絶縁膜の表面側の部分は、アモルファス状態、多結晶状態、または、アモルファスと多結晶との混晶状態となる請求項１７に記載の基板処理方法。
19. 前記基板は、凹部を有すると共に前記凹部の底面側に前記単結晶構造を有し、前記凹部の側面は、前記絶縁膜で形成される請求項１８に記載の基板処理方法。
20. ａ）基板に成膜温度で第１４族元素を含む第１膜を形成する工程と、
    ｂ）前記第１膜を第１温度で熱処理し、結晶成長させる工程と、
    ｃ）前記第１膜を前記第１温度よりも高い第２温度で熱処理し、前記第１膜中の少なくとも一部分の前記第１４族元素を移動させ結晶化させる工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
21. ａ）基板に成膜温度で第１４族元素を含む第１膜を形成させる手順と、
    ｂ）前記第１膜を第１温度で熱処理し、結晶成長させる手順と、
    ｃ）前記ｂ）の後で、前記第１膜を前記第１温度よりも高い第２温度で熱処理し、前記第１膜中の少なくとも一部分の前記第１４族元素を移動させ結晶化させる手順と、
    をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。
22. 基板を収容する処理容器と、
    前記処理容器に第１４族元素含有ガスを供給する第１供給系と、
    前記基板を加熱する加熱部と、
    ａ）基板に第１４族元素を含む第１膜を形成する処理と、ｂ）前記第１膜を第１温度で熱処理し、結晶成長させる処理と、ｃ）前記第１膜を前記第１温度よりも高い第２温度で熱処理し、前記第１膜中の少なくとも一部分の前記第１４族元素を移動させ結晶化させる処理と、を行わせる様に前記第１供給系と前記加熱部とを制御することが可能なように構成される制御部と、
    を有する基板処理装置。