JP2024047284A - 基板処理方法、半導体装置の製造方法、プログラム、および基板処理装置 - Google Patents

基板処理方法、半導体装置の製造方法、プログラム、および基板処理装置 Download PDF

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晃人 平野
保信 越
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Abstract

【課題】基板上に形成される膜の質を向上させることが可能な技術を提供する。【解決手段】（ａ）凹部を有する基板に対して、第１４族元素を含む第１ガスを供給する工程と、（ｂ）前記基板に対して、第１５族又は第１３族元素を含む第２ガスを供給する工程と、（ｃ）前記第２ガスを第１濃度として、（ａ）と（ｂ）と行うことにより、前記凹部に前記第１４族元素を含む第１膜を形成し、凹部内を前記第１膜で埋めきる前に成膜を止める工程と、（ｄ）（ｃ）の後に、前記第２ガスを第２濃度として（ｂ）を行うとともに、前記基板を熱処理する工程と、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、およ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質を向上させ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）凹部を有する基板に対して、第１４族元素を含む第１ガスを供給する工程と、
（ｂ）前記基板に対して、第１５族又は第１３族元素を含む第２ガスを供給する工程と、
（ｃ）前記第２ガスを第１濃度として、（ａ）と（ｂ）と行うことにより、前記凹部に前記第１４族元素を含む第１膜を形成し、凹部内を前記第１膜で埋めきる前に成膜を止める工程と、
（ｄ）（ｃ）の後に、前記第２ガスを第２濃度として（ｂ）を行うとともに、前記基板を熱処理する工程と、
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質を向上させることが可能となる。
図１は、本開示の各態様で好適に用いられる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。 図２は、本開示の各態様で好適に用いられる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部分を図１のＡ－Ａ線断面図で示す図である。 図３は、本開示の各態様で好適に用いられる基板処理装置のコントローラ１２１の概略構成図であり、コントローラ１２１の制御系をブロック図で示す図である。 図４は、本開示の第１態様にかかる基板処理工程のフローチャートの例を示す図である。 本開示の第１態様にかかる凹部を有するウエハ２００の断面模式図である。図５（ａ）は、シード層３０１が形成された後のウエハ２００の表面部分を示す断面模式図である。図５（ｂ）は、成膜後のウエハ２００の表面部分を示す断面模式図である。図５（ｃ）は、熱処理中のウエハ２００の表面部分を示す断面模式図である。図５（ｄ）は、熱処理後のウエハ２００の表面部分を示す断面模式図である。 図６は、本開示の第２態様にかかる基板処理工程のフローチャートの例を示す図である。 本開示の第２態様にかかる凹部を有するウエハ２００の断面模式図である。図７（ａ）は、シード層３０１が形成された後のウエハ２００の表面部分を示す断面模式図である。図７（ｂ）は、成膜後のウエハ２００の表面部分を示す断面模式図である。図７（ｃ）は、シーディング後のウエハ２００の表面部分を示す断面模式図である。図７（ｄ）は、熱処理中のウエハ２００の表面部分を示す断面模式図である。図７（ｅ）は、熱処理後のウエハ２００の表面部分を示す断面模式図である。
＜本開示の第１態様＞
以下、本開示の第１態様について、主に、図１～図４、図５（ａ）～図５（ｄ）を参照しつつ説明する。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は加熱機構（温度調整器）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（ＳｉＯ２）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、例えばステンレス鋼（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。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。
ガス供給管２３２ａからは、第１４族元素を含む第１ガス、又は第１４族元素を含む第３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、第１５族又は第１３族元素を含む第２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、水素（Ｈ）含有ガスが、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、第１４族元素を含む第４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、第１４族元素を含む第４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。
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、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、第１ガス供給系又は第３ガス供給系が構成される。主に、ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより第２ガス供給系が構成される。また、主に、ガス供給管２３２ｃ、ＭＦＣ２４１ｃ、バルブ２４３ｃにより、Ｈ含有ガス供給系が構成される。また、主に、ガス供給管２３２ｄ，２３２ｅ、ＭＦＣ２４１ｄ，２４１ｅ、バルブ２４３ｄ，２４３ｅにより、第４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、ガス供給管２３２ｆ、ＭＦＣ２４１ｆ、バルブ２４３ｆを第１ガス供給系又は第３ガス供給系に含めて考えてもよい。ガス供給管２３２ｇ、ＭＦＣ２４１ｇ、バルブ２４３ｇを第２ガス供給系に含めて考えてもよい。ガス供給管２３２ｈ、ＭＦＣ２４１ｈ、バルブ２４３ｈをＨ含有ガス供給系に含めて考えてもよい。ガス供給管２３２ｉ，２３２ｊ、ＭＦＣ２４１ｉ，２４１ｊ、バルブ２４３ｉ，２４３ｊを第４ガス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。
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。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、例えばＳＵＳ等の金属材料により構成され、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。搬送装置は、処理室２０１内へウエハ２００を提供する提供装置として機能する。
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鉛直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、間隔を空けてウエハ２００の面に対して垂直方向に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。また、コントローラ１２１には、外部記憶装置１２３を接続することが可能となっている。
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、読み出し可能に記録され、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によって、基板処理装置に実行させ、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。本明細書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ことが可能な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～２４１ｇによる各種物質（各種ガス）の流量調整動作、バルブ２４３ａ～２４３ｇ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に記録され、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メモリや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。本明細書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、基板としてのウエハ２００上に膜を形成する処理シーケンスの例について、主に、図４、図５（ａ）～図５（ｄ）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。
ウエハ２００としては、例えば、単結晶シリコン（Ｓｉ）により構成されたＳｉ基板、或いは、表面に単結晶Ｓｉ膜が形成された基板を用いることができる。図５（ａ）に示すように、ウエハ２００の表面には凹部が設けられている。凹部の底部は、例えば、単結晶Ｓｉにより構成されており、凹部の側部および上部は、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）等の絶縁膜２００ａにより構成されている。ウエハ２００の表面は、単結晶Ｓｉと絶縁膜２００ａとがそれぞれ露出した状態となっている。
本態様における処理シーケンスでは、
（ａ）凹部を有するウエハ２００に対して、第１４族元素を含む第１ガスを供給するステップと、
（ｂ）ウエハ２００に対して、第１５族又は第１３族元素を含む第２ガスを供給するステップと、
（ｃ）第２ガスを第１濃度として、（ａ）と（ｂ）と行うことにより、凹部に第１４族元素を含む第１膜を形成し、凹部内を第１膜で埋めきる前に成膜を止めるステップ（成膜ステップ）と、
（ｄ）（ｃ）の後に、第２ガスを第２濃度として（ｂ）を行うとともに、ウエハ２００を熱処理するステップ（熱処理ステップ）と、
を行う。
以下では、一例として、成膜ステップにおいて、第１ガスと、第２ガスとを同時に供給する場合について説明する。
本明細書では、上述の処理シーケンスを、便宜上、以下のように示すこともある。以下の変形例や他の態様等の説明においても、同様の表記を用いる。
第１ガス＋第２ガス→第２ガス＋熱処理
また、図４に示すように、本態様の処理シーケンスは、成膜ステップを行う前に、ウエハ２００に対して第１４族元素を含む第４ガスを供給することで、ウエハ２００上にシード層を形成する成膜前シード層形成ステップをさらに有する。
本明細書では、上述の処理シーケンスを、便宜上、以下のように示すこともある。以下の変形例や他の態様等の説明においても、同様の表記を用いる。
第４ガス→第１ガス＋第２ガス→第２ガス＋熱処理
本明細書において用いる「ウエハ」という用語は、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。本明細書において用いる「ウエハの表面」という言葉は、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。本明細書において「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。本明細書において「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。
本明細書において用いる「層」という用語は、連続層および不連続層のうち少なくともいずれかを含む。
（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。このようにして、ウエハ２００は、処理室２０１内に準備されることとなる。
（圧力調整および温度調整）
ボートロードが終了した後、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が所望の処理温度となるように、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。
（成膜前シード層形成ステップ）
その後、ウエハ２００に対して、第１４族元素を含む第４ガスを供給する。本ステップは、例えば、第１４族元素としてＳｉを含む第４ガスのうちの、２種類のガスを用いて行う。以下では、この２種類のガスうちの一方を、Ｓｉおよびハロゲンを含むハロシラン系ガス、他方を、Ｓｉを含むシラン系ガスとし、ハロシラン系ガス供給ステップと、シラン系ガス供給ステップと、を含むサイクルを所定回数（ｎ回、ｎは１または２以上の整数）行うことで、シード層３０１を形成する例について説明する。本明細書では、シード層３０１の形成シーケンスを、便宜上、以下のように示すこともある。
（ハロシラン系ガス→シラン系ガス）×ｎ
［ハロシラン系ガス供給ステップ］
本ステップでは、ウエハ２００に対してハロシラン系ガスを供給する。
具体的には、バルブ２４３ｄを開き、ガス供給管２３２ｄ内へハロシラン系ガスを流す。ハロシラン系ガスは、ＭＦＣ２４１ｄにより流量調整され、ガス供給管２３２ｄ、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の側方から、ウエハ２００に対してハロシラン系ガスが供給される（ハロシラン系ガス供給）。このとき、バルブ２４３ｆ～２４３ｊを開き、ノズル２４９ａ～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ようにしてもよい。
後述する処理条件下でウエハ２００に対してハロシラン系ガスを供給することにより、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して、この面を清浄化することができる。
本ステップにおける処理条件としては、
処理温度：２５０～４５０℃、好ましくは３００～４００℃
処理圧力：４００～１０００Ｐａ
ハロシラン系ガス供給流量：０．１～１ｓｌｍ
不活性ガス供給流量（ガス供給管毎）：０～５ｓｌｍ
各ガス供給時間：０．５～１０分
が例示される。
なお、本明細書における「２５０～４５０℃」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、「２５０～４５０℃」とは「２５０℃以上４５０℃以下」を意味する。他の数値範囲についても同様である。また、本明細書における処理温度とはウエハ２００の温度または処理室２０１内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、処理時間とは、その処理を継続する時間を意味する。また、供給流量に０ｓｌｍが含まれる場合、０ｓｌｍとは、その物質（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。
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内に残留するガス状物質等を処理室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）。
本ステップにてパージを行う際における処理条件としては、
処理温度：室温（２５℃）～６００℃
処理圧力：１～３０Ｐａ
不活性ガス供給流量（ガス供給管毎）：０．５～２０ｓｌｍ
不活性ガス供給時間：１～１２０秒、好ましくは１～６０秒
が例示される。
ハロシラン系ガスとしては、例えば、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２、略称：ＤＣＳ）ガス、モノクロロシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）ガス、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４、略称：ＳＴＣ）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３、略称：ＴＣＳ）ガス、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６、略称：ＨＣＤＳ）ガス、オクタクロロトリシラン（Ｓｉ３Ｃｌ８、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、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（ＳｉＦ４）ガス、テトラブロモシラン（ＳｉＢｒ４）ガス、テトラヨードシラン（ＳｉＩ４）ガス等を用いることができる。このように、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。ハロシラン系ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。
不活性ガスとしては、窒素（Ｎ２）ガスや、アルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等の希ガスを用いることができる。不活性ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。この点は、後述する各ステップにおいても同様である。
［シラン系ガス供給ステップ］
ハロシラン系ガス供給ステップが終了した後、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、シラン系ガスを供給する。
具体的には、バルブ２４３ｅを開き、ガス供給管２３２ｅ内へシラン系ガスを流す。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の側方から、ウエハ２００に対してシラン系ガスが供給される（シラン系ガス供給）。このとき、バルブ２４３ｆ～２４３ｊを開き、ノズル２４９ａ～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ようにしてもよい。
後述する処理条件下でウエハ２００に対してシラン系ガスを供給することにより、シラン系ガスに含まれるＳｉをウエハ２００の表面に吸着させ、シード（核）を形成することができる。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、凹部の底部に形成されるシードの結晶構造は、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２００ａ上に形成されるシードの結晶構造は、アモルファスとなる。
本ステップにおける処理条件としては、
シラン系ガス供給流量：０．０５～１ｓｌｍ
各ガス供給時間：０．５～１０分
が例示される。他の処理条件は、ハロシラン系ガス供給ステップにおける処理条件と同様な処理条件とすることができる。
ウエハ２００の表面にシードが形成された後、バルブ２４３ｅを閉じ、処理室２０１内へのシラン系ガスの供給を停止する。そして、ハロシラン系ガス供給ステップにおけるパージステップと同様の処理手順、処理条件により、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。
シラン系ガスとしては、例えば、モノシラン（ＳｉＨ４、略称：ＭＳ）ガス、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６、略称：ＤＳ）ガス、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）ガス、テトラシラン（Ｓｉ４Ｈ１０）ガス、ペンタシラン（Ｓｉ５Ｈ１２）ガス、ヘキサシラン（Ｓｉ６Ｈ１４）ガス等の水素化ケイ素ガスを用いることができる。シラン系ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。
［所定回数実施］
上述のハロシラン系ガス供給ステップ、シラン系ガス供給ステップを非同時に、すなわち、同期させることなく交互に行うサイクルを所定回数（ｎ回、ｎは１または２以上の整数）行うことにより、ウエハ２００の表面に、上述のシードが高密度に形成されてなるシード層３０１を形成することができる。特に、上述のサイクルを複数回行うことにより、凹部の表面に均一にシード層３０１を形成することができる（図５（ａ）参照）。上述の処理条件下では、凹部の底部に形成されるシード層３０１の結晶構造は、単結晶またはアモルファスとなり、絶縁膜２００ａ上に形成されるシード層３０１の結晶構造は、アモルファスとなる。なお、凹部の表面とは、絶縁膜２００ａの表面と、凹部の底部のいずれか一方又は両方を意味する。
（成膜ステップ）
その後、処理室２０１内のウエハ２００対して、第１４族元素を含む第１ガスと、第１５族又は第１３族元素を含む第２ガスとを供給する。
具体的には、バルブ２４３ａ，２４３ｂを開き、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ内へ第１ガス、第２ガスをそれぞれ流す。第１ガス、第２ガスは、それぞれ、ＭＦＣ２４１ａ，２４１ｂにより流量調整され、ノズル２４９ａ，２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給され、処理室２０１内で混合されて、排気口２３１ａより排気される。このとき、ウエハ２００の側方から、ウエハ２００に対して第１ガスおよび第２ガスが供給される（第１ガス＋第２ガス供給）。このとき、バルブ２４３ｆ～２４３ｊを開き、ノズル２４９ａ～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ようにしてもよい。
後述する処理条件下でウエハ２００に対して、例えば、第１４族元素としてＳｉを含む第１ガスと、例えば、第１５族元素としてリン（Ｐ）を含む第２ガスとを供給することにより、少なくとも第１ガスを気相中で分解させて、ウエハ２００の表面上、すなわち、ウエハ２００上に形成されたシード層３０１上にＳｉを吸着（堆積）させ、Ｐが添加（ドープ）されたＳｉ膜としての第１膜３０２を形成できる。後述する処理条件下では、ウエハ２００上に形成される第１膜３０２の結晶構造は、例えばアモルファスとなる。
本ステップにおける処理条件としては、
処理温度：３００～５００℃、好ましくは３５０～４５０℃
処理圧力：１００～８００Ｐａ、好ましくは４００～７００Ｐａ
第１ガス供給流量：０．５～１ｓｌｍ
第２ガス供給流量：０．００１～２ｓｌｍ
不活性ガス供給流量（ガス供給管毎）：０～２０ｓｌｍ
各ガス供給時間：１～３００分
が例示される。
本ステップにおける処理室２０１内の第２ガスの濃度は第１濃度である。本明細書において、第２ガスの濃度とは、例えば、処理室２０１の容積（ｃｍ３）に対する、常温、常圧下における第２ガスの体積（ｃｍ３）をいう。
上述したように、本ステップにおける処理温度は、成膜前シード層形成ステップにおける処理温度よりも高いことが好ましい。
所定時間経過後、バルブ２４３ａ，２４３ｂを閉じ、処理室２０１内への第１ガス、第２ガスの供給をそれぞれ停止する。これにより、ウエハ２００に設けられている凹部内を第１膜３０２で埋めきる前に成膜を止めることができる。凹部内を第１膜３０２で埋めきる前に成膜を止めることにより、凹部内には、ボイドとシーム等の隙間が生じることとなる（図５（ｂ）参照）。そして、成膜前シード層形成ステップにおけるパージと同様の処理手順、処理条件により、処理室２０１内に残留するガス状物質等を処理室２０１内から排除する（パージ）。
第１ガスとしては、例えば、第１４族元素としてＳｉを含む、モノシラン（ＳｉＨ４、略称：ＭＳ）ガス、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６、略称：ＤＳ）ガス、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）ガス、テトラシラン（Ｓｉ４Ｈ１０）ガス、ペンタシラン（Ｓｉ５Ｈ１２）ガス、ヘキサシラン（Ｓｉ６Ｈ１４）ガス等の水素化ケイ素ガスを用いることができる。第１ガスとしては、例えば、第１４族元素としてＧｅ（ゲルマニウム）を含む、ゲルマン（ＧｅＨ４）ガス、ジゲルマン（Ｇｅ２Ｈ６）ガス、トリゲルマン（Ｇｅ３Ｈ８）ガス、テトラゲルマン（Ｇｅ４Ｈ１０）ガス、ペンタゲルマン（Ｇｅ５Ｈ１２）ガス、ヘキサゲルマン（Ｇｅ６Ｈ１４）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。第１ガスとしては、これらのうち１つ以上を用いることができる。第１ガスとしては、これらのうちの、例えば、ＭＳガス、ＤＳガス、トリシランガス、ゲルマンガス、ジゲルマンガス、またはトリゲルマンガスのいずれかを用いることが好ましい。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。また、第１膜３０２として、ＳｉとＧｅといずれも含む膜を用いることもできる。
第２ガスとしては、例えば、第１５族元素としてＰを含む、フォスフィン（ＰＨ３）ガス、ジフォスフィン（Ｐ２Ｈ６）ガス等のフォスファン系ガスや、三塩化リン（ＰＣｌ３）ガス等のハロゲン化リンガス等を用いることができる。第２ガスとしては、例えば、第１３族元素としてホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、またはインジウム（Ｉｎ）のいずれかを含む、モノボラン（ＢＨ３）ガス、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）ガス、トリボラン（Ｂ３Ｈ８）ガス等のボラン系ガス（水素化ホウ素系ガスとも呼ぶ）や、トリクロロボラン（ＢＣｌ３）ガス等のハロゲン化ホウ素ガス、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）ガス、塩化ガリウム（ＧａＣｌ３）ガス、塩化インジウム（ＩｎＣｌ３）ガス等のハロゲン化物を用いることができる。第２ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。この点は、後述する昇温ステップ、熱処理ステップにおいても同様である。
（熱処理ステップ）
その後、ウエハ２００に熱処理を行うことにより、第１膜３０２中に含まれる第１４族元素、例えばＳｉを移動（マイグレーション）させる。これにより、凹部内を第１膜３０２で埋め込んで、成膜ステップにおいて生じたボイドやシームを消滅させることができる。このとき、Ｓｉのマイグレーション促進のため、処理室２０１内を減圧したり、処理室２０１内にＨ含有ガスを供給したりすることが好ましい。
しかし、ウエハ２００に熱処理を行うと、成膜ステップにおいて第１膜３０２にドープされた例えばＰが、第１膜３０２中から外方拡散することがある。特に、Ｓｉのマイグレーション促進のため、処理室２０１内を減圧したり、処理室２０１内にＨ含有ガスを供給したりすると、Ｐの外方拡散は顕著となる。
そこで、熱処理ステップでは、例えば第１５族元素としてＰを含む第２ガスを供給する。これにより、Ｐを第１膜３０２中にドープして、第１膜３０２中から外方拡散するＰを補うことが可能となる。
以下、熱処理ステップの処理手順、処理条件について説明する。
ウエハ２００に対して第２ガス、Ｈ含有ガスを供給するとともに、ウエハ２００を加熱（熱処理）する。
具体的には、バルブ２４３ｂ，２４３ｃを開き、ガス供給管２３２ｂ，２３２ｃ内へ第２ガス、Ｈ含有ガスを流す。第２ガス、Ｈ含有ガスは、それぞれ、ＭＦＣ２４１ｂ，２４１ｃにより流量調整され、ノズル２４９ｂ，２４９ｃを介して処理室２０１内へ供給され、処理室２０１内で混合されて、排気口２３１ａより排気される。このとき、ウエハ２００の側方から、ウエハ２００に対して第２ガス、Ｈ含有ガスが供給される（第２ガス＋Ｈ含有ガス供給）。このとき、バルブ２４３ｆ～２４３ｊを開き、ノズル２４９ａ～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ようにしてもよい。
本ステップにおける処理条件としては、
処理温度：４００～７００℃、好ましくは４５０～６００℃
処理圧力：３０～２００Ｐａ、好ましくは５０～１５０Ｐａ
第２ガス供給流量：０．３～０．８ｓｌｍ
Ｈ含有ガス供給流量：０．００１～２ｓｌｍ
不活性ガス供給流量（ガス供給管毎）：０～２０ｓｌｍ
各ガス供給時間：１～１２０秒、好ましくは１～６０秒
が例示される。
上述の処理条件下でウエハ２００に熱処理を行うことにより、第１膜３０２中に含まれる例えばＳｉをマイグレーションさせることができる。なお、例えばＳｉのマイグレーションは、第１膜３０２の膜厚が平坦化する方向に生じる。本態様では、図５（ｂ）に示すように、第１膜３０２は凹部の表面に形成されているので、凹部の上側から底側に向かってＳｉが移動する（図５（ｃ）の矢印参照）。このようにして、凹部内を第１膜３０２で埋め込んで、ボイドやシームを消滅させることが可能となる（図５（ｄ）参照）。
本ステップにおける処理室２０１内の第２ガスの濃度は、第２濃度である。第２濃度は、第１濃度とは異なる濃度であり、第１濃度よりも低い濃度であることが好ましい。
上述したように、本ステップにおける処理室２０１内の圧力は、成膜ステップにおける処理室２０１内の圧力よりも低いことが好ましい。
凹部内を第１膜３０２で埋め込んだら、バルブ２４３ｂ，２４３ｃを閉じ、処理室２０１内への第２ガス、Ｈ含有ガスの供給を停止する。そして、成膜前シード層形成ステップにおけるパージと同様の処理手順、処理条件により、処理室２０１内に残留するガス状物質等を処理室２０１内から排除する（パージ）。
Ｈ含有ガスとしては、例えば、Ｈを含むガスを用いることができる。具体的には、Ｈ２ガス、重水素（Ｄ２）ガス、活性化したＨガス等を用いることができる。Ｈ含有ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。
（アフターパージおよび大気圧復帰）
熱処理ステップが完了した後、ノズル２４９ａ～２４９ｅのそれぞれからパージガスとしての不活性ガスを処理室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等が処理室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）。
（ボートアンロードおよびウエハディスチャージ）
その後、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）。
（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）成膜ステップにおける第２ガスの濃度を第１濃度とし、熱処理ステップにおける第２ガスの濃度を第２濃度とし、これらの濃度を異ならせることにより、第１膜３０２中にドープされるＰの量を調整することができる。
上述したように、熱処理ステップにおいて第２ガスを供給して、第１膜３０２に例えばＰをドープすることにより、熱処理ステップにおいて第１膜３０２中から外方拡散される例えばＰを補うことができる。このとき、第１濃度と第２濃度とを異ならせることにより、第１膜３０２中にドープされるＰの量を調整することができる。これにより、第１膜３０２の質を向上させることができる。
（ｂ）熱処理ステップにおける第２ガスの濃度（第２濃度）を、成膜ステップにおける第２ガスの濃度（第１濃度）よりも低くすることにより、熱処理ステップにおいて、第１膜３０２中から外方拡散される例えばＰの量と、第１膜３０２中にドープされる例えばＰの外方から第１膜３０２中への拡散量とを近づけることができる。
上述したように、ウエハ２００に熱処理を行うと、成膜ステップにおいて第１膜３０２にドープされた例えばＰが、第１膜３０２中から外方拡散することがある。このとき、特に、第１膜３０２表面付近に存在する、例えばＰの第１膜３０２外への拡散が促進されるので、第１膜３０２中におけるＰ濃度の不均一が生じるおそれがある。
第２濃度を第１濃度より低くすることにより、熱処理ステップにおける、第１膜３０２中から外方拡散されるＰの量と、第１膜３０２中にドープされるＰの外方から第１膜３０２中への拡散量とを近づけることができる。これにより、第１膜３０２の下側から第１膜３０２の表面側までのＰのドーピング量を均一に、すなわち、第１膜３０２中におけるＰ濃度を均一にすることができる。結果として、第１膜３０２の質を確実に向上させることができる。
（ｃ）熱処理ステップにおいて、ウエハ２００に対してＨ含有ガスを供給し、第１膜３０２の表面上にＨを吸着させることにより、第１膜３０２中に含まれる、例えばＳｉのマイグレーションを促進させることができる。これにより、凹部内の第１膜３０２による埋め込みを促進し、ボイドとシームを容易に消滅させることができる。凹部内の第１膜３０２による埋め込み特性を向上させることができる。
（ｄ）熱処理ステップにおける処理室２０１内の圧力を、成膜ステップにおける処理室２０１内の圧力よりも低くすることにより、熱処理ステップにおいて、第１膜３０２中に含まれる例えばＳｉが、物理的に引っ張られ、Ｓｉのマイグレーションを促進することができる。これにより、凹部内の第１膜３０２による埋め込みを促進し、ボイドとシームを容易に消滅させることができる。凹部内の第１膜３０２による埋め込み特性を向上させることができる。
（ｅ）熱処理ステップにおいて、処理室２０１内のウエハ２００に対して、不活性ガスを供給することにより、第１膜３０２にドープされた例えばＰが、第１膜３０２中から外方拡散することを抑制することができる。好ましくは、処理室２０１内の圧力を、減圧で無い雰囲気とすることで、更に第１膜３０２にドープされた例えばＰが、第１膜３０２中から外方拡散することを抑制することができる。
（ｆ）成膜ステップを行う前に、成膜前シード層形成ステップを行って凹部の表面にシード層３０１を形成することにより、凹部内の全域にわたり均一な厚さを有する第１膜３０２、すなわち、高いステップカバレッジを有する第１膜３０２を形成することが可能となる。また、成膜ステップにおける処理温度を、成膜前シード層形成ステップにおける処理温度よりも高くすることにより、高いステップカバレッジを有する第１膜３０２を形成することが可能となる。
（ｇ）シラン系ガス供給ステップを、上述の温度条件下で行うことにより、シラン系ガスの熱分解を抑制し、ウエハ２００上に形成されるシード層３０１の厚さの制御性を高め、例えば、シード層３０１の厚さを１原子層未満の厚さとすることができる。
上述の効果は、上述の各種第１ガス、各種第２ガス、各種第４ガス、各種不活性ガスから、所定の物質（ガス状物質、液体状物質）を任意に選択して用いる場合においても、同様に得ることができる。
＜本開示の第２態様＞
以下、本開示の第２態様における、半導体装置の製造工程の一工程として、基板としてのウエハ２００上に膜を形成する処理シーケンスの例について、主に、図６、図７（ａ）～図７（ｅ）を用いて説明する。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。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。
例えば、図７（ａ）に示すように、ウエハ２００の表面には凹部が設けられている。本態様では、一例として、上述の態様と同様に、凹部の底部は、例えば、単結晶Ｓｉにより構成されており、凹部の側部および上部は、ＳｉＮ膜等の絶縁膜２００ａにより構成されている場合について説明する。ウエハ２００の表面は、単結晶Ｓｉと絶縁膜２００ａとがそれぞれ露出した状態となっている。
本態様における処理シーケンスでは、
（Ａ）凹部を有するウエハ２００に対して、第１４族元素を含む第１ガスを供給するステップと、
（Ｂ）ウエハ２００に対して、第１５族又は第１３族元素を含む第２ガスを供給する工程と、
（Ｃ）（Ａ）と（Ｂ）と行うことにより、凹部に第１４族元素を含む第１膜３０２を形成し、凹部内を第１膜３０２で埋めきる前に成膜を止めるステップ（成膜ステップ）と、
（Ｄ）（Ｃ）の後に、ウエハ２００に対して第１４族元素を含む第３ガスを供給し、凹部の表面に第１４族元素を含む第２膜３０３を形成するステップ（成膜後シーディングステップ）と、
（Ｅ）（Ｄ）の後に、ウエハ２００を熱処理するステップ（熱処理ステップ）と、
を行う。
以下では、一例として、成膜ステップにおいて、第１ガスと、第２ガスとを同時に供給する場合について説明する。
本明細書では、上述の処理シーケンスを、便宜上、以下のように示すこともある。以下の変形例や他の態様等の説明においても、同様の表記を用いる。
第１ガス＋第２ガス→第３ガス→熱処理
また、図６に示すように、本態様の処理シーケンスは、成膜ステップを行う前に、ウエハ２００に対して第１４族元素を含む第４ガスを供給することで、ウエハ２００上にシード層３０１を形成する成膜前シード層形成ステップをさらに有しても良い。
本明細書では、上述の処理シーケンスを、便宜上、以下のように示すこともある。以下の変形例や他の態様等の説明においても、同様の表記を用いる。
第４ガス→第１ガス＋第２ガス→第３ガス→熱処理
本態様では、成膜前シード層形成ステップ、成膜ステップ、成膜後シーディングステップ、熱処理ステップを順に行う例について説明する。本態様で用いる第１ガス、第２ガス、第４ガス、不活性ガスは、上述の態様と同様の第１ガス、第２ガス、第４ガス、不活性ガスを用いることができる。
本態様におけるウエハチャージ、ボートロード、圧力調整、温度調整、アフターパージ、大気圧復帰における処理手順は、それぞれ、上述の態様におけるそれらの処理手順と同様とすることができる。また、本態様の成膜前シード層形成ステップ、成膜ステップにおける処理手順、処理条件は、上述した態様の成膜前シード層形成ステップ、成膜ステップにおける処理手順、処理条件と同様とすることができる。
ただし、本態様の成膜ステップにおける第２ガスの濃度は、上述した態様の成膜ステップにおいて第２ガスの濃度として例示した第１濃度に特に限定されない。
本態様において、成膜前シード層形成ステップを行うことにより、凹部の表面にシード層３０１が形成され（図７（ａ）参照）、続いて成膜ステップを行うことにより、凹部の表面に第１膜３０２が形成される（図７（ｂ）参照）。成膜ステップでは、上述の態様と同様に、凹部内を第１膜３０２で埋めきる前に成膜を止めることにより、凹部内には、ボイドとシーム等の隙間が生じている。
以下に、成膜後シーディングステップ、熱処理ステップにおける処理手順、処理条件について説明する。
（成膜後シーディングステップ）
本ステップでは、処理室２０１内のウエハ２００対して、第１４族元素を含む第３ガスと、第２ガスとを供給する。
具体的には、バルブ２４３ａ，２４３ｂを開き、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ内へ第３ガス、第２ガスをそれぞれ流す。第３ガス、第２ガスは、それぞれ、ＭＦＣ２４１ａ，２４１ｂにより流量調整され、ノズル２４９ａ，２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給され、処理室２０１内で混合されて、排気口２３１ａより排気される。このとき、ウエハ２００の側方から、ウエハ２００に対して第３ガスおよび第２ガスが供給される（第３ガス＋第２ガス供給）。このとき、バルブ２４３ｆ～２４３ｊを開き、ノズル２４９ａ～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ようにしてもよい。
本ステップにおける処理条件としては、
処理温度：３５０～７００℃、好ましくは４００～６５０℃
処理圧力：４００～１０００Ｐａ
第３ガス供給流量：０．１～１ｓｌｍ
第２ガス供給流量：０．００１～２ｓｌｍ
不活性ガス供給流量（ガス供給管毎）：０～２０ｓｌｍ
各ガス供給時間：１～１００分
が例示される。
上述した処理条件下でウエハ２００に対して、例えば、第１４族元素としてＳｉを含む第３ガスを供給することにより、第３ガスに含まれるＳｉを第１膜３０２上に吸着させ、第２膜３０３としてのシード（核）を形成することができる。図７（ｃ）に示すように、第２膜３０３は、凹部内の第１膜３０２上に不連続に、例えば結晶核状に形成される。上述した処理条件下では、形成される第２膜３０３の結晶構造は、単結晶または多結晶の少なくともいずれかを含む状態となる。なお、不連続の膜とは、アイランド状の膜、結晶核がまばらに形成された膜、粒状膜とも呼ぶ。
上述した処理条件下において、例えば、第３ガスの供給流量、第３ガスの供給時間、処理圧力のうちの少なくともいずれか１つを制御することにより、例えば結晶核状の第２膜３０３の粒径や密度を制御することができる。例えば、第３ガスの供給流量、第３ガスの供給時間、処理圧力のうちの少なくともいずれか１つを増加させることにより、第１膜３０２上の第２膜３０３の粒径を大きくしたり、第２膜３０３の密度を高めたりすることができる。
上述したように、本ステップにおける処理温度は、上述した成膜前シード層形成ステップや成膜ステップにおける処理温度よりも高いことが好ましい。
第１膜３０２上に第２膜３０３を形成した後、バルブ２４３ａ，２４３ｂを閉じ、処理室２０１内への第３ガス、第２ガスの供給をそれぞれ停止する。そして、上述した態様の成膜前シード層形成ステップにおけるパージと同様の処理手順、処理条件により、処理室２０１内に残留するガス状物質等を処理室２０１内から排除する（パージ）。
第３ガスとしては、例えば、第１４族元素としてＳｉ又はＧｅを含む、ＤＣＳガス、ＭＳガス、ＤＳガス、トリシランガス、テトラシランガス、ペンタシランガス、ヘキサシランガス、ゲルマンガス、ジゲルマンガス、トリゲルマンガス、テトラゲルマンガス、ペンタゲルマンガス、ヘキサゲルマンガス等の水素化合物を用いることができる。第３ガスとしては、これらのうち１つ以上を用いることができる。これらのガスは比較的容易に分解するため、結晶核状のシードを形成することができる。また、これらのガスのうち、ハロゲンを含まないガス、すなわち、ＤＣＳガス以外のガスを用いることが好ましい。これらのガスは、より容易に分解するため、結晶核状のシードを確実に形成することができる。また、第３ガスとして、上述した第４ガスと異なるガス（化合物）を用いることが好ましい。成膜前シード層形成ステップと、成膜後シーディングステップは、ウエハ２００上にシードを形成する点で、共通する。しかし、成膜後シーディングステップでは、不連続な膜を形成することに対し、成膜前シード層形成ステップでは、連続な膜（均一な膜）を形成するという様に、形成する膜が異なる。異なるガスを用いることにより、これら異なる膜を形成することを容易にできる。
（熱処理ステップ）
その後、ウエハ２００を加熱（熱処理）する。
本ステップにおける処理条件としては、
処理温度：４００～７５０℃、好ましくは４５０～７００℃
処理圧力：３０～２００Ｐａ、好ましくは５０～１５０Ｐａ
不活性ガス供給流量（ガス供給管毎）：０～２０ｓｌｍ
不活性ガス供給時間：１～１２０秒、好ましくは１～６０秒
が例示される。
上述した処理条件下でウエハ２００に対して熱処理を行うことにより、第１膜３０２を結晶化し、これに伴い、第２膜３０３の粒径を大きくすることができる。本態様では、便宜上、結晶化した第１膜３０２と、第１膜３０２を結晶化に伴い粒径が増大した第２膜３０３とを合わせて、第３膜３０４と称する（図７（ｄ）参照）。本ステップを行うことにより、凹部内を第３膜３０４で埋め込んで、ボイドやシームを消滅させることができる（図７（ｅ）参照）。
凹部内を第３膜３０４で埋め込んだらヒータ２０７の出力を停止する。そして、上述した態様の成膜前シード層形成ステップにおけるパージと同様の処理手順、処理条件により、処理室２０１内に残留するガス状物質等を処理室２０１内から排除する（パージ）。
本態様によれば、上述した態様で述べた効果のうちの少なくとも一部の効果に加えて、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。
成膜後シーディングステップにおいて、ウエハ２００に対して、例えば、第１４族元素としてＳｉを含む第３ガスを供給することにより、第３ガスに含まれるＳｉを第１膜３０２上に吸着させ、凹部内の第１膜３０２上にシード（第２膜３０３）を形成することができる。さらに、熱処理ステップにおいて、ウエハ２００を加熱することにより、第１膜３０２を結晶化し、これに伴い、第２膜３０３の粒径を大きくすることができる。これにより、凹部内を第３膜３０４で埋め込んで、ボイドやシームを消滅させることが可能となる。このように、凹部内の第３膜３０４による埋め込み特性を向上させ、第３膜３０４の質を向上させることができる。
成膜後シーディングステップにおいて、第２膜３０３を、第１膜３０２上に不連続に、例えば結晶核状に形成することにより、第１膜３０２の表面粗さを制御することができる。具体的には、例えば、成膜後シーディングステップにおいて、第３ガスの供給流量等を調整し、第２膜３０３の粒径や密度を制御することにより、第１膜３０２の表面粗さを制御することができる。このように、成膜後シーディングステップにおいて、第１膜３０２の表面粗さを調整することにより、熱処理ステップにおける凹部内の第３膜３０４による埋め込み量（状態）を制御することができる。
成膜後シーディングステップにおける処理温度を、成膜前シード層形成ステップや成膜ステップにおける処理温度よりも高くすることにより、熱処理ステップにおける、第３膜３０４の表面状態（表面粗さ）と、凹部内の埋め込み量を制御することができる。
成膜後シーディングステップにおいて、ウエハ２００に対して第２ガスを供給することにより、例えば、成膜後シーディングステップにおいて生じる第１膜３０２中からのＰの外方拡散を抑制することができる。
なお、本態様における熱処理ステップは、行わなくても良い。すなわち、成膜後シーディングステップを行って基板処理装置における基板処理を終了しても良い。熱処理ステップは、別の基板処理装置で行う様に構成しても良い。成膜後シーディングステップで終え、熱処理ステップを行わないことで、成膜後シーディングステップまでを行う基板処理装置における温度調整の時間を省くことができる。温度調整の時間とは、熱処理ステップを行う温度への昇温にかかる時間と、熱処理ステップを行った後の降温にかかる時間である。温度調整の時間を省くことにより、基板処理装置における基板処理時間を短縮できる。すなわち、基板処理のスループットを向上させることができる。一方で、成膜後シーディングステップと熱処理ステップとを同一の基板処理装置で行った場合には、ウエハ２００上に存在する膜の自然酸化等の表面変化の発生を抑制することができる。
＜本開示の他の態様＞
以上、本開示の態様を具体的に説明した。しかしながら、本開示は上述の態様に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
上述の態様では、成膜前シード層形成ステップにおいて、２種類の第４ガスのうちの一方がハロシラン系ガス、他方がシラン系ガスである場合を例に挙げて説明したが、本開示はこれに限定されない。本開示では、例えば、２種類の第４ガスの両方ともハロシラン系ガスであってもよい。この場合においても、上述した態様で述べた効果のうちの少なくとも一部の効果が得られる。ただし、この場合には、互いに異なるハロシラン系ガスを用いることが好ましい。
上述の第２態様では、熱処理ステップにおいて、ウエハ２００に対して第２ガスを供給しない場合を例に挙げて説明したが、本開示はこれに限定されない。本開示では、例えば、上述した第２態様の熱処理ステップにおいて、例えば、１５族元素としてＰを含む第２ガスを供給してもよい。この場合においても上述した第２態様と同様の効果が得られる。本態様においては、さらに、熱処理ステップにおいて第２ガスを供給し、第１膜３０２にＰをドープすることにより、熱処理ステップにおいて第１膜３０２中から外方拡散される例えばＰを補うことができる。
ただし、上述の第２態様の熱処理ステップにおいて、第２ガスを供給するときの第２ガスの濃度は、上述した第１態様の熱処理ステップにおいて第２ガスの濃度として例示した第２濃度に限定されない。また、上述の第２態様においては、成膜ステップにおける第２ガスの濃度と、熱処理ステップにおける第２ガスの濃度は、同一の濃度であってもよいし、異なる濃度であってもよい。上述の第２態様においては、成膜ステップにおける第２ガスの濃度は、熱処理ステップにおける第２ガスの濃度よりも低い濃度であってもよいし、高い濃度であってもよい。これらの場合においても、上述した態様で述べた効果のうちの少なくとも一部の効果が得られる。
上述の態様では特に説明しなかったが、熱処理ステップを行う前に処理室２０１内の温度を上昇させる昇温ステップを行ってもよい。このとき、例えば、１５族元素としてＰを含む第２ガスを供給してもよい。この場合においても上述した態様と同様の効果が得られる。本態様においては、さらに、例えば、昇温ステップを行うことにより生じるＰの第１膜３０２中からの外方拡散を抑制することができる。
上述の態様では、第１４族元素を含むガスとして、主にＳｉを含むガスを例に挙げて説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、本開示は、第１４族元素を含むガスとして、Ｇｅを含むガスを用いてもよい。また、上述の態様では、第１５族又は第１３族元素を含む第２ガスとして、主に第１５族元素であるＰを含むガスを例に挙げて説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、本開示は、第１３族元素を含むガスとして、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのいずれかを含むガスを用いてもよい。これらの場合においても上述した態様と同様の効果が得られる。
上述の態様では、ウエハ２００上にＳｉ系の膜を形成する例を示したが、本開示はこれに限定されない。例えば、本開示は、第１４族元素を含む膜の形成にも適用することができる。第１４族元素を含む膜としては、例えば、Ｓｉ，Ｇｅ，ＳｉＧｅの少なくとも１つを主成分とする膜がある。
各処理に用いられるレシピは、処理内容に応じて個別に用意し、電気通信回線や外部記憶装置１２３を介して記憶装置１２１ｃ内に記録し、格納しておくことが好ましい。そして、各処理を開始する際、ＣＰＵ１２１ａが、記憶装置１２１ｃ内に記録され、格納された複数のレシピの中から、処理内容に応じて適正なレシピを適宜選択することが好ましい。これにより、１台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の膜を、再現性よく形成することができるようになる。また、オペレータの負担を低減でき、操作ミスを回避しつつ、各処理を迅速に開始できるようになる。
上述のレシピは、新たに作成する場合に限らず、例えば、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを変更することで用意するようにしてもよい。レシピを変更する場合は、変更後のレシピを、電気通信回線や当該レシピを記録した記録媒体を介して、基板処理装置にインストールするようにしてもよい。また、既存の基板処理装置が備える入出力装置１２２を操作し、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを直接変更するようにしてもよい。
上述の態様では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本開示は上述の態様に限定されず、例えば、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膜を形成する場合にも、好適に適用することができる。また、上述の態様では、ホットウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本開示は上述の態様に限定されず、コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用することができる。
これらの基板処理装置を用いる場合においても、上述の態様や変形例と同様な処理手順、処理条件にて各処理を行うことができ、上述の態様や変形例と同様の効果が得られる。
上述の態様や変形例は、適宜組み合わせて用いることができる。このときの処理手順、処理条件は、例えば、上述の態様や変形例の処理手順、処理条件と同様とすることができる。
２００ ウエハ（基板）
３０２ 第１膜

Claims (24)

  1. （ａ）凹部を有する基板に対して、第１４族元素を含む第１ガスを供給する工程と、
    （ｂ）前記基板に対して、第１５族又は第１３族元素を含む第２ガスを供給する工程と、
    （ｃ）前記第２ガスを第１濃度として、（ａ）と（ｂ）と行うことにより、前記凹部に前記第１４族元素を含む第１膜を形成し、凹部内を前記第１膜で埋めきる前に成膜を止める工程と、
    （ｄ）（ｃ）の後に、前記第２ガスを第２濃度として（ｂ）を行うとともに、前記基板を熱処理する工程と、
    を有する基板処理方法。
  2. 前記第１濃度と前記第２濃度とは異なる濃度である、
    請求項１に記載の基板処理方法。
  3. 前記第２濃度は、前記第１濃度よりも低い濃度である、
    請求項１に記載の基板処理方法。
  4. （ｄ）では、前記基板に対して水素含有ガスを供給する、
    請求項１に記載の基板処理方法。
  5. （ｄ）では、前記基板に対して水素含有ガスを供給する、
    請求項３に記載の基板処理方法。
  6. （ｄ）では、前記基板が存在する空間の圧力を、（ｃ）における前記空間の圧力よりも低くする、
    請求項４に記載の基板処理方法。
  7. （ｄ）では、前記基板が存在する空間の圧力を、（ｃ）における前記空間の圧力よりも低くする、
    請求項５に記載の基板処理方法。
  8. （ｄ）では、前記基板に対して不活性ガスを供給する、
    請求項１に記載の基板処理方法。
  9. （ｅ）（ｃ）の後に、前記基板に対して前記第１４族元素を含む第３ガスを供給し、前記凹部の表面に前記第１４族元素を含む第２膜を形成する工程を更に有する、
    請求項１に記載の基板処理方法。
  10. （ｅ）で供給する前記第３ガスは、水素化合物である、
    請求項９に記載の基板処理方法。
  11. 前記水素化合物は、ハロゲンを含まない、
    請求項１０記載の基板処理方法。
  12. （ｅ）では、前記第２ガスを供給する、
    請求項９に記載の基板処理方法。
  13. （ｅ）で形成される前記第２膜は、不連続に形成される、
    請求項９に記載の基板処理方法。
  14. （ｆ）（ｃ）の前に、前記基板に対して前記第１４族元素を含む第４ガスを供給し、前記凹部の表面に前記第１４族元素を含むシード層を形成する工程を更に有する、
    請求項１に記載の基板処理方法。
  15. （ｆ）（ｃ）の前に、前記基板に対して前記第１４族元素を含む第４ガスを供給し、前記凹部の表面に前記第１４族元素を含むシード層を形成する工程を更に有する、
    請求項９に記載の基板処理方法。
  16. （ｆ）における前記基板の温度は、（ｅ）における前記基板の温度よりも低い、
    請求項１５に記載の基板処理方法。
  17. （ｆ）で用いる前記第４ガスと、（ｅ）で用いる前記第３ガスとは、異なる化合物である、
    請求項１６に記載の基板処理方法。
  18. （ｆ）では、前記第４ガスとして、ハロゲンを含むガスを用い、
    （ｅ）では、前記第３ガスとして、ハロゲンを含まないガスを用いる、
    請求項１７に記載の基板処理方法。
  19. （ｆ）では、前記第４ガスとして、ハロゲンを含むガスを用いる、
    請求項１４に記載の基板処理方法。
  20. （ｆ）を行う際の前記基板の温度は、（ｃ）を行う際の前記基板の温度よりも低い、
    請求項１４に記載の基板処理方法。
  21. （ｇ）（ｃ）と（ｄ）との間で、前記基板に対して前記第２ガスを供給しつつ、昇温する工程を有する、
    請求項１４に記載の基板処理方法。
  22. （ａ）凹部を有する基板に対して、第１４族元素を含む第１ガスを供給する工程と、
    （ｂ）前記基板に対して、第１５族又は第１３族元素を含む第２ガスを供給する工程と、
    （ｃ）前記第２ガスを第１濃度として、（ａ）と（ｂ）と行うことにより、前記凹部に前記第１４族元素を含む第１膜を形成し、凹部内を前記第１膜で埋めきる前に成膜を止める工程と、
    （ｄ）（ｃ）の後に、前記第２ガスを第２濃度として（ｂ）を行うとともに、前記基板を熱処理する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  23. 基板処理装置の処理室内において、
    （ａ）凹部を有する基板に対して、第１４族元素を含む第１ガスを供給する工程と、
    （ｂ）前記基板に対して、第１５族又は第１３族元素を含む第２ガスを供給する手順と、
    （ｃ）前記第２ガスを第１濃度として、（ａ）と（ｂ）と行うことにより、前記凹部に前記第１４族元素を含む第１膜を形成し、凹部内を前記第１膜で埋めきる前に成膜を止める手順と、
    （ｄ）（ｃ）の後に、前記第２ガスを第２濃度として（ｂ）を行うとともに、前記基板を熱処理する手順と、
    をコンピュータにより前記基板処理装置に実行させるプログラム。
  24. 基板が処理される処理室と、
    前記処理室内の凹部を有する基板に対して、第１４族元素を含む第１ガスを供給する第１ガス供給系と、
    前記処理室内の凹部を有する基板に対して、第１５族又は第１３族元素を含む第２ガスを供給する第２ガス供給系と、
    前記処理室内の基板を加熱する加熱機構と、
    前記処理室内において、（ａ）前記基板に対して、前記第１ガスを供給する処理と、（ｂ）前記基板に対して、前記第２ガスを供給する処理と、（ｃ）前記第２ガスを第１濃度として、（ａ）と（ｂ）と行うことにより、前記凹部に前記第１４族元素を含む第１膜を形成し、前記凹部内を前記第１膜で埋めきる前に成膜を止める処理と、（ｄ）（ｃ）の後に、前記第２ガスを第２濃度として（ｂ）を行うとともに、前記基板を熱処理する処理と、を行わせるように、前記第１ガス供給系、前記第２ガス供給系、および前記加熱機構を制御することが可能なよう構成される制御部と、
    を有する基板処理装置。
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