JP3591823B2

JP3591823B2 - 成膜方法

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Publication number: JP3591823B2
Application number: JP37093599A
Authority: JP
Inventors: 直樹玉置; 裕輔佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 1999-12-27
Publication date: 2004-11-24
Anticipated expiration: 2019-12-27
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成膜方法に係わり、特に表面に段差形状を有する被成膜体上に第１の気体と第２の気体とを供給して所望の成膜を行う成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程では、薄膜形成と（部分的な）エッチングを繰り返すことにより立体素子形状を形成している。近年の半導体デバイス高集積化の流れの中で、素子形状は微細化が進み、アスペクト比の大きな段差形状を所望の膜で埋め込む技術が重要になってきている。ウェハ上に薄膜を形成することによって段差を埋め込む工程には、一般に、複数の原料気体をウェハが載置される反応容器内に供給して成膜を行う、化学気相堆積法が使われている。
【０００３】
例えば、ウェハ上に、化学気相堆積法を用いて、Ａｓの添加されたシリコン薄膜を形成する場合には、一般的に二通りの方法がある。
【０００４】
一つめは、添加ガスなるアルシンガス（ＡｓＨ_３）と原料ガスなるシランガス（ＳｉＨ_４）とを同時に、ウェハが内部に設けられる反応容器中に供給して、ウェハに所望の成膜を行う「ｉｎ−ｓｉｔｕ（インサイチュ）ドーピング法」である。
【０００５】
また、二つめは、シランガスだけを反応容器内に供給して、ウェハにシリコン薄膜を形成する工程と、アルシンガスだけを反応容器内に供給して、ウェハに砒素（Ａｓ）の吸着層を形成する工程とを、交互に繰り返す「シーケンシャルドーピング法」である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来の成膜方法では、それぞれ以下のような問題点があった。
（１）ｉｎ−ｓｉｔｕドーピング法は、ひとつの工程でドーピングと成膜とが同時にできるため、工程数が少なくなり費用面で有利である。
【０００７】
しかしながら、トレンチなどの段差形状を有するウェハに所望の薄膜を形成する場合には、ドーピングに最適な工程条件と、所望の膜形状あるいは均一性を得るための最適な工程条件とが異なっていた。
【０００８】
例えば、半導体記憶デバイスのＤＲＡＭにおいて、キャパシタンスを形成する電極として、砒素をドーピングしたポリシリコン膜を形成する場合を想定する。
【０００９】
この時、砒素のドーピング濃度はキャパシタンス用トレンチの内部においても均一であることが望ましい。均一なドーピング濃度を得るためには、ドーピングガスであるアルシンを多く流す必要があるが、アルシンを大量に流すことによって膜形状の均一性は悪化し、トレンチの空間をなくす様ポリシリコンを埋め込むことはできなかった。
【００１０】
この膜が不均一になる理由は、大量のアルシンを流すことにより反応性の高い中間体（ＳｉＨ_２等）による相対的な成膜量が多くなるためである。
【００１１】
原料ガスのＳｉＨ_４は、気相中あるいは固体表面で分解反応を起こし、反応性の高い中間体ガスを生成する。原料ガスのＳｉＨ_４は中間体ガスに比べてはるかに反応性が低いため、トレンチ開口部から底部までほぼ均一な成膜を成し得るが、反応性の高い中間体はトレンチ開口部周辺のみに成膜されるため、膜形状の均一性を悪化させる要因となる。アルシンを流さない場合、ほとんどの成膜はＳｉＨ_４によってなされるが、大量のアルシンを流すと中間体はほとんど影響を受けずにＳｉＨ_４による成膜だけが抑制されることから、中間体による成膜量が相対的に大きくなる。このためトレンチ開口部付近のＳｉＨ_２の付着により、トレンチ内部に空間を残したまま開口部がふさがれるのである。
【００１２】
また、成膜時にトレンチ内の空間を無くす様ポリシリコンを埋め込むには、少量のアルシンを添加することが望ましいが、少量のアルシンではトレンチの底部（ウェハの厚み方向下面）において砒素濃度が低下してしまう。砒素濃度が低下すれば、成膜工程によって形成されるポリシリコン膜の導電性が低くなるといった恐れがある。
【００１３】
このように、ひとつの工程条件で、ドーピングと成膜とを行う「ｉｎ−ｓｉｔｕドーピング法」では、ドーピングと膜形状との両方を満足する工程条件を与えることが困難であった。
（２）シーケンシャルドーピング法は、原料ガスであるＳｉＨ_４よりポリシリコン膜を得る成膜工程と添加ガスであるアルシンガスよりポリシリコン膜上に吸着層を形成するドーピング工程と、を分けて別々に行う成膜方法である。
【００１４】
この方法では、成膜工程ではシランだけをウェハに供給して成膜を行い、ドーピング工程ではアルシンを供給し吸着層を作ることが行われている。
【００１５】
このため、互いの工程に対して悪影響を与えることなく、膜形状にほとんど影響を与えずに、ドーピング濃度を均一化することができる。
【００１６】
しかしながら、アスペクト比の大きなトレンチ形状に薄膜を形成する場合、シランだけを流して得られる膜形状は、トレンチ開口部近傍に集中してポリシリコン膜が付着し、トレンチ底部に空間が残るというおそれがあり、トレンチ内全てがポリシリコンで埋まる最適な形状は得られなかった。
【００１７】
これは、通常の薄膜形成温度では、シランの付着確率が１０Ｅ−３程度の大きさであるため、アスペクト比５以上のトレンチでは、トレンチ下部においてシランの濃度の低下が生じることによるものである（詳細は後述）。
【００１８】
ただし、シランの付着確率は温度を低下させることによって小さくすることが可能である。
【００１９】
しかしながら、薄膜形成の温度を低下させるということは、薄膜の成長速度を極端に遅くするということであり、製作工程の費用が高くなり、処理時間がかかるという問題が生じる上、薄膜の結晶性も変化する恐れがあり実用には困難を伴うものである。
【００２０】
したがって、従来の成膜方法では、砒素ドーピングされたシリコン膜のトレンチ等の段差形状を有するウェハに対し、均一なドーピング濃度と、トレンチ内に空間の残らない膜形状とを、同時に得ることはできなかった。
【００２１】
そこで、本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、トレンチ等の段差形状を有するウェハにおいて、均一なドーピング濃度と、空間の残らない埋め込みができる成膜方法の提供を目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の成膜方法は、内部に被成膜体が載置可能な反応容器に、前記被成膜体上に第１の反応生成物を形成する第１の気体と、前記第１の気体の付着確率に比べて付着確率が大きく、かつ前記第１の反応生成物の前記被成膜体への付着を抑制する第２の反応生成物を分解形成する第２の気体とを供給して、前記被成膜体上に所望の成膜を行う成膜方法において、前記第１の気体および前記第２の気体を前記反応容器に供給し、前記被成膜体上に所望の成膜を行う成膜工程中に少なくとも１回前記第２の気体のみ、または前記成膜工程のガスの比率より多くを前記反応容器に供給して前記第１の反応生成物の前記被成膜体への付着を抑制する工程を有すると共に、
前記被成膜体表面に存在する段差のアスペクト比ＡＲと、前記第２の気体の付着確率η _Ｂとが、
η _Ｂ＞０．０４０６×ＡＲ ^{−１．８６}
なる関係を有し、
かつ、前記第１の気体の付着確率η _Ａが、前記第２の気体の付着確率η _Ｂより小さいことを特徴とする。
【００２３】
すなわち、本発明の成膜方法は、原料ガスと添加ガス、あるいは原料ガスと添加ガスおよびキャリアガスを同時に供給する薄膜形成工程と、添加ガスのみ、あるいは添加ガスとキャリアガスを供給して添加ガスの吸着層を形成するドーピング工程とを、交互に繰り返して、所望のドーピング濃度と膜厚を得ることを特徴とする。
【００２４】
また、原料ガスとしてシラン系化合物を、添加ガスとしてアルシンあるいはフォスフィンガス等の５族水素化物を使用した場合、本発明は効果的に作用する。ここで、本発明の作用について説明する。
【００２５】
トレンチ等の段差形状に薄膜を形成する場合、原料ガスと同時に供給した添加ガスは、段差形状の壁に衝突を繰り返しながら拡散によって底部まで到達する。その間、衝突した壁に少しずつ付着していくため、段差の上部から底部にかけて添加ガスの濃度が低下する分布が発生する。
【００２６】
この時、壁に付着した添加ガスは原料ガスの付着を阻害する働きがあるが、その効果は段差形状の底に行くほど小さくなると考える。そのため、原料ガスによる膜形成の速度は段差形状の上部で遅く、底部で早くなり、段差形状を底から埋め込む効果が期待できることから、本発明では従来法に比べ、飛躍的に高い埋め込み性能を得ることが可能となる。
【００２７】
また、添加ガスに生じるトレンチ深さ方向の濃度低下は、原料ガスにも発生する。
【００２８】
しかしながら、原料ガスの付着確率は添加ガスに比べて小さいため、衝突した壁での付着量も少なく、発生する濃度低下は添加ガスほど大きくない。
【００２９】
また、段差形状を底から埋め込む効果は、添加ガスと原料ガスの供給流量を変えることで制御できるため、段差形状にあわせた埋め込みに最適なプロセス条件を設定することができる。
【００３０】
さらに、原料ガスの供給を止めて添加ガスを供給し、添加ガスの吸着層を形成するドーピング工程を入れることで膜中のドーピング濃度も自由に制御することが可能となる。
【００３１】
また、添加ガスによるドーピングの濃度もトレンチ構造内で均一に保つことができる。
【００３２】
これらの効果は、薄膜形成温度を低温化することなく達成することができるため、プロセス時にかかる費用を上げることなく、半導体デバイスの作成時における不良の発生を確実に解消することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態の構成について図面を参照しながら説明する。
図１乃至図１１は、本発明の成膜方法の第１実施形態を示すものである。
本工程は、トレンチなどの深い段差のある半導体ウェハの表面に、添加ガスによってドーピングされた薄膜を形成するものである。
【００３４】
図１は、第１実施形態の成膜装置の構成図であり、反応容器１内部には、ウェハ２（被成膜体）と、ウェハ２をチャックするウェハチャック３と、ウェハチャック３に接続される回転軸４と、ウェハ２に所望のガスを均一に供給する整流板５と、が設けられる。整流板５には、複数の供給孔が穿設され、ウェハ２表面に対向して設けられる。回転軸４を回転させるための駆動力を与えるモータ（不図示）は、反応容器１外に設けられる。また、チャック３にはウェハ２を所定温度に保持するためのヒータ（不図示）が設けられる。
【００３５】
反応容器１上方の壁には、原料ガスおよび添加ガスが内部へ導入される導入口７が設けられる。また、反応容器１下方の壁には、内部のガスをポンプ（不図示）などで排出するための排出口８が設けられ、排出口８は排出流路６に接続される。
このような構成からなる第１実施形態の動作について図２のフローチャートを参照して説明する。
【００３６】
まず、反応容器１内部は、例えば５０ｔｏｒｒ程度に減圧され、またウェハ２はヒータにより例えば７００℃程度に保持されている。
（１）反応容器１外部に配置されるウェハ２を、ロボットアームなどにより反応容器１内のチャック３上に移動させ、チャック３によりウェハ２をチャックする。
（２）ウェハ２を所定温度の成膜温度に加熱し保持する。
（３）原料ガス（第１の気体）であるシラン化合物例えばＳｉＨ_４を、または添加ガス（第２の気体）であるアルシンＡｓＨ_３を、所定流量、所定時間で、反応容器１内へ供給する。反応容器１内へ導入された各種ガスは、整流板５に穿設される孔からウェハ２上に供給される。原料ガスの供給により、ＳｉＨ_４がウェハ２表面に解離吸着されウェハ２表面のシリコンと反応し、例えばＳｉＨ_３、ＳｉＨなる膜を形成する。ＳｉＨ_３、ＳｉＨに含まれるＨ原子は、やがてＨ_２となりガスとしてウェハ２より脱離していき、最終的にウェハ２上にポリシリコン膜（第１の反応生成物）を形成する。またＳｉＨ_３は、ウェハ２表面のＳｉと反応して、ＳｉＨ_２とＳｉＨに変化する場合もある。また添加ガスの供給によりウェハ２上にＡｓ（第２の反応生成物）なるドーピングの吸着層を形成する。このＡｓは、添加ガスＡｓＨ_３がウェハ２でＳｉとの反応により分解形成されて生成されるものである。添加ガスＡｓＨ_３は、この形のままウェハ２表面に吸着する。物理吸着したＡｓＨ_３は、解離吸着により、ＡｓＨ_３＋２Ｓｉ（ウェハ２表面）→ＡｓＨ_２＋ＳｉＨ＋Ｓｉ（吸着層にとりこまれたもの）なる反応を起こす。ＡｓＨ_２からＨ原子がはずれ、ＡｓＨとなり、その後、Ｈ_２ガスとして放出され、吸着層としてＡｓのみが残る。
（４）所定時間経過後、原料ガス、または添加ガスの供給を停止する。
（５）さらに原料ガス、または添加ガスを反応容器１内へ供給する場合は、工程（３）に戻り、このウェハ２の処理が終了している場合は、工程（６）へ進む。
（６）処理済のウェハ２を、ロボットアーム（不図示）により反応容器１内から反応容器１外の所定の載置場所へ移動させる。新たなウェハ２を処理する場合は工程（１）に戻り、新たなウェハ２が無い場合には工程終了とする。
【００３７】
尚、ドーピング工程は、成膜工程中に少なくとも一回実施されていれば良い。また、ドーピング工程では添加ガスと同時に原料ガスを流すことも可能であり、その場合にはガスの比率を原料ガスに比べて添加ガスを高くして実施する。
【００３８】
上記工程終了後、別の反応容器へウェハは運ばれ、所定の温度に加熱されて、添加ガスによる吸着層をポリシリコン膜中へ拡散させる工程がとられ、ポリシリコン膜に均一な導電性が得られ、電極となる。
【００３９】
ここで、工程（３）〜（５）について図３の各種ガスの導入パターンを参照して説明する。横軸は時間であり、縦軸は各種ガスの流量を示す。
【００４０】
ここで、成膜（薄膜）形成工程はＡ１〜Ａ３であり、ドーピング工程はＢ１、Ｂ２である。
（イ）Ａ１では、所定量の原料ガスであるＳｉＨ_４と、所定量の添加ガスであるアルシンとが、反応容器１に導入され、ウェハ２表面のトレンチを埋めるようにポリシリコンが成膜される。
（ロ）Ｂ１では、原料ガスの導入を停止し、工程（イ）と同量の添加ガスのみ反応容器１に導入している。そして工程（イ）で形成されたポリシリコン膜上に、ドーピングガスの吸着層を形成する。
（ハ）Ａ２では、工程（イ）と同じ動作がなされ、工程（ロ）により形成されたドーピングガスの吸着層の上に、ポリシリコン膜が成膜される。
（ニ）Ｂ２では、工程（ロ）と同じ動作がなされ、工程（ハ）により形成されたポリシリコン膜の上に、ドーピングガスの吸着層が形成される。
（ホ）Ａ３では、工程（イ）と同じ動作がなされ、工程（ニ）により形成されたドーピングガスの吸着層の上に、ポリシリコン膜が成膜される。Ａ３工程が終了して成膜全工程が終了する。
【００４１】
以上述べたような第１実施形態の作用について、図４の断面図を参照して説明する。
【００４２】
成膜工程Ａ１〜Ａ３では、図４に示されるようなウェハ２表面にすり鉢状に存在する深いトレンチ構造による段差に対し、段差の底部の方でより速い成膜速度になるように薄膜を形成することによって、段差形状をポリシリコンで空間無く埋め込むことができる。（図４中左側のトレンチ点線斜線部参照）
このトレンチ内部を空間無くポリシリコンで埋め込む原理について説明する。気相から供給された添加ガス分子（例えばアルシン）は、トレンチの壁面で吸着、あるいは反射を繰り返しながらトレンチ上部から底部に向かって拡散していく。
【００４３】
この時、添加ガスの拡散の速度に比べて添加ガス分子の吸着が素早く起こる系であれば、添加ガスの濃度はトレンチ上部から底部にかけて低下するような分布となる。この動作を、添加ガス分子としてアルシンを使った場合を想定してシミュレーションしたものが、図５のトレンチ深さとアルシンガス量との関係を表すグラフである。図５では、トレンチ開口部つまり、深さが０の地点では、アルシンは１．５×１０^２０［ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３］程度の量が存在するが、その後徐々にアルシンの量が低下し、トレンチ底部では０．５×１０^２０［ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３］程度の量しか存在していないことが分かる。
【００４４】
添加ガス分子は、添加ガス分子がトレンチ表面に吸着すると、原料ガス分子の吸着を阻害する働きがあるものを使用する。このため、トレンチ上部では原料分子の吸着が阻害されるが、トレンチ底部ではその効果が小さくなり、トレンチ底部でより高速に薄膜が成長することになる。
【００４５】
このような添加ガスを選択する際、特に、段差のアスペクト比ＡＲと添加ガスの付着確率η_Ｂとの関係が、式η_Ｂ＞０．０４０６×ＡＲ^{−１．８６}で表される範囲にあれば、添加ガスがトレンチ開口部から底部にかけて濃度が減少するようになることが望ましい。尚、トレンチとは、被成膜体表面に存在する凹形状の溝をさし、アスペクト比の横寸法は、図４中にＷで示した長さであり、縦寸法は底部からトレンチ開口部（被成膜体表面）までの長さ（図４中にＬで示した長さ）をさす。
【００４６】
また、トレンチ構造内での濃度低下量は、添加ガスの付着確率とトレンチのアスペクト比とで決まる。
【００４７】
図６は添加ガスの付着確率とステップカバレッジとの関係を示すグラフであり、アスペクト比５（点線）、４０（実線）、１００（一点鎖線）の場合を計算した結果である。
【００４８】
アスペクト比４０の場合、ステップカバレッジ０．９５である点の付着確率は、４×１０^−５であり、アスペクト比が小さくなるにつれて、ステップカバレッジ０．９５が得られる付着確率が大きくなっていることが分かる。
【００４９】
アスペクト比４０では、この付着確率（ステップカバレッジが０．９５である点）が変曲点になっており、添加ガスの付着確率が約４×１０^−５より小さい場合は、トレンチ内での濃度低下はほとんど起こらないが、この値より大きくなると大きな濃度低下がおこることを意味している。
【００５０】
各アスペクト比における変曲点にあたる付着確率を、アスペクト比との関係で表したグラフが図７である。
【００５１】
変曲点を結んだ曲線である添加ガスの付着確率η_Ｂは、
η_Ｂ＝０．０４０６×ＡＲ^{−１．８６}
なる式で表すことができる。
【００５２】
アルシンガスの付着確率がこの式で与えられる付着確率より大きいときには、トレンチ底部での添加ガス濃度がトレンチ上部に比べて９５％以下となり、トレンチの深さ方向の添加ガスに濃度分布が生じる。
【００５３】
なお、添加ガスとしてアルシンガスを用い、原料ガスとしてシラン系ガスを用いた場合、この効果は非常に有効に発揮される。
【００５４】
また、図８はアルシンガスとシラン化合物の付着率との関係を表すグラフであり、アルシンガスの分圧が増加するにつれ、つまりアルシンガス濃度が高くなれば、シラン化合物の付着確率は低下する。なお、アルシンガス以外では、同じ５族水素化物である、アンモニア（ＮＨ_３）やフォスフィン（ＰＨ_３）においてもアルシンガスと同様な傾向が見られる。
【００５５】
また、図９はステップカバレッジとトレンチの深さ方向との関係を示すグラフであり、アルシンガスを添加しない場合（○印）と、添加した場合（□印）の関係を表している。
【００５６】
アルシンガスを添加しない場合は、トレンチ底での膜厚はトレンチ開口部の膜厚に比べ低下するが、アルシンガスを例えば０．３ｃｃｍ添加した場合には、形成されるポリシリコン膜の膜厚分布はトレンチの底の方に進むにしたがって大きくなっている。
【００５７】
その結果、図１０の各条件による断面図に示す通り、アルシンガスを添加しない図１０（ａ）では、トレンチ底部に進むにつれてポリシリコンが埋め込まれていない空間が大きくなっていく。逆に、図１０（ｂ）のアルシンガスを０．３ｃｃｍ添加した場合では、トレンチ底部にまでポリシリコンが埋め込まれている。よって、アルシンガスを所定量原料ガスに添加することにより、図９に示すように、より深く細いトレンチに空間をほぼ残すことなく埋め込むことができるようになる。
【００５８】
また、ドーピング工程では、原料ガスを流さず、添加ガスのみを供給することにより、添加ガスの分子がトレンチ構造の表面（ポリシリコン膜上）に吸着し、吸着層が形成される。吸着層での添加ガス分子濃度の時間変化は図１１に示すとおりであり、ドーピング工程の初期（数秒）で急激に吸着が起こり、時間経過と共に次第に飽和濃度（例えば約２．５×１０^−５［ｍｏｌ／ｍ^２］）に達する。飽和濃度に達した時の添加ガスの付着確率は、ほぼゼロとなるため、この工程ではトレンチの上部・下部で濃度分布が発生せず、均一なドーピングとなる。
【００５９】
吸着層が形成された添加ガス分子は、その後の成膜（薄膜）工程によって、アルシン吸着層の上にポリシリコン膜が覆われて、ポリシリコン膜中に取り込まれる。従って、均一なドーピングをするためには、ドーピング工程の時間を、図１１に示される飽和時間より長く（例えば２０秒程度）取ると有効である。
【００６０】
以上述べたような第１実施形態では、成膜時には原料ガスと添加ガス、ドーピング時には添加ガスのみをウェハに供給する工程をとることで、トレンチに成膜時に形成される空間を無くし段差形状を埋め込むことができる。
なお、成膜工程の後に、ドーピング工程を行っているが、ドーピング工程が最初の工程となりその後成膜工程を行ってもよい。また成膜工程とドーピング工程とが交互に行われなくとも複数回の成膜工程の間に少なくとも１回のドーピング工程があるような動作を行うことも適宜可能である。
【００６１】
次に、本発明の第２実施形態について図１２を参照して説明する。
なお、以下の各実施形態における成膜装置は、第１実施形態と同一である。
【００６２】
第２実施形態の特徴は、添加ガスを反応容器１に導入する工程Ｂ１、Ｂ２において、添加ガス流量を工程Ａ１〜Ａ３と比べ増加させたことである。
第２実施形態の動作について説明する。
（イ）Ａ１では、所定量の原料ガスであるＳｉＨ_４と、所定量の添加ガスであるアルシンとが、反応容器１に導入され、ウェハ２表面のトレンチを埋めるようにポリシリコン膜が成膜される。
（ロ）Ｂ１では、原料ガスの導入を停止し、工程（イ）の流量に比べて多い流量で添加ガスのみ反応容器１に導入する。そして工程（イ）で形成されたポリシリコン膜上に、ドーピングの吸着層が形成される。
（ハ）Ａ２では、工程（イ）と同じ動作がなされ、工程（ロ）により形成されたドーピング吸着層の上に、ポリシリコン膜が成膜される。なお、添加ガスの流量は、工程（イ）の添加ガスの流量と同一にする。
（ニ）Ｂ２では、工程（ロ）と同じ動作がなされ、工程（ハ）により形成されたポリシリコン膜の上に、ドーピング吸着層が形成される。なお、添加ガスの流量は、工程（ロ）の添加ガスの流量と同一にする。
（ホ）Ａ３では、工程（イ）と同じ動作がなされ、工程（ニ）により形成されたドーピング吸着層の上に、ポリシリコン膜が成膜される。なお、添加ガスの流量は、工程（イ）の添加ガスの流量と同一にする。
以上述べたような第２実施形態では、成膜時には原料ガスと添加ガス、ドーピング時には添加ガスのみをウェハに供給する工程をとることで、トレンチに成膜時に形成される空間を無くし段差形状を埋め込むことができる。
【００６３】
また、工程（ロ）、（ハ）にて、添加ガスの流量を他の工程に比べて増加させることにより、アルシンガスのポリシリコン膜への吸着時間を短縮することができ、工程全体の時間が短くなり処理効率が向上する。
【００６４】
次に、本発明の第３実施形態について図１３を参照して説明する。
第３実施形態の特徴は、原料ガスの供給を停止させた後しばらくの間は、添加ガスの流量を前工程の流量のまま供給し、所定時間経過後、添加ガスの流量を増加させ反応容器１内へ供給させたことである。
【００６５】
第３実施形態の動作について説明する。
（イ）Ａ１では、所定量の原料ガスであるＳｉＨ_４と、所定量の添加ガスであるアルシンとが、反応容器１に導入され、ウェハ２表面のトレンチを埋めるようにポリシリコン膜が成膜される。
（ロ）Ｂ１では、原料ガスの導入を停止する。原料ガス停止後所定時間は、工程（イ）の流量と同量の添加ガスを反応容器１内へ流す。この所定時間とは、原料ガスが貯蔵されるタンク（不図示）から反応容器１に接続される配管内や、反応容器１内であって整流板５から供給される前の空間に残存する原料ガスが反応容器１に流れでる時間である。
【００６６】
この所定時間経過後、添加ガスの流量を工程（イ）に比べて多い流量で添加ガスのみ反応容器１に導入する。そして工程（イ）で形成されたポリシリコン膜上に、ドーピングの吸着膜を形成する。
【００６７】
流量が増加され所定時間経過した後、次工程に入る前に、添加ガスの流量を工程（イ）と同量に低下させ所定時間流す。
（ハ）Ａ２では、工程（イ）と同じ動作がなされ、工程（ロ）により形成されたドーピング吸着膜の上に、ポリシリコン膜が成膜される。なお、添加ガスの流量は、工程（イ）の添加ガスの流量と同一にする。
（ニ）Ｂ２では、工程（ロ）と同じ動作がなされ、工程（ハ）により形成されたポリシリコン膜の上に、ドーピング吸着膜が形成される。なお、添加ガスの流量は、工程（ロ）の添加ガスの流量と同一にする。
（ホ）Ａ３では、工程（イ）と同じ動作がなされ、工程（ニ）により形成されたドーピング吸着膜の上に、ポリシリコン膜が成膜される。なお、添加ガスの流量は、工程（イ）の添加ガスの流量と同一にする。
【００６８】
以上述べたような第３実施形態では、成膜時には原料ガスと添加ガス、ドーピング時には添加ガスのみをウェハに供給する工程をとることで、トレンチに成膜時に形成される空間を無くし段差形状を埋め込むことができる。
【００６９】
また、工程（ロ）、（ハ）にて、添加ガスの流量を他の工程に比べて増加させることにより、アルシンガスのポリシリコン膜への吸着時間を短縮することができ、工程全体の時間が短くなり処理効率が向上する。
【００７０】
また、配管や反応容器１内の整流板５を通過する前の空間にある原料ガスや添加ガスを、ほぼ完全に整流板５からウェハ２上方に供給することにより、余分な量の添加ガスが存在しないため、ポリシリコン膜の膜形状にむらがなくなり、均一な膜厚を有する成膜ができる。
【００７１】
次に、本発明の第４実施形態について図１４を参照して説明する。
第４実施形態の特徴は、原料ガスの供給停止と同時に、添加ガスの供給も停止し、所定時間供給を停止させた後に、添加ガスの流量を前工程の流量に対し増加させて供給し、所定時間供給後、添加ガスの供給を停止しさせる工程を、交互に繰り返すことである。
【００７２】
第４実施形態の動作について説明する。
（イ）Ａ１では、所定量の原料ガスであるＳｉＨ_４と、所定量の添加ガスであるアルシンとが、反応容器１に導入され、ウェハ２表面のトレンチを埋めるようにポリシリコン膜が成膜される。
（ロ）Ｂ１では、原料ガスの導入と添加ガスの導入を停止する。添加ガスの導入を所定時間停止させた後、工程（イ）の流量に比べて多い流量の添加ガスを反応容器１内へ流す。この停止時間は、原料ガスが貯蔵されるタンク（不図示）から反応容器１に接続される配管内や、反応容器１内であって整流板５から供給される前の空間に残存する原料ガスが反応容器１に流れ排出される時間である。反応容器１内へ導入された残存ガスは、排気流路６より反応容器１外部へ排出される。
この所定時間経過後、添加ガスの流量を工程（イ）に比べて多い流量で添加ガスのみ反応容器１に導入する。そして工程（イ）で形成されたポリシリコン膜上に、ドーピングの吸着膜が形成される。
【００７３】
流量が増加され所定時間経過した後、次工程に入る前に、添加ガスの供給を所定時間停止する。
（ハ）Ａ２では、工程（イ）と同じ動作がなされ、工程（ロ）により形成されたドーピング吸着膜の上に、ポリシリコン膜が成膜される。なお、添加ガスの流量は、工程（イ）の添加ガスの流量と同一にする。
（ニ）Ｂ２では、工程（ロ）と同じ動作がなされ、工程（ハ）により形成されたポリシリコン膜の上に、ドーピング吸着膜が形成される。なお、添加ガスの流量は、工程（ロ）の添加ガスの流量と同一にする。
（ホ）Ａ３では、工程（イ）と同じ動作がなされ、工程（ニ）により形成されたドーピング吸着膜の上に、ポリシリコン膜が成膜される。なお、添加ガスの流量は、工程（イ）の添加ガスの流量と同一にする。
【００７４】
以上述べたような第４実施形態では、成膜時には原料ガスと添加ガス、ドーピング時には添加ガスのみをウェハに供給する工程をとることで、トレンチに成膜時に形成される空間を無くし段差形状を埋め込むことができる。
【００７５】
また、工程（ロ）、（ハ）にて、添加ガスの流量を他の工程に比べて増加させることにより、アルシンガスのポリシリコン膜への吸着時間を短縮することができ、工程全体の時間が短くなり処理効率が向上する。
【００７６】
また、配管や反応容器１内の整流板５を通過する前の空間にある原料ガスおよび添加ガスを、ほぼ完全に整流板５からウェハ２上方に導入し反応容器１内から排出するため、成膜時、ドーピング時において、余分な量、不要なガスを存在させないため、より膜形状の良い均一な成膜、ドーピングを行うことができる。
次に、本発明の第５実施形態について図１５を参照して説明する。
【００７７】
第５実施形態の特徴は、添加ガスの供給量を各工程において変化させたことである。
【００７８】
第５実施形態の動作について説明する。
（イ）Ａ１では、所定量の原料ガスであるＳｉＨ_４と、所定量の添加ガスであるアルシンとが、反応容器１に導入され、ウェハ２表面のトレンチを埋めるようにポリシリコン膜が成膜される。このとき添加ガスの流量は、時間の経過と共に低下する。
（ロ）Ｂ１では、原料ガスの導入を停止し、所定量の添加ガスのみ反応容器１へ導入する。
（ハ）Ａ２では、工程（イ）と同じ動作がなされ、工程（ロ）により形成されたドーピング吸着膜の上に、ポリシリコン膜が成膜される。なお、原料ガスの流量は、工程（イ）の原料ガスの流量と同一である。添加ガスの流量は、工程（イ）終了時の添加ガスの流量と同一量で導入を開始し、時間の経過と共に低下するように流す。
（ニ）Ｂ２では、工程（ロ）と同じ動作がなされ、工程（ハ）により形成されたポリシリコン膜の上に、ドーピング吸着膜が形成される。なお、添加ガスの流量は、工程（ロ）の添加ガスの流量よりも少ない流量とする。
（ホ）Ａ３では、工程（イ）と同じ動作がなされ、工程（ニ）により形成されたドーピング吸着膜の上に、ポリシリコン膜が成膜される。なお、原料ガスの流量は、工程（イ）と同量であるが、添加ガスの流量は、工程（ハ）の終了時点の流量で添加ガスの供給をはじめ、時間の経過と共に流量を低下させている。
尚、工程（ロ）、（ニ）における各工程時間を、工程（イ）、（ハ）、（ホ）よりも短くしてもよい。
【００７９】
以上述べたような第５実施形態では、成膜時には原料ガスと添加ガス、ドーピング時には添加ガスのみをウェハに供給する工程をとることで、トレンチに成膜時に形成される空間を無くし段差形状を埋め込むことができる。
また、工程（ロ）、（ハ）にて、添加ガスの流量を他の工程に比べて増加させることにより、アルシンガスのポリシリコン膜への吸着時間を短縮することができ、工程全体の時間が短くなり処理効率が向上する。
【００８０】
また、工程経過後に変化するトレンチのアスペクト比に応じたガスの流量に調整して供給することにより最適な成膜を得ることができる。
【００８１】
次に、本発明の第６実施形態について説明する。
第６実施形態の特徴は、成膜工程において、原料ガス、添加ガスとともにキャリアガスを同時に反応容器内へ導入させる、またドーピング工程において、添加ガスとともにキャリアガスを同時に反応容器内へ導入させたことである。
【００８２】
成膜、もしくはドーピング工程は、上述した各実施形態と同一である。
キャリアガスは、アルゴンや窒素などの不活性ガスであり、成膜工程時に反応容器に導入している原料ガス、添加ガスの導入と同時に、キャリアガスを導入する。またドーピング工程時に反応容器に導入している添加ガスと同時にキャリアガスを導入する。キャリアガスの導入量は、反応容器の体積にもよるが、原料ガスまたは添加ガスの流量によって設定される。
【００８３】
以上述べたような第６実施形態では、選択された上記各実施形態で得られる効果を得ることができ、同時にキャリアガスの導入によって各工程における反応容器内の圧力変動を少なくし、圧力制御を容易に行うことができる。また、各工程間の切り替え時に、前工程で使用したガスを反応容器外により速やかに排出するため、反応容器内のガスの切り替え時間を低減することができる。また、反応容器が導入される原料ガス、添加ガスの流量に比べて大きい場合には、反応容器内を流れるガスの流量を増加させることができる。
【００８４】
尚、本発明は上記実施形態には限定されず、その主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できることは言うまでもない。例えば、成膜工程における原料ガスおよび添加ガスの流量、ドーピング工程における添加ガスの流量、また成膜工程とドーピング工程との繰り返しの数等は、所望の形状の膜が得られれば、どのようなものでも良い。また、添加ガスはアルシンでなくともフォスフィンでも良く、原料ガスはＳｉＨ_４でなくとも他のシラン系ガスを用いても良い。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、トレンチなどの段差部に空間を有することなく所望の膜を埋め込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成膜方法の第１実施形態の成膜装置の構成図。
【図２】本発明の成膜方法の第１実施形態のフローチャート。
【図３】本発明の成膜方法の第１実施形態の原料ガスと添加ガスとの供給工程図。
【図４】本発明の成膜方法の第１実施形態のウェハ断面図。
【図５】トレンチ深さと砒素濃度との関係を示すグラフ。
【図６】付着確率とステップカバレッジとの関係を示すグラフ。
【図７】アスペクト比と付着確率との関係を示すグラフ。
【図８】アルシン分圧とシラン付着確率との関係を示すグラフ。
【図９】トレンチ深さ方向とステップカバレッジとの関係を示すグラフ。
【図１０】本発明の成膜方法の第１実施形態の成膜後のウェハ断面図。
【図１１】時間とアルシン表面濃度との関係を示すグラフ。
【図１２】本発明の成膜方法の第２実施形態の原料ガスと添加ガスとの供給工程図。
【図１３】本発明の成膜方法の第３実施形態の原料ガスと添加ガスとの供給工程図。
【図１４】本発明の成膜方法の第４実施形態の原料ガスと添加ガスとの供給工程図。
【図１５】本発明の成膜方法の第５実施形態の原料ガスと添加ガスとの供給工程図。
【符号の説明】
１反応容器
２ウェハ
３チャック
４回転軸
５整流板
６排出流路
７導入口
８排気口

Claims

内部に被成膜体が載置可能な反応容器に、前記被成膜体上に第１の反応生成物を形成する第１の気体と、前記第１の気体の付着確率に比べて付着確率が大きく、かつ前記第１の反応生成物の前記被成膜体への付着を抑制する第２の反応生成物を分解形成する第２の気体とを供給して、前記被成膜体上に所望の成膜を行う成膜方法において、
前記第１の気体および前記第２の気体を前記反応容器に供給し、前記被成膜体上に所望の成膜を行う成膜工程中に少なくとも１回、前記第２の気体のみ、または前記第２の気体を前記成膜工程のガス比率より多く前記反応容器に供給して前記第１の反応生成物の前記被成膜体への付着を抑制する工程を有すると共に、
前記被成膜体表面に存在する段差のアスペクト比ＡＲと、前記第２の気体の付着確率η _Ｂとが、
η _Ｂ＞０．０４０６×ＡＲ ^{−１．８６}
なる関係を有し、
かつ、前記第１の気体の付着確率η _Ａが、前記第２の気体の付着確率η _Ｂより小さいことを特徴とする成膜方法。