JP5815443B2 - Semiconductor device manufacturing method, substrate processing method, and substrate processing apparatus - Google Patents

Semiconductor device manufacturing method, substrate processing method, and substrate processing apparatus Download PDF

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Description

本発明は、半導体装置の製造方法、基板処理方法および基板処理装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method , a substrate processing method, and a substrate processing apparatus.

IC、LSI等の半導体装置(デバイス)を製造する工程においては、例えば減圧CVD法(化学気相成長法)によって、縦型減圧CVD装置を用いて基板上にシリコン薄膜を形成することが行われている(例えば、特許文献1参照)。近年、LSIのCPU(セントラルプロセッシングユニット)やDRAM(ダイナミックランダムアクセスメモリ)の微細化に伴い、デバイス上部にシリコン膜を成膜する要求が高まっている。   In a process of manufacturing a semiconductor device (device) such as an IC or LSI, a silicon thin film is formed on a substrate using a vertical low pressure CVD apparatus, for example, by a low pressure CVD method (chemical vapor deposition method). (For example, refer to Patent Document 1). In recent years, with the miniaturization of LSI CPU (Central Processing Unit) and DRAM (Dynamic Random Access Memory), there is an increasing demand for forming a silicon film on the upper part of the device.

国際公開第2006/049225号パンフレットInternational Publication No. 2006/049225 Pamphlet

一方で、従来、SiO等の絶縁膜上にアモルファス、エピタキシャル若しくはポリ状態のシリコン膜を形成するには、絶縁膜上にシリコン原子を結晶核としてシード層を形成したうえで、密度の高い結晶核を形成し、これを成長の核として成長させる必要がある。しかし、シリコン膜の原料ガスにモノシラン(SiH)などのシラン系ガスを単独で用いた場合、シリコン原子を結晶核として絶縁膜にシード層を形成することが難しく、絶縁膜の上にアモルファス、エピタキシャル若しくはポリ状態のシリコン膜を成膜することが困難であった。 On the other hand, conventionally, amorphous, in order to form a silicon film of epitaxial or poly state on an insulating film such as SiO 2, after forming a seed layer of silicon atoms as crystal nuclei on the insulating film, a high density It is necessary to form crystal nuclei and grow them as growth nuclei. However, when a silane-based gas such as monosilane (SiH 4 ) is used alone as the source gas for the silicon film, it is difficult to form a seed layer on the insulating film using silicon atoms as crystal nuclei. , it is difficult to deposit a silicon film of epitaxial or poly state.

本発明の目的は、アモルファス、エピタキシャル若しくはポリ状態のシリコン膜を絶縁膜の上に成膜することを可能とする半導体装置の製造方法、基板処理方法および基板処理装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an amorphous, a method of manufacturing a semiconductor device capable of forming a silicon film of epitaxial or poly state on the insulating film, a substrate processing method and a substrate processing apparatus.

本発明の一態様によれば、基板を処理室に搬送する搬送工程と、前記処理室内に少なくともシリコン元素及び塩素元素を含有する第1ガスを供給する第1工程と、前記処理室内に前記第1ガスと異なる種類の少なくともシリコン元素を含有する第2ガスを供給する第2工程と、を有し、前記第1工程と前記第2工程とを少なくとも1回行うことにより、前記基板上にアモルファス、エピタキシャル、または、ポリ状態のシリコン膜を形成する半導体装置の製造方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, a transfer step of transferring a substrate to a processing chamber, a first step of supplying a first gas containing at least a silicon element and a chlorine element into the processing chamber, and the first step into the processing chamber. and a second step of supplying a second gas containing a different kind of at least a silicon element with first gas, a, and the second step and the first step by carrying out at least once, before SL on the substrate amorphous, epitaxial, or a method of manufacturing a semiconductor device for forming a silicon film of poly state is provided.

本発明の他の態様によれば、基板を処理する処理室と、前記処理室内に少なくともシリコン元素及び塩素元素を含有する第1ガスを供給する第1ガス供給ラインと、前記処理室内に前記第1ガスとは異なる種類の少なくともシリコン元素を含有する第2ガスを供給する第2ガス供給ラインと、前記処理室内を加熱する加熱装置と、前記加熱装置が前記処理室内を加熱維持しつつ、前記第1ガス供給ラインが前記処理室内へ前記第1ガスを供給し、前記第2ガス供給ラインが前記処理室内へ前記第2ガスを供給し、前記第1ガスの供給と、前記第2ガスの供給とを少なくとも1回行うことにより、前記基板にアモルファス、エピタキシャル、又はポリ状態のシリコン膜を形成するように制御するコントローラ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 for processing a substrate, a first gas supply line for supplying a first gas containing at least silicon element and chlorine element in the processing chamber, and the first chamber in the processing chamber. A second gas supply line for supplying a second gas containing at least silicon element of a type different from one gas, a heating device for heating the processing chamber, and the heating device maintaining the heating of the processing chamber, The first gas supply line supplies the first gas into the processing chamber, the second gas supply line supplies the second gas into the processing chamber, the supply of the first gas, and the second gas by performing supply and at least one amorphous before Symbol substrate, epitaxial, or a substrate processing apparatus having a controller for controlling so as to form a silicon film of poly condition is provided .

本発明の他の態様によれば、基板を処理室に搬送する搬送工程と、前記処理室内に少なくともシラン系の第1ガスを供給する第1工程と、前記処理室内に前記第1のガスと異なるシラン化合物系の第2ガスを供給する第2工程と、を有し、前記第1工程と前記第2工程とを少なくとも1回行うことにより、前記基板上にアモルファス、エピタキシャル、または、ポリ状態のシリコン膜を形成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 transfer step of transferring a substrate to a processing chamber, a first step of supplying at least a silane-based first gas into the processing chamber, and the first gas into the processing chamber; and a second step of supplying a second gas different silane compounds based, by performing at least once and the second step and the first step, an amorphous before SL on the substrate, epitaxial, or A method of manufacturing a semiconductor device for forming a poly-state silicon film is provided.

本発明によれば、アモルファス、エピタキシャル若しくはポリ状態のシリコン膜を絶縁膜の上に成膜することができる。 According to the present invention, amorphous silicon film of epitaxial or poly state can be deposited on the insulating film.

本発明の一実施の形態に係るCVD装置の反応炉を示す正面断面図である。It is front sectional drawing which shows the reactor of the CVD apparatus which concerns on one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態に係る基板処理工程のフロー図である。It is a flowchart of the substrate processing process which concerns on one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態に係る基板処理工程中の主要なガス供給タイムチャートである。It is a main gas supply time chart in the substrate processing process concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態に係る成膜の模式図であって、(a)はSiの結晶核の成長過程、(b)はSiの混合成長過程、(c)は気相反応成長後のSiの成長過程、(d)はSiの交互成膜方式の成長過程を示す図である。It is the schematic diagram of the film-forming which concerns on one embodiment of this invention, (a) is the growth process of the Si crystal nucleus, (b) is the mixed growth process of Si, (c) is after vapor phase reaction growth (D) is a diagram showing a growth process of an alternate film formation method of Si. 本発明の第1の実施の形態に係る成膜ガス供給タイムチャートである。It is a film-forming gas supply time chart which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る成膜ガス供給タイムチャートである。It is a film-forming gas supply time chart which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係る成膜ガス供給タイムチャートである。It is a film-forming gas supply time chart which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係る成膜ガス供給タイムチャートである。It is the film-forming gas supply time chart which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態に係る成膜ガス供給タイムチャートである。It is the film-forming gas supply time chart which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施の形態に係る成膜ガス供給タイムチャートである。It is the film-forming gas supply time chart which concerns on the 6th Embodiment of this invention.

以下に、本発明の一実施の形態について説明する。   An embodiment of the present invention will be described below.

[基板処理装置の構成]
本実施の形態に係る基板処理装置は、ICの製造方法にあってウエハにCVD膜を形成するバッチ式縦ホットウール減圧CVD装置(以下、CVD装置という。)として構成されている。
[Configuration of substrate processing apparatus]
The substrate processing apparatus according to this embodiment, batch Shikitate type Hottou O Lumpur decompression CVD apparatus for forming a CVD film on a wafer by the manufacturing method of the IC is configured as a (hereinafter, referred to as CVD apparatus.) .

(処理室)
図1に示されているように、CVD装置は筐体2を備えており、筐体2には基板処理用具としてのボート7が待機するための待機室3が形成されている。好ましくは待機室3は大気圧未満の圧力を維持可能な気密性能を有する密閉室に構築されていることが良く、反応炉10の前段に設置された予備室を構成している。これにより待機室3では真空引きまたは、窒素パージまたは真空引きと窒素パージの実施が繰り返されることで酸素、水分などが除去され、これらの酸素、水分などが除去された待機室3を経由して基板が反応炉10内に導入されるので、酸素、水分などによる基板への影響を低減することができる。
(Processing room)
As shown in FIG. 1, the CVD apparatus includes a housing 2, and a standby chamber 3 for waiting for a boat 7 as a substrate processing jig is formed in the housing 2. The standby chamber 3 is preferably constructed as a sealed chamber having an airtight performance capable of maintaining a pressure lower than atmospheric pressure, and constitutes a preliminary chamber installed in the front stage of the reaction furnace 10. As a result, in the standby chamber 3, evacuation, nitrogen purge, or evacuation and nitrogen purge are repeated to remove oxygen, moisture, etc., and the standby chamber 3 passes through the standby chamber 3 from which these oxygen, moisture, etc. have been removed. Since the substrate is introduced into the reaction furnace 10, it is possible to reduce the influence of oxygen, moisture, etc. on the substrate.

図1に示されているように、筐体2の上には基板としてのウエハ6を処理する反応炉10が、ボート搬入搬出口8に対向するように設置されている。   As shown in FIG. 1, a reaction furnace 10 for processing a wafer 6 as a substrate is installed on the housing 2 so as to face the boat loading / unloading port 8.

反応炉10は例えば4〜5ゾーンに分かれた加熱装置としてのヒータユニット11を備えており、ヒータユニット11の内部にはプロセスチューブ12が設置されている。プロセスチューブ12は石英または炭化シリコンで構成されて、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、ヒータユニット11と同心円状に配置されている。   The reaction furnace 10 includes a heater unit 11 as a heating device divided into 4 to 5 zones, for example, and a process tube 12 is installed inside the heater unit 11. The process tube 12 is made of quartz or silicon carbide, is formed in a cylindrical shape with the upper end closed and the lower end opened, and is arranged concentrically with the heater unit 11.

プロセスチューブ12の円筒中空部によって処理室13が構成されている。プロセスチューブ12の下にはマニホールド14が配置されており、プロセスチューブ12はマニホールド14を介して筐体2の上に垂直に立設されている。   A processing chamber 13 is constituted by the cylindrical hollow portion of the process tube 12. A manifold 14 is disposed under the process tube 12, and the process tube 12 is erected vertically on the housing 2 via the manifold 14.

昇降台33の上面にはシールキャップ43がシールリングを介て設置されている。シールキャップ43は処理室13の炉口になる筐体2のボート搬入搬出口8をシールリングを介してシールするように構成されている。 The upper surface of the lifting table 33 the seal cap 43 is installed in through the seal ring. The seal cap 43 is configured to seal the boat loading / unloading port 8 of the housing 2 that becomes the furnace port of the processing chamber 13 through a seal ring.

(ボート)
ボート7は複数枚(例えば、25枚、50枚、75枚、100枚、200枚等)のウエハ6をその中心を揃えて水平に保持するように構成されている。そして、ボート7はプロセスチューブ12の処理室13に対してボートエレベータによる昇降台33の昇降に伴って搬入搬出するように構成されている。
(boat)
The boat 7 is configured to hold a plurality of wafers 6 (for example, 25, 50, 75, 100, 200, etc.) horizontally with their centers aligned. And the boat 7 is comprised so that it may carry in and out with the raising / lowering of the raising / lowering stand 33 by a boat elevator with respect to the process chamber 13 of the process tube 12. FIG.

(排気系)
マニホールド14には、排気系として処理室13内を排気するための排気ライン15の一端が接続されている。排気ライン15の他端は反応炉10内を真空排気する真空ポンプとしてのメカニカルブースタポンプ16およびドライポンプ17に接続されている。
(Exhaust system)
One end of an exhaust line 15 for exhausting the inside of the processing chamber 13 as an exhaust system is connected to the manifold 14. The other end of the exhaust line 15 is connected to a mechanical booster pump 16 and a dry pump 17 as vacuum pumps that evacuate the reactor 10.

(ガス供給系)
マニホールド14における排気ライン15の例えば接続部側とその反対側の部位には、各種のガスを処理室13内に供給する第1ノズル18と第2ノズル28が垂直に敷設されている。第1ノズル18及び第2ノズル28はそれらの下端部がマニホールド14に固定されることにより垂直に支持されている。
(Gas supply system)
A first nozzle 18 and a second nozzle 28 for supplying various gases into the processing chamber 13 are laid vertically at, for example, a portion of the manifold 14 on the exhaust line 15 on the side opposite to the connecting portion. The first nozzle 18 and the second nozzle 28 are vertically supported by their lower ends fixed to the manifold 14.

ウエハ6の配列方向に伸びた第1ノズル18の第1ガス供給口は、例えば処理室13の一端側となる上端部に配置されており、第1ノズル18の第1ガス供給口から吹き出したガスは処理室13の上端部から処理室13内を流下するようになっている。   The first gas supply port of the first nozzle 18 extending in the arrangement direction of the wafers 6 is disposed at, for example, the upper end portion that is one end side of the processing chamber 13, and is blown out from the first gas supply port of the first nozzle 18. The gas flows through the processing chamber 13 from the upper end of the processing chamber 13.

ウエハ6の配列方向に伸びた第2ノズル28の第2ガス供給口は、ウエハ6を処理する処理室13の基板処理領域に配置されており、第2ノズル28の第2ガス供給口から吹き出したガスは処理室13の基板処理領域から処理室13内を流下するようになっている。 The second gas supply port of the second nozzle 28 extending in the arrangement direction of the wafers 6 is disposed in the substrate processing region of the processing chamber 13 for processing the wafer 6, and blows out from the second gas supply port of the second nozzle 28. The gas flows in the processing chamber 13 from the substrate processing region of the processing chamber 13.

第1ノズル18には、反応炉10内に少なくともシリコン元素及び塩素元素含有ガス(以下、第1ガスという)を供給するシリコン及び塩素含有ガス供給ライン(以下、第1ガス供給ラインという)L1と、反応炉10内に例えば窒素ガスなどの不活性ガス(以下、第6ガスという)を供給する不活性ガス供給ライン(以下、第6ガス供給ラインという)L6と、がそれぞれ並列に接続されている。 The first nozzle 18 includes a silicon and chlorine containing gas supply line (hereinafter referred to as a first gas supply line) L1 for supplying at least a silicon element and chlorine element containing gas (hereinafter referred to as a first gas) into the reaction furnace 10; An inert gas supply line (hereinafter referred to as a sixth gas supply line) L6 for supplying an inert gas such as nitrogen gas (hereinafter referred to as a sixth gas) into the reaction furnace 10 is connected in parallel. Yes.

第1ガス供給ラインL1の上流側端は第1のガスを供給するガス供給源(以下、第1ガス供給源という)T1に接続されており、第1ガス供給ラインL1の途中には開閉弁(以下、第1開閉弁という)V1および流量制御装置(以下、第1流量制御器という)M1が、第1ガス供給源T1側から順に介設されている。第1ガスは成膜ガスとして機能する。   An upstream end of the first gas supply line L1 is connected to a gas supply source (hereinafter referred to as a first gas supply source) T1 for supplying a first gas, and an on-off valve is provided in the middle of the first gas supply line L1. V1 (hereinafter referred to as a first on-off valve) and a flow rate control device (hereinafter referred to as a first flow rate controller) M1 are provided in order from the first gas supply source T1 side. The first gas functions as a film forming gas.

第6ガス供給ラインL6の上流側端は第6のガスを供給するガス供給源(以下、第6ガス供給源という)T6に接続されており、第6ガス供給ラインL6の途中には開閉弁(以下、第6開閉弁という)V6および流量制御器(以下、第6流量制御器という)M6が、第6ガス供給源T6側から順に介設されている。第6ガス(不活性ガス)は、処理室13内や第1ガス供給ラインL1をパージするガスや、第1ガスを希釈して運搬するキャリアガスとして機能する。   The upstream end of the sixth gas supply line L6 is connected to a gas supply source (hereinafter referred to as a sixth gas supply source) T6 that supplies a sixth gas, and an on-off valve is provided in the middle of the sixth gas supply line L6. V6 (hereinafter referred to as the sixth on-off valve) and a flow rate controller (hereinafter referred to as the sixth flow rate controller) M6 are sequentially provided from the sixth gas supply source T6 side. The sixth gas (inert gas) functions as a gas for purging the processing chamber 13 and the first gas supply line L1, and a carrier gas for diluting and transporting the first gas.

第2ノズル28には、反応炉10内にシラン系ガス(以下、第21ガスという)を供給するシラン系ガス供給ライン(以下、第21ガス供給ラインという)L21と、反応炉10内に第21ガス以外のシラン系化合物ガス(以下、第22ガス)を供給するシラン系化合物ガス供給ライン(以下、第22ガス供給ライン)L22と、反応炉10内に例えば水素ガス(以下、第4ガスという)を供給する水素ガス供給ライン(以下、第4ガス供給ラインという)L4と、反応炉10内に例えば窒素ガスなどの不活性ガス(以下、第5ガスという)を供給する不活性ガス供給ライン(以下、第5ガス供給ラインという)L5と、がそれぞれ並列に接続されている。第21ガス及び第22ガス(以下、総称して第2ガスという)は、第1ガスとは異なる種類の少なくともシリコン元素を含有するガスである。なお、第21ガス供給ラインL21及び第22ガス供給ラインL22を総称して第2ガス供給ラインL2という。   The second nozzle 28 includes a silane-based gas supply line (hereinafter referred to as a 21st gas supply line) L 21 for supplying a silane-based gas (hereinafter referred to as a 21st gas) into the reaction furnace 10, and a A silane compound gas supply line (hereinafter referred to as the 22nd gas supply line) L22 for supplying a silane compound gas other than 21 gas (hereinafter referred to as the 22nd gas) L22 and a hydrogen gas (hereinafter referred to as 4th gas) in the reaction furnace 10, for example. A hydrogen gas supply line (hereinafter referred to as a fourth gas supply line) L4 and an inert gas supply for supplying an inert gas (hereinafter referred to as a fifth gas) such as nitrogen gas into the reaction furnace 10. Lines (hereinafter referred to as fifth gas supply lines) L5 are respectively connected in parallel. The 21st gas and the 22nd gas (hereinafter collectively referred to as the second gas) are gases containing at least a silicon element of a type different from the first gas. The twenty-first gas supply line L21 and the twenty-second gas supply line L22 are collectively referred to as a second gas supply line L2.

第21ガス供給ラインL21の上流側端はシラン系ガス供給源T21(以下、第21ガス供給源という)に接続されており、第21ガス供給ラインL21の途中には開閉弁(以下、第21開閉弁という)V21および流量制御器(以下、第21流量制御器という)M21が、第21ガス供給源T21側から順に介設されている。第21ガス(シラン系ガス)は第2の前処理ガス若しくは成膜ガスとして機能する。   The upstream end of the twenty-first gas supply line L21 is connected to a silane-based gas supply source T21 (hereinafter referred to as a twenty-first gas supply source), and an on-off valve (hereinafter referred to as a twenty-first valve) is provided in the middle of the twenty-first gas supply line L21. An on-off valve (V21) and a flow rate controller (hereinafter referred to as a 21st flow rate controller) M21 are sequentially provided from the 21st gas supply source T21 side. The 21st gas (silane-based gas) functions as a second pretreatment gas or a film forming gas.

第22ガス供給ラインL22の上流側端はシラン系化合物ガス供給源T22(以下、第22ガス供給源という)に接続されており、第22ガス供給ラインL22の途中には開閉弁(以下、第22開閉弁という)V22および流量制御器(以下、第22流量制御器という)M22が、第22ガス供給源T22側から順に介設されている。第22ガス(シラン系化合物ガス)は第2の前処理ガス若しくは成膜ガスとして機能する。   The upstream end of the twenty-second gas supply line L22 is connected to a silane compound gas supply source T22 (hereinafter referred to as the twenty-second gas supply source), and an on-off valve (hereinafter referred to as the second gas supply line L22) is provided in the middle of the twenty-second gas supply line L22. 22 on-off valve) and a flow rate controller (hereinafter referred to as a 22nd flow rate controller) M22 are provided in order from the 22nd gas supply source T22 side. The 22nd gas (silane compound gas) functions as a second pretreatment gas or a film forming gas.

第4ガス供給ラインL4の上流側端は例えば水素ガスを供給するガス供給源T4(以下、第4ガス供給源という)に接続されており、第4ガス供給ラインL4の途中には開閉弁(以下、第4開閉弁という)V4および流量制御器(以下、第4流量制御器という)M4が、第4ガス供給源T4側から順に介設されている。   The upstream end of the fourth gas supply line L4 is connected to, for example, a gas supply source T4 (hereinafter referred to as a fourth gas supply source) that supplies hydrogen gas. Hereinafter, a fourth open / close valve (V4) and a flow rate controller (hereinafter referred to as a fourth flow rate controller) M4 are sequentially provided from the fourth gas supply source T4 side.

第5ガス供給ラインL5の上流側端は例えば窒素ガス等の不活性ガスを供給するガス供給源T5(以下、第5ガス供給源という)に接続されており、第5ガス供給ラインL5の途中には開閉弁(第5開閉弁という)V5および流量制御器(以下、第5流量制御器という)M5が、第5ガス供給源T5側から順に介設されている。第5ガス(不活性ガス)は、処理室13内や第21ガス供給ラインL21、第22ガス供給ラインL22、第4ガス供給ラインL4をパージするガスや、第21ガス、第22ガスを希釈して運搬するキャリアガスとして機能する。   An upstream end of the fifth gas supply line L5 is connected to a gas supply source T5 (hereinafter referred to as a fifth gas supply source) that supplies an inert gas such as nitrogen gas, for example, and is in the middle of the fifth gas supply line L5. Is provided with an open / close valve (referred to as a fifth open / close valve) V5 and a flow rate controller (hereinafter referred to as a fifth flow rate controller) M5 in order from the fifth gas supply source T5 side. The fifth gas (inert gas) dilutes the gas for purging the processing chamber 13 and the 21st gas supply line L21, the 22nd gas supply line L22, the 4th gas supply line L4, the 21st gas, and the 22nd gas. It functions as a carrier gas to be carried.

(コントローラ)
第1ガス供給ラインL1の第1開閉弁V1および第1流量制御器M1、第21ガス供給ラインL21の第21開閉弁V21および第21流量制御器M21と、第22ガス供給ラインL22の第22開閉弁V22および第22流量制御器M22、第4ガス供給ラインL4の第4開閉弁V4および第4流量制御器M4、第5ガス供給ラインL5の第5開閉弁V5および第5流量制御器M5、第6ガス供給ラインL6の第6開閉弁V6および第6流量制御器Mは、コントローラ19に電気的に接続されている。
(controller)
The first on-off valve V1 and the first flow rate controller M1 of the first gas supply line L1, the 21st on-off valve V21 and the 21st flow rate controller M21 of the 21st gas supply line L21, and the 22nd of the 22nd gas supply line L22. On-off valve V22 and 22nd flow rate controller M22, 4th on-off valve V4 and 4th flow rate controller M4 of 4th gas supply line L4, 5th on-off valve V5 and 5th flow rate controller M5 of 5th gas supply line L5 , sixth closing valve V6 and sixth flow controller M 6 of the sixth gas supply line L6 is electrically connected to the controller 19.

具体的には、コントローラ19は、流量制御器M1、M21、M22、M4、M5、M6を流量制御しつつ、それぞれ開閉弁V1、V21、V22、V4、V5、V6を開閉制御することにより、処理室13内に所定のタイミングにて所定の流量のガス供給を開始し、或いはガス供給を停止するようにしている。また、コントローラ19は、温度センサにより検出された温度情報に基づきヒータユニット11への通電具合を調整し、処理室13内及びウエハ6表面が所定のタイミングにて所定の温度となるようにしている。   Specifically, the controller 19 controls the flow rate of the flow controllers M1, M21, M22, M4, M5, and M6, and controls the open / close valves V1, V21, V22, V4, V5, and V6, respectively. Gas supply at a predetermined flow rate is started at a predetermined timing in the processing chamber 13 or gas supply is stopped. Further, the controller 19 adjusts the power supply to the heater unit 11 based on the temperature information detected by the temperature sensor so that the inside of the processing chamber 13 and the surface of the wafer 6 reach a predetermined temperature at a predetermined timing. .

また、コントローラ19は、成膜処理において、処理室13内に第22ガスを供給し、この第22ガスを供給後、処理室13内に第21ガスを供給して、ウエハ6上に、アモルファス、エピタキシャル、又はポリ状態のシリコン膜を形成することもある。 The controller 19, in the film-forming process, the first 22 gas is supplied into the processing chamber 13, after supplying the first 22 gas, and supplying the first 21 gas into the processing chamber 13, on U Fine 6, amorphous, epitaxial, or forming a silicon film of poly state there.

また、コントローラ19は、この他にもメカニカルブースタポンプ16や、ドライポンプ17やCVD装置を構成するその他の各部に電気的に接続されており、例えばウエハを搬送する搬送手段を制御してウエハを処理室13内に搬送したり、ウエハを搬送する搬送手段を制御してウエハを処理室13内から処理室13外へ搬出したり、処理室13内を減圧したり、大気圧に復帰したりするようにしている。 The controller 19 is also electrically connected to the mechanical booster pump 16, the dry pump 17, and other parts constituting the CVD apparatus. For example, the controller 19 controls the transfer means for transferring the wafer 6 to control the wafer. 6 is transferred into the processing chamber 13, the transfer means for transferring the wafer 6 is controlled to carry the wafer 6 out of the processing chamber 13, to reduce the pressure inside the processing chamber 13, To return to.

他の実施の形態によっては、コントローラ19は、成膜処理前に処理室13内を加熱維持しつつ、第5ガス供給ラインL5を制御して、処理室13内に第5ガス(不活性ガス(Nガス))を供給しつつ排気して、処理室13内に付着した水分を脱離させる水脱離処理を行うこともある。なお、この第5ガスは、水脱離処理以降の処理において、常に供給し続けるようにすることもある。 In some other embodiments, the controller 19 controls the fifth gas supply line L5 while heating and maintaining the inside of the processing chamber 13 before the film forming process, so that the fifth gas (inert gas) is contained in the processing chamber 13. (N 2 gas)) may be exhausted while being supplied, and a water desorption process for desorbing moisture adhering to the inside of the processing chamber 13 may be performed. Note that the fifth gas may be continuously supplied in the processes after the water desorption process.

[基板処理工程]
以下、本発明の一実施の形態であるIC製造方法の一工程としての基板処理工程を、前記構成に係るCVD装置を使用してウエハ上にシリコン膜を形成する場合について、図2に示されたプロセスフロー及び図3に示されたガス供給タイミングにそって説明する。
[Substrate processing process]
Hereinafter, a substrate processing step as one step of an IC manufacturing method according to an embodiment of the present invention is shown in FIG. 2 in the case where a silicon film is formed on a wafer 6 using the CVD apparatus according to the above configuration. The process flow and the gas supply timing shown in FIG. 3 will be described.

(ウエハ搬送工程)
図2に示されたウエハ搬送工程(S201)において、シールキャップ43を介して昇降台33に支持されたボート7が上昇して、プロセスチューブ12の処理室13内にボート搬入搬出口8から搬入(ボートローディング)される。ボート7が上限に達すると、シールキャップ43の上面の周辺部がシールリングを介してボート搬入搬出口8をシール状態に閉塞するため、プロセスチューブ12の処理室13は気密に閉じられた状態になる。
(Wafer transfer process)
In the wafer transfer step (S201) shown in FIG. 2, the boat 7 supported by the lifting platform 33 rises through the seal cap 43 and is transferred into the processing chamber 13 of the process tube 12 from the boat loading / unloading port 8. (Boat loading). When the boat 7 reaches the upper limit, the periphery of the upper surface of the seal cap 43 closes the boat loading / unloading port 8 in a sealed state via the seal ring, so that the processing chamber 13 of the process tube 12 is closed in an airtight manner. Become.

(温度及び減圧工程)
ウエハ搬送後、図2に示された昇温及び減圧工程(S203)において、処理室13内の温度が所定の温度となるようにヒータユニット11によって処理室13内が加熱される。また、処理室13内がメカニカルブースタポンプ16およびドライポンプ17によって排気ライン15を通じて真空排気される。これにより、処理室13内の圧力は、大気圧よりも低い圧力になるように制御される。また、ボート7が所定の回転速度で回転させられる。
(Temperature and decompression process)
After the wafer transfer, the interior of the processing chamber 13 is heated by the heater unit 11 so that the temperature in the processing chamber 13 becomes a predetermined temperature in the temperature raising and depressurization step (S203) shown in FIG. Further, the inside of the processing chamber 13 is evacuated through the exhaust line 15 by the mechanical booster pump 16 and the dry pump 17. Thereby, the pressure in the processing chamber 13 is controlled to be a pressure lower than the atmospheric pressure. Further, the boat 7 is canceller rotated at a predetermined rotational speed.

(水脱離工程)
温度及び減圧工程の後に水脱離工程(S205)が行われると良い。このステップでは、第6開閉弁V6若しくは第5開閉弁V5が開かれる。真空排気した状態の処理室13内に、第6ガス供給源T6の第6ガス(窒素ガス)若しくは第5ガス供給源T5の第5ガス(窒素ガス)が、第6供給ラインL6、第6開閉弁V6、第6流量制御器M6、若しくは第5供給ラインL5、第5開閉弁V5、第5流量制御器M5を通じて、第1ノズル18の第1ガス供給口若しくは第2ノズル28の第2ガス供給口から供給され(図3)、排気ライン15から排気される。このようにして、処理室13内に不活性ガス(Nガス)を供給しつつ排気して、処理室13内に付着した水分を脱離させる。なお、真空排気した状態の処理室13内への窒素ガスの供給は、水脱離工程以後維持される。また、前処理として、基板表面を清浄するために、水素ガスを供給しても良い。
(Water desorption process)
A water desorption step (S205) may be performed after the temperature and pressure reduction step. In this step, the sixth on-off valve V6 or the fifth on-off valve V5 is opened. The sixth gas (nitrogen gas) of the sixth gas supply source T6 or the fifth gas (nitrogen gas) of the fifth gas supply source T5 enters the sixth supply line L6, the sixth gas in the processing chamber 13 in the evacuated state. The first gas supply port of the first nozzle 18 or the second of the second nozzle 28 is passed through the on-off valve V6, the sixth flow rate controller M6, or the fifth supply line L5, the fifth on-off valve V5, and the fifth flow rate controller M5. It is supplied from the gas supply port (FIG. 3) and exhausted from the exhaust line 15. In this way, the inert gas (N 2 gas) is supplied into the processing chamber 13 and exhausted to desorb moisture adhering to the processing chamber 13. The supply of nitrogen gas into the processing chamber 13 in the evacuated state is maintained after the water desorption process. Further, as a pretreatment, in order to clean the substrate surface, may be supplied to the hydrogen gas.

(成膜処理工程)
次に成膜温度及び処理圧力を安定化させた後、図2に示す成膜処理工程(S211)において、処理室13内への第1ガスと第2ガスとの原料ガス供給が少なくとも1回以上実施される(図3)。ここで、処理室13内への第1ガスと第2ガスとの原料ガス供給が少なくとも1回以上実施される場合には、第1ガスと第2ガスとが前後して供給される場合と、第1ガスと第2ガスとが交互に供給される場合とが含まれる。なお、処理室13内に第1ガスとこの第1ガスと異なる種類の第2ガスとの同時供給実施してもよい。
(Film forming process)
Next, after stabilizing the film forming temperature and the processing pressure, the source gas supply of the first gas and the second gas into the processing chamber 13 is performed at least once in the film forming process step (S211) shown in FIG. This is performed (FIG. 3). Here, when the source gas supply of the first gas and the second gas into the processing chamber 13 is performed at least once, the case where the first gas and the second gas are supplied back and forth, The case where the first gas and the second gas are alternately supplied is included. Note that the first gas and the second gas of a different type from the first gas may be simultaneously supplied into the processing chamber 13.

これらのガスは第1開閉弁V1、第21開閉弁V21、第22開閉弁V22及び第1流量制御器M1、第21流量制御器M21、第22流量制御器M22がコントローラ19によって制御されることにより、第1ガス供給ラインL1、第21ガス供給ラインL21、第22ガス供給ラインL22を介して第1ノズル18の第1ガス供給口、第2ノズル28の第2ガス供給口から処理室13内に適宜供給される。   These gases are controlled by the controller 19 by the first on-off valve V1, the 21st on-off valve V21, the 22nd on-off valve V22, the first flow rate controller M1, the 21st flow rate controller M21, and the 22nd flow rate controller M22. Thus, the processing chamber 13 passes through the first gas supply port of the first nozzle 18 and the second gas supply port of the second nozzle 28 via the first gas supply line L1, the 21st gas supply line L21, and the 22nd gas supply line L22. To be supplied appropriately.

なお、本実施形態に係る成膜処理工程(S211)の処理条件としては、
処理温度:室温以上450℃以下、好ましくは350℃以上450℃以下、より好ましくは上限温度が400℃以下
処理圧力:13Pa以上13330Pa以下
モノシランガス(第2ガス)供給流量:10sccm以上2000sccm以下
ジクロロシランガス(第1ガス)供給流量:10sccm以上2000sccm以下
が例示される。
In addition, as a process condition of the film-forming process (S211) which concerns on this embodiment,
Treatment temperature: room temperature to 450 ° C., preferably 350 ° C. to 450 ° C., more preferably upper limit temperature is 400 ° C. or less Treatment pressure: 13 Pa to 13330 Pa Monosilane gas (second gas) supply flow rate: 10 sccm to 2000 sccm Dichlorosilane gas ( First gas) Supply flow rate: 10 sccm or more and 2000 sccm or less is exemplified.

この成膜処理工程では、シリコン元素含有ガスに加えて、初期成膜が容易なシリコン元素及び塩素元素含有ガスを用いるので、ウエハ上に構成されている膜上、例えば、絶縁膜上にシリコン核が形成され、所定の膜厚のシード層を形成することができるので、ウエハ上の絶縁膜に大気圧未満の圧力、450℃以下の低温で、アモルファス、エピタキシャル、又はポリ状態のシリコン膜を容易に形成することができる。また、この成膜処理工程の際、ボート7が回転させられることにより、原料ガスがウエハ6の表面に均一に接触るため、ウエハ6の上の絶縁膜に、アモルファス、エピタキシャル、又はポリ状態のシリコン膜が均一に形成される。アモルファスシリコン膜は主にシリコン元素含有ガス(シラン系ガス)を連続して供給することにより得られ、ポリシリコン膜やエピタキシャル膜は主にシリコン元素及び塩素元素含有ガスとシラン系ガスを交互に供給することにより得られる。なお、一般的に、例えばエピタキシャルシリコン膜は400℃〜600℃、ポリシリコン膜は400℃〜650℃、アモルファスシリコン膜は350℃〜550℃でそれぞれ得られる。なお、成膜処理工程のガス供給タイミングは、後に図5〜図10に沿って詳細に説明する。 In this film forming process, in addition to the silicon element-containing gas, a silicon element and chlorine element-containing gas that allows easy initial film formation is used, so that silicon on the film formed on the wafer 6 , for example, on the insulating film nuclei are formed, it is possible to form a seed layer of predetermined thickness, the pressure below atmospheric in the insulating film on the wafer pressure, at a low temperature of 450 ° C. or less, amorphous, epitaxial, or silicon film poly state Can be easily formed. Further, when the film forming processing step, by boat 7 is canceler rotated, order to uniformly contact the material gas to the surface of the wafer 6, on an insulating film on the wafer 6, amorphous, epitaxial, Alternatively, a poly-state silicon film is uniformly formed. Amorphous silicon film is mainly obtained by continuously supplying a silicon element-containing gas (silane gas), a polysilicon film or an epitaxial film is mainly a silicon element and a chlorine element-containing gas and silane gas are alternately It is obtained by supplying. In general, for example, an epitaxial silicon film is obtained at 400 ° C. to 600 ° C., a polysilicon film is obtained at 400 ° C. to 650 ° C., and an amorphous silicon film is obtained at 350 ° C. to 550 ° C., respectively. The gas supply timing in the film forming process will be described in detail later with reference to FIGS.

(降温及び大気圧復帰工程)
予め設定された処理時間経過後、図2に示す降温及び大気圧復帰工程(S213)において、第1開閉弁V1、第21開閉弁V21、第22開閉弁V22が閉じられることにより、原料ガスの処理室13内への供給が停止され、サイクルパージステップが実施される。このサイクルパージステップにおいて、第5開閉弁V5、第6開閉弁V6が開かれ、処理室13内および第1ノズル18、第2ノズル28内が窒素ガスによってサイクルパージされる。続いて、処理室13内の温度を自然冷却により所定温度まで降温し、処理室13への窒素ガスの供給によって処理室13内が大気圧まで戻される。
(Cooling and atmospheric pressure recovery process)
After the elapse of a preset processing time, the first on-off valve V1, the 21st on-off valve V21, and the 22nd on-off valve V22 are closed in the temperature lowering and atmospheric pressure return step (S213) shown in FIG. Supply to the processing chamber 13 is stopped, and a cycle purge step is performed. In this cycle purge step, the fifth on-off valve V5 and the sixth on-off valve V6 are opened, and the inside of the processing chamber 13 and the inside of the first nozzle 18 and the second nozzle 28 are cycle purged with nitrogen gas. Subsequently, the temperature in the processing chamber 13 is lowered to a predetermined temperature by natural cooling, and the inside of the processing chamber 13 is returned to atmospheric pressure by supplying nitrogen gas to the processing chamber 13.

(ウエハ搬送工程)
降温及び大気圧復帰工程後、図2に示すウエハ搬送工程(S215)において、シールキャップ43およびボート7を支持した昇降台33が下降されることにより、処理済みウエハ6を保持したボート7が待機室3に搬出(ボートアンローディング)される。
(Wafer transfer process)
After the temperature lowering and atmospheric pressure returning process, in the wafer transfer process (S215) shown in FIG. 2, the lift table 33 supporting the seal cap 43 and the boat 7 is lowered, so that the boat 7 holding the processed wafer 6 waits. Carried out to the chamber 3 (boat unloading).

以降、前述した作用が繰り返されることにより、ウエハ6が複数枚(例えば、25枚、50枚、75枚、100枚、200枚等)ずつ、CVD装置によってバッチ処理されて行く。   Thereafter, by repeating the above-described operation, a plurality of wafers 6 (for example, 25, 50, 75, 100, 200, etc.) are batch processed by the CVD apparatus.

以下、後に詳細に説明するとした成膜処理工程のガス供給タイミングについて、図5〜図10に例示した第1〜第6の実施の形態を用いて説明する。   Hereinafter, the gas supply timing of the film-forming process described in detail later will be described using the first to sixth embodiments illustrated in FIGS.

(第1の実施の形態の成膜処理工程のガス供給タイミング(図5))
図5に示すように、第1ノズル18の第1ガス供給口から処理室13内に第1ガス(シリコン元素及び塩素元素含有ガス(塩素含有シラン系ガス))を所定時間供給し、この第1ガスを供給後、第2ノズル28のガス供給口から処理室13内に第2ガス(シリコン元素含有ガス(シラン系ガス))を前記所定時間よりも長い時間継続して供給する。図4(a)に示すように、絶縁膜上にシリコン膜を形成するには、まず、シリコン原子を結晶核として形成することで、絶縁膜上にシリコン膜を形成しやすい状態にする。次に、密度の高い結晶核を形成し、これを成長の核として成長させる。しかし、500℃以下の成膜温度では、モノシラン(SiH)などのシラン系ガスを用いた場合、Si膜を絶縁膜上に形成させるのは困難である。しかし、塩素含有シラン系ガスを先に流すことにより、図4(d)に示すように、Cl元素を含むガス種が初期成膜に寄与して、絶縁膜表面にCl元素を含むシード層が形成され、このシード層のCl元素がシラン系ガス、例えばモノシランガス(SiH)のSiで置換されるので、絶縁膜上にアモルファス、エピタキシャル、又はポリ状態のシリコン膜が安定して成膜する。ここで、シリコン元素及び塩素元素含有ガスは、例えば、ジクロロシラン(DCS:SiHCl)、トリクロロシラン(SiHCl)、テトラクロロシラン(SiCl)、ヘキサクロロジシラン(HCD:SiCl)などである。このシリコン元素及び塩素ガス含有ガスと異なる種類のシリコン元素含有ガスは、例えば、モノシラン(SiH)、ジシラン(Si)、トリシラン(Si)などの何れか1種である。
(Gas supply timing of the film forming process of the first embodiment (FIG. 5))
As shown in FIG. 5, a first gas (silicon element and chlorine element-containing gas (chlorine-containing silane-based gas)) is supplied into the processing chamber 13 from the first gas supply port of the first nozzle 18 for a predetermined time. After supplying one gas, the second gas (silicon element-containing gas (silane-based gas)) is continuously supplied from the gas supply port of the second nozzle 28 into the processing chamber 13 for a time longer than the predetermined time. As shown in FIG. 4A, in order to form a silicon film on an insulating film, first, silicon atoms are formed as crystal nuclei so that the silicon film can be easily formed on the insulating film. Next, high-density crystal nuclei are formed and grown as growth nuclei. However, when a silane-based gas such as monosilane (SiH 4 ) is used at a film forming temperature of 500 ° C. or lower, it is difficult to form the Si film on the insulating film. However, by flowing the chlorine-containing silane-based gas first, as shown in FIG. 4D, the gas species containing Cl element contributes to the initial film formation, and the seed layer containing Cl element is formed on the insulating film surface. It is formed, since the Cl element in the seed layer is replaced by Si in the silane-based gas, for example monosilane (SiH 4), amorphous on the insulating film, epitaxial, or silicon film poly state is stably deposited . Here, the silicon element and chlorine element-containing gas is, for example, dichlorosilane (DCS: SiH 2 Cl 2 ), trichlorosilane (SiHCl 3 ), tetrachlorosilane (SiCl 4 ), hexachlorodisilane (HCD: Si 2 Cl 6 ), or the like. It is. The silicon element-containing gas different from the silicon element and chlorine gas-containing gas is, for example, any one of monosilane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), trisilane (Si 3 H 8 ), and the like.

従って、処理室13内に第1ノズル18から塩素含有シリコン系ガスを導入し、塩素含有シリコン系ガスを導入した後、第2ノズル28からシリコン系ガスを導入して成膜すると、シリコン基板表面や絶縁膜表面にCl元素を含むシード層が形成された後に、シラン系ガスによりCl元素がSi元素に置換され、低温で分解しない場合にも成膜することができるようになる。したがって、絶縁膜にアモルファス、エピタキシャル、又はポリ状態のシリコン膜を低温で成膜できる。したがって、ノンプラズマで成膜を実施できるので、プラズマ発生装置などの高価な装置を設けずに済む。
なお、ガス供給条件としては、
モノシランガス供給流量:10sccm以上2000sccm以下
ジクロロシランガス供給流量:10sccm以上2000sccm以下
モノシランガス供給時間:5秒以上60分以内
が例示される。
Accordingly, after introducing the chlorine-containing silicon-based gas from the first nozzle 18 into the processing chamber 13 and introducing the chlorine-containing silicon-based gas, and then introducing the silicon-based gas from the second nozzle 28, the silicon substrate surface is formed. and after the seed layer including the element Cl is formed on the insulation Enmaku surface, Cl element are replaced with Si element with a silane-based gas, it is possible to deposit even when not decompose at low temperatures. Therefore, amorphous on the insulation film, epitaxial, or a silicon film of poly state film can be formed at a low temperature. Therefore, since film formation can be performed by non-plasma, it is not necessary to provide an expensive apparatus such as a plasma generator.
As gas supply conditions,
Monosilane gas supply flow rate: 10 sccm or more and 2000 sccm or less Dichlorosilane gas supply flow rate: 10 sccm or more and 2000 sccm or less Monosilane gas supply time: 5 seconds or more and 60 minutes or less are exemplified.

(第2の実施の形態の成膜処理工程のガス供給タイミング(図6))
第2の実施の形態が、第1の実施の形態と異なる点は、図6に示すように、処理室13内へのCl元素を含むシラン系ガス種の供給とシラン系ガスの供給を交互に実施している点である。具体的には、処理室13内にシラン系ガスと塩素含有シラン系ガスとを、第2ノズル28の第2ガス供給口と第1ノズル18の第1ガス供給口とから交互に供給している点である。この場合、シラン系ガスと塩素含有シラン系ガスとのガス供給の間に、N等の不活性ガスを第5ガス供給ラインL5と第6ガス供給ラインL6とから処理室13内に供給して、第2ガス供給ラインL2、第1ガス供給ラインL1、及び処理室13内に残留する原料ガスをパージすることが好ましい。Cl元素を含むガス種とシラン系ガスとを用いて、これらのガスを交互に供給すると、図4(d)に示すように、Cl元素を含むガス種により基板表面にCl元素含むシード層が形成され、このシード層のCl元素がシラン系ガス、例えばモノシランガス(SiH)のSiで置換され、このシード層の形成、置換が交互に繰り返されることによって、絶縁膜上にアモルファス、エピタキシャル、又はポリ状態のシリコン膜が低温で安定して成膜する。
このとき、好ましくは、塩素含有シランガスをはじめに供給することが好ましい。これにより、塩素原子によって基板上に存在する自然酸化膜や不純物等を除去することができる。
なお、図6では、ガス供給時間は同じ時間供給しているが、これに限らず、それぞれのガスの供給時間を異なるように設定しても良く、また、ガスの供給するタイミングが重なるようにガス供給を実施しても良い。
(Gas supply timing of the film forming process of the second embodiment (FIG. 6))
The second embodiment differs from the first embodiment in that supply of a silane-based gas species containing Cl element and supply of silane-based gas into the processing chamber 13 are alternately performed as shown in FIG. This is the point that is implemented. Specifically, silane-based gas and chlorine-containing silane-based gas are alternately supplied into the processing chamber 13 from the second gas supply port of the second nozzle 28 and the first gas supply port of the first nozzle 18. It is a point. In this case, an inert gas such as N 2 is supplied into the processing chamber 13 from the fifth gas supply line L5 and the sixth gas supply line L6 during the gas supply of the silane-based gas and the chlorine-containing silane-based gas. Thus, it is preferable to purge the source gas remaining in the second gas supply line L2, the first gas supply line L1, and the processing chamber 13. When these gases are alternately supplied using a gas species containing Cl element and a silane-based gas, as shown in FIG. 4D , a seed layer containing Cl element on the substrate surface by the gas species containing Cl element. There is formed, Cl element silane-based gas of the seed layer, is substituted with Si, for example monosilane gas (SiH 4), by the formation of the seed layer, substitutions are alternately repeated, amorphous on the insulation film, epitaxial Alternatively, a silicon film in a poly state is stably formed at a low temperature.
At this time, it is preferable to supply the chlorine-containing silane gas first. Thereby, the natural oxide film, impurities, etc. existing on the substrate can be removed by chlorine atoms.
In FIG. 6, the gas supply time is supplied for the same time. However, the gas supply time is not limited to this, and the gas supply times may be set differently, and the gas supply timings overlap. Gas supply may be performed.

Cl元素を含むシラン系ガス種とシラン系ガスとは、共に、2秒から10分の範囲で供給する。2種類のガスを異なるタイミングで供給する際に、流量率、時間を変化させることで、低温条件下で安定して気相成長を抑制し、薄膜シリコン膜を均一性良く得ることができる。   Both the silane-based gas species containing Cl element and the silane-based gas are supplied in the range of 2 seconds to 10 minutes. When supplying two kinds of gases at different timings, by changing the flow rate and time, it is possible to stably suppress vapor phase growth under low temperature conditions and obtain a thin silicon film with good uniformity.

本実施の形態によれば、塩素含有シラン系ガスを導入後、シリコン基板上や絶縁膜上にCl元素を含むシード層が形成され、後にシラン系ガスによりCl元素がSi元素に置換し、これを繰り返すことにより、低温で容易にガスが分解しない場合にも成膜することができるようになる。
なお、ガス供給条件としては、
モノシランガス供給流量:10sccm以上2000sccm以下
ジクロロシランガス供給流量:10sccm以上2000sccm以下
モノシランガス供給時間:2秒以上10分以下
ジクロロシランガス供給時間:2秒以上10分以下
が例示される。
According to the present embodiment, after introducing the chlorine-containing silane-based gas, a seed layer containing Cl element is formed on the silicon substrate or the insulating film, and the Cl element is subsequently replaced by Si element by the silane-based gas. By repeating the above, it becomes possible to form a film even when the gas is not easily decomposed at a low temperature.
As gas supply conditions,
Monosilane gas supply flow rate: 10 sccm to 2000 sccm Dichlorosilane gas supply flow rate: 10 sccm to 2000 sccm Monosilane gas supply time: 2 seconds to 10 minutes Dichlorosilane gas supply time: 2 seconds to 10 minutes

(第3の実施の形態の成膜処理工程のガス供給タイミング(図7))
第3の実施の形態が、第2の実施の形態と異なる点は、図7に示すように、処理室13内へのCl元素を含むシラン系ガス種の供給と、シラン系ガス及びシラン系化合物ガスの供給とを実施している点である。具体的には、処理室13内にシラン系化合物ガス(ジシラン)とシラン系ガス(モノシラン)と塩素含有シラン系ガス(ジクロロシラン)とを交互に供給している点である。この場合、シラン系化合物ガス、シラン系ガス、及び塩素含有シラン系ガスの供給の間にN等の不活性ガスを処理室13内に供給して、第21ガス供給ラインL21、第22ガス供給ラインL22、処理室13内に残留する原料ガスをパージすることが好ましい。第3の実施の形態のように、Cl元素を含むガス種とシラン系ガスとシラン系化合物ガスとを用いて、これらのガスを交互に供給すると、Cl元素を含むガス種によりシード層が絶縁膜上に形成され、このシード層のCl元素がシラン系ガス、例えばモノシランガス(SiH)のSiで置換され、シード層の形成、置換が交互に繰り返されることによって、絶縁膜上にアモルファス、エピタキシャル、又はポリ状態のシリコン膜がより安定し、より低温で成膜する。
なお、ガス供給条件としては、
モノシランガス供給流量:10sccm以上2000sccm以下
ジシランガス供給流量:10sccm以上2000sccm以下
ジクロロシランガス供給流量:10sccm以上2000sccm以下
モノシランガス供給時間:2秒以上10分以下
ジシランガス供給時間:2秒以上10分以下
ジクロロシランガス供給時間:2秒以上10分以下
が例示される。
なお、本実施の形態では、塩素含有シラン系ガス、シラン系ガス及びシラン系化合物ガスを交互に供給したが、塩素含有シラン系ガスを供給した後、シラン系ガス及びシラン系化合物ガスを同時に供給しても良い。
(Gas supply timing of the film forming process of the third embodiment (FIG. 7))
The third embodiment differs from the second embodiment in that, as shown in FIG. 7, supply of a silane-based gas species containing Cl element into the processing chamber 13, silane-based gas, and silane-based The supply of compound gas is performed. Specifically, a silane compound gas (disilane), a silane gas (monosilane), and a chlorine-containing silane gas (dichlorosilane) are alternately supplied into the processing chamber 13. In this case, an inert gas such as N 2 is supplied into the processing chamber 13 during the supply of the silane compound gas, the silane gas, and the chlorine-containing silane gas, and the 21st gas supply line L21 and the 22nd gas are supplied. It is preferable to purge the source gas remaining in the supply line L22 and the processing chamber 13. As in the third embodiment, when these gases are alternately supplied using a Cl species-containing gas species, a silane-based gas, and a silane-based compound gas, the seed layer is insulated by the Cl species-containing gas species. The Cl element of the seed layer formed on the film is replaced with Si of a silane-based gas, for example, monosilane gas (SiH 4 ), and the formation and replacement of the seed layer are alternately repeated, so that the amorphous , The silicon film in the Pitachial or poly state is more stable and is formed at a lower temperature.
As gas supply conditions,
Monosilane gas supply flow rate: 10 sccm to 2000 sccm Disilane gas supply flow rate: 10 sccm to 2000 sccm Dichlorosilane gas supply flow rate: 10 sccm to 2000 sccm Monosilane gas supply time: 2 seconds to 10 minutes Disilane gas supply time: 2 seconds to 10 minutes Dichlorosilane gas supply time: Examples are 2 seconds or more and 10 minutes or less.
In this embodiment, chlorine-containing silane-based gas, silane-based gas, and silane-based compound gas are alternately supplied. However, after supplying chlorine-containing silane-based gas, silane-based gas and silane-based compound gas are simultaneously supplied. You may do it.

(第4の実施の形態の成膜処理工程のガス供給タイミング(図8))
上述した第1〜第3の実施の形態は、いずれも2種類の原料ガスのうちの1種に塩素含有シラン系ガスを用いたが、第4の実施の形態では、塩素含有シラン系ガスを用いず、シラン系ガス(モノシラン)とシラン系化合物ガス(ジシラン、トリシラン)との2種類のガスを用いた場合を例示する。
(Gas supply timing of the film forming process of the fourth embodiment (FIG. 8))
In the first to third embodiments described above, a chlorine-containing silane-based gas is used as one of the two types of source gases. However, in the fourth embodiment, a chlorine-containing silane-based gas is used. A case where two types of gases, ie, a silane-based gas (monosilane) and a silane-based compound gas (disilane, trisilane) are used is exemplified.

絶縁膜が形成されたウエハを処理室13内に搬送後、成膜処理を行うために、処理室13内にシラン系化合物ガスを供給し、このシラン系化合物ガスを供給後、処理室13内にシラン系ガスを供給している。ジシラン(Si)、トリシラン(Si)などのシラン系化合物ガスと、モノシラン(SiH)などのシラン系ガスとを用いて、図8に示すように、シラン系化合物ガスを先に供給し、シラン系ガスを後に供給すると、図4(c)に示すように、ジシランガス、トリシランなどは気相中で分解し、シード層が形成される。シード層形成後、シラン系ガス、例えばモノシランガス(SiH)などで積層成膜すると、絶縁膜上にアモルファス、エピタキシャル、又はポリ状態のシリコン膜が安定して成膜する。なお、この成膜処理工程において、成膜されるシリコン膜を導電型とするために、p型ドーパントであるホウ素含有ガスを供給するようにしてもよい。 After transferring the wafer 6 having an insulating film formed in the processing chamber 13, in order to perform a film forming process, supplying a silane-based compound gas into the processing chamber 13, after the supply of the silane-based compound gas, the processing chamber 13 A silane-based gas is supplied inside. Using a silane compound gas such as disilane (Si 2 H 6 ) or trisilane (Si 3 H 8 ) and a silane gas such as monosilane (SiH 4 ), as shown in FIG. If the silane-based gas is supplied first and then the silane-based gas is supplied later, as shown in FIG. 4C, disilane gas, trisilane, etc. are decomposed in the gas phase to form a seed layer. After the seed layer is formed, silane-based gas, for example monosilane (SiH 4) When the laminated film forming or the like, amorphous on the insulation film, epitaxial, or silicon film poly state is stably deposited. In this film forming process, a boron-containing gas that is a p-type dopant may be supplied in order to make the silicon film to be formed conductive.

このように第4の実施の形態によれば、原料ガスにジシランやトリシランなど金属膜と気相反応するガス種を選択したので、塩素含有シラン系ガスを用いなくても、450℃以下の成膜温度でも、絶縁膜上にアモルファス、エピタキシャル、又はポリ状態のシリコン膜を形成できる。これにより、ノンプラズマで実施できるのでプラズマ発生装置などの高価な装置を設けずに済む。 As described above, according to the fourth embodiment, since a gas species such as disilane and trisilane that reacts in a gas phase with a metal film is selected as a source gas, a composition of 450 ° C. or less can be formed without using a chlorine-containing silane-based gas. in film temperature, amorphous, epitaxial, or a silicon film of poly state can be formed on the insulating film. Thereby, since it can implement by non-plasma, it does not need to provide expensive apparatuses, such as a plasma generator.

なお、ガス供給条件としては、
モノシランガス供給流量:10sccm以上2000sccm以下
ジシランガス供給流量:10sccm以上2000sccm以下
が例示される。
As gas supply conditions,
Monosilane gas supply flow rate: 10 sccm or more and 2000 sccm or less Disilane gas supply flow rate: 10 sccm or more and 2000 sccm or less are exemplified.

(第5の実施の形態の成膜処理工程のガス供給タイミング(図9))
第5の実施の形態では、図9に示すように、処理室13内に第1ガスと、この第1ガス(シリコン元素及び塩素元素含有ガス)と異なる種類の第2ガスとの同時供給を実施して、ウエハ6上に、アモルファス、エピタキシャル、又はポリ状態のシリコン膜を形成する。
(Gas supply timing of the film forming process of the fifth embodiment (FIG. 9))
In the fifth embodiment, as shown in FIG. 9, the first gas and the second gas of a different type from the first gas (silicon element and chlorine element-containing gas) are simultaneously supplied into the processing chamber 13. It was performed, on U Fine 6, amorphous, epitaxial, or to form a silicon film of poly state.

この点で、ジクロロシラン(DCS:SiHCl)などの塩素元素(Cl元素)を含むガス種とシラン系ガスとを用いて、これらのガスを同時に供給する。すると、図4(b)に示すように、500℃以下の成膜温度でも、Clを含むガス種が初期成膜に寄与して、Cl元素を含むシード層が形成されながら、シード層のCl元素がシラン系ガス、例えばモノシランガス(SiH)のSiで置換されるので、絶縁膜上にアモルファス、エピタキシャル、又はポリ状態のシリコン膜が安定して成膜する。 In this regard, these gases are supplied simultaneously using a gas species containing a chlorine element (Cl element) such as dichlorosilane (DCS: SiH 2 Cl 2 ) and a silane-based gas. Then, as shown in FIG. 4B, even at a film formation temperature of 500 ° C. or less, the gas species containing Cl contributes to the initial film formation, and the seed layer containing the Cl element is formed. element silane-based gas, for example, since it is replaced with Si of monosilane (SiH 4), amorphous on the insulating film, epitaxial, or silicon film poly state is stably deposited.

このように第5の実施の形態によれば、低温でも気相反応するガスとしてCl元素を含むガス種を選択することにより、500℃以下の成膜温度でも、絶縁膜上にアモルファス、エピタキシャル、又はポリ状態のシリコン膜を形成できる。また、ノンプラズマで成膜できるのでプラズマ発生装置などの高価な装置を設けずに済む。 Thus, according to the fifth embodiment, by selecting a gas species containing a Cl element as a gas that reacts vapor even at a low temperature, 500 ° C. in the following deposition temperature, amorphous on the insulation film, epitaxial Alternatively, a poly-state silicon film can be formed. Further, since the film can be formed by non-plasma, it is not necessary to provide an expensive apparatus such as a plasma generator.

なお、ガス供給条件としては、
モノシランガス供給流量:50sccm以上2000sccm以下
ジクロロシランガス供給流量:50sccm以上2000sccm以下
が例示される。
As gas supply conditions,
Monosilane gas supply flow rate: 50 sccm or more and 2000 sccm or less Dichlorosilane gas supply flow rate: 50 sccm or more and 2000 sccm or less is exemplified.

(第6の実施の形態の成膜処理工程のガス供給タイミング(図10))
第6の実施の形態は、シラン系ガス(シリコン元素含有ガス)と塩素含有シラン系ガス(シリコン元素及び塩素元素含有ガス)との2種類のガスを同時供給するという点では第5の実施の形態と同じであるが、第5の実施の形態と異なる点は、図10に示すように、シラン系ガスを1種ではなく、2種類用いる点である。この2種類のシラン系ガスとはシラン系化合物ガスと、この化合物ガスとは異なる種類のシランを含むシラン系ガスとである。図10の例では、シラン系化合物ガスにはジシラン(Si)、トリシラン(Si)などを、シラン系ガスにはモノシラン(SiH)などを用いている。また、塩素含有シラン系ガスにはジクロロシラン、トリクロロシランなどを用いている。この第6の実施の形態によれば、Cl元素を含むシード層を形成しながら、シード層のCl元素が2種類のシラン系ガスのSi元素で置換されるので、絶縁膜上にシリコン膜がより安定して成膜する。
なお、ガス供給条件としては、
モノシランガス供給流量:50sccm以上2000sccm以下
ジシランガス供給流量:50sccm以上2000sccm以下
ジクロロシランガス供給流量:10sccm以上2000sccm以下
(Gas supply timing of the film forming process of the sixth embodiment (FIG. 10))
The sixth embodiment is similar to the fifth embodiment in that two types of gas, a silane-based gas (silicon element-containing gas) and a chlorine-containing silane-based gas (silicon element and chlorine element-containing gas) are supplied simultaneously. Although it is the same as the embodiment, the difference from the fifth embodiment is that, as shown in FIG. 10, two types of silane-based gases are used instead of one. The two kinds of the silane-based gas, a silane-based compound gas is a silane-based gas containing a different type of silane and the compound gas. In the example of FIG. 10, disilane (Si 2 H 6 ), trisilane (Si 3 H 8 ) or the like is used as the silane compound gas, and monosilane (SiH 4 ) or the like is used as the silane gas. Further, dichlorosilane, trichlorosilane, or the like is used as the chlorine-containing silane-based gas. According to the sixth embodiment, while the seed layer containing the Cl element is formed, the Cl element of the seed layer is replaced with the Si element of the two types of silane-based gases, so that the silicon film is formed on the insulating film. Film formation is more stable.
As gas supply conditions,
Monosilane gas supply flow rate: 50 sccm to 2000 sccm Disilane gas supply flow rate: 50 sccm to 2000 sccm Dichlorosilane gas supply flow rate: 10 sccm to 2000 sccm

[実施の形態の効果]
本発明の実施の形態によれば、以下に挙げる一つ又はそれ以上の効果を有する。
[Effect of the embodiment]
According to embodiments of the present invention, one or more of the following effects are provided.

本発明の実施の形態によれば、シリコン膜の原料ガスにシリコン元素及び塩素含有ガスを用いたので、アモルファス、エピタキシャル若しくはポリ状態のシリコン膜を、絶縁膜の上に成膜することが可能となる。 According to the embodiment of the present invention, since a silicon element and a chlorine-containing gas as a raw material gas for silicon film, an amorphous, a silicon film of epitaxial or poly state, can be deposited on the insulating film It becomes.

本発明の実施の形態によれば、450℃以下、より好ましくは400℃以下の低温下において、膜厚が均一なシリコン膜を安定して得ることができる。 According to the embodiment of the present invention, a silicon film having a uniform film thickness can be stably obtained at a low temperature of 450 ° C. or lower, more preferably 400 ° C. or lower.

本発明の実施の形態によれば、低温成長のため、ノンプラズマでシリコン膜を成膜できるのでプラズマ発生装置などの高価な装置を設けずに済む。   According to the embodiment of the present invention, since a silicon film can be formed by non-plasma for low temperature growth, it is not necessary to provide an expensive apparatus such as a plasma generator.

プロセス温度が450℃以下と低温なので、LSIのCPU(セントラルプロセッシングユニット)や、DRAM(ダイナミックランダムアクセスメモリ)の導電材料部分における配線や、浅い接合における、ドーパントの拡散を防止できる。   Since the process temperature is as low as 450 ° C. or lower, it is possible to prevent the diffusion of dopants in the wiring of a conductive material part of an LSI CPU (Central Processing Unit) or DRAM (Dynamic Random Access Memory) or in a shallow junction.

本発明の実施の形態によれば、低温で成膜することにより、ドーパントの拡散が防止され、また、下地膜の再結晶化を防ぎ、電気特性の劣化が防止される。したがって、より高速かつ、微細なLSIを作製することができる。   According to the embodiment of the present invention, by forming a film at a low temperature, the diffusion of the dopant is prevented, the recrystallization of the base film is prevented, and the deterioration of the electrical characteristics is prevented. Accordingly, a faster and finer LSI can be manufactured.

本実施の形態によれば、低温でシリコン膜を形成できるので、ドーパントの拡散が防止され、下地膜の再結晶化を防ぎ、電気特性の劣化を防止できることを可能にする低温シリコン膜、すなわち、シラン系ガスによる低温アモルファスシリコン膜や、塩素含有シリコン系ガスを交互に成膜して得た低温ポリシリコン膜やエピタキシャル、アモルファスシリコン膜を成膜することができる。   According to this embodiment, since the silicon film can be formed at a low temperature, the diffusion of the dopant is prevented, the recrystallization of the base film is prevented, and the deterioration of the electrical characteristics can be prevented, that is, the low temperature silicon film, A low-temperature amorphous silicon film using a silane-based gas, a low-temperature polysilicon film obtained by alternately forming a chlorine-containing silicon-based gas, or an epitaxial or amorphous silicon film can be formed.

半導体デバイスの微細化に伴い、High−k材や、メタル材などのデバイス上部に成膜する要求が高まっているが、450℃以下のような低温での成膜が可能なため、High−k材や、メタル材などのデバイス上部により低温でシリコン膜を成膜することができる。したがって、High−k材や、メタル材などを用いたロジック・トランジスタやメモリキャパシタの劣化を抑えることが可能となる。 With the miniaturization of semiconductor devices, there is an increasing demand for forming a film on the upper part of a device such as a high-k material or a metal material. and wood, it is possible to form a divorced film at a low temperature by the top of the device, such as a metal material. Therefore, it is possible to suppress deterioration of logic transistors and memory capacitors using a high-k material or a metal material.

半導体デバイスの微細化、大容量化に伴い、容量膜には高誘電率(High−k)絶縁材料が、配線にはCuなどの金属が、そして電極にはメタル材が用いられるようになり、デバイスの性能向上および劣化防止のために電極接合部のプロセスの低温が必須となっているが、本実施の形態によれば、成膜プロセスの低温を実現できるので、そのような要請に応えることができる。 With the miniaturization and increase in capacity of semiconductor devices, high dielectric constant (High-k) insulating materials are used for capacitive films, metals such as Cu are used for wiring, and metal materials are used for electrodes. In order to improve device performance and prevent deterioration, it is essential to lower the temperature of the electrode junction process. However, according to the present embodiment, it is possible to reduce the temperature of the film forming process. I can respond.

また、量産においては、そのような低温プロセスにおける成膜や膜厚の安定性を実現できるので、デバイスの生産性を向上させることができる。   In mass production, film formation and film thickness stability in such a low-temperature process can be realized, so that device productivity can be improved.

また、シラン系ガスのみで成膜した場合、成膜温度が450℃を超えてしまうため、下地膜への不純物拡散や膜自体のセルフアニールが生じ、デバイスの電気特性の悪化が問題となるが、本実施の形態によれば、450℃以下での成膜が実現できるので、そのような問題は生じがたい。   In addition, when the film is formed only with the silane-based gas, the film formation temperature exceeds 450 ° C., so that impurity diffusion into the base film and self-annealing of the film itself occur, and the deterioration of the electrical characteristics of the device becomes a problem. According to the present embodiment, film formation at 450 ° C. or lower can be realized, so that such a problem hardly occurs.

また、反応性の高いシラン系ガスを単独で用いて450℃以下の低温で成膜した場合、シリコン膜の膜厚面内均一性が数十%以上ばらつくこともあるが、シリコン元素及び塩素元素含有ガスを用いた本実施の形態によれば、量産レベルで、通常2〜3%以下の面内均一性を実現することができる。したがって、バッチ内のシリコン膜の膜厚の均一性を大幅に改善できるIn addition, when film formation is performed at a low temperature of 450 ° C. or less by using a highly reactive silane-based gas alone, the in-plane uniformity of the silicon film may vary by several tens of percent or more. According to the present embodiment using the contained gas, in-plane uniformity of usually 2 to 3% or less can be realized at the mass production level. Therefore, the uniformity of the silicon film thickness within the batch can be greatly improved .

(その他)
このほかにも、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々様々変形実施可能なことは勿論である。
(Other)
Of course, the present invention can be variously modified without departing from the scope of the invention.

例えば、本実施の形態では、特にシリコン膜を導電化するためのドーパントについて説明しなかった、成膜処理工程において、シリコン膜の原料ガスに加えて、p型ドーパントとしてジボラン(B)などのホウ素元素含有ガスを供給するようにして、成膜されるシリコン膜を導電型とするようにしても良い。 For example, in this embodiment, the dopant for making the silicon film conductive is not particularly described. However , in the film forming process, diborane (B 2 H 6) is used as a p-type dopant in addition to the silicon film source gas. The silicon film to be formed may be of a conductive type by supplying a boron element-containing gas such as

また、本実施の形態では、反応管を単管のプロセスチューブ12で構成し、プロセスチューブ12を流れるガスが排気ライン15から排出されるようにしたが、これに限定されない。例えば、反応管をアウタチューブとインナチューブからなる二重管で構成し、アウタチューブ及びインナチューブの間に形成される筒状空間を経由させて排気ライン15からガスを排出するようにしてもよい。この場合、インナチューブの側壁に前記筒状空間に通じる排気孔を設けるようにしてもよい。 Further, in this embodiment, the reaction tube was composed of the process tube 12 of the single tube, the gas flowing through the process tube 12 is to be discharged from the exhaust line 15, but is not limited thereto. For example, the reaction tube may be composed of a double tube composed of an outer tube and an inner tube, and gas may be discharged from the exhaust line 15 via a cylindrical space formed between the outer tube and the inner tube. . In this case, an exhaust hole communicating with the cylindrical space may be provided on the side wall of the inner tube.

また、本実施の形態では、第1ノズル18及び第2ノズル28に、それぞれ複数のガス供給ラインを共通接続するように構成したが、第1ノズル18及び第2ノズル28をそれぞれ複数のノズルからなる第1ノズル群、第2ノズル群とし、ノズル群を構成する各ノズルに複数のガス供給ラインを個別接続するように構成してもよい。 Further, in the present embodiment, the first nozzle 18 and second nozzle 28, but respectively adapted to commonly connect the plurality of gas supply lines, the first nozzle 18 and second nozzle 28 from a plurality of nozzles The first nozzle group and the second nozzle group may be configured such that a plurality of gas supply lines are individually connected to each nozzle constituting the nozzle group.

<付記>
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
<Appendix>
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.

第1の態様によれば、基板を処理室に搬送する搬送工程と、前記処理室内に少なくともシリコン元素及び塩素元素を含有する第1ガスを供給する第1工程と、前記処理室内に前記第1ガスと異なる種類の少なくともシリコン元素を含有する第2ガスを供給する第2工程と、を有し、前記第1工程と前記第2工程とを少なくとも1回行うことにより、前記基板上にアモルファス、エピタキシャル、または、ポリ状態のシリコン膜を形成する半導体装置の製造方法が提供される。 According to the first aspect, the transporting step of transporting the substrate to the processing chamber, the first step of supplying the first gas containing at least silicon element and chlorine element into the processing chamber, and the first in the processing chamber. and a second step of supplying a second gas containing a different kind of at least a silicon element and gas, the amorphous and the second step and the first step by carrying out at least once, before SL on the substrate , epitaxial, or a method of manufacturing a semiconductor device for forming a silicon film of poly state is provided.

第2の態様によれば、基板を処理する処理室と、前記処理室内に少なくともシリコン元素及び塩素元素を含有する第1ガスを供給する第1ガス供給ラインと、前記処理室内に前記第1ガスとは異なる種類の少なくともシリコン元素を含有する第2ガスを供給する第2ガス供給ラインと、前記処理室内を加熱する加熱装置と、前記加熱装置が前記処理室内を加熱維持しつつ、前記第1ガス供給ラインが前記処理室内へ前記第1ガスを供給し、前記第2ガス供給ラインが前記処理室内へ前記第2のガスを供給し、前記第1ガスの供給と、前記第2ガスの供給とを少なくとも1回行うことにより、前記基板にアモルファス、エピタキシャル、又はポリ状態のシリコン膜を形成するように制御するコントローラとを有する基板処理装置が提供される。 According to the second aspect, the processing chamber for processing the substrate, the first gas supply line for supplying the first gas containing at least silicon element and chlorine element into the processing chamber, and the first gas in the processing chamber. A second gas supply line for supplying a second gas containing at least a silicon element of a different type, a heating device for heating the processing chamber, and the heating device maintaining the heating of the processing chamber, A gas supply line supplies the first gas into the processing chamber, a second gas supply line supplies the second gas into the processing chamber, a supply of the first gas, and a supply of the second gas by performing at least once the bets, amorphous before Symbol substrate, epitaxial, or a substrate processing apparatus having a controller for controlling so as to form a silicon film of poly state is provided.

第3の態様によれば、基板を処理室に搬送する搬送工程と、前記処理室内に少なくともシリコン元素及び塩素元素を含有する第1ガスを供給する第1工程と、前記処理室内に前記第1のガスと異なる種類の少なくともシリコン元素を含有する第2ガスを供給する第2工程とを有し、前記第1工程と前記第2工程とを少なくとも1回行った後、前記処理室内に少なくともシリコン元素を含有する第3ガスを供給する第3の工程を行うことで、前記基板上にアモルファス、エピタキシャル、または、ポリ状態のシリコン膜を形成する半導体装置の製造方法が提供される。 According to the third aspect, a transporting step of transporting the substrate to the processing chamber, a first step of supplying a first gas containing at least silicon element and chlorine element into the processing chamber, and the first into the processing chamber. A second step of supplying a second gas containing at least a silicon element of a different type from the gas of the first step, and after performing the first step and the second step at least once, at least silicon in the processing chamber element by performing the third step of supplying a third gas containing, amorphous before SL on the substrate, epitaxial, or a method of manufacturing a semiconductor device for forming a silicon film of poly state is provided.

第4の態様によれば、第1の実施の態様において、シリコン元素を含有し、前記第1及び第2ガスとは異なる第3ガスも同時に供給する半導体装置の製造方法が提供される。   According to a fourth aspect, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, wherein a silicon gas is contained and a third gas different from the first and second gases is simultaneously supplied.

第5の態様によれば、第4の実施の態様において、前記第2ガスは、シラン系のガスであり、前記第3ガスは、シラン化合物系のガスである半導体装置の製造方法が提供される。   According to a fifth aspect, there is provided the method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment, wherein the second gas is a silane-based gas and the third gas is a silane compound-based gas. The

第6の態様によれば、第1の態様において、
前記第1工程と前記第2工程の間に不活性ガスを供給するパージステップを更に有する半導体装置の製造方法が提供される。
According to a sixth aspect, in the first aspect,
There is provided a method for manufacturing a semiconductor device, further comprising a purge step of supplying an inert gas between the first process and the second process.

第7の実施の態様によれば、第1の態様において、
前記シリコン膜の形成は、450℃以下で行われる半導体装置の製造方法が提供される。
According to a seventh embodiment, in the first aspect,
A method for manufacturing a semiconductor device is provided in which the silicon film is formed at 450 ° C. or lower.

第8の実施の態様によれば、第1の態様において、
前記第1工程は、前記第2工程の前に行われる半導体装置の製造方法が提供される。
According to an eighth embodiment, in the first aspect,
In the first step, a method of manufacturing a semiconductor device performed before the second step is provided.

第9の実施の態様によれば、基板を処理室に搬送する搬送工程と、前記処理室内に少なくともシラン系の第1ガスを供給する第1工程と、前記処理室内に前記第1ガスと異なるシラン化合物系の第2ガスを供給する第2工程と、を有し、前記第1工程と前記第2工程とを少なくとも1回行うことにより、前記基板上にアモルファス、エピタキシャル、または、ポリ状態のシリコン膜を形成する半導体装置の製造方法が提供される。 According to the ninth embodiment, the transfer step of transferring the substrate to the processing chamber, the first step of supplying at least a silane-based first gas into the processing chamber, and the first gas in the processing chamber are different. and a second step of supplying a second gas of silane compound-based, and by carrying out at least once and the second step and the first step, an amorphous before SL on the substrate, epitaxial, or poly A method of manufacturing a semiconductor device for forming a silicon film in a state is provided.

6 ウエハ(基板)
13 処理室
15 排気ライン
18 第1ノズル
28 第2ノズル
L1 第1ガス供給ライン
6 Wafer (substrate)
13 Processing chamber 15 Exhaust line 18 1st nozzle 28 2nd nozzle L1 1st gas supply line

Claims (9)

基板に対してシリコン元素及び塩素元素を含有する第1ガスを供給する第1工程と、
前記基板に対して前記第1ガスとは異なる種類のシリコン元素を含有する第2ガスを供給する第2工程と、
前記基板に対して前記第1ガスおよび前記第2ガスとは異なる種類のシリコン元素を含有する第3ガスを供給する第3工程と、を有し、
前記第1工程と前記第2工程と前記第3工程とこの順に繰り返すことにより、前記基板上にアモルファス、エピタキシャル、または、ポリ状態のシリコン膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法。
A first step of supplying a first gas containing silicon element and chlorine element to the substrate;
A second step of supplying a second gas containing a different kind of silicon element from the first gas to the substrate;
A third step of supplying a third gas containing a silicon element of a type different from the first gas and the second gas to the substrate ;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming an amorphous, epitaxial, or poly-state silicon film on the substrate by repeating the first step, the second step, and the third step in this order .
前記第1工程では、前記基板の表面上に塩素元素を含むシード層を形成する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the first step, a seed layer containing a chlorine element is formed on the surface of the substrate. 前記第2工程では、前記シード層に含まれる塩素元素を、前記第2ガスに含まれるシリコン元素で置換し、前記第3工程では、前記シード層に含まれる塩素元素を、前記第3ガスに含まれるシリコン元素で置換する請求項に記載の半導体装置の製造方法。 In the second step, the chlorine element contained in the seed layer is replaced with a silicon element contained in the second gas, and in the third step, the chlorine element contained in the seed layer is replaced with the third gas. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2 , wherein the silicon element is substituted with contained silicon element . 前記シリコン膜を形成する工程では、前記第1工程と前記第2工程と前記第3工程とをこの順に繰り返すことにより、前記第1ガスによる前記シード層の形成と、前記第2ガスによる前記置換と、前記第3ガスによる前記置換とを、この順に繰り返す請求項3に記載の半導体装置の製造方法。In the step of forming the silicon film, the first step, the second step, and the third step are repeated in this order, thereby forming the seed layer with the first gas and the replacement with the second gas. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the replacement with the third gas is repeated in this order. 前記第1ガスは、ジクロロシランガス、トリクロロシランガス、テトラクロロシランガス、およびヘキサクロロジシランガスのいずれかであり、前記第2ガスは、ジシランガス、およびトリシランガスのいずれかであり、前記第3ガスは、モノシランガスである請求項1乃至のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 Wherein the first gas is dichlorosilane gas, trichlorosilane gas, tetrachlorosilane gas, and are either hexachlorodisilane gas, the second gas state, and are either di- silane gas, and trisilane, the third gas the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of monosilane der Ru claims 1 to 4. 前記シリコン膜を形成する工程は、前記基板を処理室内に収容した状態で行われ、The step of forming the silicon film is performed in a state where the substrate is accommodated in a processing chamber,
前記第1工程、前記第2工程、および前記第3工程の間に、前記処理室内に不活性ガスを供給して前記処理室内に残留するガスをパージする工程をさらに有する請求項1乃至5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。6. The method according to claim 1, further comprising: a step of supplying an inert gas into the processing chamber and purging a gas remaining in the processing chamber between the first step, the second step, and the third step. The manufacturing method of the semiconductor device in any one.
前記基板の表面には絶縁膜が形成されており、前記シリコン膜は前記絶縁膜上に形成される請求項1乃至のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 Wherein the surface of the substrate is formed an insulating film, a method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 6 wherein the silicon film is formed on the insulating film. 基板に対してシリコン元素及び塩素元素を含有する第1ガスを供給する第1工程と、
前記基板に対して前記第1ガスとは異なる種類のシリコン元素を含有する第2ガスを供給する第2工程と、
前記基板に対して前記第1ガスおよび前記第2ガスとは異なる種類のシリコン元素を含有する第3ガスを供給する第3工程と、を有し、
前記第1工程と前記第2工程と前記第3工程とこの順に繰り返すことにより、前記基板上にアモルファス、エピタキシャル、または、ポリ状態のシリコン膜を形成する基板処理方法。
A first step of supplying a first gas containing silicon element and chlorine element to the substrate;
A second step of supplying a second gas containing a different kind of silicon element from the first gas to the substrate;
A third step of supplying a third gas containing a silicon element of a type different from the first gas and the second gas to the substrate ;
A substrate processing method for forming an amorphous, epitaxial, or poly-state silicon film on the substrate by repeating the first step, the second step, and the third step in this order .
基板を処理する処理室と、
前記処理室内の基板に対してシリコン元素及び塩素元素を含有する第1ガスを供給する第1ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して前記第1ガスとは異なる種類のシリコン元素を含有する第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に対して前記第1ガスおよび前記第2ガスとは異なる種類のシリコン元素を含有する第3ガスを供給する第3ガス供給系と、
前記処理室内において、基板に対して前記第1ガスを供給する第1処理と、前記基板に対して前記第2ガスを供給する第2処理と、前記基板に対して前記第3ガスを供給する第3処理と、この順に繰り返すことにより、前記基板上にアモルファス、エピタキシャル、または、ポリ状態のシリコン膜を形成するように、前記第1ガス供給系、前記第2ガス供給系、および前記第3ガス供給系を制御するよう構成されるコントローラと、
を有する基板処理装置。
A processing chamber for processing the substrate;
A first gas supply system for supplying a first gas containing silicon element and chlorine element to the substrate in the processing chamber;
A second gas supply system for supplying a second gas containing a silicon element of a different type from the first gas to the substrate in the processing chamber;
A third gas supply system for supplying a third gas containing a silicon element of a different type from the first gas and the second gas to the substrate in the processing chamber;
In the processing chamber, a first process for supplying the first gas to the substrate, a second process for supplying the second gas to the substrate, and supplying the third gas to the substrate. By repeating the third treatment in this order, the first gas supply system, the second gas supply system , and the first gas supply system are formed so as to form an amorphous, epitaxial, or poly state silicon film on the substrate . A controller configured to control the three gas supply system ;
A substrate processing apparatus.
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