JP6392683B2 - 凹部を充填する方法及び処理装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、凹部を充填する方法及び処理装置に関する。
半導体デバイスの製造では、半導体ウェハの表面に設けられるホール又はトレンチなどの凹部内にシリコンなどの半導体材料を充填する処理が行われる場合がある。半導体ウェハは、半導体基板と半導体基板上に形成される絶縁膜とを備え、凹部は絶縁膜の表面（半導体ウェハの表面）に形成される。凹部内に充填される半導体材料は、半導体基板の材料と同様であり、例えば、電極として利用される場合がある。
特許文献１には、半導体ウェハである被処理体の絶縁膜に形成される凹部を充填する方法及び装置についての技術が記載されている。特許文献１の方法は、凹部を画成する壁面に沿って不純物を含有する第１のアモルファスシリコン膜を形成する工程と、第１のアモルファスシリコン膜上に第２のアモルファスシリコン膜を形成する工程と、第２のアモルファスシリコンの形成後に被処理体をアニールする工程と、を備える。
特開２０１４−２２９８５７号公報
半導体ウェハの表面に設けられる凹部は、絶縁膜を貫通し、この絶縁膜の下地となる半導体基板の内部まで延在するように形成されることがある。このような凹部は、絶縁膜及び半導体基板のエッチングによって形成される。本願発明者は、かかる凹部の底部に向けて半導体材料を移動させて当該半導体材料から半導体基板の結晶に応じたエピタキシャル領域を形成することにより当該凹部を充填する技術を研究している。
半導体材料が凹部の側壁及び底壁に凹部を閉塞しないように堆積され、この半導体材料に対して固相エピタキシャル成長が行われることによってエピタキシャル領域が凹部に形成される。エピタキシャル領域を形成するこのようなの工程が繰り返し行われることによって凹部においてエピタキシャル領域が拡大される。半導体材料に不純物が含まれない場合、エピタキシャル領域への不純物の添加はＧＰＤによって行われることができるが、ＧＰＤによって不純物が添加されたエピタキシャル領域の表面上に、引き続く工程によって更に半導体材料からエピタキシャル成長が行われると、この工程までに形成されるエピタキシャル領域には、この工程以前の工程においてＧＰＤによって既に添加された不純物が含まれることとなる。不純物を含むエピタキシャル領域は、不純物を含まないエピタキシャル領域よりもエッチングレートが増加するので、エピタキシャル領域の形成後にエピタキシャル成長が行われずに側壁に残った半導体材料をエッチングによって除去する際には、エピタキシャル領域にもエッチングによるダメージが生じるおそれがある。従って、半導体材料のエピタキシャル成長によって凹部を充填する技術では、凹部に充填されたエピタキシャル領域が受けるエッチングによる影響を低減させることが必要となる。
一態様においては、被処理体の凹部を充填する方法が提供される。被処理体は、半導体基板及び該半導体基板上に設けられた絶縁膜を備える。凹部は、絶縁膜を貫通して半導体基板の内部まで延在している。この方法は、（ａ）凹部を画成する壁面に沿って、実質的に不純物を含まない半導体材料の第１の薄膜を形成する工程と、（ｂ）被処理体を容器の内側においてアニールすることにより、凹部の底に向けて移動させた第１の薄膜の半導体材料から半導体基板の結晶に応じたエピタキシャル領域を形成する工程（以下、「第１工程」という）と、（ｃ）凹部の壁面に残留している第１の薄膜をエッチングする工程（以下、「第２工程」という）と、（ｄ）エピタキシャル領域を気相ドーピングする工程（以下、「第３工程」という）と、（ｅ）凹部を画成する壁面に沿って、実質的に不純物を含まない半導体材料の第２の薄膜を形成する工程（以下、「第４工程」という）と、（ｆ）被処理体を容器の内側においてアニールすることにより、凹部の底に向けて移動させた第２の薄膜の半導体材料からエピタキシャル領域を更に形成する工程（以下、「第５工程」という）と、（ｈ）凹部の壁面に残留している第２の薄膜、及びエピタキシャル領域を気相ドーピングする工程（以下、「第６工程」という）と、を備えることができる。
一実施形態において、第１の薄膜を構成する半導体材料及び第２の薄膜を構成する半導体材料は、シリコン、ゲルマニウム、又はシリコンゲルマニウムであってもよい。一実施形態において、第１の薄膜及び第２の薄膜は、アモルファス半導体膜であってもよく、例えば、アモルファス状態のシリコン膜、ゲルマニウム膜、又はシリコンゲルマニウム膜であってもよく、この場合に、半導体基板は、単結晶半導体基板又は多結晶半導体基板であってもよく、例えば、単結晶シリコン基板又は多結晶シリコン基板であってもよい。一実施形態においては、第１の薄膜及び第２の薄膜は、多結晶半導体膜であってもよく、例えば、多結晶のシリコン膜、ゲルマニウム膜、又はシリコンゲルマニウム膜であってもよく、この場合に、半導体基板は、単結晶半導体基板であってもよく、例えば、単結晶シリコン基板であってもよい。
上記方法では、第３工程において気相ドーピングによって不純物がエピタキシャル領域に添加された後に、このエピタキシャル領域上に第４工程及び第５工程において更にエピタキシャル領域が形成される。第５工程が行われた時点でのエピタキシャル領域では、第３工程において添加された不純物を含むので、実質的に不純物を含まないエピタキシャル領域（第３工程が行われない場合）と比較して、エッチングレートが高い。従って第５工程に引き続いて第２の薄膜をエッチングにより除去する工程が行われれば、不純物を含むエピタキシャル領域もエッチングによる影響を受ける可能性がある。上記方法によれば、第５工程の後に第２の薄膜がエッチングによって除去される前に、第６工程において気相ドーピングによって第２の薄膜にも不純物が添加される。不純物を含む第２の薄膜では、実質的に不純物を含まない半導体材料の薄膜（第６工程が行われない場合）と比較して、エッチングレートは高い。従って、第６工程で第２の薄膜にも不純物が添加され、エピタキシャル領域のエッチングレートだけでなく第２の薄膜のエッチングレートも増加するので、第６工程が行われた時点において、エピタキシャル領域と第２の薄膜との間においてエッチングレートの差が維持されることとなり、よって、第６工程に引き続き第２の薄膜をエッチングによって除去する工程が行われても、エピタキシャル領域に対するエッチングによる影響を回避することができる。すなわち、エピタキシャル領域を残したまま、第２の薄膜を選択的に除去することが可能となる。
一実施形態では、エピタキシャル領域を形成する工程は、第１の圧力に設定された容器の内側で被処理体をアニールすることができ、エピタキシャル領域を更に形成する工程は、第２の圧力に設定された容器の内側で被処理体をアニールすることができ、第１の圧力及び第２の圧力は、１．３×１０２Ｐａ以下の圧力であることができる。従って、第１の圧力及び第２の圧力が上記範囲にあるので、アニールによるマイグレーションを第１の薄膜の半導体材料及び第２の薄膜の半導体材料に生じさせることができる。
一実施形態では、第２の薄膜及びエピタキシャル領域を気相ドーピングする工程（第６工程）の後に、凹部の壁面に残留している第２の薄膜をエッチングする工程（以下、「第７工程」という）を更に備えることができる。一実施形態において、第３工程〜第７工程を含むシーケンスが繰り返し実行されてもよい。従って、エピタキシャル成長に寄与せずに残された第２の薄膜が、第２の薄膜及びエピタキシャル領域を気相ドーピングする第６工程の後ににおいて、除去される。
別の一態様においては、上述した方法の実施に用いることが可能な処理装置が提供される。この処理装置は、容器とガス供給部と加熱装置と制御装置とを備える。ガス供給部は、実質的に不純物を含まない半導体材料の第１の薄膜を形成する第１のガス、実質的に不純物を含まない半導体材料の第２の薄膜を形成する第２のガス、第１の薄膜をエッチングする第３のガス、及び気相ドーピングに用いる第４のガスを容器の内側に供給するよう構成される。加熱装置は、容器の内側の空間を加熱する。制御部は、ガス供給部、及び加熱装置を制御する。制御部は、ガス供給部に第１のガスを容器の内側に供給させる第１の制御を実行し、第１の制御の実行後に、加熱装置に容器の内側の空間を加熱させる第２の制御を実行し、第２の制御の実行後に、ガス供給部に第３のガスを容器の内側に供給させる第３の制御を実行し、第３の制御の実行後に、ガス供給部に第４のガスを容器の内側に供給させる第４の制御を実行し、第４の制御の実行後に、ガス供給部に第２のガスを容器の内側に供給させる第５の制御を実行し、第５の制御の実行後に、加熱装置に容器の内側の空間を加熱させる第６の制御を実行し、第６の制御の実行後に、ガス供給部に第４のガスを容器の内側に供給させる第７の制御を実行することができる。
一実施形態において、第１のガス及び第２のガスは、原料ガス、即ち、シリコン含有ガス、ゲルマン含有ガス、又はシリコン含有ガスとゲルマン含有ガスの混合ガスを含んでいてもよい。一実施形態において、第３のガスは、Ｃｌ２、ＨＣｌ、Ｆ２、Ｂｒ２、及びＨＢｒのうち一種以上を含んでいてもよい。一実施形態において、第４のガスは、ホスフィン（ＰＨ３）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）、又はアルシン（ＡｓＨ３）を含んでいてもよい。
上記の処理装置によれば、第２の制御の実行によって第１の薄膜の半導体材料のエピタキシャル領域が形成され、第４の制御における気相ドーピングによってエピタキシャル領域に不純物が添加された後に、このエピタキシャル領域上に第５の制御の実行及び第６の制御の実行によって更に第２の薄膜の半導体材料のエピタキシャル領域が形成される。第６の制御が実行された時点でのエピタキシャル領域では、第４の制御によって添加された不純物を含むので、実質的に不純物を含まないエピタキシャル領域（第４の制御が実行されない場合）と比較して、エッチングレートが高い。従って第６の制御の実行に引き続いて第２の薄膜をエッチングにより除去する制御が実行されれば、不純物を含むエピタキシャル領域もエッチングによる影響を受ける可能性がある。上記の処理装置によれば、第６の制御の実行後に第２の薄膜がエッチングによって除去される前に、第７の制御が実行され気相ドーピングによって第２の薄膜にも不純物が添加される。不純物を含む第２の薄膜では、実質的に不純物を含まない半導体材料の薄膜（第７の制御が実行されない場合）と比較して、エッチングレートは高い。従って、第７の制御によって第２の薄膜にも不純物が添加され、エピタキシャル領域のエッチングレートだけでなく第２の薄膜のエッチングレートも増加するので、第７の制御が実行された時点において、エピタキシャル領域と第２の薄膜との間においてエッチングレートの差が維持されることとなり、よって、第７の制御の実行に引き続き第２の薄膜をエッチングによって除去する制御が実行されても、エピタキシャル領域に対するエッチングによる影響を回避することができる。すなわち、エピタキシャル領域を残したまま、第２の薄膜を選択的に除去することが可能となる。
一実施形態では、容器の内側の空間を減圧する排気装置を更に備えることができ、制御部は、排気装置を更に制御することができ、第２の制御において、排気装置に容器の内側の空間の圧力を第１の圧力に設定させ、且つ、加熱装置に容器の内側の空間を加熱させることができ、第６の制御において、排気装置に容器の内側の空間の圧力を第２の圧力に設定させ、且つ、加熱装置に容器の内側の空間を加熱させることができ、第１の圧力及び第２の圧力は、１．３×１０２Ｐａ以下の圧力であることができる。従って、第１の圧力及び第２の圧力が上記範囲にあるので、加熱によるマイグレーションを第１の薄膜の半導体材料及び第２の薄膜の半導体材料に生じさせることができる。
一実施形態では、ガス供給部は、第２の薄膜をエッチングする第５のガスを容器の内側に更に供給するよう構成されていることができ、制御部は、第７の制御の実行後に、ガス供給部に第５のガスを容器の内側に供給させる第８の制御を更に実行することができる。一実施形態において、制御部は、第４の制御〜第８の制御を含むシーケンスを繰り返し実行してもよい。一実施形態において、第５のガスは、Ｃｌ２、ＨＣｌ、Ｆ２、Ｂｒ２、及びＨＢｒのうち一種以上を含有するガスであり得る。従って、エピタキシャル成長に寄与せずに残された第２の薄膜が、第７の制御の実行後において除去される。
以上説明したように、半導体材料のエピタキシャル成長によって凹部を充填する技術において、凹部に充填されたエピタキシャル領域が受けるエッチングによる影響を低減させることが可能となる。
図１は、一実施形態に係る凹部を充填する方法を示す流れ図である。 図２は、図１に示す方法の実施前の初期状態、及び、当該方法の各工程の実行後の被処理体を例示する断面図である。 図３は、図１に示す方法の各工程の実行後の被処理体を例示する断面図である。 図４は、図１に示す方法の各工程の実行後の被処理体を例示する断面図である。 図５は、図１に示す方法の実施に用いることが可能な処理装置を概略的に示す図である。 図６は、図５に示す処理装置の制御部の構成を示す例示的な図である。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図１は、一実施形態に係る凹部を充填する方法を示す流れ図である。また、図２は、図１に示す方法の実施前の初期状態、及び、当該方法の各工程の実行後の被処理体を例示する断面図であり、図３及び図４は、図１に示す方法の各工程の実行後の被処理体を例示する断面図である。図１に示す方法ＭＴは、被処理体の凹部において半導体材料をエピタキシャル成長させることによって、当該凹部を充填する方法である。
方法ＭＴの適用前の初期状態において、被処理体（以下、「ウェハＷ」ということがある）は、図２の（ａ）に示す構成を備える。ウェハＷは、半導体基板ＳＢと絶縁膜ＩＦとを備える。半導体基板ＳＢは、単結晶半導体基板又は多結晶半導体基板であり、例えば、単結晶シリコン基板又は多結晶シリコン基板である。絶縁膜ＩＦは、半導体基板ＳＢ上に設けられている。絶縁膜ＩＦは、上面ＴＷを備える。絶縁膜ＩＦは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）又は窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）から構成されている。
ウェハＷには、トレンチ又はホール（コンタクトホール等）といった凹部ＤＲが形成されている。凹部ＤＲは、上面ＴＷから絶縁膜ＩＦを膜厚方向に貫通しており、更に半導体基板ＳＢの内部まで延在している。凹部ＤＲは、例えば、１９０ｎｍ〜２１０ｎｍ程度の深さ、４０ｎｍ〜５０ｎｍ程度の幅を備えることができる。凹部ＤＲは、側壁面ＳＷ、及び底面ＢＷなどによって画成される。側壁面ＳＷは、凹部ＤＲを側方から画成し、底面ＢＷは、凹部ＤＲを下方から画成する。側壁面ＳＷは、面ＤＳを含む。面ＤＳは、半導体基板ＳＢにおいて凹部ＤＲを側方から画成する。この凹部ＤＲは、絶縁膜ＩＦの上にマスクを形成し、この絶縁膜ＩＦと半導体基板ＳＢとをエッチングすることによって、形成することができる。
図２の（ａ）に示すウェハＷに対して、方法ＭＴでは、工程ＳＴ１、工程ＳＴ２、工程ＳＴ３、工程ＳＴ４、工程ＳＴ５、工程ＳＴ６及び工程ＳＴ７が実行される。また、一実施形態では、工程ＳＴ４〜工程ＳＴ７を含むシーケンスＳＱが繰り返されてもよい。また、一実施形態では、工程ＳＴ８が更に実行されてもよい。工程ＳＴ８は、シーケンスＳＱに含まれる。
方法ＭＴの実施に用いることが可能な処理装置の実施形態について説明する。図５は、図１に示す方法の実施に用いることが可能な処理装置１０を概略的に示す図である。図５に示す処理装置１０は、容器１２、内管１４、外管１６、マニホールド１８、支持リング２０、蓋体２２、ボートエレベータ２４、ウエハボート２６、断熱体２８、ヒータ３０、ガス導入管３２、排気口３４、パージガス供給管３６、排気管３８、バルブ４０、排気装置４２、制御部１００、及びガス供給部ＧＦを備える。
容器１２は、二重管構造を備える。容器１２の長手方向は、垂直方向に向いている。容器１２は、略円筒形状を有する反応管である。容器１２は、内管１４及び外管１６を備える。内管１４及び外管１６は、耐熱性及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。
内管１４は、略円筒形状を備える。内管１４は、上端及び下端を含んでおり、これら上端及び下端は開放されている。外管１６は、内管１４を覆うように内管１４と略同軸に設けられている。外管１６と内管１４との間には一定の間隔が設けられている。外管１６の上端は閉塞されており、外管１６の下端は開放されている。外管１６の下方には、マニホールド１８が設けられている。
マニホールド１８は、筒状に形成されており、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）から構成されている。マニホールド１８は、外管１６の下端と気密に接続されている。マニホールド１８の内壁には、支持リング２０が一体に形成されている。支持リング２０は、マニホールド１８の内壁から内側に突出している。支持リング２０は、内管１４を支持している。マニホールド１８の下方には、蓋体２２が設けられている。
蓋体２２は、ボートエレベータ２４に接続されており、ボートエレベータによって上下動可能に構成されている。ボートエレベータ２４によって蓋体２２が上昇すると、マニホールド１８の下方側（即ち、炉口部分）が閉鎖される。ボートエレベータ２４によって蓋体２２が下降すると、マニホールド１８の下方側（即ち、炉口部分）が開口される。蓋体２２上には、ウエハボート２６が載置されている。
ウエハボート２６は、例えば、石英から構成される。ウエハボート２６は、複数のウェハＷを垂直方向に所定の間隔をおいて支持するよう構成されている。
容器１２の周囲には、容器１２を取り囲むように、断熱体２８が設けられている。断熱体２８の内壁面には、ヒータ３０（加熱装置）が設けられている。ヒータ３０は、例えば、抵抗発熱体から構成されており、容器１２の内側の空間を加熱する。ヒータ３０により、容器１２の内側の空間が所定の温度に加熱され、容器１２の内側の空間に収容されたウェハＷが加熱される。
マニホールド１８の側面には、一以上のガス導入管３２が接続されている。ガス導入管３２は、例えば、支持リング２０より下方においてマニホールド１８の側面に接続されている。ガス導入管３２によって構成されるガスラインは、容器１２の内側に連通している。
ガス導入管３２には、ガス供給部ＧＦが接続されている。ガス供給部ＧＦは、一実施形態においては、ガスソースＧＳ１，ＧＳ２，ＧＳ３，ＧＳ４，ＧＳ５、バルブＶ１１，Ｖ２１，Ｖ２１，Ｖ２２，Ｖ３１，Ｖ３２，Ｖ４１，Ｖ４２，Ｖ５１，Ｖ５２、及び、マスフローコントローラといった流量制御器ＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３，ＦＣ４，ＦＣ５を備える。ガスソースＧＳ１は、バルブＶ１１、流量制御器ＦＣ１、及びバルブＶ１２を介して、ガス導入管３２に接続されている。ガスソースＧＳ２は、バルブＶ２１、流量制御器ＦＣ２、及びバルブＶ２２を介して、ガス導入管３２に接続されている。ガスソースＧＳ３は、バルブＶ３１、流量制御器ＦＣ３、及びバルブＶ３２を介して、ガス導入管３２に接続されている。ガスソースＧＳ４は、バルブＶ４１、流量制御器ＦＣ４、及びバルブＶ４２を介して、ガス導入管３２に接続されている。ガスソースＧＳ５は、バルブＶ５１、流量制御器ＦＣ５、及びバルブＶ５２を介して、ガス導入管３２に接続されている。
ガス供給部ＧＦは、特に、実質的に不純物を含まない半導体材料の第１の薄膜ＴＦ１を形成する第１のガス、実質的に不純物を含まない半導体材料の第２の薄膜ＴＦ２を形成する第２のガス、第１の薄膜ＴＦ１をエッチングする第３のガス、気相ドーピング（ＧＰＤ；Gas Phase Doping）に用いる第４のガス、及び第２の薄膜ＴＦ２をエッチングする第５のガス、を容器１２の内側に供給するよう構成される。第１のガスは、後述する工程ＳＴ１において利用され、第２のガスは、工程ＳＴ５において利用される。第３のガスは、後述する工程ＳＴ３において利用される。第４のガスは、後述する工程ＳＴ４及び工程ＳＴ７のＧＰＤ等において利用される。第５のガスは、後述する工程ＳＴ８において利用される。
ガスソースＧＳ１は、第１のガスと第２のガスとに含まれる原料ガスのソースである。ガスソースＧＳ１は、シリコン含有ガス、ゲルマン含有ガス、又は、シリコン含有ガスとゲルマン含有ガスの混合ガスのソースであることができる。具体的には、ガスソースＧＳ１は、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ５において形成される薄膜がシリコンから構成される場合には、シリコン含有ガスのソースである。シリコン含有ガスは、モノシランガス、ジシランガス、又はアミノシラン系ガスであることができる。ガスソースＧＳ１は、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ５において形成される薄膜がゲルマニウムから構成される場合には、モノゲルマンといったゲルマン含有ガスのソースである。ガスソースＧＳ１は、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ５において形成される薄膜がシリコンゲルマニウムから構成される場合には、上述したシリコン含有ガス及びゲルマン含有ガスの混合ガスのソースであることができる。
ガスソースＧＳ２は、第４のガスである不純物源のガスのソースである。不純物としては、例えば、ヒ素（Ａｓ）、ボロン（Ｂ）、又はＰ（リン）が例示される。不純物源のガスとしては、例えば、ホスフィン（ＰＨ３）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）、又はアルシン（ＡｓＨ３）が用いられることができる。
ガスソースＧＳ３は、添加ガスのソースである。このような添加ガスとしては、Ｃ２Ｈ４ガス、Ｎ２Ｏガス、ＮＯガス、又はＮＨ３ガスが例示される。なお、添加ガスには、Ｃ２Ｈ４ガス、Ｎ２Ｏガス、ＮＯガス、及びＮＨ３ガスのうち一以上のガスを用いることが可能である。
ガスソースＧＳ４は、アニールにおいて用いられ得る不活性ガスのソースである。このような不活性ガスとしては、水素ガス（Ｈ２ガス）又は窒素ガス（Ｎ２ガス）等が例示されることができる。
ガスソースＧＳ５は、工程ＳＴ３において用いられる第３のガス、及び工程ＳＴ８において用いられる第５のガス、に含まれるエッチングガスのソースである。このようなエッチングガスとしては、Ｃｌ２、ＨＣｌ、Ｆ２、Ｂｒ２、及びＨＢｒのうち一種以上を含有するガスを用いることが可能である。なお、エッチングガスには、絶縁膜ＩＦ及びエピタキシャル領域ＥＰＲに対して、後述する第１の薄膜ＴＦ１及び第２の薄膜ＴＦ２を選択的にエッチングすることが可能なガスであれば、任意のガスを用いることが可能である。
図５に示すように、マニホールド１８の側面には容器１２の内側のガスを排気する排気口３４が設けられている。排気口３４は、支持リング２０より上方に設けられており、容器１２の内側の内管１４と外管１６との間に形成された空間に連通している。よって、内管１４で発生する排ガス等は、内管１４と外管１６との間の空間を通って排気口３４に流れるようになっている。
マニホールド１８には、パージガス供給管３６が接続されている。パージガス供給管３６は、排気口３４の下方において、マニホールド１８に接続されている。パージガス供給管３６には、パージガス供給源が接続されており、パージガス供給源からパージガス供給管３６を介してパージガス、例えば、窒素ガスが容器１２の内側に供給される。
排気口３４には、排気管３８が気密に接続されている。排気管３８には、排気管３８の上流側から、バルブ４０、及び真空ポンプといった排気装置４２が介設されている。バルブ４０は、排気管３８の開度を調整して、容器１２の内側の圧力を所定の圧力に制御する。排気装置４２は、容器１２の内側の空間を減圧する装置である。排気装置４２は、排気管３８を介して容器１２の内側のガスを排気するとともに、容器１２の内側の圧力を調整する。なお、排気管３８には、トラップ、スクラバー等が介設されていてもよく、処理装置１０は、容器１２から排気された排ガスを、無害化した後に、処理装置１０外に排気するように構成されていてもよい。
処理装置１０は、処理装置１０の各部の制御を実行する制御部１００を備えている。図６に制御部１００の構成を示す。図６に示すように、制御部１００は、主制御部１１０、操作パネル１２１、温度センサ（群）１２２、圧力計（群）１２３、ヒータコントローラ１２４、流量制御部１２５、及びバルブ制御部１２６を備えている。制御部１００は、特に、ガス供給部ＧＦ、ヒータ３０、及び排気装置４２を制御する。
主制御部１１０には、操作パネル１２１、温度センサ（群）１２２、圧力計（群）１２３、ヒータコントローラ１２４、流量制御部１２５、バルブ制御部１２６等が接続されている。
操作パネル１２１は、表示画面及び操作ボタンを備え、オペレータの操作指示を主制御部１１０に伝達する。操作パネル１２１は、主制御部１１０からの様々な情報を表示画面に表示する。
温度センサ（群）１２２は、容器１２の内側、ガス導入管３２の内側、排気管３８の内側等の各部の温度を測定し、その測定値を主制御部１１０に通知する。圧力計（群）１２３は、容器１２の内側、ガス導入管３２の内側、排気管３８の内側等の各部の圧力を測定し、その測定値を主制御部１１０に通知する。
ヒータコントローラ１２４は、ヒータ３０を個別に制御するものであり、主制御部１１０からの指示に応答して、ヒータ３０に通電してヒータ３０を加熱する。ヒータコントローラ１２４は、ヒータ３０の消費電力を個別に測定して、主制御部１１０に通知する。
流量制御部１２５は、ガス供給部ＧＦの流量制御器ＦＣ１〜ＦＣ５を制御して、ガス導入管３２に流すガスの流量を主制御部１１０から指示された量に設定する。流量制御部１２５は、実際に流れたガスの流量を測定して、主制御部１１０に通知する。バルブ制御部１２６は、各バルブの開度を主制御部１１０から指示された値に制御する。
主制御部１１０は、レシピ記憶部１１１と、ＲＯＭ１１２と、ＲＡＭ１１３と、Ｉ／Ｏポート１１４と、ＣＰＵ１１５と、これらを相互に接続するバス１１６とを備える。
レシピ記憶部１１１には、セットアップ用レシピと複数のプロセス用レシピとが記憶されている。処理装置１０の製造当初は、セットアップ用レシピのみが格納される。セットアップ用レシピは、各処理装置に応じた熱モデル等を生成する際に実行されるものである。プロセス用レシピは、ユーザが実際に行うプロセス毎に用意されるレシピであり、例えば容器１２へのウェハＷのロードから、処理済みのウェハＷをアンロードするまでの、各部の温度の変化と、容器１２の内側の圧力変化と、ガスの供給の開始及び停止のタイミングと、ガスの供給量とを含む様々な条件等を規定する。
ＲＯＭ１１２は、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、及びハードディスクなどから構成され、ＣＰＵ１１５の動作プログラム等を記憶する記録媒体である。ＲＡＭ１１３は、ＣＰＵ１１５のワークエリア等として機能する。
Ｉ／Ｏポート１１４は、操作パネル１２１、温度センサ（群）１２２、圧力計（群）１２３、ヒータコントローラ１２４、流量制御部１２５、及びバルブ制御部１２６等に接続され、データや信号の入出力を制御する。
ＣＰＵ１１５は、主制御部１１０の中枢を構成し、ＲＯＭ１１２に記憶された制御プログラムを実行し、操作パネル１２１からの指示に従って、レシピ記憶部１１１に記憶されているレシピ（プロセス用レシピ）に沿って、処理装置１０の動作を統括的に制御する。すなわち、ＣＰＵ１１５は、温度センサ（群）１２２、圧力計（群）１２３、流量制御部１２５等に容器１２の内側、ガス導入管３２の内側、及び、排気管３８の内側の各部の温度、圧力、流量等を測定させ、この測定データに基づいて、ヒータコントローラ１２４、流量制御部１２５、バルブ制御部１２６等に制御信号等を出力し、上記各部がプロセス用レシピに従うように制御する。バス１１６は、各部の間で情報を伝達する。
以下、このような処理装置１０を用いて実施することが可能な上述の方法ＭＴを、再び図１〜図４を参照して説明する。
一実施形態の方法ＭＴでは、まず、図１に示す工程ＳＴ１が実行される。工程ＳＴ１では、図２の（ｂ）に示すように、実質的に不純物を含まない第１の薄膜ＴＦ１が形成される。実質的に不純物を含まない、とは、不純物を全く含まないか、又は、不純物を含んでいたとしても本実施形態の効果においては不純物を全く含まない場合と同等の効果が奏される程度である、ことを意味する。
第１の薄膜ＴＦ１は、アモルファス半導体膜であることができ、例えば、アモルファス状態（非晶質）のシリコン膜、ゲルマニウム膜、又はシリコンゲルマニウム膜であることができ、この場合に、半導体基板ＳＢは、単結晶半導体基板又は多結晶半導体基板であってもよく、例えば、単結晶シリコン基板又は多結晶シリコン基板であることができる。第１の薄膜ＴＦ１は、多結晶半導体膜であることもでき、例えば、多結晶のシリコン膜、ゲルマニウム膜、又はシリコンゲルマニウム膜であることができ、この場合に、半導体基板ＳＢは、単結晶半導体基板であることができ、例えば、単結晶シリコン基板であることができる。
第１の薄膜ＴＦ１は、凹部ＤＲを閉塞しないように、凹部ＤＲを画成する壁面に沿って形成される。第１の薄膜ＴＦ１は、側壁面ＳＷ、底面ＢＷ、及び上面ＴＷに沿って形成される。第１の薄膜ＴＦ１は、側壁面ＳＷ、底面ＢＷ、及び上面ＴＷに直接的に形成されることができる。第１の薄膜ＴＦ１の膜厚は、例えば、１０ｎｍ〜１３ｎｍ程度の膜厚に設定される。工程ＳＴ１における第１の薄膜ＴＦ１の形成時には、第１の薄膜ＴＦ１に不純物を含有させない。
工程ＳＴ１では、第１の薄膜ＴＦ１の形成のために、ウェハＷを収容した容器１２の内側に第１のガスが供給される。第１のガスは、原料ガス、即ち、シリコン含有ガス、ゲルマン含有ガス、又はシリコン含有ガスとゲルマン含有ガスの混合ガスを含む。工程ＳＴ１では、容器１２の内側の圧力が所定の圧力に設定され、また、容器１２の内側の温度が所定の温度に設定される。工程ＳＴ１では、原料ガスは、例えば、５０ｓｃｃｍ〜５０００ｓｃｃｍ程度の範囲内の流量で容器の内側に供給される。工程ＳＴ１では、容器１２の内側の圧力は、例えば、１．０×１０−１Ｔｏｒｒ（１３Ｐａ）〜１０Ｔｏｒｒ（１．３×１０３Ｐａ）程度の範囲内の圧力に設定され、容器１２の内側の温度は、例えば、３００℃〜７００℃程度の範囲内の温度に設定される。
第１のガスは、添加ガスを更に含んでいてもよい。添加ガスは、例えば、Ｃ２Ｈ４ガス、Ｎ２Ｏガス、ＮＯガス、及びＮＨ３ガスのうち一以上のガスを含み得る。工程ＳＴ１では、添加ガスの流量は、例えば、５ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍ程度の範囲内の流量に設定される。なお、第１のガスは、ガスソースＧＳ２によって供給される不純物源のガスを含まない。
工程ＳＴ１を処理装置１０を用いて実行する場合には、制御部１００は以下に説明する制御（第１の制御）を実行する。第１の制御において、制御部１００は、ガス供給部ＧＦに第１のガスを容器１２の内側に供給させる。具体的には、第１の制御において、制御部１００は、ガスソースＧＳ１から容器１２の内側に所定流量の原料ガスが供給されるよう、バルブＶ１１、流量制御器ＦＣ１、バルブＶ１２を制御し、容器１２の内側の圧力が所定の圧力に設定されるよう、排気装置４２を制御し、容器１２の内側の空間の温度が所定の温度に設定されるよう、ヒータ３０を制御する。工程ＳＴ１において、添加ガスを用いる場合には、制御部１００は、ガスソースＧＳ３から容器１２の内側に所定流量の添加ガスが供給されるよう、バルブＶ３１、流量制御器ＦＣ３、バルブＶ３２を制御することができる。
工程ＳＴ１に続く図１に示す工程ＳＴ２では、図２の（ｃ）に示すように、第１の薄膜ＴＦ１の半導体材料からエピタキシャル領域ＥＰＲが形成される。工程ＳＴ２では、ウェハＷを容器１２の内側においてアニールすることにより、凹部ＤＲの底に向けて移動させた第１の薄膜ＴＦ１の半導体材料から、エピタキシャル領域を形成する。具体的に、工程ＳＴ２では、マイグレーションが生じて第１の薄膜ＴＦ１の半導体材料が凹部ＤＲの底に向けて移動され、移動した半導体材料が半導体基板ＳＢの結晶構造に応じた結晶構造を有するよう、固相エピタキシャル成長によってエピタキシャル領域を成長する。
工程ＳＴ２では、第１の圧力に設定された容器１２の内側においてウェハＷがアニールされる。具体的には、工程ＳＴ２において、ウェハＷを収容した容器１２の内側の温度が所定温度に設定される。例えば、容器１２の内側の温度は３００〜６００℃程度の範囲内の温度に設定される。工程ＳＴ２では、容器１２の内側の圧力が第１の圧力に設定される。第１の圧力は、例えば、１．０×１０−１０Ｔｏｒｒ以上（１．３×１０−８Ｐａ以上）の圧力である。第１の圧力は、例えば、１．０Ｔｏｒｒ以下（１．３×１０２Ｐａ以下）の圧力である。なお、工程ＳＴ２においては、水素ガス又は窒素ガス等の不活性ガスが容器の内側に供給されてもよい。
工程ＳＴ２を処理装置１０を用いて実行する場合には、制御部１００は以下に説明する制御（第２の制御）を実行する。第２の制御において、制御部１００は、第１の制御の実行後に、ヒータ３０に容器１２の内側の空間を加熱させる。より詳細には、第２の制御において、制御部１００は、第１の制御の実行後に、排気装置４２に容器１２の内側の空間の圧力を第１の圧力に設定させ、且つ、ヒータ３０に容器１２の内側の空間を加熱させる。具体的には、第２の制御において、制御部１００は、容器１２の内側の圧力が第１の圧力に設定されるよう、排気装置４２を制御し、容器１２の内側の空間の温度が所定の温度に設定されるよう、ヒータ３０を制御する。不活性ガスを用いる場合には、制御部１００は、ガスソースＧＳ４から容器１２の内側に所定流量の不活性ガスが供給されるよう、バルブＶ４１、流量制御器ＦＣ４、バルブＶ４２を制御する。
工程ＳＴ２に続く図１に示す工程ＳＴ３では、図３の（ａ）に示すように、エピタキシャル領域ＥＰＲを構成せずに側壁面ＳＷに残留している第１の薄膜ＴＦ１がエッチングされて除去される。工程ＳＴ３では、ウェハＷを収容した容器１２の内側に第３のガスが所定の流量で供給される。第３のガスは、Ｃｌ２、ＨＣｌ、Ｆ２、Ｂｒ２、及びＨＢｒのうち一種以上を含有し得る。第３のガスの流量は、例えば、１０ｓｃｃｍ〜５０００ｓｃｃｍ程度の範囲内の流量である。工程ＳＴ３では、容器１２の内側の圧力が所定の圧力に設定され、容器の内側の温度が所定の温度に設定される。工程ＳＴ３における容器１２の内側の圧力は、例えば、１．０×１０−１０Ｔｏｒｒ（１．３×１０−８Ｐａ）〜１．０×１０２Ｔｏｒｒ（１．３×１０４Ｐａ）程度の範囲内の圧力であり、工程ＳＴ３における容器の内側の温度は、例えば、２００℃〜７００℃程度の範囲内の温度である。第３のガスによる第１の薄膜ＴＦ１のエッチングレートは、第３のガスによるエピタキシャル領域ＥＰＲのエッチングレートよりも高い。従って、工程ＳＴ３の結果、図３の（ａ）に示すように、エピタキシャル領域ＥＰＲを残したまま、第１の薄膜ＴＦ１を選択的に除去することが可能となる。
工程ＳＴ３を処理装置１０を用いて実行する場合には、制御部１００は以下に説明する制御（第３の制御）を実行する。第３の制御において、制御部１００は、第２の制御の実行と後述の第４の制御の実行との間に、ガス供給部ＧＦに第３のガスを容器１２の内側に供給させる。具体的には、第３の制御において、制御部１００は、第２の制御の実行と後述の第４の制御の実行との間で、ガスソースＧＳ５から容器１２の内側に所定流量の第３のガスが供給されるよう、バルブＶ５１、流量制御器ＦＣ５、バルブＶ５２を制御し、容器１２の内側の圧力が所定の圧力に設定されるよう、排気装置４２を制御し、容器１２の内側の空間の温度が所定の温度に設定されるよう、ヒータ３０を制御する。
なお、工程ＳＴ２において行われるアニールによって、側壁面ＳＷにある第１の薄膜ＴＦ１の残部が多結晶となっている領域を含む場合が考えられるが、このように第１の薄膜ＴＦ１の残部が多結晶の領域を含有する場合であっても、このような多結晶の領域のほうがエピタキシャル領域ＥＰＲよりもエッチングレートは高いので、工程ＳＴ３で行われるエッチングによって、エピタキシャル領域ＥＰＲを残したまま、多結晶の領域を含む第１の薄膜ＴＦ１の残部を選択的に除去することが可能である。
工程ＳＴ３に続く図１に示す工程ＳＴ４では、エピタキシャル領域ＥＰＲに対しＧＰＤを行い、図３の（ｂ）に示すように、エピタキシャル領域ＥＰＲの表面に不純物がドープされて、不純物濃度が比較的に高いドーピング層ＳＦ１がエピタキシャル領域ＥＰＲの表面に形成される。
工程ＳＴ４では、ＧＰＤを行うために、ウェハＷを収容した容器１２の内側に第４のガスが供給される。第４のガスは、不純物源のガスのソースである。不純物としては、例えば、ヒ素（Ａｓ）、ボロン（Ｂ）、又はＰ（リン）が例示される。不純物源のガスとしては、例えば、ホスフィン（ＰＨ３）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）、又はアルシン（ＡｓＨ３）が用いられ得る。工程ＳＴ４では、不純物源のガス（第４のガス）は、例えば、５ｓｃｃｍ〜５０００ｓｃｃｍ程度の範囲内の流量に設定される。工程ＳＴ４では、容器１２の内側の圧力は、例えば、１．０×１０−１Ｔｏｒｒ（１３Ｐａ）〜１０Ｔｏｒｒ（１．３×１０３Ｐａ）程度の範囲内の圧力に設定され、容器１２の内側の温度は、例えば、３００℃〜７００℃程度の範囲内の温度に設定される。
工程ＳＴ４を処理装置１０を用いて実行する場合には、制御部１００は以下に説明する制御（第４の制御）を実行する。第４の制御において、制御部１００は、第３の制御の実行後に、ガス供給部ＧＦに第４のガスを容器１２の内側に供給させる。具体的には、第４の制御において、制御部１００は、第３の制御の実行後に、ガスソースＧＳ２から容器１２の内側に所定流量の不純物源のガスが供給されるよう、バルブＶ２１、流量制御器ＦＣ２、バルブＶ２２を制御し、容器１２の内側の圧力が所定の圧力に設定されるよう、排気装置４２を制御し、容器１２の内側の空間の温度が所定の温度に設定されるよう、ヒータ３０を制御する。
工程ＳＴ４に続く図１に示す工程ＳＴ５では、図３の（ｃ）に示すように、実質的に不純物を含まない第２の薄膜ＴＦ２が形成される。第２の薄膜ＴＦ２は、アモルファス半導体膜であることができ、例えば、アモルファス状態（非晶質）のシリコン膜、ゲルマニウム膜、又はシリコンゲルマニウム膜であることができ、この場合に、半導体基板ＳＢは、単結晶半導体基板又は多結晶半導体基板であってもよく、例えば、単結晶シリコン基板又は多結晶シリコン基板であることができる。第２の薄膜ＴＦ２は、多結晶半導体膜であることもでき、例えば、多結晶のシリコン膜、ゲルマニウム膜、又はシリコンゲルマニウム膜であることができ、この場合に、半導体基板ＳＢは、単結晶半導体基板であることができ、例えば、単結晶シリコン基板であることができる。第２の薄膜ＴＦ２は、凹部ＤＲを閉塞しないよう、凹部ＤＲを画成する面に沿って形成される。第２の薄膜ＴＦ２は、工程ＳＴ４においてエピタキシャル領域ＥＰＲの表面に形成されたドーピング層ＳＦ１の上に形成され、ドーピング層ＳＦ１に接する。第２の薄膜ＴＦ２の膜厚は、例えば、１０ｎｍ〜１３ｎｍ程度の膜厚に設定される。工程ＳＴ５における第２の薄膜ＴＦ２を形成する処理は、工程ＳＴ１における第１の薄膜ＴＦ１の形成する処理と同様であり、第１のガスと同様の第２のガスが用いられる。工程ＳＴ５における第２の薄膜ＴＦ２の形成時には、工程ＳＴ１にける第１の薄膜ＴＦ１の形成時と同様に、第２の薄膜ＴＦ２に不純物を含有させない。
工程ＳＴ５を処理装置１０を用いて実行する場合には、上述した第１の制御と同様の第５の制御が、制御部１００によって実行される。第５の制御において、制御部１００は、第４の制御の実行後に、ガス供給部ＧＦに第２のガスを容器１２の内側に供給させる。
工程ＳＴ５に続く図１に示す工程ＳＴ６では、図４の（ａ）に示すように、第２の薄膜ＴＦ２の半導体材料からエピタキシャル領域ＥＰＲが更に形成される。工程ＳＴ６では、ウェハＷを容器１２の内側においてアニールすることにより、凹部ＤＲの底に向けて移動させた第２の薄膜ＴＦ２の半導体材料から、エピタキシャル領域を更に形成する。具体的に、工程ＳＴ６では、マイグレーションが生じて第２の薄膜ＴＦ２の半導体材料が凹部ＤＲの底に向けて移動され、移動した半導体材料が既に存在しているエピタキシャル領域ＥＰＲの結晶構造と同じ結晶構造を有するよう、固相エピタキシャル成長によってエピタキシャル領域を更に成長する。これにより、凹部ＤＲにおいてエピタキシャル領域ＥＰＲが拡大される。工程ＳＴ６において行われるアニールによって、ドーピング層ＳＦ１に含まれる不純物がエピタキシャル領域ＥＰＲの内部に拡がる。
工程ＳＴ６では、第２の圧力に設定された容器１２の内側においてウェハＷがアニールされる。具体的には、工程ＳＴ６において、ウェハＷを収容した容器１２の内側の温度が所定温度に設定される。例えば、容器１２の内側の温度は３００〜６００℃程度の範囲内の温度に設定される。工程ＳＴ６では、容器１２の内側の圧力が第２の圧力に設定される。第２の圧力は、例えば、１．０×１０−１０Ｔｏｒｒ以上（１．３×１０−８Ｐａ以上）の圧力である。第２の圧力は、例えば、１．０Ｔｏｒｒ以下（１．３×１０２Ｐａ以下）の圧力である。なお、工程ＳＴ６においては、水素ガス又は窒素ガス等の不活性ガスが容器の内側に供給されてもよい。
工程ＳＴ６を処理装置１０を用いて実行する場合には、制御部１００は以下に説明する制御（第６の制御）を実行する。第６の制御において、制御部１００は、第５の制御の実行後に、ヒータ３０に容器１２の内側の空間を加熱させる。より詳細には、第６の制御において、制御部１００は、第５の制御の実行後に、排気装置４２に容器１２の内側の空間の圧力を第２の圧力に設定させ、且つ、ヒータ３０に容器１２の内側の空間を加熱させる。具体的には、第６の制御において、制御部１００は、容器１２の内側の圧力が第２の圧力に設定されるよう、排気装置４２を制御し、容器１２の内側の空間の温度が所定の温度に設定されるよう、ヒータ３０を制御する。不活性ガスを用いる場合には、制御部１００は、ガスソースＧＳ４から容器１２の内側に所定流量の不活性ガスが供給されるよう、バルブＶ４１、流量制御器ＦＣ４、バルブＶ４２を制御する。
工程ＳＴ６に続く図１に示す工程ＳＴ７では、エピタキシャル領域ＥＰＲを構成せずに側壁面ＳＷに残された第２の薄膜ＴＦ２の残部とエピタキシャル領域ＥＰＲとに対しＧＰＤを行い、図４の（ｂ）に示すように、第２の薄膜ＴＦ２の残部の表面に不純物がドープされて、不純物濃度が比較的に高いドーピング層ＳＦ２が第２の薄膜ＴＦ２の残部の表面を覆うように形成され、更に、エピタキシャル領域ＥＰＲの表面に不純物がドープされて、不純物濃度が比較的に高いドーピング層ＳＦ３がエピタキシャル領域ＥＰＲの表面を覆うように形成される。工程ＳＴ７によって、エピタキシャル領域ＥＰＲの表面にはドーピング層ＳＦ３が形成され、エピタキシャル領域ＥＰＲの内部にはドーピング層ＳＦ１が含まれている。
工程ＳＴ７では、ＧＰＤを行うために、ウェハＷを収容した容器１２の内側に第４のガスが供給される。工程ＳＴ７では、不純物源のガス（第４のガス）は、例えば、５ｓｃｃｍ〜５０００ｓｃｃｍ程度の範囲内の流量に設定される。工程ＳＴ７では、容器１２の内側の圧力は、例えば、１．０×１０−１Ｔｏｒｒ（１３Ｐａ）〜１０Ｔｏｒｒ（１．３×１０３Ｐａ）程度の範囲内の圧力に設定され、容器１２の内側の温度は、例えば、３００℃〜７００℃程度の範囲内の温度に設定される。
工程ＳＴ７を処理装置１０を用いて実行する場合には、制御部１００は以下に説明する制御（第７の制御）を実行する。第７の制御において、制御部１００は、第６の制御の実行後に、ガス供給部ＧＦに第４のガスを容器１２の内側に供給させる。具体的には、第７の制御において、制御部１００は、第６の制御の実行後に、ガスソースＧＳ２から容器１２の内側に所定流量の不純物源のガスが供給されるよう、バルブＶ２１、流量制御器ＦＣ２、バルブＶ２２を制御し、容器１２の内側の圧力が所定の圧力に設定されるよう、排気装置４２を制御し、容器１２の内側の空間の温度が所定の温度に設定されるよう、ヒータ３０を制御する。
工程ＳＴ７に続く図１に示す工程ＳＴ８では、図４の（ｃ）に示すように、エピタキシャル領域ＥＰＲを構成せずに側壁面ＳＷに残留している第２の薄膜ＴＦ２がエッチングされる。工程ＳＴ８では、ウェハＷを収容した容器１２の内側に第５のガスが所定の流量で供給される。第５のガスは、工程ＳＴ３の第３のガスと同様であり、Ｃｌ２、ＨＣｌ、Ｆ２、Ｂｒ２、及びＨＢｒのうち一種以上を含有し得る。第５のガスの流量は、例えば、１０ｓｃｃｍ〜５０００ｓｃｃｍ程度の範囲内の流量である。工程ＳＴ８では、容器１２の内側の圧力が所定の圧力に設定され、容器の内側の温度が所定の温度に設定される。工程ＳＴ８における容器１２の内側の圧力は、例えば、１．０×１０−１０Ｔｏｒｒ（１．３×１０−８Ｐａ）〜１．０×１０２Ｔｏｒｒ（１．３×１０４Ｐａ）程度の範囲内の圧力であり、工程ＳＴ８における容器の内側の温度は、例えば、２００℃〜７００℃程度の範囲内の温度である。
ドーピング層ＳＦ２を有する第２の薄膜ＴＦ２を第５のガスでエッチングする場合のエッチングレートは、ドーピング層ＳＦ１及びドーピング層ＳＦ３を有するエピタキシャル領域ＥＰＲを第５のガスでエッチングする場合のエッチングレートよりも高い。従って、工程ＳＴ８の結果、図４の（ｃ）に示すように、エピタキシャル領域ＥＰＲ（ドーピング層ＳＦ３を除く）を残したまま、第２の薄膜ＴＦ２を選択的に除去することが可能となる。ドーピング層ＳＦ３は、工程ＳＴ８の実行によって、除去される。
なお、工程ＳＴ６の結果、エピタキシャル領域ＥＰＲはドーピング層ＳＦ１を含むので不純物を含有し、側壁面ＳＷにある第２の薄膜ＴＦ２の残部は実質的に不純物を含有しない。不純物を含有するエピタキシャル領域ＥＰＲを第５のガスでエッチングする場合のエッチングレートは、実質的に不純物を含有しないエピタキシャル領域ＥＰＲを第５のガスでエッチングする場合のエッチングレートよりも高くなり、第２の薄膜ＴＦ２を第５のガスでエッチングする場合のエッチングレートに近いものとなる。従って、工程ＳＴ６の後、工程ＳＴ７を行わずに、第２の薄膜ＴＦ２を第５のガスでエッチングする場合、不純物を含有するエピタキシャル領域ＥＰＲも第５のガスによってエッチングされる可能性が生じる。しかし、方法ＭＴでは、工程ＳＴ６の後に工程ＳＴ７を行って、第２の薄膜ＴＦ２のエッチング前にＧＰＤによって第２の薄膜ＴＦ２に不純物を添加する。不純物が添加された第２の薄膜ＴＦ２を第５のガスでエッチングする場合のエッチングレートは、実質的に不純物を含有しない第２の薄膜ＴＦ２を第５のガスでエッチングする場合のエッチングレートよりも高い。従って、エピタキシャル領域ＥＰＲのエッチングレートだけでなく第２の薄膜ＴＦ２のエッチングレートも不純物を含有することによって共に増加するので、工程ＳＴ７が行われた時点でエピタキシャル領域ＥＰＲと第２の薄膜ＴＦ２との間においてエッチングレートの差が維持される。
工程ＳＴ８を処理装置１０を用いて実行する場合には、制御部１００は以下に説明する制御（第８の制御）を実行する。第８の制御において、制御部１００は、第７の制御の実行後に、ガス供給部ＧＦに第５のガスを容器１２の内側に供給させる。具体的には、第８の制御において、制御部１００は、第７の制御の実行後に、ガスソースＧＳ５から容器１２の内側に所定流量の第５のガスが供給されるよう、バルブＶ５１、流量制御器ＦＣ５、バルブＶ５２を制御し、容器１２の内側の圧力が所定の圧力に設定されるよう、排気装置４２を制御し、容器１２の内側の空間の温度が所定の温度に設定されるよう、ヒータ３０を制御する。
なお、工程ＳＴ６において行われるアニールによって、側壁面ＳＷにある第２の薄膜ＴＦ２の残部が多結晶となっている領域を含む場合が考えられるが、このように第２の薄膜ＴＦ２の残部が多結晶の領域を含有する場合であっても、このような多結晶の領域のほうがエピタキシャル領域ＥＰＲよりもエッチングレートは高いので、工程ＳＴ８で行われるエッチングによって、ドーピング層ＳＦ２を有しており多結晶の領域を含む第２の薄膜ＴＦ２の残部を選択的に除去することが可能である。
工程ＳＴ８に続く図１に示す工程ＳＴａでは、終了条件が満たされるか否かが判定される。終了条件は、工程ＳＴ４、工程ＳＴ５、工程ＳＴ６、工程ＳＴ７、及び工程ＳＴ８を含むシーケンスＳＱの繰り返しが所定回数に至っているときに満たされるものと判定される。なお、所定回数は１回以上の回数である。工程ＳＴａにおいて、終了条件が満たされないと判定されると、シーケンスＳＱが再び実行される。一方、工程ＳＴａにおいて終了条件が満たされると判定されると、方法ＭＴは終了する。
上記した処理装置１０によれば、制御部１００は、工程ＳＴ２の第２の制御を実行することによって第１の薄膜ＴＦ１の半導体材料のエピタキシャル領域ＥＰＲを形成し、工程ＳＴ４の第４の制御におけるＧＰＤによってエピタキシャル領域ＥＰＲに不純物を添加した後に、このエピタキシャル領域ＥＰＲ上に工程ＳＴ５の第５の制御の実行及び工程ＳＴ６の第６の制御の実行によって更に第２の薄膜ＴＦ２の半導体材料のエピタキシャル領域を形成する。工程ＳＴ６の第６の制御が実行された時点でのエピタキシャル領域ＥＰＲでは、工程ＳＴ４の第４の制御によって添加された不純物を含むので、実質的に不純物を含まないエピタキシャル領域（工程ＳＴ４の第４の制御が実行されない場合）と比較して、エッチングレートは高い。従って、制御部１００が、エピタキシャル成長されずに側壁面ＳＷに残る第２の薄膜ＴＦ２をエッチングにより除去する制御を、工程ＳＴ６の第６の制御の実行に引き続いて実行すれば、不純物を含むエピタキシャル領域ＥＰＲもエッチングによる影響を受ける可能性がある。制御部１００は、工程ＳＴ６の第６の制御の実行後に側壁面ＳＷに残る第２の薄膜ＴＦ２の残部をエッチングによって除去する前に、工程ＳＴ７の第７の制御を実行しＧＰＤによって側壁面ＳＷに残る第２の薄膜ＴＦ２の残部にも不純物を添加し、ドーピング層ＳＦ２を形成する。不純物（ドーピング層ＳＦ２）を含む第２の薄膜ＴＦ２では、実質的に不純物を含まない半導体材料の薄膜（工程ＳＴ７の第７の制御が制御部１００によって実行されない場合）と比較して、エッチングレートは高い。従って、側壁面ＳＷに残る第２の薄膜ＴＦ２の残部にも工程ＳＴ７の第７の制御によって不純物が添加されることにより、エピタキシャル領域ＥＰＲのエッチングレートだけでなく側壁面ＳＷに残る第２の薄膜ＴＦ２のエッチングレートも増加するので、制御部１００が工程ＳＴ７の第７の制御を実行した時点において、エピタキシャル領域ＥＰＲと側壁面ＳＷに残る第２の薄膜ＴＦ２の残部との間においてエッチングレートの差が維持されることとなり、よって、側壁面ＳＷに残る第２の薄膜ＴＦ２をエッチングによって除去する制御を制御部１００が第７の制御の実行に引き続き実行しても、エピタキシャル領域ＥＰＲ（ドーピング層ＳＦ３を除く）に対するエッチングによる影響を十分に回避することができる。すなわち、エピタキシャル領域ＥＰＲ（ドーピング層ＳＦ３を除く）を残したまま、側壁面ＳＷに残る第２の薄膜ＴＦ２を選択的に除去することが可能となる。
更に、上記したように、処理装置１０は、容器１２の内側の空間を減圧する排気装置４２を備える。制御部１００は、排気装置４２を制御することができる。制御部１００は、工程ＳＴ２の第２の制御において、排気装置４２に容器１２の内側の空間の圧力を第１の圧力に設定させ、且つ、ヒータ３０に容器１２の内側の空間を加熱させ、工程ＳＴ６の第６の制御において、排気装置４２に容器１２の内側の空間の圧力を第２の圧力に設定させ、且つ、ヒータ３０に容器１２の内側の空間を加熱させる。第１の圧力及び第２の圧力は、例えば、１．３×１０２Ｐａ以下の圧力である。従って、工程ＳＴ２の第２の制御において用いられる第１の圧力が、例えば、１．３×１０２Ｐａ以下の圧力であるので、工程ＳＴ２の第２の制御において行われる加熱（アニール）によるマイグレーションを、第１の薄膜ＴＦ１の半導体材料に生じさせることができる。工程ＳＴ６の第６の制御において用いられる第２の圧力が、例えば、１．３×１０２Ｐａ以下の圧力であるので、工程ＳＴ６の第６の制御において行われる加熱（アニール）によるマイグレーションを、第２の薄膜ＴＦ２の半導体材料に生じさせることができる。
また、上記した方法ＭＴによれば、工程ＳＴ４においてＧＰＤによって不純物がエピタキシャル領域ＥＰＲに添加されドーピング層ＳＦ１が形成された後に、このエピタキシャル領域ＥＰＲ上に（具体的には、ドーピング層ＳＦ１上に）工程ＳＴ５及び工程ＳＴ６において更にエピタキシャル領域が形成される。工程ＳＴ６が行われた時点でのエピタキシャル領域ＥＰＲでは、工程ＳＴ４において添加された不純物（ドーピング層ＳＦ１）を含むので、実質的に不純物を含まないエピタキシャル領域（工程ＳＴ４が行われない場合）と比較して、エッチングレートが高い。従ってエピタキシャル成長されずに側壁面ＳＷに残る第２の薄膜ＴＦ２の残部をエッチングにより除去する工程が工程ＳＴ６に引き続いて行われれば、不純物（ドーピング層ＳＦ１）を含むエピタキシャル領域ＥＰＲもエッチングによる影響を受ける可能性がある。方法ＭＴによれば、工程ＳＴ６の後に側壁面ＳＷに残る第２の薄膜ＴＦ２の残部がエッチングによって除去される前に、工程ＳＴ７においてＧＰＤによって側壁面ＳＷに残る第２の薄膜ＴＦ２の残部にも不純物が添加されドーピング層ＳＦ２が形成される。不純物（ドーピング層ＳＦ２）を含む第２の薄膜ＴＦ２では、実質的に不純物を含まない半導体材料の薄膜（工程ＳＴ７が行われない場合）と比較して、エッチングレートは高い。従って、工程ＳＴ７で第２の薄膜ＴＦ２にも不純物が添加され、エピタキシャル領域ＥＰＲのエッチングレートだけでなく第２の薄膜ＴＦ２のエッチングレートも増加するので、工程ＳＴ７が行われた時点において、エピタキシャル領域ＥＰＲと第２の薄膜ＴＦ２との間においてエッチングレートの差が維持されることとなり、よって、側壁面ＳＷに残る第２の薄膜ＴＦ２を工程ＳＴ７に引き続きエッチングによって除去する工程が行われても、エピタキシャル領域ＥＰＲ（ドーピング層ＳＦ３を除く）に対するエッチングによる影響を回避することができる。すなわち、エピタキシャル領域ＥＰＲ（ドーピング層ＳＦ３を除く）を残したまま、側壁面ＳＷに残る第２の薄膜ＴＦ２を選択的に除去することが可能となる。
更に、上記したように、工程ＳＴ２では、第１の圧力に設定された容器１２の内側でウェハＷをアニールすることができ、工程ＳＴ６では、第２の圧力に設定された容器１２の内側でウェハＷをアニールすることができ、第１の圧力及び第２の圧力は、例えば、１．３×１０２Ｐａ以下の圧力であることができる。従って、第１の圧力及び第２の圧力が、例えば、１．３×１０２Ｐａ以下にあるので、アニールによるマイグレーションを第１の薄膜ＴＦ１の半導体材料及び第２の薄膜ＴＦ２の半導体材料に生じさせることができる。
以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置及び詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。従って、特許請求の範囲及びその精神の範囲から来る全ての修正及び変更に権利を請求する。
本発明に係る凹部を充填する方法及び処理装置は、例えば、一例として、半導体ウェハの表面に設けられるホール又はトレンチなどの凹部を固相エピタキシャル成長によって形成されるエピタキシャル領域を用いて充填する場合において、エピタキシャル領域が受けるエッチングによる影響を抑制するために用いられることができる。
１０…処理装置、１００…制御部、１１０…主制御部、１１１…レシピ記憶部、１１２…ＲＯＭ、１１３…ＲＡＭ、１１４…Ｉ／Ｏポート、１１５…ＣＰＵ、１１６…バス、１２…容器、１２１…操作パネル、１２２…温度センサ（群）、１２３…圧力計（群）、１２４…ヒータコントローラ、１２５…流量制御部、１２６…バルブ制御部、１４…内管、１６…外管、１８…マニホールド、２０…支持リング、２２…蓋体、２４…ボートエレベータ、２６…ウエハボート、２８…断熱体、３０…ヒータ、３２…ガス導入管、３４…排気口、３６…パージガス供給管、３８…排気管、４０…バルブ、４２…排気装置、ＢＷ…底面、ＤＲ…凹部、ＤＳ…面、ＥＰＲ…エピタキシャル領域、ＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３，ＦＣ４，ＦＣ５…流量制御器、ＧＦ…ガス供給部、ＧＳ１，ＧＳ２，ＧＳ３，ＧＳ４，ＧＳ５…ガスソース、ＩＦ…絶縁膜、ＭＴ…方法、ＳＢ…半導体基板、ＳＦ１，ＳＦ２，ＳＦ３…ドーピング層、ＳＷ…側壁面、ＴＦ１…第１の薄膜、ＴＦ２…第２の薄膜、ＴＷ…上面、Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ２１，Ｖ２２，Ｖ３１，Ｖ３２，Ｖ４１，Ｖ４２，Ｖ５１，Ｖ５２…バルブ、Ｗ…ウェハ。

Claims (3)

  1. 被処理体の凹部を充填する方法であって、該被処理体は、半導体基板及び該半導体基板上に設けられた絶縁膜を備え、前記凹部は、前記絶縁膜を貫通して前記半導体基板の内部まで延在しており、該方法は、
    前記凹部を画成する壁面に沿って、実質的に不純物を含まない半導体材料の第１の薄膜を形成する工程と、
    前記被処理体を容器の内側においてアニールすることにより、前記凹部の底に向けて移動させた前記第１の薄膜の半導体材料から前記半導体基板の結晶に応じたエピタキシャル領域を形成する工程と、
    前記凹部の前記壁面に残留している前記第１の薄膜をエッチングする工程と、
    前記エピタキシャル領域を気相ドーピングする工程と、
    前記凹部を画成する壁面に沿って、実質的に不純物を含まない半導体材料の第２の薄膜を形成する工程と、
    前記被処理体を前記容器の内側においてアニールすることにより、前記凹部の底に向けて移動させた前記第２の薄膜の半導体材料からエピタキシャル領域を更に形成する工程と、
    前記凹部の前記壁面に残留している前記第２の薄膜、及び前記エピタキシャル領域を気相ドーピングする工程と、
    を備える、方法。
  2. 前記エピタキシャル領域を形成する前記工程は、第１の圧力に設定された前記容器の内側で前記被処理体をアニールし、
    前記エピタキシャル領域を更に形成する前記工程は、第２の圧力に設定された前記容器の内側で前記被処理体をアニールし、
    前記第１の圧力及び前記第２の圧力は、１．３×１０２Ｐａ以下の圧力である、請求項１に記載の方法。
  3. 前記第２の薄膜及び前記エピタキシャル領域を気相ドーピングする前記工程の後に、前記凹部の前記壁面に残留している前記第２の薄膜をエッチングする工程を更に備える、請求項１又は請求項２に記載の方法。
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