JPWO2018055674A1 - 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム - Google Patents

Abstract

反応ガスによる下地への悪影響を抑制する。基板に対して原料ガスを供給することで、基板上にアモルファス状態のシード層を形成する工程と、シード層を熱処理することで、シード層を多結晶化させる工程と、基板に対して原料ガスを供給する工程と、基板に対して酸素含有ガスおよび水素含有ガスを供給する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、多結晶化させたシード層上に酸化膜を形成するとともに、多結晶化させたシード層を酸化する工程と、を有する。

Description

本発明は、半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラムに関する。

半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、処理容器内に収容された基板に対して原料ガスや酸化性の強い反応ガスを供給し、基板上に酸化膜を形成する処理が行われる。この際、反応ガスの酸化力により、酸化膜の下地に悪影響を及ぼす場合がある（例えば特許文献１参照）。

特開２０１４−１５４６５２号公報

本発明は、反応ガスによる下地への悪影響を抑制することが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、
基板に対して原料ガスを供給することで、前記基板上にアモルファス状態のシード層を形成する工程と、
前記シード層を熱処理することで、前記シード層を多結晶化させる工程と、
前記基板に対して前記原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して酸素含有ガスおよび水素含有ガスを供給する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、多結晶化させた前記シード層上に酸化膜を形成するとともに、多結晶化させた前記シード層を酸化する工程と、
を有する技術が提供される。

本発明によれば、反応ガスによる下地への悪影響を抑制することが可能となる。

本発明の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面図で示す図である。 本発明の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を図１のＡ−Ａ線断面図で示す図である。 本発明の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置のコントローラの概略構成図であり、コントローラの制御系をブロック図で示す図である。 本発明の一実施形態の成膜シーケンスを示す図である。 （Ａ）は、ウエハ上にシード層形成工程を施した後のウエハの断面図であって、（Ｂ）は、（Ａ）のウエハにアニール工程を施した後のウエハの断面図であって、（Ｃ）は、（Ｂ）のウエハにＳｉＯ膜形成工程を施した後のウエハの断面図である。 （Ａ）は、炉内温度を４５０℃、５００℃、５５０℃、６００℃に設定してシード層形成工程を行った場合における膜厚の評価結果を示す図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の評価結果を基にグラフ化した図である。 （Ａ）は、本発明の一実施形態のシード層形成工程、アニール工程を施した後にエッチング処理を施した場合のウエハの断面図である。（Ｂ）は、本発明の一実施形態のシード層形成工程後に、アニール工程を施さずにエッチング処理を施した場合のウエハの断面図である。 図７（Ａ）と図７（Ｂ）のアニール工程を施した場合と施さなかった場合のエッチング量を比較して示した図である。 （Ａ）は、ウエハ上にシード層形成工程を施した後のウエハの断面図であって、（Ｂ）は、（Ａ）のウエハにアニール工程を施した後のウエハの断面図であって、（Ｃ）は、（Ｂ）のウエハにＳｉＯ膜形成工程を施した後のウエハの断面図であって、（Ｄ）は、（Ｃ）のウエハにエッチング処理を施した後のウエハの断面図である。 比較例に係るＰｏｌｙ−Ｓｉ層の炉内温度とエッチング量との関係を示す図である。 比較例に係るＰｏｌｙ−Ｓｉ層の成膜時間と膜厚との関係を示す図である。

＜本発明の一実施形態＞
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図３を用いて説明する。

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

ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応管２０３が、マニホールド２０９に支持されることにより垂直に据え付けられている。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ₂）等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド２０９は、例えばステンレス（ＳＵＳ）等の金属からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド２０９の上端部は、反応管２０３の下端部に係合しており、反応管２０３を支持するように構成されている。マニホールド２０９と反応管２０３との間には、シール部材としてのＯリング２２０ａが設けられている。主に、反応管２０３とマニホールド２０９とにより処理容器（反応容器）が構成されている。処理容器の筒中空部には処理室２０１が形成されている。処理室２０１は、複数枚の基板としてのウエハ２００を収容可能に構成されている。

処理室２０１内には、第１ノズルとしてのノズル２４９ａ、第２ノズルとしてのノズル２４９ｂが、マニホールド２０９の側壁を貫通するように設けられている。ノズル２４９ａ，２４９ｂには、それぞれ、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂが接続されている。

ガス供給管２３２ａ，２３２ｂには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１ａ，２４１ｂおよび開閉弁であるバルブ２４３ａ，２４３ｂがそれぞれ設けられている。ガス供給管２３２ａ，２３２ｂのバルブ２４３ａ，２４３ｂよりも下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管２３２ｃ，２３２ｄがそれぞれ接続されている。ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄには、上流方向から順に、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄおよびバルブ２４３ｃ，２４３ｄがそれぞれ設けられている。

ノズル２４９ａ，２４９ｂは、図２に示すように、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における平面視において円環状の空間に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の配列方向上方に向かって立ち上がるようにそれぞれ設けられている。すなわち、ノズル２４９ａ，２４９ｂは、ウエハ２００が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うようにそれぞれ設けられている。ノズル２４９ａ，２４９ｂの側面には、ガスを供給するガス供給孔２５０ａ，２５０ｂがそれぞれ設けられている。ガス供給孔２５０ａ，２５０ｂは、反応管２０３の中心を向くようにそれぞれ開口しており、ウエハ２００に向けてガスを供給することが可能となっている。ガス供給孔２５０ａ，２５０ｂは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられている。

ガス供給管２３２ａからは、所定元素を含む原料ガスとして、例えば、所定元素としてのシリコン（Ｓｉ）およびハロゲン元素を含むハロシラン原料ガスが、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。

原料ガスとは、気体状態の原料、例えば、常温常圧下で液体状態である原料を気化することで得られるガスや、常温常圧下で気体状態である原料等のことである。ハロシラン原料とは、ハロゲン基を有するシラン原料のことである。ハロゲン基には、クロロ基、フルオロ基、ブロモ基、ヨード基等が含まれる。すなわち、ハロゲン基には、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）等のハロゲン元素が含まれる。ハロシラン原料は、ハロゲン化物の一種ともいえる。

ハロシラン原料ガスとしては、例えば、ＳｉおよびＣｌを含む原料ガス、すなわち、クロロシラン原料ガスを用いることができる。クロロシラン原料ガスとしては、例えば、無機系のクロロシラン原料ガスであるヘキサクロロジシラン（Ｓｉ₂Ｃｌ₆、略称：ＨＣＤＳ）ガスを用いることができる。言い換えれば、このガスは、１分子中に少なくとも２つのＳｉを含み、さらにＣｌを含み、Ｓｉ−Ｓｉ結合を有する原料ガスであるともいえる。これらのガスは、Ｓｉソースとして作用する。ＨＣＤＳのように常温常圧下で液体状態である液体原料を用いる場合は、液体原料を気化器やバブラ等の気化システムにより気化して、原料ガス（ＨＣＤＳガス）として供給することとなる。

ガス供給管２３２ｂからは、原料ガスとは化学構造（分子構造）が異なる反応ガスとして、例えば、酸素（Ｏ）含有ガスが、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。Ｏ含有ガスは、後述する成膜処理において、酸化ガス、すなわち、Ｏソースとして作用する。Ｏ含有ガスとしては、例えば、酸素（Ｏ₂）ガスを用いることができる。

ガス供給管２３２ａからは、原料ガスとは化学構造が異なる反応ガスとして、例えば、水素（Ｈ）含有ガスが、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。Ｈ含有ガスは、それ単体では酸化作用は得られないが、後述する成膜処理において、特定の条件下でＯ含有ガスと反応することで原子状酸素（ａｔｏｍｉｃ ｏｘｙｇｅｎ、Ｏ）等の酸化種を生成し、酸化処理の効率を向上させるように作用する。そのため、Ｈ含有ガスは、Ｏ含有ガスと同様に酸化ガスに含めて考えることができる。Ｈ含有ガスとしては、例えば、水素（Ｈ₂）ガスを用いることができる。

ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄからは、不活性ガスとして、例えば、窒素（Ｎ₂）ガスが、それぞれＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ、バルブ２４３ｃ，２４３ｄ、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ、ノズル２４９ａ，２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。

主に、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、原料ガス供給系が構成される。主に、ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより、Ｏ含有ガス供給系が構成される。主に、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、Ｈ含有ガス供給系が構成される。主に、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄ、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ、バルブ２４３ｃ，２４３ｄにより、不活性ガス供給系が構成される。

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

反応管２０３には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が設けられている。排気管２３１には、処理室２０１内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ２４５および排気バルブ（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４４を介して、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されている。ＡＰＣバルブ２４４は、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁を開閉することにより、処理室２０１内の真空排気および真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ２４６を作動させた状態で、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて弁開度を調節することで、処理室２０１内の圧力を調整することができるように構成されているバルブである。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４４、圧力センサ２４５により、排気系が構成される。真空ポンプ２４６を排気系に含めて考えてもよい。

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

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

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

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

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

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

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

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

（２）基板処理
上述の基板処理装置を用い、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、基板としてのウエハ２００上に膜を形成するシーケンス例について、図４及び図５を用いて説明する。以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。

図４に示す成膜シーケンスは、
処理容器内のウエハ２００に対してＨＣＤＳガスを供給することで、ウエハ２００上にアモルファス状態のシード層を形成する工程と、
前記シード層を熱処理することで、前記シード層を多結晶化させる工程と、
処理容器内のウエハ２００に対してＨＣＤＳガスを供給する工程と、処理容器内のウエハ２００に対してＯ₂ガスおよびＨ₂ガスを供給する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数（ｎ回以上）行うことで、多結晶化させた前記シード層上に、Ｏ含有膜としてシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜、以下、単にＳｉＯ膜、ＳｉＯ層ともいう）を形成するとともに、多結晶化させた前記シード層を酸化する。

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

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

（圧力および温度調整）
処理室２０１内、すなわち、ウエハ２００が存在する空間が所望の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ２４６によって真空排気（減圧排気）される。真空ポンプ２４６は、少なくともウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。また、処理室２０１内のウエハ２００が所望の成膜温度となるようにヒータ２０７によって加熱される。ヒータ２０７による処理室２０１内の加熱は、少なくともウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。また、回転機構２６７によるボート２１７およびウエハ２００の回転を開始する。回転機構２６７によるボート２１７およびウエハ２００の回転は、少なくとも、ウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。

（成膜処理）
その後、以下のシード層形成工程、アニール（多結晶化）工程及びＳｉＯ膜形成工程を順次実行する。

＜シード層形成工程＞
処理室２０１内のウエハ２００に対してＨＣＤＳガスを供給する。具体的には、バルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内へＨＣＤＳガスを流す。ＨＣＤＳガスは、ＭＦＣ２４１ａにより流量調整され、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。このとき同時にバルブ２４３ｃを開き、ガス供給管２３２ｃ内へＮ₂ガスを流す。Ｎ₂ガスは、ＭＦＣ２４１ｃにより流量調整され、ＨＣＤＳガスと一緒に処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。

また、ノズル２４９ｂ内へのＨＣＤＳガスの侵入を防止するため、バルブ２４３ｄを開き、ガス供給管２３２ｄ内へＮ₂ガスを流す。Ｎ₂ガスは、ガス供給管２３２ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。

処理室２０１内の圧力は、例えば３００〜１０００Ｐａの範囲内の例えば３９９Ｐａの圧力とする。処理室２０１内の圧力が３００Ｐａより低い場合には、ウエハ上に膜が吸着されず、１０００Ｐａより高い場合には、ノズル内に膜が多量に付着してしまうため、パーティクルが発生しやすくなってしまうことがある。処理室２０１内の圧力を、例えば３００〜１０００Ｐａの範囲内とすることで、成膜の品質を向上させることができる。

ＨＣＤＳガスの供給流量は、例えば１００〜４００ｓｃｃｍの範囲内の例えば２００ｓｃｃｍの流量とする。ＭＦＣ２４１ｃで制御するＮ₂ガスの供給流量は、例えば３００〜８００ｓｃｃｍの範囲内の例えば５００ｓｃｃｍの流量とする。ＭＦＣ２４１ｄで制御するＮ₂ガスの供給流量は、例えば５００〜１５００ｓｃｃｍの範囲内の例えば１０００ｓｃｃｍの流量とする。ＨＣＤＳガスの供給時間は、例えば５〜３０分の範囲内の例えば１０分とする。ガス供給時間が５分より短い場合には、形成される膜が薄くなってしまい、表面が荒くなってしまう（ラフネスが悪化する）ことがあり、３０分より長い場合には、スループットが低下してしまうことがある。ガス供給時間を５〜３０分の範囲内とすることで、成膜品質およびスループットを確実に確保（維持）することができる。

処理室２０１内の温度（成膜温度）は、例えば３００〜５５０℃、好ましくは４００〜５５０℃の範囲内の例えば５００℃となるような温度に設定する。成膜温度が３００℃より低い場合には、ウエハ上に膜が吸着されず、５５０℃より高い場合には、原料ガス中のＣｌの作用によって層が削れてしまい、面内均一性が悪化してしまうことがある。成膜温度を３００〜５５０℃とすることで、実用レベルの面内均一性および成膜レートを確実に確保（維持）することが可能となる。成膜温度を４００〜５５０℃とすることで、面内均一性および成膜レートをさらに向上させることが可能となる。

上述の条件下でウエハ２００に対してＨＣＤＳガスを供給することにより、図５（Ａ）に示すように、下地膜として、Ｓｉ基板上に例えばＳｉＯ膜が形成されたウエハ２００の最表面上に、シード層として、例えば５Å〜５０Å程度の厚さのＳｉ，Ｃｌを含むアモルファス状態（非晶質）のＳｉシード層１０が形成される。ここで、Ｓｉシード層１０の厚さは、後述するＳｉＯ膜形成工程において、Ｓｉシード層１０が多結晶化されたＰｏｌｙ−Ｓｉ層１２が全て酸化されてＳｉＯ膜となる時の厚さ以上の膜厚とする。Ｓｉシード層がこのような厚さよりも薄い場合、下地膜までの酸化ガスが到達し、下地膜が酸化されてしまうことがある。ここで、「結晶化されたＰｏｌｙ−Ｓｉ層１２が全て酸化されてＳｉＯ膜となる時の厚さ」は、Ｓｉシード層の厚さが結晶化されたＰｏｌｙ−Ｓｉ層１２が全て酸化されてＳｉＯ膜となる時の厚さよりも若干薄かったとしても、下地膜の酸化を実質的に防止できる厚さを含む。

Ｓｉシード層１０が形成された後、バルブ２４３ａを閉じ、処理室２０１内へのＨＣＤＳガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ２４４は開いたままとして、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくはシード層形成に寄与した後のＨＣＤＳガスを処理室２０１内から排除する。このとき、バルブ２４３ｃ，２４３ｄは開いたままとして、Ｎ₂ガスの処理室２０１内への供給を維持する。Ｎ₂ガスはパージガスとして作用する。

原料ガスとしては、ＨＣＤＳガスの他、例えば、ジクロロシラン（ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、略称：ＤＣＳ）ガス等の原料ガスを用いることができる。

不活性ガスとしては、Ｎ₂ガスの他、例えば、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いることができる。

＜アニール（多結晶化）工程＞
その後、処理室２０１内の温度が、上述したシード層形成工程における温度よりも高い温度となるように昇温する。このとき、ウエハ２００に対してＮ₂ガスの供給が維持される。このように、Ｎ₂ガス雰囲気中にて、処理室２０１内の温度をシード層形成工程における温度よりも高い温度に保った状態でアニール処理（熱処理）を施す。処理室２０１内の温度は、例えば６００〜９００℃、好ましくは６００〜７５０℃の範囲内の例えば６００℃となるような温度に設定する。

ＭＦＣ２４１ｃで制御するＮ₂ガスの供給流量は、例えば３００〜８００ｓｃｃｍの範囲内の例えば５００ｓｃｃｍの流量とする。ＭＦＣ２４１ｄで制御するＮ₂ガスの供給流量は、例えば５００〜１５００ｓｃｃｍの範囲内の例えば１０００ｓｃｃｍの流量とする。処理時間は、例えば６０〜１２０分、好ましくは６０分間とする。処理時間が６０分より短い場合には、Ｓｉシード層が十分に多結晶化されない場合がある。処理時間が１２０分より長い場合には、スループットが低下してしまう場合がある。

上述の条件下で処理室２０１内のウエハ２００に対してＮ₂ガスを供給することにより、ウエハ２００の最表面上のＳｉシード層１０が熱処理されて、Ｓｉシード層１０内のＣｌ等の不純物が脱離される。これにより、図５（Ｂ）に示すように、Ｓｉシード層１０は、例えば５Å〜５０Å程度の膜厚のポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）層１２に改質されて、多結晶化される。下地膜上にＳｉシード層１０を形成することにより、後述するＳｉＯ膜１４形成時の酸化ガスによる下地膜の酸化が抑制される。また、Ｓｉシード層１０を多結晶化してＰｏｌｙ−Ｓｉ層１２とすることにより、ラフネスを改善させ、電気特性を向上させることができる。

＜ＳｉＯ膜形成工程＞
その後、以下のステップ１，２を順次実行し、ＳｉＯ層を形成する。

［ステップ１］
このステップでは、処理室２０１内のウエハ２００に対してＨＣＤＳガスを供給する。このステップでは、バルブ２４３ａ〜２４３ｄの開閉制御を、シード層形成工程におけるバルブ２４３ａ〜２４３ｄの開閉制御と同様の手順で行う。

このとき、処理室２０１内の圧力は、例えば１〜１０００Ｐａ、好ましくは６７〜１０００Ｐａ、より好ましくは１３３〜１０００Ｐａの範囲内の例えば３９９Ｐａの圧力とする。

ＨＣＤＳガスの供給流量は、例えば１〜２０００ｓｃｃｍ、好ましくは１０〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の例えば２００ｓｃｃｍの流量とする。Ｎ₂ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の例えば３００ｓｃｃｍの流量とする。ＨＣＤＳガスのガス供給時間は、シード層形成工程におけるＨＣＤＳガス供給時間よりも短く、例えば１〜１２０秒、好ましくは１〜６０秒の範囲内の時間とする。

処理室２０１内の温度は、アニール工程における温度以上に維持され、例えば６００〜９００℃、好ましくは６００〜７５０℃の範囲内の例えば６００℃となるような温度に設定する。

上述の条件下でウエハ２００に対してＨＣＤＳガスを供給することにより、ウエハ２００の最表面上であるＰｏｌｙ−Ｓｉ層１２上に、第１層（初期層）として、例えば１原子層未満から数原子層（１分子層未満から数分子層）程度の厚さのＣｌを含むＳｉ含有層が形成される。第１層は、Ｃｌを含むＳｉ層であってもよいし、ＨＣＤＳの吸着層であってもよいし、それらの両方を含んでいてもよい。ＨＣＤＳの吸着層は、ＨＣＤＳの物理吸着層であってもよいし、ＨＣＤＳの化学吸着層であってもよいし、それらの両方を含んでいてもよい。

ここで、１原子層（分子層）未満の厚さの層とは不連続に形成される原子層（分子層）のことを意味しており、１原子層（分子層）の厚さの層とは連続的に形成される原子層（分子層）のことを意味している。Ｃｌを含むＳｉ含有層は、Ｃｌを含むＳｉ層とＨＣＤＳの吸着層との両方を含み得る。但し、上述の通り、Ｃｌを含むＳｉ含有層については「１原子層」、「数原子層」等の表現を用いて表すこととし、「原子層」を「分子層」と同義で用いる場合もある。

ＨＣＤＳガスが自己分解（熱分解）する条件下では、ウエハ２００上にＳｉが堆積することでＣｌを含むＳｉ層が形成される。ＨＣＤＳガスが自己分解（熱分解）しない条件下では、ウエハ２００上にＨＣＤＳが吸着することでＨＣＤＳの吸着層が形成される。ウエハ２００上にＨＣＤＳの吸着層を形成するよりも、ウエハ２００上にＣｌを含むＳｉ層を形成する方が、成膜レートを高くすることができ、好ましい。以下、Ｃｌを含むＳｉ含有層を、便宜上、単に、Ｓｉ含有層とも称することとする。

第１の層が形成された後、バルブ２４３ａを閉じ、ＨＣＤＳガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ２４４は開いたままとして、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくは第１の層形成に寄与した後のＨＣＤＳガスを処理室２０１内から排除する。このとき、バルブ２４３ｃ，２４３ｄは開いたままとして、Ｎ₂ガスの処理室２０１内への供給を維持する。Ｎ₂ガスはパージガスとして作用する。

［ステップ２］
ステップ１が終了した後、処理室２０１内へＯ₂ガスとＨ₂ガスとを別々に供給し、これらのガスを処理室２０１内で混合させて反応させる。

このステップでは、バルブ２４３ｂ，２４３ａを開き、ガス供給管２３２ｂ内へＯ₂ガスを、ガス供給管２３２ａ内へＨ₂ガスをそれぞれ流す。Ｏ₂ガスは、ＭＦＣ２４１ｂにより流量調整され、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。Ｈ₂ガスは、ＭＦＣ２４１ａにより流量調整され、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。Ｏ₂ガスとＨ₂ガスとは、処理室２０１内で初めて混合して反応し、その後、排気管２３１から排気される。バルブ２４３ｃ，２４３ｄの開閉制御は、ステップ１におけるバルブ２４３ｃ，２４３ｄの開閉制御と同様の手順で行う。

このとき、処理室２０１内の圧力を、大気圧未満、例えば１〜１３３３Ｐａの範囲内の例えば６０Ｐａの圧力とする。

Ｏ₂ガスの供給流量は、例えば１０００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の例えば４０００ｓｃｃｍの流量とする。Ｈ₂ガスの供給流量は、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の例えば５００ｓｃｃｍの流量とする。Ｏ₂ガスおよびＨ₂ガスの供給時間は、例えば１〜１２０秒の範囲内の時間とする。

その他の処理条件は、ステップ１における処理条件と同様の条件とする。

上述の条件下でＯ₂ガスおよびＨ₂ガスを処理室２０１内へ供給することで、Ｏ₂ガスおよびＨ₂ガスは、加熱された減圧雰囲気下においてノンプラズマで熱的に活性化（励起）されて反応し、それにより原子状酸素（Ｏ）等の酸素を含む水分（Ｈ₂Ｏ）非含有の酸化種が生成される。そして、主にこの酸化種により、ステップ１でウエハ２００上に形成された第１の層（Ｓｉ含有層）に対して酸化処理が行われる。この酸化種の持つエネルギーは、Ｓｉ含有層中に含まれるＳｉ−Ｃｌ、Ｓｉ−Ｈ等の結合エネルギーよりも高いため、この酸化種のエネルギーをＳｉ含有層に与えることで、Ｓｉ含有層中に含まれるＳｉ−Ｃｌ、Ｓｉ−Ｈ結合等は切り離される。Ｓｉとの結合を切り離されたＨ、Ｃｌ等は膜中から除去され、Ｃｌ₂、ＨＣｌ等として排出される。また、Ｈ、Ｃｌ等との結合が切られることで余ったＳｉの結合手は、酸化種に含まれるＯと結びつき、Ｓｉ−Ｏ結合が形成される。

このようにして、Ｓｉ含有層は、第２の層、すなわち、Ｃｌ等の不純物の含有量が少ないＳｉＯ層へと変化させられる（改質される）。この酸化処理によれば、Ｏ₂ガスを単独で供給する場合や水蒸気（Ｈ₂Ｏガス）を供給する場合に比べ、酸化力を大幅に向上させることができる。すなわち、減圧雰囲気下においてＯ₂ガスにＨ₂ガスを添加することで、Ｏ₂ガス単独供給の場合やＨ₂Ｏガスを供給する場合に比べ、大幅な酸化力向上効果が得られる。

この酸化種は強い酸化力を有するため、第１の層のみでなく、第１の層の下に形成される膜（下地膜）も酸化させてしまうことがある。本実施形態においては、下地膜と第１の層との間にＰｏｌｙ−Ｓｉ層１２が形成されているため、この酸化種によってＰｏｌｙ−Ｓｉ層１２の少なくとも一部が酸化されることにより、下地膜へ酸化種が拡散することを抑制することができ、下地膜の酸化を抑制することができる。Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層１２は酸化されることにより、第２の層と略同質のＳｉＯ層へと変化させられる（改質される）。

第１の層（Ｓｉ含有層）を第２の層（ＳｉＯ層）へと変化させた後、バルブ２４３ｂ，２４３ａを閉じ、Ｏ₂ガスおよびＨ₂ガスの供給をそれぞれ停止する。

そして、ステップ１と同様の処理手順、処理条件により、処理室２０１内に残留するＯ₂ガスやＨ₂ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。このとき、処理室２０１内に残留するガス等を完全に排除しなくてもよい点は、ステップ１と同様である。

Ｏ含有ガスとしては、Ｏ₂ガスの他、オゾン（Ｏ₃）ガス等を用いることができる。Ｈ含有ガスとしては、Ｈ₂ガスの他、重水素（Ｄ₂）ガス等を用いることができる。なお、原料ガスとして、４ＤＭＡＳガスや３ＤＭＡＳガス等のアミノシラン原料ガスを用いる場合は、Ｏ含有ガスとしてＯ₃ガスを用いるようにすれば、Ｈ含有ガスを用いることなく充分な（同様な）成膜レートで成膜することもできる。

（所定回数実施）
上述したステップ１，２を非同時に、すなわち、同期させることなく行うサイクルを所定回数（１回以上）行うことにより、図５（Ｃ）に示すように、所定膜厚のＳｉＯ膜１４を形成することができる。上述のサイクルは複数回繰り返すのが好ましい。すなわち、上述のサイクルを１回行う際に形成されるＳｉＯ層の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、ＳｉＯ層を積層することで形成されるＳｉＯ膜の厚さとＰｏｌｙ−Ｓｉ層が複数回酸化されることで形成されるＳｉＯ膜の厚さとの合計の膜厚が所望の膜厚になるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すのが好ましい。

（パージおよび大気圧復帰）
ＳｉＯ膜の形成が完了した後、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄのそれぞれからＮ₂ガスを処理室２０１内へ供給し、排気管２３１から排気する。Ｎ₂ガスはパージガスとして作用する。これにより、処理室２０１内がパージされ、処理室２０１内に残留するガスや反応副生成物が処理室２０１内から除去される（パージ）。その後、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換され（不活性ガス置換）、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。

（ボートアンロードおよびウエハディスチャージ）
ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降され、マニホールド２０９の下端が開口される。そして、処理済のウエハ２００が、ボート２１７に支持された状態で、マニホールド２０９の下端から反応管２０３の外部に搬出される（ボートアンロード）。処理済のウエハ２００は、ボート２１７より取出される（ウエハディスチャージ）。

（４）本実施形態による効果
本実施形態によれば、以下に示す一つ又は複数の効果が得られる。

［１］下地膜と酸化膜との間にＳｉシード層を形成することにより、下地酸化を抑制することができる。すなわち、ＳｉＯ膜形成時に用いる酸化力の強い酸化種によって、Ｓｉシード層が酸化されることにより、酸化種がＳｉシード層より下方の下地膜まで拡散することを抑制することができる。これにより、下地膜の酸化を抑制することができ、デバイスの特性を向上させることが可能となる。

［２］Ｓｉシード層を多結晶化することにより、ラフネスを改善させ、電気特性を向上させることができる。Ｓｉシード層のラフネスは粗いため、Ｓｉシード層の上面にＳｉＯ膜を形成した場合、電気特性が悪化することがある。これに対し、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層はＳｉシード層よりもラフネスが向上されるため、電気特性を向上させることができる。

［３］Ｓｉシード層を多結晶化することにより、多結晶化しない場合と比較してＳｉシード層を酸化され難くすることができる。これにより、下地膜とＳｉＯ膜との間に形成するＳｉシード層の膜厚を薄くすることができる。Ｓｉシード層とＰｏｌｙ−Ｓｉ層とを同じ時間酸化種に暴露させた場合、Ｓｉシード層の方がＰｏｌｙ−Ｓｉ層よりもＳｉＯ膜が厚く形成される。そのため、Ｓｉシード層を多結晶化しない場合は、下地膜とＳｉＯ膜との間に厚い膜厚のＳｉシード層を形成する必要がある。すなわち、下地膜の酸化を抑制するためにＳｉシード層が全て酸化されてＳｉＯ膜となる時のＳｉシード層の厚さは、下地膜の酸化を抑制するためにＰｏｌｙ−Ｓｉ層の厚さよりも厚くなる。また、Ｓｉシード層を酸化したＳｉＯ膜はＰｏｌｙ−Ｓｉ膜を酸化したＳｉＯ膜よりも膜特性が悪くなる。Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層を用いることにより、下地膜とＳｉＯ膜との間に形成するＳｉシード層の膜厚を薄くすることができ、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を酸化したＳｉＯ膜と、その上に形成するＳｉＯ膜との膜質を同等とすることができるため、生産性を向上させることができる。

［４］Ｓｉシード層を熱処理し多結晶化することにより、Ｓｉシード層の密度を向上させることができる。また、Ｓｉシード層内の不純物（例えばＣｌ、Ｈ、Ｎ）を減少させることができる。これらにより、Ｓｉシード層自体の膜質を向上させることができる。ＳｉＯ膜形成工程でＰｏｌｙ−Ｓｉ層が酸化されることで形成されるＳｉＯ膜は、ＳｉＯ膜形成工程により形成されたＳｉＯ膜と略同等の膜特性を備えるため、ＳｉＯ膜形成工程で形成されたＳｉＯ膜との親和性が良く、品質の悪化を抑制できる。これにより、デバイス特性を向上させることができる。

[５]Ｓｉシード層をＳｉＯ膜形成工程において多結晶化したＳｉシード層が実質的に全て酸化される分の厚さに形成することにより、デバイスの性能を向上させることができる。多結晶化したＳｉシード層（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層）が酸化されるとＳｉＯ膜となる。Ｓｉシード層の厚さを、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層がちょうど全て酸化される分の厚さとすることにより、下地膜とＳｉＯ膜との間にＳｉシード層を残すことがない。これにより、下地膜の機能を維持することができるとともに、下地膜とＳｉＯ膜との間に膜を介在させることがないので、デバイスの性能を向上させることが可能となる。

[６]アニール工程とＳｉＯ膜形成工程とを同じ温度に設定することにより、処理室内を昇温させたり降温させたりすることなく、連続して処理することができるため、基板処理に要する時間を短縮でき、スループットを向上させることができる。

[７]アニール工程とＳｉＯ膜形成工程とをｉｎ−ｓｉｔｕで行うことにより、ウエハを処理室外の雰囲気に暴露させることがなく、自然酸化膜の生成やパーティクルの付着を抑制できるため、品質を向上させることができる。

これらの効果は、原料ガスとしてＨＣＤＳガス以外のガスを用いる場合や、Ｏ含有ガスとしてＯ₂ガスおよびＨ₂ガス以外のガスを用いる場合や、Ｈ含有ガスとしてＨ₂ガス以外のガスを用いる場合においても、同様に得ることができる。また、不活性ガスとしてＮ₂ガス以外のガスを用いる場合においても、同様に得ることができる。

＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

例えば、上述の実施形態では、アニール工程において、処理室２０１内にＮ₂ガスを供給する構成について説明したが、これに限らず、Ｈ含有ガス（例えばＨ₂ガス）を供給してもよい。これにより、Ｓｉシード層中の不純物の脱離をさらに促進させることができる。

また例えば、上述の実施形態では、ＳｉＯ膜形成工程において、原料ガスを供給した後に反応ガスを供給する例について説明した。本発明はこのような態様に限定されず、原料ガスと反応ガスの供給順序は逆でもよい。すなわち、反応ガスを供給した後に原料ガスを供給するようにしてもよい。供給順序を変えることにより、形成される膜の膜質や組成比を変化させることが可能となる。

また例えば、上述の実施形態では、原料ガスとしてクロロシラン原料ガスを用いる例について説明した。本発明はこの態様に限定されず、クロロシラン原料ガス以外のハロシラン原料ガス、例えば、フルオロシラン原料ガス、ブロモシラン原料ガス、ヨードシラン原料ガスを用いてもよい。また、原料ガスとして、ゲルマニウム（Ｇｅ）等のＳｉ以外の半金属元素およびハロゲン元素を含む半金属原料ガスを用いてもよい。また、原料ガスとして、チタニウム（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属元素およびハロゲン元素を含む金属原料ガスを用いてもよい。このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。

成膜処理に用いられるレシピは、処理内容に応じて個別に用意し、電気通信回線や外部記憶装置１２３を介して記憶装置１２１ｃ内に格納しておくことが好ましい。そして、各種処理を開始する際、ＣＰＵ１２１ａが、記憶装置１２１ｃ内に格納された複数のレシピの中から、処理内容に応じて適正なレシピを適宜選択することが好ましい。これにより、１台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の薄膜を汎用的に、かつ、再現性よく形成することができるようになる。また、オペレータの負担を低減でき、操作ミスを回避しつつ、各種処理を迅速に開始できるようになる。

上述のレシピは、新たに作成する場合に限らず、例えば、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを変更することで用意してもよい。レシピを変更する場合は、変更後のレシピを、電気通信回線や当該レシピを記録した記録媒体を介して、基板処理装置にインストールしてもよい。また、既存の基板処理装置が備える入出力装置１２２を操作し、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを直接変更するようにしてもよい。

上述の実施形態では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本発明は上述の実施形態に限定されず、例えば、一度に１枚または数枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用できる。また、上述の実施形態では、ホットウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本発明は上述の実施形態に限定されず、コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用できる。これらの場合においても、処理手順、処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理手順、処理条件とすることができる。

これらの基板処理装置を用いる場合においても、上述の実施形態と同様なシーケンス、処理条件にて成膜処理を行うことができる。

また、上述した各種の実施形態は、適宜組み合わせて用いることができる。また、このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。

以下、上述の実施形態で得られる効果を裏付ける実験結果について説明する。

（Ｓｉシード層の面内膜厚均一性に関する評価）
図１に示す基板処理装置を用いて、上述したシード層形成工程により、図５（Ａ）に示すように、下地膜として例えばＳｉＯ層が形成されたウエハ２００上に炉内温度を４５０℃、５００℃、５５０℃、６００℃にしてＨＣＤＳガスを供給してＳｉシード層１０を形成し、サンプル１〜４を作製した。

いずれのサンプルも、原料ガスとしてはＨＣＤＳガスを、不活性ガスとしてはＮ₂ガスを用いて作製した。ここで、供給量等の処理条件は、上述の実施形態と同様な処理条件とした。

そして、サンプル１〜４におけるＳｉシード層１０の膜厚分布、平均膜厚およびウエハ面内膜厚均一性（以下、ＷｉＷともいう）を評価した。ＷｉＷ（±％）とは、｛（ウエハ面内における膜厚最大値−ウエハ面内における膜厚最小値）／（２×ウエハ面内における膜厚平均値）｝×１００で定義される値であり、その値が小さいほど、ウエハ面内における膜厚が均一であることを示している。

図６（Ａ）及び図６（Ｂ）によれば、炉内温度を４５０℃〜６００℃まで昇温させた結果、ＨＣＤＳガスの分解が始まる５００℃付近から成膜速度が速くなるが、さらに温度を５５０℃まで昇温させると、ＨＣＤＳガスに含まれるＣｌによるエッチング作用で膜が削れてしまい、成膜速度が下がることが分かった。また、面内均一性は、炉内温度５００℃で作成したサンプル２が最も良好であることが分かる。

（アニール処理の有無による評価）

［本実施例］
本実施例では、図１に示す基板処理装置を用いて、上述したシード層形成工程と、アニール工程を行った後に、希フッ酸（ＤＨＦ）によりエッチング処理を行った。エッチング処理では、ＤＨＦをＮ₂ガスの供給量の１％程度１分間供給した。ここで、供給量等の処理条件は、上述の実施形態と同様な処理条件とした。

図８に示すように、アニール処理を行った後のＰｏｌｙ−Ｓｉ層１２の膜厚（図７（Ａ）の膜厚Ｔ１）は６２．６Åであった。そして、ＤＨＦによりエッチングした後のＰｏｌｙ−Ｓｉ層１２の膜厚（図７（Ａ）の膜厚Ｔ２）は５９．９Åであった。すなわち、本実施例におけるエッチング量（酸化量）は、２．７Åであった。

［比較例］
一方、比較例では、上述したシード層形成工程の後に、アニール工程を行わずに、本実施例と同様のエッチング処理を行った。ここで、上述同様、供給量等の処理条件は、上述の実施形態と同様な処理条件とした。

図８に示すように、ＤＨＦエッチング前のＳｉシード層１０の膜厚（図７（Ｂ）の膜厚Ｔ３）は５９．３Åであった。そして、ＤＨＦエッチング後のＳｉシード層１０の膜厚（図７（Ｂ）の膜厚Ｔ４）は０．４Åであった。すなわち、比較例におけるエッチング量は、５８．９Åであった。

すなわち、図８に示すように、アニール処理を行わない場合には、エッチングによりＳｉシード層１０のエッチング量が５８．９Å程度でほぼ除去されているのに対して、アニール処理を行った場合には、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層１２のエッチング量が２．７Å程度でほぼ残っていることが分かる。アニール処理を行わない場合には、Ｓｉシード層は非晶質な状態であるためエッチングされやすく、アニール処理を行うことにより、Ｓｉシード層が多結晶化されるためエッチングされ難くなったと考えられる。すなわち、上述のアニール処理によりＳｉシード層を多結晶化させることが可能である。

また、上述の条件におけるＳｉシード層の形成では、アニール処理の有無にかかわらず、表面の状態が良好で、ピンホール等は見られなかった。

（下地Ｐｏｌｙ-Ｓｉ層の酸化量における評価）

［本実施例］
本実施例では、図１に示す基板処理装置を用い、下地膜として例えばＳｉＯ膜が形成されたウエハ２００上に、上述したシード層形成工程によりＳｉシード層１０を形成し（図９（Ａ））、上述したアニール工程によりＳｉシード層を多結晶化させてＰｏｌｙ−Ｓｉ層１２を形成した（図９（Ｂ））。このときのＰｏｌｙ−Ｓｉ層の膜厚Ｔ５は、２９．４２Åであった。成膜処理の処理条件は、上述の実施形態に記載の処理条件範囲内の条件とした。

そして、上述したＳｉＯ膜形成工程により、Ｐｏｌｙ-Ｓｉ層１２上にＳｉＯ膜１４を形成した（図９（Ｃ））。このときのＳｉＯ膜１４の膜厚Ｔ６は、４０Åであった。成膜処理の処理条件は、上述の実施形態に記載の処理条件範囲内の条件とした。

そして、ＤＨＦ供給によりエッチング処理を行って、ＳｉＯ膜１４を完全に除去した（図９（Ｄ））。このときのＰｏｌｙ−Ｓｉ層１２の膜厚Ｔ７は、２７．７９Åであった。すなわち、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層のエッチング量は１．６３Åであって、１．６３ÅのＰｏｌｙ−Ｓｉ層が酸化されてＳｉＯ膜となり、エッチングされたこととなる。

［比較例］
比較例では、原料ガスとしてＨＣＤＳガスの代わりにモノシラン（ＳｉＨ₄）ガスを用いてＰｏｌｙ−Ｓｉ層を形成した。具体的には、７００℃でＳｉＨ₄ガスを供給して膜厚が１０００ÅのＰｏｌｙ−Ｓｉ層を形成した。そして、このＰｏｌｙ−Ｓｉ層の上に炉内温度を４５０℃〜７００℃に変化させてＳｉＯ膜を４０Å形成した。そして、ＤＨＦによりエッチング処理を行ってＳｉＯ膜を完全に除去し、ＳｉＯ膜除去後のＰｏｌｙ−Ｓｉ層の膜厚を測定した。

図１０に示すように、比較例では、４５０℃でＳｉＯ膜を形成したときのＰｏｌｙ−Ｓｉ層のエッチング量は８Å程度であって、７００℃でＳｉＯ膜を形成したときのＰｏｌｙ−Ｓｉ層のエッチング量は１３Å程度であった。ＳｉＯ膜の成膜温度が高くなるにつれてＰｏｌｙ−Ｓｉ層のエッチング量も増加し、８〜１３Å程度酸化されていることが分かる。すなわち、ＳｉＨ₄ガスを用いて形成されたＰｏｌｙ−Ｓｉ層では、ＳｉＯ膜の成膜温度が高いほど、ＳｉＯ膜形成時の酸化ガスの影響を受け易く、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層が酸化されることが分かる。また、ＳｉＨ₄ガスを用いたＰｏｌｙ−Ｓｉ層成膜においては、成膜速度が速く、ガスノズル内も成膜されて異物が発生しやすい。

図１１は、上述した比較例において、原料ガスとしてＳｉＨ₄ガスを用いて、５２５℃でＰｏｌｙ−Ｓｉ層を形成した場合（◇印）と、６２０℃でＰｏｌｙ−Ｓｉ層を形成した場合（△印）のＰｏｌｙ−Ｓｉ層の成膜時間と膜厚の関係を示す図である。

図１１に示すように、５２５℃で形成されたＰｏｌｙ−Ｓｉ層の膜厚よりも、６２０℃で形成されたＰｏｌｙ−Ｓｉ層の膜厚の方が、同じ成膜時間であっても厚く形成され、５０Å以下の薄膜領域においては、いずれのＰｏｌｙ−Ｓｉ層もピンホールが出来てしまい、Ｓｉ膜が不連続となってしまっていることが分かる。また、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層の膜厚が薄いほど表面が荒い（ラフネスが悪い）ことが分かる。これらより、ＳｉＨ₄ガスを用いたＰｏｌｙ−Ｓｉ層では下地膜の酸化を十分に抑制できず、デバイスの特性も悪化させてしまう可能性があることが分かる。

酸化膜の形成には、本実施形態におけるＳｉＯ膜形成工程において示されているように、例えばＨＣＤＳガスとＯ₂ガス、Ｈ₂ガスを熱分解し、気相又は表面反応により堆積させることができるが、Ｏ₂ガス、Ｈ₂ガスの混合により生成する酸素種は、高温ほど酸化力が強いために下地膜へのダメージが大きい。しかし、本実施形態に示されているように、下地膜上に、例えばＨＣＤＳガスを用いてＳｉシード層を形成し、Ｓｉシード層を多結晶化してＰｏｌｙ−Ｓｉ層を形成することにより、上面に酸化力の強い反応ガスを用いて酸化膜を形成した場合であっても、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層を酸化させることができ、下地膜の酸化を抑制することができる。

２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室
２０３ 反応管
２０７ ヒータ
２０９ マニホールド
２３２ａ〜２３２ｄ ガス供給管
２４９ａ，２４９ｂ ノズル
１２１ コントローラ

Claims (12)

1. 基板に対して原料ガスを供給することで、前記基板上にアモルファス状態のシード層を形成する工程と、
   前記シード層を熱処理することで、前記シード層を多結晶化させる工程と、
   前記基板に対して前記原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して酸素含有ガスおよび水素含有ガスを供給する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、多結晶化させた前記シード層上に酸化膜を形成するとともに、多結晶化させた前記シード層を酸化する工程と、
   を有する半導体装置の製造方法。
2. 前記原料ガスは、ハロゲン元素を含む請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記原料ガスは、ハロゲン元素と、半金属元素または金属元素と、を含む請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記原料ガスは、ハロゲン元素と、シリコンと、を含む請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記シード層を形成する工程における前記原料ガスの供給時間を、前記酸化膜を形成する工程における１サイクルあたりの前記原料ガスの供給時間よりも長くする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記シード層を形成する工程における前記基板の温度を、前記酸化膜を形成する工程における前記基板の温度よりも低くする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記酸化膜を形成する工程における前記基板の温度を、前記シード層を多結晶化させる工程における前記基板の温度以上の温度とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記多結晶化させる工程では、前記処理室内の前記基板に対してＮ₂ガスを供給する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記シード層を形成する工程において形成する前記シード層の厚さを、前記酸化膜を形成する工程において、少なくとも多結晶化された前記シード層が全て酸化される厚さ以上とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記シード層を形成する工程において形成する前記シード層の厚さを、前記酸化膜を形成する工程において、多結晶化させていない前記シード層が全て酸化される厚さよりも薄くする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
11. 基板に対する処理が行われる処理室と、
    前記処理室内の基板に対して原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
    前記処理室内の基板に対して酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給系と、
    前記処理室内の基板に対して水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
    前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
    前記処理室内において、基板に対して前記原料ガスを供給することで、前記基板上にアモルファス状態のシード層を形成する処理と、前記シード層を熱処理することで、前記シード層を多結晶化させる処理と、前記基板に対して前記原料ガスを供給する処理と、前記基板に対して酸素含有ガスおよび水素含有ガスを供給する処理と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、多結晶化させた前記シード層上に酸化膜を形成するとともに、多結晶化させた前記シード層を酸化する処理を行わせるように前記原料ガス供給系、前記酸素含有ガス供給系、前記水素含有ガス供給系、および前記ヒータを制御するよう構成される制御部と、
    を有する基板処理装置。
12. 基板処理装置の処理室内の基板に対して原料ガスを供給することで、前記基板上にアモルファス状態のシード層を形成する手順と、
    前記処理室内で、前記シード層を熱処理することで、前記シード層を多結晶化させる手順と、
    前記処理室内の前記基板に対して前記原料ガスを供給する手順と、前記基板に対して酸素含有ガスおよび水素含有ガスを供給する手順と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、多結晶化させた前記シード層上に酸化膜を形成するとともに、多結晶化させた前記シード層を酸化する手順と、
    をコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラム。