TWI720389B - 半導體裝置之製造方法、基板處理裝置及程式 - Google Patents

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女川靖浩
宮倉敬弘
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Abstract

本發明之課題在於使設置在基板表面之凹部內的膜之填埋特性提升。
本發明具有以下之步驟：(a)對於已設為第1溫度的基板，供給含矽氣體與含鍺氣體，以填埋形成在基板表面的凹部內之方式形成非晶狀態之矽鍺膜的步驟；(b)使基板之溫度自第1溫度朝較第1溫度高的第2溫度升溫的步驟；及(c)對於已設為第2溫度的基板，供給含矽氣體，而於矽鍺膜上形成矽膜的步驟；於(c)中，一面形成矽膜，一面使成為其之基底的矽鍺膜的步驟結晶化。

Description

半導體裝置之製造方法、基板處理裝置及程式
本發明係關於半導體裝置之製造方法、基板處理裝置及記錄媒體。
作為半導體裝置之製造步驟之一步驟，存在有進行以填埋被設置在基板之表面的凹部內之方式形成膜的基板處理步驟之情形。作為成膜方法，例如已知有專利文獻1~5所記載之方法。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2012/029661號書冊
[專利文獻2]日本專利特開2013-197307號公報
[專利文獻3]日本專利特開2014-067796號公報
[專利文獻4]日本專利特開2014-060227號公報
[專利文獻5]日本專利特開2016-105457號公報
本發明之目的係在於提供一種可使被設置在基板之表面的凹部內之膜的填埋特性提升的技術。
根據本發明之一態樣，提供一種技術，其具有以下之步驟：(a)對於已設為第1溫度的基板，供給含矽氣體與含鍺氣體，以填埋形成在上述基板之表面的凹部內之方式形成非晶狀態之矽鍺膜的步驟；(b)使上述基板之溫度自上述第1溫度朝較上述第1溫度高的第2溫度升溫的步驟；及(c)對於已設為上述第2溫度的上述基板，供給含矽氣體，而於上述矽鍺膜上形成矽膜的步驟；於(c)中，一面形成上述矽膜，一面使成為其之基底的上述矽鍺膜的步驟結晶化。
根據本發明，可使設置在基板之表面的凹部內之膜的填埋特性提升。
115‧‧‧晶舟升降機
115s‧‧‧閘門開閉機構
121‧‧‧控制器
121a‧‧‧CPU
121b‧‧‧RAM
121c‧‧‧儲存裝置
121d‧‧‧I/O埠
121e‧‧‧內部匯流排
122‧‧‧輸入輸出裝置
123‧‧‧外部儲存裝置
200‧‧‧晶圓(基板)
201‧‧‧處理室
202‧‧‧處理爐
203‧‧‧反應管
207‧‧‧加熱器
209‧‧‧分歧管
217‧‧‧晶舟
218‧‧‧隔熱板
219‧‧‧密封蓋
219s‧‧‧閘門
220a~220c‧‧‧O形環
231‧‧‧排氣管
231a‧‧‧排氣口
232a~232g‧‧‧氣體供給管
241a~241g‧‧‧MFC
243a~243g‧‧‧閥
244‧‧‧APC閥
245‧‧‧壓力感測器
246‧‧‧真空泵
248‧‧‧聚集型供給系統
249a~249c‧‧‧噴嘴
250a~250c‧‧‧氣體供給孔
255‧‧‧旋轉軸
263‧‧‧溫度感測器
267‧‧‧旋轉機構
圖1係在本發明之實施形態中適當地所被使用之基板處理裝置之縱型處理爐之概略構成圖，為以縱剖視圖顯示處理爐部分之圖。
圖2係在本發明之實施形態中適當地所被使用之基板處理裝置之縱型處理爐之一部分之概略構成圖，為以圖1之A-A線剖視圖顯示處理爐一部分之圖。
圖3係在本發明之實施形態中適當地所被使用之基板處理裝置之控制器之概略構成圖，為以方塊圖顯示控制器之控制系統之圖。
圖4係顯示本發明之一實施形態之成膜順序之圖。
圖5(a)係於表面上具有凹部的基板之表面之剖面放大圖，其中，該凹部之底部係利用單晶矽所構成，而該凹部之側部係利用絕緣膜所構成；圖5(b)係於凹部內之表面上形成有晶種層的基板之表面之剖面放大圖；圖5(c)係以填埋凹部內之方式形成有SiGe膜的基板之表面之剖面放大圖；圖5(d)係將填埋凹部內的SiGe膜作為基底而形成有Si膜的基板之表面之剖面放大圖。
圖6(a)係於表面上具有凹部的基板之表面之剖面放大圖，其中，該凹部之底部及側部係分別利用絕緣膜所構成；圖6(b)係於凹部內之表面上形成有晶種層的基板之表面之剖面放大圖；圖6(c)係以填埋凹部內之方式形成有SiGe膜的基板之表面之剖面放大圖；圖6(d)係將填埋凹部內的SiGe膜作為基底而形成有Si膜的基板之表面之剖面放大圖。
圖7(a)係於在基板所具有之凹部內依序形成晶種層及SiGe膜之後且於形成Si膜之前的基板之表面之剖面放大照片；圖7(b)係於在基板所具有之凹部內依序形成晶種層及SiGe膜且將SiGe膜作為基底進而形成Si膜之後的基板之表面之剖面放大照片。
圖8係於在基板所具有之凹部內依序形成晶種層及SiGe膜且將SiGe膜作為基底進而形成Si膜之後的基板之表面之剖面放大照片。
<本發明之一實施形態>
以下，對於本發明之一實施形態，一面參照圖1~圖5一面進行說明。
(1)基板處理裝置之構成
如圖1所示，處理爐202係具有加熱器207，該加熱器207係作為加熱機構(溫度調整部)。加熱器207為圓筒形狀，藉由被保持板所支撐而垂直地被安裝。加熱器207亦作為利用熱而使氣體產生活化(激發)的活性化機構(激發部)而發揮功能。
於加熱器207之內側，與加熱器207呈同心圓狀地配設有反應管203。反應管203係例如藉由石英(SiO2)或碳化矽(SiC)等之耐熱性材料所構成，且形成為上端封閉而下端開口之圓筒形狀。於反應管203之下方，與反應管203呈同心圓狀地配設有分歧管(manifold)209。分歧管209係例如藉由不鏽鋼(SUS)等之金屬材料所構成，且形成為上端及下端開口之圓筒形狀。分歧管209之上端部係卡合於反應管203之下端部，而構成為支撐反應管203。於分歧管209與反應管203之間設置有O形環220a，該O形環220a係作為密封構件。反應管203係與加熱器207同樣地垂直地被安裝。處理容器(反應容器)係主要藉由反應管203與分歧管209所構成。於處理容器之筒中空部形成有處理室201。處理室201係構成為可收容作為基板的晶圓200。在該處理室201內進行對晶圓200的處理。
於處理室201內，噴嘴249a~249c係分別以貫通分歧管209之側壁之方式所設置。於噴嘴249a~249c分別連接有氣體供給管232a~232c。
於氣體供給管232a~232c，自氣體流之上游側起依序分別設置有流量控制器(流量控制部)即質量流量控制器 (MFC)241a~241c及開閉閥即閥243a~243c。於氣體供給管232a、232b之較閥243a、243b的下游側分別連接有氣體供給管232d、232e。於氣體供給管232c之較閥243c的下游側分別連接有氣體供給管232f、232g。於氣體供給管232d~232g，自氣體流之上游側起依序分別設置有MFC 241d~241g及閥243d~243g。
如圖2所示，噴嘴249a~249c係分別以如下方式設置，即，在反應管203之內壁與晶圓200之間之於俯視時呈圓環狀之空間，沿著自反應管203之內壁之下部至上部，朝向晶圓200之排列方向上方而立起。即，噴嘴249a~249c係分別於，排列有晶圓200的晶圓排列區域之側邊之水平地包圍晶圓排列區域的區域，以沿著晶圓排列區域之方式進行設置。於噴嘴249a~249c之側面，分別設置有供給氣體的氣體供給孔250a~250c。氣體供給孔250a~250c係各自以於俯視時與排氣口231a對向(對面)之方式開口，而可朝向晶圓200供給氣體。氣體供給孔250a~250c係自反應管203之下部遍及上部而設置有複數個。
含矽(Si)氣體即矽烷系氣體係自氣體供給管232a經由MFC 241a、閥243a、噴嘴249a而朝處理室201內供給。作為矽烷系氣體，可使用不含有鹵素元素之氫化矽氣體，例如可使用單矽烷(SiH4，簡稱：MS)氣體、二矽烷(Si2H6，簡稱：DS)氣體。
含有Si與鹵素元素的氣體即鹵矽烷系氣體係自氣體供給管232b經由MFC 241b、閥243b、噴嘴249b而朝處理室201內供給。在鹵素元素中包含有氯(Cl)、氟(F)、溴(Br)、碘(I)等。作為鹵矽烷系氣體，可使用含有Si及Cl的氯矽烷系氣體，例如可使用二氯矽烷(SiH2Cl2，簡稱：DCS)氣體。
含鍺(Ge)氣體即鍺烷系氣體係自氣體供給管232c經由MFC 241c、閥243c、噴嘴249c而朝處理室201內供給。作為鍺烷系氣體，可使用不含有鹵素元素之氫化鍺氣體，例如可使用單鍺烷(GeH4，簡稱：MG)氣體。
作為惰性氣體，例如氮氣(N2)係自氣體供給管232d~232f分別經由MFC 241d~241f、閥243d~243f、氣體供給管232a~232c、噴嘴249a~249c而朝處理室201內供給。N2氣體係作為沖洗氣體、載體氣體、稀釋氣體等而發揮作用。
作為摻雜劑氣體，例如含有雜質(摻雜劑)的氣體係自氣體供給管232g經由MFC 241g、閥243g、氣體供給管232c、噴嘴249c而朝處理室201內供給。作為摻雜劑氣體，可使用包含有III族元素(第13族元素)及V族元素(第15族元素)中任一個元素且其單獨成為固體之元素的氣體，例如可使用含有V族元素的氣體即膦(PH3，簡稱：PH)氣體。
處理氣體供給系統係主要藉由氣體供給管232a~232c、MFC 241a~241c、閥243a~243c而所構成。亦可考慮將氣體供給管232g、MFC 241g、閥243g包含在處理氣體供給系統。惰性氣體供給系統係主要由氣體供給管232d~232f、MFC 241d~241f、閥243d~243f而所構成。在本說明書中，亦將包含有氣體供給管232a、MFC 241a、閥243a的氣體供給系統稱為第1供給系統。亦將包含有氣體供給管232c、MFC 241c、閥243c的氣體供給系統稱為第2供給系統。
上述各種供給系統中之任一者或全部之供給系統亦可構成為聚集有閥243a~243g、MFC 241a~241g等而成的聚集型供 給系統248。聚集型供給系統248係構成為連接於氣體供給管232a~232g之各者，並藉由後述之控制器121而控制各種氣體朝氣體供給管232a~232g內之供給動作，即閥243a~243g之開閉動作、藉由MFC 241a~241g所進行之流量調整動作等。聚集型供給系統248係構成為一體型或分割型之聚集單元，並構成為能夠以聚集單元單位對於氣體供給管232a~232g等而進行裝卸，而能夠以聚集單元單位進行聚集型供給系統248之維護、交換、增設等。
於反應管203之側壁下方設置有對處理室201內之環境氣體進行排氣的排氣口231a。如圖2所示，於俯視時，排氣口231a係被設置於夾著晶圓200而與噴嘴249a~249c(氣體供給孔250a~250c)對向(對面)的位置。排氣口231a亦可沿著自反應管203之側壁之下部至上部，即沿著晶圓排列區域而進行設置。於排氣口231a連接有排氣管231。於排氣管231，經由壓力感測器245及APC(Auto Pressure Controller，自動壓力控制器)閥244而連接有真空泵246，其中，該壓力感測器245係作為檢測處理室201內之壓力的壓力檢測器(壓力檢測部)，該APC閥244係作為壓力調整器(壓力調整部)，該真空泵246係作為真空排氣裝置。APC閥244係以如下方式構成，即，在使真空泵246運作之狀態下對閥進行開閉，藉此可進行處理室201內之真空排氣及真空排氣停止，進而，在使真空泵246運作之狀態下，基於藉由壓力感測器245所檢測出的壓力資訊而調節閥開度，藉此可調整處理室201內之壓力。排氣系統係主要藉由排氣管231、APC閥244、壓力感測器245所構成。亦可考慮將真空泵246包含在排氣系統。
於分歧管209之下方，設置有密封蓋219，該密封蓋 219係作為可氣密地封閉分歧管209之下端開口的爐口蓋體。密封蓋219係例如藉由SUS等之金屬材料所構成，而形成為圓盤狀。於密封蓋219之上表面，設置有O形環220b，該O形環220b係作為與分歧管209之下端抵接的密封構件。於密封蓋219之下方設置有使後述之晶舟217旋轉的旋轉機構267。旋轉機構267之旋轉軸255係貫通密封蓋219而連接於晶舟217。旋轉機構267係構成為藉由使晶舟217旋轉而使晶圓200旋轉。密封蓋219係構成為藉由晶舟升降機115而於垂直方向上升降，其中，該晶舟升降機115係作為設置在反應管203之外部的升降機構。晶舟升降機115係構成為藉由使密封蓋219升降而將晶圓200搬入及搬出(搬送)至處理室201內外的搬送裝置(搬送機構)。於分歧管209之下方，設置有閘門219s，該閘門219s係作為在使密封蓋219降下且將晶舟217自處理室201內搬出的狀態下，可氣密地封閉分歧管209之下端開口的爐口蓋體。閘門219s係例如藉由SUS等之金屬材料所構成，而形成為圓盤狀。於閘門219s之上表面設置有O形環220c，該O形環220c係作為與分歧管209之下端抵接的密封構件。閘門219s之開閉動作(升降動作、轉動動作等)係藉由閘門開閉機構115s所控制。
作為基板支撐器的晶舟217係構成為使複數片，例如25~200片之晶圓200以水平姿勢且以相互地對齊中心之狀態於垂直方向上排列並多段地加以支撐，即隔開間隔而排列。晶舟217係例如藉由石英、SiC等之耐熱性材料所構成。例如藉由石英、SiC等之耐熱性材料所構成的隔熱板218係多段地被支撐於晶舟217之下部。
於反應管203內，設置有溫度感測器263，該溫度感 測器263係作為溫度檢測器。基於藉由溫度感測器263所檢測之溫度資訊，調整對加熱器207的通電狀況，藉此使處理室201內之溫度成為所期望之溫度分佈。溫度感測器263係沿著反應管203之內壁而設置。
如圖3所示，控制部(控制手段)即控制器121係構成為電腦，該電腦係具備有CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)121a、RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)121b、儲存裝置121c、I/O埠121d。RAM 121b、儲存裝置121c、I/O埠121d係構成為經由內部匯流排121e而可與CPU 121a交換資料。於控制器121，連接有例如構成為觸控面板等的輸入輸出裝置122。
儲存裝置121c係例如由快閃記憶體、HDD(Hard Disk Drive，硬碟驅動器)等所構成。於儲存裝置121c內，可讀出地存放有控制基板處理裝置之動作的控制程式、記載有後述之基板處理之程序、條件等的製程配方等。製程配方係以使控制器121執行後述之基板處理中之各程序並可獲得既定之結果之方式所組合而成者，其係作為程式而發揮功能。以下，亦對製程配方、控制程式等進行總稱而簡稱為程式。此外，亦將製程配方簡稱為配方。於本說明書中使用程式一詞之情形時，存在有僅包含有配方單體的情形，僅包含有控制程式單體的情形，或包含有該等之兩者的情形。RAM 121b係構成為暫時地保持藉由CPU 121a所被讀出之程式、資料等的記憶體區域(工作區)。
I/O埠121d係連接於上述之MFC 241a~241g、閥243a~243g、壓力感測器245、APC閥244、真空泵246、溫度感測器263、加熱器207、旋轉機構267、晶舟升降機115、閘門開閉機 構115s等。
CPU 121a係構成為自儲存裝置121c讀出控制程式而加以執行，並且配合來自輸入輸出裝置122的操作指令之輸入等而自儲存裝置121c讀出配方。CPU 121a係構成為以根據讀出之配方內容之方式控制藉由MFC 241a~241g所進行之各種氣體之流量調整動作、閥243a~243g之開閉動作、APC閥244之開閉動作及基於壓力感測器245之藉由APC閥244所進行之壓力調整動作、真空泵246之啟動及停止、基於溫度感測器263之加熱器207之溫度調整動作、藉由旋轉機構267所進行之晶舟217之旋轉及旋轉速度調節動作、藉由晶舟升降機115所進行之晶舟217之升降動作、藉由閘門開閉機構115s所進行之閘門219s之開閉動作等。
控制器121係可藉由將被存放於外部儲存裝置123的上述程式安裝至電腦而所構成。外部儲存裝置123係包含有例如HDD等之磁碟、CD等之光碟、MO等之磁光碟、USB記憶體等之半導體記憶體等。儲存裝置121c、外部儲存裝置123係構成為電腦可讀取之記錄媒體。以下，亦針對該等進行總稱而簡稱為記錄媒體。於本說明書中使用記錄媒體一詞之情形時，存在有僅包含有儲存裝置121c單體的情形，僅包含有外部儲存裝置123單體的情形，或包含有該等之兩者的情形。再者，對電腦的程式之提供亦可不使用外部儲存裝置123而是使用網路、專用線路等通信手段而進行。
(2)基板處理步驟
作為半導體裝置之製造步驟之一步驟，主要使用圖4而對於使用上述之基板處理裝置在作為基板的晶圓200上形成膜的基板處理 順序例，即成膜順序例進行說明。於以下之說明中，構成基板處理裝置之各部分之動作係藉由控制器121所控制。
在圖4所示之成膜順序中，進行如下步驟：對於已設為第1溫度的晶圓200，供給作為含Si氣體的MS氣體、及作為含Ge氣體的MG氣體，以填埋形成在晶圓200之表面的凹部內之方式形成非晶狀態(非晶質狀態)之矽鍺膜(SiGe膜)(SiGe膜形成步驟)；使晶圓200之溫度，自第1溫度朝較第1溫度高之第2溫度升溫(升溫步驟)；及，對於已設為第2溫度的晶圓200，供給作為含Si氣體的MS氣體，而於SiGe膜上形成矽膜(Si膜)(Si膜形成步驟)；在Si膜形成步驟中，一面形成Si膜，一面使作為其之基底的SiGe膜產生結晶化。
此外，在圖4所示之成膜順序中，於進行SiGe膜形成步驟之前，進行如下步驟：對於已設為第1溫度以上而未滿第2溫度之第3溫度的晶圓200，供給作為含Si氣體的DS氣體，於凹部內之表面上形成晶種層(晶種層形成步驟)。具體而言，在晶種層形成步驟中，將對於晶圓200供給作為含鹵素元素氣體的DCS氣體之步驟、及對於晶圓200供給DS氣體之步驟交互地進行既定次數，藉此形成晶種層。而且於其後，即於進行晶種層形成步驟之後而於進行SiGe膜形成步驟之前，進行如下步驟：使晶圓200之溫度自第3溫度朝第1溫度進行降溫(降溫步驟)。
在本說明書中，為了方便，亦有將上述之成膜順序以如下之方式顯示之情形。亦於以下之變形例等之說明中使用相同之記述。
(DCS→DS)×n→MS+MG→MS
Figure 107145707-A0101-12-0012-9
Si/SiGe/Seed
於本說明書中使用「晶圓」一詞之情形時，存在有意指晶圓其之本身的情形、意指晶圓與在其之表面所形成之既定之層、膜的層積體的情形。於本說明書中使用「晶圓之表面」一詞之情形時，存在有意指晶圓其之本身之表面的情形、或意指形成在晶圓上的既定之層等之表面的情形。於本說明書中記載「於晶圓上形成既定之層」之情形時，存在有意指於晶圓其之本身之表面上直接形成既定之層的情形、意指於在晶圓上所形成之層等之上形成既定之層的情形。於本說明書中使用「基板」一詞之情形亦與使用「晶圓」一詞之情形同義。
(晶圓充填及晶舟裝載)
當複數片之晶圓200裝填(晶圓充填)於晶舟217時，藉由閘門開閉機構115s而使閘門219s移動，分歧管209之下端開口被開放(閘門開啟)。其後，如圖1所示，支撐複數片之晶圓200的晶舟217係藉由晶舟升降機115而被抬起，並朝處理室201內搬入(晶舟裝載)。於該狀態下，密封蓋219係成為經由O形環220b而密封分歧管209之下端的狀態。
作為晶圓200，例如可使用藉由單晶Si所構成的Si基板、或於表面上形成有單晶Si膜的基板。如圖5(a)所示，於晶圓200之表面之一部分，例如形成有氧化矽膜(SiO2膜，以下亦稱為SiO膜)等之絕緣膜，藉此，形成有凹部。凹部之底部係利用單晶Si所構成，凹部之側部係利用絕緣膜所構成。於晶圓200之表面，成為露出單晶Si與絕緣膜的狀態。除了SiO膜以外，絕緣膜亦可 為氮化矽膜(SiN膜)、碳化矽膜(SiC膜)、碳氮化矽膜(SiCN膜)、氧氮化矽膜(SiON膜)、氧碳化矽膜(SiOC膜)、氧碳氮化矽膜(SiOCN膜)、硼氮化矽膜(SiBN膜)、硼碳氮化矽膜(SiBCN膜)等之Si系絕緣膜、氧化鋁膜(AlO膜)、氧化鉿膜(HfO膜)、氧化鋯膜(ZrO膜)、氧化鈦膜(TiO膜)等之金屬系絕緣膜。
(壓力調整及溫度調整)
以處理室201內，即晶圓200所存在之空間成為所期望之壓力(真空度)之方式，藉由真空泵246而進行真空排氣(減壓排氣)。此時，處理室201內之壓力係藉由壓力感測器245進行測量，基於該之所被測量的壓力資訊而對APC閥244進行反饋控制。此外，以處理室201內之晶圓200成為所期望之成膜溫度之方式，藉由加熱器207進行加熱。此時，以處理室201內成為所期望之溫度分佈之方式，基於溫度感測器263所檢測出的溫度資訊而對朝加熱器207的通電狀況進行反饋控制。此外，開始藉由旋轉機構267所進行之晶圓200之旋轉。處理室201內之排氣、晶圓200之加熱及旋轉係均至少在對晶圓200的處理為結束為止的期間持續地被進行。
(晶種層形成步驟)
其後，依序執行如下之步驟1、2。
[步驟1]
在該步驟中，對於處理室201內之晶圓200，自噴嘴249b供給DCS氣體。具體而言，開啟閥243b，使DCS氣體朝氣體供給管 232b內流動。DCS氣體係藉由MFC 241b而進行流量調整，並經由噴嘴249b而朝處理室201內供給，自排氣口231a進行排氣。此時，對晶圓200供給DCS氣體。此時，亦可開啟閥243d~243f，而使N2氣體朝氣體供給管232d~232f內流動。
藉由在後述之處理條件下對晶圓200供給DCS氣體，利用DCS氣體所具有之處理作用(蝕刻作用)，而可將自然氧化膜、雜質等自晶圓200之表面除去，並可使其之面產生潔淨化。藉此，可使晶圓200之表面成為在後述之步驟2中易於進行Si之吸附即晶種層之形成的面。
於晶圓200之表面即凹部內之表面潔淨化之後，關閉閥243b，停止DCS氣體朝處理室201內之供給。接著，將處理室201內進行真空排氣，而自處理室201內排除殘留於處理室201內的氣體等。此時，開啟閥243d~243f，經由噴嘴249a~249c而朝處理室201內供給N2氣體。藉由噴嘴249a~249c所供給之N2氣體係作為沖洗氣體而發揮作用，藉此，對處理室201內進行沖洗(沖洗步驟)。
[步驟2]
於步驟1結束之後，從噴嘴249a對於處理室201內之晶圓200，即對於被潔淨化的晶圓200之表面供給DS氣體。具體而言，開啟閥243a，使DS氣體朝氣體供給管232a內流動。DS氣體係藉由MFC 241a而進行流量調整，並經由噴嘴249a而朝處理室201內被供給，而自排氣口231a進行排氣。此時，對晶圓200供給DS氣體。此時，亦可開啟閥243d~243f，使N2氣體朝氣體供給管 232d~232f內流動。
藉由在後述之處理條件下對晶圓200供給DS氣體，而可使在步驟1中被潔淨化的晶圓200之表面吸附DS所包含有的Si，而形成晶種(核)。在後述之處理條件下，可使作為核的Si結晶於構成凹部之底部的單晶Si上進行磊晶成長(氣相磊晶成長)。此外，可將在構成凹部之側部等的絕緣膜上所形成的核之結晶構造而設為非晶(非晶質)。
於晶圓200之表面，即於凹部內之表面上形成有核之後，關閉閥243a，停止DS氣體朝處理室201內之供給。而且，藉由與步驟1之沖洗步驟相同之處理程序，自處理室201內排除殘留在處理室201內的氣體等。
[實施既定次數]
針對交互地即非使之同步而非同步地進行上述之步驟1、2的循環而進行既定次數(n次，n為1以上之整數)，藉此如圖5(b)所示，可於晶圓200上，即於凹部內之表面上形成晶種層(Si晶種層)。於構成凹部之底部的單晶Si上成長磊晶Si層而作為晶種層。此外，於構成凹部之側部等的絕緣膜上成長非晶Si層而作為晶種層。晶種層之厚度係例如設為1~10nm之範圍內之厚度。
作為步驟1中之處理條件，例示有，DCS氣體供給流量：10~1000sccm
DCS氣體供給時間：0.5~10分
N2氣體供給流量(每氣體供給管)：0~10000sccm
處理溫度(第3溫度)：350~450℃
處理壓力：400~1000Pa。
作為步驟2中之處理條件，例示有，DS氣體供給流量：10~1000sccm
DS氣體供給時間：0.5~10分。其他之處理條件係設為與步驟1中之處理條件相同之處理條件。
在步驟1中，可使用單氯矽烷(SiH3Cl，簡稱為MCS)氣體、三氯矽烷(SiHCl3，簡稱為TCS)氣體、四氯矽烷(SiCl4，簡稱為STC)氣體、六氯二矽烷(Si2Cl6，簡稱為HCDS)氣體、八氯三矽烷(Si3Cl8，簡稱為OCTS)氣體等之氯矽烷系氣體而取代DCS氣體。此外，可使用四氟矽烷(SiF4)氣體、四溴矽烷(SiBr4)氣體、四碘矽烷(SiI4)氣體等而取代該等之氣體。即，可使用氟矽烷系氣體、溴矽烷系氣體、碘矽烷系氣體等鹵矽烷系氣體而取代氯矽烷系氣體。此外，可使用氯化氫(HCl)氣體、氯氣(Cl2)、三氯化硼(BCl3)氣體、氟化氯(ClF3)氣體等之不含有Si之鹵系氣體而取代該等之氣體。
在步驟2中，可使用MS氣體、三矽烷(Si3H8)氣體、四矽烷(Si4H10)氣體、五矽烷(Si5H12)氣體、六矽烷(Si6H14)氣體等之氫化矽氣體而取代DS氣體。
此外，在步驟2中，可使用單甲基矽烷(SiH3CH3，簡稱為MMS)氣體、二甲基矽烷(SiH2(CH3)2，簡稱為DMS)氣體、單乙基矽烷(SiH3C2H5，簡稱為MES)氣體、乙烯矽烷(SiH3C2H3，簡稱為VS)氣體、單甲基二矽烷(SiH3SiH2CH3，簡稱為MMDS)氣體、六甲基二矽烷((CH3)3-Si-Si-(CH3)3，簡稱為HMDS)氣體、1,4-二矽丁烷(SiH3CH2CH2SiH3，簡稱為1,4-DSB)氣體、1,3-二矽丁烷(SiH3CH2SiH2CH3)，簡稱為1,3-DSB)氣體、1,3,5-三矽戊烷 (SiH3CH2SiH2CH2SiH3)，簡稱為1,3,5-TSP)氣體等之有機矽烷系氣體而取代DS氣體。
此外，在步驟2中，亦可使用四(二甲胺)矽烷(Si[N(CH3)2]4，簡稱為4DMAS)氣體、三(二甲胺)矽烷(Si[N(CH3)2]3H，簡稱為3DMAS)氣體、雙(二乙胺)矽烷(Si[N(C2H5)2]2H2，簡稱為BDEAS)氣體、雙(三丁基胺)矽烷(SiH2[NH(C4H9)]2，簡稱為BTBAS)氣體、二異丙胺矽烷(SiH3N[CH(CH3)2]2，簡稱為DIPAS)氣體等之胺基矽烷系氣體而取代DS氣體。
在步驟1、2中，可使用Ar氣體、He氣體、Ne氣體、Xe氣體等之稀有氣體取代N2氣體。於此點上，在後述之各步驟中亦相同。
(降溫步驟)
晶種層形成步驟結束之後，調整加熱器207之輸出，以使處理室201內之溫度，即晶圓200之溫度自上述之第3溫度朝上述之第3溫度以下之第1溫度變更。於進行本步驟時，開啟閥243d~243f，經由噴嘴249a~249c而朝處理室201內供給N2氣體，對處理室201內進行沖洗。於處理室201內之溫度，即晶圓200之溫度成為第1溫度且穩定之後，開始後述之SiGe膜形成步驟。
(SiGe膜形成步驟)
在該步驟中，對於處理室201內之晶圓200，即對於形成在晶圓200上的晶種層之表面，分別自噴嘴249a供給MS氣體，自噴 嘴249c供給MG氣體。
具體而言，開啟閥243a，使MS氣體朝氣體供給管232a內流動。MS氣體係藉由MFC 241a而進行流量調整，經由噴嘴249a而朝處理室201內被供給，並自排氣口231a進行排氣。此外，開啟閥243c，使MG氣體朝氣體供給管232c內流動。MG氣體係藉由MFC 241c而進行流量調整，經由噴嘴249c而朝處理室201內被供給，並自排氣口231a進行排氣。再者，MS氣體與MG氣體係在處理室201內混合。此時，對於晶圓200一起且同時地供給MS氣體及MG氣體。此時，亦可開啟閥243d~243f，使N2氣體朝氣體供給管232d~232f內流動。
藉由在後述之處理條件下對於晶圓200供給MS氣體及MG氣體，可使Si及Ge分別吸附(堆積)於晶圓200之表面上，即形成在晶圓200上的晶種層上，而以填埋凹部內之方式形成SiGe膜。如圖5(c)所示，以填埋凹部內之方式所形成之SiGe膜係成為具有裂縫或空隙(以下針對該等進行總稱而亦簡稱為裂縫等)的膜。
再者，在本步驟中，形成非晶狀態，即非晶質狀態之SiGe膜。即，使非晶狀態之SiGe膜成長於形成在凹部之底部的晶種層(磊晶Si層)上，此外，使非晶狀態之SiGe膜成長於形成在凹部之側部等的晶種層(非晶Si層)上。在本步驟中，於晶圓200上形成非晶狀態之SiGe膜，於後述之Si膜形成步驟等中使該膜產生結晶化(多晶化)，藉此可使SiGe膜所具有的裂縫等消除。藉由結晶化而消除裂縫等係可認為是主要因素為在非晶狀態之SiGe膜產生結晶化之時，於SiGe膜中之Si及Ge中之至少任一者產生遷移(migration)、在Si及Ge中之至少任一者之結晶核進行成長等，而 使裂縫等係藉由該等之Si、Ge而被填埋所致。再者，即便在本步驟中形成單晶與多晶(多結晶)之混晶狀態的SiGe膜，可獲得某程度之裂縫等的填埋效果(上述之裂縫等之消除效果)。然而，在以下之觀點上為較佳：將SiGe膜之整體設為不含有多晶狀態之單晶狀態而可獲得更大的裂縫等之填埋效果。
為了有效地獲得上述之裂縫等之填埋效果，期望為將形成在晶圓200上的SiGe膜之Ge濃度設為5at%以上80at%以下，較佳為20at%以上80at%以下，更佳為50at%以上60at%以下之濃度。
當SiGe膜之Ge濃度未滿5at%時，在後述之Si膜形成步驟之溫度條件，即在第2溫度之溫度條件下，存在有難以進行SiGe膜之結晶化而使SiGe膜維持非晶狀態之情況。於此情況下，存在有無法獲得上述之裂縫等之填埋效果之情況。藉由將SiGe膜之Ge濃度設為5at%以上之濃度，而可使SiGe膜之結晶化在第2溫度之溫度條件下進行，且可使SiGe膜中之Si及Ge中之至少任一者遷移、可使Si及Ge中之至少任一者之結晶核進行成長，而可獲得上述之裂縫等之填埋效果。藉由將SiGe膜之Ge濃度設為20at%以上之濃度，可確實地進行在上述第2溫度下之SiGe膜之結晶化，而可確實地獲得上述之裂縫等之填埋效果。藉由將SiGe膜之Ge濃度設為50at%以上之濃度，可更確實地進行在上述第2溫度下之SiGe膜之結晶化，而可更確實地獲得上述之裂縫等之填埋效果。
當SiGe膜之Ge濃度超過80%時，存在有在本步驟中所形成之SiGe膜無法成為非晶狀態，而成為多晶狀態之情況。其之結果，存在有無法獲得藉由進行Si膜形成步驟等而所應獲得之 上述之裂縫等之填埋效果之情況。藉由將SiGe膜之Ge濃度設為80%以下之濃度，可將在本步驟中所形成之SiGe膜設為非晶狀態，於進行Si膜形成步驟等時，可獲得上述之裂縫等之填埋效果。藉由將SiGe膜之Ge濃度設為60%以下之濃度，可將在本步驟中所形成之SiGe膜確實地設為非晶狀態，於進行Si膜形成步驟等時，可確實地獲得上述之裂縫等之填埋效果。
因而，期望為將形成在晶圓200上的SiGe膜之Ge濃度係設為5at%以上80at%以下，較佳為20at%以上80at%以下，更佳為50at%以上60at%以下之濃度。具有如此之Ge濃度的非晶狀態之SiGe膜係藉由至少暴露在形成非晶狀態之Si膜的溫度，例如後述之Si膜形成步驟之處理溫度(第2溫度)而產生結晶化，可產生上述之裂縫等之填埋效果。
作為SiGe膜形成步驟中之處理條件，例示有，MS氣體供給流量：10~2000sccm
MG氣體供給流量：10~2000sccm
各氣體供給時間：1~300分
N2氣體供給流量(每氣體供給管)：0~20000sccm
處理溫度(第1溫度)：300℃以上450℃以下，較佳為300℃以上400℃以下，更佳為300℃以上而未滿370℃
處理壓力：1~1000Pa，較佳為66.5~133Pa。
當處理溫度未滿300℃時，存在有形成在晶圓200上的SiGe膜之成膜速率變得極低而難以進行成膜處理之情況。藉由將處理溫度設為300℃以上之溫度，可利用實用之成膜速率進行SiGe膜在晶圓200上之形成。當處理溫度超過450℃時，存在有難 以使形成在晶圓200上的SiGe膜成為非晶狀態之情況。例如，當處理溫度成為超過450℃而未滿530℃之溫度時，存在有形成在晶圓200上的SiGe膜之一部分成為多晶(多結晶)狀態之情況。此外，當處理溫度成為530℃以上時，存在有形成在晶圓200上的SiGe膜整體成為多晶狀態之情況。藉由將處理溫度設為450℃以下之溫度，而可使形成在晶圓200上的SiGe膜之整體成為非晶狀態。藉由將處理溫度設為400℃以下之溫度，可確實地獲得上述之效果。再者，藉由將第1溫度設為較第2溫度低，進而設為第3溫度以下之溫度，可容易地獲得上述之效果。此外，藉由將第1溫度設為較第2溫度低，進而設為較第3溫度更低之溫度，可更容易地獲得上述之效果。
再者，於將處理溫度設為300℃以上而未滿370℃之溫度之情況時，不僅可更確實地使形成在晶圓200上的SiGe膜成為非晶狀態，且容易地提高該膜之Ge濃度。這是因為，MS氣體之熱分解溫度為370℃左右，MG氣體之熱分解溫度為280℃左右，於此所示之溫度條件係於處理室201內，在MS氣體單獨存在之情況下MS氣體不進行熱分解，而在MG氣體單獨存在之情況下MG氣體進行熱分解的溫度。若為如此之溫度條件下，可使處理室201內之MG氣體之熱分解率較處理室201內之MS氣體之熱分解率更大，而容易地提高形成在晶圓200上的SiGe膜之Ge濃度。再者，即便為於此所示之溫度條件，即於在處理室201內MS氣體單獨存在之情況下MS氣體不進行熱分解的較低之溫度條件，仍可藉由MG氣體之觸媒作用，而使與MG氣體混合的MS氣體進行分解。藉此，可使Si包含在形成於晶圓200上的膜中，且可利用實用之 成膜速率進行晶圓200上的SiGe膜之形成。
於SiGe膜在晶圓200上之形成結束之後，關閉閥243a、243c，分別停止MS氣體及MG氣體對處理室201內之供給。接著，藉由與上述之步驟1之沖洗步驟相同的處理程序，而自處理室201內排除殘留在處理室201內的氣體等。
在本步驟中，可使用上述之各種氫化矽氣體、上述之各種鹵矽烷系氣體、上述之各種有機矽烷系氣體、上述之各種胺基矽烷系氣體而取代MS氣體。
此外，在本步驟中，亦可使用具有與MG氣體相同之熱分解溫度的有機鍺烷系氣體、具有與MG氣體相同之熱分解溫度的胺基鍺烷系氣體而取代如MG氣體般之氫化鍺氣體。
(升溫步驟)
於SiGe膜形成步驟結束之後，調整加熱器207之輸出，以使處理室201內之溫度，即使晶圓200之溫度自上述之第1溫度朝較上述之第1溫度更高的第2溫度進行變更。於進行本步驟之時，開啟閥243d~243f，經由噴嘴249a~249c而朝處理室201內供給N2氣體，對處理室201內進行沖洗。於處理室201內之溫度，即晶圓200之溫度成為第2溫度而穩定之後，開始後述之Si膜形成步驟。再者，於本步驟，即升溫步驟之實施期間中，可開始形成在晶圓200上的SiGe膜之結晶化。該結晶化係即便於後述之Si膜形成步驟中仍持續進行，而於Si膜形成步驟中結束。
(Si膜形成步驟)
在本步驟中，自噴嘴249a對處理室201內之晶圓200，即形成在晶圓200上的非晶狀態之SiGe膜之表面供給MS氣體。
具體而言，開啟閥243a，使MS氣體朝氣體供給管232a內流動。MS氣體係藉由MFC 241a而進行流量調整，經由噴嘴249a而朝處理室201內供給，並自排氣口231a進行排氣。此時，對晶圓200供給MS氣體。此時，亦可開啟閥243d~243f，使N2氣體朝氣體供給管232d~232f內流動。
藉由在後述之處理條件下對晶圓200供給MS氣體，可使Si吸附(堆積)於晶圓200之表面上，即形成在晶圓200上的SiGe膜上，而形成Si膜。在後述之處理條件下，形成在晶圓200上的Si膜之結晶構造係成為非晶狀態、多晶(多結晶)狀態、或非晶與多晶的混晶狀態。再者，在圖5(d)中，顯示於SiGe膜上形成非晶狀態之Si膜之例。Si膜係較佳為以整體性地覆蓋SiGe膜之表面之方式所形成。
藉由進行本步驟，可進而進行形成在晶圓200上的SiGe膜之結晶化。接著，可使於SiGe膜中之Si及Ge中之至少任一者產生遷移，或使Si及Ge中之至少任一者之結晶核進行成長。作為結果，如圖5(d)所示，可藉由Si、Ge之遷移及Si、Ge之結晶核之成長中之至少任一者而將SiGe膜所具有之裂縫或空隙加以填埋而使其消除。再者，伴隨著SiGe膜之結晶化而所產生之Si、Ge之遷移、及Si、Ge之結晶核之成長等之現象係存在有不僅於Si膜形成步驟中進行，亦存在有在上述之升溫步驟中進行之情況。
作為Si膜形成步驟中之處理條件，例示有，MS氣體供給流量：10~2000sccm
MS氣體供給時間：1~300分
N2氣體供給流量(每氣體供給管)：0~20000sccm
處理溫度(第2溫度)：500~650℃
處理壓力：30~200Pa。
再者，藉由將處理溫度設為550℃以下，較佳為530℃以下，可形成非晶狀態之Si膜，藉由將處理溫度設為600℃以上，可形成多晶狀態之Si膜，藉由將處理溫度設為該等之中間之溫度，可形成非晶與多晶之混晶狀態的Si膜。
於Si膜在晶圓200上之形成、及SiGe膜之結晶化各自結束之後，關閉閥243a，停止MS氣體朝處理室201內之供給。接著，藉由與上述之步驟1之沖洗步驟相同的處理程序，自處理室201內排除殘留在處理室201內的氣體等。
在本步驟中，可使用上述之各種氫化矽氣體、上述之各種鹵矽烷系氣體而取代MS氣體。
(後沖洗及大氣壓回復)
於Si膜形成步驟結束之後，一面使處理室201內之溫度，即晶圓200之溫度自第2溫度朝第3溫度下降(降溫)，一面自噴嘴249a~249c之各者朝處理室201內供給作為沖洗氣體的N2氣體，而自排氣口231a進行排氣。藉此，處理室201內被沖洗，將殘留於處理室201內之氣體、反應副產物自處理室201內除去(後沖洗)。其後，將處理室201內之環境氣體置換為惰性氣體(惰性氣體置換)，使處理室201內之壓力回復至常壓(大氣壓回復)。
(晶舟卸載及晶圓卸除)
藉由晶舟升降機115而使密封蓋219下降，分歧管209之下端呈開口。接著，處理完畢之晶圓200係在被晶舟217所支撐的狀態下自分歧管209之下端搬出至反應管203之外部(晶舟卸載)。於晶舟卸載之後，使閘門219s移動，分歧管209之下端開口係經由O形環220c而被閘門219s密封(閘門關閉)。處理完畢之晶圓200係於被搬出至反應管203之外部之後，從晶舟217取出(晶圓卸除)。
(3)本實施形態之效果
根據本實施形態，可獲得以下所示之1個或複數個效果。
(a)於SiGe膜形成步驟中，以填埋形成在晶圓200之表面的凹部內之方式形成非晶狀態之SiGe膜，於其後所進行之Si膜形成步驟中，藉由使該SiGe膜進行結晶化，可使非晶狀態之SiGe膜所具有的裂縫等消除。即，可提升設在晶圓200之表面的凹部內之SiGe膜之填埋特性。
(b)於SiGe膜形成步驟中，藉由將形成在晶圓200上的SiGe膜之Ge濃度設為5at%以上80at%以下，較佳為20at%以上80at%以下，更佳為50at%以上60at%以下之濃度，可確實地獲得上述之裂縫等之填埋效果(裂縫等之消除效果)。
(c)於SiGe膜形成步驟中，藉由將處理溫度(第1溫度)設為300℃以上450℃以下，較佳為300℃以上400℃以下，更佳為300℃以上而未滿370℃之溫度，而可確實地獲得上述之裂縫等之填埋效果(裂縫等之消除效果)。
(d)藉由設為第1溫度≦第3溫度<第2溫度，可有 效率且有效果地獲得上述之裂縫等之填埋效果。此外，藉由設為第1溫度<第3溫度<第2溫度，可更有效率且有效果地獲得上述之裂縫等之填埋效果。此外，藉由如該等般控制各步驟間之處理溫度之平衡，可在各步驟中產生適當之反應，而有效率且有效果地進行該等一連串之處理。
(e)藉由選擇使形成在SiGe膜上的Si膜成為非晶狀態的較低之溫度而作為Si膜形成步驟之處理溫度(第2溫度)，可良好地管理晶圓200之熱歷程。此外，藉由選擇形成在SiGe膜上的Si膜成為多晶狀態、或非晶與多晶之混晶狀態的較高之溫度而作為Si膜形成步驟之處理溫度(第2溫度)，可使SiGe膜中之Si、Ge之遷移、核成長產生活性化，而使結晶化所需要之時間縮短。
(f)藉由於升溫步驟之實施期間中開始SiGe膜之結晶化，於Si膜形成步驟中使該結晶化結束，而可使基板處理整體之所需時間縮短。
(g)藉由在SiGe膜上形成Si膜，可避免在將晶圓200暴露於大氣時等之SiGe膜之氧化，即避免SiGe膜之阻抗增加。再者，藉由以整體性地覆蓋SiGe膜之表面之方式形成Si膜，可遍及其之主表面全域而確實地避免SiGe膜之氧化。
(h)根據本實施形態之方法，可不使用沉積(deposition)→蝕刻→沉積之較複雜之製程(DED製程)而提升凹部內之填埋特性，因而使基板處理之控制簡化，此外，可提升基板處理之生產性。
(i)根據本實施形態之方法，由於不使用DED製程，因而存在有容易地使形成在晶圓200上的膜之表面粗糙度等提升的 傾向。於此，所謂之表面粗糙度，意指晶圓面內的膜之高低差(表面粗度)。所謂表面粗糙度變得良好，意指膜之表面變得平滑。
(j)藉由進行晶種層形成步驟，可使SiGe膜之養成時間(Incubation time)縮短，而縮短基板處理整體之所需時間。此外，在晶種層形成步驟中，利用藉由DCS氣體所產生之處理效果，藉此可提升晶種層之段差被覆性，而可使晶種層緻密化。
(k)於使用MS氣體、DS氣體以外之上述之各種含Si氣體之情況、使用DCS以外之上述之各種含鹵素元素氣體之情況、使用MG氣體以外之上述之各種含Ge氣體之情況、使用N2氣體以外之上述之各種惰性氣體之情況，亦可相同地獲得上述效果。
(4)變形例
本實施形態並不限定於上述之成膜順序，而可變更為以下所示之變形例。該等之變形例係可任意地組合。除非另有說明，否則各變形例之各步驟中之處理程序、處理條件係可設為與上述之基板處理順序之各步驟中之處理程序、處理條件相同。
(變形例1)
亦可如圖6(a)所示般，對於在表面形成有凹部且凹部之底部及側部為分別藉由SiO膜等之絕緣膜所構成的晶圓200進行上述之一連串處理。
於此情況下，藉由進行與上述之晶種層形成步驟相同之步驟，可如圖6(b)所示般，在SiO膜上使非晶Si層成長而作為 晶種層(Si晶種層)。此外，藉由進行與上述之降溫步驟相同的步驟、及與上述之SiGe膜形成步驟相同的步驟，可如圖6(c)所示般，在作為晶種層的非晶Si層上形成非晶狀態之SiGe膜。
接著，藉由依序進行與上述之升溫步驟相同的步驟、及與上述之Si膜形成步驟相同的步驟，可如圖6(d)所示般，一面在SiGe膜上形成非晶狀態、多晶狀態、或非晶與多晶之混晶狀態的Si膜，一面使作為其之基底的SiGe膜進行結晶化，而消除非晶狀態之SiGe膜所具有的裂縫等。再者，在圖6(d)中，顯示於SiGe膜上形成非晶狀態之Si膜之例。於本變形例中，亦可獲得與上述之成膜順序相同之效果。
(變形例2)
亦可如以下所示之成膜順序般，在晶種層形成步驟中，對晶圓200交互地供給如DCS氣體般之上述之含鹵素元素氣體與DIPAS氣體等之上述之各種胺基矽烷系氣體。於本變形例中，亦可獲得與上述成膜順序相同之效果。
(DCS→DIPAS)×n→MS+MG→MS
Figure 107145707-A0101-12-0028-10
Si/SiGe/Seed
(DIPAS→DCS)×n→MS+MG→MS
Figure 107145707-A0101-12-0028-11
Si/SiGe/Seed
(變形例3)
亦可如以下所示之成膜順序般，在晶種層形成步驟中，對晶圓200不供給如DCS氣體般之含鹵素元素氣體，而是供給如DIPAS氣體般之上述之各種胺基矽烷系氣體、如DS氣體般之上述之各種 氫化矽氣體。於本變形例中，亦可獲得與上述成膜順序相同之效果。
DIPAS→MS+MG→MS
Figure 107145707-A0101-12-0029-12
Si/SiGe/Seed
DS→MS+MG→MS
Figure 107145707-A0101-12-0029-13
Si/SiGe/Seed
(DIPAS→DS)×n→MS+MG→MS
Figure 107145707-A0101-12-0029-14
Si/SiGe/Seed
(DS→DIPAS)×n→MS+MG→MS
Figure 107145707-A0101-12-0029-15
Si/SiGe/Seed
(變形例4)
亦可如以下所示之成膜順序般，在晶種層形成步驟中，對晶圓200依序供給如HCl氣體般之含鹵素元素氣體、如DS氣體般之含Si氣體。於本變形例中，亦可獲得與上述成膜順序相同之效果。
HCl→DS→MS+MG→MS
Figure 107145707-A0101-12-0029-16
Si/SiGe/Seed
(變形例5)
亦可如以下所示之成膜順序般，不實施晶種層形成步驟。於本變形例中，亦可獲得與上述成膜順序大致相同之效果。
MS+MG→MS
Figure 107145707-A0101-12-0029-17
Si/SiGe
(變形例6)
亦可如以下所示之成膜順序般，在SiGe膜形成步驟中，交互地供給MS氣體與MG氣體。於本變形例中，亦可獲得與上述成膜順序相同之效果。
(DCS→DS)×n1→(MS→MG)×n2→MS
Figure 107145707-A0101-12-0030-18
Si/SiGe/Seed
(DCS→DS)×n1→(MG→MS)×n2→MS
Figure 107145707-A0101-12-0030-19
Si/SiGe/Seed
(變形例7)
亦可如以下所示之成膜順序般，在SiGe膜形成步驟及Si膜形成步驟中之至少任一步驟中，打開閥243g，實施對晶圓200的PH氣體之供給，朝形成在晶圓200上的膜(SiGe膜、Si膜)中摻雜P。於本變形例中，亦可獲得與上述成膜順序相同之效果。
(DCS→DS)×n→MS+MG+PH→MS
Figure 107145707-A0101-12-0030-20
Si/P摻雜SiGe/Seed
(DCS→DS)×n→MS+MG→MS+PH
Figure 107145707-A0101-12-0030-21
P摻雜Si/SiGe/Seed
(DCS→DS)×n→MS+MG+PH→MS+PH
Figure 107145707-A0101-12-0030-22
P摻雜Si/P摻雜Si/Seed
PH氣體之供給流量係例如可設為0.1~500sccm之範圍內之流量。此外，可使用亞磷酸(H3PO3)氣體、三氯氧化磷(POCl3)氣體、胂(AsH3)氣體等之包含有為V族元素且其單獨為固體的元素(P、砷(As)等)的氣體而取代PH氣體。此外，亦可使用二硼烷(B2H6)氣體、三氯硼烷(BCl3)氣體等之含有為III族元素且其單獨為固體的元素(硼(B)等)的氣體等而取代包含有V族元素的該等之氣體。
<其他實施形態>
以上，已具體地說明本發明之實施形態。然而，本發明並不限定於上述之實施形態，而可在不脫離其主旨之範圍內進行各種變 更。
在上述之實施形態中，已對於使用長度(高度)大致相等之複數個噴嘴249a~249c進行朝處理室201內供給各種氣體(含Si氣體、含Ge氣體、含鹵素元素氣體、摻雜劑氣體、惰性氣體)之例進行說明，但本發明不限定於如此之態樣。例如，亦可使用以在處理室201內自高度不同之複數個部位分別噴出氣體之方式所構成之長度(高度)不同之複數根噴嘴進行各種氣體朝處理室201內之供給。根據如此之構成，可細膩地調整處理室201內之各種氣體之分壓之高度方向之分佈，而可提升形成在晶圓200上的膜之晶圓間膜厚均勻性(批次內均勻性)等。
用於基板處理的配方係配合處理內容而個別地準備，較佳為經由電氣通信線路、外部儲存裝置123而存放於儲存裝置121c內。接著，較佳為，於開始處理之時，CPU 121a係自存放在儲存裝置121c內的複數個配方之中，配合基板處理之內容而適當選擇適合之配方。藉此，可利用1台之基板處理裝置再現性良好地形成各樣之膜種、組成比、膜質、膜厚之膜。此外，可減低操作者之負擔，而可避免操作失誤且迅速地開始處理。
上述配方並不限定於新製作之情況，例如亦可藉由變更已安裝於基板處理裝置的現存之配方而進行準備。於變更配方之情況時，亦可經由電氣通信線路、已記錄有該配方的記錄媒體而將變更後之配方安裝至基板處理裝置。此外，亦可操作現存之基板處理裝置所具備有的輸入輸出裝置122，直接變更已安裝在基板處理裝置的現存之配方。
在上述實施形態中，已對於使用一次處理複數片基板 之批次式之基板處理裝置而形成膜之例進行說明。本發明並不限於上述實施形態，例如亦可適當地應用於使用一次處理1片或數片基板之單片式之基板處理裝置而形成膜之情況。此外，在上述之實施形態中，已對於使用具有熱壁型之處理爐的基板處理裝置而形成膜之例進行說明。本發明並不限於上述實施形態，亦可適當地應用於使用具有冷壁型之處理爐的基板處理裝置而形成膜之情況。
於使用該等之基板處理裝置之情況下，亦可利用與上述實施形態、變形例相同之順序、處理條件進行成膜，而可獲得與該等相同之效果。
藉由上述之實施形態之方法所形成的SiGe膜係於凹部內具有高填埋特性，此外，因含有Ge而具有低阻抗率，因而可適當地用於藉由接觸孔洞(contact hole)之填埋所產生之接觸栓塞(contact plug)之形成等的用途。
上述實施形態、變形例等係可適當地組合而使用。此時之處理程序、處理條件係例如可設為與上述之實施形態之處理程序、處理條件相同。
[實施例]
作為實施例1，使用圖1所示之基板處理裝置，藉由圖4所示之成膜順序而於在表面上具有凹部的晶圓上依序形成晶種層、SiGe膜、Si膜，其中，該凹部之底部及側部係分別藉由SiO膜所構成。在Si膜形成步驟中，選擇形成在SiGe膜上的Si膜成為非晶狀態的溫度條件。其他之處理條件係設為上述實施形態所記載之處理條件範圍內之既定之條件。接著，分別觀察SiGe膜形成步驟實施後且Si膜形成步驟實施前(SiGe膜之結晶化前)之凹部內之 情況、及Si膜形成步驟實施後(SiGe膜之結晶化後)之凹部內之情況。於圖7(a)顯示SiGe膜之結晶化前之凹部內之SEM照片，圖7(b)顯示SiGe膜之結晶化後之凹部內之SEM照片。根據圖7(a)，可知結晶化前之SiGe膜具有裂縫，相對於此，根據圖7(b)，可知結晶化後之SiGe膜不具有裂縫。即可知，藉由實施晶種層形成步驟至Si膜形成步驟之一連串步驟，可使非晶狀態之SiGe膜所具有的裂縫消除，而使形成在凹部內的SiGe膜成為無裂縫的狀態。
作為實施例2，使用圖1所示之基板處理裝置，藉由圖4所示之成膜順序而於在表面具有凹部的晶圓上依序形成晶種層、SiGe膜、Si膜，其中，該凹部之底部係藉由單晶Si所構成，該凹部之側部係藉由SiO膜所構成。各步驟之處理條件係設為與實施例1之各步驟中之處理條件相同。接著，觀察Si膜形成步驟實施後(SiGe膜之結晶化後)之凹部內之情況。於圖8顯示SiGe膜之結晶化後之凹部內之SEM照片。根據圖8，可知結晶化後之SiGe膜係不具有裂縫等。即可知，藉由實施晶種層形成步驟至Si膜形成步驟之一連串步驟，可與實施例1相同，使形成在凹部內的SiGe膜成為無裂縫的狀態。再者，如圖8所示，可知於SiGe膜之結晶化後，單晶Si上之晶種層係仍維持磊晶狀態，SiO膜上之晶種層係仍維持非晶狀態。

Claims (19)

  1. 一種半導體裝置之製造方法，其具有以下之步驟：(a)對於已設為第1溫度的基板，供給含矽氣體與含鍺氣體，以填埋形成在上述基板之表面的凹部內之方式形成非晶狀態之矽鍺膜的步驟；(b)使上述基板之溫度自上述第1溫度朝較上述第1溫度高的第2溫度升溫的步驟；及(c)對於已設為上述第2溫度的上述基板，供給含矽氣體，而於上述矽鍺膜上形成矽膜的步驟；在(c)中所形成的上述矽膜為非晶狀態、多晶狀態、或非晶與多晶之混晶狀態，於(c)中，一面形成上述矽膜，一面使成為其基底的上述矽鍺膜進行結晶化。
  2. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中，在(a)中所形成之上述矽鍺膜係具有5at%以上且80at%以下的鍺濃度。
  3. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中，在(a)中所形成之上述矽鍺膜係具有20at%以上且80at%以下的鍺濃度。
  4. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中，在(a)中所形成之上述矽鍺膜係具有50at%以上且60at%以下的鍺濃度。
  5. 一種半導體裝置之製造方法，其具有以下之步驟：(a)對於已設為第1溫度的基板，供給含矽氣體與含鍺氣體，以填埋形成在上述基板之表面的凹部內之方式形成非晶狀態之矽鍺膜的步驟；(b)使上述基板之溫度自上述第1溫度朝較上述第1溫度高的第 2溫度升溫的步驟；及(c)對於已設為上述第2溫度的上述基板，供給含矽氣體，而於上述矽鍺膜上形成矽膜的步驟；於(c)中，一面形成上述矽膜，一面使成為其基底的上述矽鍺膜進行結晶化，在(a)中所形成之上述矽鍺膜係藉由至少暴露在非晶狀態之矽膜所形成的溫度而進行結晶化。
  6. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中，將上述第1溫度設為300℃以上且450℃以下。
  7. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中，將上述第1溫度設為300℃以上且400℃以下。
  8. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中，將上述第1溫度設為如下之溫度，即，在單獨存在有上述含矽氣體的情況下，上述含矽氣體不進行熱分解，而在單獨存在有上述含鍺氣體的情況下，上述含鍺氣體進行熱分解的溫度。
  9. 一種半導體裝置之製造方法，其具有以下之步驟：(a)對於已設為第1溫度的基板，供給含矽氣體與含鍺氣體，以填埋形成在上述基板之表面的凹部內之方式形成非晶狀態之矽鍺膜的步驟；(b)使上述基板之溫度自上述第1溫度朝較上述第1溫度高的第2溫度升溫的步驟；及(c)對於已設為上述第2溫度的上述基板，供給含矽氣體，而於上述矽鍺膜上形成矽膜的步驟；於(c)中，一面形成上述矽膜，一面使成為其基底的上述矽鍺膜進 行結晶化，在(c)中所形成的上述矽膜為非晶狀態。
  10. 一種半導體裝置之製造方法，其具有以下之步驟：(a)對於已設為第1溫度的基板，供給含矽氣體與含鍺氣體，以填埋形成在上述基板之表面的凹部內之方式形成非晶狀態之矽鍺膜的步驟；(b)使上述基板之溫度自上述第1溫度朝較上述第1溫度高的第2溫度升溫的步驟；及(c)對於已設為上述第2溫度的上述基板，供給含矽氣體，而於上述矽鍺膜上形成矽膜的步驟；於(c)中，一面形成上述矽膜，一面使成為其基底的上述矽鍺膜進行結晶化，於(b)之實施期間中開始上述矽鍺膜之結晶化，於(c)中使其結晶化結束。
  11. 一種半導體裝置之製造方法，其具有以下之步驟：(a)對於已設為第1溫度的基板，供給含矽氣體與含鍺氣體，以填埋形成在上述基板之表面的凹部內之方式形成非晶狀態之矽鍺膜的步驟；(b)使上述基板之溫度自上述第1溫度朝較上述第1溫度高的第2溫度升溫的步驟；及(c)對於已設為上述第2溫度的上述基板，供給含矽氣體，而於上述矽鍺膜上形成矽膜的步驟；於(c)中，一面形成上述矽膜，一面使成為其基底的上述矽鍺膜進行結晶化， 藉由在(c)中或在(b)及(c)中之上述矽鍺膜之結晶化，而使上述矽鍺膜中之矽及鍺中之至少一者產生遷移。
  12. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中，藉由在(c)中或在(b)及(c)中之上述矽鍺膜之結晶化，而使上述矽鍺膜中之矽及鍺中之至少一者之結晶核進行成長。
  13. 一種半導體裝置之製造方法，其具有以下之步驟：(a)對於已設為第1溫度的基板，供給含矽氣體與含鍺氣體，以填埋形成在上述基板之表面的凹部內之方式形成非晶狀態之矽鍺膜的步驟；(b)使上述基板之溫度自上述第1溫度朝較上述第1溫度高的第2溫度升溫的步驟；及(c)對於已設為上述第2溫度的上述基板，供給含矽氣體，而於上述矽鍺膜上形成矽膜的步驟；於(c)中，一面形成上述矽膜，一面使成為其基底的上述矽鍺膜進行結晶化，在(a)中所形成的上述矽鍺膜係具有裂縫或空隙，藉由在(c)中或在(b)及(c)中之上述矽鍺膜之結晶化，而使上述矽鍺膜所具有的裂縫或空隙消除。
  14. 一種半導體裝置之製造方法，其具有以下之步驟：(a)對於已設為第1溫度的基板，供給含矽氣體與含鍺氣體，以填埋形成在上述基板之表面的凹部內之方式形成非晶狀態之矽鍺膜的步驟；(b)使上述基板之溫度自上述第1溫度朝較上述第1溫度高的第2溫度升溫的步驟；及 (c)對於已設為上述第2溫度的上述基板，供給含矽氣體，而於上述矽鍺膜上形成矽膜的步驟；於(c)中，一面形成上述矽膜，一面使成為其基底的上述矽鍺膜進行結晶化，於(a)之前進而具有以下之步驟：(d)對於已設為上述第1溫度以上而未滿上述第2溫度之第3溫度的上述基板，供給含矽氣體，於上述凹部內之表面上形成晶種層的步驟。
  15. 一種半導體裝置之製造方法，其具有以下之步驟：(a)對於已設為第1溫度的基板，供給含矽氣體與含鍺氣體，以填埋形成在上述基板之表面的凹部內之方式形成非晶狀態之矽鍺膜的步驟；(b)使上述基板之溫度自上述第1溫度朝較上述第1溫度高的第2溫度升溫的步驟；及(c)對於已設為上述第2溫度的上述基板，供給含矽氣體，而於上述矽鍺膜上形成矽膜的步驟；於(c)中，一面形成上述矽膜，一面使成為其基底的上述矽鍺膜進行結晶化，於(a)之前進而具有以下之步驟：(d)對於已設為較上述第1溫度高而未滿上述第2溫度之第3溫度的上述基板，供給含矽氣體，於上述凹部內之表面上形成晶種層的步驟；及(b)使上述基板之溫度自上述第3溫度朝上述第1溫度降溫的步驟。
  16. 一種半導體裝置之製造方法，其具有以下之步驟：(a)對於已設為第1溫度的基板，供給含矽氣體與含鍺氣體，以填埋形成在上述基板之表面的凹部內之方式形成非晶狀態之矽鍺膜的步驟；(b)使上述基板之溫度自上述第1溫度朝較上述第1溫度高的第2溫度升溫的步驟；及(c)對於已設為上述第2溫度的上述基板，供給含矽氣體，而於上述矽鍺膜上形成矽膜的步驟；於(c)中，一面形成上述矽膜，一面使成為其基底的上述矽鍺膜進行結晶化，於(a)之前進而具有以下之步驟：(d)對於已設為上述第1溫度以上而未滿上述第2溫度之第3溫度的上述基板，供給含矽氣體，於上述凹部內之表面上形成晶種層的步驟，上述凹部之底部係利用單晶矽所構成，上述凹部之側部係利用絕緣膜所構成，在(d)中，於上述單晶矽上使磊晶矽層進行成長而作為上述晶種層，於上述絕緣膜上使非晶矽層進行成長而作為上述晶種層，在(a)中，於上述磊晶矽層上使非晶狀態之上述矽鍺膜進行成長，於上述非晶矽層上使非晶狀態之上述矽鍺膜進行成長。
  17. 一種半導體裝置之製造方法，其具有以下之步驟：(a)對於已設為第1溫度的基板，供給含矽氣體與含鍺氣體，以填埋形成在上述基板之表面的凹部內之方式形成非晶狀態之矽鍺膜的步驟； (b)使上述基板之溫度自上述第1溫度朝較上述第1溫度高的第2溫度升溫的步驟；及(c)對於已設為上述第2溫度的上述基板，供給含矽氣體，而於上述矽鍺膜上形成矽膜的步驟；於(c)中，一面形成上述矽膜，一面使成為其基底的上述矽鍺膜進行結晶化，上述凹部之底部及側部係利用絕緣膜所構成，在(d)中於上述絕緣膜上使非晶矽層進行成長而作為上述晶種層，在(a)中，於上述非晶矽層上使非晶狀態之上述矽鍺膜進行成長。
  18. 一種基板處理裝置，其具有：處理室，其處理基板；第1供給系統，其對於上述處理室內之基板供給含矽氣體；第2供給系統，其對於上述處理室內之基板供給含鍺氣體；加熱器，其加熱上述處理室內之基板；及控制部，其構成為於上述處理室內以如下之方式控制上述第1供給系統、上述第2供給系統、及上述加熱器，該方式係具有以下之處理：(a)對於已設為第1溫度的基板，供給上述含矽氣體與上述含鍺氣體，以填埋形成在上述基板之表面的凹部內之方式形成非晶狀態之矽鍺膜的處理；(b)使上述基板之溫度自上述第1溫度朝較上述第1溫度高的第2溫度升溫的處理；及(c)對於已設為上述第2溫度的上述基板，供給上述含矽氣體，而於上述矽鍺膜上形成矽膜的處理；在(c)中所形成的上述矽膜為非晶狀態、多晶狀態、或非晶與多晶之混晶狀態，於(c)中，一面形成上述矽膜，一面使成為其之基底的上述矽鍺膜進行結晶化。
  19. 一種程式，其係藉由電腦而使基板處理裝置在上述基板處理裝置之處理室內執行以下之程序者，該等之程序為：(a)對於已設為第1溫度的基板，供給含矽氣體與含鍺氣體，以填埋形成在上述基板之表面的凹部內之方式形成非晶狀態之矽鍺膜的程序；(b)使上述基板之溫度自上述第1溫度朝較上述第1溫度高的第2溫度升溫的程序；(c)對於已設為上述第2溫度的上述基板，供給含矽氣體，而於上述矽鍺膜上形成矽膜的程序；及在(c)中所形成的上述矽膜為非晶狀態、多晶狀態、或非晶與多晶之混晶狀態，於(c)中，一面形成上述矽膜，一面使成為其之基底的上述矽鍺膜進行結晶化的程序。
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