WO2019035258A1 - 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

半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム Download PDF

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etching
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健佑 芳賀
森谷　敦
中磯　直春
敬弘 宮倉
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Kokusai Electric Corp
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    • H10P14/3404—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition being Group IVA materials
    • H10P14/3411—Silicon, silicon germanium or germanium

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, a substrate processing apparatus, and a program.
  • a process of etching a part of a film formed on a surface of a substrate may be performed using an etching gas (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
  • An object of the present invention is to provide a technique capable of improving the uniformity of etching processing in the surface of a substrate when etching a film formed on the surface of the substrate.
  • etching gas supplied into the processing chamber while raising the pressure in the processing chamber with the substrate having a film formed on the surface housed in the processing chamber; Reducing the pressure in the processing chamber by evacuating the processing chamber while the supply of the etching gas into the processing chamber is stopped; And a predetermined number of cycles including the step of providing a technique for etching a part of the film formed on the surface of the substrate.
  • the present invention when etching a film formed on the surface of a substrate, it is possible to improve the uniformity of the etching process in the substrate surface.
  • FIG. 2 is a schematic block diagram of a vertical processing furnace of a substrate processing apparatus suitably used in an embodiment of the present invention, the processing furnace portion being a sectional view taken along the line AA of FIG.
  • FIG. 2 is a schematic block diagram of the controller of the substrate processing apparatus suitably used by one Embodiment of this invention, and is a figure which shows the control system of a controller with a block diagram. It is a flowchart which shows the substrate processing sequence of one Embodiment of this invention.
  • FIG. 5 is a view extracting and showing a gas supply sequence and the like in a first hydrogen purge step and an etching step in FIG. 4.
  • A shows the surface structure of the wafer before forming the first Si film
  • (b) shows the surface structure of the wafer after forming the first Si film
  • (c) shows after etching a part of the first Si film
  • FIG. 7D is an enlarged cross-sectional view showing the surface structure of the wafer after the second Si film is formed on the first Si film partially etched.
  • (A) is a figure which shows the evaluation result (Example 1) of the uniformity of the etching amount of Si film in a wafer surface
  • (b) is the evaluation result of the uniformity of the etching amount of Si film in a wafer surface
  • (C) is a figure which shows the evaluation result (comparative example) of the uniformity of the etching amount of Si film
  • the processing furnace 202 has a heater 207 as a heating mechanism (temperature adjustment unit).
  • the heater 207 has a cylindrical shape, and is vertically installed by being supported by the holding plate.
  • the heater 207 also functions as an activation mechanism (excitation unit) that thermally activates (excites) the gas.
  • a reaction tube 203 is disposed concentrically with the heater 207.
  • the reaction tube 203 is made of, for example, a heat resistant material such as quartz (SiO 2 ) or silicon carbide (SiC), and is formed in a cylindrical shape whose upper end is closed and whose lower end is open.
  • a processing chamber 201 is formed in the hollow portion of the reaction tube 203.
  • the processing chamber 201 is configured to be able to accommodate a wafer 200 as a substrate.
  • nozzles 249a and 249b are provided so as to penetrate the lower side wall of the reaction tube 203.
  • Gas supply pipes 232a and 232b are connected to the nozzles 249a and 249b, respectively.
  • mass flow controllers (MFC) 241a and 241b which are flow controllers (flow control units) and valves 243a and 243b which are on-off valves are provided in this order from the upstream side of the gas flow.
  • Gas supply pipes 232c and 232d are connected to the gas supply pipes 232a and 232b, respectively, downstream of the valves 243a and 243b.
  • MFCs 241c and 241d and valves 243c and 243d are provided in this order from the upstream side of the gas flow.
  • the nozzles 249 a and 249 b are provided in an annular space in plan view between the inner wall of the reaction tube 203 and the wafer 200, along the upper portion from the lower portion of the inner wall of the reaction tube 203. It is provided to rise upward in the loading direction. That is, the nozzles 249a and 249b are provided along the wafer array area in the area horizontally surrounding the wafer array area on the side of the wafer array area in which the wafers 200 are arrayed. Gas supply holes 250a and 250b for supplying gas are respectively provided on side surfaces of the nozzles 249a and 249b.
  • the gas supply holes 250 a and 250 b are opened to face the center of the reaction tube 203, and can supply gas toward the wafer 200.
  • a plurality of gas supply holes 250 a and 250 b are provided from the lower portion to the upper portion of the reaction tube 203.
  • a silicon (Si) -containing gas is supplied from the gas supply pipe 232a into the processing chamber 201 through the MFC 241a, the valve 243a, and the nozzle 249a.
  • a silicon hydride gas such as a monosilane (SiH 4 , abbreviated: MS) gas can be used.
  • the etching gas is supplied from the gas supply pipe 232a into the processing chamber 201 via the MFC 241a, the valve 243a, and the nozzle 249a.
  • hydrogen chloride (HCl) gas which is a gas containing halogen atoms and atoms other than halogen atoms, can be used as the etching gas.
  • the dopant gas is supplied from the gas supply pipe 232 b into the processing chamber 201 through the MFC 241 b, the valve 243 b, and the nozzle 249 b.
  • the dopant gas for example, phosphine (PH 3 , abbreviated as PH) gas containing phosphorus (P) as a dopant (impurity) can be used.
  • hydrogen (H 2 ) gas as hydrogen (H) -containing gas and nitrogen (N 2 ) gas as inert gas are supplied by the MFCs 241c and 241d, valves 243c and 243d, and gas supply, respectively.
  • the gas is supplied into the processing chamber 201 through the pipes 232a and 232b and the nozzles 249a and 249b.
  • a source gas supply system and an etching gas supply system are mainly configured by the gas supply pipe 232a, the MFC 241a and the valve 243a.
  • a dopant gas supply system is mainly configured by the gas supply pipe 232b, the MFC 241b, and the valve 243b.
  • An H-containing gas supply system and an inert gas supply system are mainly configured by the gas supply pipes 232c and 232d, the MFCs 241c and 241d, and the valves 243c and 243d, respectively.
  • any or all of the supply systems may be configured as an integrated supply system 248 in which the valves 243a to 243d, the MFCs 241a to 241d, and the like are integrated.
  • the integrated supply system 248 is connected to each of the gas supply pipes 232a to 232d, and supplies various gases into the gas supply pipes 232a to 232d, that is, opens and closes the valves 243a to 243d or the MFCs 241a to 241d.
  • the flow rate adjustment operation and the like are configured to be controlled by a controller 121 described later.
  • the integrated supply system 248 is configured as an integrated or divided integrated unit, and can be attached to and detached from the gas supply pipes 232 a to 232 d etc. in units of integrated units. Maintenance, replacement, addition, and the like can be performed in units of integrated units.
  • An exhaust pipe 231 for exhausting the atmosphere in the processing chamber 201 is connected to the lower side wall of the reaction pipe 203.
  • the exhaust pipe 231 is provided with a pressure sensor 245 as a pressure detector (pressure detection unit) for detecting the pressure in the processing chamber 201 and an APC (Auto Pressure Controller) valve 244 as a pressure regulator (pressure adjustment unit).
  • the vacuum pump 246 as an evacuation apparatus is connected.
  • the APC valve 244 can perform vacuum evacuation and vacuum evacuation stop inside the processing chamber 201 by opening and closing the valve while operating the vacuum pump 246, and further, with the vacuum pump 246 operating,
  • the pressure in the processing chamber 201 can be adjusted by adjusting the valve opening based on the pressure information detected by the pressure sensor 245.
  • An exhaust system is mainly configured by the exhaust pipe 231, the pressure sensor 245, and the APC valve 244.
  • the vacuum pump 246 may be included in the exhaust system.
  • a seal cap 219 as a furnace port cover capable of airtightly closing the lower end opening of the reaction tube 203 is provided.
  • the seal cap 219 is made of, for example, a metal material such as SUS, and is formed in a disk shape.
  • an O-ring 220 is provided on the top surface of the seal cap 219 as a seal member that abuts on the lower end of the reaction tube 203.
  • a rotation mechanism 267 for rotating a boat 217 described later is installed below the seal cap 219.
  • the rotation shaft 255 of the rotation mechanism 267 is connected to the boat 217 through the seal cap 219.
  • the rotation mechanism 267 is configured to rotate the wafer 200 by rotating the boat 217.
  • the seal cap 219 is configured to be vertically lifted and lowered by a boat elevator 115 as a lift mechanism installed outside the reaction tube 203.
  • the boat elevator 115 is configured as a transfer device (transfer mechanism) that carries the wafer 200 into and out of the processing chamber 201 by moving the seal cap 219 up and down.
  • the boat 217 as a substrate support supports a plurality of, for example, 25 to 200 wafers 200 in a horizontal posture and vertically aligned with multiple centers aligned with one another, ie, It is configured to arrange at intervals.
  • the boat 217 is made of, for example, a heat resistant material such as quartz or SiC.
  • a heat insulating plate 218 made of a heat resistant material such as quartz or SiC is supported in multiple stages in a horizontal posture.
  • a temperature sensor 263 as a temperature detector is installed in the reaction tube 203.
  • the temperature sensor 263 is provided along the inner wall of the reaction tube 203.
  • the controller 121 which is a control unit (control means), is configured as a computer including a central processing unit (CPU) 121a, a random access memory (RAM) 121b, a storage device 121c, and an I / O port 121d. It is done.
  • the RAM 121b, the storage device 121c, and the I / O port 121d are configured to be able to exchange data with the CPU 121a via the internal bus 121e.
  • An input / output device 122 configured as, for example, a touch panel or the like is connected to the controller 121.
  • the storage device 121 c is configured by, for example, a flash memory, a hard disk drive (HDD), or the like.
  • a control program for controlling the operation of the substrate processing apparatus, and a process recipe in which a procedure, conditions and the like of the substrate processing described later are stored are readably stored.
  • the process recipe is a combination of processes so as to cause the controller 121 to execute each procedure in the substrate processing process described later and obtain a predetermined result, and functions as a program.
  • the process recipe, the control program and the like are collectively referred to simply as a program.
  • the process recipe is simply referred to as a recipe.
  • the RAM 121 b is configured as a memory area (work area) in which programs and data read by the CPU 121 a are temporarily stored.
  • the I / O port 121d is connected to the MFCs 241a to 241d, the valves 243a to 243d, the pressure sensor 245, the APC valve 244, the vacuum pump 246, the heater 207, the temperature sensor 263, the rotation mechanism 267, the boat elevator 115, etc. .
  • the CPU 121a is configured to read out and execute the control program from the storage device 121c, and to read out the recipe from the storage device 121c in response to the input of the operation command from the input / output device 122 or the like.
  • the CPU 121a adjusts the flow rates of various gases by the MFCs 241a to 241d, opens and closes the valves 243a to 243d, opens and closes the APC valve 244, and adjusts the pressure by the APC valve 244 based on the pressure sensor 245 in accordance with the contents of the read recipe. Operation, start and stop of vacuum pump 246, temperature adjustment operation of heater 207 based on temperature sensor 263, rotation and rotation speed adjustment of boat 217 by rotation mechanism 267, elevation operation of boat 217 by boat elevator 115, etc. Is configured.
  • the controller 121 installs the above program stored in an external storage device (for example, a magnetic disk such as HDD, an optical disk such as CD, an optical magnetic disk such as MO, a semiconductor memory such as USB memory) 123 in a computer Can be configured by
  • the storage device 121 c and the external storage device 123 are configured as computer readable recording media. Hereinafter, these are collectively referred to simply as recording media.
  • recording medium when the term "recording medium" is used in the present specification, when only the storage device 121c is included, only the external storage device 123 may be included, or both of them may be included.
  • the program may be provided to the computer using communication means such as the Internet or a dedicated line without using the external storage device 123.
  • first Si film a first film
  • second Si film a second film
  • step of etching a part of the first Si film Supplying the HCl gas as the etching gas into the processing chamber 201 while raising the pressure in the processing chamber 201 with the wafer 200 having the first Si film formed on the surface housed in the processing chamber 201; In the state where supply of HCl gas into the processing chamber 201 is stopped, the pressure in the processing chamber 201 is lowered by exhausting the inside of the processing chamber 201; Perform a predetermined number of cycles including.
  • wafer When the term “wafer” is used in the present specification, it may mean the wafer itself or a laminate of the wafer and a predetermined layer or film formed on the surface thereof.
  • surface of wafer When the term “surface of wafer” is used in the present specification, it may mean the surface of the wafer itself or the surface of a predetermined layer or the like formed on the wafer.
  • the phrase “forming a predetermined layer on the wafer” means that the predetermined layer is directly formed on the surface of the wafer itself, or a layer formed on the wafer, etc. It may mean forming a predetermined layer on top of.
  • substrate in this specification is also synonymous with the use of the word "wafer”.
  • a plurality of wafers 200 are loaded into the boat 217 (wafer charging). Thereafter, as shown in FIG. 1, the boat 217 supporting the plurality of wafers 200 is lifted by the boat elevator 115 and carried into the processing chamber 201 (boat loading). In this state, the seal cap 219 seals the lower end of the reaction tube 203 via the O-ring 220.
  • the wafer 200 for example, a Si substrate made of single crystal Si, or a substrate having a single crystal Si film formed on the surface can be used.
  • the surface of the wafer 200 is provided with a recess.
  • the bottom of the recess is made of single crystal Si, and the side and top of the recess is an insulating film 200a such as a silicon oxide film (SiO film), a silicon nitride film (SiN film) or a silicon oxycarbonitride film (SiOCN film). It is composed of
  • the surface of the wafer 200 is in a state in which the single crystal Si and the insulating film 200a are exposed.
  • the inside of the processing chamber 201 is evacuated (reduced pressure exhaust) by the vacuum pump 246 so that the inside of the processing chamber 201, that is, the space in which the wafer 200 exists has a desired pressure (vacuum degree).
  • the pressure in the processing chamber 201 is measured by the pressure sensor 245, and the APC valve 244 is feedback-controlled based on the measured pressure information.
  • the wafer 207 in the processing chamber 201 is heated by the heater 207 so as to have a desired temperature.
  • the degree of energization of the heater 207 is feedback-controlled based on the temperature information detected by the temperature sensor 263 so that the inside of the processing chamber 201 has a desired temperature distribution.
  • the rotation of the wafer 200 by the rotation mechanism 267 is started.
  • the operation of the vacuum pump 246 and the heating and rotation of the wafer 200 are both continued at least until the processing of the wafer 200 is completed.
  • the first Si film By supplying the MS gas to the wafer 200, as shown in FIG. 6B, it is possible to form the first Si film so as to fill the inside of the recess.
  • the surface side of the concave portion is blocked by the first Si film grown so as to overhang from the side portion and the upper portion of the concave portion.
  • a non-embedded region extending in the depth region (direction) that is, a hollow portion such as a void or a seam may be formed in the recess.
  • the hollow portion is generated by closing the surface side of the recess before the inside of the recess is completely filled with the first Si film, and the MS gas does not reach the inside of the recess and the growth of the first Si film in the recess stops. Do.
  • the hollow portion is likely to be produced when the aspect ratio of the recess (the depth of the recess / the width of the recess) is increased, specifically, when the aspect ratio is 1 or more, for example, 20 or more, or 50 or more. Become. Also, as the aspect ratio increases, the hollow portion is more easily formed on the bottom side in the recess.
  • Si grows amorphous (amorphous), poly (polycrystalline), or mixed crystal of amorphous and poly at least on the side and upper side of the recess. That is, the crystal structure of a portion of the first Si film grown so as to overhang at least from the side and top of the recess is amorphous, poly, or a mixed crystal of amorphous and poly.
  • the valve 243 a is closed to stop the supply of the MS gas into the processing chamber 201.
  • the supply of the MS gas may be stopped before the surface side of the concave portion is blocked by the first Si film, or may be stopped after it is completely blocked.
  • the inside of the processing chamber 201 is evacuated, and the gas and the like remaining in the processing chamber 201 are removed from the inside of the processing chamber 201.
  • the valves 243 c and 243 d are opened to supply N 2 gas into the processing chamber 201.
  • the N 2 gas acts as a purge gas.
  • MS gas supply flow rate 10 to 2000 sccm N 2 gas supply flow rate (each gas supply pipe): 0 to 10000 sccm Gas supply time: 20 to 400 minutes
  • Processing temperature 450 to 550 ° C., preferably 450 to 530 ° C.
  • Processing pressure 1 to 900 Pa Is illustrated.
  • the processing temperature By setting the processing temperature to 530 ° C. or less, preferably less than 530 ° C., it becomes easy to make the crystal structure of the first Si film amorphous, thereby further enhancing the etching rate in the etching step described later. The productivity can be further improved.
  • the crystallization temperature of Si is about 530 ° C.
  • the crystal structure of the first Si film can be made amorphous by setting the treatment temperature to less than 530 ° C., and the treatment temperature is set to exceed 530 ° C.
  • the crystal structure of the first Si film can be made to be poly, and by setting the processing temperature to about 530 ° C., the crystal structure of the first Si film can be made to be a mixed crystal of amorphous and poly.
  • n H 2n + 2 n Can be a silicon hydride gas represented by an integer of 1 or more.
  • MCS dichlorosilane
  • DCS dichlorosilane
  • TCS trichlorosilane
  • SiCl 3 ) 4 tetrachlorosilane
  • chlorosilane-based gas such as STC gas, hexachlorodisilane (Si 2 Cl
  • rare gases such as Ar gas, He gas, Ne gas and Xe gas can be used in addition to N 2 gas. This point is the same in each step described later.
  • H 2 gas is supplied to the wafer 200 in the processing chamber 201, that is, the first Si film formed on the wafer 200.
  • the valves 243c and 243d are opened to flow the H 2 gas into the gas supply pipes 232c and 232d.
  • the flow rate of the H 2 gas is adjusted by the MFCs 241 c and 241 d, and is supplied into the processing chamber 201 through the gas supply pipes 232 a and 232 b and the nozzles 249 a and 249 b and exhausted from the exhaust pipe 231.
  • H 2 gas is supplied to the wafer 200.
  • valves 243 c and 243 d are closed to stop the supply of the H 2 gas into the processing chamber 201.
  • the APC valve 244 kept open, the inside of the processing chamber 201 is exhausted by the vacuum pump 246.
  • the N 2 gas may be supplied into the processing chamber 201.
  • the N 2 gas acts as a purge gas.
  • H 2 gas supply flow rate 500 to 3000 sccm
  • Gas supply time 20 to 400 minutes
  • Processing pressure 1 to 1000 Pa Is illustrated.
  • the other processing conditions such as the processing temperature are the same as the processing conditions in the first Si film forming step.
  • Step-up / HCl supply step In this step, HCl gas is supplied to the wafer 200 in the processing chamber 201, that is, the first Si film formed on the wafer 200 and subjected to the first hydrogen purge step. Specifically, the opening and closing control of the valves 243a, 243c, and 243d is performed in the same procedure as the opening and closing control of the valves 243a, 243c, and 243d in the first Si film forming step.
  • the flow rate of HCl gas is adjusted by the MFC 241 a, supplied into the processing chamber 201 via the nozzle 249 a, and exhausted from the exhaust pipe 231. At this time, HCl gas is supplied to the wafer 200.
  • part of the first Si film formed on the wafer 200 can be etched.
  • the upper part of the hollow part formed under the part can be opened to expose the inner wall (side wall or bottom part) of the hollow part.
  • the amount of HCl gas supplied to the inside of the hollow portion gradually decreases from the surface side toward the bottom side. Therefore, as shown in FIG.
  • the longitudinal cross-sectional shape of the exposed hollow portion approaches a V shape or an inverted trapezoidal shape in which the opening width gradually increases from the bottom side toward the surface side.
  • the pressure in the processing chamber 201 is set to a relatively low predetermined pressure (starting pressure).
  • starting pressure a relatively low predetermined pressure
  • the flow rate (diffusion rate) of HCl gas supplied into the processing chamber 201 can be increased, and the entire area in the processing chamber 201, that is, the surface of the wafer 200 can be obtained. It is possible to supply HCl gas in a uniform amount to the whole area of As a result, the above-mentioned etching process can be started at uniform timing and progress at an equal rate over the entire surface of the wafer 200.
  • the opening degree of the APC valve 244 is adjusted to keep increasing the pressure in the processing chamber 201.
  • the HCl gas is supplied into the processing chamber 201 while maintaining the pressure in the processing chamber 201 at a constant pressure, or the HCl gas is supplied into the processing chamber 201 while the pressure in the processing chamber 201 is lowered. Step is not implemented.
  • the pressure in the processing chamber 201 can be prevented from being maintained at a constant high pressure. For example, HCl gas stagnates in the central portion of the wafer 200. It becomes possible to prevent that.
  • the etching rate of the first Si film can be gradually increased (varied), which makes it possible to improve the efficiency of the etching process.
  • the pressure in the processing chamber 201 is excessively increased or maintained at a constant high pressure, the flow velocity of HCl gas in the processing chamber 201 is reduced, and, for example, the HCl gas stagnates in the central portion of the wafer 200. May.
  • the etching amount of the first Si film in the central portion of the wafer 200 becomes larger than the etching amount of the first Si film in the peripheral portion of the wafer 200, etc.
  • the uniformity of the etching amount may be reduced.
  • HCl gas supply flow rate 100 to 10000 sccm Gas supply time: 10 to 60 minutes Start pressure (processing pressure at the start of this step): 1 to 1000 Pa End pressure (processing pressure at the end of this step): 28000 to 32000 Pa The average boost rate: 400 to 1100 Pa / min is exemplified.
  • the other processing conditions such as the processing temperature are the same as the processing conditions in the first Si film forming step.
  • the processing pressure (a pressure above the start pressure and a pressure below the end pressure) in this step continues to increase at least, retention of HCl gas at the central portion of the wafer 200 can be prevented. It is a pressure that makes it possible to maintain in-plane uniformity.
  • the end pressure in this step is the maximum processing chamber pressure in the etching step, and is a pressure larger than the maximum processing chamber pressure in the above-described first Si film forming step and the second Si film forming step described later.
  • the processing temperature in this step is a temperature at which the amorphous state of the first Si film is maintained, ie, the first Si film, when the first Si film formed on the wafer 200 in the first Si film forming step is in an amorphous state.
  • the temperature at which the crystallization of the first Si film is avoided is a temperature at which the first Si film is not crystallized (polycrystallized), and is also a temperature at which the first Si film is not epilated (monocrystallized). This temperature is also a temperature at which the in-plane uniformity of the etching amount of the first Si film can be further increased because the crystallization of the first Si film is avoided.
  • Step-down, evacuation step When the pressure raising / HCl supply step is completed, the valve 243 a is closed, and with the supply of HCl gas into the processing chamber 201 stopped, the APC valve 244 is fully opened (full open). Thus, the inside of the processing chamber 201 is evacuated (vacuated), and the pressure in the processing chamber 201 is lowered.
  • the pressure change amount (pressure change rate, pressure reduction rate) per unit time in this step is made larger than the pressure change amount (pressure change rate, pressure increase rate) per unit time in the pressure increase / HCl supply step.
  • the average step-down rate during the execution of this step is a rate larger than the average step-up rate in the above-described step-up / HCl supply step, and is, for example, in the range of 5000 to 7000 Pa / min.
  • the implementation time of this step is shorter than the implementation time of the pressurization / HCl supply step, and is, for example, in the range of 5 to 10 minutes.
  • a predetermined number of cycles (n times, n is an integer of 1 or more) are performed non-simultaneously, that is, without synchronizing the three steps described above.
  • FIG. 5 shows an example in which this cycle is performed three times.
  • the aspect ratio of the recess formed on the surface of the wafer 200 is, for example, 20 or more by performing the cycle a plurality of times, for example, about 3 to 10 times in this way, that is, the hollow portion is the bottom in the recess Even when it is formed on the side, it is possible to expose the hollow portion and to easily process the vertical cross-sectional shape of the exposed hollow portion into a V-shape or the like.
  • the inside of the recess can be filled with the Si film more reliably.
  • the first Si film formed on the wafer 200 in the processing chamber 201 is processed by the same processing procedure as the first Si film forming step.
  • An MS gas is supplied to the partially etched first Si film.
  • the supply time of the MS gas is, for example, in the range of 10 to 300 minutes.
  • the other processing conditions are the same as the processing conditions in the first Si film forming step.
  • a second Si film is formed on the wafer 200, that is, on the surface of the first Si film partially etched. Can.
  • the hollow portion of the first Si film is exposed with the top open, and the longitudinal cross-sectional shape is from the bottom side to the surface side It is processed into V shape etc. where opening width becomes large gradually as it goes to.
  • the second Si film does not grow so as to overhang from the side or the like of the open hollow portion. That is, the surface side of the open hollow portion is not closed and the MS gas does not reach the inside of the hollow portion.
  • the hollow portion is not formed in the second Si film, and the inside of the recess provided on the surface of the wafer 200 is completely, ie, void free and seamless, by the first Si film and the second Si film.
  • the crystal structure of the second Si film is amorphous, poly, or a mixed crystal thereof.
  • valve 243 a is closed to stop the supply of the MS gas into the processing chamber 201. Then, according to the same processing procedure as the first Si film forming step, the inside of the processing chamber 201 is evacuated and the gas and the like remaining in the processing chamber 201 are removed from the inside of the processing chamber 201.
  • N 2 gas is supplied from the gas supply pipes 232 c and 232 d into the processing chamber 201 and exhausted from the exhaust pipe 231.
  • the inside of the processing chamber 201 is purged, and gas, reaction by-products and the like remaining in the processing chamber 201 are removed from the inside of the processing chamber 201 (after purge).
  • the atmosphere in the processing chamber 201 is replaced with the inert gas (inert gas substitution), and the pressure in the processing chamber 201 is returned to normal pressure (atmospheric pressure recovery).
  • the etching step the upper portion of the hollow portion of the first Si film is opened by performing the cycle including the pressure raising / HCl supply step and the pressure lowering / evacuating step a predetermined number of times, and the longitudinal sectional shape is It becomes possible to process it into a V-shape or the like. Thereby, in the second Si film forming step, the inside of the recess can be filled with the Si film more reliably.
  • (G) extending the execution time of the pressure rising / HCl supply step by making the pressure rising rate in the pressure rising / HCl supplying step smaller than the pressure lowering rate in the pressure reducing / evacuating step; It can be made longer than time. That is, it is possible to secure a long time for the HCl gas supplied into the processing chamber 201 to be diffused at a high flow rate without staying on the surface of the wafer 200. This makes it possible to improve the uniformity of the etching process of the first Si film in the surface of the wafer 200.
  • the etching temperature when chlorine (Cl 2 ) gas is used as the etching gas, it is necessary to set the etching temperature to, for example, about 350 ° C. in order to etch the first Si film. In this case, it is necessary to reduce the temperature in the processing chamber 201 by 100 ° C. or more and provide a temperature lowering step for waiting until the temperature is stabilized between the first Si film forming step and the etching step. In addition, it is necessary to increase the temperature in the processing chamber 201 by 100 ° C. or more between the etching step and the second Si film forming step, and provide a temperature rising step for waiting until the temperature is stabilized.
  • the etching step is performed at a temperature at which the amorphous state of the first Si film is maintained, thereby crystallizing the first Si film. It becomes possible to avoid. Thereby, in the etching step, it is possible to maintain a high etching rate of the first Si film, and to improve the productivity of the substrate processing. In addition, it is possible to avoid local crystallization of a part of the first Si film, and it is possible to suppress the formation of irregularities on the surface of the first Si film after etching.
  • the surface of the first Si film formed on the wafer 200 can be hydrogen-terminated to clean the entire surface. This makes it possible to improve the uniformity of the etching process of the first Si film in the surface of the wafer 200.
  • a pressure maintaining step may be performed to supply HCl gas into the processing chamber 201 while maintaining the pressure in the processing chamber 201 at a constant pressure.
  • the pressure maintenance step may be performed, for example, before starting the pressure boosting / HCl supply step, or may be performed during the execution of the pressure boosting / HCl supply step, and after the completion of the pressure boosting / HCl supply step. It may be performed before starting the evacuation step.
  • the execution time of the pressure maintenance step is higher than the etching rate of the first Si film at the central portion of the wafer 200 than the etching rate of the first Si film at the peripheral portion of the wafer 200. It is time until it becomes large. Also in this modification, the same effect as the above-mentioned substrate processing sequence shown in FIG. 4, FIG. 5 and the like can be obtained.
  • the PH gas may be supplied to the wafer 200 together (simultaneously) with the MS gas.
  • the first Si film is a Si film doped with P as a dopant.
  • the supply flow rate of the PH gas is appropriately determined according to the specifications of the device formed on the wafer 200, etc., but can be, for example, within a range of 0.1 to 500 sccm. Also in this modification, the same effect as the above-mentioned substrate processing sequence shown in FIG. 4, FIG. 5 and the like can be obtained.
  • the above-mentioned technical problem (the decrease in the uniformity of the etching process) due to the retention of the HCl gas is particularly noticeable when the first Si film is a non-doped Si film. Therefore, the technical significance of the etching process described in the present embodiment is particularly significant when forming a non-doped Si film on the wafer 200.
  • the above cycle may be performed only once. If the aspect ratio of the recess formed on the surface of the wafer 200 is not so large, it is possible to process the vertical cross-sectional shape of the exposed hollow portion into a V-shape or the like even by performing the above cycle once. Become. In this case, the substrate processing procedure can be simplified, and the processing time can be shortened.
  • the present invention It is not limited to this aspect.
  • the first Si film forming step and the step group subsequent to the etching step can be performed (ex-situ) in different processing chambers.
  • a series of steps leading to the etching step and a second Si film forming step can be performed ex-situ.
  • the first and second Si film forming steps and the etching step can be performed ex-situ.
  • each step can be performed ex-situ.
  • the wafer 200 will not be exposed to the atmosphere during the process, and the process can be performed consistently while keeping the wafer 200 in a clean atmosphere, which is stable. It becomes possible to perform a film formation process.
  • the recipe used for substrate processing be individually prepared according to the processing content, and stored in the storage device 121 c via the telecommunication line or the external storage device 123. Then, when the substrate processing is started, it is preferable that the CPU 121a appropriately select an appropriate recipe from among the plurality of recipes stored in the storage device 121c in accordance with the content of the substrate processing.
  • the burden on the operator can be reduced, and processing can be quickly started while avoiding an operation error.
  • the above-described recipe is not limited to the case of creating a new one, and may be prepared, for example, by changing an existing recipe already installed in the substrate processing apparatus.
  • the changed recipe may be installed in the substrate processing apparatus via the telecommunication line or the recording medium recording the recipe.
  • the existing recipe that has already been installed in the substrate processing apparatus may be directly changed by operating the input / output device 122 provided in the existing substrate processing apparatus.
  • the example which forms a film using the batch type substrate processing apparatus which processes a plurality of substrates at once was explained.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be suitably applied to, for example, the case where a film is formed using a sheet-fed substrate processing apparatus that processes one or several substrates at a time.
  • the example of forming the film using the substrate processing apparatus having the hot wall type processing furnace has been described.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be suitably applied to the case of forming a film using a substrate processing apparatus having a cold wall type processing furnace.
  • film formation can be performed under the same processing procedure and processing conditions as those of the above-described embodiment and modification, and the same effects as these can be obtained.
  • processing procedure and processing conditions at this time can be, for example, the same as the processing procedure and processing conditions of the above-described embodiment.
  • Example 1 using the substrate processing apparatus shown in FIG. 1, the Si film formed on the surface of the wafer was etched by the same processing procedure as the etching step in the above embodiment.
  • the step of supplying HCl gas into the processing chamber while maintaining the pressure in the processing chamber at a constant pressure was not performed.
  • the number of cycles performed in the etching step was one.
  • Other processing conditions were set as predetermined conditions within the processing condition range described in the above-described embodiment.
  • Example 2 using the substrate processing apparatus shown in FIG. 1, the Si film formed on the surface of the wafer was etched by the same processing procedure as the etching step in the above embodiment.
  • the step of supplying HCl gas into the processing chamber while maintaining the pressure in the processing chamber at a constant pressure was not performed.
  • the number of cycles performed in the etching step was two.
  • Other processing conditions were the same as the processing conditions of Example 1.
  • the pressure in the processing chamber in which the wafer is stored is increased, and when the pressure in the processing chamber reaches a pressure within the range of 28000 to 32000 Pa, the pressure is made constant.
  • the Si film formed on the surface of the wafer was etched by supplying HCl gas into the processing chamber while maintaining it.
  • Other processing conditions were the same as the processing conditions of Example 1.
  • FIGS. 7 (a) to 7 (c) are diagrams showing measurement results and the like of Examples 1 and 2 and a comparative example. The smaller the WiW, the higher the uniformity of the etching amount in the wafer surface.
  • the WiW in Examples 1 and 2 is smaller than the WiW in the comparative example. That is, it can be seen that the etching method (the method of the above-described embodiment) employed in Examples 1 and 2 has better uniformity of the etching amount in the wafer plane than the etching method employed in the comparative example. . Further, according to FIGS. 7A and 7B, the WiWs of Examples 1 and 2 are substantially the same, and even if the number of cycles in the etching step is increased or decreased, uniformity of the etching amount in the wafer surface is obtained. It can be seen that there is no effect on In addition, since the average etching amount of the second embodiment is about twice the average etching amount of the first embodiment, it is possible to accurately control the average etching amount by adjusting the number of cycles. I understand.

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Abstract

表面に膜が形成された基板を処理室内に収容した状態で、処理室内の圧力を上昇させつつ、処理室内へエッチングガスを供給する工程と、処理室内へのエッチングガスの供給を停止した状態で、処理室内を排気することで、処理室内の圧力を降下させる工程と、を含むサイクルを所定回数行うことで、基板の表面に形成された膜の一部をエッチングする。

Description

半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
　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。
　半導体装置の製造工程の一工程として、エッチングガスを用い、基板の表面に形成された膜の一部をエッチングする工程が行われる場合がある（例えば特許文献１，２参照）。
特開２００３－２１８０３６号公報 特開２００３－２１８０３７号公報
　本発明の目的は、基板の表面に形成された膜をエッチングする際、基板面内におけるエッチング処理の均一性を向上させることが可能な技術を提供することにある。
　本発明の一態様によれば、
　表面に膜が形成された基板を処理室内に収容した状態で、前記処理室内の圧力を上昇させつつ、前記処理室内へエッチングガスを供給する工程と、
　前記処理室内への前記エッチングガスの供給を停止した状態で、前記処理室内を排気することで、前記処理室内の圧力を降下させる工程と、
　を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板の表面に形成された膜の一部をエッチングする技術が提供される。
　本発明によれば、基板の表面に形成された膜をエッチングする際、基板面内におけるエッチング処理の均一性を向上させ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基板処理シーケンスを示すフロー図である。 図４における第１水素パージステップおよびエッチングステップにおけるガス供給シーケンス等を抜粋して示す図である。 （ａ）は第１Ｓｉ膜を形成する前のウエハの表面構造を、（ｂ）は第１Ｓｉ膜を形成した後のウエハの表面構造を、（ｃ）は第１Ｓｉ膜の一部をエッチングした後のウエハの表面構造を、（ｄ）は一部がエッチングされた第１Ｓｉ膜の上に第２Ｓｉ膜を形成した後のウエハの表面構造を示す断面拡大図である。 （ａ）はウエハ面内におけるＳｉ膜のエッチング量の均一性の評価結果（実施例１）を示す図であり、（ｂ）はウエハ面内におけるＳｉ膜のエッチング量の均一性の評価結果（実施例２）を示す図であり、（ｃ）はウエハ面内におけるＳｉ膜のエッチング量の均一性の評価結果（比較例）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５、図６（ａ）～図６（ｄ）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は加熱機構（温度調整部）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が配設されている。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料により構成され、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。反応管２０３の筒中空部には、処理室２０１が形成される。処理室２０１は、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、ノズル２４９ａ，２４９ｂが、反応管２０３の下部側壁を貫通するように設けられている。ノズル２４９ａ，２４９ｂには、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂがそれぞれ接続されている。
　ガス供給管２３２ａ，２３２ｂには、ガス流の上流側から順に、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、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、ガス流の上流側から順に、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄおよびバルブ２４３ｃ，２４３ｄがそれぞれ設けられている。
　図２に示すように、ノズル２４９ａ，２４９ｂは、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の積載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、原料ガスとして、例えば、シリコン（Ｓｉ）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。Ｓｉ含有ガスとしては、例えば、モノシラン（ＳｉＨ４、略称：ＭＳ）ガス等の水素化ケイ素ガスを用いることができる。
　ガス供給管２３２ａからは、エッチングガスが、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。エッチングガスとしては、例えば、ハロゲン原子およびハロゲン原子以外の原子を含むガスである塩化水素（ＨＣｌ）ガスを用いることができる。
　ガス供給管２３２ｂからは、ドーパントガスが、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。ドーパントガスとしては、例えば、ドーパント（不純物）としてのリン（Ｐ）を含むホスフィン（ＰＨ３、略称：ＰＨ）ガスを用いることができる。
　ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄからは、水素（Ｈ）含有ガスとしての水素（Ｈ２）ガス、不活性ガスとしての窒素（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、エッチングガス供給系がそれぞれ構成される。主に、ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより、ドーパント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、Ｈ含有ガス供給系、不活性ガス供給系がそれぞれ構成される。
　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２４８として構成されていてもよい。集積型供給システム２４８は、ガス供給管２３２ａ～２３２ｄのそれぞれに対して接続され、ガス供給管２３２ａ～２３２ｄ内への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２４８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、ガス供給管２３２ａ～２３２ｄ等に対して集積ユニット単位で着脱を行うことができ、集積型供給システム２４８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の側壁下方には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が接続されている。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および圧力調整器（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で、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。主に、排気管２３１、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４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。
　反応管２０３の下方には、反応管２０３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等の金属材料により構成され、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には、反応管２０３の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０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、ウエハ２００を処理室２０１内外に搬入および搬出（搬送）する搬送装置（搬送機構）として構成されている。
　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等の耐熱性材料により構成される。ボート２１７の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料により構成される断熱板２１８が水平姿勢で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、例えばフラッシュメモリ、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、後述する基板処理工程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、そ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、ＨＤＤ等の磁気ディスク、ＣＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ等の半導体メモリ）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）基板処理工程
　上述の基板処理装置を用い、半導体装置の製造工程の一工程として、基板としてのウエハ２００上にシリコン膜（Ｓｉ膜）を形成するシーケンス例について、主に、図４、図５、図６（ａ）～図６（ｄ）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。
　本実施形態の基板処理シーケンスでは、
　ウエハ２００の表面に設けられた凹部内を埋め込むように第１膜（第１Ｓｉ膜）を形成するステップと、
　ウエハ２００の表面に形成された第１Ｓｉ膜の一部をエッチングするステップと、
　一部がエッチングされた第１Ｓｉ膜上に、さらに第２膜（第２Ｓｉ膜）を形成するステップと、
　を行うことで、凹部内を第１Ｓｉ膜および第２Ｓｉ膜で埋め込む。
　なお、第１Ｓｉ膜の一部をエッチングするステップでは、
　表面に第１Ｓｉ膜が形成されたウエハ２００を処理室２０１内に収容した状態で、処理室２０１内の圧力を上昇させつつ、処理室２０１内へエッチングガスとしてＨＣｌガスを供給するステップと、
　処理室２０１内へのＨＣｌガスの供給を停止した状態で、処理室２０１内を排気することで、処理室２０１内の圧力を降下させるステップと、
　を含むサイクルを所定回数行う。
　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との積層体を意味する場合がある。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。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２２０を介して反応管２０３の下端をシールした状態となる。
　ウエハ２００としては、例えば、単結晶Ｓｉにより構成されたＳｉ基板、或いは、表面に単結晶Ｓｉ膜が形成された基板を用いることができる。図６（ａ）に示すように、ウエハ２００の表面には凹部が設けられている。凹部の底部は単結晶Ｓｉにより構成されており、凹部の側部および上部はシリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）やシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）やシリコン酸炭窒化膜（ＳｉＯＣＮ膜）等の絶縁膜２００ａにより構成されている。ウエハ２００の表面は、単結晶Ｓｉと絶縁膜２００ａとがそれぞれ露出した状態となっている。
（圧力調整および温度調整）
　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によって処理室２０１内が真空排気（減圧排気）される。この際、処理室２０１内の圧力は圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ２４４がフィードバック制御される。また、処理室２０１内のウエハ２００が所望の温度となるように、ヒータ２０７によって加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように、温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合がフィードバック制御される。また、回転機構２６７によるウエハ２００の回転を開始する。真空ポンプ２４６の稼働、ウエハ２００の加熱および回転は、いずれも、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。
（第１Ｓｉ膜形成ステップ）
　その後、処理室２０１内のウエハ２００に対し、ＭＳガスを供給する。このステップでは、バルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内へＭＳガスを流す。ＭＳ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、ウエハ２００に対してＭＳガスが供給される。このときバルブ２４３ｃ，２４３ｄを開き、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄ内へＮ２ガスを流すようにしてもよい。Ｎ２ガスは、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄにより流量調整され、ノズル２４９ａ，２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。
　ウエハ２００に対してＭＳガスを供給することにより、図６（ｂ）に示すように、凹部内を埋め込むように第１Ｓｉ膜を形成することが可能となる。この成膜処理では、凹部の表面側が、凹部の側部および上部からオーバーハングするように成長した第１Ｓｉ膜によって塞がれた状態となる。そして、凹部内に、その深さ領域（方向）に伸びる非埋め込み領域、すなわち、ボイド、シーム等の中空部が形成される場合がある。中空部は、凹部の内部が第１Ｓｉ膜によって完全に埋め込まれる前に凹部の表面側が塞がれ、凹部の内部へＭＳガスが届かなくなり、凹部内における第１Ｓｉ膜の成長が停止することによって発生する。中空部は、凹部のアスペクト比（凹部の深さ／凹部の幅）が大きくなることにより、具体的には、アスペクト比が１以上、例えば２０以上、更には５０以上となることにより、生じやすくなる。また、アスペクト比が大きくなる程、中空部は、凹部内における底部側に形成されやすくなる。なお、後述する条件下では、少なくとも凹部の側部および上部において、Ｓｉが、アモルファス（非晶質）成長、ポリ（多結晶）成長、もしくは、アモルファスとポリとの混晶成長することとなる。すなわち、第１Ｓｉ膜のうち、少なくとも凹部の側部および上部からオーバーハングするように成長した部分の結晶構造は、アモルファス、ポリ、もしくは、アモルファスとポリとの混晶となる。
　第１Ｓｉ膜を形成した後、バルブ２４３ａを閉じ、処理室２０１内へのＭＳガスの供給を停止する。なお、ＭＳガスの供給は、凹部の表面側が第１Ｓｉ膜によって塞がれた状態となる前に停止してもよく、完全に塞がれた状態となった後に停止してもよい。その後、処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留するガス等を処理室２０１内から排除する。このとき、バルブ２４３ｃ，２４３ｄを開き、処理室２０１内へＮ２ガスを供給する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用する。
　本ステップにおける処理条件としては、
　ＭＳガス供給流量：１０～２０００ｓｃｃｍ
　Ｎ２ガス供給流量（各ガス供給管）：０～１００００ｓｃｃｍ
　ガス供給時間：２０～４００分
　処理温度：４５０～５５０℃、好ましくは４５０～５３０℃
　処理圧力：１～９００Ｐａ
　が例示される。
　なお、処理温度を５３０℃以下、好ましくは５３０℃未満の温度とすることで、第１Ｓｉ膜の結晶構造をアモルファスとすることが容易となり、これにより、後述するエッチングステップでのエッチングレートをより高め、生産性をより向上させることが可能となる。なお、Ｓｉの結晶化温度が５３０℃程度であることから、処理温度を５３０℃未満とすることで第１Ｓｉ膜の結晶構造をアモルファスとすることができ、処理温度を５３０℃超とすることで第１Ｓｉ膜の結晶構造をポリとすることができ、処理温度を５３０℃付近とすることで第１Ｓｉ膜の結晶構造をアモルファスとポリとの混晶とすることができる。
　原料ガスとしては、ＭＳガスの他、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６、略称：ＤＳ）ガス、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）ガス、テトラシラン（Ｓｉ４Ｈ１０）ガス等の一般式ＳｉｎＨ２ｎ＋２（ｎは１以上の整数）で表される水素化ケイ素ガスを用いることができる。また、原料ガスとしては、モノクロロシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２、略称：ＤＣＳ）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３、略称：ＴＣＳ）ガス、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４、略称：ＳＴＣ）ガス、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６、略称：ＨＣＤＳ）ガス、オクタクロロトリシラン（Ｓｉ３Ｃｌ８、略称：ＯＣＴＳ）ガス等のクロロシラン系ガスを用いることもできる。
　不活性ガスとしては、Ｎ２ガスの他、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。この点は、後述する各ステップにおいても同様である。
（第１水素パージステップ）
　第１Ｓｉ膜形成ステップが終了した後、処理室２０１内のウエハ２００、すなわち、ウエハ２００上に形成された第１Ｓｉ膜に対してＨ２ガスを供給する。具体的には、バルブ２４３ｃ，２４３ｄを開き、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄ内へＨ２ガスを流す。Ｈ２ガスは、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄにより流量調整され、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、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してＨ２ガスが供給される。ウエハ２００に対してＨ２ガスを供給することで、ウエハ２００上に形成された第１Ｓｉ膜の表面を水素終端させ、その表面全域を清浄化させることが可能となる。
　その後、バルブ２４３ｃ，２４３ｄを閉じ、処理室２０１内へのＨ２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内を排気する。このとき、Ｎ２ガスを処理室２０１内へ供給するようにしてもよい。Ｎ２ガスはパージガスとして作用する。
　本ステップにおける処理条件としては、
　Ｈ２ガス供給流量：５００～３０００ｓｃｃｍ
　ガス供給時間：２０～４００分
　処理圧力：１～１０００Ｐａ
　が例示される。処理温度等の他の処理条件は、第１Ｓｉ膜形成ステップにおける処理条件と同様とする。
（エッチングステップ）
　第１水素パージステップが終了した後、後述する昇圧・ＨＣｌ供給ステップ、降圧・真空排気ステップ、第２水素パージステップを順に行う。
　［昇圧・ＨＣｌ供給ステップ］
　このステップでは、処理室２０１内のウエハ２００、すなわち、ウエハ２００上に形成され、第１水素パージステップがなされた第１Ｓｉ膜に対してＨＣｌガスを供給する。具体的には、バルブ２４３ａ，２４３ｃ，２４３ｄの開閉制御を、第１Ｓｉ膜形成ステップにおけるバルブ２４３ａ，２４３ｃ，２４３ｄの開閉制御と同様の手順で行う。ＨＣｌ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、ウエハ２００に対してＨＣｌガスが供給される。
　ウエハ２００に対してＨＣｌガスを供給することにより、ウエハ２００上に形成された第１Ｓｉ膜の一部をエッチングすることができる。第１Ｓｉ膜のうち、凹部の表面側を塞ぐ部分を除去することで、その下に形成されていた中空部の上部を開口させ、中空部の内壁（側壁や底部）を露出させることができる。この状態でエッチング処理を所定時間継続することにより、中空部の内壁を構成する第１Ｓｉ膜をさらにエッチングし、その開口を広げることが可能となる。中空部の内部へのＨＣｌガスの供給量は、表面側から底部側へ向かうにつれて徐々に少なくなる。そのため、露出した中空部の縦断面形状は、図６（ｃ）に示すように、底部側から表面側に向かうにつれて開口幅が次第に大きくなるＶ字形状或いは逆台形状へと近づくことになる。露出した中空部をこのような形状に加工することで、後述する第２Ｓｉ膜形成ステップにおいて、露出した中空部の内部へのＭＳガスの供給を促すことが可能となる。結果として、凹部の内部を、Ｓｉ膜によって完全に、すなわち、ボイドフリーかつシームレスの状態となるように埋め込むことが可能となる。
　本ステップの開始時、処理室２０１内の圧力は、比較的低い所定の圧力（開始圧力）に設定する。このような圧力条件下で本ステップを開始することにより、処理室２０１内へ供給されたＨＣｌガスの流速（拡散速度）を高めることができ、処理室２０１内の全域、すなわち、ウエハ２００面内の全域に対し、均等な量でＨＣｌガスを供給することが可能となる。結果として、上述のエッチング処理を、ウエハ２００面内全域にわたって均等なタイミングで開始させ、また、均等なレートで進行させることが可能となる。
　本ステップの開始後、処理室２０１内へＨＣｌガスを供給する際、ＡＰＣバルブ２４４の開度を調整し、処理室２０１内の圧力を上昇させ続けるようにする。本ステップにおいては、処理室２０１内の圧力を一定圧力に維持しつつ処理室２０１内へＨＣｌガスを供給するステップや、処理室２０１内の圧力を降下させつつ処理室２０１内へＨＣｌガスを供給するステップを不実施とする。処理室２０１内の圧力をこのように制御することにより、処理室２０１内の圧力が高圧の一定圧力に維持されることを防止することができ、例えば、ウエハ２００の中央部においてＨＣｌガスが滞留してしまうことを防止することが可能となる。これにより、ウエハ２００面内における第１膜のエッチング量の均一性の低下を抑制することが可能となる。また、第１Ｓｉ膜のエッチングレートを徐々に高める（変動させる）ことができ、これにより、エッチング処理の効率を向上させることが可能となる。
　なお、処理室２０１内の圧力が過剰に上昇したり、高圧の一定圧力に維持されたりすると、処理室２０１内におけるＨＣｌガスの流速が低下し、例えばウエハ２００の中央部において、ＨＣｌガスが滞留する場合がある。ウエハ２００の中央部にＨＣｌガスが滞留すると、ウエハ２００の中央部における第１Ｓｉ膜のエッチング量が、ウエハ２００の周縁部における第１Ｓｉ膜のエッチング量に比べて多くなる等、ウエハ２００面内におけるエッチング量の均一性が低下する場合がある。そこで、処理室２０１内の圧力が比較的高い所定の圧力（終了圧力）に達したら、バルブ２４３ａを閉じ、処理室２０１内へのＨＣｌガスの供給を停止して、本ステップを終了する。そして、処理室２０１内の圧力が終了圧力以上の圧力となった状態を維持することなく、後述する降圧・真空排気ステップを直ちに開始する。
　本ステップにおける処理条件としては、
　ＨＣｌガス供給流量：１００～１００００ｓｃｃｍ
　ガス供給時間：１０～６０分
　開始圧力（本ステップ開始時の処理圧力）：１～１０００Ｐａ
　終了圧力（本ステップ終了時の処理圧力）：２８０００～３２０００Ｐａ
　平均昇圧レート：４００～１１００Ｐａ／分
　が例示される。処理温度等の他の処理条件は、第１Ｓｉ膜形成ステップにおける処理条件と同様とする。
　本ステップにおける処理圧力（開始圧力以上、終了圧力以下の圧力）は、少なくとも上昇させ続ける限りにおいては、ウエハ２００の中央部におけるＨＣｌガスの滞留を防止することができ、第１Ｓｉ膜のエッチング量の面内均一性を維持することが可能となる圧力である。本ステップにおける終了圧力は、エッチングステップにおける最大処理室内圧力であり、上述の第１Ｓｉ膜形成ステップ、および、後述する第２Ｓｉ膜形成ステップにおける最大処理室内圧力よりも大きな圧力である。
　なお、本ステップにおける処理温度は、第１Ｓｉ膜形成ステップでウエハ２００上に形成された第１Ｓｉ膜がアモルファス状態である場合に、第１Ｓｉ膜のアモルファス状態が維持される温度、すなわち、第１Ｓｉ膜の結晶化が回避される温度を含んでいる。第１Ｓｉ膜の結晶化が回避される温度は、第１Ｓｉ膜がポリ化（多結晶化）しない温度であり、エピ化（単結晶化）しない温度でもある。そしてこの温度は、第１Ｓｉ膜の結晶化が回避されることから、第１Ｓｉ膜のエッチング量の面内均一性をより高くすることが可能な温度でもある。ウエハ２００の温度を、アモルファスＳｉが形成される温度と、ポリＳｉが形成され始める温度と、の臨界温度（Ｓｉの結晶化温度）である５３０℃程度の温度以下の温度（４５０～５３０℃）とすることで、第１Ｓｉ膜のアモルファス状態の維持が容易となる。また、ウエハ２００の温度を５３０℃未満の温度とすることで、第１Ｓｉ膜のアモルファス状態の維持が確実となる。なお、これらのことは、本ステップ以降のステップにおいても同様である。
　［降圧・真空排気ステップ］
　昇圧・ＨＣｌ供給ステップが終了したら、バルブ２４３ａを閉じ、処理室２０１内へのＨＣｌガスの供給を停止した状態で、ＡＰＣバルブ２４４を全開（フルオープン）とする。これにより、処理室２０１内を真空排気（真空引き）し、処理室２０１内の圧力を降下させる。
　本ステップにおける単位時間当たりの圧力変化量（圧力変化率、降圧レート）は、昇圧・ＨＣｌ供給ステップにおける単位時間あたりの圧力変化量（圧力変化率、昇圧レート）よりも大きくする。具体的には、本ステップの実施期間中における平均降圧レートを、上述の昇圧・ＨＣｌ供給ステップにおける平均昇圧レートよりも大きなレートであって、例えば５０００～７０００Ｐａ／分の範囲内の大きさとする。本ステップの実施時間は、昇圧・ＨＣｌ供給ステップの実施時間よりも短い時間であって、例えば５～１０分の範囲内の時間とする。本ステップを所定時間実施することで、処理室２０１内の圧力は、例えば２０～３０Ｐａの範囲内の圧力（真空排気圧力）に到達する。
　［第２水素パージステップ］
　処理室２０１内の圧力が所定の真空排気圧力に到達したら、第１水素パージステップと同様の処理手順により、処理室２０１内へＨ２ガスを供給する。これにより、処理室２０１内に残留するＨＣｌやＣｌ等を処理室２０１内から効率的に排除することができる。その後、第１水素パージステップと同様の処理手順により、処理室２０１内を排気する。Ｈ２ガスの供給時間は、例えば５～１０分の範囲内の時間とする。他の処理条件は、第１水素パージステップの処理条件と同様とする。
　［所定回数実施］
　上述した３つのステップを非同時に、すなわち、同期させることなく行うサイクルを所定回数（ｎ回、ｎは１以上の整数）行う。図５は、このサイクルを３回実施する例を示している。このようにサイクルを複数回、例えば３～１０回程度実施することにより、ウエハ２００の表面に形成された凹部のアスペクト比が例えば２０以上となるような場合、すなわち、中空部が凹部内における底部側に形成されるような場合であっても、中空部を露出させ、さらに、露出した中空部の縦断面形状をＶ字形状等へと加工することが容易に行えるようになる。結果として、後述する第２Ｓｉ膜形成ステップにおいて、凹部の内部のＳｉ膜による埋め込みを、より確実に行えるようになる。
（第２Ｓｉ膜形成ステップ）
　エッチングステップが終了した後、第１Ｓｉ膜形成ステップと同様の処理手順により、処理室２０１内のウエハ２００、すなわち、ウエハ２００上に形成され、エッチング処理が施された後の第１Ｓｉ膜、すなわち、一部がエッチングされた第１Ｓｉ膜に対し、ＭＳガスを供給する。ＭＳガスの供給時間は、例えば１０～３００分の範囲内の時間とする。他の処理条件は、第１Ｓｉ膜形成ステップにおける処理条件と同様とする。
　ウエハ２００に対してＭＳガスを供給することにより、図６（ｄ）に示すように、ウエハ２００上、すなわち、一部がエッチングされた第１Ｓｉ膜の表面上に、第２Ｓｉ膜を形成することができる。上述したように、エッチングステップを実施することで、第１Ｓｉ膜が有していた中空部は上部が開口して露出した状態となっており、また、その縦断面形状は、底部側から表面側に向かうにつれて開口幅が次第に大きくなるＶ字形状等へと加工されている。これらにより、第２Ｓｉ膜は、開口された中空部の側部等からオーバーハングするように成長しなくなる。すなわち、開口された中空部の表面側は塞がれなくなり、中空部の内部にＭＳガスが届かなくなることがなくなる。結果として、第２Ｓｉ膜には中空部が形成されなくなり、ウエハ２００の表面に設けられた凹部の内部は、第１Ｓｉ膜および第２Ｓｉ膜によって完全に、すなわち、ボイドフリーかつシームレスの状態となるように埋め込まれる。なお、本ステップにおける処理条件下では、第２Ｓｉ膜の結晶構造は、アモルファス、ポリ、もしくは、それらの混晶となる。
　その後、バルブ２４３ａを閉じ、処理室２０１内へのＭＳガスの供給を停止する。そして、第１Ｓｉ膜形成ステップと同様の処理手順により、処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留するガス等を処理室２０１内から排除する。
（アフターパージおよび大気圧復帰）
　第２Ｓｉ膜形成ステップが終了した後、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。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等が処理室２０１内から除去される（アフターパージ）。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）
　その後、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、反応管２０３の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ２００が、ボート２１７に支持された状態で、反応管２０３の下端から反応管２０３の外部に搬出（ボートアンロード）される。処理済のウエハ２００は、反応管２０３の外部に搬出された後、ボート２１７より取り出される（ウエハディスチャージ）。
（３）本実施形態による効果
　本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。
（ａ）エッチングステップにおいて、昇圧・ＨＣｌ供給ステップと、降圧・真空排気ステップと、を含むサイクルを所定回数行うことにより、第１Ｓｉ膜が有する中空部の上部を開口させ、その縦断面形状を、Ｖ字形状等へと加工することが可能となる。これにより、第２Ｓｉ膜形成ステップにおいて、凹部の内部のＳｉ膜による埋め込みをより確実に行えるようになる。
（ｂ）昇圧・ＨＣｌ供給ステップの開始時、処理室２０１内の圧力を比較的低い開始圧力に設定することにより、処理室２０１内へ供給されたＨＣｌガスの流速を高め、ウエハ２００面内におけるＨＣｌガスの供給量を均一化させることが可能となる。結果として、第１Ｓｉ膜のエッチング処理を、ウエハ２００面内全域にわたって均等なタイミングで開始させ、また、均等なレートで進行させることが可能となる。すなわち、ウエハ２００面内におけるエッチング処理の均一性を向上させることが可能となる。
（ｃ）昇圧・ＨＣｌ供給ステップを開始した後、処理室２０１内へＨＣｌガスを供給する際、処理室２０１内の圧力を上昇させ続けることにより、処理室２０１内の圧力が高圧の一定圧力に保持されることを防止することができ、ウエハ２００の中央部等においてＨＣｌガスが滞留してしまうことを回避することが可能となる。これにより、ウエハ２００の面内における第１Ｓｉ膜のエッチング処理の均一性の低下を抑制することが可能となる。また、処理室２０１内の圧力を上昇させ続けることにより、第１Ｓｉ膜のエッチングレートを高め、エッチング処理の効率を向上させることが可能となる。
（ｄ）処理室２０１内の圧力が所定の終了圧力に到達したら、昇圧・ＨＣｌ供給ステップを直ちに終了し、降圧・真空排気ステップを直ちに開始することにより、ウエハ２００の中央部等においてＨＣｌガスが滞留してしまう事態を回避することが可能となる。これにより、ウエハ２００面内における第１Ｓｉ膜のエッチング処理の均一性の低下を抑制することが可能となる。
（ｅ）降圧・真空排気ステップを、処理室２０１内へのＨＣｌガスの供給を停止した状態で行うことにより、エッチングステップにおけるＨＣｌガスの使用量を削減することができ、ガスコストを低減させることが可能となる。なお、降圧・真空排気ステップの実施時間は比較的短時間であることから、仮に降圧・真空排気ステップにおいて処理室２０１内へのＨＣｌガスの供給を行うようにしたとしても、このときに供給されるＨＣｌガスは、そもそもエッチング処理に寄与しにくい傾向がある。したがって、降圧・真空排気ステップを、処理室２０１内へのＨＣｌガスの供給を停止した状態で行ったとしても、エッチング処理の効率は殆ど低下しない。
（ｆ）降圧・真空排気ステップを、処理室２０１内へのＨＣｌガスの供給を停止した状態で行うことにより、処理室２０１内からＨＣｌガスを一旦排出することを効率的かつ効果的に行うことが可能となる。結果として、次のサイクルの昇圧・ＨＣｌ供給ステップを行う際における第１Ｓｉ膜のエッチング処理の効率低下を防止することが可能となる。これらにより、１サイクルあたりの処理時間を短縮させ、生産性を向上させることが可能となる。
（ｇ）昇圧・ＨＣｌ供給ステップにおける昇圧レートを、降圧・真空排気ステップにおける降圧レートよりも小さくすることにより、昇圧・ＨＣｌ供給ステップの実施時間を長くすること、例えば、降圧・真空排気ステップの実施時間よりも長くすることが可能となる。すなわち、処理室２０１内へ供給されたＨＣｌガスがウエハ２００の表面上で滞留することなく大きな流速で拡散することが可能となる時間を、長く確保することが可能となる。これにより、ウエハ２００面内における第１Ｓｉ膜のエッチング処理の均一性を向上させることが可能となる。
（ｈ）降圧・真空排気ステップにおける降圧レートを、昇圧・ＨＣｌ供給ステップにおける昇圧レートよりも大きくすることにより、降圧・真空排気ステップの実施時間を短くすること、例えば、昇圧・ＨＣｌ供給ステップの実施時間よりも短くすることが可能となる。これにより、１サイクルあたりの処理時間を短縮させ、基板処理の生産性を向上させることが可能となる。
（ｉ）エッチングガスとしてＨＣｌガスを用いることにより、エッチング温度を、成膜温度と同様の温度（４５０～５５０℃の範囲内の温度）に設定しても、第１Ｓｉ膜のエッチング処理を進行させることが可能となる。これにより、基板処理の生産性を向上させることが可能となる。
　というのも、エッチングガスとして塩素（Ｃｌ２）ガスを用いる場合、第１Ｓｉ膜をエッチングするには、エッチング温度を例えば３５０℃程度の温度に設定する必要がある。この場合、第１Ｓｉ膜形成ステップとエッチングステップとの間に、処理室２０１内の温度を１００℃以上低下させてその温度が安定化するまで待機する降温ステップを設ける必要がある。また、エッチングステップと第２Ｓｉ膜形成ステップとの間に、処理室２０１内の温度を１００℃以上上昇させその温度が安定するまで待機する昇温ステップを設ける必要がある。
　これに対し、本実施形態では、第１Ｓｉ膜形成ステップから第２Ｓｉ膜形成ステップに至る一連のステップを同様の温度下で実施できるため、それらのステップの間に降温ステップや昇温ステップを設ける必要がない。これにより、基板処理の手順を簡素化させたり、基板処理に要する合計時間を短縮させたりすることができ、基板処理の生産性を向上させることが可能となる。
（ｊ）第１Ｓｉ膜形成ステップにおいて、アモルファス状態の第１Ｓｉ膜を形成した場合に、エッチングステップを、第１Ｓｉ膜のアモルファス状態が維持される温度下で行うことにより、第１Ｓｉ膜の結晶化を回避することが可能となる。これにより、エッチングステップにおいて、第１Ｓｉ膜のエッチングレートが高い状態を維持することが可能となり、基板処理の生産性を向上させることが可能となる。また、第１Ｓｉ膜の一部が局所的に結晶化することを回避でき、エッチング後の第１Ｓｉ膜の表面に凹凸が形成されることを抑制することが可能となる。結果として、第１Ｓｉ膜と第２Ｓｉ膜との界面ラフネスの悪化や、最終的に形成されるＳｉ膜（第１Ｓｉ膜と第２Ｓｉ膜との積層膜）の表面ラフネスの悪化、すなわち、膜の表面の平滑度の低下を回避することが可能となる。
（ｋ）エッチングステップの前に第１水素パージステップを行うことにより、ウエハ２００上に形成された第１Ｓｉ膜の表面を水素終端させ、表面全域を清浄化させることが可能となる。これにより、ウエハ２００面内における第１Ｓｉ膜のエッチング処理の均一性を向上させることが可能となる。
（ｌ）エッチングステップの実施中に第２水素パージステップを行うことにより、処理室２０１内に残留するＨＣｌやＣｌ等を処理室２０１内から効率的に排除することが可能となる。結果として、次のサイクルの昇圧・ＨＣｌ供給ステップを行う際における第１Ｓｉ膜のエッチング処理の効率低下を回避することが可能となる。
（ｍ）上述の効果は、ＭＳガス以外の上述の原料ガスを用いる場合や、Ｎ２ガス以外の不活性ガスを用いる場合にも、同様に得ることができる。
（４）変形例
　本実施形態は、以下の変形例のように変更することができる。また、これらの変形例は、任意に組み合わせることができる。特に説明がない限り、各変形例の各ステップにおける処理手順、処理条件は、上述の基板処理シーケンスの各ステップにおける処理手順、処理条件と同様とする。
（変形例１）
　エッチングステップにおいて、比較的短時間であれば、処理室２０１内の圧力を一定圧力に維持しつつ処理室２０１内へＨＣｌガスを供給する圧力維持ステップを実施するようにしてもよい。圧力維持ステップは、例えば、昇圧・ＨＣｌ供給ステップを開始する前に行ってもよく、昇圧・ＨＣｌ供給ステップの実施期間中に行ってもよく、昇圧・ＨＣｌ供給ステップの終了後であって降圧・真空排気ステップを開始する前に行ってもよい。圧力維持ステップを実施する際は、その実施時間を、圧力維持ステップを開始してから、ウエハ２００の中央部における第１Ｓｉ膜のエッチングレートがウエハ２００の周縁部における第１Ｓｉ膜のエッチングレートよりも大きくなる前までの時間とする。本変形例においても、図４、図５等に示す上述の基板処理シーケンスと同様の効果が得られる。
（変形例２）
　第１Ｓｉ膜形成ステップにおいては、ウエハ２００に対してＭＳガスと一緒に（同時に）ＰＨガスを供給するようにしてもよい。この場合、第１Ｓｉ膜は、ドーパントとしてのＰがドープされたＳｉ膜となる。ＰＨガスの供給流量は、ウエハ２００上に形成するデバイスの仕様等によって適宜決定されるが、例えば０．１～５００ｓｃｃｍの範囲内の流量とすることができる。本変形例においても、図４、図５等に示す上述の基板処理シーケンスと同様の効果が得られる。但し、上述したＨＣｌガスの滞留による技術的課題（エッチング処理の均一性低下）は、第１Ｓｉ膜がノンドープＳｉ膜である場合に特に顕著に生じることとなる。そのため、本実施形態で示したエッチング処理の技術的意義は、ウエハ２００上にノンドープＳｉ膜を形成する際に特に大きなものとなる。
（変形例３）
　エッチングステップにおいては、上述のサイクルを１回のみ行うようにしてもよい。ウエハ２００の表面に形成された凹部のアスペクト比がさほど大きくない場合、上述のサイクルを１回行うことによっても、露出した中空部の縦断面形状をＶ字形状等へと加工することが可能となる。この場合、基板処理の手順を簡素化させ、また、処理時間を短縮させることが可能となる。
（変形例４）
　第１水素パージステップおよび第２水素パージステップのうち、いずれかのステップの実施を省略してもよい。また、これら両方のステップの実施をそれぞれ省略してもよい。これらの場合、基板処理の手順を簡素化させたり、処理時間を短縮させたりすることが可能となる。ただし、エッチング処理の均一性をより向上させたり、エッチング処理の効率をより向上させたりするには、これらのステップを省略することなく実施するほうが好ましい。
＜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。但し、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。
　上述の実施形態では、第１Ｓｉ膜形成ステップ～第２Ｓｉ膜形成ステップに至る一連のステップを、同一の処理室２０１内にて（ｉｎ－ｓｉｔｕで）行う例について説明したが、本発明はこのような態様に限定されない。例えば、第１Ｓｉ膜形成ステップと、エッチングステップ以降のステップ群と、を異なる処理室内にて（ｅｘ－ｓｉｔｕで）行うこともできる。また例えば、エッチングステップに至る一連のステップ群と、第２Ｓｉ膜形成ステップと、をｅｘ－ｓｉｔｕで行うこともできる。また例えば、第１，第２Ｓｉ膜形成ステップと、エッチングステップと、をｅｘ－ｓｉｔｕで行うこともできる。また例えば、それぞれのステップをｅｘ－ｓｉｔｕで行うこともできる。但し、全てのステップをｉｎ－ｓｉｔｕで行う方が、途中、ウエハ２００が大気曝露されることはなく、ウエハ２００を清浄な雰囲気下に置いたまま一貫して処理を行うことができ、安定した成膜処理を行うことが可能となる。
　基板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、基板処理を開始する際、ＣＰＵ１２１ａが、記憶装置１２１ｃ内に格納された複数のレシピの中から、基板処理の内容に応じて、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、膜厚の膜を、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、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。
　これらの基板処理装置を用いる場合においても、上述の実施形態や変形例と同様な処理手順、処理条件にて成膜を行うことができ、これらと同様の効果が得られる。
　また、上述の実施形態や変形例は、適宜組み合わせて用いることができる。このときの処理手順、処理条件は、例えば、上述の実施形態の処理手順、処理条件と同様とすることができる。
　以下、実施例について説明する。
　実施例１として、図１に示す基板処理装置を用い、上述の実施形態におけるエッチングステップと同様の処理手順により、ウエハの表面に形成されたＳｉ膜をエッチングした。エッチングステップを実施する際、処理室内の圧力を一定圧力に維持しつつ処理室内へＨＣｌガスを供給するステップを不実施とした。エッチングステップにおけるサイクルの実施回数は１回とした。他の処理条件は、上述の実施形態に記載の処理条件範囲内の所定の条件とした。
　実施例２として、図１に示す基板処理装置を用い、上述の実施形態におけるエッチングステップと同様の処理手順により、ウエハの表面に形成されたＳｉ膜をエッチングした。エッチングステップを実施する際、処理室内の圧力を一定圧力に維持しつつ処理室内へＨＣｌガスを供給するステップを不実施とした。エッチングステップにおけるサイクルの実施回数は２回とした。他の処理条件は、実施例１の処理条件と同様とした。
　比較例として、図１に示す基板処理装置を用い、ウエハが収容された処理室内の圧力を上昇させ、処理室内の圧力が２８０００～３２０００Ｐａの範囲内の圧力に達したら、その圧力を一定圧力に維持しつつ処理室内へＨＣｌガスを供給することにより、ウエハの表面に形成されたＳｉ膜をエッチングした。他の処理条件は、実施例１の処理条件と同様とした。
　そして、実施例１，２および比較例について、ウエハ面内におけるエッチング量の均一性（ＷｉＷ）、および、ウエハ面内における平均エッチング量(Å）をそれぞれ測定した。図７（ａ）～図７（ｃ）は、実施例１，２および比較例の測定結果等を示す図である。なお、ＷｉＷは、その値が小さいほどウエハ面内におけるエッチング量の均一性が高いことを意味する。
　図７（ａ）～図７（ｃ）によれば、実施例１，２におけるＷｉＷは、比較例におけるＷｉＷよりも小さいことが分かる。すなわち、実施例１，２で採用したエッチング手法（上述の実施形態の手法）の方が、比較例で採用したエッチング手法よりも、ウエハ面内におけるエッチング量の均一性が良好であることが分かる。また、図７（ａ）、図７（ｂ）によれば、実施例１，２のＷｉＷは略同等であり、エッチングステップにおけるサイクル数を増減させても、ウエハ面内におけるエッチング量の均一性には影響がないことが分かる。また、実施例２の平均エッチング量は、実施例１の平均エッチング量の２倍程度であることから、サイクル数を調整することで、平均エッチング量を正確に制御することが可能であることも分かる。
２００　　ウエハ（基板）

Claims (18)

  1. 　表面に膜が形成された基板を処理室内に収容した状態で、前記処理室内の圧力を上昇させつつ、前記処理室内へエッチングガスを供給する工程と、
    　前記処理室内への前記エッチングガスの供給を停止した状態で、前記処理室内を排気することで、前記処理室内の圧力を降下させる工程と、
    　を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板の表面に形成された膜の一部をエッチングする工程を有する半導体装置の製造方法。
  2. 　前記処理室内の圧力を降下させる工程における単位時間あたりの圧力変化量を、前記エッチングガスを供給する工程における単位時間あたりの圧力変化量よりも大きくする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 　前記処理室内の圧力を降下させる工程の実施時間を、前記エッチングガスを供給する工程の実施時間よりも短くする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 　前記膜の一部をエッチングする工程では、
    　前記処理室内の圧力を一定圧力に維持しつつ前記処理室内へ前記エッチングガスを供給する工程を不実施とするか、もしくは、
    　前記処理室内の圧力を一定圧力に維持しつつ前記処理室内へ前記エッチングガスを供給する工程を実施する場合は、その実施時間を、前記基板の中央部における前記膜のエッチングレートが前記基板の周縁部における前記膜のエッチングレートよりも大きくなる前までの時間とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 　前記膜の一部をエッチングする工程では、前記処理室内の圧力を降下させつつ前記処理室内へ前記エッチングガスを供給する工程を不実施とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 　前記膜の一部をエッチングする工程では、前記処理室内へ前記エッチングガスを供給している間は、前記膜のエッチングレートを上昇させ続ける請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 　前記サイクルは、さらに、前記処理室内を水素含有ガスでパージする工程を含む請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 　前記膜の一部をエッチングする工程では、前記サイクルを複数回繰り返す請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 　前記膜の一部をエッチングする工程を実施する前に、前記基板の表面に設けられた凹部内を埋め込むように前記膜を形成する工程を、さらに有する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  10. 　前記膜の一部をエッチングする工程を実施した後に、一部がエッチングされた前記膜上に、さらに膜を形成する工程を、さらに有する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  11. 　前記膜を形成する工程、前記膜の一部をエッチングする工程、および、前記さらに膜を形成する工程を、同一の前記処理室内で行う請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
  12. 　前記膜を形成する工程、前記膜の一部をエッチングする工程、および、前記さらに膜を形成する工程を、同一温度下で行う請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
  13. 　前記膜を形成する工程、前記膜の一部をエッチングする工程、および、前記さらに膜を形成する工程を、前記膜の結晶化温度以下の温度下で行う請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
  14. 　前記膜の一部をエッチングする工程における最大処理室内圧力を、前記膜を形成する工程および前記さらに膜を形成する工程のそれぞれにおける最大処理室内圧力よりも大きくする請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
  15. 　前記膜を形成する工程および前記さらに膜を形成する工程では、前記膜として、ノンドープシリコン膜を形成する請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
  16. 　前記膜を形成する工程および前記さらに膜を形成する工程では、前記膜として、ドーパントがドープされたシリコン膜を形成する請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
  17. 　基板に対する処理が行われる処理室と、
    　前記処理室内へエッチングガスを供給するエッチングガス供給系と、
    　前記処理室内の圧力を調整する圧力調整部と、
    　前記処理室内を排気する排気系と、
    　表面に膜が形成された基板を前記処理室内に収容した状態で、前記処理室内の圧力を上昇させつつ、前記処理室内へ前記エッチングガスを供給する処理と、前記処理室内への前記エッチングガスの供給を停止した状態で、前記処理室内を排気することで、前記処理室内の圧力を降下させる処理と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板の表面に形成された膜の一部をエッチングする処理を行わせるように、前記エッチングガス供給系、前記圧力調整部、および前記排気系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。
  18. 　基板処理装置の処理室内に、表面に膜が形成された基板を収容した状態で、前記処理室内の圧力を上昇させつつ、前記処理室内へエッチングガスを供給する手順と、
    　前記処理室内への前記エッチングガスの供給を停止した状態で、前記処理室内を排気することで、前記処理室内の圧力を降下させる手順と、
    　を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板の表面に形成された膜の一部をエッチングする手順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。
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