JP2011216784A

JP2011216784A - 半導体装置の製造方法及び基板処理装置

Info

Publication number: JP2011216784A
Application number: JP2010085439A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yokogawa; 貴史横川; Ketsu O; 杰王; Atsushi Moriya; 敦森谷; Michinao Osanai; 理尚長内
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2010-04-01
Publication date: 2011-10-27

Abstract

【課題】成膜対象のシリコン基板の表面上に自然酸化膜が形成されている場合であっても、基板上にホウ素含有アモルファスシリコン膜を形成する際の成長遅れ時間を短縮させ、基板処理の生産性を向上させる。
【解決手段】反応室２０１内に基板２００を搬入する搬入工程と、前記反応室内にシリコン含有ガスのみを供給し前記基板上にシード層を形成する第１の成膜工程と、引き続き、前記反応室内にシリコン含有ガスとホウ素含有ガスとを供給し前記シード層上にホウ素含有アモルファスシリコン膜を形成する第２の成膜工程と、前記反応室内から前記基板を搬出する搬出工程と、を有する基板処理方法とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置の製造方法及び基板処理装置に関する。

例えばＤＲＡＭやＩＣ等の半導体装置の製造工程の一工程として、シリコンウエハ等の基板上にホウ素含有アモルファスシリコン膜を形成する基板処理工程が行われることがある。係る基板処理工程では、反応室内に基板を搬入する工程と、シリコン含有ガスとホウ素含有ガスとを基板上に供給する工程と、反応室内から基板を搬出する工程と、が実施される。

しかしながら、成膜対象の基板の表面上には、例えば大気中の酸素成分等に露出されることでＳｉＯ_２膜等の酸化膜が形成されている。上述の基板処理工程では、ホウ素含有アモルファスシリコン膜の成膜の下地面に酸化膜が形成されていると、基板上へのガス供給を開始してから、薄膜の成長が開始される迄の時間（以下、かかる時間を「成長遅れ時間」とも呼ぶ）が増大してしまうことがあった（以後、このような現象を「成長遅れ」とも呼ぶ）。その結果、基板処理の生産性が低下してしまうことがあった。

そこで本発明は、成膜対象の基板の表面上に酸化膜が形成されている場合であっても、基板上にホウ素含有アモルファスシリコン膜を形成する際の成長遅れ時間を短縮させ、基板処理の生産性を向上させることが可能な半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、反応室内に基板を搬入する搬入工程と、前記反応室内にシリコン含有ガスを供給し前記基板上にシード層を形成する第１の成膜工程と、前記反応室内にシリコン含有ガスとホウ素含有ガスとを供給し前記シード層上にホウ素含有アモルファスシリコン膜を形成する第２の成膜工程と、前記反応室内から基板を搬出する搬出工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。

本発明の他の態様によれば、基板を処理する反応室と、前記反応室内にシリコン含有ガスとホウ素含有ガスとを供給するガス供給系と、前記反応室内を排気する排気系と、前記ガス供給系が前記反応室内にシリコン含有ガスを供給し前記基板上にシード層を形成し、前記ガス供給系が前記反応室内にシリコン含有ガスとホウ素含有ガスとを供給し前記シード層上にホウ素含有アモルファスシリコン膜を形成するように制御するコントローラと、を有する基板処理装置が提供される。

本発明に係る半導体装置の製造方法及び基板処理装置によれば、成膜対象の基板の表面上に酸化膜が形成されている場合であっても、基板上にホウ素含有アモルファスシリコン膜を形成する際の成長遅れ時間を短縮させ、基板処理の生産性を向上させることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る基板処理装置の概略構成図である。本発明の一実施形態に係る基板処理装置が備える処理炉の概略構成図である。反応室内壁等の状態に応じてウエハ上への薄膜の成膜開始時間が変化する様子を示すグラフ図である。本実施形態の一実施形態に係る基板処理工程のフロー図である。

＜本発明の一実施形態＞
以下に、本発明の一実施形態について説明する。

（１）基板処理装置の構成
まず、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置１０１の構成例について、図１を用いて説明する。図１に示すように、本実施形態にかかる基板処理装置１０１は、筐体１１１を備えている。シリコン等で構成されるウエハ（基板）２００を筐体１１１内外へ搬送するには、複数枚のウエハ２００を収納するウエハキャリア（基板収納容器）としてのカセット１１０が使用される。筐体１１１内側の前方（図中の右側）には、カセットステージ（基板収納容器受渡し台）１１４が設けられている。カセット１１０は、図示しない工程内搬送装置によってカセットステージ１１４上に載置され、また、カセットステージ１１４上から筐体１１１外へ搬出されるように構成されている。

カセット１１０は、工程内搬送装置によって、カセット１１０内のウエハ２００が垂直姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように、カセットステージ１１４上に載置される。カセットステージ１１４は、カセット１１０を筐体１１１の後方に向けて縦方向に９０°回転させ、カセット１１０内のウエハ２００を水平姿勢とさせ、カセット１１０のウエハ出し入れ口を筐体１１１内の後方を向かせることが可能なように構成されている。

筐体１１１内の前後方向の略中央部には、カセット棚（基板収納容器載置棚）１０５が設置されている。カセット棚１０５には、複数段、複数列にて複数個のカセット１１０が保管されるように構成されている。カセット棚１０５には、後述するウエハ移載機構１２５の搬送対象となるカセット１１０が収納される移載棚１２３が設けられている。また、カセットステージ１１４の上方には、予備カセット棚１０７が設けられ、予備的にカセット１１０を保管するように構成されている。

カセットステージ１１４とカセット棚１０５との間には、カセット搬送装置（基板収納容器搬送装置）１１８が設けられている。カセット搬送装置１１８は、カセット１１０を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ（基板収納容器昇降機構）１１８ａと、カセット１１０を保持したまま水平移動可能な搬送機構としてのカセット搬送機構（基板収納容器搬送機構）１１８ｂと、を備えている。これらカセットエレベータ１１８ａとカセット搬送機構１１８ｂとの連携動作により、カセットステージ１１４、カセット棚１０５、予備カセット棚１０７、移載棚１２３の間で、カセット１１０を搬送するように構成されている。

カセット棚１０５の後方には、ウエハ移載機構（基板移載機構）１２５が設けられている。ウエハ移載機構１２５は、ウエハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置（基板移載装置）１２５ａと、ウエハ移載装置１２５ａを昇降させるウエハ移載装置エレベータ（基板移載装置昇降機構）１２５ｂと、を備えている。なお、ウエハ移載装置１２５ａは、ウエハ２００を水平姿勢で保持するツイーザ（基板移載用治具）１２５ｃを備えている。これらウエハ移載装置１２５ａとウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとの連携動作により、ウエハ２００を移載棚１２３上のカセット１１０内からピックアップして後述するボート（基板支持部材）２１７へ装填（チャージ）したり、ウエハ２００をボ
ート２１７から脱装（ディスチャージ）して移載棚１２３上のカセット１１０内へ収納したりするように構成されている。

筐体１１１の後部上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端部には開口が設けられ、かかる開口は炉口シャッタ（炉口開閉機構）１４７により開閉されるように構成されている。なお、処理炉２０２の構成については後述する。

処理炉２０２の下方には、ボート２１７を昇降させて処理炉２０２内外へ搬送する昇降機構としてのボートエレベータ（基板支持部材昇降機構）１１５が設けられている。ボートエレベータ１１５の昇降台には、連結具としてのアーム１２８が設けられている。アーム１２８上には、ボート２１７を垂直に支持するとともに、ボートエレベータ１１５によりボート２１７が上昇したときに処理炉２０２の下端部を気密に閉塞する蓋体としてのシールキャップ２１９が水平姿勢で設けられている。主に、ウエハ移載機構１２５（ウエハ移載装置１２５ａ、ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂ、ツイーザ１２５ｃ）、ボートエレベータ１１５、アーム１２８により、少なくとも１枚のウエハ２００を反応室２０１内外に搬入出する搬入出手段が構成される。

ボート２１７は複数本の保持部材を備えており、複数枚（例えば、５０枚〜１５０枚程度）のウエハ２００を、水平姿勢で、かつその中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に保持するように構成されている。ボート２１７の詳細な構成については後述する。

カセット棚１０５の上方には、供給ファンと防塵フィルタとを備えたクリーンユニット１３４ａが設けられている。クリーンユニット１３４ａは、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを筐体１１１の内部に流通させるように構成されている。

また、ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂおよびボートエレベータ１１５側と反対側である筐体１１１の左側端部には、クリーンエアを供給するよう供給ファンと防塵フィルタとを備えたクリーンユニット（図示せず）が設置されている。図示しない前記クリーンユニットから吹き出されたクリーンエアは、ウエハ移載装置１２５ａ及びボート２１７の周囲を流通した後に、図示しない排気装置に吸い込まれて、筐体１１１の外部に排気されるように構成されている。

次に、本実施形態にかかる基板処理装置１０１の動作について説明する。

まず、カセット１１０が、図示しない工程内搬送装置によって、ウエハ２００が垂直姿勢となりカセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように、カセットステージ１１４上に載置される。その後、カセット１１０は、カセットステージ１１４によって、筐体１１１の後方に向けて縦方向に９０°回転させられる。その結果、カセット１１０内のウエハ２００は水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口は筐体１１１内の後方を向く。

カセット１１０は、カセット搬送装置１１８によって、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７の指定された棚位置へ自動的に搬送されて受け渡されて一時的に保管された後、カセット棚１０５又は予備カセット棚１０７から移載棚１２３に移載されるか、もしくは直接移載棚１２３に搬送される。

カセット１１０が移載棚１２３に移載されると、ウエハ２００は、ウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによって、ウエハ出し入れ口を通じてカセット１１０からピックアップされ、ウエハ移載装置１２５ａとウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとの連続動作によって移載室１２４の後方にあるボート２１７に装填（チャージ）される。ボート２１
７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載機構１２５は、カセット１１０に戻り、次のウエハ２００をボート２１７に装填する。

予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填されると、炉口シャッタ１４７によって閉じられていた処理炉２０２の下端部が、炉口シャッタ１４７によって開放される。続いて、シールキャップ２１９がボートエレベータ１１５によって上昇されることにより、ウエハ２００群を保持したボート２１７が処理炉２０２内へ搬入（ローディング）される。ローディング後は、処理炉２０２にてウエハ２００に任意の処理が実施される。かかる処理については後述する。処理後は、ウエハ２００およびカセット１１０は、上述の手順とは逆の手順で筐体１１１の外部へ払出される。

（２）処理炉の構成
続いて、本実施形態にかかる処理炉２０２の構成について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置１０１が備える処理炉２０２の縦断面図である。

図２に示すように、処理炉２０２は、反応管としてのプロセスチューブ２０３を備えている。プロセスチューブ２０３は、内部反応管としてのインナーチューブ２０４と、その外側に設けられた外部反応管としてのアウターチューブ２０５と、を備えている。インナーチューブ２０４は、例えば石英（ＳｉＯ_２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料により構成されている。インナーチューブ２０４は、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。インナーチューブ２０４内の筒中空部には、基板としてのウエハ２００を処理する反応室２０１が形成されている。アウターチューブ２０５は、インナーチューブ２０４と同心円状に設けられている。アウターチューブ２０５は、内径がインナーチューブ２０４の外径よりも大きく、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。アウターチューブ２０５は、例えば石英または炭化シリコン等の耐熱性材料により構成されている。

アウターチューブ２０５の下方には、アウターチューブ２０５と同心円状にマニホールド２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えばステンレス等により構成されている。マニホールド２０９は、上端及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は、インナーチューブ２０４の下端部とアウターチューブ２０５の下端部とにそれぞれ係合している。マニホールド２０９は、インナーチューブ２０４の下端部とアウターチューブ２０５の下端部とをそれぞれ支持するように設けられている。なお、マニホールド２０９とアウターチューブ２０５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。マニホールド２０９がヒータベース２５１に支持されることにより、プロセスチューブ２０３は垂直に据え付けられた状態となっている。主に、プロセスチューブ２０３とマニホールド２０９とにより反応容器が形成される。

反応室２０１内には、基板保持具としてのボート２１７が、マニホールド２０９の下端開口の下方側から搬入されるように構成されている。ボート２１７は、複数枚の基板としてのウエハ２００を、水平姿勢であって互いに中心を揃えた状態で、所定の間隔で配列させて保持するように構成されている。ボート２１７は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料から構成されている。ボート２１７の下部には、円板形状をした断熱部材としての断熱板２１６が、水平姿勢で多段に複数枚配置されている。断熱板２１６は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料から構成されており、ヒータ２０６からマニホールド２０９への熱伝導を抑制する。

マニホールド２０９の下端開口には、反応容器を気密に閉塞することが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、例えばステ
ンレス等の金属から構成されており、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の下端と接合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は、マニホールド２０９の下端に、反応容器の垂直方向下側から当接するように構成されている。

シールキャップ２１９の下方（すなわち反応室２０１側とは反対側）には、ボート２１７を回転させる回転機構２５４が設けられている。回転機構２５４が備える回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通するように設けられている。回転軸２５５の上端部は、ボート２１７を下方から支持している。したがって、回転機構２５４を作動させることにより、ボート２１７及びウエハ２００を反応室２０１内で回転させることが可能である。

シールキャップ２１９は、プロセスチューブ２０３の外部に垂直に設けら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を作動させることにより、ボート２１７を反応室２０１内外へ搬送（ボートローディング或いアンローディング）させることが可能である。

回転機構２５４及びボートエレベータ１１５には、駆動制御部２３７が電気的に接続されている。駆動制御部２３７は、回転機構２５４及びボートエレベータ１１５が所望のタイミングで所望の動作をするように制御する。

プロセスチューブ２０３の外側には、プロセスチューブ２０３と同心円状に反応室２０１内を加熱する加熱機構としてのヒータ２０６が設けられている。ヒータ２０６は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース２５１に支持されている。ヒータベース２５１は、マニホールド２０９を支持するように構成されている。

プロセスチューブ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。ヒータ２０６と温度センサ２６３とには、温度制御部２３８が電気的に接続されている。温度制御部２３８は、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づいて、反応室２０１内の温度が所望のタイミングで所望の温度分布となるように、ヒータ２０６への通電具合を制御する。

シールキャップ２１９には、第１ガス供給ノズル２３０ａと第２ガス供給ノズル２３０ｂとがそれぞれ鉛直方向に貫通するように設けられている。第１ガス供給ノズル２３０ａの下流端及び第２ガス供給ノズル２３０ｂの下流端は、それぞれインナーチューブ２０４の下方に開口しており、インナーチューブ２０４内に下方から上方に向けてガスを供給するように構成されている。第１ガス供給ノズル２３０ａの上流端には、シリコン（Ｓｉ）含有ガス及び不活性ガスを供給する第１ガス供給管２７０ａの下流端が接続されている。また、第２ガス供給ノズル２３０ｂの上流端には、ホウ素（Ｂ）含有ガス及び不活性ガスを供給する第２ガス供給管２７０ｂの下流端が接続されている。

第１ガス供給管２７０ａの上流側には、第１のシリコン含有ガスとしてのジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）ガスを供給する第１シリコン含有ガス供給管２７１、第２のシリコン含有ガスとしてのシラン（ＳｉＨ_４）ガスを供給する第２シリコン含有ガス供給管２７２、及びパージガス或いはキャリアガスとしての不活性ガスである窒素（Ｎ_２）ガスを供給する第１不活性ガス供給管２７３の下流端が接続されている。第１シリコン含有ガス供給管２７１には、上流側から順に、ジシランガス供給源２７１ａ、流量制御部としてのマスフローコントローラ２７１ｂ、バルブ２７１ｃが設けられている。第２シリコン含有ガス供給管２７２には、上流側から順に、シランガス供給源２７２ａ、マスフローコントローラ２７２ｂ、バルブ２７２ｃが設けられている。第１不活性ガス供給管２７３には、上流側から順に、窒素ガス供給源２７３ａ、マスフローコントローラ２７３ｂ、バルブ２７３ｃが設け
られている。なお、第１不活性ガス供給管２７３から供給される窒素ガスは、反応室２０１内をパージするパージガスや、三塩化ホウ素ガスを希釈して運搬するキャリアガスとして機能する。

第２ガス供給管２７０ｂの上流側には、ホウ素含有ガスとしての三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）ガスを供給するホウ素含有ガス供給管２７４、及び不活性ガスとしての窒素（Ｎ_２）ガスを供給する第２不活性ガス供給管２７５の下流端が接続されている。ホウ素含有ガス供給管２７４には、上流側から順に、三塩化ホウ素ガス供給源２７４ａ、マスフローコントローラ２７４ｂ、バルブ２７４ｃが設けられている。第２不活性ガス供給管２７５には、上流側から順に、窒素ガス供給源２７５ａ、マスフローコントローラ２７５ｂ、バルブ２７５ｃが設けられている。なお、第２不活性ガス供給管２７５から供給される窒素ガスは、反応室２０１内をパージするパージガスや、反応室２０１内をパージするパージガスや、シリコン含有ガスを希釈して運搬するキャリアガスとして機能する。

主に、第１ガス供給ノズル２３０ａ、第１ガス供給管２７０ａ、第１シリコン含有ガス供給管２７１、第２シリコン含有ガス供給管２７２、ジシランガス供給源２７１ａ、シランガス供給源２７２ａ、マスフローコントローラ２７１ｂ，２７２ｂ、バルブ２７１ｃ，２７２ｃによりシリコン含有ガス供給系が構成される。また、主に、第２ガス供給ノズル２３０ｂ、第２ガス供給管２７０ｂ、ホウ素含有ガス供給管２７４、三塩化ホウ素ガス供給源２７４ａ、マスフローコントローラ２７４ｂ、バルブ２７４ｃによりホウ素含有ガス供給系が構成される。また、主に、第１ガス供給ノズル２３０ａ、第２ガス供給ノズル２３０ｂ、第１ガス供給管２７０ａ、第２ガス供給管２７０ｂ、第１不活性ガス供給管２７３、第２不活性ガス供給管２７５、窒素ガス供給源２７３ａ，２７５ａ、マスフローコントローラ２７３ｂ，２７５ｂ、バルブ２７３ｃ，２７５ｃにより不活性ガス供給系が構成される。また、主に、シリコン含有ガス供給系、ホウ素含有ガス供給系、不活性ガス供給系により、本実施形態に係るガス供給系が構成される。

なお、上述のガス供給系の各構成部品には、ガス流量制御部２３５が電気的に接続されている。ガス流量制御部２３５は、ガス供給系の各構成部品が、所望のタイミングで所望の動作をするよう制御する。

マニホールド２０９の側面部には、反応室２０１内を排気するガス排気管２３１が設けられている。ガス排気管２３１は、マニホールド２０９の側面部を貫通しており、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５との隙間によって形成される筒状空間２５０の下端部に連通している。ガス排気管２３１の下流側（マニホールド２０９との接続側と反対側）には、上流側から順に、圧力検出器としての圧力センサ２４５、圧力調整装置としてのＡＰＣ（ＡｕｔｏＰｒｅｓｓｕｒｅＣｏｎｔｏｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４２、真空ポンプ２４６が設けられている。主に、ガス排気管２３１、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４２及び真空ポンプ２４６により、本実施形態に係る排気系が構成される。

なお、圧力センサ２４５及びＡＰＣバルブ２４２には、圧力制御部２３６が電気的に接続されている。圧力制御部２３６は、圧力センサ２４５により検知した圧力情報に基づいて、反応室２０１内の圧力が所望のタイミングにて所望の圧力（真空度）となるように、ＡＰＣバルブ２４２の開度を制御する。

ガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７及び温度制御部２３８は、基板処理装置１０１全体を制御する主制御部２３９に電気的に接続されている。主に、ガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７、温度制御部２３８及び主制御部２３９により、本実施形態に係る制御部としてのコントローラ２４０が構成されている。

（３）基板処理工程
続いて、ＤＲＡＭやＩＣ等の半導体装置の製造工程の一工程として実施される基板処理工程について、主に図４を用いて説明する。係る基板処理工程では、上述の基板処理装置１０１を用い、ウエハ２００上にホウ素含有アモルファスシリコン膜を形成する。以下の説明において、基板処理装置１０１を構成する各部の動作はコントローラ２４０によって制御される。

（ウエハ搬入工程（Ｓ１））
まず、処理対象の複数枚のウエハ２００を、ボート２１７に装填（ウエハチャージ）する。そして、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９を下降させ、マニホールド２０９の下端を開口させる。そして、複数枚のウエハ２００を支持したボート２１７を、ボートエレベータ１１５によって上昇させて、反応室２０１内に搬入（ボートローディング）する。そして、マニホールド２０９の下端開口部を、Ｏリング２２０ｂを介してシールキャップ２１９によりシールする。その結果、図２に示す状態となる。

なお、処理対象のウエハ２００表面には、例えば大気中の酸素成分に曝される等により自然酸化膜としてのＳｉＯ_２膜が予め形成されている。上述したように、成膜の下地面に形成されたＳｉＯ_２膜は、薄膜の成長が開始される迄の時間（成長遅れ時間）を増大させる要因となる。

（減圧及び昇温工程（Ｓ２））
続いて、真空ポンプ２４６を作動させ、ＡＰＣバルブ２４２を開けることにより、ガス排気管２３１により反応室２０１内を真空排気する。この際、反応室２０１内が所望の圧力（処理圧力）となるように、圧力センサ２４５で検知（測定）した圧力情報に基づいてＡＰＣバルブ２４２の開度をフィードバック制御する。また、ヒータ２０６を通電加熱してウエハ２００表面の温度を昇温する。この際、反応室２０１内が所望の温度（処理温度）となるように、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づいてヒータ２０６への通電量をフィードバック制御する。また、回転機構２５４を作動させ、ウエハ２００の回転を開始させる。反応室２０１内の圧力調整、温度調整及びウエハ２００の回転は、後述する第２の成膜工程（Ｓ５）が完了するまで継続する。

（第１の成膜工程（Ｓ３））
続いて、バルブ２７１ｃ，２７３ｃを開き、マスフローコントローラ２７１ｂにより流量調整された第１のシリコン含有ガスとしてのジシランガスと、マスフローコントローラ２７３ｂにより流量調整された窒素ガスとを、第１シリコン含有ガス供給管２７１、第１ガス供給管２７０ａ及び第１ガス供給ノズル２３０ａを介して反応室２０１内に供給する。

反応室２０１内に供給されたガス（ジシランガス及び窒素ガス）は、インナーチューブ２０４内を下方から上方へと流れ、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５との隙間によって形成される筒状空間２５０内を上方から下方へ流れた後、ガス排気管２３１からプロセスチューブ２０３外へと排出される。ジシランガスが反応室２０１内を通過する際にウエハ２００の表面に接触することで、アモルファスシリコンからなるシード層がウエハ２００上に形成される。すなわち、ウエハ２００表面に形成されたＳｉＯ_２膜は、アモルファスシリコンに覆われた状態となる。シード層は、後述する第２の成膜工程（Ｓ５）において、ウエハ２００上に供給されるジシランガス中のシリコン原子を結晶核として形成させ易くする。そして、ウエハ２００上にボロン含有アモルファスシリコン膜を成長させ易くする。

（パージ工程（Ｓ４））
所定の時間が経過して所望の膜厚（厚さが例えば１ｎｍ以下）のシード層がウエハ２００上に形成されたら、バルブ２７１ｃを閉じ、反応室２０１内へのジシランガスの供給を停止すると共に、反応室２０１内の残留ガスをガス排気管２３１から排気する。なお、バルブ２７３ｃを開けたままとすることで、反応室２０１内からの残留ガスの排出を促すと共に、反応室２０１内の雰囲気を窒素ガスに置換する。

（第２の成膜工程（Ｓ５））
所定の時間が経過して反応室２０１内からのジシランガスの排出が完了したら、バルブ２７２ｃ，２７３ｃを開き、マスフローコントローラ２７１ｂにより流量調整された第２のシリコン含有ガスとしてのシランガスと、マスフローコントローラ２７３ｂにより流量調整された窒素ガスとを、第１ガス供給管２７０ａ及び第１ガス供給ノズル２３０ａを介して反応室２０１内に供給する。

また同時に、バルブ２７４ｃ，２７５ｃを開き、マスフローコントローラ２７４ｂにより流量調整されたホウ素含有ガスとしての三塩化ホウ素ガスと、マスフローコントローラ２７５ｂにより流量調整された窒素ガスとを、第２ガス供給管２７０ｂ及び第２ガス供給ノズル２３０ｂを介して反応室２０１内に供給する。

反応室２０１内に供給されたガス（シランガス、三塩化ホウ素ガス及び窒素ガス）は、インナーチューブ２０４内で混合して下方から上方へと流れ、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５との隙間によって形成される筒状空間２５０内を上方から下方へ流れた後、ガス排気管２３１からプロセスチューブ２０３外へと排出される。シランガス及び三塩化ホウ素ガスが反応室２０１内を通過する際にウエハ２００の表面に接触することで、ホウ素含有アモルファスシリコン膜がウエハ２００上に形成される。

なお、本実施形態では、第２の成膜工程（Ｓ５）を実施する前に第１の成膜工程（Ｓ３）を予め実施し、ウエハ２００表面に形成されたＳｉＯ_２膜を、アモルファスシリコンからなるシード層にて覆うようにしている。シード層は、ウエハ２００上に供給されるジシランガス中のシリコン原子を、結晶核として形成させ易くするため、ウエハ２００上へのガス供給を開始した後、ホウ素含有アモルファスシリコン膜の成長が開始される迄の時間（成長遅れ時間）が短縮される。すなわち、ウエハ２００上へボロン含有アモルファスシリコン膜が成長し易くなる。

（降温及び大気圧復帰工程（Ｓ６））
所定の時間が経過して所望の膜厚のホウ素含有アモルファスシリコン膜がウエハ２００上に形成されたら、バルブ２７２ｃ，２７４ｃを閉じ、反応室２０１内へのシランガス及び三塩化ホウ素ガスの供給を停止すると共に、反応室２０１内の残留ガスをガス排気管２３１から排気する。そして、ヒータ２０６への通電を停止して、反応室２０１内及びウエハ２００を所定温度にまで降温させる。また、バルブ２７３ｃ，２７５ｃを開けたままとすることで、反応室２０１内からの残留ガスの排出を促すと共に、反応室２０１内の雰囲気を窒素ガスに置換し、更にＡＰＣバルブ２４２の開度を調整することで、反応室２０１内の圧力を大気圧に復帰させる。また、ウエハ２００の回転を停止させる。

（ウエハ搬出工程（Ｓ７））
続いて、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９を下降させて、マニホールド２０９の下端を開口させるとともに、処理済のウエハ２００を保持したボート２１７を下降させて、反応室２０１から引き出す（ボートアンローディング）。この際、バルブ２７３ｃ，２７５ｃは開けたままとし、反応容器内に窒素ガスを常に流しておくことが好ましい。また、ウエハ搬出工程（Ｓ７）においても、真空ポンプ２４６による真空排気は
継続させたままとし、ＡＰＣバルブ２４２の開度を調整して反応室２０１内の圧力を制御することが好ましい。そして、搬出したボート２１７から、処理済のウエハ２００を取り出して（ウエハディスチャージ）、本実施形態にかかる基板処理工程を終了する。

なお、本実施形態に係る第１の成膜工程（Ｓ３）の処理条件としては、
処理温度：３５０〜４５０℃、
ジシランガス供給流量：１〜５００ｓｃｃｍ
処理圧力：１０〜１３３０Ｐａ
が例示される。それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することで、ウエハ２００上に例えば１ｎｍ以下の膜厚のシード層が形成される。

また、本実施形態に係る第２の成膜工程（Ｓ５）の処理条件としては、
処理温度：３５０〜４５０℃、
シランガス供給流量：５０〜２０００ｓｃｃｍ
５％希釈三塩化ホウ素ガス：１〜５００ｓｃｃｍ
処理圧力：１０〜１３３０Ｐａ
が例示される。なお、三塩化ホウ素ガスの希釈度及び供給流量は、ボロン含有アモルファスシリコン膜中における目的とするボロン含有濃度に応じて適宜変更される。

（４）本実施形態に係る効果
本発明によれば、以下に示す１つまたは複数の効果を奏する。

（ａ）本実施形態によれば、第２の成膜工程（Ｓ５）を実施する前に第１の成膜工程（Ｓ３）を予め実施し、ウエハ２００表面に形成されたＳｉＯ_２膜を、アモルファスシリコンからなるシード層にて覆うようにしている。シード層は、ウエハ２００上に供給されるジシランガス中のシリコン原子を結晶核として形成させ易くする。このため、ウエハ２００上へのガス供給を開始してから、ホウ素含有アモルファスシリコン膜の成長が開始される迄の時間（成長遅れ時間）を短縮することが可能となる。すなわち、ウエハ２００上へボロン含有アモルファスシリコン膜が成長し易くなり、基板処理の生産性を向上させることが出来る。

（ｂ）本実施形態によれば、ジシランガスを第１ガス供給ノズル２３０ａから供給し、三塩化ホウ素ガスを第２ガス供給ノズル２３０ｂから供給するようにしている。すなわち、ジシランガスと三塩化ホウ素ガスとを別のノズルから供給するようにし、ノズル内で混合させないようにしている。これにより、ノズル内においてジシランガスと三塩化ホウ素ガスとが反応して消費されたり、ノズル内に薄膜が形成されたりすることを抑制できる。また、ノズル内に形成された薄膜が剥離することによる異物の発生を抑制でき、異物が反応室２０１内に進入することによる基板処理の品質低下を抑制できる。

（ｃ）本実施形態によれば、上述のような温度範囲で成膜を行うことで、形成する膜を、多結晶膜ではなくアモルファス膜とすることできる。そして、形成したアモルファス膜をその後にアニール（熱処理）して結晶化（多結晶膜化）させることで、ウエハ２００上にはじめから多結晶膜を形成する場合に比べ、形成する薄膜の表面をより平坦化させることができる。

（ｄ）本実施形態に係るホウ素含有アモルファスシリコン膜は、ホウ素含有ポリシリコン膜に比べて、より低温で形成することができる。これにより、成膜処理を連続して行う場合（多層成膜を行う場合）において、次の層への不純物の拡散（オートドープ）を抑制することができる。例えば、上述の基板処理工程にてホウ素含有アモルファスシリコン膜を形成し、その上に添加物なしのアモルファスシリコン膜等を連続して成膜する場合、ホウ
素含有アモルファスシリコン膜から次層（添加物なしのアモルファスシリコン膜）へのホウ素の拡散（オートドープ）を抑制することが出来る。

（ｅ）本実施形態に係る基板処理工程を実施することで、その後に行う成膜の成長遅れ時間を短縮させることが可能な状態とすることが出来る。すなわち、本実施形態に係る基板処理工程を実施して、基板上に予めシード層を形成させておくことで、その後に形成するアモルファスシリコン膜の成長遅れ時間を短縮させることが可能となる。

（ｆ）本実施形態に係る基板処理工程を実施することで、反応室２０１の内壁、ボート３０の表面、断熱板２１６の表面等の状態を、その後に行う成膜の成長遅れ時間を短縮させることが可能な状態とすることが出来る。すなわち、本実施形態に係る基板処理工程を実施して、反応室２０１の内壁等にホウ素含有アモルファスシリコン膜を付着させておくことで、その後に形成するアモルファスシリコン膜の成長遅れ時間を短縮させることが可能となる。

図３は、反応室２０１内壁の状態に応じてウエハ２００上への薄膜の成膜開始時間が変化する様子を示すグラフ図である。図３の横軸はガス供給開始からの経過時間（成長遅れ時間）を示し、縦軸はウエハ２００上に成膜されたホウ素添加アモルファスシリコンの膜厚を示している。図３に示す実施例１では、ウエハ２００上への成膜を行う前に、上述の基板処理工程を実施して反応室２０１の内壁等にホウ素含有アモルファスシリコン膜を予め付着させている。また、比較例１では、ウエハ２００上への成膜を行う前に、反応室２０１の内壁等に添加物のないアモルファスシリコン膜を予め付着させている。また、比較例２では、ウエハ２００上への成膜を行う前に、反応室２０１の内壁等にリン含有アモルファスシリコン膜を予め付着させている。

図３に示すように、上述の基板処理工程を実施して反応室２０１の内壁等にホウ素含有アモルファスシリコン膜を予め付着させておくことで、ウエハ２００上への薄膜の成膜が最も早く開始されている（成長遅れ時間を短縮できている）ことが分かる（実施例１）。これは、ホウ素含有アモルファスシリコン膜から放出されたホウ素成分が、ウエハ２００上への薄膜形成の触媒要素となるためである。また、反応室２０１の内壁等にリン含有アモルファスシリコン膜が付着させていると、ウエハ２００上への薄膜の成膜が遅れてしまう（成長遅れ時間が増大してしまう）ことが分かる。これは、リン含有アモルファスシリコン膜から放出されたリン成分が、ウエハ２００上への薄膜形成の阻害要因となるためである。

（ｇ）本実施形態によれば、第１の成膜工程（Ｓ３）と第２の成膜工程（Ｓ５）との間にパージ工程（Ｓ４）を実施する。これにより、第１の成膜工程（Ｓ３）を実施することで反応室２０１内に供給されたジシランガスを反応室２０１内から確実に排出でき、第２の成膜工程（Ｓ５）で供給された三塩化ホウ素ガスと反応室２０１内に残留しているジシランガスとの反応室２０１内での混合を回避できる。そして、ホウ素成分の触媒効果による不要な気相反応を回避でき、反応室２０１内における異物の発生を抑制できる。

（ｈ）本実施形態によれは、第１の成膜工程（Ｓ３）において、シランガスではなくジシランガスを用いている。そのため反応室２０１内を上述のように低温に保ったまま、シード層の形成を短時間で行うことが可能となる。なお、第１の成膜工程（Ｓ３）においてシランガスを用いることとすると、シード層の形成速度が低下してしまったり、シード層の形成開始までの時間（成長遅れ時間）が増大してしまったり、シード層の形成を行えなかったりする場合がある。また、シランガスを用いても、反応室２０１内の温度をより高温とすることでシード層の形成は可能となるが、その場合、第２の成膜工程（Ｓ５）により形成する膜がアモルファス膜とならずに多結晶膜となってしまう場合がある。

＜本発明の他の実施形態＞
本実施形態は、シード層を形成する際に、反応室２０１内に更に三塩化ホウ素ガスを供給する点が上述の実施形態と異なる。

すなわち、本実施形態に係る第１の成膜工程（Ｓ３）では、バルブ２７１ｃ，２７３ｃを開き、マスフローコントローラ２７１ｂにより流量調整された第１のシリコン含有ガスとしてのジシランガスと、マスフローコントローラ２７３ｂにより流量調整された窒素ガスとを、第１シリコン含有ガス供給管２７１、第１ガス供給管２７０ａ及び第１ガス供給ノズル２３０ａを介して反応室２０１内に供給する。

反応室２０１内に供給されたガス（ジシランガス、三塩化ホウ素ガス及び窒素ガス）は、インナーチューブ２０４内で混合して下方から上方へと流れ、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５との隙間によって形成される筒状空間２５０内を上方から下方へ流れた後、ガス排気管２３１からプロセスチューブ２０３外へと排出される。ジシランガス及び三塩化ホウ素ガスが反応室２０１内を通過する際にウエハ２００の表面に接触することで、アモルファスシリコンで構成されるシード層がウエハ２００上に形成される。

本実施形態においても、第２の成膜工程（Ｓ５）を実施する前にウエハ２００表面に形成されたＳｉＯ_２膜をアモルファスシリコンで構成されるシード層にて覆うようにしているため、上述の実施形態と同様の効果を奏する。

また、本実施形態によれば、第１の成膜工程（Ｓ３）において三塩化ホウ素ガスを供給していることから、三塩化ホウ素ガスに含まれるホウ素成分の触媒効果により、第２の成膜工程（Ｓ５）で形成するホウ素含有アモルファスシリコン膜の成長遅れ時間を更に短縮させることができる。すなわちホウ素成分が、第２の成膜工程（Ｓ５）でウエハ２００上に供給されるジシランガス中のシリコン原子を結晶核として形成させ易くするため、ホウ素含有アモルファスシリコン膜の形成を容易とすることができる。

但し、本実施形態においては、第１の成膜工程（Ｓ３）で三塩化ホウ素ガスを供給しない上述の実施形態に比べ、処理圧力をより低圧にしたり、処理温度をより低温化させたりすることが好ましい。処理圧力をより低圧にしたり、処理温度をより低温化させたりしなければ、形成する膜がアモルファス膜ではなく多結晶膜となってしまう場合がある。また、形成する膜の表面の平坦性が低下（表面モフォロジが悪化）したり、気相反応による反応室２０１内における異物の増大を招いたりする場合がある。なお、処理圧力をより低圧にしたり、処理温度をより低温化させたりすることにより、ホウ素含有アモルファスシリコン膜の成長速度が低下する場合もある。

＜本発明の更に他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、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ホウ素含有ガスとして三塩化ホウ素ガスを用いたが、本発明はこれに限らず、ホウ素含有ガスとしてジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）ガス等を用いてもよい。但し、ジボランガスは三塩化ホウ素ガスと比べてより低温にて分解し易い性質を持つ。そ
の為、ホウ素含有ガスとしてジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）ガスを用いた場合、ガス供給経路の上流側、すなわち反応室２０１の下方にてガス分解が生じやすくなり、ウエハ２００上に形成されるホウ素含有シリコンアモルファス膜の面内における膜厚及び膜質均一性や、ウエハ２００間における膜厚及び膜質均一性が低下してしまう場合もある。その為、ホウ素含有ガスとしては、分解温度の比較的高い三塩化ホウ素ガス等を用いることが好ましい。

上述の実施形態では、第１ガス供給ノズル２３０ａや第２ガス供給ノズル２３０ｂをそれぞれ１本ずつ設けるようにしていたが、本発明は係る形態に限定されない。例えば、第１ガス供給ノズル２３０ａや第２ガス供給ノズル２３０ｂをそれぞれ複数本ずつ設けるようにし、そのときの各ノズルの長さを互いに異ならせるようにしてもよい。ウエハ２００保持領域内の高さの異なる複数箇所からガスを供給するようにすれば、ガスの分解や消費によるローディング効果の発生を抑制でき、ウエハ２００間の膜厚、膜質均一性を向上させることが可能となる。

上述の実施形態では、ジシランガスを第１ガス供給ノズル２３０ａから供給し、三塩化ホウ素ガスを第２ガス供給ノズル２３０ｂから供給するようにしていたが、本実施形態は係る形態に限定されず、同一のガス供給ノズルから供給するようにしてもよい。また、ジシランガスとシランガスを第１ガス供給ノズル２３０ａから供給するようにしていたが、それぞれ別のガス供給ノズルから供給するようにしてもよく、ジシランガスを第２ガス供給ノズル２３０ｂから供給するようにしてもよい。また不活性ガスは他のガス供給ノズルから供給するようにしてもよい。なお、不活性ガスとしては窒素ガスに限らず、ＡｒガスやＨｅガス等の他の希ガスを用いてもよい。

＜本発明の好ましい態様＞
次に、本発明の好ましい態様を付記する。

本発明の一態様によれば、
反応室内に基板を搬入する搬入工程と、
前記反応室内にシリコン含有ガスを供給し前記基板上にシード層を形成する第１の成膜工程と、
前記反応室内にシリコン含有ガスとホウ素含有ガスとを供給し前記シード層上にホウ素含有アモルファスシリコン膜を形成する第２の成膜工程と、
前記反応室内から基板を搬出する搬出工程と、を有する
半導体装置の製造方法が提供される。

好ましくは、
前記第２の成膜工程において、前記反応室内へのシリコン含有ガスの供給と、前記反応室内へのシリコン含有ガスの供給とを、異なるガス供給ノズルを用いて行う。

また好ましくは、
前記第１の成膜工程と前記第２の成膜工程との間に、前記反応室内に残留しているシリコン含有ガスを排気するパージ工程を有する。

また好ましくは、
前記第１の成膜工程において、前記反応室内にシリコン含有ガスとホウ素含有ガスとを供給する。

また好ましくは、形成したホウ素含有アモルファスシリコン膜を熱処理してホウ素含有ポリシリコン膜を形成する熱処理工程を有する。

また好ましくは、
前記第１の成膜工程において前記反応室内に供給するシリコン含有ガスはジシランガスであり、
前記第２の成膜工程において前記反応室内に供給するシリコン含有ガスはシランガスであり、
前記第２の成膜工程において前記反応室内に供給するホウ素含有ガスは三塩化ホウ素ガス又はジボランガスである。

本発明の他の態様によれば、
基板を処理する反応室と、
前記反応室内にシリコン含有ガスとホウ素含有ガスとを供給するガス供給系と、
前記反応室内を排気する排気系と、
前記ガス供給系が前記反応室内にシリコン含有ガスを供給し前記基板上にシード層を形成し、前記ガス供給系が前記反応室内にシリコン含有ガスとホウ素含有ガスとを供給し前記シード層上にホウ素含有アモルファスシリコン膜を形成するように制御するコントローラと、を有する
基板処理装置が提供される。

１０１基板処理装置
２００ウエハ（基板）
２０１反応室

Claims

反応室内に基板を搬入する搬入工程と、
前記反応室内にシリコン含有ガスを供給し前記基板上にシード層を形成する第１の成膜工程と、
前記反応室内にシリコン含有ガスとホウ素含有ガスとを供給し前記シード層上にホウ素含有アモルファスシリコン膜を形成する第２の成膜工程と、
前記反応室内から基板を搬出する搬出工程と、を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
基板を処理する反応室と、
前記反応室内にシリコン含有ガスとホウ素含有ガスとを供給するガス供給系と、
前記反応室内を排気する排気系と、
前記ガス供給系が前記反応室内にシリコン含有ガスを供給し前記基板上にシード層を形成し、前記ガス供給系が前記反応室内にシリコン含有ガスとホウ素含有ガスとを供給し前記シード層上にホウ素含有アモルファスシリコン膜を形成するように制御するコントローラと、を有する
ことを特徴とする基板処理装置。