基板処理装置及び半導体装置の製造方法
【課題】 基板表面や対向面の状態によらず、形成するシリコン膜の表面の平坦性を向上させる。
【解決手段】 基板が収容される処理室と、処理室内に少なくともシリコン含有ガスを供給するシリコン含有ガス供給系と、処理室内に少なくともホウ素含有ガスを供給するホウ素含有ガス供給系と、基板が収容された処理室内にホウ素含有ガス供給系からホウ素含有ガスを供給させ、基板の表面を、ホウ素元素が堆積された表面或いはホウ素元素により終端された表面に改質させた後、シリコン含有ガス供給系からシリコン含有ガスを供給させると共に、ホウ素含有ガス供給系からホウ素含有ガスを供給させ、改質された基板の表面上にシリコン膜を形成するよう制御する制御部と、を備える。
【解決手段】 基板が収容される処理室と、処理室内に少なくともシリコン含有ガスを供給するシリコン含有ガス供給系と、処理室内に少なくともホウ素含有ガスを供給するホウ素含有ガス供給系と、基板が収容された処理室内にホウ素含有ガス供給系からホウ素含有ガスを供給させ、基板の表面を、ホウ素元素が堆積された表面或いはホウ素元素により終端された表面に改質させた後、シリコン含有ガス供給系からシリコン含有ガスを供給させると共に、ホウ素含有ガス供給系からホウ素含有ガスを供給させ、改質された基板の表面上にシリコン膜を形成するよう制御する制御部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関し、特に、基板上にシリコン（Ｓｉ）膜を形成する基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細化が進む２ｘｎｍ（ナノメートル）以降のＮＡＮＤフラシュメモリ等の半導体装置においては、隣接セル間の干渉回避やビットコスト低減のため、例えばＦＧ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｇａｔｅ：フローティングゲート）構造へのシリコン膜の適用や、ＴＣＡＴ（Ｔｅｒａｂｉｔ Ｃｅｌｌ Ａｒｒａｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：テラビットセルアレイトランジスタ）やＢＩＣＳ（Ｂｉｔ−Ｃｏｓｔ Ｓｃａｌａｂｌｅ：ビットコストスケーラブル）等の三次元セル技術へのシリコン膜の適用が提案されている。
【０００３】
半導体装置にシリコン膜を適用する場合、シリコン膜の表面粗さ（表面ラフネス：Ｒｍｓ）によっては、高いキャリア移動度を維持することが困難な場合があった。すなわち、シリコン膜表面の平坦性が低いと、半導体装置の性能を十分に発揮できず、スループットを低下させてしまうことがあった。係る課題に対し、例えば特許文献１には、シリコン膜形成前の基板表面に予め三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）ガスを供給して自然酸化膜を除去することにより、形成するシリコン膜表面の平坦性を向上させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３０００１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のシリコン膜は、基板を収容した処理室内にシリコン含有ガスを供給することで形成できる。しかしながら、かかる方法では、基板表面の状態に応じてシリコン膜表面の平坦性が低下してしまう場合があった。また、複数枚の基板を水平姿勢で積層しつつ各基板表面上に同時に成膜を行う場合には、成膜面に対向する面（すなわち積層された各基板の裏面）の状態に応じてシリコン膜表面の平坦性が低下してしまう場合があった。
【０００６】
本発明は、基板表面や対向面の状態によらず、形成するシリコン膜の表面の平坦性を向上させることが可能な基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、
基板が収容される処理室と、
前記処理室内に少なくともシリコン含有ガスを供給するシリコン含有ガス供給系と、
前記処理室内に少なくともホウ素含有ガスを供給するホウ素含有ガス供給系と、
前記基板が収容された前記処理室内に前記ホウ素含有ガス供給系から前記ホウ素含有ガスを供給させ、前記基板の表面を、ホウ素元素が堆積された表面或いはホウ素元素により終端された表面に改質させた後、
前記シリコン含有ガス供給系から前記シリコン含有ガスを供給させると共に、前記ホウ素含有ガス供給系から前記ホウ素含有ガスを供給させ、改質された前記基板の表面上にシリコン膜を形成するよう制御する制御部と、を備える
基板処理装置が提供される。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、
処理室内に基板を搬入する工程と、
前記処理室内にホウ素含有ガス供給系からホウ素含有ガスを供給し、前記基板の表面を、ホウ素元素が堆積された表面或いはホウ素元素により終端された表面に改質する工程と、
前記処理室内にシリコン含有ガス供給系からシリコン含有ガスを供給させると共に前記ホウ素含有ガス供給系からホウ素含有ガスを供給し、改質された前記基板の表面上にシリコン膜を形成する工程と、
シリコン膜が形成された前記基板を前記処理室外へ搬出する工程と、を有する
半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
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、基板表面や対向面の状態によらず、形成するシリコン膜の表面の平坦性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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。
【図２】本発明の一実施形態に係る処理炉の側面断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る処理炉及びその周辺構造の略図である。
【図４】本発明の実施例及び比較例に係る膜厚測定箇所を示す略図である。
【図５】（ａ）は本発明の実施例及び比較例に係る改質処理条件を示す表図であり、（ｂ）は本発明の実施例及び比較例に係る膜厚均一性の評価結果を示すグラフ図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。
【図７】シラン分子の熱分解がホウ素の触媒作用により促進される様子を示す模式図である。
【図８】従来の基板処理工程を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜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。
【００１２】
（１）基板処理装置の構成
まず、本実施形態に係る基板処理装置１０の構成について、図１〜図３を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置１０の概略構成図である。図２は、本発明の一実施形態に係る処理炉２０２の側面断面図である。図３は、本発明の一実施形態に係る処理炉２０２及びその周辺構造の略図である。なお、本実施形態にかかる基板処理装置１０は、例えばウエハ等の基板に酸化、拡散処理、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｏｎ）処理などを行なう縦型の装置として構成されている。
【００１３】
（全体構成）
図１に示すように、基板処理装置１０は、バッチ式縦型熱処理装置として構成されている。基板処理装置１０は、内部に処理炉２０２などの主要部が設けられる筐体１２を備えている。筐体１２内への基板搬送容器（ウエハキャリア）としては、ポッド（フープとも呼ぶ）１６が用いられる。ポッド１６内には、シリコン（Ｓｉ）又は炭化シリコン（ＳｉＣ）等で構成された基板としてのウエハ２００が、例えば２５枚収納されるように構成されている。筐体１２の正面側には、ポッドステージ１８が配置されている。ポッド１６は、蓋が閉じられた状態でポッドステージ１８上に載置されるように構成されている。
【００１４】
筐体１２内の正面側（図１の右側）であってポッドステージ１８に対向する位置には、ポッド搬送装置２０が設けられている。ポッド搬送装置２０の近傍には、ポッド載置棚２２、ポッドオープナ２４及びウエハ枚数検出器２６が設けられている。ポッド載置棚２２は、ポッドオープナ２４の上方に配置され、ポッド１６を複数個載置した状態で保持するように構成されている。ウエハ枚数検出器２６は、ポッドオープナ２４に隣接して設けられる。ポッド搬送装置２０は、ポッドステージ１８とポッド載置棚２２とポッドオープナ２４との間でポッド１６を搬送するように構成されている。ポッドオープナ２４は、ポッド１６の蓋を開けるように構成されている。ウエハ枚数検出器２６は、蓋を開けられたポッド１６内のウエハ２００の枚数を検知するように構成されている。
【００１５】
筐体１２内には、ウエハ移載機２８、基板保持具としてのボート２１７が設けられている。ウエハ移載機２８は、アーム（ツィーザ）３２を有し、図示しない駆動手段により、上下回転動作が可能な構造になっている。アーム３２は、例えば５枚のウエハを同時に取り出すことができるように構成されている。アーム３２を動かすことにより、ポッドオープナ２４の位置に置かれたポッド１６及びボート２１７間にて、ウエハ２００が搬送されるように構成されている。
【００１６】
次に、本実施形態にかかる基板処理装置１０の動作について説明する。
【００１７】
まず、図示しない工程内搬送装置によって、ウエハ２００が垂直姿勢となりポッド１６のウエハ出し入れ口が上方向を向くように、ポッドステージ１８上にポッド１６が載置される。その後、ポッド１６は、ポッドステージ１８によって、筐体１２の後方に向けて縦方向に９０°回転させられる。その結果、ポッド１６内のウエハ２００は水平姿勢となり、ポッド１６のウエハ出し入れ口は筐体１２内の後方を向く。
【００１８】
次に、ポッド１６は、ポッド搬送装置２０によって、ポッド載置棚２２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、ポッド載置棚２２からポッドオープナ２４に移載されるか、もしくは直接ポッドオープナ２４に搬送される。
【００１９】
ポッド１６がポッドオープナ２４に移載されると、ポッド１６はポッドオープナ２４によって蓋を開けられる。そして、蓋を開けられたポッド１６は、ウエハ枚数検出器２６によってポッド１６内のウエハ枚数を検知される。ウエハ２００は、ウエハ移載機２８のアーム３２によって、ウエハ出し入れ口を通じてポッド１６内からピックアップされ、ウエハ移載機２８の搬送動作によってボート２１７に装填（チャージ）される。ボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載機２８は、ポッド１６に戻り、次のウエハ２００をボート２１７に装填する。
【００２０】
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、図示しない炉口シャッタ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（図２、図３参照）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（ボートロード）される。ロード後は、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、ウエハ２００及びポッド１６は、上述の手順とは逆の手順で筐体１２の外部へ払出される。
【００２１】
（処理炉の構成）
続いて、本実施形態に係る処理炉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係る処理炉２０２の縦断面図である。
【００２２】
（処理室）
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（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上に薄膜を形成する処理を行う処理室２０１が形成されている。処理室２０１は、ウエハ２００をボート２１７によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。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。
【００２３】
（ヒータ）
プロセスチューブ２０３の外側には、プロセスチューブ２０３の側壁面を囲う同心円状に、加熱部としてのヒータ２０６が設けられている。ヒータ２０６は円筒形状に形成されている。ヒータ２０６は、図示しない保持板としてのヒータベースに支持されることにより垂直に据え付けられている。インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５との間には、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及び温度センサ２６３には、後述する温度制御部２３８が電気的に接続されている。温度制御部２３８は、処理室２０１内の温度が所定の温度分布となるように、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への通電具合を所定のタイミングにて制御するように構成されている。
【００２４】
（マニホールド）
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が図示しないヒータベース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ている。
【００２５】
（ボート）
処理室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、例えば石英や炭化シリコン等の耐熱性材料により構成されている。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、例えば石英や炭化シリコン等の耐熱性材料により構成されている。断熱板２１６は、ヒータ２０６からの熱をマニホールド２０９側に伝え難くするように構成されている。
【００２６】
（シリコン含有ガス供給系）
マニホールド２０９には、シリコン含有ガスとして例えばモノシラン（ＳｉＨ４）ガス（以下、単にシランガスとも呼ぶ）を処理室２０１内に供給するノズル２３０ａが、処理室２０１内に連通するように設けられている。ノズル２３０ａは、例えば石英等により構
成されている。ノズル２３０ａは少なくとも１本設けられており、ヒータ２０６と対向する領域より下方であってマニホールド２０９と対向する領域に設けられている。ノズル２３０ａの上流端は、ガス供給管２３２ａの下流端に接続されている。ガス供給管２３２ａには、上流側から順に、シリコン含有ガス源３００ａ、流量制御器（流量制御手段）としてのマスフローコントローラ２４１ａ及びバルブ３１０ａが設けられている。上記構成により、処理室２０１内へ供給するシランガスの供給流量、処理室２０１内のシランガスの濃度や分圧を制御することができる。
【００２７】
バルブ３１０ａ、マスフローコントローラ２４１ａには、後述するガス流量制御部２３５が電気的に接続されている。ガス流量制御部２３５は、処理室２０１内へのシリコン含有ガス供給の開始や停止、供給流量等を所定のタイミングにて制御するように構成されている。
【００２８】
主に、シリコン含有ガス源３００ａ、バルブ３１０ａ、マスフローコントローラ２４１ａ、ガス供給管２３２ａ、ノズル２３０ａにより、本実施形態に係るシリコン含有ガス供給系が構成される。
【００２９】
（ホウ素含有ガス供給系）
マニホールド２０９には、ホウ素含有ガスとして例えば三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）ガスを処理室２０１内に供給するノズル２３０ｂが、処理室２０１内に連通するように設けられている。ノズル２３０ｂは、例えば石英等により構成されている。ノズル２３０ｂは少なくとも１本設けられており、ヒータ２０６と対向する領域より下方であってマニホールド２０９と対向する領域に設けられている。ノズル２３０ｂの上流端は、ガス供給管２３２ｂの下流端に接続されている。ガス供給管２３２ｂには、上流側から順に、ホウ素含有ガス源３００ｂ、流量制御器（流量制御手段）としてのマスフローコントローラ２４１ｂ及びバルブ３１０ｂが設けられている。上記構成により、処理室２０１内へ供給する三塩化ホウ素ガスの供給流量、処理室２０１内の三塩化ホウ素ガスの濃度や分圧を制御することができる。
【００３０】
バルブ３１０ｂ、マスフローコントローラ２４１ｂには、後述するガス流量制御部２３５が電気的に接続されている。ガス流量制御部２３５は、処理室２０１内へのホウ素含有ガス供給の開始や停止、供給流量等を所定のタイミングにて制御するように構成されている。
【００３１】
主に、ホウ素含有ガス源３００ｂ、バルブ３１０ｂ、マスフローコントローラ２４１ｂ、ガス供給管２３２ｂ、ノズル２３０ｂにより、本実施形態に係るホウ素含有ガス供給系が構成される。
【００３２】
（不活性ガス供給系）
マニホールド２０９には、不活性ガスとして例えば窒素（Ｎ２）ガスを処理室２０１内に供給するノズル２３０ｃが、処理室２０１内に連通するように設けられている。ノズル２３０ｃは、例えば石英等により構成されている。ノズル２３０ｃは少なくとも１本設けられており、ヒータ２０６と対向する領域より下方であってマニホールド２０９と対向する領域に設けられている。ノズル２３０ｃの上流端は、ガス供給管２３２ｃの下流端に接続されている。ガス供給管２３２ｃには、上流側から順に、不活性ガス源３００ｃ、流量制御器（流量制御手段）としてのマスフローコントローラ２４１ｃ及びバルブ３１０ｃが設けられている。上記構成により、処理室２０１内へ供給する窒素ガスの供給流量、処理室２０１内の窒素ガスの濃度や分圧を制御することができる。
【００３３】
バルブ３１０ｃ、マスフローコントローラ２４１ｃには、後述するガス流量制御部２３
５が電気的に接続されている。ガス流量制御部２３５は、処理室２０１内への不活性ガス供給の開始や停止、供給流量等を所定のタイミングにて制御するように構成されている。
【００３４】
主に、不活性ガス源３００ｃ、バルブ３１０ｃ、マスフローコントローラ２４１ｃ、ガス供給管２３２ｃ、ノズル２３０ｃにより、本実施形態に係る不活性ガス供給系が構成される。
【００３５】
そして、主に、シリコン含有ガス供給系、ホウ素含有ガス供給系及び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。
【００３６】
（排気系）
マニホールド２０９の側壁には、処理室２０１内を排気する排気管２３１が設けられている。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。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（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４２、真空ポンプ２４６が設けられている。
【００３７】
圧力センサ２４５及びＡＰＣバルブ２４２には、後述する圧力制御部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、処理室２０１内の圧力が所定のタイミングにて所定の圧力（真空度）となるように、ＡＰＣバルブ２４２の開度を制御するように構成されている。
【００３８】
主に、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。
【００３９】
（シールキャップ）
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により構成されており、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。
【００４０】
（回転機構）
シールキャップ２１９の下方（すなわち処理室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。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を処理室２０１内で回転させることが可能に構成されている。
【００４１】
（ボートエレベータ）
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を処理室２０１内外へ搬送（ボートロード或いはボートアンロード）させることが可能に構成されている。
【００４２】
回転機構２５４及びボートエレベータ１１５には、後述する駆動制御部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
所定の動作をするよう所定のタイミングにて制御するように構成されている。
【００４３】
（コントローラ）
上述のガス流量制御部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１０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。
【００４４】
（処理炉周辺の構成）
図３は、本発明の一実施形態に係る処理炉２０２及びその周辺構造の略図である。図３に示すように、処理炉２０２の下方には、予備室としてのロードロック室１１０が設けられている。ロードロック室１１０を構成する側壁の外面には、ボートエレベータ１１５が設けられている。ボートエレベータ１１５は、下基板１１２、ガイドシャフト１１６、ボール螺子１１８、上基板１２０、昇降モータ１２２、昇降基板１３０、及びベローズ１２８を備えている。下基板１１２は、ロードロック室１１０を構成する側壁の外面に水平姿勢で固定されている。下基板１１２には、昇降台１１４と嵌合するガイドシャフト１１６、及び昇降台１１４と螺合するボール螺子１１８がそれぞれ鉛直姿勢で設けられている。ガイドシャフト１１６及びボール螺子１１８の上端には、上基板１２０が水平姿勢で固定されている。ボール螺子１１８は、上基板１２０に設けられた昇降モータ１２２により回転させられるように構成されている。ガイドシャフト１１６は、昇降台１１４の上下動を許容しつつ水平方向の回転を抑制するように構成されている。ボール螺子１１８を回転させることにより、昇降台１１４が昇降するように構成されている。
【００４５】
昇降台１１４には、中空の昇降シャフト１２４が垂直姿勢で固定されている。昇降台１１４と昇降シャフト１２４との連結部は、気密に構成されている。昇降シャフト１２４は、昇降台１１４と共に昇降するように構成されている。昇降シャフト１２４の下方側端部は、ロードロック室１１０を構成する天板１２６を貫通している。ロードロック室１１０の天板１２６に設けられる貫通穴の内径は、昇降シャフト１２４と天板１２６とが接触することのないように、昇降シャフト１２４の外径よりも大きく構成されている。ロードロック室１１０と昇降台１１４との間には、昇降シャフト１２４の周囲を覆うように、伸縮性を有する中空伸縮体としてのベローズ１２８が設けられている。昇降台１１４とベローズ１２８との連結部、及び天板１２６とベローズ１２８との連結部はそれぞれ気密に構成されており、ロードロック室１１０内の気密が保持されるように構成されている。ベローズ１２８は、昇降台１１４の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有している。ベローズ１２８の内径は、昇降シャフト１２４とベローズ１２８とが接触することのないように、昇降シャフト１２４の外径よりも充分に大きく構成されている。
【００４６】
ロードロック室１１０内に突出した昇降シャフト１２４の下端には、昇降基板１３０が水平姿勢で固定されている。昇降シャフト１２４と昇降基板１３０との連結部は、気密に構成されている。昇降基板１３０の上面には、Ｏリング等のシール部材を介してシールキャップ２１９が気密に取付けられている。昇降モータ１２２を駆動してボール螺子１１８を回転させ、昇降台１１４、昇降シャフト１２４、昇降基板１３０、及びシールキャップ２１９を上昇させることにより、処理室２０１内にボート２１７が搬入（ボートロード）されると共に、処理炉２０２の開口部（炉口）がシールキャップ２１９により閉塞されるよう構成されている。また、昇降モータ１２２を駆動してボール螺子１１８を回転させ、昇降台１１４、昇降シャフト１２４、昇降基板１３０、及びシールキャップ２１９を下降させることにより、処理室２０１内からボート２１７が搬出（ボートアンロード）されるよう構成されている。昇降モータ１２２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、ボートエレベータ１１５が所定の動作をするよう所定のタイミ
ングにて制御するように構成されている。
【００４７】
昇降基板１３０の下面には、Ｏリング等のシール部材を介して駆動部カバー１３２が気密に取付けられている。昇降基板１３０と駆動部カバー１３２とにより駆動部収納ケース１４０が構成されている。駆動部収納ケース１４０の内部は、ロードロック室１１０内の雰囲気と隔離されている。駆動部収納ケース１４０の内部には、回転機構２５４が設けられている。回転機構２５４には電力供給ケーブル１３８が接続されている。電力供給ケーブル１３８は、昇降シャフト１２４の上端から昇降シャフト１２４内を通って回転機構２５４まで導かれており、回転機構２５４に電力を供給するように構成されている。回転機構２５４が備える回転軸２５５の上端部は、シールキャップ２１９を貫通して、基板保持具としてのボート２１７を下方から支持するように構成されている。回転機構２５４を作動させることにより、ボート２１７に保持されたウエハ２００を処理室２０１内で回転させることが可能に構成されている。
【００４８】
また、駆動部収納ケース１４０の内部であって回転機構２５４の周囲には、冷却機構１３６が設けられている。冷却機構１３６及びシールキャップ２１９には冷却流路１４０ａが形成されている。冷却流路１４０ａには冷却水を供給する冷却水配管１４２が接続されている。冷却水配管１４２は、昇降シャフト１２４の上端から昇降シャフト１２４内を通って冷却流路１４０ａまで導かれ、冷却流路１４０ａにそれぞれ冷却水を供給するように構成されている。
【００４９】
（２）基板処理工程
次に、半導体装置の製造工程の一工程として、ウエハ２００の表面（表層）を、ホウ素（Ｂ）元素が堆積された表面或いはホウ素元素により終端された表面に改質させる改質工程と、改質されたウエハ２００の表面上にシリコン膜を形成する成膜工程と、を順に実施する基板処理工程について、主に図６及び図７を参照しながら説明する。
【００５０】
図６は、本発明の一実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。図７は、シラン分子の熱分解がホウ素の触媒作用により促進される様子を示す模式図である。係る基板処理工程では、上述の基板処理装置１０を用い、ウエハ２００上にシリコン膜として例えばアモルファスシリコン（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ；非晶質シリコン）膜（以下、単にシリコン膜と呼ぶ）を、減圧ＣＶＤ法（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ−Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により形成する。以下の説明において、基板処理装置１０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。
【００５１】
（ウエハ搬入工程（Ｓ１０））
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、図２に示すように、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、処理室２０１内に搬入（ボートロード）する。この状態で、マニホールド２０９の下端開口部は、Ｏリング２２０ｂを介してシールキャップ２１９によりシールされた状態となる。なお、処理対象のウエハ２００の表面には、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ＳｉＯ２膜（以下、自然ＳｉＯ２膜）が形成されている。
【００５２】
ウエハ搬入工程Ｓ１０を実施する際は、処理室２０１内に窒素ガスを供給して処理室２０１内をパージする。バルブ３１０ｃを開くことで不活性ガス源３００ｃからガス供給管２３２ｃ内に供給された窒素ガスは、ＭＦＣ２４１ｃにて所定の流量となるように制御された後、ガス供給管２３２ｃを経由して、ノズル２３０ｃから処理室２０１内に供給される。なお、処理室２０１内への窒素ガスの供給は、基板処理工程の全工程が終了するまで
継続する。
【００５３】
（圧力調整工程（Ｓ２０）及び温度調整工程（Ｓ３０））
続いて、処理室２０１内が所定の成膜圧力（真空度）となるように真空ポンプ２４６によって真空排気する。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２４２がフィードバック制御される。また、処理室２０１内が所定の温度となるようにヒータ２０６によって加熱する。この際、処理室２０１内の温度が所定の温度（成膜温度）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２０６への通電具合がフィードバック制御される。続いて、回転機構２５４によるボート２１７及びウエハ２００の回転を開始する。処理室２０１内の圧力調整、温度調整、ボート２１７及びウエハ２００の回転は、後述する成膜工程（Ｓ４０ｂ）が完了するまで継続する。
【００５４】
（改質工程（Ｓ４０ａ））
処理室２０１内が所定の温度、所定の圧力に維持された状態で、ホウ素含有ガスとしての三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）ガスの処理室２０１内への供給を開始する。すなわち、バルブ３１０ｂを開き、マスフローコントローラ２４１ｂにより流量調整された三塩化ホウ素ガスの、ガス供給管２３２ｂ及びノズル２３０ｂを介した処理室２０１内への供給を開始する。
【００５５】
このとき、処理室２０１内へ供給される窒素ガスは、三塩化ホウ素ガスを希釈する希釈ガスとして機能する。窒素ガスの供給流量を制御することで、三塩化ホウ素ガスの濃度を制御することができる。
【００５６】
処理室２０１内に供給された三塩化ホウ素ガスは、インナーチューブ２０４内（処理室２０１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、排気管２３１からプロセスチューブ２０３外へと排出される。このとき、三塩化ホウ素ガスは、加熱された処理室２０１内を通過することで、或いは、加熱されたウエハ２００表面に接触することで熱分解する。三塩化ホウ素のガス分子が熱分解されることで生じたホウ素（Ｂ）元素は、ウエハ２００表面に堆積するか、或いは、ウエハ２００表面に存在するシリコン（Ｓｉ）元素等の未結合手と結合してこれを終端させる。また、処理室２０１内に供給された三塩化ホウ素ガスは、熱分解することなくウエハ２００の表面に堆積することもある。これにより、ウエハ２００の表面は、ホウ素元素や三塩化ホウ素のガス分子が堆積された表面、或いはシリコン元素等の未結合手がホウ素元素によって終端された表面、すなわち、ホウ素元素含有層が形成された表面に改質される。
【００５７】
なお、ウエハ２００表面に堆積或いは吸着したホウ素元素や三塩化ホウ素のガス分子は、後述する成膜工程（Ｓ４０ｂ）において、シランガスの分解を促進する触媒として作用する。その結果、後述する成膜工程（Ｓ４０ｂ）において、切れ目がなく（連続的な）、膜厚均一性及び平坦性の高いシリコン膜を形成できるようになる。また、後述する成膜工程（Ｓ４０ｂ）の前にウエハ２００表面を予め改質することで、切れ目がなく、膜厚均一性及び平坦性の高いシリコン膜を、改質前のウエハ２００表面の状態に依存することなく形成できるようになる。
【００５８】
また、本実施形態では、三塩化ホウ素ガスを供給する際の処理室２０１内の最大圧力を、例えば大気圧程度にまで高めている。これにより、加熱されたウエハ２００の表面全域に三塩化ホウ素ガスを確実に供給させることができ、三塩化ホウ素ガスの熱分解をより促進できるようになる。そして、ウエハ２００表面全域を確実かつ均一に改質できるようになり、後述する成膜工程（Ｓ４０ｂ）において、切れ目がなく、膜厚均一性及び平坦性が
高いシリコン膜を形成できるようになる。
【００５９】
なお、改質処理に寄与しないガスや反応生成物等は、筒状空間２５０を介して排気管２３１から排気される。
【００６０】
（成膜工程（Ｓ４０ｂ））
改質工程（Ｓ４０ａ）を所定時間実施し、ウエハ２００表面の改質が完了したら、シリコン含有ガスとしてのシラン（ＳｉＨ４）ガスの処理室２０１内への供給を開始する。すなわち、バルブ３１０ａを開き、マスフローコントローラ２４１ａにより流量調整されたシランガスの、ガス供給管２３２ａ及びノズル２３０ａを介した処理室２０１内への供給を開始する。
【００６１】
また、シランガスを供給する際、処理室２０１内への三塩化ホウ素ガスの供給を継続する。すなわち、バルブ３１０ｂを開いたままとし、マスフローコントローラ２４１ｂにより流量調整された三塩化ホウ素ガスの、ガス供給管２３２ｂ及びノズル２３０ｂを介した処理室２０１内への供給を継続する。
【００６２】
このとき、処理室２０１内へ供給される窒素ガスは、シランガス及び三塩化ホウ素ガスを希釈する希釈ガスとして機能する。窒素ガスの供給流量を制御することで、シランガス及び三塩化ホウ素ガスの濃度を制御することができる。
【００６３】
処理室２０１内に供給されたシランガス及び三塩化ホウ素ガスは、インナーチューブ２０４内（処理室２０１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、排気管２３１からプロセスチューブ２０３外へと排出される。このとき、シランガスは、加熱された処理室２０１内を通過することで、或いは、加熱されたウエハ２００表面に接触することで熱分解する。シランガスのガス分子が熱分解されることで生じたシリコン（Ｓｉ）元素は、改質されたウエハ２００表面に堆積する。これにより、ウエハ２００上にシリコン膜が形成される。
【００６４】
なお、本実施形態では、成膜工程（Ｓ４０ｂ）の前に改質工程（Ｓ４０ａ）を実施し、ウエハ２００表面を予め改質している。これにより、平坦性の高いシリコン膜を形成することができる。すなわち、ウエハ２００表面に予め堆積或いは吸着したホウ素元素や三塩化ホウ素のガス分子は、ウエハ２００表面に供給されたシランガスの分解を促進する触媒として作用する。その結果、シランガスの熱分解が促進され、ウエハ２００上へのシリコン元素の堆積が促され、切れ目がなく、膜厚均一性及び平坦性が高いシリコン膜を形成できる。また、ウエハ２００表面を予め改質することで、改質前のウエハ２００表面の状態に依存することなく、平坦性の高いシリコン膜を形成できる。すなわち、改質前のウエハ２００表面に例えばＳｉＯ２膜、ＴｉＯ２膜のような酸化膜が形成されていても、或いはシリコン層が露出していても、平坦性の高いシリコン膜を形成できる。また、ホウ素元素や三塩化ホウ素の触媒作用によりシランガスの分解を促進させるようにしているので、ウエハ２００の表面（成膜面）に対向する他のウエハ２００（上方に積層されたウエハ２００）の裏面等の状態によらず、平坦性の高いシリコン膜を形成できる。図７に、シラン分子の熱分解が、ウエハ２００表面に形成されたホウ素元素含有層の触媒作用により促進される様子を示す。
【００６５】
また、本実施形態では、改質工程（Ｓ４０ａ）にて三塩化ホウ素ガスを供給する際の処理室２０１内の最大圧力を、例えば大気圧程度にまで高めている。これにより、より平坦性の高いシリコン膜を形成できる。すなわち、ウエハ２００表面全域が確実かつ均一に改質されているため、切れ目がなく（連続的な）、膜厚均一性及び平坦性が高いシリコン膜
を形成できる。
【００６６】
また、本実施形態では、成膜工程（Ｓ４０ｂ）において、シランガスと三塩化ホウ素ガスとを処理室２０１内に同時に供給している。これにより、平坦性の高いシリコン膜を形成できる。すなわち、シランガスと同時に処理室２０１内に供給された三塩化ホウ素ガスは、加熱された処理室２０１内を通過することで、或いは、加熱されたウエハ２００表面に接触することで少なくとも一部が熱分解する。熱分解されることで生じたホウ素元素や三塩化ホウ素のガス分子は、シランガスの熱分解を促進する触媒として作用する。その結果、シランガスの分解が促進され、ウエハ２００上へのシリコン元素の堆積が促され、切れ目がなく（連続的な）、膜厚均一性及び平坦性の高いシリコン膜を形成できる。また、ホウ素元素や三塩化ホウ素の触媒作用によりシランガスの分解を促進させるようにしているので、ウエハ２００の表面（成膜面）に対向する他のウエハ２００（上方に積層されたウエハ２００）の裏面等の状態によらず、平坦性の高いシリコン膜を形成できる。図７に、シラン分子の熱分解が、シランガスと同時に供給された三塩化ホウ素ガスや熱分解により生じたホウ素元素の触媒作用により促進される様子を示す。
【００６７】
成膜処理に寄与しないガスや反応生成物等は、筒状空間２５０を介して排気管２３１から排気される。所定の時間が経過して所定の膜厚のシリコン膜がウエハ２００上に形成されたら、バルブ３１０ａ，３１０ｂを閉じ、処理室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。
【００６８】
（Ｎ２パージ工程（Ｓ５０））
そして、バルブ３１０ｃを開いたままの状態とし、処理室２０１内への窒素ガスの供給を継続しつつ、処理室２０１内を排気することで、処理室２０１内をパージする。処理室２０１内が窒素ガスに置換されたら、ＡＰＣバルブ２４２の開度を調整して処理室２０１内の圧力を常圧に復帰させる。また、ヒータ２０６への通電を停止し、処理室２０１内の温度を所定の温度に降温させる。また、回転機構２５４によるボート２１７及びウエハ２００の回転を停止させる。
【００６９】
（ウエハ搬出工程（Ｓ６０））
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、処理室２０１内からボート２１７を搬出する（ボートアンロード）。この際、バルブ３１０ｃを開いたままの状態とし、処理室２０１内への窒素ガスの供給を継続する。そして、搬出したボート２１７から、処理済のウエハ２００を取り出した（ウエハディスチャージ）後、バルブ３１０ｃを閉じて処理室２０１内への窒素ガスの供給を停止し、本実施形態にかかる基板処理工程を終了する。
【００７０】
なお、本実施形態に係る改質工程（Ｓ４０ａ）の処理条件としては、
処理温度：３００〜５００℃、
三塩化ホウ素ガスの供給流量：１〜１０００ｓｃｃｍ、
窒素ガス（希釈ガス）の供給流量：１〜１０００ｓｃｃｍ、
処理圧力：１〜１３３３２２Ｐａ
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所定値で一定に維持することで、ウエハ２００の表面の改質が行われる。
【００７１】
また、本実施形態に係る成膜工程（Ｓ４０ｂ）の処理条件としては、
処理温度：３００〜５００℃、
シランガスの供給流量：５００〜２０００ｓｃｃｍ、
三塩化ホウ素ガスの供給流量：１〜１０００ｓｃｃｍ、
窒素ガス（希釈ガス）の供給流量：１〜１０００ｓｃｃｍ、
処理圧力：１〜１３３３Ｐａ
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所定値で一定に維持することで、ウエハ２００上に所定の膜厚のシリコン膜が形成される。なお、切れ目がなく、膜厚均一性及び平坦性が高いシリコン膜を形成するには、少なくとも３ｎｍ以上の膜厚とすることが好ましい。
【００７２】
（３）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。
【００７３】
（ａ）本実施形態よれば、成膜工程（Ｓ４０ｂ）の前に改質工程（Ｓ４０ａ）を実施し、ウエハ２００表面を予め改質している。これにより、平坦性の高いシリコン膜を形成できる。すなわち、ウエハ２００表面に予め堆積或いは吸着したホウ素元素や三塩化ホウ素のガス分子は、ウエハ２００表面に供給されたシランガスの分解を促進する触媒として作用する。その結果、シランガスの熱分解が促進され、ウエハ２００上へのシリコン元素の堆積が促され、切れ目がなく、膜厚均一性及び平坦性が高いシリコン膜を形成できる。
【００７４】
また、ウエハ２００表面を予め改質することで、改質前のウエハ２００表面の状態に依存することなく、平坦性の高いシリコン膜を形成できる。すなわち、改質前のウエハ２００表面に例えばＳｉＯ２膜、ＴｉＯ２膜のような酸化膜が形成されていても、或いはシリコン層が露出していても、切れ目がなく、膜厚均一性及び平坦性が高いシリコン膜を形成できる。
【００７５】
また、ウエハ２００上に堆積させたホウ素元素や三塩化ホウ素の触媒作用によりシランガスの分解を促進させるようにしているので、ウエハ２００の表面（成膜面）に対向する他のウエハ２００（上方に積層されたウエハ２００）の裏面等の状態によらず、平坦性の高いシリコン膜を形成できる。
【００７６】
（ｂ）本実施形態によれば、改質工程（Ｓ４０ａ）において三塩化ホウ素ガスを供給する際の処理室２０１内の最大圧力を、例えば大気圧程度にまで高めている。これにより、加熱されたウエハ２００の表面全域に三塩化ホウ素ガスを確実に供給でき、三塩化ホウ素ガスの熱分解をより促進できる。そして、ウエハ２００表面全域を確実かつ均一に改質でき、成膜工程（Ｓ４０ｂ）において、切れ目がなく、膜厚均一性及び平坦性が高いシリコン膜を形成できる。
【００７７】
（ｃ）本実施形態では、成膜工程（Ｓ４０ｂ）にてシランガスと三塩化ホウ素ガスとを同時に処理室２０１内に供給している。これにより、平坦性の高いシリコン膜を形成できる。すなわち、シランガスと同時に処理室２０１内に供給された三塩化ホウ素ガスは、加熱された処理室２０１内を通過することで、或いは、加熱されたウエハ２００表面に接触することで少なくとも一部が熱分解する。熱分解されることで生じたホウ素元素や三塩化ホウ素のガス分子は、シランガスの熱分解を促進する触媒として作用する。その結果、シランガスの分解が促進され、ウエハ２００上へのシリコン元素の堆積が促され、切れ目がなく（連続的な）、膜厚均一性及び平坦性の高いシリコン膜を形成できる。
【００７８】
また、ホウ素元素や三塩化ホウ素の触媒作用によりシランガスの分解を促進させるようにしているので、ウエハ２００の表面（成膜面）に対向する他のウエハ２００（上方に積層されたウエハ２００）の裏面等の状態によらず、平坦性の高いシリコン膜を形成できる。
【００７９】
（ｄ）本実施形態では、上述の触媒作用（シランガスと同時に供給された三塩化ホウ素ガ
スの触媒作用、及びウエハ２００表面に形成されたホウ素元素含有層の触媒作用）によって、シラン分子をより低温で分解できる。その結果、より低温でのシリコン膜の形成が可能となる。
【００８０】
（ｅ）本実施形態では、上述の触媒作用（シランガスと同時に供給された三塩化ホウ素ガスの触媒作用、及びウエハ２００表面に形成されたホウ素元素含有層の触媒作用）によって、シラン分子の熱分解を促進できる。その結果、シリコン膜の成膜速度を向上させ、基板処理の生産性を向上させることができる。
【００８１】
なお、参考までに、従来の基板処理工程を示すフロー図を図８に示す。図８に示すように、従来の基板処理工程では、成膜工程Ｓ４０’においてウエハ２００の表面の改質工程を行うことなく、シリコン膜形成を行っていた。このため、ウエハ２００表面の状態に応じてシリコン膜表面の平坦性が低下してしまう場合があった。すなわち、ウエハ２００表面に例えばＳｉＯ２膜、ＴｉＯ２膜のような酸化膜が形成されていると、シリコン膜の連続性や膜厚均一性が低下して、表面の平坦性が低下してしまう場合があった。また、複数枚のウエハ２００を水平姿勢で積層しつつ各ウエハ２００表面上に同時に成膜を行う場合には、成膜面に対向する面（すなわち積層された各ウエハの裏面）の状態に応じてシリコン膜表面の平坦性が低下してしまう場合があった。
【実施例】
【００８２】
本実施例では、上述の実施形態と同様に改質工程及び成膜工程を実施して、ウエハ上にシリコン膜を形成した。また、比較例では、改質工程を行わずに成膜工程のみを実施して、ウエハ上にシリコン膜を形成した。そして、分光エリプソメータを使用してシリコン膜の膜厚を測定し、ウエハ面内膜厚均一性（以下、単に膜厚均一性と呼ぶ）を評価した。
【００８３】
図５（ａ）は、本発明の実施例及び比較例に係る改質処理条件を示す表図である。Ｎｏ．２〜Ｎｏ．５が実施例（改質工程あり）を、Ｎｏ．１が比較例（改質工程なし）をそれぞれ示している。図５（ａ）に示すように、実施例（Ｎｏ．２〜Ｎｏ．５）における処理温度は３５０℃とし、処理時間は３０分とし、窒素（Ｎ２）ガスにより５％に希釈した三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）ガスの流量は１５０〜３００ｓｃｃｍとし、処理圧力は１２０〜９００Ｐａの範囲内とした。また、実施例及び比較例では、ウエハとして、表面に酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜が、裏面に窒化チタン（ＴｉＮ）膜が形成されているウエハを用いた。
【００８４】
図４は、実施例及び比較例に係る膜厚測定箇所を示す略図である。図４中の黒丸（●）は分光エリプソメータによる膜厚測定位置であり、ウエハ全面に亘り４９箇所でシリコン膜の膜厚を測定した。そして、以下の（式１）により膜厚均一性を評価した。なお、（式１）の膜厚偏差（％）は、ウエハ面内におけるシリコン膜の膜厚分布のばらつきの度合いを示しており、その値が小さいほどウエハ面内における膜厚均一性が良好なことを示している。
【００８５】
膜厚偏差（％）＝（膜厚最大値−膜厚最小値）／（２×膜厚平均値）×１００
・・・（式１）
【００８６】
図５（ｂ）は、実施例（Ｎｏ．２〜５）及び比較例（Ｎｏ．１）に係る膜厚均一性（％）の評価結果を示すグラフ図である。図５（ｂ）の横軸は処理条件Ｎｏ．を、縦軸はシリコン膜の膜厚偏差（％）を示している。図５（ｂ）の黒丸（●）は実施例（Ｎｏ．２〜５）の膜厚偏差（％）を、白丸（○）は比較例（Ｎｏ．１）の膜厚偏差（％）をそれぞれ表している。
【００８７】
図５（ｂ）によれば、成膜工程の前に改質工程を実施した実施例（●）は、いずれも、改質工程を実施せずに成膜工程を実施した比較例（○）に比べて、膜厚均一性が改善している（膜厚偏差（％）が小さい）ことが分かる（Ｎｏ．２〜５とＮｏ．１との比較）。これは、ウエハ表面に予め堆積させたホウ素元素等の触媒作用により、シランガスの分解が促進されたためと考えられる。また、三塩化ホウ素ガスの流量が多いほど膜厚均一性が良くなっている（膜厚偏差（％）が小さい）ことがわかる（Ｎｏ．２〜Ｎｏ．４の比較）。これは、三塩化ホウ素ガスの流量を多くすることで、加熱されたウエハの表面全域に三塩化ホウ素ガスを確実に供給させることができ、ウエハ表面全域を確実かつ均一に改質できたためと考えられる。また、三塩化ホウ素ガスの流量が同じであっても、処理圧力が高いと膜厚均一性が良くなっている（膜厚偏差（％）が小さい）ことがわかる（Ｎｏ．２とＮｏ．３との比較）。これは、処理圧力を高くすることで、加熱されたウエハの表面全域に三塩化ホウ素ガスを確実に供給させることができ、ウエハ表面全域を確実かつ均一に改質させることができたためと考えられる。
【００８８】
＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、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。
【００８９】
例えば、上述の実施形態では、改質工程（Ｓ４０ａ）から成膜工程（Ｓ４０ｂ）まで三塩化ホウ素ガスを継続して流し、成膜工程（Ｓ４０ｂ）の終了時にシランガス及び三塩化ホウ素ガスの処理室２０１内への供給を同時に停止しているが、本発明は係る形態に限定されない。例えば、成膜工程（Ｓ４０ｂ）を開始する前に三塩化ホウ素ガスの供給を一旦停止してもよい。また、成膜工程（Ｓ４０ｂ）では、シランガスの供給を先に開始するようにしてもよく、また、シランガス及び三塩化ホウ素ガスのうちいずれかのガスの供給を先に停止するようにしてもよい。すなわち、成膜工程（Ｓ４０ｂ）では、シランガス及び三塩化ホウ素ガスの供給期間が少しでも重なっていればよい。
【００９０】
また、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例示したが、本発明は係る形態に限らず、例えばジボランガス（Ｂ２Ｈ６）ガス、三フッ化ホウ素ガス（ＢＦ３）を用いることができる。
【００９１】
また上述の実施形態では、シリコン含有ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ４、略称：ＭＳ）を例示したが、本発明は係る形態に限らず、例えばモノクロロシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２、略称：ＤＣＳ）、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６、略称：ＨＣＤ）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４、略称：ＳＴＣ）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３、略称：ＴＣＳ）等の他のクロロシラン系や、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８、略称：ＴＳ）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６、略称：ＤＳ）等の無機原料や、アミノシラン系のテトラキスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４、略称：４ＤＭＡＳ）、トリスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］３Ｈ、略称：３ＤＭＡＳ）、ビスジエチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］２Ｈ２、略称：２ＤＥＡＳ）、ビスターシャリーブチルアミノシラン（ＳｉＨ２［ＮＨ（Ｃ４Ｈ９）］２、略称：ＢＴＢＡＳ）などの有機原料を用いることができる。
【００９２】
また上述の実施形態では、不活性ガスとして窒素（Ｎ２）ガスを例示したが、本発明は係る形態に限らず、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガス等を用いても良く、また窒素ガスとこれらの希ガスとを組み合わせて用いても良い。
【００９３】
また、例えば基板としてのウエハ２００の表面及び裏面には、酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜に限らず、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）膜、窒化チタン（ＴｉＮ）膜、シリコン
（Ｓｉ）膜等が形成されていてもよい。また、ウエハ２００のシリコン層が露出していてもよい。
【００９４】
また例えば、上述の実施形態ではウエハ２００の表面上にアモルファスシリコン膜を形成しているが、本発明は係る形態に限らず、例えばウエハ２００の表面上にポリシリコン膜等を形成する場合にも好適に適用可能である。
【００９５】
また例えば、上述の実施形態では、処理室２０１内にガスを供給するノズルをマニホールド２０９と対向する領域に設けたが、本発明は係る形態に限らず、例えば少なくとも一部がヒータ２０６と対向する領域に設けて、シリコン含有ガス、ホウ素含有ガス、不活性ガスをウエハ２００の処理領域にて供給できるようにしても良い。例えばＬ字型のノズルを１つ以上用いて、ガスを供給する位置をウエハ２００の処理領域まで延在させることで、ガスをウエハ２００の近傍で供給することができるようにしても良い。また、マニホールド２０９と対向する領域、又はヒータ２０６と対向する対向する領域のいずれにおいても、ノズルを設けても良い。
【００９６】
また、例えば上述の実施形態では、１つの処理炉２０２により改質工程（Ｓ４０ａ）及び成膜工程（Ｓ４０ｂ）を実施するようにしているが、本発明は係る形態に限らず、それぞれの工程を別々の処理炉にて実施するようにしてもよい。
【００９７】
また例えば、上述したように、本発明に係る処理炉２０２の構成では、シリコン膜をＣＶＤ法に形成する構成としているが、本発明は係る形態に限らず、その他のＣＶＤ膜及びエピタキシャル膜、例えば窒化シリコン膜（ＳｉＮ）膜等を形成する構成に本発明を適用してもよい。
【００９８】
また、例えば上述したように、本発明に係る処理炉２０２の構成では、ウエハ２００を複数枚処理するバッチ式装置として構成されているが、本発明は係る形態に限らず、ウエハ２００を１枚毎に処理する枚様式装置に本発明を適用してもよい。
【００９９】
＜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。
【０１００】
本発明の一態様によれば、
基板が収容される処理室と、
前記処理室内に少なくともシリコン含有ガスを供給するシリコン含有ガス供給系と、
前記処理室内に少なくともホウ素含有ガスを供給するホウ素含有ガス供給系と、
前記基板が収容された前記処理室内に前記ホウ素含有ガス供給系から前記ホウ素含有ガスを供給させ、前記基板の表面を、ホウ素元素が堆積された表面或いはホウ素元素により終端された表面に改質させた後、
前記シリコン含有ガス供給系から前記シリコン含有ガスを供給させると共に、前記ホウ素含有ガス供給系から前記ホウ素含有ガスを供給させ、改質された前記基板の表面上にシリコン膜を形成するよう制御する制御部と、を備える
基板処理装置が提供される。
【０１０１】
好ましくは、
前記基板の表面を改質させる際、ホウ素含有ガスが供給された前記処理室内の圧力を１Ｐａ以上１３３３２２Ｐａ以下の圧力とする。
【０１０２】
また好ましくは、
前記基板の表面を改質させる際、ホウ素含有ガスが供給された前記処理室内の圧力を１
２０Ｐａ以上１３３３２２Ｐａ以下の圧力とする。
【０１０３】
また好ましくは、
前記ホウ素含有ガスは、三塩化ホウ素ガス、ジボランガス、三フッ化ホウ素ガスのいずれかを含む。
【０１０４】
また好ましくは、
前記シリコン含有ガスは、シランガス、ジシランガス、ジクロロシランガスのいずれかを含む。
【０１０５】
また好ましくは、
改質前の前記基板の表面は、シリコン、酸化シリコン、酸化チタンのいずれかにより構成されている。
【０１０６】
また好ましくは、
改質前の前記基板の裏面は、シリコン、酸化シリコン、酸化チタンのいずれかにより構成されている。
【０１０７】
本発明の他の態様によれば、
処理室内に基板を搬入する工程と、
前記処理室内にホウ素含有ガス供給系からホウ素含有ガスを供給し、前記基板の表面を、ホウ素元素が堆積された表面或いはホウ素元素により終端された表面に改質する工程と、
前記処理室内にシリコン含有ガス供給系からシリコン含有ガスを供給させると共に前記ホウ素含有ガス供給系からホウ素含有ガスを供給し、改質された前記基板の表面上にシリコン膜を形成する工程と、
シリコン膜が形成された前記基板を前記処理室外へ搬出する工程と、を有する
半導体装置の製造方法が提供される。
【符号の説明】
【０１０８】
１０ 基板処理装置
２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室
２４０ コントローラ（制御部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関し、特に、基板上にシリコン（Ｓｉ）膜を形成する基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細化が進む２ｘｎｍ（ナノメートル）以降のＮＡＮＤフラシュメモリ等の半導体装置においては、隣接セル間の干渉回避やビットコスト低減のため、例えばＦＧ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｇａｔｅ：フローティングゲート）構造へのシリコン膜の適用や、ＴＣＡＴ（Ｔｅｒａｂｉｔ Ｃｅｌｌ Ａｒｒａｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：テラビットセルアレイトランジスタ）やＢＩＣＳ（Ｂｉｔ−Ｃｏｓｔ Ｓｃａｌａｂｌｅ：ビットコストスケーラブル）等の三次元セル技術へのシリコン膜の適用が提案されている。
【０００３】
半導体装置にシリコン膜を適用する場合、シリコン膜の表面粗さ（表面ラフネス：Ｒｍｓ）によっては、高いキャリア移動度を維持することが困難な場合があった。すなわち、シリコン膜表面の平坦性が低いと、半導体装置の性能を十分に発揮できず、スループットを低下させてしまうことがあった。係る課題に対し、例えば特許文献１には、シリコン膜形成前の基板表面に予め三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）ガスを供給して自然酸化膜を除去することにより、形成するシリコン膜表面の平坦性を向上させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３０００１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のシリコン膜は、基板を収容した処理室内にシリコン含有ガスを供給することで形成できる。しかしながら、かかる方法では、基板表面の状態に応じてシリコン膜表面の平坦性が低下してしまう場合があった。また、複数枚の基板を水平姿勢で積層しつつ各基板表面上に同時に成膜を行う場合には、成膜面に対向する面（すなわち積層された各基板の裏面）の状態に応じてシリコン膜表面の平坦性が低下してしまう場合があった。
【０００６】
本発明は、基板表面や対向面の状態によらず、形成するシリコン膜の表面の平坦性を向上させることが可能な基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、
基板が収容される処理室と、
前記処理室内に少なくともシリコン含有ガスを供給するシリコン含有ガス供給系と、
前記処理室内に少なくともホウ素含有ガスを供給するホウ素含有ガス供給系と、
前記基板が収容された前記処理室内に前記ホウ素含有ガス供給系から前記ホウ素含有ガスを供給させ、前記基板の表面を、ホウ素元素が堆積された表面或いはホウ素元素により終端された表面に改質させた後、
前記シリコン含有ガス供給系から前記シリコン含有ガスを供給させると共に、前記ホウ素含有ガス供給系から前記ホウ素含有ガスを供給させ、改質された前記基板の表面上にシリコン膜を形成するよう制御する制御部と、を備える
基板処理装置が提供される。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、
処理室内に基板を搬入する工程と、
前記処理室内にホウ素含有ガス供給系からホウ素含有ガスを供給し、前記基板の表面を、ホウ素元素が堆積された表面或いはホウ素元素により終端された表面に改質する工程と、
前記処理室内にシリコン含有ガス供給系からシリコン含有ガスを供給させると共に前記ホウ素含有ガス供給系からホウ素含有ガスを供給し、改質された前記基板の表面上にシリコン膜を形成する工程と、
シリコン膜が形成された前記基板を前記処理室外へ搬出する工程と、を有する
半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
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、基板表面や対向面の状態によらず、形成するシリコン膜の表面の平坦性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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。
【図２】本発明の一実施形態に係る処理炉の側面断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る処理炉及びその周辺構造の略図である。
【図４】本発明の実施例及び比較例に係る膜厚測定箇所を示す略図である。
【図５】（ａ）は本発明の実施例及び比較例に係る改質処理条件を示す表図であり、（ｂ）は本発明の実施例及び比較例に係る膜厚均一性の評価結果を示すグラフ図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。
【図７】シラン分子の熱分解がホウ素の触媒作用により促進される様子を示す模式図である。
【図８】従来の基板処理工程を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜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。
【００１２】
（１）基板処理装置の構成
まず、本実施形態に係る基板処理装置１０の構成について、図１〜図３を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置１０の概略構成図である。図２は、本発明の一実施形態に係る処理炉２０２の側面断面図である。図３は、本発明の一実施形態に係る処理炉２０２及びその周辺構造の略図である。なお、本実施形態にかかる基板処理装置１０は、例えばウエハ等の基板に酸化、拡散処理、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｏｎ）処理などを行なう縦型の装置として構成されている。
【００１３】
（全体構成）
図１に示すように、基板処理装置１０は、バッチ式縦型熱処理装置として構成されている。基板処理装置１０は、内部に処理炉２０２などの主要部が設けられる筐体１２を備えている。筐体１２内への基板搬送容器（ウエハキャリア）としては、ポッド（フープとも呼ぶ）１６が用いられる。ポッド１６内には、シリコン（Ｓｉ）又は炭化シリコン（ＳｉＣ）等で構成された基板としてのウエハ２００が、例えば２５枚収納されるように構成されている。筐体１２の正面側には、ポッドステージ１８が配置されている。ポッド１６は、蓋が閉じられた状態でポッドステージ１８上に載置されるように構成されている。
【００１４】
筐体１２内の正面側（図１の右側）であってポッドステージ１８に対向する位置には、ポッド搬送装置２０が設けられている。ポッド搬送装置２０の近傍には、ポッド載置棚２２、ポッドオープナ２４及びウエハ枚数検出器２６が設けられている。ポッド載置棚２２は、ポッドオープナ２４の上方に配置され、ポッド１６を複数個載置した状態で保持するように構成されている。ウエハ枚数検出器２６は、ポッドオープナ２４に隣接して設けられる。ポッド搬送装置２０は、ポッドステージ１８とポッド載置棚２２とポッドオープナ２４との間でポッド１６を搬送するように構成されている。ポッドオープナ２４は、ポッド１６の蓋を開けるように構成されている。ウエハ枚数検出器２６は、蓋を開けられたポッド１６内のウエハ２００の枚数を検知するように構成されている。
【００１５】
筐体１２内には、ウエハ移載機２８、基板保持具としてのボート２１７が設けられている。ウエハ移載機２８は、アーム（ツィーザ）３２を有し、図示しない駆動手段により、上下回転動作が可能な構造になっている。アーム３２は、例えば５枚のウエハを同時に取り出すことができるように構成されている。アーム３２を動かすことにより、ポッドオープナ２４の位置に置かれたポッド１６及びボート２１７間にて、ウエハ２００が搬送されるように構成されている。
【００１６】
次に、本実施形態にかかる基板処理装置１０の動作について説明する。
【００１７】
まず、図示しない工程内搬送装置によって、ウエハ２００が垂直姿勢となりポッド１６のウエハ出し入れ口が上方向を向くように、ポッドステージ１８上にポッド１６が載置される。その後、ポッド１６は、ポッドステージ１８によって、筐体１２の後方に向けて縦方向に９０°回転させられる。その結果、ポッド１６内のウエハ２００は水平姿勢となり、ポッド１６のウエハ出し入れ口は筐体１２内の後方を向く。
【００１８】
次に、ポッド１６は、ポッド搬送装置２０によって、ポッド載置棚２２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、ポッド載置棚２２からポッドオープナ２４に移載されるか、もしくは直接ポッドオープナ２４に搬送される。
【００１９】
ポッド１６がポッドオープナ２４に移載されると、ポッド１６はポッドオープナ２４によって蓋を開けられる。そして、蓋を開けられたポッド１６は、ウエハ枚数検出器２６によってポッド１６内のウエハ枚数を検知される。ウエハ２００は、ウエハ移載機２８のアーム３２によって、ウエハ出し入れ口を通じてポッド１６内からピックアップされ、ウエハ移載機２８の搬送動作によってボート２１７に装填（チャージ）される。ボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載機２８は、ポッド１６に戻り、次のウエハ２００をボート２１７に装填する。
【００２０】
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、図示しない炉口シャッタ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（図２、図３参照）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（ボートロード）される。ロード後は、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、ウエハ２００及びポッド１６は、上述の手順とは逆の手順で筐体１２の外部へ払出される。
【００２１】
（処理炉の構成）
続いて、本実施形態に係る処理炉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係る処理炉２０２の縦断面図である。
【００２２】
（処理室）
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（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上に薄膜を形成する処理を行う処理室２０１が形成されている。処理室２０１は、ウエハ２００をボート２１７によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。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。
【００２３】
（ヒータ）
プロセスチューブ２０３の外側には、プロセスチューブ２０３の側壁面を囲う同心円状に、加熱部としてのヒータ２０６が設けられている。ヒータ２０６は円筒形状に形成されている。ヒータ２０６は、図示しない保持板としてのヒータベースに支持されることにより垂直に据え付けられている。インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５との間には、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及び温度センサ２６３には、後述する温度制御部２３８が電気的に接続されている。温度制御部２３８は、処理室２０１内の温度が所定の温度分布となるように、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への通電具合を所定のタイミングにて制御するように構成されている。
【００２４】
（マニホールド）
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が図示しないヒータベース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ている。
【００２５】
（ボート）
処理室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、例えば石英や炭化シリコン等の耐熱性材料により構成されている。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、例えば石英や炭化シリコン等の耐熱性材料により構成されている。断熱板２１６は、ヒータ２０６からの熱をマニホールド２０９側に伝え難くするように構成されている。
【００２６】
（シリコン含有ガス供給系）
マニホールド２０９には、シリコン含有ガスとして例えばモノシラン（ＳｉＨ４）ガス（以下、単にシランガスとも呼ぶ）を処理室２０１内に供給するノズル２３０ａが、処理室２０１内に連通するように設けられている。ノズル２３０ａは、例えば石英等により構
成されている。ノズル２３０ａは少なくとも１本設けられており、ヒータ２０６と対向する領域より下方であってマニホールド２０９と対向する領域に設けられている。ノズル２３０ａの上流端は、ガス供給管２３２ａの下流端に接続されている。ガス供給管２３２ａには、上流側から順に、シリコン含有ガス源３００ａ、流量制御器（流量制御手段）としてのマスフローコントローラ２４１ａ及びバルブ３１０ａが設けられている。上記構成により、処理室２０１内へ供給するシランガスの供給流量、処理室２０１内のシランガスの濃度や分圧を制御することができる。
【００２７】
バルブ３１０ａ、マスフローコントローラ２４１ａには、後述するガス流量制御部２３５が電気的に接続されている。ガス流量制御部２３５は、処理室２０１内へのシリコン含有ガス供給の開始や停止、供給流量等を所定のタイミングにて制御するように構成されている。
【００２８】
主に、シリコン含有ガス源３００ａ、バルブ３１０ａ、マスフローコントローラ２４１ａ、ガス供給管２３２ａ、ノズル２３０ａにより、本実施形態に係るシリコン含有ガス供給系が構成される。
【００２９】
（ホウ素含有ガス供給系）
マニホールド２０９には、ホウ素含有ガスとして例えば三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）ガスを処理室２０１内に供給するノズル２３０ｂが、処理室２０１内に連通するように設けられている。ノズル２３０ｂは、例えば石英等により構成されている。ノズル２３０ｂは少なくとも１本設けられており、ヒータ２０６と対向する領域より下方であってマニホールド２０９と対向する領域に設けられている。ノズル２３０ｂの上流端は、ガス供給管２３２ｂの下流端に接続されている。ガス供給管２３２ｂには、上流側から順に、ホウ素含有ガス源３００ｂ、流量制御器（流量制御手段）としてのマスフローコントローラ２４１ｂ及びバルブ３１０ｂが設けられている。上記構成により、処理室２０１内へ供給する三塩化ホウ素ガスの供給流量、処理室２０１内の三塩化ホウ素ガスの濃度や分圧を制御することができる。
【００３０】
バルブ３１０ｂ、マスフローコントローラ２４１ｂには、後述するガス流量制御部２３５が電気的に接続されている。ガス流量制御部２３５は、処理室２０１内へのホウ素含有ガス供給の開始や停止、供給流量等を所定のタイミングにて制御するように構成されている。
【００３１】
主に、ホウ素含有ガス源３００ｂ、バルブ３１０ｂ、マスフローコントローラ２４１ｂ、ガス供給管２３２ｂ、ノズル２３０ｂにより、本実施形態に係るホウ素含有ガス供給系が構成される。
【００３２】
（不活性ガス供給系）
マニホールド２０９には、不活性ガスとして例えば窒素（Ｎ２）ガスを処理室２０１内に供給するノズル２３０ｃが、処理室２０１内に連通するように設けられている。ノズル２３０ｃは、例えば石英等により構成されている。ノズル２３０ｃは少なくとも１本設けられており、ヒータ２０６と対向する領域より下方であってマニホールド２０９と対向する領域に設けられている。ノズル２３０ｃの上流端は、ガス供給管２３２ｃの下流端に接続されている。ガス供給管２３２ｃには、上流側から順に、不活性ガス源３００ｃ、流量制御器（流量制御手段）としてのマスフローコントローラ２４１ｃ及びバルブ３１０ｃが設けられている。上記構成により、処理室２０１内へ供給する窒素ガスの供給流量、処理室２０１内の窒素ガスの濃度や分圧を制御することができる。
【００３３】
バルブ３１０ｃ、マスフローコントローラ２４１ｃには、後述するガス流量制御部２３
５が電気的に接続されている。ガス流量制御部２３５は、処理室２０１内への不活性ガス供給の開始や停止、供給流量等を所定のタイミングにて制御するように構成されている。
【００３４】
主に、不活性ガス源３００ｃ、バルブ３１０ｃ、マスフローコントローラ２４１ｃ、ガス供給管２３２ｃ、ノズル２３０ｃにより、本実施形態に係る不活性ガス供給系が構成される。
【００３５】
そして、主に、シリコン含有ガス供給系、ホウ素含有ガス供給系及び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。
【００３６】
（排気系）
マニホールド２０９の側壁には、処理室２０１内を排気する排気管２３１が設けられている。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。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（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４２、真空ポンプ２４６が設けられている。
【００３７】
圧力センサ２４５及びＡＰＣバルブ２４２には、後述する圧力制御部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、処理室２０１内の圧力が所定のタイミングにて所定の圧力（真空度）となるように、ＡＰＣバルブ２４２の開度を制御するように構成されている。
【００３８】
主に、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。
【００３９】
（シールキャップ）
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により構成されており、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。
【００４０】
（回転機構）
シールキャップ２１９の下方（すなわち処理室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。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を処理室２０１内で回転させることが可能に構成されている。
【００４１】
（ボートエレベータ）
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を処理室２０１内外へ搬送（ボートロード或いはボートアンロード）させることが可能に構成されている。
【００４２】
回転機構２５４及びボートエレベータ１１５には、後述する駆動制御部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
所定の動作をするよう所定のタイミングにて制御するように構成されている。
【００４３】
（コントローラ）
上述のガス流量制御部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１０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。
【００４４】
（処理炉周辺の構成）
図３は、本発明の一実施形態に係る処理炉２０２及びその周辺構造の略図である。図３に示すように、処理炉２０２の下方には、予備室としてのロードロック室１１０が設けられている。ロードロック室１１０を構成する側壁の外面には、ボートエレベータ１１５が設けられている。ボートエレベータ１１５は、下基板１１２、ガイドシャフト１１６、ボール螺子１１８、上基板１２０、昇降モータ１２２、昇降基板１３０、及びベローズ１２８を備えている。下基板１１２は、ロードロック室１１０を構成する側壁の外面に水平姿勢で固定されている。下基板１１２には、昇降台１１４と嵌合するガイドシャフト１１６、及び昇降台１１４と螺合するボール螺子１１８がそれぞれ鉛直姿勢で設けられている。ガイドシャフト１１６及びボール螺子１１８の上端には、上基板１２０が水平姿勢で固定されている。ボール螺子１１８は、上基板１２０に設けられた昇降モータ１２２により回転させられるように構成されている。ガイドシャフト１１６は、昇降台１１４の上下動を許容しつつ水平方向の回転を抑制するように構成されている。ボール螺子１１８を回転させることにより、昇降台１１４が昇降するように構成されている。
【００４５】
昇降台１１４には、中空の昇降シャフト１２４が垂直姿勢で固定されている。昇降台１１４と昇降シャフト１２４との連結部は、気密に構成されている。昇降シャフト１２４は、昇降台１１４と共に昇降するように構成されている。昇降シャフト１２４の下方側端部は、ロードロック室１１０を構成する天板１２６を貫通している。ロードロック室１１０の天板１２６に設けられる貫通穴の内径は、昇降シャフト１２４と天板１２６とが接触することのないように、昇降シャフト１２４の外径よりも大きく構成されている。ロードロック室１１０と昇降台１１４との間には、昇降シャフト１２４の周囲を覆うように、伸縮性を有する中空伸縮体としてのベローズ１２８が設けられている。昇降台１１４とベローズ１２８との連結部、及び天板１２６とベローズ１２８との連結部はそれぞれ気密に構成されており、ロードロック室１１０内の気密が保持されるように構成されている。ベローズ１２８は、昇降台１１４の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有している。ベローズ１２８の内径は、昇降シャフト１２４とベローズ１２８とが接触することのないように、昇降シャフト１２４の外径よりも充分に大きく構成されている。
【００４６】
ロードロック室１１０内に突出した昇降シャフト１２４の下端には、昇降基板１３０が水平姿勢で固定されている。昇降シャフト１２４と昇降基板１３０との連結部は、気密に構成されている。昇降基板１３０の上面には、Ｏリング等のシール部材を介してシールキャップ２１９が気密に取付けられている。昇降モータ１２２を駆動してボール螺子１１８を回転させ、昇降台１１４、昇降シャフト１２４、昇降基板１３０、及びシールキャップ２１９を上昇させることにより、処理室２０１内にボート２１７が搬入（ボートロード）されると共に、処理炉２０２の開口部（炉口）がシールキャップ２１９により閉塞されるよう構成されている。また、昇降モータ１２２を駆動してボール螺子１１８を回転させ、昇降台１１４、昇降シャフト１２４、昇降基板１３０、及びシールキャップ２１９を下降させることにより、処理室２０１内からボート２１７が搬出（ボートアンロード）されるよう構成されている。昇降モータ１２２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、ボートエレベータ１１５が所定の動作をするよう所定のタイミ
ングにて制御するように構成されている。
【００４７】
昇降基板１３０の下面には、Ｏリング等のシール部材を介して駆動部カバー１３２が気密に取付けられている。昇降基板１３０と駆動部カバー１３２とにより駆動部収納ケース１４０が構成されている。駆動部収納ケース１４０の内部は、ロードロック室１１０内の雰囲気と隔離されている。駆動部収納ケース１４０の内部には、回転機構２５４が設けられている。回転機構２５４には電力供給ケーブル１３８が接続されている。電力供給ケーブル１３８は、昇降シャフト１２４の上端から昇降シャフト１２４内を通って回転機構２５４まで導かれており、回転機構２５４に電力を供給するように構成されている。回転機構２５４が備える回転軸２５５の上端部は、シールキャップ２１９を貫通して、基板保持具としてのボート２１７を下方から支持するように構成されている。回転機構２５４を作動させることにより、ボート２１７に保持されたウエハ２００を処理室２０１内で回転させることが可能に構成されている。
【００４８】
また、駆動部収納ケース１４０の内部であって回転機構２５４の周囲には、冷却機構１３６が設けられている。冷却機構１３６及びシールキャップ２１９には冷却流路１４０ａが形成されている。冷却流路１４０ａには冷却水を供給する冷却水配管１４２が接続されている。冷却水配管１４２は、昇降シャフト１２４の上端から昇降シャフト１２４内を通って冷却流路１４０ａまで導かれ、冷却流路１４０ａにそれぞれ冷却水を供給するように構成されている。
【００４９】
（２）基板処理工程
次に、半導体装置の製造工程の一工程として、ウエハ２００の表面（表層）を、ホウ素（Ｂ）元素が堆積された表面或いはホウ素元素により終端された表面に改質させる改質工程と、改質されたウエハ２００の表面上にシリコン膜を形成する成膜工程と、を順に実施する基板処理工程について、主に図６及び図７を参照しながら説明する。
【００５０】
図６は、本発明の一実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。図７は、シラン分子の熱分解がホウ素の触媒作用により促進される様子を示す模式図である。係る基板処理工程では、上述の基板処理装置１０を用い、ウエハ２００上にシリコン膜として例えばアモルファスシリコン（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ；非晶質シリコン）膜（以下、単にシリコン膜と呼ぶ）を、減圧ＣＶＤ法（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ−Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により形成する。以下の説明において、基板処理装置１０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。
【００５１】
（ウエハ搬入工程（Ｓ１０））
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、図２に示すように、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、処理室２０１内に搬入（ボートロード）する。この状態で、マニホールド２０９の下端開口部は、Ｏリング２２０ｂを介してシールキャップ２１９によりシールされた状態となる。なお、処理対象のウエハ２００の表面には、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ＳｉＯ２膜（以下、自然ＳｉＯ２膜）が形成されている。
【００５２】
ウエハ搬入工程Ｓ１０を実施する際は、処理室２０１内に窒素ガスを供給して処理室２０１内をパージする。バルブ３１０ｃを開くことで不活性ガス源３００ｃからガス供給管２３２ｃ内に供給された窒素ガスは、ＭＦＣ２４１ｃにて所定の流量となるように制御された後、ガス供給管２３２ｃを経由して、ノズル２３０ｃから処理室２０１内に供給される。なお、処理室２０１内への窒素ガスの供給は、基板処理工程の全工程が終了するまで
継続する。
【００５３】
（圧力調整工程（Ｓ２０）及び温度調整工程（Ｓ３０））
続いて、処理室２０１内が所定の成膜圧力（真空度）となるように真空ポンプ２４６によって真空排気する。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２４２がフィードバック制御される。また、処理室２０１内が所定の温度となるようにヒータ２０６によって加熱する。この際、処理室２０１内の温度が所定の温度（成膜温度）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２０６への通電具合がフィードバック制御される。続いて、回転機構２５４によるボート２１７及びウエハ２００の回転を開始する。処理室２０１内の圧力調整、温度調整、ボート２１７及びウエハ２００の回転は、後述する成膜工程（Ｓ４０ｂ）が完了するまで継続する。
【００５４】
（改質工程（Ｓ４０ａ））
処理室２０１内が所定の温度、所定の圧力に維持された状態で、ホウ素含有ガスとしての三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）ガスの処理室２０１内への供給を開始する。すなわち、バルブ３１０ｂを開き、マスフローコントローラ２４１ｂにより流量調整された三塩化ホウ素ガスの、ガス供給管２３２ｂ及びノズル２３０ｂを介した処理室２０１内への供給を開始する。
【００５５】
このとき、処理室２０１内へ供給される窒素ガスは、三塩化ホウ素ガスを希釈する希釈ガスとして機能する。窒素ガスの供給流量を制御することで、三塩化ホウ素ガスの濃度を制御することができる。
【００５６】
処理室２０１内に供給された三塩化ホウ素ガスは、インナーチューブ２０４内（処理室２０１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、排気管２３１からプロセスチューブ２０３外へと排出される。このとき、三塩化ホウ素ガスは、加熱された処理室２０１内を通過することで、或いは、加熱されたウエハ２００表面に接触することで熱分解する。三塩化ホウ素のガス分子が熱分解されることで生じたホウ素（Ｂ）元素は、ウエハ２００表面に堆積するか、或いは、ウエハ２００表面に存在するシリコン（Ｓｉ）元素等の未結合手と結合してこれを終端させる。また、処理室２０１内に供給された三塩化ホウ素ガスは、熱分解することなくウエハ２００の表面に堆積することもある。これにより、ウエハ２００の表面は、ホウ素元素や三塩化ホウ素のガス分子が堆積された表面、或いはシリコン元素等の未結合手がホウ素元素によって終端された表面、すなわち、ホウ素元素含有層が形成された表面に改質される。
【００５７】
なお、ウエハ２００表面に堆積或いは吸着したホウ素元素や三塩化ホウ素のガス分子は、後述する成膜工程（Ｓ４０ｂ）において、シランガスの分解を促進する触媒として作用する。その結果、後述する成膜工程（Ｓ４０ｂ）において、切れ目がなく（連続的な）、膜厚均一性及び平坦性の高いシリコン膜を形成できるようになる。また、後述する成膜工程（Ｓ４０ｂ）の前にウエハ２００表面を予め改質することで、切れ目がなく、膜厚均一性及び平坦性の高いシリコン膜を、改質前のウエハ２００表面の状態に依存することなく形成できるようになる。
【００５８】
また、本実施形態では、三塩化ホウ素ガスを供給する際の処理室２０１内の最大圧力を、例えば大気圧程度にまで高めている。これにより、加熱されたウエハ２００の表面全域に三塩化ホウ素ガスを確実に供給させることができ、三塩化ホウ素ガスの熱分解をより促進できるようになる。そして、ウエハ２００表面全域を確実かつ均一に改質できるようになり、後述する成膜工程（Ｓ４０ｂ）において、切れ目がなく、膜厚均一性及び平坦性が
高いシリコン膜を形成できるようになる。
【００５９】
なお、改質処理に寄与しないガスや反応生成物等は、筒状空間２５０を介して排気管２３１から排気される。
【００６０】
（成膜工程（Ｓ４０ｂ））
改質工程（Ｓ４０ａ）を所定時間実施し、ウエハ２００表面の改質が完了したら、シリコン含有ガスとしてのシラン（ＳｉＨ４）ガスの処理室２０１内への供給を開始する。すなわち、バルブ３１０ａを開き、マスフローコントローラ２４１ａにより流量調整されたシランガスの、ガス供給管２３２ａ及びノズル２３０ａを介した処理室２０１内への供給を開始する。
【００６１】
また、シランガスを供給する際、処理室２０１内への三塩化ホウ素ガスの供給を継続する。すなわち、バルブ３１０ｂを開いたままとし、マスフローコントローラ２４１ｂにより流量調整された三塩化ホウ素ガスの、ガス供給管２３２ｂ及びノズル２３０ｂを介した処理室２０１内への供給を継続する。
【００６２】
このとき、処理室２０１内へ供給される窒素ガスは、シランガス及び三塩化ホウ素ガスを希釈する希釈ガスとして機能する。窒素ガスの供給流量を制御することで、シランガス及び三塩化ホウ素ガスの濃度を制御することができる。
【００６３】
処理室２０１内に供給されたシランガス及び三塩化ホウ素ガスは、インナーチューブ２０４内（処理室２０１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、排気管２３１からプロセスチューブ２０３外へと排出される。このとき、シランガスは、加熱された処理室２０１内を通過することで、或いは、加熱されたウエハ２００表面に接触することで熱分解する。シランガスのガス分子が熱分解されることで生じたシリコン（Ｓｉ）元素は、改質されたウエハ２００表面に堆積する。これにより、ウエハ２００上にシリコン膜が形成される。
【００６４】
なお、本実施形態では、成膜工程（Ｓ４０ｂ）の前に改質工程（Ｓ４０ａ）を実施し、ウエハ２００表面を予め改質している。これにより、平坦性の高いシリコン膜を形成することができる。すなわち、ウエハ２００表面に予め堆積或いは吸着したホウ素元素や三塩化ホウ素のガス分子は、ウエハ２００表面に供給されたシランガスの分解を促進する触媒として作用する。その結果、シランガスの熱分解が促進され、ウエハ２００上へのシリコン元素の堆積が促され、切れ目がなく、膜厚均一性及び平坦性が高いシリコン膜を形成できる。また、ウエハ２００表面を予め改質することで、改質前のウエハ２００表面の状態に依存することなく、平坦性の高いシリコン膜を形成できる。すなわち、改質前のウエハ２００表面に例えばＳｉＯ２膜、ＴｉＯ２膜のような酸化膜が形成されていても、或いはシリコン層が露出していても、平坦性の高いシリコン膜を形成できる。また、ホウ素元素や三塩化ホウ素の触媒作用によりシランガスの分解を促進させるようにしているので、ウエハ２００の表面（成膜面）に対向する他のウエハ２００（上方に積層されたウエハ２００）の裏面等の状態によらず、平坦性の高いシリコン膜を形成できる。図７に、シラン分子の熱分解が、ウエハ２００表面に形成されたホウ素元素含有層の触媒作用により促進される様子を示す。
【００６５】
また、本実施形態では、改質工程（Ｓ４０ａ）にて三塩化ホウ素ガスを供給する際の処理室２０１内の最大圧力を、例えば大気圧程度にまで高めている。これにより、より平坦性の高いシリコン膜を形成できる。すなわち、ウエハ２００表面全域が確実かつ均一に改質されているため、切れ目がなく（連続的な）、膜厚均一性及び平坦性が高いシリコン膜
を形成できる。
【００６６】
また、本実施形態では、成膜工程（Ｓ４０ｂ）において、シランガスと三塩化ホウ素ガスとを処理室２０１内に同時に供給している。これにより、平坦性の高いシリコン膜を形成できる。すなわち、シランガスと同時に処理室２０１内に供給された三塩化ホウ素ガスは、加熱された処理室２０１内を通過することで、或いは、加熱されたウエハ２００表面に接触することで少なくとも一部が熱分解する。熱分解されることで生じたホウ素元素や三塩化ホウ素のガス分子は、シランガスの熱分解を促進する触媒として作用する。その結果、シランガスの分解が促進され、ウエハ２００上へのシリコン元素の堆積が促され、切れ目がなく（連続的な）、膜厚均一性及び平坦性の高いシリコン膜を形成できる。また、ホウ素元素や三塩化ホウ素の触媒作用によりシランガスの分解を促進させるようにしているので、ウエハ２００の表面（成膜面）に対向する他のウエハ２００（上方に積層されたウエハ２００）の裏面等の状態によらず、平坦性の高いシリコン膜を形成できる。図７に、シラン分子の熱分解が、シランガスと同時に供給された三塩化ホウ素ガスや熱分解により生じたホウ素元素の触媒作用により促進される様子を示す。
【００６７】
成膜処理に寄与しないガスや反応生成物等は、筒状空間２５０を介して排気管２３１から排気される。所定の時間が経過して所定の膜厚のシリコン膜がウエハ２００上に形成されたら、バルブ３１０ａ，３１０ｂを閉じ、処理室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。
【００６８】
（Ｎ２パージ工程（Ｓ５０））
そして、バルブ３１０ｃを開いたままの状態とし、処理室２０１内への窒素ガスの供給を継続しつつ、処理室２０１内を排気することで、処理室２０１内をパージする。処理室２０１内が窒素ガスに置換されたら、ＡＰＣバルブ２４２の開度を調整して処理室２０１内の圧力を常圧に復帰させる。また、ヒータ２０６への通電を停止し、処理室２０１内の温度を所定の温度に降温させる。また、回転機構２５４によるボート２１７及びウエハ２００の回転を停止させる。
【００６９】
（ウエハ搬出工程（Ｓ６０））
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、処理室２０１内からボート２１７を搬出する（ボートアンロード）。この際、バルブ３１０ｃを開いたままの状態とし、処理室２０１内への窒素ガスの供給を継続する。そして、搬出したボート２１７から、処理済のウエハ２００を取り出した（ウエハディスチャージ）後、バルブ３１０ｃを閉じて処理室２０１内への窒素ガスの供給を停止し、本実施形態にかかる基板処理工程を終了する。
【００７０】
なお、本実施形態に係る改質工程（Ｓ４０ａ）の処理条件としては、
処理温度：３００〜５００℃、
三塩化ホウ素ガスの供給流量：１〜１０００ｓｃｃｍ、
窒素ガス（希釈ガス）の供給流量：１〜１０００ｓｃｃｍ、
処理圧力：１〜１３３３２２Ｐａ
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所定値で一定に維持することで、ウエハ２００の表面の改質が行われる。
【００７１】
また、本実施形態に係る成膜工程（Ｓ４０ｂ）の処理条件としては、
処理温度：３００〜５００℃、
シランガスの供給流量：５００〜２０００ｓｃｃｍ、
三塩化ホウ素ガスの供給流量：１〜１０００ｓｃｃｍ、
窒素ガス（希釈ガス）の供給流量：１〜１０００ｓｃｃｍ、
処理圧力：１〜１３３３Ｐａ
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所定値で一定に維持することで、ウエハ２００上に所定の膜厚のシリコン膜が形成される。なお、切れ目がなく、膜厚均一性及び平坦性が高いシリコン膜を形成するには、少なくとも３ｎｍ以上の膜厚とすることが好ましい。
【００７２】
（３）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。
【００７３】
（ａ）本実施形態よれば、成膜工程（Ｓ４０ｂ）の前に改質工程（Ｓ４０ａ）を実施し、ウエハ２００表面を予め改質している。これにより、平坦性の高いシリコン膜を形成できる。すなわち、ウエハ２００表面に予め堆積或いは吸着したホウ素元素や三塩化ホウ素のガス分子は、ウエハ２００表面に供給されたシランガスの分解を促進する触媒として作用する。その結果、シランガスの熱分解が促進され、ウエハ２００上へのシリコン元素の堆積が促され、切れ目がなく、膜厚均一性及び平坦性が高いシリコン膜を形成できる。
【００７４】
また、ウエハ２００表面を予め改質することで、改質前のウエハ２００表面の状態に依存することなく、平坦性の高いシリコン膜を形成できる。すなわち、改質前のウエハ２００表面に例えばＳｉＯ２膜、ＴｉＯ２膜のような酸化膜が形成されていても、或いはシリコン層が露出していても、切れ目がなく、膜厚均一性及び平坦性が高いシリコン膜を形成できる。
【００７５】
また、ウエハ２００上に堆積させたホウ素元素や三塩化ホウ素の触媒作用によりシランガスの分解を促進させるようにしているので、ウエハ２００の表面（成膜面）に対向する他のウエハ２００（上方に積層されたウエハ２００）の裏面等の状態によらず、平坦性の高いシリコン膜を形成できる。
【００７６】
（ｂ）本実施形態によれば、改質工程（Ｓ４０ａ）において三塩化ホウ素ガスを供給する際の処理室２０１内の最大圧力を、例えば大気圧程度にまで高めている。これにより、加熱されたウエハ２００の表面全域に三塩化ホウ素ガスを確実に供給でき、三塩化ホウ素ガスの熱分解をより促進できる。そして、ウエハ２００表面全域を確実かつ均一に改質でき、成膜工程（Ｓ４０ｂ）において、切れ目がなく、膜厚均一性及び平坦性が高いシリコン膜を形成できる。
【００７７】
（ｃ）本実施形態では、成膜工程（Ｓ４０ｂ）にてシランガスと三塩化ホウ素ガスとを同時に処理室２０１内に供給している。これにより、平坦性の高いシリコン膜を形成できる。すなわち、シランガスと同時に処理室２０１内に供給された三塩化ホウ素ガスは、加熱された処理室２０１内を通過することで、或いは、加熱されたウエハ２００表面に接触することで少なくとも一部が熱分解する。熱分解されることで生じたホウ素元素や三塩化ホウ素のガス分子は、シランガスの熱分解を促進する触媒として作用する。その結果、シランガスの分解が促進され、ウエハ２００上へのシリコン元素の堆積が促され、切れ目がなく（連続的な）、膜厚均一性及び平坦性の高いシリコン膜を形成できる。
【００７８】
また、ホウ素元素や三塩化ホウ素の触媒作用によりシランガスの分解を促進させるようにしているので、ウエハ２００の表面（成膜面）に対向する他のウエハ２００（上方に積層されたウエハ２００）の裏面等の状態によらず、平坦性の高いシリコン膜を形成できる。
【００７９】
（ｄ）本実施形態では、上述の触媒作用（シランガスと同時に供給された三塩化ホウ素ガ
スの触媒作用、及びウエハ２００表面に形成されたホウ素元素含有層の触媒作用）によって、シラン分子をより低温で分解できる。その結果、より低温でのシリコン膜の形成が可能となる。
【００８０】
（ｅ）本実施形態では、上述の触媒作用（シランガスと同時に供給された三塩化ホウ素ガスの触媒作用、及びウエハ２００表面に形成されたホウ素元素含有層の触媒作用）によって、シラン分子の熱分解を促進できる。その結果、シリコン膜の成膜速度を向上させ、基板処理の生産性を向上させることができる。
【００８１】
なお、参考までに、従来の基板処理工程を示すフロー図を図８に示す。図８に示すように、従来の基板処理工程では、成膜工程Ｓ４０’においてウエハ２００の表面の改質工程を行うことなく、シリコン膜形成を行っていた。このため、ウエハ２００表面の状態に応じてシリコン膜表面の平坦性が低下してしまう場合があった。すなわち、ウエハ２００表面に例えばＳｉＯ２膜、ＴｉＯ２膜のような酸化膜が形成されていると、シリコン膜の連続性や膜厚均一性が低下して、表面の平坦性が低下してしまう場合があった。また、複数枚のウエハ２００を水平姿勢で積層しつつ各ウエハ２００表面上に同時に成膜を行う場合には、成膜面に対向する面（すなわち積層された各ウエハの裏面）の状態に応じてシリコン膜表面の平坦性が低下してしまう場合があった。
【実施例】
【００８２】
本実施例では、上述の実施形態と同様に改質工程及び成膜工程を実施して、ウエハ上にシリコン膜を形成した。また、比較例では、改質工程を行わずに成膜工程のみを実施して、ウエハ上にシリコン膜を形成した。そして、分光エリプソメータを使用してシリコン膜の膜厚を測定し、ウエハ面内膜厚均一性（以下、単に膜厚均一性と呼ぶ）を評価した。
【００８３】
図５（ａ）は、本発明の実施例及び比較例に係る改質処理条件を示す表図である。Ｎｏ．２〜Ｎｏ．５が実施例（改質工程あり）を、Ｎｏ．１が比較例（改質工程なし）をそれぞれ示している。図５（ａ）に示すように、実施例（Ｎｏ．２〜Ｎｏ．５）における処理温度は３５０℃とし、処理時間は３０分とし、窒素（Ｎ２）ガスにより５％に希釈した三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）ガスの流量は１５０〜３００ｓｃｃｍとし、処理圧力は１２０〜９００Ｐａの範囲内とした。また、実施例及び比較例では、ウエハとして、表面に酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜が、裏面に窒化チタン（ＴｉＮ）膜が形成されているウエハを用いた。
【００８４】
図４は、実施例及び比較例に係る膜厚測定箇所を示す略図である。図４中の黒丸（●）は分光エリプソメータによる膜厚測定位置であり、ウエハ全面に亘り４９箇所でシリコン膜の膜厚を測定した。そして、以下の（式１）により膜厚均一性を評価した。なお、（式１）の膜厚偏差（％）は、ウエハ面内におけるシリコン膜の膜厚分布のばらつきの度合いを示しており、その値が小さいほどウエハ面内における膜厚均一性が良好なことを示している。
【００８５】
膜厚偏差（％）＝（膜厚最大値−膜厚最小値）／（２×膜厚平均値）×１００
・・・（式１）
【００８６】
図５（ｂ）は、実施例（Ｎｏ．２〜５）及び比較例（Ｎｏ．１）に係る膜厚均一性（％）の評価結果を示すグラフ図である。図５（ｂ）の横軸は処理条件Ｎｏ．を、縦軸はシリコン膜の膜厚偏差（％）を示している。図５（ｂ）の黒丸（●）は実施例（Ｎｏ．２〜５）の膜厚偏差（％）を、白丸（○）は比較例（Ｎｏ．１）の膜厚偏差（％）をそれぞれ表している。
【００８７】
図５（ｂ）によれば、成膜工程の前に改質工程を実施した実施例（●）は、いずれも、改質工程を実施せずに成膜工程を実施した比較例（○）に比べて、膜厚均一性が改善している（膜厚偏差（％）が小さい）ことが分かる（Ｎｏ．２〜５とＮｏ．１との比較）。これは、ウエハ表面に予め堆積させたホウ素元素等の触媒作用により、シランガスの分解が促進されたためと考えられる。また、三塩化ホウ素ガスの流量が多いほど膜厚均一性が良くなっている（膜厚偏差（％）が小さい）ことがわかる（Ｎｏ．２〜Ｎｏ．４の比較）。これは、三塩化ホウ素ガスの流量を多くすることで、加熱されたウエハの表面全域に三塩化ホウ素ガスを確実に供給させることができ、ウエハ表面全域を確実かつ均一に改質できたためと考えられる。また、三塩化ホウ素ガスの流量が同じであっても、処理圧力が高いと膜厚均一性が良くなっている（膜厚偏差（％）が小さい）ことがわかる（Ｎｏ．２とＮｏ．３との比較）。これは、処理圧力を高くすることで、加熱されたウエハの表面全域に三塩化ホウ素ガスを確実に供給させることができ、ウエハ表面全域を確実かつ均一に改質させることができたためと考えられる。
【００８８】
＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、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。
【００８９】
例えば、上述の実施形態では、改質工程（Ｓ４０ａ）から成膜工程（Ｓ４０ｂ）まで三塩化ホウ素ガスを継続して流し、成膜工程（Ｓ４０ｂ）の終了時にシランガス及び三塩化ホウ素ガスの処理室２０１内への供給を同時に停止しているが、本発明は係る形態に限定されない。例えば、成膜工程（Ｓ４０ｂ）を開始する前に三塩化ホウ素ガスの供給を一旦停止してもよい。また、成膜工程（Ｓ４０ｂ）では、シランガスの供給を先に開始するようにしてもよく、また、シランガス及び三塩化ホウ素ガスのうちいずれかのガスの供給を先に停止するようにしてもよい。すなわち、成膜工程（Ｓ４０ｂ）では、シランガス及び三塩化ホウ素ガスの供給期間が少しでも重なっていればよい。
【００９０】
また、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例示したが、本発明は係る形態に限らず、例えばジボランガス（Ｂ２Ｈ６）ガス、三フッ化ホウ素ガス（ＢＦ３）を用いることができる。
【００９１】
また上述の実施形態では、シリコン含有ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ４、略称：ＭＳ）を例示したが、本発明は係る形態に限らず、例えばモノクロロシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２、略称：ＤＣＳ）、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６、略称：ＨＣＤ）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４、略称：ＳＴＣ）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３、略称：ＴＣＳ）等の他のクロロシラン系や、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８、略称：ＴＳ）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６、略称：ＤＳ）等の無機原料や、アミノシラン系のテトラキスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４、略称：４ＤＭＡＳ）、トリスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］３Ｈ、略称：３ＤＭＡＳ）、ビスジエチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］２Ｈ２、略称：２ＤＥＡＳ）、ビスターシャリーブチルアミノシラン（ＳｉＨ２［ＮＨ（Ｃ４Ｈ９）］２、略称：ＢＴＢＡＳ）などの有機原料を用いることができる。
【００９２】
また上述の実施形態では、不活性ガスとして窒素（Ｎ２）ガスを例示したが、本発明は係る形態に限らず、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガス等を用いても良く、また窒素ガスとこれらの希ガスとを組み合わせて用いても良い。
【００９３】
また、例えば基板としてのウエハ２００の表面及び裏面には、酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜に限らず、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）膜、窒化チタン（ＴｉＮ）膜、シリコン
（Ｓｉ）膜等が形成されていてもよい。また、ウエハ２００のシリコン層が露出していてもよい。
【００９４】
また例えば、上述の実施形態ではウエハ２００の表面上にアモルファスシリコン膜を形成しているが、本発明は係る形態に限らず、例えばウエハ２００の表面上にポリシリコン膜等を形成する場合にも好適に適用可能である。
【００９５】
また例えば、上述の実施形態では、処理室２０１内にガスを供給するノズルをマニホールド２０９と対向する領域に設けたが、本発明は係る形態に限らず、例えば少なくとも一部がヒータ２０６と対向する領域に設けて、シリコン含有ガス、ホウ素含有ガス、不活性ガスをウエハ２００の処理領域にて供給できるようにしても良い。例えばＬ字型のノズルを１つ以上用いて、ガスを供給する位置をウエハ２００の処理領域まで延在させることで、ガスをウエハ２００の近傍で供給することができるようにしても良い。また、マニホールド２０９と対向する領域、又はヒータ２０６と対向する対向する領域のいずれにおいても、ノズルを設けても良い。
【００９６】
また、例えば上述の実施形態では、１つの処理炉２０２により改質工程（Ｓ４０ａ）及び成膜工程（Ｓ４０ｂ）を実施するようにしているが、本発明は係る形態に限らず、それぞれの工程を別々の処理炉にて実施するようにしてもよい。
【００９７】
また例えば、上述したように、本発明に係る処理炉２０２の構成では、シリコン膜をＣＶＤ法に形成する構成としているが、本発明は係る形態に限らず、その他のＣＶＤ膜及びエピタキシャル膜、例えば窒化シリコン膜（ＳｉＮ）膜等を形成する構成に本発明を適用してもよい。
【００９８】
また、例えば上述したように、本発明に係る処理炉２０２の構成では、ウエハ２００を複数枚処理するバッチ式装置として構成されているが、本発明は係る形態に限らず、ウエハ２００を１枚毎に処理する枚様式装置に本発明を適用してもよい。
【００９９】
＜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。
【０１００】
本発明の一態様によれば、
基板が収容される処理室と、
前記処理室内に少なくともシリコン含有ガスを供給するシリコン含有ガス供給系と、
前記処理室内に少なくともホウ素含有ガスを供給するホウ素含有ガス供給系と、
前記基板が収容された前記処理室内に前記ホウ素含有ガス供給系から前記ホウ素含有ガスを供給させ、前記基板の表面を、ホウ素元素が堆積された表面或いはホウ素元素により終端された表面に改質させた後、
前記シリコン含有ガス供給系から前記シリコン含有ガスを供給させると共に、前記ホウ素含有ガス供給系から前記ホウ素含有ガスを供給させ、改質された前記基板の表面上にシリコン膜を形成するよう制御する制御部と、を備える
基板処理装置が提供される。
【０１０１】
好ましくは、
前記基板の表面を改質させる際、ホウ素含有ガスが供給された前記処理室内の圧力を１Ｐａ以上１３３３２２Ｐａ以下の圧力とする。
【０１０２】
また好ましくは、
前記基板の表面を改質させる際、ホウ素含有ガスが供給された前記処理室内の圧力を１
２０Ｐａ以上１３３３２２Ｐａ以下の圧力とする。
【０１０３】
また好ましくは、
前記ホウ素含有ガスは、三塩化ホウ素ガス、ジボランガス、三フッ化ホウ素ガスのいずれかを含む。
【０１０４】
また好ましくは、
前記シリコン含有ガスは、シランガス、ジシランガス、ジクロロシランガスのいずれかを含む。
【０１０５】
また好ましくは、
改質前の前記基板の表面は、シリコン、酸化シリコン、酸化チタンのいずれかにより構成されている。
【０１０６】
また好ましくは、
改質前の前記基板の裏面は、シリコン、酸化シリコン、酸化チタンのいずれかにより構成されている。
【０１０７】
本発明の他の態様によれば、
処理室内に基板を搬入する工程と、
前記処理室内にホウ素含有ガス供給系からホウ素含有ガスを供給し、前記基板の表面を、ホウ素元素が堆積された表面或いはホウ素元素により終端された表面に改質する工程と、
前記処理室内にシリコン含有ガス供給系からシリコン含有ガスを供給させると共に前記ホウ素含有ガス供給系からホウ素含有ガスを供給し、改質された前記基板の表面上にシリコン膜を形成する工程と、
シリコン膜が形成された前記基板を前記処理室外へ搬出する工程と、を有する
半導体装置の製造方法が提供される。
【符号の説明】
【０１０８】
１０ 基板処理装置
２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室
２４０ コントローラ（制御部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が収容される処理室と、
前記処理室内に少なくともシリコン含有ガスを供給するシリコン含有ガス供給系と、
前記処理室内に少なくともホウ素含有ガスを供給するホウ素含有ガス供給系と、
前記基板が収容された前記処理室内に前記ホウ素含有ガス供給系から前記ホウ素含有ガスを供給させ、前記基板の表面を、ホウ素元素が堆積された表面或いはホウ素元素により終端された表面に改質させた後、
前記シリコン含有ガス供給系から前記シリコン含有ガスを供給させると共に、前記ホウ素含有ガス供給系から前記ホウ素含有ガスを供給させ、改質された前記基板の表面上にシリコン膜を形成するよう制御する制御部と、を備える
ことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
処理室内に基板を搬入する工程と、
前記処理室内にホウ素含有ガス供給系からホウ素含有ガスを供給し、前記基板の表面を、ホウ素元素が堆積された表面或いはホウ素元素により終端された表面に改質する工程と、
前記処理室内にシリコン含有ガス供給系からシリコン含有ガスを供給させると共に前記ホウ素含有ガス供給系からホウ素含有ガスを供給し、改質された前記基板の表面上にシリコン膜を形成する工程と、
シリコン膜が形成された前記基板を前記処理室外へ搬出する工程と、を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１】
基板が収容される処理室と、
前記処理室内に少なくともシリコン含有ガスを供給するシリコン含有ガス供給系と、
前記処理室内に少なくともホウ素含有ガスを供給するホウ素含有ガス供給系と、
前記基板が収容された前記処理室内に前記ホウ素含有ガス供給系から前記ホウ素含有ガスを供給させ、前記基板の表面を、ホウ素元素が堆積された表面或いはホウ素元素により終端された表面に改質させた後、
前記シリコン含有ガス供給系から前記シリコン含有ガスを供給させると共に、前記ホウ素含有ガス供給系から前記ホウ素含有ガスを供給させ、改質された前記基板の表面上にシリコン膜を形成するよう制御する制御部と、を備える
ことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
処理室内に基板を搬入する工程と、
前記処理室内にホウ素含有ガス供給系からホウ素含有ガスを供給し、前記基板の表面を、ホウ素元素が堆積された表面或いはホウ素元素により終端された表面に改質する工程と、
前記処理室内にシリコン含有ガス供給系からシリコン含有ガスを供給させると共に前記ホウ素含有ガス供給系からホウ素含有ガスを供給し、改質された前記基板の表面上にシリコン膜を形成する工程と、
シリコン膜が形成された前記基板を前記処理室外へ搬出する工程と、を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１８６２７５（Ｐ２０１２−１８６２７５Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４７６２１（Ｐ２０１１−４７６２１）
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
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