薄膜の形成方法及び成膜装置
【課題】比較的低温でも埋め込み特性が良好で且つ表面ラフネスの精度も向上するアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜のような薄膜を形成することが可能な薄膜の形成方法を提供する。
【解決手段】真空排気が可能になされた処理容器内で被処理体Ｗの表面にシード膜８８と不純物含有のシリコン膜９０を形成する薄膜の形成方法において、処理容器内へアミノシラン系ガスと高次シランの内の少なくともいずれか一方のガスよりなるシード膜用原料ガスを供給してシード膜を形成する第１ステップと、処理容器内へシラン系ガスと不純物含有ガスとを供給してアモルファス状態の前記不純物含有のシリコン膜を形成する第２ステップとを有する。
【解決手段】真空排気が可能になされた処理容器内で被処理体Ｗの表面にシード膜８８と不純物含有のシリコン膜９０を形成する薄膜の形成方法において、処理容器内へアミノシラン系ガスと高次シランの内の少なくともいずれか一方のガスよりなるシード膜用原料ガスを供給してシード膜を形成する第１ステップと、処理容器内へシラン系ガスと不純物含有ガスとを供給してアモルファス状態の前記不純物含有のシリコン膜を形成する第２ステップとを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体の表面にシード膜と薄膜を形成する成膜方法及び成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体集積回路を製造するためにはシリコン基板等よりなる半導体ウエハに対して、成膜処理、エッチング処理、酸化処理、拡散処理、改質処理、自然酸化膜の除去処理等の各種の処理が行なわれる。上記各種の処理の内、例えば成膜処理を例にとって説明すると、例えばＤＲＡＭ等の半導体集積回路の製造過程の途中には、半導体ウエハの表面に形成された絶縁膜にコンタクトホールやスルーホールや配線溝やシリンダ構造のキャパシタのシリンダ溝等の凹部を形成し、この凹部を導電性の薄膜で埋め込むように成膜する成膜工程を行う場合がある。
【０００３】
このような凹部の埋め込み用の薄膜としては、ステップカバレジが比較的良好で、しかもコストも比較的低いことから例えば不純物が含有されたシリコン膜が従来より用いられている。図１９を参照して上記凹部の埋め込みについて説明する。図１９は半導体ウエハの表面に形成された凹部を埋め込む時の一例を示す図である。
【０００４】
図１９（Ａ）に示すように、被処理体として、例えばシリコン基板等よりなる半導体ウエハＷの表面には、例えばＳｉＯ２ 等よりなる下地としての絶縁膜２が薄く形成されており、この絶縁膜２に凹部４が形成されている。この凹部４は、下層や基板自体とのコンタクトを図るコンタクトホールやスルーホールや配線溝やシリンダ構造のキャパシタのシリンダ溝等に相当する。図１９では基板自体とのコンタクトを図るコンタクトホールが一例として示されている。そして、図１９（Ｂ）に示すようにこの半導体ウエハＷの表面に上記凹部４を埋め込むために導電性の薄膜６が形成される。この薄膜６として、上述したように不純物が含有されたシリコン膜が多用されている。
【０００５】
このような薄膜６を形成する成膜方法としては、例えばＳｉＣｌ４ 等の半導体であるシリコンの成分元素を含むガスとＢＣｌ３ 等の不純物元素を含むガスを交互に処理容器内へ供給して１〜１０−６Ｐａ程度の低い圧力の範囲内で不純物を含む単結晶薄膜を形成する成膜方法（特許文献１）や例えばモノシラン（ＳｉＨ４ ）ガスの供給によるポリシリコン層の形成とフォスフィンガスの供給によるリンの吸着層の形成とを交互に行う成膜方法（特許文献２）やモノシランと三塩化硼素（ＢＣｌ３ ）とを同時供給してＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により成膜する方法（特許文献３）等が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−０３４９２８号公報
【特許文献２】特開平０５−２５１３５７号公報
【特許文献３】特開平０８−１５３６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述したような各成膜方法は、微細化の要請がそれ程厳しくなくて設計ルールが比較的緩い場合には、上記したような凹部の埋め込みは良好に行われて、ステップカバレジも良好で高い埋め込み特性を得られていた。しかしながら、最近のように更に微細化の要請が高まって設計ルールがより厳しくなると、十分な埋め込み特性が得られなくなってきた。また、例えば図１９（Ｂ）に示すように、膜中に発生するボイド８の存在が無視できなくなってきている。これは、コンタクト抵抗の増大を引き起こす要因となる。
【０００８】
特に、最近にあっては、上記したような凹部４のホール径が４０ｎｍ以下で、且つアスペクト比が１０以上の厳しい設計ルールも要請されており、上記したような問題点の早期の解決が望まれている。また上記ボイド８の発生の他に、表面ラフネスの精度も低下する、といった問題もあった。
【０００９】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明は、比較的低温でも埋め込み特性が良好で且つ表面ラフネスの精度も向上するシリコン膜やシリコンゲルマニウム膜のような薄膜を形成することが可能な薄膜の形成方法及び成膜装置である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明者らは、アモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の表面ラフネスが、アモルファス状態の不純物含有のシリコン膜のインキュベーション時間に関係するのではないか、と推測した。インキュベーション時間が長くなればなるほど、核のサイズがばらつきやすくなり、核の発生後に堆積が始まるアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の表面ラフネスの精度に影響を与える、との仮定である。
【００１１】
本願発明者らは、以下説明するように、アモルファス状態の不純物含有のシリコン膜のインキュベーション時間の短縮に成功し、その結果、アモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の表面ラフネスの精度をさらに改善すると共に埋め込み特性の向上に成功した。
【００１２】
請求項１に係る発明は、真空排気が可能になされた処理容器内で被処理体の表面にシード膜と不純物含有のシリコン膜を形成する薄膜の形成方法において、前記処理容器内へアミノシラン系ガスと高次シランの内の少なくともいずれか一方のガスよりなるシード膜用原料ガスを供給して前記被処理体の表面に前記シード膜を形成する第１ステップと、前記処理容器内へシラン系ガスと不純物含有ガスとを供給してアモルファス状態の前記不純物含有のシリコン膜を形成する第２ステップとを有するようにしたことを特徴とする薄膜の形成方法である。
【００１３】
このように、真空排気が可能になされた処理容器内で被処理体の表面にシード膜と不純物含有のシリコン膜を形成する薄膜の形成方法において、処理容器内へアミノシラン系ガスと高次シランの内の少なくともいずれか一方のガスよりなるシード膜用原料ガスを供給して被処理体の表面に前記シード膜を形成する第１ステップと、処理容器内へシラン系ガスと不純物含有ガスとを供給してアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜を形成する第２ステップとを有するようにしたので、比較的低温でも埋め込み特性が良好で且つ表面ラフネスの精度を向上するアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜を形成することが可能となる。
【００１４】
請求項５に係る発明は、真空排気が可能になされた処理容器内で被処理体の表面にシード膜とシリコンゲルマニウム膜を形成する薄膜の形成方法において、前記処理容器内へアミノシラン系ガスと高次シランの内の少なくともいずれか一方のガスよりなるシード膜用原料ガスを供給して前記被処理体の表面に前記シード膜を形成する第１ステップと、前記処理容器内へシラン系ガスとゲルマニウム含有ガスとを供給して前記シリコンゲルマニウム膜を形成する第２ステップとを有するようにしたことを特徴とする薄膜の形成方法である。
【００１５】
このように、真空排気が可能になされた処理容器内で被処理体の表面にシード膜とシリコンゲルマニウム膜を形成する薄膜の形成方法において、前記処理容器内へアミノシラン系ガスと高次シランの内の少なくともいずれか一方のガスよりなるシード膜用原料ガスを供給して前記被処理体の表面に前記シード膜を形成する第１ステップと、前記処理容器内へシラン系ガスとゲルマニウム含有ガスとを供給して前記シリコンゲルマニウム膜を形成する第２ステップとを有するようにしたので、比較的低温でも埋め込み特性が良好で且つ表面ラフネスの精度を向上するシリコンゲルマニウム膜を形成することが可能となる。
【００１６】
請求項２７に係る発明は、被処理体の表面に不純物含有の薄膜を形成する成膜装置において、前記被処理体を収容することができる処理容器と、前記処理容器内で前記被処理体を保持する保持手段と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記処理容器内へ必要なガスを供給するガス供給手段と、前記処理容器内の雰囲気を排気する真空排気系と、請求項１乃至２５のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法を実行するように装置全体の動作を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする成膜装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る薄膜の形成方法及び成膜装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１及びこれを引用する請求項に係る発明によれば、真空排気が可能になされた処理容器内で被処理体の表面にシード膜と不純物含有のシリコン膜を形成する薄膜の形成方法において、処理容器内へアミノシラン系ガスと高次シランの内の少なくともいずれか一方のガスよりなるシード膜用原料ガスを供給して被処理体の表面に前記シード膜を形成する第１ステップと、処理容器内へシラン系ガスと不純物含有ガスとを供給してアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜を形成する第２ステップとを有するようにしたので、比較的低温でも埋め込み特性が良好で且つ表面ラフネスの精度を向上するアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜を形成することができる。
【００１８】
請求項５及びこれを引用する請求項に係る発明によれば、真空排気が可能になされた処理容器内で被処理体の表面にシード膜とシリコンゲルマニウム膜を形成する薄膜の形成方法において、前記処理容器内へアミノシラン系ガスと高次シランの内の少なくともいずれか一方のガスよりなるシード膜用原料ガスを供給して前記被処理体の表面に前記シード膜を形成する第１ステップと、前記処理容器内へシラン系ガスとゲルマニウム含有ガスとを供給して前記シリコンゲルマニウム膜を形成する第２ステップとを有するようにしたので、比較的低温でも埋め込み特性が良好で且つ表面ラフネスの精度を向上するシリコンゲルマニウム膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明方法を実施するための成膜装置の第１実施例の一例を示す構成図である。
【図２】本発明方法の第１実施例の第２ステップにおける各ガスの供給態様の一例を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明方法の第１実施例の各工程の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明方法の第１実施例により薄膜が形成される被処理体の一例を示す断面図である。
【図５】ＳｉＨ４ （モノシラン）とＢＣｌ３ との反応過程を模式的に示す図である。
【図６】ボロンドープのアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜を凹部に形成した時の電子顕微鏡写真の模式図である。
【図７】堆積時間とアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の膜厚との関係を示す図である。
【図８】堆積時間とアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の膜厚との関係を示す図である。
【図９】図７中の破線枠Ａ内を拡大した拡大図である。
【図１０】図８中の破線枠Ｂ内を拡大した拡大図である。
【図１１】アモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の膜厚とアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜表面の平均面粗さＲａとの関係を示す図である。
【図１２】アモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の膜厚とアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜表面のヘイズとの関係を示す図である。
【図１３】本発明の成膜装置の第２実施例の一部であるゲルマニウム含有ガス供給手段を示す図である。
【図１４】本発明の第２実施例の第２ステップにおける各ガスの供給態様の一例を示すタイミングチャートである。
【図１５】本発明方法の第２実施例の各工程の例を示すフローチャートである。
【図１６】本発明方法の第２実施例により薄膜が形成される被処理体の一例を示す断面図である。
【図１７】本発明方法の第２実施例の評価を行うための表面ラフネスの結果を示すグラフである。
【図１８】本発明方法の第２実施例を行った時に堆積したシリコンゲルマニウム膜の表面を示す図面代用写真である。
【図１９】半導体ウエハの表面に形成された凹部を埋め込む時の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明に係る薄膜の形成方法及び成膜装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。尚、本明細書においては、アモルファス状態の不純物含有のシリコンを、アモルファス状態の不純物含有のシリコンのみを指す用語ではなく、アモルファス状態の不純物含有のシリコン、本明細書において開示する表面ラフネスの精度を達成できるアモルファス〜ナノサイズの結晶粒が集まったナノ結晶シリコン、及び上記アモルファス状態の不純物含有のシリコンと上記ナノ結晶シリコンとが混在したシリコンの全てを含む用語と定義する。
【００２１】
＜第１実施例＞
図１は本発明方法を実施するための成膜装置の第１実施例の一例を示す構成図である。尚、全図にわたり、共通の部分には共通の参照符号を付す。図示するように、この成膜装置１２は下端が開放された筒体状になされたバッチ式の縦型の処理容器１４を有している。この処理容器１４は、例えば耐熱性の高い石英を用いることができる。
【００２２】
この処理容器１４の天井部には、開口された排気口１６が設けられると共に、この排気口１６に例えば直角に横方向へ屈曲された排気ノズル１８が連設されている。そして、この排気ノズル１８には、途中に圧力制御弁２０や真空ポンプ２２等が介設された真空排気系２４が接続されており、上記処理容器１４内の雰囲気を真空引きして排気出来るようになっている。
【００２３】
上記処理容器１４の下端は、例えばステンレススチール製の筒体状のマニホールド２６によって支持されており、このマニホールド２６の下方より複数枚の被処理体としての半導体ウエハＷを多段に所定のピッチで載置した保持手段としての石英製のウエハボート２８が昇降可能に挿脱自在になされている。上記処理容器１４の下端と上記マニホールド２６の上端との間には、Ｏリング等のシール部材３０が介在されて、この部分の気密性を維持している。本実施例の場合において、このウエハボート２８には、例えば５０〜１００枚程度の直径が３００ｍｍのウエハＷを略等ピッチで多段に支持できるようになっている。尚、上記マニホールド２６の部分を石英により上記処理容器１４側と一体成形する装置例もある。
【００２４】
このウエハボート２８は、石英製の保温筒３２を介してテーブル３４上に載置されており、このテーブル３４は、マニホールド２６の下端開口部を開閉する蓋部３６を貫通する回転軸３８の上端部に支持される。そして、この回転軸３８の上記蓋部３６に対する貫通部には、例えば磁性流体シール４０が介設され、この回転軸３８を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部３６の周辺部とマニホールド２６の下端部には、例えばＯリング等よりなるシール部材４２が介設されており、処理容器１４内のシール性を保持している。
【００２５】
上記した回転軸３８は、例えばボートエレベータ等の昇降機構４４に支持されたアーム４６の先端に取り付けられており、ウエハボート２８及び蓋部３６等を一体的に昇降できるようになされている。尚、上記テーブル３４を上記蓋部３６側へ固定して設け、ウエハボート２８を回転させることなくウエハＷの処理を行うようにしてもよい。
【００２６】
上記処理容器１４の側部には、これを取り囲むようにしてカーボンワイヤ製のヒータよりなる加熱手段４８が設けられており、この内側に位置する上記半導体ウエハＷを加熱し得るようになっている。またこの加熱手段４８の外周には、断熱材５０が設けられており、この熱的安定性を確保するようになっている。そして、上記マニホールド２６には、各種のガスをこの処理容器１４内へ導入して供給するための各種のガス供給手段が設けられている。
【００２７】
具体的には、このマニホールド２６には、上記処理容器１４内へ成膜用のシラン系ガスを供給するシラン系ガス供給手段５２と、処理容器１４内へ不純物含有ガスを供給する不純物含有ガス供給手段５４と、処理容器１４内へアミノシラン系ガスと高次シランの内の少なくともいずれか一方のガスよりなるシード膜用原料ガスを供給するシード膜用原料ガス供給手段８０とがそれぞれ設けられている。また、ここでは、必要に応じてパージガスや圧力調整用ガスを処理容器１４内へ供給する支援ガス供給手段５６も設けられている。ここではパージガスや圧力調整用ガスとしてＮ２ ガスを用いる。尚、このＮ２ ガスに替えてＡｒやＨｅ等の希ガスを用いることができる。また、ここでは上記シード膜用原料ガスとしてアミノシラン系ガスを用いた場合を例にとって説明する。
【００２８】
上記シラン系ガス供給手段５２、不純物含有ガス供給手段５４、支援ガス供給手段５６及びシード膜用原料ガス供給手段８０は、上記マニホールド２６の側壁を貫通させてその先端部を処理容器１４内に臨ませて設けたガスノズル５２Ａ、５４Ａ、５６Ａ及び８０Ａをそれぞれ有している。上記各ガスノズル５２Ａ、５４Ａ、５６Ａ、８０Ａには、それぞれガス通路６２、６４、６６、８２が接続されると共に、各ガス通路６２、６４、６６、８２には、それぞれ開閉弁６２Ａ、６４Ａ、６６Ａ、８２Ａ及びマスフローコントローラのような流量制御器６２Ｂ、６４Ｂ、６６Ｂ、８２Ｂが順次介設されており、シラン系ガスや不純物含有ガスやＮ２ ガスやアミノシラン系ガスをそれぞれ流量制御しつつ流すようになっている。
【００２９】
ここでシラン系ガスとしては、例えばシリコンと水素のみよりなるシラン系ガスを用いることができ、ここでは例えばモノシランを用い、不純物含有ガスとしてはＢＣｌ３ ガスを用い、パージガスや圧力調整用ガスとしてはＮ２ ガスを用い、アミノシラン系ガスとしてはＤＩＰＡＳ（ジイソプロピルアミノシラン）を用いている。尚、シラン系ガスとしては、上述のようにシリコンと水素のみよりなるシラン系ガスを用いることが好ましいが、これに限定されず、少なくともシリコンと水素を含むシラン系ガスならば、全て適用することができる。
【００３０】
そして、この成膜装置には、各ガスの供給開始や供給停止、プロセス温度、プロセス圧力等を制御したり、この成膜装置の全体の動作を制御するために例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御手段７０が設けられている。この制御手段７０は、この成膜装置１２の動作を制御する時に用いるプログラムを記憶するために記憶媒体７２を有している。この記憶媒体７２は、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等よりなる。また図示されていないが、専用回線を用いてユーザインタフェースを介して各種指示、プログラム等を制御手段７０へ入力するようにしてもよい。
【００３１】
＜成膜方法の第１実施例＞
次に、上述のように構成された第１実施例の成膜装置１２を用いて行われる本発明の成膜方法の第１実施例について説明する。以下に説明する各動作は、前述したようにコンピュータよりなる制御手段７０の制御のもとに行われる。
【００３２】
図２は本発明方法の第１実施例の第２ステップにおける各ガスの供給態様の一例を示すタイミングチャート、図３は本発明方法の第１実施例の各工程の一例を示すフローチャート、図４は本発明方法の第１実施例により薄膜が形成される被処理体の一例を示す断面図、図５はＳｉＨ４ （モノシラン）とＢＣｌ３ との反応過程を模式的に示す図である。
【００３３】
本発明方法の第１実施例では、上記処理容器１４内へアミノシラン系ガスと高次シランの内の少なくともいずれか一方のガスよりなるシード膜用原料ガスを供給して上記被処理体Ｗの表面に前記シード膜を形成する第１ステップと、上記処理容器１４内へシラン系ガスと不純物含有ガスとを供給してアモルファス状態の上記不純物含有のシリコン膜を形成する第２ステップとを有するようにしている。そして、上記第２ステップでは、シラン系ガスと不純物含有ガスとを交互に供給する成膜方法と、上記両ガスを同時に供給する成膜方法とがあるが、まず、ここでは両ガスを交互に供給する成膜方法について説明する。すなわち、この第２ステップでは、上記処理容器１４内へシラン系ガスをこのシラン系ガスが上記被処理体Ｗの表面に吸着するような状態で供給する第１のガス供給工程と上記処理容器１４内へ不純物含有ガスを供給する第２のガス供給工程とを交互に繰り返し行うようにした場合について説明する。
【００３４】
第１ステップ８４においては、シード膜用原料ガスであるアミノシラン系ガスとして例えばＤＩＰＡＳを処理容器１４内へ供給することにより被処理体である半導体ウエハＷの表面にシード膜を形成するシード膜形成工程を行う（Ｓ０）。そして、次に、第２ステップ８６へ移行する。尚、第２ステップ８６へ移行する前に処理容器１４内の残留ガスを排除するパージ工程を行うのが好ましい。
【００３５】
第２ステップ８６におけるガスの供給態様を示す図２のタイミングチャートにおいてパルスが立っている部分はガスを供給している状態を示している。具体的には、この第２ステップ８６では、まずシラン系ガスとして例えばＳｉＨ４ （モノシラン）ガスを処理容器１４内へ供給することにより第１のガス供給工程（Ｓ１）を行う（図２（Ａ）参照）。この第１のガス供給工程では、被処理体である半導体ウエハＷの表面にモノシランガスが吸着するような状態で上記モノシランガスを供給する。次に、処理容器１４内に残留するガスを排除するパージ工程（Ｓ２）を行う（図２（Ｃ）参照）。尚、このパージ工程は省略してもよい。
【００３６】
次に、不純物含有ガスとして例えばＢＣｌ３ ガスを処理容器１４内へ供給することにより第２のガス供給工程（Ｓ３）を行う（図２（Ｂ）参照）。これにより、ＢＣｌ３ ガスが上記ウエハＷの表面に吸着していたＳｉＨ４ （モノシラン）と反応して非常に薄い、例えば１原子レベルの厚さのボロン（Ｂ）がドープされたシリコン膜が形成される。
【００３７】
次に再度、処理容器１４内に残留するガスを排除するパージ工程（Ｓ４）を行う（図２（Ｃ）参照）。尚、このパージ工程は省略してもよい。そして、上記した各工程Ｓ１〜Ｓ４よりなる１サイクルを所定のサイクル数だけ繰り返したか否かが判断される（Ｓ５）。ここで、１サイクルとは、第１のガス供給工程Ｓ１を行った後に次の第１のガス供給工程Ｓ１を行うまでの期間として定義される。
【００３８】
上記ステップＳ５で所定のサイクル数に達していない場合には（Ｓ５のＮＯ）、ステップＳ１に戻って所定のサイクル数に達するまでステップＳ１〜Ｓ４が繰り返し行われることになり、ボロンがドープされたアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜が積層されて行く。そして、上記繰り返しが所定のサイクル数に達した場合には（Ｓ５のＹＥＳ）、成膜処理が終了することになる。
【００３９】
実際の処理では、まず、ウエハボート２８に未処理の半導体ウエハＷが多段に支持されており、この状態で予め加熱されている処理容器１４内にその下方より搬入されて密閉状態で収容されている。この半導体ウエハＷの直径は、例えば３００ｍｍであり、ここでは５０〜１００枚程度収容される。この半導体ウエハＷの表面には、前工程において例えば先に図１９を参照して説明したように、下地となる絶縁膜２が形成され、この絶縁膜２にコンタクトホールや配線溝のような凹部４が形成されている。上記下地となる絶縁膜２としては、例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等が用いられる。
【００４０】
上記処理容器１４内の雰囲気は、この成膜処理中は真空排気系２４によって常時真空引きされて圧力調整されている。また、半導体ウエハＷは、ウエハボート２８を回転することによって成膜処理中は所定の回転数で回転されている。そして、上述したように各種のガスが処理容器１４内へ供給されて成膜処理が行われる。
【００４１】
第１ステップ８４では、半導体ウエハＷを加熱した状態で処理容器１４内にアミノシラン系ガスを流すことで、図４（Ａ）に示すように下地である絶縁膜２の表面及び凹部４内の側面や底面を含む全面にシード膜８８を形成する（Ｓ０）。このシード膜８８は、主にシリコンとカーボンと窒素との化合物よりなる。
【００４２】
上記アミノシラン系ガスの例としては、ＢＡＳ（ブチルアミノシラン）、ＢＴＢＡＳ（ビスターシャリブチルアミノシラン）、ＤＭＡＳ（ジメチルアミノシラン）、ＢＤＭＡＳ（ビスジメチルアミノシラン）、ＴＤＭＡＳ（トリジメチルアミノシラン）、ＤＥＡＳ（ジエチルアミノシラン）、ＢＤＥＡＳ（ビスジエチルアミノシラン）、ＤＰＡＳ（ジプロピルアミノシラン）、ＤＩＰＡＳ（ジイソプロピルアミノシラン）、ＨＥＡＤ（ヘキサエチルアミノジシラン）よりなる群から選択される１以上のガスを含むことができる。
また、上記アミノシラン系ガスとしては、分子式中のシリコン（Ｓｉ）が１つとなるものに限られるものではなく、分子式中のシリコンが２つとなるもの、例えば、ヘキサキスエチルアミノジシラン（Ｃ１２Ｈ３６Ｎ６ Ｓｉ２ ）なども用いることができる。
更に、ヘキサキスエチルアミノジシランの他、下記の式（１）〜（４）により表示される物質も用いることができる。
（１） (((R1R2)N)ｎSi２H６−ｎ−ｍ(R3)ｍ …n：アミノ基の数 m：アルキル基の数
（２） ((R1)NH)ｎSi２H６−ｎ−ｍ(R3)ｍ …n：アミノ基の数 m：アルキル基の数
（１）、（２）式において、
R1、R2、R3 ＝ CH３、C２H５、C３H７
R1 ＝ R2 ＝ R3、または同じでなくても良い。
n ＝１〜６の整数
m ＝０、１〜５の整数
（３） (((R1R2)N)ｎSi２H６−ｎ−ｍ(Cl)ｍ …n：アミノ基の数 m：塩素の数
（４） ((R1)NH)ｎSi２H６−ｎ−ｍ(Cl)ｍ …n：アミノ基の数 m：塩素の数
（３）、（４）式において
R1、R2 ＝ CH３、C２H５、C３H７
R1 ＝ R2、または同じでなくても良い。
n ＝１〜６の整数
m ＝０、１〜５の整数
本例では、前述したようにＤＩＰＡＳを用いた。
【００４３】
この第１ステップ８４における処理条件の一例は、
ＤＩＰＡＳ流量： ５００ｓｃｃｍ
処 理 時 間： ５ｍｉｎ
処 理 温 度： ４００℃
処 理 圧 力： ５３．２Ｐａ（０．４Ｔｏｒｒ）
である。
上記処理温度（プロセス温度）は、好ましくは２５（室温）℃〜５５０℃の温度範囲がよく、２５℃よりも低い場合にはシリコン膜形成温度との温度差が大きくなってスループットを低下させてしまい、また５５０℃よりも高い場合にはＤＩＰＡＳの吸着量が１分子層以上となって吸着モードがらＣＶＤモードへ変わるので適切でない。
【００４４】
この第１ステップ８４の工程を、本明細書では以下「プリフロー」とも称す。上記のように第１ステップ８４（シード膜形成工程Ｓ０）が終了したならば、次に第２ステップ８６へ移行する。この第２ステップ８６において、第１のガス供給工程（Ｓ１）では、上記モノシランガスはシラン系ガス供給手段５２のガスノズル５２Ａから流量制御されつつ供給される。このモノシランガスは処理容器１４内を上昇しつつ回転されているウエハＷの表面に吸着することになり、そして、余分なガスは上部の排気口１６及び排気ノズル１８を介して真空排気系２４によって排気されて行く。
【００４５】
この時のプロセス条件は、モノシランガスの流量は例えば１００〜４０００ｓｃｃｍの範囲内で例えば１２００ｓｃｃｍ程度、プロセス圧力は２７〜６６６５Ｐａ（０．２〜５０Ｔｏｒｒ）の範囲内で例えば５３３Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）程度、プロセス温度は３５０〜６００℃の範囲内で例えば４００℃程度、ガスの供給期間Ｔ１は１〜３００ｓｅｃの範囲内で例えば６０ｓｅｃ程度である。
【００４６】
ここで、プロセス温度が３５０℃よりも低いと、ウエハＷの表面にモノシランが吸着し難くなるので好ましくなく、また６００℃よりも温度が高い場合にはモノシランが熱分解してシリコン膜が堆積してしまうので好ましくない。また、プロセス圧力が２７Ｐａよりも低いと、圧力が低過ぎてモノシランの吸着が生じ難くなり好ましくない。また６６６５Ｐａよりも高いと、複数層のモノシランが吸着して膜中のボロンの濃度制御が難しくなるので好ましくない。
【００４７】
この第１のガス供給工程の直後のパージ工程（Ｓ２）では、支援ガス供給手段５６のガスノズル５６ＡよりＮ２ ガスが流量制御されつつ供給される。ここではＮ２ ガスはパージガスとして用いられ、処理容器１４内に残留するモノシランガスを排除するために用いられる。ここでは、このＮ２ ガスはパージ工程の全期間に亘って供給するのではなく、一部の期間、例えば前半の半分の期間だけ供給して後半の半分の期間には供給しないで真空引きのみを継続的に行うようにしている。
【００４８】
この時のプロセス条件に関しては、Ｎ２ ガスの流量は例えば最大５ｓｌｍ程度である。プロセス圧力は２７〜６６６５Ｐａの範囲内、プロセス温度は３５０〜６００℃の範囲内、パージ期間Ｔ２は０〜３００ｓｅｃの範囲内で例えば３０ｓｅｃ程度である。
【００４９】
このパージ工程の後の第２のガス供給工程（Ｓ３）では、上記ＢＣｌ３ ガスは不純物含有ガス供給手段５４のガスノズル５４Ａから流量制御されつつ供給される。これと同時に圧力調整用ガスとしてＮ２ ガスが支援ガス供給手段５６のガスノズル５６Ａから流量制御されつつ供給される（図２（Ｃ）参照）。このＢＣｌ３ ガスとＮ２ ガスは処理容器１４内を上昇し、ＢＣｌ３ ガスはウエハＷの表面に吸着しているモノシランと反応してボロンが含有されたアモルファスのシリコン膜が形成されることになる。そして、余分なガスは上部の排気口１６及び排気ノズル１８を介して真空排気系２４によって排気されて行く。
【００５０】
この時のプロセス条件は、ＢＣｌ３ ガスの流量は例えば１〜５００ｓｃｃｍの範囲内で例えば１００ｓｃｃｍ程度、Ｎ２ ガスの流量は最大５ｓｌｍ程度、プロセス圧力は２７〜６６６５Ｐａ（０．２〜５０Ｔｏｒｒ）の範囲内で例えば５３３Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）程度、プロセス温度は３５０〜６００℃の範囲内で例えば４００℃程度、ガスの供給期間Ｔ３は１〜３００ｓｅｃの範囲内で例えば６０ｓｅｃ程度である。
【００５１】
ここで、プロセス温度が３５０℃よりも低いと、ウエハＷの表面に吸着しているモノシランとＢＣｌ３ との反応が生じ難くなるので好ましくなく、また６００℃よりも温度が高い場合には昇温に時間を要するので好ましくない。尚、成膜時間の短縮のためには、第１ステップと第２ステップとを通じて同一のプロセス温度に設定するのがよい。
【００５２】
この第２のガス供給工程の直後のパージ工程（Ｓ４）では、ステップＳ２のパージ工程と同様に支援ガス供給手段５６のガスノズル５６ＡよりＮ２ ガスが流量制御されつつ供給される。実際には、Ｎ２ ガスは第２のガス供給工程から連続して供給されている。ここではＮ２ ガスはパージガスとして用いられ、処理容器１４内に残留するＢＣｌ３ ガスを排除するために用いられる。ここでは、このＮ２ ガスはパージ工程の全期間に亘って供給するのではなく、一部の期間、例えば前半の半分の期間だけ供給して後半の半分の期間には供給しないで真空引きのみを継続的に行うようにしている。
【００５３】
この時のプロセス条件に関しては、先のステップＳ２のパージ工程と同じである。すなわち、Ｎ２ ガスの流量は例えば最大５ｓｌｍ程度である。プロセス圧力は２７〜６６６５Ｐａの範囲内、プロセス温度は３５０〜６００℃の範囲内、パージ期間Ｔ４は０〜３００ｓｅｃの範囲内で例えば３０ｓｅｃ程度である。
【００５４】
以上のようなステップＳ１〜Ｓ４の各工程よりなる１サイクルが、所定の回数だけ繰り返し行われる。このサイクル数は、成膜すべき目標の膜厚に依存するが、１サイクルで例えば０．２〜０．７ｎｍ程度の膜厚の成膜が行われるので、例えば６０ｎｍ程度の膜厚を必要とするならば、１００サイクル程度実行されることになる。以上のようにして、上記シード膜８８上に不純物としてＢ（ボロン）がドープされた非常に薄い原子レベルの厚さのアモルファスのシリコン膜９０（図４（Ｂ）参照）よりなる薄膜が積層形成されることになり、半導体ウエハＷの表面に形成されている凹部４（図４参照）内を埋め込み性が良好な状態で埋め込むことができる。
【００５５】
ここで上記成膜で生じているボロンドープのアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の成膜過程を図５に示す模式図を参照して説明する。図５はボロンドープのアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の成膜過程を量子化学計算を用いてシミュレーションした時の結果を示す模式図である。各図の下には活性化エネルギー（ｅＶ）が記載してある。ここでは特にＳｉＨ４ （モノシラン）とＢＣｌ３ とを用いた交互供給による低温成膜の可能性をシミュレーションによって検証した。
【００５６】
まず、外部から導入されたＳｉＨ４ （モノシラン）が、半導体ウエハの表面に既に形成されているＳｉ−Ｂ結合に接近すると（図５（Ａ）参照）、Ｂ原子による触媒作用が働き、図５（Ｂ）に示すようにＳｉＨ４ （モノシラン）からＨ２ が除去されることによりＳｉＨ２ が生じ、このＳｉＨ２ がＢ吸着サイトに容易に取り込まれることになる。具体的には、ＳｉＨ２ のＢ吸着サイトへの活性化エネルギーは１．２ｅＶ程度に低下する。尚、Ｂ（ボロン）がない場合には活性化エネルギーは＋２．４ｅＶ程度である。その後は、図５（Ｃ）に示すように、Ｓｉ−Ｓｉ結合が連鎖的に形成されて行くことになる。
【００５７】
以上のことから、従来行われていたようなＳｉＨ４ （モノシラン）だけの単独供給では実用的な成膜が不可能であった３５０℃程度の低温下においても成膜が可能となり、且つガスを交互に供給することによりステップカバレジの良好な薄膜が得られるものと考えられる。
【００５８】
一方、ＳｉＨ４ （モノシラン）のみを用いて行う通常のＣＶＤ法では、実用的な成膜を行うことはほとんど不可能であった。またＳｉ２ Ｈ６ のみを用いたＣＶＤ法ではプロセス温度が４００℃でも成膜は可能であったが、そのステップカバレジは約８０％程度に過ぎず、良好な結果が得られなかった。
【００５９】
このように、真空排気が可能になされた処理容器内で被処理体の表面にシード膜と不純物含有のシリコン膜を形成する薄膜の形成方法において、処理容器内へアミノシラン系ガスと高次シランの内の少なくともいずれか一方のガスよりなるシード膜用原料ガスを供給して被処理体の表面に前記シード膜を形成する第１ステップと、処理容器内へシラン系ガスと不純物含有ガスとを供給してアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜を形成する第２ステップとを有するようにしたので、比較的低温でも埋め込み特性が良好で且つ表面ラフネスの精度を向上するアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜を形成することができる。
【００６０】
＜本発明方法の評価＞
ここで本発明方法を実際に実施して、シード膜上にボロンがドープされたアモルファスのシリコン膜を形成したので、その評価結果について説明する。ここで半導体ウエハとしてシリコン基板を用い、この表面に下地層としてシリコン酸化膜を形成し、このシリコン酸化膜にホール径が５０ｎｍで、アスペクト比が７の凹部を形成した。そして、このシリコン酸化膜上にシード膜８８を形成し、更にその上に不純物としてボロンがドープされたアモルファスのシリコン膜９０を形成した。
【００６１】
成膜方法としては、図３に示す第１ステップ８４及び第２ステップ８６に従って処理を行い、第２ステップ８６では先に図２（Ａ）〜図２（Ｃ）を参照して説明した成膜方法を用いた。シード膜用原料ガスとしてアミノシラン系ガスの一種であるＤＩＰＡＳを用い、シラン系ガスとしてＳｉＨ４ （モノシラン）を用い、不純物含有ガスとしてＢＣｌ３ を用いた。プロセス条件は、ＤＩＰＡＳガスの流量は５００ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４ （モノシラン）ガスの流量は２０００ｓｃｃｍ、ＢＣｌ３ ガスの流量は２００ｓｃｃｍ、Ｎ２ ガスの流量はパージガスとして用いた時は２ｓｌｍ、圧力調整用ガスとして用いた時は１ｓｌｍである。プロセス温度は全体を通して４００℃に設定し、第１のガス供給工程及び第２のガス供給工程におけるプロセス圧力は共に５３３Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）である。第１ステップのシード膜形成工程Ｓ０の時間は５ｍｉｎであり、第２ステップ８６における各工程の時間は、Ｔ１が３０ｓｅｃ、Ｔ２が３０ｓｅｃ、Ｔ３が３０ｓｅｃ、Ｔ４が３０ｓｅｃである。
【００６２】
このようにして、表面がトレンチ構造になされたウエハに対して成膜した結果、６０ｃｙｃｌｅで１８０Åのボロンドープのアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜が得られた。この時の結果を図６に示す。図６はボロンドープのアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜を凹部に形成した時の電子顕微鏡写真の模式図を示す。ここでは凹部の直径は５０ｎｍであり、また、凹部のアスペクト比（Ａ／Ｒ）は”７”である。図中には、凹部内に沿って膜厚の寸法が記載されている。この図６から判断すると、ステップカバレジは９５％以上であって優れた結果が得られた。
【００６３】
尚、上記成膜方法の第１実施例では、図２（Ｃ）に示すようにＮ２ ガスを、パージ工程Ｔ２、Ｔ４ではパージガスとして供給し、第２のガス供給工程では圧力調整用ガスとして供給したが、これに限定されず、以下に説明するように供給するようにしてもよい。図２（Ｄ）〜図２（Ｆ）はＮ２ ガスの供給形態の変形実施例を示す。図２（Ｄ）に示す場合は、図２（Ｃ）に示す場合とは異なり、第２のガス供給工程の前後における両パージ工程において前半の部分でＮ２ ガスを供給せず、後半の部分でＮ２ ガスを供給するようにしている。そして、第２のガス供給工程では図２（Ｃ）の場合と同様にＮ２ ガスを圧力調整用ガスとして供給している。
【００６４】
図２（Ｅ）に示す場合は、第２のガス供給工程の前後の両パージ工程におけるＮ２ ガスの供給形態は図２（Ｃ）に示す場合と同じであり、第２のガス供給工程ではＮ２ ガス（圧力調整用ガス）を供給しないようにしている。尚、図２（Ｄ）に示す場合において、第２のガス供給工程でＮ２ ガスを供給しないようにしてもよい。
【００６５】
図２（Ｆ）に示す場合は、上記とは異なり、第２のガス供給工程の前後の両パージ工程では全部の期間に亘ってＮ２ ガス（パージガス）を供給しないようにし、第２のガス供給工程ではＮ２ ガス（圧力調整用ガス）を図２（Ｃ）に示す場合と同様に供給するようにしている。このように、パージガスや圧力調整用ガスの供給は種々の態様をとることができる。上述のように第２のガス供給工程において圧力調整用ガスを供給する理由は、第１及び第２のガス供給工程間において圧力が大幅に変化するとシリコンのマイグレーションが生じ易くなるためである。また、上記第１ステップ８４及び第２ステップ８６を終了した後に、半導体ウエハＷを加熱することによりアニール処理してもよい。
【００６６】
＜変形例＞
上記実施例では、第２ステップにおいてシラン系ガスと不純物含有ガスとを交互に供給したが、これに限定されず、上記シラン系ガスと不純物含有ガスとを同時に供給するようにしてＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、不純物含有のシリコン膜を形成するようにしてもよい。この場合、プロセス条件は、シラン系ガス（例えばモノシラン）の流量は、１００〜２０００ｓｃｃｍの範囲内、不純物含有ガス（例えばＢＣｌ３ ））の流量は、５０〜２０００ｓｃｃｍの範囲内である。またプロセス圧力は、０．１〜１０Ｔｏｒｒの範囲内、プロセス温度は、３５０〜６００℃の範囲内である。更に、プロセス時間は、必要とする膜厚に依存して長さを決定する。この場合にも、先の実施例と同様な作用効果を発揮することができる。
【００６７】
＜下地（絶縁膜２）の種類とシード膜の有無の評価＞
次に、下地（絶縁膜２）の種類とシード膜の有無に関する評価実験を行ったので、その評価結果について説明する。ここでは、先の成膜方法に従って、下地である絶縁膜２の表面にシード膜用原料ガスとしてアミノシラン系ガスをプリフローしてシード膜８８を形成した後、シード膜８８上に不純物のドープされたアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜９０を形成した。
【００６８】
図７及び図８に、堆積時間とアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜９０の膜厚との関係を示す。図７は下地である絶縁膜２をシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）とした場合で、図８は下地である絶縁膜２をシリコン窒化膜（ＳｉＮ）とした場合である。アモルファス状態の不純物含有のシリコン膜９０の膜厚は、堆積時間を３０ｍｉｎとしたとき、４５ｍｉｎとしたとき、及び６０ｍｉｎとしたときの３点で測定した。
【００６９】
図７及び図８中の線Ｉ、ＩＩＩはプリフロー有りの場合、線ＩＩ、ＩＶはプリフロー無し（シード膜８８無し）の場合の結果を示している。線Ｉ〜ＩＶは、測定された３つの膜厚を最小二乗法で直線近似した直線であり、式は次の通りである。
【００７０】
線Ｉ ： ｙ ＝ 17.572ｘ − 20.855 …（１）
線ＩＩ： ｙ ＝ 17.605ｘ − 34.929 …（２）
線ＩＩＩ： ｙ ＝ 18.011ｘ − 27.739 …（３）
線ＩＶ ： ｙ ＝ 18.091ｘ − 41.277 …（４）
図７及び図８に示すように、プリフロー有りの場合、プリフロー無しに比較してアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜９０の膜厚が増す傾向が明らかとなった。
【００７１】
上記（１）〜（４）式をｙ＝０、即ちアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の膜厚を“０”としたとき、線Ｉ〜ＩＶと堆積時間との交点を求めたものを図９及び図１０に示す。なお、図９は図７中の破線枠Ａ内を拡大した拡大図、図１０は図８中の破線枠Ｂ内を拡大した拡大図に相当する。
【００７２】
図９に示すように、下地である絶縁膜２がプリフロー有りのシリコン酸化膜のとき、アモルファス状態の不純物含有のシリコン膜９０の堆積が、処理開始から約１．２ｍｉｎ（ｘ≒１．１８９）から始まる。これに対して、プリフロー無しのシリコン酸化膜のときには、アモルファス状態の不純物含有のシリコン膜９０の堆積が、処理開始から約２．０ｍｉｎ（ｘ≒１．９８４）から始まる。
【００７３】
また、図１０に示すように、下地である絶縁膜２がプリフロー有りのシリコン窒化膜のとき、アモルファス状態の不純物含有のシリコン膜９０の堆積が、処理開始から約１．５ｍｉｎ（ｘ≒１．５４０）から始まるのに対して、プリフロー無しのシリコン窒化膜のときには、アモルファス状態の不純物含有のシリコン膜９０の堆積が、処理開始から約２．３ｍｉｎ（ｘ≒２．２８２）から始まる。
【００７４】
このように、下地である絶縁膜２に対してアミノシラン系ガスのプリフローを行ってシード膜８８を形成することで、インキュベーション時間を、下地である絶縁膜２がシリコン酸化膜の場合には約２．０ｍｉｎから約１．２ｍｉｎに、下地である絶縁膜２がシリコン窒化膜の場合には約２．３ｍｉｎから約１．５ｍｉｎに短縮することができた。
【００７５】
また、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によるアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の表面を観察したところ（下地はシリコン酸化膜）、アミノシラン系ガスのプリフロー有りの場合は、プリフロー無しに比較してアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の表面が滑らかとなり、表面ラフネスが改善されていることが明らかとなった。
【００７６】
図１１に、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて測定したアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜表面の平均面粗さ（表面ラフネス）Ｒａを示す。図１１に示す結果においては、ＡＦＭのスキャンサイズを１μｍ、スキャンレートを１．９９３Ｈｚに設定した。
【００７７】
図１１に示すように、アミノシラン系ガスのプリフロー有りの場合には、プリフロー無しに比較して、平均面粗さ（表面ラフネス）Ｒａが０．１０１〜０．１５７ｎｍ改善されていることが分かった。このＡＦＭによる測定結果から、本発明に係るアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の成膜方法は、特に、アモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の膜厚が薄い場合に、プリフロー無しに比較して平均面粗さ（表面ラフネス）Ｒａの改善効果が高いことが判明した。
【００７８】
例えば、膜厚が約５０ｎｍのアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜においては、プリフロー無しの場合は、Ｒａ＝０．４１１であったのに対し、プリフロー有りの場合にはＲａ＝０．２５４と、Ｒａが０．１５７ｎｍ改善されている。この結果は、本発明に係るアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の成膜方法が、例えば、半導体装置の微細化が進展すれば進展するほど、有効であることを示している。
【００７９】
図１２に、表面検査装置を用いて測定したアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜表面のヘイズ（Ｈａｚｅ）を示す。図１２に示すヘイズは、ＤＷＯモード（Dark Field Wide Oblique）でのヘイズである。図１２に示すように、アミノシラン系ガスのプリフロー有りの場合は、プリフロー無しに比較して、膜厚５０ｎｍ以上膜厚１００ｎｍ以下の範囲においてヘイズが約２．１ｐｐｍ改善されていることが分かった。
【００８０】
以上、走査型電子顕微鏡、原子間力顕微鏡、及び表面検査装置を用いての観察、並びに測定結果から、本発明に係るアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の成膜方法は、シード膜用原料ガスとしてアミノシラン系ガスを用いて半導体ウエハの下地の表面をプリフローしてシード膜８８を形成した後、アミノシラン系ガスをシード膜８８上に供給して熱分解させることで、表面ラフネスの精度が高い、即ち、表面ラフネスが小さいアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜９０を形成することができる。
【００８１】
このようなアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜９０は、例えば、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を含む層間絶縁膜中に形成されたコンタクトホールの埋め込みや、層間絶縁膜中に形成されたライン、例えば、内部配線用の溝の埋め込みに有用である。
【００８２】
＜第２実施例＞
次に、本発明の第２実施例について説明する。先の第１実施例にあっては、第２ステップで不純物含有のシリコン膜９０を形成する場合について説明したが、この第２実施例では上記不純物含有のシリコン膜９０に替えてシリコンゲルマニウム膜（ＳｉＧｅ膜）を形成するようにしている。第１ステップでシード膜８８を形成する点は、先の第１実施例の場合と同じである。
【００８３】
図１３は本発明の成膜装置の第２実施例の一部であるゲルマニウム含有ガス供給手段を示す図、図１４は本発明の第２実施例の第２ステップにおける各ガスの供給態様の一例を示すタイミングチャート、図１５は本発明方法の第２実施例の各工程の例を示すフローチャート、図１６は本発明方法の第２実施例により薄膜が形成される被処理体の一例を示す断面図である。
【００８４】
ここではシリコンゲルマニウム膜を形成するために、先に図１を参照して説明した成膜装置１２に、図１３に示すようなゲルマニウム含有ガス供給手段１３０を追加で設けるようにすればよい。このゲルマニウム含有ガス供給手段１３０は、マニホールド２６を貫通させて設けたガスノズル１３０Ａを有し、このガスノズル１３０Ａにはガス通路１３２が接続されると共に、このガス通路１３２には、開閉弁１３２Ａ及びマスフローコントローラのような流量制御器１３２Ｂが順次介設されており、ゲルマニウム含有ガスを流量制御しつつ流すようになっている。このゲルマニウム含有ガスとしては、例えばモノゲルマン（ＧｅＨ４ ）を用いることができるが、これに限定されず、モノゲルマン、Ｇｅ２ Ｈ６ よりなる群から選択される１以上のガスを用いることができる。
【００８５】
上記シリコンゲルマニウム膜中のゲルマニウムの濃度は、０％よりも大きく、１００％よりも小さければ、どのような値でもよく、好ましくは１０〜９０％の範囲内である。尚、このシリコンゲルマニウム膜中には、不純物を含めてもよいし、或いは含めなくてもよい。このシリコンゲルマニウム膜中に不純物を含めない場合には、上述したような成膜装置例において不純物含有ガス供給手段５４（図１参照）は不要になるのは勿論である。
【００８６】
＜成膜方法の第２実施例＞
図１に示す成膜装置１２に上記ゲルマニウム含有ガス供給手段１３０を追加して設けた成膜装置により行われる成膜方法の第２実施例では、上記処理容器１４内へアミノシラン系ガスと高次シランの内の少なくともいずれか一方のガスよりなるシード膜用原料ガスを供給して上記被処理体の表面に上記シード膜を形成する第１ステップ８４と、上記処理容器１４内へシラン系ガスとゲルマニウム含有ガスとを供給して上記シリコンゲルマニウム膜を形成する第２ステップ１３４とを有するようにしている。
【００８７】
この場合、上述のように上記シリコンゲルマニウム膜中には不純物を含めるようにしてもよいし、含めなくてもよい。上記シリコンゲルマニウム膜中に不純物を含める場合には、シラン系ガスとゲルマニウム含有ガスの両ガスの供給と不純物含有ガスの供給とを交互に行なうようにしてもよいし、上記シラン系ガスとゲルマニウム含有ガスと不純物含有ガスとを同時に供給するようにしてもよい。
【００８８】
ここでは、まず一例として、シラン系ガスとゲルマニウム含有ガスの両ガスの供給と不純物含有ガスの供給とを交互に行なうようにした場合について説明する。すなわち、第２ステップでは、図１５に示すように、上記処理容器１４内へシラン系ガスとゲルマニウム含有ガスとを、上記シラン系ガスと上記ゲルマニウム含有ガスとが上記被処理体Ｗの表面に吸着するような状態で供給する第１のガス供給工程と上記処理容器１４内へ不純物含有ガスを供給する第２のガス供給工程とを交互に繰り返し行うことにより不純物の含有されたシリコンゲルマニウム膜を形成するようにしている。
【００８９】
第１ステップ８４では、図３に示す第１実施例の第１ステップ８４と全く同様にしてシード膜８８（図１６参照）を形成する。第２ステップ１３４では、第１のガス供給工程Ｓ１でシラン系ガスを流していたことに加えてゲルマニウム含有ガスも流すようにした点が異なる他は、他の各工程Ｓ２〜Ｓ５に関しては全て図３に示す第１実施例の場合と同じである。
【００９０】
すなわち、この第２ステップ１３４では、図１４に示すように、ゲルマニウム含有ガス（図１４（Ｄ）参照）を、図１４（Ａ）のシラン系ガスと同期させて同時に流すようにしている。尚、不純物含有ガス（図１４（Ｂ））及びパージガス、圧力調整用ガス（図１４（Ｃ））の供給態様は、図２を参照して説明した場合と全て同じであり、また、その変形の態様も適用される。
【００９１】
上述のように、第２ステップ１３４の第１のガス供給工程Ｓ１でモノシランガスとモノゲルマンガスとを同時に供給して半導体ウエハＷの表面に両ガスが吸着するような状態とする。これにより、最終的には、図１６（Ｂ）に示すようにボロンがドープされた不純物含有のシリコンゲルマニウム膜１３６が積層されて形成されることになる。このシリコンゲルマニウム膜１３６は、アモルファスの状態でもよいし、単結晶或いは多結晶の状態でもよい。
【００９２】
上記第２ステップ１３４の第１のガス供給工程Ｓ１のモノゲルマンガスの流量は、１０〜２０００ｓｃｃｍの範囲内である。プロセス温度、プロセス圧力、ガス供給時間Ｔ１も第１実施例の場合と同じである。例えばモノシランガスの流量は例えば１００〜４０００ｓｃｃｍの範囲内で例えば１２００ｓｃｃｍ程度、プロセス圧力は２７〜６６６５Ｐａ（０．２〜５０Ｔｏｒｒ）の範囲内で例えば５３３Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）程度、プロセス温度は３５０〜６００℃の範囲内で例えば４００℃程度、ガスの供給期間Ｔ１は１〜３００ｓｅｃの範囲内で例えば６０ｓｅｃ程度である。また、図２（Ｄ）〜図２（Ｆ）に示すようなＮ２ ガスの供給形態の変形実施例も、この第２実施例において適用できるのは勿論である。
【００９３】
このようにして、上記シード膜８８上に非常に薄い原子レベルの厚さのシリコンゲルマニウム膜１３６（図１６（Ｂ）参照）よりなる薄膜が積層形成されることになり、半導体ウエハＷの表面に形成されている凹部４（図１６参照）内を埋め込み性が良好な状態で埋め込むことができる。ここでは、上述のように、シリコンゲルマニウム膜１３６中には不純物としてＢ（ボロン）がドープされている。
【００９４】
このように、真空排気が可能になされた処理容器１４内で被処理体の表面にシード膜８８とシリコンゲルマニウム膜１３６を形成する薄膜の形成方法において、処理容器１４内へアミノシラン系ガスと高次シランの内の少なくともいずれか一方のガスよりなるシード膜用原料ガスを供給して被処理体の表面に前記シード膜８８を形成する第１ステップ８４と、処理容器１４内へシラン系ガスとゲルマニウム含有ガスとを供給してシリコンゲルマニウム膜１３６を形成する第２ステップとを有するようにしたので、比較的低温でも埋め込み特性が良好で且つ表面ラフネスの精度を向上するシリコンゲルマニウム膜を形成することができる。
【００９５】
＜変形例１＞
上記実施例では、第２ステップにおいてシラン系ガス及びゲルマニウム含有ガスと不純物含有ガスとを交互に供給したが、これに限定されず、上記シラン系ガスとゲルマニウム含有ガスと不純物含有ガスとを同時に供給するようにしてＣＶＤ法により、不純物が含有されたシリコンゲルマニウム膜を形成するようにしてもよい。この場合、プロセス条件は、シラン系ガス（例えばモノシラン）の流量は、１００〜２０００ｓｃｃｍの範囲内、ゲルマニウム含有ガス（例えばモノゲルマン）の流量は、１００〜２０００ｓｃｃｍの範囲内、不純物含有ガス（例えばＢＣｌ３ ））の流量は、５０〜５００ｓｃｃｍの範囲内である。またプロセス圧力は、０．１〜１０Ｔｏｒｒの範囲内、プロセス温度は、３５０〜６００℃の範囲内である。更に、プロセス時間は、必要とする膜厚に依存して長さを決定する。この場合にも、先の実施例と同様な作用効果を発揮することができる。
【００９６】
＜変形例２＞
上記変形例１では、第２ステップにおいて上記シラン系ガスとゲルマニウム含有ガスと不純物含有ガスとを同時に供給するようにしたが、これに限定されず、先に説明したように不純物含有ガスを供給しないで上記シラン系ガスとゲルマニウム含有ガスとを同時に供給してＣＶＤ法により、不純物を含まないシリコンゲルマニウム膜を形成するようにしてもよい。この場合、プロセス条件は、シラン系ガス（例えばモノシラン）の流量は、１００〜２０００ｓｃｃｍの範囲内、ゲルマニウム含有ガス（例えばモノゲルマン）の流量は、１００〜２０００ｓｃｃｍの範囲内である。またプロセス圧力は、０．１〜１０Ｔｏｒｒの範囲内、プロセス温度は、３５０〜６００℃の範囲内である。更に、プロセス時間は、必要とする膜厚に依存して長さを決定する。この変形例２では、前述したように不純物含有ガス供給手段５４（図１参照）は不要になるのは勿論である。この場合にも、先の実施例と同様な作用効果を発揮することができる。
【００９７】
＜本発明方法の第２実施例の評価＞
ここで、前述したような本発明方法の第２実施例について実験を行ったので、その評価結果について説明する。図１７は本発明方法の第２実施例の評価を行うための表面ラフネスの結果を示すグラフ、図１８は本発明方法の第２実施例を行った時に堆積したシリコンゲルマニウム膜の表面を示す図面代用写真である。ここでは、シリコン酸化膜上にシード膜を形成し、このシード膜上に上記変形例２のようにしてＣＶＤ成膜により不純物を含まないシリコンゲルマニウム膜を形成した。プロセス条件は、先の本発明方法の第２実施例で説明したプロセス条件を用いた。プロセス温度については、４００℃、４３０℃、４５０℃の３点について行った。
【００９８】
また、比較のためにシリコン酸化膜上に、シード膜を形成することなくシリコンゲルマニウム膜を直接的に成膜した比較実験についても行い、比較例とした。この時のプロセス温度は４３０℃と４５０℃の２点について行った。図１７中の”ａｓ ｄｅｐ”はシリコンゲルマニウム膜を成膜した直後の状態を示し、”ＰＤＡ”（Ｐｏｓｔ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ａｎｎｅａｌ）は、ポストデポジションアニールを示す。
【００９９】
また図１８の写真は電子顕微鏡により求めた。図１７に示すように、シード膜無しの比較例の場合には、シリコンゲルマニウム膜の表面ラフネスは８ｎｍ以上であって表面ラフネスが大きく、図１８に示す写真からも明らかなように、表面に大きな凹凸が見られて好ましくない。
【０１００】
これに対して、本発明方法の第２実施例のシード膜有りの場合には、４００〜４５０℃の全範囲に亘って表面ラフネスは１ｎｍ以下であって非常に小さく、図１８に示す写真からも明らかなように、表面が非常に平滑になっており、好ましい状況になっているのが理解できる。
【０１０１】
尚、上記成膜方法の各実施例では、Ｎ２ ガスを間欠的に供給するようにしているが、これに限定されず、成膜処理の全体に亙ってＮ２ ガスを連続的に供給して圧力が大きく変動しないようにしてもよい。
【０１０２】
また、上記成膜方法の各実施例では、各パージ工程のパージガスや第２のガス供給工程の圧力調整用ガスとしてＮ２ ガスを用いるようにしたが、これに替えてＡｒやＨｅ等の希ガスを用いてもよい。更には、上記各実施例では、各パージ工程のパージガスや第２のガス供給工程の圧力調整用ガスとしてＮ２ ガスを用いるようにしたが、上記Ｎ２ ガスや希ガスに替えて、或いはこれらのガスと共に混合させてＨ２ （水素）ガスを用いるようにしてもよい。特にＨ２ ガスを用いると、このＨ２ ガスはシリコンに対してマイグレーションを抑制するように作用するので、シリコン膜やシリコンゲルマニウム膜が微粒化して付着することを防止して、埋め込み特性を一層向上させることが可能となる。
【０１０３】
また、上記成膜方法の各実施例では、主に第２のガス供給工程において圧力調整用ガスを供給するようにしたが、これに替えて、或いはこれと共に第１のガス供給工程においても圧力調整用ガスを供給するようにしてもよい。また、上記成膜方法の各実施例では、シラン系ガスとしてモノシランを用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、モノシラン及び高次シランとよりなる群から選択される１以上のガス種を用いることができる。
【０１０４】
また、上記成膜方法の各実施例では、不純物（ドーパント）を含有させるためにＢＣｌ３ ガスを用いたが、これに限定されず、上記不純物含有ガスは、ＢＣｌ３ 、ＰＨ３ 、ＰＦ３ 、ＡｓＨ３ 、ＰＣｌ３ 、Ｂ２ Ｈ６ よりなる群から選択される１以上のガス種を用いることができ、種々の不純物をドープさせるようにしてもよい。
【０１０５】
また、シード膜８８は、厚くするとアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜９０やシリコンゲルマニウム膜１３６の膜厚を増加させ、半導体装置の微細化を損なうことになる。また、シード膜８８は、アモルファス状態の不純物含有のシリコンの核やシリコンゲルマニウムの核を均一に発生させるものである。このため、シード膜８８の厚さは薄いことが望ましく、好ましくは単原子層レベルの厚さ程度であることが良い。具体的なシード膜８８の厚さを言及すれば、０．１ｎｍ以上５．０ｎｍ以下であることが良い。
【０１０６】
また、アミノシラン系ガスとしては１価のアミノシラン系ガス、例えば、ＤＩＰＡＳ（ジイソプロピルアミノシラン）が良い。さらに、アミノシランは分解させないで、例えば、下地である絶縁膜８２上に、吸着させるようにすることが良い。例えば、ＤＩＰＡＳは４５０℃以上で熱分解する。アミノシランが熱分解されると、成膜される膜中に炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）などの不純物が巻き込まれてしまうことがある。アミノシランは分解させずに、例えば、下地である絶縁膜８２上に吸着させるようにすることで、成膜される膜中に不純物が巻き込まれてしまう事情を抑制できる、という利点を得ることができる。
【０１０７】
また、アモルファス状態の不純物含有のシリコン膜９０及びシリコンゲルマニウム膜１３６の厚さは、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましいが、例えば、５０ｎｍ以下１ｎｍ以上の範囲の厚さとすることも可能である。上記成膜方法としては、上述したように２種類のガスの単なる交互供給であってもよいし、原子レベル或いは分子レベルの厚さの薄膜を積層させる、いわゆるＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方法であってもよい。更には、シラン系ガスの供給は、非飽和吸着で且つ不純物含有ガスの供給は、飽和吸着であってもよい。
【０１０８】
また、上記各実施例では、第１ステップにおいては、シード膜用原料ガスとしてアミノシラン系ガスを用いた場合を例にとって説明したが、前述したようにシード膜用原料ガスとしてアミノシラン系ガスと高次シランの内の少なくともいずれか一方のガスを用いることができる。例えばシード膜用原料ガスとして高次シランを用いた場合には（アミノシラン系ガスは用いず）、シード膜の形成時のプロセス温度は例えば４００℃程度で行い、シード膜は約１〜２ｎｍの厚さで形成する。この場合、シード膜の表面ラスネスも比較的良好であって連続膜の状態となっている。
【０１０９】
また、シード膜用原料ガスとしてアミノシラン系ガスを用いた場合には（高次シランは用いず）、アミノシラン系ガスは供給時間に対して膜厚が増加しない範囲で用いるため、１分子層（約０．１〜０．５ｎｍ）程度のシード膜の膜厚として使用することができる。この場合のプロセス温度は例えば２５〜５５０℃程度であり、上記高次シランを用いたシード膜形成時の場合よりも低温でのシード膜の形成も可能となる。
【０１１０】
また、第１ステップでは、上述したように、シード膜用原料ガスとしてアミノシラン系ガスと高次シランとを用いることができる。具体的には、最初に上記アミノシラン系ガスを流し、次に上記高次シランを流すようにした第１態様、最初に上記アミノシラン系ガスを流す工程と、次に上記高次シランを流すようにした工程とよりなる１シーケンスを複数シーケンス行なうようにした第２態様及び、上記アミノシラン系ガスと上記高次シランとを同時に流すようにした第３態様がある。
【０１１１】
上記第１態様、すなわち上記アミノシラン系ガスと上記高次シランとを交互に１回ずつ流すようにした態様の場合には、高次シランの単独フローで形成したシード膜よりも表面ラスネスが良好な連続膜としてのシード膜を得ることができる。また、上記第２態様、すなわち上記アミノシラン系ガスと上記高次シランとを交互に複数回繰り返して流す態様の場合には、上記第１の態様よりも厚い連続膜としてのシード膜を得ることができる。
また、上記第３態様の場合には、短時間でのシード膜の形成が可能であり、生産性において有利である。
【０１１２】
また、上記本発明においては、第１ステップ及び第２ステップで用いることができる上記高次シランとしては、例えば、Ｓｉｍ Ｈ２ｍ＋２（ただし、ｍは２以上の自然数）の式で表されるシリコンの水素化物が、
ジシラン（Ｓｉ２ Ｈ６ ）
トリシラン（Ｓｉ３ Ｈ８ ）
テトラシラン（Ｓｉ４ Ｈ１０）
ペンタシラン（Ｓｉ５ Ｈ１２）
ヘキサシラン（Ｓｉ６ Ｈ１４）
ヘプタシラン（Ｓｉ７ Ｈ１６）
の少なくとも一つから選ばれることが良い。
【０１１３】
更に高次シランとしては、例えば、Ｓｉｎ Ｈ２ｎ（ただし、ｎは３以上の自然数）の式で表されるシリコンの水素化物が、
シクロトリシラン（Ｓｉ３ Ｈ６ ）
シクロテトラシラン（Ｓｉ４ Ｈ８ ）
シクロペンタシラン（Ｓｉ５ Ｈ１０）
シクロヘキサシラン（Ｓｉ６ Ｈ１２）
シクロヘプタシラン（Ｓｉ７ Ｈ１４）
の少なくとも一つから選ばれることが良い。
ここで、第１ステップでシード膜用原料ガスとして、高次シランを用いる場合には、アミノシラン系ガスの供給系に替えて、或いはこれと共に高次シランガスの供給系を設けるようにする。また、第１ステップ及び第２ステップで、それぞれ高次シランを用いる場合には、例えば１つのシラン系ガス供給手段５２で兼用できるのは勿論である。
【０１１４】
また、ここでは図１に示すように、処理容器１４が一重となっている単管式のバッチ型の成膜装置を例にとって説明したが、これに限定されず、処理容器１４が内筒と外筒とよりなる二重管式のバッチ型の成膜装置にも本発明を適用することができる。更には、ガスノズル５２Ａ、５４Ａ、５６Ａ、８０Ａはその先端のみからガスを放出する直管式のガスノズルを用いているが、これに限定されず、処理容器１４の長さ方向に沿って配置したガス管に対して所定のピッチで複数のガス噴射孔を設けて各ガス噴射孔からガスを噴射するようにした、いわゆる分散型のガスノズルを用いてもよい。
【０１１５】
更には、ここでは上述のように一度に複数枚の半導体ウエハＷを処理するバッチ式の成膜装置を例にとって説明したが、これに限定されず、半導体ウエハＷを１枚ずつ処理する、いわゆる枚葉式の成膜装置にも本発明を適用することができるのは勿論である。
【０１１６】
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、この半導体ウエハにはシリコン基板やＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体基板も含まれ、更にはこれらの基板に限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【０１１７】
１２ 成膜装置
１４ 処理容器
２８ ウエハボート（保持手段）
４８ 加熱手段
５２ シラン系ガス供給手段
５４ 不純物含有ガス供給手段
５６ 支援ガス供給手段
７０ 制御手段
８０ シード膜用原料ガス供給手段
８４ 第１ステップ
８６ 第２ステップ
８８ シード膜
９０ アモルファス状態の不純物含有のシリコン膜
１３０ ゲルマニウム含有ガス供給手段
１３４ 第２ステップ
１３６ シリコンゲルマニウム膜
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体の表面にシード膜と薄膜を形成する成膜方法及び成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体集積回路を製造するためにはシリコン基板等よりなる半導体ウエハに対して、成膜処理、エッチング処理、酸化処理、拡散処理、改質処理、自然酸化膜の除去処理等の各種の処理が行なわれる。上記各種の処理の内、例えば成膜処理を例にとって説明すると、例えばＤＲＡＭ等の半導体集積回路の製造過程の途中には、半導体ウエハの表面に形成された絶縁膜にコンタクトホールやスルーホールや配線溝やシリンダ構造のキャパシタのシリンダ溝等の凹部を形成し、この凹部を導電性の薄膜で埋め込むように成膜する成膜工程を行う場合がある。
【０００３】
このような凹部の埋め込み用の薄膜としては、ステップカバレジが比較的良好で、しかもコストも比較的低いことから例えば不純物が含有されたシリコン膜が従来より用いられている。図１９を参照して上記凹部の埋め込みについて説明する。図１９は半導体ウエハの表面に形成された凹部を埋め込む時の一例を示す図である。
【０００４】
図１９（Ａ）に示すように、被処理体として、例えばシリコン基板等よりなる半導体ウエハＷの表面には、例えばＳｉＯ２ 等よりなる下地としての絶縁膜２が薄く形成されており、この絶縁膜２に凹部４が形成されている。この凹部４は、下層や基板自体とのコンタクトを図るコンタクトホールやスルーホールや配線溝やシリンダ構造のキャパシタのシリンダ溝等に相当する。図１９では基板自体とのコンタクトを図るコンタクトホールが一例として示されている。そして、図１９（Ｂ）に示すようにこの半導体ウエハＷの表面に上記凹部４を埋め込むために導電性の薄膜６が形成される。この薄膜６として、上述したように不純物が含有されたシリコン膜が多用されている。
【０００５】
このような薄膜６を形成する成膜方法としては、例えばＳｉＣｌ４ 等の半導体であるシリコンの成分元素を含むガスとＢＣｌ３ 等の不純物元素を含むガスを交互に処理容器内へ供給して１〜１０−６Ｐａ程度の低い圧力の範囲内で不純物を含む単結晶薄膜を形成する成膜方法（特許文献１）や例えばモノシラン（ＳｉＨ４ ）ガスの供給によるポリシリコン層の形成とフォスフィンガスの供給によるリンの吸着層の形成とを交互に行う成膜方法（特許文献２）やモノシランと三塩化硼素（ＢＣｌ３ ）とを同時供給してＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により成膜する方法（特許文献３）等が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−０３４９２８号公報
【特許文献２】特開平０５−２５１３５７号公報
【特許文献３】特開平０８−１５３６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述したような各成膜方法は、微細化の要請がそれ程厳しくなくて設計ルールが比較的緩い場合には、上記したような凹部の埋め込みは良好に行われて、ステップカバレジも良好で高い埋め込み特性を得られていた。しかしながら、最近のように更に微細化の要請が高まって設計ルールがより厳しくなると、十分な埋め込み特性が得られなくなってきた。また、例えば図１９（Ｂ）に示すように、膜中に発生するボイド８の存在が無視できなくなってきている。これは、コンタクト抵抗の増大を引き起こす要因となる。
【０００８】
特に、最近にあっては、上記したような凹部４のホール径が４０ｎｍ以下で、且つアスペクト比が１０以上の厳しい設計ルールも要請されており、上記したような問題点の早期の解決が望まれている。また上記ボイド８の発生の他に、表面ラフネスの精度も低下する、といった問題もあった。
【０００９】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明は、比較的低温でも埋め込み特性が良好で且つ表面ラフネスの精度も向上するシリコン膜やシリコンゲルマニウム膜のような薄膜を形成することが可能な薄膜の形成方法及び成膜装置である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明者らは、アモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の表面ラフネスが、アモルファス状態の不純物含有のシリコン膜のインキュベーション時間に関係するのではないか、と推測した。インキュベーション時間が長くなればなるほど、核のサイズがばらつきやすくなり、核の発生後に堆積が始まるアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の表面ラフネスの精度に影響を与える、との仮定である。
【００１１】
本願発明者らは、以下説明するように、アモルファス状態の不純物含有のシリコン膜のインキュベーション時間の短縮に成功し、その結果、アモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の表面ラフネスの精度をさらに改善すると共に埋め込み特性の向上に成功した。
【００１２】
請求項１に係る発明は、真空排気が可能になされた処理容器内で被処理体の表面にシード膜と不純物含有のシリコン膜を形成する薄膜の形成方法において、前記処理容器内へアミノシラン系ガスと高次シランの内の少なくともいずれか一方のガスよりなるシード膜用原料ガスを供給して前記被処理体の表面に前記シード膜を形成する第１ステップと、前記処理容器内へシラン系ガスと不純物含有ガスとを供給してアモルファス状態の前記不純物含有のシリコン膜を形成する第２ステップとを有するようにしたことを特徴とする薄膜の形成方法である。
【００１３】
このように、真空排気が可能になされた処理容器内で被処理体の表面にシード膜と不純物含有のシリコン膜を形成する薄膜の形成方法において、処理容器内へアミノシラン系ガスと高次シランの内の少なくともいずれか一方のガスよりなるシード膜用原料ガスを供給して被処理体の表面に前記シード膜を形成する第１ステップと、処理容器内へシラン系ガスと不純物含有ガスとを供給してアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜を形成する第２ステップとを有するようにしたので、比較的低温でも埋め込み特性が良好で且つ表面ラフネスの精度を向上するアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜を形成することが可能となる。
【００１４】
請求項５に係る発明は、真空排気が可能になされた処理容器内で被処理体の表面にシード膜とシリコンゲルマニウム膜を形成する薄膜の形成方法において、前記処理容器内へアミノシラン系ガスと高次シランの内の少なくともいずれか一方のガスよりなるシード膜用原料ガスを供給して前記被処理体の表面に前記シード膜を形成する第１ステップと、前記処理容器内へシラン系ガスとゲルマニウム含有ガスとを供給して前記シリコンゲルマニウム膜を形成する第２ステップとを有するようにしたことを特徴とする薄膜の形成方法である。
【００１５】
このように、真空排気が可能になされた処理容器内で被処理体の表面にシード膜とシリコンゲルマニウム膜を形成する薄膜の形成方法において、前記処理容器内へアミノシラン系ガスと高次シランの内の少なくともいずれか一方のガスよりなるシード膜用原料ガスを供給して前記被処理体の表面に前記シード膜を形成する第１ステップと、前記処理容器内へシラン系ガスとゲルマニウム含有ガスとを供給して前記シリコンゲルマニウム膜を形成する第２ステップとを有するようにしたので、比較的低温でも埋め込み特性が良好で且つ表面ラフネスの精度を向上するシリコンゲルマニウム膜を形成することが可能となる。
【００１６】
請求項２７に係る発明は、被処理体の表面に不純物含有の薄膜を形成する成膜装置において、前記被処理体を収容することができる処理容器と、前記処理容器内で前記被処理体を保持する保持手段と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記処理容器内へ必要なガスを供給するガス供給手段と、前記処理容器内の雰囲気を排気する真空排気系と、請求項１乃至２５のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法を実行するように装置全体の動作を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする成膜装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る薄膜の形成方法及び成膜装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１及びこれを引用する請求項に係る発明によれば、真空排気が可能になされた処理容器内で被処理体の表面にシード膜と不純物含有のシリコン膜を形成する薄膜の形成方法において、処理容器内へアミノシラン系ガスと高次シランの内の少なくともいずれか一方のガスよりなるシード膜用原料ガスを供給して被処理体の表面に前記シード膜を形成する第１ステップと、処理容器内へシラン系ガスと不純物含有ガスとを供給してアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜を形成する第２ステップとを有するようにしたので、比較的低温でも埋め込み特性が良好で且つ表面ラフネスの精度を向上するアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜を形成することができる。
【００１８】
請求項５及びこれを引用する請求項に係る発明によれば、真空排気が可能になされた処理容器内で被処理体の表面にシード膜とシリコンゲルマニウム膜を形成する薄膜の形成方法において、前記処理容器内へアミノシラン系ガスと高次シランの内の少なくともいずれか一方のガスよりなるシード膜用原料ガスを供給して前記被処理体の表面に前記シード膜を形成する第１ステップと、前記処理容器内へシラン系ガスとゲルマニウム含有ガスとを供給して前記シリコンゲルマニウム膜を形成する第２ステップとを有するようにしたので、比較的低温でも埋め込み特性が良好で且つ表面ラフネスの精度を向上するシリコンゲルマニウム膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明方法を実施するための成膜装置の第１実施例の一例を示す構成図である。
【図２】本発明方法の第１実施例の第２ステップにおける各ガスの供給態様の一例を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明方法の第１実施例の各工程の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明方法の第１実施例により薄膜が形成される被処理体の一例を示す断面図である。
【図５】ＳｉＨ４ （モノシラン）とＢＣｌ３ との反応過程を模式的に示す図である。
【図６】ボロンドープのアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜を凹部に形成した時の電子顕微鏡写真の模式図である。
【図７】堆積時間とアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の膜厚との関係を示す図である。
【図８】堆積時間とアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の膜厚との関係を示す図である。
【図９】図７中の破線枠Ａ内を拡大した拡大図である。
【図１０】図８中の破線枠Ｂ内を拡大した拡大図である。
【図１１】アモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の膜厚とアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜表面の平均面粗さＲａとの関係を示す図である。
【図１２】アモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の膜厚とアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜表面のヘイズとの関係を示す図である。
【図１３】本発明の成膜装置の第２実施例の一部であるゲルマニウム含有ガス供給手段を示す図である。
【図１４】本発明の第２実施例の第２ステップにおける各ガスの供給態様の一例を示すタイミングチャートである。
【図１５】本発明方法の第２実施例の各工程の例を示すフローチャートである。
【図１６】本発明方法の第２実施例により薄膜が形成される被処理体の一例を示す断面図である。
【図１７】本発明方法の第２実施例の評価を行うための表面ラフネスの結果を示すグラフである。
【図１８】本発明方法の第２実施例を行った時に堆積したシリコンゲルマニウム膜の表面を示す図面代用写真である。
【図１９】半導体ウエハの表面に形成された凹部を埋め込む時の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明に係る薄膜の形成方法及び成膜装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。尚、本明細書においては、アモルファス状態の不純物含有のシリコンを、アモルファス状態の不純物含有のシリコンのみを指す用語ではなく、アモルファス状態の不純物含有のシリコン、本明細書において開示する表面ラフネスの精度を達成できるアモルファス〜ナノサイズの結晶粒が集まったナノ結晶シリコン、及び上記アモルファス状態の不純物含有のシリコンと上記ナノ結晶シリコンとが混在したシリコンの全てを含む用語と定義する。
【００２１】
＜第１実施例＞
図１は本発明方法を実施するための成膜装置の第１実施例の一例を示す構成図である。尚、全図にわたり、共通の部分には共通の参照符号を付す。図示するように、この成膜装置１２は下端が開放された筒体状になされたバッチ式の縦型の処理容器１４を有している。この処理容器１４は、例えば耐熱性の高い石英を用いることができる。
【００２２】
この処理容器１４の天井部には、開口された排気口１６が設けられると共に、この排気口１６に例えば直角に横方向へ屈曲された排気ノズル１８が連設されている。そして、この排気ノズル１８には、途中に圧力制御弁２０や真空ポンプ２２等が介設された真空排気系２４が接続されており、上記処理容器１４内の雰囲気を真空引きして排気出来るようになっている。
【００２３】
上記処理容器１４の下端は、例えばステンレススチール製の筒体状のマニホールド２６によって支持されており、このマニホールド２６の下方より複数枚の被処理体としての半導体ウエハＷを多段に所定のピッチで載置した保持手段としての石英製のウエハボート２８が昇降可能に挿脱自在になされている。上記処理容器１４の下端と上記マニホールド２６の上端との間には、Ｏリング等のシール部材３０が介在されて、この部分の気密性を維持している。本実施例の場合において、このウエハボート２８には、例えば５０〜１００枚程度の直径が３００ｍｍのウエハＷを略等ピッチで多段に支持できるようになっている。尚、上記マニホールド２６の部分を石英により上記処理容器１４側と一体成形する装置例もある。
【００２４】
このウエハボート２８は、石英製の保温筒３２を介してテーブル３４上に載置されており、このテーブル３４は、マニホールド２６の下端開口部を開閉する蓋部３６を貫通する回転軸３８の上端部に支持される。そして、この回転軸３８の上記蓋部３６に対する貫通部には、例えば磁性流体シール４０が介設され、この回転軸３８を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部３６の周辺部とマニホールド２６の下端部には、例えばＯリング等よりなるシール部材４２が介設されており、処理容器１４内のシール性を保持している。
【００２５】
上記した回転軸３８は、例えばボートエレベータ等の昇降機構４４に支持されたアーム４６の先端に取り付けられており、ウエハボート２８及び蓋部３６等を一体的に昇降できるようになされている。尚、上記テーブル３４を上記蓋部３６側へ固定して設け、ウエハボート２８を回転させることなくウエハＷの処理を行うようにしてもよい。
【００２６】
上記処理容器１４の側部には、これを取り囲むようにしてカーボンワイヤ製のヒータよりなる加熱手段４８が設けられており、この内側に位置する上記半導体ウエハＷを加熱し得るようになっている。またこの加熱手段４８の外周には、断熱材５０が設けられており、この熱的安定性を確保するようになっている。そして、上記マニホールド２６には、各種のガスをこの処理容器１４内へ導入して供給するための各種のガス供給手段が設けられている。
【００２７】
具体的には、このマニホールド２６には、上記処理容器１４内へ成膜用のシラン系ガスを供給するシラン系ガス供給手段５２と、処理容器１４内へ不純物含有ガスを供給する不純物含有ガス供給手段５４と、処理容器１４内へアミノシラン系ガスと高次シランの内の少なくともいずれか一方のガスよりなるシード膜用原料ガスを供給するシード膜用原料ガス供給手段８０とがそれぞれ設けられている。また、ここでは、必要に応じてパージガスや圧力調整用ガスを処理容器１４内へ供給する支援ガス供給手段５６も設けられている。ここではパージガスや圧力調整用ガスとしてＮ２ ガスを用いる。尚、このＮ２ ガスに替えてＡｒやＨｅ等の希ガスを用いることができる。また、ここでは上記シード膜用原料ガスとしてアミノシラン系ガスを用いた場合を例にとって説明する。
【００２８】
上記シラン系ガス供給手段５２、不純物含有ガス供給手段５４、支援ガス供給手段５６及びシード膜用原料ガス供給手段８０は、上記マニホールド２６の側壁を貫通させてその先端部を処理容器１４内に臨ませて設けたガスノズル５２Ａ、５４Ａ、５６Ａ及び８０Ａをそれぞれ有している。上記各ガスノズル５２Ａ、５４Ａ、５６Ａ、８０Ａには、それぞれガス通路６２、６４、６６、８２が接続されると共に、各ガス通路６２、６４、６６、８２には、それぞれ開閉弁６２Ａ、６４Ａ、６６Ａ、８２Ａ及びマスフローコントローラのような流量制御器６２Ｂ、６４Ｂ、６６Ｂ、８２Ｂが順次介設されており、シラン系ガスや不純物含有ガスやＮ２ ガスやアミノシラン系ガスをそれぞれ流量制御しつつ流すようになっている。
【００２９】
ここでシラン系ガスとしては、例えばシリコンと水素のみよりなるシラン系ガスを用いることができ、ここでは例えばモノシランを用い、不純物含有ガスとしてはＢＣｌ３ ガスを用い、パージガスや圧力調整用ガスとしてはＮ２ ガスを用い、アミノシラン系ガスとしてはＤＩＰＡＳ（ジイソプロピルアミノシラン）を用いている。尚、シラン系ガスとしては、上述のようにシリコンと水素のみよりなるシラン系ガスを用いることが好ましいが、これに限定されず、少なくともシリコンと水素を含むシラン系ガスならば、全て適用することができる。
【００３０】
そして、この成膜装置には、各ガスの供給開始や供給停止、プロセス温度、プロセス圧力等を制御したり、この成膜装置の全体の動作を制御するために例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御手段７０が設けられている。この制御手段７０は、この成膜装置１２の動作を制御する時に用いるプログラムを記憶するために記憶媒体７２を有している。この記憶媒体７２は、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等よりなる。また図示されていないが、専用回線を用いてユーザインタフェースを介して各種指示、プログラム等を制御手段７０へ入力するようにしてもよい。
【００３１】
＜成膜方法の第１実施例＞
次に、上述のように構成された第１実施例の成膜装置１２を用いて行われる本発明の成膜方法の第１実施例について説明する。以下に説明する各動作は、前述したようにコンピュータよりなる制御手段７０の制御のもとに行われる。
【００３２】
図２は本発明方法の第１実施例の第２ステップにおける各ガスの供給態様の一例を示すタイミングチャート、図３は本発明方法の第１実施例の各工程の一例を示すフローチャート、図４は本発明方法の第１実施例により薄膜が形成される被処理体の一例を示す断面図、図５はＳｉＨ４ （モノシラン）とＢＣｌ３ との反応過程を模式的に示す図である。
【００３３】
本発明方法の第１実施例では、上記処理容器１４内へアミノシラン系ガスと高次シランの内の少なくともいずれか一方のガスよりなるシード膜用原料ガスを供給して上記被処理体Ｗの表面に前記シード膜を形成する第１ステップと、上記処理容器１４内へシラン系ガスと不純物含有ガスとを供給してアモルファス状態の上記不純物含有のシリコン膜を形成する第２ステップとを有するようにしている。そして、上記第２ステップでは、シラン系ガスと不純物含有ガスとを交互に供給する成膜方法と、上記両ガスを同時に供給する成膜方法とがあるが、まず、ここでは両ガスを交互に供給する成膜方法について説明する。すなわち、この第２ステップでは、上記処理容器１４内へシラン系ガスをこのシラン系ガスが上記被処理体Ｗの表面に吸着するような状態で供給する第１のガス供給工程と上記処理容器１４内へ不純物含有ガスを供給する第２のガス供給工程とを交互に繰り返し行うようにした場合について説明する。
【００３４】
第１ステップ８４においては、シード膜用原料ガスであるアミノシラン系ガスとして例えばＤＩＰＡＳを処理容器１４内へ供給することにより被処理体である半導体ウエハＷの表面にシード膜を形成するシード膜形成工程を行う（Ｓ０）。そして、次に、第２ステップ８６へ移行する。尚、第２ステップ８６へ移行する前に処理容器１４内の残留ガスを排除するパージ工程を行うのが好ましい。
【００３５】
第２ステップ８６におけるガスの供給態様を示す図２のタイミングチャートにおいてパルスが立っている部分はガスを供給している状態を示している。具体的には、この第２ステップ８６では、まずシラン系ガスとして例えばＳｉＨ４ （モノシラン）ガスを処理容器１４内へ供給することにより第１のガス供給工程（Ｓ１）を行う（図２（Ａ）参照）。この第１のガス供給工程では、被処理体である半導体ウエハＷの表面にモノシランガスが吸着するような状態で上記モノシランガスを供給する。次に、処理容器１４内に残留するガスを排除するパージ工程（Ｓ２）を行う（図２（Ｃ）参照）。尚、このパージ工程は省略してもよい。
【００３６】
次に、不純物含有ガスとして例えばＢＣｌ３ ガスを処理容器１４内へ供給することにより第２のガス供給工程（Ｓ３）を行う（図２（Ｂ）参照）。これにより、ＢＣｌ３ ガスが上記ウエハＷの表面に吸着していたＳｉＨ４ （モノシラン）と反応して非常に薄い、例えば１原子レベルの厚さのボロン（Ｂ）がドープされたシリコン膜が形成される。
【００３７】
次に再度、処理容器１４内に残留するガスを排除するパージ工程（Ｓ４）を行う（図２（Ｃ）参照）。尚、このパージ工程は省略してもよい。そして、上記した各工程Ｓ１〜Ｓ４よりなる１サイクルを所定のサイクル数だけ繰り返したか否かが判断される（Ｓ５）。ここで、１サイクルとは、第１のガス供給工程Ｓ１を行った後に次の第１のガス供給工程Ｓ１を行うまでの期間として定義される。
【００３８】
上記ステップＳ５で所定のサイクル数に達していない場合には（Ｓ５のＮＯ）、ステップＳ１に戻って所定のサイクル数に達するまでステップＳ１〜Ｓ４が繰り返し行われることになり、ボロンがドープされたアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜が積層されて行く。そして、上記繰り返しが所定のサイクル数に達した場合には（Ｓ５のＹＥＳ）、成膜処理が終了することになる。
【００３９】
実際の処理では、まず、ウエハボート２８に未処理の半導体ウエハＷが多段に支持されており、この状態で予め加熱されている処理容器１４内にその下方より搬入されて密閉状態で収容されている。この半導体ウエハＷの直径は、例えば３００ｍｍであり、ここでは５０〜１００枚程度収容される。この半導体ウエハＷの表面には、前工程において例えば先に図１９を参照して説明したように、下地となる絶縁膜２が形成され、この絶縁膜２にコンタクトホールや配線溝のような凹部４が形成されている。上記下地となる絶縁膜２としては、例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等が用いられる。
【００４０】
上記処理容器１４内の雰囲気は、この成膜処理中は真空排気系２４によって常時真空引きされて圧力調整されている。また、半導体ウエハＷは、ウエハボート２８を回転することによって成膜処理中は所定の回転数で回転されている。そして、上述したように各種のガスが処理容器１４内へ供給されて成膜処理が行われる。
【００４１】
第１ステップ８４では、半導体ウエハＷを加熱した状態で処理容器１４内にアミノシラン系ガスを流すことで、図４（Ａ）に示すように下地である絶縁膜２の表面及び凹部４内の側面や底面を含む全面にシード膜８８を形成する（Ｓ０）。このシード膜８８は、主にシリコンとカーボンと窒素との化合物よりなる。
【００４２】
上記アミノシラン系ガスの例としては、ＢＡＳ（ブチルアミノシラン）、ＢＴＢＡＳ（ビスターシャリブチルアミノシラン）、ＤＭＡＳ（ジメチルアミノシラン）、ＢＤＭＡＳ（ビスジメチルアミノシラン）、ＴＤＭＡＳ（トリジメチルアミノシラン）、ＤＥＡＳ（ジエチルアミノシラン）、ＢＤＥＡＳ（ビスジエチルアミノシラン）、ＤＰＡＳ（ジプロピルアミノシラン）、ＤＩＰＡＳ（ジイソプロピルアミノシラン）、ＨＥＡＤ（ヘキサエチルアミノジシラン）よりなる群から選択される１以上のガスを含むことができる。
また、上記アミノシラン系ガスとしては、分子式中のシリコン（Ｓｉ）が１つとなるものに限られるものではなく、分子式中のシリコンが２つとなるもの、例えば、ヘキサキスエチルアミノジシラン（Ｃ１２Ｈ３６Ｎ６ Ｓｉ２ ）なども用いることができる。
更に、ヘキサキスエチルアミノジシランの他、下記の式（１）〜（４）により表示される物質も用いることができる。
（１） (((R1R2)N)ｎSi２H６−ｎ−ｍ(R3)ｍ …n：アミノ基の数 m：アルキル基の数
（２） ((R1)NH)ｎSi２H６−ｎ−ｍ(R3)ｍ …n：アミノ基の数 m：アルキル基の数
（１）、（２）式において、
R1、R2、R3 ＝ CH３、C２H５、C３H７
R1 ＝ R2 ＝ R3、または同じでなくても良い。
n ＝１〜６の整数
m ＝０、１〜５の整数
（３） (((R1R2)N)ｎSi２H６−ｎ−ｍ(Cl)ｍ …n：アミノ基の数 m：塩素の数
（４） ((R1)NH)ｎSi２H６−ｎ−ｍ(Cl)ｍ …n：アミノ基の数 m：塩素の数
（３）、（４）式において
R1、R2 ＝ CH３、C２H５、C３H７
R1 ＝ R2、または同じでなくても良い。
n ＝１〜６の整数
m ＝０、１〜５の整数
本例では、前述したようにＤＩＰＡＳを用いた。
【００４３】
この第１ステップ８４における処理条件の一例は、
ＤＩＰＡＳ流量： ５００ｓｃｃｍ
処 理 時 間： ５ｍｉｎ
処 理 温 度： ４００℃
処 理 圧 力： ５３．２Ｐａ（０．４Ｔｏｒｒ）
である。
上記処理温度（プロセス温度）は、好ましくは２５（室温）℃〜５５０℃の温度範囲がよく、２５℃よりも低い場合にはシリコン膜形成温度との温度差が大きくなってスループットを低下させてしまい、また５５０℃よりも高い場合にはＤＩＰＡＳの吸着量が１分子層以上となって吸着モードがらＣＶＤモードへ変わるので適切でない。
【００４４】
この第１ステップ８４の工程を、本明細書では以下「プリフロー」とも称す。上記のように第１ステップ８４（シード膜形成工程Ｓ０）が終了したならば、次に第２ステップ８６へ移行する。この第２ステップ８６において、第１のガス供給工程（Ｓ１）では、上記モノシランガスはシラン系ガス供給手段５２のガスノズル５２Ａから流量制御されつつ供給される。このモノシランガスは処理容器１４内を上昇しつつ回転されているウエハＷの表面に吸着することになり、そして、余分なガスは上部の排気口１６及び排気ノズル１８を介して真空排気系２４によって排気されて行く。
【００４５】
この時のプロセス条件は、モノシランガスの流量は例えば１００〜４０００ｓｃｃｍの範囲内で例えば１２００ｓｃｃｍ程度、プロセス圧力は２７〜６６６５Ｐａ（０．２〜５０Ｔｏｒｒ）の範囲内で例えば５３３Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）程度、プロセス温度は３５０〜６００℃の範囲内で例えば４００℃程度、ガスの供給期間Ｔ１は１〜３００ｓｅｃの範囲内で例えば６０ｓｅｃ程度である。
【００４６】
ここで、プロセス温度が３５０℃よりも低いと、ウエハＷの表面にモノシランが吸着し難くなるので好ましくなく、また６００℃よりも温度が高い場合にはモノシランが熱分解してシリコン膜が堆積してしまうので好ましくない。また、プロセス圧力が２７Ｐａよりも低いと、圧力が低過ぎてモノシランの吸着が生じ難くなり好ましくない。また６６６５Ｐａよりも高いと、複数層のモノシランが吸着して膜中のボロンの濃度制御が難しくなるので好ましくない。
【００４７】
この第１のガス供給工程の直後のパージ工程（Ｓ２）では、支援ガス供給手段５６のガスノズル５６ＡよりＮ２ ガスが流量制御されつつ供給される。ここではＮ２ ガスはパージガスとして用いられ、処理容器１４内に残留するモノシランガスを排除するために用いられる。ここでは、このＮ２ ガスはパージ工程の全期間に亘って供給するのではなく、一部の期間、例えば前半の半分の期間だけ供給して後半の半分の期間には供給しないで真空引きのみを継続的に行うようにしている。
【００４８】
この時のプロセス条件に関しては、Ｎ２ ガスの流量は例えば最大５ｓｌｍ程度である。プロセス圧力は２７〜６６６５Ｐａの範囲内、プロセス温度は３５０〜６００℃の範囲内、パージ期間Ｔ２は０〜３００ｓｅｃの範囲内で例えば３０ｓｅｃ程度である。
【００４９】
このパージ工程の後の第２のガス供給工程（Ｓ３）では、上記ＢＣｌ３ ガスは不純物含有ガス供給手段５４のガスノズル５４Ａから流量制御されつつ供給される。これと同時に圧力調整用ガスとしてＮ２ ガスが支援ガス供給手段５６のガスノズル５６Ａから流量制御されつつ供給される（図２（Ｃ）参照）。このＢＣｌ３ ガスとＮ２ ガスは処理容器１４内を上昇し、ＢＣｌ３ ガスはウエハＷの表面に吸着しているモノシランと反応してボロンが含有されたアモルファスのシリコン膜が形成されることになる。そして、余分なガスは上部の排気口１６及び排気ノズル１８を介して真空排気系２４によって排気されて行く。
【００５０】
この時のプロセス条件は、ＢＣｌ３ ガスの流量は例えば１〜５００ｓｃｃｍの範囲内で例えば１００ｓｃｃｍ程度、Ｎ２ ガスの流量は最大５ｓｌｍ程度、プロセス圧力は２７〜６６６５Ｐａ（０．２〜５０Ｔｏｒｒ）の範囲内で例えば５３３Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）程度、プロセス温度は３５０〜６００℃の範囲内で例えば４００℃程度、ガスの供給期間Ｔ３は１〜３００ｓｅｃの範囲内で例えば６０ｓｅｃ程度である。
【００５１】
ここで、プロセス温度が３５０℃よりも低いと、ウエハＷの表面に吸着しているモノシランとＢＣｌ３ との反応が生じ難くなるので好ましくなく、また６００℃よりも温度が高い場合には昇温に時間を要するので好ましくない。尚、成膜時間の短縮のためには、第１ステップと第２ステップとを通じて同一のプロセス温度に設定するのがよい。
【００５２】
この第２のガス供給工程の直後のパージ工程（Ｓ４）では、ステップＳ２のパージ工程と同様に支援ガス供給手段５６のガスノズル５６ＡよりＮ２ ガスが流量制御されつつ供給される。実際には、Ｎ２ ガスは第２のガス供給工程から連続して供給されている。ここではＮ２ ガスはパージガスとして用いられ、処理容器１４内に残留するＢＣｌ３ ガスを排除するために用いられる。ここでは、このＮ２ ガスはパージ工程の全期間に亘って供給するのではなく、一部の期間、例えば前半の半分の期間だけ供給して後半の半分の期間には供給しないで真空引きのみを継続的に行うようにしている。
【００５３】
この時のプロセス条件に関しては、先のステップＳ２のパージ工程と同じである。すなわち、Ｎ２ ガスの流量は例えば最大５ｓｌｍ程度である。プロセス圧力は２７〜６６６５Ｐａの範囲内、プロセス温度は３５０〜６００℃の範囲内、パージ期間Ｔ４は０〜３００ｓｅｃの範囲内で例えば３０ｓｅｃ程度である。
【００５４】
以上のようなステップＳ１〜Ｓ４の各工程よりなる１サイクルが、所定の回数だけ繰り返し行われる。このサイクル数は、成膜すべき目標の膜厚に依存するが、１サイクルで例えば０．２〜０．７ｎｍ程度の膜厚の成膜が行われるので、例えば６０ｎｍ程度の膜厚を必要とするならば、１００サイクル程度実行されることになる。以上のようにして、上記シード膜８８上に不純物としてＢ（ボロン）がドープされた非常に薄い原子レベルの厚さのアモルファスのシリコン膜９０（図４（Ｂ）参照）よりなる薄膜が積層形成されることになり、半導体ウエハＷの表面に形成されている凹部４（図４参照）内を埋め込み性が良好な状態で埋め込むことができる。
【００５５】
ここで上記成膜で生じているボロンドープのアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の成膜過程を図５に示す模式図を参照して説明する。図５はボロンドープのアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の成膜過程を量子化学計算を用いてシミュレーションした時の結果を示す模式図である。各図の下には活性化エネルギー（ｅＶ）が記載してある。ここでは特にＳｉＨ４ （モノシラン）とＢＣｌ３ とを用いた交互供給による低温成膜の可能性をシミュレーションによって検証した。
【００５６】
まず、外部から導入されたＳｉＨ４ （モノシラン）が、半導体ウエハの表面に既に形成されているＳｉ−Ｂ結合に接近すると（図５（Ａ）参照）、Ｂ原子による触媒作用が働き、図５（Ｂ）に示すようにＳｉＨ４ （モノシラン）からＨ２ が除去されることによりＳｉＨ２ が生じ、このＳｉＨ２ がＢ吸着サイトに容易に取り込まれることになる。具体的には、ＳｉＨ２ のＢ吸着サイトへの活性化エネルギーは１．２ｅＶ程度に低下する。尚、Ｂ（ボロン）がない場合には活性化エネルギーは＋２．４ｅＶ程度である。その後は、図５（Ｃ）に示すように、Ｓｉ−Ｓｉ結合が連鎖的に形成されて行くことになる。
【００５７】
以上のことから、従来行われていたようなＳｉＨ４ （モノシラン）だけの単独供給では実用的な成膜が不可能であった３５０℃程度の低温下においても成膜が可能となり、且つガスを交互に供給することによりステップカバレジの良好な薄膜が得られるものと考えられる。
【００５８】
一方、ＳｉＨ４ （モノシラン）のみを用いて行う通常のＣＶＤ法では、実用的な成膜を行うことはほとんど不可能であった。またＳｉ２ Ｈ６ のみを用いたＣＶＤ法ではプロセス温度が４００℃でも成膜は可能であったが、そのステップカバレジは約８０％程度に過ぎず、良好な結果が得られなかった。
【００５９】
このように、真空排気が可能になされた処理容器内で被処理体の表面にシード膜と不純物含有のシリコン膜を形成する薄膜の形成方法において、処理容器内へアミノシラン系ガスと高次シランの内の少なくともいずれか一方のガスよりなるシード膜用原料ガスを供給して被処理体の表面に前記シード膜を形成する第１ステップと、処理容器内へシラン系ガスと不純物含有ガスとを供給してアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜を形成する第２ステップとを有するようにしたので、比較的低温でも埋め込み特性が良好で且つ表面ラフネスの精度を向上するアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜を形成することができる。
【００６０】
＜本発明方法の評価＞
ここで本発明方法を実際に実施して、シード膜上にボロンがドープされたアモルファスのシリコン膜を形成したので、その評価結果について説明する。ここで半導体ウエハとしてシリコン基板を用い、この表面に下地層としてシリコン酸化膜を形成し、このシリコン酸化膜にホール径が５０ｎｍで、アスペクト比が７の凹部を形成した。そして、このシリコン酸化膜上にシード膜８８を形成し、更にその上に不純物としてボロンがドープされたアモルファスのシリコン膜９０を形成した。
【００６１】
成膜方法としては、図３に示す第１ステップ８４及び第２ステップ８６に従って処理を行い、第２ステップ８６では先に図２（Ａ）〜図２（Ｃ）を参照して説明した成膜方法を用いた。シード膜用原料ガスとしてアミノシラン系ガスの一種であるＤＩＰＡＳを用い、シラン系ガスとしてＳｉＨ４ （モノシラン）を用い、不純物含有ガスとしてＢＣｌ３ を用いた。プロセス条件は、ＤＩＰＡＳガスの流量は５００ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４ （モノシラン）ガスの流量は２０００ｓｃｃｍ、ＢＣｌ３ ガスの流量は２００ｓｃｃｍ、Ｎ２ ガスの流量はパージガスとして用いた時は２ｓｌｍ、圧力調整用ガスとして用いた時は１ｓｌｍである。プロセス温度は全体を通して４００℃に設定し、第１のガス供給工程及び第２のガス供給工程におけるプロセス圧力は共に５３３Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）である。第１ステップのシード膜形成工程Ｓ０の時間は５ｍｉｎであり、第２ステップ８６における各工程の時間は、Ｔ１が３０ｓｅｃ、Ｔ２が３０ｓｅｃ、Ｔ３が３０ｓｅｃ、Ｔ４が３０ｓｅｃである。
【００６２】
このようにして、表面がトレンチ構造になされたウエハに対して成膜した結果、６０ｃｙｃｌｅで１８０Åのボロンドープのアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜が得られた。この時の結果を図６に示す。図６はボロンドープのアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜を凹部に形成した時の電子顕微鏡写真の模式図を示す。ここでは凹部の直径は５０ｎｍであり、また、凹部のアスペクト比（Ａ／Ｒ）は”７”である。図中には、凹部内に沿って膜厚の寸法が記載されている。この図６から判断すると、ステップカバレジは９５％以上であって優れた結果が得られた。
【００６３】
尚、上記成膜方法の第１実施例では、図２（Ｃ）に示すようにＮ２ ガスを、パージ工程Ｔ２、Ｔ４ではパージガスとして供給し、第２のガス供給工程では圧力調整用ガスとして供給したが、これに限定されず、以下に説明するように供給するようにしてもよい。図２（Ｄ）〜図２（Ｆ）はＮ２ ガスの供給形態の変形実施例を示す。図２（Ｄ）に示す場合は、図２（Ｃ）に示す場合とは異なり、第２のガス供給工程の前後における両パージ工程において前半の部分でＮ２ ガスを供給せず、後半の部分でＮ２ ガスを供給するようにしている。そして、第２のガス供給工程では図２（Ｃ）の場合と同様にＮ２ ガスを圧力調整用ガスとして供給している。
【００６４】
図２（Ｅ）に示す場合は、第２のガス供給工程の前後の両パージ工程におけるＮ２ ガスの供給形態は図２（Ｃ）に示す場合と同じであり、第２のガス供給工程ではＮ２ ガス（圧力調整用ガス）を供給しないようにしている。尚、図２（Ｄ）に示す場合において、第２のガス供給工程でＮ２ ガスを供給しないようにしてもよい。
【００６５】
図２（Ｆ）に示す場合は、上記とは異なり、第２のガス供給工程の前後の両パージ工程では全部の期間に亘ってＮ２ ガス（パージガス）を供給しないようにし、第２のガス供給工程ではＮ２ ガス（圧力調整用ガス）を図２（Ｃ）に示す場合と同様に供給するようにしている。このように、パージガスや圧力調整用ガスの供給は種々の態様をとることができる。上述のように第２のガス供給工程において圧力調整用ガスを供給する理由は、第１及び第２のガス供給工程間において圧力が大幅に変化するとシリコンのマイグレーションが生じ易くなるためである。また、上記第１ステップ８４及び第２ステップ８６を終了した後に、半導体ウエハＷを加熱することによりアニール処理してもよい。
【００６６】
＜変形例＞
上記実施例では、第２ステップにおいてシラン系ガスと不純物含有ガスとを交互に供給したが、これに限定されず、上記シラン系ガスと不純物含有ガスとを同時に供給するようにしてＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、不純物含有のシリコン膜を形成するようにしてもよい。この場合、プロセス条件は、シラン系ガス（例えばモノシラン）の流量は、１００〜２０００ｓｃｃｍの範囲内、不純物含有ガス（例えばＢＣｌ３ ））の流量は、５０〜２０００ｓｃｃｍの範囲内である。またプロセス圧力は、０．１〜１０Ｔｏｒｒの範囲内、プロセス温度は、３５０〜６００℃の範囲内である。更に、プロセス時間は、必要とする膜厚に依存して長さを決定する。この場合にも、先の実施例と同様な作用効果を発揮することができる。
【００６７】
＜下地（絶縁膜２）の種類とシード膜の有無の評価＞
次に、下地（絶縁膜２）の種類とシード膜の有無に関する評価実験を行ったので、その評価結果について説明する。ここでは、先の成膜方法に従って、下地である絶縁膜２の表面にシード膜用原料ガスとしてアミノシラン系ガスをプリフローしてシード膜８８を形成した後、シード膜８８上に不純物のドープされたアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜９０を形成した。
【００６８】
図７及び図８に、堆積時間とアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜９０の膜厚との関係を示す。図７は下地である絶縁膜２をシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）とした場合で、図８は下地である絶縁膜２をシリコン窒化膜（ＳｉＮ）とした場合である。アモルファス状態の不純物含有のシリコン膜９０の膜厚は、堆積時間を３０ｍｉｎとしたとき、４５ｍｉｎとしたとき、及び６０ｍｉｎとしたときの３点で測定した。
【００６９】
図７及び図８中の線Ｉ、ＩＩＩはプリフロー有りの場合、線ＩＩ、ＩＶはプリフロー無し（シード膜８８無し）の場合の結果を示している。線Ｉ〜ＩＶは、測定された３つの膜厚を最小二乗法で直線近似した直線であり、式は次の通りである。
【００７０】
線Ｉ ： ｙ ＝ 17.572ｘ − 20.855 …（１）
線ＩＩ： ｙ ＝ 17.605ｘ − 34.929 …（２）
線ＩＩＩ： ｙ ＝ 18.011ｘ − 27.739 …（３）
線ＩＶ ： ｙ ＝ 18.091ｘ − 41.277 …（４）
図７及び図８に示すように、プリフロー有りの場合、プリフロー無しに比較してアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜９０の膜厚が増す傾向が明らかとなった。
【００７１】
上記（１）〜（４）式をｙ＝０、即ちアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の膜厚を“０”としたとき、線Ｉ〜ＩＶと堆積時間との交点を求めたものを図９及び図１０に示す。なお、図９は図７中の破線枠Ａ内を拡大した拡大図、図１０は図８中の破線枠Ｂ内を拡大した拡大図に相当する。
【００７２】
図９に示すように、下地である絶縁膜２がプリフロー有りのシリコン酸化膜のとき、アモルファス状態の不純物含有のシリコン膜９０の堆積が、処理開始から約１．２ｍｉｎ（ｘ≒１．１８９）から始まる。これに対して、プリフロー無しのシリコン酸化膜のときには、アモルファス状態の不純物含有のシリコン膜９０の堆積が、処理開始から約２．０ｍｉｎ（ｘ≒１．９８４）から始まる。
【００７３】
また、図１０に示すように、下地である絶縁膜２がプリフロー有りのシリコン窒化膜のとき、アモルファス状態の不純物含有のシリコン膜９０の堆積が、処理開始から約１．５ｍｉｎ（ｘ≒１．５４０）から始まるのに対して、プリフロー無しのシリコン窒化膜のときには、アモルファス状態の不純物含有のシリコン膜９０の堆積が、処理開始から約２．３ｍｉｎ（ｘ≒２．２８２）から始まる。
【００７４】
このように、下地である絶縁膜２に対してアミノシラン系ガスのプリフローを行ってシード膜８８を形成することで、インキュベーション時間を、下地である絶縁膜２がシリコン酸化膜の場合には約２．０ｍｉｎから約１．２ｍｉｎに、下地である絶縁膜２がシリコン窒化膜の場合には約２．３ｍｉｎから約１．５ｍｉｎに短縮することができた。
【００７５】
また、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によるアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の表面を観察したところ（下地はシリコン酸化膜）、アミノシラン系ガスのプリフロー有りの場合は、プリフロー無しに比較してアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の表面が滑らかとなり、表面ラフネスが改善されていることが明らかとなった。
【００７６】
図１１に、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて測定したアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜表面の平均面粗さ（表面ラフネス）Ｒａを示す。図１１に示す結果においては、ＡＦＭのスキャンサイズを１μｍ、スキャンレートを１．９９３Ｈｚに設定した。
【００７７】
図１１に示すように、アミノシラン系ガスのプリフロー有りの場合には、プリフロー無しに比較して、平均面粗さ（表面ラフネス）Ｒａが０．１０１〜０．１５７ｎｍ改善されていることが分かった。このＡＦＭによる測定結果から、本発明に係るアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の成膜方法は、特に、アモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の膜厚が薄い場合に、プリフロー無しに比較して平均面粗さ（表面ラフネス）Ｒａの改善効果が高いことが判明した。
【００７８】
例えば、膜厚が約５０ｎｍのアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜においては、プリフロー無しの場合は、Ｒａ＝０．４１１であったのに対し、プリフロー有りの場合にはＲａ＝０．２５４と、Ｒａが０．１５７ｎｍ改善されている。この結果は、本発明に係るアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の成膜方法が、例えば、半導体装置の微細化が進展すれば進展するほど、有効であることを示している。
【００７９】
図１２に、表面検査装置を用いて測定したアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜表面のヘイズ（Ｈａｚｅ）を示す。図１２に示すヘイズは、ＤＷＯモード（Dark Field Wide Oblique）でのヘイズである。図１２に示すように、アミノシラン系ガスのプリフロー有りの場合は、プリフロー無しに比較して、膜厚５０ｎｍ以上膜厚１００ｎｍ以下の範囲においてヘイズが約２．１ｐｐｍ改善されていることが分かった。
【００８０】
以上、走査型電子顕微鏡、原子間力顕微鏡、及び表面検査装置を用いての観察、並びに測定結果から、本発明に係るアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜の成膜方法は、シード膜用原料ガスとしてアミノシラン系ガスを用いて半導体ウエハの下地の表面をプリフローしてシード膜８８を形成した後、アミノシラン系ガスをシード膜８８上に供給して熱分解させることで、表面ラフネスの精度が高い、即ち、表面ラフネスが小さいアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜９０を形成することができる。
【００８１】
このようなアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜９０は、例えば、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を含む層間絶縁膜中に形成されたコンタクトホールの埋め込みや、層間絶縁膜中に形成されたライン、例えば、内部配線用の溝の埋め込みに有用である。
【００８２】
＜第２実施例＞
次に、本発明の第２実施例について説明する。先の第１実施例にあっては、第２ステップで不純物含有のシリコン膜９０を形成する場合について説明したが、この第２実施例では上記不純物含有のシリコン膜９０に替えてシリコンゲルマニウム膜（ＳｉＧｅ膜）を形成するようにしている。第１ステップでシード膜８８を形成する点は、先の第１実施例の場合と同じである。
【００８３】
図１３は本発明の成膜装置の第２実施例の一部であるゲルマニウム含有ガス供給手段を示す図、図１４は本発明の第２実施例の第２ステップにおける各ガスの供給態様の一例を示すタイミングチャート、図１５は本発明方法の第２実施例の各工程の例を示すフローチャート、図１６は本発明方法の第２実施例により薄膜が形成される被処理体の一例を示す断面図である。
【００８４】
ここではシリコンゲルマニウム膜を形成するために、先に図１を参照して説明した成膜装置１２に、図１３に示すようなゲルマニウム含有ガス供給手段１３０を追加で設けるようにすればよい。このゲルマニウム含有ガス供給手段１３０は、マニホールド２６を貫通させて設けたガスノズル１３０Ａを有し、このガスノズル１３０Ａにはガス通路１３２が接続されると共に、このガス通路１３２には、開閉弁１３２Ａ及びマスフローコントローラのような流量制御器１３２Ｂが順次介設されており、ゲルマニウム含有ガスを流量制御しつつ流すようになっている。このゲルマニウム含有ガスとしては、例えばモノゲルマン（ＧｅＨ４ ）を用いることができるが、これに限定されず、モノゲルマン、Ｇｅ２ Ｈ６ よりなる群から選択される１以上のガスを用いることができる。
【００８５】
上記シリコンゲルマニウム膜中のゲルマニウムの濃度は、０％よりも大きく、１００％よりも小さければ、どのような値でもよく、好ましくは１０〜９０％の範囲内である。尚、このシリコンゲルマニウム膜中には、不純物を含めてもよいし、或いは含めなくてもよい。このシリコンゲルマニウム膜中に不純物を含めない場合には、上述したような成膜装置例において不純物含有ガス供給手段５４（図１参照）は不要になるのは勿論である。
【００８６】
＜成膜方法の第２実施例＞
図１に示す成膜装置１２に上記ゲルマニウム含有ガス供給手段１３０を追加して設けた成膜装置により行われる成膜方法の第２実施例では、上記処理容器１４内へアミノシラン系ガスと高次シランの内の少なくともいずれか一方のガスよりなるシード膜用原料ガスを供給して上記被処理体の表面に上記シード膜を形成する第１ステップ８４と、上記処理容器１４内へシラン系ガスとゲルマニウム含有ガスとを供給して上記シリコンゲルマニウム膜を形成する第２ステップ１３４とを有するようにしている。
【００８７】
この場合、上述のように上記シリコンゲルマニウム膜中には不純物を含めるようにしてもよいし、含めなくてもよい。上記シリコンゲルマニウム膜中に不純物を含める場合には、シラン系ガスとゲルマニウム含有ガスの両ガスの供給と不純物含有ガスの供給とを交互に行なうようにしてもよいし、上記シラン系ガスとゲルマニウム含有ガスと不純物含有ガスとを同時に供給するようにしてもよい。
【００８８】
ここでは、まず一例として、シラン系ガスとゲルマニウム含有ガスの両ガスの供給と不純物含有ガスの供給とを交互に行なうようにした場合について説明する。すなわち、第２ステップでは、図１５に示すように、上記処理容器１４内へシラン系ガスとゲルマニウム含有ガスとを、上記シラン系ガスと上記ゲルマニウム含有ガスとが上記被処理体Ｗの表面に吸着するような状態で供給する第１のガス供給工程と上記処理容器１４内へ不純物含有ガスを供給する第２のガス供給工程とを交互に繰り返し行うことにより不純物の含有されたシリコンゲルマニウム膜を形成するようにしている。
【００８９】
第１ステップ８４では、図３に示す第１実施例の第１ステップ８４と全く同様にしてシード膜８８（図１６参照）を形成する。第２ステップ１３４では、第１のガス供給工程Ｓ１でシラン系ガスを流していたことに加えてゲルマニウム含有ガスも流すようにした点が異なる他は、他の各工程Ｓ２〜Ｓ５に関しては全て図３に示す第１実施例の場合と同じである。
【００９０】
すなわち、この第２ステップ１３４では、図１４に示すように、ゲルマニウム含有ガス（図１４（Ｄ）参照）を、図１４（Ａ）のシラン系ガスと同期させて同時に流すようにしている。尚、不純物含有ガス（図１４（Ｂ））及びパージガス、圧力調整用ガス（図１４（Ｃ））の供給態様は、図２を参照して説明した場合と全て同じであり、また、その変形の態様も適用される。
【００９１】
上述のように、第２ステップ１３４の第１のガス供給工程Ｓ１でモノシランガスとモノゲルマンガスとを同時に供給して半導体ウエハＷの表面に両ガスが吸着するような状態とする。これにより、最終的には、図１６（Ｂ）に示すようにボロンがドープされた不純物含有のシリコンゲルマニウム膜１３６が積層されて形成されることになる。このシリコンゲルマニウム膜１３６は、アモルファスの状態でもよいし、単結晶或いは多結晶の状態でもよい。
【００９２】
上記第２ステップ１３４の第１のガス供給工程Ｓ１のモノゲルマンガスの流量は、１０〜２０００ｓｃｃｍの範囲内である。プロセス温度、プロセス圧力、ガス供給時間Ｔ１も第１実施例の場合と同じである。例えばモノシランガスの流量は例えば１００〜４０００ｓｃｃｍの範囲内で例えば１２００ｓｃｃｍ程度、プロセス圧力は２７〜６６６５Ｐａ（０．２〜５０Ｔｏｒｒ）の範囲内で例えば５３３Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）程度、プロセス温度は３５０〜６００℃の範囲内で例えば４００℃程度、ガスの供給期間Ｔ１は１〜３００ｓｅｃの範囲内で例えば６０ｓｅｃ程度である。また、図２（Ｄ）〜図２（Ｆ）に示すようなＮ２ ガスの供給形態の変形実施例も、この第２実施例において適用できるのは勿論である。
【００９３】
このようにして、上記シード膜８８上に非常に薄い原子レベルの厚さのシリコンゲルマニウム膜１３６（図１６（Ｂ）参照）よりなる薄膜が積層形成されることになり、半導体ウエハＷの表面に形成されている凹部４（図１６参照）内を埋め込み性が良好な状態で埋め込むことができる。ここでは、上述のように、シリコンゲルマニウム膜１３６中には不純物としてＢ（ボロン）がドープされている。
【００９４】
このように、真空排気が可能になされた処理容器１４内で被処理体の表面にシード膜８８とシリコンゲルマニウム膜１３６を形成する薄膜の形成方法において、処理容器１４内へアミノシラン系ガスと高次シランの内の少なくともいずれか一方のガスよりなるシード膜用原料ガスを供給して被処理体の表面に前記シード膜８８を形成する第１ステップ８４と、処理容器１４内へシラン系ガスとゲルマニウム含有ガスとを供給してシリコンゲルマニウム膜１３６を形成する第２ステップとを有するようにしたので、比較的低温でも埋め込み特性が良好で且つ表面ラフネスの精度を向上するシリコンゲルマニウム膜を形成することができる。
【００９５】
＜変形例１＞
上記実施例では、第２ステップにおいてシラン系ガス及びゲルマニウム含有ガスと不純物含有ガスとを交互に供給したが、これに限定されず、上記シラン系ガスとゲルマニウム含有ガスと不純物含有ガスとを同時に供給するようにしてＣＶＤ法により、不純物が含有されたシリコンゲルマニウム膜を形成するようにしてもよい。この場合、プロセス条件は、シラン系ガス（例えばモノシラン）の流量は、１００〜２０００ｓｃｃｍの範囲内、ゲルマニウム含有ガス（例えばモノゲルマン）の流量は、１００〜２０００ｓｃｃｍの範囲内、不純物含有ガス（例えばＢＣｌ３ ））の流量は、５０〜５００ｓｃｃｍの範囲内である。またプロセス圧力は、０．１〜１０Ｔｏｒｒの範囲内、プロセス温度は、３５０〜６００℃の範囲内である。更に、プロセス時間は、必要とする膜厚に依存して長さを決定する。この場合にも、先の実施例と同様な作用効果を発揮することができる。
【００９６】
＜変形例２＞
上記変形例１では、第２ステップにおいて上記シラン系ガスとゲルマニウム含有ガスと不純物含有ガスとを同時に供給するようにしたが、これに限定されず、先に説明したように不純物含有ガスを供給しないで上記シラン系ガスとゲルマニウム含有ガスとを同時に供給してＣＶＤ法により、不純物を含まないシリコンゲルマニウム膜を形成するようにしてもよい。この場合、プロセス条件は、シラン系ガス（例えばモノシラン）の流量は、１００〜２０００ｓｃｃｍの範囲内、ゲルマニウム含有ガス（例えばモノゲルマン）の流量は、１００〜２０００ｓｃｃｍの範囲内である。またプロセス圧力は、０．１〜１０Ｔｏｒｒの範囲内、プロセス温度は、３５０〜６００℃の範囲内である。更に、プロセス時間は、必要とする膜厚に依存して長さを決定する。この変形例２では、前述したように不純物含有ガス供給手段５４（図１参照）は不要になるのは勿論である。この場合にも、先の実施例と同様な作用効果を発揮することができる。
【００９７】
＜本発明方法の第２実施例の評価＞
ここで、前述したような本発明方法の第２実施例について実験を行ったので、その評価結果について説明する。図１７は本発明方法の第２実施例の評価を行うための表面ラフネスの結果を示すグラフ、図１８は本発明方法の第２実施例を行った時に堆積したシリコンゲルマニウム膜の表面を示す図面代用写真である。ここでは、シリコン酸化膜上にシード膜を形成し、このシード膜上に上記変形例２のようにしてＣＶＤ成膜により不純物を含まないシリコンゲルマニウム膜を形成した。プロセス条件は、先の本発明方法の第２実施例で説明したプロセス条件を用いた。プロセス温度については、４００℃、４３０℃、４５０℃の３点について行った。
【００９８】
また、比較のためにシリコン酸化膜上に、シード膜を形成することなくシリコンゲルマニウム膜を直接的に成膜した比較実験についても行い、比較例とした。この時のプロセス温度は４３０℃と４５０℃の２点について行った。図１７中の”ａｓ ｄｅｐ”はシリコンゲルマニウム膜を成膜した直後の状態を示し、”ＰＤＡ”（Ｐｏｓｔ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ａｎｎｅａｌ）は、ポストデポジションアニールを示す。
【００９９】
また図１８の写真は電子顕微鏡により求めた。図１７に示すように、シード膜無しの比較例の場合には、シリコンゲルマニウム膜の表面ラフネスは８ｎｍ以上であって表面ラフネスが大きく、図１８に示す写真からも明らかなように、表面に大きな凹凸が見られて好ましくない。
【０１００】
これに対して、本発明方法の第２実施例のシード膜有りの場合には、４００〜４５０℃の全範囲に亘って表面ラフネスは１ｎｍ以下であって非常に小さく、図１８に示す写真からも明らかなように、表面が非常に平滑になっており、好ましい状況になっているのが理解できる。
【０１０１】
尚、上記成膜方法の各実施例では、Ｎ２ ガスを間欠的に供給するようにしているが、これに限定されず、成膜処理の全体に亙ってＮ２ ガスを連続的に供給して圧力が大きく変動しないようにしてもよい。
【０１０２】
また、上記成膜方法の各実施例では、各パージ工程のパージガスや第２のガス供給工程の圧力調整用ガスとしてＮ２ ガスを用いるようにしたが、これに替えてＡｒやＨｅ等の希ガスを用いてもよい。更には、上記各実施例では、各パージ工程のパージガスや第２のガス供給工程の圧力調整用ガスとしてＮ２ ガスを用いるようにしたが、上記Ｎ２ ガスや希ガスに替えて、或いはこれらのガスと共に混合させてＨ２ （水素）ガスを用いるようにしてもよい。特にＨ２ ガスを用いると、このＨ２ ガスはシリコンに対してマイグレーションを抑制するように作用するので、シリコン膜やシリコンゲルマニウム膜が微粒化して付着することを防止して、埋め込み特性を一層向上させることが可能となる。
【０１０３】
また、上記成膜方法の各実施例では、主に第２のガス供給工程において圧力調整用ガスを供給するようにしたが、これに替えて、或いはこれと共に第１のガス供給工程においても圧力調整用ガスを供給するようにしてもよい。また、上記成膜方法の各実施例では、シラン系ガスとしてモノシランを用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、モノシラン及び高次シランとよりなる群から選択される１以上のガス種を用いることができる。
【０１０４】
また、上記成膜方法の各実施例では、不純物（ドーパント）を含有させるためにＢＣｌ３ ガスを用いたが、これに限定されず、上記不純物含有ガスは、ＢＣｌ３ 、ＰＨ３ 、ＰＦ３ 、ＡｓＨ３ 、ＰＣｌ３ 、Ｂ２ Ｈ６ よりなる群から選択される１以上のガス種を用いることができ、種々の不純物をドープさせるようにしてもよい。
【０１０５】
また、シード膜８８は、厚くするとアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜９０やシリコンゲルマニウム膜１３６の膜厚を増加させ、半導体装置の微細化を損なうことになる。また、シード膜８８は、アモルファス状態の不純物含有のシリコンの核やシリコンゲルマニウムの核を均一に発生させるものである。このため、シード膜８８の厚さは薄いことが望ましく、好ましくは単原子層レベルの厚さ程度であることが良い。具体的なシード膜８８の厚さを言及すれば、０．１ｎｍ以上５．０ｎｍ以下であることが良い。
【０１０６】
また、アミノシラン系ガスとしては１価のアミノシラン系ガス、例えば、ＤＩＰＡＳ（ジイソプロピルアミノシラン）が良い。さらに、アミノシランは分解させないで、例えば、下地である絶縁膜８２上に、吸着させるようにすることが良い。例えば、ＤＩＰＡＳは４５０℃以上で熱分解する。アミノシランが熱分解されると、成膜される膜中に炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）などの不純物が巻き込まれてしまうことがある。アミノシランは分解させずに、例えば、下地である絶縁膜８２上に吸着させるようにすることで、成膜される膜中に不純物が巻き込まれてしまう事情を抑制できる、という利点を得ることができる。
【０１０７】
また、アモルファス状態の不純物含有のシリコン膜９０及びシリコンゲルマニウム膜１３６の厚さは、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましいが、例えば、５０ｎｍ以下１ｎｍ以上の範囲の厚さとすることも可能である。上記成膜方法としては、上述したように２種類のガスの単なる交互供給であってもよいし、原子レベル或いは分子レベルの厚さの薄膜を積層させる、いわゆるＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方法であってもよい。更には、シラン系ガスの供給は、非飽和吸着で且つ不純物含有ガスの供給は、飽和吸着であってもよい。
【０１０８】
また、上記各実施例では、第１ステップにおいては、シード膜用原料ガスとしてアミノシラン系ガスを用いた場合を例にとって説明したが、前述したようにシード膜用原料ガスとしてアミノシラン系ガスと高次シランの内の少なくともいずれか一方のガスを用いることができる。例えばシード膜用原料ガスとして高次シランを用いた場合には（アミノシラン系ガスは用いず）、シード膜の形成時のプロセス温度は例えば４００℃程度で行い、シード膜は約１〜２ｎｍの厚さで形成する。この場合、シード膜の表面ラスネスも比較的良好であって連続膜の状態となっている。
【０１０９】
また、シード膜用原料ガスとしてアミノシラン系ガスを用いた場合には（高次シランは用いず）、アミノシラン系ガスは供給時間に対して膜厚が増加しない範囲で用いるため、１分子層（約０．１〜０．５ｎｍ）程度のシード膜の膜厚として使用することができる。この場合のプロセス温度は例えば２５〜５５０℃程度であり、上記高次シランを用いたシード膜形成時の場合よりも低温でのシード膜の形成も可能となる。
【０１１０】
また、第１ステップでは、上述したように、シード膜用原料ガスとしてアミノシラン系ガスと高次シランとを用いることができる。具体的には、最初に上記アミノシラン系ガスを流し、次に上記高次シランを流すようにした第１態様、最初に上記アミノシラン系ガスを流す工程と、次に上記高次シランを流すようにした工程とよりなる１シーケンスを複数シーケンス行なうようにした第２態様及び、上記アミノシラン系ガスと上記高次シランとを同時に流すようにした第３態様がある。
【０１１１】
上記第１態様、すなわち上記アミノシラン系ガスと上記高次シランとを交互に１回ずつ流すようにした態様の場合には、高次シランの単独フローで形成したシード膜よりも表面ラスネスが良好な連続膜としてのシード膜を得ることができる。また、上記第２態様、すなわち上記アミノシラン系ガスと上記高次シランとを交互に複数回繰り返して流す態様の場合には、上記第１の態様よりも厚い連続膜としてのシード膜を得ることができる。
また、上記第３態様の場合には、短時間でのシード膜の形成が可能であり、生産性において有利である。
【０１１２】
また、上記本発明においては、第１ステップ及び第２ステップで用いることができる上記高次シランとしては、例えば、Ｓｉｍ Ｈ２ｍ＋２（ただし、ｍは２以上の自然数）の式で表されるシリコンの水素化物が、
ジシラン（Ｓｉ２ Ｈ６ ）
トリシラン（Ｓｉ３ Ｈ８ ）
テトラシラン（Ｓｉ４ Ｈ１０）
ペンタシラン（Ｓｉ５ Ｈ１２）
ヘキサシラン（Ｓｉ６ Ｈ１４）
ヘプタシラン（Ｓｉ７ Ｈ１６）
の少なくとも一つから選ばれることが良い。
【０１１３】
更に高次シランとしては、例えば、Ｓｉｎ Ｈ２ｎ（ただし、ｎは３以上の自然数）の式で表されるシリコンの水素化物が、
シクロトリシラン（Ｓｉ３ Ｈ６ ）
シクロテトラシラン（Ｓｉ４ Ｈ８ ）
シクロペンタシラン（Ｓｉ５ Ｈ１０）
シクロヘキサシラン（Ｓｉ６ Ｈ１２）
シクロヘプタシラン（Ｓｉ７ Ｈ１４）
の少なくとも一つから選ばれることが良い。
ここで、第１ステップでシード膜用原料ガスとして、高次シランを用いる場合には、アミノシラン系ガスの供給系に替えて、或いはこれと共に高次シランガスの供給系を設けるようにする。また、第１ステップ及び第２ステップで、それぞれ高次シランを用いる場合には、例えば１つのシラン系ガス供給手段５２で兼用できるのは勿論である。
【０１１４】
また、ここでは図１に示すように、処理容器１４が一重となっている単管式のバッチ型の成膜装置を例にとって説明したが、これに限定されず、処理容器１４が内筒と外筒とよりなる二重管式のバッチ型の成膜装置にも本発明を適用することができる。更には、ガスノズル５２Ａ、５４Ａ、５６Ａ、８０Ａはその先端のみからガスを放出する直管式のガスノズルを用いているが、これに限定されず、処理容器１４の長さ方向に沿って配置したガス管に対して所定のピッチで複数のガス噴射孔を設けて各ガス噴射孔からガスを噴射するようにした、いわゆる分散型のガスノズルを用いてもよい。
【０１１５】
更には、ここでは上述のように一度に複数枚の半導体ウエハＷを処理するバッチ式の成膜装置を例にとって説明したが、これに限定されず、半導体ウエハＷを１枚ずつ処理する、いわゆる枚葉式の成膜装置にも本発明を適用することができるのは勿論である。
【０１１６】
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、この半導体ウエハにはシリコン基板やＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体基板も含まれ、更にはこれらの基板に限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【０１１７】
１２ 成膜装置
１４ 処理容器
２８ ウエハボート（保持手段）
４８ 加熱手段
５２ シラン系ガス供給手段
５４ 不純物含有ガス供給手段
５６ 支援ガス供給手段
７０ 制御手段
８０ シード膜用原料ガス供給手段
８４ 第１ステップ
８６ 第２ステップ
８８ シード膜
９０ アモルファス状態の不純物含有のシリコン膜
１３０ ゲルマニウム含有ガス供給手段
１３４ 第２ステップ
１３６ シリコンゲルマニウム膜
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空排気が可能になされた処理容器内で被処理体の表面にシード膜と不純物含有のシリコン膜を形成する薄膜の形成方法において、
前記処理容器内へアミノシラン系ガスと高次シランの内の少なくともいずれか一方のガスよりなるシード膜用原料ガスを供給して前記被処理体の表面に前記シード膜を形成する第１ステップと、
前記処理容器内へシラン系ガスと不純物含有ガスとを供給してアモルファス状態の前記不純物含有のシリコン膜を形成する第２ステップとを有するようにしたことを特徴とする薄膜の形成方法。
【請求項２】
前記第２ステップでは、前記処理容器内へシラン系ガスを該シラン系ガスが前記被処理体の表面に吸着するような状態で供給する第１のガス供給工程と前記処理容器内へ不純物含有ガスを供給する第２のガス供給工程とを交互に繰り返し行うようにしたことを特徴とする請求項１記載の薄膜の形成方法。
【請求項３】
前記第２ステップでは、前記処理容器内へ前記シラン系ガスと前記不純物含有ガスとを同時に供給するようにしたことを特徴とする請求項１記載の薄膜の形成方法。
【請求項４】
前記シリコン膜の厚さは、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【請求項５】
真空排気が可能になされた処理容器内で被処理体の表面にシード膜とシリコンゲルマニウム膜を形成する薄膜の形成方法において、
前記処理容器内へアミノシラン系ガスと高次シランの内の少なくともいずれか一方のガスよりなるシード膜用原料ガスを供給して前記被処理体の表面に前記シード膜を形成する第１ステップと、
前記処理容器内へシラン系ガスとゲルマニウム含有ガスとを供給して前記シリコンゲルマニウム膜を形成する第２ステップとを有するようにしたことを特徴とする薄膜の形成方法。
【請求項６】
前記第２ステップでは、前記シリコンゲルマニウム膜に不純物を含めるために不純物含有ガスが用いられることを特徴とする請求項５記載の薄膜の形成方法。
【請求項７】
前記第２ステップでは、前記処理容器内へシラン系ガスとゲルマニウム含有ガスとを、前記シラン系ガスと前記ゲルマニウム含有ガスとが前記被処理体の表面に吸着するような状態で供給する第１のガス供給工程と前記処理容器内へ不純物含有ガスを供給する第２のガス供給工程とを交互に繰り返し行うようにしたことを特徴とする請求項６記載の薄膜の形成方法。
【請求項８】
前記第２ステップでは、前記処理容器内へ前記シラン系ガスと前記ゲルマニウム含有ガスと前記不純物含有ガスとを同時に供給するようにしたことを特徴とする請求項６記載の薄膜の形成方法。
【請求項９】
前記ゲルマニウム含有ガスは、モノゲルマニウム、Ｇｅ２ Ｈ６ よりなる群から選択される１以上のガスよりなることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【請求項１０】
前記シリコンゲルマニウム膜の厚さは、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項５乃至９のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【請求項１１】
前記第１ステップのプロセス温度は、２５〜５５０℃の範囲内であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【請求項１２】
前記第１ステップと前記第２ステップのプロセス温度は、同一に設定されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【請求項１３】
前記第１ステップにおけるシード膜用原料ガスとしては、前記アミノシラン系ガスと前記高次シランとが用いられることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【請求項１４】
前記第１ステップでは、最初に前記アミノシラン系ガスを流し、次に前記高次シランを流すようにしたことを特徴とする請求項１３記載の薄膜の形成方法。
【請求項１５】
前記第１ステップでは、最初に前記アミノシラン系ガスを流す工程と、次に前記高次シランを流すようにした工程とよりなる１シーケンスを複数シーケンス行なうようにしたことを特徴とする請求項１３記載の薄膜の形成方法。
【請求項１６】
前記第１ステップでは、前記アミノシラン系ガスと前記高次シランとを同時に流すようにしたことを特徴とする請求項１３記載の薄膜の形成方法。
【請求項１７】
前記第１及び第２のガス供給工程におけるプロセス温度は、それぞれ３５０〜６００℃の範囲内であることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【請求項１８】
前記第１及び第２のガス供給工程におけるプロセス圧力は、それぞれ２７〜６６６５Ｐａ（０．２〜５０Ｔｏｒｒ）の範囲内であることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【請求項１９】
前記第１のガス供給工程と前記第２のガス供給工程との間には、前記処理容器内の残留ガスを排除するためのパージ工程が行われることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【請求項２０】
前記パージ工程の全期間又は一部の期間では、残留ガスの排除を促進するためのパージガスを供給するようにしていることを特徴とする請求項１９記載の薄膜の形成方法。
【請求項２１】
前記第１のガス供給工程及び前記第２のガス供給工程の内の少なくともいずれか一方のガス供給工程では、圧力調整用ガスが供給されることを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【請求項２２】
前記シラン系ガスは、モノシラン及び高次シランよりなる群から選択される１以上のガス種よりなることを特徴とする請求項１乃至２１のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【請求項２３】
前記不純物含有ガスは、ＢＣｌ３ 、ＰＨ３ 、ＰＦ３ 、ＡｓＨ３ 、ＰＣｌ３ 、Ｂ２ Ｈ６ よりなる群から選択される１以上のガス種よりなることを特徴とする請求項１乃至２２のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【請求項２４】
前記シード膜の厚さは、０．１ｎｍ以上５．０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至２３のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【請求項２５】
前記アミノシラン系ガスは、ＢＡＳ（ブチルアミノシラン）、ＢＴＢＡＳ（ビスターシャリブチルアミノシラン）、ＤＭＡＳ（ジメチルアミノシラン）、ＢＤＭＡＳ（ビスジメチルアミノシラン）、ＴＤＭＡＳ（トリジメチルアミノシラン）、ＤＥＡＳ（ジエチルアミノシラン）、ＢＤＥＡＳ（ビスジエチルアミノシラン）、ＤＰＡＳ（ジプロピルアミノシラン）、ＤＩＰＡＳ（ジイソプロピルアミノシラン）、ＨＥＡＤ（ヘキサエチルアミノジシラン）よりなる群から選択される１以上のガスを含むことを特徴とする請求項１乃至２４のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【請求項２６】
全ての前記薄膜が形成された後に、アニール工程を行うことを特徴とする請求項１乃至２５のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【請求項２７】
被処理体の表面に不純物含有の薄膜を形成する成膜装置において、
前記被処理体を収容することができる処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理体を保持する保持手段と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記処理容器内へ必要なガスを供給するガス供給手段と、
前記処理容器内の雰囲気を排気する真空排気系と、
請求項１乃至２５のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法を実行するように装置全体の動作を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
【請求項１】
真空排気が可能になされた処理容器内で被処理体の表面にシード膜と不純物含有のシリコン膜を形成する薄膜の形成方法において、
前記処理容器内へアミノシラン系ガスと高次シランの内の少なくともいずれか一方のガスよりなるシード膜用原料ガスを供給して前記被処理体の表面に前記シード膜を形成する第１ステップと、
前記処理容器内へシラン系ガスと不純物含有ガスとを供給してアモルファス状態の前記不純物含有のシリコン膜を形成する第２ステップとを有するようにしたことを特徴とする薄膜の形成方法。
【請求項２】
前記第２ステップでは、前記処理容器内へシラン系ガスを該シラン系ガスが前記被処理体の表面に吸着するような状態で供給する第１のガス供給工程と前記処理容器内へ不純物含有ガスを供給する第２のガス供給工程とを交互に繰り返し行うようにしたことを特徴とする請求項１記載の薄膜の形成方法。
【請求項３】
前記第２ステップでは、前記処理容器内へ前記シラン系ガスと前記不純物含有ガスとを同時に供給するようにしたことを特徴とする請求項１記載の薄膜の形成方法。
【請求項４】
前記シリコン膜の厚さは、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【請求項５】
真空排気が可能になされた処理容器内で被処理体の表面にシード膜とシリコンゲルマニウム膜を形成する薄膜の形成方法において、
前記処理容器内へアミノシラン系ガスと高次シランの内の少なくともいずれか一方のガスよりなるシード膜用原料ガスを供給して前記被処理体の表面に前記シード膜を形成する第１ステップと、
前記処理容器内へシラン系ガスとゲルマニウム含有ガスとを供給して前記シリコンゲルマニウム膜を形成する第２ステップとを有するようにしたことを特徴とする薄膜の形成方法。
【請求項６】
前記第２ステップでは、前記シリコンゲルマニウム膜に不純物を含めるために不純物含有ガスが用いられることを特徴とする請求項５記載の薄膜の形成方法。
【請求項７】
前記第２ステップでは、前記処理容器内へシラン系ガスとゲルマニウム含有ガスとを、前記シラン系ガスと前記ゲルマニウム含有ガスとが前記被処理体の表面に吸着するような状態で供給する第１のガス供給工程と前記処理容器内へ不純物含有ガスを供給する第２のガス供給工程とを交互に繰り返し行うようにしたことを特徴とする請求項６記載の薄膜の形成方法。
【請求項８】
前記第２ステップでは、前記処理容器内へ前記シラン系ガスと前記ゲルマニウム含有ガスと前記不純物含有ガスとを同時に供給するようにしたことを特徴とする請求項６記載の薄膜の形成方法。
【請求項９】
前記ゲルマニウム含有ガスは、モノゲルマニウム、Ｇｅ２ Ｈ６ よりなる群から選択される１以上のガスよりなることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【請求項１０】
前記シリコンゲルマニウム膜の厚さは、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項５乃至９のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【請求項１１】
前記第１ステップのプロセス温度は、２５〜５５０℃の範囲内であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【請求項１２】
前記第１ステップと前記第２ステップのプロセス温度は、同一に設定されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【請求項１３】
前記第１ステップにおけるシード膜用原料ガスとしては、前記アミノシラン系ガスと前記高次シランとが用いられることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【請求項１４】
前記第１ステップでは、最初に前記アミノシラン系ガスを流し、次に前記高次シランを流すようにしたことを特徴とする請求項１３記載の薄膜の形成方法。
【請求項１５】
前記第１ステップでは、最初に前記アミノシラン系ガスを流す工程と、次に前記高次シランを流すようにした工程とよりなる１シーケンスを複数シーケンス行なうようにしたことを特徴とする請求項１３記載の薄膜の形成方法。
【請求項１６】
前記第１ステップでは、前記アミノシラン系ガスと前記高次シランとを同時に流すようにしたことを特徴とする請求項１３記載の薄膜の形成方法。
【請求項１７】
前記第１及び第２のガス供給工程におけるプロセス温度は、それぞれ３５０〜６００℃の範囲内であることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【請求項１８】
前記第１及び第２のガス供給工程におけるプロセス圧力は、それぞれ２７〜６６６５Ｐａ（０．２〜５０Ｔｏｒｒ）の範囲内であることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【請求項１９】
前記第１のガス供給工程と前記第２のガス供給工程との間には、前記処理容器内の残留ガスを排除するためのパージ工程が行われることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【請求項２０】
前記パージ工程の全期間又は一部の期間では、残留ガスの排除を促進するためのパージガスを供給するようにしていることを特徴とする請求項１９記載の薄膜の形成方法。
【請求項２１】
前記第１のガス供給工程及び前記第２のガス供給工程の内の少なくともいずれか一方のガス供給工程では、圧力調整用ガスが供給されることを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【請求項２２】
前記シラン系ガスは、モノシラン及び高次シランよりなる群から選択される１以上のガス種よりなることを特徴とする請求項１乃至２１のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【請求項２３】
前記不純物含有ガスは、ＢＣｌ３ 、ＰＨ３ 、ＰＦ３ 、ＡｓＨ３ 、ＰＣｌ３ 、Ｂ２ Ｈ６ よりなる群から選択される１以上のガス種よりなることを特徴とする請求項１乃至２２のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【請求項２４】
前記シード膜の厚さは、０．１ｎｍ以上５．０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至２３のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【請求項２５】
前記アミノシラン系ガスは、ＢＡＳ（ブチルアミノシラン）、ＢＴＢＡＳ（ビスターシャリブチルアミノシラン）、ＤＭＡＳ（ジメチルアミノシラン）、ＢＤＭＡＳ（ビスジメチルアミノシラン）、ＴＤＭＡＳ（トリジメチルアミノシラン）、ＤＥＡＳ（ジエチルアミノシラン）、ＢＤＥＡＳ（ビスジエチルアミノシラン）、ＤＰＡＳ（ジプロピルアミノシラン）、ＤＩＰＡＳ（ジイソプロピルアミノシラン）、ＨＥＡＤ（ヘキサエチルアミノジシラン）よりなる群から選択される１以上のガスを含むことを特徴とする請求項１乃至２４のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【請求項２６】
全ての前記薄膜が形成された後に、アニール工程を行うことを特徴とする請求項１乃至２５のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【請求項２７】
被処理体の表面に不純物含有の薄膜を形成する成膜装置において、
前記被処理体を収容することができる処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理体を保持する保持手段と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記処理容器内へ必要なガスを供給するガス供給手段と、
前記処理容器内の雰囲気を排気する真空排気系と、
請求項１乃至２５のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法を実行するように装置全体の動作を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１３−８２９８６（Ｐ２０１３−８２９８６Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４０８４０（Ｐ２０１１−２４０８４０）
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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