半導體器件的制造方法及襯底處理裝置與流程
本發(fā)明涉及半導體器件的制造方法及襯底處理裝置。
背景技術(shù)：
作為半導體器件(device)的制造工序的一個工序，有時使用鹵系的處理氣體、非鹵系的處理氣體，在襯底上進行形成包含硅(si)等規(guī)定元素作為主元素的膜的成膜處理(例如，參見專利文獻1～3)。
[現(xiàn)有技術(shù)文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2012/029661號小冊子
[專利文獻2]日本特開2013-197307號公報
[專利文獻3]日本特開2014-067796號公報
技術(shù)實現(xiàn)要素：
發(fā)明要解決的問題
本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠提高形成于襯底上的膜的膜品質(zhì)的技術(shù)。
用于解決問題的手段
根據(jù)本發(fā)明的一個方式，提供一種技術(shù)，具有
通過將下述循環(huán)進行規(guī)定次數(shù)，從而在襯底上形成膜的工序，所述循環(huán)為交替進行對處理室內(nèi)的襯底供給鹵系的第一處理氣體的工序、和對所述處理室內(nèi)的所述襯底供給非鹵系的第二處理氣體的工序，使供給所述第一處理氣體的工序中的所述處理室內(nèi)的壓力大于供給所述第二處理氣體的工序中的所述處理室內(nèi)的壓力。
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，能夠提高形成于襯底上的膜的膜品質(zhì)。
附圖說明
[圖1]是本發(fā)明的一實施方式中優(yōu)選使用的襯底處理裝置的立式處理爐的概略構(gòu)成圖，是用縱截面圖來表示處理爐部分的圖。
[圖2]是本發(fā)明的一實施方式中優(yōu)選使用的襯底處理裝置的立式處理爐的概略構(gòu)成圖，是用圖1的a-a線截面圖來表示處理爐部分的圖。
[圖3]是本發(fā)明的一實施方式中優(yōu)選使用的襯底處理裝置的控制器的概略構(gòu)成圖，是用框圖來表示控制器的控制系統(tǒng)的圖。
[圖4]是表示本發(fā)明的一實施方式的成膜順序及其變形例的圖。
[圖5]是表示本發(fā)明的一實施方式的成膜順序及其他變形例的圖。
[圖6](a)是表示si膜形成處理開始前的晶片表面的剖面結(jié)構(gòu)的圖，(b)是表示在si膜形成處理進行中且dcs氣體供給后的晶片表面的剖面結(jié)構(gòu)的圖，(c)是表示在si膜形成處理進行中且ds氣體供給后的晶片表面的剖面結(jié)構(gòu)的圖，(d)是表示si膜形成處理結(jié)束后的晶片表面的剖面結(jié)構(gòu)的圖，(e)是表示氧化膜形成處理結(jié)束后的晶片的表面的剖面結(jié)構(gòu)的圖，(f)是表示圖6(e)的區(qū)域a的部分放大圖的一個例子的圖，(g)是表示圖6(e)的區(qū)域a的部分放大圖的其他例子的圖，(h)是表示圖6(e)的區(qū)域a的部分放大圖的其他例子的圖。
[圖7]是本發(fā)明的其他實施方式中優(yōu)選使用的襯底處理裝置的處理爐的概略構(gòu)成圖，是用縱剖面圖來表示處理爐部分的圖。
[圖8]是本發(fā)明的其他實施方式中優(yōu)選使用的襯底處理裝置的處理爐的概略構(gòu)成圖，是用縱剖面圖來表示處理爐部分的圖。
附圖標記說明
200晶片(襯底)
200dsi膜
200esio膜
201處理室
具體實施方式
＜本發(fā)明的一實施方式＞
以下，針對本發(fā)明的一實施方式，使用圖1～圖3進行說明。
(1)襯底處理裝置的構(gòu)成
如圖1所示，處理爐202具有作為加熱手段(加熱機構(gòu))的加熱器207。加熱器207為圓筒形狀，通過保持板支承而被垂直地安裝。加熱器207也作為通過熱使氣體活化(激發(fā))的活化機構(gòu)(激發(fā)部)發(fā)揮功能。
在加熱器207的內(nèi)側(cè)以與加熱器207呈同心圓狀的方式配置有構(gòu)成反應(yīng)容器(處理容器)的反應(yīng)管203。反應(yīng)管203例如由石英(sio2)或碳化硅(sic)等耐熱性材料形成，并形成上端閉塞、下端開口的圓筒形狀。在反應(yīng)管203的筒中空部形成有處理室201。處理室201構(gòu)成為能夠收納作為襯底的晶片200。
在處理室201內(nèi)，以貫穿反應(yīng)管203的下部側(cè)壁的方式設(shè)置有噴嘴249a、249b。噴嘴249a、249b例如由石英或sic等耐熱性材料形成。氣體供給管232a、232b分別與噴嘴249a、249b連接。氣體供給管232c與氣體供給管232b連接。
在氣體供給管232a～232c上，從上游方向開始依序分別設(shè)置有作為流量控制器(流量控制部)的質(zhì)量流量控制器(mfc)241a～241c及作為開閉閥的閥243a～243c。在比氣體供給管232a、232b的閥243a、243b更靠近下游一側(cè)，分別連接有供給非活性氣體的氣體供給管232d、232e。在氣體供給管232d、232e上，從上游方向開始依序分別設(shè)置有mfc241d、241e及閥243d、243e。
如圖2所示，噴嘴249a、249b以沿著反應(yīng)管203的內(nèi)壁的下部至上部、朝向晶片200的排列方向上方豎立的方式，被分別設(shè)置于反應(yīng)管203的內(nèi)壁和晶片200之間的俯視下呈圓環(huán)狀的空間。也就是說，噴嘴249a、249b以沿著晶片排列區(qū)域的方式被分別設(shè)置于排列有晶片200的晶片排列區(qū)域的側(cè)方的、水平包圍晶片排列區(qū)域的區(qū)域。在噴嘴249a、249b的側(cè)面分別設(shè)置有供給氣體的氣體供給孔250a、250b。氣體供給孔250a、250b分別朝向反應(yīng)管203的中心進行開口，能夠向晶片200供給氣體。在從反應(yīng)管203的下部到上部的范圍內(nèi)設(shè)置有多個氣體供給孔250a、250b。
包含鹵素和作為規(guī)定元素(主元素)的si的氣體即鹵代硅烷原料氣體，作為鹵系的第一處理氣體從氣體供給管232a經(jīng)由mfc241a、閥243a、噴嘴249a被供給至處理室201內(nèi)。
所謂原料氣體，是指氣態(tài)的原料，例如是通過將常溫常壓下為液態(tài)的原料氣化而得的氣體、常溫常壓下為氣態(tài)的原料等。所謂鹵代硅烷原料，是指具有鹵素基團的原料。鹵素基團包括氯基、氟基、溴基、碘基等。也就是說，鹵素基團包括氯(cl)、氟(f)、溴(br)、碘(i)等鹵素。
作為第一處理氣體，例如可使用包含si及cl的鹵代硅烷原料氣體、即氯硅烷原料氣體。作為氯硅烷原料氣體，例如可使用二氯硅烷(sih2cl2、簡稱：dcs)氣體。
從氣體供給管232b經(jīng)由mfc241b、閥243b、噴嘴249b向處理室201內(nèi)供給包含作為規(guī)定元素(主元素)的si而不含鹵素的硅烷原料氣體作為非鹵系的第二處理氣體。作為第二處理氣體，能夠使用氫化硅原料氣體、能夠使用例如二硅烷(si2h6，簡稱：ds)氣體。
作為非活性氣體，例如氮氣(n2)，從供給管232d、232e分別經(jīng)由mfc241d、241e、閥243d、243e、氣體供給管232a、232b、噴嘴249a、249b被供給至處理室201內(nèi)。
供給第一處理氣體的第一供給系統(tǒng)主要由氣體供給管232a、mfc241a、閥243a構(gòu)成。供給第二處理氣體的第二供給系統(tǒng)主要由氣體供給管232b、mfc241b、閥243b構(gòu)成。非活性氣體供給系統(tǒng)主要由氣體供給管232d、232e、mfc241d、241e、閥243d、243e構(gòu)成。
上述各種氣體供給系統(tǒng)中的任一者或所有供給系統(tǒng)可構(gòu)成為集成有閥243a～243e、mfc241a～241e等而成的集成型供給系統(tǒng)248。集成型供給系統(tǒng)248以下述方式構(gòu)成：分別與氣體供給管232a～232e連接，并通過后述的控制器121來控制各種氣體向氣體供給管232a～232e內(nèi)的供給動作，即，閥243a～243e的開閉動作、利用mfc241a～241e進行的流量調(diào)節(jié)動作等。集成型供給系統(tǒng)248構(gòu)成為一體型或分離型集成單元，并以下述方式構(gòu)成：能夠相對于氣體供給管232a～232e等以集成單元單位的形式進行拆裝，能夠以集成單元為單位進行供給系統(tǒng)的維護、交換、增設(shè)等。
在反應(yīng)管203中設(shè)置有將處理室201內(nèi)的氣氛排出的排氣管231。在排氣管231上，經(jīng)由作為檢測處理室201內(nèi)壓力的壓力檢測器(壓力檢測部)的壓力傳感器245及作為壓力調(diào)節(jié)器(壓力調(diào)節(jié)部)的apc(autopressurecontroller)閥244，連接有作為真空排氣裝置的真空泵246。apc閥244以下述方式構(gòu)成，即，通過在使真空泵246工作的狀態(tài)下將閥開閉，能夠?qū)μ幚硎?01內(nèi)進行真空排氣及停止真空排氣，進而，通過在使真空泵246工作的狀態(tài)下基于由壓力傳感器245檢測到的壓力信息來調(diào)節(jié)閥開度，能夠調(diào)節(jié)處理室201內(nèi)的壓力。排氣系統(tǒng)主要由排氣管231、apc閥244、壓力傳感器245構(gòu)成。在排氣系統(tǒng)中也可包括真空泵246。
在反應(yīng)管203的下方設(shè)置有作為爐口蓋體(能夠?qū)⒎磻?yīng)管203的下端開口氣密地封閉)的密封蓋219。密封蓋219例如由sus等金屬形成，形成為圓盤狀。在密封蓋219的上面設(shè)置有作為密封部件(與反應(yīng)管203的下端抵接)的o型環(huán)220。在密封蓋219的下方設(shè)置有使后述晶舟217旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)267。旋轉(zhuǎn)機構(gòu)267的旋轉(zhuǎn)軸255貫穿密封蓋219并與晶舟217連接。旋轉(zhuǎn)機構(gòu)267以使晶舟217旋轉(zhuǎn)從而使晶片200旋轉(zhuǎn)的方式構(gòu)成。密封蓋219以下述方式構(gòu)成：通過作為升降機構(gòu)(設(shè)置于反應(yīng)管203的外部)的晶舟升降機115而在垂直方向上進行升降。晶舟升降機115以通過使密封蓋219升降而將晶舟217、即將晶片200搬入及搬出(搬送)于處理室201內(nèi)外的搬送裝置(搬送機構(gòu))的形式構(gòu)成。
作為襯底支承件的晶舟217以下述方式構(gòu)成：使多片(例如25～200片)晶片200以水平姿勢且以彼此中心對齊的狀態(tài)在垂直方向上排列，將其呈多層地進行支承，即，使晶片200隔開間隔地排列。晶舟217例如由石英、sic等耐熱性材料形成。在晶舟217的下部，以水平姿勢呈多層地支承有由例如石英、sic等耐熱性材料形成的隔熱板218。
在反應(yīng)管203內(nèi)設(shè)置有作為溫度檢測器的溫度傳感器263?；谟蓽囟葌鞲衅?63檢測到的溫度信息來調(diào)節(jié)向加熱器207的通電情況，由此使處理室201內(nèi)的溫度成為所期望的溫度分布。溫度傳感器263與噴嘴249a、249b同樣地以沿著反應(yīng)管203的內(nèi)壁的方式進行設(shè)置。
如圖3所示，作為控制部(控制手段)的控制器121以具有cpu(centralprocessingunit)121a、ram(randomaccessmemory)121b、存儲裝置121c、i/o端口121d的計算機的形式構(gòu)成。ram121b、存儲裝置121c、i/o端口121d以經(jīng)由內(nèi)部總線121e與cpu121a進行數(shù)據(jù)交換的方式構(gòu)成?？刂破?21連接有例如以觸摸面板等的形式構(gòu)成的輸入輸出裝置122。
存儲裝置121c例如由閃存、hdd(harddiskdrive)等構(gòu)成。在存儲裝置121c內(nèi)，以可讀取的方式存儲有：控制襯底處理裝置的動作的控制程序、記載有后述襯底處理的步驟、條件等的工藝制程等。工藝制程是以使控制器121執(zhí)行后述襯底處理工序的各步驟、并能獲得規(guī)定結(jié)果的方式組合得到的，其作為程序發(fā)揮作用。以下，將該工藝制程、控制程序等統(tǒng)一簡稱為程序。另外，將工藝制程也簡單稱為制程。在本說明書中使用措辭“程序”時，有時僅單獨包含制程，有時僅單獨包含控制程序，或者有時包含上述兩者。ram121b以存儲區(qū)域(工作區(qū))的形式構(gòu)成，該存儲區(qū)域暫時保持通過cpu121a讀取的程序、數(shù)據(jù)等。
i/o端口121d與上述mfc241a～241e、閥243a～243e、壓力傳感器245、apc閥244、真空泵246、加熱器207、溫度傳感器263、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)267、晶舟升降機115等連接。
cpu121a構(gòu)成為：從存儲裝置121c讀取并執(zhí)行控制程序，并且根據(jù)來自輸入輸出裝置122的操作命令的輸入等從存儲裝置121c讀取制程。cpu121a構(gòu)成為：按照讀取的制程的內(nèi)容，對利用mfc241a～241e進行的各種氣體的流量調(diào)節(jié)動作、閥243a～243e的開閉動作、基于apc閥244的開閉動作及壓力傳感器245并利用apc閥244進行的壓力調(diào)節(jié)動作、真空泵246的起動及停止、基于溫度傳感器263進行的加熱器207的溫度調(diào)節(jié)動作、利用旋轉(zhuǎn)機構(gòu)267進行的晶舟217的旋轉(zhuǎn)及旋轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)動作、利用晶舟升降機115進行的晶舟217的升降動作等進行控制。
可通過將存儲于外部存儲裝置(例如硬盤等磁盤；cd等光盤；mo等光磁盤；usb存儲器等半導體存儲器)123的上述程序安裝在計算機中來構(gòu)成控制器121。存儲裝置121c、外部存儲裝置123以計算機可讀取的記錄介質(zhì)的形式構(gòu)成。以下，也將它們統(tǒng)一簡稱為記錄介質(zhì)。本說明書中使用稱為記錄介質(zhì)的措辭時，有時僅單獨包含存儲裝置121c、有時僅單獨包含外部存儲裝置123、或有時包含上述兩者。需要說明的是，程序向計算機的提供可不使用外部存儲裝置123，而使用互聯(lián)網(wǎng)、專用線路等通信手段。
(2)襯底處理工序
作為半導體器件的制造工序的一個工序，對使用上述襯底處理裝置在作為襯底的晶片200上形成si膜之后，形成sio膜的順序例，使用圖4、圖6(a)～圖6(h)進行說明。在以下說明中，構(gòu)成襯底處理裝置的各部分的動作由控制器121控制。
在圖4所示的基本順序中，通過將下述循環(huán)進行規(guī)定次數(shù)(n1次(n1為1以上的整數(shù)))，從而在晶片200上形成具有極薄的膜厚的si膜，即形成極薄si膜，所述循環(huán)為交替進行對處理室201內(nèi)的晶片200供給dcs氣體作為第一處理氣體的步驟1、和對處理室201內(nèi)的晶片200供給ds氣體作為第二處理氣體的步驟2。在本說明書中，也將極薄si膜簡稱為si膜。另外，在本說明書中，方便起見，有時將圖4所示的基本順序按以下方式表示。在以下變形例等的說明中，使用同樣的記述。
經(jīng)圖4所示的基本順序而在晶片200上形成si膜后，形成sio膜。需要說明的是，sio膜的形成并非一定需要，也能夠省略。
在本說明書中使用措辭“晶片”時，有時指晶片本身，有時指由晶片和形成于其表面的規(guī)定層、膜等得到的層疊體。在本說明書中使用措辭“晶片的表面”時，有時指晶片本身的表面，有時指形成于晶片上的規(guī)定層等的表面。本說明書中記載有“在晶片上形成規(guī)定層”的情形而言，有時指在晶片本身的表面上直接形成規(guī)定層，有時指在形成于晶片上的層等上形成規(guī)定層。本說明書中使用措辭“襯底”的情形也與使用措辭“晶片”的情形為相同的含義。
(晶片裝載及晶舟加載)
在晶舟217中裝填有(晶片裝載)多片晶片200。之后，如圖1所示，通過晶舟升降機115舉起支承有多片晶片200的晶舟217，將其搬入(晶舟加載)處理室201內(nèi)。在該狀態(tài)下，成為下述狀態(tài)：密封蓋219通過o型環(huán)220將反應(yīng)管203的下端封閉。
作為晶片200，例如能夠使用由單晶si構(gòu)成的si襯底、或者使用在表面上形成有單晶si膜的襯底。在晶片200的表面上成為單晶si露出的狀態(tài)。在晶片200的表面的一部分上，也可形成例如氧化硅膜(sio膜)、氮化硅膜(sin膜)、氮氧化硅膜(sion膜)等絕緣膜。
圖6(a)～圖6(h)為將晶片200表面的剖面結(jié)構(gòu)部分放大的圖。在將晶片200向處理室201內(nèi)搬入前，晶片200的表面預先經(jīng)氟化氫(hf)等清洗。但是，從清洗處理之后至將晶片200向處理室201內(nèi)搬入為止的期間，晶片200的表面暫時暴露于大氣。因此，如圖6(a)所示，被搬入處理室201內(nèi)的晶片200的表面的至少一部分上形成自然氧化膜(sio膜)200b。自然氧化膜200b有時以稀疏地(島狀地)覆蓋晶片200的表面，即露出的單晶si的一部分的方式形成，另外有時以連續(xù)(非島狀地)覆蓋露出的單晶si整個區(qū)域的方式形成。
(壓力調(diào)節(jié)及溫度調(diào)節(jié))
通過真空泵246進行真空排氣(減壓排氣)，以使得處理室201內(nèi)、即晶片200所存在的空間成為所期望的壓力(真空度)。此時，處理室201內(nèi)的壓力通過壓力傳感器245進行測定，基于所述測得的壓力信息來反饋控制apc閥244。真空泵246至少在直到對晶片200的處理結(jié)束之前的期間維持始終工作的狀態(tài)。此外，處理室201內(nèi)的晶片200通過加熱器207加熱到所期望的成膜溫度。此時，基于溫度傳感器263檢測到的溫度信息來反饋控制向加熱器207的通電情況，以使得處理室201內(nèi)成為所期望的溫度分布。利用加熱器207對處理室201內(nèi)進行的加熱至少在直到對晶片200的處理結(jié)束之前的期間持續(xù)進行。此外，開始利用旋轉(zhuǎn)機構(gòu)267進行的晶舟217及晶片200的旋轉(zhuǎn)。對于利用旋轉(zhuǎn)機構(gòu)267進行的晶舟217及晶片200的旋轉(zhuǎn)，至少在直到對晶片200的處理結(jié)束之前的期間持續(xù)進行。
(si膜形成步驟)
之后，依次執(zhí)行以下2個步驟，即步驟1、2。
[步驟1]
在該步驟中，對晶片200供給dcs氣體。具體而言，打開閥243a，在氣體供給管232a內(nèi)流過dcs氣體。dcs氣體通過mfc241a調(diào)節(jié)流量，經(jīng)由噴嘴249a被供給至處理室201內(nèi)，并從排氣管231排出。此時，對晶片200供給dcs氣體。此時，同時打開閥243d，在氣體供給管232d內(nèi)流過n2氣。n2氣與dcs氣體一起被供給至處理室201內(nèi)，并從排氣管231排出。此外，為了防止dcs氣體侵入噴嘴249b內(nèi)，打開閥243e，在氣體供給管232e內(nèi)流過n2氣。n2氣經(jīng)由氣體供給管232b、噴嘴249b被供給至處理室201內(nèi)，并從排氣管231排出。
通過對晶片200供給dcs氣體，能夠產(chǎn)生由dcs帶來的保護(treatment)效果，能夠進行以下處理。由此，能夠使晶片200的表面狀態(tài)變成圖6(b)所示的狀態(tài)。
即，通過對晶片200的表面供給包含電負性大的鹵素(cl)的dcs，能夠使形成于晶片200表面的自然氧化膜200b中的氧(o)和dcs中的cl相互吸引，切斷自然氧化膜200b所含的si-o鍵。即通過dcs所具有的極性，能夠?qū)尉i的表面封端的si-o鍵切斷。另外，通過從dcs分離而生成的微量的cl-(cl離子)，還能夠?qū)尉i的表面封端的si-o鍵切斷。由此，單晶si表面的si的連接鍵成為自由鍵(free)。也就是說，在單晶si的表面，能夠產(chǎn)生si的未連接鍵。由此，形成容易進行后述同質(zhì)外延生長的環(huán)境。通過在晶片200的表面進行上述反應(yīng)，能除去形成于表面的自然氧化膜200b、單晶si的表面露出。也就是說，dcs氣體作為從單晶si的表面除去自然氧化膜200b的清潔氣體(清洗氣體)發(fā)揮作用。需要說明的是，在晶片200的表面上形成sio膜等的情況下，通過上述保護效果，在sio膜等的表面形成si的吸附位點。
通過上述保護效果，在晶片200的表面形成容易進行同質(zhì)外延生長的環(huán)境后，關(guān)閉閥243a，停止供給dcs氣體。此時，apc閥244保持打開狀態(tài)，利用真空泵246對處理室201內(nèi)進行真空排氣，將殘留在處理室201內(nèi)的未反應(yīng)氣體或已經(jīng)對上述反應(yīng)做出了貢獻后的氣體從處理室201內(nèi)排除。此時，閥243d、243e保持打開狀態(tài)，維持n2氣向處理室201內(nèi)的供給。n2氣作為吹掃氣體發(fā)揮作用。
[步驟2]
步驟1結(jié)束后，對晶片200供給ds氣體。在該步驟中，以與步驟1中的閥243a、243d、243e的開閉控制相同的順序來控制閥243b、243d、243e的開閉。在氣體供給管232b內(nèi)流動的ds氣體通過mfc241b調(diào)節(jié)流量，經(jīng)由噴嘴249b被供給至處理室201內(nèi)，并從排氣管231排出。此時，對晶片200供給ds氣體。
通過對晶片200供給ds氣體，能夠進行以下處理，能夠使晶片200的表面狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閳D6(c)所示的狀態(tài)、即在晶片200的表面上形成有si層200c的狀態(tài)。
即，通過進行步驟1而形成的si的未連接鍵與ds所含的si鍵合，能夠在晶片200的表面上形成si晶體的核，能夠使si晶體進行外延生長(氣相外延生長)。由于作為基底的晶體和在該晶體上生長的晶體為相同材質(zhì)(si)，所以該生長為同質(zhì)外延生長。在同質(zhì)外延生長中，在作為基底的晶體上，具有與該晶體相同的晶格常數(shù)、由相同的材料形成的晶體以相同的晶體取向進行生長。因此，與作為基底的晶體和在該晶體上生長的晶體為由不同材質(zhì)進行的異質(zhì)外延生長相比，同質(zhì)外延生長能夠得到缺陷少、優(yōu)質(zhì)的晶體。通過進行以上處理，在晶片200的表面上形成由si單晶形成的si層200c。需要說明的是，當在晶片200的表面上形成sio膜等時，能夠使(通過上述保護效果而在sio膜等的表面上形成的)si的吸附位點吸附ds中所含的si。這種情況下，成為在sio膜上形成無定形、多晶、或無定形與多晶的混晶狀態(tài)的si膜。
si層200c的形成結(jié)束后，關(guān)閉閥243b，停止供給ds氣體。然后，按照與步驟1同樣的處理步驟，將殘留在處理室201內(nèi)的未反應(yīng)氣體或已經(jīng)對上述反應(yīng)做出了貢獻后的氣體、反應(yīng)副產(chǎn)物從處理室201內(nèi)排除。
需要說明的是，若進行步驟2，則晶片200的表面的至少一部分、即si層200c的表面的至少一部分有時成為通過ds氣體所含的si-h鍵而被封端的狀態(tài)。將晶片200的表面封端的si-h鍵能夠通過后面的步驟1中對晶片200供給dcs氣體而切斷。即、通過從dcs分離而生成的微量的cl-，能夠?qū)i層200c的表面封端的si-h鍵切斷。由此，能夠在si層200c的表面形成si的未連接鍵。即、在晶片200的表面中能夠再次形成易于進行同質(zhì)外延生長的環(huán)境。由此，在后面的步驟2中，能夠不發(fā)生延遲地開始上述si層200c的形成。
另外，若進行步驟2，則在晶片200的表面有時si會異常生長。例如，若進行步驟2，則吸附于晶片200的表面的si有時局部地聚集等、有時在si層200c的表面形成凹凸結(jié)構(gòu)。但是，通過在后面的步驟1對晶片200供給dcs氣體，能夠?qū)⒃摦惓ＩL的si除去。即、通過從dcs分離而生成的微量的cl-，能夠?qū)惓ＩL的si中所含的si-si鍵切斷、將該異常生長的si蝕刻。由此，能夠使si層200c的表面平滑化、結(jié)果能夠改善最終形成的si膜的表面粗糙度等。這里所謂表面粗糙度，是指晶片面內(nèi)中的膜的高低差(與表面粗糙度同義)，該值越小，則表示表面越平滑。即、所謂改善表面粗糙度，是指減小膜的高低差、改善表面的平滑度。
這里所示的各效果包括在如上所述由dcs帶來的保護效果。
[實施規(guī)定次數(shù)]
進行規(guī)定次數(shù)(n1次)的下述循環(huán)，所述循環(huán)為使上述步驟1、2交替進行、即非同步、非同時地進行的循環(huán)。由此，能夠進行以下處理，使晶片200的表面狀態(tài)轉(zhuǎn)變成圖6(d)所示的狀態(tài)。即，能夠轉(zhuǎn)變成在晶片200的表面上形成有si膜200d的狀態(tài)。
si膜200d通過以在晶片200的表面上形成的si層200c為基底，si晶體進行外延生長而形成。si膜200d的晶體結(jié)構(gòu)成為繼承了基底的晶體性的單晶。即，也就是說，si膜200d為由與基底的單晶si相同的材料構(gòu)成、且具有相同的晶格常數(shù)、相同的晶體取向的單晶si膜(外延si膜)。形成si膜200d時，通過適度地發(fā)揮上述保護效果，能夠使si膜200d成為針孔、膜破裂(以下，也將它們統(tǒng)稱為膜破裂等)少的致密膜，能夠成為后述的氧化種的擴散抑制(block)效果高的膜、對hf耐性高的膜。需要說明的是，所謂針孔，是指在對膜供給蝕刻氣體、蝕刻液等蝕刻劑時，蝕刻劑朝向該膜的基底側(cè)侵入的通路。另外，所謂膜破裂，是指例如與針孔相比，以更大規(guī)模產(chǎn)生的缺陷。膜破裂等尤其是在使si膜200d的膜厚變薄的情況下易于產(chǎn)生。因此，在使si膜200d的膜厚變薄的情況下，產(chǎn)生保護效果的技術(shù)意義尤為重大。
以下，對si膜形成步驟的處理條件進行說明。這里所示的條件也是能夠適度地發(fā)揮上述保護效果的條件。
步驟1中的dcs氣體的供給流量例如設(shè)為1～2000sccm的范圍內(nèi)的規(guī)定流量。dcs氣體的供給時間例如設(shè)為1～600秒的范圍內(nèi)的規(guī)定時間。步驟2中的ds氣體的供給流量例如設(shè)為1～2000sccm的范圍內(nèi)的規(guī)定流量。ds氣體的供給時間例如設(shè)為1～600秒的范圍內(nèi)的規(guī)定時間。在步驟1、2中，通過各氣體供給管供給的n2氣的供給流量分別例如設(shè)為0～10000sccm的范圍內(nèi)的規(guī)定的流量。需要說明的是，通過不供給n2氣，能夠提高各處理氣體的分壓，提高層品質(zhì)。
步驟1中的處理室201內(nèi)的壓力p1大于步驟2中的處理室201內(nèi)的壓力p2(p1＞p2)。由此，與p1≤p2的情況相比，能夠提高上述保護效果。
這是因為，通過p1＞p2，與p1≤p2的情況相比，向處理室201內(nèi)供給的dcs氣體的流速降低。由此，能夠使晶片200的表面與dcs的接觸時間變長，能夠增加從加熱后的晶片200向dcs傳導的熱能的量。由此，促進cl從dcs的分離，能夠增加對晶片200供給的cl-的量。結(jié)果，能夠提高保護效果。
另外，通過設(shè)為p1＞p2，與p1≤p2的情況相比，增加了對晶片200的供給的dcs的量。另外，當p1＞p2時，如上所述，確保了晶片200的表面與dcs接觸的時間較長。由此，促進了由dcs的極性帶來的作用、即si-o鍵、si-h鍵的切斷，結(jié)果，能夠提高保護效果。
需要說明的是，關(guān)于p1，在后述成膜溫度下，可設(shè)為例如400pa以上1000pa以下的范圍內(nèi)的壓力(第一壓力)。
若p1小于400pa，則從dcs分離的cl的量、即對晶片200供給的cl-的量不足、或?qū)?00供給的dcs的量等不足、從而不能獲得上述保護效果。通過使p1為400pa以上，能夠分別充分增加對晶片200供給的cl-的量、dcs的量、從而能夠獲得上述保護效果。
若p1大于1000pa，則存在步驟1中供給的dcs所含的si堆積在晶片200上的情況。這種情況下，在從單晶si的表面除去自然氧化膜前就發(fā)生了si的堆積。因此，在單晶si上(自然氧化膜上)無法進行同質(zhì)外延生長，而是無定形si膜、多晶si膜進行生長。另外，若p1大于1000pa，則存在不能獲得利用了dcs的極性等的上述保護效果。通過使p1為1000pa以下，能夠解決上述問題。
另外，關(guān)于p2，在后述成膜溫度下，可設(shè)為例如250pa以上350pa以下的范圍內(nèi)的壓力(第二壓力)。
若p2小于250pa，則在步驟2中供給的ds變得難以分解，存在si層200c在晶片200上的形成變得困難的情況。通過使p2為250pa以上，能夠解決上述問題。
若p2大于350pa，則發(fā)生過剩的氣相反應(yīng)，由此存在si層200c的厚度的均勻性、階梯被覆性易于變得劣化、且其控制變得困難的情況。另外，還有在處理室201內(nèi)產(chǎn)生顆粒的可能。通過使p2為350pa以下，能夠解決上述問題。
綜上，可設(shè)為p1＞p2、p1可設(shè)為例如400pa以上1000pa以下的范圍內(nèi)的規(guī)定壓力、p2可設(shè)為例如250pa以上350pa以下的范圍內(nèi)的規(guī)定壓力。通過將p1、p2的關(guān)系以這種方式進行設(shè)定、并維持這種壓力平衡，能夠更加提高上述保護效果、并且能夠提高最終形成的si膜的膜厚均勻性、階梯被覆性。
步驟1、2中的晶片200的溫度(成膜溫度)設(shè)定為例如350～450℃、優(yōu)選370～390℃的范圍內(nèi)的規(guī)定溫度。
若晶片200的溫度小于350℃，則有時在步驟1中不能獲得上述保護效果，另外有時在步驟2中ds難以分解(熱分解)。通過使成膜溫度為350℃以上，能夠解決上述問題。通過使成膜溫度為370℃以上，能夠在步驟1中更加提高上述保護效果、另外在步驟2中更加促進ds的分解。
若晶片200的溫度大于450℃，則在步驟1中供給的dcs所含的si有時堆積在晶片200上。此時，如上所述，在單晶si上(自然氧化膜上)，同質(zhì)外延生長沒有進行、而無定形si膜、多晶si膜生長。另外，若成膜溫度大于450℃，還有時不能獲得利用了dcs的極性的上述保護效果。通過使成膜溫度為450℃以下，能夠解決上述問題。通過使成膜溫度為390℃以下，能夠確實抑制dcs中所含的si向晶片200上堆積、能夠更加提高上述保護效果。
交替進行步驟1、2的循環(huán)的實施次數(shù)例如為5～20次，優(yōu)選為10～15次的范圍內(nèi)。由此形成的si膜200d的膜厚t例如為
作為第一處理氣體，除dcs氣體外，還可使用一氯硅烷(sih3cl，簡稱：mcs)氣體、三氯硅烷(sihcl3，簡稱：tcs)氣體、四氯硅烷(sicl4，略稱：stc)氣體、六氯乙硅烷(si2cl6，簡稱：hcds)氣體等氯硅烷原料氣體。需要說明的是，在步驟1中，為了抑制si在晶片200上的堆積、并促進上述si-o鍵的切斷反應(yīng)，作為第一處理氣體，優(yōu)選使用1分子中包含的si的個數(shù)少、且1分子中所含的鹵素(cl等)的個數(shù)多的鹵代硅烷原料氣體。此外，在步驟1中，為了適當抑制上述si-o鍵的切斷反應(yīng)，優(yōu)選使用1分子中所含的鹵素(cl等)的個數(shù)少的鹵代硅烷原料氣體。
作為第二處理氣體，除ds氣體外，還可使用甲硅烷(sih4)氣體、丙硅烷(si3h8)氣體、丁硅烷(si4h10)氣體、戊硅烷(si5h12)氣體、己硅烷(si6h14)氣體等不含鹵素的硅烷原料氣體。
作為非活性氣體，除n2氣外，還可使用例如ar氣、he氣、ne氣、xe氣等稀有氣體。
(sio膜形成步驟)
形成si膜200d后，通過進行sio膜形成步驟，能夠使晶片200的表面狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閳D6(e)所示的狀態(tài)，即在晶片200的表面上(si膜200d上)形成氧化硅膜(sio膜)200e(作為si及o的膜)的狀態(tài)。
在sio膜形成步驟中，例如，如以下所示的成膜順序那樣，將下述循環(huán)進行規(guī)定次數(shù)(n2次(n2為1以上的整數(shù)))，所述循環(huán)為非同時進行下述步驟：對處理室201內(nèi)的晶片200供給例如雙二乙基氨基硅烷(sih2[n(c2h5)2]，簡稱：bdeas)氣體等氨基硅烷原料氣體作為原料的步驟3，和對處理室201內(nèi)的晶片200供給例如被等離子體激發(fā)的氧(o2＊)氣等含o氣體作為氧化劑的步驟4。作為原料氣體，除氨基硅烷原料氣體外，還能夠使用上述氯硅烷原料氣體。作為氧化劑，除o2＊氣體外，還能夠使用o3氣、o2氣+h2氣。上述氣體可從上述氣體供給系統(tǒng)供給。
需要說明的是，形成sio膜200e時，在步驟4中對晶片200供給的o2＊不僅被供給至通過進行步驟3而在晶片200(si膜200d)上形成的含si層(si層，或bdeas吸附層)，而且被供給至作為成膜的基底的si膜200d。也就是說，對晶片200供給的氧化種(o2＊)的一部分向通過進行步驟3而在si膜200d上形成的含si層中擴散(通過(日文：通り抜け))，從而到達si膜200d。結(jié)果，si膜200d的至少一部分被氧化，從而被改質(zhì)為包含氧(o)的si膜(sio膜)200d’。
但是，如本實施方式那樣，通過將si膜200d的膜厚t設(shè)為上述范圍內(nèi)(例如1～4nm，優(yōu)選為2～3nm)的規(guī)定膜厚，氧化種從si膜200d的表面向晶片200側(cè)的擴散被si膜200d阻擋。換而言之，對si膜200d供給的氧化種通過將si膜200d氧化而致使幾乎其全部被消耗，幾乎或者完全不會被供給至晶片200的表面。由此，可將si膜200d視為抑制氧化種從si膜200d的表面向晶片200側(cè)擴散的氧化阻擋膜。另外，也可將si膜200d視為當在晶片200的表面上形成氧化膜時，代替晶片200而被氧化的膜，即犧牲si膜或氧吸收膜(緩沖膜)。
需要說明的是，當將si膜200d的膜厚t設(shè)為上述范圍內(nèi)的較薄的膜厚(例如1nm以上且小于2nm的膜厚)時，如圖6(f)所示的部分放大圖那樣，si膜200d在膜厚方向上的整個區(qū)域被氧化，被改質(zhì)為sio膜200d’。這種情況下，有時對晶片200供給的氧化種的一部分向si膜200d中擴散(通過)，到達晶片200。其結(jié)果，有時晶片200的表面也被輕微氧化。但是，通過將200d的膜厚t設(shè)為上述范圍內(nèi)的規(guī)定膜厚，晶片200被氧化的區(qū)域能夠被抑制為自晶片200的表面起深度1nm以內(nèi)的范圍內(nèi)。即，雖然晶片200的表面實質(zhì)高度有時最大降低了1nm左右，但認為幾乎沒有變化地維持了表面高度。需要說明的是，關(guān)于si膜200d被氧化而成的sio膜200d’、被氧化的晶片200的表面，分別可被認為包含于sio膜200e的一部分。
另外，當將si膜200d的膜厚t設(shè)為上述范圍內(nèi)之中的中等程度的膜厚(例如2nm以上3nm以下的膜厚)時，如圖6(g)所示的部分放大圖那樣，si膜200d在膜厚方向上的整個區(qū)域被氧化，被改質(zhì)為sio膜200d’。這種情況下，對si膜200d供給的氧化種通過將si膜200d氧化而致使幾乎其全部被消耗。結(jié)果，晶片200的表面的氧化得以避免，晶片200的表面的高度得以維持，而沒有發(fā)生變化。需要說明的是，如上所述，si膜200d被氧化而成的sio膜200d’可被認為包含于sio膜200e的一部分。
另外，當將si膜200d的膜厚t設(shè)為上述范圍內(nèi)之中的較厚的膜厚(例如大于3nm且4nm以下的膜厚)時，如圖6(h)所示的部分放大圖那樣，si膜200d之中的大部分區(qū)域(除與晶片200之間的界面附近以外的區(qū)域)被氧化，被改質(zhì)為包含o的si膜200d’。另一方面，si膜200d之中的一部分區(qū)域(接近與晶片200之間的界面的區(qū)域)未被氧化而維持為si膜200d。也就是說，在晶片200的表面附近，形成在晶片200與sio膜200d’之間夾持si膜200d的夾層結(jié)構(gòu)。由晶片200與sio膜200d’夾持的si膜200d由于是由在晶片200的表面上外延生長的si單晶構(gòu)成，因此可視為包含于晶片200的一部分。但是，通過將si膜200d的膜厚t設(shè)為上述范圍內(nèi)的規(guī)定膜厚，由晶片200與sio膜200d’夾持的si膜200d的膜厚被抑制為1nm以內(nèi)的范圍內(nèi)。也就是說，晶片200的表面的實質(zhì)的高度雖然有時最大提高了1nm左右，但可認為幾乎沒有變化地維持表面高度。需要說明的是，如上所述，si膜200d被氧化而成的sio膜200d’可被認為包含于sio膜200e的一部分。
如上所述，在進行sio膜形成步驟前，預先在晶片200的表面上形成si膜200d，適當調(diào)節(jié)其膜厚t，能夠維持晶片200的表面的實質(zhì)的高度而幾乎沒有變化。需要說明的是，盡管將si膜200d的膜厚t設(shè)為如上所述極薄的膜厚，但之所以能夠獲得相對于如上所述的氧化種的擴散阻擋效果，是因為通過si膜形成步驟而形成的si膜200d成為沒有膜破裂等、極為致密的膜。
(后吹掃及恢復大氣壓)
sio膜200e的形成結(jié)束后，從氣體供給管232d、232e向處理室201內(nèi)供給n2氣，并從排氣管231排出。n2氣作為吹掃氣體發(fā)揮作用。n2氣作為吹掃氣體而發(fā)揮作用。由此，利用非活性氣體對處理室201內(nèi)進行吹掃，將殘留于處理室201內(nèi)的氣體、反應(yīng)副產(chǎn)物從處理室201內(nèi)除去(吹掃)。之后，將處理室201內(nèi)的氣氛置換為非活性氣體(非活性氣體置換)，將處理室201內(nèi)的壓力恢復至常壓(恢復大氣壓)。
(晶舟卸載及晶片取出)
利用晶舟升降機115將密封蓋219下降，將反應(yīng)管203的下端開口。然后，處理完畢的晶片200在被晶舟217支承的狀態(tài)下從反應(yīng)管203的下端被搬出到反應(yīng)管203的外部(晶舟卸載)。將處理完畢的晶片200從晶舟217上取下(晶片取出)。
(3)本實施方式所取得的效果
根據(jù)本實施方式，可取得以下所示的1個或多個效果。
(a)在形成si膜形成步驟中，通過進行對表面上露出單晶si的晶片200供給包含鹵元素的dcs氣體的步驟1，利用dcs帶來的保護效果，除去在晶片200的表面上形成的自然氧化膜200b，并且可在晶片200的表面上產(chǎn)生si的未連接鍵。由此，在晶片200的表面上，能夠沒有延遲地開始外延生長，能夠高效地進行。si膜200d由于是構(gòu)成為外延si膜，因此至少在不將該膜氧化而使用的情況下，與無定形si膜、多晶si膜相比，其能夠成為與晶片200等之間的接觸電阻低、電氣特性優(yōu)異的品質(zhì)良好的膜。需要說明的是，代替dcs氣體而使用氫化硅原料氣體、氨基硅烷原料氣體等不含鹵素的硅烷原料氣體時，外延si膜在晶片200上的生長變得困難，難以獲得上述效果。
(b)在si膜形成步驟中，通過使步驟1中的處理室201內(nèi)的壓力(p1)大于步驟2中的處理室201內(nèi)的壓力(p2)(p1＞p2)，與p1≦p2的情況相比，能夠提高上述保護效果。由此，能夠使在晶片200上形成的si膜200d成為膜破裂等少的致密的膜。通過使si膜200d成為致密的膜，能夠使該膜成為與晶片200等之間的接觸電阻進一步降低的膜。
(c)在進行sio膜形成步驟前，通過在晶片200的表面上預先形成si膜200d，能夠使該膜作為氧化阻擋膜(或氧吸收膜)而發(fā)揮功能。由此，能夠抑制在sio膜形成步驟中的晶片200的氧化。特別的，在本實施方式中形成的si膜200d由于成為如上所述的膜破裂等少的致密的膜，因此即便將上述膜厚t設(shè)為例如1～4nm的范圍內(nèi)的極薄的膜厚，也能夠充分發(fā)揮作為氧化阻擋膜等的功能，能夠確實地抑制晶片200的氧化。
(d)通過將si膜200d的膜厚t設(shè)定為適當?shù)哪ず?，能夠維持晶片200的表面的實質(zhì)的高度而幾乎不使之變化。例如，通過將si膜200d的膜厚t設(shè)為1～4nm的范圍內(nèi)的規(guī)定的膜厚，能夠?qū)⒕?00的表面的實質(zhì)的高度變動量抑制為1nm以內(nèi)。另外例如，通過將si膜200d的膜厚t設(shè)為2～3nm的范圍內(nèi)的規(guī)定的膜厚，能夠?qū)⒕?00的表面的實質(zhì)的高度變動量抑制為能夠忽略的水平、即抑制為幾乎不對在晶片200上形成的半導體器件的性能、品質(zhì)產(chǎn)生影響的水平。由此，能夠降低在晶片200上制作的半導體器件的設(shè)計負擔，另外，能夠提高制造成品率。
(e)通過將si膜200d構(gòu)成為外延si膜，能夠避免在晶片200上形成的半導體器件的性能降低。這是因為，若實施sio膜形成步驟，則根據(jù)其處理條件、si膜200d的膜厚t等，如上所述，有時形成圖6(h)所示的夾層結(jié)構(gòu)。即便在該情況下，通過將si膜200d構(gòu)成為外延si膜，也能夠使由晶片200與sio膜200d’夾持的膜成為與晶片200等之間的接觸電阻低、電氣特性優(yōu)異的膜，由此，能夠避免在晶片200上形成的半導體器件的性能降低。與此相對，當將si膜200d不是構(gòu)成為外延si膜、而是構(gòu)成為無定形si膜、多晶si膜時，在晶片200與sio膜200d’之間夾持的膜有時成為與晶片200等之間的接觸電阻高的膜，導致在晶片200上形成的半導體器件的性能降低。
(f)通過將si膜200d的膜厚t設(shè)為1nm以上的厚度，例如1～4nm左右的厚度，能夠使在晶片200上形成的sio膜200e成為表面粗糙度良好，且膜破裂等少的致密的膜。據(jù)認為，這是由于，通過將si膜200d的厚度設(shè)為1nm以上的厚度，si膜200d變?yōu)檫B續(xù)的狀態(tài)(非島狀態(tài))，在其上形成的sio膜200e易于在晶片200表面內(nèi)的范圍內(nèi)以均勻的定時、速度生長。
(g)當作為第一處理氣體使用dcs氣體以外的鹵代硅烷原料氣體時，作為第二處理氣體使用ds氣體以外的氫化硅原料氣體時，也能同樣地獲得上述效果。
(4)變形例
本實施方式中的成膜順序并不限定于如上所示的方式，可如下文所示的變形例那樣進行變更。
(變形例1)
si膜形成步驟可包含同時進行下述步驟的期間：供給dcs氣體的步驟、和供給作為含h氣體的氫(h2)氣的步驟。例如，如圖4的變形例1、以下所示的成膜順序那樣，在si膜形成步驟中，可交替進行下述步驟：同時進行供給dcs氣體的步驟和供給h2氣的步驟的步驟，和供給ds氣體的步驟。h2氣可從例如氣體供給管232c供給。h2氣的供給流量可設(shè)為例如1～10000sccm的范圍內(nèi)的規(guī)定流量。h2氣的供給時間設(shè)為例如1～600秒的范圍內(nèi)的規(guī)定時間。
在本變形例中，也能獲得與圖4所示的基本順序同樣的效果。另外，根據(jù)本變形例，通過對晶片200供給h2氣，能夠進一步產(chǎn)生由dcs氣體帶來的上述保護，能夠有效除去殘留cl(其成為在步驟2中阻礙利用ds氣體進行的核的形成的主要原因)。但是，需要將h2氣的供給量(供給流量，供給時間)設(shè)為不妨礙上述保護效果的程度。
(變形例2)
如圖4的變形例2、以下所示的成膜順序那樣，在si膜形成步驟中，可使變形例1中的供給h2氣的步驟在供給dcs氣體的步驟結(jié)束后、開始供給ds氣體的步驟前為止的期間也繼續(xù)進行。即，在si膜形成步驟中，使供給h2氣的步驟與供給dcs氣體的步驟同時開始，在直至供給ds氣體的步驟開始前為止連續(xù)進行。
在本變形例中，也能獲得與變形例1同樣的效果。另外根據(jù)本變形例，與變形例1相比，更能夠提高殘留cl除去效果。
(變形例3)
如圖4的變形例3、以下所示的成膜順序那樣，在si膜形成步驟中，也可將供給h2氣的步驟與從處理室201內(nèi)排出dcs氣體的步驟同時進行，即在供給dcs氣體的步驟結(jié)束后、直至開始供給ds氣體的步驟前為止的期間進行。這種情況下，成為與供給dcs氣體的步驟及供給ds氣體的步驟非同時地進行供給h2氣的步驟。
在本變形例中，也能獲得與圖4所示的成膜順序、變形例1同樣的效果。
(變形例4)
si膜形成步驟可包含同時進行供給ds氣體的步驟與供給h2氣的步驟的期間。例如，如圖4的變形例4、以下所示的成膜順序那樣，在si膜形成步驟中，可交替進行供給dcs氣體的步驟，和同時進行供給ds氣體的步驟和供給h2氣的步驟的步驟。
根據(jù)本變形例，由于h2氣的作用，能夠抑制在供給ds氣體的步驟中發(fā)生的、用于形成核的反應(yīng)，不會使ds氣體中的多數(shù)在晶片200的周緣部被消耗，容易將充分量的ds氣體供給至晶片200的中心部。另外，由于h2氣的作用，能夠提高熱導率，能夠更均勻地加熱晶片200。由此，在供給ds氣體的步驟中，能夠使si更均勻地被吸附在晶片200上，能夠提高在晶片200上形成的膜的表面內(nèi)的膜厚均勻性。結(jié)果，能夠使在晶片200上形成的si膜成為膜破裂等更少的致密的膜。
(變形例5)
如圖4的變形例5、以下所示的成膜順序那樣，在si膜形成步驟中，可使變形例4中的供給h2氣的步驟在供給ds氣體的步驟結(jié)束后、開始下一供給dcs氣體的步驟前為止的期間也繼續(xù)進行。即，使供給h2氣的步驟與供給ds氣體的步驟同時開始，在開始下一供給dcs氣體的步驟前為止連續(xù)進行。
在本變形例中，也能獲得與變形例4同樣的效果。另外，根據(jù)本變形例，與變形例4，更能提高反應(yīng)抑制效果、熱導率提高效果。
(變形例6)
如圖4的變形例6、以下所示的成膜順序那樣，在si膜形成步驟中，可以將供給h2氣的步驟與從處理室201內(nèi)排出ds氣體的步驟同時進行，即在供給ds氣體的步驟結(jié)束后、直至開始下一供給dcs氣體的步驟前為止的期間進行供給h2氣的步驟。這種情況下，成為與供給dcs氣體的步驟及供給ds氣體的步驟非同時地進行供給h2氣的步驟。
在本變形例中，也能獲得與變形例4同樣的效果。
(變形例7)
si膜形成步驟可包括同時進行供給dcs氣體的步驟和供給h2氣的步驟的期間，和同時進行供給ds氣體的步驟和供給h2氣的步驟的期間。例如，如圖4的變形例7、以下所示的成膜順序那樣，在si膜形成步驟中，交替進行下述步驟：同時進行供給dcs氣體的步驟和供給h2氣的步驟的步驟、和同時進行供給ds氣體的步驟和供給h2氣的步驟的步驟。
根據(jù)本變形例，能獲得與變形例1同樣的效果及與變形例4同樣的效果。
(變形例8)
如圖4所示的變形例8所示，在變形例7中，可使同時進行供給ds氣體的步驟和供給h2氣的步驟的期間供給的h2氣的供給流量大于同時進行供給dcs氣體的步驟和供給h2氣的步驟的期間供給的h2氣的供給流量。根據(jù)本變形例，除了能獲得與變形例7同樣的效果外，還能夠提高反應(yīng)抑制效果、熱導率提高效果。
(變形例9)
如圖4所示的變形例9所示，在變形例7中，可使同時進行供給dcs氣體的步驟和供給h2氣的步驟的期間供給的h2氣的供給流量大于同時進行供給ds氣體的步驟和供給h2氣的步驟的期間供給的h2氣的供給流量。根據(jù)本變形例，除了能夠獲得與變形例7同樣的效果外，還能夠提高殘留cl除去效果。
(變形例10)
如圖4所示的變形例10所示，也可連續(xù)供給h2氣。即，在si膜形成步驟中，在實施供給h2氣的步驟的狀態(tài)下，交替進行供給dcs氣體的步驟、和供給ds氣體的步驟。根據(jù)本變形例，能夠獲得與變形例1～7同樣的效果。
(變形例11)
si膜形成步驟可包含同時進行供給ds氣體的步驟、和供給作為摻雜氣體的磷化氫(ph3，簡稱：ph)氣體的步驟的期間。例如，如圖5的變形例11、以下所示的成膜順序那樣，在si膜形成步驟中，可交替進行供給dcs氣體的步驟、和同時進行供給ds氣體的步驟和供給ph氣體的步驟的步驟。ph氣體能夠從例如氣體供給管232c供給。ph氣體的供給流量例如設(shè)為1～2000sccm的范圍內(nèi)的規(guī)定流量。ph氣體的供給時間例如設(shè)為1～600秒的范圍內(nèi)的規(guī)定時間。
在本變形例中，也能獲得與圖5所示的基本順序(與圖4所示的基本順序相同的順序)同樣的效果。另外，根據(jù)本變形例，通過對晶片200供給ph氣體，能夠向si膜中摻雜(添加)作為摻雜劑的p，對該膜賦予導電性。結(jié)果，與不含p的外延si膜相比，能夠使該膜成為與晶片200等的接觸電阻低、電氣特性優(yōu)異的品質(zhì)良好的膜。另外，在形成si膜后，實施sio膜形成步驟的情況下，即便形成如圖6(h)所示的夾層結(jié)構(gòu)，也能夠使晶片200與sio膜200d’夾持的膜成為與晶片200等的接觸電阻低、電氣特性優(yōu)異的膜，能夠避免半導體器件的性能降低。si膜的p濃度能夠設(shè)為例如1×1010～1×1023原子/cm3。
(變形例12)
si膜形成步驟可包含同時進行供給dcs氣體的步驟和供給ph氣體的步驟的期間。例如，如圖5的變形例12、以下所示的成膜順序那樣，在si膜形成步驟中，可交替進行同時進行供給dcs氣體的步驟和供給ph氣體的步驟的步驟、和供給ds氣體的步驟。
在本變形例中，能夠向在晶片200上形成的si膜中摻雜p，對該膜賦予導電性。需要說明的是，根據(jù)本變形例，可使在晶片200上形成的si膜的p濃度小于在變形例11中形成的si膜的p濃度。即，能夠?qū)⒃诰?00上形成的si膜的p濃度調(diào)節(jié)至低濃度側(cè)。
(變形例13)
si膜形成步驟可包含同時進行供給dcs氣體的步驟和供給ph氣體的步驟的期間、和同時進行供給ds氣體的步驟和供給ph氣體的步驟的期間。例如，如圖5的變形例13、以下所示的成膜順序那樣，在si膜形成步驟中，可交替進行同時進行供給dcs氣體的步驟和供給ph氣體的步驟的步驟、和同時進行供給ds氣體的步驟和供給ph氣體的步驟的步驟。
根據(jù)本變形例，能夠使在晶片200上形成的si膜的p濃度大于在變形例11中形成的si膜的p濃度。即，可將在晶片200上形成的si膜的p濃度調(diào)節(jié)至高濃度側(cè)。
(變形例14)
如圖5的變形例14、以下所示的成膜順序那樣，在si膜形成步驟中，可將供給ph氣體的步驟與從處理室201內(nèi)排出ds氣體的步驟同時進行，即可在供給ds氣體的步驟結(jié)束后、直至開始下一供給dcs氣體的步驟前為止的期間進行供給ph氣體的步驟。這種情況下，成為與供給dcs氣體的步驟及供給ds氣體的步驟非同時地進行供給ph氣體的步驟。
在本變形例中，能夠向在晶片200上形成的si膜中摻雜p，對該膜賦予導電性。需要說明的是，根據(jù)本變形例，可使在晶片200上形成的si膜的p濃度小于在變形例11中形成的si膜的p濃度，即調(diào)節(jié)至低濃度側(cè)。
(變形例15)
如圖5的變形例15、以下所示的成膜順序那樣，在si膜形成步驟中，可將供給ph氣體的步驟與從處理室201內(nèi)排出dcs氣體的步驟同時進行，即在供給dcs氣體的步驟結(jié)束后、直至開始供給ds氣體的步驟前為止的期間進行供給ph氣體的步驟。這種情況下，成為與供給dcs氣體的步驟及供給ds氣體的步驟非同時地進行供給ph氣體的步驟。
在本變形例中，也可向在晶片200上形成的si膜中摻雜p，對該膜賦予導電性。需要說明的是，根據(jù)本變形例，可使在晶片200上形成的si膜的p濃度小于在變形例11中形成的si膜的p濃度，即能夠調(diào)節(jié)至低濃度側(cè)。
(變形例16)
如圖5的變形例16、以下所示的成膜順序那樣，在si膜形成步驟中，可將供給ph氣體的步驟在供給dcs氣體的步驟結(jié)束后、直至開始供給ds氣體的步驟前為止的期間進行，此外也可在供給ds氣體的步驟結(jié)束后、直至開始下一供給dcs氣體的步驟前為止的期間進行。這種情況下，成為與供給dcs氣體的步驟及供給ds氣體的步驟非同時地進行供給ph氣體的步驟。
在本變形例中，也可向在晶片200上形成的si膜中摻雜p，對該膜賦予導電性。需要說明的是，根據(jù)本變形例，可使在晶片200上形成的si膜的p濃度小于在變形例13中形成的si膜的p濃度，即調(diào)節(jié)至低濃度側(cè)。
(變形例17)
如圖5的變形例17、以下所示的成膜順序那樣，在si膜形成步驟中，可將變形例11中的供給ph氣體的步驟在供給ds氣體的步驟結(jié)束后、直至開始下一供給dcs氣體的步驟前為止的期間也繼續(xù)進行。即，與供給ds氣體的步驟同時地開始供給ph氣體的步驟，并在直至開始下一供給dcs氣體的步驟前為止連續(xù)進行。
在本變形例中，也可向在晶片200上形成的si膜中摻雜p，對該膜賦予導電性。需要說明的是，根據(jù)本變形例，可使在晶片200上形成的si膜的p濃度大于在變形例11中形成的si膜的p濃度，即調(diào)節(jié)至高濃度側(cè)。
(變形例18)
如圖5的變形例18、以下所示的成膜順序那樣，在si膜形成步驟中，可將變形例12中的供給ph氣體的步驟在供給dcs氣體的步驟結(jié)束后、直至開始供給ds氣體的步驟前為止的期間也繼續(xù)進行。即，在si膜形成步驟中，也可與供給dcs氣體的步驟同時地開始供給ph氣體的步驟，在直至開始供給ds氣體的步驟前為止連續(xù)進行。
在本變形例中，也可向在晶片200上形成的si膜中摻雜p，對該膜賦予導電性。需要說明的是，根據(jù)本變形例，可使在晶片200上形成的si膜的p濃度大于在變形例12中形成的si膜的p濃度，即調(diào)節(jié)至高濃度側(cè)。
(變形例19)
如圖5所示的變形例19所示，可連續(xù)供給ph氣體。即，在si膜形成步驟中，可以在實施供給ph氣體的步驟的狀態(tài)下，交替進行供給dcs氣體的步驟、和供給ds氣體的步驟。根據(jù)本變形例，能夠獲得與變形例11～18同樣的效果。
(變形例20)
如以下所示的成膜順序那樣，在si膜形成步驟中，也可通過進行形成未摻雜p的第一層(非摻雜si層)的步驟、和在第一層上形成摻雜有p的第二層(摻雜了的si層)的步驟，從而在晶片200上形成由第一層和第二層層疊而成的si膜，其中，所述形成未摻雜p的第一層(非摻雜si層)的步驟為通過將包括供給dcs氣體的步驟和供給ds氣體的步驟在內(nèi)的第一組合進行規(guī)定次數(shù)(m次(m為1以上的整數(shù)))，從而在晶片200上形成未摻雜p的第一層(非摻雜si層)的步驟，所述形成摻雜有p的第二層(摻雜了的si層)的步驟為通過將包含供給dcs氣體的步驟、供給ds氣體的步驟、和供給ph氣體的步驟在內(nèi)的第二組合進行規(guī)定次數(shù)(n次(n為1以上的整數(shù)))，從而在第一層上形成摻雜有p的第二層(摻雜了的si層)的步驟。
在本變形例中，通過減少si膜的形成初期的ph氣體的供給流量，即p的摻雜量，可形成si膜的外延生長更易于生長的環(huán)境、狀態(tài)。結(jié)果，易于獲得通過將si膜設(shè)為外延si膜而帶來的上述接觸電阻的降低效果。另外，在本變形例中，通過增大si膜的形成初期以后的ph氣體的供給流量，即p的摻雜量，能夠提高si膜的導電性。結(jié)果，易于獲得通過向si膜中摻雜p而帶來的上述的接觸電阻的降低效果。
(變形例21)
在si膜形成步驟中，在步驟1、2各自中，分別實施了從處理室201內(nèi)除去殘留氣體等的殘留氣體除去步驟，但也可不實施該殘留氣體除去步驟。根據(jù)本變形例，能夠縮短si膜形成步驟所需時間，提高成膜處理的生產(chǎn)率。
(變形例22)
作為第一處理氣體，可使用dcs氣體以外的氯硅烷原料氣體，例如hcds氣體、mcs氣體等。在本變形例中，通過將各種處理條件設(shè)為與圖4所示的成膜順序的處理條件相同，也能夠獲得圖4所示的基本順序相同的效果。需要說明的是，作為第一處理氣體，通過使用與dcs氣體相比、在1分子中所含的cl原子數(shù)更多的hcds氣體，與圖4所示的成膜順序相比，能夠進一步提高上述保護效果。
(變形例23)
作為第一處理氣體，可以使用含有c的硅烷原料氣體，例如具有si-c鍵的硅烷原料氣體。例如，作為第一處理氣體，可使用1,1,2,2-四氯-1,2-二甲基二硅烷((ch3)2si2cl4，簡稱：tcdmds)氣體、雙(三氯甲硅烷基)甲烷((sicl3)2ch2，簡稱：btcsm)氣體等。在本變形例中，通過將各種處理條件設(shè)為與圖4所示的成膜順序的處理條件相同，也能夠獲得與圖4所示的基本順序同樣的效果。另外，根據(jù)本變形例，能夠向si膜形成步驟中形成的si膜中摻雜微量的c。
(變形例24)
作為第一處理氣體，可以使用包含除cl以外的鹵原子的鹵代硅烷原料氣體，例如，包含f、br、i等的鹵代硅烷原料氣體。例如，作為第一處理氣體，可以使用四氟硅烷(sif4)氣體等氟硅烷原料氣體；四溴硅烷(sibr4)氣體等溴硅烷原料氣體；四碘硅烷(sii4)氣體等碘硅烷原料氣體等。在本變形例中，通過將各種處理條件設(shè)為與圖4所示的成膜順序的處理條件相同，也能夠獲得與圖4所示的基本順序同樣的效果。
(變形例25)
作為第一處理氣體，可以使用不含si的包含氯原子的氯系氣體。此外，可以使用不含si且包含除cl以外的鹵原子的鹵系氣體。例如，作為第一處理氣體可以使用氯化氫(hcl)氣體、氯氣(cl2)、bcl3氣體、氟化氯(clf3)氣體。在本變形例中，通過將各種處理條件設(shè)為與圖4所示的成膜順序的處理條件相同，也能夠獲得與圖4所示的基本順序同樣的效果。
(變形例26)
作為第二處理氣體，不僅可以使用不含c和氮(n)的硅烷原料氣體，還可以使用包含c和n的硅烷原料氣體。例如，作為第二處理氣體，可以使用氨基硅烷原料氣體。作為氨基硅烷原料氣體，例如可使用丁基氨基硅烷(bas)氣體、雙叔丁基氨基硅烷(btbas)氣體、二甲基氨基硅烷(dmas)氣體、雙(二甲基氨基)硅烷(bdmas)氣體、三(二甲基氨)基硅烷(3dmas)氣體、二乙基氨基硅烷(deas)氣體、雙二乙基氨基硅烷(bdeas)氣體、二丙基氨基硅烷(dpas)氣體、二異丙基氨基硅烷(dipas)氣體等。在本變形例中，通過將各種處理條件設(shè)為與圖4所示的成膜順序的處理條件相同，也能夠獲得與圖4所示的基本順序同樣的效果。另外，根據(jù)本變形例，與變形例23相同，能夠向形成si膜中摻雜微量的c等，能夠獲得與變形例23同樣的效果。
＜本發(fā)明的其他實施方式＞
以上，具體說明了本發(fā)明的實施方式。然而，本發(fā)明并不限定于上述實施方式，在不脫離其主旨的范圍內(nèi)可以進行各種變化。
例如，在上述實施方式中，對在同一處理室內(nèi)(以in-situ的方式)進行si膜形成步驟、sio膜形成步驟的情形進行了說明，但本發(fā)明并不限定于這樣的方案。例如，也可以在不同的處理室內(nèi)(以ex-situ的方式)分別進行si膜形成步驟，sio膜形成步驟。如果以in-situ的方式進行一系列步驟，則晶片200不會在中途暴露在大氣中，能夠保持將晶片200置于真空下的狀態(tài)始終如一地進行處理，能夠進行穩(wěn)定的襯底處理。如果以ex-situ的方式進行一部分步驟，則能夠?qū)⒏魈幚硎覂?nèi)的溫度預先設(shè)定為例如各步驟中的處理溫度或近似于其的溫度，能夠縮短調(diào)節(jié)溫度所需的時間，提高生產(chǎn)效率。
用于襯底處理的制程優(yōu)選根據(jù)處理內(nèi)容分別單獨準備，經(jīng)由電氣通信線路、外部存儲裝置123預先存儲在存儲裝置121c內(nèi)。并且，在開始處理時，優(yōu)選的是，cpu121a根據(jù)襯底處理的內(nèi)容，從存儲在存儲裝置121c內(nèi)的多個制程中適當選擇合適的制程。如此，能夠用1臺襯底處理裝置再現(xiàn)性良好地形成各種膜種、組成比、膜質(zhì)、膜厚的膜。此外，可以減少操作者的負擔，避免操作失誤，同時可以迅速地開始處理。
上述制程不限于新作成的情況，例如，可以通過改變已經(jīng)安裝在襯底處理裝置中的已有制程來準備。在改變工藝制程時，可以經(jīng)由電氣通信線路、記錄有該制程的記錄介質(zhì)將改變后的制程安裝在襯底處理裝置中。此外，還可以操作已有的襯底處理裝置所具備的輸入輸出裝置122，直接改變已經(jīng)安裝在襯底處理裝置中的已有制程。
在上述實施方式中，對使用批量式襯底處理裝置(一次處理多片襯底)來形成膜的例子進行了說明，但本發(fā)明并不限定于上述實施方式，例如，也優(yōu)選適用于使用單片式襯底處理裝置(一次處理1片或數(shù)片襯底)形成膜的情形。此外，在上述實施方式中，對使用具有熱壁型的處理爐的襯底處理裝置來形成膜的例子進行了說明。本發(fā)明并不限定于上述實施方式，也優(yōu)選適用于使用具有冷壁型的處理爐的襯底處理裝置來形成膜的情形。
例如，使用具備圖7所示的處理爐302的襯底處理裝置來形成膜時，本發(fā)明也可優(yōu)選適用。處理爐302包括形成處理室301的處理容器303、作為氣體供給部(以噴淋狀向處理室301內(nèi)供給氣體)的簇射頭303s、以水平姿勢支承1片或數(shù)片晶片200的支持臺317、從下方支承支承臺317的旋轉(zhuǎn)軸355、和設(shè)置于支持臺317處的加熱器307。簇射頭303s的進口連接有氣體供給端口332a、332b。氣體供給端口332a、332b分別連接有與上述實施方式的第一供給系統(tǒng)、第二供給系統(tǒng)相同的供給系統(tǒng)。在簇射頭303s的出口處設(shè)置有氣體分散板。簇射頭303s設(shè)置于與已搬入至處理室301內(nèi)的晶片200的表面相對(面對面)的位置。在處理容器303中設(shè)置有對處理室301內(nèi)進行排氣的排氣端口331。排氣端口331連接有與上述實施方式的排氣系統(tǒng)相同的排氣系統(tǒng)。
此外，例如，使用具備圖8所示的處理爐402的襯底處理裝置來形成膜時，本發(fā)明也可優(yōu)選適用。處理爐402包括形成處理室401的處理容器403、以水平姿勢支承1片或數(shù)片晶片200的支持臺417、從下方支承支承臺417的旋轉(zhuǎn)軸455、向處理容器403內(nèi)的晶片200照射光的燈型加熱器407、和使燈型加熱器407的光透過的石英窗403w。氣體供給端口432a、432b與處理容器403連接。氣體供給端口432a、432b分別連接有與上述實施方式的第一供給系統(tǒng)、第二供給系統(tǒng)相同的供給系統(tǒng)。將氣體供給端口432a、432b分別設(shè)置于已搬入至處理室401內(nèi)的晶片200的端部的側(cè)方。在處理容器403中設(shè)置有對處理室401內(nèi)進行排氣的排氣端口431。排氣端口431連接有與上述實施方式的排氣系統(tǒng)相同的排氣系統(tǒng)。
在使用上述襯底處理裝置的情況下，也能以與上述實施方式、變形例相同的順序、處理條件進行成膜，并能夠獲得與上述實施方式、變形例相同的效果。
還可將利用上述實施方式、變形例的方法形成的si膜用作三維nand型閃存(3dnand)的溝道si，這種情況下，可大幅降低晶片與溝道si之間的接觸電阻，可大幅改善電氣特性。
在上述實施方式、變形例中，針對在襯底上形成含si作為主元素的膜的例子進行了說明，但本發(fā)明不限于上述方案。即，本發(fā)明也優(yōu)選應(yīng)用于在襯底上形成包含除了si以外的、鍺(ge)、硼(b)等半金屬元素作為主元素的膜的情況。另外，本發(fā)明也優(yōu)選應(yīng)用于在襯底上形成包含鈦(ti)、鋯(zr)、鉿(hf)、鈮(nb)、鉭(ta)、鉬(mo)、鎢(w)、釔(y)、la(鑭)、鍶(sr)、鋁(al)等金屬元素作為主元素的膜的情況。
此外，上述實施方式、變形例等可以適當組合使用。此外，此時的處理條件例如可以為與上述實施方式相同的處理條件。
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