專利名稱：硅膜的形成方法及其形成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硅膜的形成方法及其形成裝置。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體裝置等的制造エ藝中存在如下エ序在硅基板上的層間絕緣膜上形成凹槽、孔形狀的槽(接觸孔)，填埋例如摻雜雜質(zhì)的多晶硅膜和非晶硅膜等硅膜(Si膜)形成電極的エ序。作為這樣的エ序，例如，在專利文獻(xiàn)I中公開了在硅基板上的層間絕緣膜形成接觸孔，用CVD (Chemical Vapor Deposition)法形成多晶娃膜,在對(duì)該多晶娃膜稍微進(jìn)行蝕刻后，再次形成多晶硅的方法。專利文獻(xiàn)I :日本特開平10-321556號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
然而，在這樣的Si膜的形成方法中，如果使用摻雜雜質(zhì)的多晶硅膜，例如摻雜P的Si膜作為Si膜，則通過蝕刻，其表面粗糙度容易變差?？紤]這是因從摻雜P的Si膜中的P位進(jìn)行蝕刻所導(dǎo)致的。這樣，如果在表面粗糙度變差的摻雜P的Si膜上進(jìn)ー步形成摻雜P的Si膜，則容易產(chǎn)生空洞、空隙。本發(fā)明鑒于上述問題而完成，其目的在于提供一種能夠抑制空洞、空隙的產(chǎn)生的硅膜的形成方法及其形成裝置。為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的第I觀點(diǎn)的硅膜的形成方法，其特征在于，在表面形成有槽的被處理體的槽中形成硅膜，具備第I成膜エ序，以填埋上述被處理體的槽的方式形成不摻雜雜質(zhì)的非摻雜硅膜，蝕刻エ序，對(duì)在上述第I成膜エ序中被形成的非摻雜硅膜進(jìn)行蝕刻，摻雜エ序，對(duì)在上述蝕刻エ序中被蝕刻的非摻雜硅膜摻雜雜質(zhì)，第2成膜エ序，以填埋在上述摻雜エ序中被摻雜的硅膜的方式形成摻雜有雜質(zhì)的娃膜。本發(fā)明的第2觀點(diǎn)的硅膜的形成裝置，其特征在于，在表面形成有槽的被處理體的槽中形成硅膜，具備第I成膜單元，以填埋上述被處理體的槽的方式形成不摻雜雜質(zhì)的非摻雜硅膜，蝕刻單元，對(duì)在上述第I成膜單元中被形成的非摻雜硅膜進(jìn)行蝕刻，摻雜單元，對(duì)在上述蝕刻單元中被蝕刻的非摻雜硅膜摻雜雜質(zhì)，第2成膜單元，以填埋在上述摻雜單元中被摻雜的硅膜的方式形成摻雜有雜質(zhì)的娃膜。本發(fā)明另外的特征和優(yōu)點(diǎn)將在以下說明中闡述，在一定程度上從該描述可顯而易見、或者可以通過實(shí)施本發(fā)明而認(rèn)識(shí)到。本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)可以通過以下實(shí)施方式和組合得以了解和獲得。以下附圖是本發(fā)明的說明書、實(shí)施例的組成部分，與以上一般描述和以下實(shí)施例的詳細(xì)描述一起用于解釋本發(fā)明的原則。


圖I是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的熱處理裝置的圖。圖2是表示圖I的控制部的結(jié)構(gòu)的圖。
圖3是表示說明本實(shí)施方式的硅膜的形成方法的配方的圖。圖4是用于說明本實(shí)施方式的硅膜的形成方法的圖。圖5是用于說明本實(shí)施方式的硅膜的形成方法的圖。圖6是表示說明其他實(shí)施方式的硅膜的形成方法的配方的圖。圖7是用于說明其他實(shí)施方式的硅膜的形成方法的圖。圖8是表示說明其他實(shí)施方式的硅膜的形成方法的圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例以上述發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ)而完成，參考附圖進(jìn)行描述，在以下的描述中具有相同作用的組成元素被附以相同的數(shù)字，只在必要時(shí)進(jìn)行重復(fù)描述。以下，對(duì)本發(fā)明的硅膜的形成方法及其形成裝置進(jìn)行說明。在本實(shí)施方式中，以使用圖I所示的批量式的立式熱處理裝置作為硅膜的形成裝置的情況為例進(jìn)行說明。如圖I所示，熱處理裝置I具備長(zhǎng)度方向朝向垂直方向的大致圓筒狀的反應(yīng)管2。反應(yīng)管2具有由內(nèi)管3和有頂部的外管4構(gòu)成的雙重管結(jié)構(gòu),該外管4覆蓋內(nèi)管3、并且與內(nèi)管3具有一定的間隔。內(nèi)管3和外管4由耐熱和耐腐蝕性優(yōu)異的材料，例如石英所形成。在外管4的下方配置有形成為筒狀的由不銹鋼(SUS)構(gòu)成的歧管5。歧管5與外管4的下端氣密地連接。另外，內(nèi)管3被支撐在支撐環(huán)6上，該支撐環(huán)6從歧管5的內(nèi)壁突出并與歧管5形成為一體。在歧管5的下方配置有蓋體7，蓋體7利用舟式升降機(jī)8可上下移動(dòng)地構(gòu)成。而且，當(dāng)蓋體7利用舟式升降機(jī)8上升吋，歧管5的下方側(cè)(爐ロ部分)被關(guān)閉，當(dāng)蓋體7利用舟式升降機(jī)8下降吋，歧管5的下方側(cè)(爐ロ部分)被打開。蓋體7載置有例如由石英構(gòu)成的晶圓舟9。晶圓舟9構(gòu)成為能夠在垂直方向上具有規(guī)定的間隔地收容多枚被處理體，例如半導(dǎo)體晶圓10。在反應(yīng)管2的周圍以包圍反應(yīng)管2的方式設(shè)置有隔熱體11。在隔熱體11的內(nèi)壁面，設(shè)置有例如由電阻發(fā)熱體構(gòu)成的升溫用加熱器12。利用該升溫用加熱器12將反應(yīng)管2的內(nèi)部加熱至規(guī)定的溫度，其結(jié)果，半導(dǎo)體晶圓10被加熱到規(guī)定的溫度。在歧管5的側(cè)面插通(連接)有多個(gè)處理氣體導(dǎo)入管13。應(yīng)予說明，圖I中僅示出了一個(gè)處理氣體導(dǎo)入管13。處理氣體導(dǎo)入管13以面對(duì)內(nèi)管3內(nèi)的方式被配設(shè)。例如，如圖I所示，處理氣體導(dǎo)入管13插通到歧管5的支撐環(huán)6的下方(內(nèi)管3的下方)的側(cè)面。
處理氣體導(dǎo)入管13介由未圖示的質(zhì)量流量控制器等，連接到未圖示的處理氣體供給源。因此，從處理氣體供給源經(jīng)由處理氣體導(dǎo)入管13向反應(yīng)管2內(nèi)供給所需量的處理氣體。作為從處理氣體導(dǎo)入管13供給的處理氣體，有形成多晶硅膜、非晶硅膜、摻雜雜質(zhì)的多晶硅膜和非晶硅膜等的硅膜(Si膜)的成膜用氣體。作為成膜用氣體，在形成不摻雜雜質(zhì)的非摻雜Si膜的情況下，例如，可使用SiH4等。另外，在形成摻雜雜質(zhì)的Si膜的情況下，例如，可以用包含 P (PH3)、B (BCl3^B2H6),C (C2H4)、0 (N20)、N (N2O)等雜質(zhì)的氣體和 SiH4等。應(yīng)予說明，在對(duì)不摻雜雜質(zhì)的非摻雜Si膜摻雜雜質(zhì)時(shí)，可使用上述PH3、BCl3等。另外，本發(fā)明的硅膜的形成方法中，如后所述，在第I成膜エ序中向形成于半導(dǎo)體晶圓10的表面的槽中填埋Si膜后，在蝕刻エ序中擴(kuò)大被填埋的槽的開ロ部，在第2成膜エ序中向開ロ部被擴(kuò)大的槽填埋Si膜。因此，作為從處理氣體導(dǎo)入管13供給的處理氣體，有蝕刻氣體。作為蝕刻氣體，例如可使用C12、F2、C1F3等鹵素氣體。另外，本發(fā)明的硅膜的形成方法中，如后所述，在第I成膜エ序前在槽中形成晶種 層時(shí)，從處理氣體導(dǎo)入管13向反應(yīng)管2內(nèi)供給晶種層形成用氣體，例如包含氨基的硅烷、Si2H6、Si4H1(l等高階硅烷。作為包含氨基的硅烷，例如有雙叔丁基氨基硅烷(BTBAS)、三ニ甲基氨基硅烷(3DMAS)、四ニ甲基氨基硅烷(4DMAS)、ニ異丙基氨基硅烷(DIPAS)、雙ニこ基氨基硅烷(BDEAS)、雙ニ甲基氨基硅烷(BDMAS)等。此外，在硅膜的形成方法中，如后所述，在第I成膜エ序前除去槽的自然氧化膜吋，從處理氣體導(dǎo)入管13向反應(yīng)管2內(nèi)同時(shí)供給自然氧化膜除去用氣體，例如氨氣和HF或氨氣和NF3。在歧管5的側(cè)面設(shè)置有用于排出反應(yīng)管2內(nèi)的氣體的排氣ロ 14。排氣ロ 14被設(shè)置于比支撐環(huán)6靠上方的位置，與反應(yīng)管2內(nèi)的形成在內(nèi)管3和外管4之間的空間連通。而且，內(nèi)管3中產(chǎn)生的廢氣等通過內(nèi)管3與外管4之間的空間從排氣ロ 14排出。在歧管5的側(cè)面的排氣ロ 14的下方插通有吹掃氣體供給管15。在吹掃氣體供給管15上連接有未圖示的吹掃氣體供給源，從吹掃氣體供給源經(jīng)由吹掃氣體供給管15向反應(yīng)管2內(nèi)供給所需量的吹掃氣體，例如，氮?dú)?。在排氣?14上氣密地連接有排氣管16。在排氣管16上，從其上游側(cè)夾設(shè)有閥門17、真空泵18。閥門17調(diào)整排氣管16的打開度，從而將反應(yīng)管2內(nèi)的壓カ控制為規(guī)定的壓力。真空泵18經(jīng)由排氣管16排出反應(yīng)管2內(nèi)的氣體并調(diào)整反應(yīng)管2內(nèi)的壓力。應(yīng)予說明，在排氣管16上夾設(shè)有未圖示的收集器、洗滌器等，對(duì)從反應(yīng)管2排出的廢氣進(jìn)行無害化后，排放到熱處理裝置I外。另外，熱處理裝置I具備控制裝置各部的控制部100。圖2中示出了控制部100的構(gòu)成。如圖2所示，在控制部100上連接有操作面板121、溫度傳感器(組)122、壓カ計(jì)(組)123、加熱器控制器124、MFC控制部125、閥門控制部126等。操作面板121具備顯示畫面和操作按鈕，將操作人員的操作指示傳遞到控制部100，并且將來自控制部100的各種信息顯示到顯示畫面。溫度傳感器(組)122測(cè)定反應(yīng)管2內(nèi)、處理氣體導(dǎo)入管13內(nèi)、排氣管16內(nèi)等各部的溫度，并向控制部100通知其測(cè)定值。壓カ計(jì)(組)123測(cè)定反應(yīng)管2內(nèi)、處理氣體導(dǎo)入管13內(nèi)、排氣管16內(nèi)等各部的壓力，并向控制部100通知其測(cè)定值。加熱器控制器124用于分別獨(dú)立地控制升溫用加熱器12，響應(yīng)來自控制部100的指示，對(duì)他們通電并加熱，并且分別獨(dú)立地測(cè)定其功耗，向控制部100通知。MFC控制部125控制設(shè)置于處理氣體導(dǎo)入管13和吹掃氣體供給管15的未圖示的質(zhì)量流量控制器(MFC)，將流于它們的氣體的流量設(shè)為從控制部100指示的量，并且測(cè)定實(shí)際流動(dòng)的氣體的流量，向控制部100通知。閥門控制部126將配置于各管的閥門的開度控制為從控制部100指示的值?？刂撇?00由配方存儲(chǔ)部111、R0M112、RAM113、I / 0接ロ 114、CPU115、以及將它們相互連接的總線116所構(gòu)成。配方存儲(chǔ)部111儲(chǔ)存有安裝用配方和多個(gè)エ藝用配方。熱處理裝置I的制造最初只儲(chǔ)存安裝用配方。安裝用配方是在生成與各熱處理裝置對(duì)應(yīng)的熱模型等時(shí)執(zhí)行。エ藝用配方是用戶實(shí)際進(jìn)行的每個(gè)熱處理(エ藝)中所準(zhǔn)備的配方，例如，規(guī)定從半導(dǎo)體晶圓10向反應(yīng)管2的裝載到卸載處理完畢的半導(dǎo)體晶圓10為止的、各部的溫度變化、反應(yīng)管2內(nèi)的 壓カ變化、處理氣體的供給開始及停止的時(shí)機(jī)和供給量等。ROMl 12由EEPR0M、閃存、硬盤等構(gòu)成，是存儲(chǔ)CPU115的工作程序等的記錄介質(zhì)。RAMl 13作為CPUl 15的工作區(qū)域等發(fā)揮作用。I / 0接ロ 114與操作面板121、溫度傳感器(組)122、壓カ計(jì)(組)123、加熱器控制器124、MFC控制部125、閥門控制部126等連接，控制數(shù)據(jù)或信號(hào)的輸入輸出。CPU (Central Processing Unit)115 構(gòu)成控制部 100 的中樞,執(zhí)行存儲(chǔ)于 R0M112的控制程序，根據(jù)來自操作面板121的指示，按照存儲(chǔ)于配方存儲(chǔ)部111的配方(エ藝用配方)，控制熱處理裝置I的動(dòng)作。即，CPUl 15使溫度傳感器(組)122、壓カ計(jì)(組)123、MFC控制部125等測(cè)定反應(yīng)管2內(nèi)、處理氣體導(dǎo)入管13內(nèi)、及排氣管16內(nèi)的各部的溫度、壓力、流量等，根據(jù)該測(cè)定數(shù)據(jù)，向加熱器控制器124、MFC控制部125、閥門控制部126等輸出控制信號(hào)等，按照エ藝用配方控制上述各部。總線116在各部分之間傳遞信息。接著，對(duì)使用如上構(gòu)成的熱處理裝置I的硅膜的形成方法進(jìn)行說明。應(yīng)予說明，在以下說明中，構(gòu)成熱處理裝置I的各部分的動(dòng)作被控制部100 (CPU115)控制。另外，各處理中的反應(yīng)管2內(nèi)的溫度、壓力、氣體的流量等，如上所述，通過控制部100 (CPU115)控制加熱器控制器124 (升溫用加熱器12)、MFC控制部125、閥門控制部126等，設(shè)定為例如遵循圖3所示的配方的條件。另外，在本實(shí)施方式中，如圖4A所示，在作為被處理體的半導(dǎo)體晶圓10上，在基板51上形成有絕緣膜52，在被處理體10的表面形成有用于形成接觸孔的槽53。本實(shí)施方式的硅膜的形成方法中，具備以下エ序第I成膜エ序，以填埋槽53的方式形成具有開ロ部54的、多晶硅膜、非晶硅膜等的不摻雜雜質(zhì)的非摻雜硅膜(Si膜)55 ;蝕刻エ序，蝕刻所形成的非摻雜Si膜55而擴(kuò)大開ロ部54 ;摻雜エ序，對(duì)開ロ部54被擴(kuò)大的非摻雜Si膜55摻雜雜質(zhì)(形成具有雜質(zhì)的Si膜56);第2成膜エ序，以填埋摻雜有雜質(zhì)的Si膜56的開ロ部54的方式形成摻雜雜質(zhì)的Si膜57。以下，對(duì)包含這些エ序的硅膜的形成方法進(jìn)行說明。首先，將反應(yīng)管2(內(nèi)管3)內(nèi)設(shè)定為規(guī)定的溫度，例如，圖3(a)所示，設(shè)定為400°C。另外，如圖3 (c)所示，從吹掃氣體供給管15向內(nèi)管3 (反應(yīng)管2)內(nèi)供給規(guī)定量的氮?dú)?。接著，將圖4A所示的收容有半導(dǎo)體晶圓10的晶圓舟9載置在蓋體7上。然后，利用舟式升降機(jī)8使蓋體7上升，將半導(dǎo)體晶圓10 (晶圓舟9)裝載到反應(yīng)管2內(nèi)(裝載エ序)。接著，如圖3 (C)所示，從吹掃氣體供給管15向內(nèi)管3內(nèi)供給規(guī)定量的氮?dú)猓⑶覍⒎磻?yīng)管2內(nèi)設(shè)定為規(guī)定的溫度，例如，圖3 (a)所示，設(shè)定為525°C。另外，排出反應(yīng)管2內(nèi)的氣體，將反應(yīng)管2減壓至規(guī)定的壓力，例如，圖3 (b)所示，減壓至74. 5Pa (0. 56Torr)。然后，在該溫度和壓カ下對(duì)反應(yīng)管2內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)定(穩(wěn)定化工序)。這里，反應(yīng)管2內(nèi)的溫度優(yōu)選為450°C 700°C，進(jìn)ー步優(yōu)選為490°C 650°C。另夕卜，反應(yīng)管2內(nèi)的壓カ優(yōu)選為I. 33Pa 133Pa(0. OlTorr ITorr)。通過使反應(yīng)管2內(nèi)的溫度和壓カ在上述范圍，能夠更均勻地形成Si膜。當(dāng)反應(yīng)管2內(nèi)在規(guī)定的壓カ和溫度下穩(wěn)定時(shí)，停止來自吹掃氣體供給管15的氮?dú)獾墓┙o。然后，如圖3 (d)所示，從處理氣體導(dǎo)入管13向反應(yīng)管2內(nèi)供給規(guī)定量的成膜用氣體，例如，SiH4(第I成膜エ序)。通過該第I成膜エ序，如圖4B所示，在半導(dǎo)體晶圓10的絕緣膜52上及槽53內(nèi)形成具有開ロ部54的不摻雜雜質(zhì)的非摻雜Si膜55。 這里，第I成膜エ序中，優(yōu)選以具有開ロ部54的方式在半導(dǎo)體晶圓10的絕緣膜52上及槽53內(nèi)形成非摻雜Si膜55。S卩，第I成膜エ序中，并不是以完全填埋槽53的方式形成非摻雜Si膜55，而優(yōu)選以在槽53內(nèi)具有開ロ部54的方式形成非摻雜Si膜55。由此，能夠可靠地防止第I成膜エ序中在槽53內(nèi)產(chǎn)生空洞。當(dāng)在半導(dǎo)體晶圓10上形成規(guī)定量的非摻雜Si膜55時(shí)，停止來自處理氣體導(dǎo)入管13的成膜用氣體的供給。接著，如圖3 (c)所示，從吹掃氣體供給管15向內(nèi)管3內(nèi)供給規(guī)定量的氮?dú)?，并且將反?yīng)管2內(nèi)設(shè)定為規(guī)定的溫度，例如，圖3 (a)所示，設(shè)定為300°C。另夕卜，排出反應(yīng)管2內(nèi)的氣體，將反應(yīng)管2減壓至規(guī)定的壓力，例如，圖3(b)所示，減壓至40Pa(0. 3Torr)0然后，在該溫度和壓カ下對(duì)反應(yīng)管2內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)定(吹掃 穩(wěn)定化工序)。應(yīng)予說明，為了可靠地排出反應(yīng)管2內(nèi)的氣體，優(yōu)選多次重復(fù)反應(yīng)管2內(nèi)的氣體的排出以及氮?dú)獾墓┙o。這里，反應(yīng)管2內(nèi)的溫度優(yōu)選為100°C 550°C。如果低于100°C，則在后述蝕刻エ序中有可能無法對(duì)非摻雜Si膜55進(jìn)行蝕刻，如果高于550°C，則非摻雜Si膜55的蝕刻有可能變得不易控制。反應(yīng)管2內(nèi)的壓カ優(yōu)選為I. 33Pa 133Pa (0. OlTorr ITorr)。當(dāng)反應(yīng)管2內(nèi)在規(guī)定的壓カ和溫度下穩(wěn)定時(shí)，如圖3 (C)所示，從吹掃氣體供給管15向內(nèi)管3內(nèi)供給規(guī)定量的氮?dú)?，并且，如圖3 (e)所示，從處理氣體導(dǎo)入管13向反應(yīng)管2內(nèi)供給規(guī)定量的蝕刻用氣體，例如，Cl2 (蝕刻エ序)。通過該蝕刻エ序，如圖4C所示，能夠?qū)π纬捎诎雽?dǎo)體晶圓10的槽53中的具有開ロ部54的非摻雜Si膜55進(jìn)行蝕刻。這里，作為被蝕刻的Si膜，使用不摻雜雜質(zhì)的非摻雜Si膜55，所以其表面粗糙度不易變差。這是由于作為被蝕刻的Si膜，如果使用摻雜雜質(zhì)的Si膜，例如，摻雜P的Si膜，則從摻雜P的Si膜中的P位進(jìn)行蝕刻。這樣，非摻雜Si膜55的表面粗糙度不易變差，所以在后述第2成膜エ序中，即使形成Si膜，也能夠抑制空洞、空隙的產(chǎn)生。另外，該蝕刻エ序中，以擴(kuò)大第I成膜エ序中形成的非摻雜Si膜55的開ロ部54的方式進(jìn)行蝕刻。即，如圖4C所示，増加形成于開ロ部54的非摻雜Si膜55的蝕刻量，并且減少形成于槽53的底部附近的非摻雜Si膜55的蝕刻量。由此，在后述第2成膜エ序中，在槽53的底部附近易于形成Si膜。另外，后述摻雜エ序中，容易對(duì)槽53的底部附近的非摻雜Si膜55摻雜雜質(zhì)。
另外，蝕刻用氣體優(yōu)選使用容易控制非摻雜Si膜55的蝕刻的Cl2。蝕刻用氣體使用Cl2時(shí)，優(yōu)選使反應(yīng)管2內(nèi)的溫度為250°C 300°C。另外，優(yōu)選使反應(yīng)管2內(nèi)的壓カ為I. 33Pa 40Pa (0. OlTorr 0. 3Torr)。通過使反應(yīng)管2內(nèi)的溫度和壓カ在上述范圍，能夠使蝕刻均勻性良好。當(dāng)非摻雜Si膜55的所需的蝕刻結(jié)束時(shí)，停止來自處理氣體導(dǎo)入管13的蝕刻用氣體的供給。接著，將反應(yīng)管2內(nèi)加熱至規(guī)定的溫度，例如，圖3 (a)所示，加熱至525°C，并且排出反應(yīng)管2內(nèi)的氣體，將反應(yīng)管2減壓至規(guī)定的壓力，例如，圖3 (b)所示，減壓至74. 5Pa(0.56Torr)。然后，如圖3 (f)所示，從處理氣體導(dǎo)入管13向反應(yīng)管2內(nèi)供給規(guī)定量的雜質(zhì)，例如，P (PH3)(摻雜エ序)。通過該摻雜エ序，向非摻雜Si膜55摻雜雜質(zhì)(P)，如圖5A所示，形成摻雜有P的Si膜56。
這里，通過蝕刻エ序，以擴(kuò)大第I成膜エ序中形成的非摻雜Si膜55的開ロ部54的方式進(jìn)行蝕刻，所以容易向槽53的底部附近的非摻雜Si膜55摻雜雜質(zhì)。接著，如圖3(c)所示，從吹掃氣體供給管15向內(nèi)管3內(nèi)供給規(guī)定量的氮?dú)?，并且，?duì)反應(yīng)管2內(nèi)在525°C、74. 5Pa (0. 56Torr)下進(jìn)行穩(wěn)定(吹掃 穩(wěn)定化工序)。應(yīng)予說明，為了可靠地排出反應(yīng)管2內(nèi)的氣體，優(yōu)選多次反復(fù)反應(yīng)管2內(nèi)的氣體的排出以及氮?dú)獾墓?br> i ロ 當(dāng)反應(yīng)管2內(nèi)在規(guī)定的壓カ和溫度下穩(wěn)定時(shí)，停止來自吹掃氣體供給管15的氮?dú)獾墓┙o。然后，如圖3 (d)所示，從處理氣體導(dǎo)入管13向反應(yīng)管2內(nèi)供給規(guī)定量的成膜用氣體，例如，SiH4和PH3 (第2成膜エ序)。通過該第2成膜エ序，如圖5B所示，在摻雜有P的Si膜56上形成摻雜有P的Si膜57。這里，通過蝕刻エ序，以擴(kuò)大在第I成膜エ序形成的非摻雜Si膜55的開ロ部54的方式進(jìn)行蝕刻，所以在槽53的底部附近容易形成Si膜57。因此，向槽53填埋Si膜57時(shí)，能夠抑制在槽53內(nèi)產(chǎn)生空洞、空隙。當(dāng)形成所需的Si膜57時(shí)，停止來自處理氣體導(dǎo)入管13的成膜用氣體的供給。接著，如圖3 (c)所示，從吹掃氣體供給管15向內(nèi)管3內(nèi)供給規(guī)定量的氮?dú)?，并且將反?yīng)管2內(nèi)設(shè)定成規(guī)定的溫度，例如，圖3 (a)所示，設(shè)定為400°C。另外，排出反應(yīng)管2內(nèi)的氣體，使反應(yīng)管2返回到常壓(吹掃エ序)。應(yīng)予說明，為了可靠地排出反應(yīng)管2內(nèi)的氣體，優(yōu)選多次重復(fù)反應(yīng)管2內(nèi)的氣體的排出及氮?dú)獾墓┙o。然后，利用舟式升降機(jī)8使蓋體7下降，從而從反應(yīng)管2內(nèi)卸載半導(dǎo)體晶圓10 (晶圓舟9)(卸載エ序)。由此，Si膜的形成結(jié)束。接著，為了確認(rèn)本發(fā)明的硅形成方法的效果，按照?qǐng)D3所示的配方，在圖4A所示的半導(dǎo)體晶圓10上，如圖5B所示形成Si膜。SEM觀察所形成的Si膜，其結(jié)果確認(rèn)到了沒有生成空洞、空隙。如以上說明，根據(jù)本實(shí)施方式，在形成具有開ロ部54的非摻雜Si膜55的第I成膜エ序后，實(shí)施對(duì)非摻雜Si膜進(jìn)行蝕刻來擴(kuò)大開ロ部54的蝕刻エ序、對(duì)開ロ部54被擴(kuò)大的非摻雜Si膜55摻雜雜質(zhì)的摻雜エ序、以及形成摻雜有雜質(zhì)的Si膜57的第2成膜エ序，所以能夠抑制形成的Si膜中產(chǎn)生空洞、空隙。應(yīng)予說明，本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，可進(jìn)行各種變形、應(yīng)用。以下，對(duì)能夠適用于本發(fā)明的其他實(shí)施方式進(jìn)行說明。上述實(shí)施方式中，以實(shí)施第I成膜エ序、蝕刻エ序、摻雜エ序以及第2成膜エ序的情況為例說明了本發(fā)明，但例如也可以在第I成膜エ序前實(shí)施在絕緣膜52和槽53上形成晶種(seed)層的晶種層形成エ序。圖6中示出了實(shí)施晶種層形成エ序的配方。首先，將反應(yīng)管2(內(nèi)管3)內(nèi)設(shè)定為規(guī)定的溫度，例如，圖6(a)所示，設(shè)定為400°C。另外，如圖6 (c)所示，從吹掃氣體供給管15向內(nèi)管3 (反應(yīng)管2)內(nèi)供給規(guī)定量的氮?dú)?。接著，將圖7A所示的收容有半導(dǎo)體晶圓10的晶圓舟9載置在蓋體7上。然后，利用舟式升降機(jī)8使蓋體7上升，將半導(dǎo)體晶圓10 (晶圓舟9)裝載于反應(yīng)管2內(nèi)(裝載エ序)。接著，如圖6 (C)所示，從吹掃氣體供給管15向內(nèi)管3內(nèi)供給規(guī)定量的氮?dú)?，并且將反?yīng)管2內(nèi)設(shè)定為規(guī)定的溫度,例如，圖6 (a)所示,設(shè)定為400°C。另外,排出反應(yīng)管2內(nèi)的氣體，將反應(yīng)管2減壓至規(guī)定 的壓力，例如，圖6 (b)所示，減壓至133Pa (ITorr)0然后，使反應(yīng)管2內(nèi)在該溫度和壓カ下進(jìn)行穩(wěn)定(穩(wěn)定化工序)。反應(yīng)管2內(nèi)的溫度進(jìn)ー步優(yōu)選為350°C 500°C。應(yīng)予說明，在晶種層形成用氣體使用包含氨基的硅烷的情況下，更優(yōu)選使反應(yīng)管2內(nèi)的溫度為350°C 450°C。另外，反應(yīng)管2內(nèi)的壓カ優(yōu)選為I. 33Pa 133Pa (0. OlTorr ITorr)。這是由于通過使反應(yīng)管2內(nèi)的溫度和壓カ在該范圍，能夠更均勻地形成晶種層。當(dāng)反應(yīng)管2內(nèi)在規(guī)定的壓カ和溫度下穩(wěn)定時(shí)，停止來自吹掃氣體供給管15的氮?dú)獾墓┙o。然后，如圖6(g)所示，從處理氣體導(dǎo)入管13向反應(yīng)管2內(nèi)供給規(guī)定量的晶種層形成用氣體，例如，Si2H6 (晶種層形成エ序)。通過該晶種層形成エ序，如圖7B所示，在半導(dǎo)體晶圓10的絕緣膜52和槽53上形成晶種層58。本例中，使用Si2H6這種高階硅烷作為晶種層形成用氣體，所以優(yōu)選晶種層58的厚度形成為Inm 2nm左右。這是由于通過以Inm 2nm左右形成，能夠降低形成在晶種層58上的非摻雜Si膜55的表面粗糙度。另外，在使用包含氨基的硅烷作為晶種層形成用氣體的情況下，優(yōu)選在不引起成膜エ序中的成膜用氣體(源氣體)的熱分解的條件下形成晶種層58。當(dāng)在半導(dǎo)體晶圓10上形成所需厚度的晶種層58時(shí)，停止來自處理氣體導(dǎo)入管13的晶種層形成用氣體的供給。接著，如圖6 (c)所示，從吹掃氣體供給管15向內(nèi)管3內(nèi)供給規(guī)定量的氮?dú)?，并且將反?yīng)管2內(nèi)設(shè)定為規(guī)定的溫度，例如，圖6 (a)所示，設(shè)定為525°C。另外，排出反應(yīng)管2內(nèi)的氣體，將反應(yīng)管2減壓至規(guī)定的壓力，例如，圖6 (b)所示，減壓至74. 5Pa(0. 56Torr)。然后，使反應(yīng)管2內(nèi)在該溫度和壓カ下進(jìn)行穩(wěn)定(吹掃 穩(wěn)定化工序)。當(dāng)反應(yīng)管2內(nèi)在規(guī)定的壓カ和溫度下穩(wěn)定時(shí)，停止來自吹掃氣體供給管15的氮?dú)獾墓┙o。然后，如圖6 (d)所示，從處理氣體導(dǎo)入管13向反應(yīng)管2內(nèi)供給規(guī)定量的成膜用氣體，例如，SiH4(第I成膜エ序)。通過該第I成膜エ序，如圖7C所示，在半導(dǎo)體晶圓10的晶種層58上形成非摻雜Si膜55。這里，非摻雜Si膜55形成在晶種層58上。因此，與上述實(shí)施方式那樣形成在基板51與絕緣膜52這兩種材料上的情況相比，能夠降低非摻雜Si膜55的表面粗糙度。其結(jié)果，能夠進(jìn)一歩抑制空洞、空隙的產(chǎn)生。然后，與上述實(shí)施方式同樣地，實(shí)施吹掃 穩(wěn)定化工序、蝕刻エ序、摻雜エ序、吹掃 穩(wěn)定化工序、第2成膜エ序、吹掃エ序以及卸載エ序，結(jié)束硅膜的形成。這樣，通過在第I成膜エ序前實(shí)施形成晶種層的晶種層形成エ序，能夠降低所形成的非摻雜Si膜55的表面粗糙度，能夠進(jìn)一歩抑制空洞、空隙的產(chǎn)生。另外，上述實(shí)施方式中，以實(shí)施了第I成膜エ序、蝕刻エ序、摻雜エ序以及第2成膜エ序的情況為例說明了本發(fā)明，但例如也可以在第I成膜エ序前實(shí)施除去形成于槽53的底部的自然氧化膜的自然氧化膜除去エ序。圖8中示出了實(shí)施自然氧化膜除去エ序的配方。應(yīng)予說明，本例中，以使用氨氣(NH3)和HF作為自然氧化膜除去用氣體的情況為例進(jìn)行說明。首先，將反應(yīng)管2(內(nèi)管3)內(nèi)設(shè)定為規(guī)定的溫度，例如，圖8(a)所示，設(shè)定為150°C。另外，如圖8 (c)所示，從吹掃氣體供給管15向內(nèi)管3 (反應(yīng)管2)內(nèi)供給規(guī)定量的氮?dú)狻＝又?，將收容有半?dǎo)體晶圓10的晶圓舟9載置在蓋體7上。然后，利用舟式升降機(jī)8使蓋體7上升，將半導(dǎo)體晶圓10 (晶圓 舟9)裝載于反應(yīng)管2內(nèi)(裝載エ序)。接著，如圖8(c)所示，從吹掃氣體供給管15向內(nèi)管3內(nèi)供給規(guī)定量的氮?dú)?，并且，將反?yīng)管2內(nèi)設(shè)定為規(guī)定的溫度，例如，圖8 (a)所示，設(shè)定為150°C。另外，排出反應(yīng)管2內(nèi)的氣體，將反應(yīng)管2減壓至規(guī)定的壓力，例如，圖8 (b)所示，減壓至4Pa (0. 03Torr)。然后，使反應(yīng)管2內(nèi)在該溫度和壓カ下進(jìn)行穩(wěn)定(穩(wěn)定化工序)。反應(yīng)管2內(nèi)的溫度進(jìn)ー步優(yōu)選為25°C 200°C。另外，反應(yīng)管2內(nèi)的壓カ優(yōu)選為0. 133Pa 133Pa (0. OOlTorr ITorr)。這是由于通過使反應(yīng)管2內(nèi)的溫度和壓カ在該范圍，能夠容易地進(jìn)行自然氧化膜的除去。應(yīng)予說明，使用氨氣和NF3作為自然氧化膜除去用氣體的情況下，優(yōu)選使半導(dǎo)體晶圓10的溫度成為超過600°C的溫度。當(dāng)反應(yīng)管2內(nèi)在規(guī)定的壓カ和溫度下穩(wěn)定時(shí)，停止來自吹掃氣體供給管15的氮?dú)獾墓┙o。然后，如圖8 (g)所示，從處理氣體導(dǎo)入管13向反應(yīng)管2內(nèi)供給規(guī)定量的氨氣和HF(自然氧化膜除去エ序)。通過該自然氧化膜除去エ序，能夠除去形成于半導(dǎo)體晶圓10的槽53的底部的自然氧化膜。當(dāng)除去半導(dǎo)體晶圓10的槽53的底部的自然氧化膜時(shí)，停止來自處理氣體導(dǎo)入管13的自然氧化膜除去用氣體的供給。接著，如圖8 (c)所示，從吹掃氣體供給管15向內(nèi)管3內(nèi)供給規(guī)定量的氮?dú)?，并且將反?yīng)管2內(nèi)設(shè)定為規(guī)定的溫度，例如，圖8 (a)所示，設(shè)定為525°C。另外，排出反應(yīng)管2內(nèi)的氣體，將反應(yīng)管2減壓至規(guī)定的壓力，例如，圖8 (b)所示，減壓至74. 5Pa (0. 56Torr)。然后,使反應(yīng)管2內(nèi)在該溫度和壓カ下進(jìn)行穩(wěn)定(吹掃 穩(wěn)定化工序)。應(yīng)予說明，利用氨氣與HF對(duì)自然氧化膜進(jìn)行除去處理的情況下，有時(shí)在基板51上殘留氟硅酸銨，但由于第I成膜エ序中的反應(yīng)管2內(nèi)的溫度為535°C，所以氟硅酸銨將會(huì)升華。當(dāng)反應(yīng)管2內(nèi)在規(guī)定的壓カ和溫度下穩(wěn)定時(shí)，停止來自吹掃氣體供給管15的氮?dú)獾墓┙o。然后，如圖8 (d)所示，從處理氣體導(dǎo)入管13向反應(yīng)管2內(nèi)供給規(guī)定量的成膜用氣體，例如，SiH4 (第I成膜エ序)。通過該第I成膜エ序，在半導(dǎo)體晶圓10的絕緣膜52上以及槽53內(nèi)形成非摻雜Si膜55。然后，與上述實(shí)施方式同樣地，實(shí)施吹掃 穩(wěn)定化工序、蝕刻エ序、摻雜エ序、吹掃 穩(wěn)定化工序、第2成膜エ序、吹掃エ序以及卸載エ序，結(jié)束硅膜的形成。這樣，在第I成膜エ序前，實(shí)施除去形成于槽53的底部的自然氧化膜的自然氧化膜除去エ序，所以能夠抑制所形成的Si膜的作為電極的特性變差。另外，上述實(shí)施方式中，以實(shí)施第I成膜エ序、蝕刻エ序、摻雜エ序以及第2成膜エ序的情況為例說明了本發(fā)明，但例如也可以在多次反復(fù)進(jìn)行第I成膜エ序、蝕刻エ序以及摻雜エ序后，實(shí)施第2成膜エ序。另外，在第I成膜エ序前實(shí)施晶種層形成エ序、自然氧化膜除去エ序的情況下，也可以在多次反復(fù)實(shí)施第I成膜エ序、蝕刻エ序以及摻雜エ序后，實(shí)施第2成膜エ序。此時(shí)，能夠進(jìn)ー步抑制空洞、空隙的產(chǎn)生。另外，可以在實(shí)施自然氧化膜除去エ序后實(shí)施晶種層形成エ序，其后，實(shí)施第I成膜エ序、蝕刻エ序、摻雜エ序以及第2成膜エ序。此時(shí)，還能夠進(jìn)一歩抑制空洞、空隙的產(chǎn)生。上述實(shí)施方式中，在第I成膜エ序中以具有開ロ部54的方式在半導(dǎo)體晶圓10的絕緣膜52上以及槽53內(nèi)形成非摻雜Si膜55的情況為例說明了本發(fā)明，但也可以在第I成膜エ序中以不具有開ロ部54的方式形成非摻雜Si膜55。此時(shí)，在蝕刻エ序中蝕刻非摻雜Si膜55，摻雜雜質(zhì)后，以填埋摻雜的硅膜的方式形成摻雜有雜質(zhì)的硅膜，由此能夠得到與上述實(shí)施方式同樣的效果。上述實(shí)施方式中，以使用SiH4作為成膜用氣體的情況為例說明了本發(fā)明，但只要是能夠形成Si膜，S卩，多晶硅膜、非晶硅膜的氣體，也可以使用其他氣體。 上述實(shí)施方式中，以使用P (PH3)作為摻雜源(雜質(zhì))的情況為例說明了本發(fā)明，但摻雜源并不限于此，例如也可以是B、As、C、O、N。另外，雜質(zhì)并不限于I種，也可以是多種。在使用多種雜質(zhì)的情況下，優(yōu)選具有包含產(chǎn)生電荷載流子的P、B或者As的雜質(zhì)和選自改變結(jié)晶的性質(zhì)的C、0、N中的ー個(gè)以上的雜質(zhì)。通過具有選自C、0、N的ー個(gè)以上的雜質(zhì)，例如，能夠抑制晶粒的生長(zhǎng)。上述實(shí)施方式中，雖然以使用Cl2作為蝕刻氣體的情況為例說明了本發(fā)明，但只要是能夠?qū)Φ贗成膜エ序中形成的非摻雜Si膜進(jìn)行蝕刻的氣體即可，可以使用F2、ClF3等其他鹵素氣體。上述實(shí)施方式中，以使用Si2H6作為晶種層形成用氣體的情況為例說明了本發(fā)明，但例如也可以使用包含氨基的硅烷、Si4Hltl等高階硅烷。例如，使用包含氨基的硅烷時(shí)，能夠減少Si膜的生長(zhǎng)的培育時(shí)間，從而改善表面粗糙度。另外，上述實(shí)施方式中，以使用氨氣和HF作為自然氧化膜除去用氣體的情況為例說明了本發(fā)明，但只要能夠除去槽53底部的自然氧化膜，例如可以使用氨氣和NF3等各種氣體。上述實(shí)施方式中，以使用雙重管結(jié)構(gòu)的批量式立式熱處理裝置作為熱處理裝置的情況為例說明了本發(fā)明，但例如還可將本發(fā)明用于單管結(jié)構(gòu)的批量式熱處理裝置。本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的該控制部100不限于專用的系統(tǒng)，也能夠使用通常的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。例如，通過從儲(chǔ)存有用于執(zhí)行上述處理的程序的記錄介質(zhì)(軟盤、CD-ROM等)向通用計(jì)算機(jī)上安裝該程序，從而能夠構(gòu)成執(zhí)行上述處理的控制部100。而且，用于供給這些程序的方法是任意的。除了如上所述介由規(guī)定的記錄介質(zhì)進(jìn)行供給之外，例如，也可以介由通信線路、通信網(wǎng)絡(luò)、通信系統(tǒng)等進(jìn)行供給。此時(shí)，例如，可以在通信網(wǎng)絡(luò)的電子布告欄系統(tǒng)(BBS)記錄該程序，將其介由網(wǎng)絡(luò)與輸送波重疊來提供。然后，起動(dòng)這樣提供的程序，在OS的控制下，通過與其他應(yīng)用程序同樣地執(zhí)行，從而能夠執(zhí)行上述處理。根據(jù)本發(fā)明，能夠抑制空洞、空隙的產(chǎn)生。エ業(yè)上的可利用性本發(fā)明對(duì)硅膜的形成方法及其形成裝置有用。
權(quán)利要求
1.一種娃膜的形成方法，其特征在于，在表面形成有槽的被處理體的槽中形成娃膜，具備 第I成膜工序，以填埋所述被處理體的槽的方式形成不摻雜雜質(zhì)的非摻雜硅膜， 蝕刻工序，對(duì)在所述第I成膜工序中被形成的非摻雜硅膜進(jìn)行蝕刻， 摻雜工序，對(duì)在所述蝕刻工序中被蝕刻的非摻雜硅膜摻雜雜質(zhì)， 第2成膜工序，以填埋在所述摻雜工序中被摻雜的硅膜的方式形成摻雜有雜質(zhì)的硅膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅膜的形成方法，其特征在于， 所述第I成膜工序中，以具有開口部的方式形成非摻雜硅膜， 所述蝕刻工序中，以擴(kuò)大所述非摻雜硅膜的開口部的方式對(duì)該非摻雜硅膜進(jìn)行蝕刻， 所述摻雜工序中，對(duì)開口部被擴(kuò)大的非摻雜硅膜摻雜雜質(zhì)， 所述第2成膜工序中，以填埋被摻雜的硅膜的開口部的方式形成摻雜有雜質(zhì)的硅膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅膜的形成方法，其特征在于，還具備在所述被處理體的表面形成晶種層的晶種層形成工序， 所述第I成膜工序中，在所述晶種層上形成非摻雜硅膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅膜的形成方法，其特征在于，還具備除去形成于所述被處理體的槽的底部的自然氧化膜的自然氧化膜除去工序。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅膜的形成方法，其特征在于，所述摻雜工序中進(jìn)行摻雜的雜質(zhì)和摻雜于所述第2成膜工序中形成的硅膜的雜質(zhì)具有包含P或B的雜質(zhì)和選自C、0、N中的一個(gè)以上的雜質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅膜的形成方法，其特征在于，將所述第I成膜工序、所述蝕刻工序以及摻雜工序多次重復(fù)后，執(zhí)行所述第2成膜工序。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅膜的形成方法，其特征在于，在反應(yīng)室內(nèi)收容有所述被處理體的狀態(tài)下，連續(xù)進(jìn)行所述第I成膜工序、所述蝕刻工序、摻雜工序以及所述第2成膜工序。
8.一種硅膜的形成裝置，其特征在于，在表面形成有槽的被處理體的槽中形成硅膜，具備 第I成膜單元，以填埋所述被處理體的槽的方式形成不摻雜雜質(zhì)的非摻雜硅膜， 蝕刻單元，對(duì)在所述第I成膜單元中形成的非摻雜硅膜進(jìn)行蝕刻， 摻雜單元，對(duì)在所述蝕刻單元中被蝕刻的非摻雜硅膜摻雜雜質(zhì)， 第2成膜單元，以填埋在所述摻雜單元中被摻雜的硅膜的方式形成摻雜有雜質(zhì)的硅膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的硅膜的形成裝置，其特征在于， 所述第I成膜單元以具有開口部的方式形成非摻雜硅膜， 所述蝕刻單元以擴(kuò)大所述非摻雜硅膜的開口部的方式對(duì)該非摻雜硅膜進(jìn)行蝕刻， 所述摻雜單元對(duì)開口部被擴(kuò)大的非摻雜硅膜摻雜雜質(zhì)， 所述第2成膜單元以填埋被摻雜的硅膜的開口部的方式形成摻雜有雜質(zhì)的硅膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的硅膜的形成裝置，其特征在于，還具備在所述被處理體的表面形成晶種層的晶種層形成單元，所述第I成膜單元在所述晶種層上形成非摻雜硅膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的硅膜的形成裝置，其特征在于，還具備除去形成于所述被處理體的槽的底部的自然氧化膜的自然氧化膜除去單元。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的硅膜的形成裝置，其特征在于，在所述摻雜單元中進(jìn)行摻雜的雜質(zhì)和摻雜于在所述第2成膜單元中形成的硅膜的雜質(zhì)具有包含P或B的雜質(zhì)和選自C、O、N中的一個(gè)以上的雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及硅膜的形成方法及其形成裝置。硅膜的形成方法具備第1成膜工序、蝕刻工序、摻雜工序以及第2成膜工序。第1成膜工序中，以填埋被處理體的槽的方式形成不摻雜雜質(zhì)的非摻雜硅膜。蝕刻工序中，對(duì)在第1成膜工序中被形成的非摻雜硅膜進(jìn)行蝕刻。摻雜工序中，對(duì)在蝕刻工序中被蝕刻的非摻雜硅膜摻雜雜質(zhì)。第2成膜工序中，以填埋在摻雜工序中被摻雜的硅膜的方式形成摻雜有雜質(zhì)的硅膜。
文檔編號(hào)H01L21/283GK102856183SQ20121021896
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者柿本明修, 高木聰, 長(zhǎng)谷部一秀 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社