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)：
在半導(dǎo)體裝置等的制造工藝中，存在有在硅基板上的層間絕緣膜上形成溝槽、孔形狀的槽(接觸孔)、填埋多晶硅膜、非晶硅膜、用雜質(zhì)摻雜的多晶硅膜及用雜質(zhì)摻雜的非晶硅膜等硅膜(Si膜)而形成電極的工序。在這樣的工序中，例如如專利文獻(xiàn)1所示，公開有如下方法在硅基板上的層間絕緣膜上形成接觸孔，利用CVD (Chemical Vapor D印osition 化學(xué)氣相沉積)法形成多晶硅的膜以及在對該多晶硅稍微進(jìn)行蝕刻之后再次形成多晶硅的膜。專利文獻(xiàn)1:日本特開平10-321556號公報(bào)然而，隨著半導(dǎo)體裝置的微細(xì)化，填埋Si膜的槽的深度比(aspect ratio)增高。 當(dāng)深度比增高時(shí)，在填埋Si膜時(shí)易于產(chǎn)生空隙，Si膜的作為電極的特性有可能劣化。因此， 期望有即使深度比增高也能夠抑制空隙產(chǎn)生的Si膜的形成方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于上述問題而做成的，其目的在于提供能夠抑制空隙產(chǎn)生的硅膜的形成方法及其形成裝置。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的第1技術(shù)方案的硅膜的形成方法，其用于在表面形成有槽的被處理體的槽內(nèi)形成硅膜，其特征在于，該硅膜的形成方法具有第1成膜工序，其以填埋上述被處理體的槽的方式形成硅膜；蝕刻工序，其對在上述第1成膜工序中形成的硅膜進(jìn)行蝕刻而擴(kuò)大上述槽的開口部；第2成膜工序，其以向在上述蝕刻工序中擴(kuò)大了開口部的槽內(nèi)填埋硅膜的方式進(jìn)行成膜。該硅膜的形成方法還可以具有將多個(gè)被處理體收容在用于收容上述被處理體的反應(yīng)室內(nèi)的收容工序。在該情況下，在上述第1成膜工序及上述第2成膜工序中，向上述反應(yīng)室內(nèi)供給硅成膜用氣體而形成硅膜，在上述蝕刻工序中，向上述反應(yīng)室內(nèi)供給蝕刻用氣體而對在上述第1成膜工序中形成的硅膜進(jìn)行蝕刻。該硅膜的形成方法還可以具有在上述被處理體的表面形成晶種層的晶種層形成工序。在該情況下，在上述第1成膜工序中，在上述晶種層上形成硅膜。該硅膜的形成方法還可以具有用于對形成在上述被處理體的槽的底部的自然氧化膜進(jìn)行去除的自然氧化膜去除工序。也可以在上述第1成膜工序之后多次重復(fù)上述蝕刻工序及上述第2成膜工序。也可以在上述反應(yīng)室內(nèi)收容有上述被處理體的狀態(tài)下連續(xù)進(jìn)行上述第1成膜工序、上述蝕刻工序及上述第2成膜工序。
本發(fā)明的第2技術(shù)方案的硅膜的形成裝置，其用于在表面形成有槽的被處理體的槽內(nèi)形成硅膜，其特征在于，該硅膜的形成裝置具有第1成膜部件，其以填埋上述被處理體的槽的方式形成硅膜；蝕刻部件，其對用上述第1成膜部件形成的硅膜進(jìn)行蝕刻而擴(kuò)大上述槽的開口部；第2成膜部件，其以向用上述蝕刻部件擴(kuò)大了開口部的槽內(nèi)填埋硅膜的方式進(jìn)行成膜。該硅膜的形成裝置還可以具有用于將多個(gè)被處理體收容在收容上述被處理體的反應(yīng)室內(nèi)的收容部件。在該情況下，上述第1成膜部件及第2成膜部件向上述反應(yīng)室內(nèi)供給硅成膜用氣體而形成硅膜，上述蝕刻部件用于向上述反應(yīng)室內(nèi)供給蝕刻用氣體而對用上述第1成膜部件形成的硅膜進(jìn)行蝕刻。該硅膜的形成裝置還可以具有在上述被處理體的表面形成晶種層的晶種層形成部件。在該情況下，上述第1成膜部件在上述晶種層上形成硅膜。該硅膜的形成裝置還可以具有對形成在上述被處理體的槽的底部的自然氧化膜進(jìn)行去除的自然氧化膜去除部件。該硅膜的形成裝置還可以具有控制裝置的各個(gè)部分的控制部件，上述控制部件控制上述第1成膜部件、上述蝕刻部件及上述第2成膜部件，在上述反應(yīng)室內(nèi)收容有上述被處理體的狀態(tài)下，以填埋上述被處理體的槽的方式形成硅膜，對所形成的硅膜進(jìn)行蝕刻而擴(kuò)大上述槽的開口部，以向擴(kuò)大了開口部的槽內(nèi)填埋硅膜的方式進(jìn)行成膜。將在下面的說明中闡述本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)，其部分地從下面的說明中顯現(xiàn)或者可以通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)可以借助于在下文中特別指示的手段和組合實(shí)現(xiàn)及獲得。被并入本說明書中并且構(gòu)成本說明書的一部分的附示出本發(fā)明的實(shí)施方式， 并且與上述概略說明及下面給出的對實(shí)施方式的詳細(xì)說明一起，用于解釋本發(fā)明的原理。


圖1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1的控制部的結(jié)構(gòu)的圖。圖3是表示用于說明本實(shí)施方式的硅膜的形成方法的制程程序的圖。圖4A 圖4D是用于說明本實(shí)施方式的硅膜的形成方法的圖。圖5A是表示硅膜的制造條件的圖，圖5B是表示空隙率的圖。圖6是表示用于說明另一實(shí)施方式的硅膜的形成方法的制程程序的圖。圖7A 圖7E是用于說明另一實(shí)施方式的硅膜的形成方法的圖。圖8是表示用于說明另一實(shí)施方式的硅膜的形成方法的制程程序的圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在，將參照

基于上面給出的發(fā)現(xiàn)而實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的實(shí)施方式。在下面的說明中，用相同的附圖標(biāo)記指示具有實(shí)質(zhì)相同的功能和結(jié)構(gòu)的構(gòu)成元件，并且僅在必需時(shí)才進(jìn)行重復(fù)說明。
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以下，說明本發(fā)明的硅膜的形成方法及其形成裝置。在本實(shí)施方式中，作為硅膜的形成裝置，以使用圖1所示的批量式的立式熱處理裝置的情況為例進(jìn)行說明。如圖1所示，熱處理裝置1具有長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)成的雙重管構(gòu)造，該外管4覆蓋內(nèi)管3，并且形成為與內(nèi)管3具有恒定的間隔。內(nèi)管3及外管4由耐熱及耐腐蝕性優(yōu)良的材料、例如石英形成。在外管4的下方，配置有形成為呈筒狀的由不銹鋼(SUS)構(gòu)成的歧管5。歧管5與外管4的下端氣密地相連接。另外，內(nèi)管3支承在支承環(huán)6上，該支承環(huán)6從歧管5的內(nèi)壁突出，并且與歧管5形成為一體。在歧管5的下方配置有蓋體7，該蓋體7構(gòu)成為利用舟皿升降機(jī)8能夠上下移動(dòng)。 而且，當(dāng)蓋體7利用舟皿升降機(jī)8上升時(shí)，歧管5的下方側(cè)(爐口部分)被封閉，當(dāng)蓋體7 利用舟皿升降機(jī)8下降時(shí)，歧管5的下方側(cè)(爐口部分)被打開。在蓋體7上載置有例如由石英構(gòu)成的晶圓舟皿9。晶圓舟皿9構(gòu)成為能夠沿鉛垂方向隔開規(guī)定的間隔地收容多張被處理體、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)有絕熱體11。在絕熱體11的內(nèi)壁面上，設(shè)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，反應(yīng)管2的內(nèi)部被加熱到規(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)面上貫穿(連接)有多個(gè)處理氣體導(dǎo)入管13。另外，在圖1中僅畫出了 1個(gè)處理氣體導(dǎo)入管13。處理氣體導(dǎo)入管13配設(shè)為通達(dá)(日文臨tr)內(nèi)管3內(nèi)。例如，如圖1所示，處理氣體導(dǎo)入管13貫穿歧管5的位于支承環(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經(jīng)由未圖示的質(zhì)量流量控制器等連接有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)供給期望量的處理氣體。作為從處理氣體導(dǎo)入管13供給的處理氣體，存在有形成多晶硅膜、非晶硅膜、用雜質(zhì)摻雜的多晶硅膜及用雜質(zhì)摻雜的非晶硅膜等硅膜(Si膜)的成膜用氣體。作為成膜用氣體， 例如能夠使用SiH4等。另外，當(dāng)用雜質(zhì)摻雜Si膜時(shí)，包含有PH3、BC13等雜質(zhì)。另外，在本發(fā)明的硅膜的形成方法中，如后所述，在第1成膜工序中向形成在半導(dǎo)體晶圓10的表面上的槽內(nèi)填埋Si膜之后，在蝕刻工序中擴(kuò)大被填埋的槽的開口部，在第2 成膜工序中向開口部擴(kuò)大了的槽內(nèi)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，存在有蝕刻氣體。作為蝕刻氣體，例如能夠使用C12、F2、ClF3等鹵素氣體。另外，在本發(fā)明的硅膜的形成方法中，如后所述，當(dāng)在第1成膜工序之前在槽上形成晶種層時(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, Si4Hltl等高級硅烷。作為包含氨基的硅烷，例如存在有雙叔丁基氨基硅烷 (BTBAS)、三(二甲氨基)硅烷(3DMAS)、四(二甲氨基)硅烷0DMAS)、二異丙基氨基硅烷 (DIPAS)、雙(二乙基氨基)硅烷(BDEAS)、雙(二甲氨基)硅烷(BDMAS)等。而且，在硅膜的形成方法中，如后所述，當(dāng)在第1成膜工序之前去除槽的自然氧化膜時(shí)，同時(shí)從處理氣體導(dǎo)入管13向反應(yīng)管2內(nèi)供給自然氧化膜去除用氣體、例如氨和HF或者氨和NF3。在歧管5的側(cè)面上設(shè)有用于排出反應(yīng)管2內(nèi)的氣體的排氣口 14。排氣口 14設(shè)置在比支承環(huán)6靠上方的位置，與反應(yīng)管2內(nèi)的形成在內(nèi)管3與外管4之間的空間相連通。而且，在內(nèi)管3內(nèi)產(chǎn)生的排氣等通過內(nèi)管3與外管4之間的空間向排氣口 14排出。在歧管5的側(cè)面的排氣口 14的下方，貫穿有吹掃氣體供給管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)供給期望量的吹掃氣體、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)依次設(shè)有閥 17、真空泵18。閥17調(diào)整排氣管16的開度，將反應(yīng)管2內(nèi)的壓力控制為規(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，并且調(diào)整反應(yīng)管2內(nèi)的壓力。另外，在排氣管16上夾設(shè)有未圖示的收集器(trap)、洗氣器(scrubber)等，構(gòu)成為將從反應(yīng)管2排出的排氣無害化處理之后排出到熱處理裝置1外。另外，熱處理裝置1具有進(jìn)行裝置各個(gè)部分的控制的控制部100。圖2中示出了控制部100的結(jié)構(gòu)。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、 壓力計(jì)(組)123、加熱器控制器124、MFC控制部125、閥控制部126等。操作面板121具有顯示畫面和操作按鈕，該操作面板121向控制部100傳遞操作者的操作指示，并且，將來自控制部100的各種信息顯示在顯示畫面上。溫度傳感器(組)122測量反應(yīng)管2內(nèi)、處理氣體導(dǎo)入管13內(nèi)、排氣管16內(nèi)等的各個(gè)部分的溫度，向控制部100通知其測量值。壓力計(jì)(組)123測量反應(yīng)管2內(nèi)、處理氣體導(dǎo)入管13內(nèi)、排氣管16內(nèi)等的各個(gè)部分的壓力，向控制部100通知其測量值。加熱器控制器IM用于單獨(dú)控制升溫用加熱器12，響應(yīng)來自控制部100的指示，對升溫用加熱器12通電并將其加熱，并且，單獨(dú)測量其功耗，向控制部100通知。MFC控制部125控制被設(shè)置在處理氣體導(dǎo)入管13及吹掃氣體供給管15上的未圖示的質(zhì)量流量控制器(MFC)，將流向這些管的氣體的流量設(shè)為從控制部100指示的量，并且測量實(shí)際流入的氣體的流量，向控制部100通知。閥控制部1 將配置在各個(gè)管上的閥的開度控制為從控制部100指示的值。控制部100由制程程序存儲(chǔ)部lll、R0M112、RAM113、I/0接口 114、CPU115、相互連接這些構(gòu)件的總線116構(gòu)成。在制程程序存儲(chǔ)部111內(nèi)存儲(chǔ)有安裝用制程程序和多個(gè)工藝用制程程序。熱處理裝置1制造之初，僅存儲(chǔ)有安裝用制程程序。在生成與各個(gè)熱處理裝置對應(yīng)的熱模型 (model)等時(shí)，執(zhí)行安裝用制程程序。工藝用制程程序是按照用戶實(shí)際進(jìn)行的熱處理(工藝)而準(zhǔn)備的制程程序，例如，規(guī)定了從半導(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的、各個(gè)部分的溫度變化、反應(yīng)管2內(nèi)的壓力變化、處理氣體的供給開始及停止的時(shí)刻與供給量等。ROMl 12由EEPR0M、閃存、硬盤等構(gòu)成，是存儲(chǔ)CPU115的動(dòng)作程序等的記錄介質(zhì)。RAMI 13作為CPUl 15的工作區(qū)等發(fā)揮作用。I/O接口 114與操作面板121、溫度傳感器122、壓力計(jì)123、加熱器控制器124、MFC 控制部125、閥控制部1 等相連接，控制數(shù)據(jù)或信號的輸入輸出。CPU (Central Processing Unit 中央處理器)115構(gòu)成控制部100的中樞，執(zhí)行存儲(chǔ)在R0M112中的控制程序，遵照來自操作面板121的指示，按照存儲(chǔ)在制程程序存儲(chǔ)部 111中的制程程序(工藝用制程程序)，控制熱處理裝置1的動(dòng)作。即，CPU115使溫度傳感器(組)122、壓力計(jì)(組)123、MFC控制部125等測量反應(yīng)管2內(nèi)、處理氣體導(dǎo)入管13內(nèi)、 排氣管16內(nèi)的各個(gè)部分的溫度、壓力、流量等，根據(jù)該測量數(shù)據(jù)，向加熱器控制器124、MFC 控制部125、閥控制部1 等輸出控制信號等，以上述各個(gè)部分遵照工藝用制程程序的方式進(jìn)行控制?？偩€116在各個(gè)部分之間傳遞信息。接著，對使用如上那樣構(gòu)成的熱處理裝置1的硅膜的形成方法進(jìn)行說明。另外，在以下說明中，構(gòu)成熱處理裝置1的各個(gè)部分的動(dòng)作被控制部IOO(CPUIM)控制。另外，各個(gè)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IOO(CPUIM)控制加熱器控制器124(升溫用加熱器12)、MFC控制部125、閥控制部1 等而設(shè)定為例如遵照圖3所示的制程程序的條件。另外，在本實(shí)施方式中，在作為被處理體的半導(dǎo)體晶圓10上，如圖4A所示，在基板 51上形成有絕緣膜52，在半導(dǎo)體晶圓10的表面上形成有用于形成接觸孔的槽53。本發(fā)明的硅膜的形成方法具有第1成膜工序，其以填埋被形成在該半導(dǎo)體晶圓10的表面上的槽 53的方式形成多晶硅膜、非晶硅膜、用雜質(zhì)摻雜的多晶硅膜及用雜質(zhì)摻雜的非晶硅膜等硅膜(Si膜)；蝕刻工序，其對所形成的硅膜進(jìn)行蝕刻而擴(kuò)大槽53的開口部；第2成膜工序， 其以向在蝕刻工序中擴(kuò)大了開口部的槽53內(nèi)填埋Si膜的方式進(jìn)行成膜。以下，說明包含這些工序的硅膜的形成方法。首先，將反應(yīng)管2(內(nèi)管3)內(nèi)設(shè)定為規(guī)定的溫度、例如如圖3的(a)所示那樣為 300°C。另外，如圖3的(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，將收容有圖4A所示的半導(dǎo)體晶圓10的晶圓舟皿9載置在蓋體7上。然后， 利用舟皿升降機(jī)8使蓋體7上升，將半導(dǎo)體晶圓10(晶圓舟皿9)裝載到反應(yīng)管2內(nèi)(裝載工序)。接著，如圖3的(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、例如如圖3的(a)所示為535°C。另外，排出反應(yīng)管2 內(nèi)的氣體，將反應(yīng)管2內(nèi)減壓至規(guī)定的壓力、例如如圖3的(b)所示為93Pa(0. 7Torr)。然后，使反應(yīng)管2內(nèi)穩(wěn)定于該溫度及壓力(穩(wěn)定化工序)。在此，反應(yīng)管2內(nèi)的溫度優(yōu)選為450°C 700°C，進(jìn)一步優(yōu)選為490°C 650°C。另外，反應(yīng)管2內(nèi)的壓力優(yōu)選為1. 331 133Pa(0. OlTorr ITorr)。這是因?yàn)?，通過將反應(yīng)管2內(nèi)的溫度及壓力設(shè)為該范圍，能夠更均勻地形成Si膜。當(dāng)反應(yīng)管2內(nèi)穩(wěn)定于規(guī)定的壓力及溫度時(shí)，停止來自吹掃氣體供給管15的氮?dú)獾墓┙o。然后，如圖3的(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1成膜工序)。通過該第1成膜工序，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Si膜M。在此，在第1成膜工序中，優(yōu)選以槽53具有開口部的方式在半導(dǎo)體晶圓10的絕緣膜52上及槽53內(nèi)形成Si膜M。S卩，在第1成膜工序中，不是以完全填埋槽53的方式形成 Si膜54，而是優(yōu)選以槽53具有開口部的方式形成Si膜M。由此，能夠可靠地防止在第1 成膜工序中在槽53內(nèi)產(chǎn)生空隙的情況。當(dāng)在半導(dǎo)體晶圓10上形成規(guī)定量的Si膜時(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的(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、例如如圖3的(a)所示為300°C。另外，排出反應(yīng)管2內(nèi)的氣體，將反應(yīng)管2內(nèi)減壓至規(guī)定的壓力、例如如圖3的(b)所示為401^(0. 3Torr)。 然后，使反應(yīng)管2內(nèi)穩(wěn)定于該溫度及壓力(吹掃工序和穩(wěn)定化工序)。另外，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。在此，反應(yīng)管2內(nèi)的溫度優(yōu)選為100°C 550°C。這是因?yàn)?，?dāng)比100°C低時(shí)，在后述的蝕刻工序中有可能無法蝕刻Si膜54，當(dāng)比550°C高時(shí)，Si膜M的蝕刻控制有可能變得困難。反應(yīng)管2內(nèi)的壓力優(yōu)選為1. 33Pa 133Pa(0. OlTorr ITorr)。當(dāng)反應(yīng)管2內(nèi)穩(wěn)定于規(guī)定的壓力及溫度時(shí)，如圖3的(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的(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 (蝕刻工序)。通過該蝕刻工序，如圖4C所示，對形成在半導(dǎo)體晶圓10的槽53內(nèi)的Si膜M進(jìn)行蝕刻。在該蝕刻工序中，以槽53的開口部擴(kuò)大的方式對在第1成膜工序中形成的Si膜 M進(jìn)行蝕刻。即，如圖4C所示，增多被形成在槽53的開口部上的Si膜M的蝕刻量，并且減少被形成在槽53的底部附近的Si膜M的蝕刻量。由此，在后述的第2成膜工序中，在槽53的底部附近易于形成Si膜M。另外，蝕刻用氣體優(yōu)選使用Si膜M的蝕刻控制較容易的Cl2。當(dāng)蝕刻用氣體使用 Cl2時(shí)，優(yōu)選將反應(yīng)管2內(nèi)的溫度設(shè)為250°C 300°C。另外，優(yōu)選將反應(yīng)管2內(nèi)的壓力設(shè)為 1. 33Pa 401^(0. OlTorr 0. 3Torr)。通過將反應(yīng)管2內(nèi)的溫度及壓力設(shè)為該范圍，能夠使蝕刻均勻性良好。當(dāng)期望的Si膜M被蝕刻時(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，如圖3的(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、例如如圖3的(a)所示為535°C。另外，排出反應(yīng)管2內(nèi)的氣體， 將反應(yīng)管2內(nèi)減壓至規(guī)定的壓力、例如如圖3的(b)所示為93Pa(0. 7Torr)。然后，使反應(yīng)管2內(nèi)穩(wěn)定于該溫度及壓力(吹掃工序和穩(wěn)定化工序)。另外，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。當(dāng)反應(yīng)管2內(nèi)穩(wěn)定于規(guī)定的壓力及溫度時(shí)，停止來自吹掃氣體供給管15的氮?dú)獾墓┙o。然后，如圖3的(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2成膜工序)。通過該第2成膜工序，如圖4D所示，在半導(dǎo)體晶圓10的槽53內(nèi)形成Si膜56。在此，通過蝕刻工序以槽53的開口部擴(kuò)大的方式對在第1成膜工序中形成的Si 膜M進(jìn)行蝕刻，因此在槽53的底部附近易于形成Si膜56。因此，在向槽53內(nèi)填埋Si膜 56時(shí)，能夠抑制在槽53內(nèi)產(chǎn)生空隙的情況。當(dāng)形成期望的Si膜時(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的(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、例如如圖3的(a)所示為300°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(吹掃工序)。另外，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，利用舟皿升降機(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(晶圓舟皿9)(卸載工序)。由此，硅膜的形成結(jié)束。接著，為了確認(rèn)在第1成膜工序后實(shí)施蝕刻工序和第2成膜工序的本發(fā)明的硅膜形成方法的效果，除了將蝕刻工序中的反應(yīng)管2內(nèi)的溫度設(shè)為350°C之外，按照圖3所示的制程程序，在圖4A所示的半導(dǎo)體晶圓10上形成Si膜，求出了槽53中的Si膜的空隙率(實(shí)施例1)?？障堵适峭ㄟ^SEM觀察被形成在槽53上的Si膜、用槽53內(nèi)的Si膜的空隙體積除以槽53的填埋體積而算出的。制造條件示于圖5A，算出的空隙率示于圖5B。另外，圖5A 中的膜厚是向整個(gè)(日文 ^ )基板沉積的膜厚、平坦的Si膜的蝕刻膜厚。另外，如圖 5A所示，在實(shí)施例2中，第1成膜工序和第2成膜工序中的反應(yīng)管2內(nèi)的溫度為500°C。為了進(jìn)行比較，對不實(shí)施蝕刻工序和第2成膜工序的情況也同樣地在半導(dǎo)體晶圓10上形成硅膜，求出了槽53中的Si膜的空隙率(比較例1、2)。另外，在本例中，在第1成膜工序之前實(shí)施了后述的晶種層形成工序。在晶種層形成工序中，使用DIPAS作為晶種層形成用氣體，將反應(yīng)管2內(nèi)的溫度設(shè)為400°C、壓力設(shè)為 133Pa (ITorr)而形成了晶種層。如圖5B所示，確認(rèn)到通過在第1成膜工序后實(shí)施了蝕刻工序、第2成膜工序，能夠大幅地降低槽53中的Si膜的空隙率。如上所述，采用本實(shí)施方式，在以形成在半導(dǎo)體晶圓10的表面上的槽53具有開口部的方式形成Si膜的第1成膜工序之后，實(shí)施以擴(kuò)大槽53的開口部的方式進(jìn)行蝕刻的蝕刻工序、以及再次以向槽53內(nèi)填埋Si膜的方式進(jìn)行成膜的第2成膜工序，因此在向槽53 內(nèi)填埋Si膜56時(shí)，能夠抑制在槽53內(nèi)產(chǎn)生空隙的情況。另外，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，能夠進(jìn)行各種變形、應(yīng)用。以下，說明能夠應(yīng)用在本發(fā)明中的另一實(shí)施方式。在上述實(shí)施方式中，以實(shí)施第1成膜工序、蝕刻工序及第2成膜工序的情況為例說明了本發(fā)明，但是例如也可以在第1成膜工序之前實(shí)施在絕緣膜52及槽53上形成晶種 (seed)層的晶種層形成工序。圖6中示出了實(shí)施晶種層形成工序的制程程序。首先，將反應(yīng)管2(內(nèi)管3)內(nèi)設(shè)定為規(guī)定的溫度、例如如圖6的(a)所示為300°C。 另外，如圖6的(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?接著，將收容有圖7A所示的半導(dǎo)體晶圓10的晶圓舟皿9載置在蓋體7上。然后，利用舟皿升降機(jī)8使蓋體7上升，將半導(dǎo)體晶圓10 (晶圓舟皿9)裝載到反應(yīng)管2內(nèi)(裝載工序)。接著，如圖6的(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、例如如圖6的(a)所示為400°C。另外，排出反應(yīng)管2 內(nèi)的氣體，將反應(yīng)管2內(nèi)減壓至規(guī)定的壓力、例如如圖6的(b)所示為93Pa(0. 7Torr)。然后，使反應(yīng)管2內(nèi)穩(wěn)定于該溫度及壓力(穩(wěn)定化工序)。反應(yīng)管2內(nèi)的溫度進(jìn)一步優(yōu)選為350°C 500°C。另外，當(dāng)晶種層形成用氣體使用包含氨基的硅烷時(shí)，更優(yōu)選將反應(yīng)管2內(nèi)的溫度設(shè)為350°C 450°C。另外，反應(yīng)管2內(nèi)的壓力優(yōu)選為1. 33Pa 133Pa(0. OlTorr ITorr)。這是因?yàn)?，通過將反應(yīng)管2內(nèi)的溫度及壓力設(shè)為該范圍，能夠更均勻地形成晶種膜。當(dāng)反應(yīng)管2內(nèi)穩(wěn)定于規(guī)定的壓力及溫度時(shí)，停止來自吹掃氣體供給管15的氮?dú)獾墓┙o。然后，如圖6的(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)定量的晶種層形成用氣體、例如Si2H6(晶種層形成工序)。通過該晶種層形成工序，如圖7B所示，在半導(dǎo)體晶圓10的絕緣膜52上及槽53上形成晶種層55。在本例中，使用Si2H6這樣的高級硅烷作為晶種層形成用氣體，因此優(yōu)選晶種層陽的厚度形成為Inm 2nm左右。這是因?yàn)椋ㄟ^形成為Inm 2nm左右，能夠降低形成在晶種層55上的Si膜M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)選在不引起成膜工序中的成膜用氣體(源氣體)的熱分解的條件下形成晶種層陽。當(dāng)在半導(dǎo)體晶圓10上形成期望厚度的晶種層55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的(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、例如如圖6的(a)所示為535°C。 另外，排出反應(yīng)管2內(nèi)的氣體，將反應(yīng)管2內(nèi)減壓至規(guī)定的壓力、例如如圖6的(b)所示為 93Pa(0. 7Torr)。然后，使反應(yīng)管2內(nèi)穩(wěn)定于該溫度及壓力(吹掃工序和穩(wěn)定化工序)。當(dāng)反應(yīng)管2內(nèi)穩(wěn)定于規(guī)定的壓力及溫度時(shí)，停止來自吹掃氣體供給管15的氮?dú)獾墓┙o。然后，如圖6的(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1成膜工序)。通過該第1成膜工序，如圖7C所示，在半導(dǎo)體晶圓10的晶種層陽上形成Si膜M。在此，Si膜M形成在晶種層55上。因此，與像上述實(shí)施方那樣Si膜M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Si膜M的表面粗糙度。其結(jié)果， 在向槽53內(nèi)填埋Si膜M時(shí)，能夠進(jìn)一步抑制在槽53內(nèi)產(chǎn)生空隙的情況。然后，與上述實(shí)施方式同樣地通過實(shí)施吹掃工序和穩(wěn)定化工序、蝕刻工序(圖 7D)、吹掃工序和穩(wěn)定化工序、第2成膜工序(圖7E)、吹掃工序及卸載工序，硅膜的形成結(jié)束ο這樣，通過在第1成膜工序之前實(shí)施形成晶種層的晶種層形成工序，能夠降低所形成的Si膜M的表面粗糙度，在向槽53內(nèi)填埋Si膜56時(shí)，能夠進(jìn)一步抑制在槽53內(nèi)產(chǎn)生空隙的情況。另外，在上述實(shí)施方式中，以實(shí)施第1成膜工序、蝕刻工序及第2成膜工序的情況為例說明了本發(fā)明，但是例如也可以在第1成膜工序之前實(shí)施去除形成在槽53的底部的自然氧化膜的自然氧化膜去除工序。圖8中示出了實(shí)施自然氧化膜去除工序的制程程序(參照圖7A 圖7E)。另外，在本例中，以使用氨(NH3)和HF作為自然氧化膜去除氣體的情況為例進(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、例如如圖8的(a)所示為150°C。 另外，如圖8的(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?接著，將收容有半導(dǎo)體晶圓10的晶圓舟皿9載置在蓋體7上。然后，利用舟皿升降機(jī)8使蓋體7上升，將半導(dǎo)體晶圓10(晶圓舟皿9)裝載到反應(yīng)管2內(nèi)(裝載工序)。接著，如圖8的(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、例如如圖8的(a)所示為150°C。另外，排出反應(yīng)管2 內(nèi)的氣體，將反應(yīng)管2內(nèi)減壓至規(guī)定的壓力、例如如圖8的(b)所示為4Pa(0. 03Torr)。然后，使反應(yīng)管2內(nèi)穩(wěn)定于該溫度及壓力(穩(wěn)定化工序)。反應(yīng)管2內(nèi)的溫度進(jìn)一步優(yōu)選為25°C 200°C。另外，反應(yīng)管2內(nèi)的壓力優(yōu)選為 0. 1331 1331^(0. OOlTorr ITorr)。這是因?yàn)?，通過將反應(yīng)管2內(nèi)的溫度及壓力設(shè)為該范圍，自然氧化膜的去除變得容易。另外，在采用氨和NF3作為自然氧化膜去除氣體的情況下，優(yōu)選半導(dǎo)體晶圓10的溫度為超過600°C的溫度。當(dāng)反應(yīng)管2內(nèi)穩(wěn)定于規(guī)定的壓力及溫度時(shí)，停止來自吹掃氣體供給管15的氮?dú)?br> 11的供給。然后，如圖8的(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)定量的氨及 HF(自然氧化膜去除工序)。通過該自然氧化膜去除工序，能夠去除形成在半導(dǎo)體晶圓10 的槽53的底部的自然氧化膜。當(dāng)半導(dǎo)體晶圓10的槽53的底部的自然氧化膜被去除時(shí)，停止來自處理氣體導(dǎo)入管13的自然氧化膜去除用氣體的供給。接著，如圖8的(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、例如如圖8的(a)所示為535°C。另外，排出反應(yīng)管2內(nèi)的氣體，將反應(yīng)管2內(nèi)減壓至規(guī)定的壓力、例如如圖8的 (b)所示為93Pa(0. 7Torr)。然后，使反應(yīng)管2內(nèi)穩(wěn)定于該溫度及壓力(吹掃工序和穩(wěn)定化工序)。另外，在利用氨和HF來進(jìn)行自然氧化膜的去除處理的情況下，有時(shí)在基板51上殘留有氟硅酸氨，但由于第1成膜工序中的反應(yīng)管2內(nèi)的溫度為535°C，氟硅酸氨升華。當(dāng)反應(yīng)管2內(nèi)穩(wěn)定于規(guī)定的壓力及溫度時(shí)，停止來自吹掃氣體供給管15的氮?dú)獾墓┙o。然后，如圖8的(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1成膜工序)。通過該第1成膜工序，在半導(dǎo)體晶圓10的絕緣膜52上及槽53內(nèi)形成Si膜M。然后，與上述實(shí)施方式同樣地通過實(shí)施吹掃工序和穩(wěn)定化工序、蝕刻工序、吹掃工序和穩(wěn)定化工序、第2成膜工序、吹掃工序及卸載工序，硅膜的形成結(jié)束。這樣，在第1成膜工序之前實(shí)施去除形成在槽53的底部的自然氧化膜的自然氧化膜去除工序，因此能夠抑制所形成的Si膜56的作為電極的特性的劣化。另外，在上述實(shí)施方式中，以實(shí)施第1成膜工序、蝕刻工序及第2成膜工序的情況為例說明了本發(fā)明，但是例如也可以在第1成膜工序之后多次重復(fù)實(shí)施蝕刻工序及第2成膜工序。另外，當(dāng)在第1成膜工序之前實(shí)施晶種層形成工序、自然氧化膜去除工序時(shí)，也可以在第1成膜工序之后多次重復(fù)實(shí)施蝕刻工序及第2成膜工序。在這些情況下，在向槽53 內(nèi)填埋Si膜56時(shí)，能夠進(jìn)一步抑制在槽53內(nèi)產(chǎn)生空隙的情況。另外，也可以在實(shí)施自然氧化膜去除工序之后實(shí)施晶種層形成工序，之后，實(shí)施第 1成膜工序、蝕刻工序及第2成膜工序。在該情況下，在向槽53內(nèi)填埋Si膜56時(shí)，能夠進(jìn)一步抑制在槽53內(nèi)產(chǎn)生空隙的情況。在上述實(shí)施方式中，以在第1成膜工序中以槽53具有開口部的方式在半導(dǎo)體晶圓 10的絕緣膜52上及槽53內(nèi)形成Si膜M的情況為例說明了本發(fā)明，但是也可以在第1成膜工序中以槽53不具有開口部的方式形成Si膜M。在該情況下，通過在蝕刻工序中以槽 53具有開口部的方式蝕刻Si膜54，能夠獲得與上述實(shí)施方式相同的效果。在上述實(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，但是只要是能夠形成Si膜、即多晶硅膜、非晶硅膜、用雜質(zhì)摻雜的多晶硅膜及用雜質(zhì)摻雜的非晶硅膜等硅膜的氣體，就可以使用其他氣體。例如，當(dāng)形成用雜質(zhì)摻雜的多晶硅膜及非晶硅膜時(shí)，能夠使用包含PH3、BCl3等雜質(zhì)的氣體。在上述實(shí)施方式中，以使用Cl2作為蝕刻氣體的情況為例說明了本發(fā)明，但是只要是能夠?qū)υ诘?成膜工序中形成的Si膜進(jìn)行蝕刻的氣體即可，優(yōu)選使用F2、ClF3等其他鹵素氣體。在上述實(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，但是例如也可以是包含氨基的硅烷、Si4Hltl等高級硅烷。例如，當(dāng)使用包含氨基的硅烷時(shí)，能夠相對于Si膜的沉積降低培養(yǎng)時(shí)間(incubation time)、改善表面粗糙度。另外，在上述實(shí)施方式中，以使用氨與HF作為自然氧化膜去除用氣體的情況為例說明了本發(fā)明，但是只要能夠去除槽53底部的自然氧化膜，也可以使用例如氨和NF3等各種氣體。在上述實(shí)施方式中，以使用雙重管構(gòu)造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，但是例如也能夠?qū)⒈景l(fā)明應(yīng)用于單管構(gòu)造的批量式熱處理裝置。本發(fā)明的實(shí)施方式的控制部100無須專用的系統(tǒng)，使用普通的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就能夠?qū)崿F(xiàn)。例如，通過從存儲(chǔ)有用于執(zhí)行上述處理的程序的記錄介質(zhì)(軟盤、⑶-ROM等)向通用計(jì)算機(jī)安裝該程序，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。除了如上所述能夠借助規(guī)定的記錄介質(zhì)進(jìn)行供給以外，例如也可以借助通信線路、通信網(wǎng)絡(luò)、通信系統(tǒng)等進(jìn)行供給。在該情況下， 例如也可以在通信網(wǎng)絡(luò)的揭示板(BBS)上揭示該程序，借助網(wǎng)絡(luò)將其與輸送波重疊來進(jìn)行提供。而且，起動(dòng)如此提供的程序，在OS的控制下，與其他應(yīng)用程序相同地執(zhí)行該程序，從而能夠執(zhí)行上述處理。采用本發(fā)明，能夠抑制空隙的產(chǎn)生。本發(fā)明對硅膜的形成方法及其形成裝置是有用的。本申請以2010年5月20日向日本特許廳提交的日本專利申請第2010-116344號和2011年4月19日提交的日本專利申請第2011-093279號為基礎(chǔ)來主張優(yōu)先權(quán)，它們的全部公開內(nèi)容作為參照而包含于本發(fā)明說明書中。
權(quán)利要求
1.一種硅膜的形成方法，其用于在表面形成有槽的被處理體的槽內(nèi)形成硅膜，其特征在于，該硅膜的形成方法具有第1成膜工序，其以填埋上述被處理體的槽的方式形成硅膜；蝕刻工序，其對在上述第1成膜工序中形成的硅膜進(jìn)行蝕刻而擴(kuò)大上述槽的開口部；第2成膜工序，其以向在上述蝕刻工序中擴(kuò)大了開口部的槽內(nèi)填埋硅膜的方式進(jìn)行成膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅膜的形成方法，其特征在于，該硅膜的形成方法還具有將多個(gè)被處理體收容在用于收容上述被處理體的反應(yīng)室內(nèi)的收容工序，在上述第1成膜工序及上述第2成膜工序中，向上述反應(yīng)室內(nèi)供給硅成膜用氣體而形成硅膜，在上述蝕刻工序中，向上述反應(yīng)室內(nèi)供給蝕刻用氣體而對在上述第1成膜工序中形成的硅膜進(jìn)行蝕刻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅膜的形成方法，其特征在于，該硅膜的形成方法還具有在上述被處理體的表面形成晶種層的晶種層形成工序， 在上述第1成膜工序中，在上述晶種層上形成硅膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅膜的形成方法，其特征在于，該硅膜的形成方法還具有用于對形成在上述被處理體的槽的底部的自然氧化膜進(jìn)行去除的自然氧化膜去除工序。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅膜的形成方法，其特征在于，在上述第1成膜工序之后，多次重復(fù)實(shí)施上述蝕刻工序及上述第2成膜工序。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅膜的形成方法，其特征在于，在上述反應(yīng)室內(nèi)收容有上述被處理體的狀態(tài)下，連續(xù)進(jìn)行上述第1成膜工序、上述蝕刻工序及上述第2成膜工序。
7.一種硅膜的形成裝置，其用于在表面形成有槽的被處理體的槽內(nèi)形成硅膜，其特征在于，該硅膜的形成裝置具有第1成膜部件，其以填埋上述被處理體的槽的方式形成硅膜；蝕刻部件，其對用上述第1成膜部件形成的硅膜進(jìn)行蝕刻而擴(kuò)大上述槽的開口部；第2成膜部件，其以向用上述蝕刻部件擴(kuò)大了開口部的槽內(nèi)填埋硅膜的方式進(jìn)行成膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的硅膜的形成裝置，其特征在于，該硅膜的形成裝置還具有將多個(gè)被處理體收容在用于收容上述被處理體的反應(yīng)室內(nèi)的收容部件，上述第1成膜部件及第2成膜部件向上述反應(yīng)室內(nèi)供給硅成膜用氣體而形成硅膜， 上述蝕刻部件用于向上述反應(yīng)室內(nèi)供給蝕刻用氣體而對用上述第1成膜部件形成的硅膜進(jìn)行蝕刻。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的硅膜的形成裝置，其特征在于，該硅膜的形成裝置還具有在上述被處理體的表面形成晶種層的晶種層形成部件， 上述第1成膜部件用于在上述晶種層上形成硅膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的硅膜的形成裝置，其特征在于，該硅膜的形成裝置還具有用于對形成在上述被處理體的槽的底部的自然氧化膜進(jìn)行去除的自然氧化膜去除部件。
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， 該硅膜的形成裝置還具有控制裝置的各個(gè)部分的控制部件，上述控制部件控制上述第1成膜部件、上述蝕刻部件及上述第2成膜部件，在上述反應(yīng)室內(nèi)收容有上述被處理體的狀態(tài)下，以填埋上述被處理體的槽的方式形成硅膜，對所形成的硅膜進(jìn)行蝕刻而擴(kuò)大上述槽的開口部，以向擴(kuò)大了開口部的槽內(nèi)填埋硅膜的方式進(jìn)行成
全文摘要
本發(fā)明提供一種硅膜的形成方法及其形成裝置。硅膜的形成方法具有第1成膜工序、蝕刻工序、第2成膜工序。在第1成膜工序中，以填埋被處理體的槽的方式形成硅膜。在蝕刻工序中，對在第1成膜工序中形成的硅膜進(jìn)行蝕刻而擴(kuò)大上述槽的開口部。在第2成膜工序中，以向在蝕刻工序中擴(kuò)大了開口部的槽內(nèi)填埋硅膜的方式進(jìn)行成膜。由此，在表面形成有槽的被處理體的槽內(nèi)形成硅膜。
文檔編號H01L21/285GK102254807SQ20111013223
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月20日
發(fā)明者有賀純史, 木村法史, 柿本明修, 長谷部一秀, 高木聰 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社