填充凹部的方法以及处理装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种填充凹部的方法以及处理装置。该填充凹部的方法用于填充被处理体的凹部，其中，该被处理体具有半导体基板以及设于该半导体基板上的绝缘膜，凹部贯通绝缘膜而延伸到半导体基板的内部，该方法包括如下工序：沿着划分形成凹部的壁面形成半导体材料的第1薄膜；对第1薄膜进行气相掺杂；通过在容器内对被处理体进行退火，不使气相掺杂后的第1薄膜移动，而沿着半导体基板的划分形成凹部的面由第1薄膜的半导体材料形成与半导体基板的结晶相应的外延区域；沿着划分形成凹部的壁面形成半导体材料的第2薄膜；通过在容器内对被处理体进行退火，由第2薄膜的朝向凹部的底部移动了的半导体材料进一步形成外延区域。
【专利说明】
填充凹部的方法以及处理装置
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种填充凹部的方法以及处理装置。
【背景技术】
[0002]在半导体器件的制造中，有时进行向设于半导体晶圆的表面的孔或沟槽等凹部内填充硅等半导体材料的处理。半导体晶圆具有半导体基板和形成于半导体基板上的绝缘膜，凹部形成于绝缘膜的表面(半导体晶圆的表面)。向凹部内填充的半导体材料与半导体基板的材料是同样的，例如，存在将该半导体材料用作电极的情况。
[0003]以往，公知有针对填充被形成于作为半导体晶圆的被处理体的绝缘膜的凹部的方法以及装置的技术。填充上述凹部的方法包括:沿着划分形成凹部的壁面形成含有杂质的第I非晶硅膜的工序;在第I非晶硅膜上形成第2非晶硅膜的工序和在形成第2非晶硅后对被处理体进行退火的工序。
【发明内容】
[0004]发明要解决的问题
[0005]有时设于半导体晶圆的表面的凹部以贯通绝缘膜、延伸到作为该绝缘膜的基底的半导体基板的内部的方式形成。这样的凹部可通过对绝缘膜以及半导体基板进行蚀刻而形成。本申请的发明人对如下技术进行了研究:使半导体材料朝向该凹部的底部移动，由该半导体材料形成与半导体基板的结晶相应的外延区域，从而填充该凹部。在该研究中，本申请的发明人发现了如下内容:在通过固相外延生长填埋凹部的方法中，在凹部的内壁面包含不进行外延生长的区域的情况下，在该区域中没有进行外延生长，其结果是，在凹部中，在外延区域的填充未充分地进行的情况下可能局部地形成空隙。因而，在利用半导体材料的外延生长来填充凹部的技术中，需要抑制凹部内的空隙的形成。
[0006]用于解决问题的方案
[0007]—技术方案可提供一种填充被处理体的凹部的方法。被处理体能够具有半导体基板以及设于该半导体基板上的绝缘膜。凹部能够贯通绝缘膜而延伸到半导体基板的内部。本技术方案的方法能够包括:(a)沿着划分形成凹部的壁面形成半导体材料的第I薄膜的工序；(b)对第I薄膜进行气相掺杂的工序；(C)在容器内中对被处理体进行退火、从而在使气相掺杂了的第I薄膜不移动的状态下、沿着半导体基板的划分形成凹部的面由第I薄膜的半导体材料形成与半导体基板的结晶相应的外延区域的工序(以下称为“第I工序”(d)沿着划分形成凹部的壁面形成半导体材料的第2薄膜的工序(以下称为“第2工序通过在容器内中对被处理体进行退火、由第2薄膜的朝向凹部的底部移动了的半导体材料进一步形成外延区域的工序(以下称为“第3工序”)。
[0008]另一技术方案中可提供能够用于上述的方法的实施的处理装置。该处理装置能够包括:容器;气体供给部，其构成为向容器内供给用于形成半导体材料的第I薄膜的第I气体、用于形成半导体材料的第2薄膜的第2气体以及用于气相掺杂的第3气体;加热装置，其用于对容器内的空间进行加热;控制部，其用于对气体供给部以及加热装置进行控制，控制部能够执行使气体供给部向容器内供给第I气体的第I控制;控制部能够在执行第I控制后执行使气体供给部向容器内供给第3气体的第2控制;控制部能够在执行第2控制后执行使加热装置对容器内的空间进行加热的第3控制;控制部能够在执行第3控制后执行使气体供给部向容器内供给第2气体的第4控制;控制部能够在执行第4控制后执行使加热装置对所述容器内的空间进行加热的第5控制。
【附图说明】
[0009]附图作为本说明书的一部分而被编入来表示本发明的实施方式，与上述的一般性说明以及后述的实施方式的详细内容一起说明本发明的构思。
[0010]图1是表示一实施方式的填充凹部的方法的流程图。
[0011 ]图2是例示实施图1所示的方法前的初始状态以及执行该方法的各工序后的被处理体的剖视图。
[0012]图3是例示执行图1所示的方法的各工序后的被处理体的剖视图。
[0013]图4是概略地表示可用于图1所示的方法的实施的处理装置的图。
[0014]图5是表示图4所示的处理装置的控制部的构成的例示的图。
【具体实施方式】
[0015]以下，参照附图对各种各样的实施方式详细地进行说明。此外，对各图中的相同或相当的部分标注相同的附图标记。在下述的详细的说明中，提供更多具体的详细内容，以能够充分地理解本发明。然而，没有这样的详细的说明本领域技术人员也能够完成的本发明是显而易见的。在其他的例子中，为了避免难以理解各种各样的实施方式，对于公知的方法、步骤、系统、构成要素并未详细示出。
[0016]图1是表示一实施方式的填充凹部的方法的流程图。另外，图2是例示实施图1所示的方法前的初始状态以及执行该方法的各工序后的被处理体的剖视图，图3是例示执行图1所示的方法的各工序后的被处理体的剖视图。在图1所示的方法MT中，通过使半导体材料在被处理体的凹部内的外延生长，填充该凹部。
[0017]在应用方法MT前的初始状态下，被处理体(以下，有时称为“晶圆W”)具有图2的(a)所示的结构。即、晶圆W具有半导体基板SB和绝缘膜IF。半导体基板SB是单晶半导体基板或多晶半导体基板，例如是单晶硅基板或多晶硅基板。绝缘膜IF设于半导体基板SB上。绝缘膜IF具有上表面TW。绝缘膜IF例如由氧化硅(S12)或氮化硅(Si3N4)形成。
[0018]在晶圆W上形成有沟槽或孔(接触孔等)这样的凹部DR。凹部DR从上表面TW沿着膜厚方向贯通绝缘膜IF，进一步延伸到半导体基板SB的内部。凹部DR能够具有例如190nm?210nm左右的深度、40nm?50nm左右的宽度。凹部DR由侧壁面SW以及底面BW等划分形成。侧壁面SW从侧方划分形成凹部DR，底面BW从下方划分形成凹部DR。侧壁面SW包括面DS。面DS在半导体基板SB中从侧方划分形成凹部DR。该凹部DR能够通过在绝缘膜IF之上形成掩模、对该绝缘膜IF和半导体基板SB进行蚀刻而形成。由于该蚀刻，在半导体基板SB的划分形成凹部DR的面DS上可能产生具有损伤的区域、即损伤区域DM。损伤区域DM是具有与面DS上的其他区域(可进行外延生长的区域)不同的状态的区域(不进行外延生长的区域)，可能由于残留有未被去除的例如蚀刻气体所含有的成分(例如碳)而形成。此外，损伤区域DM是不进行外延生长的区域即可，不限于由蚀刻时产生的损伤形成的区域，能够是材料与半导体基板SB的材料不同的区域等。
[0019]在方法MT中，可对图2的(a)所示的晶圆W执行工序ST1、工序ST2、工序ST3、工序ST5、以及工序ST6。另外，在一实施方式中，也可以重复进行含有工序ST5以及工序ST6的序列SQ。另外，在一实施方式中，还可以进一步执行工序ST4、以及工序ST7中的一个以上的工序。工序ST7包含于序列SQ。
[0020]对可用于方法MT的实施的处理装置的实施方式进行说明。图4是概略地表示可用于图1所示的方法的实施的处理装置的图。图4所示的处理装置10包括容器12、内管14、外管
16、歧管18、支承环20、盖体22、舟皿升降机24、晶圆舟皿26、绝热体28、加热器30、气体导入管32、排气口 34、吹扫气体供给管36、排气管38、阀40、排气装置42、控制部100、以及气体供给部GF。
[0021]容器12具有双层管构造。容器12具有内管14以及外管16。容器12是具有大致圆筒形状的反应管。容器12的长度方向朝向铅垂方向。内管14以及外管16由耐热性以及耐腐蚀性优异的材料、例如石英形成。
[0022]内管14具有大致圆筒形状。内管14包括上端以及下端，所述上端以及下端被敞开。外管16以包覆内管14的方式与内管14大致同轴地设置。在外管16和内管14之间设有恒定的间隔。外管16的上端被闭塞，外管16的下端被敞开。
[0023]在外管16的下方设有歧管18。歧管18形成为筒状，由例如不锈钢(SUS)形成。歧管18与外管16的下端气密地连接。在歧管18的内壁，一体地形成有支承环20。支承环20从歧管18的内壁向内侧突出。支承环20支承着内管14。
[0024]在歧管18的下方设有盖体22。盖体22与舟皿升降机24连接，构成为可以利用舟皿升降机进行上下运动。若利用舟皿升降机24使盖体22上升，则歧管18的下方侧(S卩、炉口部分)被封闭。若利用舟皿升降机24使盖体22下降，则歧管18的下方侧(即、炉口部分)被敞开。
[0025]在盖体22上载置有晶圆舟皿26。晶圆舟皿26可由例如石英形成。晶圆舟皿26构成为沿着铅垂方向隔着预定的间隔支承多个晶圆W。
[0026]在容器12的周围，以围绕容器12的方式设有绝热体28。在绝热体28的内壁面设有加热器30(加热装置)。加热器30由例如电阻发热体构成。容器12的内部的空间被加热器30加热到预定的温度，收容到容器12的内部的空间的晶圆W被加热。
[0027]在歧管18的侧面连接有一个以上的气体导入管32。气体导入管32例如在比支承环20靠下方的位置与歧管18的侧面连接。由该气体导入管32构成的气体管线与容器12的内部连通。
[0028]气体导入管32与气体供给部GF连接。在一实施方式中，气体供给部GF具有气体源651、652、653、654、655、阀￥11、￥12、￥21、￥22、￥31、￥32、￥41、￥42、￥51、￥52、以及质量流量控制器这样的流量控制器?(:1、？02、？03、？04、？05。气体源631经由阀￥11、流量控制器?(:1以及阀V12与气体导入管32连接。气体源GS2经由阀V21、流量控制器FC2以及阀V22与气体导入管32连接。气体源GS3具有阀V31、流量控制器FC3以及阀V32与气体导入管32连接。气体源GS4经由阀V41、流量控制器FC4、以及阀V42与气体导入管32连接。气体源GS5经由阀V51、流量控制器FC5、以及阀V52与气体导入管32连接。
[0029]气体供给部GF构成为，特别是向容器12的内侧供给用于形成半导体材料的第I薄膜TFl的第I气体、用于形成半导体材料的第2薄膜TF2的第2气体、以及用于气相掺杂的第3气体。气体供给部GF构成为还向容器12的内侧供给用于对第I薄膜TFl进行蚀刻的第4气体，构成为向容器12的内侧供给用于对第2薄膜TF2进行蚀刻的第5气体。第I气体利用于后述的工序STl中，第2气体利用于工序ST5中。第3气体利用于后述的工序ST2的气相掺杂(GH)5GasPhase Doping)等中。第4气体利用于后述的工序ST4中，第5气体利用于后述的工序ST7中。
[0030]气体源GSl是在第I气体和第2气体中含有的原料气体的源。气体源GSl可以是含硅气体、含锗烷气体、或含硅气体和含锗烷气体这二者的混合气体的源。具体而言，于在工序STl以及工序ST5中形成的薄膜由硅形成的情况下，气体源GSl是含硅气体的源。含硅气体可以是甲硅烷气体、乙硅烷气体、或氨基硅烷系气体。于在工序STI以及工序ST5中形成的薄膜是由锗形成的情况下，气体源GSl是甲锗烷这样的含锗烷气体的源。于在工序STl以及工序ST5中的形成的薄膜由硅锗形成的情况下，气体源GSl可以是上述的含硅气体以及含锗烷气体这二者的混合气体的源。
[0031]气体源GS2是作为第3气体的杂质源的气体的源。作为杂质，可例示例如砷(As)、硼(B)、或P(磷)。作为杂质源的气体，可使用例如磷化氢(PH3)、乙硼烷(B2H6)、三氯化硼(BCl3)、或砷化氢(AsH3)。
[0032]气体源GS3是添加气体的源。作为这样的添加气体，可例示C2H4气体、N2O气体、NO气体、或NH3气体。此外，添加气体能够使用C2H4气体、N2O气体、NO气体、以及NH3气体中的一种以上的气体。
[0033]气体源GS4是可以在退火中使用的非活性气体的源。作为这样的非活性气体，可例不氢气(H2气体)或氮气(N2气体)等。
[0034]气体源GS5是在用于工序ST4的第4气体以及用于工序ST7的第5气体中含有的蚀刻气体的源。作为这样的蚀刻气体，可以使用含有(:12、!1(:1、？2』^、以及!^中的一种以上的气体。此外，蚀刻气体只要是可以对应于绝缘膜IF以及外延区域EPR而对后述的第I薄膜TFl以及第2薄膜TF2选择性地蚀刻的气体，就可以使用任意的气体。
[0035]如图4所示，在歧管18的侧面设有用于对容器12内的气体进行排气的排气口34。排气口 34设于比支承环20靠上方的位置，与容器12内的形成于内管14和外管16之间的空间连通。因而，在内管14中产生的排气等通过内管14和外管16之间的空间而向排气口 34流动。
[0036]歧管18与吹扫气体供给管36连接。吹扫气体供给管36在排气口34的下方与歧管18连接。吹扫气体供给管36与吹扫气体供给源连接，从吹扫气体供给源经由吹扫气体供给管36向容器12内供给吹扫气体、例如氮气。
[0037]排气口34与排气管38气密地连接。在排气管38上，从排气管38的上流侧起设有阀40以及真空栗这样的排气装置42。阀40用于对排气管38的开度进行调整，将容器12内的压力控制为预定的压力。排气装置42是用于对容器12的内侧的空间进行减压的装置。排气装置42经由排气管38对容器12内的气体进行排气，对容器12内的压力进行调整。此外，也可以是，在排气管38上设有捕集器、洗涤器等，处理装置10也可以构成为，在使从容器12排出来的排气无害化后，向处理装置10外排出。
[0038]处理装置10具有用于执行处理装置10的各部分的控制的控制器100。图5示出控制部100的构成。如图5所示，控制部100具有主控制部110、操作面板121、温度传感器(组)122、压力计(组)123、加热器控制器124、流量控制部125、以及阀控制部126。控制部100特别是对气体供给部GF、加热器30、以及排气装置42进行控制。
[0039]主控制部110与操作面板121、温度传感器(组)122、压力计(组)123、加热器控制器124、流量控制部125、阀控制部126等连接。
[0040]操作面板121具有显示屏幕以及操作按钮，将操作者的操作指示向主控制部110传送。操作面板121将来自主控制部110的各种各样的信息显示于显示屏幕。
[0041]温度传感器(组)122对容器12内、气体导入管32内、排气管38内等的各部分的温度进行测定，并将其测定值通知主控制部110。压力计(组)123对容器12内、气体导入管32内、排气管38内等的各部分的压力进行测定，并将其测定值通知主控制部110。
[0042]加热器控制器124单独用于对加热器30进行控制，响应来自主控制部110的指示而向加热器30通电来对加热器30进行加热。加热器控制器124单独对加热器30的功耗进行测定，并通知主控制部110。
[0043]流量控制部125用于对气体供给部GF的流量控制器FCl?FC5进行控制，将向气体导入管32流入的气体的流量设定为自主控制部110指示的量。流量控制部125用于对实际流动的气体的流量进行测定并将测定出的气体的流量通知主控制部110。阀控制部126将各阀的开度控制为自主控制部110指示的值。
[0044]主控制部110具有制程存储部111、如1112、1^1113、1/0接口114、0?1]115以及将它们相互连接的总线116。
[0045]在制程存储部111中存储有安装用制程和多个工艺用制程。处理装置10的制造初始仅存储安装用制程。安装用制程是在生成与各处理装置相应的热模型等时所执行的制程。工艺用制程是使用者针对实际进行的每个工艺而准备的制程，用于对例如从晶圆W向容器12的加载到卸载处理完毕的晶圆W为止的、包括各部分的温度的变化、容器12内的压力变化、气体的供给的开始时刻以及停止时刻、气体的供给量在内的各种各样的条件等进行规定。
[0046]R0M112由EEPR0M、闪存、以及硬盘等构成，是用于存储CPU115的工作程序等的存储介质。RAMl 13作为CPUl 15的工作区等发挥功能。
[0047]I/O接口 114与操作面板121、温度传感器(组)122、压力计(组)123、加热器控制器124、流量控制部125、以及阀控制部126等连接，对数据、信号的输入输出进行控制。
[0048]CPUl 15构成主控制部110的中枢，执行被存储于ROMl 12的控制程序，按照来自操作面板121的指令，并按照被存储于制程存储部111的制程(工艺用制程)对处理装置10的动作进行统一控制。即、CPU115进行控制，以使温度传感器(组)122、压力计(组)123、流量控制部125等对容器12内、气体导入管32内、以及排气管38内的各部分的温度、压力、流量等进行测定，基于其测定数据向加热器控制器124、流量控制部125、阀控制部126等输出控制信号等，使上述各部分按照工艺用制程进行工作。总线116用于在各部分之间传送信息。
[0049]以下，再次参照图1?图3对使用这样的处理装置10可以实施的上述的方法MT进行说明。
[0050]在一实施方式的方法MT中，首先，执行图1所示的工序ST1。在工序STl中，如图2的(b)所示，形成第I薄膜TF1。第I薄膜TFl能够是非晶半导体膜、例如能够是非晶态(非晶质)的硅膜、锗膜、或硅锗膜，在该情况下，半导体基板SB可以是单晶半导体基板或多晶半导体基板，例如能够是单晶硅基板或多晶硅基板。第I薄膜TFl也能够是多晶半导体膜，例如能够是多晶的硅膜、锗膜、或硅锗膜，在该情况下，半导体基板SB能够是单晶半导体基板，例如能够是单晶娃基板。
[0051 ] 第I薄膜TFl以不闭塞凹部DR的方式沿着划分形成凹部DR的壁面形成。第I薄膜TFl沿着侧壁面SW、底面BW、以及上表面TW形成。第I薄膜TFl能够直接形成于侧壁面SW、底面BW、以及上表面TW。第I薄膜TFl以覆盖在半导体基板SB的划分形成凹部DR的面DS上形成的整个损伤区域DM的方式形成。第I薄膜TFI的膜厚被设定为例如1nm?13nm左右的膜厚。此外，在工序STl中的形成第I薄膜TFl时，不含有杂质。
[0052]在工序STl中，为了形成第I薄膜TFl，向收容有晶圆W的容器12的内侧供给第I气体。第I气体含有原料气体、g卩、含硅气体、含锗烷气体、或含硅气体和含锗烷气体这二者的混合气体。在工序STl中，容器12的内侧的压力被设定为预定的压力，另外，容器12的内侧的温度被设定为预定的温度。在工序STl中，原料气体以例如50SCCm?5000SCCm左右的范围内的流量向容器内供给。在工序STl中，容器12的内侧的压力被设定为例如1.0 X KT1Torr(13Pa)?1Torr (1.3 X 13Pa)左右的范围内的压力，容器12的内侧的温度被设定为例如300°C?700°C左右的范围内的温度。
[0053]也可以是，第I气体还含有添加气体。添加气体可含有例如C2H4气体、N2O气体、NO气体、以及NH3气体中的一种以上的气体。在工序STl中，添加气体的流量被设定为例如5SCCm?lOOOsccm左右的范围内的流量。此外，第I气体不含有由气体源GS2供给的杂质源的气体。
[0054]在使用处理装置10来执行工序STl的情况下，控制部100执行以下说明的控制(第I控制)。在第I控制中，控制部100使气体供给部GF向容器12的内侧供给第I气体。具体而言，在第I控制中，控制部100对阀VI1、流量控制器FCl、阀V12进行控制，以从气体源GSl向容器12的内侧以预定流量供给原料气体，并对排气装置42进行控制，以将容器12的内侧的压力设定为预定的压力，且对加热器30进行控制，以将容器12的内侧的空间的温度设定为预定的温度。在工序STI中，在使用添加气体的情况下，控制部100能够对阀V31、流量控制器FC3、以及阀V32进行控制，以从气体源GS3向容器12的内侧以预定流量供给添加气体。
[0055]在图1所示的接着工序STl的工序ST2中，对第I薄膜TFl进行GPD，如图2的(c)所示，从第I薄膜TFl的表面掺杂杂质，以覆盖第I薄膜TFl的表面的方式形成杂质浓度比较高的掺杂层SF。此外，杂质不仅存在于掺杂层SF，还扩散到第I薄膜TFl的内部，杂质在第I薄膜TFl中的浓度比杂质在掺杂层SF中的浓度低。在工序ST2中，为了进行GH)，向收容有晶圆W的容器12的内侧供给第3气体。第3气体是杂质源的气体。作为杂质，可例示例如砷(As)、硼(B)、或P(磷)。作为杂质源的气体，可使用例如磷化氢(PH3)、乙硼烷(B2H6)、三氯化硼(BCl3)、或砷化氢(AsH3)。在工序ST2中，杂质源的气体被设定为例如5sccm?5000sccm左右的范围内的流量。在工序ST2中，容器12的内侧的压力被设定为例如1.0X 10—1Torr(ISPa)?1Torr(1.3 X 13Pa)左右的范围内的压力，容器12的内侧的温度被设定为例如300 °C?700 °C左右的范围内的温度。
[0056]在使用处理装置10来执行工序ST2的情况下，控制部100执行以下说明的控制(第2控制)O在第2控制中，控制部100使气体供给部GF向容器12的内侧供给第3气体。具体而言，在第2控制中，控制部100对阀V21、流量控制器FC2、阀V22进行控制，以从气体源GS2向容器12的内侧以预定流量供给杂质源的气体，并对排气装置42进行控制，以将容器12的内侧的压力设定为预定的压力，且对加热器30进行控制，以将容器12的内侧的空间的温度设定为预定的温度。
[0057]在图1所示的接着工序ST2的工序ST3中，如图2的(d)所示，由部分第I薄膜TFl形成外延区域EPR。在工序ST3中，通过在容器12内对晶圆W进行退火，从而使GH)后的第I薄膜TFl不移动、而沿着半导体基板SB的划分形成凹部DR的面由第I薄膜TFl的半导体材料形成与半导体基板SB的结晶相应的外延区域。
[0058]具体而言，在使在工序ST2中表面被实施了GH)的第I薄膜TFl实质上不移动(即抑制迀移)且由实施了GPD的第I薄膜TFl覆盖损伤区域DM的状态下，由实施了GPD的第I薄膜TFl的半导体材料通过固相外延生长形成与半导体基板SB的结晶相应的外延区域EPR。即、由实施了GPD的第I薄膜TFl的半导体材料以覆盖在半导体基板SB中划分形成凹部DR且包含损伤区域DM在内的壁面(面DS以及底面BW)的整体的方式，通过固相外延生长形成具有与半导体基板SB的结晶构造相同的结晶构造的外延区域EPR。外延区域EPR沿着半导体基板SB的划分形成凹部DR的面DS以及底面BW延伸。外延区域EPR含有从气体源GS2供给的杂质。
[0059 ]为了形成外延区域EPR，在工序ST3中，在被设定为第I压力的容器12的内侧中对晶圆W进行退火。具体而言，在工序ST3中，将收容有晶圆W的容器12的内侧的温度设定为预定温度。例如，容器12的内侧的温度被设定为300 °C?600 °C左右的范围内的温度。在工序ST3中，容器12的内侧的压力被设定为第I压力。第I压力例如是1.0 X 10-10Torr(l.3 X 10—8Pa)以上的压力。第I压力例如可以是7.6X 12Torr以下(1.0X 15Pa以下)的压力。即，即使是在没有对第I薄膜TFl实施GPD就会由于退火而在第I薄膜TFl中产生迀移、从而无法沿着半导体基板SB中的划分形成凹部DR的壁面形成外延区域EPR那样的压力(1.0 X 10—1QTorr( 1.3 XI O—8Pa)?I.0Torr (I.3 X I O2Pa)左右的范围内的压力)条件下，也可通过对第I薄膜TFI实施GPD来抑制迀移、从而沿着半导体基板SB中的划分形成凹部DR的壁面形成外延区域EPRt^b夕卜，在工序ST3中，也可以向容器内供给氢气或氮气等非活性气体。
[0060]在使用处理装置10来执行工序ST3的情况下，控制部100执行以下说明的控制(第3控制)。在第3控制中，控制部100在执行第2控制后使加热器30对容器12的内侧的空间进行加热。更详细而言，在第3控制中，控制部100在执行第2控制后使排气装置42将容器12的内侧的空间的压力设定为第I压力，且使加热器30对容器12的内侧的空间进行加热。具体而言，在第3控制中，控制部100对排气装置42进行控制，以将容器12的内侧的压力设定为第I压力，并对加热器30进行控制，以将容器12的内侧的空间的温度设定为预定的温度。在第3控制中，在使用非活性气体的情况下，控制部100对阀V41、流量控制器FC4、阀V42进行控制，以从气体源GS4向容器12的内侧以预定流量供给非活性气体。
[0061 ]在图1所示的接着工序ST3的工序ST4中，如图3的(a)所示，第I薄膜TFl的未构成外延区域EPR的其余部分被蚀刻。在工序ST4中，以预定的流量向收容有晶圆W的容器12的内侧供给第4气体。第4气体可含有Cl2、HCl、F2、Br2、以及HBr中的一种以上气体。第4气体的流量例如是1sccm?5000SCCm左右的范围内的流量。在工序ST4中，容器12的内侧的压力被设定为预定的压力，容器内的温度被设定为预定的温度。工序ST4中的容器12的内侧的压力例如是I.0 X 10_10Torr(l.3 X 10—8Pa)?1.0 X 102Torr(l.3 X 14Pa)左右的范围内的压力，工序ST4中的容器内的温度例如是200 °C?700 °C左右的范围内的温度。第4气体对第I薄膜TFI的蚀刻速度比第4气体对外延区域EPR的蚀刻速度快。因而，工序ST4的结果如图3的(a)所示，可以在保留有外延区域EPR的情况下选择性地去除第I薄膜TFl。
[0062]在使用处理装置10来执行工序ST4的情况下，控制部100执行以下说明的控制(第6控制)。在第6控制中，控制部100在执行第3控制和执行后述的第4控制之间使气体供给部GF向容器12的内侧供给第4气体。具体而言，在第6控制中，控制部100对阀V51、流量控制器FC5、阀V52进行控制，以从气体源GS5向容器12的内侧以预定流量供给第4气体，并对排气装置42进行控制，以将容器12的内侧的压力设定为预定的压力，且对加热器30进行控制，以将容器12的内侧的空间的温度设定为预定的温度。
[0063]此外，由于在工序ST2中进行的GPD，工序ST4中的第I薄膜TFl以及外延区域EPR以同样的浓度含有从气体源GS2供给的杂质。另外，考虑由于在工序ST3中进行的退火而在第I薄膜TFl的位于侧壁面SW的其余部分含有成为多晶的区域的情况，但即使是在像这样第I薄膜TFl的其余部分含有多晶区域的情况下，这样的多晶区域的蚀刻速度也比外延区域EPR的蚀刻速度快，因此，可以利用在工序ST4进行的蚀刻，在保留着外延区域EPR的情况下选择性地去除第I薄膜TFl的含有多晶区域的其余部分。
[0064]在图1所示的接着工序ST4的工序ST5中，如图3的(b)所示，形成第2薄膜TF2。第2薄膜TF2能够是非晶半导体膜，例如能够是非晶态(非晶质)的硅膜、锗膜、或硅锗膜，在该情况下，半导体基板SB也可以是单晶半导体基板或多晶半导体基板，例如能够是单晶硅基板或多晶硅基板。此外，第2薄膜TF2也能够是多晶半导体膜，例如能够是多晶的硅膜、锗膜、或硅锗膜，在该情况下，半导体基板SB能够是单晶半导体基板，例如能够是单晶硅基板。第2薄膜TF2以不闭塞凹部DR的方式沿着划分形成凹部DR的面形成。第2薄膜TF2的膜厚例如被设定为1nm?13nm左右的膜厚。工序ST5中的用于形成第2薄膜TF2的处理与工序STl中的用于形成第I薄膜TFl的处理是同样的，可使用与第I气体同样的第2气体。在使用处理装置10来执行工序ST5情况下，与上述的第I控制同样的第4控制由控制部100执行。在第4控制中，控制部100在执行第6控制后使气体供给部GF向容器12的内侧供给第2气体。
[0065]此外，第2薄膜TF2也可以含有杂质。作为第2薄膜TF2所含有的杂质，是由气体源GS2供给的杂质，例如可例示砷(As)、硼(B)、或P(磷)，作为该杂质源的气体，例如可使用磷化氢(PH3)、乙硼烷(B2H6)、三氯化硼(BCl3)、或砷化氢(AsH3)。在该情况下，在工序ST5中，第2气体还含有杂质源的气体。在工序ST5中，杂质源的气体的流量例如是5sccm?5000sccm左右的范围内的流量。并且，控制部100能够对阀V21、流量控制器FC2、阀V22进行控制，以从气体源GS2向容器12的内侧以预定流量供给杂质源的气体。
[0066]在图1所示的接着工序ST5的工序ST6中，如图3的(C)所示，由第2薄膜TF2的半导体材料进一步形成外延区域EPR。在工序ST6中，通过在容器12内对晶圆W进行退火，从而由第2薄膜TF2的朝向凹部DR的底部移动了的半导体材料进一步形成外延区域。具体而言，在工序ST6中产生迀移，第2薄膜TF2的半导体材料朝向凹部DR的底部移动，移动的半导体材料以具有与已经存在的外延区域EPR的结晶构造相同的结晶构造的方式通过固相外延生长使外延区域进一步生长。由此，在凹部DR中外延区域EPR被扩大。
[0067]在工序ST6中，在被设定为第2压力的容器12的内侧中晶圆W被退火。具体而言，在工序ST6中，收容有晶圆W的容器12的内侧的温度被设定为预定温度。例如，容器12的内侧的温度被设定为300°C?600°C左右的范围内的温度。在工序ST6中，容器12的内侧的压力被设定为第2压力。第2压力例如是1.0X 10—lt3Torr以上(I.3 X 10—8Pa以上)的压力。第2压力例如是1.0Torr以下(1.3 X 12Pa以下)的压力。这样，第2压力的范围能够包含于第I压力的范围。此外，在工序ST6中，也可以向容器内供给氢气或氮气等非活性气体。
[0068]在使用处理装置10来执行工序ST6的情况下，控制部100执行以下说明的控制(第5控制)。在第5控制中，控制部100在执行第4控制后使加热器30对容器12的内侧的空间进行加热。更详细而言，在第5控制中，控制部100在执行第4控制后使排气装置42将容器12的内侧的空间的压力设定为第2压力，且使加热器30对容器12的内侧的空间进行加热。具体而言，在第5控制中，控制部100对排气装置42进行控制，以将容器12的内侧的压力设定为第2压力，并对加热器30进行控制，以将容器12的内侧的空间的温度设定为预定的温度。在使用非活性气体的情况下，控制部100对阀V41、流量控制器FC4、阀V42进行控制，以从气体源GS4向容器12的内侧以预定流量供给非活性气体。
[0069]在图1所示的接着工序ST6的工序ST7中，如图3的(d)所示，第2薄膜TF2的未构成外延区域EPR的其余部分被蚀刻。在工序ST7中，以预定的流量向收容有晶圆W的容器12的内侧供给第5气体。第5气体与工序ST4的第4气体是同样的，可含有Cl2、HCl、F2、Br2、以及HBr中的一种以上气体。第5气体的流量例如是1sccm?5000sccm左右的范围内的流量。在工序ST7中，容器12的内侧的压力被设定为预定的压力，容器内的温度被设定为预定的温度。工序ST7中的容器 12的内侧的压力例如是1.0X 10—1QTorr(l.3 X 10—8Pa)?1.0X 102Torr(l.3 X14Pa)左右的范围内的压力，工序ST7中的容器内的温度例如是200 °C?700 °C左右的范围内的温度。第5气体对第2薄膜TF2的蚀刻速度比第5气体对外延区域EPR的蚀刻速度快。因而，工序ST7的结果如图3的⑷所示，可在保留有外延区域EPR的情况下选择性地去除第2薄膜 TF2。
[0070]在使用处理装置10来执行工序ST7的情况下，控制部100执行以下说明的控制(第7控制)。在第7控制中，控制部100在执行第5控制后使气体供给部GF向容器12的内侧供给第5气体。具体而言，在第7控制中，控制部100对阀V51、流量控制器FC5、阀V52进行控制，以从气体源GS5向容器12的内侧以预定流量供给第5气体，并对排气装置42进行控制，以将容器12的内侧的压力设定为预定的压力，且对加热器30进行控制，以将容器12的内侧的空间的温度设定为预定的温度。
[0071 ]此外，于在工序ST5中第2气体含有杂质源的气体的情况下，在工序ST7中的第2薄膜TF2以及外延区域EPR以同样的浓度含有从气体源GS2供给的杂质。另外，考虑由于在工序ST6中进行的退火而使第2薄膜TF2的位于侧壁面SW的其余部分含有成为多晶的区域的情况，但即使是像这样第2薄膜TF2的其余部分含有多晶的区域的情况，这样的多晶的区域的蚀刻速度也比外延区域EPR的蚀刻速度快，因此，利用在工序ST7进行的蚀刻，可在保留外延区域EPR的情况下选择性地去除第2薄膜TF2的含有多晶的区域的其余部分。
[0072]在图1所示的接着工序ST7的工序STa中，对是否满足结束条件进行判定。在包括工序ST5、工序ST6、以及工序ST7的序列SQ的重复次数达到预定次数时判定为满足结束条件。此外，预定次数是I次以上的次数。若在工序STa中判定为不满足结束条件，则再次执行序列SQ。另一方面，若在工序STa中判定为满足结束条件，则方法MT结束。
[0073]在工序ST2中对第I薄膜TFl的覆盖包含损伤区域DM的面DS的表面实施GPD，因此，即使在比较低的压力(例如，在没有对第I薄膜TFl实施GPD的情况下第I薄膜TFl可产生迀移那样的压力)的条件下进行工序ST3的退火，对于构成第I薄膜TFl的半导体材料，其迀移也受到抑制而实质上不移动，而是以覆盖损伤区域DM的状态被结晶化。因而，即使在半导体基板SB中在划分形成凹部DR的面DS存在损伤区域DM等无法外延生长的区域，也能够以覆盖这样的区域的方式沿着面DS形成外延区域EPR。因而，能够无空隙地利用外延区域EPR填充凹部DR。能够抑制在向凹部DR填充的外延区域中产生空隙。
[0074]采用上述的处理装置10，控制部100向容器12供给用于形成第I薄膜TFl的第I气体，接下来，在向容器12供给用于Gro的第3气体而进行了Gro后对容器12进行加热，因此，利用通过GPD在第I薄膜TFl的表面形成的掺杂层SF来抑制在位于容器12的内侧的第I薄膜TFl的半导体材料中产生迀移，因而，能够使第I薄膜TFl实质上不移动而由第I薄膜TFl的半导体材料形成外延区域。特别是，即使是在用于设置第I薄膜TFl的面(划分形成凹部DR的侧壁面SW以及底面BW)既含有能够自第I薄膜外延生长的区域也含有无法自第I薄膜外延生长的区域(损伤区域DM)的情况下，只要这样的两个区域都被第I薄膜TFl覆盖，就能够利用通过GPD而在第I薄膜TFl的表面形成的掺杂层SF来抑制在第I薄膜TFl的半导体材料中产生迀移，因此，在无法外延生长的区域上也(无论有没有无法外延生长的区域)可由第I薄膜TFl的半导体材料形成外延层。
[0075]而且，即使第3控制中所使用的第I压力是包含在没有进行GPD而进行了退火的情况下半导体材料可产生迀移那样的、第5控制中所使用的第2压力在内的较宽范围的压力，由于第I薄膜TFl在退火前被GPD，因此，也能够抑制退火时在第I薄膜TFl的半导体材料中产生迀移。
[0076]另外，采用上述的方法MT，第I薄膜TFl在被GPD后被退火，因此，利用通过GPD形成于第I薄膜TFl的表面的掺杂层SF抑制在第I薄膜TFl的半导体材料中产生迀移，因而，使第I薄膜TFl实质上不移动，从而能够沿着半导体基板SB的划分形成凹部DR的壁面(侧壁面SW以及底面BW)由第I薄膜TFl的半导体材料形成与半导体基板SB的结晶相应的外延区域EPR。特别是，即使是在半导体基板SB的用于设置第I薄膜TFl的壁面既含有能够自第I薄膜TFl外延生长的区域也含有无法自第I薄膜TFl外延生长的区域(例如损伤区域DM)的情况下，只要这样的两个区域都被第I薄膜TFl覆盖，就能够利用通过GPD而形成于第I薄膜TFl的表面的掺杂层SF来抑制在第I薄膜TFl的半导体材料中产生迀移，因此，在无法外延生长的区域上也(无论有没有无法外延生长的区域)可由第I薄膜TFl的半导体材料形成外延层。
[0077]而且，即使工序ST3中所使用的第I压力包含在没有进行GPD而进行了退火的情况下半导体材料可产生迀移那样的、工序ST6中所使用的第2压力在内的较宽范围的压力，由于第I薄膜TFl在退火前被GPD，因此，也能够抑制在第I薄膜TFl的半导体材料中在退火时产生迀移。
[0078]以上，在优选的实施方式中图示并说明了本发明的原理，但本领域技术人员应知，本发明在不脱离上述原理的情况下，可对配置以及细节进行变更。本发明并不限定于本实施方式所公开的特定的结构。因而，本发明请求保护权利要求书及其主旨范围内的全部修正以及变更。
[0079]对于本发明的填充凹部的方法以及处理装置，例如在通过半导体外延生长填充被设于半导体晶圆的表面的孔或沟槽等凹部的情况下，能够用于抑制该凹部内的空隙的形成。
[0080]如以上说明那样，根据通过半导体材料的外延生长来填充凹部的技术，可以抑制空隙的形成。
[0081]应该认为，本说明书所记载的实施方式的全部方面均是例示而不是限定性的内容。实际上，上述的实施方式能以多样的形态具体化。另外，上述的实施方式也可以在不脱离权利要求书及其主旨的情况下以各种各样的形态进行省略、置换、变更。本发明的范围意在包含权利要求书及其等同含义以及范围内的所有变更。
[0082]本发明基于2015年2月18日提出申请的日本特许出愿第2015-029732号的优先权的利益，该日本申请的全部内容作为参照文献被编入于本说明书中。
【主权项】
1.一种填充凹部的方法，其用于填充被处理体的凹部，其中， 该被处理体具有半导体基板以及设于该半导体基板上的绝缘膜，所述凹部贯通所述绝缘膜而延伸到所述半导体基板的内部，该方法包括如下工序: 沿着划分形成所述凹部的壁面形成半导体材料的第I薄膜的工序； 对所述第I薄膜进行气相掺杂的工序； 在容器内对所述被处理体进行退火、从而在使气相掺杂后的所述第I薄膜不移动的状态下、沿着所述半导体基板的划分形成所述凹部的面由所述第I薄膜的半导体材料形成与所述半导体基板的结晶相应的外延区域的工序； 沿着划分形成所述凹部的壁面形成半导体材料的第2薄膜的工序； 在所述容器内对所述被处理体进行退火、由此由所述第2薄膜的朝向所述凹部的底部移动了的半导体材料进一步形成外延区域的工序。2.根据权利要求1所述的填充凹部的方法，其中， 在形成所述外延区域的所述工序中，在被设定为第I压力的所述容器内对所述被处理体进行退火， 在进一步形成所述外延区域的所述工序中，在被设定为第2压力的所述容器内对所述被处理体进行退火， 所述第I压力的范围包括所述第2压力的范围。3.根据权利要求2所述的填充凹部的方法，其中， 所述第I压力是I.3 X 10—8Pa以上、且是I.0 X 15Pa以下的压力， 所述第2压力是I.3 X 10—8Pa以上、且是I.3 X 12Pa以下的压力。4.根据权利要求1所述的填充凹部的方法，其中， 该方法在形成所述外延区域的所述工序和形成所述第2薄膜的所述工序之间还具有对所述第I薄膜进行蚀刻的工序。5.根据权利要求1所述的填充凹部的方法，其中， 该方法在进一步形成所述外延区域的所述工序之后还具有对所述第2薄膜进行蚀刻的工序。6.—种处理装置，其中， 其具有: 容器； 气体供给部，其构成为向所述容器内供给用于形成半导体材料的第I薄膜的第I气体、用于形成半导体材料的第2薄膜的第2气体、以及用于气相掺杂的第3气体， 加热装置，其用于对所述容器内的空间进行加热； 控制部，其用于对所述气体供给部以及所述加热装置进行控制， 所述控制部执行使所述气体供给部向所述容器内供给所述第I气体的第I控制， 在执行所述第I控制之后，所述控制部执行使所述气体供给部向所述容器内供给所述第3气体的第2控制， 在执行所述第2控制后，所述控制部执行使所述加热装置对所述容器内的空间进行加热的第3控制， 在执行所述第3控制后，所述控制部执行使所述气体供给部向所述容器内供给所述第2气体的第4控制， 在执行所述第4控制之后，所述控制部执行使所述加热装置对所述容器内的空间进行加热的第5控制。7.根据权利要求6所述的处理装置，其中， 该处理装置还具有用于对所述容器内的空间进行减压的排气装置， 所述控制部还对所述排气装置进行控制， 在所述第3控制中，所述控制部使所述排气装置将所述容器内的空间的压力设定为第I压力，且使所述加热装置对所述容器内的空间进行加热， 在所述第5控制中，所述控制部使所述排气装置将所述容器内的空间的压力设定为第2压力，且使所述加热装置对所述容器内的空间进行加热， 所述第I压力的范围包括所述第2压力的范围。8.根据权利要求7所述的处理装置，其中， 所述第I压力是I.3 X 10—8Pa以上、且是I.0 X 15Pa以下的压力， 所述第2压力是I.3 X 10—8Pa以上、且是I.3 X 12Pa以下的压力。9.根据权利要求6所述的处理装置，其中， 所述气体供给部构成为还向所述容器内供给用于对所述第I薄膜进行蚀刻的第4气体，所述控制部还在执行所述第3控制和执行所述第4控制之间执行使所述气体供给部向所述容器内供给所述第4气体的第6控制。10.根据权利要求6所述的处理装置，其中， 所述气体供给部构成为还向所述容器内供给用于对所述第2薄膜进行蚀刻的第5气体，所述控制部还在执行所述第5控制之后执行使所述气体供给部向所述容器内供给所述第5气体的第7控制。
【文档编号】C23C16/52GK105895512SQ201610091405
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年2月18日
【发明人】千叶洋郞, 千叶洋一郞, 山田匠, 铃木大介
【申请人】东京毅力科创株式会社