半導体装置の製造方法および基板処理装置
【課題】エピタキシャル膜成長を行う際に、基板表面へのエッチングダメージを軽減して、良質なエピタキシャル膜を得る技術を提供する。
【解決手段】表面に絶縁体面と半導体面とを有する基板を処理室内に搬送する工程と、前記処理室内に搬送された基板に対し、水素含有ガスと塩素含有ガスとを供給し、前記基板の前記半導体面をエッチングするエッチング工程と、前記エッチングされた基板に対し、水素含有ガスを供給して基板表面の残留塩素を除去する第1パージ工程と、前記残留塩素を除去された基板に対しシリコン含有ガスを供給し、前記基板の半導体面にシリコン含有膜を形成する成膜工程とを備え、前記エッチング工程と第1パージ工程とを含む工程を連続して2回以上実施するよう半導体装置の製造方法を構成する。
【解決手段】表面に絶縁体面と半導体面とを有する基板を処理室内に搬送する工程と、前記処理室内に搬送された基板に対し、水素含有ガスと塩素含有ガスとを供給し、前記基板の前記半導体面をエッチングするエッチング工程と、前記エッチングされた基板に対し、水素含有ガスを供給して基板表面の残留塩素を除去する第1パージ工程と、前記残留塩素を除去された基板に対しシリコン含有ガスを供給し、前記基板の半導体面にシリコン含有膜を形成する成膜工程とを備え、前記エッチング工程と第1パージ工程とを含む工程を連続して2回以上実施するよう半導体装置の製造方法を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置の製造方法や半導体装置を製造する基板処理技術に関し、特に、シリコン(Si)ウエハ等の基板にSi等の半導体膜をエピタキシャル成長にて成膜するプロセス技術に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、ホットウォール型CVD(Chemical Vapor Deposition)装置において、シリコン(Si)ウエハ等の基板にエピタキシャル選択成長による成膜が行われている。これは、シリコンウエハをCVD装置の反応炉へ投入し、目標となるエッチング温度まで加熱した後、反応炉内へ塩素ガスや塩化水素ガス等のエッチングガスを導入し、ターゲット膜厚分のエッチングを行う。その後、反応炉内へ水素ガスを導入して塩素成分を除去するパージ工程を行い、次に、目標となる成膜温度にした後、モノシランガス等の成膜ガスを供給して、Siウエハ表面にエピタキシャル成膜を行うものである。
【0003】
Siあるいはシリコンゲルマニウム(SiGe)の選択成長では、原料ガスとして、モノシラン(SiH4)やジシラン(Si2H6)、ジクロロシラン(SiH2Cl2)等のSi含有ガスが用いられ、SiGeの場合はさらに、ゲルマン(GeH4)等のGe含有ガスが加えられる。また、シリコン酸化膜(SiO2)や、シリコン窒化膜(SiN)上で潜伏時間(インキュベーションタイム)を延ばし、選択性を維持させるため、上記のSi含有ガスやGe含有ガス以外に、塩素(Cl2)や塩化水素(HCl)等の塩素(Cl)系ガスが加えられる。また、ドーピングが必要な場合は、ホスフィン(PH3)等のリン(P)含有ガス、ジボラン(B2H6)、三塩化ホウ素(BCl3)等のボロン(B)含有ガス等が加えられる。ここで、インキュベーションタイムとは、Siウエハ等の基板表面上に膜が成長し始めるまでの時間であり、シリコン酸化膜等の絶縁膜面は、シリコン面に比べて、インキュベーションタイムが長い。
【0004】
下記の特許文献1には、エピタキシャル膜成長の前又は後に、塩化水素(HCl)によりポリシリコンのエッチングを行う技術が開示されている。また、特許文献2には、シリコン基板にエピタキシャル膜成長を行う第1ステップと、シリコン窒化膜等の絶縁膜上に成長したシリコン核やシリコン膜をエッチングする第2ステップとを繰り返し行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平5−211123号公報
【特許文献2】WO2007−013464号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上述した従来のエッチング工程においては、エッチング膜厚が所定の膜厚になるまでエッチングガスの供給を行っているが、エッチング膜厚が厚い場合やエッチング時間が長い場合、Siウエハ等の基板表面にエッチングダメージが蓄積される場合があり、その後の選択成長膜において、Pitなどの欠陥の発生要因となり、その場合、良質なエピタキシャル膜が得られないという問題がある。ここで、Pitとは、成長表面に見られる穴であり、結晶欠陥の1種である。
【0007】
本発明の目的は、エピタキシャル膜成長を行う際に、基板表面へのエッチングダメージを軽減して、良質なエピタキシャル膜を得る技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記の課題を解決するための、本発明の代表的な構成は次のとおりである。すなわち、
表面に絶縁体面と半導体面とを有する基板を処理室内に搬送する工程と、
前記処理室内に搬送された基板に対し、水素含有ガスと塩素含有ガスとを供給し、前記基板の前記半導体面をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチングされた基板に対し、水素含有ガスを供給して基板表面の残留塩素を除去する第1パージ工程と、
前記残留塩素を除去された基板に対し、シリコン含有ガスを供給して前記基板の半導体面にシリコン含有膜を形成する成膜工程とを備え、
前記エッチング工程と第1パージ工程とを含む工程を2回以上連続して実施する半導体装置の製造方法。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、エピタキシャル膜成長を行う際に、基板表面へのエッチングダメージを軽減して、良質なエピタキシャル膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の第1実施形態における基板処理装置101の概略構成図である。
【図2】本発明の第1実施形態における処理炉の概略構成図である。
【図3】本発明の第1実施形態における基板処理工程のフローチャート図である。
【図4】本発明の第2実施形態における処理炉の概略構成図である。
【図5】シリコンエッチング量のエッチング時間依存性を示す図である。
【図6】シリコンエッチング面内均一性のエッチング時間依存性を示す図である。
【図7】シリコンエッチング量の温度依存性を示す図である。
【図8】シリコンエッチング面内均一性の温度依存性を示す図である。
【図9】シリコンエッチング量の圧力依存性を示す図である。
【図10】シリコンエッチング面内均一性の圧力依存性を示す図である。
【図11】シリコンエッチング量の塩素ガス流量依存性を示す図である。
【図12】シリコンエッチング面内均一性の塩素ガス流量依存性を示す図である。
【図13】シリコンエッチング量の水素ガス流量依存性を示す図である。
【図14】シリコンエッチング面内均一性の水素ガス流量依存性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明の実施形態に係る基板処理装置は、半導体装置集積回路(IC(Integrated Circuits))等の半導体装置の製造に使用される半導体製造装置の一例として構成されているものである。下記の説明では、基板処理装置の一例として、基板に対し熱処理等を行う縦型の装置を使用した場合について述べる。
【0012】
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態における基板処理装置101の概略構成図である。
図1に示す通り基板処理装置101は、ガス供給部300、ウエハ移載機106、カセット110、処理炉202、ボート217、制御部240、真空排気装置246等を備える。
基板処理装置101内には複数のカセット110が収容されており、カセット110は、複数のウエハ200を水平姿勢に整列させた状態で保持している。ウエハ200は、円盤状に形成されている。
【0013】
移載機106は、ウエハ200をカセット110からボート217へ移載したり、ボート217からカセット110へ移載したりするためのものであり、ウエハ200をピックアップすることができるように構成されている。即ち、ウエハ移載機106はウエハ200をボート217に対し装填(ウエハチャージング)及び脱装(ウエハディスチャージング)が可能となっている。ボート217は、成膜処理開始前は、処理炉202の真下に配置されている。
【0014】
処理炉202は、ヒータ206及び反応管205等を有する。反応管205の周囲にヒータ206が設けられており、反応管205を加熱することができるようになっている。ヒータ206は円筒形状であり、ヒータ素線とその周囲に設けられた断熱材より構成され、図示しない保持体に支持されることにより垂直に据え付けられている。更に処理炉202には、各種処理ガスを供給するガス供給部300及び内部を真空排気する真空排気装置246が接続されている。処理炉202の詳細については後述する。
【0015】
マニホールド209にガス排気管231が設けられ、このガス排気管231が処理室201内に通じている。ガス排気管231の下流側には、圧力検出器としての圧力センサ243及び圧力調整器としてのAPCバルブ242が設けられ、その下流側には、真空ポンプ等の真空排気装置246が接続されている。圧力センサ243及びAPCバルブ242には、制御部240が電気的に接続されており、圧力センサ243により検出された圧力に基づいてAPCバルブ242の開度を調節することにより、処理室201内の圧力が所望の圧力となるように所望のタイミングにて制御するよう構成されている。
【0016】
図2は、基板処理装置101の処理炉202の概略構成図であり、縦断面図として示されている。図1で説明した部分は、適宜省略している。なお、図2はウエハ200及びボート217が処理室201内に搬入された後の図である。図2を参照して処理炉202について説明する。
図1でも示したように、ヒータ206の内側には、ヒータ206と同心円状に反応管205が配設されている。反応管205は、石英(SiO2)、又は炭化シリコン(SiC)等の耐熱性材料からなる。反応管205は円筒形状に形成されており、反応管205の上端が閉塞し、下端が開口している。
【0017】
反応管205の下方には、マニホールド209が設けられている。マニホールド209はステンレスその他の金属材料からなる。マニホールド209が円筒形状に設けられ、マニホールド209の上端及び下端が開口している。
マニホールド209の径が反応管205の径に等しく、マニホールド209の上端が反応管205の下端に連結され、反応管205がマニホールド209に支持されている。マニホールド209と反応管205との間にはシール部材としてのOリング210aが設けられている。マニホールド209がベース112に支持されることにより、反応管205は垂直に据え付けられた状態となっている。マニホールド209の下端とベース112の上側との間にはシール部材としてのOリング210bが設けられている。
【0018】
マニホールド209の下方には、マニホールド209の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ219が設けられている。シールキャップ219はステンレスその他の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ219の上面には、ベース112の下側と当接するシール部材としてのOリング210cが設けられている。シールキャップ219には、回転機構254が設けられている。回転機構254の回転軸255はシールキャップ219を貫通してボート217に接続されている。回転機構254は、ボート217を回転させることでウエハ200を回転させるように構成されている。
シールキャップ219は、処理炉202の外側に設けられた昇降機構としてのボートエレベータ115(図1参照)によって垂直方向に昇降される。これによりボート217を処理室201に対し搬入搬出することが可能となっている。回転機構254及びボートエレベータ115には、制御部240が電気的に接続されており、所望の動作をするよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
反応管205とマニホールド209とシールキャップ219とにより反応容器が形成されている。
【0019】
基板保持具としてのボート217は、石英、又は炭化シリコン等の耐熱性材料からなり、複数枚(例えば50〜150枚程度)のウエハ200を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。なおボート217の下部には、石英、炭化シリコンその他の耐熱性材料からなる円板形状をした断熱部材としての断熱板216が水平姿勢で多段に複数枚配置されており、ヒータ206からの熱がマニホールド209側に伝わりにくくなるよう構成されている。
【0020】
また、反応管205の内部には温度センサ263が設けられている。
ヒータ206と温度センサ263には、制御部240が電気的に接続されており、温度センサ263により検出された温度情報に基づきヒータ206への通電量を調整することにより処理室201内の温度が所望の温度分布となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【0021】
ガス供給部300について、図2を用いて説明する。
反応管205内には、第1ノズル301、第2ノズル302が設けられている。第1ノズル301、第2ノズル302は、マニホールド209の側壁を水平方向に貫通し、マニホールド209内で垂直方向に90度折れ曲り、反応管205の側壁とウエハ200との間の円弧状の空間を、ウエハ200の積載方向に沿って立ち上がるように設けられている。第1ノズル301、第2ノズル302は、その先端部(ガス下流端)がボート217の上端付近に配置され、ガス供給口が上方に向けて開口されており、ボート217の上端側からガスを供給するように構成されている。すなわち、第1ノズル301、第2ノズル302は、ボート217の上端と反応管205の上端との間の領域にガスを供給するように構成されている。
第1ノズル301の上流端には、第1ガス供給管311の下流端が接続され、第2ノズル302の上流端には、第2ガス供給管312の下流端が接続されている。このように、反応管205には、2本のノズル(第1ノズル301、第2ノズル302)が設けられ、反応管205内へ複数種類のガスを供給できるように構成されている。
【0022】
第1ガス供給管311は、その上流でガス供給管351とガス供給管352とガス供給管356に分岐している。ガス供給管351には、上流方向から順に、エッチングガスとしての例えば塩素(Cl2)ガスや塩化水素ガス(HCl)の供給源321、流量制御器であるマスフローコントローラ(MFC)331、及び開閉弁であるバルブ341が設けられている。エッチングガスとして、本例では塩素ガスを用いる。
ガス供給管352には、上流方向から順に、キャリアガスやパージガスとしての水素(H2)ガスの供給源322、MFC332、及びバルブ342が設けられている。なお、キャリアガスとしては、窒素(N2)ガス等を用いることもできるが、本例では水素ガスを用い、キャリアガスとパージガスを兼用する。
ガス供給管356には、上流方向から順に、プロセスに応じて成膜時に供給される塩化水素(HCl)ガスの供給源326、MFC336、及びバルブ346が設けられている。
【0023】
第2ガス供給管312は、その上流でガス供給管353とガス供給管354とガス供給管355に分岐している。ガス供給管353には、上流方向から順に、成膜ガスの供給源323、MFC333、及びバルブ343が設けられている。成膜ガスは、シリコン原料ガス、すなわちシリコン(Si)を含む成膜ガス(以下では「シリコン含有ガス」と称する)であり、シリコン含有ガスとしては、例えばモノシラン(SiH4)、ジシラン(Si2H6)、ジクロロシラン(SiH2Cl2)等が挙げられる。本例では、シリコン含有ガスとしてモノシランガスを用いる。
ガス供給管354には、上流方向から順に、キャリアガスとしての例えば水素(H2)ガスや窒素(N2)ガス等の供給源324、MFC334、及びバルブ344が設けられている。本例では、キャリアガスとして水素ガスを用いる。
ガス供給管355には、上流方向から順に、不活性ガスとしての例えば窒素(N2)ガス等の供給源325、MFC335、及びバルブ345が設けられている。本例では、不活性ガスとして窒素ガスを用いる。
【0024】
本実施形態に係るガス供給部は、エッチングガス供給部とパージガス供給部と成膜ガス供給部と不活性ガス供給部から構成される。
エッチングガス供給部は、主に、第1ノズル301、第1ガス供給管311、エッチングガス供給源321、MFC331、バルブ341、キャリアガス供給源322、MFC332、バルブ342から構成される。
パージガス供給部は、主に、第1ノズル301、第1ガス供給管311、パージガス供給源としてのキャリアガス供給源322、MFC332、バルブ342から構成される。
成膜ガス供給部は、主に、第2ノズル302、第2ガス供給管312、成膜ガス供給源323、MFC333、バルブ343、キャリアガス供給源324、MFC334、バルブ344から構成される。なお、成膜時においてシリコン含有ガスとともに塩化水素ガスを供給するプロセスの場合は、成膜ガス供給部として、塩化水素ガス供給源326、MFC336、バルブ346を加えることもできる。
不活性ガス供給部は、主に、第2ノズル302、第2ガス供給管312、不活性ガス供給源325、MFC335、バルブ345から構成される。
MFC331〜336は、それに流れるガスの流量を検出するとともに、流量を調節するガス流量制御装置である。MFC331〜336及びバルブ341〜346には、制御部240が電気的に接続されており、供給するガスの流量が所望の流量となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【0025】
制御部240は、操作部(図示略)、入出力部(図示略)を含む基板処理装置101を構成する各部に電気的に接続されており、基板処理装置101全体の動作、及び基板処理装置101を構成する各部の動作を制御する。詳しくは、制御部240は、MFC331〜336、バルブ341〜346、圧力センサ243、APCバルブ242、真空ポンプ246、ヒータ206、温度センサ263、回転機構254、ボートエレベータ115等と接続され、MFC331〜336による各種ガスの流量調整動作、バルブ341〜346の開閉動作、圧力センサ243に基づくAPCバルブ242の圧力調整動作、温度センサ263に基づくヒータ206の温度調整動作、真空ポンプ246の起動、停止、回転機構254の回転速度調節動作、ボートエレベータ115の昇降動作等を制御する。
【0026】
次に、エッチング工程における、エッチング量とエッチング面内均一性に関わるエッチング条件について説明する。エッチング工程においては、成膜工程と比べ面内均一性の制御が困難であり、面内均一性が悪化傾向にある。そのため、エッチング条件を最適化する必要がある。
図5は、550℃のSOI(Silicon on Insulator)基板上における、シリコン(Si)エッチング量のエッチング時間依存性を示す。縦軸がエッチング量(Å)、横軸が時間(分)、51は対向面がシリコン時のエッチング量、52は対向面がポリシリコン時のエッチング量である。ここで対向面とは、エッチング対象の基板のエッチング面に対向する面であり、図2のように積層された基板の場合は、エッチング対象の基板の直ぐ上に配置された基板の裏面を意味する。
図6は、550℃のSOI基板上における、エッチング面内均一性のエッチング時間依存性を示す。縦軸がエッチング面内均一性(%)、横軸が時間(分)、53は対向面がシリコン時の均一性、54は対向面がポリシリコン時の均一性である。
図5と図6より、エッチング時間が長いほどエッチング量が増加し、エッチング時間の設定により、シリコンのエッチング量を制御できることが分かる。
【0027】
図7は、SOI基板上において30分エッチングした場合の、シリコン(Si)エッチング量の温度依存性を示す。縦軸がエッチング量(Å)、横軸が基板温度(℃)、61は対向面がシリコン時のエッチング量、62は対向面がポリシリコン時のエッチング量である。
図8は、SOI基板上において30分エッチングした場合の、エッチング面内均一性の温度依存性を示す。縦軸がエッチング面内均一性(%)、横軸が基板温度(℃)、63は対向面がシリコン時の均一性、64は対向面がポリシリコン時の均一性である。
図7と図8より、基板温度を高くすると、シリコンのエッチング量が増加し、均一性が改善傾向にあることが分かる。したがって、より高温帯でエッチングすることが好ましい。
【0028】
図9は、550℃のSOI基板上において60分エッチングした場合の、シリコン(Si)エッチング量の圧力依存性を示す。縦軸がエッチング量(Å)、横軸が処理室内の全圧(Pa)、71は対向面がシリコン時のエッチング量、72は対向面がポリシリコン時のエッチング量である。
図10は、550℃のSOI基板上において60分エッチングした場合の、エッチング面内均一性の圧力依存性を示す。縦軸がエッチング面内均一性(%)、横軸が処理室内の全圧(Pa)、73は対向面がシリコン時の均一性、74は対向面がポリシリコン時の均一性である。
図9と図10より、例えば200Pa以下において、処理室内の全圧(Pa)を低くすると、シリコンのエッチング量は減少するが、均一性が改善傾向にあることが分かる。したがって、均一性を重視する場合は、より低圧条件でエッチングすることが好ましい。
【0029】
図11は、550℃のSOI基板上において60分エッチングした場合の、シリコン(Si)エッチング量の塩素ガス流量依存性を示す。縦軸がエッチング量(Å)、横軸が塩素ガス流量(sccm)、81は対向面がシリコン時のエッチング量、82は対向面がポリシリコン時のエッチング量である。
図12は、550℃のSOI基板上において60分エッチングした場合の、エッチング面内均一性の塩素ガス流量依存性を示す。縦軸がエッチング面内均一性(%)、横軸が塩素ガス流量(sccm)、83は対向面がシリコン時の均一性、84は対向面がポリシリコン時の均一性である。
図11と図12より、塩素ガス流量を減少させると、シリコンのエッチング量は減少するが、均一性が改善傾向にあることが分かる。
【0030】
図13は、550℃のSOI基板上において60分エッチングした場合の、シリコン(Si)エッチング量の水素ガス流量依存性を示す。この水素ガスは、塩素ガスのキャリアガスとして供給されるものである。縦軸がエッチング量(Å)、横軸が水素ガス流量(sccm)、91は対向面がシリコン時のエッチング量、92は対向面がポリシリコン時のエッチング量である。
図14は、550℃のSOI基板上において60分エッチングした場合の、エッチング面内均一性の水素ガス流量依存性を示す。縦軸がエッチング面内均一性(%)、横軸が水素ガス流量(sccm)、93は対向面がシリコン時の均一性、94は対向面がポリシリコン時の均一性である。
図13と図14より、水素ガス流量を増加させると、シリコンのエッチング量は減少するが、均一性が改善傾向にあることが分かる。したがって、図11と図12の結果も併せて考慮すると、均一性を重視する場合は、より塩素ガス分圧が低くなる条件でエッチングすることが好ましい。
【0031】
図5〜14では、均一性改善のために対向面をポリシリコンにすることが好ましい結果となっているが、対向面によってエッチングガスの消費量が変わってくるため、エッチングの対象となる基板により、対向面を多結晶Si、単結晶Si、SiO2やSiNなどの絶縁膜等を選択するのが好ましい。
【0032】
次に、本実施形態の基板処理装置において実施される半導体装置の製造工程の一工程である、基板処理工程について説明する。図3は、第1実施形態に係る基板処理工程のフローチャート図である。
本実施形態の基板処理工程は、図3に示すように、ウエハ搬入工程S1、ボートロード工程S2、減圧工程S3、昇温工程S4、温度安定工程S5、エッチング工程S6、第1パージ工程S7a、第2パージ工程S7b、温度降下工程S8、温度安定工程S9、選択成長工程(成膜工程)S10、第3パージ工程S11、大気圧復帰工程S12、ボートアンロード工程S13、ウエハ降温工程S14、及びウエハ搬出工程S15を有する。以下、本実施形態に係る基板処理工程を具体的に説明する。
【0033】
(ウエハ搬入工程S1)
工場内搬送装置(図示略)によって複数のカセット110が基板処理装置101内に搬入されると、移載機106はウエハ200をカセット110からボート217に装填(ウエハチャージング)する。ボート217にウエハ200を受け渡した移載機106は、カセット110に戻り後続のウエハ200をボート217に装填する。ボート217内に装填されたウエハ200は、水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列され、多段に支持された状態となる。
本実施形態では、ウエハ200は単結晶シリコンで構成され、その表面には絶縁体面としてのシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の絶縁膜が部分的に形成されている。絶縁膜の間には、ウエハ200の表面の一部が露出し、その露出した部分が半導体面としての単結晶シリコン部である。
【0034】
(ボートロード工程S2)
予め指定された枚数のウエハ200がボート217に装填(ウエハチャージング)されると、ボートエレベータ115を上昇動作させる。そうすると、ウエハ200群を保持したボート217がボートエレベータ115の上昇動作により処理炉202内に搬入(ボートローディング)され、マニホールド209の下端の開口がシールキャップ219によって閉塞され、ボートエレベータ115が停止する。なお、ボート217を処理室201内に収容する際には、処理室201内の温度は400℃以下に設定する。
【0035】
(減圧工程S3)
続いて、処理室201内が所望の圧力(真空度)となるように、真空排気装置246によって真空排気される。この際、処理室201内の圧力は圧力センサ243で測定され、この測定された圧力に基づき、APCバルブ242が、制御部240によりフィードバック制御される。
【0036】
(昇温工程S4、温度安定工程S5)
また、処理室201内が所望の温度となるようにヒータ206によって加熱される。この際、処理室201内が400℃以上、700℃未満となるように、温度センサ263が検出した温度情報に基づき、ヒータ206への通電量が制御部240によってフィードバック制御される。
また、減圧工程S3後であって昇温工程S4前に、回転機構254の回転を開始させ、回転機構254により、ボート217が回転されることでウエハ200が回転される。このようにして、処理室201内の温度が安定するまで、例えば650℃になるまで待機する。
【0037】
(エッチング工程S6)
次に、ウエハ200にエッチングを行う。ガス供給管351のバルブ341を開き、第1ガス供給管311内に塩素(Cl2)ガスを流す。この塩素ガスは、MFC331により流量調整される。流量調整された塩素ガスは、第1ノズル301に入り、ヒータ206により加熱されながら第1ノズル301の先端部からボート217の上端部と反応管205の上端部との間の領域に供給され、反応管205内を下降して、ガス排気管231から排気される。
このとき、同時にガス供給管352のバルブ342を開き、第1ガス供給管311内に、キャリアガスとして水素(H2)ガスを流す。この水素ガスは、MFC332により流量調整される。流量調整された水素ガスは、第1ノズル301に入り、ヒータ206により加熱されながら塩素ガスと一緒に第1ノズル301の先端部からボート217の上端部と反応管205の上端部との間の領域に供給される。水素ガスは、処理室201内での塩素ガスの拡散を促しつつ、ガス排気管231から排気される。
【0038】
このとき、APCバルブ242を適正に調整して、処理室201内の圧力を、例えば10〜100Paの範囲内に設定する。ガス供給管351のMFC331を適正に調整して、塩素ガスの流量を、例えば0sccmより多く100sccm以下の範囲内に設定する。ガス供給管352のMFC332を適正に調整して、水素ガス等のキャリアガスの流量を、例えば0sccmより多く20000sccm以下の範囲に設定する。
【0039】
処理室201内に供給される塩素ガスは、すでにヒータ206により加熱されている。そのため、塩素ガスは処理室201内に供給されるとすぐに熱分解して反応性の高い塩素ラジカルを発生させる。塩素ラジカルは、ボート217と、反応管205の側壁との間の領域を、ボート217の下端側(他端側)に向かって流れる。その過程で塩素ラジカルは、ボート217のウエハ200間の隙間領域に流入する。
ウエハ200間の隙間領域に進出した塩素ラジカルは、ウエハ表面をエッチングする。ウエハ200をエッチングすることで生成される化合物は、ガスの流れに沿ってボート217の下端側に流れ、ガス排気管231から排気される。
以上のエッチング工程を、本例では、塩素ガスの流量を15sccm、水素ガスの流量を2500sccm、処理室201内温度を650℃、処理室圧力を19Paとして、5分間実施し、10Å程度のエッチングを行った。
【0040】
(第1パージ工程S7a)
次に、ガス供給管351のバルブ341を閉じ、処理室201内への塩素ガスの供給を停止する。一方、ガス供給管352のバルブ342は開いた状態を継続し、処理室201内へ水素ガスを流し続ける。水素ガスは、第1ノズル301の先端部からボート217の上端部と反応管205の上端部との間の領域に供給され、反応管205内を下降して、ガス排気管231から排気される。処理室201内に水素ガスを流すことで、エッチング工程S6完了後にウエハ200表面や処理室201内に残留している、エッチングガス(塩素ガス)や、エッチング反応物等を水素ガスとともにガス排気管231から排出する。残留する塩素成分を効率よく除去するためには、処理室201内温度を550℃以上、800℃未満とするのが好ましい。
以上の第1パージ工程を、本例では、水素ガスの流量を5000sccm、処理室201内温度を650℃、処理室圧力を40Paとして、10分間実施した。
【0041】
このように、本実施形態では、第1パージ工程S7aにおける処理室201内温度(650℃)を、少なくとも所定期間、エッチング工程S6における処理室201内温度(650℃)と同じにしている。これにより、エッチングガス成分(例えば、塩素成分)の除去効率が向上し、その後の成膜工程S10における成膜レート、成膜均一性を向上させることができる。また、処理室201内温度を変動させることなく、エッチング工程S6から第1パージ工程S7aへ移行することができ、スループットを向上させることができる。
また、第1パージ工程S7aの水素ガスの流量を、エッチング工程S6の水素ガスの流量よりも多くする、あるいは、第1パージ工程S7aの処理室圧力を、エッチング工程S6の処理室圧力よりも高くすると、残留する塩素成分を効率よく除去できるので好ましい。
【0042】
(エッチング工程S6と第1パージ工程S7aの繰り返し工程)
続いて、上述したエッチング工程S6と第1パージ工程S7aから構成される工程を、1回以上、好ましくは複数回、本例では10回程度、連続して繰り返し、計100Åのエッチングを行った。このように、エッチング工程S6と第1パージ工程S7aから構成される工程を繰り返すことにより、1回のエッチング工程S6におけるエッチング時間を短くすることができ、エッチング工程S6において基板表面に吸着していた塩素成分が、第1パージ工程S7aの水素パージで除去されるため、ウエハ200へのエッチングダメージを軽減できる。よって、その後に実施するSiのエピタキシャル選択成長、あるいはSiGeのエピタキシャル選択成長では、Pit等の欠陥の発生を抑制できるため、良質なエピタキシャル膜が得られる。なお、最後のエッチング工程S6の後の第1パージ工程S7aは、次にエッチングガスが供給されることがないため行わなくてもよく、最後のエッチング工程S6から次の第2パージ工程S7bに移行しても良い。
【0043】
(第2パージ工程S7b)
続いて、成膜工程S8より前に基板表面や処理室201内に残留している塩素成分を確実に除去するため、処理室201内が550℃以上、800℃未満となるように、ヒータ206の加熱度合いを調節し、第2パージ工程S7bを行う。この第2パージ工程S7bにおいては、ガス供給管352のバルブ342を開き処理室201内へ水素ガスを供給しつつ排気管231から排気する工程と、処理室201内へ水素ガスを供給しつつ排気を停止する工程とを、少なくとも1回以上実施する、好ましくは複数回実施するサイクルパージを行う。あるいは、処理室201内へ水素ガスを供給しつつ排気する工程と、処理室201内への水素ガス供給を停止した状態で排気する工程とを、少なくとも1回以上実施する、好ましくは複数回実施するサイクルパージを行う。また、第2パージ工程S7bでは、確実に塩素成分を除去するため第1パージ工程S7aより長い時間行うことが好ましい。
以上の第2パージ工程S7bを、本例では、水素ガスを供給しつつ排気する工程と水素ガスを供給しつつ排気を停止する工程とから構成される一連の工程を複数回繰り返すサイクルパージとして、水素ガスの流量を5000sccm、処理室201内温度を650℃、処理室圧力を0Paより大きく40Pa以下として、16分間実施した。このとき、サイクルパージを行う第2パージ工程S7bの最後の工程において、処理室201内温度を550℃とするのが好ましい。こうすると、次の降温工程S8に要する時間を短縮できる。
なお、第2パージ工程S7bは、プロセスにより実施しなくてもよい場合もあるが、塩素成分を除去するため、実施することが好ましい。第2パージ工程S7bを実施しない場合は、例えば複数回実施する第1パージ工程S7aの最後の工程において、処理室201内温度を550℃とするのが好ましい。こうすると、次の降温工程S8に要する時間を短縮できる。
また、第2パージ工程S7bを実施する場合は、上述したエッチング工程S6と第1パージ工程S7aの繰り返し工程において、最後のサイクルの第1パージ工程S7aを省略するようにしてもよい。
【0044】
(降温工程S8、温度安定工程S9)
次に、処理室201内が所望の成膜温度となるようにヒータ206の加熱度合いを調節する。このとき、処理室201内が400℃以上、800℃未満となるように、温度センサ263が検出した温度情報に基づき、ヒータ206への通電量が制御部240によってフィードバック制御される。
降温工程S8において、処理室201内の温度が安定するまで、例えば465℃になるまで待機する。このとき、650℃から550℃に下げるのに30分かけ、550℃から465℃に下げるのに1時間30分かけて、降温工程S8を2段階に分けて実施してもよい。こうすると、急に冷却することによりウエハ200とボート217との接触面からパーティクルが発生することを抑制することができる。
【0045】
(成膜工程S10)
次に、ウエハ200に成膜、すなわち、シリコン面へのエピタキシャル選択成長を行う。ガス供給管353のバルブ343を開き、第2ガス供給管312内に成膜ガスを流す。この成膜ガスは、例えばモノシランガスであり、MFC333により流量調整される。流量調整された成膜ガスは、第2ノズル302に入り、ヒータ206により加熱されながら第2ノズル302の先端部からボート217の上端部と反応管205の上端部との間の領域に供給され、反応管205内を下降して、ガス排気管231から排気される。
このとき、同時にガス供給管354のバルブ344を開き、第2ガス供給管312内に、キャリアガスとして水素(H2)ガスを流す。この水素ガスは、MFC334により流量調整される。流量調整された水素ガスは、第2ノズル302に入り、ヒータ206により加熱されながら成膜ガスと一緒に第2ノズル302の先端部からボート217の上端部と反応管205の上端部との間の領域に供給される。水素ガスは、処理室201内での成膜ガスの拡散を促しつつ、ガス排気管231から排気される。
なお、プロセスに応じて、このとき、ガス供給管356のバルブ346を開き、第1ノズル301から、塩化水素(HCl)ガスを流すこともできる。
【0046】
このとき、APCバルブ242を適正に調整して、処理室201内の圧力を、例えば10〜100Paの範囲内に設定する。ガス供給管353のMFC333を適正に調整して、モノシランガスの流量を、例えば0sccmより多く1000sccm以下の範囲内に設定する。ガス供給管354のMFC334を適正に調整して、水素ガスの流量を、例えば0sccmより多く2000sccm以下の範囲に設定する。また、プロセスに応じて、ガス供給管356のMFC336を適正に調整して、塩化水素ガスの流量を、例えば0sccmより多く500sccm以下の範囲内に設定する。
【0047】
処理室201内に供給された成膜ガスは、ボート217と、反応管205の側壁との間の領域を、ボート217の下端側(他端側)に向かって流れ、その過程で、ボート217のウエハ200間の隙間領域に流入する。こうして、ウエハ200のシリコン面へエピタキシャル成長が行われる。シリコン酸化膜等の絶縁体面は、エピタキシャル成長が開始されるまでの時間(インキュベーションタイム)が半導体面であるシリコン面よりも長いので、インキュベーションタイムが経過する前に成膜工程S10を終えることにより、シリコン面へのエピタキシャル選択成長が行われる。
反応に寄与しなかったガスは、ボート217の下端側に流れ、ガス排気管231から排気される。
以上の成膜工程を、本例では、処理室201内温度を465℃、処理室圧力を40Paとして実施した。
【0048】
以上説明したように、本実施形態では、エッチング工程S6で基板のSi面をエッチングする際には、処理室201内の圧力を成膜時よりも低圧(19Pa)にする。一方、成膜工程S10で基板上へ成膜する際には、処理室201内の圧力をエッチング時よりも高圧(40Pa)にするようにしている。
エッチング時には、成膜時にくらべて基板表面平坦度の面内均一性が悪化しがちであるが、上述したようにエッチング時の処理室201内圧力を低圧にすることでエッチング面内均一性を向上させることができる(図10参照)。一方、成膜時には処理室201内圧力を上げることで成膜レートを向上させることができる。つまり、エッチング時の圧力に成膜時の圧力を合せると成膜レートが遅くなるという問題点と、成膜時の圧力にエッチング時の圧力を合せるとエッチング均一性が悪化してしまうという問題点を解決することができる。
【0049】
また、本実施形態では、成膜工程S10における処理室201内温度(465℃)よりも、エッチング工程S6における処理室201内温度(650℃)を高くしている。これにより、図7と図8に示すように、エッチング力を高めつつ、エッチング面内均一性を向上させることができる。
【0050】
また、本実施形態において、第2パージ工程S7bにおける処理室201内温度を徐々に降下させ、エッチング工程S6における処理室201内温度(650℃)よりも低い、例えば550℃とすることもできる。こうすると、温度降下工程S8の所要時間を短縮でき、第2パージ工程S7bから成膜工程S10へ速やかに移行することができるため、スループットを向上させることができる。
なお、第2パージ工程S7bにおける処理室201内温度を徐々に降下させ、成膜工程S10における処理室201内温度(465℃)と同じになるようにしてもよい。このようにすると、成膜工程S10へ移行する際の温度降下工程S8を別途設ける必要がなくなるため、スループットをさらに向上させることができる。
また、本実施形態において、第2パージ工程S7bを行わない場合は、複数回実施する第1パージ工程S7aの最後の工程における処理室201内温度を、エッチング工程S6における処理室201内温度(650℃)よりも低い、例えば550℃とすることもでき、あるいは、成膜工程S10における処理室201内温度(465℃)と同じになるようにしてもよい。このようにすると、上述の第2パージ工程S7bにおける温度降下と同様に、スループットを向上させることができる。
【0051】
(第3パージ工程S11、大気圧復帰工程S12)
次に、ガス供給管353のバルブ343、ガス供給管354のバルブ344、ガス供給管356のバルブ346を閉じ、処理室201内へのモノシランガス、水素ガス、塩化水素ガスの供給を停止する。次に、ガス供給管355のバルブ345を開き、第2ガス供給管312に窒素(N2)ガス等の不活性ガスを流す。この窒素ガスは、MFC335により流量調節する。流量調整した不活性ガスは、第2ノズル302の先端部からボート217の上端部と反応管205の上端部との間の領域に供給されつつ、ガス排気管231から排気される。処理室201内に不活性ガスを流すことで、成膜工程S10完了後に処理室201内に残留する、モノシランガスや、反応生成物等を不活性ガスとともにガス排気管231から排出する。
【0052】
このようにして、処理室201内をパージして、処理室201内の雰囲気を不活性ガスで置換する(パージ工程S11)。処理室201内のパージが完了すると、ガス排気管231のAPCバルブ242の開度を調整しつつ処理室201内に不活性ガスを供給し、処理室201内の圧力を大気圧に復帰させる(大気圧復帰工程S12)。なお、ここでは、第2ノズル302を用いて処理室201内に不活性ガスを供給する例について説明したが、第1ノズル301を用いてもよく、少なくとも一方のノズルから不活性ガスを供給するようにすればよい。
【0053】
(ボートアンロード工程S13〜ウエハ搬出工程S15)
その後、回転機構254を停止させてウエハ200の回転を停止し、ボートエレベータ115を下降動作させシールキャップ219を下降させることでマニホールド209の下端を開口し、ボート217をマニホールド209の下方へ下降させて処理室201から搬出する(ボートアンロード工程S13)。続いて、ボート217に装填した状態のまま、ウエハ200が冷却されるまで待機する期間を設ける(ウエハ降温工程S14)。ウエハ200が冷却されると、ウエハ移載機106により処理済みのウエハ200をボート217から取り出し、ウエハカセット110に移載する(ウエハ搬出工程S15)。処理済ウエハ200が載置されたカセット110は、工場内搬送装置(図示略)によって基板処理装置101から取り出される。以上の工程(S1〜S15)により、本実施形態に係る基板処理工程が行われる。
【0054】
第1実施形態によれば、次の(1)〜(7)の効果のうち、少なくとも1つを奏する。
(1)エピタキシャル膜成長を行う際に、基板表面へのエッチングダメージを軽減して、良質なエピタキシャル膜を得ることができる。
(2)エッチング工程における処理室内の圧力を、成膜工程における処理室内の圧力よりも低くすることで、エッチング面内均一性を向上させることができ、一方、成膜時には処理室内圧力を上げることで成膜レートを向上させることができる。
(3)エッチング工程における処理室内の温度を、成膜工程における処理室内の温度以上とすることで、エッチング力を高めつつ、エッチング面内均一性を向上させることができる。また、成膜工程における処理室内の温度をエッチング工程における処理室内の温度以下とすることで、処理室内からの脱ガスに起因する汚染物質の基板表面への再付着を防止でき、基板表面の清浄度を保てるので、良質なエピタキシャル膜を得ることができる。
(4)第1パージ工程における水素含有ガスの単位時間当たりの供給量を、エッチング工程における水素含有ガスの単位時間当たりの供給量よりも多くすることで、第1パージ工程において、基板表面の残留塩素を除去することが容易となる。
(5)第1パージ工程における処理室内の圧力を、エッチング工程における処理室内の圧力よりも高くすることで、第1パージ工程において基板表面の残留塩素を除去することがより容易となる。
(6)エッチング工程における処理室内の温度を、第1パージ工程における処理室内の温度と同じ温度とすることで、エッチングガス成分である塩素成分の除去効率が向上し、その後の成膜工程における成膜レート、成膜均一性を向上させることができる。また、処理室内温度を変動させることなく、エッチング工程から第1パージ工程へ移行することができ、スループットを向上させることができる。
(7)エッチング工程後にサイクルパージを行うことで、基板表面や処理室内に残留している塩素成分を更に除去することができる。
【0055】
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について、図4を用いて説明する。図4は、本発明の第2実施形態における処理炉の概略構成図である
第2実施形態においては、ガス供給部が第1実施形態と異なっており、その他の構成は、第1の実施形態と同様であるので、適宜説明を省略する。
図4において、反応管205内には、第1ノズル301a〜第5ノズル301e、第6ノズル302a〜第10ノズル302eが設けられている。第1ノズル301a〜第5ノズル301e、第6ノズル302a〜第10ノズル302eは、マニホールド209の側壁を水平方向に貫通し、マニホールド209内で垂直方向に90度折れ曲り、反応管205の側壁とウエハ200との間の円弧状の空間を、ウエハ200の積載方向に沿って立ち上がるように設けられている。
【0056】
第1ノズル301a、第6ノズル302aは、その先端部(ガス下流端)がボート217の上端付近に配置され、ガス供給口が上方に向けて開口されており、ボート217の上端側からガスを供給するように構成されている。すなわち、第1ノズル301a、第6ノズル302aは、ボート217の上端と反応管205の上端との間の領域にガスを供給するように構成されている。
第2ノズル301b〜第5ノズル301e、第7ノズル302b〜第10ノズル302eは、その先端部(ガス下流端)が、ボート217の上端から下端に至る範囲において異なる位置(高さ)に配置され、ガス供給口が上方に向けて開口されており、それぞれの位置からガスを供給するように構成されている。
【0057】
このように、第1ノズル301aと第6ノズル302aの先端部は、処理室201内に搬送された基板保持具であるボート217の一端(上端)側の第1の位置に配置され、第2ノズル301bと第7ノズル302bの先端部は、前記第1の位置よりもボート217の他端(下端)側に近い第2の位置に配置され、第3ノズル301cと第8ノズル302cの先端部は、前記第2の位置よりもボート217の他端側に近い第3の位置に配置され、第4ノズル301dと第9ノズル302dの先端部は、前記第3の位置よりもボート217の他端側に近い第4の位置に配置され、第5ノズル301eと第10ノズル302eの先端部は、前記第4の位置よりもボート217の他端側に近い第5の位置に配置されている。
【0058】
第1ノズル301aの上流端には、第1ガス供給管311aの下流端が接続され、第2ノズル301bの上流端には、第2ガス供給管311bの下流端が接続され、第3ノズル301cの上流端には、第3ガス供給管311cの下流端が接続され、第4ノズル301dの上流端には、第4ガス供給管311dの下流端が接続され、第5ノズル301eの上流端には、第5ガス供給管311eの下流端が接続されている。
第6ノズル302aの上流端には、第6ガス供給管312aの下流端が接続され、第7ノズル302bの上流端には、第7ガス供給管312bの下流端が接続され、第8ノズル302cの上流端には、第8ガス供給管312cの下流端が接続され、第9ノズル302dの上流端には、第9ガス供給管312dの下流端が接続され、第10ノズル302eの上流端には、第10ガス供給管312eの下流端が接続されている。
【0059】
第1ガス供給管311aは、その上流でガス供給管351aとガス供給管352aとガス供給管356aに分岐している。ガス供給管351aには、上流方向から順に、エッチングガスとしての例えば塩素(Cl2)ガスの供給源321a、MFC331a、及び開閉弁であるバルブ341aが設けられている。
ガス供給管352aには、上流方向から順に、キャリアガスやパージガスとしての水素(H2)ガスの供給源322a、MFC332a、及びバルブ342aが設けられている。なお、キャリアガスとしては、窒素(N2)ガス等を用いることもできるが、本例では水素ガスを用い、キャリアガスとパージガスを兼用する。
ガス供給管356aには、上流方向から順に、プロセスに応じて成膜時に供給される塩化水素(HCl)ガスの供給源326a、MFC336a、及びバルブ346aが設けられている。
【0060】
同様に、第2ガス供給管311b(第3ガス供給管311c、第4ガス供給管311d、第5ガス供給管311e)は、その上流でガス供給管351b(351c、351d、351e)とガス供給管352b(352c、352d、352e)とガス供給管356b(356c、356d、356e)に分岐している。
ガス供給管351b(351c、351d、351e)には、上流方向から順に、エッチングガスとしての例えば塩素ガスの供給源321b(321c、321d、321e)、MFC331b(331c、331d、331e)、及び開閉弁であるバルブ341b(341c、341d、341e)が設けられている。
ガス供給管352b(352c、352d、352e)には、上流方向から順に、キャリアガスやパージガスとしての水素ガスの供給源322b(322c、322d、322e)、MFC332b(332c、332d、332e)、及びバルブ342b(342c、342d、342e)が設けられている
ガス供給管356b(356c、356d、356e)には、上流方向から順に、プロセスに応じて成膜時に供給される塩化水素(HCl)ガスの供給源326b(326c、326d、326e)、MFC336b(336c、336d、336e)、及びバルブ346b(346c、346d、346e)が設けられている。
【0061】
第6ガス供給管312aは、その上流でガス供給管353aとガス供給管354aに分岐している。ガス供給管353aには、上流方向から順に、成膜ガスの供給源323a、MFC333a、及びバルブ343aが設けられている。成膜ガスは、シリコン原料ガス、すなわちシリコン(Si)を含むシリコン含有ガスである成膜ガスであり、シリコン含有ガスとしては、例えばモノシラン(SiH4)、ジシラン(Si2H6)、ジクロロシラン(SiH2Cl2)等が挙げられる。本例では、シリコン含有ガスとしてモノシランガスを用いる。
ガス供給管354aには、上流方向から順に、キャリアガスとしての例えば水素(H2)ガスや窒素(N2)ガス等の供給源324a、MFC334a、及びバルブ344aが設けられている。本例では、キャリアガスとして水素ガスを用いる。
ガス供給管355aには、上流方向から順に、不活性ガスとしての例えば窒素(N2)ガス等の供給源325a、MFC335a、及びバルブ345aが設けられている。本例では、不活性ガスとして窒素ガスを用いる。
【0062】
同様に、第7ガス供給管312b(第8ガス供給管312c、第9ガス供給管312d、第10ガス供給管312e)は、その上流でガス供給管353b(353c、353d、353e)とガス供給管354b(354c、354d、354e)とガス供給管355b(355c、355d、355e)に分岐している。ガス供給管353b(353c、353d、353e)には、上流方向から順に、成膜ガスの供給源323b(323c、323d、323e)、MFC333b(333c、333d、333e)、及びバルブ343b(343c、343d、343e)が設けられている。供給源323b(323c、323d、323e)から供給される成膜ガスは、上述した供給源323aから供給される成膜ガスと同様のガスである。
【0063】
ガス供給管354b(354c、354d、354e)には、上流方向から順に、キャリアガスとしての例えば水素(H2)ガスや窒素(N2)ガス等の供給源324b(324c、324d、324e)、MFC334b(334c、334d、334e)、及びバルブ344b(344c、344d、344e)が設けられている。供給源324b(324c、324d、324e)から供給されるキャリアガスは、上述した供給源324aから供給されるキャリアガスと同様のガスである。
ガス供給管355b(355c、355d、355e)には、上流方向から順に、不活性ガスとしての例えば窒素(N2)ガス等の供給源325b(325c、325d、325e)、MFC335b(335c、335d、335e)、及びバルブ345b(345c、345d、345e)が設けられている。供給源325b(325c、325d、325e)から供給される不活性ガスは、上述した供給源325aから供給される不活性ガスと同様のガスである。
【0064】
本実施形態に係るガス供給部は、エッチングガス供給部とパージガス供給部と成膜ガス供給部と不活性ガス供給部から構成される。
エッチングガス供給部は、主に、第1ノズル301a〜第5ノズル301e、第1ガス供給管311a〜第5ガス供給管311e、ガス供給管351a〜351e、ガス供給管352a〜352e、及びガス供給管351a〜351eとガス供給管352a〜352eに設けられたガス供給源、MFC、バルブから構成される。
パージガス供給部は、主に、第1ノズル301a〜第5ノズル301e、第1ガス供給管311a〜第5ガス供給管311e、ガス供給管352a〜352e、及びガス供給管352a〜352eに設けられたガス供給源、MFC、バルブから構成される。
成膜ガス供給部は、主に、第6ノズル302a〜第10ノズル302e、第6ガス供給管312a〜第10ガス供給管312e、ガス供給管353a〜353e、ガス供給管354a〜354e、及びガス供給管353a〜353eとガス供給管354a〜354eに設けられたガス供給源、MFC、バルブから構成される。なお、成膜時においてシリコン含有ガスとともに塩化水素ガスを供給するプロセスの場合は、成膜ガス供給部として、塩化水素ガス供給源326a〜e、MFC336a〜e、バルブ346a〜eを加えることもできる。
不活性ガス供給部は、主に、第6ノズル302a〜第10ノズル302e、第6ガス供給管312a〜第10ガス供給管312e、ガス供給管355a〜355e、及びガス供給管355a〜355eに設けられたガス供給源、MFC、バルブから構成される。
【0065】
MFC331a〜336a、331b〜336b、331c〜336c、331d〜336d、331e〜336eは、それに流れるガスの流量を検出するとともに、流量を調節するガス流量制御装置である。MFC331a〜336a、331b〜336b、331c〜336c、331d〜336d、331e〜336e、及びバルブ341a〜346a、341b〜346b、341c〜346c、341d〜346d、341e〜346eには、制御部240が電気的に接続されており、供給するガスの流量が所望の流量となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【0066】
制御部240は、第1実施形態と同様に、操作部(図示略)、入出力部(図示略)を含む基板処理装置101を構成する各部に電気的に接続されており、基板処理装置101全体の動作、及び基板処理装置101を構成する各部の動作を制御する。
【0067】
次に、第2実施形態の基板処理装置において実施される半導体装置の製造工程の一工程である、基板処理工程について説明する。第2実施形態の基板処理工程は、第1実施形態の基板処理工程と、エッチング工程S6、第1パージ工程S7a、第2パージ工程S7b、選択成長工程S10、第3パージ工程S11の一部が異なり、他は第1実施形態と同様であるので、異なる点について説明し、他は説明を適宜省略する。
【0068】
(エッチング工程S6)
エッチング工程S6において、ガス供給管351a〜eのバルブ341a〜eを開き、第1ガス供給管311a〜第5ガス供給管311e内に塩素(Cl2)ガスを流す。この塩素ガスは、MFC331a〜eにより、それぞれ流量調整される。流量調整された塩素ガスは、第1ノズル301a〜第5ノズル301eに入り、ヒータ206により加熱されながら第1ノズル301a〜第5ノズル301eの先端部から反応管205内に供給され、反応管205内を下降して、ガス排気管231から排気される。その際、塩素ガスは、第1ノズル301aの先端部から、ボート217の上端部と反応管205の上端部との間の第1の位置に供給され、第2ノズル301bの先端部から、前記第1の位置よりもボート217の他端側に近い第2の位置に供給され、第3ノズル301cの先端部から、前記第2の位置よりもボート217の他端側に近い第3の位置に供給され、第4ノズル301dの先端部から、前記第3の位置よりもボート217の他端側に近い第4の位置に供給され、第5ノズル301eの先端部から、前記第4の位置よりもボート217の他端側に近い第5の位置に供給される。
【0069】
第2ノズル301bから途中供給する塩素ガスの流量は、第1ノズル301aから供給した塩素ガスが、第2ノズル301bの位置(第2の位置)に到達するまでに消費される量とすることが好ましい。同様に、第3ノズル301c〜第5ノズル301eから途中供給する塩素ガスの流量は、それぞれ、第3ノズル301c〜第5ノズル301eに到達するまでに消費された分だけを供給することが好ましい。このようにすると、複数のウエハ間のエッチング均一性を向上することができる。
また、第1ノズル301a以外のノズルからは、第1ノズル301aよりも流量を少なくし、それぞれ同程度の流量の塩素ガスを供給することが好ましい。このようにすると、ボート217の最上端のウエハ200の中央部まで、エッチングガスを到達させることが容易となり、ウエハ面内のエッチング均一性を向上することができる。
【0070】
このとき、同時にガス供給管352a〜eのバルブ342a〜eを開き、第1ガス供給管311a〜第5ガス供給管311e内に、キャリアガスとして水素(H2)ガスを流す。この水素ガスは、MFC332a〜eにより、それぞれ流量調整される。流量調整された水素ガスは、第1ノズル301a〜第5ノズル301eに入り、ヒータ206により加熱されながら塩素ガスと一緒に第1ノズル301a〜第5ノズル301eの先端部から反応管205内に供給される。水素ガスは、処理室201内での塩素ガスの拡散を促しつつ、ガス排気管231から排気される。
【0071】
このとき、APCバルブ242を適正に調整して、処理室201内の圧力を、例えば10〜100Paの範囲内に設定する。
以上のエッチング工程を、本例では、第1ノズル301aから供給する塩素ガスの流量を15sccm、第2ノズル301b〜第5ノズル301eから途中供給する塩素ガスの流量をそれぞれ4sccm、第1ノズル301aから供給する水素ガスの流量を2500sccm、第2ノズル301b〜第5ノズル301eから途中供給する水素ガスの流量をそれぞれ200sccm、処理室201内温度を650℃、処理室圧力を19Paとして、5分間実施し、10Å程度のエッチングを行った。
なお、水素ガスは、第1ノズル301aからだけ供給し、第2ノズル301b〜第5ノズル301eから途中供給しないようにすることもできるが、途中供給する方が、処理室201内での塩素ガスの拡散を促進するので好ましい。
以上説明したように、塩素ガスを供給するガスノズルを複数設け、塩素ガスを途中供給することにより、エッチング量の面内均一性(基板内の均一性)および面間均一性(複数の基板間の均一性)を向上することができる。
【0072】
(第1パージ工程S7a)
第1パージ工程S7aにおいては、ガス供給管351a〜eのバルブ341a〜eを閉じ、処理室201内への塩素ガスの供給を停止する。一方、ガス供給管352a〜eのバルブ342a〜eは開いた状態を継続し、処理室201内へ水素ガスを流し続ける。水素ガスは、第1ノズル301a〜第5ノズル301eの先端部から反応管205内に供給され、反応管205内を下降して、ガス排気管231から排気される。処理室201内に水素ガスを流すことで、エッチング工程S6完了後にウエハ200表面や処理室201内に残留する、エッチングガス(塩素ガス)、エッチング反応物等を水素ガスとともにガス排気管231から排出する。
以上の第1パージ工程を、本例では、第1ノズル301a〜第5ノズル301eから供給する水素ガスの流量を、それぞれ、5000sccm、処理室201内温度を650℃、処理室圧力を40Paとして、10分間実施した。
【0073】
(第2パージ工程S7b)
第1実施形態と同様に、エッチング工程S6と第1パージ工程S7aから構成される工程を、1回以上、好ましくは複数回実施した後、第2パージ工程S7bにおいて、基板表面や処理室201内に残留している塩素成分を更に除去するため、処理室201内が550℃以上、800℃未満となるように、ヒータ206の加熱度合いを調節し、第2パージ工程S7bを行う。この第2パージ工程S7bにおいては、ガス供給管352a〜eのバルブ342a〜eを開き処理室201内へ水素ガスを供給しつつ排気管231から排気する工程と、処理室201内へ水素ガスを供給しつつ排気を停止する工程とを、少なくとも1回以上実施する、好ましくは複数回実施するサイクルパージを行う。あるいは、処理室201内へ水素ガスを供給しつつ排気する工程と、処理室201内への水素ガス供給を停止した状態で排気する工程とを、少なくとも1回以上実施する、好ましくは複数回実施するサイクルパージを行う。
以上の第2パージ工程S7bを、本例では、水素ガスを供給しつつ排気する工程と水素ガスを供給しつつ排気を停止する工程とから構成される一連の工程を複数回繰り返すサイクルパージとして、第1ノズル301a〜第5ノズル301eから供給する水素ガスの流量を、それぞれ、5000sccm、処理室201内温度を650℃、処理室圧力を0Paより大きく40Pa以下として、16分間実施した。このとき、サイクルパージを行う第2パージ工程S7bの最後の工程において、処理室201内温度を550℃とするのが好ましい。こうすると、次の降温工程S8に要する時間を短縮できる。
なお、第2パージ工程S7bは、プロセスにより実施しなくてもよい場合もあるが、塩素成分を除去するため、実施することが好ましい。第2パージ工程S7bを実施しない場合は、例えば複数回実施する第1パージ工程S7aの最後の工程において、処理室201内温度を550℃とするのが好ましい。こうすると、次の降温工程S8に要する時間を短縮できる。
また、第2パージ工程S7bを実施する場合は、上述したエッチング工程S6と第1パージ工程S7aの繰り返し工程において、最後のサイクルの第1パージ工程S7aを省略するようにしてもよい。
【0074】
(成膜工程S10)
成膜工程S10において、ウエハ200に成膜、すなわち、シリコン面へのエピタキシャル選択成長を行う。ガス供給管353a〜eのバルブ343a〜eを開き、第6ガス供給管312a〜第10ガス供給管312e内に成膜ガスを流す。この成膜ガスは、例えばモノシランガスであり、それぞれMFC333a〜eにより流量調整される。流量調整された成膜ガスは、第6ノズル302a〜第10ノズル302eに入り、ヒータ206により加熱されながら第6ノズル302a〜第10ノズル302eの先端部から反応管205内に供給され、反応管205内を下降して、ガス排気管231から排気される。
このとき、同時にガス供給管354a〜eのバルブ344a〜eを開き、第6ガス供給管312a〜第10ガス供給管312e内に、キャリアガスとして水素(H2)ガスを流す。この水素ガスは、それぞれMFC334a〜eにより流量調整される。流量調整された水素ガスは、第6ノズル302a〜第10ノズル302eに入り、ヒータ206により加熱されながら成膜ガスと一緒に第6ノズル302a〜第10ノズル302eの先端部から反応管205内に供給される。水素ガスは、処理室201内での成膜ガスの拡散を促しつつ、ガス排気管231から排気される。
なお、プロセスに応じて、このとき、ガス供給管356a〜eのバルブ346a〜eの少なくとも1つを開き、第1ノズル301a〜第5ノズル301eの少なくとも1つから、塩化水素(HCl)ガスを流すこともできる。
【0075】
このとき、APCバルブ242を適正に調整して、処理室201内の圧力を、例えば0Paより大きく100Pa以下の範囲内に設定する。ガス供給管353a〜eのMFC333a〜eを適正に調整して、モノシランガスの流量を、それぞれ、例えば0より多く1000sccm以下の範囲内に設定する。ガス供給管354a〜eのMFC334a〜eを適正に調整して、水素ガスの流量を、それぞれ、例えば0より多く2000sccm以下の範囲に設定する。また、プロセスに応じて、ガス供給管356a〜eのMFC336a〜eを適正に調整して、塩化水素ガスの流量を、それぞれ、例えば0より多く500sccm以下の範囲内に設定する。
【0076】
処理室201内に供給された成膜ガスは、ボート217と、反応管205の側壁との間の領域を、ボート217の下端側(他端側)に向かって流れ、その過程で、ボート217のウエハ200間の隙間領域に流入して、ウエハ200のシリコン面へエピタキシャル成長が行われる。反応に寄与しなかったガスは、ボート217の下端側に流れ、ガス排気管231から排気される。
以上の成膜工程を、本例では、処理室201内温度を465℃、処理室圧力を40Paとして実施した。
【0077】
(第3パージ工程S11)
第3パージ工程S11において、ガス供給管353a〜eのバルブ343a〜e、ガス供給管354a〜eのバルブ344a〜e、ガス供給管356a〜eのバルブ346a〜eを閉じ、処理室201内へのモノシランガス、水素ガス、塩化水素ガスの供給を停止する。次に、ガス供給管355a〜eのバルブ345a〜eを開き、第6ノズル302a〜第10ノズル302eに窒素(N2)ガス等の不活性ガスを流す。この窒素ガスは、MFC335a〜eにより流量調節する。流量調整した不活性ガスは、第6ノズル302a〜第10ノズル302eの先端部から反応管205内に供給されつつ、ガス排気管231から排気される。処理室201内に不活性ガスを流すことで、成膜工程S10完了後に処理室201内に残留する、モノシランガスや、反応生成物等を不活性ガスとともにガス排気管231から排出する。
このようにして、処理室201内をパージして、処理室201内の雰囲気を不活性ガスで置換する。
【0078】
第2実施形態によれば、第1実施形態の効果と、次の(1)〜(2)の効果のうち、少なくとも1つを奏する。
(1)塩素ガスを供給するガスノズルを複数設け、塩素ガスを途中供給することにより、エッチング量の面内均一性(基板内の均一性)および面間均一性(複数の基板間の均一性)を向上することができる。
(2)ボート上端部の第1ノズルからは、第1ノズル以外のノズルよりも塩素ガスの流量を多く供給することで、ボート最上端のウエハの中央部まで、エッチングガスを到達させることが容易となり、ウエハ面内のエッチング均一性を向上することができる。
【0079】
なお、上述した第1実施形態、第2実施形態においては、縦型装置を用いて、複数の基板を一度に処理しているが、縦型装置に限られるものではなく、例えば枚葉装置を用いて、1数ないし数枚の基板を一度に処理することもできる。
また、上述した第1実施形態、第2実施形態においては、Siの選択成長について説明したが、SiGeの選択成長にも適用可能である。その場合は、成膜工程において、GeH4ガスを0sccmより多く500sccm以下の範囲で供給すればよい。
【0080】
本発明は、少なくとも以下のような側面から捉えることができる。
本発明の第1の側面は、
表面に絶縁体面と半導体面とを有する基板を処理室内に搬送する工程と、
前記処理室内に搬送された基板に対し、水素含有ガスと塩素含有ガスとを供給し、前記基板の前記半導体面をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチングされた基板に対し、水素含有ガスを供給して基板表面の残留塩素を除去する第1パージ工程と、
前記残留塩素を除去された基板に対し、シリコン含有ガスを供給して前記基板の半導体面にシリコン含有膜を形成する成膜工程とを備え、
前記エッチング工程と第1パージ工程とを含む工程を2回以上連続して実施する半導体装置の製造方法。
このようにすると、エピタキシャル膜成長を行う際に、基板表面へのエッチングダメージを軽減して、良質なエピタキシャル膜を得ることができる。
【0081】
本発明の第2の側面は、前記第1の側面における半導体装置の製造方法であって、
前記エッチング工程における前記処理室内の圧力は、前記成膜工程における前記処理室内の圧力よりも低い半導体装置の製造方法。
このようにすると、エッチング時の処理室内圧力を低圧にすることでエッチング面内均一性を向上させることができ、一方、成膜時には処理室内圧力を上げることで成膜レートを向上させることができる。
【0082】
本発明の第3の側面は、前記第1の側面又は第2の側面における半導体装置の製造方法であって、
前記第1パージ工程における前記水素含有ガスの単位時間当たりの供給量は、前記エッチング工程における前記水素含有ガスの単位時間当たりの供給量よりも多い半導体装置の製造方法。
このようにすると、第1パージ工程において、基板表面の残留塩素を除去することがより容易となる。
【0083】
本発明の第4の側面は、前記第1の側面ないし第3の側面における半導体装置の製造方法であって、
前記第1パージ工程における前記処理室内の圧力は、前記エッチング工程における前記処理室内の圧力よりも高い半導体装置の製造方法。
このようにすると、第1パージ工程において、基板表面の残留塩素を除去することがより容易となる。
【0084】
本発明の第5の側面は、前記第1の側面ないし第4の側面における半導体装置の製造方法であって、
前記エッチング工程における前記処理室内の温度は、前記成膜工程における前記処理室内の温度以上である半導体装置の製造方法。
このようにすると、エッチング力を高めつつ、エッチング面内均一性を向上させることができる。
【0085】
本発明の第6の側面は、前記第1の側面ないし第5の側面における半導体装置の製造方法であって、
前記エッチング工程における前記処理室内の温度は、前記第1パージ工程における前記処理室内の温度と同じ温度である半導体装置の製造方法。
このようにすると、エッチングガス成分である塩素成分の除去効率が向上し、その後の成膜工程における成膜レート、成膜均一性を向上させることができる。また、処理室内温度を変動させることなく、エッチング工程から第1パージ工程へ移行することができ、スループットを向上させることができる。
【0086】
本発明の第7の側面は、
表面に絶縁体面と半導体面とを有する基板を複数、基板保持具に積載して処理室内に搬送する工程と、
前記処理室内に搬送された基板保持具の一端側から水素含有ガスと塩素含有ガスとを供給するとともに、前記基板保持具の他端側から前記処理室内の雰囲気を排気して、前記基板の前記半導体面をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチングされた基板に対し、前記基板保持具の一端側から水素含有ガスを供給するとともに、前記基板保持具の他端側から前記処理室内の雰囲気を排気して、基板表面の残留塩素を除去する第1パージ工程と、
前記残留塩素を除去された基板に対し、前記基板保持具の一端側からシリコン含有ガスを供給するとともに、前記基板保持具の他端側から前記処理室内の雰囲気を排気して、前記基板の半導体面にシリコン含有膜を形成する成膜工程とを備え、
前記エッチング工程と第1パージ工程とを含む工程を2回以上連続して実施する半導体装置の製造方法。
このようにすると、基板保持具に積載された複数の基板に対しエピタキシャル膜成長を行う際に、基板表面へのエッチングダメージを軽減して、良質なエピタキシャル膜を得ることができる。
【0087】
本発明の第8の側面は、
表面に絶縁体面と半導体面とを有する基板を複数、基板保持具に積載して処理室内に搬送する工程と、
前記処理室内に搬送された基板保持具の一端側の第1の位置から水素含有ガスと塩素含有ガスとを供給し、前記第1の位置よりも前記基板保持具の他端側に近い第2の位置から少なくとも塩素含有ガスを供給するとともに、前記基板保持具の他端側から前記処理室内の雰囲気を排気して、前記基板の前記半導体面をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチングされた基板に対し、前記第1の位置と第2の位置から水素含有ガスを供給するとともに、前記基板保持具の他端側から前記処理室内の雰囲気を排気して、基板表面の残留塩素を除去する第1パージ工程と、
前記残留塩素を除去された基板に対し、前記基板保持具の一端側からシリコン含有ガスを供給するとともに、前記基板保持具の他端側から前記処理室内の雰囲気を排気して、前記基板の半導体面にシリコン含有膜を形成する成膜工程とを備え、
前記エッチング工程と第1パージ工程とを含む工程を2回以上連続して実施する半導体装置の製造方法。
このようにすると、基板保持具に積載された複数の基板に対しエピタキシャル膜成長を行う際に、基板表面へのエッチングダメージを軽減して、良質なエピタキシャル膜を得ることができる。
【0088】
本発明の第9の側面は、
表面に絶縁体面と半導体面とを有する基板を複数、基板保持具に積載して処理室内に搬送する工程と、
前記処理室内に搬送された基板保持具の一端側の第1の位置から水素含有ガスと塩素含有ガスとを供給し、前記第1の位置よりも前記基板保持具の他端側に近い第2の位置から、水素含有ガスと前記第1の位置から供給される塩素含有ガスよりも少ない供給量で塩素含有ガスを供給するとともに、前記基板保持具の他端側から前記処理室内の雰囲気を排気して、前記基板の前記半導体面をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチングされた基板に対し、前記第1の位置と第2の位置から水素含有ガスを供給するとともに、前記基板保持具の他端側から前記処理室内の雰囲気を排気して、基板表面の残留塩素を除去する第1パージ工程と、
前記残留塩素を除去された基板に対し、前記基板保持具の一端側からシリコン含有ガスを供給するとともに、前記基板保持具の他端側から前記処理室内の雰囲気を排気して、前記基板の半導体面にシリコン含有膜を形成する成膜工程とを備え、
前記エッチング工程と第1パージ工程とを含む工程を2回以上連続して実施する半導体装置の製造方法。
このようにすると、基板保持具に積載された複数の基板に対しエピタキシャル膜成長を行う際に、基板表面へのエッチングダメージを軽減して、良質なエピタキシャル膜を得ることができる。
【0089】
本発明の第10の側面は、
表面に絶縁体面と半導体面とを有する基板を処理室内に搬送する工程と、
前記処理室内に搬送された基板に対し、水素含有ガスと塩素含有ガスとを供給し、前記基板の前記半導体面をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチングされた基板に対し、水素含有ガスを供給して基板表面の残留塩素を除去する第1パージ工程と、
前記処理室内へ水素含有ガスを供給しつつ排気する工程と、前記処理室内へ水素含有ガスを供給しつつ排気を停止する工程とを少なくとも1回以上実施するか、又は、前記処理室内へ水素含有ガスを供給しつつ排気する工程と、前記処理室内への前記水素含有ガス供給を停止した状態で排気する工程とを、少なくとも1回以上実施する第2パージ工程と、
前記残留塩素を除去された基板に対し、シリコン含有ガスを供給して前記基板の半導体面にシリコン含有膜を形成する成膜工程とを備え、
前記エッチング工程と第1パージ工程とを含む工程を2回以上連続して実施する半導体装置の製造方法。
このようにすると、エピタキシャル膜成長を行う際に、基板表面へのエッチングダメージを軽減するとともに、成膜工程前に残留塩素を除去することが容易となり、良質なエピタキシャル膜を得ることができる。
【0090】
本発明の第11の側面は、前記第10の側面における半導体装置の製造方法であって、
前記第1パージ工程における前記処理室への前記水素含有ガスの単位時間当たりの供給量は、前記第2パージ工程における前記水素含有ガスの単位時間当たりの供給量よりも多い半導体装置の製造方法。
【0091】
本発明の第12の側面は、
表面に絶縁体面と半導体面とを有する基板を処理室内に搬送する工程と、
前記処理室内に搬送された基板に対し、水素含有ガスと塩素含有ガスとを供給し、前記基板の前記半導体面をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチングされた基板に対し、水素含有ガスを供給して基板表面の残留塩素を除去する第1パージ工程とを備え、
前記エッチング工程と第1パージ工程とを含む工程を2回以上連続して実施するエッチング方法。
このようにすると、基板表面へのエッチングダメージを軽減することができる。
【0092】
本発明の第13の側面は、
表面に絶縁体面と半導体面とを有する基板を処理する処理室と、
前記処理室内へ水素含有ガスと塩素含有ガスとを供給するエッチングガス供給部と、
前記処理室内へ基板表面の残留塩素を除去する水素含有ガスを供給するパージガス供給部と、
前記処理室内へシリコン含有ガスを供給する成膜ガス供給部と、
前記エッチングガス供給部から水素含有ガスと塩素含有ガスとを供給するエッチング工程と前記パージガス供給部から水素含有ガスを供給する第1パージ工程とを含む工程を2回以上連続して実施し、その後、前記成膜ガス供給部からシリコン含有ガスを供給する成膜工程を実施するよう制御する制御部と、
を有する基板処理装置。
このようにすると、エピタキシャル膜成長を行う際に、基板表面へのエッチングダメージを軽減して、良質なエピタキシャル膜を得ることができる。
【符号の説明】
【0093】
101・・基板処理装置、106・・ウエハ移載機、110・・ウエハカセット、115・・ボートエレベータ、165・・ガス供給管、200・・基板、201・・処理室、202・・処理炉、205・・反応管、206・・ヒータ、209・・マニホールド、217・・ボート、219・・シールキャップ、231・・ガス排気管、240・・制御部、242・・APCバルブ、243・・圧力センサ、246・・真空ポンプ、254・・回転機構、263・・温度センサ、300・・ガス供給部、301・・第1ガスノズル、302・・第2ガスノズル、321・・エッチングガス供給源、322・・キャリアガス供給源、323・・成膜ガス供給源、324・・キャリアガス供給源、325・・不活性ガス供給源、326・・塩化水素ガス供給源、331〜336・・MFC、341〜346・・バルブ。
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置の製造方法や半導体装置を製造する基板処理技術に関し、特に、シリコン(Si)ウエハ等の基板にSi等の半導体膜をエピタキシャル成長にて成膜するプロセス技術に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、ホットウォール型CVD(Chemical Vapor Deposition)装置において、シリコン(Si)ウエハ等の基板にエピタキシャル選択成長による成膜が行われている。これは、シリコンウエハをCVD装置の反応炉へ投入し、目標となるエッチング温度まで加熱した後、反応炉内へ塩素ガスや塩化水素ガス等のエッチングガスを導入し、ターゲット膜厚分のエッチングを行う。その後、反応炉内へ水素ガスを導入して塩素成分を除去するパージ工程を行い、次に、目標となる成膜温度にした後、モノシランガス等の成膜ガスを供給して、Siウエハ表面にエピタキシャル成膜を行うものである。
【0003】
Siあるいはシリコンゲルマニウム(SiGe)の選択成長では、原料ガスとして、モノシラン(SiH4)やジシラン(Si2H6)、ジクロロシラン(SiH2Cl2)等のSi含有ガスが用いられ、SiGeの場合はさらに、ゲルマン(GeH4)等のGe含有ガスが加えられる。また、シリコン酸化膜(SiO2)や、シリコン窒化膜(SiN)上で潜伏時間(インキュベーションタイム)を延ばし、選択性を維持させるため、上記のSi含有ガスやGe含有ガス以外に、塩素(Cl2)や塩化水素(HCl)等の塩素(Cl)系ガスが加えられる。また、ドーピングが必要な場合は、ホスフィン(PH3)等のリン(P)含有ガス、ジボラン(B2H6)、三塩化ホウ素(BCl3)等のボロン(B)含有ガス等が加えられる。ここで、インキュベーションタイムとは、Siウエハ等の基板表面上に膜が成長し始めるまでの時間であり、シリコン酸化膜等の絶縁膜面は、シリコン面に比べて、インキュベーションタイムが長い。
【0004】
下記の特許文献1には、エピタキシャル膜成長の前又は後に、塩化水素(HCl)によりポリシリコンのエッチングを行う技術が開示されている。また、特許文献2には、シリコン基板にエピタキシャル膜成長を行う第1ステップと、シリコン窒化膜等の絶縁膜上に成長したシリコン核やシリコン膜をエッチングする第2ステップとを繰り返し行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平5−211123号公報
【特許文献2】WO2007−013464号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上述した従来のエッチング工程においては、エッチング膜厚が所定の膜厚になるまでエッチングガスの供給を行っているが、エッチング膜厚が厚い場合やエッチング時間が長い場合、Siウエハ等の基板表面にエッチングダメージが蓄積される場合があり、その後の選択成長膜において、Pitなどの欠陥の発生要因となり、その場合、良質なエピタキシャル膜が得られないという問題がある。ここで、Pitとは、成長表面に見られる穴であり、結晶欠陥の1種である。
【0007】
本発明の目的は、エピタキシャル膜成長を行う際に、基板表面へのエッチングダメージを軽減して、良質なエピタキシャル膜を得る技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記の課題を解決するための、本発明の代表的な構成は次のとおりである。すなわち、
表面に絶縁体面と半導体面とを有する基板を処理室内に搬送する工程と、
前記処理室内に搬送された基板に対し、水素含有ガスと塩素含有ガスとを供給し、前記基板の前記半導体面をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチングされた基板に対し、水素含有ガスを供給して基板表面の残留塩素を除去する第1パージ工程と、
前記残留塩素を除去された基板に対し、シリコン含有ガスを供給して前記基板の半導体面にシリコン含有膜を形成する成膜工程とを備え、
前記エッチング工程と第1パージ工程とを含む工程を2回以上連続して実施する半導体装置の製造方法。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、エピタキシャル膜成長を行う際に、基板表面へのエッチングダメージを軽減して、良質なエピタキシャル膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の第1実施形態における基板処理装置101の概略構成図である。
【図2】本発明の第1実施形態における処理炉の概略構成図である。
【図3】本発明の第1実施形態における基板処理工程のフローチャート図である。
【図4】本発明の第2実施形態における処理炉の概略構成図である。
【図5】シリコンエッチング量のエッチング時間依存性を示す図である。
【図6】シリコンエッチング面内均一性のエッチング時間依存性を示す図である。
【図7】シリコンエッチング量の温度依存性を示す図である。
【図8】シリコンエッチング面内均一性の温度依存性を示す図である。
【図9】シリコンエッチング量の圧力依存性を示す図である。
【図10】シリコンエッチング面内均一性の圧力依存性を示す図である。
【図11】シリコンエッチング量の塩素ガス流量依存性を示す図である。
【図12】シリコンエッチング面内均一性の塩素ガス流量依存性を示す図である。
【図13】シリコンエッチング量の水素ガス流量依存性を示す図である。
【図14】シリコンエッチング面内均一性の水素ガス流量依存性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明の実施形態に係る基板処理装置は、半導体装置集積回路(IC(Integrated Circuits))等の半導体装置の製造に使用される半導体製造装置の一例として構成されているものである。下記の説明では、基板処理装置の一例として、基板に対し熱処理等を行う縦型の装置を使用した場合について述べる。
【0012】
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態における基板処理装置101の概略構成図である。
図1に示す通り基板処理装置101は、ガス供給部300、ウエハ移載機106、カセット110、処理炉202、ボート217、制御部240、真空排気装置246等を備える。
基板処理装置101内には複数のカセット110が収容されており、カセット110は、複数のウエハ200を水平姿勢に整列させた状態で保持している。ウエハ200は、円盤状に形成されている。
【0013】
移載機106は、ウエハ200をカセット110からボート217へ移載したり、ボート217からカセット110へ移載したりするためのものであり、ウエハ200をピックアップすることができるように構成されている。即ち、ウエハ移載機106はウエハ200をボート217に対し装填(ウエハチャージング)及び脱装(ウエハディスチャージング)が可能となっている。ボート217は、成膜処理開始前は、処理炉202の真下に配置されている。
【0014】
処理炉202は、ヒータ206及び反応管205等を有する。反応管205の周囲にヒータ206が設けられており、反応管205を加熱することができるようになっている。ヒータ206は円筒形状であり、ヒータ素線とその周囲に設けられた断熱材より構成され、図示しない保持体に支持されることにより垂直に据え付けられている。更に処理炉202には、各種処理ガスを供給するガス供給部300及び内部を真空排気する真空排気装置246が接続されている。処理炉202の詳細については後述する。
【0015】
マニホールド209にガス排気管231が設けられ、このガス排気管231が処理室201内に通じている。ガス排気管231の下流側には、圧力検出器としての圧力センサ243及び圧力調整器としてのAPCバルブ242が設けられ、その下流側には、真空ポンプ等の真空排気装置246が接続されている。圧力センサ243及びAPCバルブ242には、制御部240が電気的に接続されており、圧力センサ243により検出された圧力に基づいてAPCバルブ242の開度を調節することにより、処理室201内の圧力が所望の圧力となるように所望のタイミングにて制御するよう構成されている。
【0016】
図2は、基板処理装置101の処理炉202の概略構成図であり、縦断面図として示されている。図1で説明した部分は、適宜省略している。なお、図2はウエハ200及びボート217が処理室201内に搬入された後の図である。図2を参照して処理炉202について説明する。
図1でも示したように、ヒータ206の内側には、ヒータ206と同心円状に反応管205が配設されている。反応管205は、石英(SiO2)、又は炭化シリコン(SiC)等の耐熱性材料からなる。反応管205は円筒形状に形成されており、反応管205の上端が閉塞し、下端が開口している。
【0017】
反応管205の下方には、マニホールド209が設けられている。マニホールド209はステンレスその他の金属材料からなる。マニホールド209が円筒形状に設けられ、マニホールド209の上端及び下端が開口している。
マニホールド209の径が反応管205の径に等しく、マニホールド209の上端が反応管205の下端に連結され、反応管205がマニホールド209に支持されている。マニホールド209と反応管205との間にはシール部材としてのOリング210aが設けられている。マニホールド209がベース112に支持されることにより、反応管205は垂直に据え付けられた状態となっている。マニホールド209の下端とベース112の上側との間にはシール部材としてのOリング210bが設けられている。
【0018】
マニホールド209の下方には、マニホールド209の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ219が設けられている。シールキャップ219はステンレスその他の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ219の上面には、ベース112の下側と当接するシール部材としてのOリング210cが設けられている。シールキャップ219には、回転機構254が設けられている。回転機構254の回転軸255はシールキャップ219を貫通してボート217に接続されている。回転機構254は、ボート217を回転させることでウエハ200を回転させるように構成されている。
シールキャップ219は、処理炉202の外側に設けられた昇降機構としてのボートエレベータ115(図1参照)によって垂直方向に昇降される。これによりボート217を処理室201に対し搬入搬出することが可能となっている。回転機構254及びボートエレベータ115には、制御部240が電気的に接続されており、所望の動作をするよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
反応管205とマニホールド209とシールキャップ219とにより反応容器が形成されている。
【0019】
基板保持具としてのボート217は、石英、又は炭化シリコン等の耐熱性材料からなり、複数枚(例えば50〜150枚程度)のウエハ200を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。なおボート217の下部には、石英、炭化シリコンその他の耐熱性材料からなる円板形状をした断熱部材としての断熱板216が水平姿勢で多段に複数枚配置されており、ヒータ206からの熱がマニホールド209側に伝わりにくくなるよう構成されている。
【0020】
また、反応管205の内部には温度センサ263が設けられている。
ヒータ206と温度センサ263には、制御部240が電気的に接続されており、温度センサ263により検出された温度情報に基づきヒータ206への通電量を調整することにより処理室201内の温度が所望の温度分布となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【0021】
ガス供給部300について、図2を用いて説明する。
反応管205内には、第1ノズル301、第2ノズル302が設けられている。第1ノズル301、第2ノズル302は、マニホールド209の側壁を水平方向に貫通し、マニホールド209内で垂直方向に90度折れ曲り、反応管205の側壁とウエハ200との間の円弧状の空間を、ウエハ200の積載方向に沿って立ち上がるように設けられている。第1ノズル301、第2ノズル302は、その先端部(ガス下流端)がボート217の上端付近に配置され、ガス供給口が上方に向けて開口されており、ボート217の上端側からガスを供給するように構成されている。すなわち、第1ノズル301、第2ノズル302は、ボート217の上端と反応管205の上端との間の領域にガスを供給するように構成されている。
第1ノズル301の上流端には、第1ガス供給管311の下流端が接続され、第2ノズル302の上流端には、第2ガス供給管312の下流端が接続されている。このように、反応管205には、2本のノズル(第1ノズル301、第2ノズル302)が設けられ、反応管205内へ複数種類のガスを供給できるように構成されている。
【0022】
第1ガス供給管311は、その上流でガス供給管351とガス供給管352とガス供給管356に分岐している。ガス供給管351には、上流方向から順に、エッチングガスとしての例えば塩素(Cl2)ガスや塩化水素ガス(HCl)の供給源321、流量制御器であるマスフローコントローラ(MFC)331、及び開閉弁であるバルブ341が設けられている。エッチングガスとして、本例では塩素ガスを用いる。
ガス供給管352には、上流方向から順に、キャリアガスやパージガスとしての水素(H2)ガスの供給源322、MFC332、及びバルブ342が設けられている。なお、キャリアガスとしては、窒素(N2)ガス等を用いることもできるが、本例では水素ガスを用い、キャリアガスとパージガスを兼用する。
ガス供給管356には、上流方向から順に、プロセスに応じて成膜時に供給される塩化水素(HCl)ガスの供給源326、MFC336、及びバルブ346が設けられている。
【0023】
第2ガス供給管312は、その上流でガス供給管353とガス供給管354とガス供給管355に分岐している。ガス供給管353には、上流方向から順に、成膜ガスの供給源323、MFC333、及びバルブ343が設けられている。成膜ガスは、シリコン原料ガス、すなわちシリコン(Si)を含む成膜ガス(以下では「シリコン含有ガス」と称する)であり、シリコン含有ガスとしては、例えばモノシラン(SiH4)、ジシラン(Si2H6)、ジクロロシラン(SiH2Cl2)等が挙げられる。本例では、シリコン含有ガスとしてモノシランガスを用いる。
ガス供給管354には、上流方向から順に、キャリアガスとしての例えば水素(H2)ガスや窒素(N2)ガス等の供給源324、MFC334、及びバルブ344が設けられている。本例では、キャリアガスとして水素ガスを用いる。
ガス供給管355には、上流方向から順に、不活性ガスとしての例えば窒素(N2)ガス等の供給源325、MFC335、及びバルブ345が設けられている。本例では、不活性ガスとして窒素ガスを用いる。
【0024】
本実施形態に係るガス供給部は、エッチングガス供給部とパージガス供給部と成膜ガス供給部と不活性ガス供給部から構成される。
エッチングガス供給部は、主に、第1ノズル301、第1ガス供給管311、エッチングガス供給源321、MFC331、バルブ341、キャリアガス供給源322、MFC332、バルブ342から構成される。
パージガス供給部は、主に、第1ノズル301、第1ガス供給管311、パージガス供給源としてのキャリアガス供給源322、MFC332、バルブ342から構成される。
成膜ガス供給部は、主に、第2ノズル302、第2ガス供給管312、成膜ガス供給源323、MFC333、バルブ343、キャリアガス供給源324、MFC334、バルブ344から構成される。なお、成膜時においてシリコン含有ガスとともに塩化水素ガスを供給するプロセスの場合は、成膜ガス供給部として、塩化水素ガス供給源326、MFC336、バルブ346を加えることもできる。
不活性ガス供給部は、主に、第2ノズル302、第2ガス供給管312、不活性ガス供給源325、MFC335、バルブ345から構成される。
MFC331〜336は、それに流れるガスの流量を検出するとともに、流量を調節するガス流量制御装置である。MFC331〜336及びバルブ341〜346には、制御部240が電気的に接続されており、供給するガスの流量が所望の流量となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【0025】
制御部240は、操作部(図示略)、入出力部(図示略)を含む基板処理装置101を構成する各部に電気的に接続されており、基板処理装置101全体の動作、及び基板処理装置101を構成する各部の動作を制御する。詳しくは、制御部240は、MFC331〜336、バルブ341〜346、圧力センサ243、APCバルブ242、真空ポンプ246、ヒータ206、温度センサ263、回転機構254、ボートエレベータ115等と接続され、MFC331〜336による各種ガスの流量調整動作、バルブ341〜346の開閉動作、圧力センサ243に基づくAPCバルブ242の圧力調整動作、温度センサ263に基づくヒータ206の温度調整動作、真空ポンプ246の起動、停止、回転機構254の回転速度調節動作、ボートエレベータ115の昇降動作等を制御する。
【0026】
次に、エッチング工程における、エッチング量とエッチング面内均一性に関わるエッチング条件について説明する。エッチング工程においては、成膜工程と比べ面内均一性の制御が困難であり、面内均一性が悪化傾向にある。そのため、エッチング条件を最適化する必要がある。
図5は、550℃のSOI(Silicon on Insulator)基板上における、シリコン(Si)エッチング量のエッチング時間依存性を示す。縦軸がエッチング量(Å)、横軸が時間(分)、51は対向面がシリコン時のエッチング量、52は対向面がポリシリコン時のエッチング量である。ここで対向面とは、エッチング対象の基板のエッチング面に対向する面であり、図2のように積層された基板の場合は、エッチング対象の基板の直ぐ上に配置された基板の裏面を意味する。
図6は、550℃のSOI基板上における、エッチング面内均一性のエッチング時間依存性を示す。縦軸がエッチング面内均一性(%)、横軸が時間(分)、53は対向面がシリコン時の均一性、54は対向面がポリシリコン時の均一性である。
図5と図6より、エッチング時間が長いほどエッチング量が増加し、エッチング時間の設定により、シリコンのエッチング量を制御できることが分かる。
【0027】
図7は、SOI基板上において30分エッチングした場合の、シリコン(Si)エッチング量の温度依存性を示す。縦軸がエッチング量(Å)、横軸が基板温度(℃)、61は対向面がシリコン時のエッチング量、62は対向面がポリシリコン時のエッチング量である。
図8は、SOI基板上において30分エッチングした場合の、エッチング面内均一性の温度依存性を示す。縦軸がエッチング面内均一性(%)、横軸が基板温度(℃)、63は対向面がシリコン時の均一性、64は対向面がポリシリコン時の均一性である。
図7と図8より、基板温度を高くすると、シリコンのエッチング量が増加し、均一性が改善傾向にあることが分かる。したがって、より高温帯でエッチングすることが好ましい。
【0028】
図9は、550℃のSOI基板上において60分エッチングした場合の、シリコン(Si)エッチング量の圧力依存性を示す。縦軸がエッチング量(Å)、横軸が処理室内の全圧(Pa)、71は対向面がシリコン時のエッチング量、72は対向面がポリシリコン時のエッチング量である。
図10は、550℃のSOI基板上において60分エッチングした場合の、エッチング面内均一性の圧力依存性を示す。縦軸がエッチング面内均一性(%)、横軸が処理室内の全圧(Pa)、73は対向面がシリコン時の均一性、74は対向面がポリシリコン時の均一性である。
図9と図10より、例えば200Pa以下において、処理室内の全圧(Pa)を低くすると、シリコンのエッチング量は減少するが、均一性が改善傾向にあることが分かる。したがって、均一性を重視する場合は、より低圧条件でエッチングすることが好ましい。
【0029】
図11は、550℃のSOI基板上において60分エッチングした場合の、シリコン(Si)エッチング量の塩素ガス流量依存性を示す。縦軸がエッチング量(Å)、横軸が塩素ガス流量(sccm)、81は対向面がシリコン時のエッチング量、82は対向面がポリシリコン時のエッチング量である。
図12は、550℃のSOI基板上において60分エッチングした場合の、エッチング面内均一性の塩素ガス流量依存性を示す。縦軸がエッチング面内均一性(%)、横軸が塩素ガス流量(sccm)、83は対向面がシリコン時の均一性、84は対向面がポリシリコン時の均一性である。
図11と図12より、塩素ガス流量を減少させると、シリコンのエッチング量は減少するが、均一性が改善傾向にあることが分かる。
【0030】
図13は、550℃のSOI基板上において60分エッチングした場合の、シリコン(Si)エッチング量の水素ガス流量依存性を示す。この水素ガスは、塩素ガスのキャリアガスとして供給されるものである。縦軸がエッチング量(Å)、横軸が水素ガス流量(sccm)、91は対向面がシリコン時のエッチング量、92は対向面がポリシリコン時のエッチング量である。
図14は、550℃のSOI基板上において60分エッチングした場合の、エッチング面内均一性の水素ガス流量依存性を示す。縦軸がエッチング面内均一性(%)、横軸が水素ガス流量(sccm)、93は対向面がシリコン時の均一性、94は対向面がポリシリコン時の均一性である。
図13と図14より、水素ガス流量を増加させると、シリコンのエッチング量は減少するが、均一性が改善傾向にあることが分かる。したがって、図11と図12の結果も併せて考慮すると、均一性を重視する場合は、より塩素ガス分圧が低くなる条件でエッチングすることが好ましい。
【0031】
図5〜14では、均一性改善のために対向面をポリシリコンにすることが好ましい結果となっているが、対向面によってエッチングガスの消費量が変わってくるため、エッチングの対象となる基板により、対向面を多結晶Si、単結晶Si、SiO2やSiNなどの絶縁膜等を選択するのが好ましい。
【0032】
次に、本実施形態の基板処理装置において実施される半導体装置の製造工程の一工程である、基板処理工程について説明する。図3は、第1実施形態に係る基板処理工程のフローチャート図である。
本実施形態の基板処理工程は、図3に示すように、ウエハ搬入工程S1、ボートロード工程S2、減圧工程S3、昇温工程S4、温度安定工程S5、エッチング工程S6、第1パージ工程S7a、第2パージ工程S7b、温度降下工程S8、温度安定工程S9、選択成長工程(成膜工程)S10、第3パージ工程S11、大気圧復帰工程S12、ボートアンロード工程S13、ウエハ降温工程S14、及びウエハ搬出工程S15を有する。以下、本実施形態に係る基板処理工程を具体的に説明する。
【0033】
(ウエハ搬入工程S1)
工場内搬送装置(図示略)によって複数のカセット110が基板処理装置101内に搬入されると、移載機106はウエハ200をカセット110からボート217に装填(ウエハチャージング)する。ボート217にウエハ200を受け渡した移載機106は、カセット110に戻り後続のウエハ200をボート217に装填する。ボート217内に装填されたウエハ200は、水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列され、多段に支持された状態となる。
本実施形態では、ウエハ200は単結晶シリコンで構成され、その表面には絶縁体面としてのシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の絶縁膜が部分的に形成されている。絶縁膜の間には、ウエハ200の表面の一部が露出し、その露出した部分が半導体面としての単結晶シリコン部である。
【0034】
(ボートロード工程S2)
予め指定された枚数のウエハ200がボート217に装填(ウエハチャージング)されると、ボートエレベータ115を上昇動作させる。そうすると、ウエハ200群を保持したボート217がボートエレベータ115の上昇動作により処理炉202内に搬入(ボートローディング)され、マニホールド209の下端の開口がシールキャップ219によって閉塞され、ボートエレベータ115が停止する。なお、ボート217を処理室201内に収容する際には、処理室201内の温度は400℃以下に設定する。
【0035】
(減圧工程S3)
続いて、処理室201内が所望の圧力(真空度)となるように、真空排気装置246によって真空排気される。この際、処理室201内の圧力は圧力センサ243で測定され、この測定された圧力に基づき、APCバルブ242が、制御部240によりフィードバック制御される。
【0036】
(昇温工程S4、温度安定工程S5)
また、処理室201内が所望の温度となるようにヒータ206によって加熱される。この際、処理室201内が400℃以上、700℃未満となるように、温度センサ263が検出した温度情報に基づき、ヒータ206への通電量が制御部240によってフィードバック制御される。
また、減圧工程S3後であって昇温工程S4前に、回転機構254の回転を開始させ、回転機構254により、ボート217が回転されることでウエハ200が回転される。このようにして、処理室201内の温度が安定するまで、例えば650℃になるまで待機する。
【0037】
(エッチング工程S6)
次に、ウエハ200にエッチングを行う。ガス供給管351のバルブ341を開き、第1ガス供給管311内に塩素(Cl2)ガスを流す。この塩素ガスは、MFC331により流量調整される。流量調整された塩素ガスは、第1ノズル301に入り、ヒータ206により加熱されながら第1ノズル301の先端部からボート217の上端部と反応管205の上端部との間の領域に供給され、反応管205内を下降して、ガス排気管231から排気される。
このとき、同時にガス供給管352のバルブ342を開き、第1ガス供給管311内に、キャリアガスとして水素(H2)ガスを流す。この水素ガスは、MFC332により流量調整される。流量調整された水素ガスは、第1ノズル301に入り、ヒータ206により加熱されながら塩素ガスと一緒に第1ノズル301の先端部からボート217の上端部と反応管205の上端部との間の領域に供給される。水素ガスは、処理室201内での塩素ガスの拡散を促しつつ、ガス排気管231から排気される。
【0038】
このとき、APCバルブ242を適正に調整して、処理室201内の圧力を、例えば10〜100Paの範囲内に設定する。ガス供給管351のMFC331を適正に調整して、塩素ガスの流量を、例えば0sccmより多く100sccm以下の範囲内に設定する。ガス供給管352のMFC332を適正に調整して、水素ガス等のキャリアガスの流量を、例えば0sccmより多く20000sccm以下の範囲に設定する。
【0039】
処理室201内に供給される塩素ガスは、すでにヒータ206により加熱されている。そのため、塩素ガスは処理室201内に供給されるとすぐに熱分解して反応性の高い塩素ラジカルを発生させる。塩素ラジカルは、ボート217と、反応管205の側壁との間の領域を、ボート217の下端側(他端側)に向かって流れる。その過程で塩素ラジカルは、ボート217のウエハ200間の隙間領域に流入する。
ウエハ200間の隙間領域に進出した塩素ラジカルは、ウエハ表面をエッチングする。ウエハ200をエッチングすることで生成される化合物は、ガスの流れに沿ってボート217の下端側に流れ、ガス排気管231から排気される。
以上のエッチング工程を、本例では、塩素ガスの流量を15sccm、水素ガスの流量を2500sccm、処理室201内温度を650℃、処理室圧力を19Paとして、5分間実施し、10Å程度のエッチングを行った。
【0040】
(第1パージ工程S7a)
次に、ガス供給管351のバルブ341を閉じ、処理室201内への塩素ガスの供給を停止する。一方、ガス供給管352のバルブ342は開いた状態を継続し、処理室201内へ水素ガスを流し続ける。水素ガスは、第1ノズル301の先端部からボート217の上端部と反応管205の上端部との間の領域に供給され、反応管205内を下降して、ガス排気管231から排気される。処理室201内に水素ガスを流すことで、エッチング工程S6完了後にウエハ200表面や処理室201内に残留している、エッチングガス(塩素ガス)や、エッチング反応物等を水素ガスとともにガス排気管231から排出する。残留する塩素成分を効率よく除去するためには、処理室201内温度を550℃以上、800℃未満とするのが好ましい。
以上の第1パージ工程を、本例では、水素ガスの流量を5000sccm、処理室201内温度を650℃、処理室圧力を40Paとして、10分間実施した。
【0041】
このように、本実施形態では、第1パージ工程S7aにおける処理室201内温度(650℃)を、少なくとも所定期間、エッチング工程S6における処理室201内温度(650℃)と同じにしている。これにより、エッチングガス成分(例えば、塩素成分)の除去効率が向上し、その後の成膜工程S10における成膜レート、成膜均一性を向上させることができる。また、処理室201内温度を変動させることなく、エッチング工程S6から第1パージ工程S7aへ移行することができ、スループットを向上させることができる。
また、第1パージ工程S7aの水素ガスの流量を、エッチング工程S6の水素ガスの流量よりも多くする、あるいは、第1パージ工程S7aの処理室圧力を、エッチング工程S6の処理室圧力よりも高くすると、残留する塩素成分を効率よく除去できるので好ましい。
【0042】
(エッチング工程S6と第1パージ工程S7aの繰り返し工程)
続いて、上述したエッチング工程S6と第1パージ工程S7aから構成される工程を、1回以上、好ましくは複数回、本例では10回程度、連続して繰り返し、計100Åのエッチングを行った。このように、エッチング工程S6と第1パージ工程S7aから構成される工程を繰り返すことにより、1回のエッチング工程S6におけるエッチング時間を短くすることができ、エッチング工程S6において基板表面に吸着していた塩素成分が、第1パージ工程S7aの水素パージで除去されるため、ウエハ200へのエッチングダメージを軽減できる。よって、その後に実施するSiのエピタキシャル選択成長、あるいはSiGeのエピタキシャル選択成長では、Pit等の欠陥の発生を抑制できるため、良質なエピタキシャル膜が得られる。なお、最後のエッチング工程S6の後の第1パージ工程S7aは、次にエッチングガスが供給されることがないため行わなくてもよく、最後のエッチング工程S6から次の第2パージ工程S7bに移行しても良い。
【0043】
(第2パージ工程S7b)
続いて、成膜工程S8より前に基板表面や処理室201内に残留している塩素成分を確実に除去するため、処理室201内が550℃以上、800℃未満となるように、ヒータ206の加熱度合いを調節し、第2パージ工程S7bを行う。この第2パージ工程S7bにおいては、ガス供給管352のバルブ342を開き処理室201内へ水素ガスを供給しつつ排気管231から排気する工程と、処理室201内へ水素ガスを供給しつつ排気を停止する工程とを、少なくとも1回以上実施する、好ましくは複数回実施するサイクルパージを行う。あるいは、処理室201内へ水素ガスを供給しつつ排気する工程と、処理室201内への水素ガス供給を停止した状態で排気する工程とを、少なくとも1回以上実施する、好ましくは複数回実施するサイクルパージを行う。また、第2パージ工程S7bでは、確実に塩素成分を除去するため第1パージ工程S7aより長い時間行うことが好ましい。
以上の第2パージ工程S7bを、本例では、水素ガスを供給しつつ排気する工程と水素ガスを供給しつつ排気を停止する工程とから構成される一連の工程を複数回繰り返すサイクルパージとして、水素ガスの流量を5000sccm、処理室201内温度を650℃、処理室圧力を0Paより大きく40Pa以下として、16分間実施した。このとき、サイクルパージを行う第2パージ工程S7bの最後の工程において、処理室201内温度を550℃とするのが好ましい。こうすると、次の降温工程S8に要する時間を短縮できる。
なお、第2パージ工程S7bは、プロセスにより実施しなくてもよい場合もあるが、塩素成分を除去するため、実施することが好ましい。第2パージ工程S7bを実施しない場合は、例えば複数回実施する第1パージ工程S7aの最後の工程において、処理室201内温度を550℃とするのが好ましい。こうすると、次の降温工程S8に要する時間を短縮できる。
また、第2パージ工程S7bを実施する場合は、上述したエッチング工程S6と第1パージ工程S7aの繰り返し工程において、最後のサイクルの第1パージ工程S7aを省略するようにしてもよい。
【0044】
(降温工程S8、温度安定工程S9)
次に、処理室201内が所望の成膜温度となるようにヒータ206の加熱度合いを調節する。このとき、処理室201内が400℃以上、800℃未満となるように、温度センサ263が検出した温度情報に基づき、ヒータ206への通電量が制御部240によってフィードバック制御される。
降温工程S8において、処理室201内の温度が安定するまで、例えば465℃になるまで待機する。このとき、650℃から550℃に下げるのに30分かけ、550℃から465℃に下げるのに1時間30分かけて、降温工程S8を2段階に分けて実施してもよい。こうすると、急に冷却することによりウエハ200とボート217との接触面からパーティクルが発生することを抑制することができる。
【0045】
(成膜工程S10)
次に、ウエハ200に成膜、すなわち、シリコン面へのエピタキシャル選択成長を行う。ガス供給管353のバルブ343を開き、第2ガス供給管312内に成膜ガスを流す。この成膜ガスは、例えばモノシランガスであり、MFC333により流量調整される。流量調整された成膜ガスは、第2ノズル302に入り、ヒータ206により加熱されながら第2ノズル302の先端部からボート217の上端部と反応管205の上端部との間の領域に供給され、反応管205内を下降して、ガス排気管231から排気される。
このとき、同時にガス供給管354のバルブ344を開き、第2ガス供給管312内に、キャリアガスとして水素(H2)ガスを流す。この水素ガスは、MFC334により流量調整される。流量調整された水素ガスは、第2ノズル302に入り、ヒータ206により加熱されながら成膜ガスと一緒に第2ノズル302の先端部からボート217の上端部と反応管205の上端部との間の領域に供給される。水素ガスは、処理室201内での成膜ガスの拡散を促しつつ、ガス排気管231から排気される。
なお、プロセスに応じて、このとき、ガス供給管356のバルブ346を開き、第1ノズル301から、塩化水素(HCl)ガスを流すこともできる。
【0046】
このとき、APCバルブ242を適正に調整して、処理室201内の圧力を、例えば10〜100Paの範囲内に設定する。ガス供給管353のMFC333を適正に調整して、モノシランガスの流量を、例えば0sccmより多く1000sccm以下の範囲内に設定する。ガス供給管354のMFC334を適正に調整して、水素ガスの流量を、例えば0sccmより多く2000sccm以下の範囲に設定する。また、プロセスに応じて、ガス供給管356のMFC336を適正に調整して、塩化水素ガスの流量を、例えば0sccmより多く500sccm以下の範囲内に設定する。
【0047】
処理室201内に供給された成膜ガスは、ボート217と、反応管205の側壁との間の領域を、ボート217の下端側(他端側)に向かって流れ、その過程で、ボート217のウエハ200間の隙間領域に流入する。こうして、ウエハ200のシリコン面へエピタキシャル成長が行われる。シリコン酸化膜等の絶縁体面は、エピタキシャル成長が開始されるまでの時間(インキュベーションタイム)が半導体面であるシリコン面よりも長いので、インキュベーションタイムが経過する前に成膜工程S10を終えることにより、シリコン面へのエピタキシャル選択成長が行われる。
反応に寄与しなかったガスは、ボート217の下端側に流れ、ガス排気管231から排気される。
以上の成膜工程を、本例では、処理室201内温度を465℃、処理室圧力を40Paとして実施した。
【0048】
以上説明したように、本実施形態では、エッチング工程S6で基板のSi面をエッチングする際には、処理室201内の圧力を成膜時よりも低圧(19Pa)にする。一方、成膜工程S10で基板上へ成膜する際には、処理室201内の圧力をエッチング時よりも高圧(40Pa)にするようにしている。
エッチング時には、成膜時にくらべて基板表面平坦度の面内均一性が悪化しがちであるが、上述したようにエッチング時の処理室201内圧力を低圧にすることでエッチング面内均一性を向上させることができる(図10参照)。一方、成膜時には処理室201内圧力を上げることで成膜レートを向上させることができる。つまり、エッチング時の圧力に成膜時の圧力を合せると成膜レートが遅くなるという問題点と、成膜時の圧力にエッチング時の圧力を合せるとエッチング均一性が悪化してしまうという問題点を解決することができる。
【0049】
また、本実施形態では、成膜工程S10における処理室201内温度(465℃)よりも、エッチング工程S6における処理室201内温度(650℃)を高くしている。これにより、図7と図8に示すように、エッチング力を高めつつ、エッチング面内均一性を向上させることができる。
【0050】
また、本実施形態において、第2パージ工程S7bにおける処理室201内温度を徐々に降下させ、エッチング工程S6における処理室201内温度(650℃)よりも低い、例えば550℃とすることもできる。こうすると、温度降下工程S8の所要時間を短縮でき、第2パージ工程S7bから成膜工程S10へ速やかに移行することができるため、スループットを向上させることができる。
なお、第2パージ工程S7bにおける処理室201内温度を徐々に降下させ、成膜工程S10における処理室201内温度(465℃)と同じになるようにしてもよい。このようにすると、成膜工程S10へ移行する際の温度降下工程S8を別途設ける必要がなくなるため、スループットをさらに向上させることができる。
また、本実施形態において、第2パージ工程S7bを行わない場合は、複数回実施する第1パージ工程S7aの最後の工程における処理室201内温度を、エッチング工程S6における処理室201内温度(650℃)よりも低い、例えば550℃とすることもでき、あるいは、成膜工程S10における処理室201内温度(465℃)と同じになるようにしてもよい。このようにすると、上述の第2パージ工程S7bにおける温度降下と同様に、スループットを向上させることができる。
【0051】
(第3パージ工程S11、大気圧復帰工程S12)
次に、ガス供給管353のバルブ343、ガス供給管354のバルブ344、ガス供給管356のバルブ346を閉じ、処理室201内へのモノシランガス、水素ガス、塩化水素ガスの供給を停止する。次に、ガス供給管355のバルブ345を開き、第2ガス供給管312に窒素(N2)ガス等の不活性ガスを流す。この窒素ガスは、MFC335により流量調節する。流量調整した不活性ガスは、第2ノズル302の先端部からボート217の上端部と反応管205の上端部との間の領域に供給されつつ、ガス排気管231から排気される。処理室201内に不活性ガスを流すことで、成膜工程S10完了後に処理室201内に残留する、モノシランガスや、反応生成物等を不活性ガスとともにガス排気管231から排出する。
【0052】
このようにして、処理室201内をパージして、処理室201内の雰囲気を不活性ガスで置換する(パージ工程S11)。処理室201内のパージが完了すると、ガス排気管231のAPCバルブ242の開度を調整しつつ処理室201内に不活性ガスを供給し、処理室201内の圧力を大気圧に復帰させる(大気圧復帰工程S12)。なお、ここでは、第2ノズル302を用いて処理室201内に不活性ガスを供給する例について説明したが、第1ノズル301を用いてもよく、少なくとも一方のノズルから不活性ガスを供給するようにすればよい。
【0053】
(ボートアンロード工程S13〜ウエハ搬出工程S15)
その後、回転機構254を停止させてウエハ200の回転を停止し、ボートエレベータ115を下降動作させシールキャップ219を下降させることでマニホールド209の下端を開口し、ボート217をマニホールド209の下方へ下降させて処理室201から搬出する(ボートアンロード工程S13)。続いて、ボート217に装填した状態のまま、ウエハ200が冷却されるまで待機する期間を設ける(ウエハ降温工程S14)。ウエハ200が冷却されると、ウエハ移載機106により処理済みのウエハ200をボート217から取り出し、ウエハカセット110に移載する(ウエハ搬出工程S15)。処理済ウエハ200が載置されたカセット110は、工場内搬送装置(図示略)によって基板処理装置101から取り出される。以上の工程(S1〜S15)により、本実施形態に係る基板処理工程が行われる。
【0054】
第1実施形態によれば、次の(1)〜(7)の効果のうち、少なくとも1つを奏する。
(1)エピタキシャル膜成長を行う際に、基板表面へのエッチングダメージを軽減して、良質なエピタキシャル膜を得ることができる。
(2)エッチング工程における処理室内の圧力を、成膜工程における処理室内の圧力よりも低くすることで、エッチング面内均一性を向上させることができ、一方、成膜時には処理室内圧力を上げることで成膜レートを向上させることができる。
(3)エッチング工程における処理室内の温度を、成膜工程における処理室内の温度以上とすることで、エッチング力を高めつつ、エッチング面内均一性を向上させることができる。また、成膜工程における処理室内の温度をエッチング工程における処理室内の温度以下とすることで、処理室内からの脱ガスに起因する汚染物質の基板表面への再付着を防止でき、基板表面の清浄度を保てるので、良質なエピタキシャル膜を得ることができる。
(4)第1パージ工程における水素含有ガスの単位時間当たりの供給量を、エッチング工程における水素含有ガスの単位時間当たりの供給量よりも多くすることで、第1パージ工程において、基板表面の残留塩素を除去することが容易となる。
(5)第1パージ工程における処理室内の圧力を、エッチング工程における処理室内の圧力よりも高くすることで、第1パージ工程において基板表面の残留塩素を除去することがより容易となる。
(6)エッチング工程における処理室内の温度を、第1パージ工程における処理室内の温度と同じ温度とすることで、エッチングガス成分である塩素成分の除去効率が向上し、その後の成膜工程における成膜レート、成膜均一性を向上させることができる。また、処理室内温度を変動させることなく、エッチング工程から第1パージ工程へ移行することができ、スループットを向上させることができる。
(7)エッチング工程後にサイクルパージを行うことで、基板表面や処理室内に残留している塩素成分を更に除去することができる。
【0055】
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について、図4を用いて説明する。図4は、本発明の第2実施形態における処理炉の概略構成図である
第2実施形態においては、ガス供給部が第1実施形態と異なっており、その他の構成は、第1の実施形態と同様であるので、適宜説明を省略する。
図4において、反応管205内には、第1ノズル301a〜第5ノズル301e、第6ノズル302a〜第10ノズル302eが設けられている。第1ノズル301a〜第5ノズル301e、第6ノズル302a〜第10ノズル302eは、マニホールド209の側壁を水平方向に貫通し、マニホールド209内で垂直方向に90度折れ曲り、反応管205の側壁とウエハ200との間の円弧状の空間を、ウエハ200の積載方向に沿って立ち上がるように設けられている。
【0056】
第1ノズル301a、第6ノズル302aは、その先端部(ガス下流端)がボート217の上端付近に配置され、ガス供給口が上方に向けて開口されており、ボート217の上端側からガスを供給するように構成されている。すなわち、第1ノズル301a、第6ノズル302aは、ボート217の上端と反応管205の上端との間の領域にガスを供給するように構成されている。
第2ノズル301b〜第5ノズル301e、第7ノズル302b〜第10ノズル302eは、その先端部(ガス下流端)が、ボート217の上端から下端に至る範囲において異なる位置(高さ)に配置され、ガス供給口が上方に向けて開口されており、それぞれの位置からガスを供給するように構成されている。
【0057】
このように、第1ノズル301aと第6ノズル302aの先端部は、処理室201内に搬送された基板保持具であるボート217の一端(上端)側の第1の位置に配置され、第2ノズル301bと第7ノズル302bの先端部は、前記第1の位置よりもボート217の他端(下端)側に近い第2の位置に配置され、第3ノズル301cと第8ノズル302cの先端部は、前記第2の位置よりもボート217の他端側に近い第3の位置に配置され、第4ノズル301dと第9ノズル302dの先端部は、前記第3の位置よりもボート217の他端側に近い第4の位置に配置され、第5ノズル301eと第10ノズル302eの先端部は、前記第4の位置よりもボート217の他端側に近い第5の位置に配置されている。
【0058】
第1ノズル301aの上流端には、第1ガス供給管311aの下流端が接続され、第2ノズル301bの上流端には、第2ガス供給管311bの下流端が接続され、第3ノズル301cの上流端には、第3ガス供給管311cの下流端が接続され、第4ノズル301dの上流端には、第4ガス供給管311dの下流端が接続され、第5ノズル301eの上流端には、第5ガス供給管311eの下流端が接続されている。
第6ノズル302aの上流端には、第6ガス供給管312aの下流端が接続され、第7ノズル302bの上流端には、第7ガス供給管312bの下流端が接続され、第8ノズル302cの上流端には、第8ガス供給管312cの下流端が接続され、第9ノズル302dの上流端には、第9ガス供給管312dの下流端が接続され、第10ノズル302eの上流端には、第10ガス供給管312eの下流端が接続されている。
【0059】
第1ガス供給管311aは、その上流でガス供給管351aとガス供給管352aとガス供給管356aに分岐している。ガス供給管351aには、上流方向から順に、エッチングガスとしての例えば塩素(Cl2)ガスの供給源321a、MFC331a、及び開閉弁であるバルブ341aが設けられている。
ガス供給管352aには、上流方向から順に、キャリアガスやパージガスとしての水素(H2)ガスの供給源322a、MFC332a、及びバルブ342aが設けられている。なお、キャリアガスとしては、窒素(N2)ガス等を用いることもできるが、本例では水素ガスを用い、キャリアガスとパージガスを兼用する。
ガス供給管356aには、上流方向から順に、プロセスに応じて成膜時に供給される塩化水素(HCl)ガスの供給源326a、MFC336a、及びバルブ346aが設けられている。
【0060】
同様に、第2ガス供給管311b(第3ガス供給管311c、第4ガス供給管311d、第5ガス供給管311e)は、その上流でガス供給管351b(351c、351d、351e)とガス供給管352b(352c、352d、352e)とガス供給管356b(356c、356d、356e)に分岐している。
ガス供給管351b(351c、351d、351e)には、上流方向から順に、エッチングガスとしての例えば塩素ガスの供給源321b(321c、321d、321e)、MFC331b(331c、331d、331e)、及び開閉弁であるバルブ341b(341c、341d、341e)が設けられている。
ガス供給管352b(352c、352d、352e)には、上流方向から順に、キャリアガスやパージガスとしての水素ガスの供給源322b(322c、322d、322e)、MFC332b(332c、332d、332e)、及びバルブ342b(342c、342d、342e)が設けられている
ガス供給管356b(356c、356d、356e)には、上流方向から順に、プロセスに応じて成膜時に供給される塩化水素(HCl)ガスの供給源326b(326c、326d、326e)、MFC336b(336c、336d、336e)、及びバルブ346b(346c、346d、346e)が設けられている。
【0061】
第6ガス供給管312aは、その上流でガス供給管353aとガス供給管354aに分岐している。ガス供給管353aには、上流方向から順に、成膜ガスの供給源323a、MFC333a、及びバルブ343aが設けられている。成膜ガスは、シリコン原料ガス、すなわちシリコン(Si)を含むシリコン含有ガスである成膜ガスであり、シリコン含有ガスとしては、例えばモノシラン(SiH4)、ジシラン(Si2H6)、ジクロロシラン(SiH2Cl2)等が挙げられる。本例では、シリコン含有ガスとしてモノシランガスを用いる。
ガス供給管354aには、上流方向から順に、キャリアガスとしての例えば水素(H2)ガスや窒素(N2)ガス等の供給源324a、MFC334a、及びバルブ344aが設けられている。本例では、キャリアガスとして水素ガスを用いる。
ガス供給管355aには、上流方向から順に、不活性ガスとしての例えば窒素(N2)ガス等の供給源325a、MFC335a、及びバルブ345aが設けられている。本例では、不活性ガスとして窒素ガスを用いる。
【0062】
同様に、第7ガス供給管312b(第8ガス供給管312c、第9ガス供給管312d、第10ガス供給管312e)は、その上流でガス供給管353b(353c、353d、353e)とガス供給管354b(354c、354d、354e)とガス供給管355b(355c、355d、355e)に分岐している。ガス供給管353b(353c、353d、353e)には、上流方向から順に、成膜ガスの供給源323b(323c、323d、323e)、MFC333b(333c、333d、333e)、及びバルブ343b(343c、343d、343e)が設けられている。供給源323b(323c、323d、323e)から供給される成膜ガスは、上述した供給源323aから供給される成膜ガスと同様のガスである。
【0063】
ガス供給管354b(354c、354d、354e)には、上流方向から順に、キャリアガスとしての例えば水素(H2)ガスや窒素(N2)ガス等の供給源324b(324c、324d、324e)、MFC334b(334c、334d、334e)、及びバルブ344b(344c、344d、344e)が設けられている。供給源324b(324c、324d、324e)から供給されるキャリアガスは、上述した供給源324aから供給されるキャリアガスと同様のガスである。
ガス供給管355b(355c、355d、355e)には、上流方向から順に、不活性ガスとしての例えば窒素(N2)ガス等の供給源325b(325c、325d、325e)、MFC335b(335c、335d、335e)、及びバルブ345b(345c、345d、345e)が設けられている。供給源325b(325c、325d、325e)から供給される不活性ガスは、上述した供給源325aから供給される不活性ガスと同様のガスである。
【0064】
本実施形態に係るガス供給部は、エッチングガス供給部とパージガス供給部と成膜ガス供給部と不活性ガス供給部から構成される。
エッチングガス供給部は、主に、第1ノズル301a〜第5ノズル301e、第1ガス供給管311a〜第5ガス供給管311e、ガス供給管351a〜351e、ガス供給管352a〜352e、及びガス供給管351a〜351eとガス供給管352a〜352eに設けられたガス供給源、MFC、バルブから構成される。
パージガス供給部は、主に、第1ノズル301a〜第5ノズル301e、第1ガス供給管311a〜第5ガス供給管311e、ガス供給管352a〜352e、及びガス供給管352a〜352eに設けられたガス供給源、MFC、バルブから構成される。
成膜ガス供給部は、主に、第6ノズル302a〜第10ノズル302e、第6ガス供給管312a〜第10ガス供給管312e、ガス供給管353a〜353e、ガス供給管354a〜354e、及びガス供給管353a〜353eとガス供給管354a〜354eに設けられたガス供給源、MFC、バルブから構成される。なお、成膜時においてシリコン含有ガスとともに塩化水素ガスを供給するプロセスの場合は、成膜ガス供給部として、塩化水素ガス供給源326a〜e、MFC336a〜e、バルブ346a〜eを加えることもできる。
不活性ガス供給部は、主に、第6ノズル302a〜第10ノズル302e、第6ガス供給管312a〜第10ガス供給管312e、ガス供給管355a〜355e、及びガス供給管355a〜355eに設けられたガス供給源、MFC、バルブから構成される。
【0065】
MFC331a〜336a、331b〜336b、331c〜336c、331d〜336d、331e〜336eは、それに流れるガスの流量を検出するとともに、流量を調節するガス流量制御装置である。MFC331a〜336a、331b〜336b、331c〜336c、331d〜336d、331e〜336e、及びバルブ341a〜346a、341b〜346b、341c〜346c、341d〜346d、341e〜346eには、制御部240が電気的に接続されており、供給するガスの流量が所望の流量となるよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【0066】
制御部240は、第1実施形態と同様に、操作部(図示略)、入出力部(図示略)を含む基板処理装置101を構成する各部に電気的に接続されており、基板処理装置101全体の動作、及び基板処理装置101を構成する各部の動作を制御する。
【0067】
次に、第2実施形態の基板処理装置において実施される半導体装置の製造工程の一工程である、基板処理工程について説明する。第2実施形態の基板処理工程は、第1実施形態の基板処理工程と、エッチング工程S6、第1パージ工程S7a、第2パージ工程S7b、選択成長工程S10、第3パージ工程S11の一部が異なり、他は第1実施形態と同様であるので、異なる点について説明し、他は説明を適宜省略する。
【0068】
(エッチング工程S6)
エッチング工程S6において、ガス供給管351a〜eのバルブ341a〜eを開き、第1ガス供給管311a〜第5ガス供給管311e内に塩素(Cl2)ガスを流す。この塩素ガスは、MFC331a〜eにより、それぞれ流量調整される。流量調整された塩素ガスは、第1ノズル301a〜第5ノズル301eに入り、ヒータ206により加熱されながら第1ノズル301a〜第5ノズル301eの先端部から反応管205内に供給され、反応管205内を下降して、ガス排気管231から排気される。その際、塩素ガスは、第1ノズル301aの先端部から、ボート217の上端部と反応管205の上端部との間の第1の位置に供給され、第2ノズル301bの先端部から、前記第1の位置よりもボート217の他端側に近い第2の位置に供給され、第3ノズル301cの先端部から、前記第2の位置よりもボート217の他端側に近い第3の位置に供給され、第4ノズル301dの先端部から、前記第3の位置よりもボート217の他端側に近い第4の位置に供給され、第5ノズル301eの先端部から、前記第4の位置よりもボート217の他端側に近い第5の位置に供給される。
【0069】
第2ノズル301bから途中供給する塩素ガスの流量は、第1ノズル301aから供給した塩素ガスが、第2ノズル301bの位置(第2の位置)に到達するまでに消費される量とすることが好ましい。同様に、第3ノズル301c〜第5ノズル301eから途中供給する塩素ガスの流量は、それぞれ、第3ノズル301c〜第5ノズル301eに到達するまでに消費された分だけを供給することが好ましい。このようにすると、複数のウエハ間のエッチング均一性を向上することができる。
また、第1ノズル301a以外のノズルからは、第1ノズル301aよりも流量を少なくし、それぞれ同程度の流量の塩素ガスを供給することが好ましい。このようにすると、ボート217の最上端のウエハ200の中央部まで、エッチングガスを到達させることが容易となり、ウエハ面内のエッチング均一性を向上することができる。
【0070】
このとき、同時にガス供給管352a〜eのバルブ342a〜eを開き、第1ガス供給管311a〜第5ガス供給管311e内に、キャリアガスとして水素(H2)ガスを流す。この水素ガスは、MFC332a〜eにより、それぞれ流量調整される。流量調整された水素ガスは、第1ノズル301a〜第5ノズル301eに入り、ヒータ206により加熱されながら塩素ガスと一緒に第1ノズル301a〜第5ノズル301eの先端部から反応管205内に供給される。水素ガスは、処理室201内での塩素ガスの拡散を促しつつ、ガス排気管231から排気される。
【0071】
このとき、APCバルブ242を適正に調整して、処理室201内の圧力を、例えば10〜100Paの範囲内に設定する。
以上のエッチング工程を、本例では、第1ノズル301aから供給する塩素ガスの流量を15sccm、第2ノズル301b〜第5ノズル301eから途中供給する塩素ガスの流量をそれぞれ4sccm、第1ノズル301aから供給する水素ガスの流量を2500sccm、第2ノズル301b〜第5ノズル301eから途中供給する水素ガスの流量をそれぞれ200sccm、処理室201内温度を650℃、処理室圧力を19Paとして、5分間実施し、10Å程度のエッチングを行った。
なお、水素ガスは、第1ノズル301aからだけ供給し、第2ノズル301b〜第5ノズル301eから途中供給しないようにすることもできるが、途中供給する方が、処理室201内での塩素ガスの拡散を促進するので好ましい。
以上説明したように、塩素ガスを供給するガスノズルを複数設け、塩素ガスを途中供給することにより、エッチング量の面内均一性(基板内の均一性)および面間均一性(複数の基板間の均一性)を向上することができる。
【0072】
(第1パージ工程S7a)
第1パージ工程S7aにおいては、ガス供給管351a〜eのバルブ341a〜eを閉じ、処理室201内への塩素ガスの供給を停止する。一方、ガス供給管352a〜eのバルブ342a〜eは開いた状態を継続し、処理室201内へ水素ガスを流し続ける。水素ガスは、第1ノズル301a〜第5ノズル301eの先端部から反応管205内に供給され、反応管205内を下降して、ガス排気管231から排気される。処理室201内に水素ガスを流すことで、エッチング工程S6完了後にウエハ200表面や処理室201内に残留する、エッチングガス(塩素ガス)、エッチング反応物等を水素ガスとともにガス排気管231から排出する。
以上の第1パージ工程を、本例では、第1ノズル301a〜第5ノズル301eから供給する水素ガスの流量を、それぞれ、5000sccm、処理室201内温度を650℃、処理室圧力を40Paとして、10分間実施した。
【0073】
(第2パージ工程S7b)
第1実施形態と同様に、エッチング工程S6と第1パージ工程S7aから構成される工程を、1回以上、好ましくは複数回実施した後、第2パージ工程S7bにおいて、基板表面や処理室201内に残留している塩素成分を更に除去するため、処理室201内が550℃以上、800℃未満となるように、ヒータ206の加熱度合いを調節し、第2パージ工程S7bを行う。この第2パージ工程S7bにおいては、ガス供給管352a〜eのバルブ342a〜eを開き処理室201内へ水素ガスを供給しつつ排気管231から排気する工程と、処理室201内へ水素ガスを供給しつつ排気を停止する工程とを、少なくとも1回以上実施する、好ましくは複数回実施するサイクルパージを行う。あるいは、処理室201内へ水素ガスを供給しつつ排気する工程と、処理室201内への水素ガス供給を停止した状態で排気する工程とを、少なくとも1回以上実施する、好ましくは複数回実施するサイクルパージを行う。
以上の第2パージ工程S7bを、本例では、水素ガスを供給しつつ排気する工程と水素ガスを供給しつつ排気を停止する工程とから構成される一連の工程を複数回繰り返すサイクルパージとして、第1ノズル301a〜第5ノズル301eから供給する水素ガスの流量を、それぞれ、5000sccm、処理室201内温度を650℃、処理室圧力を0Paより大きく40Pa以下として、16分間実施した。このとき、サイクルパージを行う第2パージ工程S7bの最後の工程において、処理室201内温度を550℃とするのが好ましい。こうすると、次の降温工程S8に要する時間を短縮できる。
なお、第2パージ工程S7bは、プロセスにより実施しなくてもよい場合もあるが、塩素成分を除去するため、実施することが好ましい。第2パージ工程S7bを実施しない場合は、例えば複数回実施する第1パージ工程S7aの最後の工程において、処理室201内温度を550℃とするのが好ましい。こうすると、次の降温工程S8に要する時間を短縮できる。
また、第2パージ工程S7bを実施する場合は、上述したエッチング工程S6と第1パージ工程S7aの繰り返し工程において、最後のサイクルの第1パージ工程S7aを省略するようにしてもよい。
【0074】
(成膜工程S10)
成膜工程S10において、ウエハ200に成膜、すなわち、シリコン面へのエピタキシャル選択成長を行う。ガス供給管353a〜eのバルブ343a〜eを開き、第6ガス供給管312a〜第10ガス供給管312e内に成膜ガスを流す。この成膜ガスは、例えばモノシランガスであり、それぞれMFC333a〜eにより流量調整される。流量調整された成膜ガスは、第6ノズル302a〜第10ノズル302eに入り、ヒータ206により加熱されながら第6ノズル302a〜第10ノズル302eの先端部から反応管205内に供給され、反応管205内を下降して、ガス排気管231から排気される。
このとき、同時にガス供給管354a〜eのバルブ344a〜eを開き、第6ガス供給管312a〜第10ガス供給管312e内に、キャリアガスとして水素(H2)ガスを流す。この水素ガスは、それぞれMFC334a〜eにより流量調整される。流量調整された水素ガスは、第6ノズル302a〜第10ノズル302eに入り、ヒータ206により加熱されながら成膜ガスと一緒に第6ノズル302a〜第10ノズル302eの先端部から反応管205内に供給される。水素ガスは、処理室201内での成膜ガスの拡散を促しつつ、ガス排気管231から排気される。
なお、プロセスに応じて、このとき、ガス供給管356a〜eのバルブ346a〜eの少なくとも1つを開き、第1ノズル301a〜第5ノズル301eの少なくとも1つから、塩化水素(HCl)ガスを流すこともできる。
【0075】
このとき、APCバルブ242を適正に調整して、処理室201内の圧力を、例えば0Paより大きく100Pa以下の範囲内に設定する。ガス供給管353a〜eのMFC333a〜eを適正に調整して、モノシランガスの流量を、それぞれ、例えば0より多く1000sccm以下の範囲内に設定する。ガス供給管354a〜eのMFC334a〜eを適正に調整して、水素ガスの流量を、それぞれ、例えば0より多く2000sccm以下の範囲に設定する。また、プロセスに応じて、ガス供給管356a〜eのMFC336a〜eを適正に調整して、塩化水素ガスの流量を、それぞれ、例えば0より多く500sccm以下の範囲内に設定する。
【0076】
処理室201内に供給された成膜ガスは、ボート217と、反応管205の側壁との間の領域を、ボート217の下端側(他端側)に向かって流れ、その過程で、ボート217のウエハ200間の隙間領域に流入して、ウエハ200のシリコン面へエピタキシャル成長が行われる。反応に寄与しなかったガスは、ボート217の下端側に流れ、ガス排気管231から排気される。
以上の成膜工程を、本例では、処理室201内温度を465℃、処理室圧力を40Paとして実施した。
【0077】
(第3パージ工程S11)
第3パージ工程S11において、ガス供給管353a〜eのバルブ343a〜e、ガス供給管354a〜eのバルブ344a〜e、ガス供給管356a〜eのバルブ346a〜eを閉じ、処理室201内へのモノシランガス、水素ガス、塩化水素ガスの供給を停止する。次に、ガス供給管355a〜eのバルブ345a〜eを開き、第6ノズル302a〜第10ノズル302eに窒素(N2)ガス等の不活性ガスを流す。この窒素ガスは、MFC335a〜eにより流量調節する。流量調整した不活性ガスは、第6ノズル302a〜第10ノズル302eの先端部から反応管205内に供給されつつ、ガス排気管231から排気される。処理室201内に不活性ガスを流すことで、成膜工程S10完了後に処理室201内に残留する、モノシランガスや、反応生成物等を不活性ガスとともにガス排気管231から排出する。
このようにして、処理室201内をパージして、処理室201内の雰囲気を不活性ガスで置換する。
【0078】
第2実施形態によれば、第1実施形態の効果と、次の(1)〜(2)の効果のうち、少なくとも1つを奏する。
(1)塩素ガスを供給するガスノズルを複数設け、塩素ガスを途中供給することにより、エッチング量の面内均一性(基板内の均一性)および面間均一性(複数の基板間の均一性)を向上することができる。
(2)ボート上端部の第1ノズルからは、第1ノズル以外のノズルよりも塩素ガスの流量を多く供給することで、ボート最上端のウエハの中央部まで、エッチングガスを到達させることが容易となり、ウエハ面内のエッチング均一性を向上することができる。
【0079】
なお、上述した第1実施形態、第2実施形態においては、縦型装置を用いて、複数の基板を一度に処理しているが、縦型装置に限られるものではなく、例えば枚葉装置を用いて、1数ないし数枚の基板を一度に処理することもできる。
また、上述した第1実施形態、第2実施形態においては、Siの選択成長について説明したが、SiGeの選択成長にも適用可能である。その場合は、成膜工程において、GeH4ガスを0sccmより多く500sccm以下の範囲で供給すればよい。
【0080】
本発明は、少なくとも以下のような側面から捉えることができる。
本発明の第1の側面は、
表面に絶縁体面と半導体面とを有する基板を処理室内に搬送する工程と、
前記処理室内に搬送された基板に対し、水素含有ガスと塩素含有ガスとを供給し、前記基板の前記半導体面をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチングされた基板に対し、水素含有ガスを供給して基板表面の残留塩素を除去する第1パージ工程と、
前記残留塩素を除去された基板に対し、シリコン含有ガスを供給して前記基板の半導体面にシリコン含有膜を形成する成膜工程とを備え、
前記エッチング工程と第1パージ工程とを含む工程を2回以上連続して実施する半導体装置の製造方法。
このようにすると、エピタキシャル膜成長を行う際に、基板表面へのエッチングダメージを軽減して、良質なエピタキシャル膜を得ることができる。
【0081】
本発明の第2の側面は、前記第1の側面における半導体装置の製造方法であって、
前記エッチング工程における前記処理室内の圧力は、前記成膜工程における前記処理室内の圧力よりも低い半導体装置の製造方法。
このようにすると、エッチング時の処理室内圧力を低圧にすることでエッチング面内均一性を向上させることができ、一方、成膜時には処理室内圧力を上げることで成膜レートを向上させることができる。
【0082】
本発明の第3の側面は、前記第1の側面又は第2の側面における半導体装置の製造方法であって、
前記第1パージ工程における前記水素含有ガスの単位時間当たりの供給量は、前記エッチング工程における前記水素含有ガスの単位時間当たりの供給量よりも多い半導体装置の製造方法。
このようにすると、第1パージ工程において、基板表面の残留塩素を除去することがより容易となる。
【0083】
本発明の第4の側面は、前記第1の側面ないし第3の側面における半導体装置の製造方法であって、
前記第1パージ工程における前記処理室内の圧力は、前記エッチング工程における前記処理室内の圧力よりも高い半導体装置の製造方法。
このようにすると、第1パージ工程において、基板表面の残留塩素を除去することがより容易となる。
【0084】
本発明の第5の側面は、前記第1の側面ないし第4の側面における半導体装置の製造方法であって、
前記エッチング工程における前記処理室内の温度は、前記成膜工程における前記処理室内の温度以上である半導体装置の製造方法。
このようにすると、エッチング力を高めつつ、エッチング面内均一性を向上させることができる。
【0085】
本発明の第6の側面は、前記第1の側面ないし第5の側面における半導体装置の製造方法であって、
前記エッチング工程における前記処理室内の温度は、前記第1パージ工程における前記処理室内の温度と同じ温度である半導体装置の製造方法。
このようにすると、エッチングガス成分である塩素成分の除去効率が向上し、その後の成膜工程における成膜レート、成膜均一性を向上させることができる。また、処理室内温度を変動させることなく、エッチング工程から第1パージ工程へ移行することができ、スループットを向上させることができる。
【0086】
本発明の第7の側面は、
表面に絶縁体面と半導体面とを有する基板を複数、基板保持具に積載して処理室内に搬送する工程と、
前記処理室内に搬送された基板保持具の一端側から水素含有ガスと塩素含有ガスとを供給するとともに、前記基板保持具の他端側から前記処理室内の雰囲気を排気して、前記基板の前記半導体面をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチングされた基板に対し、前記基板保持具の一端側から水素含有ガスを供給するとともに、前記基板保持具の他端側から前記処理室内の雰囲気を排気して、基板表面の残留塩素を除去する第1パージ工程と、
前記残留塩素を除去された基板に対し、前記基板保持具の一端側からシリコン含有ガスを供給するとともに、前記基板保持具の他端側から前記処理室内の雰囲気を排気して、前記基板の半導体面にシリコン含有膜を形成する成膜工程とを備え、
前記エッチング工程と第1パージ工程とを含む工程を2回以上連続して実施する半導体装置の製造方法。
このようにすると、基板保持具に積載された複数の基板に対しエピタキシャル膜成長を行う際に、基板表面へのエッチングダメージを軽減して、良質なエピタキシャル膜を得ることができる。
【0087】
本発明の第8の側面は、
表面に絶縁体面と半導体面とを有する基板を複数、基板保持具に積載して処理室内に搬送する工程と、
前記処理室内に搬送された基板保持具の一端側の第1の位置から水素含有ガスと塩素含有ガスとを供給し、前記第1の位置よりも前記基板保持具の他端側に近い第2の位置から少なくとも塩素含有ガスを供給するとともに、前記基板保持具の他端側から前記処理室内の雰囲気を排気して、前記基板の前記半導体面をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチングされた基板に対し、前記第1の位置と第2の位置から水素含有ガスを供給するとともに、前記基板保持具の他端側から前記処理室内の雰囲気を排気して、基板表面の残留塩素を除去する第1パージ工程と、
前記残留塩素を除去された基板に対し、前記基板保持具の一端側からシリコン含有ガスを供給するとともに、前記基板保持具の他端側から前記処理室内の雰囲気を排気して、前記基板の半導体面にシリコン含有膜を形成する成膜工程とを備え、
前記エッチング工程と第1パージ工程とを含む工程を2回以上連続して実施する半導体装置の製造方法。
このようにすると、基板保持具に積載された複数の基板に対しエピタキシャル膜成長を行う際に、基板表面へのエッチングダメージを軽減して、良質なエピタキシャル膜を得ることができる。
【0088】
本発明の第9の側面は、
表面に絶縁体面と半導体面とを有する基板を複数、基板保持具に積載して処理室内に搬送する工程と、
前記処理室内に搬送された基板保持具の一端側の第1の位置から水素含有ガスと塩素含有ガスとを供給し、前記第1の位置よりも前記基板保持具の他端側に近い第2の位置から、水素含有ガスと前記第1の位置から供給される塩素含有ガスよりも少ない供給量で塩素含有ガスを供給するとともに、前記基板保持具の他端側から前記処理室内の雰囲気を排気して、前記基板の前記半導体面をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチングされた基板に対し、前記第1の位置と第2の位置から水素含有ガスを供給するとともに、前記基板保持具の他端側から前記処理室内の雰囲気を排気して、基板表面の残留塩素を除去する第1パージ工程と、
前記残留塩素を除去された基板に対し、前記基板保持具の一端側からシリコン含有ガスを供給するとともに、前記基板保持具の他端側から前記処理室内の雰囲気を排気して、前記基板の半導体面にシリコン含有膜を形成する成膜工程とを備え、
前記エッチング工程と第1パージ工程とを含む工程を2回以上連続して実施する半導体装置の製造方法。
このようにすると、基板保持具に積載された複数の基板に対しエピタキシャル膜成長を行う際に、基板表面へのエッチングダメージを軽減して、良質なエピタキシャル膜を得ることができる。
【0089】
本発明の第10の側面は、
表面に絶縁体面と半導体面とを有する基板を処理室内に搬送する工程と、
前記処理室内に搬送された基板に対し、水素含有ガスと塩素含有ガスとを供給し、前記基板の前記半導体面をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチングされた基板に対し、水素含有ガスを供給して基板表面の残留塩素を除去する第1パージ工程と、
前記処理室内へ水素含有ガスを供給しつつ排気する工程と、前記処理室内へ水素含有ガスを供給しつつ排気を停止する工程とを少なくとも1回以上実施するか、又は、前記処理室内へ水素含有ガスを供給しつつ排気する工程と、前記処理室内への前記水素含有ガス供給を停止した状態で排気する工程とを、少なくとも1回以上実施する第2パージ工程と、
前記残留塩素を除去された基板に対し、シリコン含有ガスを供給して前記基板の半導体面にシリコン含有膜を形成する成膜工程とを備え、
前記エッチング工程と第1パージ工程とを含む工程を2回以上連続して実施する半導体装置の製造方法。
このようにすると、エピタキシャル膜成長を行う際に、基板表面へのエッチングダメージを軽減するとともに、成膜工程前に残留塩素を除去することが容易となり、良質なエピタキシャル膜を得ることができる。
【0090】
本発明の第11の側面は、前記第10の側面における半導体装置の製造方法であって、
前記第1パージ工程における前記処理室への前記水素含有ガスの単位時間当たりの供給量は、前記第2パージ工程における前記水素含有ガスの単位時間当たりの供給量よりも多い半導体装置の製造方法。
【0091】
本発明の第12の側面は、
表面に絶縁体面と半導体面とを有する基板を処理室内に搬送する工程と、
前記処理室内に搬送された基板に対し、水素含有ガスと塩素含有ガスとを供給し、前記基板の前記半導体面をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチングされた基板に対し、水素含有ガスを供給して基板表面の残留塩素を除去する第1パージ工程とを備え、
前記エッチング工程と第1パージ工程とを含む工程を2回以上連続して実施するエッチング方法。
このようにすると、基板表面へのエッチングダメージを軽減することができる。
【0092】
本発明の第13の側面は、
表面に絶縁体面と半導体面とを有する基板を処理する処理室と、
前記処理室内へ水素含有ガスと塩素含有ガスとを供給するエッチングガス供給部と、
前記処理室内へ基板表面の残留塩素を除去する水素含有ガスを供給するパージガス供給部と、
前記処理室内へシリコン含有ガスを供給する成膜ガス供給部と、
前記エッチングガス供給部から水素含有ガスと塩素含有ガスとを供給するエッチング工程と前記パージガス供給部から水素含有ガスを供給する第1パージ工程とを含む工程を2回以上連続して実施し、その後、前記成膜ガス供給部からシリコン含有ガスを供給する成膜工程を実施するよう制御する制御部と、
を有する基板処理装置。
このようにすると、エピタキシャル膜成長を行う際に、基板表面へのエッチングダメージを軽減して、良質なエピタキシャル膜を得ることができる。
【符号の説明】
【0093】
101・・基板処理装置、106・・ウエハ移載機、110・・ウエハカセット、115・・ボートエレベータ、165・・ガス供給管、200・・基板、201・・処理室、202・・処理炉、205・・反応管、206・・ヒータ、209・・マニホールド、217・・ボート、219・・シールキャップ、231・・ガス排気管、240・・制御部、242・・APCバルブ、243・・圧力センサ、246・・真空ポンプ、254・・回転機構、263・・温度センサ、300・・ガス供給部、301・・第1ガスノズル、302・・第2ガスノズル、321・・エッチングガス供給源、322・・キャリアガス供給源、323・・成膜ガス供給源、324・・キャリアガス供給源、325・・不活性ガス供給源、326・・塩化水素ガス供給源、331〜336・・MFC、341〜346・・バルブ。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
表面に絶縁体面と半導体面とを有する基板を処理室内に搬送する工程と、
前記処理室内に搬送された基板に対し、水素含有ガスと塩素含有ガスとを供給し、前記基板の前記半導体面をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチングされた基板に対し、水素含有ガスを供給して基板表面の残留塩素を除去する第1パージ工程と、
前記残留塩素を除去された基板に対し、シリコン含有ガスを供給して前記基板の半導体面にシリコン含有膜を形成する成膜工程とを備え、
前記エッチング工程と第1パージ工程とを含む工程を2回以上連続して実施する半導体装置の製造方法。
【請求項2】
請求項1に記載した半導体装置の製造方法であって、
前記エッチング工程における前記処理室内の圧力は、前記成膜工程における前記処理室内の圧力よりも低い半導体装置の製造方法。
【請求項3】
表面に絶縁体面と半導体面とを有する基板を複数、基板保持具に積載して処理室内に搬送する工程と、
前記処理室内に搬送された基板保持具の一端側から水素含有ガスと塩素含有ガスとを供給するとともに、前記基板保持具の他端側から前記処理室内の雰囲気を排気して、前記基板の前記半導体面をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチングされた基板に対し、前記基板保持具の一端側から水素含有ガスを供給するとともに、前記基板保持具の他端側から前記処理室内の雰囲気を排気して、基板表面の残留塩素を除去する第1パージ工程と、
前記残留塩素を除去された基板に対し、前記基板保持具の一端側からシリコン含有ガスを供給するとともに、前記基板保持具の他端側から前記処理室内の雰囲気を排気して、前記基板の半導体面にシリコン含有膜を形成する成膜工程とを備え、
前記エッチング工程と第1パージ工程とを含む工程を2回以上連続して実施する半導体装置の製造方法。
【請求項4】
表面に絶縁体面と半導体面とを有する基板を処理室内に搬送する工程と、
前記処理室内に搬送された基板に対し、水素含有ガスと塩素含有ガスとを供給し、前記基板の前記半導体面をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチングされた基板に対し、水素含有ガスを供給して基板表面の残留塩素を除去する第1パージ工程と、
前記処理室内へ水素含有ガスを供給しつつ排気する工程と、前記処理室内へ水素含有ガスを供給しつつ排気を停止する工程とを少なくとも1回以上実施するか、又は、前記処理室内へ水素含有ガスを供給しつつ排気する工程と、前記処理室内への前記水素含有ガス供給を停止した状態で排気する工程とを、少なくとも1回以上実施する第2パージ工程と、
前記残留塩素を除去された基板に対し、シリコン含有ガスを供給して前記基板の半導体面にシリコン含有膜を形成する成膜工程とを備え、
前記エッチング工程と第1パージ工程とを含む工程を2回以上連続して実施する半導体装置の製造方法。
【請求項5】
表面に絶縁体面と半導体面とを有する基板を処理する処理室と、
前記処理室内へ水素含有ガスと塩素含有ガスとを供給するエッチングガス供給部と、
前記処理室内へ基板表面の残留塩素を除去する水素含有ガスを供給するパージガス供給部と、
前記処理室内へシリコン含有ガスを供給する成膜ガス供給部と、
前記エッチングガス供給部から水素含有ガスと塩素含有ガスとを供給するエッチング工程と前記パージガス供給部から水素含有ガスを供給する第1パージ工程とを含む工程を2回以上連続して実施し、その後、前記成膜ガス供給部からシリコン含有ガスを供給する成膜工程を実施するよう制御する制御部と、
を有する基板処理装置。
【請求項1】
表面に絶縁体面と半導体面とを有する基板を処理室内に搬送する工程と、
前記処理室内に搬送された基板に対し、水素含有ガスと塩素含有ガスとを供給し、前記基板の前記半導体面をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチングされた基板に対し、水素含有ガスを供給して基板表面の残留塩素を除去する第1パージ工程と、
前記残留塩素を除去された基板に対し、シリコン含有ガスを供給して前記基板の半導体面にシリコン含有膜を形成する成膜工程とを備え、
前記エッチング工程と第1パージ工程とを含む工程を2回以上連続して実施する半導体装置の製造方法。
【請求項2】
請求項1に記載した半導体装置の製造方法であって、
前記エッチング工程における前記処理室内の圧力は、前記成膜工程における前記処理室内の圧力よりも低い半導体装置の製造方法。
【請求項3】
表面に絶縁体面と半導体面とを有する基板を複数、基板保持具に積載して処理室内に搬送する工程と、
前記処理室内に搬送された基板保持具の一端側から水素含有ガスと塩素含有ガスとを供給するとともに、前記基板保持具の他端側から前記処理室内の雰囲気を排気して、前記基板の前記半導体面をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチングされた基板に対し、前記基板保持具の一端側から水素含有ガスを供給するとともに、前記基板保持具の他端側から前記処理室内の雰囲気を排気して、基板表面の残留塩素を除去する第1パージ工程と、
前記残留塩素を除去された基板に対し、前記基板保持具の一端側からシリコン含有ガスを供給するとともに、前記基板保持具の他端側から前記処理室内の雰囲気を排気して、前記基板の半導体面にシリコン含有膜を形成する成膜工程とを備え、
前記エッチング工程と第1パージ工程とを含む工程を2回以上連続して実施する半導体装置の製造方法。
【請求項4】
表面に絶縁体面と半導体面とを有する基板を処理室内に搬送する工程と、
前記処理室内に搬送された基板に対し、水素含有ガスと塩素含有ガスとを供給し、前記基板の前記半導体面をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチングされた基板に対し、水素含有ガスを供給して基板表面の残留塩素を除去する第1パージ工程と、
前記処理室内へ水素含有ガスを供給しつつ排気する工程と、前記処理室内へ水素含有ガスを供給しつつ排気を停止する工程とを少なくとも1回以上実施するか、又は、前記処理室内へ水素含有ガスを供給しつつ排気する工程と、前記処理室内への前記水素含有ガス供給を停止した状態で排気する工程とを、少なくとも1回以上実施する第2パージ工程と、
前記残留塩素を除去された基板に対し、シリコン含有ガスを供給して前記基板の半導体面にシリコン含有膜を形成する成膜工程とを備え、
前記エッチング工程と第1パージ工程とを含む工程を2回以上連続して実施する半導体装置の製造方法。
【請求項5】
表面に絶縁体面と半導体面とを有する基板を処理する処理室と、
前記処理室内へ水素含有ガスと塩素含有ガスとを供給するエッチングガス供給部と、
前記処理室内へ基板表面の残留塩素を除去する水素含有ガスを供給するパージガス供給部と、
前記処理室内へシリコン含有ガスを供給する成膜ガス供給部と、
前記エッチングガス供給部から水素含有ガスと塩素含有ガスとを供給するエッチング工程と前記パージガス供給部から水素含有ガスを供給する第1パージ工程とを含む工程を2回以上連続して実施し、その後、前記成膜ガス供給部からシリコン含有ガスを供給する成膜工程を実施するよう制御する制御部と、
を有する基板処理装置。
【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】
【公開番号】特開2012−146741(P2012−146741A)
【公開日】平成24年8月2日(2012.8.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−2197(P2011−2197)
【出願日】平成23年1月7日(2011.1.7)
【出願人】(000001122)株式会社日立国際電気 (5,007)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年8月2日(2012.8.2)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年1月7日(2011.1.7)
【出願人】(000001122)株式会社日立国際電気 (5,007)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]