半導体装置の製造方法及び基板処理装置
【課題】平坦度や膜厚均一性が向上した不純物ドープトシリコン膜を成膜できる基板処理技術を提供する。
【解決手段】金属膜と該金属膜の表面の少なくとも一部に金属酸化膜が形成された基板を処理室内へ搬入する工程と、前記基板を収容した処理室内へ不純物含有ガスを供給し、前記金属酸化膜を除去する酸化膜除去工程と、前記処理室内に前記不純物含有ガスおよびシリコン含有ガスを供給し、前記金属膜上に不純物が添加されたシリコン含有膜を形成するシリコン含有膜形成工程と、前記シリコン含有膜が形成された基板を処理室内から搬出する工程とから、半導体装置の製造方法を構成する。
【解決手段】金属膜と該金属膜の表面の少なくとも一部に金属酸化膜が形成された基板を処理室内へ搬入する工程と、前記基板を収容した処理室内へ不純物含有ガスを供給し、前記金属酸化膜を除去する酸化膜除去工程と、前記処理室内に前記不純物含有ガスおよびシリコン含有ガスを供給し、前記金属膜上に不純物が添加されたシリコン含有膜を形成するシリコン含有膜形成工程と、前記シリコン含有膜が形成された基板を処理室内から搬出する工程とから、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、半導体素子を含む集積回路が作り込まれる半導体ウェハ（以下、ウェハという。）等の基板を処理する半導体装置（ＩＣ：Integrated Circuit）の製造方法及び基板処理装置に関し、特に、シリコン含有薄膜を形成する半導体装置の製造方法及び基板処理装置に関し、就中、減圧ＣＶＤ法（化学気相成長法：Chemical Vapor Deposition）やＡＬＤ法（原子成長法：Atomic Layer Deposition）によって、低温ポリシリコン膜又は低温アモルファスシリコン膜を成膜する半導体装置の製造方法及び基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣ、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等の半導体装置（デバイス）を製造する工程においては、例えば減圧ＣＶＤ法により縦型減圧ＣＶＤ装置を用いて、基板上に薄膜を形成することが行われている。近年、半導体デバイスの微細化、大容量化に伴い、半導体ＬＳＩであるＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）において、容量膜には高誘電率（Ｈｉｇｈ―ｋ）絶縁材料が用いられ、配線にＣｕ、バリアメタルにＴｉなど、電極周りにはメタル材が用いられるようになっている。これに伴い、デバイスの性能向上および劣化防止のために、電極接合部の製造プロセスの低温化や電極接合部の低抵抗化が必須となっている。また量産においては、そのような低温プロセスにおける成膜時の膜質や膜厚の安定性が、デバイスの生産性を向上させるうえで非常に重要となってくる。
【０００３】
プロセス温度の低温化は、浅い接合におけるドーパントの拡散防止のために必要である。シリコン膜を成膜する際に温度を下げる方法としては、シリコン系ガスとホウ素含有ガスを交互または同時供給することにより、成長させる温度を低くできることが分かっている。このように、５００度以下の低温で成膜すると、ロジック・トランジスタやメモリキャパシタの劣化を抑えることが可能である。
【０００４】
電極接合部の低抵抗化のためには、メタル膜（金属膜）上の自然酸化膜（メタル酸化物）の低減や除去が必要である。例えば、導電膜やバリアなどのメタル膜上に導電性のドープトシリコン膜を成膜する際には、メタル膜上のメタル酸化物が無いこと、もしくは除去されていることが重要である。メタル膜上のメタル酸化物が無いと、電気抵抗が低減され、デバイスが低消費電力化され、または、電気特性の劣化が防止され、より高速かつ微細なＬＳＩを作製することができる。
したがって、メタル膜上に低温アモルファスシリコン膜やポリシリコン膜やエピタキシャル膜を生成して、ソース、ドレインや、電極膜を形成する際に、メタル膜上のメタル酸化物を除去することが必要となる。
【０００５】
また、ドープトシリコン膜を成膜する際には、膜自体の電気特性を良好に保つため、均一な厚さで平坦に成膜できることが非常に重要である。図６は、従来技術におけるシリコン膜の成長を示す模式図である。図６（ａ）において、窒化チタン（ＴｉＮ）膜４１の表面上に、例えばシラン（ＳｉＨ４）ガスが供給され、シリコン（Ｓｉ）核４２が付着すると、図６（ｂ）から図６（ｃ）に示すように、シリコン核４２の周囲にシリコン膜４３が成長する。しかし、シリコン核４２間の隙間が大きいため、シリコン膜４３の表面は平坦にならない。
【０００６】
下記の特許文献１には、基板上に所望の薄膜を生成する前に、ガス供給手段から少なくとも三塩化ホウ素ガスを処理室内に供給し、基板上に生成されている自然酸化膜の除去を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３０００１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
現状では、シリコン系ガスとホウ素系ガスなどを用いて、基板上の金属膜上に、ホウ素等の不純物が添加されたドープトシリコン膜を成膜する場合において、成長初期に島状にシリコンの核成長が始まり、成長後の膜は、核成長したところが厚く、しないところが薄くなり、凹凸の大きな膜表面となってしまい、均一な厚さで平坦に成膜できない問題が生じる。このため、膜自体の電気特性の悪化が顕著となる。これは特にシリコン膜を薄くするほど顕著となり、量産レベルでは通常数％以下の平坦度（ラフネス）が必要であることから、大幅な凹凸ばらつきの均一性改善が求められている。この問題は、上述の公知文献１のように自然酸化膜を除去するだけでは解決できない。
本発明の目的は、平坦度や膜厚均一性が向上した不純物ドープトシリコン膜を安定して得ることが可能な半導体装置の製造方法や基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するための、本発明に係る半導体装置の製造方法の代表的な構成は、次のとおりである。
金属膜と該金属膜の表面の少なくとも一部に金属酸化膜が形成された基板を処理室内へ搬入する工程と、
前記基板を収容した処理室内へ不純物含有ガスを供給し、前記金属酸化膜を除去する酸化膜除去工程と、
前記処理室内に前記不純物含有ガスおよびシリコン含有ガスを供給し、前記金属膜上に不純物が添加されたシリコン含有膜を形成するシリコン含有膜形成工程と、
前記シリコン含有膜が形成された基板を処理室内から搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
【００１０】
また、本発明に係る基板処理装置の代表的な構成は、次のとおりである。
金属膜と該金属膜の表面の少なくとも一部に金属酸化膜が形成された基板を収容する処理室と、
前記処理室へ不純物含有ガスを供給する第１ガス供給部と、
前記処理室へシリコン含有ガスを供給する第２ガス供給部と、
前記処理室からガスを排気するガス排気部と、
前記基板を収容した処理室内へ前記第１ガス供給部から不純物含有ガスを供給して前記金属酸化膜を除去し、その後、前記処理室内へ前記第１ガス供給部から不純物含有ガスを供給しつつ、前記第２ガス供給部からシリコン含有ガスを供給して不純物が添加されたシリコン含有膜を前記金属膜上に形成するよう制御する制御部と、を有する基板処理装置。
【発明の効果】
【００１１】
上記の半導体装置の製造方法や基板処理装置の構成によれば、平坦度や膜厚均一性が向上した不純物ドープトシリコン膜を成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例における基板処理装置の概略斜視図である。
【図２】本発明の実施例における基板処理装置の概略の部分垂直断面図である。
【図３】本発明の実施例における処理炉の概略垂直断面図である。
【図４】本発明の１実施例におけるシリコン膜の成長を示す模式図である。
【図５】本発明の他の実施例におけるシリコン膜の成長を示す模式図である。
【図６】従来技術におけるシリコン膜の成長を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施例における基板処理装置を説明する。本実施例における基板処理装置は、一例として、半導体装置の製造方法における処理工程を実施する半導体製造装置として構成されている。以下の説明では、基板処理装置として、基板に酸化、拡散処理やＣＶＤ処理などを行うバッチ式縦型半導体製造装置（以下、単に処理装置という）を適用した場合について述べる。
【００１４】
図１に示されているように、シリコン等からなる基板であるウェハ２００を収納したウェハキャリアとしてのカセット１１０が使用されている処理装置１０１は、筐体１１１を備えている。筐体１１１の正面壁１１１ａの下方にはメンテナンス可能なように設けられた開口部としての正面メンテナンス口１０３が開設され、この正面メンテナンス口１０３を開閉する正面メンテナンス扉１０４が建て付けられている。メンテナンス扉１０４には、カセット搬入搬出口（基板収容器搬入搬出口）１１２が筐体１１１内外を連通するように開設されており、カセット搬入搬出口１１２はフロントシャッタ（基板収容器搬入搬出口開閉機構）１１３によって開閉されるようになっている。カセット搬入搬出口１１２の筐体１１１内側にはカセットステージ（基板収容器受渡し台）１１４が設置されている。カセット１１０は、カセットステージ１１４上に工程内搬送装置（図示せず）によって搬入され、かつまた、カセットステージ１１４上から搬出されるようになっている。カセットステージ１１４は、工程内搬送装置によって、カセット１１０内のウェハ２００が垂直姿勢となり、カセット１１０のウェハ出し入れ口が上方向を向くように載置されるように構成されている。
【００１５】
筐体１１１内の前後方向の略中央下部には、カセット棚（基板収容器載置棚）１０５が設置されており、カセット棚１０５は複数段複数列にて複数個のカセット１１０を保管し、カセット１１０内のウェハ２００を出し入れする可能となるように配置されている。カセット棚１０５は、スライドステージ（水平移動機構）１０６上に横行可能に設置されている。また、カセット棚１０５の上方にはバッファ棚（基板収容器保管棚）１０７が設置されており、カセット１１０を保管するように構成されている。
【００１６】
カセットステージ１１４とカセット棚１０５との間には、カセット搬送装置（基板収容器搬送装置）１１８が設置されている。カセット搬送装置１１８は、カセット１１０を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ（基板収容器昇降機構）１１８ａと搬送機構としてのカセット搬送機構（基板収容器搬送機構）１１８ｂとで構成されており、カセットエレベータ１１８ａとカセット搬送機構１１８ｂとの連続動作により、カセットステージ１１４、カセット棚１０５、バッファ棚１０７との間で、カセット１１０を搬送するように構成されている。
【００１７】
カセット棚１０５の後方には、ウェハ移載機構（基板移載機構）１２５が設置されており、ウェハ移載機構１２５は、ウェハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウェハ移載装置（基板移載装置）１２５ａおよびウェハ移載装置１２５ａを昇降させるためのウェハ移載装置エレベータ（基板移載装置昇降機構）１２５ｂとで構成されている。図１に模式的に示されているように、ウェハ移載装置エレベータ１２５ｂは、筐体１１１左側端部に設置されている。これら、ウェハ移載装置エレベータ１２５ｂおよびウェハ移載装置１２５ａの連続動作により、ウェハ移載装置１２５ａのツイーザ（基板保持体）１２５ｃをウェハ２００の載置部として、ボート２１７に対して、ウェハ２００を装填（チャージング）および脱装（ディスチャージング）するように構成されている。
【００１８】
図１に示されているように、バッファ棚１０７の後方には、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを供給するよう供給ファン及び防塵フィルタで構成されたクリーンユニット１３４ａが設けられておりクリーンエアを筐体１１１の内部に流通させるように構成されている。また、ウェハ移載装置エレベータ１２５ｂ側と反対側である右側端部には、クリーンエアを供給するよう供給フアンおよび防塵フィルタで構成された図示しないクリーンユニットが設置されており、クリーンユニットから吹き出されたクリーンエアは、ウェハ移載装置１２５ａを流通した後に、図示しない排気装置に吸い込まれて、筐体１１１の外部に排気されるようになっている。
【００１９】
ウェハ移載装置（基板移載装置）１２５ａの後側には、大気圧未満の圧力（以下、負圧という。）を維持可能な機密性能を有する筐体（以下、耐圧筐体という。）１４０が設置されており、この耐圧筐体１４０によりボート２１７を収容可能な容積を有するロードロック方式の待機室であるロードロック室１４１が形成されている。
【００２０】
耐圧筐体１４０の正面壁１４０ａには、ウェハ搬入搬出口（基板搬入搬出口）１４２が開設されており、ウェハ搬入搬出口１４２はゲートバルブ（基板搬入搬出口開閉機構）１４３によって開閉されるようになっている。耐圧筐体１４０の一対の側壁には、ロードロック室１４１へ窒素ガス等の不活性ガスを給気するためのガス供給管１４４と、ロードロック室１４１を負圧に排気するための図示しない排気管とがそれぞれ接続されている。
【００２１】
ロードロック室１４１上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端部は炉口ゲートバルブ（炉口開閉機構）１４７により開閉されるように構成されている。
【００２２】
図１に模式的に示されているように、ロードロック室１４１には、ボート２１７を昇降させるためのボートエレベータ１１５が設置されている。ボートエレベータ１１５に連結された連結具としての図示しないアームには蓋体としてのシールキャップ２１９が水平に据え付けられており、シールキャップ２１９はボート２１７を垂直に支持し、処理炉２０２の下端部を閉塞可能なように構成されている。
ボート２１７は複数本の保持部材を備えており、複数枚（例えば、５０枚〜１５０枚程度）のウェハ２００をその中心を揃えて垂直方向に整列させた状態で、それぞれ水平に保持するように構成されている。
【００２３】
次に、本発明の実施例における処理装置の動作について説明する。
図１に示されているように、カセット１１０がカセットステージ１１４に供給されるに先立って、カセット搬入搬出口１１２がフロントシャッタ１１３によって開放される。その後、カセット１１０はカセット搬入搬出口１１２から搬入され、カセットステージ１１４の上にウェハ２００が垂直姿勢であって、カセット１１０のウェハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。
【００２４】
次に、カセット１１０は、カセット搬送装置１１８によって、カセットステージ１１４から救い上げられるとともに、カセット１１０内のウェハ２００が水平姿勢となり、カセット１１０のウェハ出し入れ口が筐体後方を向けるように、筐体後方に向かって縦方向に９０°回転させられる。引き続いて、カセット１１０は、カセット搬送装置１１８によって、カセット棚１０５ないしバッファ棚１０７の指定された棚位置へ自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、カセット搬送装置１１８によってカセット棚１０５に移載されるか、もしくは直接カセット棚１０５に搬送される。
【００２５】
スライドステージ１０６はカセット棚１０５を水平移動させ、移載の対象となるカセット１１０をウェハ移載装置１２５ａに対峙する様に位置決めする。
【００２６】
予め内部が大気圧状態とされていたロードロック室１４１のウェハ搬入搬出口１４２がゲートバルブ１４３の動作により開放されると、ウェハ２００はカセット１１０からウェハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによってウェハ出し入れ口を通じてピックアップされる。続いてウェハ移載装置１２５ａにより、ボート２１７上にウェハ２００が載置される。ウェハ移載装置１２５ａはカセット１１０に戻り、次のウェハ２００をボート２１７上に装填する。
【００２７】
予め指定された枚数のウェハ２００がボート２１７に装填されると、ウェハ搬入搬出口１４２がゲートバルブ１４３によって閉じられ、ロードロック室１４１は排気管から真空引きされることにより、減圧される。ロードロック室１４１が処理炉２０２内の圧力と同圧に減圧されると、処理炉２０２の下端部が炉口ゲートバルブ１４７によって開放される。続いて、シールキャップ２１９がボートエレベータ１１５によって上昇されて、シールキャップ２１９に支持されたボート２１７が処理炉２０２内へ搬入（ローディング）されて行く。
【００２８】
ローディング後は、処理炉２０２にてウェハ２００に後述の処理が実施される。処理後は、ボートエレベータ１１５によりボート２１７が引き出され更に、ロードロック室１４０内部を大気圧に復圧させた後にゲートバルブ１４３が開かれる。その後は、概上述の逆の手順で、ウェハ２００およびカセット１１０は筐体１１１の外部へ払出される。
【００２９】
次に、本発明の実施例における基板処理装置の処理炉周辺の概略構成について説明する。図２は本発明の実施例で用いられる基板処理装置の処理炉２０２及び処理炉周辺の概略構成図であり、縦断面図として示されている。
図２において、待機室としてのロードロック室１４０の外面に下基板２４５が設けられる。下基板２４５には、昇降台２４９と嵌合するガイドシャフト２６４及び昇降台２４９と螺合するボール螺子２４４が設けられる。下基板２４５に立設したガイドシャフト２６４及びボール螺子２４４の上端に上基板２４７が設けられる。ボール螺子２４４は上基板２４７に設けられた昇降モータ２４８により回転される。ボール螺子２４４が回転することにより昇降台２４９が昇降するように構成されている。
【００３０】
昇降台２４９には中空の昇降シャフト２５０が垂設され、昇降台２４９と昇降シャフト２５０の連結部は気密となっている。昇降シャフト２５０は昇降台２４９と共に昇降するようになっている。昇降シャフト２５０はロードロック室１４０の天板２５１を遊貫する。昇降シャフト２５０が貫通する天板２５１の貫通穴は昇降シャフト２５０に対して接触することがない様充分な余裕がある。ロードロック室１４０と昇降台２４９との間には昇降シャフト２５０の周囲を覆うように伸縮性を有する中空伸縮体としてのベローズ２６５がロードロック室１４０を気密に保つために設けられる。ベローズ２６５は昇降台２４９の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有し、ベローズ２６５の内径は昇降シャフト２５０の外形に比べ充分に大きく、ベローズ２６５の伸縮で接触することがないように構成されている。
【００３１】
昇降シャフト２５０の下端には昇降基板２５２が水平に固着される。昇降基板２５２の下面にはＯリング等のシール部材を介して駆動部カバー２５３が気密に取付けられる。昇降基板２５２と駆動部カバー２５３とで駆動部収納ケース２５６が構成されている。この構成により、駆動部収納ケース２５６内部はロードロック室１４０内の雰囲気と隔離される。
また、駆動部収納ケース２５６の内部にはボート２１７の回転機構２５４が設けられ、回転機構２５４の周辺は、冷却機構２５７により、冷却される。
【００３２】
電力供給ケーブル２５８が昇降シャフト２５０の上端から昇降シャフト２５０の中空部を通って回転機構２５４に導かれて接続されている。又、冷却機構２５７、シールキャップ２１９には冷却流路２５９が形成されており、冷却流路２５９には冷却水を供給する冷却水配管２６０が接続され、昇降シャフト２５０の上端から昇降シャフト２５０の中空部を通っている。
【００３３】
昇降モータ２４８が駆動され、ボール螺子２４４が回転することで昇降台２４９及び昇降シャフト２５０を介して駆動部収納ケース２５６を昇降させる。
【００３４】
駆動部収納ケース２５６が上昇することにより、昇降基板２５２に気密に設けられるシールキャップ２１９が処理炉２０２の開口部である炉口１６１を閉塞し、ウェハ処理が可能な状態となる。駆動部収納ケース２５６が下降することにより、シールキャップ２１９とともにボート２１７が降下され、ウェハ２００を外部に搬出できる状態となる。
【００３５】
次に、本発明の実施例における基板処理装置の処理炉について、図２と図３を用いて説明する。図３は本発明の実施例で用いられる基板処理装置の処理炉２０２の概略構成図であり、縦断面図として示されている。
図２に示されるように、処理炉２０２は、ウェハ２００を加熱する加熱手段としての円筒形のヒータ２０６と、アウターチューブ２０５と、インナーチューブ２０４と、マニホールド２０９と、ガス供給管３１１、３１２と、ガス排気管２３１と、マニホールド２０９の下端部を蓋し処理室２０１を密閉するシールキャップ２１９と、ボート２１７等を備える。アウターチューブ２０５、マニホールド２０９およびシールキャップ２１９等により処理室２０１を構成している。
【００３６】
ヒータ２０６の内側には、ヒータ２０６と同心円状に反応容器を構成する反応管としてのアウターチューブ２０５が設けられている。アウターチューブ２０５は、耐熱材料としての石英（ＳｉＯ２）材で構成されており、上端が閉塞し下端が開口した外形が円筒状に形成されている。アウターチューブ２０５の内側には、インナーチューブ２０４が設けられている。
インナーチューブ２０４は、耐熱材料としての石英（ＳｉＯ２）材で構成されており、上端と下端が開口するとともに、外形が円筒状に形成されている。インナーチューブ２０４の内側には、処理室２０１が形成されている。処理室２０１には、基板としてのウェハ２００を複数、水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で搭載したボート２１７が収容されている。
【００３７】
アウターチューブ２０５の下方には、アウターチューブ２０５と同心円状にマニホールド２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えば、石英（ＳｉＯ２）若しくはステンレス等からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。このマニホールド２０９は、アウターチューブ２０５とインナーチューブ２０４を支持するように設けられている。なお、マニホールド２０９とアウターチューブ２０５との間には、シール部材としてのＯリング３０９ａが設けられている。このマニホールド２０９がロードロック室１４０の天板２５１に、Ｏリング３０９ｂを介して支持されることにより、アウターチューブ２０５は垂直に据え付けられた状態となっている。
【００３８】
マニホールド２０９の外側壁には、ガス供給管３１１ａ〜３１１ｅ、ガス供給管３１２ａ〜３１２ｅと、ガス排気管２３１が設けられている。ガス供給管３１１ａ〜３１１ｅを総称してガス供給管３１１と呼び、ガス供給管３１２ａ〜３１２ｅを総称してガス供給管３１２と呼ぶ。本例では、ガス供給管３１１とガス供給管３１２を、それぞれ５本設けたが、それぞれ１本とすることもできる。
ガス供給管３１１と３１２は、インナーチューブ２０４の内側の空間に連通するよう設けられている。ガス排気管２３１は、アウターチューブ２０５とインナーチューブ２０４の間の空間に連通するよう設けられている。したがって、ガス供給管３１１、３１２から供給されたガスは、インナーチューブ２０４の内側の空間に入り、インナーチューブ２０４内を上昇し、インナーチューブ２０４上端の開口から折り返して、アウターチューブ２０５とインナーチューブ２０４の間の空間を下降し、ガス排気管２３１に抜けるようになっている。
【００３９】
ガス供給管３１１ａ〜３１１ｅには、それぞれ、ガスノズル３０１ａ〜３０１ｅが連通し、ガス供給管３１２ａ〜３１２ｅには、それぞれ、ガスノズル３０２ａ〜３０２ｅが連通している。ガスノズル３０１ａ〜３０１ｅを総称してガスノズル３０１と呼び、ガスノズル３０２ａ〜３０２ｅを総称してガスノズル３０２と呼ぶ。ガスノズル３０１とガスノズル３０２は、インナーチューブ２０４の内側の空間に、鉛直方向に立設されている。ガスノズル３０１とガスノズル３０２の本数は、ガス供給管３１１とガス供給管３１２の本数に対応させている。ガスノズル３０１と３０２には、本例ではその先端に、ガス供給孔が設けられている。あるいは、ガスノズル３０１と３０２の側壁に、ガス供給孔を複数設けるようにしてもよい。
【００４０】
ガス供給管３１１ａ〜３１１ｅは、それぞれ上流側で、ガス供給管３５１ａ〜３５１ｅとガス供給管３５２ａ〜３５２ｅの２つに分かれている。ガス供給管３５１ａ〜３５１ｅには、それぞれ上流から順に、シリコン含有ガスであるモノシランガス（ＳｉＨ４）供給源３２１ａ〜３２１ｅ、ガス流量制御装置としてのＭＦＣ３３１ａ〜３３１ｅ、開閉バルブ３４１ａ〜３４１ｅが接続されている。ガス供給管３５２ａ〜３５２ｅには、それぞれ上流から順に、不活性ガスである窒素ガス（Ｎ２）供給源３２２ａ〜３２２ｅ、ＭＦＣ３３２ａ〜３３２ｅ、開閉バルブ３４２ａ〜３４２ｅが接続されている。
ガス供給管３５１ａ〜３５１ｅを総称してガス供給管３５１と呼び、ガス供給管３５２ａ〜３５２ｅを総称してガス供給管３５２と呼び、シリコン含有ガス供給源３２１ａ〜３２１ｅを総称してシリコン含有ガス供給源３２１と呼び、ＭＦＣ３３１ａ〜３３１ｅを総称してＭＦＣ３３１と呼び、開閉バルブ３４１ａ〜３４１ｅを総称して開閉バルブ３４１と呼び、不活性ガス供給源３２２ａ〜３２２ｅを総称して不活性ガス供給源３２２と呼び、ＭＦＣ３３２ａ〜３３２ｅを総称してＭＦＣ３３２と呼び、開閉バルブ３４２ａ〜３４２ｅを総称して開閉バルブ３４２と呼ぶ。
【００４１】
ガス供給管３１２ａ〜３１２ｅは、それぞれ上流側で、ガス供給管３５３ａ〜３５３ｅとガス供給管３５４ａ〜３５４ｅの２つに分かれている。ガス供給管３５３ａ〜３５３ｅには、それぞれ上流から順に、不純物含有ガスとしてのホウ素（ボロン）含有ガスである三塩化ホウ素ガス（ＢＣｌ３）供給源３２３ａ〜３２３ｅ、ＭＦＣ３３３ａ〜３３３ｅ、開閉バルブ３４３ａ〜３４３ｅが接続されている。ガス供給管３５４ａ〜３５４ｅには、それぞれ上流から順に、不活性ガスである窒素ガス（Ｎ２）供給源３２４ａ〜３２４ｅ、ＭＦＣ３３４ａ〜３３４ｅ、開閉バルブ３４４ａ〜３４４ｅが接続されている。
ガス供給管３５３ａ〜３５３ｅを総称してガス供給管３５３と呼び、ガス供給管３５４ａ〜３５４ｅを総称してガス供給管３５４と呼び、不純物含有ガス供給源３２３ａ〜３２３ｅを総称して不純物含有ガス供給源３２３と呼び、ＭＦＣ３３３ａ〜３３３ｅを総称してＭＦＣ３３３と呼び、開閉バルブ３４３ａ〜３４３ｅを総称して開閉バルブ３４３と呼び、不活性ガス供給源３２４ａ〜３２４ｅを総称して不活性ガス供給源３２４と呼び、ＭＦＣ３３４ａ〜３３４ｅを総称してＭＦＣ３３４と呼び、開閉バルブ３４４ａ〜３４４ｅを総称して開閉バルブ３４４と呼ぶ。
【００４２】
ガス供給管３１２、３５３、ＭＦＣ３３３、バルブ３４３、不純物含有ガス供給源３２３、ノズル３０２等から、第１ガス供給部が構成される。ガス供給管３１１、３５１、ＭＦＣ３３１、バルブ３４１、シリコン含有ガス供給源３２１、ノズル３０１等から、第２ガス供給部が構成される。
ＭＦＣ３３１、３３２、３３３、３３４、及びバルブ３４１、３４２、３４３、３４４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。
ガス排気管２３１の下流側には、図示しない圧力検出器としての圧力センサ及び圧力調整器としてのＡＰＣバルブ２４２を介して真空ポンプ等の真空排気装置２４６が接続されている。ガス排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４２、真空ポンプ２４６等から、ガス排気部が構成される。
圧力センサ及びＡＰＣバルブ２４２には、制御部２４０が電気的に接続されており、制御部２４０は、圧力センサ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所望のタイミングにて制御するよう構成されている。
【００４３】
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するための炉口蓋体としてシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は、例えばステンレス等の金属で構成されており、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には、天板２５１の下端と当接するシール部材としてのＯリング３０９ｃ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を貫通して前記ボート２１７に接続されており、ボート２１７を回転させることでウェハ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昇降モータ２４８によって垂直方向に昇降されるように構成されており、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及び昇降モータ２４８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構成されている。
【００４４】
図３に示すように、ボート２１７の下部には、例えば耐熱性材料としての石英（ＳｉＯ２）で構成される円筒形状をした断熱部材としての断熱筒２１６が配置されており、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。なお、断熱筒２１６は、ボート２１７と別体として設けずに、ボート２１７と一体として設けても良いし、断熱筒２１６に代えて、ボート２１７における下方に複数枚の断熱板を設けるようにしてもよい。
【００４５】
この処理炉２０２の構成において、シリコン含有ガスは、シリコン含有ガス供給源３２１から供給され、ＭＦＣ３３１でその流量が調節された後、バルブ３４１を介して、ガス供給管３１１を経て、処理室２０１内に導入される。このとき同時に、キャリアガスとして、不活性ガスである窒素ガスが、窒素ガス供給源３２２から供給され、ＭＦＣ３３２でその流量が調節された後、バルブ３４２を介して、ガス供給管３１１を経て、処理室２０１内に導入される。
ホウ素含有ガスは、ホウ素含有ガス供給源３２３から供給され、ＭＦＣ３３３でその流量が調節された後、バルブ３４３を介して、ガス供給管３１２を経て、処理室２０１内に導入される。このとき同時に、キャリアガスとして、不活性ガスである窒素ガスが、窒素ガス供給源３２４から供給され、ＭＦＣ３３４でその流量が調節された後、バルブ３４４を介して、ガス供給管３１２を経て、処理室２０１内に導入される。
処理室２０１内のガスは、ガス排気管２３１を経て、真空ポンプ２４６に至り、排気される。
【００４６】
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。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作は、制御部２４０により制御される。
本実施形態の基板処理工程は、ウェハ搬入工程Ｓ１、ロードロック室パージ工程Ｓ２、ボートロード工程Ｓ３、酸化膜除去工程Ｓ４、不純物吸着工程Ｓ５、成膜工程Ｓ６、パージ工程Ｓ７、大気圧復帰工程Ｓ８、ボートアンロード工程Ｓ９、ウェハ搬出工程Ｓ１０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。
【００４７】
（ウェハ搬入工程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、基板移載機構１２５はウェハ２００をカセット１１０からボート２１７に装填（ウェハチャージング）する。ボート２１７にウェハ２００を受け渡した基板移載機構１２５は、カセット１１０に戻り後続のウェハ２００をボート２１７に装填する。ボート２１７内に装填されたウェハ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。
【００４８】
（ロードロック室パージ工程Ｓ２）
予め指定された枚数のウェハ２００がボート２１７に装填（ウェハチャージング）されると、ゲートバルブ１４３を閉じてロードロック室１４１を密閉した後、窒素ガス等の不活性ガスを給気しつつロードロック室１４１内を排気し、ロードロック室１４１内を不活性ガス雰囲気で置換し、ロードロック室１４１内の酸素や水分、及びウェハ２００に付着した酸素や水分を除去（パージ）し、所定の濃度以下にする。
【００４９】
（ボートロード工程Ｓ３）
ロードロック室１４１のパージが終了すると、ボートエレベータ１１５を上昇動作させる。そうすると、ウェハ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。
【００５０】
（酸化膜除去工程Ｓ４）
次に、制御部２４０が、ＡＰＣバルブ２４２やヒータ２０６を制御し、処理室２０１内を所定の圧力（真空度）、温度に設定する。また、回転機構２５４の回転を開始させ、ボート２１７を回転、つまりウェハ２００を回転する。
それから、ウェハ２００表面の酸化物（金属酸化膜）を除去する。ガス供給管３５３のバルブ３４３を開き、ガス供給管３１２内にホウ素含有ガスとして例えば三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）ガスを流す。このホウ素含有ガスは、ＭＦＣ３３３により流量調整される。流量調整されたホウ素含有ガスは、ノズル３０２に入り、ノズル３０２の先端部からインナーチューブ２０４の内側の空間へ供給され、インナーチューブ２０４内を上昇して、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５の間の空間を下降して通過し、ガス排気管２３１から排気される。
このとき、並行してガス供給管３５４のバルブ３４４を開き、ガス供給管３１２内に、キャリアガスとして窒素ガスを流す。この窒素ガスは、ＭＦＣ３３４により流量調整される。流量調整された窒素ガスは、ノズル３０２に入り、ホウ素含有ガスと一緒にノズル３０２の先端部からインナーチューブ２０４の内側の空間へ供給され、インナーチューブ２０４内を上昇して、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５の間の空間を下降して通過し、ガス排気管２３１から排気される。
【００５１】
このとき、ＡＰＣバルブ２４２やヒータ２０６を適正に調整して、処理室２０１内圧力を例えば０．１Ｔｏｒｒ〜１００Ｔｏｒｒの範囲内、処理室２０１内温度を２５０〜５００℃に設定する。ガス供給管３５３のＭＦＣ３３３を適正に調整して、ホウ素含有ガスの流量を、例えば１０〜１０００ｓｃｃｍ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、窒素ガス等のキャリアガスの流量を、例えば１０〜１０００ｓｃｃｍの範囲に設定する。この状態で、５秒〜１２０分、酸化膜除去を行う。
以上の酸化膜除去工程を、本例では、三塩化ホウ素ガスの流量を３００ｓｃｃｍ、窒素ガスの流量を１００ｓｃｃｍ、処理室２０１内の温度を３５０℃、圧力を約１Ｔｏｒｒとして、３０分間実施した。
【００５２】
以上の酸化膜除去工程により、ウェハ２００上の金属酸化物（ＭＯｘ）の酸素成分と、ホウ素含有ガスのホウ素成分とが反応し、例えばＨ３ＢＯ３などの化合物として除去される。本態様の酸化膜除去工程によれば、成膜前にホウ素を用い前処理をおこなうことでメタル上の酸化物を除去することができる。また、塩素などを直接メタルに反応させ、塩化物として除去する方法とは異なり、ホウ素含有ガスはメタルには反応しないので、メタル上の金属酸化物が除去された段階で、自動的にエッチングをストップ（セルフエッチストップ）することができる。
【００５３】
（不純物吸着工程Ｓ５）
続いて、所定時間、ガス供給管３１２からノズル３０２を介してインナーチューブ２０４内へ、ホウ素含有ガスとして例えば三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）ガスを流す。並行して、ノズル３０２を介してインナーチューブ２０４内へ、キャリアガスとして窒素ガスを流す。これらのガスは、ガス排気管２３１から排気される。
不純物吸着工程における、三塩化ホウ素ガスの流量、窒素ガスの流量、処理室２０１内温度、圧力等のプロセス条件は、酸化膜除去工程の条件と同じにすることができる。
以上の不純物吸着工程を、本例では、三塩化ホウ素ガスの流量を３００ｓｃｃｍ、窒素ガスの流量を１００ｓｃｃｍ、処理室２０１内温度を３５０℃、処理室圧力を約１Ｔｏｒｒとして、３０分間実施した。
【００５４】
不純物吸着工程により、ウェハ２００上に、図６（ａ）に示した従来のシリコン核４２よりも高密度に、ホウ素核を吸着することができ、後述の成膜工程において、より平坦なシリコン膜を形成することができる。
図４は、本発明の実施例におけるシリコン膜の成長を示す模式図である。図４（ａ）において、窒化チタン（ＴｉＮ）膜４１の表面上に、例えばＢＣｌ３ガスが供給され、ホウ素核４４が高密度に付着する。その後、次の成膜工程においてＳｉＨ４ガスが供給されると、図４（ｂ）に示すように、ホウ素核４４の周囲にシリコン膜４３が成長する。ホウ素核４４間の隙間が小さいため、シリコン膜４３の表面は平坦に形成される。
【００５５】
（成膜工程Ｓ６）
次に、制御部２４０が、ＡＰＣバルブ２４２やヒータ２０６を制御し、処理室２０１内を所定の圧力（真空度）、温度に設定して、不純物の添加されたシリコン膜であるドープトシリコン膜をウェハ２００に成膜する。
まず、ガス供給管３５１のバルブ３４１を開き、ガス供給管３１１内にシリコン含有ガスを流す。このシリコン含有ガスは、ＭＦＣ３３１により流量調整される。流量調整されたシリコン含有ガスは、ノズル３０１に入り、ノズル３０１の先端部からインナーチューブ２０４の内側の空間へ供給され、インナーチューブ２０４内を上昇して、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５の間の空間を下降して通過し、ガス排気管２３１から排気される。
並行して、ガス供給管３５２のバルブ３４２を開き、ガス供給管３１１内に、シリコン含有ガスのキャリアガスとして窒素ガスを流す。この窒素ガスは、ＭＦＣ３３２により流量調整される。流量調整された窒素ガスは、ノズル３０１に入り、シリコン含有ガスと一緒にノズル３０１の先端部からインナーチューブ２０４の内側の空間へ供給され、インナーチューブ２０４内を上昇して、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５の間の空間を下降して通過し、ガス排気管２３１から排気される。
【００５６】
また、シリコン含有ガスの供給と並行して、ガス供給管３５３のバルブ３４３を開き、ガス供給管３１２内にホウ素含有ガスを流す。このホウ素含有ガスは、ＭＦＣ３３３により流量調整される。流量調整されたホウ素含有ガスは、ノズル３０２に入り、ノズル３０２の先端部からインナーチューブ２０４の内側の空間へ供給される。
このとき並行して、ガス供給管３５４のバルブ３４４を開き、ガス供給管３１２内に、ホウ素含有ガスのキャリアガスとして窒素ガスを流す。この窒素ガスは、ＭＦＣ３３４により流量調整される。流量調整された窒素ガスは、ノズル３０２に入り、ホウ素含有ガスと一緒にノズル３０２の先端部からインナーチューブ２０４の内側の空間へ供給される。
シリコン含有ガスとホウ素含有ガスにより、ウェハ２００表面に、ドープトシリコン膜が形成される。
【００５７】
成膜工程においては、ＡＰＣバルブ２４２やヒータ２０６を適正に調整して、処理室２０１内圧力を例えば０．１〜１００Ｔｏｒｒの範囲内、処理室２０１内温度を２５０〜５００℃に設定するに設定する。ガス供給管３５１のＭＦＣ３３１を適正に調整して、シリコン含有ガスの流量を、例えば１０〜２０００ｓｃｃｍ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、窒素ガス等のキャリアガスの流量を、例えば１０〜１０００ｓｃｃｍの範囲に設定する。
以上の成膜工程を、本例では、モノシランガスの流量を４００ｓｃｃｍ、三塩化ホウ素ガスの流量を２０ｓｃｃｍ、窒素ガスの流量を１００ｓｃｃｍ、処理室２０１内の温度を３５０℃、圧力を約１Ｔｏｒｒとして、３０分間実施した。
【００５８】
上述したように、不純物吸着工程において、ウェハ２００上の金属膜表面に、不純物の核として例えばホウ素核やリン核を形成しているので、このホウ素やリンは、膜表面上に吸着、残留し、Ｓｉ―Ｂ、Ｓｉ―Ｐの結合により、成膜工程におけるシリコン膜形成を促進させる。したがって、均一なシリコン膜を形成することができる。
なお、本実施例では、成膜工程において、シリコン含有ガスとホウ素含有ガスを並行して供給したが、シリコン含有ガスとホウ素含有ガスを交互に供給することもできる。これにより、ホウ素核やリン核が何度も基板表面に均一に生成されるため、面内のシリコン膜の均一性が向上する。
【００５９】
（パージ工程Ｓ７、大気圧復帰工程Ｓ８）
次に、ガス供給管３５１のバルブ３４１を閉じ、処理室２０１内へのシリコン含有ガスの供給を停止するとともに、ガス供給管３５３のバルブ３４３を閉じ、処理室２０１内へのホウ素含有ガスの供給を停止する。一方、ガス供給管３５２のバルブ３４２とガス供給管３５４のバルブ３４４は開いた状態を継続し、処理室２０１内へ不活性ガスとしての窒素ガスを流し続ける。窒素ガスは、ノズル３０１や３０２の先端部からインナーチューブ２０４の内側の空間へ供給され、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５の間の空間を下降して通過し、ガス排気管２３１から排気される。処理室２０１内に窒素ガスを流すことで、成膜工程Ｓ６完了後にウェハ２００表面や処理室２０１内に残留している、シリコン含有ガスやホウ素含有ガス、あるいは反応生成物等を窒素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（パージ工程Ｓ７）。
以上のパージ工程を、本例では、窒素ガスの流量を１４００ｓｃｃｍ、処理室２０１内温度を３５０℃、処理室圧力を約１Ｔｏｒｒとして、１０分間実施した。
【００６０】
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Ｓ８）。なお、上述のパージ工程Ｓ７、大気圧復帰工程Ｓ８では、ノズル３０１とノズル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、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。
【００６１】
（ボートアンロード工程Ｓ９、ウェハ搬出工程Ｓ１０）
その後、回転機構２５４を停止させてウェハ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Ｓ９）。続いて、ボート２１７に装填した状態のまま、ウェハ２００が冷却されるまで待機する期間を設ける。ウェハ２００が冷却されると、基板移載機構１２５により処理済みのウェハ２００をボート２１７から取り出し、ウェハカセット１１０に移載する（ウェハ搬出工程Ｓ１０）。処理済ウェハ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〜Ｓ１０）により、本実施形態に係る基板処理工程が行われる。
【００６２】
なお、上述の実施例では、酸化膜除去工程Ｓ４と成膜工程Ｓ６の間で、不純物吸着工程Ｓ５を実施したが、要求される膜質に応じて、不純物吸着工程Ｓ５を省略することもできる。
図５は、本発明の他の実施例におけるシリコン膜の成長を示す模式図である。成膜工程において、図５（ａ）に示すように、窒化チタン（ＴｉＮ）膜４１の表面上に、例えばＳｉＨ４ガスとＢＣｌ３ガスが供給され、シリコン核４２とホウ素核４４が付着する。図４（ａ）に示した上記実施例のホウ素核４４の密度には及ばないが、図６（ａ）に示した従来のシリコン核４２よりも高密度に、シリコン核４２とホウ素核４４を吸着することができる。その後、図５（ｂ）に示すように、シリコン核４２とホウ素核４４の周囲にシリコン膜４３が成長する。このシリコン膜４３の表面は、シリコン核４２やホウ素核４４の間の隙間が小さいため、図６（ｃ）に示した従来のシリコン膜４３よりも平坦に形成される。
【００６３】
また、上述の実施例では、酸化膜除去工程Ｓ４と成膜工程Ｓ６の間で不純物吸着工程Ｓ５を実施したが、酸化膜除去工程Ｓ４で酸化物を除去したのち、不純物吸着工程Ｓ５の代わりに、水素ガス（Ｈ２）やシリコン含有ガスを供給することにより、酸化膜除去工程Ｓ４でウェハ２００の表面に残留した残留塩素やホウ素を除去することができる。これにより、金属膜表面を清浄化し、均一な表面条件での成膜が可能となる。その結果、均一な膜成長を実現できる。
このとき例えば、水素ガスの流量を１０００ｓｃｃｍ、シリコン含有ガスの流量を１００ｓｃｃｍ、処理室２０１内温度を４００℃、処理室圧力を０．１Ｔｏｒｒとして、３０分間実施する。
【００６４】
また、酸化膜除去工程Ｓ４で酸化物を除去したのち、不純物吸着工程Ｓ５において、先に水素ガス（Ｈ２）やシリコン含有ガスを供給した後、ホウ素含有ガス又はリン含有ガスを供給することにより、酸化膜除去工程Ｓ４でウェハ２００の表面に残留した残留塩素やホウ素を除去した後、ウェハ２００の表面に高密度にホウ素核やリン核を吸着することができ、平坦なシリコン膜を形成することができる。
【００６５】
また、酸化膜除去工程Ｓ４で酸化物を除去したのち、不純物吸着工程Ｓ５において、水素ガス（Ｈ２）やシリコン含有ガスと、ホウ素含有ガス又はリン含有ガスとを交互に供給することにより、酸化膜除去工程Ｓ４でウェハ２００の表面に残留した残留塩素やホウ素を除去し、ウェハ２００の表面に高密度にホウ素核やリン核を吸着することができ、平坦なシリコン膜を形成することができる。
【００６６】
以上の実施例によれば、次の（１）〜（３）の効果のうち、少なくとも１つを奏する。
（１）酸化膜除去工程においてホウ素含有ガスによりウェハ表面金属酸化膜を除去した後、成膜工程において、ホウ素含有ガスとシリコン含有ガスにより平坦度や膜厚均一性が向上した不純物ドープトシリコン膜を安定して得ることができる。
（２）酸化膜除去工程においてホウ素含有ガスによりウェハ表面金属酸化膜を除去した後、不純物吸着工程においてウェハ２００上に高密度にホウ素核を吸着することにより、成膜工程において、より平坦な不純物ドープトシリコン膜を形成することができる。
（３）成膜工程において、シリコン含有ガスとホウ素含有ガスを交互に供給することにより、ホウ素核やリン核が何度も基板表面に均一に生成されるため、面内のシリコン膜の均一性が向上する。
【００６７】
以上、本発明を実施例に基づき説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。実施例にて説明した半導体膜の形成条件は一例に過ぎず、適宜変更することができる。例えば、ドープトシリコン膜を形成する場合、シリコン含有ガスとして、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）等を用いることができ、また、ドーピングガスとして、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、テトラボラン（Ｂ４Ｈ１０）、ホスフィン（ＰＨ３）等を用いることができ、パージ用の不活性ガスとして水素ガスや塩素ガス等を用いることができる。
【００６８】
また、待機室には、上述の形態では真空置換可能なロードロック室を適用した例にて説明したが、基板への自然酸化膜の付着等がさほど問題とならない処理を行う場合には、真空置換可能なロードロック室に代えて、窒素ガス雰囲気やクリーンエア雰囲気で構成される真空置換しないで清浄化するように構成してもよい。また、その場合、耐圧筐体とせずに単に筐体としても良い。
【００６９】
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、
金属膜と該金属膜の表面の少なくとも一部に金属酸化膜が形成された基板を処理室内へ搬入する工程と、
前記基板を収容した処理室内へ不純物含有ガスを供給し、前記金属酸化膜を除去する酸化膜除去工程と、
前記処理室内に前記不純物含有ガスおよびシリコン含有ガスを供給し、前記金属膜上に不純物が添加されたシリコン含有膜を形成するシリコン含有膜形成工程と、
前記シリコン含有膜が形成された基板を処理室内から搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
この構成によれば、平坦度や膜厚均一性が向上した不純物ドープトシリコン膜を成膜することができる。
【００７０】
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、
前記不純物含有ガスはホウ素含有ガスであり、前記金属膜上に形成されるシリコン含有膜はホウ素が添加されたシリコン含有膜である半導体装置の製造方法。
この構成によれば、ホウ素含有ガスを用いて、平坦度や膜厚均一性が向上した不純物ドープトシリコン膜を成膜することができる。
【００７１】
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、
前記酸化膜除去工程と前記シリコン含有膜形成工程の間に、前記不純物を前記基板上に吸着する不純物吸着工程を有する半導体装置の製造方法。
この構成によれば、平坦度や膜厚均一性がさらに向上した不純物ドープトシリコン膜を成膜することができる。
【００７２】
本発明の第４の側面は、
金属膜と該金属膜の表面の少なくとも一部に金属酸化膜が形成された基板を収容する処理室と、
前記処理室へ不純物含有ガスを供給する第１ガス供給部と、
前記処理室へシリコン含有ガスを供給する第２ガス供給部と、
前記処理室からガスを排気するガス排気部と、
前記基板を収容した処理室内へ前記第１ガス供給部から不純物含有ガスを供給して前記金属酸化膜を除去し、その後、前記処理室内へ前記第１ガス供給部から不純物含有ガスを供給しつつ、前記第２ガス供給部からシリコン含有ガスを供給して不純物が添加されたシリコン含有膜を前記金属膜上に形成するよう制御する制御部と、を有する基板処理装置。
この構成によれば、平坦度や膜厚均一性が向上した不純物ドープトシリコン膜を成膜することができる。
【００７３】
本発明の第５の側面は、前記第４の側面における基板処理装置であって、
前記第１ガス供給部から供給される不純物含有ガスはホウ素含有ガスであり、前記金属膜上に形成されるシリコン含有膜はホウ素が添加されたシリコン含有膜である基板処理装置。
この構成によれば、ホウ素含有ガスを用いて、平坦度や膜厚均一性が向上した不純物ドープトシリコン膜を成膜することができる。
【００７４】
本発明の第６の側面は、前記第４の側面又は第５の側面における基板処理装置であって、
前記制御部は、前記基板を収容した処理室内へ前記第１ガス供給部から不純物含有ガスを供給して前記金属酸化膜を除去し、その後、前記不純物を前記基板上に吸着させ、その後、前記基板を収容した処理室内へ前記第１ガス供給部から不純物含有ガスを供給しつつ、前記第２ガス供給部からシリコン含有ガスを供給して不純物が添加されたシリコン含有膜を前記金属膜上に形成するよう制御する制御部である基板処理装置。
この構成によれば、平坦度や膜厚均一性がさらに向上した不純物ドープトシリコン膜を成膜することができる。
【符号の説明】
【００７５】
４１…金属膜、４２…シリコン核、４３…シリコン膜、４４…ホウ素核、１０１…基板処理装置、１１０…基板収容器（カセット）、１１１…筐体、１１５…ボートエレベータ、１１８…カセット搬送装置、１２５…基板移載機構、１４０…耐圧筐体、１４１…ロードロック室、１４２…ウェハ搬入搬出口、１４３…ゲートバルブ、１４４…ガス供給管、２００…ウェハ、２０１…処理室、２０２…熱処理炉、２０４…インナーチューブ、２０５…アウターチューブ、２０６…ヒータ、２１９…シールキャップ、２３１…ガス排気管、２１７…ボート、２４０…制御部、２４２…ＡＰＣバルブ、２４６…真空ポンプ、２５４…回転機構、３０１…ガスノズル、３０２…ガスノズル、３１１…ガス供給管、３１２…ガス供給管、３２１…シリコン含有ガス供給源、３２２…キャリアガス供給源、３２３…不純物含有ガス供給源、３２４…キャリアガス供給源、３２５…不活性ガス供給源、３３１〜３３４…ＭＦＣ、３４１〜３４４…バルブ、３５１〜３５４…ガス供給管。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を含む集積回路が作り込まれる半導体ウェハ（以下、ウェハという。）等の基板を処理する半導体装置（ＩＣ：Integrated Circuit）の製造方法及び基板処理装置に関し、特に、シリコン含有薄膜を形成する半導体装置の製造方法及び基板処理装置に関し、就中、減圧ＣＶＤ法（化学気相成長法：Chemical Vapor Deposition）やＡＬＤ法（原子成長法：Atomic Layer Deposition）によって、低温ポリシリコン膜又は低温アモルファスシリコン膜を成膜する半導体装置の製造方法及び基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣ、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等の半導体装置（デバイス）を製造する工程においては、例えば減圧ＣＶＤ法により縦型減圧ＣＶＤ装置を用いて、基板上に薄膜を形成することが行われている。近年、半導体デバイスの微細化、大容量化に伴い、半導体ＬＳＩであるＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）において、容量膜には高誘電率（Ｈｉｇｈ―ｋ）絶縁材料が用いられ、配線にＣｕ、バリアメタルにＴｉなど、電極周りにはメタル材が用いられるようになっている。これに伴い、デバイスの性能向上および劣化防止のために、電極接合部の製造プロセスの低温化や電極接合部の低抵抗化が必須となっている。また量産においては、そのような低温プロセスにおける成膜時の膜質や膜厚の安定性が、デバイスの生産性を向上させるうえで非常に重要となってくる。
【０００３】
プロセス温度の低温化は、浅い接合におけるドーパントの拡散防止のために必要である。シリコン膜を成膜する際に温度を下げる方法としては、シリコン系ガスとホウ素含有ガスを交互または同時供給することにより、成長させる温度を低くできることが分かっている。このように、５００度以下の低温で成膜すると、ロジック・トランジスタやメモリキャパシタの劣化を抑えることが可能である。
【０００４】
電極接合部の低抵抗化のためには、メタル膜（金属膜）上の自然酸化膜（メタル酸化物）の低減や除去が必要である。例えば、導電膜やバリアなどのメタル膜上に導電性のドープトシリコン膜を成膜する際には、メタル膜上のメタル酸化物が無いこと、もしくは除去されていることが重要である。メタル膜上のメタル酸化物が無いと、電気抵抗が低減され、デバイスが低消費電力化され、または、電気特性の劣化が防止され、より高速かつ微細なＬＳＩを作製することができる。
したがって、メタル膜上に低温アモルファスシリコン膜やポリシリコン膜やエピタキシャル膜を生成して、ソース、ドレインや、電極膜を形成する際に、メタル膜上のメタル酸化物を除去することが必要となる。
【０００５】
また、ドープトシリコン膜を成膜する際には、膜自体の電気特性を良好に保つため、均一な厚さで平坦に成膜できることが非常に重要である。図６は、従来技術におけるシリコン膜の成長を示す模式図である。図６（ａ）において、窒化チタン（ＴｉＮ）膜４１の表面上に、例えばシラン（ＳｉＨ４）ガスが供給され、シリコン（Ｓｉ）核４２が付着すると、図６（ｂ）から図６（ｃ）に示すように、シリコン核４２の周囲にシリコン膜４３が成長する。しかし、シリコン核４２間の隙間が大きいため、シリコン膜４３の表面は平坦にならない。
【０００６】
下記の特許文献１には、基板上に所望の薄膜を生成する前に、ガス供給手段から少なくとも三塩化ホウ素ガスを処理室内に供給し、基板上に生成されている自然酸化膜の除去を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３０００１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
現状では、シリコン系ガスとホウ素系ガスなどを用いて、基板上の金属膜上に、ホウ素等の不純物が添加されたドープトシリコン膜を成膜する場合において、成長初期に島状にシリコンの核成長が始まり、成長後の膜は、核成長したところが厚く、しないところが薄くなり、凹凸の大きな膜表面となってしまい、均一な厚さで平坦に成膜できない問題が生じる。このため、膜自体の電気特性の悪化が顕著となる。これは特にシリコン膜を薄くするほど顕著となり、量産レベルでは通常数％以下の平坦度（ラフネス）が必要であることから、大幅な凹凸ばらつきの均一性改善が求められている。この問題は、上述の公知文献１のように自然酸化膜を除去するだけでは解決できない。
本発明の目的は、平坦度や膜厚均一性が向上した不純物ドープトシリコン膜を安定して得ることが可能な半導体装置の製造方法や基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するための、本発明に係る半導体装置の製造方法の代表的な構成は、次のとおりである。
金属膜と該金属膜の表面の少なくとも一部に金属酸化膜が形成された基板を処理室内へ搬入する工程と、
前記基板を収容した処理室内へ不純物含有ガスを供給し、前記金属酸化膜を除去する酸化膜除去工程と、
前記処理室内に前記不純物含有ガスおよびシリコン含有ガスを供給し、前記金属膜上に不純物が添加されたシリコン含有膜を形成するシリコン含有膜形成工程と、
前記シリコン含有膜が形成された基板を処理室内から搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
【００１０】
また、本発明に係る基板処理装置の代表的な構成は、次のとおりである。
金属膜と該金属膜の表面の少なくとも一部に金属酸化膜が形成された基板を収容する処理室と、
前記処理室へ不純物含有ガスを供給する第１ガス供給部と、
前記処理室へシリコン含有ガスを供給する第２ガス供給部と、
前記処理室からガスを排気するガス排気部と、
前記基板を収容した処理室内へ前記第１ガス供給部から不純物含有ガスを供給して前記金属酸化膜を除去し、その後、前記処理室内へ前記第１ガス供給部から不純物含有ガスを供給しつつ、前記第２ガス供給部からシリコン含有ガスを供給して不純物が添加されたシリコン含有膜を前記金属膜上に形成するよう制御する制御部と、を有する基板処理装置。
【発明の効果】
【００１１】
上記の半導体装置の製造方法や基板処理装置の構成によれば、平坦度や膜厚均一性が向上した不純物ドープトシリコン膜を成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例における基板処理装置の概略斜視図である。
【図２】本発明の実施例における基板処理装置の概略の部分垂直断面図である。
【図３】本発明の実施例における処理炉の概略垂直断面図である。
【図４】本発明の１実施例におけるシリコン膜の成長を示す模式図である。
【図５】本発明の他の実施例におけるシリコン膜の成長を示す模式図である。
【図６】従来技術におけるシリコン膜の成長を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施例における基板処理装置を説明する。本実施例における基板処理装置は、一例として、半導体装置の製造方法における処理工程を実施する半導体製造装置として構成されている。以下の説明では、基板処理装置として、基板に酸化、拡散処理やＣＶＤ処理などを行うバッチ式縦型半導体製造装置（以下、単に処理装置という）を適用した場合について述べる。
【００１４】
図１に示されているように、シリコン等からなる基板であるウェハ２００を収納したウェハキャリアとしてのカセット１１０が使用されている処理装置１０１は、筐体１１１を備えている。筐体１１１の正面壁１１１ａの下方にはメンテナンス可能なように設けられた開口部としての正面メンテナンス口１０３が開設され、この正面メンテナンス口１０３を開閉する正面メンテナンス扉１０４が建て付けられている。メンテナンス扉１０４には、カセット搬入搬出口（基板収容器搬入搬出口）１１２が筐体１１１内外を連通するように開設されており、カセット搬入搬出口１１２はフロントシャッタ（基板収容器搬入搬出口開閉機構）１１３によって開閉されるようになっている。カセット搬入搬出口１１２の筐体１１１内側にはカセットステージ（基板収容器受渡し台）１１４が設置されている。カセット１１０は、カセットステージ１１４上に工程内搬送装置（図示せず）によって搬入され、かつまた、カセットステージ１１４上から搬出されるようになっている。カセットステージ１１４は、工程内搬送装置によって、カセット１１０内のウェハ２００が垂直姿勢となり、カセット１１０のウェハ出し入れ口が上方向を向くように載置されるように構成されている。
【００１５】
筐体１１１内の前後方向の略中央下部には、カセット棚（基板収容器載置棚）１０５が設置されており、カセット棚１０５は複数段複数列にて複数個のカセット１１０を保管し、カセット１１０内のウェハ２００を出し入れする可能となるように配置されている。カセット棚１０５は、スライドステージ（水平移動機構）１０６上に横行可能に設置されている。また、カセット棚１０５の上方にはバッファ棚（基板収容器保管棚）１０７が設置されており、カセット１１０を保管するように構成されている。
【００１６】
カセットステージ１１４とカセット棚１０５との間には、カセット搬送装置（基板収容器搬送装置）１１８が設置されている。カセット搬送装置１１８は、カセット１１０を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ（基板収容器昇降機構）１１８ａと搬送機構としてのカセット搬送機構（基板収容器搬送機構）１１８ｂとで構成されており、カセットエレベータ１１８ａとカセット搬送機構１１８ｂとの連続動作により、カセットステージ１１４、カセット棚１０５、バッファ棚１０７との間で、カセット１１０を搬送するように構成されている。
【００１７】
カセット棚１０５の後方には、ウェハ移載機構（基板移載機構）１２５が設置されており、ウェハ移載機構１２５は、ウェハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウェハ移載装置（基板移載装置）１２５ａおよびウェハ移載装置１２５ａを昇降させるためのウェハ移載装置エレベータ（基板移載装置昇降機構）１２５ｂとで構成されている。図１に模式的に示されているように、ウェハ移載装置エレベータ１２５ｂは、筐体１１１左側端部に設置されている。これら、ウェハ移載装置エレベータ１２５ｂおよびウェハ移載装置１２５ａの連続動作により、ウェハ移載装置１２５ａのツイーザ（基板保持体）１２５ｃをウェハ２００の載置部として、ボート２１７に対して、ウェハ２００を装填（チャージング）および脱装（ディスチャージング）するように構成されている。
【００１８】
図１に示されているように、バッファ棚１０７の後方には、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを供給するよう供給ファン及び防塵フィルタで構成されたクリーンユニット１３４ａが設けられておりクリーンエアを筐体１１１の内部に流通させるように構成されている。また、ウェハ移載装置エレベータ１２５ｂ側と反対側である右側端部には、クリーンエアを供給するよう供給フアンおよび防塵フィルタで構成された図示しないクリーンユニットが設置されており、クリーンユニットから吹き出されたクリーンエアは、ウェハ移載装置１２５ａを流通した後に、図示しない排気装置に吸い込まれて、筐体１１１の外部に排気されるようになっている。
【００１９】
ウェハ移載装置（基板移載装置）１２５ａの後側には、大気圧未満の圧力（以下、負圧という。）を維持可能な機密性能を有する筐体（以下、耐圧筐体という。）１４０が設置されており、この耐圧筐体１４０によりボート２１７を収容可能な容積を有するロードロック方式の待機室であるロードロック室１４１が形成されている。
【００２０】
耐圧筐体１４０の正面壁１４０ａには、ウェハ搬入搬出口（基板搬入搬出口）１４２が開設されており、ウェハ搬入搬出口１４２はゲートバルブ（基板搬入搬出口開閉機構）１４３によって開閉されるようになっている。耐圧筐体１４０の一対の側壁には、ロードロック室１４１へ窒素ガス等の不活性ガスを給気するためのガス供給管１４４と、ロードロック室１４１を負圧に排気するための図示しない排気管とがそれぞれ接続されている。
【００２１】
ロードロック室１４１上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端部は炉口ゲートバルブ（炉口開閉機構）１４７により開閉されるように構成されている。
【００２２】
図１に模式的に示されているように、ロードロック室１４１には、ボート２１７を昇降させるためのボートエレベータ１１５が設置されている。ボートエレベータ１１５に連結された連結具としての図示しないアームには蓋体としてのシールキャップ２１９が水平に据え付けられており、シールキャップ２１９はボート２１７を垂直に支持し、処理炉２０２の下端部を閉塞可能なように構成されている。
ボート２１７は複数本の保持部材を備えており、複数枚（例えば、５０枚〜１５０枚程度）のウェハ２００をその中心を揃えて垂直方向に整列させた状態で、それぞれ水平に保持するように構成されている。
【００２３】
次に、本発明の実施例における処理装置の動作について説明する。
図１に示されているように、カセット１１０がカセットステージ１１４に供給されるに先立って、カセット搬入搬出口１１２がフロントシャッタ１１３によって開放される。その後、カセット１１０はカセット搬入搬出口１１２から搬入され、カセットステージ１１４の上にウェハ２００が垂直姿勢であって、カセット１１０のウェハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。
【００２４】
次に、カセット１１０は、カセット搬送装置１１８によって、カセットステージ１１４から救い上げられるとともに、カセット１１０内のウェハ２００が水平姿勢となり、カセット１１０のウェハ出し入れ口が筐体後方を向けるように、筐体後方に向かって縦方向に９０°回転させられる。引き続いて、カセット１１０は、カセット搬送装置１１８によって、カセット棚１０５ないしバッファ棚１０７の指定された棚位置へ自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、カセット搬送装置１１８によってカセット棚１０５に移載されるか、もしくは直接カセット棚１０５に搬送される。
【００２５】
スライドステージ１０６はカセット棚１０５を水平移動させ、移載の対象となるカセット１１０をウェハ移載装置１２５ａに対峙する様に位置決めする。
【００２６】
予め内部が大気圧状態とされていたロードロック室１４１のウェハ搬入搬出口１４２がゲートバルブ１４３の動作により開放されると、ウェハ２００はカセット１１０からウェハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによってウェハ出し入れ口を通じてピックアップされる。続いてウェハ移載装置１２５ａにより、ボート２１７上にウェハ２００が載置される。ウェハ移載装置１２５ａはカセット１１０に戻り、次のウェハ２００をボート２１７上に装填する。
【００２７】
予め指定された枚数のウェハ２００がボート２１７に装填されると、ウェハ搬入搬出口１４２がゲートバルブ１４３によって閉じられ、ロードロック室１４１は排気管から真空引きされることにより、減圧される。ロードロック室１４１が処理炉２０２内の圧力と同圧に減圧されると、処理炉２０２の下端部が炉口ゲートバルブ１４７によって開放される。続いて、シールキャップ２１９がボートエレベータ１１５によって上昇されて、シールキャップ２１９に支持されたボート２１７が処理炉２０２内へ搬入（ローディング）されて行く。
【００２８】
ローディング後は、処理炉２０２にてウェハ２００に後述の処理が実施される。処理後は、ボートエレベータ１１５によりボート２１７が引き出され更に、ロードロック室１４０内部を大気圧に復圧させた後にゲートバルブ１４３が開かれる。その後は、概上述の逆の手順で、ウェハ２００およびカセット１１０は筐体１１１の外部へ払出される。
【００２９】
次に、本発明の実施例における基板処理装置の処理炉周辺の概略構成について説明する。図２は本発明の実施例で用いられる基板処理装置の処理炉２０２及び処理炉周辺の概略構成図であり、縦断面図として示されている。
図２において、待機室としてのロードロック室１４０の外面に下基板２４５が設けられる。下基板２４５には、昇降台２４９と嵌合するガイドシャフト２６４及び昇降台２４９と螺合するボール螺子２４４が設けられる。下基板２４５に立設したガイドシャフト２６４及びボール螺子２４４の上端に上基板２４７が設けられる。ボール螺子２４４は上基板２４７に設けられた昇降モータ２４８により回転される。ボール螺子２４４が回転することにより昇降台２４９が昇降するように構成されている。
【００３０】
昇降台２４９には中空の昇降シャフト２５０が垂設され、昇降台２４９と昇降シャフト２５０の連結部は気密となっている。昇降シャフト２５０は昇降台２４９と共に昇降するようになっている。昇降シャフト２５０はロードロック室１４０の天板２５１を遊貫する。昇降シャフト２５０が貫通する天板２５１の貫通穴は昇降シャフト２５０に対して接触することがない様充分な余裕がある。ロードロック室１４０と昇降台２４９との間には昇降シャフト２５０の周囲を覆うように伸縮性を有する中空伸縮体としてのベローズ２６５がロードロック室１４０を気密に保つために設けられる。ベローズ２６５は昇降台２４９の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有し、ベローズ２６５の内径は昇降シャフト２５０の外形に比べ充分に大きく、ベローズ２６５の伸縮で接触することがないように構成されている。
【００３１】
昇降シャフト２５０の下端には昇降基板２５２が水平に固着される。昇降基板２５２の下面にはＯリング等のシール部材を介して駆動部カバー２５３が気密に取付けられる。昇降基板２５２と駆動部カバー２５３とで駆動部収納ケース２５６が構成されている。この構成により、駆動部収納ケース２５６内部はロードロック室１４０内の雰囲気と隔離される。
また、駆動部収納ケース２５６の内部にはボート２１７の回転機構２５４が設けられ、回転機構２５４の周辺は、冷却機構２５７により、冷却される。
【００３２】
電力供給ケーブル２５８が昇降シャフト２５０の上端から昇降シャフト２５０の中空部を通って回転機構２５４に導かれて接続されている。又、冷却機構２５７、シールキャップ２１９には冷却流路２５９が形成されており、冷却流路２５９には冷却水を供給する冷却水配管２６０が接続され、昇降シャフト２５０の上端から昇降シャフト２５０の中空部を通っている。
【００３３】
昇降モータ２４８が駆動され、ボール螺子２４４が回転することで昇降台２４９及び昇降シャフト２５０を介して駆動部収納ケース２５６を昇降させる。
【００３４】
駆動部収納ケース２５６が上昇することにより、昇降基板２５２に気密に設けられるシールキャップ２１９が処理炉２０２の開口部である炉口１６１を閉塞し、ウェハ処理が可能な状態となる。駆動部収納ケース２５６が下降することにより、シールキャップ２１９とともにボート２１７が降下され、ウェハ２００を外部に搬出できる状態となる。
【００３５】
次に、本発明の実施例における基板処理装置の処理炉について、図２と図３を用いて説明する。図３は本発明の実施例で用いられる基板処理装置の処理炉２０２の概略構成図であり、縦断面図として示されている。
図２に示されるように、処理炉２０２は、ウェハ２００を加熱する加熱手段としての円筒形のヒータ２０６と、アウターチューブ２０５と、インナーチューブ２０４と、マニホールド２０９と、ガス供給管３１１、３１２と、ガス排気管２３１と、マニホールド２０９の下端部を蓋し処理室２０１を密閉するシールキャップ２１９と、ボート２１７等を備える。アウターチューブ２０５、マニホールド２０９およびシールキャップ２１９等により処理室２０１を構成している。
【００３６】
ヒータ２０６の内側には、ヒータ２０６と同心円状に反応容器を構成する反応管としてのアウターチューブ２０５が設けられている。アウターチューブ２０５は、耐熱材料としての石英（ＳｉＯ２）材で構成されており、上端が閉塞し下端が開口した外形が円筒状に形成されている。アウターチューブ２０５の内側には、インナーチューブ２０４が設けられている。
インナーチューブ２０４は、耐熱材料としての石英（ＳｉＯ２）材で構成されており、上端と下端が開口するとともに、外形が円筒状に形成されている。インナーチューブ２０４の内側には、処理室２０１が形成されている。処理室２０１には、基板としてのウェハ２００を複数、水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で搭載したボート２１７が収容されている。
【００３７】
アウターチューブ２０５の下方には、アウターチューブ２０５と同心円状にマニホールド２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えば、石英（ＳｉＯ２）若しくはステンレス等からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。このマニホールド２０９は、アウターチューブ２０５とインナーチューブ２０４を支持するように設けられている。なお、マニホールド２０９とアウターチューブ２０５との間には、シール部材としてのＯリング３０９ａが設けられている。このマニホールド２０９がロードロック室１４０の天板２５１に、Ｏリング３０９ｂを介して支持されることにより、アウターチューブ２０５は垂直に据え付けられた状態となっている。
【００３８】
マニホールド２０９の外側壁には、ガス供給管３１１ａ〜３１１ｅ、ガス供給管３１２ａ〜３１２ｅと、ガス排気管２３１が設けられている。ガス供給管３１１ａ〜３１１ｅを総称してガス供給管３１１と呼び、ガス供給管３１２ａ〜３１２ｅを総称してガス供給管３１２と呼ぶ。本例では、ガス供給管３１１とガス供給管３１２を、それぞれ５本設けたが、それぞれ１本とすることもできる。
ガス供給管３１１と３１２は、インナーチューブ２０４の内側の空間に連通するよう設けられている。ガス排気管２３１は、アウターチューブ２０５とインナーチューブ２０４の間の空間に連通するよう設けられている。したがって、ガス供給管３１１、３１２から供給されたガスは、インナーチューブ２０４の内側の空間に入り、インナーチューブ２０４内を上昇し、インナーチューブ２０４上端の開口から折り返して、アウターチューブ２０５とインナーチューブ２０４の間の空間を下降し、ガス排気管２３１に抜けるようになっている。
【００３９】
ガス供給管３１１ａ〜３１１ｅには、それぞれ、ガスノズル３０１ａ〜３０１ｅが連通し、ガス供給管３１２ａ〜３１２ｅには、それぞれ、ガスノズル３０２ａ〜３０２ｅが連通している。ガスノズル３０１ａ〜３０１ｅを総称してガスノズル３０１と呼び、ガスノズル３０２ａ〜３０２ｅを総称してガスノズル３０２と呼ぶ。ガスノズル３０１とガスノズル３０２は、インナーチューブ２０４の内側の空間に、鉛直方向に立設されている。ガスノズル３０１とガスノズル３０２の本数は、ガス供給管３１１とガス供給管３１２の本数に対応させている。ガスノズル３０１と３０２には、本例ではその先端に、ガス供給孔が設けられている。あるいは、ガスノズル３０１と３０２の側壁に、ガス供給孔を複数設けるようにしてもよい。
【００４０】
ガス供給管３１１ａ〜３１１ｅは、それぞれ上流側で、ガス供給管３５１ａ〜３５１ｅとガス供給管３５２ａ〜３５２ｅの２つに分かれている。ガス供給管３５１ａ〜３５１ｅには、それぞれ上流から順に、シリコン含有ガスであるモノシランガス（ＳｉＨ４）供給源３２１ａ〜３２１ｅ、ガス流量制御装置としてのＭＦＣ３３１ａ〜３３１ｅ、開閉バルブ３４１ａ〜３４１ｅが接続されている。ガス供給管３５２ａ〜３５２ｅには、それぞれ上流から順に、不活性ガスである窒素ガス（Ｎ２）供給源３２２ａ〜３２２ｅ、ＭＦＣ３３２ａ〜３３２ｅ、開閉バルブ３４２ａ〜３４２ｅが接続されている。
ガス供給管３５１ａ〜３５１ｅを総称してガス供給管３５１と呼び、ガス供給管３５２ａ〜３５２ｅを総称してガス供給管３５２と呼び、シリコン含有ガス供給源３２１ａ〜３２１ｅを総称してシリコン含有ガス供給源３２１と呼び、ＭＦＣ３３１ａ〜３３１ｅを総称してＭＦＣ３３１と呼び、開閉バルブ３４１ａ〜３４１ｅを総称して開閉バルブ３４１と呼び、不活性ガス供給源３２２ａ〜３２２ｅを総称して不活性ガス供給源３２２と呼び、ＭＦＣ３３２ａ〜３３２ｅを総称してＭＦＣ３３２と呼び、開閉バルブ３４２ａ〜３４２ｅを総称して開閉バルブ３４２と呼ぶ。
【００４１】
ガス供給管３１２ａ〜３１２ｅは、それぞれ上流側で、ガス供給管３５３ａ〜３５３ｅとガス供給管３５４ａ〜３５４ｅの２つに分かれている。ガス供給管３５３ａ〜３５３ｅには、それぞれ上流から順に、不純物含有ガスとしてのホウ素（ボロン）含有ガスである三塩化ホウ素ガス（ＢＣｌ３）供給源３２３ａ〜３２３ｅ、ＭＦＣ３３３ａ〜３３３ｅ、開閉バルブ３４３ａ〜３４３ｅが接続されている。ガス供給管３５４ａ〜３５４ｅには、それぞれ上流から順に、不活性ガスである窒素ガス（Ｎ２）供給源３２４ａ〜３２４ｅ、ＭＦＣ３３４ａ〜３３４ｅ、開閉バルブ３４４ａ〜３４４ｅが接続されている。
ガス供給管３５３ａ〜３５３ｅを総称してガス供給管３５３と呼び、ガス供給管３５４ａ〜３５４ｅを総称してガス供給管３５４と呼び、不純物含有ガス供給源３２３ａ〜３２３ｅを総称して不純物含有ガス供給源３２３と呼び、ＭＦＣ３３３ａ〜３３３ｅを総称してＭＦＣ３３３と呼び、開閉バルブ３４３ａ〜３４３ｅを総称して開閉バルブ３４３と呼び、不活性ガス供給源３２４ａ〜３２４ｅを総称して不活性ガス供給源３２４と呼び、ＭＦＣ３３４ａ〜３３４ｅを総称してＭＦＣ３３４と呼び、開閉バルブ３４４ａ〜３４４ｅを総称して開閉バルブ３４４と呼ぶ。
【００４２】
ガス供給管３１２、３５３、ＭＦＣ３３３、バルブ３４３、不純物含有ガス供給源３２３、ノズル３０２等から、第１ガス供給部が構成される。ガス供給管３１１、３５１、ＭＦＣ３３１、バルブ３４１、シリコン含有ガス供給源３２１、ノズル３０１等から、第２ガス供給部が構成される。
ＭＦＣ３３１、３３２、３３３、３３４、及びバルブ３４１、３４２、３４３、３４４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。
ガス排気管２３１の下流側には、図示しない圧力検出器としての圧力センサ及び圧力調整器としてのＡＰＣバルブ２４２を介して真空ポンプ等の真空排気装置２４６が接続されている。ガス排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４２、真空ポンプ２４６等から、ガス排気部が構成される。
圧力センサ及びＡＰＣバルブ２４２には、制御部２４０が電気的に接続されており、制御部２４０は、圧力センサ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所望のタイミングにて制御するよう構成されている。
【００４３】
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するための炉口蓋体としてシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は、例えばステンレス等の金属で構成されており、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には、天板２５１の下端と当接するシール部材としてのＯリング３０９ｃ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を貫通して前記ボート２１７に接続されており、ボート２１７を回転させることでウェハ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昇降モータ２４８によって垂直方向に昇降されるように構成されており、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及び昇降モータ２４８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構成されている。
【００４４】
図３に示すように、ボート２１７の下部には、例えば耐熱性材料としての石英（ＳｉＯ２）で構成される円筒形状をした断熱部材としての断熱筒２１６が配置されており、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。なお、断熱筒２１６は、ボート２１７と別体として設けずに、ボート２１７と一体として設けても良いし、断熱筒２１６に代えて、ボート２１７における下方に複数枚の断熱板を設けるようにしてもよい。
【００４５】
この処理炉２０２の構成において、シリコン含有ガスは、シリコン含有ガス供給源３２１から供給され、ＭＦＣ３３１でその流量が調節された後、バルブ３４１を介して、ガス供給管３１１を経て、処理室２０１内に導入される。このとき同時に、キャリアガスとして、不活性ガスである窒素ガスが、窒素ガス供給源３２２から供給され、ＭＦＣ３３２でその流量が調節された後、バルブ３４２を介して、ガス供給管３１１を経て、処理室２０１内に導入される。
ホウ素含有ガスは、ホウ素含有ガス供給源３２３から供給され、ＭＦＣ３３３でその流量が調節された後、バルブ３４３を介して、ガス供給管３１２を経て、処理室２０１内に導入される。このとき同時に、キャリアガスとして、不活性ガスである窒素ガスが、窒素ガス供給源３２４から供給され、ＭＦＣ３３４でその流量が調節された後、バルブ３４４を介して、ガス供給管３１２を経て、処理室２０１内に導入される。
処理室２０１内のガスは、ガス排気管２３１を経て、真空ポンプ２４６に至り、排気される。
【００４６】
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。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作は、制御部２４０により制御される。
本実施形態の基板処理工程は、ウェハ搬入工程Ｓ１、ロードロック室パージ工程Ｓ２、ボートロード工程Ｓ３、酸化膜除去工程Ｓ４、不純物吸着工程Ｓ５、成膜工程Ｓ６、パージ工程Ｓ７、大気圧復帰工程Ｓ８、ボートアンロード工程Ｓ９、ウェハ搬出工程Ｓ１０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。
【００４７】
（ウェハ搬入工程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、基板移載機構１２５はウェハ２００をカセット１１０からボート２１７に装填（ウェハチャージング）する。ボート２１７にウェハ２００を受け渡した基板移載機構１２５は、カセット１１０に戻り後続のウェハ２００をボート２１７に装填する。ボート２１７内に装填されたウェハ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。
【００４８】
（ロードロック室パージ工程Ｓ２）
予め指定された枚数のウェハ２００がボート２１７に装填（ウェハチャージング）されると、ゲートバルブ１４３を閉じてロードロック室１４１を密閉した後、窒素ガス等の不活性ガスを給気しつつロードロック室１４１内を排気し、ロードロック室１４１内を不活性ガス雰囲気で置換し、ロードロック室１４１内の酸素や水分、及びウェハ２００に付着した酸素や水分を除去（パージ）し、所定の濃度以下にする。
【００４９】
（ボートロード工程Ｓ３）
ロードロック室１４１のパージが終了すると、ボートエレベータ１１５を上昇動作させる。そうすると、ウェハ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。
【００５０】
（酸化膜除去工程Ｓ４）
次に、制御部２４０が、ＡＰＣバルブ２４２やヒータ２０６を制御し、処理室２０１内を所定の圧力（真空度）、温度に設定する。また、回転機構２５４の回転を開始させ、ボート２１７を回転、つまりウェハ２００を回転する。
それから、ウェハ２００表面の酸化物（金属酸化膜）を除去する。ガス供給管３５３のバルブ３４３を開き、ガス供給管３１２内にホウ素含有ガスとして例えば三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）ガスを流す。このホウ素含有ガスは、ＭＦＣ３３３により流量調整される。流量調整されたホウ素含有ガスは、ノズル３０２に入り、ノズル３０２の先端部からインナーチューブ２０４の内側の空間へ供給され、インナーチューブ２０４内を上昇して、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５の間の空間を下降して通過し、ガス排気管２３１から排気される。
このとき、並行してガス供給管３５４のバルブ３４４を開き、ガス供給管３１２内に、キャリアガスとして窒素ガスを流す。この窒素ガスは、ＭＦＣ３３４により流量調整される。流量調整された窒素ガスは、ノズル３０２に入り、ホウ素含有ガスと一緒にノズル３０２の先端部からインナーチューブ２０４の内側の空間へ供給され、インナーチューブ２０４内を上昇して、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５の間の空間を下降して通過し、ガス排気管２３１から排気される。
【００５１】
このとき、ＡＰＣバルブ２４２やヒータ２０６を適正に調整して、処理室２０１内圧力を例えば０．１Ｔｏｒｒ〜１００Ｔｏｒｒの範囲内、処理室２０１内温度を２５０〜５００℃に設定する。ガス供給管３５３のＭＦＣ３３３を適正に調整して、ホウ素含有ガスの流量を、例えば１０〜１０００ｓｃｃｍ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、窒素ガス等のキャリアガスの流量を、例えば１０〜１０００ｓｃｃｍの範囲に設定する。この状態で、５秒〜１２０分、酸化膜除去を行う。
以上の酸化膜除去工程を、本例では、三塩化ホウ素ガスの流量を３００ｓｃｃｍ、窒素ガスの流量を１００ｓｃｃｍ、処理室２０１内の温度を３５０℃、圧力を約１Ｔｏｒｒとして、３０分間実施した。
【００５２】
以上の酸化膜除去工程により、ウェハ２００上の金属酸化物（ＭＯｘ）の酸素成分と、ホウ素含有ガスのホウ素成分とが反応し、例えばＨ３ＢＯ３などの化合物として除去される。本態様の酸化膜除去工程によれば、成膜前にホウ素を用い前処理をおこなうことでメタル上の酸化物を除去することができる。また、塩素などを直接メタルに反応させ、塩化物として除去する方法とは異なり、ホウ素含有ガスはメタルには反応しないので、メタル上の金属酸化物が除去された段階で、自動的にエッチングをストップ（セルフエッチストップ）することができる。
【００５３】
（不純物吸着工程Ｓ５）
続いて、所定時間、ガス供給管３１２からノズル３０２を介してインナーチューブ２０４内へ、ホウ素含有ガスとして例えば三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）ガスを流す。並行して、ノズル３０２を介してインナーチューブ２０４内へ、キャリアガスとして窒素ガスを流す。これらのガスは、ガス排気管２３１から排気される。
不純物吸着工程における、三塩化ホウ素ガスの流量、窒素ガスの流量、処理室２０１内温度、圧力等のプロセス条件は、酸化膜除去工程の条件と同じにすることができる。
以上の不純物吸着工程を、本例では、三塩化ホウ素ガスの流量を３００ｓｃｃｍ、窒素ガスの流量を１００ｓｃｃｍ、処理室２０１内温度を３５０℃、処理室圧力を約１Ｔｏｒｒとして、３０分間実施した。
【００５４】
不純物吸着工程により、ウェハ２００上に、図６（ａ）に示した従来のシリコン核４２よりも高密度に、ホウ素核を吸着することができ、後述の成膜工程において、より平坦なシリコン膜を形成することができる。
図４は、本発明の実施例におけるシリコン膜の成長を示す模式図である。図４（ａ）において、窒化チタン（ＴｉＮ）膜４１の表面上に、例えばＢＣｌ３ガスが供給され、ホウ素核４４が高密度に付着する。その後、次の成膜工程においてＳｉＨ４ガスが供給されると、図４（ｂ）に示すように、ホウ素核４４の周囲にシリコン膜４３が成長する。ホウ素核４４間の隙間が小さいため、シリコン膜４３の表面は平坦に形成される。
【００５５】
（成膜工程Ｓ６）
次に、制御部２４０が、ＡＰＣバルブ２４２やヒータ２０６を制御し、処理室２０１内を所定の圧力（真空度）、温度に設定して、不純物の添加されたシリコン膜であるドープトシリコン膜をウェハ２００に成膜する。
まず、ガス供給管３５１のバルブ３４１を開き、ガス供給管３１１内にシリコン含有ガスを流す。このシリコン含有ガスは、ＭＦＣ３３１により流量調整される。流量調整されたシリコン含有ガスは、ノズル３０１に入り、ノズル３０１の先端部からインナーチューブ２０４の内側の空間へ供給され、インナーチューブ２０４内を上昇して、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５の間の空間を下降して通過し、ガス排気管２３１から排気される。
並行して、ガス供給管３５２のバルブ３４２を開き、ガス供給管３１１内に、シリコン含有ガスのキャリアガスとして窒素ガスを流す。この窒素ガスは、ＭＦＣ３３２により流量調整される。流量調整された窒素ガスは、ノズル３０１に入り、シリコン含有ガスと一緒にノズル３０１の先端部からインナーチューブ２０４の内側の空間へ供給され、インナーチューブ２０４内を上昇して、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５の間の空間を下降して通過し、ガス排気管２３１から排気される。
【００５６】
また、シリコン含有ガスの供給と並行して、ガス供給管３５３のバルブ３４３を開き、ガス供給管３１２内にホウ素含有ガスを流す。このホウ素含有ガスは、ＭＦＣ３３３により流量調整される。流量調整されたホウ素含有ガスは、ノズル３０２に入り、ノズル３０２の先端部からインナーチューブ２０４の内側の空間へ供給される。
このとき並行して、ガス供給管３５４のバルブ３４４を開き、ガス供給管３１２内に、ホウ素含有ガスのキャリアガスとして窒素ガスを流す。この窒素ガスは、ＭＦＣ３３４により流量調整される。流量調整された窒素ガスは、ノズル３０２に入り、ホウ素含有ガスと一緒にノズル３０２の先端部からインナーチューブ２０４の内側の空間へ供給される。
シリコン含有ガスとホウ素含有ガスにより、ウェハ２００表面に、ドープトシリコン膜が形成される。
【００５７】
成膜工程においては、ＡＰＣバルブ２４２やヒータ２０６を適正に調整して、処理室２０１内圧力を例えば０．１〜１００Ｔｏｒｒの範囲内、処理室２０１内温度を２５０〜５００℃に設定するに設定する。ガス供給管３５１のＭＦＣ３３１を適正に調整して、シリコン含有ガスの流量を、例えば１０〜２０００ｓｃｃｍ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、窒素ガス等のキャリアガスの流量を、例えば１０〜１０００ｓｃｃｍの範囲に設定する。
以上の成膜工程を、本例では、モノシランガスの流量を４００ｓｃｃｍ、三塩化ホウ素ガスの流量を２０ｓｃｃｍ、窒素ガスの流量を１００ｓｃｃｍ、処理室２０１内の温度を３５０℃、圧力を約１Ｔｏｒｒとして、３０分間実施した。
【００５８】
上述したように、不純物吸着工程において、ウェハ２００上の金属膜表面に、不純物の核として例えばホウ素核やリン核を形成しているので、このホウ素やリンは、膜表面上に吸着、残留し、Ｓｉ―Ｂ、Ｓｉ―Ｐの結合により、成膜工程におけるシリコン膜形成を促進させる。したがって、均一なシリコン膜を形成することができる。
なお、本実施例では、成膜工程において、シリコン含有ガスとホウ素含有ガスを並行して供給したが、シリコン含有ガスとホウ素含有ガスを交互に供給することもできる。これにより、ホウ素核やリン核が何度も基板表面に均一に生成されるため、面内のシリコン膜の均一性が向上する。
【００５９】
（パージ工程Ｓ７、大気圧復帰工程Ｓ８）
次に、ガス供給管３５１のバルブ３４１を閉じ、処理室２０１内へのシリコン含有ガスの供給を停止するとともに、ガス供給管３５３のバルブ３４３を閉じ、処理室２０１内へのホウ素含有ガスの供給を停止する。一方、ガス供給管３５２のバルブ３４２とガス供給管３５４のバルブ３４４は開いた状態を継続し、処理室２０１内へ不活性ガスとしての窒素ガスを流し続ける。窒素ガスは、ノズル３０１や３０２の先端部からインナーチューブ２０４の内側の空間へ供給され、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５の間の空間を下降して通過し、ガス排気管２３１から排気される。処理室２０１内に窒素ガスを流すことで、成膜工程Ｓ６完了後にウェハ２００表面や処理室２０１内に残留している、シリコン含有ガスやホウ素含有ガス、あるいは反応生成物等を窒素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（パージ工程Ｓ７）。
以上のパージ工程を、本例では、窒素ガスの流量を１４００ｓｃｃｍ、処理室２０１内温度を３５０℃、処理室圧力を約１Ｔｏｒｒとして、１０分間実施した。
【００６０】
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Ｓ８）。なお、上述のパージ工程Ｓ７、大気圧復帰工程Ｓ８では、ノズル３０１とノズル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、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。
【００６１】
（ボートアンロード工程Ｓ９、ウェハ搬出工程Ｓ１０）
その後、回転機構２５４を停止させてウェハ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Ｓ９）。続いて、ボート２１７に装填した状態のまま、ウェハ２００が冷却されるまで待機する期間を設ける。ウェハ２００が冷却されると、基板移載機構１２５により処理済みのウェハ２００をボート２１７から取り出し、ウェハカセット１１０に移載する（ウェハ搬出工程Ｓ１０）。処理済ウェハ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〜Ｓ１０）により、本実施形態に係る基板処理工程が行われる。
【００６２】
なお、上述の実施例では、酸化膜除去工程Ｓ４と成膜工程Ｓ６の間で、不純物吸着工程Ｓ５を実施したが、要求される膜質に応じて、不純物吸着工程Ｓ５を省略することもできる。
図５は、本発明の他の実施例におけるシリコン膜の成長を示す模式図である。成膜工程において、図５（ａ）に示すように、窒化チタン（ＴｉＮ）膜４１の表面上に、例えばＳｉＨ４ガスとＢＣｌ３ガスが供給され、シリコン核４２とホウ素核４４が付着する。図４（ａ）に示した上記実施例のホウ素核４４の密度には及ばないが、図６（ａ）に示した従来のシリコン核４２よりも高密度に、シリコン核４２とホウ素核４４を吸着することができる。その後、図５（ｂ）に示すように、シリコン核４２とホウ素核４４の周囲にシリコン膜４３が成長する。このシリコン膜４３の表面は、シリコン核４２やホウ素核４４の間の隙間が小さいため、図６（ｃ）に示した従来のシリコン膜４３よりも平坦に形成される。
【００６３】
また、上述の実施例では、酸化膜除去工程Ｓ４と成膜工程Ｓ６の間で不純物吸着工程Ｓ５を実施したが、酸化膜除去工程Ｓ４で酸化物を除去したのち、不純物吸着工程Ｓ５の代わりに、水素ガス（Ｈ２）やシリコン含有ガスを供給することにより、酸化膜除去工程Ｓ４でウェハ２００の表面に残留した残留塩素やホウ素を除去することができる。これにより、金属膜表面を清浄化し、均一な表面条件での成膜が可能となる。その結果、均一な膜成長を実現できる。
このとき例えば、水素ガスの流量を１０００ｓｃｃｍ、シリコン含有ガスの流量を１００ｓｃｃｍ、処理室２０１内温度を４００℃、処理室圧力を０．１Ｔｏｒｒとして、３０分間実施する。
【００６４】
また、酸化膜除去工程Ｓ４で酸化物を除去したのち、不純物吸着工程Ｓ５において、先に水素ガス（Ｈ２）やシリコン含有ガスを供給した後、ホウ素含有ガス又はリン含有ガスを供給することにより、酸化膜除去工程Ｓ４でウェハ２００の表面に残留した残留塩素やホウ素を除去した後、ウェハ２００の表面に高密度にホウ素核やリン核を吸着することができ、平坦なシリコン膜を形成することができる。
【００６５】
また、酸化膜除去工程Ｓ４で酸化物を除去したのち、不純物吸着工程Ｓ５において、水素ガス（Ｈ２）やシリコン含有ガスと、ホウ素含有ガス又はリン含有ガスとを交互に供給することにより、酸化膜除去工程Ｓ４でウェハ２００の表面に残留した残留塩素やホウ素を除去し、ウェハ２００の表面に高密度にホウ素核やリン核を吸着することができ、平坦なシリコン膜を形成することができる。
【００６６】
以上の実施例によれば、次の（１）〜（３）の効果のうち、少なくとも１つを奏する。
（１）酸化膜除去工程においてホウ素含有ガスによりウェハ表面金属酸化膜を除去した後、成膜工程において、ホウ素含有ガスとシリコン含有ガスにより平坦度や膜厚均一性が向上した不純物ドープトシリコン膜を安定して得ることができる。
（２）酸化膜除去工程においてホウ素含有ガスによりウェハ表面金属酸化膜を除去した後、不純物吸着工程においてウェハ２００上に高密度にホウ素核を吸着することにより、成膜工程において、より平坦な不純物ドープトシリコン膜を形成することができる。
（３）成膜工程において、シリコン含有ガスとホウ素含有ガスを交互に供給することにより、ホウ素核やリン核が何度も基板表面に均一に生成されるため、面内のシリコン膜の均一性が向上する。
【００６７】
以上、本発明を実施例に基づき説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。実施例にて説明した半導体膜の形成条件は一例に過ぎず、適宜変更することができる。例えば、ドープトシリコン膜を形成する場合、シリコン含有ガスとして、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）等を用いることができ、また、ドーピングガスとして、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、テトラボラン（Ｂ４Ｈ１０）、ホスフィン（ＰＨ３）等を用いることができ、パージ用の不活性ガスとして水素ガスや塩素ガス等を用いることができる。
【００６８】
また、待機室には、上述の形態では真空置換可能なロードロック室を適用した例にて説明したが、基板への自然酸化膜の付着等がさほど問題とならない処理を行う場合には、真空置換可能なロードロック室に代えて、窒素ガス雰囲気やクリーンエア雰囲気で構成される真空置換しないで清浄化するように構成してもよい。また、その場合、耐圧筐体とせずに単に筐体としても良い。
【００６９】
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、
金属膜と該金属膜の表面の少なくとも一部に金属酸化膜が形成された基板を処理室内へ搬入する工程と、
前記基板を収容した処理室内へ不純物含有ガスを供給し、前記金属酸化膜を除去する酸化膜除去工程と、
前記処理室内に前記不純物含有ガスおよびシリコン含有ガスを供給し、前記金属膜上に不純物が添加されたシリコン含有膜を形成するシリコン含有膜形成工程と、
前記シリコン含有膜が形成された基板を処理室内から搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
この構成によれば、平坦度や膜厚均一性が向上した不純物ドープトシリコン膜を成膜することができる。
【００７０】
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、
前記不純物含有ガスはホウ素含有ガスであり、前記金属膜上に形成されるシリコン含有膜はホウ素が添加されたシリコン含有膜である半導体装置の製造方法。
この構成によれば、ホウ素含有ガスを用いて、平坦度や膜厚均一性が向上した不純物ドープトシリコン膜を成膜することができる。
【００７１】
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、
前記酸化膜除去工程と前記シリコン含有膜形成工程の間に、前記不純物を前記基板上に吸着する不純物吸着工程を有する半導体装置の製造方法。
この構成によれば、平坦度や膜厚均一性がさらに向上した不純物ドープトシリコン膜を成膜することができる。
【００７２】
本発明の第４の側面は、
金属膜と該金属膜の表面の少なくとも一部に金属酸化膜が形成された基板を収容する処理室と、
前記処理室へ不純物含有ガスを供給する第１ガス供給部と、
前記処理室へシリコン含有ガスを供給する第２ガス供給部と、
前記処理室からガスを排気するガス排気部と、
前記基板を収容した処理室内へ前記第１ガス供給部から不純物含有ガスを供給して前記金属酸化膜を除去し、その後、前記処理室内へ前記第１ガス供給部から不純物含有ガスを供給しつつ、前記第２ガス供給部からシリコン含有ガスを供給して不純物が添加されたシリコン含有膜を前記金属膜上に形成するよう制御する制御部と、を有する基板処理装置。
この構成によれば、平坦度や膜厚均一性が向上した不純物ドープトシリコン膜を成膜することができる。
【００７３】
本発明の第５の側面は、前記第４の側面における基板処理装置であって、
前記第１ガス供給部から供給される不純物含有ガスはホウ素含有ガスであり、前記金属膜上に形成されるシリコン含有膜はホウ素が添加されたシリコン含有膜である基板処理装置。
この構成によれば、ホウ素含有ガスを用いて、平坦度や膜厚均一性が向上した不純物ドープトシリコン膜を成膜することができる。
【００７４】
本発明の第６の側面は、前記第４の側面又は第５の側面における基板処理装置であって、
前記制御部は、前記基板を収容した処理室内へ前記第１ガス供給部から不純物含有ガスを供給して前記金属酸化膜を除去し、その後、前記不純物を前記基板上に吸着させ、その後、前記基板を収容した処理室内へ前記第１ガス供給部から不純物含有ガスを供給しつつ、前記第２ガス供給部からシリコン含有ガスを供給して不純物が添加されたシリコン含有膜を前記金属膜上に形成するよう制御する制御部である基板処理装置。
この構成によれば、平坦度や膜厚均一性がさらに向上した不純物ドープトシリコン膜を成膜することができる。
【符号の説明】
【００７５】
４１…金属膜、４２…シリコン核、４３…シリコン膜、４４…ホウ素核、１０１…基板処理装置、１１０…基板収容器（カセット）、１１１…筐体、１１５…ボートエレベータ、１１８…カセット搬送装置、１２５…基板移載機構、１４０…耐圧筐体、１４１…ロードロック室、１４２…ウェハ搬入搬出口、１４３…ゲートバルブ、１４４…ガス供給管、２００…ウェハ、２０１…処理室、２０２…熱処理炉、２０４…インナーチューブ、２０５…アウターチューブ、２０６…ヒータ、２１９…シールキャップ、２３１…ガス排気管、２１７…ボート、２４０…制御部、２４２…ＡＰＣバルブ、２４６…真空ポンプ、２５４…回転機構、３０１…ガスノズル、３０２…ガスノズル、３１１…ガス供給管、３１２…ガス供給管、３２１…シリコン含有ガス供給源、３２２…キャリアガス供給源、３２３…不純物含有ガス供給源、３２４…キャリアガス供給源、３２５…不活性ガス供給源、３３１〜３３４…ＭＦＣ、３４１〜３４４…バルブ、３５１〜３５４…ガス供給管。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属膜と該金属膜の表面の少なくとも一部に金属酸化膜が形成された基板を処理室内へ搬入する工程と、
前記基板を収容した処理室内へ不純物含有ガスを供給し、前記金属酸化膜を除去する酸化膜除去工程と、
前記処理室内に前記不純物含有ガスおよびシリコン含有ガスを供給し、前記金属膜上に不純物が添加されたシリコン含有膜を形成するシリコン含有膜形成工程と、
前記シリコン含有膜が形成された基板を処理室内から搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
金属膜と該金属膜の表面の少なくとも一部に金属酸化膜が形成された基板を収容する処理室と、
前記処理室へ不純物含有ガスを供給する第１ガス供給部と、
前記処理室へシリコン含有ガスを供給する第２ガス供給部と、
前記処理室からガスを排気するガス排気部と、
前記基板を収容した処理室内へ前記第１ガス供給部から不純物含有ガスを供給して前記金属酸化膜を除去し、その後、前記処理室内へ前記第１ガス供給部から不純物含有ガスを供給しつつ、前記第２ガス供給部からシリコン含有ガスを供給して不純物が添加されたシリコン含有膜を前記金属膜上に形成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】
金属膜と該金属膜の表面の少なくとも一部に金属酸化膜が形成された基板を処理室内へ搬入する工程と、
前記基板を収容した処理室内へ不純物含有ガスを供給し、前記金属酸化膜を除去する酸化膜除去工程と、
前記処理室内に前記不純物含有ガスおよびシリコン含有ガスを供給し、前記金属膜上に不純物が添加されたシリコン含有膜を形成するシリコン含有膜形成工程と、
前記シリコン含有膜が形成された基板を処理室内から搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
金属膜と該金属膜の表面の少なくとも一部に金属酸化膜が形成された基板を収容する処理室と、
前記処理室へ不純物含有ガスを供給する第１ガス供給部と、
前記処理室へシリコン含有ガスを供給する第２ガス供給部と、
前記処理室からガスを排気するガス排気部と、
前記基板を収容した処理室内へ前記第１ガス供給部から不純物含有ガスを供給して前記金属酸化膜を除去し、その後、前記処理室内へ前記第１ガス供給部から不純物含有ガスを供給しつつ、前記第２ガス供給部からシリコン含有ガスを供給して不純物が添加されたシリコン含有膜を前記金属膜上に形成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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２０４６９１（Ｐ２０１２−２０４６９１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６８９３２（Ｐ２０１１−６８９３２）
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【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１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
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