半導体装置の製造方法
【課題】低温で高品質な生成膜の生成を可能とし、デバイスの性能の向上を図ると共に歩留りの向上を図る半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】処理室に基板を搬入する工程と、処理室及び基板を所定の温度に加熱する工程と、処理室に所定のガスを給排するガス給排工程とを含み、ガス給排工程は、シラン系のガスと水素ガスとを処理室に供給する第１の供給工程と、少なくともシラン系のガスを処理室から除去する第１の除去工程と、塩素ガスと水素ガスとを処理室に供給する第２の供給工程と、少なくとも塩素ガスを処理室から除去する第２の除去工程とを、所定回数繰返して実行させる。
【解決手段】処理室に基板を搬入する工程と、処理室及び基板を所定の温度に加熱する工程と、処理室に所定のガスを給排するガス給排工程とを含み、ガス給排工程は、シラン系のガスと水素ガスとを処理室に供給する第１の供給工程と、少なくともシラン系のガスを処理室から除去する第１の除去工程と、塩素ガスと水素ガスとを処理室に供給する第２の供給工程と、少なくとも塩素ガスを処理室から除去する第２の除去工程とを、所定回数繰返して実行させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウェーハ、ガラス基板等の基板に薄膜の生成、不純物の拡散、アニール処理、エッチング等の処理を行って半導体装置を製造する半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の１つに金属、酸化膜、半導体の重合構造であるＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）があり、近年ＭＯＳＦＥＴの微細化、及び高性能化が進んでいる。
【０００３】
ＭＯＳＦＥＴの微細化、及び高性能化に於ける課題としてコンタクト抵抗の低抵抗化等があり、この課題を解決する方法の１つとしてソース／ドレイン上にシリコンエピタキシャル膜を選択成長させる方法がある。
【０００４】
従来、シリコンエピタキシャル膜の成長は、処理ガスとしてＳｉＨ２Ｃｌ２とＨＣｌとＨ２が用いられ、これら処理ガスを７５０℃〜８５０℃の処理温度で、処理室に連続供給することによって行われている。
【０００５】
上記した処理温度７５０℃〜８５０℃は高温であり、微細化、及び高性能化に伴い基板素子への熱的なダメージ、サーマルバジェットの影響が増大し、デバイスの高性能化の阻害原因、或は歩留り低下の原因となっている。
従来技術として、特許文献１、および特許文献２が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−８６５１１号公報
【特許文献２】特開平５−２１３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は斯かる実情に鑑み、低温で高品質な生成膜の生成を可能とし、デバイスの性能の向上を図ると共に歩留りの向上を図る半導体装置の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
少なくともシリコン面と絶縁面とを表面に有する基板を処理室に収容し、前記処理室の外部に設けられる加熱ユニットにより前記処理室内の雰囲気及び前記基板を所定の温度に加熱する基板処理装置を用いて、前記基板のシリコン面に選択的にエピタキシャル膜を成長させる半導体装置の製造方法であって、前記処理室に基板を搬入する工程と、前記処理室内の雰囲気及び前記基板を所定の温度に加熱する工程と、前記処理室に所望のガスを給排するガス給排工程とを含み、該ガス給排工程は、少なくとも前記処理室に水素ガスを供給する前処理工程と、シリコン含有ガスと水素ガスとを前記処理室に供給する第１の供給工程と、少なくとも前記シリコン含有ガスを前記処理室から除去する第１の除去工程と、塩素ガスと水素ガスとを前記処理室に供給する第２の供給工程と、少なくとも前記塩素ガスを前記処理室から除去する第２の除去工程とを含み、前記ガス給排工程において、前記第１の供給工程と前記第２の供給工程を所定回数繰り返し、当該ガス給排工程を所定回数繰り返す中で前記処理室内の圧力を変化させ、前記基板のシリコン面に選択的にエピタキシャル膜を成長させる半導体装置の製造方法に係るものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、少なくともシリコン面と絶縁面とを表面に有する基板を処理室に収納し、加熱手段により前記処理室及び基板を所定の温度に加熱する基板処理装置を用いて前記シリコン面に選択的にエピタキシャル膜を成長させる半導体装置の製造方法であって、前記処理室に基板を搬入する工程と、前記処理室及び基板を所定の温度に加熱する工程と、前記処理室に所定のガスを給排するガス給排工程とを含み、該ガス給排工程は、シラン系のガスと水素ガスとを前記処理室に供給する第１の供給工程と、少なくとも前記シラン系のガスを前記処理室から除去する第１の除去工程と、塩素ガスと水素ガスとを前記処理室に供給する第２の供給工程と、少なくとも前記塩素ガスを前記処理室から除去する第２の除去工程とを、所定回数繰返して実行させるので、前記第２の供給工程の前後の工程で不活性ガスによるガスパージ工程が省略できスループットが向上し、又塩素ガスによる処理を塩素ガスと共に水素ガスを供給して行うので、処理の均一性が向上するという優れた
効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る基板処理装置の一例を示す斜視図である。
【図２】該基板処理装置に用いられる処理炉の概略断面図である。
【図３】本発明に係る処理工程のフローチャートである。
【図４】Ａは、本発明の第１の成膜工程例を示すフローチャートである。Ｂは、本発明の第２の成膜工程例を示すフローチャートである。
【図５】本発明に於ける成膜状態を示す説明図である。
【図６】本発明の比較実験のエッチングデータを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。
【００１２】
先ず、図１に於いて、本発明が実施される基板処理装置について説明する。
【００１３】
図１中、１は基板処理装置、２は基板収納容器（カセット）を示し、前記基板処理装置１で処理されるシリコンウェーハ等の基板（ウェーハ）３は、前記カセット２に所要枚数、例えば２５枚収納された状態で、搬入搬出される。
【００１４】
前記基板処理装置１の筐体４の正面壁５の下部にはメンテナンス用の開口部として正面メンテナンス口６が開設され、該正面メンテナンス口６は正面メンテナンス扉（図示せず）により開閉可能となっている。前記正面メンテナンス口６の上方には、前記カセット２の搬入搬出用の基板収納容器入出口８が開設され、該基板収納容器入出口８は入出口開閉機構（フロントシャッタ）（図示せず）によって開閉される様になっている。
【００１５】
前記筐体４の内部、前記基板収納容器入出口８に臨接して基板収納容器授受装置（カセット授受ステージ）１１が設けられ、該カセット授受ステージ１１に対向し、前記カセット２を所要数保管する下基板収納容器収納棚（カセット棚）１２、上基板収納容器収納棚（バッファカセット棚）１３が設けられている。
【００１６】
前記カセット授受ステージ１１と前記カセット棚１２、前記バッファカセット棚１３との間には、基板収納容器搬送装置（カセット搬送装置）１４が設けられる。該カセット搬送装置１４は、横行機構、昇降機構、回転機構を具備し、前記カセット搬送装置１４は横行機構、昇降機構、回転機構の協働により、前記カセット授受ステージ１１と前記カセット棚１２、前記バッファカセット棚１３との間で前記カセット２を所要の姿勢で搬送可能である。
【００１７】
前記筐体４の内部後方、下部には気密容器であるロードロック室１５が設けられ、該ロードロック室１５の上側には処理炉１６が立設されている。該処理炉１６は気密な処理室１７を具備し、該処理室１７は前記ロードロック室１５と気密に連設され、前記処理室１７の下端の炉口部は炉口ゲートバルブ２０によって気密に閉塞可能となっている。
【００１８】
前記ロードロック室１５の内部には基板保持具（ボート）１８が収納可能であり、該ボート１８は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなり、ウェーハ３を水平姿勢で多段に保持可能となっている。又、好ましくはウェーハ３を支持する棚はリング状となって鋳込とすることが好ましい。尚、前記ボート１８の下部には、例えば石英や炭化珪素等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（図示せず）が水平姿勢で多段に複数枚配置されて、下方への放熱を抑制している。
【００１９】
又前記ボート１８を支持し、該ボート１８を前記処理室１７に装脱する為の基板保持具昇降機構（ボートエレベータ）１９が前記ロードロック室１５に設けられている。
【００２０】
該ロードロック室１５は前記ボート１８にウェーハ３を移載する為の基板移載口２１が設けられ、該基板移載口２１はゲートバルブ２５によって開放され、又気密に閉塞される。前記ロードロック室１５には窒素ガス等の不活性ガスを供給するガス供給系２２が接続され、前記ロードロック室１５内部を排気して、負圧にする排気装置（図示せず）が接続されている。
【００２１】
前記ロードロック室１５と前記カセット棚１２との間には基板移載装置（基板移載機）２３が設けられ、該基板移載機２３はウェーハ３を載置保持する基板保持プレート２４を所要枚数（例えば５枚）具備し、又該基板保持プレート２４を昇降する昇降機構部、回転させる回転機構部、進退させる進退機構部を具備している。
【００２２】
前記基板移載機２３は、昇降機構部、回転機構部、進退機構部の協働により、降下状態の前記ボート１８と前記カセット棚１２との間で前記基板移載口２１を介して基板の移載が行われる様になっている。
【００２３】
尚、前記筐体４内部の所要位置、例えば、前記バッファカセット棚１３に対向してクリーンユニット２６が設けられ、該クリーンユニット２６によって前記筐体４内部に清浄な雰囲気の流れが形成される。
【００２４】
以下、前記基板処理装置１の作動について説明する。
【００２５】
前記基板収納容器入出口８がフロントシャッタ（図示せず）によって開放され、前記カセット２が前記基板収納容器入出口８から搬入される。搬入されるカセット２は、ウェーハ３が垂直姿勢であって、ウェーハ３の出入れ口が上方向を向く様に載置される。
【００２６】
次に、前記カセット搬送装置１４によって、前記カセット棚１２又は前記バッファカセット棚１３の指定された棚位置へ搬送される。前記カセット棚１２、前記バッファカセット棚１３に保管されるカセット２は水平姿勢となっており、出入れ口は前記基板移載機２３に向いている。又、一時的に保管された後、前記カセット搬送装置１４によって前記バッファカセット棚１３から前記カセット棚１２に移載される。
【００２７】
予め前記ロードロック室１５の内部が大気圧状態とされ、前記ボート１８が前記ボートエレベータ１９によって前記ロードロック室１５内に降下される。前記ゲートバルブ２５によって前記基板移載口２１が開放され、前記基板移載機２３によってウェーハ３が前記カセット２から前記ボート１８へ移載される。
【００２８】
予め指定された枚数のウェーハ３が前記ボート１８に装填されると、前記基板移載口２１が前記ゲートバルブ２５によって閉じられ、前記ロードロック室１５が排気装置により、真空引きされることにより、減圧される。前記ロードロック室１５が前記処理室１７内の圧力と同圧に減圧されると、該処理室１７の炉口部が前記炉口ゲートバルブ２０によって開放され、前記ボートエレベータ１９によって前記ボート１８が前記処理室１７に装入される。
【００２９】
ウェーハ３の加熱、前記処理室１７への処理ガスの導入、排気等が行われ、ウェーハ３に所定の処理が実施される。
【００３０】
処理後は、前記ボートエレベータ１９により前記ボート１８が引出され、更に、前記ロードロック室１５内部を大気圧に復圧させた後に前記ゲートバルブ２５が開かれる。その後は、上記の逆の手順で、ウェーハ３及びカセット２は前記筐体４の外部へ搬出される。
【００３１】
次に、図２に於いて、前記処理炉１６、前記ボートエレベータ１９について説明する。
【００３２】
図２に示される様に、前記処理炉１６は加熱機構としてのヒータ３１を有する。該ヒータ３１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部材より構成され、図示しない保持体に支持されることにより垂直に据付けられている。
【００３３】
前記ヒータ３１近傍には、前記処理室１７内の温度を検出する温度検出体としての温度センサ（図示せず）が設けられる。前記ヒータ３１及び温度センサには、電気的に温度制御部４５が接続されており、温度センサにより検出された温度情報に基づき前記ヒータ３１への通電具合を調節することにより前記処理室１７内の温度が所望の温度分布となる様所望のタイミングにて制御する様に構成されている。
【００３４】
前記ヒータ３１の内側には、該ヒータ３１と同心に反応管３２が配設されている。該反応管３２は、石英（ＳｉＯ２）又は炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。前記反応管３２は前記処理室１７を画成し、前記ボート１８を収納し、ウェーハ３は前記ボート１８に保持された状態で前記処理室１７に収納される。
【００３５】
前記反応管３２の下方には、該反応管３２と同心にマニホールド３３が配設され、前記反応管３２は前記マニホールド３３に立設されている。該マニホールド３３は、例えば、ステンレス鋼等からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。尚、前記マニホールド３３と前記反応管３２との間には、シール部材としてのＯリングが設けられている。前記マニホールド３３が保持体、例えば前記ロードロック室１５に支持されることにより、前記反応管３２は垂直に設置された状態となっている。該反応管３２と前記マニホールド３３により反応容器が形成される。
【００３６】
該マニホールド３３には、ガス排気管３４が設けられると共に、ガス供給管３５が貫通する様設けられている。該ガス供給管３５は、上流側で３つに分岐し、バルブ３６，３７，３８とガス流量制御装置としてのＭＦＣ３９，４０，４１を介して第１ガス供給源４２、第２ガス供給源４３、第３ガス供給源４４にそれぞれ接続されている。前記第１ガス供給源４２は、例えば処理ガスとしてシラン系ガス、又はハロゲン含有シラン系ガスを供給し、前記第２ガス供給源４３は、処理ガス又キャリアガスとして水素ガスを供給し、又前記第３ガス供給源４４はキャリアガス又はパージガスとして窒素ガスを供給する様になっている。
【００３７】
前記ＭＦＣ３９，４０，４１及び前記バルブ３６，３７，３８には、ガス流量制御部４６が電気的に接続されており、該ガス流量制御部４６は供給するガスの流量が所望の流量となる様所望のタイミングにて制御する様に構成されている。
【００３８】
前記ガス排気管３４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４７を介して真空ポンプ等の真空排気装置４８が接続されている。該真空排気装置４８は、排気能力の高い３次真空ポンプ、例えば分子ターボポンプ＋機械ブースとポンプ＋ドライポンプ等が用いられることが好ましい。
【００３９】
圧力センサ及び前記ＡＰＣバルブ４７には、圧力制御部４９が電気的に接続されており、該圧力制御部４９は、圧力センサにより検出された圧力に基づいて前記ＡＰＣバルブ４７の開度を調節することにより、前記処理室１７の圧力が所望の圧力となる様所望のタイミングにて制御する様構成されている。
【００４０】
前記処理炉１６の構成に於いて、第１の処理ガスは、前記第１ガス供給源４２から供給され、前記ＭＦＣ３９でその流量が調節された後、前記バルブ３６を介して、前記ガス供給管３５により前記処理室１７内に導入される。第２の処理ガスは、前記第２ガス供給源４３から供給され、前記ＭＦＣ４０でその流量が調節された後、前記バルブ３７を介して前記ガス供給管３５により前記処理室１７内に導入される。第３の処理ガスは、前記第３ガス供給源４４から供給され、前記ＭＦＣ４１でその流量が調節された後、前記バルブ３８を介して前記ガス供給管３５より前記処理室１７内に導入される。又、該処理室１７内のガスは、前記ガス排気管３４に接続された前記真空排気装置４８により、前記処理室１７から排気される。
【００４１】
次に、前記ボートエレベータ１９について説明する。
【００４２】
該ボートエレベータ１９の駆動機構部５１は、前記ロードロック室１５の側壁に設けられている。
【００４３】
前記駆動機構部５１は、平行に立設されたガイドシャフト５２、ボール螺子５３を具備し、該ボール螺子５３は回転自在に支持され、昇降モータ５４により、回転される様になっている。昇降台５５が前記ガイドシャフト５２に摺動自在に嵌合すると共に前記ボール螺子５３に螺合し、前記昇降台５５には前記ガイドシャフト５２と平行に中空の昇降シャフト５６が垂設されている。
【００４４】
該昇降シャフト５６は、前記ロードロック室１５の天井面を遊貫して内部に延出しており、下端には中空の駆動部収納ケース５７が気密に設けられている。前記昇降シャフト５６を非接触で覆う様にベローズ５８が設けられ、該ベローズ５８の上端は前記昇降台５５の下面に、又前記ベローズ５８の下端は前記ロードロック室１５の上面にそれぞれ気密に固着され、前記昇降シャフト５６及び該昇降シャフト５６の遊貫部は気密にシールされている。
【００４５】
前記ロードロック室１５の天井部には前記マニホールド３３と同心に炉口５９が設けられ、該炉口５９はシールキャップ６１によって気密に閉塞可能となっている。該シールキャップ６１は、例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成され、前記駆動部収納ケース５７の上面に気密に固着されている。
【００４６】
該駆動部収納ケース５７は、気密構造となっており、内部は前記ロードロック室１５内の雰囲気と隔離される。前記駆動部収納ケース５７の内部にはボート回転機構６２が設けられ、該ボート回転機構６２の回転軸は前記駆動部収納ケース５７の天板、前記シールキャップ６１を遊貫して上方に延出し、上端にはボート載置台６３が固着され、該ボート載置台６３に前記ボート１８が載置される。
【００４７】
前記シールキャップ６１、前記ボート回転機構６２はそれぞれ水冷式の冷却機構６４，６５によって冷却されており、該冷却機構６４，６５への冷却水管６６は前記昇降シャフト５６を通過して外部の冷却水源（図示せず）に接続されている。又、前記ボート回転機構６２への給電は、前記昇降シャフト５６を通して配線された電力供給ケーブル６７を介して行われる。
【００４８】
前記ボート回転機構６２及び前記昇降モータ５４には、駆動制御部６８が電気的に接続されており、所望の動作をする様所望のタイミングにて制御する様構成されている。
【００４９】
前記温度制御部４５、前記ガス流量制御部４６、前記圧力制御部４９、前記駆動制御部６８は、操作部、入出力部をも構成し、前記基板処理装置１全体を制御する主制御部６９に電気的に接続されている。
【００５０】
上記した様に、前記ボートエレベータ１９の駆動部、前記ボート回転機構６２、前記冷却水管６６、前記電力供給ケーブル６７等は前記駆動部収納ケース５７、前記ベローズ５８によって前記ロードロック室１５の内部とは隔離されているので、該ロードロック室１５の真空引きの際、或は前記炉口ゲートバルブ２０が開放された際の余熱による駆動系、配線系から発せられる有機物、パーティクルによりウェーハ３が汚染されることがない。
【００５１】
次に、前記処理炉１６を用いて、半導体デバイスの製造工程の１工程として、ウェーハ３等の基板に成膜処理する方法について、図３を参照して説明する。
【００５２】
尚、以下の説明に於いて、前記基板処理装置１を構成する各部の動作は、前記主制御部６９により制御される。
【００５３】
先ず、ウェーハ３表面の自然酸化膜を希フッ酸で除去し、同時に表面を水素終端化させる（ＳＴＥＰ：０１）。
【００５４】
前記ボートエレベータ１９により前記ボート１８が降下され、前記炉口５９が前記炉口ゲートバルブ２０により気密に閉塞される。前記ロードロック室１５内部が該ロードロック室１５の外部と均圧された状態で、前記ゲートバルブ２５によって前記基板移載口２１が開放される。前記基板移載機２３により所定枚数のウェーハ３を前記ボート１８に装填する（ＳＴＥＰ：０２）。
【００５５】
前記基板移載口２１が前記ゲートバルブ２５によって気密に閉塞され、前記ロードロック室１５の内部は真空引き、不活性ガス（例えば窒素ガス）によるパージが繰返され、前記ロードロック室１５内部の雰囲気中の酸素、水分が除去される。
【００５６】
次に、前記炉口ゲートバルブ２０により前記炉口５９が開放され、前記ボートエレベータ１９が駆動される。前記昇降モータ５４の駆動で前記ボール螺子５３が回転され、前記昇降台５５、前記昇降シャフト５６を介して前記駆動部収納ケース５７が上昇し、前記ボート１８が前記処理室１７に装入される。この状態で、前記シールキャップ６１はＯリングを介して前記炉口５９を気密に閉塞する。
【００５７】
尚、装入時の前記処理室１７の温度は、ウェーハ３の表面酸化を防止する為、２００℃、又は２００℃近傍とする（ＳＴＥＰ：０３）。
【００５８】
前記処理室１７内が所望の圧力（真空度）となる様に前記真空排気装置４８によって真空排気される。この際、前記処理室１７内の圧力は、圧力センサで測定され、この測定された圧力に基づき前記ＡＰＣバルブ４７がフィードバック制御される。又、前記処理室１７内が所望の温度、所望の温度分布となる様に前記ヒータ３１により加熱され、加熱状態は温度センサが検出した温度情報に基づき前記温度制御部４５によりフィードバック制御される。続いて、前記ボート回転機構６２により、前記ボート１８が回転されることでウェーハ３が回転される。
【００５９】
前記処理室１７に前記ボート１８が装入され、排気が完了すると、前処理温度（通常は成膜温度と同じ。Ｈ２ガスのみで処理する時は７５０〜８００℃。ボート装入後から昇温しながらの処理も可能）に設定され、前処理がなされる。前処理には前記第１ガス供給源４２、前記第２ガス供給源４３、前記第３ガス供給源４４より、前記ＭＦＣ３９，４０，４１を介して水素ガス、又はシラン系ガス（例えばＳｉＨ４）、又はハロゲン含有シランガス、又は塩化水素ガス、又はこれらのガスを組合せたガスを不活性ガスや水素ガス等のキャリアガスと共に供給する（ＳＴＥＰ：０４）。
【００６０】
前処理を実施することで、界面酸素、炭素密度を低減することができ、半導体基板と薄膜との間に高品質な界面を形成することができる。
【００６１】
前処理が完了すると、前記処理室１７の残留ガスが水素等のキャリアガスにより除去される。
【００６２】
前記処理室１７の温度が、前処理温度から成膜温度迄温度調整される。この時、前記処理室１７には水素ガスをキャリアガスとして流し、排気系からの逆拡散による汚染を防止する（ＳＴＥＰ：０５）。
【００６３】
前記処理室１７の温度が成膜温度に安定すると、処理ガスが導入され、成膜処理がなされる。前記第１ガス供給源４２、前記第２ガス供給源４３、前記第３ガス供給源４４からそれぞれの処理ガスが供給される。又、所望の流量となる様に前記ＭＦＣ３９，４０，４１の開度が調節された後、前記バルブ３６，３７，３８が開かれ、それぞれの処理ガスが前記ガス供給管３５を流通して、前記処理室１７の上部から該処理室１７内に導入される。
【００６４】
導入される処理ガスとしては、シラン系ガス（ＳｉＨ４）、又はハロゲンガス含有ガス、又は水素ガスと混合したシラン系ガス、又は水素ガスと混合したハロゲン含有シラン系ガスが使用される。処理ガスがＳｉＨ４の場合、前記処理室１７に於ける成膜温度は、５００〜７００℃に調整される。
【００６５】
導入された処理ガスは、前記処理室１７内を通り、前記ガス排気管３４から排気される。処理ガスは、前記処理室１７内を通過する際にウェーハ３と接触し、ウェーハ３の表面上にＥＰＩ膜が成長し、堆積（デポジション）される。又、絶縁膜上の不要な核についてはエッチング処理により除去される。膜生成とエッチングを所定回数繰返して所定の膜を生成する（ＳＴＥＰ：０６）。
【００６６】
予め設定された時間が経過すると、図示しない不活性ガス供給源から不活性ガスが供給され、前記処理室１７内が不活性ガスで置換されると共に、該処理室１７内の圧力が常圧に復帰される（前記ロードロック室１５内部と均圧される）（ＳＴＥＰ：０７）。
【００６７】
その後、前記処理室１７はウェーハ３表面が酸化しない温度、例えば２００℃迄、降温される（ＳＴＥＰ：０８）。
【００６８】
前記ボートエレベータ１９により前記シールキャップ６１が降下されて、前記炉口５９が開口されると共に前記ボート１８が前記炉口５９から前記ロードロック室１５内に搬出される。前記炉口５９は前記炉口ゲートバルブ２０によって閉塞される。前記ロードロック室１５でウェーハ３が所要温度となる迄、冷却された後、前記基板移載口２１が開放され、処理済のウェーハ３は、前記基板移載機２３によって前記ボート１８より取出される
（図１参照）（ＳＴＥＰ：０９）。
【００６９】
上記ＳＴＥＰ：０６の成膜工程例を、図４Ａ、４Ｂに於いて説明する。
【００７０】
先ず、図４Ａは、第１の成膜工程例を示し、エッチングを実行する場合に、Ｎ２をキャリアガスとしてＣｌ２を導入する場合を示している。
【００７１】
最初にＳｉＨ４とＨ２を導入して膜生成する（ＳＴＥＰ：１１）。
【００７２】
ＳｉＨ４とＨ２とを同時に導入することで、前記処理室１７が清浄に保たれ、又ＳｉＨ４はＳｉ＋２Ｈ２に分解するが、同時に導入されたＨ２が存在することで、分解作用が抑制される。即ち、ＳｉＨ４とＨ２とを同時に導入することで、ＳｉＨ４の分解度合をコントロールすることができる。
【００７３】
その後、Ｈ２パージでＳｉＨ４を前記処理室１７から排除する（ＳＴＥＰ：１２）。Ｈ２パージは、処理ガスを除去すると共に、基板表面をＨ終端させる。
【００７４】
次に、窒素ガスを導入して、Ｎ２パージ（ＳＴＥＰ：１３）した後、Ｃｌ２とＮ２とを導入して絶縁膜上の不要な核を除去（エッチング）する（ＳＴＥＰ：１４）。次に、Ｎ２パージしてＣｌ２を前記処理室１７から排除し（ＳＴＥＰ：１５）、更にＨ２パージし、Ｎ２を排除する（ＳＴＥＰ：１６）。
【００７５】
ＳＴＥＰ：１１〜ＳＴＥＰ：１６を繰返して所要の膜を生成する。
【００７６】
更に、不純物拡散膜を生成する場合は、前記ＳＴＥＰ：１１〜ＳＴＥＰ：１６の途中でＰＨ３、Ｂ２Ｈ６、ＢＣＬ３等のドーピングガスを導入する。
【００７７】
本工程に於いて、成膜ガスとしてＳｉＨ４を使用しているので、成膜温度を５００〜７００℃の低温に設定でき、基板素子への熱的なダメージ、サーマルバジェットの影響を軽減できる。また、成膜ガスとしてＳｉ２Ｈ６を使用する場合は、成膜温度を４５０〜７００℃と、ＳｉＨ４を使用する場合より低温に設定することが可能である。
【００７８】
次に、図４Ｂは、第２の成膜工程例を示し、エッチングを実行する場合に、Ｈ２をキャリアガスとしてＣｌ２を導入する場合を示している。
【００７９】
最初にＳｉＨ４とＨ２を導入して膜生成する（ＳＴＥＰ：２１）。この場合、ＳｉＨ４ガス流量１００〜５００ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス流量１００〜２００００ｓｃｃｍ、処理温度５００〜７００℃、処理圧力１０００Ｐａ以下が好ましい。
【００８０】
ＳｉＨ４とＨ２とを同時に導入することで、ＳｉＨ４の分解度合をコントロールすることは、図４Ａで説明したのと同様である。
【００８１】
その後、Ｈ２パージでＳｉＨ４を前記処理室１７から排除する（ＳＴＥＰ：２２）。Ｈ２パージは、処理ガスを除去すると共に、基板表面をＨ終端させる。
【００８２】
次に、Ｃｌ２とＨ２とを導入して絶縁膜上の不要な核を除去（エッチング）する（ＳＴＥＰ：２３）。この場合、Ｃｌ２ガス流量５０〜２００ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス流量１００〜２００００ｓｃｃｍ、処理温度５００〜７００℃、処理圧力１０００Ｐａ以下が好ましい。
【００８３】
次に、Ｈ２パージしてＣｌ２を排除する（ＳＴＥＰ：２４）。エッチングに於いて、Ｃｌ２をＨ２により希釈しているので、エッチングの均一性が高まる。
【００８４】
ＳＴＥＰ：２１〜ＳＴＥＰ：２４を繰返して所要の膜を生成する。
【００８５】
更に、不純物拡散膜を生成する場合は、前記ＳＴＥＰ：２１〜ＳＴＥＰ：２４の途中でＰＨ３、Ｂ２Ｈ６、ＢＣｌ３等のドーピングガスを導入する。
【００８６】
又、膜の生成状況に応じて、上記ＳＴＥＰ：２１、ＳＴＥＰ：２３に於けるガス導入工程で、ＳｉＨ４、Ｃｌ２、Ｈ２の内、１以上のガスの流量を変化させる。
【００８７】
例えばＳｉＨ４を多くすることで、成膜速度が大きくなり、Ｃｌ２を多くすることでエッチング量が大きくなる。従って、ガス流量を変化させることで以下の態様が可能となる。
【００８８】
例えば、ＳｉＮにはＳｉの核が成長し易く、ＳｉＯにはＳｉの核が成長し難いという特性を有する。従って、例えば絶縁膜ＳｉＮ上に絶縁膜ＳｉＯが重ねて成膜され、両絶縁膜の端面が露出している（図５参照）基板で、成膜処理に於いて最初はエッチング度合を強く（成膜速度遅く）、成膜膜厚が前記ＳｉＮの厚みを超えた場合は、エッチング度合を弱くして成膜速度を上げることができる。
【００８９】
又、例えば成膜処理する対象のＳｉ表面に不純物があると、膜がポリ化してしまうので、成長初期はエッチング度合を強くして、不純物を除去しつつ成膜し、或る程度ＥＰＩ膜が生成されると、エッチング度合を弱くして成膜速度を上げる。
【００９０】
尚、処理圧を大きくすることで、エッチング作用、成膜作用が大きくなり、成膜処理の過程で、処理圧を変化させることでも、上記態様が得られる。
【００９１】
第２の成膜工程に於いても、成膜ガスとしてＳｉＨ４を使用しているので、成膜温度を５００〜７００℃の低温に設定でき、基板素子への熱的なダメージ、サーマルバジェットの影響を軽減できる。また、成膜ガスとしてＳｉ２Ｈ６を使用する場合は、成膜温度を４５０〜７００℃と、ＳｉＨ４を使用する場合より低温に設定することが可能である。
【００９２】
更に、第２の成膜工程では、エッチングに於ける処理ガスで、Ｃｌ２とＨ２とを導入しているので、エッチング工程の前後でＮ２パージする必要がなく、Ｎ２パージ工程が省略でき、成膜工程の簡略化、処理時間の短縮が可能となり、スループットが向上する。
【００９３】
又、第１の成膜工程例に於ける成膜の均一性は、２０％程度であり、第２の成膜工程例の成膜の均一性は、５〜１０％が得られ、第２の成膜工程例では第１の成膜工程例に比して、成膜品質の向上が得られた。
【００９４】
図６に、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成したモニタウェーハに対してＣｌ２を用いてエッチングする際に、キャリアガスとしてＮ２を用いた場合とＨ２を用いた場合におけるエッチングレート及びエッチング量のウェーハ面内均一性をそれぞれ比較した実験結果を示す。
【００９５】
この図６中で、▲、●はエッチングレートを示し、△、○はエッチング量ウェーハ面内均一性を示す。
実験条件としては、以下の条件で行った。
処理温度：６２０℃
全圧 ：２Ｐａ
Ｃｌ２分圧：０．０４Ｐａ
Ｎ２分圧：１．９６Ｐａ
Ｈ２分圧：１．９６Ｐａ
【００９６】
上記条件での実験により得られた各値を表１に示す。これらの結果から、キャリアガスとしてＮ２を用いた場合によるエッチングより、キャリアガスとしてＨ２を用いた場合によるエッチングの方が、エッチングレートが低く、エッチング量の面内均一性が良いことが判る。したがって、キャリアガスとしてＨ２を用いた場合によるエッチングのほうが成膜の均一性を向上させることが出来ると言える。
また、図６から、キャリアガスとしてＨ２を用いた場合によるエッチングの方がウェーハ間均一性についても向上させることが出来ることが判る。
【００９７】
【表１】
【００９８】
次にエッチングガスとしてＣｌ２を用いてエッチングを行う場合に、キャリアガスとしてＨ２を用いる場合の方がキャリアガスとしてＮ２を用いる場合よりもエッチングの均一性が向上する理由について述べる。
【００９９】
キャリアガスを用いずにＣｌ２のみでエッチングを行う場合や、キャリアガスとしてＮ２を用いてエッチングを行う場合には、Ｃｌ２のエッチングが支配的になる。
したがって、ウェーハのエッジ部分のエッチングが強くなり、ガスがエッジで消費されてしまうので、ウェーハ中心部までエッチングガスが到達せず、均一性が低下する。
一方、キャリアガスとしてＨ２を用いる場合には、Ｃｌ２とＨ２が気相中で反応して中間体の形成を経て２ＨＣｌが形成されるような反応が一部で生じ、エッチング力が低下する。
その過程において、ＨＣｌの中間体が形成されるため、エッチングガスがウェーハ中心部まで達することが出来るので、均一性が改善されると考えられる。
【０１００】
また、Ｈがウェーハ表面に被覆されることで、Ｃｌのエッチング効果が低下するので、ウェーハ中心部まで到達するガス量が多くなることも理由の１つとなる。
【０１０１】
さらに、キャリアガスとしてＨ２を用いてエッチングを行う場合に、エッチングガスとしてＣｌ２を用いる場合の方が、エッチングガスとしてＨＣｌを用いる場合より有効である理由について述べる。
【０１０２】
処理炉１６は、ホットウォール構造のため、気相中で分解したガスによりエッチングされる。しかし、ＨＣｌは本願のような低温処理では分解されるまで時間がかかるため、選択性を確保することが困難となる。一方、Ｃｌ２は低温処理でも熱分解が早く進むため、ＣＬ２の方がエッチングレートは高くなり、より選択性を確保することが出来る。
そして、Ｈ２で希釈した際もこのエッチング力の関係は変わらず、エッチングガスとしてＣｌ２を用いた場合の方がエッチングガスとしてＨＣｌを用いた場合よりもエッチング力が強くなるため、エッチングガスとしてＣｌ２を用いた場合の方が本願のような低温処理において良い結果を得ることが出来る。
【０１０３】
尚、熱により気相中でＨＣｌの中間体が発生するという反応が起こるからこそ、上記のようにエッチングガスとしてＣｌ２を用い、キャリアガスとしてＨ２を用いて成膜の均一性を改善することが出来る。したがって、反応管内の雰囲気を加熱するホットウォール構造だからこそ本願発明の効果が達成される。
【０１０４】
尚、上記した実施の形態では、基板上にＥＰｉ−Ｓｉ膜の生成について説明したが、本発明は単結晶膜、多結晶膜、アモルファス膜等、又はドーピングされた単結晶膜、多結晶膜、アモルファス膜等に於いても実施可能である。
【０１０５】
更に、本発明が実施される基板処理装置は、横型基板処理装置等、基板処理装置全般で実施可能であり、例えば枚葉式ホットウォール型基板処理装置に於いても実施可能である。
【０１０６】
（付記）又、本発明は以下の実施の態様を含む。
【０１０７】
（付記１）減圧ＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長法）によって、シリコン基板上に薄膜を選択的に形成する半導体装置の製造方法に於いて、ＳｉＨ４等のシラン系ガスとＣｌ２等のハロゲン系ガスを水素ガスと共に反応炉内に交互に繰返して間歇的に供給し高品質な界面を有する薄膜を成長させ、又、シリコン窒化膜等の絶縁膜上にはシリコン膜やシリコン核を成長させないで選択性を保つことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１０８】
（付記２）付記１に示した繰返しサイクルの途中で、ＳｉＨ４等のシラン系ガスとＣｌ２等のハロゲン系ガスと水素ガスの内１つ以上のガス流量を変化させる半導体装置の製造方法。
【０１０９】
（付記３）付記１、付記２に示した繰返しサイクルの途中で、前記反応炉内の圧力を変化させる半導体装置の製造方法。
【０１１０】
（付記４）付記１、付記２、付記３に示した繰返しサイクルの途中で、ＰＨ３、Ｂ２Ｈ６、ＢＣｌ３等のドーピングガスを導入する半導体装置の製造方法。
【０１１１】
（付記５）付記１、付記２、付記３のいずれかに於いて、シリコン基板及びシリコン基板処理用治具（ボート）を、反応炉前室から前記反応炉に導入する際、その駆動軸部及びボート回転機構部及び配線部を前記反応炉前室から隔離する半導体装置の製造方法。
【０１１２】
以上の実施例に関してさらに以下の事項を開示する。
１． 少なくともシリコン面と絶縁面とを表面に有する基板を処理室に収容し、
前記処理室の外部に設けられる加熱ユニットにより前記処理室内の雰囲気及び前記基板を所定の温度に加熱する基板処理装置を用いて、前記基板のシリコン面に選択的にエピタキシャル膜を成長させる半導体装置の製造方法であって、
前記処理室に基板を搬入する工程と、
前記処理室内の雰囲気及び前記基板を所定の温度に加熱する工程と、
前記処理室に所望のガスを給排するガス給排工程とを含み、
該ガス給排工程は、
シリコン含有ガスと水素ガスとを前記処理室に供給する第１の供給工程と、
少なくとも前記シリコン含有ガスを前記処理室から除去する第１の除去工程と、
塩素ガスと水素ガスとを前記処理室に供給する第２の供給工程と、
少なくとも前記塩素ガスを前記処理室から除去する第２の除去工程とを含み、
前記ガス給排工程を所定回数繰り返して前記基板のシリコン面に選択的にエピタキシャル膜を成長させる半導体装置の製造方法。
２． １に記載の半導体装置の製造方法であって、前記シリコン含有ガスは、少なくともシラン系ガス、ハロゲンガス含有ガス、又はハロゲン含有シラン系ガスの一つを含む半導体装置の製造方法。
３． １に記載の半導体装置の製造方法であって、少なくとも前記第２の供給工程は、前記加熱ユニットにより前記処理室内の雰囲気及び前記基板を７００℃以下に加熱しつつ行う半導体装置の製造方法。
４． １に記載の半導体装置の製造方法であって、前記シリコン含有ガスとしてＳｉＨ４を用い、少なくとも前記第２の供給工程は、前記加熱ユニットにより前記処理室内の雰囲気及び前記基板を５００〜７００℃の所定の温度に加熱しつつ行う半導体装置の製造方法。
５． １に記載の半導体装置の製造方法であって、前記シリコン含有ガスとしてＳｉ２Ｈ６を用い、少なくとも前記第２の供給工程は、前記加熱ユニットにより前記処理室内の雰囲気及び前記基板を４５０〜７００℃の所定の温度に加熱しつつ行う半導体装置の製造方法。
６． １に記載の半導体装置の製造方法であって、前記ガス給排工程は、さらにドーピングガスを前記処理室に供給する第３の供給工程を有する半導体装置の製造方法。
７． ５に記載の半導体装置の製造方法であって、前記ドーピングガスはＰＨ３，Ｂ２Ｈ６，ＢＣｌ３の何れかである半導体装置の製造方法。
８． １から７の何れかに記載の半導体装置の製造方法であって、前記ガス給排工程において、前記シリコン含有ガス、前記塩素ガス及び前記水素ガスのうち１つ以上のガスの流量を前記ガス給排工程で所定回数繰り返す中で変化させつつ前記処理室に供給する半導体装置の製造方法。
９． ８に記載の半導体装置の製造方法であって、所定の回数の前記ガス給排工程を繰り返した後、少なくとも前記塩素ガスの流量を減少させて、さらに前記ガス給排工程を所定の回数繰り返す半導体装置の製造方法。
１０． ８に記載の半導体装置の製造方法であって、所定の回数の前記ガス給排工程を繰り返した後、少なくとも前記シリコン含有ガスの流量を増加させて、さらに前記ガスの給排工程を所定の回数繰り返す半導体装置の製造方法。
１１． ８に記載の半導体装置の製造方法であって、所定の回数の前記ガス給排工程を繰り返した後、少なくとも前記シリコン含有ガス及び前記塩素ガスの流量を増加させて、さらに前記ガス供給工程を所定の回数繰り返す半導体装置の製造方法。
１２． １から１１の何れかに記載の半導体装置の製造方法であって、前記ガス給排工程において、当該ガス給排工程を所定回数繰り返す中で前記処理室内の圧力を変化させる半導体装置の製造方法。
１３． シリコン含有ガス、塩素ガスを少なくとも使用し、
前記シリコン含有ガスと前記塩素ガスとを交互に繰り返して処理室内に供給して前記処理室内に収容された基板の表面に選択的にエピタキシャル膜を成長させる基板処理装置であって、
基板を収容する処理室と、
前記処理室の外部に設けられ、前記基板及び前記処理室内の雰囲気を加熱する加熱ユニットと、
前記処理室内に所望のガスを供給するガス供給ユニットと、
前記処理室に開口する排気口と、
少なくとも前記加熱ユニットと前記ガス供給ユニットを制御する制御部とを備え、
前記ガス供給ユニットは、
シリコン含有ガスを供給する第１のガス供給部材と、
塩素ガスを供給する第２のガス供給部材と、
水素ガスを供給する第３のガス供給部材と、
を有し、
前記制御部は、前記処理室内に前記シリコン含有ガスを供給する際は同時に水素ガスを供給するように前記ガス供給ユニットを制御し、
前記処理室内に前記塩素ガスを供給する際は同時に水素ガスを供給するように前記ガス供給ユニットを制御する基板処理措置。
１４． １３に記載の基板処理装置であって、制御部が、少なくとも前記塩素ガスを供給する際は、前記処理室内の雰囲気及び前記基板を７００℃以下に加熱するように前記加熱ユニットを制御する基板処理装置。
【符号の説明】
【０１１３】
１ 基板処理装置
３ ウェーハ
１５ ロードロック室
１６ 処理炉
１７ 処理室
１８ ボート
３１ ヒータ
３４ ガス排気管
３５ ガス供給管
４２ 第１ガス供給源
４３ 第２ガス供給源
４４ 第３ガス供給源
４５ 温度制御部
４６ ガス流量制御部
４９ 圧力制御部
６８ 駆動制御部
６９ 主制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウェーハ、ガラス基板等の基板に薄膜の生成、不純物の拡散、アニール処理、エッチング等の処理を行って半導体装置を製造する半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の１つに金属、酸化膜、半導体の重合構造であるＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）があり、近年ＭＯＳＦＥＴの微細化、及び高性能化が進んでいる。
【０００３】
ＭＯＳＦＥＴの微細化、及び高性能化に於ける課題としてコンタクト抵抗の低抵抗化等があり、この課題を解決する方法の１つとしてソース／ドレイン上にシリコンエピタキシャル膜を選択成長させる方法がある。
【０００４】
従来、シリコンエピタキシャル膜の成長は、処理ガスとしてＳｉＨ２Ｃｌ２とＨＣｌとＨ２が用いられ、これら処理ガスを７５０℃〜８５０℃の処理温度で、処理室に連続供給することによって行われている。
【０００５】
上記した処理温度７５０℃〜８５０℃は高温であり、微細化、及び高性能化に伴い基板素子への熱的なダメージ、サーマルバジェットの影響が増大し、デバイスの高性能化の阻害原因、或は歩留り低下の原因となっている。
従来技術として、特許文献１、および特許文献２が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−８６５１１号公報
【特許文献２】特開平５−２１３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は斯かる実情に鑑み、低温で高品質な生成膜の生成を可能とし、デバイスの性能の向上を図ると共に歩留りの向上を図る半導体装置の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
少なくともシリコン面と絶縁面とを表面に有する基板を処理室に収容し、前記処理室の外部に設けられる加熱ユニットにより前記処理室内の雰囲気及び前記基板を所定の温度に加熱する基板処理装置を用いて、前記基板のシリコン面に選択的にエピタキシャル膜を成長させる半導体装置の製造方法であって、前記処理室に基板を搬入する工程と、前記処理室内の雰囲気及び前記基板を所定の温度に加熱する工程と、前記処理室に所望のガスを給排するガス給排工程とを含み、該ガス給排工程は、少なくとも前記処理室に水素ガスを供給する前処理工程と、シリコン含有ガスと水素ガスとを前記処理室に供給する第１の供給工程と、少なくとも前記シリコン含有ガスを前記処理室から除去する第１の除去工程と、塩素ガスと水素ガスとを前記処理室に供給する第２の供給工程と、少なくとも前記塩素ガスを前記処理室から除去する第２の除去工程とを含み、前記ガス給排工程において、前記第１の供給工程と前記第２の供給工程を所定回数繰り返し、当該ガス給排工程を所定回数繰り返す中で前記処理室内の圧力を変化させ、前記基板のシリコン面に選択的にエピタキシャル膜を成長させる半導体装置の製造方法に係るものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、少なくともシリコン面と絶縁面とを表面に有する基板を処理室に収納し、加熱手段により前記処理室及び基板を所定の温度に加熱する基板処理装置を用いて前記シリコン面に選択的にエピタキシャル膜を成長させる半導体装置の製造方法であって、前記処理室に基板を搬入する工程と、前記処理室及び基板を所定の温度に加熱する工程と、前記処理室に所定のガスを給排するガス給排工程とを含み、該ガス給排工程は、シラン系のガスと水素ガスとを前記処理室に供給する第１の供給工程と、少なくとも前記シラン系のガスを前記処理室から除去する第１の除去工程と、塩素ガスと水素ガスとを前記処理室に供給する第２の供給工程と、少なくとも前記塩素ガスを前記処理室から除去する第２の除去工程とを、所定回数繰返して実行させるので、前記第２の供給工程の前後の工程で不活性ガスによるガスパージ工程が省略できスループットが向上し、又塩素ガスによる処理を塩素ガスと共に水素ガスを供給して行うので、処理の均一性が向上するという優れた
効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る基板処理装置の一例を示す斜視図である。
【図２】該基板処理装置に用いられる処理炉の概略断面図である。
【図３】本発明に係る処理工程のフローチャートである。
【図４】Ａは、本発明の第１の成膜工程例を示すフローチャートである。Ｂは、本発明の第２の成膜工程例を示すフローチャートである。
【図５】本発明に於ける成膜状態を示す説明図である。
【図６】本発明の比較実験のエッチングデータを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。
【００１２】
先ず、図１に於いて、本発明が実施される基板処理装置について説明する。
【００１３】
図１中、１は基板処理装置、２は基板収納容器（カセット）を示し、前記基板処理装置１で処理されるシリコンウェーハ等の基板（ウェーハ）３は、前記カセット２に所要枚数、例えば２５枚収納された状態で、搬入搬出される。
【００１４】
前記基板処理装置１の筐体４の正面壁５の下部にはメンテナンス用の開口部として正面メンテナンス口６が開設され、該正面メンテナンス口６は正面メンテナンス扉（図示せず）により開閉可能となっている。前記正面メンテナンス口６の上方には、前記カセット２の搬入搬出用の基板収納容器入出口８が開設され、該基板収納容器入出口８は入出口開閉機構（フロントシャッタ）（図示せず）によって開閉される様になっている。
【００１５】
前記筐体４の内部、前記基板収納容器入出口８に臨接して基板収納容器授受装置（カセット授受ステージ）１１が設けられ、該カセット授受ステージ１１に対向し、前記カセット２を所要数保管する下基板収納容器収納棚（カセット棚）１２、上基板収納容器収納棚（バッファカセット棚）１３が設けられている。
【００１６】
前記カセット授受ステージ１１と前記カセット棚１２、前記バッファカセット棚１３との間には、基板収納容器搬送装置（カセット搬送装置）１４が設けられる。該カセット搬送装置１４は、横行機構、昇降機構、回転機構を具備し、前記カセット搬送装置１４は横行機構、昇降機構、回転機構の協働により、前記カセット授受ステージ１１と前記カセット棚１２、前記バッファカセット棚１３との間で前記カセット２を所要の姿勢で搬送可能である。
【００１７】
前記筐体４の内部後方、下部には気密容器であるロードロック室１５が設けられ、該ロードロック室１５の上側には処理炉１６が立設されている。該処理炉１６は気密な処理室１７を具備し、該処理室１７は前記ロードロック室１５と気密に連設され、前記処理室１７の下端の炉口部は炉口ゲートバルブ２０によって気密に閉塞可能となっている。
【００１８】
前記ロードロック室１５の内部には基板保持具（ボート）１８が収納可能であり、該ボート１８は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなり、ウェーハ３を水平姿勢で多段に保持可能となっている。又、好ましくはウェーハ３を支持する棚はリング状となって鋳込とすることが好ましい。尚、前記ボート１８の下部には、例えば石英や炭化珪素等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（図示せず）が水平姿勢で多段に複数枚配置されて、下方への放熱を抑制している。
【００１９】
又前記ボート１８を支持し、該ボート１８を前記処理室１７に装脱する為の基板保持具昇降機構（ボートエレベータ）１９が前記ロードロック室１５に設けられている。
【００２０】
該ロードロック室１５は前記ボート１８にウェーハ３を移載する為の基板移載口２１が設けられ、該基板移載口２１はゲートバルブ２５によって開放され、又気密に閉塞される。前記ロードロック室１５には窒素ガス等の不活性ガスを供給するガス供給系２２が接続され、前記ロードロック室１５内部を排気して、負圧にする排気装置（図示せず）が接続されている。
【００２１】
前記ロードロック室１５と前記カセット棚１２との間には基板移載装置（基板移載機）２３が設けられ、該基板移載機２３はウェーハ３を載置保持する基板保持プレート２４を所要枚数（例えば５枚）具備し、又該基板保持プレート２４を昇降する昇降機構部、回転させる回転機構部、進退させる進退機構部を具備している。
【００２２】
前記基板移載機２３は、昇降機構部、回転機構部、進退機構部の協働により、降下状態の前記ボート１８と前記カセット棚１２との間で前記基板移載口２１を介して基板の移載が行われる様になっている。
【００２３】
尚、前記筐体４内部の所要位置、例えば、前記バッファカセット棚１３に対向してクリーンユニット２６が設けられ、該クリーンユニット２６によって前記筐体４内部に清浄な雰囲気の流れが形成される。
【００２４】
以下、前記基板処理装置１の作動について説明する。
【００２５】
前記基板収納容器入出口８がフロントシャッタ（図示せず）によって開放され、前記カセット２が前記基板収納容器入出口８から搬入される。搬入されるカセット２は、ウェーハ３が垂直姿勢であって、ウェーハ３の出入れ口が上方向を向く様に載置される。
【００２６】
次に、前記カセット搬送装置１４によって、前記カセット棚１２又は前記バッファカセット棚１３の指定された棚位置へ搬送される。前記カセット棚１２、前記バッファカセット棚１３に保管されるカセット２は水平姿勢となっており、出入れ口は前記基板移載機２３に向いている。又、一時的に保管された後、前記カセット搬送装置１４によって前記バッファカセット棚１３から前記カセット棚１２に移載される。
【００２７】
予め前記ロードロック室１５の内部が大気圧状態とされ、前記ボート１８が前記ボートエレベータ１９によって前記ロードロック室１５内に降下される。前記ゲートバルブ２５によって前記基板移載口２１が開放され、前記基板移載機２３によってウェーハ３が前記カセット２から前記ボート１８へ移載される。
【００２８】
予め指定された枚数のウェーハ３が前記ボート１８に装填されると、前記基板移載口２１が前記ゲートバルブ２５によって閉じられ、前記ロードロック室１５が排気装置により、真空引きされることにより、減圧される。前記ロードロック室１５が前記処理室１７内の圧力と同圧に減圧されると、該処理室１７の炉口部が前記炉口ゲートバルブ２０によって開放され、前記ボートエレベータ１９によって前記ボート１８が前記処理室１７に装入される。
【００２９】
ウェーハ３の加熱、前記処理室１７への処理ガスの導入、排気等が行われ、ウェーハ３に所定の処理が実施される。
【００３０】
処理後は、前記ボートエレベータ１９により前記ボート１８が引出され、更に、前記ロードロック室１５内部を大気圧に復圧させた後に前記ゲートバルブ２５が開かれる。その後は、上記の逆の手順で、ウェーハ３及びカセット２は前記筐体４の外部へ搬出される。
【００３１】
次に、図２に於いて、前記処理炉１６、前記ボートエレベータ１９について説明する。
【００３２】
図２に示される様に、前記処理炉１６は加熱機構としてのヒータ３１を有する。該ヒータ３１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部材より構成され、図示しない保持体に支持されることにより垂直に据付けられている。
【００３３】
前記ヒータ３１近傍には、前記処理室１７内の温度を検出する温度検出体としての温度センサ（図示せず）が設けられる。前記ヒータ３１及び温度センサには、電気的に温度制御部４５が接続されており、温度センサにより検出された温度情報に基づき前記ヒータ３１への通電具合を調節することにより前記処理室１７内の温度が所望の温度分布となる様所望のタイミングにて制御する様に構成されている。
【００３４】
前記ヒータ３１の内側には、該ヒータ３１と同心に反応管３２が配設されている。該反応管３２は、石英（ＳｉＯ２）又は炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。前記反応管３２は前記処理室１７を画成し、前記ボート１８を収納し、ウェーハ３は前記ボート１８に保持された状態で前記処理室１７に収納される。
【００３５】
前記反応管３２の下方には、該反応管３２と同心にマニホールド３３が配設され、前記反応管３２は前記マニホールド３３に立設されている。該マニホールド３３は、例えば、ステンレス鋼等からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。尚、前記マニホールド３３と前記反応管３２との間には、シール部材としてのＯリングが設けられている。前記マニホールド３３が保持体、例えば前記ロードロック室１５に支持されることにより、前記反応管３２は垂直に設置された状態となっている。該反応管３２と前記マニホールド３３により反応容器が形成される。
【００３６】
該マニホールド３３には、ガス排気管３４が設けられると共に、ガス供給管３５が貫通する様設けられている。該ガス供給管３５は、上流側で３つに分岐し、バルブ３６，３７，３８とガス流量制御装置としてのＭＦＣ３９，４０，４１を介して第１ガス供給源４２、第２ガス供給源４３、第３ガス供給源４４にそれぞれ接続されている。前記第１ガス供給源４２は、例えば処理ガスとしてシラン系ガス、又はハロゲン含有シラン系ガスを供給し、前記第２ガス供給源４３は、処理ガス又キャリアガスとして水素ガスを供給し、又前記第３ガス供給源４４はキャリアガス又はパージガスとして窒素ガスを供給する様になっている。
【００３７】
前記ＭＦＣ３９，４０，４１及び前記バルブ３６，３７，３８には、ガス流量制御部４６が電気的に接続されており、該ガス流量制御部４６は供給するガスの流量が所望の流量となる様所望のタイミングにて制御する様に構成されている。
【００３８】
前記ガス排気管３４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４７を介して真空ポンプ等の真空排気装置４８が接続されている。該真空排気装置４８は、排気能力の高い３次真空ポンプ、例えば分子ターボポンプ＋機械ブースとポンプ＋ドライポンプ等が用いられることが好ましい。
【００３９】
圧力センサ及び前記ＡＰＣバルブ４７には、圧力制御部４９が電気的に接続されており、該圧力制御部４９は、圧力センサにより検出された圧力に基づいて前記ＡＰＣバルブ４７の開度を調節することにより、前記処理室１７の圧力が所望の圧力となる様所望のタイミングにて制御する様構成されている。
【００４０】
前記処理炉１６の構成に於いて、第１の処理ガスは、前記第１ガス供給源４２から供給され、前記ＭＦＣ３９でその流量が調節された後、前記バルブ３６を介して、前記ガス供給管３５により前記処理室１７内に導入される。第２の処理ガスは、前記第２ガス供給源４３から供給され、前記ＭＦＣ４０でその流量が調節された後、前記バルブ３７を介して前記ガス供給管３５により前記処理室１７内に導入される。第３の処理ガスは、前記第３ガス供給源４４から供給され、前記ＭＦＣ４１でその流量が調節された後、前記バルブ３８を介して前記ガス供給管３５より前記処理室１７内に導入される。又、該処理室１７内のガスは、前記ガス排気管３４に接続された前記真空排気装置４８により、前記処理室１７から排気される。
【００４１】
次に、前記ボートエレベータ１９について説明する。
【００４２】
該ボートエレベータ１９の駆動機構部５１は、前記ロードロック室１５の側壁に設けられている。
【００４３】
前記駆動機構部５１は、平行に立設されたガイドシャフト５２、ボール螺子５３を具備し、該ボール螺子５３は回転自在に支持され、昇降モータ５４により、回転される様になっている。昇降台５５が前記ガイドシャフト５２に摺動自在に嵌合すると共に前記ボール螺子５３に螺合し、前記昇降台５５には前記ガイドシャフト５２と平行に中空の昇降シャフト５６が垂設されている。
【００４４】
該昇降シャフト５６は、前記ロードロック室１５の天井面を遊貫して内部に延出しており、下端には中空の駆動部収納ケース５７が気密に設けられている。前記昇降シャフト５６を非接触で覆う様にベローズ５８が設けられ、該ベローズ５８の上端は前記昇降台５５の下面に、又前記ベローズ５８の下端は前記ロードロック室１５の上面にそれぞれ気密に固着され、前記昇降シャフト５６及び該昇降シャフト５６の遊貫部は気密にシールされている。
【００４５】
前記ロードロック室１５の天井部には前記マニホールド３３と同心に炉口５９が設けられ、該炉口５９はシールキャップ６１によって気密に閉塞可能となっている。該シールキャップ６１は、例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成され、前記駆動部収納ケース５７の上面に気密に固着されている。
【００４６】
該駆動部収納ケース５７は、気密構造となっており、内部は前記ロードロック室１５内の雰囲気と隔離される。前記駆動部収納ケース５７の内部にはボート回転機構６２が設けられ、該ボート回転機構６２の回転軸は前記駆動部収納ケース５７の天板、前記シールキャップ６１を遊貫して上方に延出し、上端にはボート載置台６３が固着され、該ボート載置台６３に前記ボート１８が載置される。
【００４７】
前記シールキャップ６１、前記ボート回転機構６２はそれぞれ水冷式の冷却機構６４，６５によって冷却されており、該冷却機構６４，６５への冷却水管６６は前記昇降シャフト５６を通過して外部の冷却水源（図示せず）に接続されている。又、前記ボート回転機構６２への給電は、前記昇降シャフト５６を通して配線された電力供給ケーブル６７を介して行われる。
【００４８】
前記ボート回転機構６２及び前記昇降モータ５４には、駆動制御部６８が電気的に接続されており、所望の動作をする様所望のタイミングにて制御する様構成されている。
【００４９】
前記温度制御部４５、前記ガス流量制御部４６、前記圧力制御部４９、前記駆動制御部６８は、操作部、入出力部をも構成し、前記基板処理装置１全体を制御する主制御部６９に電気的に接続されている。
【００５０】
上記した様に、前記ボートエレベータ１９の駆動部、前記ボート回転機構６２、前記冷却水管６６、前記電力供給ケーブル６７等は前記駆動部収納ケース５７、前記ベローズ５８によって前記ロードロック室１５の内部とは隔離されているので、該ロードロック室１５の真空引きの際、或は前記炉口ゲートバルブ２０が開放された際の余熱による駆動系、配線系から発せられる有機物、パーティクルによりウェーハ３が汚染されることがない。
【００５１】
次に、前記処理炉１６を用いて、半導体デバイスの製造工程の１工程として、ウェーハ３等の基板に成膜処理する方法について、図３を参照して説明する。
【００５２】
尚、以下の説明に於いて、前記基板処理装置１を構成する各部の動作は、前記主制御部６９により制御される。
【００５３】
先ず、ウェーハ３表面の自然酸化膜を希フッ酸で除去し、同時に表面を水素終端化させる（ＳＴＥＰ：０１）。
【００５４】
前記ボートエレベータ１９により前記ボート１８が降下され、前記炉口５９が前記炉口ゲートバルブ２０により気密に閉塞される。前記ロードロック室１５内部が該ロードロック室１５の外部と均圧された状態で、前記ゲートバルブ２５によって前記基板移載口２１が開放される。前記基板移載機２３により所定枚数のウェーハ３を前記ボート１８に装填する（ＳＴＥＰ：０２）。
【００５５】
前記基板移載口２１が前記ゲートバルブ２５によって気密に閉塞され、前記ロードロック室１５の内部は真空引き、不活性ガス（例えば窒素ガス）によるパージが繰返され、前記ロードロック室１５内部の雰囲気中の酸素、水分が除去される。
【００５６】
次に、前記炉口ゲートバルブ２０により前記炉口５９が開放され、前記ボートエレベータ１９が駆動される。前記昇降モータ５４の駆動で前記ボール螺子５３が回転され、前記昇降台５５、前記昇降シャフト５６を介して前記駆動部収納ケース５７が上昇し、前記ボート１８が前記処理室１７に装入される。この状態で、前記シールキャップ６１はＯリングを介して前記炉口５９を気密に閉塞する。
【００５７】
尚、装入時の前記処理室１７の温度は、ウェーハ３の表面酸化を防止する為、２００℃、又は２００℃近傍とする（ＳＴＥＰ：０３）。
【００５８】
前記処理室１７内が所望の圧力（真空度）となる様に前記真空排気装置４８によって真空排気される。この際、前記処理室１７内の圧力は、圧力センサで測定され、この測定された圧力に基づき前記ＡＰＣバルブ４７がフィードバック制御される。又、前記処理室１７内が所望の温度、所望の温度分布となる様に前記ヒータ３１により加熱され、加熱状態は温度センサが検出した温度情報に基づき前記温度制御部４５によりフィードバック制御される。続いて、前記ボート回転機構６２により、前記ボート１８が回転されることでウェーハ３が回転される。
【００５９】
前記処理室１７に前記ボート１８が装入され、排気が完了すると、前処理温度（通常は成膜温度と同じ。Ｈ２ガスのみで処理する時は７５０〜８００℃。ボート装入後から昇温しながらの処理も可能）に設定され、前処理がなされる。前処理には前記第１ガス供給源４２、前記第２ガス供給源４３、前記第３ガス供給源４４より、前記ＭＦＣ３９，４０，４１を介して水素ガス、又はシラン系ガス（例えばＳｉＨ４）、又はハロゲン含有シランガス、又は塩化水素ガス、又はこれらのガスを組合せたガスを不活性ガスや水素ガス等のキャリアガスと共に供給する（ＳＴＥＰ：０４）。
【００６０】
前処理を実施することで、界面酸素、炭素密度を低減することができ、半導体基板と薄膜との間に高品質な界面を形成することができる。
【００６１】
前処理が完了すると、前記処理室１７の残留ガスが水素等のキャリアガスにより除去される。
【００６２】
前記処理室１７の温度が、前処理温度から成膜温度迄温度調整される。この時、前記処理室１７には水素ガスをキャリアガスとして流し、排気系からの逆拡散による汚染を防止する（ＳＴＥＰ：０５）。
【００６３】
前記処理室１７の温度が成膜温度に安定すると、処理ガスが導入され、成膜処理がなされる。前記第１ガス供給源４２、前記第２ガス供給源４３、前記第３ガス供給源４４からそれぞれの処理ガスが供給される。又、所望の流量となる様に前記ＭＦＣ３９，４０，４１の開度が調節された後、前記バルブ３６，３７，３８が開かれ、それぞれの処理ガスが前記ガス供給管３５を流通して、前記処理室１７の上部から該処理室１７内に導入される。
【００６４】
導入される処理ガスとしては、シラン系ガス（ＳｉＨ４）、又はハロゲンガス含有ガス、又は水素ガスと混合したシラン系ガス、又は水素ガスと混合したハロゲン含有シラン系ガスが使用される。処理ガスがＳｉＨ４の場合、前記処理室１７に於ける成膜温度は、５００〜７００℃に調整される。
【００６５】
導入された処理ガスは、前記処理室１７内を通り、前記ガス排気管３４から排気される。処理ガスは、前記処理室１７内を通過する際にウェーハ３と接触し、ウェーハ３の表面上にＥＰＩ膜が成長し、堆積（デポジション）される。又、絶縁膜上の不要な核についてはエッチング処理により除去される。膜生成とエッチングを所定回数繰返して所定の膜を生成する（ＳＴＥＰ：０６）。
【００６６】
予め設定された時間が経過すると、図示しない不活性ガス供給源から不活性ガスが供給され、前記処理室１７内が不活性ガスで置換されると共に、該処理室１７内の圧力が常圧に復帰される（前記ロードロック室１５内部と均圧される）（ＳＴＥＰ：０７）。
【００６７】
その後、前記処理室１７はウェーハ３表面が酸化しない温度、例えば２００℃迄、降温される（ＳＴＥＰ：０８）。
【００６８】
前記ボートエレベータ１９により前記シールキャップ６１が降下されて、前記炉口５９が開口されると共に前記ボート１８が前記炉口５９から前記ロードロック室１５内に搬出される。前記炉口５９は前記炉口ゲートバルブ２０によって閉塞される。前記ロードロック室１５でウェーハ３が所要温度となる迄、冷却された後、前記基板移載口２１が開放され、処理済のウェーハ３は、前記基板移載機２３によって前記ボート１８より取出される
（図１参照）（ＳＴＥＰ：０９）。
【００６９】
上記ＳＴＥＰ：０６の成膜工程例を、図４Ａ、４Ｂに於いて説明する。
【００７０】
先ず、図４Ａは、第１の成膜工程例を示し、エッチングを実行する場合に、Ｎ２をキャリアガスとしてＣｌ２を導入する場合を示している。
【００７１】
最初にＳｉＨ４とＨ２を導入して膜生成する（ＳＴＥＰ：１１）。
【００７２】
ＳｉＨ４とＨ２とを同時に導入することで、前記処理室１７が清浄に保たれ、又ＳｉＨ４はＳｉ＋２Ｈ２に分解するが、同時に導入されたＨ２が存在することで、分解作用が抑制される。即ち、ＳｉＨ４とＨ２とを同時に導入することで、ＳｉＨ４の分解度合をコントロールすることができる。
【００７３】
その後、Ｈ２パージでＳｉＨ４を前記処理室１７から排除する（ＳＴＥＰ：１２）。Ｈ２パージは、処理ガスを除去すると共に、基板表面をＨ終端させる。
【００７４】
次に、窒素ガスを導入して、Ｎ２パージ（ＳＴＥＰ：１３）した後、Ｃｌ２とＮ２とを導入して絶縁膜上の不要な核を除去（エッチング）する（ＳＴＥＰ：１４）。次に、Ｎ２パージしてＣｌ２を前記処理室１７から排除し（ＳＴＥＰ：１５）、更にＨ２パージし、Ｎ２を排除する（ＳＴＥＰ：１６）。
【００７５】
ＳＴＥＰ：１１〜ＳＴＥＰ：１６を繰返して所要の膜を生成する。
【００７６】
更に、不純物拡散膜を生成する場合は、前記ＳＴＥＰ：１１〜ＳＴＥＰ：１６の途中でＰＨ３、Ｂ２Ｈ６、ＢＣＬ３等のドーピングガスを導入する。
【００７７】
本工程に於いて、成膜ガスとしてＳｉＨ４を使用しているので、成膜温度を５００〜７００℃の低温に設定でき、基板素子への熱的なダメージ、サーマルバジェットの影響を軽減できる。また、成膜ガスとしてＳｉ２Ｈ６を使用する場合は、成膜温度を４５０〜７００℃と、ＳｉＨ４を使用する場合より低温に設定することが可能である。
【００７８】
次に、図４Ｂは、第２の成膜工程例を示し、エッチングを実行する場合に、Ｈ２をキャリアガスとしてＣｌ２を導入する場合を示している。
【００７９】
最初にＳｉＨ４とＨ２を導入して膜生成する（ＳＴＥＰ：２１）。この場合、ＳｉＨ４ガス流量１００〜５００ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス流量１００〜２００００ｓｃｃｍ、処理温度５００〜７００℃、処理圧力１０００Ｐａ以下が好ましい。
【００８０】
ＳｉＨ４とＨ２とを同時に導入することで、ＳｉＨ４の分解度合をコントロールすることは、図４Ａで説明したのと同様である。
【００８１】
その後、Ｈ２パージでＳｉＨ４を前記処理室１７から排除する（ＳＴＥＰ：２２）。Ｈ２パージは、処理ガスを除去すると共に、基板表面をＨ終端させる。
【００８２】
次に、Ｃｌ２とＨ２とを導入して絶縁膜上の不要な核を除去（エッチング）する（ＳＴＥＰ：２３）。この場合、Ｃｌ２ガス流量５０〜２００ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス流量１００〜２００００ｓｃｃｍ、処理温度５００〜７００℃、処理圧力１０００Ｐａ以下が好ましい。
【００８３】
次に、Ｈ２パージしてＣｌ２を排除する（ＳＴＥＰ：２４）。エッチングに於いて、Ｃｌ２をＨ２により希釈しているので、エッチングの均一性が高まる。
【００８４】
ＳＴＥＰ：２１〜ＳＴＥＰ：２４を繰返して所要の膜を生成する。
【００８５】
更に、不純物拡散膜を生成する場合は、前記ＳＴＥＰ：２１〜ＳＴＥＰ：２４の途中でＰＨ３、Ｂ２Ｈ６、ＢＣｌ３等のドーピングガスを導入する。
【００８６】
又、膜の生成状況に応じて、上記ＳＴＥＰ：２１、ＳＴＥＰ：２３に於けるガス導入工程で、ＳｉＨ４、Ｃｌ２、Ｈ２の内、１以上のガスの流量を変化させる。
【００８７】
例えばＳｉＨ４を多くすることで、成膜速度が大きくなり、Ｃｌ２を多くすることでエッチング量が大きくなる。従って、ガス流量を変化させることで以下の態様が可能となる。
【００８８】
例えば、ＳｉＮにはＳｉの核が成長し易く、ＳｉＯにはＳｉの核が成長し難いという特性を有する。従って、例えば絶縁膜ＳｉＮ上に絶縁膜ＳｉＯが重ねて成膜され、両絶縁膜の端面が露出している（図５参照）基板で、成膜処理に於いて最初はエッチング度合を強く（成膜速度遅く）、成膜膜厚が前記ＳｉＮの厚みを超えた場合は、エッチング度合を弱くして成膜速度を上げることができる。
【００８９】
又、例えば成膜処理する対象のＳｉ表面に不純物があると、膜がポリ化してしまうので、成長初期はエッチング度合を強くして、不純物を除去しつつ成膜し、或る程度ＥＰＩ膜が生成されると、エッチング度合を弱くして成膜速度を上げる。
【００９０】
尚、処理圧を大きくすることで、エッチング作用、成膜作用が大きくなり、成膜処理の過程で、処理圧を変化させることでも、上記態様が得られる。
【００９１】
第２の成膜工程に於いても、成膜ガスとしてＳｉＨ４を使用しているので、成膜温度を５００〜７００℃の低温に設定でき、基板素子への熱的なダメージ、サーマルバジェットの影響を軽減できる。また、成膜ガスとしてＳｉ２Ｈ６を使用する場合は、成膜温度を４５０〜７００℃と、ＳｉＨ４を使用する場合より低温に設定することが可能である。
【００９２】
更に、第２の成膜工程では、エッチングに於ける処理ガスで、Ｃｌ２とＨ２とを導入しているので、エッチング工程の前後でＮ２パージする必要がなく、Ｎ２パージ工程が省略でき、成膜工程の簡略化、処理時間の短縮が可能となり、スループットが向上する。
【００９３】
又、第１の成膜工程例に於ける成膜の均一性は、２０％程度であり、第２の成膜工程例の成膜の均一性は、５〜１０％が得られ、第２の成膜工程例では第１の成膜工程例に比して、成膜品質の向上が得られた。
【００９４】
図６に、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成したモニタウェーハに対してＣｌ２を用いてエッチングする際に、キャリアガスとしてＮ２を用いた場合とＨ２を用いた場合におけるエッチングレート及びエッチング量のウェーハ面内均一性をそれぞれ比較した実験結果を示す。
【００９５】
この図６中で、▲、●はエッチングレートを示し、△、○はエッチング量ウェーハ面内均一性を示す。
実験条件としては、以下の条件で行った。
処理温度：６２０℃
全圧 ：２Ｐａ
Ｃｌ２分圧：０．０４Ｐａ
Ｎ２分圧：１．９６Ｐａ
Ｈ２分圧：１．９６Ｐａ
【００９６】
上記条件での実験により得られた各値を表１に示す。これらの結果から、キャリアガスとしてＮ２を用いた場合によるエッチングより、キャリアガスとしてＨ２を用いた場合によるエッチングの方が、エッチングレートが低く、エッチング量の面内均一性が良いことが判る。したがって、キャリアガスとしてＨ２を用いた場合によるエッチングのほうが成膜の均一性を向上させることが出来ると言える。
また、図６から、キャリアガスとしてＨ２を用いた場合によるエッチングの方がウェーハ間均一性についても向上させることが出来ることが判る。
【００９７】
【表１】
【００９８】
次にエッチングガスとしてＣｌ２を用いてエッチングを行う場合に、キャリアガスとしてＨ２を用いる場合の方がキャリアガスとしてＮ２を用いる場合よりもエッチングの均一性が向上する理由について述べる。
【００９９】
キャリアガスを用いずにＣｌ２のみでエッチングを行う場合や、キャリアガスとしてＮ２を用いてエッチングを行う場合には、Ｃｌ２のエッチングが支配的になる。
したがって、ウェーハのエッジ部分のエッチングが強くなり、ガスがエッジで消費されてしまうので、ウェーハ中心部までエッチングガスが到達せず、均一性が低下する。
一方、キャリアガスとしてＨ２を用いる場合には、Ｃｌ２とＨ２が気相中で反応して中間体の形成を経て２ＨＣｌが形成されるような反応が一部で生じ、エッチング力が低下する。
その過程において、ＨＣｌの中間体が形成されるため、エッチングガスがウェーハ中心部まで達することが出来るので、均一性が改善されると考えられる。
【０１００】
また、Ｈがウェーハ表面に被覆されることで、Ｃｌのエッチング効果が低下するので、ウェーハ中心部まで到達するガス量が多くなることも理由の１つとなる。
【０１０１】
さらに、キャリアガスとしてＨ２を用いてエッチングを行う場合に、エッチングガスとしてＣｌ２を用いる場合の方が、エッチングガスとしてＨＣｌを用いる場合より有効である理由について述べる。
【０１０２】
処理炉１６は、ホットウォール構造のため、気相中で分解したガスによりエッチングされる。しかし、ＨＣｌは本願のような低温処理では分解されるまで時間がかかるため、選択性を確保することが困難となる。一方、Ｃｌ２は低温処理でも熱分解が早く進むため、ＣＬ２の方がエッチングレートは高くなり、より選択性を確保することが出来る。
そして、Ｈ２で希釈した際もこのエッチング力の関係は変わらず、エッチングガスとしてＣｌ２を用いた場合の方がエッチングガスとしてＨＣｌを用いた場合よりもエッチング力が強くなるため、エッチングガスとしてＣｌ２を用いた場合の方が本願のような低温処理において良い結果を得ることが出来る。
【０１０３】
尚、熱により気相中でＨＣｌの中間体が発生するという反応が起こるからこそ、上記のようにエッチングガスとしてＣｌ２を用い、キャリアガスとしてＨ２を用いて成膜の均一性を改善することが出来る。したがって、反応管内の雰囲気を加熱するホットウォール構造だからこそ本願発明の効果が達成される。
【０１０４】
尚、上記した実施の形態では、基板上にＥＰｉ−Ｓｉ膜の生成について説明したが、本発明は単結晶膜、多結晶膜、アモルファス膜等、又はドーピングされた単結晶膜、多結晶膜、アモルファス膜等に於いても実施可能である。
【０１０５】
更に、本発明が実施される基板処理装置は、横型基板処理装置等、基板処理装置全般で実施可能であり、例えば枚葉式ホットウォール型基板処理装置に於いても実施可能である。
【０１０６】
（付記）又、本発明は以下の実施の態様を含む。
【０１０７】
（付記１）減圧ＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長法）によって、シリコン基板上に薄膜を選択的に形成する半導体装置の製造方法に於いて、ＳｉＨ４等のシラン系ガスとＣｌ２等のハロゲン系ガスを水素ガスと共に反応炉内に交互に繰返して間歇的に供給し高品質な界面を有する薄膜を成長させ、又、シリコン窒化膜等の絶縁膜上にはシリコン膜やシリコン核を成長させないで選択性を保つことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１０８】
（付記２）付記１に示した繰返しサイクルの途中で、ＳｉＨ４等のシラン系ガスとＣｌ２等のハロゲン系ガスと水素ガスの内１つ以上のガス流量を変化させる半導体装置の製造方法。
【０１０９】
（付記３）付記１、付記２に示した繰返しサイクルの途中で、前記反応炉内の圧力を変化させる半導体装置の製造方法。
【０１１０】
（付記４）付記１、付記２、付記３に示した繰返しサイクルの途中で、ＰＨ３、Ｂ２Ｈ６、ＢＣｌ３等のドーピングガスを導入する半導体装置の製造方法。
【０１１１】
（付記５）付記１、付記２、付記３のいずれかに於いて、シリコン基板及びシリコン基板処理用治具（ボート）を、反応炉前室から前記反応炉に導入する際、その駆動軸部及びボート回転機構部及び配線部を前記反応炉前室から隔離する半導体装置の製造方法。
【０１１２】
以上の実施例に関してさらに以下の事項を開示する。
１． 少なくともシリコン面と絶縁面とを表面に有する基板を処理室に収容し、
前記処理室の外部に設けられる加熱ユニットにより前記処理室内の雰囲気及び前記基板を所定の温度に加熱する基板処理装置を用いて、前記基板のシリコン面に選択的にエピタキシャル膜を成長させる半導体装置の製造方法であって、
前記処理室に基板を搬入する工程と、
前記処理室内の雰囲気及び前記基板を所定の温度に加熱する工程と、
前記処理室に所望のガスを給排するガス給排工程とを含み、
該ガス給排工程は、
シリコン含有ガスと水素ガスとを前記処理室に供給する第１の供給工程と、
少なくとも前記シリコン含有ガスを前記処理室から除去する第１の除去工程と、
塩素ガスと水素ガスとを前記処理室に供給する第２の供給工程と、
少なくとも前記塩素ガスを前記処理室から除去する第２の除去工程とを含み、
前記ガス給排工程を所定回数繰り返して前記基板のシリコン面に選択的にエピタキシャル膜を成長させる半導体装置の製造方法。
２． １に記載の半導体装置の製造方法であって、前記シリコン含有ガスは、少なくともシラン系ガス、ハロゲンガス含有ガス、又はハロゲン含有シラン系ガスの一つを含む半導体装置の製造方法。
３． １に記載の半導体装置の製造方法であって、少なくとも前記第２の供給工程は、前記加熱ユニットにより前記処理室内の雰囲気及び前記基板を７００℃以下に加熱しつつ行う半導体装置の製造方法。
４． １に記載の半導体装置の製造方法であって、前記シリコン含有ガスとしてＳｉＨ４を用い、少なくとも前記第２の供給工程は、前記加熱ユニットにより前記処理室内の雰囲気及び前記基板を５００〜７００℃の所定の温度に加熱しつつ行う半導体装置の製造方法。
５． １に記載の半導体装置の製造方法であって、前記シリコン含有ガスとしてＳｉ２Ｈ６を用い、少なくとも前記第２の供給工程は、前記加熱ユニットにより前記処理室内の雰囲気及び前記基板を４５０〜７００℃の所定の温度に加熱しつつ行う半導体装置の製造方法。
６． １に記載の半導体装置の製造方法であって、前記ガス給排工程は、さらにドーピングガスを前記処理室に供給する第３の供給工程を有する半導体装置の製造方法。
７． ５に記載の半導体装置の製造方法であって、前記ドーピングガスはＰＨ３，Ｂ２Ｈ６，ＢＣｌ３の何れかである半導体装置の製造方法。
８． １から７の何れかに記載の半導体装置の製造方法であって、前記ガス給排工程において、前記シリコン含有ガス、前記塩素ガス及び前記水素ガスのうち１つ以上のガスの流量を前記ガス給排工程で所定回数繰り返す中で変化させつつ前記処理室に供給する半導体装置の製造方法。
９． ８に記載の半導体装置の製造方法であって、所定の回数の前記ガス給排工程を繰り返した後、少なくとも前記塩素ガスの流量を減少させて、さらに前記ガス給排工程を所定の回数繰り返す半導体装置の製造方法。
１０． ８に記載の半導体装置の製造方法であって、所定の回数の前記ガス給排工程を繰り返した後、少なくとも前記シリコン含有ガスの流量を増加させて、さらに前記ガスの給排工程を所定の回数繰り返す半導体装置の製造方法。
１１． ８に記載の半導体装置の製造方法であって、所定の回数の前記ガス給排工程を繰り返した後、少なくとも前記シリコン含有ガス及び前記塩素ガスの流量を増加させて、さらに前記ガス供給工程を所定の回数繰り返す半導体装置の製造方法。
１２． １から１１の何れかに記載の半導体装置の製造方法であって、前記ガス給排工程において、当該ガス給排工程を所定回数繰り返す中で前記処理室内の圧力を変化させる半導体装置の製造方法。
１３． シリコン含有ガス、塩素ガスを少なくとも使用し、
前記シリコン含有ガスと前記塩素ガスとを交互に繰り返して処理室内に供給して前記処理室内に収容された基板の表面に選択的にエピタキシャル膜を成長させる基板処理装置であって、
基板を収容する処理室と、
前記処理室の外部に設けられ、前記基板及び前記処理室内の雰囲気を加熱する加熱ユニットと、
前記処理室内に所望のガスを供給するガス供給ユニットと、
前記処理室に開口する排気口と、
少なくとも前記加熱ユニットと前記ガス供給ユニットを制御する制御部とを備え、
前記ガス供給ユニットは、
シリコン含有ガスを供給する第１のガス供給部材と、
塩素ガスを供給する第２のガス供給部材と、
水素ガスを供給する第３のガス供給部材と、
を有し、
前記制御部は、前記処理室内に前記シリコン含有ガスを供給する際は同時に水素ガスを供給するように前記ガス供給ユニットを制御し、
前記処理室内に前記塩素ガスを供給する際は同時に水素ガスを供給するように前記ガス供給ユニットを制御する基板処理措置。
１４． １３に記載の基板処理装置であって、制御部が、少なくとも前記塩素ガスを供給する際は、前記処理室内の雰囲気及び前記基板を７００℃以下に加熱するように前記加熱ユニットを制御する基板処理装置。
【符号の説明】
【０１１３】
１ 基板処理装置
３ ウェーハ
１５ ロードロック室
１６ 処理炉
１７ 処理室
１８ ボート
３１ ヒータ
３４ ガス排気管
３５ ガス供給管
４２ 第１ガス供給源
４３ 第２ガス供給源
４４ 第３ガス供給源
４５ 温度制御部
４６ ガス流量制御部
４９ 圧力制御部
６８ 駆動制御部
６９ 主制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともシリコン面と絶縁面とを表面に有する基板を処理室に収容し、
前記処理室の外部に設けられる加熱ユニットにより前記処理室内の雰囲気及び前記基板を所定の温度に加熱する基板処理装置を用いて、前記基板のシリコン面に選択的にエピタキシャル膜を成長させる半導体装置の製造方法であって、
前記処理室に基板を搬入する工程と、
前記処理室内の雰囲気及び前記基板を所定の温度に加熱する工程と、
前記処理室に所望のガスを給排するガス給排工程とを含み、
該ガス給排工程は、
少なくとも前記処理室に水素ガスを供給する前処理工程と、
シリコン含有ガスと水素ガスとを前記処理室に供給する第１の供給工程と、
少なくとも前記シリコン含有ガスを前記処理室から除去する第１の除去工程と、
塩素ガスと水素ガスとを前記処理室に供給する第２の供給工程と、
少なくとも前記塩素ガスを前記処理室から除去する第２の除去工程とを含み、
前記ガス給排工程において、前記第１の供給工程と前記第２の供給工程を所定回数繰り返し、当該ガス給排工程を所定回数繰り返す中で前記処理室内の圧力を変化させ、前記基板のシリコン面に選択的にエピタキシャル膜を成長させる半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、少なくとも前記第２の供給工程は、前記加熱ユニットにより前記処理室内の雰囲気及び前記基板を７００℃以下に加熱しつつ行う半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法であって、前記ガス給排工程において、前記塩素ガス、水素ガスの流量を前記ガス給排工程で所定回数繰り返す中で変化させつつ前記処理室に供給する半導体装置の製造方法。
【請求項４】
シリコン含有ガス、塩素ガスを少なくとも使用し、
前記シリコン含有ガスと前記塩素ガスとを交互に繰り返して処理室内に供給して前記処理室内に収容された基板の表面に選択的にエピタキシャル膜を成長させる基板処理装置であって、
基板を収容する処理室と、
前記処理室の外部に設けられ、前記基板及び前記処理室内の雰囲気を加熱する加熱ユニットと、
前記処理室内に所望のガスを供給するガス供給ユニットと、
前記処理室に開口する排気口と、
該排気口に接続され前記処理室の圧力を制御する圧力調整器と、
少なくとも前記圧力調整器と、前記加熱ユニットと前記ガス供給ユニットを制御する制御部とを備え、
前記ガス供給ユニットは、
シリコン含有ガスを供給する第１のガス供給部材と、
塩素ガスを供給する第２のガス供給部材と、
水素ガスを供給する第３のガス供給部材と、
を有し、
前記制御部は、水素ガスを前記処理室に供給する前処理を行い、前記シリコン含有ガスと前記水素ガスとを前記処理室に供給し、少なくとも前記シリコン含有ガスを前期処理室から除去し、前記塩素ガスと前記水素ガスとを前記処理室に供給し、少なくとも前記塩素ガスを前記処理室から除去するガス給排工程を所定回数繰り返し行い、当該ガス給排工程を所定回数繰り返す中で前記処理室内の圧力を変化させ、前記基板のシリコン面に選択的にエピタキシャル膜を成長させるように、少なくとも前記圧力調整器と前記ガス供給ユニットを制御する基板処理装置。
【請求項１】
少なくともシリコン面と絶縁面とを表面に有する基板を処理室に収容し、
前記処理室の外部に設けられる加熱ユニットにより前記処理室内の雰囲気及び前記基板を所定の温度に加熱する基板処理装置を用いて、前記基板のシリコン面に選択的にエピタキシャル膜を成長させる半導体装置の製造方法であって、
前記処理室に基板を搬入する工程と、
前記処理室内の雰囲気及び前記基板を所定の温度に加熱する工程と、
前記処理室に所望のガスを給排するガス給排工程とを含み、
該ガス給排工程は、
少なくとも前記処理室に水素ガスを供給する前処理工程と、
シリコン含有ガスと水素ガスとを前記処理室に供給する第１の供給工程と、
少なくとも前記シリコン含有ガスを前記処理室から除去する第１の除去工程と、
塩素ガスと水素ガスとを前記処理室に供給する第２の供給工程と、
少なくとも前記塩素ガスを前記処理室から除去する第２の除去工程とを含み、
前記ガス給排工程において、前記第１の供給工程と前記第２の供給工程を所定回数繰り返し、当該ガス給排工程を所定回数繰り返す中で前記処理室内の圧力を変化させ、前記基板のシリコン面に選択的にエピタキシャル膜を成長させる半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、少なくとも前記第２の供給工程は、前記加熱ユニットにより前記処理室内の雰囲気及び前記基板を７００℃以下に加熱しつつ行う半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法であって、前記ガス給排工程において、前記塩素ガス、水素ガスの流量を前記ガス給排工程で所定回数繰り返す中で変化させつつ前記処理室に供給する半導体装置の製造方法。
【請求項４】
シリコン含有ガス、塩素ガスを少なくとも使用し、
前記シリコン含有ガスと前記塩素ガスとを交互に繰り返して処理室内に供給して前記処理室内に収容された基板の表面に選択的にエピタキシャル膜を成長させる基板処理装置であって、
基板を収容する処理室と、
前記処理室の外部に設けられ、前記基板及び前記処理室内の雰囲気を加熱する加熱ユニットと、
前記処理室内に所望のガスを供給するガス供給ユニットと、
前記処理室に開口する排気口と、
該排気口に接続され前記処理室の圧力を制御する圧力調整器と、
少なくとも前記圧力調整器と、前記加熱ユニットと前記ガス供給ユニットを制御する制御部とを備え、
前記ガス供給ユニットは、
シリコン含有ガスを供給する第１のガス供給部材と、
塩素ガスを供給する第２のガス供給部材と、
水素ガスを供給する第３のガス供給部材と、
を有し、
前記制御部は、水素ガスを前記処理室に供給する前処理を行い、前記シリコン含有ガスと前記水素ガスとを前記処理室に供給し、少なくとも前記シリコン含有ガスを前期処理室から除去し、前記塩素ガスと前記水素ガスとを前記処理室に供給し、少なくとも前記塩素ガスを前記処理室から除去するガス給排工程を所定回数繰り返し行い、当該ガス給排工程を所定回数繰り返す中で前記処理室内の圧力を変化させ、前記基板のシリコン面に選択的にエピタキシャル膜を成長させるように、少なくとも前記圧力調整器と前記ガス供給ユニットを制御する基板処理装置。
【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２０１２−１６９６６８（Ｐ２０１２−１６９６６８Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１１３５３２（Ｐ２０１２−１１３５３２）
【出願日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【分割の表示】特願２００８−７５７６３（Ｐ２００８−７５７６３）の分割
【原出願日】平成２０年３月２４日（２００８．３．２４）
【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９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【分割の表示】特願２００８−７５７６３（Ｐ２００８−７５７６３）の分割
【原出願日】平成２０年３月２４日（２００８．３．２４）
【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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