JP2008034462A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体のエピタキシャル膜を選択的に成長させる場合に、基板処理後、ガス供給部からエッチングガス成分が処理室へ混入することを抑制する基板処理装置を提供する。
【解決手段】シリコンを含む半導体のエピタキシャル膜を選択的に成長させる基板処理装置であって、前記基板を収納する処理室９と、前記基板を保持する基板保持具８と、シリコンを含む原料ガス、塩素を含むエッチングガス、及び水素ガスを供給するガス供給手段１９と、前記処理室内の雰囲気を排気する排気手段２８と、前記ガス供給手段及び前記排気手段を制御する制御部１８とを備え、前記原料ガスと前記エッチングガスとを前記処理室内に供給、排気して、前記シリコンが露出された基板表面にシリコンを含むエピタキシャル膜を成膜し、成膜後、前記エッチングガスを供給したガス供給部１２，２６に前記水素ガスを流して前記ガス供給部内をパージする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、シリコンウェーハに成膜処理、或はエッチング処理をする基板処理装置、特に基板表面のシリコンが露出した部分にシリコンを含む半導体のエピタキシャル膜を選択的に成長させる基板処理装置に関するものである。

基板処理装置の１つとして、所定枚数の基板を一度に処理するバッチ式の基板処理装置がある。

バッチ式の基板処理装置の一例として縦型減圧ＣＶＤ装置があり、図８は、該縦型減圧ＣＶＤ装置の処理炉１を示している。

該処理炉１は、主に、反応管２と、該反応管２と同心に配設された加熱装置３と、前記反応管２を支持するインレットフランジ４と、該インレットフランジ４の下端開口部（炉口部）を閉塞するシールキャップ５等により構成される。更に前記反応管２はアウタチューブ６とインナチューブ７との同心２重管構造となっており、前記反応管２、前記インレットフランジ４によって処理室９が形成される。

前記シールキャップ５上にボート８が載置され、該ボート８にウェーハ１０が水平姿勢で多段に保持される。尚、前記ボート８の下部には炉口部からの放熱を抑制する為の断熱板１１が装填される。

ＣＶＤ反応の原料となるガスは前記インレットフランジ４に設けられたガス導入ノズル１２から導入され、原料ガスは前記処理室９の下部から上部ヘ前記インナチューブ７の内側を上昇し、前記処理室９の上部で折返し、前記アウタチューブ６と前記インナチューブ７との間を流下し、排気管１３から排気される。

ここで、前記インレットフランジ４と前記アウタチューブ６間、前記インレットフランジ４と前記シールキャップ５間には真空シールの為のＯリング１４が用いられている。従って、減圧時にＯリング成分が脱ガスしたり、或はシール部からリークする可能性があり、反応雰囲気が汚染されることがある。又、装置によってはボート回転機構が取付けられることがあり、回転機構はパーティクルを発生し、或は回転支持部のシール部から汚染物質が蒸発する等、前記回転機構も汚染源となる。図示される様に、これら汚染源は反応炉下部に集中している。

汚染源は、反応雰囲気中で、ガスの流れに対して上流に位置する為、下部から導入された原料ガスは、汚染物質を含有し、汚染物質は原料ガスに運ばれてウェーハ１０に付着する。更に、付着した汚染物質は、ＣＶＤ反応での成膜不良の一因となっている。

特に、Ｓｉ及びＳｉＧｅ（Ｃ）のエピタキシャル成長等の高清浄な雰囲気が要求される処理では、ウェーハ１０に付着する汚染物質が原因で、ヘイズが発生し、良好なエピタキシャル膜が得られないという問題があった。

又、基板表面のシリコンが露出した部分にシリコンを含む半導体のエピタキシャル膜を選択的に成長させる処理では、ＳｉＨ4 やＳｉ2 Ｈ2 Ｃｌ2 やＧｅＨ4 等の原料ガス、ＰＨ3 やＢ2 Ｈ6 等の様なドーピングガス、或はＨＣｌやＣｌ2 等のエッチングガスが、Ｈ2 やＡｒやＨｅ等のキャリアガスと一緒に前記処理室９に導入され、シリコンが露出した部分への成膜、シリコン以外の部分のエッチングとが並行して、或は交互に進行してエピタキシャル膜が選択的に成膜される。

成膜処理後は、不活性ガスが前記処理室９内に導入され、ガスパージされ、大気圧に復帰される。

ところが、エッチングガスを供給した場合、エッチングガスを停止したとしても、前記ガス導入ノズル１２等の原料ガス供給部に吸着したＣｌ成分はなかなか脱離せずノズル内に残留してしまう。残留したＣｌ成分はじわじわと滲出し、プ口セスを終了したウェーハ１０表面にＣｌ成分が吸着してしまう問題がある。そして表面に吸着したＣｌ成分はプロセス終了後のパーティクル測定時にパーティクルとして誤ってカウントされたり、次工程にＣｌ成分を持込んで雰囲気を汚染してしまう等の問題がある。

本発明は斯かる実情に鑑み、基板表面のシリコンが露出した部分にシリコンを含む半導体のエピタキシャル膜を選択的に成長させる場合に於いて、基板処理後、ガス供給部からエッチングガス成分が処理室へ混入することを抑制するものである。

本発明は、シリコンが露出した基板表面にシリコンを含む半導体のエピタキシャル膜を選択的に成長させる基板処理装置であって、前記基板を収納する処理室と、該処理室内に於いて前記基板を保持する基板保持具と、前記基板及び前記処理室内の雰囲気を加熱する加熱手段と、前記処理室内にシリコンを含む原料ガス、塩素を含むエッチングガス、及び水素ガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内の雰囲気を排気する排気手段と、少なくとも前記加熱手段、前記ガス供給手段及び前記排気手段の動作を制御する制御部とを備え、該制御部は、前記加熱手段を制御して前記基板を加熱し、前記ガス供給手段及び前記排気手段を制御して、前記原料ガスと前記エッチングガスとを前記処理室内に供給、排気して、前記シリコンが露出された基板表面にシリコンを含むエピタキシャル膜を成膜し、成膜後、少なくとも前記ガス供給手段の前記エッチングガスを供給したガス供給部に前記水素ガスを流して前記ガス供給部内をパージする基板処理装置に係るものである。

本発明によれば、シリコンが露出した基板表面にシリコンを含む半導体のエピタキシャル膜を選択的に成長させる基板処理装置であって、前記基板を収納する処理室と、該処理室内に於いて前記基板を保持する基板保持具と、前記基板及び前記処理室内の雰囲気を加熱する加熱手段と、前記処理室内にシリコンを含む原料ガス、塩素を含むエッチングガス、及び水素ガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内の雰囲気を排気する排気手段と、少なくとも前記加熱手段、前記ガス供給手段及び前記排気手段の動作を制御する制御部とを備え、該制御部は、前記加熱手段を制御して前記基板を加熱し、前記ガス供給手段及び前記排気手段を制御して、前記原料ガスと前記エッチングガスとを前記処理室内に供給、排気して、前記シリコンが露出された基板表面にシリコンを含むエピタキシャル膜を成膜し、成膜後、少なくとも前記ガス供給手段の前記エッチングガスを供給したガス供給部に前記水素ガスを流して前記ガス供給部内をパージするので、該ガス供給部に残留したエッチングガス成分が水素と化合して除去され、処理後エッチングガス成分が前記処理室へ混入することを抑制し、基板処理品質の向上が図れるという優れた効果を発揮する。

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。

先ず、本発明が実施される基板処理の概要について説明する。

ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａ１ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）に於いて、ゲート長の微細化に伴う短チャネル効果抑制の為、エレベイテッドソース／ドレイン(又はライズドソース／ドレイン)と呼ばれる技術が注目を集めている。これはＳｉが露出しているソース／ドレイン部にのみＳｉ又はＳｉＧｅをエピタキシャル成長させ、その他のＳｉＯ2 やＳｉＮ等が露出している領域には何も成長させない技術で一般的には選択成長とも呼ばれている。

エレベイテッドソース／ドレインが形成されたＭＯＳＦＥＴの構造概略図を図１に示す。

Ｓｉ又はＳｉＧｅの選択成長の原料ガスとしてはＳｉＨ4 やＳｉ2 Ｈ6 、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 等のＳｉ含有ガスが用いられ、ＳｉＧｅの場合には更にＧｅＨ4 やＧｅＣｌ4 等のＧｅ含有ガスが加えられる。ＣＶＤ反応に於いて原料ガスが導入されるとＳｉ上では直ちに成長が開始されるのに対して、ＳｉＯ2 やＳｉＮ上では潜伏期間と呼ばれる成長遅れが生じる。この潜伏期間の間、Ｓｉ上のみにＳｉ又はＳｉＧｅを成長させるのが選択成長である。

選択成長させる膜厚を厚くしたい場合、ＳｉＯ2 やＳｉＮ上での潜伏期間を長くする目的でＨＣｌやＣｌ2 等のエッチング性ガスがしばしば添加される。エッチングガスを添加することでＳｉＯ2 やＳｉＮ上に生成したＳｉ又はＳｉＧｅの核を除去するものである。原料ガスと同時にエッチングガスを添加し成膜とエッチングを同時に進行させる場合と、原料ガスとエッチングガスを交互に流し成膜とエッチングを交互に進行させる場合とがある。

本発明ではエッチングガスが添加された後、ノズル内をＮ2 でパージさせる前にＨ2 でパージさせるものである。ノズル内に吸着したＣｌ成分はＮ2 では除去し難いが、これをＨ2 でパージさせることでＣｌ＋Ｈ→ＨＣｌとなり、Ｃｌ成分が除去し易くなるものである。

次に、図２、図３により、本発明が実施される基板処理装置について概略を説明する。

尚、図２、図３中、図８中で示したものと同等のものには同符号を付してある。

気密構造の予備室１６の上側に炉口部ゲートバルブ１７を介してインレットフランジ４が気密に連設され、該インレットフランジ４に反応管２が立設されている。

該反応管２は石英製の１重管構成であり、例えば図８で示したインナチューブ７が省略された構造を有している。前記反応管２の外周には加熱装置３が配設され、該加熱装置３は制御部１８によって加熱状態が制御される。

ガス供給手段１９は、シリコンを含む原料ガスを供給する原料ガス供給源２１、塩素を含むエッチングガスを供給するエッチングガス供給源２２、水素ガスを供給する水素ガス供給源２３、窒素ガス等の不活性ガスを供給する不活性ガス供給源２４等を含むガス供給源２５、該ガス供給源２５からのガスを処理室９に導くガス供給ライン２６、該ガス供給ライン２６に接続され、前記処理室９内にガスを供給するガス供給部であるガス導入ノズル１２等から構成され、該ガス導入ノズル１２は前記インレットフランジ４を貫通して前記ガス供給ライン２６に接続され、又前記反応管２に沿って立上がり、前記処理室９の上部で開口している。

前記インレットフランジ４には排気管１３が連通され、該排気管１３には真空ポンプ２７等の排気装置が設けられ、前記処理室９の雰囲気を排気する排気手段２８が構成されている。

前記予備室１６内部には基板保持具の装脱手段であるボートエレベータ３１が設けられ、該ボートエレベータ３１は基板保持具であるボート８を昇降可能に支持し、昇降により該ボート８を前記処理室９に装脱する様になっている。

前記予備室１６にゲートバルブ３４を介してカセット収納部３２が対峙して配設され、該カセット収納部３２には基板搬送容器（ウェーハカセット３３）が格納される。

前記予備室１６と前記カセット収納部３２間には基板移載機３５が設けられ、該基板移載機３５は前記カセット収納部３２と降下状態の前記ボート８との間でウェーハ１０の移載を行う。

次に、基板処理の流れについて、図４により説明する。

ウェーハ１０は前記ウェーハカセット３３に収納された状態で、外部搬送装置（図示せず）により搬入され、前記カセット収納部３２に収納される（ウェーハ搬入）。前記炉口部ゲートバルブ１７が閉じられた状態で、前記ゲートバルブ３４が開放され、前記基板移載機３５により前記ウェーハカセット３３のウェーハ１０が降下状態の前記ボート８に移載される。

該ボート８に所定枚数のウェーハ１０が移載されると、前記ゲートバルブ３４が閉塞される。前記炉口部ゲートバルブ１７が開放され、前記ボートエレベータ３１により前記ボート８が前記処理室９に装入される（ボートロード）。

シールキャップ５により炉口部が気密に閉塞され、前記排気手段２８により前記処理室９が処理圧に減圧されると共に維持される。前記排気手段２８による排気は前記制御部１８によって制御される（減圧）。

前記加熱装置３により前記処理室９、ウェーハ１０が加熱される。前記加熱装置３による前記処理室９、ウェーハ１０の昇温、所定温度での安定維持は、前記制御部１８によって制御される（昇温、温度安定）。

前記ガス供給源２５から前記ガス供給ライン２６、前記ガス導入ノズル１２を介して前記処理室９に原料ガス、Ｃｌを含むエッチングガスが同時に、或は交互に導入される。

原料ガス、エッチングガスは前記ガス導入ノズル１２の上端から前記処理室９に導入される。加熱により活性化したガスは、該処理室９を降下しながら、ウェーハ１０に接触する。基板表面のシリコンが露出した部分には原料ガスが堆積し、薄膜が成長し、又シリコン以外の部分については、エッチングガスによるエッチング作用で、原料ガスの付着が抑制され、シリコンが露出した部分に半導体のエピタキシャル膜が選択的に成長される。尚、成膜処理中、ボート回転装置３６により、前記ボート８を介してウェーハ１０が回転され、ウェーハ１０面内での均一性が向上される（成膜）。

成膜が完了すると、前記ガス供給源２５から水素ガスが所要時間、前記ガス供給ライン２６、前記ガス導入ノズル１２を経て、所定時間、前記処理室９に供給される。尚、前記ガス供給ライン２６が、原料ガス供給ラインとエッチングガス供給ラインとに分離されている場合は、エッチングガス供給ライン、前記ガス導入ノズル１２を経て、水素ガスが前記処理室９に供給される。又、少なくとも、エッチングガスの供給経路の少なくとも、ガス供給部、即ち前記ガス導入ノズル１２に水素ガスが供給される様にする。

水素ガスを供給することで、前記ガス供給ライン２６及び前記ガス導入ノズル１２内部が水素ガスによりガスパージされる。

エッチングガスの導入で、前記ガス導入ノズル１２、前記ガス供給ライン２６の壁面等には、Ｃｌ成分が付着しているが、水素ガスによりガスパージすることで、Ｃｌ＋Ｈ→ＨＣｌとなり、付着したＣｌ成分が除去される（Ｈ2 パージ）。

水素ガスによるパージが完了すると、窒素ガス等の不活性ガスが前記ガス導入ノズル１２から前記処理室９に導入され、不活性ガスにより前記処理室９内がガスパージされ、該処理室９が大気圧に復帰される。前記水素ガスによるガス供給部のガスパージにより、少なくともガス供給部のＣｌ成分が除去されており、供給される不活性ガスにはＣｌ成分は混入していない（Ｎ2 パージ、大気圧化）。

前記炉口部ゲートバルブ１７が開放され、前記ボートエレベータ３１により前記ボート８が前記予備室１６に降下され、該予備室１６でウェーハ１０が所要温度迄冷却される（ボートアンロード、ウェーハ冷却）。

前記ゲートバルブ３４が開放され、前記基板移載機３５により処理済ウェーハ１０が前記基板移載機３５により前記ボート８から払出され、前記ウェーハカセット３３に移載される。処理済ウェーハ１０は前記ウェーハカセット３３に収納された状態で、基板処理装置よりの外部に搬出される（ウェーハ搬出）。

上記した、ウェーハ１０の処理に於いて、原料ガスは前記処理室９の上部から下部に流れ、下部に連通された前記排気管１３より排出される。従って、前記処理室９下部の雰囲気ガスは上昇することなく、前記排気管１３より排気される。

前記処理室９の下部にはＯリング１４、前記ボート回転装置３６等の汚染源があるが、前記処理室９下部の雰囲気がこれら汚染源に汚染されたとしても、汚染された雰囲気は前記処理室９を上昇することなく、即ちウェーハ１０を汚染することなく前記排気管１３より排気される。

尚、水素ガスによる前記ガス供給ライン２６のガスパージについては、図８で示した従来の基板処理装置にも同様に実施可能であることは言う迄もない。

次に、図５〜図７に於いて、本発明に係る基板処理装置により基板処理を行った場合の一例を示す。

原料ガスにＳｉＨ2 Ｃｌ2 、エッチングガスにＨＣｌを同時に供給し成膜とエッチングを同時に進行させた場合の、Ｓｉの選択成長させた場合の本発明のウェーハ１０のパーティクル付着状態を図５に示す。

又、成膜後にＮ2 パージだけを実施していた従来の基板処理装置により処理した場合のウェーハ１０のパーティクル付着状態を図６、図７に示す。

この場合の成膜直後のパーティクルマップを図６に示す。ガス導入ノズル１２近傍に多数のパーティクルがカウントされている。

このウェーハ１０を４日後に再測定したパーティクルマップを図７に示す。前記ガス導入ノズル１２近傍のパーティクルが減っている。

時間の経過と共に減っていることから、測定されていたパーティクルは実際のパーティクルでは無く、ウェーハ表面に吸着したＣｌ成分をパーティクルとして誤カウントし、それらが時間の経過と共に脱離したことから数が減ったものと思われる。

エレベイテッドソース／ドレインが形成されたＭＯＳＦＥＴの構造の概略図である。 本発明の実施の形態に係る基板処理装置の概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る処理炉の概略断面図である。 本発明の実施の形態に於ける基板処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る基板処理装置により処理した基板のパーティクルマップである。 従来の基板処理装置により処理した直後の基板のパーティクルマップである。 従来の基板処理装置により処理した基板の４日後のパーティクルマップである。 従来の基板処理装置に係る処理炉の概略断面図である。

符号の説明

１ 処理炉
２ 反応管
３ 加熱装置
４ インレットフランジ
８ ボート
９ 処理室
１０ ウェーハ
１２ ガス導入ノズル
１３ 排気管
１８ 制御部
２１ 原料ガス供給源
２２ エッチングガス供給源
２３ 水素ガス供給源
２４ 不活性ガス供給源
２５ ガス供給源
２６ ガス供給ライン

Claims (1)

1. シリコンが露出した基板表面にシリコンを含む半導体のエピタキシャル膜を選択的に成長させる基板処理装置であって、前記基板を収納する処理室と、該処理室内に於いて前記基板を保持する基板保持具と、前記基板及び前記処理室内の雰囲気を加熱する加熱手段と、前記処理室内にシリコンを含む原料ガス、塩素を含むエッチングガス、及び水素ガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内の雰囲気を排気する排気手段と、少なくとも前記加熱手段、前記ガス供給手段及び前記排気手段の動作を制御する制御部とを備え、該制御部は、前記加熱手段を制御して前記基板を加熱し、前記ガス供給手段及び前記排気手段を制御して、前記原料ガスと前記エッチングガスとを前記処理室内に供給、排気して、前記シリコンが露出された基板表面にシリコンを含むエピタキシャル膜を成膜し、成膜後、少なくとも前記ガス供給手段の前記エッチングガスを供給したガス供給部に前記水素ガスを流して前記ガス供給部内をパージすることを特徴とする基板処理装置。

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