JP2009289807A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板表面への成膜において、第一層目と第二層目で異なる成膜ガス及びエッ
チングガスを使用することにより下地(N+)へのエッチングを防ぎ、且つ比較的高い成
膜レートで成膜することができる半導体デバイスの製造方法に関するものである。
The present invention prevents the etching to the base (N +) by using different film formation gas and etching gas for the first layer and the second layer in the film formation on the substrate surface, and relatively high film formation. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device capable of forming a film at a rate.
半導体装置の製造において、シリコン基板上にシリコンやシリコンゲルマニウム等
の膜を成長させる場合、従来は成膜ガスとしてSiH4を用いて、エッチングガスとして
SiH4による成膜の温度領域でエッチング特性が良いCl2を用いるプロセスが知られている。また、成膜ガスとしてSiH2Cl2を用いてHClをエッチングガスとして用いるプロセスが知られている。SiH4とSiH2Cl2を成膜ガスとして比較するとSiH4による成膜はSiH2Cl2による成膜よりも成膜レートが高く、さらに成膜温度が低くできることで熱ダメージを低減することができるという利点がある。
In the manufacture of semiconductor devices, when growing the film such as a silicon or silicon germanium on a silicon substrate, conventionally using SiH 4 as a film forming gas, a good etching characteristics in the temperature range of the film formation by the SiH 4 as the etching gas Processes using Cl 2 are known. Further, a process using SiH 2 Cl 2 as a film forming gas and HCl as an etching gas is known. Comparing SiH 4 and SiH 2 Cl 2 as film formation gases, film formation with SiH 4 has a higher film formation rate than film formation with SiH 2 Cl 2 , and the film formation temperature can be lowered to reduce thermal damage. There is an advantage that you can.
しかしながら、Cl2をエッチングガスとして用いると基板の下地(N+)までエッチ
ングされてしまうという問題がある。また、下地へのエッチングを避けてHClをエッチ
ングガスとして用いるプロセスにおいては、エッチング性能を発揮する温度帯では成膜ガスとしてSiH2Cl2を用いる必要があり、Cl2をエッチングガスとして用いるプロセスにおいては、エッチング性能を発揮する温度帯では成膜ガスとしてSiH4を用いる必要があり、SiH2Cl2による成膜処理はSiH4による成膜処理に比べて成膜レートが低いという問題がある。
However, when Cl 2 is used as an etching gas, there is a problem that etching is performed up to the base (N +) of the substrate. Further, in a process using HCl as an etching gas while avoiding etching to the base, it is necessary to use SiH 2 Cl 2 as a film forming gas in a temperature range where the etching performance is exhibited, and in a process using Cl 2 as an etching gas. However, SiH 4 needs to be used as a film forming gas in a temperature range where the etching performance is exhibited, and the film forming process using SiH 2 Cl 2 has a problem that the film forming rate is lower than the film forming process using SiH 4 .
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、下地(N+)へのエッチ
ングを防ぎ、且つ比較的高い成膜レートで成膜することができる半導体デバイスの製造方
法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a method for manufacturing a semiconductor device that can prevent etching of the base (N +) and can form a film at a relatively high film formation rate. The purpose is to do.
上述した課題を解決するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、シリコン基板を処理室内に搬入する第一のステップと、前記シリコン基板を加熱しつつ、前記処理室内に少なくとも第一のシラン系ガスと第一のエッチングガスを供給する第二のステップと、前記シリコン基板を加熱しつつ、前記処理室内に少なくとも第二のシラン系ガスと第二のエッチングガスを供給する第三のステップとを有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a semiconductor device manufacturing method according to the present invention includes a first step of carrying a silicon substrate into a processing chamber, and at least a first step in the processing chamber while heating the silicon substrate. A second step of supplying a silane-based gas and a first etching gas; and a third step of supplying at least a second silane-based gas and a second etching gas into the processing chamber while heating the silicon substrate. It is characterized by having.
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、シリコン基板を処理室内に搬入する第一のステップと、前記シリコン基板を加熱しつつ、前記処理室内に少なくとも第一のシラン系ガスと第一のエッチングガスを供給する第二のステップと、前記シリコン基板を加熱しつつ、前記処理室内に少なくとも第二のシラン系ガスを供給する第三のステップと、前記シリコン基板を加熱しつつ、前記処理室内に少なくとも第二のエッチングガスを供給する第四のステップとを有し、前記第三のステップと前記第四のステップとを複数回繰返すことを特徴とする。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a first step of carrying a silicon substrate into a processing chamber, and at least a first silane-based gas and a first step in the processing chamber while heating the silicon substrate. A second step of supplying an etching gas; a third step of supplying at least a second silane-based gas into the process chamber while heating the silicon substrate; and a process chamber while heating the silicon substrate. And a fourth step of supplying at least a second etching gas, and the third step and the fourth step are repeated a plurality of times.
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、前記各ガスを供給するステップは、前記処理室内の温度が安定した状態で行うことを特徴とする。一方で、本発明に係る半導体装置の製造方法は、前記第二のステップから前記第三のステップに移行する際には、温度を変更することを特徴とする。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is characterized in that the step of supplying each gas is performed in a state where the temperature in the processing chamber is stable. On the other hand, the semiconductor device manufacturing method according to the present invention is characterized in that the temperature is changed when shifting from the second step to the third step.
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、第一のシラン系ガスはSiH2Cl2であり、第一のエッチングガスはHClであり、第二のシラン系ガスはSiH4であり、第二のエッチングガスはCl2であることを特徴とする。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the first silane-based gas is SiH 2 Cl 2 , the first etching gas is HCl, the second silane-based gas is SiH 4 , The second etching gas is Cl 2 .
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、前記第二のステップでは10Å〜2000Åまで膜を形成することを特徴とする。また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、前記第二のステップは枚葉型装置で行い、前記第三のステップ以降はバッチ型装置で行うことを特徴とする。 Also, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is characterized in that a film is formed from 10 to 2000 mm in the second step. The semiconductor device manufacturing method according to the present invention is characterized in that the second step is performed by a single wafer type device, and the third and subsequent steps are performed by a batch type device.
また、本発明に係る基板処理装置は、シリコン基板を収容する処理室と、前記シリコン基板を加熱する加熱手段と、前記処理室内へシラン系ガス及びエッチングガスを供給する複数のガス供給手段と、前記処理室内の雰囲気を排気する排気手段と、前記各手段を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は第一のステップでは第一のガス供給手段により第一のシラン系ガスと第一のエッチングガスを供給し、第二のステップでは第二のガス供給手段により第二のシラン系ガスと第二のエッチングガスを供給するように制御することを特徴とする。
好ましくは、前記第一のステップでは第一の温度で前記シリコン基板を加熱し、前記第二のステップでは第二の温度で前記シリコン基板を加熱するように前記加熱手段を制御することを特徴とする。さらに好ましくは、前記第一のステップ及び前記第二のステップを同一温度で加熱するように前記加熱手段を制御することを特徴とする。
The substrate processing apparatus according to the present invention includes a processing chamber for storing a silicon substrate, a heating unit for heating the silicon substrate, a plurality of gas supply units for supplying a silane-based gas and an etching gas into the processing chamber, In the first step, the control means has an exhaust means for exhausting the atmosphere in the processing chamber, and a control means for controlling the respective means. In the second step, the second silane gas and the second etching gas are controlled to be supplied by the second gas supply means.
Preferably, the heating means is controlled to heat the silicon substrate at a first temperature in the first step and to heat the silicon substrate at a second temperature in the second step. To do. More preferably, the heating means is controlled to heat the first step and the second step at the same temperature.
本発明によれば、下地(N+)へのエッチングを防ぎ、且つ比較的高い成膜レートで成
膜することができるという効果を奏する。
According to the present invention, it is possible to prevent the base (N +) from being etched and to form a film at a relatively high film formation rate.
以下、図面を参照しながら、本発明に係る半導体デバイスの製造方法の実施形態につい
て詳細に説明する。
Hereinafter, embodiments of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
実施の形態1.
本実施の形態において、基板処理装置は一例として半導体デバイス製造方法における処
理工程を実施する半導体デバイス製造装置として構成されている。図1は、本発明の実施
の形態に係る基板処理装置の斜透視図である。尚、以下の説明において、基板に酸化、拡
散処理やCVD処理等を行う縦型の基板処理装置を適用した場合について述べる。また、
説明に用いる方向は図1に矢印で示す方向を基準とする。
Embodiment 1 FIG.
In the present embodiment, as an example, the substrate processing apparatus is configured as a semiconductor device manufacturing apparatus that performs processing steps in a semiconductor device manufacturing method. FIG. 1 is a perspective view of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention. In the following description, a case where a vertical substrate processing apparatus that performs oxidation, diffusion processing, CVD processing, or the like is applied to the substrate will be described. Also,
The direction used for the description is based on the direction indicated by the arrow in FIG.
図1に示すように、シリコン等からなるウエハ(基板)200を収納したウエハキャリ
アとしてのカセット110が使用されている半導体デバイス製造装置101は筐体111
を備えている。
As shown in FIG. 1, a semiconductor
It has.
カセット110はカセットステージ114上に図示しない工程内搬送装置によって搬入
され、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1
14は、工程内搬送装置によって、カセット110内のウエハ200が垂直姿勢となり、
カセット110のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置され、カセット110を筐
体後方に右回り縦方向90°回転し、カセット110内のウエハ200が水平姿勢となり
、カセット110のウエハ出し入れ口が筐体後方を向くように動作可能となるよう構成さ
れている。
The
14, the
The
筐体111内の前後方向の略中央部には、カセット棚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を保管するように構成されている
。カセット棚105にはカセット110が収納される移載棚123が設けられている。ま
た、カセットステージ114の上方には予備カセット棚107が設けられ、予備的にカセ
ット110を保管するように構成されている。
A
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118aと搬送機構としてのカセット搬送機構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、予備カセット棚107との間で、カセット1
10を搬送するように構成されている。
A cassette carrying
10 is transported.
カセット棚105の後方には、ウエハ移載機構125が設置されており、ウエハ移載機
構125は、ウエハ200を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置125aお
よびウエハ移載装置125aを昇降させるためのウエハ移載装置エレベータ125bとツ
イーザ125cで構成されている。ウエハ移載装置エレベータ125bは、耐圧筐体11
1の右側端部に設置されている。これら、ウエハ移載装置エレベータ125bおよびウエ
ハ移載装置125aの連続動作により、ウエハ移載装置125aのツイーザ125cをウ
エハ200の載置部として、ボート130に対してウエハ200を装填および脱装するよ
うに構成されている。
A
1 at the right end. By continuously operating the wafer
筐体111の後部上方には、処理炉202が設けられている。処理炉202の下端部は
、炉口シャッタ147により開閉されるように構成されている。処理炉202の下方には
ボート130を処理炉202に昇降させる昇降機構としてのボートエレベータ115が設
けられ、ボートエレベータ115の昇降台に連結された連結具としてのアーム128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130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130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)のウエハ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。
A
Is configured to support the
カセット棚105の上方には、清浄化された空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
ーンエアを前記筐体111の内部に流通させるように構成されている。また、ウエハ移載
装置エレベータ125bおよびボートエレベータ115側と反対側である筐体111の左
側端部には、クリーンエアを供給するよう供給ファンおよび防塵フィルタで構成されたク
リーンユニット134bが設置されており、クリーンユニット134bから吹き出された
クリーンエアは、ウエハ移載装置125a、ボート130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。
Above the
次に、本発明の実施形態に係る基板処理装置の動作について説明する。 Next, the operation of the substrate processing apparatus according to the embodiment of the present invention will be described.
まず、カセット110が図示しないカセット搬入搬出口から搬入され、カセットステー
ジ114の上にウエハ200が垂直姿勢であって、カセット110のウエハ出し入れ口が
上方向を向くように載置される。その後、カセット110は、カセットステージ114に
よって、カセット110内のウエハ200が水平姿勢となり、カセット110のウエハ出
し入れ口が筐体後方を向けるように、筐体後方に右周り縦方向90°回転させられる。
First, the
次に、カセット110は、カセット棚105ないし予備カセット棚107の指定された
棚位置へカセット搬送装置118によって自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管
された後、カセット棚105ないし予備カセット棚107からカセット搬送装置118に
よって移載棚123に移載されるか、もしくは直接移載棚123に搬送される。
Next, the
カセット110が移載棚123に移載されると、ウエハ200はカセット110からウ
エハ移載装置125aのツイーザ125cによってウエハ出し入れ口を通じてピックアッ
プされ、ボート130に装填される。ボート130にウエハ200を受け渡したウエハ移
載装置125aはカセット110に戻り、次のウエハ200をボート130に装填する。
When the
予め指定された枚数のウエハ200がボート130に装填されると、炉口シャッタ14
7によって閉じられていた処理炉202の下端部が、炉口シャッタ147によって、開放
される。続いて、ウエハ200群を保持したボート130はシールキャップ219がボー
トエレベータ115によって上昇されることにより、処理炉202内へ搬入されて行く。
When a predetermined number of
7 is opened by the furnace port shutter 147. Subsequently, the
搬入後は、処理炉202にてウエハ200に任意の処理が実施される。
処理後は、上述の逆の手順で、ウエハ200およびカセット110は筐体111の外部へ
払出される。
After the carry-in, arbitrary processing is performed on the
After the processing, the
次に基板処理装置の処理炉202の構成について説明する。図2は本発明の実施の形態
で好適に用いられる基板処理装置の処理炉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。
Next, the configuration of the
図2に示されるように、処理炉202は加熱機構としてのヒータ206を有する。ヒー
タ206は円筒形状であり、ヒータ素線とその周囲に設けられた断熱部材より構成され、
図示しない保持体に支持されることにより垂直に据え付けられている。
As shown in FIG. 2, the
It is installed vertically by being supported by a holding body (not shown).
ヒータ206の内側には、ヒータ206と同心円状に反応管としてのアウターチューブ
205が配設されている。アウターチューブ205は、石英(SiO2)または炭化シリ
コン(SiC)等の耐熱材料からなり、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。アウターチューブ205の内側の筒中空部には、処理室201が形成されており
、基板としてのウエハ200を後述するボート130によって水平姿勢で垂直方向に多段
に整列した状態で収容可能に構成されている。
Inside the
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、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を支持するように設けられている。尚、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リングが設けられている。このマニホール
ド209が図示しない保持体に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。このアウターチューブ205とマニホールド209に
より反応容器が形成される。
A manifold 209 is disposed below the
マニホールド209には、ガス排気管231が設けられると共に、ガス供給管232が
貫通するよう設けられている。ガス供給管232は、上流側で5つに分かれており、バル
ブ175〜179とガス流量制御装置としてのMFC(Mass Flow Contr
oller)185〜189を介して第1のガス供給源180、第2のガス供給源181
、第3のガス供給源182、第4のガス供給源183、第5のガス供給源184にそれぞ
れ接続されている。MFC185〜189及びバルブ175〜179には、ガス流量制御
部235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。圧力センサ及びAPCバルブ24
2には、圧力制御部236が電気的に接続されており、圧力制御部236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。
The manifold 209 is provided with a
the first
, A third
2, a
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
の炉口蓋体としてのシールキャップ219が設けられている。シールキャップ219は、
例えばステンレス等の金属よりなり、円盤状に形成されている。シールキャップ219の
上面には、マニホールド209の下端と当接するシール部材としてのOリングが設けられ
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を貫通して後述するボート130に接続されてお
り、ボート130を回転させることでウエハ200を回転させるように構成されている。
シールキャップ219は、処理炉202の外側に設けられた昇降機構としての後述する昇
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
130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、駆動制御部237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。
Below the manifold 209, a
For example, it is made of a metal such as stainless steel and is formed in a disk shape. On the upper surface of the
The
The
基板保持具としてのボート130は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなり、
複数枚のウエハ200を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持
するように構成されている。尚、ボート130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216が水平姿勢で多段に複数
枚配置されており、ヒータ206からの熱がマニホールド209側に伝わりにくくなるよ
う構成されている。
The
The plurality of
ヒータ206近傍には、処理室201内の温度を検出する温度検出体として、図示しな
い温度センサが設けられる。ヒータ206及び温度センサには、電気的に温度制御部23
8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ヒータ206への通
電具合を調節することにより処理室201内の温度が所望の温度分布となるよう所望のタ
イミングにて制御するように構成されている。
In the vicinity of the
8 is connected, and the temperature in the
この処理炉202の構成において、第1の処理ガスは、第1のガス供給源180から供
給され、MFC185でその流量が調節された後、バルブ175を介して、ガス供給管2
32により処理室201内に導入される。第2の処理ガスは、第2のガス供給源181か
ら供給され、MFC186でその流量が調節された後、バルブ176を介してガス供給管
232により処理室201内に導入される。第3の処理ガスは、第3のガス供給源182
から供給され、MFC187でその流量が調節された後、バルブ177を介してガス供給
管232より処理室201内に導入される。第4の処理ガスは、第4のガス供給源183
から供給され、MFC188でその流量が調節された後、バルブ178を介してガス供給
管232より処理室201内に導入される。第5の処理ガスは、第5のガス供給源184
から供給され、MFC189でその流量が調節された後、バルブ179を介してガス供給
管232より処理室201内に導入される。また、処理室201内のガスは、ガス排気管
231に接続された排気装置としての真空ポンプ246により、処理室201から排気さ
れる。
In the configuration of the
32 is introduced into the
After the flow rate is adjusted by the MFC 187, the gas is introduced into the
After the flow rate is adjusted by the
After the flow rate is adjusted by the
次に、本発明で用いる基板処理装置の処理炉周辺の構成について説明する。 Next, the configuration around the processing furnace of the substrate processing apparatus used in the present invention will be described.
図2に示されるように、予備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。
As shown in FIG. 2, a
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。
A hollow elevating
Is provided to keep the
The bellows 265 has an inner diameter that is sufficient for the amount of lifting and lowering of the lifting
The bellows 265 is configured not to come into contact with the expansion / contraction of the
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。
A lifting
また、駆動部収納ケース256の内部にはボート130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。
In addition, a
The periphery of the
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。
The
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。
As the elevating
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、ウエハ処理が可
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130が降下され、ウエハ200を外部に搬出できる状態となる。
As the drive unit storage case 256 rises, the
At the same time, the
ガス流量制御部235、圧力制御部236、駆動制御部237、温度制御部238は、
操作部、入出力部をも構成し、基板処理装置全体を制御する主制御部239に電気的に接
続されている。これら、ガス流量制御部235、圧力制御部236、駆動制御部237、
温度制御部238、主制御部239は、コントローラ240として構成されている。
The gas flow
An operation unit and an input / output unit are also configured, and are electrically connected to a
The
尚、本実施の形態において、ウエハ200はシリコン表面及び酸化膜等の絶縁膜を有す
る基板とする。
In this embodiment, the
次に、上記構成に係る処理炉を用いた半導体デバイスの製造工程の一工程として、ウエ
ハの単結晶シリコン表面上にのみ選択的にシリコン系のエピタキシャル膜を成長させる膜
形成方法について、図2を参照しつつ、図3及び図4を用いて説明する。図3は本実施の
形態におけるエピタキシャル膜の成膜処理の動作を示すフローチャートであり、図4は処
理炉のガス経路を示す図である。尚、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、コントローラ(制御手段)により制御される。また、シリコン表面上の膜は最
初の500Å〜1000Åまで第一層目で成膜し、残りの膜厚は第二層目で成膜するもの
とする。
Next, FIG. 2 shows a film forming method for selectively growing a silicon-based epitaxial film only on a single crystal silicon surface of a wafer as one step of a semiconductor device manufacturing process using the processing furnace according to the above configuration. This will be described with reference to FIGS. 3 and 4 with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing an operation of the epitaxial film forming process in the present embodiment, and FIG. 4 is a diagram showing a gas path of the processing furnace. In the following description, the operation of each part constituting the substrate processing apparatus is controlled by a controller (control means). Further, the film on the silicon surface is formed in the first layer from the first 500 to 1000 mm, and the remaining film thickness is formed in the second layer.
まず、複数枚のウエハ200がボート130に装填されると、複数枚のウエハ200(
シリコン基板)を保持したボート130は、昇降モータ248による昇降台249及び昇
降シャフト250の昇降動作により処理室201内に搬入される(S101、第一のステ
ップ)。この状態で、シールキャップ219はOリングを介してマニホールド209の下
端をシールした状態となる。
First, when a plurality of
The
次に、処理室201内が所望の圧力(真空度)となるように真空排気装置246によっ
て真空排気される。この際、処理室201内の圧力は、圧力センサで測定され、この測定
された圧力に基づき圧力調節器242がフィードバック制御される。また、処理室201
内が第一層目の膜を成膜するのに適した所望の温度(第一の温度)となるようにヒータ2
06(加熱手段)により加熱される(S102、第二のステップ)。尚、処理室201内
がヒータ206により加熱される際、処理室201内が所望の温度分布となるように温度
センサが検出した温度情報に基づきヒータ206への通電具合がフィードバック制御され
る。続いて、回転機構254により、ボート130が回転されることでウエハ200が回
転される。
Next, the
The heater 2 has a desired temperature (first temperature) suitable for forming the first film.
It is heated by 06 (heating means) (S102, second step). Note that when the inside of the
複数のガス供給手段である第1のガス供給源180、第2のガス供給源181、第3の
ガス供給源182、第4のガス供給源183、第5のガス供給源184には、それぞれ処
理ガスとしてSiH2Cl2ガス、HClガス、H2ガス、SiH4ガス、Cl2ガスが封入
されており、次いで、第1のガス供給源180から成膜ガスとしてSiH2Cl2ガス(第
一のシラン系ガス)が供給され、第2のガス供給源181からエッチングガスとしてHC
lガス(第一のエッチングガス)が供給され、第3のガス供給源182からSiH2Cl2
ガスに対する希釈ガスとしてH2ガスが供給される。それぞれのガスが所望の流量となる
ようにMFC185〜187の開度がそれぞれ調節された後、バルブ175〜177がそ
れぞれ開かれ、それぞれの処理ガスがガス供給管232を流通して、処理室201の上部
から処理室201内に導入される。図4に示すように、導入されたガスは、処理室201
内を通り、ガス排気管231(排気手段)から排気される。SiH2Cl2ガスは処理室2
01内を通過する際にウエハ200に接触してその表面を成膜し、HClガスはウエハ2
00の酸化シリコン上にSiH2Cl2ガスにより成膜された膜をエッチングし、その結果
、ウエハ200の表面上に第一層目の膜として高温シリコン選択エピタキシャル膜が成膜
される(S103、第二のステップ)。
The first
l gas (first etching gas) is supplied, and SiH 2 Cl 2 is supplied from the third
H 2 gas is supplied as a dilution gas for the gas. After the opening degree of each of the
The gas is exhausted from the gas exhaust pipe 231 (exhaust means). SiH 2 Cl 2 gas is treated chamber 2
When passing through 01, the
00 film formed by SiH 2 Cl 2 gas on the oxide silicon is etched, so that the high-temperature silicon selective epitaxial film as the first layer of film is deposited on the surface of the wafer 200 (S103, Second step).
予め設定された時間が経過すると、第1のガス供給源180及び第2のガス供給源18
1のバルブ175、176がそれぞれ閉められ、SiH2Cl2ガス及びHClガスの供給
が停止され、H2ガスのみが供給されたまま処理室201内が第二層目の膜を成膜するの
に適した所望の温度(第二の温度)となるようにヒータ206への通電具合がフィードバ
ック制御される(S104、第三のステップ)。ここで、H2ガスを供給する理由は、第二のステップで形成された第一層目の膜としての高温シリコン選択エピタキシャル膜に、酸素や炭素等の不純物が逆拡散するのを防止するためである。また、H2ガスを供給することにより、第二のステップで形成された第一層目の膜としての高温シリコン選択エピタキシャル膜に生成されたCl端をH終端することができるため、より高品質の選択エピタキシャル膜を形成することができる。
When a preset time elapses, the first
1
そして、処理室201内が所望の温度分布となり温度が安定すると(S105)、H2
ガスが供給されつつ第4のガス供給源183から成膜ガスとしてSiH4ガス(第二のシ
ラン系ガス)が供給され、第5のガス供給源184からエッチングガス(第二のエッチン
グガス)としてCl2ガスが供給され、それぞれのガスが所望の流量となるようにMFC
188、189の開度がそれぞれ調節された後、バルブ178、179がそれぞれ開かれ
、それぞれの処理ガスがガス供給管232を流通して、処理室201の上部から処理室2
01内に導入される。SiH4ガスは、処理室201内を通過する際にウエハ200と接
触してその表面を成膜し、Cl2ガスはウエハ200の絶縁膜上にSiH4ガスにより成膜された膜をエッチングし、その結果、第二層目の膜として低温シリコン選択エピタキシャル膜が成膜される(S106、第四のステップ)。
When the inside of the
While the gas is supplied, SiH 4 gas (second silane-based gas) is supplied from the fourth
After the opening degrees of 188 and 189 are adjusted, the
Introduced in 01. When the SiH 4 gas passes through the
予め設定された時間が経過すると、第4のガス供給源183及び第5のガス供給源18
4のバルブ178、179がそれぞれ閉められ、SiH4ガス及びCl2ガスの供給が停止
され、処理室201内がH2ガスやN2ガスで置換されると共に、処理室201内の圧力が常圧に復帰される(S107)。
When a preset time elapses, the fourth
4
その後、昇降モータ248によりシールキャップ219が下降されて、マニホールド2
09の下端が開口されると共に、処理済ウエハ200がボート130に保持された状態で
マニホールド209の下端からアウターチューブ205の外部に搬出される。その後、処
理済のウエハ200は、ボート130より取出される(S108)。
After that, the
The lower end of 09 is opened, and the processed
尚、一例まで、本実施の形態の処理炉にてウエハ200を処理する際の処理条件として
は、例えば、第一層目の膜である高温シリコン選択エピタキシャル膜の成膜時においては
、処理温度700〜850℃、SiH2Cl2ガス流量1〜1000sccm、HClガス
流量1〜1000sccm、H2ガス流量10〜50000sccm、処理圧力2000pa以下が例示され、第一層目成膜時の温度から第二層目成膜時の温度への温度変更時においては、H2ガス流量10〜50000sccm、処理圧力2000pa以下が例示され、第二層目の膜である低温シリコン選択エピタキシャル膜の成膜時においては、処理温度500〜750℃、SiH4ガス流量1〜1000sccm、Cl2ガス流量1〜000sccm、H2ガス流量10〜50000sccm、処理圧力2000pa以下が例示され、それぞれの処理条件をそれぞれの範囲内のある値で一定に維持することでウエハ200に処理がなされる。
As an example, the processing conditions for processing the
上述したように、第一層目のエッチングガスとして、下地(N+)への影響がないHC
lガスを使用し、第二層目の成膜ガスとして、成膜温度が低いためにウエハ200ヘの熱
ダメージが少なく成膜レートが高いSiH4ガスを使用し、第一層目の成膜後に成膜する
ことで、下地(N+)への影響なく高い成膜レートでウエハ200表面を成膜することが
できる。
As described above, the first layer etching gas has no influence on the base (N +).
l gas is used, and as the film forming gas for the second layer, the film forming temperature is low, and therefore, SiH 4 gas is used which has a low film damage and a high film forming rate. By forming the film later, the surface of the
実施の形態2.
実施の形態1においては、第一層目の成膜を終えた後に、SiH2Cl2ガス及びHCl
ガスの供給を停止し、H2ガスのみを処理室201内に供給したが、H2ガスだけを供給す
ると基板の酸化膜から離脱した水分がシリコン選択エピタキシャル膜の界面に付着し、界
面の酸素濃度が高くなるという問題がある。
Embodiment 2. FIG.
In Embodiment 1, after the film formation of the first layer is completed, SiH 2 Cl 2 gas and HCl are used.
The supply of gas was stopped, and only H 2 gas was supplied into the
そこで、本実施の形態においては、第一層目の成膜を終えた後であってもSiH2Cl2
ガス及びHClガスの供給を第二層目の成膜まで停止せずに、処理室201内の温度が安
定するまで供給し続ける。以下、本実施の形態におけるエピタキシャル膜形成処理の動作
を示すフローチャートである図5を用いて動作を説明する。尚、本実施の形態を実行する
装置の構成は実施の形態1を実行する装置と同様の構成とする。
Therefore, in the present embodiment, even after the first layer is formed, SiH 2 Cl 2 is used.
The supply of the gas and HCl gas is not stopped until the film formation of the second layer, but is continued until the temperature in the
まず、複数枚のウエハ200がボート130に装填されると、複数枚のウエハ200(
シリコン基板)を保持したボート130は、昇降モータ248による昇降台249及び昇
降シャフト250の昇降動作により処理室201内に搬入される(S201、第一のステ
ップ)。この状態で、シールキャップ219はOリングを介してマニホールド209の下
端をシールした状態となる。
First, when a plurality of
The
次に、処理室201内が所望の圧力(真空度)となるように真空排気装置246によっ
て真空排気される。この際、処理室201内の圧力は、圧力センサで測定され、この測定
された圧力に基づき圧力調節器242がフィードバック制御される。また、処理室201
内が第一層目の膜を成膜するのに適した所望の温度(第一の温度)となるようにヒータ2
06(加熱手段)により加熱される(S202、第二のステップ)。尚、処理室201内
がヒータ206により加熱される際、処理室201内が所望の温度分布となるように温度
センサが検出した温度情報に基づきヒータ206への通電具合がフィードバック制御され
る。続いて、回転機構254により、ボート130が回転されることでウエハ200が回
転される。
Next, the
The heater 2 has a desired temperature (first temperature) suitable for forming the first film.
Heated by 06 (heating means) (S202, second step). Note that when the inside of the
次に、複数のガス供給手段である第1のガス供給源180、第2のガス供給源181、
第3のガス供給源182、第4のガス供給源183、第5のガス供給源184には、それ
ぞれ処理ガスとしてSiH2Cl2ガス、HClガス、H2ガス、SiH4ガス、Cl2ガス
が封入されており、次いで、第1のガス供給源180から成膜ガスとしてSiH2Cl2ガ
ス(第一のシラン系ガス)が供給され、第2のガス供給源181からエッチングガスとし
てHClガス(第一のエッチングガス)が供給され、第3のガス供給源182からSiH
2Cl2ガスに対する希釈ガスとしてH2ガスが供給される。それぞれのガスが所望の流量
となるようにMFC185〜187の開度がそれぞれ調節された後、バルブ175〜17
7がそれぞれ開かれ、それぞれの処理ガスがガス供給管232を流通して、処理室201
の上部から処理室201内に導入される。図4に示すように、導入されたガスは、処理室
201内を通り、ガス排気管231(排気手段)から排気される。SiH2Cl2ガスは処
理室201内を通過する際にウエハ200に接触してその表面を成膜し、HClガスはウ
エハ200の酸化シリコン上にSiH2Cl2ガスにより成膜された膜をエッチングし、そ
の結果、ウエハ200の表面上に第一層目の膜として高温シリコン選択エピタキシャル膜
が成膜される(S203、第二のステップ)。
Next, a first
The third
H 2 gas is supplied as a dilution gas for 2 Cl 2 gas. After the opening degrees of the
7 are opened, and each processing gas flows through the
Is introduced into the
予め設定された時間が経過しても、SiH2Cl2ガス、HClガス、H2ガスはそれぞ
れ供給され続け、処理室201内が第二層目の膜を成膜するのに適した所望の温度(第二
の温度)となるようにヒータ206への通電具合がフィードバック制御される(S204
、第三のステップ)。
Even after the preset time has elapsed, SiH 2 Cl 2 gas, HCl gas, and H 2 gas are continuously supplied, and the
The third step).
そして、処理室201内が所望の温度分布となり温度が安定すると(S205)、第1
のガス供給源180及び第2のガス供給源181のバルブ175、176がそれぞれ閉め
られ、SiH2Cl2ガス及びHClガスの供給が停止され、次いで、第4のガス供給源1
83から成膜ガスとしてSiH4ガス(第二のシラン系ガス)が供給され、第5のガス供
給源184からエッチングガス(第二のエッチングガス)としてCl2ガスが供給され、
それぞれのガスが所望の流量となるようにMFC188、189の開度がそれぞれ調節さ
れた後、バルブ178、179がそれぞれ開かれ、それぞれの処理ガスがガス供給管232を流通して、処理室201の上部から処理室201内に導入される。SiH4ガスは、処理室201内を通過する際にウエハ200と接触してその表面を成膜し、Cl2ガスはウエハ200の絶縁膜上にSiH4ガスにより成膜された膜をエッチングし、その結
果、第二層目の膜として低温シリコン選択エピタキシャル膜が成膜される(S206、第
四のステップ)。
When the inside of the
The
83, a SiH 4 gas (second silane gas) is supplied as a film forming gas, and a Cl 2 gas is supplied as an etching gas (second etching gas) from the fifth
After the openings of the
予め設定された時間が経過すると、第4のガス供給源183及び第5のガス供給源18
4のバルブ178、179がそれぞれ閉められ、SiH4ガス及びCl2ガスの供給が停止
され、処理室201内がH2ガスで置換されると共に、処理室201内の圧力が常圧に復
帰される(S207)。
When a preset time elapses, the fourth
4
その後、昇降モータ248によりシールキャップ219が下降されて、マニホールド2
09の下端が開口されると共に、処理済ウエハ200がボート130に保持された状態で
マニホールド209の下端からアウターチューブ205の外部に搬出される。その後、処
理済のウエハ200は、ボート130より取出される(S208)。
After that, the
The lower end of 09 is opened, and the processed
尚、一例まで、本実施の形態の処理炉にてウエハ200を処理する際の処理条件として
は、例えば、第一層目の膜である高温シリコン選択エピタキシャル膜の成膜時においては
、処理温度700〜850℃、SiH2Cl2ガス流量1〜1000sccm、HClガス
流量1〜1000sccm、H2ガス流量10〜50000sccm、処理圧力2000pa以下が例示され、第一層目成膜時の温度から第二層目成膜時の温度への温度変更時においては、SiH2Cl2ガス流量1〜1000sccm、HClガス流量1〜1000sccm、H2ガス流量10〜50000、処理圧力2000pa以下が例示され、第二層目の膜である低温シリコン選択エピタキシャル膜の成膜時においては、処理温度500〜750℃、SiH4ガス流量1〜1000sccm、Cl2ガス流量1〜1000sccm、H2ガス流量10〜50000sccm、処理圧力2000pa以下が例示され、それぞれの処理条件をそれぞれの範囲内のある値で一定に維持することでウエハ200に処理がなされる。
As an example, the processing conditions for processing the
上述したように、第一層目の成膜後もSiH2Cl2ガス及びHClガスを供給し続ける
ことによって、800℃ほどの高温でないと還元効果がないH2ガスに対して、800℃
未満の低温であっても還元効果のあるSiH2Cl2ガスにより、第一層目の成膜後に温度を
下げている間であってもシリコン表面に付着した水分等の不純物を除去することができ、
また、エッチングガスであるHClガスにより、選択性を維持することができる。
As described above, the SiH 2 Cl 2 gas and the HCl gas are continuously supplied even after the film formation of the first layer, so that the H 2 gas having no reduction effect unless the temperature is as high as 800 ° C. is 800 ° C.
Even when the temperature is lowered after film formation of the first layer, impurities such as water adhering to the silicon surface can be removed by SiH 2 Cl 2 gas having a reducing effect even at a low temperature of less than Can
Further, selectivity can be maintained by HCl gas which is an etching gas.
尚、処理するウエハにより結果は異なるが、界面SIMS(Secondary Io
nization Mass Spectrometer)にて分析した結果、第一層目
の成膜における温度から第二層目における温度への切替の際にH2だけを供給し続けた場
合、界面酸素濃度ピーク値で2E19atoms/cm3を超える酸素濃度を検出したの
に対し、H2と共にSi2Cl2ガス及びHClガスを供給し続けた場合は、界面酸素濃度
ピーク値は1E19atoms/cm3以下に低減した。
Although the results differ depending on the wafer to be processed, the interface SIMS (Secondary Io
As a result of the analysis by the initialization mass spectrometer, when only H 2 is continuously supplied during the switching from the temperature in the first layer deposition to the temperature in the second layer, the interface oxygen concentration peak value is 2E19 atoms / When an oxygen concentration exceeding cm 3 was detected, but when Si 2 Cl 2 gas and HCl gas were continuously supplied together with H 2 , the interfacial oxygen concentration peak value decreased to 1E19 atoms / cm 3 or less.
実施の形態3.
実施の形態3は、第一層目の成膜及び第二層目成膜を、設定温度を変更せずに終始一定の
温度で行うことにより、連続した処理を行うことができる方法である。以下、本実施の形
態におけるエピタキシャル膜形成処理の動作を示すフローチャートである図6を用いて動
作を説明する。尚、本実施の形態を実行する装置の構成は実施の形態1を実行する装置と
同様の構成とする。
Embodiment 3 FIG.
Embodiment 3 is a method capable of performing continuous processing by performing film formation of the first layer and film formation of the second layer at a constant temperature throughout without changing the set temperature. Hereinafter, the operation will be described with reference to FIG. 6 which is a flowchart showing the operation of the epitaxial film forming process in the present embodiment. The configuration of the apparatus that executes this embodiment is the same as that of the apparatus that executes the first embodiment.
複数枚のウエハ200がボート130に装填されると、複数枚のウエハ200(
シリコン基板)を保持したボート130は、昇降モータ248による昇降台249及び昇
降シャフト250の昇降動作により処理室201内に搬入される(S301、第一のステ
ップ)。この状態で、シールキャップ219はOリングを介してマニホールド209の下
端をシールした状態となる。
When a plurality of
The
次に、処理室201内が所望の圧力(真空度)となるように真空排気装置246によっ
て真空排気される。この際、処理室201内の圧力は、圧力センサで測定され、この測定
された圧力に基づき圧力調節器242がフィードバック制御される。また、処理室201
内が第一層目の膜を成膜するのに適した所望の温度(第一の温度)となるようにヒータ2
06(加熱手段)により加熱される(S302、第二のステップ)。尚、処理室201内
がヒータ206により加熱される際、処理室201内が所望の温度分布となるように温度
センサが検出した温度情報に基づきヒータ206への通電具合がフィードバック制御され
る。続いて、回転機構254により、ボート130が回転されることでウエハ200が回
転される。
Next, the
The heater 2 has a desired temperature (first temperature) suitable for forming the first film.
It is heated by 06 (heating means) (S302, second step). Note that when the inside of the
複数のガス供給手段である第1のガス供給源180、第2のガス供給源181、第3の
ガス供給源182、第4のガス供給源183、第5のガス供給源184には、それぞれ処
理ガスとしてSiH2Cl2ガス、HClガス、H2ガス、SiH4ガス、Cl2ガスが封入
されており、次いで、第1のガス供給源180から成膜ガスとしてSiH2Cl2ガス(第
一のシラン系ガス)が供給され、第2のガス供給源181からエッチングガスとしてHC
lガス(第一のエッチングガス)が供給され、第3のガス供給源182からSiH2Cl2
ガスに対する希釈ガスとしてH2ガスが供給される。それぞれのガスが所望の流量となる
ようにMFC185〜187の開度がそれぞれ調節された後、バルブ175〜177がそ
れぞれ開かれ、それぞれの処理ガスがガス供給管232を流通して、処理室201の上部
から処理室201内に導入される。図4に示すように、導入されたガスは、処理室201
内を通り、ガス排気管231(排気手段)から排気される。SiH2Cl2ガスは処理室2
01内を通過する際にウエハ200に接触してその表面を成膜し、HClガスはウエハ2
00の絶縁膜上にSiH2Cl2ガスにより成膜された膜をエッチングし、その結果、ウエハ200の表面上に第一層目の膜として高温シリコン選択エピタキシャル膜が成膜される(S303、第二のステップ)。
The first
l gas (first etching gas) is supplied, and SiH 2 Cl 2 is supplied from the third
H 2 gas is supplied as a dilution gas for the gas. After the opening degree of each of the
The gas is exhausted from the gas exhaust pipe 231 (exhaust means). SiH 2 Cl 2 gas is treated chamber 2
When passing through 01, the
The film formed by SiH 2 Cl 2 gas on the 00 insulating film is etched, and as a result, a high-temperature silicon selective epitaxial film is formed on the surface of the
予め設定された時間が経過すると、第1のガス供給源180及び第2のガス供給源18
1のバルブ175、176がそれぞれ閉められ、SiH2Cl2ガス及びHClガスの供給
が停止され、温度を変更せずに安定のままでH2ガスのみが供給される(S304)。
ここで、H2ガスを供給する理由は、第二のステップで形成された第一層目の膜としての高温シリコン選択エピタキシャル膜に、酸素や炭素等の不純物が逆拡散するのを防止するためである。また、H2ガスを供給することにより、第二のステップで形成された第一層目の膜としての高温シリコン選択エピタキシャル膜に生成されたCl端をH終端することができるため、より高品質の選択エピタキシャル膜を形成することができる。
When a preset time elapses, the first
The
Here, the reason for supplying the H 2 gas is to prevent back diffusion of impurities such as oxygen and carbon into the high temperature silicon selective epitaxial film as the first layer film formed in the second step. It is. Further, by supplying H 2 gas, the Cl end generated in the high-temperature silicon selective epitaxial film as the first layer film formed in the second step can be H-terminated, so that the quality is higher. The selective epitaxial film can be formed.
そして、温度安定状態で処理室201内に一定時間H2ガスが供給された後、引き続きH2ガスが供給されつつ第4のガス供給源183から成膜ガスとしてSiH4ガス(第二のシラン系ガス)が供給され、第5のガス供給源184からエッチングガス(第二のエッチングガス)としてCl2ガスが供給され、それぞれのガスが所望の流量となるようにMFC188、189の開度がそれぞれ調節された後、バルブ178、179がそれぞれ開かれ、それぞれの処理ガスがガス供給管232を流通して、処理室201の上部から処理室201内に導入される。SiH4ガスは、処理室201内を通過する際にウエハ200と接触してその表面を成膜し、Cl2ガスはウエハ200の酸化シリコン上にSiH4ガスにより成膜された膜をエッチングし、その結果、第二層目の膜として低温シリコン選択エピタキシャル膜が成膜される(S305、第三のステップ)。
Then, the temperature after a certain time the H 2 gas into the
予め設定された時間が経過すると、第4のガス供給源183及び第5のガス供給源18
4のバルブ178、179がそれぞれ閉められ、SiH4ガス及びCl2ガスの供給が停止
され、処理室201内がH2ガスで置換されると共に、処理室201内の圧力が常圧に復
帰される(S306)。
When a preset time elapses, the fourth
4
その後、昇降モータ248によりシールキャップ219が下降されて、マニホールド2
09の下端が開口されると共に、処理済ウエハ200がボート130に保持された状態で
マニホールド209の下端からアウターチューブ205の外部に搬出される。その後、処
理済のウエハ200は、ボート130より取出される(S307)。
After that, the
The lower end of 09 is opened, and the processed
尚、一例まで、本実施の形態の処理炉にてウエハ200を処理する際の処理条件として
は、例えば、第一層目の膜である高温シリコン選択エピタキシャル膜の成膜時においては
、処理温度500〜850℃、SiH2Cl2ガス流量1〜1000sccm、HClガス
流量1〜1000sccm、H2ガス流量10〜50000sccm、処理圧力2000pa以下が例示され、第一層目成膜から第二層目成膜への変更時においては、H2ガス流量10〜50000sccm、処理圧力2000pa以下が例示され、第二層目の膜である低温シリコン選択エピタキシャル膜の成膜時においては、処理温度500〜850℃、SiH4ガス流量1〜1000sccm、Cl2ガス流量1〜1000sccm、H2ガス流量10〜50000sccm、処理圧力2000pa以下が例示され、それぞれの処理条件をそれぞれの範囲内のある値で一定に維持することでウエハ200に処理がなされる。尚、第一層目成膜及び第二層目成膜の処理温度の条件は処理温度500〜850℃であるが、700℃程度の温度がより好ましい。
As an example, the processing conditions for processing the
上述したように、第一層目の成膜及び第二層目の成膜を、設定温度を変更せずに終始一定の温度で行うことにより、連続して二種の層を形成できるため、成膜時間の短縮となり、処理効率を向上させることができる。 As described above, since the first layer film formation and the second layer film formation can be performed continuously at a constant temperature without changing the set temperature, two types of layers can be formed continuously. The film formation time is shortened and the processing efficiency can be improved.
実施の形態4.
実施の形態4においては、第二層目の膜形成のステップでは、第二のシラン系ガス及び第二のエッチングガスが供給されるが、これらのガスを同時に供給せず、交互に複数回供給することを特徴とするものである。以下、本実施の形態におけるエピタキシャル膜形成処理の動作を示すフローチャートである図7を用いて動作を説明する。尚、本実施の形態を実行する装置の構成は実施の形態1を実行する装置と同様の構成とする。
Embodiment 4 FIG.
In the fourth embodiment, the second silane-based gas and the second etching gas are supplied in the film formation step of the second layer, but these gases are not supplied at the same time but are supplied alternately several times. It is characterized by doing. Hereinafter, the operation will be described with reference to FIG. 7 which is a flowchart showing the operation of the epitaxial film forming process in the present embodiment. The configuration of the apparatus that executes this embodiment is the same as that of the apparatus that executes the first embodiment.
複数枚のウエハ200がボート130に装填されると、複数枚のウエハ200(シリコン基板)を保持したボート130は、昇降モータ248による昇降台249及び昇降シャフト250の昇降動作により処理室201内に搬入される(S401、第一のステップ)。この状態で、シールキャップ219はOリングを介してマニホールド209の下
端をシールした状態となる。
When a plurality of
次に、処理室201内が所望の圧力(真空度)となるように真空排気装置246によっ
て真空排気される。この際、処理室201内の圧力は、圧力センサで測定され、この測定
された圧力に基づき圧力調節器242がフィードバック制御される。また、処理室201
内が第一層目の膜を成膜するのに適した所望の温度(第一の温度)となるようにヒータ2
06(加熱手段)により加熱される(S402、第二のステップ)。尚、処理室201内
がヒータ206により加熱される際、処理室201内が所望の温度分布となるように温度
センサが検出した温度情報に基づきヒータ206への通電具合がフィードバック制御され
る。続いて、回転機構254により、ボート130が回転されることでウエハ200が回
転される。
Next, the
The heater 2 has a desired temperature (first temperature) suitable for forming the first film.
It is heated by 06 (heating means) (S402, second step). Note that when the inside of the
複数のガス供給手段である第1のガス供給源180、第2のガス供給源181、第3の
ガス供給源182、第4のガス供給源183、第5のガス供給源184には、それぞれ処
理ガスとしてSiH2Cl2ガス、HClガス、H2ガス、SiH4ガス、Cl2ガスが封入
されており、次いで、第1のガス供給源180から成膜ガスとしてSiH2Cl2ガス(第
一のシラン系ガス)が供給され、第2のガス供給源181からエッチングガスとしてHC
lガス(第一のエッチングガス)が供給され、第3のガス供給源182からSiH2Cl2
ガスに対する希釈ガスとしてH2ガスが供給される。それぞれのガスが所望の流量となる
ようにMFC185〜187の開度がそれぞれ調節された後、バルブ175〜177がそ
れぞれ開かれ、それぞれの処理ガスがガス供給管232を流通して、処理室201の上部
から処理室201内に導入される。図4に示すように、導入されたガスは、処理室201
内を通り、ガス排気管231(排気手段)から排気される。SiH2Cl2ガスは処理室2
01内を通過する際にウエハ200に接触してその表面を成膜し、HClガスはウエハ2
00の絶縁膜上にSiH2Cl2ガスにより成膜された膜をエッチングし、その結果、ウエハ200の表面上に第一層目の膜として高温シリコン選択エピタキシャル膜が成膜される(S403、第二のステップ)。
The first
l gas (first etching gas) is supplied, and SiH 2 Cl 2 is supplied from the third
H 2 gas is supplied as a dilution gas for the gas. After the opening degree of each of the
The gas is exhausted from the gas exhaust pipe 231 (exhaust means). SiH 2 Cl 2 gas is treated chamber 2
When passing through 01, the
The film formed by SiH 2 Cl 2 gas on the 00 insulating film is etched, and as a result, a high-temperature silicon selective epitaxial film is formed on the surface of the
予め設定された時間が経過すると、第1のガス供給源180及び第2のガス供給源18
1のバルブ175、176がそれぞれ閉められ、SiH2Cl2ガス及びHClガスの供給
が停止され、H2ガスのみが供給されたまま処理室201内が第二層目の膜を成膜するの
に適した所望の温度(第二の温度)となるようにヒータ206への通電具合がフィードバ
ック制御される(S404、第三のステップ)。ここで、H2ガスを供給する理由は、第二のステップで形成された第一層目の膜としての高温シリコン選択エピタキシャル膜に、
酸素や炭素等の不純物が逆拡散するのを防止するためである。また、H2ガスを供給することにより、第二のステップで形成された第一層目の膜としての高温シリコン選択エピタキシャル膜に生成されたCl端をH終端することができるため、より高品質の選択エピタキシャル膜を形成することができる。
When a preset time elapses, the first
1
This is to prevent back diffusion of impurities such as oxygen and carbon. Further, by supplying H 2 gas, the Cl end generated in the high-temperature silicon selective epitaxial film as the first layer film formed in the second step can be H-terminated, so that the quality is higher. The selective epitaxial film can be formed.
そして、処理室201内が所望の温度分布となり温度が安定すると(S405)、H2
ガスが供給されつつ第4のガス供給源183から成膜ガスとしてSiH4ガス(第二のシ
ラン系ガス)が供給され、所望の流量となるようにMFC188の開度が調節された後、バルブ178が開かれ、SiH4ガスがガス供給管232を流通して、処理室201の上部から処理室201内に導入される。SiH4ガスは、処理室201内を通過する際にウエハ200と接触してその表面を成膜し、その結果、第二層目の膜として低温シリコン選択エピタキシャル膜が成膜される(S406、第四のステップ)。
When the inside of the
After the gas is supplied, SiH 4 gas (second silane-based gas) is supplied from the fourth
予め設定された時間が経過すると、第4のガス供給源183のバルブ178が閉められ、SiH4ガスの供給が停止され、処理室201内がH2ガスで置換される(S407、第五のステップ)。
When a preset time elapses, the
続いて、H2ガスが供給されつつ第5のガス供給源184からエッチングガス(第二のエッチングガス)としてCl2ガスが供給され、所望の流量となるようにMFC189の開度が調節された後、バルブ179が開かれ、Cl2ガスがガス供給管232を流通して、処理室201の上部から処理室201内に導入される。Cl2ガスはウエハ200の酸化シリコン上にSiH4ガスにより成膜された膜をエッチングする(S408、第六のステップ)。
Subsequently, Cl 2 gas was supplied as an etching gas (second etching gas) from the fifth
予め設定された時間が経過すると、第5のガス供給源184のバルブ179が閉められ、Cl2ガスの供給が停止され、処理室201内がH2ガスで置換される(S409、第七のステップ)。
When a preset time has elapsed, the
上記S406〜S409を所定回数繰返した後、処理室201内がH2ガスで置換されると共に、処理室201内の圧力が常圧に復帰される。
After repeating S406 to S409 a predetermined number of times, the inside of the
その後、昇降モータ248によりシールキャップ219が下降されて、マニホールド2
09の下端が開口されると共に、処理済ウエハ200がボート130に保持された状態で
マニホールド209の下端からアウターチューブ205の外部に搬出される。その後、処
理済のウエハ200は、ボート130より取出される(S410)。
After that, the
The lower end of 09 is opened, and the processed
尚、一例まで、本実施の形態の処理炉にてウエハ200を処理する際の処理条件として
は、例えば、第一層目の膜である高温シリコン選択エピタキシャル膜の成膜時においては
、処理温度700〜850℃、SiH2Cl2ガス流量1〜1000sccm、HClガス
流量1〜1000sccm、H2ガス流量10〜50000sccm、処理圧力2000pa以下が例示され、第一層目成膜時の温度から第二層目成膜時の温度への温度変更時においては、H2ガス流量10〜50000sccm、処理圧力2000pa以下が例示され、第二層目の膜である低温シリコン選択エピタキシャル膜の成膜時においては、処理温度500〜750℃、SiH4ガス流量1〜1000sccm又はCl2ガス流量1〜1000sccm、H2ガス流量10〜50000sccm、処理圧力2000pa以下が例示され、それぞれの処理条件をそれぞれの範囲内のある値で一定に維持することでウエハ200に処理がなされる。
As an example, the processing conditions for processing the
上述したように、第二層目の膜である低温シリコン選択エピタキシャル膜の成膜において、SiH4ガスとCl2ガスを同時供給する場合には、Cl2ガスのエッチングレートが高すぎて成長レートが低下し、成膜速度が低下する虞がある。一方、本実施形態のように、SiH4ガスとCl2ガスを交互供給した場合には、SiH4ガスによる成膜がCl2ガスによって邪魔されることがないため、総合的な成長レートが高くなり効率良く成膜できると考えられる。 As described above, when the SiH 4 gas and the Cl 2 gas are supplied simultaneously in the formation of the low-temperature silicon selective epitaxial film as the second layer film, the etching rate of the Cl 2 gas is too high and the growth rate is high. There is a risk that the film formation rate will decrease. On the other hand, when SiH 4 gas and Cl 2 gas are alternately supplied as in the present embodiment, film formation with SiH 4 gas is not disturbed by Cl 2 gas, so the overall growth rate is high. It is considered that the film can be formed efficiently.
上述した実施形態1乃至実施形態4は、各実施形態の各ステップを組み合わせることにより、本発明の効果を得ることもできる。また、上述した実施形態1乃至実施形態4において、縦型CVD装置を用いてシリコン基板上にエピタキシャル膜を成膜する場合について説明したが、本発明は例えば横型や枚葉型の基板処理装置であっても実行可能であり、装置の型に依存しない。また、本発明はエピタキシャル膜の成膜処理に限らず、例えばポリシリコン膜の成膜処理であっても、基板表面に化学反応を用いて膜を堆積させる成膜処理全般において適用可能である。また、本発明はシリコン表面への成膜処理に限らずシリコンゲルマニウム表面への成膜処理においても適用可能である。さらに、第一層目の成膜後及び第二層目の成膜後にH2ガスを供給した後は、処理室201内に残留するH2ガスを除去するために、N2ガスを供給することが好ましい。
In the first to fourth embodiments described above, the effects of the present invention can also be obtained by combining the steps of each embodiment. In the first to fourth embodiments described above, the case where an epitaxial film is formed on a silicon substrate using a vertical CVD apparatus has been described. However, the present invention is, for example, a horizontal or single wafer processing apparatus. Even if it exists, it is feasible and does not depend on the type of device. The present invention is not limited to the epitaxial film formation process, and can be applied to a film formation process in which a film is deposited on the substrate surface using a chemical reaction, for example, even a polysilicon film formation process. Further, the present invention is not limited to the film forming process on the silicon surface, but can be applied to the film forming process on the silicon germanium surface. Further, after the H 2 gas is supplied after the first layer is formed and after the second layer is formed, an N 2 gas is supplied in order to remove the H 2 gas remaining in the
尚、第一層目の膜を成膜するステップと、第二層目の膜を成膜するステップとをそれぞれ別の装置で行ってもよい。具体的には、第一層目の成膜は、比較的高温で行う場合には成膜速度が速いため、例えば枚葉装置を用いて処理を行っても効率が良い。一方で、第二層目の成膜は、第一層目より成膜速度は速いが、膜厚が厚い場合は枚葉装置では生産性が低下するため、一度に複数枚の基板を処理可能なバッチ装置を用いて処理を行うことが好ましい。 Note that the step of forming the first layer film and the step of forming the second layer film may be performed by different apparatuses. Specifically, when the film formation of the first layer is performed at a relatively high temperature, the film formation rate is fast, and thus, for example, it is efficient to perform the processing using a single wafer apparatus. On the other hand, the deposition speed of the second layer is faster than that of the first layer, but if the film thickness is thick, the productivity of the single-wafer device is reduced, so multiple substrates can be processed at one time. It is preferable to perform processing using a simple batch apparatus.
さらに、本発明の他の好ましい実施例によれば、上述した実施形態3において、第一層目の成膜及び第二層目の成膜を、処理室内の温度が700℃程度で行う半導体装置の製造方法が提供される。 Furthermore, according to another preferred embodiment of the present invention, in the above-described third embodiment, the semiconductor device in which the first layer and the second layer are formed at a temperature in the processing chamber of about 700 ° C. A manufacturing method is provided.
更に、本発明の好ましい実施例では、上述した実施形態1乃至実施形態4において、シラン系ガス又はエッチングガス供給後にH2ガスでパージを行う半導体装置の製造方法が提供される。 Furthermore, in a preferred embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device in which purging with H 2 gas is performed after supplying silane-based gas or etching gas in Embodiments 1 to 4 described above.
更に、本発明の好ましい実施例では、上述した実施形態1、実施形態2又は実施形態4において、第二層目の成膜は第一層目の成膜より低温で行う半導体装置の製造方法が提供される。 Further, in a preferred embodiment of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device in which the second layer is formed at a lower temperature than the first layer in the first embodiment, the second embodiment, or the fourth embodiment. Provided.
更に、本発明の好ましい実施例では、上述した実施形態2乃至実施形態4において、第一層目の成膜後のH2ガスパージでは、第一層目の成膜で用いた第一のシラン系ガスと第一のエッチングガスのうち少なくとも前記第一のシラン系ガスを供給し続ける半導体装置の製造方法が提供される。 Further, in a preferred embodiment of the present invention, in the above-described Embodiment 2 to Embodiment 4, in the H 2 gas purge after the formation of the first layer, the first silane system used in the formation of the first layer is used. A method of manufacturing a semiconductor device is provided in which at least the first silane-based gas among the gas and the first etching gas is continuously supplied.
更に、本発明の好ましい実施例では、上述した実施形態1乃至実施形態4において、H2ガスは常時流し続ける半導体装置の製造方法が提供される。 Furthermore, in a preferred embodiment of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device in which the H2 gas keeps flowing constantly in the first to fourth embodiments described above.
更に、本発明の好ましい実施例では、上述した実施形態1乃至実施形態4において、一度に複数枚の処理が可能な選択エピタキシャル成長を行う半導体装置の製造方法が提供される。 Furthermore, in a preferred embodiment of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device that performs selective epitaxial growth in which a plurality of processes can be performed at one time in Embodiments 1 to 4 described above.
更に、本発明の好ましい実施例では、上述した実施形態1乃至実施形態4において、H2ガスのパージ後はN2ガスでパージを行う半導体装置の製造方法が提供される。 Furthermore, in a preferred embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device in which the purge is performed with N 2 gas after purging with H 2 gas in Embodiments 1 to 4 described above.
101 基板処理装置、175〜179 バルブ、180 第1のガス供給源、181
第2のガス供給源、182 第3のガス供給源、183 第4のガス供給源、184 第
5のガス供給源、185〜189 MFC、201 処理室、202 処理炉、206
ヒータ、231 ガス排気管、235 ガス流量制御部、236 圧力制御部、237
駆動制御部、238 温度制御部、242 圧力調節器、246 真空排気装置。
101 substrate processing apparatus, 175 to 179 valve, 180 first gas supply source, 181
2nd gas supply source, 182 3rd gas supply source, 183 4th gas supply source, 184 5th gas supply source, 185-189 MFC, 201 processing chamber, 202 processing furnace, 206
Heater, 231 gas exhaust pipe, 235 gas flow rate control unit, 236 pressure control unit, 237
Drive control unit, 238 Temperature control unit, 242 Pressure regulator, 246 Vacuum exhaust device.
Claims (10)
前記シリコン基板を加熱しつつ、前記処理室内に少なくとも第一のシラン系ガスと第一のエッチングガスを供給する第二のステップと、
前記シリコン基板を加熱しつつ、前記処理室内に少なくとも第二のシラン系ガスと第二のエッチングガスを供給する第三のステップと、
を有する半導体装置の製造方法。 A first step of bringing the silicon substrate into the processing chamber;
A second step of supplying at least a first silane-based gas and a first etching gas into the processing chamber while heating the silicon substrate;
A third step of supplying at least a second silane-based gas and a second etching gas into the processing chamber while heating the silicon substrate;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
前記シリコン基板を加熱しつつ、前記処理室内に少なくとも第一のシラン系ガスと第一のエッチングガスを供給する第二のステップと、
前記シリコン基板を加熱しつつ、前記処理室内に少なくとも第二のシラン系ガスを供給する第三のステップと、
前記シリコン基板を加熱しつつ、前記処理室内に少なくとも第二のエッチングガスを供給する第四のステップとを有し、
前記第三のステップと前記第四のステップとを複数回繰返す半導体装置の製造方法。 A first step of bringing the silicon substrate into the processing chamber;
A second step of supplying at least a first silane-based gas and a first etching gas into the processing chamber while heating the silicon substrate;
A third step of supplying at least a second silane-based gas into the processing chamber while heating the silicon substrate;
A fourth step of supplying at least a second etching gas into the processing chamber while heating the silicon substrate;
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the third step and the fourth step are repeated a plurality of times.
前記シリコン基板を加熱する加熱手段と、
前記処理室内へシラン系ガス及びエッチングガスを供給する複数のガス供給手段と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気手段と、
前記各手段を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は第一のステップでは第一のガス供給手段により第一のシラン系ガスと第一のエッチングガスを供給し、第二のステップでは第二のガス供給手段により第二のシラン系ガスと第二のエッチングガスを供給するように制御する基板処理装置。 A processing chamber containing a silicon substrate;
Heating means for heating the silicon substrate;
A plurality of gas supply means for supplying a silane-based gas and an etching gas into the processing chamber;
Exhaust means for exhausting the atmosphere in the processing chamber;
Control means for controlling each means,
The control means supplies the first silane-based gas and the first etching gas by the first gas supply means in the first step, and the second silane-based gas by the second gas supply means in the second step. And a substrate processing apparatus that controls to supply the second etching gas.
Priority Applications (4)
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JP2008138091A JP2009289807A (en) | 2008-05-27 | 2008-05-27 | Method of manufacturing semiconductor device |
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Cited By (2)
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2008
- 2008-05-27 JP JP2008138091A patent/JP2009289807A/en not_active Withdrawn
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