JP2007088225A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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農 坂本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device manufacturing method including a film depositing process capable of carrying out a pretreatment at a low temperature, dispensing with H2 annealing that must be usually carried out at high temperatures for removing a natural oxide film before a selective epitaxial growth process is performed. <P>SOLUTION: A wafer is subjected to a pretreatment in an atmosphere of total pressure 100 Pa including a partial pressure 0.25 Pa of dichlorosilane and a partial pressure 0.03 Pa of Cl<SB>2</SB>while being kept at a temperature of 700°C so as to remove a natural oxide film before an epitaxial growth process is carried out. Then, the partial pressure ratio is changed between the gasses used in the pretreatment, specifically, a partial pressure 0.5 Pa of dichlorosilane and a partial pressure 0 to 0.05 Pa of Cl<SB>2</SB>are set up, and the wafer is subjected to a reduced-pressure CVD method in an atmosphere of 100 Pa including the above gases having each a specified partial pressure, whereby an Si film is deposited thereon. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体デバイスの製造方法に関し、特に、選択エピタキシャル成長工程を備え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 relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device including a selective epitaxial growth step.

選択エピタキシャル成長を行う前に、自然酸化膜除去処理が行われる。従来は、自然酸化膜を除去する為にHアニールを800℃程度の高温で処理する必要があった。 A natural oxide film removal process is performed before the selective epitaxial growth. Conventionally, it was necessary to perform H 2 annealing at a high temperature of about 800 ° C. in order to remove the natural oxide film.

この場合、過加熱により半導体ウエハ内の拡散層プロファイルの変形・全処理工程の膜質変化が発生し、半導体デバイスの性能劣化を招く。   In this case, the overheating causes deformation of the diffusion layer profile in the semiconductor wafer and changes in the film quality in the entire processing process, leading to performance degradation of the semiconductor device.

従って、本発明の主な目的は、低温で前処理が可能な成膜工程を備える半導体デバイスの製造方法を提供することにある。   Therefore, a main object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device including a film forming process capable of pretreatment at a low temperature.

本発明によれば、
基板に前処理を行う工程と、
前記基板に選択エピタキシャル成膜を行う工程と、を備え、
前記前処理で使用した複数のガスは前記選択エピタキシャル成膜時にても使用され、少なくとも前記複数のガスの分圧比を、前記前処理と前記エピタキシャル成膜時とで異ならせることを特徴とする半導体デバイスの製造方法が提供される。
According to the present invention,
A step of pre-treating the substrate;
Performing selective epitaxial film formation on the substrate,
A plurality of gases used in the pretreatment are used even during the selective epitaxial film formation, and at least a partial pressure ratio of the plurality of gases is made different between the pretreatment and the epitaxial film formation. A manufacturing method is provided.

複数のガスは、好ましくは、Siソースガスとハロゲン系エッチングガスであり、特に好ましくはSiソースガスとCl系エッチングガスである。   The plurality of gases are preferably Si source gas and halogen-based etching gas, and particularly preferably Si source gas and Cl-based etching gas.

成膜を行う基板表面には、好ましくは、シリコンおよび酸化シリコンが形成されているか、シリコンが形成されている。   Silicon and silicon oxide are preferably formed on the surface of the substrate on which film formation is performed, or silicon is formed.

好ましくは、前処理でシリコン表面に存在する自然酸化膜の除去を行い、成膜では、シリコン膜を形成する。   Preferably, a natural oxide film present on the silicon surface is removed by pretreatment, and a silicon film is formed in the film formation.

本発明によれば、低温で前処理が可能な成膜工程を備える半導体デバイスの製造方法が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of a semiconductor device provided with the film-forming process which can be pre-processed at low temperature is provided.

本発明の好ましい実施例においては、Siソースガスとハロゲン系エッチングガス(好ましくはCl系エッチングガス)を同時に供給し、自然酸化膜除去の前処理を低温にて行い、その後、成膜処理を連続で行う。そして、SiソースガスとCl系エッチングガスは、選択エピタキシャル成膜の原料ガスと同一のものを使用する。この際には、[自然酸化膜除去処理温度]≦[選択エピタキシャル成膜処理温度]とする。   In a preferred embodiment of the present invention, a Si source gas and a halogen-based etching gas (preferably a Cl-based etching gas) are simultaneously supplied, a pretreatment for removing a natural oxide film is performed at a low temperature, and then a film forming process is continuously performed. To do. The Si source gas and the Cl-based etching gas are the same as the source gas for selective epitaxial film formation. At this time, [natural oxide film removal processing temperature] ≦ [selective epitaxial film formation processing temperature].

シリコンと酸化シリコン(又は、室化シリコン)が表面に形成された基板、またはシリコンが表面に形成された基板を、処理室内に導入後、所定の温度まで加熱する。   A substrate on which silicon and silicon oxide (or siliconized chamber) are formed or a substrate on which silicon is formed is introduced into the treatment chamber and then heated to a predetermined temperature.

その所定の温度で基板温度が安定した後、Siソースガス及びCl系エッチングガスを(1)酸化膜上に成長しない選択成長条件の分圧比、且つ(2)その分圧比に応じてSi基板上への成長速度がほぼ0に近い条件の全圧にて所定の時間処理を行う。   After the substrate temperature is stabilized at the predetermined temperature, (1) the partial pressure ratio of the selective growth conditions in which the Si source gas and the Cl-based etching gas are not grown on the oxide film, and (2) on the Si substrate according to the partial pressure ratio. The processing is performed for a predetermined time at the total pressure under the condition that the growth rate is nearly zero.

ここで、所定の温度とは、好ましくは、酸化シリコン膜上には成長せず、シリコン上にはエピタキシャル成膜する選択エピタキシャル成膜処理温度である。   Here, the predetermined temperature is preferably a selective epitaxial film formation processing temperature in which the film is not grown on the silicon oxide film but is epitaxially formed on the silicon.

酸化膜上に成長しない選択成長条件の分圧比は、好ましくは、Siソースガス:Cl系エッチングガス=20:1〜1:2である。   The partial pressure ratio of the selective growth conditions that do not grow on the oxide film is preferably Si source gas: Cl-based etching gas = 20: 1 to 1: 2.

また、その分圧比に応じてSi基板上への成長速度がほぼ0に近い条件の全圧は、好ましくは、1E−3(1×10−3)Pa〜1E3(1×10)Paである。 Further, the total pressure under the condition that the growth rate on the Si substrate is almost 0 according to the partial pressure ratio is preferably 1E-3 (1 × 10 −3 ) Pa to 1E3 (1 × 10 3 ) Pa. is there.

Siソースガスとしては、好ましくは、モノシラン、ジクロルシラン、ジシランが用いられ、Cl系エッチングガスとしては、好ましくは、HClまたはClが用いられる。 Monosilane, dichlorosilane, or disilane is preferably used as the Si source gas, and HCl or Cl 2 is preferably used as the Cl-based etching gas.

基板の表面ではSi成膜とSiエッチングとの競合反応を繰り返しながら、自然酸化膜の無いSi表面では極めて遅い速度でエピタキシャル成膜する一方で、自然酸化膜のまわりのシリコンがエッチングされて自然酸化膜の表面ではSiOの脱離反能が起こる。   While repeating the competitive reaction between Si film formation and Si etching on the surface of the substrate, while the Si surface without a natural oxide film is epitaxially formed at a very slow rate, the silicon around the natural oxide film is etched and the natural oxide film On the surface of this, the desorption reaction of SiO occurs.

選択成長の条件である為、SiO上に堆積したSi核はCl系エッチングガスにより速やかに除去される。この為、基板表面の自然酸化膜が完全に除去されるまで、その自然酸化膜上にSiが膜状に堆積する事はない。   Because of the selective growth conditions, Si nuclei deposited on SiO are quickly removed by a Cl-based etching gas. Therefore, Si is not deposited on the natural oxide film until the natural oxide film on the substrate surface is completely removed.

自然酸化膜が完全に除去された後、基板を選択エピタキシャル成膜処理温度まで加熱し、自然酸化膜除去処理条件の、少なくとも分圧のみ、または全圧、分圧比のみを変える事により、選択エピタキシャル成膜処理を行う。エピタキシャル成膜により、自然酸化膜除去処理時に生じた凹凸は均されて、平らになる。   After the natural oxide film is completely removed, the substrate is heated to the temperature for selective epitaxial film formation, and the selective oxide film formation is performed by changing at least the partial pressure or only the total pressure and the partial pressure ratio of the natural oxide film removal process conditions. Process. By the epitaxial film formation, the irregularities generated during the natural oxide film removal process are leveled and flattened.

自然酸化膜の除去温度と選択エピタキシャル成長温度は、好ましくは、共に700℃以下であり、自然酸化膜の除去温度と選択エピタキシャル成長温度は同じか、自然酸化膜の除去温度の方が選択エピタキシャル成長温度よりも低い。   The removal temperature of the natural oxide film and the selective epitaxial growth temperature are preferably 700 ° C. or less, and the removal temperature of the natural oxide film and the selective epitaxial growth temperature are the same, or the removal temperature of the natural oxide film is higher than the selective epitaxial growth temperature. Low.

このように、自然酸化膜の除去温度は、選択エピタキシャル成長温度と同じか、それよりも低いので、サーマルバジェッドが低減され、それによって、半導体デバイスの高性能化等に寄与する。   Thus, the removal temperature of the natural oxide film is the same as or lower than the selective epitaxial growth temperature, so that the thermal budget is reduced, thereby contributing to higher performance of the semiconductor device.

また、従来より選択成長で使用していた原料ガスを使用する為、ライン追加等のコスト負担がない。   In addition, since the raw material gas that has been used for selective growth is used, there is no cost burden such as adding a line.

選択エピタキシャル成膜処理温度と同じ温度で自然酸化膜除去を行うことができるので、スループットを向上させることができる。   Since the natural oxide film can be removed at the same temperature as the selective epitaxial film formation temperature, the throughput can be improved.

表1に、Siソースガスとしてジクロルシランを使用し、Cl系エッチングガスとしてClを用いた場合の、具体例を示す。 Table 1 shows specific examples in the case where dichlorosilane is used as the Si source gas and Cl 2 is used as the Cl-based etching gas.

Figure 2007088225
Figure 2007088225

また、図1に、本発明が好適に適用されるエレベイテッドソース/ドレインが形成されたMOSFET10の概略縦断面図を示す。
素子分離領域12に囲まれた素子形成シリコン領域11上にゲート絶縁膜17を介してゲート電極20が形成されている。ゲート電極20の側面にはサイドウォール18が形成され、ゲート電極20の上面にはゲート保護膜19が形成されている。ゲート電極20に対して自己整合的にソース13およびドレイン14が素子形成シリコン領域11に形成されている。ソース13およびドレイン14上にのみエレベイテッドソース15およびエレベイテッドドレイン16がそれぞれ選択的に形成されている。エレベイテッドソース15およびエレベイテッドドレイン16は、Siが露出しているソース13、ドレイン14上にのみSiをエピタキシャル成長させ、その他のSiO等が露出している素子分離領域12等の領域には何も成長させない選択成長によって形成される。
本発明は、例えば、このようなエレベイテッドソース/ドレインを形成する際に好適に使用される。
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a MOSFET 10 in which an elevated source / drain to which the present invention is preferably applied is formed.
A gate electrode 20 is formed on the element formation silicon region 11 surrounded by the element isolation region 12 via a gate insulating film 17. Sidewalls 18 are formed on the side surfaces of the gate electrode 20, and a gate protection film 19 is formed on the upper surface of the gate electrode 20. A source 13 and a drain 14 are formed in the element formation silicon region 11 in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 20. Elevated source 15 and elevated drain 16 are selectively formed only on source 13 and drain 14, respectively. The elevated source 15 and the elevated drain 16 are not grown in the region such as the element isolation region 12 where Si is epitaxially grown only on the source 13 and drain 14 where Si is exposed, and other SiO 2 is exposed. It is formed by selective growth that does not grow.
The present invention is suitably used, for example, when forming such an elevated source / drain.

次に、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。   Next, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図2は、本発明の好ましい実施例における縦型選択エピタキシャル成長装置を説明するための概略斜視図であり、図3は、本発明の好ましい実施例における縦型選択エピタキシャル成長装置を説明するための概略構造縦断面図であり、図4は、本発明の好ましい実施例における縦型選択エピタキシャル成長装置の処理炉を説明するための概略構造縦断面図である。   FIG. 2 is a schematic perspective view for explaining a vertical selective epitaxial growth apparatus in a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a schematic structure for explaining a vertical selective epitaxial growth apparatus in a preferred embodiment of the present invention. FIG. 4 is a longitudinal sectional view, and FIG. 4 is a schematic structural longitudinal sectional view for explaining a processing furnace of a vertical selective epitaxial growth apparatus in a preferred embodiment of the present invention.

図2に示すように、筐体101内部の前面側には、図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカセット100の授受を行う保持具授受部材としてのカセットステージ105が設けられ、カセットステージ105の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ115が設けられ、カセットエレベータ115には搬送手段としてのカセット移載機114が取りつけられている。カセットエレベータ115の後側には、カセット100の載置手段としてのカセット棚109が設けられ、カセット棚109はスライドステージ122上に横行可能に設けられている。又、カセット棚の上方にはカセット100の載置手段としてのバッファカセット棚110が設けられている。更に、バッファカセット棚110の後側にはクリーンユニット118が設けられ、クリーンエアを筐体101の内部を流通させるように構成されている。   As shown in FIG. 2, a cassette stage 105 is provided on the front side inside the housing 101 as a holder transfer member that transfers a cassette 100 as a substrate storage container with an external transfer device (not shown). A cassette elevator 115 as an elevating means is provided on the rear side of the cassette stage 105, and a cassette transfer machine 114 as a conveying means is attached to the cassette elevator 115. On the rear side of the cassette elevator 115, a cassette shelf 109 as a means for placing the cassette 100 is provided, and the cassette shelf 109 is provided on the slide stage 122 so as to be able to traverse. Further, a buffer cassette shelf 110 as a means for placing the cassette 100 is provided above the cassette shelf. Further, a clean unit 118 is provided on the rear side of the buffer cassette shelf 110 so as to distribute clean air through the inside of the housing 101.

筐体101の後部上方には、処理炉202が設けられている。この処理炉202内には、ウエハ200に所定の処理を行う処理室201が形成されている。処理炉202の下側には、気密室としてのロードロック室102が仕切弁としてのゲートバルブ244により連接され、ロードロック室102の前面にはカセット棚109と対向する位置に仕切手段としてのロードロックドア123が設けられている。ロードロック室102内には、基板としてのウエハ200を水平姿勢で多段に保持する基板保持手段としてのボート217を、処理室201とロードロック室102との間で昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ121が内設され、ボートエレベータ121には蓋体としてのシールキャップ219が取りつけられボート217を垂直に支持している。ロードロック室102とカセット棚109との間には図示しない昇降手段としての移載エレベータが設けられ、移載エレベータには搬送手段としてのウエハ移載機112が取りつけられている。   A processing furnace 202 is provided above the rear portion of the housing 101. In the processing furnace 202, a processing chamber 201 for performing predetermined processing on the wafer 200 is formed. A load lock chamber 102 as an airtight chamber is connected to a lower side of the processing furnace 202 by a gate valve 244 as a gate valve, and a load as partition means is provided at a position facing the cassette shelf 109 on the front surface of the load lock chamber 102. A lock door 123 is provided. Inside the load lock chamber 102, a boat elevator as a lifting means for lifting and lowering a boat 217 as a substrate holding means for holding wafers 200 as substrates in a multi-stage in a horizontal posture between the processing chamber 201 and the load lock chamber 102. 121 is installed, and a seal cap 219 as a lid is attached to the boat elevator 121 to support the boat 217 vertically. Between the load lock chamber 102 and the cassette shelf 109, a transfer elevator (not shown) as an elevating means is provided, and a wafer transfer machine 112 as a transfer means is attached to the transfer elevator.

カセット移載機114等の搬送動作は、搬送制御手段124により制御される。   The transport operation of the cassette transfer machine 114 and the like is controlled by the transport control means 124.

次に、本実施例の基板処理装置である縦型選択エピタキシャル成長装置の処理炉周辺の構成を図3を参照して説明する。   Next, the configuration around the processing furnace of the vertical selective epitaxial growth apparatus which is the substrate processing apparatus of this embodiment will be described with reference to FIG.

気密室としてのロードロック室102の外面に下基板145が設けられ、下基板145に立設したガイドシャフト146の上端に上基板147が設けられ、下基板145と上基板147間に掛渡してボール螺子144が回転自在に設けられる。ボール螺子144は上基板147に設けられた昇降モータ148により回転される。ガイドシャフト146には昇降台149が昇降自在に嵌合し、昇降台149はボール螺子144に螺合している。   A lower substrate 145 is provided on the outer surface of the load lock chamber 102 as an airtight chamber, an upper substrate 147 is provided at the upper end of a guide shaft 146 erected on the lower substrate 145, and spans between the lower substrate 145 and the upper substrate 147. A ball screw 144 is rotatably provided. The ball screw 144 is rotated by a lift motor 148 provided on the upper substrate 147. An elevating table 149 is fitted to the guide shaft 146 so as to be movable up and down, and the elevating table 149 is screwed into a ball screw 144.

昇降台149には中空の昇降シャフト150が垂設され、昇降台149と昇降シャフト150の支持部は気密となっている。昇降シャフト150はロードロック室102の天板151を遊貫し、ロードロック室102の底面近くに到達する。天板151の貫通部は昇降シャフト150の昇降動に対して接触することがない様充分な余裕があり、又ロードロック室102と昇降台149間には昇降シャフト150の突出部を覆う伸縮性を有する壁(例えばベローズ119)が気密に設けられ、ベローズ119は昇降台149の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有し、ベローズ119の内径は昇降シャフト150の外形に比べ充分に大きくベローズ119の伸縮で接触することがない様になっている。   A hollow elevating shaft 150 is vertically suspended from the elevating platform 149, and the support portions of the elevating platform 149 and the elevating shaft 150 are airtight. The elevating shaft 150 penetrates the top plate 151 of the load lock chamber 102 and reaches near the bottom surface of the load lock chamber 102. The penetrating portion of the top plate 151 has a sufficient margin so that it does not come into contact with the lifting movement of the lifting shaft 150, and the stretchability that covers the protruding portion of the lifting shaft 150 is between the load lock chamber 102 and the lifting platform 149. The bellows 119 has a sufficient amount of expansion and contraction to accommodate the lifting amount of the lifting platform 149, and the inner diameter of the bellows 119 is sufficiently larger than the outer shape of the lifting shaft 150. 119 is not expanded and contracted.

昇降シャフト150の下端には昇降基板152が水平に固着される。昇降基板152の下面には駆動部カバー153が取付けられ、駆動部収納ケース154が構成されている。昇降基板152と駆動部カバー153との接合部にはOリング等のシール部材により密閉される。従って、駆動部収納ケース154内部はロードロック室102内の雰囲気と隔離される。   A lifting substrate 152 is fixed horizontally to the lower end of the lifting shaft 150. A drive unit cover 153 is attached to the lower surface of the elevating board 152 to form a drive unit storage case 154. The joint between the elevating board 152 and the drive unit cover 153 is sealed with a sealing member such as an O-ring. Therefore, the inside of the drive unit storage case 154 is isolated from the atmosphere in the load lock chamber 102.

また、昇降基板152の下面にはボート217の回転機構156が設けられ、回転機構152の周辺は、冷却手段157により、冷却される。   A rotating mechanism 156 of the boat 217 is provided on the lower surface of the elevating board 152, and the periphery of the rotating mechanism 152 is cooled by the cooling means 157.

電力供給ケーブル158が昇降シャフト150の上端から昇降シャフト150の中空部を通って回転機構156に導かれて接続されている。また、冷却手段157およびシールキャップ219には冷却水経路159が形成されており、冷却水経路159には冷却水を供給する冷却水配管160が接続され、冷却水配管160は昇降シャフト150の上端から昇降シャフト150の中空部を通っている。   A power supply cable 158 is led from the upper end of the lifting shaft 150 through the hollow portion of the lifting shaft 150 to the rotating mechanism 156 and connected thereto. Further, a cooling water path 159 is formed in the cooling means 157 and the seal cap 219, and a cooling water pipe 160 for supplying cooling water is connected to the cooling water path 159, and the cooling water pipe 160 is connected to the upper end of the lifting shaft 150. Through the hollow portion of the lifting shaft 150.

昇降基板152の上面には、シールキャップ219が気密に設けられる。昇降モータ148を駆動し、ボール螺子144を回転することで昇降台149、昇降シャフト150を介して駆動部収納ケース154を上昇させる。   A seal cap 219 is airtightly provided on the upper surface of the elevating substrate 152. The elevating motor 148 is driven and the ball screw 144 is rotated to raise the drive unit storage case 154 via the elevating platform 149 and the elevating shaft 150.

昇降台149の上死点近傍でシールキャップ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する。ウエハ処理が完了すると、昇降モータ148が駆動されて、ボート217が降下され、ウエハを外部に搬出できる状態となる。   In the vicinity of the top dead center of the lifting platform 149, the seal cap 219 closes the furnace port 161, which is the opening of the processing furnace 202, so that wafer processing is possible. When the wafer processing is completed, the lift motor 148 is driven, the boat 217 is lowered, and the wafer can be unloaded.

次に、本実施例の基板処理装置である縦型選択エピタキシャル成長装置の処理炉の詳細を図4を参照して説明する。   Next, details of the processing furnace of the vertical selective epitaxial growth apparatus which is the substrate processing apparatus of this embodiment will be described with reference to FIG.

図4に示すように、処理炉202は、アウタチューブ205よりなる反応管と、ガス排気管231と、ガス供給管232と、マニホールド209と、マニホールド209の下端部(炉口161)を蓋し処理室201を密閉するシールキャップ219と、シールキャップ219上に設けられウエハ200を垂直方向に多段に搭載するウエハ搭載体としてのボート217と、ボート217を回転する回転機構156と、図示しないヒータ素線と断熱部材を有しウエハ200を加熱するヒータ207等を備えている。
アウタチューブ205、マニホールド209およびシールキャップ219等により処理室201を構成している。
As shown in FIG. 4, the processing furnace 202 covers a reaction tube composed of an outer tube 205, a gas exhaust pipe 231, a gas supply pipe 232, a manifold 209, and a lower end portion (furnace port 161) of the manifold 209. A seal cap 219 that seals the processing chamber 201; a boat 217 that is provided on the seal cap 219 and has wafers 200 mounted in multiple stages in the vertical direction; a rotating mechanism 156 that rotates the boat 217; and a heater (not shown) A heater 207 or the like having a strand and a heat insulating member for heating the wafer 200 is provided.
The processing chamber 201 is constituted by the outer tube 205, the manifold 209, the seal cap 219, and the like.

この処理炉202の構成において、処理ガスは、第1のガス供給源180、第2のガス供給源181および第3のガス供給源182から供給され、ガス流量制御手段としてのMFC(マスフローコントローラー)183、MFC184およびMFC185でその流量がそれぞれ制御された後、バルブ177、178、179をそれぞれ介して一本のガス供給管232より処理室201の上部から導入される。なお、ガス供給管232は、マニホールド209を貫通し、アウタチューブ205内を処理室201の上部まで延在して設けられている。ガス供給管232にはバルブ176が設けられている。   In the configuration of the processing furnace 202, processing gas is supplied from a first gas supply source 180, a second gas supply source 181 and a third gas supply source 182, and is an MFC (mass flow controller) as a gas flow rate control means. After the flow rates are controlled by H.183, MFC184 and MFC185, they are introduced from the upper part of the processing chamber 201 through a single gas supply pipe 232 through valves 177, 178 and 179, respectively. The gas supply pipe 232 extends through the manifold 209 and extends in the outer tube 205 to the upper part of the processing chamber 201. A valve 176 is provided in the gas supply pipe 232.

マニホールド209には、ガス排気管231が連通して設けられている。ガス排気管231には排気バルブ175および排気システムとしての真空ポンプ246が下流側に向かってこの順序で設けられている。処理室201内の雰囲気はガス排気管231に接続された真空ポンプ246により、処理室201から排気される。   A gas exhaust pipe 231 communicates with the manifold 209. The gas exhaust pipe 231 is provided with an exhaust valve 175 and a vacuum pump 246 as an exhaust system in this order toward the downstream side. The atmosphere in the processing chamber 201 is exhausted from the processing chamber 201 by a vacuum pump 246 connected to a gas exhaust pipe 231.

なお、ヒータ207、回転機構156、MFC183、184、185、バルブ175、176、177、178、179、昇降モータ148、ロードロックドア123、ゲートバルブ244、真空ポンプ246等は制御装置162によって制御され、ウエハ200を搭載したボート217の処理室201とローロック室102との間の昇降、ゲートバルブ244やロードロックドア123の開閉、処理炉202内の温度制御、処理室201内への処理ガスの供給、ロードロック室102への不活性ガスとしての窒素ガスの供給、ロードロック室102の排気等が制御装置162によって制御される。   The heater 207, the rotation mechanism 156, the MFCs 183, 184, 185, the valves 175, 176, 177, 178, 179, the lifting motor 148, the load lock door 123, the gate valve 244, the vacuum pump 246, and the like are controlled by the controller 162. , Raising and lowering between the processing chamber 201 and the row lock chamber 102 of the boat 217 loaded with the wafer 200, opening and closing of the gate valve 244 and the load lock door 123, temperature control in the processing furnace 202, processing gas into the processing chamber 201 The control device 162 controls the supply of nitrogen gas as an inert gas to the load lock chamber 102, the exhaust of the load lock chamber 102, and the like.

次に、本実施例の基板処理装置である縦型選択エピタキシャル成長装置における半導体ウエハ200の処理の一例として、半導体シリコンウエハにSiHCl、ClおよびHを用いてエピタキシャルSi膜を選択成膜する場合を説明する。 Next, as an example of the processing of the semiconductor wafer 200 in the vertical selective epitaxial growth apparatus which is the substrate processing apparatus of this embodiment, an epitaxial Si film is selectively formed using SiH 2 Cl 2 , Cl 2 and H 2 on the semiconductor silicon wafer. The case of forming a film will be described.

図示しない外部搬送装置から搬送されたカセット100は、カセットステージ105に載置され、カセットステージ105でカセット100の姿勢を90°変換され、更に、カセットエレベータ115の昇降動作、横行動作及び、カセット移載機114の進退動作の協働によりカセット棚109又は、バッファカセット棚110に搬送される。   A cassette 100 transported from an external transport device (not shown) is placed on a cassette stage 105, and the orientation of the cassette 100 is converted by 90 ° on the cassette stage 105. Further, the cassette elevator 115 is moved up and down, traversed and moved. The cassette 114 is transported to the cassette shelf 109 or the buffer cassette shelf 110 in cooperation with the advance / retreat operation of the loading machine 114.

ウエハ移載機112によりカセット棚109からボート217へウエハ200が移載される。ボート217へウエハ200を移載する準備として、ボート217がボートエレベータ121により降下され、ゲートバルブ244により処理室201が閉塞され、更にロードロック室102の内部にパージノズル234から窒素ガスのパージガスが導入される。ロードロック室102が大気圧に復圧された後、ロードロックドア123が開かれる。   Wafers 200 are transferred from the cassette shelf 109 to the boat 217 by the wafer transfer device 112. In preparation for transferring the wafer 200 to the boat 217, the boat 217 is lowered by the boat elevator 121, the processing chamber 201 is closed by the gate valve 244, and a purge gas of nitrogen gas is introduced from the purge nozzle 234 into the load lock chamber 102. Is done. After the load lock chamber 102 is restored to atmospheric pressure, the load lock door 123 is opened.

水平スライド機構122はカセット棚109を水平移動させ、移載の対象となるカセット100をウエハ移載機112に対峙する様に位置決めする。ウエハ移載機112は昇降動作、回転動作の協働によりウエハ200をカセット100よりボート217へと移載する。ウエハ200の移載はいくつかのカセット100に対して行われ、ボート217へ所定枚数ウエハの移載が完了した後、ロードロックドア123が閉じられ、ロードロック室102が排気管236を介して真空引きされる。   The horizontal slide mechanism 122 moves the cassette shelf 109 horizontally and positions the cassette 100 to be transferred so as to face the wafer transfer device 112. The wafer transfer device 112 transfers the wafers 200 from the cassette 100 to the boat 217 by cooperation of the raising / lowering operation and the rotating operation. The wafer 200 is transferred to several cassettes 100, and after the transfer of a predetermined number of wafers to the boat 217 is completed, the load lock door 123 is closed and the load lock chamber 102 is connected via the exhaust pipe 236. It is evacuated.

真空引き完了後にガスパージノズル234より窒素ガスが導入され、ロードロック室102内部が窒素ガスにより大気圧に復圧されるとゲートバルブ244が開かれ、昇降モータ148を駆動することによりボートエレベータ121によりボート217が処理室201内に挿入され、シールキャップ219により処理炉202の開口部である炉口161を閉塞することによって処理室201を閉塞する。ボート217を処理室201内に挿入する際には、処理室201内の温度は200℃に保たれている。ロードロック室102は、ウエハ200の処理が終了して再びボート217がロードロック室102に下降してくるまでは窒素ガスによりほぼ大気圧に保たれている。   After the evacuation is completed, nitrogen gas is introduced from the gas purge nozzle 234, and when the inside of the load lock chamber 102 is restored to atmospheric pressure by the nitrogen gas, the gate valve 244 is opened, and the boat elevator 121 is driven by driving the lift motor 148. The boat 217 is inserted into the processing chamber 201, and the processing chamber 201 is closed by closing the furnace port 161 that is the opening of the processing furnace 202 with the seal cap 219. When the boat 217 is inserted into the processing chamber 201, the temperature in the processing chamber 201 is kept at 200 ° C. The load lock chamber 102 is maintained at substantially atmospheric pressure with nitrogen gas until the processing of the wafers 200 is completed and the boat 217 descends again to the load lock chamber 102.

次に、排気バルブ175を開けて、処理室201内の雰囲気を排気し、処理室201の圧力を減圧する。そして、制御装置162によりヒータ207を制御し、処理室201内の温度、ひいてはウエハ200の温度を700℃に維持する。その後、回転機構156が駆動してボート217を所定の回転数で回転する。   Next, the exhaust valve 175 is opened, the atmosphere in the processing chamber 201 is exhausted, and the pressure in the processing chamber 201 is reduced. Then, the control device 162 controls the heater 207 to maintain the temperature in the processing chamber 201 and thus the temperature of the wafer 200 at 700 ° C. Thereafter, the rotation mechanism 156 is driven to rotate the boat 217 at a predetermined rotation speed.

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には、SiHCl、ClおよびHがそれぞれ封入されており、それぞれの流量はMFC183、MFC184、MFC185によってそれぞれ制御される。ガス供給管を開閉するバルブ177,178,178を開き、バルブ176を開いて、処理ガスをガス供給管232を通じて、処理室201に供給し、一方では、ガス排気管236によって排気することによって、処理室201内のジクロルシランの分圧を0.25Pa、Clの分圧を0.03Pa、全圧を100Pa、ウエハ200の温度を700℃に保って、減圧CVD法により、ウエハ200から自然酸化膜を除去する。
次に、処理室201内のジクロルシランの分圧を0.5Pa、Clの分圧を0〜0.005Pa、全圧を100Pa、ウエハ200の温度を700℃に保って、減圧CVD法により、ウエハ200にエピタキシャルSi膜を成膜する。
SiH 2 Cl 2 , Cl 2, and H 2 are sealed in the first gas supply source 180, the second gas supply source 181, and the third gas supply source 182, respectively, and the flow rates thereof are MFC 183 and MFC 184. And MFC 185, respectively. By opening valves 177, 178, 178 that open and close the gas supply pipe, opening the valve 176, and supplying the processing gas to the processing chamber 201 through the gas supply pipe 232, while exhausting through the gas exhaust pipe 236, 0.25Pa the partial pressure of dichlorosilane in the process chamber 201, while maintaining the partial pressure of Cl 2 0.03 Pa, a total pressure 100 Pa, the temperature of the wafer 200 to 700 ° C., by a low pressure CVD method, a natural oxide from the wafer 200 Remove the membrane.
Next, the partial pressure of dichlorosilane in the processing chamber 201 is 0.5 Pa, the partial pressure of Cl 2 is 0 to 0.005 Pa, the total pressure is 100 Pa, and the temperature of the wafer 200 is maintained at 700 ° C. An epitaxial Si film is formed on the wafer 200.

処理室201内でウエハ200に所定の成膜処理がなされた後、処理室201内をパージガスとしての窒素ガスで置換する。すなわち、成膜後、(1)処理室201内をガス排気管231を介して減圧し、その後窒素ガス(N)をガス供給管232より処理室201内に流して処理室201内をパージし、その後、(2)窒素ガスを止めて、再度処理室201内をガス排気管231を介して減圧し、その後窒素ガスをガス供給管232より処理室201内に流して処理室201内をパージする。この(1)、(2)の操作を4回繰り返す。その後ガス供給管232より窒素ガスを処理室201内に導入し、窒素ガスで処理室201内をほぼ大気圧まで戻す。なお、ロードロック室102は、上述のとおり、窒素ガスによりほぼ大気圧に保たれている。 After a predetermined film forming process is performed on the wafer 200 in the processing chamber 201, the inside of the processing chamber 201 is replaced with nitrogen gas as a purge gas. That is, after deposition, (1) a process chamber 201 under reduced pressure through a gas exhaust pipe 231, then nitrogen gas (N 2) the purge flow in the process chamber 201 into the process chamber 201 from the gas supply pipe 232 Then, (2) the nitrogen gas is stopped and the inside of the processing chamber 201 is again depressurized through the gas exhaust pipe 231, and then the nitrogen gas is caused to flow into the processing chamber 201 through the gas supply pipe 232 to flow inside the processing chamber 201. Purge. The operations (1) and (2) are repeated four times. Thereafter, nitrogen gas is introduced into the processing chamber 201 from the gas supply pipe 232, and the inside of the processing chamber 201 is returned to almost atmospheric pressure with nitrogen gas. Note that the load lock chamber 102 is maintained at substantially atmospheric pressure by nitrogen gas as described above.

この状態で、昇降モータ148を駆動することによりボートエレベータ121によりウウエハ200を搭載したボート217が処理室201からロードロック室102内に下降し、ゲートバルブ244が閉じられる。   In this state, by driving the lifting motor 148, the boat 217 on which the wafer 200 is mounted is lowered from the processing chamber 201 into the load lock chamber 102 by the boat elevator 121, and the gate valve 244 is closed.

その後、排気管236を介してロードロック室102内を10Torr以下まで真空引きし、その後、窒素ガスをパージノズル234より処理室201内に導入してロードロック室102内を大気圧まで窒素ガスで戻す。   Thereafter, the inside of the load lock chamber 102 is evacuated to 10 Torr or less through the exhaust pipe 236, and then nitrogen gas is introduced into the processing chamber 201 from the purge nozzle 234, and the inside of the load lock chamber 102 is returned to atmospheric pressure with nitrogen gas. .

その後、ロードロックドア123を開き、処理後のウエハ200は上記した操作の逆の手順によりボート217からカセット棚109を経てカセットステージ105に移載され、図示しない外部搬送装置により搬出される。   Thereafter, the load lock door 123 is opened, and the processed wafer 200 is transferred from the boat 217 through the cassette shelf 109 to the cassette stage 105 by the reverse procedure of the above-described operation, and is carried out by an external transfer device (not shown).

本発明が好ましく適用される半導体デバイスの概略縦断面図である。1 is a schematic longitudinal sectional view of a semiconductor device to which the present invention is preferably applied. 本発明の好ましい実施例における縦型選択エピタキシャル成長装置を説明するための概略斜視図である。1 is a schematic perspective view for explaining a vertical selective epitaxial growth apparatus in a preferred embodiment of the present invention. 本発明の好ましい実施例における縦型選択エピタキシャル成長装置を説明するための概略構造縦断面図である。It is a schematic structure longitudinal cross-sectional view for demonstrating the vertical type selective epitaxial growth apparatus in preferable Example of this invention. 本発明の好ましい実施例における縦型選択エピタキシャル成長装置の処理炉を説明するための概略構造縦断面図である。It is a schematic structure longitudinal cross-sectional view for demonstrating the processing furnace of the vertical type selective epitaxial growth apparatus in preferable Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100…カセット
101…筐体
102…ロードロック室
105…カセットステージ
109…カセット棚
110…バッファカセット棚
112…ウエハ移載機
114…カセット移載機
115…カセットエレバータ
116…ゲートバルブ
118…クリーンユニット
119…ベローズ
121…ボートエレベータ
122…スライドステージ
123…ロードロックドア
124…搬送制御手段
148…昇降モータ
149…昇降台
156…回転機構
161…炉口
162…制御装置
175…排気バルブ
176、177、178、179…バルブ
183、184、185…MFC
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
196…排気バルブ
200…ウエハ
201…処理室
202…処理炉
205…アウターチューブ
207…ヒータ
209…マニホールド
217…ボート
219…シールキャップ
231…ガス排気管
232…ガス供給管
234…パージノズル
244…ゲートバルブ
246…排気システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Cassette 101 ... Case 102 ... Load lock chamber 105 ... Cassette stage 109 ... Cassette shelf 110 ... Buffer cassette shelf 112 ... Wafer transfer machine 114 ... Cassette transfer machine 115 ... Cassette ereverta 116 ... Gate valve 118 ... Clean unit DESCRIPTION OF SYMBOLS 119 ... Bellows 121 ... Boat elevator 122 ... Slide stage 123 ... Load lock door 124 ... Conveyance control means 148 ... Lifting motor 149 ... Lifting stand 156 ... Rotating mechanism 161 ... Furnace 162 ... Control device 175 ... Exhaust valve 176, 177, 178 179 ... Valves 183, 184, 185 ... MFC
180 ... first gas supply source 181 ... second gas supply source 182 ... third gas supply source 196 ... exhaust valve 200 ... wafer 201 ... processing chamber 202 ... processing furnace 205 ... outer tube 207 ... heater 209 ... manifold 217 ... Boat 219 ... Seal cap 231 ... Gas exhaust pipe 232 ... Gas supply pipe 234 ... Purge nozzle 244 ... Gate valve 246 ... Exhaust system

Claims (1)

基板に前処理を行う工程と、
前記基板に選択エピタキシャル成膜を行う工程と、を備え、
前記前処理で使用した複数のガスは前記選択エピタキシャル成膜時にても使用され、少なくとも前記複数のガスの分圧比を、前記前処理と前記エピタキシャル成膜時とで異ならせることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
A step of pre-treating the substrate;
Performing selective epitaxial film formation on the substrate,
A plurality of gases used in the pretreatment are used even during the selective epitaxial film formation, and at least a partial pressure ratio of the plurality of gases is made different between the pretreatment and the epitaxial film formation. Production method.
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