JP2008171958A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
高濃度のＰドープを可能とし、結晶欠陥のない、而も処理時間が少なく、スループットの向上が図れる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】
シリコン面を表面に有する基板３を処理室１７内に収納し、該処理室内の雰囲気及び基板を所定温度に加熱し、前記シリコン面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、前記処理室内に基板を搬入する工程と、基板と前記処理室内を４００℃〜６００℃の所定温度に加熱する工程と、前記処理室内に所望のガスを供給するガス供給工程とを含み、該ガス供給工程では、前記処理室内にＳｉ2 Ｈ6 又はＳｉ3 Ｈ8 と、ドーパントガスであるＰＨ3 とを供給して、前記シリコン面に１Ｅ２０以上の濃度の燐がドーピングされたエピタキシャル膜を成長させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ウェーハ等の基板に薄膜の生成、不純物の拡散等の処理を実施し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。

半導体装置の製造の１工程として、不純物の拡散（添加）、例えば、ＥＰＩ（エピタキシャル）−Ｓｉ膜にＰをドープする工程がある。従来より行われているＥＰＩ−Ｓｉ膜にＰをドープするドーピング方法としては７００℃〜８００℃の高温下で、ＰＨ3 を処理ガスとするアニール法、Ｐ原子をイオン化して加速し、ＥＰＩ膜に打込むインプラント法（Ｉｍｐｌａｎｔ法）、ドーパントガスを用いて、ドープしながらＥＰＩ膜を成長させるＥＰＩ成長法がある。

上記ＰＨ3 アニール法では、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の場合、Ｐ濃度が４Ｅ２０以上の高濃度が得られているが、単結晶ＥＰＩ膜の場合、１Ｅ１９台の低濃度以下しか得られない。又、上記インプラント法ではＰイオンを単結晶ＥＰＩ膜に打込むので、打込みにより生じた結晶欠陥をアニール処理により修復することが必要である。高濃度のＰイオンが高速で打込まれた場合、ＥＰＩ膜の結晶欠陥が大きくなり、アニール処理しても完全に直らない可能性もある。

上記したドーピング方法の中では、上記ＥＰＩ成長法が良いとされているが、ドーパントガスとして、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 とＰＨ3 を原料とした場合、反応温度は６８０℃〜７５０℃と高く、Ｐ濃度は１Ｅ１９台以上を達成できない。又、ドーパントガスとして、ＳｉＨ4 とＰＨ3 を原料とした場合、反応温度は６００℃〜６８０℃となり、やはりＰ濃度は１Ｅ１９台以上を達成できない。而も、大量にＰＨ3 を添加することで、ＥＰＩ膜の成長が著しく阻害され、６００℃以下では成膜速度が遅すぎるという問題がある。

図５はＳｉＨ4 を用いたＰ ＥＰＩ−Ｓｉ成膜の温度依存性を示しており、図中実線はＥＰＩ膜の成長率、破線はＰ濃度を示している。処理ガスは、ＳｉＨ4 ／Ｈ2 ／ＰＨ3 （１％水素希釈）の混合ガスであり、それぞれの流量は１００／１０００／３０ｓｃｃｍである。図示される様に、６２０℃以上の温度領域では、１Ｅ２０以上の高濃度Ｐ ＥＰＩ−Ｓｉ膜を得ることはできず、又６２０℃以下の領域では、成膜速度が遅すぎて量産に適さない。

本発明は斯かる実情に鑑み、高濃度のＰドープを可能とし、結晶欠陥のない、而も処理時間が少なく、スループットの向上が図れる半導体装置の製造方法を提供するものである。

本発明は、シリコン面を表面に有する基板を処理室内に収納し、該処理室内の雰囲気及び基板を所定温度に加熱し、前記シリコン面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、前記処理室内に基板を搬入する工程と、基板と前記処理室内を４００℃〜６００℃の所定温度に加熱する工程と、前記処理室内に所望のガスを供給するガス供給工程とを含み、該ガス供給工程では、前記処理室内にＳｉ2 Ｈ6 又はＳｉ3 Ｈ8 と、ドーパントガスであるＰＨ3 とを供給して、前記シリコン面に１Ｅ２０以上の濃度の燐がドーピングされた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。

本発明によれば、シリコン面を表面に有する基板を処理室内に収納し、該処理室内の雰囲気及び基板を所定温度に加熱し、前記シリコン面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、前記処理室内に基板を搬入する工程と、基板と前記処理室内を４００℃〜６００℃の所定温度に加熱する工程と、前記処理室内に所望のガスを供給するガス供給工程とを含み、該ガス供給工程では、前記処理室内にＳｉ2 Ｈ6 又はＳｉ3 Ｈ8 と、ドーパントガスであるＰＨ3 とを供給して、前記シリコン面に１Ｅ２０以上の濃度の燐がドーピングされたエピタキシャル膜を成長させるので、低温での高濃度ＰのＥＰＩ成膜処理が可能となり、又半導体装置製造工程でのＰＨ3 アニール処理工程、Ｉｍｐｌａｎｔ工程、マスク処理工程が省略でき、処理工程の簡略化に伴い、処理時間の短縮が実現できスループットが向上する等の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、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。

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。

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、前記基板収納容器（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

以下、前記基板処理装置１の作動について説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、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。

次に、前記ボートエレベータ１９について説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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説明する。尚、以下の説明に於いて、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。

所定枚数のウェーハ３が前記ボート１８に装填されると、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。

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。

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。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。導入されたガスは、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。

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。

その後、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。該ロードロック室１５で所要温度となる迄、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）。

以下、高濃度ＰのＥＰＩ成膜処理の選択成長、非選択成長について更に説明する。

ＳＴＥＰ：０１ ウェーハ３の表面の自然酸化膜を１％ＨＦ水溶液により除去し、純水により洗浄し、乾燥させる。

ＳＴＥＰ：０２ ウェーハ３を前記ロードロック室１５に搬入し、該ロードロック室１５を真空排気し、酸素、湿度をｐｐｂレベル迄低下させる。

ＳＴＥＰ：０３ 前記処理室１７を同様に真空排気し、１００℃〜３５０℃の状態で、前記ボート１８と共にウェーハ３が装入される。

ＳＴＥＰ：０４ 前記処理室１７を真空引きしながら、成膜温度（４００℃〜６００℃）迄昇温する。例えば成膜温度を４００℃〜５５０℃とし、温度が安定する迄の間（例えば５０ｍｉｎ）、Ｃｌ2 （流量１０〜２００ｓｃｃｍ）／ＳｉＨ4 （流量１０〜３００ｓｃｃｍ）／Ｈ2 （流量５００〜５０００ｓｃｃｍ）の混合ガスを前記処理室１７に導入し、ウェーハ３の表面を清浄な状態に保持する。

ＳＴＥＰ：０５ 成膜温度に安定したところで、ドーパントガスをＰＨ3 とし、ＰＨ3 （０．５％〜５％の濃度にＨ2 、或はＮ2 或はＨｅで希釈、流量２０〜７００ｓｃｃｍ）／Ｓｉ2 Ｈ6 （５％〜１００％の濃度にＨ2 、或はＮ2 で希釈、流量５０〜５００ｓｃｃｍ）の混合ガスを導入して高濃度（≧１Ｅ２０）Ｐ ＥＰＩ膜を生成する（継続時間０．５〜５ｍｉｎ）。尚、Ｓｉ2 Ｈ6 ガスの代りに、Ｓｉ3 Ｈ8 ガスを用いても良い。

ＳＴＥＰ：０６ ＳＴＥＰ：０５の成膜と交互にＣｌ2 （流量１０〜２００ｓｃｃｍ）／Ｈ2 （流量１００〜５０００ｓｃｃｍ）の混合ガスを導入（エッチング）することで、露出単結晶Ｓｉ面だけに選択的に高濃度（≧１Ｅ２０）Ｐ ＥＰＩ膜が生成される。一方、ウェーハ３の露出Ｓｉ面以外の絶縁膜（ＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 等）にはＳｉ膜の成長がない。

前記Ｓｉ2 Ｈ6 ガス、Ｓｉ3 Ｈ8 ガスは反応性が高いので、ウェーハ３の周辺で膜厚が厚くなる傾向を有する。従って、面内均一性を向上させる為、前記処理室１７の圧力を極力下げる。又、ウェーハ３周辺での処理ガスの流れを制限する様、ウェーハ３周囲を覆う壁部を有するボート１８を使用する等する。

上記の様に、Ｓｉ2 Ｈ6 ガス、Ｓｉ3 Ｈ8 ガスを使用し、ドーパントガスとしてＰＨ3 を使用し、低温度（４００℃〜６００℃）でＥＰＩ成膜処理する工程と、Ｃｌ2 を用いてエッチングする工程とを交互に繰返すことで、露出Ｓｉ面だけに高濃度（≧１Ｅ２０）Ｐ ＥＰＩ膜を選択成長させることができる。

従って、本発明では、図３（Ａ）に示される様に絶縁膜７１と部分的に露出するＳｉ表面７２から構成されるパターン基板を燐ドープ選択ＥＰＩ成膜の１つの工程のみで、燐ドープ単結晶ＳｉのＰｌｕｇ７３を形成することができる。

一方従来の製造方法によるＰｌｕｇ７３の形成は、図３（Ｂ）に示される様に、先ず非選択的なＥＰＩ膜成長が行われ、前記Ｓｉ表面７２上に単結晶のＰｌｕｇ７３が形成されるが、同時に前記絶縁膜７１上にもＰｏｌｙ−Ｓｉ膜７４が生成されてしまう。次に、Ｉｍｐｌａｎｔ或はＰＨ3 アニール処理でＰ濃度を高めてから前記絶縁膜７１上のＰｏｌｙ膜を除去する。尚、絶縁膜上のＰｏｌｙ膜を除去する際に、前記Ｐｌｕｇ７３が除去されない様にマスク処理が必要となる。

而して、従来例では、本発明に比して多工程を必要とし、処理時間が掛りスループットが低下する。

次に、ＰドープしながらのＥＰＩ膜の成長に於いて、従来の成膜温度７００℃〜８００℃に対して本発明では４００℃〜６００℃と低温であるが、高濃度のＰドープを可能としている。

一般的にＳｉ単結晶バルク内及び表面のドープ原子の拡散プロセスにより、シリコン単結晶に於ける化学的、又は物理的な平衡が保たれている。５５０℃以下の温度でシリコンに於けるドープ原子の拡散が制限されていることにより、ドーパント元素の固有限界の緩和がされることになる。これは低温度で高濃度の燐をドープすることができる。

図４はＳｉ2 Ｈ6 を用いたＰ ＥＰＩ−Ｓｉ成膜の温度依存性を示しており、図中実線はＥＰＩ膜の成長率、破線はＰ濃度を示している。処理ガスは、Ｓｉ2 Ｈ6 ／Ｈ2 ／ＰＨ3 （１％水素希釈）の混合ガスであり、それぞれの流量は１００／０／３０ｓｃｃｍである。図示される様に、５１０〜５５０℃の低温度領域では、１Ｅ２０以上の高濃度Ｐ ＥＰＩ膜が容易に得られる。又、成膜速度も１０Ａ／ｍｉｎ以上であり、量産に適用できる。Ｓｉ2 Ｈ6 はＳｉＨ4 よりも反応性が高いことから低温でも充分な成膜速度が得られる。Ｓｉ3 Ｈ8 はＳｉ2 Ｈ6 よりも反応性が高く、Ｓｉ3 Ｈ8 も本発明の処理ガスとして使用できる。

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。 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。 （Ａ）は本発明のＥＰＩ成膜工程、（Ｂ）は従来のＥＰＩ成膜工程を示す説明図である。 従来のＰ ＥＰＩ−Ｓｉ成膜の温度依存性を示す線図である。 本発明のＰ ＥＰＩ−Ｓｉ成膜の温度依存性を示す線図である。

符号の説明

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

Claims (1)

1. シリコン面を表面に有する基板を処理室内に収納し、該処理室内の雰囲気及び基板を所定温度に加熱し、前記シリコン面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、前記処理室内に基板を搬入する工程と、基板と前記処理室内を４００℃〜６００℃の所定温度に加熱する工程と、前記処理室内に所望のガスを供給するガス供給工程とを含み、該ガス供給工程では、前記処理室内にＳｉ2 Ｈ6 又はＳｉ3 Ｈ8 と、ドーパントガスであるＰＨ3 とを供給して、前記シリコン面に１Ｅ２０以上の濃度の燐がドーピングされたエピタキシャル膜を成長させることを特徴とする半導体装置の製造方法。

Images