JP2009260015A - 基板の製造方法及び基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】選択性及び基板面内の膜厚均一性を保ちながら十分厚いエピタキシャル膜を成長させることができる基板の製造方法及び基板処理装置を提供する。
【解決手段】
表面に少なくともシリコン露出面とシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜の露出面とを備える基板を処理室内に搬入する工程と、 前記処理室内の前記基板を所定の温度に加熱する加熱工程と、 前記処理室内に、少なくともシリコンを含む第１の処理ガスとエッチング系の第２の処理ガスとを共に供給する第１のガス供給工程と、 前記処理室内に、前記第２の処理ガスとよりエッチング力の強いエッチング系の第３の処理ガスを供給する第２のガス供給工程と、を少なくとも含み、前記第１のガス供給工程と前記第二のガス供給工程とを所定回数繰り返して実施し、基板表面のシリコン露出面に選択的にエピタキシャル膜を成長させる。
【選択図】図３

Description

本発明は基板の製造方法及びその基板の処理装置に関し、特に、ＭＯＳＦＥＴ(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)の生産に用いられる基板のソース／ドレイン上へ選択的にシリコンエピタキシャル膜を成長する工程を備える基板の製造方法及びその基板の処理装置に関する。

ＭＯＳＦＥＴの高集積化及び高性能化に伴い、基板特性の向上と微細化の両立が要求されている。この両立を実現するために、ＭＯＳＦＥＴのソース／ドレインの課題として、リーク電流低減及び低抵抗化などが求められており、これらの問題を解決する方法の一つとしてソース／ドレイン上にシリコンエピタキシャル膜を選択成長させる方法がある。

従来行われてきた選択エピタキシャル膜の成長方法には、成膜ガスとエッチングガスを同時供給する方法と、交互供給する方法の２つの方法がある。

成膜ガスとエッチングガスを同時供給する場合には、選択性と基板面内での膜厚均一性の確保の両立が困難である。選択性を高めると基板の中央部が厚く周辺部が薄くなり均一性が著しく低下する。また、均一性を確保すると、選択性が低下し絶縁膜上にも膜が成長してしまうという問題があった。さらに、プロセスパラメータが非常に多くなるため、プロセス制御が困難であるという問題や、成膜中にエッチングガスを導入することで成膜レートが大幅に減少してしまうという問題があった。

一方、成膜ガスとエッチングガスを交互供給する場合には、成膜のみを行う成膜ステップとエッチングのみを行うエッチングステップを有するが、成膜ステップでは、シリコン上と絶縁膜上での成長開始時間の差を利用して選択成長を進めるために、選択性の確保できる条件が狭いという問題があった。さらに、エッチング力の強いガスによって絶縁膜上に発生した核を取り除く際に、基板上の多結晶シリコン膜やシリコン基板等の膜質の違いによるエッチング依存性よりエッチング量が異なり、必要以上にエッチングしてしまう部分が発生してしまうという問題があった。

このため、従来の同時供給プロセスまたは交互供給プロセスでは、選択性及び基板面内での膜厚均一性を保ちながら十分厚いエピタキシャル膜を成長させることが困難であった。

従って、本発明の主な目的は、選択性及び基板面内での膜厚均一性を保ちながら十分厚いエピタキシャル膜を成長させることができる基板の製造方法及び基板処理装置を提供することにある。

本発明によれば、
表面に少なくともシリコン露出面とシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜の露出面とを備える基板を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内の前記基板を所定の温度に加熱する加熱工程と、
前記処理室内に、少なくともシリコンを含む第１の処理ガスとエッチング系の第２の処理ガスとを共に供給する第１のガス供給工程と、
前記処理室内に、前記第２の処理ガスよりエッチング力の強いエッチング系の第３の処理ガスを供給する第２のガス供給工程と、
を少なくとも含み、前記第１のガス供給工程と前記第２のガス供給工程とを所定回数繰り返して実施し、前記基板表面のシリコン露出面に選択的にエピタキシャル膜を成長させてなる基板の製造方法が提供される。

また本発明によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内に所望の膜を形成するための処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気手段と、
少なくとも前記ガス供給手段と前記排気手段を制御する制御部と、
を含み、少なくともシリコン露出面とシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜の露出面とを備える基板の表面のシリコン露出面に選択的にエピタキシャル膜を成長させる基板処理装置であって、
前記制御部は、
シリコンを含む第１の処理ガスとエッチング系の第２の処理ガスを供給する第１のガス供給工程と、
エッチング系の処理ガスであって、前記第２の処理ガスとは異なる第３の処理ガスを供給する第２のガス供給工程とを、少なくとも１回以上の所定回数繰り返して行うように前記ガス供給手段を制御し、
前記第３の処理ガスは、前記第２の処理ガスよりエッチング力が強いガスである基板処理装置が提供される。

本発明によれば、選択性及び基板面内での膜厚均一性を保ちながら十分厚いエピタキシャル膜を成長させることができる基板の製造方法及び基板処理装置が提供される。

次に、本発明の好ましい実施例を説明する。
本発明の好ましい実施例では、表面の少なくとも一部にシリコン窒化膜もしくはシリコン酸化膜を有し、かつシリコン表面も露出したシリコン基板を処理室内に挿入し、処理室内にシラン系のガス（ＳｉＧｅの混晶膜を成長する場合は、ゲルマン系のガスをも供給する）と同時に水素ガスおよびフッ素ガス、塩化水素ガスなどのエッチングガスを同時に導入することでシラン系もしくはゲルマン系ガスが気相中で反応するのを抑制しながらシリコン表面のみに選択的にシリコンエピタキシャル成長を行う第１のステップと、第１のステップで用いたエッチングガスよりエッチング力が強い塩素ガスなどのエッチングガスのみ導入してシリコン窒化膜もしくはシリコン酸化膜上に付着したシリコン原子を除去する第２ステップとを順に所定回数繰返すことにより選択エピタキシャル成長を行う。このようにすることで、選択性及び基板面内の膜厚均一性を保ちながら十分厚いエピタキシャル膜を成長させることが出来る。

ここで、第１のステップである成膜ステップと第２のステップであるエッチングステップでは共にエッチングガスを使用する。第１ステップではエッチング力の弱いガス、例えば塩化水素のようなガスを用いることを特徴としており、基板上のシリコン表面に選択的に膜厚均一性良く成膜することが可能となる。また、塩化水素のようなエッチング力の弱いガスを使用することによって、基板周辺部だけが極端にエッチングされることを防ぎ、面内の膜厚均一性を向上させることができる。また、基板表面のシリコン窒化膜や酸化膜、シリコンの多結晶膜や単結晶膜などの膜質によるエッチング力の差を小さくすることが可能となる。

しかし、エッチング力が弱いためにシリコン窒化膜やシリコン酸化膜等の絶縁膜上にもシリコン膜成膜の初期段階のシリコン核が発生してしまう。第２ステップでは、この絶縁膜上に発生したシリコン核の除去を小流量、短時間で行う目的でエッチング力の強いガス、例えば塩素を用いることによってシリコンの核を取り除くことが可能になる。また、短時間でのエッチングが可能なため、基板へのダメージの低減、スループットを向上させることが可能となる。

次に、図面を参照して、本発明の好ましい実施例について詳細に説明する。

図１に示されているように、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が使用されている本発明の処理装置１０１は、筐体１１１を備えている。筐体１１１の正面壁１１１ａの下方にはメンテナンス可能なように設けられた開口部としての正面メンテナンス口１０３が開設され、この正面メンテナンス口１０３を開閉する正面メンテナンス扉１０４が建て付けられている。メンテナンス扉１０４には、カセット搬入搬出口（基板収容器搬入搬出口）１１２が筐体１１１内外を連通するように開設されており、カセット搬入搬出口１１２はフロントシャッタ（基板収容器搬入搬出口開閉機構）１１３によって開閉されるようになっている。カセット搬入搬出口１１２の筐体１１１内側にはカセットステージ（基板収容器受渡し台）１１４が設置されている。カセット１１０はカセットステージ１１４上に工程内搬送装置（図示せず）によって搬入され、かつまた、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１１４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るように構成されている。

筐体１１１内の前後方向の略中央下部には、カセット棚（基板収容器載置棚）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を保管し、カセット１１０内のウエハ２００を出し入れする可能となるように配置されている。カセット棚１０５はスライドステージ（水平移動機構）１０６上に横行可能に設置されている。また、カセット棚１０５の上方にはバッファ棚（基板収容器保管棚）１０７が設置されており、カセット１１０を保管するように構成されている。

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（基板収容器搬送装置）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（基板収容器昇降機構）１１８ａと搬送機構としてのカセット搬送機構（基板収容器搬送機構）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、バッファ棚１０７との間で、カセット１１０を搬送するように構成されている。

カセット棚１０５の後方には、ウエハ移載機構（基板移載機構）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（基板移載装置）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（基板移載装置昇降機構）１２５ｂとで構成されている。図１に模式的に示されているように、ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂは、耐圧筐体１１１左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（基板保持体）１２５ｃをウエハ２００の載置部として、ボート（基板保持具）２１７に対してウエハ２００を装填（チャージング）および脱装（ディスチャージング）するように構成されている。

図１に示されているように、バッファ棚１０７の後方には、清浄化した雰囲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側と反対側である右側端部には、クリーンエアを供給するよう供給フアンおよび防塵フィルタで構成された図示しないクリーンユニットが設置されており、クリーンユニットから吹き出されたクリーンエアは、ウエハ移載装置１２５ａ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。

ウエハ移載装置（基板移載装置）１２５ａの後側には、大気圧未満の圧力（以下、負圧という。）を維持可能な機密性能を有する筐体（以下、耐圧筐体という。）１４０が設置されており、この耐圧筐体１４０によりボート２１７を収容可能な容積を有するロードロック方式の待機室であるロードロック室１４１が形成されている。

耐圧筐体１４０の正面壁１４０ａにはウエハ搬入搬出口（基板搬入搬出口）１４２が開設されており、ウエハ搬入搬出口１４２はゲートバルブ（基板搬入搬出口開閉機構）１４３によって開閉されるようになっている。耐圧筐体１４０の一対の側壁にはロードロック室１４１へ窒素ガス等の不活性ガスを給気するためのガス供給管１４４と、ロードロック室１４１を負圧に排気するための図示しない排気管とがそれぞれ接続されている。

ロードロック室１４１上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端部は炉口ゲートバルブ（炉口開閉機構）１４７により開閉されるように構成されている。

図１に模式的に示されているように、ロードロック室１４１にはボート２１７を昇降させるためのボートエレベータ（基板保持具昇降機構）１１５が設置されている。ボートエレベータ１１５に連結された連結具としての図示しないアーム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２１７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２１７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。

次に、本発明の好ましい実施例の処理装置の動作について説明する。
図１に示されているように、カセット１１０がカセットステージ１１４に供給されるに先立って、カセット搬入搬出口１１２がフロントシャッタ１１３によって開放される。その後、カセット１１０はカセット搬入搬出口１１２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。

次に、カセット１１０は、カセット搬送装置１１８によって、カセットステージ１１４から救い上げられるとともに、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。引き続いて、カセット１１０は、カセット搬送装置１１８によって、カセット棚１０５ないしバッファ棚１０７の指定された棚位置へ自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、カセット搬送装置１１８によってカセット棚１０５に移載されるか、もしくは直接カセット棚１０５に搬送される。

スライドステージ１０６はカセット棚１０５を水平移動させ、移載の対象となるカセット１１０をウエハ移載装置１２５ａに対峙する様に位置決めする。

予め内部が大気圧状態とされていたロードロック室１４１のウエハ搬入搬出口１４２がゲートバルブ１４３の動作により開放されると、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、ウエハ搬入搬出口１４２を通じてロードロック室１４１に搬入され、ボート２１７へ移載されて装填（ウエハチャージング）される。ボート２１７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１１０をボート２１７に装填する。

予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填されると、ウエハ搬入搬出口１４２がゲートバルブ１４３によって閉じられ、ロードロック室１４１は排気管から真空引きされることにより、減圧される。ロードロック室１４１が処理炉２０２内の圧力と同圧に減圧されると、処理炉２０２の下端部が炉口ゲートバルブ１４７によって開放される。続いて、シールキャップ２１９がボートエレベータ１１５によって上昇されて、シールキャップ２１９に支持されたボート２１７が処理炉２０２内へ搬入（ローディング）されて行く。

ローディング後は、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、ボートエレベータ１１５によりボート２１７が引き出され更に、ロードロック室１４０内部を大気圧に復圧させた後にゲートバルブ１４３が開かれる。その後は、概上述の逆の手順で、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。

次に、本発明の好ましい実施例の基板処理装置の処理炉２０２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２０２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。

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。

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２１７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。

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。

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４つに分かれており、バルブ５２１、５２２、５２３、５２４とガス流量制御装置としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）５１１、５１２、５１３、５１４を介して第１のガス供給源５０１、第２のガス供給源５０２、第３のガス供給源５０３、第４のガス供給源５０４にそれぞれ接続されている。ＭＦＣ５１１、５１２、５１３、５１４及びバルブ５２１、５２２、５２３、５２４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２４２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。

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２１７に接続されており、ボート２１７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２１７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。

基板保持具としてのボート２１７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２１７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。

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の温度センサ（図示せず）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２３８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。

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５０１から供給され、ＭＦＣ５１１でその流量が調節された後、バルブ５２１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２の処理ガスは、第２のガス供給源５０２から供給され、ＭＦＣ５１２でその流量が調節された後、バルブ５２２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５０３から供給され、ＭＦＣ５１３でその流量が調節された後、バルブ５２３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４の処理ガスは、第４のガス供給源５０４から供給され、ＭＦＣ５１４でその流量が調節された後、バルブ５２４を介して、ガス供給管２３２により処理室２０１内に導入される。
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。

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。

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。

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。

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。

また、駆動部収納ケース２５６の内部にはボート２１７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。

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。

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。

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２１７が降下され、ウエハ２００を外部に搬出できる状態となる。

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。

次に、上記構成に係る処理炉２０２を用いて、基板の製造工程の一工程として、ウエハ２００などの基板上に、Ｅｐｉ−Ｓｉ膜を形成する方法について説明する。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２４０により制御される。

複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填されると、図２に示されるように、複数枚のウエハ２００を保持したボート２１７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（ボートローディング）される。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。

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内が所望の温度となるようにヒータ２０６により加熱される。この際、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２１７が回転されることでウエハ２００が回転される。

第１のガス供給源５０１、第２のガス供給源５０２、第３のガス供給源５０３、第４のガス供給源５０４には、処理ガスとして、それぞれシラン系ガス又はハロゲン含有ガスであって例えばジクロルシランガス（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、塩化水素ガス（ＨＣｌ）、塩素ガス（Ｃｌ２）、水素ガス（Ｈ2）が封入されており、次いで、これら処理ガス供給源からそれぞれの処理ガスが供給される。所望の流量となるようにＭＦＣ５１１、５１２、５１３、５１４の開度が調節された後、バルブ５２１、５２２、５２３、５２４が開かれ、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。導入されたガスは、処理室２０１内を通り、ガス排気管２３１から排気される。処理ガスは、処理室２０１内を通過する際にウエハ２００と接触し、ウエハ２００の表面上にＥｐｉ−Ｓｉ膜が選択エピタキシャル成長される。

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、処理室２０１内が不活性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。

その後、昇降モータ２４８によりシールキャップ２１９が下降して、マニホールド２０９の下端が開口されると共に、処理済ウエハ２００がボート２１７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（ボートアンローディング）される。その後、処理済のウエハ２００は、ボート２１７より取出される（ウエハディスチャージ）。

次に、本発明の好ましい実施例における基板処理について図３のプロセスシーケンス図を参照して説明する。

本発明の好ましい実施例では、表面の少なくとも一部にシリコン窒化膜もしくはシリコン酸化膜を有し、かつシリコン表面も露出したシリコンウエハ２００を処理室２０１内に挿入する（ステップ３０１）。

次に、ウエハ２００の温度が６５０〜８００℃の範囲内の所定の温度になるようにする（ステップ３０２）。

次に、第１ステップである成膜ステップでは、成膜ガスとしてのジクロルシランガスとエッチングガスとしての塩化水素ガスを同時に処理室２０１内に導入してウエハ２００に照射する（ステップ３０３）。このとき、圧力は１００Ｐａ以上、ジクロルシランガス流量は１〜３００ｓｃｃｍ、塩化水素ガス流量は１〜３００ｓｃｃｍ、水素ガス流量は１〜２０ｓｌｍとすることが好ましい。成膜ステップでは、これらのガスを同一ノズルから流すことにより、成膜ガスのみ、エッチングガスのみが反応することを避け、選択成長を行うことができるようなガス供給を行う。

次に、第２ステップであるエッチングステップでは、エッチングガスとして、成膜ステップで用いたエッチングガスよりもエッチング力の強い塩素ガスを処理室２０１内に導入してウェハ２００に照射する（ステップ３０４）。このとき、温度は第１のステップと同じ温度で行うが、圧力は５０Ｐａ以下の低圧下で行い、エッチングガスが基板周辺部のみでなく、基板中央部まで到達し反応できるようにすると好ましい。また、塩素ガス流量は１〜１００ｓｃｃｍとすることが好ましい。さらに、第２ステップでは水素ガスを流量１ｓｌｍで流すとより好ましい。

次に、基板表面に残留した塩素を取り除くために、還元ガスとして例えば水素ガス等を供給するパージステップを行う（ステップ３０５）。

成膜ステップ、エッチングステップ、パージステップを順に行うことにより、シリコン膜の選択エピタキシャル成長を行う。また、成膜ステップ、エッチングステップ、パージステップは順に所定回数繰り返しても良い。

ステップ３０３のように、ジクロルシランガスと塩化水素ガスを同時に導入することでジクロルシランガスが気相中で反応するのを抑制しながらシリコン表面のみに選択的にシリコンエピタキシャル成長を行う。

また、ステップ３０４のように、エッチングガスのみを導入することによりシリコン窒化膜もしくはシリコン酸化膜上に付着したシリコン原子を除去する。

さらに、ステップ３０５のように、還元ガスを導入することにより基板表面に残留した塩素を除去する。

このように、ステップ３０３、ステップ３０４及びステップ３０５とを１回以上の所定回数繰返すことにより、選択性及び基板面内の膜厚均一性を保ちながら十分厚いエピタキシャル膜を成長させることが出来る。

ステップ３０３とステップ３０４においては、キャリアガスとしての水素ガスは１０〜５００００ｓｃｃｍ、同じくキャリアガスとしての窒素ガスは０〜３００００ｓｃｃｍ流すことが好ましい。キャリアガスとしての水素ガスおよび窒素ガスは、成膜ガスやエッチングガスと同時に流す。窒素ガスを流す場合には、窒素ガス供給源、ＭＦＣおよびバルブを備えるガス供給ラインをもう一本追加する。

ステップ３０３とステップ３０４とを所定回数繰返して、所望のエピタキシャル膜を選択成長させた後は、ガスを止め、処理室２０１を排気する。

その後、処理室２０１からウエハ２００をアンロードする（ステップ３０５）。

本発明の好ましい実施例の基板処理装置を説明するための概略斜視図である。 本発明の好ましい実施例の基板処理装置の処理炉を説明するための概略縦断面図である。 本発明の好ましい実施例の基板処理方法を説明するためのフローチャートである。

Claims (2)

1. 表面に少なくともシリコン露出面とシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜の露出面とを備える基板を処理室内に搬入する工程と、
   前記処理室内の前記基板を所定の温度に加熱する加熱工程と、
   前記処理室内に、少なくともシリコンを含む第１の処理ガスとエッチング系の第２の処理ガスとを共に供給する第１のガス供給工程と、
   前記処理室内に、前記第２の処理ガスよりエッチング力の強いエッチング系の第３の処理ガスを供給する第２のガス供給工程と、
   を少なくとも含み、前記第１のガス供給工程と前記第２のガス供給工程とを所定回数繰り返して実施し、前記基板表面のシリコン露出面に選択的にエピタキシャル膜を成長させてなる基板の製造方法。
2. 基板を収容する処理室と、
   前記処理室内に所望の膜を形成するための処理ガスを供給するガス供給手段と、
   前記処理室内の雰囲気を排気する排気手段と、
   少なくとも前記ガス供給手段と前記排気手段を制御する制御部と、
   を含み、少なくともシリコン露出面とシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜の露出面とを備える基板の表面のシリコン露出面に選択的にエピタキシャル膜を成長させる基板処理装置であって、
   前記制御部は、
   シリコンを含む第１の処理ガスとエッチング系の第２の処理ガスを供給する第１のガス供給工程と、
   エッチング系の処理ガスであって、前記第２の処理ガスとは異なる第３の処理ガスを供給する第２のガス供給工程とを、所定回数繰り返して行うように前記ガス供給手段を制御し、
   前記第３の処理ガスは、前記第２の処理ガスよりエッチング力が強いガスである基板処理装置。

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