JP2010073714A

JP2010073714A - 基板処理方法

Info

Publication number: JP2010073714A
Application number: JP2008236054A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yokogawa; 貴史横川; Yasuhiro Inokuchi; 泰啓井ノ口; Atsushi Moriya; 敦森谷; Junichi Tanabe; 潤一田邊
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2008-09-16
Filing date: 2008-09-16
Publication date: 2010-04-02

Abstract

【課題】選択エピタキシャル成長を用いて基板上に半導体膜を選択的に形成する際に、半導体膜の形状制御が可能で、かつ、再現性・安定性の高い成膜手法を提供する。
【解決手段】基板３００の表面に露出したシリコン表面にシリコン系の堆積膜を選択成長させる基板処理方法において、基板を処理室２０１内に搬入する工程と、前記処理室２０１内の圧力を制御する第１の圧力制御工程と、前記処理室２０１内に少なくともシラン含有ガス、又は、シラン含有ガス及びゲルマン含有ガスを供給して前記基板３００に堆積膜を成長させる工程と、前記処理室２０１内の圧力を制御する第２の圧力制御工程と、前記処理室２０１内に少なくともエッチングガスを供給して表面に露出したシリコン表面以外の部分をエッチングする工程と、を有する基板処理方法である。
【選択図】図３

Description

本発明は基板処理方法に関し、特に、基板の表面の一部にシリコンを選択成長させる基板処理方法に関する。

ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）の高集積化及び高性能化に伴い、半導体デバイス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ＳｉやＳｉＧｅ等のエピタキシャル膜を選択成長させる基板処理方法がある。

Ｓｉの選択エピタキシャル成長に用いる原料ガスとしては、シラン（ＳｉＨ_４）やジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）等のＳｉ含有ガスが用いられる。また、ＳｉＧｅの選択エピタキシャル成長に用いる原料ガスとしては、Ｓｉ含有ガスに加えて、ゲルマン（ＧｅＨ₄）、ジクロロゲルマン（ＧｅＨ_２Ｃｌ_２）、テトラクロロゲルマン（ＧｅＣｌ_４）等のＧｅ含有ガスが用いられる。

ＣＶＤ反応において反応炉内に原料ガスが導入されると、単体のシリコン（Ｓｉ）上ではただちに成長が開始されるのに対して、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）や窒化シリコン（ＳｉＮ）上では潜伏期間と呼ばれる成長遅れが生じる。この潜伏期間の間、Ｓｉ上のみにＳｉまたはＳｉＧｅを成長させるのが選択成長である。なお、選択成長させる膜厚を厚くしたい場合、ＳｉＯ_２やＳｉＮ上での潜伏期間を長くする目的でＨＣｌやＣｌ_２等のエッチングガスが添加される。

高温での選択エピタキシャル成長では、原料ガスとエッチングガスを同時供給する手法が用いられる。しかし、低温では、同時供給では充分な成長速度が得られない。このため、原料ガスとエッチングガスを交互に供給する手法が用いられる。この手法では、原料ガスを供給してＳｉまたはＳｉＧｅを成長させ、次にエッチングガスを供給してＳｉＯ_２やＳｉＮ上に吸着したＳｉ核を除去するという工程を繰り返して選択エピタキシャル成長を行う。

しかし、原料ガスとエッチングガスを交互に供給する手法では、真空ポンプ等の排気系の性能により排気特性が変化して、成膜の再現性、安定性が得られない場合がある。また、成長形状を制御する場合、原料ガス、エッチングガス、キャリアガスの流量のみでの制御となるため、制御範囲が限られるという問題がある。

本発明の課題は、選択エピタキシャル成長を用いて基板上に半導体膜を選択的に形成する際に、半導体膜の形状制御が可能で、かつ、再現性・安定性の高い成膜手法を提供することである。

本発明によれば、
基板の表面に露出したシリコン表面にシリコン系の堆積膜を選択成長させる基板処理方法において、
基板を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内の圧力を制御する第１の圧力制御工程と、
前記処理室内に少なくともシラン含有ガス、又は、シラン含有ガス及びゲルマン含有ガスを供給して前記基板に堆積膜を成長させる工程と、
前記処理室内の圧力を制御する第２の圧力制御工程と、
前記処理室内に少なくともエッチングガスを供給して表面に露出したシリコン表面以外の部分をエッチングする工程と、
を有する基板処理方法
が提供される。

本発明によれば、選択エピタキシャル成長を用いて基板上に半導体膜を選択的に形成する際に、半導体膜の形状制御が可能で、かつ、再現性・安定性の高い成膜手法を提供することができる。

以下に、本発明を実施するための好ましい形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

＜第１の実施の形態＞
図１は、基板処理装置の概略を示した斜視図である。
この基板処理装置は、筐体１と、筐体１の内側に設置された各種機構とを備える。筐体１の内側に設置されている機構について図１及び図２を用いて具体的に説明する。図２は、筐体１の内側の機構を示した側面図である。

図１に示すように、筐体１の内部の前側にはカセットローダ２が設けられている。筐体１の内側であってカセットローダ２の後方には、カセット棚３が設けられている。カセット棚３は複数個のカセット２３を複数段複数列にて保持し、カセット２３内のウエハ３００を出し入れ可能となるように配置されている。カセット棚３の上方にバッファカセット棚４が設けられている。バッファカセット棚４は、カセット２３を複数段複数列にて保持し、カセット２３内のウエハ３００を出し入れ可能となるように配置されている。

ウエハ３００が装填されたカセット２３が外部搬送装置によって筐体１内のカセットローダ２に搬送され、そのカセット２３がカセットローダ２によってカセット棚３又はバッファカセット棚４の所要位置に収納される。そのようなことが繰り返されることで、複数のカセット２３がカセット棚３及びバッファカセット棚４に順次収納されていく。カセットローダ２には駆動制御部２３７が電気的に接続されている。駆動制御部２３７は、カセットローダ２に所定の動作をさせるよう所定のタイミングにてカセットローダ２を制御するよう構成されている。

カセット棚３の後方には、移載機５が設置されている。移載機５は、進退機構部９、チャッキングヘッド１０及びツィザ１２を有する。進退機構部９は、筐体１に対して上下に昇降するとともに上下方向の軸回りに回転するよう構成されている。進退機構部９にチャッキングヘッド１０が設けられている。チャッキングヘッド１０は、進退機構部９に対して水平方向に移動するよう構成されている。チャッキングヘッド１０には、細長平板状の複数のツィザ１２が所要段取り付けられている。

移載機５の進退機構部９及びチャッキングヘッド１０には駆動制御部２３７が電気的に接続されている。駆動制御部２３７は、進退機構部９及びチャッキングヘッド１０に所定の動作をさせるよう進退機構部９及びチャッキングヘッド１０を所定のタイミングで制御するよう構成されている。

移載機５の後方には、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ロードロック室１４０が設置されている。なお、図１では、筐体１の内部の各種機構を図示するためにロードロック室１４０の図示を省略する。

このロードロック室１４０の内側に、待機室１４１が形成されている。ロードロック室１４０の正面壁には搬送口１４２が開設されており、搬送口１４２は開閉機構１４３によって開閉されるようになっている。開閉機構１４３には駆動制御部２３７が電気的に接続されている。駆動制御部２３７は、開閉機構１４３に開閉動作をさせるよう開閉機構１４３を所定のタイミングで制御するよう構成されている。

ロードロック室１４０にはガス供給管及び排気管が接続されており、窒素ガス等の不活性ガスがガス供給源からガス供給管を通ってロードロック室１４０内に供給されるとともに、ロードロック室１４０内の気体が排気管を通って排気されて待機室１４１が負圧にされる。

ロードロック室１４０の上壁２５１には、炉口１６１が設けられるとともに、後述する昇降シャフト２５０が貫通する貫通孔１６２が設けられている。炉口１６１によりロードロック室１４０内の待機室１４１と処理炉２０２内の処理室２０１とが通じている。
ロードロック室１４０の上部には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２は加熱機構としてのヒータ２０６、アウターチューブ２０５及びマニホールド２０９等を有する。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ロードロック室１４０の上壁２５１に垂直に据え付けられている。

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が接続されている。温度制御部２３８は、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。

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（ＳｉＯ_２）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。このマニホールド２０９が図示しない保持体に支持されるとともにマニホールド２０９がロードロック室１４０の上壁の上に設置されていることにより、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。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、マニホールド２０９とロードロック室１４０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。

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３つに分かれており、バルブ１７７、１７８、１７９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）１８３、１８４、１８５を介して原料ガス供給源１８０、キャリアガス供給源１８１、エッチングガス供給源１８２にそれぞれ接続されている。

原料ガス供給源１８０には、原料ガスとして、ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_６またはＳｉＨ_２Ｃｌ_２等のＳｉ含有ガス、若しくは、Ｓｉ含有ガスと、ＧｅＨ₄またはＧｅＨ_２Ｃｌ_２、テトラクロロゲルマン（ＧｅＣｌ_４）等のＧｅ含有ガスとの混合ガスが封入されている。
キャリアガス供給源１８１には、キャリアガスとして、Ｎ_２、Ｈ_２、希ガス等の不活性ガスが封入されている。
エッチングガス供給源１８２には、エッチングガスとして、ＨＣｌまたはＣｌ_２等が封入されている。

ＭＦＣ１８３、１８４、１８５及びバルブ１７７、１７８、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。具体的には、後述する膜成長工程やエッチング工程において、原料ガスやエッチングガスを供給すると同時に、原料ガスやエッチングガスの供給量と同量のキャリアガスを減量することにより、総流量を一定にして瞬間的な圧力変化を抑制する。
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いる。圧力制御部２３６は、圧力センサにより検出された圧力値に基づいてＡＰＣバルブ２４２が動作して排気口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。

また、移載機５の後側にはボート７及びエレベータ６が設けられている。詳細については後述するが、エレベータ６は、待機室１４１にあるボート７を上昇させ、炉口１６１を通して処理室２０１に移動させ、またはその逆に、処理室２０１にあるボート７を下降させ、炉口１６１を通して待機室１４１に移動させるよう構成されている。

ボート７は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる。ボート７は、基板保持部であって、複数枚のウエハ３００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。ボート７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、ボート７が処理室２０１内に位置した場合に、アウターチューブ２０５内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。

ボート７がロードロック室１４０の内側に収容された状態にあっては、移載機５が駆動制御部２３７によって制御されて一連の動作をすることによって、カセット２３内のウエハ３００がボート７に移載される。具体的には、チャッキングヘッド１０が後退し、進退機構部９が回転すると、ツィザ１２が進退機構部９より突出しない状態でチャッキングヘッド１０がカセット棚３のカセット２３に対峙する。その後、チャッキングヘッド１０が前進してツィザ１２がカセット２３内に挿入され、進退機構部９が若干上昇すると、ウエハ３００が各ツィザ１２上に載置される。その状態で、チャッキングヘッド１０が後退し、ツィザ１２が進退機構部９より突出しない状態として進退機構部９が回転すると、チャッキングヘッド１０がボート７の所要位置に対峙する。チャッキングヘッド１０が前進することで各ツィザ１２がボート７内に挿入される。そして、進退機構部９が若干下降することで、ウエハ３００がボート７に保持される。以上が移載機５の一連の動作であり、上記一連の動作が繰り返されることによって、複数のウエハ３００が順次ボート７に保持されていくことになる。

エレベータ６は、ボート７を昇降させるものである。図２に示すように、エレベータ６は、ボール螺子２４４、下基板２４５、上基板２４７、昇降モータ２４８、ガイドシャフト２６４、昇降シャフト２５０、ベローズ２６５、昇降基板２５２及び駆動部カバー２５３等を有する。

下基板２４５がロードロック室１４０の外面に設けられている。下基板２４５にはガイドシャフト２６４及びボール螺子２４４が取り付けられ、ガイドシャフト２６４及びボール螺子２４４が立てた状態に設けられている。ガイドシャフト２６４が昇降台２４９を上下に貫通し、昇降台２４９がガイドシャフト２６４に対して上下に摺動可能に設けられている。ガイドシャフト２６４の上端に上基板２４７が設けられ、この上基板２４７に昇降モータ２４８が設けられている。この昇降モータ２４８にボール螺子２４４が連結され、ボール螺子２４４が昇降モータ２４８によって回転される。ボール螺子２４４が昇降台２４９に螺合し、ボール螺子２４４の回転によって昇降台２４９が上下に移動するよう構成されている。

昇降モータ２４８には駆動制御部２３７が電気的に接続されている。駆動制御部２３７は、昇降モータ２４８に所定の動作をさせるよう昇降モータ２４８を所定のタイミングで制御するよう構成されている。

昇降台２４９には昇降シャフト２５０が設けられている。昇降シャフト２５０が昇降台２４９から垂下した状態に設けられ、昇降台２４９と昇降シャフト２５０の連結部は気密になっている。また、昇降シャフト２５０は、中空の管状に設けられている。

昇降シャフト２５０が上壁２５１の貫通孔１６２を上下に貫通している。貫通孔１６２の内径は昇降シャフト２５０の外径よりも大きく、貫通孔１６２の内面と昇降シャフト２５０とが接触しないように遊嵌している。

ベローズ２６５が中空状に設けられている。ベローズ２６５に昇降シャフト２５０が通され、ベローズ２６５の上端が昇降台２４９の下面に密着され、ベローズ２６５の下端がロードロック室１４０の上壁２５１に密着されている。昇降シャフト２５０の貫通した上壁２５１の貫通穴はベローズ２６５の内側にあり、昇降シャフト２５０の周囲がベローズ２６５によって覆われることによって、ロードロック室１４０が気密に保たれている。ベローズ２６５は伸縮可能に設けられ、昇降台２４９の上下動に伴ってベローズ２６５が伸縮する。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の外径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。

ロードロック室１４０内には昇降基板２５２及び駆動部カバー２５３が収容されている。昇降基板２５２は、水平に保持された状態で昇降シャフト２５０の下端に固着されている。駆動部カバー２５３が上方で開口した箱状に設けられ、駆動部カバー２５３の開口が昇降基板２５２によって閉塞され、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内部が、ロードロック室１４０内の雰囲気と隔離される。駆動部カバー２５３と昇降基板２５２との間にはＯリングが挟持され、これにより気密性が保たれている。なお、昇降シャフト２５０の中空は駆動部収納ケース２５６内に通じている。

また、駆動部収納ケース２５６の内部には回転機構２５４及び冷却機構２５７が設けられ、回転機構２５４の周辺が冷却機構２５７によって冷却される。駆動部収納ケース２５６の内部において回転機構２５４と駆動部収納ケース２５６の上壁との間にはＯリングが挟持されている。

駆動部収納ケース２５６の外側であってその上壁（昇降基板２５２）にはシールキャップ２１９が設けられ、シールキャップ２１９と駆動部収納ケース２５６の上壁との間にはＯリングが挟持されている。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。回転機構２５４の回転軸２５５が駆動部収納ケース２５６の上壁及びシールキャップ２１９を貫通し、回転軸２５５の先端部にボート７が接続されており、回転機構２５４によってボート７が回転するよう構成されている。

回転機構２５４及びシールキャップ２１９の上方において、炉口１６１がロードロック室１４０の上壁２５１を上下に貫通している。炉口１６１がマニホールド２０９の内側にあり、待機室１４１と処理室２０１が炉口１６１によって通じている。昇降モータ２４８の動作によって昇降シャフト２５０、昇降台２４９、駆動部収納ケース２５６、回転機構２５４、シールキャップ２１９及びボート７が上下動する。ボート７は、その上下動に伴って待機室１４１と処理室２０１との間を炉口１６１を通って移動するように構成されている。ボート７全体が処理室２０１内にある状態にあっては、シールキャップ２１９が炉口１６１の周囲においてロードロック室１４０の上壁２５１に当接して、炉口１６１がシールキャップ２１９によって閉塞されている。なお、シールキャップ２１９の上面にＯリングが設けられ、シールキャップ２１９がロードロック室１４０の上壁２５１に当接した状態にあってはシールキャップ２１９とロードロック室１４０の上壁２５１との間にＯリングが挟持され、これにより気密性が保たれる。また、ボート７が待機室１４１に下降した状態において炉口１６１を開閉する図示しないゲートバルブが炉口１６１に設けられている。ゲートバルブは駆動制御部２３７の制御により開閉される。

また、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。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。

この処理炉２０２の構成において、第１の処理ガスは、原料ガス供給源１８０から供給され、ＭＦＣ１８３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により処理室２０１内に導入される。第２の処理ガスは、キャリアガス供給源１８１から供給され、ＭＦＣ１８４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により処理室２０１内に導入される。第３の処理ガスは、エッチングガス供給源１８２から供給され、ＭＦＣ１８５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排気装置２４６により、処理室２０１から排気される。

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、基板処理装置の動作について説明するとともに、基板処理装置を用いた基板処理方法について説明する。

まず、ウエハ３００が装填されたカセット２３がカセットローダ２によってカセット棚３及びバッファカセット棚４に収納される。なお、表面の自然酸化膜が除去され且つ表面を水素終端化させた状態のウエハ３００がカセット２３に装填されている。

次に、主制御部２３９が駆動制御部２３７を介して昇降モータ２４８を駆動すると、ボート７が下降してロードロック室１４０内に収容される。次に、主制御部２３９が駆動制御部２３７を介してゲートバルブを閉じるとともに、開閉機構１４３を開く。

次に、主制御部２３９が駆動制御部２３７を介して移載機５を駆動する。そうすると、移載機５が動作し、所定枚数のウエハ３００がカセット２３からボート７に移載される。その後、主制御部２３９が移載機５によるウエハ３００の移載を停止させる。

次に、主制御部２３９が駆動制御部２３７を介して開閉機構１４３を閉じる。そして、窒素ガス等の不活性ガスがロードロック室１４０内に供給されるとともに、ロードロック室１４０内の気体が排気管を通って排気されて待機室１４１が負圧にされる。これにより、ボート７に搭載されたウエハ３００に付着した水分及び酸素等の不純物が除去される。

続いて、主制御部２３９が駆動制御部２３７を介してゲートバルブを開き、主制御部２３９が駆動制御部２３７を介して昇降モータ２４８を駆動する。すると、昇降シャフト２５０、昇降台２４９、駆動部収納ケース２５６、回転機構２５４、シールキャップ２１９及びボート７が上昇され、ボート７が処理室２０１内に入り込み、炉口１６１がシールキャップ２１９によって閉塞される。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。

次に、主制御部２３９が圧力制御部２３６を介して真空排気装置２４６を駆動すると、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。

次に、図３に示す制御プロセスにより、ＳｉまたはＳｉＧｅの選択エピタキシャル成長を行う。
なお、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ＡＰＣバルブ２４２が主制御部２３９及び圧力制御部２３６によって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への通電具合が主制御部２３９及び温度制御部２３８によってフィードバック制御される。
また、主制御部２３９が駆動制御部２３７を介して回転機構２５４を駆動することによってボート７が回転される。ボート７に搭載されたウエハ３００も回転される。

〔１〕第１の圧力制御工程
主制御部２３９及びガス流量制御部２３５がＭＦＣ１８４またはＭＦＣ１８５の開度を調節した後、主制御部２３９及びガス流量制御部２３５がバルブ１７８、１７９を開き、キャリアガス供給源１８１またはエッチングガス供給源１８２から処理室２０１内にキャリアガスまたはエッチングガスを供給する。このとき、処理室２０１内の温度を４００〜７５０℃、圧力を１０〜２００Ｐａとなるように調節する。ガス供給流量は５０〜２００００ｓｃｃｍとし、供給時間は１０〜６００ｓｅｃとする。

供給するガス（キャリアガスまたはエッチングガス）の総量は、後述する膜成長工程において供給するガス（原料ガス及びキャリアガス）の総量と同量とする。処理室２０１内に導入されたガスは、処理室２０１内を通り、ガス排気管２３１から排気される。
なお、第１の圧力制御工程にキャリアガスを用いる場合には、Ｈ_２を用いることが好ましい。

〔２〕膜成長工程
主制御部２３９及びガス流量制御部２３５がＭＦＣ１８３、１８４の開度を調節した後、主制御部２３９及びガス流量制御部２３５がバルブ１７７、１７８を開き、原料ガス供給源１８０及びキャリアガス供給源１８１から処理室２０１内に原料ガス及びキャリアガスを供給する。このとき、処理室２０１内の温度を４００〜７５０℃、圧力を１０〜２００Ｐａとなるように調節する。ガス供給流量は５０〜２００００ｓｃｃｍとし、供給時間は１０〜６００ｓｅｃとする。
処理室２０１内に導入されたガスは、処理室２０１内を通り、ガス排気管２３１から排気される。

〔３〕第２の圧力制御工程
主制御部２３９及びガス流量制御部２３５がＭＦＣ１８４またはＭＦＣ１８５の開度を調節した後、主制御部２３９及びガス流量制御部２３５がバルブ１７８、１７９を開き、キャリアガス供給源１８１またはエッチングガス供給源１８２から処理室２０１内にキャリアガスまたはエッチングガスを供給する。このとき、処理室２０１内の温度を４００〜７５０℃、圧力を１０〜２００Ｐａとなるように調節する。ガス供給流量は５０〜２００００ｓｃｃｍとし、供給時間は１０〜６００ｓｅｃとする。

供給するガス（キャリアガスまたはエッチングガス）の総量は、後述するエッチング工程において供給するガス（キャリアガス及びエッチングガス）の総量と同量とする。処理室２０１内に導入されたガスは、処理室２０１内を通り、ガス排気管２３１から排気される。
なお、第２の圧力制御工程にキャリアガスを用いる場合には、H_２を用いることが好ましい。

〔４〕エッチング
主制御部２３９及びガス流量制御部２３５がＭＦＣ１８４、１８５の開度を調節した後、主制御部２３９及びガス流量制御部２３５がバルブ１７８、１７９を開き、キャリアガス供給源１８１及びエッチングガス供給源１８２から処理室２０１内にキャリアガス及びエッチングガスを供給する。このとき、処理室２０１内の温度を４００〜７５０℃、圧力を１０〜２００Ｐａとなるように調節する。ガス供給流量は５０〜２００００ｓｃｃｍとし、供給時間は１０〜６００ｓｅｃとする。
処理室２０１内に導入されたガスは、処理室２０１内を通り、ガス排気管２３１から排気される。

主制御部２３９は、上記〔１〕〜〔４〕の工程が所定の回数行われたか否かを判断する。所定の回数に達していない場合は、主制御部２３９は、再び上記〔１〕〜〔４〕の工程を行う。
なお、所定の回数は、以下の方法により求める。
（１）予備実験として実際にウエハに成膜処理を行う。
（２）ウエハを装置外に出し、膜厚測定装置にて膜厚を確認する。
（３）原料ガスの供給からエッチングガスの供給までの一周期の工程当たりの成長膜厚を求める。
（４）目的とする膜厚を一周期の工程当たりの成長膜厚で割ることで、必要な周期数を求める。
所定の回数に達した場合は、主制御部２３９は以下の終了処理を行う。

その後、主制御部２３９及びガス流量制御部２３５がバルブ１７８を開き、キャリアガス供給源１８１から処理室２０１内にキャリアガスを供給し、処理室２０１内を不活性ガスで置換するとともに、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される。

その後、主制御部２３９が駆動制御部２３７を介して昇降モータ２４８を駆動すると、昇降モータ２４８によりシールキャップ２１９及びボート７が下降して、マニホールド２０９の下端が開口されると共に、ウエハ３００がボート７に保持された状態でアウターチューブ２０５から炉口１６１を通ってロードロック室１４０内に搬出される。その後、処理済のウエハ３００は、ボート７より取出される。

このように、圧力制御工程においてキャリアガスまたはエッチングガスにより圧力を制御することで、真空排気装置２４６やＡＰＣバルブ２４２等の排気系の性能によらず、反応炉内を一定の圧力に制御することができ、再現性・安定性の高い成膜を行うことができる。
また、処理室２０１内の圧力を所定の圧力とすることで、膜の成長形状の制御範囲を拡大することができる。

以上に本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明の実施形態によれば、基板の表面に露出したシリコン表面にシリコン系の堆積膜を選択成長させる基板処理方法において、基板を処理室内に搬入する工程と、前記処理室内の圧力を制御する第１の圧力制御工程と、前記処理室内に少なくともシラン含有ガス、又は、シラン含有ガス及びゲルマン含有ガスを供給して前記基板に堆積膜を成長させる工程と、前記処理室内の圧力を制御する第２の圧力制御工程と、前記処理室内に少なくともエッチングガスを供給して表面に露出したシリコン表面以外の部分をエッチングする工程と、を有する第１の基板処理方法が提供される。

好ましくは、第１の基板処理方法において、前記第１の圧力制御又は前記第２の圧力制御は、不活性ガス又は水素ガスの流量を調整することにより行う。

好ましくは、第１の基板処理方法において、前記第１の圧力制御又は前記第２の圧力制御は、排気系に設けられた圧力制御弁を調整することにより行う。

好ましくは、第１の基板処理方法において、
前記第１の圧力制御工程は、基板の表面に露出したシリコン表面上に縦方向に堆積膜が堆積するように圧力を制御し、前記第２の圧力制御工程は、基板の露出したシリコン表面以外の部分に対して横方向にエッチングを行うように圧力を制御する。

本発明の他の実施形態によれば、基板の表面に露出したシリコン表面にシリコン系の堆積膜を選択成長させる基板処理装置において、前記基板を複数枚処理する処理室と、前記処理室内に少なくとも処理ガス及びエッチング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、少なくとも前記処理室内で処理を行う前に前記処理室内の圧力を制御する圧力制御部と、少なくとも前記処理ガスと前記エッチングガスとを交互に供給するように前記ガス供給手段を制御する制御部と、を有する基板処理装置が提供される。

本発明の好ましい実施形態に係る基板処理装置の概略的な構成を示す斜透視図である。本発明の好ましい実施形態に係る基板処理装置の概略的な内部構成を示した縦断面図である。選択エピタキシャル成長を行う主制御部２３９の制御プロセスを示すフローチャートである。

符号の説明

２０１処理室
３００ウエハ（基板）

Claims

基板の表面に露出したシリコン表面にシリコン系の堆積膜を選択成長させる基板処理方法において、
基板を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内の圧力を制御する第１の圧力制御工程と、
前記処理室内に少なくともシラン含有ガス、又は、シラン含有ガス及びゲルマン含有ガスを供給して前記基板に堆積膜を成長させる工程と、
前記処理室内の圧力を制御する第２の圧力制御工程と、
前記処理室内に少なくともエッチングガスを供給して表面に露出したシリコン表面以外の部分をエッチングする工程と、
を有する基板処理方法。