JP2013258188A - 基板処理方法と半導体装置の製造方法、および基板処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】成膜速度を確保しつつ、所望のドーパント濃度を有するソース／ドレイン領域を形成することができる基板処理方法と半導体装置の製造方法、および基板処理装置を提供する。
【解決手段】表面の少なくとも一部に絶縁膜を有するとともに基板上にソース部とドレイン部とゲート部を有し、前記ゲート部の下方に配置されたゲートチャネルに単結晶シリコンを用いた構造を有する基板を処理する基板処理方法であって、少なくともシリコン含有ガスとドーピングガスとを供給して非晶質のドープトシリコンと、単結晶のドープトシリコンとを成長させる工程と、前記非晶質のドープトシリコンと前記単結晶のドープトシリコンとを加熱することで前記単結晶のドープトシリコンを種として前記非晶質のドープトシリコンを単結晶化させる工程と、を有する基板処理方法。
【選択図】図３

Description

本発明は、固相エピタキシャル成長における基板処理装置と半導体装置の製造方法、および基板製造方法に関するものである。
半導体デバイスの高性能化において素子微細化の物理的限界が近づいており、性能向上を達成する新たな技術の一つに歪Ｓｉ技術が期待されている。これはＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のチャネル部分に圧縮応力、引っ張り応力のいずれかを加えてＳｉの結晶格子を歪ませると、等方的であったＳｉ結晶のバンド構造の対称性が崩れ、エネルギー準位の分裂が生じバンド構造が変化することで、格子振動によるキャリヤ散乱の減少や有効質量の低減により正孔と電子の移動度が向上するものである。
チャネル部分への歪みの印加方法として、ソース／ドレイン部にＳｉより格子定数の大きいＧｅを添加したＳｉＧｅ膜をエピタキシャル成長させ、間接的にチャネル部に圧縮応力を印加する方法や、逆にＳｉより格子定数の小さなＣを添加したＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させ引っ張り応力を印加する方法が知られている。（例えば、特許文献１）
圧縮応力を印加することで正孔の移動度が向上することからＳｉＧｅはｐＭＯＳ（ｐ ｃｈａｎｎｅｌ ＭＯＳＦＥＴ）、引っ張り応力を印加することで電子の移動度が向上することからＳｉＣはｎＭＯＳ（ｎ ｃｈａｎｎｅｌ ＭＯＳＦＥＴ）に適用される。
引っ張り応力により電子の移動度を向上させるｎＭＯＳではソース／ドレイン部にＳｉＣをエピタキシャルさせる際、ｎ型の不純物としてＰをドーピングさせることが一般的である。
しかし、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置において、ＳｉＨ４などのＳｉ含有ガスとＰＨ３などのＰ含有ガスを同時に流し、ｉｎ−ｓｉｔｕにてＰをドーピングさせるＳｉのエピタキシャル成長では、Ｐ濃度が高くなる、すなわち、Ｐ含有ガスの分圧が高くなると成長速度が著しく遅くなることが知られている（例えば非特許文献１の図２（ａ））。これは、例えば高ＰＨ３分圧にてウエハ表面がＰで被覆されることによりＳｉのダングリングボンド（共有結合の手）が塞がれてしまうことでＤＲ（Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｒａｔｅ：成膜速度）が遅くなってしまうためであり、このため、Ｐ濃度を所望の濃度まで高くしてＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させることが出来ない、若しくは、Ｐ濃度を高くした場合に生産性が著しく悪化してしまうという問題があった。
特開２００６−１３１０６号公報
Ｓｕｒｆ．Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ａｎａｌ．，３４（２００２）４２３
本発明はかかる実情に鑑み、成膜速度を確保しつつ、所望のドーパント濃度を有するソース／ドレイン領域を形成することができる基板処理方法と半導体装置の製造方法、および基板処理装置を提供する。
本発明の一態様によれば、表面の少なくとも一部に絶縁膜を有するとともにソース部とドレイン部とゲート部を有する基板を処理する基板処理方法であって、少なくともシリコン含有ガスとドーピングガスとを供給して非晶質のドープトシリコンと、前記ゲート部の下方に設けられたゲートチャネルに単結晶のドープトシリコンとを成長させる工程と、前記非晶質のドープトシリコンと前記単結晶のドープトシリコンとを加熱することで前記単結晶のドープトシリコンを種として前記非晶質のドープトシリコンを単結晶化させる工程と、を有する基板処理方法が提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、表面の少なくとも一部に絶縁膜を有するとともにソース部とドレイン部とゲート部を有する基板を処理する半導体装置の製造方法であって、少なくともシリコン含有ガスとドーピングガスとを供給して非晶質のドープトシリコンと、前記ゲート部の下方に設けられたゲートチャネルに単結晶のドープトシリコンとを成長させる工程と、前記非晶質のドープトシリコンと前記単結晶のドープトシリコンとを加熱することで前記単結晶のドープトシリコンを種として前記非晶質のドープトシリコンを単結晶化させる工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
さらに、本発明の一態様によれば、表面の少なくとも一部に絶縁膜を有するとともにソース部とドレイン部とゲート部を有する基板と、前記基板を処理する処理室と、前記処理室内を加熱する加熱機構と、前記処理室に少なくともシリコン含有ガスとドーピングガスとを供給するガス供給部と、少なくとも前記加熱機構と前記ガス供給部とを制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記シリコン含有ガスと前記ドーピングガスとを供給することで非晶質のドープトシリコンと、前記ゲート部の下方に設けられたゲートチャネルに単結晶のドープトシリコンを成長させた後、前記非晶質のドープトシリコンと前記単結晶のドープトシリコンを加熱することで前記非晶質のドープトシリコンを単結晶化させるように前記ガス供給部と前記加熱機構を制御する基板処理装置が提供される。
本発明によれば、成膜速度を確保しつつ、所望のドーパント濃度を有するソース／ドレイン領域を形成することができる基板処理方法と半導体装置の製造方法、および基板処理装置を提供することができる。
本発明に適用される基板処理装置の斜透視図である。 本発明に適用される基板処理装置の処理炉周辺の概略構成図である。 本発明における基板処理工程をｉｎ−ｓｉｔｕ方式を使用して行う場合を示したフローである。 固相エピタキシャル成長法について記載した概略図面である。 本発明の第１の実施の形態における単結晶ＳｉＣＰ膜の成膜工程を示した工程図である。 本発明の第２の実施の形態における単結晶ＳｉＣＰ膜の成膜工程を示した工程図である。 本発明における基板処理工程をｅｘ−ｓｉｔｕ方式を使用して行う場合を示したフローである。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態では、基板処理装置の一例である固相エピタキシャル成長方法を用いた装置における、高さ方向にウエハを並べる、所謂バッチ式縦型装置などで説明する。なお、バッチ式縦型装置とすることで、一度に処理できるウエハの数が多くなりスループットが向上する。
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明に適用される基板処理装置の斜透視図として示されている。
図１に示されているように、シリコン等からなる基板（ウエハとも言う）２００を収納したウエハキャリアとしてのカセット（ＦＯＵＰ、ポッドとも言う）１１０が使用されている本発明の基板処理装置１０１は、筐体１１１を備える。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。正面メンテナンス扉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、断熱部２１７ａを有するボート（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ガス排気管（図示せず）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、本発明による一実施の形態における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から掬い上げられると共に、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に対峙するように位置決めする。
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２００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）されていく。
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、さらに、ロードロック室１４１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。
図２は前記基板処理装置１０１の処理炉２０２及び処理炉２０２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を前記ボート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。なお、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３０９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。このようにアウターチューブ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ＭＦＣ１８３、１８４、１８５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にそれぞれ接続されている。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。
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前記シールキャップ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３０１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を貫通して前記ボート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。
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内に供給される。
また、第２の処理ガスは、第２のガス供給源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内に供給される。
第３の処理ガスは、第３のガス供給源１８２から供給され、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内に供給される。
また、処理室２０１内のガスは、ガス排気管２３１に接続された真空排気装置２４６としての真空ポンプにより、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１０１の処理炉２０２周辺の構成について具体的に説明する。
予備室としての前記ロードロック室１４１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１４１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１４１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１４１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１４１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が昇降する。
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と共にボート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１０１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、半導体デバイスの製造工程の一工程として、ウエハ２００などの基板上に成膜する方法について図３を用いて説明する。
なお、以下の説明において、基板処理装置１０１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。
図３は本発明における基板処理工程をｉｎ−ｓｉｔｕ方式を使用して行う場合を示したフローである。
複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填される（ＳＴＥＰ：０１）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（ＳＴＥＰ：０２）。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（ＳＴＥＰ：０３）。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整器としてのＡＰＣバルブ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（ＳＴＥＰ：０４）。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（ＳＴＥＰ：０５）。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。
例えば、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、処理ガスとして、それぞれＳｉＨ４又はＳｉ２Ｈ６のようなＳｉ含有ガス、ＣＨ３ＳｉＨ３のようなＣ含有ガス、ＰＨ３のようなＰ含有ガスが封入されており、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ＭＦＣ１８３、１８４、１８５の開度が調節された後、バルブ１７６、１７７、１７８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内に供給される。供給されたガスは、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ＳｉＣＰ（Ｐ ｄｏｐｅｄ ＳｉＣ）膜が堆積（デポジション）される（ＳＴＥＰ０６）。
前記ガス供給管２３２のガス供給口は、処理室２０１の天井近傍の位置より、処理室２０１の下部に臨んで鉛直下向きに開口している。なお、ガス供給管２３２の先端部を閉塞し、上下方向において相隣接する上下のウエハ２００間にそれぞれ処理ガスが供給されるよう、複数のガス供給口をガス供給管２３２の側壁部に設けるようにしてもよい。また、この場合は、各ガス供給口からウエハ２００間に供給される処理ガスの流量が同じになるようにガス供給管の開口面積ないし開口径をガス供給管２３２の圧力損失に基づいて調節してもよい。さらに、前記ガス供給管２３２は処理室下部に設けられて処理室下部から上部方向にガスを供給するように構成されていても良い。
ＳｉＣＰ成膜後、所定のパージガス（例えばＨ２ガス）によって処理室内の雰囲気がパージされ（ＳＴＥＰ：０７）、所定の熱処理温度まで昇温される（ＳＴＥＰ：０８）。
所定の熱処理温度まで昇温されると、一定時間、熱処理（アニール）が行われ（ＳＴＥＰ：０９）非晶質ＳｉＣＰ膜の単結晶化を行う。予め定められた熱処理時間が経過後、該熱処理では単結晶化しなかった非晶質ＳｉＣＰ膜のエッチングを行う。その後処理室内を降温し（ＳＴＥＰ：１０）、大気圧復帰する（ＳＴＥＰ１１）。
処理室内の圧力が大気圧に復帰すると、複数枚のウエハ２００を保持したボートが処理室外へ搬出（ボートアンローディング）される（ＳＴＥＰ：１２）。ボートが搬出されると、ウエハ２００を収容容器であるカセット１１０へ収容できる温度まで冷却し（ＳＴＥＰ：１３）、ウエハをカセット１１０へ搬送する（ＳＴＥＰ：１４）。
次に、基板処理装置でなされる横方向固相エピタキシャル成長を利用した基板処理工程について説明する。
図４は、固相エピタキシャル成長法（Ｓｏｌｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｇｒｏｗｔｈ：ＳＰＥ）について記載した概略図面である。
まず、図４（ａ）に記載されているように部分的に絶縁膜４０３を形成したＳｉ基板４０１の表面に非晶質のａ−Ｓｉ（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−Ｓｉｌｉｃｏｎ）膜４０２を成膜する。
次に、Ｓｉ基板の熱処理を行う。すなわち、Ｓｉ基板を約５００℃〜７００℃の温度で加熱する。Ｓｉ基板に熱処理を行うことで、図４（ｂ）に記載されるようにＳｉ開口部を種として絶縁膜状のａ−Ｓｉ膜４０２が単結晶化していく。そして、一定時間、熱処理を続ける事で、図４（ｃ）に記載されるように、絶縁膜状のａ−Ｓｉ膜４０２が全て単結晶化し、単結晶Ｓｉ４０４が成膜できる。
次に、本実施の形態におけるソース／ドレイン部への単結晶ＳｉＣＰ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ−Ｐ ｄｏｐｅｄ ＳｉＣ）の成膜方法について図５を用いて説明する。
図５は本発明の第１の実施の形態における単結晶ＳｉＣＰ膜の成膜工程を示した工程図であり、特に適用される基板処理プロセス（ＳＴＥＰ：０６〜ＳＴＥＰ：０９）を示した工程図である。
まず、図５（ａ）に記載されているようにＢＯＸ層５０１を有するＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板上にＭＯＳトランジスタを形成する。このＭＯＳトランジスタは、エッチングによってソース／ドレイン部を掘り下げ、ソース／ドレイン部の底部においてＢＯＸ層５０１が露出するように構成し、かつ、絶縁キャップ５０２下部に設けられるゲート部のチャネルとなる単結晶Ｓｉ５０４は少なくとも側壁がＳｉを露出するように構成している。
次に、基板処理装置１０１によってＳｉＨ４などのシリコン含有ガス、ＣＨ３ＳｉＨ３などの炭素含有ガス、ドーピングガスとしてのＰＨ３などのリン含有ガスを４５０〜６００℃の温度帯、１〜１０００Ｐａの圧力帯、例えば処理温度５３０℃、圧力９０Ｐａ、ＳｉＨ４供給流量２０００ｓｃｃｃｍ、１％ＰＨ３流量１００ｓｃｃｍで供給し、成膜処理することによって、図５（ｂ）に記載されるように酸化膜（ＳＯＩウエハのＢＯＸ層５０１やＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）層５０３）上には非晶質のＳｉＣＰ（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−Ｐ ｄｏｐｅｄ ＳｉＣ）膜５０５が成長し、ゲートチャネルのＳｉ膜５０４の側壁部には、単結晶のＳｉＣＰ５０６が成長する（ＳＴＥＰ：０６）。
また、単結晶のＳｉＣＰは高Ｐ濃度により成膜速度が遅くなってしまうが、非晶質のＳｉＣＰは成長速度が遅くならないので、所望のＰ濃度で厚く成膜することができる。
例えば、本発明を使用しなかった場合、すなわち、所望のＰ濃度としてＥｐｉ−Ｓｉ膜を成膜しようとすると１Å／ｍｉｎというＤＲにて成膜することとなるが、本発明を使用することで１５〜２０Å／ｍｉｎ程度の成膜速度を維持することが可能となる。
次に、５００℃〜７００℃の温度帯、例えば５５０℃の処理温度にて、一定時間、熱処理（アニール）することによって、図５（ｃ）のように、図５（ｂ）でＳｉ膜５０４の側壁部に成長した単結晶ＳｉＣＰ５０６が種となって非晶質のＳｉＣＰ５０５が単結晶化して単結晶ＳｉＣＰ膜５０７が成長する（ＳＴＥＰ：０９）。
このとき、処理温度を上述の温度帯域以上の高温で熱処理してしまうと非晶質のＳｉＣＰは多結晶化してしまい、単結晶のＳｉＣＰを得ることが出来なくなってしまうため、上記のような非晶質のＳｉＣＰが多結晶にならず、かつ、ＳＰＥが行われて単結晶ＳｉＣＰが生成される低い温度帯で熱処理を行うことが重要である。
図５（ｃ）の処理後、図５（ｄ）のように単結晶化しなかった非晶質のＳｉＣＰ膜５０５をエッチバックすることによって、ソース／ドレイン部に所望のＰ濃度を維持したＳｉＣＰエピタキシャル膜５０７を成膜することが可能となる。
このとき、ソース／ドレイン部のＳｉＣ膜にドーピングすべきＰの濃度は１×１０２０〜１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３となるように成膜することが望ましい。
ここで、第１の実施の形態では、説明の簡便化のため、基板処理プロセスをＳＴＥＰ：０６からＳＴＥＰ０９として説明したが、これに限られることはなく、ＳＴＥＰ：０３からＳＴＥＰ：１１までを基板処理プロセスとしても良いことはいうまでもない。
上述した通り、第１の実施の形態によれば、所望のＰ濃度を有したＳｉＣＰエピタキシャル膜をソース／ドレイン部に所定の速度で成膜するという効果を得ることが可能となり、これによりスループットを向上させることが可能になる。また、ゲートチャネルに対する引っ張り応力を印加することとなって、ｎＭＯＳにおける電子移動度を大きくしてｎＭＯＳの向上を図ることができる。
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態は、ＳＯＩ基板ではなくＳｉ基板を対象とし、Ｓｉ基板のソース/ドレイン部を掘り下げた底部に酸化膜を形成させて単結晶ＳｉＣＰを成膜する点において第１の実施の形態と異なる。
図６は本発明の第２の実施の形態における単結晶ＳｉＣＰ膜の成膜工程を示した工程図である。
処理対象となるＭＯＳトランジスタは絶縁膜であるＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）膜６０２を有し、Ｓｉ基板６０１のソース／ドレイン部を掘下げた状態で、ソース／ドレイン部の底部に酸化膜６０３（例えばＳｉＯ２）を形成し、絶縁キャップ６０４の下部に設けられたゲートチャネル部である単結晶Ｓｉ部６０１の側壁には単結晶Ｓｉが露出された状態の構造を有している。
図６（ａ）の構造を有した状態で第１の実施の形態と同一のプロセスで基板処理を行う。
すなわち、基板処理装置１０１によってＳｉＨ４などのシリコン含有ガス、ＣＨ３ＳｉＨ３などの炭素含有ガス、ドーピングガスであるＰＨ３などのリン含有ガスを４５０〜６００℃の温度帯、１〜１０００Ｐａの圧力帯、例えば処理温度５３０℃、圧力９０Ｐａ、ＳｉＨ４供給流量２０００ｓｃｃｃｍ、１％ＰＨ３流量１００ｓｃｃｍで供給し、成膜処理することによって、酸化膜上には非晶質のＳｉＣＰ（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−Ｐ ｄｏｐｅｄ ＳｉＣ）膜が成長し、ゲートチャネルのＳｉ膜６０１の側壁部には、単結晶のＳｉＣＰ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ−Ｐ ｄｏｐｅｄ Ｓｉｌｉｃｏｎ）６０６が成長する。
次に、５００℃〜７００℃の温度帯、例えば５５０℃の処理温度にて、一定時間、熱処理（アニール）することによって、図６（ｃ）のように、図６（ｂ）でＳｉ膜６０１の側壁部に成長した単結晶ＳｉＣＰ６０６が種となって非晶質のＳｉＣＰ６０５が単結晶化して単結晶ＳｉＣＰ膜５０７が成長する。
このとき、処理温度を上述の温度帯域以上の高温で熱処理してしまうと非晶質のＳｉＣＰは多結晶化してしまい、単結晶のＳｉＣＰを得ることが出来なくなってしまうため、上記のような非晶質のＳｉＣＰが多結晶にならず、かつ、ＳＰＥが行われて単結晶ＳｉＣＰが生成される低い温度帯で熱処理を行うことが重要である。
図６（ｃ）の処理後、図６（ｄ）のように単結晶化しなかった非晶質のＳｉＣＰ膜６０５をエッチバックすることによって、ソース／ドレイン部に所望のＰ濃度を維持したＳｉＣＰエピタキシャル膜６０７を成膜することが可能となる。
このとき、ソース／ドレイン部のＳｉＣ膜にドーピングすべきＰの濃度は１×１０２０〜１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３となるように成膜することが望ましい。
以上のように、第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態によって得られる効果に加えて、ＳＯＩ基板のみならず、通常のＳｉ基板においてもＥｐｉ−ＳｉＣＰ膜を効率よく成膜することが可能となる。
＜第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態について説明する。
第３の実施の形態は、成膜処理と熱処理（アニール処理）とを別装置で実施する場合、すなわちｅｘ−ｓｉｔｕアニールにて基板処理を行う点において第１の実施の形態と異なる。
図７は本発明における基板処理工程をｅｘ−ｓｉｔｕ方式を使用して行う場合を示したフローである。
本実施例ではＳＴＥＰ：０７である処理室内のパージまでは上述した第１および第２の実施の形態と同一の処理を行うため、詳細な説明は省略する。
ＳＴＥＰ：０７にて処理室内の雰囲気をパージした後、処理室内の圧力を大気圧復帰させる（ＳＴＥＰ：１０１）。処理室内の圧力を大気圧に復帰させると、ボートを搬出（ボートアンロード）し（ＳＴＥＰ：１０２）、ウエハ２００が所定の温度になるまで冷却を行う（ＳＴＥＰ１０３）。その後、ウエハ２００が十分に冷却されると、ウエハを搬送する（ＳＴＥＰ：１０４）
以上のように第３の実施の形態によれば、第１または第２の実施の形態と同様の効果を得られる効果に加えて、ｅｘ−ｓｉｔｕ方式を使用することで、成膜処理と熱処理を別装置によって処理することが可能となり、成膜処理のスループット向上を図ることが出来る。
以上、本発明を図面を用いて説明してきたが、本発明の趣旨を逸脱しない限り、様々な変更が可能である。
例えば上記した第１および第２の実施の形態では、ゲートチャネル部分の単結晶Ｓｉ部に絶縁キャップ（Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ｃａｐ）を設けて記載したが、この絶縁キャップを設けずにゲートチャネル部の単結晶Ｓｉ表面においてもＳｉを露出させて成膜処理を行っても良い。
また、上述した本発明にかかる一実施の形態では、３種類のガスを混合して１本のガス供給管によって処理室内にガスを供給するように説明したが、これに限らず、ガス供給管を複数本設けても良いし、ガス種毎に独立したガス供給管を設けて処理室内に供給した後に混合されるようにしても良い。
さらに、上述した本発明にかかる一実施の形態では、縦型バッチ式の基板処理装置を用いて説明を行ったが、これに限らず、特定条件の下で枚葉方式による基板処理装置に適用しても良い。
さらに、上述した本発明にかかる一実施の形態では、導電性の不純物を含んだドープトシリコンを成膜するためにドーパントとしてリン（Ｐ）を利用して説明したが、これに限らず、ヒ素（Ａｓ）や、アンチモン（Ｓｂ）をドーパントとしてこれらの元素を含むガスをドーピングガスとして利用することで不純物をドーピングしても良い。
以上、本発明を実施形態に沿って説明してきたが、ここで本発明の主たる態様を付記する。
（付記１）
表面の少なくとも一部に絶縁膜を有するとともにソース部とドレイン部とゲート部を有する基板を処理する基板処理方法であって、
少なくともシリコン含有ガスとドーピングガスとを供給して非晶質のドープトシリコンと、前記ゲート部に設けられたゲートチャネルに単結晶のドープトシリコンとを成長させる工程と、
前記非晶質のドープトシリコンと前記単結晶のドープトシリコンとを加熱することで前記単結晶のドープトシリコンを種として前記非晶質のドープトシリコンを単結晶化させる工程と、
を有する基板処理方法。
（付記２）
前記ゲートチャネルの側壁部には単結晶シリコンが露出しており、前記単結晶のドープトシリコンは、露出されている部分に成膜される付記１に記載の基板処理方法。
（付記３）
前記非晶質のドープトシリコンを単結晶化させる工程は、４００℃〜７００℃の温度帯で行われる付記１または２に記載の基板処理方法。
（付記４）
前記ソース部と前記ドレイン部の底部には酸化膜が成膜され、前記ゲートチャネルの側壁部には前記単結晶シリコンが露出している付記１〜３に記載の基板処理方法。
（付記５）
前記単結晶化させる工程は、固相エピタキシャル成長によって行われる付記１〜４に記載の基板処理方法。
（付記６）
表面の少なくとも一部に絶縁膜を有するとともにソース部とドレイン部とゲート部を有する基板を処理する半導体装置の製造方法であって、
少なくともシリコン含有ガスとドーピングガスとを供給して非晶質のドープトシリコンと、前記ゲート部の下方に設けられたゲートチャネルに単結晶のドープトシリコンとを成長させる工程と、
前記非晶質のドープトシリコンと前記単結晶のドープトシリコンとを加熱することで前記単結晶のドープトシリコンを種として前記非晶質のドープトシリコンを単結晶化させる工程と、を有する半導体装置の製造方法。
（付記７）
表面の少なくとも一部に絶縁膜を有するとともにソース部とドレイン部とゲート部を有する基板と、
前記基板を処理する処理室と、
前記処理室に少なくともシリコン含有ガスとドーピングガスとを供給するガス供給部と、
少なくとも前記ガス供給部を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記シリコン含有ガスと前記ドーピングガスとを供給することで非晶質のドープトシリコンと、前記ゲート部に設けられたゲートチャネルに単結晶のドープトシリコンを成長させるように前記ガス供給部を制御する基板処理装置。
（付記８）
前記処理室内を加熱する加熱機構をさらに有し、
前記制御部は、前記非晶質のドープトシリコンと単結晶のドープトシリコンを成長させた後、前記非晶質のドープトシリコンと単結晶のドープトシリコンを加熱することで前記非晶質のドープトシリコンを単結晶化させるように前記加熱機構を制御する付記７に記載の基板処理装置。
１０１：半導体製造装置、１１０：カセット、１１１：筐体、１１４：カセットステージ、１１８：カセット搬送装置、１０５：カセット棚、１２５：ウエハ移載機、１２５ｃ：アーム、１４１：ロードロック室、１４４：ガス供給管、１７６、１７７、１７８：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、１８４、１８５：ＭＦＣ、２００：ウェーハ、２０１：反応室、２０２：処理炉、２０５：反応管、２０６：ヒータ、２０９：マニホールド、２１７：ボート、２１７ａ：ボート断熱部、２３８：温度制御部、２３５：ガス流量制御部、２３１：ガス排気管、２３６：圧力制御部、２１９：シールキャップ、２３７：駆動制御部、２３９：主制御部、２４０：コントローラ、２４２：ＡＰＣバルブ、２４４：ボール螺子、２４８：昇降モータ、２４９：昇降台、２５０：昇降シャフト、２５４：回転機構、２５５：回転軸、２６４：ガイドシャフト、２６５：ベローズ、２５２：昇降基板、２５３：駆動部カバー、２５６：駆動部収納ケース、２５７：冷却機構、２５８：電力供給ケーブル、２５９：冷却水流路、２６０：冷却水配管。

Claims (4)

  1. 表面の少なくとも一部に絶縁膜を有するとともにソース部とドレイン部とゲート部を有する基板を処理する基板処理方法であって、
    少なくともシリコン含有ガスとドーピングガスとを供給して非晶質のドープトシリコンと、前記ゲート部に設けられたゲートチャネルに単結晶のドープトシリコンとを成長させる工程と、
    前記非晶質のドープトシリコンと前記単結晶のドープトシリコンとを加熱することで前記単結晶のドープトシリコンを種として前記非晶質のドープトシリコンを単結晶化させる工程と、
    を有する基板処理方法。
  2. 表面の少なくとも一部に絶縁膜を有するとともにソース部とドレイン部とゲート部を有する基板を処理する半導体装置の製造方法であって、
    少なくともシリコン含有ガスとドーピングガスとを供給して非晶質のドープトシリコンと、前記ゲート部に設けられたゲートチャネルに単結晶のドープトシリコンとを成長させる工程と、
    前記非晶質のドープトシリコンと前記単結晶のドープトシリコンとを加熱することで前記単結晶のドープトシリコンを種として前記非晶質のドープトシリコンを単結晶化させる工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  3. 表面の少なくとも一部に絶縁膜を有するとともにソース部とドレイン部とゲート部を有する基板と、
    前記基板を処理する処理室と、
    前記処理室に少なくともシリコン含有ガスとドーピングガスとを供給するガス供給部と、
    少なくとも前記ガス供給部を制御する制御部と、を有し、
    前記制御部は、前記シリコン含有ガスと前記ドーピングガスとを供給することで非晶質のドープトシリコンと、前記ゲート部に設けられたゲートチャネルに単結晶のドープトシリコンを成長させるように前記ガス供給部を制御する基板処理装置。
  4. 前記処理室内を加熱する加熱機構をさらに有し、
    前記制御部は、前記非晶質のドープトシリコンと単結晶のドープトシリコンを成長させた後、前記非晶質のドープトシリコンと単結晶のドープトシリコンを加熱することで前記非晶質のドープトシリコンを単結晶化させるように前記加熱機構を制御する請求項３に記載の基板処理装置。
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