JP4227616B2 - 基板処理装置及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
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従来の技術の一つとして、基板にナイトライド膜を形成する場合、石英製の反応管内壁面にポリシリコン膜をコーティングし、反応管内壁の石英と反応管内壁面に付着しようとするナイトライド膜との双方に対する接着強度が強いポリシリコン膜を設け、ナイトライド膜の脱落を防止するようにすることが公知となっている(例えば特開昭63−29522号公報参照)。
また、上記従来例とは別の技術として、減圧CVD法によって、エピタキシャルシリコン膜(以下、Epi−Si膜という。)やエピタキシャルシリコンゲルマニウム膜(以下、Epi−SiGe膜という)を形成することが知られている。Epi−SiGe膜は、ヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ(以下、HBTという)のベース層に用いられており、通信用高速LSIにおいて高い発信周波数特性を実現している。また、電界効果型トランジスタ(MOSFET)のウルトラシャロージャンクション形成のためのエレベーテッドソースドレイン成膜や近年開発が加速しているキャリアモビリティ向上のための歪シリコンチャネル成膜にも用いられている。
本発明者らは、Epi−SiGe膜の成膜処理を低温(例えば500°C)で行うのを繰り返すと、Epi−SiGe膜とSi基板との界面に著しく酸素が増加してしまうことを発見した。
本発明者らは、この原因について究明したところ、以下であることが判明した。
一般的に、室温・大気中ではSiよりもGeの方が酸化が起こりやすく、高温ではGeOがSiOより気化されやすい。一方、一度Epi−SiG成膜処理を行うと、処理室の内壁や基板支持体にGe原子を含む副生成物が付着し、基板支持体をロードロック室から搬出する際、処理室はゲートバルブにより閉鎖されているので、酸素を含んだ大気雰囲気に直接接触することはないが、基板支持体は大気雰囲気と接触し、この基板支持体に付着したGe原子が酸化されるなどして、Ge含有化合物(一例として、Ge含有酸化物:GeO)となって基板支持体に残る。また、基板支持体が大気雰囲気に晒された際、前記基板支持体には、水分などの酸素を含む物質も付着する。そして、前記基板支持体を処理室にロードする際、前記基板支持体に付着したGeOや水分の一部が脱離し、処理室内壁に付着しているGe原子を酸化する。前記基板支持体に付着した水分などの酸素を含む物質は処理室内を排気する際に、処理室外に容易に排出されるが、GeOは化合物であるため排気によって処理室外に排出することが困難である。そして、次のEpi−Si膜又はEpi−SiGe膜の成膜処理時の熱により、処理室内壁や基板支持体に付着したGeOから酸素が脱離する。この酸素は直接、基板に取り込まれたり、又、処理室内壁に付着したGe原子と反応してGeOになった後、再び脱離して基板に取り込まれたりして、基板界面の酸素濃度を増加させる。
尚、高温でEpi−Si膜又はEpi−SiGe膜を成膜させる場合は、水素ベークを例えば1000°C程度の高温で行うので、処理室内壁や基板支持体に付着したGeOが水素により還元気化され、処理室外に排出される可能性がある。ところが、Epi−Si膜又はEpi−SiGe膜を低温(例えば500°C)で成膜させる場合は、水素ベーク温度も700°C〜800°Cの低温で行うので、処理室内壁や基板支持体に付着したGeOに対する還元作用が低下し、多くの酸素が基板に取り込まれることになる。
本発明の目的は、Ge含有ガスを供給してEpi−SiGe等の成膜処理をする場合に、基板界面の酸素濃度上昇を抑え、良好な膜を形成することができる基板処理装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、処理室外で酸素を含む雰囲気に晒された基板支持体によって基板に酸素が取り込まれるのを防止することができる基板処理装置を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、結晶性の良好なEpi−SiGe等を基板上に形成することができる半導体デバイスの製造方法を提供することにある。
本発明の第1の特徴とするところは、基板を収容する処理室と、前記処理室に所望のガスを供給するガス供給手段と、前記基板を加熱する加熱手段と、前記処理室にゲルマニウム(Ge)含有ガスを供給して基板を処理する成膜処理と、前記処理室にシリコン(Si)含有ガスを供給して、前記成膜処理により形成されたゲルマニウム(Ge)含有化合物が付着された前記処理室内の所定の部分に対してコーティングするコーティング処理とを行うよう前記ガス供給手段及び前記加熱手段を制御する制御手段とを具備する基板処理装置にある。
本発明の第2の特徴とするところは、基板を収容する処理室と、前記処理室に所望のガスを供給するガス供給手段と、前記基板を加熱する加熱手段と、前記基板を支持する基板支持体と、前記基板支持体を処理室内外に移動させる移動手段と、処理室外で酸素を含む雰囲気に晒された基板支持体を処理室内に挿入した状態で、処理室内に処理ガスを供給して前記基板支持体をコーティングするよう前記ガス供給手段、前記加熱手段及び前記移動手段を制御する制御手段と、を具備する基板処理装置にある。
本発明の第3の特徴とするところは、基板を収容する処理室と、前記処理室に所望のガスを供給するガス供給手段と、前記基板を加熱する加熱手段と、前記基板を支持する基板支持体と、前記基板支持体を処理室内外に移動させる移動手段と、酸素を含む雰囲気に晒された前記基板支持体を処理室外から処理室内に挿入した後、次の基板処理を行う前に処理室内に処理ガスを供給して前記基板支持体をコーティングするよう前記ガス供給手段、前記加熱手段及び前記移動手段を制御する制御手段と、を具備する基板処理装置にある。
本発明の第4の特徴とするところは、基板を収容する処理室と、前記処理室に所望のガスを供給するガス供給手段と、前記基板を加熱する加熱手段と、前記処理室にゲルマニウム(Ge)含有ガスを供給して基板を処理する第1の成膜処理と、前記第1の成膜処理に続いて前記処理室に所望の処理ガスを供給して前記基板とは別の基板に対し処理する第2の成膜処理と、前記第1の成膜処理と第2の成膜処理との間に、前記処理室にシリコン(Si)含有ガスを供給して、前記処理室内の所定の部分に対し、コーティングするコーティング処理とを行うよう前記ガス供給手段及び前記加熱手段を制御する制御手段と、を具備する基板処理装置にある。
好ましくは、前記基板を支持する基板支持体と、この基板支持体を前記処理室内外に移動させる移動手段とを有し、前記制御手段は、前記第1の成膜処理後、処理済みの基板を支持した前記基板支持体が前記移動手段により前記処理室から払い出され、基板を支持していない前記基板支持体が前記移動手段により前記処理室に挿入された後、前記処理室内にSi含有ガスを供給し処理室内の基板支持体をコーティングするよう前記ガス供給手段、前記加熱手段及び前記移動手段を制御する。
また、好ましくは、前記制御手段は、処理室内にSi含有ガスを供給し処理室内の基板支持体をコーティングした後、基板支持体に未処理の基板を載置し、処理室内にてGe含有ガスを用いた第2の成膜処理を行うよう制御する。
また、好ましくは、前記成膜処理は、処理ガスとしてGe含有ガスを用いたEpi−SiGe成膜処理である。
また、好ましくは、前記基板処理装置において、Si含有ガスを用いて前記基板支持体をコーティングする。
また、好ましくは、前記基板処理装置において、前記処理ガスとしてSi含有ガスも用いる。
また、好ましくは、前記基板処理装置において、前記成膜処理がボロンをドープしたボロン含有Epi−SiGe成膜処理とし、Siコーティング膜の膜厚を30nm〜40nmとする。
また、好ましくは、前記基板処理装置において、Si含有ガスは、SiH4,Si2H6又はSiH2Cl2である。
また、好ましくは、前記基板処理装置において、Ge含有化合物はGe酸化物である。
本発明の第6の特徴とするところは、処理室にゲルマニウム(Ge)含有ガスを供給して基板を処理する成膜処理と、前記処理室にシリコン(Si)含有ガスを供給して、前記成膜処理により形成されたゲルマニウム含有化合物が付着された前記処理室内の所定の部分に対してコーティングするコーティング処理と、を行うよう処理室に所望のガスを供給するガス供給手段及び前記基板を加熱する加熱手段を制御する制御手段を備えた基板処理装置を使用し、基板上に半導体デバイスを製造する方法であって、基板を前記処理室内に搬送する工程と、前記処理室内に前記ガス供給手段により所望のガスを供給するガス供給工程と、前記基板を前記加熱手段により加熱する工程とを含む半導体デバイスの製造方法にある。
本発明の第7の特徴とするところは、処理室に所望のガスを供給して基板を処理する成膜処理と、前記処理室外で酸素を含む雰囲気に晒された基板支持体を処理室内に挿入した状態で、処理室内に処理ガスを供給して前記基板支持体をコーティングするコーティング処理と、を行うよう処理室に所望のガスを供給するガス供給手段及び前記基板を加熱する加熱手段を制御する制御手段を備えた基板処理装置を使用し、基板上に半導体デバイスを製造する方法であって、基板を前記処理室内に搬送する工程と、前記処理室内に前記ガス供給手段により所望のガスを供給するガス供給工程と、前記基板を前記加熱手段により加熱する工程とを含む半導体デバイスの製造方法にある。
本発明の第8の特徴とするところは、処理室に所望のガスを供給して基板を処理する成膜処理と、酸素を含む雰囲気に晒された前記基板支持体を処理室外から処理室内に挿入した後、次の基板処理を行う前に処理室内に処理ガスを供給して前記基板支持体をコーティングするコーティング処理と、を行うよう処理室に所望のガスを供給するガス供給手段及び前記基板を加熱する加熱手段を制御する制御手段を備えた基板処理装置を使用し、基板上に半導体デバイスを製造する方法であって、基板を前記処理室内に搬送する工程と、前記処理室内に前記ガス供給手段により所望のガスを供給するガス供給工程と、前記基板を前記加熱手段により加熱する工程とを含む半導体デバイスの製造方法にある。
本発明の第9の特徴とするところは、処理室に所望のガスを供給して基板を処理する成膜処理と、前記処理室にゲルマニウム(Ge)含有ガスを供給して基板を処理する第1の成膜処理と、前記第1の成膜処理に続いて前記処理室に所望の処理ガスを供給して前記基板とは別の基板に対し処理する第2の成膜処理と、前記第1の成膜処理と第2の成膜処理との間に、前記処理室にシリコン(Si)含有ガスを供給して、前記処理室内の所定の部分に対し、コーティングするコーティング処理と、を行うよう処理室に所望のガスを供給するガス供給手段及び前記基板を加熱する加熱手段を制御する制御手段を備えた基板処理装置を使用し、基板上に半導体デバイスを製造する方法であって、基板を前記処理室内に搬送する工程と、前記処理室内に前記ガス供給手段により所望のガスを供給するガス供給工程と、前記基板を前記加熱手段により加熱する工程とを含む半導体デバイスの製造方法にある。
なお、本発明は、前述した公知例とは、次の点で異なる。
特許文献1には、基板支持体に付着したGeO等の酸化物による汚染によって生成膜の結晶性が悪化する点の記載がなく、また前記酸化物をコーティングで封じ込める点の開示もない。特に、Geは酸化されやすく、また昇温時に酸素成分を放出しやすいので、Ge含有ガスを使用する場合は、生成膜の結晶性の悪化が顕著に現われる。本発明は、この点を解決したもので、Ge含有ガスで基板処理を行う場合に有効な技術であり、特許文献1にはこの点に関して開示や示唆する記載はない。
また、特許文献1は、処理室内壁に対してコーティングする点のみが開示され、請求項2又は3に係る本発明のように基板支持体に対してコーティングする点については開示されていない。特許文献1では、基板支持体が処理室外の酸素を含む雰囲気に晒され、基板支持体に酸素を含む化合物が付着したとしても、このような化合物を封じ込めることはできないものである。
図2は、本発明の実施形態に係る基板処理装置に用いた処理炉及びその周辺を示す断面図である。
図3は、本発明の実施形態に係る基板処理装置に用いた処理炉を示す断面図である。
図4は、本発明の実施形態に係る基板処理装置の制御装置によって制御される基板処理工程を示すフローチャートである。
図5は、本発明の実施例におけるSIMS分析結果を示すチャートである。
図6は、比較例におけるSIMS分析結果を示すチャートである。
図1には、本発明の実施形態に係る基板処理装置10が示されている。この基板処理装置10は、例えば縦型であり、主要部が配置された筺体12を有する。この筐体12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14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16が設けられ、該カセットステージ16の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ18が設けられ、該カセットエレベータ18には搬送手段としてのカセット移載機20が取り付けられている。カセットエレベータ18の後側には、カセット14の載置手段としてのカセット棚22が設けられ、このカセット棚22はスライドステージ23上に横行可能に設けられている。また、カセット棚22の上方にはカセット14の載置手段としてのバッファカセット棚24が設けられている。このバッファカセット棚24の後側にはクリーンユニット26が設けられ、クリーンエアを前記筺体12の内部を流通させるように構成されている。
筐体12の後部上方には、処理炉28が設けられ、この処理炉28内には、基板36に所定の処理を行う処理室88が形成されている。前記処理室88の下側には、半円筒形状の気密室としてのロードロック室30が仕切弁としてのゲートバルブ32により連接され、このロードロック室30の前面にはカセット棚22と対向する位置に仕切手段としてのロードロックドア34が設けられている。ロードロック室30内には、基板36を水平姿勢で多段に保持する基板支持体(ボート)38を、処理室88に昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ40が内設され、このボートエレベータ40には蓋体としてのシールキャップ42が取り付けられ、基板支持体38を垂直に支持している。ロードロック室30とカセット棚22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、この移載エレベータには搬送手段としての基板移載機44が取り付けられている。また、ロードロック室30には、パージガスを導入するためのパージノズル46が接続されている。
なお、前記カセット移載機20等の搬送動作を制御する搬送制御手段48がカセットステージ16の下方に設けられている。
以下、基板処理装置における一連の動作を説明する。
図示しない外部搬送装置から搬送されたカセット14は、カセットステージ16に載置され、このカセットステージ16でカセット14はその姿勢を90度変換され、更に、カセットエレベータ18の昇降動作、横行動作及びカセット移載機20の進退動作の協働によりカセット棚22又はバッファカセット棚24に搬送される。
基板移載機44によりカセット棚22から基板支持体38へ基板36が移載される。この基板36を移載する準備として、基板支持体38が前記ボートエレベータ40により降下され、ゲートバルブ32により処理室88が閉塞され、更にロードロック室30の内部にパージノズル46から窒素ガス等のパージガスが導入される。ロードロック室30が大気圧に復圧された後、ロードロックドア34が開かれる。
スライドステージ23はカセット棚22を水平移動させ、移載の対象となるカセット14を基板移載機44に対峙するように位置決めする。基板移載機44は昇降動作、回転動作の協働により基板36をカセット14から基板支持体38へと移載する。基板36の移載はいくつかのカセット14に対して行われ、基板支持体38に所定枚数の基板36の移載が完了した後、ロードロックドア34が閉じられ、ロードロック室30が真空引きされる。
真空引きが完了した後に再びパージノズル46よりパージガスが導入され、ロードロック室30内部が大気圧に復圧されるとゲートバルブ32が開かれ、ボートエレベータ40により基板支持体38が処理室88内に挿入され、ゲートバルブ32が閉じられる。尚、真空引き完了後に前記ロードロック室30内部を大気圧に復圧させず大気圧未満の状態で基板支持体38を処理室88内に挿入しても良い。処理室88内で基板36に所定の処理が為された後、ゲートバルブ32が開かれ、ボートエレベータ40により基板支持体38が引き出され、さらにロードロック室30内部を大気圧に復圧させた後にロードロックドア34が開かれる。
処理後の基板36は上記した作動と逆の手順により基板支持体38からカセット棚22を経てカセットステージ16に移載され、図示しない外部搬送装置により搬出される。
カセット移載機20等の搬送動作は、搬送制御手段48により制御される。
次に、本発明の実施形態に係る基板処理装置の処理炉28周辺の構成を図2に示す。
気密室としてのロードロック室30の外面に下基板50が設けられ、この下基板50に立設したガイドシャフト52の上端に上基板54が設けられ、下基板50と上基板54間にボール螺子56が回転自在に設けられている。このボール螺子56は上基板54に設けられた昇降モータ58に連結され、この昇降モータ58により回転される。昇降台60は、ガイドシャフト52に昇降自在に嵌合していると共に、ボール螺子56に螺合している。
昇降台60には中空の昇降シャフト62が垂設され、昇降台60と昇降シャフト62との支持部は気密となっている。昇降シャフト62はロードロック室30を構成する天板64を遊貫し、この昇降シャフト62の下端がロードロック室30の底面近くに到達するようになっている。天板64の貫通部は昇降シャフト62の昇降動に対して接触することがないよう充分な余裕があり、またロードロック室30と昇降台60との間には昇降シャフト62の突出部分を覆う伸縮性を有するベローズ66が気密に設けられ、このベローズ66は昇降台60の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有し、ベローズ66の内径は昇降シャフト62の外形に比べ充分に大きくベローズ66の伸縮で接触することがないようになっている。
昇降シャフト60の下端には昇降基板68が水平に固着される。この昇降基板68の下面には駆動部カバー70が取付けられ、駆動部収納ケース72が構成されている。昇降基板68と駆動部カバー70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72内部はロードロック室30内の雰囲気と隔離される。
また、昇降基板68の下面には基板支持体38を回転するための回転機構74が設けられ、この回転機構74の周辺に冷却手段76が設けられ、この冷却手段76により回転機構74が冷却されるようになっている。
電力供給ケーブル78が昇降シャフト60の上端から中空部を通って回転機構74に導かれて接続されている。また冷却手段76と前述したシールキャップ42には冷却流路80が形成されており、この冷却流路80には冷却水を供給する冷却水配管82が接続され、この冷却水配管82は昇降シャフト62の上端から昇降シャフト62の中空部を通っている。
昇降基板68の上面には、シールキャップ42が気密に設けられる。昇降モータ58を駆動すると、前述したボール螺子56を回転することで昇降台60及び昇降シャフト62を介して駆動部収納ケース72が上昇、下降するようになっている。
昇降台60の上死点近傍で前記シールキャップ42が処理室88の開口部である炉口84を閉塞し、基板処理が可能な状態とする。基板処理が完了すると、昇降モータ58が駆動されて、基板支持体38が降下され、基板36を外部に搬出できる状態となる。
本発明の実施形態に係る基板処理装置に用いた処理炉28の詳細を図3に示す。
処理炉28は、上部が閉鎖された円筒状のアウタチューブ86を有し、このアウタチューブ86内に処理室88が形成されている。この処理室88には、上方が開放された円筒状のインナチューブ90が配置され、このインナチューブ90内に前述した基板支持体38が挿入される。アウタチューブ86の外側には、発熱素線と断熱材よりなる加熱手段を構成するヒータ94が配置されている。また、アウタチューブ86は、円筒状のマニホールド95に支持されている。このマニホールド95には、ガス排気管98が設けられ、シールキャップ42には、前記シールキャップ42を貫通するようガス供給管96が設けられている。ガス供給管96は、開閉バルブ100、102、104、106及びマスフローコントローラ(MFC)108、110、112を介して第1乃至第3のガス供給源114、116、118に接続されており、これらによりガス供給手段が構成されている。一方、ガス排気管98は、排気バルブ120を介して真空ポンプ122に接続されている。ガス供給菅96から処理室88内に導入されたガスは、矢印で示すように、インナチューブ90内を通り、インナチューブ90とアウタチューブ86との間に形成されたガス通路を介してガス排気管98から排気される。
例えばコンピュータから構成された制御装置124は、ヒータ94による加熱を制御し、開閉バルブ100,102,104,106、MFC108,110,112、排気バルブ120等のガス供給、排気を制御し、さらに基板支持体38の処理室88への搬入、搬出等を制御するようになっている。
次に上記基板処理装置をEpi−SiGe成膜装置として用いた場合の工程について説明する。
なお、前述した第1のガス供給源114には、Si含有ガスとしてSiH4,Si2H6又はSiH2Cl2が封入され、第2のガス供給源116には、Ge含有ガスとしてGeH4が封入され、第3のガス供給源118にはH2が封入されている。
図4は、Epi−SiGe成膜処理フローを示すフローチャートである。
まず、ステップS10において、処理室88をクリーニングガス等によりクリーニングする。次のステップS11において、処埋室88内や基板支持体38に付着した副生成物がクリーニングされた後の初回のEpi−SiGe成膜処理であるか否かを判定する。初回であれば次のステップS12〜S14を飛ばし、ステップS15へ進む。初回でなければ(二回目以降であれば)ステップS12へ進む。このステップS12においては、基板支持体38のみ(基板36を載置していない状態の基板支持体38)を処理室88にロードする。
ステップS12により基板支持体38のみを処理室88にロードすると、次のステップS13において、Siコーティングを実施する。即ち、処理室88内の雰囲気を排気し、ヒータ94によって処理室88内を例えば650°C〜680°Cの温度に維持し、MFC108,112の開度を調節し、開閉バルブ100,102,106を開き、第1のガス供給源114及び第3のガス供給源118から処理室88内にSi含有ガス及びH2を導入し、所定時間経過後にSi含有ガス及びH2を排気する。これにより基板支持体38及び処理室88内壁(アウタチューブ86、インナチューブ90等を含む)に例えば30nm〜1μmの膜厚を有するSi膜をコーティングする。
次のステップS14において、Siコーティングされた基板支持体38を処理室88からアンロードし、次のステップ15において、アンロードされた基板支持体38に基板36を載置し、次のステップS16において、基板36が載置された基板支持体38を処理室88にロードする。
次のステップS17においては水素ベークを実施する。即ち、ヒータ94によって処理室88内を例えば700°C〜800°Cの温度に維持し、MFC112の開度を例えば5slmの流量が流れるように調節し、開閉バルブ100,106を開き、第3のガス供給源118から処理室88内にH2ガスを導入し、例えば30分経過後にH2ガスを排気する。これにより基板36の表面に存在する酸素を還元し、基板36の表面の酸素濃度を1017(atoms/cm3)オーダまで低下させる。
次のステップS18においてはEpi−SiGe成膜処理を実施する。即ち、処理室88内の雰囲気を排気し、ヒータ94によって処理室88内を例えば450°C〜550°Cの温度に維持し、MFC108,110,112の開度を調節し、開閉バルブ100,102,104,106を開き、第1のガス供給源114、第2のガス供給源116及び第3のガス供給源118から処理室88内にSi含有ガス、Ge含有ガス及びH2を導入し、所定時間経過後にこれらのガスを排気する。これにより基板36の表面にエピタキシャル成長したSiGe膜を生成する。
次のステップS19において、Epi−SiGe成膜処理した基板36を載置した基板支持体38をアンロードし、次のステップS20において、ロードロック室30から基板36を払い出し、次のステップS21において、Epi−SiGe成膜処理が最終回か否かを判定し、最終回でなければステップS11に戻り、最終回であれば処理を終了する。
ステップS18において、一度Epi−SiGe成膜処理を行うと、処理室88の内壁や基板支持体38にGe原子を含む副生成物が付着し、ステップS20において基板支持体38をロードロック室30から搬出する際、処理室88はゲートバルブ32により閉鎖されているので、酸素を含んだ大気雰囲気に直接接触することはないが、基板支持体38は大気雰囲気と接触し、この基板支持体38に付着したGe原子が酸化され、GeOとなって基板支持体38に残る。また、基板支持体38が大気雰囲気に晒された際、前記基板支持体38には、水分などの酸素を含む物質も付着する。そして、前記基板支持体38を処理室88にロードする際、前記基板支持体38に付着したGeOや水分の一部が脱離し、処理室88内壁に付着しているGe原子を酸化する。前記基板支持体38に付着した水分などの酸素を含む物質は処理室88内を排気する際に、処理室88外に容易に排出されるが、GeOは化合物であるため排気によって処理室88外に排出することが困難である。そのままでは次のEpi−SiGe膜の成膜処理時の熱により、処理室88内壁や基板支持体38に付着したGeOから酸素が脱離し、基板36に取り込まれ、基板36の界面の酸素濃度を増加させる。
しかしながら、この実施形態においては、初回を除いてステップS13において処理室88内壁、基板支持体38等の所定部分に対し、Siコーティングを実施しているので、処理室88内壁や基板支持体38に残ったGeO及びGe原子はSiコーティングにより封じ込まれ、GeOから酸素が脱離するのを防止することができる。特にこの実施形態のように、SiコーティングするSi含有ガスをEpi−SiGe成膜処理に用いるものと同じにすれば、ガス供給源を新たに設ける必要がなく、装置の原価を低減することができる。また、SiとGeは特性(熱膨張係数等)が似ているので、GeO上に形成されたSiコーティングは剥れにくく、パーティクル発生の原因とはならない。また、例えばコーティングとして窒化膜を使用した場合は、Epi−SiGe成膜時の熱により窒素が脱離し、この脱離した窒素が基板に取り込まれ、Epi−SiGe膜の結晶性に悪影響を及ぼすおそれがある。
次に実施例及び比較例について説明する。
[比較例]
Siコーティングを実施せず、表2と同じ条件でEpi−SiGe成膜処理した。得られた基板をSIMSで分析した結果を図6に示す。Epi−SiGe膜のSi基板との界面における酸素濃度が急激に増加していることが理解される。
なお、上記実施形態においては、前回のEpi−SiGe成膜処理に続いてEpi−SiGe成膜処理する工程について説明したが、前回のEpi−SiGe成膜処理に続いてEpi−Si成膜処理を行う場合にも本発明は有効である。
また、Siコーティング膜の膜厚は、成膜するEpi−SiGe膜の用途によって異なる。
即ち、歪Si膜を成膜する場合にEpi−SiGe膜をノンドープで成膜するが、この場合のSiコーティング膜の膜厚は30nm以下が好ましい。Siコーティング膜が30nmを越えると、スループット低下の原因になる。
また、HBTのベースやエレベーテッドドレンソースにEpi−SiGe膜を成膜する場合は、ボロンをドープするが、この場合は、ノンドープの場合に比べてSiコーティング膜をやや厚くし、30nm〜40nmとすることが好ましい。
ボロンドープEpi−SiGe成膜の場合は、前回の基板処理時に処理室内壁や基板支持体に付着したボロンが次の基板処理時に脱離し基板に取り込まれるいわゆるオートドーピングが発生する。特にボロンドープEpi−SiGe成膜後に別の基板に対しノンドープEpi−SiGe膜を成膜すると、前バッチで生成されたボロンが基板とノンドープ膜との界面に取り込まれ、SIMSで分析するとボロンのスパイク状のピークが見られるいわゆるボロンスパイクを生じる。
そこで、上記実施形態と同様にSiコーティング膜を形成すると、GeOと共にボロンを封じ込めることができ、オートドーピングやボロンスパイクの発生を防止することができる。
ただし、Siコーティング膜の膜厚が薄いとボロン封じ込めが十分でなくなるおそれがある。本発明者らは、Siコーティング膜の膜厚を10nmとした場合と30nm〜40nmとした場合におけるボロンドープ量をSIMSで分析した。その結果、Siコーティング膜の膜厚が10nmの場合は、ボロンドープEpi−SiGe膜のボロンドープ量が1019(atoms/cm3)オーダであるとき、Siコーティング後に別の基板に対して行ったノンドープEpi−SiGe膜のボロンドープ量が1018atoms/cm3)オーダとなり、Siコーティング後のノンドープEpi−SiGe膜にもボロンが出てしまう。一方、Siコーティング膜の膜厚を30nm〜40nmとした場合は、ノンドープEpi−SiGe膜のボロンドープ量が1016〜1017(atoms/cm3)オーダに抑えることができた。なお、Siコーティング膜の膜厚が40nmを越えると、スループット低下の原因になるので好ましくない。
さらに、上記実施形態においては、Epi−SiGe成膜処理について説明したが、エピタキシャルに限定されるものではなく、Poly−SiGe成膜処理やアモルファスSiGe成膜処理にも本発明は適用することができる。
例えばPoly−SiGe膜を成膜する場合は、Si基板との界面に多少の酸素が存在してもPoly−SiGe膜を形成することができるが、既にSi基板上に極薄のゲート酸化膜が形成された基板に対し、Poly−SiGe膜を成膜する場合、処理室内壁や基板支持体に付着した酸素が脱離してくると、ゲート酸化膜の膜厚増大につながり、デバイスの特性悪化を招くことになる。そこで、Siコーティング膜を形成して処理室内壁や基板支持体に付着した酸素の脱離を防止することによりこのような不具合を防止することができるものである。
以上述べたように、本発明によれば、Ge含有ガス等を供給して成膜処理をする場合に、基板界面の酸素濃度上昇を抑え、良好な膜を形成することができる。
Claims (8)
- 基板を収容する処理室と、
前記処理室に所望のガスを供給するガス供給手段と、
前記基板を加熱する加熱手段と、
前記処理室に少なくともゲルマニウム(Ge)含有ガスを供給して基板を基板支持体で支持しつつ処理する成膜処理と、前記処理室外へ搬送して酸素を含む雰囲気に晒された前記基板支持体を前記処理室に挿入した状態で前記処理室にシリコン(Si)含有ガスを供給して、前記成膜処理により前記処理室内壁及び前記基板支持体に付着したゲルマニウム(Ge)原子が酸化されて形成されたゲルマニウム(Ge)酸化物であるゲルマニウム(Ge)含有化合物が付着された前記処理室内壁及び前記基板支持体に対してシリコン(Si)コーティングするコーティング処理と、を行うよう前記ガス供給手段及び前記加熱手段を制御する制御手段と、
を具備することを特徴とする基板処理装置。 - 請求項1記載の基板処理装置において、前記成膜処理は、処理ガスとしてGe含有ガスを用いたEpi−SiGe成膜処理であることを特徴とする基板処理装置。
- 請求項1又は2いずれか記載の基板処理装置において、前記処理ガスとしてSi含有ガスも用いることを特徴とする基板処理装置。
- 請求項1乃至3いずれか記載の基板処理装置において、前記成膜処理がボロンをドープしたボロン含有Epi−SiGe成膜処理であり、前記制御手段は、Siコーティング膜の膜厚が30nm〜40nmとなるように前記ガス供給手段及び前記加熱手段を制御することを特徴とする基板処理装置。
- 請求項1乃至4いずれか記載の基板処理装置において、前記Si含有ガスは、SiH4,Si2H6又はSiH2Cl2であることを特徴とする基板処理装置。
- 請求項1記載の基板処理装置において、前記成膜処理は、処理ガスとしてGe含有ガスを用いたPoly−SiGe成膜処理又はアモルファスSiGe成膜処理であることを特徴とする基板処理装置。
- 請求項1乃至6いずれか記載の基板処理装置において、前記コーティング処理前には、前記成膜処理が成されたか否かを判断して、前記成膜処理が成された場合のみ前記コーティング処理を行うことを特徴とする基板処理装置。
- 基板支持体に支持された基板を処理室内に搬送する工程と、
前記処理室内に制御手段がガス供給手段を制御し所望のガスとして少なくともゲルマニウム(Ge)含有ガスを供給し、前記制御手段が加熱手段を制御し前記基板を加熱しつつ前記基板を処理する成膜処理工程と、
前記処理室外へ搬送して酸素を含む雰囲気に晒された前記基板支持体を前記処理室に挿入した状態で、前記処理室に前記制御手段が前記ガス供給手段を制御し所望のガスとしてシリコン(Si)含有ガスを供給して、前記成膜処理により前記処理室内壁及び前記基板支持体に付着したゲルマニウム(Ge)原子が酸化されて形成されたゲルマニウム(Ge)酸化物であるゲルマニウム(Ge)含有化合物が付着された前記処理室内壁及び前記基板支持体に対してシリコン(Si)コーティングするコーティング処理と
を含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
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