JP4366183B2

JP4366183B2 - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP4366183B2
Application number: JP2003419290A
Authority: JP
Inventors: 有人小川
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc; Kokusai Denki Electric Inc
Current assignee: Kokusai Denki Electric Inc
Priority date: 2003-12-17
Filing date: 2003-12-17
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2023-12-17
Also published as: JP2005183514A

Description

本発明は半導体装置の製造方法に係り、特に基板上にエピタキシャル膜を選択成長させるために好適な方法である。

ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）の高集積化および高性能化に伴い、ＭＯＳＦＥＴのソース／ドレインに、リーク電流の低減および低抵抗化などが要請されている。

これらの要請に応え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。表面の一部に絶縁層（シリコン窒化膜もしくはシリコン酸化膜）を有すると共にシリコン層が露出したウェハの前記シリコン層上にシリコンエピタキシャル膜を選択成長させる方法として、シラン系ガスまたはゲルマン系ガスの少なくとも一方のガスと、塩素ガスもしくはフッ素ガスとを交互に供給し、選択シリコンエピタキシャル成長を行うようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、特許文献１ものでは、塩素ガスまたはフッ素ガス供給後、基板上に露出しているシリコン層上に塩素もしくはフッ素が付着し、次ステップにおけるシラン系ガスまたはゲルマン系ガス供給時に、基板上に露出しているシリコン層上へのシリコン膜の成長を阻害する。
そのために特許文献１ではシリコン層上に付着した塩素もしくはフッ素を、ジシランもしくはモノゲルマンを使用して取り除いているが、このとき、シリコン窒化膜もしくはシリコン酸化膜上にも、ジシランもしくはモノゲルマンが供給される。シリコン窒化膜上もしくはシリコン酸化膜上では、シリコン膜の成長に対する塩素もしくはフッ素の影響がない。したがって、シリコン層上に付着した塩素もしくはフッ素を取り除いている間に、シリコン窒化膜上もしくはシリコン酸化膜上にもシリコン膜が成長するため、シリコン層上のみに選択成長させるという選択性が破れ易い。このため、特許文献１では選択性の低下を引き起こすという問題がある。

これに対して、表面に絶縁層（Ｓｉ₃Ｎ₄またはＳｉＯ₂）を有し、シリコンが露出した基板に原料ガスを供給した後、選択性促進気体としてＣｌ₂ガスを供給し、その後選択性促進気体としてＨ₂ガスを供給することにより、選択エピタキシャル成長を行う方法も知られている（例えば、特許文献２参照）。ここで、Ｈ₂ガスを供給する目的は、絶縁層表面を非活性化させ、選択性を促進することにある。
これによれば、塩素ガスもしくはフッ素ガスの供給後に、Ｈ₂ガスを供給して絶縁層表面を非活性化させることにより、選択性の低下を防止できる。したがって、特許文献１での選択性の低下を抑制することが可能である。
特開平０４−１３９８１９号公報特開２００３−８６５１１号公報

しかしながら、特許文献２記載のものでは、半導体装置の製造方法において、水素ガスを供給するステップがあらたに加わり、スループットが低下するという問題があった。

本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、選択エピタキシャル成長の選択性の低下を防止しつつ、スループットを向上することが可能な半導体装置の製造方法を提供することにある。

第１の発明は、表面の一部に絶縁層を有すると共にシリコン層が露出した基板を処理室内に搬入する第１ステップと、前記処理室内にシラン系ガスを含む原料ガスを供給する第２ステップと、前記処理室内に塩素系ガスもしくはフッ素系ガスを供給する第３ステップと、前記処理室内に水素系ガスを供給する第４ステップと、前記第２ステップと前記第３ステップと前記第４ステップとを順に複数回繰り返して前記露出したシリコン層上に膜を成長させる第５ステップとを有し、前記第４ステップでの処理室内の圧力を、前記第２ステップまたは前記第３ステップでの処理室内圧力よりも大きくすることを特徴とする半導体装置の製造方法である。

第２ステップでシラン系ガスを含む原料ガスを供給することにより、露出したシリコン層上に膜が成長する。このとき、絶縁層上にシリコン結晶核が形成される。このシリコン結晶核は、第３ステップで塩素系ガスもしくはフッ素系ガスを供給することにより、この塩素系ガスもしくはフッ素系ガスと反応して除去される。このときシリコン膜上および絶縁層上に塩素もしくはフッ素が付着する。このシリコン膜上および絶縁層上に付着した塩素もしくはフッ素は、第４ステップで水素系ガスを供給することにより、この水素系ガスと反応して除去される。したがって、シリコン層上への成長膜の選択性の低下を防止できる。また、１回のシラン系ガス供給による膜厚を厚くすることができ、スループットが向上する。

また、水素系ガスを供給する第４ステップでの処理室内の圧力を、第２ステップまたは第３ステップでの処理室内圧力よりも大きくしたので、水素系ガスと塩素系ガスもしくはフッ素系ガスとの反応速度を増大させることができる。したがって、水素ガスを供給するステップがあらたに加わっても、スループットの低下を抑えることができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記第５ステップは成長温度を５００〜７００℃として行うことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
第５ステップは成長温度を５００℃より低くするとスループットが悪くなり実用的でない。また、成長温度を７００℃より高い温度とすると、インキュベーションタイムが短くなり、選択性が悪くなる。したがって、スループットおよび選択性がともに良好になる５００〜７００℃がよく、好ましくは５００〜６５０℃がよい。

第３の発明は、第１の発明において、前記第２ステップで供給するガスは、モノシランＳｉＨ₄、ジシランＳｉ₂Ｈ₆、モノシランＳｉＨ₄およびモノゲルマンＧｅＨ₄、ジシランＳｉ₂Ｈ₆およびモノゲルマンＧｅＨ₄からなる群から選択される少なくとも一つのガスであり、前記第３ステップで供給するガスは塩素Ｃｌ₂，塩化水素ＨＣｌ、フッ素Ｆ₂からなる群から選択される少なくとも一つのガスであり、前記第４ステップで供給するガスは水素Ｈ₂であることを特徴とする半導体装置の製造方法である。

第２ステップで供給するシラン系ガスを含むガスは、ＳｉＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆、ＳｉＨ₄およびＧｅＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆およびＧｅＨ₄からなる群から選択される少なくとも一つのガスであることが好ましい。モノシランとジシランとを比べると、モノシランよりもジシランの方が低温で分解、成長しやすいので、低温化の更なる要請に応えるにはジシランの方が好ましい。また、ＭＯＳＦＥＴ等の製造に当たっては、ソース／ドレイン上にエピタキシャル膜を成膜する場合、原料ガスとしてモノシラン又はジシランを用いる。また、ＳｉＧｅ−ＨＢＴ（Hetero Bipolar Transistor）等の製造に当たっては、コレクタ上にベース層としてのＳｉＧｅ膜を成膜する場合、原料ガスとしてモノシラン又はジシランとゲルマンとを一緒に用いる。

また、第３ステップで供給する塩素系ガスもしくはフッ素系ガスは、塩素（Ｃｌ₂），塩化水素（ＨＣｌ），フッ素（Ｆ₂）からなる群から選択される少なくとも一つのガスであることが好ましい。
第４ステップで供給するガスがＨ₂であると、Ｈ₂は、単独では成膜に寄与せず、成膜を生じないので最も好ましい。

第４の発明は、基板を処理する処理容器と、前記処理容器内で基板を支持する支持具と、処理容器内にシラン系ガスを含む原料ガス、塩素ガスもしくはフッ素ガス、および水素系ガスを供給する供給手段と、前記処理容器内の圧力を制御する圧力制御手段と、処理容器内の基板を加熱する加熱手段と、表面の一部に絶縁層を有すると共にシリコン層が露出した基板上の前記露出したシリコン層に膜を成長させる際に、処理容器内にシラン系ガスを含む原料ガス、塩素ガスもしくはフッ素ガス、および水素系ガスを順次供給するよう前記供給手段を制御するとともに、前記水素系ガス供給時での処理室内の圧力を、前記原料ガスまたは前記塩素ガスもしくはフッ素ガス供給時での処理室内圧力よりも大きくするよう前記圧力制御手段を制御する制御手段とを備えた基板処理装置である。これによれば、第１の発明を容易に実施できる。

本発明によれば、選択エピタキシャル成長の選択性の低下を防止しつつ、スループットを向上することができる。

以下に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
まず、図７を参照して、本発明の半導体装置の製造方法を実施するための二枚葉基板処理装置を構成する処理炉の概略を説明する。

石英製、炭化珪素製、又はアルミナ製の処理容器としての反応管２０３は、水平方向に処理室としての扁平な空間を有しており、その内部に基板としての半導体ウェハ２００を収容する。反応管２０３内部には半導体ウェハ２００を支持する基板保持手段としてのウェハ支持台２１７が設けられ、反応管２０３にはマニホールドとしてのガス導入フランジ２０９が気密に設けられ、ガス導入フランジ２０９には更に仕切弁としてのゲートバルブ２４４を介して搬送室（図示せず）が連接されている。ガス導入フランジ２０９には供給管としてのガス導入ライン２３２が接続されている。また、バックフランジ２１０には排気管としての排気ライン２３１が接続されている。この排気ライン２３１には反応管２０３内の圧力を所定の圧力に制御する圧力制御手段２４２が設けられている。また、排気ライン２３１には圧力ターボ分子ポンプ２３３が接続され、ターボ分子ポンプにより反応管２０３内を高真空に保つ。ガス導入ライン２３２には、反応管２０３内に導入するガスの流量を制御する流量制御手段２４１が設けられている。

処理炉はホットウォールタイプであり、そのために反応管２０３の上下にはそれぞれ加熱手段としての上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂが設けられ、反応管２０３内部を均一にもしくは所定の温度勾配を生じさせて加熱するようになっている。また、上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂには、それぞれのヒータ温度を制御する温度制御手段２４７が接続されている。また上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂおよび反応管２０３を覆うように断熱部材としての断熱材２０８が設けられている。反応管２０３内の温度、反応管２０３内に供給するガスの流量、および反応管２０３内の圧力は、それぞれ温度制御手段２４７、流量制御手段２４１、および圧力制御手段２４２により、所定の温度、流量、圧力となるよう制御される。また、温度制御手段２４７、流量制御手段２４１、および圧力制御手段２４２は、主制御部２４９により制御される。

次に、半導体デバイスの製造工程の一工程として、上述した枚葉ホットウォールタイプの処理炉を用いてウェハを処理する方法について説明する。ここでは、表面の一部に絶縁層、例えばシリコン窒化膜やシリコン酸化膜を有すると共に、シリコン層が露出した半導体ウェハの露出したシリコン層上に膜を選択成膜する。

反応管２０３内の温度がヒータ２０７ａ，２０７ｂにより処理温度に維持された状態で、ゲートバルブ２４４が開かれ、図示しないウェハ搬送ロボットにより図中左方より反応管２０３内に半導体ウェハ２００が搬入され、ウェハ支持台２１７に載置される（ウェハロード）。
ここではウェハ支持台２１７には２枚のウェハ２００が載置され、２枚のウェハ２００が同時に処理される。なお、同時に処理する２枚のウェハ２００の熱履歴を等しくするためにウェハ２００は２枚同時に反応管２０３内に搬送される。ウェハ２００が反応管２０３内に搬入されると同時にウェハ２００の処理温度までの昇温が開始される（プレヒート）。

ウェハ搬送ロボットが後退してゲートバルブ２４４が閉じられた後、反応管２０３内の温度はウェハ温度が処理温度となるよう温度制御手段２４７により制御される（温度安定化）。この反応管２０３内のウェハ２００の温度安定化の際、反応管２０３内にはガス導入ライン２３２より不活性ガスが導入されつつ排気ライン２３１より排気され、反応管２０３内は、不活性ガス雰囲気とされる。

反応管２０３内のウェハ２００の温度が処理温度に安定化した後、反応管２０３内にガス導入ライン２３２より、流量制御手段２４１により流量制御されたウェハ処理用のガスが導入され、排気ライン２３１より排気されることにより、ウェハ２００が処理される。

上述したウェハ処理用のガスの導入工程は、次の４つのステップから構成される。すなわち、反応管２０３内にシラン系ガスを含む原料ガスを供給する原料ガス供給ステップと、反応管２０３内に塩素系ガスもしくはフッ素系ガスを供給する塩素系ガス等供給ステップと、反応管２０３内に水素系ガスを供給する水素系ガス供給ステップと、原料ガス供給ステップと塩素系ガス等供給ステップと水素系ガス供給ステップとを順に複数回繰り返して露出したシリコン層上に膜を成長させる膜成長ステップとである。このとき、上述した原料ガス、塩素系ガス等、および水素系ガスは、流量制御手段２４１により流量制御されて反応管２０３内にそれぞれ供給される。
また、水素系ガス供給ステップでの反応管２０３内の圧力を、原料ガス供給ステップまたは塩素系ガス等供給ステップでの反応管２０３内圧力よりも大きくする。この圧力制御は圧力制御手段２４２によって行われる。

ウェハ２００の処理が完了すると、反応管２０３内の残留ガスを除去するために、反応管２０３内には、流量制御手段２４１により流量制御された不活性ガスがガス導入ライン２３２より導入されつつ、排気ライン２３１より排気され、反応管２０３内がパージされる。

反応管２０３内のパージ後、ゲートバルブ２４４が開かれ、ウェハ２００は、ウェハ搬送ロボットにより反応管２０３より搬送室へ搬出される（ウェハアンロード）。

なお、上述の温度制御手段２４７による反応管２０３内の温度制御、圧力制御手段２４２による反応管２０３内へのウェハ処理時のガス流量制御、ウェハ処理前または後の不活性ガスのガス流量制御、および圧力制御手段２４２による反応管２０３内の圧力制御は、主制御部２４９が各制御手段を制御することにより行われる。

原料ガス供給ステップで、シラン系ガスを含む原料ガスを供給することにより、露出したシリコン層上に膜が成長する。このとき、絶縁層上にシリコン結晶核が形成される。このシリコン結晶核は、塩素系ガス等供給ステップで、塩素系ガスもしくはフッ素系ガスを供給することにより、塩素系ガスもしくはフッ素系ガスと反応して除去される。このときシリコン膜上および絶縁層上に塩素もしくはフッ素が付着する。このシリコン膜上および絶縁層上に付着した塩素もしくはフッ素は、水素系ガス供給ステップで水素系ガスを供給することにより、水素系ガスと反応して除去される。したがって、シリコン層上への成長膜の選択性の低下を防止できる。

また、水素系ガスを供給する水素系ガス供給ステップでの反応管２０３内の圧力を、原料ガス供給ステップまたは塩素系ガス等供給ステップでの反応管２０３内圧力よりも大きくしたので、水素系ガスと、塩素系ガスもしくはフッ素系ガスとの反応速度を増大させることができる。したがって、水素ガスを供給するステップがあらたに加わっても、スループットの低下を抑えることができる。

上述したように実施の形態では、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ェハにおいて、シリコンウェハを反応管内に挿入し、反応管内にシラン系のガスと塩素ガスもしくはフッ素ガス、水素ガスを順次に導入し、これらを繰返して選択エピタキシャル成長を行う。これにより、塩素もしくはフッ素ガス供給後にシリコン表面に付着した塩素もしくはフッ素を水素ガスで取り除くことができる。このため、実施の形態では、シラン系ガスおよび塩素ガスもしくはフッ素ガスを交互に導入した場合に比べ、シラン系ガス供給時には塩素ガスもしくはフッ素ガスが残留していないので、１回のシラン系ガス供給による膜厚を厚くすることができ、スループットを向上させることができる。また、塩素もしくはフッ素はシリコン窒化膜もしくはシリコン酸化膜上におけるインキュベーション時間には影響を及ぼさないため、シリコン層上に付着した塩素またはフッ素は選択性を悪化させる要因となるが、実施の形態によれば、シリコン層上に付着した塩素またはフッ素を除去するので、選択性も同時に向上させることができる。
したがって、実施形態をＭＯＳＦＥＴに適用すれば、そのソース／ドレインのリーク電流の低減化、および低抵抗化を実現でき、半導体デバイス特性の向上と微細化を両立できる。

なお、実施の形態では枚葉ホットウォールタイプの装置を用いる場合について説明したが、本発明はこれに限らず、基板処理装置全般、例えば枚葉コールドウォール装置やバッチタイプの縦型装置にも適用することができる。また、上記実施の形態では選択エピタキシャル成長時の塩素系ガスもしくはフッ素系ガス後の処理について説明したが、本発明はこれに限らない。基板処理室内のセルフクリーニング、例えば、三フッ化塩素や三フッ化窒素を用いて処理室内に堆積したシリコンまたはシリコン窒化膜などを除去した際に、残留したクリーニングガス成分を除去する場合にも適用することができる。除去するためのガスは水素を含んだガス、例えばモノシランやアンモニアなど水素と結合したものに対しても適用できる。除去効果は、水素と結合したものに限らず、シリコンや窒素との結合によるものも含む。また、堆積する膜はシリコン膜に限らず、シリコン窒化膜など、基板表面にて化学反応を用いて膜を堆積させるもの全般に適用できる。

図７の構成を備えた枚葉ホットウォールタイプの処理炉を用いて、露出したポリシリコン層上にシリコンエピタキシャル膜を成膜した。
この時のプロセスシーケンス例を図１に示す。表面の一部に絶縁層１３を有すると共にポリシリコン層１１が露出したシリコンウェハ２００を、図示しないウェハ搬送ロボットにより反応管２０３内にロードする（ステップ１０１）。
シリコンウェハ２００が反応管２０３内に搬入されると、主制御部２４９下で制御される温度制御手段２４７によって上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂが制御されて、搬入と同時にウェハ２００の処理温度までプレヒートする（ステップ１０２）。

主制御部２４９で流量制御手段２４１を制御して、反応管２０３内に所定流量のジシランガスＳｉ₂Ｈ₆を供給する（ステップ１０３）。
ジシランガス供給後、主制御部２４９で流量制御手段２４１を制御して、反応管２０３内に所定流量の塩素ガスＣｌ₂を供給する（ステップ１０４）。
塩素ガス供給後、主制御部２４９で流量制御手段２４１を制御して、反応管２０３内に所定流量の水素ガスＨ₂を供給する（ステップ１０５）。

主制御部２４９によりステップ１０３とステップ１０４とステップ１０５とを順に複数回繰り返して、露出したポリシリコン層１１にエピタキシャル膜１２を成長させる。ここで、主制御部２４９で圧力制御手段２４２を制御することにより、ステップ１０５での反応管２０３内の圧力を、ステップ１０３またはステップ１０４での反応管２０３内圧力よりも大きくする。
図２に、上述した各種ガスの導入および圧力制御タイミング図を示す。

ポリシリコン層１１にエピタキシャル膜１２を成長した後、図示しないウェハ搬送ロボットにより反応管２０３内からウェハをアンロードする（ステップ１０６）。

ここで、上述したＳｉ₂Ｈ₆供給ステップ１０３、Ｃｌ₂もしくはＦ₂供給ステップ１０４、およびＨ₂供給ステップ１０５において生じる現象は、図３を用いて説明すれば次の通りである。
（ａ）Ｓｉ₂Ｈ₆供給ステップ
図３（ａ）に示すように、露出したシリコン層１１の表面にエピタキシャル膜１２が成長する。絶縁層１３上には膜は形成されないが、Ｓｉ結晶核１４が形成される。

（ｂ）Ｃｌ₂もしくはＦ₂供給ステップ
図３（ｂ）に示すように、絶縁層１３上のＳｉ結晶核１４がＣｌ₂もしくはＦ₂１５と反応して除去される。反応式を示せば次の通りである。
２Ｃｌ₂＋Ｓｉ→ＳｉＣｌ₄
２Ｆ₂＋Ｓｉ→ＳｉＦ₄
その際エピタキシャル膜１２、絶縁層１３上にＣｌもしくはＦが付着する。

（ｃ）Ｈ₂供給ステップ
図３（ｃ）に示すように、エピタキシャル膜１２、絶縁層１３上に付着したＣｌもしくはＦがＨ₂と反応して除去される。反応式を示せば次の通りである。
Ｈ₂＋２Ｃｌ→２ＨＣｌ
Ｈ₂＋２Ｆ→２ＨＦ

上述したジシランガス供給→塩素ガス供給→水素ガス供給というサイクルをｎ回（（Ｓｉ₂Ｈ₆供給→Ｃｌ₂供給→Ｈ₂供給）×ｎ）行なう。これによりポリシリコン層１１上に成膜されたシリコンエピタキシャル膜厚を評価した。
図４に、ポリシリコン層上でのエピタキシャル膜厚と塩素ガス供給後における水素ガス供給時間の依存性を示している。水素ガス供給は塩素ガス供給後に行っている。縦軸にはシリコンエピタキシャル膜厚を、横軸には塩素ガス供給後における水素供給時間をそれぞれとっている。

この図４の特性を取得したときの条件は、成長温度６２５℃、ジシランガス流量２０ｓｃｃｍ、塩素ガス流量１０ｓｃｃｍである。ジシラン、塩素ガス供給時の圧力は０．０５Ｐａとした。水素ガス流量は５００ｓｃｃｍまたは１０００ｓｃｃｍとした。また、水素ガス供給時の圧力は水素ガス流量が５００ｓｃｃｍのときは１．１Ｐａとし、１０００ｓｃｃｍのときは８．７Ｐａとした。上記サイクルはｎ＝２０回である。
同図に示すように、塩素ガス供給後、水素ガスを供給しない場合には（Ｈ₂ガス供給時間が０ｓｅｃ時参照）、シリコンエピタキシャル膜厚は薄いが、塩素ガス導入後に水素ガスを導入するとシリコンエピタキシャル膜厚は厚くなり、水素ガス流量および供給時間を増加させると、より厚いシリコンエピタキシャル膜が得られることがわかる。

なお、塩素ガス供給後、真空引き（１×１０^-5Ｐａ、２４０ｓｅｃ）を行っても、シリコンエピタキシャル膜厚は１３．０ｎｍとなり、真空引きでは十分に塩素Ｃｌを取り除くことができなかった。また、Ｎ₂＝２ｓｌｍ、１２０ｓｅｃのパージを行っても、真空引きと同等の膜厚しか得られなかった。シリコン表面に付着している塩素がエピタキシャル成長を阻害していると考えられる。そのため、実施例１では、水素ガスを供給することにより、シリコンエピタキシャル成長阻害要因であるＣｌをＨ₂＋２Ｃｌ→２ＨＣｌという形で取り除いている。

上述したように、シラン系ガスであるＳｉ₂Ｈ₆を用いたシリコンエピタキシャル成長において、単独では成膜されないＨ₂ガスを用いることにより、シリコン層上に付着した塩素Ｃｌ₂もしくはフッ素Ｆ₂を有効に取り除くことができる。したがって、スループットおよび選択性を向上させることができる。

実施例１において、好ましい処理条件は次の通りである。
（ａ）温度は、５００〜７００℃、好ましくは５００〜６５０℃である。
５００℃より低くするとスループットが悪くなり実用的ではない。
７００℃より高い温度とするとインキュベーションタイムが短くなり、選択性が悪くなる。

（ｂ）圧力は、Ｓｉ₂Ｈ₆，Ｃｌ₂供給時と、Ｈ₂供給時とで異ならせる。Ｓｉ₂Ｈ₆，Ｃｌ₂供給時は、１×１０^-5〜１Ｐａとする。Ｈ₂供給時は、０．１〜ｌ０００Ｐａ、好ましくは０．１〜１００Ｐａとする。
Ｈ₂供給時の圧力を０．１Ｐａより低くするとＨ₂とＣｌ，Ｆとの反応速度が遅くなりスループットが低下する。安全性を考慮すると１０００Ｐａ以下とするのが好ましい。
実施例１では、Ｈ₂供給時の圧力が、Ｓｉ₂Ｈ₆，Ｃｌ₂もしくはＦ₂供給時の圧力よりも高くなるよう制御している。これは、Ｈ₂供給時におけるＨ₂と、ＣｌもしくはＦとの反応速度を上げるためであり、シリコン表面に付着したＣｌもしくはＦを素早く除去するためである。
特に近年、低温化の要請があるが、低温化に伴い絶縁層上でのインキュベーションタイムが長くなり選択性は向上するものの、成膜速度が低下する。その場合であっても、Ｈ₂供給時の雰囲気を高圧にすることで、ＣｌもしくはＦの除去速度を上げることができ、その結果、スループットを向上させることができる。Ｈ₂供給時の雰囲気を高圧にするには、例えば、大流量のＨ₂を供給することにより行う。

（ｃ）ガスは、シラン系ガスを含む原料ガスとして、ＭＯＳＦＥＴを製造する場合には、ＳｉＨ₄，Ｓｉ₂Ｈ₆が良い。またシラン系ガスを含む原料ガスにゲルマニウム系ガスを含ませてＳｉＧｅ−ＨＢＴを製造する場合には、ＳｉＨ₄＋ＧｅＨ₄，Ｓｉ₂Ｈ₆＋ＧｅＨ₄が良い。塩素系ガス、フッ素系ガスとして、Ｃｌ₂，ＨＣｌ，Ｆ₂が良い。水素系ガスとして、単独では成膜に寄与せず、成膜を生じないＨ₂が最も好ましい。ガス流量例を挙げれば、ジシランガス流量５〜３００ｓｃｃｍ、塩素ガス流量１〜５００ｓｃｃｍ、水素ガス流量５０〜５００００ｓｃｃｍである。

なお、実施例１では、Ｈ₂供給時圧力を、Ｓｉ₂Ｈ₆，Ｃｌ₂もしくはＦ₂供給時の圧力よりも上昇させるようにしている。この点で、Ｈ₂供給時、圧力を上昇させないようにすることも可能であるが、その場合、Ｈ₂とＣｌの反応速度が低下し、トータルで見るとスループットが低下すると考えられるので、好ましくない。

また、実施例１では、（Ｓｉ₂Ｈ₆供給→Ｃｌ₂供給→Ｈ₂供給）×ｎとして、Ｈ₂供給を行なうようにしている。この点で、（Ｓｉ₂Ｈ₆供給→Ｃｌ₂供給）×ｎとして、Ｈ₂供給を行なわないようにすることも考えられるが、その場合、Ｓｉ₂Ｈ₆を供給しても、シリコン層上へのエピタキシャル成長が始まらない潜伏期間が生じるため、スループットが低下するというデメリットがあるので好ましくない。

実施例１では、Ｓｉ₂Ｈ₆とＣｌ₂とを順に供給するようにしている。しかし、本発明はこれに限定されない。例えば、Ｓｉ₂Ｈ₆とＣｌ₂とを同時に供給するようにしてもよい。図５に示すように、（Ｓｉ₂Ｈ₆＋Ｃｌ₂供給→Ｈ₂供給）×ｎとする。ただし、Ｃｌ₂はＳｉ₂Ｈ₆の分解を邪魔する可能性があり、また選択性が破れ易くなる可能性もあるため、Ｃｌ₂とＳｉ₂Ｈ₆は実施例１のように別々に供給する方が好ましい。

また、実施例１では、シリコン層上への選択エピタキシャル成長させる場合について説明したが、シリコン層上へのエピタキシャル成長と同時に、絶縁層上へ多結晶シリコン膜を成長させることも可能である。この場合、絶縁層としては、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜がある。
具体的には、Ｓｉ₂Ｈ₆ガスの供給時間を長くしたり、処理温度を高くしたりすることで、図６に示すように、シリコン層１１上にエピタキシャル膜１２を成長させると同時に、絶縁層１３上にポリシリコン膜１６を成長させることができる。

実施例１による表面の一部に絶縁層を有すると共にシリコン層が露出した基板を処理するプロセスシーケンス例を示すフロー図である。実施例１による各種ガスの導入および圧力制御タイミング図である。実施例１による各ステップにおいて生じる現象の説明図である。実施例１によるエピタキシャル膜厚の水素ガス供給時間依存性を示す図である。実施例２による各種ガスの導入および圧力制御タイミング図である。実施例３によるシリコン層上にエピタキシャル膜を、絶縁層上にポリシリコン膜を同時に成長させる説明図である。実施の形態の基板処理装置としての二枚葉装置の処理炉の概略説明図である。

符号の説明

１１露出したシリコン層
１２エピタキシャル膜
１３絶縁層
２００ウェハ

Claims

表面の一部に絶縁層を有すると共にシリコン層が露出した基板を処理室内に搬入する第１ステップと、
前記処理室内にシラン系ガスを含む原料ガスを供給する第２ステップと、
前記処理室内に塩素系ガスもしくはフッ素系ガスを供給する第３ステップと、
前記処理室内に水素系ガスを供給する第４ステップと、
前記第２ステップと前記第３ステップと前記第４ステップとを順に複数回繰り返して前記露出したシリコン層上に膜を成長させる第５ステップとを有し、
前記第４ステップでの処理室内の圧力を、前記第２ステップまたは前記第３ステップでの処理室内圧力よりも大きくすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記第５ステップは成長温度を５００〜７００℃として行うことを特徴とする請求項第１に記載の半導体装置の製造方法。
前記第２ステップで供給するガスはＳｉＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆，ＳｉＨ₄およびＧｅＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆およびＧｅＨ₄からなる群から選択される少なくとも一つのガスであり、前記第３ステップで供給するガスはＣｌ₂，ＨＣｌ，Ｆ₂からなる群から選択される少なくとも一つのガスであり、前記第４ステップで供給するガスはＨ₂であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。