JP4371425B2 - 半導体装置の製造方法及び基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置を製造する方法に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体装置を製造する工程においては、減圧ＣＶＤ法（化学気相堆積法）によって、基板上に薄膜を成膜することが行われている。そのような成膜方法の１つとして、減圧ＣＶＤ法によって、ボロンをドープしたシリコン膜を成膜することが実施されている。従来、シリコン膜にボロンをドープするのにジボランが用いられていた。この場合に、反応炉内でボートに複数枚のウエハを垂直方向に積層支持した状態で、炉体下部よりガスを導入し、垂直方向に上昇させ、そのガスを用いて、熱ＣＶＤ法により、前記ウエハ上に薄膜を形成する減圧ＣＶＤ装置を用いると、ＣＶＤ装置内のボトム領域（下部領域）からトップ領域（上部領域）までの全領域において、膜厚および抵抗率の面内均一性が１０〜２０％と悪かった。
上記の膜厚面内均一性は、ジボランに代えて三塩化ホウ素を用いることによって大幅に改善され、全領域で膜厚面内均一性が１％以下であるようなボロンドープポリシリコン膜が得られることが判明している（特許文献１参照）。

特開２００３−１７８９９２号公報

しかしながら、シリコンに三塩化ホウ素を用いてボロンをドープした膜を成膜する場合において、成膜ラン（成膜バッチ処理）と次の成膜ランとの間が空くと、次の成膜ランにおいてＢ（ホウ素）濃度と成長速度が減少してしまうという問題があり、この場合、次の成膜ランでは製品を入れないで一度成膜ランを実施してから連続で製品を入れて成膜ランを実施する必要があった。

ところが、製品を入れないで一度成膜ランを実施すると、製品処理の効率が悪くなり、また時間をかけてランを実施しても必ずしも再現性良くＢ濃度と成長速度が得られるものではない。

本発明の目的は、例えばモノシランと三塩化ホウ素とを使用し、減圧ＣＶＤ法によってボロンドープシリコン膜を成膜するような場合、例えばボロンのようにドープされる元素の濃度と成長速度とのバッチ間均一性が良好な膜を作製することができる半導体装置の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の第１の特徴とするところは、基板を反応炉内に搬入するステップと、前記反応炉内で基板に対して処理を行うステップと、前記反応炉内に処理後の基板を収容した状態で、前記反応炉に対する真空引きと不活性ガスの供給を少なくとも１回以上行うことにより第１のパージを行うステップと、前記反応炉より処理後の基板を搬出するステップと、処理後の基板を前記反応炉より搬出後、次に処理する基板を前記反応炉内に搬入する前に、前記反応炉に少なくとも製品基板を収容していない状態で、前記反応炉に対する真空引きと不活性ガスの供給とを少なくとも１回以上行うことにより第２のパージを行うスッテップとを有し、前記第２のパージステップにおける単位時間当たりの反応炉内の圧力変化量を、前記第１のパージステップにおける単位時間当たりの反応炉内の圧力変化量よりも大きくした半導体装置の製造方法にある。

好適には、前記第２のパージステップにおける単位時間当たりの反応炉内の圧力変化量を３０Ｐａ／秒より大きく５００Ｐａ／秒以下とする。また好適には、請求項１に記載した半導体装置の製造方法において、前記第２のパージステップにおける前記反応炉内の最大圧力と最小圧力との差を、前記第１のパージステップにおける前記反応炉内の最大圧力と最小圧力との差よりも大きくする。また好適には、前記第１のパージステップ及び第２のパージステップにおいては、真空引きと不活性ガスの供給を複数回繰り返すようにし、前記第２のパージステップにおける真空引きと不活性ガス供給のサイクルを、前記第１のパージステップにおける真空引きと不活性ガス供給のサイクルよりも短くする。また好適には、前記第１のパージステップ及び第２のパージステップにおいては、真空引きと不活性ガスの供給を複数回繰り返すようにし、前記第２のパージステップにおける真空引きと不活性ガス供給のサイクル数を、前記第１のパージステップにおける真空引きと不活性ガス供給のサイクル数よりも多くする。また好適には、前記第１のパージステップ及び第２のパージステップにおいては、真空引きと不活性ガスの供給を複数回繰り返すようにし、前記第１のパージステップでは、前記反応炉内を排気する排気ラインに設けられた排気バルブを開いた状態で前記反応炉内に不活性ガスを供給し、前記第２のパージステップでは、前記排気バルブを閉じた状態で前期反応炉内に不活性ガスを供給する。また好適には、前記第１のパージステップは、基板を支持した支持具を前記反応炉内に収容した状態で行い、前記第２のパージステップは、少なくとも製品基板を支持していない支持具を前記反応炉内に収容した状態で行う。また好適には、前記第１のパージステップは、基板を支持した支持具を前記反応炉内に収容した状態で行い、前記第２のパージステップは、製品基板を支持することなくダミー基板を支持した支持具を前記反応炉内に収容した状態で行う。また好適には、前記基板処理ステップでは、ホウ素を含むガスを用いる。また好適には、前記基板処理ステップでは、基板上にボロンドープシリコン膜を形成する。また好適には、前記基板処理ステップでは、モノシラン（ＳｉＨ_４）と三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）を用いる。また好適には、前記第２のパージステップは、基板に対する処理を行う度に毎回行う。

本発明の第２の特徴とするところは、基板を支持具に装填するステップと、基板を装填した前記支持具を反応炉内にロードするステップと、前記反応炉内で基板に対して処理を行うステップと、処理後の基板を支持した前記支持具を反応炉よりアンロードするステップと、前記支持具をアンロードした後、処理後の基板を前記支持具より取り出すステップと、処理後の基板を取り出した後、少なくとも製品基板を前記支持具に装填することなく前記支持具を前記反応炉内にロードするステップと、少なくとも製品基板を装填していない前記支持具を前記反応炉内に収容した状態で、前記反応炉内に反応性ガスを導入することなく前記反応炉に対する真空引きと不活性ガスの供給を少なくとも１回以上行うことによりパージを行うステップと、を有し、前記パージステップにおける単位時間当たりの反応炉内の圧力変化量を３０Ｐａ／ｓｅｃより大きく５００Ｐａ／ｓｅｃ以下としたことを特徴とする半導体装置の製造方法にある。

前記第２のパージステップ又はパージステップにおいては、ＦＣＰ（Ｆａｓｔ Ｃｙｃｌｅ Ｐｕｒｇｅ）を用いるとよい。ＦＣＰとは、減圧ＣＶＤ装置の反応炉内において、メインバルブをショートサイクルで開閉することによって急激な圧力変動を発生させて、反応炉内を強力にパージする方法である。このＦＣＰを用いると、反応炉内、ボート、ダミーウエハ等に付着した例えばホウ素を除去し、成膜前の炉内状態を一様にすることができ、これにより成膜後のホウ素濃度や成長速度の変動を抑えることができる。

本発明の第３の特徴とするところは、基板を処理する反応炉と、前記反応炉内にガスを供給するガス供給ラインと、前記反応炉内に基板を搬入搬出する搬入搬出装置と、前記反応炉内に処理後の基板を収容した状態で、前記反応炉に対する真空引きと不活性ガスの供給を少なくとも１回以上行うことにより第１のパージを行うように制御すると共に、処理後の基板を前記反応炉より搬出後、次に処理する基板を前記反応炉内に搬入する前に、前記反応炉内に少なくとも製品基板を収容しない状態で、前記反応炉に対する真空引きと不活性ガスの供給を少なくとも１回以上行うことにより第２のパージを行うように制御し、更に、前記第２のパージにおける単位時間当たりの反応炉内の圧力変化量を、前記第１のパージにおける単位時間当たりの反応炉内の圧力変化量よりも大きくするように制御するコントローラと、を有する基板処理装置にある。
本発明の基板処理装置においては、前述した種々の方法を実施することができる。

本発明の実施形態に係る基板処理装置を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法における成膜手順を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるＦＣＰ手順を示すフローチャートである。 本発明に係る実施例において連続３ランでのＢ濃度の変化を示す図である。 本発明に係る実施例と比較例とにおいてＢ濃度のバッチ間アイドリング時間依存性を示す図である。 本発明に係る実施例において連続３ランでの成長速度の変化を示す図である。 本発明に係る実施例と比較例とにおいて成長速度のバッチ間アイドリング時間依存性を示す図である。 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法において、通常サイクルパージとＦＣＰとを比較した図である。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明がなされる前の予備的考察として、バッチ間のボロン濃度変動の原因は次のように考えられる。即ち、成膜前のボロンの、反応炉内壁面やボート表面等からの脱離量がバッチ間のアイドリング時間により異なってくるため、成膜時にドープされるボロン量が変化してボロン濃度が変動することが考えられる。
また、本実施形態のプロセスではボロンの触媒効果により膜成長が起こるため、ボロン濃度が変動することで成長速度が変動することが考えられる。成長前のボロンの、反応炉内壁面やボート表面等からの脱離量をできるだけ一定にするには、成膜前にある一定量の三塩化ホウ素を炉内に流すことや、成膜前に炉内を酸化コーティングすることが考えられる。しかし前者は基板と膜との界面にボロンが偏析する懸念があり、後者は炉内ガスクリーニング時に酸化された壁面でクリーニングが阻害される懸念があり、いずれも好ましい方策とはいえない。そこで、本発明者は、鋭意検討の結果、これらの問題を解決することができるＦＣＰ（Ｆａｓｔ Ｃｙｃｌｅ Ｐｕｒｇｅ）という強力なパージ方法を見出した。このＦＣＰを成膜前に常時行うことにより、反応炉内壁面やボート表面等からのボロンの脱離を促進させ、成膜前のボロンの反応炉内壁面やボート表面等からの脱離量を安定化させることができ、バッチ間のボロン濃度や成長速度の安定性を改善できることが判明した。
本発明の実施形態は、このような考察に基づいてなされたものである。

図１において、本発明の基板処理装置としてのホットウォール式のバッチ式縦型減圧ＣＶＤ装置の構造概略図が示されている。この減圧ＣＶＤ装置は、反応ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ_４）と三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）とを使用して、反応炉内で支持具としてのボートに複数枚のウエハを垂直方向に積層支持した状態で、炉体下部よりガスを導入し垂直方向に上昇させ、そのガスを用いて、熱ＣＶＤ法により、前記ウエハ上に、ボロンドープシリコン薄膜、すなわち、ボロンドープアモルファスシリコン薄膜またはボロンドープポリシリコン薄膜を形成するものである。

ホットウォール炉を構成し、基板としてのウエハ４を加熱する、４ゾーンに分かれたヒータ６ａ〜６ｄの内側に、反応炉１２の外筒である石英製の反応管すなわちアウターチューブ１およびアウターチューブ１内部のインナーチューブ２が、軸を垂直にして設置されている。この２種のチューブの間をメカニカルブースタポンプ７およびドライポンプ８を用いて真空引きができるようにしてある。従って、インナーチューブ２内側に導入される反応ガスは、インナーチューブ２内を垂直に上昇し、２種のチューブの間を下降して排気される。複数枚のウエハ４が中心をそろえて垂直方向に積層して装填された石英製のボート３はインナーチューブ２内に設置されている。ウエハ４が反応ガスにさらされた時に、気相中およびウエハ４表面での反応により、ウエハ４上に薄膜が形成される。なお、ボート３のウエハ４の装填された領域よりも下方の領域に装填された断熱板５は、ウエハ４が存在する位置範囲内の温度を均一化するためのものである。また、図１中、１０はボート回転軸であり、回転機構１７に連結されている。また、１１はステンレス製の蓋（シールキャップ）であり、搬入搬出装置（昇降装置）としてのボートエレベータ１８に連結されている。このボートエレベータ１８により、ボート３、回転軸１０、蓋１１及び回転機構１７が一体となって昇降させられ、ボート３を反応炉１２内にロードし、あるいはアンロードさせるようになっている。蓋１１は、アウターチューブ１およびインナーチューブ２を支持するステンレス製の炉口マニホールド１５に、シール部材としてのＯリング１１ａを介して密着して反応炉１２内を密閉する。また、回転機構１７により、回転軸１０を介してボート３が反応炉１２内で回転させられるようになっている。

なお、ボート３には、ウエハ４を支持するスロットが合計１７２個設けられている。例えば一番下のスロットから数えて１０スロット目までが下部ダミー領域Ｄ１であり、この下部ダミー領域Ｄ１に属するスロットにはダミーウエハ４が支持される。また、例えば１１から１６７スロット目までが製品ウエハ領域Ｐであり、この製品ウエハ領域Ｐに属するスロットには製品ウエハ４が支持される。また、例えば１６８から１７２スロット目までが上部ダミー領域Ｄ２であり、この上部ダミー領域Ｄ２に属するスロットにはダミーウエハ４が支持される。なお、ボート３のウエハ配列領域（Ｄ２、Ｐ、Ｄ１）よりも下方には、複数枚の断熱板５を支持する複数のスロットが設けられており、断熱板５は、後述する４つに分かれたヒータゾーンのうちＬゾーンに対応するヒータ６ｄよりも下側に配置される。また、図１中のトップ領域Ｔ、センタ領域Ｃ、ボトム領域Ｂとは、それぞれ、１２９から１６７スロット目までの製品ウエハ４の存在する領域、３７から１２８スロット目までの製品ウエハ４の存在する領域、１１から３６スロット目までの製品ウエハ４の存在する領域のことを示している。また、４つに分かれたヒータゾーンのうち、一番下のＬ（Ｌｏｗｅｒ）ゾーン（ヒータ６ｄに対応）は１スロット目より下側の、ウエハが殆ど存在しない領域に対応しており、下から二番目のＣＬ（Ｃｅｎｔｅｒ Ｌｏｗｅｒ）ゾーン（ヒータ６ｃに対応）は２から５６スロット目までのダミーウエハ４と製品ウエハ４とが混在する領域に対応しており、下から三番目すなわち上から二番ｍのＣＵ（Ｃｅｎｔｅｒ Ｕｐｐｅｒ）ゾーン（ヒータ６ｂに対応）は５７から１７２スロット目までの製品ウエハ４とダミーウエハ４とが混在する領域に対応しており、下から四番目すなわち一番上のＵ（Ｕｐｐｅｒ）ゾーン（ヒータ６ａに対応）はそれより上側のウエハの存在しない領域に対応している。

モノシランガス（ＳｉＨ_４）を供給する例えば石英製のノズル（ストレートノズル）１３はヒータと対向する領域より下方であって反応管下方の炉口マニホールド１５に設けられている。三塩化ホウ素ガス（ＢＣｌ_３）を供給する例えば石英ノズル１４は、長さの異なるものが複数本反応炉１２内に設置されており、三塩化ホウ素を複数箇所から途中供給することが可能であり、三塩化ホウ素ガス（ＢＣｌ_３）の分圧を反応炉１０内各位置において制御することができる。即ち、三塩化ホウ素ガス（ＢＣｌ_３）を供給する石英ノズル１４は複数本、ここでは合計５本設けられており、そのうちの１本のノズル（ストレートノズル１４ａ）は、モノシランガス（ＳｉＨ_４）を供給するノズル１３とともにヒータと対向する領域より下方であって反応管下方の炉口マニホールド１５に設けられており、その他の４本のノズル（Ｌ字状ノズル）１４ｂは、前記炉口マニホールドを通り、それぞれの噴出口が３０スロット目、７０スロット目、１１０スロット目、１５０スロット目の位置に対応するように、それぞれ等間隔に設けられており、三塩化ホウ素を、反応炉１０内の垂直方向における複数箇所から途中供給可能に構成されている。
なお、モノシランガス（ＳｉＨ_４）を供給するストレートノズル１３と三塩化ホウ素ガス（ＢＣｌ_３）を供給するストレートノズル１４ａとは、それぞれのガス噴出口がウエハ表面と平行な方向、すなわち水平方向に向いて開口しており、それぞれのガスをウエハ表面と平行な方向、すなわち水平方向に向かって噴出させるように構成されている。また、三塩化ホウ素ガス（ＢＣｌ_３）を供給する複数のＬ字状ノズル１４ｂのガス噴出口はウエハ表面とは垂直な方向、すなわち鉛直方向上方に向けて開口しており、ガスをウエハ表面とは垂直な方向、すなわち鉛直方向に向かって噴出させるように構成されている。

また、ノズル１３は、ガスライン２０に接続されている。このガスライン２０は、２股に別れ、この２股に分かれた一方が流量制御手段としてのマスフローコントローラ２１及びバルブ２２を介してモノシランガス（ＳｉＨ_４）源２３に接続されている。また、ガスライン２０の２股に別れた他方は、流量制御手段としてのマスフローコントローラ２４及びバルブ２５を介して窒素ガス（Ｎ_２）源２６に接続されている。５本のノズル１４は、５本に別れたガスライン２７に接続されている。このガスライン２７は、流量制御手段としてのマスフローコントローラ２８及びバルブ２９を介して三塩化ホウ素ガス（ＢＣｌ_３）源３０に接続されている。

前述したメカニカルブースタポンプ７とドライポンプ８とは、一端が炉口マニホールド１５に接続された排気管１６に設けられている。さらに、この排気管１６にはメインバルブ９が設けられている。このメインバルブ９には、ＡＰＣ（ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ）バルブが用いられており、反応炉１２内の圧力を所定値となるよう自動的に開度を調節するようになっている。

なお、制御手段としてのコントローラ３１は、ヒータ６ａ〜６ｄの加熱温度、メインバルブ９の開閉、メカニカルブースタポンプ７、ドライポンプ８の駆動、ボートエレベータ１８の駆動、回転機構１７の駆動、マスフローコントローラ２１、２４、２８の開度、バルブ２２、２５、２９の開閉等を制御する。

次に上記基板処理装置を用いて、半導体装置の製造工程の一工程として基板上にボロンドープシリコン膜を生成する成膜方法について説明する。成膜手順を図２に示す。なお、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３１により制御される。まずステップＳ１０において、反応炉１２内を成膜温度に安定化させた後、ステップＳ１２においてウエハ４を装填したボート３を反応炉１２内にロード（挿入）する。次にステップＳ１４においてリアクター（反応炉１２）内を排気し、次のステップＳ１６において、ボート３やチューブ１、２に吸着した水分等を脱離させるためにＮ_２パージを行なう。次のステップＳ１８においては、リアクター（反応炉１２）内リークチェックを行なった後、次のステップＳ２０において、モノシランと三塩化ホウ素の流量を設定し、反応炉１２内にガスを流して圧力を安定化させ、次のステップＳ２２において、ウエハ４上にボロンドープシリコン膜、すなわち、ボロンドープアモルファスシリコン膜またはボロンドープポリシリコン膜の成膜を行なう。成膜が終了したら次のステップＳ２４において、反応管内及び配管内をＮ_２でサイクルパージする（第１のパージステップ）。

この第１のパージステップは通常のサイクルパージ（Ｎｏｒｍａｌ Ｃｙｃｌｅ Ｐｕｒｅｇｅ：以下ＮＣＰという）であり、メインバルブ９は開いたままで、前述したバルブ２５を開閉してＮ_２ガスの供給、停止のみでサイクルパージを実施する。ステップＳ２４でＮＣＰを例えば３〜数サイクル実施した後、ステップＳ２６へ進む。ＮＣＰのパージ条件は例えば次の通りである。
１サイクルあたりの時間：４〜６ｍｉｎ
１サイクルあたりの真空引き時間：２〜３ｍｉｎ
１サイクルあたりのＮ_２供給時間：２〜３ｍｉｎ
トータル時間：１２〜１８ｍｉｎ
最小圧力（真空引きの際の到達圧力）：０．０５〜１Ｐａ
最大圧力（Ｎ_２供給時の到達圧力）：２０〜１００Ｐａ
サイクル数：３〜数回
Ｎ_２供給量：０．５〜１ｓｌｍ
単位時間当たりの圧力変化量：７Ｐａ／秒以下

次のステップＳ２６において、Ｎ_２でリアクター内を大気圧まで戻す。大気圧に戻ったら次のステップＳ２８においてボート３をアンロードし、次のステップＳ３０においてウエハ４を自然冷却する。最後にステップＳ３２においてウエハ４をボート３から取り出す。

次に成膜終了後の反応炉内をＦＣＰにてパージする方法について説明する。ＦＣＰ手順を図３に示す。図２に示した成膜が終了した後、ステップＳ３４において、製品ウエハを装填していないボート３を再度反応炉１２にロード（挿入）する。この場合、ダミーウエハはボート３から除いてもよいし、装填しておいてもよい。次にステップＳ３６において、メカニカルブースタポンプ７とドライポンプ８とを駆動して真空引きを開始する。リアクター（反応炉１２）内の圧力が所定値、例えば１．０ｋＰａ程度になったら、次のステップＳ３８でメインバルブ９を一気に開けて排気する。次のステップＳ４０においては、メインバルブ９を閉じ、次のステップＳ４２で再度Ｎ_２ガスをリアクター（反応炉１２）に導入する。次のステップＳ４４においては、ステップＳ３８〜Ｓ４２のサイクルが所定値、例えば１００回に達したか否かを判定し、所定値に達していない場合はステップＳ３８に戻り、所定値に達するまでこのサイクルを繰り返す。ステップＳ３８〜Ｓ４２のステップが所定値に達した場合は次のステップＳ４６に進む。ステップＳ４６においては、反応炉１２内の圧力が大気圧になるまで反応炉１２内にＮ_２を導入する。次のステップＳ４８において、製品ウエハを装填していないボート３をアンロードし、次のステップＳ５０において、ボート３にダミーウエハを装填していた場合は、ダミーウエハを冷却し、次のステップＳ５２において、次のバッチ、すなわち図２に示した成膜を開始する。
なお、ＦＣＰの好ましいパージ条件は次の通りである。
１サイクルあたりの時間：０．５〜２ｍｉｎ
１サイクルあたりの真空引き時間：０．２５〜１ｍｉｎ
１サイクルあたりのＮ_２供給時間：０．２５〜１ｍｉｎ
トータル時間：２０〜１００ｍｉｎ
最小圧力（真空引きの際の到達圧力）：０．０５〜１Ｐａ
最大圧力（Ｎ_２供給時の到達圧力）：１０００〜１２００Ｐａ
サイクル数：１０〜２００回
Ｎ_２供給量：０．５〜１ｓｌｍ
単位時間当たりの圧力変化量：３０Ｐａ／秒〜５００Ｐａ／秒、好ましくは１００Ｐａ／秒〜５００Ｐａ／秒
なお、単位時間当たりの圧力変化量が５００Ｐａ／秒を越えると、反応炉やポンプへの負担が大きなって基板処理装置のインターロック上実施するのは難しい。
このように、ＦＣＰは通常のサイクルパージと比較して、単位時間あたりの圧力変化量が極めて大きい（速い）ことが特徴である。

図８にステップＳ３８〜Ｓ４４に示したＦＣＰと、ステップＳ２４に示したＮＣＰとの、時間の経過に対する反応炉内の圧力変化量を表すグラフを比較して示す。グラフの横軸は、時間の経過（秒）を、縦軸は反応炉内の圧力（Ｐａ）をそれぞれ表している。図中Ｍ．Ｖ．開、Ｎ２ ＳＴＯＰとは、ＦＣＰにおいてメインバルブを開いた状態でＮ２の供給を停止する動作をいい、ハッチングをかけた丸で示す。また、図中Ｍ．Ｖ．閉、Ｎ２ ＩＮとは、メインバルブを閉じた状態でＮ２を供給する動作をいい、白丸で示す。また、図中Ｎ２ ＳＴＯＰとは、ＮＣＰにおいて、Ｎ２の供給を停止する動作をいい、黒の逆三角で示す。また、図中Ｎ２ ＩＮとは、ＮＣＰにおいて、Ｎ２を供給を停止する動作をいい、白の逆三角で示す。また、実線はＦＣＰにおける圧力変化を、点線はＮＣＰにおける圧力変化をそれぞれ表している。上述のようにＦＣＰはメインバルブ（Ｍ．Ｖ．）を開閉してサイクルパージを行う。一方、ＮＣＰは、メインバルブは開いたままでＮ_２の供給、停止によりサイクルパージを行う。
図８からも分かるように、ＦＣＰは、ＮＣＰと比較して単位時間当たりの反応炉内の圧力変化量が大きい。例えばＮＣＰでは単位時間当たりの圧力変化量が最大で７Ｐａ／秒程度であるのに対し、ＦＣＰでは最大で５００Ｐａ／秒程度である。また、ＦＣＰは、ＮＰＣと比較して最大圧力と最小圧力との差（圧力変動幅）が大きい。例えばＦＣＰでは圧力変動幅が１０００〜１２００Ｐａであるのに対し、ＮＣＰでは２０〜１００Ｐａ程度である。また、ＦＣＰは、ＮＣＰと比較してサイクル数が多い。例えばＦＣＰではサイクル数が１０〜２００回であるのに対し、ＮＣＰでは３〜数回である。

上述したように、ＦＣＰはＮＣＰと比較して特に反応炉内での単位時間当たりの圧力変化量が大きいので（ＦＣＰの単位時間当たりの圧力変化量はＮＣＰの４〜７０倍以上）、単位時間当たりに反応炉内を通過するガス流量、すなわちパージに寄与するガス流量も多くなり、圧倒的にパージ効果が大きい。

特に三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）を用いるプロセスを行う場合、ＮＣＰのみを行うようにすると、温度の比較的低いボトム領域Ｂから炉口部にかけての領域には、ＢＣｌ_３が離脱しやすい形態で多く存在する。このようにして残留したＢＣｌ_３は、ボートアンロードの際にＨＣｌとなって炉口部（ステンレス製のマニホールドやシールキャップ等）を腐食させる原因となり、次の成膜ランにおけるボロンドープシリコン膜の成長速度等に影響を及ぼす。すなわち、特に三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）を用いるプロセスを行う場合には、ＮＣＰでは、十分なパージ効果は得られない。そこで、上記実施形態では、ＦＣＰという強力なパージを実施するようにしている。これにより上記低温部に残留しようとするＢＣｌ_３を十分に除去することができ、次の成膜ランにおける基板処理に影響を及ぼさないようにすることができる。

次に実施例と比較例について説明する。

前述した減圧ＣＶＤ装置を用い、反応ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ_４）と三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）とを使用して、ボロンドープシリコン薄膜を形成した。成膜処理を行った毎にＦＣＰを実施した。
成膜処理は、反応炉１２内のトータル圧力を６６．５Ｐａ、ＳｉＨ_４流量を０．２ｓｌｍ、ＢＣｌ_３流量を０．００２ｓｌｍ、炉内温度を３８０〜４００°Ｃとして実施した。
ＦＣＰは、最大圧力（Ｎ２供給時の到達圧力）を１２００Ｐａ、最小圧力（真空引きの際の到達圧力）を０．１Ｐａ、１サイクル当たりの時間を１ｍｉｎ、圧力を最大圧力から最小圧力までに変動させる時間を５秒、サイクル数を１００回、トータル時間を１００ｍｉｎ、Ｎ２供給量を１ｓｌｍとして実施した。
比較例：
実施例と同様に成膜処理を行い、ＦＣＰは実施しなかった。

図４において、実施例のＢ濃度のバッチ（ラン）回数依存性、即ち連続３ランでのボロン（Ｂ）濃度をセンタ領域のスロット（＃８９）に載置した製品ウエハについて測定した結果が示されている。ＦＣＰを実施することにより、Ｂ濃度の変動は２％未満に収まっていることが確認できた。

図５において、実施例と比較例とのＢ濃度のバッチ間アイドル時間依存性が示されている。比較例（ＦＣＰ無し）では、Ｂ濃度は２〜６時間のアイドリングで急激に減少し、２４時間アイドリング後のＢ濃度も含めてそのばらつきは約±４％である。それに対し、実施例（ＦＣＰ有り）では、２４時間アイドリング後でもＢ濃度変化は±２％未満に収まっている。図４及び図５の結果から、ＦＣＰを実施することによりＢ濃度のバッチ間均一性を向上させることができることが分かる。

図６において、実施例のボロンドープシリコン薄膜の成長速度のバッチ（ラン）回数依存性、すなわち連続３ランでの成長速度の変化をトップ領域のスロット（＃１６７）とボトム領域のスロット（＃１１）に載置した製品ウエハについて測定した結果が示されている。ＦＣＰを実施することにより、成長速度の変動は２％未満に収まっていることが確認できた。

図７において、実施例と比較例とのボロンドープシリコン薄膜の成長速度のバッチ間アイドル時間依存性が示されている。比較例（ＦＣＰ無し）では、成長速度がバッチ間アイドル時間により大きくばらついているのに対し、実施例（ＦＣＰ有り）では、２４時間アイドリング後でも、更には３８時間アイドリング後でも成長速度の変動はほとんど無い。図６及び図７の結果から、ＦＣＰを実施することにより成長速度のバッチ間均一性を向上させることができることが分かる。

以上述べたように、ＦＣＰは、反応炉内の構成部材、すなわちボートやダミーウエハ、更には反応管、マニホールド、シールキャップの内壁等に付着したＢＣｌ_３やＣｌ成分を脱離させやすい。この理由は、ＦＣＰは反応炉内にＮ_２を高圧までためて一気に引くため、単位時間当たりの圧力変化が大きく、パージガス量も多くなり、パージ効果が圧倒的に大きくなるためである。

なお、上記実施形態及び実施例においては、減圧ＣＶＤ装置に適用したものを示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ボロンドープ拡散装置を含め、ボロン（Ｂ）を含むガスを用いる装置全般に適用できるし、ボロン以外、例えばＰＨ_３等のリン（Ｐ）を含むガスやＡｓＨ_３等の砒素（Ａｓ）を含むガス等を用いる装置にについても適用することができる。

以上のように、本発明は、特許請求の範囲に記載した事項を特徴とするが、さらに次のような実施形態が含まれる。
（１）基板を処理する反応炉と、反応炉内に処理ガスを供給する供給手段と、反応炉内に基板を搬入搬出する搬入搬出手段と、この搬入搬出手段により基板を反応炉から搬出した後、次に処理する基板を搬入する前に、反応炉内に少なくとも製品基板が無い状態で反応炉に対する真空引きと不活性ガスの供給を繰り返すよう制御する制御手段と、を有することを特徴とする基板処理装置。
（２）基板を装填するためのボートと、基板を処理する反応炉と、反応炉内に処理ガスを供給する供給手段と、反応炉内にボートを搬入搬出する搬入搬出手段と、この搬入搬出手段により基板と共にボートを反応炉から搬出した後、次に処理する基板を搬入する前に反応炉内に少なくとも製品基板を装填していない空のボートを挿入した状態で反応炉に対する真空引きと不活性ガスの供給を少なくとも１回以上行うよう制御する制御手段と、を有することを特徴とする基板処理装置。

本発明は、基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法に利用することができる。

Claims (14)

1. 基板を反応炉内に搬入するステップと、
   前記反応炉内で基板に対して処理を行うステップと、
   前記反応炉内に処理後の基板を収容した状態で、前記反応炉に対する真空引きと不活性ガスの供給を少なくとも１回以上行うことにより第１のパージを行うステップと、
   前記反応炉より処理後の基板を搬出するステップと、
   処理後の基板を前記反応炉より搬出後、次に処理する基板を前記反応炉内に搬入する前に、前記反応炉に少なくとも製品基板を収容していない状態で、前記反応炉に対する真空引きと不活性ガスの供給とを少なくとも１回以上行うことにより第２のパージを行うスッテップとを有し、
   前記第２のパージステップにおける単位時間当たりの反応炉内の圧力変化量を、前記第１のパージステップにおける単位時間当たりの反応炉内の圧力変化量よりも大きくしたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 請求項１に記載した半導体装置の製造方法において、前記第２のパージステップにおける単位時間当たりの反応炉内の圧力変化量を３０Ｐａ／ｓｅｃより大きく５００Ｐａ／ｓｅｃ以下としたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 請求項１に記載した半導体装置の製造方法において、前記第２のパージステップにおける前記反応炉内の最大圧力と最小圧力との差を、前記第１のパージステップにおける前記反応炉内の最大圧力と最小圧力との差よりも大きくしたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 請求項１に記載した半導体装置の製造方法において、前記第１のパージステップ及び第２のパージステップにおいては、真空引きと不活性ガスの供給を複数回 繰り返すようにし、前記第２のパージステップにおける真空引きと不活性ガス供給のサイクルを、前記第１のパージステップにおける真空引きと不活性ガス供給 のサイクルよりも短くしたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 請求項１に記載した半導体装置の製造方法において、前記第１のパージステップ及び第２のパージステップにおいては、真空引きと不活性ガスの供給を複数回 繰り返すようにし、前記第２のパージステップにおける真空引きと不活性ガス供給のサイクル数を、前記第１のパージステップにおける真空引きと不活性ガス供 給のサイクル数よりも多くしたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. 請求項１に記載した半導体装置の製造方法において、前記第１のパージステップ及び第２のパージステップにおいては、真空引きと不活性ガスの供給を複数回 繰り返すようにし、前記第１のパージステップでは、前記反応炉内を排気する排気ラインに設けられた排気バルブを開いた状態で前記反応炉内に不活性ガスを供 給し、前記第２のパージステップでは、前記排気バルブを閉じた状態で前記反応炉内に不活性ガスを供給することを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. 請求項１に記載した半導体装置の製造方法において、前記第１のパージステップは、基板を支持した支持具を前記反応炉内に収容した状態で行い、前記第２の パージステップは、少なくとも製品基板を支持していない支持具を前記反応炉内に収容した状態で行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. 請求項１に記載した半導体装置の製造方法において、前記第１のパージステップは、基板を支持した支持具を前記反応炉内に収容した状態で行い、前記第２の パージステップは、製品基板を支持することなくダミー基板を支持した支持具を前記反応炉内に収容した状態で行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. 請求項１に記載した半導体装置の製造方法において、前記基板処理ステップでは、ホウ素を含むガスを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
10. 請求項１に記載した半導体装置の製造方法において、前記基板処理ステップでは、基板上にボロンドープシリコン膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
11. 請求項１に記載した半導体装置の製造方法において、前記基板処理ステップでは、モノシラン（ＳｉＨ_４）と三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
12. 請求項１に記載した半導体装置の製造方法において、前記第２のパージステップは、基板に対する処理を行う度に毎回行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
13. 基板を支持具に装填するステップと、
    基板を装填した前記支持具を反応炉内にロードするステップと、
    前記反応炉内で基板に対して処理を行うステップと、
    処理後の基板を支持した前記支持具を反応炉よりアンロードするステップと、
    前記支持具をアンロードした後、処理後の基板を前記支持具より取り出すステップと、
    処理後の基板を取り出した後、少なくとも製品基板を前記支持具に装填することなく前記支持具を前記反応炉内にロードするステップと、
    少なくとも製品基板を装填していない前記支持具を前記反応炉内に収容した状態で、前記反応炉内に反応性ガスを導入することなく前記反応炉に対する真空引きと不活性ガスの供給を少なくとも１回以上行うことによりパージを行うステップと、
    を有し、
    前記パージステップにおける単位時間当たりの反応炉内の圧力変化量を３０Ｐａ／ｓｅｃより大きく５００Ｐａ／ｓｅｃ以下としたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
14. 基板を処理する反応炉と、
    前記反応炉内にガスを供給するガス供給ラインと、
    前記反応炉内に基板を搬入搬出する搬入搬出装置と、
    前記反応炉内に処理後の基板を収容した状態で、前記反応炉に対する真空引きと不活性ガスの供給を少なくとも１回以上行うことにより第１のパージを行うように制御すると共に、処理後の基板を前記反応炉より搬出後、次に処理する基板を前記反応炉内に搬入する前に、前記反応炉内に少なくとも製品基板を収容しない状態で、前記反応炉に対する真空引きと不活性ガスの供給を少なくとも１回以上行うことにより第２のパージを行うように制御し、更に、前記第２のパージに おける単位時間当たりの反応炉内の圧力変化量を、前記第１のパージにおける単位時間当たりの反応炉内の圧力変化量よりも大きくするように制御するコントローラと、
    を有することを特徴とする基板処理装置。

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