JP4832022B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は基板処理装置に関し、特に、Ｓｉウエハ等の基板にＳｉまたはＳｉＧｅ成長膜
を選択的に形成する製造装置および半導体装置の製造方法に関するものである。

従来のＳｉまたはＳｉＧｅの選択エピタキシャル成長に用いられる、基板処理装置の一
種である縦型減圧ＣＶＤ装置の反応炉２０は図１に通り、反応管２とインレットフランジ
６、シールキャップ１０等により構成され、シールキャップ１０上にボート３が載せられ
、そのボート３にウエハ１が配置される。
反応室１２およびウエハ１を加熱するヒータ４は、上部ヒータ４ａ、中央上部ヒータ４
ｂ、中央ヒータ４ｃ、中央下部ヒータ４ｄおよび下部ヒータ４ｅの５つの領域に分割され
ている。
この構成において、ＳｉまたはＳｉＧｅの選択エピタキシャル成長の原料となるガスは
、ノズル８を介して反応室１２内の上部から導入され、下部より排気される。よって、ウ
エハの存在する反応雰囲気でのガスの流れは上から下となる。

従来の反応炉はこのように構成され、更に５つの分割されたヒータ４に温度勾配（温度
傾斜）が付けられている。例えば、上部ヒータ４ａの温度設定は６４０℃、中央上部ヒー
タ４ｂの温度設定は６４０℃、中央ヒータ４ｃの温度設定は６４９℃、中央下部ヒータ４
ｄの温度設定は６５３℃および下部ヒータ４ｅの温度設定は６６０℃というように、各ヒ
ータゾーンの温度を敢えて傾斜が付くように設定することが必要となる。この理由は、反
応ガスの消費によって排気側（反応炉内下部）ほど成長速度が低下するので温度でこれを
補正する方法を採っているためである。

処理温度に上限がある場合、最も温度での補正が必要となる下部ヒータ４ｅの温度設定
値が処理温度の上限となるように温度勾配が設定される。即ち、上部ヒータ４ａの設定温
度を処理温度の上限よりも低い温度に設定し、供給側（反応炉内上部）の成長速度を基準
にして排気側（反応炉内下部）の成長速度を温度勾配にて補正する。
ここで問題となるのは、処理温度上限より低い温度での成長速度を基準とするため、成
長速度が低いということである。
また、低温での選択エピタキシャル成長では、処理ガスである原料ガスとエッチングガ
スとを交互に供給する手法が用いられる場合がある。交互に供給する手法を用いる場合、
原料ガスの供給とエッチングガスの供給は同じ温度下で行うこととなるため、温度勾配で
は成長速度とエッチング速度のどちらか一方しか調整出来ない。

従って、本発明の主な目的は、ノズルを介してガスを供給する基板処理装置において、
ヒータの温度勾配を小さくし、ＳｉまたはＳｉＧｅの選択エピタキシャル成長の高い成長
速度を有する成膜装置および半導体装置の製造方法を提供することである。

本発明によれば、
シリコン基板上に選択的にシリコンエピタキシャル膜を成長させる基板処理装置であっ
て、
処理室と、
前記処理室内に収容される前記基板を加熱する加熱装置であって、個々に異なる加熱制
御を行うことができる複数の分割ゾーンを備える前記加熱装置と、
前記処理室内にシリコン系ガスおよびエッチング系ガスを供給するガス供給系と、を有
し、
前記ガス供給系は、前記シリコン系ガスまたはエッチング系ガスを前記処理室内のそれ
ぞれ異なる複数箇所へ供給する複数のガス供給部材を備えたことを特徴とする基板処理装
置、が提供される。

また好ましくは、
前記処理室には複数の基板が積層された状態で収容され、
前記加熱装置の各分割ゾーンによる加熱領域は、前記基板の積層方向に亘って分割され
、前記分割ゾーンのそれぞれの温度設定値が略同一である基板処理装置、が提供される。

更に好ましくは、前記シリコン系ガスとエッチング系ガスとを交互に繰り返して前記処
理室内に供給して、前記基板上にシリコンエピタキシャル膜を選択成長させる基板処理装
置、が提供される。

本発明によれば、（１）温度勾配を無くす、或いは小さくすることができ、（２）Ｓｉ
またはＳｉＧｅの選択エピタキシャル成長の成長温度を向上させることができ、（３）低
温選択エピタキシャル成長の原料ガスとエッチングガスの交互供給手法において、成長速
度とエッチング速度の両方を調整することができる、基板処理装置が提供される。

本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。

本発明では、原料ガスまたはドーピンスガスまたはエッチングガスをノズルを介して供
給する際、ガスの長さの異なる複数本のノズルに分けて供給するものである。

本発明の好ましい実施例として、基板処理装置の一種であるホットウォール式の縦型Ｃ
ＶＤ装置の全体の概念図を図３に示し、本発明の好ましい実施例の反応炉の概念図を図２
に示す。なお、図１と同機能を有するものは同符号を付し、ここでの詳細説明は行わない
。

ウエハカセット２１により投入されたウエハ１（シリコンウエハ）は、移載機２２によ
りウエハカセット２１からボート３へ移載される。全てのウエハ１の移載が完了するとボ
ート３は処理室である反応室１２内へ挿入され、真空排気系２５により減圧される。そし
て、ウエハ１を所望の温度に加熱し、温度が安定したところで原料ガス等を供給し、ウエ
ハ上にＳｉまたはＳｉＧｅ等を選択的にエピタキシャル成長させる。

ＳｉまたはＳｉＧｅの選択エピタキシャル成長の原料ガスとしては、ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２
Ｈ_６、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２等のＳｉ含有ガスが用いられ、ＳｉＧｅの場合には更にＧｅＨ_４や
ＧｅＣｌ_４等のＧｅ含有ガスが加えられる。ＣＶＤ反応において原料ガスが導入されると
ウエハ表面のＳｉ上では直ちに成長が開始されるのに対して、ＳｉＯ_２やＳｉＮ等の絶縁
膜上では潜伏期間（インキュベーション時間）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。また、低温での選択エピタ
キシャル成長では、原料ガスとエッチングガスとを同時供給した場合に成長速度が非常に
低下するという問題から、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Ｓｉ
Ｎ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
。

本発明では、原料ガスやドーピングガスやエッチングガスをノズル１３を介して供給す
る際、長さの異なる複数本のノズルに分けて供給する。即ち、反応ガスの消費によって排
気側（反応炉下部）ほど成長速度が低下するのをガスの途中供給によって補償している。

本発明より、温度勾配を無くす、或いは小さくすることが出来る。これにより、処理温
度上限に近い温度での成長速度を基準とすることができ、従来の温度勾配を設ける場合よ
り成長速度を高くすることが可能となる。

また、低温での選択エピタキシャル成長に用いられる原料ガスとエッチングガスとを交
互に供給する手法において、従来の温度勾配を設ける場合では成長速度とエッチング速度
のどちらか一方しか調整することができなかった。しかし、本発明では、複数本のノズル
からの供給量を調整することで成長速度とエッチング速度の両方の調整が可能となる。

なお、原料ガスとエッチングガスを複数本設けたノズルから流す場合においては、同じ
ノズルを使用して流す場合と、原料ガスとエッチングガスそれぞれ個別にノズルを設ける
場合がある。
後者の場合、デポ中（原料ガス供給中）はエッチングガス用ノズルにパージガス（不活
性ガスなど）を流しノズル内へのガスの侵入と内壁への膜付着を防止する。
また、エッチング中（エッチングガス供給中）は原料ガス用ノズルにパージガス（不活性
ガスなど）を流しノズル内へのエッチングガスの侵入を防止する。エッチングガス用ノズ
ル内壁には膜が付着しないため、ノズル内でエッチングガスが消費されることが無く、よ
り良好なエッチング特性を得ることができる。

従来の減圧ＣＶＤ装置の反応炉を説明するための概略構造縦断面図である。 本発明の好ましい実施例における減圧ＣＶＤ装置の反応炉を説明するための概略構造縦断面図である。 本発明の好ましい実施例における減圧ＣＶＤ装置を説明するための概略図である。

符号の説明

１…ウエハ
２…反応管
３…ボート
４…ヒータ
４ａ…上部ヒータ
４ｂ…中央上部ヒータ
４ｃ…中央ヒータ
４ｄ…中央下部ヒータ
４ｅ…下部ヒータ
５…断熱板
６…インレットフランジ
７…ガス入口
８…ノズル
９…Oリング
１０…シールキャップ
１１…ボート回転機構
１２…反応室
１３…ノズル
２０…反応炉
２１…ウエハカセット
２２…移載機
２３…制御系
２４…ガス供給系
２５…真空排気系

Claims (4)

1. シリコン基板上に選択的にシリコンエピタキシャル膜を成長させる基板処理装置であって、
   前記基板を複数枚積層した状態で収容する処理室と、
   前記処理室内に収容される前記基板を加熱する加熱装置と、
   前記処理室内にシリコン系ガスおよびエッチング系ガスを供給するガス供給系と、を有し、
   前記ガス供給系は、前記シリコン系ガスを前記処理室内の高さの異なる複数箇所へ供給し、かつ、前記エッチング系ガスを前記処理室内の高さの異なる複数箇所へ供給する複数のガス供給部材を備え、
   前記複数のガス供給部材の夫々の高さは異なることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記シリコン系ガスを前記処理室内の高さの異なる複数箇所へ供給し、かつ、前記エッチング系ガスを前記処理室内の高さの異なる複数箇所へ供給する場合には、同じノズルを使用することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記加熱装置は個々に異なる加熱制御を行うことができる複数の分割ゾーンを備え、
   前記分割ゾーンによる加熱領域は、前記基板の積層方向に亘って分割され、
   前記分割ゾーンのそれぞれの温度設定値が略同一であることを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装置。
4. 前記シリコン系ガスと前記エッチング系ガスとを交互に繰り返して前記処理室内に供給して、
   前記基板上にシリコンエピタキシャル膜を選択成長させることを特徴とする請求項１乃至３に記載の基板処理装置。
   

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