JP5032059B2

JP5032059B2 - Semiconductor device manufacturing method, substrate processing method, and substrate processing apparatus

Info

Publication number: JP5032059B2
Application number: JP2006132962A
Authority: JP
Inventors: 克彦山本; 貴史横川
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2006-05-11
Filing date: 2006-05-11
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2026-05-11
Also published as: JP2007305798A

Description

本発明は、半導体シリコンウエハなどの基板を処理する基板処理装置、基板処理方法、および基板上に集積回路等の半導体装置を形成する半導体装置（半導体デバイス）の製造方法に関し、特に、基板表面の自然酸化膜や有機汚等の汚染物質を除去し、基板表面に良好なエピタキシャル膜を成長することに関するものである。さらに詳しくは、半導体基板とエピタキシャル膜やポリ膜との間に、高品質な界面を形成する技術に関するものである。 The present invention relates to a substrate processing apparatus for processing a substrate such as a semiconductor silicon wafer, a substrate processing method, and a method for manufacturing a semiconductor device (semiconductor device) for forming a semiconductor device such as an integrated circuit on the substrate. The present invention relates to removing a contaminant such as a natural oxide film and organic dirt and growing a good epitaxial film on the substrate surface. More specifically, the present invention relates to a technique for forming a high-quality interface between a semiconductor substrate and an epitaxial film or a poly film.

シリコン表面、およびシリコン窒化膜等の絶縁膜を有する基板において、シリコン表面上にのみ選択的に膜を成長させる技術を選択成長と称している。
ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）の微細化及び高性能化が進んでいるが、ＭＯＳＦＥＴのソース/ドレインの課題として、コンタクト
抵抗の低抵抗化などがある。この問題を解決す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。 In a substrate having an insulating film such as a silicon surface and a silicon nitride film, a technique for selectively growing a film only on the silicon surface is called selective growth.
MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors) are becoming finer and higher performance, but MOSFET source / drain issues include lowering of contact resistance. One method for solving this problem is to selectively grow a silicon epitaxial film on the source / drain.

近年、反応炉に基板を導入する際の自然酸化膜の増加や、不純物の付着による半導体の劣化等の問題を解決するために、反応炉に前室を設置した縦型減圧ＣＶＤ装置が用いられている。当該装置では、前室内で十分に酸素、水分等を除去し、窒素置換した後、基板を反応炉内に導入する方法が用いられている。処理前基板は基板搬送口から反応炉前室に移載され、基板処理用治具（ボート）にセットされる。反応炉前室は真空引きが可能な密閉構造となっており、真空引きおよび窒素パージを繰り返すことで酸素、水分等を除去し、その後、基板を反応炉内に導入する。基板および基板処理用治具を反応炉内に導入するための駆動軸部およびボート回転機構部および配線部は反応炉前室内に設置されているため、真空引きの際の有機物による基板表面の汚染が懸念される。 In recent years, vertical vacuum CVD equipment with a front chamber installed in the reactor has been used to solve problems such as an increase in natural oxide film when introducing a substrate into the reactor and semiconductor degradation due to the adhesion of impurities. ing. In this apparatus, a method of introducing a substrate into a reaction furnace after sufficiently removing oxygen, moisture and the like in the front chamber and replacing with nitrogen is used. The substrate before processing is transferred from the substrate transfer port to the chamber in front of the reaction furnace, and is set on a substrate processing jig (boat). The front chamber of the reaction furnace has a sealed structure that can be evacuated, and oxygen, moisture, and the like are removed by repeating evacuation and nitrogen purge, and then the substrate is introduced into the reaction furnace. The drive shaft, boat rotation mechanism, and wiring section for introducing the substrate and substrate processing jig into the reactor are installed in the front chamber of the reactor. Is concerned.

また、上述の装置における反応炉はインナーチューブとアウターチューブからなる二重管構造となっている。キャリアガスおよび反応ガスは比較的温度の低い炉口部から導入され、インナーチューブを通って炉内で基板を処理した後、アウターチューブとインナーチューブの間を通って排気される。インナーチューブ径を変えることで気相反応を抑えることが可能で、メンテナンスが容易であるといった利点があるが、ボート回転機構部、Ｏリング部からの有機物による基板表面の汚染が懸念される。 Moreover, the reaction furnace in the above-mentioned apparatus has a double tube structure including an inner tube and an outer tube. The carrier gas and the reaction gas are introduced from the furnace port portion having a relatively low temperature, and after the substrate is processed in the furnace through the inner tube, the carrier gas and the reaction gas are exhausted between the outer tube and the inner tube. By changing the inner tube diameter, it is possible to suppress the gas phase reaction and there is an advantage that maintenance is easy, but there is a concern that the substrate surface is contaminated with organic substances from the boat rotation mechanism part and the O-ring part.

シリコン基板は希フッ酸等で前洗浄した後に装置に投入されるが、基板を反応炉内に導入後、選択成長処理の前に基板上の自然酸化膜や不純物を除去する必要がある。
半導体シリコンウエハが大気中に露出されると、ウエハ表面のシリコンが大気中の酸素と反応して数Å程度の厚さの自然酸化膜を形成することになる。この自然酸化膜は集積回路の配線工程に不良要素として作用するだけでなく、集積回路の動作速度および信頼性などに支障をきたすコンタクト抵抗などを高くする原因として作用する。 The silicon substrate is pre-cleaned with dilute hydrofluoric acid or the like and then introduced into the apparatus. However, after introducing the substrate into the reaction furnace, it is necessary to remove the natural oxide film and impurities on the substrate before the selective growth process.
When the semiconductor silicon wafer is exposed to the atmosphere, silicon on the wafer surface reacts with oxygen in the atmosphere to form a natural oxide film having a thickness of about several mm. This natural oxide film not only acts as a defective element in the wiring process of the integrated circuit, but also acts as a cause of increasing the contact resistance that hinders the operation speed and reliability of the integrated circuit.

従来はこの自然酸化膜を除去するために、高温（約８００℃程度）で水素ガスを流し、ウエハをアニール処理する必要があった。しかしながら、基板素子への熱ダメージ並びにサーマルバジェット増大の問題が深刻化しており、このため基板処理の温度は低温化のニーズがあるため、従来の技術である高温水素アニール処理に変わる自然酸化膜除去の方法が必要となる。 Conventionally, in order to remove the natural oxide film, it has been necessary to anneal the wafer by flowing hydrogen gas at a high temperature (about 800 ° C.). However, the problem of thermal damage to the substrate elements and the increase in the thermal budget has become serious, and therefore there is a need to lower the temperature of the substrate processing. Therefore, the removal of the natural oxide film, which replaces the conventional high-temperature hydrogen annealing treatment, is required. This method is necessary.

本発明の主な目的は、高温で行っていた自然酸化膜除去方法の問題を改善するため、低温で自然酸化膜または有機物等の汚染物を除去できる基板処理装置、基板処理方法、および半導体装置の製造方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION A main object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus, a substrate processing method, and a semiconductor device capable of removing contaminants such as a natural oxide film or an organic substance at a low temperature in order to improve the problem of the natural oxide film removal method performed at a high temperature. It is in providing the manufacturing method of.

本発明によれば、
一部分にシリコン面が露出した基板を処理室内に搬入する工程と、
前記基板を所定の温度に加熱する工程と、
前記処理室内に少なくともシラン系ガスとハロゲン系ガスと水素ガスとを供給し、少なくとも前記シリコン面の表面に存在する自然酸化膜または汚染物を除去する前処理工程と、
前記処理室内に少なくともシリコンを含むガスを供給し、前記前処理が施された前記シリコン面の上に、シリコンを含む膜を成長する工程と、
を有する半導体装置の製造方法、が提供される。 According to the present invention,
Carrying a substrate having a silicon surface exposed in part into a processing chamber;
Heating the substrate to a predetermined temperature;
A pretreatment step of supplying at least a silane-based gas, a halogen-based gas, and a hydrogen gas into the processing chamber, and removing at least a natural oxide film or contaminants existing on the surface of the silicon surface;
Supplying a gas containing at least silicon into the processing chamber, and growing a film containing silicon on the silicon surface subjected to the pretreatment;
A method of manufacturing a semiconductor device having

また好ましくは、
前記基板を加熱する工程は、
前記処理室内に搬入された基板を、前記膜の成長工程における温度まで昇温させる工程と、前記膜成長工程での温度に維持させる工程とを、少なくとも含み、
前記前処理工程で供給される前処理用の前記ガスは、前記昇温工程で前記処理室内に供給される半導体装置の製造方法、が提供される。 Also preferably,
The step of heating the substrate includes
At least a step of raising the temperature of the substrate carried into the processing chamber to a temperature in the film growth step, and a step of maintaining the temperature in the film growth step;
A method for manufacturing a semiconductor device is provided in which the gas for pretreatment supplied in the pretreatment step is supplied into the processing chamber in the temperature raising step.

更に好ましくは、
前記前処理工程では、前記昇温工程で前記処理室内に供給される前記前処理用のガスの内、少なくとも一つのガスの流量を可変して供給される半導体装置の製造方法、が提供される。 More preferably,
In the pretreatment step, a method for manufacturing a semiconductor device is provided in which the flow rate of at least one of the pretreatment gases supplied into the processing chamber in the temperature raising step is varied. .

また、本発明によれば、減圧CVD法（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長法）によって薄膜を形成する半導体の製造方法において、シリコン組成面が全面又は一部で露出したシリコン基板を反応炉に導入後からデポ開始まで、ＳｉＨ_４等のシラン系ガスとＣｌ_２等のハロゲン系ガスと水素ガスを共に反応炉内に供給し、その混合ガス雰囲気中で所定のデポ温度への昇温と温度安定化後、Ｓｉ元素を含む膜を成長させる事を特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。 Further, according to the present invention, in a semiconductor manufacturing method for forming a thin film by a low pressure CVD method (Chemical Vapor Deposition), a silicon substrate having a silicon composition surface exposed entirely or partially is used as a reaction furnace. From the introduction to the start of depot, a silane-based gas such as SiH ₄ , a halogen-based gas such as Cl _2, and hydrogen gas are supplied into the reactor, and the temperature is raised to a predetermined depot temperature in the mixed gas atmosphere. A semiconductor device manufacturing method is provided in which a film containing Si element is grown after stabilization.

また好ましくは、前記シリコン基板の反応炉への導入時温度が４５０℃以下、成長温度が５００〜７００℃である事を特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。 Preferably, the method for manufacturing a semiconductor device is characterized in that the temperature when the silicon substrate is introduced into the reaction furnace is 450 ° C. or lower and the growth temperature is 500 to 700 ° C.

更に好ましくは、前記Ｓｉ元素を含む膜が、エピタキシャルＳｉ膜もしくは、ポリＳ
ｉ膜もしくは、Ｂ、Ｃ、Ｐ、Ｇｅ、Ａｓのいずれかの元素がドーピングされたエピタキ
シャルＳｉ膜もしくは、Ｂ、Ｃ、Ｐ、Ｇｅ、Ａｓのいずれかの元素がドーピングされた
ポリＳｉ膜を成長させる事を特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。 More preferably, the film containing Si element is an epitaxial Si film or poly-S.
Growing an i film or an epitaxial Si film doped with any of the elements B, C, P, Ge, or As or a poly Si film doped with any of the elements B, C, P, Ge, or As A method for manufacturing a semiconductor device is provided.

更に好ましくは、前記デポ温度への昇温の途中で、ＳｉＨ_４等のシラン系ガスとＣｌ_２等のハロゲン系ガスと水素ガスのうち1つ以上のガス流量を変化させる事を特徴とする半
導体装置の製造方法が提供される。 More preferably, during the temperature increase to the deposition temperature, the flow rate of at least one of a silane gas such as SiH ₄ , a halogen gas such as Cl _2, and a hydrogen gas is changed. A method of manufacturing a device is provided.

更に好ましくは、前記デポ温度への昇温の途中で、反応炉内の圧力を変化させる事を特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。 More preferably, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the pressure in the reaction furnace is changed during the temperature increase to the deposition temperature.

本発明によれば、低温で自然酸化膜または有機物等の汚染物を除去できる基板処理装置、基板処理方法、および半導体装置の製造方法が提供される。 According to the present invention, there are provided a substrate processing apparatus, a substrate processing method, and a semiconductor device manufacturing method capable of removing a contaminant such as a natural oxide film or an organic substance at low temperature.

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態で好適に用いられる基板処理装置の処理炉２０２及び処理炉周辺の概略構成図であり、縦断面図として示されている。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a processing furnace 202 and a periphery of the processing furnace of a substrate processing apparatus preferably used in an embodiment of the present invention, and is shown as a longitudinal sectional view.

図１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。 As shown in FIG. 1, the processing furnace 202 has a heater 206 as a heating mechanism. The heater 206 has a cylindrical shape, is composed of a heater wire and a heat insulating member provided around the heater wire, and is vertically installed by being supported by a holding body (not shown).

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（ＳｉＯ_２）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を後述するボート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。 Inside the heater 206, an outer tube 205 as a reaction tube is disposed concentrically with the heater 206. The outer tube 205 is made of a heat resistant material such as quartz (SiO ₂ ) or silicon carbide (SiC), and is formed in a cylindrical shape with the upper end closed and the lower end opened. A processing chamber 201 is formed in a cylindrical hollow portion inside the outer tube 205, and is configured to be able to accommodate wafers 200 as substrates in a state where they are aligned in multiple stages in a vertical posture in a horizontal posture by a boat 217 described later. Yes.

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。尚、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。 A manifold 209 is disposed below the outer tube 205 concentrically with the outer tube 205. The manifold 209 is made of, for example, stainless steel and has a cylindrical shape with an upper end and a lower end opened. The manifold 209 is provided to support the outer tube 205. An O-ring as a seal member is provided between the manifold 209 and the outer tube 205. Since the manifold 209 is supported by a holding body (not shown), the outer tube 205 is installed vertically. A reaction vessel is formed by the outer tube 205 and the manifold 209.

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。 The manifold 209 is provided with a gas exhaust pipe 231 and a gas supply pipe 232 that passes therethrough. The gas supply pipe 232 is divided into three on the upstream side, and the first gas supply source 180 and the second gas supply are provided via valves 177, 178 and 179 and MFCs 183, 184 and 185 as gas flow rate control devices. A source 181 and a third gas supply source 182 are connected to each other. A gas flow rate control unit 235 is electrically connected to the MFCs 183, 184, 185 and the valves 177, 178, 179 so that the flow rate of the supplied gas is controlled at a desired timing. It is configured. A vacuum exhaust device 246 such as a vacuum pump is connected to the downstream side of the gas exhaust pipe 231 via a pressure sensor (not shown) as a pressure detector and an APC valve 242 as a pressure regulator. A pressure control unit 236 is electrically connected to the pressure sensor and the APC valve 242, and the pressure control unit 236 adjusts the opening degree of the APC valve 242 based on the pressure detected by the pressure sensor. Control is performed at a desired timing so that the pressure in the processing chamber 201 becomes a desired pressure.

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のシールキャップ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を貫通して後述するボート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。 Below the manifold 209, a seal cap 219 is provided as a furnace port lid for hermetically closing the lower end opening of the manifold 209. The seal cap 219 is made of a metal such as stainless steel and has a disk shape. On the upper surface of the seal cap 219, an O-ring as a seal member that comes into contact with the lower end of the manifold 209 is provided. The seal cap 219 is provided with a rotation mechanism 254. A rotation shaft 255 of the rotation mechanism 254 passes through the seal cap 219 and is connected to a boat 217 described later, and is configured to rotate the wafer 200 by rotating the boat 217.
The seal cap 219 is configured to be moved up and down in a vertical direction by a lifting motor 248 described later as a lifting mechanism provided on the outside of the processing furnace 202, and thereby the boat 217 is carried into and out of the processing chamber 201. It is possible. A drive control unit 237 is electrically connected to the rotation mechanism 254 and the lift motor 248, and is configured to control at a desired timing so as to perform a desired operation.

基板保持具としてのボート２１７は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなり、複数枚のウエハ２００を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。尚ボート２１７の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる円板形状をした断熱部材としての断熱板２１６が水平姿勢で多段に複数枚配置されており、ヒータ２０６からの熱がマニホールド２０９側に伝わりにくくなるよう構成されている。 The boat 217 serving as a substrate holder is made of a heat-resistant material such as quartz or silicon carbide, and is configured to hold a plurality of wafers 200 in a horizontal posture and in a state where the centers are aligned with each other and held in multiple stages. ing. In addition, a plurality of heat insulating plates 216 as a disk-shaped heat insulating member made of a heat resistant material such as quartz or silicon carbide are arranged in a multi-stage in a horizontal posture at the lower portion of the boat 217, and the heat from the heater 206. Is difficult to be transmitted to the manifold 209 side.

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。 In the vicinity of the heater 206, a temperature sensor (not shown) is provided as a temperature detector for detecting the temperature in the processing chamber 201. A temperature controller 238 is electrically connected to the heater 206 and the temperature sensor, and the temperature in the processing chamber 201 is adjusted by adjusting the power supply to the heater 206 based on the temperature information detected by the temperature sensor. It is configured to control at a desired timing so that the temperature distribution is as follows.

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内に導入される。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内に導入される。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内に導入される。また、処理室２０１内のガスは、ガス排気管２３１に接続された排気装置としての真空ポンプ２４６により、処理室２０１から排気される。 In the configuration of the processing furnace 202, the first processing gas is supplied from the first gas supply source 180, the flow rate thereof is adjusted by the MFC 183, and then the processing chamber 201 is connected to the processing chamber 201 by the gas supply pipe 232 through the valve 177. Introduced in. The second processing gas is supplied from the second gas supply source 181, the flow rate of which is adjusted by the MFC 184, and then introduced into the processing chamber 201 through the valve 178 through the gas supply pipe 232. The third processing gas is supplied from the third gas supply source 182, the flow rate of which is adjusted by the MFC 185, and then introduced into the processing chamber 201 from the gas supply pipe 232 through the valve 179. The gas in the processing chamber 201 is exhausted from the processing chamber 201 by a vacuum pump 246 as an exhaust device connected to the gas exhaust pipe 231.

次に、本発明で用いる基板処理装置の処理炉周辺の構成について説明する。 Next, the configuration around the processing furnace of the substrate processing apparatus used in the present invention will be described.

予備室としてのロードロック室１４０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。 A lower substrate 245 is provided on the outer surface of the load lock chamber 140 as a spare chamber. The lower substrate 245 is provided with a guide shaft 264 that fits with the lifting platform 249 and a ball screw 244 that screws with the lifting platform 249. The upper substrate 247 is provided on the upper ends of the guide shaft 264 and the ball screw 244 that are erected on the lower substrate 245. The ball screw 244 is rotated by an elevating motor 248 provided on the upper substrate 247. The lifting platform 249 is configured to move up and down as the ball screw 244 rotates.

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１４０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１４０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１４０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。 A hollow elevating shaft 250 is vertically suspended from the elevating table 249, and a connecting portion between the elevating table 249 and the elevating shaft 250 is airtight. The elevating shaft 250 moves up and down together with the elevating table 249. The lifting shaft 250 penetrates the top plate 251 of the load lock chamber 140. The through hole of the top plate 251 through which the elevating shaft 250 penetrates has a sufficient margin so as not to contact the elevating shaft 250. A bellows 265 as a hollow elastic body having elasticity is provided between the load lock chamber 140 and the lift platform 249 so as to cover the periphery of the lift shaft 250 in order to keep the load lock chamber 140 airtight. The bellows 265 has a sufficient amount of expansion / contraction that can correspond to the amount of elevation of the lifting platform 249, and the inner diameter of the bellows 265 is sufficiently larger than the outer shape of the lifting / lowering shaft 250 so that the bellows 265 does not come into contact with the expansion / contraction. Yes.

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１４０内の雰囲気と隔離される。 A lifting substrate 252 is fixed horizontally to the lower end of the lifting shaft 250. A drive unit cover 253 is airtightly attached to the lower surface of the elevating substrate 252 via a seal member such as an O-ring. The elevating board 252 and the drive unit cover 253 constitute a drive unit storage case 256. With this configuration, the inside of the drive unit storage case 256 is isolated from the atmosphere in the load lock chamber 140.

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。 A rotation mechanism 254 of the boat 217 is provided inside the drive unit storage case 256, and the periphery of the rotation mechanism 254 is cooled by the cooling mechanism 257.

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。 The power supply cable 258 is led from the upper end of the lifting shaft 250 through the hollow portion of the lifting shaft 250 to the rotating mechanism 254 and connected thereto. The cooling mechanism 257 and the seal cap 219 are provided with a cooling flow path 259, and a cooling water pipe 260 for supplying cooling water is connected to the cooling flow path 259. It passes through the hollow part.

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を昇降させる。 As the elevating motor 248 is driven and the ball screw 244 rotates, the drive unit storage case 256 is raised and lowered via the elevating platform 249 and the elevating shaft 250.

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とともにボート２１７が降下され、ウエハ２００を外部に搬出できる状態となる。 As the drive unit storage case 256 rises, the seal cap 219 provided in an airtight manner on the elevating substrate 252 closes the furnace port 161, which is an opening of the process furnace 202, and enables wafer processing. When the drive unit storage case 256 is lowered, the boat 217 is lowered together with the seal cap 219, and the wafer 200 can be carried out to the outside.

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。 The gas flow rate control unit 235, the pressure control unit 236, the drive control unit 237, and the temperature control unit 238 also constitute an operation unit and an input / output unit, and are electrically connected to a main control unit 239 that controls the entire substrate processing apparatus. ing. These gas flow rate control unit 235, pressure control unit 236, drive control unit 237, temperature control unit 238, and main control unit 239 are configured as a controller 240.

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、Ｅｐｉ−Ｓｉ膜を形成する方法について説明する。尚、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２４０により制御される。 Next, a method of forming an Epi-Si film on a substrate such as the wafer 200 as one step of a semiconductor device manufacturing process using the processing furnace 202 having the above configuration will be described. In the following description, the operation of each part constituting the substrate processing apparatus is controlled by the controller 240.

まず、シリコンウエハ表面の自然酸化膜を希フッ酸で除去すると同時に、表面を水素終端化させた後、反応炉前室内のボートにウエハを設置する。 First, the natural oxide film on the surface of the silicon wafer is removed with dilute hydrofluoric acid, and at the same time, the surface is hydrogen-terminated, and then the wafer is placed on the boat in the chamber before the reactor.

複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填されると、図１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。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。 When a plurality of wafers 200 are loaded into the boat 217, as shown in FIG. 1, the boat 217 holding the plurality of wafers 200 is processed by the lifting and lowering operations of the lifting platform 249 and the lifting shaft 250 by the lifting motor 248. It is carried into the chamber 201 (boat loading). In this state, the seal cap 219 seals the lower end of the manifold 209 via the O-ring.

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。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節器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（成膜温度）となるようにヒータ２０６により加熱される。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。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。 The processing chamber 201 is evacuated by a vacuum evacuation device 246 so that a desired pressure (degree of vacuum) is obtained. At this time, the pressure in the processing chamber 201 is measured by a pressure sensor, and the pressure regulator 242 is feedback-controlled based on the measured pressure. Further, the processing chamber 201 is heated by the heater 206 so as to have a desired temperature (film formation temperature). At this time, the power supply to the heater 206 is feedback-controlled based on the temperature information detected by the temperature sensor so that the inside of the processing chamber 201 has a desired temperature distribution. Subsequently, the wafer 200 is rotated by rotating the boat 217 by the rotation mechanism 254.

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ＳｉＨ_４又はＳｉ_２Ｈ_６、Ｃｌ_２、Ｈ_２が接続されており、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内に導入される。導入されたガスは、処理室２０１内を通り、ガス排気管２３１から排気される。 SiH ₄ or Si ₂ H ₆ , Cl ₂ , and H ₂ are connected to the first gas supply source 180, the second gas supply source 181, and the third gas supply source 182 as processing gases, respectively. Each processing gas is supplied from these processing gas supply sources. After the openings of the MFCs 183, 184, and 185 are adjusted so as to obtain a desired flow rate, the valves 176, 177, and 178 are opened, and the respective processing gases flow through the gas supply pipe 232, and the upper portion of the processing chamber 201 is opened. Are introduced into the processing chamber 201. The introduced gas passes through the processing chamber 201 and is exhausted from the gas exhaust pipe 231.

ここで、ウエハ２００の表面の前処理と炉内温度調整は並行して行われる。炉内温度調整とは、ウエハ２００が処理室２０１内に挿入される時の温度から成膜時の温度までの昇温段階と、処理室２０１内およびウエハ２００が該成膜温度で安定する段階を含んでいる。前処理にはシラン系ガスと塩素ガスと水素ガスを混合して用いる。前処理を行なうことにより、ウエハ２００の表面の界面酸素・炭素密度を低減することができ、ウエハ２００と堆積膜との間に高品質な界面を形成することが可能となる。 Here, pretreatment of the surface of the wafer 200 and temperature adjustment in the furnace are performed in parallel. In-furnace temperature adjustment is a temperature rising stage from the temperature at which the wafer 200 is inserted into the processing chamber 201 to the temperature at the time of film formation, and a stage in which the inside of the processing chamber 201 and the wafer 200 are stabilized at the film forming temperature. Is included. In the pretreatment, a silane-based gas, a chlorine gas, and a hydrogen gas are mixed and used. By performing the pretreatment, the interface oxygen / carbon density on the surface of the wafer 200 can be reduced, and a high-quality interface can be formed between the wafer 200 and the deposited film.

前処理が完了すると、直ちに成膜処理に移行する。必要に応じ反応炉内の残留ガスを水素等のキャリアガスにより除去後に成膜処理に移行する。反応炉内には常に水素ガスを流し排気系からの逆拡散による汚染を防止する。 When the pretreatment is completed, the film forming process is immediately started. If necessary, the residual gas in the reaction furnace is removed by a carrier gas such as hydrogen, and then the film forming process is performed. Hydrogen gas is always flowed into the reactor to prevent contamination due to back diffusion from the exhaust system.

なお、本実施の形態の処理炉にてウエハを処理する際の処理条件の一例としては、例えば、Ｅｐｉ−Ｓｉ膜の成膜（選択成長）において、ウエハの反応炉への導入時温度が２００℃〜成膜温度以下、成膜処理温度：５００〜７００℃、処理圧力：１〜５０００Ｐａ、ガス種とガス供給流量、ＳｉＨ_４：１０〜５００、Ｃｌ_２：１０〜５００、Ｈ_２：１００〜２００００ｓｃｃｍ、が例示され、それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することでウエハに処理がなされる。
一例として、成膜温度は６８０℃、ＳｉＨ_４は２５０ｓｃｃｍ、Ｃｌ_２は７５ｓｃｃｍ、Ｈ_２は１０００ｓｃｃｍ、処理圧力は１０Ｐａで成膜が行なわれる。 As an example of processing conditions when processing a wafer in the processing furnace of this embodiment, for example, in the formation (selective growth) of an Epi-Si film, the temperature at the time of introduction of the wafer into the reaction furnace is 200. Deposition temperature: 500 to 700 ° C., treatment pressure: 1 to 5000 Pa, gas type and gas supply flow rate, SiH ₄ : 10 to 500, Cl ₂ : 10 to 500, H ₂ : 100 to An example is 20000 sccm, and the wafer is processed by keeping the respective processing conditions constant at a certain value within the respective ranges.
As an example, the film formation temperature is 680 ° C., SiH ₄ is 250 sccm, Cl ₂ is 75 sccm, H ₂ is 1000 sccm, and the processing pressure is 10 Pa.

予め設定された時間が経過すると、図示しない不活性ガス供給源から不活性ガスが供給され、処理室２０１内が不活性ガスで置換されると共に、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される。 When a preset time elapses, an inert gas is supplied from an inert gas supply source (not shown), the inside of the processing chamber 201 is replaced with the inert gas, and the pressure in the processing chamber 201 is returned to normal pressure. The

その後、昇降モータ２４８によりシールキャップ２１９が下降されて、マニホールド２０９の下端が開口されると共に、処理済ウエハ２００がボート２１７に保持された状態でマニホールド２０９の下端からアウターチューブ２０５の外部に搬出（ボートアンローディング）される。その後、処理済のウエハ２００は、ボート２１７より取出される（ウエハディスチャージ）。 Thereafter, the seal cap 219 is lowered by the elevating motor 248 so that the lower end of the manifold 209 is opened, and the processed wafer 200 is carried out of the outer tube 205 from the lower end of the manifold 209 while being held by the boat 217 ( Boat unloading). Thereafter, the processed wafer 200 is taken out from the boat 217 (wafer discharge).

次に、ウエハ２００表面の自然酸化膜や有機物等の汚染物質を除去する前処理について説明する。 Next, a pretreatment for removing contaminants such as a natural oxide film and organic substances on the surface of the wafer 200 will be described.

本発明の実施の形態では、前処理においては、ＳｉＨ_４ガス、Ｃｌ_２ガス、Ｈ_２ガスが処理室２０１内に供給され、それぞれのガス流量は、ＳｉＨ_４ガスが６０ｓｃｃｍ、Ｃｌ_２ガスが７５ｓｃｃｍ、Ｈ_２ガスが１０００ｓｃｃｍである。この時の処理室２０１内の圧力は１０Ｐａである。
また、前処理は、ウエハ２００を処理室２０１内へ挿入した時の温度（例えば、２００℃）から、ウエハ２００および処理室２０１内を成膜温度（例えば、６８０℃）へ昇温している過程で実行される。なお、昇温後、ウエハ２００および処理室２０１内の温度が成膜温度に安定させる段階においても前処理を実行しても良い。 In the embodiment of the present invention, in the pretreatment, SiH ₄ gas, Cl ₂ gas, and H ₂ gas are supplied into the processing chamber 201, and the respective gas flow rates are 60 sccm for SiH ₄ gas and 75 sccm for Cl ₂ gas. , H ₂ gas is 1000 sccm. At this time, the pressure in the processing chamber 201 is 10 Pa.
In the pretreatment, the temperature in the wafer 200 and the processing chamber 201 is increased from the temperature when the wafer 200 is inserted into the processing chamber 201 (for example, 200 ° C.) to the film forming temperature (for example, 680 ° C.). Executed in the process. Note that after the temperature rise, pre-processing may be executed even at a stage where the temperature in the wafer 200 and the processing chamber 201 is stabilized at the film formation temperature.

ここで、前処理であるウエハ２００の表面上の自然酸化膜の除去メカニズムについて説
明する。
ウエハ２００の表面に形成された自然酸化膜はＳｉＨ_４により還元され、還元後に表面に残ったシリコンをＣｌ_２によりエッチングすることで除去されると考えられる。また、Ｃｌ_２とＨ_２ガスとの反応により生成されたＨＣｌにより自然酸化膜をエッチングする現象も生じていると考えられる。
即ち、本実施の形態で適用される前処理では、還元とエッチングの二段階による複合的な除去が行なわれており、より効率の良い除去が行なわれるものである。 Here, the removal mechanism of the natural oxide film on the surface of the wafer 200, which is a pretreatment, will be described.
It is considered that the natural oxide film formed on the surface of the wafer 200 is reduced by SiH ₄ and removed by etching the silicon remaining on the surface after the reduction with Cl ₂ . In addition, it is considered that the natural oxide film is etched by HCl generated by the reaction between Cl ₂ and H ₂ gas.
That is, in the pretreatment applied in the present embodiment, combined removal is performed by two steps of reduction and etching, and more efficient removal is performed.

なお、前処理において供給されるＣｌ_２は反応性が高く、処理室２０１内のガス上流側のウエハ２００、またはウエハ２００の周辺部においてエッチング作用が強まる傾向がある。
しかしながら、前処理においては、Ｃｌ_２と共にＨ_２も同時に供給されているため、Ｃｌ_２とＨ_２との反応によりＨＣｌまたはその中間体が生成される。ＨＣｌまたは中間体はＣｌ_２よりも反応性が低いため、処理室２０１内の下流側のウエハ２００、またはウエハ２００の面内において均一にエッチングが行なわれ、エッチングの均一性が向上することが期待される。 Note that Cl ₂ supplied in the pre-processing has high reactivity, and the etching action tends to increase in the gas upstream side of the wafer 200 in the processing chamber 201 or in the peripheral portion of the wafer 200.
However, in the _{pretreatment,} since _{H 2} is also supplied simultaneously with Cl _2, HCl or intermediates are produced by the reaction of Cl ₂ and _{H 2.} Since HCl or an intermediate is less reactive than Cl _2, it is expected that etching is performed uniformly in the wafer 200 on the downstream side in the processing chamber 201 or in the surface of the wafer 200, thereby improving the etching uniformity. Is done.

また、前処理においてＨ_２を同時に供給することで次の効果も期待される。即ち、処理室２０１はＯリング等の気密部材により外部雰囲気との間で気密性を維持しているが、外部雰囲気が処理室２０１内に混入することは否定できない。仮に外部から水分等を含む雰囲気が処理室２０１内に混入し、ウエハ２００表面が酸化されたとしても、処理室２０１内に供給されているＨ_２により還元作用が促進され、ウエハ２００表面を清浄に保つことが可能となる。 Further, the following effects by simultaneously supplying of H ₂ in the pretreatment is expected. That is, the processing chamber 201 maintains airtightness with the external atmosphere by an airtight member such as an O-ring, but it cannot be denied that the external atmosphere is mixed into the processing chamber 201. Even if an atmosphere containing moisture or the like is mixed into the processing chamber 201 from the outside and the surface of the wafer 200 is oxidized, the reducing action is promoted by H ₂ supplied into the processing chamber 201, and the surface of the wafer 200 is cleaned. It becomes possible to keep it.

また、本実施形態における前処理では、ウエハ２００および処理室２０１内の温度の昇温過程（例えば、２００℃から６８０℃への昇温）で実行されるが、これは次の理由によるものである。
ウエハ２００表面の自然酸化膜や汚染物質は、温度が高い状態ではウエハ表面と反応しやすく、一度ウエハ表面と反応した後では除去が難しくなる。よって、比較的に低温な状態である昇温過程にて前処理を実行することで除去を容易にしており、また前処理と昇温とを同時に行なっているのでスループットの向上も可能となるものである。 Further, in the pre-processing in the present embodiment, the temperature is increased in the wafer 200 and the processing chamber 201 (for example, the temperature is increased from 200 ° C. to 680 ° C.) for the following reason. is there.
The natural oxide film and contaminants on the surface of the wafer 200 are likely to react with the wafer surface when the temperature is high, and are difficult to remove after reacting with the wafer surface once. Therefore, removal is facilitated by performing pre-processing in a temperature rising process at a relatively low temperature, and throughput can be improved because pre-processing and temperature rising are performed simultaneously. It is.

なお、前処理で供給されるＳｉＨ_４の流量は６０ｓｃｃｍであり、エピタキシャル膜の成膜時の流量（２５０ｓｃｃｍ）よりも少ない量で供給する。これは、前処理において成膜時の流量でＳｉＨ_４を供給すると、ウエハ表面に膜が堆積されてしまうため、流量を少なくしている。
また、前処理が実行される時には、処理室２０１内の温度が成膜温度まで上昇していくため、温度の上昇と共にＳｉＨ_４による膜の堆積レートが上がってしまう。
そこで、処理室２０１内およびウエハ２００の温度が上がるにつれて、ＳｉＨ_４のガス流量を減少させて堆積を抑制させるか、或いは、Ｃｌ_２のガス流量を増加させて堆積した膜のエッチング作用を高めるようにすることで、ウエハ２００表面に膜の堆積を抑えつつ、前処理を行なうことが可能となる。 Note that the flow rate of SiH ₄ supplied in the pretreatment is 60 sccm, and is supplied in an amount smaller than the flow rate (250 sccm) when the epitaxial film is formed. This is because if SiH ₄ is supplied at the flow rate during film formation in the pretreatment, a film is deposited on the wafer surface, and thus the flow rate is reduced.
In addition, when the pretreatment is executed, the temperature in the processing chamber 201 rises to the film formation temperature, so that the film deposition rate due to SiH ₄ increases with the temperature rise.
Therefore, as the temperature in the processing chamber 201 and the wafer 200 rises, the SiH ₄ gas flow rate is decreased to suppress deposition, or the Cl ₂ gas flow rate is increased to enhance the etching action of the deposited film. By doing so, it is possible to perform the pretreatment while suppressing film deposition on the surface of the wafer 200.

図３は、前処理を実行した後に堆積した膜と基板の界面酸素濃度の測定結果を示している。
図３において、Ｎｏ．７で示した前処理は上記で説明した本実施形態における前処理条件であり、２００〜６８０℃でＳｉＨ_４＋Ｃｌ_２＋Ｈ_２による前処理を実施後にエピタキシャル成長した場合、ＳＩＭＳ(Secondary Ionization Mass Spectrometer)にて測定したシリコン基板とシリコンエピタキシャル膜の界面酸素濃度は６Ｅ１７ atoms/cm³ であっ
た。
また、比較のため、Ｎｏ．１には前処理を実行していない場合、Ｎｏ．２には従来の８００℃におけるＨ_２アニールによる前処理における測定結果を示している。この結果から、本実施形態における前処理（Ｎｏ．７）では低温にも拘らず、８００℃でのＨ_２アニール（Ｎｏ．２）と同等レベルの界面酸素濃度を得ることが出来ることが分かる。
また、参考として、図３のＮｏ．３〜Ｎｏ．６には、他の方法により前処理を行なった場合の測定結果をも示しているが、これら何れの方法よりも本実施形態における前処理（Ｎｏ．７）が良好な結果を得ることが出来ることが分かる。 FIG. 3 shows the measurement result of the interfacial oxygen concentration between the deposited film and the substrate after executing the pretreatment.
In FIG. 7 is the pretreatment condition in the present embodiment described above. When epitaxial growth is performed after the pretreatment with SiH ₄ + Cl ₂ + H ₂ at 200 to 680 ° C., SIMS (Secondary Ionization Mass Spectrometer) is used. The interfacial oxygen concentration measured between the silicon substrate and the silicon epitaxial film was 6E17 atoms / cm ³ .
For comparison, no. If no pre-processing is executed for No. 1, no. 2 shows the measurement result in the pretreatment by conventional H ₂ annealing at 800 ° C. From this result, it can be seen that the pretreatment (No. 7) in the present embodiment can obtain the interface oxygen concentration at the same level as the H ₂ annealing (No. 2) at 800 ° C. regardless of the low temperature.
For reference, No. 1 in FIG. 3-No. 6 also shows the measurement results when pre-processing is performed by other methods, but the pre-processing (No. 7) in the present embodiment can obtain better results than any of these methods. I understand that.

尚、上記実施形態では図１に示したような縦型ＣＶＤ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、例えば枚葉ホットウォールタイプやコールドウォールタイプの装置にも適用することが出来る。 In the above embodiment, the case where the vertical CVD apparatus as shown in FIG. 1 is used has been described. However, the present invention is not limited to this, and the substrate processing apparatus in general, for example, a single wafer hot wall type or cold wall type apparatus. It can also be applied to.

また、上記実施形態では、基板上にエピタキシャル膜を形成する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、ポリシリコン膜、アモルファス膜、またはドーピングされたエピタキシャル膜、ポリシリコン膜、アモルファス膜においても適用できる。 Moreover, although the case where an epitaxial film is formed on a substrate has been described in the above embodiment, the present invention is not limited to this, and a polysilicon film, an amorphous film, a doped epitaxial film, a polysilicon film, or an amorphous film is used. Is also applicable.

次に前述した処理炉２０２が適用される基板処理装置について以下説明する。 Next, a substrate processing apparatus to which the above-described processing furnace 202 is applied will be described below.

本発明を実施するための最良の形態において、基板処理装置は、一例として、半導体装置（IC）の製造方法における処理工程を実施する半導体製造装置として構成されている。尚、以下の説明では、基板処理装置として基板に酸化、拡散処理やＣＶＤ処理などを行なう縦型の装置（以下、単に処理装置という）を適用した場合について述べる。図２は、本発明に適用される処理装置の斜透視図として示されている。 In the best mode for carrying out the present invention, as an example, the substrate processing apparatus is configured as a semiconductor manufacturing apparatus that performs processing steps in a method of manufacturing a semiconductor device (IC). In the following description, a case where a vertical apparatus (hereinafter simply referred to as a processing apparatus) that performs oxidation, diffusion processing, CVD processing, or the like is applied to the substrate as the substrate processing apparatus will be described. FIG. 2 is shown as a perspective view of a processing apparatus applied to the present invention.

図２に示されているように、シリコン等からなるウエハ（基板）２００を収納したウエハキャリアとしてのカセット１１０が使用されている本発明の処理装置１０１は、筐体１１１を備えている。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。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。 As shown in FIG. 2, the processing apparatus 101 of the present invention using a cassette 110 as a wafer carrier containing a wafer (substrate) 200 made of silicon or the like includes a casing 111. Below the front wall 111a of the housing 111, a front maintenance port 103 serving as an opening provided for maintenance is opened, and a front maintenance door 104 for opening and closing the front maintenance port 103 is installed. In the maintenance door 104, a cassette loading / unloading port (substrate container loading / unloading port) 112 is established so as to communicate between the inside and outside of the casing 111. The mechanism is opened and closed by a mechanism 113. A cassette stage (substrate container delivery table) 114 is installed inside the casing 111 of the cassette loading / unloading port 112. The cassette 110 is carried onto the cassette stage 114 by an in-process carrying device (not shown), and is also carried out from the cassette stage 114. The cassette stage 114 is configured so that the wafer 200 in the cassette 110 is placed in a vertical posture and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 is directed upward by the in-process transfer device.

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。 A cassette shelf (substrate container mounting shelf) 105 is installed at a substantially lower center in the front-rear direction in the casing 111, and the cassette shelf 105 stores a plurality of cassettes 110 in a plurality of rows and a plurality of rows. The wafers 200 in the cassette 110 are arranged so that they can be taken in and out. The cassette shelf 105 is installed on a slide stage (horizontal movement mechanism) 106 so as to be capable of traversing. In addition, a buffer shelf (substrate container storage shelf) 107 is installed above the cassette shelf 105 and configured to store the cassette 110.
A cassette carrying device (substrate container carrying device) 118 is installed between the cassette stage 114 and the cassette shelf 105. The cassette transport device 118 includes a cassette elevator (substrate container lifting mechanism) 118a that can be moved up and down while holding the cassette 110, and a cassette transport mechanism (substrate container transport mechanism) 118b as a transport mechanism. The cassette 110 is transported between the cassette stage 114, the cassette shelf 105, and the buffer shelf 107 by continuous operation of the cassette 118a and the cassette transport mechanism 118b.

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２に模式的に示されているように、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、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。 A wafer transfer mechanism (substrate transfer mechanism) 125 is installed behind the cassette shelf 105. The wafer transfer mechanism 125 can rotate or linearly move the wafer 200 in the horizontal direction (substrate). And a wafer transfer device elevator (substrate transfer device lifting mechanism) 125b for moving the wafer transfer device 125a up and down. As schematically shown in FIG. 2, the wafer transfer device elevator 125 b is installed at the left end of the pressure-resistant housing 111. By the continuous operation of the wafer transfer device elevator 125b and the wafer transfer device 125a, the tweezer (substrate holder) 125c of the wafer transfer device 125a is used as a placement portion for the wafer 200 with respect to the boat (substrate holder) 217. The wafer 200 is loaded (charged) and unloaded (discharged).

図２に示されているように、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。 As shown in FIG. 2, a clean unit 134a composed of a supply fan and a dustproof filter is provided behind the buffer shelf 107 so as to supply clean air that is a cleaned atmosphere. It is configured to circulate inside the casing 111. A clean unit (not shown) composed of a supply fan and a dustproof filter is installed at the right end opposite to the wafer transfer device elevator 125b side to supply clean air. After flowing through the wafer transfer device 125a, the clean air is sucked into an exhaust device (not shown) and exhausted to the outside of the casing 111.

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図示しない排気管とがそれぞれ接続されている。 On the rear side of the wafer transfer device (substrate transfer device) 125a, a case (hereinafter referred to as a pressure-resistant case) 140 having a confidential performance capable of maintaining a pressure lower than atmospheric pressure (hereinafter referred to as negative pressure). Is installed, and a load lock chamber 141 that is a load lock type standby chamber having a capacity capable of accommodating the boat 217 is formed by the pressure-resistant housing 140.
A wafer loading / unloading port (substrate loading / unloading port) 142 is opened on the front wall 140a of the pressure-resistant housing 140, and the wafer loading / unloading port 142 is opened and closed by a gate valve (substrate loading / unloading port opening / closing mechanism) 143. It has become. A gas supply pipe 144 for supplying an inert gas such as nitrogen gas to the load lock chamber 141 and an exhaust pipe (not shown) for exhausting the load lock chamber 141 to a negative pressure are provided on a pair of side walls of the pressure-resistant housing 140. And are connected to each other.

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２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。 A processing furnace 202 is provided above the load lock chamber 141. The lower end portion of the processing furnace 202 is configured to be opened and closed by a furnace port gate valve (furnace port opening / closing mechanism) 147.
As schematically shown in FIG. 2, a boat elevator (substrate holder lifting mechanism) 115 for lifting the boat 217 is installed in the load lock chamber 141. A seal cap 219 as a lid is horizontally installed on an arm (not shown) as a connecting tool connected to the boat elevator 115, and the seal cap 219 supports the boat 217 vertically, and the lower end of the processing furnace 202 is attached to the lower end of the processing furnace 202. It is configured to be occluded.
The boat 217 includes a plurality of holding members so that a plurality of (for example, about 50 to 150) wafers 200 are horizontally held in a state where their centers are aligned in the vertical direction. It is configured.

次に、本発明の処理装置の動作について説明する。
図２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
ら救い上げられるとともに、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。 Next, the operation of the processing apparatus of the present invention will be described.
As shown in FIG. 2, the cassette loading / unloading port 112 is opened by the front shutter 113 before the cassette 110 is supplied to the cassette stage 114. Thereafter, the cassette 110 is loaded from the cassette loading / unloading port 112 and placed on the cassette stage 114 so that the wafer 200 is in a vertical posture and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 faces upward.
Next, the cassette 110 is rescued from the cassette stage 114 by the cassette carrying device 118, and the wafer 200 in the cassette 110 is in a horizontal posture, so that the wafer loading / unloading port of the cassette 110 faces the rear of the housing. It is rotated 90 ° clockwise around the right. Subsequently, the cassette 110 is automatically transported to the designated shelf position of the cassette shelf 105 or the buffer shelf 107 by the cassette transport device 118, delivered, temporarily stored, and then stored by the cassette transport device 118. It is transferred to the cassette shelf 105 or directly transferred to the cassette shelf 105.

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に対峙する様に位置決めする。
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１１０をボート２１７に装填する。 The slide stage 106 moves the cassette shelf 105 horizontally and positions the cassette 110 to be transferred so as to face the wafer transfer device 125a.
When the wafer loading / unloading port 142 of the load lock chamber 141 whose interior is previously set to the atmospheric pressure state is opened by the operation of the gate valve 143, the wafer 200 is removed from the cassette 110 by the tweezer 125c of the wafer transfer device 125a. And is loaded into the load lock chamber 141 through the wafer loading / unloading port 142, transferred to the boat 217, and loaded (wafer charging). The wafer transfer device 125 a that has delivered the wafer 200 to the boat 217 returns to the cassette 110 and loads the next wafer 110 into the boat 217.

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）されて行く。 When a predetermined number of wafers 200 are loaded into the boat 217, the wafer loading / unloading port 142 is closed by the gate valve 143, and the load lock chamber 141 is evacuated from the exhaust pipe to be decompressed. When the load lock chamber 141 is reduced to the same pressure as that in the processing furnace 202, the lower end portion of the processing furnace 202 is opened by the furnace port gate valve 147. Subsequently, the seal cap 219 is raised by the boat elevator 115, and the boat 217 supported by the seal cap 219 is loaded into the processing furnace 202.

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が引き出され更に、ロードロック室１４０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。 After loading, arbitrary processing is performed on the wafer 200 in the processing furnace 202.
After the processing, the boat 217 is pulled out by the boat elevator 115, and the gate valve 143 is opened after the inside of the load lock chamber 140 is restored to atmospheric pressure. After that, the wafer 200 and the cassette 110 are discharged out of the casing 111 in the reverse procedure described above.

本発明の好ましい実施例における基板処理装置の反応炉を示す概略図。1 is a schematic view showing a reaction furnace of a substrate processing apparatus in a preferred embodiment of the present invention. 本発明の好ましい実施例における基板処理装置を示す概略図。1 is a schematic view showing a substrate processing apparatus in a preferred embodiment of the present invention. 前処理の条件と界面の酸素濃度測定結果。Pretreatment conditions and interface oxygen concentration measurement results.

Explanation of symbols

１０１基板処理装置
１４０ロードロック室
２００ウエハ
２０１処理室
２０２反応炉
２０５アウターチューブ
２０６ヒータ
２４０コントローラ
101 substrate processing apparatus 140 load lock chamber 200 wafer 201 processing chamber 202 reaction furnace 205 outer tube 206 heater 240 controller

Claims

Carrying a substrate having a silicon surface exposed in part into a processing chamber;
Heating the substrate to a predetermined temperature;
A pretreatment step of supplying at least a silane-based gas, a halogen-based gas, and a hydrogen gas into the processing chamber, and removing at least a natural oxide film or contaminants existing on the surface of the silicon surface;
Supplying a gas containing at least silicon into the processing chamber, and growing a film containing silicon on the silicon surface on which the pretreatment has been performed, and
In the step of heating the substrate,
Heating the substrate carried into the processing chamber to a temperature in the film growth step;
Maintaining the temperature in the film growth step at least,
The pretreatment gas supplied in the pretreatment step is supplied into the processing chamber in the course of being heated in the temperature raising step, and at least the silane-based gas according to the temperature rise due to the temperature rise. The method of manufacturing a semiconductor device supplied by decreasing the flow rate of the gas or increasing the flow rate of the halogen-based gas .

Carrying a substrate having a silicon surface exposed in part into a processing chamber;
Heating the substrate to a predetermined temperature;
A pretreatment step of supplying at least a silane-based gas, a halogen-based gas, and a hydrogen gas into the processing chamber, and removing at least a natural oxide film or contaminants existing on the surface of the silicon surface;
Supplying a gas containing at least silicon into the processing chamber, and growing a film containing silicon on the silicon surface on which the pretreatment has been performed, and
In the step of heating the substrate,
Heating the substrate carried into the processing chamber to a temperature in the film growth step;
Maintaining the temperature in the film growth step at least,
The pretreatment gas supplied in the pretreatment step is supplied into the processing chamber in the course of being heated in the temperature raising step, and at least the silane-based gas according to the temperature rise due to the temperature rise. The substrate processing method is supplied by decreasing the flow rate of the gas or increasing the flow rate of the halogen-based gas .

Carrying-in means for carrying the substrate with the silicon surface exposed in part into the processing chamber;
Heating means for heating the substrate to a predetermined temperature;
Pretreatment gas supply means for supplying at least a silane-based gas, a halogen-based gas, and a hydrogen gas into the processing chamber, and performing a pretreatment for removing at least a natural oxide film or contaminants present on the surface of the silicon surface; ,
Silicon-containing gas supply means for supplying a gas containing at least silicon into the processing chamber and growing a film containing silicon on the silicon surface on which the pretreatment has been performed;
Have
The gas for processing before being supplied in the pretreatment gas supply unit is supplied into the processing chamber in the process of being heated by the heating means, at least the silane-based in accordance with the temperature rise due to heating A substrate processing apparatus , wherein a gas flow rate is decreased or a halogen-based gas flow rate is increased .