JP5214778B2 - 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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Description
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−SiGe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。
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。
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、本発明のように処理室内の所定の部分、例えば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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
次に実施例及び比較例について説明する。
表1に示す条件でSiコーティングを実施し、表2で示す条件でEpi−SiGe成膜処理した。得られた基板をSIMS(二次イオン質量分析装置)で分析した結果を図5に示す。Epi−SiGe膜のSi基板との界面における酸素濃度が1017(atoms/cm3)オーダに抑えられていることが理解される。
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。
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30 nm以下が好ましい。Siコーティング膜が30 nm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、30 nm 〜 40 nmとすることが好ましい。
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。
28 処理炉
30 ロードロック室
36 基板
38 基板支持体
86 アウタチューブ
88 処理室
90 インナチューブ
94 ヒータ
114 第1のガス供給源
116 第2のガス供給源
118 第3のガス供給源
124 制御装置
Claims (9)
- 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ことを特徴とする基板処理装置。 - 請求項2記載の基板処理装置において、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乃至4いずれか記載の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ことを特徴とする基板処理装置。
- 請求項1乃至5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6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、Siコーティング膜の膜厚を30 nm 〜 40 nmにしたことを特徴とする基板処理装置。
- 請求項1乃至7いずれか記載の基板処理装置において、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。
- 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、
を含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
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