JP5235142B2 - 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の製造方法及びその基板の処理装置に関し、特に、ＭＯＳＦＥＴ(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)の生産に用いられる基板のソース／ドレイン上へ選択的にシリコンエピタキシャル膜を成長する工程を備える半導体装置の製造方法及びその基板処理装置に関する。

ＭＯＳＦＥＴの高集積化及び高性能化に伴い、基板特性の向上と微細化の両立が要求さ
れている。この両立を実現するために、ＭＯＳＦＥＴのソース／ドレインの課題として、
リーク電流低減及び低抵抗化などが求められており、これら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。

従来行われてきた選択エピタキシャル膜の成長方法には、成膜ガスとエッチングガスを
同時供給する方法と、交互供給する方法の２つの方法がある。

成膜ガスとエッチングガスを同時供給する場合には、選択性と基板面内での膜厚均一性
の確保の両立が困難である。選択性を高めると基板の中央部が厚く周辺部が薄くなり均一
性が著しく低下する。また、均一性を確保すると、選択性が低下し絶縁膜上にも膜が成長
してしまうという問題があった。さらに、プロセスパラメータが非常に多くなるため、プ
ロセス制御が困難であるという問題や、成膜中にエッチングガスを導入することで成膜レ
ートが大幅に減少してしまうという問題があった。

一方、成膜ガスとエッチングガスを交互供給する場合には、成膜のみを行う成膜ステッ
プとエッチングのみを行うエッチングステップを有するが、成膜ステップでは、シリコン
上と絶縁膜上での成長開始時間の差を利用して選択成長を進めるために、選択性の確保で
きる条件が狭いという問題があった。さらに、エッチング力の強いガスによって絶縁膜上
に発生した核を取り除く際に、基板上の多結晶シリコン膜やシリコン基板等の膜質の違い
によるエッチング依存性よりエッチング量が異なり、必要以上にエッチングしてしまう部
分が発生してしまうという問題があった。

このため、従来の同時供給プロセスまたは交互供給プロセスでは、選択性及び基板面内
での膜厚均一性を保ちながら十分厚いエピタキシャル膜を成長させることが困難であった
。

従って、本発明の主な目的は、選択性及び基板面内での膜厚均一性を保ちながら十分厚
いエピタキシャル膜を成長させることができる半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供することにある。

本発明によれば、
表面に少なくともシリコン露出面とシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜の露出面と
を備える基板を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内の前記基板を所定の温度に加熱した状態で前記処理室内に、少なくともシリコンを含む第１の処理ガスとエッチング系の第２の処理ガスとを共に供給する第１のガス供給工程と、
前記処理室内に、前記第２の処理ガスよりエッチング力の強いエッチング系の第３の処
理ガスを供給する第２のガス供給工程と、
を少なくとも含み、前記第１のガス供給工程と前記第２のガス供給工程とを少なくとも１回以上実施し、前記基板表面のシリコン露出面に選択的にエピタキシャル膜を成長させて
なる半導体装置の製造方法が提供される。

また本発明によれば、
基板を収容する処理室と、
前記基板を加熱する加熱機構と、
前記処理室内に所定の膜を形成するための処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内を所定の圧力とし前記処理室内の雰囲気を排気するガス排気部と、
少なくとも前記処理室内を第１の圧力とし、前記処理室内の前記基板を第１の温度に加熱した状態で、少なくともシリコンを含む第１の処理ガスとエッチング系の第２の処理ガスとを前記処理室内に供給し、前記基板のシリコン露出面に選択的に成膜し、
少なくとも前記処理室内を前記第１の圧力よりも高圧にし、若しくは前記処理室内の前記基板を第１の温度よりも高温にし、または前記第２の処理ガスより第２の処理ガスよりエッチング力の強いエッチング系の第３の処理ガスを供給し、前記シリコン酸化膜もしくは前記シリコン窒化膜上のシリコン核を除去するよう前記加熱機構及び前記ガス供給部、前記ガス排気部とを制御する制御部とが構成される基板処理装置が提供される。

本発明によれば、選択性及び基板面内での膜厚均一性を保ちながら十分厚いエピタキシ
ャル膜を成長させることができる半導体装置の製造方法及び基板処理装置が提供される。

〈第１の実施形態〉
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等）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。なお、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。
本発明の第１の実施形態における好ましい実施例を説明する。
本発明の第１の実施形態における好ましい実施例では、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基板を処理室内に挿入し、処理室内にシラン系のガス（ＳｉＧｅの混晶膜を成長する場合は、ゲルマン系のガスをも供給する）と同時に水素ガスおよびフッ素ガス、塩化水素ガスなどのエッチングガスを同時に導入することでシラン系もしくはゲルマン系ガスが気相中で反応するのを抑制しながらシリコン表面のみに選択的にシリコンエピタキシャル成長を行う第１のステップと、第１のステップで用いたエッチングガスよりエッチング力が強い塩素ガスなどのエッチングガスのみ導入してシリコン窒化膜もしくはシリコン酸化膜上に付着したシリコン原子を除去する第２ステップとを順に所定回数繰返すことにより選択エピタキシャル成長を行う。このようにすることで、選択性及び基板面内の膜厚均一性を保ちながら十分厚いエピタキシャル膜を成長させることが出来る。

ここで、第１のステップである成膜ステップと第２のステップであるエッチングステッ
プでは共にエッチングガスを使用する。第１ステップではエッチング力の弱いガス、例え
ば塩化水素のようなガスを用いることを特徴としており、基板上のシリコン表面に選択的
に膜厚均一性良く成膜することが可能となる。また、塩化水素のようなエッチング力の弱
いガスを使用することによって、基板周辺部だけが極端にエッチングされることを防ぎ、
面内の膜厚均一性を向上させることができる。また、基板表面のシリコン窒化膜や酸化膜
、シリコンの多結晶膜や単結晶膜などの膜質によるエッチング力の差を小さくすることが
可能となる。

しかし、エッチング力が弱いためにシリコン窒化膜やシリコン酸化膜等の絶縁膜上にも
シリコン膜成膜の初期段階のシリコン核が発生してしまう。第２ステップでは、この絶縁
膜上に発生したシリコン核の除去を小流量、短時間で行う目的でエッチング力の強いガス
であるフッ素系ガス、例えば、フッ素ガス、フッ化水素ガス、三フッ化窒素ガスなどのフ
ッ素およびフッ素化合物ガスや塩素系ガス、例えば、塩素ガス、や三フッ化塩素などのガ
スによってシリコンの核を取り除くことが可能になる。また、短時間でのエッチングが可
能なため、不純物拡散や形状変形などデバイス特性を劣化させるような熱による基板への
ダメージの低減、スループットを向上させることなどが可能となる。

次に、図面を参照して、本発明の第１の実施形態における好ましい処理装置の構成について詳細に説明する。

図１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１
１１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１０
４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１
１２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。

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。

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１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、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）１２５
ｃ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。

図１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１
３４ａ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。

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）１４
３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。

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１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。

次に、本発明の第１の実施形態における好ましい実施例の処理装置の動作について説明する。
図１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。

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。

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。

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１４
０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。

次に、本発明の第１の実施形態における好ましい実施例の処理装置の処理炉２０２について説明する。
図２は本発明の第１の実施形態で好適に用いられる処理装置の処理炉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。

図２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。

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（ＳｉＯ2）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。

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。

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４つに分かれており、バル
ブ５２１、５２２、５２３、５２４とガス流量制御装置としてのＭＦＣ（マスフローコン
トローラ）５１１、５１２、５１３、５１４を介して第１のガス供給源５０１、第２のガ
ス供給源５０２、第３のガス供給源５０３、第４のガス供給源５０４にそれぞれ接続され
ている。ＭＦＣ５１１、５１２、５１３、５１４及びバルブ５２１、５２２、５２３、５
２４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。尚、これらガス供給管２３２、バルブ５２１、５２２、５２３、５２４、ＭＦＣ５１１、５１２、５１３、５１４、第１のガス供給源５０１、第２のガス供給源５０２、第３のガス供給源５０３、第４のガス供給源５０４にてガス供給部２３２１が構成されている。尚、ガス供給部としてはこの形態に限らず、例えば、ガス供給管２３２を複数設けるようにしても良い。また、例えば、バルブ５２１、ＭＦＣ５１１、第１のガス供給源５０１を他のバルブ、ＭＦＣ、ガス供給源と独立させてガス供給管を設けることで、第１ガス供給部として構成しても良い。また、バルブ５２２、ＭＦＣ５１２、第２のガス供給源５０２を他のバルブ、ＭＦＣ、ガス供給源と独立させてガス供給管を設けることで、第２ガス供給部として構成しても良い。また、バルブ５２３、ＭＦＣ５１３、第３のガス供給源５０３を他のバルブ、ＭＦＣ、ガス供給源と独立させてガス供給管を設けることで、第３ガス供給部として構成しても良い。また、バルブ５２４、ＭＦＣ５１４、第４のガス供給源５０４を他のバルブ、ＭＦＣ、ガス供給源と独立させてガス供給管を設けることで、第４ガス供給部として構成しても良い。
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。尚、これらガス排気管２３１、圧力センサ、ＡＰＣバルブ２４２、真空排気装置２４６にて処理室２０１内を所定の圧力とし処理室２０１内の雰囲気を排気するガス排気部２３１１が構成されている。

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。

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。

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２
３８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。

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５０１から供
給され、ＭＦＣ５１１でその流量が調節された後、バルブ５２１を介して、ガス供給管２
３２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５０２から供給され、ＭＦＣ５１２でその流量が調
節された後、バルブ５２２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５０３から供給され、ＭＦＣ５１３でその流量が調
節された後、バルブ５２３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４の処理ガスは、第４のガス供給源５０４から供給され、ＭＦＣ５１４でその流量が調
節された後、バルブ５２４を介して、ガス供給管２３２により処理室２０１内に導入され
る。
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２
４６により、処理室２０１から排気される。

次に、本発明の第１の実施形態で用いる処理装置の処理炉周辺の構成について説明する。

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２４
５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２
４９が昇降するように構成されている。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

次に、上記構成に係る処理炉２０２を用いて、基板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。

複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填されると、図２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。

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。

第１のガス供給源５０１、第２のガス供給源５０２、第３のガス供給源５０３、第４の
ガス供給源５０４には、処理ガスとして、それぞれ第１の処理ガスとしてのシラン系ガス
又はハロゲン含有ガスであって例えばジクロルシランガス（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、第２の処
理ガスとしての塩化水素ガス（ＨＣｌ）、第３の処理ガスとしての塩素ガス（Ｃｌ２）、第４の処理ガスとしての水素ガス（Ｈ2）が封入されており、次いで、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ＭＦＣ５１１、５１２、５１３、５１４の開度が調節された後、バルブ５２１、５２２、５２３、５２４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。処理ガス
は、処理室２０１内を通過する際にウエハ２００と接触し、ウエハ２００の表面上にＥｐ
ｉ−Ｓｉ膜が選択エピタキシャル成長される。

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。

その後、昇降モータ２４８によりシールキャップ２１９が下降して、マニホールド２０
９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）。

次に、本発明の第１の実施形態における好ましい実施例における基板処理について図３のプロセスシーケンス図を参照して説明する。

本発明の第１の実施形態における好ましい実施例では、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エハ２００を処理室２０１内に挿入する（ステップ３０１）。

次に、ウエハ２００の温度が６５０〜８００℃（６５０℃以上８００℃以下）の範囲内の所定の温度になるようにする
（ステップ３０２）。

次に、第１ステップである成膜ステップでは、成膜ガスとしてのジクロルシランガスと
エッチングガスとしての塩化水素ガスを同時に処理室２０１内に導入してウエハ２００に
照射する（ステップ３０３）。このとき、処理室２０１の圧力は１００Ｐａ以上大気圧未満、ジクロルシランガス流量は１〜３００ｓｃｃｍ（１ｓｃｃｍ以上３００ｓｃｃｍ以下）、塩化水素ガス流量は１〜３００ｓｃｃｍ（１ｓｃｃｍ以上３００ｓｃｃｍ以下）、水素ガス流量は１〜２００００ｓｃｃｍ（１ｓｃｃｍ以上２００００ｓｃｃｍ以下）とすることが好ましい。成膜ステップでは、これらのガスを同一ノズルから流すことにより、成膜ガスのみ、エッチングガスのみが反応することを避け、選択成長を行うことができるようなガス供給を行う。

次に、第２ステップであるエッチングステップでは、エッチングガスとして、成膜ステ
ップで用いたエッチングガスよりもエッチング力の強い塩素ガスを処理室２０１内に導入
してウエハ２００に照射する（ステップ３０４）。このとき、温度は第１のステップと同
じ温度で行うが、処理室２０１の圧力は１Ｐａ以上５０Ｐａ以下程度の低圧下で行い、エッチングガスが基板周辺部のみでなく、基板中央部まで到達し反応できるようにすると好ましい。また、塩素ガス流量は１〜１００ｓｃｃｍ（１ｓｃｃｍ以上１００ｓｃｃｍ以下）とすることが好ましい。さらに、第２ステップでは水素ガスを流量１０〜５０００ｓｃｃｍ（１０ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下）、好ましくは、１００
０〜３０００ｓｃｃｍ（１０００ｓｃｃｍ以上３０００ｓｃｃｍ以下）程度を流すと良い。

次に、基板表面に残留した塩素を取り除くために、還元ガスとして例えば水素ガス等を
供給するパージステップを行う（ステップ３０５）。

成膜ステップ、エッチングステップ、パージステップを順に行うことにより、シリコン
膜の選択エピタキシャル成長を行う。また、成膜ステップ、エッチングステップ、パージ
ステップは順に所定回数繰り返しても良い。

ステップ３０３のように、ジクロルシランガスと塩化水素ガスを同時に導入することで
ジクロルシランガスが気相中で反応するのを抑制しながらシリコン表面のみに選択的にシ
リコンエピタキシャル成長を行う。

また、ステップ３０４のように、エッチングガスのみを導入することによりシリコン窒
化膜もしくはシリコン酸化膜上に付着したシリコン原子核を除去する。

さらに、ステップ３０５のように、還元ガスを導入することにより基板表面に残留した
塩素を除去する。

このように、ステップ３０３、ステップ３０４及びステップ３０５とを１回以上の所定
回数繰返す若しくは行うことにより、選択性及び基板面内の膜厚均一性を保ちながら十分厚いエピタキ
シャル膜を成長させることが出来る。

ステップ３０３とステップ３０４においては、キャリアガスとしての水素ガスは１０〜
５００００ｓｃｃｍ（１０ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下）、同じくキャリアガスとしての窒素ガスは１〜３００００ｓｃｃｍ（１ｓｃｃｍ以上３００００ｓｃｃｍ以下）流
すことが好ましい。キャリアガスとしての水素ガスおよび窒素ガスは、成膜ガスやエッチ
ングガスと同時に流す。窒素ガスを流す場合には、窒素ガス供給源、ＭＦＣおよびバルブ
を備えるガス供給ラインをもう一本追加する。

ステップ３０３とステップ３０４とを所定回数繰返して、所望のエピタキシャル膜を選
択成長させた後は、ガスを止め、処理室２０１を排気する。

その後、処理室２０１からウエハ２００をアンロードする（ステップ３０５）。

本実施形態によれば、以下に示す効果のうち一つ又は複数の効果を奏する。
（１）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基板を処理室内に挿入し、処理室内にシラン系のガス（ＳｉＧｅの混晶膜を成長する場合は、ゲルマン系のガスをも供給する）と同時に水素ガスおよびフッ素ガス、塩化水素ガスなどのエッチングガスを同時に導入することでシラン系もしくはゲルマン系ガスが気相中で反応するのを抑制しながらシリコン表面のみに選択的にシリコンエピタキシャル成長を行う成膜ステップと、成膜ステップで用いたエッチングガスよりエッチング力が強い塩素ガスなどのエッチングガスを導入してシリコン窒化膜もしくはシリコン酸化膜上に付着したシリコン原子を除去するエッチングステップとを順に少なくとも１回以上行うことにより選択エピタキシャル成長を行う。このようにすることで、選択性及び基板面内の膜厚均一性を保ちながら十分厚いエピタキシャル膜を成長させることが出来る。
（２）成膜ステップではエッチング力の弱いガスを用いることで、基板上のシリコン表面に選択的に膜厚均一性良く成膜することが可能となる。また、エッチング力の弱いガスを使用することによって、基板周辺部だけが極端にエッチングされることを防ぎ、面内の膜厚均一性を向上させることができる。また、基板表面のシリコン窒化膜や酸化膜、シリコンの多結晶膜や単結晶膜などの膜質によるエッチング力の差を小さくすることが可能となる。
また、成膜ステップでは、エッチング力が弱いためにシリコン窒化膜やシリコン酸化膜等の絶縁膜上にもシリコン膜成膜の初期段階のシリコン原子やシリコン原子核が発生してしまうが、エッチングステップにおいて、この絶縁膜上に発生したシリコン原子核の除去を小流量、短時間で行う目的で成膜ステップよりもエッチング力の強いガスによってシリコン原子やシリコンの原子核を取り除くことが可能になる。また、低い温度で且つ短時間でのエッチングが可能となり、不純物拡散や形状変形などデバイス特性を劣化させるような熱による基板へのダメージの低減、スループットを向上させることなどが可能となる。

〈第２の実施形態〉
第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態で、第１の実施形態と異なる点は、基板処理におけるプロセスシーケンスである。具体的には、主に第２ステップであるエッチングステップ（ステップ３０４）において、エッチングガスとして、成膜ステップで用いたエッチングガスよりもエッチング力の強いガス、例えば塩素ガスを、処理室２０１内に導入してウエハ２００に照射する際のガス供給量、処理室２０１内の圧力条件を第１の実施形態と異ならせている。その他のプロセスシーケンスや処理装置、処理炉の構成、動作については第１の実施形態と同様である。

本実施形態では、第１の実施形態における第１ステップである成膜ステップ（３０３）において、成膜ガスとしてのジクロルシランガスとエッチングガスとしての塩化水素ガスを同時に処理室２０１内に導入してウエハ２００に照射する。このとき、下表１に示すように処理室２０１の圧力は５０Ｐａ以上大気圧未満、塩化水素ガス流量は１ｓｃｃｍ以上３００ｓｃｃｍ以下とする。また、ジクロルシランガス流量は１ｓｃｃｍ以上５００ｓｃｃｍ以下、水素ガス流量は１ｓｃｃｍ以上２００００ｓｃｃｍ以下とすることが好ましい。
また、第２ステップであるエッチングステップ（ステップ３０４）において、下表１に示すように処理室２０１内に導入してウエハ２００に照射する際に、エッチングガスとして、第１ステップである成膜ステップで用いたエッチングガスよりもエッチング力の強いガスとして塩素ガスの供給量を１ｓｃｃｍ以上３００ｓｃｃｍ以下とする。また、この時の処理室２０１内の圧力を５０Ｐａ以上大気圧未満とする。
すなわち、成膜ステップとエッチングステップとを、処理室２０１内の圧力条件とエッチングガスの供給量条件とを同様にして実施する。

本実施形態によれば、第１の実施形態に記載の効果と同様の効果に加えて、処理室２０１内の圧力変動を抑制することができる分、スループットが向上するとともに、より再現性の高いウエハ２００への処理を実現することができるという効果を奏する。

〈第３の実施形態〉
第３の実施形態について説明する。
第３の実施形態で、第１の実施形態と異なる点は、基板処理におけるプロセスシーケンスである。具体的には、主に第２ステップであるエッチングステップ（ステップ３０４）において、エッチングガスとして、成膜ステップで用いたエッチングガスよりもエッチング力の強いガス、例えば塩素ガスを、処理室２０１内に導入してウエハ２００に照射する際のガス供給量、処理室２０１内の圧力条件を第１の実施形態と異ならせている。その他のプロセスシーケンスや処理装置、処理炉の構成、動作については第１の実施形態と同様である。

本実施形態では、第１の実施形態における第１ステップである成膜ステップ（３０３）において、成膜ガスとしてのジクロルシランガスとエッチングガスとしての塩化水素ガスを同時に処理室２０１内に導入してウエハ２００に照射する。このとき、下表２に示すように処理室２０１の圧力は５０Ｐａ以上大気圧未満、塩化水素ガス流量は１ｓｃｃｍ以上３００ｓｃｃｍ以下とする。また、ジクロルシランガス流量は１ｓｃｃｍ以上５００ｓｃｃｍ以下、水素ガス流量は１ｓｃｃｍ以上２００００ｓｃｃｍ以下とすることが好ましい。
また、第２ステップであるエッチングステップ（ステップ３０４）において、下表２に示すように処理室２０１内に導入してウエハ２００に照射する際に、エッチングガスとして、第１ステップである成膜ステップで用いたエッチングガスよりもエッチング力の強いガスとして塩素ガスを供給する際の処理室２０１内の圧力を１Ｐａ以上２０Ｐａ以下とする。
すなわち、成膜ステップよりもエッチングステップの処理室２０１内の圧力を低くする。

本実施形態によれば、第１の実施形態に記載の効果と同様の効果に加えて、エッチングガスが基板周辺部のみでなく、基板中央部まで到達し反応できるようにすることができ、基板全体で成膜ステップにて残留したシリコン原子やシリコンの原子核等をエッチングすることができ、基板面内を均一にエッチングすることができるという効果を奏する。

〈第４の実施形態〉
第４の実施形態について説明する。
第４の実施形態で、第１の実施形態と異なる点は、基板処理におけるプロセスシーケンスである。具体的には、主に第１ステップである成膜ステップ（ステップ３０３）において、処理室２０１内の温度、特にウエハ２００の温度条件と、第２ステップであるエッチングステップ（ステップ３０４）において、エッチングガスとして、成膜ステップで用いたエッチングガスよりもエッチング力の強いガス、例えば塩素ガスを、処理室２０１内に導入してウエハ２００に照射する際の処理室２０１内の温度、特にウエハ２００の温度条件を、第１の実施形態と異ならせている。その他のプロセスシーケンスや処理装置、処理炉の構成、動作については第１の実施形態と同様である。

本実施形態では、第１の実施形態における第１ステップである成膜ステップ（３０３）において、成膜ガスとしてのジクロルシランガスとエッチングガスとしての塩化水素ガスを同時に処理室２０１内に導入してウエハ２００に照射する。このとき、下表３に示すように処理室２０１の圧力は５０Ｐａ以上大気圧未満、塩化水素ガス流量は１ｓｃｃｍ以上３００ｓｃｃｍ以下とする。下表３に示すように処理室２０１内の温度６５０℃以上８００℃以下とする。ジクロルシランガス流量は１ｓｃｃｍ以上５００ｓｃｃｍ以下、水素ガス流量は１ｓｃｃｍ以上２００００ｓｃｃｍ以下とすることが好ましい。
また、第２ステップであるエッチングステップ（ステップ３０４）において、下表３に示すように処理室２０１内に導入してウエハ２００に照射する際に、エッチングガスとして、第１ステップである成膜ステップで用いたエッチングガスよりもエッチング力の強いガスとして塩素ガスを供給する際の処理室２０１内の温度、特にウエハ２００の温度を、成膜ステップよりも高い温度であって、６５０℃より高く８００℃以下に一時的に昇温させる。例えば、成膜ステップにおける処理室２０１内の温度を６５０℃とした場合、エッチングステップでは、８００℃に一時的に昇温させる。これにより、エッチングステップにおいて、より一層エッチング力を高めることができる。また、より好ましくは、エッチングステップにおける処理室内２０１の温度は、成膜ステップからエッチングステップに移行する際には、成膜ステップと同じ温度とし、その後、一旦昇温させて、その後、降温させ、エッチングステップが終了する前に再び、成膜ステップと同じ温度に戻すようにすると良い。例えば、成膜ステップにおける処理室２０１内の温度を６５０℃とした場合、成膜ステップからエッチングステップに移行する際には、処理室２０１内の温度を６５０℃で維持し、その後、一旦８００℃まで昇温させて、その後、降温させ、エッチングステップが終了する前に再び、成膜ステップと同じ温度である６５０℃に戻す。これにより、昇温・降温させる際にもエッチングすることができ、より一層エッチング時間を短縮することができる。
なお、エッチングステップ中に処理室２０１内の温度を一時的に昇温させることなく、すなわち、エッチングステップ中に処理室２０１内の温度を変化させることなく、エッチングステップ当初から成膜ステップより高温にし、一定温度でのエッチングを行う方法も有効である。

本実施形態によれば、第１の実施形態に記載の効果と同様の効果に加えて、さらにエッチングステップにおけるエッチング力を高めることができ、より一層スループット等が向上するという効果を奏する。特に、不純物拡散や形状変形などデバイス特性を劣化させるような熱による基板へのダメージが問題とならない半導体基板上に成膜する場合に有効となる。

〈第５の実施形態〉
第５の実施形態について説明する。
第５の実施形態で、第１の実施形態と異なる点は、基板処理におけるプロセスシーケンスである。具体的には、主に第１ステップである成膜ステップ（ステップ３０３）において、処理室２０１内の圧力条件と、第２ステップであるエッチングステップ（ステップ３０４）において、エッチングガスとして、成膜ステップで用いたエッチングガス、例えば塩化水素ガスをそのまま使用して、処理室２０１内に導入してウエハ２００に照射する際の処理室２０１内の圧力条件を第１の実施形態と異ならせている。その他のプロセスシーケンスや処理装置、処理炉の構成、動作については第１の実施形態と同様である。

本実施形態では、第１の実施形態における第１ステップである成膜ステップ（３０３）において、成膜ガスとしてのジクロルシランガスとエッチングガスとしての塩化水素ガスを同時に処理室２０１内に導入してウエハ２００に照射する。このとき、下表４に示すように処理室２０１の圧力は１Ｐａ以上１００Ｐａ以下、塩化水素ガス流量は１ｓｃｃｍ以上３００ｓｃｃｍ以下とする。下表４に示すように処理室２０１内の温度６５０℃以上８００℃以下とする。ジクロルシランガス流量は１ｓｃｃｍ以上５００ｓｃｃｍ以下、水素ガス流量は１ｓｃｃｍ以上２００００ｓｃｃｍ以下とすることが好ましい。
また、第２ステップであるエッチングステップ（ステップ３０４）において、下表４に示すように処理室２０１内に導入してウエハ２００に照射する際に、エッチングガスとして、第１ステップである成膜ステップで用いたエッチングガス、例えば、塩化水素ガスをそのまま使用する。また、エッチングステップにおいて、エッチングガスを供給する際の処理室２０１内の圧力を、成膜ステップにおける処理室２０１内の圧力よりも一時的に高い圧力にする。例えば、エッチングステップにおける処理室２０１内の圧力を５００Ｐａ以上１０００Ｐａ以下に一時的に昇圧させる。これにより、エッチングステップにおいて、エッチング力を高めることができる。
また、より好ましくは、エッチングステップにおける処理室内２０１の圧力は、成膜ステップからエッチングステップに移行する際には、成膜ステップと同じ圧力とし、その後、一旦昇圧させて、その後、降圧させ、エッチングステップが終了する前に再び、成膜ステップと同じ圧力に戻すようにすると良い。例えば、成膜ステップにおける処理室２０１内の圧力を１００Ｐａとした場合、成膜ステップからエッチングステップに移行する際には、処理室２０１内の圧力を１００Ｐａで維持し、その後、一旦１０００Ｐａまで昇圧させて、その後、降圧させ、エッチングステップが終了する前に再び、成膜ステップと同じ圧力である１００Ｐａに戻す。これにより、昇圧・降圧させる際にもエッチングすることができ、より一層エッチング時間を短縮することができる。
なお、エッチングステップ中に処理室２０１内の圧力を一時的に昇圧させることなく、すなわち、エッチングステップ中に処理室２０１内の圧力を変化させることなく、エッチングステップ当初から成膜ステップより高圧にし、一定圧力でのエッチングを行う方法も有効である。

本実施形態によれば、以下に示す効果のうち一つ又は複数の効果を奏する。
（１）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基板を処理室内に挿入し、処理室内にシラン系のガス（ＳｉＧｅの混晶膜を成長する場合は、ゲルマン系のガスをも供給する）と同時に水素ガスおよびフッ素ガス、塩化水素ガスなどのエッチングガスを同時に導入することでシラン系もしくはゲルマン系ガスが気相中で反応するのを抑制しながらシリコン表面のみに選択的にシリコンエピタキシャル成長を行う成膜ステップと、処理室内の圧力を成膜ステップよりも高い圧力とし、成膜ステップで用いたエッチングガスを導入してシリコン窒化膜もしくはシリコン酸化膜上に付着したシリコン原子を除去するエッチングステップとを順に少なくとも１回以上行うことにより選択エピタキシャル成長を行う。このようにすることで、選択性及び基板面内の膜厚均一性を保ちながら十分厚いエピタキシャル膜を成長させることが出来る。
（２）成膜ステップではエッチング力の弱いガスを用いることで、基板上のシリコン表面に選択的に膜厚均一性良く成膜することが可能となる。また、エッチング力の弱いガスを使用することによって、基板周辺部だけが極端にエッチングされることを防ぎ、面内の膜厚均一性を向上させることができる。また、基板表面のシリコン窒化膜や酸化膜、シリコンの多結晶膜や単結晶膜などの膜質によるエッチング力の差を小さくすることが可能となる。
また、成膜ステップでは、エッチング力が弱いためにシリコン窒化膜やシリコン酸化膜等の絶縁膜上にもシリコン膜成膜の初期段階のシリコン原子核が発生してしまうが、成膜ステップにおいて、この絶縁膜上に発生したシリコン原子核の除去を小流量、短時間で行う目的で成膜ステップと同じエッチングガスを用い、かつ成膜ステップよりも処理室内の圧力を高くすることでシリコン原子やシリコンの原子核を取り除くことが可能になる。また、低い温度で且つ短時間でのエッチングが可能となり、不純物拡散や形状変形などデバイス特性を劣化させるような熱による基板へのダメージの低減、スループットを向上させることなどが可能となる。

〈第６の実施形態〉
第６の実施形態について説明する。
第６の実施形態で、第１の実施形態と異なる点は、基板処理におけるプロセスシーケンスである。具体的には、主に第２ステップであるエッチングステップ（ステップ３０４）において、エッチングガスとして、成膜ステップで用いたエッチングガス、例えば塩化水素ガスをそのまま使用して、処理室２０１内に導入してウエハ２００に照射する際の処理室２０１内へのエッチングガスの供給量を第１の実施形態と異ならせている。その他のプロセスシーケンスや処理装置、処理炉の構成、動作については第１の実施形態と同様である。

本実施形態では、第１の実施形態における第１ステップである成膜ステップ（３０３）において、成膜ガスとしてのジクロルシランガスとエッチングガスとしての塩化水素ガスを同時に処理室２０１内に導入してウエハ２００に照射する。このとき、下表５に示すように処理室２０１の圧力は５０Ｐａ以上大気圧未満、塩化水素ガス流量は１ｓｃｃｍ以上３００ｓｃｃｍ以下とする。また、ジクロルシランガス流量は１ｓｃｃｍ以上５００ｓｃｃｍ以下、水素ガス流量は１ｓｃｃｍ以上２００００ｓｃｃｍ以下とすることが好ましい。また、第２ステップであるエッチングステップ（ステップ３０４）において、下表５に示すように処理室２０１内に導入してウエハ２００に照射する際に、エッチングガスとして、第１ステップである成膜ステップで用いたエッチングガス、例えば、塩化水素ガスをそのまま使用する。また、エッチングステップにおいて、エッチングガスを供給する際のガス供給量を、成膜ステップにおけるガス供給量よりも多くする。例えば、エッチングステップにおける処理室２０１内のエッチングガスの供給量を５０００ＳＣＣＭ以上１００００ＳＣＣＭ以下とする。これにより、エッチングステップにおいて、エッチング力を高めることができる。

本実施形態によれば、以下に示す効果のうち一つ又は複数の効果を奏する。
（１）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基板を処理室内に挿入し、処理室内にシラン系のガス（ＳｉＧｅの混晶膜を成長する場合は、ゲルマン系のガスをも供給する）と同時に水素ガスおよびフッ素ガス、塩化水素ガスなどのエッチングガスを同時に導入することでシラン系もしくはゲルマン系ガスが気相中で反応するのを抑制しながらシリコン表面のみに選択的にシリコンエピタキシャル成長を行う成膜ステップと、成膜ステップで用いたエッチングガスを成膜ステップよりも処理室内へのエッチングガス供給量を多く導入して、シリコン窒化膜もしくはシリコン酸化膜上に付着したシリコン原子を除去するエッチングステップとを順に少なくとも１回以上行うことにより選択エピタキシャル成長を行う。このようにすることで、選択性及び基板面内の膜厚均一性を保ちながら十分厚いエピタキシャル膜を成長させることが出来る。
（２）成膜ステップではエッチング力の弱いガスを用いることで、基板上のシリコン表面に選択的に膜厚均一性良く成膜することが可能となる。また、エッチング力の弱いガスを使用することによって、基板周辺部だけが極端にエッチングされることを防ぎ、面内の膜厚均一性を向上させることができる。また、基板表面のシリコン窒化膜や酸化膜、シリコンの多結晶膜や単結晶膜などの膜質によるエッチング力の差を小さくすることが可能となる。
また、成膜ステップでは、エッチング力が弱いためにシリコン窒化膜やシリコン酸化膜等の絶縁膜上にもシリコン膜成膜の初期段階のシリコン原子核が発生してしまうが、成膜ステップにおいて、この絶縁膜上に発生したシリコン原子核の除去を小流量、短時間で行う目的で成膜ステップと同じエッチングガスを用い、かつ成膜ステップよりも処理室内へ供給するエッチングガスの供給量を多くすることでシリコン原子やシリコンの原子核を取り除くことが可能になる。また、低い温度で且つ短時間でのエッチングが可能となり、不純物拡散や形状変形などデバイス特性を劣化させるような熱による基板へのダメージの低減、スループットを向上させることなどが可能となる。

〈第７の実施形態〉
第７の実施形態について説明する。
第７の実施形態で、第１の実施形態と異なる点は、基板処理におけるプロセスシーケンスである。具体的には、主に第２ステップであるエッチングステップ（ステップ３０４）において、第１ステップである成膜ステップで導入する成膜ガス、還元ガスを処理室２０１内にそのまま導入し続け、且つ、成膜ステップで用いたエッチングガスよりもエッチング力の強いガス、例えば塩素ガスを、処理室２０１内に導入する点において、第１の実施形態と異ならせている。その他のプロセスシーケンスや処理装置、処理炉の構成、動作については第１の実施形態と同様である。

本実施形態では、下表６に示すように第１ステップである成膜ステップ（３０３）において、成膜ガスとしてのジクロルシランガスとエッチングガスとしての塩化水素ガスを同時に処理室２０１内に導入してウエハ２００に照射する。このとき、下表６に示すようにウエハ２００温度を６５０℃以上８００℃以下、処理室２０１の圧力を５０Ｐａ以上大気圧未満、塩化水素ガス流量は１ｓｃｃｍ以上３００ｓｃｃｍ以下とする。また、ジクロルシランガス流量は１ｓｃｃｍ以上５００ｓｃｃｍ以下、水素ガス流量は１ｓｃｃｍ以上２００００ｓｃｃｍ以下とすることが好ましい。これらの条件にて強成膜ステップとして成膜ステップを行う。また、ステップ３０３の後のエッチングステップ（ステップ３０４）としての弱成膜ステップでは、成膜ステップで用いたエッチングガス、例えば、塩化水素ガスよりエッチング力の高いガスを用いる。例えば、塩素ガスを1ｓｃｃｍ以上３００ｓｃｃｍ以下で処理室２０１内に供給し、他の処理条件は、成膜ステップと同条件（ウエハ温度６５０℃以上８００℃以下、処理室２０１内の圧力５０Ｐａ以上大気圧未満、ジクロルシランガス流量１ｓｃｃｍ以上５００ｓｃｃｍ以下、水素ガス流量１ｓｃｃｍ以上２００００ｓｃｃｍ以下）とする。すなわち、強成膜ステップより、強力なエッチングガスを使用することによって、成膜ステップ３０３よりもエッチング力が強くなる弱成膜ステップを行う。

本実施形態によれば、第１の実施形態に記載の効果と同様の効果に加えて、エッチングステップにおいても成膜ガスを処理室内に供給するため、成膜速度を向上させることができる分、スループットが向上することができるという効果を奏する。

〈第８の実施形態〉
第８の実施形態について説明する。
第８の実施形態で、第１の実施形態と異なる点は、基板処理におけるプロセスシーケンスである。具体的には、主に第２ステップであるエッチングステップ（ステップ３０４）において、第１ステップである成膜ステップで導入する成膜ガス、還元ガス、エッチングガスを処理室２０１内にそのまま導入し続け、且つ処理室２０１内の温度、特にウエハ２００の温度を成膜ステップ時の温度より低く且つ成膜ガスの熱分解温度よりも低い温度条件で行う点において、第１の実施形態と異ならせている。その他のプロセスシーケンスや処理装置、処理炉の構成、動作については第１の実施形態と同様である。

本実施形態では、下表７に示すように第１ステップである成膜ステップ（３０３）において、成膜ガスとしてのジクロルシランガスとエッチングガスとしての塩化水素ガスを同時に処理室２０１内に導入してウエハ２００に照射する。このとき、下表７に示すようにウエハ２００温度を６５０℃以上８００℃以下、処理室２０１の圧力を５０Ｐａ以上大気圧未満、塩化水素ガス流量は１ｓｃｃｍ以上３００ｓｃｃｍ以下とする。また、ジクロルシランガス流量は１ｓｃｃｍ以上５００ｓｃｃｍ以下、水素ガス流量は１ｓｃｃｍ以上２００００ｓｃｃｍ以下とすることが好ましい。これらの条件にて強成膜ステップとして成膜ステップを行う。また、ステップ３０３の後のエッチングステップ（ステップ３０４）では、処理室内２０１の温度を成膜ステップにおける処理室２０１内の温度より低い温度であって、成膜ガスの熱分解温度より低い温度とする。例えば、エッチングステップにおいて、処理室２０１内の温度、特にウエハ２００の温度を５００℃以上６００℃以下程度のジクロルシランガスの熱分解が進行しにくい温度にする。また、成膜ステップで用いたエッチングガス、例えば、塩化水素ガスよりエッチング力の高いガスを用いる。例えば、塩素ガスを1ｓｃｃｍ以上３００ｓｃｃｍ以下で処理室２０１内に供給し、他の処理条件は、成膜ステップと同条件（処理室２０１内の圧力５０Ｐａ以上大気圧未満、ジクロルシランガス流量１ｓｃｃｍ以上５００ｓｃｃｍ以下、水素ガス流量１ｓｃｃｍ以上２００００ｓｃｃｍ以下）とする。すなわち、強成膜ステップより、強力なエッチングガスを使用することによって、成膜ステップ３０３よりもエッチング力が強くなるエッチングステップを行い、かつ、エッチングステップ中に成膜ガスが流れても、ウエハ２００に成膜されないようにしている。

本実施形態によれば、第１の実施形態に記載の効果と同様の効果に加えて、温度以外の条件を変更せずに成膜ステップをエッチングステップに変更することができるという効果を奏する。

〈その他の実施形態〉
上述した第１の実施形態〜第８の実施形態の他、種々の変更が可能である。
例えば、上述した第１の実施形態〜第４の実施形態、第７の実施形態では、成膜ステップ３０３とエッチングステップ３０４とで、エッチングガスの種類が異なるため、成膜ステップ３０３とエッチングステップ３０４との間に、エッチングガス及び成膜ガスを処理室２０１内に供給することなく、還元ガス、例えば水素ガスなどを処理室２０１内に供給するステップとしてパージステップを設けるようにしても良い。さらに好ましくは、成膜ステップ３０３とエッチングステップ３０４との間に、処理室２０１内を真空排気し、成膜ステップにおける処理室２０１内の残留ガスを全て除去するステップを設けるようにすると良い。 これらパージステップを追加することによって、成膜ステップ、エッチングステップにおいてガス種が変更となっても、ガス供給管内における成膜ステップ時の残留ガスとの混入等の問題等を抑制することができ、より良い条件にて同一のガス供給口からの供給を行うことができる。

また、上述した実施形態において、待機室には、上述の形態では真空置換可能なロードロック室を適用した例にて説明したが、基板への自然酸化膜の付着等がさほど問題とならない処理を行う場合には、真空置換可能なロードロック室に代えて、窒素ガス雰囲気やクリーンエア雰囲気で構成される真空置換しないで清浄化するように構成しても良い。また、その場合、耐圧筐体とせずに単に筐体としても良い。

また、上述した実施形態において、ガス供給部、処理室にプラズマ生成装置を設置せずにノンプラズマ状態にて実施する形態について説明したが、これに限らず、例えば、ガス供給部や処理室にプラズマ生成装置を設けてプラズマ状態にて実施するように構成しても良い。

また、上述した実施形態において、処理室へガスを供給する方式は、ガス供給管２３２は、上流側で４つに分かれており、バルブ５２１、５２２、５２３、５２４とガス流量制御装置としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）５１１、５１２、５１３、５１４を介して第１のガス供給源５０１、第２のガス供給源５０２、第３のガス供給源５０３、第４のガス供給源５０４にそれぞれ接続されているように説明したが、ガス供給管２３２を成膜ガス、不活性ガス、エッチングガス、それぞれ異なるガス種それぞれに別体として独立して設けても良い。この場合、ガス供給管は、４つ設置され、処理室２０１内にガス供給管（ガス供給ノズル）が４つ立設される。また、これに限らず、種々の変更が可能である。

また、上述した第７の実施形態に第３の実施形態を適用し、第７の実施形態のエッチングステップ（弱成膜ステップ）時の処理室２０１内の圧力を成膜ステップ（強成膜ステップ）における処理室２０１内の圧力より小さくしても良い。また、第７の実施形態に第４の実施形態を適用し、第７の実施形態のエッチングステップ（弱成膜ステップ）時の処理室２０１内の温度を成膜ステップ（強成膜ステップ）における処理室２０１内の温度より高くしても良い。

また、上述した実施形態では、シリコン系塩素化物であるジクロルシランを用いた選択エピタキシャルシリコン膜に関しての例を挙げてきたが、これらの実施形態は、他のシリコン系塩素化物、例えばクロロシランやトリクロロシランなどを用いた成膜、また、シリコン系水素化物、例えばモノシランやジシランなどを用いた成膜にも適用可能である。

また、上述した実施形態は、選択エピタキシャルシリコンゲルマニウム膜への適用も可能である。選択エピタキシャルシリコンゲルマニウム膜の場合、例えば、成膜ステップでは、ウエハ温度４００以上１０００℃以下、圧力１Ｐａ以上１００Ｐａ以下、水素ガス流量1ｓｃｃｍ以上２００００ｓｃｃｍ以下、モノシランガス流量１ｓｃｃｍ以上３０００ｓｃｃｍ以下、モノゲルマンガス流量１ｓｃｃｍ以上３０００ｓｃｃｍ以下、塩化水素ガス流量１ｓｃｃｍ以上１０００ｓｃｃｍ以下の処理条件にて実施し、上述した実施形態におけるエッチングステップ（弱成膜ステップ含む）を適宜実施すれば良い。

本発明の好ましい実施例の基板処理装置を説明するための概略斜視図である。 本発明の好ましい実施例の基板処理装置の処理炉を説明するための概略縦断面図である。 本発明の好ましい実施例の基板処理方法を説明するためのフローチャートである。

Claims (8)

1. 表面に少なくともシリコン露出面とシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜の露出面とを備える基板を処理室内に搬入する工程と、
   前記処理室内の前記基板を所定の温度に加熱した状態で前記処理室内に、少なくともシリコンを含む第１の処理ガスとエッチング系の第２の処理ガスとを共に供給して前記基板のシリコン露出面に選択的に成膜する第１のガス供給工程と、
   前記処理室内の圧力が前記第１のガス供給工程における前記処理室内の圧力より低圧になるように前記第２の処理ガスよりエッチング力の強いエッチング系の第３の処理ガスを供給して前記シリコン酸化膜もしくは前記シリコン窒化膜上のシリコン核を除去する第２のガス供給工程と、
   を少なくとも含み、前記第１のガス供給工程と前記第２のガス供給工程とを少なくとも１回以上実施し、前記基板表面のシリコン露出面に選択的にエピタキシャル膜を成長させてなる半導体装置の製造方法。
2. 前記第２のガス供給工程における前記処理室内の圧力は、前記第１のガス供給工程における前記処理室内の圧力より一時的に低圧である請求項１の半導体装置の製造方法。
3. 前記第２のガス供給工程における前記処理室内への前記第３の処理ガスの供給量は、前記第１のガス供給工程における前記第２の処理ガスの供給量より多量である請求項１の半導体装置の製造方法。
4. 前記第２のガス供給工程における前記基板の温度は、前記第１のガス供給工程における前記所定の温度より高温である請求項１の半導体装置の製造方法。
5. 前記第２のガス供給工程における前記基板の温度は、前記第１のガス供給工程における前記所定の温度より一時的に高温である請求項１の半導体装置の製造方法。
6. 前記第１のガス供給工程から前記第２のガス供給工程への移行時には、前記所定の温度と同等し、その後、一時的に前記所定の温度より高い温度とし、その後、前記所定の温度に戻す請求項１の半導体装置の製造方法。
7. 前記第２のガス供給工程では、さらに前記第１の処理ガスを前記処理室内に供給する請求項１の半導体装置の製造方法。
8. 表面に少なくともシリコン露出面とシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜の露出面とを備える基板を収容する処理室と、
   前記基板を加熱する加熱機構と、
   前記処理室内に所定の膜を形成するための処理ガスを供給するガス供給部と、
   前記処理室内を所定の圧力とし前記処理室内の雰囲気を排気するガス排気部と、
   少なくとも前記処理室内を第１の圧力とし、前記処理室内の前記基板を第１の温度に加熱した状態で、少なくともシリコンを含む第１の処理ガスとエッチング系の第２の処理ガスとを前記処理室内に供給し、前記基板のシリコン露出面に選択的に成膜し、
   少なくとも前記処理室内を前記第１の圧力よりも低圧になるように第２の処理ガスよりエッチング力の強いエッチング系の第３の処理ガスを供給し、前記シリコン酸化膜もしくは前記シリコン窒化膜上のシリコン核を除去するよう前記加熱機構及び前記ガス供給部、前記ガス排気部とを制御する制御部とが構成される基板処理装置。