JPH07321046A - 薄膜形成装置及び薄膜形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】スループットの低下や装置コストの増大なくＳ
ｉ自然酸化膜の成長を抑制し、低温で高品質のＳｉ膜や
薄いキャパシタ絶縁膜が形成可能なＬＰＣＶＤ装置及び
薄膜形成方法を提供する。 【構成】ロードロック型枚葉ＬＰＣＶＤ装置の成膜室１
０３にウェハのクリーニング用紫外線ランプ１０７と加
熱用赤外線ランプ１０６を装着する。試料基板を成膜室
に搬送した後、まず、紫外線ランプを照射しながらＯ₃
ガスを導入してウエーハ表面の有機物を除去する。続い
て紫外線ランプを照射しながらＨ₂とＦ₂を含む混合ガス
を導入し、Ｓｉ自然酸化膜を除去する。その後、紫外線
の照射を停止し、赤外線ランプの出力を増大して基板温
度を上昇し、Ｓｉ膜や酸化タンタル膜等の薄膜を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は薄膜形成装置及び薄膜形
成方法に係り、特に、同一反応室内でクリーニングと膜
堆積を連続して行うことにより、シリコン（Ｓｉ）自然
酸化膜の成長を抑制し、高品質の薄膜を量産性良く形成
する装置およびその方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】減圧化学気相成長（Low Pressure Chemi
cal Vapor Deposition、略してLPCVD)法は、反応室を排
気して減圧状態とし、基板を加熱しながら反応ガスを導
入して熱分解により薄膜を形成する方法である。ＬＳＩ
の製造工程では、本方法によりエピタキシャルＳｉ膜，
多結晶Ｓｉ膜，窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）膜，シリコン
酸化膜（ＳｉＯ₂膜）等、多種の薄膜を形成している。

【０００３】近年のＳｉウェハの大口径化に伴い、ＬＰ
ＣＶＤ法は従来の多数ウェハを同一反応室内で一括して
処理するバッチ式に代わり、１枚ずつウェハを処理する
枚葉型が注目されてきた。この場合、基板の加熱には赤
外線ランプを用い、Ｓｉウェハのみを加熱するいわゆる
コールドウォールタイプが主流となっている。また、Ｓ
ｉウェハを洗浄後、反応室へロードする際にＳｉ基板上
にＳｉ自然酸化膜が成長するのを抑制するために、ＬＰ
ＣＶＤ装置をカセット室，搬送室，反応室の３室により
構成し、各室間のウェハ搬送は窒素中もしくは真空中と
するロードロック機構を具備するのが一般的である。ま
た、搬送室と成膜室の間にクリーニング室を設置し、Ｓ
ｉ自然酸化膜の成長を極力抑制する試みもなされてい
る。本技術に関しては、例えば、月刊Semiconductor Wo
rld １９９２年９月号、１０２頁から１０７頁に記載さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したクリ
ーニング室を具備する枚葉ロードロック型ＬＰＣＶＤ装
置であっても、Ｓｉウェハを洗浄してから成膜を行う間
の搬送中に自然酸化膜が成長してしまい、例えば、６０
０℃程度の低温でのＳｉエピタキシャル成長を行った場
合、Ｓｉ膜中に結晶欠陥を多量に含み、実際のデバイス
製造には適用できないという問題があった。また、ダイ
ナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）の
キャパシタ絶縁膜となるＳｉ₃Ｎ₄膜や酸化タンタル（Ｔ
ａ₂Ｏ₅）膜等を形成しようとした場合、誘電率の低いＳ
ｉ自然酸化膜の膜厚分が大となり、高集積化に不可欠な
キャパシタ絶縁膜の薄膜化が困難であるといった問題が
あった。更にクリーニング室の追加によりウェハの搬送
時間が大となりスループットの著しい低下をまねくとい
った問題や、装置コストの増大の問題もあった。

【０００５】本発明の目的は、スループットの低下や装
置コストの増大なくＳｉ自然酸化膜の成長を抑制し、低
温で高品質のＳｉ膜や薄いキャパシタ絶縁膜が形成可能
なＬＰＣＶＤ装置及び薄膜形成方法を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、 成膜室に紫外線照射機構を備える、 膜堆積時のウェハ加熱源として赤外線ランプを用い
る、 レジスト除去によりリソグラフィ工程を終了し、そ
の後ウエット洗浄を行っったウェハを成膜室に搬送した
後、まず、紫外線を照射しながらオゾン(Ｏ₃）ガスを導
入する、 続いて紫外線を照射しながら水素（Ｈ₂）とフッ素
（Ｆ₂）を含む混合ガスを成膜室に導入する、 の後、赤外線ランプにより瞬時にウェハを加熱
し、ＬＰＣＶＤ法により薄膜堆積を行う、 上記一連の工程をベース圧力５×１０^-8Torr以下の
高真空排気が可能な同一成膜室内で行う、 により達成される。

【０００７】

【作用】上記方法によれば、紫外線を照射しながらＯ₃
ガスを導入することによりウェハ上に残存する有機物の
除去が可能である。また、紫外線を照射しながらＨ₂ と
Ｆ₂を含む混合ガスを導入することによりウェハ上のＳ
ｉＯ₂膜、特にＳｉ基板が露出している場所ではＳｉ自
然酸化膜の除去が可能となる。これら一連の処理をベー
ス圧力の十分低い反応室内で行った後、同一反応室内に
具備した赤外線ランプにより瞬時にウェハを加熱し、例
えばＳｉＨ₄ といったＳｉ膜形成用のガスを導入すれ
ば、不要な自然酸化膜が形成される前に所望とする膜の
堆積を開始でき、例えば従来より低温でも欠陥密度の低
いエピタキシャルＳｉ膜が形成可能である。また、下地
基板にＳｉ基板とＳｉＯ₂ 膜がともに露出している場合
には、従来より低温でＳｉ基板上にのみ選択的にＳｉ膜
を形成することができる。また、Ｓｉ₃Ｎ₄膜やＴａ₂Ｏ₅
膜等を多結晶Ｓｉ膜上に形成し、ＤＲＡＭのキャパシタ
絶縁膜として用いる場合には、誘電率の小さなＳｉ自然
酸化膜の形成を抑制することができ、キャパシタ絶縁膜
の実効的な薄膜化が可能となる。従って、小さなキャパ
シタ面積でもより大きな容量が得られるので、メモリの
高集積化に有効である。

【０００８】更に、本発明によれば、クリーニング室が
不要となるので、ウェハの搬送時間を低減でき、スルー
プットの向上も図れる。また、装置の低コスト化も図れ
る。

【０００９】なお、一連の工程はＳｉ以外のＬＰＣＶＤ
法を用いた薄膜形成、例えばタングステン（Ｗ）や窒化
チタン（ＴｉＮ）といった金属膜でも、自然酸化膜の減
少による接触抵抗の低減やスループット向上，低コスト
化という点で有効である。また、Ｔａ₂Ｏ₅膜以外の高誘
電率膜の形成でもキャパシタ容量の増大に効果がある。

【００１０】

【実施例】

（実施例１）本実施例では、本発明による薄膜形成装置
の概略及び薄膜形成方法について述べる。

【００１１】図２に示す手順により試料１１を作成し
た。まず、ｐ型，１０Ωcm，面方位（１００）のＳｉ基
板２０１上に１００ｎｍの熱酸化膜２０２を形成した
（図２（ａ））。続いて公知のリソグラフィとドライエ
ッチング技術により、Ｓｉ基板２０１に達する微細な、
例えば、０.５μｍ 以下の孔やラインアンドスペースを
含むパターン２０３を形成した。その後、公知のアッシ
ング技術によりレジストを除去した後、オゾンを導入し
た硫酸水溶液中，アンモニア／過酸化水素水溶液中，フ
ッ酸水溶液中で順次ウェット洗浄を行い試料を完成した
（図２（ｂ））。

【００１２】図１は本発明による薄膜形成装置の側面図
である。本装置は、カセット室101，搬送室１０２，成
膜室１０３の３室と、各室間を遮断するゲートバルブ１
０４，１０４′、及び各室間のウェハ搬送を行う搬送機
１０５より構成される公知のロードロック枚葉型ＬＰＣ
ＶＤ装置の成膜室に新規の機構を装着したものである。
成膜室１０３には、赤外線ランプ１０６とこれに対向し
て紫外線ランプ１０７、例えば、波長２５４ｎｍの低圧
水銀ランプが装着されている。

【００１３】赤外線ランプ１０６はＳｉウェハの裏面
側、紫外線ランプ１０７は表面側に設置され、それぞれ
Ｓｉウェハの加熱及びＳｉウェハのクリーニングに用い
る。赤外ランプ１０６及び紫外線ランプ１０７と高真空
状態は、それぞれ石英製の窓１０８及び１０９により遮
断されている。また、赤外ランプの輻射熱を受ける部分
は石英管１１０で被われている。なお、本実施例では、
赤外線ランプ１０６としてハロゲンランプを複数本並べ
たものを用いた。カセット室１０１，搬送室１０２，成
膜室１０３はそれぞれ独立したドライポンプ１１１，１
１１′，１１１″とターボ分子ポンプ１１２，１１
２′，１１２″により排気され、成膜処理を行わない場
合はカセット室は５×１０^-7Torr以下、搬送室及び成膜
室は５×１０^-8Torr以下の高真空に保持されている。

【００１４】薄膜形成方法は以下の通りである。まず、
カセット室１０１をＮ₂ガスにより置換して大気圧とし
た後、ここに試料基板１１を装着する。続いてカセット
室内を５×１０^-7Torr以下に排気した後、ゲートバルブ
１０４を開け、搬送機１０５により試料基板１１をカセ
ット室から搬送室１０２へと搬送する。ゲートバルブ１
０４を閉めた後、ゲートバルブ１０４′を開け、試料基
板１１を搬送室から成膜室１０３へと搬送し、石英製の
ウェハ保持台１１３に載せる。

【００１５】その後、紫外線ランプ１０７を照射しなが
らガス導入部１１４よりＯ₃ を成膜室内に導入し、試料
基板１１に残存する有機物の除去を行った。この際、赤
外線ランプ１０６の照射により試料基板温度は２５０℃
とした。処理時間は６０秒である。

【００１６】その後、Ｏ₃ の供給を停止し成膜室内を再
び高真空に排気した後、赤外線ランプ１０６の照射を停
止して試料基板温度を室温とし、紫外線ランプを照射し
ながらＨ₂ ，Ｆ₂ ，Ａｒの混合ガスを成膜室へ導入し
て、試料基板１１のＳｉが露出している部分に存在する
Ｓｉ自然酸化膜を実効的に無視できる厚さまで除去し
た。

【００１７】その後、紫外線ランプの照射及びＨ₂，
Ｆ₂，Ａｒの混合ガスの供給を停止し、成膜室内を再び
高真空に排気した後、赤外線ランプ１０６を再び照射し
て基板温度を上昇しながらＳｉＨ₄及びＨ₂ガスを成膜室
に導入し、試料基板１１上にＳｉ膜を形成した。この
際、赤外線ランプの強度は試料基板温度が６００℃とな
った段階で一定とした。所定の時間成膜を行った後、赤
外線ランプの照射及びガスの導入を停止した。

【００１８】その後、成膜室を高真空まで排気した後、
ゲートバルブ１０４′を開け、搬送機１０５により試料
基板１１を搬送室１０２へ搬送し、続いてゲートバルブ
１０４′を閉め、ゲートバルブ１０４を開けてカセット
室１０１へと搬送した。その後、ゲートバルブ１０４を
閉め、カセット室にＮ₂ ガスを導入して大気圧として試
料基板を取り出した。

【００１９】この方法により作成した試料をウェハ表面
に垂直な方向に劈開し、その断面を走査型電子顕微鏡及
び透過型電子顕微鏡で観察したところ、図２（ｃ）に示
したように、Ｓｉ基板が露出している部分では、従来技
術より欠陥密度の小さいＳｉ膜２０４がエピタキシャル
成長しているのが観察された。また、熱酸化膜２０２上
にはＳｉの析出は全く観察されなかった。

【００２０】図３（ａ）は、本発明の成膜シーケンスを
示したものである。比較のため、図３（ｂ）に、成膜室
とは別に専用のクリーニング室を設け、ここに紫外線を
照射しながらＯ₃ 、更にＨ₂ とＦ₂ を含む混合ガスを導
入してクリーニングを行い、その後、成膜室でＳｉ膜を
形成した場合のシーケンスも示した。クリーニングを成
膜と同一の反応室で行うことにより、搬送工程を２回省
略でき、１枚のウェハをカセットより取出してからカセ
ットに戻すまでに要する時間が１５％削減できた。ま
た、クリーニング室の削減により、ステンレスチャンバ
１個とこれに付帯する搬送機や真空ポンプが不要とな
り、装置コストが２０％低減できた。なお、図３（ｂ）
に示したシーケンスによりＳｉ膜形成を行ったところ、
図３（ａ）のシーケンスに比べＳｉ膜中の欠陥密度は大
幅に増大した。

【００２１】本実施例によれば、成膜室に紫外線照射機
構を具備した赤外線ランプ加熱型の枚葉ロードロックＬ
ＰＣＶＤ装置を用い、紫外線照射をしながらＯ₃ ガスを
導入して有機物を除去した後、同一反応室内で再び紫外
線を照射しながらＨ₂及びＦ₂を含む混合ガスを導入して
Ｓｉ自然酸化膜を除去し、続いて同一反応室内でＳｉ膜
を形成することにより、従来より欠陥密度の低いエピタ
キシャル成長膜を選択性良く形成できる。また、膜形成
工程の高スループット化，半導体製造装置の低コスト化
という点でも効果がある。

【００２２】（実施例２）本実施例では、実施例１で示
した薄膜形成装置を用いて非晶質Ｓｉ膜を形成し、これ
を同一成膜室内で熱処理して固相エピタキシャル成長さ
せた結果について述べる。試料の作成手順を図４に示
す。

【００２３】試料基板には図２（ｂ）と同様、ｐ型１０
Ωcm面方位（１００）のＳｉ基板２０１に熱酸化膜２０
２を形成し、これをパターニングして部分的にＳｉ基板
を露出させたものを用いた（図４（ａ））。本試料基板
を図１に示した薄膜形成装置のカセット室１０１に装着
し、実施例１と同一の方法により成膜室１０３へ搬送し
た後、赤外線ランプ１０６の照射により試料基板を２５
０℃に保持しながら紫外線ランプ１０７を照射してＯ₃
を成膜室内に導入し、試料基板１１に残存する有機物を
除去した。その後、Ｏ₃ の供給を停止し、成膜室内を再
び高真空に排気した後、赤外線ランプの照射を停止して
試料基板温度を室温とし、紫外線ランプを照射しながら
Ｈ₂ ，Ｆ₂ ，Ａｒを含む混合ガスを成膜室へ導入して、
試料基板１１のＳｉが露出している部分に存在する自然
酸化膜を実効的に無視できる厚さまで除去した。

【００２４】その後、紫外線ランプの照射及びＨ₂，
Ｆ₂，Ａｒの混合ガスの供給を停止し、成膜室内を再び
高真空に排気した後、赤外線ランプ１０６の照射強度を
増大して基板温度を上昇させながらＳｉ₂Ｈ₆を含むガス
を成膜室に導入し、試料基板１１上にＳｉ膜を形成し
た。この際、赤外線ランプの強度は試料基板温度が４８
０℃となった段階で一定とした。なお、本温度で形成し
たＳｉ膜は堆積したままの状態では非晶質である。

【００２５】所定の時間成膜を行った後、ガスの導入を
停止し、成膜室を高真空まで排気した。その後、赤外線
ランプ１０６の照射強度を増大して基板温度を６００℃
とし、形成した非晶質Ｓｉ膜を結晶化した。その後、実
施例１と同一の方法により試料を搬送してカセット室よ
り取り出した。

【００２６】試料基板をウェハ表面に垂直な方向に劈開
し、その断面を走査型電子顕微鏡及び透過型電子顕微鏡
で観察したところ、Ｓｉ膜は、図４（ｂ）に示したよう
に、Ｓｉ基板が露出している部分では基板をシードとし
てＳｉＯ₂ 上まで固相エピタキシャル成長していた（図
４（ｂ）の２０５）。エピタキシャル成長膜中の欠陥密
度は従来のＬＰＣＶＤ法で形成したＳｉ膜に比べて小さ
いものであった。なお、Ｓｉ基板が露出した部分から離
れた熱酸化膜上ではＳｉ膜は多結晶状態（図４（ｂ）の
２０６）であった。

【００２７】本実施例によれば、従来のＬＰＣＶＤ法を
用いた場合に比べて欠陥密度の小さい横方向固相エピタ
キシャル成長膜が得られる。なお、本実施例ではＳｉ₂
Ｈ₆を原料ガスに用い、不純物を含まない非晶質Ｓｉ膜
を形成した例について述べたが、原料ガスにＢ₂Ｈ₆等を
添加してIII 族元素をＳｉ膜中に導入したりＰＨ₃ やＡ
ｓＨ₃等を添加してＶ族元素を膜中に導入しても同様の
効果が得られる。

【００２８】（実施例３）本実施例では、本発明による
薄膜形成装置により不純物を導入したＳｉ膜及び酸化タ
ンタル膜を形成し、これをＭＯＳキャパシタの蓄積電極
及び絶縁膜に用いた結果について述べる。作成したＭＯ
Ｓキャパシタの断面構造を図５に示す。

【００２９】まず、ｎ型，０.０１Ωcm ，面方位(１０
０)のＳｉ基板３０１に公知の選択酸化法により素子分
離膜３０２を形成した。続いて試料を洗浄した後、これ
を図１に示した薄膜形成装置に導入し、実施例１と同一
の条件により紫外線を照射しながらＯ₃ 及びＨ₂ とＦ₂
を含む混合ガスを順次流し、Ｓｉ基板に残存する有機物
及びＳｉ自然酸化膜を実効的に無視できる量まで除去し
た。その後、紫外線ランプの照射及びガスの供給を停止
し、成膜室内を再び高真空に排気した後、赤外線ランプ
の照射強度を増大して基板温度を上昇しながらＳｉ₂Ｈ₆
とＰＨ₃ を含むガスを成膜室に導入し、Ｓｉ膜３０３を
形成した。この際、基板温度は４８０℃となった段階で
一定とした。本温度で形成したＳｉ膜は堆積したままの
状態では非晶質である。所定の時間ガスを流した後、そ
の供給を停止し、続いて基板温度を６００℃まで上昇し
て、実施例２で述べた方法によりＳｉ基板が露出してい
る部分の非晶質Ｓｉ膜を固相エピタキシャル成長により
結晶化して単結晶状態とした。

【００３０】次に試料を装置より取り出し、Ｓｉ膜３０
３を公知のリソグラフィとドライエッチング技術により
加工して蓄積電極とした。続いて試料を洗浄した後、こ
れを図６に示した装置に導入した。図６の装置ではＴａ
₂Ｏ₅膜堆積用の有機ソースガスであるペンタエトキシタ
ンタル(Ｔａ(ＯＣ₂Ｈ₅)₅)とＯ₂が供給できる点が、図１
の実施例と異なっている。まず、Ｓｉ膜の堆積の際と同
様の方法により紫外線照射しながらＯ₃ 及びＨ₂ とＦ₂
を含む混合ガスを順次流し、Ｓｉ膜３０３上に残存する
有機物及びＳｉ自然酸化膜を実効的に無視できる量まで
除去した。その後、紫外線ランプの照射及びガスの供給
を停止し、成膜室内を再び高真空に排気した後、赤外線
ランプの照射強度を増大して基板温度を上昇しながらTa
(OC₂H₅)₅とＯ₂を流し、酸化タンタル膜３０４を形成し
た。その後試料を装置より取り出した後、公知の技術に
より酸化タンタル膜の緻密化を行った。

【００３１】その後、スパッタ法により窒化チタン(Ｔ
ｉＮ)膜３０４を堆積し、これを公知の技術により加工
してプレート電極としてＭＯＳキャパシタを完成させ
た。

【００３２】本方法により作成したＭＯＳキャパシタの
容量−電圧特性を測定したところ、従来のロードロック
型ＬＰＣＶＤ法を用いて形成した酸化タンタル膜の場合
より実効的に薄い絶縁膜が形成されていることが明らか
となった。また、Ｓｉ基板３０１とリンを導入したＳｉ
膜３０３間の接触抵抗も低減された。

【００３３】本実施例によれば、成膜室に紫外線照射機
構を具備した赤外線ランプ加熱型の枚葉ロードロックＬ
ＰＣＶＤ装置を用い、紫外線照射をしながらＯ₃ ガスを
導入して有機物を除去した後、同一反応室内で再び紫外
線を照射しながらＨ₂及びＦ₂を含む混合ガスを導入して
Ｓｉ自然酸化膜を除去し、続いて同一反応室内で非晶質
Ｓｉ膜を形成してこれを熱処理する、更に同様の紫外線
照射クリーニングの後酸化タンタル膜を形成することに
より、従来に比べ薄いキャパシタ絶縁膜が形成できる。
また、電極とＳｉ基板間の接触抵抗が低減できる。

【００３４】なお、本実施例ではｎ型のＳｉ基板を用
い、リンを導入しながら非晶質Ｓｉ膜を形成したが、ｐ
型のＳｉ基板を用い、ボロンを導入しながら非晶質状態
でＳｉ膜を形成しても同様の効果が得られる。また、Ｓ
ｉ膜に代えてタングステン(Ｗ)等の金属膜を堆積しても
同様の効果が得られる。

【００３５】また、酸化タンタル膜に代えてＳｉ₃Ｎ₄膜
を形成し、この上に酸化膜を形成し、これをキャパシタ
絶縁膜に用いても同様の効果が得られる。

【００３６】（実施例４）本実施例は、実施例１で示し
た薄膜形成装置のガス導入部の形状を変えることにより
紫外線の照射効率を高め、有機物除去を容易にしたもの
である。

【００３７】装置の側断面図を図７に示す。カセット
室，搬送室及び搬送機は図１と同一であり、同図には成
膜室のみを示した。図１との違いはガス導入部の形状で
ある。図１では、ガス導入部が試料基板直上に存在する
ため、紫外線の一部分がガス導入部により遮断されてし
まう。これに対し、図７ではガス導入部が試料基板の外
周部より外にあるため、試料基板面内で均一な紫外線照
射が可能となる。

【００３８】クリーニング方法及び膜堆積方法は実施例
１と同様である。まず、実施例１と同様にカセット室に
装着した試料基板を搬送室へ搬送し、搬送室と成膜室間
のゲートバルブを開けて試料基板を保持台１１３へ移載
した。その後、紫外線を照射しながらＯ₃ ガスを流し基
板上の有機物を、またＨ₂ とＦ₂ を含む混合ガスを導入
してＳｉ自然酸化膜を除去した。試料基板温度は実施例
１と同一である。続いて成膜室を排気し、赤外線ランプ
の出力を上昇して基板温度を上げ、６００℃でＳｉＨ₄
とＨ₂を流してＳｉ膜を形成した。

【００３９】試料を基板表面に垂直な面に沿って劈開
し、透過型電子顕微鏡及び走査型電子顕微鏡により観察
したところ、実施例１に比べても欠陥密度の小さいＳｉ
膜がＳｉ基板に露出している部分上にのみ選択性良くエ
ピタキシャル成長していた。

【００４０】本実施例によれば、ガス導入部が基板上に
照射される紫外線を遮断することがない。その結果、試
料基板表面上で均一な紫外線強度を得ることができる。
そのため実施例１に比べ試料基板上に残存する有機物及
び自然酸化膜の量が減少し、更に欠陥密度の小さいエピ
タキシャル成長膜が選択性良く形成した。

【００４１】（実施例５）本実施例では、成膜室におけ
る赤外線ランプと紫外線ランプの配置を変えた他の実施
例について述べる。

【００４２】図８に本実施例における成膜室の側断面図
を示す。カセット室，搬送室，ゲートバルブ及び搬送機
は実施例１と同様であり、図８では省略してある。実施
例１との違いは、成膜室に装備するウェハ保持台を成膜
用１１５とクリーニング用１１６の二つに分離し、クリ
ーニング時の加熱専用の赤外線ランプ１１７を付加した
ことである。同赤外線ランプ１１７は成膜用の赤外線ラ
ンプ１０６に比べて出力が小さく、３００℃以下の低温
加熱に適した設計となっている。クリーニング及び成膜
方法は以下の通りである。

【００４３】まず、実施例１と同様にカセット室に装着
した試料基板を搬送室へ搬送し、搬送室と成膜室間のゲ
ートバルブを開けて試料基板を紫外線照射クリーニング
用のウェハ保持台１１６へ移載した。その後、赤外線ラ
ンプ１１７により試料を加熱しながら紫外線を照射し、
ガス導入部１１８よりＯ₃ を導入して試料基板上に残存
する有機物を除去した。クリーニング条件は実施例１と
同様である。その後、成膜室をいったん排気した後、紫
外線を照射しながらガス導入部よりＨ₂とＦ₂を含む混合
ガスを流して試料基板上のＳｉ自然酸化膜を除去した。
その後、ガスの供給を停止し、成膜室内を排気しながら
搬送機(図８では省略してある)により試料基板を成膜用
ウェハ保持台１１５へ搬送した。続いて赤外線ランプ１
０６を照射して試料基板を６００℃に加熱し、実施例１
と同様、ガス導入部１１４よりＳｉＨ₄とＨ₂を含む混合
ガスを流してＳｉ膜を形成した。

【００４４】この方法により作成した試料をウェハ表面
に垂直な方向に劈開し、その断面を走査型電子顕微鏡及
び透過型電子顕微鏡で観察したところ、Ｓｉ基板が露出
している部分では、実施例１より更に欠陥密度の小さい
Ｓｉ膜がエピタキシャル成長しているのが観察された。
また、熱酸化膜上にはＳｉの析出は全く観察されなかっ
た。

【００４５】図９及び図１０は、クリーニング用のウェ
ハ保持台と成膜用のウェハ保持台を分離した別の薄膜形
成装置の例を示したものである。図９及び図１０と図８
の違いは、成膜加熱用赤外ランプの照射方向にあり、図
８の例が試料基板裏面からの照射であるのに対し、図９
の例では基板の表面から照射を行っている。また、図１
０の例では二つの赤外ランプ１０６と１２０を具備し、
基板の両面から照射を行っている。

【００４６】図９及び図１０に示した薄膜形成装置を用
いると、図８に示した装置と同様、従来技術及び実施例
１に比べ欠陥密度の小さいエピタキシャルＳｉ膜を選択
性良くＳｉ基板が露出している部分にのみ成長すること
が可能であった。

【００４７】本実施例によれば、クリーニングと成膜の
ウェハ保持台を別とすることにより紫外線ランプが成膜
用赤外線ランプの輻射熱を受けにくくなる。従って、実
施例１に比べ、紫外線ランプと試料基板、及び成膜用赤
外線ランプと試料基板の距離を小さくすることができ
る。その結果、試料基板表面における単位面積当りの紫
外線強度が大となり、有機物及び自然酸化膜の除去効率
が増大する。そのため実施例１に比べ試料基板上に残存
する有機物及び自然酸化膜の量が減少し、更に欠陥密度
の小さいエピタキシャル成長膜を選択性良く形成でき
た。また、成膜時、実施例１に比べ小さな電力で試料基
板の加熱が可能であった。なお、本実施例によると、ク
リーニング用のウェハ保持台１１６から成膜用のウェハ
保持台１１５への試料基板搬送が必要となるが、本搬送
は移動距離が小さく、また、Ｈ₂とＦ₂を含む混合ガスを
排気する間に完了するため、スループットの低下をまね
くことはない。

【００４８】（実施例６）本実施例は、実施例１で示し
た薄膜形成装置のウェハ保持台に昇降機構を具備し、ク
リーニングと成膜のウェハ保持台を共通としても紫外線
ランプの照射効率を高め、有機物除去を容易にしたもの
である。

【００４９】装置の側断面図を図１１に示す。カセット
室，搬送室及び搬送機は図１と同一であり、同図には成
膜室のみを示した。

【００５０】まず、実施例１と同様にカセット室に装着
した試料基板を搬送室へ搬送し、搬送室と成膜室間のゲ
ートバルブを開けて試料基板をウェハ保持台１１３へ移
載した。続いて昇降機１１９を用いてウェハ保持台１１
３を上昇し、紫外線ランプ１０７と試料基板１１の距離
を小さくした(図１１(ａ))。その状態で、実施例１と同
様に紫外線を照射しながらＯ₃ ガスを流し基板上の有機
物を、またＨ₂とＦ₂を含む混合ガスを流してＳｉ自然酸
化膜を除去した。試料基板温度は実施例１と同一であ
る。続いて成膜室を排気しながらウェハ保持台１１３を
下げ、赤外線ランプの出力を上昇して基板温度を上げ、
６００℃でＳｉＨ₄とＨ₂を流してＳｉ膜を形成した(図
１１(ｂ))。

【００５１】試料を基板表面に垂直な面に沿って劈開
し、透過型電子顕微鏡及び走査型電子顕微鏡により観察
したところ、実施例１に比べても欠陥密度の小さいＳｉ
膜がＳｉ基板に露出している部分上にのみ選択性良くエ
ピタキシャル成長していた。

【００５２】本実施例によれば、紫外線ランプと赤外線
ランプの間隔を大きくして紫外線ランプが成膜用赤外線
ランプの輻射熱を受けにくい構造としても、昇降機構に
より紫外線ランプと試料基板の距離を小さくすることが
できる。その結果、試料基板表面における単位面積当り
の紫外線強度を大きくとることができ、有機物及びＳｉ
自然酸化膜の除去が容易となる。そのため実施例１に比
べ試料基板上に残存する有機物及び自然酸化膜の量が減
少し、更に欠陥密度の小さいエピタキシャル成長膜が選
択性良く形成した。なお、本実施例におけるウェハ保持
台の昇降は導入したガスを排気する間に完了するため、
スループットの低下をまねくことはない。

【００５３】（実施例７）本実施例では、実施例１で示
した薄膜形成装置の紫外線ランプの直下にシャッタを装
着し、加熱用赤外線ランプを照射した際の紫外線ランプ
窓の温度上昇と膜の付着を防止した結果について述べ
る。

【００５４】装置の側断面図を図１２に示す。カセット
室，搬送室及び搬送機は図１と同一であり、同図には成
膜室のみを示した。図１との違いは紫外線ランプ窓１０
９の近傍の高真空側にシャッタ１２１を装着したことで
ある。

【００５５】まず、実施例１と同様にカセット室に装着
した試料基板を搬送室へ搬送し、搬送室と成膜室間のゲ
ートバルブを開けて試料基板を保持台１１３へ移載し
た。この際、シャッタ１２１は開いた状態にあり、紫外
線ランプ１０７及びその窓109は赤外光の照射を受ける
ことになる。この状態で、実施例１と同様に紫外線を照
射しながらＯ₃ ガスを流し基板上の有機物を、また、Ｈ
₂ とＦ₂ を含む混合ガスを流してＳｉ自然酸化膜を除去
した。なお、本クリーニングは、例えば、２５０℃以下
の低温で行われるため赤外線ランプの出力は小さく、紫
外線ランプ１０７及び窓１０９が高温になる心配はない
(図１２(ａ))。

【００５６】続いて成膜室を排気しながらシャッタ１２
１を閉め、紫外線ランプ１０７及びその窓１０９が赤外
線ランプの照射に曝されないようにした(図１２(ｂ))。
この状態で赤外線ランプの出力を上昇して基板温度を上
げ、６００℃でＳｉＨ₄とＨ₂を流してＳｉ膜を形成し
た。

【００５７】試料を基板表面に垂直な面に沿って劈開
し、透過型電子顕微鏡及び走査型電子顕微鏡により観察
したところ、従来技術及び実施例１に比べても欠陥密度
の小さいＳｉ膜がＳｉ基板に露出している部分上にのみ
選択性良くエピタキシャル成長していた。

【００５８】本実施例によれば、紫外線ランプユニット
が成膜用赤外線ランプの照射に曝されなくなる。従って
成膜加熱時の熱の影響をを受けにくくなるので、赤外線
ランプと試料基板、及び紫外線ランプと試料基板の距離
を小さくすることが可能となる。よって、試料基板表面
における単位面積当りの紫外線強度を大きくとることが
でき、有機物及びＳｉ自然酸化膜の除去が容易となる。
そのため実施例１に比べ試料基板上に残存する有機物及
び自然酸化膜の量が減少し、更に欠陥密度の小さいエピ
タキシャル成長膜が選択性良く形成した。また、同一温
度に加熱しようとした際、赤外線ランプ出力を小さくす
ることができる。よって、装置の省電力化にも有効であ
る。また、シャッタの装着により紫外線ランプ窓への膜
の堆積を防止できるので、多数枚のウェハ処理を行って
も紫外線ランプ強度を一定に保つことができる。なお、
本実施例におけるシャッタの開閉は導入したガスを排気
する間に完了するため、スループットの低下をまねくこ
とはない。

【００５９】なお、実施例４から７では選択エピタキシ
ャルＳｉ膜形成を例に説明したが、実施例２と同様、非
晶質状態でＳｉ膜を堆積し、これを固相エピタキシャル
成長させても欠陥密度の低減という点で効果がある。ま
た、Ｓｉ膜に代えてＷ，TiNといった金属膜に適用して
も、コンタクト抵抗の低減，スループットの向上，装置
の低コスト化という点で効果がある。また、実施例３の
ように酸化タンタル膜あるいは窒化シリコン膜を形成
し、これをキャパシタ絶縁膜に用いても、実効膜厚の減
少という点で効果がある。

【００６０】また、実施例４から７のそれぞれで述べた
機構を他の実施例の薄膜形成装置に付加しても同様の効
果が得られる。

【００６１】

【発明の効果】本発明によれば、高真空の同一反応室内
で基板上の有機物及びＳｉ酸化膜を除去した後、自然酸
化膜を成長させることなく同一反応室内で続けて減圧化
学気相成長法によりＳｉ，Ｓｉ₃Ｎ₄，酸化タンタル等の
薄膜を形成することができる。これにより、エピタキシ
ャルＳｉ膜の結果密度の低減や選択性の向上，キャパシ
タ絶縁膜の薄膜化が可能となる。従って、ＬＳＩの高性
能化，高集積化に極めて有効である。

【００６２】また、クリーニング室が不要となるので基
板の搬送時間が短縮され、スループットの向上が図れ
る。更に装置コストの低減にも有効である。従って、Ｌ
ＳＩプロセス全体の低コスト化にも有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の薄膜形成装置の側断面図。

【図２】実施例で用いた試料の作成手順とＳｉ膜の成長
結果を示す説明図。

【図３】本発明と従来技術のプロセスシーケンスの比較
のための説明図。

【図４】実施例で用いた試料の作成手順とＳｉ膜の結晶
化の結果を示す説明図。

【図５】本発明の装置を用いて作成したＭＯＳキャパシ
タの断面図。

【図６】酸化タンタル膜形成装置の側断面図。

【図７】ガス導入部が異なる薄膜形成装置の側断面図。

【図８】クリーニング用と成膜用のウェハ保持台を分離
した装置の側断面図。

【図９】クリーニング用と成膜用のウェハ保持台を分離
した別の装置の側断面図。

【図１０】クリーニング用と成膜用のウェハ保持台を分
離したもう一つの装置の側断面図。

【図１１】昇降機構を有する薄膜形成装置の側断面図。

【図１２】紫外線ランプ窓にシャッタを有する薄膜形成
装置の側断面図。

【符号の説明】

１１…試料基板、１０１…カセット室、１０２…搬送
室、１０３…成膜室、１０４，１０４′…ゲートバル
ブ、１０５…搬送機、１０６…赤外線ランプ、１０７…
紫外線ランプ、１０８…赤外線ランプ窓板、１０９…紫
外線ランプ窓板、１１０…石英管、１１１，１１１′，
１１１″…ドライポンプ、１１２，１１２′，１１２″
…ターボ分子ポンプ、１１３…ウェハ保持台、１１４…
ガス導入部。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/316 Ｓ 21/68 Ａ 21/8242 27/108

Claims (29)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】同一反応室に赤外線及び紫外線を照射する
   機構を具備したことを特徴とする薄膜形成装置。
2. 【請求項２】請求項１において、上記赤外線を照射する
   機構が薄膜堆積時のシリコンウェハの加熱に用いられる
   薄膜形成装置。
3. 【請求項３】請求項１において、上記紫外線を照射する
   機構がシリコンウェハ表面の酸化シリコン膜および／ま
   たは有機物を除去する目的で使用される薄膜形成装置。
4. 【請求項４】請求項１，２または３において、上記赤外
   線と紫外線を照射する際のシリコンウェハ保持台が同一
   である薄膜形成装置。
5. 【請求項５】請求項４において、上記シリコンウェハ保
   持台が上記シリコンウェハの表面に垂直な方向に移動す
   る機構を有する薄膜形成装置。
6. 【請求項６】請求項４または５において、上記赤外線照
   射機構と紫外線照射機構が対向し、赤外線がシリコンウ
   ェハの裏面から、紫外線が上記シリコンウェハの表面か
   ら照射される薄膜形成装置。
7. 【請求項７】請求項１，２または３において、上記赤外
   線と紫外線を照射する際のシリコンウェハ保持台が独立
   して存在する薄膜形成装置。
8. 【請求項８】請求項７において、上記赤外線，紫外線と
   もにシリコンウェハの表面から照射される薄膜形成装
   置。
9. 【請求項９】請求項７において、上記赤外線がシリコン
   ウェハの裏面から、紫外線が上記シリコンウェハの表面
   から照射される薄膜形成装置。
10. 【請求項１０】請求項７において、上記赤外線がシリコ
    ンウェハの両面から、紫外線が上記シリコンウェハの表
    面から照射される薄膜形成装置。
11. 【請求項１１】請求項１，２，３，４，５，６，７，
    ８，９または１０において、上記紫外線を照射する機構
    と高真空状態を遮断する窓板の近傍の高真空側に、赤外
    光を遮断するシャッタを具備する薄膜形成装置。
12. 【請求項１２】請求項１，２，３，４，５，６，７，
    ８，９，１０または１１において、上記薄膜形成装置の
    ガス導入部がシリコンウェハ上への紫外線及び赤外線の
    照射を遮断しない薄膜形成装置。
13. 【請求項１３】請求項１，２，３，４，５，６，７，
    ８，９，１０，１１または１２において、上記薄膜形成
    装置がロードロック機構を有する薄膜形成装置。
14. 【請求項１４】同一反応室内で、紫外線を照射しながら
    シリコンウェハ表面の薄膜もしくは付着物を除去する処
    理と赤外線を加熱源とした薄膜堆積を行うことを特徴と
    する薄膜形成方法。
15. 【請求項１５】請求項１４において、上記紫外線を照射
    しながらシリコンウェハ上の薄膜もしくは付着物を除去
    する処理を複数回行う薄膜形成方法。
16. 【請求項１６】請求項１４または１５において、上記紫
    外線を照射しながらシリコンウェハ上の薄膜もしくは付
    着物を除去する処理を行う際、反応室内にオゾンもしく
    はその混合ガスを導入する薄膜形成方法。
17. 【請求項１７】請求項１４，１５または１６において、
    上記紫外線を照射しながらシリコンウェハ上の薄膜もし
    くは付着物を除去する処理を行う際、反応室内に水素
    と、ハロゲン単体もしくはその化合物の少なくとも一つ
    を含む混合ガスを導入する薄膜形成方法。
18. 【請求項１８】請求項１４，１５，１６または１７にお
    いて、上記紫外線を照射しながらシリコンウェハ上の薄
    膜もしくは付着物を除去する処理が上記シリコンウェハ
    表面のシリコン酸化膜および／または有機物を除去する
    処理である薄膜形成方法。
19. 【請求項１９】請求項１４，１５，１６，１７または１
    ８において、上記紫外線を照射しながら上記シリコンウ
    ェハ上の薄膜もしくは付着物を除去する処理と薄膜堆積
    を異なる温度で行う薄膜形成方法。
20. 【請求項２０】請求項１４，１５，１６，１７，１８ま
    たは１９において、上記薄膜堆積の後、上記シリコンウ
    ェハの温度を上昇し、同一反応室内で熱処理を行う薄膜
    形成方法。
21. 【請求項２１】請求項１４，１５，１６，１７，１８，
    １９または２０において、上記薄膜堆積の際、紫外線の
    照射を停止する薄膜形成方法。
22. 【請求項２２】請求項１４，１５，１６，１７，１８，
    １９，２０または２１において、上記薄膜堆積がシリコ
    ン膜である薄膜形成方法。
23. 【請求項２３】請求項２２において、上記シリコン膜が
    多結晶シリコン膜である薄膜形成方法。
24. 【請求項２４】請求項２２において、上記シリコン膜が
    非晶質シリコン膜である薄膜形成方法。
25. 【請求項２５】請求項２２において、上記シリコン膜が
    エピタキシャル成長膜である薄膜形成方法。
26. 【請求項２６】請求項２２，２３，２４または２５にお
    いて、上記シリコン膜が不純物を導入しながら堆積する
    薄膜形成方法。
27. 【請求項２７】請求項１４，１５，１６，１７，１８，
    １９，２０または２１において、上記薄膜が窒化シリコ
    ン膜である薄膜形成方法。
28. 【請求項２８】請求項１４，１５，１６，１７，１８，
    １９，２０または２１において、上記薄膜が酸化タンタ
    ル膜である薄膜形成方法。
29. 【請求項２９】請求項１４，１５，１６，１７，１８，
    １９，２０または２１において、上記薄膜が金属膜であ
    る薄膜形成方法。