KR101571619B1 - 성막 방법 및 성막 장치 - Google Patents

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가부시키가이샤 아루박
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Abstract

[과제] 실리콘 기판의 표면을 청정화해, 해당 표면에 결정성이 양호한 단결정막을 성장시키는 것이 가능한 성막 방법 및 성막 장치를 제공한다.
[해결 수단] 본 발명의 한 형태에 따른 성막 방법은, 실리콘 기판의 표면에 형성된 자연 산화막을 에칭하는 공정을 포함한다. 상기 실리콘 기판의 표면이 클리닝된다. 클리닝된 상기 실리콘 기판의 표면에, 실리콘 및 게르마늄 중 적어도 어느 하나를 포함하는 막이 성장된다.

Description

성막 방법 및 성막 장치{FILM DEPOSITION METHOD AND FILM DEPOSITION APPARATUS}
본 발명은, 실리콘 기판 상에 에피택셜 기상성장법 등에 의해 막을 성장시키기 위한 성막 방법 및 성막 장치에 관한 것이다.
DRAM(Dynamic Random Access Memory), 플래시 메모리 등의 반도체 소자에는, 복수의 박막 트랜지스터가 형성되어 있다. 이러한 박막 트랜지스터는, 전형적으로는, 불순물 이온이 확산된 실리콘 기판의 표면에, 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 또는 이들의 합성물 등으로 이루어지는 소스 및 드레인이 형성된 구성을 가진다. 해당 소스 및 드레인은, 에피택셜 기상성장법에 의해 실리콘 기판의 표면에 단결정막을 성장시킴으로써 형성할 수 있다.
에피택셜 기상성장법에서는, 실리콘 기판의 표면이 청정이면, 하지(下地)의 실리콘 결정면에 고르게 갖추어져 결정이 배열하므로, 단결정막을 얻을 수 있다. 한편, 활성 실리콘 기판의 표면은 청정한 상태를 보지(保持)하는 것이 매우 어렵고, 예를 들면, 실리콘 기판을 대기 중에 노출하면, 즉시 그 표면에 자연 산화막이 형성된다. 이와 같이 실리콘 기판의 표면이 청정하지 않은 경우는, 막의 결정 방위가 한방향으로 갖추어지지 않고, 소기의 단결정막을 형성할 수 없었다.
그래서, 특허문헌 1에는, 자연 산화막을 실온 정도의 온도에서 휘발성 물질로 변환하고, 또한 100℃ 이상으로 가열하여 휘발성 물질을 분해시킴으로써, 자연 산화막을 에칭에 의해 제거하는 방법에 대해 기재되어 있다. 해당 방법에 의하면, 실리콘 기판에 도프된 불순물 이온의 확산을 억제하면서, 자연 산화막을 저온에서 에칭하는 것이 가능해진다.
국제 공개 제 2008/044577호
한편, 진공 분위기로 유지된 성막 장치 내에서도, 탄소(C)나 불소(F) 등의 단체(單體) 혹은 이들을 포함하는 화합물이 장치에 부착되고, 또 공간 중에 부유하는 경우가 있다. 또, 자연 산화막의 에칭 처리를 실시한 직후의 실리콘 기판의 표면은 매우 활성인 상태가 되어 있다. 따라서, 예를 들면 자연 산화막의 에칭 처리를 실시한 경우에도, 성막실에의 반송 중 혹은 반송 후에 이러한 물질에 의해 실리콘 기판 표면이 오염될 가능성이 있어, 소기의 막질을 얻을 수 없는 경우가 있었다.
이상과 같은 사정을 감안하여, 본 발명의 목적은, 실리콘 기판의 표면을 청정화하고, 해당 표면에 결정성이 양호한 단결정막을 성장시키는 것이 가능한 성막 방법 및 성막 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 한 형태에 따른 성막 방법은, 실리콘 기판의 표면에 형성된 자연 산화막을 에칭하는 공정을 포함한다.
상기 실리콘 기판의 표면이 클리닝된다.
클리닝된 상기 실리콘 기판의 표면에, 실리콘 및 게르마늄 중 적어도 어느 하나를 포함하는 막이 성장된다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 한 형태에 따른 성막 장치는, 에칭실과, 성막실과, 반송 기구를 구비한다.
상기 에칭실은 실리콘 기판의 표면에 형성된 자연 산화막을 에칭하기 위한 제1반응 가스를 공급하는 제1공급 기구를 가진다.
상기 성막실은 상기 실리콘 기판의 표면을 클리닝하기 위한 제2반응 가스를 공급하는 제2공급 기구와, 상기 실리콘 기판의 표면에 실리콘 및 게르마늄 중 적어도 어느 하나를 포함하는 원료 가스를 공급하는 제3공급 기구와, 상기 실리콘 기판을 가열하기 위한 가열 기구를 가진다.
상기 반송 기구는 상기 실리콘 기판을 상기 에칭실로부터 상기 성막실로 진공 반송하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1실시형태에 따른 성막 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시형태에 따른 성막 장치의 주요부를 나타내는 개략 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시형태에 따른 성막 방법을 설명하는 플로우 차트(flow chart)이다.
도 4A는 본 발명의 제1실시형태에 따른 성막 방법에 대해서, 실리콘 기판의 에칭실에의 반송 공정에서의 실리콘 기판의 모양을 나타내는 모식적인 도이다.
도 4B는 본 발명의 제1실시형태에 따른 성막 방법에 대해서, 에칭 공정에서의 자연 산화막의 휘발성 물질로의 변환 후의 실리콘 기판의 모양을 나타내는 모식적인 도이다.
도 4C는 본 발명의 제1실시형태에 따른 성막 방법에 대해서, 에칭 공정 후의 실리콘 기판의 모양을 나타내는 모식적인 도이다.
도 4D는 본 발명의 제1실시형태에 따른 성막 방법에 대해서, 진공 반송 공정 후의 실리콘 기판의 모양을 나타내는 모식적인 도이다.
도 4E는 본 발명의 제1실시형태에 따른 성막 방법에 대해서, 클리닝 공정 후의 실리콘 기판의 모양을 나타내는 모식적인 도이다.
도 4F는 본 발명의 제1실시형태에 따른 성막 방법에 대해서, 성막 공정 후의 실리콘 기판의 모양을 나타내는 모식적인 도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시형태에 따른 성막 장치의 주요부를 나타내는 개략 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시형태에 따른 성막 방법을 설명하는 플로우 차트(flow chart)이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 성막 방법은, 실리콘 기판의 표면에 형성된 자연 산화막을 에칭하는 공정을 포함한다.
상기 실리콘 기판의 표면이 클리닝된다.
클리닝된 상기 실리콘 기판의 표면에, 실리콘 및 게르마늄 중 적어도 어느 하나를 포함하는 막이 성장된다.
상기 방법에 의해, 실리콘 기판의 표면에 형성된 자연 산화막을 에칭에 의해 제거할 수 있고, 해당 표면을 더 클리닝 할 수 있다. 따라서, 보다 확실히 실리콘 기판의 표면을 청정화할 수 있고, 해당 표면에 결정성이 양호한 단결정막을 성장시키는 것이 가능해진다.
상기 성막 방법은 상기 실리콘 기판을 에칭실로부터 성막실에 진공 반송하는 공정을 더 포함해도 좋다.
또, 상기 자연 산화막은 에칭실 내에서 에칭되고,
상기 막은 성막실 내에서 성장되어도 좋다.
이것에 의해, 실리콘 기판을 에칭실로부터 성막실에 대기에 노출하지 않고 반송할 수 있고, 실리콘 기판의 표면에 자연 산화막의 재부착을 억제하는 것이 가능해진다. 따라서, 클리닝하는 공정에서의 기판 표면의 청정화를 보다 효율적으로, 또한 확실히 실시하는 것이 가능해진다.
상기 실리콘 기판의 표면은 상기 성막실 내에서 클리닝 되어도 좋다.
이것에 의해, 실리콘 기판을 성막실에 반입한 후에 클리닝 할 수 있다. 따라서, 성막실에의 반송 중 혹은 반입 후에 기판 표면과 반응한 물질도 클리닝 할 수 있고, 청정한 실리콘 기판의 표면 상에 해당 막을 성장시키는 것이 가능해진다.
상기 실리콘 기판의 표면은, 수소 라디칼을 포함하는 가스를 이용하여 클리닝 되어도 좋다.
이것에 의해, 예를 들면 C, F 또는 O의 단체 혹은 화합물 등의 부유물이 실리콘 기판 표면과 반응하여, 반응물이 생성되었을 경우에, 이러한 반응물을 수소 라디칼이 환원 등 함으로써, 기판 표면으로부터 이러한 물질을 제거하는 것이 가능해진다. 또, 수소 라디칼은 활성으로, 통상의 수소(수소 이온, 수소 분자)보다 환원력이 강하기 때문에, 통상의 수소보다 저온에서 상기 반응을 실시하는 것이 가능해진다.
혹은, 상기 실리콘 기판의 표면은, 성막 가스를 이용하여 클리닝 되어도 좋다.
이것에 의해, 클리닝하는 공정과 막을 성장시키는 공정에서 동일한 가스를 이용할 수 있고, 성장하는 막의 클리닝에 이용하는 가스에 의한 컨테미네이션이 발생하지 않는다. 또, 분위기를 바꾸지 않고 연속적으로 실시할 수 있기 때문에, 클리닝하는 공정에서부터 막을 성장시키는 공정에의 이행 시간을 짧게 하는 것이 가능해진다.
또, 실란계 가스(silane-based gas)를 이용하여 상기 실리콘 기판의 표면에 실리콘을 포함하는 막을 성장시키는 경우는, 상기 실란계 가스를 이용하여 상기 실리콘 기판의 표면이 클리닝 되어도 좋다.
상기 실란계 가스는, 실리콘을 포함하는 막의 성막에도 이용할 수 있기 때문에, 클리닝하는 공정의 시간적인 조건을 엄밀하게 관리하지 않고도, 실리콘 기판 표면에 실리콘을 포함하는 막을 적절히 성장시키는 것이 가능해진다.
상기 실리콘 기판의 표면에 실리콘을 포함하는 막을 성장시킬 때는, 제1유량의 상기 실란계 가스를 이용하고,
상기 실리콘 기판의 표면을 클리닝 할 때는, 상기 제1유량보다 적은 제2유량의 상기 실란계 가스를 이용하여도 좋다.
이것에 의해, 클리닝을 하는 공정에서 실리콘 기판 표면에 실리콘을 포함하는 막을 성장시키지 않고, 기판 표면에 부착한 물질 등을 환원하고, 해당 표면을 클리닝하는 것이 가능해진다.
또, 게르만계 가스(germane-based gas)를 이용하여 상기 실리콘 기판의 표면에 게르마늄을 포함하는 막을 성장시키는 경우는, 상기 게르만계 가스를 이용하여 상기 실리콘 기판의 표면이 클리닝 되어도 좋다.
상기 게르만계 가스는, 게르마늄을 포함하는 막의 성막에도 이용할 수 있다. 이것에 의해, 클리닝하는 공정의 시간적인 조건을 엄밀하게 관리하지 않고도, 실리콘 기판 표면에 게르마늄을 포함하는 막을 적절히 성장시키는 것이 가능해진다.
상기 실리콘 기판의 표면을 클리닝하는 공정 및 상기 막을 성장시키는 공정에서는, 상기 실리콘 기판이 800℃ 이하로 가열되어도 좋다.
상기 온도에 의해, 실리콘 기판 내에 도프된 불순물 이온의 확산 프로파일이 변화하는 것을 방지할 수 있다.
상기 자연 산화막을 에칭하는 공정에서는, 상기 자연 산화막이 플루오르화 암모늄 가스와 반응하여, 휘발성을 가지는 플루오르규산암모늄으로 변환되어도 좋다.
이것에 의해, 플루오르규산암모늄을 휘발시킴으로써, 자연 산화막을 제거하는 것이 가능해진다.
또, 복수의 실리콘 기판에 대해서 동시에 상기 실리콘 기판의 표면이 클리닝 되고,
복수의 실리콘 기판에 대해서 동시에 막이 성장되어도 좋다.
이것에 의해, 이른바 배치 처리가 가능해져, 생산성을 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 성막 장치는 에칭실과, 성막실과, 반송 기구를 구비한다.
상기 에칭실은 실리콘 기판의 표면에 형성된 자연 산화막을 에칭하기 위한 제1반응 가스를 공급하는 제1공급 기구를 가진다.
상기 성막실은 상기 실리콘 기판의 표면을 클리닝하기 위한 제2반응 가스를 공급하는 제2공급 기구와, 상기 실리콘 기판의 표면에 실리콘 및 게르마늄 중 적어도 어느 하나를 포함하는 원료 가스를 공급하는 제3공급 기구와, 상기 실리콘 기판을 가열하기 위한 가열 기구를 가진다.
상기 반송 기구는 상기 실리콘 기판을 상기 에칭실로부터 상기 성막실에 진공 반송하는 것이 가능하다.
상기 구성에 의해, 에칭실 내에서 자연 산화막을 에칭한 후, 반송 기구에 의해 진공 반송되고, 성막실에서 기판 표면의 클리닝과 막의 성장을 실시하는 것이 가능해진다. 따라서, 실리콘 기판 표면의 자연 산화막이 에칭실 내에서 제거할 수 있고, 또한 성막실 내에서, 막을 성장시키기 전에 클리닝 할 수 있고, 보다 확실히 기판 표면의 청정화를 실시할 수 있다. 또, 에칭실과 성막실의 사이를 진공 반송할 수 있기 때문에, 자연 산화막의 재부착을 억제해, 클리닝하는 공정을 보다 효율적으로 실시하는 것이 가능해진다.
상기 제2공급 기구는 수소 라디칼을 공급하는 것이 가능한 제1공급부를 가져도 좋다.
이것에 의해, 수소 라디칼을 이용하여 클리닝 할 수 있다. 수소 라디칼은 통상의 수소보다 환원력이 강하기 때문에, 통상의 수소보다 저온에서 클리닝을 실시하는 것이 가능해진다.
또는, 상기 제2공급 기구는, 실란계 가스를 공급하는 것이 가능한 제2공급부를 가져도 좋다.
이것에 의해, 실란계 가스를 이용하여 클리닝 할 수 있다. 실란계 가스는 실리콘을 포함하는 막의 성막에도 이용할 수 있기 때문에, 클리닝하는 공정의 시간적인 조건을 엄밀하게 관리하지 않고도, 실리콘 기판 표면에 실리콘을 포함하는 막을 적절히 성장시키는 것이 가능해진다.
상기 제1공급 기구는 플루오르화 질소 가스를 공급하는 것이 가능한 제3공급부와, 수소 라디칼을 공급하는 것이 가능한 제4공급부를 가져도 좋다.
이것에 의해, 자연 산화막을 플루오르화 암모늄 가스와 반응시켜, 휘발성을 가지는 플루오르규산암모늄으로 변환할 수 있다. 또한, 플루오르규산암모늄을 휘발시킴으로써, 자연 산화막을 제거하는 것이 가능해진다.
상기 가열 기구는 상기 성막실 내를 800℃ 이하로 가열하도록 구성되어도 좋다.
상기 온도에 의해, 실리콘 기판 내부에 도프된 불순물 이온의 확산 프로파일이 무너지는 것을 방지할 수 있다.
상기 에칭실 및 상기 성막실은 복수의 실리콘 기판을 보지 가능하게 구성된 기판 보지구를 각각 가져도 좋다.
이것에 의해, 복수의 실리콘 기판에 대해서 동시에 클리닝 하고, 또한 복수의 실리콘 기판에 대해서 동시에 막을 성장시키는 것이 가능해진다. 즉, 배치 처리가 가능해져, 생산성을 높이는 것이 가능해진다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시형태를 설명한다.
<제1실시형태>
［성막 장치］
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 성막 장치를 나타내는 개략 구성도이다. 성막 장치(1)는 에칭실(10)과, 성막실(20)과, 반송 기구(30)를 구비한다. 성막 장치(1)는, 본 실시형태에서, 배치 처리 방식의 에피택셜 기상 성장 장치로서 구성된다.
성막 장치(1)는, 본 실시형태에서, 기판(실리콘 기판)(W)의 표면에 에피택셜 기상성장법에 의해 막을 성장시키는 장치이다. 기판(W)은 소정 영역에 예를 들면 인(P), 붕소(B) 등의 불순물 이온이 도프된 실리콘 웨이퍼이며, 예를 들면 지름이 약 300 mm로 형성된다. 본 실시형태에서는, 성막 장치(1)를 이용하여, 기판(W)의 표면에 실리콘 및 게르마늄 중 적어도 어느 하나를 포함하는 막을 성장시킨다. 해당 막은, 예를 들면 박막 트랜지스터의 소스 및 드레인으로서 이용된다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 에칭실(10)과 성막실(20)은 반송 기구(30)의 반송실(32)을 통해 접속되어 있다. 기판(W)은, 에칭실(10) 내에서 자연 산화막이 에칭된 후 성막실(20)에 반송된다. 게다가 성막실(20) 내에서 기판(W)의 표면이 클리닝되고, 에피택셜 기상성장법에 의해 해당 표면에 실리콘 단결정막이 성막 된다.
이하, 각부의 구성에 대해 설명한다.
(에칭실)
도 2는, 에칭실(10)의 주요부를 나타내는 개략 구성도이다. 에칭실(10)은 제1반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 기구(제1공급 기구)(11)와, 웨이퍼 보트(기판 보지구)(12)를 가진다. 에칭실(10)은 웨이퍼 보트(12)에 의해서 기판(W)을 보지하고, 기판(W)의 표면에 형성된 자연 산화막을 제1반응 가스에 의해 에칭한다.
에칭실(10)은, 예를 들면 종형(縱型)의 에칭 장치로서 구성된다. 즉, 전체적으로 통형이며, 축심 방향(이하, 에칭실(10)의 높이 방향으로 함)이 연직 방향과 약 평행으로 배치되어 있다. 또 에칭실(10)은 게이트 밸브(G1)를 통해 반송실(32)과 접속되어 있다.
에칭실(10)은 드라이 펌프 혹은 터보 분자 펌프로 이루어지는 배기 펌프(P1)와 접속되고, 내부가 진공 배기 가능하게 구성된다. 또, 에칭실(10)의 내부에는, 램프 히터 등의 히터가 배치되어 있어도 좋다(도시하지 않음). 해당 히터는 후술하는 플루오르규산암모늄을 휘발시키는 정도(약 100℃)로 기판(W)을 가열하도록 구성된다. 히터는, 램프 히터에 한정되지 않고, 예를 들면 저항 가열 히터 등이어도 좋다. 또 히터는, 에칭실(10)의 외부에 배치되어도 좋다.
웨이퍼 보트(12)는, 예를 들면 50매의 기판(W)을 보지하도록 구성된다. 웨이퍼 보트(12)는, 예를 들면 기판(W)의 두께 방향으로 상호 대향하도록 기판(W)을 보지하고, 해당 두께 방향이 에칭실(10)의 높이 방향과 약 평행이 되도록, 에칭실(10) 내에 배치된다. 이것에 의해, 복수의 기판(W)에 대해서, 동시에 에칭 처리를 실시하는 것이 가능해진다.
반응 가스 공급 기구(11)는 에칭실(10) 내에, 기판(W) 상의 자연 산화막을 에칭하기 위한 제1반응 가스를 공급한다. 본 실시형태에서, 제1반응 가스는, 플루오르화 암모늄 가스이다. 즉, 플루오르화 암모늄 가스가 기판(W)의 표면의 자연 산화막과 반응함으로써, 휘발성의 플루오르규산암모늄으로 변환되어 제거된다. 플루오르화 암모늄 가스는 에칭실(10) 내에서 플루오르화 질소 가스와 수소 라디칼이 반응함으로써 생성된다.
반응 가스 공급 기구(11)는 플루오르화 질소 가스를 공급하는 것이 가능한 플루오르화 질소 가스 공급부(제3공급부)(13)와, 수소 라디칼을 공급하는 것이 가능한 수소 라디칼 공급부(제4공급부)(14)를 가지고, 에칭실(10) 내에 플루오르화 질소 가스 및 수소 라디칼을 도입하도록 구성된다.
수소 라디칼 공급부(14)는, 암모니아(NH3)를 여기하여 수소 라디칼을 발생시킨다. 수소 라디칼 공급부(14)는, 암모니아 가스 및 그 캐리어 가스인 질소(N2) 가스가 공급되는 가스 공급원(141)과, 가스 공급로(142)와, 마이크로파 여기부(143)와, 수소 라디칼 공급로(144)와, 수소 라디칼 도입 헤드(145)를 포함한다. 도시는 하지 않지만, 가스 공급로(142)에는, 가스의 유량을 제어하기 위한 매스 플로우 컨트롤러가 배치되어 있어도 좋다.
마이크로파 여기부(143)는 가스 공급로(142)를 통해 도입된 암모니아 가스에 대해서 마이크로파를 조사해 여기시켜, 수소 가스를 플라즈마 상태로 함으로써 수소 라디칼(H*)을 발생시킨다.
수소 라디칼 공급로(144)는 에칭실(10)에 연결된다. 즉, 도 2를 참조하여, 수소 라디칼 공급로(144)는 에칭실(10)의 내벽면에 높이 방향으로 따라서 배치된 수소 라디칼 도입 헤드(145)에 접속되어 있다. 이 수소 라디칼 도입 헤드(145)에는 에칭실(10)의 안쪽을 향해서 약 균일한 분포로 복수의 구멍이 형성되어 있고, 해당 구멍으로부터 수소 라디칼이 에칭실(10) 내에 도입되도록 구성된다. 또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 마이크로파 여기부(143) 및 수소 라디칼 공급로(144)는 가스 공급로(142)에서 2개로 분기하고, 각각이 수소 라디칼 도입 헤드(145)에 접속되어도 좋다.
플루오르화 질소 가스 공급부(13)는 플루오르화 질소 가스 공급원(131)과, 플루오르화 질소 가스 공급로(132)와, 샤워 노즐(133)을 포함한다. 플루오르화 질소 가스로서는, 예를 들면 3 플루오르화 질소 가스가 이용된다. 또, 플루오르화 질소 가스 공급로(132)에는, 가스의 유량을 제어하기 위한 매스 플로우 컨트롤러(도시하지 않음)가 배치되어 있어도 좋다.
도 2를 참조하여, 본 실시형태에서 플루오르화 질소 가스 공급로(132)의 선단부는 에칭실(10)의 천정에서 저부로 향해 삽입되어 있다. 해당 선단부는, 예를 들면 에칭실(10)의 지름 방향으로 수소 라디칼 도입 헤드(145)와 대향해서 배치된다. 해당 선단부의 측면에는, 복수의 구멍을 갖춘 샤워 노즐(133)이 형성되어 있다. 샤워 노즐(133)은 에칭실(10)의 높이 방향으로 대해서 약 균일한 분포로의 복수의 구멍이 형성되어 있고, 해당 구멍으로부터 3 플루오르화 질소 가스가 에칭실(10) 내에 도입되도록 구성된다.
3 플루오르화 질소 가스 및 수소 라디칼이 에칭실(10) 내에서 혼합되어 반응함으로써, 플루오르화 암모늄(NHXFY) 가스가 생성된다. 본 실시형태에서는, 수소 라디칼 도입 헤드(145) 및 샤워 노즐(133)이, 에칭실(10)의 높이 방향으로 각각 약 균일하게 분포됨으로써, 복수의 기판(W)에 대해서 균등하게 플루오르화 암모늄 가스를 작용시키는 것이 가능해진다.
(성막실)
성막실(20)은 제2반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 기구(제2공급 기구)(21)와, 막을 형성하기 위한 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급 기구(제3공급 기구)(22)와, 웨이퍼 보트(기판 보지구)(23)와, 히터(가열 기구)(H)를 가진다. 성막실(20)은 웨이퍼 보트(23)에 의해서 기판(W)을 보지하고, 제2반응 가스에 의해 기판(W)의 표면을 클리닝 한 후, 에피택셜 기상성장법에 의해, 기판(W)의 표면에 실리콘 및 게르마늄 중 적어도 어느 하나를 포함하는 막을 성장시킨다.
성막실(20)은, 예를 들면 종형의 에피택셜 기상 성장 장치로서 구성된다. 즉, 전체적으로 통형이며, 축심 방향(이하, 성막실(20)의 높이 방향으로 함)이 연직 방향과 평행으로 배치되어 있다. 또 성막실(20)은 게이트 밸브(G2)를 통해 반송실(32)과 접속되어 있다. 또 성막실(20)은 드라이 펌프 혹은 터보 분자 펌프로 이루어지는 배기 펌프(P2)와 접속되어 내부가 진공 배기 가능하게 구성된다.
히터(H)는, 본 실시형태에서, 성막실(20)의 외벽을 가열하기 위한 저항 가열 로로 구성된다. 즉, 히터(H)는 핫 월 방식을 채용하고 있다. 히터(H)는 성막실(20) 내를 800℃ 이하, 예를 들면 400℃~700℃로 가열함으로써, 기판(W)을 가열한다. 이러한 온도이면, 기판(W)의 표면에 실리콘 등을 포함한 막을 성장시킬 수 있음과 동시에, 기판(W) 내에 도프된 불순물 이온의 확산 프로파일이 무너지는 것을 억제할 수 있다.
웨이퍼 보트(23)는, 예를 들면 25매의 기판(W)을 보지하도록 구성된다. 웨이퍼 보트(23)는, 복수의 기판(W)을, 예를 들면 기판(W)의 두께 방향으로 상호 대향하도록 보지한다. 이것에 의해, 복수의 기판(W)에 대해서, 동시에 처리를 실시하는 것이 가능해진다.
반응 가스 공급 기구(21)는 기판(W)의 표면을 클리닝하기 위한 제2반응 가스를 공급한다. 본 실시형태에서, 제2반응 가스는 수소 라디칼이다. 즉, 수소 라디칼이 기판(W)의 표면에 형성된 C, F 등과의 반응물 등을 환원함으로써, 혹은, 기판(W)의 표면에 형성된 C, F 등의 반응물 등을 수소와 화합시켜 제거함으로써, 기판(W)의 표면을 청정화하는 것이 가능해진다.
반응 가스 공급 기구(21)는, 본 실시형태에서, 수소 라디칼을 공급하는 것이 가능한 수소 라디칼 공급부(제1공급부)(24)를 가진다. 수소 라디칼 공급부(24)는 수소 가스(H2)를 여기하여 수소 라디칼을 발생시킨다. 수소 라디칼 공급부(24)는 수소 가스의 공급원(241)과, 수소 가스 공급로(242)와, 마이크로파 여기부(243)와, 수소 라디칼 공급로(244)를 포함한다.
마이크로파 여기부(243)는 수소 라디칼 공급부(14)의 마이크로파 여기부(143)와 같이 구성되고, 수소 가스 공급로(242)를 통해 도입된 수소 가스에 대해서 마이크로파를 조사해 여기시켜, 수소 가스를 플라즈마 상태로 함으로써 수소 라디칼을 발생시킨다.
수소 라디칼 공급로(244)로부터 성막실(20) 내에 수소 라디칼을 공급하는 방법에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 높이 방향으로 따라서 배열된 복수의 기판(W)에 대해서, 균일하게 수소 라디칼을 공급할 수 있으면 좋다. 예를 들면, 수소 라디칼 공급로(244)는 선단부가 성막실(20) 내에 삽입되어 높이 방향으로 균일하게 분포하도록 배치된 복수의 분출 구멍(孔)으로부터, 기판(W)에 대해서 수소 라디칼이 공급되어도 좋다. 혹은, 성막실(20)의 내벽면에 높이 방향으로 따라서 배치된 수소 라디칼 도입 헤드 등에 접속되어 있어도 좋다.
원료 가스 공급 기구(22)는 기판(W)의 표면에 실리콘 및 게르마늄 중 적어도 어느 하나를 포함하는 원료 가스를 공급한다. 원료 가스는, 본 실시형태에서, 실란(SiH4) 가스이다. 이것에 의해, 기판(W)의 표면에, 실리콘의 단결정막을 성장시키는 것이 가능해진다.
원료 가스 공급 기구(22)는 원료 가스원(221)과, 원료 가스 공급로(222)를 가진다. 게다가 원료 가스 공급로(222)에는 가스의 유량을 제어하기 위한 매스 플로우 컨트롤러(도시하지 않음)가 배치되어 있어도 좋다. 원료 가스 공급로(222)의 선단부는 분출 구멍으로부터 기판(W)에 대해서 실란 가스가 공급된다. 해당 분출 구멍은 배기 펌프(P2) 등에 의해서 형성되는 성막실(20) 내의 가스의 흐름을 감안하여, 실란 가스가 복수의 기판(W)에 대해서 균일하게 공급할 수 있는 구성이면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 배기 펌프(P2)가 성막실(20)의 상단 부근에 배치되는 경우에는, 아랫쪽에서 윗쪽으로 향하는 가스의 흐름이 형성될 수 있기 때문에, 해당 분출 구멍은 성막실(20)의 아랫쪽에 배치되어 윗쪽으로 향해 가스를 분출하도록 구성되어도 좋다.
(반송 기구)
반송 기구(30)는 클린 부스(31)와, 반송실(32)을 가진다. 클린 부스(31)는 이재(移載) 로봇(34)과, 기판(W)을 수용하는 것이 가능한 웨이퍼 카세트(35)를 가지고, 성막 장치(1)에서의 기판(W)의 사입실 및 취출실(取出室)로서의 기능을 가진다. 반송실(32)은 이재 로봇(36)을 가지고, 클린 부스(31)와, 에칭실(10)과, 성막실(20)의 사이에 기판(W)을 반송한다. 반송 기구(30)는 복수매의 기판(W)을 클린 부스(31), 에칭실(10) 및 성막실(20)의 사이에서 진공 반송하는 것이 가능하게 구성된다.
클린 부스(31)는 반송실(32)과 게이트 밸브(G3)를 통해 접속되어 있다. 클린 부스(31)에서는 이재 로봇(34)에 의해, 웨이퍼 카세트(35)로부터 반송실(32)에 배치된 이재 로봇(36)에 기판(W)이 이재된다.
반송실(32)은 에칭실(10)과 게이트 밸브(G1)를 통해 접속하고, 성막실(20)과 게이트 밸브(G2)를 통해 접속한다. 반송실(32)은, 드라이 펌프 혹은 터보 분자 펌프로 이루어지는 배기 펌프(P3)가 접속되어 내부가 진공 배기 가능하게 구성된다. 이것에 의해, 기판(W)은 에칭실(10)로부터 성막실(20)에 진공 반송되는 것이 가능해진다.
반송실(32)은 이재 로봇(36)에 의해, 클린 부스(31)로부터 에칭실(10)과 기판(W)을 반송하고, 에칭실(10)로부터 성막실(20)로 기판(W)을 반송하도록 구성된다. 예를 들면 이재 로봇(36)은 기판(W)을 수용 가능한 웨이퍼 카세트(도시하지 않음)를 가지고 있어도 좋다. 이것에 의해, 이재 로봇(36)은 에칭실(10)의 웨이퍼 보트(12), 혹은 성막실(20)의 웨이퍼 보트(23)의 사이에 기판(W)의 교환을 용이하게 실시할 수 있다.
이상의 구성에 의해, 성막 장치(1)는 에칭실(10)과 성막실(20)의 사이를 진공 반송할 수 있기 때문에, 자연 산화막의 재부착을 억제하고, 성막실(20)에서의 기판(W)의 클리닝을 보다 효율적으로 실시하는 것이 가능해진다. 또, 성막 장치(1)는 에칭실(10)과 성막실(20)을 가지고 있기 때문에, 각각 별개의 장치로 실시하는 것이 없고, 일련의 처리를 단시간에 실시할 수 있다.
게다가 성막 장치(1)는 배치 처리 방식을 채용하고 있기 때문에, 다수의 기판(W)에 대해서 동시에 처리를 실시할 수 있어 생산성을 향상시키는 것이 가능해진다.
다음으로, 본 실시형태에 따른 성막 방법에 대해 설명한다.
［성막 방법］
도 3은, 본 실시형태에 따른 성막 방법을 설명하는 플로우 차트(flow chart)이다. 도 4A, B, C, D, E, F는, 본 실시형태에 따른 성막 방법의 각 공정에서의 기판(W)의 모양을 나타내는 모식적인 도이다. 본 실시형태에 따른 성막 방법은 실리콘 기판을 에칭실에 반송하는 공정과, 실리콘 기판 표면의 자연 산화막을 에칭하는 공정과, 실리콘 기판을 에칭실로부터 성막실에 진공 반송하는 공정과, 실리콘 기판의 표면을 클리닝하는 공정과, 실리콘 기판의 표면에 막을 성장시키는 공정을 가진다. 이하, 각 공정에 대해 설명한다.
(에칭실에의 반송 공정)
우선, 기판(W)을 에칭실(10)에 반송한다. 구체적으로는 이하와 같이 실시한다. 즉, 기판(W)을 탑재한 웨이퍼 카세트(35)를 클린 부스(31)에 도입한다. 다음으로, 게이트 밸브(G3)를 열어 이재 로봇(34)을 구동하고, 웨이퍼 카세트(35)로부터 이재 로봇(36)에 기판(W)을 이재하고, 기판(W)을 반송실(32)에 반송한다(스텝 ST10). 그리고, 게이트 밸브(G3)를 닫아 배기 펌프(P3)를 구동하고, 반송실(32)을 배기한다. 또한, 게이트 밸브(G1)를 열고, 이재 로봇(36)에 의해, 기판(W)을 반송실(32)로부터 에칭실(10)에 반송한다(스텝 ST11). 또한, 에칭실(10)은 미리 배기 펌프(P1)에 의해 배기되어 있다.
도 4A는, 에칭실에의 기판(W)의 반송 공정에서의 기판(W)의 모양을 나타내는 도이다. 도 4A를 참조하여, 기판(W)의 표면에는, 자연 산화막(41)이 형성되어 있다. 자연 산화막(41)의 두께는, 예를 들어 약 2~3 nm 정도이다. 또한 도 4A~F에서는, 설명을 위해서, 기판(W)의 표면에 형성되는 자연 산화막(41) 등의 막의 두께를 실제보다 과장하여 기재하고 있다. 기판(W)은, 전형적으로는 클린 부스(31)에 도입되기 전에, 웨트 세정 등에 의해 기판(W)의 표면에 부착한 유기물이나 금속 등이 미리 제거된다. 그렇지만, 실리콘 기판의 표면은 매우 활성이기 때문에, 클린 부스(31) 등으로 대기에 노출되면 SiO2로 이루어지는 자연 산화막(41)이 용이하게 형성된다. 또, 기판(W)의 표면에는, 자연 산화막(41) 뿐만 아니라, C, F를 포함하는 화합물 등도 부착해, 반응하기 쉽다.
(에칭 공정)
본 실시형태에 따른 에칭 공정은, 기판(W)의 표면에 형성된 자연 산화막을 휘발성 물질로 변환하는 공정과, 기판(W) 상에 생성된 휘발성 물질을 분해시켜 제거하는 공정을 포함한다.
도 4B는, 자연 산화막(41)이 휘발성 물질(플루오르규산암모늄)(42)로 변환된 후의 기판(W)의 모양을 나타내는 도이다. 도 4B에 나타낸 바와 같이, 에칭실(10)에 반응 가스를 도입하고, 기판(W)의 표면에 형성된 자연 산화막을 휘발성 물질로 변환한다(스텝 ST12). 구체적으로는, 플루오르화 질소 가스 공급부(13)에 의해 3 플루오르화 질소 가스를 도입하고, 수소 라디칼 공급부(14)에 의해 수소 라디칼을 도입한다. 수소 라디칼 공급부(14)에서는 가스 공급원(141)으로부터 암모니아 가스를 공급하고, 마이크로파 여기부(143)에서 예를 들면, 약 2.45 GHz의 마이크로파를 조사한다. 이것에 의해, 다음 식과 같이 암모니아 가스를 여기하고, 수소 라디칼(H*)을 발생시킨다.
NH3→NH2＋H*···(1)
에칭실(10)에서는, 도입된 3 플루오르화 질소 가스 및 수소 라디칼이 반응하고, 다음 식과 같이 플루오르화 암모늄(NHXFY) 가스가 생성된다.
H*＋NF3→NHXFY(NH4F, NH4FH, NH4FHF 등)···(2)
생성된 플루오르화 암모늄 가스가, 기판(W)의 표면에 형성된 자연 산화막에 작용하고, 다음 식과 같이 휘발성을 가지는 플루오르규산암모늄((NH4)2SiF6)이 생성된다.
SiO2＋NHXFY→(NH4)2SiF6＋H2O···(3)
상기 공정의 처리 조건으로서는, 예를 들면, 에칭실(10) 내의 처리 압력은 약 300 Pa(수소 플라즈마를 생성하기 위한 암모니아 가스의 유량은 10~1500 sccm, 3 플루오르화 질소 가스의 유량은 500~5000 sccm)로 한다. 또, 처리 온도는 100℃ 이하이며, 예를 들면 실온(25℃정도)에서 실시할 수 있다. 상기 조건에서, 자연 산화막(41)이 모두 휘발성 물질로 변환될 때까지 소정 시간 반응시킨 후, 반응 가스의 공급 및 마이크로파의 조사를 정지해, 배기 펌프(P1)에 의해 에칭실(10)을 배기한다.
다음으로, 램프 히터 등을 구동하여 기판(W)을 가열하고, 기판(W) 상에 생성된 플루오르규산암모늄(42)을 분해시켜, 제거한다(스텝 ST13). 본 공정도에서는, 실리콘 기판을 100℃ 이상으로, 바람직하게는 200~250℃로 가열한다. 이것에 의해, 휘발성 물질인 플루오르규산암모늄(42)을 분해시켜, 휘발시키고, 제거할 수 있다. 플루오르규산암모늄(42)이 모두 휘발할 때까지 상기 온도에서 소정 시간 유지한 후, 히터를 정지한다.
도 4C는 에칭 공정 후의 기판(W)의 모양을 나타내는 도이다. 본 공정도의 종료 후는, 도 4C에 나타낸 바와 같이, 기판(W)의 표면이 청정화되어 자연 산화막(41)이 제거된다.
(진공 반송 공정)
진공 반송 공정에서는, 기판(W)을 에칭실(10)로부터 성막실(20)에 진공 반송한다. 구체적으로는, 우선, 게이트 밸브(G1)를 열고, 반송 로봇(36)에 의해 기판(W)을 반송실(32)에 반송한다(스텝 ST14). 그리고, 게이트 밸브(G1)를 닫아 이재 로봇(36)에 의해 기판(W)을 반송해, 게이트 밸브(G2)를 열고, 기판(W)을 성막실(20)에 반송한다(스텝 ST15). 그 때, 반송실(32)은 배기 펌프(P3)에 의해 배기된다. 이것에 의해, 기판(W)은 반송실(32) 내에서 진공 반송되기 때문에, 기판(W) 표면에 있어서의 자연 산화막의 재형성이 저지된다.
도 4D는, 진공 반송 공정 후의 기판(W)의 모양을 나타내는 도이다. 기판(W)의 표면에는, 자연 산화막은 거의 형성되어 있지 않지만, 반응물(43)이 형성되어 있다. 반응물(43)은, C 등의 단체 혹은 화합물, F 등의 화합물, 혹은 O 등을 포함하는 화합물 등에 유래한다.
예를 들면, C의 화합물 등은, 통상 진공 분위기로 유지되어 있는 에칭실(10), 반송실(32) 및 성막실(20)이, 메인테넌스 등에 의해 정기적으로 대기에 폭로됨으로써, 이들의 내부에 부착한다. 또, F 등을 포함하는 화합물은, 성막실(20) 내의 각 부재의 윤활제 등에 포함되기 때문에, 에칭실(10), 반송실(32) 및 성막실(20) 내에 부유하고 있을 가능성이 있다. 여기서, 자연 산화막(41)이 제거된 직후의 기판(W)의 표면은 매우 활성인 상태가 되어 있다. 이 때문에, F 등을 포함하는 화합물, 혹은 C 등의 단체 혹은 화합물이 기판(W)의 표면과 용이하게 반응하여, 반응물(43)이 생성될 수 있다.
반응물(43)이 부착한 실리콘 기판(W)의 표면에 실리콘 단결정 등을 성장시켰을 경우에는, Si의 결정 배열이 흐트러져 결정 결함의 원인이 된다. 또, 막의 성장이 저해될 우려도 있다. 그래서, 이들을 제거하기 위해서, 기판(W)의 표면을 클리닝 한다.
(클리닝 공정)
기판(W)의 표면을 클리닝하는 공정은, 우선, 성막실(20)의 히터(H)를 구동하고, 실리콘 기판(W)을 800℃ 이하, 예를 들면 400~700℃로 가열한다(스텝 ST16). 그리고, 수소 라디칼을 포함하는 가스를 이용하여 기판(W)의 표면을 클리닝 한다(스텝 ST17). 구체적으로는, 수소 라디칼 공급부(24)로부터 성막실(20)에 수소 라디칼을 도입해, 기판(W) 표면의 반응물을 환원한다. 이것에 의해, 이러한 물질이 휘발 등 함으로써 제거되어 기판(W)의 표면이 청정화된다.
수소 라디칼 공급부(24)에서는, 수소 가스(H2)를 여기하여 수소 라디칼을 발생시킨다. 즉, 수소 가스의 공급원(241)으로부터 수소 가스를 공급하고, 마이크로파 여기부(243)에서 마이크로파를 조사한다. 마이크로파 여기부(243)에서는, 예를 들면, 약 2.45 GHz의 마이크로파가 조사된다. 이것에 의해, 다음 식과 같이 수소 가스를 여기하고, 수소 라디칼(H*)을 발생시킨다.
H2→2 H*···(4)
수소 라디칼은, 통상의 수소(수소 분자, 수소 이온)보다 활성이며, 환원력이 강하다. 이것에 의해, 800℃ 이하의 온도로 물질을 환원해, 제거하는 것이 가능해진다.
상기 공정의 처리 조건으로서는, 예를 들면, 성막실(20) 내의 처리 압력은 약 100~500 Pa(수소 플라즈마의 유량은 5~1000 sccm)로 한다. 1~60분 정도의 클리닝 후, 마이크로파의 조사 및 수소 플라즈마의 공급을 정지해, 배기 펌프(P2)에 의해 성막실(20)을 배기한다.
도 4E는, 클리닝 공정 후의 기판(W)의 모양을 나타내는 도이다. 기판(W)의 표면에는, 자연 산화막(41)도 반응물(43)도 흡착하지 않고, 청정한 상태가 되어 있다.
(성막 공정)
계속해서, 클리닝된 기판(W)의 표면에, 실리콘 및 게르마늄 중 적어도 어느 하나를 포함하는 막을 성장시킨다(스텝 ST18). 본 실시형태에서는, 실리콘 단결정막을 성장시키기 위해서, 원료 가스 공급 기구(22)에 의해 원료 가스인 실란 가스를 도입한다. 원료 가스인 실란 가스는 열분해되어 기판(W)의 표면에 Si의 결정이 배열해, 실리콘 단결정막이 성장한다. 또한, 기판(W) 상에 막을 성장시키는 본 공정을, 이하, 「성막 공정」이라고 칭한다.
상기 공정의 처리 조건으로서는, 예를 들면, 성막실(20) 내의 처리 압력은 약 0.1~266 Pa(실란 가스의 유량은 10~500 sccm)로 한다. 이러한 조건이면, 실리콘 단결정막을 소기의 막후(膜厚)로 성장시킬 수 있다. 또한, 본 실시형태에서도, 성막실(20) 내는, 클리닝 공정에서의 온도와 약 동일한 온도(예를 들면 400~700℃)로 제어된다.
그 후, 히터(H)를 정지하고, 원료 가스의 공급을 정지하여, 배기 펌프(P2)에 의해 성막실(20)을 배기한다. 계속해서, 이재 로봇(36)에 의해 기판(W)을 반송실(32)에 반송하고(스텝 ST19), 또한 기판(W)을 반송실(32)로부터 클린 부스(31)의 웨이퍼 카세트(35)에 이재함으로써, 기판(W)을 꺼낸다(스텝 ST20).
도 4F는, 성막 공정 후의 기판(W)의 모양을 나타내는 도이다. 기판(W)의 표면에는, 실리콘 단결정막(44)이 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 도 4E에 나타내는 청정한 상태의 기판(W)의 표면에 막을 성장시키기 때문에, 기판(W)의 표면과 같이 배향한 결정성이 양호한 단결정막(44)이 형성된다.
이상에 의해, 본 실시형태에 따른 성막 방법은, 기판(W)의 표면에 형성된 자연 산화막이 에칭에 의해 제거될 수 있고, 또한 해당 표면을 클리닝 할 수 있다. 따라서, 성막실(20) 내에서 부착한 물질이나, 에칭 공정에 의해서 제거할 수 없었던 물질을 클리닝 하고, 보다 확실히 기판(W)의 표면을 청정화할 수 있다. 이것에 의해, 기판(W)의 표면에 소기의 단결정막을 성장시키는 것이 가능해진다.
또, 상기 방법에서는, 성막실(20) 내에서, 성막 공정의 직전에 기판(W)을 클리닝 한다. 이것에 의해, 진공 반송 중이나 성막실(20) 내에서 부착한 물질 등도 제거할 수 있고, 보다 청정한 기판(W)의 표면 상에 막을 성장시키는 것이 가능해진다.
게다가 본 실시형태에서는, 환원력이 강한 수소 라디칼을 이용하여 기판(W) 표면을 클리닝 한다. 이것에 의해, 400~700℃라고 하는 비교적 낮은 온도에서 환원 처리를 실시할 수 있다. 따라서, 기판(W)에 도프된 불순물 이온의 확산 프로파일을 무너뜨리지 않고, 클리닝 및 그 후의 막의 성장을 실시하는 것이 가능해진다.
<제2실시형태>
도 5는, 본 발명의 제2실시형태에 따른 성막 장치의 주요부를 나타내는 개략 구성도이다. 또한, 도에서 상술한 제1실시형태와 대응하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙여, 그 상세한 설명은 생략한다.
제2실시형태에 따른 성막 장치(2)는, 기판(W)의 표면을 클리닝하기 위한 제2반응 가스로서 성막 가스인 실란(SiH4) 가스를 이용하는 점에서, 제1실시형태에 따른 성막 장치(1)와 다르다. 이것에 의해, 성막실(20)의 반응 가스 공급 기구(제2공급 기구)(25)가, 실란계 가스를 공급하는 것이 가능한 실란 가스 공급부(제2공급부)(26)를 가진다. 즉, 본 실시형태에서는, 실란 가스가 기판(W)의 표면에 형성된 반응물을 환원 등 함으로써, 기판(W)의 표면을 청정화한다.
실란 가스 공급부(26)은 실란 가스 공급원(261)과, 실란 가스 공급로(262)를 포함한다. 또, 실란 가스 공급로(262)에는, 도시하지 않는 매스 플로우 컨트롤러가 배치되어 있다. 이것에 의해, 성막실(20) 내에 공급되는 실란 가스의 유량을 제어하는 것이 가능해진다.
실란 가스 공급로(262)로부터 성막실(20) 내에 실란 가스가 공급되는 방법에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 높이 방향으로 따라서 배열된 복수의 기판(W)에 대해서, 균일하게 실란 가스를 공급할 수 있으면 좋다. 예를 들면, 제1실시형태에 따른 수소 라디칼 공급로(244)와 동일하게 선단부가 성막실(20) 내에 삽입되어 높이 방향으로 균일하게 분포하도록 배치된 복수의 분출 구멍으로부터 기판(W)에 대해서 실란 가스가 공급되어도 좋다. 혹은, 성막실(20)의 내벽면에 높이 방향으로 따라서 배치된 실란 가스 도입 헤드 등에 접속되어 있어도 좋다.
원료 가스 공급 기구(22)는 원료 가스로서 실란 가스를 이용하여 제1실시형태와 동일하게 구성된다. 즉, 원료 가스 공급 기구(22)는 원료 가스원(221)과, 원료 가스 공급로(222)를 가진다. 게다가 원료 가스 공급로(222)에는 가스의 유량을 제어하기 위한 매스 플로우 컨트롤러(도시하지 않음)가 배치되어 있다. 원료 가스 공급로(222)의 선단부는, 분출 구멍으로부터 복수의 기판(W)에 대해서 균일하게 실란 가스가 공급되도록 구성된다.
본 실시형태의 성막 방법에 따른 클리닝 공정은, 제1실시형태와 동일하게, 기판(W)을 800℃ 이하, 예를 들면 400~700℃로 가열하여 실시한다. 그리고, 실란 가스를 포함하는 가스를 이용하여 기판(W)의 표면을 클리닝 한다. 구체적으로는, 실란 가스 공급부(26)로부터 성막실(20)에 실란 가스를 도입해, 기판(W) 표면에 형성된 반응물을 환원 등 한다. 이것에 의해, 이러한 물질이 휘발 등 함으로써 제거되어 기판(W)의 표면이 클리닝된다.
여기서, 클리닝 공정에 이용되는 실란 가스의 유량(제2유량)은, 예를 들면 20~70 cc/분이다. 이러한 유량의 실란 가스이면, 물질 등의 환원 작용이 충분히 발휘된다.
1~60분 정도의 클리닝 후, 실란 가스 공급부(26)로부터의 실란 가스의 공급을 정지한다. 여기서, 본 실시형태에서는, 계속해 실란 가스의 분위기에서 성막 공정을 실시하기 때문에, 배기 펌프(P2)에 의해 성막실(20)을 배기할 필요는 없고, 효율적으로 처리를 진행시킬 수 있다.
다음으로, 성막실(20) 내를 400~700℃의 온도로 제어한 상태에서, 원료 가스 공급 기구(22)에 의해 실란 가스를 도입하고, 기판(W)의 표면에 실리콘 단결정막을 성장시킨다.
성막 공정에 이용되는 실란 가스의 유량(제1유량)은, 예를 들면 약 500 cc/분이다. 즉, 클리닝 공정에 이용되는 실란 가스의 유량은 예를 들면 20~70 cc/분이기 때문에, 성막 공정에 이용되는 실란 가스보다 적은 유량으로 제어된다. 이와 같이 실란 가스의 유량을 제어함으로써, 클리닝 공정에서 실리콘 기판(W)의 표면에 실리콘을 포함하는 막을 성장시키지 않고, 해당 표면을 클리닝하는 것이 가능해진다.
이상에 의해, 본 실시형태에서는, 성막 가스를 이용하여 기판(W)의 표면을 클리닝 한다. 이것에 의해, 성장하는 막의 클리닝에 이용하는 가스에 의한 컨테미네이션이 발생하지 않는다. 또, 클리닝 공정과 성막 공정에서 분위기를 바꾸지 않고 연속적으로 실시할 수 있으므로, 배기 펌프(P2)에 의해 성막실(20) 내를 배기하지 않고, 클리닝 공정과 막을 성장시키는 공정을 단시간에 실시하는 것이 가능해진다. 게다가 클리닝 공정의 시간적인 조건을 엄밀하게 관리하지 않고도, 실리콘 기판(W)의 표면에 양질인 단결정 실리콘 막을 성장시키는 것이 가능해진다.
<제3실시형태>
도 6은, 본 발명의 제3실시형태에 따른 성막 방법의 플로우 차트(flow chart)이다. 또한, 상술의 제1실시형태와 대응하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙여, 그 상세한 설명은 생략한다.
제3실시형태에 따른 성막 방법은, 성막실(20) 내에서 기판(W) 상에 생성된 휘발성의 플루오르규산암모늄을 분해시키는 공정을 실시하는 점에서, 제1실시형태에 따른 성막 방법과 다르다.
에칭실에의 반송 공정은, 제1실시형태와 동일하게 행해진다. 즉, 클린 부스(31)에 배치된 웨이퍼 카세트(35)로부터 이재 로봇(36)에 기판(W)을 이재하고, 기판(W)을 반송실(32)에 반송한다(스텝 ST30). 계속해서, 이재 로봇(36)에 의해, 기판(W)을 반송실(32)로부터 에칭실(10)에 반송한다(스텝 ST31).
다음으로, 제1실시형태와 동일하게, 에칭실(10)에 반응 가스를 도입하고, 기판(W)의 표면에 형성된 자연 산화막을 휘발성 물질인 플루오르규산암모늄으로 변환한다(스텝 ST32).
계속해서, 휘발성 물질이 기판(W)의 표면에 부착한 상태로, 기판(W)을 반송실(32)에 반송한다(스텝 ST33). 또한, 게이트 밸브(G2)를 열고, 기판(W)을 성막실(20)에 반송한다(스텝 ST34).
다음으로, 성막실(20)의 히터(H)를 구동하고, 기판(W)을 400~700℃에 가열하여, 기판(W) 상에 생성된 휘발성 물질을 분해, 휘발시켜, 제거한다(스텝 ST35). 이것에 의해, 기판(W) 상에 형성된 자연 산화막이 제거된다.
이하의 클리닝 공정 및 성막 공정에 관해서는, 제1실시형태와 같이 행해지기 때문에, 설명을 생략한다. 즉, 도 6의 스텝 ST36~ST39는 도 4의 스텝 ST17~ST20에 각각 대응한다.
본 실시형태에서는, 에칭 공정에서 자연 산화막이 변환되어 생성된 휘발성 물질을 에칭실(10) 내에서 분해시키지 않고, 성막실(20) 내에서 분해시킨다. 휘발성 물질인 플루오르규산암모늄은 약 250℃에서 분해되고, 휘발된다. 한편, 성막실(20)은 클리닝 공정 및 성막 공정을 실시하기 위해서, 히터(H)에 의한 400~700℃ 정도의 가열이 필수된다. 따라서, 히터(H)에 의한 가열을 이용하여 플루오르규산암모늄을 분해시킬 수 있어 공정을 간략화할 수 있다. 이것에 의해, 전체의 처리 시간을 짧게하여, 생산성을 향상시킬 수 있다.
또, 에칭실(10)이 히터를 가지지 않는 구성으로 할 수 있어 장치 구성을 간략화할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상에 근거해 여러 가지의 변형이 가능하다.
예를 들면, 제2실시형태의 변형예로서 기판(W)의 표면에 게르마늄(Ge)을 포함하는 막을 성장시키는 경우는, 성막 가스인 게르만 가스(GeH4)를 이용하여 기판(W)의 표면을 클리닝 해도 좋다. 게르만 가스는 실란 가스와 동일하게 기판(W)의 표면에 형성된 C, F 등의 물질을 환원해, 기판(W)의 표면을 청정화하는 것이 가능하다.
또한, 본 변형예에 따른 성막 장치(2)는 클리닝 가스를 공급하는 제2공급부(26) 및 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급 기구(22)가 실란 가스의 공급원으로 바꾸어 게르만 가스의 공급원을 가지도록 구성할 수 있다.
또, 클리닝 공정의 처리 조건으로서 처리 온도는 400~700℃로 할 수 있다. 또, 클리닝 공정의 처리 시간에 대해서는, 기판(W) 표면의 자연 산화막이 완전히 제거되면 좋고, 본 변형예에서도, 클리닝 공정의 시간적인 조건을 엄밀하게 관리하지 않고 실리콘 기판 표면에 게르마늄을 포함하는 막을 적절히 성장시키는 것이 가능해진다.
또, 기판(W)의 표면에 성장시키는 막은, 실리콘막, 게르마늄막에 한정되지 않고, 예를 들면 실리콘 및 게르마늄의 합성막이어도 좋다. 이 경우는, 성막 가스로서 수소 가스, 실란 가스 및 게르만 가스를 채용할 수 있다. 또, 클리닝 가스로서는, 상술한 수소 라디칼을 포함하는 가스, 실란 가스, 게르만 가스 등을 적당히 채용할 수 있다. 특히 클리닝 가스로서 실란 가스, 게르만 가스를 이용했을 경우에는, 클리닝 가스로서 성막 가스를 이용하는 제2실시형태의 변형예가 되고, 컨테미네이션의 발생을 억제하고, 또 처리 시간을 단축해 생산성을 높일 수 있다.
또, 이상의 실시형태에서, 에칭 공정에서의 수소 라디칼의 생성에는 암모니아 가스를 이용했지만, 예를 들면 질소 가스나 수소 가스 등을 이용하여도 좋다. 또, 암모니아 가스 등의 여기에 대해서도, 마이크로파를 조사하는 방법에 한정되지 않는다. 게다가 에칭 공정에서 3 플루오르화 질소 가스 및 수소 라디칼을 이용하는 방법에 한정되지 않고, 실리콘 기판(W) 상에 형성된 자연 산화막을 제거할 수 있으면 다른 방법을 적당히 채용할 수 있다.
제1실시형태에서, 클리닝 공정에서의 수소 라디칼의 생성에는, 수소 가스에 한정되지 않고, 질소 가스, 암모니아 가스 등을 이용하여도 좋다. 또, 제2실시형태에서, 클리닝 공정에 이용되는 가스는 실란 가스, 게르만 가스에 한정되지 않고, 디실란(Si2H6) 가스 등의 다른 실란계 가스, 디게르만(Ge2H6) 가스 등의 다른 게르만계 가스를 이용할 수 있다.
제2실시형태에서, 클리닝 가스로서 이용되는 실란 가스와 원료 가스로서 이용되는 실란 가스란, 각각 제2, 3의 공급 기구(22, 25)로부터 공급된다고 설명했지만, 이러한 공급 기구가 일체로 하여 구성되어 동일한 배관 계통으로부터 공급되어도 좋다. 이것에 의해, 장치 구성을 단순화 할 수 있다.
제1실시형태에서, 성막 장치(1)는, 에칭실(10) 및 성막실(20)의 내벽면에, 수소 라디칼의 실활을 방지하기 위한 처리(구체적으로는, 알루미늄막 등의 알루미늄 수화물로 이루어지는 피막에 의한 코팅)가 실시되어도 좋다. 이것에 의해, 에칭실(10) 및 성막실(20)의 내벽면과 수소 라디칼과의 상호 반응을 억제하고, 수소 라디칼을 안정하게 기판 처리에 소비하는 것이 가능해져, 기판(W)의 면내 균일성을 높일 수 있다. 또, 제2실시형태에서도, 수소 라디칼을 도입하는 에칭실(10)의 내벽에 동일한 처리를 가하는 것이 가능하다.
또 성막 장치가 가지는 에칭실 및 성막실의 수는 특별히 한정되지 않고, 설치 장소, 소망한 처리 능력 등에 따라 적당히 설정할 수 있다. 예를 들면, 에칭실 1개, 성막실 2개로 할 수도 있고, 에칭실, 성막실 모두 2개로 하는 구성을 채용할 수도 있다. 또, 에칭실 및 성막실을 3개 이상 배치하는 구성으로 하는 것도 가능하다. 이것에 의해, 보다 생산성을 높이는 것이 가능해진다.
또, 이상의 실시형태에서, 성막 장치 내의 에칭실 및 성막실이, 모두 배치 처리 방식을 채용한다고 설명했지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 에칭실 및 성막실의 내부에 기판을 한 장씩 배치하는, 이른바 매엽식을 채용해도 좋다.
또, 성막실의 히터(H)가, 저항 가열로에 의한 핫 월 방식을 채용한다고 설명했지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면 램프 히터를 성막실 내부에 배치함으로써 기판을 가열하는, 이른바 콜드 월 방식의 히터를 채용해도 좋다.
1, 2: 성막 장치
10: 에칭실
11: 반응 가스 공급 기구(제1공급 기구)
12, 23: 웨이퍼 보트(기판 보지구)
13: 플루오르화 질소 가스 공급부(제3공급부)
14: 수소 라디칼 공급부(제4공급부)
20: 성막실
21, 25: 반응 가스 공급 기구(제2공급 기구)
24: 원료 가스 공급 기구(제3공급 기구)
22: 수소 라디칼 공급부(제1공급부)
26: 실란 가스 공급부(제2공급부)
30: 반송 기구
H: 히터(가열 기구)

Claims (15)

  1. 실리콘 기판의 표면에 형성된 자연 산화막을 에칭실 내에서 에칭하고,
    상기 실리콘 기판을 상기 에칭실로부터 성막실로 진공 반송하고,
    상기 성막실 내에서, 실란계 가스를 이용하여 상기 실리콘 기판의 표면을 클리닝 하고,
    상기 성막실 내에서, 실란계 가스를 이용하여, 상기 실리콘 기판의 표면에 실리콘을 포함하는 막을 성장시키는, 성막 방법.
  2. 실리콘 기판의 표면에 형성된 자연 산화막을 에칭실 내에서 에칭하고,
    상기 실리콘 기판을 상기 에칭실로부터 성막실로 진공 반송하고,
    상기 성막실 내에서, 게르만계 가스를 이용하여 상기 실리콘 기판의 표면을 클리닝 하고,
    상기 성막실 내에서, 게르만계 가스를 이용하여, 상기 실리콘 기판의 표면에 게르마늄을 포함하는 막을 성장시키는, 성막 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 막을 성장시키는 공정은, 제1유량의 상기 실란계 가스를 이용하여 상기 실리콘 기판의 표면에 실리콘을 포함하는 막을 성장시키고,
    상기 실리콘 기판의 표면을 클리닝하는 공정은, 상기 제1유량보다 적은 제2유량의 상기 실란계 가스를 이용하여 상기 실리콘 기판의 표면을 클리닝하는, 성막 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 기판의 표면을 클리닝하는 공정 및 상기 막을 성장시키는 공정에서는, 상기 실리콘 기판을 800℃ 이하로 가열하는, 성막 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자연 산화막을 에칭하는 공정은, 상기 자연 산화막을 플루오르화 암모늄 가스와 반응시켜, 휘발성을 가지는 플루오르규산암모늄으로 변환하는, 성막 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 기판의 표면을 클리닝하는 공정은, 복수의 실리콘 기판에 대해서 동시에 상기 실리콘 기판의 표면을 클리닝 하고,
    상기 막을 성장시키는 공정은, 복수의 실리콘 기판에 대해서 동시에 막을 성장시키는, 성막 방법.
  7. 실리콘 기판의 표면에 형성된 자연 산화막을 에칭하기 위한 제1반응 가스를 공급하는 제1공급 기구를 가지는 에칭실,
    상기 실리콘 기판의 표면을 클리닝하기 위한 게르만계 또는 실란계 가스를 공급하는 제2공급 기구, 상기 실리콘 기판의 표면에 실리콘 및 게르마늄 중 적어도 어느 하나를 포함하는 원료 가스를 공급하는 제3공급 기구, 상기 실리콘 기판을 가열하기 위한 가열 기구를 가지는 성막실,
    상기 실리콘 기판을 상기 에칭실로부터 상기 성막실에 진공 반송하는 것이 가능한 반송 기구를 구비하는, 성막 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가열 기구는, 상기 성막실 내를 800℃ 이하로 가열하도록 구성되는, 성막 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 에칭실 및 상기 성막실은, 복수의 실리콘 기판을 보지 가능하게 구성된 기판 보지구를 각각 가지는, 성막 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11021796B2 (en) 2018-04-25 2021-06-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Gas injectors and wafer processing apparatuses having the same

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140023807A (ko) * 2012-08-17 2014-02-27 삼성전자주식회사 반도체 소자를 제조하는 설비
JP6239365B2 (ja) * 2013-12-11 2017-11-29 東京エレクトロン株式会社 シリコン層をエッチングする方法
US10217681B1 (en) * 2014-08-06 2019-02-26 American Air Liquide, Inc. Gases for low damage selective silicon nitride etching
TWI556285B (zh) * 2014-08-21 2016-11-01 國立中央大學 在矽基板上磊晶成長鍺薄膜的方法
US10453925B2 (en) 2016-01-29 2019-10-22 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Epitaxial growth methods and structures thereof
JP6746187B2 (ja) * 2016-11-02 2020-08-26 株式会社カネカ 太陽電池の製造方法
JP7186954B2 (ja) * 2017-03-31 2022-12-12 株式会社Flosfia 処理装置および処理方法
JP2019192892A (ja) * 2018-04-18 2019-10-31 東京エレクトロン株式会社 処理システムおよび処理方法
JP7138529B2 (ja) * 2018-09-28 2022-09-16 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法
KR102620219B1 (ko) * 2018-11-02 2024-01-02 삼성전자주식회사 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치
JP7321032B2 (ja) * 2019-08-20 2023-08-04 東京エレクトロン株式会社 熱処理方法及び熱処理装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003133284A (ja) * 2001-10-19 2003-05-09 Ulvac Japan Ltd バッチ式真空処理装置
JP2010533989A (ja) * 2007-07-20 2010-10-28 アイメック 基板上に結晶ゲルマニウム層を形成する方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH042125A (ja) * 1990-04-19 1992-01-07 Fujitsu Ltd シリコンの表面処理方法
JPH0496226A (ja) * 1990-08-03 1992-03-27 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法
JPH04188721A (ja) * 1990-11-22 1992-07-07 Tokyo Electron Ltd 縦型熱処理装置
JPH05275343A (ja) * 1992-03-27 1993-10-22 Toshiba Corp 基板処理装置
JP3298467B2 (ja) * 1997-07-18 2002-07-02 信越半導体株式会社 エピタキシャルウェーハの製造方法
JP2004193454A (ja) * 2002-12-13 2004-07-08 Renesas Technology Corp 半導体装置およびその製造方法
JP4987219B2 (ja) * 2004-01-13 2012-07-25 三星電子株式会社 エッチング装置
JP4369359B2 (ja) * 2004-12-28 2009-11-18 富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 半導体装置
JP5055779B2 (ja) * 2006-02-09 2012-10-24 ソニー株式会社 半導体装置の製造方法
JP2008088529A (ja) * 2006-10-04 2008-04-17 Ulvac Japan Ltd 膜形成方法および膜形成装置
US20130040438A1 (en) * 2011-08-09 2013-02-14 International Business Machines Corporation EPITAXIAL PROCESS WITH SURFACE CLEANING FIRST USING HCl/GeH4/H2SiCl2

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003133284A (ja) * 2001-10-19 2003-05-09 Ulvac Japan Ltd バッチ式真空処理装置
JP2010533989A (ja) * 2007-07-20 2010-10-28 アイメック 基板上に結晶ゲルマニウム層を形成する方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11021796B2 (en) 2018-04-25 2021-06-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Gas injectors and wafer processing apparatuses having the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP6028022B2 (ja) 2016-11-16
KR20140027412A (ko) 2014-03-06
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JPWO2013171988A1 (ja) 2016-01-12
TW201401339A (zh) 2014-01-01
WO2013171988A1 (ja) 2013-11-21
TWI600060B (zh) 2017-09-21

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