TWI447251B - 膜形成方法及膜形成裝置 - Google Patents

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Seiichi Takahashi
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Description

膜形成方法及膜形成裝置
本發明係關於一種膜形成方法及膜形成裝置。
本申請案係基於2006年10月4日於日本提出申請之特願2006－272962號主張優先權，並將其內容引用於此。
於積體電路元件等半導體裝置中，形成有複數個薄膜電晶體。近來，為提高半導體裝置之動作速度，開發有下述技術，即，利用矽與鍺之合成膜(以下稱為「SiGe膜」)來構成薄膜電晶體之源極與汲極。於此情形時，於擴散有雜質之矽基板之表面使SiGe膜成長。
若矽基板之表面潔淨且未由氧化膜等覆蓋，則SiGe膜整齊地排列於底層之矽結晶面，故可獲得單結晶之SiGe膜。然而，若將活性之矽基板暴露於大氣中，則會立即於該矽基板之表面上形成自然氧化膜。
若氧化膜附著於矽基板之表面，則析出膜之結晶方位不一致，從而生成多結晶膜。進而，若矽基板之溫度較低，則析出膜不會結晶化而是會成為非晶質。因此，為使單結晶之SiGe膜成長，必須除去矽基板上之自然氧化膜。
目前，可利用以下兩種方法作為除去自然氧化膜之方法。
第1方法中，首先，將矽基板插入真空處理容器內，將基板加熱至1000℃左右。其次，將氫氣或含氫氣之混合氣體導入處理室內，利用氫還原矽氧化膜之作用，除去矽基板表面之自然氧化膜(例如，參照專利文獻1)。
第2方法中，將矽基板插入真空處理容器內，將基板加熱至800℃左右。其次，將含有氟成分之氣體或其混合氣體導入處理室內，自外部注入高頻電力等能量而激發氣體，生成氟自由基。使該氟自由基與矽氧化膜反應，生成並除去揮發性之氟化矽。
[專利文獻1]日本專利特開2006－156875號公報
然而，當形成作為薄膜電晶體之源極及汲極之SiGe膜時，必須除去擴散有雜質之矽基板表面之自然氧化膜。此時，若將矽基板加熱至800℃以上，則存在雜質之擴散分布被破壞之問題。因此，難以利用將基板加熱至800℃以上之上述第1及第2方法。
再者，即便於除去未擴散有雜質之矽基板表面之自然氧化膜時，若將基板加熱至800℃以上，則能量消耗量增大。再者，為增大Ge濃度以獲得表面平坦之SiGe膜，必須降低SiGe膜之成長溫度。此時，必須於將矽基板加熱至800℃以上之後降至低溫，從而需要較長時間來調整矽基板之溫度。
因此，本發明之目的在於提供一種可於低溫下除去矽基板之自然氧化膜且可使單結晶之SiGe膜成長之膜形成方法及膜形成裝置。
為達成上述目的，本發明之膜形成方法具有：第1步驟，其將矽基板之自然氧化膜轉變為揮發性物質；第2步驟，其使上述揮發性物質蒸發；以及第3步驟，其於已除去上述自然氧化膜之上述矽基板上使矽與鍺之合成膜成長；上述第1步驟至第3步驟係於同一處理室內進行。
根據上述第1步驟及第2步驟，可於低溫下除去矽基板上之自然氧化膜。藉此，可使SiGe膜形成製程中之最高溫度固定於SiGe膜之成長溫度，從而可減小對矽基板之熱影響。
又，上述第1步驟中，較理想的是，使上述自然氧化膜與氟化銨氣體反應，將上述自然氧化膜轉變為具有揮發性之矽氟化銨。
將上述矽基板保持為100℃以下實施上述第1步驟即可。
根據該結構，可於100℃以下之室溫下將自然氧化膜轉變為揮發性物質，從而可於低溫下除去自然氧化膜。
又，較理想的是，將上述矽基板加熱至100℃以上實施上述第2步驟。根據該結構，可促進揮發性物質之蒸發。
另一方面，本發明之膜形成裝置具有：第1處理室，其具備用以將矽基板上之自然氧化膜轉變為揮發性物質之反應氣體的供給機構、及上述矽基板之加熱機構；第2處理室，其具備用以於上述矽基板上使矽與鍺之合成膜成長之原料氣體的供給機構；以及基板移送室，其於管理環境氣體下將上述矽基板自上述第1處理室移送至上述第2處理室。
根據該結構，可於低溫下除去矽基板上之自然氧化膜。又，可將已於第1處理室中除去自然氧化膜之矽基板移送至第2處理室，而不會使該矽基板暴露於大氣，因此可防止再次形成自然氧化膜。藉此，可於已除去自然氧化膜之矽基板上使SiGe膜成長，從而可獲得單結晶之SiGe膜。
又，本發明之膜形成裝置具有：第1處理室，其具備用以將矽基板上之自然氧化膜轉變為揮發性物質之反應氣體的供給機構；第2處理室，其具備上述矽基板之加熱機構；第3處理室，其具備用以於上述矽基板上使矽與鍺之合成膜成長之原料氣體的供給機構；以及基板移送室，其於上述各處理室之間，於管理環境氣體下移送上述矽基板。
根據該結構，亦可將已於第1處理室及第2處理室中除去自然氧化膜之矽基板移送至第3處理室，而不會使該矽基板暴露於大氣，因此可防止再次形成自然氧化膜。藉此，可獲得單結晶之SiGe膜。
又，本發明之膜形成裝置具有處理室，該處理室具備：用以將矽基板上之自然氧化膜轉變為揮發性物質之反應氣體的供給機構、上述矽基板之加熱機構、以及用以於上述矽基板上使矽與鍺之合成膜成長之原料氣體的供給機構。
根據該結構，無須移送已除去自然氧化膜之矽基板，因此可防止再次形成自然氧化膜。藉此，可獲得單結晶之SiGe膜。
又，較理想的是，上述反應氣體之供給機構具備三氟化氮氣體之供給機構、及氫自由基之供給機構。
根據該結構，於第1處理室內，三氟化氮氣體與氫自由基反應，生成氟化銨氣體。進而，可使自然氧化膜與氟化銨氣體反應，將該自然氧化膜轉變為具有揮發性之矽氟化銨。此時，可於100℃以下之室溫下將自然氧化膜轉變為揮發性物質，從而可於低溫下除去自然氧化膜。
又，較理想的是，上述加熱機構可將上述矽基板加熱至100℃以上。
根據該結構，可促進揮發性物質之蒸發。
根據本發明，可於低溫下除去自然氧化膜。藉此，可使SiGe膜形成製程中之最高溫度固定於SiGe膜之成長溫度，從而可減少對矽基板之熱影響。又，可防止於已除去自然氧化膜之矽基板上再次形成自然氧化膜，且可使SiGe膜成長。因此，可獲得單結晶之SiGe膜。
以下，參照圖式，說明本發明之實施形態。
(第1實施形態)
首先，就本發明之第1實施形態加以說明。第1實施形態之膜形成方法具有：第1步驟，其將矽基板之自然氧化膜轉變為揮發性物質；第2步驟，其使該揮發性物質蒸發；以及第3步驟，其於已除去自然氧化膜之矽基板上使SiGe膜成長。
(自然氧化膜除去裝置)使用圖1所示之自然氧化膜除去裝置，實施第1實施形態之膜形成方法中，將自然氧化膜轉變為揮發性物質之第1步驟、及使該揮發性物質蒸發之第2步驟。
圖1所示之自然氧化膜除去裝置1主要具備無塵室10、加載互鎖室16及蝕刻室20，於各室間設有閘閥15、19。無塵室10內配置有基板移送機械臂114。該基板移送機械臂14在配置於無塵室10之晶圓盒12、與配置於加載互鎖室16之晶舟WB之間轉移矽基板。渦輪分子泵等排氣泵18連接於加載互鎖室16。可藉由該排氣泵18來對加載互鎖室16進行真空排氣。
蝕刻室20以可搬入晶舟WB之方式而形成，該晶舟WB於厚度方向上空開特定間隔地搭載有複數個矽基板W。該蝕刻室20亦與渦輪分子泵等排氣泵26連接，可藉由該排氣泵26來對蝕刻室20進行真空排氣。於蝕刻室20之外部或內部，配置有加熱矽基板W之加熱器(加熱機構)24。該加熱器24可將矽基板W加熱至100℃以上。
蝕刻室20中設有反應氣體之供給機構，該反應氣體用以將矽基板W上之自然氧化膜轉變為揮發性物質。於第1步驟中，使自然氧化膜與氟化銨氣體反應，將該自然氧化膜轉變為具有揮發性之矽氟化銨。將三氟化氮氣體及氫自由基導入蝕刻室20內，生成上述氟化銨氣體。因此，可設置三氟化氮(NF3 )氣體供給機構35及氫自由基供給機構30作為反應氣體之供給機構。三氟化氮氣體供給機構35具備三氟化氮氣體之供給源37及供給通路36。
氫自由基供給機構30激發氨(NH3 )氣而產生氫自由基。因此，氫自由基供給機構30具備氨氣及作為其載氣之氮(N2 )氣之供給源34。於自該氣體供給源34延設之氣體供給通路33中設有微波激發機構32。微波激發機構32照射微波而產生電漿，激發氨氣而產生氫自由基。自該微波激發機構32至蝕刻室20，延設有氫自由基供給通路31。
圖2係蝕刻室之概略結構圖。使複數個矽基板W之排列方向與蝕刻室20之高度方向一致，將晶舟WB搬入至蝕刻室20。另一方面，於蝕刻室20之高度方向上，空開特定間隔地連結有一對氫自由基供給通路31。一對氫自由基供給通路31連接於在蝕刻室20之高度方向上延設之氫自由基導入頭31a。可自形成於該氫自由基導入頭31a之複數個孔，對蝕刻室20之高度方向均等地導入氫自由基。再者，較理想的是，對蝕刻室20之內壁面實施用以防止氫自由基失活之處理(具體而言，塗敷防蝕鋁膜等由鋁水合物構成之被膜)。藉此，可抑制蝕刻室之內壁面與氫自由基相互反應，可使氫自由基穩定地用於基板處理，從而可提高基板之面內均一性。
另一方面，三氟化氮氣體供給通路36之前端部係自蝕刻室20之頂棚部朝底部插入。於該前端部形成有淋浴噴嘴37，該淋浴噴嘴37於其側面具備複數個孔。可自該淋浴噴嘴37對蝕刻室20之高度方向均等地導入三氟化氮氣體。以此種方式導入之三氟化氮氣體與氫自由基反應，生成氟化銨(NHx Fy )氣體。藉此，可使氟化銨氣體均等地作用於排列於蝕刻室20之高度方向上之複數個矽基板W。
(第1步驟、第2步驟)其次，使用圖1及圖3，說明第1實施形態之膜形成方法中，將自然氧化膜轉變為揮發性物質之第1步驟、及使該揮發性物質蒸發之第2步驟。圖3係第1步驟及第2步驟之流程圖。
首先，將搭載有處理前之複數個矽基板W之晶圓盒12導入至無塵室10，將未搭載有矽基板W之晶舟WB配置於加載互鎖室16。其次，打開閘閥15並驅動基板移送機械臂14，將矽基板W自晶圓盒12轉移至晶舟WB(S10)。繼而，關閉閘閥15並驅動排氣泵18，對加載互鎖室16進行排氣(S12)。再者，藉由排氣泵26對蝕刻室20進行排氣。繼而，打開閘閥19，將晶舟WB自加載互鎖室16移送至蝕刻室20(S14)。
其次，向蝕刻室20導入反應氣體，將形成於矽基板W表面之自然氧化膜轉變為揮發性物質(第1步驟；S16)。具體而言，由三氟化氮氣體供給機構35導入三氟化氮氣體，由氫自由基供給機構30導入氫自由基。於氫自由基供給機構30中，自氣體供給源34供給氨氣，由微波激發機構32照射微波。藉此，如下式般激發氨氣，產生氫自由基(H＊ )。
NH3 → NH2 ＋H＊ ………(1)
於蝕刻室20中，使所導入之三氟化氮氣體與氫自由基反應，如下式般生成氟化銨(NHx Fy )氣體。
H＊ ＋NF3 → NHx Fy (NH4 F、NH4 FH、NH4 FHF等)………(2)
所生成之氟化銨氣體作用於形成於矽基板W表面之自然氧化膜，如下式般生成具有揮發性之矽氟化銨((NH4 )2 SiF6 )。
SiO2 ＋NHx Fy → ((NH4 )2 SiF6 ＋H2 O………(3)
以化學式(3)表示之矽氟化銨之生成反應於室溫(25℃左右)下進行。再者，若矽基板之溫度較高，則反而難以進行矽氟化銨之生成反應。因此，較理想的是，將矽基板W保持為100℃以下實施第1步驟。藉此，可有效地生成矽氟化銨。
其後，停止供給反應氣體，並停止照射微波，藉由排氣泵26對蝕刻室20進行排氣(S18)。
其次，驅動加熱器24對矽基板W進行加熱，使生成於矽基板W上之揮發性物質蒸發(第2步驟；S20)。該第2步驟中，將矽基板加熱至100℃以上，較好的是加熱至200~250℃，藉此，可有效地使作為揮發性物質之矽氟化銨蒸發。
其後，停止加熱器(S22)。繼而，打開閘閥19，將晶舟WB移送至加載互鎖室16(S24)。繼而，打開閘閥15，將處理後之矽基板W自晶舟WB轉移至晶圓盒12(S26)。
(SiGe成長裝置)使用圖4所示之SiGe成長裝置，實施第1實施形態之膜形成方法中，於矽基板上使SiGe膜成長之第3步驟。
圖4所示之SiGe成長裝置2主要具備無塵室10、加載互鎖室16及SiGe成長室40，於各室間設有閘閥15、39。再者，無塵室10及加載互鎖室16之結構與上述自然氧化膜除去裝置相同。
SiGe成長室40以可搬入晶舟WB之方式而形成，該晶舟WB於厚度方向上空開特定間隔地搭載有複數個矽基板W。該SiGe成長室40亦與渦輪分子泵等排氣泵46連接，可藉由該排氣泵46對SiGe成長室40進行真空排氣。於SiGe成長室40之外部或內部，配置有加熱矽基板W之加熱器(加熱機構)44。
SiGe成長室40內設有原料氣體之供給機構50，該原料氣體用以於矽基板上使矽與鍺之合成膜成長。原料氣體之供給機構50具備：作為原料氣體之氫(H2 )氣、矽烷(SiH4 )氣體及鍺烷(GeH4 )氣體之供給源52，及該等氣體之供給通路51。
(第3步驟)其次，使用圖4及圖5，說明第1實施形態之膜形成方法中，於矽基板上使SiGe膜成長之第3步驟。圖5係第3步驟之流程圖。
首先，將矽基板W自晶圓盒12轉移至晶舟WB(S30)。其次，對加載互鎖室16進行排氣(S32)，將晶舟WB自加載互鎖室16移送至SiGe成長室40(S34)。
繼而，驅動加熱器44，將矽基板W加熱至450(~700)℃(S36)。其次，朝SiGe成長室40內導入原料氣體，進行SiGe膜之成長(第3步驟；S38)。具體而言，由原料氣體之供給機構50導入氫氣、矽烷氣體及鍺烷氣體。如下式般將該等原料氣體熱分解。
SiH4 → Si＋2H2 ………(4) GeH4 → Ge＋2H2 ………(5)
如此，Si及Ge同時析出，因此，於矽基板W上形成SiGe合金膜。再者，由於自矽基板W之表面除去自然氧化膜，故SiGe膜整齊地排列於底層之矽結晶面，可獲得單結晶之SiGe膜。
其後，停止加熱器(S40)，停止供給原料氣體，對SiGe成長室40進行排氣(S42)。繼而，將晶舟WB移送至加載互鎖室16(S44)，將矽基板W自晶舟WB轉移至晶圓盒12(S46)。由此，獲得形成有SiGe膜之矽基板W。
如上所詳述，本實施形態之膜形成方法中，於在矽基板上使SiGe膜成長之第3步驟之前，具有將矽基板之自然氧化膜轉變為揮發性物質之第1步驟、及使該揮發性物質蒸發之第2步驟。根據該第1步驟及第2步驟，可於低溫下除去矽基板上之自然氧化膜。藉此，可使SiGe膜形成製程中之最高溫度固定於SiGe膜之成長溫度，從而可減少對矽基板之熱影響。隨之，可減少用以加熱矽基板之能量消耗量。又，因自第1步驟至第3步驟依序使矽基板之溫度上升，故可縮短調整矽基板之溫度所需之時間。因此，可降低膜形成之成本。
(第2實施形態、膜形成裝置)
其次，對本發明之第2實施形態加以說明。
圖6係第2實施形態之膜形成裝置之概略結構圖。上述第1實施形態中，單獨地使用了具備蝕刻室之自然氧化膜除去裝置、及具備SiGe成長室之SiGe成長裝置，但第2實施形態之膜形成裝置3併有蝕刻室(第1處理室)20及SiGe成長室(第2處理室)40，且進一步具備基板移送室16，該基板移送室16於管理環境氣體下，將矽基板W自蝕刻室20移送至SiGe成長室40。再者，省略結構與第1實施形態相同之部分之詳細說明。
除了無塵室10及加載互鎖室16以外，膜形成裝置3還具備蝕刻室20及SiGe成長室40。與第1實施形態相同，蝕刻室20具備用以將矽基板W上之自然氧化膜轉變為揮發性物質之反應氣體的供給機構(三氟化氮氣體供給機構35及氫自由基供給機構30)、及加熱矽基板W之加熱器24。另一方面，與第1實施形態相同，SiGe成長室40亦具備用以於矽基板W上使SiGe膜成長之原料氣體(氫氣、矽烷氣體及鍺烷氣體)的供給機構50。再者，與第1實施形態相同，蝕刻室20亦與排氣泵26連接，SiGe成長室40與排氣泵46連接。
蝕刻室20及SiGa成長室40分別經由閘閥19、39而連接於共通之加載互鎖室16。加載互鎖室16具備閘閥15、19、39及排氣泵18，且可管理內部環境。因此，加載互鎖室16作為基板移送室而發揮作用，該基板移送室係於管理環境氣體下，於蝕刻室20與SiGe成長室40之間移送矽基板W。
(膜形成方法)其次，使用圖6及圖7，就使用第2實施形態之膜形成裝置3之膜形成方法加以說明。圖7係第2實施形態之膜形成方法之流程圖。
首先，將矽基板W自配置於無塵室10之晶圓盒12，轉移至配置於加載互鎖室之晶舟WB(S10)。其次，對加載互鎖室16進行排氣(S12)，將晶舟WB自加載互鎖室16移送至蝕刻室20(S14)。
繼而，將反應氣體導入蝕刻室，將形成於矽基板W表面之自然氧化膜轉變為揮發性物質(第1步驟；S16)。具體而言，由三氟化氮氣體供給機構35導入三氟化氮氣體，由氫自由基供給機構30導入氫自由基。於氫自由基供給機構30中，自氣體供給源34供給氨氣，由微波激發機構32照射微波，激發氨氣而產生氫自由基。蝕刻室20中，所導入之三氟化氮氣體與氫自由基反應，生成氟化銨氣體。該氟化銨氣體作用於矽基板W表面之自然氧化膜，生成具有揮發性之矽氟化銨。
其後，停止供給反應氣體，並停止照射微波，藉由排氣泵26對蝕刻室20進行排氣(S18)。
其次，驅動加熱器24而加熱矽基板W，使生成於矽基板W上之揮發性物質蒸發(第2步驟；S20)。於該第2步驟中，將矽基板加熱至100℃以上，較好的是加熱至200~250℃，使作為揮發性物質之矽氟化銨蒸發。然而，如下所述，亦可於在SiGe成長室40內將矽基板W加熱至500℃以上之步驟(S36)中，使生成於矽基板上之揮發性物質蒸發。因此，亦可省略S20，此時，無須於蝕刻室20內設置加熱器24。
繼而，打開閘閥19，將晶舟WB移送至加載互鎖室16(S24)。其次，關閉閘閥19，打開閘閥39，將晶舟WB移送至SiGe成長室40(S34)。此時，藉由排氣泵18對加載互鎖室16進行排氣，將加載互鎖室16保持為管理環境氣體(真空狀態)，故不會於矽基板W之表面上再次形成自然氧化膜。因此，可將未被自然氧化膜覆蓋之矽基板搬入至SiGe成長室40。
其次，驅動SiGe成長室40之加熱器44，將矽基板W加熱至500(~700)℃(S36)。再者，當省略了對蝕刻室20中之矽基板W進行加熱之加熱步驟(S20)時，於該步驟S36中使生成於矽基板W上之揮發性物質蒸發(第2步驟)。繼而，朝SiGe成長室40導入原料氣體，進行SiGe膜之成長(第3步驟；S318)。具體而言，由原料氣體之供給機構50導入氫氣、矽烷氣體及鍺烷氣體。該等原料氣體受到熱分解，Si及Ge同時析出，於矽基板W上形成SiGe合金膜。
其後，停止加熱器(S40)，停止供給原料氣體，對SiGe成長室40進行排氣(S42)。繼而，將晶舟WB移送至加載互鎖室16(S44)，將矽基板W自晶舟WB轉移至晶圓盒12(S46)。由此，可獲得形成有SiGe膜之矽基板W。
以上詳述之第2實施形態中，與第1實施形態相同，可於低溫下除去矽基板上之自然氧化膜。
此外，第2實施形態之膜形成裝置併有除去自然氧化膜之蝕刻室20及SiGe成長室40，且進一步具備基板移送室16，該基板移送室16於管理環境氣體下，將矽基板W自蝕刻室20移送至SiGe成長室40。根據該結構，可將已於蝕刻室20內除去自然氧化膜之矽基板W移送至SiGe成長室40，而不會使該矽基板W暴露於大氣，因此可防止再次形成自然氧化膜。藉此，可於已除去自然氧化膜之矽基板W上使SiGe膜成長，從而可獲得單結晶之SiGe膜。
又，由於併有蝕刻室20及SiGe成長室40，故可縮短矽基板之移送時間，從而可連續地實施第1步驟至第3步驟。因此，可縮短膜形成時間。進而，因蝕刻室20及SiGe成長室40可共用無塵室10及加載互鎖室16，故可降低設備成本。
再者，第2實施形態之膜形成裝置3具有蝕刻室20，該蝕刻室20具備用以將矽基板W上之自然氧化膜轉變為揮發性物質之反應氣體的供給機構30、35，並且具備加熱矽基板W之加熱器24。於該蝕刻室20中，可連續地實施將自然氧化膜轉變為揮發性物質之第1步驟、及使揮發性物質蒸發之第2步驟。亦可取代該膜形成裝置3，採用如下膜形成裝置，該膜形成裝置中，具備反應氣體之供給機構之第1蝕刻室、及具備加熱矽基板之加熱器之第2蝕刻室連接於共通之加載互鎖室。該膜形成裝置中，於第1蝕刻室內實施第1步驟，於第2蝕刻室實施第2步驟。
(第1變形例)
圖8係第2實施形態之第1變形例之膜形成裝置之概略結構圖。第2實施形態中，使用了具備反應氣體之供給機構及加熱器之蝕刻室，但該第1變形例之膜形成裝置之不同點在於，具有具備反應氣體之供給機構之第1蝕刻室20a、及具備加熱器之第2蝕刻室20b。再者，省略結構與第1實施形態或第2實施形態相同之部分之詳細說明。
除了無塵室10及加載互鎖室16以外，該第1變形例之膜形成裝置4還具有第1蝕刻室(第1處理室)20a、第2蝕刻室(第2處理室)20b及SiGe成長室(第3處理室)40。第1蝕刻室20a具備用以將矽基板W上之自然氧化膜轉變為揮發性物質之反應氣體的供給機構(三氟化氮氣體供給機構35及氫自由基供給機構30)。又，第2蝕刻室20b具備加熱矽基板W之加熱器24。再者，第1蝕刻室20a與排氣泵26a連接，第2蝕刻室20b與排氣泵26b連接。另一方面，SiGe成長室40之結構與第1實施形態相同。
第1蝕刻室20a、第2蝕刻室20b及SiGe成長室40分別經由閘閥19a、19b、39而連接於共通之加載互鎖室16。加載互鎖室16具備閘閥15、19a、19b、39及排氣泵18，且可管理內部環境。因此，加載互鎖室16作為基板移送室而發揮作用，該基板移送室於管理環境氣體下，於第1蝕刻室20a、第2蝕刻室20b及SiGe成長室40之間移送矽基板W。
該第1變形例中，首先，於第1蝕刻室20a中實施將矽基板W之自然氧化膜轉變為揮發性物質之第1步驟。其次，經由保持為管理環境氣體(真空狀態)之基板移送室16，將矽基板W自第1蝕刻室20a移送至第2蝕刻室20b。繼而，於第2蝕刻室20b中實施使揮發性物質蒸發之第2步驟。繼而，經由保持為管理環境氣體(真空狀態)之基板移送室16，將矽基板W自第2蝕刻室20b移送至SiGe成長室40。然後，於SiGe成長室40中實施於矽基板W上使SiGe膜成長之第3步驟。
根據該第1變形例，可將已於第1蝕刻室20a及第2蝕刻室20b中除去自然氧化膜之矽基板W移送至SiGe成長室40，而不會使該矽基板W暴露於大氣，故與第2實施形態相同，可防止再次形成自然氧化膜。藉此，可於已除去自然氧化膜之矽基板W上使SiGe膜成長，從而可獲得單結晶之SiGe膜。
(第2變形例)
圖9係第2實施形態之第2變形例之膜形成裝置之概略結構圖。第2實施形態中，併有蝕刻室及SiGe成長室，但於該第2變形例中，1個處理室60作為蝕刻室及SiGe成長室而發揮作用。再者，省略結構與第1實施形態或第2實施形態相同之部分之詳細說明。
除了無塵室10及加載互鎖室16以外，該第2變形例之膜形成裝置5還具備處理室60。該處理室60經由閘閥59而連接於加載互鎖室16。又，處理室60與排氣泵66連接。
與第1及第2實施形態相同，該處理室60具備用以將矽基板W上之自然氧化膜轉變為揮發性物質之反應氣體的供給機構(三氟化氮氣體供給機構35及氫自由基供給機構30)、及加熱矽基板W之加熱器64。藉此，處理室60具有與第1及第2實施形態之蝕刻室相同之功能。又，與第1及第2實施形態相同，處理室60具備用以於矽基板W上使SiGe膜成長之原料氣體(氫氣、矽烷氣體及鍺烷氣體)的供給機構50。藉此，處理室60具有與第1及第2實施形態之SiGe成長室相同之功能。
該第2變形例中，首先於處理室60中實施將矽基板W之自然氧化膜轉變為揮發性物質之第1步驟、及使該揮發性物質蒸發之第2步驟。其後，於將矽基板W保持於處理室60之狀態下，連續實施於矽基板W上使SiGe膜成長之第3步驟。
根據該第2變形例，無須移送已除去自然氧化膜之矽基板W，因此，與第2實施形態相同，可防止再次形成自然氧化膜。藉此，可於已除去自然氧化膜之矽基板W上使SiGe膜成長，從而可獲得單結晶之SiGe膜。
此外，於第2變形例中，無須移送矽基板W，故可連續地實施第1步驟至第3步驟。因此，可縮短膜形成時間。又，第2變形例中，可省略於第2實施形態中分別設於蝕刻室及SiGe成長室之腔室、加熱器、排氣泵及閘閥，從而可降低設備成本。
再者，本發明之技術範圍並不限定於上述實施形態，其包含於不脫離本發明之主旨之範圍內，對上述實施形態加以各種變更所得者。亦即，實施形態中列舉出之具體材料及結構等僅為一例，可適當加以變更。
例如，實施形態中，供給三氟化氮氣體及氫自由基作為反應氣體，但亦可供給其他氣體。又，實施形態中，激發氨氣而生成氫自由基，但亦可激發除氨氣以外之氣體。又，實施形態中，對氨氣照射微波而激發氨氣，但亦可利用其他方法來激發氨氣。又，實施形態中，供給矽烷氣體及鍺烷氣體作為原料氣體，但亦可供給其他氣體。
[實施例1]
其次，就與上述第1實施形態相對應之實施例1加以說明。
將矽基板W搬入至圖1所示之自然氧化膜除去裝置1之蝕刻室20。以混合比成為1：2：2、總流量成為10升/分之方式，將氨氣、氮氣及三氟化氮氣體導入至該蝕刻室20，並將蝕刻室20之壓力保持為300 Pa。再者，以2 kW對氨氣及氮氣照射微波10分鐘。其後，排出蝕刻室20之氣體，將矽基板W加熱至200℃並保持10分鐘。
其次，將矽基板W搬入至圖4所示之SiGe成長裝置2之SiGe成長室40。於該SiGe成長室40中，將矽基板W加熱至450℃。繼而，以100 cc/分供給矽烷氣體，以30 cc/分供給鍺烷氣體，以300 cc/分供給氫氣，並以30分鐘將該等氣體之混合氣體導入至SiGe成長室40。
藉此，於矽基板W上形成與矽基板同樣(100)地配向之SiGe單結晶膜。該SiGe單結晶膜之膜厚為50 nm，鍺濃度為45%。
[實施例2]
其次，就與上述第2實施形態相對應之實施例2加以說明。
將矽基板W搬入至圖6所示之膜形成裝置3之蝕刻室20。以混合比成為1：2：2、總流量成為10升/分之方式，將氨氣、氮氣及三氟化氮氣體導入至該蝕刻室20，並將蝕刻室20之壓力保持為300 Pa。再者，以2 kW對氨氣及氮氣照射微波10分鐘。
其次，將矽基板W自蝕刻室20移送至SiGe成長室40。於該SiGe成長室40中，將矽基板W加熱至500℃。繼而，以100 cc/分供給矽烷氣體，以15 cc/分供給鍺烷氣體，以150 cc/分供給氫氣，並以30分鐘將該等氣體之混合氣體導入至SiGe成長室40。
藉此，於矽基板W上形成與矽基板同樣(100)地配向之SiGe單結晶膜。該SiGe單結晶膜之膜厚為90 nm，鍺濃度為25%。
[產業上之可利用性]
根據本發明，可於低溫下除去自然氧化膜。藉此，可使SiGe膜形成製程中之最高溫度固定於SiGe膜之成長溫度，從而可減少對矽基板之熱影響。又，可防止於已除去自然氧化膜之矽基板上再次形成自然氧化膜，並且可使SiGe膜成長。因此，可獲得單結晶之SiGe膜。
W．．．矽基板
3．．．膜形成裝置
4．．．膜形成裝置
16．．．基板移送室
20．．．蝕刻室(第1處理室)
20a．．．第1蝕刻室(第1處理室)
20b．．．第2蝕刻室(第2處理室)
24．．．加熱器(加熱機構)
30．．．氫自由基供給機構(反應氣體之供給機構)
35．．．三氟化氮氣體供給機構(反應氣體之供給機構)
40．．．SiGe成長室(第2處理室)
50．．．原料氣體之供給機構
60．．．處理室
圖1係自然氧化膜除去裝置之概略結構圖。
圖2係蝕刻室之概略結構圖。
圖3係膜形成方法之第1步驟及第2步驟之流程圖。
圖4係SiGe成長裝置之概略結構圖。
圖5係膜形成方法之第3步驟之流程圖。
圖6係第2實施形態之膜形成裝置之概略結構圖。
圖7係膜形成方法之流程圖。
圖8係第2實施形態之第1變形例之膜形成裝置之概略結構圖。
圖9係第2實施形態之第2變形例之膜形成裝置之概略結構圖。
3．．．膜形成裝置
10．．．無塵室
12．．．晶圓盒
15、19、39．．．閘閥
16．．．基板移送室
18、26、46．．．排氣泵
20．．．蝕刻室(第1處理室)
24、44．．．加熱器(加熱機構)
30．．．氫自由基供給機構(反應氣體之供給機構)
32．．．微波激發機構
34．．．氣體供給源
35．．．三氟化氮氣體供給機構(反應氣體之供給機構)
40．．．SiGe成長室(第2處理室)
50．．．原料氣體之供給機構
60．．．處理室
W．．．矽基板
WB．．．晶舟

Claims (11)

  1. 一種膜形成方法，其特徵在於其包含：第1步驟，其將矽基板之自然氧化膜轉變為揮發性物質；第2步驟，其使上述揮發性物質蒸發；以及第3步驟，其於已去除上述自然氧化膜之上述矽基板上使矽與鍺之合成膜成長；上述第1步驟至第3步驟係於同一處理室內進行。
  2. 如請求項1之膜形成方法，其中以上述第1步驟、第2步驟、第3步驟之順序進行各步驟時，於愈後面之步驟中，係將處理中之上述矽基板溫度設定得愈高。
  3. 如請求項1之膜形成方法，其中於上述第1步驟中，使上述自然氧化膜與氟化銨氣體反應，將上述自然氧化膜轉變為具有揮發性之矽氟化銨。
  4. 如請求項2之膜形成方法，其中於上述第1步驟中，使上述自然氧化膜與氟化銨氣體反應，將上述自然氧化膜轉變為具有揮發性之矽氟化銨。
  5. 如請求項1至4中任一項之膜形成方法，其中將上述矽基板保持為100℃以下實施上述第1步驟。
  6. 如請求項1至4中任一項之膜形成方法，其中將上述矽基板加熱至100℃以上實施上述第2步驟。
  7. 如請求項5之膜形成方法，其中將上述矽基板加熱至100℃以上實施上述第2步驟。
  8. 一種膜形成方法，其特徵在於其包含：第1步驟，其將矽基板之自然氧化膜轉變為揮發性物質；第2步驟，其使上述揮發性物質蒸發；以及第3步驟，其於已去除上 述自然氧化膜之上述矽基板上使矽與鍺之合成膜成長；上述第2步驟、第3步驟係於同一處理室內進行。
  9. 一種膜形成裝置，其特徵在於其含有處理室，該處理室包含：用以將矽基板上之自然氧化膜轉變為揮發性物質之反應氣體的供給機構、上述矽基板之加熱機構、以及用以於上述矽基板上使矽與鍺之合成膜成長之原料氣體的供給機構。
  10. 如請求項9之膜形成裝置，其中上述反應氣體之供給機構包含三氟化氮氣體之供給機構、及氫自由基之供給機構。
  11. 如請求項9或10之膜形成裝置，其中上述加熱機構可將上述矽基板加熱至100℃以上。
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