TWI600060B - 成膜方法及成膜裝置 - Google Patents

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Description

成膜方法及成膜裝置
本發明係關於藉由磊晶氣相成長法(epitaxial vapor-phase growth method)等用以使膜成長於矽基板上之成膜方法及成膜裝置。
在DRAM(Dynamic Random Access Memory；動態隨機存取記憶體)、快閃記憶體(Flash memory)等半導體元件上，形成有複數個薄膜電晶體。此種薄膜電晶體，典型而言，具有在擴散有雜質離子之矽基板的表面，形成有矽(Si)、鍺(Ge)或由此等的合成物等所形成的源極及汲極之構成。該源極及汲極可藉由磊晶氣相成長法使單晶膜成長於矽基板的表面而形成。
在磊晶氣相成長法中，若矽基板的表面是潔淨的，結晶便可與基底的矽結晶面對齊地配列，所以可獲得單晶膜。另一方面，活性的矽基板，其表面非常難以保持潔淨的狀態，例如，一旦矽基板暴露於大氣中，便會立即於其表面形成自然氧化膜。像這樣在矽基板的表面不是潔淨的情況下，膜的結晶方位沒有朝一方向對齊，無法形成所期望的單晶膜。
於是，專利文獻1中記載有關於將自然氧化膜在室溫左右的溫度下變換成揮發性物質，再加熱到100℃以上以使揮發性物質分解，藉由蝕刻去除自然氧化膜之方法。根據該方法，可一面抑制摻雜於矽基板之雜質離子的擴散，一面以低溫蝕刻自然氧化膜。
[先前技術文献] [專利文獻]
專利文獻1：國際公開第2008/044577號。
另一方面，即便是在維持於真空環境的成膜裝置中，也會有碳(C)或氟(F)等的單體、或包含此等單體的化合物附著於裝置，並浮遊於空間中的情況。此外，進行自然氧化膜的蝕刻處理後，矽基板的表面變成活性非常好的狀態。因此，例如，即便是已對自然氧化膜進行蝕刻處理時，在搬送至成膜室的途中或搬送後，會有此等物質污染矽基板表面的可能性，而無法獲得所期望的膜質。
鑒於上述課題，本發明的目的在於提供一種可將矽基板的表面潔淨化，且可在該表面成長結晶性良好的單晶膜之成膜方法及成膜裝置。
為了達成上述目的，本發明之一形態的成膜方法係包含蝕刻形成於矽基板的表面的自然氧化膜之步驟。
清潔上述矽基板的表面。
在經清潔後之上述矽基板的表面，成長包含矽及鍺之至少任一者的膜。
為了達成上述目的，本發明之一形態的成膜裝置係具備：蝕刻室、成膜室以及搬送機構。
上述蝕刻室具有供給第1反應氣體的第1供給機構，該第1反應氣體用於蝕刻形成於矽基板的表面的自然氧化膜。
上述成膜室具有：第2供給機構，係供給用於清潔上述矽基板的表面之第2反應氣體；第3供給機構，係將含矽及鍺之至少任一者的原料氣體供給到上述矽基板的表面；以及加熱機構，係用以對上述矽基板進行加熱。
上述搬送機構可將上述矽基板從上述蝕刻室以真空方式搬送到上述成膜室。
1、2‧‧‧成膜裝置
10‧‧‧蝕刻室
11‧‧‧反應氣體供給機構(第1供給機構)
12、23‧‧‧晶舟(基板保持具)
13‧‧‧氟化氮氣體供給部(第3供給部)
14‧‧‧氫自由基供給部(第4供給部)
20‧‧‧成膜室
21、25‧‧‧反應氣體供給機構(第2供給機構)
22‧‧‧( )原料氣體供給機構(第3供給機構)
24‧‧‧( )氫自由基供給部(第1供給部)
26‧‧‧矽烷氣體供給部(第2供給部)
30‧‧‧搬送機構
31‧‧‧無塵工作站
32‧‧‧搬送室
34、36‧‧‧移載機器人
35‧‧‧晶圓匣
41‧‧‧自然氧化膜
42‧‧‧揮發性物質
43‧‧‧反應物
44‧‧‧單晶膜
131‧‧‧氟化氮氣體供給源
132‧‧‧氟化氮氣體供給路
133‧‧‧噴頭
141‧‧‧氣體供給源
142‧‧‧氣體供給路
143、243‧‧‧微波激發部
144‧‧‧氫自由基供給路
145‧‧‧氫自由基導入頭
221‧‧‧原料氣體源
222‧‧‧原料氣體供給路
241‧‧‧氫氣供給源
242‧‧‧氫氣供給路
244‧‧‧氫自由基供給路
261‧‧‧矽烷氣體供給源
262‧‧‧矽烷氣體供給路
W‧‧‧基板
H‧‧‧加熱器(加熱機構)
P1、P2、P3‧‧‧排氣泵
G1、G2、G3‧‧‧閘閥
圖1為顯示本發明第1實施形態之成膜裝置的示意構成圖。
圖2為顯示本發明第1實施形態之成膜裝置的主要部位之示意構成圖。
圖3為說明本發明第1實施形態之成膜方法的流程圖。
圖4A為針對本發明第1實施形態的成膜方法，顯示矽基板搬送到蝕刻室的步驟中之矽基板的態樣之示意圖。
圖4B為針對本發明第1實施形態的成膜方法，顯示蝕刻步驟中自然氧化膜變換成揮發性物質後之矽基板的態樣之示意圖。
圖4C為針對本發明第1實施形態的成膜方法，顯示蝕刻步驟後之矽基板的態樣之示意圖。
圖4D為針對本發明第1實施形態的成膜方法，顯示真空搬送步驟後之矽基板的態樣之示意圖。
圖4E為針對本發明第1實施形態的成膜方法，顯示清潔步驟後之矽基板的態樣之示意圖。
圖4F為針對本發明第1實施形態的成膜方法，顯示成膜步驟後之矽基板的態樣之示意圖。
圖5為顯示本發明第2實施形態之成膜裝置的主要部位之示意構成圖。
圖6為說明本發明第3實施形態之成膜方法的流程圖。
本發明之一實施形態的成膜方法，係包含蝕刻形成於矽基板的表面的自然氧化膜之步驟。
清潔上述矽基板的表面。
在經清潔後之上述矽基板的表面，成長包含矽及鍺之至少任一者的膜。
藉由上述方法，形成於矽基板表面的自然氧化膜可藉由蝕刻被除去，且可進一步清潔該表面。因此，可更確實地將矽基板的表面潔淨化，而可在該表面成長結晶性良好的單晶膜。
上述成膜方法亦可進一步包含將上述矽基板從蝕刻室以真空方式搬送到成膜室的步驟。
又，上述自然氧化膜係在蝕刻室內被蝕刻，上述膜亦可在成膜室內成長。
藉此方式，可將矽基板在不會暴露於大氣的情況下從蝕刻室搬送到成膜室，而可抑制在矽基板的表面再度附著自然氧化膜。因此，可更有效率且更確實地進行清潔步驟中之基板表面的潔淨化。
上述矽基板的表面亦可在上述成膜室內被清潔。
藉此方式，可在矽基板搬入成膜室後進行清潔。因此，在搬入成膜室的途中或搬入後，與基板表面反應而形成的物質也可被清潔，而可將該膜成長於潔淨的矽基板表面上。
上述矽基板的表面亦可使用包含氫自由基的氣體來清潔。
藉此，例如，當C、F或O的單體或化合物等的浮游物與矽基板表面反應，而產生反應物時，藉由氫自由基將此等反應物還原等，可將此等物質從基板表面去除。又，由於氫自由基是活性的，其還原力比一般的氫(氫離子、氫分子)還強，所以能以比一般的氫更低的溫度來進行上述反應。
或者，上述矽基板的表面亦可使用成膜氣體來清潔。
藉此，清潔的步驟與使膜成長的步驟可使用同一氣體，不會有用以清潔成長的膜之氣體導致污染物(Contamination)產生的情況發生。又，由於可在不用改變環境氣體的情況下連續地進行，所以可縮短清潔的步驟移行到成長膜的步驟之時間。
又，使用矽烷系氣體於上述矽基板的表面成長含矽的膜時，亦可使用上述矽烷系氣體來清潔上述矽基板的表面。
由於上述矽烷系氣體亦可使用於含矽的膜的成膜，所以即便沒有嚴密地管理清潔步驟的時間條件，也能使含矽的膜適當地成長於矽基板表面。
在上述矽基板的表面成長含矽的膜時，係使用第1流量的上述矽烷系氣體。
清潔上述矽基板的表面時，亦可使用比上述第1流量還少的第2流量之上述矽烷系氣體。
藉此方式，在清潔的步驟中不會使含矽的膜成長於矽基板表面，而可將附著於基板表面的物質等還原，而將該表面清潔。
又，在使用鍺烷系氣體使含鍺的膜成長於上述矽基板的表面時，亦可使用上述鍺烷系氣體來清潔上述矽基板的表面。
上述鍺烷系氣體亦可使用於含鍺的膜的成膜。藉此，即便沒有嚴密地管理清潔步驟的時間條件，也能使含鍺的膜適當地成長於矽基板的表面。
在清潔上述矽基板的表面之步驟及使上述膜成長的步驟中，上述矽基板亦可加熱到800℃以下。
藉由上述溫度，可防止摻雜於矽基板內之雜質離子的擴散變化曲線改變。
蝕刻上述自然氧化膜的步驟中，上述自然氧化膜亦可與氟化銨氣體反應，而變換成具揮發性的矽氟化銨。
藉此，藉由使矽氟化銨揮發，能將自然氧化膜去除。
又，亦可對複數片矽基板同時清潔上述矽基板的表面，且對複數片矽基板同時成長膜。
藉此方式，可進行所謂的批次處理，而能提高生產性。
本發明之一實施形態的成膜裝置具備蝕刻室、成膜室和搬送機構。
上述蝕刻室具有供給第1反應氣體的第1供給機構，該第1反應氣體用於蝕刻形成於矽基板的表面的自然氧化膜。
上述成膜室具有：第2供給機構，係供給用於清潔上述矽基板的表面之第2反應氣體；第3供給機構，係將含矽及鍺之至少任一者的原料氣體供給到上述矽基板的表面；以及加熱機構，係用以對上述矽基板進行加熱。
上述搬送機構，可將上述矽基板從上述蝕刻室以真空方式搬送到上述成膜室。
藉由上述構成，可在蝕刻室內蝕刻自然氧化膜後，藉由搬送機構進行真空搬送，而在成膜室進行基板表面的清潔和膜的成長。因此，矽基板表面的自然氧化膜可在蝕刻室內被去除，且在成膜室內於成長膜之前可先進行清潔，而能確實地進行基板表面的潔淨化。又，由於可以真空方式在蝕刻室與成膜室之間進行搬送，所以可抑制自然氧化膜的再度附著，而可更有效率地進行清潔步驟。
上述第2供給機構亦可具有可供給氫自由基的第1供給部。
藉此，可使用氫自由基來進行清潔。由於氫自由基的還原力比一般的氫還強，所以能以比一般的氫更低的溫度來進行清潔。
或者，上述第2供給機構亦可具有可供給矽烷系氣體的第2供給部。
藉此，可使用矽烷系氣體來進行清潔。矽烷系氣體由於亦可使用於含矽的膜之成膜，所以即便沒有嚴密地管理清潔步驟的時間條件，也能使含矽的膜適當地成長於矽基板的表面。
上述第1供給機構亦可具有能供給氟化氮氣體之第3供給部、以及供給氫自由基之第4供給部。
藉此，可使自然氧化膜與氟化銨氣體反應，而變換成具揮發性的矽氟化銨。再者，藉由使矽氟化銨揮發，可去除自然氧化膜。
上述加熱機構亦可構成為將上述成膜室內加熱到800℃以下。
藉由上述溫度，能抑制摻雜於矽基板內部之雜質離子的擴散變化曲線崩塌。
上述蝕刻室及上述成膜室亦可各自具有以能保持複數片矽基板之方式構成的基板保持具。
藉此，可對複數片矽基板同時清潔，且對複數片矽基板同時成長膜。亦即，可進行批次處理，而可提高生產性。
以下，參照圖式，說明本發明的實施形態。
<第1實施形態> 〔成膜裝置〕
圖1為顯示本發明一實施形態之成膜裝置的示意構成圖。成膜裝置1具備：蝕刻室10、成膜室20和搬送機構30。本實施形態中，成膜裝置1構成為批次處理方式的磊晶氣相成長裝置。
本實施形態中，成膜裝置1係藉由磊晶氣相成長法使膜成長於基板(矽基板)W的表面之裝置。基板W係在既定區域摻雜有例如磷(P)、硼(B)等雜質離子的矽晶圓，其形成為例如直徑約300mm。本實施形態中，使用成膜裝置1，使含矽及鍺之至少任一者的膜成長於基板W的表面。該膜被使用作為例如薄膜電晶體的源極及汲極。
如圖1所示，蝕刻室10和成膜室20係透過搬送機構30的搬送室32而連接。基板W係在蝕刻室10內於其自然氧化膜被蝕刻後，被搬送到成膜室20。接著，在成膜室20內對基板W的表面進行清潔，並利用磊晶氣相成長法於該表面形成矽單晶膜。
以下，就各部位的構成進行說明。
(蝕刻室)
圖2為顯示蝕刻室10的主要部位之示意構成圖。蝕刻室10具有：供給第1反應氣體的反應氣體供給機構(第1供給機構)11；和晶舟(基板保持具)12。在蝕刻室10中，利用晶舟12保持基板W，藉由第1反應氣體蝕刻形成於基板W表面的自然氧化膜。
蝕刻室10係構成為例如縱式蝕刻裝置。即，整體而言 呈筒型，配置成其軸心方向(以下，設為蝕刻室10的高度方向)與垂直方向大致平行。此外，蝕刻室10係隔著閘閥G1與搬送室32連接。
蝕刻室10係與由乾式泵或渦輪分子泵所構成的排氣泵P1連接，構成為其內部可進行真空排氣。又，於蝕刻室10的內部，亦可配置有燈加熱器等的加熱器(未圖示)。該加熱器係構成為可將基板W加熱到能使後述之矽氟化銨揮發的程度(約100℃)。加熱器不限於燈加熱器，亦可為例如電阻加熱式加熱器等。又，加熱器亦可配置於蝕刻室10的外部。
晶舟12係以例如保持50片基板W的方式構成。晶舟12係例如將基板W保持成在基板W的厚度方向上彼此相向，且以該厚度方向與蝕刻室10的高度方向成大致平行的方式配置在蝕刻室10內。藉此構成，可對複數片基板W同時進行蝕刻處理。
反應氣體供給機構11係將用於蝕刻基板W上之自然氧化膜的第1反應氣體供給至蝕刻室10內。本實施形態中，第1反應氣體為氟化銨氣體。亦即，藉由氟化銨氣體與基板W表面的自然氧化膜反應，變換成揮發性矽氟化銨後被去除。氟化銨氣體是在蝕刻室10內藉由氟化氮氣體與氫自由基反應而產生。
反應氣體供給機構11以具有可供給氟化氮氣體之氟化氮氣體供給部(第3供給部)13、和可供給氫自由基之氫自由基供給部(第4供給部)14，且將氟化氮氣體及氫自由 基導入蝕刻室10內之方式構成。
氫自由基供給部14係激發氨(NH3)而產生氫自由基。氫自由基供給部14包含：氣體供給源141，係供給氨氣及屬於其載體氣體的氮(N2)氣；氣體供給路142；微波激發部143；氫自由基供給路144；以及氫自由基導入頭145。在此雖未圖示，但亦可在氣體供給路142配置有用於控制氣體流量的質流控制器(mass flow controller)。
微波激發部143係對經氣體供給路142導入的氨氣照射微波以使之激發，藉由將氫氣設成電漿狀態而產生氫自由基(H*)。
氫自由基供給路144係與蝕刻室10連結。亦即，參照圖2，氫自由基供給路144係與沿高度方向配置在蝕刻室10內壁面的氫自由基導入頭145連接。於該氫自由基導入頭145上，形成有朝蝕刻室10的內側成大致均勻分布的複數個孔，構成氫自由基可由該孔導入蝕刻室10內。此外，如圖2所示，微波激發部143及氫自由基供給路144亦可由氣體供給路142分歧成兩條，而分別與氫自由基導入頭145連接。
氟化氮氣體供給部13係包含：氟化氮氣體供給源131、氟化氮氣體供給路132、以及噴頭(shower nozzle)133。以氟化氮氣體而言，可使用例如三氟化氮氣體。又，於氟化氮氣體供給路132，亦可配置有用以控制氣體流量之質流控制器(未圖示)。
參照圖2，本實施形態中，氟化氮氣體供給路132的 前端部係從蝕刻室10的頂部朝底部插入。該前端部係例如於蝕刻室10的徑向配置成與氫自由基導入頭145相向。於該前端部的側面，形成有具備複數個孔的噴頭133。噴頭133形成有在蝕刻室10的高度方向上成大致均勻分布的複數個孔，構成為三氟化氮氣體由該孔被導入蝕刻室10內。
三氟化氮氣體及氫自由基在蝕刻室10內混合並反應，藉此產生氟化銨(NHXFY)氣體。本實施形態中，氫自由基導入頭145及噴頭133係在蝕刻室10的高度方向上分別大致均勻地分布，藉此，可使氟化銨氣體均等地作用於複數片基板W。
(成膜室)
成膜室20具有：供給第2反應氣體之反應氣體供給機構(第2供給機構)21；供給用以形成膜的原料氣體之原料氣體供給機構(第3供給機構)22；晶舟(基板保持具)23；以及加熱器(加熱機構)H。在成膜室20中，利用晶舟23保持基板W，利用第2反應氣體清潔基板W的表面之後，藉由磊晶氣相成長法，使含矽及鍺之至少任一者的膜成長於基板W的表面。
成膜室20係構成為例如縱式磊晶氣相成長裝置。亦即，整體而言呈筒型，配置成其軸心方向(以下，設為成膜室20的高度方向)與垂直方向平行。此外，成膜室20係隔著閘閥G2與搬送室32連接。成膜室20係與由乾式泵或渦輪分子泵所構成的排氣泵P2連接，構成其內部可進行真空排氣。
本實施形態中，加熱器H係由用於加熱成膜室20的外壁的電阻式加熱爐所構成。亦即，加熱器H係採用熱壁式(hot wall method)。加熱器H係藉由將成膜室20內加熱至800℃以下，例如加熱至400℃~700℃，而將基板W加熱。若以此溫度加熱，可使含矽等的膜成長於基板W的表面，並能抑制摻雜於基板W內之雜質離子的擴散變化曲線崩塌。
晶舟23係以例如保持25片基板W的方式構成。晶舟23係將複數片基板W保持成例如在基板W的厚度方向上彼此相向。藉此構成，可對複數片基板W同時進行處理。
反應氣體供給機構21供給用於清潔基板W表面的第2反應氣體。本實施形態中，第2反應氣體為氫自由基。亦即，藉由氫自由基將形成於基板W表面之C、F等的反應物還原，或藉由使形成於基板W表面之C、F等的反應物與氫化合並予以去除，可將基板W的表面潔淨化。
本實施形態中，反應氣體供給機構21具有可供給氫自由基的氫自由基供給部(第1供給部)24。氫自由基供給部24係激發氫氣(H2)而產生氫自由基。氫自由基供給部24包含：氫氣供給源241、氫氣供給路242、微波激發部243和氫自由基供給路244。
微波激發部243的構成與氫自由基供給部14的微波激發部143相同，是對經氣體供給路242導入的氫氣照射微波以使其激發，藉由將氫氣設成電漿狀態而產生氫自由基。
關於從氫自由基供給路244朝成膜室20內供給氫自由 基的方法，並無特別限制，只要可對沿著高度方向配列的複數片基板W均勻地供給氫自由基即可。例如，氫自由基供給路244亦可設計成：從配置成前端部插入成膜室20內且於高度方向均勻分布的複數個噴出孔，對基板W供給氫自由基。或者，亦可設計成與沿高度方向配置在成膜室20內壁面的氫自由基導入頭等連接。
原料氣體供給機構22係將包含矽及鍺之至少任一者的原料氣體供給到基板W的表面。本實施形態中，原料氣體為矽烷(SiH4)氣體。藉此，可在基板W的表面，成長矽的單晶膜。
原料氣體供給機構22具有原料氣體源221和原料氣體供給路222。再者，於原料氣體供給路222，亦可配置用以控制氣體流量的質流控制器(未圖示)。原料氣體供給路222的前端部，係由噴出孔對基板W供給矽烷氣體。該噴出孔只要是鑑於由排氣泵P2等所形成之成膜室20內之氣體的流動，而構成可讓矽烷氣體均勻地供給到複數片基板W即可，無特別限制。例如，當排氣泵P2配置在成膜室20的上端附近時，氣體可從下方朝上方流動，所以該噴出孔亦可構成為配置在成膜室20的下端部，並朝上方噴出氣體。
(搬送機構)
搬送機構30具有無塵工作站(clean booth)31和搬送室32。無塵工作站31具有移載機器人34和可收納基板W的晶圓匣35，可發揮作為成膜裝置1之基板W的裝入室及取出室之功能。搬送室32具有移載機器人36，其在無塵 工作站31和蝕刻室10和成膜室20之間進行基板W的搬送。搬送機構30係構成可將複数片基板W在無塵工作站31、蝕刻室10及成膜室20之間進行真空搬送。
無塵工作站31係經由閘閥G3與搬送室32連接。在無塵工作站31中，利用移載機器人34，將基板W從晶圓匣35朝配置在搬送室32的移載機器人36移載。
搬送室32係經由閘閥G1與蝕刻室10連接，且經由閘閥G2與成膜室20連接。搬送室32係構成連接有與由乾式泵或渦輪分子泵所構成的排氣泵P3，以使搬送室32的內部能進行真空排氣。藉此構成，基板W可從蝕刻室10朝成膜室20進行真空搬送。
搬送室32係以藉由移載機器人36將基板W從無塵工作站31搬送到蝕刻室10，再將基板W從蝕刻室10搬送到成膜室20的方式構成。例如，移載機器人36亦可具有能收納基板W的晶圓匣(未圖示)。藉此構成，移載機器人36可容易在搬送室32與蝕刻室10的晶舟12、或搬送室32與成膜室20的晶舟23之間進行基板W的接遞。
藉由以上的構成，成膜裝置1由於可在蝕刻室10與成膜室20之間進行真空搬送，故可抑制自然氧化膜的再附著，可更有效率地進行成膜室20中之基板W的清潔。此外，成膜裝置1因具有蝕刻室10和成膜室20，故可在短時間進行一系列的處理，而不用分別在個別的裝置中進行。
再者，成膜裝置1由於是採用批次處理方式，故可對多數片基板W同時進行處理，可使生產性提升。
接著，就本實施形態的成膜方法進行說明。
〔成膜方法〕
圖3為說明本實施形態之成膜方法的流程圖。圖4A、圖4B、圖4C、圖4D、圖4E、圖4F為顯示本實施形態之成膜方法的各步驟之基板W的態樣之示意圖。本實施形態的成膜方法具有：將矽基板搬送到蝕刻室之步驟；蝕刻矽基板表面的自然氧化膜之步驟；將矽基板從蝕刻室以真空方式搬送到成膜室之步驟；清潔矽基板的表面之步驟；以及在矽基板的表面成長膜之步驟。以下，就各步驟進行說明。
(搬送到蝕刻室的步驟)
首先，將基板W搬送到蝕刻室10。具體而言，以如下方式進行。亦即，將搭載有基板W的晶圓匣35導入無塵工作站31。接著，打開閘閥G3以驅動移載機器人34，將基板W從晶圓匣35移載到移載機器人36，將基板W搬送至搬送室32(步驟ST10)。接著，關閉閘閥G3並驅動排氣泵P3，以將搬送室32排氣。然後，打開閘閥G1，利用移載機器人36，將基板W從搬送室32搬送到蝕刻室10(步驟ST11)。此外，蝕刻室10預先藉由排氣泵P1排氣。
圖4A係顯示基板W搬送到蝕刻室之搬送步驟中之基板W的態樣圖。參照圖4A，基板W的表面形成有自然氧化膜41。自然氧化膜41的厚度為例如約2~3nm左右。此外，圖4A~圖4F中，為便於說明，形成於基板W表面之自然氧化膜41等膜的厚度是以比實際狀況更誇張的方式 記載。典型而言，基板W在被導入無塵工作站31前，是利用濕式洗淨等預先去除附著於基板W表面的有機物和金屬等。然而，矽基板的表面由於活性非常好，所以一旦在無塵工作站31等暴露於大氣中時，便容易形成由SiO2所形成的自然氧化膜41。此外，基板W的表面，不僅會附著自然氧化膜41，也會附著含C、F的化合物等，且容易反應。
(蝕刻步驟)
本實施形態的蝕刻步驟包含：將形成於基板W表面的自然氧化膜變換成揮發性物質之步驟；和使生成於基板W上的揮發性物質分解並予以去除之步驟。
圖4B為顯示自然氧化膜41變換成揮發性物質(矽氟化銨)42後之基板W的態樣圖。如圖4B所示，將反應氣體導入蝕刻室10，將形成於基板W表面的自然氧化膜變換成揮發性物質(步驟ST12)。具體而言，利用反應氣體供給部13，導入三氟化氮氣體，利用氫自由基供給部14導入氫自由基。在氫自由基供給部14中，從氣體供給源141供給氨氣，在微波激發部143中照射例如約2.45GHz的微波。藉此，如下式般激發氨氣，以產生氫自由基(H*)。
NH3 → NH2+H*．．．(1)
蝕刻室10中，被導入的三氟化氮氣體及氫自由基會反應，而如下式般產生氟化銨(NHXFY)氣體。
H*+NF3 → NHXFY(NH4F、NH4FH、NH4FHF等)．．．(2)
所生成的氟化銨氣體會作用在形成基板W表面的自然氧化膜，而如下式般產生具有揮發性的矽氟化銨((NH4)2SiF6)。
SiO2+NHXFY → (NH4)2SiF6+H2O．．．(3)
作為上述步驟的處理條件，例如，蝕刻室10內的處理壓力設為約300Pa(用以產生氫電漿之氨氣的流量為10~1500sccm，三氟化氮氣體的流量為500~5000sccm)。此外，處理溫度為100℃以下，可在例如室溫(25℃左右)下進行。在上述條件下，反應既定時間直到自然氧化膜41全部被變換成揮發性物質後，再停止反應氣體的供給及微波的照射，利用排氣泵P1將蝕刻室10進行排氣。
接著，驅動燈加熱器等以將基板W加熱，使生成於基板W上的矽氟化銨42分解並加以去除(步驟ST13)。本步驟中，將矽基板加熱到100℃以上，較佳為加熱到200~250℃。藉此方式，可使屬揮發性物質的矽氟化銨42分解並揮發，而加以去除。以上述溫度維持既定時間至矽氟化銨42全部揮發之後，停止加熱器。
圖4C為顯示蝕刻步驟後之基板W的態樣之圖。本步驟結束後，如圖4C所示，基板W表面已潔淨化，去除了自然氧化膜41。
(真空搬送步驟)
在真空搬送步驟中，將基板W從蝕刻室10以真空方式搬送到成膜室20。具體而言，首先，打開閘閥G1，利用搬送機器人36將基板W搬送到搬送室32(步驟ST14)。 接著，關閉閘閥G1，利用移載機器人36搬送基板W，打開閘閥G2，將基板W搬送到成膜室20(步驟ST15)。此時，搬送室32係藉由排氣泵P3排氣。依此方式，由於基板W是在搬送室32內以真空方式被搬送，所以可阻止基板W表面再次形成自然氧化膜。
圖4D為顯示真空搬送步驟後之基板W的態樣之圖。基板W的表面雖幾乎沒有形成自然氧化膜，但形成有反應物43。反應物43係產生自C等的單體或化合物、F等的化合物，或含O等的化合物等。
例如，因為平常維持在真空環境的蝕刻室10、搬送室32及成膜室20因維修保養等的關係而定期備暴露於大氣中，所以C的化合物等被附著在該等處理室的內部。此外，含F等的化合物由於會被包含於成膜室20內各構件的潤滑劑等中，所以會有浮游在蝕刻室10、搬送室32及成膜室20內的可能性。在此，自然氧化膜41經去除後之基板W的表面成為活性非常好的狀態。因此，含F等的化合物、或C等的單體或化合物容易與基板W的表面反應，而能產生反應物43。
在附著有反應物43的矽基板W表面，成長矽單晶膜等時，Si的結晶配列紊亂，此為導致結晶缺陷產生的原因。而且，也會有阻礙膜的成長之虞。於是，為了將此等反應物去除，而清潔基板W的表面。
(清潔步驟)
在清潔基板W表面的步驟中，首先，驅動成膜室20 的加熱器H，以將矽基板W加熱到800℃以下，例如400~700℃(步驟ST16)。接著，使用含氫自由基的氣體來清潔基板W的表面(步驟ST17)。具體而言，從氫自由基供給部24將氫自由基氫導入成膜室20，將基板W表面的反應物還原。藉此，此等物質會因揮發等而被去除，基板W的表面得以潔淨化。
在氫自由基供給部24中，激發氫氣(H2)以產生氫自由基。亦即，從氫氣供給源241供給氫氣，在微波激發部243中照射微波。在微波激發部243中，例如照射約2.45GHz的微波。藉此，如下式般激發氫氣，而產生氫自由基(H*)。
H2→2H*．．．(4)
氫自由基比一般的氫(氫分子、氫離子)活性更佳，且還原力強。因此，能以800℃以下的溫度將物質還原，並加以去除。
就上述步驟的處理條件而言，例如，成膜室20內的處理壓力設成約100~500Pa(氫電漿的流量為5~1000sccm)。進行1~60分左右的清潔之後，停止微波的照射及氫電漿的供給，利用排氣泵P2將成膜室20進行排氣。
圖4E為顯示清潔步驟後之基板W的態樣之圖。基板W的表面，沒有吸附自然氧化膜41也沒有吸附反應物43，成為潔淨的狀態。
(成膜步驟)
接著，在清潔後之基板W的表面，成長含矽及鍺之至少任一者的膜(步驟ST18)。本實施形態中，為了成長矽單 晶膜，利用原料氣體供給機構22，將屬原料氣體的矽烷氣體導入。屬原料氣體的矽烷氣體被熱分解，在基板W的表面配列Si的結晶，而成長矽單晶膜。此外，在基板W上成長膜的本步驟，在以下係稱為「成膜步驟」。
以上述步驟的處理條件而言，例如，成膜室20內的處理壓力係設成約0.1~266Pa(矽烷氣體的流量為10~500sccm)。只要是此種條件，即可將矽單晶膜成長成所期望的膜厚。此外，本實施形態中，成膜室20內被控制成與清潔步驟的溫度大致相同的溫度(例如400~700℃)。
然後，停止加熱器H，停止原料氣體的供給，利用排氣泵P2將成膜室20排氣。接著，利用移載機器人36將基板W搬送到搬送室32(步驟ST19)，然後，藉由將基板W從搬送室32移載到無塵工作站31的晶圓匣35，而將基板W取出(步驟ST20)。
圖4F為顯示成膜步驟後之基板W的態樣之圖。基板W的表面形成有矽單晶膜44。本實施形態中，由於在圖4E所示之潔淨狀態的基板W的表面成長膜，故可形成與基板W的表面為相同配向且結晶性良好的單晶膜44。
根據以上構成，本實施形態的成膜方法中，可藉由蝕刻去除形成於基板W表面的自然氧化膜，而且可清潔該表面。因此，可清潔成膜室20內所附著的物質、或無法利用蝕刻步驟去除的物質，而能更確實地將基板W的表面潔淨化。藉此，可在基板W的表面，成長所期望的單晶膜。
又，上述方法中，是在成膜室20內於成膜步驟前先清 潔基板W。藉此方式，也可將於真空搬送中或於成膜室20內所附著的物質等去除，而可在更潔淨的基板W表面上成長膜。
再者，本實施形態中，是使用還原力強的氫自由基來清潔基板W的表面。藉此，可在400~700℃的較低溫度下進行還原處理。因此，可在不會導致摻雜於基板W之雜質離子的擴散變化曲線崩塌的情況下，進行清潔及其後之膜的成長。
<第2實施形態>
圖5為顯示本發明第2實施形態之成膜裝置的主要部位之示意構成圖。此外，圖中，關於與上述第1實施形態對應的部分係標註相同的符號，並省略其詳細說明。
第2實施形態的成膜裝置2，係在使用屬成膜氣體的矽烷(SiH4)氣體作為用以清潔基板W的表面之第2反應氣體這點，與第1實施形態的成膜裝置1不同。藉此，成膜室20的反應氣體供給機構(第2供給機構)25具有：可供給矽烷系氣體之矽烷氣體供給部(第2供給部)26。亦即，本實施形態中，藉由將矽烷氣體形成於基板W表面所得的反應物加以還原等，而將基板W表面潔淨化。
矽烷氣體供給部26包含矽烷氣體供給源261和矽烷氣體供給路262。又，於矽烷氣體供給路262，配置有未圖示的質流控制器。依此，可控制被供給至成膜室20內之矽烷氣體的流量。
關於矽烷氣體從矽烷氣體供給路262供給至成膜室20 內的方法，並無特別限制，只要可對沿高度方向配列的複數片基板W均勻地供給矽烷氣體即可。例如，與第1實施形態的氫自由基供給路244同様，亦可設計成：從配置成前端部插入成膜室20內且於高度方向均勻分布的複數個噴出孔，對基板W供給矽烷氣體。或者，亦可設計成與沿高度方向配置在成膜室20內壁面的矽烷氣體導入頭等連接。
原料氣體供給機構22係使用矽烷氣體作為原料氣體，且利用與與第1實施形態相同的方式構成。亦即，原料氣體供給機構22具有：原料氣體源221和原料氣體供給路222。再者，原料氣體供給路222配置有用以控制氣體流量的質流控制器(未圖示)。原料氣體供給路222的前端部係構成從噴出孔對複數片基板W均勻地供給矽烷氣體。
與第1實施形態同様，本實施形態之成膜方法的清潔步驟是將基板W加熱到800℃以下，例如400~700℃而進行者。然後，使用含矽烷氣體的氣體來清潔基板W的表面。具體而言，從矽烷氣體供給部26將矽烷氣體導入成膜室20，將形成於基板W表面的反應物還原等。依此方式，此等物質會因揮發等而被去除，基板W的表面得以潔淨化。
在此，使用於清潔步驟之矽烷氣體的流量(第2流量)為例如20~70cc/分。只要是如此之流量的矽烷氣體，物質等的還原作用就能充分發揮。
進行1~60分左右的清潔之後，停止從矽烷氣體供給 部26所進行之矽烷氣體的供給。在此，本實施形態中，由於是接續在矽烷氣體的環境氣體中進行成膜步驟，所以不需要利用排氣泵P2將成膜室20排氣，能有效率地進行處理。
其次，在成膜室20內控制成400~700℃之溫度的狀態下，利用原料氣體供給機構22導入矽烷氣體，在基板W的表面成長矽單晶膜。
成膜步驟所使用之矽烷氣體的流量(第1流量)為例如約500cc/分。亦即，清潔步驟所使用之矽烷氣體的流量為例如20~70cc/分，被控制成比成膜步驟所使用的矽烷氣體的流量還少。藉由以此方式來控制矽烷氣體的流量，於清潔步驟中不會在矽基板W表面成長含矽的膜，而能清潔該表面。
據上所述，本實施形態中，是使用成膜氣體來清潔基板W的表面。藉此，不會有因用於清潔成長的膜之氣體而導致污染物產生的情況發生。再者，由於清潔步驟和成膜步驟可連續地進行，而不用改變環境氣體，所以可在短時間進行清潔步驟與成膜步驟，而不用利用排氣泵P2對成膜室20內進行排氣。而且，即便沒有嚴密地管理清潔步驟的時間條件，也能在矽基板W的表面成長良質的矽單晶膜。
<第3實施形態>
圖6為本發明第3實施形態之成膜方法的流程圖。此外，關於與上述第1實施形態對應的部分係標註相同符 號，並省略其詳細的說明。
第3實施形態的成膜方法，其在成膜室20內進行使成長於基板W上的揮發性矽氟化銨分解之步驟這點，與第1實施形態的成膜方法不同。
搬送到蝕刻室的步驟係利用與第1實施形態相同的方式進行。亦即，將基板W從配置於無塵工作站31的晶圓匣35移載到移載機器人36，將基板W搬送到搬送室32(步驟ST30)。接著，利用移載機器人36，將基板W從搬送室32搬送到蝕刻室10(步驟ST31)。
其次，與第1實施形態同樣，將反應氣體導入蝕刻室10，將形成於基板W表面的自然氧化膜變換成屬揮發性物質的矽氟化銨(步驟ST32)。
然後，在揮發性物質附著在基板W的表面的狀態下，將基板W搬送到搬送室32(步驟ST33)。接著，打開閘閥G2，將基板W搬送到成膜室20(步驟ST34)。
接著，驅動成膜室20的加熱器H，將基板W加熱到400~700℃，使生成於基板W上的揮發性物質分解並揮發，而加以去除(步驟ST35)。藉此方式，可去除形成於基板W上的自然氧化膜。
關於以下的清潔步驟及成膜步驟，由於係利用與第1實施形態相同的方式進行，故省略說明。亦即，圖6的步驟ST36~ST39分別與圖4的步驟ST17~ST20對應。
本實施形態中，蝕刻步驟中自然氧化膜經變換後所生成的揮發性物質，並不是在蝕刻室10內被分解，而是在成 膜室20內被分解。屬揮發性物質的矽氟化銨是以約250℃分解而揮發。另一方面，成膜室20為了進行清潔步驟及成膜步驟，必須利用加熱器H加熱到400~700℃左右。因此，可藉由加熱器H所產生的加熱來使矽氟化銨分解，可將步驟簡單化。藉此方式，可縮短整體的處理時間，而使生產性提升。
又，蝕刻室10可構成為不具備加熱器，裝置構成得以簡單化。
以上係就本發明的實施形態作說明，惟本發明並不侷限於此，可依據本發明的技術思想進行各種變形。
例如，作為第2實施形態的變形例，亦可在基板W的表面成長含鍺(Ge)的膜的情況下，使用屬成膜氣體的鍺烷氣體(GeH4)來清潔基板W的表面。鍺烷氣體係與矽烷氣體同様，能將形成於基板W表面的C、F等物質還原，而能將基板W的表面潔淨化。
此外，本變形例的成膜裝置2可構成為：供給清潔氣體的第2供給部26及供給原料氣體的原料氣體供給機構22具有鍺烷氣體的供給源，來取代矽烷氣體的供給源。
又，作為清潔步驟的處理條件，處理溫度可設成400~700℃。又，關於清潔步驟的處理時間，只要基板W表面的自然氧化膜能完全被去除即可，本變形例中，可在不用嚴密地管理清潔步驟的時間條件的情況下，使含鍺的膜適當地形成於矽基板表面。
成長於基板W表面的膜不限於矽膜、鍺膜，亦可為例 如矽及鍺的合成膜。此時，可採用氫氣、矽烷氣體及鍺烷氣體作為成膜氣體。又，可適當採用上述含氫自由基的氣體、矽烷氣體、鍺烷氣體等作為清潔氣體。尤其在使用矽烷氣體、鍺烷氣體作為清潔氣體時，成為使用作為清潔氣體的成膜氣體之第2實施形態的變形例，可抑制污染物的產生，且可縮短處理時間而提高生產性。
又，以上的實施形態中，在蝕刻步驟中生成氫自由基時係使用氨氣，惟亦可使用例如氮氣或氫氣等。又，關於氨氣等的激發，亦不限於照射微波的方法。再者，以蝕刻步驟而言，不限於使用三氟化氮氣體及氫自由基的方法，只要能去除形成於矽基板W上的自然氧化膜，便可適當採用其他方法。
第1實施形態中，在清潔步驟中生成氫自由基時，不限於氫氣，亦可使用氮氣、氨氣等。此外，第2實施形態中，使用於清潔步驟的氣體不限於矽烷氣體、鍺烷氣體，也可使用二矽烷(Si2H6)氣體等其他的矽烷系氣體，二鍺烷(Ge2H6)氣體等其他的鍺烷系氣體。
第2實施形態中係說明關於作為清潔氣體使用的矽烷氣體和作為原料氣體使用的矽烷氣體，分別從第2、3供給機構22、25被供給，惟此等供給機構亦可構成一體，並從同一配管系統供給。藉此，裝置構成得以簡單化。
第1實施形態中，在成膜裝置1中，亦可於蝕刻室10及成膜室20的內壁面，施以防止氫自由基失去活性的處理(具體而言，進行由防蝕鋁膜等的鋁水合物構成之覆膜的塗 佈)。藉此，可抑制蝕刻室10及成膜室20的內壁面與氫自由基的相互反應，而能使氫自由基穩定地用於基板處理，可提高基板W的面內均勻性。又，第2實施形態中，亦可在導入氫自由基之蝕刻室10的內壁實施同樣的處理。
此外，成膜裝置具有的蝕刻室及成膜室的數量沒有特別限制，可依據設置場所、所期望的處理能力等而適當地設定。例如，可採用一個蝕刻室，兩個成膜室的構成，也可採用蝕刻室、成膜室皆為兩個的構成。再者，亦可採用蝕刻室及成膜室各配置有3個以上的構成。藉此，生產性得以更加提升。
又，以上的實施形態中雖就成膜裝置內的蝕刻室及成膜室均採用批次處理方式進行說明，惟不侷限於此。例如，亦可採用基板一片一片地配置在蝕刻室及成膜室的內部之所謂單片式。
另外，雖就成膜室的加熱器H是採用利用電阻式加熱爐的熱壁式(hot wall method)進行說明，惟不侷限於此。例如，亦可採用藉由將燈加熱器配置在成膜室內部來加熱基板之所謂冷壁式(cold wall method)加熱器。
1‧‧‧成膜裝置
10‧‧‧蝕刻室
11‧‧‧反應氣體供給機構(第1供給機構)
12、23‧‧‧晶舟(基板保持具)
13‧‧‧氟化氮氣體供給部(第3供給部)
14‧‧‧氫自由基供給部(第4供給部)
20‧‧‧成膜室
21‧‧‧反應氣體供給機構(第2供給機構)
22‧‧‧原料氣體供給機構(第3供給機構)
24‧‧‧氫自由基供給部(第1供給部)
30‧‧‧搬送機構
31‧‧‧無塵工作站
32‧‧‧搬送室
34、36‧‧‧移載機器人
35‧‧‧晶圓匣
131‧‧‧氟化氮氣體供給源
132‧‧‧氟化氮氣體供給路
141‧‧‧氣體供給源
142‧‧‧氣體供給路
143、243‧‧‧微波激發部
144‧‧‧氫自由基供給路
221‧‧‧原料氣體源
222‧‧‧原料氣體供給路
241‧‧‧氫氣供給源
242‧‧‧氫氣供給路
244‧‧‧氫自由基供給路
W‧‧‧基板
H‧‧‧加熱器
P1、P2、P3‧‧‧排氣泵
G1、G2、G3‧‧‧閘閥

Claims (8)

  1. 一種成膜方法，包含下列步驟：使形成於矽基板的表面的自然氧化膜在蝕刻室內與氟化銨氣體反應，以變換成具揮發性的矽氟化銨的步驟；加熱前述矽基板而將前述矽氟化銨去除的步驟；將前述矽基板從前述蝕刻室以真空搬送到成膜室的步驟；在將前述矽氟化銨去除的步驟以及進行前述真空搬送的步驟後，在前述成膜室內使用含氫自由基的氣體清潔前述矽基板的表面的步驟；以及在前述成膜室內，在經清潔後之前述矽基板的表面，成長包含矽及鍺之至少任一者的膜的步驟。
  2. 一種成膜方法，包含下列步驟：使形成於矽基板的表面的自然氧化膜在蝕刻室內與氟化銨氣體反應，以變換成具揮發性的矽氟化銨的步驟；加熱前述矽基板而將前述矽氟化銨去除的步驟；將前述矽基板從前述蝕刻室以真空搬送到成膜室的步驟；在將前述矽氟化銨去除的步驟以及進行前述真空搬送的步驟後，在前述成膜室內使用成膜氣體清潔前述矽基板的表面的步驟；以及在前述成膜室內，在經清潔後之前述矽基板的表面，成長包含矽及鍺之至少任一者的膜的步驟。
  3. 如請求項2所記載之成膜方法，其中成長前述膜的步 驟，係使用矽烷系氣體在前述矽基板的表面成長含矽的膜；清潔前述矽基板的表面的步驟，係使用前述矽烷系氣體清潔前述矽基板的表面。
  4. 如請求項3所記載之成膜方法，其中成長前述膜的步驟，係使用第1流量的前述矽烷系氣體，在前述矽基板的表面成長含矽的膜；清潔前述矽基板的表面的步驟，係使用比前述第1流量還少的第2流量之前述矽烷系氣體，來清潔前述矽基板的表面。
  5. 如請求項2所記載之成膜方法，其中成長前述膜的步驟，係使用鍺烷系氣體在前述矽基板的表面成長含鍺的膜；清潔前述矽基板的表面的步驟，係使用前述鍺烷系氣體清潔前述矽基板的表面。
  6. 如請求項1至5中任一項所記載之成膜方法，其中在清潔前述矽基板的表面的步驟及成長前述膜的步驟中，將前述矽基板加熱到800℃以下。
  7. 如請求項1至5中任一項所記載之成膜方法，其中將前述矽氟化銨去除的步驟係在前述成膜室進行。
  8. 如請求項1至5中任一項所記載之成膜方法，其中清潔前述矽基板的表面的步驟，係對複數片矽基板同時清潔前述矽基板的表面；成長前述膜的步驟，係對複數片矽基板同時成長膜。
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