(57)【要約】【課題】  バッチ式処理装置における選択成長プロセスでの膜厚均一性のばらつきを改善し、高品質な膜を形成する。【解決手段】  反応管１１内に形成される処理室２０１に、複数の基板としてのウェハ２００がボート２１７上に積載収容される。複数のウェハ２００は処理室２０１の外側に設けられた加熱手段としてのヒータ１２により加熱される。積載したウェハ２００を処理する基板処理領域２０３の上部から、Ｓｉ系反応ガス及びエッチングガスを同時に供給するメインガスノズル１３を備える。このメインガスノズル１３に加えて、基板処理領域２０３の途中からエッチングガスを補給するガス補充ノズル１５２を設ける。基板処理領域２０３の下部には、処理室２０１を排気する排気口４３が設けられる。【選択図】  図１
2005243924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に露出したシリコン表面にシリコン系の堆積膜を選択成長させる基板処理装置において、
前記基板を複数枚処理する基板処理領域を内部に形成した処理室と、
前記複数の基板を加熱する加熱手段と、
前記処理室へ供給するシリコン系のガス及びエッチングガスを前記基板処理領域の一端側から他端側に向けて供給する第１のガス供給手段と、
前記基板処理領域の他端側に開口した排気口を介して処理室内の雰囲気を排気する排気手段と、
前記エッチングガスを前記基板処理領域の途中から補給する第２のガス供給手段と
を備えたことを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を複数枚同時に処理する基板処理装置に係り、特にシリコン表面にのみ選択的にシリコン系の堆積膜を成長させる基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス、例えばＭＯＳ電界効果トランジスタ（以下、ＭＯＳＦＥＴという）の製造工程の中に、コールドウォールタイプの枚葉装置を用いて、選択成長させる成膜工程がある。これは、基板として、表面の一部に絶縁膜が形成され、他部にシリコン表面が露出しているシリコン基板を用いる。このシリコン基板のシリコン表面にのみ、シリコン系（以下、Ｓｉ系という）の堆積膜であるシリコンエピタキシャル層を選択成長させるものである。このコールドウォールタイプの枚葉装置を用いる選択成長法は、１枚ないし２，３枚の基板を処理する枚葉式であり、単位時間当たりの基板の処理枚数が少ないので、スループットが悪い。
【０００３】
そこで抵抗加熱炉（以下、処理炉という）を使用した、いわゆるホットウォールタイプのバッチ装置を用いた選択成長法が注目されている。このバッチ装置では、枚葉装置の処理枚数よりも多い複数枚の基板を一括処理することが可能なので、スループットの向上が期待できる。
【０００４】
従来のバッチ装置を用いた選択成長法は、処理炉内に形成した基板処理領域の最上流部より、Ｓｉ系反応ガスとエッチングガスとを供給しつつ、基板処理領域の最下流部の排気口から排気することにより、複数枚の基板上に一括してＳｉ系の堆積膜を選択成長させるというものであった。
【０００５】
ところが、基板処理領域の最上流部よりエッチングガスを供給すると、基板面内、基板面間の膜厚が不均一になるという問題が生じた。例えば２５枚以上の複数枚の基板を処理する場合、基板処理領域の上流部では、基板面内の膜厚分布が均一になることもあるが、エッチングガスが強く作用するため、基板面内の膜厚分布が凸状となる傾向が強い。他方、基板処理領域の中流部や下流部では、エッチングガスの作用が弱くなるため、膜厚分布が凹状となる傾向がある。更にエッチングガスの作用が弱くなる基板処理領域の中流部や下流部では、絶縁膜上に発生した成長核をエッチングガスで除去できず、膜を成長させたくない絶縁膜上にも膜が成長する現象、いわゆる選択やぶれを起こすケースもあった。
このように、バッチ装置を用いた選択成長法では、枚葉装置と異なり、基板面内、基板面間膜厚分布にばらつきがあり、ＭＯＳＦＥＴ等のデバイス特性に悪影響を与えていた。
【０００６】
なお、近年シリコン系バイポーラトランジスタでは、シリコン・ゲルマニウム（以下、ＳｉＧｅという）エピタキシャル層をベース層に用いてヘテロ接合を形成することによって高速化を図る研究が盛んに行われている。このＳｉＧｅエピタキシャル成長においても、上述したＭＯＳＦＥＴ製造工程で用いられる選択成長技術が必要とされてきている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、複数枚の基板を一括して処理する従来の基板処理装置を用いて、最上流部からＳｉ系のガス及びエッチングガスを供給して、Ｓｉ系の堆積膜を基板上に露出しているシリコン表面に選択成長させると、基板面内、基板面間の膜厚均一性のばらつきが大きいという欠点があった。
本発明の課題は、複数枚の基板を一括して処理する基板処理装置の選択成長プロセスにおいて、上述した従来技術の問題点を解消して、基板の膜厚均一性のばらつきを改善し、高品質なシリコン系の堆積膜の形成が可能な基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、基板の表面に露出したシリコン表面に膜を選択成長させる基板処理装置において、前記基板を複数枚処理する基板処理領域を内部に形成した処理室と、前記複数の基板を加熱する加熱手段と、前記処理室へ供給するシリコン系のガス及びエッチングガスを前記基板処理領域の一端側から他端側に向けて供給する第１のガス供給手段と、前記基板処理領域の他端側に開口した排気口を介して処理室内の雰囲気を排気する排気手段と、前記エッチングガスを前記基板処理領域の途中から補給する第２のガス供給手段とを備えたことを特徴とする基板処理装置である。
【０００９】
第１のガス供給手段から処理室内の基板処理領域の一端側へ供給されるシリコン系のガス及びエッチングガスは、基板処理領域の一端側から他端側に向けて流れ、他端側に開口した排気口を介して排気手段によって処理室から排気される。また、第２のガス供給手段から処理室内の基板処理領域の途中へ補給されるエッチングガスは、基板処理領域の途中から他端側に向けて流れ、他端側に開口した排気口を介して排気手段によって処理室から排気される。
このように基板処理領域の途中からエッチングガスを補給しているので、基板処理領域の一端側のみからエッチングガスを供給する場合と比べて、基板処理領域の途中から他端側にわたってエッチングガスの作用が弱くなることを回避できるので、複数枚の基板を基板処理領域で処理する場合であっても、基板処理領域の全域にわたって基板上に選択成長されるＳｉ系の堆積膜の膜厚分布を均一化できる。また、エッチングガスが不足気味になる基板処理領域の途中からエッチングガスが補給されるので、シリコン系の堆積膜を成長させたくない絶縁膜上に膜が成長するのが抑制されることになり、選択やぶれを起こすケースも低減できる。
【００１０】
ここで、加熱手段としては、例えば、ホットウォール型の加熱手段が用いられる。また、基板処理装置としては、複数の基板を一括処理する縦型のバッチ装置をはじめ横型のバッチ装置が挙げられる。縦型のバッチ装置において、処理室が単一構造の反応管で構成されている場合には、基板処理領域の一端側は反応管の上部に位置し、基板処理領域の他端側は反応管の下部に位置する。また、処理室が内管と外管とからなる二重構造の反応管で構成されている場合には、基板処理領域の一端側は反応管の下部に位置し、基板処理領域の他端側は、内管と外管との間に形成される筒状の排気空間が開口する反応管の上部に位置する。
第１のガス供給手段から供給されるＳｉ系ガスとしてはＳｉ含有ガスが挙げられる。Ｓｉ含有ガスにゲルマニウム（Ｇｅ）含有ガスが含まれていてもよい。Ｓｉ含有ガスは、例えば、ＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6，ＳｉＨ4及びＧｅＨ4，Ｓｉ2Ｈ6及びＧｅＨ4からなる群から選択される少なくとも一つのガスである。また、第１のガス供給手段、及び第２のガス供給手段から供給されるエッチングガスは、Ｓｉ成長核をエッチングすることが可能なハロゲンガスが挙げられる。ハロゲンガスは、例えば、Ｃｌ2，ＨＣｌ，Ｆ2からなる群から選択される少なくとも一つのガスである。
第２のガス供給手段からエッチングガスが補給される基板処理領域の途中すなわち補給箇所、及び第２のガス供給手段から補給されるエッチングガスの補給量は、Ｓｉ系堆積膜の膜厚結果に応じて決定される。
基板としては、表面の一部に絶縁膜が形成され、表面の他部にＳｉ表面が露出しているＳｉ基板が挙げられる。絶縁膜は、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ）やシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）である。Ｓｉ表面にＳｉエピタキシャル膜を選択成長させた基板は、例えばＭＯＳＦＥＴ等の電子デバイスに用いることができる。Ｓｉ表面にＳｉＧｅエピタキシャル膜を選択成長させた基板は、例えばＨＢＴ等の電子デバイスに用いることができる。
【００１１】
なお、第１の発明において、第２のガス供給手段は、前記基板処理領域の途中の１箇所のみならず、複数箇所からエッチングガスを補給することが可能であることが好ましい。第２のガス供給手段が、基板処理領域の途中の複数箇所から補給することが可能であると、基板上に選択成長されるＳｉ系の堆積膜の膜厚分布を一層均一化できる。また、選択やぶれを起こすケースも一層低減できる。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、Ｓｉ系のガスとエッチングガスを用いて、処理温度４００℃〜８００℃、圧力０．１〜１０００Ｐａの条件でＳｉ系の堆積膜を選択成長させる基板処理装置である。上記温度範囲及び圧力範囲の条件を満たしていれば、Ｓｉ系の堆積膜を複数枚の基板に一括して選択成長させる場合であっても、基板の膜厚均一性のばらつきを改善し、高品質なＳｉ系の堆積膜の形成が可能である。
【００１３】
第３の発明は、第２の発明において、Ｓｉ系の堆積膜がＳｉＧｅ膜であり、第１のガス供給手段からＧｅＨ4等のＧｅ原料ガスを供給する基板処理装置である。これによれば、ＳｉＧｅ膜を複数枚の基板に一括して選択成長させる場合であっても、基板の膜厚均一性のばらつきを改善し、高品質なＳｉＧｅ膜の形成が可能である。
なお、第３の発明において、ＳｉＧｅ膜に不純物のドーピングを行う場合において、ドーピングガスは第１のガス供給手段から供給するのみならず、第２のガス供給手段からも補給するようにしてもよい。第２のガス供給手段からドーピングガスを補給する場合、エッチングガスを供給する第２のガス供給手段とは別に、ドーピングガスを供給する専用の第２のガス供給手段を設けて、この専用の第２のガス供給手段からドーピングガスを補給するようにしてもよい。これにより、基板上に選択成長されるＳｉＧｅ膜の不純物分布の均一性のばらつきを改善できる。
この場合においても、第２のガス供給手段は、ドーピングガスを基板処理領域の途中の１箇所のみならず、複数箇所から補給することが可能であることが好ましい。これにより、基板上に選択成長されるＳｉＧｅ膜の不純物分布の均一性のばらつきを一層改善できる。
【００１４】
第４の発明は、第３の発明において、ドーピングガスがＰＨ3、Ｂ2Ｈ6、ＢＣｌ3ガス等である基板処理装置である。ドーピングガスとしてはＰＨ3、Ｂ2Ｈ6、ＢＣｌ3ガス等が好適に使用される。
【００１５】
第５の発明は、第１ないし第４の発明の基板処理装置が、ホットウォールタイプの縦型バッチ装置又は横型バッチ装置である。本発明は、縦型バッチ装置のみならず、横型バッチ装置にも適用可能である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、エッチングガスを基板処理領域の途中から供給するようにしたので、複数枚の基板を一括処理する基板処理装置を用いて選択成長させる場合であっても、基板上に形成されるＳｉ系の堆積膜の膜厚均一性を改善することができ、高品質なシリコン系の堆積膜を形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
まず、図５、図６において、本発明の基板処理装置の一例である半導体製造装置についての概略を説明する。
【００１８】
筐体１０１内部の前面側には、図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカセット１００の授受を行う保持具授受部材としてのカセットステージ１０５が設けられ、該カセットステージ１０５の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ１１５が設けられ、該カセットエレベータ１１５には搬送手段としてのカセット移載機１１４が取りつけられている。又、前記カセットエレベータ１１５の後側には、前記カセット１００の載置手段としてのカセット棚１０９が設けられると共に前記カセットステージ１０５の上方にも予備カセット棚１１０が設けられている。前記予備カセット棚１１０の上方にはクリーンユニット１１８が設けられクリーンエアを前記筐体１０１の内部を流通させるように構成されている。
【００１９】
前記筐体１０１の後部上方には、処理炉２０２が設けられ、該処理炉２０２の下方には基板としてのウェハ２００を水平姿勢で多段に保持する基板保持手段としてのボート２１７を該処理炉２０２に昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ１２１が設けられ、該ボートエレベータ１２１に取りつけられた昇降部材１２２の先端部には蓋体としてのシールキャップ２１９が取りつけられ該ボート２１７を垂直に支持している。前記ボートエレベータ１２１と前記カセット棚１０９との間には昇降手段としての移載エレベータ１１３が設けられ、該移載エレベータ１１３には搬送手段としてのウェハ移載機１１２が取りつけられている。又、前記ボートエレベータ１２１の横には、開閉機構を持ち前記処理炉２０２の下面を塞ぐ遮蔽部材としての炉口シャッタ１１６が設けられている。
【００２０】
前記ウェハ２００が装填された前記カセット１００は、図示しない外部搬送装置から前記カセットステージ１０５に該ウェハ２００が上向き姿勢で搬入され、該ウェハ２００が水平姿勢となるよう該カセットステージ１０５で９０°回転させられる。更に、前記カセット１００は、前記カセットエレベータ１１５の昇降動作、横行動作及び前記カセット移載機１１４の進退動作、回転動作の協働により前記カセットステージ１０５から前記カセット棚１０９又は前記予備カセット棚１１０に搬送される。
【００２１】
前記カセット棚１０９には前記ウェハ移載機１１２の搬送対象となる前記カセット１００が収納される移載棚１２３があり、前記ウェハ２００が移載に供される該カセット１００は前記カセットエレベータ１１５、前記カセット移載機１１４により該移載棚１２３に移載される。
【００２２】
前記カセット１００が前記移載棚１２３に移載されると、前記ウェハ移載機１１２の進退動作、回転動作及び前記移載エレベータ１１３の昇降動作の協働により該移載棚１２３から降下状態の前記ボート２１７に前記ウェハ２００を移載する。
【００２３】
前記ボート２１７に所定枚数の前記ウェハ２００が移載されると前記ボートエレベータ１２１により該ボート２１７が前記処理炉２０２に挿入され、前記シールキャップ２１９により前記処理炉２０２が気密に閉塞される。気密に閉塞された前記処理炉２０２内では前記ウェハ２００が加熱されると共に処理ガスが該処理炉２０２内に供給され、前記ウェハ２００に処理がなされる。
【００２４】
前記ウェハ２００への処理が完了すると、該ウェハ２００は上記した作動の逆の手順により、前記ボート２１７から前記移載棚１２３の前記カセット１００に移載され、該カセット１００は前記カセット移載機１１４により該移載棚１２３から前記カセットステージ１０５に移載され、図示しない外部搬送装置により前記筐体１０１の外部に搬出される。尚、前記炉口シャッタ１１６は、前記ボート２１７が降下状態の際に前記処理炉２０２の下面を塞ぎ、外気が該処理炉２０２内に巻き込まれるのを防止している。
前記カセット移載機１１４等の搬送動作は、搬送制御手段１２４により制御される。
【００２５】
ところで、半導体装置を製造する工程の中に、ＭＯＳトランジスタのソース・ドレイン領域のＳｉ表面にのみ選択的にＳｉ系堆積膜を成長させる一工程があるが、その一工程で、上述したような量産化が可能なホットウオールのバッチ装置を使用すると、前述したように膜厚均一性のばらつきが生じ、選択性も悪かった。
そこで、これを解消するために、本実施の形態の処理炉は、エッチングガスを補給する第２のガス供給手段を設けて、ウェハ（基板）のＳｉ表面にＳｉ系の堆積膜を選択成長させるようにしている。
【００２６】
以下、詳細に説明する。
図１は、本発明が適用される実施の形態による縦型減圧ＣＶＤ装置の処理炉の構成を示す断面概略図である。この処理炉は、縦型のホットウオール式バッチ処理炉であり、図１に示すように、反応管１１と、反応管１１の下部に連結されて反応管１１を立設する炉口フランジ６と、反応管１１を取り囲むように配置された加熱手段としてのヒータ１２と、反応管１１内にＳｉ系の反応ガス及びエッチングガス等を供給する第１のガス供給手段としてのメインガスノズル１３と、反応管１１内にエッチングガスを供給する第２のガス供給手段としてのガス補充ノズル１５と、炉口フランジ６に設けた排気口４３に通じて反応管１１内のガスを排気するガス排気管４とを備えている。上記反応管１１内には処理室２０１が形成され、その処理室２０１内に複数枚のウェハ２００がボート２１７上に積層状態に納まって、これらのウェハ２００を一括処理する基板処理領域２０３が形成される。
【００２７】
上記メインガスノズル１３は、炉口フランジ６の外部から炉口フランジ６の内部へ挿入されて立上がり、噴出孔１３ａを有する先端部がボート２１７の頂部近傍の基板処理領域２０３の一端側にまで延在するように設けられている。これにより、メインガスノズル１３は、処理室２０１へ供給するＳｉ系のガス及びエッチングガスを、基板処理領域２０３の一端側から、排気口４３の近傍の他端側に向けて供給するようになっている。メインガスノズル１３の基端部には反応ガス及びエッチングガス等の流量を調節するための流量制御手段３３が設けられる。
【００２８】
ガス補充ノズル１５は、炉口フランジ６の外部から炉口フランジ６の内部へ挿入されて立上がり、噴出孔１５ａを有する先端部がメインガスノズル１３の噴出孔１３ａと排気口４３との中間位置、すなわち基板処理領域２０３の途中まで延在するように設けられている。これにより、ガス補充ノズル１５は、エッチングガスを基板処理領域２０３の途中から、排気口４３の近傍の基板処理領域の他端側に向けて補給するようになっている。ガス補充ノズル１５の基端部には、エッチングガスの流量を調節するための流量制御手段５３が設けられる。
なお、メインガスノズル１３、及び補充ガスノズル５からはキャリアガス等も供給されるものとする。
【００２９】
上記ガス排気管４には、反応管１１内の圧力を制御するための圧力制御手段４２、反応管１１内のガスを排気するための排気手段としての排気ポンプ４１とが設けられている。メインガスノズル１３及びガス補充ノズル１５から基板処理領域２０１へ供給された複数種類のガスは、基板処理領域２０１の他端側に開口した排気口４３を介して処理室２０１内の雰囲気を排気する排気ポンプ４１によって排気されるようになっている。
【００３０】
処理炉２０２は、図１に模式的に示すように、この処理炉２０２を構成する各部の動作制御を統括する制御部６０を備えている。制御部６０は、ヒータ１２の加熱温度を制御する温度制御部６１と、流量制御手段３３、５３を制御するガス制御部６２と、圧力制御手段４２を制御する圧力制御部６３とを有している。従って制御部６０は、反応ガス又はエッチングガスの流量を制御する機能や、反応管１１内をパージしたり或いは真空排気する制御を行う機能等を有しており、この制御部６０の制御によって、反応管１１内に配置されたウェハ２００のＳｉ表面に、Ｓｉ系の堆積膜を選択成長させるようになっている。
【００３１】
なお、図示はしないが、ヒータ１２は反応管１１内の温度を高精度に制御するために、縦方向に複数（例えば４つ或いは５つ）のゾーンに分割されており、各ゾーン毎に温度制御部６１によって供給電力が制御される。
【００３２】
次に、半導体デバイスの製造工程の一工程として、上述したバッチ式ホットウォールタイプの処理炉２０２を用いてウェハを処理する方法について説明する。この方法は、ウェハ表面の一部に絶縁膜、例えばＳｉＮやＳｉＯ2を有すると共に、Ｓｉ層の表面が露出したＳｉウェハを用いて、その露出したＳｉ表面にＳｉ堆積膜を選択成長する。
【００３３】
反応管１１内の温度がヒータ１２により処理温度に維持された状態で、所定枚数、例えば２５枚以上のウェハ２００が移載されたボート２１７をアップして、反応管１１の処理室２０１内にウェハ２００を搬入する。処理炉２０２はシールキャップ２１９により気密に閉塞される。この閉塞と同時にウェハ２００の処理温度までの昇温が開始される。処理室２０１内の温度はウェハ温度が処理温度となるよう温度制御手段６１により制御される。この温度制御の際、処理室２０１内にはメインガスノズル１３、ガス補充ノズル１５より不活性ガスが供給されつつ排気管４より排気され、処理室２０１内は、不活性ガス雰囲気とされる。処理室２０１内は所定の圧力になるように圧力制御部６３により制御される。
【００３４】
処理室２０１内のウェハ２００の温度が処理温度に安定化した後、反応管１１の処理室２０１内にメインガスノズル１３、ガス補充ノズル１５より、流量制御手段６２により流量制御されたウェハ処理用のガスが供給され、排気管４より排気されることにより、ウェハ２００が成膜処理される。
【００３５】
ここで、Ｓｉ系の堆積膜がＳｉエピタキシャル膜の場合には、メインガスノズル１３より処理室２０１内の頂部から同時に供給されるガスは、Ｓｉ系のガス、エッチングガス、及びキャリアガスである。Ｓｉ系のガスは、例えばＳｉＨ4（シラン）、Ｓｉ2Ｈ6（ジシラン）、ＳｉＨ2Ｃｌ2（ＤＣＳ）等である。エッチングガスはＨＣｌ（塩化水素）、Ｃｌ2（塩素）等のハロゲン系ガスである。キャリアガスはＨ2（水素）である。
Ｓｉ系の堆積膜がＳｉＧｅエピタキシャル膜の場合には、メインガスノズル１３より基板処理領域２０３の上部から同時に供給されるガスは、Ｓｉ系のガスに加えてＧｅＨ4（ゲルマン）等のゲルマニウム原料ガスが含まれる。また、ＳｉＧｅの堆積膜にドーピングを行う場合には、そのドーパントガスは、リンドープのためのＰＨ3（ホスフィン）、ボロンドープのためのＢ2Ｈ6（水素化ボロン）、又はＢＣｌ3（三塩化ボロン）等である。
【００３６】
また、ガス補充ノズル１５より基板処理領域２０３の途中から供給されるガスは、エッチングガスである。エッチングガス種は、メインガスノズル１３から供給されるエッチングガスと同じハロゲン系ガスである。
【００３７】
選択成長の成膜条件の一例として、供給ガスにＤＣＳ、ＨＣｌ、Ｈ2を用いた場合、成膜温度７２５℃、処理炉内全圧１３３Ｐａ、ＤＣＳ分圧２Ｐａ、ＨＣｌ分圧０．８Ｐａ、Ｈ2分圧１３０．２Ｐａである。
【００３８】
実施の形態では、ウェハ２００の成膜処理において、メインガスノズル１３より基板処理領域２０３の上部からＳｉ系反応ガスとエッチングガス等を供給し、ガス補充ノズル１５より基板処理領域２０３の途中からエッチングガスを供給している。ここで、ガス補充ノズル１５よりエッチングガスが補給される基板処理領域２０３の途中すなわち補給箇所、及びガス補充ノズル１５より補給されるエッチングガスの補給量は、ウェハ２００上に成膜されるＳｉ系堆積膜の膜厚分布結果に応じて決定される。すなわち、Ｓｉ系の堆積膜の膜厚分布が、ボート２１７上のいずれの積載位置にあっても、均一になるようにガス補充ノズル１５による補給箇所を決定し、かつエッチングガス供給量を調整する。その際、ガス補充ノズル１５からのエッチングガス流量だけでなく、併せてメインガスノズル１３から供給するエッチングガスの流量も調整するようにしてもよい。
【００３９】
メインガスノズル１３から供給されたＳｉ系ガスにより、ウェハ２００のＳｉ露出面でＳｉ結晶が成長しても、ＳｉＯ2（酸化膜）やＳｉＮ（窒化膜）等の絶縁膜上ではＳｉの核は発生しにくい。仮に絶縁膜上にＳｉの核が発生しても、メインガスノズル１３及びガス補充ノズル１５から、Ｓｉ系ガスと同時に供給されるＨＣｌガスによって、成長前に直ちにエッチングされてしまうので、絶縁膜上にはＳｉ結晶は成長せず、露出したＳｉウェハ表面にのみＳｉエピタキシャル層が選択的に成長する。
【００４０】
特に、供給ガスに上述した一例のガス種を用いると、枚葉式処理炉と比べて、成膜温度が高く炉内圧力が高い縦型装置の場合であっても、ＤＣＳ等のＳｉ原料ガスは気相反応せず、ウェハ表面に到達する。ウェハ表面に到達したＤＣＳの反応確率は、Ｓｉ露出面と絶縁膜とで異なり、Ｓｉ露出面でＳｉ結晶が成長しても、絶縁膜上ではＳｉの核は発生しにくい。また、上述したように絶縁膜上にＳｉの核が発生しても、成長前に直ちにＨＣｌガスによってエッチングされてしまうので、絶縁膜上にはＳｉ結晶は成長せず、露出したＳｉウェハ表面にのみＳｉエピタキシャル層が選択的に成長する。従って、処理室全体が加熱される、いわゆるホットウオールタイプのバッチ装置を用いても、上記の成長条件で選択成長が可能になる。
【００４１】
ウェハ２００の成膜処理が完了すると、反応管１１内の残留ガスを除去するために、反応管１１内には、流量制御手段６２により流量制御された不活性ガスがメインガスノズル１３、ガス補充ノズル１５より供給されつつ、排気管４より排気され、反応管１１内がパージされる。
反応管１１内のパージ後、ボート２１７がダウンして反応管１１よりウェハ２００が搬出される。
【００４２】
上述の温度制御手段６１による反応管１１内の温度制御、圧力制御手段２４２による反応管１１内へのウェハ処理時のガス流量制御、ウェハ処理前または後の不活性ガスのガス流量制御、及び圧力制御手段２４２による反応管１１内の圧力制御は、主制御部２４９が各制御手段を制御することにより行われる。
【００４３】
上述したように実施の形態によれば、ＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6、ＤＣＳ等のＳｉ系反応ガスと、ＨＣｌ、Ｃｌ2等のエッチングガスを用いてＳｉ表面にのみＳｉ系堆積膜を選択成長させるバッチ式処理装置において、表面の少なくとも一部にＳｉＮもしくはＳｉＯ2を有し、かつＳｉ表面が露出したＳｉウェハにおいて、複数枚のＳｉウェハを反応管１１内に搬入し、反応管１１内にシラン系のガスと塩素ガスもしくはフッ素ガス、水素ガスを同時に基板処理領域２０３の上部から供給するとともに、基板処理領域２０３の途中から塩素ガスもしくはフッ素ガスを補給して、ウェハの露出したシリコン表面上に選択エピタキシャル成長を行う。
【００４４】
したがって、例えば２５枚以上の複数枚のウェハを処理する場合であっても、基板処理領域２０３の上流部でエッチングガスが強く作用する場合は、メインガスノズル１３から供給されるエッチングガスの流量を低減する。これによって、基板処理領域２０３の上流部ではエッチングガスが強く作用するのが是正されて、ウェハ面内の膜厚分布が均一になる。一方、基板処理領域２０３の途中からエッチングガスを補給するので、メインガスノズル１３から供給されるエッチングガスの流量を低減しても、基板処理領域２０３の中間部から下流部にわたっては、ガス補充ノズル１５から補給されるエッチングガスによって、エッチングガスの作用が弱くなるのが是正されて、ウェハ面内の膜厚分布が均一になる。
更に、エッチングガスの作用が弱くなる基板処理領域２０３の途中から、エッチングガスが補給されるので、基板処理領域２０３の中流部や下流部でも、絶縁膜上に発生した成長核をエッチングガスで有効に除去できることとなり、選択やぶれを起こすケースが低減する。
したがって、バッチ式処理装置における選択成長プロセスで問題となっていた、基板処理領域２０３の上流部、中流部、及び下流部にそれぞれ位置するウェハの膜厚均一性のばらつきが改善され、高品質なＳｉエピタキシャル膜を選択成長させることができる。その結果、実施形態の装置をＭＯＳＦＥＴ等の製造工程に適用すれば、そのソース／ドレイン等のリーク電流の低減化、及び低抵抗化を実現でき、半導体デバイス特性の向上と微細化を両立できる。
【００４５】
なお、図１に示す実施の形態では、ガス補充ノズル１５は、その噴出孔１５ａが基板処理領域２０３の途中（中間部）に来るように、１本設けるようにしているが、これを複数本設けるようにしてもよい。例えば、図２に模式的に示すものでは、ガス補充ノズル１５を２本（１５１、１５２）設けている。
２本のガス補充ノズル１５のうち、１本のガス補充ノズル１５１は、その噴出孔１５１ａが基板処理領域２０３の中流部に位置し、残りの１本のガス補充ノズル１５２は、その噴出孔１５２ａが基板処理領域２０３の下流部にそれぞれ位置するように設ける。これによりエッチングガスとしてのＨＣｌガスは、基板処理領域２０３の途中である中流部と下流部とから基板処理領域２０３を下方に向けて流れるようになっている。
基板処理領域２０３の上流部には、Ｓｉ系の反応ガスとしてのＤＣＳ、エッチングガスとしてのＨＣｌ、及びキャリアガスとしてのＨ2ガスを供給するメインノズル１３の噴出孔１３ａが位置して、メインガスノズル１３から供給されるガス（ＤＣＳ、ＨＣｌ、Ｈ2）は、基板処理領域２０３を上から下に流れるようになっている。
【００４６】
また、図２において、ガス補充ノズル１５１、１５２にそれぞれ設ける噴出孔１５１ａ、１５２ａは、ノズルの先端部にのみ設けるようにしてもよいが、ノズルの長さ方向に多段に設けるようにしてもよい。
【００４７】
また、図１又は図２に示す実施の形態では、Ｓｉ系反応ガスとエッチングガス等は同一のメインガスノズル１３から供給するようにしたが、メインガスノズルを複数本設けて、異なるメインガスノズルから上記ガス種を個別に供給するようにしてもよい。
【００４８】
また、実施の形態では、成膜温度が７００℃以上の高温の場合について説明したが、本発明は、使用するガスを選択することにより、枚葉処理装置と同じ、４００℃〜７００℃の低温にも適用可能である。
【００４９】
また、ＳｉＧｅ膜に不純物のドーピングを行う場合において、ドーピングガスはメインノズル１３から供給するのみならず、ガス補充ノズル１５からも補給するようにしてもよい。ガス補充ノズル１５からドーピングガスを補給する場合、エッチングガスを供給するガス補充ノズルとは別に、ドーピングガスを供給する専用のガス補充ノズルを設けて、この専用のガス補充ノズルからドーピングガスを補給するようにしてもよい。これにより、ウェハ上に選択成長されるＳｉＧｅ膜の不純物分布の均一性のばらつきを改善できると共に、ドーピングガスの消費量を抑制できるという副次的効果も生じる。
この場合においても、ガス補充ノズルは、ドーピングガスを基板処理領域の途中の１箇所のみならず、複数箇所から補給することが可能であることが好ましい。これにより、ウェハ上に選択成長されるＳｉＧｅ膜の不純物分布の均一性のばらつきを一層改善できる。
【００５０】
また、実施の形態では、反応管が単管の場合について説明したが、本発明は反応管は内管と外管からなる二重管の場合についても適用可能である。
反応管が二重管の場合、第１のガス供給手段であるガス供給管は、反応管下部に設けられる。反応管内に供給されるガスは、反応管下部から供給されて、基板処理領域の形成された内管を上昇し、反応管の頂部に達した後、内管と外管との間に形成された排気空間の開口から排気空間内に供給されて、排気空間を下降して排気口より排気される。このように、二重管の場合は、ガス供給管よりガスを下部より供給するので、基板処理領域の下流部ではウェハ内の膜厚分布が均一になることもあるが、エッチングガスが強く作用してウェハ内の膜厚分布が凸状となる傾向が強い。他方、基板処理領域の中流部や下流部ではエッチングガスの作用が弱くなり膜厚分布が凹状となる傾向がある。しかし、噴出孔を基板処理領域の途中に位置させた第２のガス供給管としてのガス補充ノズルを設けて、中間領域からもエッチングガスを供給するようにすると、反応管が二重管の場合であっても、ウェハ面内、ウェハ面間のＳｉ系堆積膜の膜厚を均一化できる。また、選択やぶれを起こすのを有効に防止できる。
【実施例】
【００５１】
図１の処理炉を用いて選択成長したときの実施例のウェハの膜厚測定結果を、図３に示す。処理炉のノズルには、図２に示すように、基板処理領域２０３の上流部に設けた１つのメインノズル１３と、基板処理領域２０３中流部と下流部とにそれぞれ設けた２つのガス補充ノズル１５１、１５２を使用した。ウェハ上の測定点は、図３に示すように、ノッチを通る直径上の５点と、この直径と直交する直径上の４点との計９点である。成膜条件は、２００ｍｍＳｉウェハ、炉内温度７６０℃、全圧１３３Ｐａ、Ｈ2分圧１２９．５Ｐａ、ＤＣＳ分圧２Ｐａ、ＨＣｌ分圧０．９Ｐａ（上流部）、０．３Ｐａ（中流部）、０．３Ｐａ（下流部）である。なお、図３において、右端の形状欄に記載された矩形は、ウェハ上に形成された膜厚がフラット、すなわち均一であることを意味する。
【００５２】
上流部について見ると、ウェハ中心部ポジション３では膜厚が５２．８ｎｍである。ウェハ外周部ポジション１、５、６、９では膜厚がそれぞれ５１．４、５４．８、５４．５、５３．６ｎｍであり、ウェハ中間部ポジション２、４、７、８では膜厚がそれぞれ５４．３、５５．０、５４．６、５４．４ｎｍであり、いずれの膜厚も中心部ポジション３と略等しくなって、ウェハ面内の膜厚が均一化されていることが分る。
【００５３】
また、中流部について見ると、ウェハ中心部ポジション３では膜厚が５２．３ｎｍである。ウェハ外周部ポジション１、５、６、９では膜厚がそれぞれ５１．７、５５．５、５４．０、５３．５ｎｍであり、ウェハ中間部ポジション２、４、７、８では膜厚がそれぞれ５２．５、５４．３、５３．４、５３．３ｎｍであり、いずれも中心部ポジション３と略等しくなって、ウェハ面内の膜厚が均一化されていることが分る。
【００５４】
また、下流部について見ると、ウェハ中心部ポジション３では膜厚が５３．１ｎｍである。ウェハ外周部ポジション１、５、６、９では膜厚がそれぞれ５１．７、５５．６、５５．０、５３．１ｎｍであり、ウェハ中間部ポジション２、４、７、８では膜厚がそれぞれ５４．０、５５．４、５４．４、５４．２ｎｍであり、いずれも中心部ポジション３と略等しくなって、ウェハ面内の膜厚が均一化されていることが分る。
このように実施例によれば、基板処理領域全域にわたって、複数枚のウェハへの選択成長は、ウェハ面内及びウェハ面間の膜厚均一性に優れ、また選択性にも優れていることが分った。
【比較例】
【００５５】
図４に、比較例のウェハの膜厚測定結果を示す。処理炉は、ガス補充ノズル１５が無い点を除いては、図１と同じである。また、成膜条件は、Ｈ2分圧１３０．１Ｐａ、ＨＣｌ分圧０．９Ｐａ（ＨＣｌは最上流部のみより供給）である点を除いて、実施例と同じである。
【００５６】
上流部については、ウェハ中心部ポジション３では膜厚が５５．９ｎｍであり、ウェハ外周部ポジション１、５、６、９でも膜厚がそれぞれ５５．５、５８．１、５８．２、５８．０ｎｍといずれも中心部ポジション３と略等しくなって、均一化されていることが分る。
【００５７】
しかし、中流部について見ると、ウェハ中心部ポジション３では膜厚が５０．０ｎｍであるのに対して、ウェハ外周部ポジション１、５、６、９では膜厚がそれぞれ５５．０、５６．４、５４．４、５５．４ｎｍといずれも中心部ポジション３よりも厚くなり、凹状になっている。
【００５８】
また、下流部についても、ウェハ中心部ポジション３では膜厚が４７．１ｎｍであるのに対して、ウェハ外周部ポジション１、５、６、９では膜厚がそれぞれ５１．８、５３．１、５０．９、５２．３ｎｍといずれも中心部ポジション３よりも厚くなり、凹状になっている。
このように比較例によれば、基板処理領域全域にわたって、複数枚のウェハへの選択成長は、ウェハ面内及びウェハ面間の膜厚均一性に劣り、また選択やぶれが生じていた。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施の形態による縦型減圧ＣＶＤ装置の処理炉の構成図である。
【図２】実施の形態によるガス補充ノズル１５を２本設けた変形例を示す処理炉の模式図である。
【図３】実施例によるプロセス評価結果を示す膜厚均一性データである。
【図４】比較例によるプロセス評価結果を示す膜厚均一性データである。
【図５】本発明の基板処理装置を示す斜示図である。
【図６】本発明の基板処理装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
２    ヒータ（加熱手段）
４    排気管
１１    反応管
１３    メインノズル（第１のガス供給手段）
１５    ガス補充ノズル（第２のガス供給手段）
４１    排気手段
４３    排気口
２００    ウェハ（基板）
２０１    処理室
２０２    処理炉
２０３    基板処理領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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