(57)【要約】【課題】  シラン系ガスまたはゲルマン系ガスの少なくとも一方と塩素ガスを用いたシリコンエピタキシャル成長において、スループットおよび選択性を向上させる方法およびその装置を提供する。【解決手段】  表面の一部に絶縁層を有すると共にシリコン層が露出したウェハ２００を反応管２０３内に搬入する第１のステップと、反応管２０３内にシラン系ガスまたは／およびゲルマン系ガスを含む原料ガスを供給する第２のステップと、反応管２０３内に塩素ガスを供給する第３のステップと、反応管２０３内に水素ガスを供給する第４のステップと、第２のステップと第３のステップと第４のステップとを同時に行うか、または複数回繰り返し行うことにより露出したシリコン層にシリコンエピタキシャル膜を成長させる第５のステップとを有し、第３のステップにおいて供給する塩素ガスの流量を、１０〜１０００ｓｃｃｍとする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の一部に絶縁層を有すると共にシリコン層が露出した基板を処理室内に搬入する第１のステップと、
前記処理室内にシラン系ガスまたは／およびゲルマン系ガスを含む原料ガスを供給する第２のステップと、
前記処理室内に塩素ガスを供給する第３のステップと、
前記処理室内に水素ガスを供給する第４のステップと、
前記第２のステップと前記第３のステップと第４のステップを同時に行うか、または複数回繰り返し行うことにより前記露出したシリコン層に膜を成長させる第５のステップとを有し、
前記第３のステップにおいて供給する塩素ガスの流量を、１０〜１０００ｓｃｃｍとすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第４のステップは成長温度を５００〜７００℃として行うことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第２ステップで供給するガスはＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、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ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
基板を処理する処理容器と、
前記処理容器内で基板を支持する支持具と、
前記処理容器内にシラン系ガスまたは／およびゲルマン系ガスを供給する供給手段と、
前記処理容器内に塩素ガスを供給する供給手段と、
前記処理容器内に水素ガスを供給する供給手段と、
前記処理容器内の基板を加熱する加熱手段と、
前記処理容器内にシラン系ガスまたは／およびゲルマン系ガスと、塩素ガスと、水素ガスとを、同時に、または複数回繰り返し供給すると共に、塩素ガス流量を１０〜１０００ｓｃｃｍとするよう制御する制御手段と、
を有する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】
本発明は半導体装置（デバイス）の製造方法及び基板処理装置に係り、例えばMOSFETにおけるソース／ドレイン上への選択シリコンエピタキシャル成長を行うための半導体装置（デバイス）の製造方法及び基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor  Field  Effect  Transistor）の高集積化及び高性能化に伴い、半導体デバイス特性の向上と微細化の両立が要求されている。この両立を実現するために、MOSFETのソース／ドレインの課題として、リーク電流低減及び低抵抗化などが求められている。
【０００３】
これらの問題を解決する方法の一つとしてソース／ドレイン上にシリコンエピタキシャル膜を選択成長させる方法がある。シリコンエピタキシャル膜を選択成長させる方法としては、シラン系ガスまたはゲルマン系ガスの少なくとも一方と塩素ガスを交互に照射し、選択シリコンエピタキシャル成長を行う方法がある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平０４−１３９８１９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、同技術では塩素ガスを微量に照射しているため、その照射時間を長くする必要があり、特に、ジシランガス流量を増加させた場合にはより長くする必要があり、スループットの低下に繋がる。また、シリコン窒化膜もしくはシリコン酸化膜等の絶縁層上にシリコン核が形成された場合、同技術では塩素ガスを微量に照射しているため、そのシリコン核を簡単に取り除く事が出来ず、選択性が破れるという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は従来の課題を解決し、シラン系ガスまたはゲルマン系ガスの少なくとも一方を用いたシリコンエピタキシャル成長において、塩素ガスの照射量を適正化することで、スループットおよび選択性を向上させる方法およびその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の特徴とするところは、表面の一部に絶縁層を有すると共にシリコン層が露出した基板を処理室内に搬入する第１のステップと、前記処理室内にシラン系ガスまたは／およびゲルマン系ガスを含む原料ガスを供給する第２のステップと、前記処理室内に塩素ガスを供給する第３のステップと、前記処理室内に塩素ガスを供給する第４のステップと、前記第２のステップと前記第３のステップと前記第４のステップとを同時に行うか、または複数回繰り返し行うことにより前記露出したシリコン層に膜を成長させる第５のステップとを有し、前記第３のステップにおいて供給する塩素ガスの流量を、１０〜１０００ｓｃｃｍとすることを特徴とする半導体装置の製造方法にある。
【０００７】
本発明の第２の特徴とするところは、第１の特徴において前記第４のステップは成長温度を５００〜７００℃として行うことを特徴とする半導体装置の製造方法にある。
【０００８】
本発明の第３の特徴とするところは、第１の特徴において前記第２ステップで供給するガスはＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、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ことを特徴とする半導体装置の製造方法にある。
【０００９】
本発明の第４の特徴とするところは、基板を処理する処理容器と、前記処理容器内で基板を支持する支持具と、前記処理容器内にシラン系ガスまたは／およびゲルマン系ガスを供給する供給手段と、前記処理容器内に塩素ガスを供給する供給手段と、前記処理容器内に水素ガスを供給する供給手段と、前記処理容器内の基板を加熱する加熱手段と、前記処理容器内にシラン系ガスまたは／およびゲルマン系ガスと、塩素ガスと水素ガスを、同時に、または複数回繰り返し供給すると共に、塩素ガス流量を１０〜１０００ｓｃｃｍとするよう制御する制御手段と、を有することを特徴とする基板処理装置にある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、シラン系ガスまたはゲルマン系ガスの少なくとも一方を用いたシリコンエピタキシャル成長において、塩素ガスの照射量を適切なものとすることにより、シリコン窒化膜もしくはシリコン酸化膜上に付着した核形成が起こる前のシリコンを短時間で取り除く事ができ、また、シリコン窒化膜もしくはシリコン酸化膜上にシリコン核が形成した場合でも容易に取り除くことができ、選択性およびスループットを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
まず、図Aを参照して、本発明の一実施の形態の基板処理装置としてのニ枚葉装置の処理炉の概略を説明する。図Aは、本発明の一実施の形態の基板処理装置の処理炉の概略縦断面図である。
【００１２】
石英製、炭化珪素製、又はアルミナ製の反応容器としての反応管２０３は水平方向に扁平な空間を有しており、内部に基板としての半導体ウエハ２００を収容する。反応管２０３内部には半導体ウエハ２００を支持する基板保持手段としてのウエハ支持台２１７が設けられ、反応管２０３には気密にマニホールドとしてのガス導入フランジ２０９が設けられ、ガス導入フランジ２０９には更に仕切弁としてのゲートバルブ２４４を介して搬送室（図示せず）が連接されている。ガス導入フランジ２０９には供給管としてのガス導入ライン２３２、バックフランジ２１０には排気管としての排気ライン２３１が接続されている。排気ライン２３１には圧力ターボ分子ポンプ２３３が接続され、ターボ分子ポンプにより反応管２０３内を高真空に保つ。ガス導入ライン２３２には、反応管２０３内に導入するガスの流量を制御する流量制御手段２４１が設けられている。反応管２０３の上下にはそれぞれ加熱手段としての上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂが設けられ、反応管２０３内部を均一にもしくは所定の温度勾配を生じさせて加熱するようになっている。また、上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂには、それぞれのヒータ温度を制御する温度制御手段２４７が接続されている。また上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂおよび反応管２０３を覆うように断熱部材としての断熱材２０８が設けられている。反応管２０３内の温度、反応管２０３内に供給するガスの流量は、それぞれ温度制御手段２４７、流量制御手段２４１により、所定の温度、流量となるよう制御される。また、温度制御手段２４７、流量制御手段２４１は、主制御部２４９により制御される。
【００１３】
次に、半導体デバイスの製造工程の一工程として、上述した基板処理装置を用いて基板を処理する方法について説明する。
【００１４】
処理室を形成する反応管２０３内の温度がヒータ２０７ａ、２０７ｂにより処理温度に維持された状態で、ゲートバルブ２４４が開かれ、図示しないウエハ搬送ロボットにより図中左方より反応管２０３内に半導体ウエハ２００が搬入され、ウエハ支持台２１７に載置される。ウェハ２００としては、表面の一部にシリコン窒化膜もしくはシリコン酸化膜等の絶縁層を有すると共にシリコン層が露出しているものを用いる。本例ではウエハ支持台２１７には２枚のウエハ２００が載置され、２枚のウエハ２００が同時に処理される。なお、同時に処理する２枚のウエハ２００の熱履歴を等しくするためにウエハ２００は２枚同時に反応管２０３内に搬送される。ウエハ２００が反応管２０３内に搬入されると同時にウエハ２００の処理温度までの昇温が開始される。
【００１５】
ウエハ搬送ロボットが後退してゲート弁２４４が閉じられた後、反応管２０３内の温度はウエハ温度が処理温度となるよう温度制御手段２４７により制御される（温度安定化）。この反応管２０３内のウエハ２００の温度安定化の際、反応管２０３内にはガス導入ライン２３２より不活性ガスが導入されつつ排気ライン２３１より排気され、反応管２０３内は、不活性ガス雰囲気とされる。  
【００１６】
反応管２０３内のウエハ２００の温度が処理温度に安定化した後、反応管２０３内にガス導入ライン２３２より処理ガスが導入され、排気ライン２３１より排気されることにより、ウエハ２００が処理される。
【００１７】
このウェハ処理ステップでは、  反応管２０３内にシラン系ガスまたは／およびゲルマン系ガスを含む原料ガスを供給するステップと、反応管２０３内に塩素（Ｃｌ２）ガスを供給するステップと、反応管２０３内に水素（Ｈ２）ガスを供給するステップと、を同時に行うか、または原料ガス供給ステップと、塩素ガス供給ステップと、水素ガス供給ステップとを複数回繰り返し行う。なお、水素ガス供給ステップについては省略しても構わない。これにより、露出したシリコン層にシリコンエピタキシャル膜を選択成長させることができる。このとき、成長温度は５００〜７００℃、圧力は１０Ｐａ以下とするのが好ましい。また、塩素ガスの流量は、１０〜１０００ｓｃｃｍ、好ましくは１０〜５００ｓｃｃｍとするのがよい。これにより、シリコン窒化膜もしくはシリコン酸化膜上に付着した核形成が起こる前のシリコンを短時間で取り除く事ができ、また、シリコン窒化膜もしくはシリコン酸化膜上にシリコン核が形成した場合でも容易に取り除くことができ、選択性およびスループットを向上させることができる。これらの制御は上述の各制御手段、主制御部２４９により行う。シラン系ガスまたは／およびゲルマン系ガスを含む原料ガスとしては、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＧｅＨ４からなる群から選択される少なくとも一つのガスを用いる。
【００１８】
ウエハ２００の処理が完了すると、反応管２０３内の残留ガスを除去するために、反応管２０３内には、ガス導入ライン２３２より不活性ガスが導入されつつ、排気ライン２３１より排気され、反応管内がパージされる。なお、ウエハ処理時の処理ガスの供給流量、ウエハ処理前または後の不活性ガスの供給流量は流量制御手段２４１により制御される。
【００１９】
反応管２０３内のパージ後、ゲートバルブ２４４が開かれ、ウエハ２００は、ウエハ搬送ロボットにより反応管２０３より搬送室へ搬出される。
【００２０】
なお、上述の温度制御手段２４７による反応管２０３内の温度制御、流量制御手段２４１による反応管２０３内へのガス流量制御は、主制御部が各制御手段を制御することにより行われる。
【実施例】
【００２１】
上記実施形態の方法により、塩素ガス照射量を変えて表面の一部にシリコン窒化膜を有すると共にシリコン層が露出している基板上にシリコンエピタキシャル膜を選択成長させる実験を行った。
【００２２】
塩素ガス流量と選択性を確保するために必要な塩素照射時間の関係を図２に示す。本実施例においては、成長温度５００〜７００℃、圧力１０Ｐａ以下、ジシランガス流量５〜３００ｓｃｃｍ、水素ガス流量５０〜５００００ｓｃｃｍとした。塩素ガス流量は２０〜１００ｓｃｃｍの範囲内で変化させた。図２は塩素ガス流量とシリコン窒化膜上で選択性を確保するために必要な塩素ガス照射時間の依存性を示している。縦軸には塩素ガス照射時間を、横軸には塩素ガス流量をとっている。図の様に塩素ガスを増やしていくと選択性を確保するために必要な塩素照射時間が短く出来る事がわかる。これは、図３の様に塩素ガス流量増加により、シリコン膜に対するエッチングレートが増加するためと考える。このため、塩素ガス流量を増加するとシリコン窒化膜もしくはシリコン酸化膜上に付着した、核を形成する前のシリコンを短時間で取り除く事ができ、また、仮にシリコン窒化膜もしくはシリコン酸化膜上にシリコン核が形成されても、塩素ガス流量を増加すれば選択性を保てる。尚、塩素ガス流量が多すぎるとエピタキシャル成長したシリコン膜もエッチングされるため、望ましくない。これらのことを考慮すると、塩素ガス流量は、１０〜１０００ｓｃｃｍ、好ましくは１０〜５００ｓｃｃｍ、更に好ましくは照射時間を３０秒以下とすることができる４０〜５００ｓｃｃｍとするのが好ましい。  
【００２３】
なお、上記実施形態では１枚または２枚の基板を処理する枚葉ホットウォールタイプの装置を用いる場合について説明したが、本発明はこれに限らず、基板処理装置全般、例えば枚葉コールドウォール装置やバッチタイプの装置にも適用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施の形態による基板処理装置を示す図である。
【図２】実施例における塩素ガス流量と選択性確保に必要な塩素ガス照射時間を示す図である。
【図３】実施例における塩素ガス流量とポリシリコンエッチングレートを示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
２００  半導体ウエハ
２０３  反応管
２０７ａ  上ヒータ
２０７ｂ  下ヒータ
２０８  断熱材
２０９  ガス導入フランジ
２１０  バックフランジ
２１７  ウエハ支持台
２３１  排気ライン
２３２  ガス導入ライン
２３３  圧力ターボ分子ポンプ
２４１  流量制御手段
２４４  ゲートバルブ
２４７  温度制御手段
２４９  主制御部２４９
【図１】
2005294690.tif 000003
【図２】
2005294690.tif 000004
【図３】
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