(57)【要約】【課題】Ｓｉを含むエピタキシャル膜をより均一に選択成長させることができる基板処理装置を提供する。【解決手段】複数の基板１３０を収容する処理室１０８と、処理室の外部に配置され、基板を加熱する加熱手段１０１と、処理室に連接された処理ガス供給系１１５、１６１、１４２と、排気系１１６、１４３とを備え、表面が凹凸形状のＳｉを含む膜１８２を少なくとも処理室１０８の内壁表面に形成し、Ｓｉを含む膜が形成された処理室内で、基板のＳｉ表面にＳｉを含むエピタキシャル膜を選択成長させる。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板を収容する処理室と、
前記処理室の外部に配置され、前記基板を加熱する加熱手段と、
前記処理室に連接された処理ガス供給系と、排気系とを備え、
表面が凹凸形状のＳｉを含む膜を少なくとも前記処理室の内壁表面に形成し、前記Ｓｉを含む膜が形成された前記処理室内で、前記基板のＳｉ表面にＳｉを含むエピタキシャル膜を選択成長させる基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置に関し、特に、ホットウオール型の縦型ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置、ホットウオール型の横型ＣＶＤ装置等のホットウオール型のＣＶＤ装置によりＳｉウエハ等の基板にＳｉまたはＳｉＧｅ等のＳｉを含むエピタキシャル膜を選択成長させる基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)において、ゲート長の微細化に伴う短チャネル効果抑制のため、エレベイテッドソース/ドレイン(またはライズドソース/ドレイン)と呼ばれる技術が注目を集めている。
【０００３】
エレベイテッドソース/ドレインが形成されたＭＯＳＦＥＴ１０の概略縦断面図を図１に示す。素子分離領域１２に囲まれた素子形成シリコン領域１１上にゲート絶縁膜１７を介してゲート電極２０が形成されている。ゲート電極２０の側面にはサイドウォール１８が形成され、ゲート電極２０の上面にはゲート保護膜１９が形成されている。ゲート電極２０に対して自己整合的にソース１３およびドレイン１４が素子形成シリコン領域１１に形成されている。ソース１３およびドレイン１４上にのみエレベイテッドソース１５およびエレベイテッドドレイン１６がそれぞれ選択的に形成されている。エレベイテッドソース１５およびエレベイテッドドレイン１６は、Ｓｉが露出しているソース１３、ドレイン１４上にのみＳｉまたはＳｉＧｅをエピタキシャル成長させ、その他のＳｉＯ２やＳｉＮ等が露出している素子分離領域１２等の領域には何も成長させない技術で一般的には選択成長とも呼ばれている技術によって形成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
処理室の外部に基板を加熱する加熱手段が配置されるいわゆるホットウォール型のＣＶＤ装置では、例えば、所定温度に加熱された処理室内に、処理ガスとして、例えば、ジクロロシラン（ＤＣＳ）、塩化水素（ＨＣｌ）、および水素（Ｈ２）をノズルから導入してＳｉ膜を選択エピタキシャル成長している。
【０００５】
しかしながら、エッチングガスとしての活性なＨＣｌや、選択エピタキシャル成長させる際の気相反応により生成される反応性の高い反応副生成物によるウエハエッジ部の過エッチングにより、成膜均一性が悪くなることがある。
【０００６】
従って、本発明の主な目的は、Ｓｉを含むエピタキシャル膜をより均一に選択成長させることができる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】
【０００７】
本発明によれば、
複数の基板を収容する処理室と、
前記処理室の外部に配置され、前記基板を加熱する加熱手段と、
前記処理室に連接された処理ガス供給系と、排気系とを備え、
表面が凹凸形状のＳｉを含む膜を少なくとも前記処理室の内壁表面に形成し、前記Ｓｉを含む膜が形成された前記処理室内で、前記基板のＳｉ表面にＳｉを含むエピタキシャル膜を選択成長させる基板処理装置が提供される。
【０００８】
なお、処理室の内壁表面に表面が凹凸形状のＳｉを含む膜を形成する代わりに、処理室の内壁表面を粗く加工し、その表面に通常のポリシリコン成膜で用いられるプロセスによりＳｉ膜を形成したものを用いてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、Ｓｉを含むエピタキシャル膜をより均一に選択成長させることができる基板処理装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、本発明の好ましい実施例を説明する。
本発明の好ましい実施例では、気相反応により生成した反応性の高い反応副生成物をウエハプロダクト領域ではない別の部分で吸着させることにより、ウエハ面内での均一性の向上を図っている。
【００１１】
そのために、本発明の好ましい実施例では、ＳｉまたはＳｉＧｅ（Ｃ）の選択エピタキシャル成長において、処理室内壁の表面積が大きくなるような膜でコーティングを実施するか、アウターチューブ、インナーチューブのどちらか／もしくは両方を表面加工し表面積が大きくなるようにしている。なお、ここで、ＳｉＧｅ（Ｃ）とは、ＳｉＧｅとＣ（カーボン）入りのＳｉＧｅの両方を含む表現である。
【００１２】
次に、図面を参照して本発明の好ましい実施例をより詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図２は、本実施例のホットウォール式縦型減圧ＣＶＤ装置を説明するための概略縦断面図であり、図３は、本実施例のホットウォール式縦型減圧ＣＶＤ装置の反応炉を説明するための概略縦断面図である。
【００１４】
本実施例のホットウォール式縦型減圧ＣＶＤ装置２００は、反応炉１００と、制御装置１４１と、ガス供給装置１４２と、真空排気装置１４３とを備えている。図２を参照すれば、反応炉１００は、ベース１１２と、その上に設けられたマニホールド１１１と、アウターチューブ１０３と、その内部に設けられたインナーチューブ１０４と、アウターチューブ１０３の外部に設けられたヒータ１０１と、ヒータ１０１とアウターチューブ１０３を覆って設けられた断熱材１０２とを備えている。ヒータ１０１と断熱材１０２とによりアウターチューブ１０３内部全体を加熱する。アウターチューブ１０３はマニホールド１１１の上部フランジ１１８上に設けられ、インナーチューブ１０４はマニホールド１１１の中程で内側に向かって突きだしたフランジ１１９上に設けられている。
【００１５】
シールキャップ１１３上にはボート１０５が搭載されている。ボート１０５を搭載したシールキャップ１１３がベース１１２の開口１２０から挿入され、シールキャップ１１３が上昇してシールキャップ１１３によって開口１２０が閉じられるとボート１０５がインナーチューブ１０４内に位置する。ボート１０５は回転機構１１４によって回転される。ボート１０５には複数のウエハ１３０が垂直方向に積層されて搭載されている。インナーチューブ１０４内がウエハ１３０を処理する処理室１０８となる。ボート下部のマニホールド１１１に相当する高さの部分には、断熱板１０７が搭載されている。
【００１６】
マニホールド１１１の側壁には、排気管１１６が取り付けられており、排気管１１６は真空排気装置１４３に接続されている。マニホールド１１１の側壁を貫通して供給管１１５が設けられている。供給管１１５は、ガス供給装置１４２に接続されている。ＳｉまたはＳｉＧｅの選択成長の原料ガスである、ＤＣＳ（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、塩化水素（ＨＣｌ）、水素（Ｈ２）等が、供給管１１５よりインナーチューブ１０４の下部から導入される。その後、インナチューブ１０４内を上昇し、その後、アウタチューブ１０３とインナチューブ１０４との間の隙間を通って、排気管１１６に接続された真空排気装置１４３により排気される。
【００１７】
シールキャップ１１３を下降して、ボート１０５をインナーチューブ１０４から搬出した後は、ゲートバルブ１１７（図２参照）によって、ベース１１２の開口１２０を閉じる。図２を参照すれば、このようにして処理炉１００の下部に搬出されたボート１０５とウエハカセット１５２との間でウエハ１３０を移載する移載機１５１が設けられている。
【００１８】
ヒータ１０１、ガス供給装置１４２、真空排気装置１４３、回転機構１１４、ゲートバルブ１１７、移載機１５１は制御装置１４１によって制御される。
【００１９】
ウエハカセット１５２により投入されたウエハ(Ｓｉ基板)１３０は移載機１５１によりウエハカセット１５２からボート１０５に移載される。全てのウエハ１０５の移載が完了するとボート１０５はインナーチューブ１０４内へ挿入され、アウターチューブ１０３内は真空排気装置１４３により減圧される。そしてヒータ１０１により所望の温度に加熱し温度が安定したところでガス供給装置１４２により供給管１１５を介して原料ガスを供給し、ウエハ(Ｓｉ基板)１３０上にＣＶＤ反応によりＳｉまたはＳｉＧｅを選択成長させる。
【００２０】
Ｓｉの選択成長条件は、例えば、炉内温度７２５℃で、ジクロロシラン（ＤＣＳ）８０〜３００ｓｃｃｍ、塩化水素（ＨＣｌ）４０〜１５０ｓｃｃｍ、水素（Ｈ２）５〜２０ｓｌｍであり、処理圧力は５０〜１００Ｐａである。
【００２１】
通常、石英からなるアウタチューブ１０３およびインナチューブ１０４の内壁表面にはＳｉをコーティングしてから選択エピタキシャル成長プロセス処理を実施する。
【００２２】
従来は、このコーティングは通常のポリシリコン成膜で用いられるようなプロセスを実施することにより設けており、条件の一例としては、炉内処理温度６２０℃、処理ガスの種類と供給量はシラン（ＳｉＨ4)、１２０ｓｃｃｍであり処理圧力は１２Ｐａである。この場合、図７に示したように得られるポリＳｉ膜１８１の表面は比較的ラフネスが少ない。
【００２３】
これに対して、本実施例では、図６のように、表面が凹凸形状のＳｉ膜１８２をアウタチューブ１０３およびインナチューブ１０４の内壁表面に形成する。このＳｉ膜１８２としては、例えばＨＳＧ（Hemispherical Grain)膜のような半球状のＳｉを用いることで、Ｓｉコーティングの表面積を大きくすることが出来る。Ｓｉの表面積が大きくなることにより、選択エピタキシャル成長の場合はアクティブなＨＣｌによるエッチングを抑えることができ、結果として膜厚のウエハ面内均一性を向上することが出来る。
【００２４】
ＨＳＧシリコン膜の形成は、例えば次のようにして行う。
まず、炉内の温度を５００〜６００℃とし、供給管１１５よりＳｉＨ４を１００〜１０００ｓｃｃｍ供給し、炉内の圧力を１０〜１００Ｐａにして、アモルファスシリコン膜を１００〜５００Å成膜する。
次に、炉内の温度を５００〜６００℃に保ったまま、供給管１１５よりＳｉＨ４を５〜５０ｓｃｃｍ、Ｎ２を１００〜１０００ｓｃｃｍ供給し、炉内の圧力を１０〜１００Ｐａに保って、Ｓｅｅｄｉｎｇを行う。
次に、炉内の温度を５００〜６００℃に保ったまま、供給管１１５よりＮ２を１００〜１０００ｓｃｃｍ供給し、炉内の圧力を１０〜１００Ｐａに保って、アニールを行って、ＨＳＧシリコン膜を形成する。
【００２５】
なお、アウタチューブ１０３およびインナチューブ１０４の内壁表面に表面が凹凸形状のＳｉ膜１８２を形成する代わりに、アウタチューブ１０３およびインナチューブ１０４の処理室の内壁表面を粗く加工し、その表面に通常のポリシリコン成膜で用いられるようなプロセスを実施することによりＳｉ膜をコーティングをした場合も同じような効果があるものと考えられる。このことは、次の実施例２においても同様である。
【実施例２】
【００２６】
図４は、本実施例のホットウォール式縦型減圧ＣＶＤ装置を説明するための概略縦断面図であり、図５は、本実施例のホットウォール式縦型減圧ＣＶＤ装置の反応炉を説明するための概略縦断面図である。
【００２７】
実施例１では、アウタチューブ１０３およびインナチューブ１０４を設け、アウタチューブ１０３およびインナチューブ１０４の内壁表面に、例えばＨＳＧＳｉ膜のような、表面が凹凸形状のＳｉ膜１８２を形成したが、本実施例２では、アウタチューブ１０３は設けるがインナチューブ１０４を設けず、アウタチューブ１０３の内壁表面に、例えばＨＳＧＳｉ膜のような、表面が凹凸形状のＳｉ膜１８２を形成している点と、供給管１１５に代えてノズル１６１を設けている点が実施例１と異なるが、他の点は同じである。
【００２８】
ノズル１６１はマニホールド１１１の側壁を貫通して設けられている。ノズル１６１は、ガス供給装置１４２に接続されている。ＳｉまたはＳｉＧｅの選択成長の原料ガスである、ＤＣＳ（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、塩化水素（ＨＣｌ）、水素（Ｈ２）等が、ノズル１６１より積層配置されたウエハ１３０の上側に向かって導入される。その後、アウターチューブ１０３内を下降し、排気管１１６に接続された真空排気装置１４３により排気される。
【００２９】
本実施例におけるＳｉの選択成長条件も、例えば、炉内温度７２５℃で、ジクロロシラン（ＤＣＳ）８０〜３００ｓｃｃｍ、塩化水素（ＨＣｌ）４０〜１５０ｓｃｃｍ、水素（Ｈ２）５〜２０ｓｌｍであり、処理圧力は５０〜１００Ｐａである。
【００３０】
実施例１では、処理ガスは、供給管１１５よりインナーチューブ１０４の下部から導入され、その後、インナチューブ１０４内を上昇し、その後、アウタチューブ１０３とインナチューブ１０４との間の隙間を通って、排気管１１６に接続された真空排気装置１４３により排気されるので、ウエハ１３０の存在する反応雰囲気でのガスの流れは下から上となる。
【００３１】
この構造では、インナーチューブ１０４の径が太いためガスの流速は遅く、まだ断熱板１０７領域を通ってくるためガスは十分な熱エネルギーを得てウエハ１３０まで到達することが出来る。
【００３２】
しかしながら、マニホールド１１１やシールキャップ１１３には真空シールのためのＯリング１７１が多用されるので、減圧時にそこからＯリング成分が脱ガスしたり、あるいはそこから外部リークする可能性があり、反応雰囲気が汚染されることがある。また、装置によってはボート回転機構が取り付けられることがあり、この回転機構も汚染源となる。これら汚染源は反応炉下部に集中している。
【００３３】
これら汚染源がウエハの存在する反応雰囲気中でガスの流れに対して上流に位置するため、下部から導入されたガスはこれら汚染物を含有し、そして汚染物を含有したままガスはウエハまで飛来し、汚染物質がウエハに付着し、ＣＶＤ反応の膜成長不良の原因となる可能性がある。
【００３４】
これに対して、本実施例では、インナーチューブを廃止し、ノズル１６１にて処理ガスを反応炉上部より導入している。この場合、反応炉上部ではアウターチューブ１０３が密閉されているため汚染源は存在しない。そのため反応炉上部から導入された処理ガスは汚染されず、高清浄なままウエハ１３０に到達できる。さらに炉口部の汚染源はガスの流れに対して下流となり、汚染物質は上流から流れてくるガスによって押し戻されることになり、反応雰囲気に持ち込まれることなくそのまま下側から排気されるのでウエハ１３０は汚染されずに済む。
【００３５】
ここでＳｉＨ4やＳｉＨ2Ｃｌ2やＧｅＨ4等の原料ガスや、ＰＨ3やＢ2Ｈ6等のようなドーピングガスや、ＨＣｌやＣｌ2等のエッチングガスは、Ｈ2やＡｒやＨｅなどのキャリアガスと一緒にノズル１６１を介して反応炉内に導入される。しかしノズル１６１を介してガスが供給される場合はノズル１６１の内径が細く単位面積あたりに通過するガスの量が多いため、ガスの流速が著しく速い。縦型ＣＶＤ装置の場合、熱エネルギーによるＣＶＤ反応によって成膜が行われるが、ガスの流速が速いとガスが十分に熱エネルギーが得られないままウエハ１３０に到達してしまい、成膜均一性が悪くなってしまうことがある。
【００３６】
上述のように、例えば、炉内温度７２５℃で、ジクロロシラン（ＤＣＳ）８０〜３００ｓｃｃｍ、塩化水素（ＨＣｌ）４０〜１５０ｓｃｃｍ、水素（Ｈ２）５〜２０ｓｌｍであり、処理圧力は５０〜１００Ｐａであるプロセス条件では、活性なＨＣｌによるウエハエッジ部の過エッチングにより、ボート上部に配置されているウエハの膜厚面内均一性の確保が難しいが、本実施例２では、アウタチューブ１０３の内壁表面に、例えばＨＳＧＳｉ膜のような、表面が凹凸形状のＳｉ膜１８２を形成しているので、選択エピタキシャル成長の場合はアクティブなＨＣｌによるエッチングを抑えることができ、ウエハ面内均一性を向上することができる。
【００３７】
このように、表面が凹凸形状のＳｉ膜１８２を形成する効果は、実施例１よりも本実施例２の方が大きい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】エレベーテッドソース/ドレインが形成されたＭＯＳＦＥＴの構造を説明するための概略縦断面図である。
【図２】本発明の実施例１のホットウォール式縦型減圧ＣＶＤ装置を説明するための概略縦断面図である。
【図３】本発明の実施例１のホットウォール式縦型減圧ＣＶＤ装置の反応炉を説明するための概略縦断面図である。
【図４】本発明の実施例２のホットウォール式縦型減圧ＣＶＤ装置を説明するための概略縦断面図である。
【図５】本発明の実施例２のホットウォール式縦型減圧ＣＶＤ装置の反応炉を説明するための概略縦断面図である。
【図６】本発明の実施例１および実施例２のホットウォール式縦型減圧ＣＶＤ装置のアウターチューブの内壁表面に形成するＳｉコーティング膜を説明するための概略縦断面図である。
【図７】従来のホットウォール式縦型減圧ＣＶＤ装置のアウターチューブの内壁表面に形成するＳｉコーティング膜を説明するための概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０…ＭＯＳＦＥＴ
１１…素子形成シリコン領域
１２…素子分離領域
１３…ソース
１４…ドレイン
１５…エレベイテッドソース
１６…エレベイテッドドレイン
１７…ゲート絶縁膜
１８…サイドウォール
１９…ゲート保護膜
２０…ゲート電極
１００…反応炉
１０１…ヒータ
１０２…断熱材
１０３…アウターチューブ
１０４…インナーチューブ
１０５…ボート
１０７…断熱板
１０８…処理室
１１１…マニホールド
１１２…ベース
１１３…シールキャップ
１１４…回転機構
１１５…供給管
１１６…排気管
１１７…ゲートバルブ
１１８…フランジ
１１９…フランジ
１２０…開口
１３０…ウエハ
１４１…制御装置
１４２…ガス供給装置
１４３…真空排気装置
１５１…移載機
１５２…ウエハカセット
１６１…ノズル
１７１…Ｏリング
１８１…Ｓｉ膜
１８２…Ｓｉ膜
２００…ホットウォール式縦型減圧ＣＶＤ装置
【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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【図７】
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