(57)【要約】      （修正有）【課題】従来は選択エピタキシャル成長を行う前に、自然酸化膜除去をする為にＨ２アニールを高温で処理しなければならなかったが、それを止めて低温で前処理が可能な成膜工程を備える半導体デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】ウェハの温度を７００℃に保って、エピタキシャル成長の前処理としてジクロールシランの分圧を０．２５Ｐａ、Ｃｌ２の分圧を０．０３Ｐａ、全圧１００Ｐａにして自然酸化膜除去をし、その後に前処理で使用した同じガスを分圧比を異ならせて、具体的にはジクロールシランの分圧を０．５Ｐａ、Ｃｌ２の分圧を０〜０．０５Ｐａ、全圧１００Ｐａにして減圧ＣＶＤ法によりＳｉ膜を成膜する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に前処理を行う工程と、
前記基板に選択エピタキシャル成膜を行う工程と、を備え、
前記前処理で使用した複数のガスは前記選択エピタキシャル成膜時にても使用され、少なくとも前記複数のガスの分圧比を、前記前処理と前記エピタキシャル成膜時とで異ならせることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの製造方法に関し、特に、選択エピタキシャル成長工程を備える半導体デバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
選択エピタキシャル成長を行う前に、自然酸化膜除去処理が行われる。従来は、自然酸化膜を除去する為にＨ２アニールを８００℃程度の高温で処理する必要があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この場合、過加熱により半導体ウエハ内の拡散層プロファイルの変形・全処理工程の膜質変化が発生し、半導体デバイスの性能劣化を招く。
【０００４】
従って、本発明の主な目的は、低温で前処理が可能な成膜工程を備える半導体デバイスの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、
基板に前処理を行う工程と、
前記基板に選択エピタキシャル成膜を行う工程と、を備え、
前記前処理で使用した複数のガスは前記選択エピタキシャル成膜時にても使用され、少なくとも前記複数のガスの分圧比を、前記前処理と前記エピタキシャル成膜時とで異ならせることを特徴とする半導体デバイスの製造方法が提供される。
【０００６】
複数のガスは、好ましくは、Ｓｉソースガスとハロゲン系エッチングガスであり、特に好ましくはＳｉソースガスとＣｌ系エッチングガスである。
【０００７】
成膜を行う基板表面には、好ましくは、シリコンおよび酸化シリコンが形成されているか、シリコンが形成されている。
【０００８】
好ましくは、前処理でシリコン表面に存在する自然酸化膜の除去を行い、成膜では、シリコン膜を形成する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、低温で前処理が可能な成膜工程を備える半導体デバイスの製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の好ましい実施例においては、Ｓｉソースガスとハロゲン系エッチングガス（好ましくはＣｌ系エッチングガス）を同時に供給し、自然酸化膜除去の前処理を低温にて行い、その後、成膜処理を連続で行う。そして、ＳｉソースガスとＣｌ系エッチングガスは、選択エピタキシャル成膜の原料ガスと同一のものを使用する。この際には、［自然酸化膜除去処理温度］≦［選択エピタキシャル成膜処理温度］とする。
【００１１】
シリコンと酸化シリコン（又は、室化シリコン）が表面に形成された基板、またはシリコンが表面に形成された基板を、処理室内に導入後、所定の温度まで加熱する。
【００１２】
その所定の温度で基板温度が安定した後、Ｓｉソースガス及びＣｌ系エッチングガスを（１）酸化膜上に成長しない選択成長条件の分圧比、且つ（２）その分圧比に応じてＳｉ基板上への成長速度がほぼ０に近い条件の全圧にて所定の時間処理を行う。
【００１３】
ここで、所定の温度とは、好ましくは、酸化シリコン膜上には成長せず、シリコン上にはエピタキシャル成膜する選択エピタキシャル成膜処理温度である。
【００１４】
酸化膜上に成長しない選択成長条件の分圧比は、好ましくは、Ｓｉソースガス：Ｃｌ系エッチングガス＝２０：１〜１：２である。
【００１５】
また、その分圧比に応じてＳｉ基板上への成長速度がほぼ０に近い条件の全圧は、好ましくは、１Ｅ−３（１×１０−３）Ｐａ〜１Ｅ３（１×１０３）Ｐａである。
【００１６】
Ｓｉソースガスとしては、好ましくは、モノシラン、ジクロルシラン、ジシランが用いられ、Ｃｌ系エッチングガスとしては、好ましくは、ＨＣｌまたはＣｌ２が用いられる。
【００１７】
基板の表面ではＳｉ成膜とＳｉエッチングとの競合反応を繰り返しながら、自然酸化膜の無いＳｉ表面では極めて遅い速度でエピタキシャル成膜する一方で、自然酸化膜のまわりのシリコンがエッチングされて自然酸化膜の表面ではＳｉＯの脱離反能が起こる。
【００１８】
選択成長の条件である為、ＳｉＯ上に堆積したＳｉ核はＣｌ系エッチングガスにより速やかに除去される。この為、基板表面の自然酸化膜が完全に除去されるまで、その自然酸化膜上にＳｉが膜状に堆積する事はない。
【００１９】
自然酸化膜が完全に除去された後、基板を選択エピタキシャル成膜処理温度まで加熱し、自然酸化膜除去処理条件の、少なくとも分圧のみ、または全圧、分圧比のみを変える事により、選択エピタキシャル成膜処理を行う。エピタキシャル成膜により、自然酸化膜除去処理時に生じた凹凸は均されて、平らになる。
【００２０】
自然酸化膜の除去温度と選択エピタキシャル成長温度は、好ましくは、共に７００℃以下であり、自然酸化膜の除去温度と選択エピタキシャル成長温度は同じか、自然酸化膜の除去温度の方が選択エピタキシャル成長温度よりも低い。
【００２１】
このように、自然酸化膜の除去温度は、選択エピタキシャル成長温度と同じか、それよりも低いので、サーマルバジェッドが低減され、それによって、半導体デバイスの高性能化等に寄与する。
【００２２】
また、従来より選択成長で使用していた原料ガスを使用する為、ライン追加等のコスト負担がない。
【００２３】
選択エピタキシャル成膜処理温度と同じ温度で自然酸化膜除去を行うことができるので、スループットを向上させることができる。
【００２４】
表１に、Ｓｉソースガスとしてジクロルシランを使用し、Ｃｌ系エッチングガスとしてＣｌ２を用いた場合の、具体例を示す。
【００２５】
【表１】
2007088225.tif 000002
【００２６】
また、図１に、本発明が好適に適用される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をエピタキシャル成長させ、その他のＳｉＯ２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選択成長によって形成される。
本発明は、例えば、このようなエレベイテッドソース/ドレインを形成する際に好適に使用される。
【００２７】
次に、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。
【００２８】
図２は、本発明の好ましい実施例における縦型選択エピタキシャル成長装置を説明するための概略斜視図であり、図３は、本発明の好ましい実施例における縦型選択エピタキシャル成長装置を説明するための概略構造縦断面図であり、図４は、本発明の好ましい実施例における縦型選択エピタキシャル成長装置の処理炉を説明するための概略構造縦断面図である。
【００２９】
図２に示すように、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、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、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。カセットエレベータ１１５の後側には、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、カセット棚１０９はスライドステージ１２２上に横行可能に設けられている。又、カセット棚の上方にはカセット１００の載置手段としてのバッファカセット棚１１０が設けられている。更に、バッファカセット棚１１０の後側にはクリーンユニット１１８が設けられ、クリーンエアを筐体１０１の内部を流通させるように構成されている。
【００３０】
筐体１０１の後部上方には、処理炉２０２が設けられている。この処理炉２０２内には、ウエハ２００に所定の処理を行う処理室２０１が形成されている。処理炉２０２の下側には、気密室としてのロードロック室１０２が仕切弁としてのゲートバルブ２４４により連接され、ロードロック室１０２の前面にはカセット棚１０９と対向する位置に仕切手段としてのロードロックドア１２３が設けられている。ロードロック室１０２内には、基板としてのウエハ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、処理室２０１とロードロック室１０２との間で昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ１２１が内設され、ボートエレベータ１２１には蓋体としてのシールキャップ２１９が取りつけられボート２１７を垂直に支持している。ロードロック室１０２とカセット棚１０９との間には図示しない昇降手段としての移載エレベータが設けられ、移載エレベータには搬送手段としてのウエハ移載機１１２が取りつけられている。
【００３１】
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。
【００３２】
次に、本実施例の基板処理装置である縦型選択エピタキシャル成長装置の処理炉周辺の構成を図３を参照して説明する。
【００３３】
気密室としてのロードロック室１０２の外面に下基板１４５が設けられ、下基板１４５に立設したガイドシャフト１４６の上端に上基板１４７が設けられ、下基板１４５と上基板１４７間に掛渡してボール螺子１４４が回転自在に設けられる。ボール螺子１４４は上基板１４７に設けられた昇降モータ１４８により回転される。ガイドシャフト１４６には昇降台１４９が昇降自在に嵌合し、昇降台１４９はボール螺子１４４に螺合している。
【００３４】
昇降台１４９には中空の昇降シャフト１５０が垂設され、昇降台１４９と昇降シャフト１５０の支持部は気密となっている。昇降シャフト１５０はロードロック室１０２の天板１５１を遊貫し、ロードロック室１０２の底面近くに到達する。天板１５１の貫通部は昇降シャフト１５０の昇降動に対して接触することがない様充分な余裕があり、又ロードロック室１０２と昇降台１４９間には昇降シャフト１５０の突出部を覆う伸縮性を有する壁（例えばベローズ１１９）が気密に設けられ、ベローズ１１９は昇降台１４９の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有し、ベローズ１１９の内径は昇降シャフト１５０の外形に比べ充分に大きくベローズ１１９の伸縮で接触することがない様になっている。
【００３５】
昇降シャフト１５０の下端には昇降基板１５２が水平に固着される。昇降基板１５２の下面には駆動部カバー１５３が取付けられ、駆動部収納ケース１５４が構成されている。昇降基板１５２と駆動部カバー１５３との接合部にはＯリング等のシール部材により密閉される。従って、駆動部収納ケース１５４内部はロードロック室１０２内の雰囲気と隔離される。
【００３６】
また、昇降基板１５２の下面にはボート２１７の回転機構１５６が設けられ、回転機構１５２の周辺は、冷却手段１５７により、冷却される。
【００３７】
電力供給ケーブル１５８が昇降シャフト１５０の上端から昇降シャフト１５０の中空部を通って回転機構１５６に導かれて接続されている。また、冷却手段１５７およびシールキャップ２１９には冷却水経路１５９が形成されており、冷却水経路１５９には冷却水を供給する冷却水配管１６０が接続され、冷却水配管１６０は昇降シャフト１５０の上端から昇降シャフト１５０の中空部を通っている。
【００３８】
昇降基板１５２の上面には、シールキャップ２１９が気密に設けられる。昇降モータ１４８を駆動し、ボール螺子１４４を回転することで昇降台１４９、昇降シャフト１５０を介して駆動部収納ケース１５４を上昇させる。
【００３９】
昇降台１４９の上死点近傍でシールキャップ２１９が処理炉２０２の開口部である炉口１６１を閉塞し、ウエハ処理が可能な状態とする。ウエハ処理が完了すると、昇降モータ１４８が駆動されて、ボート２１７が降下され、ウエハを外部に搬出できる状態となる。
【００４０】
次に、本実施例の基板処理装置である縦型選択エピタキシャル成長装置の処理炉の詳細を図４を参照して説明する。
【００４１】
図４に示すように、処理炉２０２は、アウタチューブ２０５よりなる反応管と、ガス排気管２３１と、ガス供給管２３２と、マニホールド２０９と、マニホールド２０９の下端部（炉口１６１）を蓋し処理室２０１を密閉するシールキャップ２１９と、シールキャップ２１９上に設けられウエハ２００を垂直方向に多段に搭載するウエハ搭載体としてのボート２１７と、ボート２１７を回転する回転機構１５６と、図示しないヒータ素線と断熱部材を有しウエハ２００を加熱するヒータ２０７等を備えている。
アウタチューブ２０５、マニホールド２０９およびシールキャップ２１９等により処理室２０１を構成している。
【００４２】
この処理炉２０２の構成において、処理ガスは、第１のガス供給源１８０、第２のガス供給源１８１および第３のガス供給源１８２から供給され、ガス流量制御手段としてのＭＦＣ（マスフローコントローラー）１８３、ＭＦＣ１８４およびＭＦＣ１８５でその流量がそれぞれ制御された後、バルブ１７７、１７８、１７９をそれぞれ介して一本のガス供給管２３２より処理室２０１の上部から導入される。なお、ガス供給管２３２は、マニホールド２０９を貫通し、アウタチューブ２０５内を処理室２０１の上部まで延在して設けられている。ガス供給管２３２にはバルブ１７６が設けられている。
【００４３】
マニホールド２０９には、ガス排気管２３１が連通して設けられている。ガス排気管２３１には排気バルブ１７５および排気システムとしての真空ポンプ２４６が下流側に向かってこの順序で設けられている。処理室２０１内の雰囲気はガス排気管２３１に接続された真空ポンプ２４６により、処理室２０１から排気される。
【００４４】
なお、ヒータ２０７、回転機構１５６、ＭＦＣ１８３、１８４、１８５、バルブ１７５、１７６、１７７、１７８、１７９、昇降モータ１４８、ロードロックドア１２３、ゲートバルブ２４４、真空ポンプ２４６等は制御装置１６２によって制御され、ウエハ２００を搭載したボート２１７の処理室２０１とローロック室１０２との間の昇降、ゲートバルブ２４４やロードロックドア１２３の開閉、処理炉２０２内の温度制御、処理室２０１内への処理ガスの供給、ロードロック室１０２への不活性ガスとしての窒素ガスの供給、ロードロック室１０２の排気等が制御装置１６２によって制御される。
【００４５】
次に、本実施例の基板処理装置である縦型選択エピタキシャル成長装置における半導体ウエハ２００の処理の一例として、半導体シリコンウエハにＳｉＨ２Ｃｌ２、Ｃｌ２およびＨ２を用いてエピタキシャルＳｉ膜を選択成膜する場合を説明する。
【００４６】
図示しない外部搬送装置から搬送されたカセット１００は、カセットステージ１０５に載置され、カセットステージ１０５でカセット１００の姿勢を９０°変換され、更に、カセットエレベータ１１５の昇降動作、横行動作及び、カセット移載機１１４の進退動作の協働によりカセット棚１０９又は、バッファカセット棚１１０に搬送される。
【００４７】
ウエハ移載機１１２によりカセット棚１０９からボート２１７へウエハ２００が移載される。ボート２１７へウエハ２００を移載する準備として、ボート２１７がボートエレベータ１２１により降下され、ゲートバルブ２４４により処理室２０１が閉塞され、更にロードロック室１０２の内部にパージノズル２３４から窒素ガスのパージガスが導入される。ロードロック室１０２が大気圧に復圧された後、ロードロックドア１２３が開かれる。
【００４８】
水平スライド機構１２２はカセット棚１０９を水平移動させ、移載の対象となるカセット１００をウエハ移載機１１２に対峙する様に位置決めする。ウエハ移載機１１２は昇降動作、回転動作の協働によりウエハ２００をカセット１００よりボート２１７へと移載する。ウエハ２００の移載はいくつかのカセット１００に対して行われ、ボート２１７へ所定枚数ウエハの移載が完了した後、ロードロックドア１２３が閉じられ、ロードロック室１０２が排気管２３６を介して真空引きされる。
【００４９】
真空引き完了後にガスパージノズル２３４より窒素ガスが導入され、ロードロック室１０２内部が窒素ガスにより大気圧に復圧されるとゲートバルブ２４４が開かれ、昇降モータ１４８を駆動することによりボートエレベータ１２１によりボート２１７が処理室２０１内に挿入され、シールキャップ２１９により処理炉２０２の開口部である炉口１６１を閉塞することによって処理室２０１を閉塞する。ボート２１７を処理室２０１内に挿入する際には、処理室２０１内の温度は２００℃に保たれている。ロードロック室１０２は、ウエハ２００の処理が終了して再びボート２１７がロードロック室１０２に下降してくるまでは窒素ガスによりほぼ大気圧に保たれている。
【００５０】
次に、排気バルブ１７５を開けて、処理室２０１内の雰囲気を排気し、処理室２０１の圧力を減圧する。そして、制御装置１６２によりヒータ２０７を制御し、処理室２０１内の温度、ひいてはウエハ２００の温度を７００℃に維持する。その後、回転機構１５６が駆動してボート２１７を所定の回転数で回転する。
【００５１】
第１のガス供給源１８０、第２のガス供給源１８１、第３のガス供給源１８２には、ＳｉＨ２Ｃｌ２、Ｃｌ２およびＨ２がそれぞれ封入されており、それぞれの流量はＭＦＣ１８３、ＭＦＣ１８４、ＭＦＣ１８５によってそれぞれ制御される。ガス供給管を開閉するバルブ１７７，１７８，１７８を開き、バルブ１７６を開いて、処理ガスをガス供給管２３２を通じて、処理室２０１に供給し、一方では、ガス排気管２３６によって排気することによって、処理室２０１内のジクロルシランの分圧を０．２５Ｐａ、Ｃｌ２の分圧を０．０３Ｐａ、全圧を１００Ｐａ、ウエハ２００の温度を７００℃に保って、減圧ＣＶＤ法により、ウエハ２００から自然酸化膜を除去する。
次に、処理室２０１内のジクロルシランの分圧を０．５Ｐａ、Ｃｌ２の分圧を０〜０．００５Ｐａ、全圧を１００Ｐａ、ウエハ２００の温度を７００℃に保って、減圧ＣＶＤ法により、ウエハ２００にエピタキシャルＳｉ膜を成膜する。
【００５２】
処理室２０１内でウエハ２００に所定の成膜処理がなされた後、処理室２０１内をパージガスとしての窒素ガスで置換する。すなわち、成膜後、（１）処理室２０１内をガス排気管２３１を介して減圧し、その後窒素ガス（Ｎ２）をガス供給管２３２より処理室２０１内に流して処理室２０１内をパージし、その後、（２）窒素ガスを止めて、再度処理室２０１内をガス排気管２３１を介して減圧し、その後窒素ガスをガス供給管２３２より処理室２０１内に流して処理室２０１内をパージする。この（１）、（２）の操作を４回繰り返す。その後ガス供給管２３２より窒素ガスを処理室２０１内に導入し、窒素ガスで処理室２０１内をほぼ大気圧まで戻す。なお、ロードロック室１０２は、上述のとおり、窒素ガスによりほぼ大気圧に保たれている。
【００５３】
この状態で、昇降モータ１４８を駆動することによりボートエレベータ１２１によりウウエハ２００を搭載したボート２１７が処理室２０１からロードロック室１０２内に下降し、ゲートバルブ２４４が閉じられる。
【００５４】
その後、排気管２３６を介してロードロック室１０２内を１０Ｔｏｒｒ以下まで真空引きし、その後、窒素ガスをパージノズル２３４より処理室２０１内に導入してロードロック室１０２内を大気圧まで窒素ガスで戻す。
【００５５】
その後、ロードロックドア１２３を開き、処理後のウエハ２００は上記した操作の逆の手順によりボート２１７からカセット棚１０９を経てカセットステージ１０５に移載され、図示しない外部搬送装置により搬出される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明が好ましく適用される半導体デバイスの概略縦断面図である。
【図２】本発明の好ましい実施例における縦型選択エピタキシャル成長装置を説明するための概略斜視図である。
【図３】本発明の好ましい実施例における縦型選択エピタキシャル成長装置を説明するための概略構造縦断面図である。
【図４】本発明の好ましい実施例における縦型選択エピタキシャル成長装置の処理炉を説明するための概略構造縦断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１００…カセット
１０１…筐体
１０２…ロードロック室
１０５…カセットステージ
１０９…カセット棚
１１０…バッファカセット棚
１１２…ウエハ移載機
１１４…カセット移載機
１１５…カセットエレバータ
１１６…ゲートバルブ
１１８…クリーンユニット
１１９…ベローズ
１２１…ボートエレベータ
１２２…スライドステージ
１２３…ロードロックドア
１２４…搬送制御手段
１４８…昇降モータ
１４９…昇降台
１５６…回転機構
１６１…炉口
１６２…制御装置
１７５…排気バルブ
１７６、１７７、１７８、１７９…バルブ
１８３、１８４、１８５…ＭＦＣ
１８０…第１のガス供給源
１８１…第２のガス供給源
１８２…第３のガス供給源
１９６…排気バルブ
２００…ウエハ
２０１…処理室
２０２…処理炉
２０５…アウターチューブ
２０７…ヒータ
２０９…マニホールド
２１７…ボート
２１９…シールキャップ
２３１…ガス排気管
２３２…ガス供給管
２３４…パージノズル
２４４…ゲートバルブ
２４６…排気システム
【図１】
2007088225.tif 000003
【図２】
2007088225.tif 000004
【図３】
2007088225.tif 000005
【図４】
2007088225.tif 000006