(57)【要約】【課題】本発明は、半導体製造工程において、エピタキシャル膜の高品質を維持しながら生産性を向上させ、原料ガスの利用効率を向上させることが可能な半導体製造装置および半導体製造方法を提供する。【解決手段】本発明の半導体製造装置は、ウェーハが導入され、成膜処理が行われる複数の反応室と、複数の反応室内に原料ガスをそれぞれ供給する複数の原料ガス供給ラインと原料ガス供給ラインにおける原料ガスの流量を制御する流量制御機構とを有する原料ガス供給機構と、複数の反応室内にキャリアガスをそれぞれ供給する複数のキャリアガス供給ラインを有するキャリアガス供給機構と、複数の原料ガス供給ラインの内、同時刻において少なくとも一つが開放状態となるように複数の原料ガス供給ラインをそれぞれ断続的に開閉し、原料ガスを供給する反応室を順次切り替える原料ガス切り替え機構と、を備える。【選択図】図１
2012212882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハが導入され、成膜処理が行われる複数の反応室と、
前記複数の反応室内に原料ガスをそれぞれ供給する複数の原料ガス供給ラインと、前記原料ガス供給ラインにおける前記原料ガスの流量を制御する流量制御機構と、を有する原料ガス供給機構と、
前記複数の反応室内にキャリアガスをそれぞれ供給する複数のキャリアガス供給ラインを有するキャリアガス供給機構と、
前記複数の原料ガス供給ラインの内、同時刻において少なくとも一つが開放状態となるように前記複数の原料ガス供給ラインをそれぞれ断続的に開閉し、前記原料ガスを供給する前記反応室を順次切り替える原料ガス切り替え機構と、
を備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記複数の反応室は、
内部の所定位置で前記ウェーハを保持する保持部材と、
前記保持部材で保持された前記ウェーハの上に、前記内部に供給された前記原料ガスおよび前記キャリアガスを含むプロセスガスを整流状態で供給する整流板と、
前記保持部材で保持された前記ウェーハを所定温度で加熱するヒータと、
前記ウェーハを前記保持部材と共に所定の回転速度で回転させる回転駆動制御機構と、
をそれぞれ備えることを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記原料ガス切り替え機構は、前記複数の原料ガス供給ラインの内、少なくとも２つを同時刻において開放状態として前記複数の原料ガス供給ラインをそれぞれ断続的に開閉し、前記原料ガスを供給する前記反応室を順次切り替えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記原料ガス切り替え機構は、前記ウェーハ上に形成するエピタキシャル膜の厚さに基づいて前記原料ガスの供給時間または総供給量を前記反応室ごとに制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記複数の反応室の各々にドーパントガスを供給するドーパントガス供給ラインを有するドーパントガス供給機構と、
原料ガス切り替え機構における前記原料ガスの供給先に合わせて前記ドーパントガスの供給先を切り替えるドーパントガス切り替え機構と、
を更に備えることを特徴とする請求項４記載の半導体製造装置。
【請求項６】
前記原料ガス供給ラインに接続され、前記原料ガスを前記反応室へ供給することなく排出する原料ガスベントラインと、
前記原料ガスベントラインから排出された前記原料ガスを貯溜する原料ガス貯留部と、
を更に備えることを特徴とする請求項４記載の半導体製造装置。
【請求項７】
前記キャリアガス供給機構は、前記複数のキャリアガス供給ラインを介して前記複数の反応室内にそれぞれ前記キャリアガスを同時かつ連続的に供給することを特徴とする請求項４記載の半導体製造装置。
【請求項８】
前記ドーパントガス切り替え機構は、前記ウェーハ上に形成するエピタキシャル膜に含有させるドーパントの量に基づいて前記ドーパントガスの供給時間または総供給量を前記反応室ごとに制御することを特徴とする請求項５記載の半導体製造装置。
【請求項９】
複数の反応室内にウェーハを導入し、
前記複数の反応室内の所定位置で前記ウェーハをそれぞれ保持し、
前記複数の反応室内に原料ガスをそれぞれ供給する複数の原料ガス供給ライン及びキャリアガスを供給する複数のキャリアガス供給ラインの内、少なくとも前記複数の原料ガス供給ラインから前記原料ガスをベントし、
前記複数の原料ガス供給ラインの内、同時刻において少なくとも一つが開放状態となるように前記複数の原料ガス供給ラインをそれぞれ断続的に開放し、前記原料ガスを供給する前記反応室を順次切り替え、
前記反応室内で保持された前記ウェーハの上面に、前記原料ガス及び前記キャリアガスを含むプロセスガスを整流状態で供給し、
前記ウェーハを所定温度で加熱し、
前記ウェーハを所定の回転速度で回転させることを特徴とする半導体製造方法。
【請求項１０】
前記複数の原料ガス供給ラインの内、少なくとも２つを同時刻において開放状態となるように前記複数の原料ガス供給ラインをそれぞれ断続的に開閉し、前記原料ガスを供給する前記反応室を順次切り替えることを特徴とする請求項９記載の半導体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体ウェーハ上にプロセスガスを供給して成膜を行うために用いられる半導体製造装置および半導体製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、Ｓｉのエピタキシャル成長装置において、ウェーハが導入された反応室内に、キャリアガスであるＨ２ガスと、原料ガスであるＳｉＨ２Ｃｌ２ガスやＳｉＨＣｌ３ガスなどが混合され、プロセスガスとして供給される。そして、例えばウェーハ温度を１１００℃程度とし、水素還元反応によりウェーハ上にＳｉをエピタキシャル成長させる。このようにして、良好な膜質を有するＳｉエピタキシャル膜が形成される。
【０００３】
その際、通常プロセスガスの流量を安定させるために、一定時間ベント処理が行われ、流量が安定した後、反応室内に導入される。
【０００４】
一方、特にパワー半導体などに用いられる厚膜のエピタキシャル膜を形成する際、高品質を維持しながら生産性を向上させる方法として、断続的に原料ガスを供給して成膜（パルスエピ）を行うことが提案されている（例えば特許文献１など参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１０５３２８号公報（請求項１など）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、パルスエピを行う際、原料ガス供給ラインのバルブのＯＮ／ＯＦＦを繰り返すが、流量を安定させるために、ＯＦＦ時には原料ガスはベントされている。そのため、原料ガスの利用効率が低下し、低コスト化が困難となるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題に鑑み、半導体製造工程において、エピタキシャル膜の高品質を維持しながら生産性を向上させるとともに、原料ガスの利用効率を向上させることが可能な半導体製造装置及び半導体製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様の半導体製造装置は、ウェーハが導入され、成膜処理が行われる複数の反応室；前記複数の反応室内に原料ガスをそれぞれ供給する複数の原料ガス供給ラインと前記原料ガス供給ラインにおける前記原料ガスの流量を制御する流量制御機構とを有する原料ガス供給機構と、前記複数の反応室内にキャリアガスをそれぞれ供給するキャリアガス供給ラインを有するキャリアガス供給機構と、前記複数の原料ガス供給ラインの内、同時刻において少なくとも一つが開放状態となるように前記複数の原料ガス供給ラインをそれぞれ断続的に開閉し、前記原料ガスを供給する前記反応室を順次切り替える原料ガス切り替え機構と、を備える。
【０００９】
また、本発明の一態様の半導体製造方法は、複数の反応室内にウェーハを導入し、前記複数の反応内の所定位置で前記ウェーハをそれぞれ保持し、前記複数の反応室内に原料ガスをそれぞれ供給する複数の原料ガス供給ライン及びキャリアガスを供給する複数のキャリアガス供給ラインの内、少なくとも前記複数の原料ガス供給ラインから前記原料ガスをベントし、前記複数の原料ガス供給ラインの内、同時刻において少なくとも一つが開放状態となるように前記複数の原料ガス供給ラインをそれぞれ断続的に開放し、前記原料ガスを供給する前記反応室を順次切り替え、前記反応室内で保持された前記ウェーハの上面に、前記原料ガス及び前記キャリアガスを含むプロセスガスを整流状態で供給し、前記ウェーハを所定温度で加熱し、前記ウェーハを所定の回転速度で回転させる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様によれば、半導体製造工程において、エピタキシャル膜の高品質を維持しながら生産性を向上させるとともに、原料ガスの利用効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態１におけるマルチチャンバエピタキシャル成膜装置の構成を示す図。
【図２】図１に示す各反応室の構造を示す概略図。
【図３】実施形態１におけるパルスエピの制御を示すタイムチャート。
【図４】実施形態２におけるパルスエピの制御を示すタイムチャート。
【図５】実施形態２におけるパルスエピの制御を示す他のタイムチャート。
【図６】実施形態３におけるパルスエピの制御を示すタイムチャート。
【図７】実施形態３におけるパルスエピの制御を示す他のタイムチャート。
【図８】実施形態４におけるマルチチャンバエピタキシャル成膜装置の構成を示す図。
【図９】実施形態４におけるパルスエピの制御を示すタイムチャート。
【図１０】実施形態５におけるマルチチャンバエピタキシャル成膜装置の構成を示す図。
【図１１】実施形態６におけるマルチチャンバエピタキシャル成膜装置の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。  
（実施形態１）
図１は、本実施形態の半導体製造装置であるマルチチャンバエピタキシャル成膜装置の構成を示す。この例では、図１に示すように、４つの反応室Ａ−Ｄが設けられており、これらはトランスファーモジュール１２と接続されている。トランスファーモジュール１２には、ウェーハ搬送用ロボット１３が配置されている。更に、トランスファーモジュール１２には、ウェーハｗを搬入・搬出するためのＩＯモジュール１４が接続されている。
【００１３】
反応室Ａ−Ｄは、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）などの原料ガスを供給する複数の原料ガス供給ライン１５ａ−１５ｄを介して、原料ガスの流量を制御するマスフローコントローラ１６ａ及び原料ガスの供給元である原料ガス供給部１６ｂに接続されている。原料ガス供給ライン１５ａ−１５ｄには、バルブ１７ａ−１７ｄが接続されている。バルブ１７ａ−１７ｄは、各バルブのＯＮ／ＯＦＦを制御する原料ガス切り替え機構１８にそれぞれ接続されている。原料ガス供給ライン１５ａ−１５ｄ、原料ガス供給部１６ｂ、バルブ１７ａ−１７ｄ及び原料ガス切り替え機構１８によって原料ガス供給機構が構成されている。すなわち、原料ガス供給ライン１５ａ−１５ｄは、原料ガス切り替え機構１８においてバルブ１７ａ−１７ｄをそれぞれＯＮにすることで開放状態、ＯＦＦにすることで遮断状態に制御される。
【００１４】
さらに、原料ガス供給ライン１５ａ−１５ｄには、原料ガスベント用のバルブ１９ａを有するベントライン１９ｂが接続されている。尚、バルブ１９ａは、バルブ１７ａ−１７ｄと同様に、原料ガス切り替え機構１８に接続されており、ＯＮ／ＯＦＦの切り替えが制御される。
【００１５】
また、Ｈ２などのキャリアガスを供給する複数のキャリアガス供給ライン３１ａ‐３１ｄは、バルブ１７ａ‐１７ｄよりも反応室側の位置で原料ガス供給ライン１５ａ−１５ｄにそれぞれ接続されている。
【００１６】
また、反応室Ａ−Ｄは、原料ガス供給ライン１５ａ−１５ｄに接続されたキャリアガス供給ライン３１ａ‐３１ｄを介して、キャリアガスの供給元であるキャリアガス供給部２０ａにそれぞれ接続されている。
【００１７】
また、キャリアガス供給ライン３１ａ‐３１ｄには、バルブ開閉（ＯＮ／ＯＦＦ）によってキャリアガス供給を切り替えるためのバルブ３２ａ−３２ｄが設けられている。バルブ３２ａ−３２ｄは、各バルブのＯＮ／ＯＦＦを制御するキャリアガス切り替え機構３３にそれぞれ接続されている。すなわち、キャリアガス供給ライン３１ａ‐３１ｄは、キャリアガス切り替え機構３３においてバルブ３２ａ−３２ｄをそれぞれＯＮにすることで開放状態、ＯＦＦにすることで遮断状態に制御される。キャリアガス供給部２０ａ、キャリアガス供給ライン３１ａ‐３１ｄ、バルブ３２ａ−３２ｄ及びキャリアガス切り替え機構３３によってキャリアガス供給機構が構成されている。
【００１８】
さらに、キャリアガス供給ライン３１ａ‐３１ｄには、キャリアガスベント用のバルブ２０ｂを有するベントライン２０ｃが接続されている。尚、バルブ２０ｂは、バルブ３２ａ−３２ｄと同様に、キャリアガス切り替え機構３３に接続されており、ＯＮ／ＯＦＦの切り替えが制御される。
【００１９】
図２に反応室Ａ−Ｄの構造を示す。尚、反応室Ａ−Ｄは同一の構造のため、ここでは反応室Ａ−Ｄを反応室１１と総称する。図２に示すように、反応室１１では、例えばφ２００ｍｍのウェーハｗを導入し、成膜処理を行う。反応室１１の上部には、原料ガスを含むプロセスガスをウェーハｗの上方から供給するためにガス供給口２２が２箇所に設置されている。このガス供給口２２は、ウェーハｗにプロセスガスを供給するための原料ガス供給機構（図示せず）に接続されている。
【００２０】
また、図２の例では、反応室１１の底面には、ガス排出口２３ａが２箇所に配置されている。２つのガス排出口２３ａは、ガスを排出し、反応室１１内の圧力を一定（常圧）に制御するためのガス排出機構２３にそれぞれ接続されている。
【００２１】
反応室１１上部には、ガス供給口２２から供給されたプロセスガスを、ウェーハｗ上に整流状態で供給するために整流板２４が設置されている。そして、整流板２４の下方には、ウェーハｗを保持するための保持部材であるサセプタ２５が、回転部材であるリング２６上に設置されている。なお、保持部材は環状のホルダであってもよい。リング２６は、ウェーハｗを所定の回転速度で回転させる回転軸、モータ（図示せず）などから構成される回転駆動制御機構２７と接続されている。
【００２２】
リング２６内部には、ウェーハｗを加熱するために、例えばＳｉＣからなるディスク状のヒータ２８が設置されている。なお、ヒータ２８には均一に加熱するために、パターンが形成されていてもよい。ヒータ２８としては、さらにウェーハｗ周縁部を加熱するための環状のヒータを用いてもよい。また、ヒータ２８は、効率的に加熱するためのリフレクタを有していてもよい。
【００２３】
このように構成されるマルチチャンバエピタキシャル成膜装置を用いて、例えば、φ２００ｍｍのＳｉウェーハｗ上に、Ｓｉエピタキシャル膜が形成される。
【００２４】
先ず、ＩＯモジュール１４より４枚のウェーハｗを導入し、トランスファーモジュール１２を介して、ウェーハ搬送用ロボット１３を用いて、各反応室Ａ−Ｄにそれぞれウェーハｗを搬入する。そして、各反応室Ａ−Ｄにおいて、ウェーハｗが載置されたサセプタ２５を、リング２６上に載置する。
【００２５】
次に、ウェーハｗの面内温度が均一に、例えば１１００℃となるように、ヒータ２８の温度を１５００〜１６００℃に制御する。次に、回転駆動制御機構２７により、ウェーハｗを、例えば９００ｒｐｍで回転させる。
【００２６】
次に、バルブ３２ａ-３２ｄをＯＦＦ（遮断状態）、バルブ２０ｂをＯＮ（開放状態）とし、キャリアガス供給ライン３１ａ−３１ｄ中のキャリアガスを反応室Ａ−Ｄを経ることなくベントライン２０ｃに導入する。流量が安定した後、先ずキャリアガス切り替え機構３３によって、バルブ２０ｂをＯＦＦ（遮断状態）にするとともに、バルブ３２ａ-３２ｄをＯＮ（開放状態）にする。そして、キャリアガス供給ライン３１ａ−３１ｄを介して、キャリアガス供給部２０ａから反応室Ａ−Ｄ内にＨ２などのキャリアガスをそれぞれ供給する。キャリアガスは、ガス供給口２２から反応室Ａ−Ｄ内に供給されると、整流板２４を介して整流状態でウェーハｗ上に供給される。
【００２７】
次に、各反応室Ａ−Ｄにキャリアガスを供給した状態で、マスフローコントローラ１６ａにより原料ガスを所定流量に制御し、バルブ１９ａをＯＮ（開放状態）にして、原料ガスを反応室Ａ−Ｄを経ることなくベントライン１９ｂに導入する。そして、流量が安定した後、先ず原料ガス切り替え機構１８により、バルブ１９ａをＯＦＦ（遮断状態）にするとともに、バルブ１７ａをＯＮにして、例えば７．５秒間、反応室Ａに原料ガスを導入する。このとき、原料ガスは、キャリアガスと混合され、例えばジクロロシラン濃度が２．５％となるように調製されたプロセスガスが、５０ＳＬＭ（Standard Litter per Minute）で整流板２４を介して整流状態でウェーハｗ上に供給される。
【００２８】
そして、引き続き各反応室Ａ−Ｄにキャリアガスを供給した状態で、原料ガス切り替え機構１８によりバルブ１７ａをＯＦＦ（遮断状態）にするとともに、バルブ１７ｂをＯＮにして、同様に反応室Ｂに原料ガスを導入する。このとき、反応室Ａ、Ｃ及びＤには、ガス供給口２２からキャリアガスのみが導入される。
【００２９】
同様に、バルブ１７ｂをＯＦＦするとともに、バルブ１７ｃをＯＮにすることで反応室Ｃに原料ガスを供給する。このとき、反応室Ａ、Ｂ、及びＤには、ガス供給口２２からキャリアガスのみが導入される。
【００３０】
続いて、バルブ１７ｃをＯＦＦにするとともに、バルブ１７ｄをＯＮにすることで反応室Ｄに原料ガスを供給する。このとき、反応室Ａ、Ｂ及びＣには、ガス供給口２２からキャリアガスのみが導入される。
【００３１】
このように、例えば１５秒毎に原料ガスが供給される反応室を順次切り替えて、断続的に原料ガスを含むプロセスガスを供給する。このように制御することにより、図３にタイムチャートを示すように、各反応室Ａ−Ｄにおいて、それぞれ原料ガスをＯＮで７．５秒間、ＯＦＦで２２．５秒間の周期でパルスエピが行われる。このとき、原料ガスはＯＦＦ時にベントされることなく、いずれかの反応室に供給される。
【００３２】
一方、余剰となった原料ガス、キャリアガスを含むプロセスガス、反応副生成物であるＨＣｌなどのガスは、サセプタ２５の外周より下方に排出される。さらに、これらの排出ガスは、ガス排出口２３ａを介してガス排出機構２３より排出され、反応室Ａ−Ｄ内の圧力が一定（例えば常圧）に制御される。
【００３３】
このようにして、パルスエピが行われることにより、各ウェーハｗ上にＳｉエピタキシャル膜を成長させる。そして、例えば１００μｍ以上の所望の膜厚のＳｉエピタキシャル膜が形成された後、各ウェーハｗが反応室Ａ−Ｄより、ウェーハ搬送用ロボット１３を用いて、トランスファーモジュール１２を介して、ＩＯモジュール１４より搬出される。
【００３４】
本実施形態によれば、マルチチャンバを用いてパルスエピを行うことにより、原料ガスはＯＦＦ時にベントされることなく、いずれかの反応室に供給される。このため、原料ガスの利用効率を向上させることができる。そして、上述したようなパルスエピにより、例えば
ＳｉＨＣｌ３＋Ｈ２→Ｓｉ＋３ＨＣｌ↑
で示される成膜反応によって生成される反応生成物であるＨＣｌをウェーハｗ上から排出させながら成膜を行うことができる。そのため、良好な膜質を維持しながらＨＣｌ濃度の上昇による成膜反応の左側へのシフト、すなわち成膜速度の低下を抑えることが可能となる。また、原料ガスおよびキャリアガスを反応室Ａ−Ｄにそれぞれ供給する前に、各ラインからのベント処理を行って流量を安定化させているため、ベント処理以降における各反応室Ａ−Ｄへのガスの供給量の制御をより精密に行うことが可能となっている。
【００３５】
（実施形態２）
本実施形態において、マルチチャンバエピタキシャル成膜装置の構成は実施形態１と同様である。しかし、実施形態１とは、原料ガスを複数の反応室に供給する点において異なっている。
【００３６】
図４は、本実施形態のマルチチャンバエピタキシャル成膜装置におけるパルスエピの制御を示すタイムチャートである。図４に示すように、原料ガス切り替え機構１８によりバルブ１７ａ、１７ｂをＯＮにして、例えば５秒間、反応室Ａ、Ｂに原料ガスを含むプロセスガスを供給するとともに、バルブ１７ｃ、１７ｄをＯＦＦにして、反応室Ｃ、Ｄにキャリアガスのみを供給する。
【００３７】
次いで、バルブ１７ｃ、１７ｄをＯＮにして、例えば１０秒間、反応室Ｃ、Ｄに原料ガスを含むプロセスガスを供給するとともに、バルブ１７ａ、１７ｂをＯＦＦにして、反応室Ａ、Ｂにキャリアガスのみを供給する。
【００３８】
このように、例えば１０秒毎に原料ガスがＯＦＦにされる反応室を順次切り替えて、断続的に原料ガスを含むプロセスガスを供給する。このように制御することより、反応室Ａ−Ｄの各々において、原料ガスがＯＦＦ時にベントされることなく、それぞれ原料ガスをＯＮで１０秒間、ＯＦＦで１０秒間の周期でパルスエピが行われる。
【００３９】
なお、例えば同様に、図５にタイムチャートを示すように、バルブ１７ａ−１７ｃをＯＮとしてバルブ１７ｄをＯＦＦとした後、バルブ１７ｂ−１７ｄをＯＮとしてバルブ１７ａをＯＦＦ、バルブ１７ｃ−１７ａをＯＮとしてバルブ１７ｂをＯＦＦ、バルブ１７ｄ−１７ｂをＯＮとしてバルブ１７ｃをＯＦＦと、順次切り替えることにより、ＯＮ／ＯＦＦ時間の比を変動させることも可能である。
【００４０】
本実施形態によれば、実施形態１と同様に、マルチチャンバを用いてパルスエピを行うことにより、原料ガスの利用効率を向上させることができる。そして、パルスエピにより、良好な膜質を維持しながら成膜速度の低下を抑えることが可能となる。
【００４１】
（実施形態３）
本実施形態において、マルチチャンバエピタキシャル成膜装置の構成は実施形態１と同様である。しかし、実施形態１とは、反応室により原料ガスの供給時間が異なるように制御する点において異なっている。
【００４２】
図６は、本実施形態のマルチチャンバエピタキシャル成膜装置におけるパルスエピの制御を示すタイムチャートである。図６に示すように、原料ガス切り替え機構１８によりバルブ１７ａ、１７ｂをＯＮにして、例えば１０秒間、反応室Ａ、Ｂに原料ガスを含むプロセスガスを供給するとともに、バルブ１７ｃ、１７ｄをＯＦＦにして、反応室Ｃ、Ｄにキャリアガスのみを供給する。
【００４３】
次いで、バルブ１７ｃ、１７ｄをＯＮにして、例えば５秒間、反応室Ｃ、Ｄに原料ガスを含むプロセスガスを供給するとともに、バルブ１７ａ、１７ｂをＯＦＦにして、反応室Ａ、Ｂにキャリアガスのみを供給する。
【００４４】
このようにして、反応室Ａ、Ｂには原料ガスをＯＮで１０秒間、ＯＦＦで５秒間の周期で、反応室Ｃ、Ｄには原料ガスをＯＮで５秒間、ＯＦＦで１０秒間の周期でパルスエピが行われる。
【００４５】
本実施形態によれば、実施形態１と同様に、マルチチャンバを用いてパルスエピを行うことにより、原料ガスの利用効率を向上させることができる。そして、パルスエピにより、良好な膜質を維持しながら成膜速度の低下を抑えることが可能となる。さらに、原料ガスが供給される時間を、同時に処理されるウェーハ間で変動させることができるため、同時に異なる膜厚のエピタキシャル膜を形成することが可能となる。
【００４６】
なお、同様に、例えば図７にタイムチャートを示すように、５秒毎にバルブを切り替え、バルブ１７ａ、１７ｃをＯＮとしてバルブ１７ｂ、１７ｄをＯＦＦとした後、バルブ１７ａ、１７ｄをＯＮとしてバルブ１７ｂ、１７ｃをＯＦＦとする。続いて、バルブ１７ｂ、１７ｃをＯＮとしてバルブ１７ａ、１７ｄをＯＦＦとする。更に、バルブ１７ｂ、１７ｄをＯＮとしてバルブ１７ａ、１７ｃをＯＦＦとし、順次切り替える。このようにして、反応室Ａには原料ガスをＯＮで１０秒間、ＯＦＦで１０秒間の周期で、反応室Ｂには、原料ガスをＯＮで１０秒間、ＯＦＦで１０秒間の周期で、反応室Ｃ、Ｄには原料ガスをＯＮで５秒間、ＯＦＦで５秒間の周期でパルスエピが行われるため、ＯＮ／ＯＦＦ時間の比を同時に処理されるウェーハ間で変動させることができる。
【００４７】
このようにして、原料ガスが供給されるＯＮ時間を変動させることにより、原料ガスの総供給量を変動させることができる。このため、同時に膜厚を３段階に変動させたエピタキシャル膜を形成することが可能である。また、同様にして、同時に処理されるウェーハ上に形成されるエピタキシャル膜の膜厚を、４段階以上として、全て異なる膜厚とすることも可能である。
【００４８】
（実施形態４）
本実施形態において、マルチチャンバエピタキシャル成膜装置の構成は実施形態１と同様である。しかし、実施形態１とは、原料ガスとしてＳｉ原料ガスとドーパントガスを用い、ドーパントガスの供給時間が異なるように制御する点において異なっている。
【００４９】
図８に本実施形態の半導体製造装置であるマルチチャンバエピタキシャル成膜装置のガス供給ラインの構成を示す。なお、ガス供給ライン以外の構成については、図１と同様である。
【００５０】
各反応室Ａ−Ｄは、実施形態１と同様に、それぞれＳｉ原料ガスを供給するＳｉ原料ガス供給ライン３５ａ−３５ｄを介して、Ｓｉ原料ガスの流量を制御するマスフローコントローラ３６ａ及びＳｉ原料ガス供給部３６ｂと接続されている。Ｓｉ原料ガス供給ライン３５ａ−３５ｄには、バルブ３７ａ−３７ｄが接続されるとともに、これらバルブ３７ａ−３７ｄは、これらのＯＮ／ＯＦＦを制御する原料ガス切り替え機構３８と接続され、Ｓｉ原料ガス供給機構が構成されている。
【００５１】
さらに、Ｓｉ原料ガス供給ライン３５ａ−３５ｄは、実施形態１と同様に、原料ガス切り替え機構３８と接続されたバルブ３９ａを有するベントライン３９ｂと接続されている。
【００５２】
また、反応室Ａ−Ｄは、実施形態１と同様に、Ｓｉ原料ガス供給ライン３５ａ−３５ｄに接続されたキャリアガス供給ライン４１ａ‐４１ｄを介して、キャリアガスの供給元であるキャリアガス供給部４０ａにそれぞれ接続されている。
【００５３】
また、キャリアガス供給ライン４１ａ‐４１ｄには、バルブ開閉（ＯＮ／ＯＦＦ）によってキャリアガス供給を切り替えるためのバルブ４２ａ−４２ｄが設けられている。バルブ４２ａ−４２ｄは、各バルブのＯＮ／ＯＦＦを制御するキャリアガス切り替え機構４３にそれぞれ接続されている。キャリアガス供給部４０ａ、キャリアガス供給ライン４１ａ‐４１ｄ、バルブ４２ａ−４２ｄ及びキャリアガス切り替え機構４３によってキャリアガス供給機構が構成されている。
【００５４】
さらに、キャリアガス供給ライン４１ａ‐４１ｄには、キャリアガスベント用のバルブ４０ｂを有するベントライン４０ｃが接続されている。尚、バルブ４０ｂは、バルブ４２ａ−４２ｄと同様に、キャリアガス切り替え機構４３に接続されており、ＯＮ／ＯＦＦの切り替えが制御される。
【００５５】
そして、Ｓｉ原料ガス供給ライン３５ａ−３５ｄは、さらに、ＰＨ３、Ｂ２Ｈ６などのドーパントガスの流量を制御するマスフローコントローラ４６ａ及びドーパントガス供給部４６ｂと接続されている。ドーパントガス供給ライン４５ａ−４５ｄには、バルブ４７ａ−４７ｄが接続されている。そして、これらバルブ４７ａ−４７ｄは、これらのＯＮ／ＯＦＦを制御する原料ガス切り替え機構３８と接続され、ドーパントガス供給機構が構成されている。
【００５６】
このように構成されるマルチチャンバエピタキシャル成膜装置を用いて、例えば、φ２００ｍｍのＳｉウェーハｗ上に、Ｐ、Ｂなどのドーパントを含有するＳｉエピタキシャル膜が形成される。
【００５７】
先ず、実施形態１と同様に、ＩＯモジュール１４より４枚のウェーハｗを導入し、トランスファーモジュール１２を介して、ウェーハ搬送用ロボット１３を用いて、各反応室Ａ−Ｄにそれぞれウェーハｗを搬入する。そして、実施形態１と同様に、ウェーハｗの面内温度を制御して回転させる。
【００５８】
次に、実施形態１と同様に、Ｈ２などのキャリアガスを、各反応室Ａ−Ｄ内のウェーハｗ上に整流状態で供給する。
【００５９】
次に、各反応室Ａ−Ｄにキャリアガスを供給した状態で、マスフローコントローラ３６ａによりＳｉ原料ガスを所定流量に制御する。同時にマスフローコントローラ４６ａによりドーパントガスを所定流量に制御し、バルブ３９ａをＯＮにして、ベントライン３９ｂに導入する。
【００６０】
そして、Ｓｉ原料ガス及びドーパントガスの流量が安定した後、先ず原料ガス切り替え機構３８により、バルブ３９ａをＯＦＦにするとともに、反応室側のバルブ３７ａ‐３７ｄを順次ＯＮに切り替え、さらに必要に応じてバルブ４７ａ‐４７ｄも順次ＯＮに切り替える。これにより、キャリアガスと、又はさらにドーパントガスと混合されて調製されたプロセスガスが、５０ＳＬＭで整流板２４を介して整流状態でウェーハｗ上に供給される。
【００６１】
図９は、本実施形態のマルチチャンバエピタキシャル成膜装置におけるパルスエピの制御を示すタイムチャートである。図９に示すように、先ず、原料ガス切り替え機構３８により、バルブ３７ａ、３７ｂをＯＮにし、同時にバルブ４７ａをＯＮにして、バルブ３７ｃ、３７ｄ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄをＯＦＦにして、例えば７．５秒間、反応室ＡにＳｉ原料ガスとドーパントガスを、反応室ＢにＳｉ原料ガスをそれぞれ導入する。
【００６２】
次に、バルブ３７ｃ、３７ｄ、バルブ４７ｃをＯＮにして、バルブ３７ａ、３７ｂ、バルブ４７ａ、４７ｂ、４７ｄをＯＦＦにして、さらに７．５秒間、反応室ＣにＳｉ原料ガスとドーパントガスを、反応室ＤにＳｉ原料ガスを導入する。
【００６３】
このように、例えば７．５秒毎に原料ガスが供給される反応室を順次切り替えるとともに、ドーパントガスが供給される反応室を順次切り替えて、断続的にＳｉ原料ガス、又はさらにドーパントガスを加えたガスを含むプロセスガスを供給してパルスエピが行われる。
【００６４】
このようにして、パルスエピが行われることにより、同じ膜厚でありながら、反応室Ａ、Ｃにおいては、ドーパントを含むＳｉエピタキシャル膜が、反応室Ｂ、Ｄにおいては、ドーパントを含まないＳｉエピタキシャル膜が形成される。
【００６５】
本実施形態によれば、実施形態１と同様に、マルチチャンバを用いてパルスエピを行うことにより、原料ガスの利用効率を向上させることができる。そして、パルスエピにより、良好な膜質を維持しながら成膜速度の低下を抑えることが可能となる。さらに、ドーパントガスが供給される反応室を選択することができるため、同時にドーパント有、無のエピタキシャル膜を形成することが可能となる。
【００６６】
なお、本実施形態において、実施形態３と同様に、反応室間でドーパントガスの供給時間および総供給量を変えて、ドーパント量を変動させることも可能である。また、さらに、併せて膜厚を変動させることも可能である。
【００６７】
（実施形態５）
図１０は、本実施形態の半導体製造装置であるマルチチャンバエピタキシャル成膜装置の構成を示している。図１０に示すように、本実施形態においては、図１に示す構成に加えて、原料ガス貯留部５１とキャリアガス貯留部５２を備える点で実施形態１と異なっている。原料ガス貯留部５１は、原料ガス供給ライン１５ａ〜１５ｄの各々からベントされた原料ガスを原料ガスベントライン１９ｂを介して貯留し、貯留した原料ガスは原料ガス供給部１６ｂに供給することで原料ガスの循環経路を形成する。
【００６８】
同様に、キャリアガス貯留部５２は、キャリアガス供給ライン３１ａ−３１ｄの各々からベントされたキャリアガスをキャリアガスベントライン２０ｃを介して貯留し、貯留したキャリアガスをキャリアガス供給部２０ａに供給することでキャリアガスの循環経路を形成する。
【００６９】
このような構成により、原料ガスまたはキャリアガスを一定量溜めた後、圧力を上げて供給することにより、再利用することが可能となり、原料ガス及びキャリアガスの利用効率をそれぞれ上げることができる。（実施形態６）
図１１は、本実施形態のマルチチャンバエピタキシャル成膜装置の構成を示す図である。図１１に示すように、本実施形態の装置の構成は、図１に示した装置の構成と比較すると、キャリアガスの供給先を切り替えるためのキャリアガス切り替え機構３３及び切り替え用のバルブ３２ａ−３２ｄ、キャリアガス供給ライン３１ａ−３１ｄから分岐するキャリアガスのベントライン２０ｃ及びベント用のバルブ２０ｂが除かれている。
【００７０】
すなわち、本実施形態においては、キャリアガス供給ライン３１ａ−３１ｄを介してキャリアガス供給部２０ａから反応室Ａ−Ｄへキャリアガスをそれぞれ常時供給する。この場合、反応室Ａ−Ｄ内における圧力の調整は、ガス排出機構２３の稼働によってソースガス及びキャリアガスを含むプロセスガスやＨＣＬなどの副生成物を排出することで行える。
【００７１】
また、Ｈ２などを成分とするキャリアガスは、Ｓｉを含むソースガスと比較すると原料のコストが一般に低いため、反応室内に常時供給した場合におけるコスト面でのデメリットよりも、エピタキシャル成膜工程においてウェーハ上に生成されるＨＣＬをキャリアガスの供給によって反応室外に排出し、例えば下記の反応式で示される成膜反応の平衡を右方向に促進できるメリットの方が大きい。
【００７２】
ＳｉＨＣｌ３＋Ｈ２→Ｓｉ＋３ＨＣｌ↑
更に、キャリアガス用のベントライン２０ｃなどを除く構成とすることで、実施形態１と比較してマルチチャンバエピタキシャル成膜装置の構成が単純化され、装置の製造コストを抑えることができるという効果も奏する。
【００７３】
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものである。したがって、発明の範囲は実施形態に限定されず、その他要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。例えば、ある実施形態と他の実施形態の構成を適宜組み合わせてもよい。
【００７４】
また、上述した実施形態においては、４つの反応室が設けられているが、反応室は複数であればよく、２つ、３つ、または５以上であっても適用することが可能である。
【００７５】
これら実施形態によれば、半導体ウェーハにエピタキシャル膜などの高品質の膜を形成する半導体製造装置において、エピタキシャル膜の高品質を維持しながら生産性を向上させるとともに、原料ガスの利用効率を向上させることが可能となる。そして、半導体ウェーハや、素子形成工程及び素子分離工程を経て形成される半導体装置において、高品質化、高生産性、低コスト化を図ることが可能となる。
【００７６】
特に、Ｎ型ベース領域、Ｐ型ベース領域や、絶縁分離領域などに、４０μｍ以上の厚膜成長が必要な、パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどのパワー半導体装置を形成するためのエピタキシャル成膜装置として、好適に用いることができる。
【００７７】
また、これら実施形態においては、Ｓｉ単結晶層（エピタキシャル膜）形成の場合を説明したが、本実施形態は、ポリＳｉ層形成時にも適用することも可能である。また、例えばＳｉＯ２膜やＳｉ３Ｎ４膜などＳｉ膜以外の成膜や、例えばＧａＡｓ層、ＧａＡｌＡｓやＩｎＧａＡｓなど化合物半導体などにおいても適用することも可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１１…反応室
１２…トランスファーモジュール
１３…ウェーハ搬送用ロボット
１４…ＩＯモジュール
１５ａ−１５ｄ…原料ガス供給ライン
１６ａ、３６ａ、４６ａ…マスフローコントローラ
１６ｂ…原料ガス供給部
１７ａ−１７ｄ、１９ａ、２０ｂ、３２ａ−３２ｄ、３７ａ−３７ｄ、３９ａ、４０ｂ、４２ａ−４２ｄ、４７ａ−４７ｄ…バルブ
１８、３８…原料ガス切り替え機構
１９ｂ、２０ｃ、３９ｂ、４０ｃ…ベントライン
２０ａ、４０ａ…キャリアガス供給部
２２…ガス供給口
２３…ガス排出機構
２３ａ…ガス排出口
２４…整流板
２５…サセプタ
２６…リング
２７…回転駆動制御機構
２８…ヒータ
３１ａ−３１ｄ、４１ａ−４１ｄ…キャリアガス供給ライン
３３、４３…キャリアガス切り替え機構
３５ａ−３５ｄ…Ｓｉ原料ガス供給ライン
３６ｂ…Ｓｉ原料ガス供給部
４１ａ−４１ｄ…キャリアガス供給ライン
４５ａ−４５ｄ…ドーパントガス供給ライン
４６ｂ…ドーパントガス供給部
５１…原料ガス貯留部
５２…キャリアガス貯留部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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