(57)【要約】【課題】ボートの基板支持部周辺の原料ガス消費面積を抑え、基板上の膜厚均一性を向上する。【解決手段】半導体装置の製造方法において、石英又は炭化シリコンを露出した基板保持体に、シリコン面及び絶縁膜面を露出した基板を搭載する基板搭載工程と、前記基板を搭載した前記基板保持体を、前記基板を処理する処理室内へ搬入する搬入工程と、前記処理室内にシリコン含有ガスとエッチングガスとを同時又は交互に供給して、前記基板保持体に搭載された前記基板のシリコン面上にシリコンエピタキシャル膜を選択的に成長させる選択成長工程と、前記選択成長工程後に、前記処理室から前記基板を搬出する搬出工程と、を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英又は炭化シリコンを露出した基板保持体に、シリコン面及び絶縁膜面を露出した基板を搭載する基板搭載工程と、
前記基板を搭載した前記基板保持体を、前記基板を処理する処理室内へ搬入する搬入工程と、
前記処理室内にシリコン含有ガスとエッチングガスとを同時又は交互に供給して、前記基板保持体に搭載された前記基板のシリコン面上にシリコンエピタキシャル膜を選択的に成長させる選択成長工程と、
前記選択成長工程後に、前記処理室から前記基板を搬出する搬出工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を含む集積回路が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）等の基板を処理する基板処理装置や半導体装置の製造方法に関し、特に、Ｓｉ（シリコン）基板表面上にＳｉ又はＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）の選択エピタキシャル成長を行う際に、複数の基板を保持したボート上にエピタキシャル成長膜が形成されることを抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
縦型減圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置を用いて、石英（ＳｉＯ２）製の反応管内に、石英製のボートに搭載された複数のＳｉ基板を配置し、反応管の外側に配置されたヒータから反応管内にヒータ光線を投射して、反応管内のＳｉ基板表面上に、Ｓｉ又はＳｉＧｅの選択エピタキシャル成長膜を形成することが行われている。
【０００３】
ＳｉやＳｉＧｅの選択成長について、図６を用いて説明する。図６は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）の構造概略図である。例えば、ＭＯＳＦＥＴ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（又はライズドソース／ドレイン）と呼ばれる技術が注目を集めている。これは、Ｓｉが露出しているソース部６１やドレイン部６２にのみＳｉ又はＳｉＧｅをエピタキシャル成長させて、エレベイテッドソース６５やエレベイテッドドレイン６６を形成し、その他のＳｉＯ２やＳｉＮ等の絶縁膜が露出している領域６３には何も成長させない技術であり、一般的には選択成長とも呼ばれている。
Ｓｉの選択成長の原料ガスとしては、ＳｉＨ４やＳｉ２Ｈ６やＳｉＨ２Ｃｌ２等のＳｉ含有ガスが用いられ、ＳｉＧｅの選択成長の場合は、さらにＧｅＨ４やＧｅＣｌ４等のＧｅ含有ガスが加えられる。原料ガスが導入されると基板表面のＳｉ上では直ちにエピタキシャル成長が開始されるのに対し、ＳｉＯ２やＳｉＮ上では潜伏期間と呼ばれる成長遅れが生じる。この潜伏期間を利用して、Ｓｉ上のみにＳｉ又はＳｉＧｅをエピタキシャル成長させるのが選択成長である。
【０００４】
上記の縦型減圧ＣＶＤ装置のようなホットウオール式ＣＶＤ装置の場合、Ｓｉ基板表面上にはエピタキシャル膜が形成される一方で、石英製の反応管の内壁やボートには、Ｐｏｌｙ（多結晶）  Ｓｉ膜やＰｏｌｙ  ＳｉＧｅ膜が形成される。
成膜初期においては、石英製の反応管はヒータから投射されるヒータ光線を透過するので、Ｓｉ基板表面での成膜速度は速いが、反応管の内壁にＰｏｌｙ  Ｓｉ膜やＰｏｌｙ  ＳｉＧｅ膜が形成されるにつれて、ヒータ光線の透過量が減り成膜速度は徐々に遅くなる。そして、反応管の内壁に形成された膜厚がある膜厚を超えてヒータ光線を完全に遮断するようになると、Ｓｉ基板表面での成膜速度が安定するようになる。
【０００５】
そこで、成膜速度を安定させる目的で、Ｓｉ基板に成膜処理を施す前に、予め反応管内壁やボートを、数百ｎｍ〜数千ｎｍ程度の厚さのＰｏｌｙ  Ｓｉ膜により被覆するプリコーティングを実施している。しかし、ボートをＰｏｌｙ  Ｓｉ膜によりプリコーティングすると、ボートのＳｉ基板支持部周辺において、ボートの表面積分、原料ガスの消費面積が増えるので、Ｓｉ基板支持部周辺のＳｉ基板の膜厚が薄くなり、Ｓｉ基板面内の膜厚均一性が悪化するという問題がある。
【０００６】
また、ボートは一般的に、鉛直方向のボート支柱に複数の基板を支持するための溝を刻設したラダータイプが多く使用されるが、プロセスによっては、ボート支柱から基板を支持する爪部を突出させたアイランドボートを使用することもあり、この場合、部材の強度を考慮し、ボート支柱を太くし、爪部の形状を大きくしなければならない。その結果、ボート支柱や爪部の原料ガス消費面積は更に増えるので、Ｓｉ基板面内の膜厚均一性は更に悪化する。このように、ボートの形状を変更することで、Ｓｉ基板上の膜厚均一性に大きな影響を与えるおそれがある。
特に、Ｓｉ及びＳｉＧｅのエピタキシャル成長の場合、ＳｉＯ２等の絶縁膜上に膜が成長しないので、Ｐｏｌｙ  Ｓｉ膜によりプリコーティングされたボート支柱や爪部の原料ガス消費面積の影響は大きく、Ｓｉ基板上の膜厚均一性に大きな影響を与える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、ボートの基板支持部周辺の原料ガス消費面積を抑え、基板上の膜厚均一性を向上することのできる基板処理技術や半導体装置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】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明においては、ボートをプリコーティングすることなく、選択成長の特徴を利用して、ボート表面にＰｏｌｙ  Ｓｉ膜やＰｏｌｙ  ＳｉＧｅ膜が形成されることを抑制するものである。
本発明に係る半導体装置の製造方法の代表的な構成は、次のとおりである。
石英又は炭化シリコンを露出した基板保持体に、シリコン面及び絶縁膜面を露出した基板を搭載する基板搭載工程と、
前記基板を搭載した前記基板保持体を、前記基板を処理する処理室内へ搬入する搬入工程と、
前記処理室内にシリコン含有ガスとエッチングガスとを同時又は交互に供給して、前記基板保持体に搭載された前記基板のシリコン面上にシリコンエピタキシャル膜を選択的に成長させる選択成長工程と、
前記選択成長工程後に、前記処理室から前記基板を搬出する搬出工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
上記の構成によれば、ボートの基板支持部周辺の原料ガス消費面積を抑え、基板上の膜厚均一性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態における処理炉の概略垂直断面図である。
【図２】本発明の実施形態の第１実施例における選択成長シーケンスである。
【図３】本発明の実施形態の第２実施例における選択成長シーケンスである。
【図４】本発明の実施形態の第３実施例における選択成長シーケンスである。
【図５】本発明の実施形態の第４実施例における選択成長シーケンスである。
【図６】ＭＯＳＦＥＴの構造概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態における基板処理装置や半導体装置の製造方法を説明する。本実施形態における基板処理装置は、一例として、半導体装置（ＩＣ：Integrated Circuit）の製造方法における処理工程を実施する半導体製造装置として構成されている。以下の説明では、基板処理装置として、ボートに搭載された複数の基板にエピタキシャル成長処理を行うバッチ式縦型半導体製造装置（以下、単に処理装置という）を適用した場合について述べる。
【００１２】
＜処理炉の構成＞
本実施形態にかかる基板処理装置１００が備える処理炉２０２及びその周辺の構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態で好適に用いられる基板処理装置の処理炉２０２及び処理炉周辺の概略構成図であり、縦断面図として示されている。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態にかかる処理炉２０２は、反応管２０３を有している。反応管２０３は、石英（ＳｉＯ２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管２０３の内側の筒中空部には、基板としてのウエハ２００を処理する処理室２０１が形成されている。処理室２０１は、基板としてのウエハ２００を、後述するボート２１７によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。
【００１４】
反応管２０３の外側には、反応管２０３と同心円状に、基板としてのウエハ２００を加熱する加熱機構としてのヒータ２０６が設けられている。ヒータ２０６は円筒形状であり、ヒータ素線とその周囲に設けられた断熱部材とにより構成され、図示しない保持体に支持されることにより垂直に据え付けられている。なお、ヒータ２０６の近傍には、処理室２０１内の温度を検出する温度検出体としての温度センサ（図示せず）が設けられている。ヒータ２０６及び温度センサには、温度制御部２３８が電気的に接続されている。温度制御部２３８は、温度センサにより検出された温度情報に基づきヒータ２０６への通電具合を調節し、処理室２０１内の温度が所望のタイミングにて所望の温度分布となるよう制御する。
【００１５】
反応管２０３の下方には、反応管２０３と同心円状に、マニホールド２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えば、ステンレス等からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。このマニホールド２０９は、反応管２０３を支持するように設けられている。なお、マニホールド２０９と反応管２０３との間には、シール部材としてのＯリングが設けられている。また、マニホールド２０９の下方には、待機室としてのロードロック室１４１が設けられている。ロードロック室１４１を構成する耐圧筐体１４０の天板１４０ｂとマニホールド２０９との間には、シール部材としてのＯリングが設けられている。このマニホールド２０９が天板１４０ｂにより支持されることにより、反応管２０３は垂直に据え付けられた状態となっている。この反応管２０３とマニホールド２０９とにより反応容器が形成される。なお、天板１４０ｂには、処理炉２０２の開口部である炉口１６１が設けられている。
【００１６】
マニホールド２０９の側壁には、処理室２０１内にシリコンを含む原料ガスを供給する原料ガス供給手段としてのガス供給管２３２が接続されている。ガス供給管２３２の下流側は処理室２０１の内壁に沿ってノズル状に鉛直方向に立ち上がり、下流側端部は処理室２０１内の上部にガス供給口を構成している。すなわち、本実施形態では、ノズル状のガス供給管を用いて、処理室２０１内の上部から原料ガスの供給を行うように構成されている。ガス供給管２３２は、上流側で２つの原料ガス供給管と１つのエッチングガス供給管に分岐している。エッチングガス供給管については後述する。２つに分岐した原料ガス供給管は、バルブ１８３ａ、１８３ｂ、及びガス流量制御装置としてのＭＦＣ１８２ａ、１８２ｂを介して、第１のガス供給源１８１ａ、第２のガス供給源１８１ｂにそれぞれ接続されている。ＭＦＣ１８２ａ、１８２ｂ及びバルブ１８３ａ、１８３ｂには、ガス流量制御部２３５が電気的に接続されている。ガス流量制御部２３５は、ガス供給管２３２から処理室２０１内に所望のタイミングで所望の流量の原料ガスを供給するように制御する。なお、本発明にかかるガス供給手段は、ガス供給管２３２が２つの原料ガス供給管に分岐する形態に限定されず、供給するガスの種別に応じて分岐していなくても、３つ以上に分岐していてもよい。
【００１７】
また、ガス供給管２３２のバルブ１８３ｂの上流側には、処理室２０１内に例えばフッ素（Ｆ）を含むエッチングガスを供給するエッチングガス供給手段としてのエッチングガス供給管２３２ｅが、合流するように接続されている。すなわち、本実施形態では、ノズル状のガス供給管を用いて、処理室２０１内の上部からエッチングガスの供給を行うように構成されている。エッチングガス供給管２３２ｅの上流側は、バルブ１８３ｃ、及びガス流量制御装置としてのＭＦＣ１８２ｃを介して、エッチングガス供給源１８１ｃに接続されている。ＭＦＣ１８２ｃ及びバルブ１８３ｃには、ガス流量制御部２３５が電気的に接続されている。ガス流量制御部２３５は、エッチングガス供給管２３２ｅから処理室２０１内に所望のタイミングで所望の流量のエッチングガスを供給するように制御する。なお、エッチングガス供給源１８１ｃには、例えばＣｌＦ３ガス又はＦ２ガス又はＨＣｌガス又はＣｌ２ガスが封入される。
【００１８】
なお、図示しないが、エッチングガス供給管２３２ｅとの合流部分よりも下流側におけるガス供給管２３２には、処理室２０１内にＮ２、Ａｒ、Ｈｅ等の不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段としての不活性ガス供給管が接続されている。ガス流量制御部２３５は、不活性ガス供給管から処理室２０１内に所望のタイミングで所望の流量の不活性ガスを供給するように制御する。
【００１９】
また、マニホールド２０９の側壁には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気手段としてのガス排気管２３１が接続されている。ガス排気管２３１の下流側には、ＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ２４２を介して、真空ポンプ等の真空排気装置２４６が接続されている。ＡＰＣバルブ２４２は、その開度により処理室２０１内の圧力を調整する圧力調整器として構成されている。なお、ＡＰＣバルブ２４２の上流側におけるガス排気管２３１内には、図示しないが、処理室２０１内の圧力を検知する圧力検知手段としての圧力センサが設けられている。なお、圧力センサは、ガス排気管２３１内に限らず、処理室２０１内に設けられていてもよい。圧力センサ及びＡＰＣバルブ２４２には、圧力制御部２３６が電気的に接続されている。圧力制御部２３６は、圧力センサにより検出された圧力に基づいてＡＰＣバルブ２４２の開度を調節し、処理室２０１内の圧力が所望のタイミングにて所望の圧力となるように制御する。
【００２０】
また、ロードロック室１４１を構成する耐圧筐体１４０の外面には、ボートエレベータ１１５が設けられている。ボートエレベータ１１５は、下基板２４５、ガイドシャフト２６４、ボール螺子２４４、上基板２４７、昇降モータ２４８、昇降台２４９、昇降シャフト２５０、昇降基板２５２、及びベローズ２６５等を備えている。下基板２４５は、ロードロック室１４１を構成する側壁の外面に水平姿勢で固定されている。下基板２４５には、昇降台２４９と嵌合するガイドシャフト２６４、及び昇降台２４９と螺合するボール螺子２４４がそれぞれ鉛直姿勢で設けられている。ガイドシャフト２６４及びボール螺子２４４の上端には、上基板２４７が水平姿勢で固定されている。ボール螺子２４４は、上基板２４７に設けられた昇降モータ２４８により回転させられるように構成されている。また、ガイドシャフト２６４は、昇降台２４９の上下動を許容しつつ水平方向の回転を抑制するように構成されている。そして、ボール螺子２４４を回転させることにより、昇降台２４９が昇降するように構成されている。
【００２１】
昇降台２４９には、中空の昇降シャフト２５０が垂直姿勢で固定されている。昇降台２４９と昇降シャフト２５０との連結部は、気密に構成されている。昇降シャフト２５０は、昇降台２４９と共に昇降するように構成されている。昇降シャフト２５０の下方側端部は、ロードロック室１４１を構成する天板１４０ｂを貫通している。天板１４０ｂに設けられる貫通穴の内径は、昇降シャフト２５０と天板１４０ｂとが接触することのない様に、昇降シャフト２５０の外径よりも大きく構成されている。ロードロック室１４１と昇降台２４９との間には、昇降シャフト２５０の周囲を覆うように、伸縮性を有する中空伸縮体としてのベローズ２６５が設けられている。昇降台２４９とベローズ２６５との連結部、及び天板１４０ｂとベローズ２６５との連結部はそれぞれ気密に構成されており、ロードロック室１４１内の気密が保持されるように構成されている。ベローズ２６５は、昇降台２４９の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有している。ベローズ２６５の内径は、昇降シャフト２５０とベローズ２６５とが接触することのない様に、昇降シャフト２５０の外径よりも充分に大きく構成されている。
【００２２】
ロードロック室１４１内に突出した昇降シャフト２５０の下端には、昇降基板２５２が水平姿勢で固定されている。昇降シャフト２５０と昇降基板２５２との連結部は、気密に構成されている。昇降基板２５２の上面には、Ｏリング等のシール部材を介してシールキャップ２１９が気密に取付けられている。シールキャップ２１９は、例えばステンレス等の金属より構成され、円盤状に形成されている。昇降モータ２４８を駆動してボール螺子２４４を回転させ、昇降台２４９、昇降シャフト２５０、昇降基板２５２、及びシールキャップ２１９を上昇させることにより、処理炉２０２内にボート２１７が搬入（ボートローディング）されると共に、処理炉２０２の開口部である炉口１６１がシールキャップ２１９により閉塞されるよう構成されている。また、昇降モータ２４８を駆動してボール螺子２４４を回転させ、昇降台２４９、昇降シャフト２５０、昇降基板２５２、及びシールキャップ２１９を下降させることにより、処理室２０１内からボート２１７が搬出（ボートアンローディング）されるよう構成されている。昇降モータ２４８には、駆動制御部２３７が電気的に接続されている。駆動制御部２３７は、ボートエレベータ１１５が所望のタイミングにて所望の動作をするよう制御する。
【００２３】
昇降基板２５２の下面には、Ｏリング等のシール部材を介して駆動部カバー２５３が気密に取付けられている。昇降基板２５２と駆動部カバー２５３とにより駆動部収納ケース２５６が構成されている。駆動部収納ケース２５６の内部は、ロードロック室１４１内の雰囲気と隔離されている。駆動部収納ケース２５６の内部には、回転機構２５４が設けられている。回転機構２５４には電力供給ケーブル２５８が接続されている。電力供給ケーブル２５８は、昇降シャフト２５０の上端から昇降シャフト２５０内を通って回転機構２５４まで導かれており、回転機構２５４に電力を供給するように構成されている。回転機構２５４が備える回転軸２５５の上端部は、シールキャップ２１９を貫通して、基板保持具としてのボート２１７を下方から支持するように構成されている。回転機構２５４を作動（回転）させることにより、ボート２１７に保持された基板を処理室２０１内で回転させることが可能なように構成されている。回転機構２５４には、駆動制御部２３７が電気的に接続されている。駆動制御部２３７は、回転機構２５４が所望のタイミングにて所望の動作をするよう制御する。
【００２４】
また、駆動部収納ケース２５６の内部であって回転機構２５４の周囲には、冷却機構２５７が設けられている。冷却機構２５７及びシールキャップ２１９には冷却流路２５９が形成されている。冷却流路２５９には冷却水を供給する冷却水配管２６０が接続されている。冷却水配管２６０は、昇降シャフト２５０の上端から昇降シャフト２５０内を通って冷却流路２５９まで導かれ、冷却流路２５９にそれぞれ冷却水を供給するように構成されている。
【００２５】
基板保持具としてのボート２１７は、例えば石英（ＳｉＯ２）や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性材料から構成され、複数枚のウエハ２００を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。なお、ボート２１７の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる円板形状をした断熱部材としての断熱板２１６が、水平姿勢で多段に複数枚配置されている。断熱板２１６は、ヒータ２０６からの熱をマニホールド２０９側に伝えにくくするように機能する。
【００２６】
また、本実施形態にかかる基板処理装置１００は、制御手段としてのコントローラ２４０を有している。コントローラ２４０は、ＣＰＵ、メモリ、ＨＤＤなどの記憶装置、操作部、入出力部を備えた主制御部２３９を備えている。主制御部２３９は、上述のガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７、温度制御部２３８に電気的に接続されており、基板処理装置１００全体を制御するように構成されている。そして、コントローラ２４０は、加熱機構としてのヒータ２０６、原料ガス供給手段としてのガス供給管２３２、及びエッチングガス供給手段としてのエッチングガス供給管２３２ｅに設けられたＭＦＣや開閉バルブやＡＰＣバルブ等をそれぞれ制御するとともに、ガス供給管２３２による原料ガスの供給と、エッチングガス供給管２３２ｅによるエッチングガスの供給と、を交互あるいは同時に行うように制御するように構成されている。かかる動作については後述する。
【００２７】
＜基板処理工程＞
＜第１実施例＞
続いて、半導体装置の製造工程の一工程として、基板上にエピタキシャル膜を選択的に成長させる基板処理工程の第１実施例について、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態の第１実施例における選択成長シーケンスである。この基板処理工程は、上述した基板処理装置１００により実施される。また、以下の説明において、基板処理装置１００を構成する各部の動作は、コントローラ２４０により制御される。なお、第１のガス供給源１８１ａ及び第２のガス供給源１８１ｂには、処理ガスとして例えばＳｉＨ４ガス（又はＳｉ２Ｈ６ガス）と、Ｈ２ガスとがそれぞれ封入されている。また、エッチングガス供給源１８１ｃには、エッチングガスとして例えばＨＣｌガスが封入されている。
【００２８】
まず、ウエハ移載機構（図示せず）により、降下状態のボート２１７に複数枚の処理対象のウエハ２００を装填する（図２のステップＳ１）。ボート２１７の表面上には、ボート２１７の材料であるＳｉＯ２やＳｉＣが露出しており、背景技術で述べたようなＰｏｌｙ  Ｓｉ膜のプリコーティングは施されていない。また、ウエハ２００の表面上には、少なくともシリコン面と絶縁膜面とが露出している。すなわち、シリコンウエハとして構成されたウエハ２００の表面の少なくとも一部に、例えばＳｉＯ２あるいはＳｉＮ等からなる絶縁膜が形成されており、シリコン面及び絶縁膜面がそれぞれ露出しているように構成されている。所定枚数のウエハ２００の装填が完了したら、昇降モータ２４８を駆動して、所定枚数のウエハ２００を保持したボート２１７を処理室２０１内に搬入、つまりボートローディング（ステップＳ２）すると共に、処理炉２０２の開口部である炉口１６１をシールキャップ２１９により閉塞する。
【００２９】
次に、処理室２０１内が所望の圧力（真空度）となるように、真空排気装置２４６により処理室２０１内を真空排気する（ステップＳ３）。この際、処理室２０１内の圧力を圧力センサにより測定し、この測定した圧力に基づきＡＰＣバルブ２４２をフィードバック制御する。続いて、回転機構２５４により、ボート２１７及びウエハ２００を回転させる。
【００３０】
次に、処理室２０１内が所望の温度分布となるように、ヒータ２０６により処理室２０１内を加熱する（ステップＳ４）。この際、ウエハ２００の表面温度が４５０℃〜８００℃になるように加熱することが好ましい。具体的には、温度センサにより温度を検出し、検出した温度情報に基づきヒータ２０６への通電具合をフィードバック制御して、温度を安定させる（ステップＳ５）。
【００３１】
次に、第１のガス供給源１８１ａ、第２のガス供給源１８１ｂから処理室２０１内に原料ガス（ＳｉＨ４又はＳｉ２Ｈ６、Ｈ２）をそれぞれ供給する（原料ガス供給工程）。具体的には、各原料ガスの供給量がそれぞれ所望の流量となるようにＭＦＣ１８２ａ、１８２ｂの開度を調節しながら、バルブ１８３ａ、１８３ｂを開き、ガス供給管２３２を介して処理室２０１内の上部に各処理ガスを供給する。処理室２０１内に供給された各処理ガスは、ウエハ２００と接触した後、ガス排気管２３１から処理室２０１外へと排気される。各処理ガスがウエハ２００と接触することにより、ウエハ２００の表面上にＥｐｉ−Ｓｉ（エピタキシャルシリコン）膜が堆積、つまりデポジションされる（ステップＳ６）。
なお、原料ガスが導入されると、ウエハ２００表面の露出したシリコン上ではただちに成長が開始されるのに対し、ウエハ２００表面の絶縁膜上では潜伏期間と呼ばれる成長遅れが生じる。この潜伏期間の間、露出したシリコンを中心にＳｉ膜を成長させる。
【００３２】
上記潜伏期間を超えないように予め設定された成膜時間が経過したら、バルブ１８３ａ、１８３ｂを閉じて、第１のガス供給源１８１ａ、第２のガス供給源１８１ｂからの各原料ガスの供給を停止する。その後、処理室２０１内に不活性ガスを供給し、処理室２０１内を不活性ガスで置換する、つまり処理室２０１内をパージする（ステップＳ７）。
【００３３】
続いて、エッチングガス供給源１８１ｃから処理室２０１内にエッチングガスを供給するエッチングガス供給工程を行う（ステップＳ８）。具体的には、エッチングガスの供給量が所望の流量となるようにＭＦＣ１８２Ｃの開度を調節しながら、バルブ１８３ｃを開き、エッチングガス供給管２３２ｅ及びガス供給管２３２を介して処理室２０１内にエッチングガスを供給する。その結果、ウエハ２００表面の絶縁膜面上に堆積されてしまったＥｐｉ−Ｓｉ膜や汚染物質が除去される。絶縁膜面上に堆積されたＥｐｉ−Ｓｉ膜や汚染物質はＥｐｉ−Ｓｉ膜を成長させる核となりうるが、本工程を実施することにより絶縁膜上におけるＥｐｉ−Ｓｉ膜の成長が抑制され、露出したシリコン上への選択的な成長を促すことができる。
また、処理室２０１内に供給されたエッチングガスにより、ボート２１７の表面や反応管２０３の内壁に付着した、Ｐｏｌｙ  Ｓｉ膜形成の元になるＳｉ核が除去される。
【００３４】
予め設定された時間が経過したら、バルブ１８３ｃを閉じて、エッチングガス供給源１８１ｃからのエッチングガスの供給を停止する。その後、処理室２０１内に不活性ガスを供給し、処理室２０１内を不活性ガスで置換する、つまり処理室２０１内をパージする（ステップＳ９）。
【００３５】
上述した原料ガス供給工程とエッチングガス供給工程とを含むステップＳ６〜Ｓ９の工程を１サイクルとして、このサイクルを所定回数繰り返すことにより、所望の厚さのＥｐｉ−Ｓｉ膜を成長させることが出来る。所望の膜厚のＥｐｉ−Ｓｉ膜が成長したら繰り返しを停止して、図示しない不活性ガス供給管から処理室２０１内に不活性ガスを供給し、処理室２０１内の雰囲気を不活性ガスで置換すると共に、処理室２０１内の圧力を常圧に復帰させて、Ｅｐｉ−Ｓｉ成膜工程を完了する（ステップＳ１０）。
【００３６】
その後、昇降モータ２４８を作動させてシールキャップ２１９を下降させ、処理炉２０２の開口部である炉口１６１を開口させると共に、処理済のウエハ２００を保持したボート２１７を処理室２０１外へと搬出、つまりボートアンローディングする（ステップＳ１１）。それからウエハを冷却し（ステップＳ１２）、その後、ウエハ移載機構により、処理済のウエハ２００をボート２１７より取り出す、つまりウエハディスチャージを行う（ステップＳ１３）。
【００３７】
なお、ウエハ２００を処理する際の処理条件としては、例えば、Ｅｐｉ−Ｓｉ膜の成膜において、処理温度４００〜７００℃、処理圧力１〜２００Ｐａ、サイクル数１０回が例示される。
【００３８】
第１実施例によれば、ボート２１７の表面上にＰｏｌｙ  Ｓｉ膜のプリコーティングが施されていないので、潜伏期間と呼ばれる成長遅れが生じ、ボート２１７の表面にＰｏｌｙ  Ｓｉ膜化形成されることを抑制できる。したがって、ボート２１７の表面における原料ガス消費を抑えることができ、ウエハ２００の面内の膜厚均一性が向上する。また、ボート２１７の累積膜厚が増えることがないので、累積膜に起因するパーティクルの発生も抑制される。なお、仮にボート２１７の表面をＰｏｌｙ  Ｓｉ膜でプリコーティングしていた場合は、成長遅れがなくなるか又は短くなり、原料ガスを導入すると直ちにボート２１７の表面にも成膜が開始されてしまう。
また、エッチングガスが供給されるので、潜伏期間が更に長くなり、ボート２１７の表面にＰｏｌｙ  Ｓｉ膜が形成されることを更に抑制できる。
また、ボート２１７の各種形状（ラダーボート、アイランドボート、リングボート）に依存することなく、上記の効果を得ることができる。
【００３９】
＜第２実施例＞
次に、第２実施例の基板処理工程について、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態の第２実施例における選択成長シーケンスである。図３は、図２の第１実施例におけるステップＳ６〜Ｓ８の代わりに、ステップＳ３１の選択成長工程を行うものである。他は図２の第１実施例と同一の処理であるので、ステップＳ３１の選択成長工程についてのみ説明する。
【００４０】
ステップＳ３１の選択成長工程においては、第１実施例の原料ガス供給工程及びエッチングガス供給工程と同様の処理を同時に行う。すなわち、第１実施例と同様に、第１のガス供給源１８１ａ、第２のガス供給源１８１ｂから処理室２０１内に原料ガス（ＳｉＨ４又はＳｉ２Ｈ６、Ｈ２）をそれぞれ供給するとともに、エッチングガス供給源１８１ｃから処理室２０１内にエッチングガスを供給しつつ、ガス排気管２３１から排気する。
【００４１】
これにより、各処理ガスがウエハ２００と接触して、ウエハ２００の表面のシリコン上にＥｐｉ−Ｓｉ膜が堆積されるとともに、ウエハ２００の表面の絶縁膜面上に堆積されてしまったＥｐｉ−Ｓｉ膜や汚染物質が除去される。こうして、絶縁膜上におけるＥｐｉ−Ｓｉ膜の成長が抑制され、露出したシリコン上への選択的な成長を促すことができる。
また、処理室２０１内に供給されたエッチングガスにより、ボート２１７の表面や反応管２０３の内壁に付着した、Ｐｏｌｙ  Ｓｉ膜形成の元になるＳｉ核が除去される。
【００４２】
第２実施例によっても、第１実施例と同様の効果を得ることができる。
しかし、例えば図３の選択成長処理（ステップＳ３１）が１回だけ実施されるウエハ２００の表面のＳｉＯ２膜やＳｉＮ膜上においてＥｐｉ−Ｓｉ膜が形成される選択破れが生じなくても、選択成長処理を繰り返し実施されるボート２１７の表面には、選択成長処理を重ねることにより、いずれＳｉ核が形成される選択破れが生じる。Ｓｉ核が形成されると、そこを起点にして、Ｐｏｌｙ  Ｓｉ膜の成長が開始されてしまう。そこで、Ｐｏｌｙ  Ｓｉ膜が成長する前に、選択破れにより形成されるＳｉ核を除去する必要がある。このＳｉ核を除去する工程を含む基板処理工程を、第３実施例及び第４実施例として以下に説明する。
【００４３】
＜第３実施例＞
第３実施例の基板処理工程について、図４を用いて説明する。図４は、本実施形態の第３実施例における選択成長シーケンスである。図４は、図３の第２実施例におけるステップＳ３１の選択成長工程の後に、ステップＳ４１のパージ工程とステップＳ４２のエッチング工程とを行うものである。他は図３の第２実施例と同一の処理であるので、ステップＳ４１のパージ工程とステップＳ４２のエッチング工程についてのみ説明する。
【００４４】
ステップＳ４１のパージ工程においては、第２実施例のパージ工程（ステップＳ９）と同様の処理を行う。すなわち、第２実施例と同様に、選択成長工程において予め設定された時間が経過したら、原料ガスの供給を停止する。その後、処理室２０１内に不活性ガスを供給し、処理室２０１内を不活性ガスで置換する、つまり処理室２０１内をパージする。
ステップＳ４２のエッチング工程においては、第１実施例のエッチングガス供給工程（ステップＳ８）と同様の処理を行う。すなわち、第１実施例と同様に、エッチングガス供給源１８１ｃから処理室２０１内にエッチングガスを供給しつつ、ガス排気管２３１から排気する。
【００４５】
エッチング工程におけるエッチングレートは、Ｅｐｉ−Ｓｉ膜よりもＰｏｌｙ  Ｓｉ膜の方が大幅に速い。例えば、処理室２０１内の温度が５５０℃、エッチングガスであるＣｌ２ガスの分圧が１．２Ｐａ、全圧が４０Ｐａの条件の場合、Ｅｐｉ−Ｓｉ膜のエッチングレートが０．３３ｎｍ／ｍｉｎであるのに対し、Ｐｏｌｙ  Ｓｉ膜のエッチングレートは０．９２ｎｍ／ｍｉｎであった。また、ステップＳ４２のエッチング工程においては、Ｐｏｌｙ  Ｓｉ膜をエッチングするのではなく、Ｓｉ核を除去するだけなので、このエッチング工程に要する時間は、数十秒から数分で十分である。このように、Ｅｐｉ−Ｓｉ膜のエッチングレートは遅く、かつエッチング時間が短いため、Ｅｐｉ−Ｓｉ膜はほとんどエッチングされない。したがって、ステップＳ４２のエッチング工程を実施しても、ステップＳ３１の選択成長工程で形成されたＥｐｉ−Ｓｉ膜への影響は小さい。
【００４６】
第３実施例によれば、ボート２１７の表面に形成されるＳｉ核を除去することができるので、選択成長処理を繰り返し複数回実施しても、ボート２１７の表面にＰｏｌｙ  Ｓｉ膜が形成されることを抑制できる。
【００４７】
＜第４実施例＞
第４実施例の基板処理工程について、図５を用いて説明する。図５は、本実施形態の第４実施例における選択成長シーケンスである。図５は、図３の第２実施例におけるステップＳ３１の選択成長工程の前に、ステップＳ５１のエッチング工程とステップＳ５２のパージ工程とを行うものである。他は図３の第２実施例と同一の処理であるので、ステップＳ５１のエッチング工程とステップＳ５２のパージ工程についてのみ説明する。
ステップＳ５１のエッチング工程においては、第１実施例のエッチングガス供給工程（ステップＳ８）と同様の処理を行う。すなわち、第１実施例と同様に、エッチングガス供給源１８１ｃから処理室２０１内にエッチングガスを供給しつつ、ガス排気管２３１から排気する。
ステップＳ５２のパージ工程においては、第１実施例のパージ工程（ステップＳ９）と同様の処理を行う。すなわち、第１実施例と同様に、エッチング工程において予め設定された時間が経過したら、エッチングガスの供給を停止する。その後、処理室２０１内に不活性ガスを供給し、処理室２０１内を不活性ガスで置換する、つまり処理室２０１内をパージする。
【００４８】
第４実施例によっても、第３実施例と同様に、ボート２１７の表面に形成されるＳｉ核を除去することができるので、選択成長処理を繰り返し複数回実施しても、ボート２１７の表面にＰｏｌｙ  Ｓｉ膜が形成されることを抑制できる。
【００４９】
次に、本実施形態（第１実施例）によりＳｉＧｅ膜を選択成長させた場合、つまり、ボート２１７にプリコーティングしないでＳｉＧｅ膜を選択成長させた場合の実験結果と、ボート２１７にプリコーティングした状態でＳｉＧｅ膜を選択成長させた場合の実験結果について説明する。この例では、ボート２１７のウエハ支持部は、ウエハ２００の９時、１２時、３時の位置の３点である。ボート２１７にプリコーティングした場合は、９時、１２時、３時の各位置において膜厚の急激な落ち込みが見られ、面内膜厚均一性が±６．６％と悪いが、プリコーティングしなかった場合は、膜厚の急激な落ち込みが見られず、面内膜厚均一性が±１．７％と改善されていた。
また、Ｇｅ濃度に関しても同様で、プリコーティングした場合の均一性が±１．６％であるのに対し、プリコーティングしなかった場合の均一性は±１．１％と改善されていた。
【００５０】
以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
図２の第１実施例のように、原料ガスとエッチングガスを交互に供給して、デポジションとエッチングを交互に進行させる場合は、最初のステップのエッチング作用を強くするか、又は最後のステップのエッチング作用を強くするように構成してもよい。このようにすると、ボート表面に残っている膜もしくは結晶膜を確実に取り除くことができる。なお、エッチング作用を強くするには、例えば、エッチング時間を長くする、又はエッチングガスの濃度を高くする。
【００５１】
また、上記実施形態では、基板処理工程中において、成膜後（第３実施例）か又は成膜前（第４実施例）にエッチング工程を追加したが、上記第１実施例又は第２実施例の基板処理工程を実施してボートアンローディングし、ボート２１７から処理済みのウエハ２００を取り出した後、ウエハ２００を搭載していない状態の空のボート２１７をボートローディングし、上記基板処理工程と別に、エッチング工程を行うようにしてもよい。また、選択破れによるＳｉ核形成は、１回の基板処理工程により直ちに起きるわけではないので、基板処理工程を１回行う毎にエッチング工程を行うのではなく、基板処理工程を複数回行う毎にエッチング工程を行うようにしてもよい。
【００５２】
また、エピタキシャル成長を行う場合、基板表面上の自然酸化膜や有機物などの汚染物質を除去する目的で、エピタキシャル成膜を行う前に、処理室内に搬入したボート上の基板を、８００℃以上の高温で水素ベイクすることや、８００℃以下の低温であればＨＣｌやＣｌ２などのエッチング性ガスでエッチングして基板表面をプリクリーニングすることが行われる。そこで、図５の第４実施例のように、成膜前にエッチング工程を追加する場合は、本発明に係るエッチング工程をプリクリーニング目的のエッチングと兼ねることもできる。また、プリクリーニング目的以外であっても、ｉｎ−ｓｉｔｕ、つまり基板処理工程の途中でエッチング工程が入っていれば、そのエッチング工程で本発明に係るエッチング工程を兼ねることもできる。
【００５３】
本明細書の記載には、少なくとも次の構成が含まれる。
第１の構成は、
石英又は炭化シリコンを露出した基板保持体に、シリコン面及び絶縁膜面を露出した基板を搭載する基板搭載工程と、
前記基板を搭載した前記基板保持体を、前記基板を処理する処理室内へ搬入する搬入工程と、
前記処理室内にシリコン含有ガスとエッチングガスとを同時又は交互に供給して、前記基板保持体に搭載された前記基板のシリコン面上にシリコンエピタキシャル膜を選択的に成長させる選択成長工程と、
前記選択成長工程後に、前記処理室から前記基板を搬出する搬出工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
【００５４】
第２の構成は、第１の構成の半導体装置の製造方法であって、
前記選択成長工程において、前記基板保持体に付着したシリコン核を除去する半導体装置の製造方法。
【００５５】
第３の構成は、第１の構成又は第２の構成の半導体装置の製造方法であって、
前記選択成長工程の前又は後において、前記処理室内にエッチングガスを供給して、前記基板保持体に付着したシリコン核を除去するエッチング工程を備える半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００５６】
１４０…耐圧筺体、１４０ｂ…天板、１４１…ロードロック室、１６１…炉口、１８１ａ…第１のガス供給源、１８１ｂ…第２のガス供給源、１８１ｃ…エッチングガス供給源、１８２ａ，１８２ｂ，１８２ｃ…ＭＦＣ、１８３ａ，１８３ｂ，１８３ｃ…開閉バルブ、２００…ウエハ（基板）、２０１…処理室、２０２…処理炉、２０３…反応管、２０６…ヒータ（加熱部）、２０９…マニホールド、２１６…断熱板、２１７…ボート（基板保持具）、２１９…シールキャップ、２３１…ガス排気管、２３２…ガス供給管、２３２ｅ…エッチングガス供給管、２３５…ガス流量制御部、２３６…圧力制御部、２３７…駆動制御部、２３８…温度制御部、２３９…主制御部、２４０…コントローラ、２４２…ＡＰＣバルブ（圧力調節器）、２４４…ボール螺子、２４５…下基板、２４６…真空ポンプ（真空排気装置）、２４７…上基板、２４８…昇降モータ、２４９…昇降台、２５０…昇降シャフト、２５１…天板、２５２…昇降基板、２５３…駆動部カバー、２５４…回転機構、２５５…回転軸、２５６…駆動部収納ケース、２５７…冷却機構、２５８…電力供給ケーブル、２５９…冷却流路、２６０…冷却水配管、２６４…ガイドシャフト、２６５…ベローズ。
【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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