JP2010034580A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 反応容器内に処理ガスを供給すると共に処理雰囲気の温度を所定の温度に設定して基板上にシリコンゲルマニウム膜を成膜する工程(P4)と、次いで反応容器内に水素ガスを供給してシリコンゲルマニウム膜をアニールする工程(P5)と、その後、反応容器内を真空排気し続いてパージガスによりパージする工程を1回行うかまたは複数回繰り返す工程(P6)と、しかる後に基板を反応容器内から搬出する工程(P7)と、を含む。
【選択図】 図5
Description
次いで反応容器内に水素ガスを供給して前記シリコンゲルマニウム膜をアニールする工程と、
その後、反応容器内を真空排気し続いてパージガスによりパージする工程を1回行うかまたは複数回繰り返す工程と、
しかる後に基板を反応容器内から搬出する工程と、を含むことを特徴とする。
この場合、水素ガスによりシリコンゲルマニウム膜をアニールする工程は、反応容器内を降温しながら行うこと好ましい。この発明でいう真空排気とは、処理ガスを反応容器内から排気するために例えば圧力調整バルブを全開にして引き切りの状態にする場合である。シリコンゲルマニウム膜を水素ガスによりアニールする工程は、反応容器内を降温しながら行うことが好ましいが、シリコンゲルマニウム膜を成膜したときの温度で行ってもよい。
反応容器内の基板を加熱するための加熱手段と、
シラン系のガスを反応容器内に供給するための第1のガス供給部と、
ゲルマン系のガスを反応容器内に供給するための第2のガス供給部と、
水素ガスを反応容器内に供給するための第3のガス供給部と、
パージガスを反応容器内に供給するための第4のガス供給部と、
反応容器内の圧力を調整する圧力調整部と、
シラン系のガス及びゲルマン系のガスを反応容器内に供給すると共に処理雰囲気を所定の温度に加熱して基板上にシリコンゲルマニウム膜を成膜し、次いで水素ガスを反応容器内に供給し、その後反応容器内を真空排気し続いて反応容器内をパージガスによりパージする工程を1回または複数回繰り返すように、前記加熱手段、前記各ガス供給部及び圧力調整部を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
次いで反応容器内を降温しながら反応容器内に水素ガスを供給して前記アモルファスシリコン膜をアニールする工程と、
その後、反応容器内を真空排気し続いて反応容器内をパージガスによりパージする工程を1回行うかまたは複数回繰り返す工程と、
しかる後に基板を反応容器内から搬出する工程と、を含むことを特徴とする。
本発明の実施の形態について図面に基づき説明する。図1は本発明の実施の形態を示す成膜装置の略縦断面図であり、2は例えば石英により縦型の円筒状に形成された反応容器である。この反応容器2の下端は、炉口として開口され、その開口部21の周縁部にはフランジ22が一体形成されている。反応容器2の下方には、前記フランジ22の下面に当接して開口部21を気密に閉塞する例えば石英製の蓋体3が図示しないボートエレベータにより上下方向に開閉可能に設けられている。蓋体3の中央部には、回転軸31が貫通して設けられ、その上端部には、基板保持具であるウエハボート4が搭載されている。
[第2の実施の形態]
第2の実施の形態は、シリコンゲルマニウム膜を成膜した後、キャップ層を成膜することなく、基板を反応容器2から搬出する場合を対象としており、例えばシリコンゲルマニウム膜をゲート電極として用いるにあたり、当該シリコンゲルマニウム膜の表面部をニッケルなどによりシリサイド化する場合に適用できる。この実施の形態に使用する装置は、図1と同じ装置が用いられる
図5は、この実施の形態に係る工程を示す図であり、処理雰囲気の温度プロファイルと各工程と処理ガスとを対応させた図である。この工程についてもシリコンゲルマニウム膜の成膜工程(P4)までは第1の実施の形態と同様である。即ち、表面にゲート絶縁膜であるシリコン酸化膜が成膜されたウエハWをウエハボート4に載置して、反応容器2内に搬入し(P1)、反応容器2内の温度を安定化させ(P2)、シラン系のガスであるモノシランガスを供給してアモルファスシリコン膜からなるシード層を成膜し(P3)、次いでモノシランガス及びモノゲルマンガスを反応容器2内に供給してシリコンゲルマニウム膜を成膜する(P4)。
[第3の実施の形態]
この実施の形態はアモルファスシリコン膜を成膜した後、そのウエハを反応容器2から搬出する場合を対象としており、例えば容量素子としてアモルファスシリコン膜を用いる場合や、あるいはシリコンゲルマニウム膜を評価するために実験段階でアモルファスシリコン膜をシード層として形成した後、反応容器2の外にウエハを搬出する場合などに適用できる。この実施の形態に使用する装置は、図1と同じ装置が用いられるが、モノゲルマンガスの供給部は必ずしも必要ではない。
(実施例1)
既述した成膜装置を用いて,予めウエハW上のN型シリコン膜の表面に絶縁膜であるシリコン酸化膜が成膜された基板の表面に、先ずアモルファスシリコン膜からなるシード層を10nmの膜厚で成膜し、次いでアモルファスのシリコンゲルマニウム膜を50nmの膜厚で成膜した。そして昇温過程及びその後の温度安定過程(5分)においてモノシランガスを反応容器内に供給し、シリコンゲルマニウム膜の表面をシリコンからなるコーティング層でコーティングし、図3に示したように水素ガスによりアニールした後、その上にポリシリコン膜を成膜した。コーティング層の厚さは10nm以上である。
〔シリコンゲルマニウム膜のプロセス条件〕
・設定温度:490℃
・設定圧力:40Pa
・モノシランガスの設定流量:1000sccm
・モノゲルマンガスの設定流量:1000sccm
〔コーティング層のプロセス条件〕
・昇温速度:5℃/分、10℃/分、30℃/分の3通りに設定した。
・設定圧力:10Pa
・モノシランガスの設定流量:500sccm
・膜厚:10nm以上
(比較例1)
シリコンゲルマニウム膜104の上にコーティング層105を形成しない他は実施例1と同様に成膜した。
〔結果及び考察〕
図7(a)、(b)は、夫々実施例1及び比較例1における積層体の断面をTEM(透過型電子顕微鏡)により観察した結果である。実施例1においてはシリコンゲルマニウム膜104とシード層であるアモルファスシリコン膜103とシリコン酸化膜102とが互いに密着していてボイドは見られないが、比較例1においてはアモルファスシリコン膜103とシリコン酸化膜102との界面にボイド107が多数形成されている。従って昇温中にシリコンゲルマニウム膜104の表面にシリコンを堆積させる手法は、シリコンゲルマニウム膜104のマイグレーションを抑えるために有効な手法であることが分かる。
既述した成膜装置を用いてウエハ表面に次のプロセス条件でシリコンゲルマニウム膜を成膜した。
・設定温度:490℃
・設定圧力:40Pa
・モノシランガスの流量:1000sccm
・モノゲルマンガスの流量:1000sccm
・目標膜厚:50nm
次いで反応容器内の処理雰囲気の温度を490℃から400℃まで降温し、降温しているときに水素ガスを1000sccmの流量で反応容器内に供給しながら処理雰囲気の圧力を1000Paに設定した。降温速度は平均速度で10℃/分である。その後、反応容器内を真空排気する工程と窒素ガスによりパージする工程とを3回繰り返すサイクルパージを行い、次いでウエハを反応容器から搬出した。
シリコンゲルマニウム膜を成膜した後、降温せずにまた水素ガスによるアニールを行わずに成膜温度のままN2ガスでサイクルパージを行い、その後ウエハを反応容器から搬出した。
実施例2のようにして得られたシリコンゲルマニウム膜の表面と比較例2のようにして得られたシリコンゲルマニウム膜の表面とをSEM(走査型電子顕微鏡)により観察したところ、実施例2の場合は図9(a)に示すように表面が滑らかであった。これに対して比較例2の場合は図9(b)に示すように表面に粒状の突起群が見られ、表面荒れの程度が大きいことが分かった。サイクルパージを行う温度について比較例2の方が高く、そのためシリコンゲルマニウム膜のマイグレーションの程度の差が両者の間でわずかに異なるかもしれないが、観察結果からすれば、水素ガスによるアニール処理を行ったことにより、表面モホロジーが大幅に改善されたと判断され、このため水素ガスによるアニール処理が、その後の真空排気時におけるシリコンゲルマニウム膜のマイグレージョンの抑制に大きな効果があることが理解できる。
既述した成膜装置を用いてウエハ表面に次のプロセス条件でアモルファスシリコン膜を成膜し、次いで実施例2と同様の工程を行った。ただし反応容器内の温度は530℃から400℃まで降温した。
・設定温度:530℃
・設定圧力:40Pa
・モノシランガスの流量:1000sccm
・目標膜厚:5nm
(比較例3)
アモルファスシリコン膜を成膜した後、降温せずに、また水素ガスによるアニールを行わずに成膜温度のままでサイクルパージを行い、その後ウエハを反応容器から搬出した。
実施例3のようにして得られたシリコンゲルマニウム膜の表面と比較例3のようにして得られたシリコンゲルマニウム膜の表面とをSEMにより観察したところ、その差異は、実施例2及び比較例2の場合と同様であった。従って水素ガスによるアニール処理が、その後の真空排気時におけるアモルファスシリコン膜のマイグレージョンの抑制に大きな効果があることが理解できる。
20 制御部
21 開口部
22 フランジ
23 排気口
24 真空ポンプ
25 圧力調整部
3 蓋体
31 回転軸
32 モータ
4 ウエハボート
41 支柱
51 インジェクタ
52 ガス供給管
61 SiH4ガスの供給源
71 GeH4ガスの供給源
81 インジェクタ
82 ガス供給管
83 H2ガスの供給源
92 ガス供給管
93 N2ガスの供給源
Claims (5)
- 反応容器内に処理ガスを供給すると共に処理雰囲気の温度を所定の温度に設定して基板上にシリコンゲルマニウム膜を成膜する工程と、
次いで反応容器内に水素ガスを供給して前記シリコンゲルマニウム膜をアニールする工程と、
その後、反応容器内を真空排気し続いてパージガスによりパージする工程を1回行うかまたは複数回繰り返す工程と、
しかる後に基板を反応容器内から搬出する工程と、を含むことを特徴とする成膜方法。 - 水素ガスによりシリコンゲルマニウム膜をアニールする工程は、反応容器内を降温しながら行うことを特徴とする請求項1記載の成膜方法。
- 反応容器内に処理ガスを供給すると共に処理雰囲気の温度を所定の温度に設定して基板上にアモルファスシリコン膜を成膜する工程と、
次いで反応容器内を降温しながら反応容器内に水素ガスを供給して前記アモルファスシリコン膜をアニールする工程と、
その後、反応容器内を真空排気し続いて反応容器内をパージガスによりパージする工程を1回行うかまたは複数回繰り返す工程と、
しかる後に基板を反応容器内から搬出する工程と、を含むことを特徴とする成膜方法。 - 反応容器内にて基板上にシリコンゲルマニウム膜を成膜する成膜装置において、
反応容器内の基板を加熱するための加熱手段と、
シラン系のガスを反応容器内に供給するための第1のガス供給部と、
ゲルマン系のガスを反応容器内に供給するための第2のガス供給部と、
水素ガスを反応容器内に供給するための第3のガス供給部と、
パージガスを反応容器内に供給するための第4のガス供給部と、
反応容器内の圧力を調整する圧力調整部と、
シラン系のガス及びゲルマン系のガスを反応容器内に供給すると共に処理雰囲気を所定の温度に加熱して基板上にシリコンゲルマニウム膜を成膜し、次いで水素ガスを反応容器内に供給し、その後反応容器内を真空排気し続いて反応容器内をパージガスによりパージする工程を1回または複数回繰り返すように、前記加熱手段、前記各ガス供給部及び圧力調整部を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする成膜装置。 - 請求項1ないし3のいずれか一つに記載した成膜方法を実施するために用いられるプログラムを格納したことを特徴とする記憶媒体。
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