KR20090110223A - 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 선택성 및 기판 면내의 막두께 균일성을 유지하면서 충분히 두꺼운 에피택셜막을 성장시킬 수 있는 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 장치를 제공한다. 표면에 적어도 실리콘 노출면과 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막의 노출면을 구비하는 기판을 처리실 내에 반입하는 공정과, 상기 처리실 내의 상기 기판을 소정의 온도로 가열한 상태에서 상기 처리실 내에, 적어도 실리콘을 포함하는 제1 처리 가스와 에칭계의 제2 처리 가스를 함께 공급하는 제1 가스 공급 공정과, 상기 처리실 내에, 상기 제2 처리 가스보다 에칭력이 강한 에칭계의 제3 처리 가스를 공급하는 제2 가스 공급 공정을 적어도 포함하고, 상기 제1 가스 공급 공정과 상기 제2 가스 공급 공정을 적어도 1회 이상 실시하고, 상기 기판 표면의 실리콘 노출면에 선택적으로 에피택셜막을 성장시킨다.
실리콘 산화막, 에칭 가스

Description

반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 장치{METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 반도체 장치의 제조 방법 및 그 기판의 처리 장치에 관한 것으로서, 특히, MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)의 생산에 사용되는 기판의 소스(source)/드레인(drain) 상에 선택적으로 실리콘 에피택셜(epitaxial)막을 성장하는 공정을 구비하는 반도체 장치의 제조 방법 및 그 기판 처리 장치에 관한 것이다.
MOSFET의 고집적화 및 고성능화에 따라, 기판 특성의 향상과 미세화(微細化)의 양립(兩立)이 요구되고 있다. 이 양립을 실현하기 위하여, MOSFET의 소스/드레인의 과제로서, 리크(leak) 전류 저감 및 저(低)저항화 등이 요구되고 있으며, 이들의 문제를 해결하는 방법의 하나로서 소스/드레인 상에 실리콘 에피택셜막을 선택 성장시키는 방법이 있다.
종래에 수행되어 왔던 선택 에피택셜막의 성장 방법에는, 성막 가스와 에 칭(etching) 가스를 동시 공급하는 방법과, 교호(交互) 공급하는 방법의 2가지가 있다.
성막 가스와 에칭 가스를 동시 공급하는 경우에는, 선택성과 기판 면내(面內)에서의 막두께 균일성의 확보의 양립이 어렵다. 선택성을 높이면 기판의 중앙부가 두껍고 주변부가 얇게 되어 균일성이 현저하게 저하한다. 또한, 균일성을 확보하면, 선택성이 저하하여 절연막 상에도 막이 성장해 버린다고 하는 문제가 있었다. 그리고, 프로세스 파라미터가 매우 많아지기 때문에, 프로세스 제어가 어렵다는 문제나, 성막 중에 에칭 가스를 도입함으로써 성막레이트가 대폭으로 감소해 버린다는 문제가 있었다.
한편, 성막 가스와 에칭(etching) 가스를 교호로 공급하는 경우에는, 성막만을 수행하는 성막 스텝과 에칭만을 수행하는 에칭 스텝을 가지는데, 성막 스텝에서는, 실리콘 상과 절연막 상에서의 성장 개시 시간의 차(差)를 이용하여 선택 성장을 진행하기 위하여, 선택성을 확보할 수 있는 조건이 좁다는 문제가 있었다. 그리고, 에칭력이 강한 가스에 의해 절연막 상에 발생한 핵(核)을 제거할 때, 기판 상의 다결정(多結晶) 실리콘막이나 실리콘 기판 등의 막질(膜質)의 차이에 의한 에칭 의존성(依存性)으로부터 에칭량(量)이 달라져, 필요 이상으로 에칭해 버리는 부분이 발생한다는 문제가 있었다.
이 때문에, 종래의 동시 공급 프로세스 또는 교호 공급 프로세스에서는, 선택성 및 기판 면내에서의 막두께 균일성을 유지하면서 충분히 두꺼운 에피택셜막을 성장시키는 것이 어려웠다.
따라서, 본 발명의 주된 목적은, 선택성 및 기판 면내에서의 막두께 균일성을 유지하면서 충분히 두꺼운 에피택셜막을 성장시킬 수 있는 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따르면,
표면에 적어도 실리콘 노출면과 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막의 노출면을 구비한 기판을 처리실 내에 반입하는 공정과,
상기 처리실 내의 상기 기판을 소정의 온도로 가열한 상태에서 상기 처리실 내에, 적어도 실리콘을 포함한 제1 처리 가스와 에칭계의 제2 처리 가스를 함께 공급하는 제1 가스 공급 공정과,
상기 처리실 내에, 상기 제2 처리 가스보다 에칭력이 강한 에칭계의 제3 처리 가스를 공급하는 제2 가스 공급 공정
을 적어도 포함하고, 상기 제1 가스 공급 공정과 상기 제2 가스 공급 공정을 적어도 1회 이상 실시하고, 상기 기판 표면의 실리콘 노출면에 선택적으로 에피택셜막을 성장시켜서 이루어지는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
또한 본 발명에 따르면,
기판을 수용하는 처리실과,
상기 기판을 가열하는 가열 기구와,
상기 처리실 내에 소정의 막을 형성하기 위한 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기 처리실 내를 소정의 압력으로 하고 상기 처리실 내의 분위기를 배기 하는 가스 배기부와, 적어도 상기 처리실 내를 제1 압력으로 하고, 상기 처리실 내의 상기 기판을 제1 온도로 가열한 상태에서, 적어도 실리콘을 포함하는 제1 처리 가스와 에칭계의 제2 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하여, 상기 기판의 실리콘 노출면에 선택적으로 성막하고, 적어도 상기 처리실 내를 상기 제1 압력보다 고압으로 하거나, 또는 상기 처리실 내의 상기 기판을 제1 온도보다 고온으로 하거나, 또는 상기 제2 처리 가스보다 에칭력이 강한 에칭계의 제3 처리 가스를 공급하여, 상기 실리콘 산화막 또는 상기 실리콘 질화막 상의 실리콘 핵을 제거하도록 상기 가열 기구 및 상기 가스 공급부, 상기 가스 배기부를 제어하는 제어부가 구성되는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 선택성 및 기판 면내에서의 막두께 균일성을 유지하면서 충분히 두꺼운 에피택셜막을 성장시킬 수 있는 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 장치가 제공된다.
<제1 실시 형태>
본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태에 있어서, 기판 처리 장치는, 일례로서, 반도체 장치(IC 등)의 제조 방법에 있어서의 처리 공정을 실시하는 반도체 제조 장치로서 구성되어 있다. 한편, 이하의 설명에서는, 기판 처리 장치로서 기판에 산화, 확산(擴散) 처리나 CVD 처리 등을 수행하는 종형(縱型)의 장치(이하, 단순히 처리 장치라고 함)를 적용한 경우에 대하여 설명한다.
본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 바람직한 실시예를 설명한다.
본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 바람직한 실시예에서는, 표면의 적어도 일부에 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막을 가지며, 또한 실리콘 표면도 노출한 실리콘 기판을 처리실 내에 삽입하고, 처리실 내에 실란(silane)계의 가스[SiGe의 혼정막(混晶膜)을 성장하는 경우에는, 게르마늄계의 가스도 공급함]와 동시에 수소 가스 및 불소 가스, 염화수소 가스 등의 에칭 가스를 동시에 도입함으로써 실란계 또는 게르마늄계 가스가 기상(氣相) 중에 반응하는 것을 억제하면서 실리콘 표면에만 선택적으로 실리콘 에피택셜 성장을 수행하는 제1 스텝과, 제1 스텝에서 사용한 에칭 가스보다 에칭력이 강한 염소 가스 등의 에칭 가스만 도입하여 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막 상에 부착한 실리콘 원자를 제거하는 제2 스텝을 순차적으로 소정 회수 반복함으로써 선택 에피택셜 성장을 수행한다. 이와 같이 함으로써, 선택성 및 기판 면내의 막두께 균일성을 유지하면서 충분히 두꺼운 에피택셜막을 성장시킬 수 있다.
여기에서, 제1 스텝인 성막 스텝과 제2 스텝인 에칭 스텝에서는 함께 에칭 가스를 사용한다. 제1 스텝에서는 에칭력이 약한 가스, 예를 들면 염화수소와 같은 가스를 사용하는 것을 특징으로 하고 있고, 기판 상의 실리콘 표면에 선택적으로 막두께 균일성이 양호하게 성막하는 것이 가능하게 된다. 또한, 염화수소와 같은 에칭력이 약한 가스를 사용함으로써, 기판 주변부만이 극단적으로 에칭되는 것을 방지하고, 면내의 막두께 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 기판 표면의 실리콘 질화막이나 산화막, 실리콘의 다(多)결정막이나 단(單)결정막 등의 막질에 의한 에 칭력의 차이를 작게 하는 것이 가능하다.
그러나, 에칭력이 약하기 때문에 실리콘 질화막이나 실리콘 산화막 등의 절연막 상에도 실리콘막 성막의 초기 단계의 실리콘 핵이 발생해 버린다. 제2 스텝에서는, 이 절연막 상에 발생한 실리콘 핵의 제거를 소유량(小流量), 단시간(短時間)에 수행할 목적으로 에칭력이 강한 가스인 불소계 가스, 예를 들면, 불소 가스, 불화 수소 가스, 3 불화 질소 가스 등의 불소 및 불소 화합물 가스나 염소계 가스, 예를 들면, 염소 가스나, 3 불화 염소 등의 가스에 의해 실리콘의 핵을 제거하는 것이 가능하게 된다. 또한, 단시간에서의 에칭이 가능하기 때문에, 불순물 확산이나 형상 변형 등 디바이스 특성을 열화(劣化)시키는 것 같은 열(熱)에 의한 기판에의 데미지(damage)의 저감(低減), 스루풋(throughput)을 향상시키는 것 등이 가능하게 된다.
다음에, 도면을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 바람직한 처리 장치의 구성에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1에 나타나 있는 바와 같이, 실리콘 등으로 이루어지는 웨이퍼(기판, 200)를 수납한 웨이퍼 캐리어(carrier)로서의 카세트(110)가 사용되고 있는 본 발명의 처리 장치(101)는, 광체(筐體, 111)를 구비하고 있다. 광체(111)의 정면벽(111a)의 하방(下方)에는 메인터넌스(maintenance) 가능하도록 설치된 개구부로서의 정면 메인터넌스구(口)(103)가 개설(開設)되고, 이 정면 메인터넌스구(103)를 개폐하는 정면 메인터넌스도어(104)가 설치되어 있다. 메인터넌스도어(104)에는, 카세트 반입 반출구(기판 수용기 반입 반출구, 112)가 광체(111) 내외를 연통(連 通)하도록 개설되어 있고, 카세트 반입 반출구(112)는 프런트 셔터(기판 수용기 반입 반출구 개폐 기구, 113)에 의해 개폐되도록 되어 있다. 카세트 반입 반출구(112)의 광체(111) 내측에는 카세트 스테이지[기판 수용기 수도대(受渡臺), 114]가 설치되어 있다. 카세트(110)는 카세트 스테이지(114) 상에 공정 내 반송 장치(도시하지 않음)에 의해 반입되고, 또한, 카세트 스테이지(114) 상으로부터 반출되도록 되어 있다. 카세트 스테이지(114)는, 공정 내 반송 장치에 의해, 카세트(110) 내의 웨이퍼(200)가 수직 자세로 되고, 카세트(110)의 웨이퍼 출입구가 상방향(上方向)을 향하여 재치(載置)되도록 구성되어 있다.
광체(111) 내의 전후(前後) 방향의 대략 중앙 하부에는, 카세트 선반(기판 수용기 재치 선반, 105)이 설치되어 있고, 카세트 선반(105)은 복수 단(段) 복수 열(列)로 복수 개의 카세트(110)를 보관하고, 카세트(110) 내의 웨이퍼(200)를 출입하는 것이 가능하게 되도록 배치되어 있다. 카세트 선반(105)은 슬라이드 스테이지(수평 이동 기구, 106) 상에 횡행(橫行) 가능하게 설치되어 있다. 또한, 카세트 선반(105)의 상방에는 버퍼 선반(기판 수용기 보관 선반, 107)이 설치되어 있고, 카세트(110)를 보관하도록 구성되어 있다.
카세트 스테이지(114)와 카세트 선반(105) 사이에는, 카세트 반송 장치(기판 수용기 반송 장치, 118)가 설치되어 있다. 카세트 반송 장치(118)는, 카세트(110)를 보지(保持)한 채로 승강(昇降) 가능한 카세트 엘리베이터(기판 수용기 승강 기구, 118a)와 반송 기구로서의 카세트 반송 기구(기판 수용기 반송 기구, 118b)로 구성되어 있고, 카세트 엘리베이터(118a)와 카세트 반송 기구(118b)의 연속 동작에 의해, 카세트 스테이지(114), 카세트 선반(105), 버퍼 선반(107) 사이에서, 카세트(110)를 반송하도록 구성되어 있다.
카세트 선반(105)의 후방(後方)에는, 웨이퍼 이재 기구(기판 이재 기구, 125)가 설치되어 있고, 웨이퍼 이재 기구(125)는, 웨이퍼(200)를 수평 방향으로 회전 내지 직동(直動) 가능한 웨이퍼 이재 장치(기판 이재 장치, 125a) 및 웨이퍼 이재 장치(125a)를 승강시키기 위한 웨이퍼 이재 장치 엘리베이터(기판 이재 장치 승강 기구, 125b)로 구성되어 있다. 도 1에 모식적으로 나타나 있는 바와 같이, 웨이퍼 이재 장치 엘리베이터(125b)는, 광체(111) 좌측 단부(端部)에 설치되어 있다. 이들, 웨이퍼 이재 장치 엘리베이터(125b) 및 웨이퍼 이재 장치(125a)의 연속 동작에 의해, 웨이퍼 이재 장치(125a)의 트위저[tweezer, 기판 보지체(保持體), 125c]를 웨이퍼(200)의 재치부로서, 보트[기판 보지구(保持具), 217]에 대하여 웨이퍼(200)를 장전(charging) 및 탈장(discharging) 하도록 구성되어 있다.
도 1에 나타나 있는 바와 같이, 버퍼 선반(107)의 후방에는, 청정화된 분위기인 클린 에어를 공급하도록 공급 팬(fan) 및 방진(防塵) 필터로 구성된 클린 유닛(134a)이 설치되어 있고 클린 에어를 광체(111)의 내부에 유통시키도록 구성되어 있다. 또한, 웨이퍼 이재 장치 엘리베이터(125b)측과 반대측인 우측 단부에는, 클린 에어를 공급하도록 공급 팬 및 방진 필터로 구성된 도시하지 않은 클린 유닛이 설치되어 있으며, 클린 유닛으로부터 취출(吹出)된 클린 에어는, 웨이퍼 이재 장치(125a)를 유통한 후에, 도시하지 않은 배기(排氣) 장치에 흡입(吸入)되고, 광체(111)의 외부로 배기되도록 되어 있다.
웨이퍼 이재 장치(기판 이재 장치, 125a)의 후측(後側)에는, 대기압 미만의 압력[이하, 부압(負壓)이라고 함]을 유지 가능한 기밀(氣密) 성능을 갖는 광체[이하, 내압(耐壓) 광체라고 함, 140)이 설치되어 있고, 이 내압 광체(140)에 의해 보트(217)를 수용 가능한 용적을 갖는 로드록(loadlock) 방식의 대기실(待機室)인 로드록실(141)이 형성되어 있다.
내압 광체(140)의 정면벽(140a)에는 웨이퍼 반입 반출구(기판 반입 반출구, 142)가 개설되어 있고, 웨이퍼 반입 반출구(142)는 게이트 밸브(기판 반입 반출구 개폐 기구, 143)에 의해 개폐되도록 되어 있다. 내압 광체(140)의 한 쌍의 측벽에는 로드록실(141)에 질소 가스 등의 불활성 가스를 급기(給氣)하기 위한 가스 공급관(144)과, 로드록실(141)을 부압으로 배기하기 위한 도시하지 않은 배기관이 각각 접속되어 있다.
로드록실(141) 상방에는, 처리로(處理爐, 202)가 설치되어 있다. 처리로(202)의 하단부는 노구(爐口) 게이트 밸브(노구 개폐 기구, 147)에 의해 개폐되도록 구성되어 있다.
도 1에 모식적으로 나타나 있는 바와 같이, 로드록실(141)에는 보트(217)를 승강시키기 위한 보트 엘리베이터(기판 보지구 승강 기구, 115)가 설치되어 있다. 보트 엘리베이터(115)에 연결된 연결구로서의 도시하지 않은 암(arm)에는 개체(蓋體)로서의 씰 캡(seal cap, 219)이 수평으로 설치되어 있으며, 씰 캡(219)은 보트(217)를 수직으로 지지하고, 처리로(202)의 하단부를 폐색 가능하도록 구성되어 있다.
보트(217)는 복수 개의 보지 부재를 구비하고 있고, 복수 매(예를 들면, 50 매~150 매 정도)의 웨이퍼(200)를 그 중심을 맞추어 수직 방향으로 정렬시킨 상태로, 각각 수평으로 보지하도록 구성되어 있다.
다음에, 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 바람직한 실시예의 처리 장치의 동작에 대하여 설명한다.
도 1에 나타나 있는 바와 같이, 카세트(110)가 카세트 스테이지(114)에 공급되기에 앞서, 카세트 반입 반출구(112)가 프런트 셔터(113)에 의해 개방된다. 그 후, 카세트(110)는 카세트 반입 반출구(112)로부터 반입되고, 카세트 스테이지(114) 위에 웨이퍼(200)가 수직 자세로서, 카세트(110)의 웨이퍼 출입구가 상방향을 향하도록 재치된다.
다음에, 카세트(110)는, 카세트 반송 장치(118)에 의해, 카세트 스테이지(114)로부터 끌어올려짐과 함께, 카세트(110) 내의 웨이퍼(200)가 수평 자세가 되고, 카세트(110)의 웨이퍼 출입구가 광체 후방을 향하도록, 광체 후방으로 우회(右回)하여 종(縱)방향 90°회전된다. 이어서, 카세트(110)는, 카세트 반송 장치(118)에 의해, 카세트 선반(105) 내지 버퍼 선반(107)의 지정된 선반 위치로 자동적으로 반송되어 수도(受渡)되고, 일시적으로 보관된 후, 카세트 반송 장치(118)에 의해 카세트 선반(105)에 이재되거나, 또는 직접 카세트 선반(105)으로 반송된다.
슬라이드 스테이지(106)는 카세트 선반(105)을 수평 이동시키고, 이재의 대상이 되는 카세트(110)를 웨이퍼 이재 장치(125a)에 대치(對峙)하도록 위치 결정한 다.
미리 내부가 대기압 상태로 되어 있던 로드록실(141)의 웨이퍼 반입 반출구(142)가 게이트 밸브(143)의 동작에 의해 개방되면, 웨이퍼(200)는 카세트(110)로부터 웨이퍼 이재 장치(125a)의 트위저(125c)에 의해 웨이퍼 출입구를 통하여 픽업(pickup)되고, 웨이퍼 반입 반출구(142)를 통하여 로드록실(141)로 반입되고, 보트(217)에 이재되어 장전(wafer charging)된다. 보트(217)에 웨이퍼(200)를 수도한 웨이퍼 이재 장치(125a)는 카세트(110)로 되돌아가고, 다음의 웨이퍼(110)를 보트(217)에 장전한다.
미리 지정된 매수의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전되면, 웨이퍼 반입 반출구(142)가 게이트 밸브(143)에 의해 닫혀지고, 로드록실(141)은 배기관으로부터 진공 배기됨으로써, 감압(減壓)된다. 로드록실(141)이 처리로(202) 내의 압력과 동일한 압력으로 감압되면, 처리로(202)의 하단부가 노구 게이트 밸브(147)에 의해 개방된다. 이어서, 씰 캡(219)이 보트 엘리베이터(115)에 의해 상승되고, 씰 캡(219)에 지지된 보트(217)가 처리로(202) 내로 반입(로딩)되어 간다.
로딩 후에는, 처리로(202)에서 웨이퍼(200)에 임의의 처리가 실시된다. 처리 후에는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 보트(217)가 인출되고, 로드록실(140) 내부를 대기압(大氣壓)으로 복압(復壓)시킨 후에 게이트 밸브(143)가 개방된다. 그 후는, 대략 상술한 순서와 반대로, 웨이퍼(200) 및 카세트(110)는 광체(111)의 외부로 불출(拂出)된다.
다음에, 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 바람직한 실시예의 처리 장치 의 처리로(202)에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에서 적합하게 사용되는 처리 장치의 처리로(202) 및 처리로 주변의 개략 구성도이며, 종단면도로서 나타나 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 처리로(202)는 가열 기구로서의 히터(206)를 갖는다. 히터(206)는 원통 형상이며, 히터 소선(素線)과 그 주위에 설치된 단열 부재로 구성되고, 도시하지 않은 보지체에 지지됨으로써 수직으로 설치되어 있다.
히터(206)의 내측에는, 히터(206)과 동심원 형상으로 반응관으로서의 아우터 튜브(205)가 배설(配設)되어 있다. 아우터 튜브(205)는, 석영(SiO2) 또는 탄화 실리콘(SiC) 등의 내열(耐熱) 재료로 이루어지고, 상단이 폐색(閉塞)하고 하단이 개구(開口)한 원통 형상으로 형성되어 있다. 아우터 튜브(205)의 내측의 통 중공부(中空部)에는, 처리실(201)이 형성되어 있고, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세에서 수직 방향에 다단으로 정렬한 상태에서 수용 가능하게 구성되어 있다.
아우터 튜브(205)의 하방에는, 아우터 튜브(205)와 동심원 형상으로 매니폴드(209)가 배설되어 있다. 매니폴드(209)는, 예를 들면, 스테인리스 등으로 이루어지고, 상단 및 하단이 개구한 원통 형상으로 형성되어 있다. 이 매니폴드(209)는 아우터 튜브(205)를 지지하도록 설치되어 있다. 한편, 매니폴드(209)와 아우터 튜브(205) 사이에는, 씰 부재로서의 O링이 설치되어 있다. 이 매니폴드(209)가 도시하지 않은 보지체에 지지됨으로써, 아우터 튜브(205)는 수직으로 설치된 상태로 되 어 있다. 이 아우터 튜브(205)와 매니폴드(209)에 의해 반응 용기가 형성된다.
매니폴드(209)에는, 가스 배기관(231)이 설치됨과 함께, 가스 공급관(232)이 관통(貫通)하도록 설치되어 있다. 가스 공급관(232)은, 상류측에서 4 개로 나뉘어져 있고, 밸브(521, 522, 523, 524)와 가스 유량 제어 장치로서의 MFC(mass flow controller, 511, 512, 513, 514)를 개재하여 제1 가스 공급원(501), 제2 가스 공급원(502), 제3 가스 공급원(503), 제4 가스 공급원(504)에 각각 접속되어 있다. MFC(511, 512, 513, 514) 및 밸브(521, 522, 523, 524)에는, 가스 유량 제어부(235)가 전기적(電氣的)으로 접속되어 있고, 공급하는 가스 유량이 원하는 유량이 되도록 원하는 타이밍으로 제어하도록 구성되어 있다. 한편, 이들 가스 공급관(232), 밸브(521, 522, 523, 524), MFC(511, 512, 513, 514), 제1 가스 공급원(501), 제2 가스 공급원(502), 제3 가스 공급원(503), 제4 가스 공급원(504)으로써 가스 공급부(2321)가 구성되어 있다. 한편, 가스 공급부로서는 이 형태에 국한하지 않고, 예를 들면, 가스 공급관(232)을 복수 설치하도록 해도 된다. 또한, 예를 들면, 밸브(521), MFC(511), 제1 가스 공급원(501)을 다른 밸브, MFC, 가스 공급원과 독립시켜서 가스 공급관을 설치함으로써, 제1 가스 공급부로서 구성해도 된다. 또한, 밸브(522), MFC(512), 제2 가스 공급원(502)을 다른 밸브, MFC, 가스 공급원과 독립시켜서 가스 공급관을 설치함으로써, 제2 가스 공급부로서 구성해도 된다. 또한, 밸브(523), MFC(513), 제3 가스 공급원(503)을 다른 밸브, MFC, 가스 공급원과 독립시켜서 가스 공급관을 설치함으로써, 제3 가스 공급부로서 구성해도 된다. 또한, 밸브(524), MFC(514), 제4 가스 공급원(504)을 다른 밸브, MFC, 가스 공 급원과 독립시켜서 가스 공급관을 설치함으로써, 제4 가스 공급부로서 구성해도 된다.
가스 배기관(231)의 하류측에는, 도시하지 않은 압력 검출기로서의 압력 센서 및 압력 조정기로서의 APC 밸브(242)를 개재하여 진공 펌프 등의 진공 배기 장치(246)가 접속되어 있다. 압력 센서 및 APC 밸브(242)에는, 압력 제어부(236)가 전기적으로 접속되어 있고, 압력 제어부(236)는, 압력 센서에 의해 검출된 압력에 근거하여 APC 밸브(242)의 개도(開度)를 조절함으로써, 처리실(201) 내의 압력이 원하는 압력이 되도록 원하는 타이밍으로 제어하도록 구성되어 있다. 한편, 이들 가스 배기관(231), 압력 센서, APC 밸브(242), 진공 배기 장치(246)에서 처리실(201) 내를 소정의 압력으로 하고 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 가스 배기부(2311)가 구성되어 있다.
매니폴드(209)의 하방에는, 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀(氣密)하게 폐색하기 위한 노구 개체(蓋體)로서의 씰 캡(219)이 설치되어 있다. 씰 캡(219)은, 예를 들면 스테인리스 등의 금속으로 이루어지고, 원판 형상으로 형성되어 있다. 씰 캡(219)의 상면에는, 매니폴드(209)의 하단과 당접(當接)하는 씰 부재로서의 O링이 설치되어 있다. 씰 캡(219)에는, 회전 기구(254)가 설치되어 있다. 회전 기구(254)의 회전축(255)은 씰 캡(219)을 관통하여 후술하는 보트(217)에 접속되어 있고, 보트(217)를 회전시킴으로써 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성되어 있다. 씰 캡(219)은 처리로(202)의 외측에 설치된 승강 기구로서의 후술하는 승강 모터(248)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성되어 있고, 이에 의해 보트(217)를 처리 실(201)에 대하여 반입 반출하는 것이 가능하게 되어 있다. 회전 기구(254) 및 승강 모터(248)에는, 구동 제어부(237)가 전기적으로 접속되어 있고, 원하는 동작을 하도록 원하는 타이밍으로 제어하도록 구성되어 있다.
기판 보지구로서의 보트(217)는, 예를 들면 석영이나 탄화규소 등의 내열성 재료로 이루어지고, 복수 매의 웨이퍼(200)를 수평 자세이면서 서로 중심을 맞춘 상태에서 정렬시켜 다단으로 보지하도록 구성되어 있다. 한편, 보트(217)의 하부에는, 예를 들면 석영이나 탄화규소 등의 내열성 재료로 이루어지는 원판 형상을 한 단열(斷熱) 부재로서의 단열판(216)이 수평 자세에서 다단으로 복수 매 배치되어 있고, 히터(206)로부터의 열이 매니폴드(209) 측에 전달되기 어렵게 되도록 구성되어 있다.
히터(206) 근방에는, 처리실(201) 내의 온도를 검출하는 온도 검출체로서의 온도 센서(도시하지 않음)가 설치된다. 히터(206) 및 온도 센서에는, 전기적으로 온도 제어부(238)가 접속되어 있고, 온도 센서에 의해 검출된 온도 정보에 근거하여 히터(206)에의 통전(通電) 상태를 조절함으로써 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포가 되도록 원하는 타이밍으로 제어하도록 구성되어 있다.
이 처리로(202)의 구성에 있어서, 제1 처리 가스는, 제1 가스 공급원(501)으로부터 공급되고, MFC(511)에서 그 유량이 조절된 후, 밸브(521)를 개재하여, 가스 공급관(232)에 의해 처리실(201) 내에 도입된다.
제2 처리 가스는, 제2 가스 공급원(502)으로부터 공급되고, MFC(512)에서 그 유량이 조절된 후, 밸브(522)를 개재하여, 가스 공급관(232)에 의해 처리실(201) 내에 도입된다.
제3 처리 가스는, 제3 가스 공급원(503)으로부터 공급되고, MFC(513)에서 그 유량이 조절된 후, 밸브(523)를 개재하여, 가스 공급관(232)에 의해 처리실(201) 내에 도입된다.
제4 처리 가스는, 제4 가스 공급원(504)으로부터 공급되고, MFC(514)에서 그 유량이 조절된 후, 밸브(524)를 개재하여, 가스 공급관(232)에 의해 처리실(201) 내에 도입된다.
처리실(201) 내의 가스는, 가스 배기관(231)에 접속된 배기 장치로서의 진공 펌프(246)에 의해, 처리실(201)로부터 배기된다.
다음에, 본 발명의 제1 실시 형태에서 사용하는 처리 장치의 처리로 주변의 구성에 대하여 설명한다.
예비실로서의 로드록실(140)의 외면에 하기판(下基板, 245)이 설치된다. 하기판(245)에는 승강대(249)와 감합(嵌合)하는 가이드 샤프트(264) 및 승강대(249)와 나합(螺合)하는 볼 나사(244)가 설치된다. 하기판(245)에 입설(立設)한 가이드 샤프트(264) 및 볼 나사(244)의 상단에 상기판(上基板, 247)이 설치된다. 볼 나사(244)는 상기판(247)에 설치된 승강 모터(248)에 의해 회전된다. 볼 나사(244)가 회전함으로써 승강대(249)가 승강하도록 구성되어 있다.
승강대(249)에는 중공(中空)의 승강 샤프트(250)가 수설(垂設)되고, 승강대(249)와 승강 샤프트(250)의 연결부는 기밀하게 되어 있다. 승강 샤프트(250)는 승강대(249)와 함께 승강하도록 되어 있다. 승강 샤프트(250)는 로드록실(140)의 천판(天板, 251)을 유관(遊貫)한다. 승강 샤프트(250)가 관통하는 천판(251)의 관통공(貫通孔)은 승강 샤프트(250)에 대하여 접촉하는 일이 없도록 충분한 여유가 있다. 로드록실(140)과 승강대(249) 사이에는 승강 샤프트(250)의 주위를 덮도록 신축성(伸縮性)을 갖는 중공 신축체로서의 벨로우스(265)가 로드록실(140)을 기밀하게 유지하기 위하여 설치된다. 벨로우스(265)는 승강대(249)의 승강량에 대응할 수 있는 충분한 신축량을 가지며, 벨로우스(265)의 내경은 승강 샤프트(250)의 외형에 비하여 충분히 크고 벨로우스(265)의 신축으로 접촉하는 일이 없도록 구성되어 있다.
승강 샤프트(250)의 하단에는 승강 기판(252)이 수평으로 고착된다. 승강 기판(252)의 하면에는 O링 등의 씰 부재를 개재하여 구동부 커버(253)가 기밀하게 부착된다. 승강 기판(252)과 구동부 커버(253)로 구동부 수납 케이스(256)가 구성되어 있다. 이 구성에 의해, 구동부 수납 케이스(256) 내부는 로드록실(140) 내의 분위기와 격리(隔離)된다.
또한, 구동부 수납 케이스(256)의 내부에는 보트(217)의 회전 기구(254)가 설치되고, 회전 기구(254)의 주변은, 냉각 기구(257)에 의해 냉각된다.
전력 공급 케이블(258)이 승강 샤프트(250)의 상단으로부터 승강 샤프트(250)의 중공부를 지나 회전 기구(254)에 유도되고 접속되어 있다. 또한, 냉각 기구(257), 씰 캡(219)에는 냉각 유로(259)가 형성되어 있고, 냉각 유로(259)에는 냉각수를 공급하는 냉각수 배관(260)이 접속되고, 승강 샤프트(250)의 상단으로부터 승강 샤프트(250)의 중공부를 지나고 있다.
승강 모터(248)가 구동되고, 볼 나사(244)가 회전함으로써 승강대(249) 및 승강 샤프트(250)를 개재하여 구동부 수납 케이스(256)를 승강시킨다.
구동부 수납 케이스(256)가 상승함으로써, 승강 기판(252)에 기밀하게 설치되는 씰 캡(219)이 처리로(202)의 개구부인 노구(161)를 폐색하고, 웨이퍼 처리가 가능한 상태로 된다. 구동부 수납 케이스(256)가 하강함으로써, 씰 캡(219)과 함께 보트(217)가 강하되고, 웨이퍼(200)를 외부로 반출할 수 있는 상태가 된다.
가스 유량 제어부(235), 압력 제어부(236), 구동 제어부(237), 온도 제어부(238)는, 조작부, 입출력부도 구성하고, 기판 처리 장치 전체를 제어하는 주제어부(239)에 전기적으로 접속되어 있다. 이들, 가스 유량 제어부(235), 압력 제어부(236), 구동 제어부(237), 온도 제어부(238), 주제어부(239)는, 컨트롤러(240)로서 구성되어 있다.
다음에, 상기 구성에 따른 처리로(202)를 사용하여, 기판의 제조 공정의 일 공정으로서, 웨이퍼(200) 등의 기판 상에, Epi－Si막을 형성하는 방법에 대하여 설명한다. 한편, 이하의 설명에 있어서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은, 컨트롤러(240)에 의해 제어된다.
복수 매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전되면, 도 2에 나타내는 바와 같이, 복수 매의 웨이퍼(200)를 보지한 보트(217)는, 승강 모터(248)에 의한 승강대(249) 및 승강 샤프트(250)의 승강 동작에 의해 처리실(201) 내로 반입(boat loading)된다. 이 상태에서, 씰 캡(219)은 O링을 개재하여 매니폴드(209)의 하단을 씰한 상태가 된다.
처리실(201) 내가 원하는 압력(진공도)이 되도록 진공 배기 장치(246)에 의해 진공 배기된다. 이 때, 처리실(201) 내의 압력은, 압력 센서로 측정되고, 이 측정된 압력에 근거하여 압력 조절기(242)가 피드백 제어된다. 또한, 처리실(201) 내가 원하는 온도가 되도록 히터(206)에 의해 가열된다. 이 때, 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포가 되도록 온도 센서가 검출한 온도 정보에 근거하여 히터(206)에의 통전 상태가 피드백 제어된다. 이어서, 회전 기구(254)에 의해, 보트(217)가 회전됨으로써 웨이퍼(200)가 회전된다.
제1 가스 공급원(501), 제2 가스 공급원(502), 제3 가스 공급원(503), 제4 가스 공급원(504)에는, 처리 가스로서, 각각 제1 처리 가스로서의 실란계 가스 또는 할로겐 함유 가스로서 예를 들면 디클로로실란(dichlorosilane) 가스(SiH2Cl2), 제2 처리 가스로서의 염화수소 가스(HCl), 제3 처리 가스로서의 염소 가스(Cl2), 제4 처리 가스로서의 수소 가스(H2)가 봉입(封入)되어 있고, 이어서, 이들 처리 가스 공급원으로부터 각각의 처리 가스가 공급된다. 원하는 유량이 되도록 MFC(511, 512, 513, 514)의 개도가 조절된 후, 밸브(521, 522, 523, 524)가 개방되고, 각각의 처리 가스가 가스 공급관(232)을 유통하여, 처리실(201)의 상부로부터 처리실(201) 내에 도입된다.
도입된 가스는, 처리실(201) 내를 지나고, 가스 배기관(231)으로부터 배기된다. 처리 가스는, 처리실(201) 내를 통과할 때 웨이퍼(200)와 접촉하고, 웨이퍼(200)의 표면 상에 Epi－Si막이 선택 에피택셜 성장된다.
미리 설정된 시간이 경과하면, 도시하지 않은 불활성 가스 공급원으로부터 불활성 가스가 공급되고, 처리실(201) 내가 불활성 가스로 치환됨과 함께, 처리실(201) 내의 압력이 상압(常壓)으로 복귀된다.
그 후, 승강 모터(248)에 의해 씰 캡(219)이 하강하고, 매니폴드(209)의 하단이 개구됨과 함께, 처리 완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 보지된 상태에서 매니폴드(209)의 하단으로부터 아우터 튜브(205)의 외부로 반출(boat unloading)된다. 그 후, 처리 완료된 웨이퍼(200)는, 보트(217)로부터 취출(取出)된다(wafer discharge).
다음에, 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 바람직한 실시예로서 기판 처리에 대하여 도 3의 프로세스 시퀀스도를 참조하여 설명한다.
본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 바람직한 실시예에서는, 표면의 적어도 일부에 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막을 가지며, 또한 실리콘 표면도 노출한 실리콘 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내에 삽입한다(스텝 301).
다음에, 웨이퍼(200)의 온도가 650~800℃(650℃ 이상 800℃ 이하)의 범위 내의 소정의 온도가 되도록 한다(스텝 302).
다음에, 제1 스텝인 성막 스텝에서는, 성막 가스로서의 디클로로실란 가스와 에칭 가스로서의 염화수소 가스를 동시에 처리실(201) 내에 도입하여 웨이퍼(200)에 조사(照射)한다(스텝 303). 이 때, 처리실(201)의 압력은 100Pa 이상 대기압 미만, 디클로로실란 가스 유량은 1~300sccm(1sccm 이상 300sccm 이하), 염화수소 가스 유량은 1~300sccm(1sccm 이상 300sccm 이하), 수소 가스 유량은 1~20000sccm(1sccm 이상 20000sccm 이하)로 하는 것이 바람직하다. 성막 스텝에서는, 이들의 가스를 동일한 노즐로부터 흘림으로써, 성막 가스만, 에칭 가스만이 반응하는 것을 피하고, 선택 성장을 수행할 수 있도록 가스 공급을 수행한다.
다음에, 제2 스텝인 에칭 스텝에서는, 에칭 가스로서, 성막 스텝에서 사용한 에칭 가스보다 에칭력이 강한 염소 가스를 처리실(201) 내에 도입하여 웨이퍼(200)에 조사한다(스텝 304). 이 때, 온도는 제1 스텝과 동일한 온도에서 수행하는데, 처리실(201)의 압력은 1Pa 이상 50Pa 이하 정도의 저압 하에서 수행하고, 에칭 가스가 기판 주변부뿐 아니라, 기판 중앙부까지 도달하여 반응할 수 있도록 하면 바람직하다. 또한, 염소 가스 유량은 1~100sccm(1sccm 이상 100sccm 이하)로 하는 것이 바람직하다. 그리고, 제2 스텝에서는 수소 가스를 유량 10~5000sccm(10sccm 이상 5000sccm 이하), 바람직하게는, 1000~3000sccm(1000sccm 이상 3000sccm 이하) 정도를 흘리면 된다.
다음에, 기판 표면에 잔류한 염소를 제거하기 위하여, 환원 가스로서 예를 들면 수소 가스 등을 공급하는 퍼지 스텝을 수행한다(스텝 305).
성막 스텝, 에칭 스텝, 퍼지 스텝을 순차적으로 수행함으로써, 실리콘막의 선택 에피택셜 성장을 수행한다. 또한, 성막 스텝, 에칭 스텝, 퍼지 스텝은 순차적으로 소정 회수 반복해도 된다.
스텝 303과 같이, 디클로로실란 가스와 염화수소 가스를 동시에 도입함으로써 디클로로실란 가스가 기상 중에 반응하는 것을 억제하면서 실리콘 표면에만 선택적으로 실리콘 에피택셜 성장을 수행한다.
또한, 스텝 304와 같이, 에칭 가스만을 도입함으로써 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막 상에 부착한 실리콘 원자핵을 제거한다.
그리고, 스텝 305와 같이, 환원 가스를 도입함으로써 기판 표면에 잔류한 염소를 제거한다.
이와 같이, 스텝 303, 스텝 304 및 스텝 305를 1회 이상의 소정 회수 반복하거나 또는 수행함으로써, 선택성 및 기판 면내의 막두께 균일성을 유지하면서 충분히 두꺼운 에피택셜막을 성장시킬 수 있다.
스텝 303과 스텝 304에 있어서는, 캐리어 가스로서의 수소 가스는 10~50000sccm(10sccm 이상 50000sccm 이하), 마찬가지로 캐리어 가스로서의 질소 가스는 1~30000sccm(1sccm 이상 30000sccm 이하) 흘리는 것이 바람직하다. 캐리어 가스로서의 수소 가스 및 질소 가스는, 성막 가스나 에칭 가스와 동시에 흘린다. 질소 가스를 흘리는 경우에는, 질소 가스 공급원, MFC 및 밸브를 구비하는 가스 공급 라인을 한 개 더 추가한다.
스텝 303과 스텝 304를 소정 회수 반복하여, 원하는 에피택셜막을 선택 성장시킨 후에는, 가스를 중지하고, 처리실(201)을 배기한다.
그 후, 처리실(201)로부터 웨이퍼(200)를 언로드(unload)한다(스텝 305).
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 효과 중 하나 또는 복수의 효과를 발휘한다.
(1) 표면의 적어도 일부에 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막을 가지며, 또한 실리콘 표면도 노출한 실리콘 기판을 처리실 내에 삽입하고, 처리실 내에 실란 계의 가스(SiGe의 혼정막을 성장하는 경우에는, 게르마늄계의 가스도 공급함)와 동시에 수소 가스 및 불소 가스, 염화수소 가스 등 에칭 가스를 동시에 도입함으로써 실란계 또는 게르마늄계 가스가 기상 중에 반응하는 것을 억제하면서 실리콘 표면에만 선택적으로 실리콘 에피택셜 성장을 수행하는 성막 스텝과, 성막 스텝에서 사용한 에칭 가스보다 에칭력이 강한 염소 가스 등의 에칭 가스를 도입하여 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막 상에 부착한 실리콘 원자를 제거하는 에칭 스텝을 순차적으로 적어도 1회 이상 수행함으로써 선택 에피택셜 성장을 수행한다. 이와 같이 함으로써, 선택성 및 기판 면내의 막두께 균일성을 유지하면서 충분히 두꺼운 에피택셜막을 성장시킬 수 있다.
(2) 성막 스텝에서는 에칭력이 약한 가스를 사용함으로써, 기판 상의 실리콘 표면에 선택적으로 막두께 균일성을 양호하게 성막하는 것이 가능하게 된다. 또한, 에칭력이 약한 가스를 사용함으로써, 기판 주변부만이 극단적으로 에칭되는 것을 방지하고, 면내의 막두께 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 기판 표면의 실리콘 질화막이나 산화막, 실리콘의 다결정막이나 단결정막 등의 막질에 의한 에칭력의 차이를 작게 하는 것이 가능하게 된다.
또한, 성막 스텝에서는, 에칭력이 약하기 때문에 실리콘 질화막이나 실리콘 산화막 등의 절연막 상에도 실리콘막 성막의 초기 단계의 실리콘 원자나 실리콘 원자핵이 발생해 버리는데, 에칭 스텝에 있어서, 이 절연막 상에 발생한 실리콘 원자핵의 제거를 소유량, 단시간에 수행할 목적으로 성막 스텝보다 에칭력이 강한 가스에 의해 실리콘 원자나 실리콘의 원자핵을 제거하는 것이 가능하게 된다. 또한, 낮 은 온도로 단시간에서의 에칭이 가능하게 되고, 불순물 확산이나 형상 변형 등 디바이스 특성을 열화(劣化)시키는 열에 의한 기판에의 데미지의 저감, 스루풋을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
<제2 실시 형태>
제2 실시 형태에 대하여 설명한다.
제2 실시 형태에서, 제1 실시 형태와 다른 점은, 기판 처리에 있어서의 프로세스 시퀀스이다. 구체적으로는, 주로 제2 스텝인 에칭 스텝(스텝 304)에 있어서, 에칭 가스로서, 성막 스텝에서 사용한 에칭 가스보다 에칭력이 강한 가스, 예를 들면 염소 가스를, 처리실(201) 내에 도입하여 웨이퍼(200)에 조사(照射)할 때의 가스 공급량, 처리실(201) 내의 압력 조건을 제1 실시 형태와 다르게 하고 있다. 그 외의 프로세스 시퀀스나 처리 장치, 처리로의 구성, 동작에 대해서는 제1 실시 형태와 동일하다.
본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태에 있어서의 제1 스텝인 성막 스텝(303)에 있어서, 성막 가스로서의 디클로로실란 가스와 에칭 가스로서의 염화수소 가스를 동시에 처리실(201) 내에 도입하여 웨이퍼(200)에 조사한다. 이 때, 표 1에 나타내는 바와 같이 처리실(201)의 압력은 50Pa 이상 대기압 미만, 염화수소 가스 유량은 1sccm 이상 300sccm 이하로 한다. 또한, 디클로로실란 가스 유량은 1sccm 이상 500sccm 이하, 수소 가스 유량은 1sccm 이상 20000sccm 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 제2 스텝인 에칭 스텝(스텝 304)에 있어서, 아래 표 1에 나타내는 바 와 같이 처리실(201) 내에 도입하여 웨이퍼(200)에 조사할 때, 에칭 가스로서, 제1 스텝인 성막 스텝에서 사용한 에칭 가스보다 에칭력이 강한 가스로서 염소 가스의 공급량을 1sccm 이상 300sccm 이하로 한다. 또한, 이 때의 처리실(201) 내의 압력을 50Pa 이상 대기압 미만으로 한다.
즉, 성막 스텝과 에칭 스텝을, 처리실(201) 내의 압력 조건과 에칭 가스의 공급량 조건을 동일하게 하여 실시한다.
성막 스텝 에칭 스텝
에칭 가스종 HCl Cl
에칭 가스 공급량<sccm> 1 이상 300 이하 1 이상 300 이하
처리실내 압력<Pa> 50 이상 101K 미만 50 이상 101K 미만
기판 온도<℃> 650 이상 800 이하 650 이상 800 이하
본 실시 형태에 따르면, 제1 실시 형태에 기재한 효과와 동일한 효과에 더하여, 처리실(201) 내의 압력 변동을 억제할 수 있는 만큼, 스루풋이 향상함과 함께, 보다 재현성이 높은 웨이퍼(200)에의 처리를 실현할 수 있다는 효과를 발휘한다.
<제3 실시 형태>
제3 실시 형태에 대하여 설명한다.
제3 실시 형태에서, 제1 실시 형태와 다른 점은, 기판 처리에 있어서의 프로세스 시퀀스이다. 구체적으로는, 주로 제2 스텝인 에칭 스텝(스텝 304)에 있어서, 에칭 가스로서, 성막 스텝에서 사용한 에칭 가스보다 에칭력이 강한 가스, 예를 들면 염소 가스를, 처리실(201) 내에 도입하여 웨이퍼(200)에 조사할 때의 가스 공급량, 처리실(201) 내의 압력 조건을 제1 실시 형태와 다르게 하고 있다. 그 외 프로세스 시퀀스나 처리 장치, 처리로의 구성, 동작에 대해서는 제1 실시 형태와 동일하다.
본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태에 있어서의 제1 스텝인 성막 스텝(303)에 있어서, 성막 가스로서의 디클로로실란 가스와 에칭 가스로서의 염화수소 가스를 동시에 처리실(201) 내에 도입하여 웨이퍼(200)에 조사한다. 이 때, 아래 표 2에 나타내는 바와 같이 처리실(201)의 압력은 50Pa 이상 대기압 미만, 염화수소 가스 유량은 1sccm 이상 300sccm 이하로 한다. 또한, 디클로로실란 가스 유량은 1sccm 이상 500sccm 이하, 수소 가스 유량은 1sccm 이상 20000sccm 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 제2 스텝인 에칭 스텝(스텝 304)에 있어서, 아래 표 2에 나타내는 바와 같이 처리실(201) 내에 도입하여 웨이퍼(200)에 조사할 때, 에칭 가스로서, 제1 스텝인 성막 스텝에서 사용한 에칭 가스보다 에칭력이 강한 가스로서 염소 가스를 공급할 때의 처리실(201) 내의 압력을 1Pa 이상 20Pa 이하로 한다. 즉, 성막 스텝보다 에칭 스텝의 처리실(201) 내의 압력을 낮게 한다.
성막 스텝 에칭 스텝
에칭 가스종 HCl Cl
에칭 가스 공급량<sccm> 1 이상 300 이하 1 이상 300 이하
처리실 내 압력<Pa> 50 이상 101K 미만 1 이상 20 이하
기판 온도<℃> 650 이상 800 이하 650 이상 800 이하
본 실시 형태에 따르면, 제1 실시 형태에 기재한 효과와 동일한 효과에 더하여, 에칭 가스가 기판 주변부뿐 아니라, 기판 중앙부까지 도달하여 반응할 수 있도록 할 수 있고, 기판 전체로 성막 스텝에서 잔류한 실리콘 원자나 실리콘의 원자핵 등을 에칭할 수 있어, 기판 면내를 균일하게 에칭할 수 있는 효과를 발휘한다.
<제4 실시 형태>
제4 실시 형태에 대하여 설명한다.
제4 실시 형태에서, 제1 실시 형태와 다른 점은, 기판 처리에 있어서의 프로세스 시퀀스이다. 구체적으로는, 주로 제1 스텝인 성막 스텝(스텝 303)에 있어서, 처리실(201) 내의 온도, 특히 웨이퍼(200)의 온도 조건과, 제2 스텝인 에칭 스텝(스텝 304)에 있어서, 에칭 가스로서, 성막 스텝에서 사용한 에칭 가스보다 에칭력이 강한 가스, 예를 들면 염소 가스를, 처리실(201) 내에 도입하여 웨이퍼(200)에 조사할 때의 처리실(201) 내의 온도, 특히 웨이퍼(200)의 온도 조건을, 제1 실시 형태와 다르게 하고 있다. 그 외 프로세스 시퀀스나 처리 장치, 처리로의 구성, 동작에 대해서는 제1 실시 형태와 동일하다.
본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태에 있어서의 제1 스텝인 성막 스텝(303)에 있어서, 성막 가스로서의 디클로로실란 가스와 에칭 가스로서의 염화수소 가스를 동시에 처리실(201) 내에 도입하여 웨이퍼(200)에 조사한다. 이 때, 표 3에 나타내는 바와 같이 처리실(201)의 압력은 50Pa 이상 대기압 미만, 염화수소 가스 유량은 1sccm 이상 300sccm 이하로 한다. 아래 표 3에 나타내는 바와 같이 처리실(201) 내의 온도는 650℃ 이상 800℃ 이하로 한다. 디클로로실란 가스 유량은 1sccm 이상 500sccm 이하, 수소 가스 유량은 1sccm 이상 20000sccm 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 제2 스텝인 에칭 스텝(스텝 304)에 있어서, 아래 표 3에 나타내는 바와 같이 처리실(201) 내에 도입하여 웨이퍼(200)에 조사할 때, 에칭 가스로서, 제1 스텝인 성막 스텝에서 사용한 에칭 가스보다 에칭력이 강한 가스로서 염소 가스를 공급할 때의 처리실(201) 내의 온도, 특히 웨이퍼(200)의 온도를, 성막 스텝보다 높은 온도로서, 650℃보다 높고 800℃ 이하로 일시적으로 승온시킨다. 예를 들면, 성막 스텝에 있어서의 처리실(201) 내의 온도를 650℃로 한 경우, 에칭 스텝에서는, 800℃로 일시적으로 승온시킨다. 이에 따라, 에칭 스텝에 있어서, 보다 더 에칭력을 높일 수 있다. 또한, 보다 바람직하게는, 에칭 스텝에 있어서의 처리실(201) 내의 온도는, 성막 스텝으로부터 에칭 스텝으로 이행(移行)할 때에는, 성막 스텝과 동일한 온도로 하고, 그 후, 일단 승온시키고, 그 후, 강온시켜, 에칭 스텝이 종료하기 전에 다시, 성막 스텝과 동일한 온도로 되돌리도록 하면 된다. 예를 들면, 성막 스텝에 있어서의 처리실(201) 내의 온도를 650℃로 한 경우, 성막 스텝으로부터 에칭 스텝으로 이행할 때에는, 처리실(201) 내의 온도를 650℃로 유지하고, 그 후, 일단 800℃까지 승온시키고, 그 후, 강온시켜, 에칭 스텝이 종료하기 전에 다시, 성막 스텝과 동일한 온도인 650℃로 되돌린다. 이에 따라, 승온·강온시킬 때에도 에칭할 수 있어, 에칭 시간을 보다 더 단축할 수 있다.
한편, 에칭 스텝 중에 처리실(201) 내의 온도를 일시적으로 승온시키지 않고, 즉, 에칭 스텝 중에 처리실(201) 내의 온도를 변화시키지 않고, 에칭 스텝 당초부터 성막 스텝보다 고온으로 하고, 일정 온도에서의 에칭을 수행하는 방법도 유효하다.
성막 스텝 에칭 스텝
에칭 가스종 HCl Cl
에칭 가스 공급량<sccm> 1 이상 300 이하 1 이상 300 이하
처리실 내 압력<Pa> 50 이상 101K 미만 50 이상 101K 미만
기판 온도<℃> 650 이상 800 이하 (650) 650 이상 800 이하 (650→800→650)
본 실시 형태에 따르면, 제1 실시 형태에 기재한 효과와 동일한 효과에 더하여, 에칭 스텝에 있어서의 에칭력을 높일 수 있어 스루풋 등이 보다 더 향상하는 효과를 발휘한다. 특히, 불순물 확산이나 형상 변형 등 디바이스 특성을 열화시키는 것과 같은 열(熱)에 의해 기판에의 데미지가 문제가 되지 않도록 반도체 기판 상에 성막하는 경우에 유효하게 된다.
<제5 실시 형태>
제5 실시 형태에 대하여 설명한다.
제5 실시 형태에서, 제1 실시 형태와 다른 점은, 기판 처리에 있어서의 프로세스 시퀀스이다. 구체적으로는, 주로 제1 스텝인 성막 스텝(스텝 303)에 있어서, 처리실(201) 내의 압력 조건과, 제2 스텝인 에칭 스텝(스텝 304)에 있어서, 에칭 가스로서, 성막 스텝에서 사용한 에칭 가스, 예를 들면 염화수소 가스를 그대로 사용하고, 처리실(201) 내에 도입하여 웨이퍼(200)에 조사할 때의 처리실(201) 내의 압력 조건을 제1 실시 형태와 다르게 하고 있다. 그 외의 프로세스 시퀀스나 처리 장치, 처리로의 구성, 동작에 대해서는 제1 실시 형태와 동일하다.
본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태에 있어서의 제1 스텝인 성막 스텝(303)에 있어서, 성막 가스로서의 디클로로실란 가스와 에칭 가스로서의 염화수소 가스를 동시에 처리실(201) 내에 도입하여 웨이퍼(200)에 조사한다. 이 때, 아래 표 4에 나타내는 바와 같이 처리실(201)의 압력은 1Pa 이상 100Pa 이하, 염화수소 가스 유량은 1sccm 이상 300sccm 이하로 한다. 아래 표 4에 나타내는 바와 같이 처리실(201) 내의 온도는 650℃ 이상 800℃ 이하로 한다. 디클로로실란 가스 유량은 1sccm 이상 500sccm 이하, 수소 가스 유량은 1sccm 이상 20000sccm 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 제2 스텝인 에칭 스텝(스텝 304)에 있어서, 표 4에 나타내는 바와 같이 처리실(201) 내에 도입하여 웨이퍼(200)에 조사할 때, 에칭 가스로서, 제1 스텝인 성막 스텝에서 사용한 에칭 가스, 예를 들면, 염화수소 가스를 그대로 사용한다. 또한, 에칭 스텝에 있어서, 에칭 가스를 공급할 때의 처리실(201) 내의 압력을, 성막 스텝에 있어서의 처리실(201) 내의 압력보다 일시적으로 높은 압력으로 한다. 예를 들면, 에칭 스텝에 있어서의 처리실(201) 내의 압력을 500Pa 이상 1000Pa 이하로 일시적으로 승압시킨다. 이에 따라, 에칭 스텝에 있어서, 에칭력을 높일 수 있다. 또한, 보다 바람직하게는, 에칭 스텝에 있어서의 처리실(201) 내의 압력은, 성막 스텝으로부터 에칭 스텝으로 이행할 때에는, 성막 스텝과 동일한 압력으로 하고, 그 후, 일단 승압시키고, 그 후, 강압시켜, 에칭 스텝이 종료하기 전에 다시, 성막 스텝과 동일한 압력으로 되돌리도록 하면 된다. 예를 들면, 성막 스텝에 있어서의 처리실(201) 내의 압력을 100Pa로 한 경우, 성막 스텝으로부터 에칭 스텝으로 이행할 때에는, 처리실(201) 내의 압력을 100Pa로 유지하고, 그 후, 일단 1000Pa까지 승압시키고, 그 후, 강압시켜, 에칭 스텝이 종료하기 전에 다시, 성막 스텝과 동일한 압력인 100Pa로 되돌린다. 이에 따라, 승압·강압시킬 때에도 에칭할 수 있어, 에칭 시간을 보다 더 단축할 수 있다.
한편, 에칭 스텝 중에 처리실(201) 내의 압력을 일시적으로 승압시키지 않고, 즉, 에칭 스텝 중에 처리실(201) 내의 압력을 변화시키지 않고, 에칭 스텝 당초부터 성막 스텝보다 고압으로 하여, 일정 압력에서의 에칭을 수행하는 방법도 유효하다.
성막 스텝 에칭 스텝
에칭 가스종 HCl HCl
에칭 가스 공급량<sccm> 1 이상 300 이하 1 이상 300 이하
처리실 내 압력<Pa> 1 이상 100 이하 100 이상 1000 이하 (100→1000→100)
기판 온도<℃> 650 이상 800 이하 650 이상 800 이하
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 효과 중 하나 또는 복수의 효과를 발휘한다.
(1) 표면의 적어도 일부에 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막을 가지며, 또한 실리콘 표면이 노출한 실리콘 기판을 처리실 내에 삽입하고, 처리실 내에 실란계의 가스(SiGe의 혼정막을 성장하는 경우에는, 게르마늄계의 가스도 공급함)와 동시에 수소 가스 및 불소 가스, 염화수소 가스 등의 에칭 가스를 동시에 도입함으로써 실란계 또는 게르마늄계 가스가 기상 중에서 반응하는 것을 억제하면서 실리콘 표면에만 선택적으로 실리콘 에피택셜 성장을 수행하는 성막 스텝과, 처리실 내의 압력을 성막 스텝보다 높은 압력으로 하고, 성막 스텝에서 사용한 에칭 가스를 도입하여 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막 상에 부착한 실리콘 원자를 제거하는 에칭 스텝을 순차적으로 적어도 1회 이상 수행함으로써 선택적 에피택셜 성장을 수행한다. 이와 같이 함으로써, 선택성 및 기판 면내의 막두께 균일성을 유지하면서 충분히 두꺼운 에피택셜막을 성장시킬 수 있다.
(2) 성막 스텝에서는 에칭력이 약한 가스를 사용함으로써, 기판 상의 실리콘 표면에 선택적으로 막두께 균일성을 양호하게 성막하는 것이 가능하게 된다. 또한, 에칭력이 약한 가스를 사용함으로써, 기판 주변부만이 극단적으로 에칭되는 것을 방지하고, 면내의 막두께 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 기판 표면의 실리콘 질화막이나 산화막, 실리콘의 다결정막이나 단결정막 등의 막질에 의한 에칭력의 차이를 작게 하는 것이 가능하게 된다.
또한, 성막 스텝에서는, 에칭력이 약하기 때문에 실리콘 질화막이나 실리콘 산화막 등의 절연막 상에도 실리콘막 성막의 초기 단계의 실리콘 원자핵이 발생해 버리는데, 성막 스텝에 있어서, 이 절연막 상에 발생한 실리콘 원자핵의 제거를 소유량, 단시간에 수행할 목적으로 성막 스텝과 동일한 에칭 가스를 사용하고, 성막 스텝보다 처리실 내의 압력을 높게 함으로써 실리콘 원자나 실리콘의 원자핵을 제거하는 것이 가능하게 된다. 또한, 낮은 온도로 단시간에 에칭이 가능하게 되어, 불순물 확산이나 형상 변형 등 디바이스 특성을 열화시키는 것 같은 열에 의한 기판에의 데미지의 저감, 스루풋을 향상시키는 것 등이 가능하게 된다.
<제6 실시 형태>
제6 실시 형태에 대하여 설명한다.
제6 실시 형태에서, 제1 실시 형태와 다른 점은, 기판 처리에 있어서의 프로세스 시퀀스이다. 구체적으로는, 주로 제2 스텝인 에칭 스텝(스텝 304)에 있어서, 에칭 가스로서, 성막 스텝에서 사용한 에칭 가스, 예를 들면 염화수소 가스를 그대로 사용하여, 처리실(201) 내에 도입하여 웨이퍼(200)에 조사할 때의 처리실(201) 내에의 에칭 가스의 공급량을 제1 실시 형태와 다르게 하고 있다. 그 외의 프로세스 시퀀스나 처리 장치, 처리로의 구성, 동작에 대해서는 제1 실시 형태와 동일하다.
본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태에 있어서의 제1 스텝인 성막 스텝(303)에 있어서, 성막 가스로서의 디클로로실란 가스와 에칭 가스로서의 염화수소 가스를 동시에 처리실(201) 내에 도입하여 웨이퍼(200)에 조사한다. 이 때, 아래 표 5에 나타내는 바와 같이 처리실(201)의 압력은 50Pa 이상 대기압 미만, 염화수소 가스 유량은 1sccm 이상 300sccm 이하로 한다. 또한, 디클로로실란 가스 유량은 1sccm 이상 500sccm 이하, 수소 가스 유량은 1sccm 이상 20000sccm 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 제2 스텝인 에칭 스텝(스텝 304)에 있어서, 표 5에 나타내는 바와 같이 처리실(201) 내에 도입하여 웨이퍼(200)에 조사할 때, 에칭 가스로서, 제1 스텝인 성막 스텝에서 사용한 에칭 가스, 예를 들면, 염화수소 가스를 그대로 사용한다. 또한, 에칭 스텝에 있어서, 에칭 가스를 공급할 때의 가스 공급량을, 성막 스텝에 있어서의 가스 공급량보다 많게 한다. 예를 들면, 에칭 스텝에 있어서의 처리실(201) 내의 에칭 가스의 공급량을 5000sccm 이상 10000sccm 이하로 한다. 이에 따라, 에칭 스텝에 있어서, 에칭력을 높일 수 있다.
성막 스텝 에칭 스텝
에칭 가스종 HCl HCl
에칭 가스 공급량<sccm> 1 이상 300 이하 5000 이상 10000 이하
처리실 내 압력<Pa> 50 이상 101K 미만 50 이상 101K 미만
기판 온도<℃> 650 이상 800 이하 650 이상 800 이하
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 효과 중 하나 또는 복수의 효과를 발휘한다.
(1) 표면의 적어도 일부에 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막을 가지며, 실리콘 표면도 노출한 실리콘 기판을 처리실 내에 삽입하고, 처리실 내에 실란계의 가스(SiGe의 혼정막을 성장하는 경우에는, 게르마늄계의 가스도 공급함)와 동시에 수소 가스 및 불소 가스, 염화수소 가스 등의 에칭 가스를 동시에 도입함으로써 실란계 또는 게르마늄계 가스가 기상 중에서 반응하는 것을 억제하면서 실리콘 표면에만 선택적으로 실리콘 에피택셜 성장을 수행하는 성막 스텝과, 성막 스텝에서 사용한 에칭 가스를 성막 스텝보다 처리실 내에의 에칭 가스 공급량을 많이 도입하고, 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막 상에 부착한 실리콘 원자를 제거하는 에칭 스텝을 순차적으로 적어도 1회 이상 수행함으로써 선택 에피택셜 성장을 수행한다. 이와 같이 함으로써, 선택성 및 기판 면내의 막두께 균일성을 유지하면서 충분히 두꺼운 에피택셜막을 성장시킬 수 있다.
(2) 성막 스텝에서는 에칭력이 약한 가스를 사용함으로써, 기판 상의 실리콘 표면에 선택적으로 막두께 균일성을 양호하게 성막하는 것이 가능하게 된다. 또한, 에칭력이 약한 가스를 사용함으로써, 기판 주변부만이 극단적으로 에칭되는 것을 방지하고, 면 내의 막두께 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 기판 표면의 실리콘 질화막이나 산화막, 실리콘의 다결정막이나 단결정막 등의 막질에 의한 에칭력의 차이를 작게 하는 것이 가능하게 된다.
또한, 성막 스텝에서는, 에칭력이 약하기 때문에 실리콘 질화막이나 실리콘 산화막 등의 절연막 상에도 실리콘막 성막의 초기 단계의 실리콘 원자핵이 발생해 버리는데, 성막 스텝에 있어서, 이 절연막 상에 발생한 실리콘 원자핵의 제거를 소유량, 단시간에 수행할 목적으로 성막 스텝과 동일한 에칭 가스를 사용하고, 또한 성막 스텝보다 처리실 내로 공급하는 에칭 가스의 공급량을 많게 함으로써 실리콘 원자나 실리콘의 원자핵을 제거하는 것이 가능하게 된다. 또한, 낮은 온도로 단시간에서의 에칭이 가능하게 되고, 불순물 확산이나 형상 변형 등 디바이스 특성을 열화시키는 것 같은 열에 의한 기판에의 데미지의 저감, 스루풋을 향상시키는 것 등이 가능하게 된다.
<제7 실시 형태>
제7 실시 형태에 대하여 설명한다.
제7 실시 형태에서, 제1 실시 형태와 다른 점은, 기판 처리에 있어서의 프로세스 시퀀스이다. 구체적으로는, 주로 제2 스텝인 에칭 스텝(스텝 304)에 있어서, 제1 스텝인 성막 스텝에서 도입하는 성막 가스, 환원 가스를 처리실(201) 내에 그대로 계속 도입하고, 또한 성막 스텝에서 사용한 에칭 가스보다 에칭력이 강한 가스, 예를 들면 염소 가스를, 처리실(201) 내에 도입하는 점에 있어서, 제1 실시 형태와 다르게 하고 있다. 그 외의 프로세스 시퀀스나 처리 장치, 처리로의 구성, 동작에 대해서는 제1 실시 형태와 동일하다.
본 실시 형태에서는, 아래 표 6에 나타내는 바와 같이 제1 스텝인 성막 스텝(303)에 있어서, 성막 가스로서의 디클로로실란 가스와 에칭 가스로서의 염화수소 가스를 동시에 처리실(201) 내에 도입하여 웨이퍼(200)에 조사한다. 이 때, 아래 표 6에 나타내는 바와 같이 웨이퍼(200) 온도를 650℃ 이상 800℃ 이하, 처리실(201)의 압력을 50Pa 이상 대기압 미만, 염화수소 가스 유량은 1sccm 이상 300sccm 이하로 한다. 또한, 디클로로실란 가스 유량은 1sccm 이상 500sccm 이하, 수소 가스 유량은 1sccm 이상 20000sccm 이하로 하는 것이 바람직하다. 이들의 조건에서 강성막(强成膜) 스텝으로서 성막 스텝을 수행한다. 또한, 스텝 303의 후의 에칭 스텝(스텝 304)으로서의 약성막(弱成膜) 스텝에서는, 성막 스텝에서 사용한 에칭 가스, 예를 들면, 염화수소 가스보다 에칭력이 높은 가스를 사용한다. 예를 들면, 염소 가스를 1sccm 이상 300sccm 이하로 처리실(201) 내에 공급하고, 다른 처리 조건은, 성막 스텝과 동일한 조건[웨이퍼 온도 650℃ 이상 800℃ 이하, 처리실(201) 내의 압력 50Pa 이상 대기압 미만, 디클로로실란 가스 유량 1sccm 이상 500sccm 이하, 수소 가스 유량 1sccm 이상 20000sccm 이하]으로 한다. 즉, 강성막 스텝보다, 강력한 에칭 가스를 사용함으로써, 성막 스텝 303보다 에칭력이 강하게 되는 약성막 스텝을 수행한다.
성막 스텝 (강성막 스텝) 에칭 스텝 (약성막 스텝)
성막 가스종 SiH2Cl2 SiH2Cl2
환원 가스종 H2 H2
에칭 가스종 HCl Cl
성막 가스 공급량<sccm> 1 이상 500 이하 1 이상 500 이하
환원 가스 공급량<sccm> 1 이상 20000 이하 1 이상 20000 이하
에칭 가스 공급량<sccm> 1 이상 300 이하 1 이상 300 이하
처리실 내 압력<Pa> 50 이상 101K 미만 50 이상 101K 미만
기판 온도<℃> 650 이상 800 이하 650 이상 800 이하
본 실시 형태에 따르면, 제1 실시 형태에 기재한 효과와 동일한 효과에 더하여, 에칭 스텝에 있어서도 성막 가스를 처리실 내에 공급하기 때문에, 성막속도를 향상시킬 수 있는 만큼, 스루풋이 향상할 수 있다는 효과를 발휘한다.
<제8 실시 형태>
제8 실시 형태에 대하여 설명한다.
제8 실시 형태에서, 제1 실시 형태와 다른 점은, 기판 처리에 있어서의 프로세스 시퀀스이다. 구체적으로는, 주로 제2 스텝인 에칭 스텝(스텝 304)에 있어서, 제1 스텝인 성막 스텝에서 도입하는 성막 가스, 환원 가스, 에칭 가스를 처리실(201) 내에 그대로 계속 도입하고, 또한 처리실(201) 내의 온도, 특히 웨이퍼(200)의 온도를 성막 스텝 시의 온도보다 낮으면서 성막 가스의 열분해 온도보다 낮은 온도 조건으로 수행하는 점에 있어서, 제1 실시 형태와 다르게 하고 있다. 그 외의 프로세스 시퀀스나 처리 장치, 처리로의 구성, 동작에 대해서는 제1 실시 형태와 동일하다.
본 실시 형태에서는, 아래 표 7에 나타내는 바와 같이 제1 스텝인 성막 스텝(303)에 있어서, 성막 가스로서의 디클로로실란 가스와 에칭 가스로서의 염화수소 가스를 동시에 처리실(201) 내에 도입하여 웨이퍼(200)에 조사한다. 이 때, 아래 표 7에 나타내는 바와 같이 웨이퍼(200) 온도를 650℃ 이상 800℃ 이하, 처리실(201)의 압력을 50Pa 이상 대기압 미만, 염화수소 가스 유량은 1sccm 이상 300sccm 이하로 한다. 또한, 디클로로실란 가스 유량은 1sccm 이상 500sccm 이하, 수소 가스 유량은 1sccm 이상 20000sccm 이하로 하는 것이 바람직하다. 이들의 조건으로 강성막 스텝으로서 성막 스텝을 수행한다. 또한, 스텝 303의 후의 에칭 스텝(스텝 304)에서는, 처리실(201) 내의 온도를 성막 스텝에 있어서의 처리실(201) 내의 온도보다 낮은 온도로서, 성막 가스의 열분해 온도보다 낮은 온도로 한다. 예를 들면, 에칭 스텝에 있어서, 처리실(201) 내의 온도, 특히 웨이퍼(200)의 온도를 500℃ 이상 600℃ 이하 정도의 디클로로실란 가스의 열분해가 진행하기 어려운 온도로 한다. 또한, 성막 스텝에서 사용한 에칭 가스, 예를 들면, 염화수소 가스보다 에칭력이 높은 가스를 사용한다. 예를 들면, 염소 가스를 1sccm 이상 300sccm 이하로 처리실(201) 내에 공급하고, 다른 처리 조건은, 성막 스텝과 동일한 조건[처리실(201) 내의 압력 50Pa 이상 대기압 미만, 디클로로실란 가스 유량 1sccm 이상 500sccm 이하, 수소 가스 유량 1sccm 이상 20000sccm 이하]으로 한다. 즉, 강성막 스텝보다, 강력한 에칭 가스를 사용함으로써, 성막 스텝 303보다 에칭력이 강하게 되는 에칭 스텝을 수행하고, 또한 에칭 스텝 중에 성막 가스가 흘러도, 웨이퍼(200)에 성막되지 않도록 하고 있다.
성막 스텝 (강성막 스텝) 에칭 스텝 (약성막 스텝)
성막 가스종 SiH2Cl2 SiH2Cl2
환원 가스종 H2 H2
에칭 가스종 HCl HCl
성막 가스 공급량<sccm> 1 이상 500 이하 1 이상 500 이하
환원 가스 공급량<sccm> 1 이상 20000 이하 1 이상 20000 이하
에칭 가스 공급량<sccm 1 이상 300 이하 1 이상 300 이하
처리실 내 압력<Pa> 50 이상 101K 미만 50 이상 101K 미만
기판 온도<℃> 650 이상 800 이하 500 이상 600 이하
본 실시 형태에 따르면, 제1 실시 형태에 기재한 효과와 동일한 효과에 더하여, 온도 이외의 조건을 변경하지 않고 성막 스텝을 에칭 스텝으로 변경할 수 있다는 효과를 발휘한다.
<기타의 실시 형태>
상술한 제1 실시 형태~제8 실시 형태 이외에도, 여러 가지의 변경이 가능하다. 예를 들면, 상술한 제1 실시 형태~제4 실시 형태, 제7 실시 형태에서는, 성막 스텝 303과 에칭 스텝 304에서, 에칭 가스의 종류가 다르기 때문에, 성막 스텝 303과 에칭 스텝 3046 사이에, 에칭 가스 및 성막 가스를 처리실(201) 내에 공급하지 않고, 환원 가스, 예를 들면 수소 가스 등을 처리실(201) 내에 공급하는 스텝으로서 퍼지(purge) 스텝을 설치하도록 해도 된다. 더욱 바람직하게는, 성막 스텝 303과 에칭 스텝 304 사이에, 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 성막 스텝에 있어서의 처리실(201) 내의 잔류 가스를 모두 제거하는 스텝을 설치하도록 하면 좋다. 이들 퍼지 스텝을 추가함으로써, 성막 스텝, 에칭 스텝에 있어서 가스종이 변경되더라도, 가스 공급관 내에 있어서의 성막 스텝 시의 잔류 가스와의 혼입 등의 문제 등을 억제할 수 있고, 보다 좋은 조건에서 동일한 가스 공급구로부터의 공급을 수행할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서, 대기실에는, 상술한 형태에서는 진공 치환이 가능한 로드록실을 적용한 예로 설명했는데, 기판에의 자연 산화막의 부착 등이 그다지 문제가 되지 않는 처리를 수행하는 경우에는, 진공 치환이 가능한 로드록실 대신에, 질소 가스 분위기나 클린 에어 분위기로 구성되는 진공 치환하지 않고 청정화하도록 구성해도 된다. 또한, 그 경우, 내압 광체로 하지 않고 단순히 광체로 해도 무방하다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서, 가스 공급부, 처리실에 플라즈마 생성 장치를 설치하지 않고 논플라즈마(non plasma) 상태에서 실시하는 형태에 대해서 설명했는데, 이에 국한하지 않고, 예를 들면, 가스 공급부나 처리실에 플라즈마 생성 장치를 설치하여 플라즈마 상태에서 실시하도록 구성해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서, 처리실에 가스를 공급하는 방식은, 가스 공급관(232)은, 상류측에서 4 개로 나뉘어져 있고, 밸브(521, 522, 523, 524)와 가스 유량 제어 장치로서의 MFC(매스 플로우 컨트롤러, 511, 512, 513, 514)를 개재하여 제1 가스 공급원(501), 제2 가스 공급원(502), 제3 가스 공급원(503), 제4 가스 공급원(504)에 각각 접속하도록 설명했는데, 가스 공급관(232)을 성막 가스, 불활성 가스, 에칭 가스, 각각 다른 가스종 각각에 별체(別體)로서 독립하여 설치해도 된다. 이 경우, 가스 공급관은, 4 개 설치되고, 처리실(201) 내에 가스 공급관(가스 공급 노즐)이 4개 입설(立設)된다. 또한, 이에 국한하지 않고 여러 가지의 변경이 가능하다.
또한, 상술한 제7 실시 형태에 제3 실시 형태를 적용하여, 제7 실시 형태인 에칭 스텝(약성막 스텝) 시의 처리실(201) 내의 압력을 성막 스텝(강성막 스텝)에 있어서의 처리실(201) 내의 압력보다 작게 해도 된다. 또한, 제7 실시 형태에 제4 실시 형태를 적용하여, 제7 실시 형태인 에칭 스텝(약성막 스텝) 시의 처리실(201) 내의 온도를 성막 스텝(강성막 스텝)에 있어서의 처리실(201) 내의 온도보다 높게 해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 실리콘계 염소화물인 디클로로실란을 사용한 선택 에피택셜 실리콘막에 관한 예를 들었는데, 이들의 실시 형태는, 다른 실리콘계 염소화물, 예를 들면 클로로실란(chlorosilane)이나 트리클로로실란(trichlorosilane) 등을 사용한 성막, 또한, 실리콘계 수소화물, 예를 들면 모노실란(monosilane)이나 디실란(disilane) 등을 사용한 성막에도 적용 가능하다.
또한, 상술한 실시 형태는, 선택 에피택셜 실리콘 게르마늄막에의 적용도 가능하다. 선택 에피택셜 실리콘 게르마늄막의 경우, 예를 들면, 성막 스텝에서는, 웨이퍼 온도 400℃ 이상 1000℃ 이하, 압력 1Pa 이상 100Pa 이하, 수소 가스 유량 1sccm 이상 20000sccm 이하, 모노실란 가스 유량 1sccm 이상 3000sccm 이하, 모노게르만(GeH4) 가스 유량 1sccm 이상 3000sccm 이하, 염화수소 가스 유량 1sccm 이상 1000sccm 이하의 처리 조건에서 실시하고, 상술한 실시 형태에 있어서의 에칭 스텝(약성막 스텝을 포함함)을 적절히 실시하면 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예인 기판 처리 장치를 설명하기 위한 개략 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예인 기판 처리 장치 처리로(處理爐)를 설명하기 위한 개략 종단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예인 기판 처리 방법을 설명하기 위한 플로우 차트.

Claims (15)

  1. 표면에 적어도 실리콘 노출면과 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막의 노출면을 구비하는 기판을 처리실 내에 반입하는 공정과,
    상기 처리실 내의 상기 기판을 소정의 온도로 가열한 상태에서 상기 처리실 내에, 적어도 실리콘을 포함하는 제1 처리 가스와 에칭계의 제2 처리 가스를 함께 공급하는 제1 가스 공급 공정과,
    상기 처리실 내에, 상기 제2 처리 가스보다 에칭력이 강한 에칭계의 제3 처리 가스를 공급하는 제2 가스 공급 공정을 적어도 포함하고,
    상기 제1 가스 공급 공정과 상기 제2 가스 공급 공정을 적어도 1회 이상 실시하며, 상기 기판 표면의 실리콘 노출면에 선택적으로 에피택셜막을 성장시켜서 이루어지는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 가스 공급 공정에서는, 상기 기판의 실리콘 노출면에 선택적으로 성막하고, 상기 제2 가스 공급 공정에서는, 상기 실리콘 산화막 또는 상기 실리콘 질화막 상의 실리콘 핵을 제거하는 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 가스 공급 공정에 있어서의 상기 처리실 내의 압력은, 상기 제1 가스 공급 공정에 있어서의 상기 처리실 내의 압력보다 저압인 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제2 가스 공급 공정에 있어서의 상기 처리실 내의 압력은, 상기 제1 가스 공급 공정에 있어서의 상기 처리실 내의 압력보다 일시적으로 저압인 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제2 가스 공급 공정에 있어서의 상기 처리실 내의 압력은, 상기 제1 가스 공급 공정으로부터 상기 제2 가스 공급 공정에의 이행(移行) 시에는, 상기 제1 가스 공급 공정에 있어서의 상기 처리실 내의 제1 압력과 동등하고, 그 후, 일시적으로 제1 압력보다 승압하고, 그 후, 상기 제1 압력으로 되돌리는 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제2 가스 공급 공정에 있어서의 상기 처리실 내로의 상기 제3 처리 가스의 공급량은, 상기 제1 가스 공급 공정에 있어서의 상기 제2 처리 가스의 공급량보다 다량인 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제2항에 있어서, 상기 제2 가스 공급 공정에 있어서의 상기 기판의 온도는, 상기 제1 가스 공급 공정에 있어서의 상기 소정의 온도보다 고온인 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제2항에 있어서, 상기 제2 가스 공급 공정에 있어서의 상기 기판의 온도는, 상기 제1 가스 공급 공정에 있어서의 상기 소정의 온도보다 일시적으로 고온인 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제2항에 있어서, 상기 제1 가스 공급 공정으로부터 상기 제2 가스 공급 공정에의 이행 시에는, 상기 소정의 온도와 동등하고, 그 후, 일시적으로 상기 소정의 온도보다 높은 온도로 하고, 그 후, 상기 소정의 온도로 되돌리는 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제2항에 있어서, 상기 제2 가스 공급 공정에서는, 또한 상기 제1 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 표면에 적어도 실리콘 노출면과 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막의 노출면을 구비하는 기판을 처리실 내에 반입하는 공정과,
    상기 처리실 내를 제1 압력으로 하고, 상기 처리실 내의 상기 기판을 제1 온도로 가열한 상태에서, 적어도 실리콘을 포함하는 제1 처리 가스와 에칭계의 제2 처리 가스를 상기 처리실 내에 제1 공급량으로 공급하고, 상기 기판의 실리콘 노출면에 선택적으로 성막하는 공정과,
    적어도 상기 처리실 내를 상기 제1 압력보다 고압으로 하거나, 또는 상기 제2 처리 가스의 공급량을 제1 공급량보다 많게 하거나, 또는 상기 기판의 온도를 상기 제1 온도보다 낮은 온도인 상기 제1 처리 가스의 열분해 온도보다 낮은 온도로 하는 것 중 어느 하나를 실시하여 상기 실리콘 산화막 또는 상기 실리콘 질화막 상의 실리콘핵을 제거하는 공정을 적어도 포함하고,
    상기 성막 공정과 상기 제거 공정을 적어도 1회 이상 실시하는 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제거 공정에서는, 상기 기판의 온도를 상기 제1 온도로 하고, 상기 제2 처리 가스의 공급량을 제1 공급량으로 하며, 상기 처리실 내를 상기 제1 압력보다 고압으로 하여 실시하는 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제거 공정에서는, 상기 기판의 온도를 상기 제1 온도로 하고, 상기 처리실 내를 상기 제1 압력으로 하며, 상기 제2 처리 가스의 공급량을 제1 공급량보다 많게 하여 실시하는 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 제거 공정에서는, 상기 처리실 내를 상기 제1 압력으로 하고, 상기 제2 처리 가스의 공급량을 제1 공급량으로 한 상태에서, 상기 처리실 내에 상기 제 1 처리 가스를 더 공급하며, 상기 기판의 온도를 상기 제1 온도보다 낮은 온도인 상기 제1 처리 가스의 열분해 온도보다 낮은 온도로 하여 실시하는 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 기판을 수용하는 처리실과,
    상기 기판을 가열하는 가열 기구와,
    상기 처리실 내에 소정의 막을 형성하기 위한 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와,
    상기 처리실 내를 소정의 압력으로 하여 상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 가스 배기부와,
    적어도 상기 처리실 내를 제1 압력으로 하고, 상기 처리실 내의 상기 기판을 제1 온도로 가열한 상태에서, 적어도 실리콘을 포함하는 제1 처리 가스와 에칭계의 제2 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하고, 상기 기판의 실리콘 노출면에 선택적으로 성막하며, 적어도 상기 처리실 내를 상기 제1 압력보다 고압으로 하거나, 또는 상기 처리실 내의 상기 기판을 제1 온도보다 고온으로 하거나, 또는 상기 제2 처리 가스보다 에칭력이 강한 에칭계의 제3 처리 가스를 공급하고, 상기 실리콘 산화막 또는 상기 실리콘 질화막 상의 실리콘핵을 제거하도록 상기 가열 기구 및 상기 가스 공급부, 상기 가스 배기부를 제어하는 제어부로 구성되는 기판 처리 장치.
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