CN1183578C - 半导体制造方法和半导体制造装置 - Google Patents

半导体制造方法和半导体制造装置 Download PDF

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Abstract

提供一种可以正确调整工艺时的条件，高精度进行选择外延生长等的反应性气体处理的半导体制造方法。并且，提供一种可以抑制水分浓度的增加，防止重金属污染，同时能够检测反应室内水分浓度与外部区域之间相关的半导体制造方法和半导体制造装置。在设置衬底的状态下测量反应室(1)内或所述反应室的气体排放系统内的水分浓度，根据所述水分浓度调整反应性气体处理的条件。并且，在用连接于衬底运送系统(2、3)内密闭空间的第1水分计(6)测量所述密闭空间的水分浓度后，用所述衬底运送系统进行送入或取出衬底W的衬底运送工序，及在所述衬底运送工序后，用连接于反应室(1)的第2水分计一边测量反应室内的水分浓度一边进行反应性气体处理的处理工序。

Description

半导体制造方法和半导体制造装置
技术领域
本发明涉及一种例如在反应室内配置的硅衬底上，使用反应性气体(腐蚀性气体)进行外延生长等的半导体制造方法。
背景技术
作为用于在硅衬底上形成LSI等半导体电路的制造工序，有时采用在表面上外延生长硅薄膜的工序；在将SiO2膜(氧化硅)形成图形后的硅衬底W表面之中的硅露出来的区域上，选择性地外延生长硅膜的工序；和作为MOS器件用的衬底，在极低电阻率的硅衬底上，以规定的杂质浓度气相生长单晶硅薄膜(外延层)的工序等。
这些制造工序中，就是在反应室(加工室：process chamber)内配置硅衬底，流过反应性源气体而在衬底上进行外延生长的。
并且，作为使用反应性气体处理的另一种制造工序，采用随反应性气体的反应而在衬底上形成薄膜的各种CVD工序或采用形成微细图形的蚀刻工序等。
这些半导体制造装置使用象超高纯度的氯化氢气体或氨气之类的腐蚀性气体作为反应性气体，然而即使其中含有少量水分，也变得容易造成使用于装置(反应室内部、气体供给系统、气体排气系统等)的金属构件受腐蚀，由金属部分产生的金属(重金属)就成为污染的原因而且是有害的，因此要求对反应室内的腐蚀性气体中的水分进行高灵敏度定量分析。
以往，为了研究工艺条件与重金属污染之间的关系和工艺条件与反应性气体处理的特性之间的关系，在过程后只有通过化学分析(原子吸收光谱、放射化分析等)、物理分析(SIMS、TXRF等)或电分析(DLTS、SPV、寿命等)直接地对过程监控片进行分析，并将其结果反馈的手段。
近年来，作为测定反应性气体(腐蚀性气体)中的水分浓度的手段，例如在特开平-5-99845号公报和特开平11-183366号公报等已经提出：向与反应室连接的管状盒本体内射入激光来测定透过激光的吸收光谱的激光水分计。所述激光水分计由于能以与气体非接触式测定，即使反应性气体也可以高精度进行测定。因此，在工艺中，也就可能测定反应室内的水分浓度。
所述现有的半导体制造技术中，留下以下的这种课题。就是，在实际的工艺中，反应室内的水分浓度每次工艺过程最好一定，即使由工艺过程监控片的分析而产生的反馈来设定条件，也存在随水分浓度的变动而使反应性气体处理的过程特性发生偏离。例如，在进行所述选择外延生长的情况下，SiO2膜含有的水分(吸附水分)在加工前的衬底烘焙中脱离，有提高反应室内水分浓度的现象。大家都知道，这时，选择外延生长时的水分浓度增加，将给选择生长的选择性和选择生长膜的特性带来影响。
并且，反应室内的水分不只是从反应性气体的配管导入，而且存在起因于从其它外部区域侵入气氛的情况，因此，也增加了水分浓度，所以仅仅测定反应室内的水分浓度，就难以研究水分浓度变动的原因。并且，不清楚反应室内的水分浓度到什么程度，才能充分抑制重金属污染的影响。例如，研究供给反应的排出气体中含有的水分与寿命之间的关系时，如图9所示，很清楚水分浓度越少寿命越长，寿命的平均值(实线)与最大值(虚线)之差加大。这是由于衬底表面上发生点状重金属污染的缘故。
发明内容
本发明就是鉴于所述问题而作出发明，因而其目的在于提供一种能够正确调整工艺过程时的条件，高精度进行选择外延生长等的反应性气体处理的半导体制造方法。
进而，本发明的目的在于提供一种能够抑制水分浓度增加，防止重金属污染等，同时可以检查反应室内的水分浓度与外部区域之间关系的半导体制造方法和半导体制造装置。
本发明的第1方面是为解决所述问题而采用以下构成。就是，本发明的第1方面的半导体制造方法是在内部设置有衬底的反应室内流过反应性气体，进行使衬底与反应性气体反应的反应气体处理，其特征在于在设置有所述衬底的状态下，测量所述反应室内和所述反应室的气体排放系统内的水分浓度，根据所述水分浓度，调整反应性气体处理的条件。
在所述半导体制造方法中，在设置有衬底的状态下，测量反应室内和所述反应室的气体排放系统内的水分浓度，根据所述水分浓度，调整反应性气体处理的条件，因而由实际过程的水分浓度测量值来调整水分浓度自身(校正到适当范围内)和调整成膜或腐蚀等条件，使考虑到水分浓度对反应性气体处理的特性影响的高精度而且稳定的处理成为可能。
并且，本发明的第1方面的半导体制造方法，作为所述反应性气体处理的条件，最好是包括在使反应性气体流入所述反应室内之前进行的所述衬底的加热条件。
就是，在所述半导体制造方法中，调整在使反应性气体流入反应室内之前进行的衬底的加热条件(烘焙条件)，因而可以在使反应性气体流入反应室前充分地使衬底上含有的水分脱离并把反应室内的水分浓度调整到适当范围内，就可能成为稳定的反应性气体处理。
另外，作为所述加热条件，至少调整所述衬底的加热温度、衬底的加热时间或排放气体的流量之中的一个条件。
并且，本发明的第1方面的半导体制造方法，所述反应性气体处理的条件最好是所述衬底的加热温度、所述反应性气体的流量、所述反应性气体的混合比或所述反应室内的压力之中的至少一个条件。
就是，在本半导体制造方法中，作为反应性气体处理条件，至少调整衬底的加热温度、反应性气体的流量、反应性气体的混合比或反应室内的压力之中的至少一个条件，而这些条件特别是对进行选择外延生长时的选择性带来影响，所以能够提高选择生长的选择性。
并且，本发明的第1方面的半导体制造方法，在对表面的至少一部分上形成了氧化硅的所述衬底进行所述反应性气体处理的情况下是合适的。
就是，在对表面的至少一部分形成了氧化硅的衬底的情况下，氧化硅中含有的水分在烘焙时脱离恐怕会增加反应室内的水分浓度，通过实测水分浓度，也可以对这样的衬底进行高精度而又稳定的处理。
进而，本发明的第1方面的半导体制造方法，所述衬底是硅衬底，所述反应性气体处理在对所述衬底表面之中的硅露出的区域进行选择性生长半导体层的处理时是合适的。
就是，在对衬底表面的硅露出区域进行选择性外延生长硅等的半导体层时，由于其选择性受水分浓度影响，因此通过根据实际测出的水分浓度调整条件，可以得到高精度而又高选择性的选择生长。
就是若按照本发明的第1方面的半导体制造方法，在设置有衬底的状态下，测量反应室内或所述反应室的气体排放系统内的水分浓度，根据所述水分浓度调整反应性气体处理的条件，则由实际工艺过程中的水分浓度测量值调整水分浓度自身的调整、成膜或腐蚀等的工艺条件，就能进行考虑到水分浓度给反应性气体处理特性的影响的高精度而且稳定的处理。特别是，在对在硅衬底上进行选择外延生长时，由于选择生长的选择性影响到水分浓度，所以要是根据水分浓度的实测值调整左右选择性的参数(加热温度等处理条件)，就能进行具有高选择性并稳定的选择生长。
进而，本发明人对反应室内的水分浓度增加的重要原因进行研究的结果，在把衬底运送到反应室内时，对预反应室外部区域的衬底运送系统的密闭空间的水分浓度进行测量，然而如图10所示，尽管所述密闭空间的水分浓度降低，但可以看出所述反应室内的水分浓度增加(图10中的Tr-ch为运送用室(所述密闭空间)内的数据，Pr-ch为反应室内的数据)。这样，为了使所述反应室内加热到预先规定的温度，考虑到由于在所述密闭空间里从装片连锁等外部导入的氧气与反应室的氢气反应产生水分而想到运送系统是反应性气体以外的水分来源。
因此，本发明的第2方面，根据所述见识，为解决所述问题而采用以下构成。即，在本发明的第2方面的半导体制造方法是，当用衬底运送系统从所述衬底运送系统内的密闭空间把衬底送入反应室内时，或从反应室内取出到所述密闭空间时，流到所述反应室内的反应性气体(腐蚀性气体），在反应室内进行使反应性气体反应的反应性气体处理(腐蚀性气体处理)的半导体制造方法，其特征是配备有：在用连接于所述密闭空间的第1水分计测量所述密闭空间内的水分浓度以后，用所述衬底运送系统对所述衬底进行所述送入或所述取出的衬底运送工序；在所述衬底运送工序后，边用连接于所述反应室的第2水分计测量反应室内的水分浓度边进行所述反应性气体处理(腐蚀性气体处理)的气体处理工序。
并且，本发明的第3方面的半导体制造装置是，当用衬底运送系统从所述衬底运送系统内的密闭空间把衬底送入反应室内时，或从反应室内取出到所述密闭空间时，流到所述反应室内的反应性气体(腐蚀性气体)，在反应室内进行使反应性气体反应的反应性气体处理(腐蚀性气体处理)的半导体制造方法，其特征是配备有：测量所述衬底运送系统的密闭空间内的水分浓度的第1水分计和测量所述反应室内的水分浓度的第2水分计。
在这些的第2方面的半导体制造方法和第3方面的半导体制造装置中，借助于测量衬底运送系统密闭空间水分浓度的第1水分计和测量反应室内水分浓度的第2水分计，可以一起测量衬底运送系统密闭空间水分浓度和反应室内水分浓度，可以检查所述密闭空间中的水分浓度给予反应室内水分浓度的影响，同时为了降低反应室内水分浓度就可以测量、限制所述密封空间的水分浓度并进行良好的气体处理。
并且，本发明的第2方面的半导体制造方法中，在所述衬底运送工序，在确认所述密闭空间内水分浓度要比第1给定值低后，从所述密闭空间内把所述衬底送入所述反应室内或从反应室内取出到所述密闭空间，所述反应性气体处理工序，最好在确认所述密闭空间内水分浓度要比第2给定值低后，开始所述反应性气体处理。
本半导体制造方法中，通过预先设定在所述密闭空间把衬底移送到反应室内外时的必要的水分浓度的上限作为第1给定值、在反应室进行重金属污染等的无反应性气体处理的必要的水分浓度的上限作为第2给定值，可以稳定地实现良好的反应性气体处理。
进而，在本发明的第2方面的半导体制造方法，理想的是把所述第2给定值设定为未满1ppm。
就是，本发明人研究了反应室内水分浓度与重金属污染之间关系的结果，确认所述水分浓度在ppm数量级对衬底表面有点状重金属污染，然而通过降低到亚ppm级，就几乎看不到发生点状的污染。因此，本发明基于这个见识，在本半导体制造方法中，采用至少把第2给定值设定为未满1ppm的办法，可以防止重金属的点状污染。
并且，本发明的第2方面的半导体制造方法和第3方面的半导体制造装置中，所述第1水分计或所述第2水分计的至少一方，最好是使激光射入在与所述密闭空间或所述反应室连接的管状盒本体内并测定透过激光的吸收光谱的激光水分计。
在这些的半导体制造方法和半导体制造装置中，第1和第2水分计的至少一方是激光水分计，因而可能与测定对象的气体以非接触方式高精度定量分析水分。
并且，本发明的第3方面的半导体制造装置中，最好配备有多个反应室，并且在每个所述反应室设置有所述第1水分计可以测量水分浓度。
所述半导体制造装置中，在每个反应室可以用第1水分计测量多个反应室的水分浓度，因而可以通过测量各个反应室内水分浓度，一个个地以适合的水分浓度进行良好的反应性气体处理。
进而，本发明的第3方面的半导体制造装置中，最好配备有可以把与所述第1水分计连接的对象切换到任意的所述反应室的切换机构。
在所述半导体制造装置中，配备有可以把与所述第1水分计连接的对象切换到任意的所述反应室的切换机构，因而通过切换机构连接希望测量的反应室和第1水分计，就可以用一个第1水分计测量多个而且任意的反应室内水分浓度，可以达到减少构件个数和成本。
并且，本发明的第3方面的半导体制造装置中，所述第1水分计和第2水分计，最好是同一个水分计，并且配备有可把连接所述水分计的对象切换到所述密闭空间或所述反应室的切换机构。
在本半导体制造装置中，由于同一水分计兼用作第1和第2水分计，通过切换机构，把连接的对象任意地切换到所述密闭空间或所述反应室，所以可用一个水分计测量所述密闭空间和反应室的水分浓度，可以达到减少构件个数和成本。
就是若采用本发明的第2方面的半导体制造方法和第3方面的半导体制造装置，用测量衬底运送系统密闭空间内水分浓度的第1水分计和测量反应室内水分浓度的第2水分计，共同测量衬底运送系统密闭空间的水分浓度和反应室内的水分浓度，因而可以检查所述密闭空间的水分浓度给予反应室内的水分浓度的影响，就能分析来自衬底运送系统的水分供给原因。并且，为了降低反应室内的水分浓度，测量并限制所述密闭空间的水分浓度就可以进行良好的反应性气体处理，可稳定性良好地进行晶体生长、薄膜形成和腐蚀等反应性气体处理，能够制造出高质量的半导体衬底和半导体器件等的半导体装置。
本申请还包括：
一种半导体制造方法，在内部设置有衬底(W)的反应室(1)内流过反应性气体，进行使所述衬底(W)与所述反应性气体反应的反应性气体处理，其特征在于，
在设置所述衬底(W)的状态下，测量所述反应室(1)内或所述反应室(1)的气体排放系统内的水分浓度，根据所述水分浓度，调整所述反应性气体处理的条件；
所述反应性气体处理的条件，包括在向所述反应室(1)内流入反应性气体前进行的所述衬底(W)的加热条件。
一种半导体制造方法，在内部设置有衬底(W)的反应室(1)内流过反应性气体，进行使所述衬底(W)与所述反应性气体反应的反应性气体处理，其特征在于，
在设置所述衬底(W)的状态下，测量所述反应室(1)内或所述反应室(1)的气体排放系统内的水分浓度，根据所述水分浓度，调整所述反应性气体处理的条件；
所述反应性气体处理的条件，包括在向所述反应室(1)内流入反应性气体前进行的所述衬底(W)的加热条件；
所述加热条件是所述衬底(W)的加热温度、衬底(W)的加热时间或排放气体的流量的至少一个条件。
一种半导体制造方法，在内部设置有衬底(W)的反应室(1)内流过反应性气体，进行使所述衬底(W)与所述反应性气体反应的反应性气体处理，其特征在于，
在设置所述衬底(W)的状态下，测量所述反应室(1)内或所述反应室(1)的气体排放系统内的水分浓度，根据所述水分浓度，调整所述反应性气体处理的条件；
对表面的至少一部分上形成了氧化硅(31)的所述衬底(W)进行所述反应性气体处理；
所述反应性气体处理是在所述衬底(W)表面之中的硅露出的区域上选择性地生长半导体层的处理。
附图说明
图1表示本发明的半导体制造方法一个实施例的外延晶体生长的示意性全体平面图。
图2表示本发明的半导体制造方法一个实施例的工艺用水分计构成的剖面图。
图3放大表示选择外延生长的重要部分的硅衬底剖面图。
图4表示本发明的半导体制造方法和半导体制造装置一个实施例的外延晶体生长的示意性全体平面图。
图5表示本发明的半导体制造方法和半导体制造装置一个实施例的工艺用水分计构成的配管图。
图6表示本发明的半导体制造方法和半导体制造装置一个实施例的激光水分计本体构成的剖面图。
图7表示用半导体制造方法和半导体制造装置的现有例实际进行外延生长时，晶片表面内重金属污染状态的分布图。
图8表示用本发明的半导体制造方法和半导体制造装置的一个实施例实际进行外延生长时，晶片表面内重金属污染状态的分布图。
图9表示排气气体中水分与寿命之间的关系图。
图10表示运送用室和反应室的水分浓度与反应室温度之间的关系图。
具体实施方式
以下，边参照图1到图3，边说明本发明的第1方面的半导体制造方法的一个
实施例。
在这些图中，标号1表示反应室、2表示运送用室、3表示送入装片连锁室、4表示取出装片连锁室、5表示工艺过程用水分计。
图1表示用于实施本发明的半导体制造方法的单片式外延晶体生长装置图。该外延晶体生长装置，如图1所示，备有：作为内部配置硅衬底W的中空气密容器的3个石英制造的加工室(以下称为：反应室)1、向这些反应室1内送入硅衬底W时在内部的密闭空间进行气氛置换的运送用室2、把加工前的硅衬底W送入该运送用室2的送入装片连锁室3和用于从运送用室2取出加工后的硅衬底W的取出装片连锁室4。
在所述反应室1中，设有对导入该反应室1的反应性气体进行取样，测量气体中含有的水分的工艺过程用水分计5和测量反应室1内压力的压力计7。
并且，在运送用室2内，还设置测量内部气氛中水分的运送系统水分计6。该运送系统水分计6，例如，理想的是具有精度和响应速度高的同后述的水分计本体10同样的激光水分计，但是也不妨使用将水分吸附到氧化铝电容器等上，测量其电容变化的静电容方式的水分计或质量分析法的水分计等。
所述反应室1与反应性气体等的气体供给源(图中省略)连接，就可以导入来自该气体供给源的气体(SiCl2H2、SiCl3H、HCl、H2、N2、B2H6、PH3、SiH4等)，同时通过气体排放系统与排气处理设备(图中省略)连接，就能将反应室1内供给反应后的反应性气体等向排气处理设备排气。
所述工艺过程用水分计5，如图5所示，配备有：通过反应室1的气体排放系统和阀门(图中省略)一端连接的取样管道的取样配管9、与该取样配管9的另一端连接并测量来自反应室1的反应性气体中所含水分的水分计本体10、及通过连接管11与该水分计本体10的后端连接的旋转泵12。
所述水分计本体10，在框体10a内设置管状盒本体19，该管状盒本体19上一端侧面连接着取样配管(气体排放系统)9，而且另一端侧面连接着连接管11。管状盒本体19的两端装有透光性窗口材料19a，并在一方的透光性窗口材料19a的外侧面，对向设置产生红外激光L(波长1.3～1.55μm)的波长可变半导体激光器LD，另一方透光性窗口材料19a的外侧面，对向设置接收透过管状盒本体19内的红外激光L并将其接收的光强度变换成电信号的光检测器PD。
另外，在所述取样配管9和连接管11上卷绕连接电流供给源(图中省略)的带状加热器20，进而，其上缠绕硅橡胶的隔热材料21。另外，带状加热器20是为调整其流过的电流，将取样配管9和连接管11加热到100℃以上，抑制这些配管内副生成反应物的附着。
并且，在水分计本体10的管状盒本体19和透光性窗口材料19a上安装主要为将其加热的电热线的盒用加热器22，并加热到100℃以上。进而，水分计本体10根据用带状加热器20和盒用加热器22加热到100℃以上的气体温度，预先进行其测定灵敏度的调整和校正。
其次，作为本实施例，如图3所示，对于表面上形成了SiO2膜31图形的硅衬底W，只在表面上露出硅的区域使用所述外延晶体生长装置，选择性地进行外延生长硅膜(半导体层)32的情况进行说明。
首先，从送入装片连锁室3把硅衬底W送入运送用室2内，并将运送用室2内的气氛置换成N2等惰性气体，同时用运送系统水分计6测量气氛中的水分，确认水分已降低到足够低的状态以后，把硅衬底W送入反应室1内。
反应室1内用H2或N2等惰性气体的排放气体进行净化，在送入了硅衬底W的状态下烘焙(加热)衬底W直到规定温度。在该烘焙过程中，开动旋转泵12，同时打开取样配管9的阀门等，一边调整气体流入量一边时常把反应室1内的气氛导入到水分计本体10内。
被取样的气体流入水分计本体10里的管状盒本体19内，并受来自半导体激光器LD的红外激光L照射。透过管状盒本体19内气体的红外激光L用光检测器PD接收，根据从该接收量获得的吸收光谱强度，测量气体中的水分浓度，进行气体中所含水分的定量分析。另外，流入管状盒本体19的气体通过连接管11和旋转泵12由排气系统排出。并且，反应室1内的压力，则时常用压力计7进行测量。
这时，基于实测到的烘焙中反应室1内的水分浓度，调整烘焙条件。即，作为烘焙条件，至少调整衬底W的加热温度、加热时间或排放气体的流量中的一个条件。例如，水分浓度比适当范围升高时，根据水分浓度，进行提高加热温度，延长加热时间或加大排放气体流量等的调整，并调整到将烘焙中的水分浓度抑制在适当范围内。另外，采用提高烘焙中的加热温度或延长加热时间的办法，可提高选择生长的选择性。
这样调整烘焙条件使水分浓度变成适当范围内的状态，接着，导入SiCl2H2、HCl、H2、SiH4等反应性气体，在硅衬底W的表面上进行选择外延生长。另外，这时也与烘焙时同样，时常测量反应室1内的水分浓度。
这时，根据实测的烘焙中和工艺过程中的反应室1内的水分浓度，调整工艺条件。即，作为工艺条件，至少调整衬底W的加热温度、反应性气体的流量、反应性气体的混合比或反应室1内的压力之中的一个条件。例如，水分浓度比适当范围提高时，根据水分浓度，相对于源气体(SiCl2H2、HCl等)增加工艺过程中的氢气流量，通过进行调整提高HCl(氯化氢)的流量或反应室1内的压力等，就可以提高选择生长的选择性。特别是，HCl具有抑制在SiO2上生长多晶硅(提高选择性)的作用。
另外，气体的流量，最好设定在选择生长可能的选择区域与非选择区域的边界附近的条件。
并且，预先把对应于水分浓度的条件设定储存到生长装置的控制器等里，借助于该控制器等，根据实测水分浓度，自动调整烘焙条件和工艺条件也无妨。
在所述外延生长结束后，用惰性气体置换反应室1内的气体，进而，通过运送用室2从取出装片连锁室4取出完成选择生长的硅衬底W。
在本实施例中，由于在设置有硅衬底W的状态下，测量反应室1内的水分浓度，根据该水分浓度调整选择外延生长的气体处理条件，从实际水分浓度的测量值把烘焙时的水分浓度调整到适当范围内，进而，调整选择生长中的工艺条件，而可以考虑到水分浓度给选择生长的选择性带来影响的高精度稳定的选择生长。
另外，本发明的第1方面还包括以下这个实施例。
在所述实施例中，作为半导体制造方法适用于进行选择外延生长的气相生长，然而在反应室内进行使反应性气体与衬底的反应的处理，若是按照水分浓度使处理特性受到影响这样的方法，在其它的半导体制造方法也可使用。例如，作为MOS器件用的衬底，在极低电阻率的衬底上，采用气相生长单晶硅薄膜的外延晶片的制造方法、在衬底上形成其它薄膜的CVD法或使用反应性气体蚀刻衬底表面的干式蚀刻法等也无妨。
下面，边参照图4到图6边说明本发明的第2方面的半导体制造方法和本发明的第3方面的半导体制造装置的一个实施例。
并且，在本实施例的说明中，对与所述本发明的第1方面的半导体制造方法的实施例中说过的构件具有相同功能的构件，赋予相同参照标号。
这些图中，标号1表示反应室、2表示运送用室、3表示送入装片连锁室、4表示取出装片连锁室、5表示过程用水分计、6表示运送系统水分计。
图4就是表示将本发明的第3方面的半导体制造装置，应用于例如单片式外延晶体生长装置时的平面图。该外延晶体生长装置，如图4所示，是配备有：内部配置有硅衬底W的中空气密容器的3个石英制的反应室1；向这些反应室内送入硅衬底W时，在内部的密闭空间进行气氛置换的运送用室(衬底运送系统)2；以及用于把加工前的硅衬底W送入运送用室2的送入装片连锁室3和从运送用室2取出加工后的硅衬底W的取出装片连锁室4的多片式的生长装置。
所述反应室1分别用工艺过程用取样配管9与含有导入到该反应室1的反应性气体(腐蚀性气体)的工艺过程气体进行取样，测量气体中所含水分的工艺过程用水分计(第2水分计)5连接。
并且，在运送用室2、送入装片连锁室3和取出装片连锁室4的各个内部，也用运送系统取样配管6a连接测量内部气氛中水分的运送系统水分计(第1水分计)6。该运送系统水分计6是与使用精度和响应速度高的后述激光水分计本体10的工艺过程用水分计5同样的水分计。
运送系统取样配管6a由从水分计本体10对应于运送用室2、送入装片连锁室3和取出装片连锁室4分支成3条分支管6b而构成，并在各条分支管6b上设置可以将其开闭的阀门6c。
如图2所示，在所述反应室1上连接有用于导入反应性气体等的气体供给源(图中省略)来的气体(SiCl2H2、SiCl3H、HCl、H2、N2、B2H6、PH3等)的工艺过程气体导入管23和反应室1内供反应后往排气处理设备(图中省略)排出反应性气体等的工艺过程气体排气管8。
所述工艺过程用水分计5配备有：具备阀门9a的一端侧面通过工艺过程气体排气管8的基端侧面连接各反应室1的取样管道的工艺过程用取样配管9；通过可变阀门9b连接该工艺过程用取样配管9的另一端，测量反应室1来的反应性气体中所含水分的激光水分计本体10；和通过可变阀门11a用连接管11连接该激光水分计本体10后端部的旋转泵12。
在所述工艺过程用取样配管9的基端侧面，通过阀门13a连接有取样管道N2纯化用取样配管13，并且，工艺过程气体导入管23通过阀门14a用分支管14连接到配管纯化管道13。另外，配管纯化管道13与分支管14的连接部分相比，在上游配备有阀门13b。
并且，工艺用取样配管9由对应于3个反应室1从激光水分计本体10分支成3条分支管9c而构成，并在各分支管9c上设置可以将其开闭的阀门(切换机构)9d。
所述激光水分计本体10上，如图5和图6所示，连接有用于该框体10a内进行N2纯化的框体纯化管道15，同时另一端连接到排出N2的工艺过程气体排气管8上的N2排气管道16。
另外，所述旋转泵12通过阀门17a用取样排气管17连接工艺过程气体排气管8。并且，在旋转泵12上连接有气体稳流用的N2纯化管道18。
所述激光水分计本体10，如图6所示，框体10a内设有管状盒本体19，该管状盒本体19上，一端侧面连接工艺过程用取样配管9，同时另一端侧面连接着连接管11。管状盒本体19两端装有透光性窗口材料19a，并在一方的透光性窗口材料19a的外侧面，对向设置产生红外激光L(波长1.3～1.55μm)的波长可变半导体激光器LD，另一方透光性窗口材料19a的外侧面，对向设置接收透过管状盒本体19内的红外激光L并将其接收的光强度变换成电信号的光检测器PD。
另外，在所述工艺用取样配管9和所述连接管11上卷绕带状加热器20，进而，其上缠绕硅橡胶的隔热材料21。另外，带状加热器20与图中未示出的电流供给源连接起来。而且，调整流到带状加热器20的电流，将工艺过程用取样配管9和连接管11加热到100℃以上。
并且，在激光水分计本体10的管状盒本体19和透光性窗口材料19a上也安装主要为将其加热的电热线的盒用加热器22，并将其加热到100℃以上。另外，运送系统取样配管6a也用与工艺过程用取样配管9同样的手段进行加热。因此，可以抑制反应室1内加热后反应性气体的配管内部的副反应生成物的附着，并能够防止副反应生成物闭塞配管。而且，可以就地时常测量水分。
进而，水分计本体10根据用带状加热器20和盒用加热器22加热到100℃以上的反应气体温度，预先进行其测定灵敏度的调整和校正。另外，测定灵敏度的调整和校正，例如是在将光检测器PD来的信号连接到光检测器PD的控制器(图中省略)中进行运算处理。
另外，作为所述各配管，使用不锈钢配管为配管材料，最好使用电解研磨处理其里面或进行过CRP处理(表面具有氧化铬膜的钝化膜)的配管。
其次，说明有关本发明第2方面的半导体制造方法和本发明的第3方面的半导体制造装置的一个实施例的外延晶体生长方法。
首先，从外部把进行外延生长的硅衬底W移送到送入装片连锁室3，同时这时用运送系统水分计6测量送入装片连锁室3中的水分。即，只打开与送入装片连锁室3连接的分支管6b的阀门6c并关闭其它的阀门6c，在此状态下通过运送系统取样配管6a将送入装片连锁室3内的气氛导入激光水分计本体10并测量水分浓度。另外，从运送系统取样配管6a导入激光水分计本体10的气体与后述的工艺过程用水分计5同样进行。
在用运送系统水分计6的测量确认送入装片连锁室3内的水分浓度不到规定值以后，从送入装片连锁室3把硅衬底W送入运送用室2内，进而，将运送用室2内的气氛置换成N2等的惰性气体。
这时，用运送系统水分计6测量运送用室2中的水分。即，只打开与运送用室2连接的分支管6b的阀门6c而关闭其它的阀门6c，在此状态下，通过运送系统取样配管6a将运送用室2内的气氛导入激光水分计本体10并测量水分浓度。而且，在根据运送系统水分计6的测量，直到运送用室2内的水分浓度未满规定的给定值(第1给定值)，确认为充分降低水分的状态后，把硅衬底W送入反应室1内。另外，规定的给定值，按运送用室2与反应室1的容积比，未满5ppm是希望的。即，少许水分浓度即使高，也用排放气体进行稀释，影响就小。
在加工前，用H2或N2等的惰性气体使各反应室1内成为净化状态，而且配置从运送用室2送入的硅衬底W并加热到规定温度。这时，用工艺过程用水分计5，测量各反应室1中的水分。即，只打开连接要测量的反应室1的分支管9c的阀门9d而关闭其它的阀门9d，在此状态下，通过工艺过程用取样配管9将反应室1内的气体导入激光水分计本体10并测量其水分浓度。这时，打开阀门9a、17a同时开动旋转泵12，进而，一边用可变阀门9b、11a调整气体流入量，一边通过工艺过程用取样配管9时常将反应室1内的一部分气体导入到水分计本体10里。
取样来的气体流入激光水分计本体10里的管状盒本体19内，并受半导体激光器LD来的红外激光L照射。透过管状盒本体19内的气体的红外激光L被光检测器PD接收，根据从其接收量获得的吸收光谱强度，进行气体中所含水分的定量分析。
而且，在确认取样气体中的水分浓度为至少未满1ppm(第2给定值)以后，用工艺过程气体导入管23导入规定的反应性气体，在硅衬底W表面上进行外延生长。假如，运送用室2存在氧气，反应室1内的气体是氢气时，在规定的温度下由于反应产生水，此时，要中断工艺过程检测运送系统的泄漏等，进行装置的维修。
另外，流入管状盒本体19的反应性气体等，通过连接管11、旋转泵12和取样排气管17由工艺过程气体排气管8排出。
进而，在外延生长中，与所述同样，也时常通过工艺过程用取样配管9，将在反应室1供给反应并加热的排出气体的一部分导入激光水分计本体10，测量排出气体的水分浓度。
外延生长结束后，将衬底W从反应室1返回运送用室2，进而，将该衬底W送到取出装片连锁室4，向外部取出。另外，取出装片连锁室4内的水分浓度，也可以通过切换阀门6c的开闭，用运送系统水分计6进行测量，也可以测出从取出装片连锁室4来的泄漏等。
在本实施例中，也可以借助于测量运送用室2的密闭空间水分浓度的运送系统水分计6和测量反应室1内水分浓度的工艺过程用水分计5，一起测量送入装片连锁室3、运送用室2等的衬底运送系统内的水分浓度和反应室1内的水分浓度，可以检测衬底运送统的密闭空间的水分浓度给反应室1内的水分浓度带来的影响。另外，关于运送用室2和送入装片连锁室3的两个方面，都可以用运送系统水分计6一个个地测量内部的水分浓度，因而也可以检测送入装片连锁室3内的水分浓度给运送用室2内水分浓度带来的影响。
并且，为了降低反应室1内的水分，因而测量送入装片连锁室3和运送用室2内的水分浓度，在限制规定浓度的状态下，将衬底W移送到反应室1，极力降低衬底运送系统内的气体流入反应室1内而增加水分浓度，就可以进行良好的外延生长。并且，假如，即使衬底运送系统内夹入氧气时，也可以看到反应室1内的水分浓度增加的现象，就能进行良好的外延生长。
并且，在确认取样气体中的水分浓度至少未满1ppm后，导入反应性气体在硅衬底W的表面上进行外延生长，因而可以防止重金属的点状污染。
并且，因为配备有可以一个个测量各反应室1内水分浓度的工艺过程用水分计5，对每个反应室1测量水分浓度，当一部分反应室1内水分浓度上升时，能够很容易进行不良或故障的判断。
进而，因为配备有可将连接工艺过程用水分计5的对象切换到任意一个反应室1的阀门9d，借助于各阀门9d的开闭连接想要测量的反应室1`与激光水分计本体，就可能用一个工艺过程用水分计5测量多个而且任意的反应室1内的水分浓度，可以达到构件个数和成本的降低。
另外，本发明的第2和第3方面也包括以下的实施例。
在所述实施例中，虽然分别设置工艺过程用水分计5和运送系统水分计6，但是通过从一个水分计把取样配管分支到反应室和运送用室等的衬底运送系统，并在各分支配管上设置阀门等的切换机构的办法，将同一水分计兼用作工艺过程用水分计和运送系统水分计，也可以用阀门等随意地将连接的对象切换到衬底运送系统的密闭空间或反应室。这时，可以用一个水分计随意地测量衬底运送系统的密闭空间和反应室的水分浓度，进而，可以达到减少构件个数和成本。
在本实施例中，虽然是在从运送用室2把硅晶片W送入反应室1时应用本发明，可是在外延生长结束后，从反应室1把硅晶片W取到运送用室2之际，也可以应用本发明。例如，在反应室1内硅晶片W上，用甲硅烷进行外延生长，当该生长结束后，从反应室1把硅晶片W取到运送用室2中，然后向反应室1内流入HCl对内部进行净化(腐蚀)时，在所述取出晶片W前测量运送用室2内的水分浓度，确认未达到规定的给定值(例如，5ppm)以后从反应室1把晶片W取到运送用室2内。这样一来，在所述取出时，也测量并确认运送用室2内的水分浓度，因此极力降低取出时运送用室2内的气体流入反应室1内使水分浓度增加，就可能进行良好的HCl净化。
所述实施例的运送系统水分计6，如上所述，理想的是与使用高精度的激光水分计本体10的工艺过程用水分计5同样的水分计，然而测量涂覆有吸湿性薄膜的石英晶振的信号频率变动量的吸附式水分计、水分吸附于陶瓷电容器等测量其电容量变化的静电容方式的水分计和使用质量分析法的水分计等也可以。
在本实施例中，作为半导体制造装置应用于进行外延生长的气相生长装置，然而只要是在反应室内的衬底上使反应性气体反应的装置，其它的半导体制造装置也可以用。例如，也可以在衬底上形成其它薄膜的CVD装置或用腐蚀性气体蚀刻衬底表面的干式蚀刻装置等采用。
并且，在本实施例中，应用于单片式外延生长装置，然而并不限于此，也可以应用于其它方式(各种的分批式等)。
进而，在加工前，各配管和反应室内进行H2净化后导入作为反应性气体的腐蚀性气体，可是在充分地进行H2净化后，进而用HCl(氯化氢)进行净化，然后导入供生长的反应性气体也行。这时，吸附于各配管和反应室内壁的水分子与HCl结合并运送出去，而后可以降低进入供给的反应性气体中的水分。
实施例
为了比较，图7和图8分别表示用现有的方法(水分浓度为4ppm)在硅晶片W上进行外延生长的结果和用所述实施例实际上在水分浓度1ppm下进行该生长的结果。另外，这些图中，晶片表面上寿命不到500μs的区域(即，相当于重金属污染区域)画上了斜线。
由该图7和图8可知，在现有的方法中，对于晶片表面上发生点状重金属污染，而在本发明的实施例中，不发生点状污染。

Claims (12)

1.一种半导体制造方法，在内部设置有衬底(W)的反应室(1)内流过反应性气体，进行使所述衬底(W)与所述反应性气体反应的反应性气体处理，其特征在于，
在设置所述衬底(W)的状态下，测量所述反应室(1)内或所述反应室(1)的气体排放系统内的水分浓度，根据所述水分浓度，调整所述反应性气体处理的条件；
所述反应性气体处理的条件，包括在向所述反应室(1)内流入反应性气体前进行的所述衬底(W)的加热条件。
2.一种半导体制造方法，在内部设置有衬底(W)的反应室(1)内流过反应性气体，进行使所述衬底(W)与所述反应性气体反应的反应性气体处理，其特征在于，
在设置所述衬底(W)的状态下，测量所述反应室(1)内或所述反应室(1)的气体排放系统内的水分浓度，根据所述水分浓度，调整所述反应性气体处理的条件；
所述反应性气体处理的条件，包括在向所述反应室(1)内流入反应性气体前进行的所述衬底(W)的加热条件；
所述加热条件是所述衬底(W)的加热温度、衬底(W)的加热时间或排放气体的流量的至少一个条件。
3.一种半导体制造方法，在内部设置有衬底(W)的反应室(1)内流过反应性气体，进行使所述衬底(W)与所述反应性气体反应的反应性气体处理，其特征在于，
在设置所述衬底(W)的状态下，测量所述反应室(1)内或所述反应室(1)的气体排放系统内的水分浓度，根据所述水分浓度，调整所述反应性气体处理的条件；
对表面的至少一部分上形成了氧化硅(31)的所述衬底(W)进行所述反应性气体处理；
所述反应性气体处理是在所述衬底(W)表面之中的硅露出的区域上选择性地生长半导体层的处理。
4.一种半导体制造方法，当用衬底运送系统(2、3)从所述衬底运送系统内的密闭空间把衬底(W)送入反应室(1)内时，或从所述反应室(1)内取出到所述密闭空间时，流到所述反应室(1)内的反应性气体，在所述反应室(1)内进行使所述反应性气体反应的反应性气体处理，其特征在于配备有：
在用连接于所述密闭空间的第1水分计(6)测量所述密闭空间内的水分浓度以后，用所述衬底运送系统(2、3)进行所述衬底(W)的所述送入或所述取出的衬底运送工序；以及
在所述衬底运送工序后，一边用连接于所述反应室(1)的第2水分计(5)测量反应室(1)内的水分浓度，一边进行所述反应性气体处理的气体处理工序。
5.根据权利要求4所述的半导体制造方法，其特征在于，
所述衬底运送工序，在确认所述密闭空间内的水分浓度比第1给定值低后，从所述密闭空间内把所述衬底(W)送入所述反应室(1)内或从反应室(1)内取出到所述密闭空间；以及
所述反应性气体处理工序，在确认所述密闭空间(1)内的水分浓度比第2给定值低后，开始所述反应性气体处理。
6.根据权利要求5所述的半导体制造方法，其特征在于至少所述第2给定值设定为未满1ppm。
7.根据权利要求4所述的半导体制造方法，其特征在于所述第1水分计(6)或所述第2水分计(5)的至少一方是测量使激光射入到与所述密闭空间或所述反应室(1)连接的管状盒本体(19)内并透过的激光吸收光谱的激光水分计(10)。
8.一种半导体制造装置，在用衬底运送系统(2、3)把衬底(W)从所述衬底运送系统内的密闭空间送入反应室(1)内之际，或从所述反应室(1)内取出到所述密封空间时，向所述反应室(1)内流入反应性气体，并在所述反应室(1)内进行使所述反应性气体反应的反应性气体处理，其特征在于配备有：
测量所述衬底运送系统密闭空间水分浓度的第1水分计(6)，和
测量所述反应室(1)内水分浓度的第2水分计(5)。
9.根据权利要求8所述的半导体制造装置，其特征在于在每个所述反应室(1)设置有可以测量水分浓度的所述第1水分计(6)。
10.根据权利要求9所述的半导体制造装置，其特征在于配备有可将连接于所述第1水分计(6)的对象切换到任意的所述反应室(1)的切换机构(9d)。
11.根据权利要求8所述的半导体制造装置，其特征在于所述第1水分计(6)和第2水分计(5)是同一个水分计，以及
配备有可将连接于所述水分计的对象切换到所述密闭空间或所述反应室(1)的切换机构。
12.根据权利要求8所述的半导体制造装置，其特征在于所述第1水分计(6)或所述第2水分计(5)的至少一方是测量使激光射入到与所述密闭空间或所述反应室(1)连接的管状盒本体(19)内并透过的激光吸收光谱的激光水分计(10)。
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