CN1282992C - 半导体制造装置的净化方法和半导体器件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

半导体制造装置的净化方法,具备如下工序:腐蚀工序,用至少含有卤素的清洗气体腐蚀淀积到反应室(2)内的CVD淀积膜,所述反应室(2)构成用CVD法在半导体晶片(12)上进行了CVD膜成膜处理的半导体制造装置;净化工序,在用清洗气体腐蚀了上述CVD淀积膜之后,向上述反应室(2)内流入含氢气体净化残留在上述反应室(2)内的清洗气体。

Description

半导体制造装置的净化方法 和半导体器件的制造方法
技术领域
本发明涉及半导体制造装置的净化工艺,特别是涉及CVD(化学汽相淀积)装置干洗后的净化工艺。
背景技术
半导体制造装置,例如LP(低压)-CVD等的CVD装置,因使用会在其反应槽(以下,叫做反应室)内部淀积有硅、硅氧化物、硅氮化物或在半导体器件中使用的其它薄膜材料。当这样的CVD淀积膜变得过厚时,就存在着因产生膜剥离而在反应室内产生污染的问题。此外,当因产生膜剥离而使得反应室内的淀积膜的膜厚变得不均一时,则还存在着难于均一地形成要在半导体晶片上边成膜的CVD膜的问题。于是,以往在这样的问题变得显著之前,就借助于用ClF3或F2等的含卤素的清洗气体进行的腐蚀处理除去该淀积膜。通常,在配置于反应室内的监视品片上的膜厚超过某一恒定值的情况下,在根据经验判断为时间充分时,就对反应室内部进行干洗。
如上所述,附着在反应室内部上的淀积膜可用ClF3等的腐蚀气体借助于干洗除去。然而,在使用ClF3等的腐蚀气体进行的清洗之后,在清洗后的通常的CVD工艺进行之前,还必须充分地净化(置换除去)反应室内的残留腐蚀气体。
但是,ClF3等的腐蚀气体含有负电性高的卤素,为此,附着在反应室表面上的腐蚀气体,用短时间的净化不能充分地脱离,作为结果,以往就需要长时间的净化。
如果是能够以低频度进行反应室清洗的CVD形态,虽然清洗后的净化时间长不会成为特别的问题,但是,在每当进行一次CVD工艺就必须进行清洗的CVD形态的情况下,将会招致生产率的降低。
发明内容
本发明就是针对这样的问题而提出的,目的在于提供一种缩短净化时间从而改善装置的运转率因而提高生产能力的CVD装置等半导体制造装置的净化方法,还提供使用用上述净化方法进行净化的半导体制造装置的半导体器件的制造方法。
本发明提供了一种半导体制造装置的净化方法,包括如下工序:腐蚀工序,用至少含有卤素的清洗气体腐蚀反应室内淀积的CVD淀积膜,所述反应室构成用CVD法在半导体晶片上进行了CVD膜成膜处理的半导体制造装置;净化工序,在用清洗气体腐蚀上述CVD淀积膜的腐蚀工序之后,使含氢气体流入上述反应室内,净化残留在上述反应室内的清洗气体,以及监测反应室中残留的清洗气体,以检测对清洗气体的净化的完成情况,其中,在上述净化工序中,将反应室的温度和与反应室相连接的排气管道的温度设定为高于其在上述腐蚀工序中的温度。
本发明还提供了一种半导体制造装置的净化方法,包括如下工序:腐蚀工序,用至少含有卤素的清洗气体腐蚀淀积到反应室内的CVD淀积膜,所述反应室构成用CVD法在半导体晶片上进行了CVD膜成膜处理的半导体制造装置;净化工序,在用清洗气体腐蚀上述CVD淀积膜的腐蚀工序之后,使含水蒸气的气体流入上述反应室内,净化残留在上述反应室内的清洗气体,以及监测反应室中残留的清洗气体,以检测对清洗气体的净化的完成情况,其中,在上述净化工序中,将反应室的温度和与反应室相连接的排气管道的温度设定为高于其在上述腐蚀工序中的温度。
本发明又提供了一种半导体制造装置的净化方法,包括如下工序:腐蚀工序,用至少含有卤素的清洗气体腐蚀淀积到反应室内的CVD淀积膜,所述反应室构成用CVD法在半导体晶片上进行了CVD膜成膜处理的半导体制造装置;净化工序,在用清洗气体腐蚀上述CVD淀积膜的腐蚀工序之后,使含有溶于水则变成碱的物质的气体流入上述反应室内,净化残留在上述反应室内的清洗气体,以及监测反应室中残留的清洗气体,以检测对清洗气体的净化的完成情况,其中,在上述净化工序中,将反应室的温度和与反应室相连接的排气管道的温度设定为高于其在上述腐蚀工序中的温度。
本发明提供了另一种半导体制造装置的净化方法,包括如下工序:腐蚀工序,用至少含有卤素的清洗气体腐蚀淀积到反应室内的CVD淀积膜,所述反应室构成用CVD法在半导体晶片上进行了CVD膜成膜处理的半导体制造装置;净化工序,在用清洗气体腐蚀上述CVD淀积膜的腐蚀工序之后,使氨气流入上述反应室内,净化残留在上述反应室内的清洗气体,以及监测反应室中残留的清洗气体,以检测对清洗气体的净化的完成情况,其中,在上述净化工序中,将反应室的温度和与反应室相连接的排气管道的温度设定为高于其在上述腐蚀工序中的温度。
在上述发明中,还可以(1)借助于残留气体的质量分离监视上述残留气体;(2)在进行上述净化的工序中,借助于重复进行压力变动的办法使排气速度变化;(3)使得上述压力变动的压力变动值的不同在3个数量级以上;(4)在进行上述净化的工序中,使上述反应室和连接到反应室上的排气管的温度比使上述CVD膜成膜时的温度还高;(5)把残留在上述反应室内的残留气体用做下一道工艺的掺杂气体。
由于采用本发明可以提高净化效率、缩短净化时间,故可以得到提高半导体制造装置运转率的半导体制造装置的净化方法和半导体器件的制造方法。
附图说明
图1是本发明实施例的CVD装置的概略剖面图。
图2是示出了本发明实施例的净化特性的特性曲线图。
具体实施方式
参看图1说明实施例1。
图1是作为半导体制造装置的纵式CVD装置的概略剖面图。在纵式反应室2内设置有舟10,在CVD工序之前,把硅等的半导体晶片12载置到舟上边。在反应室2的下部,设置有气体导入口1。借助于质量流控制阀(未画出来)的操作,就可以从这里向反应室2的内部导入清洗气体。为了加热反应室2内的舟10上边的半导体晶片,在反应室2的外侧设置有加热器3。通过具有压力控制阀5的排气管道4把泵6连接到反应室2上,借助于压力控制阀5的操作,就可以使内部适当地排气。
用图1所示的CVD装置,在舟10上的半导体晶片12上边,成膜由LP-CVD工艺进行的硅膜之后,把ClF3气体用做腐蚀气体,进行反应室内部的干洗。在干洗之前的反应室内部,以300nm左右附着的状态存在着硅膜。干洗的条件如下。就是说,为了除去反应室内部的硅膜,在使反应室暂时变成为减压之后,向保持于反应室温度为350℃,反应室压力为20Torr的状态的反应室内部供给用1600sccm的氮(N2)稀释后的ClF3气体900sccm,使之与反应室内部的硅淀积膜进行反应。对于清洗结束来说,由于ClF3气体和硅膜之间的反应是发热反应,故可以以反应室内部的温度计(未画出来)的刻度或加热反应室的加热器的功率为监视器,根据其变化进行判定。
在清洗结束后,停止ClF3气体和氮的供给,在该状态下对反应室内部抽气2分钟。这时的反应室内部的压力为0.8mTorr。之后,向反应室内部流入5slm的氮和5slm的氢(H2)的混合气体2分钟。这时的反应室内部的压力为100Torr。以该抽气步骤和流入混合气体的步骤为1个循环净化反复进行合计3次的循环净化的结果,用由4极质谱仪(Q-mass)7构成的监视器,未检测到ClF3的残留气体。此外,使ClF3气体进行分解产生的Cl、F中的任何一者,也未检测到。就是说,确认已进行了充分的净化。
相对于此,为了进行比较,对于流入10slm的氮而不流入氢和氮的混合气体的情况来说,同样地进行用Q-mass进行的监视,在与上述同一反复次数(3次)的情况下,可以发现Cl等的残留,确认净化是不充分的。
人们认为之所以可以采用用含氢的气体进行净化的办法效果良好地除去ClF3,是因为氢和ClF3进行可以用下式
…(1)
表示的反应,除去残留ClF3的缘故。
另外,作为氢的添加量来说,在本实施例中,虽然作成为与氮同一量的5slm,但是并不是非限于此不可,作成为100%的氢(即仅仅是氢)也没有问题。此外,对于氢的流量来说,在本实施例中虽然作成为5slm,但是,只要是在10sccm到10slm的范围内,也都可以发挥添加效果。此外,对于氮的流量来说,在本实施例中虽然作成为5slm,但是,也可以作成为从0sccm到10slm的范围。使流入从10sccm到10slm的范围的氢和0sccm到10slm的范围的氮的混合气体的情况,与仅仅流入氮的情况进行比较,可以确认前者将在短时间内实现净化。
倘采用本实施例,则可以使净化短时间化,可以提高装置的运转率。
其次,说明实施例2。
在本实施例中,也与实施例1同样,对附着有硅膜的反应室内部,用ClF3气体进行清洗。
该清洗后的净化,用除了5slm的氮外还混合进25sccm的水蒸气(H2O)的气体进行。这时的反应室压力为100Torr,因此,水蒸气分压将变成为0.5Torr(就是说,0.5mmHg)。合计反复进行5次与实施例1同样的抽气步骤和流入气体的步骤的循环净化。然后,用Q-mass进行监视的结果,已经确认未发现被认为是起因于ClF3气体的HCl或HF等的残留气体。
在为进行比较而进行的仅仅流入氮的情况下,在同一次数(5次)的循环净化的情况下,已经确认残留有HF或HCl,采用象本实施例那样加入水蒸气的办法,则可以判断为可以有效地除去HF或HCl。
至于水蒸气的流量,虽然在本实施例中作成为25sccm,但是只要是从5sccm到500sccm的范围,都可以发挥添加效果。至于氮的流量,虽然在本实施例中也作成为5slm,但是也可以作成为从10sccm到10slm的范围。
使流入从5sccm到500sccm的范围的水蒸气和从10sccm到10slm的范围的氮的混合气体的情况,与仅仅流入氮的情况进行比较,确认未发现HCl或HF等的残留气体。
人们认为之所以可以借助于水蒸气的添加除去HF或HCl,是因为得益于加入水蒸气,水分和ClF3产生可以用
……(2)表示的反应,使HF或HCl脱离的缘故。这样一来,在净化时,就可以采用供给水分的办法,降低残留的HF、HCl量。
但是,在添加水蒸气的净化中,在刚刚进行了该净化之后,尽管可以降低残留HF、HCl量,但是归因于残留的水蒸气,在以后的CVD工艺或清洗工艺中,却要产生不希望的反应。例如,在使用SiH4的硅膜的CVD工艺中,SiH4和H2反应,
……(3)
归因于此,将产生SiO2。此外,在清洗工艺中,在流入ClF3气体时,水分和ClF3就会产生可用式(2)表示的反应,产生HF、HCl。为了避开这种情况,理想的是在用含水蒸气的气体进行净化之后,接着进行用不含水蒸气的气体进行的净化。作为该后续净化的条件,例如,在上边所说的添加水蒸气的净化条件中,只要变成为去掉水蒸气的添加的净化条件即可。
至于在净化时添加水蒸气的方法,有在特开平5-331630号公报中所示的“三氟化氯气体的除去’。在该公开公报中,示出了这样的结论:理想的是使用作为添加量含有1mmHg以上分压的水蒸气的空气或气体。但是,倘采用本实施例,则已经确认:即便是在比1mmHg还低的水蒸气分压中,也具有水蒸气添加的效果。倘采用本实施例,如果水蒸气分压为0.05Torr(=0.05mmHg)以上,则确认水蒸气添加的效果是充分的。此外,在上述公开公报中,仅仅示出了向空气或氮中添加进水蒸气的工艺,对于实际上水蒸气残留的问题却并未谈及。此外,对添加水蒸气净化后的用不添加水蒸气的气体进行的后续净化,也未谈及。
倘采用本实施例,则可以使净化短时间化,可以提高装置的运转率。
其次,说明实施例3。
在本实施例中,也与实施例1同样,对附着有硅膜的反应室内部,用ClF3气体进行清洗。
该清洗后的净化,用除了2slm的氮之外还混合进500sccm的氨(NH3)的气体进行。合计反复进行3次抽气步骤和流入气体的步骤的循环净化的结果,借助于Q-mass构成的监视器,已确认:完全没有发现被认为是起因于ClF3气体的HCl、HF等的残留气体。
至于氨的流量,在本实施例中虽然作成为500sccm,但是,只要是100sccm到2slm的范围,就可以发挥添加效果。此外,至于氮的流量,在本实施例中虽然也作成为2slm,但是,也可以作成为从10sccm到10slm的范围。
使流入从100sccm到2slm的范围的氨和从10sccm到10slm的范围的氮的混合气体的情况,与仅仅流入氮的情况进行比较,已经确认未发现HCl或HF等的残留气体。
如上所述,之所以可以采用添加氨的办法除去HF或HCl,是因为流入ClF3时,归因于ClF3和反应室内部的残留水分之间的反应而形成的HF或HCl,可以采用与NH3进行反应而产生NH4F或NH4Cl的缘故。归因于此,作为残留在反应室内的酸的HF或HCl,就变成为更稳定的盐NH4F或NH4Cl作为结果就可以降低装置内部的易于腐蚀的金属部分的腐蚀。此外,还可以期待防止在氨流入时,石英反应室表面被氮化,残留在石英自身内部的卤素脱离到反应室中来的效果。该效果依赖于流入氨时的温度,理想地说,采用作成为800℃以上的办法,就可以得到显著的效果。
另外,在本实施例中,作为添加气体虽然使用的是氨,但是,作为与HF或HCl进行反应的气体,只要是与本身为酸的HF或HCl进行中和的气体即可,例如,如果是NaOH或KOH等当溶于水后就变成为碱的物质也行。
倘采用本实施例,则可以使净化短时间化,可以提高装置的运转率。
其次,参看图1和图2说明实施例4。
图2的特性图示出了与残留气体对应的离子电流的净化次数依赖性。在本实施例中,也与实施例1同样,对附着有硅膜的反应室内部,用ClF3气体进行清洗。
该清洗后的净化,采用流入5slm的氮的办法进行。用设置在反应室的排气一侧的4极质谱仪(Q-mass)7(参看图1),对每一次抽气步骤都测定HF、HCl、Cl的质量数。对每一次抽气步骤测定的HF、HCl、Cl的质量数的峰值强度的变化示于图2。从图2的特性曲线可知,采用反复进行7次抽气、气体供给的循环的办法,都没有检测出HF、HCl、Cl的任何一个的峰值,就可以进行充分的净化。采用进行这样的监视的办法,就可以进行必要且最少次数的净化。
在本实施例中,虽然作为净化时的气体仅仅使用氮,但是,就如从实施例1到实施例3所示,在进行气体添加的情况下,本实施例也同样地是有效的,在进行气体添加的情况下,已经确认:不论在哪一种情况下,在用比上述7次更少的循环次数,残留F或Cl浓度都会变成为检测界限值以下,可以进一步减少循环次数或时间。
倘采用本实施例,则可以使净化短时间化,可以提高装置的运转率。
其次,说明实施例5。
在本实施例中,也与实施例1同样,对附着有硅膜的反应室内部,用ClF3气体进行清洗。
该清洗后的净化,用氮进行。反复进行抽气步骤和流入氮的步骤的循环净化。在该流入氮的步骤中,在本实施例中,特别地对排气一侧的传导进行控制,使得在已流入了10slm氮的状态下压力提高到400Torr。在借助于用Q-mass进行的监视对该结果进行研究,与在实施例1到实施例4所示的不进行排气一侧的传导控制的情况进行比较,已经确认:在后者的情况下需要5次循环净化次数的时候,在前者的情况下只需4次即可。
采用在流入氮时提高压力的办法能够实现这样的效果的理由,是因为对已附着在反应室壁等上的残留卤素提高了氮的碰撞频度,卤素的脱离效果提高,因而可以以少的循环净化次数,进行残留卤素的充分除去的缘故。
另外,在本实施例中,抽气时的压力为1mTorr,此外,在流入氮的时刻的控制压力为400Torr,它们的压力差在5个数量级以上。在控制为各种各样的压力的情况下,对净化效率进行比较,已经确认:在抽气时和流入氮的时刻处的压力差若在3个数量级以上,则可以实现良好的净化效率。
倘采用本实施例,则可以使净化短时间化,可以提高装置的运转率。
其次,说明实施例6。
在本实施例中,也与实施例1同样,对附着有硅膜的反应室内部,用ClF3气体进行清洗。
在清洗工艺中,反应室温度为400℃,排气管道则控制为50℃。在净化步骤中,反应室温度为850℃,排气管道则控制为150℃。这样一来,采用把净化步骤中的反应室温度和排气管道温度控制为比清洗步骤中还高的温度的办法,就可以提高所附着的气体的脱离效率,改进清除效率。实际上,用Q-mass进行监视的结果,已经确认:在需要5次的循环净化次数时只须进行4次即可。
另外,在本实施例中,虽然说明的是与使用ClF3进行的清洗工艺相关连地进行净化步骤的情况,但是并不限于清洗工艺,也可以与使用作为源气体含有卤素的气体的工艺相关连地进行。例如,可以与把SiH2Cl2用做源气体的CVD工艺相关连地进行。
此外,在本实施例中,虽然把净化工艺中的反应室温度作成为850℃,把排气管道则控制为150℃,但是,温度并不限定于此,可以根据该装置在构成上各个部位的温度究竟可上升到多高的温度,或者,升降温所需要的时间究竟是多少,适宜加以变更地应用。
倘采用本实施例,则可以使净化短时间化,可以提高装置的运转率。
以上,从实施例1到实施例6,示出了净化方法,当然,用把它们组合起来的方法进行的净化也是可能的,这比起单独地实施它们来,可以实现更为良好的净化效率。
其次,说明实施例7。
在本实施例中,也与实施例1同样,对附着有硅膜的反应室内部,用ClF3气体进行清洗。
然后,用氮进行反应室内部的净化。在借助于用Q-mass进行的监视确认为在反应室内部残留有HF的状态下,在硅烷气体300sccm,压力1Torr,温度600℃的条件下,向半导体晶片上边淀积多晶硅膜。用SIMS测定含于淀积膜中的杂质,确认在半导体晶片与淀积膜之间的界面上,存在着峰值浓度为1018cm-3的F(氟)。
使该膜图形化形成MOS电容器的栅极电极,对于形成的MOS电容器,借助于TDDB(时间相关电介质击穿)测定对其耐压进行研究,确认:与把不含F的多晶硅膜作为栅极电极的MOS电容器的情况进行比较,在短时间内耐压变成为不合格的MOS电容器的比率已降低下来。
对于这样的F的效果,就象在Y.Mitani等,在1999 IEEEInternational Reliability Physics Symposium Proceedings.37th Annual(Cat.No.99 CH36296)(USA)P.P.93-8中所报告的那样,人们认为F具有对在栅极氧化膜中存在的缺陷进行补偿的作用。
在本实施例的方法中,如上所述,在以仅仅所给予的分量残留有残留于反应室内的气体的状态下,向半导体晶片上边淀积形成多晶硅膜。借助于此,就可以实现具有器件上的优点的构造而不会增加工艺工序个数。
以上,借助于在实施例中说明的净化方法,把硅等的半导体晶片插入已进行了干洗的半导体制造装置(CVD装置)的反应室2内,并载置到舟10上边。然后,在反应室2内,向半导体晶片上边淀积硅氧化膜等的CVD膜,然后再进行后处理形成半导体器件。

Claims (16)

1.半导体制造装置的净化方法,包括如下工序:
腐蚀工序,用至少含有卤素的清洗气体腐蚀反应室内淀积的CVD淀积膜,所述反应室构成用CVD法在半导体晶片上进行了CVD膜成膜处理的半导体制造装置;
净化工序,在用清洗气体腐蚀上述CVD淀积膜的腐蚀工序之后,使含氢气体流入上述反应室内,净化残留在上述反应室内的清洗气体,以及
监测反应室中残留的清洗气体,以检测对清洗气体的净化的完成情况,
其中,
在上述净化工序中,将反应室的温度和与反应室相连接的排气管道的温度设定为高于其在上述腐蚀工序中的温度。
2.根据权利要求1所述的半导体制造装置的净化方法,其特征在于:上述净化工序中的上述含氢气体是氢和氮的混合气体。
3.根据权利要求2所述的半导体制造装置的净化方法,其特征在于:上述净化工序的上述混合气体中,氢的含有量为10sccm到10slm,氮的含有量为0sccm到10slm。
4.根据权利要求1所述的半导体制造装置的净化方法,其特征在于:上述腐蚀工序中的上述清洗气体是ClF3气体。
5.半导体制造装置的净化方法,包括如下工序:
腐蚀工序,用至少含有卤素的清洗气体腐蚀淀积到反应室内的CVD淀积膜,所述反应室构成用CVD法在半导体晶片上进行了CVD膜成膜处理的半导体制造装置;
净化工序,在用清洗气体腐蚀上述CVD淀积膜的腐蚀工序之后,使含水蒸气的气体流入上述反应室内,净化残留在上述反应室内的清洗气体,以及
监测反应室中残留的清洗气体,以检测对清洗气体的净化的完成情况,
其中,
在上述净化工序中,将反应室的温度和与反应室相连接的排气管道的温度设定为高于其在上述腐蚀工序中的温度。
6.根据权利要求5所述的半导体制造装置的净化方法,其特征在于:上述净化工序中的上述含水蒸气的气体是水蒸气和氮的混合气体。
7.根据权利要求6所述的半导体制造装置的净化方法,其特征在于:上述净化工序的上述混合气体中,水蒸气的含有量为5sccm到500sccm,氮的含有量为10sccm到10slm。
8.根据权利要求5所述的半导体制造装置的净化方法,其特征在于:上述腐蚀工序中的上述清洗气体是ClF3气体。
9.半导体制造装置的净化方法,包括如下工序:
腐蚀工序,用至少含有卤素的清洗气体腐蚀淀积到反应室内的CVD淀积膜,所述反应室构成用CVD法在半导体晶片上进行了CVD膜成膜处理的半导体制造装置;
净化工序,在用清洗气体腐蚀上述CVD淀积膜的腐蚀工序之后,使含氨气的气体流入上述反应室内,净化残留在上述反应室内的清洗气体,以及
监测反应室中残留的清洗气体,以检测对清洗气体的净化的完成情况,
其中,
在上述净化工序中,将反应室的温度和与反应室相连接的排气管道的温度设定为高于其在上述腐蚀工序中的温度。
10.根据权利要求9所述的半导体制造装置的净化方法,其特征在于:上述净化工序中的上述含氨气的气体是氨和氮的混合气体。
11.根据权利要求10所述的半导体制造装置的净化方法,其特征在于:上述净化工序的上述混合气体中,氨的含有量为100sccm到2slm,氮的含有量为10sccm到10slm。
12.根据权利要求9所述的半导体制造装置的净化方法,其特征在于:上述腐蚀工序中的上述清洗气体是ClF3气体。
13.根据权利要求9所述的半导体制造装置的净化方法,其特征在于:向上述反应室内流入氨气时的上述反应室内的温度为800℃以上。
14.一种半导体器件的制造方法,其特征在于包括以下工序:
把半导体晶片载置到用权利要求1到4中的任何一项权利要求所述的半导体制造装置的净化方法净化后的反应室内;以及
在已载置到上述反应室内的上述半导体晶片上形成CVD膜。
15.一种半导体器件的制造方法,其特征在于包括以下工序:
把半导体晶片载置到用权利要求5到8中的任何一项权利要求所述的半导体制造装置的净化方法净化后的反应室内;以及
在已载置到上述反应室内的上述半导体晶片上形成CVD膜。
16.一种半导体器件的制造方法,其特征在于包括以下工序:
把半导体晶片载置到用权利要求9到13中的任何一项权利要求所述的半导体制造装置的净化方法净化后的反应室内;以及
在已载置到上述反应室内的上述半导体晶片上形成CVD膜。
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