JP2001217194A

JP2001217194A - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2001217194A
Application number: JP2000025692A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Suzaki; 健一寿崎
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2000-02-02
Filing date: 2000-02-02
Publication date: 2001-08-10
Anticipated expiration: 2020-02-02
Also published as: JP3883353B2

Abstract

(57)【要約】【課題】待機運転中の異物の処理室への逆流を防止す
る。【解決手段】ウエハにＣＶＤ膜を形成する工程は、大
気圧状態でウエハ２０が処理室４に搬入される搬入ステ
ップと、処理室４がシールキャップ１０で閉じられて処
理室４に原料ガスが導入管９から供給されてウエハ２０
に成膜される成膜処理ステップと、大気圧下でシールキ
ャップ１０が開かれ処理済みウエハ２０が処理室４から
搬出される搬出ステップと、処理室４がシャッタ３２で
気密に閉じられ処理室４が排気口７、排気管１２、１
４、真空ポンプ１１で減圧排気されつつ窒素ガスが導入
管９から供給される待機ステップとを備えている。【効果】待機ステップにおいて処理室を減圧排気しつ
つ窒素ガスを供給することで、排気口や排気管に付着な
いし吸着した異物が処理室に逆流するのを防止できるた
め、逆流した異物のウエハへの再付着等の弊害を未然に
防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特に、気密に閉じられた処理室内で被処理
物に処理を施す半導体製造装置の異物低減技術に係り、
例えば、減圧ＣＶＤ装置や拡散装置等を使用した半導体
装置の製造方法に利用して有効なものに関する。

【０００２】一般に、半導体集積回路装置（以下、ＩＣ
という。）の製造方法においては、半導体ウエハ（以
下、ウエハという。）に窒化シリコンやポリシリコン等
のＣＶＤ膜を形成するＣＶＤ膜形成工程にバッチ式縦形
ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置が、広く使用されてい
る。

【０００３】バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ
装置（以下、減圧ＣＶＤ装置という。）は、ウエハが搬
入される処理室を形成し縦形に設置されたプロセスチュ
ーブと、処理室に原料ガスを導入するガス導入口と、処
理室を真空排気する排気管と、プロセスチューブの外側
に敷設されて処理室を加熱するヒータとを備えており、
複数枚のウエハがボートによって長く整列されて保持さ
れた状態で処理室に下端の炉口から搬入され、処理室内
に原料ガスがガス導入口から導入されるとともに、ヒー
タによって処理室が加熱されることにより、ウエハにＣ
ＶＤ膜がデポジションされるように構成されている。

【０００４】減圧ＣＶＤ装置が使用された従来のＣＶＤ
膜形成工程においては、ウエハが処理室に搬入される前
およびウエハが処理室から搬入された後の待機運転中
（以下、アイドル運転中という。）は処理室の炉口がシ
ャッタまたはシールキャップによって閉じられた状態
で、５ｌ／ｍｉｎ以下の窒素（Ｎ₂ ）ガスがマスフロー
コントローラによって制御されて処理室に供給されて処
理室がパージされる。この際、処理室内の圧力は大気圧
になっており、窒素ガスの流れは、ガス導入口→処理室
→排気口→排気管→廃棄処理装置となっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た減圧ＣＶＤ装置においては、アイドル運転中に５ｌ／
ｍｉｎ程度の窒素ガスが処理室に流された場合であって
も金属成分や塩素成分等の異物が処理室に拡散している
という問題点があることが本発明者によって明らかにさ
れた。そして、これは、排気口よりも下流の排気経路に
付着ないし吸着した金属成分や処理ガス成分等の異物が
処理室の内部に逆流するためと考えられる。

【０００６】本発明の目的は、アイドル運転中の異物の
処理室への逆流を防止することができる半導体装置の製
造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
の製造方法は、第一の蓋体によって気密に閉じられる処
理室内に大気圧状態で前記第一の蓋体が開かれて、被処
理物が搬入される搬入ステップと、前記処理室が第二の
蓋体によって閉じられた状態でこの処理室内に処理ガス
が供給されて、前記被処理物に処理が施される処理ステ
ップと、大気圧下で前記第二の蓋体が開かれて、処理さ
れた前記被処理物が前記処理室から搬出される搬出ステ
ップと、前記第一の蓋体によって前記処理室が気密に閉
じられて、この処理室内が減圧排気されつつ不活性ガス
が供給される待機ステップと、を備えていることを特徴
とする。

【０００８】前記した手段によれば、待機ステップにお
いては処理室が減圧排気されながら不活性ガスが供給さ
れるため、排気口よりも下流の排気経路に付着ないし吸
着した異物が処理室に逆流することはない。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面に即して説明する。

【００１０】本実施の形態において、本発明に係る半導
体装置の製造方法は、減圧ＣＶＤ装置が使用されてウエ
ハにＣＶＤ膜が形成されるＣＶＤ膜形成工程を備えてお
り、図１に示されているように、ＣＶＤ膜形成工程は搬
入ステップＳ１と、成膜処理ステップＳ２と、搬出ステ
ップＳ３と、待機ステップＳ４とを備えている。ここ
で、ＣＶＤ膜形成工程に使用される減圧ＣＶＤ装置の構
成を説明する。

【００１１】図２〜図４に示されているように、減圧Ｃ
ＶＤ装置は中心線が垂直になるように縦に配されて固定
的に支持された縦形のプロセスチューブ１を備えてい
る。プロセスチューブ１はインナチューブ２とアウタチ
ューブ３とから構成されており、インナチューブ２は炭
化シリコン（ＳｉＣ）が使用されて円筒形状に一体成形
され、アウタチューブ３は石英ガラスが使用されて円筒
形状に一体成形されている。インナチューブ２は上下両
端が開口した円筒形状に形成されており、インナチュー
ブ２の筒中空部はボートによって長く整列した状態に保
持された複数枚のウエハが搬入される処理室４を実質的
に形成している。インナチューブ２の下端開口は被処理
物としてのウエハを出し入れするための炉口５を実質的
に構成している。したがって、インナチューブ２の内径
は取り扱うウエハの最大外径よりも大きくなるように設
定されている。

【００１２】アウタチューブ３は内径がインナチューブ
２の外径よりも大きく上端が閉塞し下端が開口した円筒
形状に形成されており、インナチューブ２にその外側を
取り囲むように同心円に被せられている。インナチュー
ブ２とアウタチューブ３との間の下端部は円形リング形
状に形成されたインレットフランジ６によって気密封止
されており、インレットフランジ６が減圧ＣＶＤ装置の
機枠に支持されることより、プロセスチューブ１は垂直
に据え付けられた状態になっている。

【００１３】インレットフランジ６の側壁の上部には処
理室４を所定の真空度に真空排気するための排気口７が
開設されており、排気口７はインナチューブ２とアウタ
チューブ３との間に形成された隙間に連通した状態にな
っている。インナチューブ２とアウタチューブ３との隙
間によって排気路８は横断面形状が一定幅の円形リング
形状に構成されており、排気口７がインレットフランジ
６に接続されているため、排気口７は円筒形状の中空体
を形成されて垂直に延在した排気路８の最下端部に配置
された状態になっている。図３および図４に示されてい
るように、排気口７には真空ポンプ１１がメイン排気管
１２によって接続されている。メイン排気管１２にはメ
イン排気管１２に介設されたメインバルブ１３を迂回す
るサブ排気管１４が接続されており、サブ排気管１４に
はサブバルブ１５が介設されている。

【００１４】インレットフランジ６の側壁の下部にはガ
ス導入管９がインナチューブ２の炉口５に連通するよう
に挿入されており、ガス導入管９には後述する処理ガス
の供給源や不活性ガスの供給源（いずれも図示しな
い。）が接続されるようになっている。ガス導入管９に
よって炉口５に導入されたガスはインナチューブ２の処
理室４内を流通して排気路８を通って排気口７によって
排気されることになる。

【００１５】インレットフランジ６には成膜処理ステッ
プＳ２において処理室４を閉塞する第二の蓋体としての
シールキャップ１０が垂直方向下側から当接されるよう
になっている。シールキャップ１０はアウタチューブ３
の外径と略等しい円盤形状に形成されており、プロセス
チューブ１の外部に垂直に設備されたエレベータ（図示
せず）によって垂直方向に昇降されるように構成されて
いる。シールキャップ１０の中心線上には被処理物とし
てのウエハ２０を保持するためのボート２１が垂直に立
脚されて支持されている。ボート２１は上下で一対の端
板２２、２３と、両端板２２、２３間に架設されて垂直
に配設された複数本の保持部材２４とを備えており、各
保持部材２４に長手方向に等間隔に配されて互いに同一
平面内において開口するように刻設された多数条の保持
溝２５間にウエハ２０を挿入されることにより、複数枚
のウエハ２０を水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整
列させて保持するように構成されている。

【００１６】アウタチューブ３の外部にはプロセスチュ
ーブ１内を加熱するためのヒータユニット３０が、アウ
タチューブ３の周囲を包囲するように同心円に設備され
ており、ヒータユニット３０はプロセスチューブ１内を
全体にわたって均一に加熱するように構成されている。
ヒータユニット３０は減圧ＣＶＤ装置の機枠３１に支持
されることにより垂直に据え付けられた状態になってい
る。機枠３１には待機ステップＳ４において処理室４を
閉じる第二の蓋体としてのシャッタ３２が設置されてお
り、シャッタ３２はシャッタ昇降回転装置３３によって
インレットフランジ６の下端面にシール状態で当接する
ことにより、処理室４を気密に閉じるように構成されて
いる。

【００１７】次に、前記構成に係る減圧ＣＶＤ装置が使
用されてウエハにＣＶＤ膜が形成されるＣＶＤ膜形成工
程を、ウエハに窒化シリコン（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）のＣＶＤ膜
が形成される場合について図１に沿って説明する。

【００１８】図１に示されている搬入ステップＳ１にお
いて、複数枚のウエハ２０を整列保持したボート２１は
シールキャップ１０の上にウエハ２０群が並んだ方向が
垂直になる状態で載置され、エレベータによって差し上
げられてインナチューブ２の炉口５から処理室４に搬入
されて行き、図２に示されているように、シールキャッ
プ１０に支持されたままの状態で処理室４に存置され
る。この状態で、シールキャップ１０は処理室４を気密
に閉じた状態になる。

【００１９】図１に示されている処理ステップＳ２にお
いて、処理室４がシールキャップ１０によって気密に閉
じられた状態で、プロセスチューブ１の内部が所定の真
空度（数百Ｐａ以下）に排気口７によって真空排気さ
れ、ヒータユニット３０によってプロセスチューブ１の
内部が所定の温度（約７６０℃）に全体にわたって均一
に加熱され、図２に示されているように、処理ガスとし
ての原料ガス３４が処理室４にガス導入管９によって所
定の流量供給される。Ｓｉ₃ Ｎ₄ のＣＶＤ膜をデポジシ
ョンする場合には原料ガス３４としては、例えば、Ｓｉ
Ｈ₂ Ｃｌ₂ とＮＨ₃とが処理室４に導入される。

【００２０】導入された原料ガス３４はインナチューブ
２の処理室４を上昇し、上端開口からインナチューブ２
とアウタチューブ３との隙間によって形成された排気路
８に流出して排気口７から排気される。原料ガス３４は
処理室４を通過する際にウエハ２０の表面に接触する。
この接触による原料ガス３４のＣＶＤ反応により、ウエ
ハ２０の表面にはＳｉ₃ Ｎ₄ のＣＶＤ膜が堆積（デポジ
ション）する。

【００２１】Ｓｉ₃ Ｎ₄ のＣＶＤ膜が所望の堆積膜厚だ
けデポジションされる予め設定された処理時間が経過す
ると、図２に示されている搬出ステップＳ３において、
シールキャップ１０が下降されて処理室４が開かれると
ともに、ボート２１に保持された状態でウエハ２０群が
炉口５からプロセスチューブ１の外部に図３に示されて
いるように搬出される。

【００２２】続いて、図２に示されている待機ステップ
Ｓ４において、図４に示されているように、シャッタ３
２がインレットフランジ６の下端面にシール状態に当接
されて処理室４が閉じられ、処理室４が減圧排気されつ
つ不活性ガスとしての窒素ガス３５が供給される。この
際、図４に示されているように、メインバルブ１３が閉
じられサブバルブ１５が開かれることにより、真空ポン
プ１１による排気量は処理ステップＳ２の排気量よりも
低めに抑えられ、窒素ガス３５の供給中における処理室
４の内圧は大気圧よりも若干低めに抑えられる。例え
ば、窒素ガス３５の供給流量は、０．５〜１０ｌ／ｍｉ
ｎ、処理室４の内圧は、５〜１５０Ｐａ、に制御され
る。

【００２３】処理室４内に対して待機ステップＳ４が実
行されている間に、処理室４の外部においては成膜処理
済みウエハ２０と、これから成膜処理するウエハ２０と
の交換作業が同時進行される。そして、交換作業が完了
すると、搬入ステップＳ１に進み、以降、図１に示され
ているルーチンが繰り返されて行くことになる。

【００２４】ところで、処理ステップにおいて、真空排
気される原料ガスの残りや反応生成物（金属成分および
塩素成分）および塵埃等の全ての物質は、排気口や排気
管を流れて行く間にこれらの内壁面の極微細な凹凸表面
や継手部の継ぎ目等に接触するため、これらの表面や隙
間等に付着したり吸着したりして異物として堆積するこ
とになる。そして、処理室が大気圧の状態に長期間維持
されると、排気口や排気管の内壁面や継手部に堆積した
異物は処理室内に逆流するという現象が、次の通り究明
された。

【００２５】すなわち、処理室を大気圧に維持した状態
で窒素ガスを５ｌ／ｍｉｎだけ供給する待機運転を八時
間継続した後に、処理室の炉口を閉じたシャッタの炉口
側表面を観察したところ、シャッタの周辺部に白い粉が
付着していた。分析の結果、この白い粉はＮＨ₄ Ｃｌで
あることが判明した。このようにシャッタの炉口側表面
の周辺部にＮＨ₄ Ｃｌが局部的に付着する理由は、次の
ように考察される。まず、処理室が大気圧の状態に長期
間維持されると、排気口や排気管の内壁面や継手部に堆
積したＮＨ₄ Ｃｌはベーパ化（蒸発）して処理室内に逆
流する。シャッタ内部の周辺は冷却水の循環によって冷
却されているため、ベーパ化したＮＨ₄ Ｃｌは凝縮して
付着することになる。ちなみに、シャッタは成膜処理中
には使用していないため、シャッタに付着したＮＨ₄ Ｃ
ｌは成膜処理中に付着したものではないことは明らかで
ある。

【００２６】しかし、本実施形態に係るＩＣの製造方法
におけるＣＶＤ膜形成工程においては、前述した通り、
待機ステップＳ４において、処理室４がシャッタ３２に
よってシール状態に閉じられ、処理室４が減圧排気され
つつ不活性ガスとしての窒素ガス３５が供給されるた
め、排気口７やメイン排気管１２の内壁面や継手部に堆
積した異物は処理室内に逆流することは防止される。す
なわち、本実施形態に係る待機ステップＳ４において
は、排気口７やメイン排気管１２に付着したＮＨ₄ Ｃｌ
等の異物がベーパ化したとしても処理室４に逆流せず
に、排気口７やメイン排気管１２等の排気経路を通って
真空ポンプ１１によって外部に真空排気されることにな
る。

【００２７】本実施形態に係る待機ステップＳ４におい
て排気口やメイン排気管に付着した異物の逆流が防止さ
れることは、次の実験によって検証された。

【００２８】1) 目視比較処理室を減圧排気しながら窒素ガスを供給する待機運転
を八時間継続した後に、処理室を閉じたシャッタの炉口
側表面を観察したところ、本実施形態の場合にはシャッ
タの周辺部への白い粉の付着は見られなかった。従来例
の場合には、前述した通りに、シャッタの周辺部への白
い粉の付着が見られた。

【００２９】2) 金属汚染比較プロセスチューブや排気口およびメイン排気管に対する
メンテナンス作業を実施してからＣＶＤ膜形成工程を二
十回（二十バッチ）繰り返した後に、鉄（Ｆｅ）および
銅（Ｃｕ）の濃度を測定したところ、次の表１が得られ
た。表１中、本実施形態は前述した待機ステップＳ４の
条件で実施した場合であり、従来例は処理室を大気圧に
維持した状態で窒素ガスを５ｌ／ｍｉｎ供給した場合で
ある。また、単位はａｔｍｓ／ｃｍ² である。表１によ
れば、本実施形態の鉄および銅の濃度は従来例に比べて
大幅に低減しているのが理解される。

【００３０】

【表１】

【００３１】2) パーティクル比較プロセスチューブや排気口およびメイン排気管に対する
メンテナンス作業を実施してからＣＶＤ膜形成工程を二
十回（二十バッチ）繰り返した後に、アイドル運転中の
パーティクルを採取したところ、次の表２が得られた。
表２中、本実施形態は前述した待機ステップＳ１の条件
で実施した場合であり、従来例は処理室を大気圧に維持
した状態で窒素ガスを５ｌ／ｍｉｎ供給した場合であ
る。また、単位は個数であり、処理室上部および処理室
下部での増加量で示されている。表２によれば、本実施
形態のパーティクルの増加量は従来例に比べて大幅に低
減しているのが理解される。

【００３２】

【表２】

【００３３】前記実施形態によれば、次の効果が得られ
る。

【００３４】1) 排気口やメイン排気管に付着ないしは
吸着した異物の待機ステップ中の逆流を防止することに
より、逆流した異物のウエハへの再付着や金属汚染等の
弊害の発生を未然に防止することができる。

【００３５】2) 逆流した異物のウエハへの再付着や金
属汚染等の弊害の発生を未然に防止することにより、Ｉ
Ｃの製造方法における歩留りを高めることができるとと
もに、ＩＣの品質並びに信頼性を高めることができる。

【００３６】なお、本発明は前記実施形態に限定される
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。

【００３７】例えば、処理室の炉口はシールキャップと
シャッタとによって閉塞するように構成するに限らず、
処理ステップと待機ステップとのいずれについてもシー
ルキャップまたはゲートバルブによって兼用的に閉塞す
るように構成してもよい。

【００３８】成膜処理はＳｉ₃ Ｎ₄ のＣＶＤ膜を形成す
る処理に限らず、ポリシリコンや酸化シリコン等の他の
ＣＶＤ膜や、スパッタリング膜を形成する成膜処理であ
ってもよい。さらに、処理は成膜処理に限らず、アッシ
ング処理やドライエッチング処理等であってもよい。

【００３９】減圧ＣＶＤ装置はバッチ式縦形ホットウオ
ール形減圧ＣＶＤ装置に限らず、横形ホットウオール形
減圧ＣＶＤ装置、枚葉式減圧ＣＶＤ装置等の他の減圧Ｃ
ＶＤ装置であってもよい。

【００４０】半導体製造装置は減圧ＣＶＤ装置に限ら
ず、酸化処理や拡散だけでなくイオン打ち込み後のキャ
リア活性化や平坦化のためのリフロー等にも使用される
拡散装置や、スパッタリング装置やドライエッチング装
置等の半導体製造装置であってもよい。要するに、本発
明は、被処理物が処理室に搬入されて真空排気されつつ
処理ガスが処理室に供給されて所望の処理が実施される
半導体製造装置全般に適用することができる。

【００４１】前記実施形態ではウエハに処理が施される
場合について説明したが、被処理物はホトマスクやプリ
ント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび
磁気ディスク等であってもよい。

【００４２】

【発明の効果】排気口やメイン排気管に付着ないしは吸
着した異物の待機ステップ中の逆流を防止することによ
り、逆流した異物の被処理物への再付着や金属汚染等の
弊害の発生を未然に防止することができるため、半導体
装置の製造方法における歩留りを高めることができると
ともに、半導体装置の品質並びに信頼性を高めることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態であるＩＣの製造方法に
おけるＣＶＤ膜形成工程の流れを示すブロック図であ
る。

【図２】搬入ステップおよび処理ステップを示す減圧Ｃ
ＶＤ装置の一部省略正面断面図である。

【図３】搬出ステップを示す減圧ＣＶＤ装置の正面断面
図である。

【図４】待機ステップを示す減圧ＣＶＤ装置の一部省略
正面断面図である。

【符号の説明】

１…プロセスチューブ、２…インナチューブ、３…アウ
タチューブ、４…処理室、５…炉口、６…インレットフ
ランジ、７…排気口、８…排気路、９…ガス導入管、１
０…シールキャップ（第一の蓋体）、１１…真空ポン
プ、１２…メイン排気管、１３…メインバルブ、１４…
サブ排気管、１５…サブバルブ、２０…ウエハ（被処理
物）、２１…ボート、２２、２３…端板、２４…保持部
材、２５…保持溝、３０…ヒータユニット、３１…機
枠、３２…シャッタ（第二の蓋体）、３３…シャッタ昇
降回転装置、３４…原料ガス（処理ガス）、３５…窒素
ガス（不活性ガス）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第一の蓋体によって気密に閉じられる処
理室内に大気圧状態で前記第一の蓋体が開かれて、被処
理物が搬入される搬入ステップと、前記処理室が第二の
蓋体によって閉じられた状態でこの処理室内に処理ガス
が供給されて、前記被処理物に処理が施される処理ステ
ップと、大気圧下で前記第二の蓋体が開かれて、処理さ
れた前記被処理物が前記処理室から搬出される搬出ステ
ップと、前記第一の蓋体によって前記処理室が気密に閉
じられて、この処理室内が減圧排気されつつ不活性ガス
が供給される待機ステップと、を備えていることを特徴
とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】前記第一の蓋体と前記第二の蓋体とが兼
用されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置
の製造方法。