JP2003100645A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエハと保持溝との擦れによるパーティクル
の発生を防止する。 【解決手段】 処理室にて複数枚のウエハがボートによ
り支持された状態でウエハにポリシリコンが成膜される
工程を備えたＩＣの製造方法において、ボートが処理室
に搬入されるボート搬入ステップＳ１において処理室の
温度が成膜ステップＳ３の成膜温度（６２０℃）よりも
低く（３８０℃）設定され、かつ、ボートの搬入速度が
５００〜１０００ｍｍ／分に設定される。ボート搬入後
に処理室の温度が成膜温度まで上昇され、その後に、処
理室が減圧される。 【効果】 大気圧下で処理室を昇温させることで、ウエ
ハとボートの保持溝との擦れによる摩擦力を小さくでき
るため、当該擦れによるラージパーティクルの発生を未
然に防止でき、ポリシリコン成膜工程の品質や信頼性を
向上できる。

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、パーティクルの防止技術に係り、例
えば、半導体素子を含む集積回路が作り込まれる半導体
ウエハ（以下、ウエハという。）にポリシリコンを成膜
する成膜工程を備えた半導体集積回路装置（以下、ＩＣ
という。）の製造方法に利用して有効なものに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ＩＣの製造方法においてウエハ
にポリシリコンを成膜する成膜工程には、バッチ式縦形
ホットウォール形減圧ＣＶＤ装置 (以下、ＣＶＤ装置と
いう。）が、使用されている。

【０００３】従来のこの種のＣＶＤ装置は、処理室を形
成したプロセスチューブと、プロセスチューブの外側に
設置されて処理室を加熱するヒータユニットと、複数枚
（例えば、百枚〜二百枚）のウエハを保持して処理室に
対し一括して搬入搬出するボートと、複数枚のウエハを
ボートに対して処理室の外部において授受するウエハ移
載装置とを備えており、処理すべき複数枚のウエハを保
持したボートを処理室に搬入することにより、処理すべ
き複数枚のウエハを処理室において一括処理（バッチ処
理）するように構成されている。そして、従来のこの種
のＣＶＤ装置によるポリシリコンの成膜工程において
は、ボートの処理室への搬入（ボートローディング）の
終了後に処理室を減圧してから処理室の温度を上昇させ
るシーケンスか、または、減圧と昇温とを同時に開始さ
せるシーケンスが、採用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た処理室の減圧と昇温とをボート搬入終了後に実施する
制御方法においては、ウエハとボートの保持溝との間の
摩擦が大きくなるため、ウエハ裏面ないしはボート表面
のポリシリコンの膜がその下のウエハの表面上にパラパ
ラと落下し、１μｍ以上のラージパーティクルが多く発
生す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。

【０００５】本発明の目的は、基板とボートの保持溝と
の擦れによるラージパーティクルの発生を防止すること
ができる半導体装置の製造方法を提供することにある。

【０００６】

【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、処理室にて複数枚の基板がボートによっ
て支持された状態で前記基板に処理が施される工程にお
いて、前記ボートの前記処理室への搬入時に前記処理室
の温度が前記基板処理時の温度よりも低く設定され、か
つ、このボートの処理室への搬入時の速度が５００ｍｍ
／分以上１０００ｍｍ／分以下に設定されていることを
特徴とする。

【０００７】前記した手段によれば、ボート搬入時の処
理室温度が基板処理温度よりも低く設定されているとと
もに、ボート搬入速度が比較的に高速度に設定されてい
ることにより、基板とボートの保持溝との擦れにおける
摩擦力を小さく抑制することができるため、当該擦れに
よるラージパーティクルの発生を未然に防止することが
できる。

【０００８】

【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。

【０００９】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、ポリシリコン成膜工程を備えたＩ
Ｃの接続装置として構成されており、ポリシリコン成膜
工程は図１および図２に示されたＣＶＤ装置（バッチ式
縦形ホットウォール形ＣＶＤ装置）が使用されて実施さ
れるようになっている。

【００１０】図１および図２に示されているように、Ｃ
ＶＤ装置１は石英ガラスが使用されて下端が開口した円
筒形状に一体成形されたプロセスチューブ１１を備えて
おり、プロセスチューブ１１は中心線が垂直になるよう
に縦に配されて筐体（一部のみが図示されている。）２
に支持されている。プロセスチューブ１１の筒中空部は
ボートによって同心的に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１２を形成しており、プ
ロセスチューブ１１の下端開口は被処理基板としてのウ
エハを出し入れするための炉口１３を構成している。し
たがって、プロセスチューブ１１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。

【００１１】プロセスチューブ１１の下端面はマニホー
ルド１４の上端面にシールリング１５を挟んで当接され
ており、マニホールド１４が筐体２に支持されることに
より、プロセスチューブ１１は垂直に支持された状態に
なっている。マニホールド１４の側壁の一部には排気管
１６が処理室１２に連通するように接続されており、排
気管１６の他端は処理室１２を所定の真空度に真空排気
するための真空排気装置（図示せず）に接続されてい
る。マニホールド１４の側壁の他の部分にはガス導入管
１７が処理室１２に連通するように接続されており、ガ
ス導入管１７の他端は原料ガスや窒素ガス等のガスを供
給するためのガス供給装置（図示せず）に接続されてい
る。

【００１２】プロセスチューブ１１の外部にはヒータユ
ニット１８がプロセスチューブ１１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１８は筐体２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。ヒータユニット１８は処理室１２内を全体にわ
たって均一または所定の温度分布に加熱するように構成
されている。

【００１３】プロセスチューブ１１の真下にはプロセス
チューブ１１の外径と略等しい円盤形状に形成されたシ
ールキャップ１９が同心的に配置されており、シールキ
ャップ１９は送りねじ機構によって構成されたエレベー
タ２０によって垂直方向に昇降されるようになってい
る。シールキャップ１９は中心線上にボート２１を垂直
に立脚して支持するようになっている。

【００１４】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（本実施の形態では三本）の保持部材２４とを備
えている。保持部材２４は石英が使用されて丸棒形状に
形成されており、保持部材２４には複数条の保持溝２５
が長手方向に等間隔に配されて、各保持部材２４同士で
互いに同一平面内において開口するようにそれぞれ刻設
されている。そして、ウエハＷの外周辺部が複数本の保
持部材２４間において同一面内に位置する各保持溝２５
に挿入されることにより、ウエハＷは水平に保持される
ようになっており、垂直方向に並んだ複数条の保持溝２
５にそれぞれ保持された複数枚のウエハＷは、ボート２
１によって水平かつ互いに中心を揃えた状態に整列され
て保持されることになる。

【００１５】ボート２１の下側端板２３の下には断熱キ
ャップ部２６が形成されており、断熱キャップ部２６の
下面には断熱キャップ部２６の外径よりも若干だけ大径
の円板形状に形成されたベース２７が水平に設けられて
いる。ボート２１はベース２７がシールキャップ１９の
上面に当接されて着脱自在に固定されることによって、
ベース２７の上に据え付けられている。

【００１６】次に、前記構成に係るＣＶＤ装置によるＩ
Ｃの製造方法のポリシリコン成膜工程を、図３について
説明する。

【００１７】ここで、図３（ａ）はポリシリコン成膜工
程の各ステップのタイムチャートを示しており、（ｂ）
はその処理室の温度シーケンスを示し、（ｃ）は同じく
圧力シーケンスを示している。図３において、Ｓ１はボ
ート搬入ステップ、Ｓ２は昇温ステップ、Ｓ２’は減圧
ステップ、Ｓ３は成膜ステップ、Ｓ４はパージステッ
プ、Ｓ５はボート搬出ステップを示している。

【００１８】図３（ａ）に示されたボート搬入ステップ
Ｓ１が実施される前に、図１に示されているように、ポ
リシリコン膜を形成すべきウエハＷがシールキャップ１
９に支持されたボート２１へウエハ移載装置（図示せ
ず）によって装填（チャージング）される。

【００１９】予め指定された複数枚のウエハＷがボート
２１に装填されると、図３（ａ）のボート搬入ステップ
Ｓ１において、図２に示されているように、ボート２１
はエレベータ２０によって上昇されてプロセスチューブ
１１の処理室１２に搬入（ボートローディング）され
る。このボート搬入ステップＳ１におけるボート２１の
上昇速度は、５００ｍｍ／分以上１０００ｍｍ以下に設
定されており、従来のボート上昇速度（１００ｍｍ／分
程度）よりも高速度で上昇される。ボート２１が上限に
達すると、シールキャップ１９の上面の外周辺部がマニ
ホールド１４の下面にシールリング１５を挟んで着座し
た状態になってマニホールド１４の下端開口をシール状
態に閉塞するため、処理室１２は気密に閉じられた状態
になる。

【００２０】このボート搬入ステップＳ１の間は、図３
（ｂ）に示されているように、処理室１２の温度は成膜
ステップＳ３における処理室１２の温度よりも低い温度
である３８０℃に一定に維持されている。また、図３
（ｃ）に示されているように、処理室１２の圧力は大気
圧（約１０１３ｈＰａ）に一定に維持されている。

【００２１】図３（ａ）に示されているように、ボート
搬入ステップＳ１が終了した後の昇温ステップＳ２にお
いては、図３（ｂ）に示されているように、処理室１２
の温度は３８０℃から成膜ステップＳ３の処理温度（例
えば、６２０℃）まで、一定の昇温速度（例えば、５℃
毎分）をもって上昇される。処理室１２の成膜処理温度
に達した後の温度は一定に維持される。

【００２２】また、図３（ｃ）に示されているように、
昇温ステップＳ２の間においても、処理室１２の圧力は
大気圧に維持されている。そして、処理室１２の温度が
所定の成膜処理温度に達した後に、減圧ステップＳ２’
において、処理室１２の圧力は排気管１６によって排気
されることにより、成膜ステップＳ３における処理圧力
（例えば、３０Ｐａ）に減圧され、所定の圧力になる
と、一定に維持される。

【００２３】図３に示されているように、成膜ステップ
Ｓ３においては、処理室１２の温度および圧力が一定に
維持された状態で、ポリシリコンを成膜するための原料
ガス（例えば、ＳｉＨ₄ ）がガス導入管１７から供給さ
れる。この処理条件により、処理室１２のウエハＷには
ポリシリコン膜が熱ＣＶＤ反応によって形成される。

【００２４】成膜ステップＳ３について予め設定された
処理時間が経過すると、パージステップＳ４において、
処理室１２にガス導入管１７から不活性ガス例えば窒素
ガスが供給されることにより、処理室１２が窒素ガスパ
ージされる。この窒素ガスパージによって、処理室１２
の圧力は図３（ｃ）に示されているように、大気圧まで
上昇される。

【００２５】図３（ｂ）に示されているように、パージ
ステップＳ４においては、処理室１２の温度が成膜処理
温度からボート搬出ステップＳ５に指定された所定の温
度まで（例えば、６２０℃から３５０℃まで）、昇温ス
テップＳ２よりも早い降温速度（例えば、１０℃毎分）
をもって下降される。

【００２６】処理室１２の温度が所定の温度まで下降す
ると、ボート搬出ステップＳ５において、ボート２１を
保持したシールキャップ１９がエレベータ２０によって
図１に示されているように下降されることにより、ボー
ト２１がプロセスチューブ１１の処理室１２から搬出
（ボートアンローディング）される。この際、処理室１
２の温度は図３（ｂ）に示されているように一定に維持
されており、処理室１２の圧力は図３（ｃ）に示されて
いるように大気圧に維持されている。

【００２７】以降、前述したステップが繰り返されてウ
エハＷがＣＶＤ装置１によってバッチ処理されて行く。

【００２８】ところで、処理室の減圧および昇温をボー
ト搬入ステップ終了後に実施する従来例の成膜工程にお
いては、ウエハとボートの保持溝との間の摩擦が大きく
なるため、ウエハ裏面ないしはボート表面のポリシリコ
ンの膜がその下のウエハの表面上にパラパラと落下し、
１μｍ以上のラージパーティクルが多く発生するという
現象が本発明者によって明らかにされた。この現象は次
のような原理によって引き起こされるものと考察され
る。

【００２９】図４（ａ）に示されているように、ウエハ
Ｗと保持溝２５との接触面間には摩擦が存在し、しか
も、ウエハＷのシリコンと保持溝２５の石英ガラスとの
間の摩擦力ｆはきわめて大きい。この摩擦力ｆは処理室
１２の圧力が低いほど大きくなる。他方、ウエハＷの温
度が上昇すると、熱膨張が発生することにより、ウエハ
Ｗと保持溝２５との接触面間には擦れが発生する。つま
り、ボート搬入ステップの終了後に処理室１２が減圧さ
れたり減圧されながら昇温されると、ウエハＷと保持溝
２５とはきわめて大きな摩擦力ｆをもって擦れ合うた
め、ラージパーティクル３１が発生することになる。そ
して、発生したラージパーティクル３１は落下して下側
に位置するウエハＷの上面に、図４（ｃ）に示されてい
るように付着することになる。

【００３０】また、ウエハＷと保持溝２５との間に大き
な摩擦力ｆをもって擦れが発生すると、図４（ｂ）に示
されているように、ウエハＷの保持溝２５との接触部位
には擦過傷（スクラッチ）３２が発生する。

【００３１】そこで、前述した通り、ボート搬入ステッ
プＳ１においてボート２１を高速度で上昇させ、ボート
搬入ステップＳ１が終了した後に処理室１２の温度を大
気圧下で上昇させたところ、ウエハ表面上のラージパー
ティクルの付着およびウエハの擦過傷を図５に示されて
いるように減少させることができた。例えば、１μｍ以
上のラージパーティクル３１については、従来がウエハ
一枚当たり２０〜３０個であるところ、ウエハ一枚当た
り１０個以下に減少された。これは次のような理由によ
るものと考察される。

【００３２】処理室１２の温度を大気圧下で上昇させる
ことにより、ウエハＷと保持溝２５との接触面間に作用
する摩擦力ｆを小さく抑制することができるため、ウエ
ハＷが昇温に伴って熱膨張することにより、ウエハＷと
保持溝２５との接触面間に擦れが発生しても、ラージパ
ーティクル３１の発生は防止することができる。

【００３３】ボート２１が処理室１２へ搬入されて行く
行程において、ウエハＷは処理室１２の予熱温度（例え
ば、３８０℃）によって加熱されるが、この加熱は制御
されない加熱になるため、この加熱によるウエハＷの熱
膨張は不規則になる。本実施の形態においては、ボート
２１が処理室１２に高速度で搬入されて行くことによ
り、ウエハＷの面内温度差Δｔ（℃）を小さく抑制する
ことができ、この加熱によるウエハＷの不規則な熱膨張
を小さく抑制することができる。つまり、ウエハＷの熱
膨張はボート搬入ステップＳ１の終了後の昇温ステップ
Ｓ２における制御された加熱によるものだけに限定され
るため、ウエハＷと保持溝２５との間に働く摩擦力ｆを
所望のものに制御することができ、その結果、ラージパ
ーティクル３１の発生の防止に寄与することができる。
しかも、ボート２１を高速度で上昇させることにより、
ボート搬入ステップＳ１の期間の短縮によって昇温ステ
ップＳ２の期間を相対的に延長させることができるた
め、ウエハＷの熱膨張の制御によってウエハＷと保持溝
２５との間に働く摩擦力ｆをより一層精密に制御するこ
とができる。

【００３４】以上説明した通り、本実施の形態によれ
ば、ウエハ表面上のラージパーティクルや擦過傷の発生
を防止することができるため、ポリシリコン成膜工程の
品質および信頼性を高めることができ、ひいてはＩＣの
製造方法の歩留りの低下を防止することができる。

【００３５】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
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。

【００３６】例えば、前述した考察によれば、ボートの
上昇速度は早いほどよいことになるが、ボートやウエハ
に加わる慣性力やボートエレベータの能力等々の観点か
ら、ボートの上昇速度は、１０００ｍｍ／分以下に設定
することが望ましい。

【００３７】昇温ステップにおける処理室の昇温は、３
２０℃から６２０℃までに限らず、ポリシリコン成膜工
程に指定された処理温度に対応して適宜に設定すること
が望ましい。

【００３８】前記実施の形態ではポリシリコンの成膜工
程について説明したが、他の膜種の成膜工程や酸化工
程、アニール工程、拡散工程等々のＩＣの製造方法にお
ける処理工程全般に使用することができる。

【００３９】また、前記実施の形態ではバッチ式縦形ホ
ットウオール形減圧ＣＶＤ装置を使用した場合について
説明したが、本発明はこれに限らず、バッチ式横形ホッ
トウオール形減圧ＣＶＤ装置やバッチ式縦形ホットウオ
ール形熱処理装置等の半導体製造装置を使用したＩＣの
製造方法全般に適用することができる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板とボートの保持溝との擦れによるラージパーティク
ルの発生を防止することができるため、半導体装置の製
造方法の品質および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の製造方法の
ポリシリコン成膜工程のボート搬入前を示す正面断面図
である。

【図２】そのボート搬入後を示す正面断面図である。

【図３】（ａ）はポリシリコン成膜工程の各ステップの
タイムチャートを示しており、（ｂ）はその処理室の温
度シーケンスを示し、（ｃ）は同じく圧力シーケンスを
示している。

【図４】擦過傷とパーティクルの発生現象を説明するた
めの各説明図である。

【図５】擦過傷とパーティクルの防止効果を説明するた
めの各説明図である。

【符号の説明】

Ｗ…ウエハ（基板）、１…ＣＶＤ装置、２…筐体、１１
…プロセスチューブ、１２…処理室、１３…炉口、１４
…マニホールド、１５…シールリング、１６…排気管、
１７…ガス導入管、１８…ヒータユニット、１９…シー
ルキャップ、２０…エレベータ、２１…ボート、２２…
上側端板、２３…下側端板、２４…保持部材、２５…保
持溝、２６…断熱キャップ部、２７…ベース、３１…ラ
ージパーティクル、３２…擦過傷（スクラッチ）、Ｓ１
…ボート搬入ステップ、Ｓ２…昇温ステップ、Ｓ２’…
減圧ステップ、Ｓ３…成膜ステップ、Ｓ４…パージステ
ップ、Ｓ５…ボート搬出ステップ。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 BA29 BB03 CA04 FA10 GA13 HA15 JA09 JA10 JA12 LA15 4M104 BB01 DD43 DD44 DD45 HH20 5F045 AA06 AB03 AC01 AD10 AE19 BB15 DP19 EC02 EK06 EK28 EN04 GB05

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理室にて複数枚の基板がボートによっ
   て支持された状態で前記基板に処理が施される工程にお
   いて、前記ボートの前記処理室への搬入時に前記処理室
   の温度が前記基板処理時の温度よりも低く設定され、か
   つ、このボートの処理室への搬入時の速度が５００ｍｍ
   ／分以上１０００ｍｍ／分以下に設定されていることを
   特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 前記ボートの前記処理室への搬入後に前
   記処理室の温度が前記処理の温度まで上昇され、その後
   に、前記処理室の圧力が前記ボートの前記処理室への搬
   入時の圧力よりも低い処理時の圧力に減圧されることを
   特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。