JP2005039153A - Substrate processing apparatus and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Kenichi Suzaki
健一 寿崎
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor manufacturing apparatus which reduces high gas-cleaning frequency due to a short period of timing for release of particles and is capable of improving the COO. <P>SOLUTION: A substrate processing apparatus 1 comprises a reaction tube 12, a supporting tool 14 that supports the substrates 16 in the reaction tube 12, and film-forming-gas introducing means 21, 22, 23 that introduce film-forming gases into the reaction tube 12, and forms a thin film on the substrates 16, wherein unevenness having Ra of 2-4 μm is formed at least on the inner wall face of the reaction tube 12. The cleaning is carried out at a cleaning temperature of 400°C or lower when ClF<SB>3</SB>is used, and at a cleaning temperature of 350°C or lower when F<SB>2</SB>gas is used. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、基板処理装置および半導体デバイスの製造方法に関し、特に、CVD成膜形成技術に係わり、石英インナーチューブ内面に成膜されるDoped Poly Si、 Doped Amorphous Si、 Poly Si膜の膜厚増加に伴う膜クラックの発生を防止し、Particle発生を抑止し、ガスクリーニングを小頻度化することによりCOO低下を防ぎ、製造コストを低減することが可能な半導体製造装置および半導体デバイスの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a substrate processing apparatus and a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a CVD film forming technique, which increases the film thickness of Doped Poly Si, Doped Amorphous Si, and Poly Si films formed on the inner surface of a quartz inner tube. The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus and a semiconductor device manufacturing method that can prevent the occurrence of film cracks, suppress the generation of particles, reduce the COO by reducing the frequency of gas cleaning, and reduce the manufacturing cost. is there.

表面処理を施していないRa0.5μm未満の石英インナーチューブを使用した場合、CVD成膜形成を行うと、石英インナーチューブ内面にも膜が成膜され、その膜中のストレス構成ベクトルが大きくなることで膜にクラックが入る。   When a quartz inner tube with a surface treatment of less than Ra 0.5 μm is used, when CVD film formation is performed, a film is also formed on the inner surface of the quartz inner tube, and the stress composition vector in the film increases. Will crack the film.

例えば、リン(P)ドープトポリシリコン膜の場合には、石英インナーチューブへの累積膜厚が3.5μm程度でParticleが発生する。そのため累積膜厚3.5μmとなると、ガスクリーニングを実施して、石英インナーチューブのクリーニングを行っていた。しかし、3.5μmのガスクリーニングサイクルでは、クリーニング頻度が多くダウンタイムがかさみ、クリーニングコストが高価となり、その結果、COO(Cost of Ownership)を低下させるという問題があった。   For example, in the case of a phosphorus (P) doped polysilicon film, particles are generated when the accumulated film thickness on the quartz inner tube is about 3.5 μm. Therefore, when the cumulative film thickness becomes 3.5 μm, gas cleaning is performed to clean the quartz inner tube. However, in the gas cleaning cycle of 3.5 μm, there is a problem that the cleaning frequency is high and the downtime is increased, the cleaning cost is expensive, and as a result, COO (Cost of Ownership) is lowered.

なお、ボロン(B)ドープトポリシリコン膜や、ボロン(B)やリン(P)をドープしたアモルファスシリコン膜や、ノンドープトポリシリコン膜、ノンドープアモルファスシリコン膜であってもほぼ同じである。   Note that the same applies to a boron (B) doped polysilicon film, an amorphous silicon film doped with boron (B) or phosphorus (P), a non-doped polysilicon film, and a non-doped amorphous silicon film.

本発明の主な目的は、従来技術の問題点である、Particle発生タイミングの短さから生じるガスクリーニング頻度の多さを低減しCOOを改善することを可能とした半導体製造装置および半導体デバイスの製造方法を提供することにある。   The main object of the present invention is to manufacture a semiconductor manufacturing apparatus and a semiconductor device capable of improving the COO by reducing the frequency of gas cleaning, which is a problem of the prior art, due to a short particle generation timing. It is to provide a method.

本発明の第1の態様によれば、
反応管と、
前記反応管内で基板を支持する支持具と、
前記反応管内に成膜ガスを導入する成膜ガス導入手段とを有し、前記基板上に薄膜を形成する基板処理装置であって、
少なくとも前記反応管の内壁面に、Raが2〜4μmの凹凸を形成したことを特徴とする基板処理装置が提供される。
According to a first aspect of the invention,
A reaction tube;
A support for supporting the substrate in the reaction tube;
A substrate processing apparatus for forming a thin film on the substrate, comprising a film forming gas introducing means for introducing a film forming gas into the reaction tube,
There is provided a substrate processing apparatus characterized in that Ra has an unevenness of 2 to 4 μm on at least the inner wall surface of the reaction tube.

本発明の第2の態様によれば、
内壁面にRaが2〜4μmの凹凸を形成した反応管内に基板を搬入する工程と、
前記反応管内に成膜ガスを供給して前記基板上に薄膜を形成する工程と、
前記反応管内から前記基板を搬出する工程と、
前記反応管内に前記基板が存在しない状態で前記反応管内にClFガスもしくはFガス供給することにより前記反応管内壁に付着した膜を除去するクリーニング工程と、を有する半導体デバイスの製造方法であって、
前記クリーニング工程ではClFガスを用いる場合は、クリーニング温度を400℃以下、Fガスを用いる場合は、クリーニング温度を350℃以下とすることを特徴とする半導体デバイスの製造方法が提供される。
According to a second aspect of the invention,
A step of carrying the substrate into a reaction tube in which Ra has a roughness of 2 to 4 μm on the inner wall surface;
Supplying a deposition gas into the reaction tube to form a thin film on the substrate;
Unloading the substrate from within the reaction tube;
And a cleaning step of removing the film adhering to the inner wall of the reaction tube by supplying ClF 3 gas or F 2 gas into the reaction tube in the absence of the substrate in the reaction tube. And
In the cleaning step, a semiconductor device manufacturing method is provided, wherein a cleaning temperature is set to 400 ° C. or lower when ClF 3 gas is used, and a cleaning temperature is set to 350 ° C. or lower when F 2 gas is used.

なお、ここで、Raとは、算術平均高さをいう(JIS B 601参照)
Here, Ra means the arithmetic average height (see JIS B 601).
.

好ましくは、上記基板処理装置および上記半導体デバイスの製造方法において、前記反応管内壁面に形成する凹凸は、薬液処理により形成される。   Preferably, in the substrate processing apparatus and the semiconductor device manufacturing method, the unevenness formed on the inner wall surface of the reaction tube is formed by chemical treatment.

また、好ましくは、上記基板処理装置および上記半導体デバイスの製造方法において、前記基板上に形成する膜が、ボロン(B)やリン(P)等のドーパント(不純物)をドープした多結晶シリコン膜であるドープトポリシリコン(Doped Poly Si)膜、ボロン(B)やリン(P)等のドーパント(不純物)をドープした非晶質シリコン膜であるドープトアモルファスシリコン(Doped Amorphous Si)膜、ノンドープトポリシリコン(Non-Doped Poly Si)膜、ノンドープアモルファスシリコン(Non-Doped Amorphous Si)膜のうちのいずれかである。   Preferably, in the substrate processing apparatus and the semiconductor device manufacturing method, the film formed on the substrate is a polycrystalline silicon film doped with a dopant (impurity) such as boron (B) or phosphorus (P). Doped poly silicon film, doped amorphous silicon film doped with dopants (impurities) such as boron (B) and phosphorus (P), non-doped One of a polysilicon (Non-Doped Poly Si) film and a non-doped amorphous silicon (Non-Doped Amorphous Si) film.

本発明によれば、パーティクル発生タイミングの短さから生じるガスクリーニング頻度の多さを低減しCOOを改善することを可能とした半導体製造装置および半導体デバイスの製造方法が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the semiconductor manufacturing apparatus and the manufacturing method of a semiconductor device which made it possible to reduce the frequency of gas cleaning resulting from the short particle generation timing and to improve COO are provided.

次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1(A)は、本発明の一実施の形態の半導体製造装置である、縦型CVD成膜装置1の概略縦断面図であり、図1(B)は、図1(A)のA部の部分拡大図である。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A is a schematic longitudinal sectional view of a vertical CVD film forming apparatus 1 which is a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. It is the elements on larger scale of a part.

図1(A)に示すように、縦型CVD成膜装置1においては、石英アウターチューブ11の外部にヒータ13を備えており、石英アウターチューブ11内を均一に加熱できる構造となっている。石英アウターチューブ11内には石英インナーチューブ12が設けられている。石英アウターチューブ11は真空を保つのに使用され、石英インナーチューブ12はガス流路を形成するのに使用されている。石英インナーチューブ12内には、複数の半導体ウェーハを垂直方向に積層して搭載する石英ボート14が設けられている。この石英ボート14は、キャップ15上に搭載されており、キャップ15を上下させることにより、石英インナーチューブ12内に挿入され、また石英インナーチューブ12から取り出される。石英アウターチューブ11および石英インナーチューブ12の下部は開放された構造となっているが、キャップ15を上昇させることにより、キャップ15の炉口シール板18により閉じられ気密な構造となる。石英インナーチューブ12の下部には、SiH、PH供給配管21のノズルの先端およびクリーニングガス供給配管24のノズルの先端が設けられている。石英インナーチーブ12の内側の中程にはPH供給配管22のノズルの先端が設けられ、石英インナーチーブ12の内側の上側にはPH供給配管23のノズルの先端が設けられている。石英インナーチューブ12の上部は開放されている。石英インナーチューブ12と石英アウターチューブ11との間の空間の下部には、排気口17が連通して設けられている。排気口17は真空ポンプ(図示せず)に連通しており、石英アウターチューブ11内を減圧できる。 As shown in FIG. 1A, the vertical CVD film forming apparatus 1 includes a heater 13 outside the quartz outer tube 11 so that the inside of the quartz outer tube 11 can be heated uniformly. A quartz inner tube 12 is provided in the quartz outer tube 11. The quartz outer tube 11 is used to maintain a vacuum, and the quartz inner tube 12 is used to form a gas flow path. In the quartz inner tube 12, there is provided a quartz boat 14 on which a plurality of semiconductor wafers are stacked in the vertical direction. The quartz boat 14 is mounted on a cap 15, and is inserted into the quartz inner tube 12 and taken out from the quartz inner tube 12 by moving the cap 15 up and down. The lower part of the quartz outer tube 11 and the quartz inner tube 12 has an open structure, but when the cap 15 is lifted, it is closed by the furnace port seal plate 18 of the cap 15 and has an airtight structure. At the lower part of the quartz inner tube 12, the nozzle tip of the SiH 4 and PH 3 supply pipe 21 and the nozzle tip of the cleaning gas supply pipe 24 are provided. The tip of the nozzle of the PH 3 supply pipe 22 is provided in the middle of the quartz inner tube 12, and the tip of the nozzle of the PH 3 supply pipe 23 is provided above the inside of the quartz inner tube 12. The upper part of the quartz inner tube 12 is open. In the lower part of the space between the quartz inner tube 12 and the quartz outer tube 11, an exhaust port 17 is provided in communication. The exhaust port 17 communicates with a vacuum pump (not shown), and the inside of the quartz outer tube 11 can be depressurized.

SiH、PH供給配管21のノズルの先端から供給されたSiHガスよびPHガスは、その後、石英インナーチューブ12内を下部から上部まで移動し、石英インナーチューブ12と石英アウターチューブ11との間の空間を通って下方に流れ、排気口17から排気される。石英インナーチーブ12の内側の中程にPH供給配管22のノズルの先端を設け、石英インナーチーブ12の内側の上側にPH供給配管23のノズルの先端を設けているのは、石英ボート14に垂直方向に積層して搭載される複数の半導体ウェーハ間のリン濃度のバラツキを抑えるためである。PH供給配管22のノズルの先端およびPH供給配管23のノズルの先端から供給されたPHガスも石英インナーチューブ12内を上部まで移動し、石英インナーチューブ12と石英アウターチューブ11との間の空間を通って下方に流れ、排気口17から排気される。また、クリーニングガス供給配管24のノズルの先端から供給されたクリーニングガスも、その後、石英インナーチューブ12内を下部から上部まで移動し、石英インナーチューブ12と石英アウターチューブ11との間の空間を通って下方に流れ、排気口17から排気される。 SiH 4, PH 3 SiH 4 gas and PH 3 gas supplied from the tip of the nozzle of the supply pipe 21, then, the quartz inner tube 12 moves from the lower to the upper, a quartz inner tube 12 and the quartz outer tube 11 It flows downward through the space between and is exhausted from the exhaust port 17. The tip of the nozzle of the PH 3 supply pipe 22 is provided in the middle of the quartz inner tube 12, and the tip of the nozzle of the PH 3 supply pipe 23 is provided above the inside of the quartz inner tube 12. This is to suppress variations in phosphorus concentration between a plurality of semiconductor wafers stacked and mounted in the vertical direction. Move the PH 3 supply the tip of the nozzle of the pipe 22 and PH 3 supply PH 3 gas supplied from the tip of the nozzle of the pipe 23 within the quartz inner tube 12 to the top, between the quartz inner tube 12 and the quartz outer tube 11 The air flows downward through the space and is exhausted from the exhaust port 17. The cleaning gas supplied from the tip of the nozzle of the cleaning gas supply pipe 24 also moves from the lower part to the upper part in the quartz inner tube 12 and passes through the space between the quartz inner tube 12 and the quartz outer tube 11. The air flows downward and is exhausted from the exhaust port 17.

本実施の形態では、図1(B)に示すように、石英インナーチューブ12の内壁面にRaが2〜4μmの凹凸121を形成している。この凹凸121は、石英インナーチューブ12を薬液によって処理する薬液処理によって形成される。
成膜を繰り返すことにより石英インナーチューブ12の内壁面の表面に膜が堆積し、また、成膜を繰り返すことでウエーハ入炉時の温度変化で膜中にストレスが蓄積されるが、石英インナーチューブ12の内壁面の表面に設けた凹凸121により、膜中のストレス構成ベクトルは、1方向(膜に平行方向:図2(A)参照)から2方向(平行方向および垂直方向:図2(B)参照)に分散するため、ストレスが緩和される。その結果、従来は、累積膜厚が3.5μm程度で膜クラックが発生していたが、凹凸121を設けることにより、累積膜厚が5μmを超えるまで膜クラック発生タイミングを遅らせることが可能となり、Particle発生時期を遅らせることが可能となった。従ってガスクリーニング頻度を少なくすることができ、COO低減にも非常に有効である。なお、図2において、DOPOSは、Doped Poly Siの略である。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1 (B), unevenness 121 having Ra of 2 to 4 μm is formed on the inner wall surface of the quartz inner tube 12. The irregularities 121 are formed by a chemical treatment that treats the quartz inner tube 12 with a chemical solution.
By repeating the film formation, a film is deposited on the inner wall surface of the quartz inner tube 12, and by repeating the film formation, stress is accumulated in the film due to a temperature change at the time of entering the wafer. Due to the unevenness 121 provided on the surface of the inner wall surface 12, the stress composition vector in the film is changed from one direction (parallel to the film: see FIG. 2A) to two directions (parallel and vertical directions: FIG. 2B). ))), The stress is alleviated. As a result, in the past, film cracks occurred when the cumulative film thickness was about 3.5 μm, but by providing the unevenness 121, it was possible to delay the film crack generation timing until the cumulative film thickness exceeded 5 μm, It became possible to delay the particle generation time. Therefore, the frequency of gas cleaning can be reduced and it is very effective for reducing COO. In FIG. 2, DOPOS is an abbreviation for Doped Poly Si.

次に、この縦型CVD成膜装置1を使用してリン(P)ドープトポリシリコン膜を形成した場合にガスクリーニングを行う方法について説明する。   Next, a method for performing gas cleaning when a phosphorus (P) doped polysilicon film is formed using the vertical CVD film forming apparatus 1 will be described.

まず、多数枚の半導体シリコンウェーハ16を保持した石英ボート14を530℃の温度に保たれた石英インナーチューブ12内に挿入する。
次に、真空ポンプ(図示せず)を用いて排気口17より真空排気する。
次に、SiH、PH供給配管21よりSiHおよびPHを供給し、PH供給配管22、23からそれぞれPHを供給し、排気口17より真空排気しながら、石英アウターチューブ11内の圧力を90Paに保って、リンドープトポリシリコン膜を半導体シリコンウェーハ16上に300nm形成する。
次に、SiH、PH供給配管21よりのSiHおよびPHの供給、PH供給配管22、23からのPHの供給を停止して、石英アウターチューブ11内を排気口17より真空排気する。
次に、SiH、PH供給配管21より、Nを石英アウターチューブ11内に流入させてNパージを行う。
その後、Nの供給を止めて石英アウターチューブ11内を真空にする。Nパージとその後の石英アウターチューブ11内の真空排気は数回セットで実施する。
その後、石英アウターチューブ11内を真空状態から大気圧状態へ戻し、その後、石英ボート14を下げて、石英アウターチューブ11より引き出し、その後、石英ボート14および半導体ウェーハ16を室温まで下げる。
その後、石英ボート14から半導体ウェーハ16を取り出す。
次に、石英ボート14に新たな半導体ウェーハ16を搭載して、石英インナーチューブ12内に挿入し、リンドープトポリシリコン膜を半導体シリコンウェーハ16上に形成する。
First, the quartz boat 14 holding a large number of semiconductor silicon wafers 16 is inserted into the quartz inner tube 12 maintained at a temperature of 530.degree.
Next, vacuum exhaust is performed from the exhaust port 17 using a vacuum pump (not shown).
Then, SiH 4, PH 3 SiH 4 were supplied to and PH 3 from the supply pipe 21 to supply the PH 3 respectively from PH 3 supply pipe 22 and 23, while evacuating from the exhaust port 17, the quartz outer tube 11 Then, a phosphorus-doped polysilicon film is formed on the semiconductor silicon wafer 16 to a thickness of 300 nm.
Then, SiH 4, PH 3 supply of SiH 4 and PH 3 in the feed pipe 21, to stop the supply of PH 3 from PH 3 supply pipe 22, the vacuum from the exhaust port 17 to the quartz outer tube 11 Exhaust.
Next, N 2 purge is performed by flowing N 2 into the quartz outer tube 11 from the SiH 4 and PH 3 supply pipe 21.
Thereafter, the supply of N 2 is stopped and the inside of the quartz outer tube 11 is evacuated. N 2 purge and subsequent vacuum evacuation in the quartz outer tube 11 are performed several times as a set.
Thereafter, the inside of the quartz outer tube 11 is returned from the vacuum state to the atmospheric pressure state, and then the quartz boat 14 is lowered and pulled out from the quartz outer tube 11, and then the quartz boat 14 and the semiconductor wafer 16 are lowered to room temperature.
Thereafter, the semiconductor wafer 16 is taken out from the quartz boat 14.
Next, a new semiconductor wafer 16 is mounted on the quartz boat 14 and inserted into the quartz inner tube 12 to form a phosphorus-doped polysilicon film on the semiconductor silicon wafer 16.

上記リンドープトポリシリコン膜の製造方法を繰り返すと、図3(A)示すように、石英インナーチューブ12の内壁に膜30が付着するが、この内壁に付着した膜30の膜厚が所定の厚さに達した時点で、クリーニングガスをクリーニングガス供給配管24から、石英インナーチューブ12内へ導入することにより石英インナーチューブ12の内壁に付着した膜30のクリーニングを行う。   When the method for producing the phosphorus-doped polysilicon film is repeated, as shown in FIG. 3A, the film 30 adheres to the inner wall of the quartz inner tube 12, and the film 30 attached to the inner wall has a predetermined thickness. At that time, the cleaning gas is introduced into the quartz inner tube 12 from the cleaning gas supply pipe 24 to clean the film 30 attached to the inner wall of the quartz inner tube 12.

次に、このクリーニング方法について説明する。
まず、半導体ウェーハ16を保持しない石英ボート14を所定のクリーニング温度に保たれた石英インナーチューブ12内に挿入する。
次に、真空ポンプ(図示せず)を用いて排気口17より真空排気する。
次に、クリーニングガス供給配管よりクリーニングガスを供給し、真空ポンプ(図示せず)を用いて排気口17より真空排気しながら、石英アウターチューブ11内を120Paに保った状態で、石英インナーチューブ12のクリーニングを行う。
次に、クリーニングガスの供給を止めて、真空ポンプ(図示せず)を用いて排気口17より真空排気して、残留クリーニングガスを排気する。
次に、SiH、PH供給配管21より、Nを石英アウターチューブ11内に流入させてNパージを行い、石英アウターチューブ11内のクリーニングガスを除去する。
その後、真空ポンプ(図示せず)を用いて排気口17より真空排気する。真空排気とNパージは数サイクル実施する。
その後、石英アウターチューブ11内を真空状態から大気圧状態へ戻し、その後、石英ボート14を下げて、石英アウターチューブ11より引き出す。
Next, this cleaning method will be described.
First, the quartz boat 14 not holding the semiconductor wafer 16 is inserted into the quartz inner tube 12 maintained at a predetermined cleaning temperature.
Next, vacuum exhaust is performed from the exhaust port 17 using a vacuum pump (not shown).
Next, the cleaning gas is supplied from the cleaning gas supply pipe, and the quartz inner tube 12 is kept at 120 Pa while the inside of the quartz outer tube 11 is maintained at 120 Pa while being evacuated from the exhaust port 17 using a vacuum pump (not shown). Perform cleaning.
Next, supply of the cleaning gas is stopped, and a vacuum pump (not shown) is used to evacuate the exhaust port 17 to exhaust the remaining cleaning gas.
Next, N 2 is caused to flow into the quartz outer tube 11 from the SiH 4 and PH 3 supply pipe 21 to perform N 2 purge, and the cleaning gas in the quartz outer tube 11 is removed.
Thereafter, vacuum exhaust is performed from the exhaust port 17 using a vacuum pump (not shown). Several cycles of evacuation and N 2 purge are performed.
Thereafter, the inside of the quartz outer tube 11 is returned from the vacuum state to the atmospheric pressure state, and then the quartz boat 14 is lowered and pulled out from the quartz outer tube 11.

なお、クリーニングは、クリーニングガスの種類およびクリーンング温度に影響を受ける。   Cleaning is affected by the type of cleaning gas and the cleaning temperature.

クリーニングガスとしてClFガスを使用する場合には、400℃以下のクリーニング条件であれば、選択比(膜のエッチングレート/石英のエッチングレート)が高くとれ、薬液処理により形成したRa2〜4μmの凹凸121を削ることなく、石英インナーチューブ12の内壁に付着した膜30をエッチング除去でき、エッチング後も、図3(B)に示すように、石英表面の凹凸状態を納入時の初期状態に維持できる。そのため、ガスクリーニング頻度は、初期状態のガスクリーニング頻度(累積膜厚5μm毎に1度のガスクリーニング)と同じにすることができ、COO向上に優れた効果がある。 When ClF 3 gas is used as a cleaning gas, the selectivity (film etching rate / quartz etching rate) can be increased under cleaning conditions of 400 ° C. or lower, and Ra 2 to 4 μm unevenness formed by chemical treatment. The film 30 adhering to the inner wall of the quartz inner tube 12 can be removed by etching without shaving 121, and even after the etching, the uneven state of the quartz surface can be maintained in the initial state at the time of delivery as shown in FIG. . Therefore, the gas cleaning frequency can be made the same as the gas cleaning frequency in the initial state (gas cleaning once for every 5 μm of accumulated film thickness), which has an excellent effect of improving COO.

クリーニングガスとしてF ガスを使用する場合には、350℃以下のF ガスクリーニング条件であれば、選択比(膜のエッチングレート/石英のエッチングレート)が高くとれ、薬液処理により形成したRa2〜4μmの凹凸121を削ることなく、石英インナーチューブ12の内壁に付着した膜30をエッチング除去でき、エッチング後も、図3(B)に示すように、石英表面の凹凸状態を納入時の状態を維持できる。そのため、ガスクリーニング頻度は、初期の状態のガスクリーニング頻度(累積膜厚5μm毎に1度のガスクリーニング)と同じにすることができ、COO向上に優れた効果がある。 When F 2 gas is used as the cleaning gas, the selection ratio (film etching rate / quartz etching rate) can be increased under F 2 gas cleaning conditions of 350 ° C. or lower, and Ra 2 −2 formed by chemical treatment. The film 30 adhering to the inner wall of the quartz inner tube 12 can be removed by etching without shaving the 4 μm irregularities 121. Even after etching, the irregularities on the quartz surface are as shown in FIG. 3B. Can be maintained. Therefore, the gas cleaning frequency can be made the same as the gas cleaning frequency in the initial state (gas cleaning once every 5 μm of accumulated film thickness), which has an excellent effect of improving COO.

なお、400℃より高い温度でのClFクリーニングガスを使用したクリーニングや350℃より高い温度でのFクリーニングガスを使用したクリーニングでは、図3(B)に示すように、選択比(膜のエッチングレート/石英のエッチングレート)が高くとれず、石英インナーチューブ12の内壁に付着した膜30をエッチング除去する際に、薬液処理により形成したRa2〜4μmの凹凸121も削られてしまう。 In the cleaning using a ClF 3 cleaning gas at a temperature higher than 400 ° C. and the cleaning using an F 2 cleaning gas at a temperature higher than 350 ° C., as shown in FIG. (Etching rate / quartz etching rate) cannot be made high, and when the film 30 adhering to the inner wall of the quartz inner tube 12 is removed by etching, the unevenness 121 of Ra 2 to 4 μm formed by the chemical treatment is also removed.

このように、クリーニング時のクリーニングガス種や温度が選択比(膜のエッチングレート/石英のエッチングレート)に影響し、その結果、クリーニング後の石英インナーチューブ12の内壁の凹凸状態に影響を与えるが、クリーニング時の圧力については、上記は120Paの場合についてであるが、1Torr(133Pa)以下では、上記と同じ結果が得られる。   As described above, the cleaning gas type and temperature at the time of cleaning affect the selection ratio (film etching rate / quartz etching rate), and as a result, the uneven state of the inner wall of the quartz inner tube 12 after cleaning is affected. As for the pressure at the time of cleaning, the above is the case of 120 Pa, but the same result as above is obtained at 1 Torr (133 Pa) or less.

図4は、リンドープトポリシリコン膜の形成を繰り返し、その度に発生するパーティクルを測定した結果と、累積膜厚との関係を示したものである。ここで、パーティクルが急に増加すると、それは、石英インナーチューブ12の内壁に付着した膜30にクラックが入り、そのためにパーティクルが発生したものであるので、その後、クリーニングを行っている。そして、このガスクリーニングは、ガスクリーニング後も、図3(B)に示すように、石英表面の凹凸状態を納入時の状態を維持できる条件、具体的には、クリーニングガスとしてClFガスを使用して、400℃で、クリーニングを行った。図中400DRY−CLNとはこの400℃におけるドライクリーニングを意味している。また、図中、TOPとは、石英ボート14の上部に保持した半導体ウェーハ16を、CTRとは石英ボート14の中央に保持した半導体ウェーハ16を、BTMとは石英ボート14の下部に保持した半導体ウェーハ16を、T−Cとは石英ボート14の上部と中央の間に保持した半導体ウェーハ16を、C−Bとは石英ボート14の下部と中央の間に保持した半導体ウェーハ16を、それぞれ意味する。なお、パーティクルの測定はレーザ散乱法によった。 FIG. 4 shows the relationship between the cumulative film thickness and the results of measuring the particles generated each time the formation of the phosphorus-doped polysilicon film is repeated. Here, if the particles suddenly increase, it is because the film 30 adhering to the inner wall of the quartz inner tube 12 is cracked, and thus particles are generated, and therefore cleaning is performed thereafter. In this gas cleaning, as shown in FIG. 3 (B), after the gas cleaning, the condition that the uneven state of the quartz surface can be maintained at the time of delivery, specifically, ClF 3 gas is used as the cleaning gas. Then, cleaning was performed at 400 ° C. In the drawing, 400DRY-CLN means dry cleaning at 400 ° C. In the figure, TOP is a semiconductor wafer 16 held at the top of the quartz boat 14, CTR is a semiconductor wafer 16 held at the center of the quartz boat 14, and BTM is a semiconductor held at the bottom of the quartz boat 14. TC means the semiconductor wafer 16 held between the upper part and the center of the quartz boat 14, and CB means the semiconductor wafer 16 held between the lower part and the center of the quartz boat 14. To do. The particles were measured by a laser scattering method.

図4(A)に示すように、石英インナーチューブ12の内壁に薬液処理によりRa2〜4μmの凹凸121を形成した場合には、累積膜厚が5.4μmになるまで、クリーニングを施す必要がなかったが、図4(B)に示すように、Ra0.5μm未満の凹凸を形成した場合には、累積膜厚3.5μmとなると、ガスクリーニングを施す必要があった。   As shown in FIG. 4A, in the case where the unevenness 121 of Ra 2 to 4 μm is formed on the inner wall of the quartz inner tube 12 by chemical treatment, it is not necessary to perform cleaning until the accumulated film thickness becomes 5.4 μm. However, as shown in FIG. 4B, in the case where irregularities of Ra less than 0.5 μm were formed, it was necessary to perform gas cleaning when the accumulated film thickness reached 3.5 μm.

なお、本実施の形態は、リン(P)ドープトポリシリコン膜の場合について説明したが、ボロン(B)ドープトポリシリコン膜や、ボロン(B)やリン(P)をドープしたアモルファスシリコン膜や、ノンドープトポリシリコン膜、ノンドープアモルファスシリコン膜であっても、本実施の形態とほぼ同じである。   In this embodiment, the case of a phosphorus (P) doped polysilicon film has been described. However, a boron (B) doped polysilicon film or an amorphous silicon film doped with boron (B) or phosphorus (P). Even a non-doped polysilicon film or a non-doped amorphous silicon film is almost the same as the present embodiment.

以上のように、CVD成膜装置での石英インナーチューブ表面(Ra:2〜4μm)を使ったDoped Poly Si、Doped Amorphouse Si、Non−Doped Poly Siでの成膜でのガスクリーニングサイクルの長期化が可能となり、ガスクリーニングに伴うダウンタイムを大幅に低減することが出来る。   As described above, the gas cleaning cycle is prolonged in the deposition with Doped Poly Si, Doped Amorphous Si, and Non-Doped Poly Si using the quartz inner tube surface (Ra: 2 to 4 μm) in the CVD film forming apparatus. And downtime associated with gas cleaning can be greatly reduced.

図1(A)は、本発明の一実施の形態の縦型CVD成膜装置の概略縦断面図であり、図1(B)は、図1(A)のA部の部分拡大図である。FIG. 1A is a schematic longitudinal sectional view of a vertical CVD film forming apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a partially enlarged view of a portion A in FIG. . 膜中ストレスベクトル構成図である。It is an in-film stress vector block diagram. ガスクリーニング条件によるクリーニング状況を説明するための縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view for demonstrating the cleaning condition by gas cleaning conditions. インナーチューブ表面処理粗さによるパーティクル発生タイミングを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the particle generation timing by the inner tube surface treatment roughness.

符号の説明Explanation of symbols

1…縦型CVD成膜装置
11…石英アウターチーブ
12…石英インナーチューブ
13…抵抗加熱ヒータ
14…石英ボート
15…キャップ
16…半導体ウェーハ
17…排気口
18…炉口シール板
21…SiH、PH供給配管
22、23…PH供給配管
24…クリーニングガス供給配管
1 ... vertical CVD film forming apparatus 11 ... a quartz Autachibu 12 ... a quartz inner tube 13 ... resistance heater 14 ... a quartz boat 15 ... cap 16 ... semiconductor wafer 17 ... exhaust port 18 ... throat seal plate 21 ... SiH 4, PH 3 supply piping 22, 23 ... PH 3 supply piping 24 ... cleaning gas supply piping

Claims (2)

反応管と、
前記反応管内で基板を支持する支持具と、
前記反応管内に成膜ガスを導入する成膜ガス導入手段とを有し、前記基板上に薄膜を形成する基板処理装置であって、
少なくとも前記反応管の内壁面に、Raが2〜4μmの凹凸を形成したことを特徴とする基板処理装置。
A reaction tube;
A support for supporting the substrate in the reaction tube;
A substrate processing apparatus for forming a thin film on the substrate, comprising a film forming gas introducing means for introducing a film forming gas into the reaction tube,
A substrate processing apparatus, wherein Ra has an unevenness of 2 to 4 μm formed at least on the inner wall surface of the reaction tube.
内壁面にRaが2〜4μmの凹凸を形成した反応管内に基板を搬入する工程と、
前記反応管内に成膜ガスを供給して前記基板上に薄膜を形成する工程と、
前記反応管内から前記基板を搬出する工程と、
前記反応管内に前記基板が存在しない状態で前記反応管内にClFガスもしくはFガス供給することにより前記反応管内壁に付着した膜を除去するクリーニング工程と、を有する半導体デバイスの製造方法であって、
前記クリーニング工程ではClFガスを用いる場合は、クリーニング温度を400℃以下、Fガスを用いる場合は、クリーニング温度を350℃以下とすることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
A step of carrying the substrate into a reaction tube in which Ra has a roughness of 2 to 4 μm on the inner wall surface;
Supplying a deposition gas into the reaction tube to form a thin film on the substrate;
Unloading the substrate from within the reaction tube;
And a cleaning step of removing the film adhering to the inner wall of the reaction tube by supplying ClF 3 gas or F 2 gas into the reaction tube in the absence of the substrate in the reaction tube. And
In the cleaning step, when a ClF 3 gas is used, the cleaning temperature is set to 400 ° C. or lower, and when F 2 gas is used, the cleaning temperature is set to 350 ° C. or lower.
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