JP2007243014A - Method of manufacturing semiconductor device and substrate processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ウェーハ、ガラス基板等の基板に薄膜の生成、不純物の拡散、アニール処理、エッチング等の処理を行って、半導体装置を製造する半導体装置の製造方法及び基板処理装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a substrate processing apparatus for manufacturing a semiconductor device by performing processes such as thin film generation, impurity diffusion, annealing, and etching on a substrate such as a wafer and a glass substrate.
半導体装置を製造する1工程として基板処理工程があり、基板処理としてウェーハ、ガラス基板等の基板にCVD法により薄膜の生成、不純物の拡散、アニール処理、エッチング等の処理が行われる。又、処理毎に或は定期的に、処理室の内壁面等に堆積する副生成物の除去の為、清浄化(クリーニング)工程が実施される。 There is a substrate processing step as one step for manufacturing a semiconductor device. As a substrate processing, a substrate such as a wafer or a glass substrate is subjected to processing such as generation of a thin film, diffusion of impurities, annealing processing, etching and the like by a CVD method. In addition, a cleaning process is performed for removing by-products deposited on the inner wall surface of the processing chamber or the like at every processing or periodically.
清浄化作業の1つとしてフッ素、塩素を含むハロゲン系ガスによるドライエッチング法(Self−Cleaning)がある。ハロゲン系ガスによるドライエッチング法により処理室を清浄化した場合、処理室にハロゲン種が残留される。ハロゲン種は成膜処理に於ける成膜阻害要素であり、残留ハロゲン種は成膜品質に影響する。この為、従来よりドライエッチングで処理室を清浄化した後、ハロゲン種を除去することが行われている。 As one of the cleaning operations, there is a dry etching method (Self-Cleaning) using a halogen-based gas containing fluorine and chlorine. When the processing chamber is cleaned by a dry etching method using a halogen-based gas, halogen species remain in the processing chamber. The halogen species is a film formation inhibiting factor in the film formation process, and the residual halogen species affects the film formation quality. For this reason, conventionally, after the processing chamber is cleaned by dry etching, the halogen species are removed.
従来のハロゲン種除去方法、或はハロゲン種の影響を除去する方法として、処理室をドライエッチングで清浄化した後処理室をN2 、NH3 により長時間ガスパージする方法、且つ、CVD法により、処理室内にSiNコーティング膜(例えば膜厚4000Å)を生成する方法が行われていた。 As a conventional halogen species removal method or a method for removing the influence of halogen species, the treatment chamber is cleaned by dry etching and then the treatment chamber is purged with N2 and NH3 for a long time, and the CVD method is used. A method of generating a SiN coating film (for example, a thickness of 4000 mm) has been performed.
然し乍ら、N2 、NH3 によりガスパージする方法では、ガスパージ時間に1時間〜4時間を要する。又、例えばコーティング膜として4000ÅのSiN膜を生成する場合は、5時間を要する等長時間の処理が必要であり、スループット向上を妨げる要因となっていた。 However, in the method of purging with N2 and NH3, the gas purging time takes 1 to 4 hours. Further, for example, when a 4000 N SiN film is formed as a coating film, a long-time treatment such as 5 hours is required, which hinders improvement in throughput.
本発明は斯かる実情に鑑み、基板処理1工程として、ハロゲン系ガスによる清浄化工程を含む場合に、ハロゲン種の迅速な除去を可能とし、スループットの向上を図るものである。 In view of such circumstances, the present invention enables rapid removal of halogen species and improves throughput when a cleaning process using a halogen-based gas is included as one process of substrate processing.
本発明は、基板を処理室に搬入する工程と、前記処理室に処理ガスを供給して基板を処理する工程と、前記処理室より処理後の基板を搬出する工程と、前記処理室にハロゲン系ガスを供給して前記処理室をクリーニングする工程と、前記処理室に酸素ガスと水素ガスとを燃焼させて生成した水蒸気を供給して前記処理室の残留ハロゲン種を除去する工程とを有する半導体装置の製造方法に係るものである。 The present invention includes a step of loading a substrate into a processing chamber, a step of supplying a processing gas to the processing chamber to process the substrate, a step of unloading the processed substrate from the processing chamber, and a halogen in the processing chamber. Supplying a system gas to clean the processing chamber; and supplying a water vapor generated by burning oxygen gas and hydrogen gas to the processing chamber to remove residual halogen species in the processing chamber. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
又本発明は、基板を処理する処理室と、該処理室に処理ガスを導入する処理ガス導入管と、前記処理室にクリーニングガスとしてハロゲン系ガスを導入するハロゲン系ガス導入管と、前記処理室に水蒸気を導入する水蒸気導入管と、該水蒸気導入管に接続され、酸素ガスと水素ガスとを燃焼させて水蒸気を生成する水蒸気発生装置と、前記処理室を排気する排気管と、前記処理室にハロゲン系ガスを導入して該処理室のクリーニングを行った後、該処理室に前記水蒸気発生装置から水蒸気を導入して前記処理室の残留ハロゲン種を除去する様に制御する制御装置とを有する基板処理装置に係るものである。 The present invention also provides a processing chamber for processing a substrate, a processing gas introduction tube for introducing a processing gas into the processing chamber, a halogen-based gas introduction tube for introducing a halogen-based gas as a cleaning gas into the processing chamber, and the processing A water vapor introducing pipe for introducing water vapor into the chamber, a water vapor generating apparatus connected to the water vapor introducing pipe for generating water vapor by burning oxygen gas and hydrogen gas, an exhaust pipe for exhausting the processing chamber, and the processing A control device for controlling so as to remove the residual halogen species in the processing chamber by introducing water vapor from the water vapor generating device into the processing chamber after introducing a halogen-based gas into the chamber and cleaning the processing chamber; The present invention relates to a substrate processing apparatus having
本発明によれば、基板を処理室に搬入する工程と、前記処理室に処理ガスを供給して基板を処理する工程と、前記処理室より処理後の基板を搬出する工程と、前記処理室にハロゲン系ガスを供給して前記処理室をクリーニングする工程と、前記処理室に酸素ガスと水素ガスとを燃焼させて生成した水蒸気を供給して前記処理室の残留ハロゲン種を除去する工程とを有するので、ハロゲン種の迅速な除去を可能とし、スループットの向上が図れる。 According to the present invention, a step of loading a substrate into a processing chamber, a step of processing a substrate by supplying a processing gas to the processing chamber, a step of unloading the processed substrate from the processing chamber, and the processing chamber Supplying a halogen-based gas to the process chamber and cleaning the process chamber; and supplying the process chamber with water vapor generated by burning oxygen gas and hydrogen gas to remove residual halogen species in the process chamber; Therefore, rapid removal of halogen species is possible, and throughput can be improved.
又本発明は、基板を処理する処理室と、該処理室に処理ガスを導入する処理ガス導入管と、前記処理室にクリーニングガスとしてハロゲン系ガスを導入するハロゲン系ガス導入管と、前記処理室に水蒸気を導入する水蒸気導入管と、該水蒸気導入管に接続され、酸素ガスと水素ガスとを燃焼させて水蒸気を生成する水蒸気発生装置と、前記処理室を排気する排気管と、前記処理室にハロゲン系ガスを導入して該処理室のクリーニングを行った後、該処理室に前記水蒸気発生装置から水蒸気を導入して前記処理室の残留ハロゲン種を除去する様に制御する制御装置とを有するので、ハロゲン種の迅速な除去を可能とし、スループットの向上が図れる等の優れた効果を発揮する。 The present invention also provides a processing chamber for processing a substrate, a processing gas introduction tube for introducing a processing gas into the processing chamber, a halogen-based gas introduction tube for introducing a halogen-based gas as a cleaning gas into the processing chamber, and the processing A water vapor introducing pipe for introducing water vapor into the chamber, a water vapor generating apparatus connected to the water vapor introducing pipe for generating water vapor by burning oxygen gas and hydrogen gas, an exhaust pipe for exhausting the processing chamber, and the processing A control device for controlling so as to remove the residual halogen species in the processing chamber by introducing water vapor from the water vapor generating device into the processing chamber after introducing a halogen-based gas into the chamber and cleaning the processing chamber; Therefore, it is possible to quickly remove halogen species and to exhibit excellent effects such as an improvement in throughput.
以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明が実施される基板処理装置としては、基板を1枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置、所要枚数の基板を一度に処理するバッチ式の基板処理装置とがあり、又バッチ式の基板処理装置には縦型処理炉を具備した縦型の基板処理装置、横型処理炉を具備した横型の基板処理装置がある。 The substrate processing apparatus in which the present invention is implemented includes a single-wafer type substrate processing apparatus that processes substrates one by one, a batch type substrate processing apparatus that processes a required number of substrates at once, and a batch type substrate processing apparatus. The substrate processing apparatus includes a vertical type substrate processing apparatus provided with a vertical type processing furnace and a horizontal type substrate processing apparatus provided with a horizontal type processing furnace.
以下は、本発明が実施される一例として縦型処理炉を具備するバッチ式の基板処理装置について説明する。図1は、縦型処理炉(以下処理炉)1を示している。 The following describes a batch type substrate processing apparatus including a vertical processing furnace as an example in which the present invention is implemented. FIG. 1 shows a vertical processing furnace (hereinafter referred to as a processing furnace) 1.
該処理炉1は加熱手段としてのヒータ2を有する。該ヒータ2は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース3に支持されることにより垂直に設置されている。
The
前記ヒータ2の内側には、該ヒータ2と同心円状に反応管としてのプロセスチューブ4が配設されている。該プロセスチューブ4は内部反応管5と、その外側に同心に設けられた外部反応管6とから構成されている。
Inside the
前記内部反応管5は、例えば石英(SiO2 )又は炭化シリコン(SiC)等の耐熱性材料からなり、上端及び下端が開口した円筒形状であり、前記外部反応管6は、例えば石英又は炭化シリコン等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状となっている。
The
前記内部反応管5の内部には処理室7が画成され、該処理室7には処理基板としてウェーハ8がボート9によって保持され、収納可能となっている。該ボート9は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなり、所定枚数のウェーハ8を水平姿勢で且つ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持する様に構成されている。尚、前記ボート9の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる円板形状をした断熱部材としての断熱板11が水平姿勢で多段に複数枚配置されており、前記ヒータ2からの熱がマニホールド12側に伝わり難くなる様構成されている。
A
前記外部反応管6の下方には、該外部反応管6と同心円状に前記マニホールド12が配設されている。該マニホールド12は、例えばステンレス等からなり、上端及び下端が開口した円筒形状となっており、該マニホールド12の上端に前記外部反応管6が気密に立設され、前記マニホールド12の内壁に突設された内フランジ13に前記内部反応管5が立設されている。前記プロセスチューブ4と前記マニホールド12により反応容器が形成される。
Below the
前記マニホールド12の下端開口部は、炉口部を形成し、該炉口部はシールキャップ14によって気密に閉塞され、該シールキャップ14は例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。該シールキャップ14はボートエレベータ10によって昇降可能に支持され、前記シールキャップ14上にボート受台46(後述)を介して前記ボート9が載置される。
The lower end opening of the
前記シールキャップ14にはガス導入部としての第1ノズル15、第2ノズル16、第3ノズル17、第4ノズル18が前記処理室7に連通する様に設けられ、前記ノズル15,16,17,18には第1ガス供給管21、第2ガス供給管22、第3ガス供給管23、第4ガス供給管24がそれぞれ接続されている。
The
前記第1ガス供給管21には上流側に向って、第1ガス流量制御器25、第1開閉弁26、第1処理ガス供給源27が設けられ、該第1処理ガス供給源27からは、例えば、処理ガスとしてSiH2 Cl2 が供給される。又、前記第2ガス供給管22には上流側に向って第2ガス流量制御器28、第2開閉弁29、第2処理ガス供給源30が設けられ、該第2処理ガス供給源30からは、例えば、処理ガスとしてNH3 が供給される。
The first
前記第3ガス供給管23には上流側に向って第3ガス流量制御器31、第3開閉弁32、クリーニングガス供給源33、或は図示しない不活性ガス供給源が設けられている。又、前記クリーニングガス供給源33は、クリーニングガスとしてハロゲン系ガスを供給し、前記不活性ガス供給源は、不活性ガスとして例えば窒素ガスを供給する。
The third
前記第1ガス流量制御器25、前記第2ガス流量制御器28、前記第3ガス流量制御器31、前記第1開閉弁26、前記第2開閉弁29、前記第3開閉弁32は、ガス流量制御部34に電気的に接続され、該ガス流量制御部34によって供給するガス流量が所定の値となる様、所定のタイミングで供給される様に制御される。
The first
前記第4ガス供給管24には、後述する水蒸気発生装置36が接続されている。
The fourth
前記マニホールド12には、前記処理室7の雰囲気を排気する排気ライン37が接続され、該排気ライン37は、前記内部反応管5と前記外部反応管6との間に形成される筒状空間38の下端部に連通している。前記排気ライン37は主排気ライン37aとスロー排気ライン37bによって構成されている。前記排気ライン37には圧力センサ39及び圧力調整装置41を介して真空ポンプ等の真空排気装置42が接続されており、前記処理室7の圧力が所定の圧力(真空度)となる様真空排気し得る様に構成されている。
An
前記圧力調整装置41及び前記圧力センサ39には、圧力制御部43が電気的に接続されており、該圧力制御部43は前記圧力センサ39により検出された圧力に基づいて前記圧力調整装置41により前記処理室7の圧力が所望の圧力となる様、所望のタイミングにて制御する様に構成されている。
A
前記シールキャップ14の下面側には、前記ボート9を回転させる回転機構44が設けられている。該回転機構44の回転軸45は前記シールキャップ14を貫通して前記ボート受台46に連結されており、前記回転機構44は前記ボート受台46を介して前記ボート9を回転可能となっており、該ボート9を回転させることでウェーハ8を回転させる様に構成されている。
A rotation mechanism 44 that rotates the
又、前記シールキャップ14は前記ボートエレベータ10によって垂直方向に昇降される様に構成され、前記ボート9を前記処理室7に対し装入引出しすることが可能となっている。前記回転機構44及び前記ボートエレベータ10には、駆動制御部47が電気的に接続されており、所望の作動をする様所望のタイミングにて制御する様に構成されている。
The
前記筒状空間38には温度センサ48が前記内部反応管5の下部から上部に掛渡って立設されている。前記ヒータ2と前記温度センサ48には、電気的に温度制御部49が接続されており、該温度制御部49は前記温度センサ48により検出された温度情報に基づき前記ヒータ2への通電状態を調整することにより前記処理室7の温度が所望の温度分布となる様に制御する。
In the
前記ガス流量制御部34、前記圧力制御部43、前記駆動制御部47、前記温度制御部49は、操作部、入出力部をも構成し、基板処理装置全体を制御する主制御部51に電気的に接続されている。前記ガス流量制御部34、前記圧力制御部43、前記駆動制御部47、前記温度制御部49、前記主制御部51は制御装置52として構成されている。
The gas flow
次に、前記水蒸気発生装置36について図2、図3を参照して説明する。
Next, the
先ず、図2は第1例を示しており、第1例では、蒸気の発生に外部燃焼装置が用いられている。 First, FIG. 2 shows a first example. In the first example, an external combustion device is used to generate steam.
水蒸気発生装置36は、水素(H2 )ガス源63、酸素(O2 )ガス源64及び外部燃焼装置65を有する。該外部燃焼装置65は第4ガス供給管24に接続され、前記H2 ガス源63、前記O2 ガス源64は、それぞれガス供給管66,67を介して前記外部燃焼装置65に接続され、前記ガス供給管66には開閉バルブ68、流量制御器69が設けられ、前記ガス供給管67には開閉弁71、流量制御器72が設けられている。
The
前記流量制御器69,72、前記開閉バルブ68,71、前記外部燃焼装置65には、ガス流量制御部34が電気的に接続されており、前記H2 ガス源63、前記O2 ガス源64から供給するH2 ガス、O2 ガスの流量、前記外部燃焼装置65にて発生させ供給する水蒸気(H2 O)の流量が所望の量となる様所望のタイミングにて制御する様に構成されている。
A gas
第1例の水蒸気発生装置36では、前記H2 ガス源63、前記O2 ガス源64から供給されたH2 ガス、O2 ガスを前記外部燃焼装置65で燃焼させて水蒸気(H2 O)を発生させる。発生した水蒸気(H2 O)は前記外部燃焼装置65より前記第4ガス供給管24を通して前記処理室7に供給される。
In the
又、水蒸気発生装置36により水蒸気(H2 O)を発生する方法の第2例として、触媒反応を利用する方法がある。第2例では、図2の第1例の方法に於ける外部燃焼装置65の代わりに、触媒反応装置73を用いる。その他の構成は第1例と同様である。
As a second example of a method for generating water vapor (H2 O) by the
第2例の水蒸気発生装置36では、H2 ガス源63、O2 ガス源64から供給されたH2 ガス、O2 ガスは、前記触媒反応装置73内に設けられた白金等の触媒と接触し、白金等と接触したH2 ガス、O2 ガスは、白金等の触媒作用によって活性化され、反応性が高められた状態となる。活性化されたH2 ガスとO2 ガスは、発火温度よりも低い温度で反応し水蒸気(H2 O)が生成される。生成された水蒸気(H2 O)は前記触媒反応装置73より第4ガス供給管24を通して前記処理室7に供給される。この第2例の方法によれば、第1例の様な高温燃焼を伴うことなく水蒸気を発生させることができる。
In the
図3は、水蒸気発生装置36により水蒸気(H2 O)を発生する方法の第3例を示している。第3例では、純水を不活性ガスでバブリングして生成する。
FIG. 3 shows a third example of a method for generating water vapor (H2 O) by the
図3に於いて、前記水蒸気発生装置36は、不活性ガスである、例えば窒素(N2 )ガスを供給するN2 ガス源74と、純水75を蓄えた純水容器76とを有する。前記N2 ガス源74に接続されたガス供給管77は、前記純水容器76に連通され、ガス噴出口である先端部は該純水容器76の純水75中に没している。前記ガス供給管77には上流側から開閉弁78、流量制御器79が設けられている。
In FIG. 3, the
前記純水容器76の上部には空間81が残置され、該空間81に第4ガス供給管24が連通している。前記開閉弁78、前記流量制御器79にはガス流量制御部34が電気的に接続されており、前記N2 ガス源74から供給するN2 ガスの流量が所望の量となる様所望のタイミングにて制御する様に構成されている。第3例の水蒸気発生装置36では、前記純水容器76の純水を前記N2 ガス源74から供給された窒素(N2 )でバブリングすることにより水蒸気(H2 O)を発生させる。発生した水蒸気(H2 O)は前記純水容器76の上部空間より前記第4ガス供給管24を通して処理室7に供給される。
A
次に、上記構成に係る処理炉1を用いて、半導体デバイスの製造工程の1工程として、CVD法によりウェーハ8上に薄膜を形成する作用について図4を参照して説明する。
Next, the operation of forming a thin film on the
尚、以下の説明に於いて、基板処理装置を構成する各部の作動は前記制御装置52により制御される。
In the following description, the operation of each part constituting the substrate processing apparatus is controlled by the
所定枚数のウェーハ8が前記ボート9に装填(ウェーハチャージ)されると、前記ボート9は、前記ボートエレベータ10によって上昇されて前記処理室7に装入(ボートロード)される。この状態で、前記シールキャップ14は炉口部を気密に閉塞する。
When a predetermined number of
前記処理室7が所望の圧力(真空度)となる様に前記真空排気装置42によって真空排気される。この際、前記処理室7の圧力は、前記圧力センサ39で検出され、検出結果に基づき前記圧力調整装置41が、前記処理室7の圧力をフィードバック制御する。
The
又、前記処理室7が所望の温度となる様に前記ヒータ2によって加熱される。この際、前記処理室7が所望の温度分布となる様に前記温度センサ48が検出した温度情報に基づき前記ヒータ2への通電具合がフィードバック制御される。続いて、前記回転機構44により、前記ボート9が回転される。該ボート9と一体にウェーハ8が回転され、ウェーハ8に対する処理が均一化される。
Further, the
次いで、前記第1処理ガス供給源27、前記第2処理ガス供給源30から処理ガス、例えば、SiH2 Cl2 、NH3 が供給され、処理ガスは前記第1ガス流量制御器25、前記第2ガス流量制御器28にて所望の流量となる様に制御される。流量制御されたガスは、前記第1ガス供給管21、前記第2ガス供給管22を流通して前記第1ノズル15、前記第2ノズル16から前記処理室7に導入される。導入されたガスは前記処理室7を上昇し、前記内部反応管5の上端開口で折返し、前記筒状空間38を流下して前記排気ライン37から排気される。処理ガスは前記処理室7を通過する際にウェーハ8の表面と接触し、この際に熱CVD反応によってウェーハ8の表面上に薄膜、例えば窒化シリコン膜(Si3 N4 膜)が成膜される。
Next, process gases such as SiH2 Cl2 and NH3 are supplied from the first process
予め設定された処理時間が経過すると、不活性ガス供給源から不活性ガスが供給され、前記処理室7が不活性ガスに置換されると共に、前記処理室7の圧力が常圧に復帰される。
When a preset processing time has elapsed, an inert gas is supplied from an inert gas supply source, the
前記ボートエレベータ10により前記シールキャップ14を介して前記ボート9が降下(ボートアンロード)される。
The
処理後の処理済みウェーハ8は、図示しない基板移載機により払出される(ウェーハディスチャージ)。処理済みウェーハ8の搬出については、上記説明の逆の手順である。
The processed
尚、一例迄、本実施の形態の処理炉にてウェーハを処理する際の処理条件としては、例えば、Si3 N4 膜の成膜に於いては、処理温度600℃〜800℃、処理圧力2〜200Pa、ガス種、ガス供給流量(SiH2 Cl2 :5〜500sccm,NH3 :15〜5000sccm)が例示され、それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することでウェーハ8に処理がなされる。
As an example, the processing conditions for processing a wafer in the processing furnace of the present embodiment include, for example, a processing temperature of 600 ° C. to 800 ° C., a processing pressure of 2 to 2 in the formation of a Si 3
上記成膜を繰返すと、前記プロセスチューブ4(前記外部反応管6、前記内部反応管5)の内壁等に膜が付着するが、付着した膜の膜厚が所定の厚さに達した時点で、前記プロセスチューブ4内のクリーニングが行われる。
When the above film formation is repeated, a film adheres to the inner wall of the process tube 4 (the
以下クリーニング工程を説明する。 The cleaning process will be described below.
空のボート9、即ちウェーハ8を装填していないボート9が、前記ボートエレベータ10によって持上げられて前記処理室7に搬入(ボートロード)される。この状態で、前記シールキャップ14は炉口部を気密に閉塞する。
An
前記処理室7が所望の圧力(真空度)となる様に前記真空排気装置42によって真空排気される。この際、前記処理室7の圧力は前記圧力センサ39で検出され、検出された圧力に基づき前記処理室7の圧力が所定の圧力となる様に前記圧力調整装置41がフィードバック制御される。又、前記処理室7が前記ヒータ2によって加熱される。この際、前記処理室7の温度は前記温度センサ48によって検出され、前記処理室7が所望の温度、温度分布となる様に検出した温度情報に基づき前記ヒータ2が前記温度制御部49によりフィードバック制御される。続いて、前記回転機構44により、前記ボート9が回転される。尚、該ボート9は回転させなくてもよい。
The
次いで、前記クリーニングガス供給源33からクリーニングガスが供給され、前記第3ガス流量制御器31にて所望の流量となる様に制御されたハロゲン系ガス、例えばNF3 ガス、ClF3 ガス又はF2 ガスが、前記第3ガス供給管23を経て前記第3ノズル17から前記処理室7に導入される。導入されたハロゲン系ガスは前記処理室7を上昇し、前記内部反応管5の上端開口から前記筒状空間38を流下して前記排気ライン37から排気される。この様にして、前記処理室7のクリーニングが行われる。ハロゲン系ガスは前記処理室7を流通する過程で前記プロセスチューブ4の内壁や前記ボート9に堆積した膜と接触し、この際に熱化学反応によって膜が除去(クリーニング)される。
Next, a cleaning gas is supplied from the cleaning
予め設定されたクリーニング時間が経過すると、不活性ガス供給源から不活性ガスが供給され、前記処理室7が不活性ガスに置換される。尚、クリーニング条件としては、例えば、クリーニング温度200〜650℃、クリーニング圧力10〜26600Pa、クリーニングガス種(NF3 ガス、ClF3 ガス又はF2 ガス)、クリーニングガス供給流量500〜5000sccmが例示され、それぞれのクリーニング条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することでクリーニングがなされる。
When a preset cleaning time has elapsed, an inert gas is supplied from an inert gas supply source, and the
クリーニング後、前記プロセスチューブ4内にはハロゲン種が残留する。残留ハロゲン種は、成膜を阻害する原因となり、又膜質にも悪影響を及ぼす。そこで、本実施の形態では、クリーニング後に残留ハロゲン種を除去する。以下、残留ハロゲン種の除去について説明する。
After cleaning, halogen species remain in the
以下、NH3 パージ工程について説明する。 The NH3 purge process will be described below.
クリーニング後に前記処理室7を不活性ガスに置換した後、該処理室7が所望の圧力(真空度)となる様に前記真空排気装置42によって真空排気される。この際、前記処理室7の圧力は、前記圧力センサ39で検出され、検出された圧力に基づき前記圧力調整装置41が、フィードバック制御される。又、前記処理室7が所望の温度となる様に前記ヒータ2によって加熱される。この際、前記処理室7が所望の温度分布となる様に前記温度センサ48の検出結果に基づき前記ヒータ2への通電状態がフィードバック制御される。続いて、前記回転機構44により、前記ボート9が回転される。尚、該ボート9はクリーニング時から継続して回転させ続ける様にしてもよいし、回転させなくてもよい。
After the cleaning, the
次いで、前記第2処理ガス供給源30から供給され、前記第2ガス流量制御器28にて所望の流量となる様に制御されたNH3 ガスは、前記ガス供給管22を流通して前記第2ノズル16から前記処理室7に導入される。導入されたNH3 ガスは前記処理室7を上昇し、前記筒状空間38を流下して前記排気ライン37から排気される。この様にして、前記処理室7のNH3 パージが行われる。NH3 ガスは前記処理室7を通過する際に該処理室7に残留したハロゲン種と接触して反応することでハロゲン種が除去される。
Next, the
尚、NH3 パージ条件としては、例えば、パージ温度200〜750℃、パージ圧力100〜50000Pa、NH3 供給流量200〜5000sccmが例示され、それぞれのパージ条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することでNH3 パージがなされる。 Examples of NH3 purge conditions include a purge temperature of 200 to 750 ° C., a purge pressure of 100 to 50000 Pa, and an NH3 supply flow rate of 200 to 5000 sccm. Each purge condition is kept constant at a certain value within each range. By doing so, NH3 purge is performed.
次に、水蒸気(H2 O)パージ工程について説明する。 Next, the water vapor (H2 O) purge process will be described.
前記処理室7のNH3 パージ終了後、水蒸気(H2 O)パージが行われる。即ち、前記処理室7が所望の圧力(真空度)となる様に前記真空排気装置42によって真空排気される。この際、前記処理室7の圧力は、前記圧力調整装置41によってフィードバック制御される。又、前記処理室7が所望の温度、所望の温度分布となる様に前記温度制御部49によって前記ヒータ2が加熱制御される。続いて、前記回転機構44により、前記ボート9が回転される。尚、該ボート9はクリーニング時から継続して回転させ続ける様にしてもよいし、回転させなくてもよい。
After completion of the NH3 purge of the
次いで、前記水蒸気発生装置36から流量制御された水蒸気(H2 O)が、前記第4ガス供給管24を流通して前記第4ノズル18から前記処理室7に導入される。導入された水蒸気(H2 O)は前記処理室7を上昇し、前記筒状空間38を流下して前記排気ライン37から排気される。この様にして、前記処理室7の水蒸気(H2 O)パージが行われる。水蒸気(H2 O)はNH3 ガスよりハロゲン種との反応力が強く、水蒸気(H2 O)が前記処理室7を通過する際に、NH3 ガスパージで除去しきれなかったハロゲン種と接触して反応し、より完全にハロゲン種が除去される。
Next, steam (H 2 O) whose flow rate is controlled from the
尚、水蒸気パージ条件としては、例えば、パージ温度150〜750℃、パージ圧力100〜5000Pa、水蒸気(H2 O)供給流量50〜2000sccmが例示され、それぞれのパージ条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することで水蒸気(H2 O)パージがなされる。 The steam purge conditions include, for example, a purge temperature of 150 to 750 ° C., a purge pressure of 100 to 5000 Pa, and a steam (H 2 O) supply flow rate of 50 to 2000 sccm. Each purge condition is set to a certain value within each range. The water vapor (H2 O) purge is carried out by maintaining the pressure constant.
予め設定されたパージ時間が経過すると、不活性ガス供給源から不活性ガスが供給され、前記処理室7が不活性ガスに置換される。
When a preset purge time has elapsed, an inert gas is supplied from an inert gas supply source, and the
尚、NH3 パージに引続き、水蒸気(H2 O)パージを行うことで、NH3 パージでハロゲン残留種を完全に除去する為の時間が短縮でき、従来NH3 パージを1〜4時間実施していたが、本発明では0.5時間以下でよくなった。又、本発明ではNH3 パージ時間は0.5時間以下(例えば30分)でよく、水蒸気(H2 O)パージ時間は、0.5時間以下(例えば20分)でよく、NH3 パージ時間と水蒸気(H2 O)パージ時間をトータルしても1時間以下(例えば50分)でよくなった。又、ハロゲン残留種の除去が完全に行われるので、CVD成膜速度の低下がなくなり、又膜質の向上が図れる。 In addition, by performing the steam (H2 O) purge following the NH3 purge, the time for completely removing the halogen residual species by the NH3 purge can be shortened, and the conventional NH3 purge was performed for 1 to 4 hours. In the present invention, it was improved in 0.5 hours or less. In the present invention, the NH3 purge time may be 0.5 hours or less (for example, 30 minutes), and the water vapor (H2 O) purge time may be 0.5 hours or less (for example, 20 minutes). Even if the total purge time of H2 O) was reduced to 1 hour or less (for example, 50 minutes). Further, since the halogen residual species are completely removed, the CVD film formation rate is not reduced, and the film quality can be improved.
その後、前記処理室7のプリコーティングが行われる。プリコーティング工程は以下の様に行われる。
Thereafter, pre-coating of the
前記処理室7が所望の圧力(真空度)となる様に前記真空排気装置42によって真空排気される。この際、前記処理室7の圧力は、前記圧力センサ39で検出され、検出された圧力に基づき前記圧力調整装置41が、フィードバック制御される。又、前記処理室7が所望の温度となる様に前記ヒータ2によって加熱される。この際、前記処理室7が所望の温度分布となる様に前記温度センサ48が検出した温度情報に基づき前記ヒータ2への通電具合がフィードバック制御される。続いて、前記回転機構44により、前記ボート9が回転される。尚、該ボート9はクリーニング時から継続して回転させ続ける様にしてもよいし、回転させなくてもよい。
The
次いで、前記第1処理ガス供給源27、前記第2処理ガス供給源30から供給され、前記第1ガス流量制御器25、前記第2ガス流量制御器28で所望の流量となる様に制御されたSiH2 Cl2 ガス、NH3 ガスは、前記第1ガス供給管21、前記第2ガス供給管22を流通して前記第1ノズル15、前記第2ノズル16から前記処理室7に導入される。導入されたSiH2 Cl2 ガス、NH3 ガスは前記処理室7を上昇し、前記筒状空間38を流下して前記排気ライン37から排気される。SiH2 Cl2 ガスとNH3 ガスは前記処理室7を通過する際に前記プロセスチューブ4の内壁や前記ボート9の表面と接触し、この際に熱CVD反応によって前記プロセスチューブ4の内壁や前記ボート9に、成膜工程で形成される薄膜と同じ薄膜、即ち窒化シリコン膜(Si3 N4 膜)が堆積(プリコーティング)される。
Next, the gas is supplied from the first process
予め設定されたプリコーティング時間が経過すると、不活性ガス供給源(図示せず)から不活性ガスが供給され、前記処理室7が不活性ガスに置換されると共に、前記処理室7の圧力が常圧に復帰される。
When a pre-coating time set in advance elapses, an inert gas is supplied from an inert gas supply source (not shown), the
尚、NH3 パージ、及び水蒸気(H2 O)パージが実施されることで、ハロゲン種の除去が充分に行われ、その結果プリコーティング時間の短縮が図れる。例えば、従来プリコーティングの膜厚が4000Å必要であり、プリコーティング時間が4時間であったのが、本発明ではプリコーティングの膜厚が2000Å以下でよく、プリコーティング時間も2時間以下に短縮できる。 In addition, by performing the NH3 purge and the water vapor (H2 O) purge, the halogen species are sufficiently removed, and as a result, the pre-coating time can be shortened. For example, the film thickness of the conventional pre-coating is 4000 mm and the pre-coating time is 4 hours. In the present invention, the film thickness of the pre-coating may be 2000 mm or less, and the pre-coating time can be shortened to 2 hours or less. .
その後、前記ボートエレベータ10により前記シールキャップ14が降下されて、前記炉口部が開口されると共に、前記ボート9が前記マニホールド12の下端から前記プロセスチューブ4の外部に搬出(ボートアンローディング)される。
Thereafter, the
プリコーティング工程終了後、成膜工程が再開される。 After the pre-coating process is completed, the film forming process is resumed.
上記した様に、前記水蒸気発生装置36によって水蒸気を前記処理室7に供給する方法としては、図2で示した前記外部燃焼装置65で水素と酸素を燃焼して得られた水蒸気を供給する方法、前記触媒反応装置73で水素と酸素を触媒作用で燃焼させ得られた水蒸気を供給する方法、更に図3で示した純水75をキャリアガスでバブリングさせ得られた水蒸気を供給する方法がある。
As described above, as a method of supplying water vapor to the
前記外部燃焼装置65、前記触媒反応装置73で得られる水蒸気は、湿度100%を越えた水蒸気であり、反応物質濃度が高いので分子同士の衝突確率が高く、それゆえハロゲン種との反応確率も高いので、効率よくハロゲン種を除去できる。又、水蒸気を安定供給することができると共に純粋な水蒸気を供給することができることから、汚染を抑制できる。
The water vapor obtained by the
又、純水をバブリングして得られた水蒸気を供給する場合は、水蒸気を安定供給することができると共に前記水蒸気発生装置36は密閉された系であり、供給する水蒸気は純水であり、汚染を抑制することができる。
Further, when supplying water vapor obtained by bubbling pure water, water vapor can be stably supplied, and the water
次に本発明の第2の実施の形態について説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described.
第2の実施の形態が第1の実施の形態と異なるのは、第2の実施の形態に於いては、第1の実施の形態に於ける水蒸気(H2 O)パージ工程の代わりに、大気取込み工程を行う点である。大気取込み工程は、前記ボートエレベータ10により前記シールキャップ14を降下させ、炉口部を開放し、外気が処理室7内に浸入する様にする。
The second embodiment differs from the first embodiment in that, in the second embodiment, instead of the water vapor (H2 O) purge step in the first embodiment, the atmosphere It is a point which performs an uptake process. In the air intake process, the
以下、大気取込み工程について、説明する。 Hereinafter, the air intake process will be described.
前記処理室7のNH3 パージ終了後、不活性ガス供給源から不活性ガスが供給され、前記処理室7が不活性ガスに置換される。
After the NH3 purge of the
その後、前記ボートエレベータ10により前記シールキャップ14が降下されて、炉口部が開放されると共に、空の前記ボート9が前記マニホールド12の下端から前記プロセスチューブ4の外部に搬出(ボートアンローディング)される。ボートアンローディング後、再び空の前記ボート9が、前記ボートエレベータ10によって持上げられて前記処理室7に搬入(ボートロード)される。
Thereafter, the
上記したボートアンローディング、ボートロード間は炉口部が開放され、前記処理室7が該処理室7の下方に設けられた基板移載室(図示せず)と連通した状態となる。
During the boat unloading and boat loading described above, the furnace opening is opened, and the
炉口部の開放状態で、前記スロー排気ライン37bより前記処理室7を排気することで、該処理室7に基板移載室内の大気を取込むことができる。前記処理室7に取込まれた大気は該処理室7を上昇し、前記筒状空間38を流下して前記排気ライン37、前記スロー排気ライン37bから排気される。この様にして、前記処理室7への大気取込み工程が行われる。該大気取込み工程では大気の湿気、即ち大気に含まれる水分(H2 O)を利用して残留ハロゲン種を除去する。尚、大気中の相対湿度は20〜80%としておくのが好ましい。
By exhausting the
大気取込み工程が終了すると、前記シールキャップ14によって炉口部が閉塞され、プリコーティング工程が継続して実施される(図4参照)。
When the air intake process is completed, the furnace cap is closed by the
尚、上記大気取込み工程では、ボートアンローディング後、再び空の前記ボート9をボートロードする場合について説明したが、この大気取込み工程は、前記処理室7と基板移載室とを連通させた状態とすればよく、前記ボート9を途中迄降下させた状態を維持して行う様にしてもよい。この様にすれば、空の前記ボート9を完全に前記処理室7から取出すことなく、該処理室7に基板移載室内の大気を取込むことができる。
In the air intake process, the case where the
尚、第1の実施の形態、第2の実施の形態のいずれの場合もクリーニング工程からプリコーティング工程迄の工程は、処理室7に空のボート9を搬入した状態で行ってもよいし、処理室7に空のボート9を搬入することなく行ってもよい。処理室7に空のボート9を搬入することなくこれらの工程を行う場合は、空のボート9はアンロードした状態で図示しない炉口シャッタにより炉口部を気密に塞いで行うこととなる。尚、この場合、第2の実施の形態に於ける大気取込み工程では、炉口シャッタを開いた状態でスロー排気ライン37bより処理室7を排気することとなる。
In both cases of the first embodiment and the second embodiment, the process from the cleaning process to the pre-coating process may be performed in a state where an
(付記)
尚、本発明は以下の実施の態様を含む。
(Appendix)
The present invention includes the following embodiments.
(付記1)基板を処理室に搬入する工程と、前記処理室に処理ガスを供給して基板を処理する工程と、前記処理室より処理後の基板を搬出する工程と、前記処理室にハロゲン系ガスを供給して前記処理室をクリーニングする工程と、前記処理室に純水を不活性ガスによりバブリングすることで生成した水蒸気を供給して前記処理室の残留ハロゲン種を除去する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 (Supplementary Note 1) A step of carrying a substrate into a processing chamber, a step of supplying a processing gas to the processing chamber to process the substrate, a step of unloading the processed substrate from the processing chamber, and a halogen in the processing chamber Supplying a system gas to clean the processing chamber; and supplying a water vapor generated by bubbling pure water into the processing chamber with an inert gas to remove residual halogen species in the processing chamber. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
(付記2)基板を処理する処理室と、該処理室に処理ガスを導入する処理ガス導入管と、前記処理室にクリーニングガスとしてハロゲン系ガスを導入するハロゲン系ガス導入管と、前記処理室に水蒸気を導入する水蒸気導入管と、該水蒸気導入管に接続され純水を不活性ガスによりバブリングすることで水蒸気を生成する水蒸気発生装置と、前記処理室を排気する排気管と、前記処理室にハロゲン系ガスを導入して該処理室のクリーニングを行った後、前記水蒸気発生装置から水蒸気を導入して前記処理室の残留ハロゲン種を除去する様に制御する制御装置とを有することを特徴とする基板処理装置。 (Appendix 2) A processing chamber for processing a substrate, a processing gas introduction pipe for introducing a processing gas into the processing chamber, a halogen-based gas introduction pipe for introducing a halogen-based gas as a cleaning gas into the processing chamber, and the processing chamber A steam inlet pipe for introducing steam into the steam inlet, a steam generator connected to the steam inlet pipe for generating steam by bubbling pure water with an inert gas, an exhaust pipe for exhausting the processing chamber, and the processing chamber And a control device for controlling so that residual halogen species in the processing chamber are removed by introducing water vapor from the water vapor generating device after introducing the halogen-based gas into the processing chamber and cleaning the processing chamber. A substrate processing apparatus.
(付記3)基板を処理室に搬入する工程と、前記処理室に処理ガスを供給して基板を処理する工程と、前記処理室より処理後の基板を搬出する工程と、前記処理室にハロゲン系ガスを供給して前記処理室をクリーニングする工程と、前記処理室と前記処理室外部とを連通させた状態で、前記処理室を該処理室に設けられた排気ラインより排気することで前記処理室に外気を取込み、該処理室の残留ハロゲン種を除去する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 (Supplementary Note 3) A step of loading a substrate into a processing chamber, a step of supplying a processing gas to the processing chamber to process the substrate, a step of unloading the processed substrate from the processing chamber, and a halogen in the processing chamber Supplying the system gas to clean the processing chamber, and exhausting the processing chamber from an exhaust line provided in the processing chamber in a state where the processing chamber communicates with the outside of the processing chamber. And a step of taking outside air into the processing chamber and removing residual halogen species in the processing chamber.
(付記4)基板を処理する処理室と、該処理室に処理ガスを導入する処理ガス導入管と、前記処理室にクリーニングガスとしてハロゲン系ガスを導入するハロゲン系ガス導入管と、前記処理室を排気する排気管と、前記処理室を閉塞する蓋と、前記処理室にハロゲン系ガスを導入して該処理室のクリーニングを行った後、該処理室を閉塞する前記蓋を開けて前記処理室と前記処理室外部とを連通させた状態で、該処理室を前記排気管より排気することで前記処理室に外気を取込み、該処理室の残留ハロゲン種を除去する様に制御する制御装置とを有することを特徴とする基板処理装置。 (Appendix 4) A processing chamber for processing a substrate, a processing gas introduction tube for introducing a processing gas into the processing chamber, a halogen-based gas introduction tube for introducing a halogen-based gas as a cleaning gas into the processing chamber, and the processing chamber An exhaust pipe for exhausting the process chamber, a lid for closing the process chamber, and after cleaning the process chamber by introducing a halogen-based gas into the process chamber, the lid for closing the process chamber is opened and the process is performed. A control device for controlling the outside of the processing chamber to be removed by removing the residual halogen species from the processing chamber by exhausting the processing chamber from the exhaust pipe in a state where the chamber is in communication with the outside of the processing chamber And a substrate processing apparatus.
1 処理炉
2 ヒータ
4 プロセスチューブ
7 処理室
8 ウェーハ
9 ボート
10 ボートエレベータ
15 第1ノズル
16 第2ノズル
17 第3ノズル
18 第4ノズル
21 第1ガス供給管
22 第2ガス供給管
23 第3ガス供給管
24 第4ガス供給管
25 第1ガス流量制御器
27 第1処理ガス供給源
28 第2ガス流量制御器
30 第2処理ガス供給源
31 第3ガス流量制御器
33 クリーニングガス供給源
36 水蒸気発生装置
63 H2 ガス源
64 O2 ガス源
65 外部燃焼装置
73 触媒反応装置
74 N2 ガス源
75 純水
76 純水容器
DESCRIPTION OF
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