JP2008270508A - 半導体集積回路装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体デバイス等の製造に用いるCVD装置の真空系におけるドライポンプとメカニカルブースターポンプの間に反応性生物がたまり、それが急激にドライポンプに移動することによって起こるドライポンプの運転のトラブルを回避することによって、半導体集積回路装置の製造プロセスの安定化を図る。
【解決手段】半導体デバイス等の製造に用いるCVD装置の真空系におけるドライポンプとメカニカルブースターポンプの間に反応性生物をその下部内面にトラップする中間室を設けるとともに、ドライポンプのインレット・パイプの上端を中間室内の高い位置まで挿入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体集積回路装置（または半導体装置）の製造方法におけるＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）技術に適用して有効な技術に関する。

日本特開２００５−１０９３８３号公報（特許文献１）には、ＣＶＤ装置の排気系において、反応生成物がドライポンプに堆積することによる目詰まりを防止するために、ドライポンプの吸入側にメッシュ等の固形生成物補足手段を設けることが開示されている。

特開２００５−１０９３８３号公報

準常圧CVD装置用ドライポンプは異物流入防止のためポンプ吸入部にメッシュが取付けてあるが、メッシュに生成物が詰まりことにより排気能力が低下するトラブルが発生していた。また、メッシュではポンプへの急激な生成物流入を抑制できずポンプ内で噛み込み、過負荷停止するトラブルも発生していた。生成物の詰まりによる排気能力低下はメッシュを清掃することによりポンプ能力は復帰するが、清掃頻度が多く生産装置停止時間が多い。このため、ポンプ吸入部の生成物清掃頻度低減、ポンプへの急激な生成物流入防止によるポンプ停止トラブル低減を図る必要がある。

この種のCVD装置の真空系は、清浄な真空を必要とするため、一般に粗引きポンプとしてのドライポンプとメカニカルブースターポンプで構成される。メカニカルブースターポンプは比較的希薄なガスを扱うので、回転数を上げることができるため、ローターとその周辺の間隔は比較的広く取ることができる。しかし、ドライポンプは大気圧から動作するため、ローターとその周辺の間隔は比較的狭いものとならざるを得ない。したがって、反応室（CVD処理室）その他で生じた固形生成物は、容易にメカニカルブースターポンプを通過して、ドライポンプに流入することとなる。また、ドライポンプの吸引口にメッシュ等の生成物補足手段を設置すると、ローターの噛み込みによる停止は減少するが、ガス流路が詰まることによる排気能力の減少およびそれに起因するプロセス変動は回避することができない。また、メンテナンスの際などに、メッシュ前後での大きな圧力差を生じる機会があると容易にローターの噛み込みによる停止が発生する。

本発明の目的は、半導体集積回路装置の製造プロセスの安定化を図ることにある。

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。

すなわち、本願発明はCVD装置の真空系におけるドライポンプとメカニカルブースターポンプの間に反応性生物をその下部内面にトラップする中間室を設けるとともに、ドライポンプのインレット・パイプの上端を中間室内の高い位置まで挿入したものである。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。

すなわち、ドライポンプの運転のトラブルを回避することによって、半導体集積回路装置の製造プロセスの安定化を図ることができる。

〔実施の形態の概要〕
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。すなわち、
１．以下の工程を含む半導体集積回路装置の製造方法：
（ａ）ウエハをＣＶＤ装置の反応室に導入する工程；
（ｂ）前記反応室に導入された前記ウエハの第１の主面上に、ＣＶＤ法により第１の部材膜を形成する工程、
ここで、前記反応室を排気する真空系は以下を含む：
（ｉ）荒引きポンプとしてのドライポンプ（クロー型、スクリュー型等がある）；
（ｉｉ）前記ドライポンプよりも高真空側に設けられたメカニカル・ブースターポンプ（ルーツポンプともいう）；
（ｉｉｉ）前記ドライポンプと前記メカニカル・ブースターポンプの間のガス通路に設けられた上部および下部内壁を有する中間室（固形生成物集積部であり、着脱自在になっており定期的にクリーニング可能となっている。材料的には一般にステンレススチール等の熱伝導性のよい金属材料が好適と考えられる。それは、トラップ作用が放熱によって助長されると考えられるからである。この点については、遮蔽板等他の部分もほぼ同じである）、
（ｉｖ）前記ドライポンプの低真空側と前記中間室を連結するように設けられた、前記中間室の前記下部内壁を貫通する接続パイプ、
更にここで、前記接続パイプの上部開口部は前記上部内壁と前記下部内壁の中間より上にある。

２．前記１項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記中間室の出口には固形物通過阻止部材（たとえばメッシュ部材があるが、その他に固形物フィルタやパンチングプレートやそれらの複合体であってもよい。また、これらは着脱自在にしておくことによって、定期的または随時交換可能であればプロセスの安定化のために有効である）が設けられている。

３．前記１項または２項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記中間室内部には、ガス流路を複雑にさせるように遮蔽板（バッフル、邪魔板等の流路複雑化構造体）が設けられている。

４．前記１項から３項のいずれか一つの半導体集積回路装置の製造方法において、前記中間室の入り口には固形物通過阻止部材が設けられている。

５．前記１項から４項のいずれか一つの半導体集積回路装置の製造方法において、前記遮蔽板は複数設けられている。

次に、本願において開示される発明のその他の実施の形態について概要を説明する。すなわち、
６．以下の工程を含む半導体集積回路装置の製造方法：
（ａ）ウエハをＣＶＤ装置の反応室に導入する工程；
（ｂ）前記反応室に導入された前記ウエハの第１の主面上に、ＣＶＤ法により第１の部材膜を形成する工程、
ここで、前記反応室を排気する真空系は以下を含む：
（ｉ）荒引きポンプとしてのドライポンプ；
（ｉｉ）前記ドライポンプよりも高真空側に設けられたメカニカル・ブースターポンプ；
（ｉｉｉ）前記ドライポンプと前記メカニカル・ブースターポンプの間のガス通路に設けられた上部および下部内壁を有する中間室、
（ｉｖ）前記ドライポンプの低真空側と前記中間室を連結する接続パイプ、
更にここで、前記中間室内部には、ガス流路を複雑にさせるように遮蔽板が設けられている。

６．前記５項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記遮蔽板は複数設けられている。

〔本願における記載形式・基本的用語・用法の説明〕
１．本願において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数の部分に分けて記載する場合もあるが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しを省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。

２．同様に実施の態様等の記載において、材料、組成等について、「ＡからなるＸ」等といっても、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、Ａ以外の要素を主要な構成要素のひとつとするものを排除するものではない。たとえば、成分についていえば、「Ａを主要な成分として含むＸ」等の意味である。たとえば、「シリコン部材」等といっても、純粋なシリコンに限定されるものではなく、SiGe合金やその他シリコンを主要な成分とする多元合金、その他の添加物等を含む部材も含むものであることはいうまでもない。同様に、「酸化シリコン膜」と言っても、比較的純粋な非ドープ酸化シリコン(Undoped Silicon Dioxide)だけでなく、FSG（Fluorosilicate Glass）、TEOSベース酸化シリコン(TEOS-based silicon oxide)、SiOC(Silicon Oxicarbide)またはカーボンドープ酸化シリコン(Carbon-doped Silicon oxide)またはOSG(Organosilicate glass)、PSG(Phosphorus Silicate Glass)、BPSG(Borophosphosilicate Glass)等の熱酸化膜、CVD酸化膜、SOG(Spin ON Glass)、ナノ・クラスタリング・シリカ（Nano-Clustering Silica:NSC）等の塗布系酸化シリコン、これらと同様な部材に空孔を導入したシリカ系Low-k絶縁膜（ポーラス系絶縁膜）、およびこれらを主要な構成要素とする他のシリコン系絶縁膜との複合膜等を含むことは言うまでもない。

３．同様に、図形、位置、属性等に関して、好適な例示をするが、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、厳密にそれに限定されるものではないことは言うまでもない。

４．さらに、特定の数値、数量に言及したときも、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、その特定の数値を超える数値であってもよいし、その特定の数値未満の数値でもよい。

５．「ウエハ」というときは、通常は半導体集積回路装置（半導体装置、電子装置も同じ）をその上に形成する単結晶シリコンウエハを指すが、エピタキシャルウエハ、絶縁基板と半導体層等の複合ウエハ等も含むことは言うまでもない。

６．また、「ＡをＢに連結する」、「ＡをＢに接続する」等といっても、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、中間に他の要素、たとえば「Ｃ」が挿入されることを排除するものではない。

〔実施の形態の詳細〕
実施の形態について更に詳述する。

図１において、本発明の一実施形態の半導体集積回路装置の製造方法に使用されるCVD装置の真空排気系を説明する。プロセスチャンバ１はブースターポンプ２（メカニカル・ブースター）に連結されており、通常動作時にはガスを若干圧縮してから粗引きポンプとしてのドライポンプ４に向け排気する。ドライポンプ４は排ガス処理装置５（いわゆる除害装置）に向けて排気を行う。有害な反応残留ガスを大気中に直接放出しないためである。中間室３は、それらの間にあって、プロセスチャンバ１から排気された排ガス中に含まれる反応成分等に起因する固形生成物をトラップするものである。

図２は中間室３の詳細側方断面構造の一例を示す。排ガスはまず前室６に入り、パンチング・ボード７，８等の固形物通過阻止部材を通過して、固形物だまり１８に入る。その後、遮蔽版９，１０，１１，１２，１３，１４が構成する迷路状の流路、すなわちバッフル（Baffle）部を通過して、ドライポンプ４への接続パイプ１６の上部開口部１５に至る。その後、排ガスは接続パイプ１６内を降下して、メッシュ１７（固形物通過阻止部材）を通過して、ドライポンプ４に至る。ここで、接続パイプ１６の上部開口部１５は中間室３の垂直方向の中心線ＡＡ'よりも上にあるので、固形物だまり１８にたまった固形物が一気にドライポンプ４に移動する可能性が少なくなる。なお、メッシュ１７の開口率、すなわち単位面積あたりの開口面積はパンチング・ボード７，８等のそれよりも小さいことが望ましい。そうすることで、固形生成物はほとんど中間室３内のパンチング・ボード７，８等よりもドライポンプ側の領域にとどまることとなる。

ここで、ブースターポンプ２とドライポンプ４の間に固形物トラップ機構を挿入する意義を説明する。図３に示すように、ロータ２２，２３は（ａ）から（ｄ）の順で動作し、極めて高速で回転することで、吸入口２４では比較的薄いガスをドライポンプ４が処理しやすい圧力まで圧縮して排出口２５から排出する。このとき、ステータ２１とロータ２２，２３間、またはロータ２２，２３間の間隙は比較的広くすることができる。一方、ドライポンプ４の場合は、図４に示すように、複雑な形状をしたロータ２６，２７がステータ２８内に微細な間隙をおいて比較的低速でかみ合う構造となっている。したがって、固形物による噛み込みトラブルは主にドライポンプ４において発生すると考えられる。

図５において、前記の排気系を用いた熱CVD装置（準常圧CVD）による具体的CVD反応について、説明されている。ここでは、溝形状の埋め込み形状が良好なため、STI(Shallow Trench Isolation)工程に用いられるオゾンTEOS(Ozone-Tetra-Eth-Oxy-Silane)膜が例にとられている。

図６および図７により、このオゾンTEOS膜の成膜時の具体的な被処理ウエハの動きについて、説明する。カセットポート３６から取り出されたウエハはロードロック・チャンバ３２を経てプロセス・チャンバ３３に導入される。そこで成膜処理が完了するとクールダウン・チャンバ３４を経て、元のロードロック・チャンバ３２または別のロードロック・チャンバ３５を通して大気搬送ロボット３８によりカセットポート３６に戻される。なお、プロセス・チャンバ３３と各ロードロック・チャンバ間の搬送は真空搬送ロボット３７によって行われる。

続いて、図８において、オゾンTEOS膜の成膜に使用する炉および反応室３３（プロセス・チャンバ）の構造について説明する。ウエハ５４は下部電極５５（上部はウエハステージ）上に置かれる。上部電極を構成するフェースプレート５３が下部電極５５と対抗し、反応ガスはブロッカープレート５２を通して、ウエハ５４に向けて供給される。ウエハステージにはウエハを操作するためのリフトピン５６があり、周辺にはセラミックライナー５７が設置されている。反応室３３外には、圧力調整バルブ５８が設けられている。クリーニング・ガスはクリーニングガス流路５１を通じて、反応室３３に供給される。

このCVD炉の運用について、図９，１０に基づいて、説明する。ウエハ５４がプロセス・チャンバ３３にない状態で、定期的にプロセス・チャンバ３３のクリーニング４４を実行する。図１０の区間cdがそれに当たる。クリーニングはたとえばNF₃ガスをいわゆるマイクロ波によるリモートプラズマ方式で励起して、クリーニングガス流路５１を通じて、反応室３３に供給することによって行なう。実際の成膜前には、成膜特性の安定化のためプリコート（区間gh）が実行される。プリコート終了後、ウエハ５４が導入（ウエハ導入工程４１）され、成膜４２（区間kl）が行われる。成膜後ウエハ５４が回収（ウエハ回収工程４３）される。

次に、この装置を用いた具体的な半導体集積回路装置製造プロセスを図１１によって説明する。シリコンウエハ５４の第１の主面上の窒化シリコン膜６２の開口パターンに対応して、ドライエッチングにより素子分離溝６３が形成（図１１のa）される。その後、溝を埋め込むようにオゾンTEOS膜６４が形成（図１１のb）される。溝外の不要なオゾンTEOS膜６４はCMP法等により除去（図１１のc）される。

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、前記説明では準常圧熱CVD装置を用いて、オゾンTEOS膜をSTIプロセスに適用するものを例にとって説明したが、本願発明はそれに限定されるものではなく、その他のCVD装置、すなわち、低圧CVD装置、常圧CVD装置、プラズマCVD装置等を用いたプロセスに適用できることは言うまでもない。また、オゾンTEOS膜だけでなくその他の酸化シリコン膜、その他の絶縁膜、または金属膜のCVDプロセスに適用できることは言うまでもない。また、STIプロセスだけでなく、その他の集積回路製造プロセスに適用できることも、同様である。

本発明の一実施形態の半導体集積回路装置の製造方法に使用されるCVD装置の真空排気系の構造を示す概念図である。 本発明の一実施形態の半導体集積回路装置の製造方法に使用されるCVD装置の真空排気系の中間室の詳細断面を示す断面構造図である。 本発明の一実施形態の半導体集積回路装置の製造方法に使用されるCVD装置の真空排気系で使用されるメカニカルブースターの原理を示す説明図である。 本発明の一実施形態の半導体集積回路装置の製造方法に使用されるCVD装置の真空排気系で使用されるドライポンプの原理を示す説明図である。 本発明の一実施形態の半導体集積回路装置の製造方法の酸化膜CVD反応の原理を説明する反応説明図である。 本発明の一実施形態の半導体集積回路装置の製造方法の酸化膜CVD装置におけるウエハの流れを示す処理フロー図である。 本発明の一実施形態の半導体集積回路装置の製造方法の酸化膜CVD装置の上面構造図である。 本発明の一実施形態の半導体集積回路装置の製造方法の酸化膜CVD装置の処理室の構造を示す炉断面構造図である。 本発明の一実施形態の半導体集積回路装置の製造方法の酸化膜CVD装置におけるウエハの流れを示す処理フロー図である。 本発明の一実施形態の半導体集積回路装置の製造方法の酸化膜CVD装置の一連の動作の流れを示すCVDプロセスのタイムチャートである。 本発明の一実施形態の半導体集積回路装置の製造方法の素子分離溝埋め込み工程を示す断面フロー図である。

符号の説明

１ プロセスチャンバ
２ メカニカルブースターポンプ
３ 中間室
４ ドライポンプ
７，８ パンチングプレート
９，１０、１１，１２，１３，１４ 遮蔽板
１５ 接続パイプ上部開口部
１６ 接続パイプ
１７ 固形物通過阻止部材

Claims (5)

1. 以下の工程を含む半導体集積回路装置の製造方法：
   （ａ）ウエハをＣＶＤ装置の反応室に導入する工程；
   （ｂ）前記反応室に導入された前記ウエハの第１の主面上に、ＣＶＤ法により第１の部材膜を形成する工程、
   ここで、前記反応室を排気する真空系は以下を含む：
   （ｉ）荒引きポンプとしてのドライポンプ；
   （ｉｉ）前記ドライポンプよりも高真空側に設けられたメカニカル・ブースターポンプ；
   （ｉｉｉ）前記ドライポンプと前記メカニカル・ブースターポンプの間のガス通路に設けられた上部および下部内壁を有する中間室、
   （ｉｖ）前記ドライポンプの低真空側と前記中間室を連結するように設けられた、前記中間室の前記下部内壁を貫通する接続パイプ、
   更にここで、前記接続パイプの上部開口部は前記上部内壁と前記下部内壁の中間より上にある。
2. 前記１項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記中間室の出口には固形物通過阻止部材が設けられている。
3. 前記２項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記中間室内部には、ガス流路を複雑にさせるように遮蔽板が設けられている。
4. 前記３項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記中間室の入り口には固形物通過阻止部材が設けられている。
5. 前記４項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記遮蔽板は複数設けられている。

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