JP2008283126A - 薄膜形成装置の洗浄方法、薄膜形成方法及び薄膜形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】汚染物質の発生を抑制することができる薄膜形成装置、薄膜形成装置の洗浄方法及び薄膜形成方法を提供する。
【解決手段】熱処理装置１の反応管２内に処理ガスを供給して半導体ウエハ上にシリコン窒化膜を成膜した後、反応管２内にクリーニングガスを供給して熱処理装置１の内部に付着した窒化珪素を除去する。そして、反応管２内を所定の温度に昇温し、昇温した反応管２内にパージアウトガスを供給する。これにより、反応管２を構成する石英中に含まれる汚染物質がパージアウトされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜形成装置の洗浄方法、薄膜形成方法及び薄膜形成装置に関する。

半導体装置の製造工程では、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等の処理により、被処理体、例えば、半導体ウエハに薄膜を形成することが広く行われている。このような薄膜形成処理では、例えば、以下のようにして半導体ウエハに薄膜が形成される。

まず、熱処理装置の反応管内をヒータにより所定のロード温度に加熱し、複数枚の半導体ウエハを収容したウエハボートをロードする。次に、反応管内をヒータにより所定の処理温度に加熱するとともに、排気管から反応管内のガスを排気し、反応管内を所定の圧力に減圧する。反応管内が所定の温度及び圧力に維持されると、処理ガス導入管から反応管内に成膜用ガスを供給する。反応管内に成膜用ガスが供給されると、例えば、成膜用ガスが熱反応を起こし、熱反応により生成された反応生成物が半導体ウエハの表面に堆積して、半導体ウエハの表面に薄膜が形成される。

ところで、薄膜形成処理によって生成される反応生成物は、半導体ウエハの表面だけでなく、例えば、反応管の内壁や各種の治具等の熱処理装置の内部にも堆積（付着）してしまう。このような付着物が熱処理装置内に付着した状態で薄膜形成処理を引き続き行うと、反応管を構成する石英と付着物との熱膨張率の違いにより応力が発生し、この応力によって石英や付着物が割れてしまう。このように、石英や付着物が割れたものがパーティクルとなり、生産性を低下させる原因となる。

このため、ヒータにより所定の温度に加熱した反応管内にクリーニングガスとして、ハロゲン酸性ガス、例えば、フッ化水素と、フッ素との混合ガスを供給して、反応管の内壁等の熱処理装置内に付着した反応生成物を除去（ドライエッチング）する熱処理装置の洗浄方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開平３−２９３７２６号公報

ところで、このような熱処理装置では、装置内部を定期的に洗浄していても、例えば、クリーニングガス中に含まれる鉄などの金属が、反応管の材料である石英中に入り込み、薄膜形成処理中に石英から放出されるおそれがある。また、石英製品自体に、その製造過程で混入した銅、アルミニウム、鉄などの金属が、薄膜形成処理中に石英から放出されるおそれがある。このように放出された汚染物質（メタルコンタミ）が半導体ウエハに混入すると、製造される半導体装置の歩留りが低下してしまう。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、汚染物質の発生を抑制することができる薄膜形成装置、薄膜形成装置の洗浄方法及び薄膜形成方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、薄膜中への汚染物質の混入を抑制することができる薄膜形成装置、薄膜形成装置の洗浄方法及び薄膜形成方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる薄膜形成装置の洗浄方法は、
被処理体を収容する反応室内に処理ガスを供給して被処理体に薄膜を形成する薄膜形成装置の洗浄方法であって、
前記反応室内に活性化可能なパージアウトガスを供給して、当該反応室内をパージするパージ工程を備え、
前記パージ工程では、前記パージアウトガスを活性化させて、そのラジカルを生成し、生成したラジカルにより、前記反応室内の材料中に含まれる汚染物質を前記材料中から除去する、ことを特徴とする。

前記被処理体への薄膜形成により装置内部に付着した付着物を除去可能なクリーニングガスを前記反応室内に供給して、前記付着物を除去する付着物除去工程をさらに備えてもよい。この場合、前記付着物除去工程により前記付着物を除去した後、前記パージ工程を行う。

前記パージアウトガスに、酸素と水素とを含むガスを用いることが好ましい。
前記パージアウトガスの総流量を、例えば、１ｓｌｍ〜５ｓｌｍに設定する。
前記パージアウトガスの水素の流量割合を、例えば、３０％〜７０％に設定する。

前記パージ工程では、例えば、前記パージアウトガスを所定の温度に昇温した反応室内に供給して活性化させる。
前記パージ工程では、例えば、前記反応室内を６００℃〜１０５０℃に昇温する。
前記反応室内の材料は、例えば、石英である。

本発明の第２の観点にかかる薄膜形成方法は、
本発明の第１の観点にかかる薄膜形成装置の洗浄方法により薄膜形成装置を洗浄する洗浄工程と、
被処理体を収容する反応室内を所定の温度に昇温し、当該昇温した反応室内に処理ガスを供給して被処理体に薄膜を形成する成膜工程と、
を備える、ことを特徴とする。

本発明の第３の観点にかかる薄膜形成装置は、
被処理体を収容する反応室内に処理ガスを供給して被処理体に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
前記反応室内に、活性化可能なパージアウトガスを供給するパージアウトガス供給手段と、
前記パージアウトガスを活性化させる活性化手段と、
前記活性化手段を制御して前記パージアウトガスを活性化させて、そのラジカルを生成し、生成したラジカルにより、前記反応室内の材料中に含まれる汚染物質を前記材料中から除去する汚染物質除去手段と、
を備える、ことを特徴とする。

前記被処理体への薄膜形成により装置内部に付着した付着物を除去可能なクリーニングガスを、前記反応室内に供給するクリーニングガス供給手段と、
前記クリーニングガス供給手段を制御して、装置内部に付着した付着物を除去する付着物除去手段と、をさらに備えてもよい。この場合、前記汚染物質除去手段は、前記付着物除去手段により装置内部に付着した付着物が除去された後、前記活性化手段を制御して前記材料中から汚染物質を除去する。

前記パージアウトガスは、例えば、酸素と水素とを含むガスである。
前記パージアウトガスは、その総流量が、例えば、１ｓｌｍ〜５ｓｌｍである。
前記パージアウトガスの水素の流量割合は、例えば、３０％〜７０％である。

前記活性化手段は、例えば、前記反応室内を６００℃〜１０５０℃に昇温する加熱手段である。
前記活性化手段は、例えば、加熱手段、プラズマ発生手段、光分解手段、または、触媒活性化手段である。

本発明の第４の観点にかかるプログラムは、
被処理体を収容する反応室内に処理ガスを供給して被処理体に薄膜を形成する薄膜形成装置として機能させるためのプログラムであって、
コンピュータを、
前記反応室内に、活性化可能なパージアウトガスを供給するパージアウトガス供給手段、
前記パージアウトガスを活性化させる活性化手段、
前記活性化手段を制御して前記パージアウトガスを活性化させて、そのラジカルを生成し、生成したラジカルにより、前記反応室内の材料中に含まれる汚染物質を前記材料中から除去する汚染物質除去手段、
として機能させることを特徴とする。

本発明によれば、汚染物質の発生を抑制することができる。

以下、本発明の薄膜形成装置、薄膜形成装置の洗浄方法及び薄膜形成方法について説明する。本実施の形態では、薄膜形成装置として、図１に示すバッチ式縦型熱処理装置１の場合を例に本発明を説明する。

図１に示すように、薄膜形成装置としての熱処理装置１は、反応室を形成する反応管２を備えている。

反応管２は、例えば、長手方向が垂直方向に向けられた略円筒状に形成されている。反応管２は、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。反応管２の上端には、上端側に向かって縮径するように略円錐状に形成された頂部３が設けられている。頂部３の中央には反応管２内のガスを排気するための排気口４が設けられ、排気口４には排気管５が気密に接続されている。排気管５には、図示しないバルブ、後述する真空ポンプ１２７などの圧力調整機構が設けられ、反応管２内を所望の圧力（真空度）に制御する。

反応管２の下方には、蓋体６が配置されている。蓋体６は、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。また、蓋体６は、後述するボートエレベータ１２８により上下動可能に構成されている。そして、ボートエレベータ１２８により蓋体６が上昇すると、反応管２の下方側（炉口部分）が閉鎖され、ボートエレベータ１２８により蓋体６が下降すると、反応管２の下方側（炉口部分）が開口される。

蓋体６の上部には、保温筒７が設けられている。保温筒７は、反応管２の炉口部分からの放熱による反応管２内の温度低下を防止する抵抗発熱体からなる平面状のヒータ８と、このヒータ８を蓋体６の上面から所定の高さに支持する筒状の支持体９とから主に構成されている。

また、保温筒７の上方には、回転テーブル１０が設けられている。回転テーブル１０は、被処理体、例えば、半導体ウエハＷを収容するウエハボート１１を回転可能に載置する載置台として機能する。具体的には、回転テーブル１０の下部には回転支柱１２が設けられ、回転支柱１２はヒータ８の中央部を貫通して回転テーブル１０を回転させる回転機構１３に接続されている。回転機構１３は図示しないモータと、蓋体６の下面側から上面側に気密状態で貫通導入された回転軸１４を備える回転導入部１５とから主に構成されている。回転軸１４は回転テーブル１０の回転支柱１２に連結され、モータの回転力を回転支柱１２を介して回転テーブル１０に伝える。このため、回転機構１３のモータにより回転軸１４が回転すると、回転軸１４の回転力が回転支柱１２に伝えられて回転テーブル１０が回転する。

ウエハボート１１は、半導体ウエハＷが垂直方向に所定の間隔をおいて複数枚収容可能に構成されている。ウエハボート１１は、例えば、石英により形成されている。ウエハボート１１は、回転テーブル１０上に載置されている。このため、回転テーブル１０を回転させるとウエハボート１１が回転し、この回転により、ウエハボート１１内に収容された半導体ウエハＷが回転する。

また、反応管２の周囲には、反応管２を取り囲むように、例えば、抵抗発熱体からなる昇温用ヒータ１６が設けられている。この昇温用ヒータ１６により反応管２の内部が所定の温度に加熱され、この結果、半導体ウエハＷが所定の温度に加熱される。

反応管２の下端近傍の側面には、複数の処理ガス導入管１７が接続されている。処理ガス導入管１７は、反応管２の下端近傍の側壁に挿通され、処理ガスを反応管２内に導入する。

反応管２内に供給する処理ガスとしては、半導体ウエハＷに薄膜を形成するための成膜用ガスと、熱処理装置１の内部に付着した付着物（反応生成物等）を除去（クリーニング）するためのクリーニングガスと、熱処理装置１の内部の材料（石英）に含まれる汚染物質（メタルコンタミ）を反応管２外に排気（パージアウト）するためのパージアウトガスと、がある。

本発明の成膜用ガスとしては、薄膜を形成可能なガスであって、薄膜形成により装置内部に付着する付着物がクリーニングガスにより除去可能なガスが用いられる。例えば、半導体ウエハＷにシリコン窒化膜を形成する場合には、成膜用ガスとして、ジクロロシラン（ＤＣＳ：ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）とアンモニア（ＮＨ_３）や、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ：Ｓｉ_２Ｃｌ_６）とアンモニア（ＮＨ_３）等が用いられる。本実施の形態では、成膜用ガスとして、ジクロロシランとアンモニアとが用いられている。

本発明のクリーニングガスとしては、薄膜形成により装置内部に付着する付着物が除去可能なガスが用いられる。例えば、半導体ウエハＷにシリコン窒化膜を形成した場合には、クリーニングガスとして、ハロゲン酸性ガスが用いられる。本実施の形態では、クリーニングガスとして、フッ素（Ｆ_２）と水素（Ｈ_２）と希釈ガスとしての窒素（Ｎ_２）とが用いられている。

本発明のパージアウトガスとしては、ラジカルを生成し、熱処理装置１の内部の材料、例えば、石英に含まれるメタルコンタミを石英中から除去（パージアウト）可能なガスが用いられる。本実施の形態では、パージアウトガスとして、酸素（Ｏ_２）と水素（Ｈ_２）と希釈ガスとしての窒素（Ｎ_２）とが用いられている。

なお、図１では処理ガス導入管１７を１つだけ描いているが、本実施の形態では、ガスの種類ごとに、処理ガス導入管１７が反応管２の下端近傍の側面に挿通されている。そして、各処理ガス導入管１７には、処理ガスの種類に応じたガス供給源に接続され、所望量の処理ガスが反応管２内に供給される。

また、図１に示すように、反応管２の下端近傍の側面には、パージガス供給管１８が挿通されている。パージガス供給管１８には、図示しないパージガス供給源に接続されており、所望量のパージガス、例えば、窒素ガスが反応管２内に供給される。

また、熱処理装置１は、装置各部の制御を行う制御部１００を備えている。図２に制御部１００の構成を示す。図２に示すように、制御部１００には、操作パネル１２１、温度センサ（群）１２２、圧力計（群）１２３、ヒータコントローラ１２４、ＭＦＣ制御部１２５、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７、ボートエレベータ１２８等が接続されている。

操作パネル１２１は、表示画面と操作ボタンとを備え、オペレータの操作指示を制御部１００に伝え、また、制御部１００からの様々な情報を表示画面に表示する。

温度センサ（群）１２２は、反応管２内、排気管５内、処理ガス導入管１７内等の各部の温度を測定し、その測定値を制御部１００に通知する。
圧力計（群）１２３は、反応管２内、排気管５内、処理ガス導入管１７内等の各部の圧力を測定し、測定値を制御部１００に通知する。

ヒータコントローラ１２４は、ヒータ８、及び、昇温用ヒータ１６を個別に制御するためのものであり、制御部１００からの指示に応答して、これらに通電してこれらを加熱し、また、これらの消費電力を個別に測定して、制御部１００に通知する。

ＭＦＣ制御部１２５は、処理ガス導入管１７、及び、パージガス供給管１８に設けられた図示しないＭＦＣを制御して、これらに流れるガスの流量を制御部１００から指示された量にするとともに、実際に流れたガスの流量を測定して、制御部１００に通知する。

バルブ制御部１２６は、各管に配置されたバルブの開度を制御部１００から指示された値に制御する。真空ポンプ１２７は、排気管５に接続され、反応管２内のガスを排気する。

ボートエレベータ１２８は、蓋体６を上昇させることにより、回転テーブル１０上に載置されたウエハボート１１（半導体ウエハＷ）を反応管２内にロードし、蓋体６を下降させることにより、回転テーブル１０上に載置されたウエハボート１１（半導体ウエハＷ）を反応管２内からアンロードする。

制御部１００は、レシピ記憶部１１１と、ＲＯＭ１１２と、ＲＡＭ１１３と、Ｉ／Ｏポート１１４と、ＣＰＵ１１５と、これらを相互に接続するバス１１６とから構成されている。

レシピ記憶部１１１には、セットアップ用レシピと複数のプロセス用レシピとが記憶されている。熱処理装置１の製造当初は、セットアップ用レシピのみが格納される。セットアップ用レシピは、各熱処理装置に応じた熱モデル等を生成する際に実行されるものである。プロセス用レシピは、ユーザが実際に行う熱処理（プロセス）毎に用意されるレシピであり、例えば、反応管２への半導体ウエハＷのロードから、処理済みのウエハＷをアンロードするまでの、各部の温度の変化、反応管２内の圧力変化、処理ガスの供給の開始及び停止のタイミングと供給量などを規定する。

ＲＯＭ１１２は、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードディスクなどから構成され、ＣＰＵ１１５の動作プログラム等を記憶する記録媒体である。ＲＡＭ１１３は、ＣＰＵ１１５のワークエリアなどとして機能する。

Ｉ／Ｏポート１１４は、操作パネル１２１、温度センサ１２２、圧力計１２３、ヒータコントローラ１２４、ＭＦＣ制御部１２５、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７、ボートエレベータ１２８等に接続され、データや信号の入出力を制御する。

ＣＰＵ（Central Processing Unit)１１５は、制御部１００の中枢を構成し、ＲＯＭ１１２に記憶された制御プログラムを実行し、操作パネル１２１からの指示に従って、レシピ記憶部１１１に記憶されているレシピ（プロセス用レシピ）に沿って、熱処理装置１の動作を制御する。すなわち、ＣＰＵ１１５は、温度センサ（群）１２２、圧力計（群）１２３、ＭＦＣ制御部１２５等に反応管２内、処理ガス導入管１７内、及び、排気管５内の各部の温度、圧力、流量等を測定させ、この測定データに基づいて、ヒータコントローラ１２４、ＭＦＣ制御部１２５、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７等に制御信号等を出力し、上記各部がプロセス用レシピに従うように制御する。
バス１１６は、各部の間で情報を伝達する。

次に、以上のように構成された熱処理装置１を用いて、本発明の薄膜形成装置の洗浄方法、薄膜形成方法について説明する。図３に本実施の形態の薄膜形成方法を説明するためのレシピを示す。

なお、本実施の形態では、半導体ウエハＷにＤＣＳ（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）及びアンモニア（ＮＨ_３）を供給して、半導体ウエハＷ上に所定厚のシリコン窒化膜を形成するとともに、熱処理装置１の内部に付着した付着物（窒化珪素）を除去する場合を例に本発明を説明する。以下の説明において、熱処理装置１を構成する各部の動作は、制御部１００（ＣＰＵ１１５）により制御されている。また、各処理における反応管２内の温度、圧力、ガスの流量等は、前述のように、制御部１００（ＣＰＵ１１５）がヒータコントローラ１２４（ヒータ８、昇温用ヒータ１６）、ＭＦＣ制御部１２５、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７等を制御することにより、図３に示すレシピに従った条件になる。

まず、反応管２内を所定の温度、例えば、図３（ａ）に示すように、例えば、４００℃に設定する。また、図３（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から反応管２内に所定量の窒素を供給し、シリコン窒化膜を形成する被処理体としての半導体ウエハＷが収容されているウエハボート１１を蓋体６上に載置する。そして、ボートエレベータ１２８により蓋体６を上昇させ、半導体ウエハＷ（ウエハボート１１）を反応管２内にロードする（ロード工程）。

次に、図３（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から反応管２内に所定量の窒素を供給するとともに、反応管２内を所定の温度、例えば、図３（ａ）に示すように、７８０℃に設定する。また、反応管２内のガスを排出し、反応管２を所定の圧力、例えば、図３（ｂ）に示すように、２６．５Ｐａ（０．２Ｔｏｒｒ）に減圧する。そして、反応管２内をこの温度及び圧力で安定させる（安定化工程）。

反応管２内が所定の圧力及び温度で安定すると、パージガス供給管１８からの窒素の供給を停止する。続いて、処理ガス導入管１７から成膜用ガスを反応管２内に導入する。本実施の形態では、図３（ｄ）に示すように、アンモニアを０．７５ｓｌｍ供給するとともに、図３（ｅ）に示すように、ＤＣＳを０．０７５ｓｌｍ供給する。反応管２内に導入された成膜用ガスが反応管２内で加熱され、半導体ウエハＷの表面にシリコン窒化膜が形成される（成膜工程）。

半導体ウエハＷの表面に所定厚のシリコン窒化膜が形成されると、処理ガス導入管１７からの成膜用ガスの導入を停止する。そして、反応管２内のガスを排出するとともに、図３（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から所定量の窒素を供給して、反応管２内のガスを排気管５に排出する（パージ工程）。なお、反応管２内のガスを確実に排出するために、反応管２内のガスの排出及び窒素ガスの供給を複数回繰り返すことが好ましい。

続いて、図３（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から反応管２内に所定量の窒素を供給して、図３（ｂ）に示すように、反応管２内の圧力を常圧に戻す。また、反応管２内を所定の温度、例えば、図３（ａ）に示すように、４００℃に設定する。そして、ボートエレベータ１２８により蓋体６を下降させることにより、半導体ウエハＷ（ウエハボート１１）を反応管２内からアンロードする（アンロード工程）。これにより、成膜処理が終了する。

以上のような成膜処理を、例えば、複数回行うと、成膜処理によって生成される窒化珪素が、半導体ウエハＷの表面だけでなく、反応管２の内壁等にも堆積（付着）する。このため、成膜処理を所定回数行った後、洗浄処理（本発明の薄膜形成装置の洗浄方法）を実行する。

まず、反応管２内を所定の温度、例えば、図３（ａ）に示すように、例えば、４００℃に設定する。また、図３（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から反応管２内に所定量の窒素を供給し、半導体ウエハＷが収容されていない空のウエハボート１１を蓋体６上に載置する。そして、ボートエレベータ１２８により蓋体６を上昇させ、半導体ウエハＷ（ウエハボート１１）を反応管２内にロードする（ロード工程）。

次に、図３（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から反応管２内に所定量の窒素を供給するとともに、反応管２内を所定の温度、例えば、図３（ａ）に示すように、４００℃に設定する。また、反応管２内のガスを排出し、反応管２を所定の圧力、例えば、図３（ｂ）に示すように、１３３００Ｐａ（１００Ｔｏｒｒ）に減圧する。そして、反応管２内をこの温度及び圧力で安定させる（安定化工程）。

反応管２内が所定の圧力及び温度で安定すると、パージガス供給管１８からの窒素の供給を停止する。続いて、処理ガス導入管１７からクリーニングガスを反応管２内に導入する。本実施の形態では、図３（ｆ）に示すように、フッ素（Ｆ_２）を２ｓｌｍ供給し、図３（ｇ）に示すように、水素（Ｈ_２）を２ｓｌｍ供給し、図３（ｃ）に示すように、希釈ガスとしての窒素を８ｓｌｍ供給する。

反応管２内に供給されたクリーニングガスが反応管２内で加熱され、クリーニングガス中のフッ素が活性化する。活性化されたフッ素は、熱処理装置１の内部に付着した付着物（窒化珪素）に接触し、窒化珪素がエッチングされる。これにより、熱処理装置１の内部に付着した付着物が除去される（クリーニング工程）。

熱処理装置１の内部に付着した付着物が除去されると、処理ガス導入管１７からのクリーニングガスの供給を停止する。そして、図３（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から所定量の窒素を供給して、反応管２内のガスを排出し、反応管２を所定の圧力、例えば、図３（ｂ）に示すように、４６．５５Ｐａ（０．３５Ｔｏｒｒ）に減圧する。また、反応管２内を所定の温度、例えば、図３（ａ）に示すように、９５０℃に設定する。そして、反応管２の温度及び圧力操作を、反応管２が所定の圧力及び温度で安定するまで行う（安定化工程）。

ここで、反応管２内の温度は、４００℃〜１０５０℃にすることが好ましい。４００℃より低温であると、後述するラジカルパージ工程における、反応管２の石英中の汚染物質（例えば、金属コンタミ）の放出（拡散）が行われにくくなるおそれがあるためである。また、１０５０℃より高温であると、反応管２を形成する石英の軟化点を超えてしまうためである。反応管２内の温度は、６００℃〜１０５０℃にすることがさらに好ましく、８００℃〜１０５０℃にすることが最も好ましい。かかる範囲にすることにより、ラジカルパージ工程における汚染物質の拡散が促進されるためである。

反応管２内の圧力は、９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）以下にすることが好ましい。９３１Ｐａより高圧にすると、後述するラジカルパージ工程で、反応管２の石英中の金属コンタミの放出が行われにくくなるおそれがあるためである。反応管２内の圧力は、５３２Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）以下にすることがさらに好ましく、１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以下にすることが最も好ましい。このように、反応管２内の圧力を低圧にすることにより、ラジカルパージ工程における汚染物質の拡散が促進されるためである。

反応管２内が所定の圧力及び温度で安定すると、パージガス供給管１８からの窒素の供給を停止する。次に、処理ガス導入管１７からパージアウトガスを反応管２内に導入する。本実施の形態では、図３（ｈ）に示すように、酸素（Ｏ_２）を１ｓｌｍ供給し、図３（ｇ）に示すように、水素（Ｈ_２）を１．７ｓｌｍ供給し、図３（ｃ）に示すように、窒素（Ｎ_２）を０．０５ｓｌｍ供給する。所定時間経過後、反応管２内のガスを排出する。そして、このパージアウトガスの供給及び反応管２内のガスの排出を複数回繰り返す（ラジカルパージ工程）。

このように、反応管２内にパージアウトガスが供給されると、反応管２内の熱によりパージアウトガスが励起（活性化）してラジカル（酸素活性種、水酸基活性種など）を生成する。この生成されたラジカルにより、反応管２の石英中に含まれる金属コンタミが、反応管２の石英中から拡散（パージアウト）される。このため、反応室内の材料、例えば、反応管２の石英中に含まれる金属コンタミが減少し、成膜処理中における反応管２からの金属コンタミの拡散を抑制することができる。この結果、成膜処理により形成されるシリコン窒化膜中の金属コンタミの量（濃度）を低減することができる。

ラジカルパージ工程が終了すると、処理ガス導入管１７からのパージアウトガスの供給を停止する。続いて、図３（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から反応管２内に所定量の窒素を供給して、図３（ｂ）に示すように、反応管２内の圧力を常圧に戻す。また、反応管２内を所定の温度、例えば、図３（ａ）に示すように、４００℃に設定する。そして、反応管２内をこの温度及び圧力で安定させる（安定化工程）。

次に、ボートエレベータ１２８により蓋体６を下降させることにより、ウエハボート１１を反応管２内からアンロードする（アンロード工程）。これにより、パージ処理が終了する。そして、半導体ウエハＷが収容されたウエハボート１１を蓋体６上に載置することにより、再び、半導体ウエハＷ上にシリコン窒化膜を形成する成膜処理を行うことが可能になる。

このように、所定回数の成膜処理の後、クリーニング処理及びパージ処理を行う薄膜形成方法を繰り返すことにより、連続して半導体ウエハＷにシリコン窒化膜を形成することができる。

次に、本実施の形態の効果を確認するため、上記実施の形態と同一の条件で、成膜処理、クリーニング処理及びパージ処理（ラジカルパージ工程での反応管２内の温度：９５０℃）を行った反応管２内に半導体ウエハを入れ、反応管２内をほぼ成膜温度（本例では８００℃）に昇温することにより半導体ウエハを加熱した後、加熱された半導体ウエハを取り出して、この半導体ウエハ表面上の鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、及び、ニッケル（Ｎｉ）の濃度を測定した（実施例１）。また、ラジカルパージ工程での反応管２内を８５０℃に変更した以外は上記実施の形態と同一の条件で、成膜処理、クリーニング処理及びパージ処理を行った場合についても、同様に、加熱後の半導体ウエハ表面上の鉄等の濃度を測定した（実施例２）。なお、比較のため、上記実施の形態と同一の条件で、成膜処理及びクリーニング処理を行った後、一般的な窒素ガスを用いた窒素パージを行った場合についても、同様に、加熱後の半導体ウエハ表面上の鉄等の濃度を測定した（比較例１）。この結果を図４に示す。

図４の実施例１、２と比較例１に示すように、ラジカルパージを行うことにより、一般的な窒素パージを行ったときよりも、半導体ウエハ表面上の鉄、銅、及び、ニッケルの濃度が大幅に減少することが確認できた。このため、ラジカルパージを行うことにより、成膜処理中の鉄、銅、及び、ニッケルの発生を抑制し、薄膜中への鉄、銅、及び、ニッケルの混入を抑制することが確認できた。

図４の実施例１、２に示すように、ラジカルパージ工程での反応管２内の温度は、鉄、銅については９５０℃、ニッケルについては８５０℃とすることにより、半導体ウエハ表面上の金属の濃度をより減少させることができる。ラジカルパージ工程での反応管２内の温度は、パージアウトガスが活性化して、ラジカルが生成される温度以上あればよいが、対象となる金属に応じて最適な温度があり、例えば、特に問題となる金属の種類に応じて、その最適な温度に設定することが好ましい。

続いて、パージアウトガスの構成を変更した場合について同様の実験を行い、半導体ウエハ表面上の鉄、銅、及び、ニッケルの濃度を測定した。本例では、図５に示すように、パージアウトガス中の水素、酸素の比（Ｈ_２／Ｏ_２）、パージアウトガスの総流量、パージアウトガス中の水素流量割合を変化させた場合の鉄、銅、及び、ニッケルの濃度を測定した。結果を図６に示す。

図６に示すように、パージアウトガスは、パージアウトガス中の水素の流量割合を高くすることが好ましい。これは、水酸基活性種や酸素活性種がメタルコンタミの除去に有効であり、パージアウトガス中の水素の流量割合を高くすることにより、これらの生成量が増えるためであると考えられる。ここで、水素の流量割合は、１％〜９９％であることが好ましく、３０％〜７０％であることがさらに好ましい。かかる範囲にすることにより、より効率的にラジカルを発生させることができ、コンタミ除去効果が向上するためである。

また、パージアウトガスの水素及び酸素は、その総流量を増やすことが好ましい。これらの総流量は、０．１ｓｌｍ〜２０ｓｌｍであることが好ましく、１ｓｌｍ〜５ｓｌｍであることがさらに好ましい。かかる範囲にすることにより、より効率的にラジカルを発生させることができるためである。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ラジカルパージを行うことにより、成膜処理中における装置内部（ウエハ処理空間内）の材料からの金属コンタミの発生を抑制することができる。このため、形成される薄膜中への汚染物質の混入を抑制することができる。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な他の実施の形態について説明する。

上記実施の形態では、バージアウトガスに酸素と水素と窒素との混合ガスを用いた場合を例に本発明を説明したが、バージアウトガスとしては、ラジカルを生成し、熱処理装置１の内部の材料、例えば、石英に含まれるメタルコンタミを除去可能なガスであればよい。ただし、水酸基活性種や酸素活性種がメタルコンタミの除去に有効であることから水素を含むガス、例えば、酸素と水素とを含むガスであることが好ましい。

上記実施の形態では、クリーニング処理を行った後にパージ処理を行った場合を例に本発明を説明したが、パージ処理は、石英中の汚染物質（金属コンタミ）を除去できる状態であれば、任意に行うことが可能であり、例えば、成膜処理を行う前にパージ処理を行ってもよい。

上記実施の形態では、汚染物質として、鉄、銅、ニッケルの場合を例に本発明を説明したが、本発明により除去可能な汚染物質はこれに限定されるものではなく、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、コバルト（Ｃｏ）、ナトリウム（Ｎａ）、カルシウム（Ｃａ）などであってもよい。

上記実施の形態では、ラジカルパージガスを所定の温度（９５０℃）に昇温した反応管２内に供給して活性化させる場合を例に本発明を説明したが、例えば、パージアウトガスを導入する処理ガス導入管１７に活性化手段を設け、活性化されたパージアウトガスを反応管２内に供給してもよい。この場合、ラジカルパージ工程における反応管２内の温度を低くすることができる。また、活性化させる手段としては、加熱手段の他、プラズマ発生手段、光分解手段、触媒活性化手段等であってもよい。

上記実施の形態では、シリコン窒化膜を形成する場合を例に本発明を説明したが、本発明で被処理体に形成する薄膜は、シリコン窒化膜に限定されるものではなく、例えば、ポリシリコン膜であってもよい。また、成膜用ガスは、成膜により反応管２の内壁等に付着する付着物がクリーニングガスにより除去可能であって、薄膜を形成可能なガスであればよく、例えば、シリコン窒化膜を形成する場合には、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）とアンモニアとの混合ガスであってもよい。

上記実施の形態では、クリーニングガスにフッ素と水素と窒素との混合ガスを用いた場合を例に本発明を説明したが、クリーニングガスは成膜処理により付着した付着物を除去可能なガスであればよい。また、クリーニングガスは、希釈ガスとしての窒素ガスを含んでいなくてもよい。

上記実施の形態では、複数回の成膜処理を行った後に、クリーニング処理及びパージ処理を行った場合を例に本発明を説明したが、成膜処理に続いてクリーニング処理及びパージ処理を毎回行ってもよい。この場合、炉内（反応管２内）が毎回清浄化され、形成される薄膜への汚染物質の混入をさらに抑制することができる。

上記実施の形態では、ガスの種類毎に処理ガス導入管１７を設けた場合を例に本発明を説明したが、例えば、成膜用ガス導入管、クリーニングガス導入管、及び、塩素パージ用ガス供給管から構成されるように、処理ガスの種類毎に処理ガス導入管１７を設けてもよい。また、複数本から同種類のガスが導入されるように、反応管２の下端近傍の側面に、多数の処理ガス導入管１７を挿通してもよい。この場合、反応管２内に処理ガスをより均一に導入することができる。

上記実施の形態では、熱処理装置として、単管構造のバッチ式熱処理装置の場合を例に本発明を説明したが、例えば、反応管２が内管と外管とから構成された二重管構造のバッチ式縦型熱処理装置に本発明を適用することも可能である。また、枚葉式の熱処理装置に本発明を適用することも可能である。

本発明の実施の形態にかかる制御部１００は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、汎用コンピュータに、上述の処理を実行するためのプログラムを格納した記録媒体（フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭなど）から当該プログラムをインストールすることにより、上述の処理を実行する制御部１００を構成することができる。

そして、これらのプログラムを供給するための手段は任意である。上述のように所定の記録媒体を介して供給できる他、例えば、通信回線、通信ネットワーク、通信システムなどを介して供給してもよい。この場合、例えば、通信ネットワークの掲示板（ＢＢＳ）に当該プログラムを掲示し、これをネットワークを介して搬送波に重畳して提供してもよい。そして、このように提供されたプログラムを起動し、ＯＳの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理を実行することができる。

本発明の実施の形態の熱処理装置を示す図である。 図１の制御部の構成を示す図である。 本発明の実施の形態の薄膜形成方法を説明するレシピを示した図である。 半導体ウエハ表面の鉄、銅、ニッケルの濃度を示すグラフである。 各実施例のパージアウトガス中のＨ_２／Ｏ_２、総流量、水素流量割合を示す表である。 図５に示す実施例での半導体ウエハ表面の鉄、銅、ニッケルの濃度を示すグラフである。

符号の説明

１ 熱処理装置
２ 反応管
３ 頂部
４ 排気口
５ 排気管
６ 蓋体
７ 保温筒
８ ヒータ
９ 支持体
１０ 回転テーブル
１１ ウエハボート
１２ 回転支柱
１３ 回転機構
１４ 回転軸
１５ 回転導入部
１６ 昇温用ヒータ
１７ 処理ガス導入管
１８ パージガス供給管
１００ 制御部
１１１ レシピ記憶部
１１２ ＲＯＭ
１１３ ＲＡＭ
１１４ Ｉ／Ｏポート
１１５ ＣＰＵ
１１６ バス
１２１ 操作パネル
１２２ 温度センサ
１２３ 圧力計
１２４ ヒータコントローラ
１２５ ＭＦＣ制御部
１２６ バルブ制御部
１２７ 真空ポンプ
１２８ ボートエレベータ
Ｗ 半導体ウエハ

Claims (17)

1. 被処理体を収容する反応室内に処理ガスを供給して被処理体に薄膜を形成する薄膜形成装置の洗浄方法であって、
   前記反応室内に活性化可能なパージアウトガスを供給して、当該反応室内をパージするパージ工程を備え、
   前記パージ工程では、前記パージアウトガスを活性化させて、そのラジカルを生成し、生成したラジカルにより、前記反応室内の材料中に含まれる汚染物質を前記材料中から除去する、ことを特徴とする薄膜形成装置の洗浄方法。
2. 前記被処理体への薄膜形成により装置内部に付着した付着物を除去可能なクリーニングガスを前記反応室内に供給して、前記付着物を除去する付着物除去工程をさらに備え、
   前記付着物除去工程により前記付着物を除去した後、前記パージ工程を行う、ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置の洗浄方法。
3. 前記パージアウトガスに、酸素と水素とを含むガスを用いる、ことを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜形成装置の洗浄方法。
4. 前記パージアウトガスの総流量を１ｓｌｍ〜５ｓｌｍに設定する、ことを特徴とする請求項３に記載の薄膜形成装置の洗浄方法。
5. 前記パージアウトガスの水素の流量割合を、３０％〜７０％に設定する、ことを特徴とする請求項３または４に記載の薄膜形成装置の洗浄方法。
6. 前記パージ工程では、前記パージアウトガスを所定の温度に昇温した反応室内に供給して活性化させる、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の薄膜形成装置の洗浄方法。
7. 前記パージ工程では、前記反応室内を６００℃〜１０５０℃に昇温する、ことを特徴とする請求項６に記載の薄膜形成装置の洗浄方法。
8. 前記反応室内の材料が石英である、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の薄膜形成装置の洗浄方法。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の薄膜形成装置の洗浄方法により薄膜形成装置を洗浄する洗浄工程と、
   被処理体を収容する反応室内を所定の温度に昇温し、当該昇温した反応室内に処理ガスを供給して被処理体に薄膜を形成する成膜工程と、
   を備える、ことを特徴とする薄膜形成方法。
10. 被処理体を収容する反応室内に処理ガスを供給して被処理体に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
    前記反応室内に、活性化可能なパージアウトガスを供給するパージアウトガス供給手段と、
    前記パージアウトガスを活性化させる活性化手段と、
    前記活性化手段を制御して前記パージアウトガスを活性化させて、そのラジカルを生成し、生成したラジカルにより、前記反応室内の材料中に含まれる汚染物質を前記材料中から除去する汚染物質除去手段と、
    を備える、ことを特徴とする薄膜形成装置。
11. 前記被処理体への薄膜形成により装置内部に付着した付着物を除去可能なクリーニングガスを、前記反応室内に供給するクリーニングガス供給手段と、
    前記クリーニングガス供給手段を制御して、装置内部に付着した付着物を除去する付着物除去手段と、をさらに備え、
    前記汚染物質除去手段は、前記付着物除去手段により装置内部に付着した付着物が除去された後、前記活性化手段を制御して前記材料中から汚染物質を除去する、ことを特徴とする請求項１０に記載の薄膜形成装置。
12. 前記パージアウトガスは、酸素と水素とを含むガスである、ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の薄膜形成装置。
13. 前記パージアウトガスは、その総流量が１ｓｌｍ〜５ｓｌｍである、ことを特徴とする請求項１２に記載の薄膜形成装置。
14. 前記パージアウトガスの水素の流量割合は、３０％〜７０％である、ことを特徴とする請求項１２または１３に記載の薄膜形成装置。
15. 前記活性化手段は、前記反応室内を６００℃〜１０５０℃に昇温する加熱手段である、ことを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれか１項に記載の薄膜形成装置。
16. 前記活性化手段は、加熱手段、プラズマ発生手段、光分解手段、または、触媒活性化手段である、ことを特徴とする請求項１０乃至１５のいずれか１項に記載の薄膜形成装置。
17. 被処理体を収容する反応室内に処理ガスを供給して被処理体に薄膜を形成する薄膜形成装置として機能させるためのプログラムであって、
    コンピュータを、
    前記反応室内に、活性化可能なパージアウトガスを供給するパージアウトガス供給手段、
    前記パージアウトガスを活性化させる活性化手段、
    前記活性化手段を制御して前記パージアウトガスを活性化させて、そのラジカルを生成し、生成したラジカルにより、前記反応室内の材料中に含まれる汚染物質を前記材料中から除去する汚染物質除去手段、
    として機能させるためのプログラム。

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