JP2009016426A - Manufacturing method for semiconductor device, and board processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法および基板処理装置に関し、例えば、半導体集積回路装置(以下、ICという。)が作り込まれる基板としての半導体ウエハ(以下、ウエハという。)に絶縁膜や金属膜および半導体膜を形成するCVD装置や酸化膜形成装置や拡散装置およびアニール装置等の半導体製造装置を使用するものに関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device and a substrate processing apparatus. For example, an insulating film or a metal film is formed on a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) as a substrate on which a semiconductor integrated circuit device (hereinafter referred to as an IC) is formed. Further, the present invention relates to a device using a semiconductor manufacturing apparatus such as a CVD apparatus, an oxide film forming apparatus, a diffusion apparatus and an annealing apparatus for forming a semiconductor film.
ICの製造方法において、ウエハに窒化シリコンやポリシリコン等のCVD膜をデポジションするのに、例えば、特許文献1に示されているようなバッチ式縦形ホットウオール形減圧CVD装置が広く使用されている。
バッチ式縦形ホットウオール形減圧CVD装置(以下、CVD装置という。)は、ウエハが搬入される処理室を形成するインナチューブおよびこのインナチューブを取り囲むアウタチューブから構成され縦形に設置されたプロセスチューブと、インナチューブ内に原料ガスを導入するガス導入管と、プロセスチューブ内を真空排気する排気管と、プロセスチューブ外に敷設されてプロセスチューブ内を加熱するヒータとを備えている。
そして、複数枚のウエハがボートによって垂直方向に整列されて保持された状態でインナチューブ内に下端の炉口から搬入され、インナチューブ内に原料ガスがガス導入管から導入されるとともに、ヒータによってプロセスチューブ内が加熱されることにより、ウエハにCVD膜がデポジションされる。
In an IC manufacturing method, for example, a batch type vertical hot wall type low-pressure CVD apparatus as shown in Patent Document 1 is widely used to deposit a CVD film such as silicon nitride or polysilicon on a wafer. Yes.
A batch type vertical hot wall type low pressure CVD apparatus (hereinafter referred to as a CVD apparatus) is composed of an inner tube forming a processing chamber into which a wafer is carried and an outer tube surrounding the inner tube, and a process tube installed in a vertical shape. And a gas introduction pipe for introducing the raw material gas into the inner tube, an exhaust pipe for evacuating the inside of the process tube, and a heater installed outside the process tube to heat the inside of the process tube.
Then, a plurality of wafers are carried from the bottom furnace port into the inner tube in a state where the wafers are aligned in the vertical direction by the boat, and the raw material gas is introduced into the inner tube from the gas introduction pipe, and by the heater. As the inside of the process tube is heated, a CVD film is deposited on the wafer.
このようなCVD装置においては、ウエハの表面に対するCVD膜の形成が本来の目的であるが、実際にはウエハの表面以外、例えば、プロセスチューブの内壁等にもCVD膜が堆積してしまう。
この堆積膜の厚さが一定以上に達すると、膜剥離が生じウエハ上での異物発生要因となってしまう。
このため、プロセスチューブの内壁等に堆積した堆積膜を除去するクリーニングを実施することが必要となる。
そこで、堆積膜が一定以上付着すると、CVD装置からプロセスチューブ等を取外してHF(弗化水素)の水溶液の洗浄槽により除去するウエットクリーニングが、従来から実施されている。
In such a CVD apparatus, the formation of the CVD film on the surface of the wafer is an original purpose, but in reality, the CVD film is deposited on the inner wall of the process tube, for example, in addition to the surface of the wafer.
When the thickness of the deposited film reaches a certain level or more, film peeling occurs and becomes a cause of foreign matter generation on the wafer.
For this reason, it is necessary to perform cleaning to remove the deposited film deposited on the inner wall of the process tube.
Therefore, when a deposited film adheres to a certain level or more, wet cleaning is conventionally performed in which a process tube or the like is removed from the CVD apparatus and removed by a HF (hydrogen fluoride) aqueous solution washing tank.
しかしながら、ウエットクリーニングはメンテナンスがきわめて困難であるために、近年は、メンテナンスが容易なドライクリーニングが採用され始めている。
このうち、シリコン酸化(SiO2 )膜に対するクリーニングガスの候補としてはHFガスが挙げられるが、HFガスは蒸気圧が低く液化し易いガスであるため、ドライクリーニングの実施により、クリーニングの際に75℃未満の温度となる低温部の部材の表面に対してHFガスが多層吸着してしまう。
この結果、低温部となる石英部材の表面のエッチングや、排気管等の金属部材の表面の腐食のように、HFガスに曝される部材に対して顕著な腐食反応を引き起こし、それら部材の定期的交換が必要となるため、メンテナンス性が大きく低下するという問題が残る。
However, since wet cleaning is extremely difficult to maintain, dry cleaning that is easy to maintain has recently been adopted.
Among these, HF gas can be cited as a cleaning gas candidate for the silicon oxide (SiO 2 ) film. However, since HF gas is a gas that has a low vapor pressure and is easily liquefied, 75% is required for cleaning by performing dry cleaning. The HF gas is adsorbed in a multilayer manner on the surface of the member in the low temperature part at a temperature of less than ° C.
As a result, a significant corrosion reaction is caused to the member exposed to the HF gas, such as etching of the surface of the quartz member which becomes a low temperature portion, or corrosion of the surface of the metal member such as the exhaust pipe, and the periodicity of these members is caused. Replacement is required, so that the problem that the maintainability is greatly deteriorated remains.
本発明の目的は、クリーニングガスによる腐食反応を低減することができる半導体装置の製造方法および基板処理装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method and a substrate processing apparatus that can reduce the corrosion reaction caused by a cleaning gas.
本願が開示する発明のうち代表的なものは、次の通りである。
(1)基板を処理室内に搬入するステップと、
前記処理室内に原料ガスを供給して基板上に薄膜を形成するステップと、
薄膜形成後の基板を前記処理室内より搬出するステップと、
前記処理室内にクリーニングガスを供給して前記処理室内に堆積した膜をエッチング反応により除去することで前記処理室内をクリーニングするステップと、を有し、
前記処理室内をクリーニングするステップでは、前記処理室内を前記エッチング反応が生じる程度の第一の温度に加熱するとともに、前記クリーニングガスに晒される部材のうち前記薄膜形成の際に薄膜形成温度よりも低い温度となる低温部材の温度を、前記クリーニングガスが多層吸着しない程度の第二の温度となるようにする半導体装置の製造方法。
(2)基板を処理する処理室と、
前記処理室内を加熱するヒータと、
前記処理室内に薄膜を形成するための原料ガスを導入する原料ガス導入ラインと、
前記処理室内に堆積した膜をエッチング反応により除去するためのクリーニングガスを前記処理室内に導入するクリーニングガス導入ラインと、
前記処理室内を排気する排気ラインと、
前記クリーニングガスに晒される部材のうち前記薄膜形成の際に薄膜形成温度よりも低い温度となる低温部材を加熱する加熱源と、
前記処理室内にクリーニングガスを導入しつつ前記処理室内を前記エッチング反応が生じる程度の第一の温度に加熱するよう前記ヒータを制御するとともに、
前記低温部材の温度が、前記クリーニングガスが多層吸着しない程度の第二の温度となるように前記加熱源を制御するコントローラと、
を有する基板処理装置。
(3)前記(1)(2)において、前記低温部材の温度を、前記クリーニングガスが多層吸着せず、かつ、顕著な熱反応が生じない程度の温度となるように制御する。
(4)前記(1)(2)において、前記クリーニングガスはHFガスを含むガスである。
(5)前記(1)(2)において、前記薄膜はシリコン酸化膜であり、前記クリーニングガスはHFガスを含むガスである。
(6)前記(1)(2)において、前記クリーニングガスはHFガスを含むガスであり、前記低温部材の温度を、75℃以上100℃未満の温度となるように制御する。
(7)前記(1)(2)において、前記低温部材は、少なくとも前記処理室を形成したプロセスチューブを支持するマニホールド、前記処理室内に前記原料ガスを導入するガスノズルおよび/または前記処理室内を排気する排気管である。
Typical inventions disclosed in the present application are as follows.
(1) carrying the substrate into the processing chamber;
Supplying a source gas into the processing chamber to form a thin film on the substrate;
Unloading the substrate after thin film formation from the processing chamber;
Cleaning the processing chamber by supplying a cleaning gas into the processing chamber and removing the film deposited in the processing chamber by an etching reaction, and
In the step of cleaning the processing chamber, the processing chamber is heated to a first temperature that causes the etching reaction to occur, and is lower than a thin film formation temperature when forming the thin film among members exposed to the cleaning gas. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a temperature of a low-temperature member that is a temperature is set to a second temperature at which the cleaning gas is not adsorbed in multiple layers.
(2) a processing chamber for processing a substrate;
A heater for heating the processing chamber;
A source gas introduction line for introducing source gas for forming a thin film in the processing chamber;
A cleaning gas introduction line for introducing a cleaning gas for removing a film deposited in the processing chamber into the processing chamber by an etching reaction;
An exhaust line for exhausting the processing chamber;
A heating source that heats a low-temperature member that is lower in temperature than the thin film formation temperature during the thin film formation among the members exposed to the cleaning gas;
Controlling the heater to heat the processing chamber to a first temperature at which the etching reaction occurs while introducing a cleaning gas into the processing chamber;
A controller for controlling the heating source so that the temperature of the low temperature member is a second temperature at which the cleaning gas is not multilayer adsorbed;
A substrate processing apparatus.
(3) In the above (1) and (2), the temperature of the low temperature member is controlled so that the cleaning gas is not adsorbed in multiple layers and does not cause a significant thermal reaction.
(4) In the above (1) and (2), the cleaning gas is a gas containing HF gas.
(5) In the above (1) and (2), the thin film is a silicon oxide film, and the cleaning gas is a gas containing HF gas.
(6) In the above (1) and (2), the cleaning gas is a gas containing HF gas, and the temperature of the low temperature member is controlled to be a temperature of 75 ° C. or higher and lower than 100 ° C.
(7) In (1) and (2), the low temperature member includes a manifold that supports at least a process tube in which the processing chamber is formed, a gas nozzle that introduces the source gas into the processing chamber, and / or exhausts the processing chamber. This is an exhaust pipe.
前記(1)(2)によれば、クリーニングガスによる腐食反応を低減することができるので、構成部材の定期的交換の頻度を減少することができ、メンテナンス性能を向上させることができる。 According to the above (1) and (2), since the corrosion reaction due to the cleaning gas can be reduced, the frequency of periodic replacement of the constituent members can be reduced, and the maintenance performance can be improved.
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
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、ICの製造方法として構成されており、本実施の形態に係るICの製造方法は特徴工程として、ICが作り込まれる基板としてのウエハに例えば絶縁膜を成膜する成膜工程を備えている。
本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、本実施の形態に係るICの製造方法における特徴工程である成膜工程を実施するCVD装置(バッチ式縦形ホットウオール形減圧CVD装置)として構成されている。
本実施の形態に係るCVD装置について説明する。
In the present embodiment, the semiconductor device manufacturing method according to the present invention is configured as an IC manufacturing method, and the IC manufacturing method according to the present embodiment is used as a characteristic process as a substrate on which an IC is built. For example, a film forming process for forming an insulating film on the wafer is provided.
In the present embodiment, the substrate processing apparatus according to the present invention is a CVD apparatus (batch type vertical hot wall type reduced pressure CVD apparatus) that performs a film forming process that is a characteristic process in the IC manufacturing method according to the present embodiment. It is configured.
A CVD apparatus according to this embodiment will be described.
本実施の形態に係るCVD装置は、図1に示された処理炉10を備えている。
図1に示されているように、処理炉10は加熱機構としてのヒータ11を有する。
ヒータ11は円筒形状であり、支持板としてのヒータベース12に支持されることにより垂直に据え付けられている。
The CVD apparatus according to the present embodiment includes the
As shown in FIG. 1, the
The
ヒータ11の内側には反応管としてのプロセスチューブ13が、ヒータ11と同心円状に配設されている。プロセスチューブ13は外部反応管としてのアウタチューブ14と、その内側に設けられた内部反応管としてのインナチューブ15とから構成されている。
アウタチューブ14は、例えば石英(SiO2 )または炭化シリコン(SiC)等の耐熱性材料からなり、内径がインナチューブ15の外径よりも大きく上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ15と同心円状に設けられている。
インナチューブ15は、例えば石英または炭化シリコン等の耐熱性材料からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。インナチューブ15の筒中空部には処理室16が形成されており、基板としてのウエハ1を後述するボートによって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。
A
The
The
アウタチューブ14の下方にはマニホールド17が、アウタチューブ14と同心円状に配設されている。マニホールド17は例えばステンレス等からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。
マニホールド17はインナチューブ15とアウタチューブ14とに係合しており、これらを支持するように設けられている。マニホールド17がヒータベース12に支持されることにより、プロセスチューブ13は垂直に据え付けられた状態となっている。
プロセスチューブ13とマニホールド17により反応容器が形成される。
なお、マニホールド17とアウタチューブ14との間には、シール部材としてのOリング18が設けられている。
A manifold 17 is disposed concentrically with the
The manifold 17 is engaged with the
A reaction vessel is formed by the
An O-
マニホールド17には処理室16内の雰囲気を排気するラインとしての排気管20が設けられている。排気管20は、インナチューブ15とアウタチューブ14との隙間によって形成される筒状空間19の下端部に配置されており、筒状空間19に連通している。
排気管20のマニホールド17との接続側と反対側である下流側には、圧力検出器としての圧力センサ21および圧力調整装置(可変コンダクタンスバルブ)22を介して真空ポンプ等の真空排気装置23が接続されており、処理室16内の圧力が所定の圧力(真空度)となるよう真空排気し得るように構成されている。
圧力調整装置22および圧力センサ21には圧力制御部24が、電気配線Bによって電気的に接続されている。
圧力制御部24は圧力センサ21により検出された圧力に基づいて圧力調整装置22により処理室16内の圧力を所望の圧力とさせるべく所望のタイミングにて制御するように構成されている。
The manifold 17 is provided with an
A
A
Based on the pressure detected by the
マニホールド17の下方には、マニホールド17の下端開口を気密に閉塞する炉口蓋体としてのシールキャップ25が設けられている。シールキャップ25はマニホールド17の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。
シールキャップ25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。シールキャップ25の上面には、マニホールド17の下端と当接するシール部材としてのOリング26が設けられている。
Below the manifold 17, a
The
シールキャップ25はプロセスチューブ13の外部に垂直に設備された昇降機構としてのボートエレベータ27によって垂直方向に昇降されるように構成されており、これにより後述するボートを処理室16に対し搬入搬出することが可能となっている。
The
シールキャップ25の処理室16と反対側には、ボートを回転させる回転機構28が設置されている。回転機構28の回転軸29はシールキャップ25を貫通して、後述するボートに接続されており、ボートを回転させることでウエハ1を回転させるように構成されている。
回転機構28およびボートエレベータ27には、駆動制御部30が電気配線Aによって電気的に接続されており、所望の動作をするよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
A
A drive control unit 30 is electrically connected to the
マニホールド17には原料ガス導入ノズル31が処理室16内に連通するように接続されており、このノズル31には原料ガス導入ライン32が接続されている。
原料ガス導入ライン32のノズル31との接続側と反対側である上流側には、ガス流量制御器としてのMFC(マスフローコントローラ)33を介して図示しない原料ガス供給源や不活性ガス供給源が接続されている。
MFC33にはガス流量制御部34が電気配線Cによって電気的に接続されている。
ガス流量制御部34は供給するガスの流量を所望の量とさせるべく所望のタイミングにて、MFC33を制御するように構成されている。
A raw material
A raw material gas supply source and an inert gas supply source (not shown) are connected to the upstream side of the raw material
A gas
The gas flow
プロセスチューブ13内には温度検出器としての温度センサ35が設置されている。
ヒータ11と温度センサ35とには温度制御部36が、それぞれ電気配線Dによって電気的に接続されている。
温度制御部36は温度センサ35により検出された温度情報に基づきヒータ11への通電具合を調整することにより、処理室16内の温度を所望の温度分布とさせるべく所望のタイミングにて制御するように構成されている。
A
A
The
圧力制御部24、駆動制御部30、ガス流量制御部34、温度制御部36は、操作部、入出力部をも構成しており、CVD装置全体を制御する主制御部37に電気的に接続されている。
圧力制御部24、駆動制御部30、ガス流量制御部34、温度制御部36および主制御部37はコントローラ38として構成されている。
The
The
基板保持具としてのボート40は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる上下の端板41、42や複数本の保持柱43が使用されて、全体的にみると長い円筒形状になるように構築されており、保持柱43には多数条のスロット(保持溝)44が長手方向(垂直方向)に等間隔に配列されている。
ウエハ1の周縁部が同一段の複数個のスロット44に同時に挿入されることにより、ボート40は複数枚のウエハ1を水平姿勢でか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ように構成されている。
なお、ボート40の下部には、断熱部材としての断熱板45が水平姿勢で多段に複数枚配置されている。断熱板45は例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料が使用されて、円板形状に形成されており、ヒータ11からの熱がマニホールド17側に伝わり難くなるよう構成されている。
A
By inserting the peripheral edge of the wafer 1 into the plurality of
Note that a plurality of
本実施の形態において、マニホールド17の原料ガス導入ノズル31と異なる位置には、図2に示されているように、クリーニングガス導入ノズル51が処理室16内に連通するように接続されており、クリーニングガス導入ノズル51にはクリーニングガス導入ライン52が接続されている。
クリーニングガス導入ライン52のノズル51との接続側と反対側である上流側には、ガス流量制御器としてのMFC(マスフローコントローラ)53を介して図示しないクリーニングガス供給源や不活性ガス供給源が接続されている。
MFC53にはガス流量制御部54(図1参照)が電気配線Eによって電気的に接続されている。
ガス流量制御部54は供給するガス流量を所望量とさせるべく所望のタイミングにてMFC53を制御するように構成されており、コントローラ38の一部を構成している。
In the present embodiment, a cleaning
A cleaning gas supply source and an inert gas supply source (not shown) are connected to an upstream side of the cleaning
A gas flow rate control unit 54 (see FIG. 1) is electrically connected to the
The gas flow
図1および図2に示されているように、マニホールド17と排気管20とクリーニングガス導入ノズル51と原料ガス導入ノズル31とには、第一加熱源61と第二加熱源62と第三加熱源63と第四加熱源64とがそれぞれ敷設されている。
マニホールド17と排気管20とクリーニングガス導入ノズル51と原料ガス導入ノズル31とは、後述する薄膜形成の際に薄膜形成温度よりも低い温度となる低温部材である。
これらの加熱源61、62、63、64は温度制御部60にそれぞれ電気配線Fによって接続されている。温度制御部60はコントローラ38の一部を構成しており、マニホールド17と排気管20とクリーニングガス導入ノズル51と原料ガス導入ノズル31との温度を、クリーニングガスが多層吸着しない程度の温度とさせるべく制御するように構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the manifold 17, the
The manifold 17, the
These
次に、以上の構成に係る処理炉10を用いて、半導体装置の製造工程の一工程としてCVD法によりウエハ1の上に薄膜を形成する方法について説明する。
なお、以下の説明において、CVD装置を構成する各部の動作はコントローラ38により制御される。
Next, a method of forming a thin film on the wafer 1 by the CVD method as one step of the semiconductor device manufacturing process using the
In the following description, the operation of each part constituting the CVD apparatus is controlled by the
複数枚のウエハ1がボート40に装填(ウエハチャージ)されると、図1に示されているように、複数枚のウエハ1を保持したボート40は、ボートエレベータ27によって持ち上げられて処理室16に搬入(ボートローディング)される。
この状態で、シールキャップ25はOリング26を介してマニホールド17の下端をシールした状態となる。
When a plurality of wafers 1 are loaded into the boat 40 (wafer charge), as shown in FIG. 1, the
In this state, the
処理室16内が所望の圧力(真空度)となるように真空排気装置23によって真空排気される。この際、処理室16内の圧力は圧力センサ21で測定され、この測定された圧力に基づき、圧力調整装置22がフィードバック制御される。
また、処理室16内が所望の温度となるようにヒータ11によって加熱される。
この際、処理室16内が所望の温度分布となるように温度センサ35が検出した温度情報に基づきヒータ11への通電具合がフィードバック制御される。
続いて、回転機構28によってボート40が回転されることにより、ウエハ1が回転される。
The
Further, the
At this time, the power supply to the
Subsequently, when the
次いで、処理ガス供給源から処理ガスが供給される。MFC33にて所望の流量となるように制御されたガスは、原料ガス導入ライン32を流通してノズル31から処理室16内に導入される。
導入されたガスは処理室16内を上昇し、インナチューブ15の上端開口から筒状空間19に流出して排気管20から排気される。
ガスは処理室16内を通過する際にウエハ1の表面と接触し、この際に熱CVD反応によってウエハ1の表面上に薄膜が堆積(デポジション)される。
Next, a processing gas is supplied from a processing gas supply source. The gas controlled to have a desired flow rate by the
The introduced gas rises in the
The gas contacts the surface of the wafer 1 as it passes through the
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、処理室16内が不活性ガスに置換されるとともに、処理室16内の圧力が常圧に復帰される。
When a preset processing time has passed, an inert gas is supplied from an inert gas supply source, the inside of the
その後、ボートエレベータ27によりシールキャップ25が下降されて、マニホールド17の下端が開口されるとともに、処理済ウエハ1がボート40に保持された状態でマニホールド17の下端からプロセスチューブ13の外部に搬出(ボートアンローディング)される。
その後、処理済ウエハ1はボート40より取り出される(ウエハディスチャージ)。
Thereafter, the
Thereafter, the processed wafer 1 is taken out from the boat 40 (wafer discharge).
なお、本実施の形態の処理炉にてウエハに成膜する際の処理条件としては、例えば、シリコン酸化膜(DCS−HTO(SiO2 )膜)の成膜においては、処理温度:700〜850℃、処理圧力:10〜200Pa、ガス種:DCSおよびN2 O、ガス供給流量:DCS0.01〜0.5slm、N2 O0.01〜0.5slmが例示される。
なお、DCSとはジクロロシラン(SiH2 Cl2 )、HTOとはHigh Temperature Oxideの略称である。
また、例えば、シリコン窒化膜(DCS−Si3 N4 膜)の成膜においては、処理温度:650〜800℃、処理圧力:10〜200Pa、ガス種:DCSおよびNH3 、ガス供給流量:DCS0.01〜0.2slm、NH3 0.05〜2.0slmが例示される。
これらの処理条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することでウエハに成膜がなされる。
As processing conditions when forming a film on a wafer in the processing furnace of the present embodiment, for example, in the formation of a silicon oxide film (DCS-HTO (SiO 2 ) film), the processing temperature is 700 to 850. ° C., treatment pressure: 10-200 Pa, gas species: DCS and N 2 O, the gas supply flow rate: DCS0.01~0.5slm, N 2 O0.01~0.5slm are exemplified.
DCS is an abbreviation for dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), and HTO is an abbreviation for High Temperature Oxide.
Further, for example, in the formation of a silicon nitride film (DCS-Si 3 N 4 film), the processing temperature: 650 to 800 ° C., the processing pressure: 10 to 200 Pa, the gas type: DCS and NH 3 , and the gas supply flow rate: DCS 0 .01 to 0.2 slm, NH 3 0.05 to 2.0 slm.
Films are formed on the wafer by keeping these processing conditions constant at certain values within the respective ranges.
ところで、以上のような成膜ステップの実施に際しては、プロセスチューブ13の内壁やボート40の表面等にもCVD膜が堆積してしまう。
このプロセスチューブ13の内壁等に付着した堆積膜の厚さが一定以上に達すると、膜剥離が生じるために、ウエハ1上での異物発生要因となってしまう。
そこで、本実施の形態に係るICの製造方法においては、堆積膜が剥離する厚さになる前に、ドライクリーニングステップを実施する。
By the way, when performing the film forming step as described above, a CVD film is also deposited on the inner wall of the
When the thickness of the deposited film adhering to the inner wall or the like of the
Therefore, in the IC manufacturing method according to the present embodiment, the dry cleaning step is performed before the deposited film has a thickness to peel off.
以下に、HFガスを処理炉10内に直接導入し、付着した堆積膜を除去するドライクリーニングステップについて説明する。
堆積膜が付着したプロセスチューブ13内に、堆積膜が付着した空のボート40をボートエレベータ27によって搬入する。この状態で、シールキャップ25はOリング26を介してマニホールド17の下端をシールした状態となる。
処理室16内をヒータ11によって所定の温度まで加熱する。この際、処理室16内が所望の温度分布となるように温度センサ35が検出した温度情報に基づきヒータ11への通電具合がフィードバック制御される。
この後、クリーニングガスとしてのHFガスをMFC53にて所望の流量となるように制御しつつクリーニングガス導入ライン52を介してクリーニングガス導入ノズル51から処理室16内に導入する。
導入されたHFガスは処理室16内を上昇し、インナチューブ15の上端開口から筒状空間16に流出して排気管20から排気される。
HFガスは処理室16内を通過する際にプロセスチューブ13の内壁やボート40の表面等に付着した堆積膜と接触する。この際、HFガスのエッチング反応によって堆積膜が除去される。
このとき、排気管20に設けられた圧力調整装置(可変コンダクタンスバルブ)22によって処理室16内の圧力を一定に保つよう圧力調整し、排気管20および真空ポンプ等の真空排気装置23を経てクリーニングガスを排出する。この際、処理室16内の圧力は圧力センサ21で測定され、この測定された圧力に基づき圧力調整装置22がフィードバック制御される。
なお、このとき回転機構28によってボート40を回転させるようにしてもよい。
Hereinafter, a dry cleaning step for directly introducing HF gas into the
An
The inside of the
Thereafter, the HF gas as the cleaning gas is introduced into the
The introduced HF gas rises in the
When the HF gas passes through the
At this time, the pressure is adjusted by a pressure adjusting device (variable conductance valve) 22 provided in the
At this time, the
予め設定された時間が経過し、堆積膜が除去されたら、直ちに、クリーニングガス導入ノズル51からのクリーニングガス供給を止め、処理室16内を不活性ガスでパージし、その後、処理室16内のシーズニングを行ない、成膜ステップに移行することができる状態に復帰させる。
When the preset time has elapsed and the deposited film is removed, the supply of the cleaning gas from the cleaning
以上のクリーニングステップにおいて、HFガスは蒸気圧が低く液化し易いガスであるために、従来、ドライクリーニングステップの実施により、クリーニングの際に、75℃未満の低温部となるマニホールド17や排気管20やクリーニングガス導入ノズル51および原料ガス導入ノズル31の表面に対してHFガスが多層吸着してしまう。
このHFガスの多層吸着が発生すると、排気管20やクリーニングガス導入ノズル51および原料ガス導入ノズル31の石英表面でのエッチング、マニホールド17の金属表面での腐食のように、HFガスに曝される表面に対して顕著な腐食反応が起こる。
また、石英部材のエッチングや金属部材の腐食が発生する際には、顕著な熱反応が起こる。
なお、ガスの多層吸着とは、ガス処理時における低温部の表面にガス分子が吸着し、表面全体がガス分子で覆われた後に、ガス分子の上にガス分子が重なり、ガスが何層にもわたり表面に吸着して低温部の表面が濡れたようになる現象であり、HFガスで顕著に生じる現象である。
ちなみに、弗化塩素(ClF3 )でも同様な現象が生じると考えられる。
In the above cleaning step, since the HF gas is a gas that has a low vapor pressure and is liable to be liquefied, conventionally, by performing the dry cleaning step, the manifold 17 and the
When this multilayer adsorption of HF gas occurs, it is exposed to HF gas like etching on the quartz surface of the
In addition, when a quartz member is etched or a metal member is corroded, a remarkable thermal reaction occurs.
Multilayer adsorption of gas means that gas molecules are adsorbed on the surface of the low temperature part during gas treatment, and after the entire surface is covered with gas molecules, the gas molecules overlap on the gas molecules, and the number of layers of the gas This is a phenomenon in which the surface of the low-temperature part becomes wet by adsorbing to the surface, and is a phenomenon that occurs remarkably with HF gas.
Incidentally, it is considered that the same phenomenon occurs even with chlorine fluoride (ClF 3 ).
そこで、本実施の形態に係るICの製造方法においては、前述したドライクリーニングステップの実施に際して、第一加熱源61と第二加熱源62と第三加熱源63と第四加熱源64とを温度制御部60によって制御することにより、マニホールド17や排気管20やクリーニングガス導入ノズル51および原料ガス導入ノズル31の温度をHFガスが多層吸着しない温度である75℃以上100℃未満にさせるべく制御する。
Therefore, in the IC manufacturing method according to the present embodiment, the temperature of the first heating source 61, the
ここで、HFガスの場合においては、75℃以上となる温度であれば多層吸着しないことが、次の実験によって究明された。
<実験条件>
圧力13330Pa、温度25℃、35℃、50℃、75℃、95℃
<判定>
<実験結果>
Here, in the case of HF gas, it was found by the following experiment that multilayer adsorption does not occur at a temperature of 75 ° C. or higher.
<Experimental conditions>
Pressure 13330Pa,
<Judgment>
<Experimental result>
他方、高温ほど金属部材の腐食が生じ、このとき顕著な熱反応が生じる。
しかし、少なくとも100℃未満であれば、金属部材の腐食が生じないことが確認されている。
On the other hand, the higher the temperature, the more the metal member is corroded. At this time, a remarkable thermal reaction occurs.
However, it has been confirmed that the metal member does not corrode if it is at least less than 100 ° C.
以上のことから、マニホールド17や排気管20やクリーニングガス導入ノズル51および原料ガス導入ノズル31の温度を75℃以上100℃未満にさせるべく制御することにより、クリーニングガスとしてのHFガスがこれらの表面に多層吸着せず、顕著な熱反応も生じず、石英部材のエッチング、金属部材の腐食の発生を防止することができる。
From the above, by controlling the temperature of the manifold 17, the
なお、HFガスを含むクリーニングガスの例としては、次のものが挙げられる。
HFガス単独、HFガス+窒素(N2 )ガス、HFガス+アルゴン(Ar)ガス、HFガス+ヘリウム(He)ガス、HFガス+F2 ガス。
Examples of the cleaning gas containing HF gas include the following.
HF gas alone, HF gas + nitrogen (N 2 ) gas, HF gas + argon (Ar) gas, HF gas + helium (He) gas, HF gas + F 2 gas.
HFガス以外のクリーニングガスの例としては、弗化塩素(ClF3 )ガス等の蒸気圧の低いガスが挙げられる。 Examples of the cleaning gas other than the HF gas include a gas having a low vapor pressure such as chlorine fluoride (ClF 3 ) gas.
なお、クリーニングステップの処理条件としては、例えば、クリーニングガス:HFガス、処理温度:常温〜70℃、処理圧力:133〜50000Pa、ガス供給流量:HFガス0.5〜5.0slm、マニホールド17や排気管20やクリーニングガス導入ノズル51および原料ガス導入ノズル31等の低温部材の温度は、75〜95℃、好ましくは、80〜95℃が例示される。
また、例えば、クリーニングガス:HFガスおよびN2 ガス、処理温度:常温〜70℃、処理圧力:133〜50000Pa、ガス供給流量:HFガス0.5〜5.0slm、N2 ガス0.1〜10.0slm、マニホールド17や排気管20やクリーニングガス導入ノズル51および原料ガス導入ノズル31等の低温部材の温度は、75〜95℃、好ましくは、80〜95℃が例示される。
これらの処理条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することで、クリーニングがなされる。
The processing conditions of the cleaning step include, for example, cleaning gas: HF gas, processing temperature: normal temperature to 70 ° C., processing pressure: 133 to 50000 Pa, gas supply flow rate: HF gas 0.5 to 5.0 slm, manifold 17 The temperature of the low-temperature members such as the
Further, for example, cleaning gas: HF gas and N 2 gas, processing temperature: normal temperature to 70 ° C., processing pressure: 133 to 50000 Pa, gas supply flow rate: HF gas 0.5 to 5.0 slm, N 2 gas 0.1 The temperature of low-temperature members such as 10.0 slm, the manifold 17, the
Cleaning is performed by keeping these processing conditions constant at certain values within the respective ranges.
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。 According to the embodiment, the following effects can be obtained.
1) HFガスのような表面に吸着し易いガスを含んだクリーニングガスを使用してドライクリーニングを実施した際に、低温部に配置されてクリーニングガスに曝されるマニホールドや排気管やクリーニングガス導入ノズルおよび原料ガス導入ノズル等のCVD装置構成部材の多層吸着による腐食反応を低減することができる。 1) When dry cleaning is performed using a cleaning gas containing a gas that is easily adsorbed on the surface, such as HF gas, a manifold, exhaust pipe, or cleaning gas that is placed in a low temperature area and exposed to the cleaning gas is introduced. Corrosion reaction due to multilayer adsorption of CVD apparatus components such as nozzles and source gas introduction nozzles can be reduced.
2) 多層吸着による腐食反応を低減することにより、マニホールドや排気管やクリーニングガス導入ノズルおよび原料ガス導入ノズル等のCVD装置構成部材の定期的交換の頻度を減少することができるので、メンテナンス性能を向上させることができる。 2) By reducing the corrosion reaction due to multilayer adsorption, the frequency of periodic replacement of CVD equipment components such as manifolds, exhaust pipes, cleaning gas introduction nozzles and source gas introduction nozzles can be reduced, so maintenance performance is improved. Can be improved.
なお、本発明は前記実施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。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It cannot be overemphasized that it can change variously in the range which does not deviate from the summary.
成膜処理はシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を形成する処理に限らず、他の酸化膜や窒化膜、さらには、金属膜および半導体膜(例えば、ポリシリコン膜)等の他のCVD膜を形成する処理であってもよい。 The film formation process is not limited to the process of forming a silicon oxide film or a silicon nitride film, but other oxide films or nitride films, as well as other CVD films such as metal films and semiconductor films (for example, polysilicon films) are formed. It may be a process to do.
CVD装置はバッチ式縦形ホットウオール形減圧CVD装置に限らず、横形ホットウオール形減圧CVD装置等の他のCVD装置であってもよい。 The CVD apparatus is not limited to a batch type vertical hot wall type low pressure CVD apparatus, but may be another CVD apparatus such as a horizontal type hot wall type low pressure CVD apparatus.
本発明に係る半導体装置の製造方法はCVD装置を使用する場合に限らず、酸化膜形成装置や拡散装置およびアニール装置等を使用する場合にも適用することができる。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is not limited to the case of using a CVD apparatus, but can also be applied to the case of using an oxide film forming apparatus, a diffusion apparatus, an annealing apparatus, and the like.
前記実施の形態ではウエハに処理が施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。 In the above embodiment, the case where the wafer is processed has been described. However, the processing target may be a photomask, a printed wiring board, a liquid crystal panel, a compact disk, a magnetic disk, or the like.
1…ウエハ(基板)、10…処理炉、11…ヒータ(加熱機構)、12…ヒータベース、13…プロセスチューブ(反応管)、14…アウタチューブ(外部反応管)、15…インナチューブ(内部反応管)、16…処理室、17…マニホールド、18…Oリング(シール部材)、19…筒状空間、20…排気管、21…圧力センサ(圧力検出器)、22…圧力調整装置、23…真空排気装置、24…圧力制御部、25…シールキャップ(炉口蓋体)、26…Oリング(シール部材)、27…ボートエレベータ、28…回転機構、29…回転軸、30…駆動制御部、31…ノズル(ガス導入部)、32…原料ガス導入ライン、33…MFC(ガス流量制御器)、34…ガス流量制御部、35…温度センサ(温度検出器)、36…温度制御部、37…主制御部、38…コントローラ、40…ボート(基板保持具)、41、42…端板、43…保持柱、44…スロット(保持溝)、45…断熱板(断熱部材)、51…クリーニングガス導入ノズル、52…クリーニングガス導入ライン、53…MFC(ガス流量制御器)、54…ガス流量制御部、60…温度制御部、61〜64…加熱源。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wafer (substrate), 10 ... Processing furnace, 11 ... Heater (heating mechanism), 12 ... Heater base, 13 ... Process tube (reaction tube), 14 ... Outer tube (external reaction tube), 15 ... Inner tube (internal) Reaction tube), 16 ... treatment chamber, 17 ... manifold, 18 ... O-ring (seal member), 19 ... cylindrical space, 20 ... exhaust pipe, 21 ... pressure sensor (pressure detector), 22 ... pressure adjusting device, 23 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Vacuum exhaust apparatus, 24 ... Pressure control part, 25 ... Seal cap (furnace opening cover), 26 ... O-ring (seal member), 27 ... Boat elevator, 28 ... Rotation mechanism, 29 ... Rotating shaft, 30 ... Drive
Claims (2)
前記処理室内に原料ガスを供給して基板上に薄膜を形成するステップと、
薄膜形成後の基板を前記処理室内より搬出するステップと、
前記処理室内にクリーニングガスを供給して前記処理室内に堆積した膜をエッチング反応により除去することで前記処理室内をクリーニングするステップと、を有し、
前記処理室内をクリーニングするステップでは、前記処理室内を前記エッチング反応が生じる程度の第一の温度に加熱するとともに、前記クリーニングガスに晒される部材のうち前記薄膜形成の際に薄膜形成温度よりも低い温度となる低温部材の温度を、前記クリーニングガスが多層吸着しない程度の第二の温度となるようにする半導体装置の製造方法。 Carrying the substrate into the processing chamber;
Supplying a source gas into the processing chamber to form a thin film on the substrate;
Unloading the substrate after thin film formation from the processing chamber;
Cleaning the processing chamber by supplying a cleaning gas into the processing chamber and removing the film deposited in the processing chamber by an etching reaction, and
In the step of cleaning the processing chamber, the processing chamber is heated to a first temperature that causes the etching reaction to occur, and is lower than a thin film formation temperature when forming the thin film among members exposed to the cleaning gas. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a temperature of a low-temperature member that is a temperature is set to a second temperature at which the cleaning gas is not adsorbed in multiple layers.
前記処理室内を加熱するヒータと、
前記処理室内に薄膜を形成するための原料ガスを導入する原料ガス導入ラインと、
前記処理室内に堆積した膜をエッチング反応により除去するためのクリーニングガスを前記処理室内に導入するクリーニングガス導入ラインと、
前記処理室内を排気する排気ラインと、
前記クリーニングガスに晒される部材のうち前記薄膜形成の際に薄膜形成温度よりも低い温度となる低温部材を加熱する加熱源と、
前記処理室内にクリーニングガスを導入しつつ前記処理室内を前記エッチング反応が生じる程度の第一の温度に加熱するよう前記ヒータを制御するとともに、
前記低温部材の温度が、前記クリーニングガスが多層吸着しない程度の第二の温度となるように前記加熱源を制御するコントローラと、
を有する基板処理装置。 A processing chamber for processing the substrate;
A heater for heating the processing chamber;
A source gas introduction line for introducing source gas for forming a thin film in the processing chamber;
A cleaning gas introduction line for introducing a cleaning gas for removing a film deposited in the processing chamber into the processing chamber by an etching reaction;
An exhaust line for exhausting the processing chamber;
A heating source that heats a low-temperature member that is lower in temperature than the thin film formation temperature during the thin film formation among the members exposed to the cleaning gas;
Controlling the heater to heat the processing chamber to a first temperature at which the etching reaction occurs while introducing a cleaning gas into the processing chamber;
A controller for controlling the heating source so that the temperature of the low temperature member is a second temperature at which the cleaning gas is not multilayer adsorbed;
A substrate processing apparatus.
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