JP2009267220A

JP2009267220A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2009267220A
Application number: JP2008117063A
Authority: JP
Inventors: Junya Okuda; 純也奥田
Original assignee: NEC Electronics Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 2008-04-28
Filing date: 2008-04-28
Publication date: 2009-11-12

Abstract

【課題】基板に付着している大気の成分を除去する。
【解決手段】ロードロック室に基板が搬入されると、ロードロック室の中は、まず排気され、その後パージガスが導入されて圧力が上昇する。そしてロードロック室は再び排気される。これにより、基板上に付着している大気の成分は除去される。その後、基板はロードロック室から処理室に搬送され、処理室の中で処理される。基板を処理する工程は、例えば大気に含まれる成分と反応するガスを用いて基板に膜を成膜する工程である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロードロック室を有する半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法に関する。

基板に気相処理を行う半導体製造装置は、基板に気相処理を行う処理室の他に、ロードロック室を有することが多い。ロードロック室は、基板を外部から半導体製造装置に搬入するための室である。ロードロック室は、基板が搬入された後、排気される。その後、基板はロードロック室から処理室に搬送される。
特開２００４−１４６７８１号公報

基板は、ロードロック室に搬入されるまでは大気に晒されているため、表面に大気の成分が付着していることが多い。この付着している成分は、ロードロック室を単純に排気するのみでは除去できなかった。このため、大気の成分と反応するガスを処理室で使用すると、基板の表面に異物が生成することがあった。

本発明によれば、基板が外部から搬入されるロードロック室と、前記基板に気相処理を行う処理室とを備える半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
前記ロードロック室に前記基板を搬入する工程と、
前記ロードロック室を排気する工程と、
前記ロードロック室にパージガスを導入して前記ロードロック室の圧力を上昇させる工程と、
前記ロードロック室を再び排気する工程と、
前記基板を前記ロードロック室から前記処理室に搬送する工程と、
を備える半導体装置の製造方法が提供される。

本発明によれば、前記ロードロック室を排気した後、前記ロードロック室にパージガスを導入して前記ロードロック室の圧力を上昇させている。このため、パージガスの分子運動により、基板に付着している大気の成分を除去することができる。

本発明によれば、基板を処理室に搬送する前に、基板に付着している大気の成分を除去することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１は、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を示すフローチャートであり、図２は図１に示した半導体装置の製造方法に用いられる半導体製造装置の構成を示す図である。この半導体製造装置は、基板１０が外部から搬入されるロードロック室１００と、基板１０に気相処理を行う処理室１４０とを備える。ロードロック室１００に基板が搬入されると、ロードロック室１００の中は、まず排気され、その後パージガスが導入されて圧力が上昇する。そしてロードロック室１００は再び排気される。これにより、基板１０上に付着している大気の成分は除去される。その後、基板１０はロードロック室１００から処理室１４０に搬送され、処理室１４０の中で処理される。

図２に示す半導体製造装置は、さらにゲートバルブ５０，５２，５４、及び搬送室１２０を備える。ゲートバルブ５０は、ロードロック室１００と外部とを繋いでいる。ゲートバルブ５２は、ロードロック室１００と搬送室１２０を繋いでいる。ゲートバルブ５４は、搬送室１２０と処理室１４０を繋いでいる。搬送室１２０の中には、搬送ロボット１２２が位置している。搬送ロボット１２２は、ロードロック室１００の中の未処理の基板１０を処理室１４０に搬送し、また処理室１４０内の処理済の基板１０をロードロック室１００に戻す。

ロードロック室１００内において、基板１０はカセット１０２に複数保持されている。ロードロック室１００内においてカセット１０２は、保持部１０１に保持されている。複数の基板１０は、カセット１０２ごとロードロック室１００に搬入され、かつロードロック室１００から搬出される。

ロードロック室１００には、排気部１０４及びガス導入部１０６が繋がっている。排気部１０４は、真空ポンプを有しており、ロードロック室１００の中を排気する。ガス導入部１０６は、ロードロック室１００にパージガスを導入する。パージガスは、例えばＮ₂ガス、Ａｒガス、又はＨｅガスである。排気部１０４及びガス導入部１０６は、制御部１０８によって制御されている。制御部１０８は、ロードロック室１００に取り付けられた圧力計（図示せず）の測定値に基づいて、排気部１０４及びガス導入部１０６を制御する。また制御部１０８は、ゲートバルブ５０，５２，５４、搬送ロボット１２２、及び処理室１４０の各部分を制御する。

次に、図１及び図３を用いて本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を詳細に説明する。図３は、図１に示した半導体装置の製造方法におけるロードロック室１００の圧力変動を示す図である。まず制御部１０８は、ゲートバルブ５０を開いて、ロードロック室１００の中にカセット１０２を搬入させる（Ｓ１０）。次いで制御部１０８は、排気部１０４を動作させることにより、ロードロック室１００の中を排気する（Ｓ２０）。

ロードロック室１００の中の圧力が所定値（例えば１×１０^-6Ｔｏｒｒ）以下になると、制御部１０８は、排気部１０４の動作を停止する。次いで制御部１０８は、ガス導入部１０６を動作させて、ロードロック室１００の中を所定の圧力まで昇圧する。このときの昇圧速度は、ロードロック室１００の中のパーティクルを舞い上げないように、ある程度ゆっくりした速度になる。また所定の圧力は、好ましくは１気圧超、さらに好ましくは１．５気圧以上である。なお、所定の圧力は、好ましくは２気圧以下である。そして制御部１０８は、ガス導入部１０６の動作を停止して、ロードロック室１００の圧力を一定時間（例えば１２０秒以上１８０秒以下）、所定の圧力に維持する（Ｓ３０）。この一定時間は、半導体装置の生産性と後述する大気の成分の除去効果とのバランスにより定められる。

なお、Ｓ２０及びＳ３０に示した工程は、複数回繰り返して行われても良い。

その後制御部１０８は、排気部１０４を再び動作させ、ロードロック室１００の中を排気する（Ｓ４０）。制御部１０８は、ロードロック室１００の中の圧力が所定値（例えば１×１０^-6Ｔｏｒｒ）以下になると、ゲートバルブ５２，５４、搬送ロボット１２２、及び処理室１４０の各部分を制御して、基板１０の処理を開始する。具体的には、まず搬送ロボット１２２に、カセット１０２が保持する未処理の基板１０を処理室１４０へ搬送させる（Ｓ５０）。次いで、処理室１４０に基板１０を処理させる（Ｓ６０）。ここでの処理は、大気に含まれる成分（例えば酸素）と反応するガス、例えば有機金属ガスを用いて基板に膜を成膜する処理である。次いで、搬送ロボット１２２に、処理済の基板１０を処理室１４０からカセット１０２に戻す（Ｓ７０）。

なお図３の点線で示すように、Ｓ５０〜Ｓ７０において制御部１０８は、ロードロック室１００の中の圧力を、処理室１４０の中の圧力に合わせる。具体的には、制御部１０８は、処理室１４０で行われる処理が減圧で行われる場合はロードロック室１００を減圧状態に維持し、処理室１４０で行われる処理が常圧で行われる場合は、ガス導入部１０６を動作させてロードロック室１００を常圧に戻す。

制御部１０８は、カセット１０２が保持するすべての基板を処理するまで、上記したＳ５０〜Ｓ７０の処理を繰り返す（Ｓ８０）。その後制御部１０８は、排気部１０４の動作を終了して、ガス導入部１０６を動作させてロードロック室１００を大気圧まで昇圧する（Ｓ９０）。そして制御部１０８は、ゲートバルブ５０を開いて、カセット１０２をロードロック室１００から搬出させる（Ｓ１００）。

図４及び図５の各図は、図１のＳ６０で行われる処理の一例を示す断面図である。本図に示す例において、製造される半導体装置は、電流狭窄構造を有する半導体レーザである。

図４（ａ）は、図２に示した半導体製造装置の中に搬入される前の基板１０の断面図である。本図に示す例において、基板１０は、ｎ型のＧａＡｓ基板である。そして基板１０上には、ｎ型クラッド層１２、多重量子井戸構造の活性層１４、ｐ型クラッド層１６、及びキャップ層２２がこの順に積層されている。ｎ型クラッド層１２は、ｎ型ＡｌＧａｌｎＰ膜であり、ｐ型クラッド層１６はｐ型ＡｌＧａｌｎＰ膜である。キャップ層２２はｐ型ＧａＡｓ層である。そして、キャップ層２２の上には、ハードマスクとなる酸化シリコン膜２４が選択的に形成されている。

そして図４（ｂ）に示すように、処理室１４０の中で、酸化シリコン膜２４をマスクとしてエッチングを行う。これにより、キャップ層２２は選択的に除去され、かつｐ型クラッド層１６のうち酸化シリコン膜２４に覆われていない領域は途中まで除去される。

次いで図５（ａ）に示すように、酸化シリコン膜２４を選択成長のマスクとして、電流狭窄層１８，２０を選択的に成長させる。電流狭窄層１８は不純物をドーピングしていないＡｌｌｎＰ膜であり、電流狭窄層２０はｎ型ＧａＡｓ膜である。電流狭窄層１８，２０を形成するときの原料ガスには、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、ホスフィン（ＰＨ₃）、及びアルシン（ＡｓＨ₃）が用いられる。次いで、酸化シリコン膜２４を除去する。

次いで図５（ｂ）に示すように、コンタクト層２６を成膜する。コンタクト層２６は、ｐ型ＧａＡｓ膜である。コンタクト層２６を成膜するとき、原料ガスにはトリメチルガリウム及びアルシンが用いられる。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。本実施形態では、ロードロック室１００の中に基板１０を挿入した後、処理室１４０に基板１０を搬送する前に、ロードロック室１００を排気する工程（図１のＳ２０）とロードロック室１００を昇圧して一定時間保持する工程（図１のＳ３０）をそれぞれ少なくとも１回行っている。このようにロードロック室１００を少なくとも一回昇圧しているため、パージガスの分子運動により基板１０に付着している大気の成分（例えば酸素）が除去される。この効果は、ロードロック室１００の中を昇圧したまま一定時間保持することにより大きくなり、またロードロック室１００の中の圧力を１気圧超、特に１．５気圧以上にすることにより大きくなる。このため、大気の成分と反応するガスを処理室１４０で使用しても、基板１０の表面に異物、例えば絶縁性の異物が生成することを抑制できる。また、ロードロック室１００の中を昇圧したのち再度ロードロック室１００を排気している（図１のＳ４０）ため、基板１０から除去された大気の成分が基板１０に再付着することを抑制できる。

例えば図４及び図５に示した例において、電流狭窄層１８を形成するときにはトリメチルアルミニウムが用いられている。このため、酸化シリコン膜２４上に大気中の酸素が残留していると、この酸素とトリメチルアルミニウムが反応して、酸化シリコン膜２４上に酸化アルミニウムが生成してしまう。この酸化アルミニウムが生成すると、酸化シリコン膜２４をエッチングするときに酸化アルミニウムがマスクとなり、キャップ層２２上に酸化シリコン膜２４が部分的に残ってしまう。この場合、コンタクト層２６から活性層１４に電流が流れにくくなり、半導体レーザの閾値にばらつきを生じさせてしまう。

これに対して本実施形態では、図１のＳ２０及びＳ３０に示した工程を行うことにより、酸化シリコン膜２４上に大気中の酸素が残留することが抑制される。従って、酸化シリコン膜２４上に酸化アルミニウムが生成することが抑制される。

また、ロードロック室１００の中において圧力を変化させるのみでよいため、半導体装置の生産性が低下することを抑制できる。また、制御部１０８が行う制御を変更するのみでよいため、半導体製造装置の改良コストは低い。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。図１に示した半導体装置の製造方法に用いられる半導体製造装置の構成を示す図である。図１に示した半導体装置の製造方法におけるロードロック室１００の圧力変動を示す図である。各図は図１のＳ６０で行われる処理の一例を示す断面図である。各図は図４の次の工程を説明するための断面図である。

符号の説明

１０基板
１２ｎ型クラッド層
１４活性層
１６ｐ型クラッド層
１８電流狭窄層
２０電流狭窄層
２２キャップ層
２４酸化シリコン膜
２６コンタクト層
５０ゲートバルブ
５２ゲートバルブ
５４ゲートバルブ
１００ロードロック室
１０１保持部
１０２カセット
１０４排気部
１０６ガス導入部
１０８制御部
１２０搬送室
１２２搬送ロボット
１４０処理室

Claims

基板が外部から搬入されるロードロック室と、前記基板に気相処理を行う処理室とを備える半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
前記ロードロック室に前記基板を搬入する工程と、
前記ロードロック室を排気する工程と、
前記ロードロック室にパージガスを導入して前記ロードロック室の圧力を上昇させる工程と、
前記ロードロック室を再び排気する工程と、
前記基板を前記ロードロック室から前記処理室に搬送する工程と、
前記処理室の中で前記基板を処理する工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ロードロック室の圧力を上昇させる工程において前記ロードロック室を１気圧超にする半導体装置の製造方法。
請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ロードロック室の圧力を上昇させる工程において前記ロードロック室を１．５気圧以上にする半導体装置の製造方法。
請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
前記ロードロック室の圧力を上昇させる工程と前記ロードロック室を再び排気する工程の間に、前記ロードロック室の圧力を上昇させたまま維持する工程を備える半導体装置の製造方法。
請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
前記基板を処理する工程は、大気に含まれる成分と反応するガスを用いて前記基板に膜を成膜する工程である半導体装置の製造方法。
請求項５に記載の半導体装置の製造方法において、
前記膜を成膜する工程において有機金属ガスを用いる半導体装置の製造方法。
請求項６に記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体装置は半導体レーザを有しており、
前記膜を成膜する工程は前記半導体レーザの電流狭窄層を成膜する工程である半導体装置の製造方法。