JP2010280945A

JP2010280945A - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2010280945A
Application number: JP2009134695A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Kyoda; 昌幸経田
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2009-06-04
Filing date: 2009-06-04
Publication date: 2010-12-16

Abstract

【課題】クリーニングを原因とする腐食を防止することができる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】処理室内に複数の原料を供給して基板の表面に膜を形成する膜形成工程と、前記処理室内にフッ素を含むクリーニングガスを供給して前記処理室内をクリーニングするクリーニング工程と、を有し、前記クリーニング工程は、前記処理室内を第１の温度で所定時間加熱する第１の加熱工程と、前記第１の温度から第２の温度まで昇温する昇温工程と、前記処理室内を前記第２の温度で所定時間加熱する第２の加熱工程と、を含み、前記第１の温度及び前記第２の温度は５００℃から７００℃のそれぞれ所定温度である。
【選択図】図７

Description

本発明は、基板に対して成膜処理を行う半導体装置の製造方法に関する。

基板処理装置の一例として、半導体製造装置があり、さらに半導体製造装置の一例として、バッチ式縦型成膜装置が知られている。

この種の処理装置では、例えば基板の処理原料の一つとしてアミン類を選択し、その処理ガスを処理容器に供給してその内部で流通させることにより、処理容器内に収容された基板に対し、低温での成膜を実現することが可能である。アミン類としては、ＴＤＭＡＴ（テトラキスジメチルアミノチタン）やＴＥＭＡＨ（テトラキスエチルメチルアミノハフニウム）等を使用することができ、ＴｉＮ（窒化チタン）やＨｆＯ_２（酸化ハフニウム）といった窒化膜や酸化膜等の膜を形成することができる。

一般に、上記処理装置において、基板を処理する間は、基板処理室及び排気管を加熱するバッチ式縦型成膜装置であっても、基板処理室及び排気管のクリーニングが実施されている間は排気管の温度を低下させている。クリーニングガスによる排気管の腐食を抑制するためである。
特許文献１は、加熱手段によって、反応管２０３内を加熱してウエハ２００を処理する基板処理装置であって、ＮＨ_３ガスノズル３０１にＮＦ_３ガスを導入し、少なくともＮＨ_３ガスノズル３０１に付着した膜の除去を行う構成を開示する。

特開２００５−１６７０２７号公報

ＴｉＮを成膜する場合、反応管に異物が堆積するのを防止するために、三弗化窒素（ＮＦ_３）のような弗素原子（Ｆ）を含有したガスを用いたクリーニングが実施されている。このとき、クリーニングと同時に、副生成物としてＴｉＦ_４（四弗化チタン）やＦ_２（弗素）が発生してしまう。また、ＮＦ_３では、温度の低い部分でのエッチング速度が遅く、時間がかかるといった問題がある。また、ＴｉＦ_４の昇華温度は常圧下で２８４℃と高温であるため、副生成物は装置の排気配管に溜まり易い。更に、装置内に残ったＴｉＦ_４は、大気の水分と反応してＨＦを発生させ、結果として装置の腐食を引き起こす。ここで、例えば反応室を１３３０Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）程度の圧力にし、排気配管等を１５０℃程度に加熱すれば付着は抑えられるものの、大量にＴｉＦ_４が発生した場合は濃度が上がる為、付着を防ぐことは困難である。

本発明の目的は、クリーニングを原因とする腐食を防止することができる半導体装置の製造方法を提供することにある。

本発明の一態様によれば、処理室内に複数の原料を供給して基板の表面に膜を形成する膜形成工程と、前記処理室内にフッ素を含むクリーニングガスを供給して前記処理室内をクリーニングするクリーニング工程と、を有し、前記クリーニング工程は、前記処理室内を第１の温度で所定時間加熱する第１の加熱工程と、前記第１の温度から第２の温度まで昇温する昇温工程と、前記処理室内を前記第２の温度で所定時間加熱する第２の加熱工程と、を含み、前記第１の温度及び前記第２の温度は５００℃から７００℃のそれぞれ所定温度である半導体装置の製造方法が提供される。

本発明によれば、クリーニングを原因とする腐食を防止することができる半導体装置の製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係るバッチ式縦型成膜装置の処理炉を示す縦断面図である。本発明の実施形態に係るバッチ式縦型成膜装置の処理炉の概略横断面図である。本発明の実施形態に係るバッチ式縦型成膜装置を示す斜視図である。本発明の実施形態に係るバッチ式縦型成膜装置を示す縦断面図である。処理室温度と反応管下部加熱部温度との関係を示した図である。クリーニング温度とＴｉＮ膜のエッチング速度との関係を示した図である。クリーニング中の反応管温度の推移を示した図である。

以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。

本実施形態において、本発明に係る半導体製造装置は、構造による分類に従えばバッチ式縦型成膜装置に構成されており、機能による分類に従えばＡＬＤ（ATOMIC LAYER DEPOSITION ）装置に構成されている。

図１および図２に示されているように、本実施形態に係る半導体製造装置（以下、ＡＬＤ装置という。）は、処理炉２０２を備えており、処理炉２０２は石英製の反応管２０３を備えている。反応管２０３は基板であるウエハ２００を収容し、処理する反応容器を構成している。反応管２０３は加熱手段であるヒータ２０７の内側に設けられている。反応管２０３は下端開口を蓋体であるシールキャップ２１９により、気密部材であるＯリング２２０を介して気密に閉塞される。
反応管２０３およびヒータ２０７の外側には断熱部材２０８が設けられている。断熱部材２０８はヒータ２０７の上方端を覆うように設けられている。
反応管２０３の下部の外側には、加熱手段であるヒータ２５０（反応管下部加熱部）が設けられている。
ヒータ２０７、断熱部材２０８、反応管２０３およびシールキャップ２１９は、処理炉２０２を形成している。また、反応管２０３、シールキャップ２１９および反応管２０３内に形成されたバッファ室２３７は、基板処理室２０１を形成している。シールキャップ２１９には基板保持手段であるボート２１７が石英キャップ２１８を介して立設されている。石英キャップ２１８はボート２１７を保持する保持体を構成している。ボート２１７は処理炉２０２に挿入される。ボート２１７にはバッチ処理される複数のウエハ２００が水平姿勢で管軸方向に多段に垂直方向に積載される。ヒータ２０７は処理炉２０２に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱する。ヒータ２５０は低温になり易い反応管２０３の下部を所定の温度に加熱する。

処理炉２０２には複数（少なくとも２本）のガス供給管２３２ａ、２３２ｂが設けられている。２本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂは、互いに反応しあう少なくとも二種類の処理ガスを、交互に処理炉２０２に供給し、かつそれらの処理ガスが独立して供給される供給管を構成している。

ガス供給管２３２ａは、第一のガス供給源２４０ａから、第一の反応ガスを基板処理室２０１に、流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１ａ、開閉弁であるバルブ２４３ａおよび反応管２０３内に形成されたバッファ室２３７を介して供給する。

ガス供給管２３２ｂは、第二のガス供給源２４０ｂから、第二の反応ガスを基板処理室２０１に、流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１ｂ、開閉弁であるバルブ２４３ｂおよびガス供給部２４９を介して供給する。

また、ガス供給管２３２ｂの上流には、ガス供給管３３１が接続されている。ガス供給管３３１は、上流側から、第一のパージガス供給源３３７、流量制御手段であるマスフローコントローラ３３２および開閉弁であるバルブ３３３が設けられている。
ガス供給管２３２ａの上流には、ガス供給管３３４が接続されている。ガス供給管３３４には、上流側から、第二のパージガス供給源３３８、流量制御手段であるマスフローコントローラ３３５および開閉弁であるバルブ３３６が設けられている。

ガス供給管２３２ａおよびガス供給管２３２ｂには、クリーニングガス供給管２３２ｃが、バルブ２４３ｃおよびバルブ２４３ｄの下流側にそれぞれ接続されている。クリーニングガス供給管２３２ｃには、第三のガス（クリーニングガス）供給源２４０ｃ、流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１ｃおよび開閉弁であるバルブ２４３ｃ、２４３ｄが上流側からこの順に設けられている。
ガス供給管２３２ｃはクリーニングガスを基板処理室２０１に、流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１ｃ、開閉弁であるバルブ２４３ｃ、バッファ室２３７およびガス供給部２４９を介して供給する。

反応副生成物の付着を防ぐために、３本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃには、少なくとも１２０℃程度まで加熱可能な配管ヒータ（図示せず）が装着されている。

基板処理室２０１にはガスを排気する排気管であるガス排気管２３１の一端が接続されている。ガス排気管２３１の他端は排気手段である真空ポンプ２４６（排気制御部）にバルブ２４３ｄを介して接続されている。ガス排気管２３１は複数の排気管をつなぎ合わせて一つの排気管としており、つなぎ合わせた箇所にはOリング２３４が設けられている。基板処理室２０１内は真空ポンプ２４６によって排気される。
なお、バルブ２４３ｄは弁を開閉して基板処理室２０１の排気および排気停止を行なうことができ、かつまた、弁開度を調節して圧力を調整することができる開閉弁である。ここでは、真空ポンプ２４６及びバルブ２４３ｄを排気制御部と呼ぶ。
反応副生成物の付着を防ぐために、ガス排気管２３１には少なくとも１５０℃以上に加熱可能なヒータ２４７（排気管加熱部）が装着されている。ヒータ２４７はコントローラ３２１によって制御される。

反応管２０３内壁とウエハ２００との間の円弧状の空間には、バッファ室２３７が設けられている。バッファ室２３７は反応管２０３下部より上部の内壁にウエハ２００の積載方向に沿って敷設されており、ガス分散空間を形成している。
バッファ室２３７のウエハ２００と隣接する内側壁端部近傍には、ガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ａが設けられている。ガス供給孔２４８ａは反応管２０３の中心へ向けて開口している。ガス供給孔２４８ａは、ウエハ２００の積載方向に沿って下部から上部に所定の長さにわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、同じ開口ピッチで設けられている。

バッファ室２３７のガス供給孔２４８ａと反対側端部近傍には、ノズル２３３が反応管２０３の下部より上部にわたりウエハ２００の積載方向に沿って配設されている。ノズル２３３にはガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ｂが複数設けられている。
複数のガス供給孔２４８ｂはガス供給孔２４８ａの場合と同じ所定の長さにわたってウエハ２００の積載方向に沿って配設されている。複数のガス供給孔２４８ｂと複数のガス供給孔２４８ａとはそれぞれ１対１で対応している。

ガス供給孔２４８ｂの開口面積は、バッファ室２３７と処理炉２０２の差圧が小さい場合、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとすることが良い。
しかし、差圧が大きい場合、ガス供給孔２４８ｂの開口面積は、上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくするとよい。

上流側から下流にかけて、ガス供給孔２４８ｂの開口面積や開口ピッチを調節することで、各ガス供給孔２４８ｂから噴出されるガスを、略同流量として噴出させることができる。各ガス供給孔２４８ｂから噴出するガスをバッファ室２３７に噴出させて一旦導入し、ガスの流速差の均一化を行うことができる。

すなわち、バッファ室２３７において、各ガス供給孔２４８ｂより噴出したガスはバッファ室２３７で各ガスの粒子速度が緩和された後、ガス供給孔２４８ａより基板処理室２０１に噴出する。この間に、各ガス供給孔２４８ｂより噴出したガスが各ガス供給孔２４８ａより噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとすることができる。

バッファ室２３７には細長い構造を有する棒状電極２６９および棒状電極２７０が、上部より下部にわたって電極を保護する保護管である電極保護管２７５に保護されて配設されている。棒状電極２６９または棒状電極２７０のいずれか一方は整合器２７２を介して高周波電源２７３に接続され、他方は基準電位であるアースに接続されている。高周波電源にパワーをかけることで、棒状電極２６９および棒状電極２７０間のプラズマ生成領域２２４に供給されたガスがプラズマ化される。

電極保護管２７５は棒状電極２６９および棒状電極２７０をバッファ室２３７の雰囲気と隔離した状態でバッファ室２３７にそれぞれ挿入可能な構造となっている。
ところで、電極保護管２７５の内部は外気（大気）と同一雰囲気であると、電極保護管２７５にそれぞれ挿入された棒状電極２６９および棒状電極２７０は、ヒータ２０７の加熱によって酸化されてしまう。
そこで、電極保護管２７５の内部は窒素等の不活性ガスを充填あるいはパージし、酸素濃度を充分低く抑えて棒状電極２６９または棒状電極２７０の酸化を防止するための不活性ガスパージ機構が設けられる。

ガス供給孔２４８ａの位置から反応管２０３の内周を１２０度程度回った内壁には、ガスを供給するノズル（ガス供給部）２３３とは独立した構造となるガス供給部２４９が設けられている。ガス供給部２４９は、ＡＬＤ法による成膜において、ウエハ２００へ、複数種類のガスを１種類ずつ交互に供給する際に、バッファ室２３７とガス供給種を分担する供給部である。

ガス供給部２４９も複数のガス供給孔２４８ｃを有する。バッファ室２３７と同様に、ガス供給孔２４８ｃはウエハと隣接する位置に同一ピッチでガスを供給する供給孔である。ガス供給部２４９の下部にはガス供給管２３２ｂが接続されている。

ガス供給孔２４８ｃの開口面積は、バッファ室２３７と基板処理室２０１の差圧が小さい場合、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとするとよい。
しかし、差圧が大きい場合、ガス供給孔２４８ｃの開口面積を、上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくするとよい。

反応管２０３内の中央部にはボート２１７が設けられており、ボート２１７は複数枚のウエハ２００を多段に同一間隔で鉛直方向に載置する。ボート２１７は図３及び４に記載のボートエレベータ機構１２１により反応管２０３に出入りできるように構成される。図３、４の説明は、後述する。
処理の均一性を向上するために、ボート２１７を回転するための回転手段であるボート回転機構２６７が設けてあり、ボート回転機構２６７を回転することにより、石英キャップ２１８に保持されたボート２１７を回転するようになっている。

制御手段であるコントローラ３２１は、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、３３２、３３５、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、３３３、３３６、ヒータ２０７、２４７、２５０、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、ボートエレベータ１２１、高周波電源２７３、整合器２７２等、各構成に接続されている。
コントローラ３２１はマスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、３３２、３３５の流量調整、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、３３３、３３６の開閉動作、バルブ２４３ｄの開閉および圧力調整動作、ヒータ２０７、２４７、２５０の温度調節、真空ポンプ２４６の起動・停止、ボート回転機構２６７の回転速度調節、ボートエレベータ１２１の昇降動作制御、高周波電極２７３の電力供給制御、整合器２７２によるインピーダンス制御等、各構成の制御を行なう。

次に、ＡＬＤ法による成膜方法を、処理ガスであるＴＤＭＡＴおよびＮＨ₃ガスを用いてＴｉＮ膜を成膜する例について説明する。ＡＬＤ法は、互いに反応しあう少なくとも二つの処理ガスを交互に処理室内に供給して、処理室内の基板表面に所望の膜を成膜する方法である。

まず、成膜しようとするウエハ２００をボート２１７に装填し、ボートエレベータ１２１が、処理炉２０２に搬入する。搬入後、次のＡＬＤステップであるステップ１〜４を順次実行する。

［ステップ１］
ステップ１では、ガス供給管２３２ｂに設けたバルブ２４３ｂおよびガス排気管２３１に設けたバルブ２４３ｄを共に開けて、ガス供給管２３２ｂからマスフローコントローラ２４１ｂにより流量調整されたＴＤＭＡＴをガス供給部２４９のガス供給孔２４８ｃから基板処理室２０１に供給しつつ、ガス排気管２３１から排気する。
ＴＤＭＡＴを流すときは、バルブ２４３ｄを適正に調整し、基板処理室２０１内圧力を２０〜６５Ｐａとする。マスフローコントローラ２４１ｂで制御するＴＤＭＡＴ供給流量は、０．２〜０．４g/min である。ＴＤＭＡＴにウエハ２００を晒す時間は、１０〜６０秒間である。このときのヒータ２０７の温度はウエハが１５０〜２００℃になるよう設定している。
ＴＤＭＡＴを流すことにより、ウエハ２００表面にＴＤＭＡＴが化学吸着する。

また、ＴＤＭＡＴを流す間、ヒータ２４７（排気管加熱部）は、ガス排気管２３１及びＯリング２３４を加熱する。例えば、ガス排気管２３１が１２０℃程度となるよう、ヒータ２４７を制御する。Ｏリング２３４は、そもそも温度が低いと有機金属材料（ここではＴＤＭＡＴ）と付着しやすい性質を持っている。Ｏリング２３４に有機金属材料が付着した場合、後述するステップ２から４において、有機金属材料が反応室に入り込む可能性がり、その結果膜質が悪くなったり、不純物が生成される可能性がある。そこで、有機金属材料により基板を処理している間は、ヒータ２４７を加熱し、Ｏリングに有機金属材料が付着しないようにする。例えばＴＤＭＡＴは、１２０℃未満で付着しやすいので、ヒータ２４７は、ガス排気管２３１を１２０℃以上の温度に加熱する。

その後、バルブ２４３ｂを閉じ、バルブ２４３ｄを開けたままとして基板処理室２０１を真空排気し、残留するＴＤＭＡＴの成膜に寄与した後のガスを排気する。

［ステップ２］
ステップ２では、基板処理室２０１の排気が完了した後、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｄは開いたままにし、真空ポンプ２４６により基板処理室２０１を排気しつつ、バルブ３３３を開けて、ガス供給管３３１から水素（Ｈ₂）ガスを供給して基板処理室２０１内の水素パージを行う。このとき、マスフローコントローラ３３２で制御するＨ₂の供給流量は５００〜２０００ｓｃｃｍである。また、バルブ２４３ｄを適正に調整して基板処理室２０１内圧力を２０〜６５Ｐａとする。水素パージの時間は１０〜６０秒間である。
この水素パージにより、下地膜と化学結合していたＴＤＭＡＴの結合手が変化して水素パージ前とは異なる種類の反応サイトを形成する。
その後、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｄは開いたままにしガス供給管３３１のバルブ３３３を閉じて、真空ポンプ２４６により、基板処理室２０１を５〜１０Ｐａ以下に排気し、残留水素を基板処理室２０１から排除する。

［ステップ３］
ステップ３では、基板処理室２０１の排気が終わったら、ガス排気管２３１に設けたバルブ２４３ｄを開けたままにして、ガス供給管２３２ａに設けたバルブ２４３ａを開けて、ガス供給管２３２ａからマスフローコントローラ２４１ａにより流量調整されたアンモニア（ＮＨ₃）ガスをノズル２３３のガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７へ噴出し、棒状電極２６９および棒状電極２７０間に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加してアンモニアをプラズマ励起し、活性種として基板処理室２０１に供給しつつガス排気管２３１から排気する。

アンモニアガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、バルブ２４３ｄを適正に調整して基板処理室２０１内圧力を２０〜６５Ｐａとする。マスフローコントローラ２４１ａで制御するアンモニアの供給流量は３０００〜５０００ｓｃｃｍである。アンモニアをプラズマ励起することにより得られた活性種にウエハ２００を晒す時間は、１０〜６０秒間である。このときのヒータ２０７の温度はウエハが１５０〜２００℃になるよう設定してある。
アンモニアガスをプラズマ励起することによる活性種の供給により、ＴＤＭＡＴの供給およびその後のＨ₂パージにより形成された反応サイトにこの活性種が化学吸着し、Ｔｉ（チタン原子）−Ｎ（窒素原子）の結合を形成する。
その後、ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａを閉めて、アンモニアの供給を止める。ガス排気管２３１のバルブ２４３ｄは開いたままにし、真空ポンプ２４６により、基板処理室２０１を５〜１０Ｐａ以下に排気し、残留アンモニアを基板処理室２０１から排気する。

［ステップ４］
ステップ４では、基板処理室２０１の排気が終わったらガス排気管２３１のバルブ２４３ｄは開いたままにし、真空ポンプ２４６により基板処理室２０１を排気しつつ、バルブ３３６を開けて、ガス供給管３３４から水素ガスを供給して基板処理室２０１内の水素パージを行う。このとき、マスフローコントローラ３３５で制御する水素の供給流量は３０００〜７０００ｓｃｃｍである。また、バルブ２４３ｄを適正に調整して基板処理室２０１内圧力を２０〜６５Ｐａとする。水素パージの時間は１０〜６０秒間である。
その後、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｄは開いたままにしガス供給管３３４のバルブ３３６を閉じて、真空ポンプ２４６により、基板処理室２０１を５〜１０Ｐａ以下に排気し、残留水素を基板処理室２０１から排気する。

上記ステップ１から４を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことにより、ウエハ上に所定膜厚のＴｉＮ（窒化チタン）膜を成膜する。

ＡＬＤステップの間、即ちステップ１から４においては、ヒータ２４７（排気管加熱部）は、ガス排気管２３１が所定の温度以上に維持するよう、連続してガス排気管２３１を加熱し続けることが望ましい。
ステップ２から３において、ヒータ２４７を停止し、加熱を停止した場合、一度停止し再度加熱しようとすると再度所定の温度に加熱するには時間がかかり、その結果スループットが低下してしまうためである。
そこで、ステップ１からステップ４の間、常にヒータ２４７が、ガス排気管２３１を加熱するよう制御を行なう。

ところで、以上の成膜ステップの実施に際しては、処理炉２０２の反応ガスとの接触表面にも窒化チタン膜が堆積してしまう。この堆積膜の厚さが一定以上（例えば3000オングストロング）になると、膜剥離が生じるために、ウエハ２００上での異物発生の要因となってしまう。
そこで、本実施形態においては、堆積膜が剥離する厚さになる前や、所定のサイクル回数に達する（ステップ１から４の処理が所定の回数に到達）と、クリーニングステップを実施する。

しかしながら、クリーニングにＮＦ_３（三弗化窒素）を用いた場合に、ＮＦ_３では温度の低い部分でのエッチング速度が遅く、時間が掛かるといった問題がある。
処理室２０１内において、温度の低い部分として反応管２０３の下部が挙げられる。
図５は、処理室２０１内の温度と反応管下部加熱部であるヒータ２５０の温度との相関図である。
通常、反応管下部加熱部であるヒータ２５０は１５０℃に温度制御されるが、処理室２０１内の温度を上げることで、余熱によりヒータ２５０の温度も上昇する。ヒータ２５０の温度は、例えば処理室２０１内の温度が５００℃のときは約２２０℃、６００℃で約３１０℃となる。
図６は、クリーニングガスとしてＮＦ_３ガスを用いた場合のクリーニング温度とエッチング速度との関係を示し、クリーニング温度が５００℃の場合のエッチング速度を１とした比率を縦軸として示している。
これにより、クリーニング温度である反応管下部の温度が２００℃と３００℃とでは約２０倍の反応速度の違いがあることが分かる。しかし、反応管下部の温度を３００℃とするには、処理室２０１内の温度を６００℃とする必要がある。

ＴｉＮ膜とＮＦ_３とのクリーニングでは、副生成物としてＴｉＦ_４（四弗化チタン）が発生する。化学反応式は下記のとおりである。

ＴｉＦ_４の昇華温度は常圧下で２８４℃と高温であるため、副生成物は装置の排気配管に溜まり易い。更に、装置内に残ったＴｉＦ_４は、大気中の水分と反応してＨＦを発生させ、結果として装置の腐食を引き起こす。
すなわち、例えば１３３０Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）程度の反応室圧力では、排気配管等を１５０℃程度に加熱すれば付着は抑えられるものの、大量にＴｉＦ_４が発生した場合は濃度があがる為、付着を防ぐことは困難である。
図５及び図６より、反応管下部の反応管内壁に付着したＴｉＮ膜の除去には、処理室２０１内を６００℃、反応管下部を３００℃まで上げたいところだが、ＴｉＦ_４の発生量が反応管温度５００℃比で約２０倍となる為、ＴｉＦ_４の付着を考慮すると反応管温度を６００℃で昇温し続けることは困難である。ここで、成膜温度及びクリーニング温度は、ヒータ２０７を任意の温度で制御することで目的の温度に調整される。本説明ではヒータ２０７で任意の温度に制御された状態の温度を反応管温度とする。

このＴｉＦ_４の急激な発生を抑制し、装置内部に付着することを防止するために、下記クリーニングステップを実施する。
図７は、本実施の形態であるクリーニングステップにおける反応管温度の推移を示す。
以下に、ＮＦ₃ガスを処理炉２０２内に供給し、付着した堆積膜を除去するクリーニングステップについて説明する。

基板処理室２０１内の温度を例えば１００℃の待機時温度からヒータ２０７によって例えば第１の温度である５００℃（低温クリーニング温度）まで昇温する。
処理室内の温度が５００℃に達したらクリーニングを開始する。すなわち、バルブ２４３ｃ、２４３ｄを開き、クリーニングガスとしてのＮＦ₃をクリーニングガス供給管２３２ｃからバッファ室２３７およびガス供給部２４９を経由して基板処理室２０１内に供給する。
処理室内を５００℃に保った状態でクリーニングを実施し、しばらくしてから例えば０．１〜３０℃／minの昇温速度で例えば第２の温度である７００℃（高温クリーニング温度）まで昇温する。昇温はクリーニングガスを供給しながら行うとよい。
処理室内を７００℃に保った状態でクリーニングを実施し、クリーニング終了後は、待機時温度まで降温する。

なお、本実施形態においては、低温クリーニング温度を保った状態後に昇温を行っているが、クリーニング開始直後から、例えば１℃〜１０℃／minと低速の昇温速度で高温クリーニング温度に昇温してもよい。

以上、処理室内の温度をクリーニング開始時には温度を下げ、クリーニングを実施しながら昇温して目標温度にすることで、ＴｉＦ_４の急激的な発生を抑制しながらクリーニングすることができる。

クリーニングステップの所定処理時間が経過したら、クリーニングガス供給を止め、処理炉２０２内のシーズニングを行ない、ＡＬＤステップ（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。

クリーニングステップは、前述のＡＬＤステップに引き続き、ヒータ２４７、ヒータ２５０を加熱し続けることが望ましい。
ＡＬＤステップの後、ヒータ２４７、ヒータ２５０を停止し、加熱を停止した場合、再度所定の温度に加熱しようとすると所定の温度に到達するための時間がかり、その結果スループットが低下してしまうためである。
そこで、ＡＬＤステップからクリーニングステップの間、常にヒータ２４７がガス排気管２３１を、ヒータ２５０が反応管２０３の下部を加熱するよう制御する。

次に、図３、図４を参照して、本実施形態に係るＡＬＤ装置の基板処理装置を概略的に説明する。

筐体１０１内部の前面側にはカセットステージ１０５が設けられている。カセットステージ１０５は図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカセット１００の授受を行う保持具授受部材を構成している。
カセットステージ１０５の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ１１５が設けられ、カセットエレベータ１１５には搬送手段としてのカセット移載機１１４が取りつけられている。
カセットエレベータ１１５の後側には、カセット１００の載置手段としてのカセット棚１０９が設けられるとともに、カセットステージ１０５の上方にも予備カセット棚１１０が設けられている。予備カセット棚１１０の上方にはクリーンユニット１１８が設けられている。クリーンユニット１１８はクリーンエアを筐体１０１の内部を流通させる。

筐体１０１の後部上方には処理炉２０２が設けられ、処理炉２０２の下方にはボートエレベータ１２１が設けられている。ボートエレベータ１２１はウエハ２００を水平姿勢で多段に保持する基板保持手段としてのボート２１７を処理炉２０２に昇降させる。
ボートエレベータ１２１には昇降部材１２２が取り付けられており、昇降部材１２２の先端部には蓋体としてのシールキャップ２１９が取り付けられている。シールキャップ２１９はボート２１７を垂直に支持している。
ボートエレベータ１２１とカセット棚１０９との間には昇降手段としての移載エレベータ１１３が設けられ、移載エレベータ１１３には搬送手段としてのウエハ移載機１１２が取りつけられている。ボートエレベータ１２１の横には、開閉機構を持ち処理炉２０２の下側を気密に閉塞する閉塞手段としての炉口シャッタ１１６が設けられている。

ウエハ２００が装填されたカセット１００は、図示しない外部搬送装置からカセットステージ１０５にウエハ２００が上向き姿勢で搬入され、ウエハ２００が水平姿勢となるようカセットステージ１０５で９０度回転させられる。
さらに、カセット１００は、カセットエレベータ１１５の昇降動作、横行動作およびカセット移載機１１４の進退動作、回転動作の協働によりカセットステージ１０５からカセット棚１０９または予備カセット棚１１０に搬送される。

カセット棚１０９にはウエハ移載機１１２の搬送対象となるカセット１００が収納される移載棚１２３があり、ウエハ２００が移載に供されるカセット１００はカセットエレベータ１１５、カセット移載機１１４により移載棚１２３に移載される。
カセット１００が移載棚１２３に移載されると、ウエハ移載機１１２の進退動作、回転動作および移載エレベータ１１３の昇降動作の協働により移載棚１２３から降下状態のボート２１７にウエハ２００を移載する。

ボート２１７に所定枚数のウエハ２００が移載されると、ボートエレベータ１２１によりボート２１７が処理炉２０２に挿入され、シールキャップ２１９により処理炉２０２が気密に閉塞される。気密に閉塞された処理炉２０２内ではウエハ２００が加熱されると共に、処理ガスが処理炉２０２内に供給され、ウエハ２００に処理がなされる。

ウエハ２００への処理が完了すると、ウエハ２００は上記した作動の逆の手順により、ボート２１７から移載棚１２３のカセット１００に移載され、カセット１００はカセット移載機１１４により移載棚１２３からカセットステージ１０５に移載され、図示しない外部搬送装置により筐体１０１の外部に搬出される。
ボート２１７が降下状態の際に、炉口シャッタ１１６は処理炉２０２の下面を気密に閉塞し、外気が処理炉２０２内に巻き込まれるのを防止している。
なお、カセット移載機１１４等の搬送動作は、搬送制御手段１２４により制御される。

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。

例えば、クリーニングガスとしては、三弗化窒素（ＮＦ_３）ガスを使用するに限らず、Ｃ_２Ｆ_６ガス、Ｃ_３Ｆ_６ガス、Ｃ_３Ｆ_８ガス、ＣＯＦ_２ガス等を使用してもよい。

また、ＡＬＤ法による成膜方法を、処理ガスであるＴＤＭＡＴ（テトラキス・ジメチルアミノ・チタニウム）およびＮＨ₃ガスを用いてＴｉＮ膜を成膜する例について説明したが、これに限らず、Ｔｉ原料である例えばＴＤＥＡＴ（テトラキス・ジエチルアミノ・チタニウム）、ＴＥＭＡＴ（テトラキス・エチルメチルアミノ）、四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）とＮＨ_３ガスを用いて成膜する場合にも適用することができる。

また、クリーニング中は、０〜２００℃の範囲で炉内温度を変化させる。

また、前記実施形態においては、ＡＬＤ法を実施するバッチ式縦型成膜装置について説明したが、枚葉型装置等にも適用することができる。

２００ウエハ
２０１基板処理室
２０２処理炉
２０３反応管
２０７ヒータ
２３１ガス排気管
２３２ａ、２３２ｂガス供給管
２３２ｃクリーニングガス供給管
２３３ノズル
２４６真空ポンプ
２４７ヒータ（排気管加熱部）
２５０ヒータ（反応管下部加熱部）
３２１コントローラ

Claims

処理室内に複数の原料を供給して基板の表面に膜を形成する膜形成工程と、
前記処理室内にフッ素を含むクリーニングガスを供給して前記処理室内をクリーニングするクリーニング工程と、を有し、
前記クリーニング工程は、前記処理室内を第１の温度で所定時間加熱する第１の加熱工程と、
前記第１の温度から第２の温度まで昇温する昇温工程と、
前記処理室内を前記第２の温度で所定時間加熱する第２の加熱工程と、を含み、
前記第１の温度及び前記第２の温度は５００℃から７００℃のそれぞれ所定温度である半導体デバイスの製造方法。