JP2012084922A - 半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

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Abstract


【課題】ＡＬＤ法により成膜を行う半導体デバイスの製造方法であって、Ｎａによる基板の汚染を低減できる半導体デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】半導体デバイスの製造方法は、基板を収容する処理室に、第１の処理ガス及び第２の処理ガスを互いに混合させないように、それぞれの処理ガスの供給と排出を交互行って、前記基板の表面に膜を生成する基板処理工程と、前記処理室に前記第１の処理ガス及び前記第２の処理ガスを共に供給して、前記処理室の内壁表面にコーティング膜を形成するコーティング膜形成工程とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体デバイスの製造方法に関し、特に、Ｓｉデバイスなどの半導体デバイスを製造する際に用いられる製造方法に関するものである。
従来のＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法により成膜を行う半導体デバイス製造装置では、ＮＦ３クリーニングなどのメンテナンス後のコーティングは、ＡＬＤ法自体による成膜により行われていた（特許文献１参照）。
国際公開第ＷＯ２００４／０４４９７０号パンフレット
また、ウエハ上への成膜は、ＮＨ３プラズマ発生時３００ＷのＲＦパワーを標準としていた。
しかしながら、この状態では、Ｎａによるウエハ汚染が１×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２を越える大きな値になるという問題があった。
本発明の主な目的は、ＡＬＤ法により成膜を行う半導体デバイスの製造方法であって、Ｎａによる基板の汚染を低減できる半導体デバイス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、
基板を収容する処理室に、第１の処理ガス及び第２の処理ガスを互いに混合させないように、それぞれの処理ガスの供給と排出を交互行って、前記基板の表面に膜を生成する基板処理工程と、
前記処理室に前記第１の処理ガス及び前記第２の処理ガスを共に供給して、前記処理室の内壁表面にコーティング膜を形成するコーティング膜形成工程とを有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法が提供される。
本発明の好ましい実施例にかかる縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面で示した図である。 本発明の好ましい実施例にかかる縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を横断面で示した図である。 ＡＬＤ法によるコーティングとＬＰ−ＣＶＤ法によるコーティングの効果を説明するための図である。 ＡＬＤ法によるコーティングとＬＰ−ＣＶＤ法によるコーティングの効果を説明するための図である。 ＬＰ−ＣＶＤ法によるコーティングのＮａ拡散防止能力を説明するための図である。 本発明の好ましい実施例にかかる縦型の基板処理炉の石英構造を説明するための概略横断面図である。 ＬＰ−ＣＶＤ法によるコーティングの状態を説明するための概略横断面図である。 ＡＬＤ法によるコーティングの状態を説明するための概略横断面図である。 本発明の好ましい実施例に好適に使用される基板処理装置を説明するための概略斜透視図である。
次に、本発明の好ましい実施例を説明する。
まず、本発明の好ましい実施例で好適に用いられる基板処理炉を説明する。
図１は、本実施例で好適に用いられる縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理炉２０２部分を縦断面で示し、図２は本実施例で好適に用いられる縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理炉２０２部分を横断面で示す。
本実施例で用いられる基板処理装置は制御部であるコントローラ２８０を備え、コントローラ２８０により基板処理装置および処理炉を構成する各部の動作等が制御される。
加熱装置（加熱手段）であるヒータ２０７の内側に、基板であるウエハ２００を処理する反応容器として反応管２０３が設けられ、この反応管２０３の下端開口は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、少なくとも、反応管２０３、及びシールキャップ２１９により処理室２０１を形成している。シールキャップ２１９にはボート支持台２１８を介して基板保持部材（基板保持手段）であるボート２１７が立設され、ボート支持台２１８はボートを保持する保持体となっている。そして、ボート２１７は処理室２０１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積載される。ヒータ２０７は処理室２０１に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱する。
処理室２０１へは複数種類、ここでは２種類のガスを供給する供給経路としての２本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂが設けられる。ここでは第１のガス供給管２３２ａからは流量制御装置（流量制御手段）である第１のマスフローコントローラ２４１ａ及び開閉弁である第１のバルブ２４３ａを介し、更に後述する反応管２０３内に形成されたバッファ室２３７を介して処理室２０１に反応ガスが供給される。第１のガス供給管２３２ａの第１のバルブ２４３ａより下流側にはガス供給管３００が連結されており、ガス供給管３００には流量制御装置（流量制御手段）であるマスフローコントローラ３１０及び開閉弁であるバルブ３２０が設けられている。ガス供給管３００からはマスフローコントローラ３１０及びバルブ３２０を介し、更に後述する反応管２０３内に形成されたバッファ室２３７を介して処理室２０１にＮ２等の不活性ガスが供給される。
これに対し、第２のガス供給管２３２ｂからは流量制御装置（流量制御手段）である第２のマスフローコントローラ２４１ｂ、開閉弁である第２のバルブ２４３ｂ、ガス溜め２４７、及び開閉弁である第３のバルブ２４３ｃを介し、更に後述するガス供給部２４９を介して処理室２０１に反応ガスが供給される。第２のガス供給管２３２ｂの第３のバルブ２４３ｃより下流側にはガス供給管４００が連結されており、ガス供給管４００には流量制御装置（流量制御手段）であるマスフローコントローラ４１０及び開閉弁であるバルブ４２０が設けられている。ガス供給管４００からはマスフローコントローラ４１０及びバルブ４２０を介し、更に後述するガス供給部２４９を介して処理室２０１にＮ２等の不活性ガスが供給される。
処理室２０１はガスを排気するガス排気管２３１により第４のバルブ２４３ｄを介して排気装置（排気手段）である真空ポンプ２４６に接続され、真空排気されるようになっている。また、この第４のバルブ２４３ｄは弁を開閉して処理室２０１の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能になっている開閉弁である。
処理室２０１を構成している反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間には、反応管２０３の下部より上部の内壁にウエハ２００の積載方向に沿って、ガス分散空間であるバッファ室２３７が設けられており、そのバッファ室２３７のウエハ２００と隣接する壁の端部にはガスを供給する供給孔である第１のガス供給孔２４８ａが設けられている。この第１のガス供給孔２４８ａは反応管２０３の中心へ向けて開口している。この第１のガス供給孔２４８ａは、下部から上部にわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
そしてバッファ室２３７の第１のガス供給孔２４８ａが設けられた端部と反対側の端部には、ノズル２３３が、やはり反応管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。そしてノズル２３３には複数のガスを供給する供給孔である第２のガス供給孔２４８ｂが設けられている。この第２のガス供給孔２４８ｂの開口面積は、バッファ室２３７と処理室２０１の差圧が小さい場合には、ガスの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良いが、差圧が大きい場合に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良い。
本実施例においては、第２のガス供給孔２４８ｂの開口面積を上流側から下流側にかけて徐々に大きくしている。このように構成することで、第２の各ガス供給孔２４８ｂよりガスの流速の差はあるが、流量はほぼ同量であるガスをバッファ室２３７に噴出させている。
そして、バッファ室２３７内において、各第２のガス供給孔２４８ｂより噴出したガスの粒子速度差が緩和された後、第１のガス供給孔２４８ａより処理室２０１に噴出させている。よって、各第２のガス供給孔２４８ｂより噴出したガスは、各第１のガス供給孔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。
さらに、バッファ室２３７に、細長い構造を有する第１の電極である第１の棒状電極２６９及び第２の電極である第２の棒状電極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、この第１の棒状電極２６９又は第２の棒状電極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。この結果、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間のプラズマ生成領域２２４にプラズマが生成される。
この電極保護管２７５は、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０のそれぞれをバッファ室２３７の雰囲気と隔離した状態でバッファ室２３７に挿入できる構造となっている。ここで、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第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０はヒータ２０７の加熱で酸化されてしまう。そこで、電極保護管２７５の内部は窒素など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第１の棒状電極２６９又は第２の棒状電極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。
さらに、第１のガス供給孔２４８ａの位置より、反応管２０３の内周を１２０°程度回った内壁に、ガス供給部２４９が設けられている。このガス供給部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。
このガス供給部２４９もバッファ室２３７と同様に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第３のガス供給孔２４８ｃを有し、下部では第２のガス供給管２３２ｂが接続されている。
第３のガス供給孔２４８ｃの開口面積はガス供給部２４９内と処理室２０１内の差圧が小さい場合には、ガスの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良いが、差圧が大きい場合に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良い。
本実施例においては、第３のガス供給孔２４８ａの開口面積を上流側から下流側にかけ
て徐々に大きくしている。
反応管２０３内の中央部には複数枚のウエハ２００を多段に同一間隔で載置するボート２１７が設けられており、このボート２１７は図中省略のボートエレベータ機構により反応管２０３に出入りできるようになっている。また処理の均一性を向上する為にボート２１７を回転するための回転装置（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、ボート支持台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２８０は、第１、第２のマスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、マスフローコントローラ３１０、４１０、第１〜第４のバルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、バルブ３２０、４２０、ヒータ２０７、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、図中省略のボート昇降機構、高周波電源２７３、整合器２７２に接続されており、第１、第２のマスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂやマスフローコントローラ３１０、４１０の流量調整、第１〜第３のバルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃやバルブ３２０、４２０の開閉動作、第４のバルブ２４３ｄの開閉及び圧力調整動作、ヒータ２０７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、ボート昇降機構の昇降動作制御、高周波電源２７３の電力供給制御、整合器２７２によるインピーダンス制御が行われる。
次にＡＬＤ法による成膜例について、半導体デバイスの製造工程の一つである、ＤＣＳ及びＮＨ３ガスを用いてＳｉＮ膜を成膜する例で説明する。
ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法の中の１つであるＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる２種類（またはそれ以上）の原料となる処理ガスを１種類ずつ交互に基板上に供給し、１原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。
利用する化学反応は、例えばＳｉＮ（窒化珪素）膜形成の場合ＡＬＤ法ではＤＣＳ（ＳｉＨ２Ｃｌ２、ジクロルシラン）とＮＨ３（アンモニア）を用いて３００〜６００℃の低温で高品質の成膜が可能である。また、ガス供給は、複数種類の反応性ガスを１種類ずつ交互に供給する。そして、膜厚制御は、反応性ガス供給のサイクル数で制御する。（例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、２０Åの膜を形成する場合、処理を２０サイクル行う。）
まず成膜しようとするウエハ２００をボート２１７に装填し、処理室２０１に搬入する。搬入後、次の３つのステップを順次実行する。
（ステップ１）
ステップ１では、プラズマ励起の必要なＮＨ３ガスと、プラズマ励起の必要のないＤＣＳガスとを並行して流す。まず第１のガス供給管２３２ａに設けた第１のバルブ２４３ａ、及びガス排気管２３１に設けた第４のバルブ２４３ｄを共に開けて、第１のガス供給管２３２ａから第１のマスフローコントローラ２４１ａにより流量調整されたＮＨ３ガスをノズル２３３の第２のガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７へ噴出し、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極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ＮＨ３をプラズマ励起し、活性種として処理室２０１に供給しつつガス排気管２３１から排気する。ＮＨ３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、第４のバルブ２４３ｄを適正に調整して処理室２０１内圧力を１０〜１００Ｐａの範囲内の所望の圧力で維持する。第１のマスフローコントローラ２４１ａで制御するＮＨ３の供給流量は１〜１０ｓｌｍの範囲内の所望の流量で供給される。ＮＨ３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２〜１２０秒間の範囲の所望の時間である。このときのヒータ２０７温度はウエハが３００〜６００℃の範囲内の所望の温度になるよう設定してある。ＮＨ３は反応温度が高いため、上記ウエハ温度では反応しないので、プラズマ励起することにより活性種としてから流すようにしており、このためウエハ温度は設定した低い温度範囲のままで行える。
このＮＨ３をプラズマ励起することにより活性種として供給しているとき、第２のガス供給管２３２ｂの上流側の第２のバルブ２４３ｂを開け、下流側の第３のバルブ２４３ｃを閉めて、ＤＣＳも流すようにする。これにより第２、第３のバルブ２４３ｂ、２４３ｃ間に設けたガス溜め２４７にＤＣＳを溜める。このとき、処理室２０１内に流しているガスはＮＨ３をプラズマ励起することにより得られた活性種であり、ＤＣＳは存在しない。したがって、ＮＨ３は気相反応を起こすことはなく、プラズマにより励起され活性種となったＮＨ３はウエハ２００上の下地膜などの表面部分と表面反応（化学吸着）する。また、ステップ１では、ＮＨ３をプラズマ励起することにより活性種として供給している間は、バルブ４２０を開けてＮ２等の不活性ガスをガス供給管４００から処理室２０１に供給し、ＮＨ３がガス供給部２４９に入らないようにしている。
（ステップ２）
ステップ２では、第１のガス供給管２３２ａの第１のバルブ２４３ａとガス供給管４００のバルブ４２０とを閉めて、ＮＨ３と不活性ガスとの供給を止めるが、引続きガス溜め２４７へ供給を継続する。ガス溜め２４７に所定圧、所定量のＤＣＳが溜まったら上流側の第２のバルブ２４３ｂも閉めて、ガス溜め２４７にＤＣＳを閉じ込めておく。また、ガス排気管２３１の第４のバルブ２４３ｄは開いたままにし真空ポンプ２４６により、処理室２０１を２０Ｐａ以下に排気し、残留ＮＨ３を処理室２０１から排除する。また、この時にはバルブ４２０、および、バルブ３２０を開閉して、Ｎ２等の不活性ガスをガス供給管４００、および、ガス供給管３００から処理室２０１に供給、停止を繰り返すと、更に残留ＮＨ３を排除する効果が高まる。ガス溜め２４７内には、圧力が２００００Ｐａ以上になるようにＤＣＳを溜める。また、ガス溜め２４７と処理室２０１との間のコンダクタンスが１．５×１０−３ｍ３／ｓ以上になるように装置を構成する。また、反応管２０３の容積とこれに対する必要なガス溜め２４７の容積との比として考えると、反応管２０３容積１００ｌ（リットル）の場合においては、１００〜３００ｃｃであることが好ましく、容積比としてはガス溜め２４７は反応室容積の１／１０００〜３／１０００倍とすることが好ましい。
（ステップ３）
ステップ３では、処理室２０１の排気が終わったらガス排気管２３１の第４のバルブ２４３ｄを閉じて排気を止める。第２のガス供給管２３２ｂの下流側の第３のバルブ２４３ｃを開く。これによりガス溜め２４７に溜められたＤＣＳが処理室２０１に一気に供給される。このときガス排気管２３１の第４のバルブ２４３ｄが閉じられているので、処理室２０１内の圧力は急激に上昇して約９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）まで昇圧される。ＤＣＳを供給するための時間は２〜４秒設定し、その後上昇した圧力雰囲気中に晒す時間を２〜４秒に設定し、合計６秒とした。このときのウエハ温度はＮＨ３の供給時と同じく、３００〜６００℃の範囲内の所望の温度で維持される。ＤＣＳの供給により、ウエハ２００の表面に化学吸着したＮＨ３とＤＣＳとが表面反応（化学吸着）して、ウエハ２００上にＳｉＮ膜が成膜される。ステップ３では、ＤＣＳを処理室２０１に供給している間は、バルブ３２０を開けてＮ２等の不活性ガスをガス供給管３００から処理室２０１に供給し、ＤＣＳがバッファ室２３７に入らないようにしている。成膜後、第３のバルブ２４３ｃとバルブ３２０とを閉じ、第４のバルブ２４３ｄを開けて処理室２０１を真空排気し、残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを排除する。また、この時にはバルブ４２０、および、バルブ３２０を開閉して、Ｎ２等の不活性ガスをガス供給管４００、および、ガス供給管３００から処理室２０１に供給、停止を繰り返すと、更に残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを処理室２０１から排除する効果が高まる。また第２のバルブ２４３ｂを開いてガス溜め２４７へのＤＣＳの供給を開始する。
上記ステップ１〜３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ＳｉＮ膜を成膜する。
ＡＬＤ装置では、ガスはウエハ２００の表面部分に化学吸着する。このガスの吸着量は、ガスの圧力、及びガスの暴露時間に比例する。よって、希望する一定量のガスを、短時間で吸着させるためには、ガスの圧力を短時間で大きくする必要がある。この点で、本実施例では、第４のバルブ２４３ｄを閉めたうえで、ガス溜め２４７内に溜めたＤＣＳを瞬間的に供給しているので、処理室２０１内のＤＣＳの圧力を急激に上げることができ、希望する一定量のガスを瞬間的に吸着させることができる。
また、本実施例では、ガス溜め２４７にＤＣＳを溜めている間に、ＡＬＤ法で必要なステップであるＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより活性種として供給、及び処理室２０１の排気をしているので、ＤＣＳを溜めるための特別なステップを必要としない。また、処理室２０１内を排気してＮＨ３ガスを除去しているからＤＣＳを流すので、両者はウエハ２００に向かう途中で反応しない。供給されたＤＣＳは、ウエハ２００に吸着しているＮＨ３とのみ有効に反応させることができる。
本実施例では、図１、図２に示した基板処理装置で使用している反応管２０３、バッファ室２３７、ガス供給部２４９等は石英製である。
ＡＬＤ法によりウエハ２００へのＳｉＮ（窒化珪素）膜の形成は、以上のようにして行う。一方、ＡＬＤ法により反応管２０３等の石英部材にコーティングを行う場合には、ボート２１７にウエハ２００を搭載しない状態で行うが、ガスの供給等の点は、ウエハ２００へのＳｉＮ（窒化珪素）膜の形成の場合と同様である。
また、ＣＶＤ法により反応管２０３等の石英部材にコーティングを行う場合には、ＮＨ３をバッファ室２３７から、ＤＣＳガスをガス供給部２４９から同時に供給して行う（図６Ｂ参照）。ボート２１７にはウエハ２００を搭載しない状態で行う。
上記のコーティングは、反応管２０３等石英部材を交換したときや、ＮＦ３等のガスによりクリーニング処理を実施した後に行う。クリーニングを行う場合には、例えば、ＮＦ３等のクリーニングガスをガス供給部２４９から、Ｎ２等の不活性ガスをバッファ室２３７から同時に供給する。不活性ガスをバッファ室２３７から供給するのは、クリーニングガスがバッファ室２３７に流入するのを防止するためである。そしてクリーニング処理を実行した後は、反応管２０３等の石英部材に上記のＡＬＤ法又はＣＶＤ法、もしくは両者を組み合わせてコーティングを行い、その後に上記のＡＬＤ法によるＳｉＮ膜の形成を行う。
本実施例では、ＡＬＤ法によりＳｉＮ膜の成膜を行う基板処理装置において、Ｎａによるウエハの汚染を低減するため、次のような前処理および成膜条件に変更を行った。
（１）ＬＰ−ＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition）法により反応管２０３等の石英部材表面をコーティングする。
（２）ＡＬＤ成膜時におけるＮＨ３プラズマを発生時、ＲＦｐｏｗｅｒを１００以下、より好ましくは、５０Ｗ以下と小さくする。
これらにより、Ｎａによるｗａｆｅｒの汚染が５×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２前後、もしくは、それを下回る値にすることができた。
なお、ＬＰ−ＣＶＤ法によるコーティングの一例を挙げれば次のとおりである。
コーティング温度は６００〜７６０℃であり、圧力は１０〜１００Ｐａであり、ＮＨ３流量は５００〜３，０００ｓｃｃｍ、ＤＣＳ流量５０〜３００ｓｃｃｍ、時間１〜３時間であって、それぞれの範囲内の所望の値で設定、維持される。
また、ＡＬＤ成膜の一例を挙げれば次のとおりである。
成膜温度は３００〜６００℃である。ＮＨ３供給ステップでは、圧力１０〜２００Ｐａ、ＮＨ３流量１，０００〜１０，０００ｓｃｃｍ、時間２〜１２０秒であり、ＤＣＳ供給ステップでは、圧力７００〜３５００Ｐａ、ＤＣＳ流量５００〜２，０００ｓｃｃｍ、時間１〜２０秒であって、それぞれの範囲内の所望の値で設定、維持される。
Ｎａ汚染は、長期間、装置、石英部材を使用しても枯れることはなかった。そのためＮａ汚染の要因は、反応管２０３等の石英部材の外部にあると考えられた。そこで、ＬＰ−ＣＶＤ法による表面コーティングの効果を確認した。その結果、ＬＰＣＶＤ法によるコーティングで若干のＮａ汚染低減が期待できるデータを得られた。一方、ＡＬＤ法よるコーティングでは、低減効果は小さい（図３参照）。
その後、さらなる改善効果を得るために、さまざまな実験検証を行った。その中でＡＬＤ成膜時のＲＦｐｏｗｅｒを小さくすることにより、Ｎａ汚染低減が期待できるデータを得られた（図４のＲＦ５０Ｗ（１）参照）。
しかしながら、ＮＦ３によるクリーニングを行った後、再検証を行ったところ、ＡＬＤ成膜時のＲＦｐｏｗｅｒを小さくしただけでは、Ｎａ汚染量が低くならないことがわかった（図４のＲＦ５０Ｗ（２）参照）。
データを詳細に解析したところ、上記ＬＰ−ＣＶＤ法によるコーティングによる前処理とＡＬＤ成膜時にＲＦｐｏｗｅｒを小さくすることを併用する条件にて、Ｎａ汚染量が低くなっていることが見出され、再実験の結果、２つの組み合わせが有効であることが確かめられた（図４のＲＦ５０Ｗ（３）参照）。
これらの結果から、Ｎａ汚染混入のメカニズムと、上記方法による混入防止のメカニズムを推定すると、次のように思われる。
（１）Ｎａは石英部材中を拡散しやすく、Ｎａは石英部材の外から拡散、混入する。
（２）コーティング膜中などのＮａは、イオン、もしくはそれに近い形で存在する。Ｎａ拡散は、電気的作用により促進されると思われる。そのため、ＲＦｐｏｗｅｒを小さくすることによって、Ｎａ拡散を小さくすることができる。
（３）ＡＬＤ法によるコーティングでは、プラズマを使用するのでＮａを引き寄せ、その成膜中に膜自身にＮａを取り込みやすい。一度、膜中に取り込まれたＮａは、拡散Ｐａｔｈを生成すると思われる。これに対し、ＬＰ−ＣＶＤ法によるコーティングでは、プラズマを使用しないのでＮａを引き寄せることはなく、膜自身にＮａを含まないのでＮａ拡散防止能力が高い（図５参照）。
（４）ＡＬＤ法によるコーティングでは、ガスの混合がないためにＲＦ電極２６９、２７０の周辺部の石英部材までコーティングが行われないと思われる（図６Ｃ参照）。一方、ＬＰ−ＣＶＤ法によるコーティングは、ＤＣＳ（ＳｉＨ２Ｃｌ２）＋ＮＨ３の混合ガスが、ＲＦ電極２６９、２７０の周辺部の石英部材まで到達し、バッファ室２３７の内部までコーティングが行われるため、特に効果が高まると思われる（図６Ｂ参照）。
これらの作用により、Ｎａの汚染量が低減されたと思われる。
以上のように、本発明の好ましい実施例では、ＡＬＤ法によりＳｉＮ膜の成膜を行う半導体デバイス製造装置において、Ｎａによるウエハの汚染を低減することができる。
本発明を実施するための最良の形態において、基板処理装置は、一例として、半導体装置（ＩＣ）の製造方法における処理工程を実施する半導体製造装置として構成されている。尚、以下の説明では、基板処理装置として基板に酸化、拡散処理やＣＶＤ処理などを行なう縦型の装置（以下、単に処理装置という）を適用した場合について述べる。図７は、本発明に適用される処理装置の斜透視図として示されている。
図７に示されているように、シリコン等からなるウエハ（基板）２００を収納したウエハキャリアとしてのカセット１１０が使用されている本発明の処理装置１０１は、筐体１１１を備えている。筐体１１１の正面壁１１１ａの下方にはメンテナンス可能なように設けられた開口部としての正面メンテナンス口１０３が開設され、この正面メンテナンス口１０３を開閉する正面メンテナンス扉１０４が建て付けられている。メンテナンス扉１０４には、カセット搬入搬出口（基板収容器搬入搬出口）１１２が筐体１１１内外を連通するように開設されており、カセット搬入搬出口１１２はフロントシャッタ（基板収容器搬入搬出口開閉機構）１１３によって開閉されるようになっている。カセット搬入搬出口１１２の筐体１１１内側にはカセットステージ（基板収容器受渡し台）１１４が設置されている。カセット１１０はカセットステージ１１４上に工程内搬送装置（図示せず）によって搬入され、かつまた、カセットステージ１１４上から搬出されるようになっている。カセットステージ１１４は、工程内搬送装置によって、カセット１１０内のウエハ２００が垂直姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。カセットステージ１１４は、カセット１１０を筐体後方に右回り縦方向９０°回転し、カセット１１０内のウエハ２００が水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が筐体後方を向くように動作可能となるよう構成されている。
筐体１１１内の前後方向の略中央部には、カセット棚（基板収容器載置棚）１０５が設置されており、カセット棚１０５は複数段複数列にて複数個のカセット１１０を保管するように構成されている。カセット棚１０５にはウエハ移載機構１２５の搬送対象となるカセット１１０が収納される移載棚１２３が設けられている。また、カセットステージ１１４の上方には予備カセット棚１０７が設けられ、予備的にカセット１１０を保管するように構成されている。
カセットステージ１１４とカセット棚１０５との間には、カセット搬送装置（基板収容器搬送装置）１１８が設置されている。カセット搬送装置１１８は、カセット１１０を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ（基板収容器昇降機構）１１８ａと搬送機構としてのカセット搬送機構（基板収容器搬送機構）１１８ｂとで構成されており、カセットエレベータ１１８ａとカセット搬送機構１１８ｂとの連続動作により、カセットステージ１１４、カセット棚１０５、予備カセット棚１０７との間で、カセット１１０を搬送するように構成されている。
カセット棚１０５の後方には、ウエハ移載機構（基板移載機構）１２５が設置されており、ウエハ移載機構１２５は、ウエハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置（基板移載装置）１２５ａおよびウエハ移載装置１２５ａを昇降させるためのウエハ移載装置エレベータ（基板移載装置昇降機構）１２５ｂとで構成されている。ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂは、耐圧筐体１１１の右側端部に設置されている。これら、ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂおよびウエハ移載装置１２５ａの連続動作により、ウエハ移載装置１２５ａのツイーザ（基板保持体）１２５ｃをウエハ２００の載置部として、ボート（基板保持具）２１７に対してウエハ２００を装填（チャージング）および脱装（ディスチャージング）するように構成されている。
筐体１１１の後部上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端部は、炉口シャッタ（炉口開閉機構）１４７により開閉されるように構成されている。処理炉２０２の下方にはボート２１７を処理炉２０２に昇降させる昇降機構としてのボートエレベータ（基板保持具昇降機構）１１５が設けられ、ボートエレベータ１１５の昇降台に連結された連結具としてのアーム１２８には蓋体としてのシールキャップ２１９が水平に据え付けられており、シールキャップ２１９はボート２１７を垂直に支持し、処理炉２０２の下端部を閉塞可能なように構成されている。
ボート２１７は複数本の保持部材を備えており、複数枚（例えば、５０枚〜１５０枚程度）のウエハ２００をその中心を揃えて垂直方向に整列させた状態で、それぞれ水平に保持するように構成されている。
図７に示されているように、カセット棚１０５の上方には、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを供給するよう供給ファン及び防塵フィルタで構成されたクリーンユニット１３４ａが設けられておりクリーンエア１３３を前記筐体１１１の内部に流通させるように構成されている。
また、図７に模式的に示されているように、ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂおよびボートエレベータ１１５側と反対側である筐体１１１の左側端部には、クリーンエアを供給するよう供給フアンおよび防塵フィルタで構成されたクリーンユニット１３４ｂが設置されており、クリーンユニット１３４ｂから吹き出されたクリーンエアは、ウエハ移載装置１２５ａ、ボート２１７を流通した後に、図示しない排気装置に吸い込まれて、筐体１１１の外部に排気されるようになっている。
次に、本発明の処理装置の動作について説明する。
図７に示されているように、カセット１１０がカセットステージ１１４に供給されるに先立って、カセット搬入搬出口１１２がフロントシャッタ１１３によって開放される。その後、カセット１１０はカセット搬入搬出口１１２から搬入され、カセットステージ１１４の上にウエハ２００が垂直姿勢であって、カセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。その後、カセット１１０は、カセットステージ１１４によって、カセット１１０内のウエハ２００が水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が筐体後方を向けるように、筐体後方に右周り縦方向９０°回転させられる。
次に、カセット１１０は、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７の指定された棚位置へカセット搬送装置１１８によって自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７からカセット搬送装置１１８によって移載棚１２３に移載されるか、もしくは直接移載棚１２３に搬送される。
カセット１１０が移載棚１２３に移載されると、ウエハ２００はカセット１１０からウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによってウエハ出し入れ口を通じてピックアップされ、移載室１２４の後方にあるボート２１７に装填（チャージング）される。ボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載装置１２５ａはカセット１１０に戻り、次のウエハ２００をボート２１７に装填する。
予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填されると、炉口シャッタ１４７によって閉じられていた処理炉２０２の下端部が、炉口シャッタ１４７によって、開放される。続いて、ウエハ２００群を保持したボート２１７はシールキャップ２１９がボートエレベータ１１５によって上昇されることにより、処理炉２０２内へ搬入（ローディング）されて行く。
ローディング後は、処理炉２０２にてウエハ２００に任意の処理が実施される。
処理後は、上述の逆の手順で、ウエハ２００およびカセット１１０は筐体１１１の外部へ払出される。
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明の好ましい実施例によれば、 基板を収容する処理室に、第１の処理ガス及び第２の処理ガスを互いに混合させないように、それぞれの処理ガスの供給と排出を交互行って、前記基板の表面に膜を生成する基板処理工程と、
前記処理室に前記第１の処理ガス及び前記第２の処理ガスを共に供給して、前記処理室の内壁表面にコーティング膜を形成するコーティング膜形成工程とを有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法が提供される。
本発明の他の好ましい実施例によれば、
石英から成る反応管によって区画され、基板を処理する空間を提供する処理空間と、
前記反応管の内壁に設けられ、前記処理空間と区画されるバッファ空間と、
前記バッファ空間の内側に設けられる電極であって、前記第１の処理ガスをプラズマ励起する際に使用され、高周波電圧が印加される前記電極と、
前記処理空間を加熱する加熱部材と、
前記処理空間に少なくとも第１と第２の処理ガスを供給するガス供給部材と、
前記処理空間の雰囲気を排出する排出部材と、
少なくとも前記電極、加熱部材、ガス供給部材および排出部材を制御する制御部材であって、前記基板に所望の膜を生成する際は、プラズマを生成させかつ前記処理空間を第１の温度に加熱するとともに、前記処理空間内で前記第１と第２の処理ガスを混合させないように、それぞれの処理ガスの供給と排出を交互に複数回繰り返すように制御し、前記処理空間の内壁表面に所望の膜をコーティングする際は、プラズマは生成させずに前記処理空間を前記第１の温度より高い第２の温度に加熱するとともに、前記第１と第２の処理ガスを共に前記処理空間へ供給するように制御する前記制御部材と、
を備え、
前記第１の処理ガスは、前記バッファ空間を通って前記処理空間へ供給され、
前記コーティング膜は、前記バッファ空間の内壁表面にも生成される第１の基板処理装置が提供される。
本発明の他の好ましい実施例によれば、
基板を処理する空間を提供する処理空間と、
前記処理空間を加熱する加熱部材と、
前記処理空間に少なくとも第１と第２の処理ガスを供給するガス供給部材と、
前記処理空間の雰囲気を排出する排出部材と、
少なくとも前記ガス供給部材と排出部材を制御する制御部材であって、前記基板に所望の膜を生成する際は、前記処理空間内で前記第１と第２の処理ガスを混合させないように、それぞれの処理ガスの供給と排出を交互に複数回繰り返すように制御し、前記処理空間の内壁表面に所望の膜をコーティングする際は、前記第１と第２の処理ガスを共に前記処理空間へ供給するように制御する前記制御部材と、
を備える第２の基板処理装置が提供される。
好ましくは、第２の基板処理装置において、
前記処理空間は石英から成る反応管によって区画され、
前記反応管の内壁には、前記処理空間と区画されるバッファ空間が設けられ、
前記第１の処理ガスは、前記バッファ空間を通って前記処理空間へ供給され、
前記コーティング膜は、前記バッファ空間の内壁表面にも生成される第３の基板処理装置が提供される。
より好ましくは、第３の基板処理装置において、
前記バッファ空間の内側には、前記第１の処理ガスをプラズマ励起する際に使用され、高周波電圧が印加される電極が設けられ、
前記基板に所望の膜を生成する際は、前記電極によりプラズマを生成させ、
前記処理空間の内壁表面に前記コーティング膜を生成する際には、前記電極にてプラズマは生成させない第４の基板処理装置が提供される。
更に好ましくは、第４の基板処理装置において、
前記加熱部材は、前記基板に所望の膜を生成する際には、前記処理空間を第１の温度に加熱し、
前記処理空間の内壁表面に前記コーティング膜を生成する際には、前記処理空間を前記第１の温度より高い第２の温度に加熱する第５の基板処理装置が提供される。
最も好ましくは、第４の基板処理装置において、
前記電極は細長い構造を有する２本の電極から構成され、
前記基板に所望の膜を生成する際には、前記電極に５０Ｗの高周波電力が印加される第６の基板処理装置が提供される。
また、好ましくは、第２の基板処理装置において、
前記ガス供給部材は、前記第１と第２の処理ガスをそれぞれ独立して供給するガス供給系を備え、
前記基板に所望の膜を生成する際と、前記処理空間の内壁表面に前記コーティング膜を生成する際は、前記第１と第２の処理ガスは同じガス供給系から前記処理空間へ供給される第７の基板処理装置が提供される。
また、好ましくは、第２の基板処理装置において、
前記処理空間の内壁表面への所望の膜のコーティングは、前記処理空間へクリーニングガスを供給して行われるクリーニング処理が実行された後であって、前記基板に所望の膜を生成する処理の前に実施される第８の基板処理装置が提供される。
本発明の他の好ましい実施例によれば、
基板を処理する空間を提供する処理空間と、
前記処理空間を加熱する加熱部と、
前記処理空間に第１の処理ガスを供給する第１のガス供給部と、
前記処理空間に第２の処理ガスを供給する第２のガス供給部と、
前記処理空間の雰囲気を排出する排出部と、
少なくとも前記加熱部、第１と第２のガス供給部および排出部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記基板が前記処理空間に収容されている際は、前記第１の処理ガスと前記第２の処理ガスとが前記処理空間に共に供給されないように、前記第１のガス供給部と前記第２のガス供給部とのうちいずれか一方のガス供給部から前記第１の処理ガス又は前記第２の処理ガスを供給している間は、他方のガス供給部から不活性ガスを供給し、
前記基板が前記処理空間に収容されていない際は、前記第１のガス供給部から前記第１の処理ガスを、前記第２のガス供給部から前記第２の処理ガスを前記処理空間に共に供給するように制御する第９の基板処理装置が提供される。
明細書、特許請求の範囲、図面および要約書を含む２００６年３月２８日提出の日本国特許出願２００６−０８８１９２号の開示内容全体は、本国際出願で指定した指定国、又は選択した選択国の国内法令の許す限り、そのまま引用してここに組み込まれる。
種々の典型的な実施例を示しかつ説明してきたが、本発明はそれらの実施例に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の請求の範囲によってのみ限定されるものである。
以上説明したように、本発明の好ましい実施例によれば、Ｎａによる基板の汚染を低減できる。その結果、本発明は、ＡＬＤ法により成膜を行う基板処理装置に特に好適に利用できる。
１０１ 処理装置
２００ ウエハ
２０１ 処理室
２０２ 処理炉
２０３ 反応管
２０７ ヒータ
２１７ ボート
２１８ ボート支持台
２１９ シールキャップ
２２０ リング
２２４ プラズマ生成領域
２３１ ガス排気管
２３２ａ ガス供給管
２３２ｂ ガス供給管
２３３ ノズル
２３７ バッファ室
２４１ａ マスフローコントローラ
２４１ｂ マスフローコントローラ
２４３ａ バルブ
２４３ｂ バルブ
２４３ｃ バルブ
２４３ｄ バルブ
２４６ 真空ポンプ
２４８ａ ガス供給孔
２４８ｂ ガス供給孔
２４８ｃ ガス供給孔
２４９ ガス供給部
２６７ ボート回転機構
２６９ 棒状電極
２７０ 棒状電極
２７２ 整合器
２７３ 高周波電源
２７５ 電極保護管
２８０ コントローラ
３００ ガス供給管
３１０ マスフローコントローラ
３２０ バルブ
４００ ガス供給管
４１０ マスフローコントローラ
４２０ バルブ

Claims (1)

  1. 基板を収容する処理室に、第１の処理ガス及びプラズマ励起された第２の処理ガスを互いに混合させないように、それぞれの処理ガスの供給と排出を交互行って、前記基板の表面に膜を生成する基板処理工程と、
    前記処理室に前記第１の処理ガス及びプラズマ励起されていない状態の前記第２の処理ガスを共に供給して、前記処理室の内壁表面にコーティング膜を形成するコーティング膜形成工程とを有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
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