JP2014056961A - 反応管、基板処理装置、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の基板を積層して収容する筒状の反応管であって、筒部と、前記筒部の上面を覆うように設けられた天井部と、を有し、前記天井部の内形がほぼ平坦であって、前記天井部の外形の最大直径が前記筒部の外形の最大直径より大きい反応管。
【選択図】図3
Description
また、図9(b)に示されているように、プラズマ発生構造429を有する反応管203を用いる場合には、反応管203内にバッファ室423が設けられている為、このバッファ室423を形成するバッファ室壁424上部の空間で淀みが生じ易く、TOP領域のガス均一性不良を引き起こしている。
ここで、バッファ室423を有する反応管203(プラズマによるガス励起を行う反応管)では、バッファ室423を設けることにより、バッファ室423の上に段差が生じてしまい、天板211と天井部602との間がガスの吹き溜まりになってしまう。これが、積層されたウエハ200の面間及び面内均一性悪化の原因となっている。
本実施形態に係る基板処理装置を使用して、基板上にTiN膜を形成する例について説明する。
複数枚(100枚)のウエハ200をボート217に装填(ウエハチャージ)する。
続いて、炉口シャッタ(図示せず)を開ける。複数枚のウエハ200を支持したボート217は、ボートエレベータ115によって持ち上げられて処理室201内に搬入(ボートロード)される。この状態で、シールキャップ219はOリング220を介して反応管203の下端をシールした状態となる。その後、ボート217をボート駆動機構267により回転させ、ウエハ200を回転させる。
その後、APCバルブ243を開いて真空ポンプ246により処理室201内が所望の圧力(真空度)となるように真空引きし、ヒータ207に電力を供給する加熱用電源250を制御して処理室201内を200℃〜600℃の範囲内の温度であって例えば300℃となるような温度に昇温し、ウエハ200の温度が300℃に達して温度等が安定したら、処理室201内の温度を300℃に保持した状態で次のステップを順次実行する。この際、処理室201内の圧力は、圧力センサ245で測定され、この測定された圧力に基づきAPCバルブ243の開度がフィードバック制御される(圧力調整)。また、処理室201内が所望の温度となるようにヒータ207によって加熱される。この際、処理室201内が所望の温度となるように、温度センサ263が検出した温度情報に基づき加熱用電源250からヒータ207への電力供給具合がフィードバック制御される(温度調整)。
(Ti含有ガス供給工程S105)
Ti含有ガス供給工程S105では、TiCl4ガスをガス供給系301のガス供給管310よりノズル410のガス供給孔411を介して処理室201内にTi含有ガスとしてのTiCl4ガスを供給する。具体的には、バルブ612を閉じ、バルブ314、513を開けることにより、キャリアガスと共に、ガス供給管310から気化器315内で気化させたTiCl4ガスの処理室201内への供給を開始する。このとき、APCバルブ243の開度を調整して、処理室201内の圧力を10Pa以上100Pa以下の範囲内の圧力であって、例えば40Paに維持する。TiCl4の供給流量は、例えば1g/min以上10g/min以下の範囲内の供給流量とする。TiCl4ガスの供給時間は、例えば1秒以上10秒以下の範囲内の供給時間とする。所定時間が経過したら、バルブ314を閉じバルブ610を開け、TiCl4ガスの供給を停止する。
バルブ314を閉じ、処理室201内へのTiCl4ガスの供給を停止した後は、APCバルブ243を開けて処理室201内の圧力が例えば10Pa以下になるように排気し、処理室201内に残留しているTiCl4ガスや反応生成物等を排除する。このときN2等の不活性ガスを、キャリアガス供給管510、520からそれぞれ処理室201内に供給してパージすると、処理室201内から残留ガスを排除する効果をさらに高めることができる。所定時間経過後、バルブ513、523を閉じてガス除去工程S106を終了する。
次に、NH3をガス供給系302のガス供給管320よりノズル420のガス供給孔421を介してバッファ室423内に供給する。このとき、棒状電極471および棒状電極472間に高周波電源270から整合器271を介して高周波電力を印加することで、バッファ室423内に供給されたNH3ガスはプラズマ励起され、活性種としてガス供給孔425から処理室201内に供給されつつガス排気管231から排気される。
バルブ323を閉じ、処理室201内へのNH3ガスの供給を停止した後は、APCバルブ243を開けて処理室201内の圧力が例えば10Pa以下になるように排気し、処理室201内に残留しているNH3ガスや反応生成物等を排除する。このときN2等の不活性ガスを、キャリアガス供給管510、520からそれぞれ処理室201内に供給してパージすると、処理室201内から残留ガスを排除する効果をさらに高めることができる。所定時間経過後、バルブ513、523を閉じてガス除去工程S108を終了する。
所定膜厚のTiN膜を形成する成膜処理がなされると、N2等の不活性ガスを処理室201内へ供給しつつ排気することで処理室201内を不活性ガスでパージする(ガスパージ)。なお、ガスパージは、残留ガスを除去したのち、APCバルブ243を閉じ、バルブ513、523を開いて行うN2等の不活性ガスの処理室201内への供給と、その後、バルブ513、523を閉じてN2等の不活性ガスの処理室201内への供給を停止すると共に、APCバルブ243を開いて行う処理室201内の真空引きとを繰り返して行うことが好ましい。
その後、ボート回転機構267を止め、ボート217の回転を止める。その後、バルブ513、523を開いて処理室201内の雰囲気をN2等の不活性ガスで置換し(不活性ガス置換)、処理室201内の圧力を常圧に復帰する(大気圧復帰)。
その後、ボートエレベータ115によりシールキャップ219を下降して、反応管203の下端を開口するとともに、処理済ウエハ200がボート217に支持された状態で反応管203の下端から処理室201の外部に搬出(ボートアンロード)する。その後、反応管203の下端を炉口シャッタ147で閉じる。その後、真空ポンプ246を止める。その後、処理済ウエハ200はボート217より取出される(ウエハディスチャージ)。これにより1回の成膜処理(バッチ処理)が終了する。
次に、本実施形態に係る基板処理装置を使用して、基板上にSiO2膜(シリコン酸化膜)を形成する例について説明する。
基板装填工程S201、基板搬入工程S202、圧力調整工程S203、温度調整工程S204の各工程は、上述の実施形態の各工程S101〜S104と同様の手順にて行う。
(Si含有ガス供給工程S205)
Si含有ガス供給工程S205では、ガス供給系301のガス供給管310よりノズル410のガス供給孔411を介して処理室201内にSi含有ガスとしてのSi2Cl6ガスを供給する。具体的には、バルブ612を閉じ、バルブ314、513を開けることにより、キャリアガスと共に、ガス供給管310から気化器315内で気化させたSi2Cl6ガスの処理室201内への供給を開始する。このとき、APCバルブ243の開度を調整して、処理室201内の圧力を10Pa以上200Pa以下の範囲内の圧力であって、例えば50Paに維持する。Si2Cl6の供給流量は、例えば0.1g/min以上0.5g/min以下の範囲内の供給流量とする。Si2Cl6ガスの供給時間は、例えば1秒以上10秒以下の範囲内の供給時間とする。所定時間が経過したら、バルブ314を閉じバルブ610を開け、Si2Cl6ガスの供給を停止する。
バルブ314を閉じ、処理室201内へのSi2Cl6ガスの供給を停止した後は、APCバルブ243を開けて処理室201内の圧力が例えば10Pa以下になるように排気し、処理室201内に残留しているSi2Cl6ガスや反応生成物等を排除する。このときN2等の不活性ガスを、キャリアガス供給管510、520からそれぞれ処理室201内に供給してパージすると、処理室201内から残留ガスを排除する効果をさらに高めることができる。所定時間経過後、バルブ513、523を閉じてガス除去工程S206を終了する。
次に、O2をガス供給系302のガス供給管320よりノズル420のガス供給孔421を介してバッファ室423内に供給する。このとき、棒状電極471および棒状電極472間に高周波電源270から整合器271を介して高周波電力を印加することで、バッファ室423内に供給されたO2ガスはプラズマ励起され、活性種としてガス供給孔425から処理室201内に供給されつつガス排気管231から排気される。
バルブ323を閉じ、処理室201内へのO2ガスの供給を停止した後は、APCバルブ243を開けて処理室201内の圧力が例えば10Pa以下になるように排気し、処理室201内に残留しているO2ガスや反応生成物等を排除する。このときN2等の不活性ガスを、キャリアガス供給管510、520からそれぞれ処理室201内に供給してパージすると、処理室201内から残留ガスを排除する効果をさらに高めることができる。所定時間経過後、バルブ513、523を閉じてガス除去工程S208を終了する。
パージ工程S209、大気圧復帰工程S210、基板搬出工程S211、基板取出工程S212の各工程は、上述の実施形態の各工程S109〜S112と同様の手順にて行う。
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
複数の基板を積層して収容する筒状の反応管であって、
筒部と、
前記筒部の上面を覆うように設けられた天井部と、を有し、
前記天井部の内形がほぼ平坦であって、前記天井部の外形の最大直径が前記筒部の外形の最大直径より大きい反応管。
好ましくは、前記反応管内に、前記基板を処理する処理室と、前記処理室と区画され電極を収容するバッファ室と、を有する。
複数の基板を積層して収容する筒状の反応管と、
前記反応管内で前記基板を処理する処理室と、
前記処理室内に前記基板の積層方向に沿って立設され、前記処理室内に処理ガスを供給するノズルを有する処理ガス供給系と、
前記処理室内に前記処理ガスを供給して前記基板を処理するよう前記処理ガス供給系を制御する制御部と、を有し、
前記反応管は、筒部と、前記筒部の上面を覆うように設けられた天井部を有し、
前記天井部の内形がほぼ平坦であって、前記天井部の外形の最大直径が前記筒部の外形の最大直径より大きい基板処理装置。
複数の基板を積層して収容する筒状の反応管と、
前記反応管内で前記基板を処理する処理室と、
前記処理室と区画されたバッファ室と、
前記バッファ室内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記バッファ室内に電極を備えるプラズマ生成部と、
前記電極に電圧を印加することによりプラズマ励起された前記処理ガスを前記処理室内に供給して前記基板を処理するよう前記処理ガス供給系、前記プラズマ生成部を制御する制御部と、を有し、
前記反応管は、筒部と、前記筒部の上面を覆うように設けられた天井部を有し、
前記天井部の内形がほぼ平坦であって、前記天井部の外形の最大直径が前記筒部の外形の最大直径より大きい基板処理装置。
好ましくは、前記基板を所定の間隔で積層された状態で保持して前記反応管内に収容する基板保持部材をさらに有し、前記反応管の天井部の内面と、前記基板保持部材の上面との間の距離は、前記積層された基板間の距離の2倍以下である。
好ましくは、前記天井部の外形の天頂部が平坦である。
好ましくは、前記天井部の外形の天頂部が曲率を有する。
筒部と、前記筒部の上面を覆うように設けられた天井部を有し、前記天井部の内形がほぼ平坦であって、前記天井部の外形の最大直径が前記筒部の外形の最大直径より大きい筒状の反応管に、複数の基板を積層して搬入する工程と、
前記反応管内に処理ガスを供給して前記基板を処理する工程と、
前記反応管から前記基板を搬出する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
好ましくは、前記天井部は、フラット形状とする。
好ましくは、前記天井部の外形は、前記筒部よりも大きく、前記天井部の内形は前記筒部と同じであり、前記天井部の厚みは前記筒部の厚み以上に厚くする。
201 処理室
202 処理炉
203 反応管
211 天板
212 支柱
217 ボート(基板保持部材)
280 コントローラ(制御部)
301 第1のガス供給系
302 第2のガス供給系
423 バッファ室
424 バッファ室壁
425 ガス供給孔
429 プラズマ発生構造
600 筒部
602 天井部
603 天頂部
Claims (5)
- 複数の基板を積層して収容する筒状の反応管であって、
筒部と、
前記筒部の上面を覆うように設けられた天井部と、を有し、
前記天井部の内形がほぼ平坦であって、前記天井部の外形の最大直径が前記筒部の外形の最大直径より大きい反応管。 - 前記反応管内に、前記基板を処理する処理室と、前記処理室と区画され電極を収容するバッファ室と、を有する請求項1に記載の反応管。
- 複数の基板を積層して収容する筒状の反応管と、
前記反応管内で前記基板を処理する処理室と、
前記処理室内に前記基板の積層方向に沿って立設され、前記処理室内に処理ガスを供給するノズルを有する処理ガス供給系と、
前記処理室内に前記処理ガスを供給して前記基板を処理するよう前記処理ガス供給系を制御する制御部と、を有し、
前記反応管は、筒部と、前記筒部の上面を覆うように設けられた天井部を有し、
前記天井部の内形がほぼ平坦であって、前記天井部の外形の最大直径が前記筒部の外形の最大直径より大きい基板処理装置。 - 複数の基板を積層して収容する筒状の反応管と、
前記反応管内で前記基板を処理する処理室と、
前記処理室と区画されたバッファ室と、
前記バッファ室内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記バッファ室内に電極を備えるプラズマ生成部と、
前記電極に電圧を印加することによりプラズマ励起された前記処理ガスを前記処理室内に供給して前記基板を処理するよう前記処理ガス供給系、前記プラズマ生成部を制御する制御部と、を有し、
前記反応管は、筒部と、前記筒部の上面を覆うように設けられた天井部を有し、
前記天井部の内形がほぼ平坦であって、前記天井部の外形の最大直径が前記筒部の外形の最大直径より大きい基板処理装置。 - 筒部と、前記筒部の上面を覆うように設けられた天井部を有し、前記天井部の内形がほぼ平坦であって、前記天井部の外形の最大直径が前記筒部の外形の最大直径より大きい筒状の反応管に、複数の基板を積層して搬入する工程と、
前記反応管内に処理ガスを供給して前記基板を処理する工程と、
前記反応管から前記基板を搬出する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
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