JP2015026660A - クリーニング方法、半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
ヒータの内側に設けられた反応管と、該反応管を支持し前記ヒータよりも下方に設けられたマニホールドとで構成される処理室内の基板に対して第1の原料ガスを供給する工程と、大気圧未満の圧力下にある前記処理室内の前記基板に対して酸素含有ガスおよび水素含有ガスを供給する工程と、を交互に1回以上行うことで酸化膜を形成する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して第2の原料ガスを供給する工程と、前記処理室内の前記基板に対して窒素含有ガスを供給する工程と、を交互に1回以上行うことで窒化膜を形成する工程と、
を交互に行うことにより、前記処理室内の前記基板上に前記酸化膜と前記窒化膜との積層膜を形成する工程を行った後の前記処理室内をクリーニングする方法であって、
前記マニホールドに設けられ、前記マニホールドから前記反応管内まで立ち上がった第1のノズルより、少なくとも前記反応管の内壁に対して水素非含有のフッ素系ガスを供給する工程と、
前記マニホールドに設けられた第2のノズルより、少なくとも前記マニホールドの内壁に対してフッ化水素ガスを供給する工程と、
を有するクリーニング方法が提供される。
ヒータの内側に設けられた反応管と、該反応管を支持し前記ヒータよりも下方に設けられたマニホールドとで構成される処理室内の基板に対して第1の原料ガスを供給する工程と、大気圧未満の圧力下にある前記処理室内の前記基板に対して酸素含有ガスおよび水素含有ガスを供給する工程と、を交互に1回以上行うことで酸化膜を形成する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して第2の原料ガスを供給する工程と、前記処理室内の前記基板に対して窒素含有ガスを供給する工程と、を交互に1回以上行うことで窒化膜を形成する工程と、
を交互に行うことにより、前記処理室内の前記基板上に前記酸化膜と前記窒化膜との積層膜を形成する工程と、
前記積層膜を形成する工程を行った後の前記処理室内をクリーニングする工程と、
を有し、
前記処理室内をクリーニングする工程は、
前記マニホールドに設けられ、前記マニホールドから前記反応管内まで立ち上がった第1のノズルより、少なくとも前記反応管の内壁に対して水素非含有のフッ素系ガスを供給する工程と、
前記マニホールドに設けられた第2のノズルより、少なくとも前記マニホールドの内壁に対してフッ化水素ガスを供給する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
ヒータの内側に設けられた反応管と、該反応管を支持し前記ヒータよりも下方に設けられたマニホールドと、で構成される処理室と、
前記処理室内へガスを供給するガス供給系と、
前記マニホールドに設けられ、前記マニホールドから前記反応管内まで立ち上がった第1のノズルと、
前記マニホールドに設けられた第2のノズルと、
前記処理室内の圧力を調整する圧力調整部と、
前記処理室内の基板に対して第1の原料ガスを供給する処理と、大気圧未満の圧力下にある前記処理室内の前記基板に対して酸素含有ガスおよび水素含有ガスを供給する処理と、を交互に1回以上行うことで酸化膜を形成する処理と、前記処理室内の前記基板に対して第2の原料ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記基板に対して窒素含有ガスを供給する処理と、を交互に1回以上行うことで窒化膜を形成する処理と、を交互に行うことにより、前記処理室内の前記基板上に前記酸化膜と前記窒化膜との積層膜を形成する処理と、前記積層膜を形成する処理を行った後の前記処理室内をクリーニングする処理と、を行い、前記処理室内をクリーニングする処理では、前記第1のノズルより、少なくとも前記反応管の内壁に対して水素非含有のフッ素系ガスを供給する処理と、前記第2のノズルより、少なくとも前記マニホールドの内壁に対してフッ化水素ガスを供給する処理と、を行うように、前記ヒータ、前記ガス供給系および前記圧力調整部を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
ヒータの内側に設けられた反応管と、該反応管を支持し前記ヒータよりも下方に設けられたマニホールドとで構成される処理室内の基板に対して第1の原料ガスを供給する手順と、大気圧未満の圧力下にある前記処理室内の前記基板に対して酸素含有ガスおよび水素含有ガスを供給する手順と、を交互に1回以上行うことで酸化膜を形成する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して第2の原料ガスを供給する手順と、前記処理室内の前記基板に対して窒素含有ガスを供給する手順と、を交互に1回以上行うことで窒化膜を形成する手順と、
を交互に行うことにより、前記処理室内の前記基板上に前記酸化膜と前記窒化膜との積層膜を形成する手順と、
前記積層膜を形成する手順を行った後の前記処理室内をクリーニングする手順と、
をコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記処理室内をクリーニングする手順は、
前記マニホールドに設けられ、前記マニホールドから前記反応管内まで立ち上がった第1のノズルより、少なくとも前記反応管の内壁に対して水素非含有のフッ素系ガスを供給する手順と、
前記マニホールドに設けられた第2のノズルより、少なくとも前記マニホールドの内壁に対してフッ化水素ガスを供給する手順と、
を有するプログラムが提供される。
<本発明の実施形態>
(1)基板処理装置の構成
次に、上述の基板処理装置の処理炉202を用いて、半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、基板上に第1の酸化膜、窒化膜、第2の酸化膜が順に積層されてなるONO積層構造の絶縁膜を形成する例について、図4、図5を用いて説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ121により制御される。
ヒータ207の内側に設けられた反応管203と、反応管203を支持しヒータ207よりも下方に設けられたマニホールド209とで構成される処理室201内のウエハ200に対して第1の原料ガスを供給する工程と、大気圧未満の圧力下にある処理室201内のウエハ200に対して酸素含有ガスおよび水素含有ガスを供給する工程と、を交互に1回以上行うことで酸化膜を形成する工程と、
処理室201内のウエハ200に対して第2の原料ガスを供給する工程と、処理室201内のウエハ200に対して窒素含有ガスを供給する工程と、を交互に1回以上行うことで窒化膜を形成する工程と、
を交互に行うことにより、処理室201内のウエハ200上に酸化膜と窒化膜との積層膜を形成する工程を実施する。
さらに、本実施形態においては、上述の工程が実施された後に、処理室201内のクリーニングを実施する。処理室201内のクリーニングの詳細は後述する。
複数枚のウエハ200がボート217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を介してマニホールド209の下端をシールした状態となる。
処理室201内が所望の圧力(真空度)となるように真空ポンプ246によって真空排気される。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情報に基づきAPCバルブ244がフィードバック制御される(圧力調整)。なお、真空ポンプ246は、少なくともウエハ200に対する処理が完了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。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内が所望の温度分布となるように、温度センサ263が検出した温度情報に基づきヒータ207への通電具合がフィードバック制御される(温度調整)。なお、ヒータ207による処理室201内の加熱は、少なくともウエハ200に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。続いて、回転機構267によりボート217及びウエハ200の回転を開始する。なお、回転機構267によるボート217及びウエハ200の回転は、少なくとも、ウエハ200に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。
その後、以下のステップ1a〜4aを1サイクルとしてこのサイクルを1回以上行うことにより、ウエハ200上に、所定膜厚の第1のシリコン酸化膜を成膜する。
バルブ243aを開き、ガス供給管232aにHCDSガスを流す。HCDSガスは、ガス供給管232aから流れ、MFC241aにより流量調整される。流量調整されたHCDSガスは、ノズル233aのガス供給孔248aから、加熱された減圧状態の処理室201内に供給され、排気管231から排気される(HCDSガス供給)。
ウエハ200上にシリコン含有層が形成された後、バルブ243aを閉じ、HCDSガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ244は開いたままとし、真空ポンプ246により処理室201内を真空排気し、処理室201内に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のHCDSガスを処理室201内から排除する。また、バルブ243f〜243j、243mは開いたままとして、N2ガスの処理室201内への供給を維持する。N2ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室201内に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のHCDSガスを処理室201内から排除する効果をさらに高めることができる(残留ガス除去)。
処理室201内の残留ガスを除去した後、バルブ243dを開き、ガス供給管232dにO2ガスを流す。O2ガスはガス供給管232dから流れ、MFC241dにより流量調整される。流量調整されたO2ガスは、ガス供給管232cを経由して、ノズル233cのガス供給孔248cから加熱された減圧状態のバッファ室237内に供給される。このとき同時に、バルブ243eを開き、ガス供給管232eにH2ガスを流す。H2ガスはガス供給管232eから流れ、MFC241eにより流量調整される。流量調整されたH2ガスは、ガス供給管232cを経由して、ノズル233cのガス供給孔248cから加熱された減圧状態のバッファ室237内に供給される。なお、H2ガスは、ガス供給管232cを経由する際に、ガス供給管232c内でO2ガスと混合される。すなわち、ノズル233cからは、O2ガスとH2ガスとの混合ガスが供給されることとなる。バッファ室237内に供給されたO2ガスとH2ガスとの混合ガスは、バッファ室237のガス供給孔248dから、加熱された減圧状態の処理室201内に供給され、排気管231から排気される(O2ガス+H2ガス供給)。
シリコン含有層をシリコン酸化層へと変化させた後、バルブ243dを閉じ、O2ガスの供給を停止する。また、バルブ243eを閉じ、H2ガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ244は開いたままとし、真空ポンプ246により処理室201内を真空排気し、処理室201内に残留する未反応もしくはシリコン酸化層形成に寄与した後のO2ガスやH2ガスや反応副生成物を処理室201内から排除する。また、バルブ243f〜243g、243mは開いたままとして、N2ガスの処理室201内への供給を維持する。N2ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室201内に残留する未反応もしくはシリコン酸化層形成に寄与した後のO2ガスやH2ガスや反応副生成物を処理室201内から排除する効果をさらに高めることができる(残留ガス除去)。
シリコン窒化膜形成工程では、以下のステップ1b〜4bを1サイクルとしてこのサイクルを1回以上行うことにより、下地膜としての第1のシリコン酸化膜上に所定膜厚のシリコン窒化膜を成膜する。正確には、シリコン窒化膜は、NH3ガス先行供給工程にてその表面がシリコン窒化層に改質された第1のシリコン酸化膜上に、すなわち、第1のシリコン酸化膜の最表面に形成されたシリコン窒化層(以下、下地層ともいう)上に形成される。ただし、以下の説明においては、便宜上、シリコン窒化膜等は第1のシリコン酸化膜上に形成されると表現する場合もある。なお、ここでは、第2の原料ガスとして、第1のシリコン酸化膜の形成で用いたHCDSガスではなく、HCDSガスよりも熱分解温度が高く、反応性の低いDCSガスを用いる。また、シリコン窒化膜の形成は、ウエハ200の温度が、上述の第1のシリコン酸化膜形成工程でのウエハ200の温度との差が150℃以内、好ましくは100℃以内となるように保持して行う。
バルブ243bを開き、ガス供給管232bにDCSガスを流す。DCSガスは、ガス供給管232bから流れ、MFC241bにより流量調整される。流量調整されたDCSガスは、ノズル233bのガス供給孔248bから、加熱された減圧状態の処理室201内に供給され、排気管231から排気される(DCSガス供給)。
第1のシリコン酸化膜(下地層)上にシリコン含有層が形成された後、バルブ243bを閉じ、DCSガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ244は開いたままとし、真空ポンプ246により処理室201内を真空排気し、処理室201内に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のDCSガスを処理室201内から排除する。また、バルブ243f〜243j、243mは開いたままとして、N2ガスの処理室201内への供給を維持する。N2ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室201内に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のDCSガスを処理室201内から排除する効果をさらに高めることができる(残留ガス除去)。
処理室201内の残留ガスを除去した後、バルブ243cを開き、ガス供給管232cにNH3ガスを流す。NH3ガスはガス供給管232cから流れ、MFC241cにより流量調整される。流量調整されたNH3ガスは、ガス供給管232cを経由して、ノズル233cのガス供給孔248cから加熱された減圧状態のバッファ室237内に供給される。このとき、第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270間に高周波電力を印加すると、バッファ室237内に供給されたNH3ガスはプラズマで活性化されることとなる。第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270間に高周波電力を印加しないと、バッファ室237内に供給されたNH3ガスは熱で活性化されることとなる。本実施形態では、第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270間に高周波電力を印加しないことで、バッファ室237内に供給されたNH3ガスを熱で活性化するようにしている。これにより、バッファ室237内に供給されたNH3ガスは、熱で活性化され、バッファ室237のガス供給孔248cから加熱された減圧状態の処理室201内に供給され、排気管231から排気される(NH3ガス供給)。なお、NH3ガスはプラズマで活性化させて供給することもできるが、熱で活性化させて供給した方が、ソフトな反応を生じさせることができ、後述する窒化をソフトに行うことができる。
シリコン含有層をシリコン窒化層へと変化させた後、バルブ243cを閉じ、NH3ガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ244は開いたままとし、真空ポンプ246により処理室201内を真空排気し、処理室201内に残留する未反応もしくはシリコン窒化層形成に寄与した後のNH3ガスや反応副生成物を処理室201内から排除する。また、バルブ243f〜243j、243mは開いたままとして、N2ガスの処理室201内への供給を維持する。N2ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室201内に残留する未反応もしくはシリコン窒化層形成に寄与した後のNH3ガスや反応副生成物を処理室201内から排除する効果をさらに高めることができる(残留ガス除去)。
続いて、以下のステップ1c〜4cを1サイクルとしてこのサイクルを1回以上行うことにより、下地膜としてのシリコン窒化膜上に、所定膜厚の第2のシリコン酸化膜を成膜する。
ONO積層構造の絶縁膜が成膜されると、バルブ243f〜243j、243mを開き、不活性ガス供給管232f〜232j、232mのそれぞれから不活性ガスとしてのN2ガスを処理室201内へ供給し排気管231から排気する。N2ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室201内が不活性ガスでパージされ、処理室201内に残留するガスや反応副生成物が処理室201内から除去される(パージ)。その後、処理室201内の雰囲気が不活性ガスに置換され、処理室201内の圧力が常圧に復帰される(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が下降されて、マニホールド209の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ200がボート217に保持された状態でマニホールド209の下端から処理室201の外部に搬出(ボートアンロード)される。その後、処理済みのウエハ200はボート217より取り出される(ウエハディスチャージ)。
上述の処理において、第1のシリコン酸化膜形成工程を行った後に、シリコン窒化膜形成工程を連続して行うようにすると、シリコン窒化膜の形成初期において、第1のシリコン酸化膜表面への第2の原料ガスの吸着やSiの堆積に遅延(いわゆるインキュベーションタイム)が生じ、シリコン窒化膜の形成開始が遅れ、ONO積層構造の絶縁膜を成膜する際の生産性が低下してしまうことがある。例えば、シリコン窒化膜の形成に用いる第2の原料ガスとして、HCDSガスよりも熱分解温度が高く、反応性の低いDCSガスを用いる場合、シリコン窒化膜形成工程のステップ1bを開始しても、直ぐには第1のシリコン酸化膜表面にDCSガスが化学吸着しなかったり、Siが堆積しなかったりして、上述のインキュベーションタイムが増大してしまうことがある。そこで、本実施形態では、第1のシリコン酸化膜形成工程を行った後、シリコン窒化膜形成工程を行う前に処理容器内のウエハ200に対して窒素含有ガスとしてNH3ガスを先行して供給する工程を行うようにしている。以下、NH3ガス先行供給工程について説明する。
ウエハ200上に第1のシリコン酸化膜が形成された後、シリコン窒化膜形成工程のステップ3bと同様の手順により、加熱された減圧状態の処理室201内にNH3ガス(或いはNH3ガスとN2ガスとの混合ガス)を供給し排気する(NH3ガス供給)。NH3ガスが熱的に活性化されるか、もしくは熱分解することで得られた窒化種は、第1のシリコン酸化膜の表面と反応する。これにより、第1のシリコン酸化膜の表面に対して窒化処理(熱窒化処理)が行われ、この窒化処理により、第1のシリコン酸化膜の表面は、Si−N結合を有する層、すなわちシリコン窒化層に変化させられる(改質される)。
第1のシリコン酸化膜の表面をシリコン窒化層へと変化させた後、シリコン窒化膜形成工程のステップ4bと同様の手順により、NH3ガスや反応副生成物を処理室201内から排除するとともに、処理室201内をN2ガスによりパージする(残留ガス除去)。
次に、処理室201内をクリーニングするクリーニング工程について説明する。基板に対してONO積層構造の絶縁膜の成膜を繰り返すと、処理室201内、例えば反応管203の内壁やマニホールド209の内壁等に、酸化膜としてのSiO膜等と窒化膜としてのSiN膜等との積層膜(ONO膜等)を含む堆積物や、SiOを含むSiN非含有の堆積物が付着する。そして、本実施形態においては、反応管203の内壁等に付着した堆積物の厚さが、堆積物に剥離・落下が生じる前の所定の厚さに達する前に、処理室201内のクリーニングを行う。
マニホールド209に設けられ、マニホールド209から反応管203内まで立ち上がった第1のノズルとしてのノズル233a、233bより、少なくとも反応管203の内壁に対して水素非含有のフッ素系ガスを供給する工程と、
マニホールド209に設けられた第2のノズルとしてのノズル233dより、少なくともマニホールド209の内壁に対してフッ化水素ガスを供給する工程と
を実施する。
水素非含有のフッ素系ガスを供給する工程では、反応管203の内壁を含む第1の部分に付着した酸化膜と窒化膜との積層膜を含む堆積物を除去し、
フッ化水素ガスを供給する工程では、マニホールド209の内壁を含み積層膜形成時に第1の部分よりも低温となる第2の部分に付着した酸化膜を含む堆積物を除去する。
空のボート217、すなわちウエハ200を装填していないボート217が、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を介してマニホールド209の下端をシールした状態となる。
処理室201内が所望の圧力(真空度)となるように真空ポンプ246によって真空排気される。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情報に基づきAPCバルブ244がフィードバック制御される。なお、真空ポンプ246は、少なくともクリーニング処理が完了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。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内の温度が所望の温度分布となるように、温度センサ263が検出した温度情報に基づきヒータ207への通電具合がフィードバック制御される。なお、ヒータ207による処理室201内の加熱は、少なくともクリーニング処理が完了するまでの間は継続して行われる。処理室201内の圧力、温度が、それぞれ所定の圧力、所定の温度に到達したら、その圧力、温度が維持されるように制御が行われる。続いて、回転機構267によりボート217が回転される。なお、回転機構267によるボート217の回転は、少なくとも、クリーニング処理が完了するまでの間は継続して行われる。なお、ボート217は回転させなくてもよい。
次いで、処理室201内の温度、圧力が、それぞれ所定の温度、所定の圧力に維持された状態で、バルブ243kを開き、ガス供給管232k内にClF3ガスを流す。ガス供給管232k内を流れるClF3ガスは、MFC241kにより流量調整される。流量調整されたClF3ガスは、ガス供給管232a、232b内を流れる。ガス供給管232a内を流れたClF3ガスは、ノズル233aのガス供給孔248aから処理室201内に供給され排気管231から排気される。ガス供給管232b内を流れたClF3ガスは、ノズル233bのガス供給孔248bから処理室201内に供給され排気管231から排気される(ClF3ガス供給)。
処理室201内の温度:25℃〜700℃、好ましくは50〜600℃、
処理室201内の圧力:133Pa(1Torr)〜53200Pa(400Torr)、
ClF3ガス供給流量:0.1〜5slm、
HFガス供給流量:0.1〜5slm、
N2ガス供給流量:0〜20slm
が例示され、それぞれのクリーニング条件(エッチング条件)を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することでエッチング、すなわちサーマルエッチングによるクリーニングがなされる。
ClF3ガスの処理室201内への供給を停止し、HFガスの処理室201内への供給を停止した後も、予め定められた所定時間が経過するまでの間は、バルブ243a、243g、243mを開いたままとすることで、各不活性ガス供給系から処理室201内へのN2ガスの供給を継続し、このN2ガスを排気管231から排気することで、処理室201内に残留したClF3ガスやHFガスや反応副生成物を除去する。
本実施形態によれば、処理室201内における高温となりやすい部分である第1の部分に堆積するSiOとSiNとの積層膜を含む堆積物の除去と、処理室201内における低温となりやすい部分である第2の部分に堆積するSiOを含むSiN非含有の物質を含む堆積物の除去とを両立させることができる。また、これらの異なる部位(部分)に堆積する異なる堆積物の除去を効率的に行うことが可能となる。
本実施形態におけるクリーニングシーケンスは、例えば以下のように変更させても良い。これらの変形例においても、上述のシーケンスと同様の効果を奏することができる。なお、以下に示す変形例は、任意に組み合わせて用いることができる。
以下、図7を用いて変形例1について説明する。図6に示すクリーニングシーケンスでは、水素非含有のフッ素系ガスとしてのClF3ガスを供給する工程と、HFガスを供給する工程とを同時に行う例について説明した。これに対して、この変形例1では、図7に示されているように、HFガスを供給する工程を、水素非含有のフッ素系ガスとしてのClF3ガスを供給する工程よりも先行して開始する。また、この変形例1では、水素非含有のフッ素系ガスとしてのClF3ガスを供給する工程を、HFガスを供給する工程よりも先行して終了する。変形例1によれば、特に第2の部分(処理室201内において低温となりやすい部分)に堆積するSiOを含むSiN非含有の物質を含む堆積物の除去を優先的に行うことが可能となる。
以下、図8を用いて変形例2について説明する。図6に示すクリーニングシーケンスでは、水素非含有のフッ素系ガスとしてのClF3ガスを供給する工程と、HFガスを供給する工程とを同時に行う例について説明した。これに対して、この変形例2では、図8に示されているように、水素非含有のフッ素系ガスとしてのClF3ガスを供給する工程を、HFガスを供給する工程よりも先行して開始する。また、この変形例2では、HFガスを供給する工程を、ClF3ガスを供給する工程よりも先行して終了する。変形例2によれば、特に第1の部分(処理室201内において高温となりやすい部分)に堆積するSiOとSiNとの積層膜を含む堆積物の除去を優先的に行うことが可能となる。
以下、図9を用いて変形例3について説明する。この変形例3においては、図9に示されているように、反応管203内の温度を第1の温度T1に設定した状態で、水素非含有のフッ素系ガスとしてのClF3ガスを供給する工程とHFガスを供給する工程とを同時に行い、その後、反応管203内の温度を第1の温度T1よりも低い第2の温度T2に設定した状態で、HFガスを供給する工程を単独で行う。このように、堆積物除去後に反応管203内へのClF3ガスの供給を停止した後においても、反応管203内の温度をT1からT2へ降温し、反応管203内へのHFガスの供給を継続することにより、ClF3ガスによってONO膜等を含む堆積物が除去され剥き出しになった反応管203の内壁やボート217の表面にHFガスが多層吸着し、これらの部材、すなわち、非金属部材である石英部材の表面を滑らかに処置する効果が期待できる。なお、変形例3によれば、特に第2の部分(処理室201内において低温となりやすい部分)に堆積するSiOを含むSiN非含有の物質を含む堆積物の除去を優先的に行うことも可能となる。
以下、図10を用いて変形例4について説明する。この変形例4においては、図10に示されているように、水素非含有のフッ素系ガスとしてのClF3ガスを供給する工程では、ClF3ガスを間欠的に供給し、HFガスを供給する工程では、HFガスを間欠的に供給する。また、この変形例4においては、図10に示されているように、APCバルブ244を閉じた状態でClF3ガスを供給する工程と、HFガスを供給する工程とを同時に行い、処理室201内にClF3ガスとHFガスとを封じ込める工程と、APCバルブ244を閉じた状態で処理室201内にClF3ガスとHFガスとを封じ込めた状態を維持する工程と、APCバルブ244を開いた状態で処理室201内を排気する工程とを含むサイクルを1サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返す。そして、この変形例4においては、図10に示されているように、処理室201内にClF3ガスとHFガスとを封じ込める工程と、処理室201内にClF3ガスとHFガスとを封じ込めた状態を維持する工程においては、APCバルブ244が閉じられ、処理室201内を排気する工程においては、APCバルブ244が開かれる。変形例4によれば、クリーニングガス(ClF3ガス、HFガス)を処理室201内に供給しつつ排気するのではなく、処理室201内に所定時間封じ込めるようにするので、サーマルエッチングに寄与するクリーニングガスの量を増やすことができ、クリーニング効率を高めることが可能となる。さらに、クリーニングガスの使用量を低減することが可能となり、ガスコストを低減することも可能となる。
以下、図11を用いて変形例5について説明する。この変形例5においては、図11に示されているように、水素非含有のフッ素系ガスとしてのClF3ガスを供給する工程では、ClF3ガスを間欠的に供給し、HFガスを供給する工程では、HFガスを間欠的に供給する。また、この変形例5においては、図11に示されているように、ClF3ガスを供給する工程と、HFガスを供給する工程とを交互に行う。変形例5によれば、ClF3ガスとHFガスとを間欠的かつ交互に供給するようにしたので、クリーニング効率を高めることが可能となる。
以下、図12を用いて変形例6について説明する。この変形例6においては、図12に示されているように、水素非含有のフッ素系ガスとしてのClF3ガスを供給する工程では、ClF3ガスを間欠的に供給し、HFガスを供給する工程では、HFを間欠的に供給する。また、この変形例6においては、図12に示されているように、ClF3ガスを供給する工程と、HFガスを供給する工程とを同時に行う。変形例6によれば、ClF3ガスとHFガスとを間欠的に供給するようにしたので、クリーニング効率を高めることが可能となる。
以下、図13を用いて変形例7について説明する。この変形例7においては、図13に示されているように、水素非含有のフッ素系ガスとしてのClF3ガスを供給する工程では、ClF3ガスを連続的に供給し、HFガスを供給する工程では、HFガスを間欠的に供給する。変形例7によれば、HFガスを間欠的に供給するようにしたので、クリーニング効率を高めることが可能となる。
以下、図14を用いて変形例8について説明する。この変形例8においては、図14に示されているように、水素非含有のフッ素系ガスとしてのClF3ガスを供給する工程では、ClF3ガスを間欠的に供給し、HFガスを供給する工程では、HFを連続的に供給する。変形例8によれば、ClF3ガスを間欠的に供給するようにしたので、クリーニング効率を高めることが可能となる。
以下、図15(b)を用いて変形例9について説明する。なお、図15における各図においては、ノズル233a〜233dのうちのノズル233a、233dだけを図示し、ノズル233b、233cの図示を省略している。上述の実施形態においては、図15(a)に示されているように、ノズル233dは、L字型の形状を有し、上方に向かって開口したガス供給孔248eを備えていた。これに対してこの変形例9では、図15(b)に示されているように、ノズル233dはI字型(短管型)の形状を有し、ガス供給孔248eが側方(水平方向)に向かって開口している。
以下、図15(c)を用いて変形例10について説明する。図15(c)に示されているように、この変形例10においては、ノズル233dは、L字型のショートノズルとして構成されており、その水平部がマニホールド209の側壁を貫通するように設けられ、その垂直部がマニホールド209の内壁に沿って立ち上がるようにして設けられている。ノズル233dの垂直部のマニホールド209側の側壁には、例えば複数のガス供給孔248eが設けられており、ガス供給孔248eはマニホールド209の内壁面に向かって開口するように構成されている。すなわち、この変形例10においては、ガス供給孔248eは、マニホールド209の内壁面と対向(対面)するように設けられている。また、ノズル233dは、ノズル233a、233b(図1を参照)がガスを供給する位置よりもマニホールド209側において、ガスを直接マニホールド209の内壁側に向けて供給するようになっている。
以下、図15(d)を用いて変形例11について説明する。図15(d)に示されているように、この変形例11においては、ノズル233dは、L字型のショートノズルとして構成されており、その水平部がマニホールド209の側壁を貫通するように設けられ、その垂直部がマニホールド209の内壁に沿って立ち上がるようにして設けられている。ノズル233dの先端にはガスを供給するガス供給孔348eが設けられており、ガス供給孔348eは上方に向かって、すなわち、マニホールド209側から反応管203側に向かう方向に開口している。
以下、図15(e)を用いて変形例12について説明する。図15(e)に示されているように、この変形例12においては、ノズル233dは、L字型のショートノズルとして構成されており、その水平部がマニホールド209の側壁を貫通するように設けられ、その垂直部がマニホールド209の内壁に沿って下向きに設けられている。ノズル233dの先端にはガスを供給するガス供給孔248eが設けられている。ガス供給孔248eは下方に向かって、すなわち、マニホールド209側からシールキャップ219側に向かう方向に開口するように構成されている。すなわち、ガス供給孔248eは、シールキャップ219と対向(対面)するように形成されている。この変形例12においては、ノズル233dは、ノズル233a、233b(図1を参照)がガスを供給する位置よりもマニホールド209側において、処理室201内の下方に向けてガスを供給するようになっている。また、ノズル233dは、ガスを直接シールキャップ219の上面に向けて供給することが可能となっている。
以下、図15(f)を用いて変形例13について説明する。図15(f)に示されているように、この変形例13においては、ノズル233dは、L字型のショートノズルとして構成されており、その水平部がマニホールド209の側壁を貫通するように設けられ、その垂直部がマニホールド209の内壁に沿って下向きに設けられている。ノズル233dの先端にはガスを供給するガス供給孔448eが設けられている。ガス供給孔448eは下方に向かって、すなわち、マニホールド209側からシールキャップ219側に向かう方向に開口するように構成されている。すなわち、ガス供給孔448eは、シールキャップ219と対向(対面)するように形成されている。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の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変更可能である。
本実施例では、上述の実施形態と同様の手法を用い処理室内でウエハ上にSiO膜を形成する工程と、SiN膜を形成する工程とを行った。その後、上述の実施形態と同様に、処理室内へClF3ガスを供給する工程と、処理室内へHFガスを供給する工程とを行い処理室内をクリーニングした。
(付記1)
本発明の一態様によれば、
ヒータの内側に設けられた反応管と、該反応管を支持し前記ヒータよりも下方に設けられたマニホールドとで構成される処理室内の基板に対して第1の原料ガスを供給する工程と、大気圧未満の圧力下にある前記処理室内の前記基板に対して酸素含有ガスおよび水素含有ガスを供給する工程と、を交互に1回以上行うことで酸化膜を形成する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して第2の原料ガスを供給する工程と、前記処理室内の前記基板に対して窒素含有ガスを供給する工程と、を交互に1回以上行うことで窒化膜を形成する工程と、
を交互に行うことにより、前記処理室内の前記基板上に前記酸化膜と前記窒化膜との積層膜を形成する工程を行った後の前記処理室内をクリーニングする方法であって、
前記マニホールドに設けられ、前記マニホールドから前記反応管内まで立ち上がった第1のノズルより、少なくとも前記反応管の内壁に対して水素非含有のフッ素系ガスを供給する工程と、
前記マニホールドに設けられた第2のノズルより、少なくとも前記マニホールドの内壁に対してフッ化水素ガスを供給する工程と、
を有するクリーニング方法が提供される。
付記1に記載のクリーニング方法であって、好ましくは、
前記水素非含有のフッ素系ガスを供給する工程では、前記反応管の内壁を含む第1の部分(少なくとも前記反応管の内壁)に付着した前記酸化膜と前記窒化膜との前記積層膜を含む堆積物を除去し、
前記フッ化水素ガスを供給する工程では、前記マニホールドの内壁を含み前記積層膜形成時に前記第1の部分よりも低温となる第2の部分(少なくとも前記マニホールドの内壁)に付着した前記酸化膜を含む堆積物を除去する。
付記1または2に記載のクリーニング方法であって、好ましくは、
前記水素非含有のフッ素系ガスを供給する工程と、前記フッ化水素ガスを供給する工程と、を同時に行う。
付記3に記載のクリーニング方法であって、好ましくは、
前記フッ化水素ガスを供給する工程を、前記水素非含有のフッ素系ガスを供給する工程よりも先行して開始する。
付記3に記載のクリーニング方法であって、好ましくは、
前記水素非含有のフッ素系ガスを供給する工程を、前記フッ化水素ガスを供給する工程よりも先行して開始する。
付記3〜5のいずれかに記載のクリーニング方法であって、好ましくは、
前記水素非含有のフッ素系ガスを供給する工程を、前記フッ化水素ガスを供給する工程よりも先行して終了する。
付記3〜5のいずれかに記載のクリーニング方法であって、好ましくは、
前記フッ化水素ガスを供給する工程を、前記水素非含有のフッ素系ガスを供給する工程よりも先行して終了する。
付記3〜5のいずれかに記載のクリーニング方法であって、好ましくは、
前記処理室内をクリーニングする際、
前記反応管内の温度を第1の温度に設定した状態で、前記水素非含有のフッ素系ガスを供給する工程と、前記フッ化水素ガスを供給する工程と、を同時に行い、
その後、前記反応管内の温度を前記第1の温度よりも低い第2の温度に設定した状態で、前記フッ化水素ガスを供給する工程を単独で行う。
付記1または2に記載のクリーニング方法であって、好ましくは、
前記処理室内をクリーニングする際、
前記水素非含有のフッ素系ガスを供給する工程と、前記フッ化水素ガスを供給する工程と、を同時に行い、前記処理室内に前記水素非含有のフッ素系ガスと前記フッ化水素ガスとを封じ込める工程と、前記処理室内に前記水素非含有のフッ素系ガスと前記フッ化水素ガスとを封じ込めた状態を維持する工程と、前記処理室内を排気する工程と、を含むサイクルを複数回繰り返す。
付記1または2に記載のクリーニング方法であって、好ましくは、
前記処理室内をクリーニングする際、
前記水素非含有のフッ素系ガスを供給する工程と、前記フッ化水素ガスを供給する工程と、を交互に行う。
付記1〜3のいずれかに記載のクリーニング方法であって、好ましくは、
前記処理室内をクリーニングする際、
前記水素非含有のフッ素系ガスを供給する工程では、前記水素非含有のフッ素系ガスを間欠的に供給し、
前記フッ化水素ガスを供給する工程では、前記フッ化水素ガスを間欠的に供給する。
付記1〜3のいずれかに記載のクリーニング方法であって、好ましくは、
前記処理室内をクリーニングする際、
前記水素非含有のフッ素系ガスを供給する工程では、前記水素非含有のフッ素系ガスを連続的に供給し、
前記フッ化水素ガスを供給する工程では、前記フッ化水素ガスを間欠的に供給する。
付記1〜3のいずれかに記載クリーニング方法であって、好ましくは、
前記処理室内をクリーニングする際、
前記水素非含有のフッ素系ガスを供給する工程では、前記水素非含有のフッ素系ガスを間欠的に供給し、
前記フッ化水素ガスを供給する工程では、前記フッ化水素ガスを連続的に供給する。
本発明の他の態様によれば、
ヒータの内側に設けられた反応管と、該反応管を支持し前記ヒータよりも下方に設けられたマニホールドとで構成される処理室内の基板に対して第1の原料ガスを供給する工程と、大気圧未満の圧力下にある前記処理室内の前記基板に対して酸素含有ガスおよび水素含有ガスを供給する工程と、を交互に1回以上行うことで酸化膜を形成する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して第2の原料ガスを供給する工程と、前記処理室内の前記基板に対して窒素含有ガスを供給する工程と、を交互に1回以上行うことで窒化膜を形成する工程と、
を交互に行うことにより、前記処理室内の前記基板上に前記酸化膜と前記窒化膜との積層膜を形成する工程と、
前記積層膜を形成する工程を行った後の前記処理室内をクリーニングする工程と、
を有し、
前記処理室内をクリーニングする工程は、
前記マニホールドに設けられ、前記マニホールドから前記反応管内まで立ち上がった第1のノズルより、少なくとも前記反応管の内壁に対して水素非含有のフッ素系ガスを供給する工程と、
前記マニホールドに設けられた第2のノズルより、少なくとも前記マニホールドの内壁に対してフッ化水素ガスを供給する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
ヒータの内側に設けられた反応管と、該反応管を支持し前記ヒータよりも下方に設けられたマニホールドと、で構成される処理室と、
前記処理室内へガスを供給するガス供給系と、
前記マニホールドに設けられ、前記マニホールドから前記反応管内まで立ち上がった第1のノズルと、
前記マニホールドに設けられた第2のノズルと、
前記処理室内の圧力を調整する圧力調整部と、
前記処理室内の基板に対して第1の原料ガスを供給する処理と、大気圧未満の圧力下にある前記処理室内の前記基板に対して酸素含有ガスおよび水素含有ガスを供給する処理と、を交互に1回以上行うことで酸化膜を形成する処理と、前記処理室内の前記基板に対して第2の原料ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記基板に対して窒素含有ガスを供給する処理と、を交互に1回以上行うことで窒化膜を形成する処理と、を交互に行うことにより、前記処理室内の前記基板上に前記酸化膜と前記窒化膜との積層膜を形成する処理と、前記積層膜を形成する処理を行った後の前記処理室内をクリーニングする処理と、を行い、前記処理室内をクリーニングする処理では、前記第1のノズルより、少なくとも前記反応管の内壁に対して水素非含有のフッ素系ガスを供給する処理と、前記第2のノズルより、少なくとも前記マニホールドの内壁に対してフッ化水素ガスを供給する処理と、を行うように、前記ヒータ、前記ガス供給系および前記圧力調整部を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
ヒータの内側に設けられた反応管と、該反応管を支持し前記ヒータよりも下方に設けられたマニホールドとで構成される処理室内の基板に対して第1の原料ガスを供給する手順と、大気圧未満の圧力下にある前記処理室内の前記基板に対して酸素含有ガスおよび水素含有ガスを供給する手順と、を交互に1回以上行うことで酸化膜を形成する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して第2の原料ガスを供給する手順と、前記処理室内の前記基板に対して窒素含有ガスを供給する手順と、を交互に1回以上行うことで窒化膜を形成する手順と、
を交互に行うことにより、前記処理室内の前記基板上に前記酸化膜と前記窒化膜との積層膜を形成する手順と、
前記積層膜を形成する手順を行った後の前記処理室内をクリーニングする手順と、
をコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記処理室内をクリーニングする手順は、
前記マニホールドに設けられ、前記マニホールドから前記反応管内まで立ち上がった第1のノズルより、少なくとも前記反応管の内壁に対して水素非含有のフッ素系ガスを供給する手順と、
前記マニホールドに設けられた第2のノズルより、少なくとも前記マニホールドの内壁に対してフッ化水素ガスを供給する手順と、
を有するプログラム及び該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
200:ウエハ
201:処理室
202:処理炉
203:反応管
209:マニホールド
232a〜232k:ガス供給管
233a〜233d:ノズル
Claims (5)
- ヒータの内側に設けられた反応管と、該反応管を支持し前記ヒータよりも下方に設けられたマニホールドとで構成される処理室内の基板に対して第1の原料ガスを供給する工程と、大気圧未満の圧力下にある前記処理室内の前記基板に対して酸素含有ガスおよび水素含有ガスを供給する工程と、を交互に1回以上行うことで酸化膜を形成する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して第2の原料ガスを供給する工程と、前記処理室内の前記基板に対して窒素含有ガスを供給する工程と、を交互に1回以上行うことで窒化膜を形成する工程と、
を交互に行うことにより、前記処理室内の前記基板上に前記酸化膜と前記窒化膜との積層膜を形成する工程を行った後の前記処理室内をクリーニングする方法であって、
前記マニホールドに設けられ、前記マニホールドから前記反応管内まで立ち上がった第1のノズルより、少なくとも前記反応管の内壁に対して水素非含有のフッ素系ガスを供給する工程と、
前記マニホールドに設けられた第2のノズルより、少なくとも前記マニホールドの内壁に対してフッ化水素ガスを供給する工程と、
を有するクリーニング方法。 - 前記水素非含有のフッ素系ガスを供給する工程では、前記反応管の内壁を含む第1の部分に付着した前記酸化膜と前記窒化膜との前記積層膜を含む堆積物を除去し、
前記フッ化水素ガスを供給する工程では、前記マニホールドの内壁を含み前記積層膜形成時に前記第1の部分よりも低温となる第2の部分に付着した前記酸化膜を含む堆積物を除去する請求項1に記載のクリーニング方法。 - ヒータの内側に設けられた反応管と、該反応管を支持し前記ヒータよりも下方に設けられたマニホールドとで構成される処理室内の基板に対して第1の原料ガスを供給する工程と、大気圧未満の圧力下にある前記処理室内の前記基板に対して酸素含有ガスおよび水素含有ガスを供給する工程と、を交互に1回以上行うことで酸化膜を形成する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して第2の原料ガスを供給する工程と、前記処理室内の前記基板に対して窒素含有ガスを供給する工程と、を交互に1回以上行うことで窒化膜を形成する工程と、
を交互に行うことにより、前記処理室内の前記基板上に前記酸化膜と前記窒化膜との積層膜を形成する工程と、
前記積層膜を形成する工程を行った後の前記処理室内をクリーニングする工程と、
を有し、
前記処理室内をクリーニングする工程は、
前記マニホールドに設けられ、前記マニホールドから前記反応管内まで立ち上がった第1のノズルより、少なくとも前記反応管の内壁に対して水素非含有のフッ素系ガスを供給する工程と、
前記マニホールドに設けられた第2のノズルより、少なくとも前記マニホールドの内壁に対してフッ化水素ガスを供給する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - ヒータの内側に設けられた反応管と、該反応管を支持し前記ヒータよりも下方に設けられたマニホールドと、で構成される処理室と、
前記処理室内へガスを供給するガス供給系と、
前記マニホールドに設けられ、前記マニホールドから前記反応管内まで立ち上がった第1のノズルと、
前記マニホールドに設けられた第2のノズルと、
前記処理室内の圧力を調整する圧力調整部と、
前記処理室内の基板に対して第1の原料ガスを供給する処理と、大気圧未満の圧力下にある前記処理室内の前記基板に対して酸素含有ガスおよび水素含有ガスを供給する処理と、を交互に1回以上行うことで酸化膜を形成する処理と、前記処理室内の前記基板に対して第2の原料ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記基板に対して窒素含有ガスを供給する処理と、を交互に1回以上行うことで窒化膜を形成する処理と、を交互に行うことにより、前記処理室内の前記基板上に前記酸化膜と前記窒化膜との積層膜を形成する処理と、前記積層膜を形成する処理を行った後の前記処理室内をクリーニングする処理と、を行い、前記処理室内をクリーニングする処理では、前記第1のノズルより、少なくとも前記反応管の内壁に対して水素非含有のフッ素系ガスを供給する処理と、前記第2のノズルより、少なくとも前記マニホールドの内壁に対してフッ化水素ガスを供給する処理と、を行うように、前記ヒータ、前記ガス供給系および前記圧力調整部を制御する制御部と、
を有する基板処理装置。 - ヒータの内側に設けられた反応管と、該反応管を支持し前記ヒータよりも下方に設けられたマニホールドとで構成される処理室内の基板に対して第1の原料ガスを供給する手順と、大気圧未満の圧力下にある前記処理室内の前記基板に対して酸素含有ガスおよび水素含有ガスを供給する手順と、を交互に1回以上行うことで酸化膜を形成する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して第2の原料ガスを供給する手順と、前記処理室内の前記基板に対して窒素含有ガスを供給する手順と、を交互に1回以上行うことで窒化膜を形成する手順と、
を交互に行うことにより、前記処理室内の前記基板上に前記酸化膜と前記窒化膜との積層膜を形成する手順と、
前記積層膜を形成する手順を行った後の前記処理室内をクリーニングする手順と、
をコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記処理室内をクリーニングする手順は、
前記マニホールドに設けられ、前記マニホールドから前記反応管内まで立ち上がった第1のノズルより、少なくとも前記反応管の内壁に対して水素非含有のフッ素系ガスを供給する手順と、
前記マニホールドに設けられた第2のノズルより、少なくとも前記マニホールドの内壁に対してフッ化水素ガスを供給する手順と、
を有するプログラム。
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