JP3545498B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体ウェハなどの被処理物に処理を行う半導体製造技術に関し、特にＣＶＤ法によって半導体ウェハに薄膜形成を行う半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下に説明する技術は、本発明を研究、完成するに際し、本発明者によって検討されたものであり、その概要は次のとおりである。
【０００３】
真空処理容器の内部である真空処理室を有する半導体製造装置（例えば、ホットウォール型２枚搬送同時デポ式低圧ＣＶＤ装置など）において、プロセスガスや不活性ガスなどのガスを導入するガス導入部は空間である。
【０００４】
また、真空処理容器は石英などによって形成された単一の管形状である。
【０００５】
なお、ホットウォール型のＣＶＤ装置については、１９９１年１１月２２日、株式会社工業調査会発行「電子材料１１月号別冊、超ＬＳＩ製造・試験装置ガイドブック＜１９９２年版＞」２９〜３４頁に記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記した技術における半導体製造装置では、例えば、窒化珪素膜を形成する場合、ガス導入部の内壁に粉状の反応副生成物、いわゆる異物（一例として、塩化アンモニウムの白い粉など）が付着する。
【０００７】
その結果、前記異物が真空処理室内で巻き上がり、搬送中もしくは成膜中の半導体ウェハの表面に付着するため、半導体ウェハ（製品）の歩留りを低下させるという問題が発生する。
【０００８】
また、真空処理室の内面に付着した異物を除去するには、真空処理容器を形成するフランジ部を取り外し、真空処理室内を洗浄する。
【０００９】
その後、真空処理室内を乾燥し、再びフランジ部を取り付け、真空気密の確認と真空処理室の空焼き、成膜時の半導体ウェハの膜厚分布の調整あるいは確認などの作業を行わなければならない。
【００１０】
したがって、作業者の労力と作業時間が大幅にかかり、半導体製造装置の稼働率が低下するという問題が発生する。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、半導体ウェハなどの被処理物の歩留りと半導体製造装置の稼働率を向上させる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００１４】
すなわち、本発明による半導体装置の製造方法は、外気と遮断する真空処理容器内を真空排気し、プロセスガスなどのガスを前記真空処理容器と連通したガス導入部に導入し、前記ガス導入部に設けられた１個または複数個の多孔質部材を加熱して温度を制御し、前記ガスを前記多孔質部材を通過させて前記ガスの温度を制御して、前記真空処理容器内に導入し、前記真空処理容器内で前記半導体ウェハの処理を行うものである。
【００１５】
さらに、本発明による半導体装置の製造方法は、外気と遮断する真空処理容器内を真空排気し、プロセスガスまたは不活性ガスなどの複数のガスを前記真空処理容器と連通したガス導入部にそれぞれ別々に導入し、前記ガス導入部に設けられた複数個の多孔質部材を加熱して温度を制御し、前記複数のガスを前記ガス導入部に設けられた複数個の前記多孔質部材に別々に通過させた後混合し、混合した前記複数のガスを前記真空処理容器内に導入して、前記真空処理容器内で前記半導体ウェハの処理を行うものである。
【００２１】
【作用】
上記した手段によれば、真空処理容器を形成する筒部材と連通したガス導入部にプロセスガスまたは不活性ガスなどのガスが通過する多孔質部材が設けられたことにより、筒部材内に導入するガスを濾過することができる。
【００２２】
これにより、反応副生成物、すなわち異物の発生を低減することができ、ガス導入部の内壁に付着する異物の量を低減することができる。
【００２３】
また、ガス導入部に金属ブロック部材が設置されていることにより、ガス導入部の空間を埋めることができる。
【００２４】
これにより、ガス導入部の内壁に異物が付着しにくくなり、その結果、真空処理容器内に入り込む異物の量を低減することができる。
【００２５】
さらに、筒部材の内部に内管部材が着脱可能に配置されることにより、内管部材を容易に取り出すことができ、かつ交換できる。つまり、真空処理容器の内部である真空処理室を筒部材と内管部材との二重構造にして、内管部材内で被処理物の処理を行うことにより、真空処理室を洗浄する際に、内管部材を交換するだけでその洗浄を行うことができる。
【００２６】
また、ガス導入部の近傍に多孔質部材を介してガスを加熱する第１加熱手段が設けられ、前記多孔質部材を加熱して多孔質部材を通過するガスの温度制御を行うことにより、異物を発生させる化学反応を起こりにくくすることができる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２８】
図１は本発明の半導体製造装置の構造の一実施例を示す部分断面図、図２は本発明の半導体製造装置における筒部材の構造の一実施例を示す斜視図、図３は本発明の半導体製造装置における内管部材の構造の一実施例を示す斜視図、図４は本発明の半導体製造装置における多孔質部材と金属ブロック部材の構造の一実施例を一部破断して示す図であり、（ａ）は部分断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。
【００２９】
本実施例による半導体製造装置は、被処理物の一例である半導体ウェハ１に成膜処理を行うホットウォール型２枚搬送同時デポ式低圧ＣＶＤ装置であり、その構成について説明すると、外気と遮断する真空処理容器２を形成しかつプロセスガスなどのガスが導入される筒部材である外管部材３と、外管部材３の内部３ａに着脱可能に配置する内管部材４と、外管部材３と連通しかつ前記ガスが通過するガス導入部５ａと、ガス導入部５ａに設けられる複数個の多孔質部材６と、真空処理容器２内の真空または前記ガスを排気する真空排気手段である真空排気ポンプ７とからなり、多孔質部材６を通過した前記ガスが内管部材４に導入され、内管部材４内で半導体ウェハ１のＣＶＤ処理が行われるものである。
【００３０】
ここで、多孔質部材６は、多数の細かな孔が設けられたいわゆるフィルタであり、ガスが前記細かな孔を通過することにより、真空処理容器２内に導入されるプロセスガスや不活性ガスを濾過するものである。
【００３１】
なお、前記半導体製造装置の真空処理容器２は、筒部材である外管部材３の内部３ａに内管部材４を配置するものである。つまり、真空処理容器２の内部２ａである真空処理室２ｂを外管部材３と内管部材４との二重構造にするものであり、内管部材４内で半導体ウェハ１のＣＶＤ処理を行う。
【００３２】
ただし、外管部材３の内部３ａに内管部材４を配置せずに、外管部材３の内部３ａで直接半導体ウェハ１のＣＶＤ処理を行うものであってもよい。
【００３３】
また、真空処理容器２は、外管部材３と、ガス導入部５ａを有したフランジ部５と、半導体ウェハ１を搬入出するゲートバルブ８と、外管部材３または内管部材４のメンテナンスを行う際に開閉する開閉バルブ９とによって構成され、密閉することにより、外気の雰囲気と遮断することができる。
【００３４】
なお、ゲートバルブ８および開閉バルブ９は、それぞれの内面に気密を保持するフランジ面８ａまたはフランジ面９ｂを各々有している。
【００３５】
さらに、本実施例の半導体製造装置においては、フランジ部５内に形成されかつ外管部材３と連通するガス導入部５ａに、複数個の多孔質部材６を保持する金属ブロック部材１０が設置されている。
【００３６】
ここで、本実施例の外管部材３は、例えば、図２に示すように、角柱の筒状のものであり、石英や炭化珪素などによって形成されている。
【００３７】
さらに、外管部材３の大きさは、幅３ｃが２５０〜３５０ｍｍ、奥行き３ｄが５００〜９００ｍｍ、高さ３ｅが３０〜６０ｍｍ程度であり、両側に真空気密を保持する鍔部３ｆを有している。
【００３８】
なお、外管部材３は角柱の筒状のものに限らず、円筒状などのものであってもよい。
【００３９】
また、本実施例の内管部材４は、例えば、図３に示すように、角柱の筒状のものであり、外管部材３と同様に、石英や炭化珪素などによって形成されるものである。
【００４０】
さらに、内管部材４の外形の大きさは、幅４ａが２４０〜３４０ｍｍ、奥行き４ｂが４９０〜９００ｍｍ、高さ４ｃが３０〜６０ｍｍ程度である。
【００４１】
なお、外管部材３が円筒状のものである場合、内管部材４も円筒状のものであってもよい。
【００４２】
また、本実施例の多孔質部材６は、好ましくは、セラミック、あるいはステンレス鋼やニッケル合金などの金属によって形成されるものであるが、ＣＶＤ処理が室温に近い低温で行われる場合は、ポリイミド系の樹脂などによって形成されるものであってもよい。
【００４３】
ここで、本実施例においては、図４に示すように、８個の多孔質部材６が金属ブロック部材１０の内部１０ａにはめ込まれて保持されている。
【００４４】
なお、多孔質部材６は長さ５〜６０ｍｍ程度の円柱形のものであり、各々に導入口６ａと排出口６ｂとを有しており、ガス導入部５ａに導入された１種類または複数のガスが各々の多孔質部材６にほぼ均等に導入され、さらに、多孔質部材６内で濾過されて各々の排出口６ｂからほぼ均等量のガスが排出される。
【００４５】
また、本実施例の金属ブロック部材１０は、アルミニウム合金やステンレス鋼などによって形成された角柱のものであり、多孔質部材６を保持するとともに金属ブロック部材１０が加熱された時に多孔質部材６へ熱を伝え、さらにガスに熱を伝えるものである。
【００４６】
なお、金属ブロック部材１０の大きさは、幅１０ｂが２５０〜３４０ｍｍ、厚さ１０ｃが２０〜４８ｍｍ、高さ１０ｄが５〜６０ｍｍ程度である。
【００４７】
ここで、金属ブロック部材１０はガス導入部５ａの空間を埋め込むように、例えば、貫通孔１０ｅなどを用いてフランジ部５にねじ固定されている。また、金属ブロック部材１０の形状は角柱のものに限らず、ガス導入部５ａの空間を埋め込むものであれば、他の形状であってもよい。
【００４８】
また、本実施例の半導体製造装置は、ガス導入部５ａの近傍、すなわちフランジ部５の多孔質部材６の設置箇所近傍に、多孔質部材６を介してガスを加熱するヒータなどの第１加熱手段１２が設けられている。
【００４９】
これにより、ガス導入部５ａ、多孔質部材６または金属ブロック部材１０を、例えば、５０〜２００℃程度の範囲で加熱することができ、その結果、多孔質部材６を通過するガスの温度制御を行うことができる。
【００５０】
また、本実施例の半導体製造装置は、ホットウォール型２枚搬送同時デポ式低圧ＣＶＤ装置であるため、外管部材３の周囲に外管部材３を介して半導体ウェハ１を加熱する抵抗加熱ヒータなどの第２加熱手段１３が複数個設置されている。
【００５１】
なお、第２加熱手段１３が複数個設けられているため、外管部材３を加熱する際に、外管部材３の中央付近と端部とで加熱する温度を変えることも可能である。
【００５２】
また、前記半導体製造装置の真空処理容器２のゲートバルブ８は、駆動部材１４によってその開閉が行われ、半導体ウェハ１は搬送ロボット１５によって搬送される。
【００５３】
さらに、真空処理容器２の開閉バルブ９には、温度測定用の熱電対１６を差し込む挿入口９ａが設けられている。したがって、挿入口９ａに熱電対１６を差し込むことにより、ＣＶＤ処理中の外管部材３内の温度を測定できる。
【００５４】
また、第２加熱手段１３および外管部材３の周囲における半導体ウェハ１の処理が行われる付近は、カバー部材１７によって覆われて保護されている。
【００５５】
なお、本実施例の半導体製造装置で用いるガスは、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガス、もしくはジクロルシランガスやアンモニアガスなどのプロセスガスである。
【００５６】
さらに、前記半導体製造装置、すなわちホットウォール型２枚搬送同時デポ式低圧ＣＶＤ装置によって半導体ウェハ１に形成される薄膜は、例えば、窒化珪素膜、酸化珪素膜、多結晶珪素膜、非晶質珪素膜などである。
【００５７】
また、前記半導体製造装置に設けられている第１加熱手段１２および第２加熱手段１３は、必ずしも取り付けられるものではないが、好ましくは、両者とも設置されるものである。
【００５８】
次に、本実施例の半導体製造方法について説明する。
【００５９】
まず、駆動部材１４によって真空処理容器２のゲートバルブ８を開け、搬送ロボット１５によって２枚の半導体ウェハ１を真空処理室２ｂに搬送した後、ゲートバルブ８を閉じる。
【００６０】
これによって、真空処理室２ｂを外気と遮断、すなわち密閉し、さらに、真空排気ポンプ７によって真空処理室２ｂを真空排気して所定圧力に設定する。
【００６１】
その後、前記プロセスガスを真空処理容器２の外管部材３と連通したガス導入部５ａに導入する。
【００６２】
なお、ヒータなどの第１加熱手段１２によって、予め多孔質部材６を加熱しておく。この時の加熱温度は、５０℃程度である。
【００６３】
ここで、前記プロセスガスまたは不活性ガスをガス導入部５ａに設けられた複数個の多孔質部材６に通過させる。すなわち、少なくとも２種類のガスをガス導入部５ａに導入し、そこでガスを混合し、さらに、多孔質部材６の導入口６ａに導入した後、排出口６ｂから排出する。
【００６４】
これにより、複数のガスの混合を均一に行うことができ、さらに、多孔質部材６を通過するガスの濾過および温度制御を行うことができる。
【００６５】
その後、加熱および濾過された所定量のガスを筒部材３内および内管部材４内に導入する。
【００６６】
ここで、真空処理容器２を抵抗加熱ヒータなどの第２加熱手段１３によって加熱することにより、真空処理室２ｂが所定の温度に設定され、半導体ウェハ１を加熱する。
【００６７】
これにより、内管部材４内で半導体ウェハ１にＣＶＤ処理、すなわち、所望の膜質および膜厚を有した窒化珪素膜を形成することができる。
【００６８】
次に、本実施例の半導体製造方法および装置によって得られる作用効果について説明する。
【００６９】
すなわち、真空処理容器２を形成する筒部材３と連通したガス導入部５ａにプロセスガスまたは不活性ガスなどのガスが通過する多孔質部材６が設けられたことにより、外管部材３内に導入する前記ガスを濾過することができる。
【００７０】
これにより、反応副生成物、すなわち異物（本実施例では塩化アンモニウムの白い粉）の発生を低減することができ、ガス導入部５ａの内壁に付着する異物の量を低減することができる。
【００７１】
その結果、半導体ウェハ１の処理が行われる内管部材４内で異物が巻き起こることを低減でき、半導体ウェハ１の歩留りを向上させることができる。
【００７２】
また、ガス導入部５ａに金属ブロック部材１０が設置されていることにより、ガス導入部５ａの空間を埋めることができる。
【００７３】
これにより、ガス導入部５ａの前記内壁に異物が付着しにくくなるため、外管部材３内に入り込む前記異物の量を低減することができる。
【００７４】
その結果、前記同様、内管部材４内で前記異物が巻き起こることを低減でき、半導体ウェハ１の歩留りを向上させることができる。
【００７５】
さらに、外管部材３の内部３ａに内管部材４が着脱可能に配置されることにより、内管部材４を容易に取り出すことができ、かつ交換できる。つまり、真空処理容器２の内部２ａである真空処理室２ｂを外管部材３と内管部材４との二重構造にして、内管部材４内で半導体ウェハ１の処理を行うことにより、真空処理室２ｂを洗浄する際に、内管部材４を交換するだけでその洗浄を行うことができる。
【００７６】
これにより、真空処理室２ｂの洗浄の際に、フランジ部５を取り外す作業や組み立てる作業などを省略でき、さらに、真空気密の確認と真空処理室２ｂの空焼き、または成膜時の半導体ウェハ１の膜厚分布の調整あるいは確認などの作業全般の時間を短縮することができる。
【００７７】
その結果、真空処理室２ｂのメンテナンスの時間が短縮することができ、半導体製造装置の稼働率を向上させることができる。
【００７８】
なお、半導体ウェハ１の歩留りと半導体製造装置の稼働率を向上することができるため、半導体ウェハ１（製品）の製造原価を低減することができる。
【００７９】
また、ガス導入部５ａの近傍に多孔質部材６を介してガスを加熱する第１加熱手段１２が設けられ、多孔質部材６を加熱して、多孔質部材６を通過するガスの温度制御を行うことにより、異物を発生させる化学反応を起こりにくくすることができる。
【００８０】
これにより、異物の発生を低減することができ、その結果、前記同様、半導体ウェハ１の歩留りを向上させることができる。
【００８１】
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例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ことは言うまでもない。
【００８２】
例えば、前記実施例の半導体製造装置は、複数個の多孔質部材が設けられるものであったが、図５に示す他の実施例のように、大形の多孔質部材１８を１つ設けてもよい。
【００８３】
ここで、図５に示す多孔質部材１８は、前記実施例で説明した金属ブロック部材とほぼ同じ大きさ、かつ同様の材料によって形成されるものであり、その全面に渡って多数の細孔１８ａが設けられている。
【００８４】
なお、多孔質部材１８を用いる場合、前記金属ブロック部材は用いなくてもよく、その場合においても、前記実施例と同様の効果を得ることができる。
【００８５】
また、図６に示す他の実施例のように、多孔質部材１９を複数個の配管２０に接続したものであってもよい（図６に示す配管２０は２種類の場合）。
【００８６】
つまり、２つの配管２０に２種類のガスを別々に供給し、各々のガスを別々に多孔質部材１９に通過させ、濾過後に前記２種類のガスを混合し、外管部材３（図１参照）に導入する。
【００８７】
なお、図６に示す多孔質部材１９は、各々の側面１９ａからガスを排出するものである。これにより、排出後にそれぞれのガスが衝突しあうため、２種類のガスを混合して前記外管部材３に導入することができる。
【００８８】
その結果、多孔質部材１９を用いた場合においても、前記実施例と同様の効果を得ることができる。
【００８９】
また、前記実施例においては、導入したガスを多孔質部材を介して加熱するものであったが、例えば、予め加熱された高温の不活性ガスと低温のプロセスガスとを準備し、両者を多孔質部材に通過させる前または通過後に混合してガス導入部へ導入してもよい。
【００９０】
つまり、プロセスガスを加熱する際に、不活性ガスを介して加熱するものである。
【００９１】
また、前記実施例で説明したプロセスガスを多孔質部材を介して加熱する手段は、ヒータに限定することなく、多孔質部材の近傍に温水や加熱されたオイルなどを循環させて多孔質部材を加熱するものであってもよい。
【００９２】
なお、前記実施例の半導体製造方法および装置は、ＣＶＤ処理だけでなく、真空処理室を有して半導体ウェハなどの被処理物に処理を行うものであれば、エッチング処理やスパッタ処理などを行う半導体製造方法および装置であってもよい。
【００９３】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００９４】
（１）．真空処理容器を形成する外管部材と連通したガス導入部にプロセスガスまたは不活性ガスなどのガスが通過する多孔質部材が設けられたことにより、外管部材内に導入するガスを濾過することができる。これにより、反応副生成物、すなわち異物の発生を低減することができる。その結果、被処理物の処理が行われる外管部材内で異物が巻き起こることを低減でき、半導体ウェハなどの被処理物の歩留りを向上させることができる。
【００９５】
（２）．ガス導入部に金属ブロック部材が設置されていることにより、ガス導入部の空間を埋めることができる。これにより、ガス導入部の内壁に異物が付着しにくくなるため、真空処理容器内に入り込む異物の量を低減することができる。その結果、半導体ウェハなどの被処理物の歩留りを向上させることができる。
【００９６】
（３）．外管部材の内部に内管部材が着脱可能に配置されることにより、内管部材を容易に取り出すことができ、かつ交換できる。つまり、真空処理室を外管部材と内管部材との二重構造にすることにより、真空処理室を洗浄する際に、内管部材を交換するだけでその洗浄を行うことができる。
【００９７】
その結果、真空処理室のメンテナンスの時間が短縮することができ、半導体製造装置の稼働率を向上させることができる。
【００９８】
（４）．ガス導入部の近傍に多孔質部材を介してガスを加熱する第１加熱手段が設けられ、前記多孔質部材を加熱して、多孔質部材を通過するガスの温度制御を行うことにより、異物を発生させる化学反応を起こりにくくすることができる。これにより、異物の発生を低減することができ、その結果、半導体ウェハなどの被処理物の歩留りを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の半導体製造装置の構造の一実施例を示す部分断面図である。
【図２】
本発明の半導体製造装置における筒部材の構造の一実施例を示す斜視図である。
【図３】
本発明の半導体製造装置における内管部材の構造の一実施例を示す斜視図である。
【図４】
本発明の半導体製造装置における多孔質部材と金属ブロック部材の構造の一実施例を一部破断して示す図であり、（ａ）は部分断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。
【図５】
本発明の他の実施例である半導体製造装置における多孔質部材の構造の一例を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。
【図６】
本発明の他の実施例である半導体製造装置における多孔質部材の構造の一例を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【符号の説明】
１ 半導体ウェハ（被処理物）
２ 真空処理容器
２ａ 内部
２ｂ 真空処理室
３ 外管部材（筒部材）
３ａ 内部
３ｃ 幅
３ｄ 奥行き
３ｅ 高さ
３ｆ 鍔部
４ 内管部材
４ａ 幅
４ｂ 奥行き
４ｃ 高さ
５ フランジ部
５ａ ガス導入部
６ 多孔質部材
６ａ 導入口
６ｂ 排出口
７ 真空排気ポンプ（真空排気手段）
８ ゲートバルブ
８ａ フランジ面
９ 開閉バルブ
９ａ 挿入口
９ｂ フランジ面
１０ 金属ブロック部材
１０ａ 内部
１０ｂ 幅
１０ｃ 厚さ
１０ｄ 高さ
１０ｅ 貫通孔
１２ 第１加熱手段
１３ 第２加熱手段
１４ 駆動部材
１５ 搬送ロボット
１６ 熱電対
１７ カバー部材
１８ 多孔質部材
１８ａ 細孔
１９ 多孔質部材
１９ａ 側面
２０ 配管

Claims (2)

1. 外気と遮断する真空処理容器内で半導体ウェハの処理を行う半導体装置の製造方法であって、
   前記真空処理容器内を真空排気し、
   プロセスガスなどのガスを前記真空処理容器と連通したガス導入部に導入し、前記ガス導入部に設けられた１個または複数個の多孔質部材を加熱して温度を制御し、
   前記ガスを前記多孔質部材を通過させて前記ガスの温度を制御して、前記真空処理容器内に導入し、
   前記真空処理容器内で前記半導体ウェハの処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 外気と遮断する真空処理容器内で半導体ウェハの処理を行う半導体装置の製造方法であって、
   前記真空処理容器内を真空排気し、
   プロセスガスまたは不活性ガスなどの複数のガスを前記真空処理容器と連通したガス導入部にそれぞれ別々に導入し、
   前記ガス導入部に設けられた複数個の多孔質部材を加熱して温度を制御し、
   前記複数のガスを前記ガス導入部に設けられた複数個の前記多孔質部材に別々に通過させた後混合し、
   混合した前記複数のガスを前記真空処理容器内に導入して、前記真空処理容器内で前記半導体ウェハの処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。

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