JP3690095B2

JP3690095B2 - 成膜方法

Info

Publication number: JP3690095B2
Application number: JP35273597A
Authority: JP
Inventors: 繁藤田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1997-12-22
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2017-12-22
Also published as: JPH11186170A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの成膜方法に関し、特に、成膜処理後に成膜対象物の支持手段を反応容器の外で加熱し、支持手段に付着する反応副生成物を気化させて、成膜後に残留する副生成物により排出経路が詰ってしまうことのない成膜方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、半導体デバイスを形成する場合の絶縁膜として、ＬＰ−ＳｉＮ膜が多用されている。このＬＰ−ＳｉＮ膜は、縦型減圧ＣＶＤ装置を用い、反応ガスとしてＮＨ₃ ガスとＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ ガスを使用して成膜するのが一般的である。この場合、成膜の反応は、２ＮＨ₃ ＋ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ →Ｓｉ＋２ＮＨ₄ Ｃｌとなり、反応副生成物であるＮＨ₄ Ｃｌ（塩化アンモニウム）が発生する。この塩化アンモニウムは、温度が約１００℃以下になると白い粉状になってパーティクル発生或いは配管詰りの原因となる。従って、この減圧ＣＶＤ装置においてＬＰ−ＳｉＮ膜を成膜する場合には、反応炉内に塩化アンモニウムを入り込ませないようにすることがパーティクル低減のために重要である。
【０００３】
ところで、一般のＬＰ−ＣＶＤ装置においては、成膜処理後の待機状態（スタンバイ状態）で、処理対象である半導体ウェーハが収納される石英ボートは反応炉内に挿入されず反応炉外に引き出されているが、このＬＰ−ＳｉＮを形成するＣＶＤ装置において、石英ボートを反応炉外に引き出して待機させた場合、ＬＰ−ＳｉＮ膜の成膜後に残留し石英ボート下部の石英ボート台等の形状が複雑な部分に付着したままの塩化アンモニウムが、反応炉外で冷却されて粉状になる。この粉状になった塩化アンモニウムは、次の処理工程において反応炉内に持込まれパーティクル発生源となってしまう。そのため、ＬＰ−ＳｉＮを形成するＣＶＤ装置では、石英ボート下部等に反応副生成物を付着させないようにするため、待機時には石英ボートを反応炉内に挿入したままにする。
【０００４】
図６に示すように、ＬＰ−ＳｉＮを形成する従来のＣＶＤ装置１は、アウタチューブ２ａとインナチューブ２ｂからなる反応炉２と、アウタチューブ２ａの周囲に配置されたヒータ３と、アウタチューブ２ａとインナチューブ２ｂのそれぞれ下端を接続するフランジ４に設けられた排気管５とを有している。反応炉２内で成膜処理される複数枚のウェーハ（図示しない）が複数段に積み重ねて搭載支持される石英ボート６は、石英ボート台７の上に保温筒７ａを介して搭載され、成膜処理時、下端開口を石英ボート台７に閉鎖された反応炉２内に保温筒７ａと共に挿入される。排気管５には、排気用の真空ポンプ８が接続されている。そして、この石英ボート６を反応炉２内に挿入したままの待機時に、反応炉２内において大気圧の下Ｎ₂ フローによるパージが行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、石英ボート６を反応炉２内に挿入したままの待機時に、反応炉２内において大気圧の下Ｎ₂ フローによるパージが行われると、反応副生成物である塩化アンモニウムによって排気管５に連通する排出経路が詰ってしまう。即ち、図７に示すように、Ｎ₂ ガスによるパージの際、真空ポンプ８に通じる排気経路の弁が閉じられて反応炉２内は常圧となり、反応炉２内に送り込まれたＮ₂ ガスと待機時に気化した塩化アンモニウムガスは共に排気ガスとして、パージ圧力により排気管５からベントライン９を経てＬＰ−ＣＶＤ装置１の外に排出される。その途中、細い排気配管からなるベントライン９で塩化アンモニウムによる詰りが生じてしまう。
【０００６】
これは、ＬＰ−ＳｉＮ膜の成膜後に反応副生成物として残留する塩化アンモニウムが石英ボート台７等の形状が複雑な部分に付着し、それが排気途中で冷却され粉状になってしまうためである。ベントライン９が詰ってしまった場合、詰りを解消するために装置のメンテナンスが必要となり、装置のダウンタイムが増加して稼働率が低下してしまう。
【０００７】
一方、加熱処理中に石英ボート下部等への反応生成物の付着防止を図った熱処理装置が、特開平５−２９１１５８号公報に開示されている。この熱処理装置は、「被処理体を水平に複数枚支持する支持体を下方から挿入する開口部を有し導入される反応ガスにより前記被処理体の処理が行われる筒状反応容器と、前記筒状反応容器内を気密に保持する前記開口部の蓋体と、前記筒状反応容器を包囲して設けられる加熱部とを備えた熱処理装置において、前記蓋体の前記筒状反応容器内側面を加熱して反応生成物の付着を防止する加熱装置を設け」ている。この熱処理装置においては、反応容器の内側面に設けた加熱装置により反応容器内に支持体（石英ボート）が搬入されたまま蓋体が加熱され、反応容器の下方及び蓋体に反応生成物が付着することがないため、被処理体である半導体ウェーハの汚染源を発生させない。
【０００８】
しかしながら、この公報記載の熱処理装置は、反応容器内に装着された石英ボートの下部を加熱してボート下部への反応生成物の付着を防止するものであり、加熱されたボート下部のガスは反応容器の配管を通して外部に排出される。従って、排気途中で冷却され粉状に固化して配管を詰らせるという上記技術的課題を示唆せず、その解決策は開示されない。
【０００９】
本発明は、上記従来技術を考慮してなされたものであって、成膜後に残留する副生成物により排出経路が詰ってしまうことのない成膜方法及び成膜装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明においては、成膜対象を支持手段に搭載し、この支持手段が搬入された反応容器内に反応ガスを導入し、前記成膜対象に成膜処理を行う成膜方法において、成膜処理後に前記支持手段を前記反応容器の外に引き出し、前記支持手段をその下端側より加熱手段により加熱してこの支持手段に付着する反応副生成物を気化させるとともに、反応容器の開口を蓋で塞ぎ、前記反応容器をパージすることを特徴とする成膜方法を提供する。
【００１１】
上記構成によれば、成膜終了後、反応容器から成膜対象を搭載した支持手段が引き出されて反応容器の外で支持手段の下端が加熱され、支持手段に付着する反応副生成物の気化が反応容器の外で行われる。これにより、成膜後に残留する反応副生成物により反応容器の排出経路が詰ってしまうことがない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るＬＰ−ＳｉＮを形成する減圧ＣＶＤ装置の概略説明図である。図２は、図１の反応炉に挿入された石英ボートと電熱ヒータを示す説明図である。図３は、図２の電熱ヒータの加熱による反応副生成物の気化状態の説明図である。
【００１４】
図１に示すように、縦型のＬＰ−ＣＶＤ装置１０は、装置ケース１１内の上部に、ヒータ１２に覆われた反応炉（反応容器）１３を有し、この反応炉１３の下方に、石英ボート（支持手段）１４が配置されている。石英ボート１４は、成膜処理対象の半導体ウェーハ（図示しない）を水平状態に複数枚搭載可能に形成され、その下端に、保温筒１５を介して石英ボート台１６が一体的に装着されている。石英ボート台１６は、昇降機構及び回転機構（図示しない）により自在に昇降及び回転が可能であり、石英ボート台１６の昇降により石英ボート１４は保温筒１５とともに反応炉１３内に挿入され或いは反応炉１３から引き出される。石英ボート１４及び石英ボート台１６は、例えば石英ガラス或いはＳｉＣ等により形成される。
【００１５】
装置ケース１１内の底部には、反応炉１３から引き出されてヒータ１２の下方に位置する石英ボート１４下端の石英ボート台１６を取り囲むように、反応炉１３の外に円環状の電熱ヒータ（加熱手段）１７が設置されている。電熱ヒータ１７の側方には、半導体ウェーハを石英ボート１４に搭載し或いは石英ボート１４から取り出すウェーハ搬送機１８が設置されている。装置ケース１１の下部外表面には、操作パネル１９が設けられている。
【００１６】
図２に示すように、ヒータ１２に囲まれた反応炉１３は、アウタチューブ２０とインナチューブ２１のそれぞれ下端がフランジ２２に接続され、下端が開口する二重構造の円筒状に形成される。フランジ２２には、アウタチューブ２０とインナチューブ２１の間隙を介して反応炉１３内の反応空間に連通する排気管２３が取付けられている。この排気管２３は、途中、ベントライン２４（図３参照）に分岐後、排気用の真空ポンプ２５（図３参照）に接続される。
【００１７】
石英ボート１４の上昇時、保温筒１５とともに石英ボート１４が反応炉１３内に挿入状態となり、フランジ２２の下端に石英ボート台１６の上面が当接して反応炉１３の下端開口を閉鎖する。石英ボート１４の下降時、反応炉１３の下方に移動した石英ボート１４は、その下端の石英ボート台１６が電熱ヒータ１７に囲まれ、電熱ヒータ１７への通電により石英ボート台１６が加熱される。
【００１８】
図３に示すように、ＬＰ−ＳｉＮ膜の成膜終了後、反応炉１３から石英ボート１４が引き出されるとともに、反応炉１３内において大気圧の下Ｎ₂ フローによるパージが行われる。石英ボート１４が反応炉１３の外に出ると、反応炉１３の下端開口は、反応炉１３に備えられた蓋（図示しない）により塞がれる。石英ボート１４が反応炉１３の外に出て電熱ヒータ１７に囲まれた石英ボート台１６は、電熱ヒータ１７により１００℃以上に加熱された状態で待機する。
【００１９】
Ｎ₂ ガスによるパージの際、真空ポンプ２５に通じる排気経路の弁が閉じられて反応炉１３内は常圧となる。このため、石英ボート１４の下降中、Ｎ₂ ガスはパージ圧力で反応炉１３の下端から反応炉１３外に排出されるが、下端開口が塞がれる石英ボート１４の待機中は、Ｎ₂ ガスは同様にパージ圧力で排気管２３からベントライン２４へと送り出されＬＰ−ＣＶＤ装置１０外へと排出される。
【００２０】
石英ボート台１６が加熱されることにより、ＬＰ−ＳｉＮ膜の成膜後に反応副生成物として残留し石英ボート台１６等の形状が複雑な部分に付着した塩化アンモニウム（ＮＨ₄ Ｃｌ）が、塩化アンモニウムガスとなって気化・拡散する。この気化・拡散する塩化アンモニウムガスは、石英ボート台１６の加熱が反応炉１３の外で行われるため、反応炉１３に連通する排気管２３に流れ込むことはなく、排気管２３を通って排気される途中で冷却され粉状になることがない。従って、粉状になった塩化アンモニウムにより、細い排気配管からなるベントライン２４が詰ることもない。
【００２１】
図４は、電熱ヒータの代りに加熱体を用いた図２と同様の説明図であり、図５は、図４の加熱体の加熱による反応副生成物の気化状態の説明図である。この例では、加熱手段として電熱ヒータの代りに加熱流体を循環させる加熱体が用いられる。
【００２２】
図４に示すように、加熱体２６は、石英ボート台１６を埋設状態に載置可能な凹形状に形成され、導入管２７から導入されて排出管２８から排出される加熱流体の循環により石英ボート台１６の底面及び側面を加熱することができる。図５に示すように、ＬＰ−ＳｉＮ膜の成膜終了後、石英ボート１４が下降して石英ボート１４が反応炉１３の外に出るとともに石英ボート台１６が加熱体２６に載置され、石英ボート台１６は加熱体２６により１００℃以上に加熱される。
【００２３】
このように、反応炉１３の外で石英ボート台１６が加熱されることにより、ＬＰ−ＳｉＮ膜の成膜後に反応副生成物として残留し石英ボート台１６等の形状が複雑な部分に付着した塩化アンモニウムが、塩化アンモニウムガスとなって気化・拡散する際に、反応炉１３に連通する排気管２３に流れ込むことがない。その他の構成及び作用効果は前記図２及び図３の実施の形態と同様である。
【００２４】
以上、電熱ヒータ１７或いは加熱体２６により、石英ボート台１６は反応炉１３の外でしか加熱されず、ＬＰ−ＳｉＮ膜の成膜後に反応副生成物として残留し石英ボート台１６等に付着した塩化アンモニウムは、反応炉１３の外で塩化アンモニウムガスとなって気化・拡散する。従って、パーティクル発生源である塩化アンモニウムが反応炉１３内に入り込まないので、パーティクルの低減が可能となり半導体デバイスの品質向上をもたらす。また塩化アンモニウムにより反応炉１３の排出経路であるベントライン２４が詰ることがないので、詰りを解消するためのＬＰ−ＳｉＮを形成するＣＶＤ装置１０のメンテナンス頻度が低減し、装置の稼働率が向上する。
【００２５】
なお、本発明においては、上述した縦型減圧ＣＶＤ装置に限らず、横型減圧ＣＶＤ装置においても同様の効果が得られる。また、電熱ヒータ１７或いは加熱体２６に限らず他の加熱方法により石英ボート台１６を加熱してもよい。
【００２６】
また、ＳｉＮ膜の成膜に限らず、他の各種反応ガスを用いた成膜プロセスに適用可能である。また、ＣＶＤ装置に限らず、アニールや拡散処理等のための加熱炉に対しても適用可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る成膜方法によれば、成膜終了後、反応容器から成膜対象を搭載した支持手段が引き出されて反応容器の外で支持手段の下端が加熱され、支持手段に付着する反応副生成物の気化が反応容器の外で行われるので、パーティクル発生源である反応副生成物が反応容器内に入り込まず、パーティクルの低減が可能となり半導体デバイスの品質向上をもたらす。また、反応副生成物により反応容器の排出経路が詰ることがないので、詰りを解消するための装置のメンテナンス頻度が低減し、装置の稼働率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るＬＰ−ＳｉＮを形成する減圧ＣＶＤ装置の概略説明図。
【図２】図１の反応炉に挿入された石英ボートと電熱ヒータを示す説明図。
【図３】図２の電熱ヒータの加熱による反応副生成物の気化状態の説明図。
【図４】電熱ヒータの代りに加熱体を用いた図２と同様の説明図。
【図５】図４の加熱体の加熱による反応副生成物の気化状態の説明図。
【図６】従来のＬＰ−ＣＶＤ装置の概略説明図。
【図７】図６のＬＰ−ＣＶＤ装置における気化した反応副生成物の流れを示す説明図。
【符号の説明】
１０：ＬＰ−ＣＶＤ装置、１１：装置ケース、１２：ヒータ、１３：反応炉、
１４：石英ボート、１５：保温筒、１６：石英ボート台、１７：電熱ヒータ、
１８：ウェーハ搬送機、１９：操作パネル、２０：アウタチューブ、
２１：インナチューブ、２２：フランジ、２３：排気管、２４：ベントライン、
２５：真空ポンプ、２６：加熱体、２７：導入管、２８：排出管。

Claims

成膜対象を支持手段に搭載し、この支持手段が搬入された反応容器内に反応ガスを導入し、前記成膜対象に成膜処理を行う成膜方法において、
成膜処理後に前記支持手段を前記反応容器の外に引き出し、前記支持手段をその下端側より加熱手段により加熱してこの支持手段に付着する反応副生成物を気化させるとともに、反応容器の開口を蓋で塞ぎ、前記反応容器をパージすることを特徴とする成膜方法。
前記反応容器のパージは真空ポンプの上流側の排気管より分岐されたベントラインを介してパージガスを排出する
ことを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
前記反応容器のパージは前記反応容器内が常圧となる
ことを特徴とする請求項１記載の成膜方法。