JP4362965B2 - 成膜装置および成膜方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
本発明は、ＨＳＧ（Ｈｅｍｉ−Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ−Ｇｒａｉｎ）−Ｓｉ膜の形成用の成膜装置および成膜方法に関し、特に減圧下で成膜の処理を行う成膜装置および成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置、特にメモリ装置において、キャパシタは情報の保持手段として用いられている。
近年、メモリセルにおけるキャパシタの占有面積は半導体装置の高集積化に伴って減少しており、これは、キャパシタのキャパシタンスの減少をもたらす結果となる。
【０００３】
しかしながら、メモリセルの機能を十分に果たすためには、一定のキャパシタンスを確保すべきであり、α線により発生するソフトエラーおよび雑音に対する十分なマージンを確保するためには、キャパシタンスを増加させなければならない。
【０００４】
従って、キャパシタのキャパシタンスを増加させるために、キャパシタ絶縁膜として誘電率の高い材料、例えば、Ｔａ2 Ｏ5 などを用いる方法や、キャパシタの電極面積を増加させる方法などが提案されている。
【０００５】
電極面積を増加させる方法としては、ＨＳＧ（Hemi-Spherical-Grain) 技術、すなわち、半球状粒子技術を用いたもの（特開平８−３０６６４６号公報参照）がある。
ＨＳＧ技術は、キャパシタの蓄積電極の表面に半球状の粒子あるいはマッシュルーム状の粒子を多数形成することにより、実質的に、蓄積電極の表面積を拡大し、これによって、大きな容量を実現しようとするものである。
【０００６】
上記の方法では、まず不純物を含むアモルファスシリコン膜表面にシラン（ＳｉＨ４）を照射することで核を形成し、その後連続してアニールを行いアモルファスシリコン表面のシリコン原子が核に集まるようにマイグレーションすることにより、表面に大きな凹凸、すなわち半球状あるいはマッシュルーム状の粒子を形成している。以後、本明細書において、半球状あるいはマッシュルーム状の粒子をＨＳＧ（Ｈｅｍｉ−Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ−Ｇｒａｉｎ）−Ｓｉ膜（以降ＨＳＧ−Ｓｉ膜）と呼ぶ。
【０００７】
このように、アモルファスシリコン上に、半球状の粒子であるＨＳＧ−Ｓｉ膜を形成する場合、アモルファスシリコンの表面に、自然酸化膜等が数原子層形成されると、酸素原子がシリコン原子のマイグレーションを抑制するために、ＨＳＧ−Ｓｉ膜を形成することができなくなってしまう。
実際、自然酸化膜としてのシリコン酸化膜は、酸素分圧が１×１０-4Ｐａ（１×１０-6Ｔｏｒｒ）以上あると、アモルファスシリコン上に形成されてしまう。このため、半球状の粒子であるＨＳＧ−Ｓｉ膜を形成する際、酸素や水等の不純物が雰囲気中に残存するのを防止しなくてはならない。
【０００８】
上に引用した公報では、アモルファスシリコン上に形成された自然酸化膜をフッ化水素酸で処理することにより除去した後、ロードロック室を有する成膜装置にウェーハを導入し、ＨＳＧ−Ｓｉ膜を形成する方法を開示している。
【０００９】
また、上記のようにウェーハ上の自然酸化膜をフッ化水素酸で除去した場合でも、加熱されている反応室にウェーハを導入した場合には、ウェーハに層間膜として形成されているシリコン酸化膜等に吸着している水分により、ウェーハ上のアモルファスシリコン表面が再度酸化されてしまうため、例えば特開平９−３２０９７０号公報に示されるように、反応室をポリシリコン等によりコーティングし、酸素や水分等の不純物をゲッタリングする能力をもたせるという提案がなされている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の方法にてＨＳＧ−Ｓｉ膜を形成する際においても、ＨＳＧ−Ｓｉ膜の成膜処理終了後から次のＨＳＧ−Ｓｉ膜の成膜処理を行うまでの時間が長くなった場合、ウェーハの周辺のＨＳＧ−Ｓｉ膜のサイズが小さくなり、そのため、ウェーハ面内におけるＨＳＧ−Ｓｉ膜のサイズの均一性が悪化するという問題が発生することが確認された。
また、このとき、ボートの下部側ほど面内均一性の悪化が大きいことも確認された。
【００１１】
ボートの下部側には、排気配管が設けられており、上記の結果を考慮すると、処理間隔が長くなった場合、排気配管に外部雰囲気からの水分、酸素および有機物等が蓄積され、ウェーハ搬送時に排気配管のバルブが開けられた瞬間に、排気配管中の上記の気体状態の不純物（以下、気体不純物と称す）が反応室内に放出あるいは拡散され、反応室内の不純物分圧が上がってしまい、これにより、アモルファスシリコン表面が酸化または汚染されてしまいＨＳＧ−Ｓｉ膜のサイズが小さくなってしまうことがわかった。
従って、上記の公報に開示された不純物のゲッタリングを行うために反応室内をポリシリコン等によりコーティングするのみでは不十分であることが確認された。
【００１２】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、従って、本発明は、ＨＳＧ−Ｓｉ膜の成膜処理終了後から次のＨＳＧ−Ｓｉ膜の成膜処理を行うまでの時間が長くなった場合においても、排気配管から放出される水分、酸素および有機物などの不純物からの影響を完全に除去して、ＨＳＧ−Ｓｉ膜を均一にかつ安定して形成することができる成膜装置および成膜方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のＨＳＧ−Ｓｉ膜の形成用の成膜装置は、被処理体に少なくともキャパシタの一方の電極となる凹凸を有する膜を成膜する処理を行う反応室と、該反応室と開閉可能な搬出入口を介して連通する被処理体待機室と、該被処理体待機室から前記反応室内に前記被処理体を搬入する被処理体搬送用ロボットと、前記反応室内を第１の圧力に達するまで排気する第１の排気手段と、前記第１の排気手段によって排気された前記反応室内を、前記第１の圧力よりも低い第２の圧力に達するまで排気する第２の排気手段と、少なくとも前記第１の排気手段への気体不純物の付着を防止するための不活性ガスを含むガスを前記第１の排気手段に供給するガス供給手段とを有する。
【００１４】
例えば、前記第１の排気手段は、前記反応室内が真空領域に達するまで排気を行い、前記第２の排気手段は、前記反応室内が前記真空領域から高真空領域に達するまで排気を行う。ここで、真空領域とは、大気圧よりも低い圧力の領域をいい、高真空領域とは、１０-1Ｐａ〜１０-6Ｐａ程度の圧力の領域をいう。
【００１５】
例えば、前記ガス供給手段は、前記反応室に接続して設けられ、当該反応室を介して前記不活性ガスを含むガスを前記第１の排気手段に供給する。
【００１６】
例えば、前記ガス供給手段は、前記不活性ガスとして窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガスの少なくとも１つを含むガスを供給する。
【００１９】
上記の本発明の成膜装置によれば、少なくとも第１の排気手段への気体不純物の付着を防止する不活性ガスを含むガスを第１の排気手段に供給するガス供給手段を有することにより、成膜装置の待機時間が長くなった場合においても、特に第２の排気手段に比して気体不純物の分圧の高い第１の排気手段における気体不純物を不活性ガスを含むガスにより物理的に除去することができることから、被処理体への処理を清浄に行うことができ、被処理体に均一にかつ安定して膜を形成することができる。
【００２０】
また、上記の目的を達成するため、本発明のＨＳＧ−Ｓｉ膜の形成用の成膜装置は、被処理体に少なくともキャパシタの一方の電極となる凹凸を有する膜を成膜する処理を行う反応室と、該反応室と開閉可能な搬出入口を介して連通する被処理体待機室と、該被処理体待機室から前記反応室内に前記被処理体を搬入する被処理体搬送用ロボットと、前記反応室内を第１の圧力に達するまで排気する第１の排気手段と、前記第１の排気手段によって排気された前記反応室内を、前記第１の圧力よりも低い第２の圧力に達するまで排気する第２の排気手段と、少なくとも前記第１の排気手段への気体不純物の付着を防止可能な第１のガスを前記第１の排気手段に供給する第１のガス供給手段と、少なくとも前記第１の排気手段に付着した前記気体不純物を除去可能な第２のガスを前記第１の排気手段に供給する第２のガス供給手段とを有する。
【００２１】
上記の本発明の成膜装置によれば、少なくとも第１の排気手段への気体不純物の付着を防止可能な第１のガスを第１の排気手段に供給する第１のガス供給手段と、少なくとも第１の排気手段に付着した気体不純物を除去可能な第２のガスを第１の排気手段に供給する第２のガス供給手段とを有することにより、成膜装置の待機時間が長くなった場合においても、特に第２の排気手段に比して気体不純物の分圧の高い第１の排気手段における気体不純物を第１のガスにより物理的に除去し、かつ当該第１のガスにより除去されずに残った気体不純物を、第２のガスにより取り除くことができることから、被処理体への処理を清浄に行うことができ、被処理体に均一にかつ安定して膜を形成することができる。
【００２２】
また、上記の目的を達成するため、本発明のＨＳＧ−Ｓｉ膜の成膜方法は、反応室内を大気圧未満で、１Ｐａ以上の圧力に達するまで排気する第１の排気手段と、前記第１の排気手段によって排気された前記反応室内を、１０ −１ Ｐａ〜１０ −６ Ｐａの圧力に達するまで排気する第２の排気手段とを有する前記反応室内において、前記被処理体の表面に少なくともキャパシタの一方の電極となる凹凸を有する膜を成膜する処理を行う成膜方法であって、前記被処理体の表面への前記処理終了後、次の被処理体の表面への前記処理までの待機時に、少なくとも前記第１の排気手段への気体不純物の付着を防止する不活性ガスを含むガスを前記第１の排気手段に導入し、前記次の被処理体を被処理体待機室から前記反応室に搬入する場合に、前記反応室内の圧力を前記被処理体待機室内の圧力より高く調整する、ＨＳＧ−Ｓｉ膜の成膜方法。
【００２３】
例えば、前記第１の排気手段に前記不活性ガスを含むガスを導入する工程において、前記待機時に、前記第１の排気手段に前記不活性ガスを含むガスを常時導入する。
【００２４】
例えば、前記第１の排気手段に前記不活性ガスを含むガスを導入する工程において、前記待機時に、前記第１の排気手段に前記不活性ガスを含むガスを所定のサイクルで導入する。
【００２５】
上記の本発明の成膜方法によれば、被処理体への所定の処理終了後、次の被処理体の所定の処理までの待機時に、第１の排気手段への気体不純物の付着を防止する不活性ガスを含むガスを第１の排気手段に導入することにより、当該待機時間が長くなった場合においても、特に第２の排気手段に比して気体不純物の分圧の高い第１の排気手段における気体不純物を不活性ガスを含むガスにより物理的に除去することができることから、被処理体への処理を清浄に行うことができ、被処理体に均一にかつ安定して膜を形成することができる。
【００２６】
また、上記の目的を達成するため、本発明のＨＳＧ−Ｓｉ膜の成膜方法は、反応室内を大気圧未満で、１Ｐａ以上の圧力に達するまで排気する第１の排気手段と、前記第１の排気手段によって排気された前記反応室内を、１０ −１ Ｐａ〜１０ −６ Ｐａの圧力に達するまで排気する第２の排気手段とを有する前記反応室内において、前記被処理体の表面に少なくともキャパシタの一方の電極となる凹凸を有する膜を成膜する処理を行う成膜方法であって、前記被処理体の表面への前記処理終了後、次の被処理体の表面への前記処理までの待機時において、少なくとも前記第１の排気手段への気体不純物の付着を防止可能な第１のガスを前記第１の排気手段に導入する工程と、前記次の被処理体の表面に前記処理を行う前に、少なくとも前記第１の排気手段に付着した前記気体不純物を除去可能な第２のガスを前記第１の排気手段に導入する工程と、前記次の被処理体を被処理体待機室から前記反応室に搬入する場合に、前記反応室内の圧力を前記被処理体待機室内の圧力より高く調整する工程と、を有する。
【００２７】
上記の本発明の成膜方法によれば、被処理体への所定の処理終了後、次の被処理体の所定の処理までの待機時において、少なくとも第１の排気手段への気体不純物の付着を防止可能な第１のガスを第１の排気手段に導入し、かつ、被処理体に所定の処理を行う前に、少なくとも第１の排気手段に付着した気体不純物を除去可能な第２のガスを第１の排気手段に導入することにより、当該待機時間が長くなった場合においても、特に第２の排気手段に比して気体不純物の分圧の高い第１の排気手段における気体不純物を第１のガスにより物理的に除去し、かつ当該第１のガスにより除去されずに残った気体不純物を、所定の処理前に第２のガスにより取り除くことができることから、被処理体への処理を清浄に行うことができ、被処理体に均一にかつ安定して膜を形成することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の成膜装置および成膜方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２９】
第１実施形態
図１に本実施形態に係る成膜装置の概略構成図を示すとともに、当該成膜装置の待機時における状態を示す。
図１に示す成膜装置は、試料室１１と、反応室１２とを備え、試料室１１および反応室１２との間には、真空に保持されたロードロック室１３が設けられている。
【００３０】
試料室１１は、複数枚のウェーハ（被処理体）１４を収容したカセット１５を収容している。
複数枚のウェーハ１４を収容したカセット１５は、試料室１１のドア１６を介して、大気中から試料室１１に搬入される。
ここで、各ウェーハ１４には、例えばＤＲＡＭを構成するＭＯＳＦＥＴ等が形成され、これを被覆してシリコン酸化膜系の層間絶縁膜が形成され、さらに、その上部にキャパシタの電極として使用されるアモルファスシリコン膜が形成されている。
なお、試料室１１において、アモルファスシリコン上に形成された自然酸化膜をフッ化水素酸等により除去する前処理が行われても良い。
【００３１】
ロードロック室１３は、試料室１１に対してゲートバルブ１８ａによって連結されており、ウェーハ搬送用ロボット１９が設けられている。
当該ウェーハ搬送用ロボット１９は、試料室１１のカセット１５に収容されたウェーハ１４を、一枚ずつ試料室１１からロードロック室１３を介して反応室１２に搬送する。
【００３２】
真空ポンプ１７は、試料室１１およびロードロック室１３に連結されており、例えばドライポンプにより構成され、この真空ポンプ１７により、試料室１１およびロードロック室１３は、１Ｐａ（１×１０-2Ｔｏｒｒ）程度の真空度まで排気されている。
ここで、ドライポンプは、大気圧から１Ｐａ（１×１０-2Ｔｏｒｒ）程度まで排気するポンプで、オイルレス回転ポンプである。
【００３３】
反応室１２は、内部において、ウェーハに薄膜を形成する処理を行うものである。反応室１２は、例えば、石英やＳｉＣ等によって形成され鉛直方向に沿って配置されたチャンバー部２０と、該チャンバー部２０の下部に設けられたベローズ部２１とを備えている。
ベローズ部２１は、チャンバー部２０内への大気の流入を防止して、チャンバー部２０内を真空に保ちつつ、図の上下方向に伸縮可能となっている。
【００３４】
ヒーター２２は、チャンバー部２０とともに、チャンバー部２０の内部に収容されたウェーハを加熱し、チャンバー部２０の外周を包囲するように設けられ、例えばコイルによって形成されている。
【００３５】
反応室１２には、排気配管２３を介して高真空ポンプ３１が接続され、排気配管２４を介して真空ポンプ３２が接続されている。また、高真空ポンプ３１と反応室１２の間にはメインバルブ２９、真空ポンプ３２と反応室１２の間には粗引きバルブ３０が設けられている。真空ポンプ３２は、反応室１２内を大気圧から１Ｐａ（１×１０−２Ｔｏｒｒ）程度まで排気し、高真空ポンプ３１は、真空ポンプ３２によってある程度反応室１２内を真空状態としてから、反応処理に必要な真空状態まで排気を行い、例えば、１×１０−６Ｐａ（１×１０−８Ｔｏｒｒ）程度まで排気する。
【００３６】
真空ポンプ３２は、例えば真空ポンプ１７と同様、ドライポンプにより構成され、高真空ポンプ３１は、例えばターボ分子ポンプにより構成される。
ここで、ターボ分子ポンプとは、高速（毎分１万〜９万回転）に回転する動翼と静翼とを多段に組み合わせた構造を持ち、この高速回転翼に当たった気体分子に特定の運動量を与えることで排気するポンプである。
なお、上記の排気配管２４および真空ポンプ３２が請求の範囲における第１の排気手段に対応し、排気配管２３および高真空ポンプ３１が請求の範囲における第２の排気手段に対応している。
【００３７】
反応室１２内には、ウェーハ１４を複数枚収容できるボート２５が設置台２６上に位置付けられているともに、シラン（ＳｉＨ4 ）等のシリコン含有ガスを導入するためのシリコン含有ガス導入管２７および窒素（Ｎ2 ）等の不活性ガスを導入するための不活性ガス導入管２８がバルブ（３３，３４）を介して接続されている。
図示はしないが、シリコン含有ガス導入管２７および不活性ガス導入管２８の他端には、各ガスを供給するためのガス供給源が接続されている。
なお、上記の不活性ガスの供給源および不活性ガス導入管２８が請求の範囲における（第１の）ガス供給手段に対応し、シリコン含有ガスの供給源およびシリコンガス導入管２７が請求の範囲における第２のガス供給手段に対応している。
【００３８】
制御部３５は、高真空ポンプ３１に接続するメインバルブ２９、真空ポンプ３２に接続する粗引きバルブ３０、シリコン含有ガス導入管２７に設けられたバルブ３３、不活性ガス導入管２８に設けられたバルブ３４に接続しており、各バルブ（２９，３０，３３，３４）の開閉を制御する。
【００３９】
次に、上記の成膜装置の動作とともに、ウェーハへの成膜方法を説明する。
上記の成膜装置は、所定のＨＳＧ−Ｓｉ膜形成処理終了後から次のＨＳＧ−Ｓｉ膜形成処理までの処理待機状態において、図１に示されるように、ボート２５は最上部に上がり、高真空ポンプ３１のメインバルブ２９は閉じられ、粗引きバルブ３０が開かれ、かつ、不活性ガス導入管２８のバルブ３４が開かれており、不活性ガスは反応室１２を通り、排気配管２３および排気配管２４を通った後、真空ポンプ３２に導かれ、外部雰囲気に排出されている状態にある。
【００４０】
このときの不活性ガスは、例えば不活性ガス導入管２８から窒素ガスを１００ｓｃｃｍ流しておく。これにより、水分（Ｈ2 Ｏ）、酸素（Ｏ2 ）および炭化水素（ＨＣ）等の気体不純物は、不活性ガスとともに真空ポンプ３２により外部雰囲気に排出されるため、排気配管２４内部に付着することを防止することができる。
以上の処理を待機状態において、常時行っておくことが従来と異なる。
【００４１】
次に、通常の成膜処理に移行する。
図２は、ウェーハ１４を反応室１２に搬入する工程における成膜装置の１状態を示す図である。
すなわち、図２に示すように、不活性ガス導入管２８から例えば窒素ガスを反応室１２内に導入して、反応室１２内の圧力を、ロードロック室１３内の圧力より若干高くなるように調整する。このときの反応室１２内の圧力は、例えば、１×１０2 Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）程度に調整する。
【００４２】
そして、反応室１２のベローズ部２１を図の下方に伸長させ、ボート２５を、設置台２６とともに図の下方に移動させる。これにより、ボート２５は、ウェーハを搭載できる位置に置かれることになる。
【００４３】
そして、ロードロック室１３と反応室１２の間のゲートバルブ１８ｂが開かれ、ウェーハ搬送用ロボット１９に搭載されたウェーハ１４がボート２５に搬送され、保持される。このとき、反応室１２の圧力はロードロック室１３よりも若干高圧になっているため、ロードロック室１３内の不純物が反応室１２に侵入することはない。
【００４４】
この後、ボート２５を設置台２６とともに下降させながら、各ウェーハ１４を順次ボート２５に設置していく。
このようにして、ウェーハ１４をボート２５に全て設置した後、反応室１２のベローズ部２１が収縮され、ボート２５は、当該ボート２５に設置された所定枚数のウェーハ１４および設置台２６とともに図の上方に移動する。
【００４５】
図３は、ウェーハ１４に例えばＨＳＧ−Ｓｉ膜を形成する工程における成膜装置の１状態を示す。
すなわち、図３に示すように、バルブ３４を閉じ、反応室１２内への不活性ガスの導入を止め、さらに、バルブ３０を閉じメインバルブ２９を開け、高真空ポンプ３１により反応室１２内を１×１０-6Ｐａ（１×１０-8Ｔｏｒｒ）程度の圧力にして、ヒーター２２により、チャンバー部２０とともに、ボート２５に搭載された各ウェーハ１４を処理温度、例えば５６０℃に安定するまで温める。
【００４６】
そして、バルブ３３を開け、シリコン含有ガスを反応室１２内に導入し、ウェーハ１４に当該シリコン含有ガスを照射して、連続してアニールすることで、シリコン原子により構成された核をウェーハ１４上のアモルファスシリコン上に形成する。このときのシリコン含有ガス導入管２７から導入するシリコン含有ガスの構成および流量は、例えばシランガス２０ｓｃｃｍ、ヘリウムガス３０ｓｃｃｍとする。
このとき、各ウェーハ１４には、不純物のない清浄なリンドープアモルファスシリコン表面が形成されており、シランガスはこの表面で分解し、シリコン核が形成される。
【００４７】
この後、バルブ３３を閉めて、シリコン含有ガスの反応室１２内への導入を止め、ヒーター２２により反応室１２の処理温度を例えば５６０℃に保ち、かつ、高真空ポンプ３１により反応室１２内の処理圧力を１×１０-6Ｐａ（１×１０-8Ｔｏｒｒ）程度の真空度に保ち、数分から数十分間、上記の状態を保持することにより、前記シリコン核を中心にＨＳＧ−Ｓｉ膜が形成される。
以上のようにして、本実施形態に係る成膜装置を用いて成膜処理がなされる。
【００４８】
次に、図４を参照して、本発明に係る成膜装置を用いた成膜方法により、待機状態において排気配管２４に常時不活性ガスを導入しておいた（図１参照）後に、ＨＳＧ−Ｓｉ膜を形成した場合における効果を説明する。
【００４９】
まず、シリコン基板にアモルファスシリコン膜が形成され、当該アモルファスシリコン表面には自然酸化膜の無い清浄な表面を有するＨＳＧ−Ｓｉ膜形成用のウェーハをそれぞれ５枚用意する。
そして、上記の成膜装置を３日間、図１に示す待機状態にて放置する。
その後、ＨＳＧ−Ｓｉ膜形成用のシリコン基板５枚をボート２５のトップ〜ボトム領域にそれぞれ均等に配置して、上述したＨＳＧ−Ｓｉ膜の成膜処理を行った。ここで、図４の横軸において、ＢＴＭはボート２５のボトム（最下部）に配置されたウェーハを、ＴＯＰはボート２５のトップ（最上部）に配置されたウェーハを、ＣＥＮＴＥＲはボート２５の高さ方向での中央部に配置されたウェーハを、Ｂ−Ｃはボートの中央部（ＣＥＮＴＥＲ）とボトム（ＢＴＭ）の間に配置されたウェーハを、Ｔ−Ｃはボートのトップ（ＴＯＰ）と中央部（ＣＥＮＴＥＲ）の間に配置されたウェーハをそれぞれ示している。
【００５０】
なお、ボート２５の他の全ての場所には、アモルファスシリコン膜が形成されていない自然酸化膜の無いシリコン基板（ダミーウェーハ）を設置した。
そして、成膜後のＨＳＧ−Ｓｉ膜の凹凸の面内均一性を光学的方法により測定した。なお、図４に示す面内均一性（％）は、数値が大きければ大きいほど、ウェーハ面内におけるＨＳＧ−Ｓｉ膜の凹凸の差異が大きいことを示している。
【００５１】
また、比較例として、従来例に係る待機状態により３日間放置した後、他は同様の条件でＨＳＧ−Ｓｉ膜の成膜処理を行った結果を図４に示してある。
ここで、図５に、比較例の待機状態における成膜装置の概略構成図を示す。
比較例では、処理待機状態において、図５に示されるように、ボート２５は最上部に上がり、真空ポンプ３２の粗引きバルブ３０は閉じられ、メインバルブ２９は開いている状態にあり、また、シリコン含有ガス導入管２７のバルブ３３および不活性ガス導入管２８のバルブ３４は閉じている状態にある。
【００５２】
図４に示すように、本実施形態に係る成膜装置を用いた成膜方法によれば、ボート２５の全領域において、良好なＨＳＧ−Ｓｉ膜がウェーハ面内に均一に形成され、特に、排気配管（２３、２４）が連結している部分に近いボート下部においては、比較例に比して顕著な効果が確認できた。
これは、比較例では、図５に示すように、反応室１２および排気配管２３内は、高真空ポンプ３１により排気されていることから、内部雰囲気における水分（Ｈ2 Ｏ）、酸素（Ｏ2 ）および炭化水素（ＨＣ）等の不純物分圧が１×１０-6Ｐａ（１×１０-8Ｔｏｒｒ）程度以下となっているため特に問題はない。
しかし、高真空ポンプ３１を有さない排気配管２４内は、真空ポンプ３２により排気されていることから、不純物分圧が１×１０-4Ｐａ（１×１０-6Ｔｏｒｒ）以上あり、長時間この待機状態が続くことによって、排気配管２４の内壁に水分（Ｈ2 Ｏ）、酸素（Ｏ2 ）および炭化水素（ＨＣ）等の気体状態にある不純物が微量ではあるが付着している状態にある。この状態で、ウェーハ搬送時に排気配管２４のバルブ３０が開けられると、その瞬間に、排気配管２４中の上記の気体不純物が反応室１２内に放出あるいは拡散され、反応室１２内の不純物分圧が上がってしまい、アモルファスシリコン表面が酸化または汚染され、ＨＳＧ−Ｓｉ膜のサイズが小さくなってしまうと考えられる。
従って、本実施形態に係る成膜装置および成膜方法によれば、ＨＳＧ−Ｓｉ膜の成膜処理終了後から次のＨＳＧ−Ｓｉ膜の成膜処理を行うまでの時間が長くなった場合においても、排気配管２４から放出される水分、酸素および有機物などの不純物からの影響を完全に除去して、ウェーハへの成膜処理を清浄に行うことができ、ＨＳＧ−Ｓｉ膜を均一にかつ安定して形成することができる。
【００５３】
第２実施形態
本実施形態に係る成膜装置の構成は、実質的に第１実施形態と同様であるが、待機状態からウェーハ搬入工程の間に以下の工程を設ける。
【００５４】
すなわち、図１に示す待機状態から図２に示すウェーハ搬入工程へ移行する間に、図６に示すように、不活性ガス導入管２８のバルブを閉じ、シリコン含有ガス導入管２７のバルブ３３を開け、シリコン含有ガスを流すことにより、シリコン含有ガスは反応室１２を通り、排気配管２３および排気配管２４を通った後、真空ポンプ３２に導かれ、外部雰囲気に排出される。
【００５５】
このときのシリコン含有ガスは、例えばシリコン含有ガス導入管２７からシリコン系ガスとしてシランガスを４０ｓｃｃｍ、不活性ガスとしてヘリウムガスを６０ｓｃｃｍ流し、５〜１０分間バルブ３３を開けておき、上記構成のシリコン含有ガスを流入する。これにより、上記排気配管２４に付着した気体不純物は、シリコン系ガスに吸着され、排気配管２４から除去され、真空ポンプ３２により外部雰囲気に排出される。
【００５６】
そして、バルブ３３を閉じ、シリコン含有ガスの反応室１２への流入を止め、真空ポンプ３２により反応室１２、排気配管２３および排気配管２４内のシリコン含有ガスを全て外部雰囲気へ排出する。
【００５７】
この後、バルブ２８を開き、不活性ガス導入管２８から不活性ガスとして、例えば窒素ガスが導入され、反応室１２を通り、排気配管２３および排気配管２４を通ったのち真空ポンプ３２により排気される。
このときの窒素ガスの流量は例えば１００ｓｃｃｍとする。
以上までの工程を待機状態からウェーハ搬入工程へ移行する間に設け、その後、第１実施形態と同様、図２に示したウェーハ搬入工程、図３に示した成膜処理へと移行する。
以上のようにして、成膜処理がなされる。
【００５８】
本実施形態に係る成膜装置および成膜方法によれば、第１実施形態における処理待機状態において排気配管２４内の気体不純物を不活性ガスを用いて物理的に外部雰囲気へ排出し、外部雰囲気からの気体不純物が排気配管２４の内壁等に付着するのを防止し、かつ上記の処理でもまだ外部雰囲気へ排出されず排気配管２４の内壁等に付着した気体不純物を、当該気体不純物を吸着するシリコン含有ガスを用いてさらに外部雰囲気へ排出することにより、第１実施形態よりもさらに、排気配管２４から放出される水分、酸素および有機物などの気体不純物からの影響を完全に除去して、ウェーハへの成膜処理を清浄に行うことができ、ＨＳＧ−Ｓｉ膜を均一にかつ安定して形成することができる。
【００５９】
本発明の成膜装置および成膜方法の実施形態は、上記の説明に限定されない。例えば、本実施形態では、図１に示すように、処理待機時において不活性ガス導入管２８から不活性ガスを反応室１２内を介して排気配管２４に常時導入して、排気配管２４内への気体不純物の付着を防止する例を示したが、メインバルブ２９を閉じた状態で、粗引きバルブ３０の開閉を繰り返し行い、排気配管２４内に不活性ガスをサイクルパージしてもよい。
また、本実施形態では、排気配管２４を洗浄するために、反応室１２を介して排気配管２４内に不活性ガスやシリコン含有ガスを導入する例を示したが、これに限られるものでなく、例えば排気配管２４に直接不活性ガス導入管およびシリコン含有ガス導入管を接続して、排気配管２４内のみに不活性ガスおよびシリコン含有ガスを導入してもよい。
【００６０】
また、本実施形態では、不活性ガスとして、窒素ガスを例にして説明したが、窒素ガスの他、ヘリウムガス、アルゴンガスにより排気配管２４を洗浄することも可能である。
また、本実施形態では、シリコン含有ガスとして、シランガスを例にして説明したが、シランガスの他、ジシランガス、トリシランガス、テトラシランガスにより排気配管２４を洗浄することも可能であり、また、シリコン含有ガスでなくとも、排気配管中の不純物を化学的、あるいは物理的作用により効果的に除去可能なガスであれば、特に限定はない。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被処理体への所定の処理終了後から次の被処理体への所定の処理を行うまでの時間が長くなった場合においても、特に第１の排気手段における気体不純物からの影響を完全に除去して、被処理体への処理を清浄に行うことができ、被処理体に均一にかつ安定して膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、第１実施形態に係る成膜装置の待機状態を説明するための概略構成図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る成膜装置におけるウェーハ搬入工程を説明するための概略構成図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る成膜装置におけるウェーハへの成膜処理工程を説明するための概略構成図である。
【図４】図４は、第１実施形態の効果を説明するための図である。
【図５】図５は、図４に示した比較例における成膜装置の待機状態を説明するための概略構成図である。
【図６】図６は、第２実施形態に係る成膜装置における排気配管の洗浄工程を説明するための概略構成図である。
【符号の説明】
１１…試料室、１２…反応室、１３…ロードロック室、１４…ウェーハ、１５…カセット、１６…ドア、１７…真空ポンプ、１８ａ，１８ｂ…ゲートバルブ、１９…ウェーハ搬送用ロボット、２０…チャンバー部、２１…ベローズ部、２２…ヒーター、２３…排気配管、２４…排気配管、２５…ボート、２６…ボート設置台、２７…シリコン含有ガス導入管、２８…不活性ガス導入管、２９…メインバルブ、３０…粗引きバルブ、３１…高真空ポンプ、３２…真空ポンプ、３３，３４…バルブ、３５…制御部。
本発明は、ＨＳＧ（Ｈｅｍｉ−Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ−Ｇｒａｉｎ）−Ｓｉ膜の形成用の成膜装置および成膜方法に関し、特に減圧下で成膜の処理を行う成膜装置および成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置、特にメモリ装置において、キャパシタは情報の保持手段として用いられている。
近年、メモリセルにおけるキャパシタの占有面積は半導体装置の高集積化に伴って減少しており、これは、キャパシタのキャパシタンスの減少をもたらす結果となる。
【０００３】
しかしながら、メモリセルの機能を十分に果たすためには、一定のキャパシタンスを確保すべきであり、α線により発生するソフトエラーおよび雑音に対する十分なマージンを確保するためには、キャパシタンスを増加させなければならない。
【０００４】
従って、キャパシタのキャパシタンスを増加させるために、キャパシタ絶縁膜として誘電率の高い材料、例えば、Ｔａ2 Ｏ5 などを用いる方法や、キャパシタの電極面積を増加させる方法などが提案されている。
【０００５】
電極面積を増加させる方法としては、ＨＳＧ（Hemi-Spherical-Grain) 技術、すなわち、半球状粒子技術を用いたもの（特開平８−３０６６４６号公報参照）がある。
ＨＳＧ技術は、キャパシタの蓄積電極の表面に半球状の粒子あるいはマッシュルーム状の粒子を多数形成することにより、実質的に、蓄積電極の表面積を拡大し、これによって、大きな容量を実現しようとするものである。
【０００６】
上記の方法では、まず不純物を含むアモルファスシリコン膜表面にシラン（ＳｉＨ４）を照射することで核を形成し、その後連続してアニールを行いアモルファスシリコン表面のシリコン原子が核に集まるようにマイグレーションすることにより、表面に大きな凹凸、すなわち半球状あるいはマッシュルーム状の粒子を形成している。以後、本明細書において、半球状あるいはマッシュルーム状の粒子をＨＳＧ（Ｈｅｍｉ−Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ−Ｇｒａｉｎ）−Ｓｉ膜（以降ＨＳＧ−Ｓｉ膜）と呼ぶ。
【０００７】
このように、アモルファスシリコン上に、半球状の粒子であるＨＳＧ−Ｓｉ膜を形成する場合、アモルファスシリコンの表面に、自然酸化膜等が数原子層形成されると、酸素原子がシリコン原子のマイグレーションを抑制するために、ＨＳＧ−Ｓｉ膜を形成することができなくなってしまう。
実際、自然酸化膜としてのシリコン酸化膜は、酸素分圧が１×１０-4Ｐａ（１×１０-6Ｔｏｒｒ）以上あると、アモルファスシリコン上に形成されてしまう。このため、半球状の粒子であるＨＳＧ−Ｓｉ膜を形成する際、酸素や水等の不純物が雰囲気中に残存するのを防止しなくてはならない。
【０００８】
上に引用した公報では、アモルファスシリコン上に形成された自然酸化膜をフッ化水素酸で処理することにより除去した後、ロードロック室を有する成膜装置にウェーハを導入し、ＨＳＧ−Ｓｉ膜を形成する方法を開示している。
【０００９】
また、上記のようにウェーハ上の自然酸化膜をフッ化水素酸で除去した場合でも、加熱されている反応室にウェーハを導入した場合には、ウェーハに層間膜として形成されているシリコン酸化膜等に吸着している水分により、ウェーハ上のアモルファスシリコン表面が再度酸化されてしまうため、例えば特開平９−３２０９７０号公報に示されるように、反応室をポリシリコン等によりコーティングし、酸素や水分等の不純物をゲッタリングする能力をもたせるという提案がなされている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の方法にてＨＳＧ−Ｓｉ膜を形成する際においても、ＨＳＧ−Ｓｉ膜の成膜処理終了後から次のＨＳＧ−Ｓｉ膜の成膜処理を行うまでの時間が長くなった場合、ウェーハの周辺のＨＳＧ−Ｓｉ膜のサイズが小さくなり、そのため、ウェーハ面内におけるＨＳＧ−Ｓｉ膜のサイズの均一性が悪化するという問題が発生することが確認された。
また、このとき、ボートの下部側ほど面内均一性の悪化が大きいことも確認された。
【００１１】
ボートの下部側には、排気配管が設けられており、上記の結果を考慮すると、処理間隔が長くなった場合、排気配管に外部雰囲気からの水分、酸素および有機物等が蓄積され、ウェーハ搬送時に排気配管のバルブが開けられた瞬間に、排気配管中の上記の気体状態の不純物（以下、気体不純物と称す）が反応室内に放出あるいは拡散され、反応室内の不純物分圧が上がってしまい、これにより、アモルファスシリコン表面が酸化または汚染されてしまいＨＳＧ−Ｓｉ膜のサイズが小さくなってしまうことがわかった。
従って、上記の公報に開示された不純物のゲッタリングを行うために反応室内をポリシリコン等によりコーティングするのみでは不十分であることが確認された。
【００１２】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、従って、本発明は、ＨＳＧ−Ｓｉ膜の成膜処理終了後から次のＨＳＧ−Ｓｉ膜の成膜処理を行うまでの時間が長くなった場合においても、排気配管から放出される水分、酸素および有機物などの不純物からの影響を完全に除去して、ＨＳＧ−Ｓｉ膜を均一にかつ安定して形成することができる成膜装置および成膜方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のＨＳＧ−Ｓｉ膜の形成用の成膜装置は、被処理体に少なくともキャパシタの一方の電極となる凹凸を有する膜を成膜する処理を行う反応室と、該反応室と開閉可能な搬出入口を介して連通する被処理体待機室と、該被処理体待機室から前記反応室内に前記被処理体を搬入する被処理体搬送用ロボットと、前記反応室内を第１の圧力に達するまで排気する第１の排気手段と、前記第１の排気手段によって排気された前記反応室内を、前記第１の圧力よりも低い第２の圧力に達するまで排気する第２の排気手段と、少なくとも前記第１の排気手段への気体不純物の付着を防止するための不活性ガスを含むガスを前記第１の排気手段に供給するガス供給手段とを有する。
【００１４】
例えば、前記第１の排気手段は、前記反応室内が真空領域に達するまで排気を行い、前記第２の排気手段は、前記反応室内が前記真空領域から高真空領域に達するまで排気を行う。ここで、真空領域とは、大気圧よりも低い圧力の領域をいい、高真空領域とは、１０-1Ｐａ〜１０-6Ｐａ程度の圧力の領域をいう。
【００１５】
例えば、前記ガス供給手段は、前記反応室に接続して設けられ、当該反応室を介して前記不活性ガスを含むガスを前記第１の排気手段に供給する。
【００１６】
例えば、前記ガス供給手段は、前記不活性ガスとして窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガスの少なくとも１つを含むガスを供給する。
【００１９】
上記の本発明の成膜装置によれば、少なくとも第１の排気手段への気体不純物の付着を防止する不活性ガスを含むガスを第１の排気手段に供給するガス供給手段を有することにより、成膜装置の待機時間が長くなった場合においても、特に第２の排気手段に比して気体不純物の分圧の高い第１の排気手段における気体不純物を不活性ガスを含むガスにより物理的に除去することができることから、被処理体への処理を清浄に行うことができ、被処理体に均一にかつ安定して膜を形成することができる。
【００２０】
また、上記の目的を達成するため、本発明のＨＳＧ−Ｓｉ膜の形成用の成膜装置は、被処理体に少なくともキャパシタの一方の電極となる凹凸を有する膜を成膜する処理を行う反応室と、該反応室と開閉可能な搬出入口を介して連通する被処理体待機室と、該被処理体待機室から前記反応室内に前記被処理体を搬入する被処理体搬送用ロボットと、前記反応室内を第１の圧力に達するまで排気する第１の排気手段と、前記第１の排気手段によって排気された前記反応室内を、前記第１の圧力よりも低い第２の圧力に達するまで排気する第２の排気手段と、少なくとも前記第１の排気手段への気体不純物の付着を防止可能な第１のガスを前記第１の排気手段に供給する第１のガス供給手段と、少なくとも前記第１の排気手段に付着した前記気体不純物を除去可能な第２のガスを前記第１の排気手段に供給する第２のガス供給手段とを有する。
【００２１】
上記の本発明の成膜装置によれば、少なくとも第１の排気手段への気体不純物の付着を防止可能な第１のガスを第１の排気手段に供給する第１のガス供給手段と、少なくとも第１の排気手段に付着した気体不純物を除去可能な第２のガスを第１の排気手段に供給する第２のガス供給手段とを有することにより、成膜装置の待機時間が長くなった場合においても、特に第２の排気手段に比して気体不純物の分圧の高い第１の排気手段における気体不純物を第１のガスにより物理的に除去し、かつ当該第１のガスにより除去されずに残った気体不純物を、第２のガスにより取り除くことができることから、被処理体への処理を清浄に行うことができ、被処理体に均一にかつ安定して膜を形成することができる。
【００２２】
また、上記の目的を達成するため、本発明のＨＳＧ−Ｓｉ膜の成膜方法は、反応室内を大気圧未満で、１Ｐａ以上の圧力に達するまで排気する第１の排気手段と、前記第１の排気手段によって排気された前記反応室内を、１０ −１ Ｐａ〜１０ −６ Ｐａの圧力に達するまで排気する第２の排気手段とを有する前記反応室内において、前記被処理体の表面に少なくともキャパシタの一方の電極となる凹凸を有する膜を成膜する処理を行う成膜方法であって、前記被処理体の表面への前記処理終了後、次の被処理体の表面への前記処理までの待機時に、少なくとも前記第１の排気手段への気体不純物の付着を防止する不活性ガスを含むガスを前記第１の排気手段に導入し、前記次の被処理体を被処理体待機室から前記反応室に搬入する場合に、前記反応室内の圧力を前記被処理体待機室内の圧力より高く調整する、ＨＳＧ−Ｓｉ膜の成膜方法。
【００２３】
例えば、前記第１の排気手段に前記不活性ガスを含むガスを導入する工程において、前記待機時に、前記第１の排気手段に前記不活性ガスを含むガスを常時導入する。
【００２４】
例えば、前記第１の排気手段に前記不活性ガスを含むガスを導入する工程において、前記待機時に、前記第１の排気手段に前記不活性ガスを含むガスを所定のサイクルで導入する。
【００２５】
上記の本発明の成膜方法によれば、被処理体への所定の処理終了後、次の被処理体の所定の処理までの待機時に、第１の排気手段への気体不純物の付着を防止する不活性ガスを含むガスを第１の排気手段に導入することにより、当該待機時間が長くなった場合においても、特に第２の排気手段に比して気体不純物の分圧の高い第１の排気手段における気体不純物を不活性ガスを含むガスにより物理的に除去することができることから、被処理体への処理を清浄に行うことができ、被処理体に均一にかつ安定して膜を形成することができる。
【００２６】
また、上記の目的を達成するため、本発明のＨＳＧ−Ｓｉ膜の成膜方法は、反応室内を大気圧未満で、１Ｐａ以上の圧力に達するまで排気する第１の排気手段と、前記第１の排気手段によって排気された前記反応室内を、１０ −１ Ｐａ〜１０ −６ Ｐａの圧力に達するまで排気する第２の排気手段とを有する前記反応室内において、前記被処理体の表面に少なくともキャパシタの一方の電極となる凹凸を有する膜を成膜する処理を行う成膜方法であって、前記被処理体の表面への前記処理終了後、次の被処理体の表面への前記処理までの待機時において、少なくとも前記第１の排気手段への気体不純物の付着を防止可能な第１のガスを前記第１の排気手段に導入する工程と、前記次の被処理体の表面に前記処理を行う前に、少なくとも前記第１の排気手段に付着した前記気体不純物を除去可能な第２のガスを前記第１の排気手段に導入する工程と、前記次の被処理体を被処理体待機室から前記反応室に搬入する場合に、前記反応室内の圧力を前記被処理体待機室内の圧力より高く調整する工程と、を有する。
【００２７】
上記の本発明の成膜方法によれば、被処理体への所定の処理終了後、次の被処理体の所定の処理までの待機時において、少なくとも第１の排気手段への気体不純物の付着を防止可能な第１のガスを第１の排気手段に導入し、かつ、被処理体に所定の処理を行う前に、少なくとも第１の排気手段に付着した気体不純物を除去可能な第２のガスを第１の排気手段に導入することにより、当該待機時間が長くなった場合においても、特に第２の排気手段に比して気体不純物の分圧の高い第１の排気手段における気体不純物を第１のガスにより物理的に除去し、かつ当該第１のガスにより除去されずに残った気体不純物を、所定の処理前に第２のガスにより取り除くことができることから、被処理体への処理を清浄に行うことができ、被処理体に均一にかつ安定して膜を形成することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の成膜装置および成膜方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２９】
第１実施形態
図１に本実施形態に係る成膜装置の概略構成図を示すとともに、当該成膜装置の待機時における状態を示す。
図１に示す成膜装置は、試料室１１と、反応室１２とを備え、試料室１１および反応室１２との間には、真空に保持されたロードロック室１３が設けられている。
【００３０】
試料室１１は、複数枚のウェーハ（被処理体）１４を収容したカセット１５を収容している。
複数枚のウェーハ１４を収容したカセット１５は、試料室１１のドア１６を介して、大気中から試料室１１に搬入される。
ここで、各ウェーハ１４には、例えばＤＲＡＭを構成するＭＯＳＦＥＴ等が形成され、これを被覆してシリコン酸化膜系の層間絶縁膜が形成され、さらに、その上部にキャパシタの電極として使用されるアモルファスシリコン膜が形成されている。
なお、試料室１１において、アモルファスシリコン上に形成された自然酸化膜をフッ化水素酸等により除去する前処理が行われても良い。
【００３１】
ロードロック室１３は、試料室１１に対してゲートバルブ１８ａによって連結されており、ウェーハ搬送用ロボット１９が設けられている。
当該ウェーハ搬送用ロボット１９は、試料室１１のカセット１５に収容されたウェーハ１４を、一枚ずつ試料室１１からロードロック室１３を介して反応室１２に搬送する。
【００３２】
真空ポンプ１７は、試料室１１およびロードロック室１３に連結されており、例えばドライポンプにより構成され、この真空ポンプ１７により、試料室１１およびロードロック室１３は、１Ｐａ（１×１０-2Ｔｏｒｒ）程度の真空度まで排気されている。
ここで、ドライポンプは、大気圧から１Ｐａ（１×１０-2Ｔｏｒｒ）程度まで排気するポンプで、オイルレス回転ポンプである。
【００３３】
反応室１２は、内部において、ウェーハに薄膜を形成する処理を行うものである。反応室１２は、例えば、石英やＳｉＣ等によって形成され鉛直方向に沿って配置されたチャンバー部２０と、該チャンバー部２０の下部に設けられたベローズ部２１とを備えている。
ベローズ部２１は、チャンバー部２０内への大気の流入を防止して、チャンバー部２０内を真空に保ちつつ、図の上下方向に伸縮可能となっている。
【００３４】
ヒーター２２は、チャンバー部２０とともに、チャンバー部２０の内部に収容されたウェーハを加熱し、チャンバー部２０の外周を包囲するように設けられ、例えばコイルによって形成されている。
【００３５】
反応室１２には、排気配管２３を介して高真空ポンプ３１が接続され、排気配管２４を介して真空ポンプ３２が接続されている。また、高真空ポンプ３１と反応室１２の間にはメインバルブ２９、真空ポンプ３２と反応室１２の間には粗引きバルブ３０が設けられている。真空ポンプ３２は、反応室１２内を大気圧から１Ｐａ（１×１０−２Ｔｏｒｒ）程度まで排気し、高真空ポンプ３１は、真空ポンプ３２によってある程度反応室１２内を真空状態としてから、反応処理に必要な真空状態まで排気を行い、例えば、１×１０−６Ｐａ（１×１０−８Ｔｏｒｒ）程度まで排気する。
【００３６】
真空ポンプ３２は、例えば真空ポンプ１７と同様、ドライポンプにより構成され、高真空ポンプ３１は、例えばターボ分子ポンプにより構成される。
ここで、ターボ分子ポンプとは、高速（毎分１万〜９万回転）に回転する動翼と静翼とを多段に組み合わせた構造を持ち、この高速回転翼に当たった気体分子に特定の運動量を与えることで排気するポンプである。
なお、上記の排気配管２４および真空ポンプ３２が請求の範囲における第１の排気手段に対応し、排気配管２３および高真空ポンプ３１が請求の範囲における第２の排気手段に対応している。
【００３７】
反応室１２内には、ウェーハ１４を複数枚収容できるボート２５が設置台２６上に位置付けられているともに、シラン（ＳｉＨ4 ）等のシリコン含有ガスを導入するためのシリコン含有ガス導入管２７および窒素（Ｎ2 ）等の不活性ガスを導入するための不活性ガス導入管２８がバルブ（３３，３４）を介して接続されている。
図示はしないが、シリコン含有ガス導入管２７および不活性ガス導入管２８の他端には、各ガスを供給するためのガス供給源が接続されている。
なお、上記の不活性ガスの供給源および不活性ガス導入管２８が請求の範囲における（第１の）ガス供給手段に対応し、シリコン含有ガスの供給源およびシリコンガス導入管２７が請求の範囲における第２のガス供給手段に対応している。
【００３８】
制御部３５は、高真空ポンプ３１に接続するメインバルブ２９、真空ポンプ３２に接続する粗引きバルブ３０、シリコン含有ガス導入管２７に設けられたバルブ３３、不活性ガス導入管２８に設けられたバルブ３４に接続しており、各バルブ（２９，３０，３３，３４）の開閉を制御する。
【００３９】
次に、上記の成膜装置の動作とともに、ウェーハへの成膜方法を説明する。
上記の成膜装置は、所定のＨＳＧ−Ｓｉ膜形成処理終了後から次のＨＳＧ−Ｓｉ膜形成処理までの処理待機状態において、図１に示されるように、ボート２５は最上部に上がり、高真空ポンプ３１のメインバルブ２９は閉じられ、粗引きバルブ３０が開かれ、かつ、不活性ガス導入管２８のバルブ３４が開かれており、不活性ガスは反応室１２を通り、排気配管２３および排気配管２４を通った後、真空ポンプ３２に導かれ、外部雰囲気に排出されている状態にある。
【００４０】
このときの不活性ガスは、例えば不活性ガス導入管２８から窒素ガスを１００ｓｃｃｍ流しておく。これにより、水分（Ｈ2 Ｏ）、酸素（Ｏ2 ）および炭化水素（ＨＣ）等の気体不純物は、不活性ガスとともに真空ポンプ３２により外部雰囲気に排出されるため、排気配管２４内部に付着することを防止することができる。
以上の処理を待機状態において、常時行っておくことが従来と異なる。
【００４１】
次に、通常の成膜処理に移行する。
図２は、ウェーハ１４を反応室１２に搬入する工程における成膜装置の１状態を示す図である。
すなわち、図２に示すように、不活性ガス導入管２８から例えば窒素ガスを反応室１２内に導入して、反応室１２内の圧力を、ロードロック室１３内の圧力より若干高くなるように調整する。このときの反応室１２内の圧力は、例えば、１×１０2 Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）程度に調整する。
【００４２】
そして、反応室１２のベローズ部２１を図の下方に伸長させ、ボート２５を、設置台２６とともに図の下方に移動させる。これにより、ボート２５は、ウェーハを搭載できる位置に置かれることになる。
【００４３】
そして、ロードロック室１３と反応室１２の間のゲートバルブ１８ｂが開かれ、ウェーハ搬送用ロボット１９に搭載されたウェーハ１４がボート２５に搬送され、保持される。このとき、反応室１２の圧力はロードロック室１３よりも若干高圧になっているため、ロードロック室１３内の不純物が反応室１２に侵入することはない。
【００４４】
この後、ボート２５を設置台２６とともに下降させながら、各ウェーハ１４を順次ボート２５に設置していく。
このようにして、ウェーハ１４をボート２５に全て設置した後、反応室１２のベローズ部２１が収縮され、ボート２５は、当該ボート２５に設置された所定枚数のウェーハ１４および設置台２６とともに図の上方に移動する。
【００４５】
図３は、ウェーハ１４に例えばＨＳＧ−Ｓｉ膜を形成する工程における成膜装置の１状態を示す。
すなわち、図３に示すように、バルブ３４を閉じ、反応室１２内への不活性ガスの導入を止め、さらに、バルブ３０を閉じメインバルブ２９を開け、高真空ポンプ３１により反応室１２内を１×１０-6Ｐａ（１×１０-8Ｔｏｒｒ）程度の圧力にして、ヒーター２２により、チャンバー部２０とともに、ボート２５に搭載された各ウェーハ１４を処理温度、例えば５６０℃に安定するまで温める。
【００４６】
そして、バルブ３３を開け、シリコン含有ガスを反応室１２内に導入し、ウェーハ１４に当該シリコン含有ガスを照射して、連続してアニールすることで、シリコン原子により構成された核をウェーハ１４上のアモルファスシリコン上に形成する。このときのシリコン含有ガス導入管２７から導入するシリコン含有ガスの構成および流量は、例えばシランガス２０ｓｃｃｍ、ヘリウムガス３０ｓｃｃｍとする。
このとき、各ウェーハ１４には、不純物のない清浄なリンドープアモルファスシリコン表面が形成されており、シランガスはこの表面で分解し、シリコン核が形成される。
【００４７】
この後、バルブ３３を閉めて、シリコン含有ガスの反応室１２内への導入を止め、ヒーター２２により反応室１２の処理温度を例えば５６０℃に保ち、かつ、高真空ポンプ３１により反応室１２内の処理圧力を１×１０-6Ｐａ（１×１０-8Ｔｏｒｒ）程度の真空度に保ち、数分から数十分間、上記の状態を保持することにより、前記シリコン核を中心にＨＳＧ−Ｓｉ膜が形成される。
以上のようにして、本実施形態に係る成膜装置を用いて成膜処理がなされる。
【００４８】
次に、図４を参照して、本発明に係る成膜装置を用いた成膜方法により、待機状態において排気配管２４に常時不活性ガスを導入しておいた（図１参照）後に、ＨＳＧ−Ｓｉ膜を形成した場合における効果を説明する。
【００４９】
まず、シリコン基板にアモルファスシリコン膜が形成され、当該アモルファスシリコン表面には自然酸化膜の無い清浄な表面を有するＨＳＧ−Ｓｉ膜形成用のウェーハをそれぞれ５枚用意する。
そして、上記の成膜装置を３日間、図１に示す待機状態にて放置する。
その後、ＨＳＧ−Ｓｉ膜形成用のシリコン基板５枚をボート２５のトップ〜ボトム領域にそれぞれ均等に配置して、上述したＨＳＧ−Ｓｉ膜の成膜処理を行った。ここで、図４の横軸において、ＢＴＭはボート２５のボトム（最下部）に配置されたウェーハを、ＴＯＰはボート２５のトップ（最上部）に配置されたウェーハを、ＣＥＮＴＥＲはボート２５の高さ方向での中央部に配置されたウェーハを、Ｂ−Ｃはボートの中央部（ＣＥＮＴＥＲ）とボトム（ＢＴＭ）の間に配置されたウェーハを、Ｔ−Ｃはボートのトップ（ＴＯＰ）と中央部（ＣＥＮＴＥＲ）の間に配置されたウェーハをそれぞれ示している。
【００５０】
なお、ボート２５の他の全ての場所には、アモルファスシリコン膜が形成されていない自然酸化膜の無いシリコン基板（ダミーウェーハ）を設置した。
そして、成膜後のＨＳＧ−Ｓｉ膜の凹凸の面内均一性を光学的方法により測定した。なお、図４に示す面内均一性（％）は、数値が大きければ大きいほど、ウェーハ面内におけるＨＳＧ−Ｓｉ膜の凹凸の差異が大きいことを示している。
【００５１】
また、比較例として、従来例に係る待機状態により３日間放置した後、他は同様の条件でＨＳＧ−Ｓｉ膜の成膜処理を行った結果を図４に示してある。
ここで、図５に、比較例の待機状態における成膜装置の概略構成図を示す。
比較例では、処理待機状態において、図５に示されるように、ボート２５は最上部に上がり、真空ポンプ３２の粗引きバルブ３０は閉じられ、メインバルブ２９は開いている状態にあり、また、シリコン含有ガス導入管２７のバルブ３３および不活性ガス導入管２８のバルブ３４は閉じている状態にある。
【００５２】
図４に示すように、本実施形態に係る成膜装置を用いた成膜方法によれば、ボート２５の全領域において、良好なＨＳＧ−Ｓｉ膜がウェーハ面内に均一に形成され、特に、排気配管（２３、２４）が連結している部分に近いボート下部においては、比較例に比して顕著な効果が確認できた。
これは、比較例では、図５に示すように、反応室１２および排気配管２３内は、高真空ポンプ３１により排気されていることから、内部雰囲気における水分（Ｈ2 Ｏ）、酸素（Ｏ2 ）および炭化水素（ＨＣ）等の不純物分圧が１×１０-6Ｐａ（１×１０-8Ｔｏｒｒ）程度以下となっているため特に問題はない。
しかし、高真空ポンプ３１を有さない排気配管２４内は、真空ポンプ３２により排気されていることから、不純物分圧が１×１０-4Ｐａ（１×１０-6Ｔｏｒｒ）以上あり、長時間この待機状態が続くことによって、排気配管２４の内壁に水分（Ｈ2 Ｏ）、酸素（Ｏ2 ）および炭化水素（ＨＣ）等の気体状態にある不純物が微量ではあるが付着している状態にある。この状態で、ウェーハ搬送時に排気配管２４のバルブ３０が開けられると、その瞬間に、排気配管２４中の上記の気体不純物が反応室１２内に放出あるいは拡散され、反応室１２内の不純物分圧が上がってしまい、アモルファスシリコン表面が酸化または汚染され、ＨＳＧ−Ｓｉ膜のサイズが小さくなってしまうと考えられる。
従って、本実施形態に係る成膜装置および成膜方法によれば、ＨＳＧ−Ｓｉ膜の成膜処理終了後から次のＨＳＧ−Ｓｉ膜の成膜処理を行うまでの時間が長くなった場合においても、排気配管２４から放出される水分、酸素および有機物などの不純物からの影響を完全に除去して、ウェーハへの成膜処理を清浄に行うことができ、ＨＳＧ−Ｓｉ膜を均一にかつ安定して形成することができる。
【００５３】
第２実施形態
本実施形態に係る成膜装置の構成は、実質的に第１実施形態と同様であるが、待機状態からウェーハ搬入工程の間に以下の工程を設ける。
【００５４】
すなわち、図１に示す待機状態から図２に示すウェーハ搬入工程へ移行する間に、図６に示すように、不活性ガス導入管２８のバルブを閉じ、シリコン含有ガス導入管２７のバルブ３３を開け、シリコン含有ガスを流すことにより、シリコン含有ガスは反応室１２を通り、排気配管２３および排気配管２４を通った後、真空ポンプ３２に導かれ、外部雰囲気に排出される。
【００５５】
このときのシリコン含有ガスは、例えばシリコン含有ガス導入管２７からシリコン系ガスとしてシランガスを４０ｓｃｃｍ、不活性ガスとしてヘリウムガスを６０ｓｃｃｍ流し、５〜１０分間バルブ３３を開けておき、上記構成のシリコン含有ガスを流入する。これにより、上記排気配管２４に付着した気体不純物は、シリコン系ガスに吸着され、排気配管２４から除去され、真空ポンプ３２により外部雰囲気に排出される。
【００５６】
そして、バルブ３３を閉じ、シリコン含有ガスの反応室１２への流入を止め、真空ポンプ３２により反応室１２、排気配管２３および排気配管２４内のシリコン含有ガスを全て外部雰囲気へ排出する。
【００５７】
この後、バルブ２８を開き、不活性ガス導入管２８から不活性ガスとして、例えば窒素ガスが導入され、反応室１２を通り、排気配管２３および排気配管２４を通ったのち真空ポンプ３２により排気される。
このときの窒素ガスの流量は例えば１００ｓｃｃｍとする。
以上までの工程を待機状態からウェーハ搬入工程へ移行する間に設け、その後、第１実施形態と同様、図２に示したウェーハ搬入工程、図３に示した成膜処理へと移行する。
以上のようにして、成膜処理がなされる。
【００５８】
本実施形態に係る成膜装置および成膜方法によれば、第１実施形態における処理待機状態において排気配管２４内の気体不純物を不活性ガスを用いて物理的に外部雰囲気へ排出し、外部雰囲気からの気体不純物が排気配管２４の内壁等に付着するのを防止し、かつ上記の処理でもまだ外部雰囲気へ排出されず排気配管２４の内壁等に付着した気体不純物を、当該気体不純物を吸着するシリコン含有ガスを用いてさらに外部雰囲気へ排出することにより、第１実施形態よりもさらに、排気配管２４から放出される水分、酸素および有機物などの気体不純物からの影響を完全に除去して、ウェーハへの成膜処理を清浄に行うことができ、ＨＳＧ−Ｓｉ膜を均一にかつ安定して形成することができる。
【００５９】
本発明の成膜装置および成膜方法の実施形態は、上記の説明に限定されない。例えば、本実施形態では、図１に示すように、処理待機時において不活性ガス導入管２８から不活性ガスを反応室１２内を介して排気配管２４に常時導入して、排気配管２４内への気体不純物の付着を防止する例を示したが、メインバルブ２９を閉じた状態で、粗引きバルブ３０の開閉を繰り返し行い、排気配管２４内に不活性ガスをサイクルパージしてもよい。
また、本実施形態では、排気配管２４を洗浄するために、反応室１２を介して排気配管２４内に不活性ガスやシリコン含有ガスを導入する例を示したが、これに限られるものでなく、例えば排気配管２４に直接不活性ガス導入管およびシリコン含有ガス導入管を接続して、排気配管２４内のみに不活性ガスおよびシリコン含有ガスを導入してもよい。
【００６０】
また、本実施形態では、不活性ガスとして、窒素ガスを例にして説明したが、窒素ガスの他、ヘリウムガス、アルゴンガスにより排気配管２４を洗浄することも可能である。
また、本実施形態では、シリコン含有ガスとして、シランガスを例にして説明したが、シランガスの他、ジシランガス、トリシランガス、テトラシランガスにより排気配管２４を洗浄することも可能であり、また、シリコン含有ガスでなくとも、排気配管中の不純物を化学的、あるいは物理的作用により効果的に除去可能なガスであれば、特に限定はない。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被処理体への所定の処理終了後から次の被処理体への所定の処理を行うまでの時間が長くなった場合においても、特に第１の排気手段における気体不純物からの影響を完全に除去して、被処理体への処理を清浄に行うことができ、被処理体に均一にかつ安定して膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、第１実施形態に係る成膜装置の待機状態を説明するための概略構成図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る成膜装置におけるウェーハ搬入工程を説明するための概略構成図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る成膜装置におけるウェーハへの成膜処理工程を説明するための概略構成図である。
【図４】図４は、第１実施形態の効果を説明するための図である。
【図５】図５は、図４に示した比較例における成膜装置の待機状態を説明するための概略構成図である。
【図６】図６は、第２実施形態に係る成膜装置における排気配管の洗浄工程を説明するための概略構成図である。
【符号の説明】
１１…試料室、１２…反応室、１３…ロードロック室、１４…ウェーハ、１５…カセット、１６…ドア、１７…真空ポンプ、１８ａ，１８ｂ…ゲートバルブ、１９…ウェーハ搬送用ロボット、２０…チャンバー部、２１…ベローズ部、２２…ヒーター、２３…排気配管、２４…排気配管、２５…ボート、２６…ボート設置台、２７…シリコン含有ガス導入管、２８…不活性ガス導入管、２９…メインバルブ、３０…粗引きバルブ、３１…高真空ポンプ、３２…真空ポンプ、３３，３４…バルブ、３５…制御部。
Claims (20)
- 被処理体に少なくともキャパシタの一方の電極となる凹凸を有する膜を成膜する処理を行う反応室と、
該反応室と開閉可能な搬出入口を介して連通する被処理体待機室と、
該被処理体待機室から前記反応室内に前記被処理体を搬入する被処理体搬送用ロボットと、
前記反応室内を大気圧未満で、１Ｐａ以上の圧力に達するまで排気する第１の排気手段と、
前記第１の排気手段によって排気された前記反応室内を、１０ −１ Ｐａ〜１０ −６ Ｐａの圧力に達するまで排気する第２の排気手段と、
少なくとも前記第１の排気手段への気体不純物の付着を防止するための不活性ガスを含むガスを前記第１の排気手段に供給するガス供給手段と
を有するＨＳＧ（Ｈｅｍｉ−Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ−Ｇｒａｉｎ）−Ｓｉ膜の形成用の成膜装置。 - 前記ガス供給手段は、前記反応室に接続して設けられ、当該反応室を介して前記不活性ガスを含むガスを前記第１の排気手段に供給する
請求項１記載の成膜装置。 - 前記ガス供給手段は、前記不活性ガスとして窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガスの少なくとも１つを含むガスを供給する
請求項１記載の成膜装置。 - 被処理体に少なくともキャパシタの一方の電極となる凹凸を有する膜を成膜する処理を行う反応室と、
該反応室と開閉可能な搬出入口を介して連通する被処理体待機室と、
該被処理体待機室から前記反応室内に前記被処理体を搬入する被処理体搬送用ロボットと、
前記反応室内を大気圧未満で、１Ｐａ以上の圧力に達するまで排気する第１の排気手段と、
前記第１の排気手段によって排気された前記反応室内を、１０ −１ Ｐａ〜１０ −６ Ｐａの圧力に達するまで排気する第２の排気手段と、
少なくとも前記第１の排気手段への気体不純物の付着を防止可能な第１のガスを前記第１の排気手段に供給する第１のガス供給手段と、
少なくとも前記第１の排気手段に付着した前記気体不純物を除去可能な第２のガスを前記第１の排気手段に供給する第２のガス供給手段と
を有するＨＳＧ（Ｈｅｍｉ−Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ−Ｇｒａｉｎ）−Ｓｉ膜の形成用の成膜装置。 - 前記第１および第２のガス供給手段は、前記反応室に接続して設けられ、当該反応室を介して前記第１および第２のガスを前記第１の排気手段に供給する
請求項４記載の成膜装置。 - 前記第１のガス供給手段は、前記第１のガスとして不活性ガスを含むガスを供給する
請求項４記載の成膜装置。 - 前記第１のガス供給手段は、前記不活性ガスとして窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガスの少なくとも１つを含むガスを供給する
請求項６記載の成膜装置。 - 前記第２のガス供給手段は、前記第２のガスとしてシリコン系ガスを含むガスを供給する
請求項４記載の成膜装置。 - 前記第２のガス供給手段は、前記シリコン系ガスとしてシランガス、ジシランガス、トリシランガス、テトラシランガスの少なくとも１つを含むガスを供給する
請求項８記載の成膜装置。 - 反応室内を大気圧未満で、１Ｐａ以上の圧力に達するまで排気する第１の排気手段と、前記第１の排気手段によって排気された前記反応室内を、１０ −１ Ｐａ〜１０ −６ Ｐａの圧力に達するまで排気する第２の排気手段とを有する前記反応室内において、前記被処理体の表面に少なくともキャパシタの一方の電極となる凹凸を有する膜を成膜する処理を行う成膜方法であって、
前記被処理体の表面への前記処理終了後、次の被処理体の表面への前記処理までの待機時に、少なくとも前記第１の排気手段への気体不純物の付着を防止する不活性ガスを含むガスを前記第１の排気手段に導入し、
前記次の被処理体を被処理体待機室から前記反応室に搬入する場合に、前記反応室内の圧力を前記被処理体待機室内の圧力より高く調整する、
ＨＳＧ（Ｈｅｍｉ−Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ−Ｇｒａｉｎ）−Ｓｉ膜の成膜方法。 - 前記第１の排気手段に前記不活性ガスを含むガスを導入する工程において、前記待機時に、前記第１の排気手段に前記不活性ガスを含むガスを常時導入する
請求項１０記載の成膜方法。 - 前記第１の排気手段に前記不活性ガスを含むガスを導入する工程において、前記待機時に、前記第１の排気手段に前記不活性ガスを含むガスを所定のサイクルで導入する
請求項１０記載の成膜方法。 - 前記第１の排気手段に前記不活性ガスを含むガスを導入する工程において、前記次の被処理体が前記反応室内に搬入されるまでの待機時において前記第１の排気手段に前記不活性ガスを含むガスを導入する
請求項１０記載の成膜方法。 - 前記第１の排気手段に前記不活性ガスを含むガスを導入する工程において、前記待機時に前記反応室内に前記不活性ガスを含むガスを導入し、前記反応室を介して前記第１の排気手段に前記不活性ガスを含むガスを導入する
請求項１０記載の成膜方法。 - 前記不活性ガスとして、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガスの少なくとも１つを含むガスを前記第１の排気手段に導入する
請求項１０記載の成膜方法。 - 反応室内を大気圧未満で、１Ｐａ以上の圧力に達するまで排気する第１の排気手段と、前記第１の排気手段によって排気された前記反応室内を、１０ −１ Ｐａ〜１０ −６ Ｐａの圧力に達するまで排気する第２の排気手段とを有する前記反応室内において、前記被処理体の表面に少なくともキャパシタの一方の電極となる凹凸を有する膜を成膜する処理を行う成膜方法であって、
前記被処理体の表面への前記処理終了後、次の被処理体の表面への前記処理までの待機時において、少なくとも前記第１の排気手段への気体不純物の付着を防止可能な第１のガスを前記第１の排気手段に導入する工程と、
前記次の被処理体の表面に前記処理を行う前に、少なくとも前記第１の排気手段に付着した前記気体不純物を除去可能な第２のガスを前記第１の排気手段に導入する工程と、
前記次の被処理体を被処理体待機室から前記反応室に搬入する場合に、前記反応室内の圧力を前記被処理体待機室内の圧力より高く調整する工程と、
を有する
ＨＳＧ（Ｈｅｍｉ−Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ−Ｇｒａｉｎ）−Ｓｉ膜の成膜方法。 - 前記第１のガスとして、不活性ガスを含むガスを前記第１の排気手段に導入する
請求項１６記載の成膜方法。 - 前記不活性ガスとして、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガスの少なくとも１つを含むガスを前記第１の排気手段に導入する
請求項１７記載の成膜方法。 - 前記第２のガスとして、シリコン系ガスを含むガスを前記第１の排気手段に導入する
請求項１６記載の成膜方法。 - 前記シリコン系ガスとして、シランガス、ジシランガス、トリシランガス、テトラシランガスの少なくとも１つを含むガスを前記第１の排気手段に導入する
請求項１９記載の成膜方法。
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