JP5195227B2 - Film forming apparatus and method of using the same - Google Patents

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Description

本発明は、半導体ウエハ等にシリコン酸窒化膜(SiON)等のシリコン含有膜よりなる薄膜を形成するための成膜装置及びこの使用方法に関する。   The present invention relates to a film forming apparatus for forming a thin film made of a silicon-containing film such as a silicon oxynitride film (SiON) on a semiconductor wafer or the like and a method of using the same.

一般に、半導体集積回路を製造するためにはシリコン基板等よりなる半導体ウエハに対して、成膜処理、エッチング処理、酸化処理、拡散処理、改質処理、自然酸化膜の除去処理等の各種の処理が行なわれる。例えばこれらの処理を特許文献1等に開示されている縦型の、いわゆるバッチ式の熱処理装置にて行う場合には、まず、半導体ウエハを複数枚、例えば25枚程度収容できるカセットから、半導体ウエハを縦型のウエハボートへ移載してこれに多段に支持させる。このウエハボートは、例えばウエハサイズにもよるが30〜150枚程度のウエハを載置できる。このウエハボートは、排気可能な処理容器内にその下方より搬入(ロード)された後、処理容器内が気密に維持される。そして、処理ガスの流量、プロセス圧力、プロセス温度等の各種のプロセス条件を制御しつつ所定の熱処理が施される。   Generally, in order to manufacture a semiconductor integrated circuit, various processes such as a film formation process, an etching process, an oxidation process, a diffusion process, a modification process, and a natural oxide film removal process are performed on a semiconductor wafer made of a silicon substrate or the like. Is done. For example, when these processes are performed by a so-called batch-type heat treatment apparatus disclosed in Patent Document 1 or the like, first, from a cassette that can accommodate a plurality of, for example, about 25 semiconductor wafers, Is transferred to a vertical wafer boat and supported in multiple stages. This wafer boat can place about 30 to 150 wafers, for example, depending on the wafer size. After the wafer boat is loaded (loaded) into the evacuable processing container from below, the inside of the processing container is kept airtight. Then, a predetermined heat treatment is performed while controlling various process conditions such as the flow rate of process gas, process pressure, and process temperature.

ここで上記半導体集積回路の特性を向上させる要因の1つとしてゲート絶縁膜等に用いられる絶縁膜に例をとれば、ゲート絶縁膜としては従来はシリコン酸化膜(SiO )やシリコン窒化膜(SiN)が用いられていたが(例えば特許文献2〜5)、高集積化、高微細化、スイッチング特性の高速化及び動作電圧の低電圧化の更なる要求によって薄くてもリーク電流特性が良好なことから、最近にあって上記薄膜に替えてシリコン酸窒化膜(SiON)を用いることが提案されている。 Here, as an example of an insulating film used for a gate insulating film or the like as one of the factors for improving the characteristics of the semiconductor integrated circuit, conventionally, as the gate insulating film, a silicon oxide film (SiO 2 ) or a silicon nitride film ( SiN) has been used (for example, Patent Documents 2 to 5), but leakage current characteristics are good even if it is thin due to further demands for higher integration, higher miniaturization, faster switching characteristics, and lower operating voltage For this reason, recently, it has been proposed to use a silicon oxynitride film (SiON) instead of the thin film.

このシリコン酸窒化膜を形成するためには、例えばTEOSを用いたCVD(Chemical Vapor Deposition)法によりシリコン酸化膜を形成し、このシリコン酸化膜を窒化してシリコン酸窒化膜を得る方法や成膜に必要な2種類のガスを交互に繰り返し流して高品質な薄膜を形成する方法(ALD法:Atomic Layered Deposition)も開示されている(例えば特許文献6)。   In order to form the silicon oxynitride film, for example, a silicon oxide film is formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method using TEOS, and the silicon oxide film is nitrided to obtain a silicon oxynitride film. Also disclosed is a method (ALD method: Atomic Layered Deposition) in which two types of gas necessary for the gas flow are alternately and repeatedly flowed (for example, Patent Document 6).

特開平11−172439号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-172439 特開2004−281853号公報JP 2004-281853 A 特開2002−334869号公報JP 2002-334869 A 特開2002−367992号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-367992 特開2005−093677号公報JP 2005-093677 A 特開2007−019145号公報JP 2007-0119145 A

ところで、上述したような成膜処理において、処理容器内のプロセス温度は、用いるガス種にもよるが例えば600℃程度であるのに対して、この処理容器の排気口などは例えば150℃程度であってかなり低くなっている。そして、このような温度状況の下で上述のように原料ガスとしてシリコンと塩素とを含む原料ガス、例えばヘキサクロロジシラン(以下「HCD」とも称す)を用いた場合には、上述のように温度が急激に低下する部位である排気口の近傍の壁面に反応副生成物として可燃性のクロロシランポリマーが堆積する場合があった。   By the way, in the film forming process as described above, the process temperature in the processing container is about 600 ° C., for example, depending on the type of gas used, whereas the exhaust port of the processing container is about 150 ° C. It is quite low. Under such temperature conditions, when a source gas containing silicon and chlorine, for example, hexachlorodisilane (hereinafter also referred to as “HCD”) is used as the source gas as described above, the temperature is increased as described above. In some cases, a flammable chlorosilane polymer was deposited as a reaction by-product on the wall surface near the exhaust port, which is a rapidly decreasing portion.

このように反応副生成物が排気口の近傍に堆積すると、このクロロシランポリマーは可燃性であって、着火温度は300℃程度であるので、上記成膜処理後にウエハ表面のSiN膜を酸化してSiON膜を形成するために酸化ガスとしてO ガスを流すと、高温のO ガスと排気口に付着していた上記クロロシランポリマーとが激しく反応して燃焼する、といった問題があった。 When reaction by-products accumulate in the vicinity of the exhaust port in this way, the chlorosilane polymer is flammable and the ignition temperature is about 300 ° C. Therefore, after the film formation process, the SiN film on the wafer surface is oxidized. When O 2 gas is flowed as an oxidizing gas to form the SiON film, there is a problem that the high temperature O 2 gas and the chlorosilane polymer adhering to the exhaust port react violently and burn.

このような燃焼が生ずると、排気系の配管に用いている例えばOリング等のシール部材が耐熱温度以上になってシール性が劣化したり、或いは高温に晒された配管材料であるステンレススチールから含有成分が飛散して半導体ウエハに対して金属汚染を生じたり、更には燃焼によって発生する副生成物であるSiO 等がパーティクルとなって逆流して処理容器内の半導体ウエハに付着する等の問題を引き起こす原因となっていた。 When such combustion occurs, a sealing member such as an O-ring used for the exhaust system piping becomes higher than the heat resistance temperature, and the sealing performance deteriorates, or from stainless steel which is a piping material exposed to high temperature. The contained components are scattered to cause metal contamination of the semiconductor wafer, and further, SiO 2 and the like, which are by-products generated by combustion, flow backward as particles and adhere to the semiconductor wafer in the processing vessel. It was causing the problem.

本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、排気口の近傍に付着している反応副生成物が燃焼することを防止することが可能な成膜装置及びその使用方法を提供することにある。   The present invention has been devised to pay attention to the above problems and to effectively solve them. An object of the present invention is to provide a film forming apparatus capable of preventing a reaction by-product attached in the vicinity of an exhaust port from burning, and a method of using the same.

請求項1に係る発明は、被処理体に対してシリコン含有ガスを原料ガスとしてシリコン含有膜よりなる薄膜を形成する成膜処理と被処理体に対して酸化ガスを用いて酸化を行う酸化処理とを施すことが可能な成膜装置において、前記被処理体を複数枚収容できるような長さを有する処理容器と、前記処理容器内へ原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、前記処理容器内へ前記原料ガスと反応する反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、前記処理容器内へ酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と、前記処理容器に設けられた第1の排気口と、前記第1の排気口とは異なる位置に設けられた第2の排気口と、前記第1の排気口に接続されて前記成膜処理時に用いる第1の排気系と、前記第2の排気口に接続されて前記酸化処理時に用いる第2の排気系と、前記酸化処理時に前記第1の排気口に不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段と、を備えたことを特徴とする成膜装置である。   The invention according to claim 1 is a film formation process for forming a thin film made of a silicon-containing film using a silicon-containing gas as a source gas for an object to be processed, and an oxidation process for oxidizing the object to be processed using an oxidizing gas. A processing container having a length capable of accommodating a plurality of objects to be processed, source gas supply means for supplying a source gas into the processing container, and the processing container A reaction gas supply means for supplying a reaction gas that reacts with the raw material gas, an oxidizing gas supply means for supplying an oxidizing gas into the processing container, a first exhaust port provided in the processing container, A second exhaust port provided at a position different from the first exhaust port, a first exhaust system connected to the first exhaust port and used during the film formation process, and the second exhaust port Second connected and used during the oxidation process An exhaust system, a film forming apparatus characterized by comprising, an inert gas introducing means for introducing inert gas into the first exhaust port during the oxidation process.

このように、被処理体に対してシリコン含有ガスを原料ガスとしてシリコン含有膜よりなる薄膜を形成する成膜処理と被処理体に対して酸化ガスを用いて酸化を行う酸化処理とを施すことが可能な成膜装置において、成膜処理時に用いる第1の排気口と酸化処理時に用いる第2の排気口とを別々に設けるようにし、しかも酸化処理時には、第1の排気口の部分を不活性ガスの雰囲気で覆って反応副生成物が酸化ガスに晒されないようにしたので、成膜処理時に第1の排気口の近傍に付着した可燃性の反応副生成物が燃焼することを防止することが可能となる。この結果、排気系のシール性の劣化や被処理体の金属汚染やパーティクルの発生をそれぞれ防止することが可能となる。   In this way, a film forming process for forming a thin film made of a silicon-containing film using a silicon-containing gas as a raw material gas and an oxidation process for oxidizing the object to be processed using an oxidizing gas are performed. In the film forming apparatus capable of performing the above process, the first exhaust port used during the film formation process and the second exhaust port used during the oxidation process are provided separately, and the first exhaust port portion is not provided during the oxidation process. Since the reaction by-product is not exposed to the oxidizing gas by covering with the atmosphere of the active gas, the combustible reaction by-product adhering to the vicinity of the first exhaust port during the film forming process is prevented from burning. It becomes possible. As a result, it becomes possible to prevent deterioration of the sealing performance of the exhaust system, metal contamination of the object to be processed, and generation of particles.

請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記第2の排気口は、前記成膜処理時における前記原料ガスの流れ方向とは反対の方向に前記第1の排気口から離れて位置されていることを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1又は2の発明において、前記酸化処理時に前記第1の排気口の近傍の酸素濃度を検出するための酸素濃度検出手段と、前記酸素濃度検出手段が所定の濃度以上の酸素濃度を検出した時に回避動作を行うための回避動作指令部と、を備えたことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the second exhaust port is positioned away from the first exhaust port in a direction opposite to a flow direction of the source gas during the film forming process. It is characterized by being.
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the oxygen concentration detection means for detecting the oxygen concentration in the vicinity of the first exhaust port during the oxidation treatment and the oxygen concentration detection means are predetermined. And an avoidance operation command unit for performing an avoidance operation when an oxygen concentration equal to or higher than the concentration is detected.

請求項4の発明は、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の前記酸化処理時に前記第1の排気口の近傍の温度を検出する温度検出器と、前記温度検出器が所定の温度以上の温度を検出した時に回避動作を行うための回避動作指令部と、を備えたことを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a temperature detector that detects a temperature in the vicinity of the first exhaust port during the oxidation process according to any one of the first to third aspects, and the temperature detector has a predetermined temperature. And an avoidance operation command unit for performing an avoidance operation when the above temperature is detected.

請求項5の発明は、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の前記処理容器は、円筒状の内筒と前記内筒の外側に円心状に配置された円筒状の外筒とを有し、前記第1の排気口は前記内筒と前記外筒との間の空間を臨むように設けられ、前記第2の排気口は前記内筒の下方の空間を臨むように設けられていることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, the processing container according to any one of the first to fourth aspects includes a cylindrical inner cylinder and a cylindrical outer cylinder arranged in a concentric manner outside the inner cylinder. The first exhaust port is provided so as to face a space between the inner cylinder and the outer cylinder, and the second exhaust port is provided so as to face a space below the inner cylinder. It is characterized by.

請求項6の発明は、請求項5の発明において、前記内筒は上端に天井部が形成されると共に前記内筒の側壁にはその高さ方向に沿って前記内筒と前記外筒との間の空間に連通されるガス流通口が形成されていることを特徴とする。
請求項7の発明は、請求項6の発明において、前記原料ガス供給手段と前記反応ガス供給手段は、その長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成されて且つ前記内筒内にその高さ方向に沿って配置されたガスノズルをそれぞれ有していることを特徴とする。
請求項8の発明は、請求項6の発明において、前記原料ガス供給手段と前記反応ガス供給手段は、前記内筒内の上端部、或いは下端部にそのガス噴射孔を位置させたガスノズルをそれぞれ有していることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the present invention, the inner cylinder is formed with a ceiling portion at the upper end, and the inner cylinder and the outer cylinder are formed along the height direction on the side wall of the inner cylinder. A gas circulation port communicating with the space between is formed.
According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect of the present invention, the source gas supply means and the reactive gas supply means have a plurality of gas injection holes formed along the length direction thereof, It has the gas nozzle arrange | positioned along the height direction, respectively.
The invention according to claim 8 is the invention according to claim 6, wherein the source gas supply means and the reaction gas supply means are respectively provided with gas nozzles whose gas injection holes are positioned at the upper end or the lower end in the inner cylinder. It is characterized by having.

請求項9の発明は、請求項7又は8の発明において、前記酸化ガス供給手段は、前記内筒内の上端部にそのガス噴射孔を位置させたガスノズルを有していることを特徴とする。
請求項10の発明は、請求項7又は8の発明において、前記酸化ガス供給手段は、その長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成されて且つ前記内筒内にその高さ方向に沿って配置されたガスノズルを有していることを特徴とする。
請求項11の発明は、請求項6乃至9のいずれか一項に記載の前記第2の排気口は、前記処理容器の下部側壁に設けられることを特徴とする。
請求項12の発明は、請求項5の発明において、前記内筒は、上端が開放されていることを特徴とする。
According to a ninth aspect of the present invention, in the seventh or eighth aspect of the invention, the oxidizing gas supply means has a gas nozzle having a gas injection hole positioned at an upper end portion in the inner cylinder. .
According to a tenth aspect of the present invention, in the seventh or eighth aspect of the present invention, the oxidizing gas supply means has a plurality of gas injection holes formed along a length direction thereof, and is formed in the height direction in the inner cylinder. It has the gas nozzle arrange | positioned along, It is characterized by the above-mentioned.
An eleventh aspect of the invention is characterized in that the second exhaust port according to any one of the sixth to ninth aspects is provided in a lower side wall of the processing container.
According to a twelfth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the invention, the inner cylinder is open at an upper end.

請求項13の発明は、請求項12の発明において、前記原料ガス供給手段と前記反応ガス供給手段は、前記内筒の下方の空間にそのガス噴射孔を位置させたガスノズルをそれぞれ有していることを特徴とする。
請求項14の発明は、請求項13の発明において、前記酸化ガス供給手段は、前記内筒内の上端部にそのガス噴射孔を位置させたガスノズルを有していることを特徴とする。
請求項15の発明は、請求項13の発明において、前記酸化ガス供給手段は、その長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成されて且つ前記内筒内にその高さ方向に沿って配置されたガスノズルを有していることを特徴とする。
請求項16の発明は、請求項12乃至14のいずれか一項に記載の前記第2の排気口は、前記処理容器の下部側壁に設けられることを特徴とする。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the twelfth aspect of the present invention, the source gas supply means and the reactive gas supply means each have a gas nozzle having a gas injection hole positioned in a space below the inner cylinder. It is characterized by that.
A fourteenth aspect of the invention is characterized in that, in the thirteenth aspect of the invention, the oxidizing gas supply means has a gas nozzle having a gas injection hole positioned at an upper end portion in the inner cylinder.
According to a fifteenth aspect of the invention, in the thirteenth aspect of the invention, the oxidizing gas supply means has a plurality of gas injection holes formed along the length direction thereof, and the height direction in the inner cylinder. It has the gas nozzle arrange | positioned, It is characterized by the above-mentioned.
A sixteenth aspect of the invention is characterized in that the second exhaust port according to any one of the twelfth to fourteenth aspects is provided in a lower side wall of the processing container.

請求項17の発明は、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の前記処理容器は有天井の1つの筒体を有することを特徴とする。
請求項18の発明は、請求項17の発明において、前記処理容器の天井部に前記第1の排気口が設けられており、前記処理容器の下部側壁に前記第2の排気口が設けられることを特徴とする。
請求項19の発明は、請求項18の発明において、前記原料ガス供給手段と前記反応ガス供給手段は、前記処理容器内の下端部にそのガス噴射孔を位置させたガスノズルをそれぞれ有していることを特徴とする。
請求項20の発明は、請求項18の発明において、前記原料ガス供給手段と前記反応ガス供給手段は、その長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成されて且つ前記処理容器内にその高さ方向に沿って配置されたガスノズルをそれぞれ有していることを特徴とする。
The invention of claim 17 is characterized in that the processing container according to any one of claims 1 to 4 has one cylindrical body with a ceiling.
The invention according to claim 18 is the invention according to claim 17, wherein the first exhaust port is provided in a ceiling portion of the processing container, and the second exhaust port is provided in a lower side wall of the processing container. It is characterized by.
According to a nineteenth aspect of the present invention, in the eighteenth aspect, the raw material gas supply means and the reaction gas supply means each have a gas nozzle having a gas injection hole positioned at a lower end portion in the processing container. It is characterized by that.
According to a twentieth aspect of the present invention, in the invention of the eighteenth aspect, the source gas supply means and the reaction gas supply means have a plurality of gas injection holes formed along a length direction of the raw material gas supply means and the reaction gas supply means. It has the gas nozzle arrange | positioned along the height direction, respectively.

請求項21の発明は、請求項19又は20の発明において、前記酸化ガス供給手段は、前記筒体内の上端部にそのガス噴射孔を位置させたガスノズルを有していることを特徴とする。
請求項22の発明は、請求項19又は20の発明において、前記酸化ガス供給手段は、その長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成されて且つ前記筒体内にその高さ方向に沿って配置されたガスノズルを有していることを特徴とする。
請求項23の発明は、請求項17に記載の前記処理容器の下部側壁に前記第1の排気口が設けられており、前記処理容器の天井部に前記第2の排気口が設けられていることを特徴とする。
請求項24の発明は、請求項23の発明において、前記原料ガス供給手段と前記反応ガス供給手段は、その長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成されて且つ前記筒体内にその高さ方向に沿って配置されたガスノズルをそれぞれ有していることを特徴とする。
請求項25の発明は、請求項23の発明において、前記原料ガス供給手段と前記反応ガス供給手段は、前記筒体内の上端部にそのガス噴射孔を位置させたガスノズルをそれぞれ有していることを特徴とする。
A twenty-first aspect of the invention is characterized in that, in the nineteenth or twentieth aspect, the oxidizing gas supply means has a gas nozzle having a gas injection hole positioned at an upper end portion in the cylindrical body.
The invention of claim 22 is the invention of claim 19 or 20, wherein the oxidizing gas supply means has a plurality of gas injection holes formed along a length direction thereof and extends in the height direction of the cylinder. It has the gas nozzle arrange | positioned.
According to a twenty-third aspect of the present invention, the first exhaust port is provided in a lower side wall of the processing container according to the seventeenth aspect, and the second exhaust port is provided in a ceiling portion of the processing container. It is characterized by that.
According to a twenty-fourth aspect of the present invention, in the invention of the twenty-third aspect, the source gas supply means and the reactive gas supply means have a plurality of gas injection holes formed along a length direction thereof, It has the gas nozzle arrange | positioned along the length direction, It is characterized by the above-mentioned.
According to a twenty-fifth aspect of the present invention, in the twenty-third aspect, the source gas supply means and the reactive gas supply means each have a gas nozzle having a gas injection hole positioned at an upper end portion in the cylindrical body. It is characterized by.

請求項26の発明は、請求項23乃至25のいずれか一項に記載の発明において、前記酸化ガス供給手段は、前記筒体内の下端部にそのガス噴射口を位置させたガスノズルを有していることを特徴とする。
請求項27の発明は、請求項23乃至25のいずれか一項に記載の発明において、前記酸化ガス供給手段は、その長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成されて且つ前記筒体内にその高さ方向に沿って配置されたガスノズルを有していることを特徴とする。
請求項28の発明は、請求項1乃至26のいずれか一項に記載の発明において、前記第1の排気系と前記第2の排気系は、互いに共用される少なくとも排気ポンプを有していることを特徴とする。
請求項29の発明は、請求項1乃至28のいずれか一項に記載の発明において、前記第1の排気系と前記第2の排気系は、それぞれ個別に排気ポンプを有していることを特徴とする。
請求項30の発明は、請求項1乃至28のいずれか一項に記載の発明において、前記シリコン含有ガスは、シリコンと塩素とを含むガスであることを特徴とする。
According to a twenty-sixth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the twenty-third to twenty-fifth aspects, the oxidizing gas supply means has a gas nozzle having a gas injection port positioned at a lower end portion of the cylindrical body. It is characterized by being.
A twenty-seventh aspect of the present invention is the invention according to any one of the twenty-third to twenty-fifth aspects, wherein the oxidizing gas supply means has a plurality of gas injection holes formed along a length direction thereof and the cylindrical body. And a gas nozzle arranged along the height direction.
The invention of claim 28 is the invention according to any one of claims 1 to 26, wherein the first exhaust system and the second exhaust system have at least an exhaust pump shared with each other. It is characterized by that.
The invention of claim 29 is the invention according to any one of claims 1 to 28, wherein each of the first exhaust system and the second exhaust system has an exhaust pump individually. Features.
The invention of claim 30 is the invention according to any one of claims 1 to 28, wherein the silicon-containing gas is a gas containing silicon and chlorine.

請求項31の発明は、請求項30記載の発明において、前記シリコンと塩素とを含むガスは、ジクロロシラン(DCS)、トリクロロシラン、ヘキサクロロジシラン(HCD)、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、テトラクロロシラン(TCS)よりなる群より選択される1以上のガスであることを特徴とする。
請求項32の発明は、請求項1乃至31のいずれか一項に記載の発明において、前記酸化ガスは、O 、O 、NO、N O、NO 、H O、H 、ラジカル酸素よりなる群より選択される1以上のガスよりなることを特徴とする。
The invention of claim 31 is the invention of claim 30, wherein the gas containing silicon and chlorine is dichlorosilane (DCS), trichlorosilane, hexachlorodisilane (HCD), hexamethyldisilazane (HMDS), tetrachlorosilane. It is one or more gases selected from the group consisting of (TCS).
The invention of claim 32 is the invention according to any one of claims 1 to 31, wherein the oxidizing gas is O 2 , O 3 , NO, N 2 O, NO 2 , H 2 O, H 2 O. 2. It consists of 1 or more gas selected from the group which consists of radical oxygen, It is characterized by the above-mentioned.

請求項33の発明は、請求項1乃至32のいずれか一項に記載の発明において、前記不活性ガスは、N ガス及び希ガスよりなる群より選択される1以上のガスよりなることを特徴とする。 The invention of claim 33 is the invention according to any one of claims 1 to 32, wherein the inert gas comprises one or more gases selected from the group consisting of N 2 gas and rare gas. Features.

請求項34の発明は、請求項1乃至33のいずれか一項に記載の成膜装置の使用方法において、被処理体に対して原料ガスと反応ガスとを用いてシリコン含有膜よりなる薄膜を形成する成膜処理を行う成膜工程と、被処理体に対して酸化ガスを用いて酸化処理を行う酸化工程とを行うようにしたことを特徴とする成膜装置の使用方法である。
請求項35の発明は、請求項34記載の発明において、前記成膜工程と酸化工程とは、同一の被処理体に対して連続的に行われることを特徴とする。
A thirty-fourth aspect of the present invention is the method of using a film forming apparatus according to any one of the first to thirty-third aspects, wherein a thin film made of a silicon-containing film is formed on the object to be processed using a source gas and a reactive gas. A method of using a film forming apparatus is characterized in that a film forming process for forming a film to be formed and an oxidation process for performing an oxidation process on an object to be processed by using an oxidizing gas are performed.
A thirty-fifth aspect of the invention is characterized in that, in the thirty-fourth aspect, the film forming step and the oxidizing step are continuously performed on the same object.

本発明に係る成膜装置及びこの使用方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
被処理体に対してシリコン含有ガスを原料ガスとしてシリコン含有膜よりなる薄膜を形成する成膜処理と被処理体に対して酸化ガスを用いて酸化を行う酸化処理とを施すことが可能な成膜装置において、成膜処理時に用いる第1の排気口と酸化処理時に用いる第2の排気口とを別々に設けるようにし、しかも酸化処理時には、第1の排気口の部分を不活性ガスの雰囲気で覆って反応副生成物が酸化ガスに晒されないようにしたので、成膜処理時に第1の排気口の近傍に付着した可燃性の反応副生成物が燃焼することを防止することが可能となる。この結果、排気系のシール性の劣化や被処理体の金属汚染やパーティクルの発生をそれぞれ防止することができる。
According to the film forming apparatus and the method of using the same according to the present invention, the following excellent operational effects can be exhibited.
A film forming process for forming a thin film made of a silicon-containing film using a silicon-containing gas as a raw material gas on the object to be processed and an oxidation process for oxidizing the object to be processed using an oxidizing gas can be performed. In the film apparatus, the first exhaust port used during the film formation process and the second exhaust port used during the oxidation process are separately provided, and the first exhaust port portion is provided with an inert gas atmosphere during the oxidation process. Since the reaction by-product is not exposed to the oxidizing gas by covering with, it is possible to prevent the combustible reaction by-product adhering to the vicinity of the first exhaust port during the film forming process from burning. Become. As a result, it is possible to prevent deterioration of the sealing performance of the exhaust system, metal contamination of the object to be processed, and generation of particles.

以下に、本発明に係る成膜装置及びその使用方法の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
<第1実施形態>
まず、本発明の成膜装置の第1実施形態について説明する。図1は本発明の係る成膜装置の第1実施形態を示す縦断面構成図、図2は処理容器を示す断面図、図3は処理容器の内筒に設けたガス流通口を示す平面図である。尚、ここでは原料ガスとしてシリコン含有ガスであるヘキサクロロジシラン(HCD)を用い、反応ガスとして窒化ガスであるアンモニアガス(NH )を用い、酸化ガスとして酸素(O )ガスを用い、パージガスとしてN ガスを用い、反応副生成物の燃焼を防止する不活性ガスとしてN ガスを用い、そして、最初はシリコン含有膜としてシリコン窒化膜(SiN)を形成して、これを酸化することにより最終的にシリコン酸窒化膜(SiON)を成膜する場合を例にとって説明する。
Hereinafter, an embodiment of a film forming apparatus and a method of using the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<First Embodiment>
First, a first embodiment of the film forming apparatus of the present invention will be described. 1 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of a film forming apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing a processing container, and FIG. 3 is a plan view showing a gas flow port provided in an inner cylinder of the processing container. It is. Here, hexachlorodisilane (HCD), which is a silicon-containing gas, is used as a source gas, ammonia gas (NH 3 ), which is a nitriding gas, is used as a reactive gas, oxygen (O 2 ) gas is used as an oxidizing gas, and purge gas is used. using N 2 gas, using N 2 gas as the inert gas to prevent combustion of the reaction by-products, and, initially by forming a silicon nitride film (SiN) as the silicon-containing film, by oxidizing this A case where a silicon oxynitride film (SiON) is finally formed will be described as an example.

図示するように、この成膜装置2は、内部に複数枚の被処理体を収容できるような長さを有する処理容器4を有している。この処理容器4は、有天井の円筒状に成形された内筒4Aと、この内筒4Aの外側に同心状に配置された内筒状の外筒4Bとを有しており、これらの内筒4A及び外筒4Bはいずれも石英により形成されている。この内筒4A及び外筒4Bの天井部は共に平坦な天井部になされると共に、これらの内筒4Aと外筒4Bはいずれも下端が開口されている。   As shown in the figure, the film forming apparatus 2 has a processing container 4 having a length capable of accommodating a plurality of objects to be processed therein. This processing container 4 has an inner cylinder 4A formed into a cylindrical shape with a ceiling, and an inner cylindrical outer cylinder 4B arranged concentrically outside the inner cylinder 4A. Both the cylinder 4A and the outer cylinder 4B are made of quartz. Both the inner cylinder 4A and the outer cylinder 4B have a flat ceiling, and the inner cylinder 4A and the outer cylinder 4B are both open at the lower ends.

また、この外筒4Bの下端開口部には、例えばステンレススチールにより円筒体状に成形されたマニホールド6がOリング等のシール部材8を介して連結されている。尚、ステンレス製のマニホールド6を設けないで、全体を円筒体状の石英製の処理容器で構成した装置もある。また、上記マニホールド6の内壁の上部にはリング状に支持片9が形成されており、この支持片9上に、上記内筒4Aの下端部を支持させて、処理容器4の全体を構成している。   Further, a manifold 6 formed in a cylindrical shape from, for example, stainless steel is connected to a lower end opening of the outer cylinder 4B via a seal member 8 such as an O-ring. There is also an apparatus in which a stainless-steel manifold 6 is not provided, and the whole is constituted by a cylindrical quartz processing vessel. Further, a support piece 9 is formed in a ring shape on the upper part of the inner wall of the manifold 6, and the lower end portion of the inner cylinder 4 </ b> A is supported on the support piece 9 to constitute the entire processing container 4. ing.

上記マニホールド6の下端は開放されており、このマニホールド6の下方より複数枚の被処理体としての半導体ウエハWを多段に載置した保持手段としての石英製のウエハボート10が昇降可能に挿脱自在になされている。本実施形態の場合において、このウエハボート10には、例えば50〜100枚程度の直径が300mmのウエハWを略等ピッチで多段に支持できるようになっている。   The lower end of the manifold 6 is open, and a quartz wafer boat 10 as a holding means on which a plurality of semiconductor wafers W as processing objects are placed in multiple stages is inserted / removed in a vertically movable manner. It is made freely. In this embodiment, the wafer boat 10 can support, for example, about 50 to 100 wafers W having a diameter of 300 mm in multiple stages at a substantially equal pitch.

このウエハボート10は、石英製の保温筒12を介してテーブル14上に載置されており、このテーブル14は、マニホールド6の下端開口部を開閉する例えばステンレススチール製の蓋部16を貫通する回転軸18上に支持される。そして、この回転軸18の貫通部には、例えば磁性流体シール20が介設され、この回転軸18を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部16の周辺部とマニホールド6の下端部には、例えばOリング等よりなるシール部材22が介設されており、処理容器4内のシール性を保持している。   The wafer boat 10 is placed on a table 14 via a quartz heat insulating cylinder 12, and this table 14 passes through a lid 16 made of, for example, stainless steel that opens and closes the lower end opening of the manifold 6. It is supported on the rotating shaft 18. For example, a magnetic fluid seal 20 is interposed in the penetrating portion of the rotating shaft 18, and the rotating shaft 18 is rotatably supported while hermetically sealing. Further, a seal member 22 made of, for example, an O-ring or the like is interposed between the peripheral portion of the lid portion 16 and the lower end portion of the manifold 6 to maintain the sealing performance in the processing container 4.

上記した回転軸18は、例えばボートエレベータ等の昇降機構24に支持されたアーム24Aの先端に取り付けられており、ウエハボート10及び蓋部16等を一体的に昇降して処理容器4内へ挿脱できるようになされている。尚、上記テーブル14を上記蓋部16側へ固定して設け、ウエハボート10を回転させることなくウエハWの処理を行うようにしてもよい。   The rotating shaft 18 is attached to the tip of an arm 24A supported by an elevating mechanism 24 such as a boat elevator, for example, and the wafer boat 10 and the lid 16 are moved up and down integrally and inserted into the processing container 4. It can be removed. Note that the table 14 may be fixedly provided on the lid portion 16 side and the wafer W may be processed without rotating the wafer boat 10.

このマニホールド6には、処理容器4内へ各ガスを供給するための各ガス供給手段が設けられている。具体的には、このマニホールド6には、原料ガスとして例えばシリコン含有ガスであるHCDガスを供給する原料ガス供給手段26と、反応ガスとして例えば窒化ガスであるNH ガスを供給する反応ガス供給手段28と、パージガスとして例えばN ガスを供給するパージガス供給手段30と、酸化ガスとして例えばO ガスを供給する酸化ガス供給手段32とがそれぞれ設けられている。 Each manifold 6 is provided with each gas supply means for supplying each gas into the processing container 4. Specifically, in the manifold 6, a raw material gas supply unit 26 that supplies, for example, an HCD gas that is a silicon-containing gas as a raw material gas, and a reactive gas supply unit that supplies, for example, an NH 3 gas that is a nitriding gas, as a reactive gas. 28, purge gas supply means 30 for supplying, for example, N 2 gas as purge gas, and oxidizing gas supply means 32 for supplying, for example, O 2 gas as oxidizing gas.

具体的には、上記原料ガス供給手段26は、上記マニホールド6の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて上端まで延びる石英管よりなるガスノズル34を有している。このガスノズル34には、その長さ方向に沿って複数(多数)のガス噴射孔34Aが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス噴射孔34Aから水平方向に向けて略均一にHCDガスを噴射できるようになっている。このようなタイプのガスノズルを分散形のガスノズルと称す。   Specifically, the source gas supply means 26 has a gas nozzle 34 made of a quartz tube that penetrates the side wall of the manifold 6 inward and is bent upward and extends to the upper end. A plurality (a large number) of gas injection holes 34A are formed in the gas nozzle 34 at predetermined intervals along the length direction thereof, and the HCD gas is substantially uniformly distributed in the horizontal direction from the gas injection holes 34A. Can be injected. This type of gas nozzle is referred to as a distributed gas nozzle.

また同様に上記反応ガス供給手段28も、上記マニホールド6の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて上端まで延びる石英管よりなるガスノズル36を有している。このガスノズル36には、その長さ方向に沿って複数(多数)のガス噴射孔36Aが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス噴射孔36Aから水平方向に向けて略均一にNH ガスを噴射できるようになっている。また同様にパージガス供給手段30も、上記マニホールド6の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて上端まで延びる石英管よりなるガスノズル38を有している。このガスノズル38には、その長さ方向に沿って複数(多数)のガス噴射孔38Aが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス噴射孔38Aから水平方向に向けて略均一にパージガスとしてN ガスを噴射できるようになっている。 Similarly, the reaction gas supply means 28 has a gas nozzle 36 made of a quartz tube that penetrates the side wall of the manifold 6 inward and is bent upward and extends to the upper end. In the gas nozzle 36, a plurality of (many) gas injection holes 36A are formed at predetermined intervals along the length direction thereof, and NH 3 is formed substantially uniformly from the gas injection holes 36A in the horizontal direction. Gas can be injected. Similarly, the purge gas supply means 30 has a gas nozzle 38 made of a quartz tube that penetrates the side wall of the manifold 6 inward and is bent upward and extends to the upper end. A plurality (a large number) of gas injection holes 38A are formed at predetermined intervals along the length direction of the gas nozzle 38. The gas nozzles 38 are substantially uniformly purged from the gas injection holes 38A in the horizontal direction. N 2 gas can be injected.

また同様に酸化ガス供給手段32も、上記マニホールド6の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて上端まで延びる石英管よりなるガスノズル40を有している。このガスノズル40には、上記各ガスノズル34、36、38とは異なって上端部だけにガス噴射孔40Aが形成されており、このガス噴射孔40Aから内筒4A内の上端に向けてO ガスを噴射できるようになっている。このように、一箇所に集中させてガスを噴射して供給するようにしたタイプのガスノズルをストレート形のガスノズルと称す。 Similarly, the oxidizing gas supply means 32 has a gas nozzle 40 made of a quartz tube that penetrates the side wall of the manifold 6 inward and is bent upward and extends to the upper end. Unlike the gas nozzles 34, 36, and 38, the gas nozzle 40 is formed with a gas injection hole 40A only at the upper end, and the O 2 gas is directed from the gas injection hole 40A toward the upper end in the inner cylinder 4A. Can be injected. A gas nozzle of a type in which gas is injected and supplied in a concentrated manner is called a straight gas nozzle.

上記各ガスノズル34、36、38、40には、ガス通路42、44、46、48がそれぞれ接続されている。そして、各ガス通路42〜48には、それぞれ開閉弁42A、44A、46A、48A及びマスフローコントローラのような流量制御器42B、44B、46B、48Bが介設されており、HCDガス、NH ガス、N ガス及びO ガスをそれぞれ流量制御しつつ供給できるようになっている。図1では発明の理解を容易にするために4本の上記各ガスノズル34、36、38、40を横方向に配列しているが、実際には、図2に示すように処理容器10の一部に集中させて円弧状に配列されている。 Gas passages 42, 44, 46, 48 are connected to the gas nozzles 34, 36, 38, 40, respectively. The gas passages 42 to 48 are respectively provided with on-off valves 42A, 44A, 46A, 48A and flow controllers 42B, 44B, 46B, 48B such as a mass flow controller, for HCD gas and NH 3 gas. , N 2 gas and O 2 gas can be supplied while controlling the flow rate. In FIG. 1, the four gas nozzles 34, 36, 38, and 40 are arranged in the horizontal direction in order to facilitate understanding of the invention, but in actuality, as shown in FIG. It is arranged in an arc shape in a concentrated manner.

一方、上記処理容器4の中心を点対称として上記各ガスノズル34、36、38、40の設置位置とは反対側には、この内部雰囲気を排気するために内筒4Aの側壁を、例えば削り取ることによって形成したガス流通口50が設けられており、内筒4A内をこの内筒4Aと外筒4Bとの間の空間52に連通させるようになっている。ここでは、このガス流通口50は、図3に示すように内筒4Aの高さ方向に沿って複数個形成されており、更に、上方に位置する程、その直径(開口面積)を大きく設定してコンダクタンスが大きくなるように設定して内筒4A内の横方向の流速を均一化するようになっている。尚、ガス流通口50の形状は特に限定されない。   On the other hand, the side wall of the inner cylinder 4A is scraped off, for example, on the side opposite to the installation position of the gas nozzles 34, 36, 38, 40 with the center of the processing vessel 4 as point symmetry. The gas circulation port 50 formed by the above is provided, and the inside of the inner cylinder 4A is communicated with the space 52 between the inner cylinder 4A and the outer cylinder 4B. Here, as shown in FIG. 3, a plurality of the gas circulation ports 50 are formed along the height direction of the inner cylinder 4 </ b> A. Thus, the conductance is set to be large so that the lateral flow velocity in the inner cylinder 4A is made uniform. The shape of the gas distribution port 50 is not particularly limited.

そして、処理容器4には、この内部雰囲気を排気するために成膜処理用の第1の排気口54が設けられている。具体的には、この第1の排気口54は、上記外筒4Bの下端部の側壁に、上記空間52に臨ませて設けられており、上記ガス通気口50を通ったガスをこの第1の排気口54を介して排出するようになっている。そして、この第1の排気口54には、成膜処理時に用いる第1の排気系56が接続されている。具体的には、この第1の排気系56は、上記第1の排気口54に接続された第1の排気通路58を有している。   The processing container 4 is provided with a first exhaust port 54 for film formation processing in order to exhaust the internal atmosphere. Specifically, the first exhaust port 54 is provided on the side wall of the lower end portion of the outer cylinder 4B so as to face the space 52, and the gas that has passed through the gas vent 50 is supplied to the first exhaust port 54. The air is discharged through the exhaust port 54. The first exhaust port 54 is connected to a first exhaust system 56 used during the film forming process. Specifically, the first exhaust system 56 has a first exhaust passage 58 connected to the first exhaust port 54.

この第1の排気通路58には、その上流側から下流側に向けて第1の開閉弁60、処理容器4内の圧力を調整するための第1の圧力調整弁62及び第1の排気ポンプ64が順次介設されており、処理容器4内の雰囲気を圧力制御しつつ排気できるようになっている。上記第1の排気ポンプ64としては、プロセス圧力が低い場合には真空ポンプを用いるようにすればよく、実施されるプロセス圧力に見合った能力の排気ポンプを用いる。   The first exhaust passage 58 includes a first on-off valve 60, a first pressure adjusting valve 62 for adjusting the pressure in the processing container 4, and a first exhaust pump from the upstream side toward the downstream side. 64 is sequentially provided so that the atmosphere in the processing container 4 can be exhausted while controlling the pressure. As the first exhaust pump 64, a vacuum pump may be used when the process pressure is low, and an exhaust pump having a capacity corresponding to the process pressure to be implemented is used.

そして、この第1の排気口54、或いはこの近傍に酸化処理時に上記第1の排気口54に不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段66が設けられる。この不活性ガス導入手段66は、上記第1の排気口54の側壁部分に接続されたガス通路68を有しており、このガス通路68には開閉弁70及びマスフローコントローラのような流量制御器72が順次介設されており、必要時、すなわち酸化処理時に流量制御しつつ不活性ガス、例えばここではN ガスを第1の排気口54内の部分に導入できるようになっている。 Then, an inert gas introduction means 66 for introducing an inert gas into the first exhaust port 54 or in the vicinity thereof at the time of oxidation treatment is provided. The inert gas introducing means 66 has a gas passage 68 connected to the side wall portion of the first exhaust port 54. The gas passage 68 has a flow controller such as an on-off valve 70 and a mass flow controller. 72 is sequentially provided so that an inert gas, for example, N 2 gas in this case, can be introduced into the first exhaust port 54 while controlling the flow rate when necessary, that is, during the oxidation process.

この場合、上記ガス通路68の上流端の接続位置は、上記第1の排気口54の側壁に限らず、第1の開閉弁60よりも上流側部分の第1の排気通路58に接続するようにしてもよく、いずれにしても、酸化処理時に第1の排気口54の内側近傍をO ガスで覆うことができるならば、どこに接続するようにしてもよい。 In this case, the connection position of the upstream end of the gas passage 68 is not limited to the side wall of the first exhaust port 54, but is connected to the first exhaust passage 58 in the portion upstream of the first on-off valve 60. In any case, as long as the vicinity of the inside of the first exhaust port 54 can be covered with O 2 gas during the oxidation process, the connection may be made anywhere.

また、この第1の排気口54、或いはこの近傍には、酸化処理時に、この第1の排気口54の近傍の酸素濃度を検出するための酸素濃度検出手段74が設けられている。具体的には、この酸素濃度検出手段74は、上記第1の排気口54と上記第1の開閉弁60の下流側の第1の排気通路58とを連通するバイパス通路76を有しており、このバイパス通路76の途中にその上流側から下流側に向けて開閉弁78及び酸素濃度検出器80が順次介設されて、このバイパス通路76を流れる雰囲気中の酸素濃度を検出することにより、第1の排気口54の近傍の酸素濃度を認識できるようになっている。   An oxygen concentration detection means 74 for detecting the oxygen concentration in the vicinity of the first exhaust port 54 is provided at or near the first exhaust port 54 during the oxidation process. Specifically, the oxygen concentration detection means 74 has a bypass passage 76 that communicates the first exhaust port 54 with the first exhaust passage 58 on the downstream side of the first on-off valve 60. In the middle of the bypass passage 76, an on-off valve 78 and an oxygen concentration detector 80 are sequentially provided from the upstream side to the downstream side to detect the oxygen concentration in the atmosphere flowing through the bypass passage 76. The oxygen concentration in the vicinity of the first exhaust port 54 can be recognized.

この場合、このバイパス通路76の管径は非常に小さく設定されてコンダクタンスが非常に小さくなるように設計されており、このバイパス通路76には少量のガスしか流れないようになっている。また、上記第1の排気口54、或いはこの近傍には、酸化処理時に上記第1の排気口54の近傍の温度を検出するための温度検出器82が設けられる。この温度検出器82としては、例えば熱電対を用いることができる。そして、上記酸素濃度検出器80の検出値や上記温度検出器82の検出値は、例えばコンピュータ等よりなる回避動作指令部84へ入力されるようになっており、必要に応じて種々の危険回避動作をとるための指令を出力するようになっている。   In this case, the pipe diameter of the bypass passage 76 is designed to be very small and the conductance is very small, and only a small amount of gas flows through the bypass passage 76. Further, a temperature detector 82 for detecting the temperature in the vicinity of the first exhaust port 54 at the time of oxidation treatment is provided at or near the first exhaust port 54. As the temperature detector 82, for example, a thermocouple can be used. The detected value of the oxygen concentration detector 80 and the detected value of the temperature detector 82 are input to an avoidance operation command unit 84 made of, for example, a computer, and various danger avoidances are made as necessary. A command to take action is output.

また、上記第1の排気口54とは異なる位置に本発明の特徴とする酸化処理時用の第2の排気口88が設けられている。この第2の排気口88は、成膜処理時における原料ガスの流れ方向とは反対側の方向に上記第1の排気口54から離れて位置されている。具体的には、ここではこの第2の排気口88は、上記マニホールド6の側壁に設けられている。そして、この第2の排気口88には、酸化処理時に用いる第2の排気系90が接続されている。   In addition, a second exhaust port 88 for oxidation treatment, which is a feature of the present invention, is provided at a position different from the first exhaust port 54. The second exhaust port 88 is located away from the first exhaust port 54 in the direction opposite to the flow direction of the source gas during the film forming process. Specifically, the second exhaust port 88 is provided on the side wall of the manifold 6 here. The second exhaust port 88 is connected to a second exhaust system 90 used during the oxidation process.

具体的には、この第2の排気系90は、上記第2の排気口88に接続された第2の排気通路92を有している。そして、この第2の排気通路92の途中には、第2の開閉弁94が介設されていると共に、この第2の排気通路92の下流側は、上記第1の開閉弁60と第1の圧力調整弁62との間の第1の排気通路58に接続されており、第1の圧力調整弁62と第1の排気ポンプ64とを共用するようになっている。   Specifically, the second exhaust system 90 has a second exhaust passage 92 connected to the second exhaust port 88. A second opening / closing valve 94 is interposed in the middle of the second exhaust passage 92, and the downstream side of the second exhaust passage 92 is connected to the first opening / closing valve 60 and the first exhaust valve 92. The first pressure adjusting valve 62 and the first exhaust pump 64 are used in common.

これにより、酸化処理時に処理容器4内の酸素雰囲気をこの第2の排気口88を介して排出することができるようになっている。尚、上記第1の圧力調整弁62及び第1の排気ポンプ64を共用しないで、第2の排気通路92に別個に第2の圧力調整弁及び第2の排気ポンプをそれぞれ介設させるようにしてもよい。そして、上記処理容器4の外周を囲むようにしてこの処理容器4及びこの内部のウエハWを加熱するために加熱ヒータ86Aを有する筒体状の加熱手段86が設けられている。   Thereby, the oxygen atmosphere in the processing container 4 can be discharged through the second exhaust port 88 during the oxidation process. The first pressure regulating valve 62 and the first exhaust pump 64 are not shared, and the second pressure regulating valve and the second exhaust pump are separately provided in the second exhaust passage 92, respectively. May be. A cylindrical heating means 86 having a heater 86A is provided to heat the processing container 4 and the wafer W inside the processing container 4 so as to surround the outer periphery of the processing container 4.

そして、このように構成された成膜装置2の全体の動作、例えばプロセス圧力、プロセス温度、各ガスの供給、供給停止、各ガスの切り替え、ガス流量の制御及び各開閉弁の開閉制御等は例えばコンピュータ等よりなる装置制御部96により行われる。そして、この装置制御部96は、上記制御を行うためのプログラムが記憶されている記憶媒体98を有している。この記憶媒体98としては、例えばフレキシブルディスク、CD(Compact Disc)、CD−ROM、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはDVD等を用いることができる。   The overall operation of the film forming apparatus 2 configured as described above, for example, process pressure, process temperature, supply of each gas, supply stop, switching of each gas, control of gas flow rate, control of opening / closing of each on-off valve, etc. For example, it is performed by the device control unit 96 made of a computer or the like. The apparatus control unit 96 includes a storage medium 98 in which a program for performing the above control is stored. As the storage medium 98, for example, a flexible disk, a CD (Compact Disc), a CD-ROM, a hard disk, a flash memory, a DVD, or the like can be used.

次に、以上のように構成された成膜装置2を用いて行なわれる本発明の成膜方法(いわゆるALD成膜処理と酸化処理)について図4乃至図7も参照して説明する。図4は本発明方法の各工程を示すフローチャート、図5は本発明方法における各ガスの供給態様を示すタイミングチャート、図6は成膜工程における処理容器内のガスの流れを示す図、図7は酸化工程における処理容器内のガスの流れを示す図である。   Next, a film forming method (so-called ALD film forming process and oxidation process) of the present invention performed using the film forming apparatus 2 configured as described above will be described with reference to FIGS. 4 is a flowchart showing each step of the method of the present invention, FIG. 5 is a timing chart showing a supply mode of each gas in the method of the present invention, FIG. 6 is a diagram showing a gas flow in the processing container in the film forming step, FIG. FIG. 3 is a diagram showing a gas flow in a processing container in an oxidation process.

本発明方法は、被処理体に対して原料ガスと反応ガスとを用いてシリコン含有膜よりなる薄膜を形成する成膜処理を行う成膜工程と、被処理体に対して酸化ガスを用いて酸化処理を行う酸化工程とを行うようにしている。具体的には、ここでは、図4に示すように、処理容器4内へ原料ガス(HCD)と反応ガス(NH )とを供給して被処理体、例えば半導体ウエハWの表面にシリコン含有膜よりなる薄膜(SiN)を形成する成膜工程S1と、被処理体に対して酸化ガス(O )を用いてSiNを酸化してSiON膜を形成する酸化工程S2とよりなっている。 The method of the present invention includes a film forming process for forming a thin film made of a silicon-containing film on a target object using a source gas and a reactive gas, and an oxidizing gas for the target object. An oxidation process for performing an oxidation treatment is performed. Specifically, here, as shown in FIG. 4, a raw material gas (HCD) and a reactive gas (NH 3 ) are supplied into the processing container 4 to contain silicon on the surface of the object to be processed, for example, the semiconductor wafer W. A film forming step S1 for forming a thin film (SiN) made of a film and an oxidation step S2 for forming a SiON film by oxidizing SiN using an oxidizing gas (O 2 ) on the object to be processed.

まず、常温の多数枚、例えば50〜100枚の300mmサイズのウエハWが載置された状態のウエハボート10を予め所定の温度になされた処理容器4内にその下方より上昇させてロードし、蓋部16でマニホールド6の下端開口部を閉じることにより処理容器4内を密閉する。   First, a wafer boat 10 on which a large number of normal temperature wafers, for example, 50 to 100 wafers 300 mm in size are placed, is loaded into a processing container 4 that has been previously set at a predetermined temperature by being raised from below. The inside of the processing vessel 4 is sealed by closing the lower end opening of the manifold 6 with the lid 16.

そして処理容器4内を真空引きして所定のプロセス圧力に維持すると共に、加熱手段86への供給電力を増大させることにより、ウエハ温度を上昇させてプロセス温度を維持する。そして、まず成膜工程(図4のS1)を行う。この成膜工程では、上記HCDガスを原料ガス供給手段26から供給し、NH ガスを反応ガス供給手段28から供給し、パージガスとしてN ガスをパージガス供給手段30から供給する。 Then, the inside of the processing container 4 is evacuated and maintained at a predetermined process pressure, and the power supplied to the heating means 86 is increased to raise the wafer temperature and maintain the process temperature. First, a film forming step (S1 in FIG. 4) is performed. In this film forming process, the HCD gas is supplied from the source gas supply means 26, NH 3 gas is supplied from the reaction gas supply means 28, and N 2 gas is supplied from the purge gas supply means 30 as a purge gas.

この場合、HCDガスは流量制御されつつガスノズル34内を流れて、これに設けた各ガス噴射孔34Aより水平方向のウエハWの方向に向けて放出される。またNH ガスは流量制御されつつガスノズル36内を流れて、これに設けた各ガス噴射孔36Aより水平方向のウエハWの方向に向けて放出される。またN ガスは流量制御されつつガスノズル38内を流れて、これに設けた各ガス噴射孔38Aより水平方向のウエハWの方向に向けて放出される。 In this case, the HCD gas flows through the gas nozzle 34 while the flow rate is controlled, and is discharged toward the wafer W in the horizontal direction from the gas injection holes 34A provided therein. Further, the NH 3 gas flows in the gas nozzle 36 while the flow rate is controlled, and is discharged toward the wafer W in the horizontal direction from each gas injection hole 36A provided therein. Further, the N 2 gas flows through the gas nozzle 38 while the flow rate is controlled, and is discharged toward the wafer W in the horizontal direction from each gas injection hole 38A provided therein.

そして、上記各ガスは水平方向に位置する各ガス流通口50を通過した後、内筒4Aと外筒4Bとの間の空間52内を流下して第1の排気口54に流れ込み、そして、駆動状態にある第1の排気系56の第1の排気通路58内を流れて第1の開閉弁60、第1の圧力調整弁62及び第1の排気ポンプ64を順次介して系外へ排出されて行く。尚、この成膜工程では、第2の排気系90の第2の排気通路92に介設した第2の開閉弁94は閉状態に維持されており、ここではガスを流さないようにしている。   And after each said gas passes each gas circulation port 50 located in a horizontal direction, it flows down in the space 52 between the inner cylinder 4A and the outer cylinder 4B, flows into the 1st exhaust port 54, and It flows in the first exhaust passage 58 of the first exhaust system 56 in the drive state, and is discharged out of the system through the first on-off valve 60, the first pressure regulating valve 62, and the first exhaust pump 64 sequentially. Going to be. In this film forming process, the second on-off valve 94 provided in the second exhaust passage 92 of the second exhaust system 90 is maintained in a closed state, and gas is prevented from flowing here. .

具体的には、図5に示すように、まず処理容器4内へHCDガスを供給することにより吸着処理を所定の時間T1だけ行う(図5(A)参照)。この吸着処理では、例えばシリコン基板よりなるウエハWの表面にHCDガスの分子が吸着する。次にHCDガスの供給を停止して処理容器4内へパージガスとしてN ガスを流すことにより処理容器4内の残留ガスを排気するパージガス処理を所定の時間T2だけ行う(図5(C)参照)。次に、処理容器4内へNH ガスを供給することにより反応処理として窒化処理を所定の時間T3だけ行う(図5(B)参照)。 Specifically, as shown in FIG. 5, first, adsorption processing is performed for a predetermined time T1 by supplying HCD gas into the processing container 4 (see FIG. 5A). In this adsorption process, for example, HCD gas molecules are adsorbed on the surface of the wafer W made of a silicon substrate. Next, the supply of the HCD gas is stopped, and a purge gas process for exhausting the residual gas in the processing container 4 by flowing N 2 gas as a purge gas into the processing container 4 is performed for a predetermined time T2 (see FIG. 5C). ). Next, by supplying NH 3 gas into the processing container 4, nitriding is performed as a reaction process for a predetermined time T3 (see FIG. 5B).

次に、NH ガスの供給を停止して処理容器4内へパージガスとしてN ガスを再度流すことにより処理容器4内の残留ガスを排気するパージ処理を所定の時間T4だけ行う(図4(C)参照)。そして、上記各処理を所定の回数だけ繰り返し行う。すなわち、図5中において、HCDガスの吸着処理から次の吸着処理までの間が1サイクルであり、これを予め定められた回数だけ繰り返し行う。ここで上記各時間T1、T2、T3、T4は、それぞれ30sec、30sec、30sec、30sec程度である。 Next, the supply of NH 3 gas is stopped, and the purge process for exhausting the residual gas in the processing container 4 by flowing N 2 gas again as the purge gas into the processing container 4 is performed for a predetermined time T4 (FIG. 4 ( C)). Then, each of the above processes is repeated a predetermined number of times. That is, in FIG. 5, one cycle is from the HCD gas adsorption process to the next adsorption process, and this is repeated a predetermined number of times. Here, the times T1, T2, T3, and T4 are about 30 sec, 30 sec, 30 sec, and 30 sec, respectively.

上記1サイクルで形成されるSiN膜の膜厚は、プロセス温度やプロセス圧力やガス流量等にもよるが、略1Å前後である。この時のプロセス条件は、プロセス温度が300〜700℃の範囲内、この好ましくは400〜700℃の範囲内、プロセス圧力が10〜3000Paの範囲内、この好ましくは100〜1500Paの範囲内である。またHCDガスの流量が10〜1000sccmの範囲内、好ましくは100〜500sccmの範囲内、NH ガスの流量が100〜10000sccmの範囲内、好ましくは500〜5000sccmの範囲内、N ガスの流量が100〜30000sccmの範囲内、好ましくは500〜10000sccmの範囲内である。 The thickness of the SiN film formed in one cycle is approximately 1 mm, although it depends on the process temperature, process pressure, gas flow rate, and the like. The process conditions at this time are a process temperature within a range of 300 to 700 ° C., preferably within a range of 400 to 700 ° C., a process pressure within a range of 10 to 3000 Pa, and preferably within a range of 100 to 1500 Pa. . The flow rate of HCD gas is in the range of 10 to 1000 sccm, preferably in the range of 100 to 500 sccm, the flow rate of NH 3 gas is in the range of 100 to 10,000 sccm, preferably in the range of 500 to 5000 sccm, and the flow rate of N 2 gas is It is in the range of 100 to 30,000 sccm, preferably in the range of 500 to 10,000 sccm.

上述のような成膜工程を行っている時の各ガスの流れは図6に示されており、間欠的に水平方向へ流されたHCD、NH 及びN は各ウエハW間を水平方向に流れて矢印100に示すように各ガス流通口50を通過した後、内筒4Aと外筒4Bとの間の空間52内を流下して第1の排気口54に流れ込み、そして、第1の排気系56の第1の排気通路58内を流れて系外へ排出されて行く。 The flow of each gas when performing the film forming process as described above is shown in FIG. 6, and HCD, NH 3 and N 2 which are intermittently flowed in the horizontal direction are horizontally moved between the wafers W. After passing through each gas circulation port 50 as shown by the arrow 100, it flows down in the space 52 between the inner cylinder 4A and the outer cylinder 4B and flows into the first exhaust port 54, and the first The exhaust system 56 flows through the first exhaust passage 58 and is discharged out of the system.

ここで、この排気ガス中には、上記成膜反応によって生じた反応副生成物であるクロロシランポリマーが含まれており、この排気ガスが処理容器4内の温度よりも低い温度、例えば150℃程度になっている第1の排気口54の部分に到達すると急激に冷却されて、この第1の排気口54の内壁やこの近傍の内壁部分に上記反応副生成物であるクロロシランポリマーが付着して堆積物102が発生することになる。   Here, the exhaust gas contains a chlorosilane polymer, which is a reaction byproduct generated by the film formation reaction, and the exhaust gas is at a temperature lower than the temperature in the processing vessel 4, for example, about 150 ° C. When the first exhaust port 54 is reached, it is rapidly cooled, and the chlorosilane polymer, which is a reaction byproduct, adheres to the inner wall of the first exhaust port 54 and the inner wall portion in the vicinity thereof. A deposit 102 is generated.

この堆積物102のクロロシランポリマーは酸素の存在下で300℃程度で着火する可燃物であり、この状態のままで次の酸化工程を行うと、上記堆積物102の部分に高温状態で排気される酸素が流れてきて上記堆積物102が燃焼して各種の不都合を生ずることになる。そのため、本発明方法では、以下に説明するように上記堆積物102の部分に酸素が流れないようにすると共に、この部分を不活性ガス(N )で覆うようにしている。 The chlorosilane polymer in the deposit 102 is a combustible material that is ignited at about 300 ° C. in the presence of oxygen. When the next oxidation process is performed in this state, the deposit 102 is exhausted at a high temperature. Oxygen flows and the deposit 102 burns, causing various inconveniences. Therefore, in the method of the present invention, as described below, oxygen is prevented from flowing into the deposit 102 and this portion is covered with an inert gas (N 2 ).

すなわち、上述のように成膜工程S1が終了したならば、次に酸化工程S2へ移行する。この酸化工程では、図7及び図5(D)及び図5(E)に示すように、HCDガス、NH ガス、N ガス(パージガス)の各ガスの供給を停止すると共に、酸化ガス供給手段32から酸化ガスとしてO ガスを流し、且つ不活性ガス導入手段66から第1の排気口54に向けて不活性ガスであるN ガスを導入する。そして、この酸化工程では、第1の排気系56の第1の開閉弁60は閉状態になされ、これに替えて第2の排気系90の第2の開閉弁94が開状態になされる。そして、共用される第1の排気ポンプ64は駆動され続けるので、処理容器4内の雰囲気は第1の排気口54に替えて第2の排気口88を介して排気されるようになっている。 That is, when the film formation step S1 is completed as described above, the process proceeds to the oxidation step S2. In this oxidation step, as shown in FIGS. 7, 5 (D) and 5 (E), the supply of HCD gas, NH 3 gas, and N 2 gas (purge gas) is stopped and the oxidizing gas supply is performed. O 2 gas is allowed to flow as an oxidizing gas from the means 32, and N 2 gas which is an inert gas is introduced from the inert gas introduction means 66 toward the first exhaust port 54. In this oxidation step, the first on-off valve 60 of the first exhaust system 56 is closed, and the second on-off valve 94 of the second exhaust system 90 is opened instead. Since the shared first exhaust pump 64 continues to be driven, the atmosphere in the processing container 4 is exhausted through the second exhaust port 88 instead of the first exhaust port 54. .

そして、上記O ガスは、ガスノズル40内を流れてこのガスノズル40の上端部に設けたガス噴射孔40Aより水平方向のウエハWに向けて放出される。これにより、このO ガスは、各ウエハWの表面に形成されているSiN膜と反応してこれを酸化してSiON膜(シリコン酸窒化膜)が形成されることになる。 The O 2 gas flows through the gas nozzle 40 and is discharged toward the wafer W in the horizontal direction from the gas injection hole 40A provided at the upper end portion of the gas nozzle 40. As a result, this O 2 gas reacts with the SiN film formed on the surface of each wafer W and oxidizes it to form a SiON film (silicon oxynitride film).

そして、ウエハW間を通過したO ガスは矢印104に示すように内筒4Aを下向きに流れて流下して第2の排気口88に向かって流れて行く。従って、このO ガスが第1の排気口54に到達することがないので、ここに付着していた可燃性の堆積物102が酸素と接触することがなくなって、これが燃焼することを防止することができる。 Then, the O 2 gas that has passed between the wafers W flows downward through the inner cylinder 4 </ b> A as indicated by an arrow 104 and flows toward the second exhaust port 88. Therefore, since this O 2 gas does not reach the first exhaust port 54, the combustible deposit 102 adhering to the O 2 gas does not come into contact with oxygen and prevents this from burning. be able to.

また、不活性ガス供給手段66から供給されるN ガスは、ガス通路68から第1の排気口54内に導入される。この導入されたN ガスは矢印106に示すように処理容器4内に向かって流れて行き、内筒4Aの各ガス流通口50を通過して内筒4A内へ流れ込み、そして、更に下方の第2の排気口88に向かって流れて行く。従って、このN ガスは第1の排気口54の部分に付着していた可燃性の堆積物102の表面を常時覆うようにカバーする状態となり、この堆積物102がO ガスと接触することを確実に防止することができる。このように、堆積物102が燃焼することを防止することができるので、配管系のシール部材が熱により劣化することも防止でき、また、配管を構成するステンレススチールから金属汚染が発生することも防止することができる。 Further, the N 2 gas supplied from the inert gas supply means 66 is introduced into the first exhaust port 54 from the gas passage 68. The introduced N 2 gas flows toward the inside of the processing container 4 as shown by an arrow 106, passes through each gas flow port 50 of the inner cylinder 4A, flows into the inner cylinder 4A, and further below It flows toward the second exhaust port 88. Therefore, the N 2 gas is in a state of covering the surface of the combustible deposit 102 that has adhered to the first exhaust port 54 so that the deposit 102 is in contact with the O 2 gas. Can be reliably prevented. As described above, the deposit 102 can be prevented from burning, so that the seal member of the piping system can be prevented from being deteriorated by heat, and metal contamination can be generated from the stainless steel constituting the piping. Can be prevented.

そして、この第2の排気口88に到達したO ガスやN ガスは、第2の排気通路92内を流れて、その後、第1の排気通路58に至り、更に、第1の圧力調整弁62及び第1の排気ポンプ64を介して系外へ排出されることになる。 Then, the O 2 gas or N 2 gas that has reached the second exhaust port 88 flows through the second exhaust passage 92 and then reaches the first exhaust passage 58, and further the first pressure adjustment. The gas is discharged out of the system through the valve 62 and the first exhaust pump 64.

この時のプロセス条件は、プロセス温度が例えば800℃程度、プロセス圧力が例えば760Torr(常圧)程度である。またO ガスの流量は10000sccm程度、N ガス(不活性ガス)の流量は15000sccm程度、プロセス時間は300〜400分程度である。 The process conditions at this time are a process temperature of, for example, about 800 ° C. and a process pressure of, for example, about 760 Torr (normal pressure). The flow rate of O 2 gas is about 10,000 sccm, the flow rate of N 2 gas (inert gas) is about 15000 sccm, and the process time is about 300 to 400 minutes.

また、この酸化工程では、酸素濃度測定手段74の開閉弁78を開状態にして、このコンダクタンスの小さなバイパス通路76に僅かに第1の排気口54の部分の雰囲気を流してこの雰囲気中の酸素濃度を酸素濃度検出器80にて検出しており、この検出結果を回避動作指令部84へ送っている。一般に、上記クロロシランポリマーは2%以上の酸素濃度の気体と接すると、発火する恐れが生ずるので、酸素濃度が所定の限界の濃度、例えば2%になったならば上記回避動作指令部84は、装置制御部96に向けて危険の回避動作を行うための指令信号を出力することになる。   Further, in this oxidation step, the on-off valve 78 of the oxygen concentration measuring means 74 is opened, and the atmosphere of the first exhaust port 54 is slightly passed through the bypass passage 76 having a small conductance, so that the oxygen in this atmosphere The concentration is detected by the oxygen concentration detector 80, and the detection result is sent to the avoidance operation command unit 84. In general, the chlorosilane polymer may ignite when it comes into contact with a gas having an oxygen concentration of 2% or more. Therefore, when the oxygen concentration reaches a predetermined limit, for example, 2%, the avoidance operation command unit 84 A command signal for performing a danger avoiding operation is output to the device control unit 96.

またこの第1の排気口54の温度は、温度検出器82にて検出されて、その検出結果は上記回避動作指令部84へ入力されている。前述したように、このクロロシランポリマーの着火温度は300℃程度なので、例えば300℃よりも僅かにマージを見込んだ低い温度、例えば250℃を検出したならば、上記回避動作指令部84は、装置制御部96に向けて危険の回避動作を行うための指令信号を出力することになる。   Further, the temperature of the first exhaust port 54 is detected by the temperature detector 82, and the detection result is input to the avoidance operation command unit 84. As described above, since the ignition temperature of the chlorosilane polymer is about 300 ° C., for example, if a temperature lower than 300 ° C., for example, 250 ° C. is detected, the avoidance operation command unit 84 controls the device control. A command signal for performing a danger avoiding operation is output to the unit 96.

この時行われる危険の回避動作としては、例えば酸素の供給を停止したり、N ガス(不活性ガス)の供給量を増加したり、第1の排気ポンプ64の排気量を増大させたり、或いは処理自体を中止するなどの種々の態様を単独で、或いは複数組み合わせて行うことができる。尚、ここで説明したALD法は、端に一例を示したに過ぎず、どのようなガス供給態様をとってもよい。 Examples of the danger avoidance operation performed at this time include, for example, stopping the supply of oxygen, increasing the supply amount of N 2 gas (inert gas), increasing the exhaust amount of the first exhaust pump 64, Alternatively, various aspects such as stopping the processing itself can be performed singly or in combination. The ALD method described here is merely an example at the end, and any gas supply mode may be adopted.

このように、本発明によれば、被処理体である例えば半導体ウエハに対してシリコン含有ガス、例えばHCDガスを原料ガスとしてシリコン含有膜(シリコン窒化膜)よりなる薄膜を形成する成膜処理と被処理体に対して酸化ガス、例えばO ガスを用いて酸化を行う酸化処理とを施すことが可能な成膜装置において、成膜処理時に用いる第1の排気口54と酸化処理時に用いる第2の排気口88とを別々に設けるようにし、しかも酸化処理時には、第1の排気口54の部分を不活性ガス、例えばN ガスの雰囲気で覆って反応副生成物、例えばクロロシランポリマーが酸化ガス、例えばO ガスに晒されないようにしたので、成膜処理時に第1の排気口54の近傍に付着した可燃性の反応副生成物が燃焼することを防止することが可能となる。この結果、第1の排気系56のシール性の劣化や被処理体の金属汚染やパーティクルの発生をそれぞれ防止することが可能となる。
尚、ここでは原料ガス供給手段26のガスノズル34及び反応ガス供給手段28のガスノズル36として、それぞれ分散形のガスノズルを用いたが、これに替えて、酸化ガス供給手段32のガスノズル40のように先端部のみにガス噴射孔を有する、いわゆるストレート形のガスノズルをそれぞれ用いるようにしてもよい。この場合、上記原料ガスや反応ガスを内筒4A内の下部(下端部)に供給するようにしてもよいし、或いは内筒4A内の上部(上端部)に供給するようにしてもよい。
更には、ここでは酸化ガス供給手段32のガスノズル40としては、上述のようにストレート形のガスノズルを用いたが、これに替えて、分散形のガスノズルを用いて各ウエハWの横方向からガスを供給するようにしてもよい。
As described above, according to the present invention, a film-forming process for forming a thin film made of a silicon-containing film (silicon nitride film) using a silicon-containing gas, for example, an HCD gas, as a source gas for a semiconductor wafer that is an object to be processed, In a film forming apparatus capable of performing an oxidation process for oxidizing an object to be processed using an oxidizing gas, for example, O 2 gas, a first exhaust port 54 used during the film forming process and a first exhaust port used during the oxidizing process. In addition, during the oxidation process, a portion of the first exhaust port 54 is covered with an atmosphere of an inert gas such as N 2 gas to oxidize a reaction by-product such as a chlorosilane polymer. gas, for example, since as not exposed to O 2 gas, can be flammable reaction by-products adhering to the vicinity of the first exhaust port 54 is prevented from burning in the film forming process and That. As a result, it is possible to prevent deterioration of the sealing performance of the first exhaust system 56, metal contamination of the object to be processed, and generation of particles.
Here, although distributed gas nozzles are used as the gas nozzle 34 of the raw material gas supply means 26 and the gas nozzle 36 of the reaction gas supply means 28, respectively, instead of this, a tip like a gas nozzle 40 of the oxidizing gas supply means 32 is used. You may make it use what is called a straight type gas nozzle which has a gas injection hole only in a part, respectively. In this case, the raw material gas and the reaction gas may be supplied to the lower part (lower end part) in the inner cylinder 4A, or may be supplied to the upper part (upper end part) in the inner cylinder 4A.
Further, here, as the gas nozzle 40 of the oxidizing gas supply means 32, a straight type gas nozzle is used as described above, but instead, a gas is supplied from the lateral direction of each wafer W using a distributed type gas nozzle. You may make it supply.

<第2実施形態>
次に本発明の成膜装置の第2実施形態について説明する。図8は本発明の成膜装置の第2実施形態の主要部を示す断面模式図である。尚、図1乃至図3に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付してその説明を省略すると共に、ここではその構成部分の主要部のみを記載しており、一部の構成部品はその記載を省略している。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the film forming apparatus of the present invention will be described. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the main part of the second embodiment of the film forming apparatus of the present invention. The same components as those shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted, and only the main parts of the components are described here, and some components The description of parts is omitted.

この第2実施形態では、内筒4Aの上端は開放され、また外筒4Bの天井部はドーム状に成形されている。そして、原料ガス供給手段26のガスノズル34、反応ガス供給手段28のガスノズル36及びパージガス供給手段30のガスノズル38は、共に分散ノズルではなく短い直管状のガスノズルが用いられ、各ガスノズル34、36、38のガス噴射孔34A、36A、38Aは、内筒4A内の下方の空間に位置されて、処理容器4内の下部に各ガスを供給するようになっている。   In the second embodiment, the upper end of the inner cylinder 4A is opened, and the ceiling of the outer cylinder 4B is formed in a dome shape. The gas nozzle 34 of the source gas supply means 26, the gas nozzle 36 of the reaction gas supply means 28, and the gas nozzle 38 of the purge gas supply means 30 are all short straight tube gas nozzles instead of dispersion nozzles, and each gas nozzle 34, 36, 38 is used. The gas injection holes 34 </ b> A, 36 </ b> A, 38 </ b> A are positioned in a space below the inner cylinder 4 </ b> A so as to supply each gas to the lower part in the processing container 4.

また、酸化ガス供給手段32のガスノズル40は、第1実施形態の場合と同様にL字状に形成されており、そのガス噴射孔40Aは内筒4Aの上端部に位置されて、処理容器4内の上部に酸化ガスを供給するようになっている。   Further, the gas nozzle 40 of the oxidizing gas supply means 32 is formed in an L shape similarly to the case of the first embodiment, and the gas injection hole 40A is positioned at the upper end portion of the inner cylinder 4A, so that the processing container 4 An oxidizing gas is supplied to the upper part of the inside.

この場合には、成膜処理時には、HCDガス、NH ガス、N ガス(パージガス)は、それぞれ処理容器4内の下方に供給され、そして、各ガスは内筒4A内を矢印108に示すように上昇し、そして、天井部で折り返して内筒4Aと外筒4Bとの間の空間52内と矢印110に示すように流下し、最終的に第1の排気口54から第1の排気系56を介して系外へ排出される。 In this case, during the film forming process, HCD gas, NH 3 gas, and N 2 gas (purge gas) are respectively supplied to the lower side of the processing container 4, and each gas is indicated by an arrow 108 in the inner cylinder 4 A. Then, it turns back at the ceiling and flows down in the space 52 between the inner cylinder 4A and the outer cylinder 4B and as shown by the arrow 110, and finally the first exhaust from the first exhaust port 54. It is discharged out of the system through the system 56.

これに対して、酸化処理時には、処理容器4内の天井部に位置するガス噴射孔40Aから供給されたO ガスは、矢印112に示すように内筒4A内をそのまま流下して第2の排気口88より系外へ排出される。また、この時、不活性ガス導入手段66より第1の排気口54へ導入されたN ガス(不活性ガス)は、矢印114に示すように第1の排気口54を処理容器4内の方へ逆流して内筒4Aと外筒4Bとの間の空間52内を上昇し、そして、天上部にて折り返して内筒4A内を矢印112に示すように上記O ガスと共に流下し、最終的に第2の排気口88より系外へ排出される。この場合にも、先の第1実施形態と同様な作用効果を発揮することができる。
尚、ここでは酸化ガス供給手段32のガスノズル40としては、ストレート形のガスノズルを用いたが、これに替えて、分散形のガスノズルを用いて各ウエハWの横方向からガスを供給するようにしてもよい。
On the other hand, during the oxidation process, the O 2 gas supplied from the gas injection hole 40A located at the ceiling in the processing container 4 flows down in the inner cylinder 4A as indicated by an arrow 112, and the second gas It is discharged out of the system through the exhaust port 88. At this time, the N 2 gas (inert gas) introduced from the inert gas introduction means 66 into the first exhaust port 54 is moved through the first exhaust port 54 in the processing container 4 as indicated by an arrow 114. Backwardly flows upward to rise in the space 52 between the inner cylinder 4A and the outer cylinder 4B, and then turns back at the top to flow down in the inner cylinder 4A with the O 2 gas as indicated by an arrow 112. Finally, it is discharged out of the system through the second exhaust port 88. Also in this case, the same effect as the first embodiment can be exhibited.
In this case, a straight type gas nozzle is used as the gas nozzle 40 of the oxidizing gas supply means 32, but instead, a gas is supplied from the lateral direction of each wafer W using a distributed type gas nozzle. Also good.

<第3実施形態>
次に本発明の成膜装置の第3実施形態について説明する。図9は本発明の成膜装置の第3実施形態の主要部を示す断面模式図である。尚、図1乃至図3及び図8に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付してその説明を省略すると共に、ここではその構成部分の主要部のみを記載しており、一部の構成部品はその記載を省略している。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the film forming apparatus of the present invention will be described. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing the main part of a third embodiment of the film forming apparatus of the present invention. The same components as those shown in FIGS. 1 to 3 and FIG. 8 are given the same reference numerals and their description is omitted, and only the main parts of the components are shown here. The description of the component parts is omitted.

先の第1及び第2の実施形態では、処理容器4として内筒4Aと外筒4Bとを有する2重管構造の処理容器を用いたが、ここでは処理容器4として有天井になされた1つの筒体120を用いた単管構造になされている。尚、この筒体120の下端に円筒体状のマニホールドを接合して処理容器の全体を形成してもよい。   In the previous first and second embodiments, a processing container having a double-pipe structure having an inner cylinder 4A and an outer cylinder 4B was used as the processing container 4, but here, the processing container 4 is a ceiling 1 A single tube structure using two cylindrical bodies 120 is used. A cylindrical manifold may be joined to the lower end of the cylindrical body 120 to form the entire processing container.

そして、この筒体120よりなる処理容器4の下部側壁に第1の排気口54を形成し、この第1の排気口54に第1の排気系56や不活性ガス導入手段66等を接続している。これに対して、ここでは筒体120の上端部、すなわち天上部に第2の排気口88を形成しており、この第2の排気口88に第2の排気系90を接続している。   Then, a first exhaust port 54 is formed in the lower side wall of the processing container 4 made of the cylindrical body 120, and a first exhaust system 56, an inert gas introducing means 66, and the like are connected to the first exhaust port 54. ing. On the other hand, here, a second exhaust port 88 is formed at the upper end of the cylindrical body 120, that is, the top, and the second exhaust system 90 is connected to the second exhaust port 88.

また、原料ガス供給手段26、反応ガス供給手段28及びパージガス供給手段30の各ガスノズル34、36、38としては、図1に示す第1実施形態で用いたガスノズルと同じ形状の分散形のガスノズルを用いており、処理容器4内の各ウエハWに対して、その横方向から均一に各ガスを供給し得るようになっている。   Further, as the gas nozzles 34, 36, 38 of the source gas supply means 26, the reaction gas supply means 28, and the purge gas supply means 30, a dispersed gas nozzle having the same shape as the gas nozzle used in the first embodiment shown in FIG. Each gas can be uniformly supplied from the lateral direction to each wafer W in the processing container 4.

これに対して、酸化ガス供給手段32のガスノズル40としては、直管状のガスノズルを用いて、筒体120内の下部に酸化ガスを供給し得るようになっている。この場合にも、成膜処理時におけるHCDガスやNH ガス等は下方の第1の排気口54から排気され、また酸化処理時における酸化ガスであるO ガスは上方の第2の排気口88から排気されることになり、この場合にも先の第1及び第2の実施形態と同様な作用効果を発揮することができる。
尚、ここでは原料ガス供給手段26のガスノズル34及び反応ガス供給手段28のガスノズル36として、それぞれ分散形のガスノズルを用いたが、これに替えて、ストレート形のガスノズルをそれぞれ用いるようにしてもよい。この場合、上記原料ガスや反応ガスを処理容器4(筒体120)内の上部(上端部)に供給するようにする。
更には、ここでは酸化ガス供給手段32のガスノズル40としては、上述のようにストレート形のガスノズルを用いたが、これに替えて、分散形のガスノズルを用いて各ウエハWの横方向からガスを供給するようにしてもよい。
On the other hand, as the gas nozzle 40 of the oxidizing gas supply means 32, an oxidizing gas can be supplied to the lower part in the cylinder 120 using a straight tubular gas nozzle. Also in this case, HCD gas, NH 3 gas or the like at the time of the film forming process is exhausted from the lower first exhaust port 54, and O 2 gas which is an oxidizing gas at the time of the oxidizing process is exhausted from the upper second exhaust port. In this case, the same effects as those of the first and second embodiments can be exhibited.
Here, as the gas nozzle 34 of the raw material gas supply means 26 and the gas nozzle 36 of the reaction gas supply means 28, distributed gas nozzles are used, but instead, straight gas nozzles may be used. . In this case, the source gas and the reaction gas are supplied to the upper part (upper end part) in the processing container 4 (cylinder 120).
Further, here, as the gas nozzle 40 of the oxidizing gas supply means 32, a straight type gas nozzle is used as described above, but instead, a gas is supplied from the lateral direction of each wafer W using a distributed type gas nozzle. You may make it supply.

<第4実施形態>
次に本発明の成膜装置の第4実施形態について説明する。図10は本発明の成膜装置の第4実施形態の主要部を示す断面模式図である。尚、図1乃至図3、図8及び図9に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付してその説明を省略すると共に、ここではその構成部分の主要部のみを記載しており、一部の構成部品はその記載を省略している。
<Fourth embodiment>
Next, a fourth embodiment of the film forming apparatus of the present invention will be described. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the main part of the fourth embodiment of the film forming apparatus of the present invention. The same components as those shown in FIGS. 1 to 3, 8 and 9 are given the same reference numerals and the description thereof is omitted, and only the main parts of the components are described here. Some of the components are omitted from the description.

ここでは処理容器4として、図9に示した第3実施形態と同様に有天井になされた1つの筒体120を用いた単管構造になされている。尚、この筒体120の下端に円筒体状のマニホールドを接合して処理容器の全体を形成してもよい。   Here, the processing container 4 has a single-pipe structure using one cylindrical body 120 having a ceiling as in the third embodiment shown in FIG. A cylindrical manifold may be joined to the lower end of the cylindrical body 120 to form the entire processing container.

そして、第3実施形態の場合とは逆に、この筒体120よりなる処理容器4の上端部、すなわち天井部に第1の排気口54を形成し、この第1の排気口54に第1の排気系56や不活性ガス導入手段66等を接続している。これに対して、ここでは筒体120の下端側壁に第2の排気口88を形成しており、この第2の排気口88に第2の排気系90を接続している。   Contrary to the case of the third embodiment, the first exhaust port 54 is formed in the upper end portion of the processing container 4 made of the cylindrical body 120, that is, the ceiling portion, and the first exhaust port 54 has the first exhaust port 54. The exhaust system 56 and the inert gas introducing means 66 are connected. On the other hand, here, the second exhaust port 88 is formed in the lower end side wall of the cylindrical body 120, and the second exhaust system 90 is connected to the second exhaust port 88.

また、原料ガス供給手段26、反応ガス供給手段28及びパージガス供給手段の各ガスノズル34、36、38としては、図8に示す第2実施形態で用いたガスノズルと同じ形状の直管形のガスノズルを用いており、処理容器4内の下部に各ガスを供給し得るようになっている。   Further, as the gas nozzles 34, 36, 38 of the source gas supply means 26, the reaction gas supply means 28, and the purge gas supply means, a straight pipe type gas nozzle having the same shape as the gas nozzle used in the second embodiment shown in FIG. Each gas can be supplied to the lower part in the processing container 4.

これに対して、酸化ガス供給手段32のガスノズル40としては、図1に示す第1実施形態や図8に示す第2実施形態で用いたガスノズルと同様に、L字状に成形されたガスノズル40を用いており、その上端部にガス噴射孔40Aを形成して筒体120内の上部に酸化ガスを供給し得るようになっている。この場合は、成膜処理時におけるHCDガスやNH ガス等は上方の第1の排気口54から排気され、また酸化処理時における酸化ガスであるO ガスは下方の第2の排気口88から排気されることになり、この場合にも先の第1、第2の実施形態及び第3実施形態と同様な作用効果を発揮することができる。
尚、ここでは原料ガス及び反応ガスと酸化ガスの処理容器4内における供給位置は容器内の下部と上部とでそれぞれ異なっているものの、原料ガス供給手段26のガスノズル34、反応ガス供給手段28のガスノズル36及び酸化ガス供給手段32のガスノズル40として、それぞれストレート形のガスノズルを用いたが、これに替えて、分散形のガスノズルをそれぞれ用いて各ウエハWの横方向からガスを供給するようにしてもよい。
On the other hand, the gas nozzle 40 of the oxidizing gas supply means 32 is an L-shaped gas nozzle 40 as in the first embodiment shown in FIG. 1 and the second embodiment shown in FIG. The gas injection hole 40 </ b> A is formed at the upper end thereof, and the oxidizing gas can be supplied to the upper part in the cylindrical body 120. In this case, HCD gas, NH 3 gas or the like during the film forming process is exhausted from the upper first exhaust port 54, and O 2 gas which is an oxidizing gas during the oxidizing process is exhausted from the lower second exhaust port 88. In this case, the same effects as those of the first, second, and third embodiments can be exhibited.
Here, the supply positions of the raw material gas, the reactive gas and the oxidizing gas in the processing vessel 4 are different between the lower part and the upper part in the container, but the gas nozzle 34 of the raw material gas supply means 26 and the reactive gas supply means 28 As the gas nozzle 36 and the gas nozzle 40 of the oxidizing gas supply means 32, straight gas nozzles are used, but instead, gas is supplied from the lateral direction of each wafer W by using distributed gas nozzles. Also good.

<第5実施形態>
次に本発明の成膜装置の第5実施形態について説明する。図11は本発明の成膜装置の第5実施形態の主要部を示す断面模式図であり、図11(A)は縦断面図を示し、図11(B)は横断面図を示す。尚、図1乃至図3、図8乃至図10に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付してその説明を省略すると共に、ここではその構成部分の主要部のみを記載しており、一部の構成部品はその記載を省略している。
<Fifth Embodiment>
Next, a fifth embodiment of the film forming apparatus of the present invention will be described. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing the main part of a fifth embodiment of the film forming apparatus of the present invention, FIG. 11 (A) shows a vertical cross-sectional view, and FIG. 11 (B) shows a cross-sectional view. The same components as those shown in FIGS. 1 to 3 and FIGS. 8 to 10 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Here, only the main parts of the components are described. Some of the components are omitted from the description.

先の各実施形態では、成膜処理時にプラズマを用いていなかったが、これに限定されず、成膜時にプラズマを用いて窒化ガスであるNH ガスを活性化させるようにしてもよい。この第5実施形態では、プラズマを用いるために、図1に示す第1実施形態と同様に処理容器4として内筒4Aと外筒4Bとを有する2重管構造の処理容器を用いており、この処理容器4の一側に、処理容器4の半径方向外方へ突出されて且つ内筒4A内に開放されたプラズマボックス124を形成している。このプラズマボックス124は、例えば石英よりなるボックス区画壁126により区画形成されており、処理容器4の高さ方向に沿って設けられている。 In each of the previous embodiments, plasma was not used during the film formation process. However, the present invention is not limited to this, and NH 3 gas that is a nitriding gas may be activated using plasma during film formation. In the fifth embodiment, in order to use plasma, a processing vessel having a double-pipe structure having an inner cylinder 4A and an outer cylinder 4B is used as the processing vessel 4 as in the first embodiment shown in FIG. A plasma box 124 is formed on one side of the processing container 4 so as to protrude radially outward of the processing container 4 and open into the inner cylinder 4A. The plasma box 124 is partitioned by a box partition wall 126 made of, for example, quartz, and is provided along the height direction of the processing container 4.

そして、このボックス区画壁126の外側に一対のプラズマ電極128がその高さ方向に沿って設けられると共に、このプラズマ電極128にマッチング回路130を介して例えば13.56MHzの高周波電源132が接続されている。   A pair of plasma electrodes 128 are provided outside the box partition wall 126 along the height direction, and a high frequency power source 132 of 13.56 MHz, for example, is connected to the plasma electrodes 128 via a matching circuit 130. Yes.

また上記プラズマボックス124内には、反応ガス供給手段28の分散形のガスノズル36が位置されている。これにより、このガスノズル36からNH ガスを供給する時に上記プラズマ電極128に高周波電力を印加してプラズマを生成することにより、NH ガスを活性化して窒化処理を促進させるようになっている。そして、第1の排気口54及び第2の排気口88は、図1に示す第1実施形態の場合と同様な位置にそれぞれ設けられている。この場合にも、先の第1実施形態と同様な作用効果を発揮することができる。 In the plasma box 124, a distributed gas nozzle 36 of the reactive gas supply means 28 is located. Thus, when NH 3 gas is supplied from the gas nozzle 36, high frequency power is applied to the plasma electrode 128 to generate plasma, thereby activating the NH 3 gas and promoting nitriding treatment. And the 1st exhaust port 54 and the 2nd exhaust port 88 are each provided in the position similar to the case of 1st Embodiment shown in FIG. Also in this case, the same effect as the first embodiment can be exhibited.

<酸化処理時の不活性ガス(N ガス)の供給量の評価>
ここで、酸化処理時にN ガスを流した時に第1の排気系において乱流が生じると、酸素を巻き込んでしまって好ましくないので、層流状態を維持する条件についてシミュレーションによって検討した。本発明の実施形態において、酸化処理時に不活性ガス導入手段66より不活性ガスとしてN ガスを第1の排気口54に流して、処理容器4内の雰囲気を第2の排気口88から排気した時のN ガスの流れの状態をシミュレーションによって確認したので、その評価結果について説明する。
<Evaluation of supply amount of inert gas (N 2 gas) during oxidation treatment>
Here, if turbulent flow is generated in the first exhaust system when N 2 gas is flowed during the oxidation treatment, oxygen is involved and it is not preferable, so the conditions for maintaining the laminar flow state were examined by simulation. In the embodiment of the present invention, N 2 gas is allowed to flow as an inert gas from the inert gas introduction means 66 to the first exhaust port 54 during the oxidation process, and the atmosphere in the processing container 4 is exhausted from the second exhaust port 88. Since the state of the flow of N 2 gas at the time was confirmed by simulation, the evaluation result will be described.

図12は処理容器内へ不活性ガス(N ガス)を第1の排気口から流した時のN ガス量とレイノズル数との関係を示すグラフである。
ここでレイノズル数Reは以下の式で与えられる。
Re=ρ・U・L/μ
ρ:N ガスの密度
U:N ガスの代表速度
L:流れの中にある物体の代表的な長さ
μ:ガスの粘性係数であり、具体的にはN ガスは41[μPa・s]である。
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the amount of N 2 gas and the number of lay nozzles when an inert gas (N 2 gas) is flowed into the processing container from the first exhaust port.
Here, the number of ray nozzles Re is given by the following equation.
Re = ρ · U · L / μ
ρ: Density of N 2 gas U: Typical velocity of N 2 gas L: Typical length of an object in a flow μ: Viscosity coefficient of gas, specifically, N 2 gas is 41 [μPa · s].

ここでは、第1の排気口54の内径について、2.5cm、5cm、7.5cm、10cmの場合についてそれぞれ検討した。尚、このN ガスを第1の排気通路58内に導入した場合には、上記内径は第1の排気通路58の内径となる。ここで、N ガスの流量は特に限定するものではないが、この第1の排気口54内において乱流を生じないでN ガスの層流状態を維持するためにはレイノズル数は4000以下、好ましくは2000以下が望ましい。 Here, the inner diameter of the first exhaust port 54 was examined for 2.5 cm, 5 cm, 7.5 cm, and 10 cm, respectively. When the N 2 gas is introduced into the first exhaust passage 58, the inner diameter becomes the inner diameter of the first exhaust passage 58. Here, the flow rate of the N 2 gas is not particularly limited, but the number of lay nozzles is 4000 or less in order to maintain the laminar flow state of the N 2 gas without generating turbulent flow in the first exhaust port 54. Preferably, 2000 or less is desirable.

図12に示すように、各直径においてN ガスの流量が増加する程、レイノズル数はそれぞれ直線状に増加しており、第1の排気口の直径が大きくなる程、その直線の傾斜角度は次第に小さくなってくる。この場合、処理容器内の容量は、例えば100リットル程度なので、第1の排気口の直径が2.5cmや5cm程度では小さ過ぎる。そして、第1の排気口の直径が7.5cm及び10cmの場合について検討すると、第1の排気口にて乱流を生ぜしめないで層流状態を維持するためには、7.5cmの場合にはN ガスの流量を55slm以下とし、好ましくは23slm以下に設定するのがよく、また、10cmの場合にはN ガスの流量を64slm以下とし、好ましくは32slm以下に設定するのがよいことが理解できる。 As shown in FIG. 12, the number of lay nozzles increases linearly as the flow rate of N 2 gas increases at each diameter, and the inclination angle of the straight line increases as the diameter of the first exhaust port increases. It gradually gets smaller. In this case, since the capacity in the processing container is about 100 liters, for example, the diameter of the first exhaust port is too small when the diameter is about 2.5 cm or 5 cm. Then, considering the case where the diameter of the first exhaust port is 7.5 cm and 10 cm, in order to maintain a laminar flow state without generating turbulent flow at the first exhaust port, the case of 7.5 cm The flow rate of N 2 gas should be 55 slm or less, preferably 23 slm or less, and in the case of 10 cm, the flow rate of N 2 gas should be 64 slm or less, preferably 32 slm or less. I understand that.

尚、上記各実施形態では、パージガス供給手段30のパージガスや不活性ガス供給手段66の不活性ガスとしてN ガスを用いたが、これに限定されず、このパージガスや不活性ガスとしてはN ガス及び希ガス、例えばAr、He、Ne、Xe等よりなる群より選択される1以上のガスをそれぞれ用いるようにしてもよい。 Incidentally, the above-described embodiments, N 2 gas was used as an inert gas purge or inert gas supply means 66 of the purge gas supply means 30 is not limited to this, as the purge gas or an inert gas N 2 One or more gases selected from the group consisting of a gas and a rare gas such as Ar, He, Ne, and Xe may be used.

また、ここでは、酸化ガス供給手段32に用いる酸化ガスとしてO ガスを用いたが、これに限定されず、酸化ガスとしては、O 、O 、NO、N O、NO 、H O、H 、ラジカル酸素よりなる群より選択される1以上のガスを用いるようにしてもよい。
また更に、ここでは原料ガスである、シリコンと塩素とを含むシリコン含有ガスとしてHCDガスを用いたが、これに限定されず、このシリコンと塩素とを含むシリコン含有ガスとしては、ジクロロシラン(DCS)、トリクロロシラン、ヘキサクロロジシラン(HCD)、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、テトラクロロシラン(TCS)よりなる群より選択される1以上のガスを用いることができる。
Here, O 2 gas is used as the oxidizing gas used for the oxidizing gas supply means 32, but the present invention is not limited to this, and examples of the oxidizing gas include O 2 , O 3 , NO, N 2 O, NO 2 , H One or more gases selected from the group consisting of 2 O, H 2 O 2 and radical oxygen may be used.
Furthermore, although HCD gas is used here as a silicon-containing gas containing silicon and chlorine, which is a raw material gas, the silicon-containing gas containing silicon and chlorine is not limited to this, and dichlorosilane (DCS) is used. ), Trichlorosilane, hexachlorodisilane (HCD), hexamethyldisilazane (HMDS), or tetrachlorosilane (TCS).

また、ここでは同じ半導体ウエハWに対して成膜処理と酸化処理とを連続的に行なうようにしたが、場合によってはこれらの各処理を連続ではなく、異なるウエハに対してそれぞれ単独で行なう場合もあり、その場合にも本発明を適用することができる。いずれにしても、可燃性の堆積物102が第1の排気口54に付着している時に酸化処理を行なう場合には、常に不活性ガス導入手段66から不活性ガス(N ガス)を流して堆積物102が燃焼しないようにする。 In this case, the film forming process and the oxidation process are continuously performed on the same semiconductor wafer W. However, in some cases, these processes are not performed continuously but separately on different wafers. In this case, the present invention can be applied. In any case, when the oxidation treatment is performed when the combustible deposit 102 is attached to the first exhaust port 54, an inert gas (N 2 gas) is always allowed to flow from the inert gas introduction means 66. This prevents the deposit 102 from burning.

また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、この半導体ウエハにはシリコン基板やGaAs、SiC、GaNなどの化合物半導体基板も含まれ、更にはこれらの基板に限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。   Although the semiconductor wafer is described as an example of the object to be processed here, the semiconductor wafer includes a silicon substrate and a compound semiconductor substrate such as GaAs, SiC, GaN, and the like, and is not limited to these substrates. The present invention can also be applied to glass substrates, ceramic substrates, and the like used in display devices.

本発明の係る成膜装置の第1実施形態を示す縦断面構成図である。It is a longitudinal section lineblock diagram showing a 1st embodiment of a film deposition system concerning the present invention. 処理容器を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a processing container. 処理容器の内筒に設けたガス流通口を示す平面図である。It is a top view which shows the gas distribution port provided in the inner cylinder of a processing container. 本発明方法の各工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows each process of this invention method. 本発明方法における各ガスの供給態様を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the supply aspect of each gas in this invention method. 成膜工程における処理容器内のガスの流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of the gas in the processing container in the film-forming process. 酸化工程における処理容器内のガスの流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of the gas in the processing container in an oxidation process. 本発明の成膜装置の第2実施形態の主要部を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the principal part of 2nd Embodiment of the film-forming apparatus of this invention. 本発明の成膜装置の第3実施形態の主要部を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the principal part of 3rd Embodiment of the film-forming apparatus of this invention. 本発明の成膜装置の第4実施形態の主要部を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the principal part of 4th Embodiment of the film-forming apparatus of this invention. 本発明の成膜装置の第5実施形態の主要部を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the principal part of 5th Embodiment of the film-forming apparatus of this invention. 処理容器内へ不活性ガス(N ガス)を第1の排気口から流した時のN ガス量とレイノズル数との関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between the N 2 gas amount and the Reynolds number at which the processing vessel inert gas (N 2 gas) flowed from the first outlet.

符号の説明Explanation of symbols

2 成膜装置
4 処理容器
4A 内筒
4B 外筒
10 ウエハボート(保持手段)
26 原料ガス供給手段
28 反応ガス供給手段
30 パージガス供給手段
32 酸化ガス供給手段
34,36,38,40 ガスノズル
54 第1の排気口
56 第1の排気系
58 第1の排気通路
64 第1の排気ポンプ
66 不活性ガス導入手段
74 酸素濃度検出手段
80 酸素濃度検出器
82 濃度検出器
86 加熱手段
88 第2の排気口
90 第2の排気系
120 筒体
W 半導体ウエハ(被処理体)
2 Film forming apparatus 4 Processing container 4A Inner cylinder 4B Outer cylinder 10 Wafer boat (holding means)
26 Source gas supply means 28 Reactive gas supply means 30 Purge gas supply means 32 Oxidizing gas supply means 34, 36, 38, 40 Gas nozzle 54 First exhaust port 56 First exhaust system 58 First exhaust passage 64 First exhaust Pump 66 Inert gas introduction means 74 Oxygen concentration detection means 80 Oxygen concentration detector 82 Concentration detector 86 Heating means 88 Second exhaust port 90 Second exhaust system 120 Cylindrical body W Semiconductor wafer (object to be processed)

Claims (36)

被処理体に対してシリコン含有ガスを原料ガスとしてシリコン含有膜よりなる薄膜を形成する成膜処理と被処理体に対して酸化ガスを用いて酸化を行う酸化処理とを施すことが可能な成膜装置において、
前記被処理体を複数枚収容できるような長さを有する処理容器と、
前記処理容器内へ原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
前記処理容器内へ前記原料ガスと反応する反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、
前記処理容器内へ酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と、
前記処理容器に設けられた第1の排気口と、
前記第1の排気口とは異なる位置に設けられた第2の排気口と、
前記第1の排気口に接続されて前記成膜処理時に用いる第1の排気系と、
前記第2の排気口に接続されて前記酸化処理時に用いる第2の排気系と、
前記酸化処理時に前記第1の排気口に不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
A film forming process for forming a thin film made of a silicon-containing film using a silicon-containing gas as a raw material gas on the object to be processed and an oxidation process for oxidizing the object to be processed using an oxidizing gas can be performed. In the membrane device,
A processing container having a length capable of accommodating a plurality of the objects to be processed;
Source gas supply means for supplying source gas into the processing vessel;
Reactive gas supply means for supplying a reactive gas that reacts with the source gas into the processing vessel;
An oxidizing gas supply means for supplying an oxidizing gas into the processing vessel;
A first exhaust port provided in the processing container;
A second exhaust port provided at a position different from the first exhaust port;
A first exhaust system connected to the first exhaust port and used during the film formation process;
A second exhaust system connected to the second exhaust port and used during the oxidation process;
An inert gas introduction means for introducing an inert gas into the first exhaust port during the oxidation treatment;
A film forming apparatus comprising:
前記第2の排気口は、前記成膜処理時における前記原料ガスの流れ方向とは反対の方向に前記第1の排気口から離れて位置されていることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。 The said 2nd exhaust port is located away from the said 1st exhaust port in the direction opposite to the flow direction of the said source gas at the time of the said film-forming process. Membrane device. 前記酸化処理時に前記第1の排気口の近傍の酸素濃度を検出するための酸素濃度検出手段と、
前記酸素濃度検出手段が所定の濃度以上の酸素濃度を検出した時に回避動作を行うための回避動作指令部と、
を備えたことを特徴とする請求項1又は2記載の成膜装置。
Oxygen concentration detecting means for detecting the oxygen concentration in the vicinity of the first exhaust port during the oxidation treatment;
An avoidance operation command unit for performing an avoidance operation when the oxygen concentration detection means detects an oxygen concentration equal to or higher than a predetermined concentration;
The film forming apparatus according to claim 1, further comprising:
前記酸化処理時に前記第1の排気口の近傍の温度を検出する温度検出器と、
前記温度検出器が所定の温度以上の温度を検出した時に回避動作を行うための回避動作指令部と、
を備えたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の成膜装置。
A temperature detector for detecting a temperature in the vicinity of the first exhaust port during the oxidation treatment;
An avoidance operation command unit for performing an avoidance operation when the temperature detector detects a temperature equal to or higher than a predetermined temperature; and
The film forming apparatus according to claim 1, further comprising:
前記処理容器は、円筒状の内筒と前記内筒の外側に円心状に配置された円筒状の外筒とを有し、
前記第1の排気口は前記内筒と前記外筒との間の空間を臨むように設けられ、
前記第2の排気口は前記内筒の下方の空間を臨むように設けられていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の成膜装置。
The processing container has a cylindrical inner cylinder and a cylindrical outer cylinder arranged in a concentric manner outside the inner cylinder,
The first exhaust port is provided so as to face a space between the inner cylinder and the outer cylinder,
The film forming apparatus according to claim 1, wherein the second exhaust port is provided so as to face a space below the inner cylinder.
前記内筒は上端に天井部が形成されると共に前記内筒の側壁にはその高さ方向に沿って前記内筒と前記外筒との間の空間に連通されるガス流通口が形成されていることを特徴とする請求項5記載の成膜装置。 The inner cylinder is formed with a ceiling at the upper end, and a gas flow port is formed on the side wall of the inner cylinder along the height direction thereof so as to communicate with the space between the inner cylinder and the outer cylinder. The film forming apparatus according to claim 5, wherein: 前記原料ガス供給手段と前記反応ガス供給手段は、その長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成されて且つ前記内筒内にその高さ方向に沿って配置されたガスノズルをそれぞれ有していることを特徴とする請求項6記載の成膜装置。 The raw material gas supply means and the reactive gas supply means each have a gas nozzle in which a plurality of gas injection holes are formed along the length direction and are arranged along the height direction in the inner cylinder. The film forming apparatus according to claim 6, wherein: 前記原料ガス供給手段と前記反応ガス供給手段は、前記内筒内の上端部、或いは下端部にそのガス噴射孔を位置させたガスノズルをそれぞれ有していることを特徴とする請求項6記載の成膜装置。 The said raw material gas supply means and the said reactive gas supply means each have the gas nozzle which located the gas-injection hole in the upper end part in the said inner cylinder, or a lower end part, respectively. Deposition device. 前記酸化ガス供給手段は、前記内筒内の上端部にそのガス噴射孔を位置させたガスノズルを有していることを特徴とする請求項7又は8記載の成膜装置。 9. The film forming apparatus according to claim 7, wherein the oxidizing gas supply means has a gas nozzle having a gas injection hole positioned at an upper end portion in the inner cylinder. 前記酸化ガス供給手段は、その長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成されて且つ前記内筒内にその高さ方向に沿って配置されたガスノズルを有していることを特徴とする請求項7又は8記載の成膜装置。 The oxidizing gas supply means has a gas nozzle in which a plurality of gas injection holes are formed along the length direction and is disposed along the height direction in the inner cylinder. The film forming apparatus according to claim 7 or 8. 前記第2の排気口は、前記処理容器の下部側壁に設けられることを特徴とする請求項6乃至9のいずれか一項に記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 6, wherein the second exhaust port is provided in a lower side wall of the processing container. 前記内筒は、上端が開放されていることを特徴とする請求項5記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 5, wherein an upper end of the inner cylinder is open. 前記原料ガス供給手段と前記反応ガス供給手段は、前記内筒の下方の空間にそのガス噴射孔を位置させたガスノズルをそれぞれ有していることを特徴とする請求項12記載の成膜装置。 13. The film forming apparatus according to claim 12, wherein each of the source gas supply unit and the reaction gas supply unit includes a gas nozzle having a gas injection hole positioned in a space below the inner cylinder. 前記酸化ガス供給手段は、前記内筒内の上端部にそのガス噴射孔を位置させたガスノズルを有していることを特徴とする請求項13記載の成膜装置。 14. The film forming apparatus according to claim 13, wherein the oxidizing gas supply means has a gas nozzle having a gas injection hole positioned at an upper end portion in the inner cylinder. 前記酸化ガス供給手段は、その長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成されて且つ前記内筒内にその高さ方向に沿って配置されたガスノズルを有していることを特徴とする請求項13記載の成膜装置。 The oxidizing gas supply means has a gas nozzle in which a plurality of gas injection holes are formed along the length direction and is disposed along the height direction in the inner cylinder. The film forming apparatus according to claim 13. 前記第2の排気口は、前記処理容器の下部側壁に設けられることを特徴とする請求項12乃至14のいずれか一項に記載の成膜装置。 15. The film forming apparatus according to claim 12, wherein the second exhaust port is provided on a lower side wall of the processing container. 前記処理容器は有天井の1つの筒体を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の成膜装置。 5. The film forming apparatus according to claim 1, wherein the processing container has one cylindrical body with a ceiling. 前記処理容器の天井部に前記第1の排気口が設けられており、前記処理容器の下部側壁に前記第2の排気口が設けられることを特徴とする請求項17記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 17, wherein the first exhaust port is provided in a ceiling portion of the processing container, and the second exhaust port is provided in a lower side wall of the processing container. 前記原料ガス供給手段と前記反応ガス供給手段は、前記処理容器内の下端部にそのガス噴射孔を位置させたガスノズルをそれぞれ有していることを特徴とする請求項18記載の成膜装置。 19. The film forming apparatus according to claim 18, wherein each of the source gas supply unit and the reaction gas supply unit includes a gas nozzle having a gas injection hole positioned at a lower end portion in the processing container. 前記原料ガス供給手段と前記反応ガス供給手段は、その長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成されて且つ前記処理容器内にその高さ方向に沿って配置されたガスノズルをそれぞれ有していることを特徴とする請求項18記載の成膜装置。 The raw material gas supply means and the reactive gas supply means each have a gas nozzle in which a plurality of gas injection holes are formed along the length direction and are arranged along the height direction in the processing container. The film forming apparatus according to claim 18, wherein: 前記酸化ガス供給手段は、前記筒体内の上端部にそのガス噴射孔を位置させたガスノズルを有していることを特徴とする請求項19又は20記載の成膜装置。 21. The film forming apparatus according to claim 19, wherein the oxidizing gas supply means has a gas nozzle having a gas injection hole positioned at an upper end portion in the cylindrical body. 前記酸化ガス供給手段は、その長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成されて且つ前記筒体内にその高さ方向に沿って配置されたガスノズルを有していることを特徴とする請求項20又は21記載の成膜装置。 The oxidizing gas supply means includes a gas nozzle having a plurality of gas injection holes formed along a length direction thereof and disposed along the height direction in the cylindrical body. Item 20. The film forming apparatus according to Item 20 or 21. 前記処理容器の下部側壁に前記第1の排気口が設けられており、前記処理容器の天井部に前記第2の排気口が設けられていることを特徴とする請求項17記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 17, wherein the first exhaust port is provided in a lower side wall of the processing container, and the second exhaust port is provided in a ceiling portion of the processing container. . 前記原料ガス供給手段と前記反応ガス供給手段は、その長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成されて且つ前記筒体内にその高さ方向に沿って配置されたガスノズルをそれぞれ有していることを特徴とする請求項23記載の成膜装置。 The source gas supply means and the reactive gas supply means each have a gas nozzle in which a plurality of gas injection holes are formed along the length direction and are arranged along the height direction in the cylinder. 24. The film forming apparatus according to claim 23. 前記原料ガス供給手段と前記反応ガス供給手段は、前記筒体内の上端部にそのガス噴射孔を位置させたガスノズルをそれぞれ有していることを特徴とする請求項23記載の成膜装置。 24. The film forming apparatus according to claim 23, wherein each of the source gas supply unit and the reaction gas supply unit has a gas nozzle having a gas injection hole positioned at an upper end portion of the cylindrical body. 前記酸化ガス供給手段は、前記筒体内の下端部にそのガス噴射口を位置させたガスノズルを有していることを特徴とする請求項23乃至25のいずれか一項に記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to any one of claims 23 to 25, wherein the oxidizing gas supply unit includes a gas nozzle having a gas injection port positioned at a lower end portion in the cylindrical body. 前記酸化ガス供給手段は、その長さ方向に沿って複数のガス噴射孔が形成されて且つ前記筒体内にその高さ方向に沿って配置されたガスノズルを有していることを特徴とする請求項23乃至25のいずれか一項に記載の成膜装置。 The oxidizing gas supply means includes a gas nozzle having a plurality of gas injection holes formed along a length direction thereof and disposed along the height direction in the cylindrical body. Item 26. The film forming apparatus according to any one of Items 23 to 25. 前記第1の排気系と前記第2の排気系は、互いに共用される少なくとも排気ポンプを有していることを特徴とする請求項1乃至26のいずれか一項に記載の成膜装置。 27. The film forming apparatus according to claim 1, wherein the first exhaust system and the second exhaust system have at least an exhaust pump shared with each other. 前記第1の排気系と前記第2の排気系は、それぞれ個別に排気ポンプを有していることを特徴とする請求項1乃至28のいずれか一項に記載の成膜装置。 29. The film forming apparatus according to claim 1, wherein each of the first exhaust system and the second exhaust system has an exhaust pump individually. 前記シリコン含有ガスは、シリコンと塩素とを含むガスであることを特徴とする請求項1乃至28のいずれか一項に記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to any one of claims 1 to 28, wherein the silicon-containing gas is a gas containing silicon and chlorine. 前記シリコンと塩素とを含むガスは、ジクロロシラン(DCS)、トリクロロシラン、ヘキサクロロジシラン(HCD)、テトラクロロシラン(TCS)よりなる群より選択される1以上のガスであることを特徴とする請求項30記載の成膜装置。 The gas containing silicon and chlorine is at least one gas selected from the group consisting of dichlorosilane (DCS), trichlorosilane, hexachlorodisilane (HCD), and tetrachlorosilane (TCS). 30. The film forming apparatus according to 30. 前記酸化ガスは、O 、O 、NO、N O、NO 、H O、H 、ラジカル酸素よりなる群より選択される1以上のガスよりなることを特徴とする請求項1乃至31のいずれか一項に記載の成膜装置。 The oxidizing gas is composed of one or more gases selected from the group consisting of O 2 , O 3 , NO, N 2 O, NO 2 , H 2 O, H 2 O 2 , and radical oxygen. Item 32. The film forming apparatus according to any one of Items 1 to 31. 前記不活性ガスは、N ガス及び希ガスよりなる群より選択される1以上のガスよりなることを特徴とする請求項1乃至32のいずれか一項に記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to any one of claims 1 to 32, wherein the inert gas includes one or more gases selected from the group consisting of N 2 gas and rare gas. 請求項1乃至33のいずれか一項に記載の成膜装置の使用方法において、
被処理体に対して原料ガスと反応ガスとを用いてシリコン含有膜よりなる薄膜を形成する成膜処理を行う成膜工程と、
被処理体に対して酸化ガスを用いて酸化処理を行う酸化工程とを行うようにしたことを特徴とする成膜装置の使用方法。
In the usage method of the film-forming apparatus as described in any one of Claims 1 thru | or 33,
A film forming step for performing a film forming process for forming a thin film made of a silicon-containing film on the object to be processed using a source gas and a reactive gas;
A method of using a film forming apparatus, characterized in that an oxidation process is performed on an object to be processed using an oxidizing gas.
前記成膜工程と酸化工程とは、同一の被処理体に対して連続的に行われることを特徴とする請求項34記載の成膜装置の使用方法。 35. The method of using a film forming apparatus according to claim 34, wherein the film forming step and the oxidizing step are continuously performed on the same object. 請求項1乃至33のいずれか一項に記載の成膜装置を用いて被処理体に対して処理を施すに際して、請求項34又は35記載の成膜装置の使用方法を実施するように前記成膜装置を制御する、コンピュータに読み取り可能なプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体。 35. When performing processing on an object to be processed using the film forming apparatus according to any one of claims 1 to 33, the method for using the film forming apparatus according to claim 34 or 35 is performed. A storage medium for storing a computer-readable program for controlling the membrane device.
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