JP5438266B2 - 半導体装置の製造方法、クリーニング方法および基板処理装置 - Google Patents
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Description
バッチ式縦形ホットウオール形減圧CVD装置(以下、CVD装置という。)は、ウエハが搬入される処理室を形成するインナチューブおよびこのインナチューブを取り囲むアウタチューブから構成され縦形に設置されたプロセスチューブと、インナチューブ内に原料ガスを導入するガス導入管と、プロセスチューブ内を真空排気する排気管と、プロセスチューブ外に敷設されてプロセスチューブ内を加熱するヒータとを備えている。
そして、複数枚のウエハがボートによって垂直方向に整列されて保持された状態でインナチューブ内に下端の炉口から搬入され、インナチューブ内に原料ガスがガス導入管から導入されるとともに、ヒータによってプロセスチューブ内が加熱されることにより、ウエハにCVD膜がデポジションされる。
この堆積膜の厚さが一定以上に達すると、膜剥離が生じウエハ上での異物発生要因となってしまう。
このため、プロセスチューブの内壁等に堆積した堆積膜を除去するクリーニングを実施することが必要となる。
そこで、堆積膜が一定以上付着すると、CVD装置からプロセスチューブ等を取外してHF(弗化水素)の水溶液の洗浄槽により除去するウエットクリーニングが、従来から実施されている。
このうち、シリコン酸化(SiO2 )膜に対するクリーニングガスの候補としてはHFガスが挙げられるが、HFガスは蒸気圧が低く液化し易いガスであるため、ドライクリーニングの実施により、クリーニングの際に75℃未満の温度となる低温部の部材の表面に対してHFガスが多層吸着してしまう。
この結果、低温部となる石英部材の表面のエッチングや、排気管等の金属部材の表面の腐食のように、HFガスに曝される部材に対して顕著な腐食反応を引き起こし、それら部材の定期的交換が必要となるため、メンテナンス性が大きく低下するという問題が残る。
(1)基板を処理室内に搬入するステップと、
前記処理室内に原料ガスを供給して基板上に薄膜を形成するステップと、
薄膜形成後の基板を前記処理室内より搬出するステップと、
前記処理室内にクリーニングガスを供給して前記処理室内に堆積した膜をエッチング反応により除去することで前記処理室内をクリーニングするステップと、を有し、
前記処理室内をクリーニングするステップでは、前記処理室内を前記エッチング反応が生じる程度の第一の温度に加熱するとともに、前記クリーニングガスに晒される部材のうち前記薄膜形成の際に薄膜形成温度よりも低い温度となる低温部材の温度を、前記クリーニングガスが多層吸着しない程度の第二の温度となるようにする半導体装置の製造方法。
(2)基板を処理する処理室と、
前記処理室内を加熱するヒータと、
前記処理室内に薄膜を形成するための原料ガスを導入する原料ガス導入ラインと、
前記処理室内に堆積した膜をエッチング反応により除去するためのクリーニングガスを前記処理室内に導入するクリーニングガス導入ラインと、
前記処理室内を排気する排気ラインと、
前記クリーニングガスに晒される部材のうち前記薄膜形成の際に薄膜形成温度よりも低い温度となる低温部材を加熱する加熱源と、
前記処理室内にクリーニングガスを導入しつつ前記処理室内を前記エッチング反応が生じる程度の第一の温度に加熱するよう前記ヒータを制御するとともに、
前記低温部材の温度が、前記クリーニングガスが多層吸着しない程度の第二の温度となるように前記加熱源を制御するコントローラと、
を有する基板処理装置。
(3)前記(1)(2)において、前記低温部材の温度を、前記クリーニングガスが多層吸着せず、かつ、顕著な熱反応が生じない程度の温度となるように制御する。
(4)前記(1)(2)において、前記クリーニングガスはHFガスを含むガスである。
(5)前記(1)(2)において、前記薄膜はシリコン酸化膜であり、前記クリーニングガスはHFガスを含むガスである。
(6)前記(1)(2)において、前記クリーニングガスはHFガスを含むガスであり、前記低温部材の温度を、75℃以上100℃未満の温度となるように制御する。
(7)前記(1)(2)において、前記低温部材は、少なくとも前記処理室を形成したプロセスチューブを支持するマニホールド、前記処理室内に前記原料ガスを導入するガスノズルおよび/または前記処理室内を排気する排気管である。
本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、本実施の形態に係るICの製造方法における特徴工程である成膜工程を実施するCVD装置(バッチ式縦形ホットウオール形減圧CVD装置)として構成されている。
本実施の形態に係るCVD装置について説明する。
図1に示されているように、処理炉10は加熱機構としてのヒータ11を有する。
ヒータ11は円筒形状であり、支持板としてのヒータベース12に支持されることにより垂直に据え付けられている。
アウタチューブ14は、例えば石英(SiO2 )または炭化シリコン(SiC)等の耐熱性材料からなり、内径がインナチューブ15の外径よりも大きく上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ15と同心円状に設けられている。
インナチューブ15は、例えば石英または炭化シリコン等の耐熱性材料からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。インナチューブ15の筒中空部には処理室16が形成されており、基板としてのウエハ1を後述するボートによって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。
マニホールド17はインナチューブ15とアウタチューブ14とに係合しており、これらを支持するように設けられている。マニホールド17がヒータベース12に支持されることにより、プロセスチューブ13は垂直に据え付けられた状態となっている。
プロセスチューブ13とマニホールド17により反応容器が形成される。
なお、マニホールド17とアウタチューブ14との間には、シール部材としてのOリング18が設けられている。
排気管20のマニホールド17との接続側と反対側である下流側には、圧力検出器としての圧力センサ21および圧力調整装置(可変コンダクタンスバルブ)22を介して真空ポンプ等の真空排気装置23が接続されており、処理室16内の圧力が所定の圧力(真空度)となるよう真空排気し得るように構成されている。
圧力調整装置22および圧力センサ21には圧力制御部24が、電気配線Bによって電気的に接続されている。
圧力制御部24は圧力センサ21により検出された圧力に基づいて圧力調整装置22により処理室16内の圧力を所望の圧力とさせるべく所望のタイミングにて制御するように構成されている。
シールキャップ25は例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ25の上面には、マニホールド17の下端と当接するシール部材としてのOリング26が設けられている。
回転機構28およびボートエレベータ27には、駆動制御部30が電気配線Aによって電気的に接続されており、所望の動作をするよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
原料ガス導入ライン32のノズル31との接続側と反対側である上流側には、ガス流量制御器としてのMFC(マスフローコントローラ)33を介して図示しない原料ガス供給源や不活性ガス供給源が接続されている。
MFC33にはガス流量制御部34が電気配線Cによって電気的に接続されている。
ガス流量制御部34は供給するガスの流量を所望の量とさせるべく所望のタイミングにて、MFC33を制御するように構成されている。
ヒータ11と温度センサ35とには温度制御部36が、それぞれ電気配線Dによって電気的に接続されている。
温度制御部36は温度センサ35により検出された温度情報に基づきヒータ11への通電具合を調整することにより、処理室16内の温度を所望の温度分布とさせるべく所望のタイミングにて制御するように構成されている。
圧力制御部24、駆動制御部30、ガス流量制御部34、温度制御部36および主制御部37はコントローラ38として構成されている。
ウエハ1の周縁部が同一段の複数個のスロット44に同時に挿入されることにより、ボート40は複数枚のウエハ1を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。
なお、ボート40の下部には、断熱部材としての断熱板45が水平姿勢で多段に複数枚配置されている。断熱板45は例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料が使用されて、円板形状に形成されており、ヒータ11からの熱がマニホールド17側に伝わり難くなるよう構成されている。
クリーニングガス導入ライン52のノズル51との接続側と反対側である上流側には、ガス流量制御器としてのMFC(マスフローコントローラ)53を介して図示しないクリーニングガス供給源や不活性ガス供給源が接続されている。
MFC53にはガス流量制御部54(図1参照)が電気配線Eによって電気的に接続されている。
ガス流量制御部54は供給するガス流量を所望量とさせるべく所望のタイミングにてMFC53を制御するように構成されており、コントローラ38の一部を構成している。
マニホールド17と排気管20とクリーニングガス導入ノズル51と原料ガス導入ノズル31とは、後述する薄膜形成の際に薄膜形成温度よりも低い温度となる低温部材である。
これらの加熱源61、62、63、64は温度制御部60にそれぞれ電気配線Fによって接続されている。温度制御部60はコントローラ38の一部を構成しており、マニホールド17と排気管20とクリーニングガス導入ノズル51と原料ガス導入ノズル31との温度を、クリーニングガスが多層吸着しない程度の温度とさせるべく制御するように構成されている。
なお、以下の説明において、CVD装置を構成する各部の動作はコントローラ38により制御される。
この状態で、シールキャップ25はOリング26を介してマニホールド17の下端をシールした状態となる。
また、処理室16内が所望の温度となるようにヒータ11によって加熱される。
この際、処理室16内が所望の温度分布となるように温度センサ35が検出した温度情報に基づきヒータ11への通電具合がフィードバック制御される。
続いて、回転機構28によってボート40が回転されることにより、ウエハ1が回転される。
導入されたガスは処理室16内を上昇し、インナチューブ15の上端開口から筒状空間19に流出して排気管20から排気される。
ガスは処理室16内を通過する際にウエハ1の表面と接触し、この際に熱CVD反応によってウエハ1の表面上に薄膜が堆積(デポジション)される。
その後、処理済ウエハ1はボート40より取り出される(ウエハディスチャージ)。
なお、DCSとはジクロロシラン(SiH2 Cl2 )、HTOとはHigh Temperature Oxideの略称である。
また、例えば、シリコン窒化膜(DCS−Si3 N4 膜)の成膜においては、処理温度:650〜800℃、処理圧力:10〜200Pa、ガス種:DCSおよびNH3 、ガス供給流量:DCS0.01〜0.2slm、NH3 0.05〜2.0slmが例示される。
これらの処理条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することでウエハに成膜がなされる。
このプロセスチューブ13の内壁等に付着した堆積膜の厚さが一定以上に達すると、膜剥離が生じるために、ウエハ1上での異物発生要因となってしまう。
そこで、本実施の形態に係るICの製造方法においては、堆積膜が剥離する厚さになる前に、ドライクリーニングステップを実施する。
堆積膜が付着したプロセスチューブ13内に、堆積膜が付着した空のボート40をボートエレベータ27によって搬入する。この状態で、シールキャップ25はOリング26を介してマニホールド17の下端をシールした状態となる。
処理室16内をヒータ11によって所定の温度まで加熱する。この際、処理室16内が所望の温度分布となるように温度センサ35が検出した温度情報に基づきヒータ11への通電具合がフィードバック制御される。
この後、クリーニングガスとしてのHFガスをMFC53にて所望の流量となるように制御しつつクリーニングガス導入ライン52を介してクリーニングガス導入ノズル51から処理室16内に導入する。
導入されたHFガスは処理室16内を上昇し、インナチューブ15の上端開口から筒状空間16に流出して排気管20から排気される。
HFガスは処理室16内を通過する際にプロセスチューブ13の内壁やボート40の表面等に付着した堆積膜と接触する。この際、HFガスのエッチング反応によって堆積膜が除去される。
このとき、排気管20に設けられた圧力調整装置(可変コンダクタンスバルブ)22によって処理室16内の圧力を一定に保つよう圧力調整し、排気管20および真空ポンプ等の真空排気装置23を経てクリーニングガスを排出する。この際、処理室16内の圧力は圧力センサ21で測定され、この測定された圧力に基づき圧力調整装置22がフィードバック制御される。
なお、このとき回転機構28によってボート40を回転させるようにしてもよい。
このHFガスの多層吸着が発生すると、排気管20やクリーニングガス導入ノズル51および原料ガス導入ノズル31の石英表面でのエッチング、マニホールド17の金属表面での腐食のように、HFガスに曝される表面に対して顕著な腐食反応が起こる。
また、石英部材のエッチングや金属部材の腐食が発生する際には、顕著な熱反応が起こる。
なお、ガスの多層吸着とは、ガス処理時における低温部の表面にガス分子が吸着し、表面全体がガス分子で覆われた後に、ガス分子の上にガス分子が重なり、ガスが何層にもわたり表面に吸着して低温部の表面が濡れたようになる現象であり、HFガスで顕著に生じる現象である。
ちなみに、弗化塩素(ClF3 )でも同様な現象が生じると考えられる。
<実験条件>
圧力13330Pa、温度25℃、35℃、50℃、75℃、95℃
<判定>
<実験結果>
しかし、少なくとも100℃未満であれば、金属部材の腐食が生じないことが確認されている。
HFガス単独、HFガス+窒素(N2 )ガス、HFガス+アルゴン(Ar)ガス、HFガス+ヘリウム(He)ガス、HFガス+F2 ガス。
また、例えば、クリーニングガス:HFガスおよびN2 ガス、処理温度:常温〜70℃、処理圧力:133〜50000Pa、ガス供給流量:HFガス0.5〜5.0slm、N2 ガス0.1〜10.0slm、マニホールド17や排気管20やクリーニングガス導入ノズル51および原料ガス導入ノズル31等の低温部材の温度は、75〜95℃、好ましくは、80〜95℃が例示される。
これらの処理条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することで、クリーニングがなされる。
Claims (7)
- 基板を処理室内に搬入するステップと、
前記処理室内に原料ガスを供給して基板上に薄膜を形成するステップと、
薄膜形成後の基板を前記処理室内より搬出するステップと、
前記処理室内にHFガスを含むクリーニングガスを供給して前記処理室内に堆積した膜をエッチング反応により除去することで前記処理室内をクリーニングするステップと、
を有し、
前記処理室内をクリーニングするステップでは、前記処理室内を前記エッチング反応が生じる第一の温度に加熱するとともに、前記HFガスを含むクリーニングガスに晒される部材のうち前記薄膜形成の際に薄膜形成温度よりも低い温度となる低温部材の温度を、前 記HFガスが多層吸着せず、顕著な熱反応が生じず、前記低温部材における石英部材のエ ッチングが生じず、前記低温部材における金属部材の腐食が生じない第二の温度となるようにし、
前記低温部材は、前記処理室を形成するプロセスチューブを支持するマニホールド、前 記処理室内に前記原料ガスを導入するガスノズル、前記処理室内に前記HFガスを含むク リーニングガスを導入するガスノズルおよび前記処理室内のガスを排気する排気管を含む 、半導体装置の製造方法。 - 前記処理室内をクリーニングするステップでは、前記低温部材の温度を、75℃以上1 00℃未満の温度とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記処理室内をクリーニングするステップでは、前記低温部材の温度を、75℃以上9 5℃以下の温度とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記処理室内をクリーニングするステップでは、前記処理室内の温度を、室温以上70 ℃以下の温度とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記薄膜は酸化膜である請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 処理室内に原料ガスを供給して基板上に薄膜を形成する処理を行った後の前記処理室内 にHFガスを含むクリーニングガスを供給して前記処理室内に堆積した膜をエッチング反 応により除去することで前記処理室内をクリーニングするステップを有し、
前記処理室内をクリーニングするステップでは、前記処理室内を前記エッチング反応が 生じる第一の温度に加熱するとともに、前記HFガスを含むクリーニングガスに晒される 部材のうち前記薄膜形成の際に薄膜形成温度よりも低い温度となる低温部材の温度を、前 記HFガスが多層吸着せず、顕著な熱反応が生じず、前記低温部材における石英部材のエ ッチングが生じず、前記低温部材における金属部材の腐食が生じない第二の温度となるよ うにし、
前記低温部材は、前記処理室を形成するプロセスチューブを支持するマニホールド、前記処理室内に前記原料ガスを導入するガスノズル、前記処理室内に前記HFガスを含むク リーニングガスを導入するガスノズルおよび前記処理室内のガスを排気する排気管を含む、クリーニング方法。 - 基板を処理する処理室と、
前記処理室内を加熱するヒータと、
前記処理室内に薄膜を形成するための原料ガスを導入する原料ガス導入ラインと、
前記処理室内に堆積した膜をエッチング反応により除去するためのHFガスを含むクリ ーニングガスを前記処理室内に導入するクリーニングガス導入ラインと、
前記処理室内を排気する排気ラインと、
前記HFガスを含むクリーニングガスに晒される部材のうち前記薄膜形成の際に薄膜形
成温度よりも低い温度となる低温部材を加熱する加熱源と、
前記処理室内に前記HFガスを含むクリーニングガスを導入しつつ前記処理室内を前記 エッチング反応が生じる第一の温度に加熱するよう前記ヒータを制御するとともに、前記 低温部材の温度が、前記HFガスが多層吸着せず、顕著な熱反応が生じず、前記低温部材 における石英部材のエッチングが生じず、前記低温部材における金属部材の腐食が生じな い第二の温度となるように前記加熱源を制御するコントローラと、
を有し、
前記低温部材は、前記処理室を形成するプロセスチューブを支持するマニホールド、前 記処理室内に前記原料ガスを導入するガスノズル、前記処理室内に前記HFガスを含むク リーニングガスを導入するガスノズルおよび前記処理室内のガスを排気する排気管を含む 、
基板処理装置。
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