JP5555270B2 - 半導体装置の製造方法および基板処理装置 - Google Patents
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Description
反応容器内にクリーニングガスを供給し、前記反応容器内をクリーニングする工程の後、基板に処理を行なう際に用いる反応ガスの全てを反応容器に供給し、反応容器内に供給したクリーニングガスに含まれた元素を除去する工程を経た基板処理装置を用いて半導体装置を製造する第1の半導体装置の製造方法が提供される。
この工程はウェーハに所望の成膜処理を行なう本成膜工程である。ボートエレベータ55(図5参照)でシールキャップ17を介してボート2を下降させ、ボート2に多数枚のウェーハ1を保持し、ボートエレベータ55によりボート2を反応管11内に挿入する。シールキャップ17で反応管11の炉口を完全に密閉した後、反応管11内を排気口16から真空引きして排気する。反応管11内を所定温度、例えば400〜600℃に加熱し温度安定化をはかる。2つのバッファノズル34、44から原料ガスを反応室12内に供給しつつ排気口16より排出することにより、ウェーハ1表面に成膜処理する。
ボート2にウェーハ1を保持しない状態で、ボートエレベータ55によりボート2を反応管11内に挿入する。シールキャップ17で反応管11の炉口を完全に密閉した後、反応管11内を排気口16から真空引きして排気する。反応管内温度を例えば約610℃にする。第3バルブ37を開けてクリーニングガスとなるNF3ガスをDCS用バッファノズル44から反応室12内に噴射する。噴射するNF3ガス流量は例えば0.25〜1.5slmである。このとき反応管11の内部の真空排気はそのまま継続され、反応管11の内部の圧力は予め定めた圧力になるように、真空排気量が制御される。炉内の熱でNF3分子が活性化される。これにより炉内接ガス部となるDCS用バッファノズル44の内壁面、反応管11の内壁面、炉口部付近8の炉低温部、又はその他の接ガス部に付着した反応副生成物がエッチングされる。また、NH3用バッファノズル34内にもNF3ガスが入ってプラズマ生成ノズル部29内の反応副生成物がエッチングされる。エッチングされた反応副生成物は、排気口16から排出される。クリーニング時間は累積膜厚に依存するが、例えば0.75μm累積時は2h程度である。
後処理工程は、クリーニング工程の後に行なう工程であり、各バッファノズル34、44内、及び反応室12内に残留する元素Fを反応管11から除去する除去工程と、各バッファノズル34、44内、及び反応管11内の構成物表面に所望の膜を形成するプリ成膜工程とが含まれる。2つの除去工程及びプリ成膜工程は、別個の工程とすることもできるが、ALD法を用いると両工程を1つの工程で実施することができる。ALD法を用いた1つの工程で実現する場合のプリ成膜内容は、基本的には前述した成膜工程Aと同じであり、成膜工程Aと異なる点は、処理時間が例えば13min程度と短い点であり、この処理時間で例えば40サイクル程度の成膜処理を行うことで、後処理後に行われるウェーハ成膜の膜厚を安定させることができる。
NH3用バッファノズル34にNH3ガスが後処理用ガスとして供給される。すると、このNH3はプラズマにより活性化されるので、NH3用バッファノズル34のプラズマ生成ノズル部29内の壁面に吸着、結合して残留しているF成分は、活性化によりNH3から電離されたH原子と反応して、NH3用バッファノズル34内から排出されやすいHFガスとなる。HFガスはNH3用バッファノズル34から反応室12を通って反応管11の排気口16から排出される。また、プリ成膜時、意図的にNH3用バッファノズル34内にプリ成膜であるSiN膜を形成していないが、DCSガス供給時のガスの拡散作用により、NH3用バッファノズル34内に多少のDCSガスが流入するので、NH3用バッファノズル34内に多少のプリ成膜SiNが形成されると考えられる。したがってNH3用バッファノズル34内の壁面に吸着、結合して残留しているF成分は、これらの膜原料との反応や、膜の下への封じ込めにより、反応管内雰囲気から排除される。なお、NH3ラジカルが生成されないガス導入ノズル部28については、クリーニング時に、微量の窒素N2を流してF成分が混入しないようにしているので、特にNH3ラジカルによる除去とプリ成膜による抑え込みとを要さない。
DCS用バッファノズル44にDCSガスが後処理用ガスとして供給される。すると、このDCS(SiH2Cl2)ガスはSi−F結合を作りやすいので、DCS用バッファノズル44内の壁面に吸着、結合して残留しているF成分は、DCSガスと反応してSiF(フッ化シリコン)ガスとなる。このSiFガスはDCS用バッファノズル44から反応室12を通って反応管11の排気口16から排出される。また、プリ成膜時、意図的にDCS用バッファノズル44内にプリ成膜であるSiN膜を形成していないが、NH3ラジカル供給時のガスの拡散作用により、DCS用バッファノズル44内に多少のNH3ラジカルが流入するのでDCS用バッファノズル44内に多少のプリ成膜SiNが形成されると考えられる。したがって、DCS用バッファノズル44内の壁面に吸着、結合して残留しているF成分は、これらの膜原料との反応や、膜の下への封じ込めにより反応管内雰囲気から排除される。
炉口部付近8の炉低温部に吸着、結合して残留しているF成分にも、NH3用バッファノズル34から反応室12内に供給されるNH3ラジカルはFとの反応確率が高いため、特に有効に作用し、F成分はHFになって反応管11から排出される。また、各バッファノズル34、44からNH3ラジカルとDCSガスとが交互に反応管11内に供給されることで炉低温部に形成されるプリ成膜によっても、壁面に吸着、結合して残留しているF成分を膜の下に封じ込めて、反応管11内の雰囲気から排除される。
上記以外の炉内の接ガス部は、プリ成膜の形成、DCSガス又はNH3ラジカルとの反応によるF成分の揮発化によって、壁面に吸着、結合して残留しているF成分を抑えこみ、かつ除去させることができる。
その結果、本発明は、ALD(Atomic Layer Deposition)法によっても、半導体基板に成膜を行う基板処理装置に特に好適に利用できる。
2 ボート
3 天板
4 底板間
5 支柱
6 溝
7 石英キャップ
8 炉口部付近
10 縦型反応炉
11 石英製円筒反応管
12 反応室
13 管内壁
14 ヒータ
16 排気口
17 シールキャップ
18 Oリング
19 回転軸
20 NH3ガス導入口
21 DCSガス導入口
22 NH3ガス導入管
23 DCSガス導入管
23A DCSガス導入管
23B、23C ガス導入管
25 電極保護管
26 隔壁
27 プラズマ電極
28 ガス導入ノズル部22
29 プラズマ生成ノズル部
30 連通口
31 高周波電源
32 整合器
33 プラズマ生成領域
34 NH3用バッファノズル
35 第1バルブ
36 第2バルブ
37 第3バルブ
38 第4バルブ
39 第5バルブ
40 プラズマ
41 バッファタンク
42 NH3ガス
43 第6バルブ
44 DCS用バッファノズル
45 噴出孔
46 プラズマ生成領域
47 噴出孔
48 プラズマ非生成領域
49 カセット授受ユニット
50 基板処理装置
51 カセット棚
52 予備カセット棚
53 カセット搬送機
54 基板移載機
55 ボートエレベータ
57 カセット
58 カセットステージ
59 基板姿勢整合機
60 ロボットアーム
61 アーム
62 ウェーハ保持部
63 ウェーハ保持プレート
70 ガス供給手段
70A 第1のガス供給手段(NH3ガス供給手段)
70B 第2のガス供給手段(DCSガス供給手段)
71 クリーニングガス供給系
72 後処理用ガス供給系
100 制御装置
Claims (4)
- 処理室内に基板を搬入する工程と、
前記処理室内に複数の反応ガスを交互に供給して前記基板に膜を形成する工程と、
前記処理室から前記基板を搬出する工程と、
前記処理室内にクリーニングガスを供給し、前記処理室内をクリーニングする工程と、
前記処理室内の温度を、前記処理室内をクリーニングする工程を行う際の前記処理室内の温度より低くなるよう設定した状態で、前記処理室内に前記複数の反応ガスの全てを交互に供給し、前記処理室内に供給した前記クリーニングガスに含まれた元素を除去する工程と、
を順に行う工程を有する半導体装置の製造方法。 - 処理室内に基板を搬入する工程と、
前記処理室内に複数の反応ガスを交互に供給して前記基板に膜を形成する工程と、
前記処理室から前記基板を搬出する工程と、
前記処理室内にクリーニングガスを供給し、前記処理室内をクリーニングする工程と、
前記処理室内に前記複数の反応ガスの全てを交互に供給し、前記処理室内に供給した前記クリーニングガスに含まれた元素を除去する工程と、
を順に行う工程を有し、前記クリーニングガスに含まれた元素を除去する工程を行う際に、前記反応ガスの全てのうち、少なくとも1つの前記反応ガスをプラズマ励起させる半導体装置の製造方法。 - 基板を収容する処理室と、
前記処理室内に複数の反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、
前記処理室内にクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給手段と、
前記処理室内を加熱する加熱手段と、
前記反応ガス供給手段、前記クリーニングガス供給手段および前記加熱手段を制御して、前記処理室内に基板を収容した状態で、前記処理室内に前記複数の反応ガスを交互に供給して前記基板に膜を形成する処理と、前記処理室内に前記基板を収容しない状態で前記処理室内に前記クリーニングガスを供給し前記処理室内をクリーニングする処理と、前記処理室内に前記基板を収容しない状態かつ前記処理室内の温度を、前記処理室内をクリーニングする工程を行う際の前記処理室内の温度より低くなるよう設定した状態で、前記処理室内に前記複数の反応ガスの全てを交互に供給し、前記処理室内に供給した前記クリーニングガスに含まれた元素を除去する処理と、を順に行うよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置。 - 基板を収容する処理室と、
前記処理室内に複数の反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、
前記処理室内にクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給手段と、
前記複数の反応ガスのうち、少なくとも1つの前記反応ガスをプラズマにより活性化させるプラズマ生成手段と、
前記処理室内を加熱する加熱手段と、
前記反応ガス供給手段、前記クリーニングガス供給手段、前記プラズマ生成手段および前記加熱手段を制御して、前記処理室内に基板を収容した状態で、前記処理室内に前記複数の反応ガスを交互に供給して前記基板に膜を形成する処理と、前記処理室内に前記基板を収容しない状態で前記処理室内にクリーニングガスを供給し、前記処理室内をクリーニングする処理と、前記処理室内に前記基板を収容しない状態で前記処理室内に前記複数の反応ガスの全てを交互に供給し、前記処理室内に供給した前記クリーニングガスに含まれた元素を除去する処理と、を順に行い、前記クリーニングガスに含まれた元素を除去する処理を行う際に、前記反応ガスの全てのうち、少なくとも1つの前記反応ガスをプラズマ励起させるよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置。
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