JP5757748B2 - Semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor manufacturing method - Google Patents
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本発明は、例えばSiソースガスを用いて半導体ウェーハ上に成膜を行うために用いられる半導体製造装置および半導体製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus and a semiconductor manufacturing method used for forming a film on a semiconductor wafer using, for example, Si source gas.
例えば、Siのエピタキシャル成長装置において、反応室内にキャリアガスとして、H2ガス、ソースガスとして、SiH2Cl2ガスや、SiHCl3ガスなどが、プロセスガスとして混合して供給される。そして、例えばウェーハ温度を1100℃程度とし、水素還元反応によりSiをウェーハ上にSiをエピタキシャル成長させる。 For example, in a Si epitaxial growth apparatus, H 2 gas as a carrier gas, SiH 2 Cl 2 gas, SiHCl 3 gas or the like as a source gas are mixed and supplied as a process gas into a reaction chamber. Then, for example, the wafer temperature is set to about 1100 ° C., and Si is epitaxially grown on the wafer by hydrogen reduction reaction.
この際、反応室内のサセプタなどの部材に堆積したポリシリコンなどの反応副生成物を除去するため、定期的にHClガスなどの塩素系ガスを用いたクリーニング(エッチング処理)が行われる。このとき、反応室内には反応副生成物としてSi−H−Clの重合体が生成され、排気口付近で冷却されて、オイリーシラン(反応性ポリシロキサン)として堆積する。 At this time, in order to remove reaction by-products such as polysilicon deposited on a member such as a susceptor in the reaction chamber, cleaning (etching process) using a chlorine-based gas such as HCl gas is periodically performed. At this time, a Si—H—Cl polymer is generated as a reaction by-product in the reaction chamber, cooled in the vicinity of the exhaust port, and deposited as oily silane (reactive polysiloxane).
このように堆積したオイリーシランは、排気系の閉塞を防ぐために、通常、定期的に行われる反応室のメンテナンスの際に除去される。しかしながら、大気開放の際に、表面が大気中の水分と反応して、H2ガス、HClガスを発生するという問題がある(例えば特許文献1など参照)。 The oily silane deposited in this way is usually removed during regular maintenance of the reaction chamber to prevent the exhaust system from being blocked. However, there is a problem that the surface reacts with moisture in the atmosphere when being released into the atmosphere to generate H 2 gas and HCl gas (for example, see Patent Document 1).
オイリーシランは、反応室が大気開放されると、表面が大気中の水分と反応してH2ガス、HClガスを発生するものの、表面がSiO2となり固化し、それ以上の反応は抑えられる。しかしながら、垂直面においては、堆積したオイリーシランは殆どSiO2となり固化するので問題ないが、水平面においてある程度溜まると、オイリーシランを剥離する際、固化部分の下層の未反応のオイリーシランが、激しく反応するため、H2ガスの発火、爆発の危険性がある。特に、大気開放頻度が低く、オイリーシランが溜まりやすい枚葉式のエピタキシャル成長装置において問題となる。 When the reaction chamber is opened to the atmosphere, the oily silane reacts with moisture in the atmosphere to generate H 2 gas and HCl gas, but the surface becomes SiO 2 and solidifies, and further reaction is suppressed. However, in the vertical plane, the deposited oily silane becomes almost SiO 2 and is solidified, so there is no problem. Therefore, there is a risk of H 2 gas ignition and explosion. In particular, this is a problem in a single-wafer epitaxial growth apparatus in which the frequency of air release is low and oily silane tends to accumulate.
そこで、大気開放することなくオイリーシランの除去を行うことが検討されている。オイリーシランは表面が酸化すると下層の酸化が抑制されるため、酸化したオイリーシランF系ガスによる表面除去と、露出した下層のオイリーシランの酸化とを繰り返し行う必要があり、スループットに影響する。 Therefore, it has been studied to remove oily silane without opening it to the atmosphere. If the surface of the oily silane is oxidized, the oxidation of the lower layer is suppressed. Therefore, it is necessary to repeatedly remove the surface with the oxidized oily silane F-based gas and oxidize the exposed lower layer of oily silane, which affects the throughput.
また、この場合、水素還元反応によるSiのエピタキシャル成長において、F系ガスが残存していると爆発的に反応するため、十分なガス置換が必要であり、これもスループットに大きく影響する。 In this case, in the epitaxial growth of Si by the hydrogen reduction reaction, if the F-based gas remains, it reacts explosively, so that sufficient gas replacement is required, which also greatly affects the throughput.
さらに、通常、上述したように、Clを含むガス(Cl系ガス)を用いてポリシリコンなどが除去されるが、この場合、酸化性ガスを導入することにより、堆積したポリシリコンなどが酸化し、Cl系ガスでは除去できなくなる。そして、これを除去するために、F系のガスの導入や、装置の分解メンテナンスが必要となり、さらにスループットを低下させる。 Further, as described above, polysilicon or the like is usually removed using a gas containing Cl (Cl-based gas). In this case, the deposited polysilicon or the like is oxidized by introducing an oxidizing gas. It cannot be removed with Cl-based gas. In order to remove this, it is necessary to introduce F-type gas and to disassemble and maintain the apparatus, which further reduces the throughput.
そこで、本発明は、スループットを低下させることなく、オイリーシランの安全な除去が可能な半導体製造装置および半導体製造方法を提供することを目的とするものである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus and a semiconductor manufacturing method capable of safely removing oily silane without reducing throughput.
本発明の一態様の半導体製造装置は、ウェーハが導入される反応室と、反応室にプロセスガスを供給するプロセスガス供給機構と、ウェーハを載置するウェーハ支持部材と、ウェーハを所定の温度に加熱するためのヒータと、ウェーハを回転させるための回転駆動制御機構と、反応室よりガスを排出する排気口を含むガス排出機構と、排気口に対応して、排気口より上方、かつ、ウェーハ支持部材の水平位置より下方に設けられた酸化性ガス供給口を含み、成膜処理後にウェーハが反応室から搬出される毎に、排気口上部においてシリコン酸化物上に堆積したオイリーシラン上に、酸化性ガス供給口から酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給機構と、を備えることを特徴とする。 A semiconductor manufacturing apparatus of one embodiment of the present invention includes a reaction chamber into which a wafer is introduced, a process gas supply mechanism that supplies a process gas to the reaction chamber, a wafer support member on which the wafer is placed, and the wafer at a predetermined temperature. A heater for heating, a rotation drive control mechanism for rotating the wafer, a gas discharge mechanism including an exhaust port for discharging gas from the reaction chamber , and above the exhaust port corresponding to the exhaust port, and the wafer comprises an oxidizing gas supply ports provided below the horizontal position of the supporting member, each of the wafer after the film forming process is unloaded from the reaction chamber, on the Oirishira emissions deposited on the silicon oxide in the exhaust opening top, And an oxidizing gas supply mechanism for supplying an oxidizing gas from the oxidizing gas supply port .
本発明の一態様の半導体製造装置において、排気口上部の反応室の内壁に、石英からなるライナーを備えることが好ましい。 In the semiconductor manufacturing apparatus of one embodiment of the present invention, it is preferable to provide a liner made of quartz on the inner wall of the reaction chamber above the exhaust port.
また、本発明の一態様の半導体製造装置において、内壁とライナーとの間隙がシールされることが好ましい。 In the semiconductor manufacturing apparatus of one embodiment of the present invention, it is preferable that a gap between the inner wall and the liner is sealed.
また、本発明の一態様の半導体製造方法は、反応室内にウェーハを導入して所定位置で保持し、ウェーハを所定温度で加熱し、ウェーハを回転させ、ウェーハ上にSiソースガスを含むプロセスガスを供給することにより、ウェーハ上に成膜し、成膜処理が行われたウェーハを反応室から搬出し、ウェーハを搬出する毎に、排気口上部においてシリコン酸化物上に堆積したオイリーシラン上に、所定位置より下方から酸化性ガスを供給し、他のウェーハに対して次の成膜処理が実行される前に、反応室内から酸化性ガスを除去する、ことを特徴とする。 In addition, in the semiconductor manufacturing method of one embodiment of the present invention, a wafer is introduced into a reaction chamber and held at a predetermined position, the wafer is heated at a predetermined temperature, the wafer is rotated, and a process gas containing Si source gas on the wafer. The film is formed on the wafer, and the film-formed wafer is unloaded from the reaction chamber. Each time the wafer is unloaded, it is deposited on the oily silane deposited on the silicon oxide at the upper part of the exhaust port. An oxidizing gas is supplied from below from a predetermined position , and the oxidizing gas is removed from the reaction chamber before the next film forming process is performed on another wafer .
また、本発明の一態様の半導体製造方法において、反応室内へのウェーハの導入からオイリーシラン上への酸化性ガスの供給までの一連の工程を所定期間繰り返した後に、シリコン酸化物を含む堆積物を反応室内から除去することが好ましい。 Further, in one aspect a method of semiconductor manufacturing of the present invention, after repeating a predetermined period a series of steps up to the supply of oxidative gas onto oily silane from the introduction of the wafer into the reaction chamber, deposition containing silicon oxide It is preferable to remove substances from the reaction chamber.
本発明の一態様によれば、半導体製造工程におけるスループットを低下させることなく、オイリーシランの安全な除去が可能となる。 According to one embodiment of the present invention, oily silane can be removed safely without reducing throughput in a semiconductor manufacturing process.
以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1に、本実施形態の半導体製造装置であるエピタキシャル成膜装置の断面図を示す。図に示すように、例えばφ200mmのウェーハwが成膜処理される反応室11には、反応室11上方より、トリクロロシラン、ジクロロシランなどのソースガスを含むプロセスガスなどを、所定の流量でウェーハw上に供給するためのガス供給機構12と接続されたガス供給口12aが設置されている。反応室11の内壁には、例えば石英からなるライナー11aが設けられている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a cross-sectional view of an epitaxial film forming apparatus which is a semiconductor manufacturing apparatus of this embodiment. As shown in the figure, for example, a process gas containing a source gas such as trichlorosilane or dichlorosilane is supplied from above the
反応室11の底面には、例えば2箇所に、ガスを排出し、反応室11内の圧力を一定(常圧)に制御するためのガス排出機構13と接続されたガス排出口13aが配置されている。ガス排出口13aの内壁には、それぞれライナー11aと分離された例えば石英からなるライナー11bが設けられている。
On the bottom surface of the
図2にガス排出口13aの断面図を示す。図に示すように、ガス排出口13aの内壁にカップ状のライナー11bが設けられ、その底面には、ガスを排出する開口部が設けられている。
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the
ガス排出口13a上部には、それぞれガス排出口13a近傍に、酸素ガス、オゾンガス、水蒸気など後述するオイリーシランを酸化させるガスを含むガス(以下酸化性ガスと記す)を供給するための酸化性ガス供給機構14と接続された酸化性ガス供給口14aが設けられている。
An oxidizing gas for supplying a gas containing a gas that oxidizes oily silane (to be described later) such as oxygen gas, ozone gas, and water vapor (hereinafter referred to as an oxidizing gas) to the upper portion of the
反応室11上部には、ガス供給口12aから供給されたプロセスガスを、ウェーハw上に整流状態で供給するための整流板15が設置されている。そして、その下方には、ウェーハwを保持するための保持部材であるサセプタ16が、回転部材であるリング17上に設置されている。なお、保持部材は環状のホルダであってもよい。リング17は、ウェーハwを所定の回転速度で回転させる回転軸18a、モータ(図示せず)などから構成される回転駆動制御機構18と接続されている。
A rectifying
リング16内部には、ウェーハwを加熱するために、例えばSiCからなるディスク状のヒータ19が設置されている。なお、ヒータ19には均一に加熱するために、パターンが形成されていてもよい。ヒータ19としては、さらにウェーハw周縁部を加熱するための環状のヒータを用いてもよく、効率的に加熱するためのリフレクタを有していてもよい。
In the
このように構成されるエピタキシャル成膜装置を用いて、例えば、φ200mmのSiウェーハw上に、Siエピタキシャル膜が形成される。 Using the epitaxial film forming apparatus configured as described above, for example, a Si epitaxial film is formed on a Si wafer w having a diameter of 200 mm.
先ず、反応室11にウェーハwを搬入し、ウェーハwが載置されたサセプタ16を、リング17上に載置する。そして、ウェーハwの面内温度が均一に例えば1100℃となるように、ヒータ19の温度を1500〜1600℃に制御する。
First, the wafer w is loaded into the
そして、回転駆動制御機構18により、ウェーハwを、例えば900rpmで回転させるとともに、プロセスガスを、ガス供給機構12よりガス供給口12aを介して、整流板15を介して整流状態でウェーハw上に供給する。プロセスガスは、例えばジクロロシラン濃度が2.5%となるように、H2などの希釈ガスにより希釈され、例えば50SLMで供給される。
Then, the rotational
余剰となったジクロロシラン、希釈ガスを含むプロセスガス、反応副生成物であるHClなどのガスは、サセプタ16の外周より下方に排出される。さらに、これらのガスは、ガス排出口13aを介してガス排出機構13より排出され、反応室11内の圧力が一定(例えば常圧)に制御される。このようにして、ウェーハw上にSiエピタキシャル膜を成長させる。所望の膜厚のSiエピタキシャル膜が形成された後、ウェーハwが反応室11より搬出される。
Excess dichlorosilane, process gas including diluent gas, and reaction by-product such as HCl are discharged downward from the outer periphery of the
このとき、図3に示すように、石英ライナー11bの内壁及び底面には、余剰のプロセスガスなどのガスより生成されたオイリーシラン31が堆積する。そこで、酸化性ガス供給機構14より、ガス排出口13a近傍に、酸化性ガスを供給し、堆積したオイリーシランを酸化させ、大気中でも安定なシリコン酸化物を生成する。
At this time, as shown in FIG. 3, the
このとき、堆積したオイリーシランは、表面で酸素と反応し、内部には進行しない。そのため、未反応オイリーシランの残存を防ぐために、このような酸化性ガスの供給処理は、オイリーシランが大量に堆積する前に逐次行われることが好ましく、成膜処理毎に行われることがより好ましい。なお、酸化性ガスが供給された後、次の成膜処理を行う前に、ウェーハwの酸化を防ぐために、反応室11内部より十分に酸化性ガスを除去する必要がある。
At this time, the deposited oily silane reacts with oxygen on the surface and does not proceed inside. Therefore, in order to prevent unreacted oily silane from remaining, such an oxidizing gas supply process is preferably performed sequentially before a large amount of oily silane is deposited, and more preferably performed every film forming process. . It should be noted that the oxidizing gas needs to be sufficiently removed from the inside of the
そして、石英ライナー11bの内壁及び底面に堆積したシリコン酸化物は、例えば反応室11内に堆積した他の堆積物(反応副生成物)を除去するための通常の反応室11のメンテナンス時に、併せて除去される。このとき、ライナー11bを分離して取り出し、フッ硝酸水溶液などを用いて洗浄することができる。
The silicon oxide deposited on the inner wall and the bottom surface of the
本実施形態によれば、予めオイリーシランを酸化させ、大気中でも安定なシリコン酸化物として堆積させてから、通常の分解メンテナンス時に除去することができる。従って、スループットを低下させることなく、オイリーシランの安全な除去が可能となる。 According to the present embodiment, oily silane can be oxidized in advance and deposited as a stable silicon oxide even in the air, and then removed during normal decomposition maintenance. Therefore, the oily silane can be removed safely without reducing the throughput.
(実施形態2)
本実施形態において、実施形態1とエピタキシャル成膜装置の構成は同様であるが、ガス排出口13aと、その内壁に設けられた石英ライナー11bとの間がシールされている点で実施形態1と異なっている。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, the configuration of the epitaxial film forming apparatus is the same as that of the first embodiment, but differs from the first embodiment in that the gap between the
図4に、本実施形態の半導体製造装置であるエピタキシャル成膜装置におけるガス排出口13aの断面図を示す。実施形態1と同様の構成であるが、ガス排出口13aと、その内壁に設けられた石英ライナー11bとの間が、シリコーンなどからなるOリング41によりシールされている。
FIG. 4 shows a cross-sectional view of the
このような構成により、ガス排出口13aと、その内壁に設けられた石英ライナー11bとの間隙に、余剰のプロセスガスなどのガスが進入し、オイリーシランが生成されることを抑えることが可能となる。そして、大気中において、ガス排出口13aより石英ライナー11bを取り外す際に、未反応のオイリーシランが爆発的に大気中の水分と反応することを抑えることが可能となる。
With such a configuration, it is possible to suppress the generation of oily silane by the entry of excess process gas or the like into the gap between the
本実施形態によれば、実施形態1と同様の作用により、スループットを低下させることなく、さらに未反応のオイリーシランの残存を抑え、オイリーシランのより安全な除去が可能となる。 According to the present embodiment, the same action as that of the first embodiment enables further safe removal of oily silane by reducing the remaining unreacted oily silane without lowering the throughput.
これら実施形態によれば、半導体ウェーハにエピタキシャル膜などの高品質の膜を形成する半導体製造装置において、安全にメンテナンスを行うことが可能となる。また、安全性を向上させても、スループットを低下させることがないため、そして、半導体ウェーハや、素子形成工程及び素子分離工程を経て形成される半導体装置において、高い生産性を得ることが可能となる。 According to these embodiments, it is possible to perform maintenance safely in a semiconductor manufacturing apparatus that forms a high-quality film such as an epitaxial film on a semiconductor wafer. In addition, even if safety is improved, throughput is not reduced, and high productivity can be obtained in a semiconductor wafer and a semiconductor device formed through an element formation process and an element isolation process. Become.
特に、N型ベース領域、P型ベース領域や、絶縁分離領域などに、40μm以上の厚膜成長が必要な、パワーMOSFETやIGBTなどのパワー半導体装置を形成するためのエピタキシャル成膜装置として、好適に用いることができる。 In particular, it is suitable as an epitaxial film forming apparatus for forming power semiconductor devices such as power MOSFETs and IGBTs that require thick film growth of 40 μm or more in an N-type base region, a P-type base region, an insulating isolation region, etc. Can be used.
また、これら実施形態においては、Si単結晶層(エピタキシャル膜)形成の場合を説明したが、本実施形態は、ポリSi層形成時にも適用することも可能である。また、例えばSiO2膜やSi3N4膜などSi膜以外の成膜や、例えばGaAs層、GaAlAsやInGaAsなど化合物半導体などにおいても適用することも可能である。 In these embodiments, the case of forming a Si single crystal layer (epitaxial film) has been described. However, the present embodiment can also be applied when forming a poly-Si layer. Further, the present invention can also be applied to film formation other than Si film such as SiO 2 film and Si 3 N 4 film, and compound semiconductor such as GaAs layer, GaAlAs and InGaAs.
その他要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。 Various other modifications can be made without departing from the scope of the invention.
11、21…反応室
12…ガス供給機構
12a…ガス供給口
13、23…ガス排出機構
13a、23a…ガス排出口
14…酸化性ガス供給機構
14a…酸化性ガス供給口
15…整流板
16…サセプタ
17…リング
18…回転駆動制御機構
19…ヒータ
31…オイリーシラン
41…Oリング
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記反応室にプロセスガスを供給するプロセスガス供給機構と、
前記ウェーハを載置するウェーハ支持部材と、
前記ウェーハを所定の温度に加熱するためのヒータと、
前記ウェーハを回転させるための回転駆動制御機構と、
前記反応室よりガスを排出する排気口を含むガス排出機構と、
前記排気口に対応して、前記排気口より上方、かつ、前記ウェーハ支持部材の水平位置より下方に設けられた酸化性ガス供給口を含み、成膜処理後に前記ウェーハが前記反応室から搬出される毎に、前記排気口上部においてシリコン酸化物上に堆積したオイリーシラン上に、前記酸化性ガス供給口から酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給機構と、
を備えることを特徴とする半導体製造装置。 A reaction chamber into which the wafer is introduced;
A process gas supply mechanism for supplying a process gas to the reaction chamber;
A wafer support member for mounting the wafer;
A heater for heating the wafer to a predetermined temperature;
A rotational drive control mechanism for rotating the wafer;
A gas discharge mechanism including an exhaust port for discharging gas from the reaction chamber;
Corresponding to the exhaust port, an oxidizing gas supply port provided above the exhaust port and below the horizontal position of the wafer support member is included, and the wafer is unloaded from the reaction chamber after the film formation process. each that, to the exhaust port Oirishira on emissions deposited on the silicon oxide at the top, and an oxidizing gas supply mechanism for supplying an oxidizing gas from the oxidizing gas supply port,
A semiconductor manufacturing apparatus comprising:
前記ウェーハを所定温度で加熱し、
前記ウェーハを回転させ、前記ウェーハ上にSiソースガスを含むプロセスガスを供給することにより、前記ウェーハ上に成膜し、
成膜処理が行われた前記ウェーハを前記反応室から搬出し、
前記ウェーハを搬出する毎に、排気口上部においてシリコン酸化物上に堆積したオイリーシラン上に、前記所定位置より下方から酸化性ガスを供給し、
他のウェーハに対して次の成膜処理が実行される前に、前記反応室内から前記酸化性ガスを除去することを特徴とする半導体製造方法。 Wafer is introduced into the reaction chamber and held in place,
Heating the wafer at a predetermined temperature;
By rotating the wafer and supplying a process gas containing Si source gas on the wafer, a film is formed on the wafer,
Unloading the wafer on which the film formation process has been performed from the reaction chamber;
Each time unloading the wafer, on oily silane deposited on a silicon oxide in exhaust port top, supplying an oxidizing gas from below said predetermined position,
The semiconductor manufacturing method, wherein the oxidizing gas is removed from the reaction chamber before the next film forming process is performed on another wafer .
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