JP7047371B2

JP7047371B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP7047371B2
Application number: JP2017244250A
Authority: JP
Inventors: 秀樹佐々木; 摂人台座
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2022-04-05
Anticipated expiration: 2037-12-20
Also published as: JP2019110274A

Description

本明細書が開示する技術は、半導体装置の製造方法に関する。

特許文献１に、半導体装置の製造方法が開示されている。この半導体装置の製造方法は、反応炉内に基板を搬入する工程と、反応炉内に搬入された基板の表面に成膜する工程と、成膜後の基板を反応炉外に搬出する工程と、基板の搬出後の反応炉内をガスパージするパージ工程と、を備える。パージ工程では、先ずは反応炉内の温度を低下させ、その後に、パージガスを反応炉内に供給しながら排出して、反応炉内に形成された堆積膜を除去している。

特開２０１０－１０９３８７号公報

上記したパージ工程によると、最初に反応炉内の温度を低下させることで、堆積膜に亀裂を生じさせ、それによって堆積膜の剥離を促進することができる。しかしながら、剥離した堆積膜（いわゆるパーティクル）を、十分に排出することができず、残留したパーティクルによって半導体装置の製造品質が低下するという問題がある。

本明細書では、反応炉内の堆積膜を十分に除去し得る技術を提供する。

本技術は、半導体装置の製造方法に具現化される。この半導体装置の製造方法は、反応炉内に基板を搬入する工程と、前記反応炉内の前記基板の表面に成膜する工程と、前記成膜後の前記基板を前記反応炉外に搬出する工程と、前記基板の搬出後の前記反応炉内をガスパージするパージ工程と、を備えている。前記パージ工程は、前記反応炉内の温度を低下させるとともに、前記反応炉内を真空引きする降温工程と、前記降温工程後に、パージガスを前記反応炉内に供給するパージガス供給工程と、前記パージガス供給工程後に、前記反応炉内を真空引きする真空引き工程と、を備える。

上記の構成によると、パージガス供給工程は、降温工程における真空引きの後に実行される。従って、パージガス供給工程が実行される際の反応炉内は減圧されている。この場合、パージガスは、反応炉内に勢いよく流れ込み、降温によって亀裂の入った堆積膜を剥離させるとともに、剥離させたパーティクルを反応炉内のパージガス中に巻き上げる。パージガスが反応炉内に勢いよく流れ込むことで、真空引きせずにパージガスを供給した場合と比較して、例えば比較的に大きくて重いパーティクルも巻き上げられる。そして、パージガス供給工程後に、反応炉内が再度真空引きされる。この真空引きにより、パーティクルを巻き上げたパージガスの大部分を、反応炉から排出することができる。従って、真空引きすることなくパーティクルを排出する場合と比較して、より多くのパーティクルを反応炉から排出することができる。以上により、パージ工程において、反応炉内の堆積膜を十分に排出することができる。この結果、反応炉内に残存した堆積膜がパーティクルとして剥離し、それによって半導体装置の製造品質が低下することを抑制することができる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

反応炉の構成を示す図。半導体装置の製造方法の工程を示す図。半導体装置の製造方法のパージ工程を示す図。パージ工程中の反応炉内の様子を示す図。パージ工程中の反応炉内の温度、圧力、ガス流量の状況を示す図。

（反応炉２の構成）
図面を参照して、本実施例の半導体装置の製造方法について説明する。最初に、図１を参照して、本実施例の製造方法で利用される反応炉２について説明する。反応炉２は、ＣＶＤ(Chemical Vapor Depositionの略)装置の構成要素である。ＣＶＤ装置は、成膜装置の一例であり、ＣＶＤ法を利用して、反応炉２内に配置された基板の表面に、例えばポリシリコン等の膜を成膜する。反応炉２は、アウターチューブ４と、インナーチューブ６と、ガス供給口８と、真空排気口１０と、ボート１２と、を備える。なお、本実施例で開示する技術は、ＣＶＤ装置に限られず、各種の成膜装置にも採用することができる。

アウターチューブ４は、反応炉２の内部空間を画定する。アウターチューブ４の外側には、反応炉２内の温度を昇温するためのヒータ（図示省略）が配置されている。インナーチューブ６は、アウターチューブ４よりも内側に設けられており、排出通路９を画定する。

ガス供給口８は、反応炉２内にガスを供給するガス供給装置（図示省略）に接続されている。ガス供給装置は、後述する反応炉２内の基板の表面に成膜する工程Ｓ１４（図２）で基板にポリシリコン膜を成膜するための反応ガス（ＳｉＨ_４（シラン）ガス）、後述するパージガス供給工程Ｓ２２で反応炉２内をガスパージするためのパージガス（Ｎ_２ガス）等を供給可能に構成されている。真空排気口１０は、真空ポンプ（図示省略）に接続されている。

ボート１２には、基板などが配置される。ボート１２の下面には、昇降機構（図示省略）が設けられている。ボート１２は、昇降機構によって、反応炉２内及び反応炉２の下方の間を移動することができる。

（半導体装置の製造方法）
続いて、図２～図５を参照して、半導体装置の製造方法について説明する。図２に示すように、本実施例の製造方法は、反応炉２内に基板を搬入する工程Ｓ１０と、反応炉２内を昇温及び真空引きする工程Ｓ１２と、反応炉２内の基板の表面に成膜する工程Ｓ１４と、成膜後の基板を反応炉２外に搬出する工程Ｓ１６と、基板を搬出後の反応炉２内をガスパージするパージ工程Ｓ１８と、を備える。ここで、図２の工程Ｓ１０～Ｓ１６については、成膜装置を用いた成膜において従来公知の工程である。このため、以下では、図２のパージ工程Ｓ１８を特に説明し、工程Ｓ１０～Ｓ１６の詳細な説明については省略する。なお、本実施例で製造する半導体装置では、基板にトレンチが形成されており、工程Ｓ１４では、当該トレンチをポリシリコンで充填するための成膜が実施される。そのような工程Ｓ１４を実行中に、反応副生成物がアウターチューブ４及びインナーチューブ６に堆積する。このため、基板を反応炉２の外に搬出する工程Ｓ１６後のアウターチューブ４及びインナーチューブ６には、反応副生成物の堆積膜が堆積している。パージ工程Ｓ１８は、アウターチューブ４及びインナーチューブ６に堆積している堆積膜を、剥離し、反応炉２内から排出するための工程である。パージ工程Ｓ１８が終了すると、図２の製造工程が終了する。

図３、図４を参照して、パージ工程Ｓ１８を詳細に説明する。図３に示すように、パージ工程Ｓ１８では、先ず、降温工程Ｓ２０が実施される。降温工程Ｓ２０では、反応炉２内の温度を低下させるとともに、反応炉２内を真空引きする。具体的には、反応炉２内の温度を６２０［℃］から３００［℃］まで低下させる。反応炉２内の温度の低下は、冷却装置などを利用して強制的に低下させてもよいし、自然冷却であってもよい。反応炉２内の温度を６２０［℃］から３００［℃］まで低下させることで、反応炉２のアウターチューブ４及びインナーチューブ６に堆積している堆積膜に熱応力が発生する。これにより、堆積膜がアウターチューブ４及びインナーチューブ６から剥離され、パーティクル（図４の黒丸）として反応炉２内に存在するようになる（図４（ａ）参照）。反応炉２内の真空引きについては、一例ではあるが、反応炉２内の圧力を大気圧（１０１３［Ｐａ］）から０．３［Ｐａ］まで減圧する。

次いで、パージガス供給工程Ｓ２２が実施される。この工程Ｓ２２では、ガス供給口８から反応炉２内にパージガス（Ｎ_２ガス）が導入される。反応炉２内が十分に（本実施例では０．３［Ｐａ］）まで減圧されているため、Ｎ_２ガスが反応炉２内に勢いよく流れ込む。これにより、反応炉２内の空気に大きな流速が生じ、降温工程Ｓ２０で剥離されたパーティクルが反応炉２内のパージガス中に巻き上げられる（図４（ｂ））。

次いで、真空引き工程Ｓ２４が実施される。この工程Ｓ２４では、反応炉２内へのパージガスの供給を停止し、その後に、反応炉２内を真空引きする。これにより、パージガス供給工程Ｓ２２で勢いよく流れ込み、パーティクルを巻き上げたパージガスの大部分が、反応炉２から排出される（図４（ｃ））。即ち、比較的に大きくて重いパーティクルも含め、大部分のパーティクルが反応炉２から排出される。

次いで、パージガス供給工程Ｓ２２及び真空引き工程Ｓ２４が実行された回数（以下では、「パージ回数」と記載する）が、所定回数（例えば、８回）に達したのか否かが判断される（Ｓ２６）。パージ回数が所定回数と一致する場合、パージ工程Ｓ１８を終了し、半導体装置の製造方法の一連の工程（図２、図３）が終了する。即ち、パージ回数が所定回数に到達するまでの間、工程Ｓ２２、Ｓ２４が繰り返し実行される。なお、変形例では、降温工程Ｓ２０が完了した後の経過時間が、所定時間を超えるまでの間、工程Ｓ２２、Ｓ２４程が繰り返し実行されるように構成されていてもよい。即ち、工程Ｓ２２、Ｓ２４を繰り返す程度は、回数によって定められてもよいし、時間によって定められてもよい。

図５を参照して、パージ工程Ｓ１８における反応炉２内の温度、圧力、ガス流量について、説明する。

時刻ｔ０は、基板を反応炉２の外に搬出する工程Ｓ１６（図２）が完了した時刻である。この時点において、反応炉２内の温度は６２０［℃］であり、圧力は大気圧（１０１３［Ｐａ］）であり、ガス流量は０［Ｌ／ｍｉｎ］である。その後、降温工程Ｓ２０（図３）が実施され、反応炉２内の温度が３００［℃］まで低下する。また、反応炉２内の温度が低下している間に、反応炉２内の圧力が大気圧から０．３［Ｐａ］まで減圧する。なお、反応炉２内の圧力を減圧するタイミングは、反応炉２内の温度が３００［℃］まで低下した後であってもよい。

時刻ｔ１において、反応炉２内の降温、及び、減圧が完了すると、パージガス供給工程Ｓ２２（図３）が実施される。この工程Ｓ２２におけるガス流量は、２．５［Ｌ／ｍｉｎ］である。これにより、反応炉２内のパーティクルが巻き上げられるとともに、反応炉２内の圧力が上昇する。そして、反応炉２内の圧力が９５［Ｐａ］まで上昇すると、反応炉２内へのパージガスの供給が停止され、真空引き工程Ｓ２４が実施され、反応炉２が０．３［Ｐａ］まで減圧される。これにより、パーティクルを巻き上げたパージガスの大部分が、反応炉２から排出される。この時点において、パージ回数が１回であるため（Ｓ２６でＮＯ）、パージガス供給工程Ｓ２２及び真空引き工程Ｓ２４が繰り返し実行される。本実施例では、パージガスの供給と排出とが、大気圧よりも低い範囲で繰り返されることから、反応炉２においてパージガスの流れが強く生じ、それによって、パーティクルの剥離、巻き上げ、排出が促進される。

時刻ｔ２において、８回目の真空引き工程Ｓ２４が終了する。この場合、その後に、パージガス供給工程Ｓ２２は実施されない。これにより、反応炉２内の堆積膜（パーティクル）の除去が完了する。

上述のように、パージガス供給工程Ｓ２２（図３）は、降温工程Ｓ２０における真空引きの後に実行される。従って、パージガス供給工程Ｓ２２が実行される際の反応炉２内は、十分に（本実施例では、０．３［Ｐａ］まで）減圧されている。この場合、パージガスは、反応炉２内に勢いよく流れ込み、降温によって亀裂の入った堆積膜を剥離させるとともに、剥離させたパーティクルを反応炉２内のパージガス中に巻き上げる。反応炉２内の基板の表面に成膜する工程Ｓ１４（図２）において、基板のトレンチをポリシリコン膜で充填するための成膜を実施する場合、成膜の厚さが１μｍ程度となり、アウターチューブ４及びインナーチューブ６に堆積する堆積膜の厚さは比較的に厚くなる。この場合、降温工程Ｓ２０において、アウターチューブ４及びインナーチューブ６から剥離されるパーティクルも比較的に大きくて重くなる。パージガスが反応炉２内に勢いよく流れ込むことで、真空引きせずにパージガスを供給した場合と比較して、比較的に大きくて重いパーティクルも巻き上げられる。即ち、比較的に小さくて軽いパーティクルに加えて、比較的に大きくて重いパーティクルも巻き上げられる。

そして、パージガス供給工程Ｓ２２後に、真空引き工程Ｓ２４が実施される。この真空引きにより、パーティクル（比較的に大きくて重いパーティクルを含む）を巻き上げたパージガスの大部分を、反応炉２から排出することができる。即ち、比較的に小さくて軽いパーティクルに加えて、比較的に大きくて重いパーティクルも反応炉２から排出することができる。従って、真空引きすることなくパーティクルを排出する場合と比較して、より多くのパーティクルを反応炉２から排出することができる。以上により、パージ工程Ｓ１８において、反応炉２内の堆積膜を十分に排出することができる。この結果、次に、基板の表面にポリシリコン膜を成膜する工程Ｓ１４を実施する場合に、反応炉２内に残存した堆積膜がパーティクルとして剥離し、基板の表面にパーティクルが付着することを抑制することができる。これによって、半導体装置の製造品質が低下することを抑制することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：反応炉
４：アウターチューブ
６：インナーチューブ
８：ガス供給口
９：排出通路
１０：真空排気口
１２：ボート

Claims

反応炉内に基板を搬入する工程と、
前記反応炉内の前記基板の表面に成膜する工程と、
前記成膜後の前記基板を前記反応炉外に搬出する工程と、
前記基板の搬出後の前記反応炉内をガスパージするパージ工程と、を備えており、
前記パージ工程は、
前記反応炉内の温度を、予め定められている温度であって、前記反応炉内の堆積膜に亀裂が生じうる前記予め定められている温度まで低下させるとともに、前記反応炉内を真空引きする降温工程と、
前記降温工程後に、パージガスを前記反応炉内に供給するパージガス供給工程と、
前記パージガス供給工程後に、前記反応炉内を真空引きする真空引き工程と、を備える半導体装置の製造方法。