JP7137428B2 - 薄膜形成装置及びその運転方法 - Google Patents
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Description
[1] 薄膜を形成する反応炉と、
前記反応炉内に原料ガスを供給する1以上の原料ガス供給経路と、
前記原料ガス供給経路に設けられた1以上の原料ガス流量制御装置と、
前記反応炉内から排出された排ガスを搬送する排気経路と、
前記排気経路に設けられた真空ポンプと、
前記排気経路に設けられた1以上のハロゲン含有ガス導入口と、
前記ハロゲン含有ガス導入口から前記排気経路内にハロゲン含有ガスを供給する1以上のハロゲン含有ガス供給経路と、
前記ハロゲン含有ガス供給経路に設けられた1以上のハロゲン含有ガス流量制御装置と、
1以上の前記原料ガス流量制御装置及び前記ハロゲン含有ガス流量制御装置と電気的に接続された制御装置と、を備える薄膜形成装置。
[2] 前記排気経路が、前記真空ポンプの二次側に少なくとも1以上の前記ハロゲン含有ガス導入口を有する、[1]に記載の薄膜形成装置。
[3] 前記排気経路が、前記真空ポンプの一次側に少なくとも1以上の前記ハロゲン含有ガス導入口を有する、[1]又は[2]に記載の薄膜形成装置。
[4] 前記原料ガスが、ケイ素及びゲルマニウムのうち、少なくとも1以上の金属原子を含む、[1]乃至[3]のいずれか一項に記載の薄膜形成装置。
[5] 前記ハロゲン含有ガスが、フッ素原子を含む、[1]乃至[4]のいずれか一項に記載の薄膜形成装置。
[6] 前記制御装置は、前記原料ガスに含まれる前記金属原子の積算供給原子数Aを演算するとともに、前記ハロゲン含有ガスに含まれるハロゲン原子の積算供給原子数Bが前記積算供給原子数Aの3~5倍の範囲となるように、前記ハロゲン含有ガスの供給時間を演算する、[4]又は[5]に記載の薄膜形成装置。
[7] [1]乃至[6]のいずれか一項に記載の薄膜形成装置の運転方法であって、
排気経路内にハロゲン含有ガスと反応する成分が存在している間のみ、前記排気経路内に前記ハロゲン含有ガスを供給する、薄膜形成装置の運転方法。
[8] 反応炉内に供給する原料ガスの供給量から、前記排気経路内への前記ハロゲン含有ガスの供給時間を算出する、[7]に記載の薄膜形成装置の運転方法。
[9] 前記原料ガスが、ケイ素及びゲルマニウムのうち、少なくとも1以上の金属原子を含み、
前記ハロゲン含有ガスが、フッ素原子を含む場合において、
前記フッ素原子の積算供給原子数Bが前記金属原子の積算供給原子数Aの3~5倍の範囲内なるように、前記ハロゲン含有ガスの供給時間を制御する、[8]に記載の薄膜形成装置の運転方法。
先ず、本発明を適用した一実施形態である薄膜形成装置の構成について、説明する。図1は、本発明を適用した一実施形態である薄膜形成装置の構成の一例を模式的に示す系統図である。
図1に示すように、本実施形態の薄膜形成装置1は、反応炉2、原料ガス供給経路L1、原料ガス流量制御装置3、排気経路L4、真空ポンプ6、ハロゲン含有ガス導入口7,8、ハロゲン含有ガス供給経路L5,L6、ハロゲン含有ガス流量制御装置9,10、及び制御装置11を備えて、概略構成されている。本実施形態の薄膜形成装置1は、排気経路L4内を清浄に保つための装置である。
反応炉2には、原料ガス供給経路L1、各種プロセスガス供給経路L2、不活性ガス供給経路L3がそれぞれ1以上接続されている。これにより、反応炉2内に、原料ガス、各種プロセスガス及び不活性ガスを適宜供給可能とされている。
また、反応炉2には、排気経路L4が接続されている。これにより、反応炉2内の排ガスを反応炉2の外側に排出できる。
ゲルマニウムを含む原料ガスとしては、GeH4、Ge2H6、Ge(CH3)4、Ge(C2H5)4、((CH3)2CHCH2)GeH3、(イソブチルゲルマン/IBGe)等が挙げられる。
なお、排ガス経路L4内を通過する排ガスには、反応炉2内に供給された各種ガス、すなわち、未反応の原料ガス、各種プロセスガス、及び不活性ガス、並びに反応炉2内の反応で生成した反応副生成ガスが含まれる。
また、排気経路L4には、真空ポンプ6、及びハロゲン含有ガス導入口7,8がそれぞれ設けられている。
次に、本実施形態の薄膜形成装置1の運転方法、すなわち、薄膜の形成方法及び排気配管L4内の清浄化方法について説明する。なお、本実施形態の薄膜形成装置1の運転方法では、薄膜形成装置1がALD装置である場合を一例として説明する。
先ず、薄膜の形成方法について説明する。
反応炉2内に、薄膜を形成させたい基板(例えば、シリコン基板)を設置する。次に、不活性ガス供給経路L3と真空ポンプ6とを用いて、反応炉2内をパージする。次いで、反応炉2内に、原料ガスと、酸化性ガスや還元性ガスからなる反応性ガス(プロセスガス)と、を交互に供給して、基板上に薄膜を形成する。
そこで、本実施形態の薄膜形成装置1の運転方法では、反応炉2内への原料ガスの供給と連動させて、反応炉2の排気側(すなわち、排気経路L4内)にハロゲン含有ガスを供給することで、堆積物の発生を予防する。一方で、排気配管の腐食を予防することも重要である。したがって、本実施形態の薄膜形成装置1の運転方法では、排気経路L4内にハロゲン含有ガスと反応する成分(堆積物や未反応の原料ガスなど)が存在している間のみ、排気経路L4内にハロゲン含有ガスを供給する。
(1)反応炉2内への原料ガスの供給開始から、所定の待ち時間を経た後、排気経路L4内へのハロゲン含有ガスの供給を開始する。
(2)原料ガスに含まれる金属原子の積算供給原子数を演算し、演算結果とハロゲン含有ガスの供給流量とに基づいて、排気経路L4内へのハロゲン含有ガスの供給時間をハロゲン含有ガス導入口7,8ごとに決定し、ハロゲン含有ガス流量制御装置9,10の動作を制御する。
以下の実施例1~3は、図1に示す薄膜形成装置1と同様の構成を持つALD装置を用いて行った。
ALD装置において、原料ガスとしてトリスジメチルアミノシラン(3DMAS)を用いてシリコン酸化膜を形成した。また、真空ポンプ6の下流側に設けたハロゲン含有ガス導入口7からハロゲン含有ガスとしてフッ化水素(HF)を供給し、排気配管内の清浄化を行った。
なお、3DMASの供給流量は10sccm、HFの供給流量は40sccmとした。
また、3DMASを供給開始してから、HFを供給開始するまでの待機時間は1秒とした。
結果、排気経路(排気配管)L4内で効率よく、SiF4を副生成することができ、排気経路L4内におけるケイ素含有堆積物の発生を予防できた。また、本プロセスのALD工程を100時間繰り返した後の排気配管には腐食は確認されなかった。
ALD装置において、原料ガスとしてトリスジメチルアミノシラン(3DMAS)を用いてシリコン酸化膜を形成した。また、真空ポンプ6の下流側に設けたハロゲン含有ガス導入口7からハロゲン含有ガスとして三フッ化塩素(CLF3)を供給し、排気配管内の清浄化を行った。
なお、3DMAS及び三フッ化塩素の供給流量はそれぞれ5sccmとした。
結果、排気経路(排気配管)L4内で効率よく、SiF4を副生成することができ、排気経路L4内におけるケイ素含有堆積物の発生を予防できた。また、本プロセスのALD工程を100時間繰り返した後の排気配管には腐食は確認されなかった。
ALD装置において、原料ガスとしてビスジエチルアミノシラン(BDEAS)を用いてシリコン酸化膜を形成した。また、真空ポンプ6の下流側に設けたハロゲン含有ガス導入口7、及び真空ポンプ6の上流側に設けたハロゲン含有ガス導入口8からハロゲン含有ガスとしてフッ化水素(HF)をそれぞれ供給し、排気配管内の清浄化を行った。
なお、BDEASの供給流量は20sccm、ハロゲン含有ガス導入口7,8からのHFの供給流量はそれぞれ10sccm,40sccmとした。
ハロゲン含有ガスであるHFの供給形態は、真空ポンプ6の下流側に設けたハロゲン含有ガス導入口7からは、BDEASの供給開始後、HFを供給開始するまでの待機時間を1秒とし、その後、連続で480秒間供給した。
一方、真空ポンプ6の上流側に設けたハロゲン含有ガス導入口8からは、原料ガスの供給が停止している2回の待機時間中のそれぞれで60秒間供給した。
結果、排気経路(排気配管)L4内で効率よく、SiF4を副生成することができ、排気経路L4内におけるケイ素含有堆積物の発生を予防できた。また、排気配管の腐食を防ぐことができた。さらに、原料ガスの供給中、真空ポンプ6の上流側に設けたハロゲン含有ガス導入口8からのハロゲン含有ガスの供給を停止したため、ハロゲン含有ガスの反応炉2側への逆拡散を防ぐことができた。
Claims (7)
- 薄膜を形成する反応炉と、
前記反応炉内に原料ガスを供給する1以上の原料ガス供給経路と、
前記原料ガス供給経路に設けられた1以上の原料ガス流量制御装置と、
前記反応炉内から排出された排ガスを搬送する排気経路と、
前記排気経路に設けられた真空ポンプと、
前記排気経路に設けられた1以上のハロゲン含有ガス導入口と、
前記ハロゲン含有ガス導入口から前記排気経路内にハロゲン含有ガスを供給する1以上のハロゲン含有ガス供給経路と、
前記ハロゲン含有ガス供給経路に設けられた1以上のハロゲン含有ガス流量制御装置と、
1以上の前記原料ガス流量制御装置及び前記ハロゲン含有ガス流量制御装置と電気的に接続された制御装置と、を備え、
前記原料ガスが、ケイ素及びゲルマニウムのうち、少なくとも1以上の金属原子を含み、
前記制御装置は、前記原料ガスに含まれる前記金属原子の積算供給原子数Aを演算するとともに、前記ハロゲン含有ガスに含まれるハロゲン原子の積算供給原子数Bが前記積算供給原子数Aの3~5倍の範囲となるように、前記ハロゲン含有ガスの供給時間を演算する、薄膜形成装置。 - 前記排気経路が、前記真空ポンプの二次側に少なくとも1以上の前記ハロゲン含有ガス導入口を有する、請求項1に記載の薄膜形成装置。
- 前記排気経路が、前記真空ポンプの一次側に少なくとも1以上の前記ハロゲン含有ガス導入口を有する、請求項1又は2に記載の薄膜形成装置。
- 前記ハロゲン含有ガスが、フッ素原子を含む、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の薄膜形成装置。
- 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の薄膜形成装置の運転方法であって、
排気経路内にハロゲン含有ガスと反応する成分が存在している間のみ、前記排気経路内に前記ハロゲン含有ガスを供給する、薄膜形成装置の運転方法。 - 反応炉内に供給する原料ガスの供給量から、前記排気経路内への前記ハロゲン含有ガスの供給時間を算出する、請求項5に記載の薄膜形成装置の運転方法。
- 前記原料ガスが、ケイ素及びゲルマニウムのうち、少なくとも1以上の金属原子を含み、
前記ハロゲン含有ガスが、フッ素原子を含む場合において、
前記フッ素原子の積算供給原子数Bが前記金属原子の積算供給原子数Aの3~5倍の範囲内なるように、前記ハロゲン含有ガスの供給時間を制御する、請求項6に記載の薄膜形成装置の運転方法。
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JP2000223430A (ja) | 1998-11-27 | 2000-08-11 | Tokyo Electron Ltd | 熱処理装置及びその洗浄方法 |
JP2012054541A (ja) | 2010-08-05 | 2012-03-15 | Ebara Corp | 排気系システム |
US20130133697A1 (en) | 2011-06-29 | 2013-05-30 | Paul A. STOCKMAN | Prevention of post-pecvd vacuum and abatement system fouling using a fluorine containing cleaning gas chamber |
JP2017183603A (ja) | 2016-03-31 | 2017-10-05 | 東芝メモリ株式会社 | エピタキシャル成長装置 |
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