JPH09232296A - 半導体装置の製造装置および製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造装置および製造方法

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JPH09232296A
JPH09232296A JP8036134A JP3613496A JPH09232296A JP H09232296 A JPH09232296 A JP H09232296A JP 8036134 A JP8036134 A JP 8036134A JP 3613496 A JP3613496 A JP 3613496A JP H09232296 A JPH09232296 A JP H09232296A
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gas
oxygen
chamber
semiconductor device
exhaust pipe
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English (en)
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Yasuhiko Horie
靖彦 堀江
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコン酸化膜の成膜処理中の工程異常を低
減させ、シリコン酸化膜の生成膜厚の安定性を高める。 【解決手段】 ＴＥＯＳガスによりシリコン酸化膜を生
成した後、オゾン、酸素ラジカルなどを含む酸素ガスを
排気配管を加熱した状態で流通させるようにした製造装
置と製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００1】
【発明の属する技術分野】この発明は半導体装置の製造
装置および半導体装置の製造方法に関するもので、特に
シリコン酸化膜生成に用いて有効なものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体装置の製造工程におけるシ
リコン酸化膜生成には、ＴＥＯＳガスを用いた方法が広
く行われている。これは７００℃程度に加熱された石英
チャンバー内にシリコンウェハを入れ、石英チャンバー
内にＴＥＯＳガスを導入すると熱分解によりシリコンウ
ェハ表面にシリコン酸化膜が生成されるものである。な
お、ＴＥＯＳは、化学式Ｓi(ＯＣ2Ｈ5)4で表されるテト
ラエチルオルソシリケートである。
【０００３】従来の例を図について説明すると、図３
は、従来のシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）の形成のため
の半導体製造装置の構成を摸式的に示す図である。これ
は具体的には、シリコン酸化膜生成用減圧ＣＶＤ装置で
ある。図に示すように、この製造装置は、石英チャンバ
ー１とこの石英チャンバー１を加熱するヒーター２を備
え、石英チャンバー１内にシリコンウェハ３とこれを載
せる石英ボート４が収納される。また、石英チャンバー
１は、エアオペレートバルブ５ａ、５ｂ、およびマスフ
ローコントローラー６ａ、６ｂをかいして、それぞれＴ
ＥＯＳガス供給源および窒素ガス供給源に接続されてい
る。さらに、石英チャンバー１には、真空排気配管７、
メインバルブ８ａ、サブバルブ８ｂ、真空ポンプ９が接
続されている。
【０００４】図４は、上述のような製造装置によってシ
リコン酸化膜を生成する場合の、従来のシリコン酸化膜
形成のフローを示す図である。
【０００５】図３および図４にもとづいて、従来のシリ
コン酸化膜の形成フローを説明すると、先ず、石英チャ
ンバー１内にシリコンウェハ３を乗せたボート４を大気
圧状態下でロードする。このとき、窒素ガス（Ｎ2）導
入のためのバルブ５ｂを開け、流量調整のためのマスフ
ローコントローラー６ｂにより窒素ガスを２ｌ／分（リ
ットル／分）の流量で石英チャンバー１内に導入する。
（図４におけるＦ１１、ボートロード）
【０００６】次に、窒素ガスの流量調整用のマスフロー
コントローラー６ｂにより、窒素ガス流量を２００cc／
分にしたうえで、排気用のサブバルブ８ｂをあけて、石
英チャンバー１内を徐々に真空引きする。チャンバー１
内の圧力が２０Ｔｏｒｒ以下になったところで、窒素ガ
ス導入用のバルブ５ｂを閉じ、１Ｔｏｒｒ以下まで真空
引きする。その後、排気用のメインバルブ８ａを開けて
１０~3Ｔｏｒｒ以下まで更に真空引きする。（図４にお
けるＦ１２、真空引き）
【０００７】次に、排気用のサブバルブ８ｂおよびメイ
ンバルブ８ａを閉じて、石英チャンバー１内を真空ホー
ルドし、リークチェックを行う。チャンバー１内の圧力
が０．１Ｔｏｒｒ以下であればリークなしと判断し、再
度サブバルブ８ｂおよびメインバルブ８ａを開けて石英
チャンバー１内を真空引きする。（図４におけるＦ１
３、リークチェック）
【０００８】次に、ＴＥＯＳガスを導入するためのバル
ブ５ａを開け、流量調整用のマスフローコントローラー
６ａによりＴＥＯＳガスの量を１００cc／分にして石英
チャンバー１内に導入する。石英チャンバー１内は圧力
１．３Ｔｏｒｒ、温度６７０度に保持された状態で成膜
される。（図４におけるＦ１４、ＴＥＯＳ導入、成膜）
【０００９】成膜完了後、ＴＥＯＳ導入用のバルブ５ａ
を閉じて、窒素ガス導入用のバルブ５ｂを開け、石英チ
ャンバー１内を窒素ガスでパージする。（図４における
Ｆ１５、Ｎ2導入）
【００１０】ＴＥＯＳガスパージ完了後、窒素ガス流量
調整用のマスフローコントローラー６ｂにより窒素ガス
流量を５００cc／分にしてから排気用のメインバルブ８
ａを閉じ、石英チャンバー１内を５Ｔｏｒｒ程度にす
る。次に排気サブバルブ８ｂを閉じて、窒素ガスを３０
Ｔｏｒｒ程度にする。その後、マスフローコントローラ
ー６ｂの設定を徐々に大きくしていき、窒素ガスで常圧
まで戻す。（図４におけるＦ１６、Ｎ2常圧復帰）
【００１１】最後に、ボート４を石英チャンバー１から
取り出す。（図４におけるＦ１７、ボートアンロード）
【００１２】このような従来の半導体装置のシリコン酸
化膜形成のための製造装置および製造方法においては、
導入されるＴＥＯＳガスの大部分は完全に熱分解されず
に真空排気配管７に到達し、配管７内に堆積物を生成す
る。この堆積物はシリコン酸化膜形成時にアウトガスを
発生させ、これがパーティクルとなってシリコンウェハ
表面に付着し、製品の信頼性を低下させるという問題が
あった。
【００１３】これを図について説明すると、図３の半導
体製造装置において、チャンバー１内に導入されたＴＥ
ＯＳガスのうち大部分は完全に分解されないまま真空排
気配管７に到達し、図５に示すように、ここで冷却され
て生成物を生じる。
【００１４】シリコン酸化膜形成工程において、成膜後
の常圧復帰時には、図６（ａ）に示すように、シーケン
スで設定した一定時間窒素ガスを導入するため、石英チ
ャンバー１内の圧力は大気圧より少し高いところまで上
昇する。このため、次の工程のボートアンロード時に、
図６（ｂ）に示すように、真空排気配管７から石英チャ
ンバー１側へガスの逆流が生じる。このとき、未反応生
成物からの微細粉あるいはアウトガスが石英チャンバー
１内に到達し、パーティクルとなる。このため、パーテ
ィクルの発生を抑制するためには、未反応生成物が真空
排気配管７内に付着しにくくすることと、未反応生成物
の量を減少させ微細粉またはアウトガスの発生量を低下
させることが必要となる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、このよう
な従来の半導体製造装置および製造方法における問題
点、すなわちシリコン酸化膜形成時のパーティクルの発
生あるいは生成膜厚の不安定性などの問題を解決するた
めになされたもので、成膜処理中の工程異常を低減さ
せ、安定した成膜を実現できる半導体製造装置および半
導体製造方法を提供しようとするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】この発明の半導体装置の
製造装置は、半導体ウエハを収納するチャンバーと、こ
のチャンバーに窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段
と、このチャンバーにＴＥＯＳガスを供給するＴＥＯＳ
ガス供給手段と、前記チャンバーに酸素系ガスを供給す
る酸素系ガス供給手段と、前記チャンバーに供給するガ
スを切り替える切換え手段と、前記チャンバー内のガス
を排気するための排気管とを備えたことを特徴とするも
のである。
【００１７】また、この発明の半導体装置の製造装置
は、前記半導体装置の製造装置において、排気管を一定
温度に加熱する加熱装置を備えたことを特徴とするもの
である。
【００１８】また、この発明の半導体装置の製造装置
は、前記半導体装置の製造装置において、排気管を１５
０〜５００℃に加熱する加熱装置を備えたことを特徴と
するものである。
【００１９】また、この発明の半導体装置の製造装置
は、前記半導体装置の製造装置において、酸素系ガス供
給手段にオゾン発生器を備えたことを特徴とするもので
ある。
【００２０】また、この発明の半導体装置の製造装置
は、前記半導体装置の製造装置において、酸素系ガス供
給手段に、酸素系ガスに紫外線を照射する紫外線照射手
段を備えたことを特徴とするものである。
【００２１】また、この発明の半導体装置の製造装置
は、前記半導体装置の製造装置において、前記酸素系ガ
スとして、酸素ガス、オゾンまたは酸素ラジカルのいず
れか、またはこれらのいずれかの混合ガスを供給するこ
とを特徴とするものである。
【００２２】次に、この発明の半導体装置の製造方法
は、半導体ウエハが収納されたチャンバーに窒素ガスを
流通させる工程と、次に前記チャンバーにＴＥＯＳガス
を供給し反応させる工程と、前記ＴＥＯＳガスを前記チ
ャンバーに流通させながら排気管を通して排気する工程
と、次に前記チャンバーおよび前記排気管に酸素系ガス
を供給し流通させる工程とを含むことを特徴とするもの
である。
【００２３】また、この発明の半導体装置の製造方法
は、前記の半導体装置の製造方法において、排気管を一
定の高温に加熱して前記酸素系ガスを流通させる工程を
含むことを特徴とするものである。
【００２４】また、この発明の半導体装置の製造方法
は、前記の半導体装置の製造方法において、排気管を１
５０〜５００℃に加熱して前記酸素系ガスを流通させる
工程を含むことを特徴とするものである。
【００２５】また、この発明の半導体装置の製造方法
は、前記の半導体装置の製造方法において、酸素系ガス
として、酸素ガス、オゾンまたは酸素ラジカルのいずれ
か、またはこれらのいずれかの混合ガスを供給し流通さ
せる工程を含むことを特徴とするものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１および２．図１は、この発明の実施の形態
１の半導体装置の製造装置の構成を示す図である。具体
的にはシリコン酸化膜生成用減圧ＣＶＤ装置である。こ
の実施の形態は、真空排気配管の付着生成物を減少させ
るための酸素ガス導入ラインおよび真空排気配管の加熱
ヒーターを取り付けたシリコン酸化膜生成用減圧ＣＶＤ
装置である。
【００２７】この実施の形態の半導体の製造装置は、図
１に示すように、石英チャンバー１とこの石英チャンバ
ー１を加熱するヒーター２を備えている。石英チャンバ
ー１の中には、シリコンウェハ３が、石英ボート４に載
せられて収納される。また、石英チャンバー１は、それ
ぞれエアオペレートバルブ５ａ、５ｂ、マスフローコン
トローラー６ａ、６ｂを介してＴＥＯＳガス供給源およ
び窒素ガス（Ｎ2）供給源に接続されている。さらに、
石英チャンバー１には、エアオペレートバルブ５ｃ、マ
スフローコントローラー６ｃ、オゾン発生器１２、紫外
線照射装置１３を介して酸素系ガス供給源に接続されて
いる。さらに、石英チャンバー１の下流側には、真空排
気配管７、メインバルブ８ａ、サブバルブ８ｂを介して
真空ポンプ９が接続されている。真空排気配管７には、
加熱のためのヒーター１０とその温度制御のための温度
コントローラー１１が備えられている。
【００２８】エアオペレートバルブ５ａとマスフローコ
ントローラー６ａとは、ＴＥＯＳガス供給源に連通し、
ＴＥＯＳガス供給手段を形成する。エアオペレートバル
ブ５ｂとマスフローコントローラー６ｂは、窒素ガス供
給源につながり、窒素ガス供給手段を形成する。エアオ
ペレートバルブ５ｃ、マスフローコントローラー６ｃ、
オゾン発生器１２および紫外線照射装置１３は、酸素系
ガス源とつながり、酸素系ガス供給手段を形成する。ま
た、エアオペレートバルブ５ａ、５ｂ、５ｃは、石英チ
ャンバー１に導入するガスの種類を切り替える切換え手
段を構成する。
【００２９】図２は、この発明の実施の形態２におけ
る、半導体装置の製造方法を示す図である。これは、前
述のような、この発明の実施の形態の半導体製造装置に
よって、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）を生成する場合
の、シリコン酸化膜形成のフローを示す図である。図１
および図２に従って、シリコン酸化膜の形成フローを説
明する。
【００３０】工程１：ボートロード、 Ｎ2導入（図２、
Ｆ１） 先ず、石英チャンバー１内にシリコンウェハ３を載せた
ボート４を大気圧状態下でロードする。このとき、窒素
ガス（Ｎ2ガス）導入のためのバルブ５ｂを開け、流量
調整用のマスフローコントローラー６ｂにより窒素ガス
を２ｌ／分（リットル／分）の流量で石英チャンバー１
内に導入する。
【００３１】工程２：窒素ガス真空引き（図２、Ｆ２） 最初に、窒素ガスの流量調整のためのマスフローコント
ローラー６ｂにより窒素ガスの流量を２００cc／分に減
量したうえで、排気用のサブバルブ８ｂをあけて、石英
チャンバー１内を徐々に真空引きする。チャンバー１内
の圧力が２０Ｔｏｒｒ以下になったところで、窒素ガス
導入用のバルブ５ｂを閉じ、１Ｔｏｒｒ以下まで真空引
きする。その後、排気用のメインバルブ８ａを開けて、
１０~3Ｔｏｒｒ以下まで更に真空引きする。
【００３２】工程３：リークチェック（図２、Ｆ３） 排気用のサブバルブ８ｂおよびメインバルブ８ａを閉じ
て、石英チャンバー１内を真空ホールドし、リークチェ
ックを行う。チャンバー１内の圧力が０．１Ｔｏｒｒ以
下であればリークなしと判断し、再度排気用サブバルブ
８ｂおよびメインバルブ８ａを開けて、石英チャンバー
１内を真空引きする。
【００３３】工程４：ＴＥＯＳ導入、成膜（図２、Ｆ
４） ＴＥＯＳガス導入のためのバルブ５ａを開け、流量調整
のためのマスフローコントローラー６ａにより、温度６
７０℃、圧力１．３Ｔｏｒｒの条件下でＴＥＯＳガス１
００ＳＣＣＭ（cc／分）を石英チャンバー１内に導入
し、シリコンウェハ３の表面にシリコン酸化膜を生成す
る。なお、酸化膜形成のためのガスは、ＴＥＯＳのほか
ＴＥＯＳの多量体、例えばＯＭＴＣＳ（Octa Metyl Tet
ra Siloxane, Ｓi4Ｏ4(ＣＨ3)8）などを用いることもで
きる。
【００３４】工程５：ＴＥＯＳガス真空引き（図２、Ｆ
５） バルブ５ａを閉じて、ＴＥＯＳガスを止めた後、一旦石
英チャンバー１内を１０~3Ｔｏｒｒ以下まで真空引きす
る。
【００３５】工程６：酸素ガス導入→ 酸素ガスパージ
（図２、Ｆ６） 次に、酸素系ガスを導入するためのバルブ５ｃを開き、
酸素ガス（Ｏ2）もしくはオゾン（Ｏ3）その他酸素ラジ
カル（以下酸素系ガスと略称する）を導入しながら、排
気バルブ８ａ、８ｂを開け、排気配管７を通して排気す
る。このとき導入する酸素系ガス供給手段では、オゾン
発生器１２を活用し、また紫外線照射装置１３によりオ
ゾンまたは酸素ラジカル（活性酸素）の発生を促進させ
る。
【００３６】なお、少なくとも酸素系ガスを流している
間、真空排気配管７はヒーター１０および温度コントロ
ーラー１１により常に１５０℃から５００℃の間で一定
温度に保持する。
【００３７】工程７：酸素ガス常圧復帰（図２、Ｆ７） 最初、酸素ガスの流量調整のためのマスフローコントロ
ーラー６ｃにより酸素ガス流量を５００cc／分にしてか
ら排気用のメインバルブ８ａを閉じ、石英チャンバー１
内を５Ｔｏｒｒ程度にする。次に排気用のサブバルブ８
ｂを閉じて３０Ｔｏｒｒ程度にする。その後、マスフロ
ーコントローラー６ｃの設定を徐々に大きくしていき、
常圧まで戻す。
【００３８】工程８：ボートアンロード（ウエハアンロ
ード）（図２、Ｆ８） 酸素系ガスが大気圧に戻ったところで、石英ボート４を
アンローディングする。
【００３９】なお、真空排気配管７はヒーター１０およ
び温度コントローラー１１により常に１５０℃から５０
０℃の間の一定温度に保持されている。実験によれば、
未反応生成物の除去のための真空排気配管７の加熱温度
は、１５０℃以上で効果が大きく、さらに２００℃以上
では顕著な効果があり、加熱温度の上昇とともに未反応
生成物の質量が急激に減少していく。また、５００℃程
度までの加熱で十分でそれ以上高温にする必要はない。
【００４０】この様に、真空排気配管7を、常時、全プ
ロセスの間、高温に加熱し、 酸素ガスを流しながら真
空引きすることにより、真空排気配管７内に堆積した未
反応ＴＥＯＳ生成物の酸化が加速され、その質量が減少
しながら組成がシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）に近づく
ため、未反応生成物から発生する微細粉およびアウトガ
スが減少する。このため、シリコンウェハ３上に付着す
るパーティクルが低減され、生成されるシリコン酸化膜
の膜厚再現性も向上する。
【００４１】このとき起きているオゾンによる未反応生
成物の組成変化を、もう少し詳しく説明すると次のよう
に考えられる。先ず、ＴＥＯＳを熱分解したときの化学
反応は、 Ｓi(ＯＣ2Ｈ5)4 → ＳiＯ2+４Ｃ2Ｈ4+２Ｈ2Ｏ↑ である。しかし、実際の装置内ではこの反応は完全には
行われず、例えば、ＳiＣ0.90Ｈ3.62Ｏ3.30, ＳiＣ0.53
Ｈ1.98Ｏ2.75といった組成式で表される生成物を生じ
る。これらの生成物は、-ＯＨ-，-ＣＨ- 等の結合をも
っていると考えられる。
【００４２】一方、オゾンは、 Ｏ3 → Ｏ2+Ｏ* のように、Ｏ2とＯ*（酸素ラジカル）を生じる。Ｏ
2は、 Ｓi(ＯＣ2Ｈ5)4+ｍＯ2 → ＳiＯ2+ｐＣＯ2↑+ｑＨ2Ｏ↑……（１） のようにＴＥＯＳを酸化するため、未反応生成物に関し
ても同様な酸化反応を示し、組成がＳiＯ2に近づくと考
えられる。また、酸素ラジカルＯ*はより強力な酸化剤
であるため、（１）式のような反応がより加速される。
このようにして、未反応生成物の組成をＳiＯ2に近づけ
ることにより、その質量が減少し、微細粉およびアウト
ガスの発生量が減少するため、パーテイクルの発生が抑
制されると考えられる。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように、この発明による半
導体装置の製造装置および半導体装置の製造方法によれ
ば、シリコン酸化膜の成膜において付着生成物（パーテ
イクル）を低減させ、生成膜厚の安定した半導体装置を
製造することができる製造装置が得られ、また成膜処理
中の工程異常の低減をはかり、付着生成物（パーテイク
ル）を低減させ、生成膜厚の安定を図った半導体装置の
製造方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態における半導体装置の製
造装置の構成を摸式的に示す図。
【図２】この発明の実施の形態における半導体装置の製
造方法のフローを示す図。
【図３】従来の、半導体装置の製造装置の構成を摸式的
に示す図。
【図４】従来の、半導体装置の製造方法のフローを示す
図。
【図５】従来の、半導体装置の製造装置および製造方法
を説明するための図。
【図６】従来の、半導体装置の製造装置および製造方法
を説明するための図。
【符号の説明】
１ 石英チャンバー、２ ヒーター、３ シリコンウェ
ハ、４ 石英ボート、５ エアオペレートバルブ、６
マスフローコントローラー、７ 真空排気配管、１０
加熱手段（ヒーター）、１１ 温度コントローラー、１
２ オゾン発生器、１３ 紫外線照射装置。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体ウエハを収納するチャンバーと、
    このチャンバーに窒素ガスを供給する窒素ガス供給手段
    と、このチャンバーにＴＥＯＳガスを供給するＴＥＯＳ
    ガス供給手段と、前記チャンバーに酸素系ガスを供給す
    る酸素系ガス供給手段と、前記チャンバーに供給するガ
    スを切り替える切換え手段と、前記チャンバー内のガス
    を排気するための排気管とを備えたことを特徴とする半
    導体装置の製造装置。
  2. 【請求項２】 前記排気管を一定温度に加熱する加熱装
    置を備えたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装
    置の製造装置。
  3. 【請求項３】 前記排気管を１５０〜５００℃に加熱す
    る加熱装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載の
    半導体装置の製造装置。
  4. 【請求項４】 前記酸素系ガス供給手段にオゾン発生器
    を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか
    １項に記載の半導体装置の製造装置。
  5. 【請求項５】 前記酸素系ガス供給手段に、酸素系ガス
    に紫外線を照射する紫外線照射手段を備えたことを特徴
    とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の半導体
    装置の製造装置。
  6. 【請求項６】 前記酸素系ガスとして、酸素ガス、オゾ
    ンまたは酸素ラジカルのいずれか、またはこれらのいず
    れかの混合ガスを供給することを特徴とする請求項１な
    いし５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造装置。
  7. 【請求項７】 半導体ウエハが収納されたチャンバーに
    窒素ガスを流通させる工程と、次に前記チャンバーにＴ
    ＥＯＳガスを供給し反応させる工程と、前記ＴＥＯＳガ
    スを前記チャンバーに流通させながら排気管を通して排
    気する工程と、次に前記チャンバーおよび前記排気管に
    酸素系ガスを供給し流通させる工程とを含むことを特徴
    とする半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項８】 前記排気管を一定の高温に加熱して前記
    酸素系ガスを流通させる工程を含むことを特徴とする請
    求項７に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 【請求項９】 前記排気管を１５０〜５００℃に加熱し
    て前記酸素系ガスを流通させる工程を含むことを特徴と
    する請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
  10. 【請求項１０】 前記酸素系ガスとして、酸素ガス、オ
    ゾンまたは酸素ラジカルのいずれか、またはこれらのい
    ずれかの混合ガスを供給し流通させる工程を含むことを
    特徴とする請求項７ないし９のいずれか１項に記載の半
    導体装置の製造方法。
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