KR100779823B1 - 박막 형성 장치, 박막 형성 방법 및 박막 형성 장치의 세정 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 피처리체를 수용하는 반응실 내에 처리 가스를 공급하여 상기 피처리체에 박막을 형성하는 박막 형성 장치를 세정하는 방법이며, 상기 반응실 내에 질소를 포함하는 활성화 가능한 질소계 가스를 공급하여 상기 반응실 내를 퍼지하는 퍼지 공정을 구비한다. 상기 퍼지 공정은 상기 질소계 가스를 활성화시켜 상기 반응실 내의 부재의 표면을 질화시키는 공정을 구비한다.
박막 형성 장치, 질소계 가스, 퍼지 공정, 열처리 장치
Description
본 발명은, 박막 형성 장치의 세정 방법에 관한 것으로, 상세하게는 박막 형성 장치의 배기관 등의 배기계에 부착되는 반응 생성물을 제거하는 박막 형성 장치의 세정 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에서는 CVD(Chemical Vapor Deposition; 화학 기상 증착) 등의 처리에 의해 피처리체, 예를 들어 반도체 웨이퍼에 박막을 형성하는 것이 행해지고 있다. 이와 같은 박막 형성 공정에서는, 예를 들어 도8에 도시한 바와 같은 열처리 장치가 이용되어 있다.
도8에 도시하는 열처리 장치(51)를 이용한 박막의 형성은 이하와 같이 하여 행해진다. 우선, 내관(52a) 및 외관(52b)으로 이루어지는 이중관 구조의 반응관(52)을 히터(53)에 의해 소정의 온도, 예를 들어 760 ℃로 가열한다. 다음에, 복수매의 반도체 웨이퍼(54)를 수용하는 웨이퍼 보트(55)를 반응관(52)[내관(52a)] 내에 로드한다. 다음에, 배기 포트(56)로부터 반응관(52) 내의 가스를 배출하여 반응관(52) 내를 소정의 압력, 예를 들어 26.5 ㎩(0.2 Torr)로 감압한다. 반응관(52) 내부가 소정의 압력으로 감압되면, 가스 도입관(57)으로부터 내관(52a) 내로 처리 가스가 공급된다. 내관(52a) 내에 처리 가스가 공급되면, 처리 가스가 열반응을 일으켜 상기 열반응에 의해 생성된 반응 생성물이 반도체 웨이퍼(54)의 표면에 퇴적되어 반도체 웨이퍼(54)의 표면에 박막이 형성된다.
박막 형성 처리시에 발생하는 배기 가스는 배기 포트(56), 배기관(58)을 거쳐서 열처리 장치(51)의 외부로 배출된다. 배기관(58)에는 도시하지 않은 트랩, 스크러버 등이 개재 설치되어 있고, 배기 가스 중에 포함되는 반응 생성물을 제거하도록 구성되어 있다.
그런데, 박막 형성 처리시에 생성되는 반응 생성물은 반도체 웨이퍼(54)의 표면뿐만 아니라, 예를 들어 내관(52a)의 내벽 등의 열처리 장치(51)의 내부 표면에도 퇴적(부착)되어 버린다. 이들 부재에 반응 생성물이 부착된 상태에서 박막 형성 처리를 계속하면, 곧 반응 생성물이 박리되어 파티클을 발생시켜 버린다. 이 파티클은 반도체 웨이퍼(54)에 부착되어 제조되는 반도체 장치의 수율을 저하시킬 수 있다.
이로 인해, 종래의 열처리 장치에서는, 예를 들어 파티클이 발생하지 않을 정도의 횟수만큼 박막 형성 처리가 행해진다. 그 후, 히터(53)에 의해 열처리 장치(51) 내부가 소정의 온도로 승온되어 상기 승온된 열처리 장치(51) 내에, 예를 들어 불소와 할로겐 포함 산성 가스와의 혼합 가스(클리닝 가스)가 공급되어 반응관(52)의 내벽 등의 열처리 장치(51)의 내부 표면에 부착된 반응 생성물이 제거(드라이 에칭)되어 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 평3-293726호 공보).
그러나, 열처리 장치(51) 내에 상기 클리닝 가스가 공급될 때, 클리닝 가스 에 포함되는 불소는 반응관(52) 내의 재료, 예를 들어 석영 중에 확산된다. 그 후에 열처리 장치(51) 내에 질소 가스가 공급되어도 상기 불소는 열처리 장치(51) 밖으로 배출되기 어렵다. 이와 같이 반응관(52)을 구성하는 석영 중에 불소가 확산된 상태에서 박막 형성 처리가 행해지면, 박막 형성 처리 중에 반응관(52)으로부터 불소를 확산(외측 확산)할 수 있다. 이 경우, 반도체 웨이퍼(54) 상에 형성되는 박막 중의 불소 농도가 높아져 버린다.
또한, 반응관(52)으로부터 불소가 외측 확산되면, 반도체 웨이퍼(54) 상에 형성되는 박막에 불소계 불순물(예를 들어, SiF)이 혼입될 우려도 있다. 박막에 불소계 불순물이 혼입되면 제조되는 반도체 장치의 수율이 저하되어 버린다.
또한, 종래의 열처리 장치(51)는 고온 또한 저압으로 유지되는 반응관(52) 내에서 반도체 웨이퍼(54)의 표면에 반응 생성물을 퇴적시키는 박막 형성 처리를 반복하여 행한다. 이로 인해, 장치 내부가 정기적으로 세정되어도 반응관(52)을 형성하는 재료인 석영으로부터 미량의 불순물이 방출(발생)될 수 있다. 예를 들어, 반응관(52)을 구성하는 재료인 석영 중에는 구리 등으로 이루어지는 미량의 금속 오염 물질(금속 오염물)이 포함되어 있고, 이 금속 오염물을 박막 형성 처리 중에 반응관(52)으로부터 외측 확산할 수 있다. 이와 같은 금속 오염물 등의 불순물이 반도체 웨이퍼(54)에 부착되면 제조되는 반도체 장치의 수율이 저하되어 버린다.
본 발명은 상기 문제에 비추어 이루어진 것으로, 형성되는 박막에의 불순물 의 혼입을 억제할 수 있는 박막 형성 장치, 박막 형성 장치의 세정 방법 및 박막 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 박막 형성 처리 중에 있어서 불소, 금속 오염 물질 등의 불순물의 확산을 억제할 수 있는 박막 형성 장치, 박막 형성 장치의 세정 방법 및 박막 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 형성되는 박막 중의 불소, 금속 오염 물질 등의 불순물의 농도를 낮게 억제할 수 있는 박막 형성 장치, 박막 형성 장치의 세정 방법 및 박막 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 박막 형성 장치의 세정 방법은 피처리체를 수용하는 반응실 내에 처리 가스를 공급하여 상기 피처리체에 박막을 형성하는 박막 형성 장치를 세정하는 방법이며, 상기 반응실 내에 질소를 포함하는 활성화 가능한 질소계 가스를 공급하여 상기 반응실 내를 퍼지하는 퍼지 공정을 구비하고, 상기 퍼지 공정은 상기 질소계 가스를 활성화시켜 상기 반응실 내의 부재의 표면을 질화시키는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치의 세정 방법이다.
본 발명에 따르면, 활성화된 질소계 가스에 의해 반응실 내의 부재, 예를 들어 반응실을 구성하는 부재의 표면이 질화된다. 이로 인해, 반응실 내의 부재 중으로부터 불순물이 방출되기 어려워져 박막에의 불순물의 혼입을 억제할 수 있다.
혹은, 본 발명은 피처리체를 수용하는 반응실 내에 처리 가스를 공급하여 상기 피처리체에 박막을 형성하는 박막 형성 장치를 세정하는 방법이며, 상기 반응실 내에 질소를 포함하는 활성화 가능한 질소계 가스를 공급하여 상기 반응실 내를 퍼지하는 퍼지 공정을 구비하고, 상기 퍼지 공정은 상기 질소계 가스를 활성화시켜 상기 반응실 내의 부재 중에 포함되는 금속 오염 물질과 활성화된 상기 질소계 가스를 반응시킴으로써 상기 금속 오염 물질을 상기 부재 중으로부터 제거하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치의 세정 방법이다.
이 특징에 따르면, 활성화된 질소계 가스가 반응실 내의 부재, 예를 들어 반응실을 구성하는 부재 중에 포함되는 금속 오염 물질과 반응하여 부재 중으로부터 금속 오염 물질이 제거된다. 이로 인해, 반응실 내의 부재 중에 포함되는 금속 오염 물질량이 저감되어 박막 형성 중에 있어서의 금속 오염 물질의 확산이 억제된다. 따라서, 형성되는 박막 중의 금속 오염 물질 농도가 저감된다. 또한, 박막에 불순물이 혼입되기 어려워진다.
혹은, 본 발명은 피처리체를 수용하는 반응실 내에 처리 가스를 공급하여 상기 피처리체에 박막을 형성하는 박막 형성 장치를 세정하는 방법이며, 상기 반응실 내에 불소를 포함하는 클리닝 가스를 공급하여 상기 박막 형성 장치 내에 부착한 부착물을 제거하는 부착물 제거 공정과, 상기 반응실 내에 질소를 포함하는 활성화 가능한 질소계 가스를 공급하여 상기 반응실 내를 퍼지하는 퍼지 공정을 구비하고, 상기 퍼지 공정은 상기 질소계 가스를 활성화시켜 상기 부착물 제거 공정에서 상기 반응실 내의 부재 중에 확산한 불소와 활성화된 상기 질소계 가스를 반응시킴으로써 상기 불소를 상기 부재 중으로부터 제거하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치의 세정 방법이다.
이 특징에 따르면, 활성화된 질소계 가스가 반응실 내의 부재, 예를 들어 반응실을 구성하는 부재 중에 확산한 불소와 반응하여 부재 중으로부터 불소가 제거된다. 이로 인해, 반응실 내의 부재 중에 확산한 불소량이 저감되어 박막 형성 중에 있어서의 불소의 확산이 억제된다. 따라서, 형성되는 박막 중의 불소 농도가 저감된다. 또한, 박막에 불순물이 혼입되기 어려워진다.
혹은, 본 발명은 피처리체를 수용하는 반응실 내에 처리 가스를 공급하여 상기 피처리체에 박막을 형성하는 박막 형성 장치를 세정하는 방법이며, 상기 반응실 내에 불소를 포함하는 클리닝 가스를 공급하여 상기 박막 형성 장치 내에 부착한 부착물을 제거하는 부착물 제거 공정과, 상기 반응실 내에 질소를 포함하는 활성화 가능한 질소계 가스를 공급하여 상기 반응실 내를 퍼지하는 퍼지 공정을 구비하고, 상기 퍼지 공정은 상기 질소계 가스를 활성화시켜 상기 반응실 내의 부재의 표면을 질화시키는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치의 세정 방법이다.
이 특징에 따르면, 활성화된 질소계 가스에 의해 반응실 내의 부재, 예를 들어 반응실을 구성하는 부재의 표면이 질화된다. 이로 인해, 반응실 내의 부재 중의 불소가 확산(방출)되기 어려워져 박막 형성 중에 있어서의 불소의 확산이 억제된다. 따라서, 형성되는 박막 중의 불소 농도가 저감된다. 또한, 박막에의 불순물의 혼입을 억제할 수 있다.
상기 질소계 가스는, 예를 들어 암모니아, 일산화이질소, 또는 산화질소이다.
상기 퍼지 공정에서는, 예를 들어 상기 반응실 내부가 133 ㎩ 내지 53.3 ㎪ 로 유지된다.
상기 퍼지 공정에서는, 예를 들어 상기 질소계 가스가 소정의 온도로 승온된 상기 반응실 내에 공급됨으로써 활성화된다. 바람직하게는, 상기 퍼지 공정에서는 상기 반응실 내부가 600 ℃ 내지 1050 ℃로 승온된다.
예를 들어, 상기 반응실 내의 부재는 석영으로 구성되어 있다.
예를 들어, 상기 처리 가스는 암모니아와 규소를 포함하는 가스를 포함하고 있고, 상기 박막은 실리콘 질화막이고, 상기 질소계 가스는 암모니아이다. 이 경우, 예를 들어 상기 규소를 포함하는 가스는 디클로로실란, 헥사클로로디실란, 모노실란, 디실란, 테트라클로로실란, 트리클로로실란, 비스타샤르부틸아미노실란, 혹은 헥사에틸아미노디실란이다.
또한, 본 발명은 상기 중 어느 하나의 특징을 갖는 박막 형성 장치의 세정 방법에 따라서 박막 형성 장치를 세정하는 세정 공정과, 피처리체를 수용하는 반응실 내를 소정의 온도로 승온하여 상기 반응실 내에 처리 가스를 공급하여 상기 피처리체에 박막을 형성하는 성막 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법이다.
본 발명에 따르면, 반응실 내의 부재로부터 불순물이 방출되기 어려워져 박막에의 불순물의 혼입을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명은 피처리체를 수용하는 반응실 내에 처리 가스를 공급하여 상기 피처리체에 박막을 형성하는 박막 형성 장치이며, 상기 반응실 내에 질소를 포함하는 활성화 가능한 질소계 가스를 공급하는 질소계 가스 공급 수단과, 상기 질 소계 가스를 활성화시키는 활성화 수단과, 상기 활성화 수단을 제어하여 상기 질소계 가스를 활성화시켜 상기 반응실 내의 부재의 표면을 질화시키는 질화 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치이다.
본 발명에 따르면, 활성화 수단에 의해 활성화된 질소계 가스에 의해 반응실 내의 부재의 표면이 질화된다. 이로 인해, 반응실 내의 부재 중으로부터 불순물이 방출되기 어려워져 박막에의 불순물의 혼입을 억제할 수 있다.
혹은, 본 발명은 피처리체를 수용하는 반응실 내에 처리 가스를 공급하여 상기 피처리체에 박막을 형성하는 박막 형성 장치이며, 상기 반응실 내에 질소를 포함하는 활성화 가능한 질소계 가스를 공급하는 질소계 가스 공급 수단과, 상기 질소계 가스를 활성화시키는 활성화 수단과, 상기 활성화 수단을 제어하여 상기 질소계 가스를 활성화시켜 상기 반응실 내의 부재 중에 포함되는 금속 오염 물질과 활성화된 상기 질소계 가스를 반응시킴으로써 상기 금속 오염 물질을 상기 부재 중으로부터 제거하는 오염 물질 제거 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치이다.
이 특징에 따르면, 활성화 수단에 의해 활성화된 질소계 가스가 반응실 내의 부재 중에 포함되는 금속 오염 물질과 반응하여 부재 중으로부터 금속 오염 물질이 제거된다. 이로 인해, 반응실 내의 부재 중에 포함되는 금속 오염 물질량이 저감되어 박막 형성 중에 있어서의 금속 오염 물질의 확산이 억제된다. 따라서, 형성되는 박막 중의 금속 오염 물질 농도가 저감된다. 또한, 박막에 불순물이 혼입되기 어려워진다.
혹은, 본 발명은 피처리체를 수용하는 반응실 내에 처리 가스를 공급하여 상기 피처리체에 박막을 형성하는 박막 형성 장치이며, 상기 반응실 내에 불소를 포함하는 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 가스 공급 수단과, 상기 반응실 내에 질소를 포함하는 활성화 가능한 질소계 가스를 공급하는 질소계 가스 공급 수단과, 상기 질소계 가스를 활성화시키는 활성화 수단과, 상기 활성화 수단을 제어하여 상기 질소계 가스를 활성화시켜 상기 반응실 내의 부재 중에 확산한 불소와 활성화된 상기 질소계 가스를 반응시킴으로써 상기 불소를 상기 부재 중으로부터 제거하는 불소 제거 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치이다.
이 특징에 따르면, 활성화 수단에 의해 활성화된 질소계 가스가 반응실 내의 부재 중에 확산한 불소와 반응하여 부재 중으로부터 불소가 제거된다. 이로 인해, 반응실 내의 부재 중에 확산한 불소량이 저감되어 박막 형성 중에 있어서의 불소의 확산이 억제된다. 따라서, 형성되는 박막 중의 불소 농도가 저감된다. 또한, 박막에 불순물이 혼입되기 어려워진다.
혹은, 본 발명은 피처리체를 수용하는 반응실 내에 처리 가스를 공급하여 상기 피처리체에 박막을 형성하는 박막 형성 장치이며, 상기 반응실 내에 불소를 포함하는 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 가스 공급 수단과, 상기 반응실 내에 질소를 포함하는 활성화 가능한 질소계 가스를 공급하는 질소계 가스 공급 수단과, 상기 질소계 가스를 활성화시키는 활성화 수단과, 상기 활성화 수단을 제어하여 상기 질소계 가스를 활성화시켜 상기 반응실 내의 부재의 표면을 질화시키는 질화 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치이다.
이 특징에 따르면, 활성화 수단에 의해 활성화된 질소계 가스에 의해 반응실 내의 부재의 표면이 질화된다. 이로 인해, 반응실 내의 부재 중의 불소가 확산(방출)되기 어려워져 박막 형성 중에 있어서의 불소의 확산이 억제된다. 따라서, 형성되는 박막 중의 불소 농도가 저감된다. 또한, 박막에의 불순물의 혼입을 억제할 수 있다.
상기 질소계 가스는, 예를 들어 암모니아, 일산화이질소, 또는 산화질소이다.
상기 활성화 수단은, 예를 들어 가열 수단이다. 혹은, 상기 활성화 수단은 플라즈마 발생 수단이다. 혹은, 상기 활성화 수단은 광분해 수단이다. 혹은, 상기 활성화 수단은 촉매 활성화 수단이다.
상기 활성화 수단은 상기 반응실 내를 600 ℃ 내지 1050 ℃로 승온하는 수단인 것이 바람직하다.
또한, 박막 형성 장치는 상기 반응실 내의 압력을 133 내지 53.3 ㎪로 유지하는 압력 조정 수단을 더욱 구비하는 것이 바람직하다.
도1은 본 발명의 일 실시 형태의 박막 형성 장치를 도시하는 도면이다.
도2는 본 발명의 일 실시 형태의 박막 형성 방법을 설명하기 위한 레시피를 나타낸 도면이다.
도3은 본 발명의 다른 실시 형태의 박막 형성 방법을 설명하기 위한 레시피를 나타낸 도면이다.
도4는 석영 칩의 깊이와 불소 농도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도5는 석영 칩의 깊이와 질소의 2차 이온 강도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도6은 퍼지 가스와 구리 농도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도7은 본 발명의 다른 실시 형태의 박막 형성 장치를 도시하는 도면이다.
도8은 종래의 박막 형성 장치를 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 박막 형성 장치의 세정 방법을 도1에 도시하는 배치식 종형 열처리 장치(1)를 이용하여 설명한다.
도1에 도시한 바와 같이, 열처리 장치(1)는 길이 방향이 수직 방향을 향하게 된 대략 원통형의 반응관(2)을 구비하고 있다. 반응관(2)은 내관(3)과, 내관(3)을 피복하는 동시에 내관(3)과 일정한 간격을 갖도록 형성된 천정이 있는 외관(4)으로 구성된 이중관 구조를 갖는다. 내관(3) 및 외관(4)은 내열 재료, 예를 들어 석영에 의해 형성되어 있다.
외관(4)의 하방에는 통형으로 형성된 스테인레스강(SUS)으로 이루어지는 매니폴드(5)가 배치되어 있다. 매니폴드(5)는 외관(4)의 하단부와 기밀하게 접속되어 있다. 또한, 내관(3)은 매니폴드(5)의 내벽으로부터 돌출되어 형성된 지지 링(6)에 지지되어 있다.
매니폴드(5)의 하방에는 덮개(7)가 배치되어 있다. 덮개(7)는 보트 엘리베이터(8)에 의해 상하 이동 가능하게 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(8)에 의해 덮개(7)가 상승하면 매니폴드(5)의 하방측이 폐쇄된다.
덮개(7)에는, 예를 들어 석영으로 이루어지는 웨이퍼 보트(9)가 적재된다. 웨이퍼 보트(9)에는 피처리체, 예를 들어 반도체 웨이퍼(10)가 수직 방향에 소정의 간격을 두고 복수매 수용 가능하다.
반응관(2)의 주위에는 반응관(2)을 둘러싸도록 단열체(11)가 설치되어 있다. 단열체(11)의 내벽면에는, 예를 들어 저항 발열체로 이루어지는 승온용 히터(12)가 설치되어 있다. 승온용 히터(12)에 의해 반응관(2)의 내부가 소정의 온도로 승온되고, 이 결과, 반도체 웨이퍼(10)가 소정의 온도로 가열되게 되어 있다.
매니폴드(5)의 측면에는 처리 가스를 도입하는 복수의 처리 가스 도입관(13)이 삽통되어 있다. 또한, 도1에서는, 처리 가스 도입관(13)을 하나만 도시하고 있다. 처리 가스 도입관(13)은 내관(3) 내를 면하도록 지지 링(6)보다 하방에서 삽통되어 있다.
처리 가스 도입관(13)은 도시하지 않은 질량 유량 제어기 등을 거쳐서 도시하지 않은 소정의 처리 가스 공급원에 접속되어 있다. 반도체 웨이퍼(10) 상에 실리콘 질화막(SiN막)을 형성하는 경우에는, 예를 들어 암모니아(NH3) 가스 공급원 및 규소를 포함하는 가스 공급원에 접속되어 있다. 규소를 포함하는 가스는, 예를 들어 디클로로실란(SiH2Cl2 : DCS), 헥사클로로디실란(Si2Cl6), 모노실란(SiH4), 디실란(Si2H6), 테트라클로로실란(SiCl4), 트리클로로실란(SiHCl3), 비스타샤르부틸아미노실란, 헥사에틸아미노디실란이다. 본 실시 형태에서는 DCS 가스 공급원에 접속 되어 있다. 이로 인해, 처리 가스 도입관(13)으로부터 소정의 유량의 암모니아 가스 및 DCS 가스가 내관(3) 내로 도입되도록 되어 있다.
또한, 매니폴드(5)의 측면에는 클리닝 가스를 도입하는 클리닝 가스 도입관(14)이 삽통되어 있다. 또한, 도1에서는 클리닝 가스 도입관(14)을 하나만 도시하고 있다. 클리닝 가스 도입관(14)은 내관(3) 내를 면하도록 배치되어 클리닝 가스 도입관(14)으로부터 클리닝 가스가 내관(3) 내로 도입되도록 되어 있다. 또한, 클리닝 가스 도입관(14)은 도시하지 않은 질량 유량 제어기 등을 거쳐서 도시하지 않은 소정의 클리닝 가스 공급원, 예를 들어 불소 가스 공급원, 불화 수소 가스 공급원 및 질소 가스 공급원에 접속되어 있다.
또한, 매니폴드(5)의 측면에는 질소계 가스를 도입하는 질소계 가스 도입관(15)이 삽통되어 있다. 질소계 가스는 질소를 포함하고, 또한 여기(활성화) 가능한 가스이면 좋고, 예를 들어 암모니아, 일산화이질소(N2O), 산화질소(NO)이다. 이 질소계 가스에 의해 열처리 장치(1)의 내부의 부재, 예를 들어 석영으로 이루어지는 부재를 질화시키는 것이 가능하다.
질소계 가스 도입관(15)은 내관(3) 내를 면하도록 배치되어 있다. 또한, 질소계 가스 도입관(15)은 도시하지 않은 질량 유량 제어기 등을 거쳐서 도시하지 않은 가스 공급원에 접속되어 있다. 이로 인해, 질소계 가스는 도시하지 않은 가스 공급원으로부터 질소계 가스 도입관(15)을 거쳐서 내관(3) 내로 도입되도록 되어 있다.
매니폴드(5)의 측면에는 배출구(16)도 설치되어 있다. 배출구(16)는 지지 링(6)보다 상방에 설치되어 있고, 반응관(2) 내의 내관(3)과 외관(4) 사이에 형성된 공간에 연통하고 있다. 그리고, 내관(3) 내에서 발생한 배기 가스 등이 내관(3)과 외관(4) 사이의 공간을 통해 배기구(16)로 배기된다. 또한, 매니폴드(5)의 측면의 배기구(16)의 하방에는 퍼지 가스로서의 질소 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급관(17)이 삽통되어 있다.
배출구(16)에는 배기관(18)이 기밀하게 접속되어 있다. 배기관(18)에는 그 상류측으로부터 밸브(19)와, 진공 펌프(20)가 개재 설치되어 있다. 밸브(19)는 배기관(18)의 개방도를 조정하여 반응관(2) 내의 압력을 소정의 압력으로 제어한다. 진공 펌프(20)는 배기관(18)을 거쳐서 반응관(2) 내의 가스를 배기하는 동시에 반응관(2) 내의 압력을 조정한다.
또한, 배기관(18)에는 도시하지 않은 트랩, 스크러버 등이 개재 설치되어 있고, 반응관(2)으로부터 배기되는 배기 가스는 무해화된 후에 열처리 장치(1)밖으로 배기되도록 되어 있다.
또한, 보트 엘리베이터(8), 승온용 히터(12), 처리 가스 도입관(13), 클리닝 가스 도입관(14), 질소계 가스 도입관(15), 퍼지 가스 공급관(17), 밸브(19), 진공 펌프(20)에는 제어부(21)가 접속되어 있다. 제어부(21)는 마이크로 프로세서, 프로세스 제어기 등으로 구성되어 열처리 장치(1)의 각 부의 온도, 압력 등을 측정하고, 측정 데이터를 기초로 하여 상기 각 부에 제어 신호 등을 출력하여 열처리 장치(1)의 각 부를 도2 혹은 도3에 도시하는 레시피(타임 시퀀스)에 따라서 제어한 다.
다음에, 이상과 같이 구성된 열처리 장치(1)의 세정 방법 및 열처리 장치(1)의 세정 방법을 포함하는 박막 형성 방법에 대해 설명한다. 본 실시 형태에서는 반응관(2) 내에 암모니아 가스 및 DCS 가스를 도입하여 반도체 웨이퍼(10) 상에 실리콘 질화막을 형성한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 열처리 장치(1)를 구성하는 각 부의 동작은 제어부(21)에 의해 제어되어 있다.
우선, 도2의 레시피를 참조하면서 열처리 장치(1)의 세정 방법인 퍼지 처리와, 반도체 웨이퍼(10) 상에 실리콘 질화막을 성막하는 성막 처리를 포함하는 박막 형성 방법에 대해 설명한다.
승온용 히터(12)에 의해 반응관(2) 내를 소정의 로드 온도, 본 실시 형태에서는 도2의 (a)에 도시한 바와 같이 300 ℃로 승온한다. 도2의 (c)에 도시한 바와 같이, 퍼지 가스 공급관(17)으로부터 반응관(2) 내로 소정량의 질소 가스가 공급된 후, 반도체 웨이퍼(10)가 수용되어 있지 않은 웨이퍼 보트(9)를 덮개(7) 상에 적재한다. 그리고, 보트 엘리베이터(8)에 의해 덮개(7)를 상승시켜 반응관(2)을 밀봉한다(로드 공정).
다음에, 반응관(2) 내의 가스가 배출되어 반응관(2) 내부가 소정의 압력으로 설정된다. 반응관(2) 내의 압력은 133 ㎩(1.0 Torr) 내지 53.3 ㎪(400 Torr)가 되는 것이 바람직하다. 133 ㎩(1.0 Torr)보다 저압이면, 후술하는 암모니아 퍼지 공정에 있어서 반응관(2)을 구성하는 석영 중의 불순물(금속 오염물, 불소 등)의 외측 확산이나 반응관(2)을 구성하는 석영의 질화가 행해지기 어려워질 우려가 있다. 반응관(2) 내의 압력은 2660 ㎩(20 Torr) 내지 53.3 ㎪(400 Torr)가 되는 것이 더욱 바람직하다. 2660 ㎩(20 Torr) 이상이면, 암모니아 퍼지 공정에 있어서 불순물의 외측 확산 및 석영의 질화가 촉진된다. 본 실시 형태에서는, 도2의 (b)에 도시한 바와 같이 2660 ㎩(20 Torr)로 설정된다.
또한, 승온용 히터(12)에 의해 반응관(2) 내부가 소정의 온도로 승온된다. 반응관(2) 내의 온도는 600 ℃ 내지 1050 ℃가 되는 것이 바람직하다. 600 ℃보다 저온이면, 암모니아 퍼지 공정에 있어서 반응관(2)을 구성하는 석영 중의 불순물(금속 오염물, 불소 등)의 외측 확산이나 반응관(2)을 구성하는 석영의 질화가 행해지기 어려워질 우려가 있다. 한편, 1050 ℃보다 고온이면, 반응관(2)을 구성하는 석영의 연화점을 넘어 버린다. 반응관(2) 내의 온도는 800 ℃ 내지 1050 ℃가 되는 것이 더욱 바람직하다. 800 ℃ 이상이면, 암모니아 퍼지 공정에 있어서 불순물의 외측 확산 및 석영의 질화가 촉진된다. 본 실시 형태에서는, 도2의 (a)에 도시한 바와 같이 900 ℃로 승온된다. 이상의 감압 및 승온 조작은 반응관(2)이 소정의 압력 및 온도에서 안정될 때까지 계속된다(안정화 공정).
반응관(2) 내부가 소정의 압력 및 온도에서 안정되면, 질소계 가스 도입관(15)으로부터 내관(3) 내로 소정량의 질소계 가스, 예를 들어 도2의 (d)에 도시한 바와 같이 암모니아 가스가 1 리터/분 공급된다. 소정 시간 경과 후, 밸브(19)의 개방도가 제어되면서 진공 펌프(20)가 구동되어 반응관(2) 내의 가스가 배출된다. 그리고, 상기 암모니아 가스의 공급 및 반응관(2) 내의 가스의 배출이 복수회 반복된다(암모니아 퍼지 공정).
여기서, 반응관(2) 등을 구성하는 석영 중에는 불순물, 예를 들어 금속 오염 물질(금속 오염물)이 포함되어 있다. 반응관(2) 등을 구성하는 석영 중에 불순물이 혼입되지 않도록 반응관(2)을 가공하는 것은 곤란하다. 구체적으로는, 반응관(2) 등의 가공 공정의 내용이나 그 작업 분위기 등에 의해 구리 등의 금속이 석영 중에 포함되어 버린다. 내관(3) 내에 암모니아 가스가 공급되면, 반응관(2) 내의 열에 의해 암모니아가 여기(활성화)되어 반응관(2)을 구성하는 석영 중에 포함되는 금속 오염물과 반응한다. 이에 의해, 금속 오염물이 반응관(2)을 구성하는 석영 중으로부터 확산(외측 확산)되기 쉬워진다. 이로 인해, 반응관(2)을 구성하는 석영 중에 포함되는 금속 오염물이 감소되어 성막 처리 중에 있어서의 반응관(2)으로부터의 금속 오염물의 확산을 저멸시킬 수 있다. 이 결과, 성막 처리에 의해 형성되는 실리콘 질화막 중의 금속 오염물의 양(농도)을 저감시킬 수 있다.
또한, 반응관(2) 등을 구성하는 석영 중에는 클리닝 처리(후술함)에 있어서 확산될 수 있는 불소가 혼입(확산)되어 있는 경우가 있다. 이 경우, 내관(3) 내에 암모니아 가스가 공급되면, 활성화된 암모니아가 석영 중에 확산된 불소와 반응하여 불소가 반응관(2)의 석영 중으로부터 확산(외측 확산)되기 쉬워진다. 이로 인해, 반응관(2)을 구성하는 석영 중에 확산된 불소가 감소되어 성막 처리 중에 있어서의 반응관(2)으로부터의 불소의 확산을 저감시킬 수 있다. 이 결과, 성막 처리에 의해 형성되는 실리콘 질화막 중의 불소의 양(농도)을 저감시킬 수 있다. 또한, 실리콘 질화막에 불소계 불순물이 혼입되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 활성화된 암모니아에 의해 반응관(2) 등을 구성하는 석영의 표면이 질 화된다. 이로 인해, 석영 중으로부터 반응관(2) 내로 불순물이 외측 확산되기 어려워져 후술하는 성막 공정에서 형성되는 실리콘 질화막에 금속 오염물 등의 불순물이 혼입되는 것이 억제될 수 있다. 특히, 활성화된 암모니아의 N*, NH* 등의 래디칼을 이용하여 반응관(2) 등을 구성하는 석영의 표면을 질화시켜 질화막을 형성하면, 금속 오염물 등의 불순물이 상기 석영 중으로부터 반응관(2) 내로 방출되기 어려워진다. 이로 인해, 활성화된 암모니아에 의해 반응관(2) 등을 구성하는 석영의 표면에 질화막을 형성시키는 것이 더욱 바람직하다.
다음에, 밸브(19)의 개방도가 제어되면서 진공 펌프(20)가 구동되어 반응관(2) 내의 가스가 배출된다. 한편, 도2의 (c)에 도시한 바와 같이 퍼지 가스 공급관(17)으로부터 소정량의 질소 가스가 공급된다. 반응관(2) 내의 가스는 배기관(18)으로 배출된다. 또한, 승온용 히터(12)에 의해 반응관(2) 내부가 소정의 온도, 예를 들어 도2의 (a)에 도시한 바와 같이 300 ℃로 조정된다. 한편, 도2의 (b)에 도시한 바와 같이 반응관(2) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(안정화 공정). 그리고, 보트 엘리베이터(8)에 의해 덮개(7)를 하강시켜 언로드가 이루어진다(언로드 공정).
이상과 같이 열처리 장치(1)가 세정된 후, 반도체 웨이퍼(10) 상에 실리콘 질화막을 성막하는 성막 처리가 행해진다.
우선, 승온용 히터(12)에 의해 반응관(2) 내를 소정의 로드 온도, 예를 들어 도2의 (a)에 도시한 바와 같이 300 ℃로 승온한다. 한편, 보트 엘리베이터(8)에 의해 덮개(7)가 내려진 상태에서 반도체 웨이퍼(10)가 수용된 웨이퍼 보트(9)를 덮개(7) 상에 적재한다. 다음에, 도2의 (c)에 도시한 바와 같이 퍼지 가스 공급관(17)으로부터 반응관(2) 내로 소정량의 질소 가스가 공급된다. 그리고, 보트 엘리베이터(8)에 의해 덮개(7)를 상승시켜 웨이퍼 보트(9)를 반응관(2) 내에 로드한다. 이에 의해, 반도체 웨이퍼(10)가 반응관(2)의 내관(3) 내에 수용되는 동시에, 반응관(2)이 밀폐된다(로드 공정).
반응관(2)을 밀폐한 후, 밸브(19)의 개방도를 제어하면서 진공 펌프(20)를 구동시켜 반응관(2) 내의 가스를 배출하여 반응관(2) 내의 감압을 개시한다. 반응관(2) 내의 가스의 배출은 반응관(2) 내의 압력이 소정의 압력, 예를 들어 도2의 (b)에 도시한 바와 같이 26.5 ㎩(0.2 Torr)가 될 때까지 계속된다. 또한, 승온용 히터(12)에 의해 반응관(2) 내부가 소정의 온도, 예를 들어 도2의 (a)에 도시한 바와 같이 760 ℃로 승온된다. 그리고, 이상의 감압 및 승온 조작은 반응관(2)이 소정의 압력 및 온도에서 안정될 때까지 계속된다(안정화 공정).
반응관(2) 내부가 소정의 압력 및 온도에서 안정되면 퍼지 가스 공급관(17)으로부터의 질소 가스의 공급이 정지된다. 그리고, 처리 가스 도입관(13)으로부터 처리 가스로서의 암모니아 가스가 소정량, 예를 들어 도2의 (d)에 도시한 바와 같이 0.75 리터/분 내관(3) 내로 도입되는 동시에, 처리 가스 도입관(13)으로부터 처리 가스로서의 DCS 가스가 소정량, 예를 들어 도2의 (e)에 도시한 바와 같이 0.075 리터/분 내관(3) 내로 도입된다.
암모니아와 DCS 가스가 내관(3) 내로 도입되면 반응관(2) 내의 열에 의해 열 분해 반응이 일어나 반도체 웨이퍼(10)의 표면에 질화규소가 퇴적된다. 이에 의해, 반도체 웨이퍼(10)의 표면에 실리콘 질화막이 형성된다(성막 공정).
반도체 웨이퍼(10)의 표면에 소정 두께의 실리콘 질화막이 형성되면 처리 가스 도입관(13)으로부터의 암모니아 가스 및 DCS 가스의 공급이 정지된다. 그리고, 밸브(19)의 개방도가 제어되면서 진공 펌프(20)가 구동되어 반응관(2) 내의 가스가 배출된다. 한편, 도2의 (c)에 도시한 바와 같이 퍼지 가스 공급관(17)으로부터 소정량의 질소 가스가 공급된다. 반응관(2) 내의 가스는 배기관(18)으로 배출된다(퍼지 공정). 또한, 반응관(2) 내의 가스를 확실하게 배출하기 위해, 반응관(2) 내의 가스의 배출 공정 및 질소 가스의 공급 공정은 복수회 반복되는 것이 바람직하다.
마지막으로, 도2의 (c)에 도시한 바와 같이 퍼지 가스 공급관(17)으로부터 소정량의 질소 가스가 공급되어 반응관(2) 내부가 상압으로 복귀된다. 그 후, 보트 엘리베이터(8)에 의해 덮개(7)를 하강시켜 웨이퍼 보트(9)[반도체 웨이퍼(10)]가 반응관(2)으로부터 언로드된다(언로드 공정).
이와 같은 성막 처리는 퍼지 처리가 행해진 후, 복수회 반복하여 실행될 수 있다. 예를 들어, 퍼지 처리를 행하여 열처리 장치(1)를 세정한 후, 소정 횟수의 성막 처리를 반복할 수 있다. 이에 의해, 연속해서 반도체 웨이퍼(10)에 실리콘 질화막을 형성할 수 있다. 또한, 퍼지 처리와 성막 처리를 항상 교대로 행하면, 형성되는 실리콘 질화막에의 금속 오염물이나 불소의 혼입을 적게 할 수 있다.
이상과 같은 박막 형성 방법에 의해 반응관(2)을 구성하는 석영 중의 금속 오염물이나 불소의 양을 감소시킬 수 있어 성막 처리 중에 있어서의 반응관(2)으로부터의 금속 오염물 등의 확산을 저감시킬 수 있다. 이 결과, 성막 처리에 의해 형성되는 실리콘 질화막 중에의 불순물의 혼입을 저감시킬 수 있어 실리콘 질화막 중의 불순물의 농도를 저감시킬 수 있다.
또한, 활성화된 암모니아의 N*, NH* 등의 래디칼을 이용하여 반응관(2) 등을 구성하는 석영의 표면을 질화시켜 질화막을 형성시키면, 상기 석영 중으로부터 반응관(2) 내로 불순물이 더욱 확산(외측 확산)되기 어려워진다. 이 결과, 성막 처리에 의해 형성되는 실리콘 질화막 중에의 불순물의 혼입을 저감시킬 수 있어 실리콘 질화막 중의 불순물의 농도를 저감시킬 수 있다.
다음에, 도3의 레시피를 참조하면서 성막 처리와, 열처리 장치(1)의 내부 표면에 부착된 질화규소를 제거하는 클리닝 처리와, 퍼지 처리를 포함하는 박막 형성 방법에 대해 설명한다. 클리닝 처리와 퍼지 처리가 본 발명에 있어서의 박막 형성 장치의 세정 방법에 상당한다.
우선, 승온용 히터(12)에 의해 반응관(2) 내를 소정의 로드 온도, 예를 들어 도3의 (a)에 도시한 바와 같이 300 ℃로 승온한다. 한편, 보트 엘리베이터(8)에 의해 덮개(7)가 내려진 상태에서 반도체 웨이퍼(10)가 수용된 웨이퍼 보트(9)를 덮개(7) 상에 적재한다. 다음에, 도3의 (c)에 도시한 바와 같이 퍼지 가스 공급관(17)으로부터 반응관(2) 내로 소정량의 질소 가스가 공급된다. 그리고, 보트 엘리베이터(8)에 의해 덮개(7)를 상승시켜 웨이퍼 보트(9)를 반응관(2) 내에 로드한다. 이에 의해, 반도체 웨이퍼(10)가 반응관(2)의 내관(3) 내에 수용되는 동시에, 반응관(2)이 밀폐된다(로드 공정).
반응관(2)을 밀폐한 후, 밸브(19)의 개방도를 제어하면서 진공 펌프(20)를 구동시켜 반응관(2) 내의 가스를 배출하여 반응관(2) 내의 감압을 개시한다. 반응관(2) 내의 가스의 배출은 반응관(2) 내의 압력이 소정의 압력, 예를 들어 도3의 (b)에 도시한 바와 같이 26.5 ㎩(0.2 Torr)가 될 때까지 계속된다. 또한, 승온용 히터(12)에 의해 반응관(2) 내부가 소정의 온도, 예를 들어 도3의 (a)에 도시한 바와 같이 760 ℃로 승온된다. 그리고, 이상의 감압 및 승온 조작은 반응관(2)이 소정의 압력 및 온도에서 안정될 때까지 계속된다(안정화 공정).
반응관(2) 내부가 소정의 압력 및 온도에서 안정되면 퍼지 가스 공급관(17)으로부터의 질소 가스의 공급이 정지된다. 그리고, 처리 가스 도입관(13)으로부터 처리 가스로서의 암모니아 가스가 소정량, 예를 들어 도3의 (d)에 도시한 바와 같이 0.75 리터/분 내관(3) 내로 도입되는 동시에, 처리 가스 도입관(13)으로부터 처리 가스로서의 DCS 가스가 소정량, 예를 들어 도3의 (e)에 도시한 바와 같이 0.075 리터/분 내관(3) 내로 도입된다.
암모니아와 DCS 가스가 내관(3) 내로 도입되면 반응관(2) 내의 열에 의해 열분해 반응이 일어나 반도체 웨이퍼(10)의 표면에 질화규소가 퇴적된다. 이에 의해, 반도체 웨이퍼(10)의 표면에 실리콘 질화막이 형성된다(성막 공정).
반도체 웨이퍼(10)의 표면에 소정 두께의 실리콘 질화막이 형성되면 처리 가스 도입관(13)으로부터의 암모니아 가스 및 DCS 가스의 공급이 정지된다. 그리고, 밸브(19)의 개방도가 제어되면서 진공 펌프(20)가 구동되어 반응관(2) 내의 가스가 배출된다. 한편, 도3의 (c)에 도시한 바와 같이 퍼지 가스 공급관(17)으로부터 소정량의 질소 가스가 공급된다. 반응관(2) 내의 가스는 배기관(18)으로 배출된다(퍼지 공정).
마지막으로, 도3의 (c)에 도시한 바와 같이 퍼지 가스 공급관(17)으로부터 소정량의 질소 가스가 공급되어 반응관(2) 내부가 상압으로 복귀된다. 그 후, 보트 엘리베이터(8)에 의해 덮개(7)를 하강시켜 웨이퍼 보트(9)[반도체 웨이퍼(10)]가 반응관(2)으로부터 언로드된다(언로드 공정).
이상과 같은 성막 처리가 복수회 행해지면 성막 처리 중에 생성되는 질화규소가 반도체 웨이퍼(10)의 표면뿐만 아니라 내관(3)의 내벽과 같은 열처리 장치(박막 형성 장치)(1)의 내부에도 퇴적(부착)된다. 이로 인해, 성막 처리가 소정 횟수 행해진 후, 열처리 장치(1)의 내부에 부착된 질화규소를 제거하기 위한 클리닝 처리가 행해진다. 클리닝 처리에서는 불소 가스(F2)를 포함하는 클리닝 가스, 예를 들어 불소 가스와, 불화 수소 가스(HF)와, 희석 가스로서의 질소 가스(N2)로 이루어지는 가스가 열처리 장치(1)[반응관(2)] 내에 공급된다. 이하, 열처리 장치(1)의 클리닝 처리에 대해 설명한다.
우선, 도3의 (c)에 도시한 바와 같이, 퍼지 가스 공급관(17)으로부터 반응관(2) 내에 소정량의 질소 가스가 공급된 후, 반도체 웨이퍼(10)가 수용되어 있지 않은 웨이퍼 보트(9)를 덮개(7) 상에 적재한다. 그리고, 보트 엘리베이터(8)에 의해 덮개(7)를 상승시켜 반응관(2)을 밀봉한다(로드 공정).
다음에, 반응관(2) 내의 가스가 배출되어 반응관(2) 내부가 소정의 압력, 예를 들어 도3의 (b)에 도시한 바와 같이 20000 ㎩(150 Torr)로 유지된다. 또한, 승온용 히터(12)에 의해 반응관(2) 내부가 소정의 온도, 예를 들어 도3의 (a)에 도시한 바와 같이 300 ℃로 승온(유지)된다. 이상의 감압 및 승온 조작은 반응관(2)이 소정의 압력 및 온도에서 안정될 때까지 계속된다(안정화 공정).
반응관(2) 내부가 소정의 압력 및 온도에서 안정되면 클리닝 가스 도입관(14)으로부터 소정량의 클리닝 가스, 예를 들어 도3의 (f)에 도시한 바와 같이 불소 가스 2 리터/분, 도3의 (g)에 도시한 바와 같이 불화 수소 가스 2 리터/분 및 도3의 (c)에 도시한 바와 같이 질소 가스 8 리터/분이 내관(3) 내로 도입된다. 도입된 클리닝 가스는 내관(3) 내에서 가열되어 상기 내관(3) 내로부터 내관(3)과 외관(4) 사이에 형성된 공간을 거쳐서 배기관(18)으로 배출된다. 이 과정에서 클리닝 가스는 내관(3)의 내벽 및 외벽, 외관(4)의 내벽, 배기관(18)의 내벽, 보트(9) 등의 열처리 장치(1)의 내부 표면에 부착된 질화규소에 접촉하여 상기 질화규소를 에칭한다. 이에 의해, 열처리 장치(1)의 내부 표면에 부착된 질화규소가 제거된다(클리닝 공정).
여기서, 클리닝 공정에 있어서 반응관(2) 내에 불소 가스가 공급되면, 예를 들어 반응관(2)을 구성하는 석영 중에 불소가 확산되어 버린다. 반응관(2)의 석영 중에 불소가 확산된 상태에서 성막 처리가 행해지면, 상기 성막 처리 중에 반응관(2)으로부터 불소가 확산(외측 확산)되어, 예를 들어 반도체 웨이퍼(10) 상에 형성 되는 실리콘 질화막 중의 불소 농도가 높아질 가능성이 있다. 또한, 반응관(2)으로부터 불소가 외측 확산됨으로써 반도체 웨이퍼(10) 상에 형성되는 박막에 불소 불순물(예를 들어, SiF)이 혼입될 우려가 있다. 이로 인해, 클리닝 처리가 행해진 후에는 열처리 장치(1)의 내부를 퍼지하는 퍼지 처리가 행해진다. 이하, 퍼지 처리에 대해 설명한다.
우선, 클리닝 가스 도입관(14)으로부터의 클리닝 가스의 공급이 정지된다. 다음에, 퍼지 가스 공급관(17)으로부터 반응관(2) 내로 소정량의 질소 가스가 공급되어 반응관(2) 내의 가스가 배출된다. 한편, 반응관(2) 내부가 소정의 압력, 예를 들어 전술한 133 ㎩(1.0 Torr) 내지 53.3 ㎪(400 Torr)로 설정된다. 본 실시 형태에서는, 도3의 (b)에 도시한 바와 같이 2660 ㎩(20 Torr)로 설정된다. 또한, 승온용 히터(12)에 의해 반응관(2) 내부가 소정의 온도, 예를 들어 전술한 600 ℃ 내지 1050 ℃로 설정된다. 본 실시 형태에서는, 도3의 (a)에 도시한 바와 같이 900 ℃로 승온된다. 그리고, 이상의 감압 및 승온 조작은 반응관(2)이 소정의 압력 및 온도에서 안정될 때까지 계속된다(안정화 공정).
반응관(2) 내부가 소정의 압력 및 온도에서 안정되면 질소계 가스 도입관(15)으로부터 내관(3) 내로 소정량의 질소계 가스, 예를 들어 도3의 (d)에 도시한 바와 같이 암모니아 가스가 1 리터/분 공급된다. 소정 시간 경과 후, 밸브(19)의 개방도가 제어되면서 진공 펌프(20)가 구동되어 반응관(2) 내의 가스가 배출된다. 그리고, 상기 암모니아 가스의 공급 및 반응관(2) 내의 가스의 배출이 복수회 반복된다(암모니아 퍼지 공정).
내관(3) 내에 암모니아 가스가 공급되면 반응관(2) 내의 열에 의해 암모니아가 여기(활성화)된다. 암모니아는 활성화되면 반응관(2)을 구성하는 석영 중에 확산된 불소와 반응하기 쉬워져, 예를 들어 불화암모늄(NH4F)을 생성한다. 이에 의해 불소가 반응관(2)밖으로 배출된다. 이로 인해, 반응관(2)을 구성하는 석영 중에 확산된 불소량이 감소되어 성막 처리 중에 있어서의 반응관(2)으로부터의 불소의 확산을 저감시킬 수 있다. 이 결과, 성막 처리에 의해 형성되는 실리콘 질화막 중의 불소 농도를 저감시킬 수 있다. 또한, 실리콘 질화막에 SiF와 같은 불소계 불순물이 혼입되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 활성화된 암모니아는 반응관(2)을 구성하는 석영 중에 포함되는 금속 오염물과도 반응할 수 있다. 이에 의해, 금속 오염물이 반응관(2)의 석영 중으로부터 확산(외측 확산)되기 쉬워진다. 이로 인해, 반응관(2)을 구성하는 석영 중에 포함되는 금속 오염물이 감소되어 성막 처리 중에 있어서의 반응관(2)으로부터의 금속 오염물의 확산을 저감시킬 수 있다. 이 결과, 성막 처리에 의해 형성되는 실리콘 질화막 중의 금속 오염물의 양(농도)을 저감시킬 수 있다.
또한, 활성화된 암모니아에 의해 반응관(2)을 구성하는 석영의 표면이 질화된다. 이로 인해, 석영 중의 불소가 반응관(2)으로부터 확산되기 어려워져 성막 처리 중에 있어서의 반응관(2)으로부터의 불소의 확산을 저감시킬 수 있다. 이 결과, 성막 처리에 의해 형성되는 실리콘 질화막 중의 불소 농도를 저감시킬 수 있다. 또한, 실리콘 질화막에 불순물이 혼입되는 것을 억제할 수 있다. 특히, 활성 화된 암모니아의 N*, NH* 등의 래디칼을 이용하여 반응관(2) 등을 구성하는 석영의 표면을 질화시켜 질화막을 형성시키면, 상기 석영 중으로부터 반응관(2) 내로 불순물이 확산되기 어려워진다. 이로 인해, 활성화된 암모니아에 의해 반응관(2) 등을 구성하는 석영의 표면에 질화막을 형성시키는 것이 더욱 바람직하다.
다음에, 밸브(19)의 개방도가 제어되면서 진공 펌프(20)가 구동되어 반응관(2) 내의 가스가 배출된다. 한편, 퍼지 가스 공급관(17)으로부터 소정량의 질소 가스가 공급된다. 반응관(2) 내의 가스는 배기관(18)으로 배출된다. 또한, 승온용 히터(12)에 의해 반응관(2) 내부가 소정의 온도, 예를 들어 도3의 (a)에 도시한 바와 같이 300 ℃로 조정된다. 한편, 도3의 (b)에 도시한 바와 같이 반응관(2) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(안정화 공정). 그리고, 보트 엘리베이터(8)에 의해 덮개(7)를 하강시켜 언로드가 이루어진다(언로드 공정). 그리고, 반도체 웨이퍼(10)가 수용된 웨이퍼 보트(9)를 덮개(7) 상에 적재함으로써 반도체 웨이퍼(10) 상에 실리콘 질화막을 형성하는 성막 처리를 행하는 것이 가능해진다.
이상과 같이, 소정 횟수의 성막 처리 후에 클리닝 처리 및 퍼지 처리를 포함하는 박막 형성 장치의 세정 방법을 반복함으로써 연속해서 반도체 웨이퍼(10)에 실리콘 질화막을 형성할 수 있다. 또한, 각 성막 처리에 계속해서 클리닝 처리 및 퍼지 처리를 행해도 좋다. 이 경우, 노 내[반응관(2) 내]가 매회 청정화되어 형성되는 실리콘 질화막에의 금속 오염물이나 불소의 혼입을 적게 할 수 있다.
이상과 같은 박막 형성 방법에서는 클리닝 처리에 의해 반응관(2)을 구성하 는 석영 중에 확산된 불소의 양을 감소시킬 수 있어 성막 처리 중에 있어서의 반응관(2)으로부터의 불소 등의 확산을 저감시킬 수 있다. 이로 인해, 성막 처리에 의해 형성되는 실리콘 질화막 중의 불소 농도를 저감시킬 수 있다. 또한, 실리콘 질화막에 SiF와 같은 불소계 불순물이 혼입되는 것도 억제할 수 있다. 즉, 성막 처리에 의해 형성되는 실리콘 질화막 중에의 불순물의 혼입을 저감시킬 수 있어 실리콘 질화막 중의 불순물의 농도를 저감시킬 수 있다.
또한, 활성화된 암모니아의 N*, NH* 등의 래디칼을 이용하여 반응관(2) 등을 구성하는 석영의 표면을 질화시켜 질화막이 형성되면 상기 석영 중으로부터 반응관(2) 내로 불순물이 더욱 확산(외측 확산)되기 어려워진다. 이 결과, 성막 처리에 의해 형성되는 실리콘 질화막 중에의 불순물의 혼입을 저감시킬 수 있어 실리콘 질화막 중의 불순물의 농도를 저감시킬 수 있다.
다음에, 본 실시 형태의 효과를 확인하기 위해, 석영 칩이 열처리 장치(1)[반응관(2)] 내에 수용되어 불소 가스를 포함하는 클리닝 가스를 이용한 클리닝 처리가 행해진 후에 종래의 질소 가스를 이용한 질소 퍼지(N2 퍼지)가 행해진 경우와, 본 발명의 암모니아 가스를 이용한 암모니아 퍼지(NH3 퍼지)가 행해진 경우에 대해 석영 칩의 깊이 방향에 있어서의 불소 농도가 측정되었다. 또한, 질소의 2차 이온 강도가 2차 이온 질량 분석법(SIMS)에 의해 측정된다.
또한, 클리닝 처리 및 암모니아 퍼지는 전술한 본 실시 형태에 따라서 행해졌다. 또한, 질소 퍼지는 퍼지 가스로서 질소 가스를 이용한 것 이외에는 암모니 아 퍼지와 동일한 조건으로 행해졌다. 도4에 석영 칩의 깊이와 불소 농도와의 관계를 나타낸다. 도5에 석영 칩의 깊이와 질소의 2차 이온 강도와의 관계를 나타낸다.
도4에 도시한 바와 같이, 암모니아 퍼지를 행함으로써 석영 칩 중에 확산된 불소량이 감소(억제)되는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 석영 칩의 표면 근방에서는 불소량이 크게 감소(억제)되는 것을 확인할 수 있었다. 이는 활성화된 암모니아가 석영 칩의 표면 근방에 확산된 불소와 반응하여 불소가 배출되었기 때문이라 생각된다.
또한, 도5에 도시한 바와 같이 암모니아 퍼지를 행함으로써 질소의 2차 이온 강도가 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 석영 칩의 표면 근방에서는 질소의 2차 이온 강도가 크게 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 암모니아 퍼지에 의해 석영 칩의 표면 근방이 질화된다.
계속해서, 본 실시 형태의 효과를 확인하기 위해, 성막 처리 및 클리닝 처리가 행해진 후, 종래의 질소 가스를 이용한 질소 퍼지(N2 퍼지), 또는 본 발명의 암모니아 가스를 이용한 암모니아 퍼지(NH3 퍼지)가 행해진 반응관(2) 내에 웨이퍼가 들어가 반응관(2) 내를 800 ℃로 승온함으로써 웨이퍼가 가열된 후, 가열된 상기 웨이퍼가 취출되어 이 웨이퍼 표면 상의 구리 농도가 측정되었다. 이 결과를 도6에 나타낸다. 또한, 도6에 도시한 바와 같이 구리 농도의 측정은 웨이퍼면 내의 소정의 5 포인트에 대해 전반사 형광 X선법에 의해 행해졌다. 또한, 암모니아 퍼 지 공정에 있어서는 반응관(2) 내의 온도는 950 ℃, 압력은 15960 ㎩(120 Torr)가 되고, 상기 온도 및 압력 하에서 반응관(2) 내에 암모니아 가스가 2 리터/분 공급되었다.
도6에 도시한 바와 같이, 암모니아 퍼지를 행함으로써 웨이퍼 상의 구리 농도가 1/10로 감소되는 것을 확인할 수 있었다. 이는 활성화된 암모니아가 석영[반응관(2), 웨이퍼 보트(9) 등] 중에 존재한 구리와 반응하여 구리가 석영으로부터 배출되었기 때문이라 생각된다. 이로 인해, 성막 처리 중에 석영으로부터 구리가 배출되기 어려워져 성막 처리에 있어서의 구리의 확산을 억제할 수 있다. 또한, 크롬(Cr), 니켈(Ni)에 대해서도 같은 농도 측정이 행해져 암모니아 퍼지를 행함으로써 실리콘 질화막 중의 크롬, 니켈 농도가 감소되는 것을 확인할 수 있었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면 암모니아 퍼지에 의해 반응관(2) 내의 불소 및 금속 오염물의 양이 감소되므로, 성막 처리 중에 있어서의 반응관(2)으로부터의 불소 및 금속 오염물의 확산을 저감시킬 수 있다. 이 결과, 성막 처리에 의해 형성되는 실리콘 질화막 중의 불소 농도를 저감시킬 수 있다. 또한, 실리콘 질화막에 금속 오염물 등의 불순물이 혼입되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 암모니아 퍼지에 의해 반응관(2)을 구성하는 석영의 표면이 질화되므로, 성막 처리 중에 있어서의 반응관(2)으로부터의 불소 및 금속 오염물의 확산을 저감시킬 수 있다. 이 결과, 성막 처리에 의해 형성되는 실리콘 질화막 중의 불소 농도를 저감시킬 수 있다. 또한, 실리콘 질화막에 금속 오염물 등의 불순물이 혼입되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되지 않고, 다양한 변형, 응용이 가능하다.
상기 실시 형태에서는 활성화되어 있지 않은 질소계 가스가 소정의 온도(900 ℃)로 승온된 반응관(2) 내에 공급되어 활성화된다. 그러나, 예를 들어, 도7에 도시한 바와 같이 질소계 가스 도입관(15)에 활성화 수단(31)을 마련하여 활성화된 질소계 가스를 반응관(2) 내로 공급해도 좋다. 이 경우, 암모니아 퍼지 공정에 있어서의 반응관(2) 내의 온도가, 예를 들어 600 ℃ 이하라도 석영 중의 불순물의 외측 확산이나 석영의 질화를 충분히 행할 수 있다. 즉, 암모니아 퍼지 공정의 저온화를 도모할 수 있다. 활성화 수단(31)으로서는, 가열 수단, 플라즈마 발생 수단, 광분해 수단, 촉매 활성화 수단 등이 있다.
상기 실시 형태에서는 질소계 가스로서 암모니아가 이용되어 있다. 그러나, 질소계 가스는 질소를 포함하고, 또한 활성화 가능한 가스이면 좋고, 예를 들어 일산화이질소, 산화질소라도 좋다. 또한, 클리닝 가스는 불소를 포함하는 것이면 좋고, 예를 들어 ClF3와 같이 불소와 염소를 포함하는 가스로 구성되어 있어도 좋다.
상기 실시 형태에서는 반응관(2) 등이 석영에 의해 형성되어 있다. 그러나, 반응관(2) 등이 형성되는 재료는 석영에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, SiC 재료와 같이 불소가 확산되는 재료이면 본 발명은 유효하다. 단, 반응관(2) 등에는 내열성이 요구되므로, 내열성이 우수한 재료인 것이 바람직하다.
상기 실시 형태에서는 반도체 웨이퍼(10) 상에 실리콘 질화막이 형성되어 있 다. 그러나, 예를 들어 반도체 웨이퍼(10) 상에 질화티탄막을 형성하는 박막 형성 장치에 대해서도 본 발명은 유효하다.
상기 실시 형태에서는 반응관(2) 내의 온도를 900도, 압력을 2660 ㎩(20 Torr)로 설정하여 암모니아 퍼지가 행해지고 있다. 그러나, 반응관(2) 내의 온도 및 압력은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 반응관(2) 내의 온도를 950 ℃, 압력을 15960 ㎩(120 Torr)로 해도 좋다. 이와 같이, 반응관(2) 내를 더욱 고온, 고압으로 하면 반응관(2)의 석영의 표면이 더욱 질화되어 성막 처리 중에 있어서의 반응관(2)으로부터의 불소 등의 확산을 더욱 억제할 수 있다. 또한, 클리닝의 빈도는 수회의 성막 처리마다 행해도 좋고, 1회의 성막 처리마다 행해도 좋다.
상기 실시 형태에서는 반응관(2)이 내관(3)과 외관(4)으로 구성된 이중관 구조의 배치식 종형 열처리 장치를 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 내관(3)을 갖지 않은 단일관 구조의 배치식 열처리 장치에 적용하는 것도 가능하다. 또한, 피처리체는 반도체 웨이퍼(10)에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 LCD용 유리 기판 등에도 적용할 수 있다.
Claims (20)
- 피처리체를 수용하는 반응실 내에 처리 가스를 공급하여 상기 피처리체에 박막을 형성하는 박막 형성 장치를 세정하는 방법이며,상기 반응실 내에 질소를 포함하는 활성화 가능한 질소계 가스를 공급하여 상기 반응실 내를 퍼지하는 퍼지 공정을 구비하고,상기 퍼지 공정은 상기 질소계 가스를 활성화시켜 상기 반응실 내의 부재의 표면을 질화시키는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치의 세정 방법.
- 피처리체를 수용하는 반응실 내에 처리 가스를 공급하여 상기 피처리체에 박막을 형성하는 박막 형성 장치를 세정하는 방법이며,상기 반응실 내에 질소를 포함하는 활성화 가능한 질소계 가스를 공급하여 상기 반응실 내를 퍼지하는 퍼지 공정을 구비하고,상기 퍼지 공정은 상기 질소계 가스를 활성화시켜 상기 반응실 내의 부재 중에 포함되는 금속 오염 물질과 활성화된 상기 질소계 가스를 반응시킴으로써 상기 금속 오염 물질을 상기 부재 중으로부터 제거하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치의 세정 방법.
- 피처리체를 수용하는 반응실 내에 처리 가스를 공급하여 상기 피처리체에 박 막을 형성하는 박막 형성 장치를 세정하는 방법이며,상기 반응실 내에 불소를 포함하는 클리닝 가스를 공급하여 상기 박막 형성 장치 내에 부착된 부착물을 제거하는 부착물 제거 공정과,상기 반응실 내에 질소를 포함하는 활성화 가능한 질소계 가스를 공급하여 상기 반응실 내를 퍼지하는 퍼지 공정을 구비하고,상기 퍼지 공정은 상기 질소계 가스를 활성화시켜 상기 부착물 제거 공정에서 상기 반응실 내의 부재 중에 확산된 불소와 활성화된 상기 질소계 가스를 반응시킴으로써 상기 불소를 상기 부재 중으로부터 제거하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치의 세정 방법.
- 피처리체를 수용하는 반응실 내에 처리 가스를 공급하여 상기 피처리체에 박막을 형성하는 박막 형성 장치를 세정하는 방법이며,상기 반응실 내에 불소를 포함하는 클리닝 가스를 공급하여 상기 박막 형성 장치 내에 부착된 부착물을 제거하는 부착물 제거 공정과,상기 반응실 내에 질소를 포함하는 활성화 가능한 질소계 가스를 공급하여 상기 반응실 내를 퍼지하는 퍼지 공정을 구비하고,상기 퍼지 공정은 상기 질소계 가스를 활성화시켜 상기 반응실 내의 부재의 표면을 질화시키는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치의 세정 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 질소계 가스는 암모니아, 일산화이질소, 또는 산화질소인 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치의 세정 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 퍼지 공정에서는 상기 반응실 내부가 133 ㎩ 내지 53.3 ㎪로 유지되는 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치의 세정 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 퍼지 공정에서는 상기 질소계 가스가 소정의 온도로 승온된 상기 반응실 내에 공급됨으로써 활성화되는 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치의 세정 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 퍼지 공정에서는 상기 반응실 내부가 600 ℃ 내지 1050 ℃로 승온되는 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치의 세정 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응실 내의 부재는 석영으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치의 세정 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 가스는 암모니아와 규소를 포함하는 가스를 포함하고 있고,상기 박막은 실리콘 질화막이고,상기 질소계 가스는 암모니아인 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치의 세정 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 박막 형성 장치의 세정 방법에 따라서 박막 형성 장치를 세정하는 세정 공정과,피처리체를 수용하는 반응실 내를 소정의 온도로 승온하여 상기 반응실 내에 처리 가스를 공급하여 상기 피처리체에 박막을 형성하는 성막 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
- 피처리체를 수용하는 반응실 내에 처리 가스를 공급하여 상기 피처리체에 박막을 형성하는 박막 형성 장치이며,상기 반응실 내에 질소를 포함하는 활성화 가능한 질소계 가스를 공급하는 질소계 가스 공급 수단과,상기 질소계 가스를 활성화시키는 활성화 수단과,상기 활성화 수단을 제어하여 상기 질소계 가스를 활성화시켜 상기 반응실 내의 부재의 표면을 질화시키는 질화 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.
- 피처리체를 수용하는 반응실 내에 처리 가스를 공급하여 상기 피처리체에 박막을 형성하는 박막 형성 장치이며,상기 반응실 내에 질소를 포함하는 활성화 가능한 질소계 가스를 공급하는 질소계 가스 공급 수단과,상기 질소계 가스를 활성화시키는 활성화 수단과,상기 활성화 수단을 제어하여 상기 질소계 가스를 활성화시켜 상기 반응실 내의 부재 중에 포함되는 금속 오염 물질과 활성화된 상기 질소계 가스를 반응시킴으로써 상기 금속 오염 물질을 상기 부재 중으로부터 제거하는 오염 물질 제거 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.
- 피처리체를 수용하는 반응실 내에 처리 가스를 공급하여 상기 피처리체에 박막을 형성하는 박막 형성 장치이며,상기 반응실 내에 불소를 포함하는 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 가스 공급 수단과,상기 반응실 내에 질소를 포함하는 활성화 가능한 질소계 가스를 공급하는 질소계 가스 공급 수단과,상기 질소계 가스를 활성화시키는 활성화 수단과,상기 활성화 수단을 제어하여 상기 질소계 가스를 활성화시켜 상기 반응실 내의 부재 중에 확산된 불소와 활성화된 상기 질소계 가스를 반응시킴으로써 상기 불소를 상기 부재 중으로부터 제거하는 불소 제거 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.
- 피처리체를 수용하는 반응실 내에 처리 가스를 공급하여 상기 피처리체에 박막을 형성하는 박막 형성 장치이며,상기 반응실 내에 불소를 포함하는 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 가스 공급 수단과,상기 반응실 내에 질소를 포함하는 활성화 가능한 질소계 가스를 공급하는 질소계 가스 공급 수단과,상기 질소계 가스를 활성화시키는 활성화 수단과,상기 활성화 수단을 제어하여 상기 질소계 가스를 활성화시켜 상기 반응실 내의 부재의 표면을 질화시키는 질화 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.
- 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 질소계 가스는 암모니아, 일산화이질소, 또는 산화질소인 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.
- 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성화 수단은 가열 수단인 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.
- 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성화 수단은 플라즈마 발생 수단인 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.
- 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성화 수단은 상기 반응실 내를 600 ℃ 내지 1050 ℃로 승온하는 수단인 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.
- 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응실 내의 압력을 133 내지 53.3 ㎪로 유지하는 압력 조정 수단을 더욱 구비한 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.
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