KR20090051700A - Manufacturing method of semiconductor device and substrate processing apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 낮은 산소ㆍ탄소 밀도에서 고품질의 계면을 웨이퍼와 박막 사이에 균일하게 형성하는 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device and a substrate processing apparatus for uniformly forming a high quality interface between a wafer and a thin film at low oxygen / carbon density.
프로세스 튜브와 그것을 지지하는 매니폴드로 구성되는 반응 용기 내에 복수매의 기판을 반입하여 배열시키는 스텝과, 상기 반응 용기 내의 상기 매니폴드측으로부터 상기 프로세스 튜브 측을 향하여 전처리 가스를 흘려 상기 복수매의 기판에 대하여 전(前)처리를 수행하는 스텝과, 상기 반응 용기 내의 상기 매니폴드측으로부터 상기 프로세스 튜브측을 향하여 본처리 가스를 흘려 상기 전처리가 이루어진 상기 복수매의 기판에 대하여 본처리를 수행하는 스텝과, 상기 본처리 후의 상기 복수매의 기판을 상기 반응 용기 내로부터 반출하는 스텝을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 전처리를 수행하는 스텝에서는, 전처리 가스를, 상기 매니폴드에 대응하는 영역에 있어서 적어도 1개소와, 기판 배열 영역에 대응하는 영역에 있어서 적어도 상부의 1개소로부터 공급한다.Carrying out and arranging a plurality of substrates in a reaction vessel comprising a process tube and a manifold supporting the same; and pre-processing gas flowing from the manifold side in the reaction vessel toward the process tube side, wherein the plurality of substrates Performing a pretreatment on the substrate; and performing a main treatment on the plurality of substrates subjected to the pretreatment by flowing the main processing gas from the manifold side in the reaction vessel toward the process tube side. And carrying out the plurality of substrates after the main processing from the reaction vessel. In the step of performing the pretreatment, a region corresponding to the manifold is provided with a pretreatment gas. At least one position in the region and a region corresponding to the substrate array region Also it is supplied from the one position of the upper.
처리 가스, 프로세스 튜브 Process gas, process tube
Description
본 발명은, 반도체 장치(반도체 디바이스)의 제조 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device (semiconductor device) and a substrate processing apparatus.
상세하게는, 반도체 집적 회로 장치(이하, IC라고 함)의 제조 방법에 있어서 반도체 소자를 포함하는 집적 회로를 만드는 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 함)에 박막을 형성하는 공정에 있어서, 웨이퍼와 박막 사이에 고품질의 계면을 형성하는 방법 및 그것을 실현하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.Specifically, in the process of manufacturing a semiconductor integrated circuit device (hereinafter referred to as IC), a wafer and a thin film are formed in a process of forming a thin film on a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) for making an integrated circuit containing a semiconductor element. A method of forming a high quality interface therebetween and a substrate processing apparatus for realizing it.
IC의 제조 방법에 있어서, 감압 CVD법(화학 기상 성장법)에 의해 웨이퍼 상에 박막을 형성하는 것이 있다. In the manufacturing method of an IC, there exists a thing which forms a thin film on a wafer by the reduced pressure CVD method (chemical vapor deposition method).
최근, 반응로에 웨이퍼를 도입할 때의 자연 산화막의 증가나 불순물(impurity) 부착에 의한 반도체의 열화 등의 문제를 해결하기 위해서, 다음의 방법이 사용된다. In recent years, the following method is used to solve problems such as an increase in the native oxide film when the wafer is introduced into the reactor, deterioration of the semiconductor due to impurity deposition, and the like.
반응로의 전단(前段)에 예비실을 설치하고, 예비실 내에서 충분히 산소나 수분 등을 제거하고, 예비실 내를 질소 가스로 치환한 후에, 웨이퍼를 반응로 내에 도입한다.After the preliminary chamber is installed at the front end of the reactor, oxygen, water, and the like are sufficiently removed in the preliminary chamber, and the preliminary chamber is replaced with nitrogen gas, the wafer is introduced into the reactor.
이 감압 CVD법을 실행하는 데에는, 진공 배기가 가능한 밀폐 구조로 구성된 예비실을 반응로의 전단에 가지는, 예비실이 부착된 종형 감압 CVD장치(이하, 예비실 부착 CVD장치라고 함)가 사용된다.In carrying out this reduced pressure CVD method, a vertical reduced pressure CVD apparatus (hereinafter referred to as a CVD apparatus with a preliminary chamber) having a preliminary chamber is used, which has a preliminary chamber formed in a sealed structure capable of vacuum evacuation at the front end of the reactor. .
예비실 부착 CVD 장치에 있어서는, 처리 전의 웨이퍼는 웨이퍼 반송구로부터 예비실로 반입되고, 웨이퍼 처리용 치구인 보트에 세트된다. 그 후, 예비실은 기밀(氣密)하게 닫혀지고, 진공 배기 및 질소 퍼지(purge)가 반복됨으로써, 산소나 수분 등이 제거된다. 그 후, 웨이퍼는 보트에 의해 예비실로부터 반응로 내로 반입(boat loading)된다.In the CVD apparatus with a preliminary chamber, the wafer before the process is carried into the preliminary chamber from the wafer transport port and is set in a boat which is a jig for wafer processing. Thereafter, the preliminary chamber is hermetically closed, and oxygen, moisture, and the like are removed by repeated vacuum evacuation and nitrogen purge. The wafer is then boat loaded from the reserve chamber into the reactor by boat.
그런데, 이 예비실 부착 CVD 장치에 있어서는, 진공 배기할 때의 유기물 등의 오염 물질에 의한 웨이퍼 표면의 오염이 우려된다. 왜냐하면, 웨이퍼 및 보트를 반응로 내에 반입하기 위한 구동축부나 보트 회전 기구부 및 배선부가 예비실 내에 설치되어 있기 때문이다.By the way, in this CVD apparatus with a preliminary chamber, contamination of the wafer surface by contaminants, such as an organic substance at the time of vacuum exhaust, is feared. This is because the drive shaft portion, the boat rotation mechanism portion, and the wiring portion for carrying the wafer and the boat into the reaction furnace are provided in the reserve chamber.
따라서, 웨이퍼가 반입된 반응로 내에 있어서 반응 가스를 이용하여 웨이퍼 상의 자연 산화막 또는 불순물을 제거하는 방법으로서, 수소(H2) 아닐(anneal)법이 사용된다. 예를 들면, 특허 문헌 1과 같다.Therefore, a hydrogen (H 2 ) annealing method is used as a method of removing a native oxide film or impurities on a wafer using a reaction gas in a reaction furnace into which a wafer is loaded. For example, it is the same as
<특허 문헌 1> 일본 특허 공개 1993-29309호 공보<
그러나, 이 수소 아닐법에 있어서는, 일반적으로, 900~1000℃의 고온 처리가 필요하기 때문에, IC에 대한 열 손상 및 서멀 버짓(thermal budget) 증대의 문제를 생각할 수 있다. However, in this hydrogen annealing method, since high temperature treatment of 900-1000 degreeC is generally needed, the problem of thermal damage and thermal budget increase with respect to IC can be considered.
여기에서, 저산소ㆍ탄소 밀도로 고품질의 계면을 웨이퍼와 박막 사이에 형성하기 위해서는, 예비실 부착 CVD 장치 내에 웨이퍼를 도입한 후부터 반응로에서의 성막 직전까지의 웨이퍼 표면의 오염을 최소한으로 억제하는 것이 중요하다.Here, in order to form a high quality interface between the wafer and the thin film at low oxygen and carbon density, it is necessary to minimize the contamination of the wafer surface from introduction of the wafer in the CVD apparatus with the pre-chamber to just before the deposition in the reactor. It is important.
구체적으로는, 다음과 같은 웨이퍼 표면의 청정화 대책을 강구할 필요가 있다.Specifically, it is necessary to take the following measures for cleaning the wafer surface.
예비실에서는, 반응로로의 웨이퍼 반입 전의 질소 치환시 및 반응로로부터의 반출시, 구동축부 및 보트 회전 기구부 및 배선부로부터의 유기물에 의한 웨이퍼 표면의 오염을 억제한다.In the preliminary chamber, contamination of the wafer surface by the organic matter from the drive shaft portion, the boat rotation mechanism portion, and the wiring portion is suppressed when nitrogen is replaced before the wafer is loaded into the reactor and when it is taken out from the reactor.
반응로 내에 있어서는, 비교적 저온인 노구부 및 웨이퍼 자체로부터의 오염을 억제한다.In the reactor, contamination from the furnace section and the wafer itself, which are relatively low temperature, is suppressed.
노내 분위기의 고청정화 및 표면에 흡착한 오염 물질의 환원ㆍ탈리를, 웨이퍼에 대한 박막 형성 직전까지 실행한다.High cleanliness of the furnace atmosphere and reduction and removal of the contaminants adsorbed on the surface are performed until just before the thin film is formed on the wafer.
이상과 같은 웨이퍼 표면의 청정화를, 예비실 부착 CVD 장치를 사용하여, 배치(batch) 처리, 예를 들면, 100~150매 처리의 양산(量産) 프로세스로 실행하고자 한 경우에는, 비교적 저온인 노구부나 웨이퍼로부터의 탈(脫) 가스에 의해, 웨이퍼 표면의 오염이 반응로 내의 웨이퍼 면간(面間) 방향 즉 웨이퍼 배열 방향으로 불균일하게 발생할 가능성이 있다.The above-described cleaning of the wafer surface is carried out in a batch process, for example, a mass production process of 100 to 150 sheets process using a CVD apparatus with a preliminary chamber. Contamination on the wafer surface may occur unevenly in the wafer interplanar direction, that is, the wafer array direction, by the deaeration gas from the wafer or the wafer.
본 발명의 목적은, 배치 처리하는 양산 프로세스에 있어서, 웨이퍼 면간 방향에 걸쳐 저산소ㆍ탄소 밀도로 고품질의 계면을 웨이퍼와 박막 사이에 균일하게 형성할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 데 있다.Disclosure of Invention An object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method and a substrate processing apparatus capable of uniformly forming a high quality interface between a wafer and a thin film at low oxygen and carbon density over a wafer interplanar direction in a batch production process. There is.
본 발명의 한 형태에 따르면, 프로세스 튜브와 그것을 지지하는 매니폴드(manifold)로 구성되는 반응 용기 내에 복수매의 기판을 반입하여 상기 반응 용기 내에 배열시키는 스텝과,According to one aspect of the invention, a step of bringing a plurality of substrates into a reaction vessel composed of a process tube and a manifold supporting the same and arranging the plurality of substrates in the reaction vessel;
상기 반응 용기 내의 상기 매니폴드측으로부터 상기 프로세스 튜브 측을 향하여 전처리 가스를 흘려 상기 복수매의 기판에 대하여 전처리를 수행하는 스텝과,Performing pretreatment on the plurality of substrates by flowing a pretreatment gas from the manifold side in the reaction vessel toward the process tube side;
상기 반응 용기 내의 상기 매니폴드측으로부터 상기 프로세스 튜브 측을 향하여 본처리 가스를 흘려 상기 전처리가 이루어진 상기 복수매의 기판에 대하여 본처리를 수행하는 스텝과,Performing a main processing on the plurality of substrates on which the pretreatment has been performed by flowing the main processing gas from the manifold side in the reaction container toward the process tube side;
상기 본처리 후의 상기 복수매의 기판을 상기 반응 용기 내로부터 반출하는 스텝을 포함하고,And carrying out the plurality of substrates after the main treatment from the reaction vessel,
상기 전처리를 수행하는 스텝에서는, 전처리 가스를, 상기 매니폴드에 대응하는 영역에 있어서 적어도 1개소와, 기판 배열 영역에 대응하는 영역에 있어서 상부의 적어도 1개소로부터 공급하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.In the step of performing the pretreatment, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, wherein the pretreatment gas is supplied from at least one place in a region corresponding to the manifold and from at least one top in a region corresponding to a substrate array region. do.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 반응 용기 내에 복수매의 기판을 반입하여 상기 반응 용기 내에 배열시키는 스텝과,According to still another aspect of the present invention, a step of bringing a plurality of substrates into a reaction vessel and arranging the plurality of substrates in the reaction vessel,
상기 반응 용기 내에 전처리 가스를 흘려 상기 복수매의 기판에 대하여 전처 리를 수행하는 스텝과,Performing pretreatment on the plurality of substrates by flowing a pretreatment gas into the reaction vessel;
상기 반응 용기 내에 본처리 가스를 흘려 상기 전처리가 이루어진 상기 복수매의 기판에 대하여 본처리를 수행하는 스텝과,Performing a main processing on the plurality of substrates on which the pretreatment has been performed by flowing the main processing gas into the reaction vessel;
상기 본처리 후의 상기 복수매의 기판을 상기 반응 용기 내로부터 반출하는 스텝을 포함하고, And carrying out the plurality of substrates after the main treatment from the reaction vessel,
상기 전처리를 수행하는 스텝에서는, 전처리 가스를, 기판 배열 영역보다 저온이 되는 영역에 있어서 적어도 1개소와, 기판 배열 영역에 대응하는 영역에 있어서 하류 단부의 적어도 1개소로부터 공급하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.In the step of performing the pretreatment, a method of manufacturing a semiconductor device, wherein the pretreatment gas is supplied from at least one location in a region that is lower than the substrate array region and at least one downstream end in a region corresponding to the substrate array region. This is provided.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 반응 용기 내에 복수매의 기판을 반입하여 상기 반응 용기 내에 배열시키는 스텝과,According to still another aspect of the present invention, a step of bringing a plurality of substrates into a reaction vessel and arranging the plurality of substrates in the reaction vessel,
상기 반응 용기 내에 전처리 가스를 흘려 상기 복수매의 기판에 대하여 전처리를 수행하는 스텝과,Performing pretreatment on the plurality of substrates by flowing a pretreatment gas into the reaction vessel;
상기 반응 용기 내에 본처리 가스를 흘려 상기 전처리가 이루어진 상기 복수매의 기판에 대하여 본처리를 수행하는 스텝과,Performing a main processing on the plurality of substrates on which the pretreatment has been performed by flowing the main processing gas into the reaction vessel;
상기 본처리 후의 상기 복수매의 기판을 상기 반응 용기 내로부터 반출하는 스텝을 포함하고, And carrying out the plurality of substrates after the main treatment from the reaction vessel,
상기 전처리를 수행하는 스텝에서는, 전처리 가스를, 기판 배열 영역보다 하방 영역에 있어서 적어도 1개소와, 기판 배열 영역에 대응하는 영역에 있어서 상부의 적어도 1개소로부터 공급하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.In the step of performing the pretreatment, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, wherein the pretreatment gas is supplied from at least one place in a region below the substrate array region and from at least one upper portion in a region corresponding to the substrate array region. .
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 기판을 반응 용기 내에 반입하는 스텝과,According to another aspect of the invention, the step of bringing the substrate into the reaction vessel,
상기 반응 용기 내에서 기판에 대하여 전처리를 수행하는 스텝과,Performing pretreatment on the substrate in the reaction vessel;
상기 반응 용기 내에서 상기 전처리가 이루어진 기판에 대하여 본처리를 수행하는 스텝과,Performing the main processing on the substrate subjected to the pretreatment in the reaction vessel;
상기 본처리 후의 기판을 상기 반응 용기 내로부터 반출하는 스텝을 포함하고, Carrying out the substrate after the main treatment from the reaction vessel;
상기 전처리를 수행하는 스텝에서는, 전처리 가스를 상기 처리실 내의 복수의 개소로부터 공급함과 동시에, 상기 복수 개소 중 적어도 1개소와 다른 개소에서, 전처리 가스의 공급 유량, 농도 또는 종류를 달리하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.In the step of performing the pretreatment, the production of a semiconductor device which supplies a pretreatment gas from a plurality of locations in the processing chamber and changes the supply flow rate, concentration, or type of the pretreatment gas at a location different from at least one of the plurality of locations. A method is provided.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 기판을 반응 용기 내에 반입하는 스텝과,According to another aspect of the invention, the step of bringing the substrate into the reaction vessel,
상기 반응 용기 내에서 기판에 대하여 전처리를 수행하는 스텝과,Performing pretreatment on the substrate in the reaction vessel;
상기 반응 용기 내에서 상기 전처리가 이루어진 기판에 대하여 본처리를 수행하는 스텝과,Performing the main processing on the substrate subjected to the pretreatment in the reaction vessel;
상기 본처리 후의 기판을 상기 반응 용기 내로부터 반출하는 스텝을 포함하고, Carrying out the substrate after the main treatment from the reaction vessel;
상기 전처리를 수행하는 스텝에서는, 복수 종류의 전처리 가스를 상기 처리실 내의 복수의 개소로부터 공급함과 동시에, 상기 복수 개소 중 적어도 1개소와 다른 개소에서, 상기 복수 종류의 전처리 가스의 공급 유량비 또는 농도비를 달리하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.In the step of performing the pretreatment, a plurality of kinds of pretreatment gases are supplied from a plurality of places in the processing chamber, and at a different location from at least one of the plurality of places, a supply flow rate ratio or a concentration ratio of the plurality of kinds of pretreatment gases is different. A manufacturing method of a semiconductor device is provided.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 기판을 처리하는 프로세스 튜브와,According to still another aspect of the present invention, there is provided a process tube for processing a substrate;
상기 프로세스 튜브를 지지하는 매니폴드와,A manifold supporting the process tube;
상기 프로세스 튜브 내에서 복수매의 기판을 배열하여 지지하는 지지구와,A support for arranging and supporting a plurality of substrates in the process tube;
상기 매니폴드에 대응하는 영역에 있어서 적어도 1개소로부터 가스를 공급하는 제1 노즐과,A first nozzle for supplying gas from at least one location in a region corresponding to the manifold;
상기 프로세스 튜브 내의 기판 배열 영역에 대응하는 영역에 있어서 상부의 적어도 1개소로부터 가스를 공급하는 제2 노즐과,A second nozzle for supplying gas from at least one upper portion in a region corresponding to the substrate array region in the process tube;
상기 프로세스 튜브의 상기 제1 노즐이 설치된 측과는 반대측에 설치되고 상기 프로세스 튜브 내를 배기하는 배기로와,An exhaust passage disposed on a side opposite to the side on which the first nozzle of the process tube is installed and exhausting the inside of the process tube;
상기 제1 노즐 및 상기 제2 노즐로부터 전처리 가스를 공급하고, 상기 배기로를 향하여 흘리고, 상기 복수매의 기판에 대하여 전처리를 수행하고, 적어도 상기 제1 노즐로부터 본처리 가스를 공급하고, 상기 배기로를 향하여 흘리고, 상기 전처리가 이루어진 상기 복수매의 기판에 대하여 본처리를 수행하도록 제어하는 컨트롤러를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.The pretreatment gas is supplied from the first nozzle and the second nozzle, flows toward the exhaust passage, pretreatment is performed on the plurality of substrates, the main processing gas is supplied from at least the first nozzle, and the exhaust is exhausted. There is provided a substrate processing apparatus including a controller that flows toward a furnace and controls to perform the main processing on the plurality of substrates on which the pretreatment has been performed.
본 발명에 따르면, 배치(batch) 처리의 양산 프로세스에 있어서, 기판 상의 자연 산화막 또는 불순물을 기판 면간 방향에 걸쳐 효율적이며 균일하게 제거하고, 저산소ㆍ탄소 밀도로서 고품질의 계면을 기판 면간 방향에 걸쳐 균일하게 형성할 수 있다.According to the present invention, in a mass production process of a batch treatment, a natural oxide film or impurities on a substrate are efficiently and uniformly removed over a substrate interplanar direction, and a high quality interface with a low oxygen and carbon density is uniform over a substrate interplanar direction. Can be formed.
이하, 본 발명의 일 실시 형태를 도면을 토대로 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, one Embodiment of this invention is described based on drawing.
본 실시의 형태에 있어서, 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법은, 기판 처리 장치로서 도 1 및 도 2에 나타낸 예비실 부착 CVD 장치(이하, CVD 장치라고 함)가 사용되어 실행된다.In this embodiment, the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention is performed using the preliminary chamber CVD apparatus (henceforth CVD apparatus) shown in FIG. 1 and FIG. 2 as a substrate processing apparatus.
본 실시의 형태에 있어서는, 박막을 형성하기 전에, 수소 원자를 포함하는 가스, 실리콘 원자를 포함하는 가스 또는 염소 원자를 포함하는 가스를 전처리 가스(계면 세정 가스)로서, 단독 또는 혼합하여, 또는 캐리어 가스와 함께, 2 계통 이상의 다(多)계통 가스 라인으로부터 반응로 내에 도입한다.In this embodiment, before forming a thin film, the gas containing a hydrogen atom, the gas containing a silicon atom, or the gas containing a chlorine atom is singly or mixed as a pretreatment gas (interfacial cleaning gas), or a carrier Together with the gas, two or more multi-gas lines are introduced into the reactor.
먼저, CVD 장치에 대하여 설명한다.First, the CVD apparatus will be described.
도 1에 나타낸 바와 같이, CVD 장치(10)는 광체(筐體, 11)를 구비하고 있고, 광체(11)에는 예비실(12)이 형성되어 있다. 예비실(12)은 대기압 미만의 압력을 유지할 수 있는 기밀(氣密) 성능을 갖는 밀폐실에 구축되어 있고, 반응로의 전단(前段)에 설치된 예비실을 구성하고 있다.As shown in FIG. 1, the
광체(11)의 전면(前面)벽에는 웨이퍼 반입 반출구(13)가 개설되어 있고, 웨이퍼 반입 반출구(13)는 게이트 밸브(14)에 의해 개폐된다.The wafer carrying in / out
광체(11)의 천정벽 위치에는 보트(34)가 출입하는 보트 반입 반출구(15)가 개설되어 있고, 보트 반입 반출구(15)는 셔터(16)에 의해 개폐된다.The boat loading /
광체(11)에는 예비실(12) 내의 분위기를 배기하는 배기 라인(17)의 일단이 접속되어 있고, 배기 라인(17)의 타단은 밸브(18)를 개재하여 진공 펌프로서의 머캐니컬 부스터(mechanical booster) 펌프(19) 및 드라이 펌프(20)에 접속되어 있다.One end of an
광체(11)에는 예비실(12) 내에 퍼지 가스로서의 질소 가스를 공급하는 질소 가스 공급 라인(21)의 일단이 접속되고, 질소 가스 공급 라인(21)의 타단은 매스 플로우 컨트롤러(22)를 개재하여 질소 가스 공급원(23)에 접속되어 있다.One end of a nitrogen
광체(11)의 예비실(12) 내에는 보트(34)를 승강시키기 위한 보트 엘리베이터(24)가 설치된다. 보트 엘리베이터(24)는 보트(34)를 승강시킴으로써, 보트(34)를 후술하는 처리실(46) 내에 반입 또는 처리실(46) 내로부터 반출한다.The
보트 엘리베이터(24)는 수직으로 각각 부설된 가이드 레일(25) 및 이송 나사축(26)과 이송 나사축(26)을 정역회전(正逆回轉)시키는 모터(27)를 구비한다. 가이드 레일(25)에는 승강체(28)가 수직 방향으로 승강 자유롭게 감합(嵌合)되고, 승강체(28)는 이송 나사축(26)에 수직 방향으로 진퇴 자유롭게 나합(螺合)된다.The
승강체(28)에는 암(arm, 29)이 수평으로 돌설(突設)되고, 암(29)의 선단부 상면에는 광체(11)의 천정벽에 설치된 보트 반입 반출구(15)를 기밀하게 폐색가능한 노구(爐口) 개체(蓋體)로서의 씰 캡(seal cap, 30)이 수평으로 설치된다. 씰 캡(30)은 광체(11)의 천정벽 하면에 수직 방향 하측으로부터 당접(當接)되도록 되어 있다. 씰 캡(30)은 예를 들면 스테인리스와 같은 금속이 사용되고 원반 형상으로 형성되어 있다. 씰 캡(30)의 상면에는 광체(11)의 천정벽 하면과 당접하는 씰(seal) 부재로서의 O링(31)이 부설(敷設)된다.
씰 캡(30)의 하측에는, 보트를 회전시키는 회전 기구(32)가 설치되고, 회전 기구(32)의 회전축(33)은 씰 캡(30)을 관통하여 보트(34)에 접속된다. 회전 기구(32)는 보트(34)를 회전시킴으로써 웨이퍼(1)를 회전시킨다.The
기판 보지구(保持具)로서의 보트(34)는, 예를 들면 석영 또는 탄화규소와 같은 내열성 재료가 사용되어 형성되고, 복수매의 기판으로서의 웨이퍼(1)를 수평 자세이면서 중심을 맞춘 상태에서 정렬시켜 다단으로 보지한다.The
보트(34)의 하부에는 단열판(35)이, 수평 자세에서 다단으로 복수매 배치된다. 단열판(35)은 예를 들면 석영 또는 탄화규소와 같은 내열성 재료가 사용되고 원판 형상으로 형성되어 있다. 단열판(35)은 보트(34)를 처리실(46) 내에 수용한 상태에서 히터(42)로부터의 열이 예비실(12)측으로 전달되기 어렵게 한다. In the lower part of the
회전 기구(32) 및 보트 엘리베이터(24)의 모터(27)에는 구동 제어부(36)가 전기 배선(37)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 구동 제어부(36)는 회전 기구(32) 및 보트 엘리베이터(24)의 모터(27)에 원하는 동작을 시킬 수 있도록 원하는 타이밍으로 이들을 제어한다.The
보트 반입 반출구(15)에 대응하는 광체(11) 위에는, 반응로(40)가 설치된다. The
반응로(40)는 가열 기구로서의 히터(42)를 포함한다. 히터(42)는 원통 형상으로 형성되고, 보지판으로서의 히터 베이스(41)에 지지됨으로써 수직으로 설치된다. 히터(42)는 U 존(upper zone, 42a), CU 존(center upper zone, 42b), C 존(center zone, 42c), CL 존(cneter lower zone, 42d), L 존(lower zone, 42e)의 5개의 존으로 나뉘어진다. The
히터(42)의 내측에는, 반응관으로서의 프로세스 튜브(43)가 히터(42)와 동심원 형상으로 배설(配設)된다. 프로세스 튜브(43)는 외부 반응관으로서의 아우터 튜 브(44)와 그 내측에 설치된 내부 반응관으로서의 이너 튜브(45)로 구성된다. Inside the
아우터 튜브(44)는, 예를 들면 석영(SiO2) 또는 탄화 실리콘(SiC)과 같은 내열성 재료가 사용되어 형성된다. 아우터 튜브(44)는, 내경이 이너 튜브(45)의 외경보다 크고 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되고, 이너 튜브(45)와 동심원 형상으로 설치된다. The
이너 튜브(45)는, 예를 들면 석영 또는 탄화 실리콘과 같은 내열성 재료가 사용되고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성된다. 이너 튜브(45)의 통 중공부는 처리실(46)을 형성하고, 처리실(46)은 복수매의 웨이퍼(1)를 보트(34)에 의해 수평 자세에서 수직 방향으로 다단으로 정렬한 상태로 수용한다.The
아우터 튜브(44)와 이너 튜브(45)의 극간에 의해 통(筒) 형상 공간(47)이 형성된다.The
아우터 튜브(44)의 하측에는 씰부재로서의 O링(48)을 개재하여 매니폴드(49)가, 아우터 튜브(44)와 동심원 형상으로 배설된다. 매니폴드(49)는, 예를 들면 스테인리스가 사용되고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성된다. Under the
매니폴드(49)는 아우터 튜브(44)와 이너 튜브(45)에 계합(係合)하고, 이들을 지지하고 있다. 매니폴드(49)가 히터 베이스(41)나 광체(11)의 천정벽에 지지됨으로써, 프로세스 튜브(43)는 수직으로 설치된 상태가 되어 있다.The manifold 49 engages with the
프로세스 튜브(43)와 매니폴드(49)에 의해 반응 용기가 형성된다.The reaction vessel is formed by the
프로세스 튜브(43) 내에는, 온도 검출기로서의 온도 센서(50)가 설치된다. 히터(42)와 온도 센서(50)에는 온도 제어부(51)가 전기 배선(52)에 의해 전기적으로 접속된다. 온도 제어부(51)는 온도 센서(50)에 의해 검출된 온도 정보를 바탕으로 히터(42)에 대한 통전 상태를 조정함으로써, 처리실(46) 내의 온도가 원하는 온도 분포가 되도록 원하는 타이밍으로 제어한다.In the
매니폴드(49)에는 처리실(46) 내의 분위기를 배기하는 배기관(53)이 설치된다. 배기관(53)은 아우터 튜브(44)와 이너 튜브(45)의 극간(隙間)에 의해 형성되는 통 형상 공간(47)의 하단부에 배치되고, 통 형상 공간(47)에 연통(連通)하고 있다.The manifold 49 is provided with an
배기관(53)의 매니폴드(49)와의 접속측과 반대측인 하류측에는, 압력 검출기로서의 압력 센서(54) 및 압력 조정 장치(55)를 개재하여 머캐니컬 부스터 펌프(MBP, 19), 드라이 펌프(DP, 20) 등의 배기 장치가 접속된다. 압력 센서(54), 압력 조정 장치(55), 머캐니컬 부스터 펌프(19) 및 드라이 펌프(20)는, 처리실(46) 내의 압력이 소정의 압력(진공도)이 되도록 배기한다.On the downstream side of the
압력 센서(54) 및 압력 조정 장치(55)에는 압력 제어부(56)가 전기 배선(57)에 의해 전기적으로 접속된다. 압력 제어부(56)는 압력 센서(54)에 의해 검출된 압력을 토대로, 압력 조정 장치(55)를 처리실(46) 내의 압력이 원하는 압력이 되도록 원하는 타이밍으로 제어한다.The
매니폴드(49)에는 가스 도입부로서의 노즐이 복수개, 처리실(46) 내에 연통하도록 각각 접속된다. A plurality of nozzles as gas introduction portions are connected to the manifold 49 so as to communicate in the
복수개의 노즐은, 서로 길이가 다른 엘보(elbow)관 형상(L형)의 4개의 롱 노즐(long nozzle)과 직관 형상(I형)의 1개의 쇼트 노즐(short nozzle)로 구성된다. The plurality of nozzles are composed of four long nozzles of elbow tube shape (L type) different in length from each other, and one short nozzle of straight pipe shape (I type).
제1 롱 노즐(N1), 제2 롱 노즐(N2), 제3 롱 노즐(N3) 및 제4 롱 노즐(N4)은, 보트(34)와 이너 튜브(45) 사이에 설치되고, 웨이퍼군(群) 배열(配列) 영역인 히터(42)와 대향하는 영역까지 돌출된다. The 1st long nozzle N1, the 2nd long nozzle N2, the 3rd long nozzle N3, and the 4th long nozzle N4 are provided between the
제1 롱 노즐(N1), 제2 롱 노즐(N2), 제3 롱 노즐(N3) 및 제4 롱 노즐(N4)의 가스 분출구는, 웨이퍼군 배열 영역에 대응하는 영역에 있어서 다른 높이에 각각 위치하고, 모두 웨이퍼군 배열 방향(수직 방향)의 상방을 향하여 개구하고 있다.The gas ejection openings of the first long nozzle N1, the second long nozzle N2, the third long nozzle N3, and the fourth long nozzle N4 are respectively at different heights in regions corresponding to the wafer group array region. Both of them are located upward in the wafer group array direction (vertical direction).
제5 노즐인 쇼트 노즐(N5)의 가스 분출구는, 웨이퍼군 배열 영역보다 상류측의 영역인 매니폴드(49)와 대향하는 영역, 즉, 웨이퍼군 배열 영역보다 하방 영역으로서 웨이퍼군 배열 영역보다 저온이 되는 영역에 위치하고, 웨이퍼군 배열 방향과 직각 방향(수평 방향)을 향하여 개구하고 있다.The gas ejection opening of the short nozzle N5 which is the fifth nozzle is a region facing the manifold 49 which is an upstream region of the wafer group array region, that is, a region lower than the wafer group array region and lower than the wafer group array region. It is located in the area | region which becomes this, and it opens toward a direction orthogonal to a wafer group arrangement direction (horizontal direction).
도 2에서는 편의상, 제1 노즐인 제1 롱 노즐(N1)만 도시하고, 다른 노즐의 도시는 생략한다.In FIG. 2, only the 1st long nozzle N1 which is a 1st nozzle is shown for convenience, and illustration of another nozzle is abbreviate | omitted.
이들 노즐(N1~N5)에는 가스 공급 라인(L1~L5)이 각각 접속된다. 각 가스 공급 라인(L1~L5)의 각 노즐(N1~N5)과의 접속측과 반대측인 상류측에는, 복수의 밸브 및 복수의 가스 유량 제어기(mass flow controller)를 포함하는 가스 공급ㆍ유량 제어기(M)를 개재하여 복수의 가스 공급원을 포함하는 가스 공급 유닛(G)이 접속된다. Gas supply lines L1 to L5 are connected to these nozzles N1 to N5, respectively. A gas supply / flow controller including a plurality of valves and a plurality of gas flow controllers on an upstream side of the gas supply lines L1 to L5 opposite to the connection side with the nozzles N1 to N5. A gas supply unit G including a plurality of gas supply sources is connected via M).
가스 공급ㆍ 유량 제어기(M)에는 가스 공급ㆍ유량 제어부(58)가 전기 배선(59)에 의해 전기적으로 접속된다. 가스 공급ㆍ유량 제어부(58)는 가스 공급ㆍ유량 제어기(M)를, 각 가스 공급 라인(L1~L5)에 흐르는 각 가스의 가스 유량이 원 하는 양이 되도록 원하는 타이밍으로 제어한다.The gas supply / flow
한편, 도 10(a) 및 도 10(b)는 가스 공급계의 구체적인 예를 나타내고 있다. 도 10(a)는 후술하는 제1 전처리 시퀀스(sequence)를 수행하는 경우에 사용되는 예(이하, 제1 공급계의 예라고 함)를 나타내고 있다.10 (a) and 10 (b) show specific examples of the gas supply system. FIG. 10A shows an example (hereinafter referred to as an example of a first supply system) used when performing a first preprocessing sequence described later.
제1 공급계의 예에 있어서, 제1 가스 공급원(G1)은 수소(H2) 가스를 각 가스 공급 라인(L1~L5)에 공급한다. 제2 가스 공급원(G2)은 모노실란(mono-silane, SiH4) 가스를 가스 공급 라인(L5)에 공급한다. 제3 가스 공급원(G3)은 질소(N2) 가스를 각 가스 공급 라인(L1~L5)에 공급한다.In the example of the first feed system, a first gas supply source (G1) it is supplied to the hydrogen (H 2) gas to each gas supply line (L1 ~ L5). The second gas source G2 supplies a monosilane (SiH 4 ) gas to the gas supply line L5. The third gas supply source G3 supplies nitrogen (N 2 ) gas to each gas supply line L1 to L5.
제1 가스 공급원(G1)으로부터 수소 가스를 공급하는 각 가스 공급 라인(L1~L5)에는, 상류측으로부터 순차적으로 상류측 밸브(U1~U5), 매스 플로우 컨트롤러(C1~C5) 및 하류측 밸브(D1~D5)가 각각 설치된다.In each of the gas supply lines L1 to L5 for supplying hydrogen gas from the first gas supply source G1, the upstream valves U1 to U5, the mass flow controllers C1 to C5, and the downstream valves sequentially from the upstream side. D1 to D5 are provided respectively.
제2 가스 공급원(G2)으로부터, 가스 공급 라인(L5)에 모노실란 가스를 공급하는 접속 라인에는, 상류측으로부터 순차적으로 상류측 밸브(U6), 매스 플로우 컨트롤러(C6) 및 하류측 밸브(D6)가 설치된다. From the second gas supply source G2 to the connection line for supplying the monosilane gas to the gas supply line L5, the upstream valve U6, the mass flow controller C6, and the downstream valve D6 are sequentially sequentially from the upstream side. ) Is installed.
제3 가스 공급원(G3)으로부터, 각 가스 공급 라인(L1~L5)에 질소 가스를 공급하는 접속 라인에는, 상류측으로부터 순차적으로 상류측 밸브(U7), 매스 플로우 컨트롤러(C7) 및 하류측 밸브(D7)가 설치된다. 한편, 가스 공급 유닛(G)은, 제1 가스 공급원(G1), 제2 가스 공급원(G2), 제3 가스 공급원(G3)을 포함하고, 가스 공급ㆍ유량 제어기(M)는, 상류측 밸브(U1~U7), 매스 플로우 컨트롤러(C1~C7), 하류측 밸브(D1~D7)를 포함한다.From the 3rd gas supply source G3 to the connection line which supplies nitrogen gas to each gas supply line L1-L5, the upstream valve U7, the mass flow controller C7, and the downstream valve sequentially from an upstream side. (D7) is installed. On the other hand, the gas supply unit G includes the first gas supply source G1, the second gas supply source G2, and the third gas supply source G3, and the gas supply / flow controller M includes an upstream valve. (U1-U7), mass flow controllers C1-C7, and downstream valves D1-D7.
즉, 제1 공급계의 예는, 전처리 가스로서 수소 가스를 사용하는 경우에, 가스 공급ㆍ유량 제어기(M)의 각 밸브나 각 매스 플로우 컨트롤러를 제어함으로써, 수소 가스의 유량 및 농도를 각 가스 공급 라인(L1~L5)마다 즉 각 노즐(N1~N5)마다 각각 변경할 수 있다.That is, in the example of the first supply system, when hydrogen gas is used as the pretreatment gas, the flow rate and concentration of the hydrogen gas are controlled by controlling the respective valves and the mass flow controllers of the gas supply / flow controller M. It can change for every supply line L1-L5, ie, every nozzle N1-N5, respectively.
도 10(b)는 후술하는 제2 전처리 시퀀스를 수행하는 경우에 사용되는 예(이하, 제2 공급계의 예라고 함)를 나타내고 있다.FIG. 10 (b) shows an example (hereinafter referred to as an example of a second supply system) used when performing the second preprocessing sequence described later.
제2 공급계의 예에 있어서, 제1 가스 공급원(G1)은 수소 가스를 각 가스 공급 라인(L1~L5)에 공급한다. 제2 가스 공급원(G2)은 모노실란 가스를 각 가스 공급 라인(L1~L5)에 공급한다. 제4 가스 공급원(G4)은 염소(Cl2) 가스를 각 가스 공급 라인(L1~N5)에 공급한다. 제3 가스 공급원(G3)은 질소 가스를 각 가스 공급 라인(L1~L5)에 공급한다.In the example of a 2nd supply system, the 1st gas supply source G1 supplies hydrogen gas to each gas supply line L1-L5. The second gas supply source G2 supplies the monosilane gas to each gas supply line L1 to L5. The fourth gas supply source G4 supplies chlorine (Cl 2 ) gas to each gas supply line L1 to N5. The third gas supply source G3 supplies nitrogen gas to each gas supply line L1 to L5.
제1 가스 공급원(G1)으로부터 수소 가스를 공급하는 각 가스 공급 라인(L1~L5)에는, 상류측으로부터 순차적으로 상류측 밸브(U1~U5), 매스 플로우 컨트롤러(C1~C5) 및 하류측 밸브(D1~D5)가 각각 설치된다. In each of the gas supply lines L1 to L5 for supplying hydrogen gas from the first gas supply source G1, the upstream valves U1 to U5, the mass flow controllers C1 to C5, and the downstream valves sequentially from the upstream side. D1 to D5 are provided respectively.
제2 가스 공급원(G2)으로부터, 각 가스 공급 라인(L1~L5)에 모노실란 가스를 공급하는 각 접속 라인에는 상류측으로부터 순차적으로 상류측 밸브(U11~U15), 매스 플로우 컨트롤러(C11~C15) 및 하류측 밸브(D11~D15)가 각각 설치된다. Upstream valves U11 to U15 and mass flow controllers C11 to C15 are sequentially connected from the upstream side to each connection line for supplying monosilane gas from the second gas supply source G2 to the respective gas supply lines L1 to L5. ) And downstream valves D11 to D15 are provided, respectively.
제4 가스 공급원(G4)으로부터, 각 가스 공급 라인(L1~L5)에 염소 가스를 공 급하는 각 접속 라인에는 상류측으로부터 순차적으로 상류측 밸브(U16~U20), 매스 플로우 컨트롤러(C16~C20) 및 하류측 밸브(D16~D20)가 각각 설치된다. Each connecting line for supplying chlorine gas to each gas supply line L1 to L5 from the fourth gas supply source G4 is sequentially provided with an upstream valve U16 to U20 and a mass flow controller C16 to C20 from the upstream side. ) And downstream valves D16 to D20 are respectively provided.
제3 가스 공급원(G3)으로부터, 각 가스 공급 라인(L1~L5)에 질소 가스를 공급하는 각 접속 라인에는 상류측으로부터 순차적으로 상류측 밸브(U21~U25), 매스 플로우 컨트롤러(C21~C25) 및 하류측 밸브(D21~D25)가 각각 설치된다. 한편, 가스 공급 유닛(G)은, 제1 가스 공급원(G1), 제2 가스 공급원(G2), 제3 가스 공급원(G3), 제4 가스 공급원(G4)을 포함하고, 가스 공급ㆍ유량 제어기(M)는, 상류측 밸브(U1~U5, U11~U25), 매스 플로우 컨트롤러(C1~C5, C11~C25), 하류측 밸브(D1~D5, D11~D25)를 포함한다.Upstream valves U21 to U25 and mass flow controllers C21 to C25 are sequentially supplied from the upstream side to each connection line for supplying nitrogen gas to the respective gas supply lines L1 to L5 from the third gas supply source G3. And downstream valves D21 to D25 are respectively provided. On the other hand, the gas supply unit G includes a first gas supply source G1, a second gas supply source G2, a third gas supply source G3, and a fourth gas supply source G4, and includes a gas supply and flow rate controller. (M) includes upstream valves U1 to U5 and U11 to U25, mass flow controllers C1 to C5 and C11 to C25, and downstream valves D1 to D5 and D11 to D25.
즉, 제2 공급계의 예는, 가스 공급ㆍ유량 제어기(M)의 각 밸브나 각 매스 플로우 컨트롤러를 제어함으로써, 수소 가스, 모노실란 가스, 염소 가스의 유량 및 농도를 각 가스 공급 라인(L1~L5)마다 즉 각 노즐(N1~N5)마다 각각 변경할 수 있다.That is, the example of the 2nd supply system controls each valve | bulb and each mass flow controller of the gas supply / flow controller M, so that the flow volume and concentration of hydrogen gas, monosilane gas, and chlorine gas can be adjusted for each gas supply line L1. It is possible to change each of ˜L5, that is, each nozzle N1 to N5.
구동 제어부(36), 온도 제어부(51), 압력 제어부(56) 및 가스 유량 제어부(58)는 조작부 및 입출력부를 구성하고, 이들은 CVD 장치(10) 전체를 제어하는 주제어부(60)에 전기적으로 접속된다.The
이들 구동 제어부(36), 온도 제어부(51), 압력 제어부(56), 가스 유량 제어부(58) 및 주제어부(60)는, 컨트롤러(61)를 구성하고 있다.These drive
다음에, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 장치 제조 공정의 일 공정으로서, 이상의 구성에 따른 CVD 장치(10)를 사용하여, 웨이퍼 상에 다결정(多結晶) 실리콘막 또는 단결정(單結晶) 실리콘막(이하, 실리콘막이라고 함)을 형성하는 방법을 도 3 및 도 4를 토대로 설명한다.Next, as one step of the semiconductor device manufacturing process according to one embodiment of the present invention, a polycrystalline silicon film or single crystal silicon is formed on a wafer using the
도 3 및 도 4는 웨이퍼 상에 실리콘막을 형성하는 방법을 나타내는 시퀀스 플로우 차트로서, 노내 온도 변화, 각 스텝명, 질소(N2) 가스, 수소(H2) 가스, 실란(SiH4) 가스, 염소(Cl2) 가스 등의 각 공급 타이밍, 노내 압력 변화를 각각 나타내고 있다.3 and 4 are sequence flow charts showing a method of forming a silicon film on a wafer, wherein the furnace temperature change, each step name, nitrogen (N 2 ) gas, hydrogen (H 2 ) gas, silane (SiH 4 ) gas, Each supply timing of the chlorine (Cl 2 ) gas and the like and the pressure change in the furnace are respectively shown.
도 3 및 도 4에 있어서, 횡축은 시간 경과를 나타내고, 종축은 노내 온도, 각 스텝, 각 가스의 공급 상태, 노내 압력을 나타내고 있다.In FIG.3 and FIG.4, the horizontal axis has shown time progress, and the vertical axis | shaft has shown the furnace temperature, each step, the supply state of each gas, and the furnace pressure.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 실리콘막 형성 방법을 나타내고, 도 4는 제2 실시 형태에 따른 실리콘막 형성 방법을 나타내고 있다.3 shows a silicon film forming method according to the first embodiment, and FIG. 4 shows a silicon film forming method according to the second embodiment.
한편, 이하의 설명에 있어서, CVD 장치(10)를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(61)에 의해 제어된다.In addition, in the following description, operation | movement of each part which comprises the
실리콘 웨이퍼 표면의 자연 산화막을 희불산(희불화수소산)으로 제거함과 동시에, 표면을 수소 종단화(終端化)시킨 후에, 예비실(12) 내의 보트(34)에는 1 배치(batch) 분의 매수, 예를 들면 100~150매의 웨이퍼(1)가 장전된다(wafer charge step).After removing the native oxide film on the surface of the silicon wafer with dilute hydrofluoric acid (dihydrofluoric acid) and subjecting the surface to hydrogen termination, the number of batches of one batch is provided in the
이어서, 예비실(12) 내의 불활성 가스에 의한 퍼지, 예를 들면 질소 퍼지가 실시되고(pre-purge step), 예비실(12) 내에 있어서 진공 배기 및 질소 퍼지가 반복 실시된다(cycle purge step). 이것에 의해, 예비실(12) 내의 분위기 중의 산소 및 수분이 충분하게 제거된다.Subsequently, purge with an inert gas in the
그 후, 보트 엘리베이터(24)는 웨이퍼군 장전이 완료된 보트(34)를 상승시키고 보트 반입 반출구(15)를 통하여 처리실(46) 내로 반입한다(boat load step).Thereafter, the
복수매의 웨이퍼(1)를 지지한 보트(34)의 처리실(46) 내로의 반입이 완료되면, 씰 캡(30)은 보트 반입 반출구(15)를 구성하는 광체(11)의 천정벽 하면에 O링(31)을 개재하여 당접하고 보트 반입 반출구(15)를 폐색함으로써 처리실(46) 내를 씰(seal)한다.When the loading of the
이 때, 보트 로드 스텝시의 웨이퍼 표면 산화를 방지하기 위하여, 반응로(40)[처리실(46)] 내(이하, 노내라고 함)의 온도가 웨이퍼 처리 온도보다 낮은 웨이퍼 반입 온도, 예를 들면 100~400℃ 정도의 온도가 되도록, 온도 제어부(51)는 히터(42)를 제어한다.At this time, in order to prevent wafer surface oxidation during the boat load step, the wafer loading temperature, for example, the temperature in the reactor 40 (the processing chamber 46) (hereinafter referred to as the furnace) is lower than the wafer processing temperature, for example, The
도 3 및 도 4의 경우에는, 웨이퍼 반입 온도는 200℃로 조정된다.In the case of FIG. 3 and FIG. 4, wafer loading temperature is adjusted to 200 degreeC.
한편, 웨이퍼 차지 스텝으로부터 보트 로드 스텝까지, 노내 압력은 대기압(ATM)으로 된다. On the other hand, the pressure in the furnace becomes atmospheric pressure (ATM) from the wafer charge step to the boat load step.
다음에, 노내 온도를 웨이퍼 반입 온도로 유지한 상태에서, 노내가 머캐니컬 부스터 펌프(19) 및 드라이 펌프(20)에 의해 진공 배기된다(진공 배기 스텝).Next, the furnace is evacuated by the
이 때, 압력 제어부(56)가 압력 조정 장치(55)를 제어함으로써 노내 압력은, 대기압보다 낮고, 웨이퍼 처리시 압력보다 낮은 압력, 예를 들면 1~10000Pa 정도의 압력으로 조정된다.At this time, the
도 3 및 도 4의 경우에는, 노내 압력은 1Pa로 조정된다.In the case of FIGS. 3 and 4, the pressure in the furnace is adjusted to 1 Pa.
이 때, 구동 제어부(36)는 보트(34)를 회전 기구(32)에 의해 소정의 회전 속도로 회전시킨다.At this time, the
여기까지는, 도 3 및 도 4에 나타낸 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 따른 실리콘막 형성 방법의 시퀀스에 공통되는 초기 스텝이다.The above steps are the initial steps common to the sequence of the silicon film forming method according to the first and second embodiments shown in FIGS. 3 and 4.
다음에, 도 3에 나타낸 제1 실시 형태에 있어서 수소 가스 사용 오염 제거 시퀀스(이하, 제1 전처리 시퀀스라고 함)에 관하여 설명한다.Next, in the first embodiment shown in FIG. 3, a hydrogen gas use decontamination sequence (hereinafter referred to as a first pretreatment sequence) will be described.
노내 압력이 소정의 압력(여기에서는 45Pa)으로 조정된 후에, 노내에 수소 가스가 공급되면서, 노내가 배기됨으로써, 노내가 수소 가스에 의해 퍼지된다(수소 퍼지 스텝).After the furnace pressure is adjusted to a predetermined pressure (45 Pa in this case), while the hydrogen gas is supplied into the furnace while the furnace is exhausted, the furnace is purged with hydrogen gas (hydrogen purge step).
그 후에, 노내에 대한 수소 가스의 공급 및 배기가 유지된 상태에서, 노내 온도는 웨이퍼 반입 온도로부터 제1 전처리 온도, 예를 들면 750~850℃ 정도의 온도까지 상승된다(승온 스텝).Thereafter, in the state where the supply and exhaust of hydrogen gas to the furnace are maintained, the furnace temperature is raised from the wafer loading temperature to the temperature of the first pretreatment temperature, for example, about 750 to 850 ° C (heating step).
이 승온(昇溫) 스텝 전, 즉 수소 퍼지 스텝으로부터, 노내에 수소 가스의 공급이 개시된다.Before this temperature increase step, that is, from the hydrogen purge step, supply of hydrogen gas into the furnace is started.
노내에 대한 수소 가스의 공급 및 배기는, 노내 온도를 제1 전처리 온도(750~850℃)로부터 후술하는 성막 온도(620℃)까지 강하시키는 강온(降溫) 스텝 및 노내 온도를 성막 온도로 안정시키는 온도 안정 스텝이 완료할 때까지 계속적으로 이루어진다.The supply and exhaust of hydrogen gas to the furnace stabilizes the temperature reduction step and the furnace temperature at the film formation temperature, which lower the furnace temperature from the first pretreatment temperature (750 to 850 ° C.) to the film formation temperature (620 ° C.) described later. This is done continuously until the temperature stabilization step is complete.
수소 가스는 도 1에 나타낸 모든 노즐(N1~N5)로부터 노내에 공급된다. 즉, 가스 분출구가 매니폴드(49)에 대응하는 영역에 위치하는 쇼트 노즐(N5) 및 가스 분출구가 웨이퍼군 배열 영역에 대응하는 영역에 위치하는 롱 노즐(N1~N4)로부터 공급된다. 노내에 공급된 수소 가스는, 노내를 상승하고 통 형상 공간(47)을 흘러내려 배기관(53)으로부터 배기된다.Hydrogen gas is supplied into a furnace from all the nozzles N1-N5 shown in FIG. That is, the shot nozzle N5 located in the region corresponding to the manifold 49 and the gas ejection opening are supplied from the long nozzles N1 to N4 located in the region corresponding to the wafer group array region. The hydrogen gas supplied into the furnace rises in the furnace, flows down the
수소 가스의 공급 및 배기가 소정 시간 유지됨으로써, 웨이퍼에 대한 자연 산화막 및 오염 물질의 제거 처리가 소정 시간 계속된다. 자연 산화막 및 오염 물질의 제거 처리에 있어서 반응 메커니즘 즉, 산소(O), 탄소(C), 자연 산화막(SiO2)의 수소에 의한 제거 메커니즘을 이하에 설명한다. By supplying and exhausting hydrogen gas for a predetermined time, the removal process of the native oxide film and contaminants on the wafer is continued for a predetermined time. The reaction mechanism in the removal process of the natural oxide film and the contaminants, that is, the removal mechanism by hydrogen of oxygen (O), carbon (C), and natural oxide film (SiO 2 ) will be described below.
노내로 수소 가스가 공급됨으로써, 다음과 같은 반응이 진행한다고 생각할 수 있다. By supplying hydrogen gas into the furnace, it can be considered that the following reaction proceeds.
한편, 아래 식에 있어서 *를 붙인 것은 활성종인 것을 나타낸다.In addition, in the following formula, the thing which added * shows that it is an active species.
750~850℃라는 온도 영역에 있어서는, H2는 화학적으로 활성인 H* 등의 형태로 분리된다고 생각할 수 있다(반응식 1).In the temperature range of 750 ° C. to 850 ° C., H 2 can be considered to be separated into chemically active H * or the like (Scheme 1).
이것들은, 노내 분위기 속에 잔류한 산소나 탄소 및 자연 산화막과 반응하여, H2O나 CH4 나 SiO 등의 형태로 기화되고, 노 외부로 배기됨으로써 제거된다고 생각할 수 있다(반응식 2, 3, 4).These may be considered to react with oxygen, carbon, and natural oxide film remaining in the furnace atmosphere, vaporize in the form of H 2 O, CH 4 , SiO, etc., and remove them by exhausting them to the outside of the furnace (
다음에, 도 4에 나타낸 제2 실시 형태에 있어서 수소 가스, 실란 가스 및 염소 가스를 사용하는 오염 제거 시퀀스(이하, 제2 전처리 시퀀스라고 함)에 관해서 설명한다.Next, a decontamination sequence (hereinafter referred to as a second pretreatment sequence) using hydrogen gas, silane gas, and chlorine gas in the second embodiment shown in FIG. 4 will be described.
노내 압력이 소정의 압력(여기에서는 45Pa)으로 조정된 후에, 노내에 수소 가스가 공급되면서, 노내가 배기됨으로써, 노내가 수소 가스에 의해 퍼지된다(수소 퍼지 스텝).After the furnace pressure is adjusted to a predetermined pressure (45 Pa in this case), while the hydrogen gas is supplied into the furnace while the furnace is exhausted, the furnace is purged with hydrogen gas (hydrogen purge step).
그 후에, 노내에 대한 수소 가스의 공급 및 배기가 유지된 상태에서, 노내 온도가 웨이퍼 반입 온도로부터, 제2 전처리 온도, 예를 들면 620℃ 정도의 온도까지 승온된다(승온 스텝).Thereafter, in the state where the supply and exhaust of hydrogen gas to the furnace are maintained, the furnace temperature is raised from the wafer loading temperature to a second pretreatment temperature, for example, a temperature of about 620 ° C (heating step).
한편, 제2 실시 형태에서는, 제2 전처리 온도와 후술하는 성막 온도를 동일한 온도로 한다.In addition, in 2nd Embodiment, 2nd preprocessing temperature and film-forming temperature mentioned later are made into the same temperature.
이 승온 스텝으로부터, 노내에 대한 실란 가스와 염소 가스의 공급이 개시된 다.From this temperature increase step, supply of silane gas and chlorine gas to an furnace is started.
즉, 이 때, 노내에 수소 가스와 실란 가스와 염소 가스가 공급되면서, 노내가 배기된다(수소+실란+염소 퍼지 스텝).That is, at this time, the hydrogen gas, the silane gas, and the chlorine gas are supplied into the furnace to exhaust the inside of the furnace (hydrogen + silane + chlorine purge step).
이 때의 노내 압력은, 예를 들면 50Pa로 조정된다.The in-house pressure at this time is adjusted to 50 Pa, for example.
한편, 실란 가스와 염소 가스는, 승온 스텝 종료 후에도 소정 시간 계속 공급한다.On the other hand, the silane gas and the chlorine gas continue to be supplied for a predetermined time even after the temperature increase step ends.
수소 가스 공급을 유지한 상태에서, 실란 가스 및 염소 가스의 공급을 정지하면, 다시, 수소 퍼지 스텝이 실시된다. 즉, 수소 가스의 공급 및 배기는, 승온 스텝 전(前)인 수소 퍼지 스텝으로부터 승온 스텝 후의 수소 퍼지 스텝이 완료될 때까지 계속하여 실시된다.When the supply of the silane gas and the chlorine gas is stopped while the hydrogen gas supply is maintained, the hydrogen purge step is performed again. That is, the supply and the exhaust of the hydrogen gas are continued until the hydrogen purge step after the temperature increase step is completed from the hydrogen purge step before the temperature increase step.
실란 가스 및 염소 가스 공급 정지 후에 수소 퍼지 스텝을 실행함으로써, 웨이퍼 표면에 잔류한 염소를 제거할 수 있다.By executing the hydrogen purge step after the silane gas and the chlorine gas supply stop, it is possible to remove chlorine remaining on the wafer surface.
수소 가스와 실란 가스와 염소 가스는, 도 1에 나타낸 모든 노즐(N1~N5)로부터 노내에 공급된다. 즉, 가스 분출구가 매니폴드(49)에 대응하는 영역에 위치하는 쇼트 노즐(N5) 및 가스 분출구가 웨이퍼군 배열 영역에 대응하는 영역에 위치하는 롱 노즐(N1~N4)로부터, 수소 퍼지 스텝에 있어서는 수소 가스가 각각 공급되고, 수소+실란+염소 퍼지 스텝에 있어서는 수소 가스와 실란 가스와 염소 가스의 혼합 가스가 각각 공급된다. 노내에 공급된 수소 가스, 실란 가스, 염소 가스는 노내를 상승하고, 통 형상 공간(47)을 흘러내려 배기관(53)으로부터 배기된다.Hydrogen gas, silane gas, and chlorine gas are supplied into the furnace from all the nozzles N1 to N5 shown in FIG. 1. That is, from the short nozzle N5 in which the gas jet port is located in the area | region corresponding to the manifold 49, and from the long nozzles N1-N4 in which the gas jet port is located in the area | region corresponding to a wafer group arrangement area | region, it transfers to a hydrogen purge step. In each case, hydrogen gas is supplied, and in the hydrogen + silane + chlorine purge step, hydrogen gas, a mixed gas of silane gas, and chlorine gas is supplied, respectively. Hydrogen gas, silane gas, and chlorine gas supplied into the furnace ascend in the furnace, flow down the
수소 가스와 실란 가스와 염소 가스의 공급 및 배기가 소정 시간 유지됨으로 써, 웨이퍼에 대한 자연 산화막 및 오염 물질 제거 처리가 소정 시간 계속된다. 자연 산화막 및 오염 물질의 제거 처리에 있어서 반응 메커니즘을 이하에 논술한다.The supply and exhaust of the hydrogen gas, the silane gas, and the chlorine gas are maintained for a predetermined time, so that the natural oxide film and contaminant removal processing for the wafer is continued for a predetermined time. The reaction mechanism in the removal process of the native oxide film and contaminants is described below.
먼저, 실란에 의한 수분(H2O), 산소(O) 제거의 메커니즘에 대하여 설명한다.First, the mechanism of removing water (H 2 O) and oxygen (O) by silane will be described.
노내에 실란 가스가 공급됨으로써, 다음의 반응이 진행된다고 생각할 수 있다.It is considered that the following reaction proceeds by supplying the silane gas into the furnace.
200~620℃ 범위 내의 비교적 저온인 영역에서는, 실란(SiH4)은 완전하게는 분해되지 않고, SiH2와 H2, 또는 SiH3와 H 등의 형태로 분리된다고 생각할 수 있다(반응식 5, 6).In a relatively low temperature range within the range of 200 to 620 ° C., silane (SiH 4 ) is not completely decomposed and can be considered to be separated in the form of SiH 2 and H 2 or SiH 3 and H (
그들은 노내 분위기 중에 잔류한 수분이나 산소와 반응하여, 각각 SiO나 H2O 등의 형태로 기화되고, 노 외부로 배기됨으로써 제거되는 것이라고 생각할 수 있다(반응식 7, 8, 9).It can be considered that they react with moisture and oxygen remaining in the atmosphere in the furnace, vaporize in the form of SiO, H 2 O, etc., respectively, and are removed by evacuation to the outside of the furnace (Scheme 7, 8, 9).
그러나, 비교적 저온이기 때문에, 반응식 10과 같이, 웨이퍼 표면에 형성된 SiO2를 제거하는 데까지는 이르지 못한다. However, since it is relatively low temperature, it does not reach until removing SiO 2 formed on the wafer surface as in
다음에 염소에 의한 산소(O), 탄소(C)의 제거 메커니즘에 대하여 설명한다.Next, the mechanism for removing oxygen (O) and carbon (C) by chlorine will be described.
노내에 염소 가스가 공급되면, 다음과 같은 반응이 진행한다고 생각할 수 있다. When chlorine gas is supplied into a furnace, it can be considered that the following reaction proceeds.
Cl2에 의한 O나 C와의 직접적인 반응은 없다고 생각할 수 있는데, Si가 Cl2에 의해 에칭(etching)되고 있다고 생각할 수 있다(반응식 11).It can be considered that there is no direct reaction with O or C by Cl 2 , but it can be considered that Si is etched by Cl 2 (Scheme 11).
그 때에, Si 상에 흡착한 O나 C가, Si와 함께 리프트 업(lift-up)되어 제거되는 것이라고 생각할 수 있다.At that time, it is considered that O and C adsorbed on Si are lifted up and removed together with Si.
제1 전처리 시퀀스와 제2 전처리 시퀀스는, 각각 단독으로 웨이퍼에 대한 자연 산화막 및 오염 물질 제거에 유효한데, 양자(兩者)를 조합하는 것도 가능하다.Each of the first pretreatment sequence and the second pretreatment sequence alone is effective for removing the native oxide film and the contaminant on the wafer, but it is also possible to combine both.
양자를 조합함으로써, 더욱 높은 자연 산화막 또는 불순물의 제거 효과를 얻을 수 있다.By combining both, it is possible to obtain a higher natural oxide film or an effect of removing impurities.
제1 전처리 시퀀스 또는 제2 전처리 시퀀스 종료 후, 성막 스텝이 실행된다.After the end of the first preprocessing sequence or the second preprocessing sequence, the film forming step is executed.
여기부터는, 도 3과 도 4에 나타낸 실리콘막 형성 방법 시퀀스에 공통되는 스텝이다.Hereafter, the steps common to the silicon film forming method sequences shown in FIGS. 3 and 4 are described.
온도 제어부(51)에 의해 히터(42)가 제어되고, 노내 온도가 성막 온도(620℃)에서 안정화되면(온도 안정 스텝), 노내로 수소 가스 공급이 정지되고, 실란 가스가 노내에 공급된다. 이 때, 노내 압력은 예를 들면 20Pa로 조정된다. 실란 가스는 쇼트 노즐(N5)로부터 노내에 공급된다. 한편, 실란 가스는, 모든 노즐(N1~N5)로부터 노내에 공급하도록 해도 무방하다. 노내에 공급된 실란 가스는 노내를 상승하고, 통 형상 공간(47)을 흘러내려 배기관(53)으로부터 배기된다.When the
공급된 실란 가스는 히터(42)에 의해 가열된 감압 분위기 내에서 분해하기 때문에, 실리콘막이 웨이퍼 표면 상에 열 CVD 반응에 의해 형성된다(성막 스텝).Since the supplied silane gas decomposes in the reduced pressure atmosphere heated by the
제1 전처리 시퀀스 또는 제2 전처리 시퀀스에 의해 웨이퍼 표면을 청정화하면, 성막의 하지(下地)가 다결정 실리콘(poly-Si)인 경우에는 다결정 실리콘막이 형성되고, 성막의 하지가 단결정 실리콘인 경우에는 단결정 실리콘막이 형성된다.When the surface of the wafer is cleaned by the first pretreatment sequence or the second pretreatment sequence, a polycrystalline silicon film is formed when the underlying film is polycrystalline silicon (poly-Si), and when the underlying film is monocrystalline silicon, A silicon film is formed.
이와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 620℃라는 저온에서 단결정 실리콘막을 형성할 수 있다. Thus, according to this embodiment, a single crystal silicon film can be formed at low temperature of 620 degreeC.
실란 가스의 공급을 정지함으로써, 웨이퍼에 대한 성막 스텝이 종료된다. By stopping the supply of the silane gas, the film forming step for the wafer is completed.
웨이퍼에 대한 성막 스텝 종료 후에, 노내 압력이 소정 압력, 예를 들면 1~10000Pa 정도의 압력으로 조정된다. 여기에서는, 노내 압력은 15Pa로 조정된다.After completion of the film forming step for the wafer, the pressure in the furnace is adjusted to a predetermined pressure, for example, a pressure of about 1 to 10,000 Pa. Here, the furnace pressure is adjusted to 15 Pa.
실란 가스 공급 정지와 동시에, 노내가 질소 가스에 의해 퍼지됨으로써, 노내는 질소 가스에 의해 치환된다.Simultaneously with the silane gas supply stop, the furnace is purged with nitrogen gas, whereby the furnace is replaced with nitrogen gas.
그 후, 노내에 질소 가스 공급이 유지되면서, 노내 압력이 상승되어 대기압으로 복귀된다(대기압 복귀 스텝).Thereafter, while the nitrogen gas supply is maintained in the furnace, the pressure in the furnace is raised to return to atmospheric pressure (atmospheric pressure return step).
대기압 복귀 스텝 후에, 처리 후의 웨이퍼 즉 단결정 실리콘막 또는 다결정 실리콘막이 형성된 웨이퍼를 보지한 보트(34)는, 보트 엘리베이터(24)에 의해 강하되어 처리실(46) 내로부터 반출된다(boat unload step).After the atmospheric pressure return step, the
보트(34)에 보지된 모든 웨이퍼(1)가 냉각될 때까지, 보트(34)는 예비실(12)에서 대기한다(웨이퍼 냉각 스텝).The
대기시킨 보트(34)에 보지된 모든 웨이퍼(1)가 소정 온도로까지 냉각하면, 웨이퍼(1)는 웨이퍼 이재 장치(도시하지 않음)에 의해 보트(34)로부터 취출(取出)되고, 웨이퍼 캐리어(도시하지 않음)로 회수된다(wafer discharge step).When all the
한편, 다음 번 시퀀스를 위하여, 웨이퍼 냉각 스텝과 병행하여, 노내 온도가 성막 온도로부터 소정의 웨이퍼 반입 온도, 예를 들면 300~600℃ 정도의 온도(여기에서는, 200℃)까지 강온된다(노내 강온 스텝).On the other hand, for the next sequence, the furnace temperature is lowered from the film formation temperature to a predetermined wafer loading temperature, for example, about 300 to 600 ° C. (here, 200 ° C.) in parallel with the wafer cooling step (inner temperature reduction). step).
이상, 실리콘막 형성 방법을 검토한 결과, 본 발명자는 다음의 현상을 발견했다.As a result of examining the silicon film forming method, the present inventors found the following phenomenon.
본 실시 형태에 있어서의 CVD 장치(10)와 같이, 프로세스 튜브(43)와, 프로세스 튜브(43)의 하방에 설치된 매니폴드(49)로 반응 용기가 형성되고, 매니폴 드(49)측으로부터 프로세스 튜브(43) 상부를 향하여 가스가 흐르는 기판 처리 장치의 경우에는, 웨이퍼군 배열 영역보다 하방으로서 웨이퍼군 배열 영역보다 저온이 되는 매니폴드(49)의 부분 및 웨이퍼군 배열 영역 상부(웨이퍼군 배열 영역 하류 단부 부근)에 있어서는, 산소나 탄소 등의 오염 정도가 다른 부분보다 크게 된다.Like the
본 발명자는 이 현상이 발생하는 이유를, 다음과 같이 고찰했다.This inventor considered the reason why this phenomenon arises as follows.
성막 스텝에 있어서, 웨이퍼군 배열 영역보다 하방의 비교적 온도가 낮은 매니폴드(49) 부근에 쇼트 노즐(N5)로부터 도입된 가스는, 처리실(46) 내를 상승하여 웨이퍼(1)에 대하여 성막 처리를 수행한 후에, 아우터 튜브(44)와 이너 튜브(45) 사이에 형성된 통 형상 공간(47)을 지나 배기관(53)으로부터 배기된다.In the film forming step, the gas introduced from the shot nozzle N5 near the manifold 49 having a relatively lower temperature than the wafer group array region is raised in the
노내를 웨이퍼군 배열 영역 상부와, 웨이퍼군 배열 영역 상부 이외의 부분과, 매니폴드(49) 근방의 3개의 영역(area)으로 나누어 생각하면, 웨이퍼에 대한 산소나 탄소 등의 계면 불순물 밀도는, 웨이퍼군 배열 영역 상부 및 매니폴드(49) 근방에서 비교적 커진다.When the inside of the furnace is divided into three areas (area) near the upper portion of the wafer group array region, the portion other than the upper portion of the wafer group array region, and the manifold 49, the interfacial impurity density of the wafer, such as oxygen or carbon, It becomes relatively large in the upper part of the wafer group arrangement region and in the vicinity of the manifold 49.
매니폴드(49) 근방에 있어서 계면 불순물 밀도가 비교적 커지는 이유로서는, 매니폴드(49)에 부착하고 있던 수분이나 유기물의 탈리(脫離)에 의한 오염을 생각할 수 있다.As a reason for the relatively high interfacial impurity density in the vicinity of the manifold 49, contamination due to desorption of moisture and organic matter adhering to the manifold 49 can be considered.
계면 불순물의 원인이 되는 수분이나 유기물은, 분위기 온도가 낮을수록 표면에 흡착하기 쉬워지기 때문에, 노내에 있어서 비교적 온도가 낮은 매니폴드(49) 부근에는, 다른 영역보다 많은 수분이나 유기물이 흡착하고, 그들이 성막 시퀀스 내에서의 승온시에 탈리하여, 매니폴드(49) 근방의 웨이퍼(1)에 흡착한다고 생각할 수 있다.Since moisture and organic substances that cause interfacial impurities are more easily adsorbed on the surface as the ambient temperature is lower, more moisture and organic substances are adsorbed in the vicinity of the manifold 49 where the temperature is relatively lower in the furnace, It is conceivable that they desorb at the time of the temperature increase in the film formation sequence, and adsorb | suck to the
웨이퍼군 배열 영역 상부에 있어서 계면 불순물 밀도가 비교적 커지는 이유로서는, 웨이퍼(1)나 보트(34)에 부착하고 있던 수분이나 유기물의 탈리에 의한 오염을 생각할 수 있다.As the reason for the relatively high interfacial impurity density in the upper portion of the wafer group array region, contamination due to desorption of moisture and organic matter adhering to the
탈리한 수분이나 유기물은, 반응로(40)의 구조상, 웨이퍼군 배열 영역을 밑에서 위를 향하여 흐르기 때문에, 웨이퍼군 배열 영역에 고르게 웨이퍼(1)를 배치했다고 가정하면, 웨이퍼군 배열 영역 하류측인 웨이퍼군 배열 영역 상부 쪽이, 더 많은 웨이퍼(1) 및 보트(34)의 표면보다 더 많은 부분으로부터의 탈리 수분ㆍ유기물의 영향을 받는다고 생각할 수 있다.Since the desorbed moisture and organic substances flow from the bottom to the wafer group array region in the structure of the
또한, 반응로(40)의 구조상, 배기측으로부터의 불순물의 역확산(逆擴散)의 영향도, 통 형상 공간(47) 근방에 위치하는 웨이퍼군 배열 영역 상부에서는 더욱 강하게 받고 있다고 생각할 수 있다.In addition, due to the structure of the
본 발명자는, 이와 같이 오염의 정도가 다른 부분보다 커지는,The inventors thus increase the degree of contamination than other parts,
(1) 웨이퍼군 배열 영역보다 하방(웨이퍼군 배열 영역보다 상류측)의 영역, 즉 웨이퍼군 배열 영역보다 저온이 되는 매니폴드에 대응하는 영역 및(1) an area below the wafer group array region (upstream of the wafer group array region), that is, a region corresponding to a manifold that is lower than the wafer group array region;
(2) 웨이퍼군 배열 영역 상부(웨이퍼군 배열 영역 하류 단부)에 대응하는 영역 (2) an area corresponding to the upper portion of the wafer group array region (the downstream end of the wafer group array region)
으로부터 전처리 가스를 적극적으로 공급함으로써, 이 현상을 개선할 수 있다는 것을 발견했다.It has been found that this phenomenon can be improved by actively supplying the pretreatment gas from the present invention.
다음에, 웨이퍼에 대한 자연 산화막ㆍ오염 물질 제거 효과(이하, 오염 제거 효과라고 함)의 공급 가스 계통수(數)에 의한 차이를 규명하기 위하여 수행한 실험에 대하여 설명한다.Next, an experiment performed to identify the difference by the supply gas system number of the natural oxide film / pollutant removal effect (hereinafter, referred to as a decontamination effect) on the wafer will be described.
도 5는 실험에 사용한 평가 장치를 나타내고 있다.5 shows the evaluation apparatus used for the experiment.
한편, 도 1과 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙여, 그 설명을 생략한다.In addition, about the component same as FIG. 1, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
도 5(a)에 나타낸 제1 평가 장치에 있어서는, 쇼트 노즐(N5)의 1계통만으로 수소 가스를 노내에 도입하고, 웨이퍼(1)에 대한 제1 전처리 시퀀스를 실시한 후에, 쇼트 노즐(N5)로부터 실란 가스를 노내에 도입하여 성막 스텝을 실시했다.In the first evaluation device shown in FIG. 5A, after the hydrogen gas is introduced into the furnace with only one system of the shot nozzles N5 and the first pretreatment sequence is performed on the
오염 제거 효과의 지표인 계면 산소ㆍ탄소 밀도를, 보트(34)의 중앙 영역(89번째)과 상부 영역(167번째)에 설치한 모니터 웨이퍼에 대하여 측정했다.The interfacial oxygen-carbon density, which is an index of the decontamination effect, was measured for the monitor wafers provided in the center region (89th) and the upper region (167th) of the
도 5(b)에 나타낸 제2 평가 장치에 있어서는, 쇼트 노즐(N5)과 1개의 롱 노즐(N1)의 2계통에 의해 수소 가스를 노내에 도입하고, 웨이퍼(1)에 대한 제1 전처리 시퀀스를 실시한 후에, 쇼트 노즐(N5)로부터 실란 가스를 노내에 도입하여 성막 스텝을 실시했다. 즉, 제1 전처리 시퀀스에서는 매니폴드(49) 부근으로부터 쇼트 노즐(N5)에 의해 수소를 공급할 뿐 아니라, 보트(34)나 웨이퍼(1)로부터의 탈 가스에 의한 오염의 영향이 비교적 높은 보트 상부 영역(167번째)의 계면 특성을 개선하기 위해, 그 약간 하방(150번째)에서도 롱 노즐(N1)에 의해 수소 가스를 추가 도입했다. 제1 평가 장치에 의한 실험과 마찬가지로, 보트(34)의 중앙 영역(89번째)과 상방 영역(167번째)에 모니터 웨이퍼를 설치하여 계면 산소ㆍ탄소 밀도를 측정했다.In the second evaluation apparatus shown in FIG. 5B, hydrogen gas is introduced into the furnace by two systems of the short nozzle N5 and one long nozzle N1, and the first pretreatment sequence for the
도 6은 실험 결과를 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing experimental results.
도 6에 있어서, 횡축은 평가 장치 즉 공급가스 계통수의 차를 나타내고, 종축은 계면 산소ㆍ탄소 밀도(atoms/cm2)를 나타내고 있다.In FIG. 6, the horizontal axis | shaft has shown the difference of the evaluation apparatus, ie, supply gas system number, and the vertical axis | shaft has shown interfacial oxygen-carbon density (atoms / cm <2> ).
본 실험에서는, 제1 전처리 시퀀스의 수소 가스 퍼지 온도는 800℃, 수소 가스 퍼지 시간은 30분, 각 노즐로부터 공급하는 수소 가스의 공급 유량은 각각 5slm로 했다.In this experiment, the hydrogen gas purge temperature of the 1st pretreatment sequence was 800 degreeC, the hydrogen gas purge time was 30 minutes, and the supply flow volume of the hydrogen gas supplied from each nozzle was 5 slm, respectively.
성막 스텝에서는, 실란 가스의 공급 유량을 0.5slm로 하고, 하지막인 약 100nm 두께의 다결정 실리콘막 상에 다결정 실리콘막을 약 200nm 형성했다.In the film forming step, the supply flow rate of the silane gas was set to 0.5 slm, and about 200 nm of the polycrystalline silicon film was formed on the about 100 nm thick polycrystalline silicon film which is an underlayer.
계면 특성은 SIMS(Secondary Ionization Mass Spectrometer)로 측정했다.Interfacial properties were measured with a Secondary Ionization Mass Spectrometer (SIMS).
도 6에 의하면, 수소 가스 계통 수가 1계통인 제1 평가 장치에서는, 보트나 웨이퍼로부터의 탈 가스에 의한 오염의 영향이, 보트 상부 영역에 있어서 비교적 높다는 것을 알 수 있다.According to FIG. 6, it turns out that the influence of the contamination by the degassing from a boat and a wafer is comparatively high in a boat upper area | region in the 1st evaluation apparatus with the number of hydrogen gas system | system | groups.
보트 중앙 영역(89번째)에 설치한 모니터 웨이퍼에서의 계면 특성을 비교하면, 제1 평가 장치와 제2 평가 장치에 있어서, 차이는 거의 볼 수 없다.When comparing the interface characteristics in the monitor wafer provided in the boat center area | region (89th), a difference is hardly seen in a 1st evaluation apparatus and a 2nd evaluation apparatus.
이로부터, 수소 가스 계통 수를 1계통으로부터 2계통으로 했을 때의 수소 가스 유량의 증가, 수소 가스 퍼지 중의 압력 증가의 영향, 평가 배치(batch) 사이의 오차가 거의 없음을 알 수 있다. From this, it can be seen that there is almost no error between the increase in the flow rate of the hydrogen gas when the number of hydrogen gas systems is changed from one system to the two systems, the influence of the pressure increase in the hydrogen gas purge, and the evaluation batch.
한편, 상부 영역(167번째)에 설치한 모니터 웨이퍼에서의 계면 특성을, 제1 평가 장치와 제2 평가 장치로 비교하면, 수소 가스 계통 수를 1계통에서 2계통으로 증가시키고, 상부 영역(167번째)에 대하여, 상부 영역(167번째)의 약간 앞쪽(상류측)으로부터 수소 가스를 추가 공급함으로써, 산소 밀도에서 약 61%, 탄소 밀도에서 약 44% 저감할 수 있고, 오염 밀도가 큰 폭으로 저감되어 있음을 알 수 있다. On the other hand, comparing the interface characteristics of the monitor wafer provided in the upper region (167th) with the first and second evaluation apparatuses, the number of hydrogen gas systems is increased from one system to two systems and the upper region 167 Second), by additionally supplying hydrogen gas from a slightly ahead (upstream side) of the upper region (167th), it is possible to reduce about 61% in oxygen density and about 44% in carbon density, and the pollution density is large. It can be seen that it is reduced.
이로부터, 수소 가스 등의 전처리 가스를 다(多)계통으로 추가 공급함으로써, 웨이퍼 면간 방향으로 불균일하게 들어오는 웨이퍼 표면의 오염 물질을 균일하게 제거하고, 고품질의 계면을 양산(量産) 처리의 웨이퍼군 배열 영역(100~150매)에서 균일하게 형성할 수 있다.From this, by further supplying pretreatment gas such as hydrogen gas into multiple systems, contaminants on the surface of the wafer that enter unevenly in the wafer interplanar direction are uniformly removed, and a wafer group of mass production processing having a high quality interface is produced. It can form uniformly in the arrangement area | region (100-150 sheets).
도 5(b)의 경우에 있어서는, 롱 노즐(N1), 쇼트 노즐(N5)에 공급하는 계면 세정 가스로서의 전처리 가스의 가스 종류, 공급 유량, 농도를 동일하게 했다.In the case of FIG.5 (b), the gas kind, supply flow volume, and density | concentration of the pretreatment gas as interface cleaning gas supplied to long nozzle N1 and shot nozzle N5 were made the same.
즉, 롱 노즐(N1), 쇼트 노즐(N5)에 공급하는 전처리 가스의 가스 종류는, 모두 수소 가스로 했다. 또한, 롱 노즐(N1), 쇼트 노즐(N5)에 공급하는 수소 가스 유량은, 모두 5slm로 했다. 또한, 롱 노즐(N1), 쇼트 노즐(N5)에 공급하는 수소 가스의 농도는, 모두 100%로 했다.That is, the gas types of the pretreatment gas supplied to the long nozzle N1 and the short nozzle N5 were all hydrogen gas. In addition, the hydrogen gas flow rates supplied to the long nozzle N1 and the short nozzle N5 were all 5 slm. In addition, the density | concentration of the hydrogen gas supplied to long nozzle N1 and shot nozzle N5 was 100% in all.
그러나, 예를 들면 처리실 내에 있어서 오염의 정도가 면간 방향으로 불균일한 경우, 각 노즐에 공급하는 계면 세정 가스로서의 전처리 가스의 가스 종류나 공급 유량 및 농도는, 다음과 같이, 처리실 내의 오염량에 맞춰서 다르게 해도 된다.However, for example, when the degree of contamination in the processing chamber is nonuniform in the interplanar direction, the gas type, supply flow rate and concentration of the pretreatment gas as the interfacial cleaning gas supplied to each nozzle are different depending on the amount of contamination in the processing chamber as follows. You may also
(1) 예를 들면, 처리실 내의 상부에서의 오염의 정도가 다른 부분에 비하여 큰 경우, 롱 노즐(N1)로부터 처리실 내의 상부에 공급하는 전처리 가스의 공급 유량 또는 농도를, 다른 부분에 공급하는 전처리 가스의 공급 유량 또는 농도보다 크게 되도록 해도 된다.(1) For example, when the degree of contamination at the upper part in the processing chamber is larger than other parts, the pretreatment for supplying the supply flow rate or concentration of the pretreatment gas supplied from the long nozzle N1 to the upper part in the processing chamber to another part. You may make it larger than the supply flow volume or concentration of gas.
또한, 롱 노즐(N1)로부터 처리실 내의 상부에 공급하는 전처리 가스의 가스 종류를 다른 부분에 공급하는 전처리 가스의 가스 종류와 다르게 하도록 해도 된다.The gas type of the pretreatment gas supplied from the long nozzle N1 to the upper part of the processing chamber may be different from the gas kind of the pretreatment gas supplied to the other part.
예를 들면, 도 5(b) 장치인 경우, 롱 노즐(N1)로부터 처리실 내 상부에 공급하는 수소 가스의 공급 유량, 쇼트 노즐(N5)로부터 처리실 내 하부에 공급하는 수소 가스의 공급 유량을, 각각 7slm, 5slm로 해도 되며, 롱 노즐(N1)로부터 처리실 내 상부에 공급하는 수소 가스의 농도, 쇼트 노즐(N5)로부터 처리실 내 하부에 공급하는 수소 가스의 농도를, 각각 100%, 80%로 해도 된다.For example, in the case of the apparatus of FIG. 5 (b), the supply flow rate of the hydrogen gas supplied from the long nozzle N1 to the upper part of the processing chamber, and the supply flow rate of the hydrogen gas supplied from the short nozzle N5 to the lower part of the processing chamber, The concentration of hydrogen gas supplied from the long nozzle N1 to the upper part of the process chamber and the concentration of the hydrogen gas supplied from the short nozzle N5 to the lower part of the process chamber may be 100% and 80%, respectively. You may also
또한, 롱 노즐(N1)로부터 처리실 내 상부에 공급하는 전처리 가스를 수소 가스, 실란 가스 및 염소 가스의 혼합 가스로 하고, 쇼트 노즐(N5)로부터 처리실 내 하부에 공급하는 전처리 가스를 수소 가스로 해도 된다.Further, even if the pretreatment gas supplied from the long nozzle N1 to the upper portion of the processing chamber is a mixed gas of hydrogen gas, silane gas, and chlorine gas, the pretreatment gas supplied from the short nozzle N5 to the lower portion of the processing chamber is hydrogen gas. do.
(2) 또한 예를 들면, 처리실 내의 상부 및 하부에서의 오염의 정도가 다른 부분에 비하여 큰 경우에는, 처리실 내의 상부 및 하부에 공급하는 전처리 가스의 공급 유량 또는 농도를, 다른 부분에 공급하는 전처리 가스의 공급 유량 또는 농도보다 크게 하도록 해도 된다.(2) Further, for example, when the degree of contamination in the upper and lower portions of the processing chamber is larger than other portions, the pretreatment for supplying the supply flow rate or concentration of the pretreatment gas supplied to the upper and lower portions in the processing chamber to other portions. You may make it larger than the supply flow volume or concentration of gas.
또한, 처리실 내의 상부 및 하부에 공급하는 전처리 가스의 가스 종류를, 다른 부분에 공급하는 전처리 가스의 가스 종류와 다르게 하도록 해도 된다.In addition, the gas kind of the pretreatment gas supplied to the upper part and the lower part in a process chamber may be different from the gas kind of the pretreatment gas supplied to another part.
예를 들면, 전술한 도 1, 도 2의 CVD 장치(10)에 있어서, 가장 긴 롱 노즐(N1)로부터 처리실 내 상부에 공급하는 수소 가스의 공급 유량, 두 번째로 긴 롱 노즐(N2)로부터 처리실 내 중앙 상부에 공급하는 수소 가스의 공급 유량, 세 번째로 긴(두 번째로 짧은) 롱 노즐(N3)로부터 처리실 내 중앙 하부에 공급하는 수소 가스의 공급 유량, 가장 짧은 롱 노즐(N4)로부터 처리실 저부(底部)에 공급하는 수소 가스의 공급 유량, 쇼트 노즐(N5)로부터 처리실 하부에 공급하는 수소 가스의 공급 유량을, 각각 8slm, 6slm, 5slm, 6slm, 7slm로 해도 된다.For example, in the above-described
또한, 가장 긴 롱 노즐(N1)로부터 처리실 내 상부에 공급하는 수소 가스의 농도, 두 번째로 긴 롱 노즐(N2)로부터 처리실 내 중앙 상부에 공급하는 수소 가스의 농도, 세 번째로 긴(두 번째로 짧은) 롱 노즐(N3)로부터 처리실 내 중앙 하부에 공급하는 수소 가스의 농도, 가장 짧은 롱 노즐(N4)로부터 처리실 저부에 공급하는 수소 가스의 농도, 쇼트 노즐(N5)로부터 처리실 하부에 공급하는 수소 가스의 농도를, 각각 100%, 80%, 80%, 90%, 100%로 해도 된다.In addition, the concentration of hydrogen gas supplied from the longest long nozzle N1 to the upper part of the process chamber, the concentration of hydrogen gas supplied from the second longest long nozzle N 2 to the center upper part of the process chamber, and the third longest (two Concentration of hydrogen gas supplied from the shortest long nozzle N3 to the center lower portion of the processing chamber, concentration of hydrogen gas supplied from the shortest long nozzle N4 to the processing chamber bottom, and supplied from the short nozzle N5 to the lower processing chamber. The concentration of hydrogen gas may be 100%, 80%, 80%, 90%, 100%, respectively.
또한, 가장 긴 롱 노즐(N1)로부터 처리실 내 상부에 공급하는 전처리 가스를 수소 가스와 실란 가스와 염소 가스의 혼합 가스로 하고, 두 번째로 긴 롱 노즐(N2)로부터 처리실 내 중앙 상부에 공급하는 전처리 가스, 세 번째로 긴(두 번째로 짧은) 롱 노즐(N3)로부터 처리실 내 중앙 하부에 공급하는 전처리 가스, 가장 짧은 롱 노즐(N4)로부터 처리실 저부에 공급하는 전처리 가스를 수소 가스로 하고, 쇼트 노즐(N5)로부터 처리실 하부에 공급하는 전처리 가스를 수소 가스와 실란 가스와 염소 가스의 혼합 가스로 해도 된다.In addition, the pretreatment gas supplied from the longest long nozzle N1 to the upper part of a process chamber is made into the mixed gas of hydrogen gas, silane gas, and chlorine gas, and is supplied to the center upper part of a process chamber from the second longest nozzle N2. The pretreatment gas, the pretreatment gas supplied from the third longest (second shortest) long nozzle N3 to the center lower part in the process chamber, the pretreatment gas supplied from the shortest long nozzle N4 to the process chamber bottom, is hydrogen gas, The pretreatment gas supplied from the shot nozzle N5 to the lower portion of the processing chamber may be a mixed gas of hydrogen gas, silane gas, and chlorine gas.
즉, 전처리를 수행하는 공정에서는, 전처리 가스를 처리실 내의 복수 개소로 부터 공급함과 동시에, 복수 개소 중 적어도 1개소와 다른 개소에서, 전처리 가스의 공급 유량, 농도, 또는 종류를 다르게 하도록 해도 된다.That is, in the step of performing the pretreatment, the pretreatment gas may be supplied from a plurality of locations in the processing chamber, and at a different location from at least one of the plurality of locations, the supply flow rate, concentration, or type of the pretreatment gas may be different.
이와 같이, 처리실 내의 각 포지션(position)에서의 오염의 정도에 맞추어, 전처리 가스의 공급 유량, 농도 또는 종류를 각 포지션에서 달리함으로써, 웨이퍼 상의 자연 산화막 또는 불순물을, 웨이퍼 면간 방향에 걸쳐 효율적이면서 균일하게 제거할 수 있고, 저산소ㆍ탄소 밀도에서 고품질의 계면을 100~150매 일괄 처리하는 양산 프로세스에서 균일하게 형성할 수 있다.Thus, by varying the supply flow rate, concentration, or type of pretreatment gas at each position in accordance with the degree of contamination at each position in the processing chamber, the natural oxide film or impurities on the wafer can be efficiently and uniformly spread across the wafer plane. It can be removed, and it can form uniformly in the mass production process which batch-processes 100-150 sheets of a high quality interface at low oxygen and carbon density.
(3) 또한 예를 들면, 처리실 내의 상부 및 하부에서의 오염의 정도가 다른 부분에 비하여 큰 경우로서, 처리실 내의 상부 및 하부로부터 공급하는 전처리 가스를 복수 종류의 전처리 가스를 혼합한 혼합 가스로 하고, 처리실 내의 다른 부분으로부터 공급하는 전처리 가스를 그 혼합 가스와 동일한 혼합 가스로 하는 경우에는, 처리실 내의 상부 및 하부로부터 공급하는 복수 종류의 전처리 가스의 공급 유량비 또는 농도비를, 다른 부분으로부터 공급하는 복수 종류의 전처리 가스의 공급 유량비 또는 농도비와 다르게 하도록 해도 된다.(3) Also, for example, when the degree of contamination in the upper and lower parts of the processing chamber is larger than in other parts, the pretreatment gas supplied from the upper and lower parts of the processing chamber is a mixed gas in which a plurality of kinds of pretreatment gases are mixed. In the case where the pretreatment gas supplied from another part in the processing chamber is the same as the mixed gas, the plural kinds of supply flow rate ratios or concentration ratios of the plural types of pretreatment gas supplied from the upper and lower parts in the processing chamber are supplied from other parts. May be different from the supply flow rate ratio or the concentration ratio of the pretreatment gas.
예를 들면, 전술한 CVD 장치(10)에 있어서, 각 노즐로부터 전처리 가스로서 수소 가스와 실란 가스와 염소 가스의 혼합 가스를 공급하는 경우에는, 롱 노즐(N1)로부터 처리실 내 상부에 공급하는 수소 가스와 실란 가스와 염소 가스의 공급 유량비, 롱 노즐(N2, N3, N4)로부터 처리실 내 중앙 상부, 중앙 하부, 저부에 공급하는 수소 가스와 실란 가스와 염소 가스의 공급 유량비, 쇼트 노즐(N5)로부터 처리실 하부에 공급하는 수소 가스와 실란 가스와 염소 가스의 공급 유량비를, 각 각, 5:3:2, 8:1:1, 6:3:1로 해도 된다.For example, in the above-described
즉, 전처리를 수행하는 공정에서는, 복수 종류의 전처리 가스를 처리실 내의 복수 개소로부터 공급함과 동시에, 복수 개소 중 적어도 1개소와 다른 개소에서, 복수 종류의 전처리 가스의 공급 유량비 또는 농도비를 다르게 해도 된다.That is, in the step of performing the pretreatment, a plurality of types of pretreatment gases may be supplied from a plurality of places in the processing chamber, and at a different location from at least one of the plurality of places, the supply flow rate ratio or the concentration ratio of the plurality of types of pretreatment gases may be different.
이와 같이, 처리실 내의 각 포지션에서의 오염 정도에 맞추어, 복수 종류의 전처리 가스의 공급 유량비 또는 농도비를 각 포지션에서 달리함으로써, 웨이퍼 상의 자연 산화막 또는 불순물을 웨이퍼 면간 방향에 걸쳐 효율적이면서 균일하게 제거할 수 있기 때문에, 저산소ㆍ탄소 밀도에서 고품질의 계면을 100~150매 일괄 처리하는 양산 프로세스에서 균일하게 형성할 수 있다.Thus, by varying the supply flow rate or concentration ratio of the plural kinds of pretreatment gases in each position in accordance with the degree of contamination at each position in the processing chamber, the natural oxide film or impurities on the wafer can be removed efficiently and uniformly across the wafer interplanar direction. Therefore, it can form uniformly in the mass-production process which batch-processes 100-150 sheets of high quality interface at low oxygen and carbon density.
전처리 가스를 공급하는 처리실 내의 복수 개소로서는, 웨이퍼군 배열 영역보다 상류측 영역에 있어서 적어도 1개소와, 웨이퍼군 배열 영역에 대응하는 영역에 있어서 적어도 1개소로 하는 것이 바람직하다.As multiple places in the process chamber which supply a pretreatment gas, it is preferable to set it as at least 1 place in an upstream region rather than a wafer group arrangement area | region, and at least 1 place in the area | region corresponding to a wafer group arrangement area | region.
보다 바람직하게는, 전처리 가스를 매니폴드에 대응하는 영역에 있어서 적어도 1개소 및 웨이퍼군 배열 영역에 대응하는 영역에 있어서 상부의 적어도 1개소로부터 공급하는 것이 좋다.More preferably, the pretreatment gas is supplied from at least one place in the region corresponding to the manifold and from at least one place in the upper portion in the region corresponding to the wafer group arrangement region.
즉, 전처리 가스는 웨이퍼군 배열 영역보다 저온이 되는 영역에 있어서 적어도 1개소 및 웨이퍼군 배열 영역에 대응하는 영역에 있어서 하류 단부의 적어도 1개소로부터 공급하는 것이 보다 바람직하고,That is, it is more preferable to supply the pretreatment gas from at least one place at a downstream end in at least one place and a region corresponding to the wafer group arrangement area in a region that is lower than the wafer group arrangement area,
웨이퍼군 배열 영역보다 하방 영역에 있어서 적어도 1개소 및 웨이퍼군 배열 영역에 대응하는 영역에 있어서 상부의 적어도 1개소로부터 공급하는 것이 보다 바 람직하다.It is more preferable to supply from at least one place in the lower region than the wafer group array region and from at least one upper portion in the region corresponding to the wafer group array region.
또한, 전처리 가스를 공급하는 전처리 가스 노즐과, 본처리 가스로서의 성막 가스를 공급하는 본처리 가스 노즐은, 동일한 노즐인 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable that the preprocessing gas nozzle which supplies a pretreatment gas, and this process gas nozzle which supplies the film-forming gas as this process gas are the same nozzle.
다음에, 처리실 내 하부에서의 오염의 정도가 큰 경우로서, 쇼트 노즐(N5)로부터 처리실 내 하부에 전처리 가스로서 공급하는 염소 가스와 수소 가스의 유량비를 변화시킨 경우의 계면 오염(계면 산소 밀도)의 차이를 규명하기 위해 수행한 실험에 대하여 설명한다.Next, when the degree of contamination in the lower part of the process chamber is large, the interface contamination (interface oxygen density) when the flow rate ratio of chlorine gas and hydrogen gas supplied as a pretreatment gas from the short nozzle N5 to the lower part of the process chamber is changed. The experiments performed to identify the differences between are described.
실험은 도 5(a)의 제1 평가 장치를 사용하여 수행했다.Experiment was performed using the 1st evaluation apparatus of FIG.
즉, 도 5(a)의 제1 평가 장치를 사용하고, 전처리 가스로서 염소 가스와 수소 가스의 혼합 가스를 노내에 도입하여 웨이퍼에 대한 전처리를 실행한 후에, 웨이퍼에 대하여 D-polySi막을, 100nm 형성했다.That is, after the pretreatment of the wafer was performed by introducing a mixed gas of chlorine gas and hydrogen gas as the pretreatment gas into the furnace using the first evaluation device of FIG. 5 (a), a D-polySi film was applied to the wafer at 100 nm. Formed.
전처리시에, 염소 가스와 수소 가스의 유량비를, 염소/수소=0.02, 염소/수소=0.1의 두 가지로 변화시켰다.At the time of pretreatment, the flow rate ratio of chlorine gas and hydrogen gas was changed into two types: chlorine / hydrogen = 0.02 and chlorine / hydrogen = 0.1.
계면 오염 물질(계면 산소 밀도)의 측정은, 보트의 하부 영역(11번째)에 모니터 웨이퍼를 설치하여 수행했다.The measurement of the interface pollutant (interface oxygen density) was performed by providing a monitor wafer in the lower region (11th) of the boat.
계면 산소 밀도의 염소 가스와 수소 가스의 유량비에 의한 차이를 도 7에 나타낸다.The difference by the flow ratio of chlorine gas and hydrogen gas of interfacial oxygen density is shown in FIG.
도 7에 있어서, 횡축은 염소 가스와 수소 가스의 유량비(염소/수소)를 나타내고, 종축은 계면 산소 밀도(atoms/cm2)를 나타내고 있다.In FIG. 7, the horizontal axis represents the flow rate ratio (chlorine / hydrogen) of chlorine gas and hydrogen gas, and the vertical axis represents the interface oxygen density (atoms / cm 2 ).
계면 특성은, SIMS으로 측정했다.Interface characteristics were measured by SIMS.
도 7에 의하면, 다음과 같은 사실을 알 수 있다.According to Fig. 7, the following facts can be seen.
전처리시에, 염소 가스와 수소 가스의 유량비를, 염소/수소=0.1로 한 쪽이, 염소/수소=0.02로 한 경우보다, 계면 산소 밀도가 낮게 되어 있다.At the time of pretreatment, when the flow rate ratio of chlorine gas and hydrogen gas is chlorine / hydrogen = 0.1, the interface oxygen density is lower than when chlorine / hydrogen = 0.02.
즉, 염소 가스의 수소 가스에 대한 비율(염소/수소)을 증가시킨 쪽이, 저산소에서 고품질의 계면을 얻는다. 이는, 염소 가스의 비율이 높아짐으로써, 웨이퍼의 에칭이 촉진되고, 오염 제거 효과가 높아졌기 때문이라고 생각할 수 있다.In other words, an increase in the ratio of chlorine gas to hydrogen gas (chlorine / hydrogen) yields a high quality interface at low oxygen. This is considered to be because the etching of the wafer is accelerated and the decontamination effect is increased by increasing the ratio of chlorine gas.
제2 전처리 시퀀스의 설명에 대하여 논술한 바와 같이, 염소 가스를 사용하는 경우, 반응식 11에 나타내는 바와 같은 Cl2와 Si의 반응을 이용하여, 실리콘 웨이퍼를 에칭함으로써, 계면 불순물을 제거할 수 있다.As discussed for the description of the second pretreatment sequence, when chlorine gas is used, the interfacial impurities can be removed by etching the silicon wafer using the reaction of Cl 2 and Si as shown in
이 경우에, 전처리 후의 웨이퍼 면간 방향에서의 막두께 분포를 균일하게 하기 위해서는, 실리콘 에칭량을 웨이퍼 면간 방향에서 균일하게 할 필요가 있다.In this case, in order to make the film thickness distribution in the wafer interplanar direction after pretreatment uniform, it is necessary to make the silicon etching amount uniform in the wafer interplanar direction.
예를 들면, 전술한 CVD 장치(10)에 있어서, 처리실 내 상부에서의 실리콘 에칭의 정도가 다른 부분에 비하여 큰 경우는, 롱 노즐(N1)로부터 처리실 내의 상부에 공급하는 전처리 가스의 공급 유량 또는 농도를 다른 부분에 공급하는 전처리 가스의 공급 유량 또는 농도보다 작게 하거나, 롱 노즐(N1)로부터 처리실 내의 상부에 공급하는 전처리 가스의 가스 종류를 다른 부분에 공급하는 가스 종류와 다르게 하도록 해도 된다.For example, in the above-described
다음에, 처리실 내의 하부에서의 오염의 정도가 큰 경우로서, 쇼트 노즐(N5) 로부터 처리실 하부에 공급하는 염소 가스와 수소 가스의 유량비 및 실란 가스와 염소 가스의 유량비를 변화시킨 경우의 실리콘 에칭량의 차이를 규명하기 위해 수행한 실험에 대하여 설명한다.Next, when the degree of contamination in the lower part of the process chamber is large, the silicon etching amount when the flow rate ratio of chlorine gas and hydrogen gas and the flow rate ratio of silane gas and chlorine gas supplied from the short nozzle N5 to the process chamber lower part are changed. The experiments performed to identify the differences between are described.
실험은 도 5(a)의 제1 평가 장치를 사용하여 수행했다.Experiment was performed using the 1st evaluation apparatus of FIG.
즉, 도 5(a)의 제1 평가 장치를 사용하고, 전처리 가스로서 수소 가스와 실란 가스와 염소 가스와의 혼합 가스를 노내에 도입하여, 웨이퍼에 대한 전처리를 실시했다.That is, using the 1st evaluation apparatus of FIG. 5 (a), the mixed gas of hydrogen gas, silane gas, and chlorine gas was introduced into the furnace as a pretreatment gas, and the wafer was preprocessed.
전처리시에, 염소 가스와 수소 가스의 유량비를, 염소/수소=0.02, 염소/수소=0.1의 두 가지로, 또한, 실란 가스와 염소 가스의 유량비를, 실란/염소=0, 실란/염소=2.5의 두 가지로 변화시켰다.At the time of pretreatment, there are two flow rate ratios of chlorine gas and hydrogen gas, chlorine / hydrogen = 0.02 and chlorine / hydrogen = 0.1, and the flow rate ratio of silane gas and chlorine gas is silane / chlorine = 0 and silane / chlorine = It was changed to two of 2.5.
실리콘 에칭량의 측정은, 보트의 상방 영역(167번째), 중앙 영역(89번째), 하부 영역(11번째)의 각각에 모니터 웨이퍼를 설치하여 수행했다.The silicon etching amount was measured by providing a monitor wafer in each of the upper region (167th), the center region (89th), and the lower region (11th) of the boat.
실리콘 에칭량의 염소 가스와 수소 가스의 유량비 및 실란 가스와 염소 가스의 유량비에 의한 모니터 웨이퍼 위치마다의 차이를 도 8에 나타낸다.8 shows a difference between the monitor wafer positions according to the flow rate ratio of the chlorine gas and the hydrogen gas and the flow rate ratio of the silane gas and the chlorine gas in the silicon etching amount.
도 8에 있어서, 횡축은 모니터 웨이퍼 위치를 나타내고, 종축은 실리콘 에칭량(Å)을 나타내고 있다.In FIG. 8, the horizontal axis represents the monitor wafer position, and the vertical axis represents the silicon etching amount.
도 8에 의하면, 다음과 같은 사실을 알 수 있다.According to Fig. 8, the following facts can be seen.
전처리시에, 염소 가스와 수소 가스의 유량비를, 염소/수소=0.02로 한 쪽이, 염소/수소=0.1로 했을 경우보다, 웨이퍼 면간 방향에서의 실리콘 에칭량 분포가 균일하게 된다.At the time of pretreatment, the silicon etching amount distribution in the wafer interplanar direction becomes more uniform than when chlorine / hydrogen = 0.02 has a flow rate ratio of chlorine gas and hydrogen gas set to chlorine / hydrogen = 0.1.
즉, 염소 가스의 수소 가스에 대한 비율을 저하시킨 쪽이, 웨이퍼 면간 방향에서의 실리콘 에칭량 분포를 균일하게 할 수 있다.That is, the lowering the ratio of chlorine gas to hydrogen gas can make the silicon etching amount distribution in the wafer interplanar direction uniform.
또한, 전처리시에, 실란 가스와 염소 가스의 유량비를, 실란/염소=0으로 한 쪽이, 실란/염소=2.5로 했을 경우보다, 웨이퍼 면간 방향에서의 실리콘 에칭량 분포가 균일하게 되어 실리콘 에칭량을 전체적으로 크게 할 수 있다.Further, at the time of pretreatment, the silicon etch amount distribution in the wafer interplanar direction becomes more uniform than that in the case where the flow rate ratio of silane gas and chlorine gas is set to silane / chlorine = 0 and silane / chlorine = 2.5, and thus silicon etching The amount can be made large overall.
즉, 실란 가스의 염소 가스에 대한 비율을 저하시킨 쪽이, 웨이퍼 면간 방향에서의 실리콘 에칭량 분포를 양호하게 유지하면서, 실리콘 에칭량을 모든 영역에서 증가시킬 수 있다.That is, the lowering of the ratio of silane gas to chlorine gas can increase the silicon etching amount in all regions while maintaining the silicon etching amount distribution in the wafer interplanar direction.
이러한 사실로부터, 웨이퍼 면간 방향에서의 실리콘 에칭량 분포를 균일하게 하기 위해, 염소 가스의 수소 가스에 대한 비율을 저하시킨 경우에는, 실리콘 에칭량이 모든 영역에서 저하하여 계면 불순물의 제거 효과가 떨어질 우려가 있다.From this fact, in order to make the silicon etching amount distribution in the wafer interplanar direction uniform, when the ratio of the chlorine gas to the hydrogen gas is lowered, there is a fear that the silicon etching amount is lowered in all regions and the effect of removing interface impurities is lowered. have.
그러한 경우에 실란 가스의 염소 가스에 대한 비율을 저하시킴으로써, 실리콘 에칭량을 모든 영역에서 증가시킬 수 있기 때문에, 실리콘 에칭량을 양호하게 유지하면서 오염 제거 효과를 모든 영역에서 높일 수 있다.In such a case, since the silicon etching amount can be increased in all regions by lowering the ratio of silane gas to chlorine gas, the decontamination effect can be increased in all regions while maintaining the silicon etching amount satisfactorily.
처리실 내의 상부 및 하부에서의 실리콘 에칭의 정도가, 다른 부분에 비하여 크게 되는 경우는, 처리실 내의 상부 및 하부에 공급하는 전처리 가스의 공급 유량 또는 농도를, 다른 부분에 공급하는 전처리 가스의 공급 유량 또는 농도보다 작게 하는 등 적절한 공급 유량 또는 농도로 하거나, 처리실 내의 상부 및 하부에 공급하는 전처리 가스의 가스 종류를, 다른 부분에 공급하는 전처리 가스의 가스 종류와 다르게 하는 등, 웨이퍼 면간 방향에서의 실리콘 에칭의 정도를 균일하게 하도 록 해도 된다.When the degree of silicon etching in the upper and lower portions of the processing chamber becomes larger than other portions, the supply flow rate or concentration of the pretreatment gas for supplying the upper and lower portions of the processing chamber to the upper and lower portions in the processing chamber to the other portions, or Silicon etching in the interplanar direction of the wafer, such as to reduce the concentration to an appropriate supply flow rate or concentration, or to change the gas type of the pretreatment gas supplied to the upper and lower parts of the processing chamber from that of the pretreatment gas supplied to the other part. It is also possible to make the degree of.
예를 들면, 전술한 CVD 장치(10)에 있어서, 다음과 같이 설정해도 된다.For example, in the above-mentioned
(1) 롱 노즐(N1)로부터 처리실 내 상부에 공급하는 염소 가스의 공급 유량, 롱 노즐(N2)로부터 처리실 내 중앙 상부에 공급하는 염소 가스의 공급 유량, 롱 노즐(N3)로부터 처리실 내 중앙 하부에 공급하는 염소 가스 공급 유량, 롱 노즐(N4)로부터 처리실 저부에 공급하는 염소 가스의 공급 유량, 쇼트 노즐(N5)로부터 처리실 하부에 공급하는 염소 가스의 공급 유량을, 각각 50sccm, 40sccm, 30sccm, 40sccm, 60sccm로 한다.(1) Supply flow rate of the chlorine gas supplied from the long nozzle N1 to the upper part in the process chamber, Supply flow rate of the chlorine gas supplied from the long nozzle N2 to the center upper part in the process chamber, and center lower part in the process chamber from the long nozzle N3. The flow rate of the chlorine gas supplied to the process chamber, the supply flow rate of the chlorine gas supplied from the long nozzle N4 to the process chamber bottom, and the supply flow rate of the chlorine gas supplied from the short nozzle N5 to the process chamber lower are 50sccm, 40sccm, 30sccm, 40 sccm, 60 sccm.
(2) 롱 노즐(N1)로부터 처리실 내 상부에 공급하는 염소 가스의 농도, 롱 노즐(N2)로부터 처리실 내 중앙 상부에 공급하는 염소 가스의 농도, 롱 노즐(N3)로부터 처리실 내 중앙 하부에 공급하는 염소 가스의 농도, 롱 노즐(N4)로부터 처리실 저부에 공급하는 염소 가스의 농도, 쇼트 노즐(N5)로부터 처리실 하부에 공급하는 염소 가스의 농도를, 각각 20%, 10%, 5%, 10%, 30%로 한다.(2) The concentration of chlorine gas supplied from the long nozzle N1 to the upper part of the process chamber, the concentration of the chlorine gas supplied from the long nozzle N2 to the center upper part of the process chamber, and the supply from the long nozzle N3 to the center lower part of the process chamber. The concentration of chlorine gas to be supplied to the process chamber bottom from the long nozzle N4, the concentration of the chlorine gas to be supplied to the process chamber lower from the short nozzle N5 is 20%, 10%, 5%, and 10, respectively. % And 30%.
(3) 롱 노즐(N1)로부터 처리실 내 상부에 공급하는 전처리 가스를 수소 가스와 염소 가스의 혼합 가스로 하고, 롱 노즐(N2)로부터 처리실 내 중앙 상부에 공급하는 전처리 가스, 롱 노즐(N3)로부터 처리실 내 중앙 하부에 공급하는 전처리 가스, 롱 노즐(N4)로부터 처리실 저부에 공급하는 전처리 가스를 수소 가스와 실란 가스와 염소 가스의 혼합 가스로 하며, 쇼트 노즐(N5)로부터 처리실 하부에 공급하는 전처리 가스를 수소 가스와 염소 가스의 혼합 가스로 한다.(3) The pretreatment gas supplied to the upper part in a process chamber from the long nozzle N1 as a mixed gas of hydrogen gas and chlorine gas, and the pretreatment gas supplied to the center upper part in a process chamber from the long nozzle N2, and the long nozzle N3. The pretreatment gas supplied from the long chamber N4 to the bottom of the process chamber from the long nozzle N4 as a mixed gas of hydrogen gas, silane gas and chlorine gas, and supplied from the short nozzle N5 to the process chamber bottom. The pretreatment gas is a mixed gas of hydrogen gas and chlorine gas.
이와 같이, 실리콘 에칭량의 정도에 맞추어, 노즐마다 전처리 가스의 공급 유량, 농도 또는 종류를 달리함으로써, 웨이퍼 면간 방향에서의 실리콘 에칭의 정도를 균일하게 할 수 있기 때문에, 전처리 후의 웨이퍼 면간 방향에서의 막두께 분포를 균일하게 할 수 있다.In this way, the degree of silicon etching in the wafer interplanar direction can be made uniform by varying the supply flow rate, concentration, or type of the pretreatment gas for each nozzle in accordance with the degree of silicon etching amount. The film thickness distribution can be made uniform.
한편, 본 발명은 상기 실시의 형태로 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경이 가능한 것은 말할 나위도 없다.In addition, this invention is not limited to the said embodiment, Needless to say that a various change is possible in the range which does not deviate from the summary.
예를 들면, 롱 노즐로서는 상기 실시 형태와 같이 가스 분출구가 노즐 선단에 있어서 가스를 상방을 향하여 분출하도록 개구한 노즐을 사용하는데 한정하지 않고, 도 9에 나타내는 바와 같이 복수의 가스 분출구가 노즐 관벽에 있어서 가스를 수평 방향을 향하여 분출하도록 개구한 노즐을 사용해도 된다.For example, the long nozzle is not limited to using a nozzle in which the gas ejection port is opened so as to eject gas upward at the tip of the nozzle as in the above-described embodiment, and a plurality of gas ejection ports are provided on the nozzle tube wall as shown in FIG. 9. In addition, you may use the nozzle which opened so that gas may be blown toward a horizontal direction.
이 경우, 각 롱 노즐(N1~N4)에 설치하는 가스 분출공(H1~H4)은, 도 9에 나타내는 바와 같이 수직 방향에 있어서 겹치지 않는 개소에 설치하는 것이 좋다. 도 9에서는 각 롱 노즐의 선단 부분에 각각 5개의 가스 분출구를 등간격(等間隔)으로 설치하고, 또한, 각 롱 노즐(N1~N4)의 각 가스 분출공(H1~H4)끼리도 등간격으로 설치하며, 롱 노즐 전체에서 가스 분출구를 등간격으로 설치한 예를 나타내고 있다. 각 롱 노즐(N1~N4)의 가스 분출공(H1~H4)을 이와 같이 배치함으로써 전처리 가스를 노내 전체에 균일하게 공급할 수 있다.In this case, it is good to provide the gas blowing holes H1-H4 provided in each long nozzle N1-N4 in the place which does not overlap in a vertical direction as shown in FIG. In FIG. 9, five gas ejection openings are provided at equal intervals at the tip of each long nozzle, and the gas ejection holes H1 to H4 of the long nozzles N1 to N4 are also spaced at equal intervals. The example which installed the gas ejection opening in the whole long nozzle at equal intervals is shown. By arrange | positioning the gas blowing holes H1-H4 of each long nozzle N1-N4 in this way, pretreatment gas can be supplied uniformly to the whole furnace.
한편, 가스 분출공(H1~H4)의 크기(직경), 공수(孔數), 피치(pitch)는 장소에 따라 다르게 해도 된다.In addition, the magnitude | size (diameter), airflow, and pitch of gas blowing hole H1-H4 may vary with a place.
상기의 실시 형태에 있어서는, 웨이퍼 상에 다결정 실리콘막 또는 단결정 실리콘막을 형성하는 경우에 대하여 설명했는데, 본 발명은 이에 국한되지 않고, 어 모퍼스(amorphous)막, 또는, 도핑(doping)된 단결정막, 다결정막, 어모퍼스막, 또는 질화막, 또는 산화막, 또는 금속막 형성시에도 적용할 수 있다.In the above embodiment, a case where a polycrystalline silicon film or a single crystal silicon film is formed on a wafer has been described. However, the present invention is not limited thereto, but an amorphous film, or a doped single crystal film, It can also be applied to the formation of a polycrystalline film, amorphous film, nitride film, oxide film, or metal film.
상기 실시의 형태에 있어서는, CVD 장치에 대하여 설명했는데, 본 발명은 이에 국한되지 않고, 기판 처리 장치 전반에 적용할 수 있다.In the said embodiment, although the CVD apparatus was demonstrated, this invention is not limited to this, It is applicable to the whole substrate processing apparatus.
특히, 본 발명은 기판과 박막과의 사이에 고품질의 계면을 형성할 필요가 있는 경우에 적용하여 뛰어난 효과를 얻을 수 있다.In particular, the present invention can be applied to the case where it is necessary to form a high quality interface between the substrate and the thin film, and excellent effects can be obtained.
이하에, 바람직한 형태를 부기한다.Below, a preferable aspect is appended.
(1) 프로세스 튜브와 그것을 지지하는 매니폴드로 구성되는 반응 용기 내에 복수매의 기판을 반입하여 상기 반응 용기 내에 배열시키는 스텝과,(1) a step of bringing a plurality of substrates into a reaction vessel comprising a process tube and a manifold supporting the same, and arranging the plurality of substrates in the reaction vessel;
상기 반응 용기 내의 상기 매니폴드측으로부터 상기 프로세스 튜브 측을 향하여 전처리 가스를 흘려 상기 복수매의 기판에 대하여 전처리를 수행하는 스텝과,Performing pretreatment on the plurality of substrates by flowing a pretreatment gas from the manifold side in the reaction vessel toward the process tube side;
상기 반응 용기 내의 상기 매니폴드측으로부터 상기 프로세스 튜브 측을 향하여 본처리 가스를 흘려 상기 전처리가 이루어진 상기 복수매의 기판에 대하여 본처리를 수행하는 스텝과,Performing a main processing on the plurality of substrates on which the pretreatment has been performed by flowing the main processing gas from the manifold side in the reaction container toward the process tube side;
상기 본처리 후의 상기 복수매의 기판을 상기 반응 용기 내로부터 반출하는 스텝을 포함하고, And carrying out the plurality of substrates after the main treatment from the reaction vessel,
상기 전처리를 수행하는 스텝에서는, 전처리 가스를, 상기 매니폴드에 대응하는 영역에 있어서 적어도 1개소와, 기판 배열 영역에 대응하는 영역에 있어서 상부의 적어도 1개소로부터 공급하는 반도체 장치의 제조 방법.In the step of performing the pretreatment, a pretreatment gas is supplied from at least one place in a region corresponding to the manifold and from at least one top in a region corresponding to a substrate array region.
(2) 반응 용기 내에 복수매의 기판을 반입하여 상기 반응 용기 내에 배열시 키는 스텝과,(2) bringing a plurality of substrates into a reaction vessel and arranging the plurality of substrates in the reaction vessel;
상기 반응 용기 내에 전처리 가스를 흘려 상기 복수매의 기판에 대하여 전처리를 수행하는 스텝과,Performing pretreatment on the plurality of substrates by flowing a pretreatment gas into the reaction vessel;
상기 반응 용기 내에 본처리 가스를 흘려 상기 전처리가 이루어진 상기 복수매의 기판에 대하여 본처리를 수행하는 스텝과,Performing a main processing on the plurality of substrates on which the pretreatment has been performed by flowing the main processing gas into the reaction vessel;
상기 본처리 후의 상기 복수매의 기판을 상기 반응 용기 내로부터 반출하는 스텝을 포함하고, And carrying out the plurality of substrates after the main treatment from the reaction vessel,
상기 전처리를 수행하는 스텝에서는, 전처리 가스를, 기판 배열 영역보다 저온이 되는 영역에 있어서 적어도 1개소와, 기판 배열 영역에 대응하는 영역에 있어서 하류 단부의 적어도 1개소로부터 공급하는 반도체 장치의 제조 방법.In the step of performing the pretreatment, a method of manufacturing a semiconductor device, wherein the pretreatment gas is supplied from at least one location in a region that is lower than the substrate array region and at least one downstream end in a region corresponding to the substrate array region. .
(3) 반응 용기 내에 복수매의 기판을 반입하여 상기 반응 용기 내에 배열시키는 스텝과,(3) bringing a plurality of substrates into a reaction vessel and arranging the plurality of substrates in the reaction vessel;
상기 반응 용기 내에 전처리 가스를 흘려 상기 복수매의 기판에 대하여 전처리를 수행하는 스텝과,Performing pretreatment on the plurality of substrates by flowing a pretreatment gas into the reaction vessel;
상기 반응 용기 내에 본처리 가스를 흘려 상기 전처리가 이루어진 상기 복수매의 기판에 대하여 본처리를 수행하는 스텝과,Performing a main processing on the plurality of substrates on which the pretreatment has been performed by flowing the main processing gas into the reaction vessel;
상기 본처리 후의 상기 복수매의 기판을 상기 반응 용기 내로부터 반출하는 스텝을 포함하고,And carrying out the plurality of substrates after the main treatment from the reaction vessel,
상기 전처리를 수행하는 스텝에서는, 전처리 가스를, 기판 배열 영역보다 하방 영역에 있어서 적어도 1개소와, 기판 배열 영역에 대응하는 영역에 있어서 상부 의 적어도 1개소로부터 공급하는 반도체 장치의 제조 방법.In the step of performing the pretreatment, a method of manufacturing a semiconductor device, wherein the pretreatment gas is supplied from at least one place in a region below the substrate array region and from at least one upper portion in a region corresponding to the substrate array region.
(4) 기판을 반응 용기 내에 반입하는 스텝과,(4) bringing the substrate into the reaction vessel;
상기 반응 용기 내에서 기판에 대하여 전처리를 수행하는 스텝과,Performing pretreatment on the substrate in the reaction vessel;
상기 반응 용기 내에서 상기 전처리가 이루어진 기판에 대하여 본처리를 수행하는 스텝과,Performing the main processing on the substrate subjected to the pretreatment in the reaction vessel;
상기 본처리 후의 기판을 상기 반응 용기 내로부터 반출하는 스텝을 포함하고, Carrying out the substrate after the main treatment from the reaction vessel;
상기 전처리를 수행하는 스텝에서는, 전처리 가스를 상기 처리실 내의 복수 개소로부터 공급함과 동시에, 상기 복수 개소 중 적어도 1개소와 다른 개소에서, 전처리 가스의 공급 유량, 농도 또는 종류를 달리하는 반도체 장치의 제조 방법.In the step of performing the pretreatment, a method of manufacturing a semiconductor device in which a pretreatment gas is supplied from a plurality of places in the processing chamber, and at a different location from at least one of the plurality of places, the supply flow rate, concentration, or type of the pretreatment gas is different. .
(5) 기판을 반응 용기 내에 반입하는 스텝과,(5) bringing the substrate into the reaction vessel;
상기 반응 용기 내에서 기판에 대하여 전처리를 수행하는 스텝과,Performing pretreatment on the substrate in the reaction vessel;
상기 반응 용기 내에서 상기 전처리가 이루어진 기판에 대하여 본처리를 수행하는 스텝과,Performing the main processing on the substrate subjected to the pretreatment in the reaction vessel;
상기 본처리 후의 기판을 상기 반응 용기 내로부터 반출하는 스텝을 포함하고, Carrying out the substrate after the main treatment from the reaction vessel;
상기 전처리를 수행하는 스텝에서는, 복수 종류의 전처리 가스를 상기 처리실 내의 복수 개소로부터 공급함과 동시에, 상기 복수 개소 중 적어도 1개소와 다른 개소에서, 상기 복수 종류의 전처리 가스의 공급 유량비 또는 농도비를 달리하는 반도체 장치의 제조 방법.In the step of performing the pretreatment, a plurality of kinds of pretreatment gases are supplied from a plurality of places in the processing chamber, and at a different location from at least one of the plurality of places, the supply flow rate ratio or the concentration ratio of the plurality of kinds of pretreatment gases is changed. The manufacturing method of a semiconductor device.
(6) 기판을 처리하는 프로세스 튜브와,(6) a process tube for processing the substrate;
상기 프로세스 튜브를 지지하는 매니폴드와,A manifold supporting the process tube;
상기 프로세스 튜브 내에서 복수매의 기판을 배열하여 지지하는 지지구와,A support for arranging and supporting a plurality of substrates in the process tube;
상기 매니폴드에 대응하는 영역에 있어서 적어도 1개소로부터 가스를 공급하는 제1 노즐과,A first nozzle for supplying gas from at least one location in a region corresponding to the manifold;
상기 프로세스 튜브 내의 기판 배열 영역에 대응하는 영역에 있어서 상부의 적어도 1개소로부터 가스를 공급하는 제2 노즐과,A second nozzle for supplying gas from at least one upper portion in a region corresponding to the substrate array region in the process tube;
상기 프로세스 튜브의 상기 제1 노즐이 설치된 측과는 반대측에 설치되고 상기 프로세스 튜브 내를 배기하는 배기로와,An exhaust passage disposed on a side opposite to the side on which the first nozzle of the process tube is installed and exhausting the inside of the process tube;
상기 제1 노즐 및 상기 제2 노즐로부터 전처리 가스를 공급하고, 상기 배기로를 향하여 흘려, 상기 복수매의 기판에 대하여 전처리를 수행하고, 적어도 상기 제1 노즐로부터 본처리 가스를 공급하고, 상기 배기로를 향하여 흘려, 상기 전처리가 이루어진 상기 복수매의 기판에 대하여 본처리를 수행하도록 제어하는 컨트롤러를 포함하는 기판 처리 장치.The pretreatment gas is supplied from the first nozzle and the second nozzle, flows toward the exhaust passage, pretreatment is performed on the plurality of substrates, the main processing gas is supplied from at least the first nozzle, and the exhaust is exhausted. And a controller which flows toward the furnace and controls the substrate to perform the main processing on the plurality of substrates on which the pretreatment has been performed.
(7) 상기 컨트롤러는, 상기 제1 노즐 및 상기 제2 노즐로부터 전처리 가스를 공급할 때, 상기 제1 노즐과 제2 노즐에서, 전처리 가스의 공급 유량, 농도 또는 종류를 달리 하도록 제어하는 상기(6)의 기판 처리 장치.(7) The controller controls the supply flow rate, concentration, or type of the pretreatment gas to be different at the first nozzle and the second nozzle when the pretreatment gas is supplied from the first nozzle and the second nozzle (6). Substrate processing apparatus).
(8) 기판을 처리하는 프로세스 튜브와,(8) a process tube for processing the substrate;
상기 프로세스 튜브를 지지하는 매니폴드와,A manifold supporting the process tube;
상기 프로세스 튜브 내에서 복수매의 기판을 배열하여 지지하는 지지구와,A support for arranging and supporting a plurality of substrates in the process tube;
상기 매니폴드에 대응하는 영역에 있어서 적어도 1개소로부터 가스를 공급하는 제1 노즐과,A first nozzle for supplying gas from at least one location in a region corresponding to the manifold;
상기 프로세스 튜브 내의 기판 배열 영역에 대응하는 영역에 있어서 적어도 상부를 포함하는 복수 개소로부터 가스를 공급하는 제2 노즐과,A second nozzle for supplying gas from a plurality of locations including at least an upper portion in a region corresponding to the substrate array region in the process tube;
상기 프로세스 튜브의 상기 제1 노즐이 설치된 측과는 반대측에 설치되어 상기 프로세스 튜브 내를 배기하는 배기로와,An exhaust passage disposed on a side opposite to the side on which the first nozzle of the process tube is installed and exhausting the inside of the process tube;
상기 제1 노즐 및 상기 제2 노즐로부터 전처리 가스를 공급하고, 상기 배기로를 향하여 흘려, 상기 복수매의 기판에 대하여 전처리를 수행하고, 적어도 상기 제1 노즐로부터 본처리 가스를 공급하고, 상기 배기로를 향하여 흘려, 상기 전처리가 이루어진 상기 복수매의 기판에 대하여 본처리를 수행하도록 제어하는 컨트롤러를 포함하는 기판 처리 장치.The pretreatment gas is supplied from the first nozzle and the second nozzle, flows toward the exhaust passage, pretreatment is performed on the plurality of substrates, the main processing gas is supplied from at least the first nozzle, and the exhaust is exhausted. And a controller which flows toward the furnace and controls the substrate to perform the main processing on the plurality of substrates on which the pretreatment has been performed.
(9) 상기 컨트롤러는, 상기 제1 노즐 및 상기 제2 노즐로부터 전처리 가스를 공급할 때, 상기 제1 노즐 및 제2 노즐의 가스 공급 개소 중 적어도 1개소와 다른 개소에서, 전처리 가스의 공급 유량, 농도 또는 종류를 다르게 하도록 제어하는 상기(8)의 기판 처리 장치.(9) When the controller supplies the pretreatment gas from the first nozzle and the second nozzle, the supply flow rate of the pretreatment gas is different from at least one of the gas supply points of the first nozzle and the second nozzle, The substrate processing apparatus of said (8) which controls so that a density | concentration or a kind may differ.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태인 CVD 장치를 나타내는 모식적인 측면 단면도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a schematic side sectional view showing a CVD apparatus according to a first embodiment of the present invention.
도 2는 그 주요부를 나타내는 측면 단면도.2 is a side sectional view showing a main part thereof.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 반도체 장치 제조 방법의 실리콘막 형성 공정을 나타내는 시퀀스 플로우 차트.3 is a sequence flowchart showing a silicon film forming step of the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 반도체 장치 제조 방법의 실리콘막 형성 공정을 나타내는 시퀀스 플로우 차트.4 is a sequence flowchart showing a silicon film forming step of the semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment of the present invention.
도 5는 오염 제거 효과를 평가하기 위한 모식도로서, (a)는 제1 평가 장치에 의한 경우를 나타내고, (b)는 제2 평가 장치에 의한 경우를 나타내는 도면. 5 is a schematic diagram for evaluating the decontamination effect, in which (a) shows a case by the first evaluation device, and (b) shows a case by the second evaluation device.
도 6은 오염 제거 효과인 공급가스 계통 수에 의한 차이를 나타내는 그래프.Figure 6 is a graph showing the difference by the number of feed gas system of the decontamination effect.
도 7은 염소 가스와 수소 가스의 유량비를 변화시킨 경우의 계면 산소 밀도의 차이를 나타내는 그래프.7 is a graph showing the difference in interfacial oxygen density when the flow rate ratio of chlorine gas and hydrogen gas is changed.
도 8은 염소 가스와 수소 가스의 유량비 및 실란 가스와 염소 가스의 유량비에 의한 실리콘 에칭량의 차이를 나타내는 그래프.8 is a graph showing the difference in silicon etching amount by the flow rate ratio of chlorine gas and hydrogen gas and the flow rate ratio of silane gas and chlorine gas.
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태인 CVD 장치를 나타내는 모식적인 측면 단면도.9 is a schematic side sectional view of a CVD apparatus according to a second embodiment of the present invention.
도 10(a)는 제1 공급계의 예를 나타내는 배관도.10A is a piping diagram showing an example of a first supply system.
도 10(b)는 제2 공급계의 예를 나타내는 배관도.10 (b) is a piping diagram showing an example of a second supply system.
<도면 주요 부호의 설명><Description of Drawing Major Symbols>
1 : 웨이퍼(기판)1: wafer (substrate)
10 : CVD 장치(예비실이 부착된 CVD 장치, 기판 처리 장치)10: CVD apparatus (CVD apparatus with a preliminary chamber, substrate processing apparatus)
11 : 광체 12 : 예비실11: ore 12: reserve room
13 : 웨이퍼 반입 반출구 14 : 게이트 밸브13: wafer carrying in and out exit 14: gate valve
15 : 보트 반입 반출구 16 : 셔터15: boat carrying in and out 16: shutter
17 : 배기 라인 18 : 밸브17: exhaust line 18: valve
19 : 머캐니컬 부스터 펌프 20 : 드라이 펌프19: mechanical booster pump 20: dry pump
21 : 질소 가스 공급라인 22 : 매스 플로우 컨트롤러21: nitrogen gas supply line 22: mass flow controller
23 : 질소 가스 공급원 24 : 보트 엘리베이터23: nitrogen gas source 24: boat elevator
25 : 가이드 레일 26 : 이송 나사축25: guide rail 26: feed screw shaft
27 : 모터 28 : 승강체27: motor 28: lifting body
29 : 암 30 : 씰 캡29: arm 30: seal cap
31 : O링 32 : 회전 기구31: O-ring 32: rotating mechanism
33 : 회전축 34 : 보트33: axis of rotation 34: boat
35 : 단열판 36 : 구동 제어부35: heat insulating plate 36: drive control unit
37 : 전기 배선 40 : 반응로37: electrical wiring 40: reactor
41 : 히터 베이스 42 : 히터41: heater base 42: heater
43 : 프로세스 튜브 44 : 아우터 튜브43: process tube 44: outer tube
45 : 이너 튜브 46 : 처리실45: inner tube 46: processing chamber
47 : 원통 형상의 공간 48 : O링47: cylindrical space 48: O-ring
49 : 매니폴드 50 : 온도 센서49: manifold 50: temperature sensor
51 : 온도 제어부 52 : 전기 배선51: temperature control unit 52: electrical wiring
53 : 배기관 54 : 압력 센서53
55 : 압력 조정 장치 56 : 압력 제어부55
57 : 전기 배선 58 : 가스 유량 제어부57: electrical wiring 58: gas flow control unit
59 : 전기 배선 60 : 주제어부59: electrical wiring 60: main controller
61 : 컨트롤러 N1 : 제1 롱 노즐61: controller N1: first long nozzle
N2 : 제2 롱 노즐 N3 : 제3 롱 노즐N2: second long nozzle N3: third long nozzle
N4 : 제4 롱 노즐 N5 : 쇼트 노즐N4: fourth long nozzle N5: short nozzle
L1~L5 : 가스 공급라인 M1~M5 : 가스 유량 제어기L1 ~ L5: Gas Supply Line M1 ~ M5: Gas Flow Controller
G1~G5 : 가스 공급원 H1~H4 : 가스 분출공G1 ~ G5: Gas supply source H1 ~ H4: Gas ejection hole
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