KR20150112820A - 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치의 세정 방법, 아몰퍼스 실리콘막의 형성 방법 및 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치 - Google Patents

아몰퍼스 실리콘막 형성 장치의 세정 방법, 아몰퍼스 실리콘막의 형성 방법 및 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치 Download PDF

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미츠히로 오카다
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

면내 균일성을 개선할 수 있는 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치의 세정 방법, 아몰퍼스 실리콘막의 형성 방법 및 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치를 제공한다. 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치의 세정 방법은, 반응실 내에 클리닝 가스를 공급하여, 장치 내부에 부착된 부착물을 제거하는 제거 공정을 구비하고, 제거 공정에 의해 부착물을 제거한 반응실 내에 암모니아를 공급하여 퍼지하는 제1 퍼지 공정과, 제거 공정에 의해 부착물을 제거한 반응실 내에 수소와 산소를 포함하는 가스를 공급하여 퍼지하는 제2 퍼지 공정 중 적어도 한쪽의 퍼지 공정을 실시한다.

Description

아몰퍼스 실리콘막 형성 장치의 세정 방법, 아몰퍼스 실리콘막의 형성 방법 및 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치{CLEANING METHOD OF APPARATUS FOR FORMING AMORPHOUS SILICON FILM, AND METHOD AND APPARATUS FOR FORMING AMORPHOUS SILICON FILM}
본 발명은 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치의 세정 방법, 아몰퍼스 실리콘막의 형성 방법 및 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치에 관한 것이다.
반도체 장치 등의 제조 프로세스에서는, 실리콘 기판 위의 층간 절연막에 트렌치, 홀 형상의 홈(콘택트 홀)을 형성하여, 아몰퍼스 실리콘막 등의 실리콘막을 매립하여 전극을 형성하는 공정이 있다.
이러한 공정에서는, 예를 들어, 특허문헌 1에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판 위의 층간 절연막에 콘택트 홀을 형성하여, CVD(Chemical Vapor Deposition)법으로 실리콘막을 성막하는 방법이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 평 10-321556호 공보
그런데, 아몰퍼스 실리콘막의 형성에 있어서, 피처리체, 예를 들어, 반도체 웨이퍼를 링 보트에 탑재하여 아몰퍼스 실리콘막을 형성하고, 반도체 웨이퍼를 링 보트로부터 회수한 후, 예를 들어, 불소계의 클리닝 가스에 의해 클리닝을 실시하고 있다. 이와 같이, 성막 후에 불소계의 클리닝 가스에 의해 매회 클리닝을 실시하면, 성막 시에 링 보트에 탑재된 반도체 웨이퍼의 에지 막 두께가 두꺼워지기 쉬워, 면내 균일성이 악화되어버린다는 문제가 있다.
본 발명은 면내 균일성을 개선할 수 있는 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치의 세정 방법, 아몰퍼스 실리콘막의 형성 방법 및 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치를 제공한다.
본 발명의 제1 관점에 관한 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치의 세정 방법은,
아몰퍼스 실리콘막 형성 장치의 반응실 내에 처리 가스를 공급하여 피처리체에 아몰퍼스 실리콘막을 형성한 후, 상기 장치의 내부에 부착된 부착물을 제거하는 상기 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치의 세정 방법으로서, 상기 반응실 내에 클리닝 가스를 공급하여, 상기 장치의 내부에 부착된 부착물을 제거하는 제거 공정을 구비하고, 상기 제거 공정에 의해 부착물을 제거한 상기 반응실 내에 암모니아를 공급하여 퍼지하는 제1 퍼지 공정과, 상기 제거 공정에 의해 부착물을 제거한 상기 반응실 내에 수소와 산소를 포함하는 가스를 공급하여 퍼지하는 제2 퍼지 공정 중 적어도 하나의 퍼지 공정을 실시한다.
상기 클리닝 가스는 불소를 포함하고, 상기 제1 퍼지 공정 및 상기 제2 퍼지 공정에서는, 상기 반응실 내부의 불소 농도를 조정하는 것이 바람직하다.
상기 제1 퍼지 공정 및 상기 제2 퍼지 공정에서는, 상기 반응실 내의 온도를 600℃ 내지 1000℃로 설정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 관점에 관한 아몰퍼스 실리콘막의 형성 방법은, 피처리체에 아몰퍼스 실리콘막을 형성하는 아몰퍼스 실리콘막 형성 공정과, 본 발명의 제1 관점에 관한 상기 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치의 세정 방법에 의해 상기 장치의 내부에 부착된 부착물을 제거하는 공정을 구비한다.
상기 아몰퍼스 실리콘막 형성 공정에서는, 예를 들어, 상기 피처리체에 아미노실란을 흡착시킨 후에 상기 아몰퍼스 실리콘막을 형성한다.
본 발명의 제3 관점에 관한 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치는, 피처리체가 수용된 반응실 내에 처리 가스를 공급하여 상기 피처리체에 아몰퍼스 실리콘막을 형성하는 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치로서, 상기 반응실 내에 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 가스 공급 수단과, 상기 반응실 내에 암모니아, 또는, 수소와 산소를 포함하는 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급 수단과, 상기 클리닝 가스 공급 수단 및 상기 퍼지 가스 공급 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하고, 상기 제어 수단은, 상기 클리닝 가스 공급 수단을 제어하여 상기 반응실 내에 상기 클리닝 가스를 공급하여, 상기 장치의 내부에 부착된 부착물을 제거한 후, 상기 퍼지 가스 공급 수단을 제어하여 상기 반응실 내에 상기 암모니아, 또는, 상기 수소와 산소를 포함하는 가스를 공급한다.
본 발명에 따르면, 면내 균일성을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 처리 장치를 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 제어부의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 실시 형태의 아몰퍼스 실리콘막의 형성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 실시 형태의 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치의 세정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 암모니아 퍼지의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 암모니아 퍼지 및 질소 퍼지 후에 형성된 아몰퍼스 실리콘막의 막 두께 및 면내 균일성을 측정한 결과를 도시하는 도면이다.
도 7은 다른 실시 형태의 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치의 세정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 다른 실시 형태의 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치의 세정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 다른 실시 형태의 아몰퍼스 실리콘막 형성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치의 세정 방법, 아몰퍼스 실리콘막의 형성 방법 및 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에서는, 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치로서, 도 1에 도시하는 뱃치식의 종형 처리 장치를 사용한 경우를 예로 들어 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 처리 장치(1)는, 길이 방향이 수직 방향을 향한 반응관(2)을 구비하고 있다. 반응관(2)은, 내관(2a)과, 내관(2a)을 덮음과 함께 내관(2a)과 소정의 간격을 갖도록 형성된 천장이 있는 외관(2b)으로 구성된 이중관 구조를 갖는다. 내관(2a)과 외관(2b)의 측벽은, 도 1에 화살표로 나타낸 바와 같이, 복수의 개구를 갖고 있다. 내관(2a) 및 외관(2b)은, 내열 및 내부식성이 우수한 재료, 예를 들어, 석영에 의해 형성되어 있다.
반응관(2)의 일측에는, 반응관(2) 내의 가스를 배기하기 위한 배기부(3)가 배치되어 있다. 배기부(3)는, 반응관(2)을 따라 상방으로 연장되도록 형성되고, 반응관(2)의 측벽에 형성된 개구를 통해 반응관(2)과 연통한다. 배기부(3)의 상단은, 반응관(2)의 상부에 배치된 배기구(4)에 접속되어 있다. 이 배기구(4)에는 도시하지 않은 배기관이 접속되고, 배기관에는 도시하지 않은 밸브나 후술하는 진공 펌프(127) 등의 압력 조정 기구가 설치되어 있다. 이 압력 조정 기구에 의해, 외관(2b)의 한쪽의 측벽측(처리 가스 공급관(8))으로부터 공급된 가스가, 내관(2a), 외관(2b)의 다른 쪽의 측벽측, 배기부(3), 배기구(4)를 통해 배기관에 배기되어, 반응관(2) 내가 원하는 압력(진공도)으로 제어된다.
반응관(2)의 하방에는, 덮개(5)가 배치되어 있다. 덮개(5)는, 내열 및 내부식성이 우수한 재료, 예를 들어, 석영에 의해 형성되어 있다. 또한, 덮개(5)는, 후술하는 보트 엘리베이터(128)에 의해 상하 이동 가능하게 구성되어 있다. 그리고, 보트 엘리베이터(128)에 의해 덮개(5)가 상승하면, 반응관(2)의 하방측(노구 부분)이 폐쇄되고, 보트 엘리베이터(128)에 의해 덮개(5)가 하강하면, 반응관(2)의 하방측(노구 부분)이 개구된다.
덮개(5)의 위에는, 웨이퍼 보트(6)가 적재되어 있다. 웨이퍼 보트(6)는, 예를 들어, 석영에 의해 형성되어 있다. 웨이퍼 보트(6)는, 반도체 웨이퍼(W)가 수직 방향으로 소정의 간격을 두고 복수매, 수용 가능하게 구성되어 있다. 또한, 덮개(5)의 상부에, 반응관(2)의 노구 부분으로부터 반응관(2) 내의 온도가 저하되는 것을 방지하는 보온통이나, 반도체 웨이퍼(W)를 수용하는 웨이퍼 보트(6)를 회전 가능하게 적재하는 회전 테이블을 설치하고, 이들 위에 웨이퍼 보트(6)를 적재해도 된다. 이러한 경우, 웨이퍼 보트(6)에 수용된 반도체 웨이퍼(W)를 균일한 온도로 제어하기 쉬워진다.
반응관(2)의 주위에는, 반응관(2)을 둘러싸도록, 예를 들어, 저항 발열체로 이루어지는 승온용 히터(7)가 설치되어 있다. 이 승온용 히터(7)에 의해 반응관(2)의 내부가 소정의 온도로 가열되고, 이 결과, 반응관(2)의 내부에 수용된 반도체 웨이퍼(W)가 소정의 온도로 가열된다.
반응관(2) 하단 근방의 측면에는, 반응관(2)(외관(2b)) 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급관(8)이 삽입 관통되어 있다. 처리 가스로서는, 아몰퍼스 실리콘막의 성막용 가스로서의 디실란(Si2H6), 클리닝 가스로서의 불소(F2), 퍼지 가스로서의 암모니아(NH3) 등이 사용된다.
처리 가스 공급관(8)에는, 수직 방향의 소정 간격마다 공급 구멍이 형성되어 있고, 공급 구멍으로부터 반응관(2)(외관(2b)) 내에 처리 가스가 공급된다. 이 때문에, 도 1에 화살표로 나타낸 바와 같이, 처리 가스가 수직 방향의 복수 부위로부터 반응관(2) 내에 공급된다.
또한, 반응관(2) 하단 근방의 측면에는, 반응관(2)(외관(2b)) 내에 희석 가스 및 퍼지 가스로서의 질소(N2)를 공급하는 질소 가스 공급관(11)이 삽입 관통되어 있다.
처리 가스 공급관(8), 질소 가스 공급관(11)은, 후술하는 매스 플로우 컨트롤러(MFC: Mass Flow Controller)(125)를 개재하여, 도시하지 않은 가스 공급원에 접속되어 있다.
또한, 반응관(2) 내에는, 반응관(2) 내의 온도를 측정하는, 예를 들어, 열전쌍으로 이루어지는 온도 센서(122), 및 반응관(2) 내의 압력을 측정하는 압력계(123)가 복수개 배치되어 있다.
또한, 처리 장치(1)는, 장치 각 부의 제어를 행하는 제어부(100)를 구비하고 있다. 도 2에 제어부(100)의 구성을 나타낸다. 도 2에 도시한 바와 같이, 제어부(100)에는, 조작 패널(121), 온도 센서(122), 압력계(123), 히터 컨트롤러(124), MFC(125), 밸브 제어부(126), 진공 펌프(127), 보트 엘리베이터(128) 등이 접속되어 있다.
조작 패널(121)은, 표시 화면과 조작 버튼을 구비하여, 오퍼레이터의 조작 지시를 제어부(100)에 전달하고, 또한, 제어부(100)로부터의 다양한 정보를 표시 화면에 표시한다.
온도 센서(122)는, 반응관(2) 내 및 배기관 내 등의 각 부의 온도를 측정하여, 그 측정값을 제어부(100)에 통지한다.
압력계(123)는, 반응관(2) 내 및 배기관 내 등의 각 부의 압력을 측정하여, 그 측정값을 제어부(100)에 통지한다.
히터 컨트롤러(124)는, 승온용 히터(7)를 개별로 제어하기 위한 것이고, 제어부(100)로부터의 지시에 응답하여, 승온용 히터(7)에 통전해서 이들을 가열하고, 또한, 승온용 히터(7)의 소비 전력을 개별로 측정하여, 제어부(100)에 통지한다.
MFC(125)는, 처리 가스 공급관(8), 질소 가스 공급관(11) 등의 각 배관에 배치되어, 각 배관을 흐르는 가스의 유량을 제어부(100)로부터 지시된 양으로 제어함과 함께, 실제로 흐른 가스의 유량을 측정하여 제어부(100)에 통지한다.
밸브 제어부(126)는 각 배관에 배치되고, 각 배관에 배치된 밸브의 개방도를 제어부(100)로부터 지시된 값으로 제어한다.
진공 펌프(127)는 배기관에 접속되어, 반응관(2) 내의 가스를 배기한다.
보트 엘리베이터(128)는, 덮개(5)를 상승시킴으로써, 웨이퍼 보트(6)(반도체 웨이퍼(W))를 반응관(2) 내에 로드하고, 덮개(5)를 하강시킴으로써, 웨이퍼 보트(6)(반도체 웨이퍼(W))를 반응관(2) 내로부터 언로드한다.
제어부(100)는, 레시피 기억부(111)와, ROM(Read Only Memory)(112)과, RAM(Random Access Memory)(113)과, I/O 포트(Input/Output Port)(114)와, CPU(Central Processing Unit)(115)와, 이들을 서로 접속하는 버스(116)로 구성되어 있다.
레시피 기억부(111)에는, 셋업용 레시피와 복수의 프로세스용 레시피가 기억되어 있다. 처리 장치(1)의 제조 당초에는, 셋업용 레시피만이 저장된다. 셋업용 레시피는, 각 처리 장치에 따른 열 모델 등을 생성할 때에 실행되는 것이다. 프로세스용 레시피는, 유저가 실제로 행하는 열처리(프로세스)마다 준비되는 레시피이며, 반응관(2)으로의 반도체 웨이퍼(W)의 로드로부터, 처리 완료된 반도체 웨이퍼(W)를 언로드할 때까지의, 각 부의 온도 변화, 반응관(2) 내의 압력 변화, 각종 가스의 공급 개시 및 정지의 타이밍과 공급량 등을 규정한다.
ROM(112)은, EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), 플래시 메모리, 하드 디스크 등으로 구성되고, CPU(115)의 동작 프로그램 등을 기억하는 기록 매체이다.
RAM(113)은, CPU(115)의 워크 에리어 등으로서 기능한다.
I/O 포트(114)는, 조작 패널(121), 온도 센서(122), 압력계(123), 히터 컨트롤러(124), MFC(125), 밸브 제어부(126), 진공 펌프(127), 보트 엘리베이터(128) 등에 접속되어, 데이터나 신호의 입출력을 제어한다.
CPU(115)는, 제어부(100)의 중추를 구성하고, ROM(112)에 기억된 제어 프로그램을 실행한다. 또한, CPU(115)는, 조작 패널(121)로부터의 지시에 따라, 레시피 기억부(111)에 기억되어 있는 레시피(프로세스용 레시피)를 따라서 처리 장치(1)의 동작을 제어한다. 즉, CPU(115)는, 온도 센서(122), 압력계(123), MFC(125) 등에 반응관(2) 내 및 배기관 내 등의 각 부의 온도, 압력, 유량 등을 측정시키고, 이 측정 데이터에 기초하여, 히터 컨트롤러(124), MFC(125), 밸브 제어부(126), 진공 펌프(127) 등에 제어 신호 등을 출력하여, 상기 각 부가 프로세스용 레시피에 따르도록 제어한다.
버스(116)는 각 부의 사이에서 정보를 전달한다.
이어서, 이상과 같이 구성된 처리 장치(1)를 사용한 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치의 세정 방법, 및 아몰퍼스 실리콘막의 형성 방법에 대하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에서, 처리 장치(1)를 구성하는 각 부의 동작은, 제어부(100)(CPU(115))에 의해 제어되고 있다. 또한, 각 처리에서의 반응관(2) 내의 온도, 압력, 가스의 유량 등은, 상술한 바와 같이, 제어부(100)(CPU(115))가 히터 컨트롤러(124)(승온용 히터(7)), MFC(125), 밸브 제어부(126) 등을 제어함으로써, 예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같은 레시피(타임 시퀀스)에 따른 조건으로 설정된다. 도 3은 아몰퍼스 실리콘막의 형성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 반응관(2) 내를 소정의 온도, 예를 들어, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이 420℃로 설정한다. 또한, 도 3의 (c)에 도시한 바와 같이, 질소 가스 공급관(11)으로부터 반응관(2) 내에 소정량의 질소를 공급한다. 이어서, 반도체 웨이퍼(W)가 수용되어 있는 웨이퍼 보트(6)를 덮개(5)에 적재한다. 그리고, 보트 엘리베이터(128)에 의해 덮개(5)를 상승시켜서, 반도체 웨이퍼(W)(웨이퍼 보트(6))를 반응관(2) 내에 로드한다(로드 공정).
계속해서, 도 3의 (c)에 도시한 바와 같이, 질소 가스 공급관(11)으로부터 반응관(2) 내에 소정량의 질소를 공급함과 함께, 반응관(2) 내를 소정의 온도, 예를 들어, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이 420℃로 설정한다. 또한, 반응관(2) 내의 가스를 배출하여, 반응관(2)을 소정의 압력, 예를 들어, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이 13.3Pa(0.1Torr)로 감압한다. 그리고, 반응관(2) 내를 이 온도 및 압력에서 안정시킨다(안정화 공정).
반응관(2) 내의 온도는, 200℃ 내지 600℃인 것이 바람직하고, 350℃ 내지 550℃인 것이 더욱 바람직하다. 반응관(2) 내의 온도를 이러한 범위로 함으로써, 형성되는 아몰퍼스 실리콘막의 막질이나 막 두께 균일성 등을 향상시킬 수 있기 때문이다.
반응관(2) 내의 압력은, 0.133Pa(0.001Torr) 내지 13.3kPa(100Torr)로 하는 것이 바람직하다. 이러한 범위의 압력으로 함으로써, 반도체 웨이퍼(W)와 Si의 반응을 촉진할 수 있기 때문이다. 반응관(2) 내의 압력은, 6.65Pa(0.05Torr) 내지 1330Pa(10Torr)로 하는 것이 더욱 바람직하다. 이러한 범위의 압력으로 함으로써, 반응관(2) 내의 압력 제어가 용이해지기 때문이다.
반응관(2) 내가 소정의 압력 및 온도에서 안정되면, 질소 가스 공급관(11)으로부터의 질소의 공급을 정지하고, 반응관(2) 내에 성막용 가스를 공급한다. 구체적으로는, 도 3의 (d)에 도시한 바와 같이, 처리 가스 공급관(8)으로부터 소정량의 디실란(Si2H6)을 공급한다(플로우 공정).
반응관(2) 내에 공급된 디실란은, 반응관(2) 내에서 가열되어 활성화된다. 이 때문에, 반응관(2) 내에 디실란이 공급되면, 반도체 웨이퍼(W)와 활성화된 Si가 반응하여, 반도체 웨이퍼(W)에 소정량의 Si가 흡착된다. 그 결과, 반도체 웨이퍼(W)에 아몰퍼스 실리콘막이 형성된다.
반도체 웨이퍼(W)에 소정량의 Si가 흡착되면, 처리 가스 공급관(8)으로부터의 디실란의 공급을 정지한다. 그리고, 반응관(2) 내의 가스를 배출함과 함께, 도 3의 (c)에 도시한 바와 같이, 질소 가스 공급관(11)으로부터 반응관(2) 내에 소정량의 질소를 공급하여, 반응관(2) 내의 가스를 반응관(2) 외부로 배출한다(퍼지, 진공화 공정).
또한, 도 3의 (c)에 도시한 바와 같이, 질소 가스 공급관(11)으로부터 반응관(2) 내에 소정량의 질소를 공급함과 함께, 반응관(2) 내를 소정의 온도, 예를 들어, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이 420℃로 설정한다. 또한, 질소 가스 공급관(11)으로부터 반응관(2) 내에 소정량의 질소를 공급하여 반응관(2) 내를 질소로 사이클 퍼지하여 상압으로 복귀시킨다(상압 복귀 공정). 이어서, 보트 엘리베이터(128)에 의해 덮개(5)를 하강시킴으로써, 반도체 웨이퍼(W)를 언로드한다(언로드 공정).
이렇게 아몰퍼스 실리콘막을 형성하면, 생성된 반응 생성물이, 반도체 웨이퍼(W)의 표면뿐만 아니라, 반응관(2) 내나 각종 지그 등에도 퇴적(부착)된다. 이 때문에, 아몰퍼스 실리콘막을 형성한 후에는, 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치의 세정을 행한다. 도 4는 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치의 세정 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치의 세정은, 불소계의 클리닝제에 의한 세정 처리를 행한 후, 암모니아에 의한 퍼지를 행한다. 이하, 본 발명의 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치의 세정 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 반응관(2) 내를 소정의 온도, 예를 들어, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이 350℃로 설정한다. 또한, 도 4의 (c)에 도시한 바와 같이, 질소 가스 공급관(11)으로부터 반응관(2) 내에 소정량의 질소를 공급한다. 이어서, 반도체 웨이퍼(W)가 수용되어 있지 않은 웨이퍼 보트(6)를 덮개(5)에 적재한다. 그리고, 보트 엘리베이터(128)에 의해 덮개(5)를 상승시켜서, 웨이퍼 보트(6)를 반응관(2) 내에 로드한다(로드 공정).
계속해서, 도 4의 (c)에 도시한 바와 같이, 질소 가스 공급관(11)으로부터 반응관(2) 내에 소정량의 질소를 공급함과 함께, 반응관(2) 내를 소정의 온도, 예를 들어, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이 350℃로 설정한다. 또한, 반응관(2) 내의 가스를 배출하여, 반응관(2)을 소정의 압력, 예를 들어, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이 4000Pa(30Torr)로 감압한다. 그리고, 반응관(2) 내를 이 온도 및 압력에서 안정시킨다(안정화 공정).
반응관(2) 내의 온도는, 200℃ 내지 600℃인 것이 바람직하고, 300℃ 내지 500℃인 것이 더욱 바람직하다. 반응관(2) 내의 온도를 이러한 범위로 함으로써, 반응관(2) 내의 부착물과 활성화된 불소의 반응이 촉진되기 때문이다.
반응관(2) 내의 압력은, 0.133Pa(0.001Torr) 내지 13.3kPa(100Torr)로 하는 것이 바람직하다. 이러한 범위의 압력으로 함으로써, 반응관(2) 내의 부착물과 활성화된 불소의 반응을 촉진할 수 있기 때문이다. 반응관(2) 내의 압력은, 13.3Pa(0.1Torr) 내지 6550Pa(50Torr)로 하는 것이 더욱 바람직하다. 이러한 범위의 압력으로 함으로써, 반응관(2) 내의 압력 제어가 용이해지기 때문이다.
반응관(2) 내가 소정의 압력 및 온도에서 안정되면, 질소 가스 공급관(11)으로부터의 질소의 공급을 정지하고, 반응관(2) 내에 클리닝용 가스를 공급한다. 구체적으로는, 도 4의 (d)에 도시한 바와 같이, 처리 가스 공급관(8)으로부터 소정량의 불소(F2)를 공급한다(플로우 공정).
반응관(2) 내에 공급된 불소는, 반응관(2) 내에서 가열되어 활성화된다. 이 때문에, 반응관(2) 내에 불소가 공급되면, 반응관(2) 내의 부착물과 활성화된 불소가 반응하여, 반응관(2) 내에 부착된 부착물이 제거된다.
반응관(2) 내에 부착된 부착물이 제거되면, 처리 가스 공급관(8)으로부터의 불소의 공급을 정지한다. 그리고, 반응관(2) 내의 가스를 배출함과 함께, 도 4의 (c)에 도시한 바와 같이, 질소 가스 공급관(11)으로부터 반응관(2) 내에 소정량의 질소를 공급하여, 반응관(2) 내의 가스를 반응관(2) 외부로 배출한다(퍼지, 진공화 공정).
또한, 도 4의 (c)에 도시한 바와 같이, 질소 가스 공급관(11)으로부터 반응관(2) 내에 소정량의 질소를 공급함과 함께, 반응관(2) 내를 소정의 온도, 예를 들어, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이 800℃로 설정한다. 또한, 반응관(2) 내의 가스를 배출하여, 반응관(2)을 소정의 압력, 예를 들어, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 16000Pa(120Torr)로 감압한다. 그리고, 반응관(2) 내를 이 온도 및 압력에서 안정시킨다.
반응관(2) 내의 온도는, 600℃ 내지 1000℃인 것이 바람직하고, 700℃ 내지 900℃인 것이 더욱 바람직하다. 반응관(2) 내의 온도를 이러한 범위로 함으로써, 암모니아가 활성화되어, 암모니아 퍼지가 양호하게 행하여지기 때문이다.
반응관(2) 내의 압력은, 0.133Pa(0.001Torr) 내지 65.5kPa(500Torr)로 하는 것이 바람직하다. 이러한 범위의 압력으로 함으로써, 암모니아가 활성화되기 쉬워, 암모니아 퍼지가 양호하게 행하여지기 때문이다. 반응관(2) 내의 압력은, 1330Pa(10Torr) 내지 26.6kPa(200Torr)로 하는 것이 더욱 바람직하다. 이러한 범위의 압력으로 함으로써, 반응관(2) 내의 압력 제어가 용이해지기 때문이다.
반응관(2) 내가 소정의 압력 및 온도에서 안정되면, 질소 가스 공급관(11)으로부터의 질소의 공급을 정지하고, 반응관(2) 내에, 도 4의 (e)에 도시한 바와 같이, 처리 가스 공급관(8)으로부터 소정량의 암모니아(NH3)를 공급한다(플로우 공정).
반응관(2) 내에 공급된 암모니아는, 반응관(2) 내에서 가열되어 활성화되어, 반응관(2) 내의 잔류 불소와 반응한다. 이 때문에, 이 후에 성막하는 아몰퍼스 실리콘막이 반도체 웨이퍼(W)의 외주부에 아몰퍼스 실리콘이 퇴적되기 어려워져, 형성되는 아몰퍼스 실리콘막의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 도 5의 (a)는, 암모니아 퍼지를 행하지 않고, 아몰퍼스 실리콘막을 성막한 경우를 설명하기 위한 도면이며, 도 5의 (b)는 암모니아 퍼지를 행한 후에, 아몰퍼스 실리콘막을 성막한 경우를 설명하기 위한 도면이다. 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 암모니아 퍼지를 행함으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 외주부에 많은 아몰퍼스 실리콘이 퇴적되는 일이 없어져, 형성되는 아몰퍼스 실리콘막의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 이것은, 암모니아 퍼지에 의해, 석영으로 이루어지는 링(웨이퍼 보트(6))의 표층의 불소 농도를 컨트롤함으로써 석영 링 위의 인큐베이션 타임을 컨트롤할 수 있고, 그 결과, 면내 균일성도 컨트롤할 수 있기 때문이다. 즉, 웨이퍼 보트(6) 위에 잔류한 불소는 아몰퍼스 실리콘의 퇴적을 늦추고, 반도체 웨이퍼(W) 주변으로의 퇴적을 증대시키지만, 암모니아 퍼지를 행함으로써, 웨이퍼 보트(6)로의 아몰퍼스 실리콘의 퇴적을 촉진시켜, 결과적으로, 반도체 웨이퍼(W) 주변에서의 성막을 억제하여, 막 두께의 면내 균일성을 개선시킨다.
계속해서, 처리 가스 공급관(8)으로부터의 암모니아의 공급을 정지한다. 그리고, 반응관(2) 내의 가스를 배출함과 함께, 도 4의 (c)에 도시한 바와 같이, 질소 가스 공급관(11)으로부터 반응관(2) 내에 소정량의 질소를 공급하여, 반응관(2) 내의 가스를 반응관(2) 외부로 배출한다(퍼지, 진공화 공정).
또한, 도 4의 (c)에 도시한 바와 같이, 질소 가스 공급관(11)으로부터 반응관(2) 내에 소정량의 질소를 공급함과 함께, 반응관(2) 내를 소정의 온도, 예를 들어, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이 420℃로 설정한다. 또한, 질소 가스 공급관(11)으로부터 반응관(2) 내에 소정량의 질소를 공급하여 반응관(2) 내를 질소로 사이클 퍼지하여 상압으로 복귀시킨다(상압 복귀 공정). 이어서, 보트 엘리베이터(128)에 의해 덮개(5)를 하강시킴으로써, 웨이퍼 보트(6)를 언로드한다(언로드 공정).
이어서, 본 발명의 효과를 확인하기 위해서, 본 실시 형태의 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치의 세정 방법에 의해 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치를 세정한 후, 반도체 웨이퍼(W)에 아몰퍼스 실리콘막을 형성한 경우의 막 두께 및 면내 균일성을 측정하였다. 또한, 비교를 위해, 본 실시 형태의 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치의 세정 방법의 암모니아 퍼지를 질소 퍼지로 바꾸었을 경우의 막 두께 및 면내 균일성을 측정하였다. 결과를 도 6에 나타내었다. 또한, 도 6 중의 「3」, 「29」, 「55」, 「81」의 숫자는, 반도체 웨이퍼(W)가 수용된 웨이퍼 보트(6) 위의 위치를 나타내는 것이며, 「3」이 웨이퍼 보트(6)의 상부, 「29」가 웨이퍼 보트(6)의 중앙 상부, 「55」가 웨이퍼 보트(6)의 중앙 하부, 「81」이 웨이퍼 보트(6)의 하부인 것을 나타내고 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치의 세정 방법에서 암모니아 퍼지를 행함으로써 면내 균일성이 향상되었음을 확인할 수 있었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치의 세정 방법에서 암모니아 퍼지를 행함으로써, 그 후에 형성되는 아몰퍼스 실리콘막의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 상기의 실시 형태에 한정되지 않고, 다양한 변형, 응용이 가능하다. 이하, 본 발명에 적용 가능한 다른 실시 형태에 대하여 설명한다.
상기 실시 형태에서는, 암모니아 퍼지를 했을 경우를 예로 들어 본 발명을 설명했지만, 예를 들어, 도 7에 도시한 바와 같이, 수소(H2)와 산소(O2)를 포함하는 가스에 의해 퍼지해도 된다. 또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 암모니아 퍼지를 한 후에 수소(H2)와 산소(O2)을 포함하는 가스에 의해 퍼지해도 된다. 이들 경우에도, 석영으로 이루어지는 링의 표층의 불소 농도를 컨트롤함으로써, 석영 링 위의 인큐베이션 타임을 컨트롤할 수 있고, 이 후에 형성되는 아몰퍼스 실리콘막의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 수소(H2)와 산소(O2)의 반응에 의해 산소 활성종이 발생하여, 웨이퍼 보트(6) 등에 흡착된 불소 농도를 저감한다고 생각된다.
상기 실시 형태에서는, 디실란에 의해 아몰퍼스 실리콘막을 형성한 경우를 예로 들어 본 발명을 설명했지만, 예를 들어, 도 9에 도시한 바와 같이, 아몰퍼스 실리콘막 형성 전에, 시드층으로서 아미노실란을 흡착시킨 후, 디실란에 의해 아몰퍼스 실리콘막을 형성해도 된다. 이 경우, 형성되는 실리콘막의 막질(예를 들어, 면내 균일성)을 향상시킬 수 있다. 시드층으로서 흡착시키는 아미노실란으로서는, BAS(부틸아미노실란), BTBAS(비스터셜부틸아미노실란), DMAS(디메틸아미노실란), TDMAS(트리디메틸아민실란), DEAS(디에틸아미노실란), BDEAS(비스디에틸아미노실란), DPAS(디프로필아미노실란), DIPAS(디이소프로필아미노실란)이 있다. 또한, 시드층으로서 아미노디실란을 흡착시켜도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 디실란에 의해 아몰퍼스 실리콘막을 형성한 경우를 예로 들어 본 발명을 설명했지만, 예를 들어, 모노실란(SiH4)과 같은 각종 성막용 가스를 사용하여 아몰퍼스 실리콘막을 형성해도 된다.
처리 가스 공급 시에는, 처리 가스만을 공급하거나, 처리 가스와 희석 가스로서의 질소의 혼합 가스를 공급해도 된다. 혼합 가스를 공급하는 경우, 처리 시간의 설정 등을 용이하게 할 수 있다. 희석 가스로서는, 불활성 가스인 것이 바람직하고, 질소 이외에, 예를 들어, 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 크세논(Xe)을 적용할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 처리 장치(1)로서, 이중관 구조의 뱃치식 처리 장치의 경우를 예로 들어 본 발명을 설명했지만, 예를 들어, 단관 구조의 뱃치식 처리 장치에 본 발명을 적용하는 것도 가능하다. 또한, 뱃치식의 횡형 처리 장치나 매엽식의 처리 장치에 본 발명을 적용하는 것도 가능하다.
본 발명의 실시 형태에 따른 제어부(100)는, 전용의 시스템에 의하지 않고, 통상의 컴퓨터 시스템을 사용하여 실현 가능하다. 예를 들어, 범용 컴퓨터에, 상술한 처리를 실행하기 위한 프로그램을 저장한 기록 매체(플렉시블 디스크, CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory) 등)로부터 당해 프로그램을 인스톨함으로써, 상술한 처리를 실행하는 제어부(100)를 구성할 수 있다.
그리고, 이 프로그램을 공급하기 위한 수단은 임의이다. 상술한 바와 같이 소정의 기록 매체를 통해 공급할 수 있는 것 외에, 예를 들어, 통신 회선, 통신 네트워크, 통신 시스템 등을 통해 공급해도 된다. 이 경우, 예를 들어, 통신 네트워크의 게시판(BBS: Bulletin Board System)에 당해 프로그램을 게시하고, 이것을 네트워크를 통해 제공해도 된다. 그리고, 이렇게 제공된 프로그램을 기동하여, OS(Operating System)의 제어하에서, 다른 어플리케이션 프로그램과 마찬가지로 실행함으로써 상술한 처리를 실행할 수 있다.
본 발명은 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치의 세정 방법, 아몰퍼스 실리콘막의 형성 방법 및 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치에 유용하다.
1 : 처리 장치 2 : 반응관
2a : 내관 2b : 외관
3 : 배기부 4 : 배기구
5 : 덮개 6 : 웨이퍼 보트
7 : 승온용 히터 8 : 처리 가스 공급관
11 : 질소 가스 공급관 100 : 제어부
111 : 레시피 기억부 112 : ROM
113 : RAM 114 : I/O 포트
115 : CPU 116 : 버스
121 : 조작 패널 122 : 온도 센서
123 : 압력계 124 : 히터 컨트롤러
125 : MFC 126 : 밸브 제어부
127 : 진공 펌프 128 : 보트 엘리베이터
W : 반도체 웨이퍼

Claims (6)

  1. 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치의 반응실 내에 처리 가스를 공급하여 피처리체에 아몰퍼스 실리콘막을 형성한 후, 상기 장치의 내부에 부착된 부착물을 제거하는 상기 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치의 세정 방법으로서,
    상기 반응실 내에 클리닝 가스를 공급하여, 상기 장치의 내부에 부착된 부착물을 제거하는 제거 공정을 구비하고,
    상기 제거 공정에 의해 부착물을 제거한 상기 반응실 내에 암모니아를 공급하여 퍼지하는 제1 퍼지 공정과, 상기 제거 공정에 의해 부착물을 제거한 상기 반응실 내에 수소와 산소를 포함하는 가스를 공급하여 퍼지하는 제2 퍼지 공정 중 적어도 하나의 퍼지 공정을 실시하는, 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치의 세정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 클리닝 가스는 불소를 포함하고,
    상기 제1 퍼지 공정 및 상기 제2 퍼지 공정에서는, 상기 반응실 내부의 불소 농도를 조정하는, 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치의 세정 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 퍼지 공정 및 상기 제2 퍼지 공정에서는, 상기 반응실 내의 온도를 600℃ 내지 1000℃로 설정하는, 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치의 세정 방법.
  4. 피처리체에 아몰퍼스 실리콘막을 형성하는 아몰퍼스 실리콘막 형성 공정과,
    제1항 또는 제2항에 기재된 상기 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치의 세정 방법에 의해 상기 장치의 내부에 부착된 부착물을 제거하는 공정
    을 구비하는 아몰퍼스 실리콘막의 형성 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 아몰퍼스 실리콘막 형성 공정에서는, 상기 피처리체에 아미노실란을 흡착시킨 후에 아몰퍼스 실리콘막을 형성하는, 아몰퍼스 실리콘막의 형성 방법.
  6. 피처리체가 수용된 반응실 내에 처리 가스를 공급하여 상기 피처리체에 아몰퍼스 실리콘막을 형성하는 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치로서,
    상기 반응실 내에 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 가스 공급 수단과,
    상기 반응실 내에 암모니아, 또는, 수소와 산소를 포함하는 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급 수단과,
    상기 클리닝 가스 공급 수단 및 상기 퍼지 가스 공급 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하고,
    상기 제어 수단은, 상기 클리닝 가스 공급 수단을 제어하여 상기 반응실 내에 상기 클리닝 가스를 공급하여, 상기 장치의 내부에 부착된 부착물을 제거한 후, 상기 퍼지 가스 공급 수단을 제어하여 상기 반응실 내에 상기 암모니아, 또는, 상기 수소와 산소를 포함하는 가스를 공급하는, 아몰퍼스 실리콘막 형성 장치.
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