TWI389204B - 半導體裝置之製造方法、基板處理裝置及基板處理方法 - Google Patents

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Description

半導體裝置之製造方法、基板處理裝置及基板處理方法
本發明係關於一種半導體裝置之製造方法及基板處理裝置，尤其係關於利用CVD(化學氣相沉積)處理的半導體的裝置之製造方法及基板處理裝置，其係在製造過程中可使產生的微粒被消除為目的之半導體裝置之製造方法及基板處理裝置。
在半導體裝置之製造工程之中，在晶圓等之被處理體上係以化學氣相沉積法(CVD)進行成膜處理。
該成膜處理係以如下的方式進行。即，將預定片數之晶圓被裝填到晶圓舟(boat)中。被裝填到晶圓舟中的晶圓，被裝入(承載)到反應爐內。反應爐內部被真空排氣，將反應氣體導入反應爐內，因而在晶圓上進行成膜處理。
成膜處理完成之後，使反應爐內復歸到大氣壓，並將晶圓舟卸載。從爐內將晶圓舟完全拉出的狀態下將晶圓舟冷卻。與此同時，將反應爐內的溫度降低，而進行氣體沖洗(減壓氮氣沖洗(purge))。因而使附著於反應爐內壁的堆積膜的應力增大，因而堆積膜產生龜裂，龜裂發生時產生的微粒以氣體沖洗而排出(參照日本國公開公報-特開2000-306904號)。
在此情況，從反應爐內將處理完成的基板卸載的狀態而使爐內溫度降低之時，例如以自然空冷之降溫速率(≒3℃/min)將爐內溫度從成膜溫度以數十分鐘、例如50分鐘左右而降低到150℃左右。然而，在3℃/min左右之降溫速率之時，在堆積膜上產生強制的龜裂(堆積膜與石英反應管之間的熱膨脹率不同所引起的熱應力，超越容許界限值(堆積膜的機械的破壞強度)之時產生的膜龜裂)，因而使微粒之排出効果很低，尤其在Φ300mm晶圓之處理之中，累積膜厚超過1.2μm之處產生多數的微粒，尤其已判明在Φ300mm晶圓之處理之中微粒減低効果極低。並且，自然空冷之溫度下降(≒3℃/min)之中，需要50分鐘左右的時間，因此有基板處理裝置(半導體製造裝置)之運轉率降低，生產性惡化之問題。
本發明之主要目的在提供一種半導體裝置之製造方法及基板處理裝置，其微粒減低効果優異，並且可使生產性提高。
依照本發明之一個實施形態，提供一種半導體裝置之製造方法，其特徵為：其具有：將基板載置到反應爐內之工程、在上述反應爐內將上述基板進行成膜的工程、將成膜後的上述基板從上述反應爐內卸載之工程、及將上述基板卸載之後，在上述反應爐內沒有上述基板的狀態下，將上述反應爐內強制冷卻之工程。
依照本發明之另一個實施形態，提供一種半導體裝置之製造方法，其特徵為：其具有：將基板載置到反應爐內之工程、在上述反應爐內將上述基板進行成膜的工程、將成膜後的上述基板從上述反應爐內卸載之工程、及將上述基板卸載之後，在上述反應爐內沒有上述基板的狀態下，將爐內溫度降低到比成膜溫度更低之溫度，同時將上述爐內在大氣壓狀態下，進行氣體沖洗之工程。
依照本發明之更另一個實施形態，提供一種半導體裝置之製造方法，其特徵為：其具有：將基板載置到反應爐內之工程、在上述反應爐內將上述基板進行成膜的工程、將成膜後的上述基板從上述反應爐內卸載之工程、及將上述基板卸載之後，在上述反應爐內沒有上述基板的狀態下，將爐內溫度降低到比成膜溫度更低之溫度，同時將氣體供給到上述爐內，使用與上述成膜工程中所用之排氣管線不同的排氣管線進行排氣的工程。
依照本發明之更另一個實施形態，提供一種半導體裝置之製造方法，其特徵為：其具有：將基板載置到反應爐內之工程、在上述反應爐內將上述基板進行成膜的工程、將成膜後的上述基板從上述反應爐內卸載之工程、及將上述基板卸載之後，在上述反應爐內沒有上述基板的狀態下，將爐內溫度上昇到比一次成膜溫度更高之溫度為止，其後將爐內溫度降低到比上述成膜溫度更低的溫度為止之工程。
依照本發明之更另一個實施形態，提供一種基板處理裝置，其特徵為：其具有：對基板進行成膜之反應爐、將成膜氣體供給到上述反應爐內之成膜氣體供給管線、將沖洗氣體供給到上述反應爐內之沖洗氣體供給管線、將上述反應爐內進行排氣之排氣管線、將上述基板對上述反應爐內載置/卸載之輸送手段、將上述反應爐內強制冷卻之強制冷卻手段、從上述反應爐將上述基板卸載之後，在上述反應爐內沒有上述基板的狀態下，將上述反應爐內強制冷卻的方式，而控制強制冷卻手段的控制手段。
本發明之較佳實施形態，係從反應爐內將基板取出的狀態下，以具備急冷機構的加熱器，將反應爐內以10℃/min以上、較佳為20℃/min以上之降溫速率而進行急速冷卻，因而在半導體製造過程中，在反應爐內形成的堆積膜上強制地產生龜裂，龜裂發生時產生的微粒利用大氣壓氣體沖洗而強制地排出，而使微粒對晶圓之附著減低，因而使反應爐之洗淨頻度減少，並且生產性提高。
以下，將參照附圖而說明本發明之較佳實施形態。首先，參照第1圖、第2圖而說明本發明之較佳實施形態之做為進行CVD成膜處理基板處理裝置的半導體製造裝置。第1圖、第2圖所示之半導體製造裝置係熱壁式之批處理式之縱型半導體製造裝置。
第1圖係顯示，將承載有晶圓10之晶圓舟9載置到反應爐1內，並將爐口凸緣2之下側開口部以爐口密封蓋12封閉的狀態，第2圖係顯示，將承載有晶圓10之晶圓舟9，從反應爐1卸載到移載室11中，並將爐口凸緣2之下側開口部以爐口閘閥13封閉的狀態。
反應爐1係由金屬製之爐口凸緣2、在爐口凸緣2上氣密地立設之石英外管3、在石英外管3內同心地立設之石英內管4、在石英外管3之外側將石英外管3圍繞的方式而設置之加熱器5等所構成，而做為熱壁式之反應爐。
設置有將石英外管3及加熱器5覆蓋的強制冷卻機構40。強制冷卻機構40具備有：將石英外管3及加熱器5覆蓋而設置的隔熱蓋41、連通到隔熱蓋41之內部空間而設置之供給管線42、介由隔熱蓋41之天花板部的排氣孔44而連通到隔熱蓋41之內部空間而設置之排氣管線43。在供給管線42中設置有導入鼓風機45及開閉器46。在排氣管線43設置有開閉器47及散熱器48及排氣鼓風機49。
導入反應氣體的氣體導入管線6,7被連通到反應爐1的內部，同時排氣管線30亦連通。氣體導入管線6,7連接到比石英內管4的下端更下方的部分。排氣管線30亦連接到比爐口凸緣2之石英外管3下端更下方、比石英內管4下端更上方的部分。排氣管線30具有：連通到真空泵等之排氣裝置8的主排氣管線31、從主排氣管線31分歧而設置之高流動通氣(HFV:High Flow Vent)管線32、從主排氣管線31分歧而設置之慢排氣管線(未圖示)、從主排氣管線31分歧而設置之過加壓防止管線33、及氮氣導入管線34。在比主排氣管線31之高流動通氣管線32的分歧點更下游側上，設置有做為主閥之APC閥。慢排氣管線係旁通於該APC閥的方式而設置。
高流動通氣管線32係連通到建屋附帶設備之排氣設備中。高流動通氣管線32係設定成排氣流量比主排氣管線31、慢排氣管線(未圖示)、過加壓防止管線33更大，在大氣壓下可使大流量氣體流動。高流動通氣管線32之內徑係比主排氣管線31之內徑更小，而比慢排氣管線(未圖示)、過加壓防止管線33之內徑更大。高流動通氣管線32具有閥35，該閥35可與APC閥進行切換，而可將排氣通路在主排氣管線31及高流動通氣管線32之間切換。
過加壓防止管線33具備有閥36及逆止閥37，主排氣管線31內、即反應爐1內為大氣壓以上之時，逆止閥37打開，而介由逆止閥37將主排氣管線31內的氣體排氣，因此可防止主排氣管線31內、即反應爐1內成為大氣壓以上之過加壓。
反應爐1下方之基板移載室11中設置有做為晶圓舟輸送(昇降)手段之晶圓舟昇降機15，其可使晶圓舟9昇降，而使晶圓舟9在反應爐1內進行載置‧卸載。為被處理基板之晶圓10在晶圓舟9上以水平姿勢且互相之間有間隙而多段地被裝填。晶圓舟9例如可為石英製者。
如第1圖所示，將晶圓舟9載置於反應爐1內，將爐口凸緣2之下側開口部以爐口密封蓋12關閉的狀態之時，爐口閘閥13退避到退避位置14中。如第2圖所示，將晶圓舟9從反應爐1卸載到移載室11之時，爐口凸緣2之下側開口部被爐口閘閥13關閉。
利用控制裝置20，而控制：由加熱器5之加熱、由強制冷卻機構40之冷卻、由氣體導入管線6,7之氣體導入、由閥之切換而進行排氣管線之選擇、由排氣管線進行排氣等。
以下，將參照第1圖至第3圖而說明，使用上述裝置而利用半導體裝置之製造工程之一個工程的CVD法在半導體矽晶圓上實施成膜處理的方法。而，在以下之說明中，構成本裝置之各部的動作係以控制裝置20進行控制。
在如上述反應爐1之下方，存在有基板移載室11，在晶圓舟9下降到基板移載室11內之狀態時，利用未圖示之基板移載機將預定片數之晶圓10裝填(Wafer Charge)到晶圓舟9中。在此狀態下，反應爐1內之氣體係被保持在大氣壓，將非活性氣體、例如氮氣導入反應爐1內，係與晶圓10對晶圓舟9之裝填並行。而，此時反應爐1內之溫度被設定為600℃。
其次，利用晶圓舟昇降機15使晶圓舟9上昇，晶圓舟9被載置到被設定為600℃溫度的反應爐1內(Boat Load)。將晶圓舟9載置到反應爐1內之後，利用排氣裝置8介由慢排氣管線而緩和地將反應爐1之內部進行真空排氣(Slow Pump)。反應爐1內之壓力降低到預定壓力之時，將APC閥打開，利用排氣裝置8介由主排氣管線31將反應爐1之內部進行真空排氣而到達預定之壓力。將反應爐1內之溫度從600℃昇溫(Ramp Up)到730℃~800℃，例如760℃之成膜溫度，晶圓溫度到達成膜溫度而穩定化之時(Pre Heat)，反應氣體經由氣體導入管線6,7導入反應爐1內，而在晶圓10上進行成膜處理(Depo)。例如，在晶圓10上形成Si3 N4 膜(氮化矽膜，以下稱為SiN)之情況，係使用DCS(二氯化矽烷(SiH2 Cl2 ))、NH3 等之氣體。在此情況，反應爐1內係保持於730℃~800℃之成膜溫度。
成膜處理完成之後，將非活性氣體(例如氮氣)逐漸導入反應爐1內而排氣，而將反應爐1內進行沖洗，因而將殘留氣體除去(Purge)。其後，將主閥關閉，而維持非活性氣體導入之時，可使反應爐1內復歸到大氣壓(Back Fill)。其後，利用晶圓舟昇降機將由晶圓舟9所支持的成膜後之晶圓10從反應爐1內降下，而卸載到基板移載室11內(Boat Down)。
而，在晶圓舟9之卸載之前，雖然爐內溫度從760℃降溫到700℃，但是這乃是晶圓舟卸載速度提高之故。即，在晶圓舟卸載時，將反應爐1內溫度做成比成膜溫度(760℃)更低的溫度(700℃)之時，可使晶圓舟卸載時晶圓面內之溫度差變小，因此晶圓之撓曲量亦變小。如此狀態的話，對晶圓毫無壞的影響，某種程度可使晶圓舟卸載加快進行。並且，為了緩和晶圓舟卸載時對周邊構件之熱影響，溫度亦降低若干。
卸載後，將反應爐之開口(晶圓舟出入口)、即將爐口凸緣2之開口以爐口閘閥13氣密地閉塞(參照第2圖)。其後，在基板移載室11內，將成膜處理後之晶圓10冷卻(Wafer Cool)。基板移載室11內之晶圓10冷卻完成之時，利用未圖示的基板移載機將晶圓10從晶圓舟9取出(W/F Discharge)。
使用非活性氣體將氣密閉塞的反應爐1內在大氣壓狀態下進行的氣體沖洗，係和該晶圓10之冷卻(Wafer Cool)、取出(W/F Discharge)並行。例如進行氮氣沖洗。進行沖洗之時，由氣體導入管線6,7將20L/min以上之大流量的氮氣連續地供給到反應爐1內。介由從主排氣管線31分歧而設置的高流動通氣管線32，而進行排氣較佳。此情況時，將閥35打開，而主閥則關閉。
和該大氣壓狀態下之爐內沖洗之同時。以強制冷卻機構40將反應爐1內之溫度在比自然空冷時之降溫速率(≒3℃/min)更大的降溫速率下而降低，而使爐內溫度急遽地變動。因而，附著於反應爐1內的堆積膜之應力比自然空冷時更增大，而積極地產生熱應力，故在堆積膜上產生自然空冷時以上之強制的龜裂。由龜裂之產生而飛散的微粒介由大氣壓狀態下之爐內沖洗，而強制、且有効率地排到反應爐外。以強制冷卻機構40將爐內溫度降低之時，開閉器46,47被打開，由排氣鼓風機49將隔熱蓋41內之高溫的環境氣體進行排氣，同時利用導入鼓風機45將空氣或氮氣等之冷卻媒體導入隔熱蓋41內。
降溫速率至少做成在10℃/min以上、較佳為20℃/min以上較佳。爐內溫度降低方面，反應爐1內之溫度被設定為降低到至少成膜溫度之1/2(50%)左右以下之溫度。即，將溫度降低幅度(量)做成至少成膜溫度之1/2(50%)左右以上。例如，成膜溫度為730℃~800℃左右之情形，將反應爐1內之溫度設定為從800℃降低到400℃。
而，在反應爐1內之溫度降低之前，亦可將反應爐1內之溫度上昇到比一次成膜溫度更高之溫度，其後降低到比成膜溫度更低之溫度。第3圖之情況，在晶圓舟卸載之後，將反應爐1內之溫度以40℃/min之昇溫速率上昇到比一次晶圓舟卸載之時的爐內溫度(700℃)更高，並且比成膜溫度(760℃)更高的溫度之800℃，其後以20℃/min之降溫速率降低到比成膜溫度更低的400℃之溫度為止。因而，在爐內溫度降低之前，做成一次上昇之時，降溫終點溫度不會降得很低，可將下降溫度幅度(溫度差)做成大之故，因此可使溫度降低後之昇溫時間被縮短。
因而，爐內溫度降低之前的上昇，係為了使降溫終點溫度不會降得很低，而將溫度差(下降溫度幅度)做成大而進行者。雖然亦可省略，在此情況，溫度差(下降溫度幅度)變小，微粒減少効果亦減低。為了不使微粒減少効果減低而將溫度差(下降溫度幅度)做成大之故，必須將降溫終點溫度做成更低，如此之時，降溫後之昇溫時間會變長，使產出惡化。
而，爐內溫度下降前之上昇時，爐內溫度急遽地變動之故，推測附著於爐內之堆積膜上會產生某種程度的龜裂。但是，依照理論計算時，爐內溫度下降時在石英(爐壁)與堆積膜之間的應力差變大，因而應產生更多的龜裂。
而，不進行強制冷卻(急速冷卻)，而使爐內溫度從800℃慢慢地下降到400℃而進行沖洗試驗的結果，附著於爐內之堆積膜上不太產生龜裂，効果不充分。即，已了解到，僅將溫度差(下降溫度幅度)做成大時，無法獲得充分的効果。為了獲得充分的効果起見，必須將(1)溫度差(下降溫度幅度)，及(2)溫度下降速度之兩方做成大。
與爐內之強制冷卻同時進行之使用反應爐1內的非活性氣體之氣體沖洗，與在減壓狀態下進行者比較，大氣壓狀態進行之情況，具有微粒除去効果大之優點。此乃，與減壓狀態比較，可說係大氣壓狀態時運送異物的分子、原子較多，運送異物的能量較大之原因。
並且，以渦輪分子泵等之真空泵在減壓下將氮氣分子排出之時，氮氣分子在氣體流中係以粗大形式存在，氮氣分子之平均自由行程很大，因此即使氮氣分子之流動很快時，欲將微粒做為分子流而排出係很困難。由於熱而做布朗運動的微粒不會碰撞氮氣分子，這是因為重力落下的或然率高之故。
相對於此，在大氣壓排氣之時，氣體流速例如為10cm/分左右之慢速之時，氮氣分子在氣體流中係以緻密形式存在，而與微粒衝突之故，因此微粒容易排出。剛好氮氣分子之流動從導入側向排氣側吹，故微粒與該流動一起向爐外吹而容易飛散。
實際上，將爐內的氣體沖洗在減壓狀態、大氣壓狀態進行比較試驗之結果顯示，微粒之除去効果在大氣壓下進行之情況，比在減壓下進行之情形遠大得多。
並且，在減壓沖洗之情況，在沖洗後將爐內回復到大氣壓的工程所需要的時間係一種損失，在大氣壓沖洗之情況，則不需要該工程，因而有達成時間之短縮的優點。
並且，在減壓沖洗之情況，附著在排氣系統或其周邊的副生成物會有昇華而產生逆流之情形，而在大氣壓沖洗之情況，亦不會產生該問題。
而，僅將爐內強制冷卻而不沖洗之情況時，產生的微粒會落下到爐口閘閥13上。落下到爐口閘閥13上的微粒，在進行下一個成膜之時，會原樣地被保持於爐口閘閥13上而退避到退避位置14。即，進行下一個成膜之時，可在爐內做成不存在微粒之狀態，因而對下一個處理不會有影響。而，在爐口閘閥13的上面設置有溝(凹部)。該溝可收容落下的粒子，因此將爐口閘閥13朝向退避位置14移動之時，可防止粒子之落下。在退避位置14上設置有粒子除去機構(吸引手段等)，亦可在將爐口閘閥13退避之時，將爐口閘閥上之微粒除去。
如以上所述，從反應爐1將晶圓10卸載，在將反應爐1氣密地閉塞之狀態下，將反應爐1內的溫度以10℃/min以上、較佳為20℃/min以上的降溫速率而連續地降低到成膜溫度的1/2左右以上，在反應爐1內以大氣壓狀態進行非活性氣體沖洗之一連串的動作，利用控制手段20而進行對加熱器5、強制冷卻機構40、氣體供給系統、排氣系統等之控制。因而將進行的爐內沖洗稱為低溫沖洗或LTP(Low Temperature Purge)。
在LTP中，爐內溫度下降前之昇溫時較佳的昇溫速率為3℃/min以上，更佳為10~100℃/min，又更佳為30~100℃/min。並且，爐內溫度下降時之較佳的降溫速率為3℃/min以上，更佳為10~100℃/min，又更佳為20~100℃/min。
於基板移載室11內的晶圓10從晶圓舟9取出之作業完成之時，下一批的晶圓10，以預定片數而由基板移載機裝填到晶圓舟9中(Wafer Charge)。與此並行地，將爐內溫度昇溫到待機溫度，例如600℃。將晶圓10裝填到晶圓舟9中之時，利用晶圓舟昇降機15使晶圓舟9上昇，使晶圓舟9載置於反應爐1內(Boat Load)，而繼續次批量之處理。
在LTP後，在晶圓舟載置之前，將爐內溫度從400℃昇溫到600℃，係為了將次一成膜中晶圓舟載置後之爐內昇溫時間縮短，使總體之成膜時間縮短之故。假如，在LTP之後，將爐內溫度保持在LTP之下降終點溫度之400℃之情況時，次一個成膜係在400℃進行晶圓舟載置，其後必須將爐內溫度從400℃昇溫到760℃而提昇了360℃，使昇溫時間變長。在LTP後預先將爐內溫度昇溫而保持於600℃的話，次一個成膜係在600℃進行晶圓舟載置，其後必須將爐內溫度從600℃昇溫到760℃而提昇160℃即可，因此可使昇溫時間縮短。而，晶圓舟或置時之爐內溫度過高之時，晶圓有跳動的問題，考慮此點而將爐內溫度保持於600℃。
在上述晶圓處理中，晶圓舟卸載後在反應爐1氣密地閉塞之狀態下(反應爐1內沒有晶圓10之狀態)，使反應爐1內於大氣壓氮氣沖洗的狀態下，進行大氣壓排氣。與此並行地，將爐內溫度以強制冷卻機構40在20℃/min以上之降溫速率下，從800℃降低到400℃。進行該溫度下降處理之時，附著於反應爐1內面之反應副生成物堆積膜的應力，會比自然空冷(降溫速率≒3℃/min)時更增大，而積極地產生熱應力，因而在堆積膜上產生自然空冷時以上的強制之龜裂。又，在反應爐1內進行大氣壓氣體沖洗之時，可將由產生龜裂而飛散的微粒強制且有効率地排出到反應爐1外。
成膜時之爐內溫度，係比LTP中降溫終點溫度(400℃)更高數百度，一次降溫處理(400℃)後之堆積膜，已做應力緩和之故，因此次一批處理之SiN成膜時可避免產生新的龜裂。又，已了解到在溫度變高之時，上述堆積膜之應力減少，在成膜處理時堆積膜的應力變成降低的狀態，因此可使成膜處理時產生新的龜裂之可能性變成更低。
然而，堆積膜之龜裂在事前產生，隨著龜裂之產生，使微粒在晶圓舟載置前強制地排出到反應爐1外，因此可在沒有微粒之狀態下進行晶圓處理。並且，可使由堆積膜龜裂產生的微粒有効率地除去，因此反應爐1之洗淨可在堆積膜剝離狀態前進行。並且，利用本發明使堆積膜變成剝離狀態為止所需時間可大幅地延長，因此可使反應爐1之洗淨時間的間隔大幅地(可堆積膜之膜厚變成25μm為止)延長。
而，SiC與SiN在熱膨脹率方面很近似，因此在SiC與SiN之間不會產生多少應力差。因而，外管3或內管4等之反應管以SiC製成之情形，無法期待其有多大的LTP之効果。相對於此，SiO2 (石英)與SiN在熱膨脹率方面相差很大，因此SiO2 與SiN之間的應力差變大。即，LTP使用石英製之反應管，對進行SiN膜之成膜之情形特別有効。
[實施例1]
其次，在第1實施例中，將說明為了探究LTP降溫幅度與產生之微粒之關係而進行的試驗。
在上述實施形態中，由晶圓處理方法在Φ300mm之矽晶圓上生成SiN膜，尤其是在一次成膜的膜厚為1500以上之Si3 N4 膜。使用二氯化矽烷、氨氣做為反應氣體，將成膜處理溫度在730℃~800℃進行。在LTP中將降溫速率固定於20℃/min。將降溫幅度以300℃、400℃、800℃三種方式變化，而分別進行處理，而後在個別之情況中測定處理後之微粒數。
將其測定結果(LTP中之降溫幅度與產生之微粒之關係)顯示於第4圖中。橫軸顯示LTP中之降溫幅度(℃)，縱軸顯示附著的0.13μm以上之微粒數(個/晶圓)。圖中顯示，T係頂部(TOP)之晶圓，B係底部(BOTTOM)之晶圓。由第4圖可知，將降溫幅度做為300℃之時，微粒數為60~70個左右，相對於此，將降溫幅度做為400℃以下之時，微粒數為40個以下。即，相對於成膜溫度730~800℃，將降溫幅度做為400℃(成膜溫度之50%左右)以上的話，可使微粒數大幅地降低(至少40個以下)。
[實施例2]
其次，在第2實施例中，將說明為了探究LTP降溫速率與產生之微粒之關係而進行的試驗。
在上述實施形態中，由晶圓處理方法在Φ300mm之矽晶圓上生成SiN膜，尤其是在一次成膜的膜厚為1500以上之Si3 N4 膜。使用二氯化矽烷、氨氣做為反應氣體，將成膜處理溫度在730℃~800℃進行。在LTP中將降溫幅度固定為400℃。將降溫速率以0℃/min、4℃/min、20℃/min三種方式變化，而分別進行處理，而後在個別之情況中測定處理後之微粒數。
將其測定結果(LTP中之降溫速率與產生之微粒之關係)顯示於第5圖中。橫軸顯示LTP中之降溫速率(℃/min)，縱軸顯示附著的0.13μm以上之微粒數(個/晶圓)。圖中顯示，T係頂部(TOP)之晶圓，B係底部(BOTTOM)之晶圓。由第5圖可知，將降溫速率做為0℃/min之時(即未降溫之時)，微粒數在頂部為460個左右，在底部為60個左右。將降溫速率做成4℃/min之時，微粒數在頂部為100個左右，在底部為70個左右。相對於此，將降溫速率做成20℃/min之時，微粒數在頂部、在底部均為30個以下。即，在LTP中將降溫速率為20℃/min以上之時，可使微粒數大幅地降低(至少30個以下)。而，在另外的試驗中，將降溫速率做為至少10℃/min以上之時，確認可使微粒數做成比自然空冷之情形更大幅地降低。
[實施例3]
其次，在第3實施例中，將說明為了探究LTP實施時之累積厚度與微粒之關係而進行的連續成膜之試驗。
在上述實施形態中，由晶圓處理方法在Φ300mm之矽晶圓上生成SiN膜，尤其是在一次成膜的膜厚為1500(150奈米)以上之Si3 N4 膜。使用二氯化矽烷、氨氣做為反應氣體，將成膜處理溫度在730℃~800℃進行。在LTP中將降溫幅度固定為400℃，將降溫速率固定於20℃/min。晶圓冷卻時間為15分，晶圓回收時間為15分，因而以不降低產出的方式，在LTP之該總計時間(30分)內，將該等事件並行地進行。在本實施例中，將LTP總時間做成30分(降溫前之昇溫時間10分、降溫時間20分)。以此條件下，對晶圓進行連續批處理，在個別之批處理後測定附著於晶圓上之微粒數。
將其測定結果(累積膜厚與微粒之關係)顯示於第6圖中。橫軸顯示連續批處理次數(Run No.)，左側之縱軸顯示附著於晶圓上的0.13μm以上之微粒數(個/晶圓)，右側之縱軸顯示累積膜厚(nm)。圖中顯示，TOP係頂部之晶圓，BOTTOM係底部之晶圓。並且，直方圖係微粒數，曲線係累積膜厚。由第5圖可知，(Run No.)119(第119次之批處理)為止，即累積膜厚為23μm(23000nm)之時，微粒數約為50個以下。而，本發明人等更進一步進行試驗，即使在累積膜厚超過25μm(25000nm)之狀態時，亦確認微粒數約為50個以下。
未實施本發明之時，累積(堆積)膜厚超過1μm(1000nm)之時，微粒數急遽地增加，而成為遠超過200個之值。但是，實施本發明之時，一次之批處理所堆積的膜厚為0.15μm(150nm)，從而，將微粒數抑制在50個以下而成膜之可能的連續批處理次數，在先前技術例中為7次左右，而實施本發明時則為167次左右。即，利用本發明時，可使反應爐之洗淨(cleaning)時間的間隔大幅地延長，因而可使反應爐之洗淨頻度大幅地減少。
雖然已將種種之典型的實施形態顯示且說明，但是本發明並不限定於這些實施形態而已。從而，本發明的範圍係僅以下面之申請專利範圍而限定。
如以上所說明者，依照本發明之較佳實施形態之時，在成膜處理前強制地使龜裂產生於反應爐內之生成堆積膜上，隨著龜裂之產生使微粒被排出，因此在成膜處理時可抑制微粒之產生，而進行高品質之成膜處理，又亦可在堆積膜剝離之前實施反應爐之洗淨，因此可發揮使洗淨時間的間隔變長，維修性提高，同時運轉率提高，又與先前技術比較，處理時間亦不變長等之優異効果。
1．．．反應爐(室)
2．．．爐口凸緣
3．．．石英外管
4．．．石英內管
5．．．加熱器
6．．．氣體導入管線
7．．．氣體導入管線
8．．．排氣裝置
9．．．晶圓舟
10．．．晶圓(處理基板)
11．．．移載室
12．．．爐口密封蓋
13．．．爐口閘閥
14．．．退避位置
20．．．控制手段
30．．．排氣管線
31．．．主排氣管線
32．．．高流動通氣管線
33．．．過加壓防止管線
34．．．氮氣導入管線
35．．．閥
36．．．閥
37．．．逆止閥
40．．．強制冷卻機構
41．．．隔熱蓋
42．．．供給管線
43．．．排氣管線
44．．．排氣孔
45．．．導入鼓風機
46．．．開閉器
47．．．開閉器
48．．．散熱器
49．．．排氣鼓風機
第1圖係顯示說明本發明之較佳實施形態的基板處理裝置的概略縱剖面圖；
第2圖係顯示說明本發明之較佳實施形態的基板處理裝置的概略縱剖面圖；
第3圖係顯示說明本發明之較佳實施形態的晶圓處理流程圖；
第4圖係顯示本發明之第1實施例之LTP實施時之溫度降低幅度與微粒的關係圖；
第5圖係顯示本發明之第2實施例之LTP實施時之溫度下降速率與微粒的關係圖；
第6圖係顯示本發明之第3實施例之LTP實施時之累積膜厚與微粒的關係圖。
1．．．反應爐(室)
2．．．爐口凸緣
3．．．石英外管
4．．．石英內管
5．．．加熱器
6．．．氣體導入管線
7．．．氣體導入管線
8．．．排氣裝置
9．．．晶圓舟
10．．．晶圓(處理基板)
11．．．移載室
12．．．爐口密封蓋
13．．．爐口閘閥
14．．．退避位置
20．．．控制手段
30．．．排氣管線
31．．．主排氣管線
32．．．高流動通氣管線
33．．．過加壓防止管線
34．．．氮氣導入管線
35．．．閥
36．．．閥
37．．．逆止閥
40．．．強制冷卻機構
41．．．隔熱蓋
42．．．供給管線
43．．．排氣管線
44．．．排氣孔
45．．．導入鼓風機
46．．．開閉器
47．．．開閉器
48．．．散熱器
49．．．排氣鼓風機

Claims (14)

  1. 一種半導體裝置之製造方法，其特徵為具有：將基板載置到反應爐內之工程；在上述反應爐內於上述基板進行成膜之工程；將成膜後的上述基板從上述反應爐卸載之工程；及將上述基板卸載之後，在上述反應爐內沒有上述基板的狀態下，藉由使作為冷卻媒體之空氣或N2 直接接觸上述反應爐的外部表面來將上述反應爐內強制冷卻之工程；在將上述反應爐內進行強制冷卻之工程中，一邊將上述反應爐外部的環境氣體排氣，一邊將作為冷卻媒體之空氣或N2 流入上述反應爐外部。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之半導體裝置之製造方法，其中在將上述反應爐內進行強制冷卻之工程中，係藉由在上述反應爐外側設置成覆蓋上述反應爐的強制冷卻機構，來將作為冷卻媒體之空氣或N2 流入上述反應爐外部。
  3. 一種半導體裝置之製造方法，其特徵為具有：將基板載置到反應爐內之工程；在上述反應爐內於上述基板進行成膜之工程；將成膜後的上述基板從上述反應爐卸載之工程；及 將上述基板卸載之後，在上述反應爐內沒有上述基板的狀態下，藉由利用在上述反應爐外側設置成覆蓋上述反應爐的強制冷卻機構，使作為冷卻媒體之空氣或N2 直接接觸上述反應爐的外部表面來將上述反應爐內強制冷卻之工程；在將上述反應爐內進行強制冷卻之工程中，一邊將上述反應爐外部的環境氣體排氣，一邊將作為冷卻媒體之空氣或N2 流入上述反應爐外部。
  4. 如申請專利範圍第3項所記載之半導體裝置之製造方法，其中在將上述反應爐內進行強制冷卻之工程中，係藉由利用上述強制冷卻機構，使作為冷卻媒體之空氣或N2 直接接觸上述反應爐的外部表面來將上述反應爐內強制冷卻，同時將前述反應爐內部進行氣體沖洗。
  5. 一種半導體裝置之製造方法，其特徵為：具有：將基板載置到反應爐內之工程；在上述反應爐內於上述基板進行成膜之工程；將成膜後的上述基板從上述反應爐卸載之工程；及將上述基板卸載之後，在上述反應爐內沒有上述基板的狀態下，藉由利用在上述反應爐外側設置成覆蓋上述反應爐的強制冷卻機構，使作為冷卻媒體之空氣或N2 直接接觸上述反應爐的外部表面來將上述反應爐內強制冷卻之工程； 在將上述反應爐內進行強制冷卻之工程中，係藉由利用上述強制冷卻機構使作為冷卻媒體之空氣或N2 直接接觸上述反應爐的外部表面而將上述反應爐內強制冷卻，來強制地使形成在上述反應爐內的堆積膜發生龜裂，此時，藉由將上述反應爐內部進行氣體沖洗來將當上述龜裂發生時產生的微粒排出上述反應爐外。
  6. 一種半導體裝置之製造方法，其特徵為具有：將基板載置到反應爐內之工程；在上述反應爐內於上述基板進行成膜之工程；將成膜後的上述基板從上述反應爐卸載之工程；及將上述基板卸載之後，在上述反應爐內沒有上述基板的狀態下，藉由使作為冷卻媒體之空氣或N2 直接接觸上述反應爐的外部表面來將上述反應爐內強制冷卻，同時藉由將沖洗氣體流入上述反應爐內部來將上述反應爐內進行氣體沖洗之工程；在藉由使作為冷卻媒體之空氣或N2 直接接觸上述反應爐的外部表面來將上述反應爐內強制冷卻，同時藉由將沖洗氣體流入上述反應爐內部來將上述反應爐內進行氣體沖洗之工程中，一邊將上述反應爐外部的環境氣體排氣，一邊將作為冷卻媒體之空氣或N2 流入上述反應爐外部。
  7. 一種半導體裝置之製造方法，其特徵為：具有： 將基板載置到反應爐內之工程；在上述反應爐內於上述基板進行成膜之工程；將成膜後的上述基板從上述反應爐卸載之工程；及將上述基板卸載之後，在上述反應爐內沒有上述基板的狀態下，藉由使作為冷卻媒體之空氣或N2 直接接觸上述反應爐的外部表面來將上述反應爐內強制冷卻，同時藉由將沖洗氣體流入上述反應爐內部來將上述反應爐內進行氣體沖洗之工程；在藉由使作為冷卻媒體之空氣或N2 直接接觸上述反應爐的外部表面來將上述反應爐內強制冷卻，同時藉由將沖洗氣體流入上述反應爐內部來將上述反應爐內進行氣體沖洗之工程中，係藉由使作為冷卻媒體之空氣或N2 直接接觸上述反應爐的外部表面而將上述反應爐內強制冷卻，來強制地使形成在上述反應爐內的堆積膜發生龜裂，藉由將沖洗氣體流入上述反應爐內部而將上述反應爐內部進行氣體沖洗，來將當上述龜裂發生時產生的微粒排出上述反應爐外。
  8. 一種半導體裝置之製造方法，其特徵為具有：將基板載置到反應爐內之第1工程；在上述反應爐內於上述基板進行成膜之第2工程；將成膜後的上述基板從上述反應爐卸載之第3工程；將上述基板卸載之後，在上述反應爐內沒有上述基板的狀態下，藉由使作為冷卻媒體之空氣或N2 直接接觸 上述反應爐的外部表面來將上述反應爐內強制冷卻，同時藉由將氣體流入上述反應爐內部來將上述反應爐內部進行氣體沖洗之第4工程；及在重複進行上述第1工程至第4工程後，洗淨上述反應爐內之工程；在上述第4工程中，一邊將上述反應爐外部的環境氣體排氣，一邊將作為冷卻媒體之空氣或N2 流入上述反應爐外部。
  9. 一種基板處理方法，其特徵為具有：將基板載置到反應爐內之工程；在上述反應爐內於上述基板進行成膜之工程；將成膜後的上述基板從上述反應爐卸載之工程；及將上述基板卸載之後，在上述反應爐內沒有上述基板的狀態下，藉由使作為冷卻媒體之空氣或N2 直接接觸上述反應爐的外部表面來將上述反應爐內強制冷卻之工程；在將上述反應爐內進行強制冷卻之工程中，一邊將上述反應爐外部的環境氣體排氣，一邊將作為冷卻媒體之空氣或N2 流入上述反應爐外部。
  10. 一種基板處理方法，其特徵為具有：將基板載置到反應爐內之工程；在上述反應爐內於上述基板進行成膜之工程；將成膜後的上述基板從上述反應爐卸載之工程；及 將上述基板卸載之後，在上述反應爐內沒有上述基板的狀態下，藉由利用在上述反應爐外側設置成覆蓋上述反應爐的強制冷卻機構使作為冷卻媒體之空氣或N2 直接接觸上述反應爐的外部表面，來將上述反應爐內強制冷卻之工程；在將上述反應爐內進行強制冷卻之工程中，一邊將上述反應爐外部的環境氣體排氣，一邊將作為冷卻媒體之空氣或N2 流入上述反應爐外部。
  11. 一種基板處理方法，其特徵為具有：將基板載置到反應爐內之工程；在上述反應爐內於上述基板進行成膜之工程；將成膜後的上述基板從上述反應爐卸載之工程；及將上述基板卸載之後，在上述反應爐內沒有上述基板的狀態下，藉由使作為冷卻媒體之空氣或N2 直接接觸上述反應爐的外部表面來將上述反應爐內強制冷卻，同時藉由將沖洗氣體流入上述反應爐內部來將上述反應爐內進行氣體沖洗之工程；在藉由使作為冷卻媒體之空氣或N2 直接接觸上述反應爐的外部表面來將上述反應爐內強制冷卻，同時藉由將沖洗氣體流入上述反應爐內部來將上述反應爐內進行氣體沖洗之工程中，一邊將上述反應爐外部的環境氣體排氣，一邊將作為冷卻媒體之空氣或N2 流入上述反應爐外部。
  12. 一種基板處理裝置，其特徵為具有：反應爐，係對基板進行成膜；成膜氣體供給管線，係將成膜氣體供給到上述反應爐內；沖洗氣體供給管線，係將沖洗氣體供給到上述反應爐內；排氣管線，係將上述反應爐內進行排氣；輸送手段，係將上述基板對上述反應爐內作載置/卸載；強制冷卻手段，係將上述反應爐內強制冷卻；及控制手段，係於使上述基板從上述反應爐卸載後，在上述反應爐內沒有上述基板的狀態下，以一邊將上述反應爐外部的環境氣體排氣，一邊將作為冷卻媒體之空氣或N2 流入上述反應爐外部，藉由使作為冷卻媒體之空氣或N2 直接接觸上述反應爐的外部表面來將上述反應爐內強制冷卻的方式，控制上述強制冷卻手段。
  13. 一種基板處理裝置，其特徵為具有：反應爐，係對基板進行成膜；成膜氣體供給管線，係將成膜氣體供給到上述反應爐內；沖洗氣體供給管線，係將沖洗氣體供給到上述反應爐內；排氣管線，係將上述反應爐內進行排氣；輸送手段，係將上述基板對上述反應爐內作載置/卸 載；強制冷卻手段，係在上述反應爐外側設置成覆蓋上述反應爐且強制冷卻上述反應爐內；及控制手段，係於使上述基板從上述反應爐卸載後，在上述反應爐內沒有上述基板的狀態下，以一邊將上述反應爐外部的環境氣體排氣，一邊將作為冷卻媒體之空氣或N2 流入上述反應爐外部，藉由使作為冷卻媒體之空氣或N2 直接接觸上述反應爐的外部表面來將上述反應爐內強制冷卻的方式，控制上述強制冷卻手段。
  14. 一種基板處理裝置，其特徵為具有：反應爐，係對基板進行成膜；成膜氣體供給管線，係將成膜氣體供給到上述反應爐內；沖洗氣體供給管線，係將沖洗氣體供給到上述反應爐內；排氣管線，係將上述反應爐內進行排氣；輸送手段，係將上述基板對上述反應爐內作載置/卸載；強制冷卻手段，係將上述反應爐內強制冷卻；及控制手段，係於使上述基板從上述反應爐卸載後，在上述反應爐內沒有上述基板的狀態下，以一邊將上述反應爐外部的環境氣體排氣，一邊將作為冷卻媒體之空氣或N2 流入上述反應爐外部，藉由使作為冷卻媒體之空氣或N2 直接接觸上述反應爐的外部表面來將上述反應爐內強制冷卻，同時藉由將沖洗氣體流入上述反應爐內部 來將上述反應爐內進行氣體沖洗的方式，控制上述強制冷卻手段及上述沖洗氣體供給管線。
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