TWI460791B - A manufacturing method of a semiconductor device, a substrate processing device, and a method of using the same - Google Patents

A manufacturing method of a semiconductor device, a substrate processing device, and a method of using the same Download PDF

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TWI460791B
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
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Description

半導體裝置之製造方法、基板處理裝置及其運用方法
本發明係關於一種具有基板處理步驟之半導體裝置之製造方法及基板處理裝置。
作為半導體裝置之製造步驟之一步驟，有例如利用熱化學氣相成長法(熱CVD法)在半導體晶圓等之基板上形成氮化矽膜(Si3 N4 膜)等CVD薄膜的薄膜形成步驟。利用熱CVD法之薄膜形成步驟係藉由將處理氣體供給到搬入有基板之處理室內而進行。薄膜形成步驟之目的係對基板表面形成薄膜，但實際上除基板表面外，例如亦有對處理室之內壁等附著含薄膜之堆積物的情況。該堆積物在每次實施薄膜形成步驟時累積地附著，當達到一定厚度以上時，從處理室之內壁等剝離，成為處理室內異物(粒子)發生之主要原因。因此，在每次堆積物之厚度達到一定厚度時，需要經由除去堆積物用來潔淨處理室內或處理室內部之構件。
以往堆積物除去方法之主流是使用濕式潔淨法，其係從基板處理裝置拆下構成處理室之反應管，在HF水溶液之洗淨槽將附著在反應管內壁之堆積物除去，但近年來使用不需要拆下反應管之乾式潔淨法。例如習知有將在F2 (氟)氣體添加有HF(氟化氫)氣體或H2 (氫)氣體之混合氣體供給到處理室內之乾式潔淨法等(例如參照專利文獻1~3)。
[專利文獻1]日本專利特開2005-277302號公報
[專利文獻2]日本專利特開2005-317920號公報
[專利文獻3]日本專利特開2007-173778號公報
然而，當實施上述乾式潔淨時，會有在乾式潔淨後之薄膜形成步驟中成膜速度(成膜率)降低之情況。為了防止成膜速度之降低，亦考慮在乾式潔淨後，將在F2 氣體添加有HF氣體或H2 氣體之混合氣體供給到處理室內而使處理室之內壁等平坦化之方法。但是，在此種方法中，由於添加之HF氣體或由於F2 氣體和H2 氣體之反應所產生的HF氣體，會有使處理室內之金屬構件腐蝕而產生金屬污染、或使處理室內之石英構件侵蝕而破損之情況。
因此，本發明之目的是提供一種可抑制處理室內乾式潔淨後之薄膜形成步驟中成膜速度之降低，並可抑制處理室內之金屬污染或石英構件之破損的半導體裝置之製造方法及基板處理裝置。
依照本發明之一態樣，其提供一種半導體裝置之製造方法，具有：將基板搬入到處理室內之步驟；將處理氣體供給到加熱至處理溫度之上述處理室內，而進行在上述基板上形成薄膜之處理的步驟；從上述處理室內搬出處理過之上述基 板的步驟；和在上述處理室內無上述基板之狀態下，將潔淨氣體(cleaning gas)供給到上述處理室內，而將上述處理室內進行潔淨之步驟；而將上述處理室內進行潔淨之步驟係具有：對被加熱至第1溫度之上述處理室內，單獨供給氟氣體、或單獨供給經惰性氣體稀釋之氟氣體作為上述潔淨氣體，而除去堆積在上述處理室內之上述薄膜的步驟；和對被加熱至第2溫度之上述處理室內，單獨供給氟氣體、或單獨供給經惰性氣體稀釋之氟氣體作為上述潔淨氣體而去除當上述薄膜除去後殘留在上述處理室內之附著物的步驟。
依照本發明之另一態樣，其提供一種半導體裝置之製造方法，具有：將基板搬入到由包含石英構件和金屬構件之構件所構成的處理室內之步驟；將處理氣體供給到上述處理室內，進行在上述基板上形成氮化矽膜之處理的步驟；從上述處理室內搬出處理過之上述基板的步驟；和在上述處理室內無上述基板之狀態下，將潔淨氣體供給到上述處理室內，而將上述處理室內進行潔淨之步驟；而將上述處理室內進行潔淨之步驟係具有：對溫度設定在350℃以上450℃以下、壓力設定在6650Pa以上26600Pa以下之上述處理室內，單獨供給氟氣體、或單獨供給經惰性氣體稀釋之氟氣體作為上述潔淨氣體，而去除堆積在上述處理室內的上述氮化矽膜之步驟；和對溫度設定在400℃以上500℃以下、壓力設定在6650Pa以上26600Pa以下之上述處理室內，單獨供給氟氣 體、或單獨供給經惰性氣體稀釋之氟氣體作為上述潔淨氣體，而去除當上述氮化矽膜除去後殘留在上述處理室內之包含石英粉的附著物之步驟。
依照本發明之更另一態樣，其提供一種半導體裝置，具有：處理室，進行在基板上形成薄膜之處理；處理氣體供給系統，將處理氣體供給到上述處理室內；潔淨氣體供給系統，將潔淨氣體供給到上述處理室內；加熱器，對上述處理室內進行加熱；和控制器，控制上述加熱器、上述處理氣體供給系統、和上述潔淨氣體供給系統，成為當在上述處理室內對上述基板進行上述處理時，進行一邊將上述處理室內加熱至處理溫度一邊將上述處理氣體供給到上述處理室內而在上述基板上形成薄膜之處理，當將上述處理室內進行潔淨時，在上述處理室內無上述基板之狀態下，將上述處理室內加熱至第1溫度，並對上述處理室內單獨供給氟氣體、或單獨供給經惰性氣體稀釋之氟氣體作為上述潔淨氣體，而除去堆積在上述處理室內之上述薄膜，然後，將上述處理室內加熱至第2溫度，並對上述處理室內單獨供給氟氣體、或單獨供給經惰性氣體稀釋之氟氣體作為上述潔淨氣體，去除當上述薄膜之除去後殘留在上述處理室內之附著物。
依照本發明之半導體裝置之製造方法及基板處理裝置，可抑制處理室內乾式潔淨後薄膜形成步驟中成膜速度之降 低，並可抑制處理室內之金屬污染或石英構件之侵蝕。另外，可提高基板處理裝置之作動率。
如上述，經由將處理氣體供給到搬入有基板之處理室內而形成CVD薄膜。以下分別簡單地說明一般薄膜形成裝置之構成和薄膜形成步驟。
參照圖1說明一般半導體用CVD薄膜形成裝置之構成。該薄膜形成裝置具備有：反應管103，在內部具有用以處理基板100之成膜室(處理室)101；載舟(boat)102，在成膜室101內以水平姿勢將基板100多段保持；加熱源104，被配置在反應管103之周圍；處理氣體供給線105，將形成CVD薄膜用之處理氣體供給到成膜室101內；潔淨氣體供給線107，將利用蝕刻除去堆積物用之潔淨氣體供給到成膜室101內；和排氣線108，從上游側起依序地設有用以調整成膜室101內之壓力的壓力調整閥106和真空泵109。反應管103或載舟102由石英(SiO2 )形成。
然後，說明利用該薄膜形成裝置實施之薄膜形成步驟。首先，將保持有多片基板100之載舟102搬入到成膜室101內。然後，利用加熱源104將基板100之表面加熱到既定溫度。然後，利用排氣線108將成膜室101內排氣，同時利用處理氣體供給線105將處理氣體供給到成膜室101內，利用CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沉積)反應在基板 100上形成薄膜。此時，利用設在排氣線108之壓力調整閥106調整成膜室101內之壓力成為保持一定壓力。當在基板100上形成既定膜厚之薄膜後，就停止從處理氣體供給線105之處理氣體供給。然後，使薄膜形成後之基板100降溫到既定溫度，然後將載舟102搬出至成膜室101外。
在上述薄膜形成步驟中，本來之目的是在基板100上形成薄膜。但是，實際上在基板100上形成薄膜時，會有亦在成膜室101之內壁或載舟102等之構件附著含薄膜之堆積物的情況。該堆積物在每次實施上述薄膜形成步驟時會累積地附著，當達到一定厚度以上時則產生剝離、落下，成為基板100上異物發生之主要原因。因此在每次堆積物之厚度達到一定厚度時，需要除去堆積物。
堆積物除去方法習知者有：濕式潔淨法，將反應管103拆下而浸漬到由HF水溶液構成之洗淨液，利用濕式蝕刻除去堆積物；和乾式潔淨法，將蝕刻氣體(潔淨氣體)供給到成膜室101內，利用乾式蝕刻除去堆積物。近年來有進行不需要將反應管103拆下之乾式潔淨法。以下簡單地說明乾式潔淨法。
首先，將表面附著有堆積物之空的載舟102，搬入到在內部附著有堆積物之成膜室101內。然後，利用加熱源104將成膜室101內加熱到既定溫度。然後，利用排氣線108將成膜室101內排氣，同時利用潔淨氣體供給線107將潔淨 氣體供給到成膜室101內，利用潔淨氣體之分解所產生的活性種與堆積物之蝕刻反應，而除去附著在成膜室101內或載舟102表面之堆積物。此時，利用設在排氣線108之壓力調整閥106來調整成膜室101內之壓力成為保持一定之壓力。當成膜室101內之堆積物被除去後，則停止從潔淨氣體供給線107供給潔淨氣體。然後，進行成膜室101內之陳化(seasoning)步驟。亦即，對未搬入有基板100之成膜室101內供給處理氣體，在成膜室101之內壁形成(預塗佈)薄膜，回復到可將成膜室101轉移到薄膜形成步驟之狀態。
作為潔淨氣體可列舉，例如，NF3 (三氟化氮)氣體、ClF3 (三氟化氯)氣體、F2 (氟)氣體，或在該等氣體添加HF(氟化氫)氣體或H2 (氫)氣體之混合氣體。但是，NF3 氣體在500℃以下之低溫難以熱分解，所以在使用NF3 氣體作為蝕刻氣體之情況，需要使成膜室101內達到600℃以上之高溫。因此，使用F2 氣體、ClF3 氣體、HF氣體之乾式潔淨技術之開發正持續進展。特別是F2 氣體為反應性較強且容易進行蝕刻反應之氣體，經由添加HF氣體可更進一步促進蝕刻反應。在專利文獻1揭示有：使用F2 氣體和HF氣體之混合氣體而使成膜室101內之溫度階段式地變化的乾式潔淨法；或使成膜室101內之溫度維持一定或階段式地變化，將潔淨氣體從於F2 氣體添加有HF氣體之混合氣體切換成為F2 氣體的乾式潔淨法。依照該等方法，成膜室101內部不會有殘留附著 物殘留，可抑制異物之發生。
但是，當進行使用F2 氣體和HF氣體之混合氣體的乾式潔淨時，會有在乾式潔淨後之薄膜形成步驟中成膜速度降低之情況。該成膜速度之降低可推定其發生原因是由於潔淨後殘留附著在成膜室101內部之石英構件(反應管103或載舟102)表面的微小石英粉，或對石英構件表面因累積成膜產生之龜裂，使石英構件表面之有效表面增大。
作為防止成膜速度降低之方法，在專利文獻2揭示有在乾式潔淨後，將在F2 氣體添加有HF氣體之混合氣體供給到成膜室101內而使成膜室101之內壁平坦化(亦即，除去在石英構件產生之石英龜裂)的方法。另外，在專利文獻2中已明示出只利用F2 氣體或只利用HF氣體無法完全除去石英龜裂而無法避免成膜速度降低之內容。
又，作為防止成膜速度降低之另一方法，在專利文獻3揭示有將在F2 氣體添加有H2 氣體之潔淨氣體供給到成膜室101內，在將成膜室101內潔淨之後，將在F2 氣體添加有H2 氣體之平坦化氣體供給到成膜室101內，使成膜室101之內壁平坦化(亦即，除去在石英構件產生之石英龜裂)的方法。另外，在專利文獻3中已明示出需要在潔淨氣體添加H2 氣體，又最好減少平坦化氣體中之H2 氣體之內容。
但是，當將在F2 氣體添加有HF氣體之混合氣體供給到經乾式潔淨後之成膜室101內時(亦即，將HF氣體直接供 給到成膜室101內時)，會有由於供給之HF氣體使成膜室101內之金屬構件腐蝕產生金屬污染、或於成膜室101內之石英構件之低溫部中，HF之多層吸著致使石英侵蝕變為顯著而使石英構件破損之情況。另外，當將在F2 氣體添加有H2 氣體之混合氣體供給到成膜室101內時，在成膜室101內由於F2 氣體和H2 氣體之反應會產生HF氣體，除產生上述金屬污染或石英構件之破損等外，依條件不同在成膜室101內亦有產生爆炸之危險性。
因此，本發明人等致力研究抑制成膜室101內之乾式潔淨後之薄膜形成步驟中成膜速度之降低並抑制成膜室101內之金屬污染或石英構件之破損的方法。其結果是發現經由使溫度條件最佳化，並對成膜室101內單獨供給F2 氣體、或單獨供給被惰性氣體稀釋之F2 氣體而可解決上述課題。亦即，發現可由：在被加熱到第1溫度之成膜室內單獨供給F2 氣體、或單獨供給經惰性氣體稀釋之F2 氣體作為潔淨氣體，除去堆積在處理室內之薄膜的步驟；和在被加熱到第2溫度之處理室內單獨供給F2 氣體、或單獨供給經惰性氣體稀釋之F2 氣體作為潔淨氣體，去除薄膜之除去後殘留在處理室內的附著物之步驟；解決上述課題。本發明根據發明人等之發現所完成。
以下說明本發明之一實施形態
(1)基板處理裝置之構成
首先，根據圖式說明本實施形態基板處理裝置之構成。圖7是在本實施形態所適用的基板處理裝置之處理爐202之概略構成圖，以縱向剖視圖表示。
如圖7所示，處理爐202具有作為加熱機構之加熱器206。加熱器206為圓筒形狀，由作為保持板之加熱器基座251支持而保持垂直安裝。
在加熱器206之內側，配設有與加熱器206成為同心圓狀的作為反應管之處理管203。處理管203由作為內部反應管之內管204、和設在其外側之作為外部反應管的外管205所構成。內管204由例如石英(SiO2 )或碳化矽(SiC)等之耐熱性材料所構成，形成為上端和下端開口之圓筒形狀。在內管204之筒中空部形成有處理室201，用來進行在作為基板之晶圓200上形成薄膜之處理。處理室201構成可以將晶圓200由後述載舟217以水平姿勢且於垂直方向多段排列之狀態下收容。外管205由例如石英或碳化矽等之耐熱性材料所構成，其內徑比內管204之外徑大，形成上端閉塞而下端開口之圓筒形狀，被設置成與內管204為同心圓狀。
在外管205之下方配設有與外管205成為同心圓狀之歧管209。歧管209由例如不銹鋼等構成，形成上端及下端開口之圓筒形狀。歧管209被設置成卡合在內管204和外管205，而支持該等。另外，在歧管209和外管205之間設有作為密封構件之O環220a。歧管209由加熱器基座251支 持，因而處理管203成為垂直安裝之狀態。由處理管203和歧管209形成反應容器。
在歧管209，作為氣體導入部之噴嘴230a、230b與處理室201內連通連接。在噴嘴230a、230b分別連接有處理氣體供給管232a、232b，用來將形成薄膜用之處理氣體供給到處理室201內。在成為處理氣體供給管232a中與噴嘴230a連接側之相反側的上游側，經由作為氣體流量控制器之MFC(質量流量控制器)241a，連接有作為第1處理氣體供給源之SiH2 Cl2 (DCS)氣體供給源271。在處理氣體供給管232a之MFC241a上游側、下游側分別設有閥262a、261a。在成為處理氣體供給管232b中與噴嘴230b連接側之相反側的上游側，經由作為氣體流量控制器之MFC(質量流量控制器)241b，連接有作為第2處理氣體供給源之NH3 氣體供給源272。在處理氣體供給管232b之MFC241b上游側、下游側分別設有閥262b、261b。主要由處理氣體供給管232a、232b、MFC241a、241b，閥262a、261a、262b、261b、SiH2 Cl2 氣體供給源271，NH3 氣體供給源272構成處理氣體供給系統。
在處理氣體供給管232a，232b之閥261a、261b下游側，分別連接有惰性氣體供給管232c、232d。在成為惰性氣體供給管232c中與處理氣體供給管232a連接側的相反側之上游側，經由作為氣體流量控制器之MFC(質量流量控制 器)241c，連接有作為惰性氣體供給源之N2 氣體供給源273。在惰性氣體供給管232c之MFC241c上游側、下游側分別設有閥262c、261c。在惰性氣體供給管232d中與處理氣體供給管232b連接側的相反側之上游側，經由作為氣體流量控制器之MFC(質量流量控制器)241d，連接有N2 氣體供給源273。正確而言，設置為惰性氣體供給管232d之上游側連接到惰性氣體供給管232c之閥262c上游側，惰性氣體供給管232d在閥262c上游側從惰性氣體供給管232c產生分支。在惰性氣體供給管232d之MFC241d上游側、下游側分別設有閥262d、261d。主要由惰性氣體供給管232c、232d、MFC241c、241d，閥262c、261c、262d、261d和N2 氣體供給源273來構成惰性氣體供給系統。另外，惰性氣體供給系統亦具有稀釋處理氣體或潔淨氣體之作用，惰性氣體供給系統亦構成處理氣體供給系統或潔淨氣體供給系統之一部分。另外，惰性氣體供給系統亦具有淨化氣體供給系統之功能。
在處理氣體供給管232a、232b之閥261a、261b下游側、且更在與惰性氣體供給管232c、232d之連接部下游側，分別連接有潔淨氣體供給管232e、232f，用來將潔淨處理室201內用之潔淨氣體供給到處理室201內。在成為潔淨氣體供給管232e中與處理氣體供給管232a連接側之相反側的上游側，經由作為氣體流量控制器之MFC(質量流量控制 器)241e，連接有作為潔淨氣體供給源之F2 氣體供給源274。在潔淨氣體供給管232e之MFC241e上游側、下游側分別設有閥262e、261e。在成為潔淨氣體供給管232f中與處理氣體供給管232b連接側之相反側的上游側，經由作為氣體流量控制器之MFC(質量流量控制器)241f，連接有F2 氣體供給源274。正確而言，設置為潔淨氣體供給管232f之上游側連接到潔淨氣體供給管232e之閥262e上游側，潔淨氣體供給管232f在閥262e之上游側從潔淨氣體供給管232e產生分支。在潔淨氣體供給管232f之MFC241f之上游側、下游側分別設有閥262f、261f。主要由潔淨氣體供給管232e、232f、MFC241e、241f，閥262e、261e、262f、261f和F2 氣體供給源274來構成潔淨氣體供給系統。
在MFC241a、241b、241c、241d、241e、241f，閥261a、261b、261c、261d、261e、261f、262a、262b、262c、262d、262e、262f電連接有氣體供給．流量控制部235。氣體供給．流量控制部235構成在後述各步驟以所希望之時序控制MFC241a、241b、241c、241d、241e、241f，閥261a、261b、261c、261d、261e、261f、262a、262b、262c、262d、262e、262f，以使供給到處理室201內之氣體種類為所希望之氣體種類、又供給之氣體流量為所希望之流量、進而供給之氣體濃度為所希望之濃度。
在歧管209設有排氣管231，用來對處理室201內環境氣 體進行排氣。排氣管231被配置在由內管204和外管205之間隙所形成的筒狀空間250之下端部，形成與筒狀空間250連通。在成為排氣管231中與歧管209連接側之相反側的下游側，連接有作為壓力檢測器之壓力感測器245、及經由可變導閥、例如APC(Auto Pressure Controller，自動壓力控制器)閥等之壓力調整裝置242，連接有真空泵等之真空排氣裝置246。真空排氣裝置246構成可將處理室201內之壓力真空排氣達既定之壓力(真空度)。在壓力調整裝置242及壓力感測器245電連接有壓力控制部236。壓力控制部236構成根據由壓力感測器245所檢測到之壓力在所希望之時序控制壓力調整裝置242使處理室201內之壓力達所希望之壓力。主要由排氣管231、壓力調整裝置242、和真空排氣裝置246構成排氣系統。
在歧管209之下方設有可氣密式閉塞歧管209之下端開口的作為第1爐口蓋體之密封帽219。密封帽219從垂直方向下側抵接於歧管209之下端。密封帽219由例如不銹鋼等之金屬構成，形成為圓盤狀。在密封帽219之上面設置與歧管209之下端抵接的作為密封構件之O環220b。在密封帽219中與處理室201相反側，設置有使載舟旋轉之旋轉機構254。旋轉機構254之旋轉軸255構成貫穿密封帽219而連接到後述之載舟217，經由使載舟217旋轉而使晶圓200旋轉。密封帽219構成由垂直裝設在處理管203外部之作為舟 升降機構的舟升降機115在垂直方向進行升降，利用此方式可將載舟217對處理室201進行搬入搬出。在旋轉機構254和舟升降機115電連接有驅動控制部237。驅動控制部237構成在所希望之時序控制旋轉機構254和舟升降機115進行所希望之動作。又，在歧管209之下方設有可氣密式閉塞歧管209之下端開口的作為第2爐口蓋體之爐口擋門219a。擋門219a構成透過升降及轉動而抵接在經從處理室201內搬出載舟217後之歧管209下端，氣密式閉塞經搬出載舟217後之處理室201內。在擋門219a之上面設有與歧管209之下端抵接的作為密封構件之O環220c。
作為基板保持具之載舟217構成例如由石英或碳化矽等耐熱材料所形成，用來將多片晶圓200以水平姿勢且中心互相對齊之狀態排列而多段保持。另外，在載舟217之下部，以水平姿勢多段且多片配置有例如由石英或碳化矽等之耐熱材料構成的圓板形狀作為隔熱構件之隔熱板216，構成使來自加熱器206之熱不易傳達到歧管209側。
在處理管203內設置有作為溫度檢測器之溫度感測器263。在加熱器206和溫度感測器263電連接有溫度控制部238。溫度控制部238構成以使處理室201內之溫度達到所希望之溫度分布方式，根據由溫度感測器263所檢測到之溫度資訊在所希望之時序控制對加熱器206之通電情況。
氣體供給．流量控制部235、壓力控制部236、驅動控制 部237及溫度控制部238亦構成執行部、輸入出部，電連接到控制基板處理裝置整體之主控制部239。該等氣體供給．流量控制部235、壓力控制部236、驅動控制部237、溫度控制部238及主控制部239構成為控制器240。
(2)薄膜形成方法
其次，就使用上述構成之處理爐202利用CVD法在處理室201內於晶圓200上形成薄膜作為半導體裝置之製造步驟之一步驟的方法、和對處理室201內進行潔淨之方法。另外，在以下說明中，構成基板處理裝置之各部分之動作由控制器240所控制。
當多片晶圓200被裝填(裝載晶圓)在載舟217時，如圖7所示，保持有多片晶圓200之載舟217由舟升降機115提起，而搬入(載舟裝載)至處理室201內。在此種狀態，密封帽219成為經由O環220b密封歧管209之下端之狀態。
由真空排氣裝置246對處理室201內進行真空排氣以達到所希望壓力(真空度)。此時，由壓力感測器245測定處理室201內之壓力，根據該測定到之壓力，回饋控制壓力調整裝置242。另外，由加熱器206加熱處理室201內以達所希望溫度。此時，根據溫度感測器263所檢測到之溫度資訊，回饋控制對加熱器206之通電情況，以使處理室201內之溫度達到所希望之溫度分布。然後，由旋轉機構254使載舟217旋轉，藉此使晶圓200旋轉。
其次，在處理室201內之溫度、壓力維持在所希望之溫度、壓力之狀態下，從作為第1處理氣體供給源之SiH2 Cl2 氣體供給源271、和作為第2處理氣體供給源之NH3 氣體供給源272，分別將作為第1處理氣體之SiH2 Cl2 氣體和作為第2處理氣體之NH3 氣體供給到處理室201內。亦即，藉由使閥262a、261a、262b、261b開放，而使從SiH2 Cl2 氣體供給源271、NH3 氣體供給源272分別供給到處理氣體供給管232a、232b內之SiH2 Cl2 氣體、NH3 氣體，在分別經MFC241a、241b控制達所希望之流量後，透過處理氣體供給管232a、232b從噴嘴230a、230b導入到處理室201內。
此時，亦可同時從作為惰性氣體供給源之N2 氣體供給源273將N2 氣體供給到處理室201內，以稀釋處理氣體(SiH2 Cl2 氣體、NH3 氣體)。在此種情況下，藉由例如使閥262c、261c、262d、261d開放，而使從N2 氣體供給源273分別供給到惰性氣體供給管232c、232d內之N2 氣體，在分別經MFC241c、241d控制達所希望之流量後，透過惰性氣體供給管232c、232d，經由處理氣體供給管232a、232b，從噴嘴230a、230b導入到處理室201內。N2 氣體在處理氣體供給管232a、232b內與SiH2 Cl2 氣體、NH3 氣體分別混合。藉由控制N2 氣體之供給流量，而可控制處理氣體之濃度。
被導入到處理室201內之處理氣體在處理室201內上升，從內管204之上端開口流出到筒狀空間250，在筒狀空間250 流下後，從排氣管231排氣。處理氣體在通過處理室201內時與晶圓200之表面接觸。此時，由熱CVD反應在晶圓200之表面上堆積(沉積)薄膜、亦即氮化矽(Si3 N4 )膜。
在經過預先設定之處理時間後，停止處理氣體之供給。亦即，藉由使閥262a、261a、262b、261b閉合，而停止從SiH2 Cl2 氣體供給源271、NH3 氣體供給源272將SiH2 Cl2 氣體、NH3 氣體供給到處理室201內。然後，使閥262c、261c、262d、261d開放，從N2 氣體供給源273將N2 氣體供給到處理室201內，並從排氣管231排氣，以使處理室201內淨化。然後，處理室201內被置換為N2 氣體，使處理室201內之壓力恢復為常壓。
然後，利用舟升降機115使密封帽219下降而使歧管209之下端開口，同時處理過之晶圓200於保持在載舟217之狀態下從歧管209之下端被搬出(載舟卸載)到處理管203之外部。然後，從載舟217取出處理過之晶圓200(晶圓取出)。
此外，作為本實施形態由處理爐202處理晶圓200時之處理條件，例如在氮化矽膜之成膜中可例示處理溫度：650~800℃，處理壓力：10~500Pa，SiH2 Cl2 氣體供給流量：100~500sccm，NH3 氣體供給流量：500~5000sccm，藉由使各個處理條件在各個範圍內維持一定值而對晶圓 200施以處理。
(3)潔淨方法
其次，說明潔淨處理室201內之方法。此外，在以下說明中，構成基板處理裝置之各部分之動作由控制器240所控制。
當重複進行上述薄膜形成步驟後，在處理管203之內壁等之處理室201內亦會累積氮化矽膜等之薄膜。亦即，包含該薄膜之堆積物附著在該內壁等。當附著在該內壁等之堆積物(累積之薄膜)之厚度，達到堆積物發生剝離．落下前之既定厚度之時，對處理室201內進行潔淨。
潔淨係藉由依序實施：對被加熱至第1溫度之處理室201內單獨供給F2 氣體或單獨供給經惰性氣體稀釋之F2 氣體作為潔淨氣體而除去堆積(累積)在處理室201內之薄膜的步驟(第1步驟(薄膜之蝕刻步驟))；和對被加熱至第2溫度之處理室201內單獨供給F2 氣體或單獨供給經惰性氣體稀釋之F2 氣體作為潔淨氣體而除去於薄膜之除去後殘留在處理室201內之附著物的步驟(第2步驟(處理步驟))。以下分別說明第1步驟(薄膜之蝕刻步驟)和第2步驟(處理步驟)。
〔第1步驟(薄膜之蝕刻步驟)〕
空的載舟217、亦即未裝填有晶圓200之載舟217，由舟升降機115提起，搬入(載舟裝載)到處理室201內。在此種狀態，密封帽219成為經由O環220b而密封歧管209之下 端的狀態。
處理室201內由真空排氣裝置246真空排氣至所希望之壓力(真空度)、亦即達到第1壓力。此時，處理室201內之壓力由壓力感測器245測定，根據該測定到之壓力回饋控制壓力調整裝置242。又，處理室201內由加熱器206加熱至所希望之溫度、亦即第1溫度。此時，為使處理室201內之溫度達到所希望之溫度分布，根據溫度感測器263所檢測到之溫度資訊，回饋控制對加熱器206之通電情況。當處理室201內之壓力，溫度分別達到第1壓力、第1溫度後，進行控制以維持該壓力、溫度。然後，利用旋轉機構254使載舟217旋轉。另外，載舟217亦可不旋轉。
其次，在處理室201內之溫度、壓力分別維持在第1溫度、第1壓力之狀態下，從作為潔淨氣體供給源之F2 氣體供給源274將作為潔淨氣體之F2 氣體供給到處理室201內。亦即，藉由使閥262e、261e、262f、261f開放，而使從F2 氣體供給源274分別供給到潔淨氣體供給管232e、232f內之F2 氣體，在分別經MFC241e、241f控制達到所希望之流量後，透過潔淨氣體供給管232e、232f，經由處理氣體供給管232a、232b，從噴嘴230a、230b導入到處理室201內。
此時，亦可同時從作為惰性氣體供給源之N2 氣體供給源273將N2 氣體供給到處理室201內，而稀釋作為潔淨氣體之F2 氣體。在此種情況下，例如藉由使閥262c、261c、262d、 261d開放，而使從N2 氣體供給源273分別供給到惰性氣體供給管232c、232d內之N2 氣體，在分別經MFC 241c、241d控制達到所希望之流量後，通過惰性氣體供給管232c、232d，經由處理氣體供給管232a、232b，從噴嘴230a、230b導入到處理室201內。N2 氣體在處理氣體供給管232a、232b內會與F2 氣體混合。經由控制N2 氣體之供給流量，而亦可控制F2 氣體之濃度。
此外，當從與供給處理氣體之噴嘴230a、230b不同的潔淨氣體用之噴嘴供給F2 氣體或經稀釋之F2 氣體後，F2 氣體或經稀釋之F2 氣體會侵入到噴嘴230a、230b內，可認為會對處理氣體供給管232a、232b等之處理氣體供給系統造成不良影響。對此，在本實施形態中，將供給F2 氣體或經稀釋之F2 氣體的噴嘴與供給處理氣體之噴嘴230a、230b共用，由於F2 氣體或經稀釋之F2 氣體通過處理氣體供給管232a、232b，從供給處理氣體之噴嘴230a、230b導入到處理室201內，因此其疑慮較少。
被導入到處理室201內之F2 氣體或經稀釋之F2 氣體在處理室201內上升，從內管204之上端開口流出到筒狀空間250，在筒狀空間250流下後，從排氣管231排氣。F2 氣體或經稀釋之F2 氣體在通過處理室201內時會與包含累積在處理管203內壁或載舟217表面的氮化矽膜等之薄膜的堆積物接觸，此時利用熱化學反應除去薄膜。亦即，利用F2 氣 體之熱分解所產生的活性種和堆積物之蝕刻反應，而除去薄膜。
當經過預先設定的薄膜之蝕刻時間，結束第1步驟(薄膜之蝕刻步驟)後，繼續轉移到第2步驟(處理步驟)。在處理步驟中是在薄膜之蝕刻步驟後，除去殘留在處理室201內之附著物，使處理室201內之石英構件表面平滑化。亦即，將在處理管203或載舟217等之石英構件表面所產生的石英龜裂、或由石英龜裂等產生而附著在處理室201內構件表面的微小石英粉(石英粉末)、或氮化矽之殘留膜等之附著物。
〔第2步驟(處理步驟)〕
在未裝填有晶圓200之載舟217搬入(載舟裝載)到處理室201內之狀態下，由真空排氣裝置246將處理室201內真空排氣達到所希望之壓力，亦即成為第2壓力。此時，處理室201內之壓力由壓力感測器245測定，根據該測定到之壓力來回饋控制壓力調整裝置242。又，由加熱器206加熱處理室201內達到所希望之溫度、亦即成為第2溫度。此時，為使處理室201內達到所希望之溫度分布，而根據溫度感測器263所檢測到之溫度資訊，回饋控制對加熱器206之通電情況。當處理室201內之壓力、溫度分別達到第2壓力、第2溫度後，進行控制以維持該壓力、溫度。
另外，第2壓力最好為與第1壓力同等之壓力。亦即，在從第1步驟(薄膜之蝕刻步驟)轉移到第2步驟(處理步驟) 時，最好將處理室201內之壓力保持不變，維持在與第1壓力同等之壓力。
另外，第2溫度最好為與第1溫度同等或此以上之溫度。亦即，在從第1步驟(薄膜之蝕刻步驟)轉移到第2步驟(處理步驟)時，最好將處理室201內之溫度保持不變而維持在與第1溫度同等之溫度、或變更為比第1溫度還高之溫度。
在使第2壓力成為與第1壓力同等之壓力，第2溫度成為與第1溫度同等之溫度的情況時，不需要將處理室201內之壓力、溫度變更為第2壓力、第2溫度之步驟。
其次，在處理室201內之溫度、壓力分別維持在第2溫度、第2壓力之狀態下，從作為潔淨氣體供給源之F2 氣體供給源274，將作為潔淨氣體之F2 氣體供給到處理室201內。亦即，藉由使閥262e、261e、262f、261f開放，使從F2 氣體供給源274分別供給到潔淨氣體供給管232e、232f內之F2 氣體，在分別經MFC241e、241f控制達到所希望流量後，通過潔淨氣體供給管232e、232f，經由處理氣體供給管232a、232b，從噴嘴230a、230b導入到處理室201內。
此時，亦可同時從作為惰性氣體供給源之N2 氣體供給源273將N2 氣體供給到處理室201內，而稀釋作為潔淨氣體之F2 氣體。在此種情況下，藉由例如使閥262c、261c、262d、261d開放，而使從N2 氣體供給源273分別供給到惰性氣體供給管232c、232d內之N2 氣體，在分別經MFC 241c、241d 控制達到所希望之流量後，通過惰性氣體供給管232c、232d，經由處理氣體供給管232a、232b，從噴嘴230a、230b導入到處理室201內。N2 氣體在處理氣體供給管232a、232b內會與F2 混合。經由控制N2 氣體之供給流量，亦可控制F2 氣體之濃度。
另外，在從第1步驟(薄膜之蝕刻步驟)轉移到第2步驟(處理步驟)時，亦可使閥262e、261e、262f、261f或閥262c、261c、262d、261d保持開放之狀態，維持對處理室201內供給F2 氣體或經稀釋之F2 氣體。
導入到處理室201內之F2 氣體或經稀釋之F2 氣體在處理室201內上升，從內管204之上端開口流出到筒狀空間250，在筒狀空間250流下後，從排氣管231排氣。F2 氣體或經稀釋之F2 氣體在通過處理室201內時，會與附著於處理室201內的微小石英粉或氮化矽之殘留膜等之附著物、或處理室201內之石英構件(處理管203或載舟217等)表面等接觸。此時，利用熱化學反應除去石英粉或氮化矽之殘留膜等之附著物，處理室201內之石英構件表面經稍微蝕刻而平坦化。亦即，藉由F2 氣體之熱分解所產生活性種和附著物進而石英構件表面之蝕刻反應，而除去附著物，使石英構件之表面平坦化。
當經過預先設定之處理時間，結束第2步驟(處理步驟)後，停止F2 氣體之供給。亦即，藉由使閥262e、261e、262f、 261f閉合，而停止從F2 氣體供給源274將F2 氣體供給到處理室201內。然後，使閥262c、261c、262d、261d開放，從N2 氣體供給源273將N2 氣體供給到處理室201內，並從排氣管231排氣以使處理室201內淨化。然後，處理室201內被置換成為N2 氣體，使處理室201內之壓力恢復為常壓。
另外，作為第1步驟(薄膜之蝕刻步驟)中薄膜之蝕刻條件，可例示第1溫度：350℃~450℃，第1壓力：6650Pa(50Torr)~26600Pa(200Torr)，較佳為13300Pa(100Torr)以上19950Pa(150Torr)
F2 氣體供給流量：0.5~5slm，N2 氣體供給流量：1~20slm，使各個蝕刻條件在各個範圍內維持一定值而對薄膜進行蝕刻。
另外，作為第2步驟(處理步驟)中之處理條件，可例示第2溫度：400℃~500℃，第2壓力：6650Pa(50Torr)~26600Pa(200Torr)，較佳為13300Pa(100Torr)以上19950Pa(150Torr)
F2 氣體供給流量：0.5~5slm，N2 氣體供給流量：1~20slm，使各個處理條件在各個範圍內維持一定值而進行處理。
當結束潔淨步驟，亦即，第1步驟(薄膜之蝕刻步驟)和第 2步驟(處理步驟)後，則再度開始薄膜形成步驟。
(4)本實施形態之潔淨方法之驗證、考察、及效果
圖6表示本實施形態潔淨方法中蝕刻速率及選擇比就溫度相關性之驗證結果。
圖6(a)為分別表示氮化矽膜之蝕刻速率、石英之蝕刻速率、選擇比(氮化矽膜之蝕刻速率/石英之蝕刻速率)之溫度相關性的圖，圖6(b)為表示其依據資料之表。在圖6(a)中，左側之縱軸表示氮化矽膜及石英之蝕刻速率(Å/min)，右側之縱軸表示選擇比(氮化矽膜之蝕刻速率和石英之蝕刻速率)。另外，橫軸表示處理室201內之溫度。圖形中之黑圓表示氮化矽膜之蝕刻速率，白圓表示石英之蝕刻速率，+字記號表示選擇比。蝕刻對象之氮化矽膜以上述實施形態所例示範圍內之處理條件進行成膜。使溫度變化為300℃、350℃、400℃、450℃、500℃而進行蝕刻。溫度以外之蝕刻條件為壓力：100 Torr、F2 流量：2slm、N2 流量：8slm、F2 濃度(F2 /(F2 +N2 ))：20%。
依照圖6時可知，氮化矽膜之蝕刻速率、石英之蝕刻速率均是溫度越高則越大，選擇比相反地溫度越高則越小。
又，可知氮化矽膜之蝕刻在300℃程度之溫度幾乎不進行，當達到350℃以上之溫度時則充分進行，可以充分之蝕刻速率來蝕刻氮化矽膜。
另外，可知石英之蝕刻在300℃、350℃等未滿400℃之溫 度下未充分地進行，但在400℃~450℃之溫度下，石英之蝕刻速率雖比氮化矽膜之蝕刻速率小但可充分進行，可以充分之蝕刻速率來蝕刻石英。
另外，可知選擇比在450℃為1(1.2)，因為氮化矽膜之蝕刻速率和石英之蝕刻速率大致同等，所以氮化矽膜和石英被以相同程度蝕刻。
另外，可知在超過450℃之溫度下，選擇比未滿1(例如在500℃為0.8)，因為氮化矽膜之蝕刻速率低於石英之蝕刻速率，所以當與氮化矽膜比較時，石英被蝕刻較多。
另外，可知在450℃以下之溫度，選擇比為1以上(例如在400℃為1.4，在350℃為1.5)，因為氮化矽膜之蝕刻速率超過石英之蝕刻速率，所以當與石英比較，氮化矽膜被蝕刻較多。
由上述驗證結果可知以下結論。亦即，在第1步驟(薄膜之蝕刻步驟)中處理室201內之溫度、亦即第1溫度最好為350℃以上450℃以下。如上述，即便使處理室201內之溫度為300℃程度之溫度，氮化矽膜之蝕刻亦幾乎不進行，但經由設為350℃以上，可使氮化矽膜之蝕刻充分進行，可以充分之蝕刻速率來蝕刻氮化矽膜。
另外，如上述，當使處理室201內之溫度為超過450℃之溫度時，則選擇比(氮化矽膜之蝕刻速率對石英之蝕刻速率)未滿1，但是經由設為450℃以下，可獲得1以上之選擇比， 當與石英比較，氮化矽膜可被蝕刻較多，可減少第1步驟中處理室201內石英構件之損壞。在作為潔淨對象之處理室201內，實際上會有包含氮化矽膜之堆積物不均勻附著之情況。例如，會有堆積物之膜厚局部變薄、或局部變厚之情況。另外，亦會有處理室201內壁之表面溫度不均勻、處理室201內之潔淨氣體壓力不均勻、堆積物之蝕刻速率局部變成不同之情況。在此種情況下，若將附著在處理室201內之堆積物全部蝕刻除去，會導致由石英玻璃(SiO2 )等構成的處理室201內壁之一部分表面長時間曝露在潔淨氣體而受損之情況。為減少此種受損，較有效方式是如上述提高選擇比。
由該等，可知藉由使第1溫度為上述範圍內之值，而可抑制處理室201內之石英構件損壞，並可以充分之蝕刻速率來蝕刻氮化矽膜。
另外，第2步驟(處理步驟)中處理室201內之溫度、亦即第2溫度最好為400℃以上500℃以下。如上述，當使處理室201內之溫度為未滿400℃之溫度，石英之蝕刻不能充分地進行，但是經由設為400℃以上可獲得對石英之充分蝕刻速度。另外，若為該溫度則氮化矽膜之蝕刻亦充分地進行。因此，可除去在第1步驟後殘留附著在處理室201內之微小石英粉或氮化矽之殘留膜等之附著物，同時將處理室201內之石英構件表面稍微蝕刻以使其平滑化，可抑制處理室201內有效表面積之增大。利用此種方式，可抑制處理室201 內之異物發生，同時可在潔淨步驟，亦即，第1步驟(薄膜之蝕刻步驟)和第2步驟(處理步驟)之實施不久後的薄膜形成步驟中，抑制成膜速度之降低。另外，在處理室201內之溫度為400℃~450℃之情況時，石英之蝕刻速率與氮化矽膜之蝕刻速率同等或比此稍低，但可充分地進行石英之蝕刻。另外，在處理室201內為450℃~500℃之情況時，石英之蝕刻速率比氮化矽膜之蝕刻速率還大，處理管203或載舟217等石英構件表面之平滑化可更迅速地進行。
另外，當處理室201內之溫度為超過500℃之溫度，則處理室201內或氣體流通路徑內中金屬構件，例如歧管209、密封帽219、旋轉軸255、排氣管231、壓力調整裝置242等會有受腐蝕之問題，但經由設為500℃以下，可抑制該等金屬構件之腐蝕。
由該等，可知藉由使第2溫度為上述範圍內之值，而可抑制處理室201內金屬構件之腐蝕，並可適當地蝕刻第1步驟後殘留在處理室201內的附著物或石英構件之表面。
另外，亦可使第1步驟(薄膜之蝕刻步驟)中處理室201內之溫度(第1溫度)和第2步驟(處理步驟)中處理室201內之溫度(第2溫度)均為400℃以上450℃以下。在該溫度區域中，可使氮化矽膜之蝕刻反應可充分進行，同時可使石英之蝕刻反應進行。在此種情況下，石英之蝕刻速率與氮化矽膜之蝕刻速率同等或比此稍低。亦即，該溫度區域可謂中間溫 度區域，其可使氮化矽膜之蝕刻為與石英之蝕刻同程度或比此稍微優異地進行。
由該等，若在400℃以上450℃以下之溫度區域，可以大致相同程度進行氮化矽膜和石英之蝕刻兩者，可以相同溫度連續進行第1步驟和第2步驟。亦即，藉由使第1溫度和第2溫度在該溫度區域成為大致相同之溫度，當從第1步驟轉移到第2步驟時不需要變更處理室201內之溫度，不會伴隨溫度變更產生等待時間，可穩定地進行潔淨。
另外，亦可使第2步驟(處理步驟)中處理室201內之溫度(第2溫度)比第1步驟(薄膜之蝕刻步驟)中處理室201內之溫度(第1溫度)還高。具體而言，可使第1溫度為選擇比(氮化矽膜之蝕刻速率對石英之蝕刻速率)超過1之溫度，使第2溫度為選擇比未滿1之溫度。亦即，可在第1步驟(薄膜之蝕刻步驟)，與石英相較下氮化矽膜被蝕刻較多，又在第2步驟(處理步驟)，與氮化矽膜相較下石英被蝕刻較多。結果是當與將第1步驟和第2步驟以相同溫度連續進行之情況比較時，可抑制石英之過度蝕刻(over etching)。亦即，在第1步驟中因為選擇比超過1所以可抑制石英之過度蝕刻。另外，在第2步驟中可更提高石英之蝕刻速率，將殘留附著在處理室201內之微小石英粉或氮化矽之殘留膜等附著物迅速除去，可迅速或適當地蝕刻處理室201內之石英構件表面，使其平滑化。
另外，第1步驟(薄膜之蝕刻步驟)中處理室201內壓力(第1壓力)、及第2步驟(處理步驟)中處理室201內壓力(第2壓力)最好為50Torr以上200Torr以下。若使第1壓力及第2壓力為該範圍內之值，則可充分地進行蝕刻，同時可提高蝕刻之均勻性。當第1壓力和第2壓力過為低壓時，則在第1步驟和第2步驟時蝕刻速率變低，無法充分進行蝕刻。藉由使該等壓力為50Torr(6650Pa)以上，而可充分進行蝕刻。另外，當第1壓力、第2壓力過為高壓時，雖蝕刻速率變高但由於偏向於蝕刻，因而會導致不均勻之蝕刻。藉由使該等壓力為200Torr(26600Pa)以下，而可提高蝕刻之均勻性。
依照本實施形態，因為根據上述驗證結果如上述設定第1溫度、第2溫度等之條件，所以可獲得上述效果。亦即，因為使第1溫度為上述範圍內之值，所以可抑制處理室201內石英構件之損壞，並可以充分蝕刻速率來蝕刻氮化矽膜。另外，因為使第2溫度為上述範圍內之值，所以可抑制處理室201內金屬構件之腐蝕，並可適當地蝕刻第1步驟後殘留在處理室201內的附著物或石英構件之表面。
另外，依照本實施形態，在第1步驟(薄膜之蝕刻步驟)及第2步驟(處理步驟)中，作為潔淨氣體，不將HF氣體或H2 氣體等含氫氣體供給到處理室201內，而是單獨將F2 氣體、或單獨將經惰性氣體稀釋之F2 氣體供給到處理室201內。結果是可抑制在處理室201內或氣體流通路徑內之金屬構 件、例如歧管209、密封帽219、旋轉軸255、排氣管231、壓力調整裝置242等由於HF之腐蝕，可抑制處理室201中金屬污染之發生。另外，可抑制處理室201內石英構件(處理管203或載舟217等)由於HF之腐蝕，可抑制石英構件之破損。
另外，依照本實施形態，不需要實施用以抑制潔淨後之異物發生及擴散、和抑制潔淨後之薄膜形成步驟中成膜速度降低的陳化步驟。亦即，在未將晶圓200搬入到潔淨後處理室201內之狀態下供給處理氣體，不需要在處理室201之內壁等形成(預塗佈)薄膜。習知，陳化步驟需要龐大時間，成為基板處理裝置之停機時間增大之一要因，但依照本實施形態，因為不需要實施陳化步驟所以可大幅縮短基板處理裝置之停機時間。
[實施例] (實施例1)
作為本發明之實施例1，就將第2步驟(處理步驟)中處理室201內之溫度(第2溫度)設定為比第1步驟(薄膜之蝕刻步驟)中處理室201內之溫度(第1溫度)還高而施以潔淨之例進行說明。圖2為表示本發明實施例1之潔淨步驟之依序及潔淨條件。
在實施例1之薄膜形成步驟中，使用SiH2 Cl2 (DCS)氣體和NH3 氣體作為處理氣體，以上述實施形態同樣之方法，在條 件(condition)下形成氮化矽膜。在1次薄膜形成步驟所形成的氮化矽膜之膜厚為500Å。然後，在將此種薄膜形成步驟實施16次後(每個累積膜厚為8000Å)進行潔淨(薄膜之蝕刻、處理)步驟。另外，在16次之薄膜形成步驟結束後(搬出處理後之晶圓200時)，處理室201之溫度為650℃，處理室201內之壓力為大氣壓。
在實施例1之潔淨步驟中，首先，使處理室201之溫度降溫到400℃，同時使處理室201內真空排氣。然後，在使處理室內201之溫度(第1溫度)為400℃而實施第1步驟(薄膜之蝕刻步驟)後，使處理室201內之溫度(第2溫度)為450℃而實施第2步驟(處理步驟)。另外，第1步驟(薄膜之蝕刻步驟)及第2步驟(處理步驟)中處理室201內之壓力為19998Pa(150Torr)，F2 氣體之供給流量為2.0 slm，N2 氣體之供給流量為8.0slm。在潔淨步驟結束後，使處理室201內淨化而使處理室201內之壓力升壓到大氣壓，同時使處理室201內之溫度升溫到650℃。
然後，以16次之薄膜形成步驟和之後潔淨步驟作為1個循環，將該循環重複進行多次。此時，在每次各薄膜形成步驟結束時，測定處理室201內之異物增加量，同時測定氮化矽膜之成膜速度。
(實施例2)
又，作為本發明之實施例2，就使第1步驟(薄膜之蝕刻 步驟)中處理室201內之溫度(第1溫度)和第2步驟(處理步驟)中處理室201內之溫度(第2溫度)分別為450℃而施以潔淨步驟之例進行說明。圖3為表示本發明實施例2之潔淨依序及潔淨條件之圖。其他條件與實施例1相同。
而且，與實施例1同樣地，以16次之薄膜形成步驟和之後之潔淨步驟作為1個循環，將該循環重複進行多次。此時，在各薄膜形成步驟每次結束時，測定處理室201內之異物增加量，同時測定氮化矽膜之成膜速度。
在實施例1及實施例2均確認到可抑制處理室201內之異物增加。在習知乾式蝕刻法中，在未實施處理室201內之陳化步驟之情況下，處理室201內之異物增加數達50個以上。對此，在實施例1和實施例2可確認到可將處理室201內之異物增加數抑制達20個~30個之程度。
圖4為表示本發明實施例2之異物產生量之驗證資料的圖。圖4之縱軸表示處理室201內之各測定位置中粒徑0.13μm以上之異物(粒子)增加數(單位：個)，橫軸表示薄膜形成步驟之實施次數(批次數)。另外，圖4之○記號表示處理室201內上部(top)位置之異物增加數，●記號表示處理室201內下部(bottom)位置之異物增加數。依照圖4，可知可將處理室201內之異物增加抑制到20個~30個程度。
另外，在實施例1及實施例2均確認到可抑制氮化矽膜之成膜速度降低。在習知乾式蝕刻法中，乾式蝕刻後之氮化矽 膜成膜速度會有超過±2%而降低之情況。對此，在實施例1及實施例2中，氮化矽膜之成膜速度降低在±0.96%以內，確認到可抑制潔淨步驟後成膜速度之降低。
圖5為表示本發明實施例2之成膜速度再現性之驗證資料的圖。圖5之縱軸表示氮化矽膜之成膜速度(單位：Å/min)，橫軸表示薄膜形成步驟之實施次數(批次數)。依照圖5，可知氮化矽膜成膜速度之降低在±0.96%以內，可抑制潔淨步驟後成膜速度之降低。
另外，在實施例1及實施例2均可確認到潔淨(蝕刻、處理)後之處理室201內或氣體流通路徑內金屬構件、例如歧管209、密封帽219、旋轉軸255、排氣管231、壓力調整裝置242等不會產生腐蝕。另外，確認到不會發生處理室201內石英構件(處理管203或載舟217等)之侵蝕或破損。
(實施例3)
作為本發明之實施例3，就組合上述實施形態(實施例1、實施例2)之潔淨方式和LTP(Low Temperature Purge，低溫淨化)之例進行說明。此處，LTP是指使處理室201內之溫度降低，對堆積在處理室201內之薄膜施以熱衝擊，強制產生龜裂且強制剝離附著力較弱之附著物，使處理室201內氣體淨化，其亦稱為低溫淨化。
然而，上述實施形態(實施例1、實施例2)為以實施乾式潔淨步驟的基板處理裝置之裝置運用作為前提的技術。但 是，在考慮實際裝置運用之情況下，累積在處理室201內部之薄膜，隨著累積膜厚之增加而其膜應力增大，產生龜裂，當加上外在原因(熱、壓力、摩擦)導致剝離或落下，因而粒子成為異物增加，所以尤其是在每1次薄膜形成步驟所形成的薄膜之膜厚較厚之情況等，必須以較短週期實施乾式潔淨步驟，因此會有基板處理裝置之作動率變低之情況。
圖8表示乾式潔淨步驟後粒子發生之推移。圖8之縱軸表示處理室201內之各測定位置粒徑達0.13μm以上之粒子增加部分(單位：個)，橫軸表示實施潔淨後薄膜形成步驟之實施次數(批次數)，亦即，Si3 N4 成膜執行數(批次處理數)。另外，圖8之●記號表示處理室201內上部(top)位置之異物增加數，○記號表示處理室201內下部(bottom)位置之異物增加數。另外，在薄膜形成步驟中，使用DCS氣體和NH3 氣體作為處理氣體，利用與上述實施形態同樣之方法，依條件在每次執行下形成0.15μm之Si3 N4 膜。依照圖8，可知乾式蝕刻後粒子增加亦較少而呈現穩定，但在Si3 N4 成膜12執行中(累積膜厚相當於2μm)粒子急遽增加，需要實施累積膜厚未滿2μm之潔淨步驟。由此，可知在每次薄膜形成步驟所形成的薄膜之膜厚較厚之情況下，因為必需在較短週期實施乾式潔淨步驟，所以會造成裝置之作動率大幅變低。
因此，為抑制長期間粒子產生而提高裝置之作動率，經由實施較長週期之乾式潔淨步驟以達成裝置運用，係成為一項 課題。因此，在實施例3中，就以乾式潔淨步驟實施為前提之裝置運用中，經由LTP之併用而可維持較高之裝置作動率的乾式潔淨技術(裝置運用)進行說明。
在本實施例，於薄膜形成步驟中、或薄膜形成步驟後，在處理室201內有晶圓200之狀態下、或在處理室201內無晶圓200之狀態下，使處理室201內之溫度降低以對處理室201內累積之薄膜施加熱衝擊，強制產生龜裂，且將附著力較弱之附著物強制剝離，在每次進行薄膜形成步驟時，每次或定期地進行使處理室201內氣體淨化之步驟(LTP步驟)。利用此種方式，可將累積在處理室201內之薄膜增厚至發生剝離．落下之累積膜厚，可使潔淨週期變長。另外，在處理室201內累積的薄膜之厚度，在達到薄膜發生剝離．落下前之既定厚度之時，進行處理室201內之潔淨步驟，而在潔淨步驟進行：第1步驟，係對被加熱到第1溫度之處理室201內，單獨供給氟氣體，或單獨供給經惰性氣體稀釋之氟氣體作為潔淨氣體，以除去累積在處理室201內之薄膜的步驟(薄膜之蝕刻步驟)；和第2步驟，係對被加熱到第2溫度之處理室201內單獨供給氟氣體、或單獨供給經惰性氣體稀釋之氟氣體作為潔淨氣體以去除薄膜除去後殘留在處理室201內之附著物的步驟(處理步驟)。利用此種方式，可延長處理管203等石英構件之壽命，可以省略長期伴隨石英構件等更換之維修。
於LTP步驟，在薄膜形成步驟中、或在薄膜形成步驟和下個薄膜形成步驟間，最好使處理室201內部之溫度從超過600℃之成膜溫度急遽降溫(溫度變動)到發生龜裂之低溫200~400℃。當使處理室201內急遽降溫時，可將處理室201外部之高溫環境氣體排氣，並將空氣或N2 等之冷卻媒體流入至處理室201外部，以將處理室201內強制冷卻(急速冷卻)。
在此種情況，如圖10所示，可在處理室201(處理爐202)之外側以覆蓋處理室201之方式設置強制冷卻機構(急冷機構)400，藉由將處理室201內強制冷卻而使處理室201內之溫度降低，並由控制器240控制強制冷卻機構400、加熱器206，淨化氣體供給系統和排氣系統以將處理室201內氣體淨化。強制冷卻機構400被設成覆蓋在處理管203及加熱器206。強制冷卻機構400具備有：隔熱蓋410被設成覆蓋在處理管203和加熱器206；供給線420，被設成與隔熱蓋410之內部空間連通；和排氣線430，被設成經由隔熱蓋410之頂部排氣孔440而與隔熱蓋410之內部空間連通。在供給線420設有導入吹風機450和擋門460。在排氣線430設有擋門470、散熱器480和排氣吹風機490。在強制冷卻機構400電連接有溫度控制部238，溫度控制部238構成在所希望之時序下控制強制冷卻機構400。在LTP步驟，當以強制冷卻機構400將處理室201內強制冷卻使處理室201內溫度降低 時，使擋門460、470開放，利用排氣吹風機490將隔熱蓋410內之高溫環境氣體排氣，同時利用導入吹風機450將空氣或N2 等之冷卻媒體導入到隔熱蓋410內。此外，在圖10中，在與圖7所說明之元件實質上相同的元件附加相同符號，將其說明省略。
另外，LTP步驟亦可不使用強制冷卻機構400而是透過控制器240使處理室201內之溫度降低，並控制加熱器206、淨化氣體供給系統、和排氣系統以將處理室201內氣體淨化來實施，但使用強制冷卻機構400而使處理室201內溫度急遽變動時，較可使對累積在處理室201內之薄膜施加的熱衝擊增加，可提高粒子排出效果。另外，LTP步驟可在每當進行薄膜形成步驟時每次實施，亦可具有某週期性定期實施。當考慮總量粒子排出效果時，最好在每進行薄膜形成步驟時每次實施LTP步驟。
在潔淨步驟中，與上述實施形態同樣地，最好單獨供給F2 氣體、或單獨供給經N2 (氮)、Ar(氬)、He(氦)等惰性氣體稀釋的F2 氣體作為潔淨氣體。另外，在作為第1步驟之薄膜蝕刻步驟中，最好使第1溫度在350℃以上450℃以下之溫度範圍內維持一定之溫度，去除累積在處理室201內部之薄膜。另外，在作為第2步驟之處理步驟中，最好使第2溫度在400℃以上500℃以下之溫度範圍內維持一定之溫度，去除殘留在反應室內部之附著物。另外，在作為第1 步驟之薄膜蝕刻步驟和作為第2步驟之處理步驟中，亦可使第1溫度及第2溫度分別在400℃以上450℃以下之溫度範圍內維持一定之溫度，亦可使作為第2步驟之處理步驟中第2溫度成為與作為第1步驟之薄膜蝕刻步驟中第1溫度同等或其以上溫度。
以下就適用本發明之實施例3而在圖10之基板處理裝置，亦即具備有強制冷卻機構400之Si3 N4 成膜用CVD裝置所取得的處理特性進行說明。圖9表示實施例3乾式潔淨步驟後之粒子穩定性。圖9之縱軸表示處理室201內之各個測定位置粒徑達0.13μm以上之粒子之增加部分(單位：個)，橫軸表示乾式潔淨實施後薄膜形成步驟之實施次數(批次數)，亦即，表示Si3 N4 成膜執行數(批次之處理數)。另外，圖9之●記號表示處理室201內之上部(top)位置中異物增加數，記號○表示處理室201內之下部(bottom)位置中異物增加數。另外，在薄膜形成步驟使用DCS氣體和NH3 氣體作為處理氣體，以與上述實施形態同樣之方法，依條件成膜在每次執行下形成0.15μm Si3 N4 膜。另外，乾式潔淨以與實施例2同樣之方法依條件進行。LTP係藉由在每實施薄膜形成步驟時於處理室201內無晶圓200之狀態下使處理室201內部之溫度，以20℃/min之降溫率，從作為成膜溫度之650~800℃降溫到400℃，並使處理室201內成為大氣壓狀態，由淨化氣體供給系統將20L/min以上之大流量N2 供 給到處理室201內並由排氣系統進行排氣而進行。此時，歧管209之下端經由O環220c藉由爐口擋門219a成為密封狀態。另外，LTP係在從處理室201內搬出(載舟卸載)保持有處理過晶圓200之載舟217後與晶圓冷卻、晶圓取出並行地進行。在未併用LTP之圖8中，雖在Si3 N4 成膜12執行中(累積膜厚相當於2μm)粒子急遽增加，但在適用實施例3方法之圖9中，至少從乾式潔淨步驟之實施後到Si3 N4 成膜50執行(累積膜厚相當於8μm)，粒子不會大幅增加，可獲得良好之資料。
依照本實施例，依據乾式潔淨技術，在薄膜形成步驟中或薄膜形成步驟後追加LTP步驟，而可抑制伴隨乾式潔淨後累積膜厚之增大而發生粒子之情況，因為使乾式潔淨週期延長，所以可維持較高之裝置作動率，充分有助於生產性提高。
另外，習知在不進行乾式潔淨步驟方式(進行零件更換、濕式潔淨之方式)之情況，且在薄膜形成步驟中或薄膜形成步驟後只進行LTP步驟之情況下，於達成一定累積膜厚之時，需要如反應爐內構成構件之裝卸作業或洗淨作業之人工之作業，但在本實施例中，亦可只實行薄膜形成步驟、LTP步驟及乾式潔淨步驟，具優異維修性。
另外，藉由LTP步驟之乾式潔淨週期延長、和使用F2 氣體之乾式潔淨步驟對處理管等石英構件之損壞抑制，當與習知比較時，可使石英構件之壽命延長，可省略長期伴隨石英 構件等更換之維修。依照本實施例，可在基板處理裝置之成膜開始起達1年以上不需要維修。
更進一步，經由在薄膜形成步驟中或薄膜形成步驟後實施LTP步驟，而使累積在處理室內部之薄膜表面發生龜裂，因而乾式潔淨中累積膜之有效表面積變大，累積膜與F2 氣體實質接觸面積增大，所以利用F2 氣體之累積膜蝕刻反應容易進行，可認為亦有助於蝕刻時間之縮短。
另外，在上述實施例3中，作為潔淨氣體，係就單獨使用F2 氣體、或單獨使用經惰性氣體稀釋之F2 氣體的例子進行說明，但實施例3之方法，亦即，關於利用LTP+乾式潔淨方式之成膜，亦可取代F2 而使用ClF3 或NF3 等之鹵素系氣體(氟系氣體)作為潔淨氣體。
但是，在利用LTP+乾式潔淨方式之成膜情況時，亦如上述實施形態，最好單獨使用F2 氣體、或單獨使用經惰性氣體稀釋之F2 氣體作為潔淨氣體，進行薄膜之蝕刻步驟和處理步驟。亦即，最好組合使用F2 氣體之薄膜蝕刻步驟及處理步驟、和LTP步驟。
若在將使用F2 氣體或ClF3 氣體或NF3 氣體等之薄膜蝕刻步驟和LTP步驟組合之情況時(在薄膜蝕刻步驟後不進行處理步驟之情況時)，會有如下優點。
如圖11(a)所示，在薄膜蝕刻步驟(Cleaning，潔淨)後，於石英表面會殘留石英粉末等之異物。該異物在不穩定之狀態 下附著在石英表面。在薄膜形成步驟(SiN Deposition，氮化矽沉積)中，會在該異物等上堆積薄膜。當在該狀態下進行LTP步驟，當在薄膜產生龜裂或剝離時，附著在石英表面之異物亦產生龜裂或剝離。另外，對石英表面之異物附著狀態成為更不穩定，不能阻止異物之發生。另外，由於對石英表面之異物之附著狀態成為更不穩定，所以在LTP後之薄膜形成時(SiN Deposition)亦容易發生異物。
對此，在將使用F2 氣體之薄膜蝕刻步驟及處理步驟、和LTP步驟組合之情況下，會有如下優點。
如圖11(b)所示，在薄膜之蝕刻步驟(Cleaning)後，於進行處理步驟(Treatment)後，可防止在石英表面殘留異物。亦即，不存在以不穩定狀態附著在石英表面之異物。在薄膜形成步驟(SiN Deposition)，在無異物狀態之石英表面上會堆積薄膜(SiN Deposition)。當在該狀態下進行LTP步驟，即使薄膜產生龜裂或剝離，由於在石英表面未附著有異物，所以不發生異物。另外，在LTP後之薄膜形成時(SiN Deposition)亦不發生異物。
由該等可知，在利用LTP+乾式潔淨方式之成膜情況下，最好組合使用F2 氣體之薄膜蝕刻步驟及處理步驟、和LTP。
<本發明之較佳態樣>
以下附記本發明之較佳態樣。
依照本發明之一態樣時，其提供一種半導體裝置之製造方 法，係具有：將基板搬入到處理室之步驟；將處理氣體供給到經加熱至處理溫度之上述處理室，而進行在上述基板上形成薄膜之處理的步驟；從上述處理室內搬出處理過之上述基板的步驟；和在上述處理室內無上述基板之狀態下將潔淨氣體供給到上述處理室內而將上述處理室內進行潔淨之步驟；而將上述處理室內進行潔淨之步驟係具有：對被加熱至第1溫度之上述處理室內，單獨供給氟氣體、或單獨供給經惰性氣體稀釋之氟氣體作為上述潔淨氣體，而去除堆積在上述處理室內之上述薄膜的步驟；和對被加熱至第2溫度之上述處理室內，單獨供給氟氣體、或單獨供給經惰性氣體稀釋之氟氣體作為上述潔淨氣體而去除上述薄膜除去後殘留在上述處理室內之附著物的步驟。
最好使上述第1溫度為350℃以上450℃以下，使上述第2溫度為400℃以上500℃以下。
最好使上述第1溫度和上述第2溫度分別為400℃以上450℃以下。
最好使上述第2溫度為與上述第1溫度相等或其以上之溫度。
最好在進行上述潔淨時(在除去上述薄膜時、及去除上述附著物時)，使上述處理室內之壓力為6650Pa(50Torr)以上26600Pa以下(200Torr)。
最好在進行上述潔淨時(在除去上述薄膜時、及除去上述 附著物時)，使上述處理室內之壓力為13300Pa(100Torr)以上19950Pa以下(150Torr)。
最好上述第1溫度為當與構成上述處理室之構件比較時上述薄膜被蝕刻較多的溫度，上述第2溫度為當與上述薄膜比較時構成上述處理室之構件被蝕刻較多的溫度。
最好上述第1溫度及上述第2溫度係上述薄膜和構成上述處理室之構件被同等蝕刻、或當與構成上述處理室之構件比較時上述薄膜被蝕刻稍多之溫度。
最好構成上述處理室之構件包含石英構件，上述薄膜為氮化矽膜，上述第1溫度為當與上述石英構件比較時上述氮化矽膜被蝕刻較多之溫度，上述第2溫度為當與上述氮化矽膜比較時上述石英構件被蝕刻較多之溫度。
最好構成上述處理室之構件包含石英構件，上述薄膜為氮化矽膜，上述第1溫度和上述第2溫度為上述氮化矽膜和上述石英構件被同等蝕刻、或當與上述石英構件比較時上述氮化矽膜被蝕刻稍多之溫度。
最好上述第1溫度為當與構成上述處理室的構件之蝕刻速率比較時上述薄膜之蝕刻速率較大之溫度，上述第2溫度為當與上述薄膜之蝕刻速率比較時構成上述處理室的構件之蝕刻速率較大之溫度。
最好上述第1溫度和上述第2溫度為上述薄膜之蝕刻速率和構成上述處理室的構件之蝕刻速率同等、或當與構成上述處理 室的構件之蝕刻速率比較時上述薄膜之蝕刻速率稍大之溫度。
最好構成上述處理室之構件包含石英構件，上述薄膜為氮化矽膜，上述第1溫度為當與上述石英構件之蝕刻速率比較時上述氮化矽膜之蝕刻速率較大之溫度，上述第2溫度為當與上述氮化矽膜之蝕刻速率比較時上述石英構件之蝕刻速率較大之溫度。
最好構成上述處理室之構件包含石英構件，上述薄膜為氮化矽膜，上述第1溫度及上述第2溫度為上述氮化矽膜之蝕刻速率和上述石英構件之蝕刻速率同等、或當與上述石英構件之蝕刻速率比較時上述氮化矽膜之蝕刻速率稍大之溫度。
最好構成上述處理室之構件係包石英構件和金屬構件。
最好構成上述處理室之構件係包含石英構件和金屬構件，上述薄膜為氮化矽膜，上述附著物包含石英粉。
最好更具有：在上述處理室無上述基板之狀態下，使上述處理室內之溫度降低到比上述處理溫度低之溫度，對堆積在上述處理室內之上述薄膜施加熱衝擊而強制產生龜裂，且強制剝離附著在上述處理室內之附著力較弱的附著物，將上述處理室內進行氣體淨化之步驟。
依照本發明之另一態樣，提供一種半導體裝置之製造方法，其具有：將基板搬入到處理室內之步驟；將處理氣體供給到上述處理室內，而進行在基板上形成薄膜之處理的步驟；從上述處理室內搬出處理後之基板的步驟；和將潔淨氣 體供給到上述處理室內，而將上述處理室內進行潔淨之步驟；而上述潔淨步驟具有：對被加熱至第1溫度之上述處理室內，供給未含有含氫氣體而是含氟氣體之氣體作為上述潔淨氣體，而除去堆積在上述處理室內之上述薄膜的步驟；和對被加熱至第2溫度之上述處理室內，供給未含有含氫氣而是含氟氣體之氣體作為上述潔淨氣體，而除去上述薄膜除去後殘留在上述處理室內之附著物的步驟。
依照本發明之更另一態樣，其提供一種半導體裝置之製造方法，具有：將基板搬入到處理室之步驟；將處理氣體供給到上述處理室內，而進行在基板上形成薄膜之處理的步驟；從上述處理室內搬出處理後之基板的步驟；和將潔淨氣體供給到上述處理室內，而將上述處理室內進行潔淨之步驟；而將上述處理室內進行潔淨之步驟係具有：對被加熱至第1溫度之上述處理室內，單獨供給成為反應性氣體之氟氣體作為上述潔淨氣體，而去除堆積在上述處理室內之上述薄膜的步驟；和對被加熱至第2溫度之上述處理室內，單獨供給成為反應性氣體之氟氣體作為上述潔淨氣體，而去除上述薄膜除去後殘留在上述處理室內之附著物的步驟。
依照本發明之更另一態樣，其提供一種半導體裝置之製造方法，具有：將基板搬入到由包含石英構件和金屬構件的構件所構成之處理室內之步驟；將處理氣體供給到上述處理室內，而進行在基板上形成氮化矽膜之處理的步驟；從上述處 理室內搬出處理後之基板的步驟；和將潔淨氣體供給到上述處理室內，而將上述處理室內進行潔淨之步驟；而將上述處理室內進行潔淨之步驟係具有：對被加熱至第1溫度之上述處理室內，單獨供給氟氣體、或單獨供給經惰性氣體稀釋之氟氣體作為潔淨氣體，而除去堆積在上述處理室內之上述氮化矽膜的步驟；和對被加熱至第2溫度之上述處理室內，單獨供給氟氣體、或單獨供給經惰性氣體稀釋之氟氣體作為潔淨氣體，而除去上述氮化矽膜除去後殘留在上述處理室內之包含石英粉的附著物之步驟。
依照本發明之更另一態樣，其提供一種半導體裝置之製造方法，具有：將基板搬入到由包含石英構件和金屬構件之構件所構成的處理室內之步驟；將處理氣體供給到上述處理室內，而進行在基板上形成氮化矽膜之處理的步驟；從上述處理室內搬出處理過之上述基板的步驟；和在上述處理室內無基板之狀態下，將潔淨氣體供給到上述處理室內，而將上述處理室內進行潔淨之步驟；而將上述處理室內進行潔淨之步驟係具有：對溫度設定為350℃以上450℃以下、壓力為6650Pa以上26600Pa以下之上述處理室內，單獨供給氟氣體、或單獨供給經惰性氣體稀釋之氟氣體作為上述潔淨氣體，而除去堆積在上述處理室內之上述氮化矽膜的步驟；和對溫度設定為400℃以上500℃以下、壓力為6650Pa以上26600Pa以下之上述處理室內，單獨供給氟氣體、或單獨供 給經惰性氣體稀釋之氟氣體作為上述潔淨氣體，而去除上述氮化矽膜之除去後殘留在上述處理室內之包含石英粉的附著物之步驟。
依照本發明之更另一態樣，其提供一種基板處理裝置，具有：處理室，進行在基板上形成薄膜之處理；處理氣體供給系統，將處理氣體供給到上述處理室內；潔淨氣體供給系統，將潔淨氣體供給到上述處理室內；加熱器，對處理室內進行加熱；和控制器，控制上述加熱器、上述處理氣體供給系統、和上述潔淨氣體供給系統，成為當在上述處理室內對上述基板進行上述處理時，進行一邊將上述處理室內加熱至處理溫度一邊將上述處理氣體供給到上述處理室內而在上述基板上形成薄膜之處理，當將上述處理室內進行潔淨時，在上述處理室內無上述基板之狀態下，將上述處理室內加熱至第1溫度，並對上述處理室內單獨供給氟氣體、或單獨供給經惰性氣體稀釋之氟氣體作為上述潔淨氣體，而除去堆積在上述處理室內之上述薄膜，然後，將上述處理室內加熱至第2溫度，並對上述處理室內單獨供給氟氣體、或單獨供給經惰性氣體稀釋之氟氣體作為上述潔淨氣體，而去除上述薄膜除去後殘留在上述處理室內之附著物。
依照本發明之更另一態樣時，提供一種半導體裝置之製造方法，其具有：將基板搬入到處理室內之步驟；將處理氣體供給到上述處理室內，而進行在基板上形成薄膜之處理之步 驟；從上述處理室內搬出處理後之基板的步驟；在上述處理室內無基板之狀態下，使上述處理室之溫度降低，對堆積在上述處理室內之上述薄膜施加熱衝擊，強制產生龜裂，且強制剝離附著力較弱之附著物，而將上述處理室內進行氣體淨化之步驟；和將潔淨氣體供給到上述處理室內，而將上述處理室內進行潔淨之步驟；而將上述處理室內進行潔淨之步驟係具有：對被加熱至第1溫度之上述處理室內，供給氟系氣體作為上述潔淨氣體，而除去堆積在上述處理室內之上述薄膜的步驟；和對被加熱至第2溫度之上述處理室內，供給氟系氣體作為上述潔淨氣體，而去除上述薄膜除去後殘留在上述處理室內之附著物的步驟。
依照本發明之更另一態樣，其提供一種半導體裝置之製造方法，具有：將基板搬入到處理室內之步驟；將處理氣體供給到上述處理室內，而進行在基板上形成薄膜之處理的步驟；從上述處理室內搬出處理後之基板的步驟；在上述處理室內無基板之狀態下，使上述處理室之溫度降低，對堆積在上述處理室內之上述薄膜施加熱衝擊，強制產生龜裂，且強制剝離附著力較弱之附著物，而將上述處理室內進行氣體淨化之步驟；和將潔淨氣體供給到上述處理室內，而將上述處理室內進行潔淨之步驟；而將上述處理室內進行潔淨之步驟係具有：對被加熱至第1溫度之上述處理室內，單獨供給氟氣體、或單獨供給經惰性氣體稀釋之氟氣體作為潔淨氣體， 而除去堆積在上述處理室內之上述薄膜的步驟；和對被加熱至第2溫度之上述處理室內，單獨供給氟氣體、或單獨供給經惰性氣體稀釋之氟氣體作為潔淨氣體，而去除上述薄膜除去後殘留在上述處理室內之附著物的步驟。
最好在將上述處理室內進行氣體淨化之步驟中，使冷卻媒體在上述處理室外部流動，藉此將上述處理室內進行強制冷卻。
最好在將上述處理室內進行氣體淨化之步驟中，將上述處理室外部之高溫環境氣體排氣，並使冷卻媒體在上述處理室外部流動，藉此將上述處理室內強制冷卻。
依照本發明之另一態樣，其提供一種基板處理裝置，具有：處理室，進行在基板上形成薄膜之處理；處理氣體供給系統，將形成上述薄膜之處理氣體供給到上述處理室內；淨化氣體供給系統，將淨化氣體供給到上述處理室內；潔淨氣體供給系統，供給將上述處理室內進行潔淨之潔淨氣體到上述處理室內；排氣系統，將上述處理室內排氣；加熱器，對上述處理室內進行加熱；和控制器，控制上述加熱器、上述淨化氣體供給系統、和上述排氣系統，成為在上述處理室內無基板之狀態下，使上述處理室之溫度降低，對堆積在上述處理室內之上述薄膜施加熱衝擊，強制產生龜裂，且強制剝離附著力較弱之附著物，將上述處理室內進行氣體淨化，同時控制上述加熱器、上述潔淨氣體供給系統、和上述排氣系 統，成為在將上述處理室內進行潔淨時，將上述處理室內加熱至第1溫度，並對上述處理室內，單獨供給氟氣體、或單獨供給經惰性氣體稀釋之氟氣體作為上述潔淨氣體，而除去堆積在上述處理室內之上述薄膜，然後，將上述處理室內加熱至第2溫度，並對上述處理室內，單獨供給氟氣體、或單獨供給經惰性氣體稀釋之氟氣體作為上述潔淨氣體，而去除上述薄膜除去後殘留在上述處理室內之附著物。
依照本發明之更另一態樣，其提供一種基板處理裝置，具有：處理室，進行在基板上形成薄膜之處理；處理氣體供給系統，將形成上述薄膜之處理氣體供給到上述處理室內；淨化氣體供給系統，將淨化氣體供給到上述處理室內；潔淨氣體供給系統，供給將上述處理室內進行潔淨之潔淨氣體到上述處理室內；排氣系統，將上述處理室內排氣；加熱器，對上述處理室內進行加熱；強制冷卻機構，在上述處理室之外側被設成覆蓋在上述處理室，將上述處理室內強制冷卻；和控制器，控制上述強制冷卻機構、上述加熱器、上述淨化氣體供給系統、和上述排氣系統，成為在上述處理室內無基板之狀態下，經由將上述處理室內強制冷卻，而使上述處理室之溫度降低，對堆積在上述處理室內之上述薄膜施加熱衝擊，強制產生龜裂，且強制剝離附著力較弱之附著物，將上述處理室內進行氣體淨化，同時控制上述加熱器、上述潔淨氣體供給系統、和上述排氣系統，成為在將上述處理室內進 行潔淨時，將上述處理室內加熱至第1溫度，並對上述處理室內，單獨供給氟氣體、或單獨供給經惰性氣體稀釋之氟氣體作為上述潔淨氣體，而除去堆積在上述處理室內之上述薄膜，然後，將上述處理室內加熱至第2溫度，並對上述處理室內，單獨供給氟氣體、或單獨供給經惰性氣體稀釋之氟氣體作為上述潔淨氣體，而去除上述薄膜除去後殘留在上述處理室內之附著物。
依照本發明之更另一態樣，其提供一種基板處理裝置，具有：處理室，進行在基板上形成薄膜之處理；處理氣體供給系統，將形成上述薄膜之處理氣體供給到上述處理室內；淨化氣體供給系統，將淨化氣體供給到上述處理室內；潔淨氣體供給系統，供給將上述處理室內進行潔淨之潔淨氣體到上述處理室內；排氣系統，將上述處理室內排氣；加熱器，對上述處理室內進行加熱；強制冷卻機構，在上述處理室內之外側被設成覆蓋在上述處理室，將上述處理室內強制冷卻；和控制器，控制上述強制冷卻機構、上述加熱器、上述淨化氣體供給系統、和上述排氣系統，成為在上述處理室內無基板之狀態下，經由將上述處理室內強制冷卻，而使上述處理室之溫度降低，對堆積在上述處理室內之上述薄膜施加熱衝擊，強制產生龜裂，且強制剝離附著力較弱之附著物，將上述處理室內進行氣體淨化，同時控制上述加熱器、上述潔淨氣體供給系統、和上述排氣系統，成為在將上述處理室內進 行潔淨時，將上述處理室內加熱至第1溫度，並對上述處理室內供給氟氣體作為上述潔淨氣體，而除去堆積在上述處理室內之上述薄膜，然後，將上述處理室內加熱至第2溫度，並對上述處理室內供給氟氣體作為上述潔淨氣體，而去除上述薄膜除去後殘留在上述處理室內之附著物。
100‧‧‧基板
101‧‧‧成膜室(處理室)
102‧‧‧載舟
103‧‧‧反應管
104‧‧‧加熱源
105‧‧‧處理氣體供給線
106‧‧‧壓力調整閥
107‧‧‧潔淨氣體供給線
108‧‧‧排氣線
109‧‧‧真空泵
115‧‧‧舟升降機
200‧‧‧晶圓(基板)
201‧‧‧處理室
202‧‧‧處理爐
203‧‧‧處理管
204‧‧‧內管
205‧‧‧外管
206‧‧‧加熱器
209‧‧‧歧管
216‧‧‧隔熱板
217‧‧‧載舟
219‧‧‧密封帽
219a‧‧‧擋門
220a、220b、220c‧‧‧O環
230a、230b‧‧‧噴嘴
231‧‧‧排氣管
232a、232b‧‧‧處理氣體供給管
232c、232d‧‧‧惰性氣體供給管
232e、232f‧‧‧潔淨氣體供給管
235‧‧‧氣體供給．流量控制部
236‧‧‧壓力控制部
237‧‧‧驅動控制部
238‧‧‧溫度控制部
239‧‧‧主控制部
240‧‧‧控制器
241a、241b、241c、241d、241e、241f‧‧‧MFC(質量流量控制器)
242‧‧‧壓力調整裝置
245‧‧‧壓力感測器
246‧‧‧真空排氣裝置
250‧‧‧筒狀空間
251‧‧‧加熱器基座
254‧‧‧旋轉機構
255‧‧‧旋轉軸
261a、261b、261c、261d、261e、261f、262a、262b、262c、262d、262e、262f‧‧‧閥
263‧‧‧溫度感測器
271‧‧‧SiH2 Cl2 氣體供給源
272‧‧‧NH3 氣體供給源
273‧‧‧N2 氣體供給源
274‧‧‧F2 氣體供給源
400‧‧‧強制冷卻機構(急冷機構)
410‧‧‧隔熱蓋
420‧‧‧供給線
430‧‧‧排氣線
440‧‧‧排氣孔
450‧‧‧導入吹風機
460‧‧‧擋門
470‧‧‧擋門
480‧‧‧散熱器
490‧‧‧排氣吹風機
圖1是一般半導體用CVD薄膜形成裝置之概略構成圖。
圖2為表示本發明實施例1潔淨步驟之依序及潔淨條件之圖。
圖3為表示本發明實施例2潔淨步驟之依序及潔淨條件之圖。
圖4為表示本發明實施例2異物產生量之驗證資料之圖。
圖5為表示本發明實施例2成膜速度再現性之驗證資料之圖。
圖6(a)為分別表示氮化矽膜之蝕刻速率、石英之蝕刻速率和選擇比之溫度相關性的圖，(b)表示其依據之資料。
圖7是適用在本發明一實施形態的基板處理裝置之處理爐概略構成圖。
圖8為表示乾式潔淨步驟後粒子產生之推移的圖。
圖9為表示本發明實施例3乾式潔淨步驟後之粒子穩定性的圖。
圖10是適用在本發明實施例3的具備有強制冷卻機構之 基板處理裝置之處理爐概略構成圖。
圖11(a)是概略圖，用來表示在薄膜蝕刻步驟後未進行處理步驟時之石英表面變化情況之例，(b)是概略圖，用來表示在薄膜蝕刻步驟後進行處理步驟時之石英表面變化情況之例。
115‧‧‧舟升降機
200‧‧‧晶圓(基板)
201‧‧‧處理室
202‧‧‧處理爐
203‧‧‧處理管
204‧‧‧內管
205‧‧‧外管
206‧‧‧加熱器
209‧‧‧歧管
216‧‧‧隔熱板
217‧‧‧載舟
219‧‧‧密封帽
219a‧‧‧擋門
220a、220b、 220c‧‧‧O環
230a、230b‧‧‧噴嘴
231‧‧‧排氣管
232a、232b‧‧‧處理氣體供給管
232c、232d‧‧‧惰性氣體供給管
232e、232f‧‧‧潔淨氣體供給管
235‧‧‧氣體供給．流量控制部
236‧‧‧壓力控制部
237‧‧‧驅動控制部
238‧‧‧溫度控制部
239‧‧‧主控制部
240‧‧‧控制器
241a、241b、241c、241d、241e、241f‧‧‧MFC(質量流量控制器)
242‧‧‧壓力調整裝置
245‧‧‧壓力感測器
246‧‧‧真空排氣裝置
250‧‧‧筒狀空間
251‧‧‧加熱器基座
254‧‧‧旋轉機構
255‧‧‧旋轉軸
261a、261b、261c、261d、261e、261f、262a、262b、262c、262d、262e、262f‧‧‧閥
263‧‧‧溫度感測器
271‧‧‧SiH2 Cl2 氣體供給源
272‧‧‧NH3 氣體供給源
273‧‧‧N2 氣體供給源
274‧‧‧F2 氣體供給源
400‧‧‧強制冷卻機構
410‧‧‧隔熱蓋
420‧‧‧供給線
430‧‧‧排氣線
440‧‧‧排氣孔
450‧‧‧導入吹風機
460‧‧‧擋門
470‧‧‧擋門
480‧‧‧散熱器
490‧‧‧排氣吹風機

Claims (20)

  1. 一種半導體裝置之製造方法，其特徵在於，其具備有：將基板搬入到處理室內之步驟；將處理氣體供給到加熱至處理溫度之上述處理室內，而進行在上述基板上形成薄膜之處理的步驟；從上述處理室內搬出處理過之上述基板的步驟；和在上述處理室內無基板之狀態下，使上述處理室內的溫度降低，並對堆積於上述處理室內構件表面之上述薄膜施加熱衝擊，而強制產生龜裂，對上述處理室內進行氣體淨化之步驟；重複上述各步驟後，在上述處理室內無基板的狀態下，對被加熱至第1溫度之上述處理室內，單獨供給氟氣體、或單獨供給經惰性氣體稀釋之氟氣體，利用熱化學反應，除去堆積於上述處理室內的上述構件表面之上述薄膜之步驟；及在上述處理室內無基板的狀態下，對被加熱至第2溫度之上述處理室內，單獨供給氟氣體、或單獨供給經惰性氣體稀釋之氟氣體，利用熱化學反應，去除當上述薄膜除去後殘留在上述處理室內的上述構件表面之附著物的步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中，上述氣體淨化步驟中，使冷卻媒體在上述處理室外部流動，藉此將上述處理室內強制冷卻。
  3. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中， 上述氣體淨化步驟中，一邊將上述處理室外部之環境氣體排氣，一邊使冷卻媒體在上述處理室外部流動，藉此將上述處理室內強制冷卻。
  4. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中，上述氣體淨化步驟中，係將上述處理室內急速冷卻。
  5. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中，在上述處理室外側設有加熱器，上述處理室及上述加熱器外側，以覆蓋上述處理室及上述加熱器之方式設有強制冷卻機構；在上述氣體淨化步驟中，利用上述強制冷卻機構將上述處理室內強制冷卻。
  6. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中，上述處理室內的上述構件包含用以構成上述處理室之構件，構成上述處理室之構件包含石英構件，在上述薄膜除去後殘留於上述處理室內之上述附著物包含石英粉。
  7. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中，上述處理室內之上述構件係包含用以構成上述處理室之構件；構成上述處理室之構件包含石英構件；上述去除附著物之步驟中，係將上述石英構件表面進行蝕刻，藉此將其表面平滑化。
  8. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中，上述第1溫度為350℃以上450℃以下，上述第2溫度為 400℃以上500℃以下。
  9. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中，上述第1溫度設定為350℃以上450℃以下，上述第2溫度設定為450℃以上500℃以下。
  10. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中，上述第1溫度及上述第2溫度分別為400℃以上450℃以下。
  11. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中，上述第2溫度設定為與上述第1溫度相等或其以上之溫度。
  12. 如申請專利範圍第8至11項中任一項之半導體裝置之製造方法，其中，在將上述處理室內進行潔淨之步驟中，將上述處理室內之壓力設定為6650Pa以上26600Pa以下。
  13. 如申請專利範圍第8至11項中任一項之半導體裝置之製造方法，其中，上述利用熱化學反應除去薄膜之步驟中之上述處理室內的壓力、及上述利用熱化學反應去除附著物之步驟中之上述處理室內的壓力，係設定為同等的壓力。
  14. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其 中，上述處理室內之上述構件係包含用以構成上述處理室之構件；用以構成上述處理室之構件係包含石英構件；上述第1溫度係使上述薄膜蝕刻程度大於上述石英構件之溫度，上述第2溫度係使上述石英構件蝕刻程度大於上述薄膜之溫度。
  15. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中，上述處理室內之上述構件係包含用以構成上述處理室之構件；用以構成上述處理室之構件係包含石英構件；上述第1溫度係使上述薄膜的蝕刻速率大於上述石英構件的蝕刻速率之溫度，上述第2溫度係使上述石英構件的蝕刻速率大於上述薄膜的蝕刻速率之溫度。
  16. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中，上述處理室內之上述構件係包含用以構成上述處理室之構件；用以構成上述處理室之構件係包含石英構件；上述第1溫度及第2溫度係使上述薄膜與上述石英構件同等程度地進行蝕刻，或者使上述薄膜的蝕刻程度大於上述石英構件之溫度。
  17. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中， 上述處理室內之上述構件係包含用以構成上述處理室之構件；用以構成上述處理室之構件係包含石英構件；上述第1溫度及第2溫度係使上述薄膜的蝕刻速率與上述石英構件的蝕刻速率相等，或者使上述薄膜的蝕刻速率大於上述石英構件的蝕刻速率之溫度。
  18. 一種基板處理裝置，係具備有：處理室，進行在基板上形成薄膜之處理；處理氣體供給系統，將用以形成上述薄膜之處理氣體供給到上述處理室內；淨化氣體供給系統，將淨化氣體供給到上述處理室內；潔淨氣體供給系統，將氟系氣體單獨供給、或者將經惰性氣體稀釋之氟系氣體單獨供給到上述處理室內；排氣系統，對上述處理室內進行排氣；加熱器，對上述處理室內進行加熱；和控制器，控制上述加熱器、上述處理氣體供給系統、上述淨化氣體供給系統、上述潔淨氣體供給系統和上述排氣系統，該控制器係重複進行以下處理：將處理氣體供給至被加熱至處理溫度之上述處理室內，並於基板上形成薄膜之處理；及在上述處理室內無上述基板的狀態下，使上述處理室內的溫度降低，並對堆積於上述處理室內的構件表面之上述薄膜施加熱衝擊，而強制產生龜裂，以氣體淨化上述處理室內之處理；之後，在上述處理室內無基板的狀態下，一邊將 上述處理室內加熱至第1溫度，一邊對上述處理室內單獨供給氟系氣體、或單獨供給經惰性氣體稀釋之氟系氣體，利用熱化學反應，除去堆積於上述處理室內的上述構件表面之上述薄膜，然後，一邊將上述處理室內加熱至第2溫度，一邊對上述處理室內單獨供給氟系氣體、或單獨供給經惰性氣體稀釋之氟系氣體，利用熱化學反應，去除當上述薄膜除去後殘留在上述處理室內的上述構件表面之附著物。
  19. 一種基板處理裝置，係具備有：處理室，進行在基板上形成薄膜之處理；處理氣體供給系統，將用以形成上述薄膜之處理氣體供給到上述處理室內；淨化氣體供給系統，將淨化氣體供給到上述處理室內；潔淨氣體供給系統，將氟系氣體單獨供給、或者將經惰性氣體稀釋之氟系氣體單獨供給到上述處理室內；排氣系統，對上述處理室內進行排氣；加熱器，對上述處理室內進行加熱；強制冷卻機構，以覆蓋上述處理室及上述加熱器的方式，設於上述處理室及上述加熱器之外側，而強制冷卻上述處理室內；和控制器，控制上述加熱器、上述處理氣體供給系統、上述強制冷卻機構、上述淨化氣體供給系統、上述潔淨氣體供給系統和上述排氣系統，該控制器係重複進行以下處理：將處 理氣體供給至被加熱至處理溫度之上述處理室內，並於基板上形成薄膜之處理；及在上述處理室內無基板的狀態下，藉由將上述處理室內強制冷卻，使上述處理室內的溫度降低，並對堆積於上述處理室內之構件表面之上述薄膜施加熱衝擊，而強制產生龜裂，以氣體淨化上述處理室內之處理；之後，在上述處理室內無基板的狀態下，一邊將上述處理室內加熱至第1溫度，一邊對上述處理室內單獨供給氟系氣體、或單獨供給經惰性氣體稀釋之氟系氣體，利用熱化學反應，除去堆積於上述處理室內的上述構件表面之上述薄膜，然後，一邊將上述處理室內加熱至第2溫度，一邊對上述處理室內單獨供給氟系氣體、或單獨供給經惰性氣體稀釋之氟系氣體，利用熱化學反應，去除當上述薄膜除去後殘留在上述處理室內的上述構件表面之附著物。
  20. 一種基板處理裝置之運用方法，係具備有以下步驟：將基板搬入到基板處理裝置的處理室內之步驟；將處理氣體供給到經加熱至處理溫度之上述處理室內，而進行在上述基板上形成薄膜之處理之步驟；從上述處理室內搬出處理後之上述基板的步驟；在上述處理室內無上述基板之狀態下，使上述處理室之溫度降低，對堆積在上述處理室內之構件表面的上述薄膜施加熱衝擊，強制產生龜裂，而將上述處理室內進行氣體淨化之步驟； 在重複進行上述各步驟後，在上述處理室內無基板的狀態下，對被加熱至第1溫度之上述處理室內，單獨供給氟系氣體、或單獨供給經惰性氣體稀釋之氟系氣體，利用熱化學反應，除去堆積於上述處理室內的上述構件表面之上述薄膜之步驟；及在上述處理室內無基板的狀態下，對被加熱至第2溫度之上述處理室內，單獨供給氟系氣體、或單獨供給經惰性氣體稀釋之氟系氣體，利用熱化學反應，去除當上述薄膜除去後殘留在上述處理室內的上述構件表面之附著物之步驟。
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