薄膜形成裝置及其使用方法

2023-07-13 06:52:16 1

專利名稱：薄膜形成裝置及其使用方法
技術領域：
本發明涉及用於在半導體晶片等被處理基板上形成膜的半導體處 理用的成膜裝置和該裝置的使用方法。在此，所謂半導體處理是指通
過以規定的圖形在半導體晶片或LCD (Liquid Crystal Display:液晶顯 示器)那樣的FPD (Flat Panel Display:平板顯示器)用的玻璃基板等 被處理基板上形成半導體層、絕緣層、導電層等，在該被處理基板上 為了製造半導體器件或包括與半導體器件連接的配線、電極等結構物 而實施的各種處理。
背景技術：
在半導體器件的製造工序中，通過CVD (Chemical Vapor Deposition:化學氣相沉積)等處理，進行在被處理基板例如半導體晶 片上形成矽氮化膜、矽氧化膜等薄膜的處理。在這種成膜處理中，如 下那樣，在半導體晶片上形成薄膜。
首先，利用加熱器將熱處理裝置的反應管(反應室)內加熱至規 定的裝載溫度，裝入收容有多個半導體晶片的晶舟。其次，利用加熱 器將反應管內加熱至規定的處理溫度，同時，從排氣口排出反應管內 的氣體，將反應管內減壓至規定的壓力。
其次，將反應管內維持為規定的溫度和壓力(繼續排氣)，並從處 理氣體導入管將成膜氣體供給到反應管內。例如，在CVD中，當將成 膜氣體供給到反應管內時，成膜氣體引起熱反應，生成反應生成物。 反應生成物堆積在半導體晶片表面上，在半導體晶片表面上形成薄月莫。
由成膜處理生成的反應生成物不但堆積(附著)在半導體晶片表 面，而且作為副生成物膜堆積(附著)在例如反應管內面或各種夾具 等上。當在副生成物附著在反應管內的狀態下繼續進行成膜處理時， 由於構成反應管的石英和副生成物膜的熱膨脹率不同而產生的應力， 使石英或副生成物膜局部地剝離。由此產生顆粒，成為降低製造半導體器件的合格率，或者使處理裝置的部件惡化的原因。
因此，在進行多次成膜處理後，要進行反應管內的清洗。在該清 洗中，將清洗氣體例如氟和含滷酸性氣體的混合氣體供給到由加熱器 加熱至規定溫度的反應管內。通過清洗氣體幹蝕刻除去附著在反應管
內面等的副生成物膜。特開平3-293726號公報公開了這種清洗方法。 但是，如後所述，本發明者等，發現在現有的這種清洗方法中，即使 對反應管內進行清洗，當之後進行成膜處理時，也有在形成的膜上產 生汙染，製造的半導體器件的成品率降低的情況。

發明內容
本發明的目的在於提供一種可以防止對形成的膜的汙染的半導體 處理用的成膜裝置和該裝置的使用方法。
本發明的第一觀點為半導體處理用的成膜裝置的使用方法，其包
括將上述成膜裝置的反應室設定為沒有容納產品用的被處理基板的 空載狀態的工序；和進行除去存在於上述反應室的內面中的汙染物質
的吹掃處理的工序，其中，將通過使包含氧和氫作為元素的吹掃處理 氣體活性化而得到的自由基作用上述反應室的內面。
本發明的第二觀點為半導體處理用的成膜裝置，其包括收容被 處理基板的反應室；對上述反應室內進行排氣的排氣系統；向上述反 應室內供給用於在上述被處理基板上形成膜的成膜氣體的成膜氣體供 給系統；向上述反應室內供給用於將源自上述成膜氣體的副生成物膜 從上述反應室的內面除去的清洗氣體的清洗氣體供給系統；向上述反 應室內供給用於將汙染物質從上述反應室的上述內面除去的吹掃處理 氣體的吹掃處理氣體供給系統；上述吹掃處理氣體包含氧和氫作為元 素；和控制上述裝置的動作的控制部，其中，上述控制部執行將上述 成膜裝置的反應室設定為沒有容納產品用的被處理基板的空載狀態的 工序；和進行除去存在於上述反應室的內面中的汙染物質的吹掃處理 的工序，其中，將通過使包含氧和氫作為元素的吹掃處理氣體活性化 而得到的自由基作用上述反應室的內面。
本發明的第三觀點為能夠由包含用於在處理器上執行的程序指令 的計算機讀取的介質，當由處理器執行上述程序指令時，在半導體處理用的成膜裝置上執行將上述成膜裝置的反應室設定為沒有容納產 品用的被處理基板的空載狀態的工序；和進行除去存在於上述反應室 的內面中的汙染物質的吹掃處理的工序，其中，將通過使包含氧和氫 作為元素的吹掃處理氣體活性化而得到的自由基作用上述反應室的內 面。


圖1為表示本發明的實施方式涉及的立式熱處理裝置的圖。
圖2為表示圖1所示的裝置的控制部的結構的圖。
圖3為表示本發明的第一實施方式涉及的成膜處理、清洗處理和 吹掃處理的方案的圖。
圖4為表示由實驗1得出的第一實施方式的實施例PEll、 PE12 和比較例CEll中的半導體晶片表面上的鐵、銅、鎳的濃度的圖表。
圖5為表示在實驗2中使用的第一實施方式的實施例PE13 PE17 中的金屬除去氣體(吹掃處理氣體)中的組成等的表。
圖6為表示由實驗2得出的實施例PE13 PE17中的半導體晶片表 面上的鐵、銅、鎳的濃度的圖形。
圖7為表示本發明的第2實施方式涉及的成膜處理、清洗處理和 吹掃處理的方案的圖。
圖8為表示在實驗3中使用的第二實施方式的實施例PE21 PE23 和比較例CE21的吹掃處理條件的表。
圖9為表示由實驗3得出的實施例PE21 PE23和比較例CE21的 矽氮化膜中的氟的濃度的圖形。
具體實施例方式
本發明者等在本發明的開發過程中，研究了在清洗半導體處理用 的成膜的成膜裝置的反應管內的現有的方法中產生的問題。結果，本 發明者等得到如下所述的認識。
艮口，在這種成膜裝置中，即使定期地洗淨裝置內部，仍有清洗氣 體中所包含的鐵等金屬成分附著在反應管內面(石英等)上和/或侵入 內面內的可能性。另外，有在製造過程中混入的銅、鋁、鐵等金屬存在於由石英等構成的結構部件本身中的可能性。而且，在將包含滷作 為元素的清洗氣體供給到反應管內的情況下，有氣體供給管內被腐蝕， 金屬化合物或金屬成分附著在反應管的內面和/或侵入到內面內的可能 性。這種汙染物質，在對反應管內進行減壓，進行處理的成膜時，從 反應管的內面排出。因此，在形成的膜上產生金屬汙染物等汙染，成 為製造的半導體器件的成品率降低的原因。
另外，在將氟或氟化氫那樣的清洗氣體供給到反應管內的情況下， 有清洗氣體中所包含的氟侵入到反應管內面的可能性。這種汙染物質 也在對反應管內進行降壓，進行處理的成膜時，從反應管內面排出。 因此，在形成的膜上產生氟汙染，成為製造的半導體器件成品率降低 的原因。
以下，參照附圖對基於這種認識而構成的本發明的實施方式進行 說明。另外，在以下的說明中，對具有大致相同的功能和結構的構成 要素，用相同的符號表示，只在必要的情況下進行重複說明。
圖1為表示本發明的實施方式的立式熱處理裝置的圖。如圖1所 示，熱處理裝置1具有長邊方向朝向垂直方向的大致為圓筒狀的反應
管(反應室)2。反應管2由耐熱和耐腐蝕性優異的材料、例如石英(或 者碳化矽(SiC))形成。
在反應管2的上端配設有以朝向上端側直徑縮小的方式形成大致 圓錐狀的頂部3。在頂部3的中心配設有用於對反應管2內進行排氣的 排氣口 4。排氣部GE通過氣密的排氣管5與排氣口 4連接。在排氣部 GE上配設有闊、真空排氣泵(圖l中沒有示出，在圖2中用符號127 表示)等壓力調整機構。禾(J用排氣部GE可以排出反應管2內的氣氛， 並且可以設定為規定的壓力(真空度)。
在反應管2的下方配置有蓋體6。蓋體6由耐熱和耐腐蝕性優異的 材料、例如石英(或碳化矽)形成。蓋體6構成為可利用後述的晶舟 升降機(圖1中沒有示出，在圖2中用符號128表示)上下運動。當 利用晶舟升降機使蓋體6上升時，反應管2的下方(爐口部)關閉。 當利用晶舟升降機使蓋體6下降時，反應管2的下方(爐口部)打開。
在蓋體6的上部配設有保溫筒7。保溫筒7具有平面狀的加熱器8， 該加熱器8由防止由於從反應管2的爐口部的散熱而引起反應管2內溫度降低的電阻發熱體構成。該加熱器8利用筒狀的支承體9支承在
距離蓋體6的上面規定的高度上。
在保溫筒7的上方配設有旋轉工作檯10。旋轉工作檯IO作為可旋 轉地載置收容被處理基板、例如半導體晶片W的晶舟11的載置臺起 作用。具體而言，在旋轉工作檯10的下部配設有旋轉支柱12。旋轉支 柱12與貫通加熱器8的中心部，使旋轉工作檯10旋轉的旋轉機構13 連接。
旋轉機構13主要由電動機(圖中未示)和具有在氣密狀態下從蓋 體6的下面貫通導入上面的旋轉軸14的旋轉導入部15構成。旋轉軸 14與旋轉工作檯10的旋轉支柱12連接，通過旋轉支柱12將電動機的 旋轉力傳遞到旋轉工作檯10。因此，當利用旋轉機構13的電動機使旋 轉軸14旋轉時，旋轉軸14的旋轉力傳遞到旋轉支柱12，從而使旋轉 工作檯IO旋轉。
晶舟11構成為可以在垂直方向，以規定的間隔收容多個例如100 個半導體晶片W。晶舟11由耐熱和耐腐蝕性優異的材料、例如石英(或 碳化矽)形成。由此，由於在旋轉工作檯lO上載置晶舟ll，當旋轉工 作臺lO旋轉時，晶舟ll旋轉，收容在晶舟ll內的半導體晶片W旋轉。
在反應管2的周圍以包圍反應管2的方式配設有例如由電阻發熱 體構成的加熱器16。利用該加熱器16將反應管2的內部升溫(加熱) 至規定的溫度，結果，將半導體晶片W加熱至規定的溫度。
將向反應管2內導入處理氣體(例如成膜氣體、清洗氣體、吹掃 處理氣體)的處理氣體導入管17插入反應管2下端附近的側面。處理 氣體導入管17通過質量流量控制器(MFC)(圖中未示)與處理氣體 供給部20連接。
為了在半導體晶片W上通過CVD形成矽氮化膜(產品膜)，例如 使用包含矽烷系氣體的第一成膜氣體和包含氮化氣體的第二成膜氣體 作為成膜氣體。在此，作為矽垸系氣體使用二氯矽垸(DCS: SiH2Cl2) 氣體或六氯乙矽烷(HCD: SiH2CL6)，作為氮化氣體使用氨(NH3)氣 體。
為了除去以附著在反應管2內部的矽氮化物為主成分(意思是50% 以上)的副生成物膜，使用滷酸性氣體或滷元素氣體與氫氣的混合氣體作為清洗氣體。這裡，作為清洗氣體使用氟氣體(F2)和氫氣(H2) 和作為稀釋氣體的氮氣(N2)的混合氣體。
為了除去存在於反應管2的內面的汙染物質，使用包含氧和氫作
為元素的可活性化的氣體作為吹掃處理氣體。在後述的本發明的第一
實施方式的方法中，吹掃處理氣體作為用於除去存在於反應管2的內
面的金屬成分的金屬除去氣體而使用。在本發明的第二實施方式的方
法中，吹掃處理氣體作為用於除去存在於反應管2的內面的氟成分的 氟除去氣體而使用。作為在第一和第二實施方式中共同的吹掃處理氣 體使用氧氣(02)和氫氣(H2)和作為稀釋氣體的氮氣(N2)的混合 氣體。另外，氮氣是為了防止裝置的腐蝕或濃度調整等而混合的，但 也有完全不混合的情況。
另外，在圖1中，只畫了一根處理氣體導入管17，但在本實施方 式中，根據氣體的種類，可插入多根處理氣體導入管17。具體而言， 可將導入DCS的DCS導入管，導入氨的氨導入管，導入氟的氟導入 管，導入氫的氫導入管，導入氧的氧導入管，導入氮的氮導入管的6 根處理氣體導入管17插入到反應管2的下端附近的側面。
另外，在反應管2下端附近的側面插入有吹掃氣體供給管18。吹 掃氣體供給管18通過質量流量控制器(MFC)(圖中未示)與吹掃氣 體(例如氮氣)供給部PGS連接。
此外，熱處理裝置1具有進行裝置各部的控制的控制部100。圖2 為表示控制部100的結構的圖。如圖2所示，操作面板121、溫度傳感 器(群)122、壓力計(群)123、加熱控制器124、 MFC控制部125、 閥控制部126、真空泵127、晶舟升降機128等與控制部100連接。
操作面板121具有顯示畫面和操作按鈕，將操作者的操作指示傳 給控制部100，此外，在顯示畫面上顯示來自控制部100的各種信息。 溫度傳感器(群)122測定反應管2、排氣管5和處理氣體導入管17 內等各部的溫度，將該測定值通知控制部100。壓力計(群)123測定 反應管2、排氣管5和處理氣體導入管17內等各部的壓力，將測定值 通知控制部100。
加熱控制器124用於分別控制加熱器8和加熱器16。加熱控制器 124響應從控制部100發出的指示，將這些加熱器通電，對它們進行加熱。加熱控制器124還可以分別測定這些加熱器的消耗電力，通知控
制部100。
MFC控制部125控制配置於處理氣體導入管17、吹掃氣體供給管 18等各配管的MFC (圖中未示)。MFC控制部125將在各MFC中流 動的氣體的流量控制到從控制部100發出的指示的量。MFC控制部125 還測定實際上流過MFC的氣體的流量，通知控制部100。
閥控制部126配置於各配管，將配置於各配管的閥開度控制在從 控制部100發出的指示的值。真空泵127與排氣管5連接，排出反應 管2內的氣體。
晶舟升降機128，通過使蓋體6上升，將載置在旋轉工作檯10上 的晶舟ll (半導體晶片W)裝入反應管2內。晶舟升降機128還通過 使蓋體6下降，從反應管2內卸載載置在旋轉工作檯10上的晶舟11 (半導體晶片W)。
控制部100包含方案存儲部111、 R0M112、 RAM113、 I/O埠 114和CPU115。這些利用總線116互相連接，通過總線116，在各部 之間傳遞信息。
在方案存儲部111中存儲有準備用方案和多個工藝用方案。在熱 處理裝置1的製造的最初，只存儲有準備用方案。準備用方案在生成 與各熱處理裝置相應的熱模型等時執行。工藝用方案為每當使用者實 際進行熱處理(工藝)時準備的方案。工藝用方案規定從將半導體晶 片W裝入反應管2至卸下處理完的晶片W的各部溫度的變化，反應 管2內的壓力變化，處理氣體的供給開始和停止的時間和供給量等。
ROM112為由EEPROM，快閃記憶體器，硬碟等構成，存儲CPU115的 動作程序等的記錄介質。RAM113作為CPU115的工作區域等起作用。
1/0埠 114與操作面板121、溫度傳感器122、壓力計123、加熱 控制器124、 MFC控制部125、閥控制部126、真空泵127、晶舟升降 機128等連接，控制數據或信號的輸入輸出。
CPU(Central Processing Unit)115構成控制部100的中樞。CPU115 執行ROM112所存儲的控制程序，根據來自操作面板121的指示，沿 著方案存儲部111所存儲的方案(工藝用方案)，控制熱處理裝置1的 動作。即，CPU115利用溫度傳感器(群)122、壓力計(群)123、MFC控制部125等測定反應管2、排氣管5和處理氣體導入管17內的 各部的溫度、壓力、流量等。另外，CPU115根據該測定數據，將控制 信號輸出至加熱控制器124、 MFC控制部125、閥控制部126、真空泵 127等，進行控制，使上述各部按照工藝用方案。
在以下的實施方式的裝置的使用方法的說明中，構成熱處理裝置1 的各部的動作由控制部100(CPU115)控制。通過控制部100(CPU115) 控制加熱控制器124 (加熱器8，加熱器16)、 MFC控制部125 (處理 氣體導入管17、吹掃氣體供給管18)、閥控制部126、真空泵127等， 各處理的反應管2內的溫度、壓力、氣體流量等成為按照如下說明的 方案的條件。
(第一實施方式)
其次，說明在圖1和圖2所示的熱處理裝置1中實施的本發明的 第一實施方式的裝置的使用方法。在此，首先，在反應管2內，在半 導體晶片W上形成矽氮化膜。其次，除去附著在反應管2內的，以矽 氮化物為主成分(意味著50%以上)的副生成物膜。其次，除去存在 於反應管2的內面等的金屬汙染物質。圖3為表示本發明的第一實施 方式的成膜處理、清洗處理和吹掃處理的方案的圖。
在成膜處理中，首先如圖3 (a)所示，利用加熱器16將反應管2 內加熱至規定的裝載溫度、例如400°C。此外，如圖3 (c)所示，從 吹掃氣體供給管18，將規定量的氮氣(N2)供給到反應管2內。接著， 將收容有半導體晶片W的晶舟11載置在蓋體6上，利用晶舟升降機 128使蓋體6上升。由此，將搭載有半導體晶片W的晶舟11裝入反應 管2內，同時，密閉反應管2 (裝載工序)。
其次，如圖3 (c)所示，將規定量的氮從吹掃氣體供給管18供給 到反應管2內。與此同時，如圖3 (a)所示，利用加熱器16將反應管 2內加熱至規定的成膜溫度(處理溫度)、例如780°C。另外，如圖3 (b)所示，排出反應管2內的氣體，將反應管2減壓至規定壓力、例 如26.5Pa (0.2Torr)。然後，進行該減壓和加熱操作至反應管2在規定 的壓力和溫度下穩定為止(穩定化工序)。
此外，控制旋轉機構13的電動機，使旋轉工作檯IO旋轉，使晶 舟11旋轉。通過使晶舟11旋轉，晶舟11所收容的半導體晶片W也旋轉，均勻地加熱半導體晶片W。
當反應管2內在規定的壓力和溫度下穩定時，停止從吹掃氣體供 給管18供給氮。然後，從處理氣體導入管17將包含含矽氣體的第一
成膜氣體和包含氮化氣體的第二成膜氣體導入反應管2內。這裡，如 圖3 (e)所示，作為第一成膜氣體，供給規定量例如0.075slm (standard liters per minute:標準升/分)的DCS (SiH2Cl2)。此外，如圖3 (d) 所示，作為第二成膜氣體，供給規定量例如0.075slm的氨(NH3)。
導入到反應管2內的DCS和氨，利用反應管2內的熱而引起熱分 解反應。利用該分解成分生成矽氮化物(Si3N4)，在半導體晶片W的 表面上形成矽氮化膜(成膜工序)。
當在半導體W的表面上形成規定厚度的矽氮化膜時，停止從處理 氣體導入管17供給DCS和氨。然後，如圖3 (c)所示，排出反應管 2內的氣體，同時從吹掃氣體供給管18將規定量的氮供給到反應管2 內。由此，將反應管2內的氣體排出至排氣管5 (吹掃工序)。另外， 為了可靠地排出反應管2內的氣體，優選進行多次反覆反應管2內的
氣體的排出和氮的供給的循環吹掃。
然後，如圖3 (a)所示，利用加熱器16使反應管2內成為規定的 溫度例如400'C。與此同時，如圖3 (c)所示，從吹掃氣體供給管18 將規定量的氮供給到反應管2內。由此，如圖3 (b)所示，使反應管 2內的壓力回至常壓。最後，通過利用晶舟升降機128使蓋體6下降， 卸載晶舟ll (卸載工序)。
當進行多次以上的成膜處理時，由成膜處理所生成的矽氮化物， 不但堆積(附著)在半導體晶片W的表面，而且作為副生成物膜堆積 (附著)在反應管2的內面等。因此，在進行規定次數的成膜處理後， 為了除去以矽氮化物為主成分的副生成物膜，進行清洗處理。在清洗 處理中，使用相對於矽氮化物的蝕刻速率高，相對於形成反應管2的 內面的材料(石英)的蝕刻速率低的條件。另外，在第一實施方式中， 為了除去出現在由吹掃處理除去副生成物膜的反應管2的內面上的金 屬汙染物質，進行吹掃處理。因此，在吹掃處理中使用促進存在於反 應管2內面等的鐵、銅、鎳、鋁、鈷、鈉、鈣等金屬汙染物質的放出 的條件。在清洗處理中，首先如圖3 (a)所示，利用加熱器16將反應管2 內維持為規定的裝載溫度、例如400 °C。此外，如圖3 (c)所示，將 規定量的氮從吹掃氣體供給管18供給到反應管2內。其次，將沒有收 容半導體晶片W的晶舟11載置在蓋體6上，利用晶舟升降機128使 蓋體6上升。由此，將晶舟11裝入反應管2內，同時密閉反應管2(裝 載工序)。
其次，如圖3 (c)所示，將規定量的氮從吹掃氣體供給管18供給 到反應管2內。與此同時，如圖3 (a)所示，利用加熱器16，將反應 管2內設定至規定的清洗溫度、例如400 。C。另外，如圖3 (b)所示， 排出反應管2內的氣體，將反應管2減壓至規定壓力、例如13300Pa (100Torr)。然後，進行該減壓和加熱操作至反應管2在規定的壓力和 溫度下穩定為止(穩定化工序)。
當反應管2內在規定的壓力和溫度下穩定時，停止從吹掃氣體供 給管18供給氮。另外，作為清洗氣體，分別將氟(F2)、氫(H2 )和 氮(N2)從處理氣體導入管17導入反應管2內。這裡，如圖3 (f)所 示，供給規定量例如2slm的氟，如圖3 (g)所示，供給規定量例如 2slm的氫，如圖3 (c)所示供給規定量例如8slm的作為稀釋氣體的氮。
在反應管2內加熱清洗氣體，清洗氣體中的氟處於活性化狀態。 該活性化的氟，通過與以附著在反應管2的內面等的矽氮化物為主成 分的副生成物膜接觸，蝕刻除去副生成物膜(清洗工序)。
在清洗工序中，反應管2內的溫度設定為100 600 。C，優選為 200 400 °C。當該溫度比100 。C低時，有清洗氣體難以活性化，相 對於清洗氣體的矽氮化物的蝕刻速率比必要的值低的可能性。當該溫 度比600 。C高時，有相對於石英、碳化矽(SiC)的蝕刻速率增高， 蝕刻選擇比降低的可能性。
在清洗工序中，反應管2內的壓力設定為13300Pa (100Torr) 80000Pa (600Torr)，優選為26700Pa (200Torr) 53300 Pa (400 Torr)。 利用這個範圍，相對於矽氮化物的蝕刻速率增高，與石英、碳化矽(SiC) 的蝕刻選擇比提高。
當除去附著在反應管2內部的副生成物膜時，停止從處理氣體導 入管17導入清洗氣體。然後，開始吹掃處理。在吹掃處理中，首先排出反應管2內的氣體，同時，如圖3 (c) 所示，從吹掃氣體供給管18將規定量的氮供給到反應管2內。由此， 將反應管2內的氣體排出至排氣管5。此外，如圖3 (a)所示，利用 加熱器16，使反應管2內成為規定的溫度例如950 。C。又如圖3 (b) 所示，將反應管2內維持為規定的壓力例如46.55Pa(0.35Torr)。然後， 進行該操作至反應管2在規定的壓力和溫度下穩定為止(穩定化工序)。
當反應管2在規定的壓力和溫度下穩定時，停止從吹掃氣體供給 管18供給氮。另外，作為用於除去存在於反應管2的內面的金屬成分 的金屬除去氣體、即吹掃處理氣體，從處理氣體導入管17，將氧(02)、 氫(H2)和氮(N2)分別導入反應管2內。這裡，如圖3 (h)所示， 供給規定量例如lslm的氧，如圖3 (g)所示，供給規定量例如1.7 slm 的氮，如圖3 (c)所示，供給規定量例如0.05 slm的作為稀釋氣體的 氮。
在反應管2內加熱吹掃處理氣體，使吹掃處理氣體的氧和氫活性 化，生成自由基(氧活性種(0*)、氫氧基活性種(OH*)、氫活性種 (H*))。利用該生成的自由基，擴散放出存在於反應管2等部件的表 面上和表面中的金屬成分(吹掃掉)，趁著排出氣體的流動排出至反應 管2夕卜。由此，可以抑制在成膜處理中，作為從反應管2的汙染物質 的金屬的擴散，減少形成的膜的金屬汙染物等的汙染(自由基吹掃工 序)。
另外，在自由基吹掃工序中，可以多次反覆進行吹掃處理氣體的 供給和停止。此時，由於繼續反應管2內的排氣，伴隨吹掃處理氣體 的供給和停止，產生壓力變動，由此，可以更可靠地放出存在於反應 管2等部件表面中的金屬成分。
優選吹掃處理氣體的氫和氧的合計流量大，例如，設定為0.1 slm 20slm，優選為1 slm 5 slm。由此，可以更高效率地發生自由基。相 對於吹掃處理氣體的總流量，氫和氧的合計流量設定為90 100。/。，優 選為95 100%。另外，相對於氫和氧的合計流量，氫的流量設定為l % 99%，優選為30 70%，更優選為50°/。以上。通過在這種條件下 進行吹掃處理，可以提高除去存在於反應管2的內面的金屬成分的效 果。
16在自由基吹掃工序中，反應管2內的溫度設定為400° C 1050 ° C。 當該溫度比400°C低時，難以進行存在於反應管2等部件表面中的金 屬成分的放出(擴散)。當為比1050 。C高的溫度時，超過形成反應管 2的石英的軟化點。該溫度優選為600°C 1050 。C，更優選為800°C 1050 。C。通過設定在這個範圍，可以促進自由基吹掃工序的金屬成分 的放出。
在自由基吹掃工序中，供給氣體時的反應管2內的壓力設定為 931Pa(7Torr)以下。當該壓力比931Pa高時，難以進行反應管2的石 英中的金屬汙染物的放出。該壓力優選為13.3Pa (0.1Torr) 532Pa (4 Torr),更優選為13.3Pa (O.lTorr) 133Pa (1Torr)。如此，通過降低 反應管2內的壓力，可以促進自由基工序中的金屬成分的放出。
當自由基吹掃工序結束時，停止從處理氣體導入管17導入吹掃處 理氣體。然後，如圖3 (c)所示，排出反應管2內的氣體，同時，從 吹掃氣體供給管18將規定量的氮供給到反應管2內。由此，將反應管 2內的氣體排出至排氣管5 (氮吹掃工序)。
然後，利用加熱器16，如圖3 (a)所示，使反應管2內為規定的 溫度例如400 °C。與此同時，如圖3 (c)所示，從吹掃氣體供給管18 將規定量的氮供給到反應管2內。由此，如圖3 (b)所示，使反應管 2內回至常壓。最後，通過利用晶舟升降機128使蓋體6下降，卸載晶 舟ll (卸載工序)。
通過以上的處理，除去反應管2的內面或晶舟11的表面等的副生 成物膜和金屬汙染物質。其次，將收容有新批量的半導體晶片W的晶 舟11載置在蓋體6上，按上述的方式再次進行成膜處理。 (實驗1)
作為上述第一實施方式的實施例PEll、 PE12,使用圖1和圖2所 示的熱處理裝置，以實施方式所記載的條件為基準，進行成膜處理、 清洗處理和吹掃處理，準備反應管2。在實施例PEll、 PE12中，將自 由基吹掃工序中的反應管2內的溫度分別設定為950 °C、 850 °C。另 外，作為比較例CEll，在與實施例PE11相同的條件下，進行成膜處 理和清洗處理，然後，僅進行氮吹掃代替吹掃處理，準備反應管2。將 半導體晶片搬入這樣準備的反應管2內，通過使反應管2內升溫至800。C，進行半導體晶片的熱處理。然後，從反應管2搬出半導體晶片，
測定該晶片表面上的鐵(Fe)、銅(Cu)和鎳(Ni)的濃度(atoms/cm2)。 圖4為表示由實驗1得出的實施例PE11、 PE12和比較例CE11的 半導體晶片表面上的鐵、銅和鎳的濃度的圖形。如圖4所示，可以確 認在進行吹掃處理的實施例中半導體晶片上的鐵、銅和鎳的濃度大幅 度減少。該數據意味著通過吹掃處理，殘留在反應管2內的金屬成分 大幅度減少。
通過將在自由基吹掃工序中的反應管2內的溫度，設定為就鐵、 銅而言為950 °C，就鎳而言為850 °C，可以更加減少半導體晶片表面 上的金屬的濃度。自由基吹掃工序中的反應管2內的溫度為使吹掃處 理氣體活性化，生成自由基的溫度以上即可。但是，根據成為對象的 金屬有最佳的溫度，例如，根據特別成問題的金屬種類，優選設定為 其最佳的溫度。 (實驗2)
作為上述第一實施方式的實施例PE13、 PE14、 PE15、 PE16、 PE17， 除了變更吹掃處理氣體的組成以外，在與實施例PEll相同的條件下準 備反應管2，並且對半導體晶片進行熱處理。在熱處理後，測定晶片表 面上的鐵(Fe)、銅(Cu)和鎳(Ni)的濃度(atoms/cm2)。圖5為表 示在實驗2中使用的，第一實施方式的實施例PE13 PE17的金屬除去 氣體(吹掃處理氣體)中的組成等的表。
圖6為表示由實驗2得出的實施例PE13 PE17的半導體晶片表面 上的鐵、銅、鎳的濃度的圖形。如圖6所示，吹掃處理氣體中的氫的 比例越高，半導體晶片上的鐵、銅和鎳的濃度越低。這是因為氫的比 例越高，除去金屬成分的有效的自由基的生成量增加的原故。 (第二實施方式)
其次，說明在圖1和圖2所示的熱處理裝置1中所實施的本發明 的第二實施方式的裝置使用方法。在此，首先，在反應管2內，在半 導體晶片W上形成矽氮化膜。其次，除去附著在反應管2內的以矽氮 化物為主成分(意味著50%以上)的副生成物膜。其次，除去存在於 反應管2的內面等的氟汙染物質。圖7為表示本發明的第二實施方式 涉及的成膜處理、清洗處理和吹掃處理的方案的圖。如圖7所示，在成膜處理中，除了將成膜工序的處理溫度設定為
760 。C和供給O.lslm的DCS(SiH2Cl2)， lslm的氨(麗3)禾B 0.25slm 的氮(N2)作為成膜氣體之外，在與第1實施方式相同的條件和形式 下進行各工序。
在進行規定次數的成膜處理後，進行清洗處理。在清洗處理中， 在與第一實施方式相同條件和形式下，進行各工序，在此，如圖7所 示，作為清洗氣體，將氟(F2)，氫(H2)和氮(N2)分別導入反應管 2內。這時，氟成分吸著在反應管2等的部件的表面上和/或侵入表面 內，作為汙染物質而殘留。為了除去這種氟成分，接著進行吹掃處理。 因此，在吹掃處理中，使用促進存在於反應管2的內面等的氟汙染物 質的放出的條件。
在吹掃處理中，首先排出反應管2內的氣體，同時，如圖7(c) 所示，從吹掃氣體供給管18將規定量的氮供給到反應管2內。由此， 將反應管2內的氣體排出至排氣管5。此外，如圖7 (a)所示，利用 加熱器16，使反應管2內為規定的溫度例如850°C。此外，如圖7 (b) 所示，將反應管2維持為規定的壓力(例如46.55Pa (0.35 Torr))。然 後，進行這個操作，至反應管2在規定的壓力和溫度下穩定為止(穩 定化工序)。
當反應管2在規定的壓力和溫度下穩定時，停止從吹掃氣體供給 管18供給氮。作為用於除去存在於反應管2的內面的氟成分的氟除去 氣體、即吹掃處理氣，從處理氣體導入管17，將氧(02)、氫(H2)和 氮(N2)分別導入反應管2內。例如，如圖7 (h)所示，供給規定量 例如1.7slm的氧，如圖7 (g)所示，供給規定量例如lslm的氫，如 圖7 (c)所示，供給規定量例如0.05slm的作為稀釋氣體的氮。
在反應管2內加熱吹掃處理氣體，使吹掃處理氣體的氧和氫活性 化，生成自由基(氧活性種(0*)、氫氧基活性種(0H*)、氫活性種 (H*))。利用該生成的自由基，擴散放出在反應管2等部件的表面上 和表面中存在的氟成分，趁著排出氣體的流動排出至反應管2內。由 此，可以抑制在成膜處理中的從反應管2的作為汙染生質的氟的擴散， 減少形成的膜的氟汙染物等的汙染(自由基吹掃工序)。
另外，在自由基吹掃工序中，可以多次反覆進行吹掃氣體的供給和停止。這時，由於繼續反應管2內的排氣，伴隨吹掃處理氣體的供 給和停止，產生壓力變動，由此，可以更可靠地放出在反應管2等部 件表面中存在的氟成分。
與第一實施方式同樣，優選吹掃處理氣體的氫和氧的合計流量和 比例大，由此，可以更高效率地發生自由基。另外，相對於氫和氧的
合計流量，將氫的流量設定為1% 99%，優選為30% 70%，更優選 為50%以上。通過在這種條件下進行吹掃處理，可以提高除去在反應 管2的內面存在的氟成分的效果。
在自由基吹掃工序中將反應管2內的溫度設定為300。C 1050。C， 當該溫度比300°C低時，難以進行在反應管2等部件的表面中存在的 氟成分的放出(擴散)。當為比1050。C高的溫度時，超過形成反應管 2的石英的軟化點。在與除去金屬汙染物一起進行氟汙染物的除去的情 況下，優選使自由基吹掃工序的處理溫度與金屬汙染物的除去一致。
另一方面，在不必要考慮除去金屬汙染物的情況下，氟汙染物的 除去可以在更低溫度下進行。因此，通過減小相對於清洗工序或成膜 工序的溫度的自由基吹掃工序的溫度差，可以改善處理速度或裝置負 荷。從這個觀點出發，在不必要考慮金屬汙染物的除去的情況下，在 自由基吹掃工序中，反應管2內的溫度優選為300°C 800 °C，更優 選為400°C 600 °C。
在自由基吹掃工序中，氣體供給時的反應管2內的壓力設定為 53200Pa (400 Torr)以下。當該壓力比53200Pa高時，難以進行反應 管2的石英中的金屬汙染物的放出。但是，不優選該壓力相對於成膜 工序的壓力格外的高。因此，該壓力優選為13.3Pa (0.1 Torr) 532Pa (4Torr)，更優選為13.3Pa (0.1 Torr) 133Pa (1Torr)。由此，通過 降低反應管2內的壓力，可以促進自由基吹掃工序中的氟成分的放出。
當自由基吹掃工序結束時，停止從處理氣體導入管17導入吹掃處 理氣體。然後，如圖7 (c)所示，排出反應管2內的氣體，同時，從 吹掃氣體供給管18將規定量的氮供給到反應管2內。由此，將反應管 2內的氣體至排氣管5 (氮吹掃工序)。
然後，利用加熱器16，如圖7 (a)所示，使反應管2內為規定的 溫度例如400 。C。與此同時，如圖7 (c)所示，從吹掃氣體供給管18將規定量的氮供給到反應管2內。由此，如圖7 (b)所示，使反應管
2內回至常壓。最後，通過利用晶舟升降機128使蓋體6下降，卸載晶 舟ll (卸載工序)。
通過以上的處理，除去反應管2的內面或晶舟11的表面等的副生 成物膜和氟汙染物質。其次，將收容有新的批量的半導體晶片W的晶 舟11載置在蓋體6上，按上述的方式再次進行成膜處理。 (實驗3)
作為上述第二實施方式的實施例PE21、 PE22、 PE23，使用圖1 和圖2所示的熱處理裝置，以實施方式所記載的條件為基準，進行成 膜處理、清洗處理和吹掃處理，準備反應管2。在實施例PE21、 PE22、 PE23中，變更氟除去氣體(吹掃處理氣體)的組成，同時，將自由基 吹掃工序的時間設定為不同的值。另外，作為比較CE21，在與實施例 PE21相同的條件下進行成膜處理和清洗處理，然後只進行氮吹掃代替 吹掃處理，準備反應管2。圖8為表示在實驗3中使用的，第二實施方 式的實施例PE21 PE23和比較例CE21的吹掃處理條件的表。將半導 體晶片搬入這樣準備的反應管2內，以實施方式所記載的條件為基準 進行成膜處理，在半導體晶片上形成矽氮化膜。然後從反應管2搬出 半導體晶片，測定該矽氮化膜中的氟濃度(atoms/cm2)。
圖9為表示由實驗3得出的，實施例PE21 PE23和比較例CE21 的矽氮化膜中的氟濃度的圖形。如圖9所示，在進行吹掃處理的實施 例中，能夠確認矽氮化膜中的氟濃度大幅度減少。這個數據表示通過 吹掃處理，殘留於反應管2的氟成分大幅度減少。 (結論和變更例)
如上所述，根據上述第一實施方式，在清洗處理後進行吹掃處理， 除去在反應管2的內部存在的金屬汙染物質。由此，可以抑制成膜處 理中的從反應管2的金屬汙染物質的擴散，可以減少金屬汙染物等對 形成的膜的汙染。另外，根據上述第二實施方式，在清洗處理後進行 吹掃處理，除去在反應管2內部存在的氟汙染物質。由此，可以抑制 成膜處理中的從反應管2的金屬汙染物質的擴散，可以減少氟汙染物 等對形成的膜的汙染。
在上述第一實施方式中，作為可以利用吹掃處理除去的金屬汙染物質，例示了鐵、銅、鎳。關於這一點，利用吹掃處理，也可除去其
它金屬汙染物質，例如鋁(Al)、鈷(Co)、鈉(Na)、鈣(Ca)。
在上述第一和第二實施方式中，作為吹掃處理氣體(金屬除去氣
體或氟除去氣體)，使用氧、氫和氮的混合氣體。但是，吹掃處理氣體
只要是可以通過活性化生成自由基，從反應管的內面等除去金屬或氟，
就可以設定適當的組成。例如，可以使用氧和氫的混合氣體，也可以
使用包含以氧作為元素的氣體和包含以氫作為元素的氣體的其它組 合。
在上述第一和第二實施方式中，將清洗氣體和吹掃處理氣體供給 到被加熱至規定溫度的反應管2內並活性化。取而代之，例如也可以 在反應管2外，在必要的處理氣體導入管17上配設活性化機構GAM (參照圖1)，在使清洗氣體和/或吹掃處理氣體活性化的同時供給到反 應管2內。在這種情況下，可以降低清洗工序和自由基吹掃工序的反 應管2內的溫度。另外，各活性化機構GAM可以利用選自熱、等離子 體、光、催化劑中的l種以上的介質。
在上述第1和第2實施例中，接著清洗處理進行吹掃處理，但吹 掃處理只要是可以從反應管2的內面除去汙染物質的狀態，就可以在 清洗後獨立地進行。例如，也可以作為進行成膜處理前的前處理進行 該吹掃處理。另外，在實施方式中，在進行多次成膜處理後，進行清 洗處理和吹掃處理，但也可以每次接著成膜處理，進行清洗處理和吹 掃處理。在這種情況下，每次清洗反應管2內，可以進一步抑制汙染 物質混入形成的薄膜中。
在上述第一和第二實施方式中，當在半導體晶片W上形成矽氮化 膜時，除去附著在反應管2內部的以矽氮化物為主成分的副生成物膜。 取而代之，本發明也可以適用於在半導體晶片W上形成其它含矽絕緣 膜(例如，矽氧化膜或矽氧氮化膜)時，除去附著在反應管2內部的 副生成物膜的情況下。在這種情況下，為了形成矽氧化膜或矽氧氮化 膜，可以供給包含含矽氣體的第一成膜氣體和包含氧化氣體或氮氧化 氣體的第二成膜氣體。另外，本發明也可以適用於在半導體晶片W上 形成多晶矽膜的處理。在任何一種情況下，副生成物膜包含以源自在 成膜處理中所使用的成膜氣體的物質作為主成分。在上述第一和第二實施方式中，作為清洗氣體，使用氟、氫氣和 作為稀釋氣體的氮氣的混合氣體。但是，如果清洗氣體為可以除去由 成膜處理附著的副生成物膜的氣體，則也可以為其它氣體。此外，因 為通過包含稀釋氣體，容易設定處理時間，因此優選包含稀釋氣體。 但是，清洗氣體也可以不包含稀釋氣體。稀釋氣體優選為不活潑性氣
體，除了氮氣之外，例如也可以使用氦氣(He)、氖氣(Ne)、氬氣(Ar)。
在上述第一和第二實施方式中，對每一種氣體配設處理氣體導入 管17。作為替代，也可以對每一個處理工序的種類設置處理氣體導入 管17。也可以在反應管2的下端附近的側面插入多根處理氣體導入管 17，使得相同的氣體從多根處理氣體導入管17導入。在這種情況下， 處理氣體從多根處理氣體導入管17供給到反應管2內，可以將處理氣 體更均勻地導入反應管2內。
在本第一和第二實施方式中，作為熱處理裝置使用單管結構的間 歇式熱處理裝置。作為替代，例如本發明也可以適用於反應管由內管 和外管構成的二層管結構的間歇式立式熱處理裝置。而且，本發明也 可以適用於單片式熱處理裝置。被處理基板並不限定於半導體晶片W， 例如也可以為LCD用的玻璃基板。
熱處理裝置的控制部100可以不用專用的系統，使用通常的計算 機系統加以實現。例如通過從存儲有用於執行上述處理的程序的記錄 介質(軟盤、CD-ROM等)將該程序安裝在通用計算機中，可以構成 執行上述處理的控制部100。
用於供給這些程序的單元是任意的。除了如上述那樣通過規定的 記錄介質供給程序之外，也可以通過通信線路、通信網絡、通信系統 等供給。在這種情況下，例如也可以在通信網絡的公告板(BBS)上 公告該程序，通過網絡與載波重疊提供該程序。另外，起動這樣提供 的程序，在OS的控制下，通過與其它應用程式同樣地執行，可以執行 上述處理。
權利要求
1. 一種半導體處理用的成膜裝置的使用方法，其特徵在於，包括: 將所述成膜裝置的反應室設定為沒有容納產品用的被處理基板的空載狀態的工序；和進行除去存在於所述反應室的內面中的汙染物質的吹掃處理的工 序，其中，將通過使包含氧和氫作為元素的吹掃處理氣體活性化而得 到的自由基作用所述反應室的內面。
2. 如權利要求l所述的方法，其特徵在於所述吹掃處理，在對所述反應室內進行排氣的同時將所述吹掃處 理氣體供給到所述反應室內，並且將所述反應室內設定為使所述吹掃 處理氣體活性化的溫度和壓力。
3. 如權利要求l所述的方法，其特徵在於 所述吹掃處理在所述反應室外使所述吹掃處理氣體活性化。
4. 如權利要求l所述的方法，其特徵在於所述吹掃處理氣體的活性化利用選自熱、等離子體、光、催化劑 中的l種以上的介質。
5. 如權利要求l所述的方法，其特徵在於在設定為所述空載狀態的工序和進行所述吹掃處理工序之間，還 包括進行利用與所述吹掃處理氣體不同的清洗氣體，從所述反應室的 所述內面除去副生成物膜的清洗處理的工序。
6. 如權利要求5所述的方法，其特徵在於所述清洗處理，在對所述反應室內進行排氣的同時將所述清洗氣 體供給到所述反應室內，並且將所述反應室內設定為使所述清洗氣體 活性化的溫度和壓力。
7. 如權利要求5所述的方法，其特徵在於所述副生成物膜包含選自矽氮化物、矽氧化物、矽氧氮化物和多 晶矽中的物質作為主成分，所述清洗氣體包含滷素和氫作為元素。
8. 如權利要求7所述的方法，其特徵在於在設定為所述空載狀態的工序之前，還包括在所述反應室內進行利用CVD在被處理基板上形成選自矽氮化物、矽氧化物、矽氧氮化物 和多晶矽中的物質的膜的成膜處理的工序，所述副生成物膜包含源自 所述成膜處理所使用的成膜氣體的物質作為主成分。
9. 如權利要求l所述的方法，其特徵在於所述吹掃處理氣體具有氧氣和氫氣，將相對於氧氣和氫氣的總流量的氫氣的流量的比例設定為30% 70%。
10. 如權利要求9所述的方法，其特徵在於 將相對於所述氧氣和氫氣的總流量的氫氣的流量的比例設定為50%以上。
11. 如權利要求l所述的方法，其特徵在於所述汙染物質包含金屬作為元素，所述吹掃處理以除去所述汙染 物質的金屬的方式設定條件。
12. 如權利要求ll所述的方法，其特徵在於所述汙染物質具有選自鐵、銅、鎳、鋁、鈷、鈉和鈣中的1種以 上的金屬。
13. 如權利要求7所述的方法，其特徵在於 所述清洗氣體包含氟作為元素。
14. 如權利要求13所述的方法，其特徵在於-所述汙染物質包含源自所述清洗氣體的氟作為元素，所述吹掃處 理以除去所述汙染物質的氟的方式設定條件。
15. 如權利要求2所述的方法，其特徵在於在所述吹掃處理中，所述反應室內的溫度設定為40(TC 105(TC。
16. 如權利要求2所述的方法，其特徵在於 在所述吹掃處理中，所述反應室內的壓力設定為13.3Pa 931Pa。
17. 如權利要求l所述的方法，其特徵在於 所述反應室的所述內面選自石英、碳化矽中的材料作為主成分。
18. —種半導體處理用的成膜裝置，其特徵在於，包括 收容被處理基板的反應室； 對所述反應室內進行排氣的排氣系統；向所述反應室內供給用於在所述被處理基板上形成膜的成膜氣體 的成膜氣體供給系統；向所述反應室內供給用於從所述反應室的內面除去源自所述成膜 氣體的副生成物膜的清洗氣體的清洗氣體供給系統；向所述反應室內供給用於從所述反應室的所述內面除去汙染物質 的吹掃處理氣體的吹掃處理氣體供給系統，其中，所述吹掃處理氣體 包含氧和氫作為元素；和控制所述裝置的動作的控制部，所述控制部執行將所述成膜裝置的反應室設定為沒有容納產品用 的被處理基板的空載狀態的工序；和進行除去存在於所述反應室的內面中的汙染物質的吹掃處理的工 序，其中，將通過使包含氧和氫作為元素的吹掃處理氣體活性化而得 到的自由基作用所述反應室的內面。
19. 如權利要求18所述的裝置，其特徵在於 所述控制部在設定為所述空載狀態的工序和進行所述吹掃處理工序之間，執行利用與所述清洗氣體，從所述反應室的所述內面除去副 生成物膜的清洗處理的工序。
20. —種能夠由包含用於在處理器上執行的程序指令的計算機讀 取的介質，其特徵在於-當由處理器執行所述程序指令時，在半導體處理用的成膜裝置上執行將所述成膜裝置的反應室設定為沒有容納產品用的被處理基板的 空載狀態的工序；和進行除去存在於所述反應室的內面中的汙染物質的吹掃處理的工 序，其中，將通過使包含氧和氫作為元素的吹掃處理氣體活性化而得 到的自由基作用所述反應室的內面。
全文摘要
本發明提供一種半導體處理用的成膜裝置的使用方法，其包括將上述成膜裝置的反應室設定為沒有容納產品用的被處理基板的空載狀態的工序；和進行除去存在於上述反應室的內面中的汙染物質的吹掃處理的工序，其中，將通過使包含氧和氫作為元素的吹掃處理氣體活性化而得到的自由基作用上述反應室的內面。
文檔編號C23C16/00GK101311336SQ20081009645
公開日2008年11月26日 申請日期2008年5月9日 優先權日2007年5月14日
發明者岡田充弘, 亮 孫, 富田正彥, 戶根川大和, 西村俊治, 高木聰 申請人:東京毅力科創株式會社