成膜裝置及其使用方法
2023-04-28 03:30:26
專利名稱：成膜裝置及其使用方法
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成膜裝置及該裝置的使用方法。這裡，所謂半導體處理，指的是在半導體晶片和LCD(液晶顯示器Liquid Crystal Display)那樣的FPD(平板顯示器Flat Panel Display)用的玻璃基板等被處理基板上，通過以規定的圖案形成半導體層、絕緣層、導電層等，在該被處理基板上製造包含半導體設備和在半導體設備上連接的配線、電極等結構物而實施的各種處理。
背景技術：
在半導體設備的製造工序中，由CVD(化學氣相澱積ChemicalVapor Deposition)等的處理，在被處理基板上，例如在半導體晶片上進行形成氮化矽膜、二氧化矽膜等薄膜的處理。在這樣的成膜處理中，例如，進行以下的操作、在半導體晶片上形成薄膜。
首先，通過加熱器將熱處理裝置的反應管(反應室)內加熱到規定的負載溫度，負載收納有多片半導體晶片的晶舟。接著，在通過加熱器將反應管內加熱到規定的處理溫度的同時，從排氣舟對反應管內的氣體進行排氣，將反應管內減壓至規定的壓力。
接著，邊將反應管內維持在規定的溫度和壓力(邊繼續排氣)，邊將成膜氣體從處理氣體導入管供給至反應管內。例如，在CVD中，向反應管內供給成膜氣體，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的表面，在半導體晶片的表面形成薄膜。
由成膜處理生成的反應生成物，作為副產物膜，不僅在半導體晶片的表面、而且也在例如反應管的內面和各種夾具等上堆積(附著)。若以副產物膜在反應管內附著的狀態繼續進行成膜處理，不久，副產物膜剝離，產生顆粒。該顆粒附著在半導體晶片上，使得製造的半導體設備的成品率下降。
因此，進行了多次成膜處理後，進行反應管內的清洗。在該清洗中，向通過加熱器加熱到規定溫度的反應管內，供給清洗氣體，例如氟和含有滷素的酸性氣體的混合氣體。在反應管內面等附著的副產物膜被清洗氣體幹蝕刻除去。在日本專利特開平3-293726號公報中公開了這種清洗方法。但是，如後述，本發明人等發現清洗反應管內後，進行成膜處理，會有產生成膜速率(沉積速率)下降，或製品膜受到顆粒汙染等問題的情況。
發明內容
本發明的目的在於，提供可以防止清洗後的沉積速率下降和顆粒汙染的半導體處理用成膜裝置和該裝置的使用方法。
本發明的第一觀點是半導體處理用成膜裝置的使用方法，具備利用清洗氣體除去在上述成膜裝置的反應室內面附著的副產物膜的工序，在此，將上述清洗氣體供給至上述反應室內，同時將上述反應室內設定為上述清洗氣體活化的第一溫度和第一壓力，上述反應室的上述內面，以選自石英、碳化矽的材料作為主要成分；利用平坦化氣體將上述反應室的上述內面化學平坦化的工序，在此，將上述平坦化氣體供給至上述反應室內，同時將上述反應室內設定為上述平坦化氣體活化的第二溫度和第二壓力，上述平坦化氣體包含氟氣和氫氣。
本發明的第二觀點是半導體處理用成膜裝置，具備容納被處理基板的反應室，上述反應室具有以選自石英、碳化矽的材料為主要成分的內面；對上述反應室內進行加熱的加熱器；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，供給用於從上述內面除去來自上述成膜氣體的副產物膜的清洗氣體的清洗氣體供給系統；向上述反應室內，供給用於對上述內面進行化學平坦化的平坦化氣體的平坦化氣體供給系統，上述平坦化氣體包含氟氣和氫氣；和控制上述裝置動作的控制部，上述控制部具備利用上述清洗氣體除去在上述反應室的上述內面附著的副產物膜的工序，在此，向上述反應室內供給上述清洗氣體，同時將上述反應室內設定為上述清洗氣體活化的第一溫度和第一壓力；接著，利用平坦化氣體對上述反應室的上述內面進行化學平坦化的工序，在此，向上述反應室內供給上述平坦化氣體，同時將反應室內設定為上述平坦化氣體活化的第二溫度和第二壓力。
本發明的第三觀點，是包含用於在處理器上運行的程序指令的計算機可讀取的介質，上述程序指令通過處理器運行時，在半導體處理用成膜裝置中運行下述工序利用清洗氣體除去在上述成膜裝置的反應室內面附著的副產物膜的工序，在此，將上述清洗氣體供給上述反應室內，同時將上述反應室內設定為上述清洗氣體活化的第一溫度和第一壓力，上述反應室的上述內面以選自石英、碳化矽的材料為主要成分形成；接著，利用平坦化氣體將上述反應室的上述內面化學平坦化的工序，在此，將上述平坦化氣體供給上述反應室內，同時將上述反應室內設定為上述平坦化氣體活化的第二溫度和第二壓力，上述平坦化氣體包含氟氣和氫氣。
本發明的其他目標和優點將在後續的實施方式中說明，可以很明顯從實施方式中得到或者從本發明的實踐中得到。本發明的目標和優點將通過後述的手段和裝置實現和獲得。
下述的附圖，作為說明書的一部分，說明發明的具體實施方式
，並與上述的總體描述和下述的具體實施方式
一起，用於解釋本發明的原理。
圖1是表示本發明的實施方式的縱型熱處理裝置的圖。
圖2是表示圖1中所示裝置的控制部的構成的圖。
圖3是表示本發明的實施方式的成膜處理的方法的圖。
圖4是表示本發明的實施方式的清洗和平坦化的方法的圖。
圖5是表示構成在實驗1中使用的清洗氣體的各氣體的流量(升/分鐘)、即表示組成CP1～CP4的圖。
圖6是表示使用圖5所示的清洗氣體時的蝕刻速率的圖。
圖7是表示構成在實驗2中使用的平坦化氣體的各氣體的流量(升/分鐘)、即表示組成CP5～CP8的圖。
圖8是表示使用圖7所示的平坦化氣體時的蝕刻速率的圖。
具體實施例方式
本發明人，在本發明的開發過程中研究了在清洗半導體處理用成膜裝置的反應管內的現有方法中產生的、清洗後的沉積速率下降和顆粒汙染。其結果，本發明人得到了以下敘述的見解。
即，多次進行成膜處理，因為由副產物膜產生的應力，反應管的內面受到損害，有時在反應管產生裂紋。特別是在石英製造的反應管內進行氮化矽膜的成膜處理的情況下，由該處理產生的副產物膜賦予反應管比較大的應力。其結果，在反應管的內面容易產生大的裂紋。
這樣的裂紋，在通過清洗除去副產物膜後，在反應管的內面上出現。反應管內面上的裂紋導致表面積增大、沉積速率下降。此外，石英粉容易從反應管上產生的裂紋剝落，導致顆粒的產生。
為了解決該問題，例如，能夠以氟化氫(HF)溶液清洗反應管。這種情況下，通過溼蝕刻能夠將副產物膜和裂紋一起除去。但是，在溼蝕刻中，需要拆除反應管，以手工清洗、再次進行裝配和調整操作。此外，因為必須長時間停止熱處理裝置，所以，產生大量停機時間，運轉率下降。
以下，參照附圖，對基於這樣見解構成的本發明的實施方式進行說明。其中，在以下的說明中，對具有大致同一功能和結構的構成要素、標註同一符號，只在必要時進行重複說明。
圖1是表示本發明的實施方式的縱型熱處理裝置的圖。如圖1所示，熱處理裝置1具有長度方向朝向垂直方向的大致圓筒狀的反應管(反應室)2。反應管2由耐熱性和耐腐蝕性優異的材料，例如石英形成。
在反應管2的上端以向著上端側直徑縮小的方式配設有形成為大約為圓錐狀的頂部3。在頂部3的中央配設有用於對反應管2內的氣體進行排氣的排氣口4。排氣部GE通過氣密性的排氣管5與排氣口4連接。在排氣部GE上配設有閥、真空排氣泵等壓力調整機構，通過排氣部GE，能夠在反應管2內的氛圍被排出的同時，設定在規定的壓力(真空度)。
在反應管2的下方配置有蓋體6。蓋體6由耐熱性和耐腐蝕性優異的材料、例如石英形成。蓋體6由後述的晶舟升降機(在圖1中未圖示、在圖2中以符號128表示)構成為能夠上下移動。通過晶舟升降機使蓋體6上升，反應管2的下方側(爐口部分)被封閉。由晶舟升降機使蓋體6下降，反應管2的下方側(爐口部分)開啟。
在蓋體6的上部配設有保溫筒7。保溫筒7具有由從反應管2的爐口部分的放熱產生的、防止反應管2內的溫度下降的電阻發熱體構成的平面狀加熱器8。該加熱器8由筒狀支持體9支持在距蓋體6的上面規定的高度。
在保溫筒7的上方配設有旋轉臺10。旋轉臺10作為以能夠旋轉的方式載置收納被處理基板、例如收納半導體晶片W的晶舟11的載置臺發揮作用。具體來說，在旋轉臺10的下部配設有旋轉支柱12。旋轉支柱12貫通加熱器8的中央部，與使旋轉臺10旋轉的旋轉機構13連接。
旋轉機構13，主要由電動機(未圖示)和具備以氣密狀態從蓋體6的下面側貫通導入至上面側的旋轉軸14的旋轉導入部15構成。旋轉軸14與旋轉臺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臺10。因此，通過旋轉機構13的電動機，旋轉軸14旋轉，旋轉軸14的旋轉力就被傳遞至旋轉支柱12，旋轉臺10旋轉。
晶舟11，被構成為能夠將半導體晶片W在垂直方向隔為規定的間隔收納多片、例如100片。晶舟11以耐熱性和耐腐蝕性優異的材料、例如石英形成。由此，晶舟11被載置在旋轉臺10上，因此旋轉臺10旋轉，則晶舟11旋轉，被收納在晶舟11內的半導體晶片W也旋轉。
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，反應管2的內部被升溫(加熱)至規定的溫度，其結果半導體晶片W被加熱至規定的溫度。
在反應管2下端近處的側面，插通有向反應管2內導入處理氣體(例如成膜氣體、清洗氣體、平坦化氣體)的處理氣體導入管17。處理氣體導入管17，通過後述的質量流量控制器(MFC)(在圖1中未圖示、在圖2中以符號125表示)，與處理氣體供給源GS1連接。
為了在半導體晶片W上形成氮化矽膜，例如，使用六氯二矽烷(Si2Cl6)和氨(NH3)的混合氣體作為成膜氣體。為了除去在反應管2內部附著的副產物膜，例如使用氟(F2)和氫(H2)和氮(N2)的混合氣體作為清洗氣體。例如，使用含有氟(F2)和氫(H2)的氣體，例如使用氟(F2)和氫(H2)和氮(N2)的混合氣體作為平坦化氣體。
此外，在圖1中只繪出了一根處理氣體導入管17，但在本實施方式中，與在每個處理工序中導入反應管2內的氣體對應，插通有多根處理氣體導入管17。具體的，在反應管2的下端附近的側面插通有向反應管2內導入成膜氣體的成膜氣體導入管、向反應管2內導入清洗氣體的清洗氣體導入管、和向反應管2內導入平坦化氣體的平坦化氣體導入管。
此外，在反應管2下端附近的側面，插通有吹掃氣體供給管18。吹掃氣體供給管18通過後述的質量流量控制器(MFC)(在圖1中未圖示、在圖2中以125表示)，與吹掃氣體供給源GS2連接。
此外，熱處理裝置1，具有進行裝置各部分控制的控制部100。圖2是表示控制部100結構的圖。如圖2所示，在控制部100上連接有操作面板121、溫度傳感器(群)122、壓力計(群)123、加熱器控制器124、MFC125、閥控制部126、真空泵127、晶舟升降機128等。
操作面板121具備顯示畫面和操作按鈕，將操作人員的操作指示傳遞至控制部100，並且，在顯示畫面顯示來自控制部100的各種信息。溫度傳感器(群)122測定反應管2內和排氣管5內各部分的溫度，將該測定值通知控制部100。壓力計(群)123測定反應管2內和排氣管5內各部分的壓力，將該測定值通知控制部100。
加熱器控制器124是用於分別控制加熱器8和加熱器16的控制器。加熱器控制器124響應來自控制部100的指示，在加熱器8、加熱器16中通電，對這些進行加熱。此外，加熱器控制器124分別測定加熱器8、加熱器16的消耗電力，通知控制部100。
MFC125被配置在處理氣體導入管17、吹掃氣體供給管18等的各配管中。MFC125將流過各配管的氣體流量控制在來自控制部100的指示的量。並且，MFC125測定實際流過的氣體流量，通知控制部100。
閥控制部分126被配置在各配管上，將在各配管中配置的閥的開度控制在來自控制部分100指示的值。真空泵127與排氣管5連接，對反應管2內的氣體進行排氣。
晶舟升降機128，通過使蓋體6上升，在反應管2內負載在旋轉臺10上載置的晶舟11(半導體晶片W)。並且，晶舟升降機128，通過使蓋體6下降，從反應管2內卸載在旋轉臺10上載置的晶舟11(半導體晶片W)。
控制部100包含方法存儲部111、ROM112、RAM113和I/O埠114和CPU115。這些由總線116相互連接，通過總線116、在各部分之間傳遞信息。
在方法存儲部111中，存儲有設置用方法和多個處理用方法。熱處理裝置1的製造初期，只容納設置用方法。設置用方法是在生成與各熱處理裝置相對應的熱模塊等時運行的方法。處理用方法是為了用戶每次在實際中進行的熱處理(工藝)準備的方法。處理用方法規定從向反應管2的半導體晶片W的負載、到卸載處理結束的晶片W的各部分的溫度變化、反應管2內的壓力變化、處理氣體開始供給和停止的時刻及供給量等。
ROM112由EEPROM、快速快閃記憶體儲器、硬碟等構成，是存儲CPU115動作程序等的存儲介質。RAM113作為CPU115的工作區域等發揮作用。
I/O埠114與操作面板121、溫度傳感器122、壓力計123、加熱器控制器124、MFC125、閥控制部126、真空泵127、晶舟升降機128等連接，控制數據和信號的輸入輸出。
CPU(中央處理器Central Processing Unit)115構成控制部100的中樞。CPU115，實行在ROM112中存儲的控制程序，根據來自操作面板121的指示，隨著在方法存儲部111被存儲的方法(處理用方法)，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、MFC125等測定反應管2內和排氣管5內各部分的溫度、壓力、流量等。而且，CPU115基於該測定數據，向加熱器控制器124、MFC125、閥控制部126、真空泵127等輸出控制信號等，上述各部分按照處理用方法進行控制。
接著，參照圖3和圖4對如上結構的熱處理裝置1的使用方法進行說明。在這裡，首先在反應管2內，在半導體晶片W上形成氮化矽膜。接著，除去在反應管2內附著的、以氮化矽為主要成分(意指50％以上)構成的副產物膜。接著，對反應管2的內面進行化學平坦化。圖3是表示本發明的實施方式的成膜處理的方法的圖。圖4是表示本發明的實施方式的清洗和平坦化的方法的圖。
此外，在以下的說明中，構成熱處理裝置1各部分的動作、由控制部分100(CPU115)控制。在各處理中的反應管2內的溫度、壓力、氣體流量等，如上所述，通過控制部100(CPU115)控制加熱器控制器124(加熱器8、加熱器16)、MFC125(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，成為圖3和圖4中所示的方法的條件。
在成膜處理中，首先，通過加熱器16將反應管2內加熱至規定的負載溫度，例如，如圖3(a)所示，加熱至300℃。並且，如圖3(c)所示，從吹掃氣體供給管18向反應管2內供給規定量的氮氣(N2)。接著，在蓋體6上載置收納半導體晶片W的晶舟11，通過晶舟升降機128使蓋體6上升。由此，在反應管2內部負載搭載有半導體晶片W的晶舟11，同時密閉反應管2(負載工序)。
接著，如圖3(c)所示，從吹掃氣體供給管18向反應管2內供給規定量的氮氣。與此同時，通過加熱器16將反應管2內加熱到規定的成膜溫度(處理溫度)，例如，如圖3(a)所示加熱到600℃。並且，排出反應管2內的氣體，將反應管2減壓至規定的壓力，例如，如圖3(b)所示減壓至13.3Pa(0.1Torr)。然後，將該減壓和加熱操作進行到反應管2穩定在規定的壓力和溫度為止(穩定化工序)。
此外，控制旋轉機構13的電動機，使旋轉臺10旋轉，使晶舟11旋轉。通過使晶舟11旋轉，被收納在晶舟11的半導體晶片W也旋轉，半導體晶片W被均勻地加熱。
反應管2內在規定的壓力和溫度下穩定，就停止供給來自吹掃氣體供給管18的氮氣。然後，從處理氣體導入管17將含有含矽氣體的第一成膜氣體和含有氮化氣體的第二成膜氣體導入反應管2內。這裡，作為第一成膜氣體，如圖3(d)所示，以規定量例如0.1升/分鐘供給六氯二矽烷(Si2Cl6)。並且，作為第二成膜氣體，如圖3(e)所示以規定量例如1升/分鐘供給氨(NH3)。
被導入反應管2內的六氯二矽烷和氨，通過反應管2內的熱引起熱分解反應。由該分解成分，生成氮化矽(Si3N4)，在半導體晶片W的表面形成氮化矽膜(成膜工序)。
在半導體晶片W的表面形成規定厚度的氮化矽膜，則停止從處理氣體導入管17供給六氯二矽烷和氨。然後，在對反應管2內進行排氣的同時，如圖3(c)所示從吹掃氣體供給管18向反應管2內供給規定量的氮。由此，在排氣管5中排出反應管2內的氣體(吹掃工序)。其中，為了可靠地排出反應管2內的氣體，優選多次反覆進行反應管2內的氣體排出和氮的供給的循環吹掃。
然後，通過加熱器16將反應管2內加熱到規定的溫度，例如，如圖3(a)所示加熱至300℃。與此同時，如圖3(c)所示，從吹掃氣體供給管18向反應管2內供給規定量的氮氣。由此，如圖3(b)所示，反應管2內的壓力返回到常壓。在最後，通過晶舟升降機128使蓋體6下降，卸載晶舟11(卸載工序)。
多次進行以上的成膜處理，通過成膜處理生成的氮化矽，作為副產物膜不僅堆積(附著)在半導體晶片W的表面，而且也堆積在反應管2內面等。因此，進行規定次數的成膜處理後，實行除去以氮化矽為主要成分的副產物膜的清洗。還為了除去由清洗除去副產物膜的反應管2的內面上出現的裂紋，實行反應管2內面的平坦化。這些清洗和平坦化，都利用蝕刻作用進行。在清洗中，使用對氮化矽的蝕刻速率高、對形成反應管2內面的材料(石英)的蝕刻速率低的條件。再者，在平坦化中，使用對石英的蝕刻速率高的條件。
在清洗中，首先通過加熱器16將反應管2內部維持在規定的負載溫度，例如，如圖4(a)所示維持在300℃。並且，如圖4(c)所示從吹掃氣體供給管18向反應管2內供給規定量的氮氣。接著，在蓋體6上載置未收納半導體晶片W的晶舟11，通過晶舟升降機128使蓋體6上升。由此，在反應管2內負載晶舟11，同時密閉反應管2(負載工序)。
接著，如圖4(c)所示，從吹掃氣體供給管18向反應管2內供給規定量的氮。與此同時，通過加熱器16將反應管2內加熱到規定的清洗溫度，例如，如圖4(a)所示加熱到350℃。此外，排出反應管2內的氣體，將反應管2減壓到規定的壓力，例如如圖4(b)所示減壓至53200Ps(400Torr)。然後，將該減壓和加熱操作進行到反應管2穩定在規定的壓力和溫度為止(穩定化工序)。
反應管2內在規定的壓力和溫度下穩定，則從處理氣體導入管17向反應管2內導入清洗氣體。這裡，作為清洗氣體，例如如圖4(d)所示，以規定量，例如2升/分鐘供給氟(F2)，如圖4(e)所示，以規定量例如0.75升/分鐘供給氫(H2)；作為稀釋氣體，例如如圖4(c)所示，以規定量，例如12升/分鐘供給氮(N2)。
清洗氣體在反應管2內被加熱，清洗氣體中的氟活化，即成為具有多個具有反應性的自由原子的狀態。該被活化的氟，接觸在反應管2內面等附著的以氮化矽為主要成分的副產物膜，由此，副產物膜被蝕刻、除去(清洗工序)。
在清洗工序中，反應管2內的溫度優選被設定為低於400℃的溫度，更優選設定在250℃～380℃。該溫度低於250℃，清洗氣體難以被活化，有可能使得清洗氣體對氮化矽的蝕刻速率低於必須值。此外，該溫度高於380℃，對石英、碳化矽(SiC)的蝕刻速率變高，有可能造成蝕刻選擇比下降。
在清洗工序中，反應管2內的壓力，優選設定在13.3Pa(0.1Torr)～66.5kPa(500Torr)，更優選設定在13.3kPa(100Torr)～59.85kPa(450Torr)。在該範圍，對氮化矽的蝕刻速率變高，與石英、碳化矽(SiC)的蝕刻選擇比提高。
在清洗氣體中，氫氣對氟氣的流量比(H2/F2)，優選設定為0.05/2～1.95/2、更優選設定為0.1/2～1/2。在該範圍，在對氮化矽的蝕刻速率變高的同時，對石英、碳化矽(SiC)的蝕刻速率變低、蝕刻選擇比提高。
若在反應管2的內部附著的副產物膜被除去，則停止從處理氣體導入管17導入清洗氣體。然後，在對反應管2內進行排氣的同時，如圖4(c)所示從吹掃氣體供給管18向反應管2內供給規定量的氮。由此，由排氣管5排出反應管2內的氣體。此外，通過加熱器16將反應管2內加熱到規定的溫度。例如，如圖4(a)所示加熱為500℃。並且，將反應管2維持在規定的壓力，例如，如圖4(b)所示維持在53200Ps(400Torr)。然後，將該操作進行到反應管2穩定在規定的壓力和溫度為止(吹掃/穩定化工序)。
若反應管2在規定的壓力和溫度穩定，則從處理氣體導入管17向反應管2內導入平坦化氣體。這裡，例如如圖4(d)所示，以規定量，例如2升/分鐘供給氟(F2)，如圖4(e)所示，以規定量，例如0.25升/分鐘供給氫(H2)，如圖4(c)所示，以規定量，例如11升/分鐘供給氮(N2)。
平坦化氣體在反應管2內被加熱活化，將反應管2內面等的表面全面地進行蝕刻，對反應管2內面進行化學平坦化。這樣，在平坦化工序中，通過全面蝕刻反應管2內面等，除去在該表面產生的裂紋。其結果，可以抑制在成膜處理中的成膜速率(沉積速率)的下降和顆粒的產生。
在平坦化工序中，反應管2內的溫度，優選被設定在200℃～600℃。該溫度低於200℃，平坦化氣體就難以活化，有可能造成平坦化氣體對石英的蝕刻速率低於必須值。並且，該溫度高於600℃，對氮化矽的蝕刻速率變高，有可能導致蝕刻選擇比下降。該溫度更優選被設定為200℃～500℃。在該範圍，可以提高在反應管2長度方向的蝕刻均勻性，可以使反應管2的內面進一步平坦化。
在平坦化工序中，反應管2內的壓力，優選被設定為13.3Pa(0.1Torr)～66.5kPa(500Torr)，更優選被設定為13.3kPa(100Torr)～59.85kPa(450Torr)。在該範圍，對石英、碳化矽(SiC)的蝕刻速率變高，能夠有效地使反應管2內面等平坦化。
在平坦化氣體中，氫氣對氟氣的流量比(H2/F2)，優選設定為0.05/2～1.95/2、更優選設定為0.1/2～1/2。在該範圍，對石英、碳化矽(SiC)的蝕刻速率變高，提高除去裂紋的效率。其中，平坦化氣體中的氫氣對氟氣的流量比，優選比清洗氣體中的氫氣對氟氣的流量比更小。
若反應管2的內面被平坦化，則停止來自處理氣體導入管17的氟、氫和氮的供給。然後，在對反應管2內進行排氣的同時，如圖4(c)所示從吹掃氣體供給管18向反應管2內供給規定量的氮氣。由此，在排氣管5排出反應管2內的氣體(吹掃工序)。
然後，通過加熱器16將反應管2內部設在規定的溫度，例如，如圖4(a)所示為300℃。與此同時，如圖4(c)所示從吹掃氣體供給管18向反應管2內供給規定量的氮氣。由此，如圖4(b)所示使反應管2內的壓力返回常壓。最後，由晶舟升降機128使蓋體6下降，將晶片11卸載(卸載工序)。
通過以上處理，在反應管2內面和晶舟11的表面等上形成的副產物膜和裂紋被除去。接著，在蓋體6上載置收納有新的負載半導體晶片W的晶舟11，以如上所述的方式再次進行成膜處理。
實驗1
在上述的清洗工序中，為了除去以氮化矽為主要成分的副產物膜，使用對氮化矽的蝕刻速率高、對形成反應管2內面的材料(石英)蝕刻速率低的條件。為了調查用於實現這些的清洗氣體的組成，進行以下實驗。即，使在清洗氣體中所含的氟氣和氫氣的流量變化，測定對氮化矽(Si3N4)、石英(SiO2)和碳化矽(SiC)的蝕刻速率。在實驗1中，使反應管2的溫度為300℃、使反應管2內的壓力為53200Pa(400Torr)。圖5是表示構成在實驗1中使用的清洗氣體的各氣體流量(升/分鐘)、即表示組成CP1～CP4的圖。
圖6是表示使用在圖5所示的清洗氣體時的蝕刻速率的圖。如圖6所示，清洗氣體不含氫氣時(組成CP1)，對氮化矽的蝕刻速率低。因此，清洗氣體必須含有氫氣。另一方面，清洗氣體含有氫氣時(組成CP2～CP4)，對氮化矽的蝕刻速率變高、對石英和碳化矽的蝕刻速率不變高。即，對形成反應管2內面的材料(石英等)的副產物膜的蝕刻選擇比變高。因此，同時含有氟氣與氫氣的氣體適合作為清洗氣體。特別是與組成CP2和組成CP3相比，組成CP4對氮化矽的蝕刻速率變高的同時，該蝕刻選擇比也變高。因此，在清洗氣體中，優選如組成CP4(氫氣的流量0.75升/分鐘)，多含氫氣的清洗氣體。
實驗2
在上述平坦化工序中，為了除去在副產物膜被除去的反應管2的內面上出現的裂紋，使用對石英(或碳化矽)的蝕刻速率變高的條件。為了調查用於實現這些的平坦化氣體的組成，進行以下實驗。即，使在平坦化氣體中所含的氫氣流量變化，測定對石英(SiO2)的蝕刻速率。在實驗2中，將反應管2的溫度設為550℃，將反應管2內的壓力設為53200Pa(400Torr)。圖7是表示構成在實驗2中使用的平坦化氣體的各氣體的流量(升/分鐘)、即表示組成CP5～CP8的圖。
圖8是表示使用在圖7所示的平坦化氣體時的蝕刻速率的圖。如圖8所示，通過減少平坦化氣體中的氫氣流量，對石英的蝕刻速率變高。另一方面，參照圖6，如上所述，通過減少氫氣的流量，對氮化矽的蝕刻速率變低。因此，作為平坦化氣體，優選如組成CP5(氫氣的流量0.25升/分鐘)減少氫氣的流量。平坦化氣體中的氫氣流量，優選比清洗氣體的氫氣流量少。
實驗3
通過上述處理，在除去附著在反應管2內面的副產物膜的同時，進行是否能夠將反應管2的內面平坦化的確認。具體來說，按照圖3的方法，使之在反應管2的內面堆積3μm的以氮化矽為主要成分的副產物膜。接著，按照圖4的方法，進行反應管2內面的處理，確認處理後的反應管2內面的表面狀態。反應管2內面的表面狀態，通過用顯微鏡對攝影的照片進行確認。
結果，在清洗後，在反應管2壁面上堆積的副產物膜幾乎被完全除去。因此，通過本實施方式的清洗，可以確認能夠除去在反應管2內部附著的副產物膜。此外，在平坦化後，在反應管2內面形成的小裂紋被完全除去。因此，通過本實施方式的平坦化，可以確認能夠將反應管2內面充分地平坦化。
歸納和變更例
如以上說明，根據上述實施方式，在清洗工序後就進行平坦化工序。由此，在除去附著在反應管2內部的副產物膜的同時，能夠將反應管2內面等平坦化。因此，可以抑制在成膜處理中的沉積速率下降。並且，能夠抑制顆粒的產生。再者，與熱處理裝置1在溼蝕刻的情況下相比，能夠抑制運轉率的下降。而且，在上述實施方式中，因為在清洗氣體和平坦化氣體中使用氟、氫和氮的混合氣體，所以，處理氣體的切換變得容易。
在上述實施方式中，為了在半導體晶片W上形成氮化矽膜，作為在第一成膜氣體中所含的含有矽的氣體使用六氯二矽烷，作為在第二成膜氣體中所含的氮化氣體使用氨。也可以取代這些，作為含有矽的氣體使用二氯矽烷(SiH2Cl2)，作為氮化氣體使用氨。
在上述實施方式中，在半導體晶片W上形成氮化矽膜時，除去在反應管2內部附著的以氮化矽為主要成分的副產物膜。取代上述情況，本發明在半導體晶片W上形成其他的含矽絕緣膜(例如，氧化矽膜或者氧氮化矽膜)時，除去附著在反應管2內部的副產物膜的情況下也能夠適用。這種情況下，為了形成氧化矽膜或氧氮化矽膜，可以供給含有含矽氣體的第一成膜氣體和含有氧化氣體或氧氮化氣體的第二成膜氣體。並且，在反應管2內部附著的附著物，不限定於是含矽絕緣膜的附著物，也可以是例如氯化銨的膜。
在上述實施方式中，在清洗氣體中使用氟(F2)和氫(H2)和氮(N2)的混合氣體。但是，清洗氣體是對附著在反應管2的內部的附著物蝕刻速率高且對反應管2的內部材料(石英等)蝕刻速率低的氣體即可。例如，作為清洗氣體，可以使用氟氣和氯氣和氮氣的混合氣體、或氟氣和氟化氫氣體和氮氣的混合氣體。此外，在上述實施方式中，平坦化氣體使用氟氣和氫氣和氮氣的混合氣體。平坦化氣體可以是含有氟氣和氫氣的氣體，可以與清洗氣體是同一組成、也可以是含有不同種類氣體的氣體。
在上述實施方式中，每次進行清洗工序就進行平坦化工序。取代之，也可以在進行了規定次數的清洗工序後進行平坦化工序。例如，也可以在進行了10次成膜處理後進行清洗工序，除去在反應管2內部附著的副產物膜，在進行了10次清洗工序後進行平坦化工序。另外，不進行平坦化工序的情況下，圖4的方法，在清洗工序後不進行吹掃穩定化工序和平坦化工序，進行吹掃工序、卸載工序而結束。
在上述實施方式中，在平坦化氣體和清洗氣體中含有作為稀釋氣體的氮氣。因為使之含有稀釋氣體易於設定處理時間，因此優選含有稀釋氣體。但是，平坦化氣體和清洗氣體也可以不含稀釋氣體。作為稀釋氣體，優選為惰性氣體，在氮氣以外，能夠使用例如氦氣(He)、氖氣(Ne)、氬氣(Ar)。
在上述實施方式中，反應管2、蓋體6、晶舟11由石英形成。取代之，這些部件可以以選自例如碳化矽(SiC)那樣的其它含矽材料的材料為主要成分。在這種情況下，也可以通過在清洗工序後進行平坦化工序，除去在反應管2內部附著的副產物膜，同時將反應管2內面等平坦化。
在上述實施方式中，針對每個處理工序的種類配設處理氣體導入管17。取代之，也可以針對每個氣體種類(氟、氫、六氯二矽烷、氨、氮的5根)設置處理氣體導入管17。還可以以從多根導入同樣氣體的方式，在反應管2下端附近的側面插通多根處理氣體導入管17。這種情況下，從多根處理氣體導入管17向反應管2內供給處理氣體，能夠更均勻的向反應管2內導入處理氣體。
在上述實施方式中，作為熱處理裝置，使用單管結構的分批式熱處理裝置。取代之，本發明可以適用例如反應管由內管和外管構成的雙管結構的分批式縱型熱處理裝置。本發明還可以適用單片式熱處理裝置。被處理基板不限定於半導體晶片W，例如，也可以是LCD用的玻璃基板。
熱處理裝置的控制部100，不通過專用的系統，使用通常的計算機系統也能夠實現。例如，在通用計算機中，通過從容納用於實行上述處理的程序的記錄介質(軟盤、CD-ROM等)安裝該程序，就能夠構成運行上述處理的控制部100。
用於供給這些程序的方法是任意的。程序如上述可以通過規定的記錄介質供給，除此之外，也可以通過例如通信線路、通信網際網路、通信系統等供給。這種情況下，例如也可以通過在通信網際網路的公告牌(BBS)中公告該程序，通過網際網路將其在載波中疊加提供。然後，啟動由此提供的程序，在OS的控制下，由和其它的應用程式同樣實行，可以運行上述處理。
對於本領域的技術人員，很容易得到本發明的其他優點和修正。因此，本發明的範圍並不限於上述說明的具體細節和具體的實施方式。在本發明的權利要求及與其同等的限定範圍內，可以進行不脫離本發明總體構想的範圍和精神的各種變更。
權利要求
1.一種半導體處理用成膜裝置的使用方法，包括利用清洗氣體除去附著在所述成膜裝置的反應室內面的副產物膜的工序，在此，將所述清洗氣體供給至所述反應室內，同時將所述反應室內設定為所述清洗氣體活化的第一溫度和第一壓力，並且，所述反應室的所述內面以選自石英、碳化矽的材料為主要成分；和利用平坦化氣體對所述反應室的所述內面進行化學平坦化的工序，在此，將所述平坦化氣體供給至所述反應室內，同時將所述反應室內設定為所述平坦化氣體活化的第二溫度和第二壓力，並且，所述平坦化氣體包含氟氣和氫氣。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第二壓力被設定為13.3Pa～66.5kPa。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述第二壓力被設定為13.3kPa～59.85kPa。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第二溫度被設定為200～600℃。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述平坦化氣體被設定為氫氣相對於氟氣的流量比為0.05/2～1.95/2。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述平坦化氣體含有氟氣、氫氣和氮氣。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述副產物膜含有選自氮化矽、氧化矽和氧氮化矽的物質作為主要成分，所述清洗氣體含有氟氣和氫氣。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述副產物膜含有氮化矽膜作為主要成分，所述平坦化氣體中的氫氣相對於氟氣的流量比小於所述清洗氣體中的氫氣相對於氟氣的流量比。
9.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述第一溫度被設定為250～380℃。
10.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述第一壓力被設定為13.3Pa～66.5kPa。
11.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述清洗氣體被設定為氫氣相對於氟氣的流量比為0.05/2～1.95/2。
12.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述清洗氣體含有氟氣、氫氣和氮氣。
13.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，在所述除去工序之前和所述半坦化工序之後，還包括在所述反應室內，利用CVD在被處理基板上形成選自氮化矽、氧化矽和氧氮化矽的物質的膜的工序，在此，向所述反應室內供給含有含矽氣體的第一成膜氣體、和含有選自氮化氣體、氧化氣體和氧氮化氣體的氣體的第二成膜氣體。
14.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，在所述除去工序和所述平坦化工序之間，還包括以惰性氣體對反應室內進行吹掃的工序。
15.一種半導體處理用的成膜裝置，包括容納被處理基板的反應室，所述反應室具有以選自石英、碳化矽的材料為主要成分的內面；對所述反應室進行加熱的加熱器；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內面除去來自所述成膜氣體的副產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對所述內面進行化學平坦化的平坦化氣體的平坦化氣體供給系統，所述平坦化氣體包含氟氣和氫氣；和控制所述裝置的動作的控制部，所述控制部包括利用所述清洗氣體除去在所述反應室的所述內面附著的副產物膜的工序，在此，向所述反應室內供給所述清洗氣體，同時將所述反應室內設定為所述清洗氣體活化的第一溫度和第一壓力；和利用平坦化氣體對所述反應室的所述內面進行化學平坦化的工序，在此，向所述反應室內供給所述平坦化氣體，同時將所述反應室內設定為所述平坦化氣體活化的第二溫度和第二壓力。
16.如權利要求15所述的裝置，其特徵在於，所述副產物膜含有選自氮化矽、氧化矽和氧氮化矽的物質作為主要成分，所述清洗氣體含有氟氣和氫氣。
17.如權利要求16所述的裝置，其特徵在於，所述副產物膜含有氮化矽作為主要成分，所述平坦化氣體中的氫氣相對於氟氣的流量比小於所述清洗氣體中的氫氣相對於氟氣的流量比。
18.如權利要求16所述的裝置，其特徵在於，所述控制部，在所述除去工序之前和所述平坦化工序之後，還運行在所述反應室內，利用CVD在被處理基板上形成選自氮化矽、氧化矽和氧氮化矽的物質的膜的工序，在此，向所述反應室內供給含有含矽氣體的第一成膜氣體、和含有選自氮化氣體、氧化氣體和氧氮化氣體的氣體的第二成膜氣體。
19.如權利要求15所述的裝置，其特徵在於，所述控制部在所述除去工序和所述平坦化工序之間，還運行以惰性氣體對反應室內進行吹掃的工序。
20.一種包含用於在處理器上運行的程序指令的計算機可讀取的介質所述程序指令通過處理器運行時，在半導體處理用的成膜裝置中運行下述工序利用清洗氣體除去在所述成膜裝置的反應室內面附著的副產物膜的工序，在此，將所述清洗氣體供給至所述反應室內，同時將所述反應室內設定為所述清洗氣體活化的第一溫度和第一壓力，並且，所述反應室的所述內面以選自石英、碳化矽的材料為主要成分；和利用平坦化氣體對所述反應室的所述內面進行化學平坦化工序，在此，將所述平坦化氣體供給至所述反應室內，同時將所述反應室內設定為所述平坦化氣體活化的第二溫度和第二壓力，並且，所述平坦化氣體包含氟氣和氫氣。
全文摘要
本發明提供半導體處理用的成膜裝置的使用方法，包含通過清洗氣體除去在所述成膜裝置的反應室內面附著的副產物膜的工序，和通過平坦化氣體對所述反應室的所述內面進行化學平坦化的工序。所述反應室的所述內面以選自石英、碳化矽的材料為主要成分。除去工序，在將所述清洗氣體供給至所述反應室內的同時，將所述反應室內設定為所述清洗氣體活化的第一溫度和第一壓力。平坦化的工序，在將所述平坦化氣體供給至所述反應室內的同時，將反應室內設定為所述平坦化氣體活化的第二溫度和第二壓力。所述平坦化氣體包含氟氣和氫氣。
文檔編號H01L21/3205GK1971840SQ20061014681
公開日2007年5月30日 申請日期2006年11月24日 優先權日2005年11月24日
發明者岡田充弘, 西村俊治 申請人:東京毅力科創株式會社