專利名稱:成膜裝置及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及用于在半導(dǎo)體晶片等被處理基板上形成高介電常數(shù)材料的薄膜的半導(dǎo)體處理用的成膜裝置和該裝置的使用方法。這里,所謂的半導(dǎo)體處理是指為了通過在晶片、LCD(Liquid Crystal Display液晶顯示器)、FPD(Flat Panel Display平板顯示器)用的玻璃基板等被處理基板上以規(guī)定的圖案形成半導(dǎo)體層、絕緣層、導(dǎo)電層等,在該被處理基板上制造包括半導(dǎo)體器件、與半導(dǎo)體器件連接的配線、電極等結(jié)構(gòu)物而實施的各種處理。
背景技術(shù):
在半導(dǎo)體器件的制造工序中,通過CVD(Chemical VaporDeposition化學(xué)氣相沉積)等處理,在被處理基板、例如半導(dǎo)體晶片上進(jìn)行形成各種薄膜的處理。在這樣的成膜處理中,例如,可以按如下方法在半導(dǎo)體晶片上形成薄膜。
首先,由加熱器將熱處理裝置的反應(yīng)管(反應(yīng)室)內(nèi)加熱到規(guī)定的裝載溫度,裝載容納有多片半導(dǎo)體晶片的晶舟。接著,由加熱器將反應(yīng)管內(nèi)加熱到規(guī)定的處理溫度,并且從排氣口將反應(yīng)管內(nèi)的氣體排出、從而將反應(yīng)管內(nèi)減壓到規(guī)定的壓力。
接著,一邊將反應(yīng)管內(nèi)維持在規(guī)定的溫度和壓力(一邊繼續(xù)排氣),一邊從處理氣體導(dǎo)入管向反應(yīng)管內(nèi)供給成膜氣體。例如,在CVD中,將成膜氣體供給到反應(yīng)管內(nèi)時,成膜氣體發(fā)生熱反應(yīng),生成反應(yīng)生成物。反應(yīng)生成物堆積在半導(dǎo)體晶片的表面,在半導(dǎo)體晶片的表面上形成薄膜。
由成膜處理生成的反應(yīng)生成物不僅在半導(dǎo)體晶片的表面,而且也在例如反應(yīng)管的內(nèi)表面、各種夾具等上作為副生成物堆積(附著)。在副生成物膜附著在反應(yīng)管內(nèi)的狀態(tài)下繼續(xù)進(jìn)行成膜處理時,不久,副生成物就會剝離、產(chǎn)生顆粒。這種顆粒附著在半導(dǎo)體晶片上時,將使制造的半導(dǎo)體器件的成品率降低。
因此,進(jìn)行多次成膜處理后,要進(jìn)行反應(yīng)管內(nèi)的清洗。在該清洗中,向由加熱器加熱到規(guī)定的溫度的反應(yīng)管內(nèi),供給清洗氣體。附著在反應(yīng)管的內(nèi)表面等的副生成物膜被清洗氣體干蝕刻、除去。特開平3-293726號公報(專利文獻(xiàn)1)公開了利用氟和含鹵素酸性氣體的混合氣體除去以氮化硅膜為主要成分的副生成物膜的清洗方法。但是,如后所述,本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)該方法無法實用地除去以近年來關(guān)注的高介電常數(shù)(這里是指介電常數(shù)為7以上)材料為主要成分(指50%以上)的副生成物膜。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以高效率地清洗以高介電常數(shù)材料為主要成分的副生成物膜的半導(dǎo)體處理用的成膜裝置與該裝裝置的使用方法。
本發(fā)明的第一方面是一種半導(dǎo)體處理用的成膜裝置的使用方法,其具有利用清洗氣體對上述成膜裝置的反應(yīng)室的內(nèi)表面附著的以高介電常數(shù)材料為主要成分的副生成物膜進(jìn)行處理的工序;在此,向上述反應(yīng)室內(nèi)供給上述清洗氣體,并將上述反應(yīng)室內(nèi)設(shè)定為第一溫度和第一壓力;上述清洗氣體不含氟而含有氯,上述第一溫度和上述第一壓力設(shè)定為使得上述清洗氣體中的氯活化。
本發(fā)明的第二方面是一種半導(dǎo)體處理用的成膜裝置,其具有容納被處理基板的反應(yīng)室,對上述反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行加熱的加熱器,對上述反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行排氣的排氣系統(tǒng),將用于在上述被處理基板上形成高介電常數(shù)膜的成膜氣體供給到上述反應(yīng)室內(nèi)的成膜氣體供給系統(tǒng),將不含氟而含有氯的清洗氣體供給到上述反應(yīng)室內(nèi)的清洗氣體供給系統(tǒng),和控制上述裝置的動作的控制部;上述控制部運行下述工序利用清洗氣體對上述反應(yīng)室的內(nèi)表面附著的以高介電常數(shù)材料為主要成分的副生成物膜進(jìn)行處理的工序;在此,向上述反應(yīng)室內(nèi)供給上述清洗氣體,并將上述反應(yīng)室內(nèi)設(shè)定為第一溫度和第一壓力;上述第一溫度和上述第一壓力設(shè)定為使得上述清洗氣體中的氯活化。
本發(fā)明的第三方面是包含用于在處理器上運行的程序指令且能夠由計算機(jī)讀取的介質(zhì),上述程序指令在處理器上運行時,在半導(dǎo)體處理用的成膜裝置中,運行如下工序利用清洗氣體對上述成膜裝置的反應(yīng)室的內(nèi)表面附著的以高介電常數(shù)材料為主要成分的副生成物膜進(jìn)行處理的工序,在此,向上述反應(yīng)室內(nèi)供給上述清洗氣體、并將上述反應(yīng)室內(nèi)設(shè)定為第一溫度和第一壓力;上述清洗氣體不含氟而含有氯,上述第一溫度和上述第一壓力設(shè)定為使得上述清洗氣體中的氯活化。
本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點將在以下說明中闡明、通過以下說明部分地變得明顯、或可通過對本發(fā)明的實施而獲知。本發(fā)明的目的和優(yōu)點可通過以下具體指出的手段及組合而實現(xiàn)和獲得。
結(jié)合在本說明書中且構(gòu)成其一部分的附圖,圖解顯示了本發(fā)明目前的優(yōu)選實施例,與以上給出的總體說明和以下給出的優(yōu)選實施例的詳細(xì)說明一起,用于解釋本發(fā)明的原理。
圖1是表示本發(fā)明的實施方式的立式熱處理裝置的圖。
圖2是表示圖1所示的裝置的控制部的構(gòu)成的圖。
圖3是表示本發(fā)明的實施方式的清洗的方案的圖。
圖4是表示硅酸鉿(HfSiO)的清洗溫度與蝕刻速度的關(guān)系的圖。
圖5是表示本發(fā)明的另一個實施方式的清洗的方案的圖。
具體實施例方式
本發(fā)明人等在本發(fā)明的開發(fā)過程中,對于對半導(dǎo)體處理用的成膜裝置的反應(yīng)管內(nèi)進(jìn)行清洗的現(xiàn)有的方法中產(chǎn)生的問題進(jìn)行了研究。結(jié)果,本發(fā)明人等得到以下所述的見解。
近年來,隨著半導(dǎo)體器件的微細(xì)化,由介電常數(shù)比氧化硅膜和氮氧化硅膜更高的高介電常數(shù)材料構(gòu)成的薄膜(High-k膜)引人矚目。例如,鉿化合物的介電常數(shù)為10~30,鋯化合物的介電常數(shù)為10~25。
例如,用CVD對氧化鉿進(jìn)行成膜時,反應(yīng)管的內(nèi)表面和各種夾具等上也會附著以氧化鉿為主要成分的副生成物膜。如果利用含有氟(F2)的現(xiàn)有的清洗氣體來清洗該副生成物膜,則由于副生成物膜與清洗氣體的反應(yīng)會生成氟化鉿(HfF4)。因為氟化鉿的蒸汽壓力低,所以會在低溫的排氣管內(nèi)表面再次附著,對以后的成膜處理產(chǎn)生不良影響。
因此,清洗含鉿的副生成物膜時,要對反應(yīng)管進(jìn)行濕清洗。但是,在濕清洗中,需要取下反應(yīng)管、用手工操作進(jìn)行清洗、再進(jìn)行組裝和調(diào)整的操作。而且,因為必須長時間停止熱處理裝置,所以產(chǎn)生很長的停機(jī)時間,運轉(zhuǎn)率下降。
下面,參照附圖,對基于這種見解而構(gòu)成的本發(fā)明的實施方式進(jìn)行說明。此外,在以下的說明中,對于具有大致相同的功能和結(jié)構(gòu)的構(gòu)成要素,標(biāo)注相同的符號,僅在必要時進(jìn)行重復(fù)說明。
圖1是表示本發(fā)明的實施方式的立式熱處理裝置的圖。該裝置作為用于形成硅酸鉿膜的間歇式立式熱處理裝置1而構(gòu)成。如圖1所示,熱處理裝置1具有長度方向向著垂直方向的大致圓筒狀的反應(yīng)管(反應(yīng)室)2。反應(yīng)管2由耐熱和耐腐蝕性優(yōu)異的材料,例如石英制成。
在反應(yīng)管2的上端,面向上端一側(cè)配置有以縮小直徑的方式形成為大致圓錐形狀的頂部3。在頂部3的中央,配置有用于排出反應(yīng)管2內(nèi)的氣體的排氣口4。排氣部GE通過氣密的排氣管5連接于排氣口4。排氣部GE上配置有閥門、真空排氣泵(圖1中未圖示、圖2中用符號127表示)等壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),通過排氣部GE,反應(yīng)管2內(nèi)的氣體被排出,并且可以設(shè)定為規(guī)定的壓力(真空度)。
在反應(yīng)管2的下方配置有蓋體6。蓋體6由耐熱和耐腐蝕性優(yōu)異的材料例如石英形成。蓋體6通過后述的晶舟升降機(jī)(圖1中未圖示、圖2中以符號128表示)構(gòu)成為能夠上下移動。蓋體6通過晶舟升降機(jī)上升時,反應(yīng)管2的下方一側(cè)(爐口部分)被關(guān)閉。蓋體6通過晶舟升降機(jī)下降時,反應(yīng)管2的下方一側(cè)(爐口部分)被打開。
在蓋體6的上部,配置有保溫筒7。保溫筒7具有由電阻發(fā)熱體構(gòu)成的平面狀的加熱器8,該電阻發(fā)熱體防止因從反應(yīng)管2的爐口部分散熱而導(dǎo)致的反應(yīng)管2內(nèi)的溫度下降。該加熱器8通過筒狀的支撐體9被支撐在距蓋體6的上表面規(guī)定的高度。
在保溫筒7的上方,配置有旋轉(zhuǎn)臺10。旋轉(zhuǎn)臺10作為能夠旋轉(zhuǎn)地載置容納被處理基板例如半導(dǎo)體晶片W的晶舟11的載置臺而發(fā)揮作用。具體地說,在旋轉(zhuǎn)臺10的下部配置有旋轉(zhuǎn)支柱12。旋轉(zhuǎn)支柱12貫穿加熱器8的中央部,連接于使旋轉(zhuǎn)臺10旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)13。
旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)13主要由電動機(jī)(未圖示)和具有以氣密狀態(tài)從蓋體6的下表面?zhèn)蓉炌▽?dǎo)入至上表面?zhèn)鹊男D(zhuǎn)軸14的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)入部15構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)軸14與旋轉(zhuǎn)臺10的旋轉(zhuǎn)支柱12連接,通過旋轉(zhuǎn)支柱12將電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)力傳遞到旋轉(zhuǎn)臺10。因此,通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)13的電動機(jī)使旋轉(zhuǎn)軸14旋轉(zhuǎn)時,旋轉(zhuǎn)軸14的旋轉(zhuǎn)力被傳遞到旋轉(zhuǎn)支柱12,從而使旋轉(zhuǎn)臺10旋轉(zhuǎn)。
晶舟11構(gòu)成為能夠在垂直方向上隔開規(guī)定的間隔容納多片例如100片半導(dǎo)體晶片W。晶舟11由耐熱和耐腐蝕性優(yōu)異的材料,例如石英制成。這樣,因為晶舟11被載置在旋轉(zhuǎn)臺10上,所以,如果旋轉(zhuǎn)臺10旋轉(zhuǎn),則晶舟11旋轉(zhuǎn),容納在晶舟11內(nèi)的半導(dǎo)體晶片W旋轉(zhuǎn)。
在反應(yīng)管2的周圍,以包圍反應(yīng)管2的方式,配置有例如由電阻發(fā)熱體構(gòu)成的加熱器16。由該加熱器16使反應(yīng)管2的內(nèi)部被升溫(加熱)到規(guī)定的溫度,其結(jié)果,半導(dǎo)體晶片W被加熱到規(guī)定的溫度。
在反應(yīng)管2的下端附近的側(cè)面上,貫穿有將處理氣體(例如,成膜氣體、清洗氣體)導(dǎo)入到反應(yīng)管2內(nèi)的處理氣體導(dǎo)入管17。處理氣體導(dǎo)入管17通過后述的質(zhì)量流量控制器(MFC)(圖1中未圖示、圖2中用標(biāo)號125表示)與處理氣體供給源GS1連接。
因為利用CVD在半導(dǎo)體晶片W上形成硅酸鉿膜,所以,作為成膜氣體,可以使用例如含有有機(jī)鉿化合物的第一成膜氣體和含有硅烷類氣體的第二成膜氣體。有機(jī)鉿化合物的例子是四叔丁氧基鉿(Hf(OC(CH3)3)4)、TEMAH(Hf(CH3CH2(CH3)N)4)、TDEAH(Hf(N(C2H5)2)4)、TDMAH(Hf(N(CH3)2)4)。硅烷類氣體的例子是二氯硅烷(DCS)、甲硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、丙硅烷(Si3H8)、六氯乙硅烷(Si2Cl6:HCD)、六甲基二硅氨烷(HMDS)、三氯硅烷(SiHCl3:TCS)、四氯硅烷(SiCl4)、二甲硅烷基胺(DSA)、三甲硅烷基胺(TSA)、雙叔丁基氨基硅烷(BTBAS)。
清洗氣體是不含氟而含有氯的氣體。例如,清洗氣體為氯化氫氣體、氯氣等含氯氣體和氮氣、稀有氣體等惰性氣體稀釋氣體的混合氣體。清洗氣體為氯化氫氣體時,清洗氣體優(yōu)選含有10~90容量%的氯化氫氣體、更優(yōu)選含有25~40容量%的氯化氫氣體。
此外,雖然在圖1中僅畫出一根處理氣體導(dǎo)入管17,但是在本實施方式中,根據(jù)處理工序的種類或?qū)氲椒磻?yīng)管2內(nèi)的氣體的種類,可貫穿多根處理氣體導(dǎo)入管17。具體地說,在反應(yīng)管2的下端附近的側(cè)面上貫穿有將第一成膜氣體導(dǎo)入到反應(yīng)管2內(nèi)的第一成膜氣體導(dǎo)入管、將第二成膜氣體導(dǎo)入到反應(yīng)管2內(nèi)的第二成膜氣體導(dǎo)入管和將清洗氣體導(dǎo)入到反應(yīng)管2內(nèi)的清洗氣體導(dǎo)入管。
另外,在反應(yīng)管2的下端附近的側(cè)面上,貫穿有吹掃氣體(purgegas)供給管18。吹掃氣體供給管18通過后述的質(zhì)量流量控制器(MFC)(圖1中未圖示、圖2中用符號125表示)與吹掃氣體供給源GS2連接。
另外,熱處理裝置1具有進(jìn)行裝置各部分的控制的控制部100。圖2是表示控制部100的結(jié)構(gòu)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(組)122、壓力計(組)123、加熱器控制器124、MFC 125、閥門控制部126、真空泵127、晶舟升降機(jī)128等。
操作面板121具有顯示畫面和操作按鈕,將操作人員的操作指示傳遞到控制部100,并且,將來自控制部100的各種信息顯示在顯示畫面上。溫度傳感器(組)122測定反應(yīng)管2內(nèi)和排氣管5內(nèi)的各部分的溫度,將該測定值告知控制部100。壓力計(組)123測定反應(yīng)管2內(nèi)和排氣管5內(nèi)的各部分的壓力,將測定值告知控制部100。
加熱器控制器124用于分別控制加熱器8和加熱器16。加熱器控制器124響應(yīng)來自控制部100的指示,對加熱器8、加熱器16通電將它們加熱。另外,加熱器控制器124分別測定加熱器8、加熱器16的消耗電力并告知控制部100。
MFC125配置在處理氣體導(dǎo)入管17、吹掃氣體供給管18等各配管上。MFC125將流過各配管的氣體流量控制在控制部100指示的量。另外,MFC125測定實際流過的氣體流量并告知控制部100。
閥門控制部126配置在各配管上,將配置在各配管上的閥門的打開程度控制在控制部100指示的值。真空泵127連接于排氣管5,排出反應(yīng)管2內(nèi)的氣體。
晶舟升降機(jī)128通過使蓋體6上升,將載置在旋轉(zhuǎn)臺10上的晶舟11(半導(dǎo)體晶片W)裝載到反應(yīng)管2內(nèi)。另外,晶舟升降機(jī)128通過使蓋體6下降,將載置在旋轉(zhuǎn)臺10上的晶舟11(半導(dǎo)體晶片W)從反應(yīng)管2內(nèi)卸載。
控制部100包含方案存儲部111、ROM112、RAM113、I/O端口114和CPU115。它們由總線116相互連接,信息通過總線116在各部分之間傳遞。
在方案存儲部111中,存儲有設(shè)置方案和多個處理方案。最初制造熱處理裝置1時,只存儲設(shè)置方案。設(shè)置方案是在生成相應(yīng)于各熱處理裝置的熱模型等時運行的方案。處理方案是為用戶每次實際進(jìn)行的熱處理(process處理)準(zhǔn)備的方案。處理方案規(guī)定從向反應(yīng)管2裝載半導(dǎo)體晶片W到卸載處理完成后的晶片W的過程中各部分的溫度變化、反應(yīng)管2內(nèi)的壓力變化、處理氣體的供給開始和停止時間和供給量等。
ROM112由EEPROM、閃存(flash memory)、硬盤等構(gòu)成,是存儲CPU115的動作程序等的記錄介質(zhì)。RAM113作為CPU115的工作區(qū)域等發(fā)揮作用。
I/O端口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、閥門控制部126、真空泵127、晶舟升降機(jī)128等連接,控制數(shù)據(jù)和信號的輸入輸出。
CPU(Central Processing Unit中央處理器)115構(gòu)成控制部100的中樞。CPU115運行存儲在ROM112中的控制程序,根據(jù)來自操作面板121的指示,按照方案存儲部111中存儲的方案(處理方案),控制熱處理裝置1的動作。即,CPU115通過溫度傳感器(組)122、壓力計(組)123、MFC125等測定反應(yīng)管2內(nèi)和排氣管5內(nèi)的各部分的溫度、壓力、流量等。另外,CPU115基于該測定數(shù)據(jù),將控制信號輸出到加熱器控制器124、MFC125、閥控制部126、真空泵127等,上述各部分根據(jù)處理方案進(jìn)行控制。
接下來,對如以上構(gòu)成的熱處理裝置1的使用方法進(jìn)行說明。這里,首先,在反應(yīng)管2內(nèi)利用CVD在半導(dǎo)體晶片W上形成硅酸鉿膜。接著,對反應(yīng)管2內(nèi)附著的、以硅酸鉿為主要成分(指50%以上)的副生成物膜進(jìn)行清洗。更具體地說,該實施方式的清洗是在殘留副生成物膜的硅酸鹽成分的狀態(tài)下除去作為金屬成分的鉿的處理。
此外,在以下的說明中,構(gòu)成熱處理裝置1的各部分的動作由控制部100(CPU115)控制。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(dǎo)入管17、吹掃氣體供給管18)、閥門控制部126、真空泵127等,各處理中的反應(yīng)管2內(nèi)的溫度、壓力、氣體流量等成為按照后述的方案的條件。
在成膜處理中,首先,由加熱器16將反應(yīng)管2內(nèi)加熱到規(guī)定的裝載溫度,例如200℃。另外,從吹掃氣體供給管18以規(guī)定量將氮氣(N2)供給到反應(yīng)管2內(nèi)。接著,將容納有半導(dǎo)體晶片W的晶舟11載置在蓋體6上,通過晶舟升降機(jī)128使蓋體6上升。由此,將搭載有半導(dǎo)體晶片W的晶舟11裝載到反應(yīng)管2內(nèi),并且將反應(yīng)管2密閉(裝載工序)。
接著,從吹掃氣體供給管18向反應(yīng)管2內(nèi)供給規(guī)定量的氮。與此同時,由加熱器16將反應(yīng)管2內(nèi)加熱到規(guī)定的成膜溫度(處理溫度),例如200~300℃。另外,排出反應(yīng)管2內(nèi)的氣體,將反應(yīng)管2減壓到規(guī)定的壓力,例如40~66.5Pa(0.3~0.5Torr)。然后,進(jìn)行該減壓和加熱操作直到反應(yīng)管2在規(guī)定的壓力和溫度下穩(wěn)定(穩(wěn)定化工序)。
另外,控制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)13的電動機(jī),使旋轉(zhuǎn)臺10旋轉(zhuǎn)、使晶舟11旋轉(zhuǎn)。通過使晶舟11旋轉(zhuǎn),晶舟11中容納的半導(dǎo)體晶片W也旋轉(zhuǎn),半導(dǎo)體晶片W被均勻地加熱。
反應(yīng)管2內(nèi)在規(guī)定的壓力和溫度下穩(wěn)定時,停止從吹掃氣體供給管18供給氮。然后,從一個處理氣體導(dǎo)入管17將含有有機(jī)鉿化合物的第一成膜氣體、從另一個處理氣體導(dǎo)入管17將含有硅烷類氣體的第二成膜氣體導(dǎo)入到反應(yīng)管2內(nèi)。在此,作為有機(jī)鉿化合物,例如以0.1~0.3sccm的規(guī)定量供給四叔丁氧基鉿。另外,作為硅烷類氣體,例如以200~400sccm的規(guī)定量供給乙硅烷。
導(dǎo)入到反應(yīng)管2內(nèi)的四叔丁氧基鉿和乙硅烷利用反應(yīng)管2內(nèi)的熱量發(fā)生熱分解反應(yīng)。由該分解成分生成硅酸鉿(HfSiO),從而在半導(dǎo)體晶片W的表面上形成硅酸鉿膜(成膜工序)。
半導(dǎo)體晶片W的表面上形成規(guī)定厚度的硅酸鉿膜時,停止從處理氣體導(dǎo)入管17供給第一和第二成膜氣體。然后,排出反應(yīng)管2內(nèi)的氣體,并且從吹掃氣體供給管18向反應(yīng)管2內(nèi)供給規(guī)定量的氮,將反應(yīng)管2內(nèi)的氣體排出到排氣管5(吹掃工序)。此外,為了確實排出反應(yīng)管2內(nèi)的氣體,優(yōu)選進(jìn)行循環(huán)吹掃,即多次重復(fù)排出反應(yīng)管2內(nèi)的氣體和供給氮氣。
然后,從吹掃氣體供給管18向反應(yīng)管2內(nèi)供給規(guī)定量的氮氣,使反應(yīng)管2內(nèi)的壓力回到常壓。最后,通過由晶舟升降機(jī)128使蓋體6下降,將形成硅酸鉿膜的半導(dǎo)體晶片W和晶舟11一起卸載(卸載工序)。
若進(jìn)行多次上述的成膜處理,則因成膜處理所生成的硅酸鉿不僅在半導(dǎo)體晶片W的表面、而且在反應(yīng)管2的內(nèi)表面等上作為副生成物膜附著。因此,進(jìn)行規(guī)定次數(shù)的成膜處理后,要對熱處理裝置1實行清洗。
圖3是表示本發(fā)明的實施方式的清洗的方案的圖。在該清洗中,首先,由加熱器16將反應(yīng)管2內(nèi)維持在規(guī)定的裝載溫度,例如,如圖3(a)所示的300℃。另外,從吹掃氣體供給管18向反應(yīng)管2內(nèi)供給規(guī)定量的氮氣。接著,將未容納半導(dǎo)體晶片W的晶舟11載置在蓋體6上,通過晶舟升降機(jī)128使蓋體6上升。由此,將晶舟11裝載到反應(yīng)管2內(nèi),并且將反應(yīng)管2密閉(裝載工序)。
接著,從吹掃氣體供給管18向反應(yīng)管2內(nèi)供給規(guī)定量的氮氣,并且由加熱器16將反應(yīng)管2內(nèi)加熱到規(guī)定的清洗溫度,例如,如圖3(a)所示的800℃。另外,排出反應(yīng)管2內(nèi)的氣體,將反應(yīng)管2減壓到規(guī)定的壓力,例如,如圖3(b)所示的13300Pa(100Torr)。然后,進(jìn)行該減壓和加熱操作直到反應(yīng)管2在規(guī)定的壓力和溫度下穩(wěn)定(穩(wěn)定化工序)。
反應(yīng)管2內(nèi)在規(guī)定的壓力和溫度下穩(wěn)定時,從處理氣體導(dǎo)入管17將清洗氣體導(dǎo)入到反應(yīng)管2內(nèi)。在此,作為清洗氣體,供給規(guī)定量、例如如圖3(d)所示的4升/min的氯化氫(HCl)和規(guī)定量、例如如圖3(c)所示的8升/min的作為稀釋氣體的氮氣。
清洗氣體在反應(yīng)管2內(nèi)被加熱,清洗氣體中的氯活化,即,成為有很多具有反應(yīng)性的自由原子的狀態(tài)。通過該活化了的氯與反應(yīng)管2的內(nèi)表面等附著的以硅酸鉿為主要成分的副生成物膜接觸,與作為其金屬成分的鉿反應(yīng)、生成氯化鉿(HfCl4)。氯化鉿通過繼續(xù)的排氣操作被排出到排氣管5,由此,在殘留副生成物膜的硅酸鹽成分的狀態(tài)下只有作為金屬成分的鉿被除去(清洗工序)。此外,因為清洗氣體不含有氟,所以,在清洗工序中,不會生成蒸氣壓力低的氟化鉿。因此,在清洗工序中生成的氣體不會在低溫的排氣管內(nèi)表面再次附著而對以后的成膜處理產(chǎn)生不良影響。
此外,清洗工序中的反應(yīng)管2內(nèi)的溫度維持在600℃~1050℃,優(yōu)選800℃~1000℃。若該溫度低于600℃,則鉿從硅酸鉿中的除去速度降低,無法高效率地清洗副生成物膜。若該溫度高于1050℃,則例如排氣管5等構(gòu)成熱處理裝置1的部件有可能被腐蝕。
圖4是表示硅酸鉿(HfSiO)的清洗溫度與蝕刻速度的關(guān)系的圖。為了比較,圖4還表示出氧化硅(SiO2)(反應(yīng)管2的主要材料)的清洗溫度與蝕刻速度的關(guān)系。此外,對于硅酸鉿,所謂蝕刻速度是指因金屬成分(鉿)被除去而引起的膜厚的減少。如圖4所示,通過從600℃開始提高清洗溫度,對硅酸鉿的蝕刻速度變大,硅酸鉿/氧化硅的選擇比變大。特別地,通過將清洗溫度設(shè)定為800℃以上,對硅酸鉿的蝕刻速度變大,并且硅酸鉿/氧化硅的選擇比變得更大。
另外,清洗工序中的反應(yīng)管2內(nèi)的壓力優(yōu)選設(shè)定為6650Pa(50Torr)~常壓。通過設(shè)定為該范圍,清洗工序中的蝕刻速度和選擇比提高,并且蝕刻的均勻性提高。
清洗反應(yīng)管2的內(nèi)部附著的副生成物膜時,停止從處理氣體導(dǎo)入管17導(dǎo)入清洗氣體。然后,對反應(yīng)管2內(nèi)進(jìn)行排氣,并且從吹掃氣體供給管18向反應(yīng)管2內(nèi)供給規(guī)定量的氮氣,將反應(yīng)管2內(nèi)的氣體排出到排氣管5(吹掃工序)。此外,為了確實排出反應(yīng)管2內(nèi)的氣體,優(yōu)選進(jìn)行循環(huán)吹掃,即多次重復(fù)排出反應(yīng)管2內(nèi)的氣體和供給氮氣。
接著,降低反應(yīng)管2內(nèi)的溫度,設(shè)定為規(guī)定的溫度,例如,如圖3(a)所示的300℃。與此同時,從吹掃氣體供給管18向反應(yīng)管2內(nèi)供給規(guī)定量的氮氣,如圖3(b)所示,使反應(yīng)管2內(nèi)的壓力回到常壓。然后,通過晶舟升降機(jī)128使蓋體6下降,將清洗后的晶舟11卸載到反應(yīng)管2外(卸載工序)。
通過以上的處理,對在反應(yīng)管2的內(nèi)表面和晶舟11的表面等上形成的以硅酸鉿為主要成分的副生成物膜的清洗結(jié)束。接著,將容納有新的一批半導(dǎo)體晶片W的晶舟11載置在蓋體6上,按照上述方式再次進(jìn)行成膜處理。
此外,副生成物膜在因金屬成分被除去、實質(zhì)上變成SiO2的狀態(tài)下被固定在反應(yīng)管2的內(nèi)表面等上,所以不會對成膜處理產(chǎn)生不良影響。但是,由于上述的處理重復(fù)進(jìn)行,變成SiO2的狀態(tài)的副生成物膜累積達(dá)到一定厚度時,例如,最好另外進(jìn)行干清洗、將其蝕刻除去。例如,在該干清洗中,將未容納半導(dǎo)體晶片W的晶舟11裝載到反應(yīng)管2內(nèi),將含氟的清洗氣體、例如HF氣體供給到反應(yīng)管2進(jìn)行蝕刻。
對于是否可以通過圖3所示的清洗、對反應(yīng)管2的內(nèi)表面附著的以硅酸鉿為主要成分的副生成物膜進(jìn)行規(guī)定的處理,通過實驗進(jìn)行了確認(rèn)。具體地說,按照上述成膜處理的方案在晶片W上形成硅酸鉿膜。接著,按照圖3的方案對在該成膜處理時反應(yīng)管2的內(nèi)表面附著的實質(zhì)上由硅酸鉿(HfSiO)構(gòu)成的副生成物膜進(jìn)行清洗。結(jié)果確認(rèn),通過該清洗,實質(zhì)上由HfSiO構(gòu)成的副生成物膜變成實質(zhì)上由SiO2構(gòu)成的膜。
即,根據(jù)利用圖3所示的清洗的熱處理裝置1的使用方法,雖然要對反應(yīng)管2的內(nèi)表面附著的以硅酸鉿為主要成分的副生成物膜進(jìn)行清洗,但是不需要進(jìn)行取下部件、用手工操作清洗的濕清洗。因此,可以高效地進(jìn)行副生成物膜的清洗、抑制裝置的運轉(zhuǎn)率的降低。
圖5是表示本發(fā)明的另一個實施方式的清洗的方案的圖。在該實施方式中,含有在對以硅酸鉿為主要成分的副生成物膜進(jìn)行清洗的工序之后、用后處理氣體(優(yōu)選利用化學(xué)反應(yīng))除去反應(yīng)管2內(nèi)殘留的氯的工序。在該實施方式中,因為使用用于除去氯的后處理氣體,所以清洗氣體用的處理氣體導(dǎo)入管17(參照圖1)被連接成能夠切換含氯氣體源和后處理氣體源。
在該清洗中,首先,與圖3所示的實施方式同樣地運行裝載工序、穩(wěn)定化工序、清洗工序。清洗反應(yīng)管2的內(nèi)部附著的副生成物膜時,停止從處理氣體導(dǎo)入管17供給清洗氣體。
接著,如圖5(c)所示,從吹掃氣體供給管18向反應(yīng)管2內(nèi)供給規(guī)定量的氮氣,并且由加熱器16將反應(yīng)管2內(nèi)加熱到規(guī)定的后處理溫度,例如,如圖5(a)所示的800℃。另外,排出反應(yīng)管2內(nèi)的氣體,將反應(yīng)管2減壓到規(guī)定的壓力,例如,如圖5(b)所示的266Pa(2Torr)。然后,進(jìn)行該減壓和加熱操作直到反應(yīng)管2在規(guī)定的壓力和溫度下穩(wěn)定(穩(wěn)定化工序)。
反應(yīng)管2內(nèi)在規(guī)定的壓力和溫度下穩(wěn)定時,從清洗氣體用的處理氣體導(dǎo)入管17將后處理氣體導(dǎo)入到反應(yīng)管2內(nèi)。這里,供給規(guī)定量、例如如圖5(e)所示的2升/min的氨氣(NH3)作為后處理氣體。后處理氣體在反應(yīng)管2內(nèi)被加熱從而活化,與反應(yīng)管2的內(nèi)部空間和反應(yīng)管2內(nèi)的部件的表面內(nèi)殘留的氯反應(yīng),生成氯化銨(NH4Cl)。這樣生成的氯化銨通過繼續(xù)的排氣操作被排出到排氣管5,由此,反應(yīng)管2的內(nèi)部等殘留的氯被除去(后處理工序)。
使用氨氣(NH3)作為后處理氣體時,在后處理工序中,反應(yīng)管2內(nèi)的溫度維持在600℃~1000℃、優(yōu)選800℃~850℃。若該溫度為600℃以下,則氨氣與氯的反應(yīng)速度過低。若該溫度高于1000℃,則例如排氣管5等構(gòu)成熱處理裝置1的部件有可能被腐蝕。另外,后處理工序中的反應(yīng)管2內(nèi)的壓力,優(yōu)選設(shè)定為133Pa(1Torr)~1330Pa(10Torr)。通過設(shè)定為該范圍,可以有效地進(jìn)行氯的除去。
后處理氣體含有優(yōu)選10~100容量%、更優(yōu)選實質(zhì)上100容量%的氨氣。但是,只要能夠除去反應(yīng)管2內(nèi)殘留的氯,后處理氣體也可以是例如氮氣(N2)之類的不利用化學(xué)反應(yīng)的氣體。另外,反應(yīng)管2內(nèi)的溫度和壓力因后處理氣體而異,只要是能夠除去反應(yīng)管2等中含有的氯的溫度和壓力就可以。
除去反應(yīng)管2內(nèi)部殘留的氯時,停止從處理氣體導(dǎo)入管17供給后處理氣體。然后,對反應(yīng)管2內(nèi)進(jìn)行排氣,并且從吹掃氣體供給管18向反應(yīng)管2內(nèi)供給規(guī)定量的氮氣,將反應(yīng)管2內(nèi)的氣體排出到排氣管5(吹掃工序)。此外,為了確實排出反應(yīng)管2內(nèi)的氣體,優(yōu)選進(jìn)行循環(huán)吹掃,即多次重復(fù)排出反應(yīng)管2內(nèi)的氣體和供給氮氣。
接著,降低反應(yīng)管2內(nèi)的溫度,設(shè)定為規(guī)定的溫度,例如,如圖5(a)所示的300℃。與此同時,從吹掃氣體供給管18向反應(yīng)管2內(nèi)供給規(guī)定量的氮氣,如圖5(b)所示,使反應(yīng)管2內(nèi)的壓力回到常壓。然后,通過晶舟升降機(jī)128使蓋體6下降,將完成清洗的晶舟11卸載到反應(yīng)管2外(卸載工序)。
通過以上的處理,反應(yīng)管2的內(nèi)表面和晶舟11的表面等上形成的以硅酸鉿為主要成分的副生成物膜被清洗,接著,反應(yīng)管2的內(nèi)部空間和反應(yīng)管2內(nèi)的部件的表面內(nèi)殘留的氯被除去。接下來,將容納有新的一批半導(dǎo)體晶片W的晶舟11載置在蓋體6上,按照上述的方式再次進(jìn)行成膜處理。
對于是否可以通過圖5所示的清洗、除去反應(yīng)管2內(nèi)的部件的表面內(nèi)殘留的氯,通過實驗進(jìn)行了確認(rèn)。具體地說,將石英芯片容納在晶舟11中進(jìn)行清洗處理,測定后處理工序前(清洗工序后)和后處理工序后的石英芯片中含有的氯(Cl)的濃度。氯濃度的測定通過二次離子質(zhì)譜法(SIMS測定)來進(jìn)行。實驗的結(jié)果,清洗工序后的氯濃度為2×1019atoms/cm3,后處理工序后的氯濃度為1×1018atoms/cm3。這樣,可以確認(rèn),通過后處理工序,石英芯片中含有的氯(Cl)的濃度大幅(1/20)地減少。
即,根據(jù)利用圖5所示的清洗的熱處理裝置1的使用方法,可以大幅地降低反應(yīng)管2的內(nèi)部空間和反應(yīng)管2內(nèi)的部件的表面內(nèi)殘留的氯的濃度。因此,可以抑制氯混入到之后在半導(dǎo)體晶片W上形成的薄膜中。即,根據(jù)本實施方式,除了前面的實施方式的效果外,還可以提高在晶片上形成的薄膜的質(zhì)量。
在上述實施方式中,副生成物膜是以硅酸鉿為主要成分。但是,本發(fā)明在副生成物膜是以其他的高介電常數(shù)材料為主要成分的情況下也可以適用。例如,可以在殘留副生成物膜的硅酸鹽成分的狀態(tài)下除去金屬成分的其他的金屬硅酸鹽(高介電常數(shù)材料)的例子是硅酸鋯。本發(fā)明能夠適用的其他高介電常數(shù)材料的例子是氧化鉿(HfO2)、鋁酸鉿(HfAlO)、氧化鋯(ZrO2)。另外,通過用等離子體、W催化劑、紫外線等使清洗氣體中的氯活化,可以使反應(yīng)管2內(nèi)的溫度低溫化。
在上述實施方式中,清洗氣體是氯化氫氣體與氮氣的混合氣體。但是,本發(fā)明也可以使用其他的清洗氣體(不含氟而含有氯)。其他的清洗氣體的例子是氯氣(Cl2)與氮氣的混合氣體。清洗氣體中的含氯氣體的量能夠在可以對以高介電常數(shù)材料為主要成分的副生成物膜進(jìn)行清洗的范圍內(nèi)任意地設(shè)定。但是,如前所述,清洗氣體為氯化氫氣體時,清洗氣體含有優(yōu)選10~90容量%、更優(yōu)選25~40容量%的氯化氫氣體。
在上述實施方式中,清洗氣體中含有作為稀釋氣體的氮氣。因為含有稀釋氣體、處理時間的設(shè)定變得容易,所以優(yōu)選含有稀釋氣體。但是,清洗氣體也可以不含有稀釋氣體。作為稀釋氣體優(yōu)選惰性氣體,除了氮氣外,可以使用例如氦氣(He)、氖氣(Ne)、氬氣(Ar)。
在上述實施方式中,每種處理工序都配置有處理氣體導(dǎo)入管17。取而代之,例如,也可以是每種氣體都設(shè)置有處理氣體導(dǎo)入管17。還可以以從多根氣體導(dǎo)入管導(dǎo)入相同的氣體的方式在反應(yīng)管2的下端附近的側(cè)面貫穿多根處理氣體導(dǎo)入管17。此時,從多根處理氣體導(dǎo)入管17向反應(yīng)管2內(nèi)供給處理氣體,可以將處理氣體更均勻地導(dǎo)入反應(yīng)管2內(nèi)。
在上述實施方式中,使用單管結(jié)構(gòu)的間歇式熱處理裝置作為熱處理裝置。取而代之,本發(fā)明可以適用于例如反應(yīng)管由內(nèi)管和外管構(gòu)成的雙層管結(jié)構(gòu)的間歇式立式熱處理裝置。本發(fā)明還可以適用于單片式的熱處理裝置。被處理基板不限定于半導(dǎo)體晶片W,也可以是例如LCD用的玻璃基板。
熱處理裝置的控制部100,不限于專用的系統(tǒng),能夠使用通常的計算機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)。例如,通過從存儲用于執(zhí)行上述處理的程序的記錄介質(zhì)(軟盤、CD-ROM等)將該程序安裝在通用的計算機(jī)上,可以構(gòu)成執(zhí)行上述處理的控制部100。
用于提供這些程序的方法是任意的。程序除了可以如上所述通過規(guī)定的記錄介質(zhì)提供以外,也可以通過例如通信線路、通信網(wǎng)絡(luò)、通信系統(tǒng)等提供。此時,例如,也可以在通信網(wǎng)絡(luò)的公告板(BBS)上公布該程序,將其疊加在載波中通過網(wǎng)絡(luò)提供。然后,啟動這樣提供的程序,可以在OS的控制下、通過與其它應(yīng)用程序同樣地運行來實施上述的處理。
其他優(yōu)點和改型對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。因此,本發(fā)明的更廣泛的實施方式不局限于在此顯示和說明的具體細(xì)節(jié)和代表性的實施例。因此,可進(jìn)行不同的改型,而不脫離由所附權(quán)利要求及其等效物所確定的總體發(fā)明構(gòu)思的主旨和范圍。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體處理用的成膜裝置的使用方法,其特征在于,具有利用清洗氣體對所述成膜裝置的反應(yīng)室的內(nèi)表面附著的以高介電常數(shù)材料為主要成分的副生成物膜進(jìn)行處理的工序;在此,向所述反應(yīng)室內(nèi)供給所述清洗氣體,并將所述反應(yīng)室內(nèi)設(shè)定為第一溫度和第一壓力;所述清洗氣體不含氟而含有氯,所述第一溫度和所述第一壓力設(shè)定為使得所述清洗氣體中的氯活化。
2.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于所述第一溫度在600~1050℃的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于所述第一壓力在6650Pa(50Torr)~常壓的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于所述高介電常數(shù)材料是金屬硅酸鹽,對所述副生成物膜進(jìn)行處理的工序是在殘留所述副生成物膜的硅酸鹽成分的狀態(tài)下除去金屬成分的工序。
5.如權(quán)利要求4所述的方法,其特征在于,還具有向所述反應(yīng)室內(nèi)供給含氟的清洗氣體、利用干清洗對除去所述金屬成分后的所述副生成物膜進(jìn)行蝕刻的工序。
6.如權(quán)利要求4所述的方法,其特征在于所述高介電常數(shù)材料是硅酸鉿或硅酸鋯。
7.如權(quán)利要求2所述的方法,其特征在于所述高介電常數(shù)材料是氧化鉿、鋁酸鉿、氧化鋯。
8.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于所述清洗氣體含有10~90容量%的氯化氫氣體。
9.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,具有在對所述副生成物膜進(jìn)行處理的工序之后,使用后處理氣體利用化學(xué)反應(yīng)除去所述反應(yīng)室內(nèi)殘留的氯的工序;在此,將所述后處理氣體供給到所述反應(yīng)室內(nèi),并且將所述反應(yīng)室內(nèi)設(shè)定為所述后處理氣體活化的第二溫度和第二壓力。
10.如權(quán)利要求9所述的方法,其特征在于所述第二溫度在600~1000℃的范圍內(nèi)。
11.如權(quán)利要求9所述的方法,其特征在于所述第二壓力在133Pa(1Torr)~1330Pa(10Torr)的范圍內(nèi)。
12.如權(quán)利要求9所述的方法,其特征在于所述后處理氣體含有10~100容量%的氨。
13.如利要求9所述的方法,其特征在于,還具有在對所述副生成物膜進(jìn)行處理的工序和將所述殘留的氯除去的工序之間,用惰性氣體對所述反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行吹掃的工序。
14.如權(quán)利要求9所述的方法,其特征在于還具有在對所述副生成物膜進(jìn)行處理的工序之前,在所述反應(yīng)室內(nèi)利用CVD在被處理基板上形成高介電常數(shù)膜的工序,在此期間所述副生成物膜附著在所述反應(yīng)室的內(nèi)表面。
15.如權(quán)利要求14所述的方法,其特征在于形成所述高介電常數(shù)膜的工序具有將含有有機(jī)鉿化合物的第一成膜氣體和含有硅烷類氣體的第二成膜氣體供給到所述反應(yīng)室內(nèi)的工序。
16.一種半導(dǎo)體處理用的成膜裝置,其特征在于,具有容納被處理基板的反應(yīng)室,對所述反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行加熱的加熱器,對所述反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行排氣的排氣系統(tǒng),將用于在所述被處理基板上形成高介電常數(shù)膜的成膜氣體供給到所述反應(yīng)室內(nèi)的成膜氣體供給系統(tǒng),將不含氟而含有氯的清洗氣體供給到所述反應(yīng)室內(nèi)的清洗氣體供給系統(tǒng),和控制所述裝置的動作的控制部;所述控制部運行如下工序利用清洗氣體對所述反應(yīng)室的內(nèi)表面附著的以高介電常數(shù)材料為主要成分的副生成物膜進(jìn)行處理的工序;在此,將所述清洗氣體供給到所述反應(yīng)室內(nèi),并且將所述反應(yīng)室內(nèi)設(shè)定為第一溫度和第一壓力;所述第一溫度和所述第一壓力設(shè)定為使得所述清洗氣體中的氯活化。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置,其特征在于所述裝置還具有將與氯進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的后處理氣體供給到所述反應(yīng)室內(nèi)的后處理氣體供給系統(tǒng),所述控制部運行如下工序在對所述副生成物膜進(jìn)行處理的工序之后,使用所述后處理氣體利用化學(xué)反應(yīng)除去所述反應(yīng)室內(nèi)殘留的氯的工序;在此,將所述后處理氣體供給到所述反應(yīng)室內(nèi),并且將所述反應(yīng)室內(nèi)設(shè)定為所述后處理氣體活化的第二溫度和第二壓力。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置,其特征在于在對所述副生成物膜進(jìn)行處理的工序之前,所述控制部還運行在所述反應(yīng)室內(nèi)利用CVD在所述被處理基板上形成高介電常數(shù)膜的工序,在此期間所述副生成物膜附著在所述反應(yīng)室的內(nèi)表面。
19.如權(quán)利要求16所述的裝置,其特征在于所述高介電常數(shù)材料是金屬硅酸鹽,對所述副生成物膜進(jìn)行處理的工序是在殘留所述副生成物膜的硅酸鹽成分的狀態(tài)下除去金屬成分的工序。
20.一種包含用于在處理器上運行的程序指令且能夠由計算機(jī)讀取的介質(zhì),其特征在于所述程序指令在處理器上運行時,在半導(dǎo)體處理用的成膜裝置中,運行如下工序利用清洗氣體對所述成膜裝置的反應(yīng)室的內(nèi)表面附著的以高介電常數(shù)材料為主要成分的副生成物膜進(jìn)行處理的工序;在此,將所述清洗氣體供給到所述反應(yīng)室內(nèi),并且將所述反應(yīng)室內(nèi)設(shè)定為第一溫度和第一壓力;所述清洗氣體不含氟而含有氯,所述第一溫度和所述第一壓力設(shè)定為使得所述清洗氣體中的氯活化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體處理用的成膜裝置的使用方法,其包含利用清洗氣體對成膜裝置的反應(yīng)室的內(nèi)表面附著的以高介電常數(shù)材料為主要成分的副生成物膜進(jìn)行處理的工序。在此,向反應(yīng)室內(nèi)供給清洗氣體,并將反應(yīng)室內(nèi)設(shè)定為第一溫度和第一壓力。清洗氣體不含氟而含有氯。第一溫度和第一壓力設(shè)定為使得清洗氣體中的氯活化。
文檔編號H01L21/365GK1800444SQ20051009750
公開日2006年7月12日 申請日期2005年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月28日
發(fā)明者田村明威, 中島滋, 尾崎徹志 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社