(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜材料を構成する元素からなる反応ガスを半導体ウエハに成膜を行う反応管に、前記反応管の一方の端部近傍、中央部、および他方の端部近傍の領域に分けて個別に温度制御手段を設け、
前記反応管内を減圧状態に保ち、前記反応管の一方の端部から他方の端部に向けて反応ガスを供給し且つ反応ガスが導入される前記反応管の一方の端部近傍を前記反応管の中央部の温度と同じまたはそれ以上に加熱し、前記反応管の他方の端部近傍を前記反応管の中央部近傍よりも高い温度によって加熱して、熱を用いた励起エネルギによりＣＶＤ反応させ、前記反応管の内面に薄膜を形成してコーティングを行い、
しかる後、前記反応管内に前記半導体ウエハを搬送して成膜を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
薄膜材料を構成する元素からなる反応ガスを半導体ウエハに成膜を行う反応管に、前記反応管の一方の端部近傍、中央部、および他方の端部近傍の領域に分けて個別に温度制御手段を設け、
前記反応管内を減圧状態に保ち、前記反応管の一方の端部から他方の端部に向けて反応ガスを供給し且つ前記反応管の一方の端部近傍を前記反応管の中央部の温度よりも低い温度に加熱し、前記反応管の他方の端部近傍の温度を前記反応管の中央部近傍よりも高い温度に加熱する第１の工程と、前記反応管の他方の端部から一方の端部に向けて反応ガスを供給し且つ前記反応管の一方の端部近傍を前記反応管の中央部の温度よりも高い温度に加熱し、前記反応管の他方の端部近傍の温度を前記反応管の中央部近傍よりも低い温度に加熱する第２の工程とにより、熱を用いた励起エネルギによりＣＶＤ反応させ、前記反応管の内面に薄膜を形成してコーティングを行い、
しかる後、前記反応管内に前記半導体ウエハを搬送して成膜を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。平成１５年８月２９日出願人名義変更届提出
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コーティング方法ならびにそれに用いる半導体製造装置に関し、特に、横型低圧ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ    Ｖａｐｏｒ    Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置における半導体ウエハへの金属汚染の防止に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者が検討したところによれば、反応管を減圧状態の保ちながら半導体ウエハに薄膜を形成させる横型低圧ＣＶＤ装置は、反応管となるプロセスチューブの材質として炭化シリコン（ＳｉＣ）が用いられている。
【０００３】
なお、この種の半導体製造装置について詳しく述べてある例としては、１９９４年１１月２５日、株式会社工業調査会発行、大島雅志（編）、電子材料１１月号別冊「超ＬＳＩ製造・試験装置ガイドブック＜１９９５年版＞」Ｐ４４〜Ｐ５１があり、この文献には、各種ＣＶＤ装置における構造などが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような横型低圧ＣＶＤ装置では、次のような問題点があることが本発明者により見い出された。
【０００５】
すなわち、ＳｉＣ材からなるプロセスチューブには、鉄（Ｆｅ）などの重金属の含有量が多く、成膜時にこれらの重金属の不純物によって半導体ウエハが汚染されてしまい、品質不良を引き起こしてしまうという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、ＣＶＤ反応により成膜を行う反応管から発生する重金属などの不純物による半導体ウエハへの汚染を確実に防止することのできるコーティング方法ならびにそれに用いる半導体製造装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【０００９】
すなわち、本発明の半導体装置の製造方法は、薄膜材料を構成する元素からなる反応ガスを半導体ウエハに成膜を行う反応管に供給し、所定の励起エネルギによりＣＶＤ反応させ、半導体ウエハ表面に形成される薄膜と同一の薄膜を反応管の内面に形成してコーティングし、反応管内に半導体ウエハを搬送して成膜を行うものである。
【００１０】
それにより、ＣＶＤ反応による成膜時に反応管から発生する半導体ウエハへの重金属の汚染を低減することができる。
【００１１】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、反応管内を減圧状態に保ちながら励起エネルギとして熱を用いたＣＶＤ反応により該反応管の内面に薄膜を形成してコーティングを行うものである。
【００１２】
それにより、反応管の内面に短時間で効率よく半導体ウエハ表面に形成される薄膜と同一の薄膜をコーティングすることができる。
【００１３】
さらに、本発明の半導体装置の製造方法は、反応管の一方の端部から他方の端部に向けて反応ガスを供給し且つ反応ガスが導入される該反応管の一方の端部近傍を反応管の中央部の温度と同じまたはそれ以上に加熱し、該反応管の他方の端部近傍を反応管の中央部近傍よりも高い温度によって加熱するものである。
【００１４】
それにより、反応管の内面に形成される薄膜の成膜速度が均一となり、１度のコーティングにより反応管の内面に短時間で効率よく半導体ウエハ表面に形成される薄膜と同一の薄膜を均一の膜厚で形成することができる。
【００１５】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、反応管の一方の端部から他方の端部に向けて反応ガスを供給し且つ反応管の一方の端部近傍を反応管の中央部の温度よりも低い温度に加熱し、反応管の他方の端部近傍の温度を反応管の中央部近傍よりも高い温度に加熱する第１の工程と、反応管の他方の端部から一方の端部に向けて反応ガスを供給し且つ反応管の一方の端部近傍を反応管の中央部の温度よりも高い温度に加熱し、反応管の他方の端部近傍の温度を反応管の中央部近傍よりも低い温度に加熱する第２の工程とを有するものである。
【００１６】
それにより、反応管の内面に短時間で効率よく半導体ウエハ表面に形成される薄膜と同一の薄膜を均一の膜厚で形成することができる。
【００１７】
さらに、本発明の半導体装置の製造方法は、反応管の内面に形成される薄膜の厚さが、０．８μｍ以上よりなるものである。
【００１８】
それにより、反応管に含まれる重金属が反応管の内面に形成された薄膜から透過するのを確実に防止することができる。
【００１９】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、薄膜材料を構成する元素からなる反応ガスを半導体ウエハに成膜を行う反応管に供給し、所定の励起エネルギによりＣＶＤ反応させ、反応管内に含まれた重金属による半導体ウエハの汚染を防止する薄膜を反応管の内面に形成することによりコーティングし、しかる後、反応管内に半導体ウエハを搬送して成膜を行うものである。
【００２０】
それにより、反応管の内面に短時間で効率よく半導体ウエハ表面に形成される薄膜と同一の薄膜を均一の膜厚で形成することができる。
【００２１】
以上のことより、反応管の内面に重金属汚染を防止するコーティングを低コストで容易に行うことができ、重金属汚染による半導体装置の不良を低減でき、製造効率を向上させることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による横型低圧ＣＶＤ装置の１部破断した外観斜視図、図２は、本発明の実施の形態１による横型低圧ＣＶＤ装置のプロセスチューブにおける説明図である。
【００２４】
本実施の形態１において、成膜装置である横型低圧ＣＶＤ装置（半導体製造装置）１は、中央部に薄膜を形成させる装置部分である炉体２が設けられている。
【００２５】
また、炉体２の一方には半導体ウエハＷの成膜を行う反応室３が設けられ、他方には、半導体ウエハＷを搬送する搬送部４が設けられている。
【００２６】
さらに、反応室３には、半導体ウエハＷに薄膜を形成する成膜部である管状の反応管３ａが設けられており、その反応管３ａの外周部近傍には、加熱用のヒータ（加熱手段）３ｂが設けられている。
【００２７】
また、反応管３ａの一方の開口部には、その開口部を密閉するふた３ｃが設けられ、モータなどによって自動的に開閉されるようになっている。
【００２８】
さらに、搬送部４には、半導体ウエハＷを保持するための治具であるボードＨＢを反応管３ａに出し入れするボード搬送装置４ａが設けられ、成膜時には、図示したように所定の数量の半導体ウエハＷが保持されたボードＨＢがボード搬送装置４ａによって反応管３ａ内に搬送されることになる。
【００２９】
次に、横型低圧ＣＶＤ装置１には、反応室３に隣接して排気部５が設けられ、この排気部５ａには反応管３ａ内を所定の圧力まで減圧する真空ポンプ５ａが設けられている。また、この真空ポンプ５ａは、配管５ｂにより反応管３ａの他方の開口部と接続が行われている。また、これら真空ポンプ５ａならびに配管５ｂによって減圧手段が構成されている。
【００３０】
さらに、横型低圧ＣＶＤ装置１は、搬送部４と隣接して横型低圧ＣＶＤ装置１の制御を司る制御部６が設けられ、反応室３の近傍には、薄膜材料を構成する元素からなる一種または数種類の化合物ガス、単体ガスなどの反応ガスを反応管３ａに流量制御しながら供給するガス供給部７が設けられている。
【００３１】
そして、これらボード搬送装置４ａ、真空ポンプ５ａ、ガス供給部７ならびに前述したふた３ｃを駆動させるモータは、制御部６に設けられた制御回路６ａにより制御されている。
【００３２】
次に、前述した反応管３ａおよびヒータ３ｂ周辺の構成について、図２を用いて詳しく説明する。
【００３３】
まず、反応管３ａの一方の開口部近傍には、前述したガス供給部７（図１）から供給される反応ガスを導入する配管７ａが設けられ、反応管３ａの一方の開口部には、この開口部を密閉するためのふた３ｃが設けられている。そして、ガス供給部７および配管７ａによってガス供給手段が構成されている。
【００３４】
また、反応管３ａの外周部近傍には、ヒータ３ｂが設けられている。このヒータ３ｂは、配管５ｂが接続されている反応管３ａの他方の開口部近傍に位置するヒータ３ｂ１  、反応管３ａの中央部に位置するヒータ３ｂ２  ならびにふた３ｃにより密閉される反応管３ａの一方の開口部近傍に位置するヒータ３ｂ３  より構成されている。
【００３５】
そして、これらヒータ３ｂ１  〜３ｂ３  は、それぞれ独立して前述した制御部６（図１）における制御回路部６ａにより温度制御が行われている。
【００３６】
次に、本実施の形態の作用について説明する。
【００３７】
まず、制御部６に設けられた操作部などから反応管３ａ内のコーティングを行う設定を行う。そして、設定が行われると、制御回路６ａは、モータを駆動させてふた３ｃを移動させ、反応管３ａの一方の開口部を密閉し、排気部５に設けられた真空ポンプ５ａおよびヒータ３ｂ１  〜３ｂ３  を動作させ、反応管３ａ内面のコーティング動作を開始する。
【００３８】
たとえば、生成する膜がナイトライド（Ｓｉ３  Ｎ４  ）膜の場合、ヒータ３ｂ１  〜３ｂ３  の温度分布は、反応管３ａの他方の開口部近傍に位置するヒータ３ｂ１  が８３０℃程度、反応管３ａの中央部に位置するヒータ３ｂ２  ならびに反応管３ａの一方の開口部近傍に位置するヒータ３ｂ３  が７８０℃程度とする。
【００３９】
ここで、ヒータ３ｂ１  の加熱温度が８３０℃程度の高温となっているのは、反応ガスの濃度が薄くなる反応管３ａの他方の開口部近傍の反応速度を向上させるためである。また、ヒータ３ｂ２  の加熱温度をヒータ３ｂ３  よりも高い温度としてもよい。
【００４０】
さらに、反応管３ａの圧力は、半導体ウエハＷの成膜時の圧力あるいはそれ以上の圧力である２０パスカル程度〜３０パスカル程度の圧力まで減圧が行われる。
【００４１】
また、制御回路６ａは、ガス供給部７の制御を行い、反応管３ａに半導体ウエハＷの成膜時と同じ流量またはそれ以上の反応ガスを供給するように制御を行う。
【００４２】
そして、これらの条件により反応管３ａのすべての内面に１μｍ程度の薄膜が形成されるまで成膜を行う。ここで、反応管３ａの内面に形成される薄膜の厚さを１μｍ程度としたのは、反応管３ａの内面に形成される薄膜の厚さが０．８μｍ以上であると反応管３ａに含まれている鉄などの重金属が反応管３ａの内面に形成され薄膜から透過して半導体ウエハＷを汚染してしまうのを防止できるからである。
【００４３】
その後、搬送部４に設けられたボート搬送装置４ａによって半導体ウエハＷが保持されたボードＨＢを反応管３ａ内に搬送し、半導体ウエハの成膜を行う。
【００４４】
それにより、本実施の形態１によれば、薄膜材料を構成する元素からなる反応ガスにより反応管３ａのすべての内面に１μｍ程度以上の薄膜を形成してコーティングするので、反応管３ａに含まれた重金属による半導体ウエハＷの汚染を防止することができる。
【００４５】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２による横型低圧ＣＶＤ装置の説明図である。
【００４６】
本実施の形態２において、図３に示すように、横型低圧ＣＶＤ装置（半導体製造装置）１ａに設けられた反応管３ａの一方の開口部近傍には、反応管３ａ内の減圧を行う真空ポンプ５ａと接続された配管５ｃおよびガス供給部７に接続された配管７ｂが接続されている接続部（第１のガス導入部）３ａ１  および接続部（第１の排気部）３ａ２  が設けられている。
【００４７】
また、反応管３ａの他方の開口部近傍にも、同じくガス供給部７に接続された配管７ｃおよび反応管３ａ内の減圧を行う真空ポンプ５ａと接続された配管５ｄが接続されている接続部（第２の排気部）３ａ３  および接続部（第２のガス導入部）３ａ４  が設けられている。
【００４８】
さらに、これら配管５ｃ，５ｄ，７ｂ，７ｃには、たとえば、コンダクタンスバルブや切り換え弁などのバルブ８〜８ｃが設けられ、反応管３ａの外周部近傍には、前記実施の形態１と同様にヒータ３ｂが設けられている。
【００４９】
そして、これら真空ポンプ５ａ、配管５ｃ，５ｄならびにバルブ８，８ａにより減圧手段が構成され、ガス供給部７、配管７ｂ，７ｃおよびバルブ８ｂ，８ｃによってガス供給手段が構成されている。
【００５０】
また、このヒータ３ｂの構成も、同様に、反応管３ａの他方の開口部近傍に位置するヒータ３ｂ１  、反応管３ａの中央部に位置するヒータ３ｂ２  ならびにふた３ｃにより密閉される反応管３ａの一方の開口部近傍に位置するヒータ３ｂ３  より構成されている。
【００５１】
さらに、これらヒータ３ｂ１  〜３ｂ３  、ガス供給部７、真空ポンプ５ａならびにバルブ８〜８ｃは、同様に、横型低圧ＣＶＤ装置１ａにおける全ての制御を司る制御回路６ａ（実施の形態１、図１）によって制御が行われている。
【００５２】
次に、本実施の形態の作用について説明する。
【００５３】
まず、制御部６により反応管３ａ内のコーティングを行う設定を行う。そして、設定が行われると、制御回路６ａは、モータを駆動させてふた３ｃを移動させ反応管３ａの一方の開口部を密閉し、排気部５に設けられた真空ポンプ５ａおよびヒータ３ｂ１  〜３ｂ３  を動作させ、反応管３ａ内面のコーティングを開始する。
【００５４】
また、制御回路６ａは、バルブ８，８ｃを閉じることにより、反応管３ａの一方の開口部から他方の開口部にかけて薄膜材料を構成する元素からなる一種または数種類の化合物ガス、単体ガスなどの反応ガスを流すようにする。
【００５５】
たとえば、生成する膜がナイトライド（Ｓｉ３  Ｎ４  ）膜の場合、ヒータ３ｂ１  〜３ｂ３  の温度分布は、反応管３ａの他方の開口部近傍に位置するヒータ３ｂ１  が８３０℃程度、反応管３ａの中央部に位置するヒータ３ｂ２  が７８０℃程度ならびに反応管３ａの一方の開口部近傍に位置するヒータ３ｂ３  が７５０℃程度とする。
【００５６】
また、反応管３ａ内の圧力は、半導体ウエハＷの成膜時の圧力である２０パスカル程度の圧力まで減圧が行われ、反応ガスの流量は反応管３ａに半導体ウエハＷの成膜時と同じ流量程度が反応管３ａに供給されるように制御回路６ａにより制御されている。
【００５７】
そして、これらの条件で反応管３ａの他方の開口部近傍における薄膜の厚さが１μｍ程度以上となるまで成膜を行う。また、反応ガスの供給部となる反応管３ａの一方の開口部近傍は、成膜速度が低いために反応管３ａの中央部および他方の開口部近傍よりも薄膜の厚さが薄いことになる。
【００５８】
その後、制御回路６ａは、バルブ８，８ｃを開き、バルブ８ａ，８ｂを閉じることにより、反応管３ａの他方の開口部から一方の開口部にかけて反応ガスを流すようにする。
【００５９】
また、制御回路６ａは、ヒータ３ｂ１  〜３ｂ３  の温度分布を、反応管３ａの他方の開口部近傍に位置するヒータ３ｂ１  が７５０℃程度、反応管３ａの中央部に位置するヒータ３ｂ２  が７８０℃程度ならびに反応管３ａの一方の開口部近傍に位置する３ｂ３  が８３０℃程度となるように変更を行う。
【００６０】
さらに、反応管３ａ内の圧力も、半導体ウエハＷの成膜時の圧力である２０パスカル程度の圧力まで減圧が行われ、反応ガスの流量は反応管３ａに半導体ウエハＷの成膜時と同じ流量程度が反応管３ａに供給されるように制御回路６ａにより制御されている。
【００６１】
そして、これらの条件により再度、反応管３ａの一方の開口部近傍における薄膜の厚さが１μｍ程度以上となるまで成膜を行うと、反応ガスの供給部となる反応管３ａの他方の開口部近傍が、成膜速度が低いために反応管３ａの中央部および他方の開口部近傍よりも薄膜の厚さが薄く形成されることになり、反応管３ａの内面に均一に１μｍ程度以上の薄膜が形成され、コーティングが行われたことになる。
【００６２】
その後、搬送部４に設けられたボート搬送装置４ａによって半導体ウエハＷが保持されたボードＨＢを反応管３ａ内に搬送し、半導体ウエハの成膜を行う。
【００６３】
それにより、本実施の形態２では、薄膜材料を構成する元素からなる反応ガスにより反応管３ａのすべての内面に１μｍ程度以上の薄膜をコーティングするので、反応管３ａに含まれた重金属による半導体ウエハＷの汚染を防止することができる。
【００６４】
以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００６５】
たとえば、前記実施の形態１，２では、横型低圧ＣＶＤ装置における成膜を行う反応管の内面のコーティングについて記載したが、この半導体ウエハ表面に形成される薄膜と同一の薄膜を前記反応管の内面に形成するコーティングは、プラズマＣＶＤ装置などの他のＣＶＤ装置や拡散装置など反応が行われる反応室がＳｉＣ材からなる半導体製造装置に用いることができる。
【００６６】
【発明の効果】
本願によって開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００６７】
（１）本発明によれば、反応管の内面に低コストで効率よく半導体ウエハ表面形成される薄膜と同一の薄膜をコーティングでき、反応管それ自体から発生する重金属による半導体ウエハへの汚染を防止することができる。
【００６８】
（２）また、本発明では、反応管の内面に重金属の発生を防止するコーティングを行うための装置や設備が不要となり、低コストでフレキシブルに反応管の内面に重金属の発生を防止する半導体ウエハ表面に形成される薄膜と同一の薄膜をコーティングすることができる。
【００６９】
（３）さらに、本発明においては、上記（１），（２）により、重金属汚染による半導体装置の不良を低減でき、製造効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による横型低圧ＣＶＤ装置の１部破断した外観斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１による横型低圧ＣＶＤ装置のプロセスチューブにおける説明図である。
【図３】本発明の実施の形態２による横型低圧ＣＶＤ装置の説明図である。
【符号の説明】
１    横型低圧ＣＶＤ装置（半導体製造装置）
１ａ    横型低圧ＣＶＤ装置（半導体製造装置）
２    炉体
３    反応室
３ａ    反応管
３ａ１      接続部（第１のガス導入部）
３ａ２      接続部（第１の排気部）
３ａ３      接続部（第２の排気部）
３ａ４      接続部（第２のガス導入部）
３ｂ    ヒータ（加熱手段）
３ｂ１      ヒータ
３ｂ２      ヒータ
３ｂ３      ヒータ
３ｃ    ふた
４    搬送部
４ａ    ボード搬送装置
５    排気部
５ａ    真空ポンプ
５ｂ    配管
５ｃ    配管
５ｄ    配管
６    制御部
６ａ    制御回路
７    ガス供給部
７ａ    配管
７ｂ    配管
７ｃ    配管
８〜８ｃ    バルブ
Ｗ    半導体ウエハ
ＨＢ    ボード
【図１】
0003569376.tif 000002
【図２】
0003569376.tif 000003
【図３】
0003569376.tif 000004