(57)【要約】【課題】  従来の気相成長装置において、安全性の観点から充分とは言えず、未だ改良すべき点がある。本発明は、上記した点に対処してなされたもので、安全性を大幅に改善した新規な気相成長装置を提供するものである。【解決手段】  本発明の気相成長装置によれば、安全性を大幅に改善した新規な気相成長装置を提供可能であり、具体的にはＣｌＦ３ガスの置換作業後にその場でチャンバー１０３（反応炉），排気配管内１０７の雰囲気中のＣｌＦ３ガス濃度を測定し、安全濃度まで低下しているかを確認することが可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバーに収容されたウェハ上に、気相成長法により成膜するために、成膜に必要なガスを供給する第１の流路と、前記チャンバー内をクリーニングするために、クリーニング用ガスを前記チャンバー内に供給する第２の流路と、前記チャンバー内のガスを排気する第３の流路とを備えてなる気相成長装置であって、前記第３の流路と並行して第４の流路が設けられ、前記第４の流路に、前記チャンバーの雰囲気と略同等の雰囲気をもつガス貯蔵部が接続され、前記ガス貯蔵部の他方の１つに排気用ポンプ、もう一つに前記ガス貯蔵部のガス雰囲気を測定するガス測定装置が接続されていることを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記ガス貯蔵部のさらにもう一つに、圧力ゲージが接続されていることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記ガス測定装置は、四重極質量分析計であることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記排気用ポンプは、ターボ分子ポンプであることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【請求項５】
前記ターボ分子ポンプの出力側は、バルブを介して前記第３の流路に接続されていることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【請求項６】
前記第１の流路と前記第２の流路の他に、クリーニングガスを置換するガスを供給する流路を設けたことを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クリーニング機能を有する気相成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ウェハに成膜する製造装置として、気相成長装置（ＣＶＤ：Chemical Vapor Depositionで、この中にＶＰＥ：Vapor phase epitaxial growthを含む）が一般的で、例えば特開平９−１７７３４号公報（引用文献１）に示すように、Ｓｉの成膜では、ガスとしてシラン（ＳｉＨ４）と水素（Ｈ２）が用いられている。
なお、ここで、結晶性の悪い基板上には、ポリＳｉ膜が、Ｓｉ単結晶基板には単結晶Ｓｉ膜が成膜される。
【０００３】
具体的な例としては、図２に示す通りで、支持台２０１上に載置された半導体ウェハ２０２がチャンバー（反応炉）２０３内に収納される。収納された半導体ウェハ２０２は、ヒータ（図示せず）により、成膜に必要な温度に加熱される。
チャンバー２０３には、プロセスガス（ＳｉＨ４ガス及びＨ２ガス）を供給するガス流路２０４（第１の流路）が連結され、ガス流路の他方はプロセスガス用のシリンダ（ＳｉＨ４ガス及びＨ２ガスのそれぞれのシリンダ：図示せず）が、そのガスを開閉するバルブ（図示せず）を介して接続されている。
【０００４】
シリンダより、ガス流路２０４を介し、バルブが開放され、チャンバー２０３内に、ＳｉＨ４ガス、Ｈ２ガスが供給され、半導体単結晶ウェハ２０２上に、Ｓｉ膜が成膜（エピタキシャル成長）される。この成膜は、何回か繰り返して行う場合が多い。例えば特開２０００−２８２２４１号公報（特許文献２）に示す如く、ＳｉＨ４ガスに硼素、アルミニウム、ガリウム及び燐などを含むようにすると、Ｐ型、Ｎ型の半導体単結晶層を形成可能である。更に、特開２００４−２８１６７３号公報（特許文献３）の如く、ＳｉＨ４ガスと、Ｏ２ガスを供給するようにすれば、ＳｉＯ２膜が、ＳｉＮ４ガスとＨＮ３ガスなどを供給するようにすれば、Ｓｉ３Ｎ４膜が成膜できる。
【０００５】
また、チャンバー２０３には、クリーニング用のＣｌＦ３ガス（ＳｉＯ２膜、Ｓｉ３Ｎ４膜の場合ＣＦ４やＣ２Ｆ６などのガスを用いる）を供給するガス流路２０６が接続され、その流路２０６の途中には、ガスを開閉するバルブ（図示せず）が接続されている。また、ＣｌＦ３ガスでクリーニング後に、有毒な残留クリーニングガスを置換するＮ２ガス供給流路２０５が接続されている。
【０００６】
生成膜（Ｓｉ単結晶膜）が終了後、チャンバー２０３の内壁、排気用流路２０７の内壁に反応副生成物が堆積するので、ＣｌＦ３ガスによるクリーニングが行われている。ＣｌＦ３ガスは吸着性の高いガスであり、低濃度でも人体に対して有害なガスであるので（ＴＬＶ値：０．１ｐｐｍ）、ＣｌＦ３ガスをチャンバー２０３内，排気用流路２０７に導入する。その後、特にそれらをメンテナンス等のために大気開放する際には、Ｎ２ガス供給流路２０５からＮ２ガスを供給し、内部雰囲気中ＣｌＦ３ガスの十分な置換が必要である。
なお、上記ウェハ２０２上への成膜、チャンバー２０３内のクリーニングにおいて、ガスの排気は、ガス排気用のガス流路２０７に接続されているバルブ２０８、圧力調整弁２０９を介して、真空ポンプ２１０より、バキュームされる。
【０００７】
ここで、ＣｌＦ３ガスの安全な濃度まで低下したことをその場で確認する方法が無いため、例えば予め同じ条件でのＣｌＦ３ガスの導入，ガスの置換を行った後、内部雰囲気ガスをサンプリングして分析したデータに元に、安全濃度以下であることを判断する方法等が考えられる。
【０００８】
しかし、チャンバー（反応炉）２０３、排気用流路２０７内への反応副生成物の堆積量は、ＣＶＤ装置のプロセス条件に因って異なり、それに基づいて実施するＣｌＦ３ガスによるクリーニングの条件も異なってくるため、多数条件での内部雰囲気ガスの分析が必要となる。また、安全性確保への考慮から、必要以上の時間をかけた置換作業を実施が必要となる可能性が有る。
【０００９】
【特許文献１】特開平９−１７７３４号公報
【特許文献２】特開２０００−２８２２４１号公報
【特許文献３】特開２００４−２８１６７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、従来の気相成長装置において、安全性の観点から充分とは言えず、未だ改良すべき点がある。
本発明は、上記した点に対処してなされたもので、安全性を大幅に改善した新規な気相成長装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の特徴は、チャンバーに収容されたウェハ上に、気相成長法により成膜するために、成膜に必要なガスを供給する第１の流路と、チャンバー内をクリーニングするために、クリーニング用ガスをチャンバー内に供給する第２の流路と、前記チャンバー内のガスを排気する第３の流路とを備えてなる気相成長装置であって、第３の流路と並行して第４の流路が設けられ、第４の流路に、チャンバーの雰囲気と略同等の雰囲気をもつガス貯蔵部が接続され、ガス貯蔵部の他方の１つに排気用ポンプ、もう一つに前記ガス貯蔵部のガス雰囲気を測定するガス測定装置が接続されていることにある。
【００１２】
なお、本発明において、上述したガス貯蔵部のさらにもう一つに、圧力ゲージが接続されていることが望ましい。
【００１３】
また、ガス測定装置は、四重極質量分析計であることが望ましく、排気用ポンプは、ターボ分子ポンプであることが望ましく、さらに、本発明の実施態様では、ターボ分子ポンプの出力側は、バルブを介して前記第３の流路に接続されている。
【００１４】
また、本発明の気相成長装置において、第１の流路と第２の流路の他に、クリーニングガスを置換するガス（Ｎ２ガス）を供給する流路を、さらに設けられていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、安全性を大幅に改善した新規な気相成長装置を提供可能であり、具体的にはＣｌＦ３ガスの置換作業後にその場でチャンバー（反応炉），排気配管内の雰囲気中のＣｌＦ３ガス濃度を測定し、安全濃度まで低下しているかを確認することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
第１の実施形態では、上述した従来例と同様で、図１に示す如く、支持台１０１上に載置されたＳｉ単結晶ウェハ１０２がチャンバー１０３内に収納される。収納されたＳｉ単結晶ウェハ１０２は、ヒータ（図示せず）により、成膜に必要な温度に加熱される。
【００１８】
チャンバー１０３には、プロセスガス（ＳｉＨ４ガス及びＨ２ガス）を供給するガス流路１０４（第１の流路）が連結され、ガス流路の他方はそれぞれガスシリンダ（図示せず）に接続されている。その流路１０４の途中には、ガスを開閉するバルブ（図示せず）が接続されている。即ちバルブは、Ｈ２ガス制御用として、直列に２段、ＳｉＨ４ガス制御用として、直列に２段接続され、その個々の２段のバルブの間には、個々に、圧力スイッチ（図示せず）が接続され、その圧力スイッチの他端は制御装置に接続されている。この制御装置には、クリーニングガスを制御するバルブ、置換ガス（Ｎ２ガス）バルブも接続されている。
【００１９】
なお、ＳｉＨ４ガスに硼素（Ｂ２Ｈ６ガス）、燐（ＰＨ３ガス）などを含むようにすると、Ｐ型、Ｎ型のＳｉ単結晶層を形成可能である。ＳｉＨ４ガスに含ませるガスは、硼素、燐に限らず、Ａｌ、Ａｓなどを含むガスであっても構わない。
【００２０】
ガス流路１０４を介し、バルブが開放され、チャンバー１０３内に、ＳｉＨ４ガス、Ｈ２ガスが供給され、Ｓｉ単結晶ウェハ上に、Ｓｉ単結晶膜が成膜される。この成膜は、何回か繰り返して行う場合が多い。本実施形態の場合は、最初、ＳｉＨ４ガスにＰＨ３ガスを混合したガスと、Ｈ２ガスを、次に、ＳｉＨ４ガスにＢ２Ｈ６ガスを混合したガスと、Ｈ２ガスを流すことによって、最初Ｎ型Ｓｉ単結晶層、次にＰ型Ｓｉ単結晶層が形成される。
【００２１】
また、チャンバー１０３には、ＣｌＦ３ガスを供給するガス流路１０６（第２の流路）が接続され、その流路１０６の途中には、ガスを開閉するバルブ（図示せず）が接続されている。このバルブには、上述したように制御装置（図示せず）が接続されている。なお、ＣｌＦ３ガスを供給するガス流路１０６の他端は、当然ながらシリンダ（図示せず）が接続されている。
【００２２】
成膜（Ｐ型Ｓｉ単結晶層、Ｎ型Ｓｉ単結晶層）が終了後、チャンバー１０３内をクリーニングする。この場合、シリンダより、ガス流路１０６を介し、バルブ（図示せず）を開放することにより、ＣｌＦ３ガスが供給される。
なお、上記ウェハ上への成膜、チャンバー内のクリーニングにおいて、ガスの排気は、ガス排気用のガス流路１０７（第３の流路）が接続されている真空ポンプ１１０により、バキュームされる（バルブ１０８を開放、圧力調整弁１０９を制御）。
【００２３】
本実施形態では、気相成長プロセスからクリーニングへの移行の際、チャンバー１０３内に加えて、第３の流路である排気用の流路１０７内のガスもバキュームし、管内からＳｉＨ４ガスを排出する。ＳｉＨ４ガスの排出後、ＳｉＨ４ガス供給用のバルブを閉じる。この後に、ＣｌＦ３ガスをチャンバー１０３内に導入し、クリーニングを実施する。
【００２４】
この後本実施形態では、ＣｌＦ３ガス導入中、個々のバルブの間の配管に設けられた圧力スイッチが圧力上昇を検知した時、クリーニングガス（ＣｌＦ３ガス）の導入を禁止する。即ち、圧力スイッチで圧力上昇を感知すると、制御装置に信号が送られ、その制御装置からバルブが閉じられ、クリーニングガスの供給ができなくなる。
このように制御を行えば、微量のＳｉＨ４ガスの残量或いはバルブの緩みから発生する漏れがあったとしても、ＳｉＨ４ガスとクリーニングガスとが混合するということはない。
換言すると、バルブ間の圧力スイッチ１１４で、異常が感知された時に、クリーニングガスの供給を止める（バルブ１０９を閉じる）ので、アパチャー内で、ＳＩＨ４ガスとＣｌＦ３ガスでの混合がなくなり、比較的に安全性に優れたものとなる。
【００２５】
この装置で上記のように制御すれば、ＳｉＨ４ガスとクリーニングガスの混合の危険性を、クリーニングガスの導入中もリアルタイムで監視可能となる。
したがって、本実施形態の気相成長装置によれば、ＳｉＨ４ガスとクリーニングガスの混合の危険性が少なくなり、従来よりも安全性の高いものを提供可能となる。
【００２６】
本実施形態で重要となる点は、第３の流路１０７（排気流路）と並行して第４の流路１１５が設けられる点である。この第４の流路１１５には、チャンバー１０３の雰囲気と略同等の雰囲気をもつガス貯蔵部１１４が接続され、前記ガス貯蔵部１１４の他方の１つに排気用ポンプ１１１、もう一つに前記ガス貯蔵部１１４のガス雰囲気を測定するガス測定装置１１２（ガス分析計）が接続されている。また、ガス貯蔵部１１４のさらにもう一つに、圧力ゲージ１１３が接続されている。
【００２７】
なお、ガス測定装置１１２は、四重極質量分析計が望ましい。また、排気用ポンプ１１１は、ターボ分子ポンプであることが望ましい。さらに、ターボ分子ポンプ１１１の出力側は、バルブＢを介して第３の流路１０７に接続されている。
【００２８】
上述した気相成長装置で、ＣｌＦ３ガスにてチャンバー１０３（反応炉），排気用流路１０７の配管内のクリーニングを実施した後、Ｎ２ガス流路１０５よりＮ２ガスを導入，真空ポンプ１１０によるバキュームの繰返し等により、ＣｌＦ３ガスを排除する作業を行う。
【００２９】
その後、反応炉１０３をバキュームした状態のまま、図１のバルブＡ，Ｂを開放し、ターボ分子ポンプ１１１により、残留ガス分析計１１２の測定可能な圧力（約１Ｅ−０５Ｔｏｒｒ）まで、測定雰囲気をバキュームする。その後、測定可能な圧力まで到達したことを圧力ゲージ１１３によって確認し、残留ガス分析計１１２で測定雰囲気１１４を測定する。
【００３０】
測定結果が安全濃度に達していない場合は、置換作業，残留ガス分析計による測定を繰返し、安全濃度であることが確認された時点で反応炉を大気開放可能とする。
なお、バルブＡ，Ｂは、残留ガス分析計１１２等が気相成長で用いる腐食性ガス等のプロセスガスに曝されないために設置する。
【００３１】
本発明によれば、安全性を大幅に改善した新規な気相成長装置を提供可能であり、具体的にはＣｌＦ３ガスの置換作業後にその場でチャンバー（反応炉），排気配管内の雰囲気中のＣｌＦ３ガス濃度を測定し、安全濃度まで低下しているかを確認することが可能となる。
【００３２】
なお、上記実施形態では、Ｓｉ単結晶層形成の場合を説明したが、ポリＳｉ層形成時にも適用でき、他の化合物半導体例えばＧａＡｓ層、ＧａＡｌＡｓやＩｎＧａＡｓなどにも適用可能である。この場合、成膜用のガスを代える必要がある。しかし、クリーニング用のガスとしては、基本的にフッ素系のガスを用いるケースが多いが、他のガス即ちチャンバー内をクリーニングできるガスであれば良い。
【００３３】
また、上述の実施形態では、気相成長プロセスガスとして、シラン（ＳｉＨ４）を用いたが、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）であっても構わない。
【００３４】
また、ＳｉＯ２膜やＳｉ３Ｎ４膜形成の場合にも適用可能で、その場合は、供給ガス、クリーニングガスも上記とは大幅に異なってくる。
ＳｉＯ２膜の場合、モノシラン（ＳｉＨ４）の他、Ｎ２，Ｏ２，Ａｒガスを、Ｓｉ３Ｎ４膜の場合、ＳｉＨ４の他、ＮＨ３，Ｎ２，Ｏ２、Ａｓガスなどを供給することになる。この時の、クリーニングガスとしては、ＣＦ３、Ｃ２Ｆ６、ＣＯＦ２などを用いる。これらの場合も、上記実施形態と同様に、安全性を高めることが可能となる。                                                                    
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態１を説明するための気相成長装置の概略図。
【図２】従来の気相成長装置を説明するための図。
【符号の説明】
【００３６】
１０１・・・・・・・・・・支持台
１０２・・・・・・・・・・Ｓｉ単結晶ウェハ
１０３・・・・・・・・・・チャンバー
１０４・・・・・・・・・・第１のガス流路
１０５・・・・・・・・・・Ｎ２ガス流路
１０６・・・・・・・・・・ＣｌＦ３ガス流路（第２のガス流路）
１０７・・・・・・・・・・排気用ガス流路（第３のガス流路）
１０８・・・・・・・・・・バルブ
１０９・・・・・・・・・・圧力調整弁
１１０・・・・・・・・・・真空ポンプ
１１１・・・・・・・・・・ターボ分子ポンプ
１１２・・・・・・・・・・残留ガス分析計
１１３・・・・・・・・・・圧力ゲージ
１１４・・・・・・・・・・測定雰囲気領域
１１５・・・・・・・・・・第４の流路
【図１】
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【図２】
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