(57)【要約】【課題】半導体装置の製造方法に於いて、自然酸化膜の増大を抑制しつつ、更にパーティクルの発生を抑制し、半導体装置の品質の向上を図る。【解決手段】基板保持具８により支持した基板１０を反応炉５に装入する際の、基板の雰囲気圧力を２００Ｐａ以上大気圧未満とすると共に、炉内温度を３００℃以下とする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板保持具により支持した基板を反応炉に装入する際の、基板の雰囲気圧力を２００Ｐａ以上大気圧未満とすると共に、炉内温度を３００℃以下とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造工程で、減圧工程を含む半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
先ず、図８により縦型反応炉を有する基板処理装置について略述する。
【０００３】
反応管１は炉口フランジ２に立設されており、該炉口フランジ２には前記反応管１と同心に内管３が支持されている。又、前記反応管１を囲む様に円筒状のヒータ４が設けられている。該ヒータ４、前記反応管１により反応炉が構成される。
【０００４】
前記反応管１の内部は気密な反応室５となっており、該反応室５には気密な予備室６が連通し、該予備室６は前記炉口フランジ２に連設されたロードロック室７によって画成されている。該ロードロック室７には炉入出手段であるボートエレベータ（図示せず）が設けられ、該ボートエレベータによって基板保持具８（以下ボート８）が前記反応室５に入炉、出炉される。又、前記ボート８の入炉時には炉口蓋９によって前記反応室５が気密に閉塞される様になっている。
【０００５】
前記ロードロック室７にはゲート弁（図示せず）が設けられ、前記ロードロック室７の外部にはウェーハ移載機（図示せず）が設けられ、前記ボート８が降下（引出）され、前記ロードロック室７に収納されている状態で前記ボート８に前記ウェーハ移載機により前記ゲート弁を通してシリコンウェーハ等の基板１０（以下ウェーハ１０）が移載される様になっている。
【０００６】
前記炉口フランジ２には第１ガス導入ライン１１が連通され、前記内管３の下方からガスを前記反応室５に導入する様になっており、又前記ロードロック室７には第２ガス導入ライン１２が連通されている。又、前記炉口フランジ２には第１排気ライン１３が連通され、前記ロードロック室７には第２排気ライン１４が連通され、前記第１排気ライン１３、第２排気ライン１４はエアバルブ１５，１６を介して図示しない排気装置に接続されている。
【０００７】
前記ウェーハ１０が前記ボート８に所定数装填された状態で、該ボート８は前記反応室５に入炉され、前記反応室５が真空引きされ、前記ヒータ４により加熱され、前記第１ガス導入ライン１１より処理ガスが導入されつつ、排気され、所要の減圧状態に維持されることで、薄膜の生成等所要のウェーハ処理がなされる。
【０００８】
処理が完了すると前記ボート８が降下され、前記ウェーハ１０が払出される。
【０００９】
従来、処理を開始する際に、前記反応室５に前記ボート８を入出炉する方法としては、前記反応室５、予備室６共に大気圧の状態で入出炉する。或は、該反応室５、予備室６を窒素ガスに置換して入出炉する方法、或は該反応室５、予備室６を真空にして入出炉する方法があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前記反応室５、予備室６が大気圧の状態で前記ボート８を入出炉する方法では、特に入炉時に自然酸化膜が生成し、半導体装置に悪影響を及す。
【００１１】
前記反応室５、予備室６を窒素ガスに置換して前記ボート８を入出炉する方法では、自然酸化膜の生成が抑制され、大気圧の状態で入出炉する場合に比べ自然酸化膜の生成は大幅に抑制される。然し乍ら、窒素ガスに置換したといっても、置換されたガスから完全に酸素ガスを除去することはできないので、ある程度の自然酸化膜は生成され増加してしまう。
【００１２】
前記反応室５、予備室６を真空にして前記ボート８を入出炉する方法は、該ボート８の入炉時に雰囲気を真空とするので、窒素ガス雰囲気下で入出炉する場合に比べ更に自然酸化膜の増加が抑制されるものである。
【００１３】
ところが、真空雰囲気で前記ボート８の入炉を行うとパーティクルが発生することが分っている。
【００１４】
本発明は斯かる実情に鑑み、自然酸化膜の増大を抑制しつつ、更にパーティクルの発生を抑制し、半導体装置の品質の向上を図るものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板保持具により支持した基板を反応炉に装入する際の、基板の雰囲気圧力を２００Ｐａ以上大気圧未満とすると共に、炉内温度を３００℃以下とする半導体装置の製造方法に係るものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
本発明では、自然酸化膜の増大を抑制する為、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気で、且つ減圧下でボートの入出炉を行うことを基本技術思想としている。
【００１８】
上記した様に、ボートの入出炉を行う場合、大気圧雰囲気での入炉にはパーティクルの発生は見られず、減圧雰囲気ではパーティクルが発生することが確認されている。本発明者はウェーハ処理後のパーティクルの測定、実験等によりパーティクルの発生の度合いはボートの雰囲気圧力のみに限らず、入炉温度にも依存することを確認した。即ち、入炉温度が高くなる程パーティクルの発生が多くなることを確認した。
【００１９】
図５は大気圧状態で、ボート８の入炉を行いウェーハ処理を実行した場合のウェーハ１０へのパーティクルの付着状態を示す図であり、図６は高真空状態（２００Ｐａ）で前記ボート８の入炉を行いウェーハ処理を実行した場合のウェーハ１０へのパーティクルの付着状態を示す図である。
【００２０】
又、図７はこの時に使用された前記ボート８の概略図である。
【００２１】
該ボート８は底板２５と天板２６間に４本の支柱２７が設けられ、該支柱２７には所要間隔でウェーハ保持溝２８が刻設され、該ウェーハ保持溝２８に前記ウェーハ１０が挿入保持される。
【００２２】
図５に示される様に、大気圧状態でのパーティクルの付着状態は僅かであり、又パーティクルの付着と前記ボート８との因果関係は見られない。尚、大気圧状態で入炉等を行いウェーハ１０の処理をした場合のパーティクル付着量の増加は、０〜１０個程度である。
【００２３】
図６に示される様に、高真空状態では前記ウェーハ１０全体にパーティクルの付着が増加していると共に、該ウェーハ１０の前記ウェーハ保持溝２８へ挿入された部分（ウェーハ支持部）についてパーティクルの付着が顕著である。即ち、高真空状態では、全体としてパーティクルの付着量が増加すると共にパーティクルの付着と前記ボート８との因果関係も発生している。
【００２４】
本発明者はパーティクル発生のメカニズムを以下の如く解析した。
【００２５】
ウェーハを支持したボートの雰囲気圧力を真空状態或は減圧状態とすると、ウェーハとボートのウェーハ支持部間の気体層が圧力に対応して無くなり、或は薄くなり、完全な固体接触となり摩擦力が増大する。又、摩擦力は真空度が高くなる程大きくなる。
【００２６】
更に、ボートの入炉時、温度リカバリ時、更にウェーハの目的温度迄の昇温時には、振動、ウェーハやボートにかかる温度負荷によるウェーハの膨張、反り、ボートの変形、温度上昇過程で発生するウェーハとボート間の温度差、ウェーハ面内での温度分布の発生等の原因で、ウェーハとボート間に変位が生じる。
【００２７】
摩擦力が増大した真空雰囲気下でのボートとウェーハ間の接触部相対変位、摩擦により、ウェーハ、ボートに付着していた膜が剥がれ、パーティクルとなる。
【００２８】
更に、本発明者は入炉時の入炉温度がパーティクルの発生量に影響を及すこと、又パーティクルの発生は入炉温度が上昇するに従い増大することを確認した。
【００２９】
本発明は、上記解析結果、確認結果に基づくものであり、減圧下、且つ所定温度以下でボートの入炉を行うことで、パーティクルの発生を抑制するものである。
【００３０】
図１に於いて、本実施の形態に係るウェーハ処理装置の概略について説明する。尚、図１中、図８中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
【００３１】
第１排気ライン１３に第１圧力検知器１７が設けられ、第２排気ライン１４には第２圧力検知器１８が設けられる。前記第１圧力検知器１７、第２圧力検知器１８の圧力検知結果は圧力制御部１９に入力される。前記第１排気ライン１３、第２排気ライン１４は排気ポンプ２２に接続されている。
【００３２】
第１ガス導入ライン１１には第１流量制御器２０、第２ガス導入ライン１２には第２流量制御器２１が設けられ、前記第１流量制御器２０、第２流量制御器２１は前記圧力制御部１９からの指令により前記第１ガス導入ライン１１から反応室５に供給されるガスの流量を制御し、前記第２ガス導入ライン１２から予備室６に供給されるガスの流量を制御する。
【００３３】
ヒータ４には電力供給部２３より電力が供給され、該電力供給部２３は炉内温度制御部２４により供給電力を制御されている。尚、図示していないが、反応管１内には温度検出器が設けられ、該温度検出器により検出された炉内温度は前記電力供給部２３にフィードバックされる様になっている。
【００３４】
本ウェーハ処理装置に於ける成膜等のウェーハ処理については、図８で説明した従来例と同様であるので、説明を省略する。
【００３５】
前記圧力制御部１９により、前記第１流量制御器２０、第２流量制御器２１を閉鎖し、ガスの供給を停止し、エアバルブ１５，１６を開き、前記排気ポンプ２２により真空引きすることで、前記反応室５、予備室６を真空状態又は減圧状態とすることができる。
【００３６】
又、前記エアバルブ１５，１６を開き、前記排気ポンプ２２により真空引きした状態で、前記第１圧力検知器１７、第２圧力検知器１８からの圧力検知信号は前記圧力制御部１９にフィードバックされ、該圧力制御部１９では前記第１圧力検知器１７、第２圧力検知器１８が検知する圧力が設定圧力となる様、前記第１流量制御器２０、第２流量制御器２１を制御し、ガス導入流量を調整する。
【００３７】
尚、圧力調整過程、維持過程で供給されるガスは、酸化膜増大を抑制する為、不活性ガス、例えば窒素ガスが用いられる。
【００３８】
又、前記第１ガス導入ライン１１と第２ガス導入ライン１２の２系統で前記反応室５、予備室６にガスが供給され、又前記第１排気ライン１３、第２排気ライン１４の２系統で排気され、更に前記反応室５は開閉可能であるので、該反応室５、前記予備室６は個々に圧力制御、圧力管理が可能であると共に、前記反応室５と予備室６とが連通している状態では、該反応室５と予備室６とを一体に圧力制御、圧力管理が可能である。
【００３９】
炉内温度は図示しない温度検出器により検出され、処理中の炉内温度、ボート８の入炉、装脱時の温度は、前記炉内温度制御部２４により前記電力供給部２３の前記ヒータ４への供給電力が制御されることで所定の温度に制御される。
【００４０】
上記構成に於いて、入炉時の雰囲気圧力を２００Ｐａとし、入炉温度を１００℃〜７００℃迄変化させ前記ボート８を前記反応室５内に入炉させた場合に、該ボート８の上部のウェーハ１０と下部のウェーハ１０にそれぞれ付着したパーティクル（粒径＞０．１６μ）の個数を測定したものが図２である。パーティクルの付着量は前記ボート８下部に位置するウェーハ１０が前記ボート８上部に位置するウェーハ１０よりも多くなっている。前記ボート８下部に位置するウェーハ１０についてパーティクルを考慮すると、入炉温度が３００℃で１０個以下であったものが、４００℃では１７個程度に大幅に増加している。
【００４１】
更に、図２で明らかな様に、温度が上昇するに従って付着したパーティクルの量が増加し、入炉温度が３００℃を越えたところでパーティクルの増加率が大きくなり、加速度的にパーティクルが増加している。
【００４２】
従って、入炉時の雰囲気圧力を２００Ｐａとした場合では、入炉温度を３００℃以下とすることで、パーティクルの発生の抑制に有効である。
【００４３】
又、図３は入炉温度が１００℃の場合と、７００℃の場合のパーティクルの付着状態を示しており、増加したパーティクルはウェーハ支持部に集中していることが分る。この場合のパーティクルの発生メカニズムは上記したと同様、ウェーハとウェーハ支持部の摩擦によることが分る。
【００４４】
又、前記ボート８の雰囲気圧力を変化させた場合の、前記ウェーハ１０の処理前後でのパーティクルの増加量の一例を求めたものが、図４である。ここで、雰囲気圧力とは、前記ボート８が収納されている空間の圧力を意味し、前記ボート８が前記反応室５に入炉され、該反応室５が閉塞されている場合は、該反応室５の圧力が雰囲気圧力であり、該反応室５、前記予備室６のいずれかの空間に前記ボート８が収納され、前記反応室５が開放されている場合、例えば反応炉へボート８を入炉する際は、該反応室５と予備室６を１つとした空間の圧力を意味する。
【００４５】
ここで、パーティクルの増加量とは、前記ウェーハ１０の処理前のパーティクル量に対する処理後のパーティクルの増加量を意味し、以下の実験では、使用ガスを全てＮ２　として処理シーケンスを実行した場合である。
【００４６】
図４は、入炉時の雰囲気圧力を２００Ｐａ、６５０Ｐａ、９８０Ｐａ、１３００Ｐａとし、前記反応室５へ前記ボート８を入炉し、温度リカバリ時の圧力を１３００Ｐａとした場合の、該ボート８の上部、中部、底部でのウェーハに付着したパーティクルの増加量を測定したものである。
【００４７】
入炉時の雰囲気圧力が２００Ｐａ、６５０Ｐａ、９８０Ｐａ、１３００Ｐａと増加するに従って、前記ボート８の各部位に於いて、パーティクルの増加量は略減少傾向を示している。雰囲気圧力の増大と共にパーティクルの減少傾向が見られる。
【００４８】
上記した様に、雰囲気圧力を高くすることで、付着するパーティクルの増加量は低減することができるが、必要以上に高くすると、自然酸化膜の生成の抑制が十分でなくなる。或は、雰囲気圧力を必要以上に高くすると、ウェーハ処理圧力、例えばＳｉＨ４　（モノシラン）とＰＨ３　（ホスフィン）を用いて行うＤ−ｐｏｌｙ　Ｓｉ膜（リンドープシリコン膜）の成膜では、成膜圧力は１１０Ｐａであるので圧力差が大きくなり、圧力調整に時間が掛り、スループットが低下するという不具合を生じる。
【００４９】
従って、実用上効果的な最大雰囲気圧力としては、３０００Ｐａとするのが好ましい。雰囲気圧力が３０００Ｐａの場合、圧力変更時の圧力調整時間を、スループットに影響を及さない程度とすることができ、又自然酸化膜の抑制にも充分な効果がある。
【００５０】
上述した様に、パーティクルの発生は入炉温度と入炉時の雰囲気圧力と密接な関係があり、入炉温度が高くなる程又雰囲気圧力が低くなる程、発生量が多くなる。
【００５１】
更に、雰囲気圧力は２００Ｐａで、パーティクルの発生量を効果的に抑止するには、入炉温度が３００℃以下とすることが有効であることは前述した通りである。又、図４で示した様に、雰囲気圧力が増大すると共にパーティクルの発生が減少することを説明した。尚、図示していないが、入炉時の雰囲気圧力が大気圧（１０１０８０Ｐａ）では入炉温度に拘らず、パーティクルが発生しないことが確認されている。
【００５２】
而して、入炉温度を３００℃以下とすることで、入炉時の雰囲気圧力が２００Ｐａ以上でパーティクルの発生が抑止できる。更に、スループットを低下させないという観点から、入炉時の雰囲気圧力の上限は３０００Ｐａとするのが好ましい。
【００５３】
尚、本発明は以下の実施態様を含む。
【００５４】
【付記】
（付記１）基板保持具により支持した基板を反応炉に装入する際の、基板の雰囲気圧力を２００Ｐａ以上大気圧未満とすると共に、炉内温度を３００℃以下とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００５５】
（付記２）基板を反応炉に装入する際の、基板の存在する空間の圧力を２００Ｐａ以上３０００Ｐａ以下とする付記１の半導体装置の製造方法。
【００５６】
（付記３）基板を処理する反応炉と、該反応炉内で基板を支持する基板保持具と、前記反応炉に連接し、前記基板保持具を収納可能な予備室と、前記基板保持具により保持した基板を前記予備室から前記反応炉内に装入する際に基板の雰囲気圧力が２００Ｐａ以上大気圧未満となる様、又炉内温度が３００℃以下となる様制御する制御手段とを有することを特徴とする基板処理装置。
【００５７】
（付記４）前記制御手段は、基板を反応炉内に装入する際、基板の雰囲気圧力が２００Ｐａ以上３０００Ｐａ以下となる様制御する付記３の基板処理装置。
【００５８】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、基板保持具により支持した基板を反応炉に装入する際の、基板の雰囲気圧力を２００Ｐａ以上大気圧未満とすると共に、炉内温度を３００℃以下とするので、自然酸化膜の増大が抑制され、更にパーティクルの発生が抑制され、半導体装置の品質の向上が図れるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す骨子図である。
【図２】本発明の実施の形態に於ける入炉温度と基板に付着するパーティクルの増加量との関係を示す図である。
【図３】基板に付着したパーティクルの状態を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に於ける雰囲気圧力と基板に付着するパーティクルの増加量との関係を示す図である。
【図５】大気圧状態で処理した場合の基板に付着したパーティクルの状態を示す説明図である。
【図６】真空状態で処理した場合の基板に付着したパーティクルの状態を示す説明図である。
【図７】基板を保持する基板保持具の斜視図である。
【図８】従来例を示す骨子図である。
【符号の説明】
１　　　　　反応管
５　　　　　反応室
６　　　　　予備室
８　　　　　ボート
１０　　　　ウェーハ
１１　　　　第１ガス導入ライン
１２　　　　第２ガス導入ライン
１３　　　　第１排気ライン
１４　　　　第２排気ライン
１７　　　　第１圧力検知器
１８　　　　第２圧力検知器
１９　　　　圧力制御部
２０　　　　第１流量制御器
２１　　　　第２流量制御器
２２　　　　排気ポンプ
２３　　　　電力供給部
２４　　　　炉内温度制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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