(57)【要約】【課題】成膜基板への成膜に先立って行うプリコート時に成膜基板の代わりに基板保持板に載置するダミー基板への膜堆積による反りを抑制し、それによって、反りに伴うパーティクルの発生を抑制または防止できる半導体デバイスの製造を提供する。【解決手段】基板保持板２上にダミー基板１１を載置した状態で基板処理室５０内にクリーニングガスを導入して基板処理室内をクリーニングし、その後、そのダミー基板１１を基板保持板２上に載置した状態で基板処理室５０内に成膜処理ガスを供給しプリコートを行い、その後、基板保持板２上に製品基板１を載置した状態で基板処理室５０内に成膜処理ガスを供給して成膜を行う。そして、ダミー基板１１としては、表面に凹凸を有するダミー基板を使用して、プリコート成膜による膜の応力によるダミー基板の反りを抑制する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内の基板保持板上に表面に凹凸を有するダミー基板を載置した状態で前記処理室内に処理ガスを供給しプリコートを行う工程と、
前記基板保持板上に製品基板を載置した状態で前記処理室内に処理ガスを供給して成膜を行う工程と、を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記プリコート工程の前に、前記基板保持板上に前記ダミー基板を載置した状態で前記処理室内にクリーニングガスを導入して前記処理室内をクリーニングする工程をさらに有することを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの製造方法に関し、特に、基板への薄膜形成、不純物ドーピング、表面処理等を行う半導体製造装置、その中でも特に基板の支持と均熱を目的とする基板保持具に基板を載置して加熱するタイプのヒータユニットを有し、基板処理室に堆積した反応生成物をクリーニングガスによりドライエッチして除去する半導体製造装置を使用する半導体デバイスの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、製品基板に成膜を行う工程の前に、パーティクルや金属汚染を抑制し、基板処理室雰囲気を整えるために、処理室内に処理ガスを流してプリコート処理を行っていた。そして、このプリコート処理は、基板保持板上にダミー基板を載置した状態で行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
基板保持板上にダミー基板を載置した状態で成膜用の処理ガスを流してプリコート処理を行うと、ダミー基板上にも同様に膜が堆積する。しかし、ダミー基板の基板保持板と接している面には膜が堆積しない。ダミー基板片面への堆積膜が厚くなると、膜の応力によってダミー基板に反りが発生し、基板保持板への膜堆積、ダミー基板裏面への膜堆積が生じ、それに伴うパーティクルの発生が問題となっていた。
【０００４】
本発明の主な目的は、ダミー基板への膜堆積による反りを抑制し、それによって、反りに伴うパーティクルの発生を抑制または防止できる半導体デバイスの製造を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、
処理室内の基板保持板上に表面に凹凸を有するダミー基板を載置した状態で前記処理室内に処理ガスを供給しプリコート（空成膜）を行う工程と、
前記基板保持板上に製品基板を載置した状態で前記処理室内に処理ガスを供給して成膜を行う工程と、を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法が提供される。
【０００６】
このように、表面に凹凸を設けているダミー基板を使用するので、プリコート成膜による膜の応力によるダミー基板の反りが抑制され、それによって、反りに伴うパーティクルの発生を抑制または防止することができる。
【０００７】
なお、製品基板に成膜を行う工程の前に、プリコート工程を設けることによって、パーティクルや金属汚染を抑制し、また、基板処理室雰囲気を整えることができる。
【０００８】
好ましくは、前記プリコート工程の前に、前記基板保持板上に前記ダミー基板を載置した状態で前記処理室内にクリーニングガスを導入して前記処理室内をクリーニングする工程をさらに有する。
【０００９】
基板保持板上にダミー基板を載置した状態で処理室内にクリーニングガスを導入して処理室内をクリーニングするので、クリーニングの際に基板保持板の保護ができ、また、基板保持板によって隔てられた基板処理空間以外へクリーニングガスが入り込まないようにすることができる。
【００１０】
なお、このようなクリーニング工程の後に上記プリコート工程を備えることで、パーティクルや金属汚染を抑制することに加えて、クリーニング後の基板処理室の雰囲気を整えることができる。
【００１１】
そして、クリーニング時に基板保持板上に載置するダミー基板を、そのままその後のプリコート時に基板保持板上に載置するダミー基板とすることにより、クリーニングからプリコート処理までをダミー基板１枚でおこなうことが可能となるため、今まで別途用意しなければならなかったプリコート用の基板が必要なくなり、コストの削減が期待される。また、クリーニングとプリコートの２工程を一貫の処理として全自動化することができるため、装置ダウンタイムを短縮することができる。
【００１２】
また、上記プリコート工程により膜が形成されたダミー基板を次回のクリーニング工程または／および空成膜工程でも用いることもできる。
【００１３】
プリコートによって成膜されたカバー基板は、次回のクリーニングで用いられる際に、堆積した膜はクリーニングにより除去されるので、プリコートにより再度膜を堆積することにより、半永久的に使用可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。
図１、図２、図３は、本発明の一実施の形態で使用する基板処理装置を説明するための概略縦断面図であり、図１は、後に説明する昇降機構１０が下降した時の基板搬送時の状態を示し、図２は予備加熱時の状態を示し、図３は、昇降機構１０が上昇した時の基板処理時の状態を示している。図４は、本発明の一実施の形態で使用する基板処理装置における温度測定方法を説明するための概略縦断面図であり、図５は、本発明の一実施の形態で使用するダミー基板を説明するための概略平面図である。
【００１５】
図１〜３に示す基板処理装置３０の一例として熱ＣＶＤ薄膜形成装置を例にとり、処理される基板として半導体シリコン基板を例にとって説明する。
【００１６】
基板処理装置３０は、コールドウォール型の枚葉式熱ＣＶＤ成膜装置であり、処理の対象となる処理基板（半導体ウェハ）１を収容する基板処理室５０、基板処理室５０内で処理基板１またはダミー基板１１を支持する基板保持板（サセプタ）２、処理基板１またはダミー基板１１を加熱する抵抗加熱ヒータ３、基板保持板２と抵抗加熱ヒータ３を含むヒータユニット２０、処理基板１またはダミー基板１１を基板処理装置３０の基板処理室５０内に搬入するための基板挿入口８、基板挿入口８を開閉する開閉弁（ゲートバルブ）９、処理基板１またはダミー基板１１を基板保持板２に載置する際に、処理基板１またはダミー基板１１を一旦支持する基板支持具４、ヒータユニット２０を基板処理室５０内で上昇及び降下させる多段階調整可能な昇降機構１０（図中、昇降機構自体は図示せず、昇降移動距離範囲のみを双方向矢印によって示す）、基板処理室５０内を排気するための排気口７、基板処理室５０内にガスを供給するガス供給口６、および、ガスの処理基板１処理面への供給を均一にするためのガス分散板５を有している。
【００１７】
基板支持具４は石英製のピンで構成されている。基板保持板２（サセプタ）、処理基板１を支持するとともに、抵抗加熱ヒータ３から処理基板１またはダミー基板１１への伝熱を迅速かつ均一にする役割を果たす。ガス供給口６は、基板処理室５０内に所望のガス種を所望のガス流量、ガス比率で供給するためのものであり、そのガスの処理基板１処理面への供給はガス分散板によって均一化されている。排気口７は、未反応ガス及び反応過程で生成したガスを排気するためのものである。なお、図４に示すように、抵抗加熱ヒータ３の温度は熱電対６２により、基板保持板２の温度は放射温度計６１によってそれぞれ測定する。
【００１８】
この基板処理装置３０は、４００℃以上８５０℃以下の高温、１０００００Ｐａまでの圧力圧で、単一基板毎の処理を可能とする。
【００１９】
上記構造を持つ基板処理装置３０において、ガスクリーニングおよびプリコートは次の過程により実施される。
【００２０】
クリーニングダミー基板１１は、基板処理室５０と基板挿入口８を通じて接続された基板搬送室４０に設けられた搬送機構（図示せず）により基板処理室５０に搬送され、基板保持板２と空間を隔てて平行になる様に基板支持具４上に置かれる（図１参照）
【００２１】
開閉弁９は、基板搬送室４０と基板処理室５０とをガスクリーニングおよびプリコート中に隔離するため、ダミー基板１１挿入後に閉じられる。
【００２２】
基板処理室５０は、クリーニングガスの特性により任意に決定される温度まで抵抗加熱ヒータ３によって制御されながら降温される。
【００２３】
ヒータユニット２０は図１に示す搬送位置から昇降機構１０により図３に示す基板処理位置まで上昇する。ヒータユニット２０上昇の際、基板支持具４上のクリーニングダミー基板１１と基板保持板２の間隔は徐々に狭くなり、図２に示す予備加熱状態を経た後、基板処理位置に到達する前にクリーニングダミー基板１１は基板保持板２上に載置されることにより直接加熱される。
【００２４】
基板処理室５０内へ基板処理時に付着した反応生成物を除去することを目的としたガス、たとえばリモートプラズマによりラジカル化されたＮＦ３ガスを導入する。
【００２５】
基板処理室５０内の反応生成物をクリーニングにより除去した後、基板処理室５０内に残留したクリーニングガス雰囲気を排気するためにサイクルパージが行われる。サイクルパージとは、基板処理室５０内を排気し、その後、基板処理室５０内に窒素等の不活性ガスや水素等を導入し、また、基板処理室５０内を排気し、というように、基板処理室５０内の排気と基板処理室５０内への窒素等の不活性ガスや水素等の導入とを繰り返すことによって基板処理室５０をパージする方法である。
【００２６】
基板処理室５０からクリーニングガスをパージした後、基板保持板２は抵抗加熱ヒータ３によって基板処理温度まで加熱される。このとき、クリーニングダミー基板１１は基板保持板２上に載置されている。
【００２７】
基板保持板２が基板処理温度まで加熱されると、上部のガス供給口６より導入され、ガス分散板５で処理面に均等になるように拡散された成膜用の処理ガスにより０．１〜１．０μｍの任意の厚さで基板処理室５０内はプリコート処理される。このときクリーニングダミー基板１１にも膜が堆積することはもちろんである。
【００２８】
プリコート処理後、ヒータユニット２０は搬送位置まで降下する（図１参照。）。降下の際、基板支持具４は再びクリーニングダミー基板１１を突き上げ、基板保持板２との間に搬送のための空間を作る。
【００２９】
ダミー基板１１は基板挿入口８から搬送機構（図示せず）により搬送室４０へ運び出される。
【００３０】
本実施の形態においては、クリーニングダミー基板１１は、反りの発生し易い片面への膜堆積に対して、反りの原因となる膜の応力を緩和するために、表面に凹凸を付ける。クリーニングダミー基板１１表面の凹凸は、堆積する膜の種類、堆積する膜の厚さによって任意に選ばれるが、たとえば、図５に示すように、５ｍｍ〜５０ｍｍ間隔の溝１１１を格子状に付けることによりクリーニングダミー基板１１表面に堆積した膜の応力を緩和して、反りを抑制することができる。クリーニングダミー基板１１の材質も堆積する膜の種類、堆積する膜の厚さによって任意に選ばれることは言うまでもない。本実施の形態では、クリーニングダミー基板１１として、Ｃａｒｂｏｎを使用した。なお、これ以外にＳｉＣ、ＳｉＯ２が使用可能である。ただし、ＳｉＣ、ＳｉＯ２はクリーニング温度にもよるが、クリーニングガスによりエッチングされるおそれがある。よってクリーニングダミー基板１１の材質としては、Ｃａｒｂｏｎ等のエッチングされにくいものが好ましい。クリーニングダミー基板の厚さは０．５ｍｍ〜１．５ｍｍで任意に選ばれる。
【００３１】
本実施の形態では、クリーニングからプリコート処理までをクリーニングダミー基板１枚でおこなうことが可能となるため、今まで別途用意しなければならなかったプリコート用の基板が必要なくなり、コストの削減が期待される。また、クリーニングとプリコートの２工程を一貫の処理とし、クリーニングを全自動化することができるため、装置ダウンタイムを短縮することができる。
【００３２】
次に上記装置３０を用いて半導体デバイスの製造工程の一工程として処理基板１上に成膜をする方法について説明する。本実施の形態においては、まずヒータユニット２０を基板搬送位置（図１に示した位置）まで移動させ、開閉弁９を下方向に移動して基板挿入口８を開く。処理基板１は、基板処理室５０と基板挿入口８を通じて接続された基板搬送室４０（図中、その位置のみを示す）に設けられた搬送機構（図示せず）により、基板挿入口８を経て、基板処理室５０内に搬入され、基板保持板２と空間を隔てて平行になるように基板支持具４上に置かれる。図１にはこの状態が示されている。
【００３３】
次に、基板搬送室４０と基板処理室５０とを基板処理中に隔離するため、基板挿入口８が開閉弁９によって閉じられる。
【００３４】
次に、ヒータユニット２０は、基板予備加熱位置まで、すなわち処理基板１と基板保持板２との距離が所定距離となるまで、昇降機構１０によって上昇した後停止する。これによって、処理基板１を基板保持板２から所定距離だけ離間させた状態、すなわち図２に示した基板予備加熱状態が実現する。この状態を所定時間保持することによって、処理基板１は基板保持板２からの放射伝熱及び気相伝導伝熱によって予備加熱される。
【００３５】
この場合の所定距離とは、上記予備加熱終了時までに、基板保持板２からの伝熱により処理基板１に反りが生じた場合でも、処理基板１が基板保持板２に接触しない程度の距離であり、所定時間とは、処理基板１の平均温度が、この所定時間経過後、処理基板１が基板保持板２上に載置されたときに、処理基板１と基板保持板２との温度差により処理基板１に反りが生じない程度の温度になるまでに要する時間である。上記の所定距離が短く、例えば１ｍｍであって、予備加熱開始直後には、処理基板１に反りが生じたとしても、予備加熱中に処理基板１中の温度不均一性が改善されて反りが無くなり、しかも、処理基板１の平均温度も高くなって、予備加熱後に処理基板１が基板保持板２上に載置されても処理基板１に反りが生じなければ、支障は生じない。
【００３６】
上記の所定距離と所定時間とは一義的に決められるものではなく、任意に調節されることは当然である。上記の所定距離は０．５ｍｍ以上、１０ｍｍ以下とし、所定時間は１０秒以上、１２０秒以下とするのが好ましい。なお、本実施の形態においては、上記の所定距離を３ｍｍ以上、５ｍｍ以下とし、所定時間を３０秒以上、９０秒以下としている。
【００３７】
次に、ヒータユニット２０は、予備加熱位置（図２に示した位置）から基板処理位置（図３に示した位置）まで、昇降機構１０によって上昇する。ヒータユニット２０上昇の際、基板支持具４上の処理基板１と基板保持板２との間隔は次第に狭くなり、ヒータユニット２０が基板処理位置に到達する前に、その間隔が無くなった時点において、基板支持具４に代わって基板保持板２が処理基板１を保持し、そのままさらに上昇して、図３における位置（基板処理位置）で停止する。処理基板１は、抵抗加熱ヒータ３で加熱されて高温となっている基板保持板２からの直接伝熱によって加熱される。
【００３８】
次に、このような、図３に示した状態において、加熱された処理基板１に対し、上部のガス供給口６より成膜ガスとしてのモノシラン（ＳｉＨ４）ガスと、キャリアガスとしての窒素（Ｎ２）ガスとを導入する。さらにキャリアガスＮ２とともに水素（Ｈ２）ガスを供給する。ＳｉＨ４ガスと、Ｎ２ガスと、Ｈ２ガスは、ガス分散板５で処理基板１の処理面に均等になるように拡散されて供給される。これにより、熱ＣＶＤ反応が生じ、処理基板１上にポリシリコン膜が形成される。なお、成膜温度としては、５５０〜７８０℃、圧力としては６０００〜５００００Ｐａが例示される。
【００３９】
上記の基板処理後（処理基板１上へのポリシリコン膜形成後）、ヒータユニット２０は、基板搬入位置（図１に示した位置）まで降下する。降下の際、基板支持具４は基板保持板２上の処理基板１を突き上げて再び支持し、処理基板１と基板保持板２との間に処理基板１の搬送のための空間を作る。
【００４０】
次に、基板挿入口８が開けられ、処理基板１は基板挿入口８から基板搬送室４０内の搬送機構（図示せず）により基板搬送室４０へ運び出される。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、ダミー基板への膜堆積による反りを抑制し、それによって、反りに伴うパーティクルの発生を抑制または防止できる半導体デバイスの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態で使用する基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態で使用する基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態で使用する基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態で使用する基板処理装置における温度測定方法を説明するための概略縦断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態で使用するダミー基板を説明するための概略平面図である。
【符号の説明】
１…処理基板
２…基板保持板
３…抵抗加熱ヒータ
４…基板支持具
５…ガス分散板
６…ガス供給口
７…排気口
８…基板挿入口
９…開閉弁
１０…昇降機構
１１…ダミー基板
２０…ヒータユニット
３０…基板処理装置
４０…基板搬送室
５０…基板処理室
６１…放射温度計
６２…熱電対
１１１…溝
【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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