JPH1050618A

JPH1050618A - 半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH1050618A
Application number: JP8201402A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Fujita; 繁藤田; Makoto Furuno; 誠古野; Hideji Itaya; 秀治板谷
Original assignee: Sony Corp; Kokusai Electric Co Ltd
Current assignee: Sony Corp; Kokusai Denki Electric Inc
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1996-07-31
Publication date: 1998-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】異物の発生を防止した製造装置及び製造方法
の提供が望まれている。【解決手段】ウエハＷに成膜処理を行うための反応室
２と、ウエハＷの成膜面上を横切る一方向に原料ガスを
流すための第１の原料ガス導入手段１２と、この一方向
と異なる方向でかつウエハＷの成膜面上を横切る方向に
原料ガスを流すための第２の原料ガス導入手段１３と、
反応室内を排気するための負圧源８とを具備した半導体
装置の製造装置１０である。第１の原料ガス導入手段１
２によって原料ガスを所定時間反応室内に導入し、続い
て第１の原料ガス導入手段１２からの原料ガスの導入を
停止せしめるとともに、負圧源８によって反応室２内を
排気し、その後第２の原料ガス導入手段１３によって原
料ガスを所定時間反応室２内に導入するよう、これら第
１の原料ガス導入手段１２、負圧源８、第２の原料ガス
導入手段１３の動作を制御する制御手段１１を備えてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に、減圧ＣＶＤ
装置で成膜を行う際に異物の発生を防止した、半導体装
置の製造装置、及びこの装置を用いた半導体装置の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置を製造するにあたって
は、特にポリシリコン膜や各種の絶縁膜などを形成する
場合、減圧ＣＶＤ装置がよく用いられている。減圧ＣＶ
Ｄ装置としては、現在のところ縦型のバッチ式ＣＶＤ装
置が主流である。しかし、将来的にウエハの大口径化が
見込まれ、また、開発期間の短縮のために短ＴＡＴ（tu
rn around time）化が必要となってきていることから、
縦型のバッチ式ＣＶＤ装置に代わって枚葉式のＣＶＤ装
置（例えば枚葉式減圧ＣＶＤ装置）が開発され、一部の
半導体デバイス開発ラインに導入されはじめている。

【０００３】枚葉式減圧ＣＶＤ装置は、一般に加熱方式
によって分類され、抵抗加熱方式ホットウォール型のも
のと、ランプ加熱方式コールドウォール型のものとの２
種類に大別されている。抵抗加熱方式ホットウォール型
の枚葉式減圧ＣＶＤ装置は、従来の縦型減圧装置が抵抗
加熱方式であるため、そのプロセス条件が縦型減圧ＣＶ
Ｄ装置の場合の条件に近く、したがって従来装置との置
き換えが容易であり、しかも温度制御性にも優れている
という利点があることから、ランプ加熱方式コールドウ
ォール型のものに比べ有利であるとされている。

【０００４】一方、ランプ加熱方式コールドウォール型
の枚葉式減圧ＣＶＤ装置は、その多くが成膜中にウエハ
を回転させることにより、成膜される膜の面内均一性を
向上させることができるものとなっている。これに対し
て抵抗加熱方式の枚葉式減圧ＣＶＤ装置は、構造上、成
膜中にウエハを回転させることが困難であることから、
膜厚均一性に劣るものとなっている。そこで、従来で
は、膜厚均一性を向上させるべく、図３に示すような枚
葉式の減圧ＣＶＤ装置を用いて成膜を行っている。

【０００５】図３において符号１は減圧ＣＶＤ装置であ
り、この減圧ＣＶＤ装置１は、反応室２と、この反応室
２内にウエハＷを入れるための収容口３と、反応室２内
に原料ガスを導入する一対の導入管４ａ、４ｂと、反応
室２内を排気するための一対の排気管５ａ、５ｂと、反
応室２内を加熱するためのヒータ６、６とを備えてなる
ものである。導入管４ａ、４ｂは、それぞれ反応室２の
上側に配設されたもので、導入管４ａは前記収容口３側
に配置され、導入管４ｂはその反対側（反応室２の奥
側）に配置されている。これら導入管４ａ、４ｂには、
それぞれ原料ガスの供給源（図示略）が接続され、また
その管中にはそれぞれ開閉弁７が設けられている。

【０００６】排気管５ａ、５ｂは、それぞれ反応室２の
下側に配設されたもので、排気管５ａは前記収容口３
側、すなわち前記導入管４ａの直下に配置され、導入管
４ｂはその反対側（反応室２の奥側）、すなわち前記導
入管４ｂの直下に配置されている。これら排気管５ａ、
５ｂには、それぞれに真空ポンプ８が接続され、またそ
の管中にはそれぞれ開閉弁９が設けられている。

【０００７】このような構成の減圧ＣＶＤ装置１によっ
て成膜を行うにあたり、特に膜厚均一性の向上を図るた
めには、従来、まず図４（ａ）に示すように収容口３側
（以下、前側とする）の導入管４ａからのみ反応室２内
に原料ガスを供給するとともに、真空ポンプ８を起動さ
せて収容口３と反対側（以下、後側とする）の排気管５
ｂからのみ排気することにより、図４中矢印で示すよう
にウエハＷの成膜面上を前から後へ横切る方向（以下、
順方向とする）に原料ガスを流し、所望する膜厚の半分
の成膜を行う。

【０００８】続いて、この順方向の原料ガスの供給を行
いつつ、後側の導入管４ｂの開閉弁７と前側の排気管５
ａの開閉弁９とを開き、図４（ｂ）に示すようにウエハ
Ｗの成膜面上を後から前へ横切る方向（以下、逆方向と
する）にも原料ガスを流す。その後、前側の導入管４ａ
の開閉弁７と後側の排気管５ｂの開閉弁８とを閉じ、図
４（ｃ）に示すように逆方向にのみ原料ガスを流して残
りの膜厚分の成膜を行う。このような成膜方法によれ
ば、原料ガスを順方向に流しての成膜と、逆方向に流し
ての成膜とを半分ずつ行うことにより、得られる膜の厚
さを均一化することができるのである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この成
膜では、原料ガスの供給を順方向から逆方向に切り換え
る際、図４（ｂ）に示したように原料ガスの供給を順方
向と逆方向との両方で行うため、原料ガスの流れに乱れ
が生じ、これに起因して成膜後、例えば８インチのウエ
ハ１枚に対して２００〜３００個の異物（パーティク
ル）が発生した。したがって、従来では、このような異
物の発生に起因して歩留りの低下を招いてしまうことか
ら、異物の発生を防止した製造装置及び製造方法の提供
が望まれている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造装置では、ウエハを所定位置に配置して該ウエハに成
膜処理を行うための反応室と、この反応室内に配置され
るウエハの成膜面上を横切る一方向に原料ガスを流すた
めの第１の原料ガス導入手段と、前記一方向と異なる方
向でかつ前記ウエハの成膜面上を横切る方向に原料ガス
を流すための第２の原料ガス導入手段と、反応室内を排
気するための負圧源とを具備してなり、前記第１の原料
ガス導入手段によって原料ガスを所定時間反応室内に導
入し、続いて第１の原料ガス導入手段からの原料ガスの
導入を停止せしめるとともに、前記負圧源によって反応
室内を排気し、その後前記第２の原料ガス導入手段によ
って原料ガスを所定時間反応室内に導入するよう、これ
ら第１の原料ガス導入手段、負圧源、第２の原料ガス導
入手段の動作を制御する制御手段を備えたことを前記課
題の解決手段とした。

【００１１】この製造装置によれば、第１の原料ガス導
入手段、負圧源、第２の原料ガス導入手段の各動作を制
御する制御手段を備えているので、この制御手段によ
り、第１の原料ガス導入手段によって原料ガスを、例え
ば所望する膜厚の略半分を成膜し得る時間反応室内に導
入し、続いて、第１の原料ガス導入手段による原料ガス
の導入を停止させるとともに、前記負圧源によって反応
室内を十分に排気し、その後、前記第２の原料ガス導入
手段によって原料ガスを、例えば所望する膜厚の残り分
を成膜し得る時間反応室内に導入するよう動作させるこ
とにより、従来と同様に得られる膜の厚さの均一化を図
れるとともに、原料ガスの流れ方向を切り換える際、原
料ガスの流れに乱れが生じることをなくすことが可能に
なる。

【００１２】本発明の半導体装置の製造方法では、反応
室を備えた製造装置の反応室内に原料ガスを導入し、予
め反応室内に配置したウエハ上に原料ガスからなる堆積
物を堆積して成膜を行うに際し、まず、前記反応室内
に、ウエハの成膜面上を横切る一方向に原料ガスを導入
して所望する膜厚の略半分を成膜し、次いで、前記原料
ガスの導入を停止し、その状態で反応室内を排気し、そ
の後、前記反応室内に、前記一方向と異なる方向でかつ
ウエハの成膜面上を横切る方向に原料ガスを導入して所
望する膜厚の残り分を成膜することを前記課題の解決手
段とした。

【００１３】この製造方法によれば、反応室内に、ウエ
ハの成膜面上を横切る一方向に原料ガスを導入して所望
する膜厚の略半分を成膜し、次いで、前記原料ガスの導
入を停止し、その状態で反応室内を排気し、その後、前
記反応室内に、前記一方向と異なる方向でかつウエハの
成膜面上を横切る方向に原料ガスを導入して所望する膜
厚の残り分を成膜するので、従来と同様に得られる膜の
厚さの均一化を図れるとともに、原料ガスの流れ方向を
切り換える際、原料ガスの流れに乱れが生じることをな
くすことが可能になる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施形態例に
基づいて詳しく説明する。図１は本発明の半導体装置の
製造装置の一実施形態例を示す図であり、図１中符号１
０は枚葉式の減圧ＣＶＤ装置である。この減圧ＣＶＤ装
置１０が図３に示した減圧ＣＶＤ装置１と異なるところ
は、反応室２中への原料ガスの導入の仕方を制御する制
御装置（制御手段）１１を設けた点にある。なお、図１
に示した減圧ＣＶＤ装置１０においては、前述した順方
向に原料ガスを流す導入管４ａと排気管５ｂとを第１の
原料ガス導入手段１２とし、逆方向に原料ガスを流す導
入管４ｂと排気管５ａとを第２の原料ガス導入手段１３
とし、また真空ポンプ８を本発明における負圧源として
いる。また、開閉弁７、９は、いずれもその開閉が電気
的に制御されるものとなっている。

【００１５】制御装置１１は、第１の原料ガス導入手段
１２によって原料ガスを所定時間反応室２内に導入し、
続いて第１の原料ガス導入手段１２からの原料ガスの導
入を停止させるとともに、真空ポンプ（負圧源）８によ
って反応室２内を排気し、その後第２の原料ガス導入手
段１３によって原料ガスを所定時間反応室２内に導入す
るよう、第１の原料ガス導入手段１２、真空ポンプ８、
第２の原料ガス導入手段１３の動作を制御するものであ
る。具体的には、この制御装置１１は導入管４ａ、４
ｂ、排気管５ａ、５ｂの各開閉弁７（９）にそれぞれ電
気的に接続し、これら開閉弁７（９）を電気的に開閉さ
せるものであり、かつ、タイマー（図示略）を内蔵し、
このタイマーが予め設定されることにより、開閉弁７
（９）を設定された時間で開閉させるものである。な
お、この制御装置１１は、本例では真空ポンプ８にも電
気的に接続し、これによりこの真空ポンプ８の起動動作
をも制御するものとなっている。

【００１６】次に、この減圧ＣＶＤ装置１０を用いた成
膜方法に基づき、本発明における半導体装置の製造方法
の一実施形態例について説明する。なお、この例では、
ウエハＷ上にポリシリコンを成膜する例について説明す
る。まず、成膜を行うためのウエハＷを、収容口３より
挿入して反応室２内の所定位置にセットする。また、こ
れに先立ち、ヒータ６、６によって反応室２内を加熱し
ておき、ウエハＷをセットした反応室２内の温度を６５
０℃にする。

【００１７】そして、ウエハＷに成膜を行うべく、制御
装置１１への設定を、各開閉弁７、７、９、９がそれぞ
れ個別に所定時間開きあるいは閉じ、これにより第１の
原料ガス導入手段１２によって、所望する膜厚の略半分
を成膜し得る時間反応室内に原料ガスを導入し、続い
て、第１の原料ガス導入手段１２による原料ガスの導入
を停止せしめるとともに、真空ポンプ８によって反応室
２内を排気し、その後、第２の原料ガス導入手段１３に
よって、所望する膜厚の残り分を成膜し得る時間反応室
内に原料ガスを導入するよう動作させるようにする。

【００１８】制御装置１１をこのように設定すると、ま
ず、真空ポンプ８が起動するとともに、第１の原料ガス
導入手段１２を構成する排気管５ｂの開閉弁９が開き、
また、他の開閉弁７、７、９は閉じたままとなる。この
ような動作がなされると、反応室２内は排気され、設定
圧力、この例では６０Ｐａに減圧される。

【００１９】このようにして減圧され、設定圧力になる
と、制御装置１１の設定によって第１の原料ガス導入手
段１２を構成する導入管４ａの開閉弁７が開き、原料ガ
ス供給源（図示略）から原料ガス、この例ではＳｉＨ₄
が、４００sccmの流量で反応室２内に導入される。する
と、導入された原料ガスは、図２（ａ）に示すように導
入管４ａから排気管５ｂに向かって流れ、ウエハＷの成
膜面上を順方向に横切る。そして、原料ガスが流れる過
程において反応が起こり、その反応生成物がウエハＷ上
に堆積してポリシリコン膜が形成され、また、その残留
ガスは排気管５ｂから排気される。なお、このときの成
膜レートは約３０ｎｍ／ｍｉｎとなるように設定されて
いる。

【００２０】このような第１の原料ガス導入手段１２に
よる原料ガスの導入は、所望する膜厚の略半分の厚さの
膜が形成されるまで続けられ、先に設定されたごとく、
略半分の厚さの膜が形成される時間が経過したら、制御
装置１１により、図２（ｂ）に示すように導入管４ａの
開閉弁７が閉じられるとともに、第２の原料ガス導入手
段１３を構成する排気管５ａの開閉弁９が開かれる。す
ると、原料ガスの導入がないことから、反応室２内は真
空ポンプ８によって排気のみがなされ、これにより０．
１Ｐａ程度の真空度にまで達する。なお、この真空引き
は、真空ポンプ８の容量にもよるものの、通常は数秒程
度で前記真空度に達することから、予め制御装置１１に
より、数秒〜１０秒程度、この真空引きを行うように設
定しておく。

【００２１】次いで、制御装置１１の設定によって第１
の原料ガス導入手段１２を構成する排気管５ｂの開閉弁
９が閉じ、さらに第２の原料ガス導入手段１３を構成す
る導入管４ｂの開閉弁７が開き、これにより再度原料ガ
ス（ＳｉＨ₄）が、４００sccmの流量で反応室２内に導
入される。すると、導入された原料ガスは、図２（ｃ）
に示すように導入管４ｂから排気管５ａに向かって流
れ、ウエハＷの成膜面上を逆方向に横切る。そして、先
の場合と同様にして反応生成物がウエハＷ上に堆積し、
ポリシリコン膜が形成される。

【００２２】このような第１の原料ガス導入手段１２に
よる原料ガスの導入は、所望する膜厚の残り分、すなわ
ち所望する膜厚の略半分の厚さの膜が形成されるまで続
けられ、先に設定されたごとく、略半分の厚さの膜が形
成され、これにより所望する膜厚にポリシリコン膜が形
成される時間が経過したら、導入管４ｂの開閉弁７が閉
じられる。なお、このときの反応室２内の温度及び圧
力、成膜レートについては、先の場合と同一に設定され
ている。このようにして所望する膜厚のポリシリコン膜
を形成したら、真空ポンプ８によって反応室２内を排気
し、その後、反応室２内からウエハＷを取り出す。取り
出したウエハＷのポリシリコン膜を観察したところ、異
物（パーティクル）は数十個程度であり、従来に比べ異
物の発生を格段に低下していることが確認された。

【００２３】このような製造方法にあっては、原料ガス
を順方向に導入して所望する膜厚の略半分をウエハＷ上
に成膜する工程と、原料ガスを逆方向に導入して所望す
る膜厚の残り分をウエハＷ上に成膜する工程との間に、
原料ガスの導入を停止し、その状態で反応室内を排気す
る工程を設けたことにより、従来のごとく原料ガスの流
れ方向を切り換える際に、原料ガスの流れに乱れが生じ
ることがなくなり、これにより原料ガスの流れの乱れに
起因する異物の発生を抑えることができる。

【００２４】なお、前記実施形態例では、本発明をポリ
シリコン膜の形成に適用した場合について説明したが、
本発明はこれに限定されることなく、例えば原料ガス種
をＳｉＨ₂Ｃｌ₂とＮＨ₃とに変えるのことにより、Ｓ
ｉＮの成膜にも適用することができるなど、減圧ＣＶＤ
により成膜可能なプロセスには全て適用することができ
る。

【００２５】また、前記実施形態例では、原料ガスの導
入を、順方向と逆方向の２回行ったが、これらを複数回
ずつ交互に繰り返すようにしてもよく、その場合にも、
流れ方向を切り換える際、一旦反応室内を排気するよう
にすればよい。さらに、前記実施形態例では、原料ガス
を流す経路として、順方向とこれの逆の逆方向との二種
類とし、それぞれに対応して第１の原料ガス導入手段と
第２の原料ガス導入手段を設けたが、原料ガスを流す経
路を３方向以上とし、それぞれに対応して原料ガス導入
手段を設けてもよく、その場合にも、流れ方向を切り換
える際、一旦反応室内を排気するようにすればよい。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
の製造装置は、第１の原料ガス導入手段、負圧源、第２
の原料ガス導入手段の各動作を制御する制御手段を備え
たものであるから、この制御手段により、第１の原料ガ
ス導入手段によって原料ガスを、例えば所望する膜厚の
略半分を成膜し得る時間反応室内に導入し、続いて、第
１の原料ガス導入手段による原料ガスの導入を停止させ
るとともに、前記負圧源によって反応室内を十分に排気
し、その後、前記第２の原料ガス導入手段によって原料
ガスを、例えば所望する膜厚の残り分を成膜し得る時間
反応室内に導入するよう動作させることにより、従来と
同様に得られる膜の厚さの均一化を図れるとともに、原
料ガスの流れ方向を切り換える際、原料ガスの流れに乱
れが生じることをなくすことができ、したがって原料ガ
スの流れの乱れに起因する異物の発生を抑えることがで
きる。

【００２７】本発明の半導体装置の製造方法は、反応室
内に、ウエハの成膜面上を横切る一方向に原料ガスを導
入して所望する膜厚の略半分を成膜し、次いで、前記原
料ガスの導入を停止し、その状態で反応室内を排気し、
その後、前記反応室内に、前記一方向と異なる方向でか
つウエハの成膜面上を横切る方向に原料ガスを導入して
所望する膜厚の残り分を成膜するようにした方法である
から、従来と同様に得られる膜の厚さの均一化を図れる
とともに、原料ガスの流れ方向を切り換える際、原料ガ
スの流れに乱れが生じることをなくすことができ、した
がって原料ガスの流れの乱れに起因する異物の発生を抑
えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における半導体装置の製造装置の一実施
形態例の概略構成図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明における半導体装置
の製造方法の一実施形態例を工程順に説明するための図
である。

【図３】従来の半導体装置の製造装置の一例の概略構成
図である。

【図４】（ａ）〜（ｃ）は、図３に示した装置を用いた
半導体装置の製造方法の一例を工程順に説明するための
図である。

【符号の説明】

２反応室４ａ、４ｂ導入管５ａ、５ｂ排
気管７、９開閉弁１０減圧ＣＶＤ装置１１制
御装置（制御手段）１２第１の原料ガス導入手段１３第２の原料ガ
ス導入手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者板谷秀治東京都中野区東中野三丁目14番20号国際電気株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウエハを所定位置に配置して該ウエハに
成膜処理を行うための反応室と、この反応室内に配置さ
れるウエハの成膜面上を横切る一方向に原料ガスを流す
ための第１の原料ガス導入手段と、前記一方向と異なる
方向でかつ前記ウエハの成膜面上を横切る方向に原料ガ
スを流すための第２の原料ガス導入手段と、反応室内を
排気するための負圧源と、を具備した半導体装置の製造
装置において、前記第１の原料ガス導入手段によって原料ガスを所定時
間反応室内に導入し、続いて第１の原料ガス導入手段か
らの原料ガスの導入を停止せしめるとともに、前記負圧
源によって反応室内を排気し、その後前記第２の原料ガ
ス導入手段によって原料ガスを所定時間反応室内に導入
するよう、これら第１の原料ガス導入手段、負圧源、第
２の原料ガス導入手段の動作を制御する制御手段を備え
たことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項２】反応室を備えた製造装置の反応室内に原
料ガスを導入し、予め反応室内に配置したウエハ上に原
料ガスからなる堆積物を堆積して成膜を行う、半導体装
置の製造方法であって、前記反応室内に、ウエハの成膜面上を横切る一方向に原
料ガスを導入し、所望する膜厚の略半分を成膜する第１
工程と、前記原料ガスの導入を停止し、その状態で反応室内を排
気する第２工程と、前記反応室内に、前記一方向と異なる方向でかつウエハ
の成膜面上を横切る方向に原料ガスを導入し、所望する
膜厚の残り分を成膜する第３工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。