JP5202372B2 - 成膜装置のメタル汚染低減方法、半導体装置の製造方法、記憶媒体及び成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被処理体にＳｉＯ_２等の薄膜を成膜する成膜装置に係わり、特に、成膜装置内のメタル汚染を低減するメタル汚染低減方法、このメタル汚染低減方法を適用した半導体装置の製造方法、この半導体装置の製造方法を実行するプログラムを格納した記憶媒体、及び成膜装置に関する。

半導体装置の製造工程においては、シリコンウエハに代表される半導体ウエハに対してＳｉＯ_２等薄膜を成膜する成膜工程が存在する。成膜工程においては、縦型のバッチ式熱処理装置にて複数の半導体ウエハに対して一括して化学蒸着法（ＣＶＤ）により成膜する技術が用いられている。

半導体装置の微細化・高集積化が進展しており、この進展に伴い、良質なＳｉＯ_２等の薄膜が求められるようになってきた。良質な薄膜を実現可能な技術として、薄膜のソースとなるソースガス、例えば、Ｓｉソースと酸化剤とを交互に供給しながら原子層レベル、又は分子層レベルで交互に繰り返し成膜するＡＬＤ、又はＭＬＤ手法を用いてＳｉＯ_２膜を成膜する技術が、例えば、特許文献１に記載されている。

また、製造ラインにおいては、良質な薄膜を安定して成膜するために、処理容器内に堆積した薄膜成分を、クリーニングガスを用いて取り除くクリーニングが定期的に実施されている。

また、処理容器内をプリコートする技術が、特許文献２乃至５に記載されている。

特開２００３−７７００号公報特開平９−２４６２５６号公報特開２００２−３１３７４０号公報特開２００３−１８８１５９号公報特開平９−１７１９６８号公報

ＳｉＯ_２等の薄膜の品質への要求は、年々高まってきている。薄膜の特性を左右する大きな要因の一つに、薄膜のメタル汚染が挙げられる。メタル汚染の汚染源は、処理容器内に紛れ込んだメタルである。

処理容器内は定期的にクリーニングされるが、このクリーニングの際に用いるクリーニングガス中に、極微量ながらもメタル成分が紛れ込む可能性がある。

もしも、クリーニングガス中にメタル成分が紛れ込んでしまうと、クリーニング後においても処理容器内には微量なメタル成分が残留することになる。残留したメタル成分が極微量であり、処理容器内への飛散量が許容範囲に収まるのであれば何等問題は無い。しかしながら、飛散量の許容範囲は、年々狭まっているのが実情である。

今後、許容範囲の狭まりが益々進んでしまうと、現状のままでは、定期的なクリーニング後の処理容器をすぐにライン復帰させることが難しくなるばかりか、処理容器の使用自体を中止せざるを得ない状況が想定されてくる。

この発明は、処理容器内へのメタル成分の飛散を抑制でき、飛散量の許容範囲の狭まりにも対応することが可能な成膜装置のメタル汚染低減方法、このメタル汚染低減方法を適用した半導体装置の製造方法、この半導体装置の製造方法を実行するプログラムを格納した記憶媒体、及び上記メタル汚染低減方法をより効率良く実施することが可能な成膜装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明の第１の態様に係る成膜装置のメタル汚染低減方法は、真空保持可能な縦型で筒体状をなす処理容器と、前記処理容器内に配置され、被処理体を複数段に保持した状態で保持する保持部材と、前記処理容器の外周に設けられた加熱装置とを備えた成膜装置のメタル汚染低減方法であって、前記処理容器内の内壁、及び前記保持部材の表面を、クリーニングガスを用いてクリーニングする工程と、前記クリーニングされた前記処理容器の内壁、及び前記保持部材の表面に、ＭＬＤ手法を用いてシリコン窒化膜を成膜し、前記処理容器の内壁、及び前記保持部材の表面をシリコン窒化膜により被覆する工程と、を具備し、前記処理容器内には高温部と低温部とがあり、前記高温部における前記シリコン窒化膜の膜厚ｔＨと、前記低温部における前記シリコン窒化膜の膜厚ｔＬとの比ｔＨ／ｔＬが１以上１５以下である。

また、この発明の第２の態様に係る半導体装置の製造方法は、真空保持可能な縦型で筒体状をなす処理容器と、前記処理容器内に配置され、半導体ウエハを複数段に保持した状態で保持する保持部材と、前記処理容器の外周に設けられた加熱装置とを備えた成膜装置を用いた半導体装置の製造方法であって、前記処理容器の内壁、及び前記保持部材の表面に、ＭＬＤ手法を用いてシリコン窒化膜を成膜し、前記処理容器の内壁、及び前記保持部材の表面をシリコン窒化膜により被覆する被覆工程と、前記保持部材に複数段に保持された半導体ウエハに対して、酸素又は窒素を含有する薄膜を、この薄膜のソースガスと、前記酸素又は窒素を含有するガスとを交互に供給し、前記酸素又は窒素を含有する薄膜を成膜する成膜工程と、前記成膜工程を所定回数実施した後、前記処理容器内の内壁、及び前記保持部材の表面を、クリーニングガスを用いてクリーニングするクリーニング工程と、を具備し、前記クリーニング工程の後、前記被覆工程に戻るとともに、前記被覆工程を上記第１の態様に係る成膜装置のメタル汚染低減方法を用いて行う。

また、この発明の第３の態様に係る記憶媒体は、コンピュータ上で動作し、真空保持可能な縦型で筒体状をなす処理容器と、前記処理容器内に配置され、半導体ウエハを複数段に保持した状態で保持する保持部材と、前記処理容器の外周に設けられた加熱装置とを備えた成膜装置を制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記第２の態様に係る半導体装置の製造方法を実行するように、コンピュータに前記成膜装置を制御させる。

また、この発明の第４の態様に係る成膜装置は、下端に開口部を有する有天井の円筒体状の処理容器と、前記処理容器の開口部に連結され、前記処理容器の内部に成膜ガスを導入するガス配管が接続される、円筒体状のマニホールドと、前記マニホールドの開口部を、昇降することで開閉する蓋部と、前記蓋部上に支持され、前記処理容器内に、被処理体を複数段に保持した状態で保持することが可能な保持部材と、前記処理容器の外周に、前記保持部材を囲むように設けられた第１の加熱装置と、前記蓋部の外部に設けられた第２の加熱装置と、を具備し、クリーニングされた前記処理容器の内壁、及び前記保持部材の表面に、ＭＬＤ手法を用いてシリコン窒化膜を成膜し、前記処理容器の内壁、及び前記保持部材の表面をシリコン窒化膜により被覆する際、前記第２の加熱装置を用いて上記第１の態様に係る成膜装置のメタル汚染低減方法を行うとともに、低温部を加熱する。

この発明によれば、処理容器内へのメタル成分の飛散を抑制でき、飛散量の許容範囲の狭まりにも対応することが可能な成膜装置のメタル汚染低減方法、このメタル汚染低減方法を適用した半導体装置の製造方法、この半導体装置の製造方法を実行するプログラムを格納した記憶媒体、及び上記メタル汚染低減方法をより効率良く実施することが可能な成膜装置を提供できる。

この発明の実施に使用される成膜装置の一例を示す縦断面図この発明の実施に使用される成膜装置の一例を示す横断面図成膜処理におけるガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートこの発明の一実施形態に係るメタル汚染低減方法の流れの一例を示す流れ図プリコート処理におけるガスの供給のタイミングを示すタイミングチャート処理容器の近傍を拡大して示す断面図処理容器の近傍を拡大して示す断面図この発明の実施に使用される成膜装置の他例を示す縦断面図図８に示した成膜装置の基本構成を示す断面図

以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態を説明する。

図１は成膜装置の一例を示す縦断面図、図２は図１に示す成膜装置の横断面図、図３は図１に示す成膜装置のガスの供給タイミングの一例を示すタイミング図である。なお、図１及び図２においては、加熱装置を省略している。

成膜装置１００は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理容器１を有している。この処理容器１の全体は、例えば、石英により形成されており、この処理容器１内の天井には、石英製の天井板２が設けられて封止されている。また、この処理容器１の下端開口部には、例えばステンレススチールにより円筒体状に成形されたマニホールド３がＯリング等のシール部材４を介して連結されている。

上記マニホールド３は処理容器１の下端を支持しており、このマニホールド３の下方から被処理体として多数枚、例えば５０〜１００枚の半導体ウエハＷを多段に載置可能な石英製のウエハボート５が処理容器１内に挿入可能となっている。このウエハボート５は３本の支柱６を有し（図２参照）、支柱６に形成された溝により多数枚のウエハＷが支持されるようになっている。

このウエハボート５は、石英製の保温筒７を介してテーブル８上に載置されており、このテーブル８は、マニホールド３の下端開口部を開閉する例えばステンレススチール製の蓋部９を貫通する回転軸１０上に支持される。

そして、この回転軸１０の貫通部には、例えば磁性流体シール１１が設けられており、回転軸１０を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部９の周辺部とマニホールド３の下端部との間には、例えばＯリングよりなるシール部材１２が介設されており、これにより処理容器１内のシール性を保持している。

上記の回転軸１０は、例えばボートエレベータ等の昇降機構（図示せず）に支持されたアーム１３の先端に取り付けられており、ウエハボート５および蓋部９等を一体的に昇降して処理容器１内に対して挿脱されるようになっている。なお、上記テーブル８を上記蓋部９側へ固定して設け、ウエハボート５を回転させることなくウエハＷの処理を行うようにしてもよい。

また、成膜装置１００は、成膜処理に使用する成膜ガスとして、処理容器１内へ酸素含有ガス、例えばオゾン（Ｏ_３）ガスを供給する酸素含有ガス供給機構１４ａと、処理容器１内へシリコンソースガス、例えばジクロルシラン（ＤＣＳ）ガスを供給するシリコンソースガス供給機構１４ｂと、処理容器１内へ窒素含有ガス、例えばアンモニア（ＮＨ_３）ガスを供給する窒素ガス供給機構１４ｃと、を有している。

また、成膜装置１００は、パージガスとして、処理容器１内へ不活性ガス、例えば窒素（Ｎ_２）ガスを供給するパージガス供給機構１６ａと、クリーニングガスとして、処理容器１内へハロゲン及び／又は水素含有ガス、例えば六フッ化エタン（Ｃ_２Ｆ_６）ガスを供給するクリーニングガス供給機構１６ｂとを有している。

酸素含有ガス供給機構１４ａは、酸素含有ガス供給源１７ａと、ガス供給源１７ａから酸素含有ガスを導くガス配管に接続され、マニホールド３の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて垂直に延びる石英管よりなる分散ノズル１９とを有している。分散ノズル１９の垂直部分には、複数のガス吐出孔１９ａが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス吐出孔１９ａから水平方向に処理容器１に向けて略均一に酸素含有ガス、例えばＯ_３ガスを吐出することができるようになっている。酸素含有ガスを導くガス配管には、開閉弁１８ａ、及びマスフローコントローラのような流量制御器１８ｂが設けられており、流量を制御しつつ、酸素含有ガスが分散ノズル１９に供給されるようになっている。

シリコンソースガス供給機構１４ｂは、シリコン含有ガス供給源１７ｂと、ガス供給源１７ｂからシリコン含有ガスを導くガス配管に接続され、分散ノズル１９と同様に、マニホールド３の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて垂直に延びる石英管よりなる分散ノズル２４とを有している。分散ノズル２４の垂直部分にも、処理容器１内に水平方向に均一にシリコン含有ガス、例えばＤＣＳガスを吐出できるように、複数のガス吐出孔２４ａが形成されている。シリコンソースガスを導くガス配管にも、開閉弁１８ｃ、及び流量制御器１８ｄが設けられており、酸素含有ガスと同様に、流量を制御しつつ、シリコンソースガスが分散ノズル２４に供給される。

窒素含有ガス供給機構１４ｃは、窒素含有ガス供給源１７ｃを有している。本例では、ガス供給源１７ｃから窒素含有ガスを導くガス配管が、上記分散ノズル１９に接続されている。窒素含有ガスは、各ガス吐出孔１９ａから水平方向に処理容器１に向けて略均一に吐出される。窒素含有ガスを導くガス配管にも、開閉弁１８ｅ、及び流量制御器１８ｆが設けられており、窒素含有ガスが、酸素含有ガスやシリコンソースガスと同様に、流量が制御されつつ、分散ノズル１９に供給される。なお、窒素含有ガス専用の分散ノズルを、処理容器１に別途設けるようにしても良い。

パージガス供給機構１６ａは、パージガス供給源２５ａと、パージガス供給源２５ａからパージガスを導くガス配管に接続され、マニホールド３の側壁を貫通して設けられたノズル２７とを有している。

クリーニングガス供給機構１６ｂは、クリーニングガス供給源２５ｂを有している。本例では、ガス供給源２５ｂからクリーニングガスを導く配管がノズル２７に接続されている。なお、クリーニングガス専用のノズルを、処理容器１に別途設けるようにしても良い。

パージガスを導くガス配管、及びクリーニングガスを導く配管にもそれぞれ、開閉弁２６ａ、及び２６ｃ、並びに流量制御器２６ｂ、及び２６ｄが接続されており、パージガス、及びクリーニングガスも、それぞれ流量が制御されつつ、ノズル２７に供給されるようになっている。

処理容器１内の、分散ノズル１９、及び２４と反対側の部分には、処理容器１内を真空排気するための排気口３７が設けられている。排気口３７は処理容器１の側壁を上下方向へ削りとることによって細長く形成されている。処理容器１の排気口３７に対応する部分には、排気口３７を覆うように断面がコの字状に成形された排気口カバー部材３８が溶接により取り付けられている。排気口カバー部材３８は、処理容器１の側壁に沿って上方に延びており、処理容器１の上方にガス出口３９を規定している。ガス出口３９には、図示せぬ真空ポンプ等を含む真空排気機構が接続される。図示せぬ真空排気機構は、処理容器１内を真空引きする。

処理容器１の外周には筒体状の加熱装置４０が設けられている。加熱装置４０は処理容器１を囲むように設けられており、処理容器１、及びその内部に収容された被処理体、例えば、半導体ウエハＷを加熱する。

成膜装置１００の各構成部の制御、例えば開閉バルブ１８ａ、１８ｃ、１８ｅ、２６ａ、２６ｃの開閉による各ガスの供給並びに停止、流量制御器１８ｂ、１８ｄ、１８ｆ、２６ｂ、２６ｄによる流量の制御、加熱装置４０の制御等は、例えばマイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるコントローラ５０により行われる。コントローラ５０には、オペレータが成膜装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、成膜装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース５１が接続されている。

コントローラ５０には記憶部５２が接続されている。記憶部５２は、成膜装置１００で実行される各種処理をコントローラ５０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて成膜装置１００の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納される。レシピは、例えば記憶部５２の中の記憶媒体に記憶される。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤ-ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。レシピは、必要に応じて、ユーザーインターフェース５１からの指示等にて記憶部５２から読み出され、読み出されたレシピに従った処理をコントローラ５０が実行することで、成膜装置１００は、コントローラ５０の制御のもと、所望の処理が実施される。

成膜装置１００による成膜処理は、以下のように実施される。

図３はガスの供給タイミングを示すタイミングチャートである。本例は、処理容器１内に、シリコンソースガスと酸素含有ガスとを交互に供給することで、半導体ウエハＷにシリコン酸化膜を成膜する例である。

まず、常温において、例えば５０〜１００枚の半導体ウエハＷが搭載された状態のウエハボート５を予め所定の温度に制御された処理容器１内に、処理容器１の下方から上昇させることによりロードする。半導体ウエハＷの一例は、直径３００ｍｍのものである。次いで、蓋部９を用いて、マニホールド３の下端開口部を閉じ、処理容器１内を密閉空間とする。次いで、処理容器１内を真空引きして所定のプロセス圧力に維持するととともに、加熱装置４０への供給電力を制御して、ウエハ温度を上昇させてプロセス温度に維持し、ウエハボート５を回転させた状態で成膜処理を開始する。

この際の成膜処理は、図３に示すように、シリコンソースガスを処理容器１に供給して半導体ウエハＷ上にシリコンを吸着させる工程Ｓ１と、酸素含有ガスとして例えばＯ_３ガスを処理容器１に供給してシリコンを酸化させる工程Ｓ２とを交互に繰り返す。これらの工程Ｓ１とＳ２との間では、処理容器１内から残留ガスを除去する工程Ｓ３が実施される。これら工程Ｓ１乃至Ｓ３におけるプロセス温度は、例えば、１００〜４００℃に設定される。このように、シリコンソースガスと酸素含有ガスとを、処理容器１内に交互に供給することで、半導体ウエハ上に、シリコン酸化膜が成膜される。

ところで、上記シリコン酸化膜の成膜の際には、半導体ウエハＷ以外にも、処理容器１の内壁や、処理容器１内に配置された各部材の表面、例えば、ウエハボート５やテーブル８、保温筒７等の表面にもシリコン酸化膜が成膜される。半導体ウエハＷ以外にも成膜されてしまったシリコン酸化膜を除去するために、クリーニングガスを用いたクリーニングが実施される。クリーニングガスの例としては、例えば、シリコン酸化膜を除去する場合には、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、ＮＦ_３等が用いられる。

しかしながら、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、ＮＦ_３等のガスは腐食性のガスである。このため、配管の内壁を腐食させてしまう可能性がある。もしも、配管の内壁が腐食されてしまうと、腐食部分からメタル塵が発生する。発生したメタル塵はクリーニングガスにのって、処理容器１内に紛れ込んでしまう。紛れ込んだメタル塵は、処理容器１の内壁や、処理容器１内に配置された各部材の表面に付着する。

そこで、本実施形態では、クリーニング後の処理容器１の内壁や、処理容器１内に配置された各部材の表面を、シリコン窒化膜を用いて被覆し、紛れ込んだメタル塵をシリコン窒化膜によって封じ込めるようにした。

図４は、この発明の一実施形態に係るメタル汚染低減方法の流れの一例を示す流れ図である。

図４に示すように、初めてライン投入される、又はメンテナンス後にラインに再投入される成膜装置（稼働開始）に対し、プリコートを実施する（ステップ１）。プリコートは、処理容器１の内壁や、処理容器１内に配置された各部材の表面を、シリコン窒化膜を用いて被覆する工程である。

プリコートした後、プリコートされた成膜装置を用いて、被処理体、例えば、ウエハボート５に保持された半導体ウエハ群に対し、成膜処理を実施する（ステップ２）。成膜処理は、例えば、シリコン酸化膜を形成する場合、図３に示したように、シリコンソースガスと、酸素含有ガスとを交互に供給すれば良い。ソースガスと酸素含有ガスとを交互に供給する場合、シリコンソースガス、即ちプリカーサーの一例は、ジクロルシラン（ＤＣＳ：ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）であり、酸素含有ガス、即ち酸化剤の一例は、オゾン（Ｏ_３）である。

次に、成膜処理終了後、成膜処理が所定処理数に達したか否かを判断する（ステップ３）。

所定処理数に達していない場合（Ｎｏ．）、ステップ２に戻り、次のウエハボート５に保持された半導体ウエハ群に対し、成膜処理を実施する。

反対に、所定処理数に達した場合（Ｙｅｓ．）、ステップ４に進み、クリーニングガスを用いたクリーニングを実施する。

クリーニングした後、ステップ１に戻り、上記プリコート、即ちシリコン窒化膜の成膜を実施する。

さらに、本実施形態では、上記プリコート、即ちシリコン窒化膜の成膜を、ＣＶＤ手法ではなく、図５に示すように、ＭＬＤ手法を用いるようにした。

図５に示すように、シリコン窒化膜の成膜は、シリコンソースガスを処理容器１に供給して処理容器１の内壁、及び処理容器１内の各部材の表面にシリコンを吸着させる工程Ｓ１と、窒素含有ガスとして例えばＮＨ_３ガスを処理容器１に供給してシリコンを窒化させる工程Ｓ２とを交互に繰り返す。これらの工程Ｓ１とＳ２との間では、処理容器１内から残留ガスを除去する工程Ｓ３が実施される。この際に使用されるパージガスの一例は窒素（Ｎ_２）である。

さらに、シリコン窒化膜は、シリコンソースガス、即ちプリカーサーとしてジクロルシラン（ＤＣＳ）を用いる場合、成膜は、温度５５０℃以上６５０℃以下の条件で行う。温度が高いと、成膜反応がＭＬＤではなく、ＣＶＤとなってしまうためである。

また、プリカーサーとしてはヘキサクロロジシラン（ＨＣＤＳ：Ｓｉ_２Ｃｌ_６）を用いることもできる。ＨＣＤＳを用いる場合、成膜は、温度４５０℃以上５５０℃以下の条件で行われると良い。この理由は、ＤＣＳを用いる場合と同様に、成膜反応がＭＬＤではなく、ＣＶＤとなってしまうためである。

成膜反応をＭＬＤとする理由は、次の通りである。

図６は、処理容器１の近傍を拡大して示す断面図である。

図６に示すように、本実施形態に係る成膜装置は縦型炉であり、かつ、複数の被処理体を一括して処理するバッチ式の縦型炉に属する。バッチ式の縦型炉の場合には、被処理体が収容される空間が枚葉式の炉に比較して大きい。また、複数の被処理体はウエハボート５に保持され、ウエハボート５は、保温筒７で断熱されたテーブル８上に載置される構成である。このため、被処理体が収容される空間と、保温筒７が収容される空間、例えば、参照符号Ａに示されるマニホールド３、及びマニホールド３近傍の空間との間の温度差が大きくなりやすい。参照符号Ａに示される空間を以下、低温部、被処理体が収容される空間を以下、高温部と呼ぶ。

クリーニング後の処理容器１の内壁や、処理容器１内に配置された各部材の表面を、シリコン窒化膜を用いて被覆するだけならば、ＣＶＤでも良い。しかしながら、ＣＶＤでは、高温部へのシリコン窒化膜の成膜は問題ないが、低温部にはほとんど成膜されない。ＣＶＤを用いたシリコン窒化膜の堆積例を以下に示す。

成膜手法：ＣＶＤ
成膜温度：８００℃
プリカーサー：ＤＣＳ
窒化剤：ＮＨ_３
流量比ＤＣＳ／ＮＨ_３：９０／２７０ｓｃｃｍ
上記条件による高温部への成膜量（高温部の石英上における膜厚）ｔＨは３０００オングストローム（３００ｎｍ）であったが、低温部への成膜量（低温部の石英上おける膜厚）ｔＬは６０オングストローム（６ｎｍ）しかなかった。膜厚ｔＨと膜厚ｔＬとの比ｔＨ／ｔＬは５０である（ｔＨ／ｔＬ＝３０００／６０＝５０）。

シリコン窒化膜の膜厚が６０オングストロームでは、低温部におけるメタルを封じ込める効果が低くなってしまう。また、高温部におけるシリコン窒化膜の膜厚ｔＨが３０００オングストロームを超えるように成膜すれば、低温部におけるシリコン窒化膜の膜厚ｔＬが６０オングストロームを超える。このため、低温部におけるメタルを封じ込める効果は向上するが、反対に、高温部におけるシリコン窒化膜の膜厚ｔＨが厚くなってしまうため、シリコン窒化膜が割れやすくなり、パーティクルの原因になってしまう。

そこで、本実施形態では、シリコン窒化膜の成膜にＭＬＤを使用する。

ＭＬＤを用いたシリコン窒化膜の堆積例を以下に示す。

成膜手法：ＭＬＤ
成膜温度：６００℃
プリカーサー：ＤＣＳ
窒化剤：ＮＨ_３
パージガス：Ｎ_２
処理サイクル：ＤＣＳ供給、Ｎ_２パージ、ＮＨ_３供給、Ｎ_２パージ、ＤＣＳ供給の繰り返し
上記条件による高温部への成膜量（高温部の石英上における膜厚）ｔＨが９００オングストローム（９０ｎｍ）のとき、低温部Ａへの成膜量（低温部Ａの石英上における膜厚）ｔＬは６０オングストローム（６ｎｍ）となった。膜厚ｔＨと膜厚ｔＬとの比ｔＨ／ｔＬは１５である（ｔＨ／ｔＬ＝９００／６０＝１５）。このまま、高温部におけるシリコン窒化膜の膜厚ｔＨを３０００オングストローム（３００ｎｍ）とすると、低温部Ａにおけるシリコン窒化膜の膜厚ｔＬは１８０乃至２００オングストローム（１８乃至２０ｎｍ）となる。膜厚ｔＬが１８０乃至２００オングストロームあれば、低温部Ａにおけるメタルを封じ込める効果は充分なものにできる。また、高温部におけるシリコン窒化膜の膜厚ｔＨは割れにくい膜厚を維持できるため、パーティクルの発生も抑制できる。

また、膜厚ｔＨと膜厚ｔＬとの比ｔＨ／ｔＬは１以上１５以下にすることもできる。例えば、比ｔＨ／ｔＬが“１”に近づけば近づくほど、高温部におけるシリコン窒化膜の膜厚ｔＨと低温部Ａにおけるシリコン窒化膜の膜厚ｔＬとの差を小さくでき、処理容器内に、高温部及び低温部Ａが生ずるような成膜装置であっても、処理容器１内及び処理容器１内の各部材の表面に、均一にシリコン窒化膜を成膜することができる。図７にシリコン窒化膜成膜後の断面図を示す。

図７に示すように、本実施形態によれば、処理容器１の内壁、及び処理容器１内の各部材の表面に、高温部における膜厚ｔＨと低温部Ａにおける膜厚ｔＬとの比ｔＨ／ｔＬが、１以上１５以下の、より均一なシリコン窒化膜６０を成膜することができる。

このように、本実施形態は、シリコン窒化膜の成膜にＭＬＤ手法を用いることで、処理容器内に、高温部及び低温部Ａが生ずるような成膜装置であっても、高温部及び低温部Ａとの双方に、より均一なシリコン窒化膜６０を成膜することができる。従って、低温部Ａにおいてはメタルの封じ込め効果を損なうことなく、また、高温部においてはパーティクルの発生を抑制できるメタル汚染抑制方法が得られる。

また、図８に示すように、蓋部９の外側にヒータ４１を設け、ＭＬＤ手法を用いてシリコン窒化膜６０を成膜する際に、ヒータ４１の温度を、例えば３５０℃程度に設定しても良い。低温部Ａを、例えば、ヒータ４１を用いて加熱しながら、ＭＬＤ手法を用いてシリコン窒化膜６０を成膜することで、低温部Ａへのガス吸着が促進され、低温部Ａにおける成膜量を増やすことが可能となる。低温部Ａにおける成膜量が増える結果、低温部Ａにおけるシリコン窒化膜６０の膜厚ｔＬが高温部におけるシリコン窒化膜６０の膜厚ｔＨに、さらに近づくようになる。膜厚ｔＬが膜厚ｔＨに、さらに近づくことで、膜厚ｔＨと膜厚ｔＬとの比ｔＨ／ｔＬは、さらに１に近づくようになる。

このように、低温部Ａを加熱しながら、ＭＬＤ手法を用いてシリコン窒化膜６０を成膜することで、高温部及び低温部Ａとの双方に、さらに均一なシリコン窒化膜６０を成膜することが可能となる。

図８に示した成膜装置の基本構成を図９Ａ及び図９Ｂに示す。図９Ａは蓋部９を上昇させ、ウエハボート５を処理容器１の内部に収容した状態を示し、図９Ｂは蓋部９を下降させ、ウエハボート５を処理容器１の外部に取り出した状態を示している。なお、図９Ａ及び図９Ｂにおいては排気口３７、排気口カバー部材３８等は省略している。

図９Ａ及び図９Ｂに示すように、成膜装置１００ａは、蓋部９にヒータ４１を備えることが図１に示した成膜装置１００と異なる。改めて基本構成を説明すると、成膜装置１００ａは、下端に開口部１ａを有する有天井の円筒体状の処理容器１と、処理容器１の開口部１ａに連結され、処理容器１の内部に成膜ガスを導入するガス配管１９又は２４が接続される、円筒体状のマニホールド３と、マニホールド３の開口部３ａを、昇降することで開閉する蓋部９と、蓋部９上に支持され、処理容器１内に、被処理体、例えば、半導体ウエハＷを複数段に保持した状態で保持することが可能な保持部材、例えば、ウエハボート５と、処理容器１の外周に、ウエハボート５を囲むように設けられた第１の加熱装置、例えば、ヒータ４０と、蓋部９の外部に設けられた第２の加熱装置、例えば、ヒータ４１と、を具備する。

図９Ａ及び図９Ｂに示す成膜装置１００ａはヒータ４０を備える。しかし、ヒータ４０は、半導体ウエハＷに成膜処理を施すためのものである。このため、ヒータ４０は、基本的に、処理容器１の外周に、ウエハボート５を囲むように設けられることとなる。ヒータ４０は、ウエハボート５の周囲以外は、基本的に加熱しなくて良い。このため、ヒータ４０から離れた部分、例えば、成膜ガスを導入するガス配管１９又は２４を処理容器１の内部に導くマニホールド３、保温筒７、テーブル８、及び蓋部９等は、余熱こそ受けるが直接に加熱されることはない。このため、成膜処理中、これら、マニホールド３、保温筒７、テーブル８、及び蓋部９等の温度は、ウエハボート５の周囲、例えば、処理容器１に比較して温度が低くなる。これが、処理容器１の内部に高温部と低温部Ａとを生じさせる理由の一つである。

そこで、例えば、マニホールド３、保温筒７、テーブル８、蓋部９等、及びその近傍が加熱されるように、蓋部９の外部に、例えば、円筒型のヒータ４１を設ける。このヒータ４１を用いて、処理容器１内の各部材の表面に、シリコン窒化膜６０を成膜する際に、例えば、マニホールド３、保温筒７、テーブル８、蓋部９等、及びその近傍を加熱する。

このような成膜装置１００ａを用いることで、処理容器１内の各部材の表面に、シリコン窒化膜６０を、さらに均一に成膜することができる。

また、上記シリコン窒化膜６０の成膜を、クリーニング後に行うことによって、処理容器内へのメタル成分の飛散を抑制でき、飛散量の許容範囲の狭まりにも対応することが可能な成膜装置のメタル汚染低減方法を得ることができる。

また、図４に示したような処理フローを半導体装置の製造プロセスに組み込むことによって、メタル汚染が発生し難く、歩留り良く半導体装置を製造できる半導体装置の製造方法を得ることができる。

さらに、図４に示したような処理フローをレシピに格納し、このレシピをコントローラ５０によって実行させることで、成膜装置に、メタル汚染が発生し難く、歩留りも良い処理を実行させることができる。

また、高温部から低温部にかけて成膜されるシリコン窒化膜６０の膜厚の最大値ｔｍａｘは、１８ｎｍ以上３００ｎｍ以下が良い。１８ｎｍ以上の膜厚があれば、メタルの封じ込め効果が良い。また、３００ｎｍ以下とすることで、シリコン窒化膜６０の割れに起因したパーティクルの発生を抑制することができる。

また、クリーニングガスとしては、上記実施形態では、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、ＮＦ_３を例示したが、クリーニングガスとしては、ハロゲン、又はハロゲン化合物を使用することができる。このようなクリーニングガスとしては、Ｆ_２、ＣｌＦ_３、ＣＯＦ_２、及びＨＣｌ等を挙げることができる。

また、上記実施形態では、被処理体に対して酸素を含有する薄膜、例えば、シリコン酸化膜を成膜する成膜装置を例示したが、例えば、被処理体に対して窒素を含有する薄膜、例えば、シリコン窒化膜を成膜する成膜装置であっても良い。また、薄膜に対して酸窒化することも可能であり、この場合には被処理体上に酸窒化膜、例えばシリコン酸窒化膜を成膜することができる。酸化、又は窒化、又は酸窒化される物質としては、シリコンに限られるものではなく、ハフニウム、ジルコニウム等、半導体装置に使用される金属材料であれば良い。

また、酸化に使用される酸素含有ガスとしては、Ｏ_３ガスの他にＯ_２ガス、ＮＯ_２ガス、ＮＯガス、Ｎ_２Ｏガス、Ｈ_２Ｏガスを用いることができる。また、処理容器１に、プラズマ生成機構を設けて酸素含有ガスをプラズマ化して反応性を高めるようにしてもよい。また、Ｏ_３ガスを用いる場合には酸素含有ガス供給源１７ａにはＯ_３ガスを発生するオゾナイザーを備えるようにしても良い。

以上、この発明を一実施形態に従って説明したが、この発明は上記一実施形態に限定されることなく、種々変形可能であるし、上記一実施形態が唯一の実施形態でもない。

例えば、上記実施形態では本発明を複数の半導体ウエハを搭載して一括して成膜を行うバッチ式の成膜装置に適用した例を示したが、これに限らず、一枚のウエハ毎に成膜を行う枚葉式の成膜装置に適用することもできる。また、上記実施形態では、成膜原料と酸化剤（又は窒化剤、又は酸窒化剤）とを交互的に供給した例について示したが、これらを同時に供給するようにしてもよい。

また、被処理体としては、半導体ウエハに限定されず、ＬＣＤガラス基板等の他の基板にも本発明を適用することができる。

１…処理容器、２…天井板、３…マニホールド、５…ウエハボート、６…支柱、７…保温筒、８…テーブル、９…蓋部、１４ａ…酸素含有ガス供給機構、１４ｂ…シリコンソースガス供給機構、１４ｃ…窒素含有ガス供給機構、１６ａ…パージガス供給機構、１６ｂ…クリーニングガス供給機構、Ｗ…半導体ウエハ（被処理体）

Claims (12)

1. 真空保持可能な縦型で筒体状をなす処理容器と、前記処理容器内に配置され、被処理体を複数段に保持した状態で保持する保持部材と、前記処理容器の外周に設けられた加熱装置とを備えた成膜装置のメタル汚染低減方法であって、
   前記処理容器内の内壁、及び前記保持部材の表面を、クリーニングガスを用いてクリーニングする工程と、
   前記クリーニングされた前記処理容器の内壁、及び前記保持部材の表面に、ＭＬＤ手法を用いてシリコン窒化膜を成膜し、前記処理容器の内壁、及び前記保持部材の表面をシリコン窒化膜により被覆する工程と、
   を具備し、
   前記処理容器内には高温部と低温部とがあり、
   前記高温部における前記シリコン窒化膜の膜厚ｔＨと、前記低温部における前記シリコン窒化膜の膜厚ｔＬとの比ｔＨ／ｔＬが１以上１５以下であることを特徴とする成膜装置のメタル汚染低減方法。
2. 前記シリコン窒化膜を成膜する際、前記低温部を加熱することを特徴とする請求項１に記載の成膜装置のメタル汚染低減方法。
3. 前記シリコン窒化膜の膜厚の最大値ｔｍａｘは１８ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の成膜装置のメタル汚染低減方法。
4. 前記シリコン窒化膜は、成膜反応がＣＶＤではなく、ＭＬＤとなる温度範囲にて成膜されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の成膜装置のメタル汚染低減方法。
5. 前記シリコン窒化膜は、プリカーサーとしてジクロルシランを用いる場合、温度５５０℃以上６５０℃以下の条件で成膜されることを特徴とする請求項４に記載の成膜装置のメタル汚染低減方法。
6. 前記シリコン窒化膜は、プリカーサーとしてヘキサクロロジシランを用いる場合、温度４５０℃以上５５０℃以下の条件で成膜されることを特徴とする請求項４に記載の成膜装置のメタル汚染低減方法。
7. 前記クリーニングガスは、ハロゲン、又はハロゲン化合物であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の成膜装置のメタル汚染低減方法。
8. 前記クリーニングガスは、
   Ｆ_２、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、ＣｌＦ_３、ＣＯＦ_２、ＮＦ_３、及びＨＣｌのいずれかから選ばれることを特徴とする請求項７に記載の成膜装置のメタル汚染低減方法。
9. 前記成膜装置は、被処理体に対して酸素又は窒素を含有する薄膜を成膜する成膜装置であって、前記被処理体への成膜処理時に、前記薄膜のソースガスと、前記酸素又は窒素を含有するガスとを交互に供給し、前記酸素又は窒素を含有する薄膜を成膜することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の成膜装置のメタル汚染低減方法。
10. 真空保持可能な縦型で筒体状をなす処理容器と、前記処理容器内に配置され、半導体ウエハを複数段に保持した状態で保持する保持部材と、前記処理容器の外周に設けられた加熱装置とを備えた成膜装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
    前記処理容器の内壁、及び前記保持部材の表面に、ＭＬＤ手法を用いてシリコン窒化膜を成膜し、前記処理容器の内壁、及び前記保持部材の表面をシリコン窒化膜により被覆する被覆工程と、
    前記保持部材に複数段に保持された半導体ウエハに対して、酸素又は窒素を含有する薄膜を、この薄膜のソースガスと、前記酸素又は窒素を含有するガスとを交互に供給し、前記酸素又は窒素を含有する薄膜を成膜する成膜工程と、
    前記成膜工程を所定回数実施した後、前記処理容器内の内壁、及び前記保持部材の表面を、クリーニングガスを用いてクリーニングするクリーニング工程と、を具備し、
    前記クリーニング工程の後、前記被覆工程に戻るとともに、前記被覆工程を請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の成膜装置のメタル汚染低減方法を用いて行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
11. コンピュータ上で動作し、真空保持可能な縦型で筒体状をなす処理容器と、前記処理容器内に配置され、半導体ウエハを複数段に保持した状態で保持する保持部材と、前記処理容器の外周に設けられた加熱装置とを備えた成膜装置を制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、
    前記プログラムは、実行時に、請求項１０に記載の半導体装置の製造方法を実行するように、コンピュータに前記成膜装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。
12. 下端に開口部を有する有天井の円筒体状の処理容器と、
    前記処理容器の開口部に連結され、前記処理容器の内部に成膜ガスを導入するガス配管が接続される、円筒体状のマニホールドと、
    前記マニホールドの開口部を、昇降することで開閉する蓋部と、
    前記蓋部上に支持され、前記処理容器内に、被処理体を複数段に保持した状態で保持することが可能な保持部材と、
    前記処理容器の外周に、前記保持部材を囲むように設けられた第１の加熱装置と、
    前記蓋部の外部に設けられた第２の加熱装置と、
    を具備し、
    クリーニングされた前記処理容器の内壁、及び前記保持部材の表面に、ＭＬＤ手法を用いてシリコン窒化膜を成膜し、前記処理容器の内壁、及び前記保持部材の表面をシリコン窒化膜により被覆する際、前記第２の加熱装置を用いて請求項２から請求項９のいずれか一項に記載の成膜装置のメタル汚染低減方法を行うことを特徴とする成膜装置。

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