JP2004193396A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a semiconductor manufacturing apparatus for forming a thin film on a substrate, doping impurities, performing surface treatment, and the like. The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device using a semiconductor manufacturing apparatus having a heater unit of a type which is mounted and heated, and which removes a reaction product deposited in a substrate processing chamber by dry etching with a cleaning gas.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, prior to a process of forming a film on a product substrate, a pre-coating process is performed by flowing a processing gas into a processing chamber in order to suppress particles and metal contamination and prepare an atmosphere in the substrate processing chamber. This precoating process was performed with the dummy substrate placed on the substrate holding plate.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
When a pre-coating process is performed by flowing a processing gas for film formation in a state where the dummy substrate is mounted on the substrate holding plate, a film is similarly deposited on the dummy substrate. However, no film is deposited on the surface of the dummy substrate in contact with the substrate holding plate. If the film deposited on one side of the dummy substrate becomes thicker, the dummy substrate warps due to the film stress, film deposition on the substrate holding plate, and film deposition on the backside of the dummy substrate, resulting in the generation of particles. I was
[0004]
A main object of the present invention is to provide a semiconductor device that can suppress warpage due to film deposition on a dummy substrate and thereby suppress or prevent the generation of particles due to warpage.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention,
A step of supplying a processing gas into the processing chamber and performing pre-coating (empty film formation) with a dummy substrate having irregularities on the surface mounted on a substrate holding plate in the processing chamber;
Supplying a processing gas into the processing chamber in a state where a product substrate is placed on the substrate holding plate to form a film, thereby providing a method of manufacturing a semiconductor device.
[0006]
As described above, since the dummy substrate having the unevenness on the surface is used, the warpage of the dummy substrate due to the stress of the film due to the pre-coat film formation is suppressed, thereby suppressing or preventing the generation of particles due to the warpage. it can.
[0007]
By providing a pre-coating step before the step of forming a film on a product substrate, particles and metal contamination can be suppressed and the atmosphere in the substrate processing chamber can be adjusted.
[0008]
Preferably, before the pre-coating step, the method further includes a step of introducing a cleaning gas into the processing chamber with the dummy substrate placed on the substrate holding plate to clean the processing chamber.
[0009]
Since the processing chamber is cleaned by introducing a cleaning gas into the processing chamber in a state where the dummy substrate is placed on the substrate holding plate, the substrate holding plate can be protected at the time of cleaning, and is separated by the substrate holding plate. The cleaning gas can be prevented from entering the space other than the substrate processing space.
[0010]
By providing the pre-coating step after such a cleaning step, the atmosphere of the substrate processing chamber after cleaning can be adjusted in addition to suppressing particles and metal contamination.
[0011]
The dummy substrate placed on the substrate holding plate at the time of cleaning is used as a dummy substrate placed on the substrate holding plate at the time of subsequent precoating, so that the process from cleaning to precoating can be performed by one dummy substrate. Since it becomes possible, a substrate for pre-coating, which had to be separately prepared until now, becomes unnecessary, and cost reduction is expected. Further, since the two processes of cleaning and precoating can be fully automated as an integrated process, the downtime of the apparatus can be reduced.
[0012]
Further, the dummy substrate on which the film is formed by the above-mentioned pre-coating step can be used in the next cleaning step and / or empty film forming step.
[0013]
When the cover substrate formed by the precoat is used in the next cleaning, the deposited film is removed by the cleaning. Therefore, by depositing the film again by the precoat, the cover substrate can be used semipermanently.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIGS. 1, 2 and 3 are schematic vertical sectional views for explaining a substrate processing apparatus used in an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a state when an
[0015]
A thermal CVD thin film forming apparatus will be described as an example of the
[0016]
The
[0017]
The substrate support 4 is made up of quartz pins. The substrate holding plate 2 (susceptor) supports the
[0018]
The
[0019]
In the
[0020]
The cleaning
[0021]
The on-off
[0022]
The temperature of the
[0023]
The
[0024]
A gas for removing a reaction product attached during substrate processing, for example, NF 3 gas radicalized by remote plasma is introduced into the
[0025]
After removing the reaction products in the
[0026]
After purging the cleaning gas from the
[0027]
When the
[0028]
After the precoating process, the
[0029]
The
[0030]
In this embodiment, the surface of the cleaning
[0031]
In this embodiment, it is possible to perform the process from cleaning to pre-coating with a single cleaning dummy substrate, so that a pre-coating substrate that had to be separately prepared until now is not required, and cost reduction is expected. You. In addition, since cleaning and precoating can be performed in an integrated manner and cleaning can be fully automated, downtime of the apparatus can be reduced.
[0032]
Next, a method of forming a film on the
[0033]
Next, in order to isolate the
[0034]
Next, the
[0035]
In this case, the predetermined distance is such a distance that the
[0036]
The predetermined distance and the predetermined time are not uniquely determined, but may be adjusted arbitrarily. The above-mentioned predetermined distance is preferably 0.5 mm or more and 10 mm or less, and the predetermined time is preferably 10 seconds or more and 120 seconds or less. In the present embodiment, the predetermined distance is set to 3 mm or more and 5 mm or less, and the predetermined time is set to 30 seconds or more and 90 seconds or less.
[0037]
Next, the
[0038]
Next, in the state shown in FIG. 3, a monosilane (SiH 4 ) gas as a film formation gas and a nitrogen ( N 2 ) gas. Further, a hydrogen (H 2 ) gas is supplied together with the carrier gas N 2 . The SiH 4 gas, the N 2 gas, and the H 2 gas are supplied by being diffused by the
[0039]
After the above-described substrate processing (after the formation of the polysilicon film on the processing substrate 1), the
[0040]
Next, the
[0041]
【The invention's effect】
According to the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method capable of suppressing warpage due to film deposition on a dummy substrate and thereby suppressing or preventing the generation of particles due to warpage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view for explaining a substrate processing apparatus used in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view for explaining a substrate processing apparatus used in an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view for explaining a substrate processing apparatus used in one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view for explaining a temperature measuring method in the substrate processing apparatus used in one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic plan view for explaining a dummy substrate used in one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
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。A step of supplying a processing gas into the processing chamber in a state where a dummy substrate having irregularities on the surface is mounted on a substrate holding plate in the processing chamber to perform pre-coating,
Supplying a processing gas into the processing chamber in a state where a product substrate is mounted on the substrate holding plate to form a film.
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