JP2013197329A - 半導体装置の製造装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体製造装置のガスノズルに蓄積するパーティクルを発生させる原因となる、ガスノズル内に残留する原料ガスを削減する。
【解決手段】図１に示すように、ガスノズルと、ガスノズルの側壁に、ガスノズルとは垂直方向に、かつ半導体ウェハに向けてガスを流す第１のガス噴出口と、第１のガス噴出口とは別に、ガスノズルにおいて第１のガス噴出口よりも末端側に配されており、半導体ウェハとは異なる向きにガスを流す第２のガス噴出口と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造装置および半導体装置の製造方法に関する。

半導体ウェハ表面上に薄膜を成長させる際、半導体装置の製造装置に備わっているガスノズルの側壁に設けられたガス噴出口から原料ガスを放出させる。このとき、ガスノズルに供給される原料ガスの内、多くは半導体ウェハを設置してある処理室内に放出される。一方、処理室内に放出されなかった原料ガスは、ガスノズルの末端部に残留する。このガスノズルに残留した原料ガスを除去する方法の一つとして、不活性ガスを用いて置換する方法がある。

特許文献１には、ガスノズルから供給された原料ガスを排気する排気口を、インナチューブの開放端より下側に設けた基板処理装置が開示されている。この基板処理装置を用いることで、インナチューブとアウタチューブとの間の空間を通った後の原料ガスと、インナチューブの開放端からの原料ガスとの両方を排気させることができる。つまり、残留した原料ガスの置換効率を向上できる基板処理装置が、開示されている。

特開２００９−４６４２号公報

半導体ウェハ表面に薄膜を成膜する際、半導体製造装置におけるガスノズルの末端部に、ガス噴出口から放出されなかった原料ガスが残留してしまう。このようなガスノズルに残留した原料ガスは、原料ガスとは別に供給された酸素を始めとする気体と気相反応を引き起こしてしまう。この気相反応によって得られた生成物は、ガスノズル内に蓄積するパーティクルの原因となる。また、蓄積したパーティクルが原因となって、半導体装置を製造する際の歩留まり低下を引き起こしている。

本発明によれば、ガスノズルと、
上記ガスノズルの側壁に、上記ガスノズルとは垂直方向に、かつ半導体ウェハに向けてガスを流す第１のガス噴出口と、
上記第１のガス噴出口とは別に、上記ガスノズルにおいて上記第１のガス噴出口よりも末端側に配されており、上記半導体ウェハとは異なる向きにガスを流す第２のガス噴出口と、
を備えている半導体装置の製造装置が提供される。

さらに本発明によれば、半導体製造装置のガスノズルに備わっている第１のガス噴出口によって半導体ウェハ表面上に薄膜を成長させる成膜工程と、
を有し、
上記半導体製造装置には、上記第１のガス噴出口とは別に、上記ガスノズルにおいて上記第１のガス噴出口よりも末端側に配されている第２のガス噴出口が設けられており、
上記成膜工程において、上記第２のガス噴出口から上記ガスノズルに残留するガスを、上記半導体ウェハとは異なる向きに放出する放出工程を含む半導体装置の製造方法が提供される。

本発明によれば、半導体ウェハ表面に成膜するための第１のガス噴出口とは別に、第２のガス噴出口を、ガスノズルにおいて第１のガス噴出口より末端側に設けている。これによって、ガスノズルに残留していた原料ガスは、第２のガス噴出口から供給された不活性ガスによって押し出される。

本発明によれば、第１のガス噴出口から半導体ウェハに放出されることなく、ガスノズルに残留した原料ガスを、ガスノズルにおいて第１のガス噴出口より末端側に設けられた第２のガス噴出口から放出できる。これによって、ガスノズルに蓄積するパーティクルの発生を抑制できる。つまり、半導体装置を製造する際の、歩留まり低下を抑制できる。

本実施形態による半導体製造装置に設けられたガスノズル先端部を説明するための図である。 本実施形態による半導体装置の製造装置の縦断面図である。 本実施形態による半導体装置の製造装置の横断面図である。 本実施形態による半導体装置製造における半導体製造装置へのガス供給を説明するための一例である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１は、本実施形態による半導体製造装置に設けられたガスノズル先端部を説明するための図である。
図１に示すように、ガスノズル１０と、ガスノズル１０の側壁に、ガスノズル１０とは垂直方向に、かつ半導体ウェハ１００に向けてガスを流す第１のガス噴出口１と、第１のガス噴出口１とは別に、ガスノズル１０において第１のガス噴出口１よりも末端側に配されており、半導体ウェハ１００とは異なる向きにガスを流す第２のガス噴出口２と、を備えている。

第１のガス噴出口１は、ガスノズル１０と垂直方向に複数設けられていることが好ましく、第２のガス噴出口２は、少なくとも１つ以上設けられていることが好ましい。また第２のガス噴出口２の口径は、第１のガス噴出口１の口径と比べ、同じか、それよりも小さい。これにより、第２のガス噴出口２と比べ、第１のガス噴出口１から、ガスが放出されやすくなる。このため、ガスノズル１０の末端部の滞留を起こしにくい構造となる。すなわち、ガス置換が起こりやすい構造となる。さらには、図１に示すように、ガスノズル１０の末端が、ドーム状になっており、その頂点に第２のガス噴出口２が設けられていることが好ましい。これは、ガスノズル１０の末端がドーム状であれば、ガスノズル１０内に残留した原料ガスが、先端に集まりやすくなる。このため、ガスノズル１０の先端に、第２のガス噴出口を設けることによって、残留した原料ガスは外部に放出されやすい。なお、ガスノズル１０の末端の形状および第２のガス噴出口２の位置は、図に示す例に限定されない。

図２は、本実施形態による半導体装置の製造装置の縦断面図、図３は、横断面図である。
図２に示すように、半導体装置の製造装置２００はプロセスチューブとしてのアウタチューブ２０を備えている。また、アウタチューブ２０の筒中空部には、複数枚の半導体ウェハ１００を収容して処理できる処理室３５が備わっている。この処理室３５内には、ボート４５を収容する円筒形状のインナチューブ３０が同心円状に配置されている。なお、ボート４５は、半導体ウェハ１００の保持溝７０が設けられているボート（半導体ウェハ保持柱）８０と接続されている。

アウタチューブ２０は一端が開口し他端が閉塞した円筒形状に形成されている。さらに、アウタチューブ２０は中心線が垂直になるように縦に配されて固定的に支持されている。また、アウタチューブ２０はマニホールド９３の上にシールリング９２を挟んで載置されている。このアウタチューブ２０はマニホールド９３が筐体に据え付けられることによって、筐体に水平に支持されている。

マニホールド９３は、ステンレス鋼等によって上下両端が開口した円筒形状に形成されており、マニホールド９３の下端には炉口９４が形成されている。なお、マニホールド９３の側壁の一部には、処理室３５を真空引きする排気管８４の一端が接続されている。また、排気管８４の他端は真空ポンプ１０８にＡＰＣバルブ（メインバルブ）１１０を介して接続されている（図３）。

ＡＰＣバルブ１１０は、弁体を開閉することによって処理室３５の真空排気および真空排気停止を実行する。さらに、弁体の開度を調節して排気量を調整することによって処理室３５の圧力を制御できる。

インナチューブ３０は石英が使用されて上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。なお、マニホールド９３の内周面の下端部に、インナチューブ受け３１が、水平かつ径方向内向きに突設されており、インナチューブ３０の下端開口縁辺にはインナチューブ突出部３２が、周方向に等間隔に配置されて水平かつ径方向外向きに突設されている。
インナチューブ３０はインナチューブ突出部３２をインナチューブ受け３１に載置することによって、マニホールド９３に支持されている。また、インナチューブ３０の外壁表面とアウタチューブ２０の内壁表面との間には上下方向に連なる間隙５５が形成されている。間隙５５の下端は、閉口しており、マニホールド９３の排気管８４に連なっている。

インナチューブ３０の筒壁の一部には、垂直に延在するガスノズル収容部５０が径方向外向きに形成されており、ガスノズル収容部５０に対向した位置には複数の排気孔６０が垂直方向に配置されて開設されている。なお、ガスノズル収容部５０内にはガスノズル１０が垂直に敷設されている。このガスノズル１０には第１のガス噴出口１が、垂直方向に等間隔に配置されており、それぞれ径方向内向きに開設されている。また、同一段に配されているガス噴出口１と排気孔６０とは、互いに対峙されている。

ガスノズル１０の下端にはガス供給管８６の一端が接続されており、ガス供給管８６はマニホールド９３の側壁を貫通して外部に突き出されている。ガスノズル１０はガス供給管８６に支持されることにより、垂直に立脚されている。

また、シールキャップ８８は炉口９４の内径よりも大径の外径を有する円盤形状に形成されている。シールキャップ８８はシールリング９２によって炉口９４を気密シールするように構成されている。

シールキャップ８８の中心線上には、回転駆動装置９０によって回転駆動される回転軸８９が挿通されている。また、この回転軸８９はシールキャップ８８と共に昇降するように構成されている。なお、回転軸８９の上端には支持台９１が垂直に設置されており、支持台９１の上には半導体ウェハ１００の保持具としてボート８０が垂直に立脚されて支持されている。ボート８０は上下で一対の端板４５、８２と、両端板４５と８２との間に架設されて垂直に配設された複数本の半導体ウェハ１００の保持柱８０とを備えている。

また、複数本の保持柱８０には多数条の保持溝７０が長手方向に等間隔に配されて、同一平面内で互いに対向して開口するように没設されている。このため、半導体ウェハ１００の外周縁辺が各半導体ウェハ１００の保持柱８０の多数条の保持溝７０間にそれぞれ挿入されると、複数枚の半導体ウエハ１００がボート８０に水平にかつ互いに中心を揃えられた状態で整列されて保持される。

図３に示すように、ガス供給管８６の他端はＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法における所定のガス種を供給するガス供給源となるオゾナイザ１２６に接続されている。オゾナイザ１２６の上流側には、オゾンガスの原料ガスである酸素ガスをオゾナイザ１２６に供給する酸素ガス供給源１２７が接続されている。

また、ガス供給管８６の途中にはＭＦＣ（マスフローコントローラ）１２５とバルブ１３２とが、オゾナイザ１２６の側から順に介設されている。さらに、ガス供給管８６のバルブ１３２の下流側には、他端が不活性ガス供給源１４０に接続された不活性ガス供給管１７０の一端が接続されており、不活性ガス供給管１７０の途中にはバルブ１３０とＭＦＣ１２４が介設されている。

図３に示すように、半導体装置の製造装置２００には、ガスノズル１０の近傍に平行してガスノズル１１を配置し、ガスノズル１１の下端はもう一方のガス供給管１２０の一端に接続されている。このとき、ガス供給管１２０はマニホールド９３の側壁を貫通して外部に突き出ている。なお、ガスノズル１０および１１はガス供給管８６に支持されることにより、垂直に立脚されている。

ガス供給管１２０の他端は、ＡＬＤ法における所定のガス種を供給するガス供給源１６０にＭＦＣ１２２、バルブ１２８を介して接続されている。また、ガス供給管１２０にはヒータ１１５が敷設されており、ヒータ１１５はガス供給管１２０を５０〜６０℃に保つように構成されている。

ガス供給管１２０に連なるバルブ１２８の下流側には、ガス供給管８６の場合と同様に、他端が不活性ガス供給源１４０に接続された不活性ガス供給管１５０の一端が、接続されている。また、不活性ガス供給管１５０の途中にはバルブ１３４とＭＦＣ１２３が介設されている。

また、半導体装置の製造装置２００はコントローラ１０５を備えている。コントローラ１０５は、真空ポンプ１０８、ＡＰＣバルブ１１０、ＭＦＣ１２５、１２２、１２４、１２３、バルブ１３２、１３０、１２８、１３４等に接続され、これらを制御している。また、コントローラ１０５はパーソナルコンピュータ等によって構築されている。これによって、半導体ウェハ１００の表面上に薄膜を成膜する際、各製造プロセスを機械制御することが可能となっている。

さらに、半導体装置の製造装置２００はヒータユニットを備えている。このヒータユニットは、アウタチューブ２０の外部からアウタチューブ２０の周囲を包囲するように同心円状に設備されている。また、ヒータユニットは処理室３５を全体にわたって均一または所定の温度分布に加熱するように構成されている。

次に、半導体装置の製造装置２００を用いた、半導体装置の製造方法を述べる。

本実施形態による半導体装置の製造方法は、半導体製造装置のガスノズルに備わっている第１のガス噴出口１によって半導体ウェハ１００表面上に薄膜を成長させる成膜工程と、を有し、半導体製造装置２００には、第１のガス噴出口１とは別に、ガスノズル１０において第１のガス噴出口１よりも末端側に配されている第２のガス噴出口２が設けられており、成膜工程において、第２のガス噴出口２からガスノズル１０に残留するガスを、半導体ウェハ１００とは異なる向きに放出する放出工程を含んでいる。

図４は、本実施形態による半導体装置製造における半導体製造装置へのガス供給を説明するための一例である。
図４に示すように、ＡＬＤ法を用い、半導体ウェハ１００の表面上に薄膜を成膜する際、第一ステップ、第二ステップ、第三ステップ及び第四ステップが順に実施される。

第一ステップでは、原料ガスである３ＤＭＡＳ（トリスジメチルアミノシラン）ガスが供給される。ガス供給管１２０に設けたバルブ１２８と、排気管８４に設けたＡＰＣバルブ１１０が、開けられる。ガス供給源１６０で気化した３ＤＭＡＳガスは、ガス供給管１２０に設けたＭＦＣ１２２で流量制御される。次に、３ＤＭＡＳガスはバルブ１２８を通じ、ガス供給管１２０を経由してガスノズル１１に供給される。
これと同時に不活性ガス供給管１５０に設けたバルブ１３４を開けると、不活性ガスが、不活性ガス供給源１４０より流れる。不活性ガスは、ＭＦＣ１２３によって流量制御され、バルブ１３４を経て、不活性ガス供給管１５０よりガス供給管１２０を経由してガスノズル１１に供給される。ガスノズル１１に供給された３ＤＭＡＳガスと不活性ガスは、混合気体となって、第１のガス噴出口１からインナチューブ３０内に放出される。

第１のガス噴出口１から放出された３ＤＭＡＳガスは、上下で対向する半導体ウェハ１００の隙間をそれぞれ水平に流れ、対向する各排気孔６０から間隙５５に流れ込む。間隙５５に流れ込んだ３ＤＭＡＳガスは、間隙５５下方に設けられている排気管８４から排気される。

なお、３ＤＭＡＳガスを流す際、排気管８４のＡＰＣバルブ１１０の開度が適正に調整されるため、処理室３５内の圧力は、所定の圧力に維持される。このとき、処理室３５内を流れているガスは３ＤＭＡＳガスおよび不活性ガスである。また、３ＤＭＡＳガスは気相反応を起こすことはなく、半導体ウェハ１００上の下地膜上に付着する。
これと同時に、ガス供給管８６に接続されたバルブ１３０を開け、不活性ガス供給管１７０に設けたＭＦＣ１２４で流量制御した上で不活性ガスを流した場合、３ＤＭＡＳガスがオゾンガスを供給するためのガス供給管８６の側に回り込むことを防ぐことが可能である。

第二ステップでは、ガス供給管１２０のバルブ１２８が閉められて、３ＤＭＡＳガスの供給が停止される。そして、排気管８４のＡＰＣバルブ１１０は開いたままにする。これによって、処理室３５を真空ポンプ１０８によって２０Ｐａ以下に排気すると、ガスノズル１０に残留した３ＤＭＡＳガスは、第２のガス噴出口２を通り排除される。

第三ステップでは、オゾンガスが流される。すなわち、ガス供給管８６に設けたバルブ１３２が開けられ、酸素ガスが酸素ガス供給源１２７からオゾナイザ１２６に供給される。供給された酸素ガスからオゾンガスが、オゾナイザ１２６によって生成される。オゾンガスに次に、ＭＦＣ１２５によって流量調整されたオゾンガスは、ガス供給管８６を経由してガスノズル１０に供給される。これによって、オゾンガスがガスノズル１０に設けられた第１のガス噴出口１からインナチューブ３０内に放出される。

第１のガス噴出口１から放出されたオゾンガスは、上下で対向する半導体ウェハ１００の隙間をそれぞれ水平に流れ、対向する各排気孔６０から間隙５５に流れ込む。間隙５５に流れ込んだ３ＤＭＡＳガスは、間隙５５下方に設けられている排気管８４から排気される。

これと同時に、不活性ガスが、ガス供給管１２０の途中につながっている不活性ガス供給管１５０のＭＦＣ１２３によって流量調整され、バルブ１３４の開放に伴い流される。この不活性ガスによって、オゾンガスが、３ＤＭＡＳガスを流すためのガス供給管１２０側に回り込むことを防ぐことができる。このとき、処理室３５に滞留しているガスはオゾンガスおよび不活性ガスであり、処理室３５内に３ＤＭＡＳガスは存在しない。したがって、オゾンガスは気相反応を起こすことはない。このため、オゾンガスが半導体ウェハ１００上の下地膜に付着した３ＤＭＡＳとのみ表面反応して、半導体ウェハ１００の上に酸化シリコン膜が成膜される。

第四ステップでは、ガス供給管８６のバルブ１３２が閉められ、オゾンガスの供給が停止する。そして、排気管８４のＡＰＣバルブ１１０は開いたままにし、処理室３５に滞留している気体は、処理室３５を真空ポンプ１０８によって２０Ｐａ以下に排気する。これにより、ガスノズル１０に残留したオゾンガスは、第２のガス噴出口を通り処理室３５から排除される。

以上の計４ステップを１サイクルとし、所定膜厚の酸化シリコン膜は、このサイクルを複数回繰り返すことにより、半導体ウェハ１００の表面上に成膜することができる。

上記に述べた第２、および４ステップは、本実施形態における放出工程に該当する。

放出工程では、第１のガス噴出口１から、半導体ウェハ１００に向けて放出されなかった原料ガスが、酸素ガスとの気相反応を引き起こす前に、不活性ガスを供給することにより、第２のガス噴出口から放出している。なお、不活性ガスを供給する前に、ガスノズル１０内に滞留している原料ガスの一部は、滞留している。

具体的に放出工程は、ガスノズル１０に滞留している原料ガスが、新たにガスノズル１０内に供給された酸素ガスを始めとする気体と反応を引き起こすのを防ぐために設けられている工程である。ガスノズル１０に滞留している原料ガスは、新たに供給されたガスに押し出されるように、第２のガス噴出口２から、ガスノズル１０の外側に放出される。なお、放出された原料ガスが、半導体ウェハ１００の表面上に積層してしまうことを防ぐため、第２のガス噴出口２は半導体ウェハ１００とは異なる向きに設けられている。

次に、本実施形態による効果について説明する。

ガスノズル１０に供給された原料ガスの内、第１のガス噴出口１から半導体ウェハ１００に向かって放出されることなく、ガスノズル１０内に残留してしまった原料ガスは、酸素と気相反応を引き起こしてしまう可能性がある。原料ガスが酸素と気相反応を引き起こしてしまった場合、ガスノズル１０に蓄積するパーティクルとなる。しかし、本実施形態による半導体装置の製造装置２００を用いた場合、ガスノズル１０内に残留した原料ガスは、新たにガスノズル１０に供給されたガスに押し出されるように、第２のガス噴出口２から、ガスノズルの外側に放出される。これによって、ガスノズルに蓄積するパーティクルの発生を抑制できる。つまり、半導体装置を製造する際の、歩留まり低下を抑制できる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

１ 第１のガス噴出口
２ 第２のガス噴出口
１０ ガスノズル
１１ ガスノズル
２０ アウタチューブ
３０ インナチューブ
３１ インナチューブ受け
３２ インナチューブ突起部
３５ 処理室
４０ 天板
４５ ボート（半導体ウェハ保持具）
５０ ガスノズル収容部
５５ 間隙
６０ 排気孔
７０ 半導体ウェハ保持溝
８０ ボート（半導体ウェハ保持柱）
８２ 底板
８４ 排気管
８６ ガス供給管
８８ シールキャップ
８９ 回転軸
９０ 回転軸駆動装置
９１ 支持台
９２ シールリング
９３ マニホールド
９４ 炉口
１００ 半導体ウェハ
１０５ コントローラ
１０８ 真空ポンプ
１１０ ＡＰＣバルブ
１１５ ヒータ
１２０ ガス供給管
１２２ マスフローコントローラ（ＭＦＣ）
１２３ マスフローコントローラ（ＭＦＣ）
１２４ マスフローコントローラ（ＭＦＣ）
１２５ マスフローコントローラ（ＭＦＣ）
１２６ オゾナイザ
１２７ 酸素ガス供給源
１２８ バルブ
１３０ バルブ
１３２ バルブ
１３４ バルブ
１４０ 不活性ガス供給源
１５０ 不活性ガス供給源
１６０ ガス供給源
１７０ 不活性ガス供給管
２００ 半導体装置の製造装置

Claims (6)

1. ガスノズルと、
   前記ガスノズルの側壁に、前記ガスノズルとは垂直方向に、かつ半導体ウェハに向けてガスを流す第１のガス噴出口と、
   前記第１のガス噴出口とは別に、前記ガスノズルにおいて前記第１のガス噴出口よりも末端側に配されており、前記半導体ウェハとは異なる向きにガスを流す第２のガス噴出口と、
   を備えている半導体装置の製造装置。
2. 前記第１のガス噴出口がガスノズルと垂直方向に複数設けられている請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
3. 前記第２のガス噴出口が、少なくとも１つ以上設けられている請求項１または２に記載の半導体装置の製造装置。
4. 前記第２のガス噴出口の口径は、前記第１のガス噴出口の口径と比べ、同じか、それよりも小さい請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造装置。
5. 前記ガスノズルの末端が、ドーム状になっており、その頂点に前記第２のガス噴出口が設けられている請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造装置。
6. 半導体製造装置のガスノズルに備わっている第１のガス噴出口によって半導体ウェハ表面上に薄膜を成長させる成膜工程を有し、
   前記半導体製造装置には、前記第１のガス噴出口とは別に、前記ガスノズルにおいて前記第１のガス噴出口よりも末端側に配されている第２のガス噴出口が設けられており、
   前記成膜工程において、前記第２のガス噴出口から前記ガスノズルに残留するガスを、前記半導体ウェハとは異なる向きに放出する放出工程を含む半導体装置の製造方法。

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