JP3835376B2

JP3835376B2 - Deposition processing equipment

Info

Publication number: JP3835376B2
Application number: JP2002244298A
Authority: JP
Inventors: 富廣米永; 光博立花; 澄田中
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2002-08-23
Filing date: 2002-08-23
Publication date: 2006-10-18
Anticipated expiration: 2021-10-18
Also published as: JP2003096567A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば金属薄膜を形成する成膜処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路の製造工程においては、被処理体である半導体ウエハ表面に配線パターンを形成するために或いは配線間等の凹部を埋め込むためにＷ（タングステン）、ＷＳｉ（タングステンシリサイド）、Ｔｉ（チタン）、ＴｉＮ（チタンナイトライド）、ＴｉＳｉ（チタンシリサイド）等の金属或いは金属化合物を堆積させて薄膜を形成することが行なわれている。
【０００３】
この種の金属薄膜の形成方法には、３つの方式、例えばＨ₂ （水素）還元法、ＳｉＨ₄ （シラン）還元法、ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ （ジクロルシラン）還元法などが知られており、ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ 還元法は配線パターンを形成するために例えば還元ガスとしてジクロルシランを用いて６００℃程度の高温下にてＷやＷＳｉ（タングステンシリサイド）膜を形成する方法であり、ＳｉＨ₄ 還元法は、同じく配線パターンを形成するために、例えば還元ガスとしてシランを用いて先程よりも低い３７０〜４００℃の低温下にてＷやＷＳｉ膜を形成する方法である。
【０００４】
また、Ｈ₂ 還元法は、配線間の凹部のようなウエハ表面上の穴埋めのために、例えば還元ガスとして水素を用いて４００〜４３０℃程度の温度下でＷ膜を堆積させる方法である。
上記の場合、いずれも例えばＷＦ₆（六フッ化タングステン）が使用される。
このような金属薄膜を形成する一般的な成膜処理装置は図３に示されており、例えばアルミニウム等により筒体状に成形された処理室２内には、例えば薄いカーボン素材或いはアルミ化合物により成形された載置台４が設けられており、この下方には、石英製の透過窓６を介してハロゲンランプ等の加熱手段８を配置している。
【０００５】
そして、加熱手段８からの熱線は透過窓６を透過して載置台４に至り、これを加熱し、この上に配置されている半導体ウエハＷを所定の温度に間接的に加熱維持する。これと同時に、載置台４の上方に設けたシャワーヘッド１０からはプロセスガスとして例えばＷＦ₆やＳｉＨ₄がウエハ表面上に均等に供給され、ウエハ表面上にＷやＷＳｉ等の金属膜が形成されることになる。
この場合、金属膜は目的とするウエハ表面のみならず、処理室内の構造物、例えば処理室壁やシャワーヘッド表面或いは図示されないクランプリングなどのウエハ近傍の部材にも堆積することとなるが、この堆積物は剥離するとパーティクルとなってウエハの歩留まりの低下の原因となる。そのため、ウエハ所定枚数、例えば２５枚処理毎に、クリーニングガスとしてＣｌＦ₃を流して内部構造物の表面に付着した余分なＷやＷＳｉ等の堆積膜を除去することが行なわれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ウエハの搬入搬出にともなって処理室内へ僅かな水分も侵入してしまうが、このウエハの搬入搬出にともなって処理室内へ侵入した水分が分解し、発生した酸素がタングステンと酸化物を形成してしまい、これが特に高温に晒されることになるシャワーヘッド１０の下面に付着してしまう。
【０００７】
このタングステン酸化物は、安定な物質であり、ドライクリーニングに用いるＣｌＦ₃ガスでは完全に除去できず、したがって、例えば１０００枚処理毎に、装置全体を分解してウエットクリーニング処理を施さねばならず、このような大がかりなメンテナンス作業の頻度が多くなって装置稼働率を大幅に低下させる原因となっていた。
【０００８】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、シャワーヘッド等の表面に成膜付着防止膜を形成してウエットクリーニング作業の頻度を少なくすることができる成膜処理装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するために、被処理体を載置する載置台を内部に有する処理室と、この載置台に対向する位置に前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給部とを備えて前記被処理体の表面に金属膜或いは金属化合物膜を形成する成膜処理装置において、前記ガス供給部は、前記処理室内にガスを放出する多数のガス孔を有するシャワーヘッドからなり、前記シャワーヘッドを熱伝導性の良好な金属により形成すると共にその表面にアルミニウム酸化物を含有する膜を形成し、前記シャワーヘッドの温度を所定温度に維持する手段を備え、沸素化合物ガスからなるクリーニングガスを前記シャワーヘッドから前記処理室内に放出し、前記処理室内をクリーニングする手段を備えることを特徴とする成膜処理装置である。
【００１０】
【作用】
本発明は、上述のように形成したので、成膜処理時において、処理室内の構造物の表面、特にガス供給部であるシャワーヘッドの載置台対向面に堆積する金属膜（金属化合物の膜も含む。以下同様）の量を大幅に減少させることができる。
従って、ウエットクリーニング等のメンテナンス作業の頻度を大幅に削減でき、装置稼働率を向上させることができる。
この場合、処理室内構造物、例えばガス供給部の構成材料を熱伝導性の良好な材料で形成し、且つこれに冷却手段を設けてガス供給部表面を冷却することにより、金属膜の堆積を更に抑制することができる。
【００１１】
また、成膜付着防止膜としては、酸化物、例えば石英、アルミナ、アルマイトを使用でき、特に、石英を用いると効率良く、金属膜の付着堆積を抑制することができる。
更には、処理室内の構造物として、例えば処理室を区画する壁を成膜の付着し難い上記した材料、例えばアルミナ等で構成するようにしてもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る成膜処理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る成膜処理装置の一実施例を示す断面図、図２は図１に示す装置のガス供給部を示す拡大断面図である。尚、図３に示す従来装置と同一部分については同一符号を付して説明する。
【００１３】
この成膜処理装置は、例えばアルミニウム等により円筒状或いは箱状に成形された処理室２を有しており、この処理室２内には、処理室底部より起立させた支柱１４上に、例えば断面Ｌ字状の保持部材１６を介して被処理体としての半導体ウエハＷを載置するための載置台４が設けられている。この支柱１４及び保持部材１６は、熱線透過性の材料、例えば石英により構成されており、また、載置台４は、厚さ１ｍｍ程度の例えばカーボン素材、アルミ化合物等により構成されている。
この載置台４の下方には、複数本、例えば３本のリフタピン１８が支持部材２０に対して上方へ起立させて設けられており、この支持部材２０を処理室底部に貫通して設けられた押し上げ棒２２により上下動させることにより、上記リフタピン１８を載置台４に貫通させて設けたリフタピン穴２４に挿通させてウエハＷを持ち上げ得るようになっている。
【００１４】
上記押し上げ棒２２の下端は、処理室２において内部の気密状態を保持するために伸縮可能なベローズ２６を介してアクチュエータ２８に接続されている。
上記載置台４の周縁部には、ウエハＷの周縁部を保持してこれを載置台４側へ固定するためのリング状のセラミック製クランプリング３０が設けられており、このクランプリング３０は、上記保持部材１６を遊嵌状態で貫通した支持棒３２を介して上記支持部材２０に連結されており、リフタピン１８と一体的に昇降するようになっている。ここで保持部材１６と支持部材２０との間の支持棒３２にはコイルバネ３３が介設されており、クランプリング３０等の降下を助け、且つウエハのクランプを確実ならしめている。これらのリフタピン１８、支持部材２０及び保持部材１６も石英等の熱線透過部材により構成されている。
【００１５】
また、載置台４の直下の処理室底部には、石英等の熱線透過材料よりなる透過窓６が気密に設けられており、この下方には、透過窓６を囲むように箱状の加熱室３４が設けられている。この加熱室３４内には加熱手段として複数、例えば４つの加熱ランプ８が反射鏡も兼ねる回転台３６に取り付けられており、この回転台３６は、回転軸４０を介して加熱室３４の底部に設けた回転モータ３８により回転される。従って、この加熱ランプ８より放出された熱線は、透過窓６を透過して載置台４の下面を照射してこれを加熱し得るようになっている。
この加熱室３４の側壁には、この室内や透過窓６を冷却するための冷却エアを導入する冷却エア導入口４０及びこのエアを排出する冷却エア排出口４２が設けられている。
【００１６】
また、載置台４の外周側には、多数の整流孔４４を有するリング状の整流板４６が、上下方向に環状に成形された支持コラム４８により支持させて設けられている。整流板４６の内周側には、クランプリング３０の外周部と接触してこの下方にガスが流れないようにするリング状の石英製アタッチメント４７が設けられる。整流板４６の下方の底部には排気口５０が設けられ、この排気口５０には図示しない真空ポンプに接続された排気路５２が接続されており、処理室２内を所定の真空度（例えば１００Ｔｏｒｒ〜１０^-6Ｔｏｒｒ）に維持し得るようになっている。
【００１７】
更に、処理室２を区画する区画壁５４には、これをざぐることにより形成さた処理室用冷却ジャケット５６が設けられており、このジャケットには、冷却水を導入する導入口５８及びこれを排出する排出口６０が設けられ、処理室２の内壁を冷却してここに堆積物が付着しないようにしている。
【００１８】
一方、上記載置台４と対向する処理室天井部には、処理ガスやクリーニングガス等の必要ガスを処理室２内へ導入するためのガス供給部６２が設けられている。具体的には、このガス供給部（シャワーヘッド）６２は、シャワーヘッド構造になされており、例えばアルミニウム等により円形箱状に成形されたヘッド本体６４を有し、この天井部にはガス導入口６６が設けられている。
このガス導入口６６には、ガス通路６８及び複数の分岐路を介してそれぞれＷＦ₆やＳｉＨ₄の処理ガス源７０、７２及びＣｌＦ₃のクリーニングガス源７４に接続されており、また、各分岐路にはそれぞれ流量制御弁７０Ａ、７２Ａ、７４Ａ及び開閉弁７０Ｂ、７２Ｂ、７４Ｂが介設されている。尚、還元ガスとしてＳｉＨ₄に代えてＨ₂ガスも用いることができる。
【００１９】
ヘッド本体６４の側壁には、この内部をリング状にざぐることにより形成された冷却手段としての水冷ジャケット８０が設けられており、ヘッド本体６４の表面、特に載置台対向面側を冷却するようになっている。
ヘッド本体６４の下面である載置台対向面６４Ａには、ヘッド本体６４内へ供給されたガスを放出するための多数のガス孔７６が面内に均等に配置されており、ウエハ表面に亘って均等にガスを放出するようになっている。
【００２０】
そして、図２にも示すようにこの載置台対向面６４Ａには、成膜の付着し難い本発明の特長とする成膜付着防止膜７８が前面に亘って形成されており、膜が堆積し難いようになっている。この成膜付着防止膜７８としては、例えば石英（ＳｉＯ₂）、アルミナ、或いはナトリウムを使用せずに処理形成したアルマイト等の酸化物を用いることができ、製造コスト等を考慮すると好ましくは石英を用いる。本実施例では、この防止膜７８として石英が用いられる。石英の防止膜７８は、例えばアルミニウム製のヘッド本体６４を電極としたイオンプレーティング法により石英（ＳｉＯ₂）の薄膜を形成することができるが、その製法はこれに限定されるものではない。
【００２１】
防止膜７８の形成に際して、各ガス孔７６の直径Ｌ１は約１．１ｍｍ程度と比較的大きいのに対して、防止膜７８の厚みＬ２は約３〜５μｍ程と小さいので、ガス孔７６により閉塞される恐れはない。
ここで、成膜の付着を防止するためにヘッド本体６４全体を石英で形成することも考えられるが、この場合には、石英は熱伝導率が低いことから載置台対向面６４Ａを十分に冷却できなくなってこの部分が必要以上に加熱されてしまい、逆に多くの堆積物が付着して好ましくない。従って、冷却効率を考慮してヘッド本体６４は、上記したアルミニウムのように熱伝導性の良好な材料により形成することが好ましい。
【００２２】
また、ヘッド本体６４内には、多数のガス分散孔８２を有する２枚の拡散板８４、８６が上下２段に配設されており、ウエハ面に、より均等にガスを供給するようになっている。
【００２３】
次に、以上のように構成された本実施例の動作について説明する。
まず、ウエハ表面に金属膜の成膜処理を施す場合には、処理室２の区画壁に設けた図示しないゲートバルブを開いて搬送アームにより処理室２内にウエハＷを搬入し、リフタピン１８を押し上げることによりウエハＷをリフタピン１８側に受け渡す。そして、リフタピン１８を、押し上げ棒２２を下げることによって降下させ、ウエハＷを載置台４上に載置すると共に更に押し上げ棒２２を下げることによってウエハＷの周縁部をクランプリング３０で押圧してこれを固定する。
【００２４】
次に、処理ガス源７０、７２から処理ガスとしてＷＦ_６，ＳｉＨ_４をガス供給部６２へ供給して混合し、これをヘッド本体６２の下面のガス孔６２から処理室２内へ均等に供給する。この時のガスの供給量は、例えばＷＦ_６が５〜１００ＳＣＣＭで、ＳｉＨ_４が１０〜３００ＳＣＣＭである。これと同時に、排気口５０から内部雰囲気を吸引排気することにより処理室内を所定の真空度、例えば１Ｔｏｒｒ〜５０Ｔｏｒｒの範囲内の値に設定し、且つ加熱室３４内の加熱ランプ８を回転させながら駆動し、熱エネルギを放射する。
【００２５】
放射された熱線は、透過窓６を透過した後、石英製の支持部材２０等も透過して載置台４の裏面を照射してこれを加熱する。この載置台４は、前述のように１ｍｍ程度と非常に薄いことから迅速に加熱され、従って、この上に載置してあるウエハＷを迅速に所定の温度まで加熱することができる。
供給された混合ガスは所定の化学反応を生じ、例えばタングステン膜がウエハ表面に堆積し、形成されることになる。この時、ウエハ面に対向するシャワーヘッド構造のヘッド本体６４の下面も比較的高温状態に晒されることから、この部分にも堆積膜が付着する傾向となる。
【００２６】
しかしながら、本実施例においてはこの部分に成膜付着防止膜７８を形成してあることから膜の付着を防止することができる。特に、膜の付着防止効果は、ウエハＷの搬入に伴って室内に導入されるウエハ表面上の水分が分解した結果生ずるＷＯｘ（タングステン酸化膜）等の金属酸化膜に対して効果的に発揮される。
このような成膜処理は、１枚のウエハを処理した後に、これを排出して新たな未処理のウエハを搬入して再度成膜を行なうといったようにウエハ１枚、１枚に対して枚葉で行なわれ、１バッチ、例えば２５枚ウエハを処理する毎に、処理室２内にクリーニングガスとしてＣｌＦ₃を導入し、ヘッド本体６４の下面や処理室２の区画壁内面等、処理室内の構造物の表面に付着した成膜をクリーニング除去する。ここでこのクリーニング処理において、金属膜（Ｗ）や金属シリサイド（ＷＳｉ）は、上記ＣｌＦ₃により比較的容易に除去することができるが、金属酸化膜（ＷＯ_X）は安定していることから除去が困難である。
【００２７】
しかしながら、本実施例においては、前述のように例えばＳｉＯ₂よりなる成膜付着防止膜７８を形成してあることから、金属酸化膜が付着し難くなっている。従って、多数のウエハの成膜処理を行なっても通常のＣｌＦ₃等のクリーニングガスを用いたドライクリーニングで済み、金属酸化膜の付着にともなう分解ウエットクリーニング作業の頻度を大幅に削減することができ、装置稼働率を大幅に向上させることができる。
【００２８】
特に、配線パターン形成用の成膜処理ではなく、ウエハ表面の凹凸の埋め込みを行なうブランケット処理の場合には、ウエハ１枚に対して８０００〜１００００Åの厚さの成膜を行なうことから、ヘッド本体６４の下面に付着する堆積物の量も多くなるが、その内、上述のようにＣｌＦ₃ガスで除去することの困難な金属酸化膜の付着量は防止膜７８の作用により非常に少ないことから、この場合にも、装置自体を分解して行なうウエットクリーニング作業の頻度を削減することができ、装置稼働率を向上させることができる。
【００２９】
従来装置と本発明装置の比較実験を行なったところ、従来装置において１０００枚のウエハの成膜処理を行なってヘッド本体の下面を観察したところ、黄色いタングステン酸化物が一面に形成されていたが、本発明装置において１５００枚のウエハの成膜処理を行なっても、ヘッド本体の下面にはタングステン酸化物はほとんど付着しておらず、初期状態を維持していることが判明した。
このように、ヘッド本体６４を効果的に冷却しつつその載置台対向面６４Ａに石英等よりなる成膜付着防止膜７８を形成しておくことにより、ＣｌＦ₃ガス等の通常のクリーニングガスでは除去が困難な金属酸化膜の付着を大幅に抑制することが可能となり、従って、大がかりな保守、点検作業であるウエット洗浄処理の頻度を大幅に低減させることができる。
【００３０】
上記実施例では、金属膜としてタングステン或いはタングステンシリサイドを成膜する場合について説明したが、これに限定されず、他の金属、例えばＴｉ（チタン）、ＴｉＮ（チタンナイトライド）、ＴｉＳｉ（チタンシリサイド）等を成膜する場合にも適用することができる。
また、この実施例ではヘッド本体６４の材料としてアルミニウムを用い、その載置台対向面６４Ａに成膜の付着し難い材料として例えば石英膜を被覆したが、このヘッド本体６４全体を成膜の付着し難い材料、例えばアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）で構成するようにしてもよい。
【００３１】
更には、成膜付着防止膜７８で被覆する箇所は、ヘッド本体の載置台対向面に限定されず、処理室内の他の構造物、例えば処理室を区画する区画壁の内面にも図１中の一点鎖線８８にて示すように形成するようにしてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の成膜処理装置によれば次のように優れた作用効果を発揮することができる。
処理室内の構造物であるガス供給部、すなわちシャワーヘッドの載置台対向面の全面や処理室を区画する区画壁の表面に成膜付着防止膜を形成したので、ドライクリーニングでは除去し得ない金属酸化膜の成膜を抑制することができる。
従って、金属酸化膜を除去するために装置自体を分解して行なう大がかりなウエットクリーニング処理等のメンテナンス作業の頻度を少なくすることができるので、その分、装置稼働率を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る成膜処理装置の一実施例を示す断面図である。
【図２】図１に示す装置のガス供給部を示す拡大断面図である。
【図３】金属薄膜を形成する一般的な成膜処理装置を示す概略断面図である。
【符号の説明】
２処理室
４載置台
６透過窓
８加熱手段（加熱ランプ）
１０シャワーヘッド
１２成膜処理装置
１８リフタピン
２２押し上げ棒
３０クランプリング
３４加熱室
５４処理室の区画壁
６２ガス供給部
６４ヘッド本体
６４Ａ載置台対向面
７０、７２処理ガス源
７４クリーニングガス源
７６ガス孔
７８成膜付着防止膜
８０水冷ジャケット（冷却手段）
Ｗ半導体ウエハ（被処理体）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a film forming apparatus for forming a metal thin film, for example.
[0002]
[Prior art]
In general, in the manufacturing process of a semiconductor integrated circuit, W (tungsten), WSi (tungsten silicide), Ti (in order to form a wiring pattern on the surface of a semiconductor wafer, which is an object to be processed, or to fill a recess such as between wirings. Thin films are formed by depositing metals or metal compounds such as titanium), TiN (titanium nitride), and TiSi (titanium silicide).
[0003]
The method for forming the metal thin film of this kind, three methods, for example, H ₂ (hydrogen) reduction method, SiH ₄ (silane) reduction method, SiH ₂ Cl ₂ (dichlorosilane) and reduction methods are known, SiH ₂ Cl ₂ reduction method is a method of forming a W or WSi (tungsten silicide) layer at a high temperature of about 600 ° C. using dichlorosilane as for example reducing gas to form a wiring pattern, SiH ₄ reduction method, like In order to form a wiring pattern, for example, silane is used as a reducing gas, and a W or WSi film is formed at a low temperature of 370 to 400 ° C., which is lower than before.
[0004]
The H ₂ reduction method is a method of depositing a W film at a temperature of about 400 to 430 ° C. using, for example, hydrogen as a reducing gas in order to fill a hole on the wafer surface such as a recess between wirings.
In any of the above cases, for example, WF ₆ (tungsten hexafluoride) is used.
A typical film forming apparatus for forming such a metal thin film is shown in FIG. 3. In the processing chamber 2 formed into a cylindrical shape with aluminum or the like, for example, a thin carbon material or an aluminum compound is used. A molded mounting table 4 is provided, and below this, heating means 8 such as a halogen lamp is arranged through a transmission window 6 made of quartz.
[0005]
And the heat ray from the heating means 8 permeate | transmits the permeation | transmission window 6, reaches the mounting base 4, heats this, and heats and maintains the semiconductor wafer W arrange | positioned on it at predetermined temperature indirectly. At the same time, WF ₆ or SiH _4, for example, is uniformly supplied as a process gas from the shower head 10 provided above the mounting table 4 on the wafer surface, and a metal film such as W or WSi is formed on the wafer surface. Will be.
In this case, the metal film is deposited not only on the target wafer surface but also on a structure in the processing chamber, such as a processing chamber wall or shower head surface or a member near the wafer such as a clamp ring (not shown). When the deposit is peeled off, it becomes particles and causes a decrease in the yield of the wafer. Therefore, every time a predetermined number of wafers, for example, 25 wafers are processed, ClF ₃ is flowed as a cleaning gas to remove excessive deposited films such as W and WSi adhering to the surface of the internal structure.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, although a small amount of moisture enters the processing chamber as the wafer is loaded and unloaded, the moisture that has entered the processing chamber as the wafer is loaded and unloaded decomposes, and the generated oxygen forms tungsten and oxide. Therefore, this adheres to the lower surface of the shower head 10 which is exposed to a particularly high temperature.
[0007]
This tungsten oxide is a stable substance and cannot be completely removed by the ClF ₃ gas used for dry cleaning. Therefore, for example, every 1000 sheets, the entire apparatus must be disassembled and a wet cleaning process must be performed. The frequency of such a large-scale maintenance work has increased, which has caused a significant reduction in the apparatus operating rate.
[0008]
The present invention has been devised to pay attention to the above problems and to effectively solve them. An object of the present invention is to provide a film forming apparatus capable of reducing the frequency of wet cleaning work by forming a film forming prevention film on the surface of a shower head or the like.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a processing chamber having a mounting table on which an object to be processed is mounted, and a gas supply unit for supplying a processing gas into the processing chamber at a position facing the mounting table. in thin film deposition apparatus for forming a metal film or metal compound film on the surface of the object to be processed includes bets, the gas supply unit, a shower with a large number of gas holes you release the gas into the processing chamber Comprising a head, the shower head is formed of a metal having good thermal conductivity, and a film containing aluminum oxide is formed on the surface thereof, and means for maintaining the temperature of the shower head at a predetermined temperature is provided. A film forming apparatus comprising a means for discharging a cleaning gas made of a compound gas from the shower head into the processing chamber and cleaning the processing chamber .
[0010]
[Action]
Since the present invention is formed as described above, a metal film (including a metal compound film) deposited on the surface of the structure in the processing chamber, particularly on the surface opposite to the mounting table of the shower head that is a gas supply unit, is formed during the film forming process. Including the same, the same applies below).
Therefore, the frequency of maintenance work such as wet cleaning can be greatly reduced, and the operating rate of the apparatus can be improved.
In this case, a metal film is deposited by forming a structural material of the processing chamber, for example, a constituent material of the gas supply unit with a material having good thermal conductivity, and providing a cooling means for cooling the gas supply unit surface. Further suppression can be achieved.
[0011]
Further, oxides such as quartz, alumina, and alumite can be used as the film adhesion prevention film. In particular, the use of quartz can efficiently suppress the deposition of the metal film.
Furthermore, as a structure in the processing chamber, for example, a wall defining the processing chamber may be made of the above-mentioned material that is difficult to deposit, such as alumina.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a film forming apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a film forming apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a gas supply unit of the apparatus shown in FIG. Note that the same parts as those in the conventional apparatus shown in FIG.
[0013]
The deposition process equipment, for example aluminum or the like has a cylindrical or box shape to be molded a processing chamber 2 by, in the treatment chamber 2, on post 14 is erected from the processing chamber bottom For example, a mounting table 4 for mounting a semiconductor wafer W as an object to be processed is provided via a holding member 16 having an L-shaped cross section. The support column 14 and the holding member 16 are made of a heat ray transmissive material, for example, quartz, and the mounting table 4 is made of, for example, a carbon material or an aluminum compound having a thickness of about 1 mm.
Below the mounting table 4, a plurality of, for example, three lifter pins 18 are provided to stand upward with respect to the support member 20, and the support member 20 is provided so as to penetrate the bottom of the processing chamber. The wafer W can be lifted by being moved up and down by the push-up bar 22 so that the lifter pins 18 are inserted through the lifter pin holes 24 provided through the mounting table 4.
[0014]
The lower end of the push-up bar 22 is connected to an actuator 28 via a bellows 26 that can be expanded and contracted in order to maintain an internal airtight state in the processing chamber 2.
A ring-shaped ceramic clamp ring 30 for holding the peripheral portion of the wafer W and fixing it to the mounting table 4 side is provided on the peripheral portion of the mounting table 4 described above. The support member 20 is connected to the support member 20 through a support rod 32 that penetrates the holding member 16 in a loosely fitted state, and is moved up and down integrally with the lifter pin 18. Here, a coil spring 33 is interposed in the support bar 32 between the holding member 16 and the support member 20 to assist the lowering of the clamp ring 30 and the like and to securely clamp the wafer. The lifter pins 18, the support member 20, and the holding member 16 are also made of a heat ray transmitting member such as quartz.
[0015]
In addition, a transmission window 6 made of a heat ray transmission material such as quartz is airtightly provided at the bottom of the processing chamber directly below the mounting table 4, and a box-shaped heating chamber is provided below the transmission window 6 so as to surround the transmission window 6. 34 is provided. In the heating chamber 34, a plurality of, for example, four heating lamps 8 are attached as a heating means to a rotating table 36 that also serves as a reflecting mirror. The rotating table 36 is attached to the bottom of the heating chamber 34 via a rotating shaft 40. It is rotated by the provided rotary motor 38. Therefore, the heat rays emitted from the heating lamp 8 can pass through the transmission window 6 and irradiate the lower surface of the mounting table 4 to heat it.
The side wall of the heating chamber 34 is provided with a cooling air inlet 40 for introducing cooling air for cooling the room and the transmission window 6 and a cooling air outlet 42 for discharging the air.
[0016]
Further, on the outer peripheral side of the mounting table 4, a ring-shaped rectifying plate 46 having a large number of rectifying holes 44 is provided by being supported by a support column 48 that is annularly formed in the vertical direction. A ring-shaped quartz attachment 47 is provided on the inner peripheral side of the rectifying plate 46 so as to contact the outer peripheral portion of the clamp ring 30 and prevent gas from flowing below this. An exhaust port 50 is provided at the bottom of the rectifying plate 46, and an exhaust path 52 connected to a vacuum pump (not shown) is connected to the exhaust port 50, and a predetermined degree of vacuum (for example, within the processing chamber 2). 100 Torr to 10 ⁻⁶ Torr).
[0017]
Further, the partition wall 54 that partitions the processing chamber 2 is provided with a processing chamber cooling jacket 56 formed by sweeping the processing wall 2, and an inlet 58 for introducing cooling water and the cooling chamber 56 are provided in this jacket. Is provided to cool the inner wall of the processing chamber 2 to prevent deposits from adhering thereto.
[0018]
On the other hand, a gas supply unit 62 for introducing a necessary gas such as a processing gas or a cleaning gas into the processing chamber 2 is provided on the processing chamber ceiling facing the mounting table 4. Specifically, the gas supply unit (shower head) 62 has a shower head structure, and has a head main body 64 formed into a circular box shape with aluminum or the like, for example. 66 is provided.
The gas inlet 66 is connected to processing gas sources 70 and 72 of WF ₆ and SiH ₄ and a cleaning gas source 74 of ClF ₃ through a gas passage 68 and a plurality of branch paths, respectively. Flow control valves 70A, 72A, 74A and on-off valves 70B, 72B, 74B are interposed in the passages, respectively. Note that H ₂ gas can be used as the reducing gas instead of SiH ₄ .
[0019]
The side wall of the head main body 64 is provided with a water cooling jacket 80 as a cooling means formed by passing through the inside of the head main body 64 so as to cool the surface of the head main body 64, in particular, the surface opposite to the mounting table. It has become.
In the mounting table facing surface 64A, which is the lower surface of the head main body 64, a number of gas holes 76 for releasing the gas supplied into the head main body 64 are evenly arranged in the surface, and extend across the wafer surface. The gas is released evenly.
[0020]
Further, as shown in FIG. 2, a film deposition preventing film 78 which is a feature of the present invention that is difficult to deposit is formed on the mounting table facing surface 64A over the front surface, and the film is deposited. It has become difficult. As this film adhesion preventing film 78, for example, quartz (SiO ₂ ), alumina, or oxide such as alumite formed by treatment without using sodium can be used. In consideration of manufacturing cost, quartz is preferably used. Use. In this embodiment, quartz is used as the prevention film 78. As the quartz prevention film 78, for example, a thin film of quartz (SiO ₂ ) can be formed by an ion plating method using an aluminum head body 64 as an electrode, but the production method is not limited to this.
[0021]
When the prevention film 78 is formed, the diameter L1 of each gas hole 76 is relatively large as about 1.1 mm, whereas the thickness L2 of the prevention film 78 is as small as about 3 to 5 μm. There is no fear of being done.
Here, it is conceivable that the entire head main body 64 is made of quartz in order to prevent the deposition of the film, but in this case, quartz has a low thermal conductivity, so that the mounting table facing surface 64A is sufficiently cooled. This part cannot be performed and the part is heated more than necessary, and on the contrary, a lot of deposits are attached, which is not preferable. Therefore, in consideration of cooling efficiency, the head main body 64 is preferably formed of a material having good thermal conductivity such as aluminum described above.
[0022]
In the head main body 64, two diffusion plates 84 and 86 having a large number of gas dispersion holes 82 are arranged in two upper and lower stages, so that gas is supplied more evenly to the wafer surface. ing.
[0023]
Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described.
First, when a metal film is formed on the wafer surface, a gate valve (not shown) provided on the partition wall of the processing chamber 2 is opened, the wafer W is loaded into the processing chamber 2 by the transfer arm, and the lifter pins 18 are attached. By pushing up, the wafer W is transferred to the lifter pin 18 side. Then, the lifter pin 18 is lowered by lowering the push-up rod 22, and the wafer W is placed on the mounting table 4, and the push-up rod 22 is further lowered to press the peripheral edge of the wafer W with the clamp ring 30. To fix.
[0024]
Next, WF ₆ and SiH ₄ as processing gases are supplied from the processing gas sources 70 and 72 to the gas supply unit 62 and mixed, and are supplied evenly into the processing chamber 2 from the gas holes 62 on the lower surface of the head main body 62. To do. The supply amount of the gas at this time is, for example, WF ₆ is ₅ to 100 SCCM and SiH ₄ is 10 to 300 SCCM. At the same time, the inside atmosphere is sucked and exhausted from the exhaust port 50 to set the processing chamber to a predetermined vacuum level, for example, a value in the range of 1 Torr to 50 Torr, and the heating lamp 8 in the heating chamber 34 is not rotated. reluctant to drive dynamic, to radiate heat energy.
[0025]
The radiated heat rays pass through the transmission window 6 and then pass through the quartz support member 20 and the like to irradiate the back surface of the mounting table 4 and heat it. Since the mounting table 4 is very thin as about 1 mm as described above, the mounting table 4 is rapidly heated. Therefore, the wafer W mounted thereon can be rapidly heated to a predetermined temperature.
The supplied mixed gas causes a predetermined chemical reaction, and for example, a tungsten film is deposited on the wafer surface to be formed. At this time, since the lower surface of the head main body 64 of the shower head structure facing the wafer surface is also exposed to a relatively high temperature state, the deposited film tends to adhere to this portion.
[0026]
However, in this embodiment, since the film deposition prevention film 78 is formed in this portion, the film adhesion can be prevented. In particular, the effect of preventing film adhesion is effectively exerted on a metal oxide film such as WOx (tungsten oxide film) generated as a result of decomposition of moisture on the wafer surface introduced into the room as the wafer W is loaded. The
In such a film forming process, after processing one wafer, the wafer is discharged, a new unprocessed wafer is loaded, and film formation is performed again. Each time a batch, for example, 25 wafers is processed, ClF ₃ is introduced into the processing chamber 2 as a cleaning gas, and the inside of the processing chamber such as the lower surface of the head body 64 or the inner surface of the partition wall of the processing chamber 2 is introduced. The film deposited on the surface of the structure is removed by cleaning. Here, in this cleaning process, the metal film (W) and the metal silicide (WSi) can be removed relatively easily by the ClF _3, but the metal oxide film (WO _X ) is removed because it is stable. Is difficult.
[0027]
However, in this embodiment, since the film adhesion preventing film 78 made of, for example, SiO ₂ is formed as described above, the metal oxide film is difficult to adhere. Therefore, even if a large number of wafers are formed, the dry cleaning process using a normal cleaning gas such as ClF ₃ is sufficient, and the frequency of the decomposition wet cleaning operation accompanying the adhesion of the metal oxide film can be greatly reduced. Thus, the apparatus operating rate can be greatly improved.
[0028]
In particular, in the case of a blanket process for embedding irregularities on the wafer surface, rather than a film forming process for forming a wiring pattern, a film having a thickness of 8000 to 10,000 mm is formed on one wafer. The amount of deposits adhering to the lower surface of 64 increases, but among them, the amount of metal oxide film that is difficult to remove with ClF ₃ gas as described above is very small due to the action of the prevention film 78. Therefore, also in this case, the frequency of the wet cleaning work performed by disassembling the apparatus itself can be reduced, and the apparatus operating rate can be improved.
[0029]
When a comparative experiment between the conventional apparatus and the present invention apparatus was performed, when a film formation process of 1000 wafers was performed in the conventional apparatus and the lower surface of the head body was observed, yellow tungsten oxide was formed on one side. It was found that even when 1500 wafers were deposited in the apparatus of the present invention, tungsten oxide hardly adhered to the lower surface of the head body, and the initial state was maintained.
As described above, the film body adhesion preventing film 78 made of quartz or the like is formed on the mounting table facing surface 64A while the head body 64 is effectively cooled, so that it can be removed with a normal cleaning gas such as ClF ₃ gas. Therefore, it is possible to significantly suppress the adhesion of the metal oxide film, which is difficult to perform, and therefore the frequency of the wet cleaning process, which is a large-scale maintenance and inspection work, can be greatly reduced.
[0030]
In the above embodiment, the case where tungsten or tungsten silicide is formed as the metal film has been described. However, the present invention is not limited to this, and other metals such as Ti (titanium), TiN (titanium nitride), TiSi (titanium silicide) are used. The present invention can also be applied when a film is formed.
Further, in this embodiment, aluminum is used as the material of the head body 64 and the mounting table facing surface 64A is coated with, for example, a quartz film as a material that is difficult to deposit, but the entire head body 64 is deposited. hard material, may be formed, for example, alumina (Al ₂ O _3).
[0031]
Further, the portion covered with the film formation adhesion preventing film 78 is not limited to the surface opposite to the mounting table of the head main body, and the other structure in the processing chamber, for example, the inner surface of the partition wall that divides the processing chamber is also shown in FIG. Alternatively, it may be formed as shown by a one-dot chain line 88.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the film forming apparatus of the present invention, the following excellent effects can be exhibited.
A metal deposition preventive film is formed on the entire surface of the gas supply section, which is a structure in the processing chamber, that is, on the entire surface facing the mounting table of the shower head and on the partition wall that partitions the processing chamber. Oxide film formation can be suppressed.
Accordingly, it is possible to reduce the frequency of maintenance work on large-scale wet cleaning process or the like performed by disassembling the device itself in order to remove the metal oxide film, that amount is significantly improves the equipment utilization Rukoto Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a film forming apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a gas supply unit of the apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a general film forming apparatus for forming a metal thin film.
[Explanation of symbols]
2 Processing chamber 4 Mounting table 6 Transmission window 8 Heating means (heating lamp)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Shower head 12 Film-forming processing apparatus 18 Lifter pin 22 Push-up rod 30 Clamp ring 34 Heating chamber 54 Partition wall 62 of processing chamber Gas supply part 64 Head main body 64A Mounting table opposing surface 70, 72 Processing gas source 74 Cleaning gas source 76 Gas hole 78 Deposition prevention film 80 Water cooling jacket (cooling means)
W Semiconductor wafer (object to be processed)

Claims

被処理体を載置する載置台を内部に有する処理室と、この載置台に対向する位置に前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給部とを備えて前記被処理体の表面に金属膜或いは金属化合物膜を形成する成膜処理装置において、
前記ガス供給部は、前記処理室内にガスを放出する多数のガス孔を有するシャワーヘッドからなり、
前記シャワーヘッドを熱伝導性の良好な金属により形成すると共にその表面にアルミニウム酸化物を含有する膜を形成し、
前記シャワーヘッドの温度を所定温度に維持する手段を備え、
沸素化合物ガスからなるクリーニングガスを前記シャワーヘッドから前記処理室内に放出し、前記処理室内をクリーニングする手段を備えることを特徴とする成膜処理装置。 A metal film is provided on the surface of the object to be processed, comprising: a processing chamber having a mounting table for mounting the object to be processed; and a gas supply unit for supplying a processing gas into the processing chamber at a position facing the mounting table. Alternatively, in a film forming apparatus for forming a metal compound film,
The gas supply unit is made from a shower head having a large number of gas holes you release the gas into the processing chamber,
The shower head is formed of a metal having good thermal conductivity and a film containing aluminum oxide is formed on the surface thereof.
Means for maintaining the temperature of the shower head at a predetermined temperature;
A film forming apparatus, comprising: means for discharging a cleaning gas composed of a fluorine compound gas from the shower head into the processing chamber and cleaning the processing chamber.

被処理体を載置する載置台を内部に有する処理室と、この載置台に対向する位置に前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給部とを備えて前記被処理体の表面に金属膜或いは金属化合物膜を形成する成膜処理装置において、A metal film is provided on the surface of the object to be processed, comprising: a processing chamber having a mounting table for mounting the object to be processed; and a gas supply unit for supplying a processing gas into the processing chamber at a position facing the mounting table. Alternatively, in a film forming apparatus for forming a metal compound film,
前記ガス供給部は、前記処理室内にガスを放出する多数のガス孔を有するシャワーヘッドからなり、  The gas supply unit comprises a shower head having a large number of gas holes for discharging gas into the processing chamber,
前記処理室を区画する区画壁を熱伝導性の良好な金属により形成すると共にその表面にアルミニウム酸化物を含有する膜を形成し、  Forming a partition wall defining the processing chamber with a metal having good thermal conductivity and forming a film containing aluminum oxide on the surface thereof;
前記区画壁の温度を所定温度に維持する手段を備え、  Means for maintaining the temperature of the partition wall at a predetermined temperature;
沸素化合物ガスからなるクリーニングガスを前記シャワーヘッドから前記処理室内に放出し、前記処理室内をクリーニングする手段を備えることを特徴とする成膜処理装置。  An apparatus for forming a film, comprising means for discharging a cleaning gas made of a fluorine compound gas from the shower head into the processing chamber and cleaning the processing chamber.

前記熱伝導性の良好な金属は、アルミニウム合金であることを特徴とする請求項１又は２記載の成膜処理装置。3. The film forming apparatus according to claim 1, wherein the metal having good thermal conductivity is an aluminum alloy.

前記アルミニウム酸化物を含有する膜は、アルマイトであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の成膜処理装置。The film forming apparatus according to claim 1, wherein the film containing aluminum oxide is alumite.

前記沸素化合物は、ＣｌＦThe fluorine compound is ClF _３3 であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の成膜処理装置。The film forming apparatus according to claim 1, wherein the film forming apparatus is a film forming apparatus.

前記金属膜或いは金属化合物膜は、タングステン又はチタンを含有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の成膜処理装置。The film forming apparatus according to claim 1, wherein the metal film or the metal compound film contains tungsten or titanium.

前記所定温度に維持する手段は、水冷ジャケットであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の成膜処理装置。 7. The film forming apparatus according to claim 1, wherein the means for maintaining the predetermined temperature is a water cooling jacket .