特許 6011420 縦型熱処理装置の運転方法、縦型熱処理装置及び記憶媒体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6011420

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月19日

(54)【発明の名称】縦型熱処理装置の運転方法、縦型熱処理装置及び記憶媒体

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20161006BHJP

   C23C 16/44 20060101ALI20161006BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/31 C

   C23C16/44 J

【請求項の数】9

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-72831(P2013-72831)

(22)【出願日】2013年3月29日

(65)【公開番号】特開2014-197624(P2014-197624A)

(43)【公開日】2014年10月16日

【審査請求日】2015年9月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091513

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 俊夫

(74)【代理人】

【識別番号】100133776

【弁理士】

【氏名又は名称】三井田 友昭

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 啓介

(72)【発明者】

【氏名】本山 豊

【審査官】 長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１４７３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１５２６４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−３０６０９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１７７２１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５−２１／３２、２１／３６５、

２１／４６９−２１／４７５、２１／８６、

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

原料ガスである第１のガスを供給するための第１のガスノズルと、第１のガスの分子と反応して反応生成物を生成する反応ガスである第２のガスを供給するための第２のガスノズルと、を備えた縦型熱処理装置を運転する方法において、
周囲に加熱部が設けられた縦型の反応容器内にクリーニング用のガスを供給して当該反応容器内をクリーニングするクリーニング工程と、
前記クリーニング工程の後、前記第１のガスノズルから第１のガスを前記反応容器内に供給する段階と、前記第２のガスノズルから第２のガスを前記反応容器内に供給すると共に第２のガスをプラズマ化する段階と、を交互に複数回行うことにより反応容器内に薄膜を形成するプリコート工程と、
前記クリーニング工程の後、ダミー用の半導体基板または導電性基板が保持された基板保持具を前記反応容器内に搬入し、前記第１のガスを反応容器内に供給する段階を行わずに、前記第２のガスノズルから第２のガスを前記反応容器内に供給すると共に第２のガスをプラズマ化する段階を行う除電工程と、
前記プリコート工程及び除電工程を行った後、複数の製品用の半導体基板が保持された基板保持具を前記反応容器内に搬入する工程と、
続いて、前記第１のガスノズルから第１のガスを前記反応容器内に供給する段階と、前記第２のガスノズルから第２のガスを前記反応容器内に供給すると共に第２のガスをプラズマ化する段階と、を交互に複数回行うことにより反応容器内に薄膜を形成する成膜工程と、を含み、
前記プリコート工程の後に前記除電工程を行う場合には、
当該プリコート工程は前記ダミー用の半導体基板または導電性基板が保持された基板保持具が前記反応容器内に搬入されていない状態で行われ、前記プリコート工程の後、前記除電工程における前記基板保持具の前記反応容器内への搬入を行うために当該反応容器を開放する工程を含むことを特徴とする縦型熱処理装置の運転方法。

【請求項2】

前記ダミー用の半導体基板または導電性基板が反応容器内に搬入された状態で行われる、第２のガスをプラズマ化する段階は、プラズマ発生用電極から電界を間欠的に発生させることにより行われることを特徴とする請求項１記載の縦型熱処理装置の運転方法。

【請求項3】

前記除電工程は、前記プリコート工程の後に行われることを特徴とする請求項１または２記載の縦型熱処理装置の運転方法。

【請求項4】

第１のガスはシラン系のガスであり、第２のガスはアンモニアガスであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の縦型熱処理装置の運転方法。

【請求項5】

周囲に加熱部が設けられた縦型の反応容器と、原料ガスである第１のガスを前記反応容器内に供給するための第１のガスノズルと、第１のガスの分子と反応して反応生成物を生成する反応ガスである第２のガスを前記反応容器内に供給するための第２のガスノズルと、前記反応容器内にクリーニング用のガスを供給するためのクリーニングガス供給部と、を備えた縦型熱処理装置において、
前記反応容器内に前記クリーニング用のガスを供給して反応容器内をクリーニングするクリーニング工程と、
前記クリーニング工程の後、前記第１のガスノズルから第１のガスを前記反応容器内に供給する段階と、前記第２のガスノズルから第２のガスを前記反応容器内に供給すると共に第２のガスをプラズマ化する段階と、を交互に複数回行うことにより反応容器内に薄膜を形成するプリコート工程と、
前記クリーニング工程の後、ダミー用の半導体基板または導電性基板が保持された基板保持具が前記反応容器内に搬入された状態で、前記第１のガスを反応容器内に供給する段階を行わずに、前記第２のガスノズルから第２のガスを前記反応容器内に供給すると共に第２のガスをプラズマ化する段階を行う除電工程と、
前記プリコート工程及び除電工程を行った後、複数の製品用の半導体基板が保持された基板保持具が前記反応容器内に搬入された状態で、第１のガスを前記反応容器内に供給する段階と、第２のガスを前記反応容器内に供給すると共に第２のガスをプラズマ化する段階と、を交互に複数回行うことにより反応容器内に薄膜を形成する成膜工程と、
を行うように制御信号を出力する制御部を備え、
前記プリコート工程の後に前記除電工程を行う場合には、
当該プリコート工程は前記ダミー用の半導体基板または導電性基板が保持された基板保持具が前記反応容器内に搬入されていない状態で行われ、
前記制御部は、
前記プリコート工程の後、前記除電工程における前記基板保持具の前記反応容器内への搬入を行うために当該反応容器を開放するように制御信号を出力することを特徴とする縦型熱処理装置。

【請求項6】

プラズマ発生用電極を備え、
前記制御部は、前記第２のガスをプラズマ化する段階を行うために前記プラズマ発生用電極から電界を間欠的に発生させるように制御信号を出力することを特徴とする請求項５記載の縦型熱処理装置。

【請求項7】

前記除電工程が前記プリコート工程の後に行われるように、前記制御部により制御信号が出力されることを特徴とする請求項５または６記載の縦型熱処理装置。

【請求項8】

第１のガスはシラン系のガスであり、第２のガスはアンモニアガスであることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか一項に記載の縦型熱処理装置。

【請求項9】

周囲に加熱部が設けられた縦型の反応容器内に、複数の基板が保持された基板保持具を搬入して熱処理を行う縦型熱処理装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の縦型熱処理装置の運転方法を実行するようにステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の基板を基板保持具に保持させて成膜処理を行う縦型熱処理装置の運転方法、縦型熱処理装置及びこの装置を運転するためのプログラムを記憶した記憶媒体に関する

【背景技術】

【0002】

半導体製造工程において半導体ウエハ（以下ウエハという）に対して成膜を行う処理の一つとして、微細なパターンに対するステップカバレッジ（埋め込み特性）が良好なことや、薄膜の緻密性が高いことなどから、反応生成物の原子層あるいは分子層を積み上げていく処理が行われている。この成膜処理は、加熱された基板に第１のガスを吸着させ、次いで基板上の第１のガスの分子に第２のガスを反応させて前記分子を例えば窒化あるいは酸化し、このプロセスを複数回繰り返すことにより行われる。

【0003】

このような成膜処理を複数のウエハに対して一括して行うためには、例えば特許文献１に記載される縦型熱処理装置が用いられ、その一例としてシラン系のガスとアンモニアガスとを互いに異なるガスノズルから交互に反応容器内に供給し、ウエハ上にシリコン窒化膜を成膜する例が挙げられる。そしてアンモニアガスは、シラン系の分子の窒化を促進して反応生成物中の不純物を低減させるために、プラズマ化してウエハ上に供給される。アンモニアガスをプラズマ化しない処理も知られているが、ウエハの加熱温度を低くできる点でプラズマを利用する手法は有利である。

【0004】

このような成膜処理を行うと、ウエハだけでなく反応容器内にも薄膜が形成され、その膜厚が大きくなると膜剥がれが起こってパーティクル汚染の容易になることから、累積膜厚が設定値を越えると反応容器内をクリーニングガスによりクリーニングしている。クリーニングガスとしては、例えばシリコン窒化膜を成膜対象としている場合、フッ素系のガスが用いられる。更にクリーニング後において、シラン系のガスの供給とプラズマを伴うアンモニアガスの供給とを交互に繰り返すことにより反応容器の内壁に所定の膜厚となるように成膜処理が行われる。この処理はプリコートなどと呼ばれており、メンテナンス後の製品ウエハに対する初期の成膜処理において、ウエハのロット間での処理雰囲気の環境を一定にして安定した成膜処理を確保するために行われる。

【0005】

しかしながら上述のようにクリーニングとプリコートとを行った後に、製品ウエハに対して成膜処理を行うと、第１回目のロットにおいてウエハに対するパーティクル汚染が発生する。このため当該ロットにおける歩留まりが低いという課題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００８−２５８２１０

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、縦型熱処理装置を用いて原料ガス及び反応ガスを交互に基板に供給すると共にガスをプラズマ化して成膜処理を行うにあたり、反応容器内をクリーニングした後におけるパーティクル汚染を低減することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の縦型熱処理装置の運転方法は、原料ガスである第１のガスを供給するための第１のガスノズルと、第１のガスの分子と反応して反応生成物を生成する反応ガスである第２のガスを供給するための第２のガスノズルと、を備えた縦型熱処理装置を運転する方法において、
周囲に加熱部が設けられた縦型の反応容器内にクリーニング用のガスを供給して当該反応容器内をクリーニングするクリーニング工程と、
前記クリーニング工程の後、前記第１のガスノズルから第１のガスを前記反応容器内に供給する段階と、前記第２のガスノズルから第２のガスを前記反応容器内に供給すると共に第２のガスをプラズマ化する段階と、を交互に複数回行うことにより反応容器内に薄膜を形成するプリコート工程と、
前記クリーニング工程の後、ダミー用の半導体基板または導電性基板が保持された基板保持具を前記反応容器内に搬入し、前記第１のガスを反応容器内に供給する段階を行わずに、前記第２のガスノズルから第２のガスを前記反応容器内に供給すると共に第２のガスをプラズマ化する段階を行う除電工程と、
前記プリコート工程及び除電工程を行った後、複数の製品用の半導体基板が保持された基板保持具を前記反応容器内に搬入する工程と、
続いて、前記第１のガスノズルから第１のガスを前記反応容器内に供給する段階と、前記第２のガスノズルから第２のガスを前記反応容器内に供給すると共に第２のガスをプラズマ化する段階と、を交互に複数回行うことにより反応容器内に薄膜を形成する成膜工程と、を含み、
前記プリコート工程の後に前記除電工程を行う場合には、
当該プリコート工程は前記ダミー用の半導体基板または導電性基板が保持された基板保持具が前記反応容器内に搬入されていない状態で行われ、前記プリコート工程の後、前記除電工程における前記基板保持具の前記反応容器内への搬入を行うために当該反応容器を開放する工程を含むことを特徴とする縦型熱処理装置の運転方法。

【発明の効果】

【0009】

本発明者は、クリーニング後の反応容器内が正の電荷に帯電し、プリコートを行うと更にその電荷量が増大し、その後にプラズマを発生させたときに反応容器から半導体基板に電荷が移動することがパーティクル汚染に起因していると推測した。そこで、クリーニング工程の後、製品用の半導体基板に対して成膜処理を行う前に、ダミー用の半導体基板または導電性基板を反応容器内に搬入した状態で、原料ガスを反応容器内に供給する段階を行わずに、反応ガスを反応容器内に供給しプラズマ化するようにした。これにより、反応容器内の正の電荷がプラズマを通ってダミー用の基板側に移動する。一方クリーニングにより発生しているパーティクルは負に帯電していることから、パーティクルがダミー用の基板に移動し、反応容器内のパーティクルが低減する。この結果続いて行われる製品用の半導体基板の成膜時において半導体基板に付着するパーティクルが低減される。そしてこのような除電工程は、成膜を伴わないため、ダミー用の基板の使い回しを行うことができ、また工程に要する時間も短時間で済む。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】縦型熱処理装置の縦断側面図である。

【図2】縦型熱処理装置の横断平面図である。

【図3】前記装置による処理のフローチャートである。

【図4】前記装置による成膜処理工程におけるガス供給のタイミングチャートである。

【図5】前記装置による本発明の比較例の処理工程を示す説明図である。

【図6】前記装置による本発明の処理工程を示す説明図である。

【図7】前記装置による除電工程におけるガス供給のタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１及び図２は本発明に係る縦型熱処理装置１０の概略縦断面図及び概略横断面図である。この縦型熱処理装置１０は、この例ではウエハＷの表面にＡＬＤ（Atomic layer deposition）によって、シリコン窒化膜（以下、ＳｉＮ膜という）を成膜するように構成されている。図１及び図２の１は、例えば石英により縦型の円柱状に形成された反応容器（処理容器）であり、この反応容器１内の天井には、石英製の天井板１１が設けられて封止されている。また、この反応容器１の下端開口部の周縁部にはフランジ１２が一体に形成されており、このフランジ１２の下面には、例えばステンレススチールにより円筒状に形成されたマニホールド２が、Ｏリング等のシール部材２１を介して連結されている。

【0012】

前記マニホールド２の下端は、搬入出口（炉口）として開口され、その開口部２０の周縁部にはフランジ２３が一体に形成されている。前記マニホールド２の下方には、フランジ２３の下面にＯリング等のシール部材２４を介して開口部２０を気密に閉塞する、例えば石英製の蓋体２２がボートエレベータ３１により上下方向に開閉可能に設けられている。前記蓋体２２の中央部には回転軸３２が貫通して設けられ、その上端部には基板保持具であるウエハボート４が搭載されている。ウエハボート４は、例えば石英により構成される。図中４１は、ウエハボート４を構成する支柱である。図中Ｍは、回転軸３２を介してウエハボート４を回転させる回転機構である。

【0013】

前記マニホールド２の側壁には、Ｌ字型の第１の原料ガス供給管５０が挿入されて設けられており、前記第１の原料ガス供給管５０の先端部には、図２に示すように反応容器１内を上方向へ延びる石英管よりなる第１の原料ガス供給ノズル５１が２本、後述のプラズマ発生部７０の細長い開口部７１を挟んで配置されている。これら第１の原料ガス供給ノズル５１，５１には、その長さ方向に沿って複数（多数）のガス吐出孔５１ａが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス吐出孔５１ａ，５１ａから水平方向に向けて略均一にガスを吐出できるようになっている。また前記第１の原料ガス供給管５０の基端側には、供給機器群５２を介して第１の原料ガスであるシラン系のガス例えばＤＣＳ（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２：ジクロロシラン）ガスの供給源５３が接続されている。

【0014】

また前記マニホールド２の側壁には、Ｌ字型の第２の原料ガス供給管６０が挿入されて設けられており、前記第２の原料ガス供給管６０の先端部には、反応容器１内を上方向へ延びて途中で屈曲し、後述するプラズマ発生部７０内に設置される石英よりなる第２の原料ガス供給ノズル６１が設けられている。この第２の原料ガス供給ノズル６１には、その長さ方向に沿って複数（多数）のガス吐出孔６１ａが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス吐出孔６１ａから水平方向に向けて略均一にガスを吐出できるようになっている。また前記第２の原料ガス供給管６０の基端側は二つに分岐されており、一方の第２の原料ガス供給管６０には供給機器群６２を介して第２の原料ガスであるＮＨ_３（アンモニア）ガスの供給源６３が接続されており、他方の第２の原料ガス供給管６０には供給機器群６４を介してＮ_２（窒素）ガスの供給源６５が接続されている。

【0015】

さらにマニホールド２の側壁には、クリーニングガス供給管３３の一端が挿入されて設けられている。ガス供給管３３の他端は分岐し、各々供給機器群３４、３５を介して、Ｆ_２（フッ素）ガスのガス供給源３６、ＨＦ（フッ化水素）のガス供給源３７に各々接続されている。これによって、反応容器１内にクリーニングガスとして、Ｆ_２とＨＦとの混合ガスを供給することができる。なお、前記供給機器群３４，３５，５２，６２，６４はバルブ及び流量調整部等により構成されている。

【0016】

また前記反応容器１の側壁の一部には、その高さ方向に沿ってプラズマ発生部７０が設けられている。前記プラズマ発生部７０は、前記反応容器１の側壁を上下方向に沿って所定の幅で削りとることによって上下に細長い開口部７１を形成し、この開口部７１を覆うようにして断面凹部状になされた上下に細長い例えば石英製の区画壁７２を反応容器１の外壁に気密に溶接接合することにより構成される。この区画壁７２により囲まれる領域がプラズマ発生領域ＰＳとなる。前記開口部７１は、ウエハボート４に保持されている全てのウエハＷを高さ方向においてカバーできるように上下方向に十分長く形成されている。

【0017】

また前記区画壁７２の両側壁の外側面には、その長さ方向（上下方向）に沿って互いに対向するようにして細長い一対のプラズマ電極７３が設けられている。７４は高周波電源、７５は給電ライン、７６は、絶縁保護カバー７６である。

【0018】

また前記プラズマ発生部７０に対向する反応容器１の反対側には、反応容器１の側壁を例えば上下方向へ削りとることによって形成した細長い排気口７８が形成されている。この排気口７８には排気カバー部材７９が溶接により取り付けられている。この排気カバー部材７９は、前記反応容器１の側壁に沿って上方に延びて、反応容器１の上方側を覆うように構成されており、当該排気カバー部材７９の天井側にはガス出口８０が形成されている。このガス出口８０には、真空排気手段をなす真空ポンプ８１及び圧力調整部８２を備えた排気管８３が接続されている。

【0019】

図１に示すように反応容器１の外周を囲むようにして、加熱手段であるヒータ８４が設けられている。さらに、反応容器１の下方には、ウエハボート４が反応容器１からアンロード（搬出）されたときに、当該開口部２０を塞ぐためのシャッター２５が設けられている。１５は、図示しない壁部の内側と、反応容器１及び排気カバー部材７９の外側との間の空間に、反応容器１を冷却させるための例えば室温のエアを供給する冷却ガス供給源である。

【0020】

縦型熱処理装置１０は制御部９を備えており、前記制御部９は、例えばコンピュータからなり、ボートエレベータ３１、ヒータ８４、供給機器群３４，３５、５２，６２、６４、高周波電源７４、圧力調整部８２等を制御するように構成されている。より具体的には、制御部９は反応容器１内で行われる後述する一連の処理のステップを実行するためのシーケンスプログラムを記憶した記憶部、各プログラムの命令を読み出して各部に制御信号を出力する手段等を備えている。なお、このプログラムは例えばハードディスク、フレキシブルディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリーカード等の記憶媒体に格納された状態で制御部９に格納される。

【0021】

続いて、上記の縦型熱処理装置１０の運転方法の一例について、当該運転中に行われる処理のフローを示す図３を参照しながら説明する。一連の処理には、製品用の基板である製品ウエハＷと、ダミー用の基板であるダミーウエハＷ１とが用いられる。単にウエハＷと記載した場合は、製品ウエハを指すものとする。前記ダミーウエハＷ１は、例えばウエハＷと同様に半導体、例えばシリコンにより構成される。

【0022】

先ず、複数枚のウエハＷ例えば、５０枚のウエハＷをウエハボート４に棚状に載置し、反応容器１内にその下方より搬入（ロード）して、蓋体２２で開口部２０を閉じ、反応容器１を密閉する。そして反応容器１内を真空ポンプ８１によって例えば６６５．５Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）の圧力で真空引きすると共に、反応容器１内の温度を例えば５００℃に加熱する。

【0023】

以降、各ガスを供給してウエハＷにＳｉＮ膜を形成する。図４は、このＳｉＮ膜を形成するときの各ガスの供給及び高周波電源４７のオンオフのタイミングを示すタイミングチャートであり、この図４も参照しながら説明する。第１及び第２の原料ガス供給ノズル５１、６１より反応容器１内にＤＣＳガス及びＮ_２ガスを、夫々例えば１０００ｓｃｃｍ、２０００ｓｃｃｍの流量で例えば３秒間、高周波電源７４がオフの状態で供給する。それによって、回転しているウエハボート４において、各ウエハＷの表面にＤＣＳガスの分子が吸着される。

【0024】

その後、ＤＣＳガスの供給を止め、反応容器１内にＮ_２ガスを供給し続けると共に反応容器１内の圧力を例えば１２０Ｐａ（０．９Ｔｏｒｒ）に設定して、反応容器１内をＮ_２ガスによりパージする。次いで、反応容器１内の圧力を例えば例えば５４Ｐａ（０．４Ｔｏｒｒ）に設定して、第２の原料ガス供給ノズル６１より反応容器１内にＮＨ_３ガス及びＮ_２ガスを夫々例えば５０００ｓｃｃｍ、２０００ｓｃｃｍの流量で例えば１秒間、高周波電源７４がオンの状態で供給する。これにより反応容器１内の各ガスの分子が電離してプラズマが形成され、Ｎラジカル，Ｈラジカル，ＮＨラジカル，ＮＨ_２ラジカル，ＮＨ_３ラジカル等の活性種とウエハＷ表面のＤＣＳガスの分子とが反応して、シリコン窒化物が生成される。然る後、ＮＨ_３ガスの供給を止め、反応容器１内にはＮ_２ガスを供給し続けると共に反応容器１内の圧力を例えば１０６Ｐａ（０．８Ｔｏｒｒ）にして反応容器１内をＮ_２ガスによりパージする。

【0025】

このようなサイクルを複数回、例えば２００回繰り返す。これによって、ウエハＷの表面にＳｉＮ膜の薄膜が、いわば一層ずつ積層されて成長し、ウエハＷの表面に所望の厚さのＳｉＮ膜が形成される（ステップＳ１）。プロセス終了後、ウエハボート４が反応容器１から搬出される。そして、反応容器１内をクリーニングした後のＳｉＮ膜の累積膜厚（各バッチ処理にて成膜される膜厚の合計値）が、所定の規定値例えば０．４μｍを越えると、再度クリーニングが行われる。このクリーニングは、次のようにして行われる。

【0026】

先ずウエハＷを保持しない状態でウエハボート４を反応容器１内に搬入して、蓋体２２により、前記開口部２０を閉じ、反応容器１内を真空引きして所定の圧力に設定すると共に、その温度を例えば３５０℃に設定する。そして、既述したＦ_２及びＨＦからなるクリーニングガスを、クリーニングガス供給管３３から反応容器１内に供給する。これによって、反応容器１内及びウエハボート４に成膜されたＳｉＮ膜がエッチングされ、排気流に乗って反応容器１から除去される（ステップＳ２）。然る後、クリーニングガスの供給を停止し、反応容器１内のクリーニングを終了する。このクリーニングが終了した時点で、反応容器１内及びウエハボート４が、正に帯電していることが確認されている。特にウエハボート４の下部側にて、この帯電が大きいことが確認されている。クリーニング時には、プラズマが発生していないが、ＳｉＮ膜がエッチングされるときにＳｉＮ膜の表面が正に帯電し、ＳｉＮ膜が除去されたときに石英体の表面に正電荷が残るのではないかと考えられる。

【0027】

続いて、反応容器１内を所定の圧力に設定し、その温度を例えば６３０℃に設定する。そして、ステップＳ１で説明したサイクルを所定の回数繰り返し行い、反応容器１内の表面及びウエハボート４の表面に例えば、５００Åの膜厚のＳｉＮ膜を成膜する（ステップＳ３）。この工程はプリコートと呼ばれ、事前に反応容器１及びウエハボート４にＳｉＮ膜を成膜しておくことにより、続いて行われるウエハＷの処理雰囲気の環境を安定させ、バッチ間（各回にウエハボート１に保持されるウエハＷ群とウエハＷ群との間）での処理のばらつきを抑えるために行われる。

【0028】

次のステップＳ４について説明する前に、ここで、前記ステップＳ１における成膜処理時とステップＳ３のプリコート時における差異について説明する。前記ステップＳ１においてはプラズマが形成されるため、反応容器１内の表面及びウエハボート４表面に正電荷が集まり帯電する。そして当該ステップＳ１において、ウエハボート４の正電荷はウエハＷ表面に直接移動し、また反応容器１内の表面の正電荷は、プラズマを介してこのウエハＷ表面に移動する。そして、このウエハＷは半導体であるため、その内部を電荷が移動することができる。即ち、反応容器１及びウエハボート４からウエハＷ表面へ移動した正電荷に対し、ウエハＷ内部を負電荷が移動して、この表面の正電荷を中和する。従って、ステップＳ１の成膜処理終了後において、反応容器１内及びウエハボート４表面が正に帯電することが抑えられている。しかし、ステップＳ３のプリコートを行う際には、ウエハボート４にウエハＷが搭載されていないため、正電荷が当該ウエハＷに移動することが無く、従って、比較的多くの量の正電荷が反応容器１内の表面及びウエハボート４表面に蓄積されることになる。

【0029】

図５は、仮にそのように正電荷が蓄積した状態で、ウエハＷにステップＳ１と同様の成膜処理を行う場合の模式図である。ステップＳ１で説明したように、ウエハＷをウエハボート４に搭載し、反応容器１にロードする（図５（ａ））。そのようにウエハＷが搭載されることで、ウエハボート４に蓄積された正電荷はウエハＷに移動する。そして、ステップＳ１で説明したように成膜を行うために反応容器１内にプラズマ形成を行う。すると、プラズマを介して反応容器１に蓄積していた正電荷がウエハＷに移動する。ウエハボート４及び反応容器１内に蓄積していた正電荷は比較的大きいので、ウエハＷでは中和されきれず、ウエハＷ表面が正に帯電する（図５（ｂ））。

【0030】

そのようにウエハＷ表面が正に帯電する一方で、プラズマ中に存在するパーティクルが負に帯電する。これはプラズマ中の電子の平均自由工程が、正イオンの平均自由工程よりも格段に大きいので、前記電子と前記パーティクルとの衝突確率が高いからである。このように負に帯電したパーティクル１００（図５（ｃ）参照）は、正に帯電したウエハＷ表面に引き寄せられて付着する。このような理由から、背景技術の項目に記載したように、クリーニング及びプリコート後、最初に成膜処理を行うロットのウエハＷについて、パーティクル汚染が起きていると考えられている。

【0031】

図３のフローの説明に戻る。またこれ以降、このフローにおける処理中の反応容器１内の状態を示す模式図である図６も適宜参照して説明する。ステップＳ３のプリコート終了後、蓋体２２を下降させて開口部２０を開き、反応容器１を開放する。そして図示しない搬送機構により、ウエハＷの代わりに多数のダミーウエハＷ１を、ウエハＷと同様にウエハボート４に棚状に載置する。既述したようにダミーウエハＷ１も半導体であるため、ウエハボート４の表面の正電荷は、ダミーウエハＷ１に移動し、ダミーウエハＷ１内を移動する負電荷により中和される。

【0032】

続いて前記ウエハボート４を反応容器１内に、その下方より搬入（ロード）し、蓋体２２で開口部２０を閉じ、反応容器１を密閉する（図６（ａ））。そして反応容器１内を真空ポンプ８１によって所定の圧力まで真空引きすると共に、反応容器１内の温度を例えば５００℃にする。

【0033】

第２の原料ガス供給ノズル６１より反応容器１内にＮＨ_３ガスを所定の流量で例えば１秒間、高周波電源７４がオンの状態で供給する。これによりＮＨ_３が電離して、反応容器１内にプラズマが生じる。反応容器１内に蓄積した正電荷は、前記プラズマを介してダミーウエハＷ１に移動し、ダミーウエハＷ１内を移動する負電荷により中和される（図６（ｂ））。また、このプラズマにより生じた、ウエハボート４表面の正電荷もダミーウエハＷ１に移動し、中和される。然る後、例えば１秒間ＮＨ_３ガスの供給を止めると共に、高周波電源７４をオフにする。

【0034】

図７は、このようにダミーウエハＷ１を搭載したウエハボート４をロードしたときのガス供給及び高周波電源７４のオンオフのタイミングを示すタイミングチャートである。この図７に示すように、高周波電源７４がオンの状態でのＮＨ_３ガスの供給及び高周波電源７４がオフの状態でのＮＨ_３ガス供給の停止のサイクルが繰り返し行われ、反応容器１内の除電が進行する。このサイクルの実施中、上記したようにプラズマによりパーティクルは負に帯電する。ダミーウエハＷ１への正電荷の供給が過剰になり、ダミーウエハＷ１が正に帯電すると、このパーティクルがダミーウエハＷ１に引き寄せられて付着する（ステップＳ４）。このステップＳ４は成膜を目的とするものではないため、ステップＳ１と異なり、ＤＣＳガスの供給は行われない。

【0035】

前記サイクルが所定の回数、例えば１００回繰り返されると、蓋体２２が下降し、反応容器１内が開放されて、ウエハボート４がアンロードされる。前記パーティクルは、ダミーウエハＷ１に付着したまま、反応容器１内から除去される。ウエハの搬送機構により、このダミーウエハＷ１がウエハボート４から搬出され、代わりにステップＳ１で説明したようにウエハＷがウエハボート４に搭載される。然る後、ウエハボート４が反応容器１内にロードされ（図６（ｃ））、ステップＳ１と同様に、図４に示したタイムチャートに従って、各種のガスの供給及び高周波電源７４のオンオフが行われ、ウエハＷへのＳｉＮ膜の形成が行われる（ステップＳ５）。

【0036】

上記のステップＳ４で反応容器１内及びウエハボート４が除電されているため、このステップＳ５における成膜処理中、プラズマを介して正電荷がウエハＷに移動することが抑えられ、また上記のウエハＷのウエハボート４への搭載時に、ウエハボート４からウエハＷに移動する正電荷の量も抑えられる。即ち、ウエハＷが正に帯電することが抑えられる。従ってプラズマ中において、パーティクルが負に帯電しても、ウエハＷへ引きつけられて付着することが抑えられる。また、ステップＳ４で反応容器１内のパーティクルが除去されているため、この成膜中におけるウエハＷの周囲のパーティクルの数は抑えられている。このことからもウエハＷへパーティクルが付着することが抑えられる（図６（ｄ））。所望の膜厚のＳｉＮ膜が形成されると、上記のようにウエハボート４がアンロードされ、シャッター２５により開口部２０が閉じられる。

【0037】

続いて反応容器１内の温度を例えば８００℃に設定すると共に、ＮＨ_３ガスを第２の原料ガス供給ノズル６１により反応容器１内に供給して、ＮＨ_３ガスの分圧を例えば１６０００Ｐａ（１２０Ｔｏｒｒ）にする。所定時間、この状態を維持して反応容器１内をパージする。このパージは、ステップＳ５の成膜処理によって反応容器１内及びウエハボート４に付着したＳｉＮ膜について、窒素の含有率が小さくシリコンの含有率が大きい、シリコンリッチな膜を窒化するために行われる。

【0038】

然る後、反応容器１の周囲の空間に冷却ガス供給源１５から冷却ガスを供給すると共に前記空間を排気し、反応容器１内の温度を８００℃から例えば２５０℃まで急速に降温させ、反応容器１内の圧力が例えば１．３３Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ）に設定される。このように反応容器１を急速冷却することで、反応容器１内に付着しているＳｉＮ膜と石英からなる反応容器１との熱収縮の差によりＳｉＮ膜に応力が作用してクラックが入り、これによりＳｉＮ膜が剥がれ、反応容器１から除去される（ステップＳ６）。

【0039】

前記シャッター２５が閉じた状態でのＳｉＮ膜の除去（シャッターパージ）が行われることに並行して、ウエハボート４からステップＳ６でＳｉＮが成膜されたウエハＷが搬出され、次に成膜処理すべきウエハＷがウエハボート４に移載される。前記冷却ガスの供給が停止し、シャッター２５が開かれると、前記ウエハボート４が反応容器１にロードされ、上記のステップＳ１、Ｓ５と同様に成膜処理が行われる（ステップＳ７）。この成膜処理終了後は、ステップＳ６のパージが行われ、パージ終了後は再度ステップＳ７の成膜処理が行われる。このようにステップＳ６のパージと、ステップＳ７の成膜処理とが繰り返し行われ、上記の累積膜厚が規定値を超えると、ステップＳ２以降のステップが行われる。尚、前記シャッターパージは必ずしも行う必要はない。

【0040】

この縦型熱処理装置１０によれば、反応容器１内のクリーニングを行い、さらにプリコートを行った後、ウエハボート４にダミーウエハＷ１を搭載して、反応容器１に搬入し、反応容器１内にＮＨ_３ガスを供給して、このＮＨ_３ガスをプラズマ化している。これにより、反応容器１内及びウエハボート４の正電荷がダミーウエハＷ１に移動してダミーウエハＷ１が正に帯電すると共に、反応容器１中に存在しているパーティクルが、当該プラズマにより負に帯電する。その結果、前記パーティクルがダミーウエハＷ１に付着する。この後、製品用のウエハＷにＡＬＤにより成膜処理を行うにあたり、反応容器１内及びウエハボート４の正電荷は、ダミーウエハＷ１に移動したことで低減しており、ウエハＷに移動する正電荷の量が抑えられる。さらに反応容器１内のパーティクルは、ダミーウエハＷ１に吸着されたことにより、その量が少なくなっている。従って、ウエハＷにパーティクルが付着することが抑えられる。実際にこの実施形態のフローで処理を行うことで、反応容器１のクリーニング後、最初に成膜処理を行ったウエハＷのロットについて、パーティクルの付着量が低減していることが確認されている。

【0041】

そして、このように行うダミーウエハＷ１を用いた除電処理は、当該ダミーウエハに対して成膜を行う必要が無いので、ダミーウエハＷ１を繰り返し使用することができる利点がある。つまり、プリコート時にダミーウエハＷ１を反応容器１に搬入する運用を行うと、ダミーウエハＷ１が成膜されてしまうことから、高価なダミーウエハＷ１の使用寿命が短くなるという不利益があるが、上記の運用では、ダミーウエハＷ１にそのような成膜を行わないので、処理コストの増加を抑えることができる。また、ウエハＷに対する成膜処理において、所定の膜厚の膜を形成するためには、その膜厚に応じた時間が必要になる。しかし、この除電処理に要する時間は、そのような制約が無く、成膜処理に要する時間に比べて少なくて済む。従って、このような除電処理を行っても、スループットの低下が抑えられる。

【0042】

上記のように、反応容器１のクリーニング終了時における反応容器１内の正電荷の量が、前記クリーニングを行う前に比べて多くなっていることが確認されている。そのため、当該クリーニング終了後、プリコートを行う前に、ダミーウエハＷを反応容器１に搬入してプラズマの形成を行ってもよい。即ち上記のフローで、ステップＳ２→Ｓ４→Ｓ３の順で処理を行ってもよい。

【0043】

反応容器１内の除電処理である上記ステップＳ４は、プラズマ電極７３から電界を間欠的に発生させて、ＮＨ_３ガスをプラズマ化することで行っている。これは、反応容器１内のプラズマによるダメージを抑えるためであるが、前記電界を連続的に発生させて処理を行ってもよい。また、ＮＨ_３ガスを連続的に反応容器１内に流して、プラズマを間欠的に発生させてもよい。

【0044】

上記の例では、第２のガスとして、第１のガスを構成し、ウエハＷに吸着される分子を窒化するためのＮＨ3ガスを用いているが、前記吸着される分子を酸化するためのガス、例えばオゾンガスを用いてもよい。第２のガスが、そのような酸化用のガスである場合、第１のガスとしてはジクロロシランの他にも様々なガスを用いることができる。例を挙げると、ＨＣＤ[ヘキサクロロジシラン]、ＴＭＡ［トリメチルアルミニウム]、３ＤＭＡＳ[トリスジメチルアミノシラン]、ＴＥＭＡＺ[テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム]、ＴＥＭＨＦ[テトラキスエチルメチルアミノハフニウム]、Ｓｒ(ＴＨＤ)_２[ストロンチウムビステトラメチルヘプタンジオナト]、Ｔｉ(ＭＰＤ)(ＴＨＤ)[チタニウムメチルペンタンジオナトビステトラメチルヘプタンジオナト]、ジイソプロピルアミノシラン（ＤＩＰＡＳ）などである。

【0045】

上記の例ではダミーウエハＷ１として、半導体基板を用いている。この半導体基板としてはＳｉの他に、例えばＧａＡｓ（ガリウムヒ素）などにより構成することができる。ところで、ダミー用基板として上記のダミーウエハＷ１の代わりに導体を用いた場合も、その内部を負電荷が移動できるので、当該ダミーウエハＷ１を用いた場合と同様の効果が得られると考えられる。装置１０内の金属汚染を防ぐ観点から、前記導体としては例えば炭素が用いられる。

【符号の説明】

【0046】

Ｗ ウエハ
Ｗ１ ダミーウエハ
１ 反応容器
２ マニホールド
１０ 縦型熱処理装置
３３ クリーニングガス供給管
５１ 第１の原料ガスノズル
５２ 第２の原料ガスノズル
７０ プラズマ発生部
７３ プラズマ電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】