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JP5227003B2 - Semiconductor device manufacturing method, substrate processing method, and substrate processing apparatus - Google Patents
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Semiconductor device manufacturing method, substrate processing method, and substrate processing apparatus Download PDF

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Description

本発明は、半導体装置(半導体デバイス)の製造方法および基板処理装置に関する。
詳しくは、半導体集積回路装置(以下、ICという。)の製造方法における半導体素子を含む集積回路が作り込まれる半導体ウエハ(以下、ウエハという。)に薄膜を形成する工程において、ウエハと薄膜との間に高品質な界面を形成する方法およびそれを実現する基板処理装置に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device (semiconductor device) and a substrate processing apparatus.
Specifically, in a process of forming a thin film on a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) on which an integrated circuit including a semiconductor element in a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device (hereinafter referred to as an IC) is formed, The present invention relates to a method for forming a high-quality interface therebetween and a substrate processing apparatus for realizing the method.

ICの製造方法においては、減圧CVD法(化学気相成長法)によって、ウエハ上に薄膜を形成することが行われている。
近年、反応炉にウエハを導入する際の自然酸化膜の増加や不純物(impurity)の付着による半導体の劣化等の問題を解決するために、次の方法が用いられている。
反応炉の前段に予備室を設置し、予備室内で充分に酸素や水分等を除去し、予備室内を窒素ガスで置換した後に、ウエハを反応炉内に導入する。
この減圧CVD法を実施するには、真空引きが可能な密閉構造に構成された予備室を反応炉の前段に有する予備室付き縦型減圧CVD装置(以下、予備室付きCVD装置という。)が使用される。
予備室付きCVD装置においては、処理前のウエハはウエハ搬送口から予備室に搬入され、ウエハ処理用治具であるボートにセットされる。その後、予備室は気密に閉じられ、真空引きおよび窒素パージが繰り返されることにより、酸素や水分等が除去される。その後、ウエハは予備室から反応炉内にボートによって搬入(ボートローディング)される。
In an IC manufacturing method, a thin film is formed on a wafer by a low pressure CVD method (chemical vapor deposition method).
In recent years, the following method has been used to solve problems such as an increase in a natural oxide film when a wafer is introduced into a reaction furnace and deterioration of a semiconductor due to adhesion of impurities.
A preliminary chamber is set in front of the reaction furnace, oxygen and moisture are sufficiently removed in the preliminary chamber, and the preliminary chamber is replaced with nitrogen gas, and then the wafer is introduced into the reaction furnace.
In order to carry out this reduced pressure CVD method, a vertical reduced pressure CVD apparatus with a preliminary chamber (hereinafter referred to as a CVD apparatus with a preliminary chamber) having a preliminary chamber configured in a hermetically sealed structure capable of evacuation at the front stage of the reactor. used.
In the CVD apparatus with a preparatory chamber, a wafer before processing is carried into the preparatory chamber from the wafer transfer port and set on a boat which is a wafer processing jig. Thereafter, the preliminary chamber is closed in an airtight manner, and oxygen, moisture, and the like are removed by repeating evacuation and nitrogen purge. Thereafter, the wafer is loaded into the reaction furnace from the preliminary chamber by a boat (boat loading).

ところが、この予備室付きCVD装置においては、真空引きの際の有機物等の汚染物質によるウエハ表面の汚染が懸念される。なぜならば、ウエハおよびボートを反応炉内に搬入するための駆動軸部やボート回転機構部および配線部が予備室内に設置されているからである。
そこで、ウエハが搬入された反応炉内において反応ガスを用いてウエハ上の自然酸化膜または不純物を除去する方法として、水素(H2 )アニール法が用いられている。例えば、特許文献1参照。
特開平5−29309号公報。
However, in this CVD apparatus with a preparatory chamber, there is a concern that the wafer surface is contaminated by contaminants such as organic substances during evacuation. This is because a drive shaft portion, a boat rotation mechanism portion, and a wiring portion for carrying wafers and boats into the reaction furnace are installed in the spare chamber.
Therefore, a hydrogen (H 2 ) annealing method is used as a method for removing a natural oxide film or impurities on a wafer using a reaction gas in a reaction furnace in which the wafer is carried. For example, see Patent Document 1.
JP-A-5-29309.

しかしながら、この水素アニール法においては、一般的に、900〜1000℃の高温処理が必要となるために、ICへの熱ダメージならびにサーマルバジェット増大の問題が考えられる。
ここで、低酸素・炭素密度で高品質な界面をウエハと薄膜との間に形成するには、予備室付きCVD装置内にウエハを導入してから反応炉における成膜直前までのウエハ表面の汚染を最小限に留めることが、重要である。
具体的には、次のようなウエハ表面の清浄化対策を講ずる必要がある。
予備室においては、反応炉へのウエハ搬入前の窒素置換時および反応炉からの搬出時に、駆動軸部およびボート回転機構部および配線部からの有機物によるウエハ表面の汚染を抑える。
反応炉内においては、比較的に低温である炉口部およびウエハ自体からの汚染を抑制する。
炉内雰囲気の高清浄化ならびに表面に吸着した汚染物質の還元・脱離を、ウエハへの薄膜形成直前まで実施する。
以上のようなウエハ表面の清浄化を、予備室付きCVD装置を用いて、バッチ処理、例えば、100〜150枚処理の量産プロセスで実施しようとした場合には、比較的に低温である炉口部やウエハからの脱ガスにより、ウエハ表面の汚染が反応炉内のウエハ面間方向すなわちウエハ配列方向で不均一に発生する可能性がある。
However, this hydrogen annealing method generally requires a high-temperature treatment at 900 to 1000 ° C., and thus there may be problems of thermal damage to the IC and an increase in the thermal budget.
Here, in order to form a high-quality interface between the wafer and the thin film with a low oxygen / carbon density, the wafer surface from the introduction of the wafer into the CVD chamber with a preliminary chamber until just before the film formation in the reactor is obtained. It is important to minimize contamination.
Specifically, it is necessary to take measures for cleaning the wafer surface as follows.
In the preliminary chamber, contamination of the wafer surface by organic substances from the drive shaft portion, the boat rotation mechanism portion, and the wiring portion is suppressed at the time of nitrogen replacement before carrying the wafer into the reaction furnace and when carrying out the reaction furnace.
In the reaction furnace, contamination from a relatively low temperature furnace opening and the wafer itself is suppressed.
The furnace atmosphere is highly purified and the contaminants adsorbed on the surface are reduced and desorbed until just before the thin film is formed on the wafer.
When cleaning the wafer surface as described above using a CVD apparatus with a preliminary chamber in a batch process, for example, a mass production process of processing 100 to 150 sheets, a furnace port that is relatively low in temperature. There is a possibility that contamination of the wafer surface may occur non-uniformly in the direction between the wafer surfaces in the reaction furnace, that is, in the wafer arrangement direction due to degassing from the wafer and the wafer.

本発明の目的は、バッチ処理における量産プロセスにおいて、ウエハ面間方向にわたり低酸素・炭素密度で高品質な界面をウエハと薄膜との間に均一に形成することのできる半導体装置の製造方法および基板処理装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method and substrate capable of uniformly forming a low-oxygen / carbon density and high-quality interface between a wafer and a thin film across the wafer surface in a mass production process in batch processing. It is to provide a processing apparatus.

本発明の一態様によれば、プロセスチューブとそれを支持するマニホールドとで構成される反応容器内に複数枚の基板を搬入して前記反応容器内に配列させるステップと、
前記反応容器内の前記マニホールド側から前記プロセスチューブ側に向かって前処理ガスを流して前記複数枚の基板に対して前処理を施すステップと、
前記反応容器内の前記マニホールド側から前記プロセスチューブ側に向かって本処理ガスを流して前記前処理が施された前記複数枚の基板に対して本処理を施すステップと、
前記本処理後の前記複数枚の基板を前記反応容器内から搬出するステップと、を有し、
前記前処理を施すステップでは、前処理ガスを、前記マニホールドに対応する領域における少なくとも1箇所と、基板配列領域に対応する領域における上部の少なくとも1箇所と、から供給する半導体装置の製造方法が提供される。
本発明の他の態様によれば、反応容器内に複数枚の基板を搬入して前記反応容器内に配列させるステップと、
前記反応容器内に前処理ガスを流して前記複数枚の基板に対して前処理を施すステップと、
前記反応容器内に本処理ガスを流して前記前処理が施された前記複数枚の基板に対して本処理を施すステップと、
前記本処理後の前記複数枚の基板を前記反応容器内から搬出するステップと、を有し、
前記前処理を施すステップでは、前処理ガスを、基板配列領域よりも低温となる領域における少なくとも1箇所と、基板配列領域に対応する領域における下流端部の少なくとも1箇所と、から供給する半導体装置の製造方法が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、反応容器内に複数枚の基板を搬入して前記反応容器内に配列させるステップと、
前記反応容器内に前処理ガスを流して前記複数枚の基板に対して前処理を施すステップと、
前記反応容器内に本処理ガスを流して前記前処理が施された前記複数枚の基板に対して本処理を施すステップと、
前記本処理後の前記複数枚の基板を前記反応容器内から搬出するステップと、を有し、
前記前処理を施すステップでは、前処理ガスを、基板配列領域よりも下方の領域における少なくとも1箇所と、基板配列領域に対応する領域における上部の少なくとも1箇所と、から供給する半導体装置の製造方法が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、基板を反応容器内に搬入するステップと、
前記反応容器内で基板に対して前処理を施すステップと、
前記反応容器内で前記前処理が施された基板に対して本処理を施すステップと、
前記本処理後の基板を前記反応容器内から搬出するステップと、を有し、
前記前処理を施すステップでは、前処理ガスを前記処理室内の複数箇所から供給すると共に、前記複数箇所のうちの少なくとも1箇所と他の箇所とで、前処理ガスの供給流量、濃度または種類を異ならせる半導体装置の製造方法が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、基板を反応容器内に搬入するステップと、
前記反応容器内で基板に対して前処理を施すステップと、
前記反応容器内で前記前処理が施された基板に対して本処理を施すステップと、
前記本処理後の基板を前記反応容器内から搬出するステップと、を有し、
前記前処理を施すステップでは、複数種類の前処理ガスを前記処理室内の複数箇所から供給すると共に、前記複数箇所のうちの少なくとも1箇所と他の箇所とで、前記複数種類の前処理ガスの供給流量比または濃度比を異ならせる半導体装置の製造方法が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、基板を処理するプロセスチューブと、
前記プロセスチューブを支持するマニホールドと、
前記プロセスチューブ内で複数枚の基板を配列して支持する支持具と、
前記マニホールドに対応する領域における少なくとも1箇所からガスを供給する第一ノズルと、
前記プロセスチューブ内の基板配列領域に対応する領域における上部の少なくとも1箇所からガスを供給する第二ノズルと、
前記プロセスチューブの前記第一ノズルが設けられた側とは反対側に設けられ前記プロセスチューブ内を排気する排気路と、
前記第一ノズルおよび前記第二ノズルから前処理ガスを供給し、前記排気路に向かって流して、前記複数枚の基板に対して前処理を施し、少なくとも前記第一ノズルから本処理ガスを供給し、前記排気路に向かって流して、前記前処理が施された前記複数枚の基板に対して本処理を施すように制御するコントローラと、
を有する基板処理装置が提供される。
According to one aspect of the present invention, a step of carrying a plurality of substrates into a reaction vessel composed of a process tube and a manifold that supports the process tube and arranging the substrates in the reaction vessel;
Performing a pretreatment on the plurality of substrates by flowing a pretreatment gas from the manifold side toward the process tube in the reaction vessel;
Applying the main processing to the plurality of substrates subjected to the preprocessing by flowing a main processing gas from the manifold side to the process tube side in the reaction vessel;
Unloading the plurality of substrates after the main treatment from the reaction vessel, and
In the step of performing the pretreatment, a method for manufacturing a semiconductor device is provided in which pretreatment gas is supplied from at least one location in the region corresponding to the manifold and at least one location in the upper portion in the region corresponding to the substrate arrangement region. Is done.
According to another aspect of the present invention, a step of bringing a plurality of substrates into the reaction container and arranging them in the reaction container;
Flowing a pretreatment gas into the reaction vessel to pretreat the plurality of substrates;
Subjecting the plurality of substrates that have been subjected to the pretreatment by flowing a main treatment gas into the reaction vessel;
Unloading the plurality of substrates after the main treatment from the reaction vessel, and
In the step of performing the pretreatment, a semiconductor device that supplies a pretreatment gas from at least one location in a region that is lower in temperature than the substrate arrangement region and at least one location on the downstream end in a region corresponding to the substrate arrangement region A manufacturing method is provided.
According to still another aspect of the present invention, a step of bringing a plurality of substrates into the reaction container and arranging them in the reaction container;
Flowing a pretreatment gas into the reaction vessel to pretreat the plurality of substrates;
Subjecting the plurality of substrates that have been subjected to the pretreatment by flowing a main treatment gas into the reaction vessel;
Unloading the plurality of substrates after the main treatment from the reaction vessel, and
In the step of performing the pretreatment, the semiconductor device manufacturing method supplies the pretreatment gas from at least one place in a region below the substrate arrangement region and at least one place in an upper portion in a region corresponding to the substrate arrangement region. Is provided.
According to yet another aspect of the present invention, the step of loading the substrate into the reaction vessel;
Pre-treating the substrate in the reaction vessel;
Applying the main treatment to the pretreated substrate in the reaction vessel;
Unloading the substrate after the main treatment from the reaction vessel,
In the step of performing the pretreatment, the pretreatment gas is supplied from a plurality of locations in the processing chamber, and the supply flow rate, concentration, or type of the pretreatment gas is set in at least one of the plurality of locations and other locations. A method for manufacturing a semiconductor device is provided.
According to yet another aspect of the present invention, the step of loading the substrate into the reaction vessel;
Pre-treating the substrate in the reaction vessel;
Applying the main treatment to the pretreated substrate in the reaction vessel;
Unloading the substrate after the main treatment from the reaction vessel,
In the step of performing the pretreatment, a plurality of types of pretreatment gases are supplied from a plurality of locations in the processing chamber, and at least one of the plurality of locations and the other types of the pretreatment gases of the plurality of types are treated. Provided is a method for manufacturing a semiconductor device in which a supply flow rate ratio or a concentration ratio is varied.
According to yet another aspect of the invention, a process tube for processing a substrate;
A manifold that supports the process tube;
A support for arranging and supporting a plurality of substrates in the process tube;
A first nozzle that supplies gas from at least one location in a region corresponding to the manifold;
A second nozzle for supplying gas from at least one upper portion in a region corresponding to the substrate arrangement region in the process tube;
An exhaust path provided on the opposite side of the process tube to the side on which the first nozzle is provided and exhausts the inside of the process tube;
A pretreatment gas is supplied from the first nozzle and the second nozzle, flows toward the exhaust path, pretreats the plurality of substrates, and supplies the main treatment gas from at least the first nozzle. And a controller that controls the flow to flow toward the exhaust path and perform the main process on the plurality of substrates that have been subjected to the pre-process,
A substrate processing apparatus is provided.

本発明によれば、バッチ処理における量産プロセスにおいて、基板上の自然酸化膜または不純物を基板面間方向にわたり効率的かつ均一に除去し、低酸素・炭素密度で高品質な界面を基板面間方向にわたり、均一に形成することができる。   According to the present invention, in a mass production process in batch processing, a natural oxide film or impurities on a substrate are efficiently and uniformly removed across the substrate surface, and a high-quality interface with low oxygen and carbon density is formed between the substrate surfaces. Can be formed uniformly.

以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施の形態において、本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板処理装置として図1および図2に示された予備室付きCVD装置(以下、CVD装置という。)が使用されて実施される。
本実施の形態においては、薄膜を形成する前に、水素原子を含むガス、シリコン原子を含むガスまたは塩素原子を含むガスを前処理ガス(界面洗浄ガス)として、単独または混合して、またはキャリアガスと共に、2系統以上の多系統ガスラインから反応炉内へ導入する。
In the present embodiment, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is performed using the CVD apparatus with a prechamber (hereinafter referred to as a CVD apparatus) shown in FIGS. 1 and 2 as the substrate processing apparatus. .
In this embodiment, before forming a thin film, a gas containing hydrogen atoms, a gas containing silicon atoms, or a gas containing chlorine atoms is used as a pretreatment gas (interface cleaning gas), alone or in combination, or a carrier. Together with the gas, it is introduced into the reactor from two or more multi-system gas lines.

まず、CVD装置について説明する。
図1に示されているように、CVD装置10は筐体11を備えており、筐体11には予備室12が形成されている。予備室12は大気圧未満の圧力を維持可能な気密性能を有する密閉室に構築されており、反応炉の前段に設置された予備室を構成している。
筐体11の前面壁にはウエハ搬入搬出口13が開設されており、ウエハ搬入搬出口13はゲートバルブ14によって開閉される。
筐体11の天井壁位置にはボート34が出入りするボート搬入搬出口15が開設されており、ボート搬入搬出口15はシャッタ16によって開閉される。
First, the CVD apparatus will be described.
As shown in FIG. 1, the CVD apparatus 10 includes a casing 11, and a preliminary chamber 12 is formed in the casing 11. The preliminary chamber 12 is constructed as a sealed chamber having an airtight performance capable of maintaining a pressure lower than atmospheric pressure, and constitutes a preliminary chamber installed in the front stage of the reactor.
A wafer loading / unloading port 13 is opened on the front wall of the housing 11, and the wafer loading / unloading port 13 is opened and closed by a gate valve 14.
A boat loading / unloading port 15 through which the boat 34 enters and exits is opened at the ceiling wall position of the housing 11, and the boat loading / unloading port 15 is opened and closed by a shutter 16.

筐体11には予備室12内の雰囲気を排気する排気ライン17の一端が接続されており、排気ライン17の他端はバルブ18を介して真空ポンプとしてのメカニカルブースタポンプ19およびドライポンプ20に接続されている。
筐体11には予備室12内にパージガスとしての窒素ガスを供給する窒素ガス供給ライン21の一端が接続されており、窒素ガス供給ライン21の他端はマスフローコントローラ22を介して窒素ガス供給源23に接続されている。
One end of an exhaust line 17 for exhausting the atmosphere in the preliminary chamber 12 is connected to the housing 11, and the other end of the exhaust line 17 is connected to a mechanical booster pump 19 and a dry pump 20 as a vacuum pump via a valve 18. It is connected.
One end of a nitrogen gas supply line 21 for supplying nitrogen gas as a purge gas into the spare chamber 12 is connected to the casing 11, and the other end of the nitrogen gas supply line 21 is connected to a nitrogen gas supply source via a mass flow controller 22. 23.

筐体11の予備室12内にはボート34を昇降させるためのボートエレベータ24が据え付けられている。ボートエレベータ24はボート34を昇降させることで、ボート34を後述する処理室46内に搬入あるいは処理室46内から搬出する。
ボートエレベータ24は垂直にそれぞれ敷設されたガイドレール25および送りねじ軸26と、送りねじ軸26を正逆回転させるモータ27とを備えている。ガイドレール25には昇降体28が垂直方向に昇降自在に嵌合されており、昇降体28は送りねじ軸26に垂直方向に進退自在に螺合されている。
昇降体28にはアーム29が水平に突設されており、アーム29の先端部上面には筐体11の天井壁に設けられたボート搬入搬出口15を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ30が水平に設置されている。シールキャップ30は筐体11の天井壁下面に垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ30は例えばステンレスのような金属が使用されて円盤形状に形成されている。シールキャップ30の上面には筐体11の天井壁下面と当接するシール部材としてのOリング31が敷設されている。
A boat elevator 24 for raising and lowering the boat 34 is installed in the preliminary chamber 12 of the housing 11. The boat elevator 24 raises and lowers the boat 34 to carry the boat 34 into or out of the processing chamber 46 described later.
The boat elevator 24 includes a guide rail 25 and a feed screw shaft 26 laid vertically, and a motor 27 that rotates the feed screw shaft 26 forward and backward. An elevating body 28 is fitted to the guide rail 25 so as to be movable up and down in the vertical direction, and the elevating body 28 is screwed to the feed screw shaft 26 so as to advance and retract in the vertical direction.
An arm 29 protrudes horizontally from the elevating body 28, and the upper surface of the tip of the arm 29 serves as a furnace port lid that can airtightly close the boat loading / unloading port 15 provided on the ceiling wall of the housing 11. A seal cap 30 is installed horizontally. The seal cap 30 is brought into contact with the lower surface of the ceiling wall of the housing 11 from the lower side in the vertical direction. The seal cap 30 is formed in a disk shape using a metal such as stainless steel. An O-ring 31 is laid on the upper surface of the seal cap 30 as a seal member that contacts the lower surface of the ceiling wall of the housing 11.

シールキャップ30の下側には、ボートを回転させる回転機構32が設置されており、回転機構32の回転軸33はシールキャップ30を貫通してボート34に接続されている。回転機構32はボート34を回転させることでウエハ1を回転させる。
基板保持具としてのボート34は、例えば石英または炭化珪素のような耐熱性材料が使用されて形成されており、複数枚の基板としてのウエハ1を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持する。
ボート34の下部には断熱板35が、水平姿勢で多段に複数枚配置されている。断熱板35は例えば石英または炭化珪素のような耐熱性材料が使用されて円板形状に形成されている。断熱板35はボート34を処理室46内に収容した状態においてヒータ42からの熱が予備室12側に伝わり難くさせる。
回転機構32およびボートエレベータ24のモータ27には駆動制御部36が電気配線37によって電気的に接続されている。駆動制御部36は回転機構32およびボートエレベータ24のモータ27に所望の動作をさせるべく所望のタイミングにてこれらを制御する。
A rotation mechanism 32 that rotates the boat is installed below the seal cap 30, and a rotation shaft 33 of the rotation mechanism 32 passes through the seal cap 30 and is connected to the boat 34. The rotating mechanism 32 rotates the wafer 1 by rotating the boat 34.
The boat 34 as a substrate holder is formed using a heat-resistant material such as quartz or silicon carbide, and the wafers 1 as a plurality of substrates are aligned in a horizontal posture and aligned with each other in the center. And hold it in multiple stages.
In the lower part of the boat 34, a plurality of heat insulating plates 35 are arranged in multiple stages in a horizontal posture. The heat insulating plate 35 is formed in a disk shape using a heat resistant material such as quartz or silicon carbide. The heat insulating plate 35 makes it difficult for the heat from the heater 42 to be transmitted to the preliminary chamber 12 side in a state where the boat 34 is accommodated in the processing chamber 46.
A drive control unit 36 is electrically connected to the rotation mechanism 32 and the motor 27 of the boat elevator 24 by an electrical wiring 37. The drive control unit 36 controls these at a desired timing so that the rotation mechanism 32 and the motor 27 of the boat elevator 24 perform desired operations.

ボート搬入搬出口15に対応する筐体11上には、反応炉40が設置されている。
反応炉40は加熱機構としてのヒータ42を有する。ヒータ42は円筒形状に形成されており、保持板としてのヒータベース41に支持されることにより垂直に据え付けられている。
ヒータ42はUゾーン(アッパゾーン)42a、CUゾーン(センタアッパゾーン)42b、Cゾーン(センタゾーン)42c、CLゾーン(センタロワゾーン)42d、Lゾーン(ロワゾーン)42eの5つのゾーンに分かれている。
A reaction furnace 40 is installed on the housing 11 corresponding to the boat loading / unloading port 15.
The reaction furnace 40 has a heater 42 as a heating mechanism. The heater 42 is formed in a cylindrical shape, and is vertically installed by being supported by a heater base 41 as a holding plate.
The heater 42 is divided into five zones: a U zone (upper zone) 42a, a CU zone (center upper zone) 42b, a C zone (center zone) 42c, a CL zone (center lower zone) 42d, and an L zone (lower zone) 42e. .

ヒータ42の内側には、反応管としてのプロセスチューブ43がヒータ42と同心円状に配設されている。プロセスチューブ43は外部反応管としてのアウタチューブ44と、その内側に設けられた内部反応管としてのインナチューブ45とから構成されている。
アウタチューブ44は、例えば石英(SiO2 )または炭化シリコン(SiC)のような耐熱性材料が使用されて形成されている。アウタチューブ44は、内径がインナチューブ45の外径よりも大きく上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ45と同心円状に設けられている。
インナチューブ45は、例えば石英または炭化シリコンのような耐熱性材料が使用されて、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。インナチューブ45の筒中空部は処理室46を形成しており、処理室46は複数枚のウエハ1をボート34によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容する。
アウタチューブ44とインナチューブ45との隙間によって筒状空間47が形成されている。
Inside the heater 42, a process tube 43 as a reaction tube is disposed concentrically with the heater 42. The process tube 43 is composed of an outer tube 44 as an external reaction tube and an inner tube 45 as an internal reaction tube provided on the inner side.
The outer tube 44 is formed by using a heat resistant material such as quartz (SiO 2 ) or silicon carbide (SiC). The outer tube 44 is formed in a cylindrical shape having an inner diameter larger than the outer diameter of the inner tube 45 and closed at the upper end and opened at the lower end, and is provided concentrically with the inner tube 45.
The inner tube 45 is made of a heat-resistant material such as quartz or silicon carbide, and is formed in a cylindrical shape whose upper and lower ends are open. A cylindrical hollow portion of the inner tube 45 forms a processing chamber 46, and the processing chamber 46 accommodates a plurality of wafers 1 in a state where they are aligned in a plurality of stages in a vertical posture in a horizontal posture by the boat 34.
A cylindrical space 47 is formed by a gap between the outer tube 44 and the inner tube 45.

アウタチューブ44の下側にはシール部材としてのOリング48を介してマニホールド49が、アウタチューブ44と同心円状に配設されている。マニホールド49は、例えばステンレスが使用されて、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。
マニホールド49はアウタチューブ44とインナチューブ45とに係合しており、これらを支持している。マニホールド49がヒータベース41や筐体11の天井壁に支持されることにより、プロセスチューブ43は垂直に据え付けられた状態となっている。
プロセスチューブ43とマニホールド49により反応容器が形成される。
A manifold 49 is disposed below the outer tube 44 concentrically with the outer tube 44 via an O-ring 48 as a seal member. The manifold 49 is made of, for example, stainless steel, and is formed in a cylindrical shape having an open upper end and a lower end.
The manifold 49 engages with and supports the outer tube 44 and the inner tube 45. Since the manifold 49 is supported by the heater base 41 and the ceiling wall of the casing 11, the process tube 43 is installed vertically.
A reaction vessel is formed by the process tube 43 and the manifold 49.

プロセスチューブ43内には、温度検出器としての温度センサ50が設置されている。ヒータ42と温度センサ50とには温度制御部51が電気配線52によって電気的に接続されている。温度制御部51は温度センサ50により検出された温度情報に基づきヒータ42への通電具合を調整することにより、処理室46内の温度が所望の温度分布となるように所望のタイミングをもって制御する。   A temperature sensor 50 as a temperature detector is installed in the process tube 43. A temperature control unit 51 is electrically connected to the heater 42 and the temperature sensor 50 by an electric wiring 52. The temperature control unit 51 adjusts the power supply to the heater 42 based on the temperature information detected by the temperature sensor 50, thereby controlling the temperature in the processing chamber 46 at a desired timing so that the temperature in the processing chamber 46 becomes a desired temperature distribution.

マニホールド49には処理室46内の雰囲気を排気する排気管53が設けられている。排気管53はアウタチューブ44とインナチューブ45との隙間によって形成される筒状空間47の下端部に配置されており、筒状空間47に連通している。
排気管53のマニホールド49との接続側と反対側である下流側には、圧力検出器としての圧力センサ54および圧力調整装置55を介してメカニカルブースターポンプ(MBP)19、ドライポンプ(DP)20等の排気装置が接続されている。圧力センサ54、圧力調整装置55、メカニカルブースターポンプ19およびドライポンプ20は、処理室46内の圧力が所定の圧力(真空度)となるように排気する。
圧力センサ54および圧力調整装置55には圧力制御部56が電気配線57によって電気的に接続されている。圧力制御部56は圧力センサ54により検出された圧力に基づいて、圧力調整装置55を処理室46内の圧力が所望の圧力となるように所望のタイミングをもって制御する。
The manifold 49 is provided with an exhaust pipe 53 for exhausting the atmosphere in the processing chamber 46. The exhaust pipe 53 is disposed at the lower end portion of the cylindrical space 47 formed by the gap between the outer tube 44 and the inner tube 45, and communicates with the cylindrical space 47.
A mechanical booster pump (MBP) 19 and a dry pump (DP) 20 are connected to a downstream side of the exhaust pipe 53 opposite to the connection side with the manifold 49 via a pressure sensor 54 and a pressure adjusting device 55 as a pressure detector. Etc. are connected. The pressure sensor 54, the pressure adjusting device 55, the mechanical booster pump 19, and the dry pump 20 evacuate so that the pressure in the processing chamber 46 becomes a predetermined pressure (degree of vacuum).
A pressure control unit 56 is electrically connected to the pressure sensor 54 and the pressure adjusting device 55 by an electric wiring 57. Based on the pressure detected by the pressure sensor 54, the pressure control unit 56 controls the pressure adjusting device 55 at a desired timing so that the pressure in the processing chamber 46 becomes a desired pressure.

マニホールド49にはガス導入部としてのノズルが複数本、処理室46内に連通するようにそれぞれ接続されている。
複数本のノズルは、互いに長さの異なるエルボ管形状(L型)の4本のロングノズルと、直管形状(I型)の1本のショートノズルとから構成されている。
第一ロングノズルN1、第二ロングノズルN2、第三ロングノズルN3および第四ロングノズルN4は、ボート34とインナチューブ45との間に設けられており、ウエハ群配列領域であるヒータ42と対向する領域まで立ち上がっている。
第一ロングノズルN1、第二ロングノズルN2、第三ロングノズルN3および第四ロングノズルN4のガス噴出口は、ウエハ群配列領域に対応する領域において異なる高さにそれぞれ位置しており、いずれもウエハ群配列方向(垂直方向)の上方に向かって開口している。
第五のノズルであるショートノズルN5のガス噴出口は、ウエハ群配列領域よりも上流側の領域であるマニホールド49と対向する領域、すなわち、ウエハ群配列領域よりも下方の領域であってウエハ群配列領域よりも低温となる領域に位置しており、ウエハ群配列方向と直角方向(水平方向)に向かって開口している。
なお、図2では便宜上、第一のノズルである第一ロングノズルN1のみ図示しており、他のノズルの図示は省略している。
A plurality of nozzles as gas introduction portions are connected to the manifold 49 so as to communicate with the inside of the processing chamber 46.
The plurality of nozzles is composed of four long nozzles having elbow tube shapes (L-type) having different lengths and one short nozzle having a straight tube shape (I-type).
The first long nozzle N1, the second long nozzle N2, the third long nozzle N3 and the fourth long nozzle N4 are provided between the boat 34 and the inner tube 45, and face the heater 42 which is a wafer group arrangement region. Stand up to the area to do.
The gas outlets of the first long nozzle N1, the second long nozzle N2, the third long nozzle N3, and the fourth long nozzle N4 are respectively located at different heights in the region corresponding to the wafer group arrangement region. Opening is performed upward in the wafer group arrangement direction (vertical direction).
The gas nozzle of the short nozzle N5, which is the fifth nozzle, is an area facing the manifold 49, which is an area upstream of the wafer group arrangement area, that is, an area below the wafer group arrangement area and a wafer group. It is located in a region where the temperature is lower than that of the array region, and opens in a direction perpendicular to the wafer group array direction (horizontal direction).
In FIG. 2, for the sake of convenience, only the first long nozzle N1, which is the first nozzle, is shown, and the other nozzles are not shown.

これらノズルN1〜N5にはガス供給ラインL1〜L5がそれぞれ接続されている。各ガス供給ラインL1〜L5の各ノズルN1〜N5との接続側と反対側である上流側には、複数のバルブおよび複数のガス流量制御器(マスフローコントローラ)を含むガス供給・流量制御器Mを介して複数のガス供給源を含むガス供給ユニットGが接続されている。
ガス供給・流量制御器Mにはガス供給・流量制御部58が電気配線59によって電気的に接続されている。ガス供給・流量制御部58はガス供給・流量制御器Mを、各ガス供給ラインL1〜L5に流れる各ガスのガス流量が所望の量となるように所望のタイミングをもって制御する。
なお、図10(a)および図10(b)はガス供給系の具体例を示している。
図10(a)は後述する第一前処理シーケンスを行う場合に用いられる例(以下、第一供給系例という。)を示している。
第一供給系例において、第一ガス供給源G1は水素(H2 )ガスを各ガス供給ラインL1〜L5に供給する。第二ガス供給源G2はモノシラン(SiH4 )ガスをガス供給ラインL5に供給する。第三ガス供給源G3は窒素(N2 )ガスを各ガス供給ラインL1〜L5に供給する。
第一ガス供給源G1より水素ガスを供給する各ガス供給ラインL1〜L5には、上流側から順に上流側バルブU1〜U5、マスフローコントローラC1〜C5、および下流側バルブD1〜D5がそれぞれ設けられている。
第二ガス供給源G2より、ガス供給ラインL5へモノシランガスを供給する接続ラインには、上流側から順に上流側バルブU6、マスフローコントローラC6、および下流側バルブD6が設けられている。
第三ガス供給源G3より、各ガス供給ラインL1〜L5へ窒素ガスを供給する接続ラインには、上流側から順に上流側バルブU7、マスフローコントローラC7、および下流側バルブD7が設けられている。なお、ガス供給ユニットGは、第一ガス供給源G1、第二ガス供給源G2、第三ガス供給源G3を含み、ガス供給・流量制御器Mは、上流側バルブU1〜U7、マスフローコントローラC1〜C7、下流側バルブD1〜D7を含む。
つまり、第一供給系例は、前処理ガスとして水素ガスを使用する場合に、ガス供給・流量制御器Mの各バルブや各マスフローコントローラを制御することにより、水素ガスの流量および濃度を各ガス供給ラインL1〜L5毎すなわち各ノズルN1〜N5毎にそれぞれ変更することができる。
図10(b)は後述する第二前処理シーケンスを行う場合に用いられる例(以下、第二供給系例という。)を示している。
第二供給系例において、第一ガス供給源G1は水素ガスを各ガス供給ラインL1〜L5に供給する。第二ガス供給源G2はモノシランガスを各ガス供給ラインL1〜L5に供給する。第四ガス供給源G4は塩素(Cl2 )ガスを各ガス供給ラインL1〜N5に供給する。第三ガス供給源G3は窒素ガスを各ガス供給ラインL1〜L5に供給する。
第一ガス供給源G1より水素ガスを供給する各ガス供給ラインL1〜L5には、上流側から順に上流側バルブU1〜U5、マスフローコントローラC1〜C5、および下流側バルブD1〜D5がそれぞれ設けられている。
第二ガス供給源G2より、各ガス供給ラインL1〜L5へモノシランガスを供給する各接続ラインには上流側から順に上流側バルブU11〜U15、マスフローコントローラC11〜C15、および下流側バルブD11〜D15がそれぞれ設けられている。
第四ガス供給源G4より、各ガス供給ラインL1〜L5へ塩素ガスを供給する各接続ラインには上流側から順に上流側バルブU16〜U20、マスフローコントローラC16〜C20、および下流側バルブD16〜D20がそれぞれ設けられている。
第三ガス供給源G3より、各ガス供給ラインL1〜L5へ窒素ガスを供給する各接続ラインには上流側から順に上流側バルブU21〜U25、マスフローコントローラC21〜C25、および下流側バルブD21〜D25がそれぞれ設けられている。なお、ガス供給ユニットGは、第一ガス供給源G1、第二ガス供給源G2、第三ガス供給源G3、第四ガス供給源G4を含み、ガス供給・流量制御器Mは、上流側バルブU1〜U5、U11〜U25、マスフローコントローラC1〜C5、C11〜C25、下流側バルブD1〜D5、D11〜D25を含む。
つまり、第二供給系例は、ガス供給・流量制御器Mの各バルブや各マスフローコントローラを制御することにより、水素ガス、モノシランガス、塩素ガスの流量および濃度を各ガス供給ラインL1〜L5毎すなわち各ノズルN1〜N5毎にそれぞれ変更することができる。
Gas supply lines L1 to L5 are connected to the nozzles N1 to N5, respectively. A gas supply / flow rate controller M including a plurality of valves and a plurality of gas flow controllers (mass flow controllers) on the upstream side of the gas supply lines L1 to L5 opposite to the connection side with the nozzles N1 to N5. A gas supply unit G including a plurality of gas supply sources is connected via the.
A gas supply / flow rate controller 58 is electrically connected to the gas supply / flow rate controller M via an electrical wiring 59. The gas supply / flow rate controller 58 controls the gas supply / flow rate controller M at a desired timing so that the gas flow rates of the respective gases flowing through the gas supply lines L1 to L5 become a desired amount.
FIG. 10A and FIG. 10B show specific examples of the gas supply system.
FIG. 10A shows an example (hereinafter referred to as a first supply system example) used when a first pretreatment sequence described later is performed.
In the first supply system example, the first gas supply source G1 supplies hydrogen (H 2 ) gas to the gas supply lines L1 to L5. The second gas supply source G2 supplies monosilane (SiH 4 ) gas to the gas supply line L5. The third gas supply source G3 supplies nitrogen (N 2 ) gas to the gas supply lines L1 to L5.
The gas supply lines L1 to L5 that supply hydrogen gas from the first gas supply source G1 are provided with upstream valves U1 to U5, mass flow controllers C1 to C5, and downstream valves D1 to D5, respectively, in order from the upstream side. ing.
An upstream valve U6, a mass flow controller C6, and a downstream valve D6 are provided in order from the upstream side to the connection line that supplies the monosilane gas from the second gas supply source G2 to the gas supply line L5.
An upstream valve U7, a mass flow controller C7, and a downstream valve D7 are provided in order from the upstream side to the connection line that supplies nitrogen gas from the third gas supply source G3 to the gas supply lines L1 to L5. The gas supply unit G includes a first gas supply source G1, a second gas supply source G2, and a third gas supply source G3. The gas supply / flow rate controller M includes upstream valves U1 to U7, a mass flow controller C1. -C7 and the downstream side valves D1-D7 are included.
That is, in the first supply system example, when hydrogen gas is used as the pretreatment gas, the flow rate and concentration of the hydrogen gas are controlled by controlling each valve and each mass flow controller of the gas supply / flow rate controller M. It can be changed for each of the supply lines L1 to L5, that is, for each of the nozzles N1 to N5.
FIG. 10B shows an example (hereinafter referred to as a second supply system example) used when a second pretreatment sequence described later is performed.
In the second supply system example, the first gas supply source G1 supplies hydrogen gas to the gas supply lines L1 to L5. The second gas supply source G2 supplies monosilane gas to the gas supply lines L1 to L5. The fourth gas supply source G4 supplies chlorine (Cl 2 ) gas to the gas supply lines L1 to N5. The third gas supply source G3 supplies nitrogen gas to the gas supply lines L1 to L5.
The gas supply lines L1 to L5 that supply hydrogen gas from the first gas supply source G1 are provided with upstream valves U1 to U5, mass flow controllers C1 to C5, and downstream valves D1 to D5, respectively, in order from the upstream side. ing.
The upstream valves U11 to U15, the mass flow controllers C11 to C15, and the downstream valves D11 to D15 are provided in order from the upstream side to the connection lines that supply the monosilane gas from the second gas supply source G2 to the gas supply lines L1 to L5. Each is provided.
The upstream valves U16 to U20, the mass flow controllers C16 to C20, and the downstream valves D16 to D20 are connected in order from the upstream side to the connection lines that supply chlorine gas from the fourth gas supply source G4 to the gas supply lines L1 to L5. Are provided.
The upstream valves U21 to U25, the mass flow controllers C21 to C25, and the downstream valves D21 to D25 are connected in order from the upstream side to the connection lines that supply nitrogen gas from the third gas supply source G3 to the gas supply lines L1 to L5. Are provided. The gas supply unit G includes a first gas supply source G1, a second gas supply source G2, a third gas supply source G3, and a fourth gas supply source G4. The gas supply / flow rate controller M is an upstream valve. U1-U5, U11-U25, mass flow controllers C1-C5, C11-C25, downstream valves D1-D5, D11-D25 are included.
That is, in the second supply system example, by controlling each valve and each mass flow controller of the gas supply / flow rate controller M, the flow rate and concentration of hydrogen gas, monosilane gas, and chlorine gas are set for each of the gas supply lines L1 to L5. Each of the nozzles N1 to N5 can be changed.

駆動制御部36、温度制御部51、圧力制御部56およびガス流量制御部58は操作部および入出力部をも構成しており、これらはCVD装置10全体を制御する主制御部60に電気的に接続されている。
これら駆動制御部36、温度制御部51、圧力制御部56、ガス流量制御部58および主制御部60は、コントローラ61を構成している。
The drive control unit 36, the temperature control unit 51, the pressure control unit 56, and the gas flow rate control unit 58 also constitute an operation unit and an input / output unit, which are electrically connected to the main control unit 60 that controls the entire CVD apparatus 10. It is connected to the.
These drive control unit 36, temperature control unit 51, pressure control unit 56, gas flow rate control unit 58 and main control unit 60 constitute a controller 61.

次に、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程の一工程として、以上の構成に係るCVD装置10を使用して、ウエハ上に多結晶シリコン膜または単結晶シリコン膜(以下、シリコン膜という。)を形成する方法を図3および図4に即して説明する。
図3および図4はウエハ上にシリコン膜を形成する方法を示すシーケンスフローチャートであり、炉内温度変化、各ステップ名、窒素(N2 )ガス、水素(H2 )ガス、シラン(SiH4 )ガス、塩素(Cl2 )ガス等の各供給タイミング、炉内圧力変化をそれぞれ示している。
図3および図4において、横軸は時間経過を表しており、縦軸は炉内温度、各ステップ、各ガスの供給状態、炉内圧力を表している。
図3は第一実施形態に係るシリコン膜形成方法を示しており、図4は第二実施形態に係るシリコン膜形成方法を示している。
なお、以下の説明において、CVD装置10を構成する各部の動作はコントローラ61により制御される。
Next, as a process of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, a polycrystalline silicon film or a single crystal silicon film (hereinafter referred to as silicon) is formed on the wafer using the CVD apparatus 10 according to the above configuration. A method for forming a film) will be described with reference to FIGS.
3 and 4 are sequence flowcharts showing a method of forming a silicon film on a wafer. The temperature change in the furnace, each step name, nitrogen (N 2 ) gas, hydrogen (H 2 ) gas, silane (SiH 4 ). Each timing of supply of gas, chlorine (Cl 2 ) gas, etc., and the pressure change in the furnace are shown.
3 and 4, the horizontal axis represents the passage of time, and the vertical axis represents the furnace temperature, each step, the supply state of each gas, and the furnace pressure.
FIG. 3 shows a silicon film forming method according to the first embodiment, and FIG. 4 shows a silicon film forming method according to the second embodiment.
In the following description, the operation of each part constituting the CVD apparatus 10 is controlled by the controller 61.

シリコンウエハ表面の自然酸化膜を希フッ酸で除去すると同時に、表面を水素終端化させた後に、予備室12内のボート34には1バッチ分の枚数、例えば100〜150枚のウエハ1が装填される(ウエハチャージステップ)。
次いで、予備室12内の不活性ガスによるパージ、例えば窒素パージが実施され(プレパージステップ)、予備室12内において真空引きおよび窒素パージが繰り返し実施される(サイクルパージステップ)。これにより、予備室12内の雰囲気中の酸素および水分が充分に除去される。
その後、ボートエレベータ24はウエハ群装填済みボート34を上昇させボート搬入搬出口15を介して処理室46内へ搬入する(ボートロードステップ)。
複数枚のウエハ1を支持したボート34の処理室46内への搬入が完了すると、シールキャップ30はボート搬入搬出口15を構成する筐体11の天井壁下面にOリング31を介して当接しボート搬入搬出口15を閉塞することで処理室46内をシールする。
この際、ボートロードステップ時のウエハ表面酸化を防ぐために、反応炉40(処理室46)内(以下、炉内という。)の温度がウエハ処理温度よりも低いウエハ搬入温度、例えば100〜400℃程度の温度となるように、温度制御部51はヒータ42を制御する。
図3および図4の場合には、ウエハ搬入温度は200℃に調整されている。
なお、ウエハチャージステップからボートロードステップまでの間、炉内圧力は大気圧(ATM)とされる。
After removing the natural oxide film on the surface of the silicon wafer with dilute hydrofluoric acid and simultaneously terminating the surface with hydrogen, the boat 34 in the spare chamber 12 is loaded with one batch of wafers 1, for example, 100 to 150 wafers 1. (Wafer charge step).
Next, purging with an inert gas in the preliminary chamber 12, for example, nitrogen purge is performed (pre-purge step), and evacuation and nitrogen purge are repeatedly performed in the preliminary chamber 12 (cycle purge step). Thereby, oxygen and moisture in the atmosphere in the preliminary chamber 12 are sufficiently removed.
Thereafter, the boat elevator 24 raises the wafer group loaded boat 34 and loads it into the processing chamber 46 via the boat loading / unloading port 15 (boat loading step).
When the loading of the boat 34 supporting the plurality of wafers 1 into the processing chamber 46 is completed, the seal cap 30 comes into contact with the lower surface of the ceiling wall of the housing 11 constituting the boat loading / unloading port 15 via the O-ring 31. The inside of the processing chamber 46 is sealed by closing the boat loading / unloading port 15.
At this time, in order to prevent wafer surface oxidation during the boat loading step, the wafer carry-in temperature, for example, 100 to 400 ° C., in which the temperature in the reaction furnace 40 (processing chamber 46) (hereinafter referred to as the furnace) is lower than the wafer processing temperature. The temperature control unit 51 controls the heater 42 so that the temperature becomes a certain level.
3 and 4, the wafer carry-in temperature is adjusted to 200 ° C.
Note that the furnace pressure is atmospheric pressure (ATM) from the wafer charge step to the boat loading step.

次に、炉内温度をウエハ搬入温度に維持した状態で、炉内がメカニカルブースタポンプ19およびドライポンプ20によって真空引きされる(真空引きステップ)。
この際、圧力制御部56が圧力調整装置55を制御することで炉内圧力は、大気圧よりも低く、ウエハ処理時圧力よりも低い圧力、例えば1〜10000Pa程度の圧力に調整される。
図3および図4の場合には、炉内圧力は1Paに調整されている。
このとき、駆動制御部36はボート34を回転機構32によって所定の回転速度で回転させる。
Next, the inside of the furnace is evacuated by the mechanical booster pump 19 and the dry pump 20 while maintaining the inside temperature at the wafer carry-in temperature (evacuation step).
At this time, the pressure control unit 56 controls the pressure adjusting device 55 so that the furnace pressure is adjusted to a pressure lower than the atmospheric pressure and lower than the wafer processing pressure, for example, about 1 to 10,000 Pa.
In the case of FIG. 3 and FIG. 4, the furnace pressure is adjusted to 1 Pa.
At this time, the drive control unit 36 rotates the boat 34 at a predetermined rotation speed by the rotation mechanism 32.

ここまでは、図3および図4に示した第一実施形態および第二実施形態に係るシリコン膜形成方法のシーケンスに共通の初期ステップである。   The steps so far are the initial steps common to the sequence of the silicon film forming method according to the first embodiment and the second embodiment shown in FIGS.

次に、図3に示した第一実施形態における水素ガス使用汚染除去シーケンス(以下、第一前処理シーケンスという。)に関して記述する。
炉内圧力が所定の圧力(ここでは45Pa)に調整された後に、炉内に水素ガスが供給されつつ、炉内が排気されることで、炉内が水素ガスによりパージされる(水素パージステップ)。
その後に、炉内に対する水素ガスの供給および排気が維持された状態で、炉内温度はウエハ搬入温度から第一前処理温度、例えば750〜850℃程度の温度まで上昇される(昇温ステップ)。
この昇温ステップ前、すなわち水素パージステップから、炉内への水素ガスの供給が開始される。
炉内に対する水素ガスの供給および排気は、炉内温度を第一前処理温度(750〜850℃)から後述する成膜温度(620℃)まで降下させる降温ステップおよび炉内温度を成膜温度に安定させる温度安定ステップが完了するまでの間、継続的に行われる。
水素ガスは図1に示された全てのノズルN1〜N5から炉内に供給される。すなわち、ガス噴出口がマニホールド49に対応する領域に位置するショートノズルN5およびガス噴出口がウエハ群配列領域に対応する領域に位置するロングノズルN1〜N4から供給される。炉内に供給された水素ガスは、炉内を上昇し筒状空間47を流下して排気管53より排気される。
Next, a hydrogen gas use contamination removal sequence (hereinafter referred to as a first pretreatment sequence) in the first embodiment shown in FIG. 3 will be described.
After the furnace pressure is adjusted to a predetermined pressure (45 Pa in this case), the inside of the furnace is purged with hydrogen gas while hydrogen gas is being supplied into the furnace, and the inside of the furnace is purged with hydrogen gas (hydrogen purging step). ).
Thereafter, with the supply and exhaust of hydrogen gas to the furnace maintained, the furnace temperature is raised from the wafer carry-in temperature to a first pretreatment temperature, for example, about 750 to 850 ° C. (temperature raising step). .
Supply of hydrogen gas into the furnace is started before the temperature raising step, that is, from the hydrogen purge step.
Supplying and exhausting hydrogen gas into the furnace is a temperature lowering step for lowering the furnace temperature from the first pretreatment temperature (750 to 850 ° C.) to a film forming temperature (620 ° C.) described later, and the furnace temperature to the film forming temperature. This is continuously performed until the temperature stabilization step for stabilization is completed.
Hydrogen gas is supplied into the furnace from all the nozzles N1 to N5 shown in FIG. That is, the gas nozzle is supplied from the short nozzle N5 located in the region corresponding to the manifold 49 and the gas nozzle from the long nozzles N1 to N4 located in the region corresponding to the wafer group arrangement region. The hydrogen gas supplied into the furnace rises in the furnace, flows down the cylindrical space 47 and is exhausted from the exhaust pipe 53.

水素ガスの供給および排気が所定時間維持されることにより、ウエハに対する自然酸化膜および汚染物質の除去処理が所定時間継続される。自然酸化膜および汚染物質の除去処理における反応メカニズムすなわち、酸素(O)、炭素(C)、自然酸化膜(SiO2 )の水素による除去メカニズムを以下に論述する。
炉内へ水素ガスが供給されることにより、次のような反応が進行すると考えられる。
なお、下記式において*を付したものは活性種であることを示している。
1) H2 →2H*
2) 2H* +O→H2 O↑
3) 2H2 +C→CH4
4) SiO2 +2H* →SiO↑+H2 O↑
750〜850℃という温度領域においては、H2 は化学的に活性なH* といった形態に分離していると考えられる(反応式1))。
それらは、炉内雰囲気中に残留した酸素や炭素および自然酸化膜と反応して、H2 OやCH4 やSiOといった形態で気化され、炉外に排気されることで除去されるものと考えられる(反応式2)、3)、4))。
By supplying and exhausting the hydrogen gas for a predetermined time, the removal process of the natural oxide film and the contaminant on the wafer is continued for a predetermined time. The reaction mechanism in the removal process of the natural oxide film and contaminants, that is, the removal mechanism of oxygen (O), carbon (C), and the natural oxide film (SiO 2 ) by hydrogen will be discussed below.
It is considered that the following reaction proceeds by supplying hydrogen gas into the furnace.
In addition, what attached | subjected * in the following formula has shown that it is an active species.
1) H 2 → 2H *
2) 2H * + O → H 2 O ↑
3) 2H 2 + C → CH 4
4) SiO 2 + 2H * → SiO ↑ + H 2 O ↑
In the temperature range of 750 to 850 ° C., it is considered that H 2 is separated into a form such as chemically active H * (Reaction Formula 1)).
They are considered to be removed by reacting with oxygen, carbon and natural oxide film remaining in the furnace atmosphere, evaporating in the form of H 2 O, CH 4 and SiO, and exhausting them outside the furnace. (Scheme 2), 3), 4)).

次に、図4に示した第二実施形態における水素ガス、シランガスおよび塩素ガスを使用する汚染除去シーケンス(以下、第二前処理シーケンスという。)に関して記述する。
炉内圧力が所定の圧力(ここでは45Pa)に調整された後に、炉内に水素ガスが供給されつつ、炉内が排気されることで、炉内が水素ガスによりパージされる(水素パージステップ)。
その後に、炉内に対する水素ガスの供給および排気が維持された状態で、炉内温度がウエハ搬入温度から、第二前処理温度、例えば620℃程度の温度まで昇温される(昇温ステップ)。
なお、第二実施形態では、第二前処理温度を後述する成膜温度を同一の温度としている。
この昇温ステップから、炉内へのシランガスと塩素ガスの供給が開始される。
すなわち、このとき、炉内へ水素ガスとシランガスと塩素ガスとが供給されつつ、炉内が排気されている(水素+シラン+塩素パージステップ)。
この時の炉内圧力は、例えば50Paに調整される。
なお、シランガスと塩素ガスとは、昇温ステップ終了後も所定時間供給し続ける。
水素ガス供給を維持した状態で、シランガスおよび塩素ガスの供給を停止すると、再び、水素パージステップが実施される。つまり、水素ガスの供給および排気は、昇温ステップ前の水素パージステップから昇温ステップ後の水素パージステップが完了する迄の間、継続して実施されている。
シランガスおよび塩素ガス供給停止後に水素パージステップを実施することにより、ウエハ表面に残留した塩素を除去することができる。
水素ガスとシランガスと塩素ガスとは、図1に示された全てのノズルN1〜N5から炉内に供給される。すなわち、ガス噴出口がマニホールド49に対応する領域に位置するショートノズルN5およびガス噴出口がウエハ群配列領域に対応する領域に位置するロングノズルN1〜N4から、水素パージステップにおいては水素ガスがそれぞれ供給され、水素+シラン+塩素パージステップにおいては水素ガスとシランガスと塩素ガスの混合ガスがそれぞれ供給される。炉内に供給された水素ガス、シランガス、塩素ガスは炉内を上昇し、筒状空間47を流下して排気管53より排気される。
Next, a decontamination sequence (hereinafter referred to as a second pretreatment sequence) using hydrogen gas, silane gas and chlorine gas in the second embodiment shown in FIG. 4 will be described.
After the furnace pressure is adjusted to a predetermined pressure (45 Pa in this case), the inside of the furnace is purged with hydrogen gas while hydrogen gas is being supplied into the furnace, and the inside of the furnace is purged with hydrogen gas (hydrogen purging step). ).
Thereafter, with the supply and exhaust of hydrogen gas to the furnace maintained, the furnace temperature is raised from the wafer carry-in temperature to a second pretreatment temperature, for example, about 620 ° C. (temperature raising step). .
In the second embodiment, the second pretreatment temperature is set to the same film forming temperature, which will be described later.
From this temperature raising step, supply of silane gas and chlorine gas into the furnace is started.
That is, at this time, while the hydrogen gas, the silane gas, and the chlorine gas are supplied into the furnace, the inside of the furnace is exhausted (hydrogen + silane + chlorine purge step).
The pressure in the furnace at this time is adjusted to 50 Pa, for example.
Note that the silane gas and the chlorine gas continue to be supplied for a predetermined time after the temperature raising step is completed.
When the supply of silane gas and chlorine gas is stopped while the supply of hydrogen gas is maintained, the hydrogen purge step is performed again. That is, the supply and exhaust of hydrogen gas is continuously performed from the hydrogen purge step before the temperature raising step to the completion of the hydrogen purge step after the temperature raising step.
By performing the hydrogen purge step after the supply of silane gas and chlorine gas is stopped, chlorine remaining on the wafer surface can be removed.
Hydrogen gas, silane gas, and chlorine gas are supplied into the furnace from all the nozzles N1 to N5 shown in FIG. That is, hydrogen gas is supplied from the short nozzle N5 in which the gas outlet is located in the region corresponding to the manifold 49 and the long nozzles N1 to N4 in which the gas outlet is located in the region corresponding to the wafer group arrangement region in the hydrogen purge step. In the hydrogen + silane + chlorine purge step, a mixed gas of hydrogen gas, silane gas, and chlorine gas is supplied. Hydrogen gas, silane gas, and chlorine gas supplied into the furnace rise in the furnace, flow down the cylindrical space 47, and are exhausted from the exhaust pipe 53.

水素ガスとシランガスと塩素ガスとの供給および排気が、所定時間維持されることにより、ウエハに対する自然酸化膜および汚染物質除去処理が所定時間、継続される。自然酸化膜および汚染物質の除去処理における反応メカニズムを以下に論述する。
まず、シランによる水分(H2 O)、酸素(O)除去のメカニズムにつき説明する。
炉内へシランガスが供給されることにより、次の反応が進行すると、考えられる。
5) SiH4 →SiH2 +H2
6) SiH4 →SiH3 +H*
7) SiH2 +H2 O↑→SiO↑+2H2
8) 2SiH2 +O2 →2SiO↑+2H2
9) 2H* +O→H2 O↑
10) SiH4 +SiO2 →2SiO↑+2H2
200〜620℃の範囲内の比較的に低温な領域では、シラン(SiH4 )は完全には分解されずに、SiH2 とH2 やSiH3 とHといった形態に分離していると、考えられる(反応式5)、6))。
それらは炉内雰囲気中に残留した水分や酸素と反応して、それぞれSiOやH2 Oといった形態で気化され、炉外に排気されることで除去されるものと、考えられる(反応式7)、8)、9))。
しかしながら、比較的に低温であるために、反応式10)のように、ウエハ表面に形成されたSiO2 を除去するまでには至っていない。
次に塩素による酸素(O)、炭素(C)の除去メカニズムについて説明する。
炉内へ塩素ガスが供給されると、次のような反応が進行すると、考えられる。
11) 2Cl2 +Si→SiCl4
Cl2 によるOやCとの直接的な反応はないと、考えられるが、SiがCl2 によってエッチングされていると、考えられる(反応式11))。
その際に、Si上に吸着したOやCが、Siと一緒にリフトアップされ除去されるものと、考えられる。
By supplying and exhausting the hydrogen gas, the silane gas, and the chlorine gas for a predetermined time, the natural oxide film and the contaminant removal process for the wafer is continued for a predetermined time. The reaction mechanism in the removal process of the natural oxide film and contaminants is discussed below.
First, the mechanism for removing moisture (H 2 O) and oxygen (O) by silane will be described.
It is considered that the next reaction proceeds by supplying silane gas into the furnace.
5) SiH 4 → SiH 2 + H 2
6) SiH 4 → SiH 3 + H *
7) SiH 2 + H 2 O ↑ → SiO ↑ + 2H 2
8) 2SiH 2 + O 2 → 2SiO ↑ + 2H 2
9) 2H * + O → H 2 O ↑
10) SiH 4 + SiO 2 → 2SiO ↑ + 2H 2
In a relatively low temperature region within the range of 200 to 620 ° C., silane (SiH 4 ) is not completely decomposed but is considered to be separated into forms such as SiH 2 and H 2 or SiH 3 and H. (Scheme 5), 6)).
It is considered that they react with moisture and oxygen remaining in the furnace atmosphere, are vaporized in the form of SiO and H 2 O, respectively, and are removed by being exhausted outside the furnace (Reaction Formula 7). , 8), 9)).
However, since the temperature is relatively low, the SiO 2 formed on the wafer surface has not yet been removed as in the reaction formula 10).
Next, a mechanism for removing oxygen (O) and carbon (C) by chlorine will be described.
It is considered that the following reaction proceeds when chlorine gas is supplied into the furnace.
11) 2Cl 2 + Si → SiCl 4
If no direct reaction between O and C by Cl 2, can be considered, when Si is etched by Cl 2, it is considered (Scheme 11)).
At that time, it is considered that O or C adsorbed on Si is lifted up and removed together with Si.

第一前処理シーケンスと第二前処理シーケンスとは、それぞれ単独でウエハに対する自然酸化膜および汚染物質の除去に有効であるが、両者を組み合わせることも可能である。両者を組み合わせることにより、より一層高い自然酸化膜または不純物の除去効果を得ることができる。   The first pretreatment sequence and the second pretreatment sequence are each effective for removing the natural oxide film and the contaminants from the wafer, but it is also possible to combine both. By combining the two, a higher natural oxide film or impurity removal effect can be obtained.

第一前処理シーケンスまたは第二前処理シーケンス終了後、成膜ステップが実施される。
ここからは、図3と図4とに示したシリコン膜形成方法のシーケンスに共通のステップである。
温度制御部51によりヒータ42が制御され、炉内温度が成膜温度(620℃)にて安定化すると(温度安定ステップ)、炉内への水素ガスの供給が停止され、シランガスが炉内に供給される。このとき、炉内圧力は例えば20Paに調整される。シランガスはショートノズルN5から炉内に供給される。なお、シランガスは、全てのノズルN1〜N5から炉内に供給するようにしてもよい。炉内に供給されたシランガスは炉内を上昇し、筒状空間47を流下して排気管53より排気される。
供給されたシランガスはヒータ42により加熱された減圧雰囲気内で分解するために、シリコン膜がウエハ表面上に熱CVD反応により形成される(成膜ステップ)。
第一前処理シーケンスまたは第二前処理シーケンスによりウエハ表面を清浄化すれば、成膜の下地が多結晶シリコン(poly−Si)の場合には多結晶シリコン膜が形成され、成膜の下地が単結晶シリコンの場合には単結晶シリコン膜が形成される。
このように、本実施形態によれば、620℃という低温で単結晶シリコン膜を形成することも可能となる。
シランガスの供給を停止することにより、ウエハに対する成膜ステップが終了する。
After completion of the first pretreatment sequence or the second pretreatment sequence, a film forming step is performed.
From here on, the steps are common to the sequence of the silicon film forming method shown in FIGS.
When the heater 42 is controlled by the temperature control unit 51 and the furnace temperature is stabilized at the film formation temperature (620 ° C.) (temperature stabilization step), the supply of hydrogen gas to the furnace is stopped and silane gas is introduced into the furnace. Supplied. At this time, the furnace pressure is adjusted to 20 Pa, for example. Silane gas is supplied from the short nozzle N5 into the furnace. Silane gas may be supplied into the furnace from all nozzles N1 to N5. The silane gas supplied into the furnace rises in the furnace, flows down the cylindrical space 47 and is exhausted from the exhaust pipe 53.
Since the supplied silane gas is decomposed in a reduced-pressure atmosphere heated by the heater 42, a silicon film is formed on the wafer surface by a thermal CVD reaction (film formation step).
If the wafer surface is cleaned by the first pretreatment sequence or the second pretreatment sequence, a polycrystalline silicon film is formed when the film formation base is polycrystalline silicon (poly-Si). In the case of single crystal silicon, a single crystal silicon film is formed.
Thus, according to this embodiment, it is possible to form a single crystal silicon film at a low temperature of 620 ° C.
By stopping the supply of silane gas, the film forming step for the wafer is completed.

ウエハに対する成膜ステップ終了後に、炉内圧力が所定の圧力、例えば1〜10000Pa程度の圧力に調整される。ここでは、炉内圧力は15Paに調整される。
シランガス供給停止と同時に、炉内が窒素ガスによってパージされることにより、炉内は窒素ガスによって置換される。
その後、炉内への窒素ガス供給が維持されつつ、炉内圧力が上昇されて大気圧に復帰される(大気圧復帰ステップ)。
大気圧復帰ステップ後に、処理後のウエハすなわち単結晶シリコン膜または多結晶シリコン膜が形成されたウエハを保持したボート34は、ボートエレベータ24により降下され処理室46内から搬出される(ボートアンロードステップ)。
ボート34に保持された全てのウエハ1が冷えるまで、ボート34は予備室12において待機する(ウエハ冷却ステップ)。
待機させたボート34に保持された全てのウエハ1が所定温度まで冷却すると、ウエハ1はウエハ移載装置(図示せず)によってボート34から取り出され、ウエハキャリア(図示せず)に回収される(ウエハディスチャージステップ)。
なお、次回のシーケンスのために、ウエハ冷却ステップと並行して、炉内温度が成膜温度から所定のウエハ搬入温度、例えば300〜600℃程度の温度(ここでは、200℃)まで降温される(炉内降温ステップ)。
After the film forming step on the wafer is completed, the pressure in the furnace is adjusted to a predetermined pressure, for example, about 1 to 10,000 Pa. Here, the furnace pressure is adjusted to 15 Pa.
Simultaneously with the silane gas supply stop, the inside of the furnace is purged with nitrogen gas, whereby the inside of the furnace is replaced with nitrogen gas.
Thereafter, while the supply of nitrogen gas into the furnace is maintained, the pressure in the furnace is raised to return to atmospheric pressure (atmospheric pressure return step).
After the return to atmospheric pressure step, the boat 34 holding the processed wafer, that is, the wafer on which the single crystal silicon film or the polycrystalline silicon film is formed, is lowered by the boat elevator 24 and carried out of the processing chamber 46 (boat unloading). Step).
The boat 34 stands by in the preliminary chamber 12 until all the wafers 1 held in the boat 34 are cooled (wafer cooling step).
When all the wafers 1 held in the waited boat 34 are cooled to a predetermined temperature, the wafers 1 are taken out from the boat 34 by a wafer transfer device (not shown) and collected in a wafer carrier (not shown). (Wafer discharge step).
For the next sequence, in parallel with the wafer cooling step, the furnace temperature is lowered from the film formation temperature to a predetermined wafer carry-in temperature, for example, a temperature of about 300 to 600 ° C. (here, 200 ° C.). (In-furnace cooling step).

以上のシリコン膜形成方法を鋭意検討の結果、本発明者は次の現象を見出した。
本実施形態におけるCVD装置10のように、プロセスチューブ43と、プロセスチューブ43の下方に設けられたマニホールド49とで反応容器が形成され、マニホールド49側からプロセスチューブ43上部に向かってガスが流れるような基板処理装置の場合には、ウエハ群配列領域よりも下方であってウエハ群配列領域よりも低温となるマニホールド49の部分およびウエハ群配列領域上部(ウエハ群配列領域下流端部付近)においては、酸素や炭素等の汚染の度合いが他の部分よりも大きくなる。
As a result of intensive studies on the above silicon film forming method, the present inventors have found the following phenomenon.
Like the CVD apparatus 10 in the present embodiment, a reaction vessel is formed by the process tube 43 and the manifold 49 provided below the process tube 43 so that the gas flows from the manifold 49 side toward the upper portion of the process tube 43. In the case of such a substrate processing apparatus, in the portion of the manifold 49 that is lower than the wafer group arrangement region and lower in temperature than the wafer group arrangement region and in the upper part of the wafer group arrangement region (near the downstream end of the wafer group arrangement region) The degree of contamination with oxygen, carbon, etc. is greater than other parts.

本発明者はこの現象が生じる理由を、次のように考察した。
成膜ステップにおいて、ウエハ群配列領域よりも下方の比較的温度の低いマニホールド49付近にショートノズルN5より導入されたガスは、処理室46内を上昇してウエハ1に対し成膜処理を施した後に、アウタチューブ44とインナチューブ45との間に形成された筒状空間47を通って排気管53より排気される。
炉内をウエハ群配列領域上部と、ウエハ群配列領域上部以外の部分と、マニホールド49近傍との3つのエリアに分けて考えると、ウエハに対する酸素や炭素等の界面不純物密度は、ウエハ群配列領域上部およびマニホールド49近傍で比較的大きくなる。
マニホールド49近傍において界面不純物密度が比較的大きくなる理由としては、マニホールド49に付着していた水分や有機物の脱離による汚染が考えられる。
界面不純物の原因となる水分や有機物は、雰囲気温度が低いほど表面に吸着し易くなるため、炉内において比較的温度の低いマニホールド49付近には、他のエリアより多くの水分や有機物が吸着しており、それらが成膜シーケンス内での昇温時に脱離して、マニホールド49近傍のウエハ1に吸着すると、考えられる。
ウエハ群配列領域上部において界面不純物密度が比較的大きくなる理由としては、ウエハ1やボート34に付着していた水分や有機物の脱離による汚染が考えられる。
脱離した水分や有機物は、反応炉40の構造上、ウエハ群配列領域を下から上に向かって流れるので、ウエハ群配列領域に一様にウエハ1を配置したと仮定すると、ウエハ群配列領域下流側であるウエハ群配列領域上部の方が、より多くのウエハ1およびボート34の表面より多くの部分からの脱離水分・有機物の影響を受けると、考えられる。
また、反応炉40の構造上、排気側からの不純物の逆拡散の影響も、筒状空間47近傍に位置するウエハ群配列領域上部ではより強く受けていると、考えられる。
The present inventor considered the reason why this phenomenon occurs as follows.
In the film forming step, the gas introduced from the short nozzle N5 in the vicinity of the manifold 49 having a relatively low temperature below the wafer group arrangement region moves up in the processing chamber 46 and performs the film forming process on the wafer 1. Thereafter, the gas is exhausted from the exhaust pipe 53 through a cylindrical space 47 formed between the outer tube 44 and the inner tube 45.
If the inside of the furnace is divided into three areas, that is, the upper part of the wafer group arrangement area, the part other than the upper part of the wafer group arrangement area, and the vicinity of the manifold 49, the interface impurity density such as oxygen and carbon with respect to the wafer is It becomes relatively large in the upper part and in the vicinity of the manifold 49.
The reason why the interfacial impurity density becomes relatively large in the vicinity of the manifold 49 is considered to be contamination due to desorption of moisture and organic substances adhering to the manifold 49.
Moisture and organic substances that cause interface impurities are more likely to be adsorbed on the surface as the ambient temperature is lower. Therefore, more moisture and organic substances are adsorbed near the manifold 49 having a relatively low temperature in the furnace than in other areas. It can be considered that they are desorbed at the time of temperature rise in the film forming sequence and adsorbed to the wafer 1 in the vicinity of the manifold 49.
The reason why the interfacial impurity density is relatively high in the upper part of the wafer group arrangement region is considered to be contamination due to desorption of moisture and organic substances adhering to the wafer 1 and the boat 34.
The desorbed moisture and organic matter flow from the bottom to the top in the wafer group arrangement area due to the structure of the reaction furnace 40. Therefore, assuming that the wafer 1 is uniformly arranged in the wafer group arrangement area, the wafer group arrangement area It is considered that the upper part of the wafer group arrangement region on the downstream side is affected by desorbed moisture / organic matter from more parts than the wafers 1 and the surface of the boat 34.
In addition, due to the structure of the reaction furnace 40, it is considered that the influence of the back diffusion of impurities from the exhaust side is more strongly received in the upper part of the wafer group arrangement region located in the vicinity of the cylindrical space 47.

本発明者は、このように汚染の度合いが他の部分よりも大きくなる、
(1)ウエハ群配列領域よりも下方(ウエハ群配列領域よりも上流側)の領域、すなわ
ちウエハ群配列領域よりも低温となるマニホールドに対応する領域、および、
(2)ウエハ群配列領域上部(ウエハ群配列領域下流端部)に対応する領域、
から前処理ガスを積極的に供給することで、この現象を改善できることを見出した。
The inventor thus has a greater degree of contamination than other parts,
(1) An area below the wafer group arrangement area (upstream side of the wafer group arrangement area), that is, an area corresponding to a manifold having a lower temperature than the wafer group arrangement area, and
(2) An area corresponding to the upper part of the wafer group arrangement area (downstream end of the wafer group arrangement area),
It was found that this phenomenon can be improved by positively supplying the pretreatment gas.

次に、ウエハに対する自然酸化膜・汚染物質除去効果(以下、汚染除去効果という。)の供給ガス系統数による違いを究明するために行った実験について説明する。   Next, an experiment conducted to investigate the difference of the natural oxide film / contaminant removal effect on the wafer (hereinafter referred to as the contamination removal effect) depending on the number of supply gas systems will be described.

図5は実験に使用した評価装置を示している。
なお、図1と同一の構成要素については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
図5(a)に示された第一評価装置においては、ショートノズルN5の一系統のみで水素ガスを炉内に導入し、ウエハ1に対する第一前処理シーケンスを実施した後に、ショートノズルN5よりシランガスを炉内に導入して成膜ステップを実施した。
汚染除去効果の指標である界面酸素・炭素密度を、ボート34の中央領域(89枚目)と上部領域(167枚目)に設置したモニタウエハに対して測定した。
図5(b)に示された第二評価装置においては、ショートノズルN5と1本のロングノズルN1との二系統により水素ガスを炉内に導入し、ウエハ1に対する第一前処理シーケンスを実施した後に、ショートノズルN5よりシランガスを炉内に導入して成膜ステップを実施した。すなわち、第一前処理シーケンスではマニホールド49付近からショートノズルN5により水素を供給するだけでなく、ボート34やウエハ1からの脱ガスによる汚染の影響が比較的高いボート上部領域(167枚目)の界面特性を改善するために、その少し下方(150枚目)からもロングノズルN1により水素ガスを追加導入した。第一評価装置による実験と同様、ボート34の中央領域(89枚目)と上方領域(167枚目)にモニタウエハを設置して界面酸素・炭素密度を測定した。
FIG. 5 shows the evaluation apparatus used in the experiment.
In addition, about the component same as FIG. 1, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
In the first evaluation apparatus shown in FIG. 5A, hydrogen gas is introduced into the furnace using only one system of the short nozzle N5, and after the first pretreatment sequence for the wafer 1 is performed, the short nozzle N5 Silane gas was introduced into the furnace to perform the film forming step.
Interfacial oxygen / carbon density, which is an index of the decontamination effect, was measured on monitor wafers installed in the center region (89th sheet) and upper region (167th sheet) of the boat 34.
In the second evaluation apparatus shown in FIG. 5B, hydrogen gas is introduced into the furnace by two systems of the short nozzle N5 and one long nozzle N1, and the first pretreatment sequence for the wafer 1 is performed. Then, a silane gas was introduced into the furnace from the short nozzle N5 to perform a film forming step. That is, in the first pretreatment sequence, not only the hydrogen is supplied from the vicinity of the manifold 49 by the short nozzle N5, but also the boat upper region (167th sheet) which is relatively highly affected by degassing from the boat 34 and the wafer 1. In order to improve the interface characteristics, hydrogen gas was additionally introduced from the lower side (150th sheet) by the long nozzle N1. As in the experiment using the first evaluation apparatus, monitor wafers were installed in the central area (89th sheet) and the upper area (167th sheet) of the boat 34 to measure the interfacial oxygen / carbon density.

図6は実験結果を示すグラフである。
図6において、横軸は評価装置すなわち供給ガス系統数の違いを示しており、縦軸は界面酸素・炭素密度(atoms/cm2 )を示している。
本実験では、第一前処理シーケンスの水素ガスパージ温度は800℃、水素ガスパージ時間は30分、各ノズルから供給する水素ガスの供給流量はそれぞれ5slmとした。
成膜ステップでは、シランガスの供給流量を0.5slmとして、下地膜である約100nmの厚さの多結晶シリコン膜上に多結晶シリコン膜を約200nm形成した。
界面特性はSIMS(Secondary Ionization Mass Spectrometer)にて測定した。
FIG. 6 is a graph showing experimental results.
In FIG. 6, the horizontal axis indicates the difference in the number of evaluation apparatuses, that is, the supply gas systems, and the vertical axis indicates the interfacial oxygen / carbon density (atoms / cm 2 ).
In this experiment, the hydrogen gas purge temperature of the first pretreatment sequence was 800 ° C., the hydrogen gas purge time was 30 minutes, and the supply flow rate of hydrogen gas supplied from each nozzle was 5 slm.
In the film forming step, the supply flow rate of silane gas was set to 0.5 slm, and a polycrystalline silicon film having a thickness of about 200 nm was formed on the polycrystalline silicon film having a thickness of about 100 nm as the base film.
The interface characteristics were measured by SIMS (Secondary Ionization Mass Spectrometer).

図6によれば、水素ガス系統数が1系統の第一評価装置では、ボートやウエハからの脱ガスによる汚染の影響が、ボート上部領域において比較的高いことが判る。
ボート中央領域(89枚目)に設置したモニタウエハでの界面特性を比較すると、第一評価装置と第二評価装置とにおいて、違いは殆ど見られない。
このことから、水素ガス系統数を1系統から2系統にした際の水素ガス流量の増加、水素ガスパージ中の圧力増加の影響、評価バッチ間の誤差は殆ど無いことが判る。
一方、上部領域(167枚目)に設置したモニタウエハでの界面特性を、第一評価装置と第二評価装置とで比較すると、水素ガス系統数を1系統から2系統に増加させ、上部領域(167枚目)に対し、上部領域(167枚目)の少し手前(上流側)から水素ガスを追加供給することにより、酸素密度で約61%、炭素密度で約44%低減できており、汚染密度が大幅に低減されていることが判る。
このことから、水素ガス等の前処理ガスを多系統で追加供給することにより、ウエハ面間方向で不均一に取り込まれるウエハ表面の汚染物質を均一に除去し、高品質な界面を量産処理のウエハ群配列領域(100〜150枚)で均一に形成することができる。
According to FIG. 6, it can be seen that in the first evaluation apparatus having one hydrogen gas system, the influence of contamination due to degassing from the boat and wafer is relatively high in the boat upper region.
When the interface characteristics of the monitor wafers installed in the boat center area (89th sheet) are compared, there is almost no difference between the first evaluation apparatus and the second evaluation apparatus.
From this, it can be seen that there is almost no error between the evaluation batches and the increase in the hydrogen gas flow rate when the number of hydrogen gas systems is changed from one to two, the influence of the pressure increase during the hydrogen gas purge.
On the other hand, when the interface characteristics of the monitor wafer installed in the upper region (the 167th sheet) are compared between the first evaluation device and the second evaluation device, the number of hydrogen gas systems is increased from one system to two systems. With respect to (167th sheet), by additionally supplying hydrogen gas slightly upstream (upstream side) of the upper region (167th sheet), the oxygen density can be reduced by about 61% and the carbon density can be reduced by about 44%. It can be seen that the contamination density is greatly reduced.
For this reason, additional pretreatment gases such as hydrogen gas are supplied in multiple systems to uniformly remove contaminants on the wafer surface that are non-uniformly introduced in the direction between the wafer surfaces, and to produce a high-quality interface for mass production processing. It can be formed uniformly in the wafer group arrangement region (100 to 150).

図5(b)の場合においては、ロングノズルN1、ショートノズルN5に供給する界面洗浄ガスとしての前処理ガスのガス種、供給流量、濃度を同一とした。
すなわち、ロングノズルN1、ショートノズルN5に供給する前処理ガスのガス種は、いずれも水素ガスとした。また、ロングノズルN1、ショートノズルN5に供給する水素ガス流量は、いずれも5slmとした。また、ロングノズルN1、ショートノズルN5に供給する水素ガスの濃度は、いずれも100%とした。
In the case of FIG. 5B, the gas type, supply flow rate, and concentration of the pretreatment gas as the interface cleaning gas supplied to the long nozzle N1 and the short nozzle N5 are the same.
That is, the gas type of the pretreatment gas supplied to the long nozzle N1 and the short nozzle N5 is hydrogen gas. Further, the flow rate of hydrogen gas supplied to the long nozzle N1 and the short nozzle N5 is 5 slm. Further, the concentration of hydrogen gas supplied to the long nozzle N1 and the short nozzle N5 is 100%.

しかしながら、例えば処理室内における汚染の度合いが面間方向で不均一な場合、各ノズルに供給する界面洗浄ガスとしての前処理ガスのガス種や供給流量および濃度は、次のように、処理室内の汚染量に合わせて異ならせてもよい。   However, for example, when the degree of contamination in the processing chamber is uneven in the inter-surface direction, the gas type, supply flow rate, and concentration of the pretreatment gas as the interface cleaning gas supplied to each nozzle are as follows. It may be varied according to the amount of contamination.

(1)例えば、処理室内の上部での汚染の度合いが他の部分に比べ大きい場合、ロングノズルN1から処理室内の上部に供給する前処理ガスの供給流量または濃度を、他の部分に供給する前処理ガスの供給流量または濃度よりも大きくするようにしてもよい。
また、ロングノズルN1から処理室内の上部に供給する前処理ガスのガス種を他の部分に供給する前処理ガスのガス種と異ならせるようにしてもよい。
例えば、図5(b)の装置の場合、ロングノズルN1から処理室内上部に供給する水素ガスの供給流量、ショートノズルN5から処理室内下部に供給する水素ガスの供給流量を、それぞれ7slm、5slmとするようにしてもよいし、ロングノズルN1から処理室内上部に供給する水素ガスの濃度、ショートノズルN5から処理室内下部に供給する水素ガスの濃度を、それぞれ、100%、80%とするようにしてもよい。
また、ロングノズルN1から処理室内上部に供給する前処理ガスを水素ガス、シランガスおよび塩素ガスの混合ガスとし、ショートノズルN5より処理室内下部に供給する前処理ガスを水素ガスとするようにしてもよい。
(1) For example, when the degree of contamination in the upper portion of the processing chamber is larger than that in other portions, the supply flow rate or concentration of the pretreatment gas supplied from the long nozzle N1 to the upper portion of the processing chamber is supplied to the other portions. It may be made larger than the supply flow rate or concentration of the pretreatment gas.
Further, the gas type of the pretreatment gas supplied from the long nozzle N1 to the upper part of the processing chamber may be different from the gas type of the pretreatment gas supplied to other portions.
For example, in the case of the apparatus shown in FIG. 5B, the supply flow rate of hydrogen gas supplied from the long nozzle N1 to the upper portion of the processing chamber and the supply flow rate of hydrogen gas supplied from the short nozzle N5 to the lower portion of the processing chamber are 7 slm and 5 slm, respectively. Alternatively, the concentration of hydrogen gas supplied from the long nozzle N1 to the upper portion of the processing chamber and the concentration of hydrogen gas supplied from the short nozzle N5 to the lower portion of the processing chamber are set to 100% and 80%, respectively. May be.
Further, the pretreatment gas supplied from the long nozzle N1 to the upper portion of the processing chamber may be a mixed gas of hydrogen gas, silane gas and chlorine gas, and the pretreatment gas supplied to the lower portion of the processing chamber from the short nozzle N5 may be hydrogen gas. Good.

(2)また例えば、処理室内の上部および下部での汚染の度合いが他の部分に比べ大きい場合は、処理室内の上部および下部に供給する前処理ガスの供給流量または濃度を、他の部分に供給する前処理ガスの供給流量または濃度よりも大きくするようにしてもよい。
また、処理室内の上部および下部に供給する前処理ガスのガス種を、他の部分に供給する前処理ガスのガス種と異ならせるようにしてもよい。
例えば、前述した図1、図2のCVD装置10において、一番長いロングノズルN1から処理室内上部に供給する水素ガスの供給流量、2番目に長いロングノズルN2から処理室内中央上部に供給する水素ガスの供給流量、3番目に長い(2番目に短い)ロングノズルN3から処理室内中央下部に供給する水素ガスの供給流量、一番短いロングノズルN4から処理室底部に供給する水素ガスの供給流量、ショートノズルN5から処理室下部に供給する水素ガスの供給流量を、それぞれ、8slm、6slm、5slm、6slm、7slmとするようにしてもよい。
また、一番長いロングノズルN1から処理室内上部に供給する水素ガスの濃度、2番目に長いロングノズルN2から処理室内中央上部に供給する水素ガスの濃度、3番目に長い(2番目に短い)ロングノズルN3から処理室内中央下部に供給する水素ガスの濃度、一番短いロングノズルN4から処理室底部に供給する水素ガスの濃度、ショートノズルN5から処理室下部に供給する水素ガスの濃度を、それぞれ、100%、80%、80%、90%、100%とするようにしてもよい。
また、一番長いロングノズルN1から処理室内上部に供給する前処理ガスを水素ガスとシランガスと塩素ガスとの混合ガスとし、2番目に長いロングノズルN2から処理室内中央上部に供給する前処理ガス、3番目に長い(2番目に短い)ロングノズルN3から処理室内中央下部に供給する前処理ガス、一番短いロングノズルN4から処理室底部に供給する前処理ガスを水素ガスとし、ショートノズルN5から処理室下部に供給する前処理ガスを水素ガスとシランガスと塩素ガスとの混合ガスとするようにしてもよい。
(2) For example, when the degree of contamination in the upper and lower portions of the processing chamber is larger than that in other portions, the supply flow rate or concentration of the pretreatment gas supplied to the upper and lower portions in the processing chamber is set to other portions. It may be made larger than the supply flow rate or concentration of the pretreatment gas to be supplied.
Further, the gas type of the pretreatment gas supplied to the upper part and the lower part of the processing chamber may be different from the gas type of the pretreatment gas supplied to other parts.
For example, in the above-described CVD apparatus 10 of FIGS. 1 and 2, the supply flow rate of hydrogen gas supplied from the longest long nozzle N1 to the upper part of the processing chamber, and the hydrogen supplied from the second long nozzle N2 to the upper center of the processing chamber. Gas supply flow rate, hydrogen gas supply flow rate supplied from the third long (second shortest) long nozzle N3 to the lower center of the processing chamber, and hydrogen gas supply flow rate supplied from the shortest long nozzle N4 to the bottom of the processing chamber The supply flow rate of hydrogen gas supplied from the short nozzle N5 to the lower portion of the processing chamber may be 8 slm, 6 slm, 5 slm, 6 slm, and 7 slm, respectively.
The concentration of hydrogen gas supplied from the longest long nozzle N1 to the upper part of the processing chamber, the concentration of hydrogen gas supplied from the second longest nozzle N2 to the upper center of the processing chamber, and the third longest (second shortest). The concentration of hydrogen gas supplied from the long nozzle N3 to the lower center of the processing chamber, the concentration of hydrogen gas supplied from the shortest long nozzle N4 to the bottom of the processing chamber, and the concentration of hydrogen gas supplied from the short nozzle N5 to the lower portion of the processing chamber, They may be 100%, 80%, 80%, 90%, and 100%, respectively.
The pretreatment gas supplied from the longest long nozzle N1 to the upper part of the processing chamber is a mixed gas of hydrogen gas, silane gas and chlorine gas, and is supplied from the second longest nozzle N2 to the upper center of the processing chamber. The pretreatment gas supplied from the third long (second shortest) long nozzle N3 to the lower center of the processing chamber and the pretreatment gas supplied from the shortest long nozzle N4 to the bottom of the processing chamber are hydrogen gas, and the short nozzle N5 Alternatively, the pretreatment gas supplied to the lower part of the treatment chamber may be a mixed gas of hydrogen gas, silane gas, and chlorine gas.

つまり、前処理を行う工程では、前処理ガスを処理室内の複数箇所から供給すると共に、複数箇所のうちの少なくとも1箇所と他の箇所とで、前処理ガスの供給流量、濃度、または種類を異ならせるようにしてもよい。
このように、処理室内の各ポジションでの汚染の度合いに合わせて、前処理ガスの供給流量、濃度または種類を各ポジションで異ならせることにより、ウエハ上の自然酸化膜または不純物を、ウエハ面間方向にわたり効率的かつ均一に除去することができるので、低酸素・炭素密度で高品質な界面を100〜150枚一括処理の量産プロセスで均一に形成することができる。
That is, in the step of performing the pretreatment, the pretreatment gas is supplied from a plurality of locations in the processing chamber, and the supply flow rate, concentration, or type of the pretreatment gas is set at at least one of the plurality of locations and other locations. You may make it differ.
In this way, by changing the supply flow rate, concentration, or type of the pretreatment gas at each position in accordance with the degree of contamination at each position in the processing chamber, the natural oxide film or impurities on the wafer are changed between the wafer surfaces. Since it can be removed efficiently and uniformly in the direction, a high-quality interface with low oxygen and carbon density can be uniformly formed in a mass production process of batch processing of 100 to 150 sheets.

(3)また例えば、処理室内の上部および下部での汚染の度合いが他の部分に比べ大きい場合であって、処理室内の上部および下部から供給する前処理ガスを複数種類の前処理ガスを混合した混合ガスとし、処理室内の他の部分から供給する前処理ガスをその混合ガスと同一の混合ガスとする場合には、処理室内の上部および下部から供給する複数種類の前処理ガスの供給流量比または濃度比を、他の部分から供給する複数種類の前処理ガスの供給流量比または濃度比と異ならせるようにしてもよい。
例えば、前述したCVD装置10において、各ノズルから前処理ガスとして水素ガスとシランガスと塩素ガスとの混合ガスを供給する場合には、ロングノズルN1から処理室内上部に供給する水素ガスとシランガスと塩素ガスとの供給流量比、ロングノズルN2、N3、N4から処理室内中央上部、中央下部、底部に供給する水素ガスとシランガスと塩素ガスとの供給流量比、ショートノズルN5から処理室下部に供給する水素ガスとシランガスと塩素ガスとの供給流量比を、それぞれ、5:3:2、8:1:1、6:3:1、とするようにしてもよい。
(3) Also, for example, when the degree of contamination in the upper and lower portions of the processing chamber is greater than that of other portions, the pretreatment gas supplied from the upper and lower portions of the processing chamber is mixed with a plurality of types of pretreatment gases. When the pretreatment gas supplied from other parts of the processing chamber is the same mixed gas as the mixed gas, the supply flow rates of the plurality of types of pretreatment gases supplied from the upper and lower portions of the processing chamber The ratio or the concentration ratio may be different from the supply flow rate ratio or concentration ratio of a plurality of types of pretreatment gases supplied from other portions.
For example, in the above-described CVD apparatus 10, when a mixed gas of hydrogen gas, silane gas, and chlorine gas is supplied from each nozzle as a pretreatment gas, the hydrogen gas, silane gas, and chlorine supplied from the long nozzle N 1 to the upper portion of the processing chamber. Supply flow ratio with gas, supply flow ratio between hydrogen gas, silane gas and chlorine gas supplied from the long nozzles N2, N3, N4 to the upper center, lower center and bottom of the processing chamber, and supply from the short nozzle N5 to the lower processing chamber The supply flow ratios of hydrogen gas, silane gas, and chlorine gas may be 5: 3: 2, 8: 1: 1, and 6: 3: 1, respectively.

つまり、前処理を行う工程では、複数種類の前処理ガスを処理室内の複数箇所から供給すると共に、複数箇所のうちの少なくとも1箇所と他の箇所とで、複数種類の前処理ガスの供給流量比または濃度比を異ならせるようにしてもよい。
このように、処理室内の各ポジションでの汚染の度合いに合わせて、複数種類の前処理ガスの供給流量比または濃度比を各ポジションで異ならせることにより、ウエハ上の自然酸化膜または不純物をウエハ面間方向にわたり効率的かつ均一に除去することができるため、低酸素・炭素密度で高品質な界面を100〜150枚一括処理の量産プロセスで均一に形成することができる。
That is, in the step of performing the pretreatment, a plurality of types of pretreatment gases are supplied from a plurality of locations in the processing chamber, and the supply flow rates of the plurality of types of pretreatment gases at at least one of the plurality of locations and other locations. The ratio or the concentration ratio may be varied.
In this way, by changing the supply flow rate ratio or concentration ratio of multiple types of pretreatment gases at each position in accordance with the degree of contamination at each position in the processing chamber, the natural oxide film or impurities on the wafer are removed from the wafer. Since it can be removed efficiently and uniformly across the plane, a high-quality interface with low oxygen and carbon density can be uniformly formed by a mass production process of 100 to 150 sheets.

前処理ガスを供給する処理室内の複数箇所としては、ウエハ群配列領域よりも上流側の領域における少なくとも1箇所と、ウエハ群配列領域に対応する領域における少なくとも1箇所とするのが好ましい。
より好ましくは、前処理ガスをマニホールドに対応する領域における少なくとも1箇所、およびウエハ群配列領域に対応する領域における上部の少なくとも1箇所から供給するのがよい。
すなわち、前処理ガスはウエハ群配列領域よりも低温となる領域における少なくとも1箇所、およびウエハ群配列領域に対応する領域における下流端部の少なくとも1箇所から供給するのがより好ましく、
ウエハ群配列領域よりも下方の領域における少なくとも1箇所、およびウエハ群配列領域に対応する領域における上部の少なくとも1箇所から供給するのがより好ましい。
また、前処理ガスを供給する前処理ガスノズルと、本処理ガスとしての成膜ガスを供給する本処理ガスノズルとは、同一のノズルであることが好ましい。
The plurality of locations in the processing chamber for supplying the pretreatment gas are preferably at least one location in the region upstream of the wafer group arrangement region and at least one location in the region corresponding to the wafer group arrangement region.
More preferably, the pretreatment gas is supplied from at least one location in the region corresponding to the manifold and at least one location in the upper portion in the region corresponding to the wafer group arrangement region.
That is, it is more preferable that the pretreatment gas is supplied from at least one location in the region where the temperature is lower than that of the wafer group arrangement region and from at least one location at the downstream end in the region corresponding to the wafer group arrangement region.
It is more preferable to supply from at least one place in the area below the wafer group arrangement area and at least one place in the upper part of the area corresponding to the wafer group arrangement area.
The pretreatment gas nozzle that supplies the pretreatment gas and the main processing gas nozzle that supplies the film forming gas as the main processing gas are preferably the same nozzle.

次に、処理室内下部での汚染の度合いが大きい場合であって、ショートノズルN5から処理室内下部に前処理ガスとして供給する塩素ガスと水素ガスとの流量比を変化させた場合の界面汚染(界面酸素密度)の違いを究明するために行った実験について説明する。   Next, in the case where the degree of contamination in the lower part of the processing chamber is large and the flow rate ratio between chlorine gas and hydrogen gas supplied as pretreatment gas from the short nozzle N5 to the lower part of the processing chamber is changed ( An experiment conducted to investigate the difference in the interfacial oxygen density will be described.

実験は図5(a)の第一評価装置を用いて行った。
すなわち、図5(a)の第一評価装置を用い、前処理ガスとして塩素ガスと水素ガスとの混合ガスを炉内に導入してウエハに対する前処理を実施した後に、ウエハに対してD−polySi膜を、100nm形成した。
前処理の際、塩素ガスと水素ガスとの流量比を、塩素/水素=0.02、塩素/水素=0.1の2通りに変化させた。
界面汚染物質(界面酸素密度)の測定は、ボートの下方領域(11枚目)にモニタウエハを設置して行った。
The experiment was performed using the first evaluation apparatus shown in FIG.
That is, using the first evaluation apparatus shown in FIG. 5A, a mixed gas of chlorine gas and hydrogen gas is introduced into the furnace as a pretreatment gas and the wafer is pretreated, and then the wafer is subjected to D−. A polySi film was formed to a thickness of 100 nm.
During the pretreatment, the flow rate ratio between chlorine gas and hydrogen gas was changed in two ways: chlorine / hydrogen = 0.02 and chlorine / hydrogen = 0.1.
The interface contaminant (interface oxygen density) was measured by installing a monitor wafer in the lower area (11th sheet) of the boat.

界面酸素密度の塩素ガスと水素ガスとの流量比による違いを図7に示す。
図7において、横軸は塩素ガスと水素ガスの流量比(塩素/水素)を示しており、縦軸は界面酸素密度(atoms/cm2 )を示している。
界面特性は、SIMSにて測定した。
FIG. 7 shows the difference in interfacial oxygen density depending on the flow rate ratio between chlorine gas and hydrogen gas.
In FIG. 7, the horizontal axis indicates the flow rate ratio (chlorine / hydrogen) between chlorine gas and hydrogen gas, and the vertical axis indicates the interfacial oxygen density (atoms / cm 2 ).
Interface characteristics were measured by SIMS.

図7によれば、次のことが判る。
前処理の際、塩素ガスと水素ガスの流量比を、塩素/水素=0.1とした方が、塩素/水素=0.02とした場合よりも、界面酸素密度が低くなっている。
すなわち、塩素ガスの水素ガスに対する割合(塩素/水素)を増加させた方が、低酸素で高品質な界面が得られている。これは、塩素ガスの割合が高まったことにより、ウエハのエッチングが促進され、汚染除去効果が高まったためと、考えられる。
According to FIG. 7, the following can be understood.
In the pretreatment, when the flow rate ratio between chlorine gas and hydrogen gas is set to chlorine / hydrogen = 0.1, the interfacial oxygen density is lower than when chlorine / hydrogen = 0.02.
That is, when the ratio of chlorine gas to hydrogen gas (chlorine / hydrogen) is increased, a low-oxygen and high-quality interface is obtained. This is presumably because the etching of the wafer was promoted and the contamination removal effect was enhanced by the increase in the proportion of chlorine gas.

第二前処理シーケンスの説明において論述したように、塩素ガスを用いる場合、反応式11)に示すようなCl2 とSiの反応を利用して、シリコンウエハをエッチングすることにより、界面不純物を除去することができる。
この場合に、前処理後のウエハ面間方向での膜厚分布を均一にするためには、シリコンエッチング量をウエハ面間方向で均一にする必要がある。
As discussed in the description of the second pretreatment sequence, when chlorine gas is used, the interface impurities are removed by etching the silicon wafer using the reaction of Cl 2 and Si as shown in reaction formula 11). can do.
In this case, in order to make the film thickness distribution in the direction between the wafer surfaces after the pretreatment uniform, it is necessary to make the silicon etching amount uniform in the direction between the wafer surfaces.

例えば、前述したCVD装置10において、処理室内の上部でのシリコンエッチングの度合いが他の部分に比べ大きい場合は、ロングノズルN1から処理室内の上部に供給する前処理ガスの供給流量または濃度を他の部分に供給する前処理ガスの供給流量または濃度よりも小さくしたり、ロングノズルN1から処理室内の上部に供給する前処理ガスのガス種を他の部分に供給するガス種と異ならせるようにしてもよい。   For example, in the above-described CVD apparatus 10, when the degree of silicon etching in the upper portion of the processing chamber is larger than that in other portions, the supply flow rate or concentration of the pretreatment gas supplied from the long nozzle N 1 to the upper portion of the processing chamber is changed. The supply flow rate or concentration of the pretreatment gas supplied to this portion is made smaller, or the gas type of the pretreatment gas supplied from the long nozzle N1 to the upper part of the treatment chamber is made different from the gas type supplied to other portions. May be.

次に、処理室内の下部での汚染の度合いが大きい場合であって、ショートノズルN5から処理室下部に供給する塩素ガスと水素ガスとの流量比、および、シランガスと塩素ガスとの流量比を変化させた場合のシリコンエッチング量の違いを究明するために行った実験について説明する。   Next, in the case where the degree of contamination in the lower part of the processing chamber is large, the flow rate ratio between chlorine gas and hydrogen gas supplied from the short nozzle N5 to the lower part of the processing chamber and the flow rate ratio between silane gas and chlorine gas are An experiment conducted to investigate the difference in the amount of silicon etching when changed is described.

実験は図5(a)の第一評価装置を用いて行った。
すなわち、図5(a)の第一評価装置を用い、前処理ガスとして水素ガスとシランガスと塩素ガスとの混合ガスを炉内に導入し、ウエハに対する前処理を実施した。
前処理の際、塩素ガスと水素ガスとの流量比を、塩素/水素=0.02、塩素/水素=0.1の2通りに、また、シランガスと塩素ガスとの流量比を、シラン/塩素=0、シラン/塩素=2.5の2通りに変化させた。
シリコンエッチング量の測定は、ボートの上方領域(167枚目)、中央領域(89枚目)、下方領域(11枚目)のそれぞれにモニタウエハを設置して行った。
The experiment was performed using the first evaluation apparatus shown in FIG.
That is, using the first evaluation apparatus shown in FIG. 5A, a mixed gas of hydrogen gas, silane gas, and chlorine gas was introduced into the furnace as the pretreatment gas, and the wafer was pretreated.
In the pretreatment, the flow rate ratio between chlorine gas and hydrogen gas is set to two types, chlorine / hydrogen = 0.02, chlorine / hydrogen = 0.1, and the flow rate ratio between silane gas and chlorine gas is changed to silane / hydrogen gas. It was changed in two ways: chlorine = 0, silane / chlorine = 2.5.
The silicon etching amount was measured by installing monitor wafers in the upper area (167th sheet), the central area (89th sheet), and the lower area (11th sheet) of the boat.

シリコンエッチング量の塩素ガスと水素ガスとの流量比、および、シランガスと塩素ガスとの流量比によるモニタウエハ位置毎の違いを図8に示す。
図8において、横軸はモニタウエハ位置を示しており、縦軸はシリコンエッチング量(Å)を示している。
FIG. 8 shows the difference in the monitor wafer position depending on the flow rate ratio between chlorine gas and hydrogen gas and the flow rate ratio between silane gas and chlorine gas.
In FIG. 8, the horizontal axis indicates the monitor wafer position, and the vertical axis indicates the silicon etching amount (Å).

図8によれば、次のことが判る。
前処理の際、塩素ガスと水素ガスとの流量比を、塩素/水素=0.02とした方が、塩素/水素=0.1とした場合よりも、ウエハ面間方向でのシリコンエッチング量分布が均一となる。
すなわち、塩素ガスの水素ガスに対する割合を低下させた方が、ウエハ面間方向でのシリコンエッチング量分布を均一にすることができる。
また、前処理の際、シランガスと塩素ガスとの流量比を、シラン/塩素=0とした方が、シラン/塩素=2.5とした場合よりも、ウエハ面間方向でのシリコンエッチング量分布が均一となり、シリコンエッチング量を全体的に大きくすることができる。
すなわち、シランガスの塩素ガスに対する割合を低下させた方が、ウエハ面間方向でのシリコンエッチング量分布を良好に保ちつつ、シリコンエッチング量を全領域で増加させることができる。
According to FIG. 8, the following can be understood.
During pre-treatment, the amount of silicon etching in the inter-wafer plane direction is greater when the flow ratio of chlorine gas to hydrogen gas is chlorine / hydrogen = 0.02 than when chlorine / hydrogen = 0.1. Distribution is uniform.
That is, when the ratio of the chlorine gas to the hydrogen gas is reduced, the silicon etching amount distribution in the direction between the wafer surfaces can be made uniform.
In addition, when pre-processing, the flow rate ratio of silane gas and chlorine gas is set to silane / chlorine = 0, and the silicon etching amount distribution in the wafer surface direction is more than when silane / chlorine = 2.5. Becomes uniform, and the silicon etching amount can be increased as a whole.
That is, when the ratio of the silane gas to the chlorine gas is reduced, the silicon etching amount can be increased in the entire region while maintaining a good silicon etching amount distribution in the direction between the wafer surfaces.

これらのことから、ウエハ面間方向でのシリコンエッチング量分布を均一にするために、塩素ガスの水素ガスに対する割合を低下させた場合には、シリコンエッチング量が全領域で低下して、界面不純物の除去効果が落ちる懸念がある。
そのような場合にシランガスの塩素ガスに対する割合を低下させることにより、シリコンエッチング量を全領域で増加させることができるため、シリコンエッチング量を良好に保ちつつ、汚染除去効果を全領域で高めることができる。
From these facts, when the ratio of chlorine gas to hydrogen gas is decreased in order to make the silicon etching amount distribution in the direction between the wafer surfaces uniform, the silicon etching amount decreases in all regions, and the interface impurities There is a concern that the removal effect will be reduced.
In such a case, by reducing the ratio of silane gas to chlorine gas, the silicon etching amount can be increased in the entire region, so that the contamination removal effect can be enhanced in the entire region while maintaining a good silicon etching amount. it can.

処理室内の上部および下部でのシリコンエッチングの度合いが他の部分に比べ大きくなるような場合は、処理室内の上部および下部に供給する前処理ガスの供給流量または濃度を、他の部分に供給する前処理ガスの供給流量または濃度よりも小さくする等して適切な供給流量または濃度とするようにしたり、処理室内の上部および下部に供給する前処理ガスのガス種を他の部分に供給する前処理ガスのガス種と異ならせるようにしたりする等して、ウエハ面間方向でのシリコンエッチングの度合いを均一にするようにしてもよい。   When the degree of silicon etching at the upper and lower portions in the processing chamber is larger than that in other portions, the supply flow rate or concentration of the pretreatment gas supplied to the upper and lower portions in the processing chamber is supplied to the other portions. Before adjusting the supply flow rate or concentration of the pretreatment gas to an appropriate supply flow rate or concentration, etc., or before supplying the gas species of the pretreatment gas supplied to the upper and lower parts of the processing chamber to other parts The degree of silicon etching in the direction between the wafer surfaces may be made uniform, for example, by making it different from the gas type of the processing gas.

例えば、前述したCVD装置10において、次のように設定してもよい。
(1)ロングノズルN1から処理室内上部に供給する塩素ガスの供給流量、ロングノズルN2から処理室内中央上部に供給する塩素ガスの供給流量、ロングノズルN3から処理室内中央下部に供給する塩素ガスの供給流量、ロングノズルN4から処理室底部に供給する塩素ガスの供給流量、ショートノズルN5から処理室下部に供給する塩素ガスの供給流量を、それぞれ、50sccm、40sccm、30sccm、40sccm、60sccmとする。
(2)ロングノズルN1から処理室内上部に供給する塩素ガスの濃度、ロングノズルN2から処理室内中央上部に供給する塩素ガスの濃度、ロングノズルN3から処理室内中央下部に供給する塩素ガスの濃度、ロングノズルN4から処理室底部に供給する塩素ガスの濃度、ショートノズルN5から処理室下部に供給する塩素ガスの濃度を、それぞれ、20%、10%、5%、10%、30%とする。
(3)ロングノズルN1から処理室内上部に供給する前処理ガスを水素ガスと塩素ガスとの混合ガスとし、ロングノズルN2から処理室内中央上部に供給する前処理ガス、ロングノズルN3から処理室内中央下部に供給する前処理ガス、ロングノズルN4から処理室底部に供給する前処理ガスを水素ガスとシランガスと塩素ガスとの混合ガスとし、ショートノズルN5から処理室下部に供給する前処理ガスを水素ガスと塩素ガスとの混合ガスとする。
このように、シリコンエッチング量の度合いに合わせて、ノズル毎に前処理ガスの供給流量、濃度または種類を異ならせることにより、ウエハ面間方向でのシリコンエッチングの度合いを均一にすることができるため、前処理後のウエハ面間方向での膜厚分布を均一にすることができる。
For example, in the above-described CVD apparatus 10, the following settings may be made.
(1) Supply flow rate of chlorine gas supplied from the long nozzle N1 to the upper part of the processing chamber, supply flow rate of chlorine gas supplied from the long nozzle N2 to the upper center of the processing chamber, and supply of chlorine gas supplied from the long nozzle N3 to the lower center of the processing chamber The supply flow rate, the supply flow rate of chlorine gas supplied from the long nozzle N4 to the bottom of the processing chamber, and the supply flow rate of chlorine gas supplied from the short nozzle N5 to the bottom of the processing chamber are 50 sccm, 40 sccm, 30 sccm, 40 sccm, and 60 sccm, respectively.
(2) The concentration of chlorine gas supplied from the long nozzle N1 to the upper part of the processing chamber, the concentration of chlorine gas supplied from the long nozzle N2 to the upper center of the processing chamber, the concentration of chlorine gas supplied from the long nozzle N3 to the lower center of the processing chamber, The concentration of chlorine gas supplied from the long nozzle N4 to the bottom of the processing chamber and the concentration of chlorine gas supplied from the short nozzle N5 to the bottom of the processing chamber are 20%, 10%, 5%, 10%, and 30%, respectively.
(3) The pretreatment gas supplied from the long nozzle N1 to the upper part of the processing chamber is a mixed gas of hydrogen gas and chlorine gas, and the preprocessing gas supplied from the long nozzle N2 to the upper center of the processing chamber, the long nozzle N3 to the center of the processing chamber The pretreatment gas supplied to the lower portion, the pretreatment gas supplied to the bottom of the treatment chamber from the long nozzle N4 is a mixed gas of hydrogen gas, silane gas and chlorine gas, and the pretreatment gas supplied to the lower portion of the treatment chamber from the short nozzle N5 is hydrogen. A mixed gas of gas and chlorine gas is used.
As described above, the degree of silicon etching in the direction between the wafer surfaces can be made uniform by changing the supply flow rate, concentration, or type of the pretreatment gas for each nozzle in accordance with the degree of silicon etching. The film thickness distribution in the direction between the wafer surfaces after the pretreatment can be made uniform.

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。   Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

例えば、ロングノズルとしては前記実施形態のようにガス噴出口がノズル先端においてガスを上方に向かって噴出するように開口したノズルを使用するに限らず、図9に示すように複数のガス噴出口がノズル管壁においてガスを水平方向に向かって噴出するように開口したノズルを使用していもよい。
この場合、各ロングノズルN1〜N4に設けるガス噴出孔H1〜H4は、図9に示すように垂直方向において重ならない箇所に設けるのがよい。図9では各ロングノズルの先端部分にそれぞれ5コのガス噴出口を等間隔に設け、さらに、各ロングノズルN1〜N4の各ガス噴出孔H1〜H4同士も等間隔に設け、ロングノズル全体でガス噴出口を等間隔に設けた例を示している。各ロングノズルN1〜N4のガス噴出孔H1〜H4をこのように配置することで前処理ガスを炉内全体により均一に供給することができる。
なお、ガス噴出孔H1〜H4の大きさ(直径)、孔数、ピッチは場所によって異なるようにしてもよい。
For example, the long nozzle is not limited to the use of a nozzle in which the gas outlet is opened so that the gas is ejected upward at the nozzle tip as in the above-described embodiment, but a plurality of gas outlets as shown in FIG. May use a nozzle that is open so as to eject gas in the horizontal direction on the nozzle tube wall.
In this case, the gas ejection holes H1 to H4 provided in the long nozzles N1 to N4 are preferably provided at locations that do not overlap in the vertical direction as shown in FIG. In FIG. 9, five gas outlets are provided at regular intervals at the tip of each long nozzle, and the gas ejection holes H1 to H4 of the long nozzles N1 to N4 are also provided at regular intervals. The example which provided the gas jet nozzle at equal intervals is shown. By arranging the gas ejection holes H1 to H4 of the long nozzles N1 to N4 in this way, the pretreatment gas can be supplied uniformly throughout the furnace.
The size (diameter), the number of holes, and the pitch of the gas ejection holes H1 to H4 may be different depending on the location.

前記実施の形態においては、ウエハ上に多結晶シリコン膜または単結晶シリコン膜を形成する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、アモルファス膜、または、ドーピングされた単結晶膜、多結晶膜、アモルファス膜、または窒化膜、または酸化膜、または金属膜形成時にも適用することができる。   In the above embodiment, the case where a polycrystalline silicon film or a single crystal silicon film is formed on a wafer has been described. However, the present invention is not limited to this, and an amorphous film, a doped single crystal film, or a polycrystalline film is not limited thereto. The present invention can also be applied when forming a film, an amorphous film, a nitride film, an oxide film, or a metal film.

前記実施の形態においては、CVD装置について説明したが、本発明はこれに限らず、基板処理装置全般に適用することができる。
特に、本発明は基板と薄膜との間に高品質な界面を形成する必要がある場合に適用して優れた効果が得られる。
Although the CVD apparatus has been described in the above embodiment, the present invention is not limited to this and can be applied to all substrate processing apparatuses.
In particular, the present invention can be applied to a case where a high quality interface needs to be formed between the substrate and the thin film, and an excellent effect can be obtained.

以下に、好ましい態様を付記する。
(1)プロセスチューブとそれを支持するマニホールドとで構成される反応容器内に複数枚の基板を搬入して前記反応容器内に配列させるステップと、
前記反応容器内の前記マニホールド側から前記プロセスチューブ側に向かって前処理ガスを流して前記複数枚の基板に対して前処理を施すステップと、
前記反応容器内の前記マニホールド側から前記プロセスチューブ側に向かって本処理ガスを流して前記前処理が施された前記複数枚の基板に対して本処理を施すステップと、
前記本処理後の前記複数枚の基板を前記反応容器内から搬出するステップと、を有し、
前記前処理を施すステップでは、前処理ガスを、前記マニホールドに対応する領域における少なくとも1箇所と、基板配列領域に対応する領域における上部の少なくとも1箇所と、から供給する半導体装置の製造方法。
(2)反応容器内に複数枚の基板を搬入して前記反応容器内に配列させるステップと、
前記反応容器内に前処理ガスを流して前記複数枚の基板に対して前処理を施すステップと、
前記反応容器内に本処理ガスを流して前記前処理が施された前記複数枚の基板に対して本処理を施すステップと、
前記本処理後の前記複数枚の基板を前記反応容器内から搬出するステップと、を有し、
前記前処理を施すステップでは、前処理ガスを、基板配列領域よりも低温となる領域における少なくとも1箇所と、基板配列領域に対応する領域における下流端部の少なくとも1箇所と、から供給する半導体装置の製造方法。
(3)反応容器内に複数枚の基板を搬入して前記反応容器内に配列させるステップと、
前記反応容器内に前処理ガスを流して前記複数枚の基板に対して前処理を施すステップと、
前記反応容器内に本処理ガスを流して前記前処理が施された前記複数枚の基板に対して本処理を施すステップと、
前記本処理後の前記複数枚の基板を前記反応容器内から搬出するステップと、を有し、
前記前処理を施すステップでは、前処理ガスを、基板配列領域よりも下方の領域における少なくとも1箇所と、基板配列領域に対応する領域における上部の少なくとも1箇所と、から供給する半導体装置の製造方法。
(4)基板を反応容器内に搬入するステップと、
前記反応容器内で基板に対して前処理を施すステップと、
前記反応容器内で前記前処理が施された基板に対して本処理を施すステップと、
前記本処理後の基板を前記反応容器内から搬出するステップと、を有し、
前記前処理を施すステップでは、前処理ガスを前記処理室内の複数箇所から供給すると共に、前記複数箇所のうちの少なくとも1箇所と他の箇所とで、前処理ガスの供給流量、濃度または種類を異ならせる半導体装置の製造方法。
(5)基板を反応容器内に搬入するステップと、
前記反応容器内で基板に対して前処理を施すステップと、
前記反応容器内で前記前処理が施された基板に対して本処理を施すステップと、
前記本処理後の基板を前記反応容器内から搬出するステップと、を有し、
前記前処理を施すステップでは、複数種類の前処理ガスを前記処理室内の複数箇所から供給すると共に、前記複数箇所のうちの少なくとも1箇所と他の箇所とで、前記複数種類の前処理ガスの供給流量比または濃度比を異ならせる半導体装置の製造方法。
(6)基板を処理するプロセスチューブと、
前記プロセスチューブを支持するマニホールドと、
前記プロセスチューブ内で複数枚の基板を配列して支持する支持具と、
前記マニホールドに対応する領域における少なくとも1箇所からガスを供給する第一ノズルと、
前記プロセスチューブ内の基板配列領域に対応する領域における上部の少なくとも1箇所からガスを供給する第二ノズルと、
前記プロセスチューブの前記第一ノズルが設けられた側とは反対側に設けられ前記プロセスチューブ内を排気する排気路と、
前記第一ノズルおよび前記第二ノズルから前処理ガスを供給し、前記排気路に向かって流して、前記複数枚の基板に対して前処理を施し、少なくとも前記第一ノズルから本処理ガスを供給し、前記排気路に向かって流して、前記前処理が施された前記複数枚の基板に対して本処理を施すように制御するコントローラと、
を有する基板処理装置。
(7)前記コントローラは、前記第一ノズルおよび前記第二ノズルから前処理ガスを供給する際に、前記第一ノズルと第二ノズルとで、前処理ガスの供給流量、濃度または種類を異ならせるように制御する前記(6)の基板処理装置。
(8)基板を処理するプロセスチューブと、
前記プロセスチューブを支持するマニホールドと、
前記プロセスチューブ内で複数枚の基板を配列して支持する支持具と、
前記マニホールドに対応する領域における少なくとも1箇所からガスを供給する第一ノズルと、
前記プロセスチューブ内の基板配列領域に対応する領域における少なくとも上部を含む複数箇所からガスを供給する第二ノズルと、
前記プロセスチューブの前記第一ノズルが設けられた側とは反対側に設けられ前記プロセスチューブ内を排気する排気路と、
前記第一ノズルおよび前記第二ノズルから前処理ガスを供給し、前記排気路に向かって流して、前記複数枚の基板に対して前処理を施し、少なくとも前記第一ノズルから本処理ガスを供給し、前記排気路に向かって流して、前記前処理が施された前記複数枚の基板に対して本処理を施すように制御するコントローラと、
を有する基板処理装置。
(9)前記コントローラは、前記第一ノズルおよび前記第二ノズルから前処理ガスを供給する際に、前記第一ノズルおよび第二ノズルのガス供給箇所のうち少なくとも1箇所と他の箇所とで、前処理ガスの供給流量、濃度または種類を異ならせるように制御する前記(8)の基板処理装置。
In the following, preferred embodiments are described.
(1) carrying a plurality of substrates into a reaction vessel composed of a process tube and a manifold supporting the process tube and arranging the substrates in the reaction vessel;
Performing a pretreatment on the plurality of substrates by flowing a pretreatment gas from the manifold side toward the process tube in the reaction vessel;
Applying the main processing to the plurality of substrates subjected to the preprocessing by flowing a main processing gas from the manifold side to the process tube side in the reaction vessel;
Unloading the plurality of substrates after the main treatment from the reaction vessel, and
In the step of performing the pretreatment, a method of manufacturing a semiconductor device, wherein the pretreatment gas is supplied from at least one place in a region corresponding to the manifold and at least one place in an upper portion in a region corresponding to the substrate arrangement region.
(2) carrying a plurality of substrates into the reaction vessel and arranging them in the reaction vessel;
Flowing a pretreatment gas into the reaction vessel to pretreat the plurality of substrates;
Subjecting the plurality of substrates that have been subjected to the pretreatment by flowing a main treatment gas into the reaction vessel;
Unloading the plurality of substrates after the main treatment from the reaction vessel, and
In the step of performing the pretreatment, a semiconductor device that supplies a pretreatment gas from at least one location in a region that is lower in temperature than the substrate arrangement region and at least one location on the downstream end in a region corresponding to the substrate arrangement region Manufacturing method.
(3) carrying a plurality of substrates into the reaction vessel and arranging them in the reaction vessel;
Flowing a pretreatment gas into the reaction vessel to pretreat the plurality of substrates;
Subjecting the plurality of substrates that have been subjected to the pretreatment by flowing a main treatment gas into the reaction vessel;
Unloading the plurality of substrates after the main treatment from the reaction vessel, and
In the step of performing the pretreatment, the semiconductor device manufacturing method supplies the pretreatment gas from at least one place in a region below the substrate arrangement region and at least one place in an upper portion in a region corresponding to the substrate arrangement region. .
(4) carrying the substrate into the reaction vessel;
Pre-treating the substrate in the reaction vessel;
Applying the main treatment to the pretreated substrate in the reaction vessel;
Unloading the substrate after the main treatment from the reaction vessel,
In the step of performing the pretreatment, the pretreatment gas is supplied from a plurality of locations in the processing chamber, and the supply flow rate, concentration, or type of the pretreatment gas is set in at least one of the plurality of locations and other locations. A manufacturing method of a semiconductor device to be different.
(5) carrying the substrate into the reaction vessel;
Pre-treating the substrate in the reaction vessel;
Applying the main treatment to the pretreated substrate in the reaction vessel;
Unloading the substrate after the main treatment from the reaction vessel,
In the step of performing the pretreatment, a plurality of types of pretreatment gases are supplied from a plurality of locations in the processing chamber, and at least one of the plurality of locations and the other types of the pretreatment gases of the plurality of types are treated. A method of manufacturing a semiconductor device in which a supply flow rate ratio or a concentration ratio is varied.
(6) a process tube for processing the substrate;
A manifold that supports the process tube;
A support for arranging and supporting a plurality of substrates in the process tube;
A first nozzle that supplies gas from at least one location in a region corresponding to the manifold;
A second nozzle for supplying gas from at least one upper portion in a region corresponding to the substrate arrangement region in the process tube;
An exhaust path provided on the opposite side of the process tube to the side on which the first nozzle is provided and exhausts the inside of the process tube;
A pretreatment gas is supplied from the first nozzle and the second nozzle, flows toward the exhaust path, pretreats the plurality of substrates, and supplies the main treatment gas from at least the first nozzle. And a controller that controls the flow to flow toward the exhaust path and perform the main process on the plurality of substrates that have been subjected to the pre-process,
A substrate processing apparatus.
(7) When supplying the pretreatment gas from the first nozzle and the second nozzle, the controller varies the supply flow rate, concentration, or type of the pretreatment gas between the first nozzle and the second nozzle. (6) The substrate processing apparatus controlled as described above.
(8) a process tube for processing a substrate;
A manifold that supports the process tube;
A support for arranging and supporting a plurality of substrates in the process tube;
A first nozzle that supplies gas from at least one location in a region corresponding to the manifold;
A second nozzle for supplying gas from a plurality of locations including at least the upper part in a region corresponding to the substrate arrangement region in the process tube;
An exhaust path provided on the opposite side of the process tube to the side on which the first nozzle is provided and exhausts the inside of the process tube;
A pretreatment gas is supplied from the first nozzle and the second nozzle, flows toward the exhaust path, pretreats the plurality of substrates, and supplies the main treatment gas from at least the first nozzle. And a controller that controls the flow to flow toward the exhaust path and perform the main process on the plurality of substrates that have been subjected to the pre-process,
A substrate processing apparatus.
(9) When the controller supplies the pretreatment gas from the first nozzle and the second nozzle, at least one of the gas supply locations of the first nozzle and the second nozzle and other locations, The substrate processing apparatus according to (8), wherein the supply flow rate, concentration, or type of the pretreatment gas is controlled to be different.

本発明の第一実施形態であるCVD装置を示す模式的な側面断面図である。1 is a schematic side sectional view showing a CVD apparatus according to a first embodiment of the present invention. その主要部を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows the principal part. 本発明の第一実施形態に係る半導体装置の製造方法のシリコン膜形成工程を示すシーケンスフローチャートである。It is a sequence flowchart which shows the silicon film formation process of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 1st embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態に係る半導体装置の製造方法のシリコン膜形成工程を示すシーケンスフローチャートである。It is a sequence flowchart which shows the silicon film formation process of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 2nd embodiment of this invention. 汚染除去効果を評価するための模式図であり、(a)は第一評価装置による場合を示し、(b)は第二評価装置による場合を示している。It is a schematic diagram for evaluating a decontamination effect, (a) shows the case by a 1st evaluation apparatus, (b) has shown the case by a 2nd evaluation apparatus. 汚染除去効果の供給ガス系統数による違いを示すグラフである。It is a graph which shows the difference by the number of supply gas systems of a decontamination effect. 塩素ガスと水素ガスの流量比を変化させた場合の界面酸素密度の違いを示すグラフである。It is a graph which shows the difference in the interface oxygen density at the time of changing the flow rate ratio of chlorine gas and hydrogen gas. 塩素ガスと水素ガスの流量比およびシランガスと塩素ガスとの流量比によるシリコンエッチング量の違いを示すグラフである。It is a graph which shows the difference in the amount of silicon etching by the flow rate ratio of chlorine gas and hydrogen gas, and the flow rate ratio of silane gas and chlorine gas. 本発明の第二実施形態であるCVD装置を示す模式的な側面断面図である。It is typical side surface sectional drawing which shows the CVD apparatus which is 2nd embodiment of this invention. 第一供給系例を示す配管図である。It is a piping diagram which shows the example of a 1st supply system. 第二供給系例を示す配管図である。It is a piping figure showing the example of the 2nd supply system.

符号の説明Explanation of symbols

1…ウエハ(基板)、
10…CVD装置(予備室付きCVD装置、基板処理装置)、11…筐体、12…予備室、13…ウエハ搬入搬出口、14…ゲートバルブ、15…ボート搬入搬出口、16…シャッタ、
17…排気ライン、18…バルブ、19…メカニカルブースタポンプ、20…ドライポンプ、
21…窒素ガス供給ライン、22…マスフローコントローラ、23…窒素ガス供給源、
24…ボートエレベータ、25…ガイドレール、26…送りねじ軸、27…モータ、28…昇降体、29…アーム、30…シールキャップ、31…Oリング、32…回転機構、33…回転軸、34…ボート、35…断熱板、
36…駆動制御部、37…電気配線、
40…反応炉、41…ヒータベース、42…ヒータ、
43…プロセスチューブ、44…アウタチューブ、45…インナチューブ、46…処理室、47…筒状空間、48…Oリング、49…マニホールド、
50…温度センサ、51…温度制御部、52…電気配線、
53…排気管、54…圧力センサ、55…圧力調整装置、56…圧力制御部、57…電気配線、58…ガス流量制御部、59…電気配線、
60…主制御部、61…コントローラ、
N1…第一ロングノズル、N2…第二ロングノズル、N3…第三ロングノズル、N4…第四ロングノズル、N5…ショートノズル、
L1〜L5…ガス供給ライン、M1〜M5…ガス流量制御器、G1〜G5…ガス供給源、H1〜H4…ガス噴出孔。
1 ... wafer (substrate),
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... CVD apparatus (CVD apparatus with a spare chamber, substrate processing apparatus), 11 ... Case, 12 ... Spare chamber, 13 ... Wafer loading / unloading port, 14 ... Gate valve, 15 ... Boat loading / unloading port, 16 ... Shutter,
17 ... exhaust line, 18 ... valve, 19 ... mechanical booster pump, 20 ... dry pump,
21 ... Nitrogen gas supply line, 22 ... Mass flow controller, 23 ... Nitrogen gas supply source,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 24 ... Boat elevator, 25 ... Guide rail, 26 ... Feed screw shaft, 27 ... Motor, 28 ... Lifting body, 29 ... Arm, 30 ... Seal cap, 31 ... O-ring, 32 ... Rotation mechanism, 33 ... Rotation shaft, 34 ... boats, 35 ... insulation plates,
36 ... Drive control unit, 37 ... Electric wiring,
40 ... reactor, 41 ... heater base, 42 ... heater,
43 ... Process tube, 44 ... Outer tube, 45 ... Inner tube, 46 ... Processing chamber, 47 ... Cylindrical space, 48 ... O-ring, 49 ... Manifold,
50 ... Temperature sensor, 51 ... Temperature controller, 52 ... Electrical wiring,
53 ... Exhaust pipe, 54 ... Pressure sensor, 55 ... Pressure adjusting device, 56 ... Pressure control unit, 57 ... Electric wiring, 58 ... Gas flow rate control unit, 59 ... Electric wiring,
60 ... main control unit, 61 ... controller,
N1 ... 1st long nozzle, N2 ... 2nd long nozzle, N3 ... 3rd long nozzle, N4 ... 4th long nozzle, N5 ... Short nozzle,
L1-L5 ... gas supply line, M1-M5 ... gas flow rate controller, G1-G5 ... gas supply source, H1-H4 ... gas ejection holes.

Claims (6)

反応容器内に複数枚の基板を搬入して前記反応容器内に配列させるステップと、
前記反応容器内に前処理ガスを供給して前記複数枚の基板上の自然酸化膜または汚染物質を除去する前処理を行うステップと、
前記反応容器内に本処理ガスを供給して前記前処理が施された前記複数枚の基板上に薄膜を形成する本処理を行うステップと、
前記本処理後の前記複数枚の基板を前記反応容器内から搬出するステップと、を有し、 前記前処理を行うステップでは、前記前処理ガスとして水素含有ガス、シリコン含有ガスおよび塩素含有ガスのうち少なくとも一つまたはこれらの混合ガスを、前記反応容器内の基板配列領域を含む複数箇所から供給し、その際、前記前処理ガスを、前記基板配列領域より上流側の比較的低温となる領域および前記基板配列領域の下流端部となる領域にそれぞれ対応する箇所から積極的に供給するように、前記前処理ガスを供給する箇所のうちの少なくとも1箇所と他の箇所とで、前記前処理ガスの供給流量、濃度および種類のうち少なくともいずれかを異ならせる半導体装置の製造方法。
Bringing a plurality of substrates into the reaction vessel and arranging them in the reaction vessel;
Performing a pretreatment by supplying a pretreatment gas into the reaction vessel to remove natural oxide films or contaminants on the plurality of substrates;
Performing a main process of supplying a main processing gas into the reaction vessel to form a thin film on the plurality of substrates subjected to the pretreatment;
Unloading the plurality of substrates after the main processing from the reaction vessel, and in the step of performing the preprocessing, a hydrogen-containing gas, a silicon-containing gas, and a chlorine-containing gas are used as the pretreatment gas. At least one of these or a mixed gas thereof is supplied from a plurality of locations including the substrate arrangement region in the reaction vessel, and at this time, the pretreatment gas is a region at a relatively low temperature upstream from the substrate arrangement region. And at least one of the locations to which the pretreatment gas is supplied and other locations so as to be actively supplied from locations corresponding to the downstream end portions of the substrate arrangement region, respectively. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein at least one of gas supply flow rate, concentration, and type is different.
反応容器内に複数枚の基板を搬入して前記反応容器内に配列させるステップと、
前記反応容器内に前処理ガスを供給して前記複数枚の基板上の自然酸化膜または汚染物質を除去する前処理を行うステップと、
前記反応容器内に本処理ガスを供給して前記前処理が施された前記複数枚の基板上に薄膜を形成する本処理を行うステップと、
前記本処理後の前記複数枚の基板を前記反応容器内から搬出するステップと、を有し、 前記前処理を行うステップでは、前処理ガスとして水素含有ガス、シリコン含有ガスおよび塩素含有ガスの混合ガスを、前記反応容器内の基板配列領域を含む複数箇所から供給し、その際、前記前処理ガスを、前記基板配列領域より上流側の比較的低温となる領域および前記基板配列領域の下流端部となる領域にそれぞれ対応する箇所から積極的に供給するように、前記前処理ガスを供給する箇所のうちの少なくとも1箇所と他の箇所とで、前記混合ガスの供給流量比および濃度比のうち少なくともいずれかを異ならせる半導体装置の製造方法。
Bringing a plurality of substrates into the reaction vessel and arranging them in the reaction vessel;
Performing a pretreatment by supplying a pretreatment gas into the reaction vessel to remove natural oxide films or contaminants on the plurality of substrates;
Performing a main process of supplying a main processing gas into the reaction vessel to form a thin film on the plurality of substrates subjected to the pretreatment;
Unloading the plurality of substrates after the main treatment from the reaction vessel, and in the step of performing the pretreatment, mixing a hydrogen-containing gas, a silicon-containing gas, and a chlorine-containing gas as a pretreatment gas Gas is supplied from a plurality of locations including the substrate arrangement region in the reaction vessel, and at that time, the pretreatment gas is supplied at a relatively low temperature upstream from the substrate arrangement region and a downstream end of the substrate arrangement region. The supply flow rate ratio and the concentration ratio of the mixed gas are at least one of the locations where the pretreatment gas is supplied and the other locations so as to be actively supplied from locations corresponding to the regions to be the parts . A method of manufacturing a semiconductor device in which at least one of them is different.
反応容器内に複数枚の基板を搬入して前記反応容器内に配列させるステップと、
前記反応容器内に前処理ガスを供給して前記複数枚の基板上の自然酸化膜または汚染物質を除去する前処理を行うステップと、
前記反応容器内に本処理ガスを供給して前記前処理が施された前記複数枚の基板上に薄膜を形成する本処理を行うステップと、
前記本処理後の前記複数枚の基板を前記反応容器内から搬出するステップと、を有し、 前記前処理を行うステップでは、前記前処理ガスとして水素含有ガス、シリコン含有ガスおよび塩素含有ガスのうち少なくとも一つまたはこれらの混合ガスを前記反応容器内の基板配列領域を含む複数箇所から供給し、その際、前記前処理ガスを、前記基板配列領域より上流側の比較的低温となる領域および前記基板配列領域の下流端部となる領域にそれぞれ対応する箇所から積極的に供給するように、前記前処理ガスを供給する箇所のうちの少なくとも1箇所と他の箇所とで、前記前処理ガスの供給流量、濃度および種類のうち少なくともいずれかを異ならせる基板処理方法
Bringing a plurality of substrates into the reaction vessel and arranging them in the reaction vessel ;
Performing a pretreatment by supplying a pretreatment gas into the reaction vessel to remove natural oxide films or contaminants on the plurality of substrates;
Performing a main process of supplying a main processing gas into the reaction vessel to form a thin film on the plurality of substrates subjected to the pretreatment;
Anda step of unloading the plurality of substrates after the present process from the reaction vessel, in the step of performing the pretreatment, the hydrogen-containing gas as the pretreatment gas, the silicon-containing gas and the chlorine-containing gas out at least one or a mixture of these gases, is supplied from a plurality of locations including a substrate arrangement region of the reaction vessel, in which the pretreatment gas, a relatively low temperature on the upstream side of the substrate arrangement region area And at least one of the locations to which the pretreatment gas is supplied and other locations so as to be actively supplied from locations corresponding to the downstream end portions of the substrate arrangement region, respectively. A substrate processing method in which at least one of gas supply flow rate, concentration and type is different.
反応容器内に複数枚の基板を搬入して前記反応容器内に配列させるステップと、
前記反応容器内に前処理ガスを供給して前記複数枚の基板上の自然酸化膜または汚染物質を除去する前処理を行うステップと、
前記反応容器内に本処理ガスを供給して前記前処理が施された前記複数枚の基板上に薄膜を形成する本処理を行うステップと、
前記本処理後の前記複数枚の基板を前記反応容器内から搬出するステップと、を有し、 前記前処理を行うステップでは、前処理ガスとして水素含有ガス、シリコン含有ガスおよび塩素含有ガスの混合ガスを前記反応容器内の基板配列領域を含む複数箇所から供給し、その際、前記前処理ガスを、前記基板配列領域より上流側の比較的低温となる領域および前記基板配列領域の下流端部となる領域にそれぞれ対応する箇所から積極的に供給するように、前記前処理ガスを供給する箇所のうちの少なくとも1箇所と他の箇所とで、前記混合ガスの供給流量比および濃度比のうち少なくともいずれかを異ならせる基板処理方法
Bringing a plurality of substrates into the reaction vessel and arranging them in the reaction vessel ;
Performing a pretreatment by supplying a pretreatment gas into the reaction vessel to remove natural oxide films or contaminants on the plurality of substrates;
Performing a main process of supplying a main processing gas into the reaction vessel to form a thin film on the plurality of substrates subjected to the pretreatment;
Unloading the plurality of substrates after the main treatment from the reaction vessel, and in the step of performing the pretreatment, mixing a hydrogen-containing gas, a silicon-containing gas, and a chlorine-containing gas as a pretreatment gas the gas is supplied from a plurality of locations including a substrate arrangement region of the reaction vessel, in which the pretreatment gas, the downstream end of the relatively low temperature and a region and the substrate sequence region upstream of the substrate arrangement region The supply flow rate ratio and the concentration ratio of the mixed gas are at least one of the locations where the pretreatment gas is supplied and the other locations so as to be actively supplied from locations corresponding to the regions to be the parts . A substrate processing method in which at least one of them is different.
基板を収容する反応容器と、
前記反応容器内で複数枚の基板を配列して支持する支持具と、
前記反応容器内の基板配列領域を含む複数箇所からガスを供給するガス供給系と、
複数枚の基板を収容し配列させた前記反応容器内に前処理ガスを供給して前記複数枚の基板上の自然酸化膜または汚染物質を除去する前処理と、前記反応容器内に本処理ガスを供給して前記前処理が施された前記複数枚の基板上に薄膜を形成する本処理と、を行い、前記前処理では、前記前処理ガスとして水素含有ガス、シリコン含有ガスおよび塩素含有ガスのうち少なくとも一つまたはこれらの混合ガスを、前記反応容器内の基板配列領域を含む複数箇所から供給し、その際、前記前処理ガスを、前記基板配列領域より上流側の比較的低温となる領域および前記基板配列領域の下流端部となる領域にそれぞれ対応する箇所から積極的に供給するように、前記前処理ガスを供給する箇所のうちの少なくとも1箇所と他の箇所とで、前記前処理ガスの供給流量、濃度および種類のうち少なくともいずれかを異ならせるように制御するコントローラと、
を有する基板処理装置
A reaction vessel containing a substrate;
A support for arranging and supporting a plurality of substrates in the reaction vessel;
A gas supply system for supplying gas from a plurality of locations including a substrate arrangement region in the reaction vessel;
A pretreatment gas for supplying a pretreatment gas into the reaction vessel containing and arranging a plurality of substrates to remove a natural oxide film or contaminants on the plurality of substrates; and a main treatment gas in the reaction vessel. And a main process for forming a thin film on the plurality of substrates that have been subjected to the pretreatment, and in the pretreatment, the pretreatment gas includes a hydrogen-containing gas, a silicon-containing gas, and a chlorine-containing gas. At least one of these or a mixed gas thereof is supplied from a plurality of locations including the substrate arrangement region in the reaction vessel, and at this time, the pretreatment gas becomes a relatively low temperature upstream of the substrate arrangement region. At least one of the locations to which the pretreatment gas is supplied and other locations so as to be actively supplied from the locations corresponding to the regions and the downstream end portions of the substrate arrangement region, respectively. processing Scan supply flow rate, and a controller for controlling so as to vary the at least either of the concentration and type,
A substrate processing apparatus .
基板を収容する反応容器と、
前記反応容器内で複数枚の基板を配列して支持する支持具と、
前記反応容器内の基板配列領域を含む複数箇所からガスを供給するガス供給系と、
複数枚の基板を収容し配列させた前記反応容器内に前処理ガスを供給して前記複数枚の基板上の自然酸化膜または汚染物質を除去する前処理と、前記反応容器内に本処理ガスを供給して前記前処理が施された前記複数枚の基板上に薄膜を形成する本処理と、を行わせ、前記前処理では、前記前処理ガスとして水素含有ガス、シリコン含有ガスおよび塩素含有ガスの混合ガスを、前記反応容器内の基板配列領域を含む複数箇所から供給し、その際、前記前処理ガスを、前記基板配列領域より上流側の比較的低温となる領域および前記基板配列領域の下流端部となる領域にそれぞれ対応する箇所から積極的に供給するように、前記前処理ガスを供給する箇所のうちの少なくとも1箇所と他の箇所とで、前記混合ガスの供給流量比および濃度比のうち少なくともいずれかを異ならせるように制御するコントローラと、
を有する基板処理装置
A reaction vessel containing a substrate;
A support for arranging and supporting a plurality of substrates in the reaction vessel;
A gas supply system for supplying gas from a plurality of locations including a substrate arrangement region in the reaction vessel;
A pretreatment gas for supplying a pretreatment gas into the reaction vessel containing and arranging a plurality of substrates to remove a natural oxide film or contaminants on the plurality of substrates; and a main treatment gas in the reaction vessel. And performing a main process of forming a thin film on the plurality of substrates that have been subjected to the pretreatment, and in the pretreatment, the pretreatment gas includes a hydrogen-containing gas, a silicon-containing gas, and a chlorine-containing material. A gas mixture gas is supplied from a plurality of locations including the substrate arrangement region in the reaction vessel, and the pretreatment gas is supplied at a relatively low temperature upstream from the substrate arrangement region and the substrate arrangement region. The mixed gas supply flow rate ratio and at least one of the locations to which the pretreatment gas is supplied and the other locations so as to be actively supplied from locations corresponding to the downstream end portions, respectively, Concentration ratio A controller for controlling so as to vary at least one,
A substrate processing apparatus .
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