JPH06283463A

JPH06283463A - 半導体製造装置

Info

Publication number: JPH06283463A
Application number: JP6965193A
Authority: JP
Inventors: Nobuhito Nunotani; 伸仁布谷; Naoto Miyashita; 直人宮下; Tetsuya Tsukihara; 徹也月原; Kuniaki Kumamaru; 邦明熊丸
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-03-29
Filing date: 1993-03-29
Publication date: 1994-10-07

Abstract

(57)【要約】【目的】この発明は、腐食性のガスに対する耐腐食性
を向上させて、同一の反応処理室で腐食性のガスを用い
た前処理ならびに後処理の洗浄処理を行うことができる
半導体製造装置を提供することを目的とする。【構成】この発明は、反応処理室５，６ならびに排気
系１０，１１，１２における腐食性ガスが触れる金属を
ステンレス又はアルミニウム合金で形成し、その内表面
を平坦化あるいは平坦化し不働態膜で被覆して構成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、反応処理室、排気系
又は排ガス処理部の耐腐食性を向上させた半導体製造装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造においては、デバイス
の構成要素となるポリシリコン膜、酸化膜、窒素膜など
の薄膜を熱処理装置やＣＶＤ装置などを使用して、半導
体基板上に形成する工程が多用されている。これらの工
程において、薄膜およびエッチング前後の半導体基板面
の清浄度は、製品となったデバイスの特性及び信頼性に
大きな影響を与える場合が多く、各種のウェーハ洗浄工
程が行われるほか、工程と工程との間のウェーハの汚染
に対しても注意が払われている。

【０００３】特に、半導体基板を熱処理装置やＣＶＤ装
置などに出し入れする際、外気にふれて基板上に酸化膜
が形成されることがあり、この酸化膜によるデバイス特
性や信頼性の低下が問題となる。そこで、この酸化膜の
成長を抑制する機構を備えた装置が必要とされている。

【０００４】従来の熱処理成膜装置においては、界面に
成長する自然酸化膜を抑えるために、半導体ウェーハを
前処理後に時間をおかず直ちに反応室に挿入している
が、ウェーハ搬送時に成長する自然酸化膜を完全に除去
しようとすることは困難であった。例えば、同一の反応
処理室（チューブ）内でフッ化水素、塩化水素等による
成膜直前処理を行うとした場合には、これら腐食性ガス
によりチューブを支える金属部分に従来から使用されて
いるステンレス材、排気系配管が腐食し、汚染（コンタ
ミネーション）やゴミ（パーティクル）の増加の原因と
なり、デバイスに悪影響を与えることになる。このた
め、成膜工程と前処理工程はそれぞれ別々の反応処理室
で行っており、同一の反応処理室で行うことはできなか
った。

【０００５】また、成膜した膜のエッチングを行うＲＩ
Ｅ装置にあっては、装置内で使用される塩素系ガス、Ｈ
Ｂｒガス等も腐食性が強く、長期間使用すると反応室、
搬送系、排気配管等が腐食し、成膜装置と同様にコンタ
ミネーションやパーティクル増加の原因となり、デバイ
スに悪影響を及ぼすことから、これら腐食に耐えられる
金属を使用した装置が必要であった。

【０００６】さらに、連続してポリシリコンやシリコン
ナイトライド等の成膜を行っていくと、成膜処理室のチ
ューブにもポリシリコンやシリコンナイトライドが堆積
され、ある膜厚になるとチューブからこれらの膜が剥が
れ、ダスト増加の原因になる。このため定期的にチュー
ブのクリーニングが必要となる。しかしながら、チュー
ブの分解、洗浄、組立、調整には時間を要し、生産性を
考慮すると腐食性の強い例えばＣｌＦ₃ガス等によるセ
ルフクリーニングプロセスの導入が必要である。

【０００７】この場合にあっても、成膜処理装置を構成
するチューブや、排気系に従来から使用されているステ
ンレス合金がクリーニングガスにより腐食され、上述し
たと同様の不具合を招くことになる。

【０００８】またさらに、エッチング装置又は同一の反
応処理室において成膜及びエッチングを行う熱処理成膜
装置の排ガス処理装置にあっても、従来の反応管、ポン
プ及びそれに付随するバルブ、配管等の素材であるステ
ンレス等が腐食性の強いエッチングガスや還元性ガスに
より腐食され、最悪の場合には、穴が開きそこから毒
性、燃性ガスが漏れるおそれがあった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
腐食性のガスを用いる従来の半導体製造装置にあって
は、腐食性のガスが触れる金属部分が腐食されていた。
このため、反応処理室が汚染されて清浄度が低下し、製
造されるデバイスの特性に悪影響を与えていた。

【００１０】また、反応処理室で用いられた腐食性のガ
スを排気処理する装置及びバルブ、配管等の排気系にあ
っても、上述したと同様に、腐食性のガスが触れる金属
部分が腐食されていたため、腐食された金属部分から腐
食性のガスが漏れるおそれがあった。

【００１１】一方、上記不具合を回避するために、腐食
性のガスを用いる工程は別に用意された専用の処理室で
行う場合もあった。しかしながら、専用の処理室を別に
設けて処理を行う場合には、設備の増加やウェーハの移
動に時間がかかり、生産性の低下を招いていた。

【００１２】そこで、この発明は、上記に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、腐食性のガス
に対する耐腐食性を向上させて、同一の反応処理室で腐
食性のガスを用いた前処理ならびに後処理の洗浄処理を
行うことができる半導体製造装置を提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、反応ガス又は処理ガスが導
入されて、半導体ウェーハが処理される反応処理室と、
反応処理室内に導入されたガスを排気する排気系又は／
及び反応処理室から排気系を介して排気された排ガスを
処理する排ガス処理部を有し、反応処理室と排気系又は
／及び排ガス処理部における金属部分の内表面を、１０
μｍ以下の表面粗さに平坦化して構成される。

【００１４】請求項２記載の発明は、反応ガス又は処理
ガスが導入されて、半導体ウェーハが処理される反応処
理室と、反応処理室内に導入されたガスを排気する排気
系又は／及び反応処理室から排気系を介して排気された
排ガスを処理する排ガス処理部を有し、反応処理室と排
気系又は／及び排ガス処理部における金属部分をステン
レス材で形成し、その内表面を不働態化処理して構成さ
れる。

【００１５】請求項３記載の発明は、反応ガス又は処理
ガスが導入されて、半導体ウェーハが処理される反応処
理室と、反応処理室内に導入されたガスを排気する排気
系又は／及び反応処理室から排気系を介して排気された
排ガスを処理する排ガス処理部を有し、反応処理室と排
気系又は／及び排ガス処理部における金属部分をステン
レス材で形成し、その内表面を１０μｍ以下の表面粗さ
に平坦化した後不働態化処理して構成される。

【００１６】請求項４記載の発明は、反応ガス又は処理
ガスが導入されて、半導体ウェーハが処理される反応処
理室と、反応処理室内に導入されたガスを排気する排気
系又は／及び反応処理室から排気系を介して排気された
排ガスを処理する排ガス処理部を有し、反応処理室と排
気系又は／及び排ガス処理部における金属部分をアルミ
ニウム合金材で形成し、その内表面を１０μｍ以下の表
面粗さに平坦化し下地層を形成した後不働態化処理して
構成される。

【００１７】請求項５記載の発明は、請求項２，３又は
４記載の半導体製造装置において、下地層は、ニッケル
リンからなり、前記不働態化処理は、ステンレス材又は
下地層上に、ステンレスを構成する一部物質又はニッケ
ルとのふっ素化合物層を形成して構成される。

【００１８】請求項６記載の発明は、請求項１，２，
３，４又は５記載の半導体製造装置において、処理ガス
は、塩素系ガス又はハロゲン系ガスの腐食性ガスからな
る。

【００１９】

【作用】上記構成において、この発明は、反応処理室と
排気系又は／及び排ガス処理部における腐食性ガスが触
れる金属表面を、平坦化あるいは平坦化して不働態膜で
被覆するようにしている。

【００２０】

【実施例】以下、図面を用いてこの発明の実施例を説明
する。

【００２１】図１は請求項１記載の発明の一実施例に係
わる半導体製造装置の構成を示す図である。

【００２２】図１に示す実施例の半導体装置は、熱処理
成膜装置、特に減圧化でポリシリコンを成膜するＬＰ−
ＣＶＤ装置であり、ウェーハ１を載置するボート２、こ
のボート２ごと装置内部にウェーハ１を出し入れするエ
レベーター機構３、このエレベーター機構３により上下
し、上部にボート２を載せることのできる炉口蓋４、装
置の中心をなす成膜処理室の一部を構成して石英からな
るチューブ５、チューブ５の下部にあり成膜処理室の一
部を構成する炉口フランジ６、成膜処理室を取り囲むよ
うに構成されたヒーター７、ヒーター７の周囲及び成膜
処理室を被う保温材８、ガス供給室（図示せず）から成
膜処理室に導入される成膜用ガスノズル９ａ、前処理用
ガスノズル９ｂ、セルフクリーニング用ガスノズル９
ｃ、成膜処理室内を真空に引くポンプ１０、ポンプ１０
と成膜処理室を仕切るゲートバルブ１１、炉口フランジ
６からゲートバルブ１１や真空ポンプ１０を経由しガス
を排気する排気ライン１２によって構成されている。排
気されたガスは図３に示す排ガス処理装置を介して放出
される。

【００２３】さらに、この実施例にあっては、反応ガ
ス、Ｃｌ₂，ＣｌＦ₃等の塩素系ガス又はＨＦ，ＨＢｒ
等のハロゲン系ガスの腐食性のガスからなるエッチング
ガスが接触する炉口フランジ６及び真空ポンプ１０、ゲ
ートバルブ１１、排気ライン１２からなる排気系の例え
ばアルミニウム合金からなる金属部分の内表面を、腐食
性のガスに対する耐腐食性を向上させるために、表面粗
さ（Ｒｍａｘ）が１０μｍ以下となるように例えば複合
電解研磨処理して平坦化したことを特徴としている。

【００２４】次に、動作状況及び作用について説明す
る。

【００２５】ここでは、一例としてポリシリコン膜の形
成方法について説明する。

【００２６】成膜処理室内に位置する炉口蓋４を下降さ
せる。炉口蓋４上に置かれたボード２にウェーハ移載機
１３によりウェーハ１を登載し、エレベーター機構３に
より、成膜処理室の中へ上昇させ、成膜処理室と炉口蓋
４を密閉する。

【００２７】その後、排気ポンプ１０を作動し、成膜処
理室内を排気する。次に、真空状態のままもしくは不活
性ガス（例えば高純度窒素）をパ−ジしながら前処理用
のガスノズル９ｂから、フッ化水素等の酸化膜をエッチ
ングするガスを流し、ウェーハ１の表面に成長した自然
酸化膜を除去し再度内部を排気し、真空と不活性ガス
（例えばの窒素）パージとを組み合わせてエッチングガ
スの残留をなくす。さらに、真空状態のまま、もしくは
窒素ガスのような不活性ガスをパージしながら、ポリシ
リコンのデポジション温度を上げ安定させた後、反応ガ
スを流し被膜形成圧力（１０ないし２０Ｐａ）で所定の
成膜を行う。この場合の膜形成時のガスは、公知の方法
により、反応ガスノズル９ａからシランガスを流して行
う。

【００２８】次に、所定の膜厚まで成膜した後一旦成膜
処理室を真空にし、シランガスの残留をなくす。その
後、炉口蓋４を下降させ、ウェーハ１を成膜処理室から
取り出し、ウェーハ移載機１３によりウェーハ１を回収
して一連の作業が終了する。これを繰り返すことによ
り、ポリシリコンの成膜が連続して行われる。

【００２９】また、数回のポリシリコンの堆積後、デポ
ジションの処理方法と同様に、真空引き後、セルフクリ
ーニング用のエッチングガスを反応ガスノズル９ｃから
流し、チューブや炉口フランジなどに付着している膜を
エッチングする。

【００３０】このような実施例にあっては、成膜処理室
の内部および排気系、それに装着した部品の表面をＲｍ
ａｘで１０μｍ以下に複合電解研磨して平坦化したこと
により、前処理やセルフクリーニングに使用されるガス
に対して耐腐食性が向上し、それらの処理による反応室
内部、排気配管系の腐食を抑制することができる。

【００３１】また、腐食性のガスに対する耐腐食性が向
上するので、前処理とデポジション、クリーニングが一
つの処理室内で可能となる。

【００３２】さらに、成膜反応の内壁面が平坦化される
ことにより内壁面に吸着される水分が大幅に少なくな
り、真空性を高めることができる。

【００３３】次に、請求項２又は３記載の発明の一実施
例を説明する。

【００３４】請求項２又は３記載の発明の一実施例は、
図１に示す構成において、反応ガス、Ｃｌ₂，ＣｌＦ₃
等の塩素系ガス又はＨＦ，ＨＢｒ等のハロゲン系ガスの
腐食性のガスからなるエッチングガスが接触する炉口フ
ランジ６及び真空ポンプ１０、ゲートバルブ１１、排気
ライン１２からなる排気系をステンレス材で形成し、そ
の内表面をふっ素化することによりステンレスを構成す
るＦやＣｒとふっ素との化合物からなるＦｅＦやＣｒＦ
の化合物層を数千Å程度成長形成させて不働態化処理を
施したことを特徴としている。

【００３５】このような実施例にあっては、成膜処理室
の内部および排気配管に使用される金属の接ガス部をス
テンレス材にフッ化表面処理することで、図２に示すよ
うに、腐食速度が格段に低下し、前処理やセルフクリー
ニングに使用される腐食性のガスに対し十分な耐食性を
有し、それらの処理による反応室内部の腐食を抑制でき
る。これは、腐食によるコンタミネーションの防止と言
う観点からも有効である。

【００３６】また、この表面処理を行うことで従来から
使用しているステンレス材をそのまま使えるため、強度
の問題や材料手配の問題が解決され、価格的にも従来の
ものとほとんど変わること無く、前処理とセルフクリー
ニングの付加された熱処理成膜装置が実用化可能であ
る。

【００３７】なお、上記実施例にあっては、ステンレス
材の内表面を前述した実施例で示したような方法で平坦
化した後ふっ素化処理するようにしてもよい。このよう
に、平坦化処理することにより、ステンレス表面に被膜
される不働態膜の密着性が高められるとともに、不働態
膜自身も平坦となり、成膜反応室の内壁面に吸着される
水分が大幅に少なくなり、真空性を高めることができ
る。

【００３８】次に、請求項４記載の発明の一実施例を説
明する。

【００３９】この実施例は、反応ガス、Ｃｌ₂，ＣｌＦ
₃等の塩素系ガス又はＨＦ，ＨＢｒ等のハロゲン系ガス
の腐食性のガスからなるエッチングガスが接触する炉口
フランジ６及び真空ポンプ１０、ゲートバルブ１１、排
気ライン１２からなる排気系をアルミニウム合金で形成
し、その内表面を、Ｒｍａｘで１０μｍ以下に平坦化
（例えば複合電解研磨処理）した後内表面をニッケルリ
ンメッキし、さらにふっ化不働態膜を形成したことを特
徴とする。

【００４０】このような実施例にあっては、成膜処理室
の内部および排気系、それに装着した部品をアルミニウ
ム合金で形成し、その内表面をニッケルリンメッキした
後ふっ化不働態化処理を施すことで、図３に示すよう
に、腐食速度が格段に低下し、前処理やセルフクリーニ
ングに使用される腐食性のガスに対し十分な耐腐食性が
得られ、それらの処理による反応室内部、排気配管系の
腐食を抑制することができる。

【００４１】図４は請求項１〜４記載の発明の一実施例
に係わる排ガス処理装置の構成を示す図である。

【００４２】図４に示す装置はin-situ 処理を行い減圧
下でポリシリコンを成膜するＬＰ−ＣＶＤ装置の吸着塔
型排ガス処理装置であり、図１に示す熱処理成膜装置の
真空ポンプ１０より排気された未反応ガス及び反応生成
物を吸引するこの実施例の表面処理を施したポンプ１
４、ポンプ１４により吸引された未反応ガス及び反応生
成物と空気を混合するこの実施例の表面処理を施した空
気混合器１５、反応生成物であるＳｉＯ₂を捕捉するＳ
ｉＯ₂トラップ１６、反応生成物の粉体生成物を捕捉す
るこの実施例の表面処理を施したフィルター１７、未反
応ガス及び粉体生成物の捕捉された後の反応生成物を処
理するこの実施例の表面処理を施した反応管１８、反応
管１８により処理されたガスを排気するこの実施例の表
面処理を施した排気管１９、ポンプ１４と空気混合器１
５とＳｉＯ₂トラップ１６とフィルター１７と反応管１
８を接続するこの実施例の表面処理を施した配管２０及
びバルブ２１によって構成されている。

【００４３】このような構成において、この実施例の表
面処理として、腐食性のガスが触れる金属部分の内表面
を例えば複合電解研磨により表面粗さが１０μｍ以下と
なるように平坦化している。あるいは、金属部分をステ
ンレス材で形成し、その内表面にふっ素膜を被膜するこ
とにより前述したと同様な不働態化処理を施している。
又は、ステンレス材を平坦化した後不働態化処理するよ
うにしてもよい。さらに、この実施例の表面処理とし
て、腐食性のガスが触れる金属部分をアルミニウム合金
材で形成し、その内表面を１０μｍ以下の表面粗さに平
坦化して、その後ニッケルリンメッキの下地層を形成
し、このニッケルリンメッキの下地層上にふっ素膜を被
膜して不働態化処理するようにしてもよい。

【００４４】次に、図４に示す装置の作用を説明する。

【００４５】ここでは、一例として図１に示すポリシリ
コン成膜用ＬＰ−ＣＶＤ装置の吸着塔型排ガス処理装置
の排ガス処理について説明する。

【００４６】ＬＰ−ＣＶＤ装置より排気された未反応ガ
ス、反応生成物はＬＰ−ＣＶＤ装置のポンプ１０により
排気されＮ₂により希釈される。希釈された未反応ガ
ス、反応生成物は排ガス処理装置のポンプ１４により吸
引され空気混合器１５により排ガス処理装置のポンプ１
４の容量に見合うだけの外部空気と混合した後、ＳｉＯ
₂トラップ１６により反応生成物であるＳｉＯ₂を９９
％程度捕捉し、さらにフィルター１７により残りの反応
生成物を捕捉する。その後、未反応ガス及び粉体反応生
成物を捕捉された後の反応済み残留ガスはポンプ１４を
通り、反応管１８に入り触媒化作用により完全捕捉吸収
される。処理後ガスは排気管１９を通り大気中に放出さ
れる。

【００４７】in-situ 処理を行うＬＰ−ＣＶＤ装置より
排気される未反応ガス、反応生成物は、成膜用ガスとし
てＳｉＨ₄，Ｎ₂，ＳｉＯ₂以外にエッチングガスとし
てＨＦガス、塩素系ガス、ＨＢｒガス、ＣｌＦ₃等の処
理を行うが、装置内部の未反応ガス及び反応生成物に接
する金属部分や配管、バルブ等を、上述したように表面
処理することにより、エッチングに使用される腐食性の
ガスに対し十分な耐腐食性が得られ、それらの処理によ
る反応管、ポンプ、排気配管系の腐食を抑制することが
できる。

【００４８】なお、この発明は上記実施例に限ることは
なく、平坦化の表面粗さ（Ｒｍａｘ）は、腐食性ガスに
対する耐腐食性の向上が得られる程度であれば良く、ま
た、内壁面に吸着される水分が少なくなり真空性が高め
られる程度あれば良く、好ましくは１μｍ以下に設定す
るほうがよい。

【００４９】また、金属部分の材質として有効なステン
レス材及びアルミニウム合金材と表面処理との組み合わ
せは上述した実施例に限ることなく、様々に組み合わせ
るようにしても同様の効果を得ることが可能である。

【００５０】さらに、上記実施例では、成膜装置及び排
気系と排ガス処理装置とで別々に説明したが、成膜装置
及び排気系と排ガス処理装置を有する半導体製造装置に
おいて、成膜装置及び排気系と排ガス処理装置のすべて
にこの発明を適用してもよいことは勿論である。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、腐食性のガスが触れる金属部分に対して、その材質
をステンレスあるいはアルミニウム合金で形成し、その
表面処理として平坦化あるいは平坦化して不働態化処理
を施すようにしたので、腐食性のガスに対する耐腐食性
が従来に比べて格段に向上させることができる。これに
より、腐食性のガスを使用する前後の処理を本処理と同
一の反応処理室で実施することが可能となり、生産性を
向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１〜６記載の発明の一実施例に係わる半
導体製造装置の構成を示す図である。

【図２】従来例と本発明の表面処理を施した一実施例の
腐食速度を示す図である。

【図３】従来例と本発明の表面処理を施した他の実施例
の腐食速度を示す図である。

【図４】請求項１〜６記載の発明の一実施例に係わる半
導体製造装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ウェ−ハ２ボート３エレベーター機構４炉口蓋５チューブ６炉口フランジ７ヒーター８保温材９ａ成膜用ガスノズル９ｂ前処理用ガスノズル９ｃセルフクリーニング用ガスノズル１０ポンプ１１ゲートバルブ１２排気ライン１３ウェーハ移載機１４ポンプ１５空気混合器１６ＳｉＯ₂トラップ１７フィルター１８反応菅１９排気管２０配管２１バルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者熊丸邦明神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝多摩川工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応ガス又は処理ガスが導入されて、半
導体ウェーハが処理される反応処理室と、反応処理室内に導入されたガスを排気する排気系、又は／及び、反応処理室から排気系を介して排気された排ガスを処理
する排ガス処理部を有し、反応処理室と排気系又は／及び排ガス処理部における金
属部分の内表面を、１０μｍ以下の表面粗さに平坦化し
てなることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】反応ガス又は処理ガスが導入されて、半
導体ウェーハが処理される反応処理室と、反応処理室内に導入されたガスを排気する排気系、又は／及び、反応処理室から排気系を介して排気された排ガスを処理
する排ガス処理部を有し、反応処理室と排気系又は／及び排ガス処理部における金
属部分をステンレス材で形成し、その内表面を不働態化
処理してなることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項３】反応ガス又は処理ガスが導入されて、半
導体ウェーハが処理される反応処理室と、反応処理室内に導入されたガスを排気する排気系、又は／及び、反応処理室から排気系を介して排気された排ガスを処理
する排ガス処理部を有し、反応処理室と排気系又は／及び排ガス処理部における金
属部分をステンレス材で形成し、その内表面を１０μｍ
以下の表面粗さに平坦化した後不働態化処理してなるこ
とを特徴とする半導体製造装置。
【請求項４】反応ガス又は処理ガスが導入されて、半
導体ウェーハが処理される反応処理室と、反応処理室内に導入されたガスを排気する排気系、又は／及び、反応処理室から排気系を介して排気された排ガスを処理
する排ガス処理部を有し、反応処理室と排気系又は／及び排ガス処理部における金
属部分をアルミニウム合金材で形成し、その内表面を１
０μｍ以下の表面粗さに平坦化し下地層を形成した後不
働態化処理してなることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項５】前記下地層は、ニッケルリンからなり、
前記不働態化処理は、ステンレス材又は下地層上に、ス
テンレスを構成する一部物質又はニッケルとのふっ素化
合物層を形成してなることを特徴とする請求項２，３又
は４記載の半導体製造装置。
【請求項６】前記処理ガスは、塩素系ガス又はハロゲ
ン系ガスの腐食性ガスからなることを特徴とする請求項
１，２，３，４又は５記載の半導体製造装置。