专利名称：成膜装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种进行钌膜或氧化钌膜成膜的成膜装置。
背景技术：
在半导体器件中，为了防止电极和绝缘膜的交界面处形成低介电常数的绝缘膜，必须使用不被氧化或即使被氧化也显示出金属导电性的材料。按照这种要求，正在研讨使用钌(Ru)膜或氧化钌(RuO2)膜作为电容器的电极材料。
例如，使用纵型热处理装置、将Ru(EtCP)2作为原料、通过CVD处理在晶片上堆积这种膜。再有，Et是乙烷基、CP是环戊烷(C5H4)。而，由于钌膜具有反射光的性质，如果附着在反应管内，则来自反应管外的加热器的辐射光就不会到达晶片上而使得晶片的温度不稳定，而且因膜脱落而成为产生微粒污染的主要原因。为此，就有必要频繁地例如每进行1批的处理就清洗反应管的内壁，因此正在研讨使用例如ClF3气体进行清洗的工作。
但是，由于反应管一般由石英构成而且晶片舟也由石英制成，因此就存在若使用ClF3气体就损伤这些石英构件的课题，此外因与处理气体或从大气进来的水分等反应、HCl和HF残留在反应容器内壁和晶片舟等上，因此同样担心这些残留物飞散进入晶片的膜中。
本实用新型鉴于这样的情况而作出，其目的在于提供一种在清洗对被处理体进行钌膜或氧化钌膜的成膜后的反应容器内部时、既不损伤反应容器也不污染被处理体并能有效地进行清洗的技术。
技术方案本实用新型的特征在于，在清洗对被处理体进行钌膜或氧化钌膜成膜处理的反应容器内部的方法中，将反应容器内压力减压为1.33Kpa以下、同时将其高温气体氛围设为850℃以上、并向反应容器内供给作为清洗气体的氧气。
根据本实用新型，即使使用石英产品，在使用ClF3气体时也不会有损伤，不用担心污染被处理体的钌膜，而且在短时间内可进行清洗。
本实用新型的另一特征在于，在清洗对被处理体进行钌膜或氧化钌膜成膜处理的反应容器内部的方法中，向反应容器内供给作为清洗气体的含有活性氧的气体。
在此情况下，活性氧是例如O3、氧基和氢氧基中的至少一种。
此外，本实用新型的装置的特征在于，在对反应容器内的被处理体进行钌膜或氧化钌膜的成膜的成膜装置中，包括调节反应容器内压力的压力调节装置；对反应容器内进行加热的加热装置；向反应容器内供给氧气的气体供给装置；具有程序和根据此程序来控制各装置的装置的控制部，该程序是为了清洗附着有钌膜或氧化钌膜的反应容器内、将反应容器内压力减压为1.33Kpa以下、同时将其高温气体氛围设为850℃以上、并向反应容器内供给作为清洗气体的氧气而制作的程序。
附图的简要说明
图1是示出作为本实用新型方法的实施形态的成膜装置的一个实例的纵型热处理装置结构的纵剖侧视图。
图2A是示出钌膜接触氧气发生反应的情况的说明图。
图2B是示出钌膜与氧气发生反应从而形成RuO2(固体)情况的说明图。
图2C是示出RuO2(固体)进一步接触氧气从而形成RuO4(气体)的情况的说明图。
图3是示出反应容器内的温度与对应于钌飞溅量的X射线的受光强度之间的关系特性图。
图4是示出反应容器内的压力与对应于钌飞溅量的X射线的受光强度之间的关系特性图。
图5是示出氧气流量与对应于钌飞溅量的X射线的受光强度之间的关系特性图。
图6是示出作为本实用新型方法的其它实施形态的成膜装置的一个实例的纵型热处理装置结构的纵剖侧视图。
用于实施实用新型的最佳形态下面，将说明有关适用于纵型热处理装置的、实施本实用新型的清洗方法的成膜装置的实施形态。例如，图1中的1是由用石英制造的内管1a和外管1b制造的两重管结构的反应管，在反应管1的下部一侧设置有金属制的筒状总管(manifold)11。上述内管1a为上端开口并由总管11的内侧来支撑。外管1b为上端封闭且下端气密地接合到总管11的上端。在此例子中，通过内管1a、外管1b和总管11构成反应容器。12是底座。
在上述反应管1内，多片例如126片被处理体晶片W分别以水平状态上下隔开间隔地、并且架子状地装载在保持件即石英制的晶片舟2内。在盖体21之上通过保温单元22的设置区域保持晶片舟2。保温单元22由石英片等的隔热单元和发热体单元组合形成，在其中央贯通有旋转轴23，利用设置在舟升降杆24上的马达M通过旋转轴23使晶片舟2旋转。
上述盖体21装配在用于将晶片舟2搬入、搬出反应管1内的舟升降杆24上，当处于上限位置时，上述盖体21起到封闭总管11的下端开口部即由反应管1和总管11构成的反应容器的下端开口部的作用。
此外，在反应管1的周围，将其包围地设置有作为例如由电阻发热加热器导线来构成的加热装置的加热器3。在本实例中，设置有保持反应管1内的热处理气氛大部分的主加热器及在其上下配置的辅加热器和设置在炉顶部的辅加热器，为了方便，符号全都赋予为3。再有，在加热器3的周围设置有未图示出的炉本体。
在上述总管11的周围设有成膜气体用的第1气体供给管4和清洗气体用的第2气体供给管5，这样就能分别向内管1a中供给气体。第1气体供给管4构成为，通过阀V1连接到汽化器41上，将从药液槽42通过流量调节部43输送出的Ru(EtCP)2液(ビスエチルシクロペンタヅエニルルテニウㄙ)利用例如氩气进行气化而向反应管1内供给。Et是乙烷基、CP是(C5H4)。此外，第2气体供给管5通过形成气体供给装置的阀V2和流量调节部51连接到氧气供给源52上。
在上述总管11上，连接有排气管13，以能够从内管1a和内管1b之间的空间进行排气，例如，通过由蝶形阀构成的压力调节装置14并利用真空泵15就能将反应管1内部维持在规定的减压气氛。
而且，此纵型热处理装置包括控制部6，此控制部6的构成为，包括装置例如作为数据处理部的CPU等，该装置在存储部中存储有含有成膜处理处方的程序和含有清洗处理处方的程序，并根据这些程序来控制加热器3的功率、阀V1、V2、流量调节部43、51和压力调节装置14等。
接下来叙述上述实施形态的作用。首先，将规定片数的被处理体晶片W以架子状保持在晶片舟2上，通过使舟升降杆24上升搬入到反应管1、详细地说是搬入到反应容器内(图1的状态)。当搬入晶片舟2时，反应管1内维持在例如200℃左右，搬入晶片舟2并将反应容器的下端开口部用盖体21密闭之后，使反应容器内的温度上升到处理温度例如300℃，并且通过排气管13、利用真空泵15将反应容器内真空排气成规定的真空度。
如此，当反应容器内稳定在处理温度之后，打开阀V1，一边通过第1气体供给管4向反应容器内供给用于促进由汽化器41所气化的Ru(EtCP)2液的蒸汽、原料分解的少量氧气和运载气体氩气，一边利用压力调节装置14，将反应容器内调整到规定的真空度，对晶片W进行钌(Ru)膜的成膜。此时，通过马达M使晶片舟2旋转。如此，在钌膜的成膜处理进行了规定的时间之后，停止处理气体的供给，并将反应容器内的温度降至200℃，从反应容器中搬出(卸载)晶片舟2。
当进行这样的成膜处理时，在反应容器(反应管1和总管11)、晶片舟2和保温单元22等上也会附着钌膜。由于钌膜具有所述的反射光的性质，为了使晶片处理温度稳定，所以最好例如在每次进行成膜处理时都进行清洗。于是，进行例如如下的清洗处理。首先，将反应管1内维持在例如300℃左右，将未装载晶片W的晶片舟2搬入反应容器内，抽真空到规定的真空度。接下来，增大向加热器3供给的功率，例如将反应管1内部升温到1000℃，打开阀V2，一边以例如0.2sLm～50.0sLm的流量向反应容器内供给清洗气体氧气，一边利用压力调整部14将反应容器内的压力调整到例如133pa(1Torr)～13.3Kpa(100Torr)，将此状态维持规定时间并进行清洗处理。此处理时间由在晶片W上成膜的钌膜的膜厚度和清洗周期(直至进行清洗的成膜处理次数)来决定，例如在晶片W上以20nm的钌膜为成膜目标情况下，每次成膜进行例如20分钟的清洗处理。
图2A、2B、2C是示出了利用氧气去除代表反应管2的壁部71而在其内表面上形成的钌膜72的情况的图，首先，如图2A所示，氧一旦接触钌膜72就会引起(固体)的反应，如图2B所示，在反应容器内壁表面上就会生成RuO2(固体)73，接下来，此RuO2进一步与氧接触，引起(气体)的反应，如图2C所示，上述RuO2(固体)升华为RuO4(气体)，由此，清洗钌膜72。
根据本实施形态，由于使用氧气进行清洗，因此正如“实用新型要解决的课题”的项目中所述，象使用ClF3气体时那样，不会损伤反应管1和晶片舟2等石英产品，也不会存在所谓的氯和氟附着于反应管1的内壁等上、并在钌膜中混入这些元素的问题。并且，如后述的实施例中也表明，由于在850℃以上的高温气氛下并且在1.33Kpa的减压气氛下进行清洗，因此能在短时间内进行清洗并能够获得高效运转的装置。
(实施例)接下来，进行用于确认本实用新型效果的实验。但是，进行在上述纵型热处理装置的反应管内附着膜并除去的实验，在评价上由于有困难，在此，以准备事先成膜了钌膜的晶片，并将此晶片搬入反应管内，暴露在氧气气氛中，去除钌膜来替代清洗试验。
实施例1将反应管内的压力设定为1.33Kpa，对清洗时(氧气供给时)的温度进行各种改变，评价钌膜的去除量。清洗时间均设定为30分钟。就钌膜的去除量的评价而言，分别对清洗前后的晶片上的钌膜照射X射线，从与由钌膜反射的荧光X射线中钌的能量相对应的X射线的强度来分别掌握钌膜的量，根据清洗前后的钌膜的量的差，求出清洗去除的钌膜的量。其结果如图3所示。但是，在图3中，求出清洗前后的荧光X射线的受光强度的差，以此差值作为钌膜去除量的指标。此外，图3中，“×”对应于在晶片舟2下段一侧装载的晶片，“○”对应于在晶片舟2上段一侧装载的晶片。再有，此×、○的符号在图4、图5中是相同的。
从图3中可表明，随着温度的升高钌膜的去除量也增加。认为这是因为，通过升高温度图2A～2C说明的反应的速度加快。并且，本实用新型者判定若受光强度的差为1.5kcps，装置的运转效率就非常高。其理由是因为受光强度的差若为1.5kcps，钌膜的去除速度就能确保3.6纳米/分钟左右的快速的去除速度。参看图3的结果，若在850℃以上，即使钌膜的去除速度较慢的上段一侧的晶片，由于受光强度的差为1.5kcps以上，故作为温度条件850℃以上即可。
这里所说的反应管1内的温度为850℃以上是作为清洗对象的附着钌膜的地方为850℃以上，就上述例子而言，是指内管1a的内壁表面的温度为850℃以上。再有，外管1b的上部也附着有钌膜，由于在处理过程中其下部一侧有未图示出的清洁气体流动，所以就不会附着钌膜。
就温度的上限而言，由于随着温度的上升钌膜的去除量增多，就没有必要必须在所谓的特定的此温度下，可以针对各现场的方针加以决定，从此实验结果得出，认为若设定为例如900℃，就能够有非常高的效率进行清洗。
实施例2将反应管内的温度设定为850℃，将清洗时(氧气供给时)的压力按3种133pa(1Torr)、1.33Kpa(10Torr)、13.3Kpa(100Torr)加以设定，来评价钌膜的去除量。将清洗时间均设定为30分钟。对钌膜的去除量的评价按上述相同的方法进行。结果参照图4所示。从图4中可看出，随着压力的降低钌膜的去除量增加，其理由被认为是越是在低压下越促进RuO4的挥发。由图4的结果可知，若压力为1.33Kpa以下，即使是钌膜的去除速度较慢的上段一侧的晶片，由于受光强度的差为1.5kcps以上，作为压力条件，比1.33Kpa低的压力也是可以的，此外，由于压力越低钌膜的去除量越多，压力不是必须低于某特定的值。
实施例3将反应管内的温度设定为850℃且将压力设定为1.33Kpa，改变氧气流量来进行钌膜去除量的评价。清洗时间均设定为30分钟。钌膜的去除量的评价，按上述同样的方法进行。结果参照图5所示。从图5的结果可以看出，随着氧气流量的增加钌膜的去除量增多，表明在上述装置中氧气的流量最少是0.2sLm即可。就氧气适宜的流量而言，由于受反应管尺寸等的约束，因此由在每个装置事先进行的实验来决定。
上述中，作为本实用新型中清洗对象的膜，并不限定为钌膜，也可为氧化钌(RuO2)膜。氧化钌膜是通过向反应容器内除了供给Ru(EtCP)2液还供给氧气在晶片W上成膜形成的。此氧化钌膜也能在与上述相同的减压气氛、高温气氛中利用氧气进行清洗。
此外，作为清洗气体也可使用活性氧气。作为活性氧气可以使用O3气体、O*(氧基)和OH*(氢氧基)等，在本实用新型中，例如可以使用含有这些气体的至少一种气体。再有，也可使用O*和OH*作为活性氧，O*和OH*是例如在反应容器内分别通入氢气和氧气、使其在减压气氛下燃烧，在此燃烧过程中生成的。
图6是在反应容器的外部设置例如将高电压施加到气体上、使其等离子化的等离子发生装置，将从氧气供给源82通过流量调节部83向上述等离子发生装置81输送的氧气在此等离子化，生成含有O*的气体，并将其通过气体供给管8供给到反应容器内，从而进行钌膜的清洗。这样若使用活性氧，就能在比不使氧气活性化情况更低的温度下进行钌膜的清洗。
根据上述本实用新型，当对被处理体进行钌膜或氧化钌膜成膜后的反应容器内进行清洗时，就能够不损伤反应容器、不污染被处理体并且能够有效地进行清洗。
权利要求1.一种成膜装置，其特征在于，是在反应容器内对被处理体进行钌膜或氧化钌膜的成膜的成膜装置，包括调节反应容器内的压力的压力调节装置；对反应容器内进行加热的加热装置；向反应容器内供给氧气的气体供给装置；以及具有程序和根据此程序来控制各装置的装置的控制部，该程序是为了清洗附着有钌膜或氧化钌膜的反应容器内、将反应容器内的压力减压为1.33Kpa以下、并且使其成为850℃以上的高温气氛、并向反应容器内供给作为清洗气体的氧气而制作的程序。
专利摘要一种成膜装置，包括调节反应容器内的压力的压力调节装置(14)；对反应容器内进行加热的加热装置(3)；向反应容器内供给氧气的气体供给装置(4，5)；以及具有程序和根据此程序来控制各装置的装置(6)的控制部，该程序是为了清洗附着有钌膜或氧化钌膜的反应容器内、将反应容器内的压力减压至1.33KPa以下、并使成为850℃以上的高温气氛、并向反应容器内供给作为清洗气体的氧气而制作的程序。
文档编号H01L21/4763GK2735539SQ20042007414
公开日2005年10月19日 申请日期2004年7月30日 优先权日2004年7月30日
发明者长谷部一秀, 野津大辅, 崔东均 申请人:东京毅力科创株式会社