半导体装置的制造方法及衬底处理装置的制作方法

专利名称：半导体装置的制造方法及衬底处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体装置的制造方法及衬底处理装置，特别是经化 学气相沉积(Chemical Vapor Deposition, CVD )处理的半导体装置 的制造方法及衬底处理装置，并且涉及以减少制造过程中产生的微粒 为目的的半导体装置的制造方法及衬底处理装置。
背景技术：
在制造半导体装置的工序中，在晶圆等被处理衬底上利用化学气 相沉积(CVD)法进行成膜处理。
上述成膜处理例如如下进行。即，将规定片数的晶圓装入舟皿中。 将装入舟皿中的晶圓装载(load)到反应炉内。对反应炉内部进行真 空排气，然后向反应炉内导入反应气体，在晶圓上进行成膜处理。
成膜处理结束后，将反应炉内恢复大气压状态，卸载舟皿。将舟 皿完全从炉内卸载，在该状态下冷却舟皿。与此同时，降低反应炉内 的温度，进行气体清洗(减压氮气净化)。由此增大附着在反应炉内 壁上的堆积膜的应力，使堆积膜发生龟裂，龟裂发生时产生的微粒通 过气体清洗而排出(参见日本公开公报-特开2000-306904号)。

发明内容
此种情况下，在已经将处理过的衬底从反应炉内卸载的状态下，降 低炉内温度，例如，以自然空气冷却的降温速率(N3。C/min)将炉内温 度从成膜温度经数十分钟、例如50分钟左右降至15(TC左右。但是， 3°C/min左右的降温速率使堆积膜产生强制龟裂(由堆积膜和石英反应
断裂强度)所导致的^龟裂),由其产1的颗粒排出效率降低，特别是在cp300mm晶圆的处理中，累积膜厚超过1.2iim时，颗粒大量地产生，尤 其是(p300mm晶圓的处理中，颗粒减少效果极低。而且，由于自然空气 冷却的温度下降(—3°C/min)过程需要50分钟左右的时间，因此存在 衬底处理装置(半导体制造装置)的运转率下降、生产率恶化的问题。
本发明的主要目的是提供颗粒减少效果优异、可以改善生产率的半 导体装置的制造方法及衬底处理装置。
本发明的一种方案是提供半导体装置的制造方法，其特征在于，该 方法包4舌以下工序
将衬底装载到反应炉内的工序；
在所述反应炉内，在所述衬底上进行成膜的工序；
将成膜后的所述衬底从所述反应炉内卸载的工序；
卸载所述村底后，在所述反应炉内没有所述衬底的状态下强制冷却 所述反应炉内的工序。
本发明的其他方案是提供半导体装置的制造方法，其特征在于，该 方法包括以下工序
将衬底装载到反应炉内的工序；
在所述反应炉内，在所述村底上进行成膜的工序；
将成膜后的所述衬底从所述反应炉内卸载的工序；
卸载所述衬底后，在所述反应炉内没有所述衬底的状态下，将炉内 温度降至比成膜温度低的温度，同时，在大气压状态下气体清洗所述炉 内的工序。
本发明的其他方案是提供半导体装置的制造方法，其特征在于，该 方法包括以下工序
将衬底装载到反应炉内的工序；
在所述反应炉内，在所述衬底上进行成膜的工序；
将成膜后的所述衬底从所述反应炉内卸载的工序；
卸载所述衬底后，在所述反应炉内没有所述衬底的状态下，将炉内 温度降至比成膜温度低的温度，同时，向所述炉内供给气体，并使用与 在所述成膜工序中使用的排气通路不同的排气通路进行排气的工序。本发明的其他方案是提供半导体装置的制造方法，其特征在于，该
方法包括以下工序
将衬底装载到反应炉内的工序；
在所述反应炉内，在所述衬底上进行成膜的工序；
将成膜后的所述衬底从所述反应炉内卸载的工序；
卸载所述衬底后，在所述反应炉内没有所述衬底的状态下，将炉内 温度升高至比成膜温度高的温度，然后再降至比所述成膜温度低的温度 的工序。
本发明的其他方案是提供村底处理装置，其特征在于，该装置具有 以下部件
对衬底进行成膜的反应炉；
向所述反应炉内供给成膜气体的成膜气体供给通路；
向所述反应炉内供给清洗用气体的清洗用气体供给通路；
排出所述反应炉内气体的排气通路；
置；' 、'、' ；' ；' '"''
强制冷却所述反应炉内的强制冷却装置；
控制装置，所述控制装置控制所述强制冷却装置，在从所述反应炉 中卸载衬底后，在所述反应炉内没有所述衬底的状态下，强制冷却所述 反应炉内。


图1是表示为说明本发明优选实施方式中的衬底处理装置的纵剖面简图。
图2是表示为说明本发明优选实施方式中的衬底处理装置的纵剖面简图。
图3表示本发明的优选实施方式中的晶圆处理流程图。
图4表示本发明第1实施例中实施LTP时的温度下降幅度与颗粒的关系。
10图5表示本发明第2实施例中实施LTP时的温度下降速率与颗粒的关系。
图6表示本发明第3实施例中实施LTP时的累积膜厚与颗粒的关系。
具体实施例方式
骤冷机构的加热器以大于或等于10°C/min、优选大于或等于20°C/min 的降温速率快速骤冷反应炉内，使在半导体制造过程中在反应炉内形成 的堆积膜强制发生龟裂，然后利用大气压气体清洗强制排出龟裂发生时 产生的微粒，减少微粒对晶圆的附着，由此减少反应炉的清洗频率，从 而改善生产率。
下面，参照

本发明的优选实施方式。首先参照图1、图2 说明作为本发明的优选实施方式中进行CVD成膜处理的衬底处理装置 的半导体制造装置。图1、图2所示的半导体制造装置是热壁型批处理 式竖式半导体制造装置。
图1表示将承载了晶圆10的舟皿9装载到反应炉1内，然后用炉口 密封盖12密封炉口凸缘2下面的开口部的状态，图2表示将承载了晶 圆10的舟亚9从反应炉1卸载移至传输室11 ，然后用炉口闸门阀13密 封炉口凸缘2下面的开口部的状态。
反应炉1是热壁型反应炉，由以下部分构成金属制炉口凸缘2， 在炉口凸缘2上气密设置的石英外管3,在石英外管3内同轴设置的石 英内管4，在石英外管3的外侧围绕石英外管3地设置的加热器5等。
被覆石英外管3和加热器5地设置强制冷却机构40。强制冷却机构 40由以下部分构成被覆石英外管3和加热器5地设置的绝热外壳41, 与绝热外壳41内部空间连通地设置的供给通路42,通过绝热外壳41顶 部的排气孔44与绝热外壳41内部空间连通地设置的排气通路43。供给 通路42中设置了导入鼓风机45和闸门46。排气通路43中设置了闸门 47、散热器48和排气鼓风机49。
向反应炉1内部导入反应气的气体导入通路6、 7连通，同时连通排气通路30。气体导入通路6、 7与炉口凸缘2的低于石英内管4下端的 部分连接。排气通路30与炉口凸缘2的低于石英外管3的下端且高于 石英内管4下端的部分连接。排气通路30包括以下部分与真空泵等 排气装置8连通的主排气通路31、从主排气通路31分支而设置的高流 速排气(HFV: High Flow Vent)通路32、从主排气通路31分支而设置 的低流速排风通路(图中未示出)、从主排气通路31分支而设置的防 止过度加压通路33以及氮气导入通路34。在主排气通路31与高流速排 气通路32的分支点的下游侧设置了作为主阀的APC阀。低流速排气通 路上设置了上述APC阀，使其作为旁路。
高流速排气通路32与建筑物附带设备的排气设备连通。高流速排气 通路32设定了大于主排气通路31、低流速排气通路(图中未示出)、 防止过度加压通路33的排气流量，在大气压下能排放大流量的气体。 高流速排气通路32的内径小于主排气通路31的内径，大于低流速排气 通路(图中未示出)、防止过度加压通路33的内径。高流速排气通路 32设有阀35，通过切换阀35和APC阀，可以使排气路线在主排气通路 31和高流速排气通路32之间切换。
防止过度加压通路33设有阀36及单向阀37，当主排气通路31，即， 反应炉l内高于大气压时，单向阀37打开，主排气通路31内的环境气 体通过单向阀37排出，由此防止主排气通路31，即，反应炉l内变成 高于大气压的过度加压状态。
在反应炉1下方的衬底传输室11内设置了作为舟皿传输(升降)装 置的舟皿升降机15,升降舟皿9，将舟亚9装载到反应炉1内或从中卸 载。将作为被处理衬底的晶圆10在舟皿内以水平姿势、彼此具有一定 间隔地填装多段。舟皿9例如可以由石英制成。
如图1所示，将舟皿9装载到反应炉1内，用炉口密封盖12密封炉 口凸缘2的下端开口部位的状态下，炉口闸门阀13待避在待避位置14。 如图2所示，将舟皿9从反应炉1卸载移至传输室11时，用炉口闸门 阀13密封炉口凸缘2的下端开口部位。
通过控制装置20可以控制加热器5的加热、强制冷却装置40的冷却、气体导入通路6、 7的气体导入、阀门切换的排气通路选择、排气 通路的排气等。
下面，参照图1至图3对作为半导体装置制造工序的一个工序的使 用上述装置利用CVD法对半导体硅晶圆进行成膜处理的方法进行说明。 另外，在下面的说明中，构成本装置的各部分的运转由控制装置20控制。
如上所述，在反应炉1的下方是衬底传输室11，在舟皿9下降至衬 底传输室11内的状态下，通过图中未示出的衬底传输机向舟皿9中填 装规定片数的晶圆10 (装载晶圆)。在该状态下，使反应炉1内的环境 气体保持在大气压下，在向舟皿9填装晶圓IO的同时向反应炉1内导 入惰性气体，例如氮气。另外，此时反应炉1内的温度设定在600。C。
接下来，利用舟皿升降机15升高舟皿9，将舟皿9装载到温度设定 为60(TC的反应炉1中(放置舟皿)。将舟皿9装载到反应炉1中后， 通过低流速排气通路并利用排气装置8緩慢地对反应炉1的内部进行真 空排气(慢速抽真空，Slow Pump)。当反应炉1内的压力降至规定的 压力，打开APC阀，通过主排气通路31并利用排气装置8对反应炉1 的内部进行真空排气，使其达到规定的压力。
使反应炉1内的温度从600。C升温至73(TC 80(rC,例如760。C的成 膜温度(升温，RampUp)、晶圆温度达到成膜温度并稳定时(预热， Pre Heat),利用气体导入通路6、 7向反应炉1内导入反应气，对晶圆 10实施成膜处理(Depo)。例如，在晶圆10上形成Si3NJI (氮化硅 膜，以下称为SiN)的情况下，使用DCS (二氯硅烷(SiH2Cl2))、氨 气等气体。此时，反应炉1内保持730。C 80(TC的成膜温度。
成膜处理结束后，通过边向反应炉1内导入惰性气体(例如，氮气) 边排气来气体清洗反应炉1内部，除去残留气体(净化，Purge)。然后， 关闭主阀，保持惰性气体的导入，从而使反应炉1内部恢复大气压状态 (恢复大气压，Back Fill)。接下来，利用舟皿升降机将舟皿9承载的 成膜后的晶圆IO从反应炉1内降下，卸载在衬底传输室11内(卸载舟 皿)c另夕卜，在舟皿9卸载前炉内温度从760。C降至700。C,这是为了提高 舟皿卸载速度。即，将舟皿卸载时反应炉1内的温度设定为低于成膜温 度(760°C )的温度(700°C ),能使舟皿卸载时晶圆面内的温度差变小， 晶圆的弯曲量也变小。在这种状态下，对晶圆不产生不良影响，在某种 程度上能够加快舟皿卸载。而且，为了緩和舟皿卸载时对周围部件的热 影响，也需要稍微降低温度。
卸载后，用炉口闸门阀13气密密封反应炉的开口 (舟皿出入口)， 即，炉口凸缘2的开口 (参见图2)。然后，在衬底传输室ll内冷却成 膜处理后的晶圆10 (冷却晶圆)。衬底传输室11内的晶圆10冷却后， 利用图中未示出的衬底传输机将晶圆10从舟皿9中卸载(卸载晶圓， W/F Discharge)。
上述晶圆IO的冷却(Wafer Cool)、卸载(W/F Discharge)同时进 行，在大气压状态下，使用惰性气体对气密密封的反应炉1内进行气体 清洗。例如，进行氮气净化。进行净化时，优选利用气体导入通路6、 7 以大于或等于20L/min的大流量向反应炉1内供给氮气，同时通过从主 排气通路31分支而设置的高流速排气通路32排气。此种情况下，需要 打开阀35,关闭主阀。
在上述大气压状态下的炉内净化的同时利用强制冷却机构40以大 于自然空气冷却时的降温速率(^3。C/min)的降温速率降低(下降)反 应炉1内的温度，使炉内温度急剧变化。这使得附着在反应炉1内的堆 积膜的应力比自然空气冷却时增大，积极地产生热应力，使堆积膜发生 强于自然空气冷却的强制龟裂。利用大气压状态的炉内净化将龟裂产生 的飞散微粒强制且有效地排出反应炉外。利用强制冷却机构40降低炉 内温度时，开放闸门46、 47,利用排气鼓风机49排出绝热外壳41内的 高温环境气体，同时利用导入鼓风机45向绝热外壳41内导入空气或氮 气等冷却介质。
降温速率至少大于或等于10°C/min，优选大于或等于20°C/min。炉 内温度的下降设定为使反应炉1内的温度至少降至成膜温度的1/2( 50% ) 或1/2 (50%)以下的温度。即，温度降低幅度(量)至少是成膜温度的
141/2 (50%)或1/2 (50%)以上。例如，成膜温度为730 800。C时，设定 为将反应炉1内的温度从800。C降至400。C。
另外，也可以在降低反应炉1内的温度之前，先将反应炉1内的温 度升高至高于成膜温度的温度，然后再降至低于成膜温度的温度。图3 的情况下，舟亚卸载后先以40°C/min的升温速率将反应炉1内的温度升 高至高于舟皿卸载时的炉内温度(700°C)、且高于成膜温度(760°C) 的温度(800°C )，然后以20°C/min的降温速率降低至低于成膜温度的 温度(400°C)。如上所述，如果在降低炉内温度之前，先使其升高， 则不必使降温终点温度低至某种程度即可增大温度下降幅度(温度差)， 由此能缩短温度下降后的升温时间。
如上所述，炉内温度下降前的升高是为了不必使降温终点温度低至 某种程度即可增大温度差(温度下降幅度)。此操作也可以省略，但省 略该操作的情况下，温度差(温度下降幅度)变小，颗粒减少效果降低。 为了不降低颗粒减少效果而使温度差(温度下降幅度)增大，需要将降 温终点温度降至更低，由此导致降温后的升温时间变长、生产率变差。
另夕卜，由于降低炉内温度之前的温度升高还会使炉内温度急剧变化， 因此使附着在炉内的堆积膜发生某种程度的龟裂。但是，根据理论计算， 炉内温度降低时，石英(炉壁)和堆积膜之间的应力差变大，从而产生 更强的龟裂。
另外，在进行不经强制冷却(快速骤冷)而是将炉内温度从800°C 慢慢降至400°C,同时进行净化的实验时，附着在炉内的堆积膜基本不 发生龟裂，效果不充分。即，只通过增大温度差(温度下降幅度)并不 能得到充分的效果。要得到充分的效果，需要(1)温度差(温度下降 幅度)和(2)温度下降速度二者都增大。
对于与炉内的强制冷却同时进行的使用惰性气体对反应炉l内进行
的气体清洗，与在减压状态下进行气体清洗的情形比较，在大气压状态 下进行气体清洗的情形具有颗粒除去效果大的优点。这可以说是因为与 减压状态比较，大气压状态下运送杂质的分子、原子多，运送杂质的能
量变大。另外，如果利用涡轮分子泵等真空泵在减压下排出氮气分子，则由 于氮气分子分散地存在于氮气流中，氮气分子的平均自由行程变大，因 此即使提高氮气的流速，也难以使颗粒变成分子流排出。受热作布朗运 动的颗粒不被氮气分子阻挡地因重力而落下的概率高。
与此相反，如果在大气压状态下排气，则气体流速即使降至例如
10cm/分钟的程度，也由于氮气分子密集地存在于气体流中，与颗粒撞 击，所以容易将颗粒排出。而且，在炉内，氮气流的风从导入侧吹向排 气侧，以使颗粒与风一起被吹出炉外。
实际上在进行于减压状态下进行气体清洗、于大气压状态下进行气 体清洗的比较实验时，大气压下进行时的颗粒除去效果远远大于减压下 进行的效果。
另外，减压净化的情况下，净化后需要进行使炉内恢复大气压的工 序，从而消耗时间，而大气压净化时不需要该工序，从而具有缩短时间 的优点。
减压净化时，在排气系统或其周围附着的副产物升华，在炉内形成 逆流，而大气压净化时不出现上述问题。
另外，在只强制冷却炉内而不进行净化时，产生的颗粒落到炉口闸 门阀13上。在进行接下来的成膜时，落在炉口闸门阀13上的颗粒以保 持在炉口闸门阀13上的状态退到待避位置14。即，进行接下来的成膜 时，能使炉内处于不存在颗粒的状态，从而不影响接下来的处理。另夕卜， 在炉口闸门阀13上面i殳置了沟槽(凹部)，由该沟槽容纳落下来的颗 粒，从而在炉口闸门阀13退到待避位置14时能防止颗粒的脱落。另夕卜， 在待避位置14设置了颗粒除去机构(吸引装置等)，在炉口间门阀13 待避期间能除去炉口闸门阀上的颗粒。
如上所述，在从反应炉1卸载晶圆10,并将反应炉1气密密封的状 态下，将反应炉1内的温度至少以大于或等于10°C/min、优选大于或等 于20°C/min的降温速率降低成膜温度的1/2或1/2以上，同时在大气压 状态下用惰性气体清洗反应炉1内部，以上一系列操作是通过控制装置 20控制加热器5或强制冷却装置40、气体供给系统、排气系统等进行的。将如上所述地进行的炉内净化称为低温净化或LTP (Low Temperature Purge)。
在LTP中炉内温度降低前的升温时的优选升温速率为大于或等于 3°C/min,较优选10~100°C/min，进一步优选30 100°C/min。而且，炉 内温度降低时的优选降温速率为大于或等于3°C/min，较优选 10 100°C/min,进一步优选20~100°C/min。
在衬底传输室11内，完成将晶圆10从舟皿9中卸载的操作后，将 规定片数的下一批晶圆10利用衬底传输机填装到舟皿9中(晶圆填装)。 与此同时，将炉内温度升至备用温度，例如600。C。将晶圆IO填装到舟 皿9中后，通过舟i升降机15升高舟皿9，将舟皿9装载到反应炉1内 (装载舟皿)，继续进行下一批的处理。
在LTP后、装载舟皿前，将炉内温度从400。C升温至600。C是为了 缩短下 一 次成膜中装载舟皿后的炉内升温时间，从而缩短总的成膜时 间。假设LTP后将炉内温度保持在LTP的下降终点温度400°C,在下一 次成膜时，在400。C进行舟皿装载，然后将炉内温度从40(TC升温至 760°C，需要升温360。C,升温时间延长。如果LTP后将炉内温度升高 至600°C,并保持在此温度，那么在下一次成膜时，在600。C进行舟亚 装载，然后将炉内温度从600。C升温至76(TC,仅需升温160。C,能缩短 升温时间。另外，如果舟皿装载时的炉内温度过高，则会出现晶圆跳跃 的问题，考虑到该问题，而将炉内温度保持在600。C。
在上述晶圆处理中，舟皿卸载后，在气密密封反应炉1的状态下(反 应炉1内没有晶圆IO的状态)，大气压状态下氮气净化反应炉1，并在 大气压状态下排气。同时利用强制冷却结构40以大于或等于20°C/min 的降温速率将炉内温度从80(TC降低(下降)至400°C。通过上述温度 降低处理，使反应炉1内表面附着的反应副产物堆积膜的应力大于自然 空气冷却(降温速率—3°C/min)时的应力，积极地产生热应力，使堆积 膜发生强于自然空气冷却的强制龟裂。而且，通过在大气压下气体清洗 反应炉1内部，因发生龟裂而飞散的微粒被强制且有效地排出反应炉1 外。成膜时的炉内温度比LTP的降温终点温度(400°C)高数百度，经 一次降温处理(400°C)后的堆积膜由于应力緩和，因此能避免在下一 批处理的SiN成膜时发生龟裂。而且，如果温度升高，则所述堆积膜的 应力减小，成膜处理时的堆积膜的应力处于降低状态，因此成膜处理时 新龟裂发生的可能性进一步降低。
预先使堆积膜发生龟裂，使伴随龟裂的微粒在舟皿装载前被强制排 放到反应炉l外，由此可以在没有微粒的状态下进行晶圆处理。另外， 由于能够有效地除去堆积膜产生的颗粒，因此反应炉1的清洗可以在堆 积膜脱落前进行。而且，利用本发明能大幅度延长至堆积膜脱落状态的 时间，因此能大幅度(至堆积膜的厚度为25pm)延长反应炉1的清洗 时间的间隔。
由于SiC与SiN的热膨胀率4妄近，因此SiC与SiN之间基本不产生 应力差。因此，在外管3或内管4等反应管由SiC制成时，基本不能期 待LTP的效果。与此相反，由于Si02 (石英)与SiN的热膨胀率差大， 因此Si02与SiN之间的应力差变大。即，在使用石英制的反应管进行 SiN膜的成膜时，LTP变得特别有效。
实施例1
下面，作为第1实施例，说明为研究LTP中降温幅度与产生的颗粒 的关系而进行的实验。
利用上述实施方案中的晶圆处理方法在cp300mm的>5圭晶圆上形成 SiN膜，特别是形成1次成膜的膜厚大于或等于1500A的Si3NJI。反 应气可以使用DCS (SiH2Cl2)、氨气，成膜处理温度为730°C~800°C。 LTP中的降温速率固定为20°C/min。按300。C、 400°C、 800。C这样3种 情况改变降温幅度，分别进行处理，测定各种情况下处理后的颗粒数。
上述测定结果(LTP中降温幅度和颗粒的关系)如图4所示。横轴 表示LTP的降温幅度(°C ),纵轴表示附着在晶圓上的0.13pm或0.13[im 以上的颗粒数(个/晶圆)。图中，T表示TOP (顶部)的晶圓，B表示 BOTTOM (底部)的晶圆。由图4可知，降温幅度为300。C时，颗粒数 为60 70个左右，而降温幅度大于或等于40(TC时，颗粒数小于或等于40个。即，相对成膜温度730。C 800。C，如果降温幅度大于或等于 400°C (成膜温度的50%),则能大幅度(至少小于或等于40个)降低
颗粒数。
实施例2
下面，作为第2实施例，说明为研究LTP中降温速率与产生的颗粒 的关系而进行的实验。
利用上述实施方案中的晶圆处理方法在cp300mm的硅晶圓上形成 SiN膜，特别是形成1次成膜的膜厚大于或等于1500A的SisN4膜。反 应气使用DCS (SiH2Cl2)、氨气，成膜处理温度为730。C 800。C。 LTP 中的降温幅度固定为400°C。按0。C/min、 4°C/min、 20°C/min这样3种 情况改变降温速率，分别进行处理，测定各种情况下处理后的颗粒数。
上述测定结果(LTP中降温速率和颗粒的关系)如图5所示。横轴 表示LTP的降温速率(°C/min)，纵轴表示附着在晶圓上的0.13pm或 0.13|im以上的颗粒数(个/晶圆)。图中，T表示TOP (顶部)的晶圓， B表示BOTTOM (底部)的晶圓。由图5可知，降温速率为0°C/min时 (即，未降温的情形)，颗粒数在TOP为460个左右，在BOTTOM为 60个左右。降温速率为4°C/min时，颗粒数在TOP为大于或等于100 个，在BOTTOM为70个左右。而降温速率为20°C/min时，颗粒数在 TOP、 BOTTOM都小于或等于30个。即，如果使LTP中的降温速率大 于或等于20°C/min，则能大幅度(至少小于或等于30个)减少颗粒数。 另外，在其他实验中，可以确认如果降温速率至少大于或等于10°C/min， 那么与自然空气冷却的情形比较，能大幅度减少颗粒数。
实施例3
下面，作为第3实施例，说明为研究实施LTP时的累积膜厚与颗粒 的关系而进行的连续成膜实验。
利用上述实施方案中的晶圓处理方法在cp300mm的硅晶圆上形成 SiN膜，特别是形成1次成膜的膜厚大于或等于1500A( 150nm)的Si3N4 膜。反应气使用DCS (SiH2Cl2)、氨气，成膜处理温度为730°C~800°C。 LTP中的降温幅度固定为400°C，降温速率固定为20°C/min。由于晶圆冷却时间为15分钟，晶圓回收时间为15分钟，所以为了不降低生产率， 在该合计时间(30分钟)内，与上述操作同时进行LTP。在本实施例中， LTP总时间为30分钟(降温前的升温时间为10分钟、降温时间为20 分钟)。在该条件下，对晶圆进行连续批处理，测定每一批处理后晶圆 上附着的颗粒数。
上述测定结果(累积膜厚与颗粒的关系)如图6所示。横轴表示连 续批处理的次数(RunNo.)，左侧的纵轴表示晶圆上附着的0.13pm或 0.13|imi以上的颗粒数(个/晶圆)，右侧的纵轴表示累积膜厚(nm)。 图中，TOP表示顶部的晶圆，BOTTOM表示底部的晶圆。另外，棒图 表示颗粒数，曲线图表示累积膜厚。由图6可知，进行到RunNo.ll9(第 119次的批处理)，即，直至累积膜厚为23pm (23000nm)时，颗粒数 小于或等于50个。另外，本发明人进一步进行实验，确认了在累积膜 厚超过25fim (25000nm)的状态下，颗粒数也是小于或等于50个。
不实施本发明的情况下，累积(堆积)膜厚超过lpm ( 1000nm)时， 颗粒数急剧增加，达到远远超过200个的数值。但是，如果实施本发明， 则即使在累积膜厚超过25(im (25000nm)的状态下，颗粒数仍小于或等 于50个。本实施例的情况下，1次批处理中堆积的膜厚为0.15(im U50nm),所以，对于可将颗粒数抑制在小于或等于50个进行成膜的 连续批处理次数，现有例为7次左右，实施本发明时达到167次左右。 即，利用本发明能大幅度延长反应炉清洗(cleaning)时间的间隔，大幅 度降低反应炉的清洗频率。
通过引用包括说明书、权利要求书、附图及摘要的2003年9月19 曰申请的日本专利申请第2003-327358号中公开的全部内容，将其包 括在本申请内。
以上示出并说明了各种典型的实施方案，但本发明并不限于上述实 施方案。所以，本发明的范围仅由权利要求进行限定。 产业上的可利用性
根据以上说明，利用本发明的优选实施方案，能发挥以下优异的效 果能在成膜处理前使反应炉内生成的堆积膜强制发生龟裂，并排出伴随龟裂产生的微粒，由此能抑制成膜处理时微粒的产生，进行高质量的
成膜处理；而且，由于可以在堆积膜脱落前实施反应炉的清洗，因此延 长了清洗时间的间隔，提高保养性，同时提高运转率；与以往相比不延 长处理时间等。
所以，本发明特别适用于具有利用CVD法的成膜工序的半导体装 置制造方法及适合实施上述成膜工序的村底处理装置。
权利要求
1、一种半导体装置的制造方法，其特征在于，该方法包括以下工序将衬底装载到反应炉内的工序；在所述反应炉内，在所述衬底上进行成膜的工序；将成膜后的所述衬底从所述反应炉内卸载的工序；卸载所述衬底后，在所述反应炉内没有所述衬底的状态下，向所述反应炉外部流入冷却介质同时向所述反应炉内部流入气体的工序。
2、 如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于， 在向所述反应炉外部流入冷却介质同时向所述反应炉内部流入气体 的工序中，排出所述反应炉外部的高温气氛气体，同时向所述反应炉 外部流入冷却介质。
3、 如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于， 在向所述反应炉外部流入冷却介质同时向所述反应炉内部流入气体 的工序中，通过向所述反应炉外部流入冷却介质来将所述反应炉内骤 冷，通过向所述反应炉内部流入气体来对所述反应炉内部实施气体清 洗。
4、 如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于， 在向所述反应炉外部流入冷却介质同时向所述反应炉内部流入气体 的工序中，通过向所述反应炉外部流入冷却介质，^使所述反应炉内骤 冷，强制地使形成在所述反应炉内的堆积膜发生龟裂，通过向所述反 应炉内部流入气体，对所述反应炉内部实施气体清洗，将在发生所述 龟裂时产生的颗粒排出至所述反应炉外。
5、 如权利要求3或4所述的半导体装置的制造方法，其特征在 于，将所述反应炉内骤冷时的降温速率为10~ 100°C/min。
6、 如权利要求3或4所述的半导体装置的制造方法，其特征在 于，将所述反应炉内骤冷时的降温速率为10~ 100°C/min,温度降低 幅度为成膜温度的1/2或1/2以上。
7、 如权利要求3或4所述的半导体装置的制造方法，其特征在 于，将所述反应炉内骤冷时的降温速率为10~ 100°C/min,温度降低 幅度为40(TC或400以上。
8、 如权利要求3或4所述的半导体装置的制造方法，其特征在 于，将所述反应炉内骤冷时的降温速率为10~ 100°C/min，温度降低 幅度为成膜温度的1/2或1/2以上，将所述反应炉内部实施气体清洗 时的所述反应炉内的压力为大气压。
9、 如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于， 所述冷却介质为空气或惰性气体。
10、 一种半导体装置的制造方法，其特征在于，该方法包括以下 工序将衬底装载到石英制的反应管内的工序；在所述反应管内，在所述村底上形成氮化硅膜的工序；将成膜后的所述衬底从所述反应管内卸载的工序；卸载所述衬底后，在所述反应管内没有所述衬底的状态下，向所 述反应管外部流入冷却介质同时向所述反应管内部流入惰性气体的 工序。
11、 如权利要求IO所述的半导体装置的制造方法，其特征在于， 在向所述反应管外部流入冷却介质同时向所述反应管内部流入惰性 气体的工序中，通过向所述反应管外部流入冷却介质，将所述反应管 内骤冷，通过向所述反应管内部流入惰性气体，将所述反应管内部实 施气体清洗。
12、 如权利要求IO所述的半导体装置的制造方法，其特征在于， 在向所述反应管外部流入冷却介质同时向所述反应管内部流入惰性 气体的工序中，通过向所述反应管外部流入冷却介质，将所述反应管 内骤冷，强制地使形成在所述反应管内的堆积膜发生龟裂，通过向所 述反应管内部流入惰性气体，将所述反应管内部实施气体清洗，将在 发生所述龟裂时产生的颗粒排出至所述反应管外。
13、 一种半导体装置的制造方法，其特征在于，该方法包括以下工序将衬底装载到支撑体上的工序；在支撑在所述支撑体上的状态下将所述衬底装载到反应炉内的 工序；在所述反应炉内，在所述支撑体上支撑所述衬底的状态下，在所 述衬底上进行成膜的工序；在支撑在所述支撑体上的状态下将成膜后的所述衬底从所述反 应炉内卸载的工序；将成膜后的所迷衬底从所述支撑体上取下的工序；将随后处理的衬底装载在所述支撑体上的工序；将成膜后的所述衬底从所述反应炉内卸载后，在所述反应炉内没 有所述衬底的状态下，向所述反应炉外部流入冷却介质同时向所述反 应炉内部流入气体的工序。
14、 一种半导体装置的制造方法，该方法包括以下工序将衬底装载到支撑体上的工序；在支撑在所述支撑体上的状态下将所述衬底装载到反应炉内的 工序；在所述反应炉内，在所述支撑体上支撑所述衬底的状态下，在所 述衬底上进行成膜的工序；在支撑在所述支撑体上的状态下将成膜后的所述村底从所述反 应炉内卸载的工序；将成膜后的所述衬底从所述支撑体上取下的工序；将随后处理的衬底装载在所述支撑体上的工序；将成膜后的所述衬底从所述反应炉内卸载后，在所述反应炉内没 有所述衬底的状态下，向所述反应炉外部流入冷却介质同时向所述反 应炉内部流入气体的工序，其特征在于，向所述反应炉外部流入冷却介质同时向所述反应炉 内部流入气体的工序与将所述成膜后的所述衬底从所述支撑体上取 下的工序和/或将所述随后处理的衬底装载到所述支撑体上的工序并行进行。
15、 如权利要求13或14所述的半导体装置的制造方法，其特征 在于，在向所述反应炉外部流入冷却介质同时向所述反应炉内部流入 气体的工序中，通过向所述反应炉外部流入冷却介质来将所述反应炉 内骤冷，通过向所述反应炉内部流入气体来对所述反应炉内部实施气体清洗。
16、 一种半导体装置的制造方法，其特征在于，该方法包括以下 工序将衬底装载到反应炉内的第1工序； 在所述反应炉内，在所述村底上进行成膜的第2工序； 将成膜后的所述衬底从所述反应炉内卸载的第3工序； 卸载所述衬底后，在所述反应炉内没有所述衬底的状态下，向所 述反应炉外部流入冷却介质同时向所述反应炉内部流入气体的第4工序；反复进行所述第1至第4工序后，对所述反应炉内实施清洗的工序。
17、 一种半导体装置的制造方法，该方法包括以下工序 将衬底装载到反应炉内的第1工序；在所述反应炉内，在所述衬底上进行成膜的第2工序； 将成膜后的所述衬底从所述反应炉内卸载的第3工序； 卸载所述衬底后，在所述反应炉内没有所述衬底的状态下，向所 述反应炉外部流入冷却介质同时向所述反应炉内部流入气体的第4工序；反复进行所述第l至第4工序后，对所述反应炉内实施清洗的工序，其特征在于，在进行对所述反应炉内实施清洗的工序后，再次反 复进行所述第1至第4工序。
18、 如权利要求15或16所述的半导体装置的制造方法，其特征 在于，在所述第4工序中，通过向所述反应炉外部流入冷却介质，将 所述反应炉内骤冷，通过向所述反应炉内部流入气体，将所述反应炉
19、 一种衬底处理装置，其特征在于，该装置具有以下部件 对衬底进行成膜的反应炉；向所述反应炉内供给成膜气体的成膜气体供给通路； 向所述反应炉内供给清洗用气体的清洗用气体供给通路； 排出所述反应炉内气体的排气通路；传输装置；向所述反应炉外部流入冷却介质的骤冷才几构；控制所述骤冷机构和所述清洗用气体供给通路的控制装置，在从 所述反应炉内卸载所述衬底后，在所述反应炉内没有所述衬底的状态 下，向所述反应炉外部流入冷却介质同时向所述反应炉内部流入清洗 用气体。
20、 一种衬底处理装置，其特征在于，该装置具有以下部件 对衬底进行氮化硅膜的成膜的石英制反应管；加热所述反应管内的加热器； 向所述反应管内供给成膜气体的成膜气体供给通路； 向所述反应管内供给清洗用气体的清洗用气体供给通路； 排出所述反应管内气体的排气通路；将所述衬底装载到所述反应管内/从所述反应管内卸载所述衬底的 传输装置；向所述反应管外部流入冷却介质的骤冷机构；控制所述骤冷机构和所述清洗用气体供给通路的控制装置，在从 所述反应管内卸载所述衬底后，在所述反应管内没有所述衬底的状态 下，向所述反应管外部流入冷却介质同时向所述反应管内部流入清洗 用气体。
21、 一种衬底处理装置，其特征在于，该装置具有以下部件 对衬底进行成膜的反应炉；在所述反应炉内支撑衬底的支撑体；向所述反应炉内供给成膜气体的成膜气体供给通路；向所述反应炉内供给清洗用气体的清洗用气体供给通路； 排出所述反应炉内气体的排气通路；在支撑在所述支撑体上的状态下，将所述衬底装载到所述反应炉内/ 从所述反应炉内卸载所述衬底的传输装置；向所述反应炉外部流入冷却介质的骤冷才几构；控制所述骤冷机构和所述清洗用气体供给通路的控制装置，在支 撑在所述支撑体上的状态下从所述反应炉卸载所述衬底后，在所述反 应炉内没有所述衬底的状态下，向所述反应炉外部流入冷却介质同时 向所述反应炉内部流入清洗用气体。
全文摘要
本发明提供半导体装置的制造方法，该方法包括以下工序在反应炉1内，在衬底10上进行成膜的工序；将成膜后的衬底10从反应炉1中卸载后，在反应炉1内没有衬底10的状态下，将反应炉1内部的工序骤冷。与自然空气冷却比较，使反应炉1内部附着的堆积膜的应力增大，积极地产生热应力，使堆积膜发生强于自然空气冷却的强制龟裂。因发生龟裂而飞散的微粒通过大气压状态下的炉内净化被强制且有效地排放到反应炉外。
文档编号H01L21/31GK101429649SQ200810182318
公开日2009年5月13日 申请日期2004年9月17日 优先权日2003年9月19日
发明者寿崎健一, 杰 王 申请人:株式会社日立国际电气