JP2002175986A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP2002175986A
JP2002175986A JP2000370489A JP2000370489A JP2002175986A JP 2002175986 A JP2002175986 A JP 2002175986A JP 2000370489 A JP2000370489 A JP 2000370489A JP 2000370489 A JP2000370489 A JP 2000370489A JP 2002175986 A JP2002175986 A JP 2002175986A
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Japan
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temperature
film
cleaning
reaction chamber
furnace
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JP2000370489A
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Japanese (ja)
Inventor
Miwako Kurosaki
美和子 黒崎
Takeo Hanashima
建夫 花島
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Hitachi Kokusai Electric Inc
Original Assignee
Hitachi Kokusai Electric Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce damages to quartz member in a furnace and a metal furnace opening, and to prevent particles from being generated after furnace cleaning. SOLUTION: Temperature in a reaction chamber for processing silicon wafer in the furnace is kept at a prescribed film-forming temperature and a gas for forming film is introduced into the reaction chamber and prescribed films, such as Poly-Si film on the wafer are formed. In the film-forming process, the film is deposited on a quartz member on the metal member in the reaction chamber. After the deposition process, the inside of the reaction chamber is kept at a prescribed temperature, and ClF3 gas introduced into the reaction chamber for starting chemical reaction, to remove and clean the deposited film formed on the quartz member or the metal member in the reaction chamber. The prescribed temperature in the cleaning process is set to 450 deg.C or lower, at which the selection ratio between Poly-Si and SiO2 (quartz) varies greatly. The lower limit is set at room temperature.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は成膜工程とクリーニ
ング工程とを有する半導体装置の製造方法に係り、特に
クリーニング工程を改善したものに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a film forming step and a cleaning step, and more particularly to a method for improving a cleaning step.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、縦型CVD装置炉内に堆積した生
成膜を除去するセルフクリーニングには、ClF3ガス
を炉内に導入することによってプラズマレスで炉内をド
ライエッチングして洗浄することが行われている。その
際、炉内温度は除去対象膜の生成温度付近で実施してい
た。これは次の理由による。一方で、クリーニング実施
時の炉内温度は除去対象膜の生成温度付近で行う方が、
膜の除去が促進されてクリーニング時間を短縮できる。
他方で、処理室での成膜処理とクリーニングとを繰り返
すので、成膜温度に近い温度でクリーニングできれば、
処理室の温度の昇降幅が小さくなってスループットが向
上する。したがって、クリーニングの促進や、スループ
ット向上の観点からクリーニング実施時の温度を考える
と、クリーニング温度は除去対象膜の生成温度付近で実
施する方が好ましい。
2. Description of the Related Art Conventionally, self-cleaning for removing a generated film deposited in a furnace of a vertical CVD apparatus is performed by introducing a ClF 3 gas into the furnace to dry-etch the inside of the furnace without using plasma to clean the furnace. Has been done. At that time, the furnace temperature was around the generation temperature of the film to be removed. This is for the following reason. On the other hand, it is better to perform the temperature inside the furnace at the time of performing the cleaning around the generation temperature of the film to be removed.
The removal of the film is promoted, and the cleaning time can be reduced.
On the other hand, since the film forming process and the cleaning in the processing chamber are repeated, if the cleaning can be performed at a temperature close to the film forming temperature,
The increase / decrease width of the temperature of the processing chamber is reduced, and the throughput is improved. Therefore, in consideration of the temperature at the time of performing the cleaning from the viewpoint of promoting the cleaning and improving the throughput, it is preferable to perform the cleaning at around the generation temperature of the film to be removed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、クリーニング
実施時の炉内温度が、成膜温度に近い温度であると、炉
内のダメージが大きいという問題があった。例えばポリ
シリコン(Poly−Si)膜の成膜温度である550
℃でクリーニングする場合、ClF3ガスとの化学反応
が激しく起こり、炉内の石英部材および炉口部金属への
ダメージが大きい。また、このダメージに起因してクリ
ーニング実施後のパーティクルが増加するという問題も
あった。
However, if the temperature in the furnace at the time of cleaning is close to the film forming temperature, there is a problem that the damage in the furnace is large. For example, 550 which is a film forming temperature of a polysilicon (Poly-Si) film
When cleaning is performed at a temperature of ° C., a chemical reaction with ClF 3 gas occurs violently, and the quartz member in the furnace and the metal at the furnace opening are greatly damaged. There is also a problem that particles after cleaning are increased due to the damage.

【0004】ClF3ガスをクリーニングに使用するC
VD装置のダメージ対策として、炉口部金属の一部をス
テンレス(SUS)に代えて耐腐食性の大きいハステロ
イに取り替えることも行っているが、ハステロイでもダ
メージを有効に回避することはできなかった。
C used for cleaning with ClF 3 gas
As a countermeasure against damage to the VD device, some of the metal at the furnace opening is replaced with stainless steel (SUS) instead of Hastelloy, which has high corrosion resistance. However, even Hastelloy could not effectively avoid the damage. .

【0005】本発明の課題は、上述した従来技術の問題
点を解消して、石英部材および金属部材へのダメージを
低減し、併せてクリーニング実施後のパーティクルの発
生を低減することが可能な半導体装置の製造方法を提供
することにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, to reduce damage to a quartz member and a metal member, and to reduce generation of particles after cleaning. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a device.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、炉内ダメージ
の回避という観点からクリーニング温度を捉え直し、む
しろクリーニング温度は除去対象膜の生成温度よりも低
い温度で実施する方が好ましいとの知見を得てなされた
ものである。請求項1に記載の発明は、内部に石英製部
材または金属製部材を有する反応室で基板を処理する反
応室内の半導体装置の製造方法において、前記反応室内
の温度を所定の成膜温度に維持し、前記反応室内に成膜
用ガスを供給して前記基板に所定の膜を形成する成膜工
程と、前記反応室内の温度を450℃以下から室温の温
度範囲に維持し、前記反応室内にClF3ガスを流して
前記成膜工程において前記石英製部材または金属製部材
に付着した膜を除去するクリーニング工程とを有するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法である。
According to the present invention, the cleaning temperature is reassessed from the viewpoint of avoiding damage in the furnace, and the cleaning temperature is preferably performed at a temperature lower than the formation temperature of the film to be removed. It was made with the help of According to a first aspect of the present invention, in a method of manufacturing a semiconductor device in a reaction chamber in which a substrate is processed in a reaction chamber having a quartz member or a metal member therein, the temperature in the reaction chamber is maintained at a predetermined film forming temperature. A film forming step of forming a predetermined film on the substrate by supplying a film forming gas into the reaction chamber; and maintaining the temperature in the reaction chamber within a temperature range of 450 ° C. or lower to room temperature. A cleaning step of flowing a ClF 3 gas to remove a film attached to the quartz member or the metal member in the film forming step.

【0007】炉内にクリーニングガスを導入すると、ク
リーニングガスは炉内に堆積した生成膜と化学反応を起
こし、炉内に堆積した生成膜を除去する。本発明の半導
体装置の製造方法は、ClF3ガスによる反応室内のク
リーニング実施温度を450℃以下から室温と低温化し
たので、ClF3ガスとの反応を抑制し、石英製部材ま
たは金属製部材に付着した膜のみを選択的に除去し、石
英部材の侵食および金属性部材の腐食を低減することが
できる。
When the cleaning gas is introduced into the furnace, the cleaning gas causes a chemical reaction with the product film deposited in the furnace, and removes the product film deposited in the furnace. According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the temperature for cleaning the inside of the reaction chamber with the ClF 3 gas is lowered from 450 ° C. or lower to room temperature, so that the reaction with the ClF 3 gas is suppressed and the quartz member or the metal member Only the adhered film is selectively removed, so that erosion of the quartz member and corrosion of the metallic member can be reduced.

【0008】請求項2に記載の発明は、前記成膜工程
は、前記基板上にPoly−Si膜を形成する工程であ
ることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造
方法である。この発明は、成膜工程がPoly−Si膜
を形成する工程である場合に特に好適に使用される。
The invention according to claim 2 is the method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the film forming step is a step of forming a Poly-Si film on the substrate. . The present invention is particularly suitably used when the film forming step is a step of forming a Poly-Si film.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。図10に半導体装置の製造方法を実施するための
縦型CVD装置の概略構造を示す。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 10 shows a schematic structure of a vertical CVD apparatus for performing a method of manufacturing a semiconductor device.

【0010】ヒータ10の内側に外部反応管1が設けら
れ、該外部反応管1の内部には上端が開放された反応室
を構成する内部反応管2が同心状に配設され、前記外部
反応管1、内部反応管2は炉口フランジ3上に立設さ
れ、前記外部反応管1と炉口フランジ3間は図示しない
Oリングによりシールされている。前記炉口フランジ3
の下端はシールキャップ5により気密に閉塞され、該シ
ールキャップ5にボート6が立設されて内部反応管2内
に挿入される。該ボート6には処理されるウェハ7が水
平姿勢で多段に装填される。また、ボート6の下方の領
域には、所要枚数の断熱板4が水平姿勢で多段に装填さ
れる。
An external reaction tube 1 is provided inside a heater 10, and an internal reaction tube 2 constituting a reaction chamber having an open upper end is concentrically disposed inside the external reaction tube 1. The tube 1 and the inner reaction tube 2 are erected on a furnace port flange 3, and the space between the outer reaction tube 1 and the furnace port flange 3 is sealed by an O-ring (not shown). The furnace port flange 3
The lower end is hermetically closed by a seal cap 5, and a boat 6 is erected on the seal cap 5 and inserted into the internal reaction tube 2. Wafers 7 to be processed are loaded on the boat 6 in multiple stages in a horizontal posture. Further, a required number of heat insulating plates 4 are loaded in multiple stages in a horizontal posture in a region below the boat 6.

【0011】前記炉口フランジ3の前記内部反応管2下
方の位置にガス導入ノズル8が連通され、また前記外部
反応管1と内部反応管2との間に形成される円筒状の空
間下端に連通するよう、排気管9が前記炉口フランジ3
に接続されている。
A gas introduction nozzle 8 communicates with the furnace port flange 3 at a position below the internal reaction tube 2, and a gas introduction nozzle 8 is provided at a lower end of a cylindrical space formed between the external reaction tube 1 and the internal reaction tube 2. The exhaust pipe 9 is connected to the furnace port flange 3 so as to communicate with each other.
It is connected to the.

【0012】図示しないボートエレベータにより前記シ
ールキャップ5を介して前記ボート6を下降させ、該ボ
ート6にウェハ7を装填し、前記ボートエレベータによ
りボート6を前記内部反応管2内に挿入する。前記シー
ルキャップ5が炉口フランジ3下端を完全に密閉した
後、外部反応管1内(反応室内)を排気する。
The boat 6 is lowered by the boat elevator (not shown) through the seal cap 5, the wafer 6 is loaded into the boat 6, and the boat 6 is inserted into the internal reaction tube 2 by the boat elevator. After the seal cap 5 completely seals the lower end of the furnace port flange 3, the inside of the external reaction tube 1 (reaction chamber) is exhausted.

【0013】上述した縦型CVD装置を構成する部材の
内、反応管1、2、ボート6は石英製部材で構成され、
炉口フランジ3などの炉口部材は金属製部材で構成され
る。ここで炉口部材とは、内部反応管2内にボート6を
挿入したとき、炉口部を構成することとなる反応管側の
部材とボート側部材の双方をいう。図11に装置下部の
詳細を示すが、外部反応管1、内部反応管2、ボート6
の柱6b等は石英製部材で構成される。また、炉口部で
あってClF3ガスに晒される炉口フランジ3はSUS
304などの金属製部材で、そして反応管をシールする
シールフランジ12、ボート6のシールキャップ5、及
びシールキャップ5上のキャップ受け11はハステロイ
C22などの金属製部材でそれぞれ構成されている。
Among the members constituting the above-mentioned vertical CVD apparatus, the reaction tubes 1, 2 and the boat 6 are made of quartz members.
The furnace port members such as the furnace port flange 3 are made of metal members. Here, the furnace port member refers to both the reaction tube side member and the boat side member that constitute the furnace port when the boat 6 is inserted into the internal reaction tube 2. FIG. 11 shows the details of the lower part of the apparatus. The outer reaction tube 1, the inner reaction tube 2, and the boat 6
Columns 6b and the like are made of a quartz member. The furnace port flange 3 which is the furnace port and is exposed to ClF 3 gas is made of SUS.
The seal flange 12 for sealing the reaction tube, the seal cap 5 of the boat 6, and the cap receiver 11 on the seal cap 5 are each made of a metal member such as Hastelloy C22.

【0014】次に上記のような構成の縦型CVD装置に
おいて、シリコンウェハ上にPoly−Si膜を形成す
る場合における半導体装置の製造方法について説明す
る。ここでいうPoly−Si膜には不純物をドープし
たPドープドPoly−Si膜なども含まれる。シリコ
ンウェハにPoly−Si膜を形成する成膜工程では、
ガス導入ノズル8から成膜用ガスを供給し、内部反応管
2内を所定の成膜温度に加熱維持して、ウェハ7表面に
Poly−Si膜を形成する。Poly−Si膜の成膜
条件は例えば次の通りである。
Next, a method of manufacturing a semiconductor device in the case of forming a Poly-Si film on a silicon wafer in the vertical CVD apparatus having the above configuration will be described. The Poly-Si film mentioned here includes a P-doped Poly-Si film doped with an impurity. In a film forming process for forming a Poly-Si film on a silicon wafer,
A gas for film formation is supplied from a gas introduction nozzle 8, and the inside of the internal reaction tube 2 is heated and maintained at a predetermined film formation temperature to form a Poly-Si film on the surface of the wafer 7. The conditions for forming the Poly-Si film are, for example, as follows.

【0015】温度:530℃〜620℃ 圧力:0〜数Torr(1000Pa前後) ガス:SiH4(数十ccm〜数千ccm(リットル/
min)) 成膜完了後、ガス導入ノズル8から不活性ガスを供給
し、反応管1、2内を不活性ガスに置換して常圧に復帰
させ、ボート6を下降させ、ボート6から成膜完了後の
ウェハ7を払い出す。
Temperature: 530 ° C. to 620 ° C. Pressure: 0 to several Torr (about 1000 Pa) Gas: SiH 4 (several tens ccm to several thousand ccm (liter / liter)
min)) After the completion of the film formation, an inert gas is supplied from the gas introduction nozzle 8, and the inside of the reaction tubes 1 and 2 is replaced with the inert gas to return to normal pressure. The wafer 7 after completion of the film is paid out.

【0016】上記成膜工程を1回または複数回繰り返し
た後、装置のクリーニング工程を行うが、そのクリーニ
ング工程では、ガス導入ノズル8からClF3ガスを供
給し、内部反応管2内を成膜温度よりも低い温度である
450℃以下から室温に維持して、成膜工程において反
応管1、2内の石英製部材または金属製部材に付着した
Poly−Si膜を除去する。この際、炉口部を金属製
のシャッタで塞いだり、ウェハを払い出した空のボート
6を反応管1内に挿入して、ボート6を構成している石
英製部材または金属製部材を一緒にクリーニングしても
よい。
After repeating the film forming step once or a plurality of times, a cleaning step of the apparatus is performed. In the cleaning step, a ClF 3 gas is supplied from a gas introduction nozzle 8 to form a film inside the internal reaction tube 2. While maintaining the temperature from 450 ° C. or lower, which is lower than the temperature, to room temperature, the Poly-Si film adhered to the quartz member or the metal member in the reaction tubes 1 and 2 in the film forming process is removed. At this time, the furnace port is closed with a metal shutter, or an empty boat 6 from which wafers have been discharged is inserted into the reaction tube 1, and the quartz member or metal member constituting the boat 6 is put together. May be cleaned.

【0017】上述したようにClF3ガスによる反応室
内のクリーニング実施温度を450℃以下から室温と低
温化したので、ClF3ガスとの石英製部材または金属
製部材との反応を抑制することができる。したがって、
石英製部材または金属製部材に付着したPoly−Si
膜のみを選択的に除去し、石英部材の侵食および金属性
部材の腐食を低減することができる。これにより得られ
る効果は、クリーニングの促進やスループット向上を多
少犠牲にしたとしても、総合的な見地からみて意義があ
る。
As described above, the temperature for cleaning the inside of the reaction chamber with ClF 3 gas is lowered from 450 ° C. or lower to room temperature, so that the reaction of ClF 3 gas with a quartz or metal member can be suppressed. . Therefore,
Poly-Si adhered to quartz or metal members
By selectively removing only the film, erosion of the quartz member and corrosion of the metallic member can be reduced. The effect obtained by this is significant from a comprehensive point of view, even if acceleration of cleaning and improvement in throughput are somewhat sacrificed.

【0018】[0018]

【実施例】次に図5〜図9を用いて、石英(SiO2
のエッチング特性とクリーニング状態の実験例を説明す
る。図5〜図9のクリーニング条件は、反応管内圧力7
0Pa、ClF3ガス流量1.25LM、希釈N2ガス流
量3.5LMである。
Next, referring to FIGS. 5 to 9, quartz (SiO 2 )
An experimental example of the etching characteristics and the cleaning state will be described. The cleaning conditions shown in FIGS.
0 Pa, a ClF 3 gas flow rate of 1.25 LM, and a diluted N 2 gas flow rate of 3.5 LM.

【0019】図5はSiO2(石英)のエッチングレー
トを示し、上下2つの横軸のうち下横軸は1000/温度
(K)、上横軸は温度(℃)、縦軸はエッチングレート
(オングストローム/min)である。温度が低くなる
にしたがってエッチングレートが減少するので、450
℃の方が550℃よりもエッチングレートは小さくな
り、室温ではかなりエッチングレートが低下することが
推測される。
FIG. 5 shows the etching rate of SiO 2 (quartz). The lower horizontal axis of the upper and lower two horizontal axes is 1000 / temperature.
(K), the upper horizontal axis represents temperature (° C.), and the vertical axis represents etching rate (angstrom / min). Since the etching rate decreases as the temperature decreases, 450
It is presumed that the etching rate is lower at 550 ° C. than at 550 ° C., and the etching rate drops considerably at room temperature.

【0020】図6はClF3クリーニング30分実施後
の石英表面状態(×50k)を示し、(A)は550℃
クリーニング後、(B)は400℃クリーニング後であ
る。ここではPoly−Si成膜時から炉内に石英片を
投入し、そのままClF3クリーニングを実施してPo
ly−Si膜を除去した。石英片投入箇所は、ボート頂
部(図10の符号6a参照)上とした。(A)では、C
lF3ガスによって激しく侵食されているが、(B)で
は、石英表面に大きなダメージが見られない。
FIG. 6 shows the state of the quartz surface (× 50 k) after the ClF 3 cleaning for 30 minutes, and FIG.
After cleaning, (B) is after cleaning at 400 ° C. Here, a quartz piece was put into the furnace from the time of forming the Poly-Si film, and ClF 3 cleaning was performed as it was to remove Po.
The ly-Si film was removed. The quartz piece was placed on the top of the boat (see reference numeral 6a in FIG. 10). In (A), C
Although severely eroded by the 1F 3 gas, no significant damage is seen on the quartz surface in (B).

【0021】つぎの図7〜図8は炉内に、炉口部金属を
構成する金属サンプルピース(SUS、またはハステロ
イ)を投入してClF3クリーニングを実施した後の金
属サンプルピースの表面状態を示している。サンプル投
入箇所はキャップ受け(図11の符号11参照)上で、
ボート柱6bの内側である。 図7はClF3クリーニ
ング実施後のSUS304表面状態(×400)を示
し、(A)は550℃クリーニング30分実施後、
(B)は400℃クリーニング210分実施後をそれぞ
れ示す。図7(A)ではわずか30分のクリーニング実
施で、錆びたような赤茶けた変色が見られたが、(B)
では合計210分のクリーニング実施後も、大きな変化
は見られなかった。
FIGS. 7 and 8 show the surface state of the metal sample piece after the metal sample piece (SUS or Hastelloy) constituting the metal at the furnace opening is put into the furnace and the ClF 3 cleaning is performed. Is shown. The sample input location is on the cap receiver (see reference numeral 11 in FIG. 11).
It is inside the boat pillar 6b. FIG. 7 shows the SUS304 surface state (× 400) after the ClF 3 cleaning was performed, and (A) shows the state after the cleaning at 550 ° C. for 30 minutes.
(B) shows the results after the cleaning at 400 ° C. for 210 minutes. In FIG. 7 (A), rusting reddish brown discoloration was observed after only 30 minutes of cleaning, but (B)
No significant change was observed even after the cleaning was performed for a total of 210 minutes.

【0022】図8はClF3クリーニング実施後のハス
テロイC22表面状態(×400)を示し、(A)は5
50℃クリーニング200分実施後、(B)は400℃
クリーニング210分実施後をそれぞれ示す。図8
(A)では、合計200分のクリーニング実施にて腐食
が見られたが、(B)では、合計210分のクリーニン
グ実施後も、大きな変化は見られなかった。なお、図8
に示すハステロイ部材は、耐腐食性部材である。
FIG. 8 shows the surface state of Hastelloy C22 (× 400) after the ClF 3 cleaning, and FIG.
(B) 400 ° C. after 200 minutes of cleaning at 50 ° C.
After cleaning for 210 minutes is shown. FIG.
In (A), corrosion was observed in a total of 200 minutes of cleaning, but in (B), no significant change was observed after a total of 210 minutes of cleaning. FIG.
Is a corrosion-resistant member.

【0023】図9はClF3クリーニング実施後のパー
ティクル発生状況を示し、(A)は550℃クリーニン
グ実施前、(B)は550℃クリーニング120分実施
後、(C)は400℃クリーニング実施前、(D)は4
00℃クリーニング180分実施後をそれぞれ示す。な
お、図9はPoly−Si膜を8μm成膜後、(A)〜
(D)に示す各温度設定でClF3クリーニングをそれ
ぞれ実施し、その後、N2パージシーケンス時にモニタ
ウェハを投入して、パーティクルを測定したものであ
る。なお、Poly−Si膜を完全に除去するまでクリ
ーニングを実施したためクリーニング時間が異なってい
る。
FIGS. 9A and 9B show the state of particle generation after the ClF 3 cleaning is performed. FIG. 9A shows the state before the cleaning at 550 ° C., FIG. 9B shows the state after the cleaning at 550 ° C. for 120 minutes, FIG. (D) is 4
The results after the cleaning at 00 ° C. for 180 minutes are shown. 9A to 9C show the results after forming a Poly-Si film of 8 μm.
The ClF 3 cleaning was performed at each temperature setting shown in (D), and then a monitor wafer was loaded during the N 2 purge sequence to measure particles. Since the cleaning was performed until the Poly-Si film was completely removed, the cleaning time was different.

【0024】これらの実験から次のことが言える。45
0℃以下の低温ClF3クリーニングを実施することに
より、石英および金属等、炉内へのダメージを低減し、
寿命を延長することができる。また、450℃よりも高
い温度でクリーニングする場合と比べて、石英(SiO
2)のエッチングレートが数分の1から百分の1程度ま
で低下することから、石英部材の寿命は数倍以上に延長
できると推測される。また、石英部材のダメージ低減に
より、クリーニング実施後のパーティクル増加数は、十
数分の一に減少し、金属汚染レベルも、3.0×1010
atoms/cm2から、1.0×1010atoms/
cm2以下へと減少した。
The following can be said from these experiments. 45
By performing low-temperature ClF 3 cleaning at 0 ° C. or less, damage to the furnace such as quartz and metal is reduced,
Life can be extended. Further, compared with the case where cleaning is performed at a temperature higher than 450 ° C., quartz (SiO
Since the etching rate in 2 ) is reduced from a fraction to a hundredth, it is estimated that the life of the quartz member can be extended several times or more. In addition, due to the reduction in damage to the quartz member, the number of particles increased after cleaning is reduced by a factor of ten, and the metal contamination level is also 3.0 × 10 10.
From atoms / cm 2 , 1.0 × 10 10 atoms / cm 2
cm 2 or less.

【0025】次に、図1〜図4を用いてクリーニング温
度の上限が450℃であることが好ましいこと、および
温度、圧力、ガス流量の依存性について説明をする。な
お、図中、TOP,CNT、BTMはモニタウェハの投
入点を示し、それぞれボート上の頂部、中央部、底部を
意味する。また、AVEは平均を示す。
Next, a description will be given of the fact that the upper limit of the cleaning temperature is preferably 450 ° C. and the dependence of the temperature, pressure and gas flow rate with reference to FIGS. In the figure, TOP, CNT, and BTM indicate the input points of the monitor wafer, and mean the top, center, and bottom on the boat, respectively. AVE indicates an average.

【0026】クリーニング温度が450℃以下が好まし
く、450℃より高い温度では好ましくないことを図1
で説明する。図1は選択比(Poly−SiとSiO2
のClF3ガスによるエッチングレートの比)の温度依
存性を示し、横軸は温度(℃)、縦軸は選択比(Pol
y−Si/SiO2)である。図1より、450℃を境
界としてPoly−SiとSiO2(石英)の選択比が
著しく変化しており、450℃以下とすることにより、
選択比を極めて大きくすることができることが分かる。
すなわち、クリーニング温度を450℃以下とすること
により、反応炉内のダメージを低減しつつクリーニング
することができる。
FIG. 1 shows that the cleaning temperature is preferably 450 ° C. or lower, and that the cleaning temperature is not higher than 450 ° C.
Will be described. FIG. 1 shows the selectivity (Poly-Si and SiO 2).
Of shows the temperature dependence of the ClF 3 ratio of the etch rate by gas), the horizontal axis represents temperature (° C.), the vertical axis represents selectivity ratio (Pol
y-Si / SiO 2 ). From FIG. 1, the selectivity between Poly-Si and SiO 2 (quartz) changes remarkably at 450 ° C. as a boundary.
It can be seen that the selectivity can be made very large.
That is, by setting the cleaning temperature to 450 ° C. or lower, cleaning can be performed while reducing damage in the reaction furnace.

【0027】また、石英部材の侵食、炉口部金属の腐食
に影響を及ぼす主な要因としてはクリーニング温度、ク
リーニング実施圧力、ClF3ガス流量が考えられる。
図2、図3、及び図4からわかるように、温度の影響が
支配的であり、圧力、流量の影響は微々たるものであ
る。図2はClF3ガスによるPoly−Si膜エッチ
ングレートの温度依存性を示し、横軸は温度(℃)、縦
軸はエッチングレート(オングストローム/min)で
ある。図3はClF3ガスによるPoly−Si膜エッ
チングレートの圧力依存性を示し、横軸は圧力(P
a)、縦軸はエッチングレート(オングストローム/m
in)である。図4はPoly−Si膜エッチングレー
トのClF3ガス流量依存性を示し、横軸はClF3流量
(SLM(スタンダードリットル/min))、縦軸は
エッチングレート(オングストローム/min)であ
る。
The main factors affecting the erosion of the quartz member and the corrosion of the metal at the furnace port are considered to be the cleaning temperature, the cleaning execution pressure, and the ClF 3 gas flow rate.
As can be seen from FIGS. 2, 3, and 4, the effect of temperature is dominant, and the effects of pressure and flow rate are insignificant. FIG. 2 shows the temperature dependence of the etching rate of the Poly-Si film by the ClF 3 gas. The horizontal axis represents temperature (° C.), and the vertical axis represents the etching rate (angstrom / min). FIG. 3 shows the pressure dependence of the etching rate of the Poly-Si film by ClF 3 gas, and the horizontal axis represents the pressure (P
a), the vertical axis is the etching rate (angstrom / m)
in). Figure 4 shows a ClF 3 gas flow rate dependency of the Poly-Si film etching rate, the horizontal axis represents ClF 3 flow rate (SLM (standard liters / min)), the vertical axis represents the etching rate (Å / min).

【0028】これらの図2、図3及び図4は、いずれも
モニタウェハを用いた基礎テストに基づいている。基礎
テストの方法は、あらかじめPoly−Si膜を成膜し
たモニタウェハを炉内に投入して、一定時間クリーニン
グを実施し、前後の膜厚差によってエッチングレートを
得ている。これらから分かるように、クリーニング実施
圧力、ClF3ガス流量は、クリーニング温度ほどの影
響はない。したがって、クリーニング温度は450℃以
下が好ましい。
FIGS. 2, 3 and 4 are all based on a basic test using a monitor wafer. In the basic test method, a monitor wafer on which a Poly-Si film has been formed in advance is placed in a furnace, cleaning is performed for a certain period of time, and an etching rate is obtained based on a difference in film thickness before and after. As can be seen from these, the cleaning execution pressure and the ClF 3 gas flow rate are not so affected as the cleaning temperature. Therefore, the cleaning temperature is preferably 450 ° C. or less.

【0029】なお、クリーニング時の反応室内の温度を
450℃以下としたことにより、ダメージは低減する
が、その分、図2で示したように、エッチングレートが
低下し、エッチングに要する時間が増加することは否め
ない。クリーニング時のダメージを回避することが可能
な温度は450℃以下であるが、ダメージの回避とエッ
チングレートとの双方を満たす温度範囲は、450℃か
ら室温が好ましく、より好ましくは400℃付近がよ
い。
By setting the temperature in the reaction chamber at 450 ° C. or less at the time of cleaning, damage is reduced, but as shown in FIG. 2, the etching rate is reduced and the time required for etching is increased. I can't deny it. The temperature at which damage during cleaning can be avoided is 450 ° C. or less, but the temperature range that satisfies both damage avoidance and the etching rate is preferably 450 ° C. to room temperature, and more preferably around 400 ° C. .

【0030】なお、本発明の半導体装置の製造方法は、
縦型装置炉内のセルフクリーニングに適用される他に、
横型装置や、枚葉装置にも適用できることは勿論であ
る。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises:
In addition to being applied to self-cleaning in vertical equipment furnaces,
It is needless to say that the present invention can be applied to a horizontal apparatus and a single-wafer apparatus.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明によれば、ClF3ガスクリーニ
ング実施時の上限温度を450℃と低温化したので、上
限温度を超えた高い温度でクリーニング実施する従来の
方法に比べて、化学反応を抑制でき、炉内の石英部材お
よび金属部材へのダメージを大幅に低減できる。またダ
メージの低減によりクリーニング実施後のパーティクル
の発生を低減できる。
According to the present invention, the upper limit temperature at the time of performing the ClF 3 gas cleaning is lowered to 450 ° C., so that the chemical reaction can be performed at a higher temperature than the conventional method of performing the cleaning at a high temperature exceeding the upper limit temperature. The damage to the quartz member and the metal member in the furnace can be greatly reduced. In addition, generation of particles after cleaning can be reduced by reducing damage.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施の形態に係る選択比(Poly−SiとS
iO2のClF3ガスによるエッチングレートの比)の温
度依存性を示す図である。
FIG. 1 shows a selection ratio (Poly-Si and S
FIG. 5 is a diagram showing the temperature dependence of the etching rate ratio of iO 2 to ClF 3 gas).

【図2】実施の形態に係るClF3ガスによるPoly
−Si膜エッチングレートの温度依存性を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram illustrating Poly with a ClF 3 gas according to the embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing the temperature dependence of an etching rate of a Si film.

【図3】実施の形態に係るClF3ガスによるPoly
−Si膜エッチングレートの圧力依存性を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram illustrating Poly with a ClF 3 gas according to the embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing pressure dependency of an etching rate of a Si film.

【図4】実施の形態に係るPoly−Si膜エッチング
レートのClF3ガス流量依存性を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a ClF 3 gas flow rate dependency of a Poly-Si film etching rate according to the embodiment.

【図5】実施例に係るSiO2のエッチングレートを示
す特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing an etching rate of SiO 2 according to an example.

【図6】実施例に係るClF3クリーニング30分実施
後の石英表面状態(×50k)を示す図である。
FIG. 6 is a view showing a quartz surface state (× 50 k) after performing ClF 3 cleaning for 30 minutes according to the example.

【図7】実施例に係るClF3クリーニング実施後のS
US304表面状態(×400)を示す図である。
FIG. 7 shows S after ClF 3 cleaning according to the embodiment.
It is a figure which shows the US304 surface state (x400).

【図8】実施例に係るClF3クリーニング実施後のハ
ステロイ22表面状態(×400)を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a surface state (× 400) of Hastelloy 22 after performing ClF 3 cleaning according to the example.

【図9】実施例に係るClF3クリーニング実施後のパ
ーティクル発生状況を示す図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a state of particle generation after performing ClF 3 cleaning according to the example.

【図10】実施の形態に係る半導体装置の製造方法を実
施するための縦型CVD装置の概略構造である。
FIG. 10 is a schematic structure of a vertical CVD apparatus for performing a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment.

【図11】実施の形態に係る縦型CVD装置下部の詳細
図である。
FIG. 11 is a detailed view of a lower part of a vertical CVD apparatus according to the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 外部反応管(石英ガラス製) 2 反応室を構成する内部反応管(石英ガラス製) 3 炉口フランジ(SUS製) 5 シールキャップ(SUS製) 6 ボート 7 ウェハ(基板) 8 ガス導入ノズル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 External reaction tube (made of quartz glass) 2 Internal reaction tube (made of quartz glass) constituting a reaction chamber 3 Furnace opening flange (made of SUS) 5 Seal cap (made of SUS) 6 Boat 7 Wafer (substrate) 8 Gas introduction nozzle

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K030 BA29 BB03 CA04 CA12 DA06 JA06 JA10 KA08 KA46 5F004 AA15 BD04 CA04 DA00 DB02 EA34 5F045 AA03 AB03 AD08 AE01 AE19 BB15 DP19 EB06 EC02 HA13 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4K030 BA29 BB03 CA04 CA12 DA06 JA06 JA10 KA08 KA46 5F004 AA15 BD04 CA04 DA00 DB02 EA34 5F045 AA03 AB03 AD08 AE01 AE19 BB15 DP19 EB06 EC02 HA13

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】内部に石英製部材または金属製部材を有す
る反応室で基板を処理する半導体装置の製造方法におい
て、 前記反応室内の温度を所定の成膜温度に維持し、前記反
応室内に成膜用ガスを供給して前記基板に所定の膜を形
成する成膜工程と、 前記反応室内の温度を450℃以下から室温の温度範囲
に維持し、前記反応室内にClF3ガスを流して前記成
膜工程において前記石英製部材または金属製部材に付着
した膜を除去するクリーニング工程とを有することを特
徴とする半導体装置の製造方法。
In a method for manufacturing a semiconductor device, wherein a substrate is processed in a reaction chamber having a quartz member or a metal member therein, the temperature in the reaction chamber is maintained at a predetermined film forming temperature, and the temperature in the reaction chamber is reduced. A film forming step of forming a predetermined film on the substrate by supplying a film gas, maintaining the temperature in the reaction chamber within a temperature range of 450 ° C. or less to room temperature, and flowing a ClF 3 gas into the reaction chamber, A cleaning step of removing a film attached to the quartz member or the metal member in the film forming step.
【請求項2】前記成膜工程は、前記基板上にポリシリコ
ン膜を形成する工程であることを特徴とする請求項1に
記載の半導体装置の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein said film forming step is a step of forming a polysilicon film on said substrate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2018180655A1 (en) * 2017-03-28 2018-10-04 セントラル硝子株式会社 Dry etching method, semiconductor element manufacturing method, and chamber cleaning method

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JP7053991B2 (en) 2017-03-28 2022-04-13 セントラル硝子株式会社 Dry etching method, semiconductor device manufacturing method and chamber cleaning method

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