JP2002198357A - 半導体製造装置のクリーニングガス及びクリーニング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エッチング速度に優れ、クリーニング効率が
高くかつコストパフォーマンスに優れたクリーニングガ
ス及びクリーニング方法、並びに半導体デバイスの製造
方法を提供する。 【解決手段】 ＳＦ₆、ＮＦ₃及び不活性ガスを特定の比
率で混合したクリーニングガスを用いる半導体製造装置
のクリーニングガス及びクリーニング方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体またはＴＦ
Ｔ液晶素子を製造するための成膜装置またはエッチング
装置において、珪素、窒化珪素、酸化珪素、タングステ
ン等を成膜する際やエッチングする際に装置内に堆積し
た不要の堆積物をクリーニングするためのクリーニング
ガス及びクリーニング方法、並びに半導体デバイスの製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体またはＴＦＴ液晶素子を製造する
ための成膜装置またはエッチング装置において、珪素、
窒化珪素、酸化珪素、タングステン等を成膜する際やエ
ッチングする際に装置内に堆積した堆積物は、パーティ
クル発生の原因となり、良質な膜等を製造することが困
難になるため、これらの堆積物を随時クリーニングする
必要がある。

【０００３】従来、半導体製造装置の堆積物を除去する
方法としては、ＮＦ₃、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆等のフッ素系エッ
チングガスより励起されたプラズマを用いて堆積物をエ
ッチングする方法が使用されている。しかしながら、Ｎ
Ｆ₃を使用する方法は、ＮＦ₃が高価であるという問題が
あり、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆等のパーフルオロカーボンを使用
する方法は、エッチング速度が遅く、クリーニング効率
が低いという問題がある。

【０００４】特開平８−６０３６８号公報には、ＣＦ₄
またはＣ₂Ｆ₆に、Ｆ₂、ＣｌＦ₃、ＢｒＦ₃、ＢｒＦ₅のう
ちの少なくとも１種以上のガスを１〜５０体積％混合し
たクリーニングガスを使用する方法が記載されている。
また、特開平１０−７２６７２号公報には、不活性なキ
ャリアガスで希釈したＦ₂をクリーニングガスとして用
いる方法が記載されている。しかしながら、これらの方
法は、ＮＦ₃をクリーニングガスとして使用する方法よ
りもエッチング速度が遅く、クリーニング効率が低いと
いう問題がある。

【０００５】特開平３−１４６６８１号公報には、エッ
チング速度を向上させるために、ＮＦ₃にＦ₂、Ｃｌ₂、
フッ化ハロゲンのうち少なくとも１種類のガスを０．０
５〜２０ｖｏｌ％混合したクリーニング用混合ガス組成
物が記載されている。また、ＣｌＦ₃等のフッ化ハロゲ
ンをクリーニングガスとして使用するプラズマレスクリ
ーニング方法も知られている。しかしながら、フッ化ハ
ロゲンは非常に高価であり、さらに、反応性が非常に高
いため、クリーニング効率には優れるものの、取り扱い
に細心の注意が必要である。また、フッ化ハロゲンは半
導体製造装置内の装置材料を損傷する恐れがあるため、
ＣＶＤ装置等の一部の装置以外には使用できないという
問題がある。

【０００６】すなわち、従来知られているクリーニング
ガスは、 （１）クリーニング効率の高いガスは高価である （２）一部の装置以外には使用できない 等の問題があり、また、安価なクリーニングガスはエッ
チング速度が遅く、クリーニング効率が悪いという問題
がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような背
景の下になされたものであって、本発明はエッチング速
度に優れ、クリーニング効率が高く、かつコストパフォ
ーマンスに優れたクリーニングガス及びクリーニング方
法、並びに半導体デバイスの製造方法を提供することを
課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記の課
題を解決すべく鋭意検討した結果、ＳＦ₆、ＮＦ₃及び不
活性ガスを特定の比率で混合したクリーニングガスは、
著しくエッチング速度が向上しクリーニング効率が上昇
することを見いだし、本発明を完成するに至った。本発
明は、以下の（１）〜（１４）に示される半導体製造装
置のクリーニングガス及びクリーニング方法、並びに半
導体デバイスの製造方法である。

【０００９】（１）半導体製造装置の堆積物を除去する
ためのクリーニングガスにおいて、ＳＦ₆、ＮＦ₃及び不
活性ガスを含有することを特徴とする半導体製造装置の
クリーニングガス。 （２）不活性ガスがＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ及び
Ｎ₂からなる群から選ばれる少なくとも１種のガスであ
る上記（１）に記載の半導体製造装置のクリーニングガ
ス。 （３）不活性ガスがＨｅ、Ａｒ及びＮ₂からなる群から
選ばれる少なくとも１種のガスである上記（２）に記載
の半導体製造装置のクリーニングガス。 （４）ＳＦ₆、ＮＦ₃及び不活性ガスの混合比が、ＳＦ₆
を１としたときの体積比で、ＮＦ₃が０．０１〜５、不
活性ガスが０．０１〜５００である上記（１）〜（３）
のいずれかに記載の半導体製造装置のクリーニングガ
ス。 （５）ＳＦ₆、ＮＦ₃及び不活性ガスの混合比が、ＳＦ₆
を１としたときの体積比で、ＮＦ₃が０．１〜１．５、
不活性ガスが０．１〜３０である上記（４）に記載の半
導体製造装置のクリーニングガス。

【００１０】（６）パーフルオロカーボン、ハイドロフ
ルオロカーボン、パーフルオロエーテル及びハイドロフ
ルオロエーテルからなる群から選ばれる少なくとも１種
のガスを含有する上記（１）〜（５）のいずれかに記載
の半導体製造装置のクリーニングガス。 （７）前記パーフルオロカーボン及びハイドロフルオロ
カーボンは炭素数が１〜４であり、パーフルオロエーテ
ル及びハイドロフルオロエーテルは炭素数が２〜４であ
る上記（６）に記載の半導体製造装置のクリーニングガ
ス。 （８）上記（１）〜（７）のいずれかに記載のクリーニ
ングガスを使用することを特徴とする半導体製造装置の
クリーニング方法。 （９）上記（１）〜（７）のいずれかに記載のクリーニ
ングガスを励起してプラズマを生成させ、該プラズマ中
で半導体製造装置の堆積物のクリーニングを行う上記
（８）に記載の半導体製造装置のクリーニング方法。 （１０）プラズマの励起源がマイクロ波である上記
（９）に記載の半導体製造装置のクリーニング方法。

【００１１】（１１）上記（１）〜（７）のいずれかに
記載のクリーニングガスを５０〜５００℃の温度範囲で
使用する上記（８）〜（１０）のいずれかに記載の半導
体製造装置のクリーニング方法。 （１２）上記（１）〜（７）のいずれかに記載のクリー
ニングガスを２００〜５００℃の温度範囲でプラズマレ
スで使用する上記（８）に記載の半導体製造装置のクリ
ーニング方法。 （１３）ＳＦ₆、ＮＦ₃及び不活性ガスを含有するクリー
ニングガスを用いるクリーニング工程と、該クリーニン
グ工程から排出されるフッ素化合物を含有するガスを分
解する分解工程を有することを特徴とする半導体デバイ
スの製造方法。 （１４）前記フッ素化合物がＨＦ、ＳｉＦ₄、ＳＦ₆、Ｓ
Ｆ₄、ＳＯＦ₂、ＳＯ₂Ｆ₂、ＮＦ₃及びＷＦ₆からなる群か
ら選ばれる少なくとも１種の化合物である上記（１３）
に記載の半導体デバイスの製造方法。

【００１２】すなわち、本発明は「半導体製造装置の堆
積物を除去するためのクリーニングガスにおいて、ＳＦ
₆、ＮＦ₃及び不活性ガスを含有することを特徴とする半
導体製造装置のクリーニングガス」、「前記クリーニン
グガスを使用することを特徴とする半導体製造装置のク
リーニング方法」及び「ＳＦ₆、ＮＦ₃及び不活性ガスを
含有するクリーニングガスを用いるクリーニング工程
と、該クリーニング工程から排出されるフッ素化合物を
含有するガスを分解する分解工程を有することを特徴と
する半導体デバイスの製造方法」である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳しく説明
する。本発明の半導体製造装置のクリーニングガスは、
ＳＦ₆、ＮＦ₃及び不活性ガスを含有することを特徴とす
る。不活性ガスとしては、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋ
ｒ及びＮ₂からなる群から選ばれる少なくとも１種のガ
スを用いることができ、これらのうち、Ｈｅ、Ａｒ及び
Ｎ₂からなる群から選ばれる少なくとも１種のガスを用
いると、クリーニングガスのエッチング速度が優れ、か
つコストパフォーマンスに優れ好ましい。

【００１４】本発明のクリーニングガスの混合比は特に
制限はないが、ＳＦ₆を１としたときの体積比で、通
常、ＮＦ₃が０．０１〜５であり、好ましくは０．１〜
１．５である。また、不活性ガスが０．０１〜５００で
あり、好ましくは０．１〜３００であり、さらに好まし
くは０．１〜３０である。ＳＦ₆及びＮＦ₃は半導体また
は液晶製造用ガスとしては活性なガスであり、なるべく
多い方が好ましいが、プラズマ中でさらに活性化させて
用いるとプラズマ雰囲気にある装置材料の損傷を招く恐
れがあり、添加量が少なすぎると効果が少なく好ましく
ない。また、これらのガスを混合する方法としては、半
導体製造装置内または半導体製造装置に至る配管中で混
合してもよいが、予めボンベ内で混合してもよい。

【００１５】本発明の半導体製造装置のクリーニングガ
スは、特に低エネルギーレベルで解離して活性種を生成
するＮＦ₃ガスが混合されていることによって、従来か
ら使用されているＣＦ₄あるいはＣ₂Ｆ₆等のクリーニン
グガスまたはエッチングガスを上回る効果を発現する。
混合による相乗効果は、低エネルギーレベルで生成した
活性種が未解離の分子に連鎖的に作用し、解離を促進す
るためであると推測される。

【００１６】本発明のクリーニングガスは、ＳＦ₆、Ｎ
Ｆ₃及び不活性ガスからなる混合ガスに、パーフルオロ
カーボン、ハイドロフルオロカーボン、パーフルオロエ
ーテル及びハイドロフルオロエーテルからなる群から選
ばれる少なくとも１種のガスを含有してもよい。パーフ
ルオロカーボン及びハイドロフルオロカーボンは炭素数
が１〜４の化合物であり、パーフルオロカーボンの飽和
化合物としては、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₈、不飽和化合
物としては、Ｃ₂Ｆ₄、Ｃ₃Ｆ₆、Ｃ₄Ｆ₆、ハイドロフルオ
ロカーボンとしてはＣＨＦ₃、Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₄が例示できる。
また、パーフルオロエーテル及びハイドロフルオロエー
テルは炭素数が２〜４の化合物であり、パーフルオロエ
ーテルとしては、ＣＦ₃ＯＣＦ₃、ＣＦ₃ＯＣＦ₂ＣＦ₃、
ハイドロフルオロエーテルとしては、ＣＨＦ₂ＯＣＨ
Ｆ₂、ＣＨＦ₂ＯＣＨ₂ＣＦ₃が例示できる。パーフルオロ
カーボン等のガスの混合割合は、ＳＦ₆、ＮＦ₃及び不活
性ガスからなる混合ガスを１としたときの体積比で０．
０１〜１の範囲であり、好ましくは０．０１〜０．５で
あり、さらに好ましくは０．０１〜０．２である。

【００１７】本発明のクリーニングガスを使用して半導
体製造装置をクリーニングする場合は、プラズマ条件で
使用してもよいし、プラズマレス条件で使用してもよ
い。プラズマ条件で使用する場合、励起源は本発明のク
リーニングガスからプラズマが励起されるものであれば
特に限定されないが、マイクロ波励起源を用いるとクリ
ーニング効率がよく好ましい。また、本発明のクリーニ
ングガスを使用する温度範囲、圧力範囲はプラズマを生
成する範囲であれば特に限定されないが、温度範囲とし
ては、好ましくは５０〜５００℃の範囲、圧力範囲とし
ては、好ましくは１〜１３３Ｐａの範囲がよい。

【００１８】また、プラズマレス条件の場合、クリーニ
ングガスをチャンバー内に導入し、好ましくはチャンバ
ー内の圧力を１〜６７Ｐａの範囲に設定し、チャンバー
内及びクリーニングガスの少なくとも一部、あるいはど
ちらか一方を２００〜５００℃の範囲に加熱することに
より、クリーニングガスから反応性を有するフリーのフ
ッ素を発生させ、チャンバー及びその他の堆積物が蓄積
している領域から堆積物をエッチングして取り除くこと
により半導体製造装置をクリーニングすることができ
る。

【００１９】図１は本発明のクリーニングガスを用いる
エッチング装置の１例を示したものである。クリーニン
グガスは、クリーニングガス導入口６から一定温度に設
定されたチャンバー１に導入され、その際マイクロ波プ
ラズマ励起源４により励起されてプラズマを生成する。
シリコンウェーハ２がエッチングされた後のガスはドラ
イポンプ５により排気され、排気ガスは含有するガスに
応じた分解剤を用いて無害化される。また、エッチング
後の堆積物はエッチングと同様の操作を繰り返すことに
よって効率的にチャンバーのクリーニングを行うことが
できる。

【００２０】次に本発明の半導体デバイスの製造方法に
ついて説明する。前述のように、本発明に従えば、半導
体製造装置のクリーニングを効率よく行うことができ
る。しかしながら、本発明のクリーニングガスを用いる
クリーニング工程から排出されるガスは、クリーニング
ガスとして使用したＳＦ₆、ＮＦ₃の他に、ＨＦ、ＳｉＦ
₄、ＳＦ₄、ＳＯＦ₂、ＳＯ₂Ｆ₂またはＷＦ₆等のフッ素化
合物を含んでいる。ＳＦ₆及びＮＦ₃を含むこれらの化合
物は、そのまま大気中に排出されると地球温暖化に対し
て影響が大きい化合物や、分解して酸性ガスを発生する
化合物であり、それぞれ完全に無害化する必要がある。
本発明は半導体デバイスの製造方法において、半導体製
造装置のクリーニング工程と、クリーニング工程から排
出されるフッ素化合物を含有するガスを分解する工程を
含む半導体デバイスの製造方法を提供するものである。

【００２１】半導体製造装置をクリーニングする工程
は、前述の方法を用いて効率的に行うことができる。ま
た、クリーニング工程から排出されるフッ素化合物を含
有するガスを分解する工程に用いる方法は特に制限はな
く、排出ガスに含まれる化合物の種類に応じて分解剤の
種類を適宜選択することができるが、フッ化水素やＳＯ
_X等は金属のフッ化物あるいは硫酸塩として固定化し、
炭素は二酸化炭素まで完全に分解してから排出すること
が好ましい。

【００２２】

【実施例】以下に実施例及び比較例を用いて本発明をさ
らに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定
されるものではない。 （実施例１〜３）図１に示した実験装置の装置内圧力が
３００Ｐａとなるように調整し、表１に示した組成のク
リーニングガスを、２．４５ＧＨｚ、５００Ｗのマイク
ロ波プラズマ励起源により励起した後実験装置に導入
し、実験装置内においたシリコンウェーハをエッチング
した。エッチング処理後のシリコンウェーハの体積減量
から求めたエッチング速度を表１に示した。

【００２３】

【表１】

【００２４】（比較例１〜５）クリーニングガスを表２
に示す組成のガスに変えた以外は実施例１〜３と同様に
してクリーニングガスのエッチング速度を求めた。

【００２５】

【表２】 表２に示した、Ｈｅと混合したクリーニングガスのう
ち、ＮＦ₃を用いた場合が最もエッチング速度が速かっ
た。

【００２６】（比較例６〜８）クリーニングガスを表３
に示す組成のガスに変えた以外は実施例１〜３と同様に
してエッチング速度を求めた。

【００２７】

【表３】 比較例６〜８に示した混合ガスのエッチング速度は、い
ずれも実施例１〜３に示した本発明のクリーニングガス
より遅かった。

【００２８】（比較例９〜１１）クリーニングガスを表
４に示す組成のガスに変えた以外は実施例１〜３と同様
にしてエッチング速度を求めた。

【００２９】

【表４】 比較例９〜１１に示した混合ガスのエッチング速度は、
いずれも実施例１〜３に示した本発明のクリーニングガ
スより遅かった。

【００３０】（比較例１２〜１４）クリーニングガスを
表５に示す組成のガスに変えた以外は実施例１〜３と同
様にしてエッチング速度を求めた。

【００３１】

【表５】 比較例１２〜１４に示した混合ガスのエッチング速度
は、いずれも実施例１〜３に示した本発明のクリーニン
グガスより遅かった。

【００３２】（比較例１５）クリーニングガスを表６に
示す組成のガスに変えた以外は実施例１〜３と同様にし
てエッチング速度を求めた。

【００３３】

【表６】 比較例１に対し、ＮＦ₃の濃度を１０倍にしたところ、
エッチング速度も１０倍になることが分かった。

【００３４】（実施例４）クリーニングガスを表７に示
す組成のガスに変えた以外は実施例１〜３と同様にして
本発明のクリーニングガスのエッチング速度を求めた。

【００３５】

【表７】 実施例４に示した本発明のクリーニングガスのエッチン
グ速度は、比較例１５に示したＮＦ₃より優れていた。

【００３６】（実施例５）シリコンウェーハに変えて、
アモルファスシリコン、窒化珪素等が堆積した石英片の
クリーニングを行った。実施例１で用いたクリーニング
ガスを、２．４５ＧＨｚ、５００ｗのマイクロ波プラズ
マ励起源により励起した後、実験装置内圧力が３００Ｐ
ａとなるように調整してチャンバー内に導入し、クリー
ニングした後、石英片を取り出したところ、堆積物は完
全に除去されたことを確認した。

【００３７】

【発明の効果】本発明の半導体製造装置のクリーニング
ガスはエッチング速度に優れ、効率的でコストパフォー
マンスに優れている。また本発明の半導体製造装置のク
リーニング方法によれば、半導体またはＴＦＴ液晶素子
を製造するための成膜装置またはエッチング装置におい
て、珪素、窒化珪素、酸化珪素、タングステン等を成膜
する際やエッチングする際に装置内に堆積した不要の堆
積物を効率的にクリーニングすることができ、本発明の
クリーニングガスを用いるクリーニング工程と、クリー
ニング工程から排出されるフッ素化合物を含有する排ガ
スを分解して無害化する工程を含む方法を用いれば、半
導体デバイスを効率的に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のクリーニングガスを用いるエッチン
グ装置概略図である。

【符号の説明】 １ チャンバー ２ シリコンウェーハ ３ サンプル台 ４ マイクロ波プラズマ励起源 ５ ドライポンプ ６ クリーニングガス導入口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大井 敏夫 神奈川県川崎市川崎区扇町５−１ 昭和電 工株式会社川崎生産・技術統括部内 (72)発明者 田中 耕太郎 神奈川県川崎市川崎区扇町５−１ 昭和電 工株式会社内 Ｆターム(参考） 4K030 BA20 BA29 BA40 BA44 DA06 LA12 LA15 LA18 5F004 AA15 BA20 BB14 BC02 DA00 DA01 DA02 DA03 DA16 DA17 DA18 DA22 DA23 DA25 DA30 DB01 DB02 DB03 DB07 DB10 5F045 AA08 AB02 AB04 AB32 AB33 BB15 EB06

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体製造装置の堆積物を除去するため
   のクリーニングガスにおいて、ＳＦ₆、ＮＦ₃及び不活性
   ガスを含有することを特徴とする半導体製造装置のクリ
   ーニングガス。
2. 【請求項２】 不活性ガスがＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、
   Ｋｒ及びＮ₂からなる群から選ばれる少なくとも１種の
   ガスである請求項１に記載の半導体製造装置のクリーニ
   ングガス。
3. 【請求項３】 不活性ガスがＨｅ、Ａｒ及びＮ₂からな
   る群から選ばれる少なくとも１種のガスである請求項２
   に記載の半導体製造装置のクリーニングガス。
4. 【請求項４】 ＳＦ₆、ＮＦ₃及び不活性ガスの混合比
   が、ＳＦ₆を１としたときの体積比で、ＮＦ₃が０．０１
   〜５、不活性ガスが０．０１〜５００である請求項１〜
   ３のいずれかに記載の半導体製造装置のクリーニングガ
   ス。
5. 【請求項５】 ＳＦ₆、ＮＦ₃及び不活性ガスの混合比
   が、ＳＦ₆を１としたときの体積比で、ＮＦ₃が０．１〜
   １．５、不活性ガスが０．１〜３０である請求項４に記
   載の半導体製造装置のクリーニングガス。
6. 【請求項６】 パーフルオロカーボン、ハイドロフルオ
   ロカーボン、パーフルオロエーテル及びハイドロフルオ
   ロエーテルからなる群から選ばれる少なくとも１種のガ
   スを含有する請求項１〜５のいずれかに記載の半導体製
   造装置のクリーニングガス。
7. 【請求項７】 前記パーフルオロカーボン及びハイドロ
   フルオロカーボンは炭素数が１〜４であり、パーフルオ
   ロエーテル及びハイドロフルオロエーテルは炭素数が２
   〜４である請求項６に記載の半導体製造装置のクリーニ
   ングガス。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれかに記載のクリー
   ニングガスを使用することを特徴とする半導体製造装置
   のクリーニング方法。
9. 【請求項９】 請求項１〜７のいずれかに記載のクリー
   ニングガスを励起してプラズマを生成させ、該プラズマ
   中で半導体製造装置の堆積物のクリーニングを行う請求
   項８に記載の半導体製造装置のクリーニング方法。
10. 【請求項１０】 プラズマの励起源がマイクロ波である
    請求項９に記載の半導体製造装置のクリーニング方法。
11. 【請求項１１】 請求項１〜７のいずれかに記載のクリ
    ーニングガスを５０〜５００℃の温度範囲で使用する請
    求項８〜１０のいずれかに記載の半導体製造装置のクリ
    ーニング方法。
12. 【請求項１２】 請求項１〜７のいずれかに記載のクリ
    ーニングガスを２００〜５００℃の温度範囲でプラズマ
    レスで使用する請求項８に記載の半導体製造装置のクリ
    ーニング方法。
13. 【請求項１３】 ＳＦ₆、ＮＦ₃及び不活性ガスを含有す
    るクリーニングガスを用いるクリーニング工程と、該ク
    リーニング工程から排出されるフッ素化合物を含有する
    ガスを分解する分解工程を有することを特徴とする半導
    体デバイスの製造方法。
14. 【請求項１４】 前記フッ素化合物がＨＦ、ＳｉＦ₄、
    ＳＦ₆、ＳＦ₄、ＳＯＦ₂、ＳＯ₂Ｆ₂、ＮＦ₃及びＷＦ₆か
    らなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物である請
    求項１３に記載の半導体デバイスの製造方法。