JP2002343784A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＺｒＯ₂を熱ＣＶＤ法により基板上に成膜し
た後は、反応室内をクリーニングする必要があるが、従
来のウエットクリーニングを行う場合、反応室内に設置
されているサセプタ類を取り外したり、反応室を大気開
放したりしていたため、ダウンタイム（装置の非稼動状
態）の増大を招き装置稼働率が低下し量産性に乏しかっ
た。 【解決手段】 反応室４内で基板１上にＺｒを含む膜を
形成する成膜工程と、前記成膜工程において反応室４内
に付着した前記膜をＢおよびＨ、またはＢｒ、またはＣ
ｌを含むガスを用いて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により、前
記課題を解決した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関するものであり、さらに詳しくは、装置稼働率
を高めることができ、量産性に優れる半導体装置の製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜とし
て、現在はシリコン酸化膜が用いられているが、微細化
に伴い薄膜化は限界に近いところまで進んでいる。これ
に代わる材料として近年、高誘電体絶縁膜ゲートの研究
が進んでいる。高誘電体絶縁膜の中でも注目されている
ジルコニウム酸化膜をＭＯＣＶＤによりウエハに成膜し
た場合、ウエハ周辺のサセプタ類や反応室内壁、排気配
管等にも膜が堆積する。成膜を継続するとこの膜がはが
れ、ウエハ上のパーティクルとなり、半導体装置の製造
においては歩留まりの低下を招く。上記のようにパーテ
ィクルが発生すると装置の稼動を停止し、膜が付着した
部品を新品に交換またはウエットクリーニングを行う必
要がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ウエッ
トクリーニングを行う場合、反応室内に設置されている
サセプタ類を取り外したり、反応室内壁、排気配管等を
洗浄するために反応室を大気開放する必要がある。それ
に伴うヒータの昇降温（温度上昇、下降）、気密チェッ
ク、サセプタ類の再設置による温度調整、搬送調整など
がダウンタイム（装置の非稼動状態）の増大を招き装置
稼働率が低下し量産性に乏しくなる。

【０００４】本発明の目的は、装置稼働率を高めること
ができ、量産性に優れる半導体装置の製造方法の提供に
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、反応室内で基
板上にＺｒを含む膜を形成する成膜工程と、前記成膜工
程において反応室内に付着した前記膜をＢおよびＨ、ま
たはＢｒ、またはＣｌを含むガスを用いて除去するクリ
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
製造方法を提供するものである。この構成によれば、装
置稼働率を高めることができ、量産性に優れる半導体装
置の製造方法が提供される。

【０００６】また本発明は、前記の半導体装置の製造方
法において、前記成膜工程とクリーニング工程とは略同
一温度で行われることを特徴とする半導体装置の製造方
法を提供するものである。この構成によれば、クリーニ
ング工程の際に反応室内の温度を変更する必要がないの
でダウンタイムを短縮することができ、装置稼働率を高
めることができる。

【０００７】また本発明は、前記の半導体装置の製造方
法において、前記クリーニング工程では、反応室内の圧
力を成膜工程よりも高くすることを特徴とする半導体装
置の製造方法を提供するものである。この構成によれ
ば、クリーニング工程時に温度を上昇させることなくエ
ッチングレートを上げることができ、クリーニング工程
の時間を短縮することができる。

【０００８】また本発明は、前記の半導体装置の製造方
法において、前記クリーニング工程は、温度３００〜５
００℃の範囲で行われることを特徴とする半導体装置の
製造方法を提供するものである。この構成によれば、成
膜工程において反応室内に付着した膜を効率よく除去す
ることができる。

【０００９】また本発明は、前記の半導体装置の製造方
法において、前記クリーニング工程に用いられるガス
が、ＣｌＦ₃ガスであることを特徴とする半導体装置の
製造方法を提供するものである。この構成によれば、成
膜工程において反応室内に付着した膜を効率よく除去す
ることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下本発明をさらに説明する。図
１は、本発明で利用可能な熱ＣＶＤ装置の一例を説明す
るための図である。図１において、１は基板、２はゲー
ト弁、３は基板ホルダ、４は反応室、５は原料ガス配
管、６は排気配管、７はクリーニングガス配管である。
本発明における成膜工程は、例えば次のようにして行わ
れる。基板１が搬送ロボット（図示せず）によりゲート
弁２を通ってヒータを備えた基板ホルダ３上に設置され
る。次に、基板１をヒータ昇降装置により所定の位置ま
で上昇させ、一定時間加熱し、反応室４内の圧力を所望
の値に安定させた後、Ｚｒ原料および酸素を含む原料ガ
スを原料ガス配管５から導入し、排気配管６から排気
し、基板に対し、Ｚｒを含む膜の成膜を行う。

【００１１】Ｚｒ原料は、例えばＺｒ［ＯＣ（Ｃ
Ｈ₃）₃］₄（ターシャリーブトキシジルコニウム）、Ｚ
ｒ［ＯＣ（ＣＨ₃）₂ＣＨ₂ＯＣＨ₃］₄（テトラキス（１
−メトキシ−２−メチル−２−プロポキシ）ジルコニウ
ム）、Ｚｒ［Ｎ（Ｃ₂Ｈ₅）₂］₄（テトラキスジエチルア
ミノジルコニウム）等が挙げられる。なお、反応室４内
の温度、圧力、酸素流量およびＺｒ原料ガス流量の制御
は、それぞれ図示しない温度制御手段、圧力制御手段、
酸素流量制御手段、Ｚｒ原料ガス流量制御手段により制
御する。成膜工程が完了すると搬送ロボットにより基板
１を反応室４の外部に搬出する。

【００１２】本発明において成膜工程条件はとくに制限
されないが、例えば温度３００〜４００℃、圧力１３３
〜１３３３Ｐａ（１〜１０Ｔｏｒｒ）、Ｚｒ原料ガス流
量０．１〜２ｓｃｃｍ、酸素流量１００〜２０００ｓｃ
ｃｍがよい。

【００１３】このような成膜工程により得られるＺｒを
含む膜（以下、単にＺｒ膜という）としては、例えばＺ
ｒＯ₂、ＺｒＳｉｘＯｙ（式中、ｘおよびｙは整数また
は分数を意味する）、ＺｒＴｉＯ₄、ＳｒＺｒＯ₃等が挙
げられ、その膜厚は例えば１０〜１００Åである。

【００１４】このような成膜工程を継続すると、基板１
周辺の部材、例えば基板ホルダ３や反応室４内壁にもＺ
ｒ膜が堆積し、ある膜厚を超えると膜のストレスにより
剥がれが生じ、これが原因で発生したパーティクルが基
板上に付着し、製造歩留まりの低下を招く。そこで反応
室内をクリーニングし、堆積したＺｒ膜を除去する必要
があるが、本発明のクリーニング工程においては、反応
室４内にクリーニングガス配管７を通じてＢおよびＨ、
またはＢｒ、またはＣｌを含むガスを流し、ガスクリー
ニングを行い、Ｚｒ膜を除去する。ガスクリーニング
は、成膜工程と同等の反応室条件で実施可能であるた
め、ダウンタイムを大幅に短縮できるメリットがある。

【００１５】本発明のクリーニング工程の条件は、量産
性を考慮すると一般にエッチングレートの高い高温度、
高圧力、高クリーニングガス濃度が好ましいが、装置上
の制限やトータルのダウンタイム等を考慮すると、クリ
ーニング工程は成膜工程と略同一温度、例えば温度３０
０〜５００℃の範囲で行うのがよい。このようにする
と、クリーニング工程の際に反応室内の温度を変更する
必要がないのでダウンタイムを短縮することができ、装
置稼働率を高めることができる。また、本発明のクリー
ニング工程は、反応室内の圧力を成膜工程よりも高くす
るのが好ましい。このことにより、クリーニング時に温
度を上昇させることなくエッチングレートを上げること
ができ、クリーニング時間を短縮することができる。前
記圧力は例えば１３３０Ｐａ〜３９９０Ｐａ（１０〜３
０Ｔｏｒｒ）が挙げられる。

【００１６】なお、Ｚｒ膜を除去するには、Ｂおよび
Ｈ、またはＢｒ、またはＣｌを含むガスがＺｒ膜と反応
し、Ｚｒ膜がガス化することが必要である。ジルコニウ
ム化合物の気化温度を表１に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】表１における気化温度はクリーニング工程
において生成したジルコニウム化合物が気化して除去で
きる温度とみなすことができる。前記のようにクリーニ
ング工程の温度はＺｒ膜の成膜温度近傍であるほうが、
昇降温時間（温度上昇、下降時間）が少なく望ましいこ
とから、Ｚｒ膜の成膜温度が２００〜５００℃に対して
表１のＺｒＦ₄ の気化温度８５０℃は実用的でないこと
が分かる。他のＺｒ（ＢＨ₄）₄、ＺｒＢｒ₄、ＺｒＣｌ₄
の気化温度は成膜温度近傍であり、成膜工程の温度と略
同一温度でガスクリーニングが可能であることを示唆し
ている。つまりクリーニング工程において昇降温が発生
せず、ダウンタイムを短縮することができる。この要件
を満たすガスとしては、ＢおよびＨ、またはＢｒ、また
はＣｌを含むガス、例えばＢ₂Ｈ₆、ＢＣｌ₃、ＢＢｒ₃、
ＨＢｒ、ＣｌＦ₃等のガスが挙げられ、中でもＣｌＦ₃が
好ましい。なお、Ｚｒ膜は、Ｂ₂Ｈ₆、ＢＣｌ₃、ＢＢ
ｒ₃、ＨＢｒおよびＣｌＦ₃と反応した場合、それぞれＺ
ｒ（ＢＨ₄）₄、ＺｒＣｌ₄、ＺｒＢｒ₄、ＺｒＢｒ₄およ
びＺｒＣｌ₄に化学変化する。

【００１９】またクリーニング工程において、Ｂおよび
Ｈ、またはＢｒ、またはＣｌを含むガス、例えばＣｌＦ
₃ガスの流量は、１００〜５００ｓｃｃｍが好ましい。
また、Ｎ₂ガスも同時に供給するのが好ましく、例えば
Ｎ₂ガス流量は、５００〜１０００ｓｃｃｍが好まし
い。

【００２０】なお、クリーニング工程における温度、圧
力、クリーニングガス流量、Ｎ₂流量の制御は、それぞ
れ図示しない温度制御手段、圧力制御手段、クリーニン
グガス流量制御手段、Ｎ₂流量制御手段により制御す
る。

【００２１】クリーニング工程終了後は、クリーニング
ガスを排気配管６を通じて反応室４から除去し、反応室
４内の環境を成膜工程時の状態と同様の状態にするため
に、ダミー基板を用いて成膜すなわちプリコートを実施
し、その後基板上に成膜を行い特性を確認する。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、装置稼働率を高めるこ
とができ、量産性に優れる半導体装置の製造方法が提供
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で利用可能な熱ＣＶＤ装置の一例を説明
するための図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ ゲート弁 ３ 基板ホルダ ４ 反応室 ５ 原料ガス配管 ６ 排気配管 ７ クリーニングガス配管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F004 AA15 BD04 CA04 DA00 DA11 DB00 DB13 5F045 AA03 AB31 AC11 AD07 AE21 AE23 BB10 BB15 DP03 EB06 5F140 AA39 BD11 BD13 BE10 BE20

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応室内で基板上にＺｒを含む膜を形成
   する成膜工程と、前記成膜工程において反応室内に付着
   した前記膜をＢおよびＨ、またはＢｒ、またはＣｌを含
   むガスを用いて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。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体装置の製造方法
   において、前記成膜工程とクリーニング工程とは略同一
   温度で行われることを特徴とする半導体装置の製造方
   法。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の半導体装置の製造方法
   において、前記クリーニング工程では、反応室内の圧力
   を成膜工程よりも高くすることを特徴とする半導体装置
   の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の半導体装置の製造方法
   において、前記クリーニング工程は、温度３００〜５０
   ０℃の範囲で行われることを特徴とする半導体装置の製
   造方法。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の半導体装置の製造方法
   において、前記クリーニング工程に用いられるガスが、
   ＣｌＦ₃ガスであることを特徴とする半導体装置の製造
   方法。