JP2004172409A - 反応容器のクリーニング方法及び成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成膜装置において反応容器内に付着した薄膜をフッ素を含むクリーニングガスでクリーニングするにあたり、その後ウエハに対して成膜処理をおこなったときに薄膜へのフッ素の混入を抑えること。
【解決手段】反応容器内にクリーニングガスを供給しながら反応容器内の温度を検出し、クリーニングガスを供給する前の反応容器内の温度をＴ０とすると、温度検出値がピーク値Ｔｐに達したとき、あるいはその後Ｔ０＋０．５（Ｔｐ−Ｔ０）の値になるまでの間にクリーニングガスの供給を止める。この方法は温度検出値と設定値との比較により実施してもよいが、クリーニングガスの供給を開始してから設定温度になるまでの時間を予め求め、経過時間を管理することによりクリーニングガスの供給を止めるようにしてもよい。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は被処理体に対して成膜処理を行った反応容器内をフッ素を含むクリーニングガスによりクリーニングする方法及びこの方法を実施する成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程の一つとして成膜工程があり、成膜を行う装置として例えば縦型熱処理装置である減圧ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置が知られている。この減圧ＣＶＤ装置はその周囲にヒータが設けられた縦型の反応容器である例えば石英製の反応管内に、多数の半導体ウエハ（以下ウエハという）を棚状に配置したウエハボートを搬入し、減圧下の反応管内に成膜ガスを供給して例えば窒化ケイ素膜などの絶縁膜あるいポリシリコン膜などを成膜するものである。
【０００３】
このような成膜処理を繰り返し行うと、反応管内に薄膜が積層されていくが、これを放置しておくと膜剥がれが起こってウエハのパーティクル汚染の原因になるし、また反応管の外のヒータからの輻射光の透過が阻害されウエハの温度が不安定になることから、所定のタイミングで反応管内をクリーニングすることが必要である。クリーニングする手法の一つとしてフッ酸溶液で洗浄するウエット洗浄があるが、反応管を炉本体から着脱しなければならないためダウンタイムが長いという欠点がある。
【０００４】
一方ドライクリーニングを行う方法も知られており、例えば特許文献１には、ポリシリコン膜を成膜した後、反応管内をある温度Ｔ１まで加熱してクリーニングガスとしてＣｌＦ３ガスを導入し、ＣｌＦ３ガスとポリシリコン膜との反応熱を熱電対によって監視し、その監視温度が反応熱によって上昇した後、前記温度Ｔ１に収束した時点をクリーニングの完了として検出することが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−３０６６２８号公報の段落００２６及び段落００３２
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら反応容器内の温度が元の温度に収束した時点をエンドポイントとしてクリーニングガスを停止すると、装置の運転を再開した後の初期のウエハについては、成膜された薄膜中のフッ素濃度が高い。その理由は反応管内の温度が元の温度に収束した時点では反応管の内壁及びウエハボートなどの石英製品に付着している膜が除去されて更にオーバエッチングされ、クリーニングガス中のフッ素が石英中に浸透し、また薄膜が除去される直前にはその薄膜はかなり薄くなるのでそのときにフッ素が膜を通り抜けて石英中に浸透し、このフッ素が初期の成膜処理中に石英から飛散してウエハの薄膜内に取り込まれることが要因であると考えられる。このようにウエハの薄膜中のフッ素濃度が高くなると、今後半導体デバイスが薄型化したときにデバイスの特性に悪影響を及ぼす懸念、例えばデバイスのゲート酸化膜までフッ素が抜けたときには時間−電圧の関係がシフトする懸念がある。
【０００７】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、被処理体に対して成膜処理を行った反応容器内をフッ素を含むクリーニングガスによりクリーニングするにあたり、被処理体へのフッ素の混入を抑えることのできるクリーニング方法及び成膜装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被処理体に対して成膜処理を行った反応容器内をフッ素を含むクリーニングガスによりクリーニングする方法において、
反応容器内にクリーニングガスを供給しながら反応容器内の温度を検出する工程と、
この工程で検出した温度がピーク値Ｔｐに達した後、クリーニングガスを供給する前の反応容器内の温度Ｔ０と（Ｔｐ−Ｔ０）×０．５とを加算した値になるまでの間にクリーニングガスの供給を止める工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
クリーニングが開始されると反応容器内に付着している薄膜とクリーニングガスとが反応して反応容器内の温度が上昇し、そのときの温度ピーク値は、反応容器の内壁などに付着している薄膜の大部分が除去された状態であるという指標となるものである。従って上記のタイミングでクリーニングガスの供給を止めれば反応容器内の薄膜をほとんど（あるいは完全に）除去することができ、しかも反応容器内の例えば反応容器の内壁である石英部分や被処理体保持具などの石英製品へのフッ素の浸透を抑えることができ、装置の運転を再開して被処理体を成膜処理したときにその初期の頃の被処理体の薄膜へのフッ素の混入量が低減する。
【００１０】
また本発明は、クリーニングガスを停止するタイミングを時間で管理してもよく、反応容器内にクリーニングガスを供給した時点から経過時間を計測する工程と、この工程で計測した経過時間が予め設定した時間に至ったときにクリーニングガスの供給を止める工程と、を含み、
前記予め設定した時間は、反応容器内の温度がピーク値Ｔｐに達したときからクリーニングガスを供給する前の反応容器内の温度Ｔ０と（Ｔｐ−Ｔ０）×０．５とを加算した温度になるまでの間の所定の時点に対応する時間とするようにしてもよい。
【００１１】
そして本発明に係る装置は、反応容器内にて被処理体に対して成膜処理する成膜装置において、
反応容器内にフッ素を含むクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給部と、
反応容器内の温度を検出する温度検出部と、
クリーニングガスの供給時に前記温度検出部で検出した温度がピーク値Ｔｐに達した後、クリーニングガスを供給する前の反応容器内の温度Ｔ０と（Ｔｐ−Ｔ０）×０．５とを加算した値になるまでの間にクリーニングガスの供給を止める手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
更に他の発明に係る装置は、反応容器内にて被処理体に対して成膜処理する成膜装置において、
反応容器内にフッ素を含むクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給部と、
反応容器内にクリーニングガスを供給した時点から経過時間を計測する時間計測部と、
この時間計測部で計測した経過時間が予め設定した時間に至ったときにクリーニングガスの供給を止める手段と、を含み、
前記予め設定した時間は、反応容器内の温度がピーク値Ｔｐに達したときからクリーニングガスを供給する前の反応容器内の温度Ｔ０と（Ｔｐ−Ｔ０）×０．５とを加算した温度になるまでの間の所定の時点に対応する時間であることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明のクリーニング方法を実施する成膜装置をバッチ式の減圧ＣＶＤ装置に適用した実施の形態について説明する。図１中の１は、例えば石英で作られた内管１ａ及び外管１ｂよりなる二重管構造の反応容器である反応管であり、反応管１の下部側には金属製の筒状のマニホールド１１が設けられている。前記内管１ａは上端が開口されており、マニホールド１１の内方側にて支持されている。外管１ｂは上端が塞がれており、下端がマニホールド１１の上端に気密に接合されている。１２はベースプレートである。
【００１４】
図１は反応管１内にウエハＷが搬入されて成膜処理する状態を示しており、前記反応管１内には、複数枚例の被処理体をなすウエハＷが各々水平な状態で上下に間隔をおいて保持具である石英製のウエハボート２に棚状に載置されている。より具体的にはこのウエハボート２には、例えば２５枚の製品ウエハが搭載され、その上下にダミーウエハなどが搭載される。ウエハボート２は蓋体２１の上に例えば石英製の保温ユニット２２の設置領域を介して保持されている。保温ユニットは２２は石英フィンなどの断熱ユニット及び発熱体ユニットを組み合わせて成り、その中央には、回転軸２３が貫通していてボ−トエレベ−タ２４に設けられたモ−タＭにより回転軸２３を介してウエハボ−ト２が回転する。
【００１５】
前記蓋体２１は、ウエハボート２を反応管１内に搬入、搬出するためのボートエレベータ２４の上に搭載されており、上限位置にあるときにはマニホールド１１の下端開口部を閉塞する役割を持つものである。
【００１６】
また反応管１の周囲には、これを取り囲むように例えば抵抗発熱ヒータ素線よりなる加熱手段であるヒータ３０が設けられている。このヒ−タ３０の一例としては、例えば細い高純度のカ−ボンファイバの束を複数用いて編み込むことにより形成された線状の可撓性のカ−ボンワイヤを例えば透明な石英管の中に封入して構成されたものなどを挙げることができる。この例では反応管１内の熱処理雰囲気の大部分を受け持つメインヒータ及びその上下に配置されたサブヒータ並びに天井部に設けられたサブヒータが設けられているが、符号は便宜上全て「３０」を付してある。なおヒータ３０の周囲には図示していないが、炉本体が設けられる。
【００１７】
反応管１内には例えば上下方向の異なる位置に例えば熱電対からなる複数の温度検出部４が設けられ、この例ではウエハＷの載置領域の上下方向の中央部である中段部、下端に近い下段部、上端に近い上段部、上段部と中段部の間の上中段部に夫々温度検出部４（４１〜４４）が設けられている。
【００１８】
前記マニホールド１１の周囲には、第１の成膜ガス供給管４１、第２の成膜ガス供給管４２及びクリーニングガス供給管５が設けられ、夫々内管１ａの中にガスを供給できるようになっている。第１の成膜ガス供給管４１及び第２の成膜ガス供給管４２は夫々成膜ガスである例えばジクロルシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガス及びアンモニア（ＮＨ３）ガスを供給するためのものであり、図示しないガス供給源に接続されている。
【００１９】
またクリーニングガス供給管５は、クリーニングガスを供給するクリーニングガス供給部をなすものであり、クリーニングガスの供給、停止を行うためのバルブ６１が設けられている。このバルブ６１の上流側は２本の分岐管５１、５２に分岐されており、一方の分岐管５１にはフッ素（Ｆ）ガス供給源６２、バルブ６３、流量調整部６４が、また他方の分岐管５２にはフッ化水素（ＨＦ）ガス供給源６５、バルブ６６、流量調整部６７が夫々上流側からこの順に設けられている。なお便宜上図示していないが、更にこの例では窒素（Ｎ２）ガス供給管がマニホールド１１に設けられており、クリーニング時には、フッ素ガス及びフッ化水素ガスと共に窒素ガスが反応管１内に供給されるようになっている。
【００２０】
前記マニホールド１１には、内管１ａと外管１ｂとの間の空間から排気できるように排気管１３が接続されており、この排気管１３を通じて真空ポンプ１４により反応管１内を減圧できるようになっている。
【００２１】
更にこの減圧ＣＶＤ装置はコンピュータからなる制御部７を備えている。この制御部７は、反応管１内の圧力、温度及びガスの供給などの制御を行うものであるが、ここでは本実施の形態に関連の深い部分に関して説明する。制御部７は温度検出部４（４１〜４４）の温度検出値を取り込んでヒータ３０の温度制御を行うが、成膜処理後に行うクリーニング工程においてはこの温度検出値に基づいてプログラム７１によりバルブ６１を閉じるための制御信号を出力し、クリーニングガスの供給を止める役割を持っており、またバルブ６１、６３、６６及び流量調整部６４、６７の制御信号を出力してクリーニングガスであるフッ素ガス及びフッ化水素ガスの流量を調整するなどの役割もある。
【００２２】
ここでクリーニングガスの供給を停止するための手法について図２を参照しながら述べると、図２は、ウエハＷに対して成膜処理を行うことにより反応管１内に薄膜が付着した後、ウエハＷが存在しない状態でクリーニングガスを供給したときの反応管１内の温度プロファイル（経時変化）を示すものである。成膜処理は例えばジクロルシランガス及びアンモニアガスを用いて窒化シリコン膜を成膜する処理であり、窒化シリコン膜の累積膜厚が例えば１．５μｍになっときに例えば３００℃を少し越えた温度に設定してクリーニングガスを供給するようにしている。時刻ｔ１にてクリーニングガスを供給すると次式の反応により窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）が分解され、このときの反応熱により反応管１内の温度がＴ０から昇温して時刻ｔ２にてピーク値Ｔｐになり、その後温度が低下して時刻Ｔ３に元の温度Ｔ０に収束する。
【００２３】
Ｓｉ３Ｎ４＋４ＨＦ＋４Ｆ２ →３ＳｉＦ４＋２Ｈ２＋２Ｎ２ ……（１）
本実施の形態では、このような温度経時変化データを予め取っておいて温度ピーク値Ｔｐを把握し、クリーニングガスを供給した後このＴｐを設定値として、温度検出値がピーク値Ｔｐになったときにクリーニングガスを停止するようにプログラム７１が組まれている。なお本発明における、クリーニングガスの供給時に温度がピーク値Ｔｐに達した後、所定のタイミングでクリーニングガスの供給を止める手段は、この例ではプログラム７１及び図示しないＣＰＵなどに相当する。
【００２４】
ところで実際には反応管１内には下から成膜ガスが供給されることからその長さ方向にわずかながら温度傾斜が付けられている場合があり、このため各温度検出部４（４１〜４４）の温度検出値の温度経時変化パターンはわずかながら異なる場合がある。従ってこの温度データを各温度検出部４（４１〜４４）毎に取っておいて各温度検出部４（４１〜４４）毎の温度ピーク値Ｔｐを求めておき、それらを設定値として、実際にクリーニングを行うときには各温度検出部４（４１〜４４）の温度検出値と対応する温度ピーク値とを比較し、各温度検出値の中でどれか一つでも対応する温度設定値（ピーク値Ｔｐ）に達したときにバルブ６１の停止信号を出力するようにプログラム７１が組まれている。
【００２５】
また本発明は、各温度検出部４（４１〜４４）の温度検出値の中で一番初めにピーク値になるものを予め把握しておき、その温度検出部４の温度検出値と、対応する温度設定値と、を比較してバルブ６１を止めるようにしてもよいし、あるいはまた各温度検出部４（４１〜４４）のいずれかの温度検出値、例えば中段部の温度検出部４１の温度検出値のみを監視対象とし、その温度検出値が対応する温度設定値（Ｔｐ）になったときにクリーニングガスを停止するようにしてもよい。更にはまた各温度検出部４（４１〜４４）の温度検出値を制御部７内に取り込んで、そのうちの２個、３個または４個（全部）が対応する温度設定値（Ｔｐ）になったときにクリーニングガスを停止するようにしてもよい。
【００２６】
次に上述の実施の形態の作用について述べる。先ずこの減圧ＣＶＤ装置では成膜処理が行われる。即ち、被処理体であるウエハＷを所定枚数ウエハボ−ト２に棚状に保持してボ−トエレベ−タ２４を上昇させることにより反応管１内に搬入する（図１の状態）。ウエハボ−ト２が搬入されてマニホールド１１の下端開口部が蓋体２１により塞がれた後、反応管１内の温度をプロセス温度まで昇温させると共に、排気管１３を通じて真空ポンプ１５により所定の真空度に反応容器内を真空排気する。
【００２７】
こうして反応容器内がプロセス温度に安定した後、第１の成膜ガス供給管４１及び第２の成膜ガス供給管４２から夫々ジクロルシランガス及びアンモニアガスを供給しながら所定の真空度に調整し、ウエハＷに窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）膜を成膜する。このときウエハボ−ト２はモ−タＭにより回転している。こうして成膜処理が所定時間行われた後、成膜ガスの供給を停止して反応管１内の温度を降温し、ウエハボ−ト２を反応容器から搬出（アンロ−ド）する。
【００２８】
このような成膜処理を行うと、反応管１、ウエハボート２及び保温ユニット２２などにも窒化シリコンの膜が付き、所定の累積膜厚に対応する回数だけ処理した後、クリーニングを行う。なお本発明では成膜処理を行うたびに毎回クリーニングを行ってもよい。
【００２９】
続いてクリーニングについて説明すると、先ず反応管１内を例えば３００℃程度に維持しておいて、ウエハＷを搭載せずにウエハボート２を反応容器内に搬入し、所定の真空度まで真空引きする。次いでクリーニングガスであるフッ素ガス及びフッ化水素ガスを例えばいずれも２ＳＬＭの流量で、また窒素ガスを８ＳＬＭの流量で反応管１内に供給しながら図示しない圧力調整部により反応管１内の圧力を例えば１９．９５ｋｐａ（１５０Ｔｏｒｒ）に維持するように制御し、クリーニング処理を行う。
【００３０】
図３はクリーニング時の例えば中段部の温度検出部４１の温度検出値の推移を示す図であり、時刻ｔ１にてクリーニングガスを供給すると既述の（１）式の反応が起こって反応管１の内壁及びウエハボート２などに付着している窒化シリコン膜が除去されていくと共にその反応熱により温度が上昇していく。そして温度検出値が既述のようにして予め設定した温度設定値（Ｔｐ）になると、バルブ６１の閉信号を出力しこれにより時刻ｔ２にバルブ６１が閉じてクリーニングガスの供給が停止しクリーニングが終了する。その後はクリーニング時の反応熱が生じないので反応管１内の温度が低下する。
【００３１】
上述の実施の形態によれば、クリーニングガスを供給した後の温度上昇のピーク値を予め把握しておいて温度検出値がそのピーク値になったときにクリーニングガスの供給を止めるようにしているため、後述の実施例からも明らかなように、その後の成膜処理によりウエハＷに成膜される窒化シリコン膜中のフッ素の混入量を低減することができる。その理由は次のように考えられる。クリーニングにより上記の（１）式の反応が進行するが、反応管１内の窒化シリコン膜が全て除去されると反応が終了し反応熱が発生しなくなる。しかし反応熱の発生により反応管１の温度も上昇するので、反応が終了した後は反応管１の熱容量により直ぐには温度は低下しないと考えられる。このため反応管１内の温度は反応熱がなくなっても反応管１からの熱により元の温度よりも高くなっており、従って図２において反応管１内の温度が元の温度Ｔ０に戻った時刻ｔ３においては、反応管１内に付着している窒化シリコン膜が既に除去されてからある程度の時間が経過しており、その間反応管１の内壁及びウエハボート２がクリーニングガス雰囲気にさらされてオーバエッチングが起こっていると思われる。
【００３２】
一方において温度ピーク値Ｔｐにおいて窒化シリコン膜が完全に除去されているかは明らかではない。仮に全て除去されているとしたら、温度ピーク値Ｔｐになった時点（時刻ｔ２）にてクリーニングガスの供給を止めたとき（図３）と止めないとき（図２）との間で温度の経時変化に差はないはずであるが、実験によるとクリーニングガスを止めたときの方が温度の落ち方がわずかに早くなっている。このことは温度がピーク値Ｔｐになった後も反応が進行していると推測される。しかし反応管１内の温度がピーク値Ｔｐを越えるということは、ピーク値Ｔｐを境にして窒化シリコン膜の膜厚が急激に薄くなっていると見ることができ、上記の温度推移の差と反応管１の熱容量の両者とを考え合わせると、反応管１内の窒化シリコン膜が完全に除去されるのは温度ピーク値Ｔｐを過ぎてから元の温度Ｔ０に戻るまでの間にあると考えられ、しかも完全に除去されるタイミングは温度ピーク値Ｔｐを過ぎてからそれほど長くは経っていない時点であると思われる。なお窒化シリコン膜が相当薄い状態では、目視で膜が付着しているか否かを確認することは極めて困難である。
【００３３】
以上のことから温度ピーク値は、反応管１の内壁などに付着している窒化シリコン膜の大部分が除去された状態であるという指標となるものであり、上述実施の形態のように温度検出値がピーク値Ｔｐに達した時点でクリーニングガスの供給を止めれば、反応管１の内壁及びウエハボート２などの石英製品に付着した窒化シリコン膜をほとんど（あるいは完全に）除去することができ、しかも反応管１の内壁などの石英部分へのフッ素の浸透を抑えることができ、装置の運転を再開してウエハＷを成膜処理したときにその初期の頃のウエハＷ上の窒化シリコン膜へのフッ素の混入量が低減する。従って今後半導体デバイスが薄膜化してもデバイスの特性例えばゲートの時間−電圧特性に悪影響を及ぼすおそれがないことから有効な技術である。更にまた従来のように反応管１内の温度がクリーニング開始前に設定した温度Ｔ０に収束するのを待つ手法に比べて格段にクリーニングに要する時間が短くなる。
【００３４】
本発明者の実験によると、温度検出値がピーク値Ｔｐに達した後、温度上昇分の５割落ちるまでにクリーニングガスの供給を止めれば、元の温度Ｔ０に収束したときをエンドポイントとするよりも反応管１の内壁等にフッ素が浸透することを抑えられることを把握している。温度上昇分の５割落ちた温度とは、Ｔ０＋０．５（Ｔｐ−Ｔ０）で表される温度である。図４は、成膜処理後のクリーニング時の温度の経時変化を示す図２と同様のグラフであり、時刻ｔ４にて温度がピーク値Ｔｐから、温度上昇分の５０％落ちたことを示している。
【００３５】
従って本発明では、クリーニングガスの供給を停止するための温度設定値Ｔｓとしては、ピーク値Ｔｐに限らずピーク値Ｔｐを越えた後、Ｔ０＋０．５（Ｔｐ−Ｔ０）で表される温度になるまでの間の選択した（所定の）温度であってもよい。図５はこの場合のフローを示し、ステップＳ１にてクリーニングガスの供給を開始し、温度が上昇中か否かを判定し（ステップＳ２）、ピーク値Ｔｐを越えた後、温度検出値が予め設定した温度Ｔｓになったか否かを判定し（ステップＳ３）、設定温度Ｔｓになったときにクリーニングガスの供給を停止するようにしている（ステップＳ４）。
【００３６】
以上において、本発明は温度検出値を監視してクリーニングガスを停止するための信号を出力する代わりに、温度検出値がピーク値Ｔｐになるまでの時間あるいはピーク値Ｔｐを越えて設定値まで低下するのに要する時間を予め調べておき、経過時間を管理して予め設定した時間になったときにクリーニングガスの供給を停止するようにしてもよい。図６はこのような実施の形態を示す図であり、この例は、制御部７内の時間計測手段であるタイマ７２をクリーニングガスの供給を開始したときに動作させ、反応管１内の温度がピーク値Ｔｐに達したときからこのピーク値Ｔｐを過ぎてＴ０＋０．５（Ｔｐ−Ｔ０）になるまでの間の所定の時点に対応する時間が経過したときにタイムアップし、これにより出力手段７３からバルブ６１を閉じるための制御信号を出力するように構成されている。
【００３７】
【実施例】
実施例１
ウエハに窒化シリコン膜を成膜してその累積膜厚が１．５μｍになった後、反応管内をクリーニングし、このときクリーニングガスを供給してから４０分が経過するまでの間の温度を図１で述べたように４個の温度検出部４（４１〜４４）を用いて検出し、温度の経時変化を調べた。図７は各温度検出部４１〜４４で検出した温度の経時変化であり、（イ）は上段部の温度（温度検出部４３の温度検出値）、（ロ）は上中段部の温度（温度検出部４４の温度検出値）、（ハ）は中段部の温度（温度検出部４１の温度検出値）、（ニ）は下段部の温度（温度検出部４２の温度検出値）である。この図から分かるように、上段の温度がピーク値になるタイミングがわずかに遅れるが、各段の温度がピーク値になるタイミングは概ね揃っているといえる。またクリーニングガスの供給を開始した時点からおよそ３５分経過した時点（時間軸の４０分付近）では各段の温度は元の温度に収束している。
【００３８】
そこで図７の時間軸の４０分でクリーニングガスの供給を止めた場合と、中段の温度がピーク値になった時点（時間軸の１７分付近）でクリーニングガスの供給を止めた場合との夫々について、その反応管内で成膜された窒化シリコン膜中のフッ素濃度を調べた。いずれの場合もクリーニングを行う前に累積膜厚が１．５μｍになるように窒化シリコン膜の成膜処理を行っている。またいずれにおいてもクリーニング後の成膜処理に用いた基板は、フッ化水素溶液（フッ酸溶液）を用いてウエットクリーニングを行った反応管を用いてウエハ上に窒化シリコン膜を成膜したものを用いた。これは下地に同じ膜を用いることにより分析装置であるＳＩＭＳの感度変化を避けるためである。
【００３９】
フッ素濃度の測定は、両者のウエハ上の窒化シリコン膜についてＳＩＭＳにより深さ方向のフッ素濃度のプロファイルを求めることにより行った。結果は図８に示すとおりである。（ａ）、（ｂ）は夫々クリーニングを行う際、温度がピーク値になったとき（時間軸の１７分）にクリーニングガスの供給を止めたときの下段側及び上段側のウエハ上の窒化シリコン膜中のフッ素濃度であり、（ｃ）、（ｄ）は夫々クリーニングを行う際、温度が元の温度に収束したとき（時間軸の４０分）にクリーニングガスの供給を止めたときの下段側及び上段側のウエハ上の窒化シリコン膜中のフッ素濃度である。この結果から温度が元の温度に収束した時をエンドポイントとするクリーニング方法に比べて本発明によるクリーニング方法はフッ素濃度を低減できることが理解される。
【００４０】
実施例２
クリーニングを行う際、温度がピーク値になってから温度上昇分の５０％下がったときにクリーニングガスの供給を止め、その後同様にして下段側及び上段側のウエハ上の窒化シリコン膜中のフッ素濃度を調べた。より具体的にはクリーニング時の上段部の温度検出部４３の温度検出値が図７から分かるように３０２℃から３１２℃までの１０℃上昇していることから当該温度検出値が５℃下がった時点つまり３１７℃になったときにクリーニングガスの供給を止めた。窒化シリコン膜中のフッ素濃度はピーク値でクリーニングガスを止めた場合と同等の結果であった。
【００４１】
参考実験
また上述の実験の他に次のような実験を行った。即ち、成膜処理を行った後の反応管内にクリーニングガスを供給し、反応管内の温度が元の温度に収束するまでクリーニングを行った当該反応管と、成膜処理を１度も行っていない新品の反応管とを夫々用いて同じプロセス条件で窒化シリコン膜を成膜し、膜中のフッ素濃度を調べたところ、新品の反応管を用いた場合の方がフッ素濃度が一桁近く少なかった。このことからクリーニングガス中のフッ素が反応管の内壁などを介してウエハ上の薄膜に混入することが明らかである。
【００４２】
なおフッ素を含むクリーニングガスとしては上述のガスに限られず、ＣｌＦ３ガスなどであってもよいし、被処理体に形成される薄膜としてはポリシリコン膜あるいはＴＥＯＳを原料とするシリコン酸化膜などであってもよい。また成膜装置としてはバッチ式のものに限らず枚葉式のものであってもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、被処理体に対して成膜処理した後の反応容器内をフッ素を含むクリーニングガスによりクリーニングするにあたり、反応容器の内壁などへのフッ素の浸透を抑えることができ、装置の運転を再開して被処理体を成膜処理したときにその初期の頃の被処理体の薄膜へのフッ素の混入量が低減する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の実施の形態に係る成膜装置の一例の構造を示す縦断側面図である。
【図２】クリーニングガスを反応管内に供給したときにおける反応管内の温度推移を示す説明図である。
【図３】クリーニングガスを反応管内に供給しときに反応管内の温度がピーク値になった時点でクリーニングガスの供給を止めた場合の温度推移を示す説明図。
【図４】クリーニングガスを反応管内に供給したときにおける反応管内の温度推移と設定値の設定範囲とを対応させた説明図である。
【図５】本発明の他の実施の形態におけるクリーニング時のフローを示すフロー図である。
【図６】本発明の更に他の実施の形態における制御部を示す構成図である。
【図７】クリーニングガスを反応管内に供給したときにおける反応管内の複数の位置の温度推移の実際のデータを示す説明図である。
【図８】本発明方法と比較方法との夫々でクリーニングを行ったときに、その後の成膜処理で成膜された薄膜中のフッ素濃度を示す説明図である。
【符号の説明】
Ｗ 半導体ウエハ
１ 反応管
１１ マニホ−ルド
１３ 排気管
２ ウエハボート
３ ヒータ
４１ 第１の成膜ガス供給管
４２ 第２の成膜ガス供給管
４３ 流量調節部
５ クリーニングガス供給管
６１ バルブ
７ 制御部
７１ プログラム
７２ タイマ
７３ 出力手段

Claims (6)

1. 被処理体に対して成膜処理を行った反応容器内をフッ素を含むクリーニングガスによりクリーニングする方法において、
   反応容器内にクリーニングガスを供給しながら反応容器内の温度を検出する工程と、
   この工程で検出した温度がピーク値Ｔｐに達した後、クリーニングガスを供給する前の反応容器内の温度Ｔ０と（Ｔｐ−Ｔ０）×０．５とを加算した値になるまでの間にクリーニングガスの供給を止める工程と、を含むことを特徴とする反応容器のクリーニング方法。
2. 被処理体に対して成膜処理を行った反応容器内をフッ素を含むクリーニングガスによりクリーニングする方法において、
   反応容器内にクリーニングガスを供給した時点から経過時間を計測する工程と、
   この工程で計測した経過時間が予め設定した時間に至ったときにクリーニングガスの供給を止める工程と、を含み、
   前記予め設定した時間は、反応容器内の温度がピーク値Ｔｐに達したときからクリーニングガスを供給する前の反応容器内の温度Ｔ０と（Ｔｐ−Ｔ０）×０．５とを加算した温度になるまでの間の所定の時点に対応する時間であることを特徴とする反応容器のクリーニング方法。
3. 反応容器は石英製であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の反応容器のクリーニング方法。
4. 反応容器内にて被処理体に対して成膜処理する成膜装置において、
   反応容器内にフッ素を含むクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給部と、
   反応容器内の温度を検出する温度検出部と、
   クリーニングガスの供給時に前記温度検出部で検出した温度がピーク値Ｔｐに達した後、クリーニングガスを供給する前の反応容器内の温度Ｔ０と（Ｔｐ−Ｔ０）×０．５とを加算した値になるまでの間にクリーニングガスの供給を止める手段と、を備えたことを特徴とする成膜装置。
5. 反応容器内にて被処理体に対して成膜処理する成膜装置において、
   反応容器内にフッ素を含むクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給部と、
   反応容器内にクリーニングガスを供給した時点から経過時間を計測する時間計測部と、
   この時間計測部で計測した経過時間が予め設定した時間に至ったときにクリーニングガスの供給を止める手段と、を含み、
   前記予め設定した時間は、反応容器内の温度がピーク値Ｔｐに達したときからクリーニングガスを供給する前の反応容器内の温度Ｔ０と（Ｔｐ−Ｔ０）×０．５とを加算した温度になるまでの間の所定の時点に対応する時間であることを特徴とする成膜装置。
6. 反応容器は石英製であることを特徴とする請求項４または５記載の成膜装置。

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