JP2004536448A - 蒸気反応器用のクリーニングガス、エッチングガス、およびドーピングガスとしてのペルフルオロケトンの使用 - Google Patents
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- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F4/00—Processes for removing metallic material from surfaces, not provided for in group C23F1/00 or C23F3/00
-
- H—ELECTRICITY
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Abstract
Description
【0001】
本発明は、蒸気反応器中に蓄積する不要な堆積物の除去、蒸気反応器中における誘電体材料または金属材料のエッチング、および蒸気反応器中における種々の材料のドーピングを行うために、反応性ガスとしてペルフルオロケトンを使用する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
地球温暖化ガスの排出は、世界的な注目を集めてきた。地球温暖化に関する国連会議で採択された京都議定書の目標は、二酸化炭素、メタン、亜酸化窒素、ペルフルオロカーボン(PFC)、ヒドロフルオロカーボン(HFC)、およびSF6の排出を1990年以前のレベルにまで減少させることであった。さらに、米国のほとんどの半導体製造業者は、PFC排出を減少させるために選択可能な手段を検討することを誓約した環境保護局との覚書に署名した。半導体産業で一般に使用されるペルフルオロカーボンおよび過フッ素化窒素化合物としては、CF4、C2F6、NF3、およびC3F8が挙げられる。これらの物質は、きわめて安定な化合物であり、しかもトラップしたりガススクラバーで処理したりすることが困難である。
【0003】
化学蒸着チャンバー、物理蒸着チャンバー、およびエッチングチャンバーは、種々の電子デバイスおよび電子部品の製造に関連して半導体産業で広く使用されている。そのようなチャンバーでは、種々の誘電体材料および金属材料の堆積、パターンニング、または除去を行うために、反応性のガスまたは蒸気が使用される。ペルフルオロカーボンおよび過フッ素化窒素化合物は、材料のエッチングまたはパターンニングおよび反応器の壁上および部品上に蓄積する不要な堆積物の除去を行うために、蒸気反応器と組合せて広く使用されている。半導体産業では、地球温暖化に寄与しない蒸気反応法用の代替化学物質が必要とされている。本発明は、不要な堆積物の除去、誘電体材料および金属材料のエッチング、ならびに材料のドーピングを行うために、反応性ガスとしてペルフルオロケトンを蒸気反応器中で使用する方法を提供する。ペルフルオロケトンは、ペルフルオロカーボンと同程度にまたはそれよりも良好に機能すると同時に、地球温暖化係数が著しく低いという利点を有する。さらに、ペルフルオロケトンは、クリーニングを目的として半導体産業で広く使用されているもう1種のガスであるNF3よりも毒性が低い。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明は、4〜7個の炭素原子を有するペルフルオロケトンを含む反応性ガスを用いて、化学蒸着チャンバー、物理蒸着チャンバー、またはエッチングチャンバーをクリーニングする方法を提供する。一般的には、ペルフルオロケトンを酸素ガスと混合し、高周波プラズマを発生させる。クリーニング時間および地球温暖化排出はいずれも、プラズマを発生させるために使用される電力、チャンバー内の圧力、ガス流量、およびペルフルオロケトン対酸素の比に依存する。ペルフルオロケトンクリーニングガスを使用することにより、半導体産業で使用されるCF4、C2F6、c−C4F8O、およびC3F8のような標準的クリーニングガスと比較してクリーニング時間を短縮しかつPFC排出を減少させることができる。
【0005】
本発明はまた、4〜7個の炭素原子を有するペルフルオロケトンを含む反応性ガスを用いて誘電体材料または金属材料をエッチングする方法を提供する。エッチングの速度は、半導体産業でエッチングに一般に使用されるCF4、C2F6、c−C4F8O、およびC3F8のような物質と同等である。
【0006】
本発明の他の態様は、フッ素を含有するかまたはフッ素がドープされた材料を調製するためのフッ素源として、4〜7個の炭素原子を有するペルフルオロケトンを含む反応性ガスを使用する方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
本発明は、蒸気反応器中で反応性クリーニングガス、エッチャント、およびドーパントとしてペルフルオロケトンを使用する方法を提供する。本明細書中で使用する場合、「蒸気反応器」という用語には、化学蒸着チャンバー、物理蒸着チャンバー、およびエッチングチャンバーが包含される。そのような反応器では、種々の誘電体材料および金属材料の堆積、パターンニング、または除去を行うために反応性のガスまたは蒸気が使用される。とくに、本発明は、4〜7個の炭素原子を有するペルフルオロケトンを含む反応性ガスを蒸気反応器の現場(in situ)クリーニングに使用する方法を提供する。本発明はまた、4〜7個の炭素原子を有するペルフルオロケトンを含む反応性ガスを、誘電体材料および金属材料のパターンニングまたは除去を行うためのエッチャントとして使用する方法を提供する。さらに、本発明は、4〜7個の炭素原子を有するペルフルオロケトンを含む反応性ガスを、フッ素を含有するかまたはフッ素がドープされた材料を調製するためのフッ素源として使用する方法を提供する。
【0008】
本発明のペルフルオロケトンは、約80℃未満の沸点を有する。化合物は、線状、分枝状、または環状であってもよく、4〜7個の炭素原子を含有する。好ましくは、ペルフルオロケトンは、5〜7個の炭素原子を含有する。ペルフルオロケトン化合物の代表例としては、CF3C(O)CF2CF3、CF3CF2C(O)CF2CF3、CF3C(O)CF(CF3)2、CF3CF2C(O)CF(CF3)2、CF3(CF2)2C(O)CF(CF3)2、(CF3)2CFC(O)CF(CF3)2、CF3(CF2)2C(O)CF2CF2CF3、ペルフルオロシクロペンタノン、およびペルフルオロシクロヘキサノンが挙げられる。
【0009】
ペルフルオロケトンは、公知の方法により調製が可能である。一方法には、米国特許第5,466,877号(ムーア(Moore))に記載されているように、式RfCO2CF(Rf’)2で示される過フッ素化カルボン酸エステルを求核性開始剤で解離させることが含まれる。RfおよびRf’は、フッ素またはペルフルオロアルキル基である。フッ素化カルボン酸エステル前駆体は、米国特許第5,399,718号(コステロ(Costello)ら)に記載されているように、フッ素ガスによる直接フッ素化により、対応するフッ素非含有または部分フッ素化炭化水素エステルから誘導することが可能である。
【0010】
カルボニル基に対してα位に分枝をもつ過フッ素化ケトンは、米国特許第3,185,734号(フォーセット(Fawcett)ら)に記載されているように調製することができる。フッ化物イオンが存在する無水環境下でヘキサフルオロプロピレンをハロゲン化アシルに付加させる。少量のヘキサフルオロプロピレン二量体および/または三量体不純物を蒸留によりペルフルオロケトンから除去することができる。沸点が接近しすぎて分別蒸留ができない場合、アセトン、酢酸、またはそれらの混合物のような好適な有機溶媒中においてアルカリ金属過マンガン酸塩で酸化することにより、二量体および/または三量体不純物を除去することができる。典型的には、周囲温度または高温の密閉反応器中で酸化反応を行う。
【0011】
線状過フッ素化ケトンは、米国特許第4,136,121号(マルティーニ(Martini)ら)に記載されているように、ペルフルオロカルボン酸アルカリ金属塩をペルフルオロカルボニル酸フッ化物と反応させることにより調製することができる。そのようなケトンはまた、米国特許第5,998,671号(バン・デア・ピュイ(Van Der Puy))に記載されているように、高温の非プロトン性溶媒中でペルフルオロカルボン酸塩を過フッ素化酸無水物と反応させることにより調製することもできる。
【0012】
種々の電子デバイスまたは電子部品を製造する場合、蒸気反応器は、誘電体材料および金属材料の堆積のほかにエッチングにも使用される。堆積プロセスおよびエッチングプロセスのいずれにおいても、時間が経つにつれて反応器の壁上および部品上に不要な堆積物が蓄積する可能性ある。これらの堆積物は、蒸気反応器中で作製される電子デバイスおよび電子部品の汚染源となる可能性がある。したがって、これらの不要な堆積物を定期的に除去しなければならない。堆積物には、炭素と、水素と、酸素と、蒸気反応器中でペルフルオロケミカルまたはヒドロフルオロケミカルを使用する場合にはフッ素と、を含有するフルオロポリマーが含まれる可能性がある。堆積物にはまた、シリコン系物質およびたとえばタングステンやアルミニウムのような種々の金属物質が含まれる可能性もある。本明細書中で使用する場合、「クリーニング」という用語は、時間が経つにつれて蒸気反応器の壁上および部品上に蓄積する不要な堆積物を除去することを意味する。
【0013】
本発明は、80℃未満の沸点を有しかつ4〜7個の炭素原子を含有するペルフルオロケトンを含む反応性ガスを用いて蒸気反応器をクリーニングする方法を提供する。好ましくは、ペルフルオロケトンは、5〜7個の炭素原子を含有する。典型的には、ペルフルオロケトンを酸素と組合せて高周波プラズマを発生させることにより、原子フッ素、二フッ化炭素、および三フッ化炭素のような種々のラジカルを生成させる。本発明のペルフルオロケトンを用いて安定なプラズマを持続させることが可能である。
【0014】
ペルフルオロケトンを含むクリーニングガスを使用することにより、蒸気反応器をクリーニングするために使用されるC2F6やC3F8のような標準的ガスと比較してクリーニング時間を短縮しかつ地球温暖化排出を減少させることができる。クリーニング時間および地球温暖化排出はいずれも、プラズマを発生させるために使用される電力、蒸気反応器内の圧力、ガス流量、およびペルフルオロケトン対酸素の比に依存する。
【0015】
ペルフルオロケトン対酸素の体積比は、酸素ガス(O2)1.0に対して典型的には約0.10〜約0.90、好ましくは約0.30〜約0.70の範囲である。ペルフルオロケトン対酸素の比は、エッチングプロセス時にどのラジカルがプラズマ中に生成するかに影響を及ぼすと同時にどの副生物が生成するかにも影響を及ぼす。ペルフルオロケトンは、典型的にはプラズマ中で急速に破壊される。プロセスの主要副生物の1つは、COF2である。これは、水の入ったスクラバーを用いて排出物から除去することのできるガスである。ペルフルオロケトン対酸素の比を小さくすると、CF4よりも原子フッ素やCOF2のほうが副生物として生成しやすくなる。他の副生物としては、二酸化炭素、一酸化炭素、フッ化水素酸、およびおそらくフッ素が挙げられる。蒸気反応器中で反応の副生物として生成されるC2F6またはC3F8はいずれも、まったく存在しないかまたは無視できる量である。
【0016】
ペルフルオロケトン/酸素のプラズマを発生させるために使用される電力は、典型的には約200〜約3500ワットの範囲である。典型的には、ガス流量は、約0.1トル〜約10トルの範囲の絶対圧力で約10cm3/分〜約1000cm3/分の範囲である。ガス流量を減少させると、クリーニング時間は増加し地球温暖化ガス排出は減少する傾向を示す。ガス流量を増大させると、クリーニング時間は減少するがそれと同時にPFC排出は増大する傾向を示す。
【0017】
クリーニングガスは、1種のペルフルオロケトン、ペルフルオロケトンの混合物、またはペルフルオロケトンと、たとえばF2、NF3、c−C4F8O、CF4、C2F6、C3F8、SF6、CF3SF5、およびCF2=CF−CF=CF2のような他のペルフルオロケミカルをはじめとする他のガスと、の混合物を含有することができる。
【0018】
本発明はまた、約80℃未満の沸点を有しかつ4〜7個の炭素原子を含有するペルフルオロケトンを含む反応性ガスに材料を接触させることにより、蒸気反応器中で誘電体材料または金属材料をエッチングする方法を提供する。好ましくは、ペルフルオロケトンは、5〜7個の炭素原子を含有する。典型的には、ペルフルオロケトンを酸素ガスと混合して高周波プラズマを発生させることにより、原子フッ素、二フッ化炭素、および三フッ化炭素のような種々のラジカルを生成させる。プラズマ条件は、先に記載のものと同様である。
【0019】
過フッ素化ケトン/酸素のプラズマによりエッチングされる材料には、さまざまな誘電体材料および金属材料が含まれうるが、典型的には、たとえばシリカ、酸化ケイ素、炭化ケイ素、および窒化ケイ素のようなシリコン系材料が含まれる。シリコン系材料には、ホウ素、リン、ヒ素などをドーピングすることができる。プラズマ中のラジカルは、シリコン系材料と反応してSiF4のような揮発性化合物を生成する。SiF4および他の副生物は、排出ガスの一部分として反応器から掃引除去される。ペルフルオロケトンによるエッチングの速度は、半導体産業でエッチングに一般に使用されるCF4、C2F6、およびC3F8のようなペルフルオロカーボンの速度と同等である。
【0020】
蒸気反応器に供給されて反応器から送出されるエッチングガスの質量を用いれば、エッチングガスの利用効率を計算することができる。本明細書中で使用する場合、「利用効率」とは、反応して他の生成物を生じるエッチングガスのパーセントを意味する。一般的には、利用効率が高いことはエッチングガスの排出が少ないことに対応する。利用効率は、エッチングガスの構造およびプラズマを発生させるために使用される高周波電力(RF電力)の量に依存する。通常、RF電力が大きくなるほど利用効率は高くなる。
【0021】
本発明のペルフルオロケトンエッチングガスは、一般的には、最新技術で使用されるCF4、C2F6、C3F8、およびc−C4F8Oのようなフッ素化物質よりも高い利用効率を有する。ペルフルオロケトンの大部分は、プラズマ中で破壊される。典型的には、本発明のペルフルオロケトンの利用効率は、約35%よりも大きく、分枝状および線状分子の場合と同様である。
【0022】
エッチングガスの利用効率が高くなるほど、製造プロセスで必要とされるフッ素源ガスの量は少なくなる。この結果、ペルフルオロカーボン(PFC)含有ガス排出物は全体的に減少する。ペルフルオロケトンを用いたプラズマエッチングから生じるガス状副生物には、ペルフルオロケトンのC2F6もC3F8もまったく含まれないかまたは無視できるわずかな量で含まれるにすぎない。さらに、CF4のレベルは、従来のPFCエッチングガスを用いた場合よりも低い。したがって、酸素とペルフルオロケトンとを混合して発生されたプラズマを用いれば、PFC化合物の排出を減少させるという半導体産業の目標が達成されるであろう。
【0023】
本発明の他の態様は、約80℃未満の沸点を有し4〜7個の炭素原子を含有するペルフルオロケトンを含むガスを、フッ素を含有するかまたはフッ素がドープされた物質を堆積させるためのフッ素源として使用する方法を提供する。好ましくは、ペルフルオロケトンは、5〜7個の炭素原子を含有する。典型的には、ペルフルオロケトンを酸素ガスと混合して高周波プラズマを発生させる。プラズマ条件は、先に記載のものと同様である。
【0024】
そのような方法を用いれば、たとえば、炭素とフッ素の両方を膜にドーピングすることによりウェハ基板上の膜の誘電率を低下させることができる。
【0025】
本発明のペルフルオロケトンは、半導体産業で使用される従来のペルフルオロカーボンよりもかなり小さい地球温暖化係数(GWP)を有する。本明細書中で使用する場合、「GWP」とは、化合物の構造に起因する化合物の温暖化係数の相対的尺度である。1990年に気候変動に関する政府間パネル(IPCC)により定義され、1998年(世界気象機関(World Meteorological Organization),オゾン層破壊の科学的評価(Scientific Assessment of Ozone Depletion):1998年,地球オゾン層の研究および監視プロジェクト−第44次報告書(Global Ozone Research and Monitoring Project−Report No.44),ジュネーブ(Geneva),1999年)に改正された化合物のGWPは、指定の積分対象期間(ITH)にわたる1キログラムのCO2の放出に起因した温暖化に対する1キログラムの化合物の放出に起因した温暖化として次のように計算される。
【数1】
式中、Fは化合物の単位質量あたりの放射強制力(該化合物のIR吸光度に基づく大気通過放射束の変化)であり、Cは化合物の大気中濃度であり、τは化合物の大気中寿命であり、tは時間であり、xは対象化合物である(すなわち、C0xは化合物xの時間0すなわち最初の濃度である)。
【0026】
一般に認められているITHは、短期的影響(20年)とより長期的影響(500年以上)との間の妥協点に相当する100年である。大気中の有機化合物の濃度は、擬一次速度式(すなわち、指数関数的減衰)に従うと仮定される。それと同一の時間間隔にわたるCO2の濃度は、CO2の交換および大気からの除去を考慮したより複雑なモデルで表される(ベルン(Bern)炭素循環モデル)。
【0027】
300nmにおける光分解研究によれば、CF3CF2C(O)CF(CF3)2は、約5日間の大気中寿命を有する。他のペルフルオロケトンも類似の吸光度を示すので、類似の大気中寿命を有すると予想される。測定されたIR断面積を用いてピノック(Pinnock)らの方法(J.Geophys.Res.,第100巻,p.23227,1995年)によりCF3CF2C(O)CF(CF3)2の放射強制力値を計算した。この放射強制力値および大気中寿命5日間を用いると、6個の炭素原子を有するペルフルオロケトンのGWP(100年のITH)は1であり、一方、C2F6のGWPは11,400である。本発明のペルフルオロケトンは、典型的には約10未満のGWPを有する。下層大気中で急速に分解される結果として、過フッ素化ケトンは短い寿命を有し、地球温暖化に著しく寄与するとは予想されない。ペルフルオロケトンのGWPは低いので、蒸気反応器中のガスとして使用するのに十分に適している。
【0028】
さらに、ペルフルオロケトンは、低い毒性を有することができる。たとえば、CF3CF2C(O)CF(CF3)2は、ラットを用いた短期吸入試験によれば低い急性毒性を有する。CF3CF2C(O)CF(CF3)2のLC50濃度は、4時間暴露試験に基づいて空気中で100,000ppmであることがわかった。これとは対照的に、NF3のLC50濃度は、類似の研究により空気中で2,000ppmであることがわかった。
【0029】
蒸気反応器を用いる基板のエッチングまたはドーピングおよび蒸気反応器のクリーニングを行うためにペルフルオロケトンを使用する方法について、以下の実施例によりさらに説明する。実施例は、本発明の理解を容易にするために例示的に提供されたものであり、本発明が該実施例に限定されるものと解釈するべきでない。別段の記載がないかぎり、パーセントはすべて重量パーセントである。
【実施例】
【0030】
評価対象の有機フッ素化合物の調製、供給元
1. CF3CF2C(O)CF(CF3)2 − 1,1,1,2,4,4,5,5,5−ノナフルオロ−2−トリフルオロメチルペンタン−3−オン
攪拌機、ヒーター、および熱電対を備えたクリーンな乾燥した600mLのParr反応器に、5.6g(0.10mol)の噴霧乾燥させた無水フッ化カリウム(ウィスコンシン州ミルウォーキーのシグマ・アルドリッチ・ケミカル・カンパニー(Sigma Aldrich Chemical Co.,Milwaukee,WI)から入手可能)および250gの無水ジグリム(無水ジエチレングリコールジメチルエーテル、シグマ・アルドリッチ・ケミカル・カンパニー(Sigma Aldrich Chemical Co.)から入手可能)を添加した。この合成およびすべての後続の合成で使用した無水フッ化カリウムは、噴霧乾燥させ、125℃で保存し、使用する少し前に粉砕したものであった。21.0g(0.13mol)のC2F5COF(純度約95.0パーセント、ミネソタ州セントポールのスリーエム・カンパニー(3M Company,St.Paul,MN)から入手可能)を密閉反応器に添加しながら、反応器の内容物を攪拌した。次に、反応器およびその内容物を加熱し、70℃の温度に達したときに、147.3g(0.98mol)のCF2=CFCF3(ヘキサフルオロプロピレン、シグマ・アルドリッチ・カンパニー(Sigma Aldrich Co.)から入手可能)と163.3g(0.98mol)のC2F5COFとの混合物を3.0時間かけて添加した。ヘキサフルオロプロピレンとC2F5COFとの混合物を添加している間、圧力を95psig(絶対圧力5700トル)未満に保持した。ヘキサフルオロプロピレン添加の終了時における圧力は、30psig(絶対圧力2300トル)であり、45分間の保持時間にわたり変化しなかった。反応器内容物を冷却させ、一段蒸留することにより、ガスクロマトグラフィーにより決定したときに90.6%の1,1,1,2,4,4,5,5,5−ノナフルオロ−2−トリフルオロメチル−ペンタン−3−オンと0.37%のC6F12(ヘキサフルオロプロピレン二量体)とを含有する307.1gを得た。粗製のフッ素化ケトンを水洗し、蒸留し、シリカゲルと接触させて乾燥させることにより、0.4%のヘキサフルオロプロピレン二量体を含有する純度99%の分別されたフッ素化ケトンを得た。
【0031】
以上に述べたように作製した分別済みのフッ素化ケトンを次の手順により精製してヘキサフルオロプロピレン二量体を除去した。攪拌機、ヒーター、および熱電対を備えたクリーンな乾燥した600mLのParr反応器に、61gの酢酸、1.7gの過マンガン酸カリウム、および301gの上記の分別済みの1,1,1,2,4,4,5,5,5−ノナフルオロ−2−トリフルオロメチル−ペンタン−3−オンを添加した。反応器をシールし、攪拌しながら60℃まで加熱した。圧力は12psig(絶対圧力1400トル)に達した。60℃で75分間攪拌した後、ディップチューブを用いて液体試料を採取し、サンプルを相分離させ、下相を水で洗浄した。glcを用いてサンプルを分析したところ、ヘキサフルオロプロピレン二量体は検出できない量であり、ヘキサフルオロプロピレン三量体は少量であることがわかった。60分後に第2のサンプルを採取し、同様に処理した。第2のサンプルのglc分析では、検出可能な二量体および三量体はいずれも存在しないことがわかった。3.5時間後、反応を停止させ、精製されたケトンを酢酸から相分離させ、下相を水で2回洗浄した。glcで99.6%を超える純度を有し検出可能なヘキサフルオロプロピレン二量体および三量体のいずれをも含有しない261gのケトンを収集した。
【0032】
2. CF3C(O)CF(CF3)2 − 1,1,1,3,4,4,4−ヘプタフルオロ−3−トリフルオロメチルブタン−2−オン
421gの無水トリフルオロ酢酸(シグマ・アルドリッチ・カンパニー(Sigma Aldrich Co.)から入手可能)、319.5gの無水ジグリム、131gの無水フッ化カリウム、および315gのヘキサフルオロプロピレンからなる混合物を、3リットルのハステロイ(HASTELLOY)TM圧力容器(インディアナ州ココモのハイネス・インコーポレーテッド(Haynes,Inc.,Kokomo,IN))中、自生圧力下、50℃で16時間加熱した。ガス状生成物を分別蒸留し、25℃の沸点を有する319.1gの1,1,1,3,4,4,4―ヘプタフルオロ−3−トリフルオロメチル−ブタン−2−オンを得た。ガスクロマトグラフィーにより決定した純度は、99.6%であった。核磁気共鳴分光法を用いて構造を確定した。
【0033】
3. CF3CF2CF3 − ペルフルオロプロパン
ペルフルオロプロパンは、サウスカロライナ州ウェストコロンビアのフルオロケム・ユーエスエイ(Fluorochem USA,West Columbia,SC)から99+%の純度で入手可能である。
【0034】
4. c−C4F8O − c−オクタフルオロテトラメチレンオキシド
c−オクタフルオロテトラメチレンオキシドは、ミネソタ州セントポールのスリーエム・カンパニー(3M Company,St.Paul,MN)から入手可能である。
【0035】
実施例1〜2および比較例C1〜C2
本発明に係る2種のペルフルオロケトンCF3C(O)CF(CF3)2およびCF3CF2C(O)CF(CF3)2を、2種の公知のクリーニングガスであるペルフルオロプロパン(C3F8)およびc−オクタフルオロテトラメチレンオキシド(c−C4F8O)と比較した。ペルフルオロケミカルを用いて種々の誘電体材料の調製にすでに使用されたCVDチャンバーからシリコン系堆積物を除去する能力に関して、ガスの比較を行った。
【0036】
プラズマクリーニングプロセス時にチャンバーからの排気物質をある時間にわたり分析することのできるフーリエ変換赤外分光計を、プラズマ・ラボ・ユーピー(Plasma Lab uP)化学蒸着(CVD)チャンバー(ケンタッキー州アーランガーのプラズマテック・インコーポレーテッド(PLASMAtech,Inc.,Erlanger,KY)から入手可能)に設置した。いずれの実験の場合にも、電力を250ワットで一定に保持し、圧力を絶対圧力0.1トルに保持し、各有機フッ素試験ガスを酸素ガスと0.33の体積比で混合した。最初、RF電源を落とした状態にして、有機フッ素/酸素のガス混合物を未反応の状態でチャンバーおよび分光計に通した。次に、RF電源を入れて、プラズマを生成させた。ガス混合物を反応させた。チャンバーに供給されてチャンバーから排出される各クリーニングガス(分解生成物を含む)の質量を決定した。出口ストリーム中のSiF4の濃度に基づいて種々のガスのクリーニング速度が同等になるように流量を選択した。その結果として、ペルフルオロケトンの流量をC3F8およびc−C4F8Oのいずれの流量よりも著しく減少させても、同一のクリーニング速度を達成することができた。
【0037】
以下に与えられた式を用いて各クリーニングガスの利用効率を計算した。
【数2】
式中、[CxFyOz]は、RF電源を入れる前および入れた後に測定したクリーニングガスのモル濃度を表す。プラズマ中のクリーニングガスの性能を最大化しかつPFC温室効果ガスの排出を最小化するには、利用率パーセントが高いほど望ましい。
【0038】
各クリーニングガスについてPFC排出を測定した。ペルフルオロプロパンからの排出に基づいて排出を規格化した。利用効率をも計算した。ペルフルオロケトンでは、C3F8またはc−C4F8Oと比較して、より高い利用効率が得られるとともにPFC排出がかなり顕著に97〜98%も減少することが表1のデータからわかる。
【0039】
【表1】
【0040】
CF3C(O)CF(CF3)2について、SiF4除去速度(35sccmの流量に対して規格化した)およびクリーニングガス利用効率に及ぼすクリーニングガス流量の影響を表2に示す。これらの5つの実験の間、CVDチャンバー圧力を絶対圧力0.1トルに保持し、RF電力を250ワットに設定し、各有機フッ素試験ガスを酸素ガスと0.33の体積比で混合した。
【0041】
【表2】
【0042】
過フッ素化ケトンクリーニングガスの利用効率はガス流量にほとんど依存せず、規格化SiF4除去速度はクリーニングガス流量を減少させるとわずかに低下することが表2のデータからわかる。これらの結果から、本発明のペルフルオロケトンを非常に低い流量で用いてCVDチャンバーからシリコン系物質を効果的に除去することができることが示される。
【0043】
実施例3〜4および比較例C3〜C4
この一連の実験では、酸化ケイ素処理されたウェハをCVDチャンバー中でエッチングしたこと以外は、実施例1〜2および比較例C1〜C2に記載のものと同一の試験手順および候補化合物評価を行った。この場合にもまた、CVDチャンバー圧力を絶対圧力0.1トルに保持し、RF電力を250ワットに設定し、各有機フッ素試験ガスを酸素ガスと0.33の体積比で混合した。
【0044】
エッチングガス研究を行うために、最初に、厚さ約10,000オングストロームの熱成長二酸化ケイ素層を有する酸化シリコンウェハを作製した。使用したシリコンウェハは、ミズーリ州セントピーターズのエムイーエムシー・エレクトロニック・マテリアルズ・インコーポレーテッド(MEMC Electronic Materials,Inc.,St.Peters,MO)から入手可能な直径8インチ(20cm)のウェハであった。加湿酸素ガス中、1000℃で、各ウェハの熱酸化を約5時間行った。ナノメトリスTM・ナノ・スペック/エイエフティー180(NANOMETRISTM Nano Spec/AFT 180)偏光解析計(カリフォルニア州サニーベールのナノメトリックス・インコーポレーテッド(Nanometrics,Inc.,Sunnyvale,CA)から入手可能)を用いて酸化物層の厚さを決定した。
【0045】
酸化ケイ素被覆ウェハをCVDチャンバー中で2分間エッチングし、FTIRを用いてSiF4排出をモニターすることにより、各エッチングガスについてウェハから除去された酸化ケイ素の量を決定した。各エッチングガスで同一量のSiF4が生成するように流量を選択した。ペルフルオロケトンでは、かなり少ない流量を用いて同一のエッチング速度を達成することができた。ペルフルオロプロパンの排出に基づいてPFC排出を規格化した。ペルフルオロケトンでは、95%を超える排出の減少がみられたのに対して、c−C4F8Oを用いたときには、わずか5%減少したにすぎなかった。結果を表3に示す。
【0046】
【表3】
【0047】
以上の詳細な説明から、本発明の精神または範囲から逸脱することなく本発明の方法に変更を加えることができることは明らかであろう。したがって、本発明の精神から逸脱することのない修正および変更は、特許請求およびその等価物の範囲内に含まれるものとみなされる。
Claims (18)
- 4〜7個の炭素原子を有するペルフルオロケトンを含む反応性ガスに堆積物を接触させることを含む、蒸気反応器から堆積物を除去する方法。
- 前記反応性ガスが酸素をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記反応性ガスがプラズマである、請求項1に記載の方法。
- 前記ペルフルオロケトンが5〜7個の炭素原子を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記ペルフルオロケトンが、CF3CF2C(O)CF2CF3、CF3C(O)CF(CF3)2、CF3CF2C(O)CF(CF3)2、CF3(CF2)2C(O)CF(CF3)2、(CF3)2CFC(O)CF(CF3)2、ペルフルオロシクロペンタノン、ペルフルオロシクロヘキサノン、およびそれらの混合物からなる群より選択される、請求項4に記載の方法。
- 前記ペルフルオロケトンがCF3C(O)CF(CF3)2である、請求項4に記載の方法。
- 前記ペルフルオロケトンがCF3CF2C(O)CF(CF3)2である、請求項4に記載の方法。
- 前記ペルフルオロケトンが約10未満の地球温暖化係数を有する、請求項1に記載の方法。
- 4〜7個の炭素原子を有するペルフルオロケトンを含むガスに誘電体材料または金属材料を接触させることを含む、蒸気反応器中で誘電体材料または金属材料をエッチングする方法。
- 前記反応性ガスが酸素をさらに含む、請求項9に記載の方法。
- 前記反応性ガスがプラズマである、請求項9に記載の方法。
- 前記ペルフルオロケトンが5〜7個の炭素原子を有する、請求項9に記載の方法。
- 前記ペルフルオロケトンが、CF3CF2C(O)CF2CF3、CF3C(O)CF(CF3)2、CF3CF2C(O)CF(CF3)2、CF3(CF2)2C(O)CF(CF3)2、(CF3)2CFC(O)CF(CF3)2、ペルフルオロシクロペンタノン、ペルフルオロシクロヘキサノン、およびそれらの混合物からなる群より選択される、請求項12に記載の方法。
- 前記ペルフルオロケトンがCF3C(O)CF(CF3)2である、請求項12に記載の方法。
- 前記ペルフルオロケトンがCF3CF2C(O)CF(CF3)2である、請求項12に記載の方法。
- 前記誘電体材料または金属材料がシリコン系材料を含む、請求項9に記載の方法。
- 前記ペルフルオロケトンが約10未満の地球温暖化係数を有する、請求項9に記載の方法。
- 4〜7個の炭素原子を有するペルフルオロケトンを含む反応性ガスに材料を接触させることを含む、蒸気反応器中で材料をドーピングする方法。
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