JP2005142596A - Method of cleaning semiconductor manufacturing apparatus and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマCVD(Chemical Vaper Deposition)装置などの半導体製造装置の洗浄方法に係り、詳しくは、例えば、半導体装置の層間絶縁膜等のフッ素(F)を含有したシリコン酸化膜(以下、「FSG膜」ということがある)を形成するための半導体製造装置の洗浄方法、及び半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a cleaning method of a semiconductor manufacturing apparatus such as a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus, and more specifically, for example, a silicon oxide film containing fluorine (F) such as an interlayer insulating film of a semiconductor device (hereinafter referred to as “ The present invention relates to a method for cleaning a semiconductor manufacturing apparatus and a method for manufacturing a semiconductor device.
半導体装置の製造工程には、基板上に半導体薄膜を形成を行なう、プラズマCVD工程がある。この成膜工程では、反応炉内に設けられた静電チャック上に基板を配置して、反応炉内に反応ガスを供給し、一対の電極間に高周波電力を印加してプラズマを発生させ、反応ガス分子をプラズマにより分解して基板表面に半導体薄膜を形成するものである。 The semiconductor device manufacturing process includes a plasma CVD process in which a semiconductor thin film is formed on a substrate. In this film forming process, a substrate is placed on an electrostatic chuck provided in the reaction furnace, a reaction gas is supplied into the reaction furnace, high frequency power is applied between a pair of electrodes to generate plasma, The reaction gas molecules are decomposed by plasma to form a semiconductor thin film on the substrate surface.
このような成膜工程の繰り返しにより、プラズマCVD装置の反応炉や電極の表面にも半導体薄膜が付着・堆積されるため、成膜処理中にこれら反応炉や電極に付着・堆積した膜が剥離して、成膜処理中に基板上に付着して汚染してしまう。 By repeating such a film formation process, the semiconductor thin film adheres and deposits also on the surface of the reactor and electrodes of the plasma CVD apparatus, so that the film attached and deposited on these reactors and electrodes peels off during the film formation process. As a result, the film adheres to the substrate during the film forming process and is contaminated.
このため、近年、プラズマCVD装置の反応炉内の洗浄方法として、成膜と同様に、フッ化物系洗浄ガスを用い、プラズマを印加して、F原子を発生させて、反応炉内壁や電極に付着・堆積した膜を洗浄する方法が行なわれている。また、このフッ化物系洗浄ガスを用いた洗浄の際に発生するフッ素原子が、反応炉内壁や電極に吸着・残留するため、これを還元するために、フッ素還元ガスを用いてF原子を還元して、炉内の残留フッ素原子を還元させて除去することも行なわれている。 Therefore, in recent years, as a cleaning method in the reactor of the plasma CVD apparatus, as in the film formation, a fluoride-based cleaning gas is used, and plasma is applied to generate F atoms, which are applied to the reactor inner wall and electrodes. A method of cleaning the deposited / deposited film has been performed. In addition, fluorine atoms generated during cleaning using this fluoride-based cleaning gas are adsorbed and remain on the inner wall and electrode of the reactor, and in order to reduce this, F atoms are reduced using fluorine reducing gas. Then, residual fluorine atoms in the furnace are reduced and removed.
具体的には、例えば、特開平7−201738号公報には、反応炉内にフッ素還元ガスを供給すると共に、窒化化合物のラジカル又はイオンなどの活性種を供給し、当該活性種を残留フッ素成分に作用させることで、残留フッ素成分を還元・除去する洗浄方法が開示されている。 Specifically, for example, in JP-A-7-201738, a fluorine reducing gas is supplied into a reaction furnace and an active species such as a radical or ion of a nitride compound is supplied. A cleaning method is disclosed in which residual fluorine components are reduced and removed by acting on the liquid.
また、特開平9−249976号公報には、フッ化物系洗浄ガスとして、NF3、CF4、C3F8、C2F6、ClF3を用い、フッ素還元洗浄ガスとしてO2、H2、及び不活性ガスから選択する少なくとも1種を用いた洗浄方法が開示されている。 JP-A-9-249976 discloses that NF 3 , CF 4 , C 3 F 8 , C 2 F 6 , and ClF 3 are used as the fluoride-based cleaning gas, and O 2 , H 2 as the fluorine reducing cleaning gas. And a cleaning method using at least one selected from an inert gas is disclosed.
また、特開平10−147877号公報には、フッ素系洗浄ガスを用いてクリーニング後或いは途中に、反応炉内にフッ素還元ガスとして不活性ガス(必要に応じて窒素ガス)を供給して、残留フッ素成分を還元・除去する洗浄方法が開示されている。
上記提案のような洗浄方法においては、通常、プラズマCVD装置の反応炉内に設けられた静電チャック表面の保護のために、静電チャック上に基板(ウエハ)と同じ形状のセラミックカバーを配置する。そして、反応炉内にフッ化物系洗浄ガスを供給すると共にプラズマを発生させて、反応炉内のSiO膜を除去し、この洗浄終了後に、洗浄チャック上にセラミックカバーを置いたままで、反応炉内にフッ素還元ガスを供給すると共にプラズマを発生させ、反応炉内の残留フッ素原子を還元させて除去している。 In the cleaning method as proposed above, a ceramic cover having the same shape as the substrate (wafer) is usually placed on the electrostatic chuck to protect the surface of the electrostatic chuck provided in the reactor of the plasma CVD apparatus. To do. Then, a fluoride-based cleaning gas is supplied into the reaction furnace and plasma is generated to remove the SiO film in the reaction furnace. After this cleaning is completed, the ceramic cover is left on the cleaning chuck, A fluorine reducing gas is supplied to the plasma and plasma is generated to reduce and remove residual fluorine atoms in the reaction furnace.
このように、プラズマCVD装置のクリーニング中には、静電チャック上にセラミックカバーが置かれており、静電チャック表面を保護している。 Thus, during the cleaning of the plasma CVD apparatus, the ceramic cover is placed on the electrostatic chuck to protect the surface of the electrostatic chuck.
しかしながら、従来のクリーニング条件では、セラミックカバーの反り返りなどにより、セラミックカバーと静電チャックとの隙間が生じ、当該隙間にフッ化物系洗浄ガスが入りこみ、静電チャック表面にフッ素成分が吸着してしまうといった問題がある。静電チャック表面に吸着した残留フッ素成分は、フッ素還元ガスによる処理でも十分に還元・除去されないため、洗浄後の半導体薄膜形成時に、残留フッ素成分が静電チャック表面から離脱(以下F脱ガスという)し、基板(ウエハ)周辺の成膜温度を低下させ、膜厚異常、エッチング加工不良、膜剥れなどの不具合が生じるといった問題があり、改善が望まれている。特にこの現象は、FSG膜を成膜する際、顕著に生じるため重要な問題である。 However, under the conventional cleaning conditions, a gap between the ceramic cover and the electrostatic chuck is generated due to warping of the ceramic cover, and a fluoride-based cleaning gas enters the gap and the fluorine component is adsorbed on the surface of the electrostatic chuck. There is a problem. The residual fluorine component adsorbed on the surface of the electrostatic chuck is not sufficiently reduced and removed even by the treatment with the fluorine reducing gas. Therefore, the residual fluorine component is detached from the surface of the electrostatic chuck (hereinafter referred to as F degassing) when the semiconductor thin film is formed after cleaning. However, there is a problem that the film forming temperature around the substrate (wafer) is lowered and defects such as an abnormal film thickness, defective etching, and film peeling occur, and improvement is desired. In particular, this phenomenon is an important problem because it occurs remarkably when an FSG film is formed.
従って、本発明は、前記従来における諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明の目的は、半導体薄膜形成時において、基板を配置する基板支持電極(静電チャック)からのF脱ガスを防止し、基板(ウエハ)周辺の成膜温度低下なく半導体薄膜を形成可能であり、膜厚異常、エッチング加工不良、膜剥れなどの不具合を防止する半導体製造装置の洗浄方法、及び半導体装置の製造方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the conventional problems and achieve the following object. That is, the object of the present invention is to prevent F degassing from the substrate support electrode (electrostatic chuck) on which the substrate is disposed during the formation of the semiconductor thin film, and to form the semiconductor thin film without lowering the film forming temperature around the substrate (wafer). It is possible to provide a method for cleaning a semiconductor manufacturing apparatus and a method for manufacturing a semiconductor device that can prevent defects such as an abnormal film thickness, defective etching, and film peeling.
上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、
本発明の半導体製造装置の洗浄方法は、反応炉内に設けられた基板支持電極上に基板を配置し、当該基板上に半導体薄膜を形成する半導体製造装置の洗浄方法であって、
前記基板の反応炉内搬入前の半導体薄膜形成待機時において、
前記反応炉内に水素ガス及び不活性ガスを供給した後、プラズマを発生させる洗浄工程を有することを特徴とする。
The above problem is solved by the following means. That is,
A cleaning method for a semiconductor manufacturing apparatus of the present invention is a cleaning method for a semiconductor manufacturing apparatus in which a substrate is disposed on a substrate support electrode provided in a reaction furnace, and a semiconductor thin film is formed on the substrate,
When waiting for semiconductor thin film formation before carrying the substrate into the reactor,
A cleaning process for generating plasma after supplying hydrogen gas and inert gas into the reaction furnace is provided.
また、本発明の半導体装置の製造方法は、上記本発明の半導体製造装置の洗浄方法により洗浄を施した後、反応炉内に設けられた基板支持電極上に基板を配置する共に、反応炉内に原料ガスを供給した後、プラズマを発生させ、基板上に半導体薄膜を形成する工程を行なうことを特徴とする。 In addition, the semiconductor device manufacturing method of the present invention includes a substrate placed on a substrate support electrode provided in the reaction furnace after being cleaned by the semiconductor manufacturing apparatus cleaning method of the present invention. After the source gas is supplied to the substrate, plasma is generated to perform a step of forming a semiconductor thin film on the substrate.
以上説明したように本発明によれば、半導体薄膜形成時において、基板を配置する基板支持電極(静電チャック)からのF脱ガスを防止し、基板(ウエハ)周辺の成膜温度低下なく半導体薄膜を形成可能であり、膜厚異常、エッチング加工不良、膜剥れなどの不具合を防止する半導体製造装置の洗浄方法、及び半導体装置の製造方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, during the formation of a semiconductor thin film, F degassing from the substrate support electrode (electrostatic chuck) on which the substrate is disposed can be prevented, and the semiconductor film can be formed without lowering the film formation temperature around the substrate (wafer). A thin film can be formed, and a method for cleaning a semiconductor manufacturing apparatus and a method for manufacturing a semiconductor device that can prevent defects such as abnormal film thickness, defective etching, and film peeling can be provided.
以下、本発明の実施の形態の一例を図面を参照して説明する。なお、実質的に同様の機能を有するものには、全図面通して同じ符号を付して説明し、場合によってはその説明を省略することがある。 Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, what has the substantially same function is attached | subjected and demonstrated through the whole figure, and the description may be abbreviate | omitted depending on the case.
(参考例)
図1は、参考例に係る半導体製造装置を示す概略構成図である。
(Reference example)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a semiconductor manufacturing apparatus according to a reference example.
図1に示す半導体製造装置は、装置本体100と上部電極であるぺルジャー102(セラミックドーム)とで密封されたチャンバ104(反応炉)内に、インジェクタ106と下部電極である静電チャック108(基板支持電極)とが配置された構成のプラズマCVD装置であり、装置本体100に配置された排気口(図示せず)から真空引きすることで真空保持されたチャンバ104内にインジェクタ106から原料ガスを供給しぺルジャー102から例えば周波数400kHzのプラズマを、静電チャックから周波数13.56kHzのプラズマを発生させて成膜するものである。また、図1に示す半導体製造装置には、フッ化物系洗浄ガスをチャンバ104内に供給するインジェクタ107を備えている。
A semiconductor manufacturing apparatus shown in FIG. 1 includes an
本参考例は、図1に示す半導体製造装置の洗浄方法として、まず、チャンバ104内に配置されている静電チャック108上に、静電チャック108表面を保護するためのセラミックカバー110(絶縁カバー)を配置した後、静電チャック108に例えば600V程度の電圧を印加することで、セラミックカバー110を静電チャック108表面に密着させる。この静電チャック108にセラミックカバー110を密着させて配置する方法としては、静電チャックに600V程度の電圧を印加する方法のほかに、クランプリングでクランプする方法がある。
In this reference example, as a cleaning method of the semiconductor manufacturing apparatus shown in FIG. 1, first, a ceramic cover 110 (insulating cover) for protecting the surface of the
次に、チャンバ104内に配置されているインジェクタ107からフッ化物系洗浄ガスとしてNF3ガスを、例えば100〜1000sccm供給しながら、チャンバ104内の圧力を例えば、0.1333〜1.333Pa(1〜10mTorr)程度の圧力を保持する。
Next, the pressure in the
そして、上部電極であるベルジャー102から例えば13.56MHzの周波数のプラズマを出力1000〜1500Wで発生させNF3ガスをプラズマ励起してFラジカルを生成し、これをチャンバ104内壁に付着・堆積したSiO膜などの堆積物と反応させ、例えばSiF4などの揮発性化合物を生成させて、これをチャンバ104内から排出することで、堆積物を除去する。
Then, plasma with a frequency of, for example, 13.56 MHz is generated from the
次に、チャンバ104内に、フッ素還元ガスとしてH2ガスを、例えば200〜1000sccm供給しながら、チャンバ104内の圧力を例えば、0.1333〜1.333Pa(1〜10mTorr)程度の圧力を保持する。
Next, while supplying H 2 gas, for example, 200 to 1000 sccm as a fluorine reducing gas into the
そして、上部電極であるベルジャー102から例えば13.56MHzの周波数のプラズマを出力500〜1500Wで発生させH2ガスをプラズマ励起し、チャンバ104内壁に付着した残留フッ素成分と反応させ、残留フッ素成分を還元・除去する。
Then, plasma with a frequency of, for example, 13.56 MHz is generated from the
このようにして、CVD装置の洗浄が終了する。その後、チャンバ104内にウエハを搬入すると共に静電チャック108上に配置し、例えば、FSG膜などの半導体薄膜形成工程が行なわれる。
In this way, the cleaning of the CVD apparatus is completed. Thereafter, the wafer is loaded into the
本参考例では、セラミックカバー110を静電チャック上に密着させて配置させるため、セラミックカバー110は静電チャック108表面と隙間を有することなく配置されている。このため、チャンバ104に供給されたNF3がセラミックカバー110と静電チャック108表面との間に入り込むのを抑制し、静電チャック108表面に対するフッ素成分の吸着を防止し、その後の半導体薄膜形成工程においてウエハ(基板)を配置する静電チャック108からのF脱ガスを防止することができる。
In this reference example, since the
(第1の実施の形態)
本実施の形態は、図1に示す半導体製造装置の洗浄方法として、基板をチャンバ104内に搬入前の装置アイドル時(半導体薄膜形成待機時)に、静電チャック108表面を露出した状態で、チャンバ104内に、インジェクタ106から不活性ガスとしてArガスに希釈したH2ガス(Ar/H2ガス)を、例えば100〜1000sccm供給しながら、チャンバ104内の圧力を例えば、0.1333〜1.333Pa(1〜10mTorr)程度の圧力を保持する。ここで、不活性ガスとしてはArガスに限られず、Heガスを使用してもよい。
(First embodiment)
In the present embodiment, as a method for cleaning the semiconductor manufacturing apparatus shown in FIG. 1, the surface of the
そして、上部電極であるベルジャー102から例えば450kHzの周波数のプラズマを出力1000〜5000Wで発生させH2ガスをプラズマ励起し、チャンバ104内壁や露出した静電チャック108表面に吸着した残留フッ素成分と反応させ、残留フッ素成分を還元・除去する。
Then, plasma with a frequency of 450 kHz, for example, is generated from the
その後、チャンバ104内にウエハを搬入すると共に静電チャック108上に配置し、例えば、FSG膜などの半導体薄膜形成工程が行なわれる。
Thereafter, the wafer is loaded into the
従来、半導体薄膜の静膜、フッ化物系洗浄ガスクリーニング処理、フッ素還元処理以外の装置アイドル時には、チャンバ104内温度を保持するため、常時インジェクタ106からArガスに希釈したO2ガス(Ar/O2ガス)を供給し、ベルジャー102からプラズマを発生させているが、近年、フッ素還元効果を狙ってAr/O2ガスの代わりにH2ガス及びO2ガスの混合ガス(H2/O2ガス)の使用が一部奨励されている(例えば、特開平9−249976号公報参照)。しかしながら、H2/O2ガスを使用すると、プラズマによる励起によりチャンバ104内にH2Oが発生してしまい、残留H2Oが成膜時に膜中に取り込まれてしまうといった問題が生じる。
Conventionally, O 2 gas (Ar / O) always diluted from the
そこで、本実施形態では、装置アイドル時に、O2と同等のプラズマ安定性が得られるArガスと、H2ガスとの混合ガスをチャンバ104内に供給し、プラズマを発生させることで、H2Oを発生させることなく、チャンバ104内壁や露出した静電チャック108表面に吸着したフッ素成分を還元・除去することが可能となり、その後の半導体薄膜形成工程においてウエハ(基板)を配置する静電チャック108からのF脱ガスを防止することができる。
Therefore, in the present embodiment, when the apparatus is idle, a mixed gas of Ar gas and H 2 gas that can obtain plasma stability equivalent to O 2 is supplied into the
(第2の実施の形態)
本実施の形態は、上記第1の実施形態を行なった後、さらに、チャンバ104内に内に基板を搬入する直前(例えば30〜60秒前)に、静電チャック108から例えば13.56MHzの周波数のプラズマを出力100〜200Wで発生させる。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, after the first embodiment is performed, for example, 13.56 MHz from the
本実施形態では、チャンバ104内に内に基板を搬入する直前に静電チャック108からプラズマを発生させることで、前処理で供給・分解されたH+、Ar+が静電チャック108に衝突し、そのエネルギーによって静電チャック108表面に吸着したFが離脱させ、より効果的に残留フッ素成分を除去することが可能となり、その後の半導体薄膜形成工程においてウエハ(基板)を配置する静電チャック108からのF脱ガスを防止することができる。
In the present embodiment, plasma is generated from the
また、本実施形態では、チャンバ104内に内に基板を搬入する直前に静電チャック108から発生させるプラズマの出力を100〜200W程度と微弱にしているので、静電チャック108表面へのダメージもなく、Fを離脱させている。
In the present embodiment, the plasma output generated from the
なお、上記1〜2の実施形態では、フッ化物系洗浄ガスとしてNF3ガスを用いた形態を説明したが、これに限られず、CF4、C3F8、C2F6、ClF3を使用することもできる。また、フッ素還元ガスとしてH2ガスを用いた形態を説明したが、これに限られず、NH3ガスなど、水素を含んだガスを使用することができる。 In the first and second embodiments, the embodiment using the NF 3 gas as the fluoride-based cleaning gas has been described. However, the present invention is not limited to this, and CF 4 , C 3 F 8 , C 2 F 6 , and ClF 3 are used. It can also be used. Also it has been described the form of using H 2 gas as the fluorine reducing gas is not limited thereto, and NH 3 gas may be used a gas containing hydrogen.
なお、上記何れの実施形態においても、限定的に解釈されるものではなく、本発明の要件を満足する範囲内で実現可能であることは、言うまでもない。 In any of the above-described embodiments, it is needless to say that the present invention is not construed in a limited manner and can be realized within the range satisfying the requirements of the present invention.
100 装置本体
102 ベルジャー(反応炉)
102 ルジャー
104 チャンバ
106 インジェクタ
107 インジェクタ
108 静電チャック(基板支持電極)
110 セラミックカバー(絶縁カバー)
112 供給パイプ
100 apparatus
102
110 Ceramic cover (insulation cover)
112 Supply pipe
Claims (5)
前記基板の反応炉内搬入前の半導体薄膜形成待機時において、
前記反応炉内に水素ガス及び不活性ガスを供給した後、プラズマを発生させる洗浄工程を有することを特徴とする半導体製造装置の洗浄方法。 A method for cleaning a semiconductor manufacturing apparatus, in which a substrate is disposed on a substrate support electrode provided in a reaction furnace, and a semiconductor thin film is formed on the substrate,
When waiting for semiconductor thin film formation before carrying the substrate into the reactor,
A cleaning method of a semiconductor manufacturing apparatus, comprising: a cleaning step of generating plasma after supplying hydrogen gas and inert gas into the reaction furnace.
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