JP2006165317A - 半導体製造装置のクリーニング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 繰り返し行う成膜ステップの間に、ホットウォール型ＣＶＤ装置のチャンバ内壁をクリーニングする方法であって、チャンバへのダメージを抑制しつつ、且つドライクリーニング後の成膜速度の変動を抑制できる半導体製造装置のクリーニング方法を提供する。
【解決手段】 半導体製造装置のクリーニング方法は、チャンバ内壁に堆積した堆積物を除去する堆積物除去ステップと、チャンバ内壁を構成する材料と同一の材料を供給するＣＶＤステップとを順次に有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体製造装置のクリーニング方法に関し、更に詳細には、ホットウォール型のＣＶＤ装置のドライクリーニングに特に好適に適用される技術に関する。

ホットウォール型のＣＶＤ装置では、通常の製造工程でウエハに成膜を行う際に、成膜を行った材料又は成膜時に生成された副生成物がヒータで加熱されたチャンバの内壁に堆積する。チャンバ内壁の堆積物が増大すると、その堆積物が剥離してウエハに付着し、製品における短絡などの不良原因となる。このため、堆積物を除去するクリーニングを定期的に行うことが必要である。

ホットウォール型のＣＶＤ装置では、従来、ウェットクリーニングが行われている。ウェットクリーニングでは、例えば堆積物が所定の膜厚に達すると半導体製造装置を分解し、チャンバ及び成膜時にガスに晒される部品を腐食性を有する薬液等の中に浸すことによって堆積物を除去する。しかし、ウェットクリーニングは、装置のダウンタイムが長いため、生産性を大きく低下させると共に、多くの工数を必要とする問題があった。また、装置分解後の初期不良の恐れもあった。

上記問題を解消するために、近年、装置を分解することなく装置内部のクリーニングを行うドライクリーニングが多用されつつある。図６に、ドライクリーニングを行う半導体製造装置の構成の一例を示す。

半導体製造装置４０は、シリコン窒化膜の成膜を行うホットウォール型のＣＶＤ装置であって、石英から成るチャンバ１１と、チャンバ１１の外壁を覆うように配設されたチャンバ外容器１２と、複数のウエハ１９を載置するボート１３ａを支持するボート支持台１３とを備える。ボート支持台１３には、チャンバ１１内の温度の変動を抑える目的で、石英から成る保温筒１４が取り付けられている。ボート支持台１３は、チャンバ１１に対して脱着可能に配設されている。ボート支持台１３及び保温筒１４のチャンバ１１内に露出する部分は、石英で形成されている。

チャンバ外容器１２の内部には、チャンバ１１を加熱する複数のヒータ１５が配設されている。ヒータ１５は、図示しない温度制御部によって、チャンバ１１内の温度が所定値になるようにフィードバック制御される。

ボート支持台１３の側部には、石英から成る、第１のガス導入ポート１６、及び第２のガス導入ポート１７が配設されている。第１のガス導入ポート１６は、シリコン窒化膜の成膜に必要なガスを供給する第１のガス供給系統に接続される。第１のガス供給系統は、第１のガス導入ポート１６に接続されるガス導入配管２１と、ガス導入配管２１の上流に、それぞれマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２２ａ，２２ｂ，２２ｃを介して接続された窒素（Ｎ₂）供給源２３ａ、アンモニア（ＮＨ₃）供給源２３ｂ、及びジクロルシラン（ＳｉＨ₂Ｃｌ₂：ＤＣＳ）供給源２３ｃとを備える。

第２のガス導入ポート１７は、ドライクリーニングに必要なガスを供給する第２のガス供給系統に接続される。第２のガス供給系統は、第２のガス導入ポート１７に接続されるガス導入配管２４と、ガス導入配管２４の上流に、それぞれＭＦＣ２５ａ，２５ｂを介して接続されたフッ素（Ｆ₂）供給源２６ａ及びフッ化水素（ＨＦ）供給源２６ｂとを備える。ＭＦＣ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２５ａ，２５ｂは、ガス流量をそれぞれ独立に制御することができる。

チャンバ１１の上部には、装置内部のガスを排出するガス排出ポート１８が配設されている。ガス排出ポート１８はガス排出管２７に接続され、ガス排出管２７には、オートプレッシャコントローラ（ＡＰＣ）２８及び真空吸引ポンプ２９が下流側に向かって順次に配設されている。ＡＰＣ２８は、図示しない圧力制御部によって、チャンバ１１内の圧力が所定値になるようにフィードバック制御される。

ウエハ１９上にシリコン窒化膜を成膜する製造工程では、ボート１３ａにウエハ１９を載置した状態で、ＤＣＳ及びＮＨ₃を用いてシリコン窒化膜の成膜を行う。チャンバ内壁１１ａの堆積物が一定の累積膜厚に達すると、堆積物の剥がれによるパーティクル等が多くなるため、ボート１３ａからウエハ１９を取り出した状態でクリーニングを行う。この製造工程では、一般に、堆積物の累積膜厚が1μm程度になった時点から小さなパーティクルが段階的に増加するため、この累積膜厚に達する度にクリーニングを行う。

図７（ａ）〜（ｃ）に、半導体製造装置４０において従来のドライクリーニングを行う際のチャンバ内の温度、圧力、及びチャンバに供給されるガス流量のタイムチャートを記述したクリーニングレシピを示す。製造工程でウエハ１９へのシリコン窒化膜の成膜が終了した後、ボート支持台１３をチャンバ１１から取り出し、ボート１３ａからウエハ１９を取り出す。次いで、ボート支持台１３をチャンバ１１の内部に挿入し、ベース圧力までの真空引きを行うことによって、チャンバ１１内のガスを完全に除去する（ｔ_０〜ｔ_１）。

引き続き、チャンバ内壁１１ａに堆積した堆積物を除去するクリーニング・ステップを行う。クリーニング・ステップは、先ず、チャンバ１１内の温度を300℃に設定し（ｔ_２）、次いで、チャンバ１１内の圧力を約400Torrに設定する（ｔ_３）。更に、Ｆ₂及びＨＦをそれぞれ２slmの流量で約３０分導入する（ｔ_４〜ｔ_５）。Ｆ₂とＨＦとの混合比は１：１にすることが好ましく、この場合、チャンバ１１を構成する石英（ＳｉＯ₂）に対するシリコン窒化膜のエッチング比を最も高めることが出来る。

上記クリーニング・ステップの条件において、シリコン窒化膜に対して約700nm／min程度のエッチングレートが得られるため、シリコン窒化膜の累積膜厚が１〜1.5μmである場合には、チャンバ内壁１１ａに堆積したシリコン窒化膜はほぼ完全に除去される。

次いで、ベース圧力までの真空引き及びＮ₂のパージを繰り返すサイクルパージを行うことによって、チャンバ１１内のＦ₂及びＨＦを完全に除去する（ｔ_５〜ｔ_６）。引き続き、チャンバ１１内の温度を800℃程度まで引き上げ、所定時間維持する（図示なし）ことによって、チャンバ内壁１１ａに堆積したフッ素を含有する反応生成物を完全に除去する。

次いで、チャンバ内壁１１ａに対するプリコートを行う。プリコートは、ドライクリーニングの後に装置内部から微小なパーティクルや金属部品の金属が発生することを抑制するために行い、製造工程において成膜する材料と同じ材料を堆積する。先ず、チャンバ１１内の温度を760〜780℃に設定する（ｔ_７）。次いで、チャンバ１１内の圧力を約0.3Torrに設定する（ｔ_８）。更に、ＤＣＳを0.5slmの流量で、ＮＨ₃を5slmの流量でそれぞれ約1.5時間〜2.5時間導入する（ｔ_１０〜ｔ_１１，ｔ_９〜ｔ_１２）。上記プリコートの条件において、約2nm/minのシリコン窒化膜の成長速度が得られるため、約0.15μm〜0.3μmのシリコン窒化膜が堆積される。

次いで、真空引き及びＮ₂のパージを繰り返すサイクルパージを行うことによって、チャンバ１１内のＤＣＳ及びＮＨ₃を排気する（ｔ_１３〜ｔ_１４）。引き続き、Ｎ₂等の不活性ガスを供給することによって、チャンバ１１内の圧力を大気圧に戻す（ｔ_１５〜ｔ_１６）。更に、ボート支持台１３をチャンバ１１から取り出してボート１３ａ上にウエハ１９を載置し、再びチャンバ１１の内部に挿入した後、製造工程におけるシリコン窒化膜の成膜を行う。

ドライクリーニングは、上記のように装置を分解することなくチャンバ内壁１１ａに堆積した堆積物を除去できるので、装置のダウンタイムを短縮し、生産性を向上させることが出来る。このような半導体製造装置のクリーニング方法については、例えば特許文献１に記載されている。
特開２００１−１２３２７１号

ところで、従来のドライクリーニングでは、クリーニングが繰り返されるに従い、製造工程におけるシリコン窒化膜の成膜速度がクリーニング直後に低下する問題があった。図８に、シリコン窒化膜の成膜を繰り返しつつ、半導体製造装置に対して定期的に従来のドライクリーニングを行った際の、ウエハ上に成膜されたシリコン窒化膜の膜厚と成膜回数との関係を示す。同図では、新しいチャンバを用意し、成膜される膜厚が0.15μｍとなるように成膜条件を設定してシリコン窒化膜の成膜を繰り返し、累積膜厚が1.2μmとなる８回の成膜の度にクリーニングを行った。同図中、ＴＯＰはチャンバの上部における膜厚を、ＢＴＭはチャンバの下部における膜厚を、ＣＴＲはチャンバの上部と下部との中間付近における膜厚を示している。

同図によれば、クリーニングの繰り返しに伴いクリーニング直後に成膜されるシリコン窒化膜の膜厚が少しずつ減少していることが判る。また、クリーニング後の２回目以降の成膜で、成膜の繰り返しに伴い膜厚が少しずつ回復していることが判る。成膜速度の低下はチャンバの上部側のウエハで特に顕著である。膜厚の減少は、成膜速度が低下していることを示している。

ここで、成膜速度が低下してもその成膜速度が持続されれば、成膜時間を調整することによって所望の膜厚のシリコン窒化膜を成膜することが可能である。しかし、同図によれば、成膜の度ごとに成膜速度が変動するため、成膜時間の調整によって所望の膜厚のシリコン窒化膜を成膜することが出来ない。従って、従来のドライクリーニングでは、複数回、例えば５回程度のドライクリーニングを繰り返す度にウェットクリーニングを行う必要があった。

しかし、ウェットクリーニングは、前述のように、長いダウンタイムと労力を必要とするため、出来るだけ頻度を減らすことが望まれる。特に近年では、生産ラインの自動化に伴い半導体製造装置の十分なダウンタイムを取ることが難しく、また、ウエハの大口径化に伴うチャンバの大型化によって、装置の分解や堆積物の除去等に際してより多くの時間が必要になっている。

ウェットクリーニングの頻度を減らすために、例えば、ドライクリーニングに際して、シリコン窒化膜と石英とのエッチ選択比を小さくすることによって、チャンバを構成する石英をエッチングする方法がある。エッチ選択比は、温度や、Ｆ₂とＨＦとの流量比を調節することによって小さくすることができ、このようにすることによって、クリーニング後の成膜速度の変動を小さくすることが出来る。しかし、この方法では、チャンバを構成する石英がエッチングされることによって、チャンバに多くのダメージが発生する。

本発明は、上記に鑑み、ホットウォール型のＣＶＤ装置のチャンバ内壁を、繰り返し行う成膜ステップの間にクリーニングする方法であって、チャンバへのダメージを抑制しつつ、且つドライクリーニング後の成膜速度の変動を抑制できる半導体製造装置のクリーニング方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る半導体製造装置のクリーニング方法は、ホットウォール型ＣＶＤ装置のチャンバ内壁をクリーニングする、半導体製造装置のクリーニング方法であって、
繰り返し行う成膜ステップの間に、
チャンバ内壁に堆積した堆積物を除去する堆積物除去ステップと、前記チャンバ内壁を構成する材料と同一の材料を供給するＣＶＤステップとを順次に有することを特徴とする。

本発明によれば、成膜ステップの際にチャンバ内壁に形成されたクラックは、ＣＶＤステップにおいて、チャンバ内壁を構成する材料と同一の材料で埋め込まれることによって修復される。これによって、チャンバ内壁の表面積の増大を防止できるので、クリーニング後の成膜速度の変動を抑制することが出来る。また、クリーニングに際してクラックが修復されるので、チャンバへのダメージを与えないクリーニング方法を実現している。

本発明では、前記成膜ステップがウエハ上にシリコン窒化膜又はシリコン膜を堆積するステップである場合に、特に好ましい効果が得られる。

本発明では、チャンバ内壁が石英である場合には、前記ＣＶＤステップがシリコン酸化膜をチャンバ内壁に堆積するステップとすることが出来る。また、シリコン酸化膜の堆積に際してＴＥＯＳを用いると、速い成長速度が得られるため、堆積を短時間で行うことが出来る。ＤＣＳと酸化剤とを用いると、クリーニングに必要なガス供給系統を低コストに構成することが出来る。

本発明では、チャンバ内壁が酸化アルミニウムである場合には、前記ＣＶＤステップが酸化アルミニウムをチャンバ内壁に堆積するステップとすることが出来る。この場合、例えばトリメチルアルミニウムと酸化剤とを用いて、酸化アルミニウムを堆積することが出来る。

本発明では、ＣＶＤステップに後続して、成膜ステップの際に成膜する材料を供給するプリコートステップを行うことによって、パーティクル等の発生を効果的に抑制することが出来る。また、ＣＶＤステップでは、ウエハに対する成膜を行っても構わない。

本発明者は、本発明に先立ち、ドライクリーニング後に成膜速度が減少する原因について検討を行った。新しい石英チャンバの内壁１１ａは、図９（ａ）の断面に示すように略平坦に形成されている。ここで、チャンバ内壁１１ａにシリコン窒化膜が堆積された際に、堆積されたシリコン窒化膜は大きな圧縮応力を有し、1μm以上の累積膜厚で堆積されると、圧縮応力は約1〜1.5ＧＰａ程度とかなり大きくなる。この圧縮応力によって、図９（ｂ）に示すように、チャンバ内壁１１ａには微細なクラック３１が発生し、チャンバ内壁１１ａの表面積は、シリコン窒化膜を成膜する前に比して増大する。

ここで、１〜２回のクリーニング後であれば、チャンバ内壁１１ａに形成されるクラック３１は比較的少なく、クラック３１はクリーニングにおけるプリコートによって、シリコン窒化膜で埋め込まれる。従って、製造工程におけるシリコン窒化膜の膜厚への影響は殆どない。しかし、クリーニングの回数が増えるとクラック３１が増加及び拡大し、例えばクリーニングを５、６回繰り返すと、図９（ｃ）に示すようにチャンバ内壁１１ａの表面が非常に粗くなり、クラック３１の深さが最大で数μmで、表面積が100倍以上になることが判った。

チャンバ内壁１１ａの表面積が大きくなると、堆積膜厚が0.3μm程度のプリコートではクラック３１は埋め込まれなくなる。この場合、シリコン窒化膜を成膜する製造工程の際に、大きな表面積を有するチャンバ内壁１１ａへの堆積に消費されるガスが増加し、これによって、ウエハへの成膜に必要なガスが不足し、シリコン窒化膜の成膜速度が低下するものと考えた。図８において、チャンバの上部側のウエハで成長速度の減少が特に顕著なのは、成膜に必要なガスがチャンバの上部に到達するまでに、チャンバの下部や中央付近において、チャンバ内壁１１ａへの堆積に消費されるためと考えられる。

本発明者は、上記検討に基づき、クリーニング・ステップによってシリコン窒化膜を除去した後に、チャンバを構成する石英、即ちシリコン酸化膜をチャンバ内壁に成膜すれば、シリコン酸化膜がクラックを埋め込むことによって、クラックを修復できるものと考えた。クラックが修復されれば、チャンバ内壁の表面積の増大を防止できるので、クリーニング後の成膜速度の変動を抑制することが出来ると考えられる。また、クリーニングに際してクラックが修復されるので、チャンバへのダメージを与えないクリーニング方法を実現できる。そして、種々の実験によってその有効性を確認し、本発明を完成するに至った。

以下、図面を参照し、本発明に係る実施形態に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図１に、本発明の第１実施形態のクリーニング方法でクリーニングされる半導体製造装置を示す。半導体製造装置１０は、第２のガス供給系統の構成が異なることを除いては図６に示した従来の半導体製造装置４０と同様の構成を有している。

半導体製造装置１０は、シリコン窒化膜の成膜を行うホットウォール型のＣＶＤ装置であって、石英から成るチャンバ１１と、チャンバ１１の外壁を覆うように配設されたチャンバ外容器１２と、複数のウエハ１９を載置するボート１３ａを支持するボート支持台１３とを備える。ボート支持台１３には、石英から成る保温筒１４が取り付けられている。ボート支持台１３は、チャンバ１１に対して脱着可能に配設されている。ボート支持台１３及び保温筒１４のチャンバ１１内に露出する部分は、石英で形成されている。

チャンバ外容器１２の内部には、チャンバ１１を加熱する複数のヒータ１５が配設されている。ヒータ１５は、図示しない温度制御部によって、チャンバ１１内の温度が所定値になるようにフィードバック制御される。

ボート支持台１３の側部には、石英から成る、第１のガス導入ポート１６、及び第２のガス導入ポート１７が配設されている。第１のガス導入ポート１６は、シリコン窒化膜の成膜に必要なガスを供給する第１のガス供給系統に接続される。第１のガス供給系統は、第１のガス導入ポート１６に接続されるガス導入配管２１と、ガス導入配管２１の上流に、それぞれＭＦＣ２２ａ，２２ｂ，２２ｃを介して接続されたＮ₂供給源２３ａ、ＮＨ₃供給源２３ｂ、及びＤＣＳ供給源２３ｃとを備える。

第２のガス導入ポート１７は、第２のガス供給系統に接続される。第２のガス供給系統は、第２のガス導入ポート１７に接続されるガス導入配管２４と、ガス導入配管２４の上流に、それぞれＭＦＣ２５ａ，２５ｂ，２５ｃを介して接続されたＦ₂供給源２６ａ、ＨＦ供給源２６ｂ、及びテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）供給源２６ｃとを備える。ＭＦＣ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２５ｂ，２５ｃは、ガス流量をそれぞれ独立に制御することができる。

チャンバ１１の上部には、装置内部のガスを排出するガス排出ポート１８が配設されている。ガス排出ポート１８はガス排出管２７に接続され、ガス排出管２７には、ＡＰＣ２８及び真空吸引ポンプ２９が下流側に向かって順次に配設されている。ＡＰＣ２８は、図示しない圧力制御部によって、チャンバ１１内の圧力が所定値になるようにフィードバック制御される。

図２（ａ）〜（ｃ）に、半導体製造装置１０において本実施形態のドライクリーニングを行う際の、チャンバ内の温度、圧力、及びチャンバに供給されるガス流量のタイムチャートを記述したクリーニングレシピを示す。本実施形態のドライクリーニング方法は、クリーニング・ステップに後続し、且つシリコン窒化膜のプリコートに先立って、シリコン酸化膜の成膜を行うことを除いては、従来のドライクリーニング方法とほぼ同様である。

ウエハ１９に対するシリコン窒化膜の成膜が終了した後、ボート支持台１３をチャンバ１１から取り出し、ボート１３ａからウエハ１９を取り出す。次いで、ボート支持台１３をチャンバ１１の内部に挿入し、ベース圧力までの真空引きを行うことによって、チャンバ１１内のガスを完全に除去する（ｔ_０〜ｔ_１）。引き続き、チャンバ内壁１１ａに堆積した堆積物を除去するクリーニング・ステップ（堆積物除去ステップ）を行う。クリーニング・ステップは、先ず、チャンバ１１内の温度を300℃に設定し（ｔ_２）、次いで、チャンバ１１内の圧力を約400Torrに設定する（ｔ_３）。更に、Ｆ₂及びＨＦをそれぞれ１〜２slmの流量で約３０分導入する（ｔ_４〜ｔ_５）。

上記クリーニング・ステップの条件において、シリコン窒化膜に対して約700nm／minのエッチングレートが得られるため、シリコン窒化膜の累積膜厚が１〜1.5μmである場合には、チャンバ内壁１１ａに堆積したシリコン窒化膜はほぼ完全に除去される。次いで、ベース圧力までの真空引き及びＮ₂のパージを繰り返すサイクルパージを行うことによって、チャンバ１１内のＦ₂及びＨＦを完全に除去する（ｔ_５〜ｔ_６）。

次いで、チャンバ内壁１１ａにシリコン酸化膜の堆積を行う（ＣＶＤステップ）。シリコン酸化膜の堆積は、先ず、チャンバ１１内の温度を700℃に設定した（ｔ_７）後、チャンバ１１内の圧力を約0.4Torrに設定する（ｔ_８）。更に、ＴＥＯＳを約0.5slmの流量で約３０分導入する（ｔ_９〜ｔ_１０）。この堆積条件において、6〜7nm／mim程度のシリコン酸化膜の成長速度が得られるため、チャンバ内壁１１ａには約2μmのシリコン酸化膜が堆積される。

ｔ_１０でＴＥＯＳの供給を停止した後、チャンバ１１内を真空にする（ｔ_１１）と共に、チャンバ１１内の温度を800〜850℃に一定時間維持する（ｔ_１２〜ｔ_１３）。この温度は、通常のシリコン窒化膜の成膜温度よりも高い温度に設定し、この工程によって、チャンバ内壁１１ａに成膜されたシリコン酸化膜を改質させ、且つ膜中のガスを脱離させる。

次いで、チャンバ内壁１１ａにシリコン窒化膜を堆積するプリコートを行う。プリコートは、先ず、チャンバ１１内の温度を760〜780℃に設定する（ｔ_１４）。次いで、チャンバ１１内の圧力を約0.3Torrに設定する（ｔ_１５）。更に、ＤＣＳを0.5slmの流量で、ＮＨ₃を5slmの流量でそれぞれ25分程度導入する（ｔ_１７〜ｔ_１８，ｔ_１６〜ｔ_１９）。

次いで、真空引き及びＮ₂のパージを繰り返すサイクルパージを行うことによって、チャンバ１１内のＤＣＳ及びＮＨ₃を排気する（ｔ_２０〜ｔ_２１）。引き続き、Ｎ₂等の不活性ガスを供給することによって、チャンバ１１内の圧力を大気圧に戻す（ｔ_２２〜ｔ_２３）。更に、ボート支持台１３をチャンバ１１から取り出してボート１３ａ上にウエハ１９を載置し、再びチャンバ１１の内部に挿入した後、製造工程におけるシリコン窒化膜の成膜を行う。

本実施形態によれば、チャンバ内壁１１ａに形成されたクラックは、シリコン酸化膜で埋め込まれることによって修復される。従って、チャンバ内壁１１ａの表面積の増大を防止できるので、クリーニング後の成膜速度の変動を抑制することが出来る。また、クリーニングに際してクラックが修復されるので、チャンバ１１へのダメージを与えないクリーニング方法を実現できる。更に、シリコン酸化膜の堆積に際してＴＥＯＳを用いると、速い成長速度が得られるため、堆積を短時間で行うことが出来る。

本実施形態の効果を確認するために、図８と同様の測定方法において、本実施形態のドライクリーニングを行い、ウエハ上に成膜されたシリコン窒化膜の膜厚と成膜回数との関係を調べた。結果を図３に示す。同図より、クリーニング後に成膜されたシリコン窒化膜の膜厚に、変化が殆ど生じていないことが判る。このように、本実施形態のクリーニング方法によって、ドライクリーニング後のシリコン窒化膜の成膜速度の変動を効果的に抑制できる。

図４に、本発明の第２実施形態のクリーニング方法でクリーニングされる半導体製造装置を示す。半導体製造装置３０は、ＴＥＯＳ供給源２６ｃに代えて、酸素（Ｏ₂）供給源２６ｄが配設されていることを除いては、図１に示した第１実施形態の半導体製造装置と同様の構成を有している。

図５（ａ）〜（ｃ）に、半導体製造装置３０において本実施形態のドライクリーニングを行う際の、チャンバ内の温度、圧力、及びチャンバに供給されるガス流量のタイムチャートを記述したクリーニングレシピを示す。本実施形態のドライクリーニング方法は、チャンバ内壁１１ａにシリコン酸化膜を堆積する工程が異なることを除いては、図２（ａ）〜（ｃ）を参照して説明した第１実施形態のドライクリーニング方法と同様である。

即ち、チャンバ内壁１１ａへのシリコン酸化膜の堆積に際して、先ず、チャンバ１１内の温度を750℃に設定した（ｔ_３１）後、チャンバ１１内の圧力を約0.4Torrに設定する（ｔ_３２）。更に、ＤＣＳ及びＯ₂を約0.5slm及び約5slmの流量でそれぞれ約1.5時間導入する（ｔ_３４〜ｔ_３５，ｔ_３３〜ｔ_３６）。この堆積条件において、2nm/min程度のシリコン酸化膜の成長速度が得られるため、チャンバ内壁１１ａには約2μmのシリコン酸化膜が堆積される。

本実施形態に係るドライクリーニング方法によれば、低コストなＯ₂供給源２６ｄを用いることによって、ドライクリーニングに必要な第２のガス供給系統を低コストに構成することが出来る。なお、第１実施形態及び第２実施形態では、シリコン酸化膜の堆積に際して、材料ガスとして、シラン、ジシラン、又は他の有機材料を、酸化ガス（酸化剤）としては、Ｈ₂Ｏ、Ｎ₂Ｏ、又はＯ₃等のガスをそれぞれ用いることも出来る。

第１実施形態及び第２実施形態では、シリコン窒化膜を成長する半導体製造装置について例示したが、例えば多結晶シリコン膜を成長する半導体製造装置にも適用することが出来る。この場合には、多結晶シリコン膜の成膜を行った後に、チャンバ内壁に堆積した多結晶シリコン膜のエッチングを行い、引き続き、チャンバ内壁にシリコン酸化膜を堆積する。

また、第１実施形態及び第２実施形態では、チャンバが石英で構成される半導体製造装置について例示したが、チャンバが酸化アルミニウム（アルミナ）で構成される場合にも本発明を適用することが出来る。この場合、チャンバ内壁に堆積した堆積物の除去を行った後に、トリメチルアルミニウム（Al（CH）₃）と酸化ガスとを反応させることによって酸化アルミニウムを堆積する。これによって、チャンバ内壁に形成されたクラックを埋め込んで、チャンバ内壁を修復することが出来る。

更に、第１実施形態及び第２実施形態では、堆積物除去ステップとして、熱によるクリーニングを行う場合について例示したが、プラズマを用いたクリーニングを行う場合にも、本発明を適用することによって、チャンバ内壁の表面積の増大を防止し、クリーニング後の成膜速度の変動を抑制することが出来る。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明に係る半導体製造装置のクリーニング方法は、上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施した半導体製造装置のクリーニング方法も、本発明の範囲に含まれる。

第１実施形態に係る半導体製造装置の構成を示す断面図である。 図２（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態に係るドライクリーニング方法について、チャンバ内の温度、チャンバ内の圧力、及びチャンバに供給されるガス流量のタイムチャートを記述したクリーニングレシピを示すグラフである。 第１実施形態のドライクリーニング方法における、シリコン窒化膜の膜厚と成膜回数との関係を示すグラフである。 第２実施形態に係る半導体製造装置の構成を示す断面図である。 図５（ａ）〜（ｃ）は、第２実施形態に係るドライクリーニング方法について、チャンバ内の温度、チャンバ内の圧力、及びチャンバに供給されるガス流量のタイムチャートを記述したクリーニングレシピを示すグラフである。 従来の半導体製造装置の構成を示す断面図である。 図７（ａ）〜（ｃ）は、従来のドライクリーニング方法について、チャンバ内の温度、チャンバ内の圧力、及びチャンバに供給されるガス流量のタイムチャートを記述したクリーニングレシピを示すグラフである。 従来のドライクリーニング方法について、シリコン窒化膜の膜厚と成膜回数との関係を示すグラフである。 図９（ａ）〜（ｃ）は、従来のドライクリーニング方法について、チャンバ内壁の状態を順次に示す断面図である。

符号の説明

１０、３０：半導体製造装置
１１：チャンバ
１１ａ：チャンバ内壁
１２：チャンバ外容器
１３：ボート支持台
１３ａ：ボート
１４：保温筒
１５：ヒータ
１６：第１のガス導入ポート
１７：第２のガス導入ポート
１８：ガス排出ポート
１９：ウエハ
２１：ガス導入配管
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ：ＭＦＣ
２３ａ：Ｎ₂供給源
２３ｂ：ＮＨ₃供給源
２３ｃ：ＤＣＳ供給源
２４：ガス導入配管
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ：ＭＦＣ
２６ａ：Ｆ₂供給源
２６ｂ：ＨＦ供給源
２６ｃ：ＴＥＯＳ供給源
２６ｄ：Ｏ₂供給源
２７：ガス排出管
２８：ＡＰＣ
２９：真空吸引ポンプ
３１：クラック

Claims (4)

1. ホットウォール型ＣＶＤ装置のチャンバ内壁をクリーニングする、半導体製造装置のクリーニング方法であって、
   繰り返し行う成膜ステップの間に、
   チャンバ内壁に堆積した堆積物を除去する堆積物除去ステップと、前記チャンバ内壁を構成する材料と同一の材料を供給するＣＶＤステップとを順次に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方法。
2. 前記成膜ステップがウエハ上にシリコン窒化膜又はシリコン膜を堆積するステップである、請求項１に記載の半導体製造装置のクリーニング方法。
3. 前記ＣＶＤステップがシリコン酸化膜をチャンバ内壁に堆積するステップである、請求項１又は２に記載の半導体製造装置のクリーニング方法。
4. 前記ＣＶＤステップが酸化アルミニウムをチャンバ内壁に堆積するステップである、請求項１又は２に記載の半導体製造装置のクリーニング方法。

Images