JP2012099840A - Cleaning method, method for manufacturing semiconductor device and substrate processing apparatus - Google Patents

Cleaning method, method for manufacturing semiconductor device and substrate processing apparatus Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent residual materials after cleaning from being left in a processing chamber, while shortening the cleaning time.SOLUTION: A cleaning method includes: a step for etching deposits including a thin film adhering to the inner wall of a reaction tube by supplying the etching gas into the reaction tube composed of a heat-resistant nonmetallic member after forming a thin film on a substrate; and a step for etching the surface of the inner wall of the reaction tube by supplying the etching gas into the reaction tube after etching the deposits.

Description

本発明は、成膜工程とクリーニング工程とを含む半導体装置の製造方法、クリーニング方法及び半導体装置の製造装置に係り、特にクリーニング工程を改善したものに関する。   The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method, a cleaning method, and a semiconductor device manufacturing apparatus including a film forming process and a cleaning process, and more particularly to an improved cleaning process.

従来、縦型CVD装置の処理室内に堆積した生成膜を除去するドライクリーニングには、ClFガスを処理室内に導入することによってプラズマレスで処理室内をエッチングして洗浄することが行われている(例えば、特許文献1参照)。その際、処理室内温度は付着膜の生成温度付近で実施していた。この理由は、第1に、クリーニング実施時の処理室内温度は付着膜の生成温度付近で行う方が、膜の除去が促進されてクリーニング時間を短縮できるからである。第2に、処理室での成膜処理とクリーニングとを繰り返すので、成膜温度に近い温度でクリーニングできれば、処理室の温度の昇降幅が小さくなってスループットが向上するからである。したがって、クリーニングの促進や、スループット向上の観点からクリーニング実施時の温度を考えると、クリーニング温度は付着膜の生成温度付近で実施する方が好ましい。 Conventionally, dry cleaning for removing a film deposited in a processing chamber of a vertical CVD apparatus has been performed by introducing a ClF 3 gas into the processing chamber and etching and cleaning the processing chamber without plasma. (For example, refer to Patent Document 1). At that time, the processing chamber temperature was around the temperature at which the deposited film was formed. This is because, first, if the temperature in the processing chamber at the time of cleaning is close to the temperature at which the deposited film is formed, the removal of the film is promoted and the cleaning time can be shortened. Second, since the film forming process and cleaning in the processing chamber are repeated, if the cleaning can be performed at a temperature close to the film forming temperature, the increase / decrease width of the temperature in the processing chamber is reduced and the throughput is improved. Therefore, when considering the temperature at the time of cleaning from the viewpoint of promoting cleaning and improving the throughput, it is preferable that the cleaning temperature is close to the formation temperature of the adhesion film.

しかし、クリーニング実施時の処理室内温度が、成膜温度に近い温度であると、処理室内のダメージが大きいという問題があった。例えばポリシリコン(Poly−Si)膜の成膜温度である550℃でクリーニングする場合、ClFガスとの化学反応が激しく起こり、処理室内の石英製部材および炉口部金属へのダメージが大きい。また、このダメージに起因してクリーニング実施後のパーティクルが増加するという問題もあった。また、ClFは、エッチングレートとしては申し分ないが、また、付着膜の反応管(石英)に対するエッチングレート選択比が大きくとれないため、石英の失透が激しく、石英製部材の消耗が激しいという問題もあった。 However, when the temperature in the processing chamber at the time of cleaning is close to the film formation temperature, there is a problem that damage in the processing chamber is large. For example, when cleaning is performed at 550 ° C., which is the deposition temperature of a polysilicon (Poly-Si) film, a chemical reaction with ClF 3 gas occurs vigorously, and damage to the quartz member and furnace opening metal in the processing chamber is large. There is also a problem that particles after cleaning increase due to this damage. In addition, ClF 3 is satisfactory as an etching rate, but also because the etching rate selection ratio of the deposited film to the reaction tube (quartz) cannot be made large, the devitrification of quartz is severe and the consumption of quartz members is severe. There was also a problem.

なお、ClFガスをクリーニングに使用するCVD装置のダメージ対策として、炉口部金属の一部をステンレス(SUS)に代えて耐腐食性の大きいハステロイに取り替えることも行っているが、ハステロイでもダメージを有効に回避することはできなかった。したがって、ClFガスが採用されなくなっている。 In addition, as a countermeasure against damage to the CVD apparatus using ClF 3 gas for cleaning, part of the furnace opening metal is replaced with stainless steel (SUS), which has high corrosion resistance. Could not be effectively avoided. Therefore, ClF 3 gas is not adopted.

そこで、ClFに代えて、クリーニングガスとして(1)NF、(2)F、(3)FとHFとの混合ガスが検討されている。 Therefore, instead of ClF 3 , (1) NF 3 , (2) F 2 , and (3) a mixed gas of F 2 and HF are being studied as cleaning gases.

特開2002−175986号公報JP 2002-175986 A

しかしながら、これらのガスにも問題がある。例えばSiN(以下、単にSiN)膜のドライクリーニングを行った場合、以下のような問題点がある。
(1)NFガスクリーニングでは、NFガスの分解温度が高いため、高温下でドライクリーニングをすることになり腐食の問題や、SiN膜の石英に対するエッチングレート選択比が取れない。
(2)Fクリーニング(HF添加無し)についてはClFやNFを用いるクリーニングに比べ比較的低温である350℃程度まで温度を上げなければならないが、それでもエッチング速度が低く、トータル処理時間が長くなってしまうという問題点がある。そ
のためにCOO(所有コスト:Cost Of Ownership)の点で満足のいくものは得られない。
(3)FにHFを添加した混合ガスクリーニングについては300℃程度でエッチングが出来ることが報告されているが、選択比が大きすぎるためSiN膜と一緒に剥れた石英製部材がエッチングされずに、石英製部材が石英粉(パウダー)状となって処理室内に残ってしまう。
However, there are problems with these gases. For example, when dry cleaning of a SiN (hereinafter, simply SiN) film is performed, there are the following problems.
(1) In the NF 3 gas cleaning, since the decomposition temperature of the NF 3 gas is high, dry cleaning is performed at a high temperature, so that the corrosion problem and the etching rate selection ratio of the SiN film to the quartz cannot be obtained.
(2) For F 2 cleaning (without HF addition), the temperature must be raised to about 350 ° C., which is a relatively low temperature compared to cleaning using ClF 3 or NF 3 , but the etching rate is still low and the total processing time is There is a problem that it becomes long. Therefore, what is satisfactory in terms of COO (Cost of Ownership) cannot be obtained.
(3) It has been reported that the mixed gas cleaning in which HF is added to F 2 can be etched at about 300 ° C. However, since the selection ratio is too large, the quartz member peeled off together with the SiN film is etched. Instead, the quartz member becomes quartz powder (powder) and remains in the processing chamber.

本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、クリーニング処理時間が短く、しかもクリーニング後の残留物が処理室に残らないようにした半導体装置の製造方法、クリーニング方法及び半導体装置の製造装置を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, shorten the cleaning processing time, and prevent the residue after cleaning from remaining in the processing chamber. It is to provide a manufacturing apparatus.

第1の発明は、耐熱性非金属部材を有する処理室で基板を処理する半導体装置の製造方法において、前記処理室内を所望の処理温度とし、前記処理室内に処理ガスを供給しつつ排気し、前記基板に所望の処理を行う処理工程と、前記処理室内を第1のクリーニング条件とし、前記処理工程において前記耐熱性非金属部材に付着した付着物を除去する第1のクリーニング工程と、前記処理室内を前記第1のクリーニング条件よりも前記耐熱性非金属部材のエッチングレートが大きくなる第2のクリーニング条件とし、前記第1のクリーニング工程において前記耐熱性非金属部材に残った付着物を除去する第2のクリーニング工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method for processing a substrate in a processing chamber having a heat-resistant non-metallic member. The processing chamber is set to a desired processing temperature and is exhausted while supplying a processing gas into the processing chamber. A processing step for performing desired processing on the substrate; a first cleaning step for removing deposits attached to the heat-resistant non-metallic member in the processing step under a first cleaning condition in the processing chamber; and the processing The interior is set to a second cleaning condition in which the etching rate of the heat-resistant non-metallic member is larger than that of the first cleaning condition, and deposits remaining on the heat-resistant non-metallic member are removed in the first cleaning step. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a second cleaning step.

処理工程では、処理室内を所望の処理温度とし、処理室内に処理ガスが供給されつつ排気され、基板に所望の処理が行われる。この処理工程が繰り返されると、処理室の耐熱性非金属部材に付着物が付着して堆積していく。この付着物は2段階のクリーニング工程で除去される。   In the processing step, the processing chamber is set to a desired processing temperature, the processing gas is exhausted while being supplied into the processing chamber, and a desired processing is performed on the substrate. When this processing step is repeated, deposits adhere to and accumulate on the heat-resistant non-metallic member in the processing chamber. This deposit is removed in a two-step cleaning process.

第1のクリーニング工程では、処理室内が第1のクリーニング条件に設定される。この第1のクリーニング条件は、第2のクリーニング条件よりも耐熱性非金属部材のエッチングレートが小さくなる条件、すなわち付着物のエッチングレートが大きくなる条件に設定されている。したがって、第1のクリーニング工程では耐熱性非金属部材に付着した付着物を短時間に除去できる。   In the first cleaning step, the processing chamber is set to the first cleaning condition. The first cleaning condition is set to a condition that the etching rate of the heat-resistant non-metallic member is lower than that of the second cleaning condition, that is, a condition that the etching rate of the deposit is increased. Therefore, in the first cleaning process, the deposits attached to the heat-resistant nonmetallic member can be removed in a short time.

第2のクリーニング工程では、処理室内が第1のクリーニング条件よりも耐熱性非金属部材のエッチングレートが大きくなる第2のクリーニング条件に設定される。したがって、第2のクリーニング工程では、第1のクリーニング工程で付着物と一緒に剥れた耐熱性非金属部材がエッチングされ、パウダー状となった耐熱性非金属部材を処理室内から有効に除去できる。   In the second cleaning step, the processing chamber is set to a second cleaning condition in which the etching rate of the heat-resistant non-metallic member is larger than the first cleaning condition. Therefore, in the second cleaning step, the heat-resistant nonmetallic member peeled off together with the deposit in the first cleaning step is etched, and the powdered heat-resistant nonmetallic member can be effectively removed from the processing chamber. .

また、第1及び第2のクリーニング条件に処理室内の金属を腐食させないような条件を加えることにより、第1及び第2のクリーニング工程で、処理室内の金属を腐食させないようにすることもできる。
その結果、処理室内の金属を腐食させず、クリーニング処理時間が短く、しかも石英粉が処理室内に残らないようにすることができる。
Further, by adding a condition that does not corrode the metal in the processing chamber to the first and second cleaning conditions, it is possible to prevent the metal in the processing chamber from being corroded in the first and second cleaning steps.
As a result, the metal in the processing chamber is not corroded, the cleaning processing time is short, and quartz powder can be prevented from remaining in the processing chamber.

ここで、耐熱性非金属部材としては、石英、SiC、シリコン等が挙げられる。付着物としては、熱CVDなどで処理中に生成される膜や副生成物、エッチング処理後に耐熱性非金属部材がエッチングされ、パウダ状となった耐熱性非金属部材などが挙げられる。処理室としては、複数の基板を一括処理する縦型処理室や、1枚ないし2〜3枚の基板を処理する枚葉型処理室等が挙げられる。また、基板を処理する半導体装置の製造方法としては、熱CVD、ALD、プラズマCVD等が挙げられる。基板の処理としては、薄膜の成
膜等が挙げられる。薄膜の膜種としてはSiN膜、Poly−Si膜等が挙げられる。所望の成膜温度は、製造方法によって異なるが、300℃〜800℃程度が挙げられる。処理ガスとしては、膜種がSiN膜であれば、SiHCl及びNHガスが挙げられる。処理ガスを供給しつつ排気するために、処理室は、給気系を備えて処理室内に処理ガスを供給可能に、かつ排気系を備えて内部が排気可能に構成されている。また、クリーニング工程としては、クリーニングガスを用いたドライクリーニングが挙げられる。クリーニングガスとしては、F,FやHF,あるいはFとHFの混合ガス等が挙げられる。
Here, examples of the heat-resistant non-metallic member include quartz, SiC, and silicon. Examples of the deposit include a film and a by-product generated during processing by thermal CVD or the like, and a heat-resistant non-metallic member formed into a powder shape by etching a heat-resistant non-metallic member after the etching process. Examples of the processing chamber include a vertical processing chamber that processes a plurality of substrates at once, and a single wafer processing chamber that processes one to two to three substrates. In addition, examples of a method for manufacturing a semiconductor device that processes a substrate include thermal CVD, ALD, and plasma CVD. Examples of the substrate processing include thin film formation. Examples of the thin film type include a SiN film and a Poly-Si film. The desired film formation temperature varies depending on the production method, but may be about 300 ° C to 800 ° C. Examples of the processing gas include SiH 2 Cl 2 and NH 3 gas if the film type is a SiN film. In order to evacuate while supplying the processing gas, the processing chamber is provided with an air supply system so that the processing gas can be supplied into the processing chamber, and an exhaust system is provided so that the inside can be exhausted. An example of the cleaning process is dry cleaning using a cleaning gas. Examples of the cleaning gas include F 2 , F 2 , HF, or a mixed gas of F 2 and HF.

第2の発明は、内部に石英製部材を有する処理室で基板を処理する半導体装置の製造方法において、前記処理室内を所望の成膜温度とし、前記処理室内に処理ガスを供給しつつ排気し、前記基板に所望の膜を形成する成膜工程と、前記処理室内の温度を所望の第1のクリーニング温度とし、前記処理室内にFとHFとの混合ガスを流して、前記成膜工程において前記石英製部材に付着した膜を除去する第1のクリーニング工程と、前記処理室内の温度を前記の第1のクリーニング温度よりも高い第2のクリーニング温度とし、前記処理室内にFとHFとの混合ガスを流して、前記第1のクリーニング工程において前記石英製部材に残った付着物を除去する第2のクリーニング工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。 According to a second aspect of the present invention, in a method of manufacturing a semiconductor device in which a substrate is processed in a processing chamber having a quartz member therein, the processing chamber is set to a desired film formation temperature, and the processing chamber is exhausted while supplying a processing gas. A film forming step of forming a desired film on the substrate, and a temperature of the processing chamber is set to a desired first cleaning temperature, and a mixed gas of F 2 and HF is flowed into the processing chamber, and the film forming step A first cleaning step for removing the film adhering to the quartz member and a second cleaning temperature higher than the first cleaning temperature in the processing chamber, and F 2 and HF in the processing chamber. And a second cleaning step of removing deposits remaining on the quartz member in the first cleaning step.

クリーニングガスとしてFとHFとの混合ガスを流すと、処理室内の温度が低い場合に比べて温度が高い場合の方が、膜の石英製部材に対するエッチングレート選択比が小さくなる。 When a mixed gas of F 2 and HF is flowed as the cleaning gas, the etching rate selection ratio of the film to the quartz member is smaller when the temperature is higher than when the temperature in the processing chamber is low.

したがって、第1のクリーニング工程で、第1のクリーニング温度を第2のクリーニング温度よりも低い温度に設定するので、石英製部材に付着した膜を有効に除去できる。また、第1のクリーニング温度を膜のエッチングレートが高い所望の温度に設定すると、膜を短時間で除去できる。   Therefore, in the first cleaning step, the first cleaning temperature is set to a temperature lower than the second cleaning temperature, so that the film adhering to the quartz member can be effectively removed. If the first cleaning temperature is set to a desired temperature at which the film etching rate is high, the film can be removed in a short time.

第2のクリーニング工程では、処理室内の温度を第1のクリーニング温度よりも高い第2のクリーニング温度に設定するので、第2のクリーニング工程では、第1のクリーニング工程で膜と一緒に剥がれた石英製部材がエッチングされ、石英粉を処理室内から有効に除去できる。   In the second cleaning step, the temperature in the processing chamber is set to a second cleaning temperature that is higher than the first cleaning temperature. Therefore, in the second cleaning step, the quartz peeled off together with the film in the first cleaning step. The manufactured member is etched, and the quartz powder can be effectively removed from the processing chamber.

第2の発明において、第1及び第2のクリーニング温度は、実験結果からそれぞれ300℃、350℃が好適である。第1の温度が300℃未満だと膜のエッチングレートが低くなりすぎる。第1のクリーニング温度が300℃を超えると、膜の石英製部材に対するエッチングレート選択比が小さくなり、膜を有効にエッチングできなくなる。第2のクリーニング温度が350℃未満だと、膜の石英製部材に対するエッチングレート選択比が大きくなりすぎて、剥がれた石英製部材を有効にエッチングできなくなる。第2のクリーニング温度が350℃を超えると、処理室内の金属部品の腐食が大きくなるため好ましくない。
ここで、石英部材としては、処理室を構成する反応容器(例えば反応管)や処理ガスを供給するガス導入ノズル、基板を保持するボートなどの基板保持具等が挙げられる。
In the second invention, the first and second cleaning temperatures are preferably 300 ° C. and 350 ° C., respectively, from the experimental results. If the first temperature is less than 300 ° C., the etching rate of the film becomes too low. When the first cleaning temperature exceeds 300 ° C., the etching rate selection ratio of the film to the quartz member becomes small, and the film cannot be effectively etched. When the second cleaning temperature is less than 350 ° C., the etching rate selection ratio of the film to the quartz member becomes too large, and the peeled quartz member cannot be effectively etched. If the second cleaning temperature exceeds 350 ° C., corrosion of metal parts in the processing chamber increases, which is not preferable.
Here, examples of the quartz member include a reaction vessel (for example, a reaction tube) constituting a processing chamber, a gas introduction nozzle for supplying a processing gas, and a substrate holder such as a boat for holding a substrate.

第3の発明は、内部に石英製部材を有する処理室で基板を処理する半導体装置の製造方法において、前記処理室内を所望の成膜温度とし、前記処理室内に処理ガスを供給しつつ排気し、前記基板に所望の膜を形成する成膜工程と、前記処理室内の温度を所望のクリーニング温度とし、前記処理室内にFとHFとの混合ガスを流して、前記成膜工程において前記石英製部材に付着した膜を除去する第1のクリーニング工程と、前記処理室内の温度を所望のクリーニング温度とし、前記処理室内にHFガスを流さずにFガスを流して、前記第1のクリーニング工程において前記石英製部材に残った付着物を除去する第2の
クリーニング工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device in which a substrate is processed in a processing chamber having a quartz member therein, wherein the processing chamber is set to a desired film formation temperature and is exhausted while supplying a processing gas into the processing chamber. A film forming step for forming a desired film on the substrate; a temperature in the processing chamber is set as a desired cleaning temperature; a mixed gas of F 2 and HF is flowed into the processing chamber; A first cleaning step for removing a film adhering to the manufacturing member; and a temperature in the processing chamber is set to a desired cleaning temperature, and F 2 gas is allowed to flow in the processing chamber without flowing HF gas. And a second cleaning step of removing deposits remaining on the quartz member in the step.

クリーニングガスとしてFとHFとの混合ガスを流すと、クリーニング温度が高くなるにしたがって、膜のエッチングレートが大きくなる。また、クリーニングガスとしてHFを流さずFを流すと、クリーニング温度にあまり依存せずに、膜の石英製部材に対するエッチングレート選択比が小さく、エッチングレートも低くなる。石英部材をエッチングする実際のプロセスでは、この低エッチングレートであるFのみを流す方が、HFとの混合ガスを流すよりも効果的である。
したがって、第1のクリーニング工程で、処理室内にFとHFとの混合ガスを流すので、処理室内の温度が、膜のエッチングレートが実用的に許容できる値を示す所望のクリーニング温度となるように設定されれば、成膜工程において石英製部材に付着した膜を短時間で有効に除去できる。
When a mixed gas of F 2 and HF is flowed as the cleaning gas, the etching rate of the film increases as the cleaning temperature increases. Further, if F 2 is flowed without flowing HF as the cleaning gas, the etching rate selection ratio of the film to the quartz member is small and the etching rate is low without depending on the cleaning temperature. In an actual process for etching a quartz member, it is more effective to flow only F 2 having a low etching rate than to flow a mixed gas with HF.
Therefore, in the first cleaning process, a mixed gas of F 2 and HF is flowed into the processing chamber, so that the temperature in the processing chamber becomes a desired cleaning temperature at which the etching rate of the film exhibits a practically acceptable value. If it is set to 1, the film adhering to the quartz member in the film forming step can be effectively removed in a short time.

第2のクリーニング工程では、処理室内にHFガスを流さずにFガスを流すので、処理室内の温度が所望のクリーニング温度であれば、第1のクリーニング工程において発生した前記石英製部材の石英粉を有効に除去できる。 In the second cleaning step, F 2 gas is allowed to flow without flowing HF gas into the processing chamber. Therefore, if the temperature in the processing chamber is a desired cleaning temperature, the quartz of the quartz member generated in the first cleaning step The powder can be effectively removed.

第3の発明において、第1及び第2のクリーニング工程における所望のクリーニング温度は、実験結果から、第1のクリーニング工程は約300℃とし、第2のクリーニング工程は300℃〜350℃とするのが好ましい。   In the third invention, the desired cleaning temperature in the first and second cleaning steps is about 300 ° C. in the first cleaning step and 300 ° C. to 350 ° C. in the second cleaning step based on the experimental results. Is preferred.

本発明によれば、クリーニング処理時間を短く、クリーニング後の残留物が処理室に残らないようにすることができる。   According to the present invention, it is possible to shorten the cleaning processing time and prevent the residue after cleaning from remaining in the processing chamber.

本発明に係る半導体装置の製造方法の一例を説明するクリーニングシーケンス図である。It is a cleaning sequence diagram explaining an example of a manufacturing method of a semiconductor device according to the present invention. SiN膜のエッチングレートのHF流量依存性を説明する図である。It is a figure explaining the HF flow rate dependence of the etching rate of a SiN film. SiN膜のエッチングレートの温度依存性を説明する図である。It is a figure explaining the temperature dependence of the etching rate of a SiN film. エッチングレート及びエッチングレート選択比の温度依存性を説明する図である。It is a figure explaining the temperature dependence of an etching rate and an etching rate selection ratio. 本発明の半導体装置の製造方法に用いられる縦型CVD装置の断面を示す概略図である。It is the schematic which shows the cross section of the vertical type CVD apparatus used for the manufacturing method of the semiconductor device of this invention.

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図5に半導体装置の製造方法を実施するための縦型CVD装置の概略構造を示す。
Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 5 shows a schematic structure of a vertical CVD apparatus for carrying out the semiconductor device manufacturing method.

ヒータ10の内側に外部反応管1が設けられ、該外部反応管1の内部には上端が開放された内部反応管2が同心状に配設され、前記外部反応管1、内部反応管2は炉口フランジ3上に立設され、前記外部反応管1と炉口フランジ3間は図示しないOリングによりシールされている。前記炉口フランジ3の下端はシールキャップ5により気密に閉塞され、該シールキャップ5にボート6が立設されて内部反応管2内に挿入される。該ボート6には処理されるウェハ7が水平姿勢で多段に装填される。また、ボート6の下方の領域には、所要枚数の断熱板4が水平姿勢で多段に装填される。外部反応管1及び内部反応管2内が処理室11を構成する。   An external reaction tube 1 is provided inside the heater 10, and an internal reaction tube 2 having an open upper end is concentrically disposed inside the external reaction tube 1. The external reaction tube 1 and the internal reaction tube 2 are Standing on the furnace port flange 3, the space between the external reaction tube 1 and the furnace port flange 3 is sealed by an O-ring (not shown). The lower end of the furnace port flange 3 is hermetically closed by a seal cap 5, and a boat 6 is erected on the seal cap 5 and inserted into the internal reaction tube 2. The boat 6 is loaded with wafers 7 to be processed in a horizontal posture in multiple stages. In addition, in the region below the boat 6, a required number of heat insulating plates 4 are loaded in multiple stages in a horizontal posture. The inside of the external reaction tube 1 and the internal reaction tube 2 constitutes a processing chamber 11.

前記炉口フランジ3の前記内部反応管2下方の位置にガス導入ノズル8が連通され、また前記外部反応管1と内部反応管2との間に形成される円筒状の空間下端に連通するよう
、排気管9が前記炉口フランジ3に接続されている。
A gas introduction nozzle 8 communicates with the furnace port flange 3 below the internal reaction tube 2 and communicates with a lower end of a cylindrical space formed between the external reaction tube 1 and the internal reaction tube 2. The exhaust pipe 9 is connected to the furnace port flange 3.

図示しないボートエレベータにより前記シールキャップ5を介して前記ボート6を下降させ、該ボート6にウェハ7を装填し、前記ボートエレベータによりボート6を前記内部反応管2内に挿入する。前記シールキャップ5が炉口フランジ3下端を完全に密閉した後、外部反応管1内(処理室内)を排気する。   The boat 6 is lowered through the seal cap 5 by a boat elevator (not shown), the wafer 6 is loaded into the boat 6, and the boat 6 is inserted into the internal reaction tube 2 by the boat elevator. After the seal cap 5 completely seals the lower end of the furnace port flange 3, the inside of the external reaction tube 1 (the processing chamber) is evacuated.

上述した縦型CVD装置を構成する部材の内、少なくとも反応管1、2、ボート6は耐熱性非金属部材である石英製部材で構成され、炉口フランジ3などの炉口部材は金属製部材で構成される。ここで炉口部材とは、内部反応管2内にボート6を挿入したとき、炉口部を構成することとなる反応管側の部材とボート側部材の双方をいう。外部反応管1、内部反応管2、ボート6は石英製部材で構成される。また、炉口部であってクリーニングガスに晒される炉口フランジ3はSUS304などの金属製部材で、そして反応管をシールするシールフランジ12、ボート6のシールキャップ5、及びシールキャップ5上のキャップ受け11はハステロイC22などの金属製部材でそれぞれ構成されている。   Among the members constituting the vertical CVD apparatus described above, at least the reaction tubes 1 and 2 and the boat 6 are made of a quartz member which is a heat-resistant non-metallic member, and the furnace port member such as the furnace port flange 3 is a metal member. Consists of. Here, the furnace port member refers to both the reaction tube side member and the boat side member that constitute the furnace port portion when the boat 6 is inserted into the internal reaction tube 2. The outer reaction tube 1, the inner reaction tube 2, and the boat 6 are made of quartz members. The furnace port flange 3 exposed to the cleaning gas is a metal member such as SUS304, a seal flange 12 for sealing the reaction tube, a seal cap 5 for the boat 6, and a cap on the seal cap 5. The receiver 11 is made of a metal member such as Hastelloy C22.

次に上記のような構成の縦型CVD装置において、シリコンウェハ上にSiN膜を形成する場合における半導体装置の製造方法について説明する。シリコンウェハにSiN膜を形成する成膜工程では、ガス導入ノズル8から成膜用ガスを供給しつつ排気管9から排気し、内部反応管2内を所定の成膜温度に加熱維持して、ウェハ7表面にSiN膜を形成する。SiN膜の成膜条件は例えば次の通りである。   Next, a method for manufacturing a semiconductor device in the case where a SiN film is formed on a silicon wafer in the vertical CVD apparatus configured as described above will be described. In the film forming process for forming the SiN film on the silicon wafer, the film forming gas is supplied from the gas introduction nozzle 8 and is exhausted from the exhaust pipe 9, and the internal reaction tube 2 is heated and maintained at a predetermined film forming temperature. A SiN film is formed on the surface of the wafer 7. The conditions for forming the SiN film are, for example, as follows.

温度:650℃〜800℃、圧力:20〜100Pa、処理ガス:SiHCl(DCS)0.02〜0.30slm、NH:0.10〜2.00slm、膜厚:1.0μm〜である。成膜完了後、ガス導入ノズル8から不活性ガスを供給し、反応管1、2内を不活性ガスに置換して常圧に復帰させ、ボート6を下降させ、ボート6から成膜完了後のウェハ7を払い出す。 Temperature: 650 ° C. to 800 ° C., pressure: 20 to 100 Pa, processing gas: SiH 2 Cl 2 (DCS) 0.02 to 0.30 slm, NH 3 : 0.10 to 2.00 slm, film thickness: 1.0 μm to It is. After the film formation is completed, an inert gas is supplied from the gas introduction nozzle 8, the inside of the reaction tubes 1 and 2 is replaced with an inert gas to return to normal pressure, the boat 6 is lowered, and the film formation from the boat 6 is completed. The wafer 7 is dispensed.

上記成膜工程を1回または複数回繰り返した後、装置のクリーニング工程を行うが、そのクリーニング工程では、ガス導入ノズル8からクリーニングガスを供給し、内部反応管2内を所定温度に維持して、成膜工程において反応管1、2内の石英製部材または金属製部材に付着したSiN膜を除去する。この際、炉口部を金属製のシャッタで塞いだり、ウェハを払い出した空のボート6を反応管1内に挿入して、ボート6を構成している石英製部材または金属製部材を一緒にクリーニングしてもよい。   After the above film forming process is repeated once or a plurality of times, a cleaning process of the apparatus is performed. In the cleaning process, a cleaning gas is supplied from the gas introduction nozzle 8 to maintain the internal reaction tube 2 at a predetermined temperature. In the film forming step, the SiN film adhering to the quartz member or the metal member in the reaction tubes 1 and 2 is removed. At this time, the furnace port is closed with a metal shutter, or an empty boat 6 from which wafers are discharged is inserted into the reaction tube 1 so that the quartz member or metal member constituting the boat 6 is put together. It may be cleaned.

ところで、この種の反応室のクリーニング工程において、クリーニング実施後の異物の発生を低減できるように、いかなる種類のクリーニングガスを、どのように使用するかが、重要となる。そこで、種々検討を行ったところ、クリーニングガスとして、Fガス、及びHFガスを添加したFガス(HFとFとの混合ガス)を用いて、次のような条件下でクリーニングすることが、最良であることを見い出した。 By the way, in this type of reaction chamber cleaning process, it is important how and what type of cleaning gas is used so as to reduce the generation of foreign matter after cleaning. Therefore, it was subjected to various studies, as a cleaning gas, that using the F 2 gas, and HF gas F 2 gas added (mixed gas of HF and F 2), for cleaning under the following conditions: But found it the best.

石英製部材に付着した膜、例えば、CVD膜であるSiN膜をエッチングする場合、クリーニング工程を2段階に分け、SiN/石英エッチングレート選択比の大きい条件での第1のエッチングイベントと、SiN/石英エッチングレート選択比の小さい条件での第2のエッチングイベントとを組み合わせる。これにより、反応管内及び反応管内壁への石英粉の残留を抑制することができる。   When etching a film adhering to a quartz member, for example, a SiN film that is a CVD film, the cleaning process is divided into two stages, the first etching event under a condition with a large SiN / quartz etching rate selection ratio, and SiN / This is combined with the second etching event under a condition where the quartz etching rate selectivity is small. Thereby, the residue of quartz powder in the reaction tube and the inner wall of the reaction tube can be suppressed.

これを図2〜図4に示す実験結果を用いて説明する。
図2はSiN膜エッチングレートのHF流量依存性データ、図3はSiN膜エッチングレートの温度依存性データ、図4はSiN膜エッチングレート及びSiN膜/石英エッチ
ングレート選択比の温度依存性データである。なお、図中、Nは、クリーニングガスHF、Fを希釈化するガスである。また、Para.はパラメータの意である。
This will be described using the experimental results shown in FIGS.
2 shows HF flow rate dependency data of the SiN film etching rate, FIG. 3 shows temperature dependency data of the SiN film etching rate, and FIG. 4 shows temperature dependency data of the SiN film etching rate and SiN film / quartz etching rate selection ratio. . In the figure, N 2 is a gas for diluting the cleaning gases HF and F 2 . Para. Means a parameter.

図2では、Fガス流量を2slmと一定としたうえで、エッチング温度を275℃、300℃、325℃、350℃と変化させたとき、それぞれのエッチング温度におけるHF流量(slm)に対するSiN膜のエッチングレート(Å/min)を測定した。HF流量が多いほどエッチングレートは増大する傾向がある。また、そのエッチングレートの増大量は、温度が高くなるほど大きくなる傾向がある。なお、HFガスは、3slmを超えると液化ガスとなるために、流量確保が困難になる。供給圧力(元圧)を高くすれば、流量の確保は可能となるが、液化を促進させるため好ましくない。そのために実際に流すHF流量は、1〜3slm程度の流量範囲が用いられている。したがって、いずれの温度であっても、SiN膜のエッチングレートを高めるためには、HF流量を3slm近くまで増大するとよい。 In FIG. 2, when the flow rate of F 2 gas is kept constant at 2 slm and the etching temperature is changed to 275 ° C., 300 ° C., 325 ° C., and 350 ° C., the SiN film with respect to the HF flow rate (slm) at each etching temperature. The etching rate (Å / min) was measured. The etching rate tends to increase as the HF flow rate increases. Further, the amount of increase in the etching rate tends to increase as the temperature increases. In addition, since HF gas will become liquefied gas when it exceeds 3 slm, it will become difficult to ensure flow volume. If the supply pressure (original pressure) is increased, the flow rate can be secured, but this is not preferable because liquefaction is promoted. Therefore, a flow rate range of about 1 to 3 slm is used as the HF flow rate that actually flows. Therefore, in order to increase the etching rate of the SiN film at any temperature, the HF flow rate may be increased to nearly 3 slm.

図3では、Fガス流量を2slmと一定としたうえで、クリーニングガスHFの流量を0slm(F/Nだけ)、2slm、3slm、5slm流量と変化させたときの、エッチング温度(℃)に対するSiN膜のエッチングレート(Å/min)を測定した。エッチング温度が高いほど、エッチングレートは増大する傾向がある。したがって、いずれのHF流量であっても、SiN膜のエッチングレートを高めるためには、エッチング温度を高めるとよい。 In FIG. 3, the etching temperature (° C.) when the flow rate of the cleaning gas HF is changed to 0 slm (only F 2 / N 2 ), 2 slm, 3 slm, and 5 slm with the F 2 gas flow rate kept constant at 2 slm. ) Was measured for the etching rate (Å / min) of the SiN film. The etching rate tends to increase as the etching temperature increases. Therefore, at any HF flow rate, in order to increase the etching rate of the SiN film, it is preferable to increase the etching temperature.

図4では、エッチング温度に対するSiN膜エッチングレート(nm/min)と、エッチング温度に対するSiN膜/石英エッチングレート選択比(SiN/石英)を測定した。エッチングガスは、Fガス単独と、FとHFガスとの混合ガスと、の2通りを用いた。ここで、Fガスのみの場合、各ガス流量はF:2slm、N:8slmとした。また、FとHFガスとの混合ガスの場合、各ガス流量はF:2slm、N:8slm、そしてHFは、図2で説明したように、流量確保の限界である3slmとした。処理室の圧力は、Fのみ、F及びHFの場合、ともに5.33×10Pa(400Torr)とした。 In FIG. 4, the SiN film etching rate (nm / min) with respect to the etching temperature and the SiN film / quartz etching rate selection ratio (SiN / quartz) with respect to the etching temperature were measured. The etching gas used was F 2 gas alone or a mixed gas of F 2 and HF gas. Here, in the case of only F 2 gas, each gas flow rate was set to F 2 : 2 slm and N 2 : 8 slm. In the case of a mixed gas of F 2 and HF gas, the flow rates of the respective gases are F 2 : 2 slm, N 2 : 8 slm, and HF is 3 slm, which is the limit of securing the flow rate as described in FIG. Pressure in the treatment chamber, only F 2, when the F 2 and HF, were both 5.33 × 10 4 Pa (400Torr) .

ガスを単独で用いた場合、SiN膜/石英のエッチングレート選択比をみると、300℃でも350℃では選択比が小さく、温度に依存しないことがわかる。また、同じくFガスを単独で用いた場合、SiN膜のエッチングレートをみると、300℃から350℃に温度が上昇すると、エッチングレートはわずかに増加するものの、SiN膜のエッチングレートは全体に50nm/minを下回るため、厚いSiN膜を短時間でエッチングする場合には、あまり実用的であるとはいえない。したがって、Fガス単独の場合、石英をエッチングするには良いといえるが、SiN膜をエッチングするにはエッチングレートが低すぎて適さないといえる。 When the F 2 gas is used alone, the etching rate selection ratio of the SiN film / quartz shows that the selection ratio is small at 350 ° C. even at 300 ° C. and does not depend on the temperature. Similarly, when the F 2 gas is used alone, the etching rate of the SiN film increases slightly from 300 ° C. to 350 ° C., but the etching rate of the SiN film increases as a whole. Since it is less than 50 nm / min, it cannot be said that it is very practical when a thick SiN film is etched in a short time. Therefore, it can be said that F 2 gas alone is good for etching quartz, but it is not suitable for etching SiN film because the etching rate is too low.

これに対して、FとHFガスとの混合ガス(FにHFを添加したもの)を用いた場合、SiN膜/石英のエッチングレート選択比をみると、350℃では選択比が小さく、SiN膜はほとんどエッチングされず、石英が多くエッチングされることがわかる。また、300℃では、逆に、エッチングレート選択比が大きくなり、石英よりもSiN膜のエッチング量が大きくなることが分かる。したがって、石英製部材をエッチングするには300℃よりも350℃がよい。 In contrast, when using a mixed gas of F 2 and HF gas (F 2 to which was added HF), looking at the etch rate selectivity of the SiN film / quartz, 350 ° C. in small selective ratio, It can be seen that the SiN film is hardly etched, and much quartz is etched. In contrast, at 300 ° C., on the contrary, the etching rate selectivity increases, and the etching amount of the SiN film becomes larger than that of quartz. Therefore, 350 ° C. is better than 300 ° C. for etching the quartz member.

また、同じくFとHFガスとの混合ガスを用いた場合、SiN膜のエッチングレートをみると、350℃では150nm/minを超えてエッチングレートが高い。また、300℃ではエッチングレートが50nm/min以上となっていて、温度が下がるにしたがいエッチングレートが下がっている。つまり、SiN膜をエッチングするには、F
HFガスとの混合ガスを、300℃とすると、SiN膜のエッチングレートが大きく、SiN膜/石英のエッチングレート選択比の大きい条件とすることができる。したがって、FとHFとの混合ガスを用いてSiN膜をクリーニングするには、エッチング温度は300℃程度がよいといえる。そして、この300℃の条件において、F/N/HF流量をそれぞれ2slm/8slm/2slmとしたときに、SiN膜のエッチングレートは約900Å/min(90nm/min)となることが分り、この値は十分速く実用的であるといえる。
Similarly, when a mixed gas of F 2 and HF gas is used, the etching rate of the SiN film is high at 350 ° C. exceeding 150 nm / min. At 300 ° C., the etching rate is 50 nm / min or more, and the etching rate decreases as the temperature decreases. That is, in order to etch the SiN film, if the mixed gas of F 2 and HF gas is 300 ° C., the SiN film etching rate is high and the SiN film / quartz etching rate selection ratio is high. it can. Therefore, it can be said that the etching temperature is preferably about 300 ° C. to clean the SiN film using a mixed gas of F 2 and HF. Under the condition of 300 ° C., when the flow rate of F 2 / N 2 / HF is 2 slm / 8 slm / 2 slm, it can be seen that the etching rate of the SiN film is about 900 L / min (90 nm / min), This value is fast and practical enough.

このことからクリーニング工程は2段階とする。2段階とも、共通したクリーニングガスを用いる場合、このクリーニングガスとして、Fに、HFを添加してエッチングレートを上げたガスを用いる。前段のクリーニング工程では、SiN膜/石英のエッチングレート選択比が大きくなる温度条件(300℃)で、SiN膜を優先的にエッチングする。後段のクリーニング工程では、処理室内壁に付着したSiN膜を剥がしたときに発生する石英粉(パウダー)をSiN膜/石英のエッチングレート選択比の小さくなる温度条件(350℃)で、優先的に取り除く。
また、2段階のうちの前段のクリーニング工程に、クリーニングガスとして、FにHFを添加し、例えば300℃の温度条件でSiN膜を優先的にエッチングする。後段のクリーニング工程では、クリーニングガスとしてFのみとし、例えば300〜350℃の温度条件で石英粉を優先的に取り除く。
このような2段階クリーニングシーケンスを組むと、クリーニング後の石英粉(パウダー)なども取り除け、処理室内に異物が少ない状態を保持することが出来る。
Therefore, the cleaning process has two stages. When a common cleaning gas is used in both stages, a gas obtained by increasing the etching rate by adding HF to F 2 is used as the cleaning gas. In the preceding cleaning step, the SiN film is preferentially etched under a temperature condition (300 ° C.) that increases the SiN film / quartz etching rate selection ratio. In the subsequent cleaning process, the quartz powder (powder) generated when the SiN film adhering to the processing chamber wall is peeled off preferentially at a temperature condition (350 ° C.) at which the SiN film / quartz etching rate selection ratio becomes small. remove.
Further, HF is added to F 2 as a cleaning gas in the previous cleaning process of the two stages, and the SiN film is preferentially etched under a temperature condition of 300 ° C., for example. In the subsequent cleaning step, only F 2 is used as the cleaning gas, and the quartz powder is preferentially removed under a temperature condition of 300 to 350 ° C., for example.
When such a two-step cleaning sequence is assembled, the quartz powder (powder) after the cleaning can be removed, and a state where there is little foreign matter can be maintained in the processing chamber.

なお、上述した図2〜図4の実験データは次のようにして得ている。
(1)石英チップにて評価
いずれもモニタウェーハを用いた基礎テストに基づいている。ここでモニタウェハは、石英(Si)チップであり、SiN成膜時から炉内に石英チップを投入し、そのままクリーニングを実施してSiN膜を除去した。石英チップ投入箇所は、図5において、ボート頂部6a(TOP)、底部6b(BTM)とした。
(2)TOPとBTMの平均
縦型炉のTOP及びBTMに投入した石英チップの膜厚の平均を取っている。
(3)石英チップへ付けたSiN膜厚差にて測定
SiN膜を成膜した石英チップに一定時間クリーニングを実施し、前後の膜厚差によってエッチングレートを得ている。
In addition, the experimental data of FIGS. 2-4 mentioned above are obtained as follows.
(1) Evaluation with quartz chip Both are based on basic tests using monitor wafers. Here, the monitor wafer was a quartz (Si) chip, and the quartz chip was put into the furnace from the time of SiN film formation, and cleaning was performed as it was to remove the SiN film. In FIG. 5, the places where the quartz chips were introduced were the boat top 6a (TOP) and the bottom 6b (BTM).
(2) Average of TOP and BTM The average film thickness of the quartz chip put into the TOP and BTM of the vertical furnace is taken.
(3) Measurement by SiN film thickness difference attached to the quartz chip Cleaning was performed for a certain period of time on the quartz chip on which the SiN film was formed, and the etching rate was obtained by the film thickness difference before and after.

さて、前述したように、成膜工程を1回または複数回繰り返した後、装置のクリーニング工程を行う。
図1は、上述した実験結果に基づいた半導体装置の製造方法の実施の形態を説明するクリーニングシーケンス図である。
As described above, after repeating the film forming process once or a plurality of times, the apparatus cleaning process is performed.
FIG. 1 is a cleaning sequence diagram illustrating an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device based on the experimental results described above.

ガスはガス導入ノズル8(図5参照)を介して内部反応管2内に供給される
スタンバイ状態からプレヒート状態になったとき、内部反応管2内の温度は300℃(第1のクリーニング温度)にされる。このとき、Fガス及びHFガスはまだ内部反応管2(図5参照)内に供給されていない。
N 2 gas is supplied into the internal reaction tube 2 through the gas introduction nozzle 8 (see FIG. 5). When the preheat state is changed from the standby state, the temperature in the internal reaction tube 2 is 300 ° C. (first cleaning) Temperature). At this time, the F 2 gas and the HF gas have not yet been supplied into the internal reaction tube 2 (see FIG. 5).

内部反応管2内の温度を300℃に維持した状態でガス導入ノズル8を介して内部反応管2内にFガス及びHFガスを供給する(第1のクリーニング工程、図1ではエッチングイベント1)。このとき、SiN膜(膜)/石英のエッチングレート選択比が大きくなるので(図4参照)、成膜工程で石英製部材である反応管1,2等に付着したSiN膜が優先的にエッチングによって除去される。また、SiNのエッチングレートは300℃で十分に実用的な値をとる。 F 2 gas and HF gas are supplied into the internal reaction tube 2 through the gas introduction nozzle 8 with the temperature in the internal reaction tube 2 maintained at 300 ° C. (first cleaning process, etching event 1 in FIG. 1). ). At this time, since the etching rate selection ratio of SiN film (film) / quartz becomes large (see FIG. 4), the SiN film adhering to the reaction tubes 1 and 2 and the like which are quartz members in the film forming process is preferentially etched. Removed by. Further, the etching rate of SiN takes a sufficiently practical value at 300 ° C.

この第1のクリーニング工程の後、内部反応管2内の温度を350℃(第2のクリーニング温度)にし、この温度を維持した状態で内部反応管2内にFガス及びHFガスを供給する(第2のクリーニング工程、図1ではエッチングイベント2)。このとき、SiN膜(膜)/石英のエッチングレート選択比が第1のクリーニング工程より小さくなるので(図4参照)、SiN膜とともに剥がれた反応管1,2等の石英製部材がエッチングされ、第1のクリーニング工程で反応管1,2等に付着した石英粉(パウダー)がSiN膜とともに除去される。
なお、この第2のクリーニング工程は、内部反応管2内の温度を300〜350℃にし、この温度を維持した状態で内部反応管2内にFガスのみ(F+N)を供給するようにしても、同質の効果が得られる。このときのFガスおよびNガスの流量はそれぞれ2slm及び8slmとするのが好ましい。
After this first cleaning step, the temperature in the internal reaction tube 2 is set to 350 ° C. (second cleaning temperature), and F 2 gas and HF gas are supplied into the internal reaction tube 2 while maintaining this temperature. (Second cleaning step, etching event 2 in FIG. 1). At this time, since the etching rate selection ratio of SiN film (film) / quartz is smaller than that in the first cleaning process (see FIG. 4), the quartz members such as the reaction tubes 1 and 2 peeled off together with the SiN film are etched. The quartz powder (powder) adhering to the reaction tubes 1 and 2 in the first cleaning step is removed together with the SiN film.
In the second cleaning step, the temperature in the internal reaction tube 2 is set to 300 to 350 ° C., and only F 2 gas (F 2 + N 2 ) is supplied into the internal reaction tube 2 while maintaining this temperature. Even so, the same effect can be obtained. At this time, the flow rates of F 2 gas and N 2 gas are preferably 2 slm and 8 slm, respectively.

HF及びFガスの供給を止めて、エッチングイベント2を終了し、内部反応管2内をアフタパージして、残存ガスを処理室11から除去する。アフタパージは、処理室11内を繰り返しパージするサイクルパージとする。 The supply of HF and F 2 gas is stopped, the etching event 2 is terminated, the inside of the internal reaction tube 2 is after purged, and the remaining gas is removed from the processing chamber 11. The after purge is a cycle purge in which the inside of the processing chamber 11 is repeatedly purged.

なお、スタンバイ状態及びプレヒート状態で要する時間はそれぞれ任意である。また、第1のクリーニング工程及び第2のクリーニング工程の時間(エッチング時間)は膜厚によって決定される。また、第1のクリーニング工程と第2のクリーニング工程との時間比率は、8/2程度とした。したがって、総エッチングイベント時間の大半を、高いSiNエッチングレートで膜を除去するエッチングイベント1にかけるので、石英製部材に付着した膜を短時間に除去でき、膜残しがなくなる。更に、サイクルパージの時間は30分程度である。また、Fガス、HFガス及びNガスの流量はそれぞれ2slm、1〜3slm及び8slmである。 The time required for the standby state and the preheat state is arbitrary. Further, the time (etching time) of the first cleaning process and the second cleaning process is determined by the film thickness. The time ratio between the first cleaning process and the second cleaning process was about 8/2. Therefore, most of the total etching event time is applied to the etching event 1 for removing the film at a high SiN etching rate, so that the film adhering to the quartz member can be removed in a short time, and no film remains. Furthermore, the cycle purge time is about 30 minutes. The flow rates of F 2 gas, HF gas, and N 2 gas are 2 slm, 1-3 slm, and 8 slm, respectively.

上述したように、実施の形態では、クリーニングガスとしてHF及びFを用いているので、NFガスを用いたときに比べ、金属部材の腐食を低減することができ、SiN膜の石英に対するエッチングレート選択比が取れないということがない。 As described above, in the embodiment, since HF and F 2 are used as the cleaning gas, the corrosion of the metal member can be reduced as compared with the case of using NF 3 gas, and the SiN film is etched with respect to quartz. There is no case that the rate selection ratio cannot be obtained.

また、前段クリーニングでは、FにHFを添加した混合ガスを用いて300℃でクリーニングしているので、HF添加無しのFのみによるクリーニングのように、エッチングガス速度が低く、トータル処理時間が長くるということもなく、COOの点でも満足のいく結果を得ることができる。 Further, in the preceding stage cleaning, since the cleaning at 300 ° C. using a mixed gas obtained by adding HF to the F 2, as cleaning with only F 2 of HF without the addition, the etching gas velocity is low, the total processing time Satisfactory results can be obtained in terms of COO without being long.

さらに、後段クリーニングでは、Fガスのみ使用する場合、300〜350℃程度とし、F及びHFガスについては350℃程度とし、SiN膜/石英でエッチング選択比を小さくしているので、SiN膜エッチングの際、石英反応管内壁に付着した石英粉などの残留物などを除去したり、SiN膜と一緒に剥れた石英製部材を有効にエッチングすることができ、クリーニング実施後の石英粉(パウダー)による異物等を処理室内から有効に除去できる。 Further, in the latter stage cleaning, when only F 2 gas is used, the temperature is set to about 300 to 350 ° C., and F 2 and HF gas are set to about 350 ° C., and the etching selectivity is reduced with SiN film / quartz. At the time of etching, residues such as quartz powder adhering to the inner wall of the quartz reaction tube can be removed, and the quartz member peeled off together with the SiN film can be effectively etched. It is possible to effectively remove foreign substances and the like caused by the powder from the processing chamber.

また、クリーニング温度は、高くても350℃程度であるので、クリーニングガスとの石英製部材または金属製部材との反応を抑制することができる。したがって、処理室内の石英製部材および炉口部金属へのダメージを低減することができる。   Further, since the cleaning temperature is about 350 ° C. at the highest, the reaction of the cleaning gas with the quartz member or the metal member can be suppressed. Therefore, damage to the quartz member and the furnace opening metal in the processing chamber can be reduced.

このように本実施形態によれば、石英部品に付着する残留物をなくしてクリーニング実施後の異物の発生を低減することができるとともに、処理時間を短くすることができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to eliminate the residue adhering to the quartz part, reduce the generation of foreign matter after the cleaning is performed, and shorten the processing time.

また、エッチングを3段階以上に分けて行うようにとしても良いが、累積膜厚とエッチ
ングレートとの関係を考慮すると、実施の形態のように、2段階程度に分けて行うことが好ましい。
Etching may be performed in three stages or more. However, considering the relationship between the accumulated film thickness and the etching rate, it is preferable to perform the etching in two stages as in the embodiment.

また、上記実施形態では、SiNを用いた場合を説明したが、多結晶シリコン(Poly−Si)膜にも適用することができる。
また、実施の形態では、縦型処理炉について説明したが、枚葉式の横型処理炉にも適用可能である。さらには実施形態では、ウェハ7を水平に装填したが、ウェハ7を縦方向に装填するものにも適用することができる。
Moreover, although the case where SiN was used was demonstrated in the said embodiment, it is applicable also to a polycrystal silicon (Poly-Si) film | membrane.
In the embodiment, the vertical processing furnace has been described. However, the present invention can also be applied to a single wafer horizontal processing furnace. Furthermore, in the embodiment, the wafer 7 is loaded horizontally, but the present invention can also be applied to a wafer 7 loaded in the vertical direction.

また、上述した実施の形態では、SiN/石英エッチングレート選択比を、エッチング温度をパラメータとして調整するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、耐熱性非金属部材に付着した膜を除去する場合においては、温度以外の他のパラメータ、例えばエッチングガス濃度によっても上記選択比を調整することが可能である。すなわち、他のパラメータの検討結果によれば、処理室内圧力については、圧力上昇とともに上記選択比は小さくなる傾向がある。クリーニングガス流量については、Fガス濃度が高くなる場合は選択比は小さくなる傾向がある。ガス種の変更については、NFを用いた場合、選択比は小さくなる。これらの結果から、エッチング温度に代えて、処理室内圧力、又はFガス流量をパラメータにしても、同様の効果を発揮できる。 In the above-described embodiment, the SiN / quartz etching rate selection ratio is adjusted using the etching temperature as a parameter. However, the present invention is not limited to this and is attached to a heat-resistant non-metallic member. In the case of removing the film, the selection ratio can be adjusted by parameters other than the temperature, for example, the etching gas concentration. That is, according to the examination result of other parameters, the selection ratio tends to decrease as the pressure increases in the processing chamber pressure. As for the cleaning gas flow rate, when the F 2 gas concentration increases, the selection ratio tends to decrease. Regarding the change of the gas type, when NF 3 is used, the selection ratio becomes small. From these results, the same effect can be exhibited even if the processing chamber pressure or the F 2 gas flow rate is used as a parameter instead of the etching temperature.

1 外部反応管(石英製部材)
2 内部反応管(石英製部材)
6 ボート(石英製部材)
7 ウェハ(基板)
8 ガス導入ノズル
9 排気管
11 処理室
1 External reaction tube (quartz member)
2 Internal reaction tube (quartz member)
6 Boat (Quartz member)
7 Wafer (substrate)
8 Gas introduction nozzle 9 Exhaust pipe 11 Processing chamber

Claims (9)

耐熱性非金属部材で構成された反応管内で基板上に薄膜を形成した後の前記反応管内にエッチングガスを供給して、前記反応管内壁に付着した前記薄膜を含む付着物をエッチングする工程と、
前記付着物をエッチングした後の前記反応管内にエッチングガスを供給して、前記反応管内壁の表面をエッチングする工程と、
を有することを特徴とするクリーニング方法。
Etching a deposit containing the thin film attached to the inner wall of the reaction tube by supplying an etching gas into the reaction tube after forming a thin film on a substrate in a reaction tube composed of a heat-resistant non-metallic member; ,
Supplying an etching gas into the reaction tube after etching the deposit, and etching the surface of the inner wall of the reaction tube;
A cleaning method comprising:
耐熱性非金属部材で構成された反応管内で基板上に薄膜を形成した後の前記反応管内にエッチングガスを供給して、前記反応管内壁に付着した前記薄膜を含む付着物をエッチングする工程と、
前記付着物をエッチングした後の前記反応管内にFガス、または、FガスとHFガスとを供給して、前記反応管内壁の表面をエッチングする工程と、
を有することを特徴とするクリーニング方法。
Etching a deposit containing the thin film attached to the inner wall of the reaction tube by supplying an etching gas into the reaction tube after forming a thin film on a substrate in a reaction tube composed of a heat-resistant non-metallic member; ,
F 2 gas into the reaction tube after etching the deposits, or a step of supplying the F 2 gas and HF gas, etching the surface of the reaction tube walls,
A cleaning method comprising:
前記反応管内壁の表面をエッチングする工程では、前記付着物をエッチングした後の前記反応管内壁の表面に発生した前記耐熱性非金属部材のパウダーを除去することを特徴とする請求項1または2に記載のクリーニング方法。   3. The step of etching the surface of the inner wall of the reaction tube removes the powder of the heat-resistant nonmetallic member generated on the surface of the inner wall of the reaction tube after etching the deposit. The cleaning method as described in. 前記耐熱性非金属部材は、石英製部材、SiC製部材およびシリコン製部材のうち少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のクリーニング方法。   The cleaning method according to claim 1, wherein the heat-resistant non-metallic member includes at least one of a quartz member, a SiC member, and a silicon member. 前記耐熱性非金属部材は石英製部材を含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のクリーニング方法。   The cleaning method according to claim 1, wherein the heat-resistant non-metallic member includes a quartz member. 耐熱性非金属部材で構成された反応管内で基板上に薄膜を形成する工程と、
前記薄膜形成後の前記反応管内にエッチングガスを供給して、前記反応管内壁に付着した前記薄膜を含む付着物をエッチングする工程と、
前記付着物をエッチングした後の前記反応管内にエッチングガスを供給して、前記反応管内壁の表面をエッチングする工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a thin film on a substrate in a reaction tube composed of a heat-resistant non-metallic member;
Supplying an etching gas into the reaction tube after forming the thin film, and etching the deposit containing the thin film attached to the inner wall of the reaction tube;
Supplying an etching gas into the reaction tube after etching the deposit, and etching the surface of the inner wall of the reaction tube;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
耐熱性非金属部材で構成された反応管内で基板上に薄膜を形成する工程と、
前記薄膜形成後の前記反応管内にエッチングガスを供給して、前記反応管内壁に付着した前記薄膜を含む付着物をエッチングする工程と、
前記付着物をエッチングした後の前記反応管内にFガス、または、FガスとHFガスとを供給して、前記反応管内壁の表面をエッチングする工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a thin film on a substrate in a reaction tube composed of a heat-resistant non-metallic member;
Supplying an etching gas into the reaction tube after forming the thin film, and etching the deposit containing the thin film attached to the inner wall of the reaction tube;
F 2 gas into the reaction tube after etching the deposits, or a step of supplying the F 2 gas and HF gas, etching the surface of the reaction tube walls,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
耐熱性非金属部材で構成され、内部で基板上に薄膜を形成する反応管と、
前記反応管内にガスを供給する給気系と、
前記反応管内で基板上に薄膜を形成した後の前記反応管内にエッチングガスを供給して、前記反応管内壁に付着した前記薄膜を含む付着物をエッチングし、前記付着物をエッチングした後の前記反応管内にエッチングガスを供給して、前記反応管内壁の表面をエッチングするように前記給気系を調整する調整部と、
を有すること特徴とする基板処理装置。
A reaction tube made of a heat-resistant non-metallic member and forming a thin film on the substrate inside;
An air supply system for supplying gas into the reaction tube;
The etching gas is supplied into the reaction tube after the thin film is formed on the substrate in the reaction tube, the deposit including the thin film attached to the inner wall of the reaction tube is etched, and the deposit after etching the deposit An adjusting unit that adjusts the air supply system to supply an etching gas into the reaction tube and etch the surface of the inner wall of the reaction tube;
A substrate processing apparatus comprising:
耐熱性非金属部材で構成され、内部で基板上に薄膜を形成する反応管と、
前記反応管内にガスを供給する給気系と、
前記反応管内で基板上に薄膜を形成した後の前記反応管内にエッチングガスを供給して、前記反応管内壁に付着した前記薄膜を含む付着物をエッチングし、前記付着物をエッチングした後の前記反応管内にFガス、または、FガスとHFガスとを供給して、前記反応管内壁の表面をエッチングするように前記給気系を調整する調整部と、
を有すること特徴とする基板処理装置。
A reaction tube made of a heat-resistant non-metallic member and forming a thin film on the substrate inside;
An air supply system for supplying gas into the reaction tube;
The etching gas is supplied into the reaction tube after the thin film is formed on the substrate in the reaction tube, the deposit including the thin film attached to the inner wall of the reaction tube is etched, and the deposit after etching the deposit F 2 gas into the reaction tube, or an adjustment unit which supplies and F 2 gas and HF gas, the surface of the reaction tube wall to adjust the air supply system to etch,
A substrate processing apparatus comprising:
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