JP2012174922A - Cleaning gas and remote plasma cleaning method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、CVD装置のクリーニングガス及びそれを用いたリモートプラズマクリーニング方法に関するものである。 The present invention relates to a cleaning gas for a CVD apparatus and a remote plasma cleaning method using the same.
CVD装置では、反応チャンバーの内壁やウェハステージ上に発生した不要な堆積物、例えば、Si含有物、Ge含有物、又は金属含有物を、定期的に除去する必要がある。その方法の一つとして、NF3又はC2F6等を含有するクリーニングガスの存在下でプラズマ放電させることにより、活性なFラジカルを発生させ、堆積物を揮発性の高い物質へと変換し、反応チャンバー外へと排出させるプラズマクリーニング法がある。 In the CVD apparatus, it is necessary to periodically remove unnecessary deposits generated on the inner wall of the reaction chamber and the wafer stage, for example, Si-containing materials, Ge-containing materials, or metal-containing materials. As one of the methods, active F radicals are generated by plasma discharge in the presence of a cleaning gas containing NF 3 or C 2 F 6 to convert the deposit into a highly volatile substance. There is a plasma cleaning method in which the gas is discharged out of the reaction chamber.
プラズマクリーニングにおけるプラズマ発生方法は2種類に大別される。一方は平行平板型のプラズマ発生装置など、反応チャンバー内でプラズマ放電を発生させる方式のものであり、もう一方は反応チャンバー外でプラズマ放電させたガスを反応チャンバー内に導入させる方式のもので、リモートプラズマクリーニング法と呼ばれている。 Plasma generation methods in plasma cleaning are roughly classified into two types. One is a system that generates a plasma discharge inside the reaction chamber, such as a parallel plate type plasma generator, and the other is a system that introduces a plasma discharge gas outside the reaction chamber into the reaction chamber. This is called the remote plasma cleaning method.
両者は、装置の仕様等に応じて適宜最適な方式が選択されており、特にリモートプラズマクリーニング法は、チャンバー内でプラズマ放電を発生させることが不可能な場合や、あるいは平行平板型のプラズマ発生装置において、クリーニングガス成分によるプラズマ放電時のイオン衝撃により、電極基板へのダメージが懸念される場合に用いられている。 In both cases, the optimum method is selected as appropriate according to the specifications of the apparatus, and in particular, the remote plasma cleaning method is used when it is impossible to generate plasma discharge in the chamber, or parallel plate type plasma generation. In the apparatus, it is used when there is a concern about damage to the electrode substrate due to ion bombardment at the time of plasma discharge by a cleaning gas component.
リモートプラズマクリーニング法では、一般的にNF3やC2F6を希釈したクリーニングガスが用いられている。とりわけ、NF3はその他のガスと比較して、高いエッチング速度が得られるため現在最も多く使用されている。しかしながら、NF3やC2F6はいずれも地球温暖化係数(GWP)が高いため、環境への負荷が大きいという欠点がある。 In the remote plasma cleaning method, a cleaning gas diluted with NF 3 or C 2 F 6 is generally used. In particular, NF 3 is currently most frequently used because of its high etching rate compared to other gases. However, since NF 3 and C 2 F 6 both have a high global warming potential (GWP), there is a drawback that the load on the environment is large.
近年、地球温暖化係数の低いクリーニングガスとしてGWPが1である、二フッ化カルボニル(CF2O)やトリフルオロメチルハイポフルオライト(CF3OF)が開発されており、平行平板型のプラズマ発生装置によるクリーニング性能が開示されている(非特許文献1)。 In recent years, carbonyl difluoride (CF 2 O) and trifluoromethyl hypofluorite (CF 3 OF), which have a GWP of 1 as a cleaning gas with a low global warming potential, have been developed, and parallel plate plasma generation A cleaning performance by an apparatus is disclosed (Non-Patent Document 1).
従来、大気中へ排出された際の環境負荷が小さい地球温暖化係数が低いガスによるプラズマクリーニングでは、エッチング速度に関してはNF3を用いる場合と比較して、劣るという欠点があった。そこで、地球温暖化抑制の観点と、プラズマクリーニングプロセスの効率化の観点より、CVD装置内の堆積物のプラズマクリーニングでは、地球温暖化係数が低く、かつ、GWPが17000であるNF3を用いる場合と同等以上の高いエッチング速度が得られるクリーニングガスの開発が求められている。 Conventionally, plasma cleaning with a gas having a low environmental impact when discharged into the atmosphere and a low global warming potential has a drawback that the etching rate is inferior to that of using NF 3 . Therefore, from the viewpoint of suppressing global warming and improving the efficiency of the plasma cleaning process, the plasma cleaning of deposits in the CVD apparatus uses NF 3 having a low global warming coefficient and a GWP of 17,000. There is a need to develop a cleaning gas that can achieve a high etching rate equivalent to or higher than the above.
本発明では、リモートプラズマクリーニング法に用いられるクリーニングガスにおいて、地球温暖化係数が低く、かつ、高いエッチング速度が得られるクリーニングガス、及びそれを用いたリモートプラズマクリーニング方法を提供することを目的としている。 It is an object of the present invention to provide a cleaning gas used in a remote plasma cleaning method that has a low global warming potential and a high etching rate, and a remote plasma cleaning method using the same. .
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、クリーニングガスとして、地球温暖化係数の低い、ケトン基又はOF基を有する一般式CFxOy[但し、xは2又は4であり、x=2のときy=1〜3の整数、x=4のときy=1〜4の整数を表す。]で表される化合物にN2を添加した混合ガスを用いてリモートプラズマクリーニングをすることにより、NF3を用いた場合と同等の高いエッチング速度にてチャンバー内堆積物のクリーニングが可能となることを見出し、本発明に至った。 As a result of extensive studies, the present inventors have found that the cleaning gas has a general formula CF x O y having a low global warming potential and having a ketone group or an OF group [where x is 2 or 4, and x = 2 represents an integer of y = 1 to 3, and x = 4 represents an integer of y = 1 to 4. ], It is possible to clean the deposits in the chamber at a high etching rate equivalent to that using NF 3 by performing remote plasma cleaning using a mixed gas obtained by adding N 2 to the compound represented by And found the present invention.
すなわち、CVD装置の反応チャンバー内に堆積した、Si含有物、Ge含有物、又は金属含有物を、リモートプラズマクリーニング法により除去するクリーニングガスにおいて、該ガスは一般式CFxOy[但し、xは2又は4であり、x=2のときy=1〜3の整数、x=4のときy=1〜4の整数を表す。]で表される化合物とN2が含有されている混合ガスであることを特徴とする、クリーニングガスを提供するものである。 That is, in the cleaning gas for removing the Si-containing material, the Ge-containing material, or the metal-containing material deposited in the reaction chamber of the CVD apparatus by a remote plasma cleaning method, the gas is represented by the general formula CF x O y [where x Is 2 or 4, and when x = 2, an integer of y = 1 to 3 is represented, and when x = 4, an integer of y = 1 to 4 is represented. A cleaning gas is provided, which is a mixed gas containing N 2 and a compound represented by the formula:
さらには、前記一般式CFxOyで表される化合物は、CF3OF又はCF2Oであることを特徴とするクリーニングガス、前記クリーニングガス中の前記一般式CFxOyで表される化合物の濃度が20vol%以上99.5vol%以下であり、かつ、前記クリーニングガス中のN2の濃度が0.5vol%以上80vol%以下であることを特徴とするクリーニングガス、又は、前記クリーニングガス中に、さらに、He、Ar、O2からなる群から選ばれる少なくとも1種類のガスが含有されていることを特徴とするクリーニングガスを提供するものである。 Further, the compound represented by the general formula CF x O y is CF 3 OF or CF 2 O, and is represented by the general formula CF x O y in the cleaning gas. The cleaning gas, wherein the concentration of the compound is 20 vol% or more and 99.5 vol% or less, and the concentration of N 2 in the cleaning gas is 0.5 vol% or more and 80 vol% or less, or the cleaning gas It further provides a cleaning gas characterized in that it contains at least one gas selected from the group consisting of He, Ar, and O 2 .
又は、CVD装置の反応チャンバー内に堆積した、Si含有物、Ge含有物、又は金属含有物を除去するリモートプラズマクリーニング方法において、クリーニングガスとして、上記のクリーニングガスを用いることを特徴とするリモートプラズマクリーニング方法を提供するものである。 Alternatively, in the remote plasma cleaning method for removing Si-containing material, Ge-containing material, or metal-containing material deposited in the reaction chamber of the CVD apparatus, the above-described cleaning gas is used as the cleaning gas. A cleaning method is provided.
本発明のクリーニングガスにより、CVD装置のリモートプラズマクリーニングにおいて、地球温暖化係数の高いNF3を用いなくてもCVD装置の反応チャンバー内の不要堆積物を高速に除去することが可能となる。 The cleaning gas of the present invention makes it possible to remove unnecessary deposits in the reaction chamber of the CVD apparatus at high speed without using NF 3 having a high global warming potential in the remote plasma cleaning of the CVD apparatus.
本発明における除去対象となるものは、CVD装置の反応チャンバー内壁に堆積した、Si含有物、Ge含有物、又は金属含有物である。例えば、Si、Si酸化物、Si窒化物、SiGe、Ge、W、Ti、In、Irが挙げられる。 What is to be removed in the present invention is a Si-containing material, a Ge-containing material, or a metal-containing material deposited on the inner wall of the reaction chamber of the CVD apparatus. Examples thereof include Si, Si oxide, Si nitride, SiGe, Ge, W, Ti, In, and Ir.
本発明のクリーニングガスは、少なくとも一般式CFxOy[但し、xは2又は4であり、x=2のときy=1〜3の整数、x=4のときy=1〜4の整数を表す。]で表される化合物とN2を共に含有する混合ガスである。上記一般式CFxOyで表される化合物としては、例えば、x=2の場合は、CF2O、CF(OF)O、C(OF)2O、x=4の場合は、CF3OF、CF2(OF)2、CF(OF)3、C(OF)4などが挙げられる。 The cleaning gas of the present invention has at least the general formula CF x O y [where x is 2 or 4, y is an integer from 1 to 3 when x = 2, and y is an integer from 1 to 4 when x = 4 Represents. ] Are both mixed gases containing compound and N 2 represented by. Examples of the compound represented by the general formula CF x O y include CF 2 O, CF (OF) O, C (OF) 2 O when x = 2 , and CF 3 when x = 4. OF, CF 2 (OF) 2 , CF (OF) 3 , C (OF) 4 and the like.
クリーニングガス中の上記一般式CFxOyで表される化合物の濃度は、20vol%以上99.5vol%以下であることが好ましく、更には40vol%以上99.5vol%以下であることが、より高いエッチング速度を得るためには望ましい。又、N2の濃度は0.5vol%以上80vol%以下であることが好ましく、0.5vol%以上60vol%以下であることが、より高いエッチング速度を得るためには望ましい。 The concentration of the compound represented by the general formula CF x O y in the cleaning gas is preferably 20 vol% or more and 99.5 vol% or less, and more preferably 40 vol% or more and 99.5 vol% or less. It is desirable to obtain a high etching rate. Further, the concentration of N 2 is preferably 0.5 vol% or more and 80 vol% or less, and preferably 0.5 vol% or more and 60 vol% or less in order to obtain a higher etching rate.
クリーニングガス中には、上記一般式CFxOyで表される化合物とN2以外にも、He、Ar、O2からなる群から選ばれる少なくとも1種類のガスが混合されていても良い。He、Ar、O2からなる群から選ばれる少なくとも1種類のガスの濃度は特に限定されないが、上記一般式CFxOyとN2との合計の濃度をクリーニングガスから差引いた濃度以下であり、上記以外のガスが含有されて良い。 In the cleaning gas, in addition to the compound represented by the general formula CF x O y and N 2 , at least one gas selected from the group consisting of He, Ar, and O 2 may be mixed. The concentration of at least one gas selected from the group consisting of He, Ar, and O 2 is not particularly limited, but is not more than the concentration obtained by subtracting the total concentration of the general formula CF x O y and N 2 from the cleaning gas. A gas other than those described above may be contained.
次に、本発明のリモートプラズマクリーニング方法について説明する。 Next, the remote plasma cleaning method of the present invention will be described.
上記クリーニングガスを、CVD装置の反応チャンバーに接続されているリモートプラズマ発生装置を介し、リモートプラズマ発生装置でプラズマ放電させ、反応チャンバー内に導入させることにより、CVD装置の反応チャンバー内の内壁又はウェハステージ上に堆積している、Si含有物、Ge含有物、又は金属含有物を除去する。この方法により、高いエッチング速度での堆積物除去が可能となる。 The cleaning gas is plasma-discharged by the remote plasma generator via the remote plasma generator connected to the reaction chamber of the CVD apparatus and introduced into the reaction chamber, whereby the inner wall or wafer in the reaction chamber of the CVD apparatus is introduced. The Si-containing material, the Ge-containing material, or the metal-containing material deposited on the stage is removed. This method makes it possible to remove deposits at a high etching rate.
クリーニング中の反応チャンバー内の圧力は、リモートプラズマ発生装置にてプラズマ放電をさせた際に、安定したプラズマ放電が得られる圧力であればよく、5Pa以上3000Pa以下であることが好ましい。 The pressure in the reaction chamber during cleaning may be a pressure at which stable plasma discharge is obtained when plasma discharge is performed by a remote plasma generator, and is preferably 5 Pa or more and 3000 Pa or less.
リモートプラズマ発生装置へのクリーニングガスの導入方法については、予め所望の組成に調整混合した上記クリーニングガスをリモートプラズマ発生装置のプラズマ発生源へ供給し、ここでプラズマ放電させたものを反応チャンバー内に供給することにより、高いエッチング速度でのリモートプラズマクリーニングが可能となる。 As for the method of introducing the cleaning gas into the remote plasma generator, the cleaning gas adjusted and mixed in advance to a desired composition is supplied to the plasma generation source of the remote plasma generator, and the plasma discharged here is put into the reaction chamber. By supplying, remote plasma cleaning at a high etching rate becomes possible.
上記クリーニングガスを用いて、リモートプラズマクリーニングをすることにより、地球温暖化係数の高いNF3と同等以上の高いエッチング速度を得ることが可能となる。 By performing remote plasma cleaning using the cleaning gas, it is possible to obtain a high etching rate equivalent to or higher than that of NF 3 having a high global warming potential.
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in more detail, this invention is not limited to these Examples.
図1は本試験で用いるCVD装置の概略系統図である。 FIG. 1 is a schematic system diagram of a CVD apparatus used in this test.
クリーニングガスはマスフローコントローラ(図中省略)により流量調整して、所定の流量でガス導入口5よりリモートプラズマ発生装置6を介して反応チャンバー1に導入される。 The flow rate of the cleaning gas is adjusted by a mass flow controller (not shown), and is introduced into the reaction chamber 1 from the gas inlet 5 via the remote plasma generator 6 at a predetermined flow rate.
反応チャンバー1には、平行平板型の容量結合型プラズマ発生装置が備え付けられており、高周波電源3が反応チャンバー1内の平板電極4bに、アース9が反応チャンバー1内の平板電極4aに接続されている。
The reaction chamber 1 is equipped with a parallel plate type capacitively coupled plasma generator. A high
さらに、チャンバー内の圧力を検出する圧力計2が反応チャンバー1に接続されている。また、リモートプラズマクリーニングにより発生する揮発性生成物や未反応のガスなど、チャンバー内のガスを排出するため、反応チャンバー1の排出口7に排ガスライン(図中省略)が接続されている。 Further, a pressure gauge 2 for detecting the pressure in the chamber is connected to the reaction chamber 1. Further, an exhaust gas line (not shown) is connected to the discharge port 7 of the reaction chamber 1 in order to discharge gas in the chamber such as volatile products generated by remote plasma cleaning and unreacted gas.
リモートプラズマクリーニング時には、リモートプラズマ発生装置6の放電が維持された状態でクリーニングガスはガス導入口5から導入され、排ガスラインの排気量の調節によりチャンバー内の圧力が調整された状態(このときの圧力がプロセス圧力)でリモートプラズマクリーニングが進行する。 At the time of remote plasma cleaning, the cleaning gas is introduced from the gas inlet 5 while the discharge of the remote plasma generator 6 is maintained, and the pressure in the chamber is adjusted by adjusting the exhaust amount of the exhaust gas line (at this time) Remote plasma cleaning proceeds with the pressure being the process pressure.
本試験では、除去対象物として厚さが0.5mm厚、面積4cm2のSiO2或いはSi材質の試験片8を用い、試験片8を平板電極4a上に設置して、所定の条件でリモートプラズマクリーニングを行った。導入したクリーニングガスの総流量は100sccmである。
In this test, a
本試験の前後で試験片の質量をそれぞれ測定し、下記算出式(1)によりSiO2或いはSi材質のエッチング速度を算出した。
[実施例1〜20]
本試験では、表1に示すクリーニングガス組成及びクリーニング条件にて、平行電極4a上に設置した試験片8のエッチング速度を算出した。いずれの試験も、クリーニング時間は10分間である。参考例として、実施例1〜7、11、13〜16、19、20において、ガスAとしてNF3を用いる以外は同様にクリーニングを行い、その試験結果(参考例1〜14)を表2に示す。
[Examples 1 to 20]
In this test, the etching rate of the
実施例1〜6ではCF3OFとN2との2元系ガス組成にて、材質がSiO2の試験片8に対してチャンバー内圧力53.2Paでリモートプラズマクリーニングを行った。参考例1〜6ではCF3OFの代わりにNF3を用いて同条件でのクリーニング試験を行っているが、実施例と参考例の両方とも、フッ素ラジカル源であるCF3OFあるいはNF3濃度が減少するにつれてエッチング速度が減少する傾向は同様であった。CF3OFを用いた場合のエッチング速度は、NF3を用いた場合と同等以上であった。
In Examples 1 to 6, remote plasma cleaning was performed on a
以上より、地球温暖化係数の小さなCF3OFであってもNF3と同等以上のクリーニング性能が得られていることが判る。 From the above, it can be seen that even CF 3 OF with a small global warming potential has a cleaning performance equivalent to or higher than that of NF 3 .
CF3OFとN2以外に、Ar、O2、又はHeをさらに添加したクリーニングガス組成の系(実施例7〜10)やクリーニング時のチャンバー内圧力を5Pa、500Pa、3000Paに変更した系(実施例11〜13)、またクリーニング対象の材質をSiとした系(実施例14〜16)、ガスAとしてCF3OFの代わりにCF2Oを用いた系(実施例17、18)についても、ガスAをNF3に置き換えて行なった場合(参考例)のNF3クリーニング結果(参考例1、8〜13)と同等以上であることがわかる。
[比較例1〜15]
本試験では、N2を含有しない表3に示すクリーニングガス組成及びクリーニング条件にて、実施例と同様の操作を行ない、リモートプラズマクリーニングを実施した。その結果を表3に示す。
[Comparative Examples 1-15]
In this test, remote plasma cleaning was performed by performing the same operation as in the example with the cleaning gas composition and cleaning conditions shown in Table 3 not containing N 2 . The results are shown in Table 3.
さらに、以上の結果から、プロセス圧力が53.2PaにおけるガスAの濃度に対するエッチング速度の関係のグラフを、クリーニング対象がSiO2については図2に、クリーニング対象がSiについては図3に示す。 Further, from the above results, a graph of the relationship between the etching rate and the gas A concentration at a process pressure of 53.2 Pa is shown in FIG. 2 for the SiO 2 cleaning object and in FIG. 3 for the Si cleaning object.
比較例1〜8は、実施例1〜6、19、及び20に対して添加するN2を他のガス(O2又はAr)に変更してクリーニングしているが、N2を含有するクリーニングガスの場合に比べ、エッチング速度が極端に低下していることが判る。 In Comparative Examples 1 to 8, N 2 added to Examples 1 to 6, 19 and 20 is changed to another gas (O 2 or Ar) for cleaning, but cleaning containing N 2 is performed. It can be seen that the etching rate is extremely reduced as compared with the case of gas.
クリーニング対象の材質をSiにした例(比較例9〜11)についても、N2を含有するクリーニングガスの場合に比べ、エッチング速度が極端に低下する傾向は変わらなかった。ガスAをCF2Oとした場合(比較例12)についても、同様であった。 In the examples (Comparative Examples 9 to 11) in which the material to be cleaned was Si (Comparative Examples 9 to 11), the tendency of the etching rate to be extremely reduced was not changed compared to the case of the cleaning gas containing N 2 . The same was true when the gas A was CF 2 O (Comparative Example 12).
CF3OFに対して、N2が所定量含有されるガス組成にてリモートプラズマクリーニングをすることにより、地球温暖化係数が低いCF3OFを用いてもNF3の場合と同程度以上のエッチング速度で、クリーニングが進行していることが判る。また、ガスAとしてCF2Oを用いた場合においても、同様にNF3の場合と同程度以上のエッチング速度で、クリーニングが進行していることが判る。
本発明は、CVD装置のクリーニングに用いることができ、特にリモートプラズマクリーニング法において、地球温暖化係数の高いNF3の代替ガスとして利用可能である。 The present invention can be used for cleaning a CVD apparatus, and can be used as an alternative gas for NF 3 having a high global warming potential, particularly in a remote plasma cleaning method.
1・・・反応チャンバー
2・・・圧力計
3・・・高周波電源
4a、4b・・・平板電極
5・・・ガス導入口
6・・・リモートプラズマ発生装置
7・・・排出口
8・・・試験片
9・・・アース
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Reaction chamber 2 ...
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