JP2901778B2 - Hfガスによる窒化珪素のクリーニング方法 - Google Patents

Hfガスによる窒化珪素のクリーニング方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜形成装置または該
装置の治具に堆積した窒化珪素をHFガスと接触させ
て、装置や治具そのものを傷つけることなく除去する窒
化珪素のクリーニング方法に関する。
【0002】
【従来技術とその解決しようとする課題】従来より半導
体製造等の薄膜形成プロセス、すなわちCVD、真空蒸
着、PVD、シリコンエピタキシー等の方法において
は、薄膜を形成すべき装置目的物だけでなく装置の部
材、各種治具等にも多量の堆積物、付着物が生成する。
【0003】窒化珪素膜を形成する場合においても同様
で、薄膜形成装置においてCVD法で窒化珪素膜を形成
する場合にも、同様の現象が生じる。これらを除去する
手段として、普通強酸、強アルカリ等の液体による洗
浄、機械的研摩、CF4 、SF6 、NF3 等をクリーニングガ
スとして用いプラズマ雰囲気下でクリーニングする方法
が実施されている。
【0004】しかし、強酸、強アルカリ等による洗浄や
機械的研摩による方法は、長期間装置を停止する必要が
ある他操作が煩雑で、装置、治具等が損傷を受けるとい
う問題がある。また、CF4 、SF6 、NF3 等を用いプラズ
マ雰囲気下でクリーニングする方法においては、プラズ
マ雰囲気を必要とするため装置上の制約が大きい。
【0005】そこで、最近装置、治具等をクリーニング
ガスと接触させることにより、それらを傷つけず簡単に
堆積物だけを除去できる方法として、フッ素やClF3等の
フッ化ハロゲンガスをクリーニングガスとして使用した
クリーニング方法が開発されている。しかし、上記ガス
も電気分解により製造したフッ素ガスを原料とするた
め、多少高価になり、また反応温度自体も高温を必要と
するという問題点があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らはかかる問題
点に鑑み、鋭意検討した結果、比較的安価に得られるH
Fガスを使用して、室温付近でもCVD法による窒化珪
素膜を基材を傷つけずに除去できることを見出し、本発
明に到達したものである。
【0007】すなわち本発明は、薄膜形成装置または該
装置の治具に堆積した化学量論的な原子比を示さないア
モルファスな窒化珪素を水分量が極めて少ないHFガス
を含むガスと接触させて除去するHFガスによる窒化珪
素のクリーニング方法を提供するものである。
【0008】まず、本発明の対象とする薄膜形成装置ま
たは治具の堆積物は、窒化珪素の膜または粉体である。
普通上記薄膜形成装置では、目的とする基板上にシラ
ン、ハロゲン化シラン等のSi含有化合物ガスとアンモ
ニア等の窒素含有化合物ガスの混合ガスを含むガスをプ
ラズマCVDまたは減圧CVDを行うことにより成膜す
る方法が用いられている。上記方法により成膜を行った
際、目的とする以外の場所である装置または治具に窒化
珪素が膜状または粉末状で堆積するが、本発明ではその
堆積物を除去しようとするものである。
【0009】CVDを行う時の条件は、プラズマCVD
では200 〜400 ℃、約10Torr以下、減圧CVDでは700
〜800 ℃、0.1 〜数Torrであるが、この条件により堆積
した窒化珪素膜または粉体は、焼結体と異なり化学量論
的な組成であるSi3 4 にはなりにくく、SiN
X (x=0.5 〜1.2 )組成の化学量論的な原子比を示さ
ないアモルファスなものである。また、CVD時に混合
した水素ガスにより、水素ガスを含む組成となっている
場合も多い。
【0010】従って、堆積した窒化珪素の結晶化が進行
するに従って除去する条件が厳しくなり、上記堆積物を
充分に加熱して結晶化させ、化学量論的な組成とした場
合は、HFガスにより除去を行うことは困難となる。
【0011】プラズマCVD法により形成させた窒化珪
素膜をクリーニングする際に、希釈ガスにArを用い、
その濃度(vol%)とクリーニングできる温度を調べると、
HFガス濃度が1V%では80℃付近で短時間にクリーニン
グできるのに対し、そのHFガス濃度が上昇するに従っ
てその温度が低下していき、HFガスのみを使用した場
合は室温以下でも簡単に短時間でクリーニング処理でき
ることがわかった。
【0012】減圧CVDにより形成された膜では、それ
よりも厳しい条件が必要となる。次にクリーニングの方
法であるが、装置全体に分散した堆積物を除去しようと
する場合は、装置内にHFガスを含むガスを導入する
か、または薄膜形成装置が余り大きくない場合は装置全
体をクリーンニング装置内に入れ、HFガスを含むガス
を導入するかの二つの方法を採ることができる。
【0013】治具の場合も同様に、薄膜形成装置を使用
して該装置内にHFガスを含むガスを導入するか、クリ
ーニング装置内に該治具を入れ、HFガスを含むガスを
導入するかの二つの方法を採ることができる。
【0014】またクリーニングを行う際には、一旦HF
を含むガスを一定圧まで導入した後にクリーニングガス
の導入を止め一定時間そのまま静置する、所謂静置法
か、一定速度でクリーニングガスを流しながら行う、所
謂流通法の二つの方法を採ることができる。
【0015】使用するHFガスは、水分量が極力少ない
ものが好ましく、水分量が0.1V% 以下のものが好まし
い。水分が多いと装置が腐食されるため好ましくない。
金属不純物についてもできるだけ少ないものが好まし
く、HFガスの純度として99.9V%以上のものが好まし
い。
【0016】クリーニングを行う場合、HFガスのみを
装置内に導入してもよいが、条件によっては上記したよ
うに、Ar、窒素等の不活性ガスを混合してクリーニン
グガスとして使用してもよい。
【0017】クリーニングを行う場合の装置としては、
本出願人が提案した特願平3-38840に詳述しているが、
温度コントローラーを備えた加熱装置が設けてあり、減
圧や真空でも充分にシール性のよい容器でガスの入口、
出口を有するものである。
【0018】容器の材質は、クリーニングを行う温度に
より決まるが、余り高い温度は必要ないので、各種のス
テンレス、アルミニウム、モネル、インコネル等で充分
クリーニング処理できる。
【0019】上述したような方法により、比較的簡単に
薄膜形成装置や治具に堆積した堆積物をクリーニング処
理できる。
【0020】
【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明はかかる実施例により限定されるものでは
ない。
【0021】実施例1 モノシランとアンモニアを原料とし、プラズマCVDに
より300 ℃でSUS304上に成膜した窒化珪素膜をク
リーニング装置内に設置し、HFガスをArで希釈し、
HFガス濃度を1V%としたガスを装置に導入し、図1に
示すように16℃、50℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110
℃の温度条件で種々の時間、それぞれクリーニング処
理を行い、クリーニング前後の膜厚を、蛍光X線に照射
してその膜のSi原子のピーク強度で間接的に評価し
た。蛍光X線は理学電機工業製のシステム3270を使
用して、50KV,50mA,測定面積30φの条件で測定した。
【0022】前記条件および結果を図1に示す。図1の
結果よりわかるように、70℃と80℃を境にして蛍光X線
強度の急激な低下が見られる。すなわち、HFガス濃度
が1V%の場合、クリーニング雰囲気の温度を80℃に設定
することにより、10分程度の短時間で簡単にクリーニン
グ処理できることがわかった。
【0023】実施例2〜4 実施例1と同様の方法で、実施例2では10V%, 実施例3
では50V%、実施例4ではHFガスのみとなるようにHF
ガス濃度を変化させ(希釈する場合はArを使用)、ク
リーニング温度も何点か変化させて、そのときの温度と
蛍光X線強度が一定値となったときの強度値(蛍光X線
の強度が短時間で殆ど0になったときはその値とその温
度)との関係を、実施例1とともに図2に示した。
【0024】この結果からわかるように、HF濃度が10
V%以下の場合はクリーニングに約70℃以上の温度が必要
であるが、濃度が高くなるにつれクリーニング処理でき
る温度が低下し、HF濃度が50V%以上では室温に近い温
度で簡単にクリーニング処理できる。
【0025】実施例5,6 ジクロルシランとアンモニアを原料とし、減圧CVDに
より750 ℃でNi上に成膜した窒化珪素膜をクリーニン
グ装置内に設置し、HFガスのみを装置に導入し、表1
に示す温度および時間で処理を行った。膜厚の評価は実
施例1〜4と同様の方法である。
【0026】前記条件および結果を同じく表1に示す。
表の結果よりわかるように、100 ℃以上の温度で窒化珪
素膜を除去できることがわかった。
【0027】比較例1 モノシランを原料とし、プラズマCVDにより600 ℃で
Ni上に成膜したアモルファスシリコン膜をクリーニン
グ装置内に設置し、HFガスのみを装置に導入し、表1
に示す温度および時間で処理を行った。膜厚の評価は実
施例1〜4と同様の方法である。
【0028】前記条件および結果を同じく表1に示す。
表の結果よりわかるように、150 ℃の温度においてもア
モルファスシリコン膜は除去できないことがわかった。
【0029】比較例2 密度3.2 の30×30×5 mmの窒化珪素焼結体の板を、クリ
ーニング装置内に設置し、HFガスのみを装置に導入
し、表1に示す温度および時間で処理を行った。
【0030】焼結体がエッチングされているかどうか
は、焼結体の重量を測定することで評価した。結果を同
様に表1に示す。結果からわかるように、焼結体はHF
のみ、100 ℃、5時間の条件で処理しても全く重量変化
がなかった。
【0031】
【表1】
【0032】実施例7 30×30×3 mmのSUS304、SUS430、Al50
52をクリーニング装置内に設置し、HFガスのみを装
置に導入し、150 ℃、700 Torrで10時間、HFガス雰囲
気に晒した。
【0033】その後、上記金属を捜査型電子顕微鏡で観
察したが、ガス処理前と全く変化なかった。また、蛍光
X線により表面のF原子の残留状態を調べたが、全く検
出できなかった。
【0034】
【発明の効果】高純度のHFガスを用いて行う本発明の
クリーニング方法により、従来はクリーニングできない
と考えられていたCVD法により成膜した窒化珪素を容
易にクリーニング処理できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の結果を示す各クリーニング
処理温度における処理時間と蛍光X線ピーク強度の関係
を示すグラフである。
【図2】本発明の各実施例1〜4の結果を示す図で、H
Fガスの濃度を変化させたときのクリーニング処理温度
と該処理により蛍光X線の強度値が一定値となったとき
のその値を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/205 H01L 21/205 (56)参考文献 特開 平2−138473(JP,A) 特開 昭60−150620(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23C 16/00 - 16/56 H01L 21/205 H01L 21/302 H01L 21/304

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 薄膜形成装置または該装置の治具に堆積
    した化学量論的な原子比を示さないアモルファスな窒化
    珪素を水分量が極めて少ないHFガスを含むガスと接触
    させて除去するHFガスによる窒化珪素のクリーニング
    方法。
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