JP3125280B2 - Cvd装置のクリーニング方法 - Google Patents

Cvd装置のクリーニング方法

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JP3125280B2 JP04324954A JP32495492A JP3125280B2 JP 3125280 B2 JP3125280 B2 JP 3125280B2 JP 04324954 A JP04324954 A JP 04324954A JP 32495492 A JP32495492 A JP 32495492A JP 3125280 B2 JP3125280 B2 JP 3125280B2
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勝美 大山
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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CVD装置の反応炉のク
リーニング方法に関する。更に詳細には、本発明は常圧
CVD装置,減圧CVD装置または光CVD装置などの
ようなセルフクリーニング機能を持たないCVD装置の
反応炉内表面をガスにより化学的にクリーニングする方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】薄膜の形成方法として半導体工業におい
て一般に広く用いられているものの一つに化学的気相成
長法(CVD)がある。CVDとは、ガス状物質を化学
反応で固体物質にし、基板上に堆積することをいう。
【0003】CVDの特徴は、成長しようとする薄膜の
融点よりかなり低い堆積温度で種々の薄膜が得られるこ
と、および、成長した薄膜の純度が高く、SiやSi上
の熱酸化膜上に成長した場合も電気的特性が安定である
ことで、広く半導体表面のパッシベーション膜として利
用されている。
【0004】CVDによる薄膜形成は、例えば約400
℃〜500℃程度に加熱したウエハに反応ガス(例え
ば、SiH4 +O2 ,またはSiH4 +PH3 +O2
を供給して行われる。上記の反応ガスは反応炉(ベルジ
ャ)内のウエハに吹きつけられ、該ウエハの表面にSi
2 あるいはフォスフォシリケートガラス(PSG)ま
たはボロシリケートガラス(BSG)の薄膜を形成す
る。また、SiO2 とPSGまたはBSGとの2層成膜
が行われることもある。更に、モリブデン,タングステ
ンあるいはタングステンシリサイド等の金属薄膜の形成
にも使用できる。
【0005】このようなCVDによる薄膜形成操作を行
うために従来から用いられている装置の一例を図1に部
分断面図として示す。図1において、反応炉1は、バッ
ファ2をベルジャ3で覆い、上記バッファ2の周囲に円
盤状のウエハ載置台4を回転駆動可能、または自公転可
能に設置するとともに、上記ウエハ載置台の上に被加工
物であるウエハ6を順次に供給し、該ウエハを順次に搬
出するウエハ搬送手段7を設けて構成されている。ウエ
ハ搬送手段を炉内に導入するための開閉可能なゲート部
11が反応炉に突設されている。また、ウエハ載置台4
の下側には加熱手段8が設けられていてウエハ6を所定
の温度(例えば約500℃)に加熱する。ベルジャ3の
頂部付近には反応炉内に所定の反応ガスを送入するため
のノズル9が配設されており、更に、反応炉の下部には
排気ダクト10が設けられている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の常圧CVD薄膜
形成装置は成膜反応処理を続けていくと、反応炉内の様
々な表面にSiOおよび/またはSiO2 等の酸化物の
フレークが生成・付着してくる。このフレークをそのま
ま放置すると徐々に大きく成長していき、僅かな振動や
気流により表面から剥がれ落ち、反応炉内の浮遊異物量
を増加させることとなる。これら炉内の浮遊異物がウエ
ハの表面上に付着するとCVD膜にピンホールを発生さ
せる。これら異物がウエハの表面に付着してCVD膜に
ピンホールを発生させると半導体素子の製造歩留りが著
しく低下される。更に、これら異物の生成により、化学
量論的不平衡が発生し、反応炉内における正常な成膜反
応が阻害される。その結果、ウエハ上の膜の均一性が劣
化する。
【0007】このため、ある処理数を越えた段階で、装
置を停止し、反応炉をオープンし、炉内の様々な表面に
付着したフレークを除去しなければならなかった。しか
し、この常圧CVD装置には良好なクリーニング機能が
なく、フレーク除去作業は一般的に人手に頼っていた。
この問題は常圧CVD装置に限らず、セルフクリーニン
グ機能を有しない減圧CVD装置または光CVD装置で
も同様に存在する。
【0008】人手によるクリーニングは長い作業時間を
必要とするので、スループットの低下は著しく、また、
炉内を開放するため、人体や環境への悪影響も懸念され
た。
【0009】従って、本発明の目的は、様々なCVD装
置の反応炉内表面を、人手による物理的なクリーニング
によるのではなく、化学的にクリーニングする方法を提
供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明では、ウエハを載置するための加熱可能な試
料台と、ウエハ表面に所定の薄膜を形成するのに必要な
反応ガスを導入する手段とを備える反応炉を有するCV
D装置の前記反応炉内表面をクリーニングする方法にお
いて、前記反応ガス導入手段から酸素およびオゾンから
なる群から選択される少なくとも1種類の酸素系ガスと
共に、活性フッ素ラジカルを前記反応炉内に送入するこ
とを特徴とするCVD装置のクリーニング方法を提供す
る。
【0011】
【作用】前記のように、本発明のクリーニング方法は化
学的な方法である。従来の人手による物理的クリーニン
グ方法では、炉内温度が常温程度にまで低下しなければ
作業を開始できなかったが、本発明の方法では、所定の
成膜作業が完了し、ウエハを炉外へ搬出した後、直ぐに
開始することができる。このため、従来の物理的方法に
比べて、クリーニングに要する時間が著しく短縮され
る。
【0012】また、本発明の方法によれば、反応炉を開
放する必要がないので、炉内のフレークが大気環境中に
拡散される危険性は皆無である。
【0013】
【実施例】以下、本発明のクリーニング方法について更
に詳細に説明する。
【0014】本発明のクリーニング方法を実施できる装
置の模式的構成図を図2,図3および図4に示す。これ
らの装置構成は基本的には従来のバッチ式または枚葉式
の常圧CVD装置と同様であるが、ノズル9の手前で、
NF3 ガスの供給パイプの途中に、NF3 ガスの熱分解
装置12が配設されている。NF3 ガスがこの熱分解装
置12を通過すると活性フッ素ラジカルに分解され、ノ
ズル9から炉内に送入される。熱分解装置12の加熱温
度は特に限定されない。所定の流量のNF3 ガスを完全
に活性フッ素ラジカルに分解することができる温度であ
ればよい。この温度は一般的に、150℃以上である。
流量制御にはマスフローコントローラ(MFC)(図示
されていない)が使用される。言うまでもなく、通常の
成膜処理作業を行っている間は、この熱分解装置12は
駆動されない。図5は本発明のクリーニング方法を実施
できる低圧CVD装置、また、図6は本発明のクリーニ
ング方法を実施できる光CVD装置の模式的構成図であ
る。図5において、符号14は石英製反応炉を示し、1
6はヒータをそれぞれ示す。また、図6において、符号
18は光CVD反応炉、20は石英製窓、22はUVラ
ンプ、24はサセプタ、26はウエハ加熱用赤外ランプ
をそれぞれ示す。
【0015】本発明のクリーニング方法では、クリーニ
ングガスとして、酸素系ガスと共に活性フッ素ラジカル
を使用する。酸素系ガスは例えば、酸素およびオゾンな
どである。酸素系ガスと活性フッ素ラジカルとの混合比
は特に限定されないが、一般的には6:1〜1:160
の範囲内であることが好ましい。酸素系ガスは酸素また
はオゾン単独でもよいし、あるいはこれらの混合ガスで
もよい。活性フッ素ラジカルと共に酸素系ガスを併用す
る効果は、反応炉内に形成された膜の界面を常に酸化さ
せ、活性フッ素ラジカルの反応性を高めるためである。
また、膜中に炭素を含有する膜においては、CとO2
反応させ、CO2 として除去するためである。従って、
形成された膜の組成によっては酸素系ガスを必要としな
いものもあり、形成される膜の組成により酸素系ガスと
活性フッ素ラジカルとの混合比を選択することが好まし
い。
【0016】酸素系ガスと活性フッ素ラジカルはノズル
から反応炉内に送入される。反応炉内における酸素系ガ
スと活性フッ素ラジカルの存在濃度は特に限定されない
が、酸素系ガスの場合、0.5〜60%の範囲内であ
り、活性フッ素ラジカルの場合、10〜80%の範囲内
であることが好ましい。反応炉内における酸素系ガスの
濃度が0.5%未満の場合、Si/Oの大きい膜におい
ては、界面での酸化が不十分となり、十分なクリーニン
グ効果が得られない恐れがある。一方、反応炉内におけ
る酸素系ガスの濃度が60%よりも高い場合、界面に到
達する活性フッ素ラジカルの濃度の低下により顕著にク
リーニング効果が低下する。また、反応炉内における活
性フッ素ラジカルの濃度が10%未満の場合、酸素系ガ
ス濃度が十分でも、十分なクリーニング効果が得られな
い恐れがある。一方、反応炉内における活性フッ素ラジ
カルの濃度が80%よりも高い場合、膜界面と活性フッ
素ラジカルの反応律速となるため、クリーニング効果は
飽和し、ランニングコストが増加する。
【0017】本発明のクリーニング方法を実施する場
合、成膜処理の終了直後に開始することが好ましい。試
料台および炉内が高温度状態のほうが、活性フッ素ラジ
カルによるクリーニング効果が高まるからである。従っ
て、一層高いクリーニング効果を得るには、試料台加熱
ヒータを駆動させたままの状態でノズルから活性フッ素
ラジカルおよび酸素系ガスを炉内に導入することが好ま
しい。
【0018】ノズルから反応炉内に送入された活性フッ
素ラジカルは対流により反応炉内を循環し、炉内壁面に
付着しているSiOまたはSiO2 などのフレークに接
触する。活性フッ素ラジカルに接触したフレーク等の異
物はSiF4 のガスに変化するので、排気系により反応
炉外へ排出することができる。従って、クリーニングの
完了はSiF4 の濃度をモニタすることにより決定でき
る。この明細書で使用されている“反応炉内表面”とい
う用語は、炉本体の壁面に限らず、炉内のあらゆる表面
を意味する。従って、例えば、ノズル、試料台、ゲート
部、バッファ、ベルジャ、ヒータなどの表面もこの用語
の範囲内に含まれる。
【0019】炉内のフレークをクリーニング除去した
後、酸素系ガスとNF3 ガスの供給を止め、炉内に残留
している全てのガスを窒素などのような不活性ガスでパ
ージし、新たな成膜処理作業の開始に備える。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のクリーニ
ング方法は化学的な方法である。従来人手による物理的
クリーニング方法では、炉内温度が常温程度にまで低下
しなければ作業を開始できなかったが、本発明の方法で
は、所定の成膜作業が完了し、ウエハを炉外へ搬出した
後、直ぐに開始することができる。このため、従来の物
理的方法に比べて、クリーニングに要する時間が著しく
短縮される。その結果、バッチ式ではスループットが3
0〜40%も向上する。
【0021】また、本発明の方法によれば、反応炉を開
放する必要がないので、炉内のフレークが大気環境中に
拡散される危険性は皆無である。
【図面の簡単な説明】
【図1】バッチ式常圧CVD装置の一例の模式的構成図
である。
【図2】本発明のクリーニング方法を実施するのに必要
なNF3 ガスの熱分解装置を有するバッチ式常圧CVD
装置の一例の模式的構成図である。
【図3】本発明のクリーニング方法を実施するのに必要
なNF3 ガスの熱分解装置を有する枚葉式常圧CVD装
置の一例の模式的構成図である。
【図4】本発明のクリーニング方法を実施するのに必要
なNF3 ガスの熱分解装置を有する枚葉式常圧CVD装
置の別の例の模式的構成図である。
【図5】本発明のクリーニング方法を実施するのに必要
なNF3 ガスの熱分解装置を有する減圧CVD装置の別
の例の模式的構成図である。
【図6】本発明のクリーニング方法を実施するのに必要
なNF3 ガスの熱分解装置を有する光CVD装置の別の
例の模式的構成図である。
【符号の説明】
1 反応炉 2 バッファ 3 ベルジャ 4 試料台 6 ウエハ 7 ウエハ搬送手段 8 ヒータ 9 ノズル 10 排気ダクト 11 ゲート部 12 NF3 ガス熱分解装置 14 石英製反応炉 16 ヒータ 18 光CVD反応炉 20 石英製窓 22 UVランプ 24 サセプタ 26 ウエハ加熱用赤外ランプ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ウエハを載置するための加熱可能な試料
    台と、ウエハ表面に所定の薄膜を形成するのに必要な反
    応ガスを導入する手段とを備える反応炉を有するCVD
    装置の前記反応炉内表面をクリーニングする方法におい
    て、 前記反応ガス導入手段から酸素およびオゾンからなる群
    から選択される少なくとも1種類の酸素系ガスと共に、
    NF 3 ガスの分解により発生された活性フッ素ラジカ
    ルを前記反応炉内に送入することからなり、前記反応炉内における、前記酸素系ガスの存在濃度は
    0.5〜60%範囲内であり、前記活性フッ素ラジカ
    ルの存在濃度は10〜80%の範囲内であり、 前記CVD装置はセルフクリーニング機能を持たない常
    圧CVDおよび低圧CVDからなる群から選択される熱
    CVDまたは光CVD装置である ことを特徴とするCV
    D装置のクリーニング方法。
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JP2581687B2 (ja) * 1987-03-19 1997-02-12 三菱電機株式会社 整流器用変圧器
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